面向外科手術(shù)機(jī)器人微器械夾持力的測(cè)試平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種面向外科手術(shù)機(jī)器人微器械夾持力的測(cè)試平臺(tái)。包括微器械指尖受力加載平臺(tái)（1）、導(dǎo)繩輪組安裝平臺(tái)（2）和傳感器及電機(jī)安裝平臺(tái)（3），指尖受力加載平臺(tái)（1）通過(guò)砝碼牽引鋼絲繩對(duì)微器械實(shí)施力加載，導(dǎo)繩輪組安裝平臺(tái)（2）實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)微器械的鋼絲繩的空間繞繩和預(yù)緊，傳感器及電機(jī)安裝平臺(tái)（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)微器械的六根鋼絲繩拉力的測(cè)量和對(duì)微器械運(yùn)動(dòng)的控制。本發(fā)明采用檢測(cè)驅(qū)動(dòng)微器械運(yùn)動(dòng)的鋼絲繩上的拉力結(jié)合力學(xué)模型的方法來(lái)檢測(cè)微器械夾持力。本發(fā)明思路獨(dú)特，實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單易行。對(duì)微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)有很好的促進(jìn)作用。
【專利說(shuō)明】面向外科手術(shù)機(jī)器人微器械夾持力的測(cè)試平臺(tái)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種手術(shù)機(jī)器人微器械受力檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著機(jī)器人技術(shù)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的手術(shù)范圍逐漸涉及更復(fù)雜的手術(shù)領(lǐng)域，手術(shù)操作也向智能化和精確化發(fā)展。在國(guó)際上美國(guó)的Intuitive Surgical公司研制了 Da Vinci微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，Computer Motion公司研制了 ZEUS系統(tǒng)均已成功推向臨床，但手術(shù)費(fèi)用昂貴。目前國(guó)內(nèi)也開(kāi)始了微創(chuàng)腹腔手術(shù)機(jī)器人的研究，天津大學(xué)研究了“妙手”系統(tǒng)但同國(guó)外相比還從在很大差距，其中一個(gè)最大挑戰(zhàn)就是讓外科手術(shù)醫(yī)生準(zhǔn)確的“感受”到人體組織。目前主要是通過(guò)有力感的主收來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這就需要對(duì)腹腔手術(shù)機(jī)器人微器械進(jìn)行受力檢測(cè)。其方法多半是設(shè)計(jì)多維力傳感器，這種方法對(duì)傳感的設(shè)計(jì)和制造來(lái)說(shuō)是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，同時(shí)也需要大量的資金支持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供一種使用方便靈活，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微器械夾持力的檢測(cè)和對(duì)微器械運(yùn)動(dòng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的面向外科手術(shù)機(jī)器人微器械夾持力的測(cè)試平臺(tái)。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]包括微器械指尖受力加載平臺(tái)1、導(dǎo)繩輪組安裝平臺(tái)2和傳感器及電機(jī)安裝平臺(tái)3，指尖受力加載平臺(tái)I通過(guò)砝碼牽引鋼絲繩對(duì)微器械實(shí)施力加載，導(dǎo)繩輪組安裝平臺(tái)2實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)微器械的鋼絲繩的空間繞繩和預(yù)緊，傳感器及電機(jī)安裝平臺(tái)3實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)微器械的六根鋼絲繩拉力的測(cè)量和對(duì)微器械運(yùn)動(dòng)的控制。
[0006]所述微器械指尖受力加載平臺(tái)I的組成為:立柱1-19固定在底板1-5上，上橫梁A1-18、下橫梁A1-22分別固定在立柱1-19的兩側(cè)，橫梁B1-21固定在立柱1_19的正前面，兩個(gè)相同的墊塊A1-10分別固定在橫梁B1-21的兩端，墊塊B1-16固定在上橫梁A1-18前端，下橫梁A1-22前端也固定一個(gè)墊塊B1-16，墊塊A1-10上面安裝有過(guò)輪支架1_11，繩輪支架A1-6和繩輪支架B1-7分別固定在上橫梁A1-22上面的墊塊之上，上橫梁A1-18上的墊塊1-16也安裝有兩個(gè)繩輪支架，各個(gè)繩輪支架和過(guò)輪支架上面都安裝有導(dǎo)繩輪1-13或者繞繩輪1-4，鋼絲繩A1-15分別繞過(guò)橫梁B1-21兩側(cè)的導(dǎo)繩輪1_13和微器械手指相連，通過(guò)砝碼A1-1、砝碼B1-9對(duì)鋼絲繩A1-15的牽引將砝碼的重力水平加載在微器械指尖，從而模擬微器械水平方向受力，鋼絲繩B1-3繞過(guò)上橫梁A1-18和下橫梁A1-22上的四個(gè)繞繩輪1-4和微器械手指相連，通過(guò)砝碼C1-2和砝碼D1-14對(duì)鋼絲繩B1-3的牽引將砝碼的重力豎直加載在微器械指尖，從而模擬微器械豎直方向受力。
[0007]上橫梁A1-18、下橫梁A1-22和橫梁B1-21上面有長(zhǎng)孔，上橫梁A1-18、下橫梁A1-22和橫梁B1-21均通過(guò)螺釘安裝在立柱1-19上，通過(guò)螺釘調(diào)整上橫梁A1-18、下橫梁A1-22和橫梁B1-21相對(duì)于底板1-5的位置調(diào)整高度。
[0008]所述導(dǎo)繩輪組安裝平臺(tái)2的組成為:繩索過(guò)輪布置面板2-12分別與面板支架A2-15和面板支架B2-19相連，繩索過(guò)輪布置面板2_12上面分布有12個(gè)導(dǎo)繩輪2_10，所述12個(gè)導(dǎo)繩輪用10根螺釘2-11固定在繩索過(guò)輪布置面板2-12上面，其中兩個(gè)螺釘上面分別固定有2個(gè)導(dǎo)繩輪、剩余8根螺釘各自固定一個(gè)導(dǎo)繩輪，其中六個(gè)導(dǎo)繩輪在微器械支架2-13的端口處、剩余6個(gè)處于6組預(yù)緊輪支架底座2-9和過(guò)繩輪支架2-2之間，預(yù)緊輪支架底座
2-9和過(guò)繩輪支架2-2也通過(guò)螺釘固定在繩索過(guò)輪布置面板2-12上面，6個(gè)預(yù)緊輪支架2_7安裝在6個(gè)預(yù)緊輪支架底座2-9上，每個(gè)預(yù)緊輪支架2-7和過(guò)繩輪支架2-2都安裝有導(dǎo)繩輪2-18，驅(qū)動(dòng)微器械運(yùn)動(dòng)的6根鋼絲繩分別繞過(guò)處于微器械支架2-13的端口處導(dǎo)繩輪后繞過(guò)預(yù)緊輪支架上的導(dǎo)繩輪，再次繞過(guò)預(yù)緊輪支架底座2-9和過(guò)繩輪支架2-2之間導(dǎo)繩輪最后繞過(guò)過(guò)繩輪支架2-2上的導(dǎo)繩輪。
[0009]所述傳感器及電機(jī)安裝平臺(tái)3的組成為:面板支架A2-15和面板支架B2-19固定在底板3-1上面，接近開(kāi)關(guān)安裝支架底座3-2、電機(jī)安裝支架3-8和下層過(guò)繩輪組支架3-9固定在底板3-1上，接近開(kāi)關(guān)安裝面板3-5通過(guò)接近開(kāi)關(guān)安裝板連接架3-4和接近開(kāi)關(guān)安裝支架底座3-2相連，上層過(guò)繩輪組支架3-12和下層過(guò)繩輪組支架3-9相連，6個(gè)直線步進(jìn)電機(jī)3-7安裝在電機(jī)安裝支架3-8上面，下層過(guò)繩輪組支架3-9和上層過(guò)繩輪組支架3-12分別安裝有三個(gè)繩輪支架3-13，其中每個(gè)繩輪支架3-13上面安裝有繩輪3-14，驅(qū)動(dòng)微器械運(yùn)動(dòng)的6根鋼絲繩通過(guò)傳感器繩索連接帽3-18連接到6個(gè)拉力傳感器3-17上端，各個(gè)拉力傳感器3-17下端也通過(guò)傳感器繩索連接帽3-18連接有鋼絲繩，傳感器3-17下端的鋼絲繩分別繞過(guò)各自對(duì)應(yīng)的繩輪3-14連接到安裝在直線步進(jìn)電機(jī)3-7上面的電機(jī)繩索連接帽
3-10上面，通過(guò)鋼絲繩對(duì)拉力傳感器3-17的牽引，拉力傳感器3-17的輸出電壓會(huì)發(fā)生變化，從而通過(guò)拉力傳感器3-17的信息采集到六根鋼絲繩上的拉力。
[0010]本發(fā)明提供了一種面向外科手術(shù)機(jī)器人微器械夾持力測(cè)試平臺(tái)，采用檢測(cè)驅(qū)動(dòng)微器械運(yùn)動(dòng)的鋼絲繩上的拉力結(jié)合力學(xué)模型的方法來(lái)檢測(cè)微器械夾持力。本發(fā)明思路獨(dú)特，實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單易行。對(duì)微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)有很好的促進(jìn)作用。
[0011]通過(guò)砝碼1-1和另外一個(gè)砝碼1-9對(duì)鋼絲繩1-15的牽引可以將砝碼的重力水平加載在微器械指尖，從而模擬微器械水平方向受力。同理通過(guò)兩個(gè)砝碼1-2和1-14對(duì)鋼絲繩1-3的牽引可以將砝碼的重力豎直加載在微器械指尖，從而模擬微器械豎直方向受力。繞繩倫1-4和導(dǎo)繩輪1-13可以保證鋼絲繩1-3、1-15的移動(dòng)平滑穩(wěn)定。橫梁Al_18、l_22以及橫梁B1-21上面加工有長(zhǎng)孔，可以調(diào)整其相對(duì)于底板的高度，這樣可以保證當(dāng)微器械在不同狀態(tài)加載力始終恒定。
[0012]繩索過(guò)輪布置面板2-12上所有的過(guò)繩輪2-3導(dǎo)繩輪2_18過(guò)繩輪支架2_2預(yù)緊輪支架2-7設(shè)計(jì)都一樣，所有安裝繩輪用的軸都為統(tǒng)一規(guī)格的螺釘，減少了設(shè)計(jì)難度和加工難度。鋼絲繩2-1、2-5、、2-6、2-20、2-21、2-22的運(yùn)動(dòng)可以操作微器械手指的運(yùn)動(dòng)。鋼絲繩通過(guò)導(dǎo)繩輪可以改變方向。其中螺釘2-8可以改變預(yù)緊輪支架2-7和預(yù)緊輪支架底座2-9之間的相對(duì)位置，從而使鋼絲繩2-1、2-5、、2-6、2-20、2-21、2-22處于張緊狀態(tài)。
[0013]通過(guò)鋼絲繩對(duì)拉力傳感器3-17的牽引，拉力傳感器3-17的輸出電壓會(huì)發(fā)生變化，從而通過(guò)拉力傳感器3-17的信息采集到六根鋼絲繩上的拉力，進(jìn)而通過(guò)數(shù)學(xué)模型得到微器械的指尖夾持力。直線步進(jìn)電機(jī)3-7對(duì)六根鋼絲繩的牽引可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)對(duì)微器械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制。接近開(kāi)關(guān)3-5可以檢測(cè)試驗(yàn)裝置的原點(diǎn)。
[0014]通過(guò)砝碼1-1、1_2、1-9、1-14、可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微器械受力的加載通過(guò)拉力傳感器3-17可以檢測(cè)到驅(qū)動(dòng)微器械運(yùn)動(dòng)的六根鋼絲繩的拉力，通過(guò)直線步進(jìn)電機(jī)3-7可以控制微器械的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而通過(guò)數(shù)學(xué)方法得到微器械的夾持力。
[0015]本發(fā)明一種面向外科手術(shù)機(jī)器人微器械夾持力測(cè)試平臺(tái)，具有以下特點(diǎn):
[0016]1、本發(fā)明通過(guò)拉力傳感器測(cè)量驅(qū)動(dòng)微器械的六根鋼絲繩上的拉力，通過(guò)數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)出微器械的夾持力，測(cè)力方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，不用專門(mén)設(shè)計(jì)多維力傳感器。
[0017]2、本發(fā)明結(jié)構(gòu)精巧，采用模塊化設(shè)計(jì)，降低了設(shè)計(jì)難度和加工難度。
[0018]3、本發(fā)明力加載方法采用標(biāo)準(zhǔn)砝碼簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確。橫梁的位置可調(diào)可以對(duì)微器械各個(gè)狀態(tài)下進(jìn)行加載
[0019]4、本發(fā)明的導(dǎo)繩輪組安裝平臺(tái)具有預(yù)緊裝置可以調(diào)整驅(qū)動(dòng)微器械的六根鋼絲繩的松緊，保證運(yùn)動(dòng)精度。
[0020]5、本發(fā)明采用直線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)鋼絲繩來(lái)操作微器械運(yùn)動(dòng)，不需要旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021 ] 圖1是本發(fā)明的整體機(jī)構(gòu)圖。
[0022]圖2是本發(fā)明的微器械指尖受力加載平臺(tái)示意圖。
[0023]圖3是本發(fā)明的導(dǎo)繩輪組安裝平臺(tái)示意圖。
[0024]圖4是本發(fā)明的傳感器及電機(jī)安裝平臺(tái)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面給出本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，并結(jié)合附圖加以說(shuō)明。
[0026]結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種面向外科手術(shù)機(jī)器人微器械夾持力測(cè)試平臺(tái)主要由微器械指尖受力加載平臺(tái)1、導(dǎo)繩輪組安裝平臺(tái)2、傳感器及電機(jī)安裝平臺(tái)3組成。指尖受力加載平臺(tái)I通過(guò)砝碼牽引鋼絲繩的對(duì)微器械實(shí)施力加載；導(dǎo)繩輪組安裝平臺(tái)2可以實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)微器械的的鋼絲繩的空間繞繩和預(yù)緊；傳感器及電機(jī)安裝平臺(tái)3可以實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)微器械的六根鋼絲繩拉力的測(cè)量和對(duì)微器械運(yùn)動(dòng)的控制，進(jìn)而通過(guò)力學(xué)模型得到微器械在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的夾持力。
[0027]結(jié)合圖2，微器械指尖受力加載平臺(tái)I主要由以下幾部分組成:砝碼1-1、砝碼
1-2、砝碼1-9、砝碼1-14、鋼絲繩1-3、繞繩輪1-4、底板1_5、繩輪支架A1-6、繩輪支架B1-7、螺釘1-8、螺釘1-17、螺釘1-20、螺釘1-23、墊塊A1-10、過(guò)輪支架1_11、螺母1_12、導(dǎo)繩輪
1-13、鋼絲繩1-15、墊塊B1-16、橫梁A1-18、橫梁A1-22、立柱1-19、橫梁B1-21。
[0028]立柱1-19通過(guò)四組均勻分布的螺釘1-23固定在底板1_5上面。橫梁Al_18、l_22分別通過(guò)四個(gè)螺釘安裝固定在立柱1-19的兩側(cè)，其中橫梁A1-18在上，橫梁A1-22在下。橫梁B1-21通過(guò)四個(gè)螺釘1-20固定在立柱1-19的正前面。其中橫梁A1-18、1_22和橫梁B1-21上面有長(zhǎng)孔，通過(guò)螺釘可以調(diào)整橫梁Al-18、l-22和橫梁B1-21相對(duì)于底板1_5的位置，調(diào)整其高度。兩個(gè)一樣的墊塊A1-10分別通過(guò)螺釘1-17固定在橫梁B1-21兩側(cè)。墊塊B1-16通過(guò)螺釘固定在橫梁A1-18前端，同樣的橫梁A1-22前端也固定一個(gè)墊塊。墊塊A1-10上面通過(guò)螺釘安裝有過(guò)輪支架1-11。繩輪支架A1-6和繩輪支架B1-7分別通過(guò)螺釘固定在橫梁A1-22上面的墊塊之上。同樣的橫梁A1-18上的墊塊1-16也安裝有兩個(gè)繩輪支架。各個(gè)繩輪支架和過(guò)輪支架上面都通過(guò)螺釘1-8和螺母1-12安裝有導(dǎo)繩輪1-13或者繞繩輪1-4。鋼絲繩1-15分別繞過(guò)橫梁B1-21兩側(cè)的導(dǎo)繩輪1-13和微器械手指相連，這樣通過(guò)砝碼1-1、1_9對(duì)鋼絲繩1-15的牽引可以將砝碼的重力水平加載在微器械指尖，從而模擬微器械水平方向受力。同樣的鋼絲繩1-3繞過(guò)橫梁A1-18和1-22上的四個(gè)繞繩輪1_4和微器械手指相連，這樣通過(guò)砝碼1-2和1-14對(duì)鋼絲繩1-3的牽引可以將砝碼的重力豎直加載在微器械指尖，從而模擬微器械豎直方向受力。
[0029]結(jié)合圖3，導(dǎo)繩輪組安裝平臺(tái)2主要由以下幾部分組成:鋼絲繩2-1、鋼絲繩2-5、鋼絲繩2-6、鋼絲繩2-20、鋼絲繩2-21、鋼絲繩2-22、過(guò)繩輪支架2-2、過(guò)繩輪2-3、螺母2-4、預(yù)緊輪支架2-7、螺釘2-8、螺釘2-11、螺釘2-14、螺釘2_16)預(yù)緊輪支架底座2_9、導(dǎo)繩輪2-10、導(dǎo)繩輪2-18、繩索過(guò)輪布置面板2-12、微器械支架2_13、面板支架A2-15、螺母2_17、面板支架B2-19。
[0030]繩索過(guò)輪布置面板2-12通過(guò)四個(gè)螺釘2-14分別與面板支架A2-15和面板支架B2-19相連，繩索過(guò)輪布置面板2-12上面分布有12個(gè)導(dǎo)繩輪2_10，這12個(gè)導(dǎo)繩輪用10根螺釘2-11固定在繩索過(guò)輪布置面板2-12上面，其中有兩個(gè)螺釘上面分別固定有2個(gè)導(dǎo)繩輪，剩余8根螺釘各自固定一個(gè)導(dǎo)繩輪，其中六個(gè)導(dǎo)繩輪在微器械支架2-13的端口處，剩余6個(gè)處于6組預(yù)緊輪支架底座2-9和過(guò)繩輪支架2-2之間。預(yù)緊輪支架底座2-9和過(guò)繩輪支架2-2也通過(guò)螺釘固定在繩索過(guò)輪布置面板2-12上面。6個(gè)預(yù)緊輪支架2-7通過(guò)螺釘安裝在6個(gè)預(yù)緊輪支架底座2-9上。每個(gè)預(yù)緊輪支架2-7和過(guò)繩輪支架2-2都通過(guò)螺釘
2-16和螺母2-17安裝有導(dǎo)繩輪2-18。驅(qū)動(dòng)微器械運(yùn)動(dòng)的6根鋼絲繩2_1、2_5、、2_6、2_20、
2-21,2-22分別繞過(guò)處于微器械支架2-13的端口處導(dǎo)繩輪后繞過(guò)預(yù)緊輪支架上的導(dǎo)繩輪，再次繞過(guò)預(yù)緊輪支架底座2-9和過(guò)繩輪支架2-2之間導(dǎo)繩輪最后繞過(guò)過(guò)繩輪支架2-2上的導(dǎo)繩輪。通過(guò)調(diào)整預(yù)緊輪支架底座2-9上的螺釘，就可以調(diào)整預(yù)緊輪支架底座2-9和預(yù)緊輪支架2-7的相對(duì)位置來(lái)達(dá)到調(diào)整鋼絲繩2-1、2-5、、2-6、2-20、2-21、2-22松緊的目的。這樣通過(guò)驅(qū)動(dòng)鋼絲繩就可以達(dá)到精準(zhǔn)控制微器械的目的。
[0031]結(jié)合圖4，傳感器及電機(jī)安裝平臺(tái)3主要由以下幾部分組成:底板3-1、接近開(kāi)關(guān)安裝支架底座3-2、螺釘3-3、螺釘3-16、接近開(kāi)關(guān)安裝板連接架3-4、接近開(kāi)關(guān)安裝面板3_5、接近開(kāi)關(guān)3-6、直線步進(jìn)電機(jī)3-7、電機(jī)安裝支架3-8、下層過(guò)繩輪組支架3-9、電機(jī)繩索連接帽3-10、繩索卡頭3-11、上層過(guò)繩輪組支架3-12、繩輪支架3-13、繩輪3_14、螺栓3_15、拉力傳感器3-17、傳感器繩索連接帽3-18、繩索卡頭3-19。
[0032]面板支架A2-15和面板支架B2-19通過(guò)螺釘固定在底板3_1上面，這樣導(dǎo)繩輪組安裝平臺(tái)2就和底板3-1連為一體了。接近開(kāi)關(guān)安裝支架底座3-2電機(jī)安裝支架3-8和下層過(guò)繩輪組支架3-9通過(guò)螺釘3-3固定在底板3-1上。接近開(kāi)關(guān)安裝面板3-5通過(guò)接近開(kāi)關(guān)安裝板連接架3-4和接近開(kāi)關(guān)安裝支架底座3-2相連，上層過(guò)繩輪組支架3-12通過(guò)螺釘和下層過(guò)繩輪組支架3-9相連，6個(gè)直線步進(jìn)電機(jī)3-7安裝在電機(jī)安裝支架3-8上面。下層過(guò)繩輪組支架3-9和上層過(guò)繩輪組支架3-12分別通過(guò)螺釘3-16安裝有三個(gè)繩輪支架
3-13，其中每個(gè)繩輪支架3-13上面通過(guò)螺栓3-15安裝有繩輪3_14。驅(qū)動(dòng)微器械運(yùn)動(dòng)的6根鋼絲繩通過(guò)傳感器繩索連接帽3-18連接到6個(gè)拉力傳感器3-17上端，并用繩索卡頭3-19卡住。同樣的各個(gè)拉力傳感器3-17下端也通過(guò)傳感器繩索連接帽3-18連接有鋼絲繩。傳感器3-17下端的鋼絲繩分別繞過(guò)各自對(duì)應(yīng)的繩輪3-14連接到安裝在直線步進(jìn)電機(jī)3-7上面的電機(jī)繩索連接帽3-10上面并用繩索卡頭3-11卡住。這樣直線步進(jìn)電機(jī)3-7對(duì)六根鋼絲繩的牽引可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)對(duì)微器械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制。通過(guò)鋼絲繩對(duì)拉力傳感器3-17的牽弓丨，拉力傳感器3-17的輸出電壓會(huì)發(fā)生變化，從而通過(guò)拉力傳感器3-17的信息采集到六根鋼絲繩上的拉力，進(jìn)而通過(guò)數(shù)學(xué)模型得到微器械的指尖夾持力。接近開(kāi)關(guān)3-5可以檢測(cè)試驗(yàn)裝置的原點(diǎn)。
[0033]結(jié)合圖1，圖2，圖3，圖4對(duì)本一種面向外科手術(shù)機(jī)器人微器械夾持力測(cè)試平臺(tái)的功能進(jìn)行總體說(shuō)明。一種面向外科手術(shù)機(jī)器人微器械夾持力測(cè)試平臺(tái)主要由微器械指尖受力加載平臺(tái)1、導(dǎo)繩輪組安裝平臺(tái)2、傳感器及電機(jī)安裝平臺(tái)3組成。
[0034]通過(guò)砝碼1-1、1-2、1-9、1_14對(duì)鋼絲繩的牽引可以將砝碼的重量加載到微器械指尖。從而模擬微器械指尖受力。直線步進(jìn)電機(jī)3-7通過(guò)控制鋼絲繩的運(yùn)動(dòng)從而控制微器械的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)拉力傳感器3-17兩側(cè)鋼絲繩會(huì)對(duì)拉力傳感器產(chǎn)生拉伸作用，拉力傳感器3-17的輸出電壓會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而可以將電壓轉(zhuǎn)化為六根鋼絲繩上的拉力，最終通過(guò)數(shù)學(xué)方法得到微器械的夾持力。導(dǎo)繩輪組安裝平臺(tái)2具有預(yù)緊裝置可以起到繩輪和繩索空間布置的作用，保整微器械運(yùn)動(dòng)精度。
【權(quán)利要求】
1.一種面向外科手術(shù)機(jī)器人微器械夾持力的測(cè)試平臺(tái)，其特征是:包括微器械指尖受力加載平臺(tái)(1)、導(dǎo)繩輪組安裝平臺(tái)(2)和傳感器及電機(jī)安裝平臺(tái)(3)，指尖受力加載平臺(tái)(1)通過(guò)砝碼牽引鋼絲繩對(duì)微器械實(shí)施力加載，導(dǎo)繩輪組安裝平臺(tái)(2)實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)微器械的鋼絲繩的空間繞繩和預(yù)緊，傳感器及電機(jī)安裝平臺(tái)(3)實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)微器械的六根鋼絲繩拉力的測(cè)量和對(duì)微器械運(yùn)動(dòng)的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向外科手術(shù)機(jī)器人微器械夾持力的測(cè)試平臺(tái)，其特征是所述微器械指尖受力加載平臺(tái)(1)的組成為:立柱(1-19)固定在底板(1-5)上，上橫梁A(1-18)、下橫梁A (1-22)分別固定在立柱(1-19)的兩側(cè)，橫梁B (1_21)固定在立柱(1_19)的正前面，兩個(gè)相同的墊塊A (1-10)分別固定在橫梁B (1-21)的兩端，墊塊B (1-16)固定在上橫梁A (1-18)前端，下橫梁A (1-22)前端也固定一個(gè)墊塊B (1_16)，墊塊A (1-10)上面安裝有過(guò)輪支架(1-11)，繩輪支架A (1-6)和繩輪支架B (1-7)分別固定在上橫梁A(1-22)上面的墊塊之上，上橫梁A (1-18)上的墊塊(1-16)也安裝有兩個(gè)繩輪支架，各個(gè)繩輪支架和過(guò)輪支架上面都安裝有導(dǎo)繩輪(1-13)或者繞繩輪(1-4)，鋼絲繩A (1-15)分別繞過(guò)橫梁B (1-21)兩側(cè)的導(dǎo)繩輪(1-13)和微器械手指相連，通過(guò)砝碼A (1-1)、砝碼B (1-9)對(duì)鋼絲繩A (1-15)的牽引將砝碼的重力水平加載在微器械指尖，從而模擬微器械水平方向受力，鋼絲繩B (1-3)繞過(guò)上橫梁A (1-18)和下橫梁A (1-22)上的四個(gè)繞繩輪(1-4)和微器械手指相連，通過(guò)砝碼C (1-2)和砝碼D (1-14)對(duì)鋼絲繩B (1-3)的牽引將砝碼的重力豎直加載在微器械指尖，從而模擬微器械豎直方向受力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向外科手術(shù)機(jī)器人微器械夾持力的測(cè)試平臺(tái)，其特征是:上橫梁A (1-18)、下橫梁A (1-22)和橫梁B (1-21)上面有長(zhǎng)孔，上橫梁A (1-18)、下橫梁A(1-22)和橫梁B (1-21)均通過(guò)螺釘安裝在立柱(1-19)上，通過(guò)螺釘調(diào)整上橫梁A (1-18),下橫梁A (1-22)和橫梁B (1-21)相對(duì)于底板(1-5)的位置調(diào)整高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的面向外科手術(shù)機(jī)器人微器械夾持力的測(cè)試平臺(tái)，其特征是所述導(dǎo)繩輪組安裝平臺(tái)(2)的組成為:繩索過(guò)輪布置面板(2-12)分別與面板支架A (2-15)和面板支架B (2-19)相連，繩索過(guò)輪布置面板(2-12)上面分布有12個(gè)導(dǎo)繩輪(2-10)，所述12個(gè)導(dǎo)繩輪用10根螺釘(2-11)固定在繩索過(guò)輪布置面板(2-12)上面，其中兩個(gè)螺釘上面分別固定有2個(gè)導(dǎo)繩輪、剩余8根螺釘各自固定一個(gè)導(dǎo)繩輪，其中六個(gè)導(dǎo)繩輪在微器械支架(2-13)的端口處、剩余6個(gè)處于6組預(yù)緊輪支架底座(2-9)和過(guò)繩輪支架(2-2 )之間，預(yù)緊輪支架底座(2-9 )和過(guò)繩輪支架(2-2 )也通過(guò)螺釘固定在繩索過(guò)輪布置面板(2-12 )上面，6個(gè)預(yù)緊輪支架(2-7 )安裝在6個(gè)預(yù)緊輪支架底座(2-9 )上，每個(gè)預(yù)緊輪支架(2-7)和過(guò)繩輪支架(2-2)都安裝有導(dǎo)繩輪(2-18)，驅(qū)動(dòng)微器械運(yùn)動(dòng)的6根鋼絲繩分別繞過(guò)處于微器械支架(2-13)的端口處導(dǎo)繩輪后繞過(guò)預(yù)緊輪支架上的導(dǎo)繩輪，再次繞過(guò)預(yù)緊輪支架底座(2-9 )和過(guò)繩輪支架(2-2 )之間導(dǎo)繩輪最后繞過(guò)過(guò)繩輪支架(2-2 )上的導(dǎo)繩輪。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的面向外科手術(shù)機(jī)器人微器械夾持力的測(cè)試平臺(tái)，其特征是所述傳感器及電機(jī)安裝平臺(tái)(3)的組成為:面板支架A (2-15)和面板支架B (2-19)固定在底板(3-1)上面，接近開(kāi)關(guān)安裝支架底座(3-2)、電機(jī)安裝支架(3-8)和下層過(guò)繩輪組支架(3-9)固定在底板(3-1)上，接近開(kāi)關(guān)安裝面板(3-5)通過(guò)接近開(kāi)關(guān)安裝板連接架(3-4)和接近開(kāi)關(guān)安裝支架底座(3-2)相連，上層過(guò)繩輪組支架(3-12)和下層過(guò)繩輪組支架(3-9)相連，6個(gè)直線步進(jìn)電機(jī)(3-7)安裝在電機(jī)安裝支架(3-8)上面，下層過(guò)繩輪組支架(3-9)和上層過(guò)繩輪組支架(3-12)分別安裝有三個(gè)繩輪支架(3-13)，其中每個(gè)繩輪支架(3-13)上面安裝有繩輪(3-14)，驅(qū)動(dòng)微器械運(yùn)動(dòng)的6根鋼絲繩通過(guò)傳感器繩索連接帽(3-18)連接到6個(gè)拉力傳感器(3-17)上端，各個(gè)拉力傳感器(3-17)下端也通過(guò)傳感器繩索連接帽(3-18)連接有鋼絲繩，傳感器(3-17)下端的鋼絲繩分別繞過(guò)各自對(duì)應(yīng)的繩輪(3-14)連接到安裝在直線步進(jìn)電機(jī)(3-7)上面的電機(jī)繩索連接帽(3-10)上面，通過(guò)鋼絲繩對(duì)拉力傳感器(3-17)的牽引，拉力傳感器(3-17)的輸出電壓會(huì)發(fā)生變化，從而通過(guò)拉力傳感器(3-17)的信息采集到六根鋼絲繩上的拉力。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的面向外科手術(shù)機(jī)器人微器械夾持力的測(cè)試平臺(tái)，其特征是所述傳感器及電機(jī)安裝平臺(tái)(3)的組成為:面板支架A (2-15)和面板支架B (2-19)固定在底板(3-1)上面，接近開(kāi)關(guān)安裝支架底座(3-2)、電機(jī)安裝支架(3-8)和下層過(guò)繩輪組支架(3-9)固定在底板(3-1)上，接近開(kāi)關(guān)安裝面板(3-5)通過(guò)接近開(kāi)關(guān)安裝板連接架(3-4)和接近開(kāi)關(guān)安裝支架底座(3-2)相連，上層過(guò)繩輪組支架(3-12)和下層過(guò)繩輪組支架(3-9)相連，6個(gè)直線步進(jìn)電機(jī)(3-7)安裝在電機(jī)安裝支架(3-8)上面，下層過(guò)繩輪組支架(3-9)和上層過(guò)繩輪組支架(3-12)分別安裝有三個(gè)繩輪支架(3-13)，其中每個(gè)繩輪支架(3-13)上面安裝有繩輪(3-14)，驅(qū)動(dòng)微器械運(yùn)動(dòng)的6根鋼絲繩通過(guò)傳感器繩索連接帽(3-18)連接到6個(gè)拉力傳感器(3-17)上端，各個(gè)拉力傳感器(3-17)下端也通過(guò)傳感器繩索連接帽(3-18)連接有鋼絲繩，傳感器(3-17)下端的鋼絲繩分別繞過(guò)各自對(duì)應(yīng)的繩輪(3-14)連接到安裝在直線步進(jìn)電機(jī)(3-7)上面的電機(jī)繩索連接帽(3-10)上面，通過(guò)鋼絲繩對(duì)拉力傳感器(3-17)的牽引，拉力傳感器(3-17)的輸出電壓會(huì)發(fā)生變化，從而通過(guò)拉力傳感器(3-17)的信息采集到六根鋼絲繩上的拉力。
【文檔編號(hào)】G01L5/00GK103940539SQ201410085449
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】于凌濤, 王文杰, 王正雨, 張寶玉, 于曉硯, 李宏偉, 李洪洋, 楊景, 莊忠平, 唐濤 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)