[发明专利]一种带力反馈的手术机器人控制系统及其方法

权利要求书

1.一种带力反馈的手术机器人控制系统，其特征在于，包括用于执行手术动作的手术机器人以及用于控制手术机器人的机器人控制装置；手术机器人包括运动模块，运动模块用于驱动介入器械运动；机器人控制装置包括操作模块，操作模块用于手动操作手术机器人；手术机器人工作过程中实时采集介入器械运动产生的力信号，并通过操作模块传递至操作者手上。

2.根据权利要求1所述的一种带力反馈的手术机器人控制系统，其特征在于，所述运动模块包括直流电机、编码器、电机驱动器和至少一组滚轮；滚轮由直流电机驱动，用于夹紧介入器械和驱动介入器械运动；编码器连接直流电机，用于向电机驱动器反馈直流电机的转速和位置反馈信号；电机驱动器用于给直流电机提供额定电压和驱动电流，通过直流电机反馈线监测直流电机实时使用的驱动电流大小，并且将监测到的驱动电流经过AD转换得到数字信号；

所述手术机器人还包括机器人数据传输模块，所述机器人数据传输模块包括手术机器人CPU和接口，手术机器人CPU接收电机驱动器实时反馈的数字信号，并通过接口将数字信号传输到机器人控制装置。

3.根据权利要求2所述的一种带力反馈的手术机器人控制系统，其特征在于，电机驱动器根据CPU的指令为直流电机提供驱动电流，并监测直流电机实时的转速以及使用的驱动电流大小；驱动电流值对应直流电机产生的转矩，并可换算成直流电机在直线方向对介入器械产生的直线推力；该直线推力与直流电机扭矩、滚轮半径扭矩存在以下关系：

F＝T/r

其中，F为直线推力，T为直流电机扭矩，r为滚轮半径。

4.根据权利要求2所述的一种带力反馈的手术机器人控制系统，其特征在于，所述操作模块包括基板、安装在基板一侧的摇杆和安装在基板靠近摇杆一侧侧面的安装板，摇杆信号控制手术机器人动作，扭簧安装于安装板上且位于摇杆的两侧，扭簧包括两端接触杆，两端接触杆之间呈一定角度设置，一端接触杆抵触连接有凸轮，另一端接触杆用于与摇杆配合，凸轮动力连接有步进电机。

5.根据权利要求4所述的一种带力反馈的手术机器人控制系统，其特征在于，所述机器人控制装置还包括具有控制装置CPU的控制装置数据传输模块，机器人控制装置接收到手术机器人采集回传的力信号时，控制装置CPU根据力信号计算得到对应步进电机所需产生的脉冲数Plus数值，通知对应步进电机按照计算所得的Plus值转动相应的角度压缩扭簧，最终在摇杆处按照一定的比例对手指产生作用力。