專(zhuān)利名稱(chēng)：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(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的新興的醫(yī)療器械領(lǐng)域，采用介入醫(yī)療器械 開(kāi)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(guó)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(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，花費(fèi)巨資引進(jìn)外國(guó)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(guò)力反饋設(shè)備表現(xiàn)出對(duì)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(guó)在這方面的技術(shù)基本是空白，為了加速我國(guó)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(lái)說(shuō)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(duì)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(duì)目前國(guó)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(jiǎn)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(tái)和下平臺(tái)，所述操作手柄固定在上平臺(tái)的一側(cè)中心位置，上平 臺(tái)的另一側(cè)通過(guò)三個(gè)沿下平臺(tái)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(tái)通過(guò)圓柱副連接，滑塊在滑動(dòng)桿上可以轉(zhuǎn)動(dòng)也可以移 動(dòng)，所述上支架的另一端和下支架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，形成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，下支架遠(yuǎn)離上支架的一端通 過(guò)銷(xiāo)軸和下平臺(tái)的支座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，形成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與所述銷(xiāo)軸的伸出端 連接。進(jìn)一步地，在上平臺(tái)上沿圓周均勻設(shè)置有三個(gè)滑動(dòng)桿，上支架通過(guò)滑塊套接在上 平臺(tái)的滑動(dòng)桿上；上支架與下支架通過(guò)銷(xiāo)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)連接；電機(jī)通過(guò)電機(jī)支架固定在下平 臺(tái)上；下支架和下平臺(tái)支座之間的銷(xiāo)軸通過(guò)半圓鍵和下支架連接，銷(xiāo)軸兩端通過(guò)一對(duì)軸承 安裝在下平臺(tái)的支座上。進(jìn)一步地，上支架和下支架之間的銷(xiāo)軸與下支架之間安裝有軸承；形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，滑 動(dòng)桿直接銷(xiāo)接在上平臺(tái)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(tái)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(gè)3自由度虛擬力反饋3-RRC并聯(lián)機(jī) 構(gòu)操作平臺(tái)，三個(gè)分支上的電機(jī)和編碼器可以精確檢測(cè)到操作手柄的移動(dòng)，并實(shí)時(shí)傳遞給 上位計(jì)算機(jī)，從而控制操作對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。同樣，上位計(jì)算機(jī)根據(jù)測(cè)量阻力的傳感器信號(hào)來(lái)控 制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，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(duì)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(gè)分支與上平臺(tái)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(gè)分支與下平臺(tái)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(tái)；4-上支架；5-下支架；6_第 一銷(xiāo)軸、15-第二銷(xiāo)軸；7-下平臺(tái)；8-電機(jī)；9-聯(lián)軸器；10-立底座；11-滑動(dòng)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(jiàn)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(tái)3、下平臺(tái)7平底座1和立底座10 ；操作手柄2固定在上平臺(tái)3的一側(cè)中心位置，上 平臺(tái)3的另一側(cè)通過(guò)三個(gè)沿下平臺(tái)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(tái)3上沿圓周均勻銷(xiāo)接有三個(gè)滑動(dòng)桿11，上支架4的一端螺 接有滑塊12，滑塊12套接在滑動(dòng)桿11上，上支架4的另一端和下支架5通過(guò)第二銷(xiāo)軸15 和軸承16轉(zhuǎn)動(dòng)連接，形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，下支架5遠(yuǎn)離上支架4的一端通過(guò)第一銷(xiāo)軸6和半圓鍵 14與下平臺(tái)7的支座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，半圓鍵14的作用是在上支架4和銷(xiāo)軸之間傳遞扭矩，第一 銷(xiāo)軸6兩端通過(guò)一對(duì)軸承安裝在下平臺(tái)7的支座上，軸承外側(cè)用軸端擋圈固定，第一銷(xiāo)軸6 的一端用軸承安裝在下平臺(tái)7上后還伸出一段長(zhǎng)度；電機(jī)8的輸出端通過(guò)聯(lián)軸器9與第一 銷(xiāo)軸6的伸出端連接，并通過(guò)電機(jī)支架13固定在下平臺(tái)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(tái)是固定不動(dòng)的，使用時(shí)，用手握住操作柄移動(dòng)，三個(gè)分支就會(huì) 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(dòng)，上位計(jì)算機(jī)根據(jù)測(cè)量電機(jī)角度的編碼 器信號(hào)，按照一定數(shù)學(xué)規(guī)則來(lái)控制操作對(duì)象做出相應(yīng)的位置改變。同樣，如果操作對(duì)象遇到 阻力時(shí)，上位計(jì)算機(jī)根據(jù)測(cè)量阻力的傳感器信號(hào)，按照一定數(shù)學(xué)規(guī)則來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，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(duì)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(tái)(3)、下 平臺(tái)(7)；操作手柄O)固定在上平臺(tái)( 的一側(cè)中心位置，上平臺(tái)(3)的另一側(cè)通過(guò)三個(gè) 沿下平臺(tái)(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(tái)( 通過(guò)圓柱副連接，上支架的另一端和下支 架( 轉(zhuǎn)動(dòng)連接，下支架( 遠(yuǎn)離上支架的一端通過(guò)第一銷(xiāo)軸(6)和下平臺(tái)(7)的支 座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，電機(jī)(8)通過(guò)聯(lián)軸器(9)與第一銷(xiāo)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(tái) (3)上沿圓周均勻設(shè)置有三個(gè)滑動(dòng)桿(11)，上支架(4)通過(guò)滑塊(1 套接在上平臺(tái)(3)的 滑動(dòng)桿(11)上；上支架(4)與下支架( 通過(guò)第二銷(xiāo)軸(1 轉(zhuǎn)動(dòng)連接；電機(jī)(8)通過(guò)電機(jī) 支架(1 固定在下平臺(tái)(7)上；第一銷(xiāo)軸(6)通過(guò)半圓鍵(14)和下支架( 連接，第一銷(xiāo) 軸(6)兩端通過(guò)一對(duì)軸承安裝在下平臺(tái)(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(dòng)桿 (11)直接銷(xiāo)接在上平臺(tái)( 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(tái)(7)卡在立底座(10)上，立底座(10)與平底座(1) 固定連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)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(tái)、下平臺(tái)；操作手柄固定在上平臺(tái)的一側(cè)中心位置，上平臺(tái)的另一側(cè)通過(guò)三個(gè)沿下平臺(tái)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(tái)通過(guò)圓柱副連接，上支架的另一端和下支架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，下支架遠(yuǎn)離上支架的一端通過(guò)銷(xiāo)軸和下平臺(tái)的支座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與銷(xiāo)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(jiǎn)單，編程相對(duì)容易。
文檔編號(hào)A61B19/00GK201888848SQ20102061237
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)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(qǐng)人:無(wú)錫佑仁科技有限公司