随着人工智能在医疗领域的逐渐应用,机器人开始越来越多地出现于医疗领域,辅助医生实施手术。在机器人辅助的脑部肿瘤切除手术中,双极镊的三维力感知功能用于增强外科医生的感知能力,可以最大限度地减少医生外科手术时通过双极镊对脑组织施加过多的力而造成脑部功能组织损伤。然而,由于神经外科手术术中环境复杂,空间限制严格,手术往往要求显微操作,术中动作精细,现有报道的力感知技术往往并不能适用于脑肿瘤切除手术的实际应用场景。考虑双极镊镊身细长,实时监测镊尖与脑部组织的三维接触力并不容易实现。实现对手术器械末端与组织之间的相互作用力的实时监测,对量化组织受力,加快医生学习训练速度,减少术中组织损伤,提升手术治疗效果具有重要意义。本论文主要探究术中实现采集双极镊末端与脑组织之间相互作用力的数据的方法,主要研究内容如下:首先,设计执行机构,机构搭载双极镊,实现镊子开合和旋转运动。通过连接主手设备,机械臂和执行器,编写控制程序,搭建主从遥操作机器人手术平台。其次,基于双极镊的术中功能和典型的术中操作,建立位于镊子末端的坐标系,对镊子与脑组织之间典型的相互作用力进行描述与分析,确定双极镊镊端的应力-应变模型。应用Solid Works力学仿真模块,获得在不同量级,不同方向上力的作用情况下,镊子的应力应变情况,找到对应的最大应变位置,以获得传感器最佳安装位置。基于弹性材料的泊松现象,器械末端承受力的作用时,传感器会有相应的响应。解耦传感信号,便可以获得镊子末端与组织接触的力的信息。最后,构建传感系统,搭建传感器标定平台。利用搭建的机器人手术平台,进行动物实验,采集传感器的数据。用搭建的远程主从机器人系统在离体的猪的大脑上进行。实验结果表明改造后的双极镊最少可以感知到0.01 N的交互力。实验中镊子末端的三维力的测量范围为0-4 N。X、Y和Z的校准分辨率分别为0.01、0.03、0.1 N。操作机械臂,调整镊子的姿态和动作,按压电子秤,在0.1-0.91 N的负载范围内,对比镊子末端负载的测量值和计算值,偏差在5%以下。