手术机器人力反馈系统中末端执行器力检测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种医疗手术机器人，公开了一种手术机器人力反馈系统中末端执行器力检测系统，其包括末端执行器械(1)，末端执行器械(1)包括与手术机器人机械臂(2)连接的器械臂(101)，还包括器械座(102)、器械本体(103)和器械杆(104)，器械座(102)内设有通过器械座和器械本体驱动器械杆(104)动作的电机组件(105)，器械臂(101)与器械座(102)之间连接有第一力传感器(106)。第一力传感器能够检测传递到器械臂处的力，即而通过作用力和反作用力的原理，得到器械末端位置部分受到的力，避免了将传感器设置于器械末端存在的使用寿命低、成本高、安装困难等问题。安装困难等问题。安装困难等问题。

【技术实现步骤摘要】
手术机器人力反馈系统中末端执行器力检测系统


[0001]本专利技术涉及一种医疗手术机器人，尤其涉及了一种手术机器人力反馈系统中末端执行器力检测系统。

技术介绍

[0002]目前医疗手术机器人在临床应用中越来越普遍，特别腹腔镜手术机器人在实际应用中有诸多优势，利用内窥镜显示病人腔体内的病灶以及周围情况，医生可以操作手术机器进腔镜手术。其中达芬奇手术机器人为代表的的腔镜手术，已经广泛应用到临床实践中了。
[0003]为了使得医生在手术操作时能够有触觉感受，感知操作的机器人末端输出力的状态，探明组织硬度，缝合组织力的控制等等，手术操作中有着重要的作用。现有技术中也有采用力反馈系统来解决机器人没办法把执行末端手术器械感知到的力反馈给医生的问题，然而目前的力反馈难点在于末端执行器械受力检测，需要准确实时低成本小体积的方案检测到力是解决力反馈最重要的环节。
[0004]现有的腹腔镜手术机器人以达芬奇手术机器人为代表的手术机器人，在力反馈的应用上也有尝试方案，该方案是在末端器械执行关节处安装薄膜样式的力传感器，虽然精度较高，但是薄膜传感器耐用性差，生物兼容性差，由于末端关节需要深入人体内部，所以该方案不适合在执行末端关节处应用。
[0005]器械是是耗材，使用次数达到后会报废，安装传感器使器械每次使用的成本增加。器械每次使用后需要消毒，每次高温消毒都有损坏传感器可能，所以在器械末端安装传感器的方案是不经济实用的。目前达芬奇手术机器人全系类仍然没有安装力反馈系统。
[0006]还有一些力传感器的方案是采用电流检车的方法，监测执行电机的电流大小，从而粗略的测量出末端的受力大小，但是这种方法有传动过程中传动比较大精度较弱，更重要的是电机不旋转时，即静态时由于电机不旋转，此时电流不能反映电机的力，不能准确检测到末端受力大小，此方案不能在实际应用中很好的解决力的检测问题，从而不能使用在力反馈的主从操作的内窥镜手术机器人系统中做力反馈检测。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对现有技术中手术机器人力反馈系统中存在的问题，提供了一种手术机器人力反馈系统中末端执行器力检测系统。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术通过下述技术方案得以解决：
[0009]手术机器人力反馈系统中末端执行器力检测系统，包括末端执行器械，末端执行器械包括与手术机器人机械臂连接的器械臂，还包括器械座、器械本体和器械杆，器械座内设有通过器械座和器械本体驱动器械杆动作的电机组件，器械臂与器械座之间连接有第一力传感器电机组件电机组件。
[0010]器械座和器械臂之间安装有第一力传感器，第一力传感器为多维力传感器，其能
够检测传递到器械臂处的力，即而通过作用力和反作用力的原理，得到器械末端整体受到的外力即器械末端位置部分受到的力。
[0011]作为优选，电机组件的外壳与器械座之间刚性连接且连接处设有第二力传感器，第二传感器设置于电机组件的外壳与器械座的连接处，通过检测电机外壳的作用力方式，能够间接检测到器械末端各个自由度方向的力。
[0012]作为优选，器械座包括器械座面板，电机组件的外壳连接在器械座面板上，电机组件的输出轴通过器械座面板与器械本体连接，第一力传感器和第二力传感器均设置在器械座面板上，能够将电机外壳收到的力通过器械座面板传递到第一力传感器和第二力传感器，以使第一力传感器和第二力传感器能够检测到器械末端对电机组件的反作用力。作为优选，器械座面板上通过扭力梁连接有电机固定盘，电机组件安装在电机固定盘上，第二力传感器设置于扭力梁上且用于检测扭力梁形变电机组件。第二力传感器能够有效检测扭力梁的形变，从而检测传递到扭力梁上的力，继而根据作用力和反作用力的原理得到器械末端受力情况。
[0013]作为优选，器械座面板上设有固定盘安装孔，电机固定盘同轴设置于安装孔内，扭力梁的两端分别连接在电机固定盘的外侧壁与安装孔的内侧壁上，电机固定盘中部设有供电机输出轴穿出的贯穿孔。扭力梁连接在电机固定盘与固定盘安装孔之间，可以通过其形变检测器械末端受力情况。
[0014]作为优选，电机固定盘的朝向电机组件的端部设有安装槽，安装槽内壁上设有内螺纹，电机组件的端部螺纹连接在安装槽内。电机组件通过螺纹连接在电机固定盘上，从而使得电机组件的安装和拆卸均非常方便。
[0015]作为优选，电机组件的穿出贯穿孔的端部安装有电机转盘，器械本体包括器械底板，器械底板上设有两端贯穿器械底板的器械丝轮盘，器械丝轮盘的一端与器械杆配合传动器械杆，另一端与电机转盘配合并随电机转盘转动。
[0016]作为优选，器械丝轮盘的一端侧壁上设有钢丝槽，钢丝槽上绕有钢丝，器械丝轮盘与器械杆通过钢丝传动。钢丝绕在器械丝轮盘端部的钢丝槽内，器械丝轮盘转动时会带动钢丝回绕或放出，从而使得钢丝能够带动器械杆顺时针或逆时针转动，继而执行器械末端做出相应的动作，如开合、滚转。
[0017]作为优选，器械丝轮盘与电机转盘通过面与面相互配合且相互配合的面上设有相互配合的凸齿和凹齿。凸齿和凹齿的配合能够实现器械丝轮盘与电机转盘之间的连接，以使电机转盘能够带动器械丝轮盘转动。
[0018]作为优选，器械座还包括器械座外壳，电机组件设置于器械座外壳内，器械座面板设置于器械座外壳端面上，器械座外壳能够起到对电机组件的保护作用。电机组件作为优选，器械本体与器械座之间还设有无菌适配器，无菌适配器的两端分别与器械座面板和器械底板配合连接，无菌适配器中部设有供电机转盘和器械丝轮盘插入的适配孔。无菌适配器的设置能够使得器械座与器械本体之间的连接更加稳定。
[0019]作为优选，器械臂的端部设有供器械杆穿过的空心套筒。空心套筒的设置能够对器械杆进行一定的限位，使其在工作时能够更加稳定。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例1的结构示意图。
[0021]图2是图1中末端执行器械的结构示意图。
[0022]图3是图2中末端执行器械的拆分结构示意图。
[0023]图4是图2中器械座的结构示意图。
[0024]图5是图4中电机组件与电机转盘之间的连接机构示意图。
[0025]图6是图4中器械座面板的结构示意图。
[0026]图7是图6中器械座面板与电机组件之间的连接结构示意图。
[0027]图8是图1中器械本体的结构示意图。
[0028]图9是图8中器械丝轮盘与器械杆之间的连接机构示意图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步详细描述。
[0030]实施例1
[0031]手术机器人力反馈系统中末端执行器力检测系统，如图1
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图3所示，包括末端执行器械1，末端执行器械1包括与手术机器人机械臂2连接的器械臂101，还包括器械座102、安装在器械座102上的器械本体103以及连接在器械本体103上的器械杆104，器械座102内设有驱动器械杆104末端动作的电机组件105，电机组件105的外壳与器械座10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.手术机器人力反馈系统中末端执行器力检测系统，包括末端执行器械(1)，其特征在于：末端执行器械(1)包括与手术机器人机械臂(2)连接的器械臂(101)，还包括器械座(102)、器械本体(103)和器械杆(104)，器械座(102)内设有通过器械座和器械本体驱动器械杆(104)动作的电机组件(105)，电机组件器械臂(101)与器械座(102)之间连接有第一力传感器(106)。2.根据权利要求1所述的手术机器人力反馈系统中末端执行器力检测系统，其特征在于：电机组件(105)的外壳与器械座(102)之间刚性连接且连接处设有第二力传感器(110)。3.根据权利要求2所述的手术机器人力反馈系统中末端执行器力检测系统，其特征在于：器械座(102)包括器械座面板(107)，电机组件(105)的外壳连接在器械座面板(107)上，电机组件(105)的输出轴通过器械座面板(107)与器械本体连接，第一力传感器(106)和第二力传感器(110)均设置在器械座面板(107)上。4.根据权利要求3所述的手术机器人力反馈系统中末端执行器力检测系统，其特征在于：器械座面板(107)上通过扭力梁(108)连接有电机固定盘(109)，电机组件(105)安装在电机固定盘(109)上，第二力传感器(110)设置于扭力梁(108)上且用于检测扭力梁(108)形变。5.根据权利要求4所述的手术机器人力反馈系统中末端执行器力检测系统，其特征在于：器械座面板(107)上设有固定盘安装孔(111)，电机固定盘(109)同轴设置于固定盘安装孔(111)内，扭力梁(108)的两端分别连接在电机固定盘(109)的外侧壁与固定盘安装孔(111)的内侧壁上，电机固定盘(109)中部设有供电机组...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯愉，
申请(专利权)人：武汉达九科技有限公司，
类型：发明
国别省市：