CN105193508B - 一种可用于手术微器械三维力标定的实验台 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种可用于手术微器械三维力标定的实验台，包括安装平台、驱动机构、传动机构、连杆机构及检测机构，驱动机构主要由直线步进电机及固定零件构成，直线步进电机与电机固定架联接；传动机构包括两个相同的圆柱直线导轨，两个圆柱直线导轨通过导轨横梁进行联接，圆柱导轨通过螺栓安装在导轨支撑台上；连杆机构主要指手术微器械，该手术微器械主要微器械推杆、微器械导管、导管连接件、两片具有力检测功能的手指钳、手指钳转动连接件及手指钳转动销轴。本发明通过外载荷施加在具有力检测功能的手术微器械的手指钳末端实现力标定实验，同时可实现不同角度力标定、静态标定及动态标定。

Description

一种可用于手术微器械三维力标定的实验台

技术领域

本发明涉及的是一种手术器械，具体地说是手术标定实验台。

背景技术

微创外科手术微器械是微创外科手术至关重要的器械，医生操纵微器械完成复杂的手术过程，使得手术的创伤小，减轻病人的痛苦，也使得手术时间及术后恢复时间缩短，该技术也克服了医生因手术复杂、易疲劳而导致的不必要的损伤，提高手术的精度及安全性。对于当前大部分微创手术机器人***而言，利用机器人辅助能够顺利实现微创手术，同时，微创外科手术微器械正沿着具有力检测功能的智能化方向发展，实际微创手术过程中，由于创口小，医生的视觉是受限制的，虽然医生借助腹腔镜能通过视觉看到手术部位，但为了能使医生真实准确的掌握实际病变部位的情况，达到手眼协调的目的，即医生除通过视觉观察手术情况外，还通过手术微器械时刻反馈所触碰或夹持组织器官的力觉信息，控制调整手术操作的力度，从而提高手术的精度及成功率，使手术微器械具有力检测功能是十分必要的，为了能保证手术微器械在实际手术过程中真实的实现力觉检测，深入研究可用于微创外科手术微器械多维力标定的实验台是十分必要的课题。

目前国内外关于微创外科手术微器械三维力标定的实验台的研究较少，大部分力标定实验台是针对通用的多维力传感器进行标定实验，因此设计一种针对具有力检测功能的微创外科手术微器械进行三维力标定的实验台是十分重要的。

发明内容

本发明的目的在于提供适用于机器人辅助微创外科手术领域的一种可用于手术微器械三维力标定的实验台。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种可用于手术微器械三维力标定的实验台，其特征是：包括安装平台、直线步进电机、手术微器械，直线步进电机通过电机固定架安装在安装平台上，安装平台上固定有第一直线导轨和第二直线导轨，第一直线导轨和第二直线导轨分别位于电机固定架的两侧，第一直线导轨里设置第一直线导轨滑块，第二直线导轨里设置第二直线导轨滑块，第一直线导轨滑块和第二直线导轨滑块上固定导轨横梁，直线步进电机的输出轴通过电机连接件连接导轨横梁，所述手术微器械包括微器械推杆、微器械导管，微器械推杆伸入至微器械导管里，微器械推杆输出端安装第一手指钳转动连接件、第二手指钳转动连接件，第一手指钳转动连接件连接第一手指钳，第二手指钳转动连接件连接第二手指钳，第一手指钳和第二手指钳交叉设置，在交叉处安装手指钳转动销轴，微器械导管连接导管连接件，导管连接件通过手指钳转动销轴安装在第一手指钳和第二手指钳的外部，微器械推杆的输入端连接电机连接件和导轨横梁，安装平台上设置微器械固定支架，微器械导管通过立式支撑座设置在微器械固定支架上。

本发明还可以包括：

1、安装平台上安装传感器支撑台，传感器支撑台上安装直线位移传感器基体，导轨横梁下方安装直线位移传感器滑块，直线位移传感器滑块安装在直线位移传感器基体里。

2、安装平台上安装手动微调台，手动微调台上设置有丝杠，丝杠外部安装与其配合的滑块，滑块上固定有导轨托架，微器械导管的中部设置在导轨托架上。

本发明的优势在于：

1.本发明结构简单，机构承载能力大，运动精度高，整体结构呈对称结构，载荷成对称分布，

2.本发明传动机构摩擦小，惯性小，线性度高，控制容易。

3.本发明零件结构简单，易于加工制造，便于安装、拆卸及维修。

4.本发明适用于微创外科手术微器械多维力标定，即可进行静态标定也可进行动态标定。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明手术微器械示意图；

图3为本发明手术微器械传动机构示意图；

图4为本发明直线位移传感器示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～4，本发明是一种可用于手术微器械三维力标定的实验台，其组成包括：安装平台，驱动机构，传动机构，连杆机构及检测机构。驱动机构中的驱动件是直线步进电机2，直线步进电机2由电机固定架3通过四个螺栓固定在电机支撑台19，直线步进电机轴通过电机连接件5与传动机构联接，电机连接件5由螺母固定在步进电机轴上；传动机构主要包括两个圆柱直线导轨和导轨横梁6，第一圆柱直线导轨由直线导轨4与直线导轨滑块7组成，第二圆柱直线导轨由直线导轨18与直线导轨滑块16组成，手术微器械11与导轨横梁6与电机连接件5用同一螺栓联接，直线步进电机2工作时将推动导轨横梁6与手术微器械11向前直线运动，导轨横梁6与直线导轨滑块7和直线导轨滑块16联接，从而保证手术微器械11延导轨直线运动，在运动的同时，直线位移传感器15的滑块15-1与导轨横梁6通过螺栓联接一起发生移动，直线位移传感器15测量手术微器械的实际位移量，并且其固定在传感器支撑台14上，为了保证手术微器械11不发生左右上下偏移，采用立式支撑座9与导管托架13进行定位，导管托架13底部与手动微调台12联接，从而实现导管托架可延导轨进行微调移动，便于安装调整以及后续对导管变形的分析，整套平台上的零件全部固定在最底层的安装平台1上，保证实验装置的水平安装。

结合附图2、附图3，本发明是一种可用于手术微器械三维力标定的实验台，手术微器械包括：微器械推杆20、微器械导管21、导管连接件22、手指钳24与25、手指钳转动连接件23与27及手指钳转动销轴26，当直线步进电机2带动导轨横梁6移动时，将推动微器械推杆20运动，此时微器械导管21被立式支撑座9固定，导管连接件22与微器械导管21紧固联接，微器械推杆20推动与之相联接的手指钳转动连接件23与27同时运动，手指钳转动连接件推动以手指钳转动销轴26为转轴的手指钳24与25发生转动，实现手指钳24与25的同时张开和闭合，外载荷施加在具有力检测功能的手术微器械手指钳的末端，可实现夹持物体状态时的标定和不同角度进行力检测的标定，也可实现静态标定和动态标定。

结合附图4，本发明是一种可用于手术微器械三维力标定的实验台，检测机构主要包括直线位移传感器15及传感器支撑台14，直线位移传感器滑块15-1上表面与导轨横梁6下表面通过螺栓进行联接，导轨横梁6沿着导轨进行移动时带动直线位移传感器滑块15-1运动，直线位移传感器基体15-2通过连接组件固定在传感器支撑台14，从而实现直线位移传感器实时检测微器械推杆20的实际位移，进而检测手指钳的开合角度。

本发明包括安装平台，驱动机构，传动机构，连杆机构及检测机构。驱动机构主要由直线步进电机及固定零件构成，直线步进电机与电机固定架联接，电机固定架与电机支撑台通过四个螺栓固定；传动机构包括两个相同的圆柱直线导轨，两个圆柱直线导轨通过导轨横梁进行联接，圆柱导轨通过螺栓安装在导轨支撑台上，沿电机轴中线呈左右对称；连杆机构主要指手术微器械，直线步进电机通过电机连接件与导轨横梁上面相连，微器械推杆在导轨横梁下面相连，三个零件通过相同螺栓进行联接，推杆与手指钳转动连接件通过销轴联接，两片手指钳也通过销轴与手指钳转动连接件相连，推杆外侧的微器械导管通过立式支撑座固定在微器械固定支架上，导管下边由导管托架进行支撑，导管托架安装在手动微调台上；直线位移传感器上面的传感器滑块与导轨横梁联接，下面固定在传感器支撑台上，所用支撑台均通过螺栓固定在最底层的安装平台上。

圆柱直线导轨包括；直线导轨与直线导轨滑块，且成对配套使用。

手术微器械包括；微器械推杆、微器械导管、导管连接件、手指钳转动连接件、两片手指钳及多个销轴，两片手指钳与导管连接件通过销轴联接，导管与导管连接件通过过盈配合联接。

Claims (2)

1.一种可用于手术微器械三维力标定的实验台，其特征是：包括安装平台、直线步进电机、手术微器械，直线步进电机通过电机固定架安装在安装平台上，安装平台上固定有第一直线导轨和第二直线导轨，第一直线导轨和第二直线导轨分别位于电机固定架的两侧，第一直线导轨里设置第一直线导轨滑块，第二直线导轨里设置第二直线导轨滑块，第一直线导轨滑块和第二直线导轨滑块上固定导轨横梁，直线步进电机的输出轴通过电机连接件连接导轨横梁，所述手术微器械包括微器械推杆、微器械导管，微器械推杆伸入至微器械导管里，微器械推杆输出端安装第一手指钳转动连接件、第二手指钳转动连接件，第一手指钳转动连接件连接第一手指钳，第二手指钳转动连接件连接第二手指钳，第一手指钳和第二手指钳交叉设置，在交叉处安装手指钳转动销轴，微器械导管连接导管连接件，导管连接件通过手指钳转动销轴安装在第一手指钳和第二手指钳的外部，微器械推杆的输入端连接电机连接件和导轨横梁，安装平台上设置微器械固定支架，微器械导管通过立式支撑座设置在微器械固定支架上；

安装平台上安装传感器支撑台，传感器支撑台上安装直线位移传感器基体，导轨横梁下方安装直线位移传感器滑块，直线位移传感器滑块安装在直线位移传感器基体里。

2.根据权利要求1所述的一种可用于手术微器械三维力标定的实验台，其特征是：安装平台上安装手动微调台，手动微调台上设置有丝杠，丝杠外部安装与其配合的滑块，滑块上固定有导轨托架，微器械导管的中部设置在导轨托架上。