[发明专利]一种光力融合末端夹持器及其定位控制方法

说明书

本发明公开了一种光力融合末端夹持器及其定位控制方法，包括近红外光学定位仪和夹持机构，夹持机构包括穿刺针受力采集装置、穿刺针夹持装置、封装盒及封装于封装盒内的电机滑动模组；穿刺针受力采集装置包括穿刺针横向力采集端和穿刺针径向力采集端，穿刺针夹持装置包括两个分别固定在穿刺针横向力采集端和穿刺针径向力采集端上的夹持组件；近红外光学定位仪配置有均带反光标记点的第一、二定位工具和定位板。本发明使穿刺针可以按需求进行固定和移动，并且穿刺针受到的作用力可以及时反馈，实现穿刺手术机器人位姿的实时调整，再通过近红外光学定位仪判断并调整机器人位姿的基础上进一步提高穿刺手术机器人在手术中的操作精确性和安全性。

技术领域

本发明涉及光学导航及力反馈控制手术机器人的技术领域，尤其是指一种光力融合末端夹持器及其定位控制方法。

背景技术

伴随着机器人技术的进步与医疗技术的革新，医学和机器人学的结合已成为医疗行业的发展趋势之一。医疗机器人是指各种应用于外科手术、医学培训、康复治疗、假体和残障人士辅助等的机器人设备。根据服务对象的不同可分为医疗外科机器人、康复机器人和助老助残机器人等。而穿刺手术机器人作为医疗外科机器人的分支之一，则是专用于进行微创外科手术的医疗机器人，其一般由机械臂、成像设备、空间定位系统及工作站四部分以及相应的软件组成。现在，穿刺手术机器人技术的发展已经比较成熟，应用到临床中，代替人工操作，降低穿刺手术难度，提高手术可靠性；特别是应用其中的光学导航系统，代替医生进行影像分析，规划好路径，在计算机手术导航系统的引导下，自主对目标靶区进行精确定位，状态稳定，灵巧性强，工作范围大，克服了医生身体疲劳和恶劣环境对手术造成的影响，提高手术的安全性和成功率。但是基于目前的穿刺手术机器人的应用情况，还存在两个问题。第一个问题是在穿刺手术过程中由于人体器官或组织的生理性运动导致目标靶点会运动从而产生位置变化，导致基于光学引导的穿刺手术机器人仅仅依靠光学跟踪很难命中靶点，比如进行胸部及腹部穿刺时，呼吸运动会导致内脏穿刺靶点移动，病人疼痛反应时肌肉收缩及不自主肢动也会影响定位及进针穿刺。第二个问题是所使用的光学跟踪系统只能通过安装在机械臂末端的光学标记点来判断穿刺针在人体内的情况，进而来调整机器人位姿；但事实上穿刺针本身过长容易发生弹性形变，在穿刺过程中会与周围组织产生相互作用力，而光学跟踪系统并不能检测到这个相互作用力，所以没有相应的力补偿，对机器人位姿的调整不够准确，反馈的光学信息也不能得到精准的规划和控制，从而导致实际的穿刺轨迹与计划的轨迹严重偏离，使穿刺针与周围组织的相互作用力更大，这样在皮肤里面和在皮肤外面的穿刺针会发生弹性形变，严重的会有肉眼可见的弯曲，最终可能出现人体组织皮肤或者器官被损伤的现象。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点，为穿刺手术机器人提供一种光力融合末端夹持器及其定位控制方法，使穿刺针可以按需求进行固定和移动，并且穿刺针受到的作用力可以及时反馈，实现穿刺手术机器人位姿的实时调整，再通过近红外光学定位仪判断并调整机器人位姿的基础上进一步提高穿刺手术机器人在手术中的操作精确性和安全性。