CN107595395A - 带有力反馈的远程手术操作系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有力反馈的远程手术操作系统，一种带有力反馈的远程手术操作系统，用于控制手术执行装置，所述手术执行装置包括手术执行件，所述手术执行件具有第一转动自由度、垂直于第一转动自由度所确定平面的第二转动自由度以及垂直于第一转动自由度和第二转动自由度所确定平面的移动自由度，所述带有力反馈的远程手术操作系统包括操作装置、驱动机构、空间形态检测机构、阻尼测定机构以及阻尼施加机构；本发明利用阻尼施加机构与阻尼测定机构之间的相互配合，使得操作杆带有力反馈功能，从而有效防止了医生在利用操作杆控制手术执行件时使手术执行件的作用于患处的力超过预设的力而导致破坏了患处的器官的情况了的发生。

Description

带有力反馈的远程手术操作系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种带有力反馈的远程手术操作系统。

背景技术

借助电子设备或者高精度机械手做手术早已不是新鲜事，电子设备以及新的机械辅助装置的参与不仅可以降低手术难度、提高手术效率更大程度上可以降低风险让手术成功率更高。借助于远程操作设备，即使医生不在手术室，医生照常可以进行外科手术，从开刀到缝针均由医生借助远程操控“机器人”(或称手术执行装置)完成，手术更精确、风险更低。

通常，用于远程实施手术的手术装置包括手术执行装置和手术操作系统；手术执行装置包括用于直接作用于患者的患处的手术执行件，例如，手术刀，所述手术操作系统包括操作装置，所述操作装置包括操作杆，所述操作杆用于控制手术执行件动作，并使手术执行件的动作与操作杆一致，即，手术执行件的空间形态时刻与操作杆的空间形态一致。

上述的用于远程实施手术的手术装置存在的问题是：虽然操作杆能够控制手术执行件以使手术执行件实施手术，但，医生操纵操作杆时，并不能感受到手术执行件所受到的力(即，操作杆没有力反馈)，也就是说，当手术执行件在作用于人体时，手术执行件不可避免的受到人体的反作用力，而医生无法获知该反作用力，从而使医生失去了传统手术所获得的触感。有时由于医生无法获知手术执行件所受到力，可能对患处造成致命伤害，例如，当手术执行件需要以某一预设的力作用于患者才能成功完成手术时，超过该预设的力可能会破坏患处的该处的器官，而小于该预设的力却无法实施该手术，此时，由于医生操纵操作杆并没有力反馈，而使医生在利用操作杆控制手术执行件时使手术执行件的作用于患处的力超过预设的力而导致破坏了患处的器官。

发明内容

针对现技术中存在的上述技术问题，本发明的实施了提供了一种带有力反馈的远程手术操作系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种带有力反馈的远程手术操作系统，用于控制手术执行装置，所述手术执行装置包括手术执行件，所述手术执行件具有第一转动自由度、垂直于第一转动自由度所确定平面的第二转动自由度以及垂直于第一转动自由度和第二转动自由度所确定平面的移动自由度，所述带有力反馈的远程手术操作系统包括操作装置、驱动机构、空间形态检测机构、阻尼测定机构以及阻尼施加机构；

所述操作装置包括操作杆，所述操作杆具有与所述手术执行件相对应的三个自由度；

所述驱动机构包括用于分别对应驱动所述手术执行件执行其第一转动自由度、第二转动自由度以及移动自由度的第一驱动器、第二驱动器以及第三驱动器；

所述空间形态检测机构包括用于分别对应检测所述操作杆在执行其第一转动自由度、第二转动自由度时的转动角度的第一检测器、第二检测器以及检测所述操作杆在执行其移动自由度时的位移的第三检测器；其中，第一、第二、第三驱动器分别对应根据第一、第二、第三检测器所检测的结果驱动所述手术执行件动作，以使所述手术执行件与所述操作杆同步动作；

所述阻尼测定机构包括用于分别对应检测所述手术执行件在执行其第一转动自由度、第二转动时所受到的扭力的第一测定器、第二测定器以及检测所述手术执行件在执行其移动自由度时所受到的直线阻力的第三测定器；

所述阻尼施加机构包括第一阻尼器、第二阻尼器以及第三阻尼器；当所述手术执行件执行其第一转动自由度时，所述第一阻尼器根据所述第一测定器所检测到的扭力向所述操作杆在执行其第一转动自由度时的转动方向上施加扭转阻尼，所述第二阻尼器根据所述第二测定器所检测到的扭力向所述操作杆在执行其第二转动自由度时的转动方向上施加扭转阻尼，所述第三阻尼器根据所述第三测定器所夹持到的直线阻力向所述操作杆在执行移动自由度时的移动方向上施加直线阻尼。

优选地，所述操作装置还包括保持体、分别通过第一枢轴和第二枢轴可转动连接在所述保持体上且转动轴线相垂直的第一弧条板和第二弧形条板，所述第一弧形板与所述第二弧形板在其延伸方向均开设有导向长孔；所述操作杆的中部交接在关节轴承上，其头部穿设所述第一弧形板和第二弧形板的导向长孔，并能够沿导向长孔滑动。

优选地，所述第一阻尼器和所述第二阻尼器分别用于向所述第一枢轴和所述第二枢轴施加扭转阻尼；所述第一阻尼器和所述第二阻尼器均包括相枢接的两瓦片；所述第一枢轴和所述第二枢轴上设置有摩擦片；两所述瓦片用于包覆所述第一枢轴或所述第一枢轴；其中：

两所述瓦片之间连接有弹簧，且其中一个所述瓦片上设置有第一永磁体，另一个瓦片上设置有与所述第一永磁体异极相对的第一电磁体，所述第一阻尼器和所述第二阻尼器上的第一电磁体分别对应根据第一测定器和第二测定器所检测到的扭转阻尼来改变通过所述第一电磁体上的线圈的电流，以当所述第一测定器或者所述第二测定器所检测到的扭扭力增加时，所述第一电磁体上的线圈的电流增大以增大所述第一永磁体与所述第一电磁体之间的引力，以增大所述第一阻尼器对所述第一枢轴的阻尼或者增大所述第二阻尼器对所述第二枢轴的阻尼；并当所述第一测定器或者所述第二测定器所检测到的扭力减小时，所述第一电磁体上的线圈的电流减小以减小所述第一永磁体与所述第一电磁体之间的引力，以减小所述第一阻尼器对所述第一枢轴的阻尼或者所述第二阻尼器对所述第二枢轴的阻尼。

优选地，所述第一检测器和所述第二检测器均为角度传感器，所述第三检测器为位移传感器。

优选地，所述第一测定器和所述第二测定器为扭矩传感器；所述第三测定器为压力传感器。

优选地，所述操作杆的尾部套设有套管，所述第三阻尼器包括设置于所述套管上的第二永磁体以及设置于所述操作杆上并与所述第二永磁体同极相对的第二电磁体；所述第一阻尼器的第二电磁体根据所述第三测定器所检测到的直线阻力来改变通过所述第二电磁体上的线圈的电流，以当所述第三测定器所检测到的直线阻力增加时，所述第二电磁体上的线圈的电流增大以增大所述第二永磁体与所述电磁体之间的磁斥力，以当所述第三测定器所检测到的直线阻力减小时，所述第二电磁体上的线圈的电流减小以减小所述第二永磁体与所述第二电磁体之间的磁斥力。

与现有技术相比，本发明的带有力反馈的远程手术操作系统的有益效果是：本发明利用阻尼施加机构与阻尼测定机构之间的相互配合，使得操作杆带有力反馈功能，从而有效防止了医生在利用操作杆控制手术执行件时使手术执行件的作用于患处的力超过预设的力而导致破坏了患处的器官的情况了的发生。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的控制手术执行装置的结构示意图；

图2为本发明一个实施例提供的带有力反馈的远程手术操作系统中操作装置的结构示意图(主视图)；

图3为本发明一个实施例提供的带有力反馈的远程手术操作系统中操作装置的结构示意图(左视图)；

图4为本发明一个实施例提供的带有力反馈的远程手术操作系统中第一阻尼器和第二阻尼器的结构示意图(左视图)；

图5为本发明另一个实施例提供的带有力反馈的远程手术操作系统中用于施加阻尼的包括有液压阻尼施加器(作为第一阻尼器或者第二阻尼器)和液压控制器的系统控制图；

图6为本发明另一个实施例提供的带有力反馈的远程手术操作系统中的液压控制器的结构示意图；

图7为本发明另一个实施例提供的带有力反馈的远程手术操作系统中的液压阻尼施加器(作为第一阻尼器或者第二阻尼器)的结构示意图；

图8为本发明一个实施例提供的带有力反馈的远程手术操作系统的控制流程图。

图中：

100-手术执行装置；200-操作装置；101-第一转轴；102-第二转轴102；103-伸缩杆；104-安装体；105-手术执行件；200-操作装置201-第一弧形板；202-第二弧形板；203-保持体；204-导向长孔；205-关节轴承；206-第一枢轴；207-第二枢轴；210-第一驱动器；220-第二驱动器；230-第三驱动器；231-步进电机；232-丝杠；240-操作杆；241-套管；242-阻尼套；243-挡板；250-第一检测器；260-第二检测器；270-第三检测器；281-第一阻尼器；282-第二阻尼器；290-第三阻尼器；291-第二电磁体；292-第二永磁体；301-瓦片；302-摩擦片；303-第一永磁体；304-第一电磁体；305-弹簧；330-第一处理模块；331-第一信号转换器；332-第一控制器；340-第二处理模块；341-第二信号转换器；342-第二控制器；343-比例放大器；350-第一测定器；360-第二测定器；370-第三测定器；400-液压阻尼施加器；401-本体；402-第一腔室；403-第二腔室；404-转子；405-分割体；406-单向阀；407-第一液体通道；408-第二液体通道；500-液压控制器；501-阀体；502-第一阀腔；503-第二阀腔；504-第一阀芯；505-第二阀芯；506-进油通道；507-出油通道；508-第一导液通道；509-第二导液通道；510-第三导液通道；511-弹簧；512-第三电磁体；513-第三永磁体；514-弹簧；600-换向阀；700-油箱。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

如图1至8所示，本发明的实施例公开了一种带有力反馈的远程手术操作系统，用于控制手术执行装置100，该带有力反馈的远程手术操作系统包括操作装置200、驱动机构、空间形态检测机构、阻尼测定机构以及阻尼施加机构。具体地，手术执行装置100包括手术执行件105以及用于使手术执行件105在空间形成三个自由度的多轴机械手；该手术执行件105为直接作用于患者身体的部件，如，手术执行件105为手术刀，为方便说明本发明的技术方案，不妨将手术执行件作为一个整体看待，而忽略其内部动作以及连接关系，该手术执行件105装设在多轴机械手上，该多轴机械手具体使手术执行件105实现第一转动自由度、垂直于第一转动自由度所确定平面的第二转动自由度以及垂直于第一转动自由度和第二转动自由度所确定平面的移动自由度。该手术执行件105通过执行该三个自由度，能够实现实施手术所必须的所有动作。该多轴机械手具体包括安装体104、可转动的连接于安装体上的第一转轴101、可转动的连接于第一转轴101的第二转轴102、能够沿第二转轴102的轴向伸缩的伸缩杆103；其中，第一转轴101竖直设置且绕自身轴线转动，第二转轴102相对于所述第一转轴101在竖直平面内转动。如此，当第一转轴101转动时，使手术执行件105执行其第一转动自由度，当第二转轴102转动时，使手术执行件105执行其第二转动自由度，当伸缩杆103伸缩时，使手术执行件105执行其移动自由度。

如图2和图3所示，操作装置200包括操作杆240、保持体203、分别通过第一枢轴206和第二枢轴207可转动连接在保持体203上且转动轴线相垂直的第一弧条板和第二弧形条板，第一弧形板201与第二弧形板202在其延伸方向均开设有导向长孔204；操作杆240的中部交接在关节轴承205上，其头部穿设第一弧形板201和第二弧形板202的导向长孔204，并能够沿导向长孔204滑动，且第一弧形板201和第二弧形板202所在圆心与关节轴承205的转动中心重合，如此，操作杆240能够顺利沿第一弧形板201和第二弧形板202的导向长孔204互动。当操作杆240的头部沿第二弧形板202的导向长孔204滑动时，操作杆240实际上在执行与手术执行件105对应的第一转动自由度，且被操作杆240带动的第一弧形板201的转角与操作杆240执行其第一转动自由度的转角一致，同样地，当操作杆240的头部沿第一弧形板201的导向长孔204滑动时，操作杆240实际上在执行与手术执行件105对应的第二转动自由度，且被操作杆240带动的第二弧形板202的转角与操作杆240执行其第二转动自由度的转角一致。操作杆240的尾部套设有套管241，套管241能够在操作杆240上轴向移动，从而执行与手术执行件105对应的移动自由度。也就是说，操作杆240形成了具有与手术执行件105的第一转动自由度对应的第一转动自由度、与手术执行件105的第二转动自由度对应的第二转动自由度以及与手术执行件105的移动自由度对应的移动自由度。

如图1和图8所示，驱动机构包括用于分别对应驱动手术执行件105执行其第一转动自由度、第二转动自由度以及移动自由度的第一驱动器210、第二驱动器220以及第三驱动器230；具体地，该第一驱动器210为设置于第一转轴101与安装体104连接处的步进电机，该第二驱动器220为设置于第一转轴101与第二转轴102连接处的步进电机；该两步进电机通过分别对应驱动第一转轴101和第二转轴102使手术执行件105执行第一转动自由度和第二转动自由度；第三驱动器230包括设置在第二转轴102内的步进电机232、与伸缩杆103一体成型的丝母以及装设在步进电机上并穿设丝母以形成螺旋传动的丝杠232，通过步进电机的转动使得伸缩杆103伸缩以使手术执行件105执行其移动自由度。

如图2、图3以及图8所示，空间形态检测机构包括用于分别对应检测操作杆240在执行其第一转动自由度、第二转动自由度时的转动角度的第一检测器250、第二检测器260以及检测操作杆240在执行其移动自由度时的位移的第三检测器270；其中，第一、第二、第三驱动器230分别对应根据第一、第二、第三检测器270所检测的结果驱动手术执行件105动作，以使手术执行件105与操作杆240同步动作；具体地，第一检测器250为设置在第一弧形板201上的第一枢轴206上的角度传感器，该第一枢轴206使得第一弧形板201与保持体203形成可转动的连接；第二检测器260为设置在第二弧形板202上的第二枢轴207上的角度传感器，该第二枢轴207使得第二弧形板202与保持体203形成可转动的连接，第三检测器270为设置于套管241上的位移传感器，在操作杆240上设置作为位移传感器距离比对标准的挡板243，位移传感器可通过测量与挡板243之间的距离而实现操作杆240上的套管241的位移。并且第一检测器250、第二检测器260以及第三检测器270通过第一处理模块330分别对应与第一驱动器210、第二驱动器220以及第三驱动器230进行通讯以实现操作杆240在执行其三个自由度的动作与手术执行件105在执行其三个自由度的动作一致。该第一处理模块330包括三个第一信号转换器331、三个第一控制器332；其中，三个第一控制器332分别用于控制使手术执行件105执行其三个自由度的三个步进电机，第一检测器250、第二检测器260以及第三检测器270分别对应通过三个第一信号转换器331将所测得的两个角度信号以及位移信号转换为三个第一控制能够识别的信号，如电压信号，三个第一控制器332根据该转换的信号分别控制三个步进电机动作，以使手术执行件105的在三个自由度的动作与对应的操作杆240的在三个自由度的动作完全同步，例如，当操作杆240在执行其第一转动自由度时的转角为3°，手术执行件105在执行其第一转动自由度也同步转动3°。如此，手术执行件105能够同步相应于操作杆240。

如图2、图3以及图8所示，阻尼测定机构包括用于分别对应检测手术执行件105在执行其第一转动自由度、第二转动时所受到的扭力(或称扭矩，下同)的第一测定器350、第二测定器360以及检测手术执行件105在执行其移动自由度时所受到的直线阻力的第三测定器370；具体地，第一测定器350和第二测定器360为分别安装于安装体104与第一转轴101连接处的扭矩传感器、第一转轴101与第二转轴102连接处的扭矩传感器。第三测定器370为设置伸缩杆103与手术执行件105之间的压力传感器。如此，第一测定器350能够测得手术执行件105在执行第一转动自由度时因所受到的阻力而形成的扭力(或称扭矩，下同)；第二测定器360能够测得手术执行件105在执行第二转动自由度时因所受到的阻力而形成的扭力(或称扭矩，下同)；第三测定器370能够测得手术执行件105在执行其移动自由度时所受到的在第二转轴102轴线方向上的阻力。

如图4、图8所示，阻尼施加机构包括第一阻尼器281、第二阻尼器282以及第三阻尼器290；当手术执行件105执行其第一转动自由度时，第一阻尼器281根据第一测定器350所检测到的扭力向操作杆240在执行其第一转动自由度时的转动方向上施加扭转阻尼，第二阻尼器282根据第二测定器360所检测到的扭力向操作杆240在执行其第二转动自由度时的转动方向上施加扭转阻尼，第三阻尼器290根据第三测定器370所夹持到的直线阻力向操作杆240在执行移动自由度时的移动方向上施加直线阻尼。具体地，第一阻尼器281和第二阻尼器282分别用于向第一枢轴206和第二枢轴207施加扭转阻尼；第一阻尼器281和第二阻尼器282均包括一端枢接的两瓦片301；第一枢轴206和第二枢轴207上设置有摩擦片302；两瓦片301用于包覆第一枢轴206或第一枢轴206；其中：两瓦片301的另一端之间连接有弹簧305，且其中一个瓦片301上设置有第一永磁体303，另一个瓦片301上设置有与第一永磁体303异极相对的第一电磁体304，第一阻尼器281和第二阻尼器282上的第一电磁体304分别对应根据第一测定器350和第二测定器360所检测到的扭转阻尼来改变通过第一电磁体304上的线圈的电流，以当第一测定器350或者第二测定器360所检测到的扭扭力增加时，第一电磁体304上的线圈的电流增大以增大第一永磁体303与第一电磁体304之间的引力，以增大第一阻尼器281对第一枢轴206的阻尼或者增大第二阻尼器282对第二枢轴207的阻尼；并当第一测定器350或者第二测定器360所检测到的扭力减小时，第一电磁体304上的线圈的电流减小以减小第一永磁体303与第一电磁体304之间的引力，以减小第一阻尼器281对第一枢轴206的阻尼或者第二阻尼器282对第二枢轴207的阻尼。第三阻尼器290包括设置于套管241上的第二永磁体292以及设置于操作杆240上并与第二永磁体292同极相对的第二电磁体291；第一阻尼器281的第二电磁体291根据第三测定器370所检测到的直线阻力来改变通过第二电磁体291上的线圈的电流，以当第三测定器370所检测到的直线阻力增加时，第二电磁体291上的线圈的电流增大以增大第二永磁体292与电磁体之间的磁斥力，以当第三测定器370所检测到的直线阻力减小时，第二电磁体291上的线圈的电流减小以减小第二永磁体292与第二电磁体291之间的磁斥力。第一测定器350、第二测定器360以及第三测定器370通过第二处理模块340分别对应与第一阻尼器281、第二阻尼器282以及第三阻尼器290进行通讯。该第而处理模块包括三个第二信号转换器341、三个第二控制器342以及两个比例放大器343；三个第二控制器342分别用于控制第一阻尼器281、第二阻尼器282中的第一电磁体304上的线圈上的电流以及控制第三阻尼器290中的第二电磁体291上的电流；第一测定器350、第二测定器360以及第三测定器370分别对应通过三个第二信号转换器341将所测定的两个扭矩信号以及阻力信号转换为三个第二控制器342能够识别的信号，例如，电压信号或者电流信号，三个第二控制器342根据该转换的信号分别控制两个第一电磁体304和一个第二电磁体291上的线圈的电流，从而使第一阻尼器281所提供的扭转阻尼与第一测定器350所测定的扭矩对应，使第二阻尼器282所提供的扭转阻尼与第二测定器360所测定的扭矩对应；使第三阻尼器290所提供的直线阻尼与第三测定器370所测定的直线阻力相等。

应该说明的是：所述的“使第一阻尼器281所提供的扭转阻尼与第一测定器350所测定的扭矩对应，使第二阻尼器282所提供的扭转阻尼与第二测定器360所测定的扭矩对应”具体是指：

该两个控制器控制第一阻尼器281和第二阻尼器282使得施加的扭转阻尼与第一测定器350和第二测定器360所测得的扭矩仅仅是成比例的对应，而并不是相等，原因在于：第一测定器350和第二测定器360所检测出的扭矩对应为手术执行件105所受到的垂直于第一转轴101和第二转轴102方向上的阻力与第一转轴101所形成的合力臂和第二转轴102所形成的合力臂的乘积，而第一阻尼器281与第二阻尼器282所施加的扭转阻尼为操作杆240端部的反馈力与操作杆240所形成的合力臂的乘积(该合力臂由操作杆240的两端与关节轴承205中心的距离获得)。也就是说，若所测得的扭矩与所施加的扭转阻尼相等，而手术执行件105与操作杆240的各自的合力臂不同，必然使位于操作杆240的端部的手所感觉到的反馈力与手术执行件105所受到的产生扭矩的阻力不同，即，操作杆240端部对手的反馈力与真实直接操作手术执行件105的手术执行件105对手的反馈力不同，操作杆240的力反馈失真。然而，若使所施加的扭转阻尼与所测定的扭矩成一定比例，而该比例若为手术执行件105与操作杆240的合力臂的比例，这使得手所感觉的反馈力与真实直接操作手术执行件105所受到的反馈力相同，操作杆240的力反馈不会失真。

应该解释的是：所谓的反馈力或者所谓的力反馈实际上由于设置了阻尼器的而产生，该反馈力或者力反馈使得医生操纵操作杆240时具有与直接操作手术执行件105的感觉。也就是说，阻尼器向操作杆240直接或者间接施加阻尼是使医生操纵操作杆240时产生了实施手术的真实触感。

本发明通过设置阻尼测定机构和阻尼施加机构，使得操作杆240相应于手术执行件105，从而操作杆240产生了力反馈，使医生操纵操作杆240时，能够感觉到手术执行件105所受到的阻力，从而而使医生在利用操作杆240控制手术执行件105时使手术执行件105的作用于患处的力不会超出预设的力而导致破坏了患处的器官。

上述的两个比例放大器343的作用在于：手术执行其同时执行第一转动自由度和/或第二转动自由度时，两个所述比例放大器343用于根据操作杆240的操作的有效长度的变化(即，操作杆240的合力臂的长度)来改变通过第一阻尼器281和/或第二阻尼器282的第一电磁体304线圈的电流。当操作杆240的合力臂的长度增大时，比例放大器343用于放大通过第一磁体的线圈的电流，以使第一磁体与第一永磁体303之间的磁斥力与合力臂成比例增大(若不增大电流，由于扭转阻尼不变，而合力臂增大，而操作杆240的力反馈必然较小，从而失真)，从而使对操作杆240的反馈力与直接操作手术执行件105的反馈力相同。当操作杆240的合力臂的长度减小时，放大器减小电流，原理相同。

根据上述可知，比例放大器343使得无论操作杆240因执行了移动自由度其长度如何变化，操作杆240始终为医生提供真实的力反馈。

上述实施例中的第一阻尼器281和第二阻尼器282实际上是通过瓦片301与摩擦片302之间的摩擦向第一枢轴206和第二枢轴207阻尼。因此，瓦片301与摩擦片302之间的摩擦力决定着施加阻尼的大小。另一方面，第一测定器350和第二测定器360所检测到的扭力与第一阻尼器281和第二阻尼器282所施加的阻尼需要保持恒定不变的比例，以使手术执行件105受到不变的阻力时，操作杆240产生相同的力反馈。然而，由于瓦片301和摩擦片302多次使用，其表面的粗糙度会变小，从而使其表面的摩擦系数随使用次数的不断增加而不断降低。当不变的扭力使得第一电磁体304与第一永磁体303之间的力仍保持不变时，即，瓦片301与摩擦片302之间的径向压力仍保持不变时，由于瓦片301以及摩擦片302的摩擦表面的摩擦系数改变，使得两者之间的摩擦力减小，从而使第一阻尼器281和第二阻尼器282所施加的扭转阻尼减小，这势必会使操作杆240的力反馈减小，使操纵操作杆240的过程失真。

为使第一测定器350和第二测定器360所检测到的扭力与第一阻尼器281和第二阻尼器282所施加的阻尼保持恒定不变的比例关系以防止操纵操作杆240的过程失真。如图5至图7所示，在本发明的一个优选实施例中，提供两个液压阻尼施加器400分别作为第一阻尼器281和第二阻尼器282，并通过液压控制器500控制该液压阻尼施加器400。具体地，该液压阻尼施加器400包括一个本体401和转子404；所述本体401开设有一个扇形的腔室，所述转子404能够在所述本体401内转动，所述转子404上设置有扇形的分割体405，所述分割体405将所述腔室分割为第一腔室402和第二腔室403，所述转子404与枢轴(即第一枢轴206或者第二枢轴207)同轴固定连接，自本体401外向第一腔室402和第二腔室403开设有第一液体通道407和第二液压通道；液压控制器500包括一个具有竖直的第一阀腔502和水平的第二阀腔503的阀体501以及设置于第一阀腔502内的竖直的第一阀芯504；自阀体501外向第一阀腔502开设进液通道，自阀体501外向第一阀腔502开设出油通道507，第一阀芯504通过上下移动来改变从进液通道流向出液通道的通流截面以使出油通道507内的液体压力小于进液通道内的液体压力，出液通道与第一阀芯504的下端通过第一导液通道508连通；第二阀腔503内设置有第二阀芯505，第一阀芯504的上端与第二阀腔503通过第二导液通道509连通并设置有弹簧511；第二阀腔503内设置有第二阀芯505，第二阀芯505的一端设置有第三永磁体513、第二阀腔503与第三永磁体513相对的位置设置有第三电磁体512，第三电磁体512与第三永磁体513同极相对，且之间设置有弹簧511，两者之间的磁斥力使得第二阀芯505的另一端用于封堵第二导液通道509；第一阀芯504开设有用于连通第一导液通道508和第二导液通道509的第三导液通道510，第二阀腔503与油箱700连通；液压控制器500与液压阻尼施加器400之间还设置有换向阀600，该换向阀600用于使出油通道507与第一液体通道407或者与第二液体通道408连通。其中，第三电磁体512上的电流根据第一测定器350和第二测定所测得的扭力进行改变。

应该说明的是：起初，出油通道507内的液压介质与进油通道506内的液压介质的压力相等，出油通道507内的液压介质经过第一导液通道508、第三导液通道510、第二导液通道509，然后推抵第二阀芯505，使第二导液通道509打开，此时，第一阀芯504从最下端上移，使得供液压介质流过的第二阀腔503的通流截面减小，出油通道507内的液压介质的压力p2小于进油通道506内的液压介质的压力p1(第一阀芯504下端的压力也为p2)，第三导液通道510相当于节流孔，第二阀芯505的上端的压力为p3，其小于p2，当通流截面不断减小时，p2、p3不断减小，从而使的第二阀芯505再次封堵第三导液通道510，此时，第一阀芯504停止上移，p3与第一阀芯504上端的弹簧514的压力之和与p2相等，此时，出油通道507内的压力保持在p2，而p3的压力值由第二阀芯505封堵第三通道的封堵力决定，也就是说，由第三永磁体513与第三电磁体512之间的磁斥力决定，而由于弹簧514的弹性不会使压力具有较大变化，因此，p2由p3决定，因此，第三永磁体513与第三电磁体512之间的磁斥力决定着出油通道507内的液压介质的压力。从而最终使通过第三电磁体512的电流决定出油通道507内的液压介质的压力。

由于液压控制器500通过换向阀600与液压阻尼施加器400连接，当手术执行件105在执行第一转动自由度或者第二转动自由度并在一个转动方向转动时，通过改变换向阀600(该换向阀600可以为电磁换向阀600，根据手术执行件105的转动方向自动换向)的阀芯动作，使出油通道507的液压介质进入第一腔室402或者第二腔室403中，例如，进入第一腔室402中，此时第一腔室402内的液压介质与出油通道507内的液压介质的压力相等，该压力在周向上向转子404的扇形的分割体405施力，从而产生对枢轴的阻尼(第一枢轴206或第二枢轴207)，且第一腔室402内的液压介质的压力决定了液压阻尼施加器400所施加的阻尼，如此，通过手术执行件105所受的扭力-通过第三电磁的线圈的电流大小-第一腔室402内的液压介质的压力-所施加的阻尼之间建立了一一对应的确定的关系，从而使第一测定器350和第二测定器360所检测到的扭力与第一阻尼器281和第二阻尼器282所施加的阻尼保持恒定不变的比例关系，从而防止了操纵操作杆240的过程的失真。

应该说明的是：当第一测定器350和第二测定器360所检测到的扭力增大时，通过增大通过第三电磁体512的线圈的电流以增大出油通道507的液压介质的压力，从而对应的增大作为第一阻尼器281和第二阻尼器282的液压阻尼施加器400所施加的阻尼。

在本发明的一个优选实施例中，在套管241内设置有可由尼龙材料制成的阻尼套242，该阻尼套242使得在操作杆240通过套管241移动执行其移动自由度时，产生相对较小的阻尼轴向上的阻尼，该阻尼使得医生在操纵操作杆240执行其移动自由度时，更具有手持手术执行件105的真实感。

在本发明的一个优选实施例中，在转子404的分割体405中设置有正反设置的用于连接第一腔室402和第二腔室403的单向阀406，该单向阀406在较小压力下能够打开，当医生操纵操作杆240时转子404转动时，医生在使操作杆240执行其第一转动自由度和第二转动自由度时，具有具有较小的阻尼，从而使医生更具有直接操作手持手术执行件105的真实感。

应该说明的是：所设置的阻尼套242和单项阀用于在手术执行件105在未受到阻尼情况下，给予医生操作操作杆240的真实感。

Claims (6)

1.一种带有力反馈的远程手术操作系统，用于控制手术执行装置，所述手术执行装置包括手术执行件，所述手术执行件具有第一转动自由度、垂直于第一转动自由度所确定平面的第二转动自由度以及垂直于第一转动自由度和第二转动自由度所确定平面的移动自由度，其特征在于，所述带有力反馈的远程手术操作系统包括操作装置、驱动机构、空间形态检测机构、阻尼测定机构以及阻尼施加机构；

所述操作装置包括操作杆，所述操作杆具有与所述手术执行件相对应的三个自由度；

所述驱动机构包括用于分别对应驱动所述手术执行件执行其第一转动自由度、第二转动自由度以及移动自由度的第一驱动器、第二驱动器以及第三驱动器；

所述空间形态检测机构包括用于分别对应检测所述操作杆在执行其第一转动自由度、第二转动自由度时的转动角度的第一检测器、第二检测器以及检测所述操作杆在执行其移动自由度时的位移的第三检测器；其中，第一、第二、第三驱动器分别对应根据第一、第二、第三检测器所检测的结果驱动所述手术执行件动作，以使所述手术执行件与所述操作杆同步动作；

所述阻尼测定机构包括用于分别对应检测所述手术执行件在执行其第一转动自由度、第二转动时所受到的扭力的第一测定器、第二测定器以及检测所述手术执行件在执行其移动自由度时所受到的直线阻力的第三测定器；

所述阻尼施加机构包括第一阻尼器、第二阻尼器以及第三阻尼器；当所述手术执行件执行其第一转动自由度时，所述第一阻尼器根据所述第一测定器所检测到的扭力向所述操作杆在执行其第一转动自由度时的转动方向上施加扭转阻尼，所述第二阻尼器根据所述第二测定器所检测到的扭力向所述操作杆在执行其第二转动自由度时的转动方向上施加扭转阻尼，所述第三阻尼器根据所述第三测定器所夹持到的直线阻力向所述操作杆在执行移动自由度时的移动方向上施加直线阻尼。

2.根据权利要求1所述的带有力反馈的远程手术操作系统，其特征在于，所述操作装置还包括保持体、分别通过第一枢轴和第二枢轴可转动连接在所述保持体上且转动轴线相垂直的第一弧条板和第二弧形条板，所述第一弧形板与所述第二弧形板在其延伸方向均开设有导向长孔；所述操作杆的中部交接在关节轴承上，其头部穿设所述第一弧形板和第二弧形板的导向长孔，并能够沿导向长孔滑动。

3.根据权利要求2所述的带有力反馈的远程手术操作系统，其特征在于，所述第一阻尼器和所述第二阻尼器分别用于向所述第一枢轴和所述第二枢轴施加扭转阻尼；所述第一阻尼器和所述第二阻尼器均包括相枢接的两瓦片；所述第一枢轴和所述第二枢轴上设置有摩擦片；两所述瓦片用于包覆所述第一枢轴或所述第一枢轴；其中：

两所述瓦片之间连接有弹簧，且其中一个所述瓦片上设置有第一永磁体，另一个瓦片上设置有与所述第一永磁体异极相对的第一电磁体，所述第一阻尼器和所述第二阻尼器上的第一电磁体分别对应根据第一测定器和第二测定器所检测到的扭转阻尼来改变通过所述第一电磁体上的线圈的电流，以当所述第一测定器或者所述第二测定器所检测到的扭扭力增加时，所述第一电磁体上的线圈的电流增大以增大所述第一永磁体与所述第一电磁体之间的引力，以增大所述第一阻尼器对所述第一枢轴的阻尼或者增大所述第二阻尼器对所述第二枢轴的阻尼；并当所述第一测定器或者所述第二测定器所检测到的扭力减小时，所述第一电磁体上的线圈的电流减小以减小所述第一永磁体与所述第一电磁体之间的引力，以减小所述第一阻尼器对所述第一枢轴的阻尼或者所述第二阻尼器对所述第二枢轴的阻尼。

4.根据权利要求1所述的带有力反馈的远程手术操作系统，其特征在于，所述第一检测器和所述第二检测器均为角度传感器，所述第三检测器为位移传感器。

5.根据权利要求1所述的带有力反馈的远程手术操作系统，其特征在于，所述第一测定器和所述第二测定器为扭矩传感器；所述第三测定器为压力传感器。

6.根据权利要求2所述的带有力反馈的远程手术操作系统，其特征在于，所述操作杆的尾部套设有套管，所述第三阻尼器包括设置于所述套管上的第二永磁体以及设置于所述操作杆上并与所述第二永磁体同极相对的第二电磁体；所述第一阻尼器的第二电磁体根据所述第三测定器所检测到的直线阻力来改变通过所述第二电磁体上的线圈的电流，以当所述第三测定器所检测到的直线阻力增加时，所述第二电磁体上的线圈的电流增大以增大所述第二永磁体与所述电磁体之间的磁斥力，以当所述第三测定器所检测到的直线阻力减小时，所述第二电磁体上的线圈的电流减小以减小所述第二永磁体与所述第二电磁体之间的磁斥力。