柔性可控器械拉线的拉力传感器

1.本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种柔性可控器械拉线的拉力传感器。


背景技术：

2.末端可控的柔性医疗器械可以为医疗领域中应用的内窥镜，如支气管镜、尿道镜、十二指肠镜、胆道镜、肾盂镜等纤细的柔性电子内窥镜。
3.柔性医疗器械中鞘及插入部前端柔性可控器械的弯曲姿态由拉线控制，需要根据拉线上的拉力来调整拉线的张紧状态，进而控制柔性可控器械的弯曲姿态。
4.目前，通过在柔性可控器械的拉线驱动系统中加入力感知模块来感知拉线上的拉力，拉线驱动系统为柔性手术器械机器人的部分组件，可驱动拉线的前后移动，由于柔性手术器械机器人内各零件的加工、装配误差，导致柔性可控器械拉线在柔性手术器械机器人装配完成后不能保证处于张紧状态，进而影响柔性可控器械在人体内弯曲姿态的精准控制。


技术实现要素：

5.本发明提供一种柔性可控器械拉线的拉力传感器，用以解决现有技术中柔性手术器械机器人的拉线驱动系统内拉线无拉力检测的缺陷。
6.本发明提供一种柔性可控器械拉线的拉力传感器，包括：
7.底座；
8.第一安装座，所述第一安装座安装于所述底座；
9.pcb板，所述pcb板安装于所述第一安装座，所述pcb板设有光感应元器件；
10.第二安装座，所述第二安装座与所述第一安装座相对设置，所述第二安装座用于连接柔性可控器械的拉线，连接所述拉线的所述第二安装座与所述拉线共同沿第一方向往复移动；
11.反射镜，所述反射镜安装于所述第二安装座，所述反射镜的反射面与所述光感应元器件相对设置，所述光感应元器件用于测量所述pcb板与所述反射镜间的距离；
12.调整螺钉，所述调整螺钉的第一端安装于所述底座，所述调整螺钉的第二端连接所述第一安装座，所述调整螺钉用于驱动所述第一安装座沿所述第一方向往复移动；
13.其中，所述第一方向为所述pcb板朝向所述反射镜的方向。
14.根据本发明提供的一种柔性可控器械拉线的拉力传感器，还包括：
15.第一弹性件，所述第一弹性件位于所述底座和所述第一安装座之间，所述第一弹性件的两端分别与所述底座和所述第一安装座接触。
16.根据本发明提供的一种柔性可控器械拉线的拉力传感器，所述调整螺钉的第一端设有调整凹槽，所述调整凹槽的形状与调整件的部分形状匹配，所述调整件用于部分伸入所述调整凹槽并转动，以使所述调整螺钉驱动所述第一安装座沿所述第一方向往复移动。
17.根据本发明提供的一种柔性可控器械拉线的拉力传感器，所述底座还设有第一导
柱，所述第一安装座设有第一通孔，所述第一导柱贯穿所述第一通孔，所述第一导柱的轴向方向为所述第一方向。
18.根据本发明提供的一种柔性可控器械拉线的拉力传感器，还包括：
19.安装板，所述第二安装座安装于所述安装板；
20.拉杆，所述安装板设有拉杆孔，所述拉杆贯穿所述拉杆孔，所述拉杆的第一端与所述第二安装座连接，所述拉杆的第二端同拉线连接，所述拉杆用于驱动所述第二安装座沿所述第一方向往复移动。
21.根据本发明提供的一种柔性可控器械拉线的拉力传感器，还包括：
22.第二弹性件，所述第二弹性件位于所述安装板和所述第二安装座之间，所述第二弹性件的两端分别与所述安装板和所述第二安装座接触。
23.根据本发明提供的一种柔性可控器械拉线的拉力传感器，所述第二弹性件为u型弹簧片，所述u型弹簧片的两臂分别与所述安装板和所述第二安装座接触。
24.根据本发明提供的一种柔性可控器械拉线的拉力传感器，所述安装板还设有第二导柱，所述第二安装座设有第二通孔，所述第二导柱贯穿所述第二通孔，所述第二导柱的轴向方向为所述第一方向。
25.根据本发明提供的一种柔性可控器械拉线的拉力传感器，所述反射镜的反射面为镀铝层。
26.根据本发明提供的一种柔性可控器械拉线的拉力传感器，还包括：
27.外罩和盖板，所述外罩安装于所述底座和所述安装板之间，所述外罩限定出具有敞口的容纳腔，所述第一安装座、所述pcb板、所述第二安装座和所述反射镜均位于所述容纳腔内，所述盖板盖合于所述敞口。
28.本发明提供的柔性可控器械拉线的拉力传感器，通过设置调整螺钉，调整pcb板与反射镜之间的距离，降低零件加工、装配误差对柔性可控器械拉线的拉力传感器中pcb板与反射镜之间距离带来的影响，提高柔性可控器械拉线的拉力传感器的测量准确度，有助于实现柔性可控器械在人体内弯曲姿态的精准控制。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
30.图1是本发明提供的柔性可控器械拉线的拉力传感器的结构爆炸示意图之一；
31.图2是本发明提供的柔性可控器械拉线的拉力传感器的结构爆炸示意图之二；
32.图3是本发明提供的柔性可控器械拉线的拉力传感器的局部示意图之一；
33.图4是本发明提供的柔性可控器械拉线的拉力传感器的局部示意图之二；
34.图5是本发明提供的柔性可控器械拉线的拉力传感器的局部示意图之三；
35.图6是本发明提供的柔性可控器械拉线的拉力传感器的局部示意图之四；
36.图7是本发明提供的柔性可控器械拉线的拉力传感器的立体示意图。
37.附图标记：
38.110：底座；111：第一导柱；120：第一安装座；130：pcb板；131：光感应元器件；140：调整螺钉；141：调整凹槽；150：第一弹性件；
39.210：第二安装座；220：反射镜；230：安装板；231：第二导柱；240：拉杆；250：第二弹性件；
40.310：外罩；320：盖板。
具体实施方式
41.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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发明实施例和简化描述，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发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
43.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接，或有线通信连接，或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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发明实施例中的具体含义。
44.在本发明实施例中，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。
45.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例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表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
46.末端可控的柔性医疗器械可以插入人体体腔和脏器内腔进行直接观察、诊断或治疗，该类柔性医疗器械的鞘及插入部前端设置有柔性可控器械。
47.柔性医疗器械中鞘及插入部前端柔性可控器械的弯曲姿态由拉线控制，需要根据拉线上的拉力来调整拉线的张紧状态，进而控制柔性可控器械的弯曲姿态。
48.末端可控的柔性医疗器械可以为医疗领域中应用的内窥镜，如支气管镜、尿道镜、
十二指肠镜、胆道镜、肾盂镜等纤细的柔性电子内窥镜。
49.下面结合图1至图7描述本发明实施例的柔性可控器械拉线的拉力传感器，用于实时监测柔性医疗器械的鞘及插入部前端的柔性可控器械拉线上的拉力，通过pcb板130上光感应元器件131及反射镜220之间距离的变化，确定拉线的拉力大小。
50.在实际执行中，柔性医疗器械为鞘及插入部的二级同心式导管结构，鞘及插入部前端为可弯曲的柔性可控器械，柔性可控器械的弯曲姿态由拉线控制。
51.如图1所示，本发明实施例提供的拉力传感器包括底座110、第一安装座120、pcb板130、第二安装座210、反射镜220和调整螺钉140。
52.如图3所示，第一安装座120安装于底座110，pcb板130安装于第一安装座120，第一安装座120的作用为固定pcb板130。
53.pcb(printed circuit board)，中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气相互连接的载体。
54.如图3所示，pcb板130设置有光感应元器件131。
55.在该实施例中，光感应元器件131包括发射部件和接收部件，发射部件可以发射光，接收部件接收发射部件发射的光到达物体表面后，物体表面所反射的光，以测量pcb板130物体表面的距离。
56.如图2所示，第二安装座210与第一安装座120相对设置，反射镜220安装于第二安装座210，反射镜220是可以反射光感应元器件131所发射的光的部件。
57.在该实施例中，反射镜220的反射面与光感应元器件131相对设置。
58.可以理解的是，反射镜220至少包括一面反射面，反射镜220可以是由玻璃等材质制成，在玻璃上镀上反射面得到反射镜220。
59.在该实施例中，反射镜220的反射面与光感应元器件131相对设置，光感应元器件131用于测量pcb板130与反射镜220间的距离。
60.如图4所示，调整螺钉140的第一端安装于底座110，调整螺钉140的第二端连接第一安装座120，调整螺钉140用于驱动第一安装座120沿第一方向往复移动，第一方向为pcb板130朝向反射镜220的方向。
61.其中，第一安装座120沿第一方向的正向移动时，pcb板130靠近反射镜220；第一安装座120沿第一方向的反向移动时，pcb板130远离反射镜220。
62.在该实施例中，第一安装座120是可活动地安装于底座110上的，通过调整螺钉140驱动第一安装座120沿第一方向往复移动，调节第一安装座120相对于底座110以及第一安装座120相对于第二安装座210之间的距离。
63.相关技术中，柔性可控器械拉线驱动机构中的力感知模块内各零件存在加工、装配误差，使得力感知模块的测量准确度降低，对柔性可控器械在人体内的弯曲姿态的精准控制产生影响。
64.在本发明实施例中，设置调整螺钉140，调整螺钉140的第一端安装于底座110，调整螺钉140的第二端连接第一安装座120，调整螺钉140可以带动第一安装座120在底座110上的第一导柱111上运动，在使用柔性医疗器械前，通过调整螺钉140改变pcb板130以及第一安装座120的初始位置，进而调整pcb板130与反射镜220之间的距离，提高拉力传感器的测量准确度，降低零件加工、装配误差对拉力传感器测量的影响，拉力传感器测量准确的拉
线的拉力，有助于实现柔性可控器械在人体内的弯曲姿态的精准控制。
65.在该实施例中，第二安装座210用于连接柔性医疗器械的鞘及插入部前端柔性可控器械的拉线，拉线同第二安装座沿第一方向往复移动。
66.需要说明的是，反射镜220和第二安装座210所在的一侧可以连接柔性医疗器械的鞘及插入部前端柔性可控器械的拉线，拉线移动时，反射镜220和第二安装座210与pcb板130和第一安装座120之间的距离发生改变，pcb板130上的光感应元器件131通过测量pcb板130和反射镜220之间距离的变化，获取柔性医疗器械的鞘及插入部前端柔性可控器械的拉线上的拉力信息。
67.在该实施例中，拉力传感器可以获取内窥镜的柔性可控器械的拉线上的拉力信息，也可以获取其他末端可控的柔性医疗器械的拉线上的拉力信息。
68.需要说明的是，柔性可控器械拉线的拉力传感器可以实时感知鞘及插入部前端柔性可控器械的拉线上拉力，保证拉线张紧，准确控制柔性可控器械弯曲姿态，在实际执行中，拉线端部均匀圆周焊接在柔性可控器械内表面，拉力传感器实时检测柔性可控器械拉线的拉力，可防止拉线拉力过大损害拉线端部的焊接点，保证拉线与柔性可控器械的稳固连接。
69.根据本发明实施例提供的柔性可控器械拉线的拉力传感器，通过设置调整螺钉140，调整pcb板130与反射镜220之间的距离，降低零件加工、装配误差对拉力传感器的pcb板130与反射镜220之间距离带来的影响，提高拉力传感器的测量准确度，有助于实现柔性可控器械在人体内的弯曲姿态的精准控制。
70.在一些实施例中，拉力传感器还包括第一弹性件150。
71.如图3所示，第一弹性件150位于底座110和第一安装座120之间，第一弹性件150的两端分别与底座110和第一安装座120接触。
72.在该实施例中，使用调整螺钉140调整pcb板130的位置时，第一弹性件150顶紧第一安装座120和底座110，保证第一安装座120的位置不会发生前后移动，也即在第一方向上保证pcb板130所在的第一安装座120的位置不改变。
73.可以理解的是，第一弹性件150是用弹性材料制成的零件，在外力作用下发生形变，除去外力后可以恢复原状，调整螺钉140调整pcb板130的位置，第一弹性件150受到的外力发生改变，第一弹性件150对第一安装座120起到支撑作用。
74.在实际执行中，第一弹性件150可以为弹簧。
75.在一些实施例中，如图4所示，调整螺钉140的第一端设有调整凹槽141，调整凹槽141的形状与调整件的部分形状匹配，调整件用于部分伸入调整凹槽141并转动，以使调整螺钉140驱动第一安装座120沿第一方向往复移动。
76.需要说明的是，调整件是用于辅助调整pcb板130与反射镜220之间距离的工具，不属于拉力传感器。
77.在该实施例中，调整凹槽141的形状与调整件的部分形状匹配，调整件上形状匹配的部分伸入到调整凹槽141并转动，带动调整螺钉140转动，调整螺钉140转动以带动第一安装座120沿第一方向往复移动。
78.可以理解的是，调整件带动调整螺钉140朝不同的旋转方向转动，进而带动第一安装座120沿第一方向的正向或反向移动，以调整pcb板130与反射镜220之间距离。
79.在该实施例中，调整螺钉140的第一端安装于底座110，调整螺钉140的第一端可以通过锁紧螺母等部件锁紧安装于底座110，调整螺钉140上设有螺纹段，转动调整螺钉140的第一端，带动第一安装座120沿第一方向往复移动。
80.在实际执行中，调整螺钉140的第一端设置的调整凹槽141可以为一字型凹槽，相应的形状匹配的调整件为一字螺丝刀。
81.在一些实施例中，底座110还设有第一导柱111，第一安装座120设有第一通孔，第一导柱111贯穿第一通孔，第一导柱111的轴向方向为第一方向。
82.如图3所示，第一导柱111贯穿第一安装座120上设置的第一通孔，第一安装座120可以沿着第一导柱111的轴向方向运动，也即沿着第一方向往复运动。
83.在该实施例中，第一安装座120的作用为固定pcb板130，第一导柱111的作用为给第一安装座120的运动提供导向作用，避免第一安装座120偏离第一方向移动。
84.在实际执行中，如图3所示，第一弹性件150可以套设于第一导柱111上，通过旋转调整螺钉140改变第一安装座120的初始位置，压缩第一弹性件150顶紧第一安装座120，保证第一安装座120不会发生第一方向上的移动，第一导柱111贯穿第一安装座120上设置的第一通孔，保证第一安装座120不会发生第一导柱111的周向上的移动。
85.在一些实施例中，拉力传感器还包括安装板230和拉杆240。
86.如图5所示，第二安装座210安装于安装板230，如图6所示，安装板230设有拉杆孔，拉杆240贯穿拉杆孔，拉杆240的第一端与第二安装座210连接，拉杆240的第二端连接拉线，拉杆240用于驱动第二安装座210沿第一方向往复移动。
87.其中，拉杆240是用于连接柔性医疗器械的鞘及插入部前端柔性可控器械拉线的部件。
88.可以理解的是，反射镜220安装于第二安装座210上，拉杆240随着连接的拉线而移动，拉杆240移动时，反射镜220和第二安装座210的位置发生改变，pcb板130和反射镜220之间的距离随之改变，pcb板130和反射镜220之间的距离的变化是拉线移动而导致。
89.在该实施例中，拉杆240上可以连接拉线，拉线移动时，第二安装座210沿第一方向往复移动，根据pcb板130和反射镜220之间的距离，得到拉线上的拉力。
90.在一些实施例中，拉力传感器还包括第二弹性件250，第二弹性件250位于安装板230和第二安装座210之间，第二弹性件250的两端分别与安装板230和第二安装座210接触。
91.在该实施例中，如图5所示，第二弹性件250位于安装板230和第二安装座210之间，拉线带动第二安装座210上的反射镜220移动时，会压缩第二弹性件250产生压力，根据牛顿第三定律，第二弹性件250的压力即为拉线上的拉力，pcb板130上光感应元器件131与反射镜220的距离变化准确表征了拉线上产生的拉力。
92.在实际执行中，柔性医疗器械使用前，通过调整螺钉140调节pcb板130和反射镜220的初始距离，实现拉力传感器的校准，柔性医疗器械使用过程中，pcb板130上的光感应元器件131检测pcb板130和反射镜220间的距离，得到当前柔性可控器械拉线上的拉力。
93.可以理解的是，拉力传感器实时监测拉线上的拉力，保证拉线始终处于张紧状态，可准确控制柔性可控器械的姿态，根据拉线上的拉力，拉线的驱动装置也可精准控制拉线的前后位置，实现柔性可控器械弯曲姿态的精准控制。
94.在一些实施例中，第二弹性件250为u型弹簧片，u型弹簧片的两臂分别与安装板
230和第二安装座210接触。
95.u型弹簧片包括两臂和连接部，如图5所示，u型弹簧片的两臂分别与安装板230和第二安装座210接触，其连接部位于安装板230和第二安装座210之间。
96.可以理解的是，u型弹簧片的两臂分别与安装板230和第二安装座210接触，两臂与安装板230和第二安装座210之间的受力均匀，u型弹簧片产生的压力准确反映了拉线上的拉力。
97.在该实施例中，反射镜220固定于第二安装座210上，第二安装座210与拉杆240相连，拉线固定在拉杆240上，当拉线张紧时，拉杆240带动第二安装座210沿第一方向的正向移动，反射镜220和pcb板130的距离发生变化。
98.第二安装座210与u型弹簧片的一个臂接触，第二安装座210发生位移时压缩u型弹簧片，u型弹簧片发生形变产生压力，根据牛顿第三定律，u型弹簧片的压力即为拉线上的拉力。
99.pcb板130与反射镜220之间的距离可以通过pcb板130上的光感应元器件131得到，进而根据反射镜220移动的距离得到拉线上的拉力的数值。
100.需要说明的是，当拉杆240不动时，u型弹簧片与第二安装座210只接触；当拉杆240移动时，第二安装座210使得u型弹簧片发生形变产生压力，u型弹簧片的压力与拉线的拉力相同。
101.在一些实施例中，安装板230还设有第二导柱231，第二安装座210设有第二通孔，第二导柱231贯穿第二通孔，第二导柱231的轴向方向为第一方向。
102.如图5所示，第二导柱231贯穿第二安装座210上设置的第二通孔，第二安装座210可以沿着第二导柱231的轴向方向运动，也即沿着第一方向往复运动。
103.在该实施例中，第二安装座210的作用为固定反射镜220，第二导柱231的作用为给第二安装座210的运动提供导向作用，避免第二安装座210偏离第一方向移动，保证第二安装座210不会发生在第二导柱231的周向上的移动。
104.在一些实施例中，反射镜220的反射面为镀铝层。
105.在该实施例中，镀铝层的反射率高、响应时间短，以镀铝层作为反射镜220的反射面，可以有效提高光感应元器件131检测pcb板130和反射镜220间的距离的速率和精度。
106.在实际执行中，可以在玻璃板上设置镀铝层，得到反射镜220。
107.在一些实施例中，拉力传感器还包括外罩310和盖板320。
108.如图7所示，外罩310安装于底座110和安装板230之间，外罩310限定出具有敞口的容纳腔，第一安装座120、pcb板130、第二安装座210和反射镜220均位于容纳腔内，盖板320盖合于敞口。
109.在该实施例中，拉力传感器的外罩310限定出具有敞口的容纳腔，第一安装座120、pcb板130、第二安装座210和反射镜220均位于容纳腔内，底座110为第一安装座120和外罩310提供固定及支撑功能，盖板320盖合于敞口，拉力传感器的外观简洁、占用空间小且结构紧凑。
110.本发明实施例的拉力传感器应用于检测柔性医疗器械的鞘及插入部前端的柔性可控器械拉线上的拉力。
111.柔性医疗器械为鞘及插入部的二级同心式导管结构，鞘及插入部前端为可弯曲的
柔性可控器械，柔性可控器械的弯曲姿态由拉线控制，柔性可控器械包括多根拉线，拉线均匀圆周分布在柔性可控器械上，每根拉线对应一个拉力传感器，每个拉力传感器通过pcb板130上光感应元器件131及反射镜220之间距离的变化，确定拉线的拉力大小。
112.在该实施例中，柔性医疗器械使用前，可以通过调整螺钉140调节pcb板130和反射镜220的初始距离，实现拉力传感器的校准，柔性医疗器械的使用过程中，pcb板130上的光感应元器件131检测pcb板130和反射镜220间的距离，得到当前柔性可控器械的拉线上准确的拉力，辅助实现柔性可控器械在人体内弯曲姿态的精准控制。
113.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。