35、医疗柔性机器人：从多自由度机器人到主动可控活检钳

医疗柔性机器人：从多自由度机器人到主动可控活检钳

单端口多通道多自由度机器人

单端口多通道多自由度机器人在医疗领域有着重要应用，特别是在自然腔道内镜手术（NOTES）中。

1. 机械臂运动原理
   • 机械臂的运动由杆与柔性管的相对运动驱动。当杆相对于柔性管被推动时，机械臂向前移动；反之，当杆被拉动时，机械臂向后移动。
   • 机械臂具有两个主要特点：柔顺性和可变刚度。柔顺性通过模块化连续设计和驱动模式实现，模块 1 到模块 3 采用两个旋转关节欠驱动，其中线 1 和线 3 耦合，线 2 和线 4 也耦合。可变刚度通过线 1 和线 3 实现，机械臂的刚度随这些线的张力增加而增大，张力可由驱动器实时控制。若要进行精确操作，线 1 和线 3 的张力应足够大；出于安全考虑，张力可以较小。
2. 柔性腕关节
   • 柔性腕关节如图 17.3C 所示，它与机械臂相连，使机械手能够沿横向弯曲。采用两个由具有超弹性优异性能的镍钛合金制成的柔性铰链实现连接和柔性。通过连接到模块 1 的两根带有柔性管的线驱动腕关节运动。
   • 设计柔性关节的主要目的是出于安全考虑。在 NOTES 手术中操作人体组织时，柔性关节可通过存储短期能量来减少机器人结构和驱动链中的作用力。
3. 镊子
   • 图 17.3D 中的镊子用于手术中的基本抓取操作。根据手术需求，它可以被其他手术工具如电刀和电凝镊替代。每个镊子