发明内容
本申请的主要目的在于提供一种运动范围大的力反馈装置及肺穿刺机器人,以解决相关技术中存在的问题。
为了实现上述目的,根据本申请的一个方面,提供了一种力反馈装置。
根据本申请的力反馈装置包括:
固定架、线缆张紧装置、受力作用件、滑杆、钢丝绳、滑动轮机构和反馈力施加模块;
所述固定架包括:顶板和底板;所述滑杆固定设于所述顶板和底板之间;
所述顶板上固定设有所述滑动轮机构;
所述滑杆上固定设有受力作用件,用于使所述受力作用件能够沿着所述滑杆上下滑动;
所述底板上固定设有所述线缆张紧装置和反馈力施加模块;
所述受力作用件与所述钢丝绳固定连接,所述滑动轮机构、线缆张紧装置和反馈力施加模块均与所述钢丝绳连接,并构成闭环结构。
进一步的,如前述的力反馈装置,所述受力作用件包括:施力杆和夹紧装置和滑动结构;所述施力杆和夹紧装置分别与所述滑动结构固定连接;
所述滑动结构设有与所述滑杆的数量及形状适配的滑孔,并通过所述滑孔与滑杆活动连接;
所述滑动结构边缘固定设有所述施力杆;
所述滑动结构内侧固定设有所述夹紧装置,用于夹紧所述钢丝绳,保持所述受力作用件与钢丝绳之间的相对位置。
进一步的,如前述的力反馈装置,所述固定架还包括:两根支撑杆;所述滑杆设有两根,所述支撑杆及滑杆分别设于所述固定架的同一侧;所述滑动结构上设有与所述滑杆位置适配的两个滑孔。
进一步的,如前述的力反馈装置,所述线缆张紧装置包括:带滑动槽的固定座、滚动轮以及紧定螺钉;所述滚动轮与所述钢丝绳滑动连接;
所述滚动轮轴向设有一螺栓,并穿过所述滑动槽后通过螺帽固定在所述固定座上;所述紧定螺钉的螺钉部穿过所述固定座上方进入滑动槽后,螺钉部底端与所述螺栓活动连接,用于通过所述紧定螺钉控制所述滚动轮在槽内的下移,从而带动钢丝绳的张紧。
进一步的,如前述的力反馈装置,所述反馈力施加模块包括:驱动电机和钢丝绕线轴,所述钢丝绕线轴上绕有所述钢丝绳;所述驱动电机与所述钢丝绕线轴驱动连接,用于根据所述受力作用件的作用力驱动所述钢丝绕线轴产生相应的反馈力。
进一步的,如前述的力反馈装置,所述反馈力施加模块还包括:第一支架、第二支架、第一传动齿轮和第二传动齿轮;所述第一支架和第二支架相对设置,所述第一支架下方和第二支架之间设有所述钢丝绕线轴,所述第一支架下方外侧设有与所述钢丝绕线轴轴连的第一传动齿轮;所述第一支架上方两侧分别设有相互驱动连接的所述驱动电机和第二传动齿轮所述第一传动齿轮和第二传动齿轮相互咬合连接。
进一步的,如前述的力反馈装置,所述滑动轮机构包括:第一滑动轮组件和第二滑动轮组件;
所述第一滑动轮组件和第二滑动轮组件分别与所述受力作用件和反馈力施加模块适配设置,用于过渡连接所述受力作用件和反馈力施加模块之间的钢丝绳。
进一步的,如前述的力反馈装置,所述滑动轮机构还包括:张紧轮组件;所述张紧轮组件设于所述第一滑动轮组件和第二滑动轮组件之间。
进一步的,如前述的力反馈装置,所述张紧轮组件包括:第一张紧轮支架、第一张紧轮支架、调节支架和张紧滑轮;所述第一张紧轮支架、第一张紧轮支架相对设于所述顶板上;
所述调节支架可调节设于所述第一张紧轮支架和第一张紧轮支架之间;所述调节支架下方设有所述张紧滑轮;
所述钢丝绳从所述受力作用件走出后依次通过第一滑动轮组件的滑轮上方,所述张紧滑轮的下方和第二滑动轮组件的滑轮上方进入所述反馈力施加模块。
为了实现上述目的,根据本申请的另一方面,提供了一种肺穿刺机器人,包括如前任一项所述的力反馈装置。
在本申请实施例中,提供一种力反馈装置及肺穿刺机器人,通过设置:固定架、线缆张紧装置、受力作用件、滑杆、钢丝绳、滑动轮机构和反馈力施加模块;所述固定架包括:顶板和底板;所述滑杆固定设于所述顶板和底板之间;所述顶板上固定设有所述滑动轮机构;所述滑杆上固定设有受力作用件,用于使所述受力作用件能够沿着所述滑杆上下滑动;所述底板上固定设有所述线缆张紧装置和反馈力施加模块;所述受力作用件与所述钢丝绳固定连接,所述滑动轮机构、线缆张紧装置和反馈力施加模块均与所述钢丝绳连接,并构成闭环结构。达到了受力作用件可以进行长距离的直线运动的目的,从而实现了能有效降低回差,具有运动范围大,响应快,实时性高的技术效果。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,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,都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是,本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施例。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例,并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位,或以特定方位进行构造和操作。
并且,上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外,还可能用于表示其他含义,例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言,可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外,术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如,可以是固定连接,可拆卸连接,或整体式构造;可以是机械连接,或电连接;可以是直接相连,或者是通过中间媒介间接相连,又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1所示,本申请涉及一种力反馈装置,该力反馈装置包括:
固定架7、线缆张紧装置1、受力作用件2、滑杆3、钢丝绳4、滑动轮机构5和反馈力施加模块6;
所述固定架7包括:顶板71和底板72;所述滑杆3固定设于所述顶板71和底板72之间;
具体的,所述顶板71和底板72可以是矩形或类矩形形状,且所述固定架可以通过所述滑杆3及其他支撑件支撑起整体框架,且一般来说,为了使固定架7达到良好的稳固性,所述滑杆3与其他支撑件的总数至少需要3根,且优选的,不在同一直线上;
所述顶板71上固定设有所述滑动轮机构5;
所述滑杆3上固定设有受力作用件2,用于使所述受力作用件2能够沿着所述滑杆3上下滑动;
也就是说,当操作者通过操作所述受力作用件2的时候,其能够沿着所述滑杆3上下滑动;由于所述受力作用件2与钢丝绳4固定连接,因此所述钢丝绳4也随着所述受力作用件2的滑动而运动;具体使用时,操作者操作所述受力作用件2是为了实现对目标操作物体的间接控制,因此,当作物受力作用件2移动的时候,目标操作物体也随之移动,当应用在肺穿刺机器人中时,所述目标操作物即针体;
所述底板72上固定设有所述线缆张紧装置1和反馈力施加模块6;
所述受力作用件2与所述钢丝绳4固定连接,所述滑动轮机构5、线缆张紧装置1和反馈力施加模块6均与所述钢丝绳4连接,并构成闭环结构。
具体的,所述滑动轮机构5与所述钢丝绳4之间的活动连接主要用于使所述钢丝绳4在从反馈力施加模块6到受力作用件2之间的过渡能够更加平顺;优选的,线缆张紧装置1、受力作用件2和滑动轮机构5之间的位置适配,使的其三者之间的钢丝绳4在同一直线上;
当目标操作物体为针体时,且所述针体插入皮肤等人体器官后,系统可以检测到相应插入的信号,在经过单片机等处理设备的处理计算后,给出反馈力施加模块6相应的反馈力,即能够实现提供用户相应的反馈力的目的,使用户能感受到真实的反馈力。
如图1所示,在一些实施例中,如前述的力反馈装置,所述受力作用件2包括:施力杆21、夹紧装置22和滑动结构23;所述施力杆21和夹紧装置22分别与所述滑动结构23固定连接;
所述滑动结构23设有与所述滑杆3的数量及形状适配的滑孔,并通过所述滑孔与滑杆3活动连接;
所述滑动结构23边缘固定设有所述施力杆21;
所述滑动结构23内侧固定设有所述夹紧装置22,用于夹紧所述钢丝绳4,保持所述受力作用件2与钢丝绳4之间的相对位置。
具体的,所述施力杆21可以是圆锥形、圆柱形等适应于用户进行手持操作的形状;且所述施力杆21、夹紧装置22与滑动结构23之间可以通过螺钉焊接等方式进行固定连接,只需能够保证所述施力杆21运行一定的行程之后,所述滑动结构23以及夹紧装置22夹紧的钢丝绳4部分也运行相应的行程即可;为了操作方便,所述施力杆21设于所述顶板71的外侧;所述夹紧装置22优选的设于所述滑动结构23的上方中垂线上处,且所述夹紧装置22可以通过弹性咬合、螺栓固定等方式实现对所述钢丝绳4的夹紧,在此不对夹紧方式做具体限定。
如图1所示,在一些实施例中,如前述的力反馈装置,所述固定架7还包括:两根支撑杆73;所述滑杆3设有两根,所述支撑杆73及滑杆3分别设于所述固定架7的同一侧;所述滑动结构23上设有与所述滑杆3位置适配的两个滑孔。
具体的,如图1所示,所述固定架7的前方左右分别设置有一根滑杆3,后方左右分别设有一根支撑杆73,优选的,支撑杆73与滑杆3均垂直于所述顶板71和底板72;并且,适配的,所述滑动结构23的左右两侧也分别设有一个滑孔。因而能够保证固定架7的整体结构稳固性,同时可以使所述滑动结构23能够在滑杆3上平滑地上下移动,且当顶板71和底板72水平设置时,其始终都可以保持水平状态。
如图2所示,在一些实施例中,如前述的力反馈装置,所述线缆张紧装置1包括:带滑动槽的固定座11、滚动轮12以及紧定螺钉13;所述滚动轮12与所述钢丝绳4滑动连接;
所述滚动轮12轴向设有一螺栓,并穿过所述滑动槽后通过螺帽固定在所述固定座11上;所述紧定螺钉13的螺钉部穿过所述固定座11上方进入滑动槽后,螺钉部底端与所述螺栓活动连接,用于通过所述紧定螺钉13控制所述滚动轮12在槽内的下移,从而带动钢丝绳4的张紧。
具体的,所述紧定螺钉13的螺钉部与所述螺栓之间可以是可活动的卡槽连接,只需保证在所述紧定螺钉13旋转时候不会与所述螺栓分离即可;当所述紧定螺钉13与所述固定座11之间为螺纹连接,当旋转所述紧定螺钉13时,所述紧定螺钉13的螺钉部就会在所述滑动槽中上下移动,进而带动螺栓及滚动轮12的垂直高度,进而达到改变所述滑动轮机构5至线缆张紧装置1之间以及反馈力施加模块6至线缆张紧装置1之间的钢丝绳4长度的目的,进而能够带动所述钢丝绳4的张紧。
如图1及图3所示,在一些实施例中,如前述的力反馈装置,所述反馈力施加模块6包括:驱动电机61和钢丝绕线轴62,所述钢丝绕线轴62上绕有所述钢丝绳4;所述驱动电机61与所述钢丝绕线轴62驱动连接,用于根据所述受力作用件2的作用力驱动所述钢丝绕线轴62产生相应的反馈力。
具体的,所述钢丝绕线轴62采用双向绕线设置,通过驱动电机61与所述钢丝绕线轴62驱动连接的结构,便能使钢丝绕线轴62实现一个方向收绳,另一个方向放绳的目的,通过对钢丝绳4的拉扯,进而达到向受力作用件2施以反馈力的目的。该装置具有结构简单,易于实现的特点,组件较少,能有效减少减少故障率,保障系统的可靠稳定的运行。
如图3所示,在一些实施例中,如前述的力反馈装置,所述反馈力施加模块6还包括:第一支架63、第二支架64、第一传动齿轮65和第二传动齿轮66;所述第一支架63和第二支架64相对设置,所述第一支架63下方和第二支架64之间设有所述钢丝绕线轴62,所述第一支架63下方外侧设有与所述钢丝绕线轴62轴连的第一传动齿轮65;所述第一支架63上方两侧分别设有相互驱动连接的所述驱动电机61和第二传动齿轮66;所述第一传动齿轮65和第二传动齿轮66相互咬合连接。
具体的,所述第一支架63上方及下方分别适配设有用于实现所述驱动电机61和第二传动齿轮66相互轴连,以及所述钢丝绕线轴62与第一传动齿轮65轴连的圆孔;且所述第二支架64与钢丝绕线轴62连接处也设有适配的旋转连接机构,以减少对钢丝绕线轴62的磨损。该装置具有结构简单,易于实现的特点,组件较少,能有效减少减少故障率,保障系统的可靠稳定的运行。
如图1所示,在一些实施例中,如前述的力反馈装置,所述滑动轮机构5包括:第一滑动轮组件51和第二滑动轮组件52;
所述第一滑动轮组件51和第二滑动轮组件52分别与所述受力作用件2和反馈力施加模块6适配设置,用于过渡连接所述受力作用件2和反馈力施加模块6之间的钢丝绳4。
具体的,所述第一滑动轮组件51与受力作用件2之间位置关系满足其两者之间的钢丝绳4为垂直设置,且第二滑动轮组件52和反馈力施加模块6之间位置关系也满足其两者之间的钢丝绳4为垂直设置;当钢丝绳4需要穿过所述顶板71时,所述顶板71上设有适配的孔。因而能够使钢丝绳4能够垂直运动,保证所述第一滑动轮组件51和第二滑动轮组件52的受力能够与其固定位置适配,能有效增强装置的稳定性,以及耐用性。
如图1所示,在一些实施例中,如前述的力反馈装置,所述滑动轮机构5还包括:张紧轮组件53;所述张紧轮组件53设于所述第一滑动轮组件51和第二滑动轮组件52之间。由于钢丝绳4随着使用程度的加深,其长度可能会随着变长,通过设置该张紧轮组件53,可以在装置的上部调节整体的钢丝绳4的松紧程度,而不需对钢丝绳4进行裁剪;因而具有操作方便的优点。
如图1所示,在一些实施例中,如前述的力反馈装置,所述张紧轮组件53包括:第一张紧轮支架531、第一张紧轮支架532、调节支架533和张紧滑轮534;所述第一张紧轮支架531、第一张紧轮支架532相对设于所述顶板71上;
所述调节支架533可调节设于所述第一张紧轮支架531和第一张紧轮支架532之间;所述调节支架533下方设有所述张紧滑轮534;
所述钢丝绳4从所述受力作用件2走出后依次通过第一滑动轮组件51的滑轮上方,所述张紧滑轮534的下方和第二滑动轮组件52的滑轮上方进入所述反馈力施加模块6。
也就是说,钢丝绳4在滑动轮机构5内的形状为直线状或M形,当不需进行调整松紧的时候即为直线状,由于第一滑动轮组件51和第二滑动轮组件52之间的直线长度为恒定值,当为M形的时候,基于三角形两边之和大于第三边的原理,所述第一滑动轮组件51和第二滑动轮组件52之间的线条的总长度变长,因此达到了张紧整个装置中的钢丝绳4的目的。本实施例中的结构巧妙,能够有效调整松紧程度,且结构简单易于实现,能够有效减少装置的零部件数量,降低整体故障率,更易于制造使用以及延长使用寿命。
根据本申请的另一个实施例,还提供一种肺穿刺机器人,包括如前任一实施例所述的力反馈装置。
该装置工作原理如下所述:
当应用在肺穿刺机器人中,且操作者通过操作所述受力作用件2的时候,所述受力作用件2能够沿着所述滑杆3上下滑动;随着线缆张紧装置1、受力作用件2、滑动轮机构5和反馈力施加模块6的传动,所述钢丝绳4也随着所述受力作用件2的滑动而运动;由于应用在肺穿刺机器人中,因此所述目标操作物即针体;当所述针体插入肺部后,系统可以通过安装在针体上的力检测传感器等装置检测到相应针插入的力的大小信号,在经过单片机等处理设备的处理计算后,给出反馈力施加模块6中的驱动电机61需要进行旋转的全输角度,进而驱动钢丝绕线轴62运动,通过对钢丝绳4的收放实现对所述针插入的力相应的反馈力,即能够实现提供用户相应的反馈力的目的,使用户能感受到真实的反馈力。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。