CN113679432B - 机械控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种机械控制系统。所述第一角度检测器件与第一驱动装置的第一驱动轴固定连接。第一角度检测器件用于检测第一驱动轴的旋转角度并得到第一角度。第二驱动装置与第一驱动轴固定连接。第二驱动装置的第二驱动轴的延伸方向与第一驱动轴的延伸方向垂直。第二角度检测器件用于检测第二驱动轴的旋转角度并得到第二角度。连杆组件的第一端与第二驱动轴固定连接。中心球与连杆组件的第二端固定连接。控制装置分别与第一驱动装置、第一角度检测器件、第二驱动装置和第二角度检测器件电连接。控制装置用于依据给定指令控制第一驱动轴和第二驱动轴运动，并根据第一角度和第二角度确定是否放开第一驱动轴和第二驱动轴的使能状态。

Description

机械控制系统

技术领域

本申请涉及医学模拟教学领域，特别是涉及机械控制系统。

背景技术

经皮脊柱内镜手术是近些年迅猛发展的内窥镜技术，已经逐渐成为颈腰椎退变性疾病，尤其是腰椎间盘突出症的主要手术治疗方式。在手术中镜下通道的正确建立及安全区域的限制决定了手术的正确性及安全性。为了加快临床医生在脊柱内镜技术方面的进阶培养，通常需要在脊柱内镜的镜下通道建立等流程上进行培训。

传统技术中，脊柱内镜的镜下通道建立的培训，都是临床医生手动在镜下过程中直接建立，通道建立的精确性得不到保障。

发明内容

基于此，有必要针对现有脊柱内镜的镜下通道建立的精确性得不到保障的问题，提供一种机械控制系统。

一种机械控制系统，应用于内镜模拟训练，包括：

第一驱动装置；

第一角度检测器件，与所述第一驱动装置的第一驱动轴固定连接，用于检测所述第一驱动轴的旋转角度并得到第一角度；

第二驱动装置，与所述第一驱动轴固定连接，所述第二驱动装置的第二驱动轴的延伸方向与所述第一驱动轴的延伸方向垂直；

第二角度检测器件，与所述第二驱动轴固定连接，用于检测所述第二驱动轴的旋转角度并得到第二角度；

连杆组件，所述连杆组件的第一端与所述第二驱动轴固定连接；

中心球，与所述连杆组件的第二端固定连接；以及

控制装置，分别与所述第一驱动装置、所述第一角度检测器件、所述第二驱动装置和所述第二角度检测器件电连接，用于依据给定指令控制所述第一驱动轴和所述第二驱动轴运动，并根据所述第一角度和所述第二角度确定是否放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。

在其中一个实施例中，所述控制装置用于依据所述给定指令控制所述第一驱动轴和所述第二驱动轴运动，并根据所述第一角度和所述第二角度确定所述第一驱动轴和所述第二驱动轴是否运动到设定角度，若确定所述第一驱动轴和所述第二驱动轴运动到所述设定角度，则放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。

在其中一个实施例中，所述的机械控制系统还包括：

主镜，与所述中心球固定连接；以及

第三角度检测器件，设置于所述主镜，与所述控制装置电连接，所述第三角度检测器件用于检测所述中心球的旋转角度并得到第三角度；

所述控制装置根据所述第三角度和设定角度确定是否控制所述第一驱动轴和所述第二驱动轴进入使能状态。

在其中一个实施例中，所述控制装置将所述第三角度和设定角度进行比较；

若所述第三角度等于所述设定角度，所述控制装置控制所述第一驱动轴和所述第二驱动轴进入所述使能状态；

若所述第三角度小于所述设定角度，所述控制装置放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。

在其中一个实施例中，所述的机械控制系统还包括：

中心杆，所述中心杆的一端依次穿过所述中心球和所述主镜，并用于与手术工具固定连接；以及

力反馈装置，与所述中心杆的另一端固定连接，且所述力反馈装置与所述中心球同步旋转。

在其中一个实施例中，所述连杆组件包括：

第一联轴器，所述第一联轴器的第一端与所述第二驱动轴固定连接；

第一连杆，所述第一连杆的第一端与所述第一联轴器的第二端转动连接；

第二连杆，所述第二连杆的第一端与所述第一连杆的第二端转动连接，所述第二连杆的第二端与所述中心球固定连接，所述第一联轴器的第一端与所述第二驱动轴的连接处、所述中心球的球心和所述第一连杆的两端构成平行四边形的四个顶点。

在其中一个实施例中，所述第二驱动装置通过第二联轴器与所述第一驱动轴固定连接。

在其中一个实施例中，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置均为步进电机。

在其中一个实施例中，所述第一角度检测器件和所述第二角度检测器件均为角度编码器。

一种机械控制系统，包括：

第一驱动装置；

第二驱动装置，与所述第一驱动装置的第一驱动轴固定连接，所述第二驱动装置的第二驱动轴的延伸方向与所述第一驱动轴的延伸方向垂直；

连杆组件，所述连杆组件的第一端与所述第二驱动轴固定连接；

中心球，与所述连杆组件的第二端固定连接；

陀螺仪，设置于所述中心球，用于检测所述中心球的旋转角度并得到第四角度；以及

控制装置，分别与所述第一驱动装置、所述第二驱动装置和所述陀螺仪电连接，用于依据给定指令控制所述第一驱动轴和所述第二驱动轴运动，并根据所述第四角度确定是否放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。

与现有技术相比，上述机械控制系统，所述第一角度检测器件检测所述第一驱动装置的第一驱动轴的旋转角度并得到第一角度。所述第二角度检测器件检测所述第二驱动装置的第二驱动轴的旋转角度并得到第二角度。所述中心球通过所述连杆组件与所述第二驱动轴固定连接。所述控制装置用于依据给定指令控制所述第一驱动轴和所述第二驱动轴运动，并根据所述第一角度和所述第二角度确定是否放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。本申请通过所述控制装置控制所述第一驱动装置和所述第二驱动装置自动化建立脊柱内镜手术培训中的镜下通道，可以提高镜下通道建立的精确性及镜下操作的稳定性。

本申请实施例还提供一种机械控制系统，应用于内镜模拟训练，包括：

第一驱动装置；

第二驱动装置，与所述第一驱动装置的第一驱动轴固定连接，所述第二驱动装置的第二驱动轴的延伸方向与所述第一驱动轴的延伸方向垂直；

连杆组件，所述连杆组件的第一端与所述第二驱动轴固定连接；

中心球，与所述连杆组件的第二端固定连接；

陀螺仪，设置于所述中心球，用于检测所述中心球的旋转角度并得到第四角度；以及

控制装置，分别与所述第一驱动装置、所述第二驱动装置和所述陀螺仪电连接，用于依据给定指令控制所述第一驱动轴和所述第二驱动轴运动，并根据所述第四角度确定是否放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。

在一个实施例中，第一角度检测器件，与所述第一驱动装置的所述第一驱动轴固定连接，用于检测所述第一驱动轴的旋转角度并得到第一角度；

第二角度检测器件，与所述第二驱动轴固定连接，用于检测所述第二驱动轴的旋转角度并得到第二角度。

在一个实施例中，所述控制装置将所述第四角度和设定角度进行比较；

所述第四角度反应出所述第一驱动轴和所述第二驱动轴运动到所述设定角度，则所述控制装置放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。4、如权利要求3所述的机械控制系统，其特征在于，所述第四角度反应出所述第一驱动轴和所述第二驱动轴未运动到所述设定角度，则所述控制装置不放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。

在一个实施例中，所述连杆组件包括：

第一联轴器，所述第一联轴器的第一端与所述第二驱动轴固定连接；

第一连杆，所述第一连杆的第一端与所述第一联轴器的第二端转动连接；

第二连杆，所述第二连杆的第一端与所述第一连杆的第二端转动连接，所述第二连杆的第二端与所述中心球固定连接，所述第一联轴器的第一端与所述第二驱动轴的连接处、所述中心球的球心和所述第一连杆的两端构成平行四边形的四个顶点。

在一个实施例中，还包括第二联轴器，所述第二驱动装置通过所述第二联轴器与所述第一驱动轴固定连接。

在一个实施例中，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置均为步进电机。

在一个实施例中，所述中心球通过轴承与所述连杆组件的第二端固定连接。

在一个实施例中，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置均为伺服电机。

在一个实施例中，还包括：

主镜，与所述中心球固定连接；

第三角度检测器件，所述主镜与所述中心球固定连接，所述第三角度检测器件设置于所述主镜。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的机械控制系统的结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的机械控制系统的电路框图；

图3为本申请一实施例提供的机械控制系统的部分结构示意图一；

图4为本申请一实施例提供的中心球的结构示意图；

图5为本申请一实施例提供的中心球的爆炸图；

图6为本申请一实施例提供的机械控制系统的部分结构示意图二；

图7为本申请一实施例提供的机械控制系统的部分结构示意图三；

图8为本申请一实施例提供的机械控制系统的部分结构示意图四；

图9为本申请另一实施例提供的中心球的结构示意图。

附图标记说明：

10、机械控制系统；101、骨架；110、第一驱动装置；120、第一角度检测器件；210、第二驱动装置；211、第二联轴器；220、第二角度检测器件；300、连杆组件；310、第一联轴器；320、第一连杆；330、第二连杆；400、中心球；401、陀螺仪；410、中心球本体；420、中心球卡扣；421、中心球上卡扣；422、中心球下卡扣；500、控制装置；610、主镜；620、第三角度检测器件；701、手术工具；702、套管；703、套管传感器；710、中心杆；711、卡扣连接件；712、快换接头；720、力反馈装置；721、力反馈固定件。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，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，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请参见图1和图2，本申请一实施例提供一种机械控制系统10。所述机械控制系统10应用于内镜模拟训练。所述机械控制系统10包括但不限于应用于脊柱内镜的镜下通道建立的训练操作。所述机械控制系统10包括：第一驱动装置110、第一角度检测器件120、第二驱动装置210、第二角度检测器件220、连杆组件300、中心球400以及控制装置500。所述第一角度检测器件120与所述第一驱动装置110的第一驱动轴固定连接。所述第一角度检测器件120用于检测所述第一驱动轴的旋转角度并得到第一角度。所述第二驱动装置210与所述第一驱动轴固定连接。所述第二驱动装置210的第二驱动轴的延伸方向与所述第一驱动轴的延伸方向垂直。

所述第二角度检测器件220与所述第二驱动轴固定连接。所述第二角度检测器件220用于检测所述第二驱动轴的旋转角度并得到第二角度。所述连杆组件300的第一端与所述第二驱动轴固定连接。所述中心球400与所述连杆组件300的第二端固定连接。所述控制装置500分别与所述第一驱动装置110、所述第一角度检测器件120、所述第二驱动装置210和所述第二角度检测器件220电连接。所述控制装置500用于依据给定指令控制所述第一驱动轴和所述第二驱动轴运动，并根据所述第一角度和所述第二角度确定是否放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。

可以理解，所述第一驱动装置110的具体结构不限制，只要具有驱动所述第二驱动装置210旋转的功能即可。在一个实施例中，所述第一驱动装置110可以为伺服电机。所述第一驱动装置110也可以为步进电机。可以理解，所述第二驱动装置210的具体结构不限制，只要具有驱动所述中心球400旋转的功能即可。在一个实施例中，所述第二驱动装置210可以为伺服电机。所述第二驱动装置210也可以为步进电机。所述第一驱动装置110和所述第二驱动装置210均可以采用42MM高精度两相四线减速步进电机，步进角为度为0.18、额定转矩为5.3N.m、电机机身长度72.3mm，采用该步进电机可以减小安装空间。

在一个实施例中，所述第二驱动装置210可以通过第二联轴器211与所述第一驱动轴固定连接。具体的，所述第二联轴器211可以通过卡扣连接件与所述第一驱动轴固定连接，同时所述第二联轴器211通过螺丝固定在所述第二驱动装置210。在一个实施例中，所述第二驱动装置210的第二驱动轴的延伸方向与所述第一驱动轴的延伸方向垂直。即所述第二驱动装置210机身的延伸方向与所述第一驱动装置110机身的延伸方向垂直。

可以理解，所述第一角度检测器件120的具体结构不限制，只要具有检测所述第一驱动轴的旋转角度并得到第一角度的功能即可。在一个实施例中，所述第一角度检测器件120可以为角度编码器。具体的，所述角度编码器可以通过螺丝配合连接部件固定在所述第一驱动轴上。当所述第一驱动轴在进行运动时，所述角度编码器可以实时检测所述第一驱动轴的旋转角度并得到第一角度，同时可以将所述第一角度发送至所述控制装置500，以便于所述控制装置500进行数据处理。

可以理解，所述第二角度检测器件220的具体结构不限制，只要具有检测所述第二驱动轴的旋转角度并得到第二角度的功能即可。在一个实施例中，所述第二角度检测器件220可以为角度编码器。具体的，所述角度编码器可以通过螺丝配合连接部件固定在所述第二驱动轴上。当所述第二驱动轴在进行运动时，所述角度编码器可以实时检测所述第二驱动轴的旋转角度并得到第二角度，同时可以将所述第二角度发送至所述控制装置500，以便于所述控制装置500进行数据处理。

可以理解，所述中心球400与所述连杆组件300的第二端固定连接的方式不限制，只要保证所述中心球400与所述连杆组件300的第二端固定即可。在一个实施例中，所述中心球400可以通过轴承与所述连杆组件300的第二端固定连接。同样的，所述连杆组件300的第一端也可以通过轴承与所述第二驱动轴固定连接。

可以理解，所述控制装置500的具体结构不限制，只要具有依据给定指令控制所述第一驱动轴和所述第二驱动轴运动，并根据所述第一角度和所述第二角度确定是否放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态的功能即可。在一个实施例中，所述控制装置500可以采用集成芯片(如Stm32 F407ZGT6芯片)。所述控制装置500也可以为处理器或控制器。在一个实施例中，所述控制装置500采用集成芯片可以节约器件安装空间。

在一个实施例中，所述给定指令指的是上位机发送给所述控制装置500的指令。当所述控制装置500接收到所述给定指令后，所述控制装置500可根据所述给定指令控制所述第一驱动装置110和所述第二驱动装置210开始工作。即此时所述第一驱动装置110中的所述第一驱动轴和所述第二驱动装置210中的所述第二驱动轴开始旋转。此时所述第一角度检测器件120同步监测所述第一驱动轴旋转的角度(即第一角度)，所述第二角度检测器件220同步监测所述第一驱动轴旋转的角度(即第二角度)。当所述第一驱动轴和所述第二驱动轴运动到所述给定指令指定的位置角度时，所述控制装置500可以根据所述第一角度和所述第二角度确定是否放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。

所述控制装置500可以根据所述第一角度和所述第二角度确定所述第一驱动轴和所述第二驱动轴是否运动到设定角度。所述设定角度即为所述给定指令指定的位置角度。若所述第一角度和所述第二角度反应出所述第一驱动轴和所述第二驱动轴已经运动到所述设定角度，则所述控制装置500放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。反之，若所述第一角度和所述第二角度反应出所述第一驱动轴和所述第二驱动轴未运动到所述设定角度，则所述控制装置500不放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。如此通过上述方式即可建立脊柱内镜手术培训中的镜下通道，从而可以提高镜下通道建立的精确性及镜下操作的稳定性。

在一个实施例中，所述使能状态指的是，限制所述第一驱动装置110中的所述第一驱动轴和所述第二驱动装置210中的所述第二驱动轴转动的状态。即处于使能状态的所述第一驱动轴和所述第二驱动轴是不能自由的转动。放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态指的是，所述第一驱动轴和所述第二驱动轴处于不使能状态。即所述第一驱动轴和所述第二驱动轴可以自由的转动。

本实施例中，所述第一角度检测器件120检测所述第一驱动装置110的第一驱动轴的旋转角度并得到第一角度。所述第二角度检测器件220检测所述第二驱动装置210的第二驱动轴的旋转角度并得到第二角度。所述中心球400通过所述连杆组件300与所述第二驱动轴固定连接。所述控制装置500用于依据给定指令控制所述第一驱动轴和所述第二驱动轴运动，并根据所述第一角度和所述第二角度确定是否放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。本实施例通过所述控制装置500控制所述第一驱动装置110和所述第二驱动装置210自动化建立脊柱内镜手术培训中的镜下通道，可以提高镜下通道建立的精确性及镜下操作的稳定性。

在一个实施例中，请参见图3，所述机械控制系统10还包括骨架101。所述第一驱动装置110、所述第二驱动装置210、所述杆组件300以及所述中心球400均可以固定在所述骨架101上。所述骨架101可以实现对各个部件(即所述第一驱动装置110、所述第二驱动装置210、连所述杆组件300以及所述中心球400)进行固定支撑。在一个实施例中，所述骨架101可以为塑料材质外框骨架。所述骨架101采用塑料材质，可降低整体重量，同时可以节约成本。

在一个实施例中，请参见图4和图5，所述中心球400可以包括中心球本体410和中心球卡扣420。所述中心球本体410通过所述中心球卡扣420固定在所述骨架101上。所述中心球卡扣420可以包括中心球上卡扣421和与所述中心球上卡扣421固定连接的中心球下卡扣422。所述中心球下卡扣422可以通过螺钉固定在所述骨架101上。所述中心球本体410放入所述中心球下卡扣422内，然后将所述中心球上卡扣421通过螺钉与所述中心球下卡扣422固定连接。同时所述中心球本体410可以在所述中心球卡扣420内围绕所述中心球本体410的球心实现三维角度绕动，从而便于临床医生进行脊柱内镜的镜下通道建立的培训。在一个实施例中，所述中心球400可以替换为万向轴承。

请参见图6，在一个实施例中，所述的机械控制系统10还包括：主镜610以及第三角度检测器件620。所述主镜610与所述中心球400固定连接。所述第三角度检测器件620设置于所述主镜610。所述第三角度检测器件620与所述控制装置500电连接。所述第三角度检测器件620用于检测所述中心球400的旋转角度并得到第三角度。所述控制装置500根据所述第三角度和设定角度确定是否控制所述第一驱动轴和所述第二驱动轴进入使能状态。

在一个实施例中，所述主镜610可以通过套管702与所述中心球400固定连接。所述主镜610的一端沿所述套管702的一端伸入所述套管702内。所述套管702的另一端伸入所述中心球400内。在一个实施例中，所述第三角度检测器件620可以为磁编码器。所述第三角度检测器件620也可以为具有检测角度功能的传感器。

当放开所述第一驱动装置110和所述第二驱动装置210的使能状态时，所述第三角度检测器件620可以实时检测所述中心球400的旋转角度并得到第三角度，并将所述第三角度发送至所述控制装置500。所述控制装置500可以根据第三角度和设定角度确定是否控制所述第一驱动轴和所述第二驱动轴进入使能状态。具体的，所述控制装置500可以将所述第三角度和设定角度进行比较。所述设定角度即为所述给定指令指定的位置角度。同时也是所述中心球400旋转时限制区域的边界角度。

若所述控制装置500确定所述第三角度等于所述设定角度，即所述中心球400的旋转角度已经等于限制区域的边界角度时，所述控制装置500控制所述第一驱动轴和所述第二驱动轴进入所述使能状态，从而实现对所述中心球400的安全性限制，避免所述中心球400运动至限制区域外。所述限制区域是指模拟手术的安全工作区域。具体的，所述限制区域指的是，所述第一驱动轴和所述第二驱动轴在所述设定角度以内的运动角度所在的区域。所述设定角度以内指的是，所述运动角度小于所述设定角度。

若所述控制装置500确定所述第三角度小于所述设定角度，所述控制装置500可以放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。也就是说，当所述第三角度小于所述设定角度时，即所述中心球400的运动角度指向限制区域内时，所述控制装置500放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。此时临床医生可以继续镜下操作。本实施例中，所述控制装置500根据所述第三角度和设定角度确定是否控制所述第一驱动轴和所述第二驱动轴进入使能状态，如此可以确保镜下手术操作始终保持在安全的限制区域内，提高操作的安全性。

在一个实施例中，所述机械控制系统10还包括设置于所述套管702上的套管传感器703。所述控制装置500可以通过所述套管传感器703监测所述套管702的姿态，从而提高临床医生操作的安全性。

请参见图7，在一个实施例中，所述的机械控制系统10还包括：中心杆710以及力反馈装置720。所述中心杆710的一端依次穿过所述中心球400和所述主镜610，并用于与手术工具701固定连接。所述力反馈装置720与所述中心杆710的另一端固定连接。所述力反馈装置720与所述中心球400同步旋转。

在一个实施例中，所述中心杆710可以通过快换接头712与所述手术工具701固定连接。所述中心杆710与所述手术工具701之间采用所述快换接头712连接，可便于更换不同的所述手术工具701。所述手术工具701包括但不限于手术钳子等。

在一个实施例中，所述力反馈装置720可以通过力反馈固定件721固定于所述骨架101上。所述力反馈装置720中的终端笔头可以通过卡扣连接件711与所述中心杆710固定连接。所述力反馈装置720可以采用传统的力反馈装置。所述力反馈装置720可以实现与所述中心球400同步运动。即所述力反馈装置720可以跟随所述中心球400同步运动。在一个实施例中，所述中心杆710可以实现在所述中心球400内沿所述中心球400的延伸方向进行往复运动。本实施例中，通过所述力反馈装置720与所述中心杆710配合，可以模拟临床医生在真实场景下进行镜下操作。

请参见图8，在一个实施例中，所述连杆组件300包括第一联轴器310、第一连杆320以及第二连杆330。所述第一联轴器310的第一端与所述第二驱动轴固定连接。所述第一连杆320的第一端与所述第一联轴器310的第二端转动连接。所述第二连杆330的第一端与所述第一连杆320的第二端转动连接。所述第二连杆330的第二端与所述中心球400固定连接。所述第一联轴器310的第一端与所述第二驱动轴的连接处、所述中心球400的球心和所述第一连杆320的两端构成平行四边形的四个顶点。

在一个实施例中，所述第一连杆320的第一端可以通过轴承与所述第一联轴器310的第二端转动连接。同样的，所述第二连杆330的第一端也可以通过轴承与所述第一连杆320的第二端转动连接。所述第一联轴器310的第一端与所述第二驱动轴的连接处、所述中心球400的球心和所述第一连杆320的两端构成平行四边形的四个顶点。也就是说，所述第一联轴器310的第一端与所述第二驱动轴的连接处、所述中心球400的球心和设置在所述第一连杆320两端的轴承构成平行四边形的四个顶点。如此所述第一驱动装置110中的第一驱动轴转动带动所述第二驱动装置210转动。所述第二驱动装置210中的第二驱动轴转动带动所述中心球400垂直于所述第一驱动轴的转动平面进行绕动。从而实现通过所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的二维平面角转动就可以带动所述中心球400进行三维立体角绕动。

请参见图9，本申请另一实施例提供一种机械控制系统10。所述机械控制系统10包括：第一驱动装置110、第二驱动装置210、连杆组件300、中心球400、陀螺仪401以及控制装置500。所述第二驱动装置210与所述第一驱动装置110的第一驱动轴固定连接。所述第二驱动装置210的第二驱动轴的延伸方向与所述第一驱动轴的延伸方向垂直。所述连杆组件300的第一端与所述第二驱动轴固定连接。所述中心球400与所述连杆组件300的第二端固定连接。

所述陀螺仪401设置于所述中心球400。所述陀螺仪401用于检测所述中心球400的旋转角度并得到第四角度。所述控制装置500分别与所述第一驱动装置110、所述第二驱动装置210和所述陀螺仪401电连接。所述控制装置500用于依据给定指令控制所述第一驱动轴和所述第二驱动轴运动，并根据所述第四角度确定是否放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。

在一个实施例中，所述第一驱动装置110、第二驱动装置210、连杆组件300、中心球400以及控制装置500的具体结构请参考上述实施例，此处不再赘述。

当所述控制装置500接收到所述给定指令后，所述控制装置500可根据所述给定指令控制所述第一驱动装置110和所述第二驱动装置210开始工作。即此时所述第一驱动装置110中的所述第一驱动轴和所述第二驱动装置210中的所述第二驱动轴开始旋转。此时所述陀螺仪401同步检测所述中心球400的旋转角度并得到第四角度。当所述第一驱动轴和所述第二驱动轴运动到所述给定指令指定的位置角度时，所述控制装置500可以根据所述第四角度确定是否放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。

所述控制装置500可以根据所述第四角度确定所述第一驱动轴和所述第二驱动轴是否运动到设定角度。所述设定角度即为所述给定指令指定的位置角度。若所述第四角度反应出所述第一驱动轴和所述第二驱动轴已经运到所述设定角度，则所述控制装置500放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。反之，若所述第四角度反应出所述第一驱动轴和所述第二驱动轴未运到到所述设定角度，则所述控制装置500不放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。如此通过上述方式即可建立脊柱内镜手术培训中的镜下通道，从而可以提高镜下通道建立的精确性及镜下操作的稳定性。

综上所述，本申请通过所述第一角度检测器件120检测所述第一驱动装置110的第一驱动轴的旋转角度并得到第一角度。所述第二角度检测器件220检测所述第二驱动装置210的第二驱动轴的旋转角度并得到第二角度。所述中心球400通过所述连杆组件300与所述第二驱动轴固定连接。所述控制装置500用于依据给定指令控制所述第一驱动轴和所述第二驱动轴运动，并根据所述第一角度和所述第二角度确定是否放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。本实施例通过所述控制装置500控制所述第一驱动装置110和所述第二驱动装置210自动化建立脊柱内镜手术培训中的镜下通道，可以提高镜下通道建立的精确性及镜下操作的稳定性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种机械控制系统，应用于内镜模拟训练，其特征在于，包括：

第一驱动装置(110)；

第二驱动装置(210)，与所述第一驱动装置(110)的第一驱动轴固定连接，所述第二驱动装置(210)的第二驱动轴的延伸方向与所述第一驱动轴的延伸方向垂直；

连杆组件(300)，所述连杆组件(300)的第一端与所述第二驱动轴固定连接；

中心球(400)，与所述连杆组件(300)的第二端固定连接；所述中心球(400)包括中心球本体(410)和中心球卡扣(420)，所述中心球本体(410)可以在所述中心球卡扣(420)内围绕所述中心球本体(410)的球心实现三维角度绕动；

陀螺仪(401)，设置于所述中心球，用于检测所述中心球的旋转角度并得到第四角度；

控制装置(500)，分别与所述第一驱动装置(110)、所述第二驱动装置(210)和所述陀螺仪(401)电连接，用于依据给定指令控制所述第一驱动轴和所述第二驱动轴运动，并根据所述第四角度确定是否放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态；所述使能状态指的是，限制所述第一驱动装置(110)中的所述第一驱动轴和所述第二驱动装置(210)中的所述第二驱动轴转动的状态；以及

主镜(610)，与所述中心球(400)固定连接；

其中，所述连杆组件(300)包括：

第一联轴器(310)，所述第一联轴器(310)的第一端与所述第二驱动轴固定连接；

第一连杆(320)，所述第一连杆(320)的第一端与所述第一联轴器(310)的第二端转动连接；

第二连杆(330)，所述第二连杆(330)的第一端与所述第一连杆(320)的第二端转动连接，所述第二连杆(330)的第二端与所述中心球(400)固定连接，所述第一联轴器(310)的第一端与所述第二驱动轴的连接处、所述中心球(400)的球心和所述第一连杆(320)的两端构成平行四边形的四个顶点。

2.如权利要求1所述的机械控制系统，其特征在于，还包括：

第一角度检测器件(120)，与所述第一驱动装置(110)的所述第一驱动轴固定连接，用于检测所述第一驱动轴的旋转角度并得到第一角度；

第二角度检测器件(220)，与所述第二驱动轴固定连接，用于检测所述第二驱动轴的旋转角度并得到第二角度。

3.如权利要求1所述的机械控制系统，其特征在于，所述控制装置(500)将所述第四角度和设定角度进行比较；

所述第四角度反应出所述第一驱动轴和所述第二驱动轴运动到所述设定角度，则所述控制装置(500)放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。

4.如权利要求3所述的机械控制系统，其特征在于，所述第四角度反应出所述第一驱动轴和所述第二驱动轴未运动到所述设定角度，则所述控制装置(500)不放开所述第一驱动轴和所述第二驱动轴的使能状态。

5.如权利要求1所述的机械控制系统，其特征在于，还包括第二联轴器(211)，所述第二驱动装置(210)通过所述第二联轴器(211)与所述第一驱动轴固定连接。

6.如权利要求1所述的机械控制系统，其特征在于，所述第一驱动装置(110)和所述第二驱动装置(210)均为步进电机。

7.如权利要求1所述的机械控制系统，其特征在于，所述中心球(400)通过轴承与所述连杆组件(300)的第二端固定连接。

8.如权利要求1所述的机械控制系统，其特征在于，所述第一驱动装置(110)和所述第二驱动装置(210)均为伺服电机。

9.如权利要求1所述的机械控制系统，其特征在于，还包括：

第三角度检测器件(620)，所述主镜(610)与所述中心球(400)固定连接，所述第三角度检测器件(620)设置于所述主镜(610)。

10.如权利要求9所述的机械控制系统，其特征在于，所述控制装置(500)将所述第三角度和所述中心球(400)旋转时限制区域的边界角度进行比较；

若所述控制装置(500)确定所述第三角度等于所述边界角度，则所述控制装置(500)控制所述第一驱动轴和所述第二驱动轴进入所述使能状态。