[发明专利]一种力感知手术器械驱动装置

说明书

本发明请求保护一种力感知手术器械驱动装置，属于机器人技术领域。该装置包括手术器械运动驱动电机、力感知组件、传动组件和手术器械装配辅助组件。其特点是力感知组件设置在器械驱动装置内，由于力感知组件与手术器械分离，降低了力感知型手术器械的加工制作复杂度；力感知组件中含有对平面扭转变形敏感的力感知转盘，力感知转盘两侧设有应变片，力感知转盘和传动组件相互配合实现手术器械运动驱动及手术器械末端的力感知；当手术器械运动驱动电机运动时，通过检测应变片电阻变化可测量手术器械末端所受力/力矩；由于手术器械的各自由度驱动方式及力测量方式完全同构，有利于模块化批量生产，装置制造成本较低。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别涉及具有力感知功能的腹腔镜微创手术机器人多自由度手术器械的驱动实现技术。

背景技术

机器人技术与现代医学技术相结合形成微创手术机器人是现代医学发展的重要方向。开发具有力感知功能的手术器械是提高医生手术操作的临场感的关键技术之一，也是当前微创手术机器人研究的热点。

微创手术机器人的器械系统设计有非常严格的设计要求：器械钳头运动灵活(运动自由度多)，器械直径必须小于10mm，必须能购彻底消毒。这些严格的设计要求，给具有力感知型多自由度手术器械的研制提出了极大的挑战。

一些器械在手术器械的头部增加力感知敏感部件，由于钳头自由度高且体积空间非常有限。如何在钳头极小的空间内布置力感知组件困难极大。同时由于手术器械每次使用前都必须经过严格的消毒处理，消毒环境极易损坏钳头力感知组件。这些因素导致该类型的力感知手术器械加工成本急剧增加，且使用寿命非常短。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种结构合理、加工制造成本低的力感知手术器械驱动装置。本发明的技术方案如下：

一种力感知手术器械驱动装置，其包括驱动电机、力感知组件、传动组件和手术器械装配辅助组件，所述驱动电机与力感知组件相连接，所述力感知组件与传动组件相连接，所述传动组件与手术器械装配辅助组件相连接，其中，所述驱动电机提供驱动力，所述驱动电机的驱动力通过力感知组件传导至传动组件，并通过传动组件传递给手术器械；所述力感知组件包含对平面扭转变形敏感的力感知转盘，力感知转盘两侧设有应变片；所述力感知组件将手术器械末端耦合空间力/力矩被分解为多个平面内解耦的单自由度的力/力矩,从而间接测量手术器械末端所受力/力矩；所述传动组件和力感知组件相互配合实现手术器械运动驱动及手术器械末端的力感知；所述手术器械装配辅助组件，用于完成手术器械的快速安装与卸载。

进一步的，所述力感知组件包括对平面扭转变形敏感的力感知转盘、应变片和应变电阻变化测量电路，所述力感知转盘与电机同轴心，所述力感知转盘通过顶丝与电机轴固定；每个力感知转盘外部设置有1对应变片，分别对称贴在力感知转盘外侧，位于力感知转盘受外力扭动时应变显著区域；应变电阻变化测量电路采用惠斯通电桥方式测量变片力电阻变化，应变片电阻变化与力感知转盘受到的扭矩成正比。

进一步的，所述力感知转盘内部设置有凹槽，形成对扭转变形敏感的局部薄壁结构。

进一步的，所述传动组件包括直线轴承、手术器械运动转盘和转盘滑动导向杆，所述直线轴承固定在力感知转盘两侧的通孔处，转盘滑动导向杆的一端与手术器械运动转盘固定连接，另一端穿过直线轴承后安装有卡簧，所述卡簧用于防止导向杆从直线轴承中滑出。

进一步的，所述转盘滑动导向杆和直线轴承的作用下，手术器械运动转盘相对力感知转盘只存在相对上下移动，无相对转动。

进一步的，所述手术器械装配辅助组件包括电机安装板、手术器械驱动装置支架、离合拨片以及复位弹簧，所述电机安装板设置于电机的上方，所述手术器械驱动装置支架设置于电机安装板上方，所述复位弹簧嵌套于手术器械运动转盘和力感知转盘之间，复位弹簧提供手术器械运动转盘保持向上的推力；电机安装板固定电机后与手术器械驱动装置支架固定连接。