力反馈装置及肺穿刺机器人的制作方法

本申请涉及力反馈技术领域，具体而言，涉及一种力反馈装置及肺穿刺机器人。

背景技术：

力反馈装置代表了人机接触交互技术方面的一种革新，以往计算机用户只能通过视觉与其进行交互，很明显触觉作为许多应用场合最重要的感知方式没有被加进去，六自由度力反馈装置的出现改变了这一切，就像显示器能够使用户看到计算机生成的图像，扬声器能够使用户听到计算机合成的声音一样，力反馈装置使用户接触并操作计算机生成的虚拟物体成为可能。

当前市面上所采用的力反馈装置，具有运动范围小、精度低的缺点；并且响应的准确性和实时性较差。同时，相关技术中的力反馈装置无法实现被操作机械臂的跟随移动，从而无法建立操作端和从动端的位置与力的关联。

针对相关技术中存在的诸多的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种准确性和实时性良好的力反馈装置及肺穿刺机器人，以解决相关技术中的力反馈装置运动范围小、精度低问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种力反馈装置。

根据本申请的力反馈装置包括：

线性导轨、弹簧支撑座板、压力弹簧、操作杆和固定架；

所述线性导轨设于所述固定架顶端的挡板以及下方的支撑台之间；

所述弹簧支撑座板固定设于所述线性导轨上；

所述操作杆设于所述挡板上方，并通过所述压力弹簧与所述弹簧支撑座板弹性连接。

进一步的，如前述的力反馈装置，所述操作杆通过一直线轴承与所述挡板连接；所述操作杆所述直线轴承依次穿过所述挡板、所述压力弹簧以及所述弹簧支撑座板的底板，并将所述压力弹簧固定设于所述挡板以及所述底板之间。

进一步的，如前述的力反馈装置，在所述挡板下方处的所述操作杆上设有一圈挡环，且所述挡环的直径大于所述压力弹簧的直径，用于将所述压力弹簧固定设于所述挡环以及所述底板之间。

进一步的，如前述的力反馈装置，所述线性导轨包括：丝杆和竖直活动板；

所述竖直活动板卡设于所述固定架的滑轨上，并能在所述固定架上竖直滑动；

所述丝杆与竖直活动板驱动连接，用于将所述丝杆的旋转运动转换为所述竖直活动板的竖直活动；

所述竖直活动板上固定设有所述弹簧支撑座板。

进一步的，如前述的力反馈装置，所述丝杆表面设有螺纹，所述竖直活动板通过在背面设有与所述螺纹啮合的齿轮与所述丝杆活动连接。

进一步的，如前述的力反馈装置，所述滑轨与所述竖直活动板的滑动连接处分别设有相互适配的卡接结构；所述卡接结构为：凹槽和凸出部。

进一步的，如前述的力反馈装置，还包括：电机和联轴器；

所述电机与所述联轴器一端驱动连接；

所述联轴器的另一端与所述丝杆驱动连接，用于驱动所述丝杆转动。

进一步的，如前述的力反馈装置，所述联轴器设于所述支撑台内；所述电机设于所述支撑台的底部。

进一步的，如前述的力反馈装置，所述支撑台表面覆盖有用于保护所述联轴器的保护外壳。

为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供一种肺穿刺机器人，包括如前任一项所述的力反馈装置。

在本申请实施例中，采用一种力反馈装置及肺穿刺机器人，其中，力反馈装置通过设置线性导轨、弹簧支撑座板、压力弹簧、操作杆和固定架；所述线性导轨设于所述固定架顶端的挡板以及下方的支撑台之间；所述弹簧支撑座板固定设于所述线性导轨上；所述操作杆设于所述挡板上方，并通过所述压力弹簧与所述弹簧支撑座板弹性连接。达到了利用直线导轨与压力弹簧相结合的方式实现对操作杆的力反馈；同时此力反馈装置可以实现被操作机械臂的跟随移动，从而建立操作端和从动端的位置与力关联的目的，从而实现了可以实现组件在较大范围内感受到反馈力的存在，提高响应的准确性和实时性的技术效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请一种实施例的力反馈装置整体结构示意图；

图2是根据本申请一种实施例的力反馈装置的部分结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，本申请涉及一种力反馈装置，该力反馈装置包括：

线性导轨1、弹簧支撑座板2、压力弹簧3、操作杆4和固定架5；

所述线性导轨1设于所述固定架5顶端的挡板51以及下方的支撑台52之间；

具体的，所述固定架5包括所述挡板51、支撑台52以及连接两者的结构；因此中间部构成一个凹槽；所述线性导轨1就设于所述凹槽内部；所述线性导轨的长度方向与所述操作杆4的能够进行操作的方向一致；

所述弹簧支撑座板2固定设于所述线性导轨1上；

优选的，所述弹簧支撑座板2为l形；垂直面与所述线性导轨1固定连接，且所述弹簧支撑座板2在线性导轨1上的运动方向与所述操作杆4的能够进行操作的方向一致；

所述操作杆4设于所述挡板51上方，并通过所述压力弹簧3与所述弹簧支撑座板2弹性连接；

一般的，所述压力弹簧3的长度方向(即压缩方向)与所述操作杆4的操作方向保持一致，可以通过将所述压力弹簧3套在固定杆外或设于适配的圆柱内，以达到使所述压力弹簧3能够达到运动方向限定的目的。

因而达到了利用直线导轨与压力弹簧相结合的方式实现对操作杆的力反馈；同时此力反馈装置可以实现被操作机械臂的跟随移动，从而建立操作端和从动端的位置与力关联的目的，从而实现了可以实现组件在较大范围内感受到反馈力的存在，提高响应的准确性和实时性的技术效果。

如图1所示，在一些实施例中，如前述的力反馈装置，所述操作杆4通过一直线轴承41与所述挡板51连接；所述操作杆4依次穿过所述挡板51、所述压力弹簧3以及所述弹簧支撑座板2的底板21，并将所述压力弹簧3固定设于所述挡板51以及所述底板21之间；在所述挡板51下方处的所述操作杆4上设有一圈挡环42，且所述挡环42的直径大于所述压力弹簧3的直径，用于将所述压力弹簧3固定设于所述挡环42以及所述底板21之间；

具体的，由于一般的压力弹簧3都是圆柱形的，因此所述操作杆4嵌入所述压力弹簧3中的部分也采用圆柱形形状，且所述挡板51上设有与所述直线轴承41适配的圆孔，以及所述直线轴承41及底板21上均设有与所述操作杆4适配的圆形孔，用于使所述操作杆4能够在由所述直线轴承41上的圆形孔以及底板21上的圆形孔所限定的直线方向进行运动；由于所述压力弹簧3套在位于所述挡板51下方的操作杆4部分杆体上，且所述压力弹簧3顶端的位置由所述挡环42所限定，底端的的位置由所述底板21所限定，因此随着所述操作杆4的运动而带动所述压力弹簧3进行压缩，给施力者一个反向的力反馈。

如图1及图2所示，在一些实施例中，如前述的力反馈装置，所述线性导轨1包括：丝杆11和竖直活动板12；

所述竖直活动板12卡设于所述固定架5的滑轨53上，并能在所述滑轨5上竖直滑动；

所述丝杆11与竖直活动板12驱动连接，用于将所述丝杆11的旋转运动转换为所述竖直活动板12的竖直活动；

所述竖直活动板12上固定设有所述弹簧支撑座板2。

具体的，所述滑轨53设于所述挡板51、支撑台52之间；所述丝杆11可轴向旋转地设于所述挡板51、支撑台52之间，且所述丝杆11与所述竖直活动板12之间通过一定的活动转换装置，将旋转运动转换为所述竖直活动板12的竖直活动；优选的，所述竖直活动板12与所述弹簧支撑座板2设有适配的螺孔，用于将所述弹簧支撑座板2通过螺栓固定在所述竖直活动板12上。

如图1所示，在一些实施例中，如前述的力反馈装置，所述丝杆11表面设有螺纹(图中未示出)，所述竖直活动板12通过在背面设有与所述螺纹啮合的齿轮与所述丝杆11活动连接。通过螺纹连接，使得两者的固定方式更为稳定，且该类丝杆11取材广泛，制造成本较低，更易于推广使用。

如图1及图2所示，在一些实施例中，如前述的力反馈装置，所述滑轨53与所述竖直活动板12的滑动连接处分别设有相互适配的卡接结构；所述卡接结构为：凹槽和凸出部。具体的，可以是滑轨53边缘为凹槽形状，竖直活动板12上设有适配的凸出部；也可以是滑轨53边缘为凸出部形状，竖直活动板12上设有适配的凹槽；只要两者能够相互卡接，使得丝杆11在进行旋转的时候，所述竖直活动板12不会进行旋转，并且会在所述滑轨53的限定下沿着所述丝杆上下移动，同时。

如图2所示，在一些实施例中，如前述的力反馈装置，还包括：电机6和联轴器7；

所述电机6与所述联轴器7一端驱动连接；

所述联轴器7的另一端与所述丝杆11驱动连接，用于驱动所述丝杆11转动。

具体的，在使用时，可以通过采集实际施力的大小，然后经过单片机等计算设备的处理之后，计算得出所述电机6需要输出的力矩值并将其传输给所述电机6，在电机6进行转动后，依次带动所述联轴器7和所述丝杆11进行转动；本方法实现方法简单，且可以根据具体的采集的力施加相应的反作用力，使操作者能够更加准确、真实地感应到力反馈。

如图2所示，在一些实施例中，如前述的力反馈装置，所述联轴器7设于所述支撑台52内；所述电机6设于所述支撑台52的底部。

由于电机是本装置结构中唯一需要进行用电的装置，因此通过该结构设置，更方便对其进行电路设计，在布线时能够尽量减少经过其它装置，以及在所述电机发生故障时，也能方便对其进行维修。

如图1所示，在一些实施例中，如前述的力反馈装置，所述支撑台52表面覆盖有用于保护所述联轴器7的保护外壳54。

由于所述联轴器7前后均通过轴连接有其它部件，因此，当其被其它物件碰撞等意外发生时，将极容易导致损坏，进而导致整个装置无法正常运行，因而，通过设置所述保护外壳54可以有效防止该类意外发生，保障装置中最容易发生损坏的部件，进而保证装置的正常运行使用，提高使用寿命。

本申请的又一种实施例中还提供一种肺穿刺机器人，包括如前任一实施例所述的力反馈装置。

该装置工作原理(工作过程，或是操作方法)如下所述：

在使用时，通过压力检测传感器等装置，检测到通过所述操作杆4进行上下运动操作时，目标物受到的施力大小；然后经过单片机等计算设备的处理之后，计算得出所述电机6需要输出的力矩值并将其传输给所述电机6，在电机6进行转动后，依次带动所述联轴器7和所述丝杆11进行转动；使所述弹簧支撑座板2能够进行相应的移动；使所述压力弹簧3发生的相应的形变，并生成与所述目标物受到的施力大小一致的回复力，进而使例如肺穿刺等情况下，医生即使通过设备进行手术也能够感受到相应的力反馈。更利于医生进行准确地施术。

从以上的描述中，可以看出，本申请实现了如下技术效果：本方法实现方法简单，且可以根据具体的采集的力施加相应的反作用力，使操作者能够更加准确、真实地感应到力反馈。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。