本发明专利技术公开了一种带增敏触觉检测的眼科手术机器人末端执行器，眼内镊芯的一端贯穿眼内镊筒与触觉力增敏结构连接，触觉力增敏结构设置在托盘上，眼内镊芯上靠近眼内镊筒处设置有FBG光纤光栅传感器组，用于实现镊筒横向力检测；眼内镊筒通过镊筒轴承固定环与销轴连接，销轴的一端与前托架连接，另一端贯穿镊筒轴承固定环和直线轴承与托盘上的自旋齿轮连接；眼内镊筒通过弧状连接件与托盘上设置的直线驱动模组连接，用于实现镊芯轴向力检测。本发明专利技术具有解耦性好、实时性好、符合眼内手术操作机理，弥补了在利用手术机器人进行手术时所缺失的触觉微力感知，实现了眼内触觉微力的感知，为后续眼科手术机器人的进一步开发及利用打下了基础。打下了基础。打下了基础。
【技术实现步骤摘要】
一种带增敏触觉检测的眼科手术机器人末端执行器
[0001]本专利技术属于眼科医疗器械
，具体涉及一种带增敏触觉检测的眼科手术机器人末端执行器。
技术介绍
[0002]目前在全球已知人类眼部疾病中，黄斑裂孔是眼科临床上一种较为常见的眼底疾病，如果不及时治疗，患者最终会因为眼球萎缩而导致不可逆转的伤害。而目前治疗黄斑裂孔的主要方法便是进行手术，通过进行玻璃体切除术、剥除裂孔周围的玻璃体后皮质、视网膜前膜或内界膜等方法，解除黄斑裂孔周围的牵拉应力促使裂孔闭合。而在手术过程中，医生在长时间手术工作后手部不可避免的出现自然抖动、人手生理构造导致的细微抖动，以及人眼在光线、狭小空间等外界因素影响下产生的视觉误差等情况，导致不可控伤口的产生，使得手术难度大大提高。
[0003]在治疗黄斑裂孔的内界膜撕除手术中，实现机器人末端手术镊的三维微力检测成为了目前研究的难题与重点。此外，手术过程中所产生的触觉力及其微小，如何将这种微力进行放大使得传感器能够进行探测也是亟待解决的关键问题。
[0004]随着近年来机器人技术的极大发展，医疗手术机器人以其精密、稳定的优势为广大医患所青睐。如果使得手术机器人末端执行器能够像人手一样进行触觉力反馈，那么手术不可控损伤将得到大幅度降低，同时手术的精度及稳定性也能得到提升，但是目前国内外均暂无成型可靠的解决方案，因此，实现手术机器人末端执行器的力触觉反馈是急需解决的问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种带增敏触觉检测的眼科手术机器人末端执行器，能够进行微小触觉力检测与反馈、带有触觉力增敏结构、接口处具有高兼容性。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种带增敏触觉检测的眼科手术机器人末端执行器，包括眼内镊芯，眼内镊芯的一端贯穿眼内镊筒与触觉力增敏结构连接，用于实现镊芯轴向力检测，触觉力增敏结构设置在托盘上，眼内镊筒上设置有FBG光纤光栅传感器组，用于实现镊筒横向力检测；眼内镊筒通过镊筒轴承固定环与销轴连接，销轴的一端与前托架连接，另一端贯穿镊筒轴承固定环和直线轴承与托盘上的自旋齿轮连接；眼内镊筒通过弧状连接件与托盘上设置的直线驱动模组连接，通过直线驱动模组带动眼内镊筒直线运动，实现眼内镊芯的自动开合。
[0008]具体的，触觉力增敏结构包括链式镂空结构，链式镂空结构的顶部设置有螺钉孔，螺钉孔的上侧设置有安装眼内镊芯用的微型孔，链式镂空结构的中部设置有镂空的横梁，下部一侧对应设置有镂空的刻痕，链式镂空结构的底部通过定位凸台与托盘连接，链式镂空结构上设置有第五FBG光纤光栅传感器。
[0009]进一步的，第五FBG光纤光栅传感器包括应变感知栅区和温度补偿栅区，应变感知栅区布置在横梁上，温度补偿栅区布置在刻痕上。
[0010]更进一步的，应变感知栅区和温度补偿栅区拥有不同的中心波长。
[0011]进一步的，链式镂空结构为菱形桁架结构。
[0012]具体的，FBG光纤光栅传感器组包括四根FBG光纤光栅传感器，四根FBG光纤光栅传感器在眼内镊筒间隔90
°
圆周布置。
[0013]具体的，直线驱动模组包括微型丝母，微型丝母与弧状连接件连接，微型丝母上贯穿设置有微型丝杠和微型滑轨，微型丝杠的一端通过齿轮与微型步进电机连接。
[0014]进一步的，弧状连接件的一端与微型丝母通过螺钉连接，另一端与眼内镊筒采用过盈配合方式连接。
[0015]具体的，直线驱动模组的行程为2～3mm。
[0016]具体的，销轴的两端分别与前托架和回转齿轮采用过盈配合方式连接。
[0017]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0018]本专利技术一种带增敏触觉检测的眼科手术机器人末端执行器，触觉力增敏结构与眼内镊芯连接，微型触觉力增敏结构可以在眼内镊芯进行轴向力检测时进行应变放大，从而能够对微小轴向力进行测量，通过加装微型增敏结构后，将微小的轴向力进行了倍数放大，从而可以利用微型增敏结构测得眼内镊芯的轴向力；将光纤光栅传感器组布置在靠近眼内镊筒根部的位置，用于测量手术过程中产生的横向力；直线驱动模组通过弧状连接件带动眼内镊筒的直线运动，实现了眼内镊芯前端镊瓣的自动开合；将眼内镊筒与直线轴承通过镊筒轴承固定环连接，直线轴承与两端分别固定在前托架与自旋齿轮上的销轴进行配合，使得直线轴承可以在销轴上进行运动，增加眼内镊筒直线运动的稳定性；末端执行器整体固定于自旋齿轮上，机器人主体仅需通过设置与自旋齿轮模数相同的配合齿轮，即可实现整体末端的自旋运动。
[0019]进一步的，微型触觉力增敏结构中央的镂空横梁为便于固定光纤光栅传感器以及增加结构的稳定性所设计，同时也使得微型触觉力增敏结构在频繁的应变变化下具有更好的重复性。为了尽可能降低横梁的刚度对应变的影响，将横梁结构进行镂空处理，可以使得温度补偿栅区与应变测量栅区拥有同样的粘贴固定条件，确保温度补偿栅区与应变测量栅区除应变条件外其他测量环境均相同。
[0020]进一步的，第五FBG光纤光栅传感器上布置应变感知栅区和温度补偿栅区，节约了成本及解调所需的通道数，同时实现了应变测量及温度补偿。
[0021]进一步的，轴向力检测部分的光纤光栅传感器拥有两段中心波长不同的布拉格栅区，其中一段栅区作为应变测量栅区通过胶水粘接在微型触觉力增敏结构的横梁处，使得该段栅区能够检测微型触觉力增敏结构横梁处的应变，另一段栅区作为温度补偿栅区在光纤进行弯折后粘贴在微型触觉力增敏结构的底部固定端处，用以感受环境的温度，进行温度补偿。
[0022]进一步的，链式镂空结构为菱形桁架结构，压力作用在菱形的短对称轴方向，使得中央处的链式镂空横梁结构发生变形，可以将压力进行放大；微型触觉力增敏结构仅用于轴向力增敏，可以将手术过程中极小的轴向触觉力放大至光纤光栅传感器可以测量的范围内。
[0023]进一步的，镊筒横向力检测部分为延筒径方向每隔90
°
粘贴有一根光纤光栅传感器，每根光纤光栅传感器上刻有一段光栅，栅区在不影响粘贴的前提下尽可能靠近镊筒的根部，以获得更大的应变，四根光纤光栅传感器可以进行温度与力的解耦，消除温度对应变的影响，同时也可以解耦出温度得到病人的眼内温。
[0024]进一步的，直线驱动模组集成微型步进电机、微型丝杠导轨滑块，极大地减小了所占空间，并且能够实现精密的驱动与控制，从而保证高精度的手术操作。
[0025]进一步的，弧状连接件的一端与微型丝母通过螺钉进行拧紧固定，另一端与眼内镊筒的尾部过盈配合，使弧状连接件的另一端与眼内镊筒的尾部通过过盈配合进行套紧，从而保证一体式直线驱动模组带动眼内镊筒进行直线运动。
[0026]进一步的，直线驱动模组的行程被设置为2～3mm，此行程用于满足推动眼内镊筒促使眼内镊芯从完全张开到拥有一定夹紧力但不对镊瓣造成损害的完全闭合，避免行程浪费的同时，可以使得动作具有更好的实时性。
[0027]进一步的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种带增敏触觉检测的眼科手术机器人末端执行器，其特征在于，包括眼内镊芯(1)，眼内镊芯(1)的一端贯穿眼内镊筒(3)与触觉力增敏结构(Ⅱ)连接，用于实现镊芯轴向力检测，触觉力增敏结构(Ⅱ)设置在托盘(7)上，眼内镊筒(3)上设置有FBG光纤光栅传感器组(2)，用于实现镊筒横向力检测；眼内镊筒(3)通过镊筒轴承固定环(13)与销轴(12)连接，销轴(12)的一端与前托架(11)连接，另一端贯穿镊筒轴承固定环(13)和直线轴承(14)与托盘(7)上的自旋齿轮(15)连接；眼内镊筒(3)通过弧状连接件(4)与托盘(7)上设置的直线驱动模组连接，通过直线驱动模组带动眼内镊筒(3)直线运动，实现眼内镊芯(1)的自动开合。2.根据权利要求1所述的带增敏触觉检测的眼科手术机器人末端执行器，其特征在于，触觉力增敏结构(Ⅱ)包括链式镂空结构(16)，链式镂空结构(16)的顶部设置有螺钉孔(17)，螺钉孔(17)的上侧设置有安装眼内镊芯(1)用的微型孔(18)，链式镂空结构(16)的中部设置有镂空的横梁，下部一侧对应设置有镂空的刻痕(19)，链式镂空结构(16)的底部通过定位凸台(20)与托盘(7)连接，链式镂空结构(16)上设置有第五FBG光纤光栅传感器(6)。3.根据权利要求2所述的带增敏触觉检测的眼科手术机器人末端执行器，其特征在于，第五FBG光纤光栅传感器(6)包括应变感知栅区(25)和温度补偿栅区(26)，应变感知栅区(25)布置在横梁上...
【专利技术属性】
技术研发人员：张小栋，李明阳，王宁，刘洪成，冯晓静，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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