CN108814729B

CN108814729B - 一种多维度操作手柄

Info

Publication number: CN108814729B
Application number: CN201810276965.1A
Authority: CN
Inventors: 汪军; 宣东东; 严楠; 胡平
Original assignee: Anhui Polytechnic University
Current assignee: Anhui Polytechnic University
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2021-02-05
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: CN108814729A

Abstract

本发明公开了一种多维度操作手柄，涉及虚拟手术仿真技术领域，包括底座，所述底座上表面中部设有转动柱，所述转动柱上转动连接有转动壳，所述转动壳内转动连接有动力组件，所述动力组件包括支撑块，所述支撑块与转动壳内壁转动连接，所述支撑块内设有活动杆，所述活动杆与支撑块滑动连接。本发明结构简单，可以应用在微创手术模拟上面，通过手柄对刀头的操作，可以完成微创手术中切除、抽取等操作，本装置具有多个自由度，使得刀头可以在一定空间范围内完成各种角度的操作，简单快捷。

Description

一种多维度操作手柄

技术领域

本发明涉及虚拟手术仿真技术领域，具体为一种多维度操作手柄。

背景技术

实时性、变形逼真、手感真实是虚拟手术具有沉浸感的主要因素。从这些要素出发搭建了一种具有力反馈手感的胆囊切除虚拟手术仿真训练平台,在实时性上，提出一种不同的模型采用不同的包围盒碰撞检测的Capsule-Sphere混合碰撞检测方法；在受力变形上，提出一种网格-骨架模型的质点弹簧形变方法；并在前期研究的虚拟手术力反馈手柄上进行了测试。实验结果表明，将这两种模型应用于胆囊切除虚拟手术研究中，仿真训练平台能动态、实时、逼真地模拟软组织的变形过程，力反馈手感真实稳定。

现有的手术仿真装置中，刀头与传动杆保持固定连接，无法调整刀头的位置，使刀头的移动空间范围和角度受到限制。

发明内容

本发明目的在于提供一种多维度操作手柄，以解决上述背景技术中提出的问题。

一种多维度操作手柄，包括底座，所述底座上表面中部设有转动柱，所述转动柱上转动连接有转动壳，所述转动壳内转动连接有动力组件，所述动力组件包括支撑块，所述支撑块与转动壳内壁转动连接，所述支撑块内设有活动杆，所述活动杆与支撑块滑动连接。

优选的，所述动力组件下端设有蜗轮蜗杆组件，所述蜗轮与支撑块固接，所述蜗杆穿过转动壳与蜗轮配合连接，所述蜗杆的伸出端设有转动盘。

优选的，所述活动杆前端设有转动组件，活动杆后端设有手柄。

优选的，所述转动组件包括转动球壳，所述转动球壳上下两端均设有滑槽，所述转动球壳内设有转动球体，所述转动球体与转动球壳转动连接，所述转动球体上端和下端分别设有滑杆和刀头，所述滑杆和刀头分别与转动球壳上下两端的滑槽滑动连接，所述刀头与手柄连接。

优选的，所述滑杆上设有微调组件，所述微调组件包括固定板，所述固定板设于活动杆中部，固定板上端右侧设有凸起，所述凸起中部设有矩形通孔，所述凸起顶面设有圆柱形凹槽，所述圆柱形凹槽内转动连接有圆柱齿轮，所述矩形通孔内设有齿条，所述齿条与矩形通孔滑动连接，并且与圆柱齿轮配合连接，所述齿条前端铰接有铰接块，所述铰接块与滑杆滑动连接。

优选的，所述圆柱齿轮顶部设有滑帽。

优选的，所述底座下表面设有防滑垫。

优选的，所述活动杆整体为圆柱体。

本发明的有益效果：本发明结构简单，可以应用在微创手术模拟上面，通过手柄对刀头的操作，可以完成微创手术中切除、抽取等操作，本装置具有多个自由度，使得刀头可以在一定空间范围内完成各种角度的操作，简单快捷。将本装置底座固定好后，通过转动转动壳，可以使刀头在水平面绕转动柱转动，当需要使刀头沿竖直面上下移动时，可以通过转动转动盘来实现，当转动盘发生转动时，蜗杆会同时发生转动，蜗杆带动蜗轮发生转动，由于蜗轮与支撑块连接，所以支撑块会绕蜗轮的圆心发生转动，支撑块会带动刀头绕蜗轮圆心转动，当前后移动活动杆的时候，可以使刀头同时发生前后移动，活动杆为圆柱体，故可以完成转动，所以当活动杆转动的同时，刀头会绕活动杆的中心轴线发生转动，本装置还设有微调组件，通过转动滑帽，使圆柱齿轮带动齿条发生移动，铰接块与滑杆配合会使转动球体在转动球壳内发生转动，同时带动刀头在滑槽内滑动，微调组件可以使刀头与活动杆的角度成锐角、钝角和直角，使刀头可以完成各种角度的操作。

附图说明

图1为本发明所述的一种多维度操作手柄主剖视图。

其中：1、底座；11、转动柱；21、转动壳；31、蜗杆；32、蜗轮；33、转动盘；41、支撑块；42、活动杆；43、手柄；51、转动球壳；52、滑槽；53、转动球体；54、滑杆；55、刀头；56、铰接块；61、固定板；62、凸起；63、圆柱齿轮；64、齿条。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种多维度操作手柄，包括底座1，所述底座1上表面中部设有转动柱11，所述转动柱11上转动连接有转动壳21，所述转动壳21内转动连接有动力组件，所述动力组件包括支撑块41，所述支撑块41与转动壳21内壁转动连接，所述支撑块41内设有活动杆42，所述活动杆42与支撑块41滑动连接。

在本实施例中，所述动力组件下端设有蜗轮蜗杆组件，所述蜗轮32与支撑块41固接，所述蜗杆31穿过转动壳21与蜗轮32配合连接，所述蜗杆31的伸出端设有转动盘33。

在本实施例中，所述活动杆42前端设有转动组件，活动杆42后端设有手柄43。

在本实施例中，所述转动组件包括转动球壳51，所述转动球壳51上下两端均设有滑槽52，所述转动球壳51内设有转动球体53，所述转动球体53与转动球壳51转动连接，所述转动球体53上端和下端分别设有滑杆54和刀头55，所述滑杆54和刀头55分别与转动球壳51上下两端的滑槽52滑动连接，活动杆42和转动球体51内设有牵引绳，所述牵引绳一端与刀头55连接，另一端与手柄43连接。

在本实施例中，所述滑杆54上设有微调组件，所述微调组件包括固定板61，所述固定板61设于活动杆42中部，固定板61上端右侧设有凸起62，所述凸起62中部设有矩形通孔，所述凸起62顶面设有圆柱形凹槽，所述圆柱形凹槽内转动连接有圆柱齿轮63，所述矩形通孔内设有齿条64，所述齿条64与矩形通孔滑动连接，并且与圆柱齿轮63配合连接，所述齿条64前端铰接有铰接块56，所述铰接块56与滑杆54滑动连接。

在本实施例中，所述圆柱齿轮63顶部设有滑帽。

在本实施例中，所述底座1下表面设有防滑垫。

在本实施例中，所述活动杆42整体为圆柱体。

具体工作原理及步骤：将本装置底座固定好后，通过转动转动壳21，可以使刀头55在水平面绕转动柱11转动，当需要使刀头55沿竖直面上下移动时，可以通过转动转动盘33来实现，当转动盘33发生转动时，蜗杆31会同时发生转动，蜗杆31带动蜗轮32发生转动，由于蜗轮32与支撑块41连接，所以支撑块41会绕蜗轮32的圆心发生转动，支撑块41会带动刀头55绕蜗轮32圆心转动，当前后移动活动杆42的时候，可以使刀头55同时发生前后移动，活动杆42为圆柱体，故可以完成转动，所以当活动杆42转动的同时，刀头55会绕活动杆42的中心轴线发生转动，本装置还设有微调组件，通过转动滑帽，使圆柱齿轮63带动齿条64发生移动，铰接块56与滑杆54配合会使转动球体53在转动球壳51内发生转动，同时带动刀头55在滑槽52内滑动，微调组件可以使刀头55与活动杆42的角度成锐角、钝角和直角，使刀头55可以完成各种角度的操作。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围。

Claims

1.一种多维度操作手柄，其特征在于，包括底座（1），所述底座（1）上表面中部设有转动柱（11），所述转动柱（11）上转动连接有转动壳（21），所述转动壳（21）内转动连接有动力组件，所述动力组件包括支撑块（41），所述支撑块（41）与转动壳（21）内壁转动连接，所述支撑块（41）内设有活动杆（42），所述活动杆（42）与支撑块（41）滑动连接，所述活动杆（42）前端设有转动组件，活动杆（42）后端设有手柄（43），所述转动组件包括转动球壳（51），所述转动球壳（51）上下两端均设有滑槽（52），所述转动球壳（51）内设有转动球体（53），所述转动球体（53）与转动球壳（51）转动连接，所述转动球体（53）上端和下端分别设有滑杆（54）和刀头（55），所述滑杆（54）和刀头（55）分别与转动球壳（51）上下两端的滑槽（52）滑动连接，所述刀头（55）与手柄（43）连接，所述滑杆（54）上设有微调组件，所述微调组件包括固定板（61），所述固定板（61）设于活动杆（42）中部，固定板（61）上端右侧设有凸起（62），所述凸起（62）中部设有矩形通孔，所述凸起（62）顶面设有圆柱形凹槽，所述圆柱形凹槽内转动连接有圆柱齿轮（63），所述矩形通孔内设有齿条（64），所述齿条（64）与矩形通孔滑动连接，并且与圆柱齿轮（63）配合连接，所述齿条（64）前端铰接有铰接块（56），所述铰接块（56）与滑杆（54）滑动连接。

2.根据权利要求1所述的一种多维度操作手柄，其特征在于，所述动力组件下端设有蜗轮蜗杆组件，所述蜗轮（32）与支撑块（41）固接，所述蜗杆（31）穿过转动壳（21）与蜗轮（32）配合连接，所述蜗杆（31）的伸出端设有转动盘（33）。

3.根据权利要求1所述的一种多维度操作手柄，其特征在于，所述圆柱齿轮（63）顶部设有滑帽。

4.根据权利要求1所述的一种多维度操作手柄，其特征在于，所述底座（1）下表面设有防滑垫。

5.根据权利要求1所述的一种多维度操作手柄，其特征在于，所述活动杆（42）整体为圆柱体。