-2、连杆II 3-3、连杆
III3-4、钢丝轮驱动机构IV 3-5、钢丝轮驱动机构V 3-6、钢丝轮驱动机构VI 3-7、直流电机
V3-8、直流电机VI 3-9、直流电机VE 3-10、连接座I 3-11、连接座II 3-12、连接座III 3-13，连杆I 3-2、连杆II 3-3和连杆III 3-4与连接平台3-1转动连接，连杆I 3-2与钢丝轮驱动机构IV 3-5转动连接，连杆II 3-3与钢丝轮驱动机构V 3-6转动连接，连杆III 3-4与钢丝轮驱动机构VI 3-7转动连接，钢丝轮驱动机构IV 3-5与连接座I 3-14转动连接，并通过钢丝绳与直流电机V 3-8连接，钢丝轮驱动机构V 3-6与连接座II 3-12转动连接，并通过钢丝绳与直流电机VI 3-9连接，钢丝轮驱动机构VI 3-7与连接座III 3-13转动连接，并通过钢丝绳与直流电机VII 3-10连接。
[0033]本实施例中，所述操作手夹持机构夹持装置1-1包括导向杆1-1-1、夹持柄1-1-2、手指环1-1-3，所述螺旋转盘1-3上有螺旋空心槽，所述夹持座1-2底部有导向槽，与导向杆1-1-1滑动连接完成运动限位；
[0034]本实施例中，所述钢丝轮驱动机构I 2-3、钢丝轮驱动机构II 2-4、钢丝轮驱动机构III 2-5为半圆形空心槽结构，旋转臂I 2-1、旋转臂II 2-2、连接平台3-1上设置有限位销3-1-1，所述限位销3-1-1可将夹持座1-2、旋转臂I 2-1、旋转臂II 2-2的转动角度控制在O。-180。之间。
[0035]本实施例的基座为三角形基座，导向杆为双层导向杆，有利于运动协调一致，从而提高动作的准确性。
[0036]医生在利用手术机器人进行遥操作的手术过程中，通常不能有效地感受到手术执行端与手术组织之间的作用力，因此导致医生在手术操控端的施加的作用力不能精确地度量，但是通过本力反馈系操作手，使得手术操控端可以感知手术执行端对组织的作用力，医生可以参考反馈的作用力，进一步调节对手术组织的作用力的位置或大小。而且目前的手术机器人操作主手的结构缺少人体工学方面的设计，通过本操作手并采用传统微创器械操作方式，有利于医生迅速掌握手术机器人的操作技术。
[0037]实施例2
[0038]如图2所示，本实施例的一种可切换式七自由度力反馈遥操作手包括夹持机构1、并联机构3、球面操作机构4，所述球面操作机构4包括支撑架I 4-1、支撑架II 4-2、球面半圆4-3、器械固定装置4-4、联轴器4-5、器械驱动装置4-6以及夹取器械4_7，夹取器械4_7与支撑架I 4-1转动连接，支撑架II 4-2与支撑架I 4-1转动连接，夹取器械4-7通过器械固定装置4-4与球面半圆4-3滑动连接，器械驱动装置4-6与夹取器械4-7转动连接。
[0039]本实施例中，所述球面操作机构4与连接平台3-1连接，可实现球面操作机构4替代夹持机构I与串联机构2与并联机构3连接，实现类似传统微创手术的操控方式。
[0040]本发明具有以下技术效果:
[0041]1、本发明的操作手的夹持机构、串联机构和并联机构均通过钢丝传动进行连接，并通过钢丝绳连接钢丝轮驱动机构和电机实现在七个自由度上的力反馈输出，钢丝传动在保证运动顺滑性的同时也保证反馈力的放大输出，可以在七个自由度上分别施加力反馈，操作更加灵活，可作为微创手术机器人通用主操作手，实施各种复杂操作，提高了遥操作力反馈设备的可靠性与适用性，避免现有六自由度操作手存在的反馈力较小的问题；同时，本操作手的工作空间为105x80x180mm，位姿空间为180° xl80° xl50°，结构紧凑，刚度好，不容易导致腕部疲劳的问题，寿命更高，使用成本低。
[0042]2、本发明通过串并联机构与球面操作机构的切换，可自由切换串联操作方式、并联操作方式与传统微创手术的操控方式。
[0043]3、本发明的夹持机构在实现对手夹持张角控制的同时，将手夹持人体组织的力通过电机驱动螺旋转盘转动反映出来，让夹持片产生反向的力，夹持座的底部设置有导向槽，与导向杆配合完成运动限位。
[0044]4、本发明的夹持机构的夹持座，串联机构的旋转臂1、旋转臂II构成三个关节，三个关节的轴线相交于一点。
[0045]5、本发明的夹持机构，串联机构和并联机构均通过钢丝传动实现运动，通过钢丝轮驱动机构和电机配合提高传动转矩，从而加大反馈力，提高反馈信号的强度。
[0046]最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1.一种可切换式的七自由度力反馈遥操作手，其特征在于:包括夹持机构(I)、串联机构(2)、并联机构(3)和球面操作机构(4): 所述夹持机构(I)包括夹持装置(1-1)、夹持座(1-2)、螺旋转盘(1-3)、编码器I (1-4)、直流电机I (1-5)，所述夹持装置(1-1)通过导向杆(1-1-1)与螺旋转盘(1-3)滑动连接，所述螺旋转盘(1-3)与夹持座(1-2)转动连接，并通过钢丝绳与直流电机I (1-5)的一个输出轴连接，所述螺旋转盘(1-3)与钢丝绳驱动机构(2-1)轴线相交，所述直流电机(1-5)的另一输出轴与编码器I (1-4)连接； 所述串联机构(2)包括旋转臂I (2-1)、旋转臂II (2-2)、钢丝轮驱动机构I (2-3)、钢丝轮驱动机构II (2-4)、钢丝轮驱动机构III (2-5)、编码器II (2-6)、编码器III (2-7)、编码器IV (2-8)、直流电机II (2-9)、直流电机III (2-10)、直流电机IV (2-11)，所述钢丝轮驱动机构I (2-3)与夹持座(1-2)连接，所述钢丝轮驱动机构I (2-3)与旋转臂I (2-1)转动连接，并通过钢丝绳与直流电机II (2-9)的一个输出轴连接，所述钢丝轮驱动机构II (2-4)与旋转臂I (2-1)连接，所述钢丝轮驱动机构II (2-4)与旋转臂II (2-2)转动连接，并通过钢丝绳与直流电机III (2-10)的一个输出轴连接，所述钢丝轮驱动机构III (2-5)与旋转臂II (2-2)连接，并通过钢丝绳与直流电机IV (2-11)连接，所述旋转臂II (2-2)与连接平台(3-1)转动连接，直流电机II (2-9)的另一输出轴与编码器II (2-6)连接、直流电机III (2-10)的另一输出轴与编码器III (2-7)连接、直流电机IV (2-11)的另一输出轴与编码器IV (2-8)连接，所述钢丝轮驱动机构I (2-3)、所述钢丝轮驱动机构II (2-4)以及所述钢丝轮驱动机构III (2-5)的轴线相交； 所述并联机构(3)包括连接平台(3-1)、连杆I (3-2)、连杆II (3-3)、连杆III (3-4)、钢丝轮驱动机构IV (3-5)、钢丝轮驱动机构V (3-6)、钢丝轮驱动机构VI (3-7)、直流电机V(3-8)、直流电机VI (3-9)、直流电机VE (3-10)、连接座I (3-11)、连接座II (3-12)、连接座III (3-13)，所述连杆I (3-2)、连杆II (3-3)和连杆III (3-4)与连接平台(3-1)转动连接，所述连杆I (3-2)与钢丝轮驱动机构IV (3-5)转动连接，所述连杆II (3-3)与钢丝轮驱动机构V (3-6)转动连接，所述连杆III (3-4)与钢丝轮驱动机构VI (3-7)转动连接，所述钢丝轮驱动机构IV (3-5)与连接座I (3-14)转动连接，并通过钢丝绳与直流电机V (3-8)连接，所述钢丝轮驱动机构V (3-6)与连接座II (3-12)转动连接，并通过钢丝绳与直流电机VI(3-9)连接，所述钢丝轮驱动机构VI (3-7)与连接座III (3-13)转动连接，并通过钢丝绳与直流电机νπ (3-10)连接。 所述球面操作机构(4)包括支撑架I (4-1)、支撑架II (4-2)、球面半圆(4-3)、器械固定装置(4-4)、联轴器(4-5)、器械驱动装置(4-6)以及夹取器械(4-7)，所述夹取器械(4-7)与支撑架I (4-1)转动连接，所述支撑架II (4-2)与支撑架I (4-1)转动连接，所述夹取器械(4-7)通过器械固定装置(4-4)与球面半圆(4-3)滑动连接，所述器械驱动装置(4-6)与夹取器械(4-7)转动连接。
2.根据权利要求1所述的一种可切换式的七自由度力反馈遥操作手，其特征在于:所述操作手夹持机构夹持装置(1-1)包括导向杆(1-1-1)、夹持柄(1-1-2)、手指环(1-1-3)，所述螺旋转盘(1-3)上有螺旋空心槽，所述夹持座(1-2)底部有导向槽，与导向杆(1-1-1)滑动连接。
3.根据权利要求1所述的一种可切换式的七自由度力反馈遥操作手，其特征在于:所述钢丝轮驱动机构I (2-3)、钢丝轮驱动机构II (2-4)、钢丝轮驱动机构III (2-5)均为半圆形空心槽结构，所述旋转臂I (2-1)、旋转臂II (2-2)、连接平台(3-1)上设置有限位销(3-1-1)ο
4.根据权利要求1所述的一种可切换式的七自由度力反馈遥操作手，其特征在于:所述球面操作机构(4)与连接平台(3-1)连接。
【专利摘要】本发明公开了一种可切换式的七自由度力反馈遥操作手，属于机械手技术领域，包括夹持机构，串联机构,并联机构以及可安装在并联机构上的球面操作机构；所述夹持机构包括夹持装置、夹持座、螺旋转盘、编码器Ⅰ、直流电机Ⅰ。发明操作手的夹持机构、串联机构和并联机构均通过钢丝传动进行连接，并通过钢丝绳连接钢丝轮驱动机构和电机实现在七个自由度上的力反馈输出，钢丝传动在保证运动顺滑性的同时也保证反馈力的放大输出，可以在七个自由度上分别施加力反馈，操作更加灵活，可作为微创手术机器人通用主操作手，实施各种复杂操作，提高了遥操作力反馈设备的可靠性与适用性，避免现有六自由度操作手存在的反馈力较小的问题。
【IPC分类】A61B19-00
【公开号】CN104546144
【申请号】CN201510033110
【发明人】熊麟霏, 李耀, 熊亮
【申请人】中国科学院重庆绿色智能技术研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月22日