[實用新型]三維測力傳感器和應用三維測力傳感器的手術微器械指尖

有效

• 申請號: 201520858722.0
• 申請日: 2015-10-30
• 公開（公告）號: CN205209669U
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 于凌濤;閆昱晟;王正雨;王文杰;楊景;任思旭;于曉硯;谷慶;邵兆穩;安琪
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;A61B34/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及機器人微創外科手術技術領域，尤其涉及一種三維測力傳感器和應用三 維測力傳感器的手術微器械指尖。

背景技術

機器人輔助微創外科手術是指醫生借助于各種視覺圖像的引導，操縱手術機器人，將手 術微器械沿著事先規劃好的手術路徑，經過小切口送入病人體內進行觀察或治療，從而最大 程度地減小手術創傷、減輕痛苦、縮短術后恢復時間等。微創外科手術機器人的運用解決了 傳統的手術過程中存在醫生工作強度大、易疲勞、手術精度低、安全性差等缺點，更提高了 手術的質量，能夠克服傳統微創傷手術的缺陷，可以拓寬微創手術的范圍，也可以進行手術 仿真，還可以利用網絡技術進行遠程手術等。

對于當前大部分微創手術機器人系統而言，無論是已經商業化，還是處在臨床或實驗室 階段，其構型與控制等關鍵技術已經達到比較成熟水平，利用機器人輔助能夠順利實現微創 手術，然而，這些手術機器人普遍存在的問題是缺少完備的力覺檢測功能，從而使得手術過 程較為繁瑣，手術的準備時間也較長等，即智能化和自動化水平較低。手術機器人微器械與 人體組織器官之間的力覺交互信息在微創外科手術過程中具有極其重要的作用，它能夠幫助 醫生在手術過程中時刻感知組織器官的硬度，評估醫生操作的力度，通過組織器官與手術微 器械指尖雙方之間的力覺交互可以使得醫生施加適當的操作力，其中包括與組織的多維觸碰 力和微器械指尖的夾持力，從而大幅度提高手術操作的效率、成功率以及手術后的效果。因 此深入研究微創外科手術機器人的結構，提高手術微器械的智能化是十分必要的課題。

目前國內外關于微器械力傳感器的研究成果主要集中在將測力元件或傳感器安裝在微器 械的導桿或腕部上，例如專利號為US20100313679的專利書提出的帶有模塊化力傳感器的手 術微器械的示意圖，其測力元件粘貼在手術微器械的導管壁上，又如專利號為 CN201120130575.7的專利書提出的手術微器械三維力傳感器的示意圖，其傳感器安裝在微器 械指尖與腕部之間的連接件內，雖然可實現測力功能，但這就使得測力傳感器與微器械指尖 距離較大，信號受外界干擾較嚴重，測量誤差大，不能真實的反應微器械指尖末端真實的測 力情況。

發明內容

本實用新型的目的是為了集成度高，測量精度高而提供一種三維測力傳感器和應用三維 測力傳感器的手術微器械指尖。

本實用新型的目的是這樣實現的：一種三維測力傳感器，包括兩個結構相同的E型等截 面梁，且兩個E型等截面梁以中間梁為公共梁呈空間垂直設置，兩個E型等截面梁的其余四 個梁分別是梁一至梁四，梁一和梁二的上表面、下表面、外側面和內側面上以及梁三和梁四 的上表面和下表面上分別貼有應變片，梁一上表面、梁一下表面、梁二上表面和梁二下表面 上的應變片構成測量X方向外力的等臂全橋電路，梁三上表面、梁三下表面、梁四上表面和 梁四下表面上的應變片構成測量Y方向外力的等臂全橋電路，梁一外側面、梁一內側面、梁 二外側面和梁二內側面上的應變片構成測量Z方向外力的等臂全橋電路。

一種應用所述的三維測力傳感器的手術微器械指尖，包括三維測力傳感器、微器械指尖 夾持部分和微器械指尖轉動關節部分，三維測力傳感器的梁一、梁二的端部與微器械指尖夾 持部分連接，三維測力傳感器的梁三、梁四的端部與微器械指尖轉動關節部分連接。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：1.本實用新型彈性體結構簡單，尺寸小滿 足需求，靈敏度高，應變敏感區處于單一表面，分辨率高，線性度好，維間耦合小，具有足 夠的剛度，可靠性高，測量范圍大。2.本實用新型整體體積小，設計巧妙，合理利用空間， 安裝方便。3.本實用新型微器械指尖夾持部分與三維測力傳感器部分為一體，集成度高，避 免了零件連接產生的摩擦等的影響。4.本實用新型應變片粘貼方便，可構成多組電橋，提高 測量精度，應變片引線方便連接，容易布線。

附圖說明

圖1是本實用新型的立體結構示意圖；

圖2是本實用新型的三維坐標示意圖；

圖3是本實用新型的三維測力傳感器的示意圖；

圖4是本實用新型的三維測力傳感器的具體結構示意圖一；

圖5是本實用新型的三維測力傳感器的具體結構示意圖二；

圖6是本實用新型的應變片所組成的等臂全橋電路原理圖。

具體實施方式