(19)国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202110289824.5
(22)申请日 2021.03.18
(71)申请人 北京术锐技术有限公司
地址 100192 北京市海淀区永泰庄北路1号
天地邻枫2号楼106
(72)发明人 徐凯
(51)Int.Cl.
A61B 34/30(2016.01)
A61B 34/00(2016.01)
(54)发明名称
系统
(57)摘要
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。权利要求书2页 说明书7页 附图5页CN 115105208 A 2022.09.27
C N 115105208
A
1.一种用于确定夹持器械的夹持力的方法，包括：
确定所述夹持器械的驱动丝的近端位移，所述驱动丝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。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述近端位移与所述远端位移相比较；以及
响应于所述近端位移大于所述远端位移，计算所述驱动丝的弹力。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
接收用于驱动所述夹持器械的驱动电机的行程；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。
4.如权利要求1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。
5.如权利要求1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。
6.如权利要求1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。
7.如权利要求1‑6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。
8.如权利要求1‑6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。
9.一种计算机可读介质，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8中任一项所述的方法。
10.一种手术机器人系统，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8中任一项所述的方法。
11.如权利要求10所述的手术机器人系统，其特征在于，还包括：
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。
12.如权利要求10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。
13.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。
14.如权利要求13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，并且基于所述行程，计算所述驱动丝的远端位移。
15.如权利要求10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。
16.如权利要求10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；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表示，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。
夹持器械的夹持力确定方法及手术机器人系统
技术领域
[0001]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
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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
[0005]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：确定所述夹持器械的驱动丝的近端位移，所述驱动丝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。
[0006]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。
[0007]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
[0008]图1示出根据本公开一些实施例的夹持器械的示意图。
[0009]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。
[0010]图3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。[0011]图4示出根
据本公开一些实施例的夹钳的立体示意图。
[0012]图5示出根据本公开一些实施例的钳头的截面示意图。
[0013]图6示出根据本公开一些实施例的夹钳的局部截面图。
[0014]图7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
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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。[0022]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
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