技术摘要：
本发明公开一种眼科手术机器人柔性力敏操作机构，包括操作臂和微型执行端。操作臂包括：前端连接环、操作末端、电缆和补偿弹簧；围绕内层螺旋弹簧外层铺设多条电缆，电缆的外层安装外层螺旋弹簧形成柔性轴，电缆的外层安装硬质套形成刚性轴；电缆一端与前端连接环连接  全部
背景技术：
目前眼部疾病众多，黄斑裂孔是临床上常见的一种眼底病，其可导致患者视觉功 能严重受损，甚至发生视网膜脱离、眼球萎缩。一般认为，特发性黄斑裂孔可能与玻璃体牵 拉有关。该病起病隐匿，常在另一只眼被遮盖时才被发现，因此早期发现并及时治疗，是影 响患者最终愈后的关键因素。临床上主要依靠眼科医生眼底检查及OCT辅助检查对该疾病 进行诊断和分期。目前，通过玻璃体切除，特别是剥除玻璃体后皮质、视网膜前膜或内界膜， 松解黄斑裂孔周围的牵拉是最主要和有效的治疗手段。然而，手术过程中由于医生手部自 然抖动、长时间操刀身体劳累、病变体眼部空间视野角度狭小致使操作不当等原因，会引起 白内障、视野缺损、医源性视网膜裂孔、黄斑裂孔扩大、光毒性引起的视网膜色素病变等并 发症。因此，如何精确定位上述牵拉因素所在层次结构、消除非自愿运动如震动、急促和低 频漂移，克服生理障碍，开发新的眼内手术方式、提高现有手术操作的安全性，同时增加医 生视野角度、降低手术创伤或视野不清等引起的医源性损伤，是急需攻克的难关。 对于眼科手术机器人的研究是解决此类问题的关键，从目前的发展趋势来看，国 外的眼科手术机器人如数百万美元的系统——达芬奇主/从机器人，是商业上成功的，可以 进行微创外科手术，但是该系统成本太高、手术费用很大，同时机器人体积庞大、刚性结构 自由度较低是制约其进一步发展和拓宽医疗市场的关键因素。因此研究与创新新型、小型、 低成本柔性的眼科手术机器人是未来发展的方向，使其进入更广阔的市场，为医疗经济带 来巨大价值。
技术实现要素：
为解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供具有微小接触力检测与反馈、 带照明成像、具有柔性操作臂、高精度驱动的一种眼科手术机器人柔性力敏操作机构，使其 应用于眼科手术机器人。 为实现上述目的，本发明采用以下技术手段： 一种眼科手术机器人柔性力敏操作机构，包括：机器人操作臂和微型执行端； 所述操作臂包括：前端连接环、操作末端、内层螺旋弹簧、电缆、外层螺旋弹簧和补 偿弹簧；围绕所述内层螺旋弹簧外层铺设多条电缆，所述电缆的外层安装外层螺旋弹簧形 成柔性轴，所述电缆的外层安装硬质套形成刚性轴；所述电缆一端与前端连接环连接，所述 电缆的另一端与操作末端连接；所述操作末端为刚性中空结构，所述补偿弹簧安装在所述 操作末端内的电缆上；所述操作末端端部内装有托架和末端控制模块，所述托架套设在所 述电缆上且与所述电缆固定连接；所述补偿弹簧一端与操作末端内端弹性接触，另一端与 托架内侧弹性接触；所述末端控制模块设置在所述托架外部； 所述微型执行端安装在所述前端连接环上用于进行眼科手术。 4 CN 111544197 A 说　明　书 2/6 页 作为本发明的进一步改进，所述柔性轴包括第一柔性轴和第二柔性轴，刚性轴设 置在第一柔性轴和第二柔性轴之间；第一柔性轴与前端连接环连接，第二柔性轴与操作末 端连接。 作为本发明的进一步改进，所述第二柔性轴上的外层螺旋弹簧为闭合拉伸弹簧， 内层螺旋弹簧、补偿弹簧和第一柔性轴上的外层螺旋弹簧均为压缩弹簧。 作为本发明的进一步改进，所述电缆沿径向设置在所述内层螺旋弹簧和外层螺旋 弹簧之间环形腔内，且内外层螺旋弹簧半径差与电缆直径相等。 作为本发明的进一步改进，还包括设置在前端连接环上照明成像模块和设置在所 述托架外部的末端控制模块；所述前端连接环为圆环，所述照明成像模块以粘连方式安装 在前端连接环外侧，所述照明成像模块与末端控制模块电连接。 作为本发明的进一步改进，所述照明成像模块包括微型摄像机、LED灯和底板；所 述LED灯沿所述底板圆周方向均匀设置，所述微型摄像机设置在底板上；所述底板集成微型 摄像机控制电路以驱动所述微型摄像机工作；所述底板的引线穿过过内层螺旋弹簧中心孔 连接到末端控制模块。 作为本发明的进一步改进，所述前端连接环能够沿任意方向弯曲180°且弯曲半径 为0～5mm。 作为本发明的进一步改进，所述微型执行端包括微型手术钳、刚性杆、微型直线驱 动马达和滑块组件； 所述刚性杆为中空刚性杆，刚性杆一端与滑块组件连接； 所述微型手术钳的连接端插入所述刚性杆另一端中，且所述连接端固定在一微型 执行端底座上； 所述滑块组件通过所述微型线性驱动马达带动沿着微型执行端底座的销移动。 作为本发明的进一步改进，所述微型执行端还包括FBG光纤光栅传感器； 所述刚性杆沿其外周均匀布置多个FBG光纤光栅传感器，且所述FBG光纤光栅传感 器集成在所述刚性杆外周靠近微型手术钳一端。 作为本发明的进一步改进，所述微型执行端还包括磁力位置传感器和磁棒； 所述滑动组件的上端侧面设置有所述磁力位置传感器，所述微型执行端底座侧面 设置与所述磁力位置传感器配合的所述磁棒。 与现有技术相比，本发明具有以下优点： 本发明采用螺旋弹簧和外螺旋弹簧代替传统的压缩弹簧和万向轮，使电缆绕线更 加简单，通过手动或自动控制所述柔性操作臂中末端托架所固定的电缆，实现柔性操作臂 的多自由度弯曲。所述操作臂根据眼科手术的工作环境，仿生章鱼触须设计成柔性结构，由 内外螺旋弹簧与其中间的径向电缆组成，根据平行四边形控制原则可在手术过程中实现任 意方向的弯曲。本发明采用柔性操作臂代替传统刚性操作手，使结构小巧、动作灵敏。并将 微型执行端集成到柔性操作臂上，实现多自由度、高精度眼科手术操作。 由于内层弹簧的外径大小与外层弹簧的内径大小存在差值，且外层弹簧的内径大 于内层弹簧的外径，因此两者之间形成环形腔，内外螺旋弹簧半径差与电缆直径大小相等， 以此消除内部电缆的滑移。 进一步，前端连接环用于安装照明成像模块与微型执行端，照明成像模块为手术 5 CN 111544197 A 说　明　书 3/6 页 过程提供视野并将图像传递到外部显示屏上，柔性轴在手术过程中实现多自由度弯曲，末 端控制模块在保证柔性轴正常工作的同时集成所述微型执行端的驱动模块与供电模块，刚 性轴连接两处柔性轴并且提高操作臂的刚度。 进一步，本发明微型执行端带有触觉反馈、低频振动滤除的功能，可根据主控制端 命令完成相对应动作，实现主从模式的控制，且具有运动精度高、触觉灵敏等优点。 进一步，本发明所述微型执行端的微型手术钳由微型直线驱动马达驱动所述刚性 杆完成开合，摒除传统眼科医生手动操作手术钳的开合；手术钳设计成微型，可穿过眼科手 术中的套管针(1.1mm)到达病变位置进行手术。微型手术钳根据病变位置手术需求可更换 手术刀具类型以满足不同手术需要，中空刚性杆通过套管针插入眼球中，FBG光纤光栅传感 器实现力的测量，微型直线驱动马达、磁力位置传感器实现手术钳的开合与位置精准判断。 进一步，本发明采用3个均匀分布在刚性杆外周的FBG光纤光栅传感器，所述FBG光 纤光栅传感器具有尺寸小、灵敏度高、生物相容性好、杀菌性好、抗静电和电磁噪声等优点， 且具有在测量中有亚mN分辨率的超高灵敏度。 附图说明 以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以 充分地了解本发明的目的、特征和效果。 图1眼科手术机器人柔性力敏操作机构的剖面结构图(正常状态)； 图2眼科手术机器人柔性力敏操作机构的剖面结构图(弯曲状态)； 图3操作臂Ⅱ前端连接环圆环平面上的照明成像模块平面图； 图4微型执行端Ⅰ的立体效果图； 图5FBG光纤光栅传感器的分布图以及微型手术钳在眼球中的立体图； 图6驱动微型手术钳开合示意图； 图示1、2、3、4、5中标注序号Ⅰ、Ⅱ、1-28分别代表： 微型执行端Ⅰ；操作臂Ⅱ；末端控制模块1；托架2；内层螺旋弹簧3；补偿弹簧4；末端 弹簧5；电缆6；引线7；顶部弹簧8；内层螺旋弹簧9；前端连接环10；照明成像模块11；柔性轴 12；刚性轴13；操作末端14；塑料底板15；LED灯16；微型摄像机17；微型手术钳18；FBG光纤光 栅传感器19；刚性杆20；磁力位置传感器21；微型直线驱动马达22；磁棒23；滑块组件24；引 线25；定位螺钉26；套管针27；眼球28。