驱动组件、手术器械系统和手术机器人技术方案

本发明专利技术涉及一种驱动组件、手术器械系统和手术机器人；手术机器人包括机械臂和手术器械系统，手术器械系统包括手术器械和驱动组件，手术器械包括末端执行器，机械臂的末端与手术器械系统连接；驱动组件包括壳体、驱动模块、测量模块和固定法兰；驱动模块包括驱动电机和驱动轴；驱动电机容纳于壳体中；驱动电机用于通过驱动轴驱动末端执行器运动；固定法兰与驱动轴连接，且固定法兰与驱动轴保持周向相对静止；测量模块用于获取固定法兰的转动变化量，以根据固定法兰的转动变化量来获取驱动电机的输出扭矩，进而获取末端执行器所受到的作用力。本发明专利技术提高了末端力检测的精准性，也降低了力检测的难度和成本。

【技术实现步骤摘要】
驱动组件、手术器械系统和手术机器人
本专利技术涉及医疗器械
，特别涉及一种驱动组件、手术器械系统和手术机器人。
技术介绍
微创伤手术(minimalinvasivesurgical)是指医生利用腹、胸腔镜等现代医疗设备以及配套器械进行的手术操作。与开口手术相比，微创伤手术具有创伤小、出血少、恢复快等诸多优点，在临床手术中已得到了越来越广泛的应用。近年来，随着科学技术的发展以及医学需求的提高，用于辅助实现微创伤手术的腹腔镜手术机器人应运而生并得到了迅速发展，它是集图像系统、控制系统、机构系统等三大系统于一体的现代化医疗设备。腹腔镜机手术机器人的出现克服了传统微创伤手术的许多缺点，具有安全、可靠、操作灵活等优点，还具有实施远程微创伤手术的潜力。目前，腹腔镜手术机器人已在泌尿外科、心脏外科、普通外科、妇产科和儿科等领域得到推广应用。在机器人辅助微创伤手术过程中，手术器械是唯一直接接触患者病变组织的执行机构。因此，对腹腔镜手术机器人而言，开发具有力感检测功能的手术器械是提高医生手术操作的临场感的关键技术之一，也是当前腹腔镜手术机器人研究的热点。现有的一些手术器械在器械的末端增加了力感检测组件，但是器械末端的钳头的自由度多且体积空间非常有限(器械末端直径通常小于10mm)，若在钳头极小的空间内布置力感检测组件困难极大。同时由于手术器械每次使用前都必须经过严格的消毒处理，消毒环境极易损坏钳头处的力感检测组件。这些因素导致该类型的力感知手术器械加工成本急剧增加，且使用寿命非常短。为此，在现有的一些设计方案中，将力感检测组件安装在传动组件上以检测器械末端的受力，但力感检测组件所获取的器械末端受力的电信号需要通过导体传递，而器械末端零部件之间的相对运动会磨损导体，致使电信号传递因导体的寿命损耗从而诱发可靠性问题，同时也提高了临床使用成本。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种驱动组件、手术器械系统和手术机器人，旨在实现结构紧凑和高可靠性的力感测，以精确感知驱动的输出力，从而精确检测器械末端与周围组织之间的相互作用力，以提高末端力检测的准确性，并降低末端力检测的难度和成本。为实现上述目的或其他相关目的，本专利技术提供的一种驱动组件，包括壳体、驱动模块、测量模块和固定法兰；所述驱动模块包括驱动电机和驱动轴；所述驱动电机容纳于所述壳体中；所述驱动电机用于通过所述驱动轴驱动手术器械的末端执行器运动；所述固定法兰与所述驱动轴连接，且所述固定法兰与所述驱动轴保持周向相对静止；所述测量模块用于获取所述固定法兰的转动变化量，以根据所述固定法兰的转动变化量来获取所述驱动电机的输出扭矩，进而获取所述末端执行器所受到的作用力。可选地，所述驱动组件还包括固定基座，所述固定基座具有贯通的安装孔，所述固定法兰可转动地设置于所述安装孔内。可选的，所述测量模块包括柔顺部件和测量部件；所述固定法兰通过所述柔顺部件与所述固定基座连接；所述柔顺部件被配置能够在所述固定法兰随所述驱动轴转动时发生变形；所述测量部件用于测量与所述固定法兰的转动变化量相对应的所述柔顺部件的变形信息，以根据所述柔顺部件的变形信息获取所述驱动电机的输出扭矩，进而获得所述末端执行器所受到的作用力。可选的，所述测量部件包括敏感元件，设置在所述柔顺部件上；所述敏感元件用于感测所述柔顺部件的变形信息。可选的，所述敏感元件为电阻应变片；所述测量部件还包括电路板，设置在所述固定基座上；所述电路板包括测量电路，所述测量电路用于获取所述电阻应变片的电信号；所述测量模块用根据所述电信号获取所述柔顺部件的变形信息，或直接获取所述驱动电机的输出扭矩。可选的，所述测量部件包括至少四个所述电阻应变片，其中至少两个所述电阻应变片被置于所述柔顺部件受压的一侧，至少两个所述电阻应变片被置于所述柔顺部件受拉的一侧；所述测量电路包括惠斯通电桥，所述惠斯通电桥电连接至少四个所述电阻应变片；所述测量模块用于根据所述惠斯通电桥的输出电压，以及预设的输出电压和驱动电机的输出扭矩之间的关系，获得所述驱动电机的输出扭矩。可选的，所述测量模块包括至少两个所述柔顺部件，所述固定法兰通过至少两个所述柔顺部件与所述固定基座连接；至少四个所述电阻应变片设置于至少两个所述柔顺部件上，且四个所述电阻应变片两两应变的方向相反。可选的，所述测量模块包括三个所述柔顺部件，在所述固定法兰的周向上对称布置；在任意两个所述柔顺部件上分别设置两个所述电阻应变片；每个所述柔顺部件上的两个所述电阻应变片的应变方向相反。可选的，所述电路板还包括放大电路，所述放大电路用于对所述电信号进行调理和放大处理；所述测量模块用于根据经过所述放大电路处理后的所述电信号获取所述柔顺部件的变形信息，或直接获取所述驱动电机的输出扭矩。可选的，所述敏感元件为光纤应变传感器；所述测量部件包括至少一个所述光纤应变传感器；所述光纤应变传感器用于输出光信号，以根据所述光信号获取与所述固定法兰的转动变化量相对应的所述柔顺部件的变形信息。可选的，所述测量模块包括至少两个所述柔顺部件，所述固定法兰通过至少两个所述柔顺部件与所述固定基座连接；在每个所述柔顺部件上设置至少一个所述光纤应变传感器，或者，在部分所述柔顺部件上设置至少一个所述光纤应变传感器。可选的，所述测量模块包括三个所述柔顺部件，在所述固定法兰的周向上对称布置；在三个所述柔顺部件上均设置至少一个所述光纤应变传感器，或者，在其中一个或两个所述柔顺部件上设置至少一个所述光纤应变传感器。可选的，所述光纤应变传感器用于与光纤光栅解调仪通信连接，所述光纤光栅解调仪用于根据至少一个所述光纤应变传感器的光信号获取所述柔顺部件的变形信息，或直接获取所述驱动电机的输出扭矩；或者，所述测量模块用于根据至少一个所述光纤应变传感器的光信号获取所述柔顺部件的变形信息，或直接获取所述驱动电机的输出扭矩。可选的，所述测量模块包括第一测量部件和第二测量部件，所述第一测量部件设置在所述固定基座上，所述第二测量部件设置在所述固定法兰上；所述第一测量部件用于获取当所述驱动电机没有扭矩输出时所述第二测量部件的第一数值，以及当所述驱动电机输出扭矩时所述第二测量部件的第二数值，进而根据所述第一数值和所述第二数值的差值获取所述固定法兰的转动变化量。可选的，所述第一测量部件为旋转编码器读头，所述第二测量部件为旋转编码器码盘。可选的，所述测量模块用于根据所述第一数值和所述第二数值的差值获取所述固定法兰的转动变化量，再根据预设的固定法兰的转动变化量与驱动电机的输出扭矩之间的关系，获取所述驱动电机的输出扭矩，进而获取所述所述末端执行器所受到的作用力。可选的，所述固定法兰具有通孔，所述通孔的内壁上形成有内花键，所述驱动轴上形成外花键，所述外花键与所述内花键相配合，以实现所述固定法兰与所述驱动轴保持周向相对静止。可选的，所述驱动电机的数量为多个，所述测量模块的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种驱动组件，包括壳体、驱动模块、测量模块和固定法兰；所述驱动模块包括驱动电机和驱动轴；所述驱动电机容纳于所述壳体中；所述驱动电机用于通过所述驱动轴驱动手术器械的末端执行器运动；/n所述固定法兰与所述驱动轴连接，且所述固定法兰与所述驱动轴保持周向相对静止；所述测量模块用于获取所述固定法兰的转动变化量，以根据所述固定法兰的转动变化量来获取所述驱动电机的输出扭矩，进而获取所述末端执行器所受到的作用力。/n

【技术特征摘要】
1.一种驱动组件，包括壳体、驱动模块、测量模块和固定法兰；所述驱动模块包括驱动电机和驱动轴；所述驱动电机容纳于所述壳体中；所述驱动电机用于通过所述驱动轴驱动手术器械的末端执行器运动；
所述固定法兰与所述驱动轴连接，且所述固定法兰与所述驱动轴保持周向相对静止；所述测量模块用于获取所述固定法兰的转动变化量，以根据所述固定法兰的转动变化量来获取所述驱动电机的输出扭矩，进而获取所述末端执行器所受到的作用力。


2.根据权利要求1所述的驱动组件，其特征在于，还包括固定基座，所述固定基座具有贯通的安装孔，所述固定法兰可转动地设置于所述安装孔内。


3.根据权利要求2所述的驱动组件，其特征在于，所述测量模块包括柔顺部件和测量部件；
所述固定法兰通过所述柔顺部件与所述固定基座连接；所述柔顺部件被配置能够在所述固定法兰随所述驱动轴转动时发生变形；
所述测量部件用于测量与所述固定法兰的转动变化量相对应的所述柔顺部件的变形信息，以根据所述柔顺部件的变形信息获取所述驱动电机的输出扭矩，进而获得所述末端执行器所受到的作用力。


4.根据权利要求3所述的驱动组件，其特征在于，所述测量部件包括敏感元件，设置在所述柔顺部件上；所述敏感元件用于感测所述柔顺部件的变形信息。


5.根据权利要求4所述的驱动组件，其特征在于，所述敏感元件为电阻应变片；
所述测量部件还包括电路板，设置在所述固定基座上；
所述电路板包括测量电路，所述测量电路用于获取所述电阻应变片的电信号；所述测量模块用于根据所述电信号获取所述柔顺部件的变形信息，或直接获取所述驱动电机的输出扭矩。


6.根据权利要求5所述的驱动组件，其特征在于，所述测量部件包括至少四个所述电阻应变片，其中至少两个所述电阻应变片被置于所述柔顺部件受压的一侧，至少两个所述电阻应变片被置于所述柔顺部件受拉的一侧；
所述测量电路包括惠斯通电桥，所述惠斯通电桥电连接至少四个所述电阻应变片；
所述测量模块用于根据所述惠斯通电桥的输出电压，以及预设的输出电压和驱动电机的输出扭矩之间的关系，获得所述驱动电机的输出扭矩。


7.根据权利要求6所述的驱动组件，其特征在于，所述测量模块包括至少两个所述柔顺部件，所述固定法兰通过至少两个所述柔顺部件与所述固定基座连接；至少四个所述电阻应变片设置于至少两个所述柔顺部件上，且四个所述电阻应变片两两应变的方向相反。


8.根据权利要求7所述的驱动组件，其特征在于，所述测量模块包括三个所述柔顺部件，在所述固定法兰的周向上对称布置；
在任意两个所述柔顺部件上分别设置两个所述电阻应变片；每个所述柔顺部件上的两个所述电阻应变片的应变方向相反。


9.根据权利要求5-8中任一所述的驱动组件，其特征在于，所述电路板还包括放大电路，所述放大电路用于对所述电信号进行调理和放大处理；
所述测量模块用于根据经过所述放大电路处理后的所述电信号获取所述柔顺部件的变形信息，或直接获取所述驱动电机的输出扭矩。


10.根据权利要求4所述的驱动组件，其特征在于，所述敏感元件为光纤应变传感器；
所述测量部件包括至少一个所述光纤应变传感器；所述光纤应变传感器用于输出光信号，以根据所述光信号获取与所述固定法兰的转动变化量相对应的所述柔顺部件的变形信息。


11.根据权利要求10所述的驱动组件，其特征在于，所述测量模块包括至少两个所述柔顺部件，所述固定法兰通过至少两个所述柔顺部件与所述固...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱祥，何裕源，何超，
申请(专利权)人：上海微创医疗机器人集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31