CN213552311U - 一种带力反馈的内窥镜操作器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种带力反馈的内窥镜操作器。包括机架、拨轮、牵引机构Ⅰ、牵引机构Ⅱ及力反馈组件，其中拨轮和力反馈组件设置于机架上，并且拨轮可转动；牵引机构Ⅰ和牵引机构Ⅱ分别设置于拨轮的两侧，并且均经过力反馈组件；牵引机构Ⅰ和牵引机构Ⅱ分别用于驱动拨轮进行正转或反转，从而驱动内窥镜操作头进行弯曲动作；力反馈组件用于检测牵引机构Ⅰ和牵引机构Ⅱ的张力。
Description
技术领域
本实用新型涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种带力反馈的内窥镜操作器。
背景技术
医用内窥镜，是一种侵入式检查工具，主要是在外科手术和常规医疗检查中，与传统的外科手术相比，医用内窥镜的功能性微创手术技术已近得到医生和患者的广泛接受，医用内窥镜利用人体天然孔洞或在必要的时候开几个小孔，医生只要熟练地将内窥镜镜头深入身体内，通过其他手术器械和摄像显示系统就能在体外进行体内的密闭手术操作。医疗电子内窥镜在临床应用上的优点包括：操作灵活、简单、方便；降低病人不适感，减少了治疗时间；大大提高了诊断能力，提高工作效率；便于患者的密切配合，让医护人员和患者更好的沟通等。通过手术机器人来进行内窥镜手术，以机器人代替人手操作，可以避免人手在执行手术时的轻微震颤，对于精密的手术，例如微创手术，更能增强手术的精准性和安全性。微创手术机器人由医生操作端与机器执行端构成：医生通过内窥镜观测手术区域的图像信息，并通过操作端发送手术操作指令，执行端接受手术操作执行并利用安装在执行端的手术器械进行操作。然而，由于操作部与插入部分离设置，操作者无法获得反馈力，因而无法大致判断弯曲旋转角度。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种带力反馈的内窥镜操作器，以解决现有微创手术机器人由于操作部与插入部分离设置，操作者无法获得反馈力，从而无法判断弯曲旋转角度的问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种带力反馈的内窥镜操作器，包括机架、拨轮、牵引机构Ⅰ、牵引机构Ⅱ及力反馈组件，其中机架设置于内窥镜操作头的固定端，所述拨轮可转动地设置于所述机架上，并且与内窥镜操作头的活动端连接；所述牵引机构Ⅰ和所述牵引机构Ⅱ分别设置于所述拨轮的两侧，用于驱动所述拨轮进行正反转，所述拨轮带动所述内窥镜操作头的活动端进行弯曲动作；所述力反馈组件设置于所述机架上，并且与所述牵引机构Ⅰ和所述牵引机构Ⅱ接触，从而实现力的反馈。
所述牵引机构Ⅰ和所述牵引机构Ⅱ结构相同，均包括牵引丝和换向轮组，其中换向轮组设置于所述机架上；所述牵引丝的一端与所述拨轮连接，另一端依次经过所述换向轮组和所述力反馈组件，并且由所述机架引出。
所述力反馈组件包括滑轮、固定立柱及压力传感器，其中固定立柱设置于所述机架上，所述滑轮设置于所述固定立柱上，用于支撑所述牵引丝；所述压力传感器设置于所述固定立柱内，用于检测所述固定立柱受到的压力。
所述固定立柱为分体式结构，包括上段立柱和下段立柱；所述压力传感器设置于所述上段立柱和所述下段立柱之间；所述下段立柱与所述机架连接，所述滑轮设置于所述上段立柱上。
所述力反馈组件设置于所述牵引机构Ⅰ和所述牵引机构Ⅱ之间；所述滑轮上设有两个滑槽，所述牵引机构Ⅰ和所述牵引机构Ⅱ中的两个所述牵引丝分别容置于两个所述滑槽内，并且反向驱动所述滑轮转动。
所述换向轮组包括张紧轮和换向轮，所述张紧轮和所述换向轮可转动地设置于所述机架上，并且所述张紧轮位于所述换向轮和所述拨轮之间；所述牵引丝依次经过张紧轮和所述换向轮，并且通过所述张紧轮进行张紧。
所述内窥镜操作头的固定端包括手柄；所述窥镜操作头的活动端包括拨爪、导管及内窥镜，其中拨爪与所述手柄转动连接，所述导管的一端与所述拨爪连接，另一端与内窥镜连接；
所述机架设置于所述手柄上，所述拨轮与所述拨爪连接，并可带动所述拨爪一同转动。
所述拨轮通过卡爪与所述拨爪卡接；所述卡爪与所述拨轮同轴安装在所述机架的两侧。
所述机架的底部设有两个引线口，所述两个引线口处均设有弹簧管，两个所述牵引丝分别经过两个引线口且由弹簧管引出。
本实用新型的优点及有益效果是：
本实用新型将操作部与插入部集成为一体，可以轻松得到反馈了，从而可以判断内窥镜的弯曲旋转角度，操作灵活、简单、方便；降低病人不适感，减少了治疗时间；大大提高了诊断能力，提高工作效率。
本实用新型通过多个带滑槽的滑轮和张紧轮的设置，将牵引丝固定在其工作平面上，不会由于牵引丝内缺少张力而自由弯曲，从而避免了在工作过程中，牵引丝脱离工作平面、甚至脱离力反馈组件上的滑轮，导致力反馈功能的失效。
本实用新型的力传感装置的布置，可以经济有效地测量牵引丝内张力，通过牵引丝与力感轮的几何关系，与压力传感器测量得到的应力信息，可以推算出每根牵引丝内的张力。通过比较各根牵引丝的张力，与拨轮的尺寸，可以计算出内窥镜操作头夹爪所受到的扭矩。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本实用新型实施例带力反馈的内窥镜操作器的结构示意图；
图2为本实用新型实施例带力反馈的内窥镜操作器的轴测图；
图3为本实用新型实施例带力反馈的内窥镜操作器的工作原理示意图。
图中：1为机架，2为拨轮，3为牵引丝，4为换向轮组，410为张紧轮，420为换向轮，5为力反馈组件，510为滑轮，520为固定立柱，530为压力传感器，6为卡爪，8为弹簧管，9为手柄，910为拨爪。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“底”、“长度”、“内”、“远端”、“近端”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件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实用新型的限制。
为了保持本实用新型实施例的以下说明清楚且简明，本实用新型省略了已知功能和已知部件的详细说明。
如图1-3所示，本实用新型实施例提供的一种带力反馈的内窥镜操作器，设置于内窥镜操作头上，包括机架1、拨轮2、牵引机构Ⅰ、牵引机构Ⅱ及力反馈组件5，其中机架1设置于内窥镜操作头的固定端，拨轮2可转动地设置于机架1上，并且与内窥镜操作头的活动端连接。牵引机构Ⅰ和牵引机构Ⅱ分别设置于拨轮2的两侧，用于驱动拨轮2进行正转或反转，从而驱动内窥镜操作头的活动端进行弯曲动作；力反馈组件5设置于机架1上，并且与牵引机构Ⅰ和牵引机构Ⅱ接触，从而实现力的反馈。
如图2-3所示，本实用新型的实施例中，牵引机构Ⅰ和牵引机构Ⅱ结构相同，均包括牵引丝3和换向轮组4，其中换向轮组4设置于机架1上；牵引丝3的一端与拨轮2连接，另一端依次经过换向轮组4和力反馈组件5，并且由机架1底部设有的引线口引出。
如图3所示，本实用新型的实施例中，机架1的底部设有两个引线口，两个引线口处均设有弹簧管8，两个牵引丝3分别经过两个引线口且由弹簧管8引出。牵引丝3通过机架1的引线口引出后，穿过端部固定的弹簧管8，固定缠绕在牵引丝3的绕线轮上(图中未画出)。当绕线轮被电机驱动时，牵引丝3内受到张力，于是驱动拨轮2的转动。由于弹簧管8两端固定，中间段是柔性的，保证了内部牵引丝3在受到张力时同样是柔性的。
本实用新型的实施例中，力反馈组件5包括滑轮510、固定立柱520及压力传感器530，其中固定立柱520设置于机架1上，滑轮510设置于固定立柱520上，用于支撑牵引丝3；压力传感器530设置于固定立柱520内，用于检测固定立柱520受到的压力，从而测量牵引丝3的张力。
本实用新型的实施例中，固定立柱520为分体式结构，包括上段立柱和下段立柱；压力传感器530设置于上段立柱和下段立柱之间；下段立柱与机架1连接，滑轮510设置于上段立柱上。
具体地，压力传感器530可选用不同种类的压力传感器，根据不同压力传感器的结构，进行安装。在本实施例中，选用压阻式压力传感器，立柱结构为分段式结构，压阻式传感器通过螺纹连接固定在上下两段立柱结构之间，上段立柱连接滑轮510，下段立柱连接机架1。当立柱受到牵引丝3的压应力，上段立柱将压应力传递给中段的压力传感器530，即可测量得到立柱受到的的压应力。
进一步地，力反馈组件5设置于牵引机构Ⅰ和牵引机构Ⅱ之间；滑轮510上设有两个滑槽，牵引机构Ⅰ和牵引机构Ⅱ中的两个牵引丝3分别容置于两个滑槽内，并且反向驱动滑轮510转动。滑槽的直径应与牵引丝3的直径匹配，以防止牵引丝3在轴线的方向上运动。
本实用新型的实施例中，换向轮组4包括张紧轮410和换向轮420，张紧轮410和换向轮420可转动地设置于机架1上，并且张紧轮410位于换向轮420和拨轮2之间；牵引丝3依次经过张紧轮410和换向轮420，并且通过张紧轮410进行张紧。换向轮420位于滑轮510的下方，用于牵引丝3的转向。
本实施例中，在拨轮2没有转动或拨轮反方向转动时，张紧轮410可以使非驱动的牵引丝3内保持一定的张力，使牵引丝3不会由于缺少内应力而弯曲。因此，牵引丝3可以一直保持在同一平面内，不会在非驱动的时间内移动位置，在下一个驱动的周期内脱离滑轮510。张紧轮410的轴线固定在机架1上，但是可以沿着机架1所在平面进行调整，以调整牵引丝3内的初始张力。换向轮420轴线固定在机架1上不能移动，其作用为改变牵引丝3的方向。
如图1所示，本实用新型的实施例中，内窥镜操作头的固定端包括手柄9；内窥镜操作头的的活动端包括拨爪910、导管及内窥镜，其中拨爪910与手柄9可转动地连接，导管的一端与拨爪910连接，另一端与内窥镜连接；机架1设置于手柄9上，拨轮2与拨爪910连接，并可带动拨爪910一同转动。进一步地，拨轮2通过卡爪6与拨爪910卡接；卡爪6与拨轮2同轴安装在机架1的两侧。
本实用新型提供的一种带力反馈的内窥镜操作器，可以间接得到内窥镜驱动力矩。如图1所示，本实用新型的工作原理是：
如图3所示，拨轮2绕着固定在机架1上的转轴转动，拨轮2两侧分别连接一根牵引丝3。操作时，拉扯位于右侧的牵引丝3，拨轮2会顺时针转动，拉扯左侧的牵引丝3，拨轮2会逆时针转动。牵引丝3一端固定在拨轮2上，另一端穿过换向轮组4，绕在力反馈组件5上，并从机架1侧面的开口伸出，连接牵引丝张紧驱动器(图中未画出)，两根牵引丝3不在同一平面内。本实施例中，牵引丝张紧驱动器通过绳驱的驱动器实现的，由电机和绕线轮构成，是独立在本操作器之外的。牵引丝3通过机架1底部的引线口，穿过端部固定的弹簧管8，固定缠绕在绕线轮上。当绕线轮被电机驱动时，牵引丝3内受到张力，于是驱动拨轮2的转动。如图1所示，卡爪6与拨轮2分布于机架1的两侧，卡爪6与拨轮2同轴并且同时转动。卡爪6与内窥镜操作头的拨爪910配合，当卡爪6随着拨轮2转动时，卡爪6带动拨爪910摆动，从而实现了内窥镜头的弯曲运动。
本实施例中，通过牵引丝3与力反馈元件5中的滑轮510的几何关系，可以推导出牵引丝3的张力与力反馈组件中立柱520所受压应力的关系式。通过压力传感器530测量得到立柱520所受的压应力，即可得到牵引丝3的张力。通过两根牵引丝3张力与拨轮2的半径，可以计算出内窥镜探头弯曲时所需要的实时力矩。
需要说明的是，本实例实施方式中列举和附图展示的均为，设置两根牵引丝及一个内窥镜操作头拨爪的内窥镜操作器，本实例并不限于此，仍可用于多个拨爪的内窥镜操作头。
本实用新型提供的一种带力反馈的内窥镜操作器，通过牵引丝与力感轮的几何关系，与压力传感器测量得到的应力信息，可以推算出每根牵引丝内的张力。通过比较各根牵引丝的张力与拨轮的尺寸，可以计算出内窥镜操作头夹爪所受到的扭矩。
以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (9)
1.一种带力反馈的内窥镜操作器，其特征在于，包括机架(1)、拨轮(2)、牵引机构Ⅰ、牵引机构Ⅱ及力反馈组件(5)，其中机架(1)设置于内窥镜操作头的固定端，所述拨轮(2)可转动地设置于所述机架(1)上，并且与内窥镜操作头的活动端连接；所述牵引机构Ⅰ和所述牵引机构Ⅱ分别设置于所述拨轮(2)的两侧，用于驱动所述拨轮(2)进行正反转，所述拨轮(2)带动所述内窥镜操作头的活动端进行弯曲动作；所述力反馈组件(5)设置于所述机架(1)上，并且与所述牵引机构Ⅰ和所述牵引机构Ⅱ接触，从而实现力的反馈。
2.根据权利要求1所述的带力反馈的内窥镜操作器，其特征在于，所述牵引机构Ⅰ和所述牵引机构Ⅱ结构相同，均包括牵引丝(3)和换向轮组(4)，其中换向轮组(4)设置于所述机架(1)上；所述牵引丝(3)的一端与所述拨轮(2)连接，另一端依次经过所述换向轮组(4)和所述力反馈组件(5)，并且由所述机架(1)引出。
3.根据权利要求2所述的带力反馈的内窥镜操作器，其特征在于，所述力反馈组件(5)包括滑轮(510)、固定立柱(520)及压力传感器(530)，其中固定立柱(520)设置于所述机架(1)上，所述滑轮(510)设置于所述固定立柱(520)上，用于支撑所述牵引丝(3)；所述压力传感器(530)设置于所述固定立柱(520)内，用于检测所述固定立柱(520)受到的压力。
4.根据权利要求3所述的带力反馈的内窥镜操作器，其特征在于，所述固定立柱(520)为分体式结构，包括上段立柱和下段立柱；所述压力传感器(530)设置于所述上段立柱和所述下段立柱之间；所述下段立柱与所述机架(1)连接，所述滑轮(510)设置于所述上段立柱上。
5.根据权利要求3所述的带力反馈的内窥镜操作器，其特征在于，所述力反馈组件(5)设置于所述牵引机构Ⅰ和所述牵引机构Ⅱ之间；所述滑轮(510)上设有两个滑槽，所述牵引机构Ⅰ和所述牵引机构Ⅱ中的两个所述牵引丝(3)分别容置于两个所述滑槽内，并且反向驱动所述滑轮(510)转动。
6.根据权利要求2所述的带力反馈的内窥镜操作器，其特征在于，所述换向轮组(4)包括张紧轮(410)和换向轮(420)，所述张紧轮(410)和所述换向轮(420)可转动地设置于所述机架(1)上，并且所述张紧轮(410)位于所述换向轮(420)和所述拨轮(2)之间；所述牵引丝(3)依次经过张紧轮(410)和所述换向轮(420)，并且通过所述张紧轮(410)进行张紧。
7.根据权利要求1所述的带力反馈的内窥镜操作器，其特征在于，所述内窥镜操作头的固定端包括手柄(9)；所述窥镜操作头的活动端包括拨爪(910)、导管及内窥镜，其中拨爪(910)与所述手柄(9)转动连接，所述导管的一端与所述拨爪(910)连接，另一端与内窥镜连接；
所述机架(1)设置于所述手柄(9)上，所述拨轮(2)与所述拨爪(910)连接，并可带动所述拨爪(910)一同转动。
8.根据权利要求7所述的带力反馈的内窥镜操作器，其特征在于，所述拨轮(2)通过卡爪(6)与所述拨爪(910)卡接；所述卡爪(6)与所述拨轮(2)同轴安装在所述机架(1)的两侧。
9.根据权利要求2所述的带力反馈的内窥镜操作器，其特征在于，所述机架(1)的底部设有两个引线口，所述两个引线口处均设有弹簧管(8)，两个所述牵引丝(3)分别经过两个引线口且由弹簧管(8)引出。
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| CN114890236A (zh) * | 2022-06-09 | 2022-08-12 | 中国人民解放军陆军特色医学中心 | 手术机器人传动钢丝张力的数字化检测装置及方法 |
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