專利名稱：3自由度虛擬力反饋并聯操作機構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及醫療器械領域，尤其涉及一種具有虛擬力反饋功能的3自由度并 聯操作機構。
背景技術：
醫療器械是近十幾年來迅速發展起來的新興的醫療器械領域，采用介入醫療器械 開展的微創介入手術代表了醫療技術的發展方向。但是國內心血管介入手術機器人的相關技術相當落后，基本是空白。在復雜手術 面前只能借助國外的先進技術，花費巨資引進外國設備。虛擬力反饋技術是當今世界的前沿技術。所謂虛擬力反饋，其實是一種機械表現 出的反作用力，將虛擬現實中傳遞的數據通過力反饋設備表現出對應的力量與方向，力反 饋的作用是讓操作者感受到虛擬現實中力的真實。目前只有瑞士的i^orce Dimension等少 數公司做這方面的研究，而且其生產的Omega和Delta系列的產品應經得到很好的應用。但 是我國在這方面的技術基本是空白，為了加速我國醫療器械技術的向前發展，有必要深入 地做這方面的研究。Omega和Delta系列的產品，它的并聯支架的結構是Delta結構，具體來說是一種 3-(RR-4R-R)結構，這種結構比較復雜，而且加工精度高，制造困難。最不利的一點是結構復 雜對上位計算機編程造成極大的困難，這也是力反饋應用的一大難點。
實用新型內容本實用新型的目的在于針對目前國內醫療器械水平普遍不高，虛擬力反饋技術基 本空白的基礎上提供一種結構簡單、編程容易的3自由度虛擬力反饋3RRC并聯操作機構。為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案3自由度虛擬力反饋并聯操作 機構，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中心位置，上平 臺的另一側通過三個沿下平臺周向均勻設置的分支連接；所述分支包括上支架、下支架、聯 軸器和電機，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動也可以移 動，所述上支架的另一端和下支架轉動連接，形成一個轉動副，下支架遠離上支架的一端通 過銷軸和下平臺的支座轉動連接，形成一個轉動副，電機通過聯軸器與所述銷軸的伸出端 連接。進一步地，在上平臺上沿圓周均勻設置有三個滑動桿，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動連接；電機通過電機支架固定在下平 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。進一步地，所述3自由度虛擬力反饋并聯操作機構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。本實用新型的有益效果是本實用新型是一個3自由度虛擬力反饋3-RRC并聯機 構操作平臺，三個分支上的電機和編碼器可以精確檢測到操作手柄的移動，并實時傳遞給 上位計算機，從而控制操作對象的運動。同樣，上位計算機根據測量阻力的傳感器信號來控 制電機的轉動，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為本實用新型三自由度虛擬力反饋并聯操作機構的側視結構示意 圖；圖2為本實用新型三自由度虛擬力反饋并聯操作機構的主視結構示意圖；圖3為本實 用新型三自由度虛擬力反饋并聯操作機構的一個分支與上平臺的連接結構示意圖；圖4為 本實用新型三自由度虛擬力反饋并聯操作機構的一個分支與下平臺的連接結構示意圖。圖中標記示意為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；9-聯軸器；10-立底座；11-滑動桿；12-滑塊； 13-電機支架；14-半圓鍵；16-軸承。
具體實施方式
參見圖1-4，3自由度虛擬力反饋并聯操作機構它包括操作手柄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的一側中心位置，上 平臺3的另一側通過三個沿下平臺7周向均勻設置的分支連接；所述分支包括上支架4、下 支架5、聯軸器9和電機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轉動連接，形成轉動副，下支架5遠離上支架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8的輸出端通過聯軸器9與第一 銷軸6的伸出端連接，并通過電機支架13固定在下平臺7上；電機8是包括編碼器、電機、 加速器的集合體。本實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 做出相應的位置改變，使電機發生不同角度的轉動，上位計算機根據測量電機角度的編碼 器信號，按照一定數學規則來控制操作對象做出相應的位置改變。同樣，如果操作對象遇到 阻力時，上位計算機根據測量阻力的傳感器信號，按照一定數學規則來控制電機的轉動，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。
權利要求1.3自由度虛擬力反饋并聯操作機構，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( 的一側中心位置，上平臺(3)的另一側通過三個 沿下平臺(7)周向均勻設置的分支連接；所述分支包括上支架G)、下支架(5)、聯軸器(9) 和電機(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( 轉動連接，下支架( 遠離上支架的一端通過第一銷軸(6)和下平臺(7)的支 座轉動連接，電機(8)通過聯軸器(9)與第一銷軸(6)的伸出端連接。
2.根據權利要求1所述的3自由度虛擬力反饋并聯操作機構，其特征在于在上平臺 (3)上沿圓周均勻設置有三個滑動桿(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 轉動連接；電機(8)通過電機 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.根據權利要求2所述的3自由度虛擬力反饋并聯操作機構，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.根據權利要求1或2或3所述的3自由度虛擬力反饋并聯操作機構，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。
專利摘要本實用新型公開了一種3自由度虛擬力反饋并聯操作機構，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中心位置，上平臺的另一側通過三個沿下平臺周向均勻設置的分支連接；所述分支包括上支架、下支架、聯軸器和電機，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動連接，下支架遠離上支架的一端通過銷軸和下平臺的支座轉動連接，電機通過聯軸器與銷軸的伸出端連接。本實用新型的3自由度虛擬力反饋并聯操作機構結構簡單，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 優先權日2010年11月18日
發明者冉勝雷, 王洪波, 石立宏 申請人:無錫佑仁科技有限公司