CN114271938A - 柔性机械臂 - Google Patents

Abstract

一种柔性机械臂，可主要应用在消化内镜手术中。机械臂的各骨节在两个相对的端面上，形成有沿正交的径向延伸的配合凸台(402)和配合凹槽(403)以及其余的朝向另一端面侧倾斜的坡面，使得各骨节能沿轴向彼此靠近而扣接在一起并沿配合凸台相对摆动。利用传动箱(600)及控制侧的驱动单元来驱动贯通穿线孔(401)的四根驱动绳(104)来辅助机械臂至少能够向两个方向弯曲摆动，可对驱动绳(206)进行直进与旋转驱动，可带动末端夹持机构(100)的张合运动与自转，由此可使夹持机构的弯转运动更灵活可控。

Description

柔性机械臂

技术领域

本发明涉及一种医疗器械，尤其涉及一种用于自然腔道手术的柔性手术器械。

背景技术

传统的内镜下粘膜切割手(ESD手术)，是由消化科医生在消化内镜的辅助下完成对病变组织的切除手术。目前市面上用的大多数是单器械通道的内窥镜，自由度不足，操作难度高，只能满足对病变粘膜的切割，无法在对其切割的时候实现提拉动作，因此整个手术过程中对医生个人技能及经验要求很高，增加了手术的并发症风险及手术时间。虽然市面上有双器械通道的消化内镜在使用，但其两个通道的同轴性，使得提拉和切割组织时不方便，同样造成手术并发症提高。

在专利文献CN113017838A中公开了一种柔性机械臂及手术设备，其能基本满足对目标粘膜提拉的功能，然而由于采用了两段骨节组件来对应不同的摆动方向，导致骨节部分过长，容易影响电刀的操作；位于远端的一段骨节组件也会有操控不灵敏的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现多个自由度的柔性机械臂，从而能够使夹持机构的弯转运动更灵活可控。

根据本发明，提供一种柔性机械臂，包括：执行末端和用于驱动该执行末端摆动的骨节组件，该骨节组件具有多个骨节单元，各骨节单元构成为具有沿所述轴向延伸的柱状单元体部以及分别位于该单元体部的轴向一侧的第一端面与相对的另一侧的第二端面，其中在所述第一端面上凸起地形成有沿第一径向延伸的配合凸台，在所述第二端面上凹入地形成有沿第二径向延伸的配合凹槽，所述第一径向与所述第二径向彼此正交，所述配合凸台与所述配合凹槽具有当相邻的两个骨节单元沿所述轴向彼此靠近时能够搭接在一起使得彼此能够沿所述配合凸台的周侧面相对摆动的曲面轮廓。

优选地，配合凸台横截面轮廓曲线弧度小于半圆。

优选地，还包括分别穿过第一孔的第一驱动绳，第一驱动绳包括：线体和形成于线体一端的球体状的球头。

根据本发明，提供了一种柔性机械臂，可应用在自然腔道手术中，有效地改善夹持机构的弯转运动灵活可控性。通过在各骨节单元两个相对的端面上，形成有正交地延伸的配合凸台和配合凹槽以及其余的朝向另一端面侧倾斜的坡面，在驱动绳的牵引下，使得各骨节能沿轴向彼此靠近而扣接或搭接在一起并沿配合凸台相对摆动。

附图说明

图1示意性地示出根据本发明的柔性机械臂(简称柔性臂)。

图2示意性地示出该柔性臂的传动箱与驱动单元的局部连接关系的侧视图。

图3示意性地示出该柔性臂的远侧部分。

图4示意性地示出柔性臂的钳头组件及其周围的结构的立体图。

图5示意性地示出钳头组件及其周围结构的剖视图。

图6示意性地示出从图5的左侧观察的局部向视图。

图7-8示意性地示出柔性臂的远侧部分的剖视图。

图9-11示意性地示出骨节单元的立体图。

图12示意性地示出相邻两个骨节单元之间的扣接关系立体图。

图13示意性地示出毛细钢丝绳与骨节组件的组装原理立体图。

图14示意性地示出毛细钢丝绳远侧部分的微型球头结构。

图15示意性地示出柔性臂的连接软管的局部立体图。

图16示意性地示出该柔性臂的传动箱的内侧立体图。

图17示意性地示出从斜上方观察的驱动***的立体图。

图18示意性地示出观察驱动***的上连接层时的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的示例性实施例。下文描述的和附图示出的示例性实施例旨在教导本发明的原理，使本领域技术人员能够在若干不同环境中和对于若干不同应用实施和使用本发明。因此，本发明的保护范围由所附的权利要求来限定，示例性实施例并不意在、并且不应该被认为是对本发明保护的范围的限制性描述。

在此，为便于描述以更好地理解本申请方案，用近侧、近端、近端侧表述医疗器械在使用时的沿柔性臂纵长轴线靠近操作者的方向或位置，而远侧、远端、远端侧对应于使用时沿轴线远离操作者的一侧。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“中”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、或按特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示的柔性机械臂，包括柔性臂500及传动箱600，因其一次性使用性质，亦称为手术设备的耗材部分。

如图2所示，传动箱600经由卡扣609等卡接于驱动单元610的上连接层601。该驱动单元610与传动箱600经由二者之间的联动机构构成柔性臂的驱动***，驱动柔性臂远侧的钳头部件100动作。

柔性臂的远侧部用于实现内镜切割手术时的提拉动作，图3中所例示的柔性臂，构成为包括：具有钳头组件101和钳头旋转单元102的钳头部件100、骨节部103、毛细钢丝绳104、导向管105、外套软管106和钢丝绳206，用以实现钳口开合、钳口旋转、整体上下摆动、整体左右摆动、整体前后伸缩。在此以上下、左右、前后为例以便于描述不同的自由度，但具体的相对方向、方位并不限于此。

如图4-5所示，由钳头201A、钳头202B、两个连杆203四者组成的四边形连杆结构200，分别经由钳头固定点209、连杆座固定点211可枢转地固定于钳头座204、连杆座205，从而可借助由钢丝绳206传递的来自近侧操作的推、拉驱动力，使由钳头201A、钳头202B构成的钳头组件101实现开合运动，在手术时提拉组织。

其中，钳头固定点209将钳头201A、钳头202B可枢转地固定于钳头座204，钢丝绳206可前后移动地以推动或拉动的方式带动连杆结构200实现钳头201A、钳头202B的类似剪刀结构的开、合运动。其中，钢丝绳206的远侧端与连杆座205直接或间接连接，将来自近端侧的动力穿过钳头座204的近侧底部孔而传递给连杆结构200。

图6示出的钳头鼠齿207A、钳头鼠齿208B选择使用类似鼠齿的结构，为了保持较大的夹持力、合适的钳头尺寸，优选将鼠齿周围的包络结构设计成类似椭圆以减少锐利面，减少阻力。

图7、8示出的钳头旋转单元102利用微型滚珠轴承301的内圈、外圈之间的相对转动，实现钳头组件101绕自身纵轴线的自转运动。

例如，钳头座204通过激光焊接在微型滚珠轴承301内圈侧，滚珠轴承301的外圈侧与靠远侧的柔性臂体部(在此为骨节连接件3022)通过激光焊接。

当钢丝绳206接受来自近侧的控制驱动端的扭矩时，就可带动钳头组件101整体以及微型滚珠轴承301内圈相对于外圈侧旋转，实现钳头组件101绕自身轴线的自转运动。

由于微型滚珠轴承301的存在，骨节连接件3022以后的近侧部分不必为实现上述第Ⅱ自由度而旋转，从而减少与周围环境之间不必要的阻力与摩擦。

优选地，穿设于骨节部103与外套软管106内侧的钢丝绳206尺寸为特殊定制，例如，钢丝绳206的横截面直径为0.3-0.5mm，从而可平衡两个方向的弯曲程度及灵活性。另外材料不限于钢材，也可为其它合适的生物相容性材料，既能传递一定扭矩，又保持柔性不影响柔性臂摆动。

根据本发明的骨节组件，所例示的骨节部103包括：上述骨节连接件3022及依次布置于其远侧的多个骨节单元400和骨节连接件3031。

在骨节连接件3031的外侧，还包裹有向近侧延伸的外套软管106，可采用生物瞬干胶固定来实现包裹。通过选用表面光滑、弹性适中的材料，使得其既能在内窥镜腔道中顺利穿过，又能在承受适当的张紧力的情况下没有过量形变。

在骨节部103的内侧穿设有导向管105，它的两端可分别限位于骨节连接件3022、3031内，内侧供钢丝绳206穿过，从而可在内、外侧同时起到导向作用。在此，导向管105的远、近端优选终止且固定于骨节连接件3022、3031内。

优选地，导向管105的外径与骨节部103尤其是各骨节单元400的内径尺寸相同或稍大，使得可以沿其外周轴向整齐排列多个骨节单元400，并利用多根毛细钢丝绳104将多个骨节单元400串接成彼此相邻的一列骨节组件。

一列骨节组件中的各个骨节单元400至少在轴向上的相同侧端面具有相同的轮廓形状，虽然各单元的轴向长度不限于相同但优选彼此一致，从而各个骨节单元可以采取完全相同的结构形状与尺寸，有利地实现通用性，并可以根据需要选定适当的个数进行组装，只要以绕自身轴线的相位彼此交错的方式串联排列。

该实施例中共设7个骨节单元400：骨节131～137，由4根毛细钢丝绳104串接成一列。

图9示出一个骨节131，形成为沿轴向以具有外柱面406与内侧管孔408的大致圆筒体或棱柱形式延伸的块体单元。

该外柱面406的外径尺寸略小于内窥镜通道(未示出)直径，例如2.5mm～3.2mm，可在内窥镜通道内自由进出。

管孔408贯通于单元的中央以供导向管105穿过，内周面构成为可贴合于导向管105的外周面的弹簧管配合面407，以保持各骨节单元400之间不会出现错位。

在图10中示出的上表面404侧，在管孔408两侧对称形成的坡面4041、4042之间，桥接形成有鼓起的配合凸台402，该配合凸台402具有横截面优选约小于半圆柱的弧形角度α，沿半圆柱的轴向(对应单元的径向)由管孔408隔断成为两个配合凸台4021、4022。在朝向下端面倾斜的两个上坡面4041、4042上，还分别开设有两个贯通的穿线孔401，供毛细钢丝绳104穿过。

在图11中示出的下表面405侧，代替图10中鼓起的配合凸台402，形成有形状与该配合凸台402相适配的配合凹槽403。类似地，该配合凹槽403由管孔408隔断成为两个配合凹槽4031、4032。相应地，在配合凹槽403的横向两侧，形成有随着远离凹槽而朝向另一端面倾斜的坡面4051、4052。

图12中示出了相邻骨节单元400之间的上、下配合模式。上一单元与下一单元的配合凸台402的轴向投影彼此交叉，优选正交。此时，各个孔401分布于单元体部的由配合凸台402与配合凹槽403的轴向投影所划分的四个区域中。

换句话说，在将两个形成有相同的配合凸台402(以及配合凹槽403)的骨节单元400装配到一起时，将其中一者相对另一者绕轴向偏转90度的相位差即可。所谓相位差，即是指配合凹槽403所在的假想圆柱体的轴向相对于配合凸台402所在的假想圆柱体的轴向绕骨节单元400的轴向的偏离角度。

而且，只需要一者沿轴向靠近另一者，即可将其中一方的配合凸台402与另一方的配合凹槽403扣接到一起，在二者的对应的上表面404与下表面405之间，形成供整体摆动或局部滚动的避让空间，即间隙部409，允许骨节组件整体弯曲。

由此，要使骨节部103摆动时，可由毛细钢丝绳104驱动一者的配合凸台402在另一者的配合凹槽403中滚动来实现，反之亦然。

为此，配合凸台402的截面轮廓弧形的角度α，即与两侧的上坡面4041、4042的桥接线411、412之间的弧度，优选设置为小于180度但不限于此，优选小于160但大于60度。而图12中示出二者相接触面的轮廓线弧度β小于α，优选小于α/2但大于α/4。

例如，一个骨节单元400的配合凹槽403的槽底面形成为与相邻的另一个骨节单元400的配合凸台402的凸顶面以至少60度但不大于90度的弧度面接触。

此外，图11中示出的两个坡面4051、4052与配合凹槽403的槽底面之间，还可以形成有过渡曲面4033，以更为顺畅地摆动。

作为一例，优选配合凸台402的弧面曲率直径为0.6-1.0mm，例如0.8mm，圆弧角度α不超过180°，允许相邻的两个骨节单元沿轴向直接搭接式安装使用，并且所形成的骨节组件的弯曲角度较大，各骨节单元400之间能达到30°。

根据该实施例的骨节组件，各骨节单元400之间上表面404与下表面405初始呈现60度角，弯曲后最大角度为30度。累计两个方向各4个弯折角度，共8个。每个弯折角度为30度，投影到毛细钢丝绳104控制方向，累计最大角度为166度。

由于在实心的配合凸台402与配合凹槽403中不存在例如用作穿线孔401的通孔，从而可以进一步确保相邻骨节单元400之间更为平滑的相对偏转而且不易脱离接合。

本发明还涉及一个驱动单元，用于控制包括柔性臂的微型柔性手术执行机构的整体前后进给运动，如后述。

如图13、14所示，在毛细钢丝绳104的远端，一体地形成有大致球形的球头141。通过将各根毛细钢丝绳104从近端依次穿过骨节131～137的穿线孔401，即可得到图13所示的结构。

毛细钢丝绳104的线体142与球头141由同一种材料形成，例如不锈钢。优选地，线体142由一根或几根钢丝制成，例如，由截面为1*7的7根钢丝，或1*19的19根钢丝，或7*7的49根钢丝绕制而成，通过使线体142的一端头自身融化成球头，待冷却后获得球头141与线体142绳身之间连接牢固的毛细钢丝绳104。

在线体142的外侧还可套有例如外径0.6mm，内径0.4mm的聚四氟乙烯套管(未示出)，用以减小阻力和摩擦，从而可减小线体142与穿线孔401之间的摩擦，防止由于骨节贴合摩擦导致线体142断裂，如此还可以起到绝缘、防止钢丝绳与带电手术器械可能的碰触。

在此以钢丝材质为例进行了说明，当然并不限于此，还可以是镍钛合金材质等适当的金属材料或非金属材料或复合材料。

如图8所示的骨节组件包括：骨节连接件3022、各骨节单元400(骨节131～137)、骨节连接件3031和导向管105。

导向管105优选由具有弹性的材料构成，可形成为导向弹簧管。

在骨节连接件3022与骨节连接件3031上皆形成有供线体142穿过的微孔(未示出)。至少骨节连接件3022的微孔直径小于球头141直径，阻止球头141的通过。例如，球头141的直径小于1mm，但大于微孔的孔径0.7mm。从而能够部分地座落于微孔上，实现对毛细钢丝绳104的远端定位、限位从而可靠地对毛细钢丝绳104进行牵拉。

在线体142穿过骨节连接件3022的微孔后，将各骨节131～137和骨节连接件3031套装于各毛细钢丝绳104。导向管105则相应地至少插装穿过各管孔408。

由此，相邻的骨节单元400之间通过配合凸台402与配合凹槽403之间的搭接以及间隙部409，使得各骨节单元400之间可由毛细钢丝绳104驱动沿圆弧形式的配合曲面摆动。

当在驱动件的驱动下将周向任意相邻的两根，例如，毛细钢丝绳1042、1043向近侧回拉时，将至少带动骨节131、132相对于骨节133借助于在骨节132、133之间的配合凸台402与配合凹槽403的相对滚动而产生向跟前侧(纸面外侧)的偏转、倾斜式摆动，最终实现骨节组件的向施加拉力的这一侧的弯曲式摆动。

当仅用驱动件将某一根，例如，毛细钢丝绳1042向近侧回拉时，将至少带动骨节131相对于骨节132借助于在骨节131、132之间的配合凸台402与配合凹槽403的相对滚动而产生向纸面上侧的偏转、倾斜式摆动，最终实现骨节组件的向施加拉力的这一侧的弯曲式摆动。

一般的柔性臂骨节结构，采用的是两段式结构，即一段进行左右摆动，衔接的另一段进行上下摆动，两端共同作用使得柔性臂能到各个位置，但是该结构离钢丝绳驱动端的那一段骨节会有运动不灵活，在另一段离驱动端近的骨节运动时，运动灵活性会下降。

与此不同，根据本发明的骨节组件，左右运动和上下运动的骨节交错排布，在不同钢丝绳组合拉动下，既可以产生上下运动也可以上下运动，总尺寸长度减少、便于实际应用，同时另个方向的运动不会互相影响，可以在各个方向上灵活运动，相比一般的骨节式结构性能有明显的提升。

以往用钢丝绳驱动骨节，使用的原理一般都是钢丝绳穿过骨节，到达电机处固定，电机拉动钢丝绳运动，进而带动骨节摆动。但是钢丝绳在骨节这一端，需要比孔大，不然就直接被电机拉动穿过线孔而误移动，起不到拉动骨节的功能。常见都是焊接一个大的焊点，或者手动打结，但是存在焊接不牢固，或者打结后尺寸太大空间不允许的情况。

然而，在钢丝绳上焊接球头时，由于焊接的一半材质是焊锡，不一定满足生物相容性，同时不同材料之间的连接强度也成问题。同时，由于内镜手术用柔性臂的微型尺寸，在焊缝、应力、疲劳等方便都差强人意。

与此不同，根据本发明，通过采用相同材质一体成形的毛细钢丝绳104，可以在满足生物相容性的同时，获得牢固的连接强度，而且不再存在或不再明显存在以往焊缝、应力、疲劳等问题。从而能够以微小的尺寸、特有的形状满足使用要求。

由于毛细钢丝绳104带有微型球头，该球头用钢丝可为定制品，球头141可以卡在需要拉动的零件上，例如球头141部分固定在骨节连接件3022内，线体142穿过通道可以往复运动而完成传动，不用额外在钢丝绳上焊接焊锡来达到相同效果。还可以有利地实现线体142的细径、轻质化、柔性化。

骨节连接件3022可以一体构成为钳头旋转单元102的一部分，二者也可以彼此独立地形成并固定连接于一起，只要骨节连接件3022的近侧端形成有与骨节单元400的任一轴向端面相同的曲面轮廓即可。

若如图3例示，在骨节连接件3022的近侧端形成有配合凹槽403时，则将骨节131的配合凸台402一侧朝向骨节连接件3022地组装即可。最终，骨节连接件3031的远侧端形成有与其远侧相邻的骨节137之间也形成相应的配合凹槽403与配合凸台402即可。反之亦可，即在骨节连接件3022的近侧端形成有配合凸台402时也可以依此类推。

即，上述7个骨节单元400的朝向，即各骨节单元400的配合凸台402和配合凹槽403二者之哪一个位于远侧，并没有限制，只要与之相应地设置骨节连接件3022、骨节连接件3031即可。

由此，在组装时，可以使一个骨节单元400的配合凹槽403的槽底面直接落座于相邻的另一个骨节单元400的配合凸台402的凸顶面上，通过以简单的彼此堆叠的方式，即可以构成骨节部103的主体，在允许各骨节单元400彼此在左右、或前后方向上相对偏转的同时，通过配合凸台402在相应配合凹槽403中的滚动以较大的负载性能确保稳定性。

如上述图1所示的柔性臂耗材部分，包括：柔性臂钳头部件100、柔性臂500和传动箱600。钳头部件100加柔性臂500总长可为约1200mm，通过适当材质与尺寸的设计确保能够通过内镜通道，使钳头部件100在手术过程中穿过双通道消化内镜的手术辅助器械通道，出现在内镜摄像视野内，在操作者的操作下实现组织夹取，组织剥离等功能。

图15示出图7中的V-V向视图的外套软管106，最外层是聚四氟乙烯层。内侧套有四根控制摆动的毛细钢丝绳104和一根控制开合与旋转的钢丝绳206。毛细钢丝绳104由毛细聚四氟乙烯管包裹，用于减小相互之间的摩擦，从传动箱端拉伸毛细钢丝绳104控制其末端位置变化，使末端手术器械实现摆动。传动箱600拉伸钢丝绳206实现夹钳开合，旋转钢丝绳206实现钳头旋转。

图示中各钢丝绳104和钢丝绳206这5根钢丝绳分别穿设在一排骨节的5组孔内，形成了通道，5根钢丝绳互相隔开，互不接触。

图16示出传动箱600在去除上盖后的耗材板702上所设置的部分及从该板露出的部分。

柔性的外套软管106通过耗材连接部504将其内部的四根毛细钢丝绳104和一根钢丝绳206穿入传动箱600。四根毛细钢丝绳104从连接处504穿出后对称各分两根，穿过引导孔709，末端分别与毛细钢丝绳卷送单元710的卷送柱712连接。

图16所示的同步旋转单元705，包括：由位于耗材板702上的滑轨(未示出)与可沿导轨滑动的轴承座构成的移动支承座715、远端侧经由该轴承座支承于移动支承座715的中空旋转轴612与花键固定于其上的齿轮611’。

此外，同步旋转钢丝前后移动单元706包括：齿条617’、与齿条617’固定连接的移动支承座621、近端侧轴承支承于移动支承座621的旋转轴613。其中，该移动支承座62可在传动箱600内的预设轨道上滑动。

其中，齿轮611’的厚度(即齿宽)与齿条617’的长度相对应，使得在齿条617’前后移动的直进行程期间，齿轮611’不会与驱动单元侧的旋转用齿轮611脱离啮合。另外，旋转轴612、613可分别在移动支承座715、621中转动但通过适当的结构而不能相对轴向移动。

钢丝绳206以不接触的方式穿过同步旋转单元705后与同步旋转钢丝前后移动单元706连接。更具体地，钢丝绳206在穿过引导孔709之后，继续以不直接连接的方式穿过移动支承座715之中的中空旋转轴612，然后紧固于旋转轴613上。在此该旋转轴613也可以为中空的，即钢丝绳206在穿过旋转轴613途中或之后以焊接或其它固接方式固定于旋转轴613上，以便与其一同动作。在此，旋转轴612与旋转轴613优选一体地形成或至少固定连接构成一个轴线一致的长轴，以便一同旋转或前后直进动作。

当通过例如驱动单元侧的一个电机驱动开合用齿轮617、齿条617’使该单元706前后移动时，带动旋转轴613及钢丝绳206一起前后移动，从而带动柔性臂远侧连杆结构200的末端实现开夹和闭夹功能。

当通过例如驱动单元侧的另一个电机驱动旋转用齿轮611而带动齿轮611’转动时，带动中空旋转轴612相对其内侧的钢丝绳206不接触地转动，将扭矩传递到旋转轴613，从而带动钢丝绳206旋转。由于钢丝绳206另一端与柔性臂远侧的钳头连接，从而可实现钳头的同步旋转。

替代地，还可以设置成利用筒状的中间传动轴(未示出)将旋转轴613与齿轮611’连接，其中，该中间传动轴的外周例如通过键连接而固定于齿轮611’的中央位置，且使旋转轴613的例如形成有方形或棱形的横截面的远端侧***具有相应的配合形状的该中间传动轴，从而，可以在齿条617’的驱动下，使旋转轴613在该中间传动轴内滑动，实现上述开合运动，并可以随着齿轮611’的转动，利用中间传动轴与旋转轴613之间的形状锁合性连接(例如，与旋转轴613的外周形状相应设置的沟槽、筋、键等配合方式)，在限制旋转轴613相对于齿轮611’转动的同时，驱动旋转轴613与齿轮611’一起转动，从而实现上述钳口旋转。

作为柔性臂手术器械的驱动***的一部分，如图17所示的驱动单元610共四层：上连接层601、中连接层602、下连接层603和基座层604。两块驱动板605、606固定连接于驱动单元610的相对两侧。

该驱动单元610还设有7个电机，分别连接于位于驱动单元610两侧的两块驱动板605、606，并从其接收电控信号，其中：

四个电机分别用于控制传动箱600中的毛细钢丝绳卷送单元710的各个卷送柱712、毛细钢丝绳104，以实现钳头朝任意方向摆动(对应整体上下摆动、整体左右摆动”)；

一个电机控制同步旋转钢丝前后移动单元706(对应钳口开合)；

一个电机控制同步旋转钢丝旋转单元705(对应钳口旋转)；以及

一个电机640控制柔性臂整体在手术腔道内进出(对应整体前后伸缩)。

图18从俯视方向示出上连接层601，图中的朝向与图17相逆。

上连接层601主要负责固定耗材(传动箱600)与力的传动。即，在使用时，将传动箱600经由卡扣609扣在上连接层601的耗材卡槽619(参见图2)，即可实现对耗材部分的固定，从而可经由驱动***中的联动机构实现操作力的传动。

其中，四个定位销607对应耗材板702上四个定位销孔608，***后即可使耗材上的卡扣609卡入耗材卡槽619实现定位加固定。此时，控制旋转用齿轮611、控制开合用齿轮617从下侧穿过上连接层601，分别与传动箱600中的旋转用齿轮611’、开合用齿条617’相啮合。四个电机连接块618从下侧穿过上连接层601后与控制钳头摆动单元(即，毛细钢丝绳卷送单元710的四个用于收放毛细钢丝绳104的卷送柱712)连接。

另外，开合零位光电件620用于与传动箱600中控制开合单元(对应同步旋转钢丝前后移动单元706)上的光电片配合以找到开合零位。

为了便于显示，图2的侧视图中省略示出驱动板605、606。立柱615在两面各设有3根，用于连接并定位上连接层601、中连接层602、下连接层603。四个竖直摆放的电机(未标出)固定在中连接层602上，两个水平摆放的电机(未标出)固定在上连接层601上，一个水平摆放的电机640固定在基座层604上。电机640用于控制整体前后运动单元616移动以带动下连接层603以上所有单元(上连接层601、中连接层602、下连接层603)整体前后移动。

本领域技术人员可以理解，本发明实施例中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、装置或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。

除非明确言及或为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数可以是近似值，能够根据通过本公开的内容或具体适用对象的体形等尺寸的所需特性改变。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±0.5～10％的变化，而且本文中所陈述的任何数值范围旨在包括其中包含的所有子范围。

尽管已经参考各种具体实施例描述了本发明，但是应当理解，可以在所描述的发明构思的精神和范围内做出变形。因此，意图是本发明不限于所描述的实施例，而是将具有由所附权利要求的语言所定义的全部范围。

Claims (10)

1.一种柔性机械臂，包括：执行末端和用于驱动该执行末端摆动的骨节组件，该骨节组件具有多个骨节单元(400)，各骨节单元(400)构成为具有柱状单元体部以及分别位于该单元体部的轴向一侧的第一端面(404)与相对的另一侧的第二端面(405)，所述单元体部沿其轴设有多个第一孔(401)，该骨节组件受到穿设于所述第一孔(401)内的第一驱动绳(104)的牵拉作用力，

其特征在于，

在所述第一端面(404)上凸起地形成有沿第一径向延伸的配合凸台(402)，在所述第二端面(405)上凹入地形成有沿第二径向延伸的配合凹槽(403)，所述第一径向与所述第二径向彼此正交，

所述配合凸台(402)与所述配合凹槽(403)具有当相邻的两个骨节单元(400)沿所述单元体部的轴向彼此靠近时能够搭接在一起使得彼此能够沿所述配合凸台(402)的周侧面相对摆动的曲面轮廓。

2.根据权利要求1所述的柔性机械臂，其特征在于，

所述配合凸台(402)的横截面轮廓曲线弧度小于半圆。

3.根据权利要求1或2所述的柔性机械臂，其特征在于，

在所述第一端面(404)上，还形成有分别位于所述配合凸台(402)两侧、随着远离该配合凸台(402)而朝向所述第二端面(405)侧倾斜的第一坡面(4041)和第二坡面(4042)，

在所述第二端面(405)上，还形成有分别位于所述配合凹槽(403)两侧、随着远离该配合凹槽(403)而朝向所述第一端面侧倾斜的第三坡面(4051)和第四坡面(4052)，

在所述第一坡面(4041)、第二坡面(4042)、第三坡面(4051)和第四坡面(4052)上，分别贯通地形成有所述第一孔(401)。

4.根据权利要求3所述的柔性机械臂，其特征在于，

所述骨节组件还具有：

位于由沿所述单元体部的轴向彼此堆叠的多个所述骨节单元(400)构成的骨节部的轴向远端的第一骨节连接件(3022)；和

位于所述骨节部的轴向近端的第二骨节连接件(3031)，

其中，所述第一骨节连接件(3022)的近端面上设有与相邻的骨节单元(400)配合的所述配合凸台(402)或所述配合凹槽(403)，

所述第二骨节连接件(3031)的远端面上设有与相邻的骨节单元(400)配合的所述配合凸台(402)或所述配合凹槽(403)。

5.根据权利要求4所述的柔性机械臂，其特征在于，

所述第一驱动绳(104)包括：线体(142)和位于所述线体(142)一端的球体状的球头(141)，

各个所述第一驱动绳(104)的另一端分别穿过所述第一骨节连接件(3022)的通孔、所述第一孔(401)以及所述第二骨节连接件(3031)的通孔，

所述球头(141)的直径大于所述线体(142)的直径且大于所述第一骨节连接件(3022)的通孔直径。

6.根据权利要求1所述的柔性机械臂，其特征在于，

还包括：贯穿第二孔(408)从而起到对所述骨节单元(400)的引导作用的导向管(105)，该第二孔(408)贯通开设于所述单元体部的中央位置。

7.根据权利要求1所述的柔性机械臂，其特征在于，

还包括：用于从近侧对远侧的所述执行末端传递驱动力的传动箱(600)，

其中，四根所述第一驱动绳(104)的近端还穿入所述传动箱(600)，分别连接于设置于该传动箱(600)的卷送单元(710)的卷送柱(712)，该卷送柱(712)用于收放所述第一驱动绳(104)。

8.根据权利要求6所述的柔性机械臂，其特征在于，

所述执行末端包括夹持机构(100)，该夹持机构(100)形成有由钳头(201A、202B)、连杆(203)构成的一个与钳头座(204)固定连接的连杆结构，所述钳头座(204)通过轴承与所述骨节连接件(3022)固定连接，

所述传动箱(600)内设置有直进单元(706)，所述直进单元(706)包括：用于前后移动的齿条(617’)、与所述齿条(617’)固定连接的第一移动支承座(621)、轴承支承于所述第一移动支承座(621)的第一轴(613)，其中所述第一移动支承座(621)能够在所述传动箱(600)内的预设轨道上滑动，

该直进单元(706)经由第二驱动绳(206)与所述夹持机构(100)连接，并通过对所述第二驱动绳(206)的推、拉来驱动所述连杆结构从而实现所述夹持机构(100)的张合运动，

所述第二驱动绳(206)贯穿中空的所述导向管(105)，

所述第二驱动绳(206)的近端紧固于所述第一轴(613)上。

9.根据权利要求8所述的柔性机械臂，其特征在于，

所述传动箱(600)还包括旋转单元(705)，该旋转单元(705)包括：

用于旋转驱动所述第一轴(613)的第二齿轮(611’)，和

介于所述第一轴(613)与所述第二齿轮(611’)之间的筒状中间传动轴，

其中，所述中间传动轴的外周固定于所述第二齿轮(611’)的中央位置，且所述中间传动轴以形状锁合的方式套设于所述第一轴(613)上。

10.根据权利要求9所述的柔性机械臂，其特征在于，

所述第一轴(613)与所述中间传动轴配合部分的横截面为方形。

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