[实用新型]一种光栅式力矩传感器

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

将机器人技术应用于医学领域，极大地促进了外科手术的发展。在过去的二十年，微创外科手术机器人技术取得了长足的进步，利用机器人系统进行微创外科手术是未来外科手术发展的趋势。这是因为微创外科手术机器人技术具有很多优点，例如：手术造成的创口小，术后易恢复，减小疤痕。此外，利用机器人与计算机技术可以去除医生手部的抖动，提高手术稳定性，降低精细手术的风险度。

目前，微创外科手术机器人技术还存在着一些不足之处，最为突出的一点，就是医生缺乏力觉感知。这是由于大多数的机器人系统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。由于远程控制使得医生远离手术环境，导致医生缺少对环境的力觉感知。近年来，传感器技术与机器人技术的发展大大促进了力觉感知与力觉反馈的发展。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。手术中，会经常用到扭转动作，包括夹持器官组织扭转和缝合伤口。这时，会产生沿着手术器械轴即Z方向上的力矩，该力矩的感知对于手术十分重要。本实用新型目的在于测量手术过程中，产生的Z方向上的力矩。

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力矩传感器，用于测量Z方向的力矩。

本实用新型涉及一种光栅式力矩传感器，包括：电源单元，用于为系统提供稳定5V电压；光源单元，用于为传感器提供稳定光源；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；光电感应单元，用于感受莫尔条纹的变化。

本实用新型的优点：手术过程中力矩的感知至关重要，关乎缝合质量、器官组织的安全等问题。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力矩的大小，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为本实用新型的构成原理图；

图2为本实用新型工作流程图。

具体实施方式

下面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。

如图1、图2所示，一种光栅式力矩传感器，包括：电源单元，用于为系统提供稳定5V电压；光源单元，用于为传感器提供稳定光源；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；光电感应单元，用于感受莫尔条纹的变化。

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。