一种六自由度力反馈手术训练的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种六自由度力反馈手术训练的装置，包括底座机构、连杆机构、万向节机构、操作杆机构和手柄机构，夹子机构包括电机、夹子下部、夹子夹紧块、夹子连接块、夹子中间块和夹子上部，所述底座机构和连杆机构构成一个类Delta并联机构，整个机构是一个混联机构。本发明专利技术能根据使用者不同及其不同的操作习惯，灵活调整手术刀和内窥镜的位置和角度，同时还可以通过电机感受到一种反馈力，给人一种更加逼真的效果，可以达到逼真模拟内窥镜微创手术的效果，另外，此装置结构简单，易于操作和维修。

【技术实现步骤摘要】
一种六自由度力反馈手术训练的装置
本专利技术属于废物处理
，具体涉及一种六自由度力反馈手术训练的装置。
技术介绍
目前国内还没有成熟的力反馈手术训练装置产品的推出，并且主要是一些具有雄厚机器人知识基础的高校最先投入精力研发。例如哈尔滨工业大学2014年设计的串联触觉反馈装置，这是一款可用于微创手术的8自由度力反馈主操作手。该主手包括手臂机构，手腕机构和夹持机构。手臂机构能够提供3自由度的位置输出以及力反馈功能，手腕机构具有一个冗余自由度，能够提供3自由度的姿态输出。上述中，的串联触觉反馈装置多为串联机构，并且没有带力传感器与计算机组成闭环系统，操作惯性大，占用空间过大，力反馈不真实，难以模拟真实的手术情况。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种六自由度力反馈手术训练的装置,能接收三个方向的平移和三个方向的旋转信息，并把数据传输到计算机软件系统，并能接收计算机传输回来的反馈力信息，产生三个平移方向的反馈力。为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种六自由度力反馈手术训练的装置，包括左手装置和右手装置以及导轨，左手装置和右手装置为对立相同的结构，所述左手装置和右手装置包括底座机构、连杆机构、万向节机构、操作杆机构，所述左手装置还包括手柄，所述右手装置还包括夹子机构，底座机构包括底板、第一侧板、第二侧板、第一底板固定块、第二底板固定块、第一电机、第二电机、第三电机、连接盘、第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器；所述连杆机构包括三个一级A连杆、一级B连杆、一级C连杆、A连接块、B连接块、C连接块、D连接块、E连接块、F连接块、二级A连杆、二级B连杆、二级C连杆、三维力传感器；万向节机构包括外框主体、外框连接件、内框主体、内框连接件、内外框连接轴、第一电位器、第二电位器、内框封闭件；操作杆机构包括杆头、杆中间块、杆连接套、电位器、杆固定块、杆连接块、杆柄、杆连接轴；夹子机构包括电机、夹子下部、夹子夹紧块、夹子连接块、夹子中间块和夹子上部，所述底座机构和连杆机构构成一个类Delta并联机构，整个机构是一个混联机构。优选的，所述底板的左右两侧面分别与第一侧板和第二侧板的侧面通过螺钉进行固定连接；第一底板固定块、第二底板固定块的底面通过螺钉与底板的顶面进行固定连接；底板的底面与竖直放置的第一电机和第二电机通过螺钉进行固定连接，这样就使得竖直放置的第一电机和第二电机固定在底板底面处；横向放置的第三电机穿过第二侧板的圆孔与连接盘通过螺钉进行固定连接，同时连接盘与第二侧板的左侧面通过螺钉进行固定连接，这样就使得横向放置的第三电机能够固定在第二侧板上；第一侧板、第二侧板侧面底部有一个螺纹孔，用来与滑轨通过螺钉连接固定。优选的，所述第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器的一端的中心孔与第一电机、第二电机和第三电机的轴通过紧定螺钉或键槽周向固定在一起，并通过紧定螺钉防止第一联轴器、第二联轴器和第三联轴器轴向窜动；三个一级A连杆、一级B连杆和一级C连杆一端的螺纹孔与第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器另一端的侧孔通过螺钉进行固定连接，这样一级A连杆、一级B连杆和一级C连杆的旋转角位移就能传递给第一联轴器、第二联轴器和第三联轴器，其第一联轴器、第二联轴器和第三联轴器进而将角位移传递给第一电机、第二电机和第三电机，其第一电机、第二电机和第三电机上的增量式编码器将角位移转化为脉冲信号传递给虚拟手术系统进行计算，其虚拟手术系统经过计算后得到相应的反馈力数据，然后将反馈力数据传递给电机的驱动器，驱动器驱动电机产生相应的反馈力矩，操作者因此能感受到反馈力而获得更真实的操作体验。优选的，所述一级A连杆、一级B连杆和一级C连杆的一端均设有侧孔，所述A连接块、B连接块、C连接块、D连接块、E连接块和F连接块上均设有两个通孔所述二级A连杆、二级B连杆和二级C连杆的两端也均设有侧孔，三维力传感器三个底部伸出端设有孔，侧孔、两个通孔和孔均装有轴承，且侧孔、两个通孔和圆孔与轴承的外圈过盈配合；轴承之间的连接使用细小的轴与轴承的内圈过盈配合；一级A连杆、一级B连杆和一级C连杆一端的轴承与A连接块、B连接块、C连接块其中一个孔内的轴承进行连接；A连接块、B连接块、C连接块的另一个孔内的轴承与二级A连杆、二级B连杆和二级C连杆一端的轴承进行连接；所述二级A连杆、二级B连杆和二级C连杆另一端的轴承与D连接块、E连接块和F连接块的一端的轴承进行连接；D连接块、E连接块和F连接块另一端的轴承与三维力传感器的伸出端内的轴承连接。优选的，所述三维力传感器设有三个方向的平动自由度，其三维力传感器的平动位移能够通过二级A连杆、二级B连杆、二级C连杆、一级A连杆、一级B连杆和一级C连杆转化成角位移传递给电机；三维力传感器可以获得实际受力数据，然后通过信号采集卡传递给虚拟手术系统，虚拟手术系统通过理论预设定的计算力与现实力的误差，自动计算出附加的补偿力，然后传递给第一电机、第二电机、第三电机的驱动器，驱动器驱动第一电机、第二电机、第三电机产生附加的补偿力补偿掉装置的重力和惯性力。优选的，所述外框主体与外框连接件通过螺钉固定构成外框，内框主体与内框连接件通过螺钉固定构成内框；外框连接件的中间孔与内框主体部分下方侧孔均装有轴承，并且轴承的外圈与孔过盈配合，内外框连接轴与轴承的内圈过盈配合，使得内外框在下方得到铰接；竖直放置的第一电位器的轴穿过外框主体的通孔，第一电位器外壳通过六角螺帽与外框主体固定；竖直放置的电位器的轴还穿过内框主体的上侧孔，并且与内框封闭件的一字型凸出相契合，并且内框封闭件通过螺钉与内框主体固定，从而内外框在上方得到铰接；因此，内框的水平面旋转角位移就能传递到电位器中，电位器把角位移转换为电信号传到虚拟手术系统中。优选的，所述杆头与杆中间块的底部通过螺纹固定，所述杆中间块的顶部与杆连接套的底部通过螺钉固定；电位器的轴穿过杆固定块的通孔，并且通过六角螺帽使得电位器的外壳与杆固定块固定；杆固定块与杆连接套的中间侧孔通过螺钉固定；杆连接块的中间通孔内装有轴承，并且轴承的外圈与孔过盈配合，杆柄的上端穿过轴承的内圈，与轴承内圈间隙配合，杆连接块与杆连接套的上端侧孔通过螺钉固定；杆柄的下端的一字型凸出与电位器相契合，从而杆柄的自转角位移就能传递到电位器中，电位器把角位移转换为电信号传到虚拟手术系统中。优选的，所述杆中间块的左侧面与杆连接轴的右侧面通过螺钉固定，内框连接件的中间孔内装有轴承，并且轴承的外圈与孔过盈配合；杆连接轴的左端与轴承的内圈过盈配合，这样万向节内框与杆在左方得到铰接；横向放置的第二电位器的轴依次穿过内框主体的右侧通孔和杆中间块的中间通孔，第二电位器的外壳与内框主体通过六角螺帽固定，第二电位器的轴与杆连接轴右端的一字型凸出相契合，从而操作杆的竖直平面的角位移就能传递到第二电位器中；第二电位器把角位移转换为电信号传到虚拟手术系统中；所述电机被夹在夹子下部与夹子夹紧块的圆弧凹陷之间，夹子下部与夹子夹紧块通过螺栓六角螺帽夹紧电机外壳；夹子连接块的一端的小通孔与电机轴通过紧定螺钉或者键槽连接周向固定，并通过紧定螺钉防止夹子连接块的轴向窜动；夹子中间块的一端与夹子连接块的另一端通过螺钉固定，夹子中间块的另一端与夹子上部分通过螺钉固本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六自由度力反馈手术训练的装置，包括左手装置和右手装置以及导轨(49)，左手装置和右手装置为对立相同的结构，所述左手装置和右手装置包括底座机构、连杆机构、万向节机构、操作杆机构,所述左手装置还包括手柄(48)，所述右手装置还包括夹子机构，底座机构包括底板(1)、第一侧板(2)、第二侧板(3)、第一底板固定块(4)、第二底板固定块(5)、第一电机(6)、第二电机(7)、第三电机(8)、连接盘(9)、第一联轴器(10)、第二联轴器(11)、第三联轴器(12)；所述连杆机构包括一级A连杆(13)、一级B连杆(14)、一级C连杆(15)、A连接块(16)、B连接块(17)、C连接块(18)、D连接块(19)、E连接块(20)、F连接块(21)、二级A连杆(22)、二级B连杆(23)、二级C连杆(24)、三维力传感器(25)；万向节机构包括外框主体(26)、外框连接件(27)、内框主体(28)、内框连接件(29)、内外框连接轴(30)、第一电位器(31)、第二电位器(41)、内框封闭件(32)；操作杆机构包括杆头(33)、杆中间块(34)、杆连接套(35)、电位器(36)、杆固定块(37)、杆连接块(38)、杆柄(39)、杆连接轴(40)；夹子机构包括电机(42)、夹子下部(43)、夹子夹紧块(44)、夹子连接块(45)、夹子中间块(46)和夹子上部(47)，其特征在于：所述底座机构和连杆机构构成一个类Delta并联机构。...

【技术特征摘要】
1.一种六自由度力反馈手术训练的装置，包括左手装置和右手装置以及导轨(49)，左手装置和右手装置为对立相同的结构，所述左手装置和右手装置包括底座机构、连杆机构、万向节机构、操作杆机构,所述左手装置还包括手柄(48)，所述右手装置还包括夹子机构，底座机构包括底板(1)、第一侧板(2)、第二侧板(3)、第一底板固定块(4)、第二底板固定块(5)、第一电机(6)、第二电机(7)、第三电机(8)、连接盘(9)、第一联轴器(10)、第二联轴器(11)、第三联轴器(12)；所述连杆机构包括一级A连杆(13)、一级B连杆(14)、一级C连杆(15)、A连接块(16)、B连接块(17)、C连接块(18)、D连接块(19)、E连接块(20)、F连接块(21)、二级A连杆(22)、二级B连杆(23)、二级C连杆(24)、三维力传感器(25)；万向节机构包括外框主体(26)、外框连接件(27)、内框主体(28)、内框连接件(29)、内外框连接轴(30)、第一电位器(31)、第二电位器(41)、内框封闭件(32)；操作杆机构包括杆头(33)、杆中间块(34)、杆连接套(35)、电位器(36)、杆固定块(37)、杆连接块(38)、杆柄(39)、杆连接轴(40)；夹子机构包括电机(42)、夹子下部(43)、夹子夹紧块(44)、夹子连接块(45)、夹子中间块(46)和夹子上部(47)，其特征在于：所述底座机构和连杆机构构成一个类Delta并联机构。2.根据权利要求1所述的一种六自由度力反馈手术训练的装置，其特征在于：所述底板(1)的左右两侧面分别与第一侧板(2)和第二侧板(3)的侧面通过螺钉进行固定连接；第一底板固定块(4)、第二底板固定块(5)的底面通过螺钉与底板(1)的顶面进行固定连接；底板(1)的底面与竖直放置的第一电机(6)和第二电机(7)通过螺钉进行固定连接，使得竖直放置的第一电机(6)和第二电机(7)固定在底板(1)底面处；横向放置的第三电机(8)穿过第二侧板(3)的圆孔与连接盘(9)通过螺钉进行固定连接，同时连接盘(9)与第二侧板(3)的左侧面通过螺钉进行固定连接，使得横向放置的第三电机(8)能够固定在第二侧板(3)上；第一侧板(2)、第二侧板(3)侧面底部有螺纹孔，该螺纹孔用于与滑轨(49)通过螺钉连接固定。3.根据权利要求1所述的一种六自由度力反馈手术训练的装置，其特征在于：所述第一联轴器(10)、第二联轴器(11)、第三联轴器(12)的一端的中心孔与第一电机(6)、第二电机(7)和第三电机(8)的轴通过紧定螺钉或键槽周向固定在一起，并通过紧定螺钉防止第一联轴器(10)、第二联轴器(11)和第三联轴器(12)轴向窜动；所述一级A连杆(13)、一级B连杆(14)和一级C连杆(15)一端的螺纹孔与第一联轴器(10)、第二联轴器(11)、第三联轴器(12)另一端的侧孔通过螺钉进行固定连接，使其一级A连杆(13)、一级B连杆(14)和一级C连杆(15)的旋转角位移能传递给第一联轴器(10)、第二联轴器(11)和第三联轴器(12)，其第一联轴器(10)、第二联轴器(11)和第三联轴器(12)进而将角位移传递给第一电机(6)、第二电机(7)和第三电机(8)，其第一电机(6)、第二电机(7)和第三电机(8)上的增量式编码器将角位移转化为脉冲信号传递给虚拟手术系统进行计算，其虚拟手术系统经过计算后得到附加的反馈力数据，然后将反馈力数据传递给电机的驱动器，驱动器驱动电机产生相应的反馈力矩。4.根据权利要求1所述的一种六自由度力反馈手术训练的装置，其特征在于：所述一级A连杆(13)、一级B连杆(14)和一级C连杆(15)的一端均设有侧孔，所述A连接块(16)、B连接块(17)、C连接块(18)、D连接块(19)、E连接块(20)和F连接块(21)上均设有两个通孔,所述二级A连杆(22)、二级B连杆(23)和二级C连杆(24)的两端也均设有侧孔，三维力传感器(25)三个底部伸出端设有孔，侧孔、两个通孔和孔均装有轴承，且侧孔、两个通孔和圆孔与轴承的外圈过盈配合；轴承与轴承之间的连接使用细小的轴与轴承的内圈过盈配合；一级A连杆(13)、一级B连杆(14)和一级C连杆(15)一端的轴承与A连接块(16)、B连接块(17)、C连接块(18)其中一个孔内的轴承进行连接；A连接块(16)、B连接块(17)、C连接块(18)的另一个孔内的轴承与二级A连杆(22)、二级B连杆(23)和二级C连杆(24)一端的轴承进行连接；所述二级A连杆(22)、二级B连杆(23)和二级C连杆(24)另一端的轴承与D连接块(19)、E连接块(20)和F连接块(21)的一端的轴承进行连接；D连接块(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晋芳，欧惠棠，莫建清，何汉武，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44