【应用】PS-CZ00001 Force Sensor “硬币”式触力传感器在手术机器人中的应用

由于机器人手术的高度精准性，在外科微创手术中，医生已经广泛认可了这种手术方式。笔者主要通过本文与大家分享应用在脊柱微创手术中使用的手术机器人的骨钻部分的传感器推荐。但其也存在一定的局限性，以脊柱微创手术为例，使用手术机器人进行手术时，尽管目前的手术机器人都采用了视觉反馈系统，但医生无法对病人进行触诊，即缺少力触反馈信息，从而增加了手术的不确定性风险，此外，视觉信息是可以提供部分触觉信息的，但是医生需要对视觉信息进行分析，这无疑会延长手术时间，也会给医生带来不必要的干扰。

力触觉反馈系统包括力反馈系统和触觉反馈系统。力触觉反馈在提供给机器人合适的力的同时还能给医生提供实操的感觉，就像自己用手做手术一样。这里，我们主要介绍脊柱微创手术，在进行微创手术时，需要进行骨磨钻等操作，以便后续医生进行植钉等一系列后续工作。由于脊柱中含有众多神经，如果不加力传感器，极有可能伤到脊柱锥孔的神经，从而导致严重的后果。因此，我们需要对骨钻操作时加入力传感器，采集力信号，以便医生操作机械手臂时合理控制磨削的力度。这里我们需要一款高精度，小巧轻便的力传感器。并且在设计力传感器时还必须考虑到其设计成本，组织相容性以及可消毒性等特点.

安费诺推出的PS-CZ00001 Series Force Sensor 力传感器采用了“硬币”式设计，体型小巧且不容易形变，这一点对于脊柱微创手术十分重要，因为手术用到的钻头并不大，体型过大的力传感器并不适合于此类手术，PS-CZ00001 Force Sensor 采用了安费诺传感器独特的“高度可靠的玻璃微聚变”（HRGM）工艺，这是最初是为航空工业开发的。基于微机械压阻应变原理，将一种特殊的玻璃基硅应变计在高温下融合到不锈钢隔膜片上。与传统的环氧树脂相比，HRGM工艺可以减少材料的滞后和蠕变，提高力传感器的使用寿命，提高延长期限的稳定性。PS-CZ00001是一种高灵敏度的力传感器，具有优异的高过载能力，在出现任何意外的力峰值时非常有用。

脊柱微创手术中所要测量的力大约在60-90N之间，PS-CZ00001 Force Sensor的量程范围是0到445N，能够充分满足我们的需求，其激励电源为5V，非线性的范围为-1~1%FSO，最大过载可以达到250%FS。其磁滞现象在-0.8~+0.8%Span性能表现优异，而且其操作温度范围在0到50°C，储存温度在-40°C到+85°C之间，便于保存。各种参数都比较适合用于手术操作。

图2

图2为PS-CZ00001 Force Sensor的设计图，其设计的形状与几何大小适合放在机械臂安装钻头的位置上，并且不会占用医生的使用空间，这一点十分重要。而且PS-CZ00001 Force Sensor成本低，很适合用于批量生产，用于手术机器人中也能减少制作成本，所以不管是市场还是技术发展，对比同类型产品，PS-CZ00001 Force Sensor都是一个不错的选择。

PS-CZ00001 Force Sensor的其他应用：

•装配的力测量

•物理治疗设备

•病人称重

•手动工具的力测量

•按摩和运动器械

•消费品监测（复印设备/自动售货系统）

•家电有效载荷监测（洗衣机、烘干机）

•电器不平衡监测