CN112489511A - 一种可更换手柄的力反馈装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗模拟训练设备，具体涉及一种可更换手柄的力反馈装置，包括前摆臂机构、平行摆臂机构、主梁轴、第一力反馈模块、第二力反馈模块、第三力反馈模块和安装底座，所述前摆臂机构的后端转动连接有所述平行摆臂机构，所述平行摆臂机构包括上摆臂和下摆臂，所述主梁轴的左侧转动套装有偏转摇杆组，所述主梁轴的右侧转动套装有传动套组件，所述上摆臂的前端转动连接在所述前摆臂机构的本体后端，所述上摆臂的后端转动连接在所述偏转摇杆组的上端。本发明通过设有的前摆臂机构所具备的多个自由度检测，可实现对于末端可更换手柄的多个自由度的检测，结构紧凑，集成度高。
Description
技术领域
本发明涉及医疗模拟训练设备，具体涉及一种可更换手柄的力反馈装置。
背景技术
虚拟现实技术目前在许多领域得到了广泛的应用，在外科实习医生的培训过程中，实习医生通过操作虚拟手术设备在计算机仿真系统内进行近似真实的手术训练过程，相比于传统在人体标本上进行训练，虚拟现实技术的采用为医疗手术培训提供了一种崭新的且更加有效的训练模式。通过虚拟现实技术进行医疗手术培训可减低手术培训费用，缩短培训时间，并且真实沉浸感强，通过熟练操作，培训者可得到近似真实的手术操作经验，手术培训的可移植性强。在进行虚拟手术培训时，医生需要真实的触觉和视觉体验，视觉体验可通过计算机虚拟图像系统进行模拟仿真，触觉体验则需要力反馈设备进行提供，并且通过力反馈设备与计算机虚拟图像系统进行信息交互，形成整体的力反馈模型。对于一些需要经常调整变化末端操作器材的力反馈设备，现有设备缺乏统一的安装架设平台，并且自由度检测力反馈的通用性不高，设备的复杂度也不允许对设备进行可更换式调整和改变。现在急需一种通用型的可更换手柄的力反馈装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种可更换手柄的力反馈装置。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的，本发明公开了一种可更换手柄的力反馈装置，包括前摆臂机构、平行摆臂机构、主梁轴、第一力反馈模块、第二力反馈模块、第三力反馈模块和安装底座，所述前摆臂机构的后端转动连接有所述平行摆臂机构，所述平行摆臂机构包括上摆臂和下摆臂，所述主梁轴的左侧转动套装有偏转摇杆组，所述主梁轴的右侧转动套装有传动套组件，所述上摆臂的前端转动连接在所述前摆臂机构的本体后端，所述上摆臂的后端转动连接在所述偏转摇杆组的上端，所述下摆臂的前端转动连接在所述前摆臂机构的本体中部，所述下摆臂的后端固定连接在所述传动套组件的外侧，所述前摆臂机构的本体、上摆臂、下摆臂和偏转摇杆组通过转动连接形成平行四边形连杆运动机构，所述平行摆臂机构通过所述偏转摇杆组与所述第一力反馈模块连接，所述平行摆臂机构通过所述传动套组件与所述第二力反馈模块连接，所述主梁轴、第一力反馈模块和第二力反馈模块整体均固定安装在所述第三力反馈模块的上部，所述第三力反馈模块转动安装在所述安装底座的上部。
进一步，所述前摆臂机构包括可更换手柄、连接转轴机构、第一扭转机构和第二扭转机构，所述可更换手柄的外端连接有运动输入装置，所述可更换手柄设在所述前摆臂机构的前端，所述连接转轴机构的前后两端分别连接有第一扭转机构和第二扭转机构，所述可更换手柄通过所述第一扭转机构与所述连接转轴机构连接。
进一步，所述连接转轴机构为肘关节式运动机构，所述连接转轴机构的内部设有运动角度检测装置。
进一步，所述第一力反馈模块包括连接摆轴、第一传动转盘和第一力反馈电机，所述偏转摇杆组包括两个平行的摇杆，所述摇杆的下端均转动套装在所述主梁轴上，所述摇杆的上端均通过所述连接摆轴转动连接，所述连接摆轴与所述主梁轴平行相对，所述第一传动转盘转动安装在所述主梁轴的左端，所述偏转摇杆组的外侧与所述第一传动转盘驱动连接，所述第一传动转盘连接有第一力反馈电机。
进一步，所述第二力反馈模块包括第二传动转盘和第二力反馈电机，所述下摆臂的后端通过所述传动套组件与所述第二传动转盘驱动连接，所述第二传动转盘连接有第二力反馈电机。
进一步，所述第三力反馈模块包括回转底盘传动机构和第三力反馈电机，所述第一力反馈模块和第二力反馈模块均通过所述回转底盘传动机构转动安装在所述安装底座的上部，所述回转底盘传动机构连接有第三力反馈电机。
进一步，所述主梁轴通过支架结构固定安装在所述回转底盘传动机构的顶部转盘上。
进一步，所述第一力反馈模块、第二力反馈模块和第三力反馈模块的内部均设有阻尼力感控制单元。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明通过设有的前摆臂机构所具备的多个自由度检测，可实现对于末端可更换手柄的多个自由度的检测，结构紧凑，集成度高；(2)本发明通过平行摆臂机构并配合前摆臂机构和主梁轴构成了平行四边形连杆运动模型，设计巧妙，运动参数检测准确，可利用运动的传递并通过计算机算法而得到空间组件多自由度的运动数据；
(3)本发明系统的三个力反馈模块叠加设置，形成了串联力反馈模型，模块之间互不干扰，力反馈过程可直接通过各自的力反馈电机形成力感叠加，从而使力反馈过程的实现更加直接和准确。
附图说明
图1是本发明的整体的前部结构示意图；
图2是本发明的整体的后部结构示意图；
1-前摆臂机构，11-可更换手柄，12-连接转轴机构，13-第一扭转机构，14-第二扭转机构，2-平行摆臂机构，21-上摆臂，22-下摆臂，3-主梁轴，4-第一力反馈模块，41-偏转摇杆组，42-连接摆轴，43-第一传动转盘，44-第一力反馈电机，5-第二力反馈模块，51-传动套组件，52-第二传动转盘，53-第二力反馈电机，6-第三力反馈模块，61-回转底盘传动机构，62-第三力反馈电机，7-安装底座。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明公开了一种可更换手柄的力反馈装置，包括前摆臂机构1、平行摆臂机构2、主梁轴3、第一力反馈模块4、第二力反馈模块5、第三力反馈模块6和安装底座7，所述前摆臂机构1的后端转动连接有所述平行摆臂机构2，所述平行摆臂机构2包括上摆臂21和下摆臂22，所述主梁轴3的左侧转动套装有偏转摇杆组41，所述主梁轴3的右侧转动套装有传动套组件51，所述上摆臂21的前端转动连接在所述前摆臂机构1的本体后端，所述上摆臂21的后端转动连接在所述偏转摇杆组41的上端，所述下摆臂22的前端转动连接在所述前摆臂机构1的本体中部，所述下摆臂22的后端固定连接在所述传动套组件51的外侧，所述前摆臂机构1的本体、上摆臂21、下摆臂22和偏转摇杆组41通过转动连接形成平行四边形连杆运动机构，所述平行摆臂机构2通过所述偏转摇杆组41与所述第一力反馈模块4连接，所述平行摆臂机构2通过所述传动套组件51与所述第二力反馈模块5连接，所述主梁轴3、第一力反馈模块4和第二力反馈模块5整体均固定安装在所述第三力反馈模块6的上部，所述第三力反馈模块6转动安装在所述安装底座7的上部。所述前摆臂机构1包括可更换手柄11、连接转轴机构12、第一扭转机构13和第二扭转机构14，所述可更换手柄11的外端连接有运动输入装置，所述可更换手柄11设在所述前摆臂机构1的前端，所述连接转轴机构12的前后两端分别连接有第一扭转机构13和第二扭转机构14，所述可更换手柄11通过所述第一扭转机构13与所述连接转轴机构12连接。所述连接转轴机构12为肘关节式运动机构，所述连接转轴机构12的内部设有运动角度检测装置。所述第一力反馈模块4包括连接摆轴42、第一传动转盘43和第一力反馈电机44，所述偏转摇杆组41包括两个平行的摇杆，所述摇杆的下端均转动套装在所述主梁轴3上，所述摇杆的上端均通过所述连接摆轴42转动连接，所述连接摆轴42与所述主梁轴3平行相对，所述第一传动转盘43转动安装在所述主梁轴3的左端，所述偏转摇杆组41的外侧与所述第一传动转盘43驱动连接，所述第一传动转盘43连接有第一力反馈电机44。所述第二力反馈模块5包括第二传动转盘52和第二力反馈电机53，所述下摆臂22的后端通过所述传动套组件51与所述第二传动转盘52驱动连接，所述第二传动转盘52连接有第二力反馈电机53。所述第三力反馈模块6包括回转底盘传动机构61和第三力反馈电机62，所述第一力反馈模块4和第二力反馈模块5均通过所述回转底盘传动机构61转动安装在所述安装底座7的上部，所述回转底盘传动机构61连接有第三力反馈电机62。所述主梁轴3通过支架结构固定安装在所述回转底盘传动机构61的顶部转盘上。所述第一力反馈模块4、第二力反馈模块5和第三力反馈模块6的内部均设有阻尼力感控制单元。
实际使用时，使用者可在可更换手柄11上安装相应的操作装置，通过末端的运动，使所述可更换手柄11产生空间运动，可更换手柄11将运动传递到前摆臂机构1的末端本体，由于前摆臂机构1转动连接有平行摆臂机构2，从而带动平行摆臂机构2运动，平行摆臂机构2的运动具体反映到上摆臂21和下摆臂22的空间偏转运动，上摆臂21和下摆臂22通过各自的传动机构分别将运动最终传递到第一力反馈电机44和第二力反馈电机53，从而实现了运动感知测量和力感反馈过程，而第一力反馈模块4和第二力反馈模块5均同时串联在第三力反馈模块6上，从而通过第三力反馈模块6的运动感知测量和力感反馈过程实现将运动进行叠加处理，从而在计算机虚拟仿真系统的数据集成下形成力反馈模拟控制模型。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种可更换手柄的力反馈装置，其特征在于：包括前摆臂机构、平行摆臂机构、主梁轴、第一力反馈模块、第二力反馈模块、第三力反馈模块和安装底座，所述前摆臂机构的后端转动连接有所述平行摆臂机构，所述平行摆臂机构包括上摆臂和下摆臂，所述主梁轴的左侧转动套装有偏转摇杆组，所述主梁轴的右侧转动套装有传动套组件，所述上摆臂的前端转动连接在所述前摆臂机构的本体后端，所述上摆臂的后端转动连接在所述偏转摇杆组的上端，所述下摆臂的前端转动连接在所述前摆臂机构的本体中部，所述下摆臂的后端固定连接在所述传动套组件的外侧，所述前摆臂机构的本体、上摆臂、下摆臂和偏转摇杆组通过转动连接形成平行四边形连杆运动机构，所述平行摆臂机构通过所述偏转摇杆组与所述第一力反馈模块连接，所述平行摆臂机构通过所述传动套组件与所述第二力反馈模块连接，所述主梁轴、第一力反馈模块和第二力反馈模块整体均固定安装在所述第三力反馈模块的上部，所述第三力反馈模块转动安装在所述安装底座的上部。
2.根据权利要求1所述的一种可更换手柄的力反馈装置，其特征在于：所述前摆臂机构包括可更换手柄、连接转轴机构、第一扭转机构和第二扭转机构，所述可更换手柄的外端连接有运动输入装置，所述可更换手柄设在所述前摆臂机构的前端，所述连接转轴机构的前后两端分别连接有第一扭转机构和第二扭转机构，所述可更换手柄通过所述第一扭转机构与所述连接转轴机构连接。
3.根据权利要求2所述的一种可更换手柄的力反馈装置，其特征在于：所述连接转轴机构为肘关节式运动机构，所述连接转轴机构的内部设有运动角度检测装置。
4.根据权利要求1所述的一种可更换手柄的力反馈装置，其特征在于：所述第一力反馈模块包括连接摆轴、第一传动转盘和第一力反馈电机，所述偏转摇杆组包括两个平行的摇杆，所述摇杆的下端均转动套装在所述主梁轴上，所述摇杆的上端均通过所述连接摆轴转动连接，所述连接摆轴与所述主梁轴平行相对，所述第一传动转盘转动安装在所述主梁轴的左端，所述偏转摇杆组的外侧与所述第一传动转盘驱动连接，所述第一传动转盘连接有第一力反馈电机。
5.根据权利要求1所述的一种可更换手柄的力反馈装置，其特征在于：所述第二力反馈模块包括第二传动转盘和第二力反馈电机，所述下摆臂的后端通过所述传动套组件与所述第二传动转盘驱动连接，所述第二传动转盘连接有第二力反馈电机。
6.根据权利要求1所述的一种可更换手柄的力反馈装置，其特征在于：所述第三力反馈模块包括回转底盘传动机构和第三力反馈电机，所述第一力反馈模块和第二力反馈模块均通过所述回转底盘传动机构转动安装在所述安装底座的上部，所述回转底盘传动机构连接有第三力反馈电机。
7.根据权利要求6所述的一种可更换手柄的力反馈装置，其特征在于：所述主梁轴通过支架结构固定安装在所述回转底盘传动机构的顶部转盘上。
8.根据权利要求1所述的一种可更换手柄的力反馈装置，其特征在于：所述第一力反馈模块、第二力反馈模块和第三力反馈模块的内部均设有阻尼力感控制单元。
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