手术机器人及其力检测系统的制作方法

1.本技术涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种手术机器人及其力检测系统。


背景技术：

2.随着现代机器人技术的发展与医疗水平的快速进步，手术机器人正逐渐应用于微创外科手术领域，相对于传统微创外科手术，机器人辅助手术模式大幅度地提高了手术的执行精度与安全性，使患者的痛楚感大大降低，同时缩短了恢复时间。目前的手术机器人没有触觉反馈功能，而手术机器人缺乏触觉反馈可能会导致组织损伤和特定任务(如缝合和术中决定)的执行不良，例如，外科医生无法感受到缝合线张力或施加在器官和组织上的压力，导致在外科手术过程中，可能会发生断线或组织损伤。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对目前的手术机器人易发生执行不良的问题，提供一种手术机器人及其力检测系统。
4.第一方面，本技术提供一种用于手术机器人的力检测系统，该手术机器人包括手术器械。该力检测系统包括：
5.装配件，所述装配件上设有安装板；所述安装板上设有安装部以及第一刚度减弱区；
6.驱动件，装配于所述安装部；所述驱动件的输出轴用于与所述手术器械连接，以驱动所述手术器械运动；
7.第一感测元件，设置于所述第一刚度减弱区；所述第一感测元件用于感测所述安装板的形变。
8.在其中一个实施例中，所述装配件包括本体，所述安装板与所述本体连接；
9.所述第一刚度减弱区位于所述安装部与所述本体之间。
10.在其中一个实施例中，所述第一刚度减弱区内设有第一凹槽。
11.在其中一个实施例中，所述装配件还包括悬臂结构，所述悬臂结构上设有间隔排布的第一连接部和第二连接部，所述第二连接部与所述本体连接；
12.所述力检测系统还包括：
13.滑台，所述滑台的一端与所述第一连接部连接，另一端用于与所述手术机器人的机械臂连接；
14.第二感测元件，设置于所述悬臂结构上，且位于所述第一连接部与所述第二连接部之间；所述第二感测元件用于感测所述悬臂结构的形变。
15.在其中一个实施例中，所述悬臂结构上设有第二刚度减弱区，所述第二刚度减弱区位于所述第一连接部与所述第二连接部之间，所述第二感测元件位于所述第二刚度减弱区。
16.在其中一个实施例中，所述第二刚度减弱区内设有平行梁部。
17.在其中一个实施例中，所述力检测系统还包括采集元件，所述第一感测元件和所述第二感测元件均与所述采集元件电连接。
18.在其中一个实施例中，所述第一感测元件和所述第二感测元件均通过导电件与所述采集元件电连接。
19.在其中一个实施例中，所述力检测系统还包括：
20.套管，所述套管的至少部分管段为异径段；所述异径段的内径由所述异径段的一端至所述异径段的另一端逐渐增大，所述异径段的小径端形成所述套管的远端端部；其中，所述套管的全部管段中，所述套管的远端端部的内径最小；所述套管被配置为：所述套管套设于所述手术器械上，所述手术器械与所述套管接触时的接触点位于所述套管的远端端部；
21.第三感测元件，设置于所述套管的外侧；所述第三感测元件用于感测所述套管的形变。
22.在其中一个实施例中，所述套管的外侧壁上设有第三刚度减弱区，所述第三感测元件设置于所述第三刚度减弱区。
23.在其中一个实施例中，所述套管上具有不动参考点，所述第三刚度减弱区位于所述不动参考点远离所述套管的近端的一侧。
24.在其中一个实施例中，所述第三刚度减弱区内设有第二凹槽，所述第三感测元件设置于所述第二凹槽内。
25.在其中一个实施例中，所述力检测系统还包括：
26.装配座，设置于所述套管的近端，且位于所述套管的外侧壁上；
27.电路板，与所述第三感测元件电连接。
28.在其中一个实施例中，所述电路板包括相互电连接的第一部分和第二部分；
29.所述套管的外侧壁上设有第一容纳槽，所述装配座上设有第二容纳槽，所述第一部分设置于所述第一容纳槽中，所述第二部分设置于所述第二容纳槽中。
30.在其中一个实施例中，所述力检测系统还包括封装层，所述封装层包覆于所述第三感测元件的外侧，以及至少部分所述电路板的外侧。
31.在其中一个实施例中，所述力检测系统还包括无菌连接件，所述无菌连接件包括相互连接的第一装配部和电连接部，所述第一装配部与所述装配座可拆卸地连接，所述电连接部与所述电路板的所述第二部分电连接。
32.在其中一个实施例中，所述电路板的所述第二部分上设有金属触点；
33.所述电连接部上设有第一通孔，所述第一通孔中设有导电针；所述导电针与所述金属触点电连接。
34.在其中一个实施例中，所述第二容纳槽的槽口处设置有封装板，所述封装板上设有与所述金属触点相对的第二通孔；
35.所述电连接部设于所述第一装配部背离所述装配座的一侧，所述第一装配部上设有第三通孔；所述导电针还穿设于所述第二通孔和所述第三通孔中。
36.在其中一个实施例中，所述力检测系统还包括：
37.密封组件，设于所述套管的近端，且与所述套管同轴设置；其中，所述密封组件与所述装配座相互间隔；
38.第四感测元件，设于所述密封组件上，且与所述电路板电连接；所述第四感测元件用于感测所述密封组件的形变。
39.第二方面，本技术提供一种手术机器人，包括第一方面中的力检测系统。
40.上述力检测系统及手术机器人，通过在装配件上设置安装板，在安装板上设置第一刚度减弱区以及用于安装驱动件的安装部，并且使第一感测元件位于第一刚度减弱区。这样，驱动件驱动手术器械运动时，驱动件会带动安装板发生形变，第一感测元件能够感测到安装板的形变，从而可以帮助医生获取驱动件对手术器械施加的作用力，进而帮助医生提高手术效果，减少组织损伤的可能，改善了手术机器人易发生执行不良的问题。
附图说明
41.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
42.图1为本技术实施例提供的一种包括力检测系统的手术机器人的结构示意图；
43.图2为图1所示力检测系统的动力盒单元的结构示意图；
44.图3为图2所示动力盒单元的装配件在第一视角下的结构示意图；
45.图4为图2所示动力盒单元的装配件在第二视角下的结构示意图；
46.图5为图1所示力检测系统的一种套管单元的部分结构的结构示意图；
47.图6为图5所示套管单元的部分结构(不含装配座)的结构示意图；
48.图7为图1所示力检测系统的另一种套管单元的结构示意图；
49.图8为图7所示套管单元的部分结构示意图；
50.图9为图7所示套管单元与手术器械在组装状态下的截面结构示意图；
51.图10为图7的爆炸图；
52.图11为图7所示套管单元的装配座的结构示意图；
53.图12为图11的爆炸图；
54.图13为本技术实施例提供的套管单元的无菌连接件的结构示意图；
55.图14为图13的爆炸图；
56.图15为图7所示套管单元的套管的受力分析示意图；
57.图16为本技术实施例提供的一种手术机器人的结构示意图；
58.图17为图16所示手术机器人的局部剖面示意图；
59.图18为图16所示手术机器人的套管单元与手术器械的结构示意图。
60.附图标记说明：
61.1-手术机器人；10-力检测系统；11-动力盒单元；111-装配件；1111-安装板；1111a-第一刚度减弱区；11111-安装部；11112-第一凹槽；1112-悬臂结构；1112a-第二刚度减弱区；11121-第一连接部；11122-平行梁部；11123-第二连接部；1113-本体；11131-引线孔；112-驱动件；113-第一感测元件；114-滑台；115-第二感测元件；116-采集元件；117-导电件；118-屏蔽板；119-连接柱；12-套管单元；121-套管；121a-远端；121b-近端；1211-异径段；1212-同径段；1213-第三刚度减弱区；1214-第二凹槽；1215-第一容纳槽；122-第三感测
元件；123-装配座；1231-第二容纳槽；1232-封装板；12321-第二通孔；1233-卡槽；1234-第三凹槽；124-电路板；1241-第一部分；1242-第二部分；12421-金属触点；125-封装层；126-无菌连接件；1261-第一装配部；12611-板体；12612-卡扣；12613-第三通孔；1262-电连接部；12621-第一通孔；12622-导电针；1263-第二装配部；127-密封组件；1271-密封阀；1272-转接件；1273-包胶；128-第四感测元件；20-手术器械；30-机械臂。
具体实施方式
62.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
63.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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技术和简化描述，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技术的限制。
64.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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
65.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
66.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
67.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
68.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中，术
语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
69.第一方面，参照图1、图2、图3和图4所示，本技术实施例提供一种用于手术机器人1的力检测系统10，该手术机器人1包括手术器械20。该力检测系统10包括动力盒单元11，动力盒单元11包括装配件111、驱动件112和第一感测元件113。
70.其中，装配件111上设有安装板1111。安装板1111上设有安装部11111以及第一刚度减弱区1111a。驱动件112装配于安装部11111。驱动件112的输出轴用于与手术器械20连接，以驱动手术器械20运动。第一感测元件113设置于第一刚度减弱区1111a。第一感测元件113用于感测安装板1111的形变。
71.在这里，需要说明的是，“刚度减弱区”指：安装板1111上刚度较小的区域。驱动件112为手术器械20提供驱动力，使得手术器械20能够实现剪切、夹持、探伤等动作。驱动件112可以是电机。第一感测元件113可以是箔式应变片、半导体电阻应变片、光纤光栅、压电传感器或半导体压力传感器等。
72.本技术实施例通过在装配件111上设置安装板1111，在安装板1111上设置第一刚度减弱区1111a以及用于安装驱动件112的安装部11111，并且使第一感测元件113位于第一刚度减弱区1111a。这样，驱动件112在驱动手术器械20时，驱动件112所输出的力矩或力时，由于第一刚度减弱区1111a的刚度较小，第一刚度减弱区1111a比较容易产生一定的弹性形变，第一感测元件113能够感测到该弹性形变，从而可以帮助医生获取驱动件112对手术器械20施加的作用力，进而帮助医生提高手术效果，减少组织损伤的可能，改善了手术机器人1易发生执行不良的问题。
73.可以理解的是，安装部11111与第一刚度减弱区1111a可以邻接，也可以相互间隔设置。
74.在其中一个实施例中，装配件111包括本体1113，安装板1111与本体1113连接。其中，第一刚度减弱区1111a位于安装部11111与本体1113之间。
75.通过将第一刚度减弱区1111a设置于安装部11111与本体1113之间，这样，驱动件112所输出的力矩或力可以比较容易地使第一感测元件113所在区域(第一刚度减弱区1111a)发生形变，从而便于第一感测元件113感测驱动件112对手术器械20施加的作用力，提高第一感测元件113的感测灵敏度。
76.进一步地，安装部11111可以位于安装板1111的远离本体1113的一端，这样，驱动件112所输出的力矩或力可以更容易地使第一感测元件113所在区域(第一刚度减弱区1111a)发生形变，从而进一步提高第一感测元件113的感测灵敏度。
77.可以理解的是，安装板1111上还可以装配有其他驱动件，其他驱动件位于第一刚度减弱区1111a与本体1113之间，这样，其他驱动件输出力或力矩时，能够降低其他驱动件对第一感测元件113的干扰。同时，装配件111上可以设置有多个安装板1111，例如：安装板1111的数量可以是两个，两个安装板1111可以使装配件111形成类似于“u”形的结构。本技术实施例对安装板1111的数量以及装配件111的形状不作限定。
78.在其中一个实施例中，第一刚度减弱区1111a内设有第一凹槽11112。可以理解的是，在一个示例中，第一凹槽11112可以是通槽，即：第一凹槽11112从安装板1111的厚度方向贯穿安装板1111。在另一个示例中，第一凹槽11112也可以是盲槽，即：第一凹槽11112从安装板1111的厚度方向未贯穿安装板1111。通过设置第一凹槽11112可以减弱第一刚度减
弱区1111a的刚度。
79.在一个示例中，位于第一刚度减弱区1111a的安装板1111的厚度可以薄于其他区域的安装板1111的厚度。
80.在其中一个实施例中，参照图3和图4所示，装配件111上设有悬臂结构1112，悬臂结构1112上设有间隔排布的第一连接部11121和第二连接部11123，第二连接部11123与本体1113连接。力检测系统10还包括滑台114和第二感测元件115，其中，滑台114的一端与第一连接部11121连接，另一端用于与手术机器人1的机械臂30连接。第二感测元件115设置于悬臂结构1112上，且位于第一连接部11121与第二连接部11123之间。第二感测元件115用于感测悬臂结构1112的形变。示例性的，第二感测元件115可以是箔式应变片、半导体电阻应变片、光纤光栅、压电传感器或半导体压力传感器等。
81.在这里，需要说明的是，“悬臂结构”可以是悬臂梁。滑台114可以设置在机械臂30上，并且可沿手术器械20的轴线方向在机械臂30上滑动，从而带动手术器械20沿自身轴线方向移动。这样，当手术器械20受到轴线方向上的挤压力时，手术器械20将该挤压力传递至装配件111，由于装配件111的悬臂结构1112与滑台114连接，因此，悬臂结构1112会发生形变，第二感测元件115能够感测到悬臂结构1112的形变量，从而可以帮助医生获取手术器械20沿自身轴线方向的挤压力，进而帮助医生提高手术效果，减少组织损伤的可能，改善了手术机器人1易发生执行不良的问题。
82.需要强调的是，通过将第二感测元件115设置于第一连接部11121与第二连接部11123之间，这样，手术器械20所受到的轴向挤压力可以比较容易地使第二感测元件115所在区域发生形变，从而便于第二感测元件115感测该轴向挤压力，提高第二感测元件115的感测灵敏度。
83.在其中一个实施例中，悬臂结构1112上设有第二刚度减弱区1112a，第二刚度减弱区1112a位于第一连接部11121与第二连接部11123之间，第二感测元件115位于第二刚度减弱区1112a。
84.通过在悬臂结构1112上设置第二刚度减弱区1112a，并且将第二感测元件115设置于第二刚度减弱区1112a，当手术器械20所受到的轴向挤压力作用于装配件111时，由于第二刚度减弱区1112a的刚度较小，第二刚度减弱区1112a可以产生一定的弹性形变，从而便于第二感测元件115感测到形变，进而提高第二感测元件115的感测灵敏度。
85.在其中一个实施例中，第一连接部11121和第二连接部11123可以分别位于悬臂结构1112的两端，这样，手术器械20受到的轴向挤压力可以更容易地使第二感测元件115所在的区域(第二刚度减弱区1112a)发生形变，从而进一步提高第二感测元件115的感测灵敏度。
86.进一步地，参照图3和图4所示，本体1113可以位于悬臂结构1112沿第一方向a的一侧，安装板1111位于本体1113背离悬臂结构1112的一侧。第一方向a垂直于手术器械20的轴线方向。悬臂结构1112的第二连接部11123与本体1113连接，而悬臂结构1112的其他部分与本体1113之间具有间隙。
87.在其中一个实施例中，参照图4所示，第二刚度减弱区1112a内设有平行梁部11122。
88.需要说明的是，“平行梁部11122”可以理解为平行梁结构。通过在第二刚度减弱区
1112a内设置平行梁部11122，一方面可以削弱第二刚度减弱区1112a的刚度，可以使第二刚度减弱区1112a在受到轴向挤压力时能够发生比较明显的形变，从而提高第二感测元件115的感测灵敏度；另一方面，可以确保除了轴向挤压力能够引起第二刚度减弱区1112a发生预设形变(即：第二感测元件115能够感测到的形变)之外，其余外力使第二刚度减弱区1112a不发生预设形变。
89.示例性的，平行梁部11122的结构可以为方框平行梁结构、单孔平行梁结构、五孔平行梁结构等。
90.在一个较佳的实施例中，平行梁部11122可以是双孔平行梁结构。这样，可以使第二刚度减弱区1112a的灵敏度更高，整体刚度更好。
91.进一步地，双孔平行梁结构中孔的延伸方向与手术器械20的轴线方向垂直，双孔平行梁结构沿手术器械20的轴线方向的表面分别设置有第二感测元件115，第二感测元件115与双孔平行梁结构中的孔一一对应设置。在一个示例中，悬臂结构1112上可以设置有四个第二感测元件115，其中，悬臂结构1112沿手术器械20的轴线方向的两侧分别设置有两个第二感测元件115。四个第二感测元件115可以采用全桥接法。根据双孔平行梁结构的特征，由于双孔平行梁结构采用全桥接法，非轴向力引起的应变分量的在测量电路中彼此抵消和补偿，从而使得力检测系统10对手术器械20的轴向受力检测更精确。
92.在其中一个实施例中，力检测系统10的动力盒单元11还包括采集元件116，第一感测元件113和第二感测元件115均与采集元件116电连接。采集元件116可以接收和处理第一感测元件113和第二感测元件115感测到的力信息。可以理解的是，采集元件116还可以对第一感测元件113和第二感测元件115进行供电。
93.在其中一个实施例中，第一感测元件113和第二感测元件115均通过导电件117与采集元件116电连接。进一步地，导电件117的至少部分结构贴设于装配件111的表面。通过将导电件117的至少部分结构贴设于装配件111的表面，可以使力检测系统10的排线比较规整，避免线路过多导致力检测系统10的线路比较杂乱。
94.示例性的，导电件117可以是柔性电路板。具体地，第一感测元件113和第二感测元件115可以分别通过漆包线连接至柔性电路板上的焊点完成组桥，本体1113上可以设置有引线孔11131，导电件117穿设引线孔11131后与采集元件116连接。
95.进一步地，导电件117的外围可以包覆有电磁屏蔽层(图未示)，用于防止其他电信号对导电件117造成信号干扰，从而提高第一感测元件113和第二感测元件115的感测灵敏度。
96.需要说明的是，参照图2所示，力检测系统10的动力盒单元11还可以包括屏蔽板118和连接柱119，其中，连接柱119与滑台114和装配件111连接，屏蔽板118连接于连接柱119的远离装配件111的一端，驱动件112位于屏蔽板118与装配件111之间。
97.在其中一个实施例中，参照图7-图14所示，力检测系统10还包括套管单元12，套管单元12包括：套管121和第三感测元件122。其中，套管121的至少部分管段为异径段1211。异径段1211的内径由异径段1211的一端至异径段1211的另一端逐渐增大，异径段1211的小径端形成套管121的远端121a端部。其中，套管121的全部管段中，套管121的远端121a端部的内径最小。在这里，也可以理解为：在套管121的全部管段中，异径段1211的小径端的内径最小。套管121被配置为：套管121套设于手术器械20上，手术器械20与套管121接触时的接触
点位于套管121的远端121a端部。可以理解的是，套管121还可以包括同径段1212，同径段1212可以与异径段1211的大径端连接。
98.进一步地，第三感测元件122设置于套管121的外侧。第三感测元件122用于感测套管121的形变。示例性的，第三感测元件122可以是箔式应变片、半导体电阻应变片、光纤光栅、压电传感器或半导体压力传感器等。
99.上述力检测系统10，通过在套管121上设置异径段1211和第三感测元件122，并且使异径段1211的小径端成为套管121的远端121a端部，以及使套管121的远端121a端部的内径最小。这样，医生在手术时，手术器械20末端受力后，保证了手术器械20的器械杆只与套管121的远端121a端部接触，此时，第三感测元件122可以感测套管121的受力，从而便于医生获取手术器械20与人体组织之间的交互力，进而帮助医生提高手术效果，减少患者组织损伤的可能，改善了手术机器人1易发生执行不良的问题。
100.需要说明的是，本技术实施例中的第三感测元件122用于感测手术器械20所受到的径向力，即垂直于手术器械20轴线方向上的力。
101.可以理解的是，异径段1211的截面形状可以是阶梯状的套管121，即：套管121的内径呈阶梯状变化，一段一段地减小。在一个较佳的示例中，异径段1211的截面形状为锥形，这样，可以使异径段1211的结构简单，便于制作。
102.在其中一个实施例中，套管121的外侧壁上设有第三刚度减弱区1213，第三感测元件122设置于第三刚度减弱区1213。这样，通过在套管121上设置第三刚度减弱区1213，并且将第三感测元件122设置于第三刚度减弱区1213，当手术器械20和套管121产生力接触后，由于第三刚度减弱区1213的刚度较低，套管121在第三刚度减弱区1213可以产生一定的弹性形变，从而便于第三感测元件122感测到套管121所受的力，提高第三感测元件122的感测灵敏度。
103.在一个示例中，位于第三刚度减弱区1213的套管121的壁厚小于位于第三刚度减弱区1213外的套管121的壁厚。
104.在其中一个实施例中，套管121上具有不动参考点，第三刚度减弱区1213位于不动参考点远离套管121的近端121b的一侧。需要说明的是，不动参考点可以是手术机器人1的远心点，远心点通常位于人体的开口处(例如：腹壁开口处)，手术机器人1的机械臂30在带动手术器械20运动的过程中，远心点保持不动。第三感测元件122布置在远心点下方可避免腹壁对套管121的作用力对第三感测元件122造成干扰。
105.在其中一个实施例中，第三刚度减弱区1213内设有第二凹槽1214，第三感测元件122设置于第二凹槽1214内。通过设置第二凹槽1214，一方面可以减弱第二凹槽1214所在区域的刚度；另一方面可以便于装配第三感测元件122。
106.在其中一个实施例中，力检测系统10的套管单元12还包括：装配座123和电路板124。装配座123设置于套管121的近端121b，且位于套管121的外侧壁上。电路板124与第三感测元件122电连接。通过设置装配座123，可以便于将套管121装配于手术机器人1的机械臂30上。在一个示例中，装配座123可以焊接于套管121的外侧壁上。通过设置电路板124，第三感测元件122可以将感测到的力信号传输至电路板124。
107.在其中一个实施例中，电路板124包括相互电连接的第一部分1241和第二部分1242。套管121的外侧壁上设有第一容纳槽1215，装配座123上设有第二容纳槽1231，第一部
分1241设置于第一容纳槽1215中，第二部分1242设置于第二容纳槽1231中。这样，相当于将电路板124的第一部分1241与套管121集成，将电路板124的第二部分1242与装配座123集成，从而降低了第三感测元件122的走线难度以及套管121的结构尺寸。
108.在其中一个实施例中，力检测系统10的套管单元12还包括封装层125，封装层125包覆于第三感测元件122的外侧，以及至少部分电路板124的外侧。通过设置封装层125，一方面可以确保套管121在清洗消毒灭菌时，第三感测元件122及电路板124不会受到损坏；另一方面可以保证手术过程中的气密性。
109.在一个示例中，封装层125的材质可以是具有生物相容性的材料。
110.在一个示例中，装配座123上可以设置有第三凹槽1234，第二部分1242的一部分还位于第三凹槽1234中。封装层125可以位于第一容纳槽1215、第二凹槽1214和第三凹槽1234中。进一步地，封装层125的外表面可以与套管121的外表面以及装配座123的外表面齐平。这样，可以使套管121外表面、装配座123的外表面平整，同时便于将套管121伸入患者体内。
111.在其中一个实施例中，力检测系统10的套管单元12还包括无菌连接件126，无菌连接件126包括相互连接的第一装配部1261和电连接部1262，第一装配部1261与装配座123可拆卸地连接，电连接部1262与电路板124的第二部分1242电连接。通过设置无菌连接件126，可以实现套管121与机械臂30的无菌隔离。可以理解的是，无菌连接件126的一端与装配座123连接，另一端与机械臂30连接。
112.此外，上述设置相当于使无菌连接件126具备两种功能：一是机械连接与无菌隔离；二是电性连接。从而使无菌连接件126的集成度较高，有利于降低套管121的结构尺寸。
113.在其中一个实施例中，电路板124的第二部分1242上设有金属触点12421。电连接部1262上设有第一通孔12621，第一通孔12621中设有导电针12622。导电针12622与金属触点12421电连接。上述设置，使得无菌连接件126与电路板124之间的电性连接结构比较简单，便于装配。具体地，在装配无菌连接件126时，只需要使导电针12622与金属触点12421接触，即可实现无菌连接件126与电路板124的电连接。
114.在一个示例中，导电针12622可以是可伸缩导电针或弹性导电针。这样，导电针12622与金属触点12421接触时，导电针12622可以被压缩(或发生形变)，保证接触的稳定性。
115.在其中一个实施例中，第二容纳槽1231的槽口处设置有封装板1232，封装板1232上设有与金属触点12421相对的第二通孔12321。电连接部1262设于第一装配部1261背离装配座123的一侧，第一装配部1261上设有第三通孔12613。导电针12622还穿设于第二通孔12321和第三通孔12613中。
116.这样，在装配无菌连接件126时，使导电针12622伸入第二通孔12321，即可实现无菌连接件126与电路板124的电性连接。可以理解的是，将无菌连接件126与机械臂30进行连接时，导电针12622远离电路板124的一端可以与机械臂30上的导电触点接触，实现无菌连接件126与机械臂30的电连接。
117.在其中一个实施例中，第一装配部1261包括板体12611以及设置于板体12611上的卡扣12612，装配座123上设有与卡扣12612相配合的卡槽1233。第三通孔12613设于板体12611上。这样，可以使第一装配部1261的结构简单，降低无菌连接件126的结构复杂度。
118.进一步地，无菌连接件126还包括第二装配部1263，第二装配部1263设置于板体
12611上，且围设在板体12611的外周。第二装配部1263用于与手术机器人1的机械臂30连接。
119.需要说明的是，参照图15所示，图中o点表示手术器械20的铰接点，手术器械20受到的交互力为f，套管121与手术器械20的接触力为fs，手术器械20的重力为fg，手术器械20的长度为l，第三感测元件122与套管121力接触点的距离为lt，套管121力接触点距铰接点的距离为ls，手术器械20的重心距铰接点的距离为lg，通过对o点建立力矩平衡方程，可以得到以下方程：
120.f
·
l+fs·
ls+fg·
lg＝0
121.通过上述方程，即可通过检测套管121与手术器械20的接触力fs从而得到手术器械20与患者组织的交互力f。可以理解的是，上述检测力的手段必须确保套管121与手术器械20只在套管121的远端121a端部接触，这也是本技术实施例在套管121上设置异径段1211的原因。
122.在其中一个实施例中，参照图5和图6所示，力检测系统10的套管单元12还包括：密封组件127和第四感测元件128。密封组件127设于套管121的近端121b，且与套管121同轴设置。其中，密封组件127与装配座123相互间隔。第四感测元件128设于密封组件127上，且与电路板124电连接。第四感测元件128用于感测密封组件127的形变。示例性的，第四感测元件128可以是箔式应变片、半导体电阻应变片、光纤光栅、压电传感器或半导体压力传感器等。
123.可以理解的是，在装配手术器械20时，手术器械20穿过密封组件127伸入套管121内。通过设置密封组件127可以使手术器械20与套管121的装配密封性较好，便于维持手术过程中的压力。
124.需要说明的是，手术器械20在运动时，手术器械20会与密封组件127产生摩擦力，通过在密封组件127上设置第四感测元件128，可以帮助医生获取密封组件127对手术器械20的摩擦力。
125.具体地，参照图5所示，密封组件127可以包括转接件1272和密封阀1271，转接件1272设置于套管121上，用于装配密封阀1271，其中，密封阀1271与转接件1272可以通过卡接的方式进行连接。手术器械20安装后，手术器械20同时穿过转接件1272和密封阀1271。可以理解的是，转接件1272可以和套管121一体设置，即：转接件1272和套管121为一体式结构件。
126.在一个示例中，第四感测元件128可以设置于密封阀1271上。这样，当手术器械20的器械杆运动时，器械杆与密封阀1271之间产生摩擦，密封阀1271产生形变，第四感测元件128通过感测密封阀1271的形变来获取器械杆与密封阀1271之间的摩擦力。
127.在另一个示例中，参照图5和图6所示，第四感测元件128可以设置于转接件1272上。当手术器械20的器械杆运动时，器械杆与密封阀1271之间产生摩擦，由于密封阀1271与转接件1272连接，该摩擦力能够使转接件1272发生一定的形变，从而能够通过第四感测元件128感测转接件1272的形变来获取器械杆与密封阀1271之间的摩擦力。
128.在一些实施例中，转接件1272沿自身轴心线方向的截面可以是圆形，第四感测元件128为多个，多个第四感测元件128以转接件1272的轴心对称排列并贴附在转接件1272靠近装配座123一侧的表面上，用于形成惠斯通电桥，通过这种测量方式能够提高第四感测元
件128的感测灵敏度。
129.进一步地，多个第四感测元件128环绕转接件1272的轴心呈内外两层排列，且每层上的第四感测元件128都以转接件1272的轴心对称排列。多个第四感测元件128呈内外两层排列，便于同时获取转接件1272上内侧的力值和外侧的力值，并且能够将两个力值相比较，以便提高第四感测元件128的感测灵敏度。
130.进一步地，参照图6所示，密封组件127还可以包括包胶1273，包胶1273用于封装第四感测元件128，从而防止第四感测元件128裸露，对第四感测元件128形成保护。
131.第二方面，参照图16、图17和图18，并结合图1-图15所示，本技术提供一种手术机器人1，包括第一方面中的力检测系统10。
132.具体地，手术机器人1还包括手术器械20和机械臂30，其中，力检测系统10的动力盒单元11和套管单元12均与机械臂30连接，手术器械20的近端与动力盒单元11连接，手术器械20的部分结构穿设于套管单元12的套管121中。
133.上述手术机器人1，通过在装配件111上设置安装板1111，在安装板1111上设置第一刚度减弱区1111a以及用于安装驱动件112的安装部11111，并且使第一感测元件113位于第一刚度减弱区1111a。这样，驱动件112在驱动手术器械20时，驱动件112所输出的力矩或力时，由于第一刚度减弱区1111a的刚度较小，第一刚度减弱区1111a比较容易产生一定的弹性形变，第一感测元件113能够感测到该弹性形变，从而可以帮助医生获取驱动件112对手术器械20施加的作用力，进而帮助医生提高手术效果，减少组织损伤的可能，改善了手术机器人1易发生执行不良的问题。
134.可以理解的是，手术机器人1还可以包括控制器(图未示)，控制器中设置有预设安全力值，当手术机器人1通过力检测系统10检测到手术器械20的作用力或受力大于预设安全力值时，控制器可以控制手术器械20执行相反运动，以使手术器械20的作用力或受力小于预设安全力值，从而避免患者体内组织被误伤。
135.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
136.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
137.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。