通过柔性内镜驱动手术机器人的管状传输

科学领域:

• 机器人技术
• 机械工程
• 生物医疗设备

背景情况:

• 灵活的内镜需要同心推拉机器人,其传动管具有高轴度,高扭曲度和低曲度.
• 现有的激光切割管设计往往侧重于曲/扭曲刚度比,忽视了所有三种刚度特性的同时优化.
• 当前设计中存在一个权衡,使得由于它们的强相关性,高轴度与低曲度的同时具有挑战性.

研究的目的:

• 针对内镜机器人激光切割传输管的轴向,扭曲和曲刚性的同时设计.
• 在现有的激光切割模式中克服轴向和曲刚度之间的内在相关性.
• 提出并验证一种新的激光材料去除模式,使所有三种刚度值能够独立控制.

主要方法:

• 提出了一种新的激光材料去除模式,利用离散曲段的局部刚性不对称.
• 这些段由固体管段分开,并沿着管进行,以实现整体刚度对称.
• 使用有限元分析进行设计参数化和性能研究,包括错位管之间的干扰效应.
• 实验验证了使用制造的尼醇管原型的设计.

主要成果:

• 拟议的离散不对称段设计有效地打破了轴向和曲刚度之间的相关性.
• 与之前的激光模式相比,实现了优越的高轴和扭矩刚度,同时保持了低曲刚度.
• 实验验证证了该设计的预测性质和启动性能在一个原型内镜机器人系统中.

结论:

• 新的离散不对称细分模式为内镜机器人中优化传输管度提供了可行的解决方案.
• 这种设计可以独立控制轴向,扭曲和曲刚度,从而提高机器人系统的能力.
• 这些发现对开发更有效,更精确的内镜机器人工具有重大影响.