專利名稱：一種用于醫(yī)療模擬訓練的機械操作臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種模擬手術操作的醫(yī)療器械，具體的說，涉及一種用于醫(yī)療模擬訓練的機械操作臺。
背景技術：
在醫(yī)學領域中，手術對醫(yī)生來說，需要有很高的操作水平和熟練程度，需要醫(yī)生有很好的手眼協(xié)調能力以及嫻熟的手感。因此，醫(yī)生在進行實戰(zhàn)操作前需經(jīng)過大量的培訓。用于手術模擬用的機械操作臺具有位置感應和力覺反饋的功能，通過其可以實現(xiàn)操作者與虛擬場景的互動，是醫(yī)療模擬訓練系統(tǒng)中的重要組成部分。對現(xiàn)有技術進行檢索，中國專利ZL200510027052. 9，公開了一種多功能虛擬手術器械。該技術在移動手術器具時，使用了位移傳感器獲取手術器具的運動信息，實現(xiàn)在虛擬空間中模擬手術剪刀、鉗夾等操作，其缺點是不具備力覺反饋功能。另外，在一些學術文獻中查閱到一種虛擬手術器械，這種器械具有位置感應與力覺反饋功能，但其平動機構主要是兩平行導桿和一組拉桿一端固定在頂板上，另一端固定在一固定板上，平行導桿位于拉桿之間，拉桿主要將固定板固定在頂板上；上橫梁、下橫梁固定在兩平行導桿間，上橫梁、下橫梁的中間分別與滾輪滾動連接，操作桿穿過頂板與頂板平動連接，操作桿下端固定在滑塊上，滑塊與兩平行導桿滑動連接；兩滾輪之間的線傳動固定在滑塊上，通過操作桿的平動，帶動下端的滑塊沿兩平行導桿滑動，拉動傳動線傳動。在手術器具平動而帶動操作桿平動時，兩平行導桿、一組拉桿、固定板等零件均不會隨之平動，結構復雜，體積較大。尤其是將兩臺器械組合成左右操作手臂同時使用時，兩臺器械在豎直平面、水平面做旋轉運動時，導桿、拉桿、固定板等會產(chǎn)生干涉碰撞，使得器械運動范圍受限。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術中存在的技術問題，本發(fā)明的目的是提供一種結構簡單，體積輕巧，兩操作手臂同時使用時不會發(fā)生干涉碰撞的用于醫(yī)療模擬訓練的機械操作臺。為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案—種用于醫(yī)療模擬訓練的機械操作臺，包括操作手臂；操作手臂包括手術器具、 操作桿、平動機構以及支撐架；操作桿與手術器具相接，整體通過平動機構與支撐架相對平動；平動機構包括直線導軌、第一傳動輪以及第一傳動線；直線導軌穿過支撐架的頂板，一端與操作桿固定連接，另一端接第一傳動線的一端；第一傳動線的另一端與操作桿相對固定；第一傳動輪安裝在與頂板垂直的支撐架的側板上且第一傳動輪的軸線垂直于該側板， 第一傳動線的中部在第一傳動輪上纏繞；第一傳動線被拉緊。采用這種結構后，牽動手術器具連同操作桿相對于支撐架(具體的說是支撐架的頂板)平動，直線導軌隨之一起平動，結構簡單，體積小巧，制作和安裝方便。同時，當兩操作手臂左右并列使用時，其平動機構不會發(fā)生干涉和碰撞。
支撐架由頂板、第一側板和第二側板構成，第一傳動輪位于第一側板的內側；平動機構還包括一個固定在第一側板的內側的惰輪；惰輪平行于第一傳動輪并設置在第一傳動輪和頂板之間；第一傳動線從與直線導軌固定的一端開始繞惰輪折返，延伸至第一傳動輪， 再繞第一傳動輪回到惰輪，纏繞惰輪后穿過頂板并延伸至操作桿，與操作桿固定。采用惰輪和第一傳動輪結合的上述纏繞方式后，傳動精度高、噪聲低、傳動平穩(wěn)、 無需潤滑、易于安裝和維護。第一傳動輪為螺旋線輪，第一傳動線位于螺旋線槽中；惰輪為無槽輪。采用這種結構，可以取得較好的平動效果，同時傳動輪的螺旋線槽能順應第一傳動線的纏繞方向，使得第一傳動線的磨損較小。第一側板的外側固定有第一電機；第一電機的前軸與第一傳動輪的轉軸相接；記錄直線導軌平動位置的第一傳感器安裝在第一電機的后軸；第一電機和第一傳感器的導線接電子控制器。采用這種結構后，操作者手持手術器具帶動操作桿上下平動時，直線導軌通過第一傳動線、第一傳動輪帶動電機的前軸轉動，后軸同步轉動，第一傳感器可以獲取操作桿平動的位置信號，上位機接收該信號并對該位置信號進行計算處理后得出力參數(shù)信號， 力參數(shù)信號經(jīng)電子控制器后加工后，電子控制器發(fā)出驅動信號，向第一電機發(fā)出輸出力覺反饋力的指令。操作手臂包括水平轉動機構、豎直轉動機構和操作桿自轉機構。水平轉動機構主要使操作手臂在水平面上左右轉動。豎直轉動機構主要使操作手臂在豎直面上前后轉動。 采用上述三個機構后，操作手臂帶有水平轉動、豎直轉動、自轉以及平動四個自由度，運動方向靈活。水平轉動機構包括轉輪、底座、第二傳動輪、第二傳動線、第二電機和記錄轉輪轉動位置的第二傳感器；支撐架固定在轉輪上，轉輪位于底座上并可在底座上自轉；轉輪與第二傳動輪通過第二傳動線傳動，第二傳動線采用“8”字纏繞法；第二電機固定在底座上， 其前軸與第二傳動輪的轉軸固定，其后軸接第二傳感器；第二電機和第二傳感器的導線接電子控制器。這種結構非常簡單，操作者手持手術器具在水平面上進行左右方向轉動時，第二傳動線、第二傳動輪帶動第二電機的前軸轉動，后軸同步轉動，第二傳感器可以獲取左右轉動方向的位置信號，上位機接收該信號并對該位置信號進行計算處理后得出力參數(shù)信號， 力參數(shù)信號經(jīng)電子控制器后加工后，電子控制器發(fā)出驅動信號，向第二電機發(fā)出輸出力覺反饋力的指令。傳動線的繞法可以增大兩輪的包角，傳動平穩(wěn)可靠。豎直轉動機構包括擺輪、第三傳動輪、第三傳動線，第三電機和記錄擺輪轉動位置的第三傳感器；擺輪沿著水平軸線轉動，并一體的設置在頂板的靠近第二側板側，頂板沿著擺輪的轉軸在第一側板和第二側板之間轉動；擺輪與第三傳動輪通過第三傳動線傳動， 第三傳動線采用“8”字纏繞法；第三電機固定在第二側板外側，其前軸與第三傳動輪的轉軸固定，其后軸接第三傳感器；惰輪與擺輪同軸線；第三電機和第三傳感器的導線接電子控制器。這種結構非常簡單，操作者手持手術器具在豎直面上進行前后方向轉動時，擺輪轉動，從而第三傳動線、第三傳動輪帶動第三電機的前軸轉動，后軸同步轉動，第三傳感器可以獲取擺輪前后轉動的位置信號，上位機接收該信號并對該位置信號進行計算處理后得出力參數(shù)信號，力參數(shù)信號經(jīng)電子控制器后加工后，電子控制器發(fā)出驅動信號，向第三電機發(fā)出輸出力覺反饋力的指令。傳動線的繞法可以增大兩輪的包角，傳動平穩(wěn)可靠。惰輪與擺輪同軸線可保證豎直轉動機構運行時，不影響平動機構運行。操作桿分為套接并可相互轉動的下蓋和上蓋，下蓋接直線導軌，上蓋接手術器具； 操作桿自轉機構包括第四電機和記錄上蓋轉動位置的第四傳感器；第四電機位于下蓋內并與下蓋固定，其前軸與操作桿的自轉軸固定，后軸接第四傳感器；第四電機和第四傳感器的導線接電子控制器。這種結構非常簡單，操作者手持手術器具自轉時，上蓋帶動第四電機的前軸轉動， 后軸同步轉動，第四傳感器可以獲取上蓋轉動的位置信號，上位機接收該信號并對該位置信號進行計算處理后得出力參數(shù)信號，力參數(shù)信號經(jīng)電子控制器后加工后，電子控制器發(fā)出驅動信號，向第四電機發(fā)出輸出力覺反饋力的指令。同時，第四電機位于下蓋中，結構緊湊，外形更輕巧和美觀。手術器具為由固定剪和活動剪組成的剪刀，固定剪與操作桿固定，活動剪繞固定剪轉動；第五電機固定在固定剪上，其前軸與活動剪的轉軸固定，其后軸接第五傳感器；第五電機和第五傳感器的導線接電子控制器。這種結構非常簡單，操作者手持剪刀做剪切動作時，活動剪帶動第五電機的前軸轉動，后軸同步轉動，第五傳感器可以獲取剪切位置信號，上位機接收該信號并對該位置信號進行計算處理后得出力參數(shù)信號，力參數(shù)信號經(jīng)電子控制器后加工后，電子控制器發(fā)出驅動信號，向第五電機發(fā)出輸出力覺反饋力的指令。這種機械操作臺具有水平轉動、豎直轉動、自轉、平動以及剪切五個自由度，適用于模擬腹腔鏡手術。操作手臂有兩組，兩剪刀左右并列設置。左右兩組手臂的設置，可真實模擬腹腔鏡手術的狀態(tài)，同時，平動機構體積小巧，當兩操作手臂左右并列使用時，其平動機構不會發(fā)生干涉和碰撞。


圖1是本發(fā)明操作手臂的主視圖。圖2是圖1的局部放大圖。圖3是含有兩組操作手臂的機械操作臺的主視圖。圖4是操作手臂的立體圖。圖5是控制系統(tǒng)原理圖。下面是各附圖的序號和對應的名稱
權利要求
1.一種用于醫(yī)療模擬訓練的機械操作臺，包括操作手臂；操作手臂包括手術器具、操作桿、平動機構以及支撐架；操作桿與手術器具相接，整體通過平動機構與支撐架相對平動，其特征在于所述平動機構包括直線導軌、第一傳動輪以及第一傳動線；直線導軌穿過支撐架的頂板，一端與操作桿固定連接，另一端接第一傳動線的一端；第一傳動線的另一端與操作桿相對固定；第一傳動輪安裝在與頂板垂直的支撐架的側板上且第一傳動輪的軸線垂直于該側板，第一傳動線的中部在第一傳動輪上纏繞；第一傳動線被拉緊。
2.按照權利要求1所述的用于醫(yī)療模擬訓練的機械操作臺，其特征在于所述支撐架由頂板、第一側板和第二側板構成，第一傳動輪位于第一側板的內側；平動機構還包括一個固定在第一側板的內側的惰輪；惰輪平行于第一傳動輪并設置在第一傳動輪和頂板之間； 第一傳動線從與直線導軌固定的一端開始繞惰輪折返，延伸至第一傳動輪，再繞第一傳動輪回到惰輪，纏繞惰輪后穿過頂板并延伸至操作桿，與操作桿固定。
3.按照權利要求2所述的用于醫(yī)療模擬訓練的機械操作臺，其特征在于所述第一傳動輪為螺旋線輪，第一傳動線位于螺旋線槽中；惰輪為無槽輪。
4.按照權利要求3所述的用于醫(yī)療模擬訓練的機械操作臺，其特征在于所述第一側板的外側固定有第一電機；第一電機的前軸與第一傳動輪的轉軸相接；記錄直線導軌平動位置的第一傳感器安裝在第一電機的后軸；第一電機和第一傳感器的導線接電子控制器。
5.按照權利要求2所述的用于醫(yī)療模擬訓練的機械操作臺，其特征在于所述操作手臂包括水平轉動機構、豎直轉動機構和操作桿自轉機構。
6.按照權利要求5所述的用于醫(yī)療模擬訓練的機械操作臺，其特征在于所述水平轉動機構包括轉輪、底座、第二傳動輪、第二傳動線、第二電機和記錄轉輪轉動位置的第二傳感器；支撐架固定在轉輪上，轉輪位于底座上并可在底座上自轉；轉輪與第二傳動輪通過第二傳動線傳動，第二傳動線采用“8”字纏繞法；第二電機固定在底座上，其前軸與第二傳動輪的轉軸固定，其后軸接第二傳感器；第二電機和第二傳感器的導線接電子控制器。
7.按照權利要求5所述的用于醫(yī)療模擬訓練的機械操作臺，其特征在于所述豎直轉動機構包括擺輪、第三傳動輪、第三傳動線，第三電機和記錄擺輪轉動位置的第三傳感器； 擺輪沿著水平軸線轉動，并一體的設置在頂板的靠近第二側板側，頂板沿著擺輪的轉軸與第一側板和第二側板轉動連接；擺輪與第三傳動輪通過第三傳動線傳動，第三傳動線采用 “8”字纏繞法；第三電機固定在第二側板外側，其前軸與第三傳動輪的轉軸固定，其后軸接第三傳感器；惰輪與擺輪同軸線；第三電機和第三傳感器的導線接電子控制器。
8.按照權利要求5所述的用于醫(yī)療模擬訓練的機械操作臺，其特征在于所述操作桿分為套接并可相互轉動的下蓋和上蓋，下蓋接直線導軌，上蓋接手術器具；操作桿自轉機構包括第四電機和記錄上蓋轉動位置的第四傳感器；第四電機位于下蓋內并與下蓋固定，其前軸與操作桿的自轉軸固定，后軸接第四傳感器；第四電機和第四傳感器的導線接電子控制器。
9.按照權利要求5所述的用于醫(yī)療模擬訓練的機械操作臺，其特征在于所述手術器具為由固定剪和活動剪組成的剪刀，固定剪與操作桿固定，活動剪繞固定剪轉動；第五電機固定在固定剪上，其前軸與活動剪的轉軸固定，其后軸接第五傳感器；第五電機和第五傳感器的導線接電子控制器。
10.按照權利要求9所述的用于醫(yī)療模擬訓練的機械操作臺，其特征在于所述操作手臂有兩組，兩剪刀左右并列設置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于醫(yī)療模擬訓練的機械操作臺，包括操作手臂；操作手臂包括手術器具、操作桿、平動機構以及支撐架；操作桿與手術器具相接，整體通過平動機構與支撐架相對平動，其特征在于所述平動機構包括直線導軌、第一傳動輪以及第一傳動線；直線導軌穿過支撐架的頂板，一端與操作桿固定連接，另一端接第一傳動線的一端；第一傳動線的另一端與操作桿相對固定；第一傳動輪安裝在與頂板垂直的支撐架的側板上且第一傳動輪的軸線垂直于該側板，第一傳動線的中部在第一傳動輪上纏繞；第一傳動線被拉緊。本發(fā)明具有結構簡單，體積輕巧，兩操作手臂同時使用時不會發(fā)生干涉碰撞的優(yōu)點，適用于模擬手術操作。
文檔編號G09B23/28GK102262836SQ201110206638
公開日2011年11月30日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權日2011年7月22日
發(fā)明者劉歡, 曾向陽, 羅益民, 黃建新 申請人:廣州賽寶聯(lián)睿信息科技有限公司