[发明专利]一种内窥镜偏转的扭矩测量装置

说明书

本公开提供一种内窥镜偏转的扭矩测量装置，包括：驱动控制单元，设置有一主动轮；内窥镜驱动单元，设置有一从动轮，所述从动轮固接有一连接内窥镜操作手柄的控制杆；所述主动轮通过柔性连接单元带动从动轮旋转，进而实现实时测量所述内窥镜偏转的扭矩。可以实现内窥镜操纵杆上的扭矩测量，并且不借助任何传统力/力矩测量设备，提高了机器人辅助医用内窥镜手术操作安全。

技术领域

本公开涉及医疗机器人技术领域，尤其涉及一种内窥镜偏转的扭矩测量装置。

背景技术

柔性内窥镜是一种重要的医疗手术器械，是开展经自然腔道内镜手术的入路载体。通过将柔性内窥镜介入人体，病在人体内运动，可为其他手术工具，如：光纤、活检钳、网篮等，提供进入人体的通道，并为医生提供体内清晰的视野，辅助手术过程的开展。

柔性内窥镜的主要操作是在手柄处控制内窥镜末端可弯曲部分的偏转。由于内窥镜的视野范围主要处于摄像头的前端，发生在视野范围外的内窥镜与组织的交互往往是不可见的。在手动操作内窥镜的临床实践中，医生可以通过感知手柄处的控制旋钮上的扭矩，并结合丰富的临床经验，判断末端与组织的交互情况。随着微创手术的机器人化，机器人辅助内窥镜技术也逐渐浮现。为了保证手术的安全，内窥镜偏转的扭矩测量与控制是不得不考虑的问题。

现有的扭矩传感器可以较好的实现扭矩的测量，但其在机器人系统集成的过程中需要进行电荷放大、模数转换等多个技术环节，并配备多种附件，增加了系统的集成难度，容易引入系统延迟，从另外的层面影响手术安全。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种内窥镜偏转的扭矩测量装置，以期解决上述提及的技术问题中的至少之一。

(二)技术方案

本公开提供一种内窥镜偏转的扭矩测量装置，包括：

驱动控制单元，设置有一主动轮；

内窥镜驱动单元，设置有一从动轮，所述从动轮固接有一连接内窥镜操作手柄的控制杆；

所述主动轮通过柔性连接单元带动从动轮旋转，进而实现实时测量所述内窥镜偏转的扭矩。

在本公开实施例中，所述柔性连接单元包括：

第一弹性部件和第二弹性部件；

所述第一弹性部件的两端分别通过钢丝绕过所述主动轮和从动轮后连接至所述第二弹性部件两端，形成主、从动轮传动结构。

进一步地，所述第一弹性部件与所述第二弹性部件在同一平面内，且使所述两弹性部件具有设定伸长量。

在本公开实施例中，所述主动轮轴接于伺服电机，在伺服电机的驱动下旋转，进而通过所述第一弹性部件和第二弹性部件带动从动轮旋转一定角度，获得可计算的内窥镜偏转的扭矩M₁，如下式表示：

M₁＝(K₁+K₂)(R₂θ₂-R₁θ₁)R₁；

其中，K₁，K₂分别为第一弹性部件和第二弹性部件的弹性系数，R₁为从动轮半径，θ₁为从动轮的旋转角度；R₂为主动轮半径，θ₂为主动轮的旋转角度。

在本公开实施例中，所述钢丝的抗拉强度在800MPa以上。

在本公开实施例中，其中，所述弹性部件为弹簧。

在本公开实施例中，所述从动轮轴接有角度传感器，用于测量从动轮的旋转角度。