[实用新型]一种光栅式力传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是微创外科手术机器人技术领域，尤其涉及的是一种应用于微创外科手术机器人的力觉传感器。

背景技术

随着科技的发展，外科手术技术也发生了翻天覆地的变化。经历了从传统手术到微创手术，再到微创外科机器人手术的过程。微创外科手术机器人技术采用的是主从操作模式，即外科医生坐在控制台，操作主手；从手根据运动映射，判断出医生的意图并执行。该手术形式可以利用计算机与机器人技术，消除由于人类生理所造成的不可避免的手部抖动。

但是，利用微创外科手术机器人系统，会造成力觉的缺失。力觉感知对于精细手术中是至关重要的。手术过程中会遇到直肠、心脏、肺或者其他脆弱的组织。手术医生必须知道他对组织所施加的力的大小，来避免潜在的致命的动作。此外，对肿瘤和其他病变组织的触诊，也需要力觉的感知。本实用新型目的在于测量手术过程中，碰触器官组织所产生的Z方向上的力，即为沿着手术器械轴向的力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于光栅原理的压/拉力传感器，用于测量Z方向的力。

本实用新型涉及一种光栅式力传感器，包括：光源单元，由发光二极管构成，用于为所述微型传感器模块提供稳定光信号；透镜单元，用于将光源发出的光线变为平行的直线；光栅副单元，由主光栅与指示光栅组成，两者配合使用，将机械形变转换成莫尔条纹；光电元件单元，由光敏三极管构成，用于感受光的变化。

本实用新型的优点：手术过程中Z方向力的感知至关重要，关乎手术过程中触诊等问题。本实用新型作为一种应用于微创外科手术机器人的力觉传感器，可以直接精确地测量相关Z方向上的作用力的大小，为手术医生带来了方便，提高了手术质量。并且，本实用新型具有精度高，尺寸小，制作外径尺寸小于10mm的特点，满足微创外科手术的要求。

附图说明

图1为本实用新型所述的微型传感器的结构示意图；

图2为本实用新型所述的光栅栅线的放大图。

具体实施方式

下面结合图1至图2对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

一种光栅式力传感器，包括：光源单元，由发光二极管构成，用于为所述微型传感器模块提供稳定光信号；透镜单元，用于将光源发出的光线变为平行的直线；光栅副单元，由主光栅与指示光栅组成，两者配合使用，将机械形变转换成莫尔条纹；光电元件单元，由光敏三极管构成，用于感受光的变化。

具体包括以下步骤：

步骤1、发射光信号；本实施例通过光源单元实现。

所述的光源单元1-1，由发光二极管构成，用于为所述微型传感器单元提供稳定光信号。

步骤2、光线转换；本实施例通过透镜单元实现。

所述的透镜单元1-2，用于将光源发出的光线变为平行的直线。

步骤3、产生莫尔条纹；本实施例通过光栅副单元实现。

所述的光栅副单元，由主光栅1-3与指示光栅1-4组成，两者配合使用，将机械形变转换成莫尔条纹。指示光栅1-4与主光栅1-3为在玻璃盘上进行长刻线，得到黑白相同、间隔细小的条纹，没有刻划的白处透光，刻划的黑处不透光，形成光栅。栅线的密度为250线/mm。

步骤4、光电转换；本实施例通过光电感应单元实现。

所述的光电感应单元1-5，由光敏三极管构成，用于感受光的变化。光栅副形成的莫尔条纹，其信号光强中间为亮带，上下为两条暗带。当主光栅1-3与指示光栅1-4发生相对位移时，用光电元件单元接收莫尔条纹信号，经后续电路处理后计数器计数可得到主光栅移动的距离。