[发明专利]一种用于机器人辅助腔镜手术的七维力感知手术器械

说明书

一种用于机器人辅助腔镜手术的七维力感知手术器械，属于医疗器械领域。包括夹钳、六维力/力矩传感器、夹持力检测单元、腕部机构、器械轴及连接机构、传动机构、快接机构和驱动单元，六维力/力矩传感器和夹持力检测单元安装在夹钳的后端、腕部机构的前端，通过夹持力检测单元中的解耦滑轮和上位机软件输出信号补偿的方式实现六维外作用力/力矩和夹持力的精确感知，器械轴及连接机构安装在腕部机构的后端、传动机构前端，传动机构后端安装在快接机构前端，快接机构后端安装在驱动机构前端，该发明通过钢丝传动的形式实现器械轴横滚、腕部俯仰、偏航和夹钳开合四个自由度。

技术领域

本发明涉及一种腔镜手术器械，具体涉及一种用于机器人辅助腔镜手术的七维力感知手术器械的末端夹钳、腕部机构、交互作用力传感单元、传动单元与驱动系统，属于医疗器械领域。

背景技术

腔镜手术具有创口小，可降低组织感染的风险以及术后恢复快等优点，腔镜手术器械通过鞘套插入患者体内执行手术操作，由于手术器械缺少力检测功能并且受到自身自由度的限制，手术器械只能保持绕鞘套轴线的转动以及末端夹钳的开合，由于医生的双手远离手术视野，只能通过手持器械与患者组织接触，无法准确感知器械末端夹钳与患者组织的交互作用力。为克服传统腔镜手术器械的缺点，设计一种用于机器人辅助腔镜手术的四自由度手术器械，使其具备器械轴横滚、腕部俯仰、偏航与夹钳开合四个自由度，并在器械末端集成六维力/力矩传感器和夹持力传感器，使医生能够感知到七维交互作用力的大小和方向，包括x、y、z方向的六维外作用力/力矩以及夹持力。采用一种万向节组件设计手术器械的腕部机构，包括腕部末端、腕部中心和腕部近端，减小器械末端的体积，并增强其灵活性和紧凑性，采用差速驱动的方式实现腕部的俯仰、偏航两自由度的运动。采用钢丝传动机构实现器械腕部和夹钳开合的远距离传动，有助于减轻手术器械对患者组织造成的刚性损伤。采用模块化设计的理念，通过快接机构将传动机构和驱动机构进行快速安装和拆卸，方便在手术过程中依据手术需求快速更换器械。为给腔镜手术机器人提供力感知能力，并增强手术器械在手术过程中的灵活性，特设计一种用于机器人辅助腔镜手术的七维力感知手术器械。

发明内容

针对以上不足，本发明提供了一种用于机器人辅助腔镜手术的七维力感知手术器械。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种用于机器人辅助腔镜手术的七维力感知手术器械，包括夹钳、六维力/力矩传感器、夹持力检测单元、腕部机构、器械轴及连接机构、传动机构、快接机构和驱动单元，所述夹钳后端安装在所述六维力/力矩传感器前端，所述夹持力检测单元后端安装在所述腕部机构末端的内部，六维力/力矩传感器后端安装在腕部机构末端的外部，腕部机构近端安装在所述器械轴的后端，器械轴后端安装在所述器械轴连接机构内部，器械轴连接机构安装在所述传动机构前端，传动机构后端安装在所述快接机构前端，快接机构后端安装在所述驱动机构前端，器械轴的横滚、腕部机构的俯仰与偏航和夹钳的开合等四个自由度依靠钢丝进行传动。

所述夹钳包括上夹钳、下夹钳、夹钳连接轴和夹钳安装座，所述夹钳安装座首端设有夹钳安装座通孔，其末端设有夹钳安装座凸台，所述上夹钳设有上夹钳扭簧安装槽和上夹钳通孔，此外，上夹钳还设有用于固定钢丝端头的上夹钳钢丝端头固定槽，所述下夹钳设有下夹钳扭簧安装槽和下夹钳通孔，此外，下夹钳还设有用于固定钢丝端头的下夹钳钢丝端头固定槽，上夹钳的上端面与夹钳安装座内表面贴合，上夹钳的下端面与下夹钳的上端面贴合且所述上夹钳通孔和所述夹钳安装座通孔对齐，所述下夹钳的下端面与夹钳安装座内表面贴合且所述下夹钳通孔和夹钳安装座通孔对齐，所述夹钳连接轴为一圆柱轴，其贯穿安装于上夹钳通孔、下夹钳通孔和夹钳安装座通孔中。