机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (9): 352-360.doi: 10.3901/JME.260427
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熊鹏文1,2, 吴然皓1,2, 张宇1,2, 徐健宁1,2, 曾成1,2, 宋爱国3
XIONG Pengwen1,2, WU Ranhao1,2, ZHANG Yu1,2, XU Jianning1,2, ZENG Cheng1,2, SONG Aiguo3
摘要: 传统的微创医疗手术钳存在工具和组织交互过程中都缺乏触觉信息、无法对组织进行精确定位等问题。为了提高微创手术中对夹持力感知和组织信息的判断,提高手术操作的精确性和稳定性,研究设计了一种位移-力双模态反馈的微创医疗手术钳。与传统的微创医疗手术钳相比,该手术钳可以在夹持过程中同时准确测量夹持力及钳头开合角度。采用两个光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感器测量力触觉信息以及钳头开合角度。FBG1在张紧的状态下粘贴在钳头背部中心线上,FBG2粘贴在钳体底部M型弹性梁上。通过静力学分析对结构进行优化,提高FBG灵敏度。搭建了实验平台对传感器进行静力标定实验、组织块体积识别实验以及组织块硬度识别实验,结果表明,该手术钳可以识别生物组织内不同体积、硬度的组织块。在该组传感器中,FBG1在载荷为1~10 N区间时平均灵敏度为32.03 pm/N,线性度为0.998;FBG2在钳头开合角度为0~60°区间时平均灵敏度为5.66 pm/(°),线性度为0.998。
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