CN112472299B - 应用于人力反馈设备的主手夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于力反馈设备技术领域，涉及一种应用于人力反馈设备的主手夹持装置，包括安装支架、伞齿轮传动组件、夹持连杆组件、丝线传动组件和动力源；安装支架用于连接本装置与力反馈系统中其它组件并且固定本装置中的各类传动组件、动力源；夹持连杆组件用于模拟手术器械中的夹持设备，并将向内挤压运动转化为一个直线往复运动；丝线传动组件用于将动力源控制的力反馈准确传递至夹持连杆组件；伞齿轮传动组件用于完成动力源与丝线传动组件的传动和运动方向的转换，该主手夹持装置可以将经由力反馈系统控制提供手部握持端的力反馈，可支持力反馈系统在医学培训场景的应用中对夹持式手术器械的模拟。

Description

应用于人力反馈设备的主手夹持装置

技术领域

本发明属于力反馈设备技术领域，涉及一种应用于人力反馈设备的主手夹持装置，尤其涉及一种应用于手术机器人的人力反馈设备的主手夹持装置。

背景技术

传统诊疗和临床手术需要借助专业医疗器械，操作复杂不易学习。医生在真正掌握诊疗和手术技能之前，无法真正进行临床操作。这使得诊疗和手术培训极度的难以展开，医生有一个相当长的学习周期。

力反馈指在人机交互过程中，智能系统对用户输入做出响应，并通过力反馈设备作用于用户。利用具有力反馈效果的设备可以大幅度提高培训效果和模拟手术精度，可以显著缩短医师的训练时间，能够有效解决诊疗和手术培训的难题，具有极其重要的实际应用价值。因此需要一种应用于手术机器人力反馈设备的主手夹持装置来模拟医疗培训应用背景下的手术器械，该主手夹持装置结合其它力反馈设备共同模拟手术实际操作中的力反馈效果，具有较强的实用价值。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决医疗手术培训中医疗器械力度不易掌握，难以实时精确模拟手术，导致医护人员培训效果差的问题，提供一种应用于人力反馈设备的主手夹持装置，该主手夹持装置可以作为一套力反馈系统用于用户握持端的具体执行装置，支持力反馈系统在医学培训场景的应用中对夹持式手术器械的模拟。

为达到上述目的，本发明提供应用于人力反馈设备的主手夹持装置，包括安装支架、伞齿轮传动组件、夹持连杆组件、丝线传动组件和动力源；

其中安装支架包括L型底座和固定安装在底座端部用于连接夹持连杆组件的U型槽位；底座上依次固定安装有中部连接片和电机座，底座沿长度方向固定安装有矩形杆；

伞齿轮传动组件包括垂直设置且分别与丝线传动组件、动力源连接的两个伞齿轮，与丝线传动组件连接的伞齿轮上开设有容纳丝线的第一丝线布置槽；

夹持连杆组件包括呈钳形布置且与底座上槽位铰接的左侧主动杆和右侧主动杆，左侧主动杆端部铰接有带第二丝线布置槽的丝线传动组件，第一丝线布置槽与第二丝线布置槽配合使用实现丝杆传动组件与伞齿轮传动组件的连动，左侧主动杆和右侧主动杆中部均铰接有中部连杆，中部连杆远离左侧主动杆、右侧主动杆的一端铰接有贯穿在矩形杆上的运动块；

动力源中电机座包括片状支撑板和用于连接支撑板的底板，支撑板上固定安装有便于容纳电机的圆形容器，支撑板之间的容器外套设有带贯穿孔的支撑板。

本基础方案的有益效果在于：夹持连杆组件可将左侧主动杆、右侧主动杆向内运动转化为装置中运动块的直线往复运动；丝线传动组件与伞齿轮组件、夹持连杆组件分别连接后具备将伞齿轮组件运动传递给夹持连杆组件的能力。支撑板用于支撑电机，支撑板上贯穿孔容许编码线通过。

进一步，底座远离槽位的一端开设有便于与力反馈设备其它组件固定连接的设备孔位。有益效果：通过在设备孔位内插入合适的螺栓紧固件实现力反馈设备与底座的固定连接。

进一步，还包括端部开设有卡槽的辅助握持柄，卡槽的下部开设有通孔，槽位的开口端朝向设备孔位，槽位的封闭端开设有与卡槽下部通孔相适配的手柄孔位。有益效果：槽位卡在辅助握持柄端部的卡槽内，通过在通孔和手柄孔位内插入合适的螺栓紧固件实现辅助握持柄与底座的固定连接。

进一步，丝线传动组件为固定半径条形结构，第二丝线布置槽的两端开设有便于安装丝线的丝线安装孔，丝线传动组件端部开设有便于与左侧主动杆铰接的转轴孔位。有益效果：转轴孔位的中部卡置左侧主动杆，通过在转轴孔位内插入合适的转轴实现丝线传动组件与左侧主动杆的转动连接。

进一步，丝线传动组件与其啮合的伞齿轮相切，第一丝线布置槽与第二丝线布置槽圆心处于同一平面。有益效果：保持丝杆传动组件与伞齿轮传动组件的平稳传动。

进一步，容器的前端开有上下对称的长槽，容器内半径贴合电机半径。有益效果：长槽的设置是便于电机的装配。

进一步，动力源为能够编码的直流减速电机。

进一步，安装支架外安装有用于保护伞齿轮传动组件、丝线传动组件和动力源的外壳，外壳的端面呈圆形且后端也开设有长槽。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的应用于人力反馈设备的主手夹持装置中，安装支架端部用于连接本装置与力反馈系统中其它组件，安装支架用于固定本装置中的伞齿轮传动组件、夹持连杆组件、丝线传动组件和动力源；夹持连杆组件用于模拟手术器械中的夹持设备，并将向内挤压运动转化为一个直线往复运动；丝线传动组件用于将动力源控制的力反馈准确传递至夹持连杆组件；伞齿轮传动组件用于完成动力源与丝线传动组件的传动和运动方向的转换。该主手夹持装置，可以经由力反馈系统控制提供手部握持端的力反馈，可支持力反馈系统在医学培训场景的应用中对夹持式手术器械的模拟。

2、本发明所公开的应用于人力反馈设备的主手夹持装置，基于市场需求出发，着眼于力反馈设备对于医疗培训的巨大作用，提供一种主手夹持装置，可以在力反馈设备中有效模拟医疗培训应用背景下的手术器械。本装置选取传动方式实用且便利，整体具有较高的集成度，集成各类传动组件与动力源。本装置从实际出发，基于力反馈设备要求和市场需求，在医疗培训应用背景下具有较大实用价值，具有较高的实践创新意义。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明应用于人力反馈设备的主手夹持装置的结构示意图；

图2为本发明应用于人力反馈设备的主手夹持装置去外壳后的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为图2的侧视图；

图5为图2的内部剖视图；

图6为图2中安装支架的爆炸图；

图7为图2中夹持连杆组件的结构示意图；

图8为图2中丝线传动组件的结构示意图。

附图标记：安装支架1、伞齿轮传动组件2、夹持连杆组件3、丝线传动组件4、动力源5、辅助握持柄6、底座7、中部连接片8、电机座9、支撑板10、容器11、底板12、长槽13、支撑板15、设备孔位16、槽位17、手柄孔位18、轴承19、第一丝线布置槽20、左侧主动杆21、右侧主动杆22、第二丝线布置槽23、丝线安装孔位24、转轴孔位25、中部连杆26、运动块27、矩形杆28、外壳29。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1～8所示一种应用于人力反馈设备的主手夹持装置，包括安装支架1、伞齿轮传动组件2、夹持连杆组件3、丝线传动组件4和动力源5。安装支架1外安装有用于保护伞齿轮传动组件2、丝线传动组件4和动力源5的外壳29，外壳29的端面呈圆形且后端也开设有长槽，长槽的设置也是便于外壳29的装配与拆卸。

安装支架1包含对力反馈系统其它组件的安装孔位16、对动力源5支架的安装位置、对夹持连杆组件3的安装位置、对伞齿轮组件2的安装位置；安装支架由辅助握持柄6、安装伞齿轮和夹持机构的底座7、安装伞齿轮的中部连接片8和安装动力源的电机座9四个部分组成，四个部分设置孔位经由螺丝螺母安装连接。安装伞齿轮组件和夹持连杆组件的底座7基底为矩形，L型底座7前端竖立有安装与力反馈设备其它组件的设备孔位16，设备孔位16用于连接力反馈系统设备各组件，L型底座7的后端设有连接夹持连杆组件3的槽位17和连接辅助握持柄6的手柄孔位18。辅助握持柄6的端部开设有卡槽，卡槽的下部开设有通孔，槽位17的开口端朝向设备孔位16，槽位17的封闭端开设有与卡槽下部通孔相适配的手柄孔位18。槽位卡在辅助握持柄端部的卡槽内，通过在通孔和手柄孔位内插入合适的螺栓紧固件实现辅助握持柄6与底座7的固定连接。底座7沿长度方向固定安装有矩形杆28。

伞齿轮传动组件2包括垂直设置且分别与丝线传动组件4、动力源5连接的两个伞齿轮；与丝线传动组件连接的伞齿轮上开设有容纳丝线的第一丝线布置槽20；

夹持连杆组件3包括呈钳形布置且与底座上槽位铰接的左侧主动杆21和右侧主动杆22，左侧主动杆21端部铰接有带第二丝线布置槽23的丝线传动组件4，第一丝线布置槽20与第二丝线布置槽23配合使用实现丝杆传动组件与伞齿轮传动组件的连动，左侧主动杆21和右侧主动杆22中部均铰接有中部连杆26，中部连杆26远离左侧主动杆21、右侧主动杆22的一端铰接有贯穿在矩形杆28上的运动块27；

夹持连杆组件3可将左侧主动杆21和右侧主动杆22向内运动转化为装置中运动块27的直线往复运动；伞齿轮传动组件2下伞齿轮部分经由轴承19与安装支架连接。

丝线传动组件4与伞齿轮组件2、夹持连杆组件3分别连接后具备将伞齿轮组件2运动传递给夹持连杆组件3的能力；夹持连杆组件3中左侧主动杆21、右侧主动杆22成钳形布置，左侧主动杆21具有丝线传动组件4的安装位置，各连杆转动副由轴承连接。夹持连杆组件3中左侧主动杆21、右侧主动杆22经由中部连接件连接中部连杆26，运动时使运动块27在矩形杆28上实现直线往复运动。

丝线传动组件4为固定半径条形结构，具备布置丝线的第二丝线布置槽23和丝线安装孔位24，转轴孔位25具备轴承的安装位置。丝线传动组件4安装时与伞齿轮传动组件2相切，且运动时始终相切；丝线传动组件4中第二丝线布置槽23与伞齿轮组件2中第一丝线布置槽20圆心处于同一平面。

动力源5为可编码的直流减速电机。动力源的电机座9由片状支撑板10支撑可容纳电机的圆形容器11，容器11内半径贴合电机半径，片状支撑板10间由底板12连接。容纳电机的圆形容器11前端开有上下对称的长槽13以便于电机进入，后端距底板一定距离处具备半圆形支撑板15用于支撑电机和容许编码线通过。

该应用于人力反馈设备的主手夹持装置使用时，操作人员两指分别按压左侧主动杆21、右侧主动杆22，手虎口握持于辅助握持柄6。操作中，左侧主动杆21、右侧主动杆22向内运动，在中部连杆26牵连下推动中部运动块27在中部矩形杆28上向前运动，同时丝杆传动组件4在左侧主动杆21牵连下运动。由于丝杆传动组件4与伞齿轮传动组件2下部组件相切，在丝线作用下伞齿轮传动组件2旋转运动。若动力源5不提供动力，则操作人员手指可继续按压运动；若动力源5提供动力，则经传动组件转动后操作人员按压运动受阻，产生力反馈。当操作人员松手时，左侧主动杆21、右侧主动杆22可以在动力源5动力下反方向运动至指定位置。

具体的，操作人员按压时，左侧主动杆21顺时针运动，右侧主动杆22逆时针运动，由于中间运动块27配合于中间矩形杆28不产生旋转等运动，在中部连杆26作用下，左侧主动杆21、右侧主动杆22的运动可以推动中部运动块27向前运动。

具体的，丝杆传动组件4在左侧主动杆21牵连下运动，丝线安装于第一丝线布置槽20、第二丝线布置槽23，丝线连接下丝杆传动组件4与伞齿轮传动组件2下部组件相切，丝杆传动组件4向右运动时，传动效果使得伞齿轮传动组件2下部组件逆时针转动，使得与之啮合的上部伞齿轮逆时针转动。

具体的，若动力源5不提供动力时，动力源5电机输出轴与伞齿轮传动件同步运动，此时操作人员的按压运动不受影响。

具体的，若动力源5提供动力时，动力源5电机输出轴与伞齿轮传动件同步运动，动力源驱动伞齿轮传动件2反方向运动，由于传动效果，丝杆传动组件4反方向运动，即动力源5产生的传动效果方向与操作人员按压方向相反，产生力反馈效果。

各部件之间均以国标普通螺丝螺母或紧定螺丝安装，有效实现本装置安装的标准化。连杆传动组件之间连接处安装轴承，有效降低本装置传动时的摩擦力。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.应用于人力反馈设备的主手夹持装置，其特征在于，包括安装支架、伞齿轮传动组件、夹持连杆组件、丝线传动组件和动力源；

其中安装支架包括L型底座和固定安装在底座端部用于连接夹持连杆组件的U型槽位；底座上依次固定安装有中部连接片和电机座，底座沿长度方向固定安装有矩形杆；

伞齿轮传动组件包括垂直设置且分别与丝线传动组件、动力源连接的两个伞齿轮，与丝线传动组件连接的伞齿轮上开设有容纳丝线的第一丝线布置槽；

夹持连杆组件包括呈钳形布置且与底座上槽位铰接的左侧主动杆和右侧主动杆，左侧主动杆端部铰接有带第二丝线布置槽的丝线传动组件，第一丝线布置槽与第二丝线布置槽配合使用实现丝线传动组件与伞齿轮传动组件的连动，左侧主动杆和右侧主动杆中部均铰接有中部连杆，中部连杆远离左侧主动杆、右侧主动杆的一端铰接有贯穿在矩形杆上的运动块；

动力源中电机座包括片状支撑板和用于连接支撑板的底板，支撑板上固定安装有便于容纳电机的圆形容器，支撑板之间的容器外套设有带贯穿孔的支撑板；

所述丝线传动组件为固定半径条形结构，第二丝线布置槽的两端开设有便于安装丝线的丝线安装孔，丝线传动组件端部开设有便于与左侧主动杆铰接的转轴孔位；

所述丝线传动组件与其啮合的伞齿轮相切，第一丝线布置槽与第二丝线布置槽圆心处于同一平面。

2.如权利要求1所述应用于人力反馈设备的主手夹持装置，其特征在于，所述底座远离槽位的一端开设有便于与力反馈设备其它组件固定连接的设备孔位。

3.如权利要求2所述应用于人力反馈设备的主手夹持装置，其特征在于，还包括端部开设有卡槽的辅助握持柄，卡槽的下部开设有通孔，槽位的开口端朝向设备孔位，槽位的封闭端开设有与卡槽下部通孔相适配的手柄孔位。

4.如权利要求1所述应用于人力反馈设备的主手夹持装置，其特征在于，所述容器的前端开有上下对称的长槽，容器内半径贴合电机半径。

5.如权利要求1所述应用于人力反馈设备的主手夹持装置，其特征在于，所述动力源为能够编码的直流减速电机。

6.如权利要求1所述应用于人力反馈设备的主手夹持装置，其特征在于，所述安装支架外安装有用于保护伞齿轮传动组件、丝线传动组件和动力源的外壳，外壳的端面呈圆形且后端也开设有长槽。