力感知操作终端及遥操作机器人制造技术

本实用新型专利技术提供了一种力感知操作终端及遥操作机器人。根据本实用新型专利技术的力感知操作终端，包括操作装置和阻力发生装置，操作装置与阻力发生装置通过单向传动机构传动连接。根据本实用新型专利技术的力感知操作终端及遥操作机器人，操作装置与阻力发生装置通过单向传动机构传动连接，也即在力的传输路径上通过设置的单向传动机构，从而通过没有方向的阻力发生装置模拟出有方向性的阻力，从而是给予操作端有方向的反馈力，提高操作的可靠性和精准度。本实用新型专利技术通过简单的单向传动机构，提供了一种低成本高可靠性的解决方式。本高可靠性的解决方式。本高可靠性的解决方式。

【技术实现步骤摘要】
力感知操作终端及遥操作机器人


[0001]本技术涉及力反馈装置领域，具体而言，涉及一种力感知操作终端及遥操作机器人。

技术介绍

[0002]力反馈系统(haptic rendering system)，是一种计算机力觉感知/接口设备，该设备能够通过控制发出的力/力矩的大小和方向提高操作人员控制作业的临场感，同时利用自身携带的传感器(如位置编码器，力/力矩传感器)向操作系统传送当前的作业位置和受力情况。力反馈系统增强了人与计算机之间的耦合，方便了操作人员对信息的接受和处理，有利于提高操作过程的安全性和效率。当前现有的力反馈系统种类多达几十乃至上百种，广泛地应用于极端环境下的遥控作业、深空探测、远程医疗、虚拟现实、柔性制造等领域。公知的力反馈系统从系统组成上可以分为机械部分和控制部分，其中的控制部分通过驱动电机带动机械部分实现反馈力的输出。
[0003]血管介入手术机器人是一种代替医生在病人侧进行导管导丝操作的装置，而医生则需要对机器人进行遥控。遥控操作可以使医生避开射线损伤，并且通过机械和运动控制算法来消除医生手部颤抖，提高介入精准度。遥控操作手柄是医生和机器人的交互工具，通过操作手柄将医生的动作信息传递给机器人，进而机器人操作导管导丝。开发可靠安全、操作友好的操作手柄是介入手术机器人发展的关键环节之一。
[0004]Sensi机器人导管系统是最早使用的血管介入手术机器人，医生在三维图像引导下，对导管进行遥控操作，操作医生有力觉反馈。Catheter Robotics公司开发的血管介入手术机器人系统手柄可以控制导管轴向运动、旋转运动以及导管前端弯曲角度，可以进入角度比较刁钻的血管。加拿大西安大略大学开发了以真实导管导丝作为操作手柄的往返和转动操作装置，没有力反馈。中国哈尔滨工业大学利用摩擦对滚的方式进行管丝输运，利用主手感知力反馈。深圳先进技术研究院使用电机进行力反馈实现主端操作。
[0005]从各种资料来看，血管介入手术机器人操作手柄，第一功能需求是需要能够操作导管导丝的旋转、推拉以及二者的混合，第二功能需求是需要能够将病人侧导管导丝在介入过程中的阻力或者阻力矩反馈到医生操作装置，增强医生的手感和临场感，增加手术操作的安全性和稳定性。目前，满足第一功能需求的方法比较多，也比较成熟，但是能够同时满足第二功能需求仍然存在一些困难，例如加载力和力矩的动态范围调整、力和力矩之间的相合等，需要探索新的结构和原理。
[0006]现有技术中，部分力反馈装置采用磁粉离合器，磁粉制动器，电机轴与操作杆直接连接来模拟计算机给出的力，力矩或阻力矩。
[0007]但是，使用电机来模拟计算机要输出的力，因为电机会引入能量输入，在某些控制情况下产生正反馈，造成整个系统失稳。操作人员进行力交互过程中涉及到力反馈设备稳定性问题。然而，设备能否进行稳定交互不仅与控制策略相关，还与力反馈设备机械部分的阻尼相关。
[0008]采用磁粉离合器或制动器作为力反馈机构，可以较好的模拟所受到的阻力情况，但是模拟的阻力没有方向性。

技术实现思路

[0009]本技术旨在提供一种模拟有方向性的阻力的力感知操作终端及遥操作机器人。
[0010]本技术提供了一种力感知操作终端，包括操作装置和阻力发生装置，操作装置与阻力发生装置通过单向传动机构传动连接。
[0011]进一步地，单向传动机构包括第一单向机构和第二单向机构，第一单向机构与第二单向机构的传动方向相反；阻力发生装置包括与第一单向机构的输出轴连接的第一发生装置和与第二单向机构的输出轴连接的第二发生装置。
[0012]进一步地，力感知操作终端还包括传动机构，传动机构的输入轴与操作装置连接，传动机构的输出轴与单向传动机构的输入轴连接。
[0013]进一步地，第一单向机构的输入轴和第二单向机构的输入轴为相互平行的第一输入轴和第二输入轴；传动机构为同步带轮或者齿轮组，同步带轮或者齿轮组同步驱动第一输入轴和第二输入轴。
[0014]进一步地，第一单向机构的输入轴和第二单向机构的输入轴共轴，操作装置通过传动机构驱动第一单向机构的输入轴和第二单向机构的输入轴。
[0015]进一步地，力感知操作终端还包括力矩调节机构，力矩调节机构与操作装置的输出端连接。
[0016]进一步地，力感知操作终端还包括位置测量装置，位置测量装置用于测量操作装置输出端的位置。
[0017]进一步地，位置测量装置为编码器、光栅尺或者激光测距仪中至少之一。
[0018]进一步地，操作装置为旋钮、直线滑块或摇杆中至少之一。
[0019]进一步地，单向传动机构为棘轮装置或者单向轴装置。
[0020]本技术还提供了一种遥操作机器人，包括前述的力感知操作终端。
[0021]根据本技术的力感知操作终端及遥操作机器人，操作装置与阻力发生装置通过单向传动机构传动连接，也即在力的传输路径上通过设置的单向传动机构，从而通过没有方向的阻力发生装置模拟出有方向性的阻力，从而是给予操作端有方向的反馈力，提高操作的可靠性和精准度。本技术通过简单的单向传动机构，提供了一种低成本高可靠性的解决方式。
附图说明
[0022]构成本申请的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
[0023]图1是根据本技术的力感知操作终端的第一实施例的原理示意图；
[0024]图2是根据本技术的力感知操作终端的第二实施例的第一原理示意图；
[0025]图3是根据本技术的力感知操作终端的第二实施例的第二原理示意图；
[0026]图4是根据本技术的力感知操作终端的第二实施例的第三原理示意图；
[0027]图5是根据本技术的力感知操作终端的第三实施例的结构示意图；
[0028]图6是根据本技术的力感知操作终端的第四实施例的结构示意图；
[0029]图7是根据本技术的力感知操作终端的第五实施例的结构示意图；
[0030]图8是根据本技术的力感知操作终端的第六实施例的结构示意图；
[0031]图9是根据本技术的遥操作机器人的原理示意图。
具体实施方式
[0032]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
[0033]如图1所示，在本技术的第一实施例中，提供了一种力感知操作终端，包括操作装置10和阻力发生装置60，操作装置10与阻力发生装置60通过单向传动机构50传动连接。
[0034]操作装置10是用于操作人员操作的装置，可以是旋转部件如方向盘，旋钮，也可以是直线运动如拉杆，也可以是曲线运动，如摇杆。单向传动机构50只能在一个方向上传递动力，可以采用棘轮机构，具有结构简单，可靠性高的特点，也可以采用例如超越离合器等机构，同样可以实现一个方向锁死传动，另外一个方向自由或者固定较小阻力的转动，从而实现单向传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种力感知操作终端，包括操作装置(10)和阻力发生装置(60)，其特征在于，所述操作装置(10)与所述阻力发生装置(60)通过单向传动机构(50)传动连接。2.根据权利要求1所述的力感知操作终端，其特征在于，所述单向传动机构(50)包括第一单向机构(51)和第二单向机构(52)，所述第一单向机构(51)与所述第二单向机构(52)的传动方向相反；所述阻力发生装置(60)包括与所述第一单向机构(51)的输出轴连接的第一发生装置(61)和与所述第二单向机构(52)的输出轴连接的第二发生装置(62)。3.根据权利要求2所述的力感知操作终端，其特征在于，所述力感知操作终端还包括传动机构(40)，所述传动机构(40)的输入轴与所述操作装置(10)连接，所述传动机构(40)的输出轴与所述单向传动机构(50)的输入轴连接。4.根据权利要求3所述的力感知操作终端，其特征在于，所述第一单向机构(51)的输入轴和所述第二单向机构(52)的输入轴为相互平行的第一输入轴和第二输入轴；所述传动机构(40)为同步带轮或者齿轮组，所述同步带轮或者齿轮组同步驱动所述第一输入轴和第二输入轴。5.根据权利要求3所述的力感知操作终端，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵磊，邵萌，赵亚洲，韦巍，
申请(专利权)人：生一科技北京有限公司，
类型：新型
国别省市：