[实用新型]三维测力传感器和应用三维测力传感器的手术微器械指尖

说明书

技术领域

本实用新型涉及机器人微创外科手术技术领域，尤其涉及一种三维测力传感器和应用三 维测力传感器的手术微器械指尖。

背景技术

机器人辅助微创外科手术是指医生借助于各种视觉图像的引导，操纵手术机器人，将手 术微器械沿着事先规划好的手术路径，经过小切口送入病人体内进行观察或治疗，从而最大 程度地减小手术创伤、减轻痛苦、缩短术后恢复时间等。微创外科手术机器人的运用解决了 传统的手术过程中存在医生工作强度大、易疲劳、手术精度低、安全性差等缺点，更提高了 手术的质量，能够克服传统微创伤手术的缺陷，可以拓宽微创手术的范围，也可以进行手术 仿真，还可以利用网络技术进行远程手术等。

对于当前大部分微创手术机器人系统而言，无论是已经商业化，还是处在临床或实验室 阶段，其构型与控制等关键技术已经达到比较成熟水平，利用机器人辅助能够顺利实现微创 手术，然而，这些手术机器人普遍存在的问题是缺少完备的力觉检测功能，从而使得手术过 程较为繁琐，手术的准备时间也较长等，即智能化和自动化水平较低。手术机器人微器械与 人体组织器官之间的力觉交互信息在微创外科手术过程中具有极其重要的作用，它能够帮助 医生在手术过程中时刻感知组织器官的硬度，评估医生操作的力度，通过组织器官与手术微 器械指尖双方之间的力觉交互可以使得医生施加适当的操作力，其中包括与组织的多维触碰 力和微器械指尖的夹持力，从而大幅度提高手术操作的效率、成功率以及手术后的效果。因 此深入研究微创外科手术机器人的结构，提高手术微器械的智能化是十分必要的课题。

目前国内外关于微器械力传感器的研究成果主要集中在将测力元件或传感器安装在微器 械的导杆或腕部上，例如专利号为US20100313679的专利书提出的带有模块化力传感器的手 术微器械的示意图，其测力元件粘贴在手术微器械的导管壁上，又如专利号为 CN201120130575.7的专利书提出的手术微器械三维力传感器的示意图，其传感器安装在微器 械指尖与腕部之间的连接件内，虽然可实现测力功能，但这就使得测力传感器与微器械指尖 距离较大，信号受外界干扰较严重，测量误差大，不能真实的反应微器械指尖末端真实的测 力情况。

发明内容

本实用新型的目的是为了集成度高，测量精度高而提供一种三维测力传感器和应用三维 测力传感器的手术微器械指尖。

本实用新型的目的是这样实现的：一种三维测力传感器，包括两个结构相同的E型等截 面梁，且两个E型等截面梁以中间梁为公共梁呈空间垂直设置，两个E型等截面梁的其余四 个梁分别是梁一至梁四，梁一和梁二的上表面、下表面、外侧面和内侧面上以及梁三和梁四 的上表面和下表面上分别贴有应变片，梁一上表面、梁一下表面、梁二上表面和梁二下表面 上的应变片构成测量X方向外力的等臂全桥电路，梁三上表面、梁三下表面、梁四上表面和 梁四下表面上的应变片构成测量Y方向外力的等臂全桥电路，梁一外侧面、梁一内侧面、梁 二外侧面和梁二内侧面上的应变片构成测量Z方向外力的等臂全桥电路。

一种应用所述的三维测力传感器的手术微器械指尖，包括三维测力传感器、微器械指尖 夹持部分和微器械指尖转动关节部分，三维测力传感器的梁一、梁二的端部与微器械指尖夹 持部分连接，三维测力传感器的梁三、梁四的端部与微器械指尖转动关节部分连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：1.本实用新型弹性体结构简单，尺寸小满 足需求，灵敏度高，应变敏感区处于单一表面，分辨率高，线性度好，维间耦合小，具有足 够的刚度，可靠性高，测量范围大。2.本实用新型整体体积小，设计巧妙，合理利用空间， 安装方便。3.本实用新型微器械指尖夹持部分与三维测力传感器部分为一体，集成度高，避 免了零件连接产生的摩擦等的影响。4.本实用新型应变片粘贴方便，可构成多组电桥，提高 测量精度，应变片引线方便连接，容易布线。

附图说明

图1是本实用新型的立体结构示意图；

图2是本实用新型的三维坐标示意图；

图3是本实用新型的三维测力传感器的示意图；

图4是本实用新型的三维测力传感器的具体结构示意图一；

图5是本实用新型的三维测力传感器的具体结构示意图二；

图6是本实用新型的应变片所组成的等臂全桥电路原理图。

具体实施方式