一种用于玻璃体-视网膜手术的眼科机器人末端器的制作方法

本发明涉及一种眼科医疗器械领域，特别涉及一种用于玻璃体-视网膜手术的眼科机器人末端器。

背景技术：

玻璃体-视网膜手术是一种治疗视网膜相关疾病的眼内外科手术。如糖尿病视网膜病变、黄斑前膜、视网膜脱落等疾病，都需要进行玻璃体-视网膜手术才能得到治疗。其是在狭小的眼内空间中进行精细地手术操作，需要医生具有高超的手术技能，如果操作力过大可能造成视网膜撕裂和出血，从而造成不可逆的组织破坏。

眼科辅助机器人是未来的发展趋势，其精细的手术操作可以弥补医生自身操作的生理影响，使得手术更加精准。而末端器安装在机器前端的重要部分，与眼睛进行直接的接触。近年来，国内外对眼科机器人末端器进行了一定的研究，取得了一定的成果。但是只能检测器械末端力的变化，而在手术过程中力矩的变化还无法检测。因此有必要设计一种末端器来同时检测手术过程中力和力矩的变化。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于玻璃体-视网膜手术的眼科机器人末端器。末端器具有两个方向的自由度，分别由两个步进电机提供沿轴向的移动和沿轴向的转动。末端器前端安装有显微手术钩，显微手术钩上安装有光纤光栅传感器，可以检测显微手术钩前端径向力和轴向扭矩的变化。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

所述的一种用于玻璃体-视网膜手术的眼科机器人末端器，主要由直线运动部分、旋转部分和微力传感部分组成。直线运动部分由步进电机ⅰ、滑轨和滑块组成，滑块通过连接块与电机安装座ⅱ连接，从而控制显微手术钩沿轴向的直线运动。旋转部分由步进电机ⅱ和电机安装座ⅱ组成，步进电机ⅱ通过联轴器与显微手术钩连接，进而控制显微手术钩的轴向旋转运动。微力传感部分由显微手术钩和沿其管径方向每隔120°均匀分布的三根纤光栅传感器组成，每根纤光栅传感器都刻有两段光栅，可以检测显微手术钩末端径向力和轴向力矩的大小。

进一步地，滑轨连接座上部安装有滑轨、挡板和电机安装座ⅰ，同时其顶端预留有空间，可与机器人末端连接。

进一步地，连接块与丝杠螺母、滑块、电机安装座ⅱ相连，当步进电机ⅰ转动时，连接块可随丝杠螺母一起沿轴向做直线运动。

进一步地，电机安装座ⅱ顶部通过螺丝与连接块连接，底部与步进电机ⅱ连接。步进电机ⅱ通过联轴器与显微手术钩连接。

进一步地，显微手术钩沿管径方向每隔120°粘贴有一根光纤光栅传感器，每根纤光栅传感器上刻有两段光栅，前一段光栅紧贴显微手术钩的最前端，后一段光栅与前一段光栅保持一定的距离。

进一步地，建立显微手术钩末端径向力f和轴向力矩mz与差分后的波长变化δsi(i＝1,2,3,4,5,6)的关系：

其中，δsi为各段光栅波长的变化量δλi与其变化和的平均值之差，

本发明的有益效果在于：

末端器采用两个步进电机实现显微手术钩沿轴向的移动和轴向的转动。

连接块可同时与丝杠螺母、滑块、电机安装座连接，结构设计紧凑，总体质量较轻。

显微手术钩的末端安装有三根光纤光栅传感器，不仅可以实现径向力的测量，还可以实现对轴向力矩的测量。

附图说明

图1本发明的总体结构示意图

图2本发明显微手术钩结构示意图

图3本发明显微手术钩不同受力示意图

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明。

一种用于玻璃体-视网膜手术的眼科机器人末端器，图1为本发明的总体结构示意图，包括：步进电机ⅰ(1)，电机安装座ⅰ(2)，连接块(3)，电机安装座ⅱ(4)，联轴器(5)，显微手术钩(6)，光纤光栅传感器(7)，步进电机ⅱ(8)，挡板(9)，滑轨(10)，滑块(11)，丝杠螺母(12)，滑轨连接座(13)。

由图1所示，末端器具有两个方向的自由度，分别是沿轴向的直线运动和绕轴向的旋转运动。

由图1所示，直线运动部分是由步进电机ⅰ(1)、滑轨(10)和滑块(11)组成。滑块(11)通过连接块(3)与电机安装座ⅱ(4)连接，从而控制显微手术钩沿轴向的直线运动。

由图1所示，旋转运动是由步进电机ⅱ和电机安装座ⅱ组成，步进电机ⅱ通过联轴器(5)与显微手术钩(6)连接，进而控制显微手术钩(6)的轴向旋转运动。

由图2和图3所示，显微手术钩(6)的管径上每隔120°粘有三根光纤光栅传感器(7)，每根光纤光栅传感器(7)上刻有两段光栅。通过建立光栅反射波长的变化与力和力矩的关系，当显微手术钩(6)受到力、力矩或者两者合力的时候，通过波长的变化得到其末端力和力矩的大小。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种用于玻璃体‑视网膜手术的眼科机器人末端器，该末端器由直线运动部分、旋转部分和微力传感部分组成，包括：步进电机Ⅰ，电机安装座Ⅰ，连接块，电机安装座Ⅱ，联轴器，显微手术钩，光纤光栅传感器，步进电机Ⅱ，挡板，滑轨，滑块，丝杠螺母，滑轨连接座。本发明利用均匀分布在显微手术钩管径上三根光纤光栅传感器波长的变化，不仅可以实现对径向力的测量，还可以实现对轴向力矩的测量。

技术研发人员：杨洋;韩少峰;邬如靖
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2018.12.14
技术公布日：2019.02.22