CN115105209A

CN115105209A - 夹持器械的夹持力确定方法及手术机器人系统

Info

Publication number: CN115105209A
Application number: CN202110290182.0A
Authority: CN
Inventors: 徐凯
Original assignee: Beijing Surgerii Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Surgerii Technology Co Ltd
Priority date: 2021-03-18
Filing date: 2021-03-18
Publication date: 2022-09-27

Abstract

本公开提供一种用于检测夹持器械的夹持力的方法，包括：确定用于驱动所述夹持器械的驱动电机的电流，所述驱动电机用于驱动所述夹持器械开合；将所述驱动电机的电流与初始电流相比较；以及基于所述比较，确定所述夹持器械的夹持力。

Description

夹持器械的夹持力确定方法及手术机器人系统

技术领域

本公开涉及机械和机器人领域，尤其涉及夹持器械的夹持力确定方法及手术机器人系统。

背景技术

微创手术是近年来被广泛运用的手术形式，手术创伤小，患者康复时间短。手术机器人的出现，使得微创手术精准性更高并且稳定性更好。

在手术机器人进行手术的过程中，手术器械被远程控制以在手术部位操作。在操作过程中，手术器械会直接与组织接触。例如，夹持器械会对组织进行夹持。操作者(例如手术医生)可能需要知晓夹持器械在操作过程中对组织的夹持力。

通常，可以通过添加传感器来检测夹持力，例如压力传感器。这增加了手术器械的结构复杂度，增加了手术器械的体积和重量，也增加了手术器械的控制难度以及故障几率。

发明内容

本公开的一些实施例提供一种用于确定夹持器械的夹持力的方法，包括：确定用于驱动所述夹持器械的驱动电机的电流，所述驱动电机用于驱动所述夹持器械开合；将所述驱动电机的电流与初始电流相比较；以及基于所述比较，确定所述夹持器械的夹持力。

本公开的一些实施例提供一种计算机可读介质，其上存储有指令，所述指令由处理器执行时使计算机执行根据本公开的一些实施例的方法。

本公开的一些实施例提供一种手术机器人系统，包括：至少一个台车；至少一个定位臂，连接到所述至少一个台车；至少一个手术器械，可拆卸地连接到所述至少一个定位臂的远端，所述至少一个手术器械包括夹持器械，所述夹持器械包括夹钳以及驱动所述夹钳开合的驱动丝；以及处理器，用于执行根据本公开的一些实施例的方法。

附图说明

图1示出根据本公开一些实施例的夹持器械的示意图。

图2示出根据本公开一些实施例的夹持器械的截面示意图。

图3(a)和图3(b)示出根据本公开一些实施例的用于确定夹持器械的夹持力的方法的流程图。

图4示出根据本公开一些实施例的驱动夹持器械的驱动电机的时间-电流曲线图。

图5示出根据本公开一些实施例的夹钳的立体示意图。

图6示出根据本公开一些实施例的钳头的截面示意图。

图7示出根据本公开一些实施例的夹钳的局部截面图。

图8示出根据本公开一些实施例的手术机器人系统的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本公开的实施例进行详细说明，以便更清楚理解本公开的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本公开的范围的限制，而只是为了说明本公开技术方案的实质精神。

在本公开的描述中，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”、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”、“耦合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；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。

在本公开中，定义靠近操作者(例如医生)的一端为近端、近部或后端、后部，靠近手术患者的一端为远端、远部或前端、前部。本领域技术人员可以理解，根据本公开实施例的可生长器械可以用于医疗领域，也可以用于其他非医疗领域。

图1示出根据本公开一些实施例的夹持器械100的示意图。如图1所示，夹持器械100可以包括：驱动/传动单元1、臂体2以及夹钳3。驱动/传动单元1可以包括外壳以及由外壳所容纳的驱动装置或传动装置。在一些实施例中，驱动装置可以包括一个或多个电机。在一些实施例中，如图1所示，传动装置可以包括一个或多个联轴器6，用于与驱动电机耦合并且从驱动电机接收动力。

如图1所示，臂体2包括近端21和远端22。臂体2的近端21与驱动/传动单元1连接，臂体2的远端22与夹钳3连接。在一些实施例中，夹钳3可以固定连接到臂体2的远端22，或者也可以通过在一个或多个自由度上可旋转的腕关节与臂体2的远端22活动连接。在一些实施例中，臂体2可以是柔性臂体，例如包括连续体结构。柔性臂体可以由驱动/传动单元1驱动，以在一个或多个自由度上运动。例如，驱动/传动单元1包括用于将旋转运动转换成线性运动的线性传动装置(未示出)。线性传动装置将联轴器6接收的旋转运动转换成线性运动，来推或拉臂体2的驱动丝，从而驱动臂体2运动，使夹钳3实现特定的位姿。在一些实施例中，臂体2可以是刚性杆。夹持器械100可以包括将夹钳3活动连接到臂体2的远端22的腕关节，使得夹钳3可以在一个或多个自由度上转动。

图2示出根据本公开一些实施例的夹持器械100的截面示意图。如图2所示，夹持器械100包括用于驱动夹钳3的驱动丝4。驱动丝4沿臂体2的长度方向设置于臂体2内部。驱动丝4的远端与夹钳3连接，用于驱动夹钳3的开合。驱动丝4的近端与驱动/传动单元1连接。在一些实施例中，驱动丝4的近端连接到线性传动装置。线性传动装置将联轴器6接收的旋转运动转换成线性运动以推或拉驱动丝4，以便控制夹钳3的开合。例如，线性传动装置向近端拉动驱动丝4，从而驱动夹钳3的张角变小。此外，线性传动装置向远端推动驱动丝4，从而驱动夹钳3的张角变大。

在一些实施例中，驱动丝4是可形变的驱动丝。驱动丝4具有轴向刚性，可以受轴向压力或拉力并产生反作用的推力或弹力。驱动丝4可以包括弹性材料，例如镍钛合金。

在一些实施例中，驱动丝4可以沿轴向朝近端运动，拉动夹钳3，使得夹钳3的张角变小，逐渐靠近目标物。在夹钳3触碰到目标物后，驱动丝4可以继续沿轴向运动。如果目标物是柔软的人体组织，夹钳3的张角继续变小，并且驱动丝4产生形变(例如轴向拉长)，从而通过夹钳3对目标物施加夹持力。如果目标物是刚性物体(例如手术器械、植入物等)，夹钳3的张角不再变小，驱动丝4产生形变，通过夹钳3对目标物施加夹持力。

图3(a)示出根据本公开一些实施例的用于确定夹持器械(例如图1-2中的夹持器械100或夹钳3)的夹持力的方法300的流程图。方法300可以由硬件、软件或者固件实现或执行。在一些实施例中，方法300可以由机器人系统(例如图8所述的手术机器人系统800)执行。在一些实施例中，方法300可以实现为计算机可读的指令。这些指令可以由通用处理器或专用处理器读取并执行。在一些实施例中，这些指令可以存储在计算机可读介质上。

如图3(a)所示，在步骤301，可以确定用于驱动夹持器械的驱动电机的电流。驱动电机用于驱动夹持器械的开合。例如，驱动电机可以推或拉驱动丝(例如驱动丝4)，从而驱动夹持器械的夹钳(例如夹钳3)的开合。在一些实施例中，驱动电机可以是相对于夹持器械100的外置设备。例如，夹持器械100的驱动/传动单元1可以包括传动装置。驱动电机可以与一个或多个联轴器6耦合，并且通过联轴器6向传动装置传动。在一些实施例中，驱动电机可以是夹持器械100的内置设备。例如，驱动/传动单元1可以包括驱动装置。驱动装置可以包括用于驱动夹持器械100的驱动丝4的驱动电机。驱动电机可以设置有与之耦合的电流传感器，用于检测驱动电机的电流。

在一些实施例中，方法300可以包括(例如从电流传感器)接收驱动电机的电流。在一些实施例中，方法300可以包括向电流传感器发送电流检测指令，并且从电流传感器接收所检测的电流。电流传感器可以根据电流检测指令检测驱动电机的电流。或者，电流传感器可以定期或者实时检测驱动电机的电流。

在步骤303，可以将所确定的电流与初始电流相比较。在本公开中，初始电流是指在夹持器械无负载的情况下，驱动夹持器械的驱动电机的电流。在一些实施例中，可以通过驱动夹持器械的驱动电机的电流变化来确定驱动丝是否发生形变。图4示出根据本公开一些实施例的驱动夹持器械的驱动电机的时间-电流曲线图400。可以理解，曲线图400示意性地示出了电机在驱动夹持器械闭合(例如夹钳3闭合)的过程中，电流随时间的变化。如图4所示，从0时刻开始，电机启动并拉动驱动丝(例如图2的驱动丝4)向近端移动，驱动夹持器械张角变小。例如，电机可以带动传动机构的联轴器(例如图1的联轴器6)转动。联轴器带动线性传动装置运动，从而拉动驱动丝4向近端移动，使夹钳3的张角变小。由于摩擦力、传动系数等因素，在无负载的情况下，需要一定的驱动力才能驱动夹钳3的张角变化，在曲线图400上表现为这一过程中电流基本保持在初始电流I₀。夹钳3在这一过程中没有负载，夹持力Fg为零。

在T₀时刻，夹钳3在张角减小的过程中接触到目标物，电机仍保持运转(例如保持原转速)。由于目标物的存在，驱动丝4开始形变，夹钳3向夹持目标物施加夹持力。如图4所示，曲线图400从T₀时刻开始，电机的驱动电流从初始电流I₀开始升高，拉动驱动丝4的长度变大，夹钳3的夹持力也变大。在T_t时刻，电机的驱动电流增加到I_t。随着电机继续运转，电机的驱动电流升高到最大值I_max，并保持在最大值。驱动丝4的形变也达到最大，从而夹钳3的夹持力也达到峰值。

在一些实施例中，以及将驱动夹持器械的电机的电流与初始电流I₀相比较。如果驱动夹持器械的电机的电流大于初始电流I₀，可以确定夹持器械的驱动丝发生形变，夹钳3向目标物施加夹持力。

如图3(a)所示，在步骤305，可以基于比较，确定夹持器械的夹持力。方法300可以包括响应于所确定的电流小于或等于初始电流，确定夹持器械的夹持力为零。这种情况下，夹持器械无负载或者没有被驱动。方法300可以包括响应于所确定的电流大于初始电流，确定夹持器械具有夹持力。

在一些实施例中，可以基于驱动电机的电流与夹持器械的夹持力之间的关系，确定夹持器械的夹持力。例如，可以计算或者测定驱动电机的电流与夹持器械的夹持力之间的函数关系。基于驱动电机的电流和该函数关系，计算夹持器械的夹持力。或者，可以通过计算、测定或插值建立驱动电机的电流与夹持器械的夹持力之间对应关系的查找表。基于驱动电机的电流，可以通过查找表确定夹持器械的夹持力。

在一些实施例中，可以通过测量夹持器械的驱动丝的形变，确定夹持器械的夹持力。例如，在t时刻，夹持器械(例如夹钳3)的夹持力Fg_t可以根据以下公式计算：

Fg_t＝k_g·F_t (1)

其中，F_t为在t时刻驱动丝(例如驱动丝4)由于形变而产生的弹力，k_g为夹钳3的传动系数。驱动丝4在t时刻的弹力F_t可以根据以下公式计算：

ΔL_t＝L_t-L₀ (3)

其中，E为驱动丝4的弹性模量，S为驱动丝4的横截面积，ΔL_t为驱动丝4在t时刻的形变量，L₀为驱动丝4的初始长度，L_t为驱动丝4在t时刻的长度。在一些实施例中，L_t可以通过检测驱动丝4的形变而获得。由于夹钳3所夹持的目标物可能是柔软的人体组织，因此驱动丝4的形变可以通过检测驱动丝4的近端位移以及远端位移来确定。

图3(b)示出根据本公开一些实施例的用于基于驱动丝(例如图2中的驱动丝4)的形变确定夹持器械(例如图1-2中的夹持器械100或夹钳3)的夹持力的方法310的流程图。方法310可以由硬件、软件或者固件实现或执行。在一些实施例中，方法310可以由机器人系统(例如图8所述的手术机器人系统800)执行。在一些实施例中，方法310可以实现为计算机可读的指令。这些指令可以由通用处理器或专用处理器读取并执行。在一些实施例中，这些指令可以存储在计算机可读介质上。

如图3(b)所示，在步骤311，可以确定夹持器械的驱动丝的近端位移D_p。在一些实施例中，驱动夹持器械的驱动电机配置有检测电机行程的行程传感器。方法310可以包括(例如从行程传感器)接收驱动夹持器械的驱动电机的行程M以及基于行程M计算驱动丝的近端位移D_p。驱动电机的初始行程(例如，在夹持器械无负载的自然状态下驱动电机的行程)可以设为M₀，在t时刻，驱动电机的行程为M_t，则驱动电机的行程变量可以根据以下公式计算：

ΔM＝M_t-M₀ (4)

由于机械传动机构(例如线性传动装置)的存在，电机行程变量ΔM与近端位移D_p之间可能存在传动系数k_m。因此，近端位移D_p可以根据以下公式计算：

D_p＝k_mΔM (5)

在一些实施例中，驱动/传动单元1(例如线性传动装置)可以设置有近端位移传感器，用于检测驱动丝的近端位移D_p。例如，线性传动装置可以包括螺杆和与螺杆转动连接的滑块。螺杆可以与联轴器6连接，以在联轴器6的带动下旋转。螺杆的旋转可以驱动滑块沿螺杆线性滑动。驱动丝4与滑块固定连接，以在滑块线性滑动的驱动下移动。在一些实施例中，近端位移传感器可以是与螺杆耦合的行程传感器。与上述驱动电机的行程传感器类似，与螺杆耦合的行程传感器可以检测螺杆的行程。基于所检测的螺杆形成，可以通过传动系数来计算近端位移D_p。在一些实施例中，近端位移传感器可以是设置在驱动/传动单元1中的霍尔传感器。滑块可以包括磁性材料，并且在沿螺杆线性滑动过程中，切割霍尔传感器的磁场。霍尔传感器可以检测滑块的行程，从而获得驱动丝4的近端位移D_p。

在步骤313，可以确定夹持器械的驱动丝的远端位移D_d。在一些实施例中，在夹持器械操作过程中，有视觉模块(例如手术操作过程中的内窥镜)对夹持器械的操作进行拍摄。方法310可以包括通过对夹持器械(例如钳头3)的图像进行分析以及确定驱动丝的远端位移D_d。例如，如图2所示，夹钳3的两个钳头相互铰接，并且驱动丝4可以与夹钳3的两个钳头的铰接点铰接或固定连接。方法310可以包括对夹钳3的图像进行分析，识别铰接点的位移，从而获得驱动丝的远端位移D_d。

在一些实施例中，夹持器械100可以包括设置在夹钳3上的远端位移传感器。例如，远端位移传感器可以是设置在夹钳3上的霍尔传感器。如图2所示，夹钳3的两个钳头与驱动丝4的连接点可以包括磁性材料。在驱动丝4运动过程中，磁性材料切割霍尔传感器的磁场。霍尔传感器可以检测连接点的行程，从而获得驱动丝4的远端位移D_d。方法310可以包括接收由设置在夹钳上的远端位移传感器检测的位移值，以及基于所检测的位移值，确定驱动丝的远端位移。

驱动丝4的远端位移D_d的检测与夹钳3的结构相关。作为示例，图5示出根据本公开一些实施例的夹钳3的另一结构的立体示意图。如图5所示，夹钳3包括相互配合的钳头31和钳头32。钳头31和钳头32在转动点33处通过转动销(图中未示出)连接。钳头31的主体的相对两侧具有一对滑槽35，而钳头32的主体的相对两侧具有与钳头31的滑槽35配合的一对滑槽36。滑动销34贯通穿过滑槽35和滑槽36，并且与驱动丝4固定连接。驱动丝4可以驱动滑动销34在滑槽35和滑槽36中滑动以控制夹钳3的开合。

图6示出根据本公开一些实施例的钳头32的截面示意图。如图6所示，钳头32的滑槽36的轴线与钳头32的夹钳接触面的延伸平面呈α角。钳头31的滑槽35轴线可以与钳头31的夹钳接触面的延伸平面平行。因此当滑动销34在滑槽35和滑槽36中滑动时，能够实现夹钳3不同的张角。滑动销34在滑槽36内的总可变行程为L₂₀，滑动销34在滑槽35内的总可变行程为L₁₀。在t时刻，滑动销34在滑槽35的行程记为D_1t，滑动销34在滑槽36的行程记为D_2t。

在一些实施例中，滑动销34在滑槽36中的行程D_2t可以通过对滑动销36的图像进行分析而获得。基于行程D_2t，可以计算滑动销34在滑槽35中的行程D_1t。滑动销34在滑槽36的行程D_2t与滑槽35的行程D_1t的关系可以由以下公式近似表示：

D_1t＝D_2tcosα (6)

基于行程D_1t，可以计算驱动丝4的远端位移D_d。例如，如果滑槽35的延伸方向与驱动丝4的运动方向相同，则远端位移D_d与行程D_1t相等。如果滑槽35的延伸方向与驱动丝4的运动方向成角度β，则D_d＝D_1t cosβ。

在一些实施例中，可以通过传感器测量图5所示的钳头3的驱动丝4的远端位移。图7示出根据本公开一些实施例的夹钳3的局部截面图。如图7所示，驱动丝4的远端与滑块37固定连接。滑块37与滑动销34固定连接。驱动丝4通过带动滑块37往复运动，驱动滑动销34在滑槽35和滑槽36中滑动，从而控制夹钳3开合。如图7所示，钳头3可以包括霍尔传感器38。滑块37可以包括磁性材料。滑块37在运动过程中，切割霍尔传感器38的磁场。霍尔传感器38可以检测滑块37的行程，从而获得驱动丝4的远端位移D_d。应当理解，夹持器械100可以不包括滑块37，或者滑块37不包括磁性材料，而滑动销34可以包括磁性材料，用于与霍尔传感器38配合，测量驱动丝4的远端位移D_d。

参照图3(b)，在步骤315，可以计算夹持器械的驱动丝的弹力。例如，基于驱动丝的近端位移D_p和远端位移D_d，可以计算驱动丝的形变量ΔL＝D_p-D_d。可以基于公式(2)计算驱动丝的弹力：

在步骤317，可以计算夹持器械的夹持力。例如，可以基于公式(1)和公式(7)计算夹持器械的夹持力，

在一些实施例中，驱动丝的近端位移D_p可以通过检测驱动电机的行程来确定。因此，夹持器械在t时刻的夹持力可以根据如下公式计算：

在一些实施例中，如图5-6所示，滑动销34在滑槽36中的行程D_2t可以通过对滑动销36的图像进行分析而获得。基于行程D_2t，可以根据公式(6)计算滑动销34在滑槽35中的行程D_1t。在驱动丝的远端位移D_d与行程D_1t近似相等的情况下，可以根据以下公式计算夹持器械在t时刻的夹持力：

在一些实施例中，将公式(9)和公式(10)相结合，可以根据以下公式计算夹持器械在t时刻的夹持力：

在一些实施例中，方法300可以包括(例如向操作者)提示夹持器械的夹持力Fg_t出现，或者提示夹持力Fg_t的相对大小(例如通过色彩显示灯)或数值。操作者可以根据夹持力的提示，对操作进行调整。

在一些实施例中，方法300可以包括基于(例如来自操作者)保持夹持力的指令，将夹持器械的夹持力保持在当前值Fg_t。

在一些实施例中，方法300可以包括将夹持器械的夹持力Fg_t与阈值Fg_th进行比较。方法300可以包括如果夹持力Fg_t大于阈值Fg_th，发出报警信号。方法300还可以包括如果夹持力Fg_t大于阈值Fg_th，将夹持器械的夹持力保持在当前值Fg_t。由于目标物可能为人体组织，夹持力过大会造成人体组织的损伤。报警信号或夹持力保持可以减轻操作者的不慎操作带来的损伤。

在一些实施例中，方法300可以周期性执行以周期性提供夹持力，或者实时执行以实时提供夹持力。

图8示出根据本公开一些实施例的手术机器人系统800的示意图。如图8所示，手术机器人系统800可以包括至少一个台车10、至少一个定位臂5以及至少一个手术器械。至少一个定位臂5可以连接到台车10。至少一个手术器械可以可拆卸地连接到定位臂5的远端。手术器械可以包括手术工具(例如夹持器械100)或内窥镜。夹持器械100可以包括驱动/传动单元1、臂体2、夹钳3以及驱动丝4(图8中未示出)。

在一些实施例中，手术机器人系统800可以包括处理器，用于执行根据本公开一些实施例的方法，例如图3(a)所示的方法300或图3(b)所示的方法310。例如，手术机器人系统800可以包括用于存储指令的存储器以及与存储器耦合的处理器。处理器可以执行存储器中存储的指令，以执行根据本公开一些实施例的方法，例如图3(a)所示的方法300或图3(b)所示的方法310。

在一些实施例中，手术机器人系统800可以包括与夹持器械的驱动电机耦合的电流传感器，用于检测驱动电机的电流。手术机器人系统800的处理器可以将电流传感器所检测的电流与初始电流进行比较。如果所检测的电流大于初始电流，处理器可以确定夹持器械的驱动丝发生形变，具有夹持力。如果所检测的电流小于或等于初始电流，处理器可以确定夹持器械无夹持力。

在一些实施例中，手术机器人系统800可以包括与夹持器械的驱动电机耦合的行程传感器，用于检测驱动电机的行程。手术机器人系统800的处理器可以基于行程传感器所检测的行程，计算驱动丝的近端位移D_p。

在一些实施例中，驱动/传动单元1可以包括线性传动装置。线性传动装置可以包括螺杆和与螺杆转动连接的滑块。螺杆可以与(内置或外置)驱动电机连接，以在驱动电机带动下旋转。螺杆的旋转可以驱动滑块沿螺杆线性滑动。驱动丝4与滑块固定连接，以在滑块线性滑动的驱动下移动。在一些实施例中，近端位移传感器可以是与螺杆耦合的行程传感器。处理器可以基于与螺杆耦合的行程传感器所检测的螺杆行程，计算近端位移D_p。在一些实施例中，近端位移传感器可以是设置在驱动/传动单元1中的霍尔传感器。滑块可以包括磁性材料，并且在沿螺杆线性滑动过程中，切割霍尔传感器的磁场。霍尔传感器可以检测滑块的行程，从而获得驱动丝4的近端位移D_p。

在一些实施例中，手术机器人系统800可以包括内窥镜，用于对夹持器械拍摄图像。处理器可以对夹持器械的图像进行分析，确定驱动丝的远端位移D_d。例如，处理器可以在图像中识别夹钳3的两个钳头的连接销的位移，并且计算驱动丝的远端位移D_d。

在一些实施例中，夹持器械100可以包括设置在夹钳3上的远端位移传感器。例如，远端位移传感器可以是设置在夹钳3上的霍尔传感器。与驱动丝4连接的连接点、滑块或滑动销可以包括磁性材料。在驱动丝4运动过程中，磁性材料切割霍尔传感器的磁场。霍尔传感器可以检测磁性材料的行程，从而获得驱动丝4的远端位移D_d。

在一些实施例中，手术机器人系统800的处理器可以基于驱动丝的近端位移D_p和远端位移D_d，计算夹持器械的夹持力。

在一些实施例中，手术机器人系统800包括输出单元(未示出)，例如显示器。输出单元可以向操作者提供夹持器械的夹持力表示，例如夹持力表示包括视觉色彩显示、视觉数值显示、机械振动等等。

在一些实施例中，手术机器人系统800包括输入单元(未示出)，用于从操作者接收操作指令。处理器可以基于从操作者接收的增加或减小夹钳3的夹持力的指令，通过控制驱动电机来增加或减小夹钳3的夹持力。处理器可以基于保持夹持力的指令，将夹持器械的夹持力保持在当前值Fg_t。

在一些实施例中，处理器可以将夹持器械的夹持力Fg_t与阈值Fg_th进行比较。如果夹持力Fg_t大于阈值Fg_th，处理器可以发出报警信号，或者可以将夹持器械的夹持力保持在当前值Fg_t。这样，如果目标物为人体组织，可以避免夹持力过大会造成人体组织的损伤。在一些实施例中，夹持力过大的报警信号可以包括显示器上夹钳3图像颜色的变化。例如，绿色表示夹持力正常，而红色表示夹持力大于阈值，可能导致目标物损伤。

本公开的一些实施例可以改进夹持器械的夹持力检测精度。此外，本公开的一些实施例还能提高手术机器人的操控稳定性和准确性，进而提高手术操作的安全性。在本公开的一些实施例中，通过夹持器械的驱动电机的电流来判断夹持器械是否具有夹持力，在夹持器械无夹持力的情况下，无需检测夹持器械的驱动丝形变。这样，可以避免频繁检测夹持器械的驱动丝的形变，可以简化操作、节省资源。而且，在一些实施例中，可以基于驱动电机的电流与夹持器械的夹持力之间的关系，确定夹持力，因此可以减少检测操作，甚至可以省略传感器，简化夹持器械和手术机器人系统的结构，降低夹持器械和手术机器人的制造成本。

本领域技术人员应该理解，本公开不限于以上描述的示例性实施例。对本领域技术人员而言，能够进行各种变化、调整和替代而不会脱离本公开的保护范围。因此，在不脱离本公开构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本公开的范围由所附的权利要求范围确定。

Claims

1.一种用于确定夹持器械的夹持力的方法，包括：

确定用于驱动所述夹持器械的驱动电机的电流，所述驱动电机用于驱动所述夹持器械开合；

将所述驱动电机的电流与初始电流相比较；以及

基于所述比较，确定所述夹持器械的夹持力。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

响应于所述驱动电机的电流小于或等于所述初始电流，确定所述夹持器械的夹持力为零；和/或

响应于所述驱动电机的电流大于所述初始电流，基于所述驱动电机的电流与所述夹持器械的夹持力之间的关系，确定所述夹持器械的夹持力。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

响应于所述驱动电机的电流大于所述初始电流，

确定所述夹持器械的驱动丝的近端位移，所述驱动丝与所述驱动电机连接并且用于驱动所述夹持器械开合；

确定所述驱动丝的远端位移；

基于所述驱动丝的近端位移和远端位移，计算所述驱动丝的弹力；以及

基于所述驱动丝的弹力，计算所述夹持器械的夹持力。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

接收所述驱动电机的行程；以及

基于所述行程以及所述驱动电机的初始行程，计算所述驱动丝的近端位移。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

接收由传感器检测的所述驱动丝的近端位移。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

对所述夹持器械的图像进行分析；以及

基于所述分析，确定所述驱动丝的所述远端位移。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

接收由设置在所述夹持器械的夹钳上的远端位移传感器检测的位移值，所述驱动丝与所述夹钳连接以驱动所述夹钳开合；以及

基于所述位移值，确定所述驱动丝的所述远端位移。

8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

提示所述夹持器械的所述夹持力出现或者所述夹持力的相对大小或数值；和/或

基于保持夹持力的指令，将所述夹持器械的夹持力保持在当前值。

9.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述夹持器械的夹持力与阈值相比较；以及

响应于所述夹持力大于所述阈值，发出报警信号和/或将所述夹持力保持在当前值。

10.一种计算机可读介质，其上存储有指令，所述指令由处理器执行时使计算机执行如权利要求1至9中任一项所述的方法。

11.一种手术机器人系统，包括：

至少一个台车；

至少一个定位臂，连接到所述至少一个台车；

至少一个手术器械，可拆卸地连接到所述至少一个定位臂的远端，所述至少一个手术器械包括夹持器械，所述夹持器械包括夹钳以及驱动所述夹钳开合的驱动丝；以及

处理器，用于执行如权利要求1至9中任一项所述的方法。

12.如权利要求11所述的手术机器人系统，其特征在于，还包括：

电流传感器，与所述夹持器械的驱动电机耦合，用于检测所述驱动电机的电流；和/或

行程传感器，与所述夹持器械的驱动电机耦合，用于检测所述驱动电机的行程。

13.如权利要求11所述的手术机器人系统，其特征在于，所述夹持器械还包括：

驱动/传动单元，包括线性传动装置，所述线性传动装置包括螺杆和与螺杆转动连接的滑块，所述驱动丝与所述滑块固定连接；以及

行程传感器，与螺杆耦合，用于检测所述螺杆的行程，并且所述处理器用于基于所检测的螺杆行程，计算所述驱动丝的近端位移；或者

霍尔传感器，设置在所述驱动/传动单元中，用于检测所述滑块的行程，所述滑块包括磁性材料。

14.如权利要求11所述的手术机器人系统，其特征在于，所述至少一个手术器械包括内窥镜，用于对所述夹持器械拍摄图像。

15.如权利要求14所述的手术机器人系统，其特征在于，所述夹钳包括：

第一钳头，包括第一滑槽；

第二钳头，与所述第一钳头可转动连接并且包括与第一滑槽配合的第二滑槽；以及

滑动销，与所述驱动丝固定连接并且在所述第一滑槽和第二滑槽中可滑动，

所述处理器用于基于所拍摄的图像确定所述滑动销在第二滑槽中的行程，并且基于所述滑动销在第二滑槽中的行程，计算所述驱动丝的远端位移。

16.如权利要求11所述的手术机器人系统，其特征在于，所述夹持器械包括设置在夹钳上的霍尔传感器，用于检测所述驱动丝的远端位移，与所述驱动丝的远端连接的连接点、滑块或滑动销包括磁性材料。

17.如权利要求11所述的手术机器人系统，其特征在于，还包括：

输出单元，用于提供夹持器械的夹持力表示；或者

输入单元，用于接收操作指令，所述处理器用于基于所述操作指令，通过控制所述夹持器械的驱动电机来增加或减小所述夹钳的夹持力，或者所述处理器用于基于保持夹持力的操作指令，将所述夹钳的夹持力保持在当前值。