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1、第54卷第17期机械工程学报Vol.54No.172018年9月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGSep.2018DOI：10.3901/JME.2018.17.028*具有折展与变刚度特征的NOTES手术器械臂1,21,21,21,2341,2张国凯马家耀尚祖峰陈焱由衷易波王树新(1.天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300350；2.天津大学机械工程学院天津300350；3.英国牛津大学工程科学系牛津OX13PJ英国；4.中南大学湘雅三医院普外科长沙410013)摘要：自然腔道手术(Naturalorificetransluminalendoscopi
2、csurgery,NOTES)具有恢复快、创伤小、疼痛轻等优点，在临床应用潜力巨大。为适应人体复杂腔道环境，NOTES中常采用长器械臂为手术工具提供通路及支撑。现有的器械臂往往尺寸较大且刚度低，不能满足NOTES的要求。提出一种可折展、变刚度的器械臂，采用编织结构作为骨架实现径向折展，同时借助包覆在编织结构交叉点处的热熔胶实现刚度调节。建立了器械臂的数学模型，得到了柔态和刚态下的刚度解析表达式。试验结果表明，通过加热及冷却热熔胶，器械臂可以实现刚柔两态转化，其刚度比接近20，并且转换时间小于30s，同时可以实现约2倍的径向展开比。关键词：自然腔道手术；编织结构；可变刚度；展开比；器械臂中图分类
3、号：TH112DeployableManipulatorwithTunableStiffnessforNaturalOrificeTransluminalEndoscopicSurgery1,21,21,21,2ZHANGGuokaiMAJiayaoSHANGZufengCHENYan341,2YOUZhongYIBoWANGShuxin(1.KeyLaboratoryofMechanismTheoryandEquipmentDesignoftheMinistryofEducation,TianjinUniversity,Tianjin300350;2.SchoolofMechanicalEn
4、gineering,TianjinUniversity,Tianjin300350;3.DepartmentofEngineeringScience,UniversityofOxford,OxfordOX13PJ,UK;4.TheThirdXiangyaHospitalofCentralSouthUniversity,Changsha410013)Abstract：Naturalorificetransluminalendoscopicsurgery(NOTES)hasgreatpotentialinclinicalapplicationsduetoitsshorterandbetterrec
5、overies,lesstraumaandpostoperativepaincomparedwithopensurgery.InNOTES,alongmanipulatorisalwaysplacedthroughatortuoushumanorificetocreateachannelforsurgicalinstrumentsandprovidesupportwhentheyareoperated.Currentlymostmanipulatorshavealargeprofileandlowstiffness,andthereforearenotabletomeettherequirem
6、entsofNOTES.Anewdeployablemanipulatorwithtunablestiffnessisproposed.Themanipulatortakesabraidedstructuretoachieveradialdeployment/folding,whereashotmeltadhesiveisplacedattheintersectionpointsofthestructuretoadjustitsstiffness.Amathematicalmodelisbuilttocalculatethestiffnessintherigidandflexiblestate
7、s,respectively.Experimentalresultsdemonstratethatbyheatingandcoolingtheadhesive,aflexibleandarigidstatesareachieved,andtheratioofbendingstiffnessintherigidstatetothatintheflexiblestatereachesaround20.
