CN116712114A - 一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，提供一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，包括锥形柔性体和驱动机构；锥形柔性体呈圆台状，包括可形变连接件、刚性套管、近端卡件、中间卡件和远端卡件，中间卡件设于近端卡件和远端卡件之间，可形变连接件的两端分别与近端卡件和远端卡件连接，近端卡件与刚性套管连接，远端卡件自由伸出；驱动机构包括旋转驱动组件、平移驱动组件和牵引组件；旋转驱动组件和刚性套管连接，以驱动锥形柔性体旋转；牵引组件与远端卡件连接并经近端卡件和刚性套管与平移驱动组件连接。本发明通过设置兼具较高灵活性和较大刚度的锥形柔性体，能够承载更大的作用力矩，提升了器械的适用范围。

Description

一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械。

背景技术

微创手术由于其创伤较小、安装性高、恢复快以及对正常组织损伤小等优点而被广泛应用。在临床实践中，由于人体内复杂的环境和器官的分布，刚性的手术器械难以满足微创手术的要求，故需要柔性手术器械来进行处理。

目前，常规的是基于圆柱形柔性体的手术器械，该类型的柔性手术器械虽然具有灵活性，能够进行移动达到病灶，但其结构刚度较低，末端的承受力较小，尤其对于需要高自由度的器械，往往为了达到高灵活性而舍弃刚度需求，但低刚度的柔性手术器械难以满足末端执行部件的较大作用力的需求，使其在临床应用中受限较大。

发明内容

本发明提供一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，用以解决现有技术中圆柱形柔性体的微创手术器械存在结构刚度较小，末端承受能力差的缺陷。

本发明提供一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，包括：锥形柔性体和驱动机构；

所述锥形柔性体呈圆台状，包括可形变连接件、刚性套管、近端卡件、中间卡件和远端卡件，所述中间卡件设于所述近端卡件和所述远端卡件之间，所述可形变连接件的两端分别与所述近端卡件和所述远端卡件连接，所述近端卡件与所述刚性套管连接，所述远端卡件自由伸出；

所述驱动机构包括旋转驱动组件、平移驱动组件和牵引组件；所述旋转驱动组件和所述刚性套管传动连接，以驱动所述锥形柔性体旋转；

所述牵引组件包括一级牵引单元和二级牵引单元，所述一级牵引单元与所述中间卡件连接并经所述近端卡件和所述刚性套管与所述平移驱动组件相连接，所述二级牵引单元与所述远端卡件连接并经所述中间卡件、所述近端卡件和所述刚性套管与所述平移驱动组件连接，以通过所述平移驱动组件驱动所述一级牵引单元或二级牵引单元中的任一牵引单元移动，进而控制所述锥形柔性体弯曲形变；

其中，所述牵引组件配置有六组牵引件，六组所述牵引件分别设于所述锥形柔性体的六个不同的动作方向，且每一所述牵引件各自连接有所述平移驱动组件，以通过各自连接的所述平移驱动组件驱动所述牵引件移动，进而控制所述锥形柔性体能够沿六个不同的方向弯曲形变。

根据本发明提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，所述一级牵引单元和所述二级牵引单元内各自配置有三组所述牵引件。

根据本发明提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，所述牵引件包括牵引束，所述牵引束包括一根或多根金属丝。

根据本发明提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，所述远端卡件靠外侧壁上具有连接插孔，所述连接插孔容许所述牵引件的一端伸入并与之固定连接；

所述近端卡件的外侧壁一周上设有沿轴向贯穿的限位槽孔，所述限位槽孔容许所述牵引件通过；

所述中间卡件的内壁一周上设有沿轴向贯穿的定位槽孔，所述定位槽孔容许所述牵引件插入或通过。

根据本发明提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，所述可形变连接件包括圆锥螺旋弹簧，所述圆锥螺旋弹簧构造有小径端和大径端；

其中，所述圆锥螺旋弹簧的小径端与所述远端卡件连接，所述圆锥螺旋弹簧的大径端与所述近端卡件连接，所述中间卡件设于所述圆锥螺旋弹簧的内部。

根据本发明提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，所述旋转驱动组件包括电机、连轴器、同步轮和轴承；

所述连轴器与所述电机的输出端连接；

所述同步轮包括第一同步轮和第二同步轮，所述第一同步轮和所述第二同步轮传动连接；

其中，所述第一同步轮与所述连轴器连接，所述第二同步轮与所述轴承连接，所述轴承与所述刚性套管连接。

根据本发明提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，还包括底座和支撑组件，所述支撑组件设于所述底座上。

其中，所述支撑组件具有固定部和转动部，所述旋转驱动组件设于所述支撑组件的固定部上，所述平移驱动组件和所述牵引组件设于所述支撑组件的转动部上，所述旋转驱动组件与所述支撑组件的转动部传动连接，以使所述支撑组件的转动部能够带动所述平移驱动组件和所述牵引组件同时转动。

根据本发明提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，所述支撑组件包括第一旋转支架和第二旋转支架，所述第一旋转支架和所述第二旋转支架上分别设有转动盘，所述第一旋转支架和所述第二旋转支架同轴线设置，并在所述第一旋转支架和所述第二旋转支架之间构造有能够容纳多个所述平移驱动组件和所述牵引组件的容置腔；

其中，所述牵引组件布置在所述转动盘中心上，多个所述平移驱动组件均匀分布在以所述转动盘中心为轴线的一周上，进而通过转动盘带动所述平移驱动组件和所述牵引组件转动。

根据本发明提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，所述平移驱动组件包括驱动部和平移执行机构；

所述驱动部的输出端与所述平移执行机构连接，所述平移执行机构与所述牵引组件连接，以通过所述驱动部驱动所述平移执行机构移动，从而带动所述牵引组件移动。

根据本发明提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，所述平移执行机构包括连接板，以及设于所述连接板上的导向光轴、直线位移传感器、丝杠、固定件和拉压力传感器；

所述固定件与所述牵引件固定连接；

所述丝杠与所述驱动部连接，以通过所述驱动部驱动所丝杠转动，进而使所述固定件能够移动；

所述直线位移传感器固定设于所述连接板上；

所述拉压力传感器设于所述连接板和所述固定件之间；

所述导向光轴贯穿所述连接板，以使所述连接板能够沿所述导向光轴移动。

根据上述任一实施例，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，通过将柔性手术器械中的柔性体配置为圆台形结构的锥形柔性体，通过锥形柔性体的大径端能够提供较好的支撑力，使得整体具有较好的结构刚度，小径端能够具有较好的灵活性，使得锥形柔性体整体兼具较好的灵活性和较好的刚度。且在锥形柔性体的近端、中间和远端分别连接有近端卡件、中间卡件和远端卡件，中间卡件和远端卡件分别与一级牵引单元和二级牵引单元连接，使得锥形柔性体具有两级的自由度调节方式；并具体能够通过六组的牵引件实现本发明的六个自由度进行弯曲运动，确保了其灵活性。进一步地，锥形柔性体还与旋转驱动组件连接，使得锥形柔性体能够进行旋转运动，进而实现了七个自由度的运动。

由上述可知，本发明提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，能够提升柔性体的结构刚度，使其兼具灵活性和较大的结构刚度，具有较大的可操控范围，能够满足不同的实际手术需求，丰富了微创手术器械的应用场景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的锥形柔性体的具体结构示意图；

图2是本发明提供的锥形柔性中中间件的具体连接示意图；

图3是本发明提供的七自由度柔性手术器械的立体结构示意图；

图4是本发明提供的平移驱动组件连接的结构示意图；

图5是本发明提供的平移驱动组件具体连接的结构示意图；

图6是本发明提供的固定件与牵引组件连接的结构示意图；

图7是本发明提供的远端卡件的具体结构示意图；

图8是本发明提供的中间卡件的连接结构示意图；

图9是本发明提供的近端卡件的连接结构示意图；

图10是本发明提供的近端卡件的具体结构示意图。

附图标记：

100：锥形柔性体；110：刚性套管；120：近端卡件；1201：限位槽孔；130：可形变连接件；140：远端卡件；1401：连接插孔；150：中间卡件；

200：驱动机构；210：平移驱动组件；211：连接板；212：直线位移传感器；213：导向光轴；214：丝杠；215：拉压力传感器；216：固定件；220：旋转驱动组件；221：电机；222：连轴器；223：第一同步轮；224：第二同步轮；225：稳定支架；230：牵引组件；2301：一级牵引单元；2302：二级牵引单元；2311：牵引件；

300：底座；400：支撑组件；410：第一旋转支架；4101：第一转动盘；420：第二旋转支架；4201：第二转动盘。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本说明书的描述中，参考术语“具体的实施例”、“一些实施例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1-图4描述本发明的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，该七自由度柔性手术器械构造为能够应用于微创手术中，尤其能够适于需要较大末端作用力的微创手术应用中。包括锥形柔性体100和驱动机构200；锥形柔性体100包括可形变连接件130、刚性套管110、近端卡件120、中间卡件150和远端卡件140，中间卡件150设于近端卡件120和远端卡件140之间，可形变连接件130的两端分别与近端卡件120和远端卡件140连接，近端卡件120与刚性套管110连接，远端卡件140自由伸出。

驱动机构200包括旋转驱动组件220、平移驱动组件210和牵引组件230；旋转驱动组件220和刚性套管110传动连接，以驱动锥形柔性体100旋转；牵引组件230包括一级牵引单元2301和二级牵引单元2302，一级牵引单元2301与中间卡件150连接并经近端卡件120和刚性套管110与平移驱动组件210相连接，二级牵引单元2302与远端卡件140连接并经中间卡件150、近端卡件120和刚性套管110与平移驱动组件210连接，以通过平移驱动组件210驱动一级牵引单元2301或二级牵引单元2302中的任一牵引单元移动，进而控制锥形柔性体100弯曲形变。

其中，牵引组件230配置有六组牵引件2311，六组所述牵引件2311分别设于锥形柔性体100的六个不同的动作方向，且每一牵引件2311各自连接有平移驱动组件210，以通过各自连接的平移驱动组件210驱动所述牵引件2311移动，进而控制所述锥形柔性体100能够沿六个不同的方向弯曲形变。

本发明中近端表示靠近与驱动机构200连接的一端，远端表示远离驱动机构200自由伸出的一端。所以上述实施例中锥形柔性体100具有近端和自由伸出的远端，并在近端上设有近端卡件120，在远端上设有远端卡件140，在近端和远端之间设有中间卡件150，近端卡件120和远端卡件140之间通过可形变连接件130连接起来形成了圆台状的锥形柔性体100，圆台形的结构中的近端能够为锥形柔性体100提供较好的支撑，而圆台形结构的远端具有较好的灵活性，而在中间设置中间卡件150的方式能够进一步加强支撑效果，使得本发明的锥形柔性体100具有更好的刚度。且，如图1所示，通过在中间卡件150和远端卡件140上分别连接牵引件2311，使得锥形柔性体100能够进行两级的操作，并能够通过六组牵引件2311的设置实现六个自由度的弯曲形变操作。

可以理解的是，锥形柔性体100的远端直径小于锥形体的近端直径。具体的，锥形柔性体100的近端与刚性套管110连接，远端自由伸出，这种方式使得近端能够提供较大的支撑力，使得整体具有较大的结构刚度，能够承载较大的末端受力，而远端又具备较高的灵活性，从而确保了本发明的锥形柔性体100在具有灵活性的情况下还具有较大的结构刚度。

其中，在本实施例中，继续如图1所示，一级牵引单元2301和二级牵引单元2302中任一牵引单元至少配置有一组牵引件2311，以确保能够进行两级自由度的操作。且，对于一级牵引单元2301和二级牵引单元2302上牵引件2311的具体配置数量不作限定。例如，可以是在一级牵引单元2301上配置两组牵引件2311，对应在二级牵引单元2302上配置四组牵引件2311。也可以是在一级牵引单元2301上配置一组牵引件2311，在二级牵引单元2302上配置五组牵引件2311。

牵引件2311可以是细长轴结构或牵引绳中的任一种结构，在此不作限定。牵引件2311作为远端卡件140和中间卡件150两者与平移驱动组件210之间的关联部件，能够在平移驱动组件210的驱动下沿水平方向移动，进而能够驱使锥形柔性体100进行弯曲形变，并通过六组牵引件2311和平移驱动组件210的设置以实现六个自由度的弯曲形变控制。

具体的示例，一级牵引单元2301和二级牵引单元2302内各自配置有三组牵引件2311。一级牵引单元2301和二级牵引单元2302上相同牵引件2311的布置能够使得牵引件2311的分布更加均匀，能够具有更广自由度的调节范围。

可以理解的是，六组牵引件2311分为了一级牵引单元2301和二级牵引单元2302，而一级牵引单元2301和二级牵引单元2302连接的中间卡件150和远端卡件140分别位于柔性锥形体的不同位置。也就是，能够通过一级牵引单元2301和二级牵引单元2302分别对于锥形柔性体100不同部位进行牵引发生弯曲形变，进一步提升了本发明中锥形柔性体100的灵活性，提升了其适用范围。

其中，平移驱动组件210可以是滚珠丝杠214机构、齿轮齿条机构和液压缸中的任一种，在此不作限定。可以预见的是，在平移驱动组件210的驱动下，牵引组件230能够在水平方向移动，而牵引组件230的一端设于远端卡件140上，牵引组件230的另一端设于平移驱动组件210上，那么在拉力的作用下锥形柔性体100能够沿具有牵引组件230一侧的方向发生弯曲形变。

可以理解的是，可形变连接件130作为锥形柔性体100的主体支撑结构，其整体构造为圆台形结构，牵引件2311在进行水平移动时能够驱使对应连接侧的可形变连接件130进行弯曲形变，进而实现了锥形柔性体100在对应动作方向上的弯曲形变。

本发明中牵引件2311设置为六组，六组牵引件2311分别布置在锥形柔性体100的不同部位，且六组牵引件2311分别布置于六个不同的方向，使得锥形柔性体100具有六个不同方向上的自由度，提升了器械的操控范围。具体地，六组牵引件2311分为一级牵引单元2301和二级牵引单元2302，一级牵引单元2301均匀布置在锥形柔性体100中部的一周上，二级牵引单元2302均匀布置在锥形柔性体100自由伸出一端的一周上，使得锥形柔性体100能够在不同部位的六个方向上发生弯曲形变，以达到对于锥形柔性体100的灵活控制的目的。

一些示例中，如图7-图10所示，远端卡件140靠外侧壁上具有连接插孔1401，连接插孔1401容许牵引件2311的一端伸入并进行固定连接。如图8所示，中间卡件150的内壁一周上设有沿轴向贯穿的定位槽孔，定位槽孔容许牵引件2311插入或通过。如图9所示，近端卡件120的外侧壁一周上设有沿轴向贯穿的限位槽孔1201，限位槽孔1201容许牵引件2311通过。

具体的示例，如图7所示，远端卡件140为圆环状结构，沿远端卡件140的轴向加工有多个连接插孔1401，牵引件2311的一端插入到连接插孔1401中实现与远端卡件140的固定连接。如图9、图10所示，近端卡件120沿轴向上设有限位槽孔1201，限位槽孔1201实现对于牵引组件230的限位，使得牵引组件230在进行移动时沿限位槽孔1201的延伸方向进行移动，确保了锥形柔性体100弯曲形变方向的精准性，提升了锥形柔性体100弯曲变形的稳定控制。

具体的示例，如图2所示，可形变连接件130包括圆锥螺旋弹簧，圆锥螺旋弹簧构造有小径端和大径端，圆锥螺旋弹簧的小径端与远端卡件140连接，圆锥螺旋弹簧的大径端与近端卡件120连接，中间卡件150设于圆锥螺旋弹簧的内部。

可以理解的是，圆锥形螺旋弹簧具有较好的机构刚度，且圆锥形螺旋弹簧的小径端相对于大径端具有更好的灵活性，能够在圆锥形螺旋弹簧的各个径向的方向上发生弯曲形变，以使得可形变连接件130具有较好的刚度和较好的灵活性。而大径端能够提供较好的支撑，使得整体具有较强的结构刚度，能够适用于大作用力矩的场景。进一步，中间卡件150设于圆锥形螺旋弹簧的内部，能够进一步提升锥形柔性体100的结构刚度，同时，中间卡件150上连接有牵引件2311，使其能够具有较好的灵活性。

进一步地，圆锥形螺旋弹簧的选用使其能够通过调节其弹簧丝直径，弹簧节距等实现对于锥形柔性体100的结构刚度的调节，能够使其具有较好的结构刚度以及灵活性。

具体的示例，牵引件2311包括牵引束，牵引束包括一根或多根金属丝。

其中，多根金属丝表示两个及以上数量的金属丝，且金属丝为超弹性材质的金属丝。牵引组件230连接远端卡件140，通过牵引组件230的移动实现锥形柔性体100的弯曲形变。优选地，选用两根超弹性金属丝作为牵引束，采用超弹性金属丝牵引锥形柔性体100结构，兼具灵活性和刚性，实现四个自由度运动，且可承受力矩大。

可以理解的是，在本实施例中，平移驱动组件210通过施加拉力的方式实现对于锥形柔性体100弯曲形变的控制。而同一牵引束中多根金属丝能够使其具有更大的承载能力，进而提升了器械的作用范围。

进一步地，当牵引件2311为牵引束时采用圆锥形螺旋弹簧作为可形变连接件130。可以预见的是，当通过对牵引束施加拉力时圆锥形螺旋弹簧的小径端能够在拉力的作用下发生形变，从而实现各个自由度上操作的控制，而当取消施加的拉力时圆锥形螺旋弹簧能够自行进行复位，保持初始状态，使其更易控制，能够利用其圆锥形螺旋。

一些示例中，如图3所示，还包括底座300和支撑组件400，支撑组件400设于底座300上；其中，支撑组件400具有固定部和转动部，旋转驱动组件220设于支撑组件400的固定部上，平移驱动组件210和牵引组件230设于支撑组件400的转动部上，旋转驱动部与支撑组件400的转动部连接，以使转动部转动从而带动平移驱动组件210和牵引组件230同时转动。

可以理解的是，通过将平移驱动组件210和牵引组件230均设于支撑组件400的转动部上，使得在转动时平移驱动组件210和牵引组件230一起转动，由上述实施例可知，牵引组件230与平移驱动组件210连接，这使得在转动时平移驱动组件210和牵引组件230能够同时转动，从而避免了牵引束的相互缠绕，便于器械在转动方向的准确执行。

且，底座300为整个器械提供支撑，而底座300上的支撑组件400直接实现对于驱动机构200的支撑以及能够实现平移驱动组件210和牵引驱动组件的转动，使得整体器械结构紧凑，整体的结构体积小，灵活性强，刚度大，准确性高。

具体的示例，支撑组件400包括第一旋转支架410和第二旋转支架420，第一旋转支架410和第二旋转支架420上分别设有转动盘，且在第一旋转支架410和第二旋转支架420之间构造有能够容纳平移驱动组件210和所述牵引组件230的容置腔，其中，如图4所示，牵引组件230布置在转动盘中心上，多个平移驱动组件210均匀分布在以转动盘中心为轴线的一周上，以通过转动盘带动平移驱动组件210和牵引组件230转动，进而通过转动盘带动平移驱动组件210和牵引组件230转动。

上述实施例中，第一旋转支架410和第二旋转支架420通过螺栓固定连接于底座300上，在第一旋转支架410和第二旋转支架420上的转动盘构造为容置腔的两侧，在一侧的转动盘上设置有驱动组件，驱动组件能够在容置腔中实现水平方向上的位移，进而能够带动牵引组件230在水平方向实现预定的位移量。

进一步地，继续如图1所示，牵引组件230穿设于转动盘的中心，而六组平移驱动组件210分别均匀布置在牵引组件230的一周上，使得整体呈中心对称，提高了临床应用的便捷性和适用性，提高微创手术的可操作性。

具体的示例，本发明中的旋转驱动组件220包括电机221、连轴器222、同步轮和轴承；连轴器222与电机221的输出端连接；同步轮包括第一同步轮223和第二同步轮224，第一同步轮223和第二同步轮224传动连接；其中，第一同步轮223与连轴器222连接，第二同步轮224与轴承连接，轴承与所述刚性套管110连接。

进一步地，电机221连接于第一旋转支架410的底部，在电机221对应的第二旋转支架420上构造有工艺孔，通过该工艺孔能够实现电机221与外部控制器、供电设备等的电性连接。连轴器222一端与电机221输出轴连接，另一端与第一同步轮223连接。

更具体的示例中，第一同步轮223和第二同步轮224通过履带实现传动连接，且第一同步轮223的一端还连接转动连接有稳定支架225，稳定支架225固定连接于底座300上，在稳定支架225上设有转动轴承，通过转动轴承实现第一同步轮223与稳定支架225之间的转动连接。

可以理解的是，上述实施例中电机221可以是伺服电机，伺服电机可以根据接受的脉冲数量进行转动，能够便于控制转动参数，进而实现精准的驱动。

一些示例中，平移驱动组件210包括驱动部和平移执行机构；驱动部的输出端与平移执行机构连接，平移执行机构与牵引组件230连接，以通过驱动部驱动平移执行机构移动，从而带动牵引组件230移动。

具体地，第一旋转支架410上通过轴承可转动连接有第一转动盘4101，在第二旋转支架420上通过轴承可转动连接有第二转动盘4201。其中，驱动部本体连接于第二转动盘4201上，驱动部的输出轴与平移执行机构连接，以通过驱动部输出轴的动作实现平移连接。

上述实施例中，驱动部可以是电机221以及液压缸，以实现对于平移执行机构的拉动。

进一步地，如图5、图6所示，上述实施例中的平移执行机构包括连接板211以及设于连接板211上的丝杠214和固定件216；固定件216与牵引组件230固定连接；丝杠214与驱动部连接，以通过驱动部驱动所丝杠214转动，进而使固定件216能够移动。

平移执行机构还包括设于连接板211上的导向光轴213、直线位移传感器212和拉压力传感器215，直线位移传感器212固定连接于所述连接板211上，所述拉压力传感器215设于所述连接板211和所述固定件216之间，所述导向光轴213贯穿所述连接板211，以使连接板211能够沿导向光轴213移动。

具体地，如图1所示，第一旋转支架410上设有第一转动盘4101，第二旋转支架420上设有第二转动盘4201，在第一转动盘4101的外侧面连接有定位轴，定位轴上连接有第二同步轮224，且刚性套管110通过定位轴实现与第一转动盘4101的连接。在第一转动盘4101和第二转动之间设有三组平移执行机构，三组平移执行机构均布于第一转动盘4101和第二转动盘4201之间，各自的平移执行机构分别与牵引束连接。

其中，导向光轴213设于第一转动盘4101和第二转动盘4201之间，连接板211可滑动设于导向光轴213上，丝杠214穿过连接板211并使其一端与驱动部连接，以通过丝杠214的转动而驱动连接板211沿导向光轴213移动，进而带动牵引束移动实现锥形柔性的弯曲形变。

可以理解的是，对于上述实施例中，驱动部可以采用伺服电机，伺服电机可以通过接受的脉冲数量进行转动，以便于控制丝杠214进行转动，实现精确的移动量控制。

如图3所示，具体的示例中，直线位移传感器212设于连接板211的上端，固定件216设于连接板211的下端，丝杠214设于靠近固定件216一侧的连接板211上，导向光轴213设于直线位移传感器212与丝杠214之间的连接板211的板体上。

其中，导向光轴213为两根，两根导向光轴213并列设于连接板211的板体上，通过两根导向光轴213的设置能够对连接板211提供稳定的支撑和导向，使得连接板211在滑动时更加稳定。固定件216的一端与拉压力传感器215连接，固定件216的另一端竖直向下延伸并与牵引束固定连接，拉压力传感器215固定设于连接板211的上，使得在固定件216被带动对牵引束进行拉动时能够通过拉压力传感器215监测具体的拉压力，进而能够通过监测拉压力来实现。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式采用了圆台形结构的锥形柔性体100，通过圆台形锥形柔性体100的设置，使其相比与圆柱形的柔性体具有更高的结构刚度，能够承受更大的受力矩力，使其适用范围更广。进一步，通过在同一柔性体的三个不同的方向设置牵引束使其具有多自由度的操作空间，进一步提升其适用范围。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，其特征在于，包括：锥形柔性体和驱动机构；

所述锥形柔性体呈圆台状，包括可形变连接件、刚性套管、近端卡件、中间卡件和远端卡件，所述中间卡件设于所述近端卡件和所述远端卡件之间，所述可形变连接件的两端分别与所述近端卡件和所述远端卡件连接，所述近端卡件与所述刚性套管连接，所述远端卡件自由伸出；

所述驱动机构包括旋转驱动组件、平移驱动组件和牵引组件；所述旋转驱动组件和所述刚性套管传动连接，以驱动所述锥形柔性体旋转；所述牵引组件包括一级牵引单元和二级牵引单元，所述一级牵引单元与所述中间卡件连接并经所述近端卡件和所述刚性套管与所述平移驱动组件相连接，所述二级牵引单元与所述远端卡件连接并经所述中间卡件、所述近端卡件和所述刚性套管与所述平移驱动组件连接，以通过所述平移驱动组件驱动所述一级牵引单元或二级牵引单元中的任一牵引单元移动，进而控制所述锥形柔性体弯曲形变；

其中，所述牵引组件配置有六组牵引件，六组所述牵引件分别设于所述锥形柔性体的六个不同的动作方向，且每一所述牵引件各自连接有所述平移驱动组件，以通过各自连接的所述平移驱动组件驱动所述牵引件移动，进而控制所述锥形柔性体能够沿六个不同的方向弯曲形变。

2.根据权利要求1所述的基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，其特征在于，所述一级牵引单元和所述二级牵引单元内各自配置有三组所述牵引件。

3.根据权利要求1或2所述的基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，其特征在于，所述牵引件包括牵引束，所述牵引束包括一根或多根金属丝。

4.根据权利要求1所述的基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，其特征在于，所述远端卡件靠外侧壁上具有连接插孔，所述连接插孔容许所述牵引件的一端伸入并与之固定连接；

所述近端卡件的外侧壁一周上设有沿轴向贯穿的限位槽孔，所述限位槽孔容许所述牵引件通过；

所述中间卡件的内壁一周上设有沿轴向贯穿的定位槽孔，所述定位槽孔容许所述牵引件插入或通过。

5.根据权利要求1所述的基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，其特征在于，所述可形变连接件包括圆锥螺旋弹簧，所述圆锥螺旋弹簧构造有小径端和大径端；

其中，所述圆锥螺旋弹簧的小径端与所述远端卡件连接，所述圆锥螺旋弹簧的大径端与所述近端卡件连接，所述中间卡件设于所述圆锥螺旋弹簧的内部。

6.根据权利要求1所述的基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，其特征在于，所述旋转驱动组件包括电机、连轴器、同步轮和轴承；

所述连轴器与所述电机的输出端连接；

所述同步轮包括第一同步轮和第二同步轮，所述第一同步轮和所述第二同步轮传动连接；

其中，所述第一同步轮与所述连轴器连接，所述第二同步轮与所述轴承连接，所述轴承与所述刚性套管连接。

7.根据权利要求1所述的基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，其特征在于，还包括底座和支撑组件，所述支撑组件设于所述底座上；

其中，所述支撑组件具有固定部和转动部，所述旋转驱动组件设于所述支撑组件的固定部上，所述平移驱动组件和所述牵引组件设于所述支撑组件的转动部上，所述旋转驱动组件与所述支撑组件的转动部传动连接，以使所述支撑组件的转动部能够带动所述平移驱动组件和所述牵引组件同时转动。

8.根据权利要求7所述的基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，其特征在于，所述支撑组件包括第一旋转支架和第二旋转支架，所述第一旋转支架和所述第二旋转支架上分别设有转动盘，所述第一旋转支架和所述第二旋转支架同轴线设置，并在所述第一旋转支架和所述第二旋转支架之间构造有能够容纳多个所述平移驱动组件和所述牵引组件的容置腔；

其中，所述牵引组件布置在所述转动盘中心上，多个所述平移驱动组件均匀分布在以所述转动盘中心为轴线的一周上，进而通过转动盘带动所述平移驱动组件和所述牵引组件转动。

9.根据权利要求7所述的基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，其特征在于，所述平移驱动组件包括驱动部和平移执行机构；

所述驱动部的输出端与所述平移执行机构连接，所述平移执行机构与所述牵引组件连接，以通过所述驱动部驱动所述平移执行机构移动，从而带动所述牵引组件移动。

10.根据权利要求9所述的基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，其特征在于，所述平移执行机构包括连接板，以及设于所述连接板上的导向光轴、直线位移传感器、丝杠、固定件和拉压力传感器；

所述固定件与所述牵引件固定连接；

所述丝杠与所述驱动部连接，以通过所述驱动部驱动所丝杠转动，进而使所述固定件能够移动；

所述直线位移传感器固定设于所述连接板上；

所述拉压力传感器设于所述连接板和所述固定件之间；

所述导向光轴贯穿所述连接板，以使所述连接板能够沿所述导向光轴移动。