20、用于柔性机器人钻孔输送的可变凹槽图案顺应弯曲管状机构

用于柔性机器人钻孔输送的可变凹槽图案顺应弯曲管状机构

1. 引言

1.1 背景

与传统的开放式手术相比，微创手术（MIS）具有显著优势。它通过患者身上的小孔插入各种器械，这些小孔可以是自然孔道，也可以是手术创建的开口。自然孔道内镜手术是MIS的一个分支，与腹腔镜MIS不同，它通过自然孔道（如口腔、尿道、肛门等）引导内镜手术工具到达手术部位，无需外部切口。

气管切开术是一种MIS，手术时需在颈部创建一个通向气管的开口。由于患者个体差异，手术时医生需要估计切割的位置和深度。若医生操作不熟练或经验不足，可能会引发诸如出血、气道丧失、气管环骨折、吞咽管损伤等并发症。

为降低手术难度，我们提出了一种从自然孔道（如口腔）进入的机器人内镜钻孔系统，该系统从气管内部向外钻孔创建开口。医生通过口腔控制机器人内镜，利用内镜上的摄像头确定切口位置，然后使用可弯曲的钻头从气管内部创建开口。这种由内向外的方法消除了医生从外向内手术时的“估计”环节，减少了人为误差，提高了手术的稳定性和准确性。

1.2 目标

本研究旨在改进现有的可弯曲操纵器，使其满足以下要求：
- 操纵器具有90度的可控弯曲运动。
- 钻头与组织持续接触以进行钻孔。

该原型由以下部分组成：
- 用于控制弯曲的操纵器。
- 用于钻孔的柔性钻头和钻尖。
- 用于控制步进电机的电气元件，以实现柔性钻头的伸展和旋转。

接下来，我们将探索操纵器的不同材料和设计，分析每种设计是否能满足要求，并评估其可行性。

2. 文献综述

2.1 机器人系统