[发明专利]手术机器人系统及其手术器械

权利要求书

1.一种手术器械，包括机械结构、套管和力传感器，其特征在于，

所述机械结构包括器械杆以及与所述器械杆的末端连接的末端执行器；

所述套管固定或可拆卸套接于所述器械杆的末端；

所述力传感器包括敏感元件以及与所述敏感元件连接的外围测量模块，所述敏感元件设置于所述套管上，用于获取所述套管的变形信息；

所述外围测量模块根据所述敏感元件获取的变形信息，获得所述敏感元件测量得到的应力，并根据所述敏感元件测量得到的应力、所述敏感元件的位置以及所述敏感元件的敏感轴方向，获得所述套管受到的所述器械杆对其作用力的等效合力以及所述作用力的等效力矩，进而获得所述手术器械的末端执行器受到的接触力。

2.如权利要求1所述的手术器械，其特征在于，所述套管具有封闭的镂空结构，所述镂空结构包含多个柔顺结构，用于连接位于所述镂空结构上侧部分的套管和位于镂空结构下侧部分的套管；

所述敏感元件置于所述柔顺结构上，用于测量所述柔顺结构的应力。

3.如权利要求2所述的手术器械，其特征在于，所述柔顺结构的弹性模量不大于所述器械杆的弹性模量。

4.如权利要求2所述的手术器械，其特征在于，所述柔顺结构包括内表面、外表面和侧面，所述敏感元件设置于所述柔顺结构的内表面、外表面或侧面上。

5.如权利要求2所述的手术器械，其特征在于，所述镂空结构设置于所述套管的轴向中部位置。

6.如权利要求1所述的手术器械，其特征在于，所述敏感元件的敏感轴被布置为平行于所述套管的轴向或垂直于所述套管的轴向。

7.如权利要求1所述的手术器械，其特征在于，所述套管通过粘结、过盈配合或插接方式与所述器械杆的末端固定套接。

8.如权利要求1所述的手术器械，其特征在于，所述套管通过螺纹连接、锁扣连接或卡扣连接方式与所述器械杆的末端可拆卸套接。

9.如权利要求1所述的手术器械，其特征在于，所述套管的一端与所述器械杆的末端平齐。

10.如权利要求1所述的手术器械，其特征在于，所述外围测量模块包括依次连接的数据采集单元、信号调理单元和解算输出单元；所述数据采集单元用于获取所述敏感元件输出的信号，所述信号调理单元用于对所述敏感元件输出的信号进行调理，所述解算输出单元用于对经过调理的信号进行分析计算，以获得所述末端执行器受到的接触力。

11.如权利要求2所述的手术器械，其特征在于，所述敏感元件测量得到的应力大小为：

f_i＝g(ε_i)＝k·ε_i+f(ε_i) i＝1,2,…,n

其中，i表示第i个敏感元件，f_i表示第i个敏感元件所测量得到的应力大小；ε_i表示在第i个敏感元件处的所述柔顺结构沿第i个敏感元件的敏感轴方向所产生的应变；g(ε_i)表示应力大小与应变之间所存在的函数关系；k表示在第i个敏感元件位置处的所述柔顺结构沿第i个敏感元件的敏感轴方向的应力大小/应变系数；f(ε_i)表示应力大小与应变之间所存在的非线性补偿项。