本发明涉及医疗器械、 工业自动化等领域， 具体涉及用于医疗器械、 工业 自动化设备等的可弯转可伸缩的柔性连续体机 械结构。 背景技术

在现有的可弯转的机械结构中， 可控弯转运动基本是通过相互铰接的两个 刚性或柔性连杆通过在铰接关节处的相对转动 来实现的。 通过此种结构实现多 个独立弯转运动的串联时， 由于传动布置的困难， 一般需要在每个铰接关节处 安装驱动单元 （如电机、 液压顶杆等） ； 因而远端驱动单元成为了近端驱动单 元的负载， 这会使得此种功能的实现结构相对繁复、 尺寸相对较大。

在医疗手术或工业深腔检测等场合中， 需要以极小外围尺寸构造多自由度 多弯转功能的器械， 尤其在用于病人的微创手术或工业深腔检测中 ， 前述通过 相互铰接方式实现串联的机械结构的方案显现 出了诸多难以克服的缺陷。 发明内容

本发明的目的是发明一种机械结构， 该机械结构可延接可弯转可伸缩， 可 承受一定负载 （扭矩、 外力等） ， 能以极精简的结构实现多自由度的远端灵活 操作。

为实现上述目的， 本发明提供了一种柔性连续体机械结构， 其特征在于， 包括：

远端结构体， 所述远端结构体包括远端间隔盘、 远端锁紧盘和结构骨； 近端结构体， 所述近端结构体包括近端间隔盘、 近端锁紧盘和结构骨， 且 所述远端结构体上的结构骨与所述近端结构体 上的对应的结构骨固定连接或者 为同一根结构骨； 以及

中部连接体， 所述中部连接体包括管道固定板和管道；

其中， 所述远端结构体经由所述中部连接体与所述近 端结构体关联， 结构 骨一端固定于近端锁紧盘， 依次穿过近端间隔盘、 中部连接体、 远端间隔盘， 另一端固定于远端锁紧盘， 使得当驱动所述近端结构体朝向任意方向弯转 时， 所述远端结构体相应地朝向相反的方向弯转， 或者， 当驱动所述近端结构体伸 长或缩短时， 所述远端结构体相应地缩短或伸长。 本发明的一优选实施例中， 所述远端结构体的结构骨和所述近端结构体的 对 应的结构骨为同一根结构骨， 且所述结构骨长度可测量、 可估算或恒定。

本发明还提供了另一种柔性连续体机械结构， 其特征在于， 包括： 远端结构体， 所述远端结构体包括远端间隔盘、 远端锁紧盘和结构骨； 近端结构体， 所述近端结构体包括近端间隔盘、 近端锁紧盘和结构骨， 且 所述远端结构体上的结构骨与所述近端结构体 上的对应的结构骨固定连接或者 为同一根结构骨；

中部连接体， 所述中部连接体包括管道固定板和管道； 以及

驱动机构， 用于驱动所述近端结构体运动， 所述驱动机构由驱动锁紧盘、 驱动间隔盘、 驱动结构骨和驱动固定盘组成， 所述驱动结构骨一端固定在所述驱 动锁紧盘上， 并依次穿过所述驱动间隔盘和驱动固定盘；

其中， 所述远端结构体经由所述中部连接体与所述近 端结构体关联， 结构 骨一端固定于近端锁紧盘， 依次穿过近端间隔盘、 中部连接体、 远端间隔盘， 另一端固定于远端锁紧盘；

所述驱动机构与所述近端结构体连接， 使得驱动所述驱动结构骨时， 所述驱动 机构驱动所述近端结构体朝向任意方向弯转， 所述远端结构体相应地朝向相反 的方向弯转， 或者， 所述驱动机构驱动所述近端结构体伸长或缩短 ， 所述远端 结构体相应地缩短或伸长。

本发明的另一优选实施例中， 所述远端结构体和所述近端结构体的结构骨由 弹性细杆或者弹性细管构成， 所述远端锁紧盘与所述远端间隔盘、 所述近端锁 紧盘与所述近端间隔盘分别具有相同的通孔布 置， 且均为刚性盘状结构。

本发明的另一优选实施例中， 所述近端间隔盘之间以及近端间隔盘和近端锁 紧盘之间保持一定距离， 且所述近端间隔盘作用为限定结构骨的位置以 及防止 结构骨在受到推力时失稳。

本发明的另一优选实施例中， 所述远端间隔盘之间以及远端间隔盘和远端锁 紧盘之间保持一定距离， 且所述远端间隔盘作用为限定结构骨的位置以 及防止 结构骨在受到推力时失稳。

本发明的另一优选实施例中， 所述中部连接体由三根以上管道和 2个以上管 道固定板构成， 且所述连续体机械结构的结构骨贯穿所述管道 ， 一端伸至所述 远端结构体内， 穿过所述远端间隔盘固定于所述远端锁紧盘上 ， 另一端伸至所 述近端结构体内， 穿过所述近端间隔盘固定于所述近端锁紧盘上 。

本发明的另一优选实施例中， 所述柔性连续体机械结构延接有 2节以上近端 结构体和 2节以上远端结构体以获得更高的运动灵活性� �

本发明的另一优选实施例中， 所述中部连接体具有两个管道固定板， 所述管 道的两端分别固定在两个管道固定板上， 且连续体机械结构的近端结构体的结 构骨可依次穿过两个管道固定板中的一个、 管道， 以及另一个管道固定板， 然 后进入远端结构体。

本发明的另一优选实施例中， 所述近端结构体具有一个近端锁紧盘、 多个近 端间隔盘； 所述远端结构体具有一个远端锁紧盘、 多个远端间隔盘； 所述近端 结构体和所述远端结构体共用多根结构骨， 结构骨的长度可测量、 可估算或恒 定； 以及所述结构骨一端固定于所述远端锁紧盘， 并依次穿过所述远端间隔盘、 所述中部连接体， 以及所述近端间隔盘， 然后固定于所述近端锁紧盘， 使得所 述近端结构体被驱动朝向任意方向弯转和 /或伸缩时， 所述远端结构体朝向相反 的方向弯转和 /或伸缩。

本发明的另一优选实施例中， 所述近端结构体的近端锁紧盘为环状， 在环的 外周侧上设有多个沿径向的驱动连接孔， 用于将所述近端结构体连接到驱动机 构上。

本发明的另一优选实施例中， 所述结构骨的弹性细杆或者弹性细管构成， 其 数量大于或等于 3根。

本发明的柔性连续体机械结构中， 优选地， 驱动机构具有一个驱动锁紧盘、 多个驱动间隔盘、 多根驱动结构骨， 以及一个驱动固定盘， 所述驱动锁紧盘与 所述近端结构体的近端锁紧盘固定连接， 所述驱动固定盘与所述中部连接体的 固定板固定连接， 使得当驱动所述驱动机构朝向任意方向弯转和 /或伸缩时， 所 述近端结构体相应地朝向任意方向弯转和 /或伸缩。

本发明的柔性连续体机械结构中， 优选地， 驱动结构骨由弹性细杆或者弹 性细管构成， 其数量大于或等于 3 根， 并由人工或由自动控制的机电系统实现 相应推、 拉运动。

本发明的柔性连续体机械结构中， 优选地， 驱动机构延接成为多节驱动机 构以实现对延接有多节近端结构体和远端结构 体的连续体机械结构的驱动。

优选地， 所述近端间隔盘和所述远端间隔盘为环状， 在环上设有多个供结 构骨穿过结构骨孔。

优选地， 所述中部连接体的临靠所述近端结构体的管道 固定板的外周侧上 设有多个沿径向的驱动连接孔， 用于与驱动机构连接。

优选地， 所述的管道为任意形状、 刚性或柔性， 但其长度须可测量、 可估 算或恒定。

本发明还提供了另一种柔性连续体机械结构， 其特征在于， 包括： 远端结构体， 所述远端结构体包括远端间隔盘、 远端锁紧盘和结构骨； 近端结构体， 所述近端结构体包括近端间隔盘、 近端锁紧盘和结构骨， 且 所述远端结构体上的结构骨与所述近端结构体 上的对应的结构骨固定连接或者 为同一根结构骨； 以及

中部连接体， 所述中部连接体包括两个以上固定板， 所述固定板上设有多 个供结构骨穿过的孔； 其中， 所述远端结构体经由所述中部连接体与所述近 端结构体关联， 结构 骨一端固定于近端锁紧盘， 依次穿过近端间隔盘、 中部连接体、 远端间隔盘， 另一端固定于远端锁紧盘， 使得当驱动所述近端结构体朝向任意方向弯转 时， 所述远端结构体相应地朝向相反的方向弯转， 或者， 当驱动所述近端结构体伸 长或缩短时， 所述远端结构体相应地缩短或伸长。

根据本发明的另一方面， 提供了一种柔性连续体机械结构， 其特征在于， 包括：

远端结构体， 所述远端结构体包括远端间隔体、 远端锁紧盘和结构骨； 远端运动链， 所述远端运动链内置于所述远端结构体内并用 于改变远端结 构体刚度， 且所述远端运动链与所述远端结构体保持运动 相容性；

近端结构体， 所述近端结构体包括近端间隔体、 近端锁紧盘和结构骨， 且 所述远端结构体上的结构骨与所述近端结构体 上的对应的结构骨固定连接或者 为同一根结构骨； 以及

中部连接体， 所述中部连接体包括管道固定板和管道；

其中， 所述远端结构体经由所述中部连接体与所述近 端结构体关联， 结构 骨一端固定于近端锁紧盘， 依次穿过近端间隔体、 中部连接体、 远端间隔体， 另一端固定于远端锁紧盘， 使得当驱动所述近端结构体朝向任意方向弯转 时， 所述远端结构体相应地朝向相反的方向弯转， 或者， 当驱动所述近端结构体伸 长或缩短时， 所述远端结构体相应地缩短或伸长。

—优选实施例中， 远端间隔体和近端间隔体是波纹管， 所述波纹管上设有供 所述结构骨穿过的孔。

另一优选实施例中， 远端间隔体和近端间隔体是螺旋弹簧， 所述螺旋弹簧上 设有供所述结构骨穿过的孔。

优选地， 中部连接体上还可设有保持环， 用于将所述中部连接体的固定管 道分成多束。

一优选实施例中， 所述远端运动链由六个构件以上组成， 第一构件的一端固 定于远端锁紧盘或管道固定板上， 另一端与第二个构件的一端可转动连接构成 第一旋转接头； 第二个构件的另一端与第三构件的一端可转动 连接构成第二旋 转接头； 第三构件的另一端可伸缩地连接于第四构件的 一端构成伸缩接头； 第 四构件的另一端与第五构件的一端可转动连接 构成第三旋转接头； 第五构件的 另一端与第六构件的一端可转动连接构成第四 旋转接头， 第六构件的另一端固 定于远端锁紧盘上， 或者第六个构件连接于第七个构件， 且最后一个构件固定 于远端锁紧盘上， 各旋转接头和伸缩接头的设置使得远端运动链 与远端结构体 保持运动相容性， 从而能够随所述远端结构体朝向各个方向弯转 和伸缩。

另一优选实施例中， 远端运动链可包括连杆一、 连杆二、 连杆三以及设置 在连杆一与管道固定板或远端锁紧盘之间的旋 转接头、 设置在连杆一与连杆二 之间的伸缩接头、 设置在连杆二和连杆三之间的旋转接头， 设置在连杆三与远 端锁紧盘之间的旋转接头。

根据本发明的又一方面， 提供了一种柔性连续体机械结构， 其特征在于， 包括：

远端结构体， 所述远端结构体包括远端间隔体、 远端锁紧盘和结构骨； 远端运动链， 所述远端运动链内置于所述远端结构体内并用 于改变远端结 构体刚度， 且所述远端运动链与所述远端结构体保持运动 相容性；

近端结构体， 所述近端结构体包括近端间隔体、 近端锁紧盘和结构骨， 且 所述远端结构体上的结构骨与所述近端结构体 上的对应的结构骨固定连接或者 为同一根结构骨；

中部连接体， 所述中部连接体包括管道固定板和管道； 以及

驱动机构， 所述驱动机构内置于所述近端结构体内；

其中， 所述远端结构体经由所述中部连接体与所述近 端结构体关联， 结构 骨一端固定于近端锁紧盘， 依次穿过近端间隔体、 中部连接体、 远端间隔体， 另一端固定于远端锁紧盘， 使得当所述近端结构体在所述驱动机构驱动下 朝向 任意方向弯转时， 所述远端结构体相应地朝向相反的方向弯转， 或者， 当驱动 所述近端结构体伸长或缩短时， 所述远端结构体相应地缩短或伸长。

一优选实施例中， 所述驱动机构由多根连杆， 以及设置在连杆之间和连杆与 近端锁紧盘之间的伸缩接头以及旋转接头构成 ， 所述伸缩接头能够驱动所述近 端结构体作伸缩运行， 而所述旋转接头能够驱动所述近端结构体作弯 转运动。

优选地， 驱动机构包括连杆一、 连杆二、 连杆三以及设置在所述连杆一与 管道固定板之间的旋转接头、 设置在连杆一与连杆二之间的伸缩接头、 设置在 连杆二和连杆三之间的旋转接头， 设置在连杆三与近端锁紧盘之间的旋转接头， 其中设置在连杆三与近端锁紧盘之间的旋转接 头为被动旋转接头， 其余旋转接 头和伸缩为主动接头， 均由电机带动运动， 从而带动所述近端结构体作弯转运 动和 /或伸缩运动。

本发明的柔性连续体机械结构以非常简单、 紧凑的结构实现了在近端操作 而控制远端机构朝向任意方向的弯转和 /或伸缩， 在医疗领域， 工业自动化设备 方面具有非常广泛的应用。 附图说明

图 1是本发明的柔性连续体机械结构的第一实施� �的立体图；

图 2是本发明的柔性连续体机械结构的第一实施� �的一个变形例的立体图； 图 3是本发明的柔性连续体机械结构的第一实施� �的另一变形例的立体图； 图 4a-4b 是本发明的柔性连续体机械结构的第一实施例 的又一变形例的立 体图， 其中图 4b是图 4a中 A部分的局部放大图； 图 5是本发明的连续体机械结构的驱动机构的第� �实施例的结构示意图； 图 6 是本发明的圆环形截面连续体机械结构装配至 驱动机构后的结构示意 图；

图 7 是本发明的方环形截面连续体机械结构装配至 驱动机构后的结构示意 图；

图 8 是本发明的非完整环形截面连续体机械结构装 配至驱动机构后的结构 示意图；

图 9 是本发明的中部束缚的环形截面连续体机械结 构装配至驱动机构后的 结构示意图；

图 10是本发明的环形截面两节连续体机械结构的� ��构示意图；

图 1 1a和 l ib是本发明的环形截面两节连续体机械结构的� ��一结构示意图， 其中图 l ib是图 1 1a中 B部分的局部放大图；

图 12是本发明的连续体机械结构两节驱动机构的� ��构示意图；

图 13是本发明的环形截面两节连续体机械结构装� ��至两节驱动机构后的结 构示意图；

图 14是本发明的另一环形截面两节连续体机械结� ��装配至两节驱动机构后 的结构示意图；

图 15是本发明的柔性连续体机械结构的第三实施� ��的立体图；

图 16是图 15中的远端结构体的立体图；

图 17a和 17b分别是示出用于替代远端结构体和近端结构 体中的间隔盘的 一实施例的立体图和剖视图；

图 18是示出用于替代远端结构体和近端结构体中� ��间隔盘的另一实施例的 立体图； 以及

图 19是本发明的柔性连续体机械结构的驱动机构� ��另一实施例的立体图。 具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详 细说明， 以便更清楚理解本发明 的目的、特点和优点。应理解的是， 附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制 ， 而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。 说明书中， 相同的附图标记表示相同 或相似的部件。

本发明提出了一种可延接可弯转可伸缩的柔性 连续体机械结构， 该结构可 实现可控的弯转及伸缩运动， 并具有一定的负载承受能力， 还可通过延接的方 式实现多个弯转、 伸缩运动的串联。 该机械结构的驱动机构可与柔性连续体机 械结构分离， 从而实现驱动机构可更换且一副驱动机构可驱 动多副该柔性连续 体机械结构。

具体来说， 该柔性连续体机械结构由一个远端结构体、 一个近端结构体和 中部连接体组成。 远端结构体经由中部连接体与近端结构体关联 。 远端结构体 由远端间隔盘、 远端锁紧盘和结构骨组成。 近端结构体由近端间隔盘、 近端锁 紧盘和结构骨组成。 中部连接体则由管道 （较佳地是刚性管道） 和管道固定板 组成。

驱动机构可与近端结构体连接并可驱动近端结 构体， 在驱动机构的驱动下， 近端结构体可朝向任意方向弯转和 /或伸缩， 并由此带动远端结构体朝向任意方 向弯转和 /或伸缩。

远端结构体内结构骨由弹性细杆或者弹性细管 构成， 能够承受拉力或推力， 其数量和分布可根据需求设定。 远端锁紧盘和远端间隔盘为刚性盘状结构， 具 有相同的通孔布置， 远端间隔盘上孔径略大于结构骨外径以保证结 构骨能够从 中自由穿过， 而远端锁紧盘上孔径则部分或全部略小于结构 骨外径， 使得部分 或全部结构骨无法相对于锁紧盘滑动， 或者也可通过另外的锁紧装置将部分或 全部结构骨锁紧在远端锁紧盘上。 远端锁紧盘和远端间隔盘的形状及其上孔的 布置均可根据设计需求制定 （一简单实例为远端锁紧盘和远端间隔盘均为 圆环 状结构， 沿圆周方向均匀分布若干个通孔） 。 间隔盘之间以及间隔盘和锁紧盘 之间保持一定距离， 间隔盘所发挥作用为限定结构骨的位置以及防 止结构骨在 受到推力时失稳。

近端结构体内结构骨亦由弹性细杆或者弹性细 管构成， 能够承受拉力或推 力， 其数量可根据需求设定。 近端锁紧盘和近端间隔盘为刚性盘状结构， 具有 相同的通孔布置， 近端间隔盘上孔径略大于结构骨外径以保证结 构骨能够从中 自由穿过， 而近端锁紧盘上孔径则部分或全部略小于结构 骨外径， 使得部分或 全部结构骨无法相对于锁紧盘滑动。 近端锁紧盘和近端间隔盘的形状及其上孔 的布置均可根据设计需求设定 （一简单实例为近端锁紧盘和近端间隔盘均为 圆 环状结构， 沿圆周方向均匀分布若干个通孔） 。 近端结构体的间隔盘之间以及 间隔盘和锁紧盘之间保持一定距离， 间隔盘所发挥作用为限定结构骨的位置以 及防止结构骨在受到推力时失稳。

中部连接体内管道由两片或两片以上管道固定 板固定， 管道的形状、 指向、 长度、 弯曲情况、 偏移情况均可任意设定。 管道的数量可根据远端结构骨和近 端结构骨的数量设定。 连续体结构骨贯穿中部连接体中的管道； 一端伸至远端 结构体内， 穿过远端间隔板固定于远端锁紧盘上； 另一端伸至近端结构体内， 穿过近端间隔板固定于近端锁紧盘上。

当中部连接体保持固定时， 由于各结构骨长度可测量、 可估算或恒定， 弯 转近端结构体将使得远端结构体向相反方向弯 转， 远端结构体的任意弯转总可 以通过近端结构体的相应弯转来实现。 近端结构体还可以通过驱动使得其长度 增加， 远端结构体的长度会则相应缩短， 反之亦然。 总之， 远端结构体向任意 方向的弯转和伸缩， 均可由近端结构体的相应驱动来实现。 远端结构体在外围 尺寸上可以比近端结构体大、 小或者近似， 以适应不同运动场合的性能需要。 此种柔性连续体机械结构可依次延接成为多节 连续体机械结构， 即可依次 延接有多节近端结构体和 /或多节远端结构体。 例如可依次延接有两个近端结构 体和两个远端结构体， 其中， 中间的近端结构体和远端结构体构成一号连续 体 机械结构， 而位于两端的近端结构体与远端结构体构成二 号连续体机械结构， 一号和二号连续体机械结构共用一个中部连接 体。 二号连续体机械结构的结构 骨先与二号连续体远端锁紧盘固连， 穿过二号连续体远端间隔盘， 再依次穿过 一号连续体机械结构的远端结构体、 共用的中部连接体中的管道和一号连续体 的近端结构体， 穿过二号连续体近端间隔盘， 固连至二号连续体近端锁紧盘上。 若一号连续体机械结构中结构骨为细管， 二号连续体机械结构中结构骨可同心 穿过一号连续体机械结构的结构骨而连接至二 号连续体机械结构的远端结构体 和近端结构体内。 二号连续体机械结构的结构骨亦可不与一号连 续体机械结构 构成相对运动关系而直接穿过共用的中部连接 体并连接至二号连续体机械结构 的远端结构体和近端结构体内。 两节连续体机械结构的远端结构体的任意弯转 和伸缩， 均可通过驱动这两节连续体机械结构的近端结 构体来实现。 同理可延 接多个连续体机械结构以实现多个弯转和伸缩 运动的串联， 以获得更高的运动 灵活性。 高强度的结构骨 （例如用镍钛合金或不锈钢构成） 能使得此结构在实 现灵活运动的同时具有承受负载的能力， 此能力由连续体机械结构中各结构骨 的直径、 材料、 根数、 分布和长度等因素决定， 此能力亦可通过控制连续体中 结构骨和间隔盘的相关参数进行调整， 可实现具有很高的负载承载能力或者较 低的负载承载能力但更易于在外力条件下被动 变形以适应周围环境。

上述的用于对此种连续体机械结构进行驱动的 驱动机构中， 驱动机构可与 该连续体机械结构分离， 从而实现驱动机构可更换并一副驱动机构可驱 动多副 连续体机械结构。 驱动机构由驱动锁紧盘、 驱动间隔盘、 驱动结构骨和驱动固 定盘组成。

驱动结构骨由弹性细杆或者弹性细管构成， 能够承受拉力或推力， 其数量 须大于或等于 3根， 可由人工或由自动控制的机电系统以实现相应 推、 拉运动。 驱动锁紧盘和驱动间隔盘为刚性结构 （形状可为圆形或非圆形） ， 具有相同的 通孔布置， 驱动间隔盘上孔径略大于驱动结构骨外径以保 证驱动结构骨能够从 中自由穿过， 而驱动锁紧盘上孔径则部分或全部略小于驱动 结构骨外径， 使得 部分或全部驱动结构骨无法相对于驱动锁紧盘 滑动。

驱动锁紧盘和驱动固定盘中有大通孔， 可容连续体机械结构的近端结构体 通过。 驱动锁紧盘和驱动固定盘还可通过插销分别与 连续体机械结构中的近端 锁紧盘和中部连接体的管道固定板相连。 驱动结构骨的协同推拉驱动可实现驱 动机构的任意弯转和伸缩， 驱动机构中驱动锁紧盘的运动则带动该连续体 机械 结构中近端锁紧盘的运动， 从而实现近端结构体的任意弯转和伸缩， 最终实现 远端结构体的弯转和伸缩。

驱动机构亦可延接成为多节驱动机构以实现对 延接后的连续体机械结构的 驱动。 例如， 当连续体机械结构延接有两个近端结构体和两 个远端结构体时， 相应地， 可设有两节驱动机构。 延接后， 二号驱动机构的驱动结构骨固连于二 号驱动机构的驱动锁紧盘， 在穿过二号驱动机构的驱动间隔盘后， 穿过一号驱 动机构的驱动锁紧盘和驱动间隔盘， 通过人工或机电驱动， 实现二号驱动机构 的弯转和伸缩， 从而带动二号连续体机械结构的近端结构体的 弯转和伸缩， 并 最终实现二号连续体机械结构的远端结构体的 弯转和伸缩。 实施例 1

图 1示出根据本发明的柔性连续体机械结构的第� �实施例的立体图。如图 1， 柔性连续体机械结构 100由远端结构体 1、 中部连接体 2和近端结构体 3组成。 远端结构体 1包括远端锁紧盘 4、 远端间隔盘 5和结构骨 6， 中部连接体 2包括 管道固定板 7、 9和管道 8， 近端结构体 3包括近端间隔盘 10、 近端锁紧盘 1 1 和结构骨 6。本实施例中， 远端结构体 1上的结构骨 6和近端结构体上的对应的 结构骨 6为同一根结构骨， 但是本领域的技术人员应理解， 远端结构体 1上的 结构骨与近端结构体上的对应的结构骨 6 也可以不是同一根结构骨， 而是通过 各种连接结构而固定连接在一起。 结构骨 6锁紧于远端锁紧盘 4上， 并穿过远 端间隔盘 5、 管道 8、 近端间隔盘 10， 锁紧于近端锁紧盘 1 1上。 结构骨 6在该 连续体机械结构中长度可测量、 可估算或保持恒定。 近端锁紧盘 1 1和管道固定 板 9上设有用于与驱动机构连接的插销孔 1 12和 92。

具体来说， 远端结构体 1具有一个远端锁紧盘 4、 多个远端间隔盘 5和多根 结构骨 6。远端间隔盘的数量根据所需要的远端结构� �的长度来设定， 而结构骨 的数量根据所需要实现的负载和柔顺性来设定 ， 图 1 中所示实施例中设有 8根 结构骨 6， 但也可以是 3、 4、 5、 6... 19、 20...根等。 结构骨可以是弹性细杆或 弹性细管。 远端锁紧盘 4和远端间隔盘 5可以具有任何合适的环形或半环形形 状。 图 1所示的实施例中， 远端锁紧盘 4为圆环状， 其上设有多个用于锁紧结 构骨 6的结构骨锁紧孔 41， 结构骨锁紧孔 41是直径略小于结构骨的直径。远端 间隔盘 5的形状与远端锁紧盘 4的形状相同， 而其上的结构骨孔 51的直径略大 于结构骨 6的直径， 由此允许结构骨 6 自由地穿过远端间隔盘 5。 在组装时， 可 在结构骨 6表面和间隔盘 5之间设置弹性套， 或者在间隔盘 5外周包裹一层弹 性套， 使得各间隔盘 5始终均匀分布， 同时允许结构骨 6能够相对于间隔盘 5 滑动。

近端结构体 3具有一个近端锁紧盘 1 1、多个近端间隔盘 10和多根结构骨 6。 近端间隔盘的数量根据所需要的近端结构体的 长度来设定， 而结构骨的数量取 决于远端结构体中结构骨的数量， 图 1中所示实施例中设有 8根结构骨 6。近端 锁紧盘 1 1和近端间隔盘 10可以具有任何合适的环形或半环形形状。 图 1所示 的实施例中， 近端锁紧盘 1 1为圆环状， 其上设有用于固定结构骨 6的结构骨固 定孔 1 1 1， 可通过粘接、 悍接， 或过盈配合等将结构骨 6 固定到结构骨固定孔 1 1 1中。 或者， 也可在近端锁紧盘上设有夹持机构， 从而将结构骨 6夹持固定在 近端锁紧盘 1 1上。 在近端锁紧盘 1 1 的外周侧上还设有 4个沿径向的驱动连接 孔 1 12 (可根据需要设置合适数量的驱动连接孔 1 12 ) ， 用于与驱动机构连接， 下文将更详细说明。 近端间隔盘 10的形状与近端锁紧盘 1 1 的形状基本相同， 而其上的结构骨孔 101 的直径略大于结构骨 6的直径， 由此允许结构骨 6 自由 地穿过近端间隔盘 10。在组装时， 可在结构骨 6表面和间隔盘 10之间设置弹性 套， 或者在间隔盘 10外周包裹一层弹性套， 使得各间隔盘 10始终均匀分布， 同时允许结构骨 6能够相对于间隔盘 10滑动。

中部连接体 2包括与远端结构体 1连接的管道固定板 7、 管道 8， 以及与近 端结构体 3连接的管道固定板 9。管道固定板 7和管道固定板 9可以是其上设有 供管道 8和结构骨穿过的孔的任何合适的结构。 图 1所示的实施例中， 管道固 定板 7为矩形板状件， 其中部设有供管道 8穿过的以等角度间隔分布的 8个通 孔 71。 管道固定板 9为圆环状件， 其上设有供管道 8穿过的以等角度间隔分布 的 8个通孔 91。 在管道固定板 9的外周侧上还设有 4个沿径向的驱动连接孔 92 (可根据需要设置合适数量的驱动连接孔 92 ) ， 用于与驱动机构连接。 管道 8 的两端通过悍接、 连接， 或过盈配合等分布与管道固定板 7和管道固定板 9上 的通孔 71、 91连接。 需要指出的是管道 8的形状、 指向、 长度、 弯曲情况、 偏 移情况均可任意设定。 如图 4a所示， 管道 8被束缚后所占用的截面面积甚至可 小于远端结构体 1或近端结构体 3， 下文将更详细说明。 另外， 若使用时， 管道 固定板 7和管道固定板 9被固定住的话， 则可以取消管道 8， 而管道固定板 7和 管道固定板 9上设有多个供结构骨穿过的孔。

组装完成后结构骨 6的一端固定于远端锁紧盘 4上，依次穿过远端间隔盘 5、 管道固定板 7、 管道 8、 管道固定板 9， 以及近端间隔盘 10， 最后锁固于近端锁 紧盘 1 1上。 当通过电机或人工来驱使驱动机构 （图 1中未示出） 朝向任意方向 弯转和 /或伸缩时， 近端结构体 3相应地实现了任意方向的弯转和伸缩。 且由于 结构骨 6 的长度可测量、 可估算或恒定， 近端结构体在也相应地实现了任意的 弯转和伸缩， 下文将更详细阐述。

图 2-4b 示出根据本发明的柔性连续体机械结构的第一 实施例的三个变型 例。 图 2所示的变形例与图 1所示的柔性连续体机械结构的不同之处在于� �端 结构体的远端锁紧盘、 远端间隔盘， 近端结构体的间隔盘， 以及中部连接体的 管道固定的形状。 其中， 远端锁紧盘 4和远端间隔盘 5为方环状， 其截面为多 边形形状， 在多边形的各边上设有供结构骨 6 穿过的结构骨孔。 中部连接体的 管道固定 9形状为盘状。 图 3所示的变形例与图 1所示的柔性连续体机械结构的不同之处在于� �端 结构体的远端锁紧盘和远端间隔盘的形状。 本实施例中， 远端锁紧盘和远端间 隔盘的截面形状为带有缺口的环形或称弧形。 其余相同， 在此不再详述。

图 4a-4b所示的变形例与图 1所示的柔性连续体机械结构的不同之处在于� � 部连接体的结构。 如图 4a和 4b所示， 中部连接体 2可在图 1所示的实施例的 基础上从管道固定 7出再延伸出一段距离， 并相应地增加多个管道固定盘 81和 一个管道固定板 7a。 由此， 可延长中部连接体的长度并改变中部连接体的 形状 以适用于不同的需求。 可根据需要设置管道固定盘的形状及其管道孔 的排列来 满足各种不同需求。 图 4a所示的实施例中， 管道固定盘 81 为圆环状， 其上的 管道孔的排列为 4行 4列。 但本领域的技术人员应理解， 可根据需要设计任意 形状的管道固定盘和任意排列的管道固定孔。

图 5示出根据本发明的柔性连续体机械结构的驱� �机构 200的第一实施例 的立体图。 如图 5所示， 柔性连续体机械结构的驱动机构由驱动锁紧盘 13、 驱 动间隔盘 14、 驱动结构骨 15和驱动固定盘 16组成。 驱动结构骨 15固定于驱动 锁紧盘 13上并能自由穿过驱动间隔盘 14和驱动固定盘 16。 通过电机或人工推 拉（直线运动）来致动各驱动结构骨 15， 各驱动结构骨 15的运动组合可实现驱 动机构朝向任意方向弯转和伸缩。 在驱动锁紧盘 13和驱动固定盘 16上分别设 有用于与近端锁紧盘 1 1和管道固定板 9连接的插销孔 132和 161。

具体来说， 驱动机构具有一个驱动锁紧盘 13、 多个驱动间隔盘 14、 多根驱 动结构骨 15， 以及一个驱动固定盘 16。 装配后， 驱动机构形成有沿其轴线方向 的通孔，以容纳近端结构体 3。驱动间隔盘的数量根据近端结构体的长度� �设定， 而驱动结构骨 15的数量根据所需要实现的负载来设定， 但至少需要 3根， 图 5 中所示实施例中设有 4根驱动结构骨 15。 驱动锁紧盘 13和驱动间隔盘 14可以 具有匹配近端结构体的任何合适的形状。 图 5所示的实施例中， 驱动锁紧盘 13 为圆环状， 其上设有用于固定驱动结构骨 15的结构骨固定孔 131， 可通过粘接、 悍接， 或过盈配合等将驱动结构骨 15固定到结构骨固定孔 131中。 或者， 也可 在驱动锁紧盘上设有夹持机构，从而将驱动结 构骨 15夹持固定在驱动锁紧盘 13 上。 在驱动锁紧盘 13的外周侧上还设有 4个驱动连接孔 132 (可根据需要设置 合适数量的驱动连接孔 132 ) ， 用于与近端结构体连接。 驱动间隔盘 14的形状 与近端间隔盘 10的形状基本相同， 而其上的驱动结构骨孔 141的直径略大于驱 动结构骨 15的直径， 由此允许驱动结构骨 15 自由地穿过驱动间隔盘 14。 在组 装时， 可在驱动结构骨 15表面和驱动间隔盘 14之间设置弹性套， 或者在驱动 间隔盘 14外周包裹一层弹性套， 使得各间隔盘 14始终均匀分布， 同时允许驱 动结构骨 15能够相对于驱动间隔盘 14滑动。

图 6-9分别示出图 l-4b中的柔性连续体机械结构 100装配至图 5中的驱动 机构 200后的结构图。如图 6-9所示， 近端结构体 3容纳在驱动机构的所形成的 通孔中， 并通过近端结构体上的驱动连接孔 1 12和 92分别与驱动机构上的插销 孔 132和 161连接 （通过插销等） ， 而将柔性连续体机械结构 100装配在驱动 机构 200上。 其中， 近端锁紧盘 1 1 与驱动锁紧盘 13 固定连接， 管道固定板 9 与驱动固定盘 16固定连接。

装配后， 驱动结构骨 15 的协同推拉驱动可使驱动锁紧盘 13 向任意方向弯 转， 还可同时使得驱动机构的整体长度发生伸缩。 由于驱动锁紧盘 13和驱动固 定盘 16分别与近端锁紧盘 1 1和管道固定板 9由插销相连， 驱动结构骨 15的协 同推拉驱动即使得近端结构体 3 实现了任意方向的弯转和伸缩， 从而实现了远 端结构体 1的任意弯转和伸缩。 实施例 2

图 10示出根据本发明的柔性连续体机械结构的第� ��实施例的结构图。 本实 施例中， 柔性连续体机械结构可依次延接成为多节连续 体机械结构， 即可依次 延接有多节近端结构体和 /或多节远端结构体。图 10中所示的实施例延接有两节 近端结构体和两节远端结构体， 它们共用一个中部连接体。 其中， 各近端结构 体、 远端结构体， 以及中部连接体的基本结构与图 1 所示的实施例相同， 在此 不再详述。

如图 10所示， 一号近端结构体 3和一号远端结构体 1构成一号连续体机械 结构， 而二号近端结构体 19和二号远端结构体 18构成二号连续体机械结构。 二号连续体机械结构的远端结构体 18会延接于一号连续体机械结构的远端结构 体 1， 而二号连续体机械结构的近端结构体 19则延接于一号连续体机械结构的 近端结构体 3。 二号连续体机械结构的结构骨 20先与二号连续体远端锁紧盘 21 固连， 穿过二号连续体远端间隔盘 22， 再依次穿过一号连续体机械结构的远端 结构体 1 (包括一号远端锁紧盘 4和一号远端间隔盘 5 ) 、 共用的中部连接体 2 中的管道 8 (管道 8数目则大于或等于一号连续体机械结构的结� �骨 6的数目加 上二号连续体机械结构的结构骨 20的数目） 和一号连续体的近端结构体 3 (包 括一号连续体近端锁紧盘 1 1和一号连续体近端间隔盘 10 ) ， 穿过二号连续体近 端间隔盘 23， 固连至二号连续体近端锁紧盘 24上。 此时， 一号连续体远端锁紧 盘 4和一号连续体近端锁紧盘 1 1上均在相应位置处布置有通孔， 二号连续体结 构骨 20可灵活穿过这些通孔。 二号连续体近端锁紧盘 24、 一号连续体近端锁紧 盘 1 1与管道固定板 9上均设有用于与驱动机构连接的插销孔 242、 1 12和 92。 另外， 根据需要， 可设置任意数量的近端结构体和任意数量的远 端结构体来实 现不同的伸缩和弯转运动。

图 10中所示的多节连续体机械结构中的一号连续� ��机械结构的结构骨 6为 弹性细杆。 但是， 一号连续体机械结构的结构骨 6也可以是弹性细管。 如图 1 1a 和 l ib所示， 当其为弹性细管时， 二号连续体结构骨 20可从结构骨 6中贯穿。 此外， 一号连续体的结构骨 6 亦可部分为弹性细杆、 部分为弹性细管。 中部连 接体 2中的管道 8的数目则需满足一号连续体结构骨 6和二号连续体结构骨 20 的通过需求。

另外， 虽然图 10和 1 1 中所示多节连续体机械结构中的锁紧盘、 间隔盘等 截面为圆环状， 但其也可为任意形状的截面。

图 12示出根据本发明的柔性连续体机械结构的第� ��实施例的驱动机构的立 体图。 如图 12所示， 驱动机构由二号驱动锁紧盘 25、 二号驱动间隔盘 26、 二 号驱动结构骨 27、 一号驱动锁紧盘 13、 一号驱动间隔盘 14、 一号驱动结构骨 15和驱动固定盘 16组成。二号驱动结构骨 27固定于二号驱动锁紧盘 25上并能 自由穿过二号驱动间隔盘 26、 一号驱动锁紧盘 13、 一号驱动间隔盘 14和驱动 固定盘 16。 一号驱动结构骨 15固定于一号驱动锁紧盘 13上并能自由穿过驱动 间隔盘 14和驱动固定盘 16。 二号驱动锁紧盘 25、 一号驱动锁紧盘 13和驱动固 定盘 16上分别设有用于与二号近端锁紧盘 24、 一号近端锁紧盘 1 1和管道固定 板 9连接的插销孔 252、 插销孔 132， 以及插销孔 161。

图 13示出图 10中的多节柔性连续体机械结构装配至图 12中的多节驱动机 构后的结构图。 多节柔性连续体机械结构套入多节驱动机构中 ， 并通过插销等 将多节柔性连续体机械结构和多节驱动机构固 定在一起。 装配完成后， 如图 13 所示， 二号驱动结构骨 27和一号驱动结构骨 15 的协同推拉驱动 （人工或机电 实现） 可使二号驱动锁紧盘 25和一号驱动锁紧盘 13 向任意方向弯转， 还可同 时使得驱动机构的两节长度分别发生伸缩。 由于二号驱动锁紧盘 25、 一号驱动 锁紧盘 13和驱动固定盘 16分别与二号近端锁紧盘 24、一号近端锁紧盘 1 1和管 道固定板 9由插销相连， 驱动结构骨 27、 15的协同推拉驱动即使得二号近端结 构体 19和一号近端结构体 3实现了任意方向的弯转和伸缩， 从而实现了一号远 端结构体 1和二号远端结构体 18的任意弯转和伸缩。

图 14示出图 1 1a中的多节柔性连续体机械结构装配至图 12中的多节驱动 机构后的结构图。 其驱动运动原理与图 13中所示内容一致， 在此不再详述。

实施例 3

图 15-16 示出根据本发明的柔性连续体机械结构的第三 实施例的结构图。 本实施例中， 与实施例 2主要不同之处在于， 在一号远端结构体 Γ和二号远端 结构体 18'上还分别设有第一远端运动链 la'和第二远端运动链 18a'， 分别用于 增强一号远端结构体 Γ和二号远端结构体 18'的刚性， 尤其是抗扭强度。 第一远 端运动链 la'和第二远端运动链 18a'分别具有与一号远端结构体 Γ和二号远端结构 体 18'保持相容的运动能力自由度或保持运动相容 性， 从而能够随其弯转和伸缩。 本文中， 保持相容的运动能力或保持运动相容性指的是 远端运动链的植入不妨 碍远端结构体的运动， 即使会局部改变远端结构体的形状。

具体地，第一远端运动链 la'的一端固定于管道固定板或一号远端结构体 Γ 的第一远端锁紧盘上， 另一端固定于一号远端结构体的端板 12'上， 从而一号远 端结构体 Γ的运动能够带动第一远端运动链 la'进行相应的运动。

图 15-16所示的实施例中， 第二远端运动链 18a'具有旋转接头一旋转接头 一伸缩接头一旋转接头一旋转接头构造。 具体地， 第二远端运动链 18a'由至少 六个构件组成， 第一构件 18al '的一端固定于第二远端锁紧盘 181 '上， 另一端与 第二个构件 18a2'的一端可转动连接构成第一旋转接头 18aa' _; 第二个构件 18a2' 的另一端与第三构件 18a3，的一端可转动连接构成第二旋转接头 18ab，； 第三构 件 18a3'的另一端可伸缩地连接于第四构件 18a4'的一端构成伸缩接头 18ac' _; 第 四构件的另一端与第五构件 18a5，的一端可转动连接构成第三旋转接头 18ad，； 第五构件的另一端与第六构件 18a6'的一端可转动连接构成第四旋转接头 18ae'， 第六构件的另一端固定于第一远端锁紧盘 12'。各旋转接头和伸缩接头的的设置 使得第二远端运动链 18a'具有与二号远端结构体相容的运动能力， 从而能够随 二号远端结构体朝向各个方向弯转和伸缩。 应指出， 当设有第七个以上构件时， 第六构件的另一端连接于第七构件， 最后一个构件固定于远端锁紧盘 12'。

图 15-16所示实施例中， 一号远端结构体 Γ上的第一远端运动链 la'与第二 远端运动链 18a'相同。 但应理解， 第一远端运动链的结构也可与第二远端运动 链不同。 实际上， 远端运动链的结构也可采用其他结构形式， 只要其能够增强 远端连续体的刚度或抗扭强度， 且不影响远端连续体的弯转和伸缩运动既可。 另一实施例中， 远端运动链采用软轴， 该软轴具有较高的抗扭强度， 同时能够 易于弯曲。

另外， 如图 15所示， 当中部连接体 2'较长时， 可设置保持环 2a用于将导 管 8捆扎成一束或一束以上以减小中部连接体 2的占用空间。 当中部连接体的 长度较短时， 如图 1- 14所示的第一和第二实施例， 也可不需要保持环。

图 17a-17b和 18示出用于替代远端结构体和近端结构体中的� ��隔盘的两种 结构， 为便于说明， 该结构称为间隔体。 该间隔体能够伸缩和弯转， 且其上设 有供结构骨穿过的孔。

如图 17a和 17b所示， 间隔体为波纹管 500， 波纹管 500的外周设有供结构 骨穿过的孔 501。 间隔体也可为螺旋弹簧 600， 如图 18所示， 螺旋弹簧上设有 供结构骨穿过的孔 601。波纹管 500和螺旋弹簧 600的材料选择成使其在能够伸 缩和弯转的同时， 具有所需要的抗扭强度， 从而不需要增加额外远端运动链。

图 19示出另一驱动机构 200'的结构示意图。 为清楚起见， 图 19中仅示出 一号近端结构体 3 '及其驱动机构 200'。 二号近端结构体的结构与一号近端结构 体基本相同， 在此不再详述。 本实施例中， 驱动机构 200'与图 5和图 12所示的 驱动机构不同之处在于， 驱动机构 200'设置于近端连续体内， 构成近端连续体 的一部分。 而图 5和图 12的驱动机构是单独的机构， 且结构不同。

具体地， 如图 19所示， 驱动机构 200'由多根连杆， 以及设置在连杆之间和 连杆与近端锁紧盘之间的伸缩接头以及旋转接 头构成， 伸缩接头能够驱动一号 近端结构体 3 '作伸缩运行， 而旋转接头能够驱动一号近端结构体作弯转运 动。

一优选实施例中， 驱动机构 200'由连杆 701、 连杆 702、 连杆 703以及设置 在连杆 701与管道固定板 9'之间的旋转接头 （图未示） ， 设置在连杆 701与连 杆 702之间的伸缩接头 801、 设置在连杆 702和连杆 703之间的旋转接头 802， 设置在连杆 703与近端锁紧盘 1 Γ之间的旋转接头 （图未示） 。 其中， 设置在连 杆 703与近端锁紧盘 1 Γ之间的旋转接头为被动旋转接头， 其余旋转接头为主动 旋转接头， 均由电机 （图未示） 带动旋转。 各旋转接头能够按照图中箭头所指 示的旋转方向旋转， 从而带动一号近端结构体 3 '作弯转运动。 伸缩接头 801也 为主动接头， 由电机 （图未示） 带动， 按照图中所指示方向作伸缩运动， 从而 带动一号近端结构体 3 '作伸缩运动。

需要指出的是， 内置于近端结构体的驱动机构 200'的具体结构可根据需要 来设定， 而不限于图中所示的结构， 只要其能够驱动近端结构体做伸缩和弯转 运动， 并进而带动远端结构体做相应的运动。

也可通过将上述的驱动机构 200'各旋转接头和各伸缩接头都设置成被动接 头而并内置于远端结构体而用作远端运动链。 具体地， 远端运动链可包括连杆 一、 连杆二、 连杆三以及设置在所述连杆一与管道固定板或 远端锁紧盘之间的 旋转接头、 设置在连杆一与连杆二之间的伸缩接头、 设置在连杆二和连杆三之 间的旋转接头， 设置在连杆三与远端锁紧盘之间的旋转接头。

本发明的柔性连续体机械结构以非常简单、 紧凑的结构实现了在近端操作 而控制远端机构朝向任意方向的弯转和 /或伸缩， 在医疗领域， 工业自动化设备 方面具有非常广泛的应用。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例， 但应理解到， 在阅读了本发明的 上述讲授内容之后， 本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修 改。 这些等 价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。