專利名稱：3自由度虛擬力反饋并聯(lián)操作機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，尤其涉及一種具有虛擬力反饋功能的3自由度并 聯(lián)操作機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
醫(yī)療器械是近十幾年來迅速發(fā)展起來的新興的醫(yī)療器械領(lǐng)域，采用介入醫(yī)療器械 開展的微創(chuàng)介入手術(shù)代表了醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展方向。但是國內(nèi)心血管介入手術(shù)機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)相當(dāng)落后，基本是空白。在復(fù)雜手術(shù) 面前只能借助國外的先進(jìn)技術(shù)，花費(fèi)巨資引進(jìn)外國設(shè)備。虛擬力反饋技術(shù)是當(dāng)今世界的前沿技術(shù)。所謂虛擬力反饋，其實(shí)是一種機(jī)械表現(xiàn) 出的反作用力，將虛擬現(xiàn)實(shí)中傳遞的數(shù)據(jù)通過力反饋設(shè)備表現(xiàn)出對應(yīng)的力量與方向，力反 饋的作用是讓操作者感受到虛擬現(xiàn)實(shí)中力的真實(shí)。目前只有瑞士的i^orce Dimension等少 數(shù)公司做這方面的研究，而且其生產(chǎn)的Omega和Delta系列的產(chǎn)品應(yīng)經(jīng)得到很好的應(yīng)用。但 是我國在這方面的技術(shù)基本是空白，為了加速我國醫(yī)療器械技術(shù)的向前發(fā)展，有必要深入 地做這方面的研究。Omega和Delta系列的產(chǎn)品，它的并聯(lián)支架的結(jié)構(gòu)是Delta結(jié)構(gòu)，具體來說是一種 3-(RR-4R-R)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且加工精度高，制造困難。最不利的一點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù) 雜對上位計(jì)算機(jī)編程造成極大的困難，這也是力反饋應(yīng)用的一大難點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對目前國內(nèi)醫(yī)療器械水平普遍不高，虛擬力反饋技術(shù)基 本空白的基礎(chǔ)上提供一種結(jié)構(gòu)簡單、編程容易的3自由度虛擬力反饋3RRC并聯(lián)操作機(jī)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案3自由度虛擬力反饋并聯(lián)操作 機(jī)構(gòu)，包括操作手柄、上平臺和下平臺，所述操作手柄固定在上平臺的一側(cè)中心位置，上平 臺的另一側(cè)通過三個沿下平臺周向均勻設(shè)置的分支連接；所述分支包括上支架、下支架、聯(lián) 軸器和電機(jī)，上支架的一端與上平臺通過圓柱副連接，滑塊在滑動桿上可以轉(zhuǎn)動也可以移 動，所述上支架的另一端和下支架轉(zhuǎn)動連接，形成一個轉(zhuǎn)動副，下支架遠(yuǎn)離上支架的一端通 過銷軸和下平臺的支座轉(zhuǎn)動連接，形成一個轉(zhuǎn)動副，電機(jī)通過聯(lián)軸器與所述銷軸的伸出端 連接。進(jìn)一步地，在上平臺上沿圓周均勻設(shè)置有三個滑動桿，上支架通過滑塊套接在上 平臺的滑動桿上；上支架與下支架通過銷軸可轉(zhuǎn)動連接；電機(jī)通過電機(jī)支架固定在下平 臺上；下支架和下平臺支座之間的銷軸通過半圓鍵和下支架連接，銷軸兩端通過一對軸承 安裝在下平臺的支座上。進(jìn)一步地，上支架和下支架之間的銷軸與下支架之間安裝有軸承；形成轉(zhuǎn)動副，滑 動桿直接銷接在上平臺上；滑塊用螺釘固定在上支架上。進(jìn)一步地，所述3自由度虛擬力反饋并聯(lián)操作機(jī)構(gòu)還包括立底座和平底座，下平臺卡在立底座上，立底座與平底座固定連接。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型是一個3自由度虛擬力反饋3-RRC并聯(lián)機(jī) 構(gòu)操作平臺，三個分支上的電機(jī)和編碼器可以精確檢測到操作手柄的移動，并實(shí)時傳遞給 上位計(jì)算機(jī)，從而控制操作對象的運(yùn)動。同樣，上位計(jì)算機(jī)根據(jù)測量阻力的傳感器信號來控 制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，控制方式采用電流控制，控制方向與操作方向相反，從而使得操作者能夠感 受到操作對象遇到的阻力。


圖1為本實(shí)用新型三自由度虛擬力反饋并聯(lián)操作機(jī)構(gòu)的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意 圖；圖2為本實(shí)用新型三自由度虛擬力反饋并聯(lián)操作機(jī)構(gòu)的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí) 用新型三自由度虛擬力反饋并聯(lián)操作機(jī)構(gòu)的一個分支與上平臺的連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為 本實(shí)用新型三自由度虛擬力反饋并聯(lián)操作機(jī)構(gòu)的一個分支與下平臺的連接結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)記示意為1-平底座；2-操作手柄；3-上平臺；4-上支架；5-下支架；6_第 一銷軸、15-第二銷軸；7-下平臺；8-電機(jī)；9-聯(lián)軸器；10-立底座；11-滑動桿；12-滑塊； 13-電機(jī)支架；14-半圓鍵；16-軸承。
具體實(shí)施方式
參見圖1-4，3自由度虛擬力反饋并聯(lián)操作機(jī)構(gòu)它包括操作手柄2、 上平臺3、下平臺7平底座1和立底座10 ；操作手柄2固定在上平臺3的一側(cè)中心位置，上 平臺3的另一側(cè)通過三個沿下平臺7周向均勻設(shè)置的分支連接；所述分支包括上支架4、下 支架5、聯(lián)軸器9和電機(jī)8，上平臺3上沿圓周均勻銷接有三個滑動桿11，上支架4的一端螺 接有滑塊12，滑塊12套接在滑動桿11上，上支架4的另一端和下支架5通過第二銷軸15 和軸承16轉(zhuǎn)動連接，形成轉(zhuǎn)動副，下支架5遠(yuǎn)離上支架4的一端通過第一銷軸6和半圓鍵 14與下平臺7的支座轉(zhuǎn)動連接，半圓鍵14的作用是在上支架4和銷軸之間傳遞扭矩，第一 銷軸6兩端通過一對軸承安裝在下平臺7的支座上，軸承外側(cè)用軸端擋圈固定，第一銷軸6 的一端用軸承安裝在下平臺7上后還伸出一段長度；電機(jī)8的輸出端通過聯(lián)軸器9與第一 銷軸6的伸出端連接，并通過電機(jī)支架13固定在下平臺7上；電機(jī)8是包括編碼器、電機(jī)、 加速器的集合體。本實(shí)用新型的下平臺是固定不動的，使用時，用手握住操作柄移動，三個分支就會 做出相應(yīng)的位置改變，使電機(jī)發(fā)生不同角度的轉(zhuǎn)動，上位計(jì)算機(jī)根據(jù)測量電機(jī)角度的編碼 器信號，按照一定數(shù)學(xué)規(guī)則來控制操作對象做出相應(yīng)的位置改變。同樣，如果操作對象遇到 阻力時，上位計(jì)算機(jī)根據(jù)測量阻力的傳感器信號，按照一定數(shù)學(xué)規(guī)則來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，其 控制方式采用電流控制，控制方向與操作方向相反，從而使得操作者能夠感受到操作對象 遇到的阻力。
權(quán)利要求1.3自由度虛擬力反饋并聯(lián)操作機(jī)構(gòu)，其特征在于包括操作手柄O)、上平臺(3)、下 平臺(7)；操作手柄O)固定在上平臺( 的一側(cè)中心位置，上平臺(3)的另一側(cè)通過三個 沿下平臺(7)周向均勻設(shè)置的分支連接；所述分支包括上支架G)、下支架(5)、聯(lián)軸器(9) 和電機(jī)(8)，上支架的一端與上平臺( 通過圓柱副連接，上支架的另一端和下支 架( 轉(zhuǎn)動連接，下支架( 遠(yuǎn)離上支架的一端通過第一銷軸(6)和下平臺(7)的支 座轉(zhuǎn)動連接，電機(jī)(8)通過聯(lián)軸器(9)與第一銷軸(6)的伸出端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3自由度虛擬力反饋并聯(lián)操作機(jī)構(gòu)，其特征在于在上平臺 (3)上沿圓周均勻設(shè)置有三個滑動桿(11)，上支架(4)通過滑塊(1 套接在上平臺(3)的 滑動桿(11)上；上支架(4)與下支架( 通過第二銷軸(1 轉(zhuǎn)動連接；電機(jī)(8)通過電機(jī) 支架(1 固定在下平臺(7)上；第一銷軸(6)通過半圓鍵(14)和下支架( 連接，第一銷 軸(6)兩端通過一對軸承安裝在下平臺(7)的支座上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的3自由度虛擬力反饋并聯(lián)操作機(jī)構(gòu)，其特征在于滑動桿 (11)直接銷接在上平臺( 上；滑塊(1 用螺釘固定在上支架(4)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的3自由度虛擬力反饋并聯(lián)操作機(jī)構(gòu)，其特征在于還 包括立底座(10)和平底座(1)，下平臺(7)卡在立底座(10)上，立底座(10)與平底座(1) 固定連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種3自由度虛擬力反饋并聯(lián)操作機(jī)構(gòu)，包括操作手柄、上平臺、下平臺；操作手柄固定在上平臺的一側(cè)中心位置，上平臺的另一側(cè)通過三個沿下平臺周向均勻設(shè)置的分支連接；所述分支包括上支架、下支架、聯(lián)軸器和電機(jī)，上支架的一端與上平臺通過圓柱副連接，上支架的另一端和下支架轉(zhuǎn)動連接，下支架遠(yuǎn)離上支架的一端通過銷軸和下平臺的支座轉(zhuǎn)動連接，電機(jī)通過聯(lián)軸器與銷軸的伸出端連接。本實(shí)用新型的3自由度虛擬力反饋并聯(lián)操作機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，編程相對容易。
文檔編號A61B19/00GK201888848SQ20102061237
公開日2011年7月6日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者冉勝雷, 王洪波, 石立宏 申請人:無錫佑仁科技有限公司