CN109350245B - 一种触觉传递机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种触觉传递机，可进行交互式力和位移信号的触觉传递。由两套包含相同系统元件的单元A和单元B组成。驱动装置驱动运动元件机械运动，并带着弹性元件和工作端头一起运动，弹性元件在运动元件和工作端头中间并靠其自身受力形变来建立反馈力，工作端头跟位移传感器联接，位移传感器输出工作端头的位移信号，位移信号通过联接的信道输入控制系统并相互控制对方单元的运动元件作跟踪位移，即形成两套运动元件输出的机械位移或角位移准确的跟踪对方单元的工作端头的位移或角位移的伺服控制系统。本发明工作原理清晰，信号是交互式的传递，互动保真性好，各功能部件技术成熟可实施性强。

Description

一种触觉传递机
技术领域
本发明涉及一种触觉传递机，可进行交互式力和位移信号的触觉传递，主要用于外科手术机器人或需要传递触觉信号的通讯系统或伺服系统。
背景技术
目前，公知的外科手术机器人，其主要构造由外科医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统组成。其缺点是手术机器人床旁机械臂和外科医生控制台之间没有交互式力触觉信号的传递，医生不能很好的利用触觉感知手术力度，容易造成组织损伤。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种触觉传递机。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种触觉传递机，包括有两套均包含有驱动装置、运动元件、弹性元件、工作端头、位移传感器、信道和控制系统的单元A和单元B，控制系统与所述的驱动装置连接，所述的驱动装置、运动元件、弹性元件和工作端头依次连接，所述的工作端头与所述的位移传感器联接，单元A的位移传感器通过信道与单元B的控制系统连接，单元B的位移传感器通过信道与单元A的控制系统连接，驱动装置驱动运动元件机械运动，产生机械位移或者角位移，运动元件机械运动时，带着弹性元件和工作端头一起运动，所述的弹性元件在运动元件和工作端头中间靠其自身受力形变来建立反馈力，位移传感器输出工作端头的位移信号，位移信号通过信道输入到控制系统，控制系统控制与其连接的驱动装置工作，从而控制运动元件作跟踪对方单元工作端头的位移。
位移信号通过联接的信道输入控制系统并相互控制对方单元的运动元件作跟踪位移，即形成两套运动元件输出的机械位移或角位移准确的跟踪对方单元的工作端头的位移或角位移的伺服控制系统，因为跟踪位移所以两单元的弹性元件受到的工作端头和运动元件的挤压或拉伸形变量相同，设弹性元件弹性系数相等，则两弹性元件形变产生的反作用力相等，这两个反作用力通过工作端头分别作用于两端操作者，从而达到交互式传递力、位移这些引发触觉的信号的目的。
所述的控制系统通过位移信号成比例缩小或放大，相互控制对方单元的运动元件作相等或成比例缩放的跟踪位移。
所述的两个单元的弹性元件是相同或不同的弹性系数。
所述的两个单元的运动元件均是机械位移或均是角位移或者一个是机械位移另一个是角位移。
所述的两个驱动装置均是电力驱动或均是液压驱动或均是气动驱动或者是电力驱动、液压驱动和气动驱动三者或其中任意两者的组合。
所述的两个单元的信道是无线信道或有线信道或者是无线信道和有线信道的组合。
所述的两个信道传递信号的方式是数字的或模拟的。
所述的两个单元的位移传感器是电阻式、电容式、电感式、变压器式、光电式、超声波式、光栅式、磁栅式、容栅式或利用霍耳元件的磁电式位移传感器或激光位移传感器中的一种或几种。
所述的位移信号控制对方单元的运动元件跟踪位移时，跟踪位移信号差越大，运动元件跟踪速度越快。
本发明的优点是：本发明工作原理清晰，信号是交互式的传递，互动保真性好，各功能部件技术成熟可实施性强。
附图说明
图1是本发明的实施例示意图。
具体实施方式
如图1所示，所述的驱动装置是电动推杆，运动元件是运动杆，运动杆安装在电动推杆上，电动推杆带动运动杆运动，弹性元件是弹簧，弹簧的一端固定连接在运动杆上，另一端固定连接在工作端头上，信道是信号线，控制系统为伺服控制系统，工作端头为手术刀、手术钳、或操作手柄等执行部件的安装座、过渡座。
实施例：一种触觉传递机，由包含控制系统一1、电动推杆一2、运动杆一3、弹簧一4、工作端头一5、直线位移传感器一6、信号线一7组成的单元A和由包含控制系统二1.1、电动推杆二2.1、运动杆二3.1、弹簧二4.1、工作端头二5.1、直线位移传感器二6.1、信号线二7.1的单元B组成。
电动推杆一2是把电力转变成运动杆一3的直线位移的电力驱动装置（公知的电动推杆，内部机构一般为电动机驱动一对丝杠螺母把电动机的旋转运动变成直线位移）。控制系统一1通过控制电输出可以让电动机正反转，从而驱动运动杆一3做伸出电动推杆一2的直线位移或缩回电动推杆一2的直线位移。运动杆一3、弹簧一4和工作端头一5顺序连接，运动杆一3作为运动元件且直线位移时，带着弹簧一4和工作端头一5一起移动。弹簧一4在运动杆一3和工作端头一5中间并靠其自身受力形变来建立反馈力，工作端头一5跟直线位移传感器一6联接，直线位移传感器一6输出工作端头一5的位移信号，位移信号通过联接的信号线一7输入控制器二1.1并控制单元B的运动杆二3.1作相等的跟踪位移，即形成运动杆二3.1输出的直线位移准确的跟踪单元A的工作端头一5的直线位移的伺服控制系统。
电动推杆二2.1是把电力转变成运动杆二3.1的直线位移的电力驱动装置（公知的电动推杆，内部机构一般为电动机驱动一对丝杠螺母把电动机的旋转运动变成直线位移）。控制系统二1.1通过控制电输出可以让电动机正反转，从而驱动运动杆二3.1做伸出电动推杆二2.1的直线位移或缩回电动推杆二2.1的直线位移。运动杆二3.1、弹簧二4.1和工作端头二5.1顺序连接，运动杆二3.1作运动元件且直线位移时，带着弹簧二4.1和工作端头二5.1一起移动。弹簧二4.1在运动杆二3.1和工作端头二5.1中间并靠其自身受力形变来建立反馈力，工作端头二5.1跟直线位移传感器二6.1联接，直线位移传感器二6.1输出工作端头二5.1的位移信号，位移信号通过联接的信号线二7.1输入控制器一1并控制单元A的运动杆一3作相等的跟踪位移，即形成运动杆一3输出的直线位移准确的跟踪单元B的工作端头二5.1的直线位移的伺服控制系统。
即形成两套运动元件输出的直线位移准确的跟踪对方单元的工作端头的直线位移的伺服控制系统，因为相等的跟踪位移所以两单元的弹性元件受到的工作端头和运动元件的挤压或拉伸形变量相同，设置弹簧弹性系数相等，则两弹簧形变产生的反作用力相等，这两个反作用力通过工作端头分别作用于两端操作者，从而达到交互式传递力、位移这些引发触觉的信号的目的。
当控制系统通过位移信号成比例缩小或放大，相互控制对方单元的运动元件作成比例缩放的跟踪位移时，或弹性元件在两单元中是不同的弹性系数时，触觉传递机可对传递的位移和力的信息进行放大或缩小传递。
运动元件在两单元中可以是相同或不同位移类型，例如：一个是机械位移另一个是角位移，通过控制系统对机械位移传感器信号和角位移传感器信号进行一定比例变换设定，形成运动元件输出的机械位移跟踪对方单元的工作端头的角位移的伺服控制系统或运动元件输出的角位移跟踪对方单元的工作端头的机械位移的伺服控制系统。这样可实现不同位移类型间的触觉信号传递。

Claims (4)

1.一种触觉传递机，其特征在于：包括有两套均包含有驱动装置、运动元件、弹性元件、工作端头、位移传感器、信道和控制系统的单元A和单元B，控制系统与所述的驱动装置连接，所述的驱动装置、运动元件、弹性元件和工作端头依次连接，所述的工作端头与所述的位移传感器联接，单元A的位移传感器通过信道与单元B的控制系统连接，单元B的位移传感器通过信道与单元A的控制系统连接，驱动装置驱动运动元件机械运动，产生机械位移或者角位移，运动元件机械运动时，带着弹性元件和工作端头一起运动，所述的弹性元件在运动元件和工作端头中间靠其自身受力形变来建立反馈力，当工作端头发生移动时，位移传感器输出工作端头的位移信号，位移信号通过信道输入到控制系统，控制系统控制与其连接的驱动装置工作，从而控制运动元件作跟踪对方单元工作端头的位移，即形成两套运动元件输出的机械位移或角位移准确的跟踪对方单元的工作端头的位移或角位移的控制系统，因为跟踪位移，所以单元A和单元B的弹性元件受到的工作端头和运动元件的挤压或拉伸形变量相同，设弹性元件弹性系数相等，则两弹性元件形变产生的反作用力相等，这两个反作用力通过工作端头分别作用于两端操作者；
所述的弹性元件是弹簧，弹簧的一端固定连接在运动杆上，另一端固定连接在工作端头上；单元A和单元B的弹性元件是相同或不同的弹性系数；
所述的驱动装置是电力驱动或均是液压驱动或均是气动驱动或者是电力驱动、液压驱动和气动驱动三者中任意两者的组合；
单元A和单元B的运动元件均是机械位移或均是角位移或者一个是机械位移另一个是角位移；
所述的控制系统通过位移信号成比例缩小或放大，相互控制对方单元的运动元件作相等或成比例缩放的跟踪位移。
2.根据权利要求1所述的一种触觉传递机，其特征在于：单元A和单元B的信道是无线信道或有线信道或者是无线信道和有线信道的组合。
3.根据权利要求1所述的一种触觉传递机，其特征在于：所述的两个信道传递信号的方式是数字的或模拟的。
4.根据权利要求1所述的一种触觉传递机，其特征在于：单元A和单元B的位移传感器是电阻式、电容式、电感式、变压器式、光电式、超声波式、磁栅式、容栅式或利用霍耳元件的磁电式位移传感器或激光位移传感器中的一种或几种。
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