[發明專利]一種面向婦科檢查的觸覺感知軟體機器手系統

在審

• 申請號: 202210792369.5
• 申請日: 2022-07-07
• 公開（公告）號: CN115153440A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 沈楊;楊楊;李政;丁波
• 申請（專利權）人: 東南大學附屬中大醫院
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B34/30
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 周蔚然

本發明公開了一種面向婦科檢查的觸覺感知軟體機器手系統，包括兩組軟體機器手指、手指驅動箱、協作機械臂以及人機交互系統四個部分，機器手指為硅橡膠材料制成的層狀柱體結構，采用電機繩索的驅動方式，繩索的張緊可以用于增加手指的剛度；集成在手指末端的柔性壓阻傳感器用于獲取觸覺感知信號，經過處理后將可視化的觸覺信息反饋給遠端的醫生，供醫生做出診斷；而手指內部的本體感受傳感器用于感知軟體機器手指形變過程的變形量，對機器手指的彎曲角度作出反饋。本發明操作簡單、易于驅動、結構緊湊，在與患者進行交互時能在很大程度上減輕患者的異物感和疼痛感。

技術領域

本發明屬于軟體機器手技術領域，具體涉及一種面向婦科檢查的觸覺感知軟體機器手系統。

背景技術

指檢是醫生進行快速診斷的重要檢查手段，將手指通過自然腔道，然后對生殖器官以及近段的腸道進行檢查，主要包括肛門指檢和陰道指檢。其中陰道指檢能夠對婦科情況進行全面的評估，主要檢查陰道是否存在畸形以及陰道炎，還可以查出宮頸糜爛以及糜爛的程度，甚至還能夠判斷出子宮以及輸卵管卵巢的大小和形態。

目前的陰道指檢主要通過雙手觸診，檢查者戴好手套后將手指分別放在病人的陰道和腹部，在雙手之間觸摸骨盆結構。一般來說，右手插入陰道，左手觸摸腹部。放入陰道當中的食指和中指（兩指）將檢查陰道的通暢程度、深度以及彈性，判斷陰道是否存在畸形或者疤痕。之后捫觸宮頸，了解宮頸的大小、形狀以及硬度，再檢查有沒有接觸性出血、膿液、黏液等，來判斷病變情況。

傳統的剛性機器人技術早已應用于醫療領域，如醫療外骨骼、手術機器人等等。剛性機器人系統在結構化環境中表現良好，具備高精度、大輸出力、性能成熟等優點。但此類機器人在實際復雜應用場景中也面臨著諸多挑戰，如在結構復雜、未知環境中適應性有待提高，在和人體親密接觸的場景中往往共融性不佳等等。

軟體機器人是目前機器人領域的一個熱點和前沿方向。不同于傳統的剛性機器人，軟體機器人通常由柔性材料構成，具有被動適應性、人機交互安全性及高度靈活性，可以在復雜及未知環境中及與人交互的場景中較好地完成任務。對軟體機器人的研究將對醫療機器人系統的發展和推廣應用產生明顯的推動作用。近年來軟體機器人技術的發展，使得用軟體機器手指代替醫生完成觸診成為可能，這將在極大程度上令醫生從日常繁瑣的指檢操作中解放出來，并且可以幫助醫生實現遠程觸診，即便不處在同一物理空間下的醫生也可以通過主從遙操作的方式控制安裝在協作機械臂上的軟體機器手指完成指檢的信息獲取，經處理后形成可視化的信息供醫生進行下一步的操作，實現醫療資源尤其是知名醫師資源的異地共享。

盡管軟體機器人已成為研究熱點，由連續體結構和超彈性材料的組成的軟體機器人應用于陰道指檢仍然面臨著傳感和結構設計方面的挑戰：1)許多軟體機器人是開環控制，實際應用時缺乏有效的反饋和感知信息，已經被成熟應用的傳統傳感器，如編碼器、應變計和慣性測量裝置(IMU)會破壞軟體結構的柔性，不適合直接應用于軟體機器人，相比用于剛性機器人的傳統而可靠的模塊式傳感器，軟體機器人需要新的柔性感知解決方案；2)軟體機器手指需要有多自由度運動的靈活性，以便檢查陰道和宮頸的不同位置，并且手指需具備剛度可調節功能，在插入陰道時具有高剛度，從而保證順利進入檢查位置，而在觸診時切換為柔軟的低剛度狀態，來感知陰道內是否存在著畸形或疤痕，以及宮頸的硬度和活動度檢查，現在還沒有相應的技術能夠做到。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了一種面向婦科檢查的觸覺感知軟體機器手系統，機器手指為硅橡膠制成的層狀柱體結構，采用電機繩索的驅動方式，繩索的張緊可以用于增加手指的剛度；集成在手指末端的柔性壓阻傳感器用于獲取觸覺感知信號，經過處理后將可視化的觸覺信息反饋給遠端的醫生，供醫生做出診斷；而手指內部的本體感受傳感器用于感知軟體機器手指形變過程的變形量，對機器手指的彎曲角度作出反饋。本發明操作簡單、易于驅動、結構緊湊，在與患者進行交互時能在很大程度上減輕患者的異物感和疼痛感。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：