一種基于de驅(qū)動(dòng)器的微創(chuàng)手術(shù)操作臂結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于DE驅(qū)動(dòng)器的微創(chuàng)手術(shù)操作臂結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)基座、若干個(gè)連桿、若干個(gè)連接環(huán)、若干DE驅(qū)動(dòng)器和若干轉(zhuǎn)軸；其中，兩個(gè)基座之間連接有若干個(gè)連桿，基座與連桿、連桿與連桿之間通過(guò)若干個(gè)連接環(huán)以及設(shè)置在連接環(huán)周向的若干轉(zhuǎn)軸相連接，且連接環(huán)與基座、連接環(huán)與連桿之間連接有若干個(gè)DE驅(qū)動(dòng)器，該DE驅(qū)動(dòng)器采用柔性生物兼容性介電彈性體材料制成。本發(fā)明采用新型智能材料DE做驅(qū)動(dòng)原件，直接高效驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；克服了傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù)操作臂的缺點(diǎn)，具有主動(dòng)驅(qū)動(dòng)、空間彎曲變形的功能。此外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，通過(guò)模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了發(fā)明的可行性，如果能夠得到實(shí)際應(yīng)用，將能很大的降低手術(shù)成本，提高手術(shù)效率，具有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于DE驅(qū)動(dòng)器的微創(chuàng)手術(shù)操作臂結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種微創(chuàng)手術(shù)操作臂，具體涉及一種基于DE驅(qū)動(dòng)器的微創(chuàng)手術(shù)操作
臂結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】:
[0002]隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量的要求日益提高，創(chuàng)口小、疼痛輕、恢復(fù)快、住院時(shí)間短、出血少的微創(chuàng)手術(shù)越來(lái)越受到患者和醫(yī)生的青睞。現(xiàn)有的微創(chuàng)手術(shù)臂主要有兩種結(jié)構(gòu):以達(dá)芬奇系統(tǒng)為代表的剛性直桿手術(shù)臂和以NOTES (Yeung, Baldwin PoMan, and Terence Gourlay.〃A technical review of flexible endoscopic multitaskingplatforms."International Journal of Surgeryl0.7 (2012): 345-354.)為代表的柔性手術(shù)臂。剛性直桿手術(shù)臂采用純機(jī)械結(jié)構(gòu)，剛性好，末端輸出力大，但是靈活性差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)彎曲等一系列復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，手術(shù)及設(shè)備維護(hù)費(fèi)用也相對(duì)較高。NOTES使用軟式內(nèi)鏡經(jīng)自然腔道進(jìn)入腹腔、胸腔等各種體腔，進(jìn)行各種內(nèi)鏡下操作。但是柔性手術(shù)臂不能主動(dòng)彎曲變形，僅靠自然腔道的束縛實(shí)現(xiàn)彎曲，結(jié)構(gòu)剛度差，控制精度差；驅(qū)動(dòng)方式為伺服電機(jī)牽引繩索，存在摩擦、松弛等缺點(diǎn)。未來(lái)微創(chuàng)手術(shù)朝著經(jīng)自然腔道和傷口更少的方向發(fā)展，這就要求手術(shù)臂具有較大的空間自由度，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和操作精度等。以上兩種結(jié)構(gòu)都不能滿足以上要求。
[0003]作為電場(chǎng)型EAP (electroactive polymer)的代表，DE(dielectric elastomer)材料具有質(zhì)量輕，價(jià)格便 宜，制備方便，響應(yīng)迅速，機(jī)械輸出大等優(yōu)點(diǎn)，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ娜斯ぜ∪狻＿@種材料是由一層聚丙烯酸酯或硅膠和涂抹在上下表面的兩層柔性電極組成。當(dāng)對(duì)D材料E施加一定的電壓(通常為幾MV/m到幾百M(fèi)V/m)時(shí)，上下電極表面上將分別積累大量的異種電荷，異種電荷間產(chǎn)生相互吸引力，即麥克斯韋應(yīng)力，由于材料的不可壓縮性，DE材料會(huì)迅速向著垂直于電場(chǎng)方向擴(kuò)張，產(chǎn)生較大的變形應(yīng)力。研究表明，對(duì)DE材料進(jìn)行預(yù)拉伸，將會(huì)促進(jìn)DE材料的變形性能，最大可產(chǎn)生380%的應(yīng)變，可以用來(lái)做驅(qū)動(dòng)部件。卸載電壓后，利用預(yù)拉伸后的回彈特性，DE材料將產(chǎn)生較大的回彈應(yīng)力，驅(qū)使使變形結(jié)構(gòu)恢復(fù)原位。利用DE材料這種特性，結(jié)合機(jī)械鉸鏈，可以實(shí)現(xiàn)空間運(yùn)動(dòng)的手術(shù)操作臂結(jié)構(gòu)。
[0004]這種結(jié)構(gòu)采用DE驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)鉸鏈，而不經(jīng)過(guò)其他傳動(dòng)裝置，既提高了驅(qū)動(dòng)效率、可靠性，避免了繩索牽引方式存在的問(wèn)題；同時(shí)，又能夠滿足經(jīng)自然腔道的微創(chuàng)手術(shù)的醫(yī)學(xué)要求，可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)彎曲變形。另外，基于DE材料的電致動(dòng)特性，結(jié)構(gòu)整體具有驅(qū)動(dòng)性能；通過(guò)控制加載電壓，可以控制DE材料的變形，進(jìn)而控制結(jié)構(gòu)的彎曲變形大小。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有微創(chuàng)手術(shù)操作臂的缺點(diǎn)和局限，提供了一種基于DE驅(qū)動(dòng)器的微創(chuàng)手術(shù)操作臂結(jié)構(gòu)，其利用樹(shù)脂材料3D打印結(jié)構(gòu)作為手術(shù)臂主體結(jié)構(gòu)，DE作為驅(qū)動(dòng)材料制造的微創(chuàng)手術(shù)操作臂結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)空間多自由度彎曲變形。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種基于DE驅(qū)動(dòng)器的微創(chuàng)手術(shù)操作臂結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)基座、若干個(gè)連桿、若干個(gè)連接環(huán)、若干DE驅(qū)動(dòng)器和若干轉(zhuǎn)軸；其中，兩個(gè)基座之間連接有若干個(gè)連桿，基座與連桿、連桿與連桿之間通過(guò)若干個(gè)連接環(huán)以及設(shè)置在連接環(huán)周向的若干轉(zhuǎn)軸相連接，且連接環(huán)與基座、連接環(huán)與連桿之間連接有若干個(gè)DE驅(qū)動(dòng)器，該DE驅(qū)動(dòng)器采用柔性生物兼容性介電彈性體材料制成。
[0008]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:基座包括基座圓臺(tái)、對(duì)稱設(shè)置于其端面上的一組基座支架以及對(duì)稱設(shè)置于基座圓臺(tái)周向上的兩個(gè)基座凸臺(tái)，且兩個(gè)基座支架的對(duì)稱線與兩個(gè)基座凸臺(tái)垂直，基座支架的伸出端開(kāi)設(shè)有基座軸孔，基座圓臺(tái)的中心開(kāi)設(shè)有基座通孔；
[0009]連桿包括連桿圓臺(tái)，連 桿圓臺(tái)的兩個(gè)端面上均對(duì)稱設(shè)置有一組連桿支架，且兩組連桿支架的的對(duì)稱面夾角為90度，連桿圓臺(tái)的周向上均勻設(shè)置有4個(gè)連桿凸臺(tái)，且4個(gè)連桿凸臺(tái)的對(duì)稱線與兩組連桿支架的對(duì)稱線重合，連桿支架的伸出端開(kāi)設(shè)有連桿軸孔，連桿圓臺(tái)的中心開(kāi)設(shè)有連桿通孔；
[0010]連接環(huán)為圓角方形環(huán)，其周向上均勻設(shè)置有4個(gè)連接環(huán)軸孔；
[0011]DE驅(qū)動(dòng)器包括DE材料層、兩組T型雙色板、邁拉絕緣板、第一銅箔電極和第二銅箔電極；其中，T型雙色板設(shè)有T型雙色板孔，兩組T型雙色板分別固定在DE材料層的兩端，第一銅箔電極和第二銅箔電極分別粘貼在DE材料層的兩側(cè)，邁拉絕緣板設(shè)置在DE材料層中間位置的周向上；
[0012]其中，基座與連桿通過(guò)轉(zhuǎn)軸將基座軸孔、連桿軸孔及連接環(huán)軸孔相連接；連桿與連桿之間通過(guò)轉(zhuǎn)軸將連桿軸孔及連接環(huán)軸孔相連接；連接環(huán)與基座之間的DE驅(qū)動(dòng)器通過(guò)T型雙色板孔、基座凸臺(tái)及連接環(huán)上的轉(zhuǎn)軸相連接；連接環(huán)與連桿之間的DE驅(qū)動(dòng)器通過(guò)T型雙色板孔、連桿凸臺(tái)(203)及連接環(huán)上的轉(zhuǎn)軸相連接。
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:DE材料層包括VHB4910材料層和涂抹于其兩側(cè)的導(dǎo)電碳膏，第一銅箔電極和第二銅箔電極分別粘貼在VHB4910材料層的兩側(cè)。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:邁拉絕緣板采用1000M0型邁拉絕緣板，其寬度為1.5mm。
[0015]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:基座、連桿及連接環(huán)均由6000型光敏樹(shù)脂通過(guò)3D打印或機(jī)械加工而成。
[0016]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:轉(zhuǎn)軸與基座軸孔及連桿軸孔之間為過(guò)盈配合，轉(zhuǎn)軸與連接環(huán)軸孔之間為間隙配合。
[0017]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:連接環(huán)的外表面與基座支架及連桿支架的內(nèi)表面預(yù)留
0.1mm的裝配間隙。
[0018]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:轉(zhuǎn)軸與T型雙色板孔之間為間隙配合，T型雙色板孔與基座凸臺(tái)及T型雙色板孔與連桿凸臺(tái)之間為過(guò)盈配合。
[0019]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:第一銅箔電極和第二銅箔電極粘貼在DE材料層的一端均為半圓形，且第一銅箔電極和第二銅箔電極均為寬度為2mm的銅箔電極長(zhǎng)條。
[0020]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:基座圓臺(tái)與連接環(huán)以及連接環(huán)與連桿圓臺(tái)之間各設(shè)有一對(duì)DE驅(qū)動(dòng)器,相鄰一對(duì)DE驅(qū)動(dòng)器之間旋轉(zhuǎn)90度布置。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果是:
[0022]1、本發(fā)明每個(gè)平面鉸鏈的運(yùn)動(dòng)都是相對(duì)獨(dú)立的，通過(guò)對(duì)該鉸鏈旋轉(zhuǎn)方向上一對(duì)DE驅(qū)動(dòng)器的控制，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的空間彎曲變形；2、通過(guò)對(duì)DE驅(qū)動(dòng)器施加不同大小的電壓，可以實(shí)現(xiàn)鉸鏈不同的旋轉(zhuǎn)角度；3、采用DE驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)的方式，具有較高的機(jī)械效率和控制精度。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0023]圖1為本發(fā)明基于DE驅(qū)動(dòng)器的微創(chuàng)手術(shù)操作臂結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)三維圖；
[0024]圖2為本發(fā)明基座的等軸測(cè)圖；
[0025]圖3為本發(fā)明連桿的等軸測(cè)圖；
[0026]圖4為本發(fā)明連接環(huán)的等軸測(cè)圖；
[0027]圖5為本發(fā)明DE驅(qū)動(dòng)器的整體結(jié)構(gòu)圖，包括三維圖5 Ca)和截面示意圖5 (b)；
[0028]圖6為本發(fā)明轉(zhuǎn)軸、T型雙色板、連接環(huán)、連桿(基座)之間的裝配關(guān)系圖。
[0029]其中:1、基座；2、連桿；3、連接環(huán)；4、轉(zhuǎn)軸；5、DE驅(qū)動(dòng)器;101、基座圓臺(tái);102、基座支架；103、基座凸臺(tái)；104、基座通孔；105、基座軸孔；201、連桿圓臺(tái)；202、連桿支架；203、連桿凸臺(tái)；204、連桿通孔；205、連桿軸孔；301、連接環(huán)軸孔；501、DE材料層；502、T型雙色板；503、邁拉絕緣板；504、第一銅箔電極；505、第二銅箔電極；506、導(dǎo)電碳膏；507、VHB4910材料層；508、T型雙色板孔。
【具體實(shí)施方式】:
[0030]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0031]參見(jiàn)圖1至圖6，本發(fā)明是一種基于DE驅(qū)動(dòng)器的微創(chuàng)手術(shù)操作臂結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)基座1、若干個(gè)連桿2、若干個(gè)連接環(huán)3、若干DE驅(qū)動(dòng)器5和若干轉(zhuǎn)軸4。其中，兩個(gè)基座I之間連接有若干個(gè)連桿2，基座I與連桿2、連桿2與連桿2之間通過(guò)若干個(gè)連接環(huán)3以及設(shè)置在連接環(huán)周向的若干轉(zhuǎn)軸4相連接，且連接環(huán)3與基座1、連接環(huán)3與連桿2之間連接有若干個(gè)DE驅(qū)動(dòng)器5，該DE驅(qū)動(dòng)器5采用柔性生物兼容性介電彈性體材料制成。
[0032]進(jìn)一步地，參見(jiàn)圖2，基座I包括基座圓臺(tái)101、對(duì)稱設(shè)置于其端面上的一組基座支架102以及對(duì)稱設(shè)置于基座圓臺(tái)101周向上的兩個(gè)基座凸臺(tái)103，且兩個(gè)基座支架102的對(duì)稱線與兩個(gè)基座凸臺(tái)103垂直，基座支架102的伸出端開(kāi)設(shè)有基座軸孔105，基座圓臺(tái)101的中心開(kāi)設(shè)有基座通孔104，其為手術(shù)臂頭部的刀具、照明、成像系統(tǒng)，以及DE驅(qū)動(dòng)器5的引線提供通道。
[0033]參見(jiàn)圖3，連桿2包括連桿圓臺(tái)201，連桿圓臺(tái)201的兩個(gè)端面上均對(duì)稱設(shè)置有一組連桿支架202，且兩組連桿支架202的的對(duì)稱面夾角為90度，連桿圓臺(tái)201的周向上均勻設(shè)置有4個(gè)連桿凸臺(tái)203，且4個(gè)連桿凸臺(tái)203的對(duì)稱線與兩組連桿支架202的對(duì)稱線重合，連桿支架202的伸出端開(kāi)設(shè)有連桿軸孔205，連桿圓臺(tái)201的中心開(kāi)設(shè)有連桿通孔204，其為手術(shù)臂頭部的刀具、照明、成像系統(tǒng)，以及DE驅(qū)動(dòng)器5的引線提供通道。需要說(shuō)明的是，基座圓臺(tái)101與連接環(huán)3以及連接環(huán)3與連桿圓臺(tái)201之間各設(shè)有一對(duì)DE驅(qū)動(dòng)器5，相鄰一對(duì)DE驅(qū)動(dòng)器5之間旋轉(zhuǎn)90度布置。
[0034]參見(jiàn)圖4，連接環(huán)3為圓角方形環(huán)，其周向上均勻設(shè)置有4個(gè)連接環(huán)軸孔301。
[0035]參見(jiàn)圖5a和5b，DE驅(qū)動(dòng)器5包括DE材料層501、兩組T型雙色板502、邁拉絕緣板503、第一銅箔電極504和第二銅箔電極505 ;其中，T型雙色板502設(shè)有T型雙色板孔508，兩組T型雙色板502分別固定在DE材料層501的兩端，第一銅箔電極504和第二銅箔電極505分別粘貼在DE材料層501的兩側(cè)，邁拉絕緣板503設(shè)置在DE材料層501中間位置的周向上。
[0036]參見(jiàn)圖6，其中，基座I與連桿2通過(guò)轉(zhuǎn)軸4將基座軸孔105、連桿軸孔205及連接環(huán)軸孔301相連接；連桿2與連桿2之間通過(guò)轉(zhuǎn)軸4將連桿軸孔205及連接環(huán)軸孔301相連接；連接環(huán)3與基座I之間的DE驅(qū)動(dòng)器5通過(guò)T型雙色板孔508、基座凸臺(tái)103及連接環(huán)3上的轉(zhuǎn)軸4相連接；連接環(huán)3與連桿2之間的DE驅(qū)動(dòng)器5通過(guò)T型雙色板孔508、連桿凸臺(tái)203及連接環(huán)3上的轉(zhuǎn)軸4相連接。其中，轉(zhuǎn)軸4與基座軸孔105及連桿軸孔205之間為過(guò)盈配合，轉(zhuǎn)軸4與連接環(huán)軸孔301之間為間隙配合，保證關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活性；連接環(huán)3的外表面與基座支架102及連桿支架202的內(nèi)表面預(yù)留0.1mm的裝配間隙，從而使連接環(huán)3可以繞轉(zhuǎn)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)軸4與T型雙色板孔508之間為間隙配合，保證關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活性；T型雙色板孔508與基座凸臺(tái)103及T型雙色板孔508與連桿凸臺(tái)203之間為過(guò)盈配合，保證了 DE驅(qū)動(dòng)器裝配的牢固性。
[0037]上述DE材料層501包括VHB4910材料層507和涂抹于其兩側(cè)的導(dǎo)電碳膏506，由于VHB4910材料的自粘性，故本過(guò)程中不需要額外的粘結(jié)劑。第一銅箔電極504和第二銅箔電極505分別粘貼在VHB4910材料層507的兩側(cè)。邁拉絕緣板503采用1000Μ0型邁拉絕緣板?；?、連桿2及連接環(huán)3均由6000型光敏樹(shù)脂通過(guò)3D打印或機(jī)械加工而成，其中，選用6000型光敏樹(shù)脂材料作為結(jié)構(gòu)體材料，其具有較小的密度和較高的楊氏模量，加工的結(jié)構(gòu)體能夠承受一定的載荷。
[0038]第一銅箔電極504和第二銅箔電極505均為寬度為2mm的銅箔電極長(zhǎng)條，其粘貼在DE材料層501的一端均為半圓形，將此半圓形的一端沿拉伸方向粘在VHB4910材料層507上，與后邊涂抹的導(dǎo)電碳膏506相連，將銅箔頭部剪成半圓形，是為了防止銅箔尖角劃破VHB4910材料層507 ;粘貼另一端T型雙色板，保證圓頭電極露出一部分，但露出部分不宜過(guò)長(zhǎng)，因?yàn)殡姌O會(huì) 限制DE材料層501的變形；涂抹導(dǎo)電碳膏506，保證導(dǎo)電碳膏506與圓頭電極接觸良好。邁拉絕緣板503的寬度為1.5mm。將若干1.5mm寬的邁拉板絕緣板503沿平行T型雙色板502方向等間距粘貼于VHB4910材料層507上，防止預(yù)拉伸的VHB4910材料層507在邁拉板絕緣板503方向上的回彈。
[0039]其制備工藝如下:對(duì)VHB4910材料層507進(jìn)行雙軸預(yù)拉伸，沿拉伸方向放置一組T型雙色板502于VHB4910材料層507上；裁剪寬度為2mm的銅箔電極長(zhǎng)條，將其中一頭裁剪成半圓形，將此半圓形的一端沿拉伸方向粘在VHB4910材料層507上；粘貼另一端T型雙色板502，保證圓頭電極露出一部分；沿拉伸方向涂一貫穿導(dǎo)電碳膏506，保證同一面各部分電極的聯(lián)通；將若干1.5mm寬的邁拉絕緣板503細(xì)條沿平行T型雙色板502方向等間距粘貼于VHB4910材料層上，防止VHB4910材料層的縮頸；最后完成電極的整體涂抹。另一面的制備工藝與此面完全相同。
[0040]預(yù)拉伸倍數(shù)對(duì)DE驅(qū)動(dòng)器5的機(jī)械輸出有很大的影響，根據(jù)具體應(yīng)用，可以選擇不同的拉伸倍數(shù)；為了獲得大的輸出力，可以采用多層DE驅(qū)動(dòng)器5堆棧的結(jié)構(gòu)；本發(fā)明中采用單層DE驅(qū)動(dòng)器5的等雙軸3X3倍預(yù)拉伸。邁拉板絕緣板503的作用是抑制DE驅(qū)動(dòng)器5徑向變形，可以在垂直于徑向的方向上獲得更好的變形效果。
[0041]參考圖1，為了對(duì)本發(fā)明基于DE驅(qū)動(dòng)器的微創(chuàng)手術(shù)操作臂進(jìn)一步了解，現(xiàn)對(duì)其工作原理做一說(shuō)明:
[0042]基于DE驅(qū)動(dòng)器的微創(chuàng)手術(shù)操作臂的結(jié)構(gòu)是多個(gè)鉸鏈結(jié)構(gòu)的延拓，每一處的鉸鏈結(jié)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立，具有相同的工作原理，僅就基座處的鉸鏈結(jié)構(gòu)說(shuō)明其工作原理。
[0043]每個(gè)平面鉸鏈由一對(duì)DE驅(qū)動(dòng)器5驅(qū)動(dòng)。對(duì)于圖1中結(jié)構(gòu)，我們稱左邊的DE驅(qū)動(dòng)器為I號(hào)驅(qū)動(dòng)器，稱右邊的DE驅(qū)動(dòng)器為2號(hào)驅(qū)動(dòng)器。
[0044]對(duì)I號(hào)驅(qū)動(dòng)器施加電壓，在麥克斯韋應(yīng)力下，連接環(huán)3會(huì)繞著轉(zhuǎn)軸4向2號(hào)驅(qū)動(dòng)器方向旋轉(zhuǎn)一定角度，同時(shí)2號(hào)驅(qū)動(dòng)器的回彈力會(huì)減小，最終到達(dá)一個(gè)新的力的平衡狀態(tài)；改變I號(hào)驅(qū)動(dòng)器上電壓的大小，鉸鏈的彎曲角度會(huì)隨之變化；對(duì)與該鉸鏈處于同一連接環(huán)3的另一個(gè)鉸鏈結(jié)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)關(guān)節(jié)處的空間彎曲；對(duì)結(jié)構(gòu)上每對(duì)DE驅(qū)動(dòng)器獨(dú)立控制，可 以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的空間蛇形彎曲變形。
【權(quán)利要求】
1.一種基于DE驅(qū)動(dòng)器的微創(chuàng)手術(shù)操作臂結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括兩個(gè)基座(1)、若干個(gè)連桿(2)、若干個(gè)連接環(huán)(3)、若干DE驅(qū)動(dòng)器(5)和若干轉(zhuǎn)軸(4);其中，兩個(gè)基座(1)之間連接有若干個(gè)連桿(2 )，基座(1)與連桿(2 )、連桿(2 )與連桿(2 )之間通過(guò)若干個(gè)連接環(huán)(3 )以及設(shè)置在連接環(huán)周向的若干轉(zhuǎn)軸(4 )相連接，且連接環(huán)(3 )與基座(1)、連接環(huán)(3 )與連桿(2 )之間連接有若干個(gè)DE驅(qū)動(dòng)器(5 )，該DE驅(qū)動(dòng)器(5 )采用柔性生物兼容性介電彈性體材料制成。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于DE驅(qū)動(dòng)器的微創(chuàng)手術(shù)操作臂結(jié)構(gòu)，其特征在于:基座(I)包括基座圓臺(tái)(101)、對(duì)稱設(shè)置于其端面上的一組基座支架(102)以及對(duì)稱設(shè)置于基座圓臺(tái)(101)周向上的兩個(gè)基座凸臺(tái)(103)，且兩個(gè)基座支架(102)的對(duì)稱線與兩個(gè)基座凸臺(tái)(103)垂直，基座支架(102)的伸出端開(kāi)設(shè)有基座軸孔(105)，基座圓臺(tái)(101)的中心開(kāi)設(shè)有基座通孔(104)； 連桿(2 )包括連桿圓臺(tái)(201)，連桿圓臺(tái)(201)的兩個(gè)端面上均對(duì)稱設(shè)置有一組連桿支架(202)，且兩組連桿支架(202)的對(duì)稱面夾角為90度，連桿圓臺(tái)(201)的周向上均勻設(shè)置有4個(gè)連桿凸臺(tái)(203)，且4個(gè)連桿凸臺(tái)(203)的對(duì)稱線與兩組連桿支架(202)的對(duì)稱線重合，連桿支架(202)的伸出端開(kāi)設(shè)有連桿軸孔(205)，連桿圓臺(tái)(201)的中心開(kāi)設(shè)有連桿通孔(204)； 連接環(huán)(3)為圓角方形環(huán) ，其周向上均勻設(shè)置有4個(gè)連接環(huán)軸孔(301); DE驅(qū)動(dòng)器(5 )包括DE材料層(501)、兩組T型雙色板(502 )、邁拉絕緣板(503 )、第一銅箔電極(504)和第二銅箔電極(505);其中，T型雙色板(502)設(shè)有T型雙色板孔(508)，兩組T型雙色板(502)分別固定在DE材料層(501)的兩端，第一銅箔電極(504)和第二銅箔電極(505 )分別粘貼在DE材料層(501)的兩側(cè)，邁拉絕緣板(503 )設(shè)置在DE材料層(501)中間位置的周向上； 其中，基座(1)與連桿(2)通過(guò)轉(zhuǎn)軸(4)將基座軸孔(105)、連桿軸孔(205)及連接環(huán)軸孔(301)相連接；連桿(2)與連桿(2)之間通過(guò)轉(zhuǎn)軸(4)將連桿軸孔(205)及連接環(huán)軸孔(301)相連接；連接環(huán)(3 )與基座(1)之間的DE驅(qū)動(dòng)器(5 )通過(guò)T型雙色板孔(508 )、基座凸臺(tái)(103 )及連接環(huán)(3 )上的轉(zhuǎn)軸(4 )相連接；連接環(huán)(3 )與連桿(2 )之間的DE驅(qū)動(dòng)器(5 )通過(guò)T型雙色板孔(508 )、連桿凸臺(tái)(203 )及連接環(huán)(3 )上的轉(zhuǎn)軸(4 )相連接。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于DE驅(qū)動(dòng)器的微創(chuàng)手術(shù)操作臂結(jié)構(gòu)，其特征在于:DE材料層(501)包括VHB4910材料層(507)和涂抹于其兩側(cè)的導(dǎo)電碳膏(506)，第一銅箔電極(504)和第二銅箔電極(505)分別粘貼在VHB4910材料層(507)的兩側(cè)。
4.如權(quán)利要求2所述的一種基于DE驅(qū)動(dòng)器的微創(chuàng)手術(shù)操作臂結(jié)構(gòu)，其特征在于:邁拉絕緣板(503)采用1000M0型邁拉絕緣板，其寬度為1.5mm。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于DE驅(qū)動(dòng)器的微創(chuàng)手術(shù)操作臂結(jié)構(gòu)，其特征在于:基座(I)、連桿(2)及連接環(huán)(3)均由6000型光敏樹(shù)脂通過(guò)3D打印或機(jī)械加工而成。
6.如權(quán)利要求2所述的一種基于DE驅(qū)動(dòng)器的微創(chuàng)手術(shù)操作臂結(jié)構(gòu)，其特征在于:轉(zhuǎn)軸(4)與基座軸孔(105)及連桿軸孔(205)之間為過(guò)盈配合，轉(zhuǎn)軸(4)與連接環(huán)軸孔(301)之間為間隙配合。
7.如權(quán)利要求2所述的一種基于DE驅(qū)動(dòng)器的微創(chuàng)手術(shù)操作臂結(jié)構(gòu)，其特征在于:連接環(huán)(3)的外表面與基座支架(102)及連桿支架(202)的內(nèi)表面預(yù)留0.1mm的裝配間隙。
8.如權(quán)利要求2所述的一種基于DE驅(qū)動(dòng)器的微創(chuàng)手術(shù)操作臂結(jié)構(gòu)，其特征在于:轉(zhuǎn)軸(4)與T型雙色板孔(508)之間為間隙配合，T型雙色板孔(508)與基座凸臺(tái)(103)及T型雙色板孔(508 )與連桿凸臺(tái)(203 )之間為過(guò)盈配合。
9.如權(quán)利要求2所述的一種基于DE驅(qū)動(dòng)器的微創(chuàng)手術(shù)操作臂結(jié)構(gòu)，其特征在于:第一銅箔電極(504)和第二銅箔電極(505)粘貼在DE材料層(501)的一端均為半圓形，且第一銅箔電極(504)和第二銅箔電極(505)均為寬度為2mm的銅箔電極長(zhǎng)條。
10.如權(quán)利要求2所述的一種基于DE驅(qū)動(dòng)器的微創(chuàng)手術(shù)操作臂結(jié)構(gòu)，其特征在于:基座圓臺(tái)(101)與連接環(huán)(3)以及連接環(huán)(3)與連桿圓臺(tái)(201)之間各設(shè)有一對(duì)DE驅(qū)動(dòng)器(5),相鄰一對(duì)DE驅(qū)動(dòng)器(5)之間旋轉(zhuǎn)90度布置。
【文檔編號(hào)】A61B19/00GK103932794SQ201410131878
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】陳花玲, 張弛, 王延杰, 王永泉, 劉磊, 賈書(shū)海 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)