CN219017112U - 一种微创手术虚拟培训系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种微创手术虚拟培训系统，包括：底座、力反馈控制结构以及目镜结构，所述力反馈控制结构以及目镜结构分别连接在所述底座上，所述力反馈控制结构包括多自由度力反馈操作组件以及末端操作组件，所述多自由度力反馈操作组件与所述末端操作组件连接。通过实施本实用新型的系统可以满足微创手术培训的需求，解决现有技术存在的问题。

Description

一种微创手术虚拟培训系统

技术领域

本实用新型涉及手术培训设备技术领域，尤其涉及一种微创手术虚拟培训系统。

背景技术

微创手术相较于传统创口开放式的手术，具有创伤小，出血少等优点，继而必然能够减轻病患手术过程中的痛苦，且术后恢复更快。但由于微创手术需要医生熟练地操作手术器械通过微小的创口在病患体内，借助介入式相机返回的视野进行细小空间内的手术操作。因此微创手术对医生的手术技能，对医疗器械的操作熟练程度提出了更高的要求。自然而然地，对微创手术医生技能的培训成为了微创手术发展、推广与普及过程中一个重要课题。

当前微创手术技能的培训一般是通过对尸体、橡胶模型或者进一步在病患身上进行真实手术来进行，这导致培训成本费用高，真实性不强或者涉及到医学伦理问题，在此基础上，随着计算机，通讯等技术的发展，虚拟仿真手术成为了一个解决当前困难的选项。虚拟仿真手术即通过在计算机中利用计算机图形学技术构建仿真的三维人体模型，通过相应的人机交互设备，让医生能够利用各类仿器材的人机交互设备，与虚拟环境中的三维人体模型进行交互操作，在虚拟的环境下完成手术操作过程，在虚拟仿真手术中，除了计算机中构建的虚拟场景与模型对仿真效果有较大的影响外，另一个重要的影响因素是医生直接操作的各类仿医疗器材的人机交互设备。

针对虚拟仿真手术对人机交互设备的需求，目前已有各类人机交互手柄出现。但是现有的设备存在工作空间以及反馈力的方式与微创手术的需求并不吻合，其无法更换末端器械，对医生在仿真手术培训过程中，需要使用不同器械时的手感有较大的差距与影响，培训效果不佳的问题。

因此，有必要设计一种新的系统，以满足微创手术培训的需求，解决现有技术存在的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种微创手术虚拟培训系统。

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：提供一种微创手术虚拟培训系统，包括：底座、力反馈控制结构以及目镜结构，所述力反馈控制结构以及目镜结构分别连接在所述底座上，所述力反馈控制结构包括多自由度力反馈操作组件以及末端操作组件，所述多自由度力反馈操作组件与所述末端操作组件连接。

其进一步技术方案为：所述多自由度力反馈操作组件包括左右旋转组件、上下旋转组件以及前后伸缩组件，所述左右旋转组件、上下旋转组件分别连接在所述底座上，所述前后伸缩组件与所述左右旋转组件连接；所述末端操作组件与所述前后伸缩组件连接。

其进一步技术方案为：所述左右旋转组件包括第一支架、第二支架、左右旋转动力源、左右旋转传动结构；所述左右旋转传动结构分别与所述左右旋转动力源以及所述第二支架连接，所述第二支架连接在所述第一支架上；所述左右旋转动力源的后端输出轴上安装有第一编码器。

其进一步技术方案为：所述左右旋转传动结构包括第一传动盘以及第一绕线轮，所述第一传动盘连接在所述第二支架上，所述第一绕线轮连接在所述左右旋转动力源的前端输出轴上，所述第一绕线轮与所述第一传动盘之间通过第一传动线连接。

其进一步技术方案为：所述上下旋转组件包括第三支架、第四支架、上下旋转动力源、上下旋转传动结构；所述上下旋转传动结构分别与所述上下旋转动力源以及所述第四支架连接，所述第四支架连接在所述第三支架上；所述上下旋转动力源的后端输出轴上安装有第二编码器。

其进一步技术方案为：所述上下旋转传动结构包括第二传动盘以及第二绕线轮，所述第二传动盘连接在所述第四支架上，所述第二绕线轮连接在所述上下旋转动力源的前端输出轴上，所述第二绕线轮与所述第二传动盘之间通过第二传动线连接。

其进一步技术方案为：所述上下旋转传动结构还包括第二传动线紧固机构，所述第二传动线紧固机构连接在所述第二传动盘的一侧，所述第二传动线紧固机构与第二传动线连接。

其进一步技术方案为：所述前后伸缩组件包括前后伸缩动力源、第五支架以及伸缩轨道；所述前后伸缩动力源连接在所述第一支架上，所述第五支架内设有旋转轴；所述旋转轴的一端延伸至所述第五支架外，与所述第一支架连接；所述旋转轴与所述第一支架连接的一端延伸至所述第一支架外，形成延伸段，所述延伸段与所述前后伸缩动力源通过第三传动结构连接；所述伸缩轨道与所述第三支架滑动连接；所述伸缩轨道与所述旋转轴通过第三传动线连接，所述前后伸缩动力源的后端输出轴上安装有第三编码器；所述第五支架通过耦合连接件与所述第三支架连接。

其进一步技术方案为：所述末端操作组件包括末端操作器械；所述末端操作器械与所述伸缩轨道连接。

其进一步技术方案为：所述目镜组件包括目镜旋转结构、目镜伸缩杆以及目镜手柄；所述目镜旋转结构与所述底座连接。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：本实用新型通过设置底座、力反馈控制结构以及目镜结构，利用目镜结构提供对病患手术区域进行内窥镜视野范围调节的功能，利用力反馈控制结构提供具备力反馈的手术操作功能，以满足微创手术培训的需求，解决现有技术存在的问题。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的一种微创手术虚拟培训系统的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的力反馈控制结构的立体结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的左右旋转组件以及上下旋转组件的立体结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的左右旋转组件的立体结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的上下旋转组件的立体结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的前后伸缩组件的立体结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的不含末端操作组件的前后伸缩组件的立体结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的末端操作组件的立体结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的末端操作组件的剖切结构示意图；

图10为本实用新型实施例提供的目镜结构的立体结构示意图；

图中标识说明：

1、底座；2、力反馈控制杆；3、目镜；21、左右旋转组件；22、上下旋转组件；23、前后伸缩组件；24、末端操作组件；211、左右旋转动力源；212、第一编码器；213、第一电机支撑架；214、第二支架；215、第一传动盘；216、第一绕线轮；217、第一传动线紧固机构；218、第一支架；221、上下旋转动力源；222、第二编码器；223、第二电机支撑架；224、第四支架；225、第二传动盘；226、第二绕线轮；227、第二传动线紧固机构；228、第三支架；229、耦合连接件；230、耦合旋转轴；231、前后伸缩动力源；232、第三编码器；233、第五支架；2331、旋转限位槽；2332、轴承限位套；234、旋转轴；2341、第三传动线紧固机构；235、U形旋转支架上盖；2351、轴套；236、主动同步带轮；237、被动同步带轮；238、同步带；239、伸缩轨道；240、滑块；241、末端支撑座；242、末端插拔开关；2421、插拔孔；2422、卡位槽；2423、卡位柱；2424、开关按钮；243、末端旋转角度传感器；2431、角度传感器旋转件；2432、角度传感器信号板；244、末端夹持线性传感器；2441、线性传感器支撑座；245、滚轮；2451、滚轮滚珠；2452、滚轮弹簧；246、剪刀末端固定件；247、剪刀末端活动件；248、复位弹簧；249、线性伸缩轴；250、轴承；251、中间过渡件；31、目镜第一旋转关节；32、目镜第二旋转关节；33、目镜第三旋转关节；34、目镜伸缩杆；35、目镜手柄；36、按键。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的一种微创手术虚拟培训系统的立体结构示意图，该系统可以运用在微创手术虚拟培训过程中，比如学校等场景中，采用计算机仿真的方式，相比于现有采用尸体、模型或直接在病患身体上进行实操学习的培训方式，训练代价小，培训周期短，可以反复多次练习，不用担心标本，场地以及手术安全等问题；采用航向与俯仰自由度耦合的结构，相比于现有采用串联或并联等结构的手术培训器械，设备运动空间与实际手术工作空间更匹配，更真实地模拟微创手术过程，使医生在培训过程中更具有真实感，更能提高培训效果；采用伺服电机提供手术仿真过程中器械跟人体组织器官接触、碰撞、抓取、切割等过程中的真实力感，相比于现在部分仅采用传感器对器械位姿进行采集而无法提供反馈力方式，提高了仿真培训过程中的真实感与沉浸感，是有利于医生操作技能的提升；将具有一定重量与惯量的伺服电机固定安装在机架上而不随操作过程移动，大大降低了仿真平台操作部分整体的惯量，使医生操作过程中更自如，更轻松，减轻长时间操作过程中的疲劳感；采用细小的传动线在伺服电机与关节之前进行位置与力的传递，相比于当前部分采用齿轮齿条等笨重、臃肿、有传动间隙的方式，能使位置与力觉的传递更加丝滑，从而使位置精度更高，力觉体验更真实，设备更加紧凑；末端操作器械与设备主体间采用快速可插拔设计，从而在仿真手术操作过程中，可根据手术具体需求快速更换对应的手术器械末端，相比于现有部分手术仿真器械末端固定单一无法进行更换的形式，可以让医生在手术培训过程中，有更真实的现场感；在末端夹持器械中采用了弹性复位机构设计，相比于现有部分手术仿真器械仅测量夹持角度的方式，让医生在手术仿真培训过程中，能够体验夹持病患身体组织带来的回弹感，增加仿真过程的真实性；提供用于对病患手术区域进行内窥镜视野范围调节的目镜3机构，使医生能够根据手术进程，按需对手术操作视野范围进行调节，从而更有利于手术的进行。

请参阅图1，上述的一种微创手术虚拟培训系统，包括：底座1、力反馈控制结构以及目镜3结构，力反馈控制结构以及目镜3结构分别连接在底座1上，力反馈控制结构包括多自由度力反馈操作组件以及末端操作组件24，多自由度力反馈操作组件与末端操作组件24连接。

在本实施例中，利用目镜3结构实时观察手术进展情况以及力反馈控制结构的末端操作组件24工作情况，对力反馈控制结构进行操控，实现微创手术的虚拟培训。

在本实施例中，底座1用于支撑整个虚拟培训平台的操作部件，底座1可以是由型材组成的框架或者根据需要设计的支撑台架。

在一实施例中，请参阅图2，上述的多自由度力反馈操作组件包括左右旋转组件21、上下旋转组件22以及前后伸缩组件23，左右旋转组件21、上下旋转组件22分别连接在底座1上，前后伸缩组件23与左右旋转组件21连接；末端操作组件24与前后伸缩组件23连接。

多自由度力反馈操作组件的个数为两个，在本实施例中，这两个多自由度力反馈操作组件左右对称布置，且均为五自由度力反馈操作组件。

多自由度力反馈操作组件具备左右旋转自由度、上下旋转自由度、前后伸缩自由度、手柄自转自由度、末端夹持自由度，与五个自由度对应的结构即为左左右旋转组件21、上下旋转组件22、前后伸缩组件23以及末端操作组件24，所述末端操作组件24具备自转与夹持两个运动自由度。在多自由度力反馈操作组件中，在所述左右旋转组件21、上下旋转组件22以及前后伸缩组件23中有力反馈功能。提供手术仿真过程中的反馈力，解决现有部分手术仿真器械只能对器械位姿进行采集而无法提供力触觉反馈的问题。

左右旋转组件21、上下旋转组件22分别按一定的角度安装在底座1上，以使设备整体的操作更加符合实际微创手术时医生操作手术器械时的姿态。

在一实施例中，请参阅图3与图4，上述的左右旋转组件21包括第一支架218、第二支架214、左右旋转动力源211、左右旋转传动结构；左右旋转传动结构分别与左右旋转动力源211以及第二支架214连接，第二支架214连接在第一支架218上；左右旋转动力源211的后端输出轴上安装有第一编码器212。

在一实施例中，请参阅图4，上述的左右旋转传动结构包括第一传动盘215以及第一绕线轮216，第一传动盘215连接在第二支架214上，第一绕线轮216连接在左右旋转动力源211的前端输出轴上，第一绕线轮216与第一传动盘215之间通过第一传动线连接。

在一实施例中，请参阅图4，上述的左右旋转传动结构还包括第一传动线紧固机构217，该第一传动线紧固机构217连接在第一传动盘215的一侧，第一传动线紧固机构217与第一传动线连接。第一传动线紧固机构217用来对第一传动线实施张紧，调节第一传动线紧固机构217上的螺钉，可以对第一传动线进行松紧的调节。

具体地，第一支架218是但不局限于第一支架218，第一传动盘215是但不局限于半圆盘；左右旋转动力源211是但不局限于伺服电机。

第一支架218与第一传动盘215通过螺钉紧固连接成为一个统一的整体，并通过轴承250旋转安装在第二支架214上。左右旋转动力源211通过第一电机支撑架213安装在第二支架214上。在左右旋转动力源211的后端输出轴上安装有第一编码器212，用于对左右旋转动力源211的转轴的旋转角度进行实时测量。通过紧定螺钉把第一绕线轮216固定在左右旋转动力源211的前端输出轴上，所述第一绕线轮216与第一传动盘215之间通过传动线进行运动与力觉的传递。为了保证所传递运动与力觉的精确度，必须使传动线时刻保持张紧状态，在第一传动盘215的一侧设计有第一传动线紧固机构217，用来对传动线实施张紧，调节所述第一传动线紧固机构217上的螺钉，可以对传动线进行松紧的调节。当第一支架218左右旋转时，通过带动第一传动盘215与左右旋转动力源211前端轴上的第一绕线轮216之间的传动，从而使第一编码器212能检测到第一支架218的旋转角度，即左右旋转的角度。

在一实施例中，请参阅图5，上述的上下旋转组件22包括第三支架228、第四支架224、上下旋转动力源221、上下旋转传动结构；上下旋转传动结构分别与上下旋转动力源221以及第四支架224连接，第四支架224连接在第三支架228上；上下旋转动力源221的后端输出轴上安装有第二编码器222。

具体地，第四支架224与第二支架214形成一个整体，第四支架224位于第三支架228的上端。

在一实施例中，请参阅图5，上述的上下旋转传动结构包括第二传动盘225以及第二绕线轮226，第二传动盘225连接在第四支架224上，第二绕线轮226连接在上下旋转动力源221的前端输出轴上，第二绕线轮226与第二传动盘225之间通过第二传动线连接。

在一实施例中，请参阅图5，上述的上下旋转传动结构还包括第二传动线紧固机构227，该第二传动线紧固机构227连接在第二传动盘225的一侧，第二传动线紧固机构227与第二传动线连接。第二传动线紧固机构227用来对第二传动线实施张紧，调节第二传动线紧固机构227上的螺钉，可以对第二传动线进行松紧的调节。

具体地，第二支架214是但不局限于弓形支架，第二传动盘225是但不局限于半圆盘；上下旋转动力源221是但不局限于伺服电机。

具体地，在上下旋转组件22中，第三支架228与第二传动盘225能过螺钉紧固连接成一个统一的整体作为上下旋转自由度的主体旋转部分，并通过轴承250旋转安装在第四支架224上。上下旋转动力源221通过螺钉安装在第二电机支撑架223上，第二电机支撑架223再通过螺钉安装在所述第四支架224上。在所述上下旋转动力源221的后端输出轴上安装有第二编码器222，用于对所述上下旋转动力源221的转轴的旋转角度进行实时测量。在所述上下旋转动力源221的前端输出轴上通过紧定螺钉固定安装有第二绕线轮226，所述第二绕线轮226与所述第二传动盘225之间通过传动线进行运动与力觉的传递。为了保证所传递运动与力觉的精确度，必须使传动线时刻保持张紧状态，在第二传动盘225的一侧设计有第二传动线紧固机构227，用来对传动线实施张紧。调整所述第二传动线紧固机构227上的螺钉，便可调整所述传动线的张紧程度。当所述第三支架228上下旋转时，通过带动所述第二传动盘225与所述上下旋转动力源221前端轴上的第二绕线轮226之间的传动，从而使所述第二编码器222能检测到所述第三支架228的旋转角度，即上下旋转的角度。

在一实施例中，请参阅图6，上述的前后伸缩组件23包括前后伸缩动力源231、第五支架233以及伸缩轨道239；前后伸缩动力源231连接在第一支架218上，第五支架233内设有旋转轴234；旋转轴234的一端延伸至第五支架233外，与第一支架218连接；旋转轴234与第一支架218连接的一端延伸至第一支架218外，形成延伸段，延伸段与前后伸缩动力源231通过第三传动结构连接；伸缩轨道239与第三支架228滑动连接；伸缩轨道239与旋转轴234通过第三传动线连接，前后伸缩动力源231的后端输出轴上安装有第三编码器232；第五支架233通过耦合连接件229与第三支架228连接。

在本实施例中，第五支架233为但不局限于U形旋转支架；前后伸缩动力源231为但不局限于伺服电机。

上述的第三传动结构包括被动同步带轮237以及主动同步带轮236，其中，延伸段上固定安装有被动同步带轮237，在前后伸缩动力源231的前端输出轴上固定安装有主动同步带轮236，主动同步带轮236与所述被动同步带轮237之间通过同步带238连接，进行位置与力觉的传递。

在本实施例中，在前后伸缩组件23中，前后伸缩动力源231固定安装在所述第一支架218上，所述前后伸缩动力源231整体可以随所述第一支架218左右旋转，第五支架233内通过轴承250贯穿安装有旋转轴234，所述旋转轴234可以在所述第五支架233内自转，所述旋转轴234前后伸出所述第五支架233的部分再通过轴承250旋转安装在所述第一支架218上，从而使所述旋转轴234不仅可以相对所述第五支架233与所述第一支架218自转，并且也可以使所述第五支架233绕所述旋转轴234相对所述第一支架218旋转。在所述旋转轴234伸出所述第一支架218的部分，形成延伸段，固定安装有被动同步带轮237，在所述前后伸缩动力源231的前端输出轴上固定安装有主动同步带轮236，在所述主动同步带轮236与所述被动同步带轮237之间，通过同步带238进行位置与力觉的传递。伸缩轨道239相当于医生实际微创手术中所用手术器械的杆，在所述伸缩轨道239上的可紧密滑动的滑块240紧固在所述第五支架233底部内侧。从而使所述伸缩轨道239可以相对于所述第五支架233前后伸缩滑动。在所述伸缩轨道239上有第三传动线与贯穿安装在所述第五支架233内的所述旋转轴234连接，从而当所述伸缩轨道239前后伸缩时，能够带动所述旋转轴234正转或者反转。为了保证所传递运动与力觉的精确度，必须使传动线时刻保持张紧状态，在所述伸缩轨道239的前端设计有第三传动线紧固机构2341，用来对传动线实施张紧。在所述前后伸缩动力源231的后端输出轴上安装有第三编码器232，用来检测所述前后伸缩动力源231轴的旋转角度。当所述伸缩轨道239在所述滑块240上前后伸缩滑动时，通过传动线带动所述旋转轴234旋转，继而带动所述被动同步带轮237与所述前后伸缩动力源231前端轴上的主动同步带轮236之间的传动，从而使所述第三编码器232能检测到伸缩轨道239前后伸缩的位移。

在一实施例中，请参阅图6和图7，上述的第五支架233上固定安装有U形旋转支架上盖235，所述U形支架旋转上盖与第五支架233组成了一个方框，所述U形旋转支架上盖235上有轴套2351，耦合连接件229的一端通过耦合旋转轴230与轴套2351旋转连接，所述耦合连接件229的另一端与第一支架218旋转连接。从而使左右旋转组件21与上下旋转组件22耦合在一起，模拟微创手术中手术器械通过病患皮肤表面一个小小的创口进入体内的状态。

第五支架233上设有旋转限位槽2331以及轴承限位套2332。

具体地，旋转限位槽2331的作用为：安装在第一支架218上的限位螺钉会伸入旋转限位槽2331内，从而使第五支架233只能在旋转限位槽2331所规定的范围内旋转，亦即限制上下旋转组件的旋转范围。轴承限位套2332在第五支架233左右两侧各安装一个，用于固定第五支架233上安装的轴承不会滑落。

在一实施例中，请参阅图8与图9末端操作组件24包括末端操作器械；末端操作器械与伸缩轨道239连接。

在一实施例中，请参阅图8和图9，上述的末端操作器械内设有线性伸缩轴249，线性伸缩轴249的一端延伸至末端操作器械外，与末端夹持线性传感器244的轴对顶设置。所述末端夹持线性传感器244通过螺钉固定在线性传感器支撑座2441上。所述线性伸缩轴249的另一端上放置在剪刀末端活动件247内的凹槽内，随剪刀末端活动件247的旋转，在凹槽内滑动；线性伸缩轴249上设置有复位弹簧248，用于在线性伸缩轴往后压时，推动线性伸缩轴往前伸从而使所述剪刀末端活动件247恢复到正常的张开状态。上述的末端操作器械的外端设有滚轮245，用于供操作者旋转，以实现对末端操作器械的旋转，另外，该滚轮245的内侧通过滚轮滚珠2451以及滚轮弹簧2452与线性伸缩轴249连接，从而实现操作者滚动滚轮时，产生档位感以方便调节末端操作器械；上述的末端操作器械上设有开关按钮2424，当开关按钮2424按下时，可以将末端操作器整体拔出替换成其他末端操作器。当将末端操作器插入后，卡位柱2423卡在卡位槽2422内，开关按钮使得末端操作器与前端测量部件成为一个整体。末端操作器械的末端设有剪刀末端固定件246以及剪刀末端活动件247。

另外，请参阅图9，上述的末端操作器械的首端连接有手柄信号检测结构，该手柄信号检测结构包括末端夹持线性传感器244、角度传感器旋转件2431、角度传感器信号板2432、中间过渡件251、末端支撑座241、线性传感器支撑座2441；其中，末端夹持线性传感器244与所述线性传感器支撑座2441连接，末端夹持线性传感器244与末端支撑座241连接。角度传感器旋转件2431与角度传感器信号板2432连接，且中间过渡件251与末端支撑座241连接。

在本实施例中，末端支撑座241上设有插拔孔2421，用于末端操作器械的插拔，末端支撑座241上设有卡位槽2422，用于末端操作器械的卡位。

具体地，末端操作组件24用来模拟微创手术中医生真实用到的手术器械。所述末端操作组件24具有自转与末端手柄的夹持两个自由度。所述末端操作组件24包括测量部分与末端器械部分，测量部分主要是对末端器械的自转与夹持两个自由度进行角度测量。末端器械部分则是医生手持的具体部位。所述末端操作组件24通过其上的末端支撑座241与所述伸缩轨道239固定连接。所述末端器械部分通过末端插拔开关242可以方便插入所述末端测量部分或者从其上拔出，并替换成其他末端器械。当所述末端器械插入所述手柄信号检测结构后，所述末端插拔开关242与所述末端器械可以一起绕轴线自转，通过线性传感器支撑座2441安装在所述末端测量部分内的末端旋转角度传感器243就能够实时测量末端器械的自转角度。所述末器械内部安装有复位弹簧248，用于对末端器械闭合时提供反弹力，模拟医生用手术器械夹持物体时的反作用力。所述末端器械部分的夹持操作通过安装在其内的线性伸缩轴249，转换为所述线性伸缩轴249的前后线性位移运动。安装在所述末端测量部分内的末端夹持线性传感器244的伸出轴与所述线性伸缩轴249对顶。正常状态下，所述末端器械处于张开的状态，所述复位弹簧248相对应地处于较为松弛的状态，而所述末端夹持线性传感器244内部的弹簧处于压缩状态。当末端器械夹持自由度闭合时，所述线性伸缩轴249往末端器械方向移动，所述复位弹簧248转为压缩状态，所述复位弹簧248给所述末端夹持器一个往张开状态走的反作用力。而与所述线性伸缩轴249对顶的所述末端夹持线性传感器244的伸出轴在其内部压缩弹簧的作用下同样地往末端器械方向移动。而当末端器械夹持自由度张开时，所述线性伸缩往测量模块方向移动，所述复位弹簧248转为正常的松弛状态，给医生手上反馈的反作用力也逐渐减小，而与所述线性伸缩轴249对顶的所述末端夹持线性传感器244的伸出轴在所述线性伸缩轴249的压力下，同样地往测量模块方向移动，所述末端夹持线性传感器244内部的弹簧逐渐处于压缩状态。

本实施例的系统将具有一定重量与惯量的伺服电机固定安装在机架上而不随操作过程移动，大大降低了仿真平台操作部分整体的惯量，使医生操作过程中更自如，更轻松，减轻长时间操作过程中的疲劳感；采用细小的传动线在伺服电机与关节之前进行位置与力的传递，相比于当前部分采用齿轮齿条等笨重、臃肿、有传动间隙的方式，能使位置与力觉的传递更加丝滑，从而使位置精度更高，力觉体验更真实，设备更加紧凑；末端操作器械与设备主体间采用快速可插拔设计，从而在仿真手术操作过程中，可根据手术具体需求快速更换对应的手术器械末端，相比于现有部分手术仿真器械末端固定单一无法进行更换的形式，可以让医生在手术培训过程中，有更真实的现场感；在末端夹持器械中采用了弹性复位机构设计，相比于现有部分手术仿真器械仅测量夹持角度的方式，让医生在手术仿真培训过程中，能够体验夹持病患身体组织带来的回弹感，增加仿真过程的真实性。

在一实施例中，请参阅图10，上述的目镜3组件包括目镜3旋转结构、目镜3伸缩杆以及目镜3手柄；目镜3旋转结构与底座1连接。

在本实施例中，目镜3旋转结构包括目镜3第一旋转关节、目镜3第二旋转关节、目镜3第三旋转关节，所述目镜3第一旋转关节可以使所述目镜3手柄产生上下俯仰的旋转运动，所述目镜3第二旋转关节可以使所述目镜3手柄产生左右航向的运动，所述目镜3第三旋转关节可以使所述目镜3手柄产生自转的运动。该三个旋转自由度能够模拟实际微创手术中，医生操作内窥镜对准病患体内不同部位时的姿态。同时，为了能够对手术内窥镜视野进行放大缩小的操作，在所述目镜3手柄上设有目镜3伸缩杆，所述目镜3伸缩杆能够产生向前或向后的线性运动。在所述目镜3手柄上有一个按键36，用来对视野进行锁定或解锁的操作。

本实施例提供用于对病患手术区域进行内窥镜视野范围调节的目镜3机构，使医生能够根据手术进程，按需对手术操作视野范围进行调节，从而更有利于手术的进行。

上述的微创手术虚拟培训系统，通过设置底座1、力反馈控制结构以及目镜3结构，利用目镜3结构提供对病患手术区域进行内窥镜视野范围调节的功能，利用力反馈控制结构提供具备力反馈的手术操作功能，以满足微创手术培训的需求，解决现有技术存在的问题。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种微创手术虚拟培训系统，其特征在于，包括：底座、力反馈控制结构以及目镜结构，所述力反馈控制结构以及目镜结构分别连接在所述底座上，所述力反馈控制结构包括多自由度力反馈操作组件以及末端操作组件，所述多自由度力反馈操作组件与所述末端操作组件连接。

2.根据权利要求1所述的一种微创手术虚拟培训系统，其特征在于，所述多自由度力反馈操作组件包括左右旋转组件、上下旋转组件以及前后伸缩组件，所述左右旋转组件、上下旋转组件分别连接在所述底座上，所述前后伸缩组件与所述左右旋转组件连接；所述末端操作组件与所述前后伸缩组件连接。

3.根据权利要求2所述的一种微创手术虚拟培训系统，其特征在于，所述左右旋转组件包括第一支架、第二支架、左右旋转动力源、左右旋转传动结构；所述左右旋转传动结构分别与所述左右旋转动力源以及所述第二支架连接，所述第二支架连接在所述第一支架上；所述左右旋转动力源的后端输出轴上安装有第一编码器。

4.根据权利要求3所述的一种微创手术虚拟培训系统，其特征在于，所述左右旋转传动结构包括第一传动盘以及第一绕线轮，所述第一传动盘连接在所述第二支架上，所述第一绕线轮连接在所述左右旋转动力源的前端输出轴上，所述第一绕线轮与所述第一传动盘之间通过第一传动线连接。

5.根据权利要求4所述的一种微创手术虚拟培训系统，其特征在于，所述上下旋转组件包括第三支架、第四支架、上下旋转动力源、上下旋转传动结构；所述上下旋转传动结构分别与所述上下旋转动力源以及所述第四支架连接，所述第四支架连接在所述第三支架上；所述上下旋转动力源的后端输出轴上安装有第二编码器。

6.根据权利要求5所述的一种微创手术虚拟培训系统，其特征在于，所述上下旋转传动结构包括第二传动盘以及第二绕线轮，所述第二传动盘连接在所述第四支架上，所述第二绕线轮连接在所述上下旋转动力源的前端输出轴上，所述第二绕线轮与所述第二传动盘之间通过第二传动线连接。

7.根据权利要求6所述的一种微创手术虚拟培训系统，其特征在于，所述上下旋转传动结构还包括第二传动线紧固机构，所述第二传动线紧固机构连接在所述第二传动盘的一侧，所述第二传动线紧固机构与第二传动线连接。

8.根据权利要求7所述的一种微创手术虚拟培训系统，其特征在于，所述前后伸缩组件包括前后伸缩动力源、第五支架以及伸缩轨道；所述前后伸缩动力源连接在所述第一支架上，所述第五支架内设有旋转轴；所述旋转轴的一端延伸至所述第五支架外，与所述第一支架连接；所述旋转轴与所述第一支架连接的一端延伸至所述第一支架外，形成延伸段，所述延伸段与所述前后伸缩动力源通过第三传动结构连接；所述伸缩轨道与所述第三支架滑动连接；所述伸缩轨道与所述旋转轴通过第三传动线连接，所述前后伸缩动力源的后端输出轴上安装有第三编码器；所述第五支架通过耦合连接件与所述第三支架连接。

9.根据权利要求8所述的一种微创手术虚拟培训系统，其特征在于，所述末端操作组件包括末端操作器械；所述末端操作器械与所述伸缩轨道连接。

10.根据权利要求1所述的一种微创手术虚拟培训系统，其特征在于，所述目镜组件包括目镜旋转结构、目镜伸缩杆以及目镜手柄；所述目镜旋转结构与所述底座连接。

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