专利名称：3自由度虚拟力反馈并联操作机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及医疗器械领域，尤其涉及一种具有虚拟力反馈功能的3自由度并 联操作机构。
背景技术：
医疗器械是近十几年来迅速发展起来的新兴的医疗器械领域，采用介入医疗器械 开展的微创介入手术代表了医疗技术的发展方向。但是国内心血管介入手术机器人的相关技术相当落后，基本是空白。在复杂手术 面前只能借助国外的先进技术，花费巨资引进外国设备。虚拟力反馈技术是当今世界的前沿技术。所谓虚拟力反馈，其实是一种机械表现 出的反作用力，将虚拟现实中传递的数据通过力反馈设备表现出对应的力量与方向，力反 馈的作用是让操作者感受到虚拟现实中力的真实。目前只有瑞士的i^orce Dimension等少 数公司做这方面的研究，而且其生产的Omega和Delta系列的产品应经得到很好的应用。但 是我国在这方面的技术基本是空白，为了加速我国医疗器械技术的向前发展，有必要深入 地做这方面的研究。Omega和Delta系列的产品，它的并联支架的结构是Delta结构，具体来说是一种 3-(RR-4R-R)结构，这种结构比较复杂，而且加工精度高，制造困难。最不利的一点是结构复 杂对上位计算机编程造成极大的困难，这也是力反馈应用的一大难点。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对目前国内医疗器械水平普遍不高，虚拟力反馈技术基 本空白的基础上提供一种结构简单、编程容易的3自由度虚拟力反馈3RRC并联操作机构。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案3自由度虚拟力反馈并联操作 机构，包括操作手柄、上平台和下平台，所述操作手柄固定在上平台的一侧中心位置，上平 台的另一侧通过三个沿下平台周向均勻设置的分支连接；所述分支包括上支架、下支架、联 轴器和电机，上支架的一端与上平台通过圆柱副连接，滑块在滑动杆上可以转动也可以移 动，所述上支架的另一端和下支架转动连接，形成一个转动副，下支架远离上支架的一端通 过销轴和下平台的支座转动连接，形成一个转动副，电机通过联轴器与所述销轴的伸出端 连接。进一步地，在上平台上沿圆周均勻设置有三个滑动杆，上支架通过滑块套接在上 平台的滑动杆上；上支架与下支架通过销轴可转动连接；电机通过电机支架固定在下平 台上；下支架和下平台支座之间的销轴通过半圆键和下支架连接，销轴两端通过一对轴承 安装在下平台的支座上。进一步地，上支架和下支架之间的销轴与下支架之间安装有轴承；形成转动副，滑 动杆直接销接在上平台上；滑块用螺钉固定在上支架上。进一步地，所述3自由度虚拟力反馈并联操作机构还包括立底座和平底座，下平台卡在立底座上，立底座与平底座固定连接。本实用新型的有益效果是本实用新型是一个3自由度虚拟力反馈3-RRC并联机 构操作平台，三个分支上的电机和编码器可以精确检测到操作手柄的移动，并实时传递给 上位计算机，从而控制操作对象的运动。同样，上位计算机根据测量阻力的传感器信号来控 制电机的转动，控制方式采用电流控制，控制方向与操作方向相反，从而使得操作者能够感 受到操作对象遇到的阻力。
图1为本实用新型三自由度虚拟力反馈并联操作机构的侧视结构示意 图；图2为本实用新型三自由度虚拟力反馈并联操作机构的主视结构示意图；图3为本实 用新型三自由度虚拟力反馈并联操作机构的一个分支与上平台的连接结构示意图；图4为 本实用新型三自由度虚拟力反馈并联操作机构的一个分支与下平台的连接结构示意图。图中标记示意为1-平底座；2-操作手柄；3-上平台；4-上支架；5-下支架；6_第 一销轴、15-第二销轴；7-下平台；8-电机；9-联轴器；10-立底座；11-滑动杆；12-滑块； 13-电机支架；14-半圆键；16-轴承。
具体实施方式
参见图1-4，3自由度虚拟力反馈并联操作机构它包括操作手柄2、 上平台3、下平台7平底座1和立底座10 ；操作手柄2固定在上平台3的一侧中心位置，上 平台3的另一侧通过三个沿下平台7周向均勻设置的分支连接；所述分支包括上支架4、下 支架5、联轴器9和电机8，上平台3上沿圆周均勻销接有三个滑动杆11，上支架4的一端螺 接有滑块12，滑块12套接在滑动杆11上，上支架4的另一端和下支架5通过第二销轴15 和轴承16转动连接，形成转动副，下支架5远离上支架4的一端通过第一销轴6和半圆键 14与下平台7的支座转动连接，半圆键14的作用是在上支架4和销轴之间传递扭矩，第一 销轴6两端通过一对轴承安装在下平台7的支座上，轴承外侧用轴端挡圈固定，第一销轴6 的一端用轴承安装在下平台7上后还伸出一段长度；电机8的输出端通过联轴器9与第一 销轴6的伸出端连接，并通过电机支架13固定在下平台7上；电机8是包括编码器、电机、 加速器的集合体。本实用新型的下平台是固定不动的，使用时，用手握住操作柄移动，三个分支就会 做出相应的位置改变，使电机发生不同角度的转动，上位计算机根据测量电机角度的编码 器信号，按照一定数学规则来控制操作对象做出相应的位置改变。同样，如果操作对象遇到 阻力时，上位计算机根据测量阻力的传感器信号，按照一定数学规则来控制电机的转动，其 控制方式采用电流控制，控制方向与操作方向相反，从而使得操作者能够感受到操作对象 遇到的阻力。
权利要求1.3自由度虚拟力反馈并联操作机构，其特征在于包括操作手柄O)、上平台(3)、下 平台(7)；操作手柄O)固定在上平台( 的一侧中心位置，上平台(3)的另一侧通过三个 沿下平台(7)周向均勻设置的分支连接；所述分支包括上支架G)、下支架(5)、联轴器(9) 和电机(8)，上支架的一端与上平台( 通过圆柱副连接，上支架的另一端和下支 架( 转动连接，下支架( 远离上支架的一端通过第一销轴(6)和下平台(7)的支 座转动连接，电机(8)通过联轴器(9)与第一销轴(6)的伸出端连接。
2.根据权利要求1所述的3自由度虚拟力反馈并联操作机构，其特征在于在上平台 (3)上沿圆周均勻设置有三个滑动杆(11)，上支架(4)通过滑块(1 套接在上平台(3)的 滑动杆(11)上；上支架(4)与下支架( 通过第二销轴(1 转动连接；电机(8)通过电机 支架(1 固定在下平台(7)上；第一销轴(6)通过半圆键(14)和下支架( 连接，第一销 轴(6)两端通过一对轴承安装在下平台(7)的支座上。
3.根据权利要求2所述的3自由度虚拟力反馈并联操作机构，其特征在于滑动杆 (11)直接销接在上平台( 上；滑块(1 用螺钉固定在上支架(4)上。
4.根据权利要求1或2或3所述的3自由度虚拟力反馈并联操作机构，其特征在于还 包括立底座(10)和平底座(1)，下平台(7)卡在立底座(10)上，立底座(10)与平底座(1) 固定连接。
专利摘要本实用新型公开了一种3自由度虚拟力反馈并联操作机构，包括操作手柄、上平台、下平台；操作手柄固定在上平台的一侧中心位置，上平台的另一侧通过三个沿下平台周向均匀设置的分支连接；所述分支包括上支架、下支架、联轴器和电机，上支架的一端与上平台通过圆柱副连接，上支架的另一端和下支架转动连接，下支架远离上支架的一端通过销轴和下平台的支座转动连接，电机通过联轴器与销轴的伸出端连接。本实用新型的3自由度虚拟力反馈并联操作机构结构简单，编程相对容易。
文档编号A61B19/00GK201888848SQ20102061237
公开日2011年7月6日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者冉胜雷, 王洪波, 石立宏 申请人:无锡佑仁科技有限公司