CN108042162B - 手术机器人系统及其手术器械 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种手术机器人系统及其手术器械，有助于简化接触力测量的结构，还可以提高测量的精度。所述手术器械包括机械结构单元和压力传感器，所述机械结构单元包括器械杆和末端执行器，所述器械杆包括本体和从本体的远端延伸的连接部，所述连接部包括径向分布的第一、二连接件，所述第一连接件与本体固定连接，所述第二连接件与末端执行器固定连接；所述压力传感器包括敏感元件，所述敏感元件设置在第一、二连接件之间，用于感测连接部对其作用，以获得末端执行器受到的笛卡尔力。所述手术机器人系统包括从端设备，所述从端设备包括机械臂和手术器械，所述机械臂的末端与手术器械可拆卸式连接，以驱动手术器械围绕不动点运动。

Description

手术机器人系统及其手术器械

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种手术机器人系统及其手术器械。

背景技术

微创伤手术(minimal invasive surgical)由于其具有创口小、恢复快等优点，被越来越多的患者所接受，并且越来越多的手术模式都由传统的开放式手术

(open surgical)慢慢地发展到微创伤手术。同时，手术方法的不断进步也大大地推动着相应的手术器械的发展与进步，早期的手持式手术器械在不断地被机械化、智能化的手术器械所取代。作为当代最为先进的手术方式，手术机器人系统在不断地冲击着人们的医疗理念，各种功能不同的微创伤手术机器人系统正在不断涌现。

微创伤手术中，腹腔镜手术由于其实现较早，现在已基本实现普及。作为其中的佼佼者，达芬奇手术机器人系统已经获得了全世界的认可，其基本覆盖了欧美国家，可见其系统具有绝对的优势。达芬奇手术机器人系统基本的控制理念即是主从遥控操作的控制方式，医生通过主控制台的主操作手，实现对病人端机器人的器械的控制。一般，病人端机器人具有多个机械臂，可持手术器械和内窥镜。但是，手术机器人系统的手术器械不同于一般的手术器械，其更具有自动化和智能化的特征。

手术机器人系统的手术器械一般含有自转、摆动、俯仰和开合四个自由度，使其能最好的拟合人手的功能，当医生在操作机器人的过程中，手术器械的运动就像医生本人用手进行操作一样。更者，手术器械相对于人手更加的灵活，能完成人手不能进行的操作。但是，目前国内外，包括达芬奇手术机器人系统均存在着某些不足，主要包括：

(1)一些手术机器人本身不含有力反馈机制；即在实际的手术过程中，手术器械不能向医生反馈其实际的工作环境及受力状态，这会使得医生在操作过程中无法感知器械碰到的视野之外的干扰，或是器械触碰到某些人体结构，而医生却不知道，任由机器人进行手术操作；这些都会很大程度的影响医生的使用感觉，同时会影响手术的效果，甚至会导致手术失败。

(2)另外一些手术机器人虽含有力反馈机制，但是实现力反馈机制的结构繁杂；一般采用间接的力反馈结构实现手术器械的力反馈机制，例如添加额外的零件，或是对传动机构进行测量，转变为手术器械的受力情况等；这将较大增加手术器械的重量以及结构的复杂性，不符合手术机器人用手术器械的设计宗旨。

发明内容

本发明的目的在于提供一种手术机器人系统及其手术器械，以解决现有技术中手术器械末端接触力测量的结构和计算复杂以及准确度低等问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种手术器械，包括机械结构单元和压力传感器，其中，所述机械结构单元包括器械杆和末端执行器，所述器械杆包括本体和从本体的远端延伸的一连接部，所述连接部包括径向分布的第一连接件和第二连接件，所述第一连接件与所述器械杆的本体固定连接，所述第二连接件与所述末端执行器固定连接；

所述压力传感器包括敏感元件，所述敏感元件设置在所述第一连接件和所述第二连接件之间，用于感测所述连接部对其作用，以获得所述末端执行器受到的笛卡尔力。

可选地，所述第一连接件为一中空的支撑轴，所述第二连接件为一中空的底座，所述底座由所述末端执行器的近端轴向延伸形成，所述底座用于与所述支撑轴相套接。

可选地，所述第一连接件为一外层结构，第二连接件为一内层结构，所述外层结构和所述内层结构径向连接并形成一凹槽，所述敏感元件设置在所述凹槽中。

可选地，所述凹槽的轴向截面呈U形状。

可选地，所述第一连接件的外表面尺寸小于所述第二连接件的内表面尺寸，且所述第二连接件的内表面尺寸小于所述第一连接件的外表面尺寸与所述敏感元件的径向尺寸之和，或者，

所述第一连接件的内表面尺寸大于所述第二连接件的外表面尺寸，且所述第一连接件的内表面尺寸小于所述第二连接件的外表面尺寸与所述敏感元件的径向尺寸之和。

可选地，所述第二连接件的内表面尺寸大于所述第一连接件的外表面尺寸与所述敏感元件的径向尺寸之和时，所述第一连接件和所述第二连接件之间还设有填充物，以增加所述第一连接件和所述第二连接件之间的弹性。

可选地，所述第一连接件的内表面尺寸大于所述第二连接件的外表面尺寸与所述敏感元件的径向尺寸之和时，所述第一连接件和所述第二连接件之间还设有填充物，以增加所述第一连接件和所述第二连接件之间的弹性。

可选地，所述填充物为橡胶或硅胶。

可选地，所述敏感元件为一个；或者，所述敏感元件为多个，多个所述敏感元件沿所述手术器械的周向和/或轴向分布。

可选地，多个所述敏感元件在所述手术器械的轴向上分布成多排，每一排敏感元件中的多个敏感元件在所述手术器械的周向上均匀分布。

可选地，相邻两排敏感元件相交错布置。

根据本发明的另一个方面，提供了一种手术机器人系统，包括从端设备，所述从端设备包括机械臂以及手术器械；所述机械臂的末端与所述手术器械可拆卸式连接，以驱动所述手术器械围绕一不动点运动。

可选地，所述手术机器人系统还包括主端设备和控制单元，所述主端设备包括一示力装置；所述控制单元与所述主端设备和所述从端设备通讯连接，所述控制单元从所述手术器械的敏感元件获取所述末端执行器受到的笛卡尔力，并传输至所述示力装置。

根据本发明的手术器械，其具有径向分布的第一连接件和第二连接件，且所述第一连接件和第二连接件之间设置有敏感元件，所述压力传感器的敏感元件可以感测所述第二连接件对第一连接件的作用力信息，根据该作用力信息可以获得手术器械末端执行器受到的笛卡尔力。

在一个实施例中，所述压力传感器为应变式压力传感器、压阻式压力传感器或压电式压力传感器。所述敏感元件布置于第一连接件和第二连接件之间，以接受连接部的作用力。所述手术器械的末端执行器受外力作用时，第二连接件对敏感元件以及第一连接件的作用力使所述敏感元件发生变形，产生形变信息。进一步，通过形变信息获得第一连接件和第二连接件之间的压力，即可准确地、唯一地测定手术器械末端所受到的笛卡尔力。

特别的，所述手术器械的器械杆远端轴向延伸形成有一个双层且中空的支撑轴，优选的，所述支撑轴具有轴向截面为U形的凹槽，由于支撑轴的U形薄壁特征，可以进一步提高获得的手术器械末端受力的精确性。

与使用电机力计算手术器械末端的受力的现有技术相比，本发明提供的手术器械，一方面力传导路径简单，接触力的测量更为准确；另一方面获取手术器械末端的接触力的方式简易，无需添加额外的零件，降低了手术器械的结构的复杂性，而且还便于安装。此外，由于对手术器械的改动较少，因此现有各种的手术器械均可以在本发明提供的手术机器人系统使用。

附图说明

图1是本发明一实施例的手术机器人系统的结构示意图；

图2a是本发明一实施例的手术器械的结构示意图；

图2b是图3a所示的手术器械的局部放大图；

图3a是本发明一实施例的手术器械末端构造有分体成型的可变形部分的结构示意图；

图3b是本发明另一实施例的手术器械末端构造有分体成型的可变形部分的结构示意图；

图4a是本发明其他实施例的手术器械末端构造有一体成型的可变形部分的结构示意图；

图4b是图4a所示的手术器械的剖视图；

图4c是图4b所示的手术器械的局部放大图。

附图标记说明如下：

手术台车-1，机械臂-2，手术器械-3，动力模组-301，安装底座-302，器械杆-303，力传递机构-304，末端执行器-305，内窥镜-4，成像系统-5，主手-6，扶手-7，基座-8；

传感装置-9，控制单元-10；底座-310、313，敏感元件-312、315、321，支撑轴-311、314，连接部-320，外层结构-323，内层结构-324，凹槽-322。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图1～4对本发明提出的手术机器人系统及其手术器械做进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。如说明书中所述，“末端”、“远端”指的是远离产品操作者、靠近病人的一端，“近端”指的是靠近产品操作者、远离病人的一端。如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。

首先，需要补充的是，本实施例提供的手术机器人系统可以测量手术器械末端所受到的径向力和轴向力中的一个或多个。

接着参阅图1，图1是本发明一实施例的手术机器人系统的结构示意图，所述手术机器人系统包括从端设备。所述从端设备包括手术台车1、机械臂2、手术器械3和内窥镜4。所述手术台车1作为整个所述从端设备的基座，支撑着全部的机械机构，同时所述手术台车1可在地面上移动，使所述从端设备能够靠近或远离患者。

所述机械臂2安装于手术台车1上并具有多个自由度，用于驱动所述手术器械3围绕一不动点运动。当所述手术台车1到达患者附近时，通过对机械臂2的调整，使手术器械3到达手术的规划位置，即通过手术台车1和机械臂2的调整，使所述不动点位于病患位置附近。所述手术器械3可拆卸安装于机械臂2的末端，可以与所述机械臂2末端相对固定连接，也可以与所述机械臂2末端可移动连接。所述手术器械3作为整个所述从端设备的输出机构，其最终将进入患者体内病灶区，实现对病灶的处理。

所述内窥镜4安装于不同于手术器械3之机械臂2的末端，并用于采集手术环境中的图像信息。该图像信息包括但不限于人体病患组织信息以及手术器械3的位置信息。而且，所述内窥镜4安装在机械臂2上后，与下述的主端设备通讯连接，以实时显示内窥镜4采集的手术环境中的信息。所述内窥镜4可以是立体式，也可以是非立体式，具体不限。

继续参考图1，所述手术机器人系统还包括主端设备，所述主端设备包括成像系统5、主手6、扶手7和基座8。手术时，一方面所述内窥镜4采集的信息通过成像系统5展现，医生通过成像系统5即可实时观察手术过程中手术器械3的运动，同时医生根据观察的结果通过主手6的操作来控制手术器械3下一步运动。手术过程中，医生在控制台通过成像系统5观察手术器械末端在患者体内的位置和运动，并通过主手6控制手术器械3以完成多维的空间运动，诸如俯仰、摆动、自转以及开合等动作，进而完成整个手术过程。所述扶手7可支撑医生的手臂，使医生在长时间手术过程中能保持较高的舒适感，同时，所述扶手7可升降，使其满足不同医生的需求。所述基座8作为主端设备的基础结构可在地面上自由移动，其支撑着上述所有的主端设备的其他结构。

所述手术机器人系统具体的手术过程为：

首先，医生通过对手术台车1和基座8进行操作，使所述从端设备推送到患者的手术床附近，从而使所述从端设备处于一个良好的手术位置；将主端设备推送到一个较为良好的操作位置，便于医生的操作；

然后，通过对机械臂2的操作，使手术器械3、内窥镜4到达手术切点附近；

之后，将手术器械3和内窥镜4通过患者身上的切口插入患者体内；

最后，医生通过立体成像系统5观察手术器械3的末端执行器在患者体内的位置和运动状态，并通过主手6调整末端执行器的位置和运动状态，进而完成微创伤手术。

显然，从主手6到手术器械3的控制是手术机器人系统主从控制的基础，进而为了更好地重现手术过程，即反映手术器械3在实际操作中所遇到的受力状况，需使手术器械3具备力反馈的功能，以便于将手术器械3自身的受力状况反馈到主手6而便于医生适应性调整手术操作。因此，本发明提供了一种配置了传感装置的手术器械以及相应的手术机器人系统。

具体的，所述手术器械3还包括传感装置9，用于感测手术器械3末端的受力信息。同时，所述手术机器人系统还包含控制单元10，用于接受并传递传感装置9的获取手术器械3的受力信息。所述控制单元10分别与所述主端设备和所述从端设备通讯连接，例如通过数据线缆相连或者无线通讯连接。而所述控制单元10则负责根据控制策略，处理传感装置9数据并计算、控制中需要的各类数据。所述控制单元10将手术器械3末端的受力信息发送至所述主端设备的示力装置，以使手术器械3末端的受力被医生感知。

所述示力装置可以是成像系统5，以在成像系统5中显示手术器械3末端受力的大小与方向。所述示力装置也可以是设有马达的主手6，医生在操作过程中，所述控制单元10据手术器械3末端的受力信息还可以对主手6的马达进行控制，以对医生施以作用力。显然，从主手6到手术器械3的控制是手术机器人系统主从控制的基础，为了更好的重现手术过程，即重现手术器械3在实际操作中所遇到的受力状况，需将手术器械3自身的受力状况反馈到主手6，使手术器械3具备力反馈的功能。因此，通过所述传感装置9的受力数据计算得到手术器械3末端的受力，之后，所述控制单元10可以向主手6的马达发出力矩指令，以使操作者感受到手术器械3末端的受力情况。更优选，所述主手6还设有振动马达。当通过所述传感装置9的受力数据计算得到手术器械3末端的受力超过预设阈值之后，所述控制单元10还可以向主手6的振动马达发出振动指令，提醒操作者注意手术器械3的末端受力较大的情况。

在本发明中，所述手术器械包括机械结构单元和压力传感器，所述机械结构单元包括器械杆和末端执行器，所述器械杆包括本体和从本体的远端延伸的一连接部，所述器械杆通过所述连接部与所述末端执行器连接，所述压力传感器作为本发明的传感装置9，其敏感元件感测所述连接部对其的作用力信息(即为所述末端执行器受到的笛卡尔力)。接下去将对所述手术器械的实现方式作进一步详细说明。

首先，参阅图2a和图2b，图2a为本发明一实施例的手术器械的机械结构单元示意图，图2b是图2a所示的手术器械的机械结构单元的局部放大图。如图2a和图2b所示，所述手术器械3的机械结构单元包括动力模组301、安装底座302、器械杆303、力传递机构304和末端执行器305。

所述动力模组301位于器械杆303的近端，所述末端执行器305位于器械杆303的远端。所述动力模组301为末端执行器305提供驱动力，其通过所述力传递机构304将驱动力传递至末端执行器303，使得末端执行器305能够完成多维的旋转和(或)开合等运动。

所述动力模组301包括电机和减速器，电机输出的动力通过减速器减速后由力传递机构304传递至末端执行器305。所述力传递机构304例如为丝传动，包括钢丝以及导向轮，钢丝用于传递动力，导向轮用于调整钢丝的延伸方向，所述力传递机构304具体穿过器械杆303与动力模组301和末端执行器305连接。所述末端执行器305实现对患者病灶区的具体手术操作，包括切割、打结、抓取等动作，但是，本发明对末端执行器305的种类没有任何限制，可以是剪刀、钳子、探针等器械。

所述安装底座302用于与机械臂2的末端可拆卸地连接，优选的，所述动力模组301容置于安装底座302内。所述器械杆303的近端与安装底座302连接，远端与末端执行器305连接。所述器械杆303能够提供足够的长度使末端执行器305在手术时能接触人体病患部位。

其中，所述器械杆303包括本体和从本体的远端延伸的连接部320(参阅图4a)。所述连接部320包括径向分布的第一连接件和第二连接件，所述第一连接件与所述器械杆的本体固定连接，所述第二连接件与所述末端执行器固定连接。进而，所述压力传感器的敏感元件设置在所述第一连接件和第二连接件之间，即位于器械杆303的连接部320上，感测所述连接部320对其的作用，进而获知末端执行器305的整体受力情况(即人体组织给末端执行器305的反作用力)。所述连接部320可与器械杆303的本体分体成型，即单独加工后再组装一起形成一个整体。另外，所述敏感元件可以选自压电式、压阻式、应变式等应变片，用以感测所述连接部320的受力。

例如图3a所示的优选实施例中，所述第一连接件和第二连接件为分体设计。具体而言，所述第二连接件为与末端执行器305之近端连接的底座310，且所述底座310为中空结构，以便于前述力传递机构304通过。同时，所述第一连接件为与所述器械杆303的本体固定连接的支撑轴311，同样所述支撑轴311亦为中空结构，以便于力传递机构304通过。然而，所述支撑轴311的直径、材料可以与器械杆303其他部分相同，也可以不相同。并且，一个或多个敏感元件312贴于支撑轴311的外表面(优选为外圆面)，优选的，多个所述敏感元件312沿支撑轴311的周向均匀分布，更优选，所述支撑轴311轴向上设有多排周向均匀分布的敏感元件312，且每排敏感元件312与邻近一排的敏感元件312相交错布置。另外，所述底座310的内径大于支撑轴311的外径，且略小于支撑轴311的外径增加敏感元件312的径向尺寸(即为底座310/支撑轴311横截面方向，敏感元件312的尺寸，亦即为敏感元件312的厚度)之和以形成过盈配合，从而使得支撑轴311能够插入底座310内相结合。在使用时通过调整基准点，以去除由于过盈配合带来的传感元件测量误差。在另外一个实施例中，所述底座310的内径略大于支撑轴311的外径与敏感元件312的径向尺寸之和，即两者之间形成间隙配合关系。如若底座310与支撑轴311为间隙配合关系，在所述底座310与支撑轴311之间的空隙优选设有填充物，所述填充物例如是弹性橡胶、硅胶等，以此提升连接部320的弹性。进一步，所述底座310与支撑轴311较佳地形成同轴布置并呈间隙配合关系。

在底座310与支撑轴311相套接形成的连接部320中，由于支撑轴311与所述器械杆303的本体固定连接，所述底座310与末端执行器305固定连接，且所述敏感元件312置于支撑轴311和底座310之间，当所述手术器械3的末端执行器305受笛卡尔力作用，并将力传递至所述底座310，所述底座310施力于所述敏感元件312，这一力即刻被敏感元件312所感测。因此，通过测量底座310和支撑轴311的受力，即可准确地、唯一地测定手术器械末端所受到的笛卡尔力，同时还可以避免手术器械末端结构的变化等所产生的测量误差。

具体来说，实际手术过程中，当所述手术器械3的末端执行器305受到人体组织施加的笛卡尔力时，所述末端执行器305将力传递至所述底座310，而所述底座310将力施加于支撑轴311外表面上的敏感元件312。进而，根据敏感元件312感测而获得的受力数据，可以获知所述手术器械3的末端执行器305受到的笛卡尔力。

然而，所述敏感元件312不限于贴于支撑轴311的外表面上，还可以贴于底座310的内表面(优选为内圆面)上，此时，所述底座310贴敏感元件312后，内径略小于支撑轴311的外径和敏感元件312的高度之和以形成过盈配合。

与前述实施例相对的，所述连接部320的第一连接件套接所述第二连接件，具体参阅图3b。如图3b所示的实施例中，所述第二连接件为与末端执行器305近端连接的底座313，所述底座313为中空结构，以便于力传递机构304通过。同时，所述第一连接件为与所述器械杆303的本体固定连接的支撑轴314，同样所述支撑轴314为中空结构，以便于力传递机构304通过。所述支撑轴314的直径、材料可以与器械杆303其他部分相同，也可以不相同。一个或多个敏感元件315贴于支撑轴314的内表面(优选为内圆面)。与上述实施例区别在于，所述底座313的外径小于支撑轴314的内径，且略大于支撑轴314的内径与敏感元件315的径向尺寸之间的差值，即底座313能够以过盈配合的方式插入支撑轴314内。同样的，所述底座313的外径可以略小于支撑轴314的内径与敏感元件315的径向尺寸之间的差值，即底座313与支撑轴314形成间隙配合，并所述底座313与支撑轴314之间的空隙设置有填充物，例如弹性橡胶、硅胶等。优选的，所述底座313与支撑轴314同轴布置并呈间隙配合关系。

当然，所述敏感元件315除可贴于支撑轴314的内表面上，还可贴于底座313的外表面(优选为外圆面)上，此时，所述底座313贴敏感元件315后，所述底座313的外径与敏感元件315的径向尺寸之和略大于支撑轴314的内径，以形成过盈配合，或者所述底座313的外径与敏感元件315的径向尺寸之和略小于支撑轴314的内径，形成间隙配合关系，并采用填充物填充两者之间的空隙。

上述底座310、313中任何一个，均可由末端执行器305的近端轴向延伸形成。

此外，所述第一连接件和第二连接件可以为一体成型设计，简化手术器械的结构，优化手术器械的尺寸。与上述实施例类似，如图4a～图4c所示的另一个优选的方案中，所述第一连接件为与所述器械杆303之本体的远端连接的外层结构323，同样所述外层结构323为中空结构，以便于力传递机构304通过。所述第二连接件为与末端执行器305之近端连接的内层结构324，且所述内层结构324为中空结构，以便于前述力传递机构304通过。所述连接部320与末端执行器305固定连接，优选所述内层结构324与末端执行器305固定连接。特别地，所述外层结构323位于所述内层结构324的外围，并与所述内层结构324径向连接，共同形成了所述器械杆的连接部320的杆臂。由此，所述内层结构324和外层结构323之间形成有凹槽322，优选，所述凹槽322的形状为U形。优选的，所述凹槽322内设有一个加强板以增强其结构强度。更有，一个或多个敏感元件321置于所述凹槽322中，例如贴在所述连接部320的外层结构323的内表面上，或者贴在所述连接部320的内层结构324的外表面上，优选，所述凹槽322内设有填充物，例如弹性橡胶、硅胶等，以此增加连接部320的弹性。

应理解的是，当所述末端执行器305受到人体组织施加的作用力时，由于连接部320的杆臂中空的特征使得凹槽322的内外层结构会发生一定程度的变形，从而挤压敏感元件321，使敏感元件321可感测末端执行器305的受力(包括大小和方向)。进而，得到手术器械末端的受力。可选的，多个所述敏感元件321周向均匀分布在所述凹槽322中，更优选，所述凹槽322轴向上设有多排周向均匀分布的敏感元件321，使检测更加准确。

最后，上述实施例对手术器械的结构进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

另外，本发明还提供了一种手术机器人系统，所述的手术机器人系统包括从端设备，所述从端设备包括机械臂以及上述的手术器械，所述机械臂的末端与所述手术器械可拆卸式连接，以驱动所述手术器械围绕不动点运动。进一步所述手术机器人系统还包括主端设备和控制单元，所述主端设备包括示力装置，所述控制单元与所述主端设备和所述从端设备通讯连接，所述控制单元从所述手术器械的敏感元件获取所述末端执行器受到的笛卡尔力，并传输至所述示力装置。此外，所述控制单元10可以采用现有的PLC控制器、单片机、微处理器等，本领域技术人员可在本申请公开基础上结合本领域的公知常识能够知晓如何选择。

根据本发明的手术器械，其具有径向分布的第一连接件和第二连接件，且所述第一连接件和第二连接件之间设置有敏感元件，所述敏感元件可以感测所述手术器械的器械杆末端的受力信息，进而获得了手术器械末端执行器受到的笛卡尔力。进而，在一个优选实施例中，所述压力传感器为应变式压力传感器、压阻式压力传感器或压电式压力传感器，所述敏感元件布置于第一连接件和第二连接件之间，以接受连接部的形变。所述手术器械末端受外力作用，而使第一连接件和第二连接件发生变形，这一变形即刻被敏感元件所识别，因此，通过形变信息获得第一连接件和第二连接件之间的压力，即可准确地、唯一地测定手术器械末端所受到的笛卡尔力。

特别的，所述手术器械的器械杆远端轴向延伸形成有一个双层且中空的支撑轴，优选的，所述支撑轴具有轴向截面为U形的凹槽，由于支撑轴的U形薄壁特征，可以进一步提高获得的手术器械末端受力的精确性。

与使用电机力计算手术器械末端的受力的现有技术相比，本发明提供的手术器械，一方面力传导路径简单，接触力的测量更为准确；另一方面获取手术器械末端的接触力的方式简易，不受手术器械具体构型的约束，无需添加额外的零件，降低了手术器械的结构的复杂性，而且还便于安装。此外，由于对手术器械的改动较少，因此现有各种的手术器械均可以在本发明提供的手术机器人系统使用。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (11)

1.一种手术器械，其特征在于，包括机械结构单元和压力传感器，其中，

所述机械结构单元包括器械杆和末端执行器，所述器械杆包括本体和从本体的远端延伸的一连接部，所述连接部包括径向分布的第一连接件和第二连接件，所述第一连接件与所述器械杆的本体固定连接，所述第二连接件与所述末端执行器固定连接；

所述压力传感器包括敏感元件，所述敏感元件设置在所述第一连接件和所述第二连接件之间；所述第一连接件为一外层结构，第二连接件为一内层结构，所述外层结构和所述内层结构径向连接并形成一凹槽，所述敏感元件设置在所述凹槽中；

当所述末端执行器受力时，所述第二连接件用于接收所述末端执行器受到的笛卡尔力并作用于所述敏感元件，所述敏感元件用于感测所述第二连接件对其施加的作用力并获得受力数据，以根据所述受力数据获得所述末端执行器受到的笛卡尔力。

2.如权利要求1所述的手术器械，其特征在于，所述凹槽的轴向截面呈U形状。

3.如权利要求1所述的手术器械，其特征在于，所述第一连接件的外表面尺寸小于所述第二连接件的内表面尺寸，且所述第二连接件的内表面尺寸小于所述第一连接件的外表面尺寸与所述敏感元件的径向尺寸之和，或者，

所述第一连接件的内表面尺寸大于所述第二连接件的外表面尺寸，且所述第一连接件的内表面尺寸小于所述第二连接件的外表面尺寸与所述敏感元件的径向尺寸之和。

4.如权利要求1所述的手术器械，其特征在于，所述第二连接件的内表面尺寸大于所述第一连接件的外表面尺寸与所述敏感元件的径向尺寸之和时，所述第一连接件和所述第二连接件之间还设有填充物，以增加所述第一连接件和所述第二连接件之间的弹性。

5.如权利要求1所述的手术器械，其特征在于，所述第一连接件的内表面尺寸大于所述第二连接件的外表面尺寸与所述敏感元件的径向尺寸之和时，所述第一连接件和所述第二连接件之间还设有填充物，以增加所述第一连接件和所述第二连接件之间的弹性。

6.如权利要求4或5所述的手术器械，其特征在于，所述填充物为橡胶或硅胶。

7.如权利要求1所述的手术器械，其特征在于，所述敏感元件为一个；或者，所述敏感元件为多个，多个所述敏感元件沿所述手术器械的周向和/或轴向分布。

8.如权利要求7所述的手术器械，其特征在于，多个所述敏感元件在所述手术器械的轴向上分布成多排，每一排敏感元件中的多个敏感元件在所述手术器械的周向上均匀分布。

9.如权利要求8所述的手术器械，其特征在于，相邻两排敏感元件相交错布置。

10.一种手术机器人系统，其特征在于，包括：从端设备，

所述从端设备包括：

机械臂；以及

如权利要求1～9中任一项所述的手术器械；

所述机械臂的末端与所述手术器械可拆卸式连接，以驱动所述手术器械围绕一不动点运动。

11.如权利要求10所述的手术机器人系统，其特征在于，所述手术机器人系统还包括主端设备和控制单元；所述主端设备包括示力装置；

所述控制单元与所述主端设备和所述从端设备通讯连接，所述控制单元从所述手术器械的敏感元件获取所述末端执行器受到的笛卡尔力，并传输至所述示力装置。

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