阅读说明：本技术 一种机器人手术持针钳的力反馈系统及反馈方法 (Force feedback system and feedback method of robotic surgical needle forceps ) 是由 孙立宁 杜志江 闫志远 夏国杰 于 2019-11-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种手术持针钳的力反馈系统及反馈方法,属于手术用器械技术领域。持针钳两个钳头的牙口上分别沿各自的长度方向紧密贴靠设有多个双层电容传感器,两个钳头牙口上的多个双层电容传感器的设置方式相同,每个钳头牙口上的多个双层电容传感器之间均通过导线连接,导线与控制器电连接,控制器与执行机构电连接。本发明利用双层电容传感器在侧向压力下的形态变化而产生不同方向的电流变化,并通过该电流的变化反应缝合线的张力强度,再在主手上加相应的反向力,从而使术者能有缝合线的张力感受,利于术者经验的积累,且在满足术者对于张力感受的同时,提高了术中缝合的稳定性。(The invention relates to a force feedback system and a feedback method of a surgical needle holder, belonging to the technical field of surgical instruments. The tooth mouths of the two forceps heads of the needle-holding forceps are respectively tightly attached to be provided with a plurality of double-layer capacitance sensors along respective length directions, the setting modes of the double-layer capacitance sensors on the tooth mouths of the two forceps heads are the same, the double-layer capacitance sensors on the tooth mouths of each forceps head are connected through wires, the wires are electrically connected with a controller, and the controller is electrically connected with an execution mechanism. The invention utilizes the form change of the double-layer capacitance sensor under the lateral pressure to generate the current change in different directions, the tension strength of the suture line is reflected through the change of the current, and the corresponding reverse force is added to the main hand, so that an operator can feel the tension of the suture line, the accumulation of the experience of the operator is facilitated, and the stability of the suture in the operation is improved while the tension feeling of the operator is met.)

一种机器人手术持针钳的力反馈系统及反馈方法

技术领域

本发明涉及一种手术持针钳的力反馈系统及反馈方法，属于手术用器械技术领域。

背景技术

现今有两种手术缝合型式：一种是术者手持持针钳缝合，缝合时打结线的张力强度是术者通过双手进行判断感受的，虽然在操作中术者可以感受手术线拉力的反馈，然而操作时需要术者具有较高的操作素质，不能适应所有术者的操作需求。另一种是手术机器人持针装置缝合；现有手术机器人的持针装置是通过主手机电控制进行运动的，由机械臂传导到末端器械(持针装置)，由于现有的手术机器人持针装置没有力反馈系统，故而术者在操作过程中不能感觉到手术线的张力，同时术中全凭术者的视觉来感受判断手术线的张力强度，因而存在如下隐患：

1、患者术中会流出大量的血液，血液会影响术者视野，继而可能使术者产生误判；

2、不同的人体组织的质地硬度不同，因而反应到手术结的张力强度也不同，同时手术线本身具有一定的张力，通过术者视觉上的拉直来判断手术结松紧程度，需要术者对此具有较高的操作素质，需要术者经过长期培训和实践才能完成，然而每个术者的操作素质均不同，故而操作时存在一定风险；

3、现有的手术机器人持针装置没有力反馈系统，无法实现手术线拉力的反馈，无法满足术者的操作体验，不利于术者经验的积累。

发明内容

为解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种机器人手术持针钳的力反馈系统及反馈方法。

本发明通过在手术机器人持针钳的牙口上加装压力传感器解决背景技术中所述的不足。压力传感器的种类繁多，一般压力传感器只能感受上下力的压力(如图9所示)，而手术针和缝合线在持针钳中的张力使持针钳表面产生侧向力(如图10所示)。现有技术中，能检测侧向力的传感器有两种：一种双层电容传感器，一种是光纤传感器。光纤传感器成本较高，故本发明采用双层电容传感器。

实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种机器人手术持针钳的力反馈系统，包括持针钳、控制器、执行机构以及多个双层电容传感器，所述持针钳两个钳头的牙口上分别沿各自的长度方向紧密贴靠设有多个双层电容传感器，两个钳头牙口上的多个所述双层电容传感器的设置方式相同，每个钳头牙口上的多个双层电容传感器之间均通过导线连接，所述导线与控制器电连接，所述控制器与执行机构电连接。

一种机器人手术持针钳的力反馈系统及反馈方法，包括如下步骤：

步骤一：持针钳两个钳头的牙口夹持手术针和缝合线；

步骤二：持针钳拉动手术针和缝合线；

步骤三：在手术针和缝合线拉力的作用下，持针钳两个钳头的牙口内与手术针和缝合线接触的双层电容传感器内的相应的电容块产生位移变化；

步骤四：通过步骤三的相对位移改变产生电流变化；

步骤五：所述步骤四的电流通过信号采集器采集放大并传输给控制器；

步骤六：所述控制器依据所述电流的变化反驱动电机；

步骤七：所述电机控制输出执行机构的的主动主手反向作用力，该反向作用力的大小与电流的变化成正比。

步骤八：通过上述反向作用力，使术者有缝合线拉紧的感受，实现力的反馈

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用双层电容传感器在侧向压力下的形态变化而产生不同方向的电流变化，并通过该电流的变化反应缝合线的张力强度，再在主手上加相应的反向力，从而使术者能有缝合线的张力感受，利于术者经验的积累，且在满足术者对于张力感受的同时，提高了术中缝合的稳定性。

附图说明

图1是本发明的持针钳与多个双层电容传感器的连接关系示意图；

图2是图1的A处放大图；

图3一个双层电容传感器的主视图；

图4是图3的俯视图；

图5是电容块位移变化示意图；

图6是本发明的力反馈系统的结构示意图；

图7是执行机构的主手力反馈控制图，其中P¹、P₁主手机械反馈力，P、P¹ ₁主手人为拉力；

图8是本发明的电路图；

图9是一般压力传感器的受力示意图；

图10是本发明的侧向受力示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

具体实施方式一：如图1～图7所示，本发明公开了一种机器人手术持针钳的力反馈系统，包括持针钳1、控制器3、执行机构4以及多个双层电容传感器2，所述持针钳1两个钳头的牙口上分别沿各自的长度方向紧密贴靠设有多个双层电容传感器2，两个钳头牙口上的多个所述双层电容传感器2的设置方式相同，每个钳头牙口上的多个双层电容传感器2之间均通过导线连接，所述导线与控制器3电连接，所述控制器3与执行机构4电连接。

具体实施方式二：如图3所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，每个所述双层电容传感器2的厚度H均为40-50nm。每个所述双层电容传感器2均为现有技术，包括五个电容块2-1，所述五个电容块2-1中的四个电容块2-1位于同一平面且呈矩形设置，另一个所述电容块2-1设置在上述四个电容块2-1上端的中部，另一个电容块2-1与上述四个电容块2-1之间设有绝缘层。

本发明通过信号采集反作用于执行机构的主手的力反馈系统，主要应用在手术中术者对手术针和缝合线的力反馈。

具体实施方式三：一种根据具体实施方式一或二所述的反馈系统的反馈方法，包括如下步骤：

步骤一：持针钳1两个钳头的牙口夹持手术针和缝合线；

步骤二：持针钳1拉动手术针和缝合线；

步骤三：在手术针和缝合线拉力的作用下，持针钳1两个钳头的牙口内与手术针和缝合线接触的双层电容传感器2内的相应的电容块2-1产生位移变化；

步骤四：通过步骤三的相对位移改变产生电流变化；

步骤五：所述步骤四的电流通过信号采集器采集放大并传输给控制器3；

步骤六：所述控制器3依据所述电流的变化反驱动电机；

步骤七：所述电机控制输出执行机构4的的主动主手4-1反向作用力，该反向作用力的大小与电流的变化成正比。

步骤八：通过上述反向作用力，使术者有缝合线拉紧的感受，实现力的反馈

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。