CN113384350B - 具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及眼科机器人技术领域，尤其是涉及一种具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统，通过图像采集装置采集眼部手术图像数据，以便于对混联机器人的运动进行引导；末端器械，用于进行眼科手术；混联机器人被配置为驱动末端器械运动，这样避免了人手颤抖对手术的影响；并且末端器械的接触力检测结构用来检测末端部与接触组织之间的接触力数据，这样有利于实现对接触力的实时测量，接触力过大时，会对混联机器人的运动进行限制，避免损伤眼组织。

Description

具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统

技术领域

本公开涉及眼科机器人技术领域，尤其是涉及一种具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统。

背景技术

由于眼球结构的精密性以及眼组织的易损性，眼科手术是目前极具挑战的术式之一。眼内手术对医生的手术技能有较高的要求，人手的颤抖、医生对操作力感知能力不足等是造成眼内手术极为困难的主要原因。

发明内容

本公开在于提供一种具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统，以在一定程上解决发明人已知存在的人手的颤抖、医生对操作力感知能力不足的技术问题。

本公开提供了一种具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统，其包括：

图像采集装置，所述图像采集装置被配置为采集眼部手术图像数据；

末端器械，用于进行眼科手术；以及

混联机器人，所述混联机器人被配置为驱动所述末端器械运动；

其中，所述末端器械包括：

末端部；以及

接触力检测结构，所述接触力检测结构被配置为检测所述末端部与接触组织之间的接触力数据；

所述混联机器人包括：

基座；

上平动机构，所述上平动机构安装于所述基座上，所述上平动机构包括第一平移组件、上支架和上转接架，所述第一平移组件被配置为驱动所述上支架沿第一方向往复移动，所述第一平移组件还被配置为驱动所述上支架沿第二方向往复移动，所述上支架与所述上转接架枢接；

下平动机构，所述下平动机构安装于所述基座上，所述下平动机构包括第二平移组件、下支架和下转接架，所述第二平移组件被配置为驱动所述下支架沿所述第一方向往复移动，所述第二平移组件还被配置为驱动所述下支架沿所述第二方向往复移动，所述下支架与所述下转接架枢接；以及

末端平台，所述上转接架、所述下转接架分别与所述末端平台枢接；所述末端器械安装于所述末端平台上。

可选地，所述末端部包括：

镊子；以及

镊子开合机构，所述镊子开合机构被配置为使所述镊子张开或闭合；

其中，所述镊子开合机构包括第一安装座、直线运动机构、套筒和镊子底座；所述第一安装座的一端与所述中心柱固定连接，所述直线运动机构安装于所述第一安装座上；

所述镊子包括主体部以及与所述主体部的一端相连接的上簧片和下簧片，所述主体部穿设于所述套筒中，且所述主体部相对的另一端与所述镊子底座相对固定，所述镊子底座安装于所述第一安装座上；

所述直线运动机构用于驱动所述套筒沿其自身的轴向移动，以使所述上簧片的自由端和所述下簧片的自由端相接触。

可选地，所述接触力检测结构包括多个力传感器，多个所述力传感器沿所述套筒的周向设置。

可选地，所述基座包括上下分层设置的上支撑板和下支撑板；所述第一方向与所述第二方向相垂直；

所述第一平移组件包括第一平动台和第二平动台；所述第二平动台被配置为驱动所述第一平动台沿所述第二方向往复移动，所述第一平动台被配置为驱动所述上支架沿所述第一方向往复移动；

所述第二平动台安装于所述上支撑板上。

可选地，所述第二平移组件包括第三平动台和第四平动台；所述第四平台被配置为驱动所述第三平动台沿所述第二方向往复移动，所述第三平动台被配置为驱动所述上支架沿所述第一方向往复移动；

所述第一平动台与所述第三平动台之间被配置为产生位移差，以及使得所述末端平台进行俯仰运动；

所述第四平动台安装于所述下支撑板上。

可选地，所述上转接架包括第一横向臂以及所述第一横向臂相对的两端分别连接的第一纵向臂；所述第一纵向臂与所述末端平台枢接，所述第一横向臂的中部与所述上支架枢接。

可选地，所述下转接架包括第二横向臂以及所述第二横向臂相对的两端分别连接的第二纵向臂；所述第二纵向臂与所述末端平台枢接，所述第二横向臂的中部与所述下支架枢接。

可选地，所述末端平台包括上连接板、下连接板、位移台和滑台；所述上连接板与所述上转接架枢接，所述下连接板与所述下转接架枢接；所述滑台的导轨与所述上连接板固定连接，所述滑台的滑块与所述下连接板固定连接；所述位移台的底座与所述上连接板固定连接，所述末端器械安装于所述位移台的滑块上。

可选地，所述位移台为压电陶瓷位移台。

可选地，所述第一平动台、所述第二平动台、所述第三平动台和所述第四平动台均为直线电机。

本公开的有益效果主要在于：

本公开提供的具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统，通过图像采集装置采集眼部手术图像数据，以便于对混联机器人的运动进行引导；末端器械，用于进行眼科手术；混联机器人被配置为驱动末端器械运动，这样避免了人手颤抖对手术的影响；并且末端器械的接触力检测结构用来检测末端部与接触组织之间的接触力数据，这样有利于实现对接触力的实时测量，接触力过大时，会对混联机器人的运动进行限制，避免损伤眼组织。

应当理解，前述的一般描述和接下来的具体实施方式两者均是为了举例和说明的目的并且未必限制本公开。并入并构成说明书的一部分的附图示出本公开的主题。同时，说明书和附图用来解释本公开的原理。

附图说明

为了更清楚地说明本公开具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个或多个实施例中的具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统的结构示意图；

图2为一个或多个实施例中混联机器人安装于底架组件上的结构示意图；

图3为一个或多个实施例中镊子开合机构的结构示意图；

图4为一个或多个实施例中多个力传感器在套筒上分布的结构示意图；

图5为一个或多个实施例中镊子张开后的结构示意图；

图6为一个或多个实施例中镊子闭合后的结构示意图；

图7为一个或多个实施例中的末端器械的结构示意图；

图8为一个或多个实施例中的具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统的控制原理图；

图9为一个或多个实施例中的混联机器人的结构示意图；

图10为图9中的混联机器人的另一视角的结构示意图；

图11为图9中的混联机器人的又一视角的结构示意图；

图12为一个或多个实施例中的混联机器人的局部结构示意图；

图13为一个或多个实施例中的末端平台的结构示意图；

图14为本公开的一个或多个实施例中镊子开合机构的剖视图(局部)；

图15为本公开的一个或多个实施例中镊子开合机构的另一视角的剖视图(局部)。

图标：

101-基座；102-末端器械；104-上支架；105-上转接架；106-下支架；107-下转接架；108-上支撑板；109-下支撑板；110-支撑立板；111-第一平动台；112-第二平动台；113-第三平动台；114-第四平动台；115-第一横向臂；116-第一纵向臂；117-第二横向臂；118-第二纵向臂；119-上连接板；120-下连接板；121-位移台；122-滑台；

201-手术显微镜；202-自转电机；203-机构安装座；204-水平滑轨；205-L型安装板；206-升降装置；207-倾斜安装板；208-手术台；209-图像处理单元；210-力信息判断单元；211-中央处理单元；

301-第一安装座；302-套筒；303-镊子底座；304-直线运动机构；305-主体部；306-上簧片；307-下簧片；308-弯折角；309-第一驱动件；310-推杆；311-力传感器；312-镊子外壳；313-定位顶丝；314-长条形孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本公开的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

在本公开的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

附图中示出了一些方框图和/或流程图。应理解，方框图和/或流程图中的一些方框或其组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，从而这些指令在由该处理器执行时可以创建用于实现这些方框图和/或流程图中所说明的功能/操作的装置。因此，本公开的一些技术(如主控系统)可以硬件和/或软件(包括固件、微代码等)的形式来实现。另外，本公开的一些技术可以采取存储有指令的计算机可读介质上的计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可供指令执行系统使用或者结合指令执行系统使用。在本公开的上下文中，计算机可读介质可以是能够包含、存储、传送、传播或传输指令的任意介质。例如，计算机可读介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、器件或传播介质。计算机可读介质的具体示例包括：磁存储装置，如磁带或硬盘(HDD)；光存储装置，如光盘(CD-ROM)；存储器，如随机存取存储器(RAM)或闪存；和/或有线/无线通信链路。

参见图1和图2所示，在一个或多个实施例中，提供了一种具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统，其包括：图像采集装置、混联机器人和末端器械；图像采集装置被配置为采集眼部手术图像数据，以用来引导混联机器人的运动，末端器械，用于进行眼科手术；混联机器人被配置为驱动末端器械运动。末端器械包括：末端部以及接触力检测结构；接触力检测结构被配置为检测末端部与接触组织之间的接触力数据，通过接触力检测结构，以实现手术时末端部与接触组织之间的微力感知。在一个实施例中，图像采集装置为手术显微镜201。

至少一个实施例中，提供的具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统，具有操作精度高，运动稳定等特点，可以避免人手颤抖对手术效果的影响。接触力检测结构，可对末端部的操作力进行精确感知。结合图像采集装置后，既可对手术器械的位姿进行测量，又可对机器人的运动进行引导，提升机器人的适应性。

在一个实施例中，末端部包括：镊子以及镊子开合机构，镊子开合机构被配置为使镊子张开或闭合。在一些其它实施方式中，末端部还可以为注射针或手术刀等手术器械。

参见图7所示，在一些实施例中，末端器械还包括自转电机202和机构安装座203；自转电机安装于机构安装座上，自转电机用于驱动末端部转动。机构安装座用于安装于混联机器人上。在一个实施例中，自转电机为伺服电机。

参见图3所示，在一些实施例中，镊子开合机构包括第一安装座301、直线运动机构304、套筒302和镊子底座303；第一安装座301的一端与中心柱202的端部固定连接，直线运动机构304安装于第一安装座301上；镊子包括主体部305以及与主体部305的一端相固定连接的上簧片306和下簧片307，上簧片与主体部为一体结构，下簧片与主体部为一体结构；主体部305穿设于套筒302中，且主体部305相对的另一端与镊子底座303相对固定，镊子底座303安装于第一安装座301上；直线运动机构304用于驱动套筒302沿其自身的轴向移动，以使上簧片306的自由端和下簧片307的自由端相接触。采用直线运动机构304利于实现镊子的张开或闭合。电机的输出轴与第一安装座301固定连接，这样电机的转动带动第一安装座转动。

参见图5和图6所示，在一个实施例中，直线运动机构304为压电位移台；上簧片306具有一个弯折角308，下簧片307具有一个弯折角308，两个弯折角308可以为钝角，上簧片306和下簧片307的钝角的朝向相对，这样套筒302的端部分别与上簧片306和下簧片307接触时，会使上簧片306和下簧片307的自由端逐渐彼此接近，从而实现镊子的闭合；当套筒302的端部逐渐不再与上簧片306和下簧片307接触时，上簧片306和下簧片307在自身弹性的作用下，上簧片306和下簧片307的自由端逐渐彼此远离，从而实现镊子的张开。

参见图14和图15所示，直线运动机构304的滑块与第一驱动件309固定连接，直线运动机构304的滑轨与第一安装座301固定连接。第一驱动件309与推杆310固定连接，在一个实施例中，第一驱动件与推杆通过顶丝固定连接；推杆310与套筒302为一体连接，即推杆与套筒可以为一体结构，或推杆与套筒通过螺纹连接的方式固定连接。主体部305相对的另一端通过镊子外壳312与镊子底座303相对固定，镊子底座303与第一安装座301可拆卸固定连接；镊子底座303与镊子外壳312可拆卸固定连接；镊子外壳312穿设于镊子底座303中，套筒和推杆穿设于镊子外壳中；直线运动机构304的滑块带动第一驱动件309移动，第一驱动件带动推杆沿推杆自身的轴向运动，推杆带动套筒运动。推杆310的周面上具有沿推杆的径向贯穿的长条形孔，长条形孔的长度方向沿推杆310的轴向延伸，镊子外壳的径向方向上具有相对的两个定位顶丝，两个定位顶丝313分别与镊子外壳螺丝连接，两个定位顶丝的端部插入长条形孔314中，两个定位顶丝的端部将主体部夹住，这样便实现了主体部相对于镊子底座303固定；主体部与套筒之间具有间隙，定位顶丝的直径不大于长条形孔的宽度，这样保证了定位顶丝与推杆之间具有间隙，在推杆运动过程中，定位顶丝和主体部不会阻碍推杆和套筒的轴向移动。主体部可以采用线结构。在初始状态下，上簧片306与下簧片307之间是张开的，当需要闭合时，压电位移台通电，压电位移台的滑块带动第一驱动件309向前运动，第一驱动件309推动推杆310，推杆310带动套筒302向前运动，套筒302接触并弯折上簧片306和下簧片307，使上簧片306和下簧片307完成闭合，镊子张开的过程与镊子闭合过程相反。

这样镊子和镊子开合机构，实现了镊子开合无需人工参与，利于实现自动完成开合。

在一些实施例中，接触力检测结构包括多个力传感器311，多个力传感器沿套筒302的周向设置，通过设置多个力传感器，以实现力的大小的检测。

参见图4所示，在一个实施例中，套筒302上开设有安装槽，力传感器固定于安装槽中；安装槽的长度方向可以与套筒302的轴向相平行，且力传感器的一端与套筒302的自由端的端部基本齐平。力传感器的数量可以为3个、4个5个或6个，多个力传感器沿套筒302的周向均匀间隔分布，且相邻两个力传感器所对的圆心角相等。

在一些实施例中，力传感器为布拉格光纤光栅力传感器，这样可实现对接触力的实时测量，接触力过大时，会对机器人的运动进行限制，避免损伤眼组织。

参见图9至图13所示，在一个或多个实施例中，提供了一种混联机器人，其应用于眼科手术；混联机器人包括基座101、上平动机构、下平动机构、末端平台和末端器械102；基座101用于供上平动机构和下平动机构的安装。在一个实施例中，基座101可以应用于具有直线移动功能和/或升降功能的装置上，对于该具有直线移动功能和/或升降功能的装置可以是直线滑台构成的装置；末端器械102可以采用现有的眼科手术机器人的末端器械102。

在一些实施例中，上平动机构安装于基座101上，上平动机构包括第一平移组件、上支架104和上转接架105，第一平移组件被配置为驱动上支架104沿第一方向往复移动，第一平移组件还被配置为驱动上支架104沿第二方向往复移动，上支架104与上转接架105枢接。下平动机构安装于基座101上，下平动机构包括第二平移组件、下支架106和下转接架107，第二平移组件被配置为驱动下支架106沿第一方向往复移动，第二平移组件还被配置为驱动下支架106沿第二方向往复移动，下支架106与下转接架107枢接。上转接架105、下转接架107分别与末端平台枢接；末端器械102安装于末端平台上，末端平台被配为驱动末端器械102作进给运动。在一个实施例中，上支架104呈长条状结构，长条状结构的长度方向与第一方向平行；下支架106呈长条状结构，长条状结构的长度方向与第一方向平行。上转接架105和下转接架107均呈U型，这样便于安装末端平台，并且便于实现末端平台的旋转。

在至少一个实施例中，提供的混联机器人，使得用于眼科手术的混联机器人不再局限于使用通过机械结构约束的RCM机构，采用上平动机构、下平动机构有利于在工作空间中设定任意一点为虚拟RCM点，使得机器人的动作更加灵活，而且机器人不并采用平行四杆机构，不用考虑因平行四杆机构的加工误差导致的运动精度误差，提到了机器人的运动精度。采用混联构型，平行布置的平动副代替了其它的转动副，有利于提高机器人的稳定性；相较于其它的串联机构，本公开实施例中的混联机器人的刚度更高，稳定性更好，其既可适用于眼前节手术，也可用于眼底手术。

在一些实施例中，基座101包括上下分层设置的上支撑板108和下支撑板109；第一方向与第二方向相垂直；第一平移组件包括第一平动台111和第二平动台112；第二平动台112被配置为驱动第一平动台111沿第二方向往复移动，第一平动台111被配置为驱动上支架104沿第一方向往复移动；第二平动台112安装于上支撑板108上。在至少一个实施例中，利于上支撑板108和下支撑板109实现第一平移组件和第二平移组件的上下分层，这样便于可以利于空间分布，并且利于缩小占用空间。

在一个实施例中，第一平移组件安装于上支撑板108上，第二平移组件安装于下支撑板109上。上支撑板108和下支撑板109之间通过支撑立板110固定连接。上支撑板108位于下支撑板109的上方。第二平动台112安装于上支撑板108的上表面，第一平动台111安装于第二平动台112的移动件上；第一平动台111位于第二平动台112的上方；上支架104位于下支架106的上方。在至少一个实施例中，利用第一平动台111和第二平动台112实现上支架104沿第一方向往复移动，以及沿第二方向往复移动。

在一些实施例中，第二平移组件包括第三平动台113和第四平动台114；第四平台被配置为驱动第三平动台113沿第二方向往复移动，第三平动台113被配置为驱动上支架104沿第一方向往复移动；第一平动台111与第三平动台113之间被配置为产生位移差，以及使得末端平台进行俯仰运动；第四平动台114安装于下支撑板109上。在至少一个实施例中，利用第三平动台113和第四平动台114实现上支架104沿第一方向往复移动，以及沿第二方向往复移动，并且利于第一平动台111与第三平动台113产生沿第一方向的位移差，使上支架104和下支架106具有沿第一方向的位移差，由于末端平台与上转接架105、下转接架107枢接，因此可以实现末端平台进行俯仰运动。

在一个实施例中，第三平动台113和第四平动台114位于上支撑板108和下支撑板109之间；第四平动台114位于下支撑板109的上表面，第三平动台113位于第四平动台114的上方；第三平动台113位于第四平动台114的移动件上。第四平动台114带动第三平动台113沿第二方向往复移动，第三平动台113带动下支架106沿第一方向往复移动。第四平动台114和第二平动台112沿第二方向产生位移差，可以使上支架104和下支架106在第二方向上产生位移差，因此，可以使末端平台产生偏转，即绕一条与第一方向相平行的轴线转动。

在一些实施例中，上转接架105包括第一横向臂115以及第一横向臂115相对的两端分别连接的第一纵向臂116；第一纵向臂116与末端平台枢接，第一横向臂115的中部与上支架104枢接。通过这样设置便于实现上转接架105与上支架104的转动连接，以及上转接架105与末端平台之间的转动连接。

在一个实施例中，两个第一纵向臂116的长度方向可以设置平行设置也可以呈钝角或锐角设置。第一横向臂115与第一纵向臂116之间垂直设置，或呈钝角设置或锐角设置。第一横向臂115的中部与上支架104之间的枢转轴的轴线，与第一纵向臂116与末端平台之间的枢转轴的轴线相垂直。上支架104的一端与第一平动台111固定连接，上支架104相对的另一端与上转接架105通过一枢转轴和一轴承实现枢接，具体的，轴承的外圈与上支架104固定连接，轴承的内圈与枢转轴固定连接，枢转轴与上转接架105固定连接。

在一些实施例中，下转接架107包括第二横向臂117以及第二横向臂117相对的两端分别连接的第二纵向臂118；第二纵向臂118与末端平台枢接，第二横向臂117的中部与下支架106枢接。通过这样设置便于实现下转接架107与下支架106的转动连接，以及下转接架107与末端平台之间的转动连接。

在一个实施例中，两个第二纵向臂118的长度方向可以设置平行设置也可以呈钝角或锐角设置。第二横向臂117与第二纵向臂118之间垂直设置，或呈钝角设置或锐角设置。第二横向臂117的中部与下支架106之间的枢转轴的轴线，与第二纵向臂118与末端平台之间的枢转轴的轴线相垂直。下支架106的一端与第三平动台113固定连接，下支架106相对的另一端与下转接架107通过一枢转轴和一轴承实现枢接，具体的，轴承的外圈与下支架106固定连接，轴承的内圈与枢转轴固定连接，枢转轴与下转接架107固定连接。

在一些实施例中，末端平台包括上连接板119、下连接板120、位移台121和滑台122；上连接板119与上转接架105枢接，下连接板120与下转接架107枢接；滑台的导轨与上连接板119固定连接，滑台的滑块与下连接板120固定连接；位移台的底座与上连接板119固定连接，末端器械102安装于位移台的滑块上。采用位移台便于实现末端器械102的进给运动。上连接板119和下连接板120便于安装位移台，并且利于实现末端器械102的俯仰。配置滑台后，能够保证位移台的转动。在一个实施例中，末端器械的机构安装座固定于位移台的滑块上。

在一个实施例中，上连接板119和下连接板120均为U型结构；U型结构具有底板以及于与底板连接的相对的两个连接臂；上连接板119的底板与滑台的导轨固定连接。上连接板119的连接臂与上转接架105的第一纵向臂116枢接，下连接板120的连接臂与下转接架107的第二纵向臂118枢接。上连接板119的连接臂与第一纵向臂116平行设置，下连接板120的连接臂与第二纵向臂118平行设置。

在一个实施例中，上连接板119与上转接架105之间通过枢转轴和轴承实现枢接，具体的，轴承的外圈固定于上转接架105的第一纵向臂116上，轴承的内圈与枢转轴固定连接，枢转轴与上连接板119固定连接。

在一个实施例中，下连接板120与下转接架107之间通过枢转轴和轴承实现枢接，具体的，轴承的外圈固定于下转接架107的第二纵向臂118上，轴承的内圈与枢转轴固定连接，枢转轴与下连接板120固定连接。

在一些实施例中，位移台为压电位移台或纳米位移台；在一个实施例中，压电位移台可以为压电陶瓷位移台。采用位移台利于实现末端器械102较为精确的进给运动，即通过位移台实现末端器械102的直线进给运动。

在一些实施例中，第一平动台111、第二平动台112、第三平动台113和第四平动台114均为直线电机或直线滑台。采用直线电机或直线滑台利于实现直线移动，并且精度较高。第一平动台111、第二平动台112、第三平动台113和第四平动台114当采用直线电机或直线滑台时，它们的移动件也就是直线电机或直线滑台的移动台或滑块。

在一些实施例中，具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统还包括底架组件，底架组件包括水平滑轨204、L型安装板205、升降装置206和倾斜安装板207。混联机器人安装在倾斜安装板上，根据使用场景的不同，可以更换不同倾斜角度的倾斜安装板。倾斜安装板安装于升降装置上，通过升降装置实现倾斜安装板的高度调节；升降装置为剪叉式升降台，可以根据需要调整混联机器人的高度。升降装置安装于L型安装板上；L型安装板与水平滑轨的滑块固定连接，这样L型安装板可以沿水平滑轨的导向方向运动，当L型安装板位置确定后，对水平滑轨的滑块在水平滑轨的导轨上的位置进行定位，以固定L型安装板在水平滑轨上的位置。水平滑轨的导轨可以安装于手术台208或病床一侧，提高了眼科手术机器人系统使用的灵活性。

参见图8所示，在一些实施例中，具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统还包括主控系统包括图像处理单元209、力信息判断单元210和中央处理单元211。图像采集装置(如手术显微镜)采用手术图像数据，并发送给图像处理单元。图像处理单元基于深度学习的眼组织和末端部辨识算法对接收到的手术图像数据中识别出预期手术操作位置和末端部实际位置。中央处理单元根据图像处理单元发送的预期手术操作位置数据和末端部实际位置数据，计算末端部的预期移动量。同时，力传感器检测末端部与眼组织的接触力，并接检测到的接触力数据发送给力信息判断单元。力信息判断单元对接收到的接触力数据，进行判断，当接触力小于预设阈值，则不设置力控制信号，在此情况下，中央处理单元输出的末端控制信号即为预期移动量；当接触力不小于预设阈值时，则设置力控制信号，用以抵消预期移动量中的一部分，在此情况下，中央处理单元输出的末端控制信号，即为预期移动量与力控制信号的矢量和。中央处理单元根据力信息判断单元判断结果及预期移动量输出末端控制信号，中央处理单元还根据机器人逆运动学，将末端控制信号解算为各个关节的控制信号，并控制各个关节实现预期运动，以完成手术操作。在一个实施例中，关节包括第四平动台、第三平动台、第二平动台、第一平动台和位移台和自转电机中的一种或多种，关节的预期运动包括第四平动台114的移动件沿第二方向的位移量，第三平动台113的移动件沿第一方向的位移量，第二平动台112的移动件沿第二方向的位移量，第一平动台111的移动件沿第一方向的位移量，位移台的滑块的移动位移或末端器械102的自转电机的旋转量中的一种或多种。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统，其特征在于，包括：

图像采集装置，所述图像采集装置被配置为采集眼部手术图像数据；

末端器械，用于进行眼科手术；以及

混联机器人，所述混联机器人被配置为驱动所述末端器械运动；

其中，所述末端器械包括：

末端部，所述末端部包括：

镊子；以及

镊子开合机构，所述镊子开合机构被配置为使所述镊子张开或闭合；

其中，所述镊子开合机构包括第一安装座、直线运动机构、套筒和镊子底座；所述第一安装座的一端与中心柱固定连接，所述直线运动机构安装于所述第一安装座上；

所述镊子包括主体部以及与所述主体部的一端相连接的上簧片和下簧片，所述主体部穿设于所述套筒中，且所述主体部相对的另一端与所述镊子底座固定，所述镊子底座安装于所述第一安装座上；

所述直线运动机构用于驱动所述套筒沿其自身的轴向移动，以使所述上簧片的自由端和所述下簧片的自由端相接触；以及

接触力检测结构，所述接触力检测结构被配置为检测所述末端部与接触组织之间的接触力数据；所述接触力检测结构包括多个力传感器；

所述混联机器人包括：

基座；

上平动机构，所述上平动机构安装于所述基座上，所述上平动机构包括第一平移组件、上支架和上转接架，所述第一平移组件被配置为驱动所述上支架沿第一方向往复移动，所述第一平移组件还被配置为驱动所述上支架沿第二方向往复移动，所述上支架与所述上转接架枢接；

下平动机构，所述下平动机构安装于所述基座上，所述下平动机构包括第二平移组件、下支架和下转接架，所述第二平移组件被配置为驱动所述下支架沿所述第一方向往复移动，所述第二平移组件还被配置为驱动所述下支架沿所述第二方向往复移动，所述下支架与所述下转接架枢接；以及

末端平台，所述上转接架、所述下转接架分别与所述末端平台枢接；所述末端器械安装于所述末端平台上；

所述具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统还包括图像处理单元、力信息判断单元和中央处理单元，图像采集装置将采集到的手术图像数据，发送给图像处理单元；

图像处理单元基于深度学习的眼组织和末端部辨识算法从接收到的手术图像数据中识别出预期手术操作位置和末端部实际位置；

中央处理单元根据图像处理单元发送的预期手术操作位置数据和末端部实际位置数据，计算末端部的预期移动量；

力传感器检测末端部与眼组织的接触力，并接收检测到的接触力数据发送给力信息判断单元；

力信息判断单元对接收到的接触力数据，进行判断，当接触力小于预设阈值，则不设置力控制信号，在此情况下，中央处理单元输出的末端控制信号即为预期移动量；当接触力不小于预设阈值时，则设置力控制信号，用以抵消预期移动量中的一部分，在此情况下，中央处理单元输出的末端控制信号，即为预期移动量与力控制信号的矢量和；

中央处理单元根据力信息判断单元判断结果及预期移动量输出末端控制信号；

中央处理单元还根据机器人逆运动学，将末端控制信号解算为各个关节的控制信号，并控制各个关节实现预期运动，以完成手术操作。

2.根据权利要求1所述的具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统，其特征在于，多个所述力传感器沿所述套筒的周向设置。

3.根据权利要求1所述的具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统，其特征在于，所述基座包括上下分层设置的上支撑板和下支撑板；所述第一方向与所述第二方向相垂直；

所述第一平移组件包括第一平动台和第二平动台；所述第二平动台被配置为驱动所述第一平动台沿所述第二方向往复移动，所述第一平动台被配置为驱动所述上支架沿所述第一方向往复移动；

所述第二平动台安装于所述上支撑板上。

4.根据权利要求3所述的具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统，其特征在于，所述第二平移组件包括第三平动台和第四平动台；所述第四平台被配置为驱动所述第三平动台沿所述第二方向往复移动，所述第三平动台被配置为驱动所述上支架沿所述第一方向往复移动；

所述第一平动台与所述第三平动台之间被配置为产生位移差，以及使得所述末端平台进行俯仰运动；

所述第四平动台安装于所述下支撑板上。

5.根据权利要求3所述的具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统，其特征在于，所述上转接架包括第一横向臂以及所述第一横向臂相对的两端分别连接的第一纵向臂；所述第一纵向臂与所述末端平台枢接，所述第一横向臂的中部与所述上支架枢接。

6.根据权利要求5所述的具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统，其特征在于，所述下转接架包括第二横向臂以及所述第二横向臂相对的两端分别连接的第二纵向臂；所述第二纵向臂与所述末端平台枢接，所述第二横向臂的中部与所述下支架枢接。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统，其特征在于，所述末端平台包括上连接板、下连接板、位移台和滑台；所述上连接板与所述上转接架枢接，所述下连接板与所述下转接架枢接；所述滑台的导轨与所述上连接板固定连接，所述滑台的滑块与所述下连接板固定连接；所述位移台的底座与所述上连接板固定连接，所述末端器械安装于所述位移台的滑块上。

8.根据权利要求7所述的具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统，其特征在于，所述位移台为压电陶瓷位移台。

9.根据权利要求4所述的具有视觉引导和微力感知能力的眼科手术机器人系统，其特征在于，所述第一平动台、所述第二平动台、所述第三平动台和所述第四平动台均为直线电机。

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