具有力检测功能的手术器械及手术机器人系统技术方案

本发明专利技术公开一种具有力检测功能的手术器械，包括测力组件、器械盒、器械杆和手术工具，将用于力检测的测力组件安装在器械近端的器械盒中，器械盒内部空间较大，与力检测装置位于器械末端的手术器械相比，结构布置更加灵活，并且容易安装，降低了结构的复杂程度，提高了结构的可靠性，降低了成本。此外，通过直接测量传动件的力(即牵引绳的张力变化)即可得到对应的末端关节的合力，避免了测量过程中的力耦合，不需要复杂的解耦计算便可以直接得到器械的真实受力，简化了力检测过程，提高了手术器械力检测的测量精度和可靠性。本发明专利技术还提出一种具有上述手术器械的手术机器人系统。一种具有上述手术器械的手术机器人系统。一种具有上述手术器械的手术机器人系统。

【技术实现步骤摘要】
具有力检测功能的手术器械及手术机器人系统


[0001]本专利技术涉及医疗器械领域，特别是涉及一种具有力检测功能的手术器械及手术机器人系统。

技术介绍

[0002]微创手术相比于传统手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快的优势，随着技术的发展，微创手术机器人系统被广泛的应用到各种类型的手术中。
[0003]手术机器人系统通常包括主控制操作台和从操作设备，医生通过主控制操作台中的操纵手柄等装置向从操作设备传递控制信息进而控制从操作设备执行手术操作，这种手术方式允许医生进行远程手术操作，相比于手持式微创手术器械，手术机器人系统从操作设备上的手术器械可提供更丰富的自由度，同时这种手术方式也减轻了医生在手术过程中的疲劳。但是，手术机器人系统上的手术器械一般不含有力反馈系统，医生无法感受到手术过程中手术器械的受力状态，只能凭借视野内的图像和自身经验进行操作，无法了解到视野外的情况，也感觉不到手术操作中的力，这可能会导致一些不必要的碰撞，并降低了手术操作的精准度，增大了手术的难度和风险。
[0004]现阶段，一些手术器械虽然配备了力反馈系统，但其检测装置位于器械末端的外侧表面，而信号处理装置位于器械近端，检测信号需要从器械末端传输到器械近端，这种远距离信号传输容易产生信号干扰，降低了力检测的精度；同时，受限于手术器械末端的空间尺寸过小，增大了结构的复杂性，降低了器械的可靠性。并且器械末端的传动元件比如钢缆、连杆等会在力检测过程中与末端外载荷耦合，叠加到力检测装置上，需要进行复杂的解耦计算才能得到真实的末端外力。
专利
技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种具有力检测功能的手术器械及手术机器人系统，以解决上述现有手术器械力检测装置存在的结构复杂以及测量精度低的缺点。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术提供一种具有力检测功能的手术器械，包括：
[0008]器械盒，所述器械盒内设置有第一转轴和第二转轴，所述第一转轴和所述第二转轴均转动安装于所述器械盒内，且分别连接转动驱动；
[0009]器械杆，所述器械杆包括依次连接的输入端、杆体、远端关节和手术工具；所述远端关节包括器械杆连接座、手术工具连接座和关节转接板，所述器械杆连接座的一端与所述杆体连接，另一端通过第一铰接轴与所述关节转接板铰接，所述手术工具连接座的一端通过第二铰接轴与所述关节转接板铰接，另一端连接所述手术工具，所述第二铰接轴垂直于所述第一铰接轴；所述输入端设置于所述器械盒内，包括穿引于所述杆体内的第一牵引绳、第二牵引绳、第三牵引绳和第四牵引绳；所述第一牵引绳和所述第二牵引绳分别位于所述第一铰接轴和所述第二铰接轴交叉形成的一组对角区域，所述第一牵引绳的一端和所述
第二牵引绳的一端均连接于所述手术工具连接座，所述第一牵引绳的另一端和所述第二牵引绳的另一端呈相反方向卷绕于所述第一转轴上；所述第三牵引绳和所述第四牵引绳分别位于所述第一铰接轴和所述第二铰接轴交叉形成的另一组对角区域，所述第三牵引绳的一端和所述第四牵引绳的一端均连接于所述手术工具连接座，所述第三牵引绳的另一端和所述第四牵引绳的另一端呈相反方向卷绕于所述第一转轴上；
[0010]测力组件，所述测力组件设置于所述器械盒内，其能够通过检测所述第一牵引绳、所述第二牵引绳、所述第三牵引绳和所述第四牵引绳的张力变化，获取并调控所述手术工具绕所述第一铰接轴的输出转矩和所述手术工具绕所述第二铰接轴的输出转矩。
[0011]可选的，所述手术工具包括：
[0012]工具机座，所述工具机座的一端与所述手术工具连接座连接；
[0013]连接头，所述连接头设置于所述工具机座内，且所述连接头的一端连接有张合牵引件；
[0014]下侧工具，所述下侧工具的一端与第一传动连杆的一端可回转连接，所述下侧工具的另一端可回转连接于所述工具机座的另一端；所述第一传动连杆的另一端与所述连接头的另一端可回转连接；
[0015]上侧工具，所述上侧工具的一端与第二传动连杆的一端可回转连接，所述下侧工具的另一端和所述下侧工具可回转连接于所述工具机座的同一端；所述第二传动连杆的另一端和所述第一传动连杆可回转连接于所述连接头的同一端；
[0016]所述张合牵引件能够推拉所述连接头，以使所述第一传动连杆和所述第二传动连杆反向转动，实现所述下侧工具与所述下侧工具之间的张合。
[0017]可选的，所述器械盒内设置有第三转轴，所述第三转轴转动安装于所述器械盒内，并配置有转动驱动；所述第三转轴上卷绕有两根牵引缆绳，两根所述牵引缆绳的一端呈相反方向卷绕于所述第三转轴上，另一端均固定缠绕于所述输入端。
[0018]可选的，所述张合牵引件为穿引于所述杆体内的软轴或缆绳；所述张合牵引件连接有牵引驱动，所述牵引驱动包括第四转轴、设置于所述第四转轴上的齿轮以及与所述齿轮啮合的齿条，所述齿条固定于所述张合牵引件；所述第四转轴转动安装于所述器械盒内，并配置有转动驱动。
[0019]可选的，所述测力组件包括：
[0020]安装架，所述安装架包括应变梁、导向梁和固定轴，所述导向梁的两端上部分别设置有第一导向轮和第二导向轮，所述应变梁垂直于所述导向梁设置形成“T”型架面，且所述应变梁的一端连接于所述导向梁的中点；所述应变梁另一端的上部沿垂直于所述“T”型架面的方向由上至下依次设置有第三导向轮和第四导向轮，下部设置有固定轴，所述固定轴与所述第三导向轮、所述第四导向轮同轴布置，用于将所述安装架悬空安置于所述器械盒内；所述第一导向轮与所述第三导向轮等高设置，所述第二导向轮与所述第四导向轮等高设置；
[0021]敏感元件，所述敏感元件对称设置于所述应变梁的两侧；
[0022]控制元件，所述控制元件设置于所述器械盒内，所述控制元件与所述敏感元件通讯连接；
[0023]所述第一转轴与所述第二转轴以所述杆体为中心对称分布，所述第一转轴与所述
杆体之间以及所述第二转轴与所述杆体之间均设置有一所述测力组件，且两组所述测力组件以所述杆体为中心对称分布；其中，位于所述第一转轴与所述杆体之间的所述测力组件的所述导向梁垂直于所述第一转轴，且所述第一转轴位于所述导向梁的背离所述应变梁的一侧的中心，所述第一牵引绳和所述第二牵引绳分别由外部绕经所述第一导向轮和所述第二导向轮并相互交叉后，分别绕经所述第三导向轮和所述第四导向轮进入所述杆体；位于所述第二转轴与所述杆体之间的所述测力组件的所述导向梁垂直于所述第二转轴，且所述第二转轴位于所述导向梁的背离所述应变梁的一侧的中心，所述第三牵引绳和所述第四牵引绳分别由外部绕经所述第一导向轮和所述第二导向轮并相互交叉后，分别绕经所述第三导向轮和所述第四导向轮进入所述杆体。
[0024]可选的，所述器械盒内还设置有第一导向过渡轮、第二导向过渡轮、第三导向过渡轮和第四导向过渡轮，其中，所述第一导向过渡轮设置于所述杆体的轴向延伸方向上，且位于所述测力组件与所述杆体之间，所述第二导向过渡轮与所述第一导向过渡轮同轴布置，且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有力检测功能的手术器械，其特征在于，包括：器械盒，所述器械盒内设置有第一转轴和第二转轴，所述第一转轴和所述第二转轴均转动安装于所述器械盒内，且分别连接转动驱动；器械杆，所述器械杆包括依次连接的输入端、杆体、远端关节和手术工具；所述远端关节包括器械杆连接座、手术工具连接座和关节转接板，所述器械杆连接座的一端与所述杆体连接，另一端通过第一铰接轴与所述关节转接板铰接，所述手术工具连接座的一端通过第二铰接轴与所述关节转接板铰接，另一端连接所述手术工具，所述第二铰接轴垂直于所述第一铰接轴；所述输入端设置于所述器械盒内，包括穿引于所述杆体内的第一牵引绳、第二牵引绳、第三牵引绳和第四牵引绳；所述第一牵引绳和所述第二牵引绳分别位于所述第一铰接轴和所述第二铰接轴交叉形成的一组对角区域，所述第一牵引绳的一端和所述第二牵引绳的一端均连接于所述手术工具连接座，所述第一牵引绳的另一端和所述第二牵引绳的另一端呈相反方向卷绕于所述第一转轴上；所述第三牵引绳和所述第四牵引绳分别位于所述第一铰接轴和所述第二铰接轴交叉形成的另一组对角区域，所述第三牵引绳的一端和所述第四牵引绳的一端均连接于所述手术工具连接座，所述第三牵引绳的另一端和所述第四牵引绳的另一端呈相反方向卷绕于所述第一转轴上；测力组件，所述测力组件设置于所述器械盒内，其能够通过检测所述第一牵引绳、所述第二牵引绳、所述第三牵引绳和所述第四牵引绳的张力变化，获取并调控所述手术工具绕所述第一铰接轴的输出转矩和所述手术工具绕所述第二铰接轴的输出转矩。2.根据权利要求1所述的手术器械，其特征在于，所述手术工具包括：工具机座，所述工具机座的一端与所述手术工具连接座连接；连接头，所述连接头设置于所述工具机座内，且所述连接头的一端连接有张合牵引件；下侧工具，所述下侧工具的一端与第一传动连杆的一端可回转连接，所述下侧工具的另一端可回转连接于所述工具机座的另一端；所述第一传动连杆的另一端与所述连接头的另一端可回转连接；上侧工具，所述上侧工具的一端与第二传动连杆的一端可回转连接，所述下侧工具的另一端和所述下侧工具可回转连接于所述工具机座的同一端；所述第二传动连杆的另一端和所述第一传动连杆可回转连接于所述连接头的同一端；所述张合牵引件能够推拉所述连接头，以使所述第一传动连杆和所述第二传动连杆反向转动，实现所述下侧工具与所述下侧工具之间的张合。3.根据权利要求1或2所述的手术器械，其特征在于，所述器械盒内设置有第三转轴，所述第三转轴转动安装于所述器械盒内，并配置有转动驱动；所述第三转轴上卷绕有两根牵引缆绳，两根所述牵引缆绳的一端呈相反方向卷绕于所述第三转轴上，另一端均固定缠绕于所述输入端。4.根据权利要求2所述的手术器械，其特征在于，所述张合牵引件为穿引于所述杆体内的软轴或缆绳；所述张合牵引件连接有牵引驱动，所述牵引驱动包括第四转轴、设置于所述第四转轴上的齿轮以及与所述齿轮啮合的齿条，所述齿条固定于所述张合牵引件；所述第四转轴转动安装于所述器械盒内，并配置有转...

【专利技术属性】
技术研发人员：王义向，梁润黎，李柏毅，尚德龙，周玉梅，
申请(专利权)人：中科南京智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：