專利名稱:帶力反饋的膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)訓(xùn)練裝置制造方法
【專利摘要】本帶力反饋的膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)訓(xùn)練裝置含有五個(gè)空間自由度：滑塊在滑軌上的軸向移動(dòng)；支撐盤(pán)在水平面上的轉(zhuǎn)動(dòng)；手柄桿沿著軸線的上下移動(dòng)；手柄桿豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)；手柄桿繞自身軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。操作者先調(diào)整裝置到最適宜自己操作的位置，操作時(shí)零件的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)傳遞給對(duì)應(yīng)電機(jī)，電機(jī)將此信息傳遞給計(jì)算機(jī)，計(jì)算出相應(yīng)的反饋力，并將此信息傳遞給電機(jī)，電機(jī)將此反饋力傳遞給零件，使體驗(yàn)者能獲得最佳的訓(xùn)練效果。本實(shí)用新型能根據(jù)使用者的不同及其不同的操作習(xí)慣，靈活調(diào)整手術(shù)刀和內(nèi)窺鏡的位置和角度，并給出相應(yīng)的反饋力，達(dá)到逼真模擬關(guān)節(jié)手術(shù)的效果，縮短了手術(shù)醫(yī)師的培訓(xùn)時(shí)間，節(jié)省了培訓(xùn)費(fèi)用，另外，此裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作和維修。
【專利說(shuō)明】帶力反饋的膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)訓(xùn)練裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利屬于虛擬手術(shù)設(shè)備領(lǐng)域，涉及了力反饋技術(shù)，同時(shí)涉及一種虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]虛擬手術(shù)，又稱手術(shù)仿真，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的真實(shí)感繪制方法逼真地表現(xiàn)出人體器宮的解剖結(jié)構(gòu)、解剖位置、物理特征以及生理特征，模擬手術(shù)過(guò)程中可能遇到的各種現(xiàn)象，為醫(yī)生提供一個(gè)虛擬的手術(shù)場(chǎng)景，同時(shí)通過(guò)交互設(shè)備，使醫(yī)生能夠感知到與虛擬器官的交互并通過(guò)與虛擬人體器官進(jìn)行交互來(lái)完成手術(shù)過(guò)程的模擬。虛擬手術(shù)系統(tǒng)可供醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)訓(xùn)練、手術(shù)計(jì)劃甚至輔助真實(shí)的手術(shù)治療。關(guān)節(jié)鏡手術(shù)開(kāi)始主要應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)，20世紀(jì)初起源于日本，20世紀(jì)70年代后在美國(guó)等國(guó)家得到長(zhǎng)足的發(fā)展。關(guān)節(jié)鏡手術(shù)器械價(jià)格昂貴，患者的手術(shù)需求較多，但是熟練使用的醫(yī)生不多，主要是關(guān)節(jié)鏡手術(shù)有很多制約因素，如醫(yī)生的視野窄，手、眼的協(xié)作受到限制，手術(shù)器械的活動(dòng)范圍有限，手術(shù)操作難度高，不經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期訓(xùn)練以及經(jīng)驗(yàn)積累，醫(yī)生難以勝任。而目前的方法是讓被訓(xùn)練者觀察有經(jīng)驗(yàn)的外科醫(yī)生的操作，以熟悉整個(gè)手術(shù)過(guò)程，或用其他塑料仿制品代替，受訓(xùn)者無(wú)法感受到手術(shù)器械與組織之間正確的力的交互，這樣正式手術(shù)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)很高。與快速發(fā)展的手術(shù)需求相比，缺乏熟練掌握關(guān)節(jié)鏡手術(shù)的醫(yī)生是制約關(guān)節(jié)鏡手術(shù)普及發(fā)展的一個(gè)瓶頸。如何提供一種更好的方式對(duì)關(guān)節(jié)鏡手術(shù)操作人員進(jìn)行訓(xùn)練與教育，以縮短知識(shí)獲取的時(shí)間和成本已經(jīng)成為本領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題，
[0003]基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)節(jié)鏡手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)可以隨時(shí)隨地開(kāi)展訓(xùn)練，使用成本很低，無(wú)疑對(duì)于手術(shù)技術(shù)的發(fā)展與推廣具有很高的使用價(jià)值，但是當(dāng)前國(guó)內(nèi)的虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)的研宄多處于軟件開(kāi)發(fā)階段，硬件交互設(shè)備的發(fā)展嚴(yán)重滯后，成為此關(guān)節(jié)鏡手術(shù)虛擬訓(xùn)練水平提高的一大障礙。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對(duì)上述當(dāng)前虛擬關(guān)節(jié)鏡手術(shù)領(lǐng)域所遇到的問(wèn)題，本發(fā)明專利提供一種虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)交互裝置，其能根據(jù)使用者不同及其不同的操作習(xí)慣，靈活調(diào)整手術(shù)刀和內(nèi)窺鏡的位置和角度，同時(shí)還可以通過(guò)電機(jī)感受到一種反饋力，給人一種更加逼真的效果，可以達(dá)到逼真模擬關(guān)節(jié)手術(shù)的效果，另外，此裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作和維修。
[0005]本發(fā)明專利的技術(shù)方案為:帶力反饋的膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)訓(xùn)練裝置，包括滑軌(1)、滑塊(2)、支撐柱(3)、底板(4)、支撐盤(pán)(8)、第一支撐架(10)、第二支撐架(11)、第一齒輪
(14)、第二齒輪(21)、第三齒輪(23)、齒條(17)、軸承連接盤(pán)(12)、第一聯(lián)軸器(7)、第二聯(lián)軸器(13)、第三聯(lián)軸器(19)、第四聯(lián)軸器(20)、角位移傳感器(28)、第一電機(jī)(33)、第二電機(jī)(39)、第三電機(jī)(41)、第四電機(jī)(42)、第五電機(jī)(43)、第六電機(jī)(44)、第七電機(jī)(45)等組件，機(jī)構(gòu)的左部分和右部分除手柄部位基本相同，其特征在于:該裝置含有5個(gè)空間自由度、7個(gè)增量式編碼器、7個(gè)電機(jī)和2個(gè)角位移傳感器，應(yīng)用力反饋技術(shù)，實(shí)時(shí)捕獲操作者的動(dòng)作，返還操作者相應(yīng)的反饋力，滑軌(I)與滑塊(2)可以進(jìn)行橫向調(diào)整。
[0006]本發(fā)明專利所述底板(4)的底面同連接盤(pán)(5)通過(guò)螺釘進(jìn)行固定連接，然后連接盤(pán)(5 )和第二電機(jī)(39 )通過(guò)螺釘進(jìn)行固定，這樣使第二電機(jī)(39 )固定在底板(4 )底面處，以便后面接收第一聯(lián)軸器(7)傳遞過(guò)來(lái)的轉(zhuǎn)矩。
[0007]本發(fā)明專利所述第二電機(jī)(39)軸伸入第一聯(lián)軸器(7)再通過(guò)第一聯(lián)軸器(7)外表面的螺釘周向固定在一起，第一聯(lián)軸器(7)另一端伸入支撐盤(pán)(8)的開(kāi)孔得以固定，使得支撐盤(pán)(8 )的水平面轉(zhuǎn)矩可以傳遞給第一聯(lián)軸器(7 )，第一聯(lián)軸器(7 )進(jìn)而將轉(zhuǎn)矩通過(guò)電機(jī)軸傳遞給第二電機(jī)(39)，第二電機(jī)(39)接收到轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)后將信號(hào)傳遞給增量式編碼器，并由增量式編碼器傳遞給系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)計(jì)算后反饋給增量式編碼器反饋力數(shù)據(jù)，增量式編碼器再將此數(shù)據(jù)傳遞給第二電機(jī)(39 )，第二電機(jī)(39 )以此數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè)反饋力，操作者因此感受到反饋力而獲得更真實(shí)的操作體驗(yàn)。
[0008]本發(fā)明專利所述第三電機(jī)(41)通過(guò)螺釘固定在軸承連接盤(pán)(12)上，軸承連接盤(pán)
(12)通過(guò)螺釘固定在第一支撐架(10)上，因此第三電機(jī)(41)和軸承連接盤(pán)(12)以及第一支撐架(10 )固定在一起，第三電機(jī)(41)伸出部分的電機(jī)軸伸入第二聯(lián)軸器(13 )，再通過(guò)第二聯(lián)軸器(13)外表面的螺釘周向固定在一起，第二聯(lián)軸器(13)的另一側(cè)通過(guò)鍵連接和第一齒輪(14)周向固定，因此第一齒輪(14)的轉(zhuǎn)動(dòng)可以通過(guò)第二聯(lián)軸器(13)傳遞給第三電機(jī)(41)。
[0009]本發(fā)明專利所述手柄桿(40)在桿的中間部位焊接固定上一個(gè)凸起塊，凸起塊的上下各有一個(gè)相同的連接塊(統(tǒng)稱為27)，上下兩個(gè)連接塊(27)通過(guò)螺釘固定在連接套(26)上，齒條(17)通過(guò)螺釘固定在連接套(26)的底部，因此手柄桿(40)、連接塊(27)、連接套
(26)和齒條(17)連接在一起，手柄桿(40)在豎直方向的上下移動(dòng)通過(guò)凸起塊帶動(dòng)連接塊
(27)，由連接塊(27)帶動(dòng)連接套(26)進(jìn)而帶動(dòng)齒條(17)—起上下移動(dòng)。
[0010]本發(fā)明專利所述手柄桿(40)末端截面有一個(gè)一字型凸起，以便與連接套(26)內(nèi)部的角位移傳感器(28)的伸出軸截面剛好契合，角位移傳感器(28)因此能感受到手柄桿的周向轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0011]本發(fā)明專利所述手柄桿(40)通過(guò)鍵連接和軸(25)周向固定，在軸(25)的左側(cè)套上長(zhǎng)套筒(24) —方面起到擋圈的作用避免齒輪左側(cè)軸向移動(dòng)，一方面避免軸(25)的轉(zhuǎn)動(dòng)干擾到左側(cè)聯(lián)軸器(29)的轉(zhuǎn)動(dòng)，軸(25)的右側(cè)相當(dāng)于聯(lián)軸器，第四電機(jī)(42)的伸出部分電機(jī)軸伸入軸(25)的截面孔內(nèi)，通過(guò)軸(25)表面的螺釘固定使軸(25)和第四電機(jī)(42)達(dá)成周向固定，手柄桿(40)在豎直方向的上下移動(dòng)帶動(dòng)齒條(17)進(jìn)行上下移動(dòng)，進(jìn)而使第三齒輪(23 )轉(zhuǎn)動(dòng)，第三齒輪(23 )通過(guò)軸(25 )將轉(zhuǎn)矩傳遞給第四電機(jī)(42 )，使第四電機(jī)(42 )感受到第三齒輪(23)的轉(zhuǎn)矩，第四電機(jī)(42)接收到轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)后將信號(hào)傳遞給增量式編碼器，并由增量式編碼器傳遞給系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)計(jì)算后反饋給增量式編碼器反饋力數(shù)據(jù)，增量式編碼器再將此數(shù)據(jù)傳遞給第四電機(jī)(42)，第四電機(jī)(42)以此數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè)反饋力，操作者因此感受到反饋力而獲得更真實(shí)的操作體驗(yàn)。
[0012]本發(fā)明專利所述手柄桿(40)通過(guò)手柄架(31)和另兩根桿固定在一起，再通過(guò)連接板(18)和第四聯(lián)軸器(20)固定在一起，第四聯(lián)軸器(20)通過(guò)鍵連接和第二齒輪(21)達(dá)成周向固定，手柄桿(40 )在豎直平面前后轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)第四聯(lián)軸器(20 )進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，第四聯(lián)軸器(20)帶動(dòng)第二齒輪(21)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而將轉(zhuǎn)矩傳遞給第一齒輪(14)和第二聯(lián)軸器(13)，最終將轉(zhuǎn)矩傳遞給第三電機(jī)(41)，第三電機(jī)(41)接收到轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)后將信號(hào)傳遞給增量式編碼器，并由增量式編碼器傳遞給系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)計(jì)算后反饋給增量式編碼器反饋力數(shù)據(jù)，增量式編碼器再將此數(shù)據(jù)傳遞給第三電機(jī)(41)，第三電機(jī)(41)以此數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè)反饋力，操作者因此感受到反饋力而獲得更真實(shí)的操作體驗(yàn)。
[0013]本發(fā)明專利所述夾子(34)和連接件(36)通過(guò)螺釘進(jìn)行固定，夾子(35)通過(guò)螺釘固定在連接件(37 )上，第一電機(jī)(33 )通過(guò)螺釘固定在夾子(35 )上，第一電機(jī)(33 )伸出部分電機(jī)軸伸入連接件(36 )孔內(nèi)，通過(guò)螺釘固定使夾子(34 )和第一電機(jī)(33 )達(dá)成周向固定，夾子(34)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)連接件(36)以第一電機(jī)(33)軸為中心軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，并將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給第一電機(jī)(33)，第一電機(jī)(33)接收到轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)后將信號(hào)傳遞給增量式編碼器，并由增量式編碼器傳遞給系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)計(jì)算后反饋給增量式編碼器反饋力數(shù)據(jù)，增量式編碼器再將此數(shù)據(jù)傳遞給第一電機(jī)(33)，第一電機(jī)(33)以此數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè)反饋力，操作者因此感受到反饋力而獲得更真實(shí)的操作體驗(yàn)。
[0014]本發(fā)明專利所述整個(gè)機(jī)構(gòu)裝置右手部分可以更換刀具，當(dāng)此裝置右手部分需要用刀具時(shí)，夾子(34、35)和連接件(36)以及第一電機(jī)(33)部分可以拆下，將需更換的刀具放入連接件(37)的凹槽處，通過(guò)螺釘擰緊固定，此時(shí)裝置右手部分模擬的是手術(shù)刀的操作。
[0015]本發(fā)明專利能根據(jù)使用者的不同及其不同的操作習(xí)慣，靈活調(diào)整手術(shù)刀和內(nèi)窺鏡的位置和角度，同時(shí)能感受到電機(jī)傳遞來(lái)的反饋力，達(dá)到逼真模擬關(guān)節(jié)手術(shù)的效果，縮短了手術(shù)醫(yī)師的培訓(xùn)時(shí)間，節(jié)省了培訓(xùn)費(fèi)用，另外，此裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作和維修。
[0016]【附圖說(shuō)明】
:
[0017]圖1為本發(fā)明專利滑塊和滑軌裝配爆炸圖；
[0018]圖2為本發(fā)明專利底座處裝配爆炸圖；
[0019]圖3為本發(fā)明專利支撐架處電機(jī)、軸承連接盤(pán)、聯(lián)軸器和齒輪裝配爆炸圖；
[0020]圖4為本發(fā)明專利角位移傳感器部分裝配爆炸圖；
[0021]圖5為本發(fā)明專利中間齒輪處裝配爆炸圖；
[0022]圖6為本發(fā)明專利夾子處裝配爆炸圖；
[0023]圖7為本發(fā)明專利中間軸處裝配爆炸圖；
[0024]圖8為本發(fā)明專利支撐架處電機(jī)、聯(lián)軸器和軸承裝配爆炸圖；
[0025]圖9為本發(fā)明專利軸、聯(lián)軸器、齒輪和軸承裝配爆炸圖；
[0026]圖10為本發(fā)明專利總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]【具體實(shí)施方式】:
[0028]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明專利做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0029]帶力反饋的膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)訓(xùn)練裝置，包括滑軌(1)、滑塊(2)、支撐柱(3)、底板
(4)、支撐盤(pán)(8)、第一支撐架(10)、第二支撐架(11)、第一齒輪(14)、第二齒輪(21)、第三齒輪(23)、齒條(17)、軸承連接盤(pán)(12)、第一聯(lián)軸器(7)、第二聯(lián)軸器(13)、第三聯(lián)軸器(19)、第四聯(lián)軸器(20)、角位移傳感器(28)、第一電機(jī)(33)、第二電機(jī)(39)、第三電機(jī)(41)、第四電機(jī)(42)、第五電機(jī)(43)、第六電機(jī)(44)、第七電機(jī)(45)等組件，機(jī)構(gòu)的左部分和右部分除手柄部位基本相同，其特征在于:該裝置含有5個(gè)空間自由度、7個(gè)增量式編碼器、7個(gè)電機(jī)和2個(gè)角位移傳感器，應(yīng)用力反饋技術(shù)，實(shí)時(shí)捕獲操作者的動(dòng)作，返還操作者相應(yīng)的反饋力，滑軌(I)與滑塊(2 )可以進(jìn)行橫向調(diào)整。
[0030]如圖2所示，底板(4 )的底面同連接盤(pán)(5 )通過(guò)螺釘進(jìn)行固定連接，然后連接盤(pán)(5 )和第二電機(jī)(39 )通過(guò)螺釘進(jìn)行固定，這樣使第二電機(jī)(39 )固定在底板(4 )底面處。
[0031]所述第二電機(jī)(39)軸伸入第一聯(lián)軸器(7)再通過(guò)螺釘固定在一起，第一聯(lián)軸器
(7)另一端伸入支撐盤(pán)(8)得以固定，使得支撐盤(pán)的水平轉(zhuǎn)動(dòng)可以通過(guò)聯(lián)軸器傳遞給第二電機(jī)(39)軸。
[0032]如圖3所示，第三電機(jī)(41)通過(guò)軸承連接盤(pán)(12)和螺釘固定在第一支撐架(10)上，第三電機(jī)(41)軸通過(guò)第二聯(lián)軸器(13)與第一齒輪(14)相連接，當(dāng)手柄桿在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，手柄桿的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)連接板(18 )、聯(lián)軸器(20、13 )、齒輪(21、14 )、軸承連接盤(pán)(12 )把豎直方向的轉(zhuǎn)矩傳遞給第三電機(jī)(41)，電機(jī)因此通過(guò)計(jì)算機(jī)給出了相應(yīng)的反饋力。
[0033]如圖4所示，手柄桿(40)在桿的中間部位焊接上一個(gè)凸起塊，使得手柄桿(40)可以同連接件(26)進(jìn)行固定，豎直方向的上下移動(dòng)可以通過(guò)連接件(26)傳遞給齒條(17)，以便帶動(dòng)齒條(17) —起上下移動(dòng)。
[0034]所述手柄桿(40)末端截面有一個(gè)一字型凸起，以便與角位移傳感器(28)相連接，接受手柄桿(40)的繞著自身軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0035]如圖5所示，手柄桿(40)的豎直方向上下移動(dòng)帶動(dòng)齒條(17)進(jìn)行上下移動(dòng)，從而使第三齒輪(23 )轉(zhuǎn)動(dòng)，第三齒輪(23 )將轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)軸傳遞給第四電機(jī)(42 )，使電機(jī)能感受到手柄桿(42)的上下移動(dòng)，并給出相應(yīng)的反饋力。
[0036]所述手柄桿(40)的豎直方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將帶動(dòng)第四聯(lián)軸器(20)傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)給第二齒輪(21 )、再通過(guò)第二齒輪(21)將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給第一齒輪(14)，繼而通過(guò)第一齒輪(14)和第二聯(lián)軸器(13)將轉(zhuǎn)矩傳遞給第三電機(jī)(41)軸，使第三電機(jī)(41)能感受到手柄桿(40)的豎直方向的轉(zhuǎn)矩，并給出相應(yīng)的反饋力。
[0037]如圖6所示，夾子(34)通過(guò)連接件(36)與第一電機(jī)(33)軸固定在一起，夾子(34)進(jìn)行豎直方向轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)連接件(36) —起繞著第一電機(jī)(33)的軸線方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并將此轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給第一電機(jī)(33)，使第一電機(jī)(33)感受到夾子(34)的豎直方向的轉(zhuǎn)矩，并給出相應(yīng)的反饋力。
[0038]如圖7所示，軸(25)端面處有圓孔，此處可插入電機(jī)軸，再通過(guò)圓面上的螺紋孔通過(guò)螺釘進(jìn)行固定，軸(25)中間部位有鍵槽，與第三齒輪(23)進(jìn)行周向固定，軸(25)另一側(cè)與套筒(24)相套，這樣手柄桿(40)的豎直方向上下運(yùn)動(dòng)可通過(guò)齒條(17)帶動(dòng)第三齒輪
(23),第三齒輪(23)通過(guò)鍵槽帶動(dòng)軸(25)進(jìn)行周向轉(zhuǎn)動(dòng)，并將轉(zhuǎn)矩傳遞給第四電機(jī)(42)，第四電機(jī)(42)給出了相應(yīng)的反饋力。
[0039]如圖8所示，第四電機(jī)(42 )通過(guò)螺釘固定在第二支撐架(11)上，滾動(dòng)軸承(22 )嵌套在第二支撐架(11)內(nèi)并與第三聯(lián)軸器(19 )相連，第三齒輪(23 )通過(guò)軸(25 )的鍵槽相連接，軸(25)與第四電機(jī)(42)相連接，使電機(jī)能感受到手柄桿上下的運(yùn)動(dòng)。
[0040]如圖9所示，第四聯(lián)軸器(20)與套筒(24)相嵌套，第二齒輪(21)通過(guò)鍵槽與第四聯(lián)軸器(20 )達(dá)成周向固定，通過(guò)連接板(18 )來(lái)接受手柄桿(40 )豎直平面的轉(zhuǎn)動(dòng)，并傳遞給第三電機(jī)(41)。
[0041]所述整個(gè)機(jī)構(gòu)(如圖10)左邊的部分和右邊的部分除去手柄處是對(duì)稱的。
[0042]本裝置含有五個(gè)空間自由度:滑塊在滑軌上的軸向移動(dòng)；支撐盤(pán)在水平面上的轉(zhuǎn)動(dòng)；手柄桿豎直方向的上下移動(dòng)；手柄桿豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)；手柄桿繞自身軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。操作者先調(diào)整裝置到最適宜自己操作的位置，操作時(shí)零件的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)傳遞給對(duì)應(yīng)電機(jī)，電機(jī)將此信息傳遞給計(jì)算機(jī)，計(jì)算出相應(yīng)的反饋力，并將此信息傳遞給電機(jī)，電機(jī)將此反饋力傳遞給零件，使體驗(yàn)者能獲得最佳的訓(xùn)練效果。
[0043]本發(fā)明專利能根據(jù)使用者的不同及其不同的操作習(xí)慣，靈活調(diào)整手術(shù)刀和內(nèi)窺鏡的位置和角度，并給出相應(yīng)的反饋力，達(dá)到逼真模擬關(guān)節(jié)手術(shù)的效果，縮短了手術(shù)醫(yī)師的培訓(xùn)時(shí)間，節(jié)省了培訓(xùn)費(fèi)用，另外，此裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作和維修。
【權(quán)利要求】
1.帶力反饋的膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)訓(xùn)練裝置，包括滑軌(1)、滑塊(2)、支撐柱(3)、底板(4)、支撐盤(pán)(8)、第一支撐架(10)、第二支撐架(11)、第一齒輪(14)、第二齒輪(21)、第三齒輪(23)、齒條(17)、軸承連接盤(pán)(12)、第一聯(lián)軸器(7)、第二聯(lián)軸器(13)、第三聯(lián)軸器(19)、第四聯(lián)軸器(20)、角位移傳感器(28)、第一電機(jī)(33)、第二電機(jī)(39)、第三電機(jī)(41)、第四電機(jī)(42)、第五電機(jī)(43)、第六電機(jī)(44)、第七電機(jī)(45)等組件，機(jī)構(gòu)的左部分和右部分除手柄部位基本相同，其特征在于:該裝置含有5個(gè)空間自由度、7個(gè)增量式編碼器、7個(gè)電機(jī)和2個(gè)角位移傳感器，應(yīng)用力反饋技術(shù)，實(shí)時(shí)捕獲操作者的動(dòng)作，返還操作者相應(yīng)的反饋力，滑軌(I)與滑塊(2 )可以進(jìn)行橫向調(diào)整。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶力反饋的膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)訓(xùn)練裝置，其特征在于:底板(4)的底面同連接盤(pán)(5)通過(guò)螺釘進(jìn)行固定連接，然后連接盤(pán)(5)和第二電機(jī)(39)通過(guò)螺釘進(jìn)行固定，這樣使第二電機(jī)(39)固定在底板(4)底面處，以便后面接收第一聯(lián)軸器(7)傳遞過(guò)來(lái)的轉(zhuǎn)矩。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶力反饋的膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)訓(xùn)練裝置，其特征在于:第二電機(jī)(39)軸伸入第一聯(lián)軸器(7)再通過(guò)第一聯(lián)軸器(7)外表面的螺釘周向固定在一起，第一聯(lián)軸器(7)另一端伸入支撐盤(pán)(8)的開(kāi)孔得以固定，使得支撐盤(pán)(8)的水平面轉(zhuǎn)矩可以傳遞給第一聯(lián)軸器(7)，第一聯(lián)軸器(7)進(jìn)而將轉(zhuǎn)矩通過(guò)電機(jī)軸傳遞給第二電機(jī)(39)，第二電機(jī)(39)接收到轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)后將信號(hào)傳遞給增量式編碼器，并由增量式編碼器傳遞給系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)計(jì)算后反饋給增量式編碼器反饋力數(shù)據(jù)，增量式編碼器再將此數(shù)據(jù)傳遞給第二電機(jī)(39)，第二電機(jī)(39)以此數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè)反饋力，操作者因此感受到反饋力而獲得更真實(shí)的操作體驗(yàn)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶力反饋的膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)訓(xùn)練裝置，其特征在于:第三電機(jī)(41)通過(guò)螺釘固定在軸承連接盤(pán)(12)上，軸承連接盤(pán)(12)通過(guò)螺釘固定在第一支撐架(10)上，因此第三電機(jī)(41)和軸承連接盤(pán)(12)以及第一支撐架(10)固定在一起，第三電機(jī)(41)伸出部分的電機(jī)軸伸入第二聯(lián)軸器(13)，再通過(guò)第二聯(lián)軸器(13)外表面的螺釘周向固定在一起，第二聯(lián)軸器(13)的另一側(cè)通過(guò)鍵連接和第一齒輪(14)周向固定，因此第一齒輪(14)的轉(zhuǎn)動(dòng)可以通過(guò)第二聯(lián)軸器(13)傳遞給第三電機(jī)(41)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶力反饋的膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)訓(xùn)練裝置，其特征在于:手柄桿(40)在桿的中間部位焊接固定上一個(gè)凸起塊，凸起塊的上下各有一個(gè)相同的連接塊(27)，上下兩個(gè)連接塊(27)通過(guò)螺釘固定在連接套(26)上，齒條(17)通過(guò)螺釘固定在連接套(26)的底部，因此手柄桿(40)、連接塊(27)、連接套(26)和齒條(17)連接在一起，手柄桿(40 )在豎直方向的上下移動(dòng)通過(guò)凸起塊帶動(dòng)連接塊(27 )，由連接塊(27 )帶動(dòng)連接套(26 )進(jìn)而帶動(dòng)齒條(17) —起上下移動(dòng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶力反饋的膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)訓(xùn)練裝置，其特征在于:手柄桿(40)末端截面有一個(gè)一字型凸起，以便與連接套(26)內(nèi)部的角位移傳感器(28)的伸出軸截面剛好契合，角位移傳感器(28)因此能感受到手柄桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶力反饋的膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)訓(xùn)練裝置，其特征在于:第三齒輪(23 )通過(guò)鍵連接和軸(25 )周向固定，在軸(25 )的左側(cè)套上長(zhǎng)套筒(24) 一方面起到擋圈的作用避免齒輪左側(cè)軸向移動(dòng)，一方面避免軸(25)的轉(zhuǎn)動(dòng)干擾到左側(cè)聯(lián)軸器(29)的轉(zhuǎn)動(dòng)，軸(25)的右側(cè)相當(dāng)于聯(lián)軸器，第四電機(jī)(42)的伸出部分電機(jī)軸伸入軸(25)的截面孔內(nèi)，通過(guò)軸(25 )表面的螺釘固定使軸(25 )和第四電機(jī)(42 )達(dá)成周向固定，手柄桿(40 )在豎直方向的上下移動(dòng)帶動(dòng)齒條(17 )進(jìn)行上下移動(dòng)，進(jìn)而使第三齒輪(23 )轉(zhuǎn)動(dòng)，第三齒輪(23 )通過(guò)軸(25)將轉(zhuǎn)矩傳遞給第四電機(jī)(42)，使第四電機(jī)(42)感受到第三齒輪(23)的轉(zhuǎn)矩，第四電機(jī)(42)接收到轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)后將轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)傳遞給增量式編碼器，并由增量式編碼器傳遞給系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)計(jì)算后反饋給增量式編碼器反饋力數(shù)據(jù)，增量式編碼器再將此數(shù)據(jù)傳遞給第四電機(jī)(42)，第四電機(jī)(42)以此數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè)反饋力，操作者因此感受到反饋里而獲得更真實(shí)的操作體驗(yàn)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶力反饋的膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)訓(xùn)練裝置，其特征在于:手柄桿(40)通過(guò)手柄架(31)和另兩根桿固定在一起，再通過(guò)連接板(18)和聯(lián)軸器(20)固定在一起，聯(lián)軸器(20 )通過(guò)鍵連接和第二齒輪(21)達(dá)成周向固定，手柄桿(40 )在豎直平面前后轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)聯(lián)軸器(20 )進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，聯(lián)軸器(20 )帶動(dòng)第二齒輪(21)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而將轉(zhuǎn)矩傳遞給第一齒輪(14)和第二聯(lián)軸器(13)，最終將轉(zhuǎn)矩傳遞給第三電機(jī)(41)，第三電機(jī)(41)接收到轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)后將信號(hào)傳遞給增量式編碼器，并由增量式編碼器傳遞給系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)計(jì)算后反饋給增量式編碼器反饋力數(shù)據(jù)，增量式編碼器再將此數(shù)據(jù)傳遞給第三電機(jī)(41)，第三電機(jī)(41)以此數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè)反饋力，操作者因此感受到反饋力而獲得更真實(shí)的操作體驗(yàn)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶力反饋的膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)訓(xùn)練裝置，其特征在于:夾子(34)和連接件(36)通過(guò)螺釘進(jìn)行固定，夾子(35)通過(guò)螺釘固定在連接件(37)上，第一電機(jī)(33)通過(guò)螺釘固定在夾子(35)上，第一電機(jī)(33)伸出部分電機(jī)軸伸入連接件(36)孔內(nèi)，通過(guò)螺釘固定使夾子(34)和第一電機(jī)(33 )達(dá)成周向固定，夾子(34)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)連接件(36 )以第一電機(jī)(33 )軸為中心軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，并將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給第一電機(jī)(33 )，第一電機(jī)(33 )接收到轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)后將信號(hào)傳遞給增量式編碼器，并由增量式編碼器傳遞給系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)計(jì)算后反饋給增量式編碼器反饋力數(shù)據(jù)，增量式編碼器再將此數(shù)據(jù)傳遞給第一電機(jī)(33)，第一電機(jī)(33)以此數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè)反饋力，操作者因此感受到反饋力而獲得更真實(shí)的操作體驗(yàn)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶力反饋的膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)訓(xùn)練裝置，其特征在于:此裝置右手部分可以更換刀具，當(dāng)此裝置右手部分需要用刀具時(shí)，夾子(34、35)和連接件(36)以及第一電機(jī)(33)部分可以拆下，將需更換的刀具放入連接件(37)的凹槽處，通過(guò)螺釘擰緊固定，此時(shí)裝置右手部分模擬的是手術(shù)刀的操作。
【文檔編號(hào)】G09B23-28GK204288653SQ201420738885
【發(fā)明者】謝瑜, 李日福, 梁浩炘, 馬耀霖, 歐惠棠 [申請(qǐng)人]廣東工業(yè)大學(xué)