【技术实现步骤摘要】
面向手术夹钳的六维力传感器和非线性解耦与容错方法
[0001]本专利技术涉及六维力光纤传感
，尤其涉及面向手术夹钳的六维力传感器和非线性解耦与容错方法。
技术介绍
[0002]在临床医学领域，腹腔镜手术由于其具有创伤小、疼痛轻、恢复快等诸多优势而被广泛采用。然而，手术过程中的大部分反馈信息仅由内窥镜提供，这高度依赖于外科医生的经验，无意中过大或过小的力都可能会导致严重的并发症。因此，对接触力的实时精准检测对提高腹腔镜手术的成功率与减小并发症的发生率尤为重要。为了解决上述问题，基于电阻、压电和电容等电类传感原理的力触觉传感器被集成于腹腔镜手术器械，但是这些电类传感器生物兼容性较差且易受电磁干扰的缺点。
[0003]光纤传感器具有体积小，抗电磁干扰，耐腐蚀和生物兼容等优势，目前已在医疗领域得到了广泛应用。公开号为CN108542469A的中国专利技术专利公开了一种基于图像反馈的六维力传感器、夹持探头及夹持器械，但是该方案基于弹性变形体、四面体结构的标记块和光纤内窥镜，光纤内窥镜观测夹持器械受力导致弹性变形体移动和/...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.面向手术夹钳的六维力传感器，其特征在于，包括：弹性形变模块（1），具有贯通的腔体（100）；所述弹性形变模块（1）轴向延伸的一端部间隔的设置有若干第一窗口（200），弹性形变模块（1）轴向延伸的另一端部间隔的设置有若干第二窗口（300），各第一窗口（200）和各第二窗口（300）分别与腔体（100）连通；若干第一柔性连接部（2），分别对应的嵌设在各第一窗口（200）处；若干第二柔性连接部（3），分别对应的嵌设在各第二窗口（300）处，且各第二柔性连接部（3）与各第一柔性连接部（2）交错设置；至少三对光纤光栅（4），所述至少三对光纤光栅（4）的任意一对光纤光栅一端均设置在同一个第一柔性连接部（2）上，一对光纤光栅的另一端分别穿置在相邻的两个第二柔性连接部（3）上；各光纤光栅（4）均间隔设置，且各光纤光栅（4）的栅区均位于腔体（100）内部；其中，所述弹性形变模块（1）用于接收外部六维力和力矩并能够产生形变，并将形变传导到至少三对光纤光栅（4），使至少三对光纤光栅（4）的中心波长发生漂移。2.根据权利要求1所述的面向手术夹钳的六维力传感器，其特征在于，所述若干第一柔性连接部（2）和若干第二柔性连接部（3）在弹性形变模块（1）的径向中心面上的投影为正多边形，若干第一柔性连接部（2）的中心和若干第二柔性连接部（3）的中心交错的位于正多边形的各顶点处。3.根据权利要求2所述的面向手术夹钳的六维力传感器，其特征在于，所述至少三对光纤光栅（4）均处于张紧悬置状态，至少三对光纤光栅（4）的栅区与其两端的第一柔性连接部（2）和第二柔性连接部（3）的距离相等。4.根据权利要求2所述的面向手术夹钳的六维力传感器，其特征在于，所述至少三对光纤光栅（4）为光纤布拉格光栅。5.根据权利要求2所述的面向手术夹钳的六维力传感器，其特征在于，所述弹性形变模块（1）轴向延伸的一端还设置有远离腔体（100）向外伸出的第三柔性连接部（5），弹性形变模块（1）轴向延伸的另一端设置有第四柔性连接部（6）；所述第三柔性连接部（5）用于与夹钳本体连接；所述第四柔性连接部（6）用于与夹钳轴连接。6.根据权利要求1所述的面向手术夹钳的六维力传感器，其特征在于，所述腔体（100）为椭圆形，所述若干第一柔性连接部（2）和若干第二柔性连接部（3）均位于腔体（100）的长轴方向。7.面向手术夹钳的六维力传感器的非线性解耦与容错方法，其特征在于，包括如下步骤：对权利要求1
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6任一项所述的面向手术夹钳的六维力传感器进行标定试验，记录至少三对光纤光栅（4）的中心波长漂移量，将实际施加给面向手术夹钳的六维力传感器的力或力矩值作为参考值；搭建面向手术夹钳的六维力传感器的解耦与容错的极限学习机模型；采用海鸥算法优化训练得到最优的面向手术夹钳的六维力传感器的非线性解耦或容错模型...
【专利技术属性】
技术研发人员：李天梁，黄平安，郜好好，赵泽斌，陈发银，谭跃刚，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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