申请/专利权人：微创(上海)医疗机器人有限公司

申请日：2017-09-22

公开（公告）日：2020-11-27

公开（公告）号：CN108210078B

主分类号：A61B34/37(20160101)

分类号：A61B34/37(20160101);A61B90/00(20160101);A61B17/00(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.11.27#授权;2018.07.24#实质审查的生效;2018.06.29#公开

摘要：本发明提供了一种手术机器人系统，包括从端设备和计算单元，所述从端设备包括机械臂、手术器械、套管和敏感元件，所述机械臂用于驱动手术器械围绕不动点运动，所述套管与机械臂的末端可拆卸地连接，所述套管的轴线经过不动点，所述手术器械与机械臂的末端可拆卸地连接并通过套管向远端延伸，所述敏感元件设置在套管上并用于感测套管的轴向变形，所述计算单元根据敏感元件感测而获得所述套管的受力，进而得到手术器械末端的径向受力。本发明的手术机器人系统具备力反馈功能，并以直接测量的方式获取手术器械末端的径向力，径向力的测量更为准确，而且无需添加额外的零件，降低了手术器械的质量以及结构的复杂性。

主权项：1.一种手术机器人系统，包括从端设备和计算单元；其中，所述从端设备包括机械臂、手术器械、套管和敏感元件；所述套管被配置为与所述手术器械相接触时形成点接触；所述套管包括一个参考点，所述参考点位于不动点处；所述敏感元件设置在所述参考点远离所述机械臂末端的一侧；所述机械臂用于驱动所述手术器械围绕一不动点运动；所述套管与所述机械臂的末端可拆卸地连接，且所述套管的轴线经过所述不动点；所述手术器械与所述机械臂的末端可拆卸地连接，并通过所述套管向远端延伸；所述敏感元件设置在所述套管上并用于感测所述套管的轴向变形；所述计算单元根据所述敏感元件感测而获得所述套管在点接触处的受力，进而得到所述手术器械末端的径向受力。

全文数据：手术机器人系统技术领域[0001]本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种手术机器人系统。背景技术[0002]在手术机器人辅助下的外科手术的常见场景中，医生在远离病人的位置操作机器人的主端，按照主从操作的控制模式，以此来控制从端机器人的外科器械在手术部位的运动。主端的形式包括但不限于串联同构机械臂、串联异构机械臂、并联机械臂、外骨骼手套等，通过这些装置可以控制外科器械在手术部位的位置和朝向。[0003]—般而言，从端机器人具有多个机械臂，可持手术器械和内窥镜。在这样的使用场景中，存在一个非常重要的问题是如何让医生准确地感受到手术器械与组织互动所产生的结果，即医生需要获得手术器械施加的力的可感知的指示，该力也是人体组织施加于手术器械末端的力。[0004]其中，达芬奇手术机器人系统作为佼佼者，已经获得了全世界的任可。但是，目前国内外，包括达芬奇系统中手术器械均存在着某些不足，主要表现为如下几点：[0005]1一些手术机器人不具有力反馈机制;所述力反馈机制，即是手术器械在实际的手术过程中，不能反馈其实际的工作环境及状态，这会使得医生在操作过程中无法感知手术器械碰到的视野之外的干扰，或是无法感知手术器械触碰到某些人体结构，这会很大程度地影响医生的使用感觉，同时会影响手术的效果，甚至会导致手术失败。[0006]2另一些手术机器人虽具有力反馈系统，但其上的力反馈系统的计算和结构繁杂;现有的手术机器人一般采用间接的力反馈系统实现手术器械的力反馈，例如添加额外的零件，或是对传动机构进行测量，转变为手术器械的受力情况等，这将较大增加手术器械的质量以及结构的复杂性，不符合机器人用手术器械的设计宗旨。发明内容[0007]本发明的目的在于提供一种手术机器人系统，以解决现有技术中手术器械末端接触力测量的结构和计算复杂以及准确度低等问题。[0008]为实现上述目的，本发明提供了一种手术机器人系统，包括从端设备和计算单元；其中，所述从端设备包括机械臂、手术器械、套管和敏感元件;所述机械臂用于驱动所述手术器械围绕一不动点运动;所述套管与所述机械臂的末端可拆卸地连接，且所述套管的轴线经过所述不动点;所述手术器械与所述机械臂的末端可拆卸地连接，并通过所述套管向远端延伸;所述敏感元件设置在所述套管上并用于感测所述套管的轴向变形;所述计算单元根据所述敏感元件感测而获得所述套管的受力，进而得到所述手术器械末端的径向受力。[0009]可选的，所述套管的内壁上设置有凸起，所述凸起被配置为与所述手术器械相接触时形成点接触;所述套管包括一个参考点，所述参考点位于所述不动点处，且所述凸起和所述敏感元件均设在所述参考点远离所述机械臂末端的一侧;所述计算单元根据所述敏感元件感测而获得所述套管在点接触处的受力，进而得到所述手术器械末端的径向受力。[0010]可选的，所述凸起的数量为1个;或者，所述凸起的数量为多个，且多个所述凸起对称分布在所述套管的内壁上。[0011]可选的，所述套管与所述手术器械同轴布置且与所述套管呈间隙配合。[0012]可选的，所述套管包括一安装座，所述安装座用于与所述机械臂的末端可拆卸地连接。[0013]可选的，所述敏感元件设置在相对于所述凸起更接近所述机械臂末端的位置。[0014]可选的，所述敏感元件为多个，多个所述敏感元件对称分布在所述套管的内表面和或外表面上。[0015]可选的，所述手术器械包括动力模组、器械杆、第一特征点、第二特征点和第三特征点，所述动力模组和所述器械杆的近端连接，所述器械杆被配置为与所述套管相接触时形成点接触，所述第一特征点位于所述动力模组和所述器械杆连接处，所述第二特征点位于所述套管的末端，所述第三特征点位于所述手术器械的末端;所述计算单元根据所述第二特征点处受力、第一特征点与第二特征点之间的距离以及第一特征点与第三特征点之间的距离得到所述第三特征点处的径向受力。[0016]可选的，所述手术器械包括动力模组、器械杆、第一特征点、第二特征点和第三特征点，所述动力模组和所述器械杆的近端连接，所述器械杆被配置为与所述凸起相接触时形成点接触，所述第一特征点位于所述动力模组和所述器械杆连接处，所述第二特征点位于所述凸起与所述器械杆相接触处，所述第三特征点位于所述手术器械的末端;所述计算单元根据所述第二特征点处受力、第一特征点与第二特征点之间的距离以及第一特征点与第三特征点之间的距离得到第三特征点处的径向受力。[0017]可选的，所述手术器械包括动力模组，以及将所述动力模组的输出力传递至所述手术器械末端的力传递机构，所述动力模组包括一驱动手术器械轴向运动的轴向驱动马达，所述计算单元根据轴向驱动马达的输出力、传递机构的减速比得到所述手术器械末端的轴向受力。[0018]可选的，所述轴向驱动马达的输出力通过马达电流计算得到或者传感器测量得到。[0019]可选的，所述手术器械的外表面上设置有涂层，以减小所述手术器械与所述套管之间的摩擦力。[0020]可选的，所述手术机器人系统还包括主端设备，所述主端设备包括示力装置，以使所述手术器械末端径向力被感知。[0021]可选的，所述示力装置为一设有马达的主手，所述马达与计算单元通讯连接，或者所述示力装置为一成像系统。[0022]综上所述，在本发明提供的手术机器人系统中，包括从端设备和计算单元，其中从端设备包括机械臂、手术器械、套管和敏感元件，所述敏感元件设置在所述套管上并用于感测所述套管的轴向变形，进而所述计算单元根据所述敏感元件感测而获得了套管受力，进而根据套管在接触处受力得到所述手术器械末端的径向受力。优选，所述套管的内壁上设置有凸起，所述凸起被配置为与所述手术器械相接触时形成点接触，所述计算单元根据所述敏感元件感测而获得套管在点接触处受力，进而得到所述手术器械末端的径向受力。当所述手术器械末端受外力作用，而发生变形与所述套管接触时，接触的部位即为手术器械提供了一个支撑力，该支撑力与该外力的径向分力（即径向力）呈相应的力矩平衡关系，因此通过测量手术器械与套管间的接触力，即可准确地、唯一地测定手术器械末端所受到的径向力，同时还可以避免手术器械末端结构的变化等所产生的测量误差。特别是，套管内部设有的凸起被配置为与手术器械形成点接触关系，通过测量套管凸起处与手术器械间的接触力，可以进一步提尚获得的手术器械末端径向受力的精确性。[0023]与使用电机力计算手术器械末端的受力的现有技术相比，本发明提供的手术机器人系统，一方面力传导路径简单，径向力的测量更为准确;另一方面获取手术器械末端的径向力的方式简易，无需添加额外的零件，降低了手术器械的结构的复杂性，而且还便于安装。此外，由于对手术器械的改动较少，因此现有各种的手术器械均可以在本发明提供的手术机器人系统使用。附图说明[0024]图1是本发明一实施例的手术机器人系统的结构示意图；[0025]图2是本发明一实施例的手术器械的结构示意图；[0026]图3是本发明一实施例的手术器械通过套管并在末端受到人体组织施加的作用力时的不意图；[0027]图4a是本发明一实施例的套管的横向剖视图；[0028]图4b是本发明另一实施例的套管的横向剖视图；[0029]图4c是本发明其他实施例的套管的横向剖视图；[0030]图5是本发明一实施例的手术器械的受力示意图；[0031]图6是本发明一实施例的套管的结构示意图；[0032]图7是本发明另一实施例的套管的结构示意图。[0033]附图标记说明如下：[0034]手术台车-1，机械臂-2，手术器械-3，动力模组-301，器械杆-302，末端执行器-303，内窥镜-4，立体成像系统-5，主手-6，扶手-7，患者-8，计算单兀-10;[0035]套管-9，901-安装座，凸起-902，敏感元件-903。具体实施方式[0036]为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图1〜7对本发明提出的手术机器人系统做进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。如说明书中所述，“末端”、“远端”指的是远离产品操作者、靠近病人的一端，“头端”、“近端”指的是靠近产品操作者、远离病人的一端。[0037]图1是本发明一实施例的手术机器人系统的结构示意图，所述手术机器人系统包括从端设备。所述从端设备包括手术台车1、机械臂2、手术器械3、内窥镜4和套管9。所述手术台车1作为整个所述从端设备的基座，支撑着全部的机械机构，同时该手术台车1可在地面上移动，使所述从端设备能够靠近或远离患者8。[0038]所述机械臂2安装于手术台车1上并具有多个自由度，用于驱动所述手术器械3围绕一不动点RemoteCenterofMotion，RCM运动。当所述手术台车1到达患者8附近时，通过对机械臂2的调整，使手术器械3到达手术的规划位置，即通过调整手术台车1和机械臂2，使所述不动点位于病患位置附近。所述手术器械3安装于机械臂2的末端，可以与所述机械臂2末端相对固定连接，也可以与所述机械臂2末端可移动连接。手术器械3作为整个所述从端设备的末端执行器，其最终将进入患者体内病灶区，实现对病灶的处理。在整个手术期间，所述手术器械3需要围绕所述不动点实现多个自由度的运动，为了防止手术器械3的运动导致人体表面组织受损，同时为了人体体内形成密封环境的需要，在手术器械3与人体表面组织接触的部位之间设有所述套管9。所述套管9与机械臂2末端可拆卸地连接，且所述套管9的轴线经过所述不动点。所述手术器械3的一端与机械臂2的末端可拆卸地连接，且另一端通过所述套管9后向远端延伸进入患者体内病灶区，由此手术器械3可以与套管9同步围绕所述不动点转动，但所述手术器械3可以在套管9中实现以下运动中的一种或多种运动：轴向移动和轴向转动。[0039]所述内窥镜4安装于不同于手术器械3之机械臂2的末端，并用于采集手术环境中的图像信息。该图像信息包括但不限于人体病患组织信息以及手术器械3的位置信息。而且，所述内窥镜4安装在机械臂2上后，与下述的主端设备通讯连接，以实时显示内窥镜4采集的手术环境中的信息。所述内窥镜4可以是立体式，也可以是非立体式，具体不限。[0040]如图1所示，所述手术机器人系统还包括主端设备，所述主端设备包括成像系统5、主手6和扶手7。手术时，一方面所述内窥镜4的采集的信息通过成像系统5展现，医生通过成像系统5即可实时观察手术过程中手术器械3的运动，同时医生根据观察的结果通过主手6的操作来控制手术器械3下一步运动。手术过程中，医生在控制台通过成像系统5观察手术器械末端在患者体内的位置和运动，并通过主手6控制手术器械末端的下一步操作，进而完成微创伤手术。医生通过主手6操控手术器械3以完成多维的空间运动，诸如俯仰、摆动、自转以及开合等动作，进而完成整个手术过程。所述扶手7可支撑医生的手臂，使医生在长时间手术过程中能保持较高的舒适感，同时，所述扶手7可升降，使其满足不同医生的需求。[0041]同时，所述手术机器人系统还包含计算单元10,所述计算单元10分别与所述主端设备和所述从端设备通讯连接，例如通过数据线缆相连或者无线通讯连接。而所述计算单元10则负责根据控制策略，处理传感器数据并计算、控制中需要的各类数据。所述计算单元10可以通过敏感元件903传递的数据例如形变数据、受力数据得到套管9的受力，进而得到手术器械3末端的受力，之后所述计算单元10将手术器械3末端的力信息发送至所述主端设备的示力装置，以使手术器械3末端的受力被感知。所述示力装置可以是成像系统5,以在成像系统5中显示手术器械3末端受力的大小与方向。[0042]所述示力装置也可以是设有马达的主手6,医生在操作过程中，所述计算单元10根据手术器械3末端的力信息对主手6的马达进行控制，以对医生施以作用力。显然，从主手6到手术器械3的控制是手术机器人系统主从控制的基础，为了更好的重现手术过程，即重现手术器械3在实际操作中所遇到的受力状况，需将手术器械3自身的受力状况反馈到主手6，使手术器械3具备力反馈的功能。因此，通过所述敏感元件903的数据例如形变数据、受力数据得到套管9的受力后，再进而根据套管9的受力得到手术器械3末端的受力，之后，所述计算单元10可以向主手6的马达发出力矩指令，以使操作者感受到手术器械3末端的受力情况。更优选，所述主手6还设有振动马达。当通过所述敏感元件903的数据例如形变数据、受力数据得到手术器械3末端的受力超过预设阈值之后，所述计算单元10可以向主手6的振动马达发出振动指令，提醒操作者注意手术器械3的末端受力较大的情况。[0043]本实施例提供的手术机械人系统可以测量手术器械3末端所受到的径向力，即在垂直于手术器械3的轴线方向上的力。[0044]图2为本发明一实施例提供的手术器械的结构示意图。如图2所示，所述手术器械3包括动力模组301、器械杆302、力传递机构和末端执行器303。所述力传递机构例如为丝传动，容纳于所述器械杆302中，并分别与动力模组301和末端执行器303连接。所述动力模组301位于器械杆302的头端（即近端，靠近操作者的一端），所述末端执行器303位于器械杆302的末端（即远端，远离操作者的一端）。所述动力模组301为末端执行器303提供驱动力，其通过所述力传递机构将驱动力传递至末端执行器303,使得末端执行器303能够完成多维的旋转运动和末端器械的开合等。所述末端执行器303实现对患者病灶区的具体手术操作，包括剪切、探伤、夹持等动作，但是，本发明对末端执行器303的种类没有任何限制，可以是剪刀、钳子、探针等器械。[0045]另外，为了便于检测，所述手术器械3还包括一个坐标系，该坐标系不限于图中的直角坐标系，还可以是柱坐标系、极坐标系等。以直角坐标系为例，如图2和图3所示，所述直角坐标系建立有三个轴线，分别为X轴线、y轴线和z轴线，z轴线沿器械杆302的轴线方向设置，X轴线垂直于器械杆302的轴线，y轴线根据右手法则确定。实际手术过程中，所述手术器械3的末端（即末端执行器303所在的一端与人体组织发生互动，而所述手术器械3—般向人体组织施加三个轴线方向的力，那么，根据作用力与反作用力原理，所述手术器械3的末端同样会在该三个轴线方向上受到大小相同、方向相反的反作用力，而在X轴线和y轴线上的反作用力便可通过所述敏感元件903、计算单元10获得。下面对此具体说明。[0046]本实施例中，所述动力模组301与器械杆302的近端连接，且所述器械杆302穿设于套管9中，较佳地，所述器械杆302被配置为与套管9相接触时形成点接触。通过测量套管9与手术器械3点接触处的接触力，可以进一步提高获得的手术器械末端径向受力的精确性。[0047]图6为本发明一实施例提供的套管的结构示意图（凸起902位于套管9内部，用虚线表示）。如图6所示，所述套管9包括一个安装座901，用于与机械臂2的末端可拆卸地连接。所述套管9还包括设置在套管9内壁上的凸起902。所述敏感元件903粘贴在套管9上。同时所述套管9还包括一个参考点（未图示，参考点相对于安装座901的位置固定），所述参考点设置在所述不动点RCM处。其中，所述凸起902和敏感元件903均设在所述参考点远离所述安装座901的同一侧亦即所述参考点远离所述机械臂末端的一侧），但所述凸起902相较于所述敏感元件903更远离所述安装座901，亦即更加远离所述机械臂末端。[0048]安装时，所述器械杆302穿设于套管9中，同时所述凸起902被配置为与器械杆302接触时形成点接触，优选所述器械杆302与套管9形成同轴且间隙配合关系。所述敏感元件903既可以安装在套管9的内表面上，也可以安装在套管9的外表面上。另外，所述套管9远离安装座901的一端形成为尖端尖端与凸起902处于所述参考点远离所述安装座901的同一侧），可用于戳破物体，从而拓展其功能。[0049]在本实施例中，所述凸起902的数量为一个。如图4a所示，一个凸起902可以被构造成一个圆环形的凸起。在其他实施例中，所述凸起902的数量还可以为多个，如图4b和图4c所示，图中的凸起902为四个，多个凸起902优选对称分布。然而本发明对凸起902的数量不作特别的限定。[0050]本发明对所述凸起902的形状没有特别的限制，只要保证器械杆302与套管9形成点接触即可。也因如此，所述凸起902的轴向宽度应尽可能小。如图4b，在一个实施例中，所述凸起902通过弧面与器械杆302的外表面形成点接触，或者，如图4c所示，所述凸起902还可通过平面与器械杆302的外表面形成点接触，而所述器械杆302为圆形杆。[0051]此外，所述敏感元件903优选设置在相对于所述凸起902更加接近安装座901的地方亦即更加接近所述机械臂末端），以更好地感测套管9的轴向形变，提高测量的精确性，例如所述敏感元件903设置在所述参考点与所述凸起902之间的套管上如图6所示）。所述敏感元件903的数量优选为多个，如三个或四个，更优选对称分布。在本实施例中，所述敏感元件903为四个，其中两个位于X轴上且关于y轴对称布置，另外两个位于y轴上且关于X轴对称布置。所述敏感元件903不限于箱式应变片、半导体电阻应变片、压电传感器或半导体压力传感器等。[0052]图3为本发明一实施例提供的手术器械通过套管并在末端受到人体组织施加的作用力时的示意图。如图3所示，可取器械杆302的末端指向头端的方向为z轴线的正向，在实际手术过程中，所述手术器械3的末端将受到Fx、Fy和Fz三个方向上的反作用力，其中，Fx指向X轴线的正向，Fy指向y轴线的正向，Fz指向z轴线的正向，且所述计算单元10用于得到其中的径向力Fx和Fy或者两者的合力Fxy。[0053]当所述手术器械3的末端在三个轴线方向上受到反作用力时，所述器械杆302将发生形变，并同时对所述套管9的凸起902处施加以接触力，而施加于凸起902处的所述接触力可以通过套管9上的敏感元件903直接感测。进而，根据套管9对器械杆302所施加的反作用力与手术器械末端径向力之间的力学关系，所述计算单元10计算得到手术器械末端的径向力Fx和Fy，或者Fxy。具体来说，手术器械3的末端受到外力作用，所述器械杆302发生变形时，器械杆302与凸起902发生点接触。点接触特征阻止器械杆302发生进一步变形，同时敏感元件903随着套管9的轴向变形而被拉伸或挤压，使其可感知器械杆302对套管9的接触力，进而获得套管9的反作用力Fm或者用沿X轴线的反作用力Fmx和沿y轴线的反作用力Fmy表示。[0054]进一步，前述数学关系可以由器械杆302上的第一特征点相对于第二特征点和第三特征点之间的杆长来建立。所述第一特征点为器械杆302的近端点（即与动力模组301相结合的点），所述第一特征点也是动力模组301与器械杆302相连接的点。所述第二特征点位于凸起902与器械杆302相接触处。所述第三特征点位于手术器械3的末端。如图5所示，所述第一特征点和第二特征点之间的杆长Ll，以及第一特征点和第三特征点之间的杆长L2,均可以通过有效的手段预先获知。例如，所述杆长L2可以预先测量获知。而杆长Ll随着手术器械3的伸缩运动而不断变化，因此不能预先测量获知。此时需要获知在手术机器人初始化时所述杆长Ll的初始值Lis。其中，所述机械臂2上的伸缩关节驱动所述手术器械3相对于所述套管9沿套管9的轴向相对移动，所述伸缩关节上的位移传感器实时获知手术器械3相对于初始位置的位移AL，进而可以实时获得所述杆长LI=Lls+ΔL。[0055]图5为本发明一实施例的手术器械的受力情况示意图。如图5所示，所述器械杆302在其第一特征点处受到的合力矩M应为零，且该合力矩M由三部分组成，分别是：[0056]1、第三特征点处受到的径向力Fxy相对于第一特征点的力矩，Fxy是Fx和Fy的合力，Fx沿X轴线，Fy沿y轴线；[0057]2、第二特征点处受到的反作用力?„合力相对于第一特征点的力矩；[0058]3、第一特征点处受到的支座力矩。[0059]在实际使用中，鉴于套管9与器械杆302的配合，以及动力模组301与器械杆302的连接，使得动力模组301对器械杆302所施加的支座力矩可以忽略不计。此时Fxy与Fm处于同一平面，同时分别于器械杆302的轴向垂直。因此，径向力Fxy在第一特征点处形成的力矩FxyL2,与接触力?„在第一特征点处形成的力矩FmLl，两者大小相等且方向相反，S卩FxyL2+FmLl=O,其中LI和L2为已知参数，Fm通过敏感元件903直接测量得到大小及方向，Fxy为待计算得到的末端点目标径向受力。即，力矩FxyL2大小为径向力Fxy的大小与L2大小的乘积；同样，力矩FmLl大小为反作用力Fm的大小与Ll大小的乘积。因此，径向力Fxy可以简单表示如下，负号表不与反作用力Fm方向相反。[0061]进而，针对手术器械3的末端在z轴线上轴向上）的受力Fz，可以通过其它途径获取。本实施例中，优选，所述动力模组301包括驱动手术器械3轴向运动的轴向驱动马达，所述计算单元10根据所述轴向驱动马达的输出力、传递机构的减速比得到所述手术器械3末端的轴向受力Fz。这里轴向马达输出力可以根据轴向马达的电流计算得到，又可以根据轴向马达输出轴上的传感器直接测量得到。[0062]其中，为了避免来自于器械杆302在套管9中滑动摩擦所引起的信号干扰，优选的，在器械杆302的外表面上设置有能够减小器械杆302与凸起902之间摩擦力的涂层，例如特氟龙涂层，从而消除滑动摩擦所造成的不期望的干扰信号，提升轴向力测量的准确性。[0063]需要补充的是，所述套管9内设有凸起结构为本发明的优选实施例。本领域技术人员应知道，如图7所示的套管9,即所述套管9内为光滑、无凸起结构，也可以解决技术问题实现相似的功能效果。此时，所述第二特征点位于套管9的末端。根据前述实施例中阐述的原理及关系，也可以计算出相应的长度关系，并进行对手术器械末端径向受力的计算。[0064]上述实施例对手术器械末端受力的测量、计算原理进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反_-〇[0065]此外，所述计算单元10可以采用现有的PLC控制器、单片机、微处理器等，本领域技术人员可在本申请公开基础上结合本领域的公知常识能够知晓如何选择。[0066]综上所述，本发明提供的手术机器人系统，包括从端设备和计算单元，其中从端设备包括机械臂、手术器械、套管和敏感元件，所述敏感元件设置在所述套管上并用于感测所述套管的轴向变形，进而所述计算单元根据所述敏感元件感测而获得了套管受力，进而根据套管在接触处受力得到所述手术器械末端的径向受力。优选，所述套管的内壁上设置有凸起，所述凸起被配置为与所述手术器械相接触时形成点接触，所述计算单元根据所述敏感元件感测而获得套管在点接触处受力，进而得到所述手术器械末端的径向受力。当所述手术器械末末端受到外力的作用，而发生变形与所述套管接触时，接触的部位即为手术器械末提供了一个支撑力（即上文的反作用力），该支撑力与手术器械末端受到的外力的径向分力（即径向力）呈相应的力矩平衡关系，因此通过测量手术器械受到套管的接触力，即可准确地、唯一地测定手术器械末端所受到的径向力，同时还可以避免手术器械末端结构的变化等所产生的测量误差。特别是，套管内部设有的凸起被配置为与手术器械形成点接触关系，通过测量套管凸起处与手术器械间的接触力，可以进一步提高获得的手术器械末端径向受力的精确性。[0067]与使用电机力去计算手术器械末端的受力的现有技术方案相比，本发明提供的手术机器人系统，一方面力传导路径简单，径向力的测量更为准确;另一方面获取手术器械末端的径向力的方式简易，无需添加额外的零件，降低了手术器械的结构的复杂性，而且还便于安装。此外由于对手术器械的改动较少，因此现有各种的手术器械均可以在本发明提供的手术机器人系统使用。[0068]上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

权利要求：1.一种手术机器人系统，包括从端设备和计算单元;其中，所述从端设备包括机械臂、手术器械、套管和敏感元件；所述机械臂用于驱动所述手术器械围绕一不动点运动；所述套管与所述机械臂的末端可拆卸地连接，且所述套管的轴线经过所述不动点；所述手术器械与所述机械臂的末端可拆卸地连接，并通过所述套管向远端延伸；所述敏感元件设置在所述套管上并用于感测所述套管的轴向变形；所述计算单元根据所述敏感元件感测而获得所述套管的受力，进而得到所述手术器械末端的径向受力。2.如权利要求1所述的手术机器人系统，其特征在于，所述套管的内壁上设置有凸起，所述凸起被配置为与所述手术器械相接触时形成点接触;所述套管包括一个参考点，所述参考点位于所述不动点处，且所述凸起和所述敏感元件均设在所述参考点远离所述机械臂末端的一侧;所述计算单元根据所述敏感元件感测而获得所述套管在点接触处的受力，进而得到所述手术器械末端的径向受力。3.如权利要求2所述的手术机器人系统，其特征在于，所述凸起的数量为1个;或者，所述凸起的数量为多个，且多个所述凸起对称分布在所述套管的内壁上。4.如权利要求2所述的手术机器人系统，其特征在于，所述敏感元件设置在相对于所述凸起更接近所述机械臂末端的位置。5.如权利要求1〜4任一项所述的手术机器人系统，其特征在于，所述敏感元件为多个，多个所述敏感元件对称分布在所述套管的内表面和或外表面上。6.如权利要求1或2所述的手术机器人系统，其特征在于，所述套管包括一安装座，所述安装座用于与所述机械臂的末端可拆卸地连接。7.如权利要求1或2所述的手术机器人系统，其特征在于，所述套管与所述手术器械同轴布置且与所述套管呈间隙配合。8.如权利要求1所述的手术机器人系统，其特征在于，所述手术器械包括动力模组、器械杆、第一特征点、第二特征点和第三特征点，所述动力模组和所述器械杆的近端连接，所述器械杆被配置为与所述套管相接触时形成点接触，所述第一特征点位于所述动力模组和所述器械杆连接处，所述第二特征点位于所述套管的末端，所述第三特征点位于所述手术器械的末端;所述计算单元根据所述第二特征点处受力、第一特征点与第二特征点之间的距离、第一特征点与第三特征点之间的距离得到所述第三特征点处的径向受力。9.如权利要求2所述的手术机器人系统，其特征在于，所述手术器械包括动力模组、器械杆、第一特征点、第二特征点和第三特征点，所述动力模组和所述器械杆的近端连接，所述器械杆被配置为与所述凸起相接触时形成点接触，所述第一特征点位于所述动力模组和所述器械杆连接处，所述第二特征点位于所述凸起与所述器械杆相接触处，所述第三特征点位于所述手术器械的末端;所述计算单元根据所述第二特征点处受力、第一特征点与第二特征点之间的距离、第一特征点与第三特征点之间的距离得到所述第三特征点处的径向受力。10.如权利要求1或2所述的手术机器人系统，其特征在于，所述手术器械包括动力模组，以及将所述动力模组的输出力传递至所述手术器械末端的传递机构，所述动力模组包括一驱动手术器械轴向运动的轴向驱动马达，所述计算单元根据所述轴向驱动马达的输出力、传递机构的减速比得到所述手术器械末端的轴向受力。11.如权利要求10所述的手术机器人系统，其特征在于，所述轴向驱动马达的输出力通过马达电流计算得到或者传感器测量得到。12.如权利要求10所述的手术机器人系统，其特征在于，所述手术器械的外表面上设置有涂层，以减小所述手术器械与所述套管之间的摩擦力。13.如权利要求1或2所述的手术机器人系统，其特征在于，所述手术机器人系统还包括主端设备，所述主端设备包括示力装置，以使所述手术器械末端的径向力被感知。14.如权利要求13所述的手术机器人系统，其特征在于，所述示力装置为一设有马达的主手，所述马达与计算单元通讯连接，或者所述示力装置为一成像系统。

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