【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及六维力光纤传感，尤其涉及一种多维力传感反馈微创操作器及多维力信息检测分析方法。
技术介绍
1、随医疗技术的提升，微创手术由于创伤小、术后康复快等诸多优势而被广泛应用。但是由于缺乏与组织接触力的反馈，在实际操作中会影响到外科医生的操作灵活性，且容易因为无法很好地控制力的大小而导致患者受到额外的损伤。因此需要力信息反馈，然而，压电、电阻和电容等电类传感器均存在生物兼容性差、易受电磁干扰等缺点。为了在包括mri机器工作空间在内的恶劣环境中，采集力和力矩信息，使用光纤传感器是为数不多的可以应用的方法之一。
2、光纤传感器具有尺寸小，抗电磁干扰、耐腐蚀和生物兼容性好等优势。基于fbg的传感器已经展示出良好的测量性能。然而，大部分的基于fbg的力传感器只能提供三维力信息，其他维度的力信息则缺失，且当前多维力传感器中的fbg多为粘贴式布置，导致传感器的重复性较差。
3、现有授权公告号为cn116026514b的专利技术专利，公开了一种面向手术夹钳的六维力传感器和非线性解耦与容错方法，在其技术方案中，弹性形变模块采用了一体的椭圆形外壳环绕光纤光栅设置，这会影响到传感器的刚度，进而影响到光纤光栅的变形量，因此检测的准确度不够高；
4、另有申请公布号为cn115844538a的专利技术专利申请，公开了一种光纤智能柔性手术机器人，在其技术方案中，设置有中空的分支用于容纳光纤光栅，但由于分支两端是与动平台及定平台进行连接的，且该结构需要使用粘胶将该分支与光纤光栅进行固定，因此不方便检修维护，且采用单根光
5、同时上述两者技术方案，其操作端（夹钳）与传感部分是分体式的结构，这在一定程度上会影响力的传导，进而会导致检测精度降低。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出了一种结构简单易检修，力信息反馈精度高的多维力传感反馈微创操作器及多维力信息检测分析方法，以解决现有装置存在受于结构影响，导致检修维护不便、力信息反馈精度低的问题。
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一方面，本专利技术提供了一种多维力传感反馈微创操作器，包括第一弹性体、第二弹性体、第三弹性体、光纤光栅和操作端，第一弹性体、第二弹性体、第三弹性体和操作端依次并列设置为一体式结构，其中，
4、第一弹性体和第三弹性体均开设有阶梯孔，两个阶梯孔的小径端均朝向第二弹性体；
5、第二弹性体为空心圆柱体并至少设置有六个，六个第二弹性体以stewart平台中伸缩结构的形态进行设置，且第一弹性体和第三弹性体对应第二弹性体的端部开设有卡槽，卡槽与阶梯孔贯通；
6、光纤光栅贯穿第一弹性体和第三弹性体的阶梯孔及卡槽，且光纤光栅穿过第二弹性体，光纤光栅穿过卡槽的部分通过紧固件固定；
7、操作端设置在第三弹性体远离第二弹性体的一端上。
8、在以上技术方案的基础上，优选的，还包括柔性连接部，柔性连接部为光纤光栅的紧固件，柔性连接部设置在光纤光栅的表面上，光纤光栅对应柔性连接部的部分为裸光纤光栅，且柔性连接部嵌合在卡槽中。
9、在以上技术方案的基础上，优选的，卡槽对应阶梯孔的小径部分开设，且卡槽与阶梯孔的大径部分贯通。
10、在以上技术方案的基础上，优选的，第一弹性体对应阶梯孔的大径端的内壁面开设有连通槽，连通槽在第一弹性体的内部开设有三个，且连通槽以阶梯孔的中心轴线为基准呈圆形阵列设置，每个连通槽对应两个第二弹性体的端部。
11、在以上技术方案的基础上，优选的，操作端包括定夹和动夹，其中，
12、定夹设置在第三弹性体远离第二弹性体的一端上；
13、动夹与第三弹性体转动连接，以配合定夹执行夹持动作。
14、在以上技术方案的基础上，优选的，第一弹性体、第二弹性体、第三弹性体和定夹为一体式结构，且第一弹性体远离第二弹性体的一端上开设有外螺纹。
15、在以上技术方案的基础上，优选的，还包括连杆、操作杆和转轴，动夹具有夹持端和操作端，其中，
16、夹持端与操作端的交界位置通过转轴连接第三弹性体，且转轴与阶梯孔的轴线相交；
17、连杆的一端与操作端通过转轴转动连接，连杆的另一端与操作杆相连接；
18、操作杆贯穿第一弹性体和第三弹性体的阶梯孔，且操作杆经六个第二弹性体的中心位置穿过。
19、在以上技术方案的基础上，优选的，第三弹性体的径向开设有装配槽，装配槽与第三弹性体的阶梯孔相贯通；
20、连杆与动夹的操作端均对应装配槽设置。
21、在以上技术方案的基础上，优选的，光纤光栅为光纤布拉格光栅，光纤光栅张紧悬置在第二弹性体内，光纤光栅的栅位到第一弹性体上卡槽的距离等同于其到第三弹性体上卡槽的距离。
22、另一方面，本专利技术提供了一种多维力信息检测分析方法，包括以下步骤：
23、s1、六个第二弹性体中均设置有光纤光栅，以构成传感器，传感器具有虚拟圆柱形状，将六个光纤光栅划分为传感器杆壹、传感器杆贰、传感器杆叁、传感器杆肆、传感器杆伍和传感器杆陆；
24、s2、以多维力传感反馈微创操作器的操作端执行功能操作，操作端接触被操作物体；
25、s3、针对操作力进行分析，分解操作端的接触力为沿所述传感器轴向的力和两个垂直于传感器轴向的横向力和以及对应方向的力矩、和；
26、s4、对传感器杆壹、传感器杆贰、传感器杆叁、传感器杆肆、传感器杆伍及传感器杆陆在横向力和以及力矩、和作用下的形变分别进行单独分析，在传感器形变时，相应的光纤光栅的中心波长发生漂移，通过中心波长的漂移量与力和力矩的映射关系计算出被测力和力矩的大小。
27、本专利技术的多维力传感反馈微创操作器及多维力信息检测分析方法相对于现有技术具有以下有益效果：
28、（1）通过将第一弹性体、第二弹性体、第三弹性体和操作端设置为一体式结构，其可保证操作时具有良好的力传导，如此可提高光纤光栅对于力信息的检测反馈精度；在本结构中，光纤光栅是通过紧固件与第一弹性体及第三弹性体进行相对固定，其无需粘胶进行固定，因此在一定程度上提高了检修维护的便利性；同时，由于采用该固定结构，第一弹性体和第三弹性体需要对应第二弹性体开设卡槽，卡槽的设置可进一步降低第二弹性体与第一弹性体及第三弹性体的连接面积，因而可降低连接结构刚度对光纤光栅检测精度的影响，从而保证具有精准的力信息反馈；
29、（2）由于光纤光栅是通过柔性连接部作为紧固件，并与卡槽进行卡接，进而实现与第一弹性体及第三弹性体的连接，因此其拆装维护十分便利，同时根据需求，通过采用具有不同刚性的柔性连接部实现光纤光栅的紧固，可调整本操作器的刚性，以使得光纤光栅能够更好的检测力并进行反馈；
30、（3）第一弹性体和第三弹性体中的阶梯孔，是小径部分对应卡槽，如此卡槽可开设的较深，以更好的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多维力传感反馈微创操作器，其特征在于：包括第一弹性体（1）、第二弹性体（2）、第三弹性体（3）、光纤光栅（4）和操作端（5），所述第一弹性体（1）、所述第二弹性体（2）、所述第三弹性体（3）和所述操作端（5）依次并列设置为一体式结构，其中，
2.如权利要求1所述的多维力传感反馈微创操作器，其特征在于：还包括柔性连接部（6），所述柔性连接部（6）为所述光纤光栅（4）的紧固件，所述柔性连接部（6）设置在所述光纤光栅（4）的表面上，所述光纤光栅（4）对应所述柔性连接部（6）的部分为裸光纤光栅，且所述柔性连接部（6）嵌合在所述卡槽（200）中。
3.如权利要求1所述的多维力传感反馈微创操作器，其端部特征在于：所述卡槽（200）对应所述阶梯孔（100）的小径部分开设，且所述卡槽（200）与所述阶梯孔（100）的大径部分贯通。
4.如权利要求1所述的多维力传感反馈微创操作器，其特征在于：所述第一弹性体（1）对应所述阶梯孔（100）的大径端的内壁面开设有连通槽（300），所述连通槽（300）在所述第一弹性体（1）的内部开设有三个，且所述连通槽（300
5.如权利要求1所述的多维力传感反馈微创操作器，其特征在于：所述操作端（5）包括定夹（51）和动夹（52），其中，
6.如权利要求5所述的多维力传感反馈微创操作器，其特征在于：所述第一弹性体（1）、所述第二弹性体（2）、所述第三弹性体（3）和所述定夹（51）为一体式结构，且所述第一弹性体（1）远离所述第二弹性体（2）的一端上开设有外螺纹。
7.如权利要求5所述的多维力传感反馈微创操作器，其特征在于：还包括连杆（7）、操作杆（8）和转轴（9），所述动夹（52）具有夹持端（521）和操作端（522），其中，
8.如权利要求7所述的多维力传感反馈微创操作器，其特征在于：所述第三弹性体（3）的径向开设有装配槽（400），所述装配槽（400）与所述第三弹性体（3）的所述阶梯孔（100）相贯通；
9.如权利要求1~8任意一项所述的多维力传感反馈微创操作器，其特征在于：所述光纤光栅（4）为光纤布拉格光栅，所述光纤光栅（4）张紧悬置在所述第二弹性体（2）内，所述光纤光栅（4）的栅位到所述第一弹性体（1）上所述卡槽（200）的距离等同于其到所述第三弹性体（3）上所述卡槽（200）的距离。
10.一种多维力信息检测分析方法，应用如权利要求1~9任意一项所述的多维力传感反馈微创操作器，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种多维力传感反馈微创操作器，其特征在于：包括第一弹性体（1）、第二弹性体（2）、第三弹性体（3）、光纤光栅（4）和操作端（5），所述第一弹性体（1）、所述第二弹性体（2）、所述第三弹性体（3）和所述操作端（5）依次并列设置为一体式结构，其中，
2.如权利要求1所述的多维力传感反馈微创操作器，其特征在于：还包括柔性连接部（6），所述柔性连接部（6）为所述光纤光栅（4）的紧固件，所述柔性连接部（6）设置在所述光纤光栅（4）的表面上，所述光纤光栅（4）对应所述柔性连接部（6）的部分为裸光纤光栅，且所述柔性连接部（6）嵌合在所述卡槽（200）中。
3.如权利要求1所述的多维力传感反馈微创操作器，其端部特征在于：所述卡槽（200）对应所述阶梯孔（100）的小径部分开设，且所述卡槽（200）与所述阶梯孔（100）的大径部分贯通。
4.如权利要求1所述的多维力传感反馈微创操作器，其特征在于：所述第一弹性体（1）对应所述阶梯孔（100）的大径端的内壁面开设有连通槽（300），所述连通槽（300）在所述第一弹性体（1）的内部开设有三个，且所述连通槽（300）以所述阶梯孔（100）的中心轴线为基准呈圆形阵列设置，每个所述连通槽（300）对应两个所述第二弹性体（2）的端部。
5.如权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李天梁，朱思齐，黄平安，赵泽斌，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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