内窥镜模拟装置及微创手术训练系统的制作方法_2

文档序号:9187747阅读:来源:国知局
尼器支撑架,2-4第一磁阻尼器,2-5磁阻尼输出轴,
2-6第一光栅码盘及读数头,2-7第二锥齿轮,3-1探杆座,3-2传动齿轮,3-3探杆,3-4第一锥齿轮,3-5手术夹钳,3-6电位器,4-1窥镜底座,4-2窥镜第三光栅码盘及读数头,4_3窥镜“U”形座,4-4窥镜航向轴,4-5第三柔性阻尼定位装置,4-6聚四氟乙烯垫片,4-7铝合金垫片,4-8弹簧导向轴,4-9压缩弹簧,4-10弹簧盖帽,4-11调节螺母,4_12第二柔性阻尼定位装置,4-13窥镜俯仰轴,4-14窥镜第一光栅码盘及读数头,4-15窥镜传动齿轮轴,4_16窥镜传动齿轮,4-17窥镜探杆,4-18窥镜探杆座,4-19窥镜电位器,4-20第一柔性阻尼定位装置,4-21窥镜主架板,4-22窥镜第二光栅码盘及读数头,4-23窥镜零位校准块,4_23a倒梯形端面,4-23b倒梯形槽,9安装底板,10-1左手侧微创手术模拟装置,10-2右手侧微创手术模拟装置,11内窥镜模拟装置。
【具体实施方式】
[0032]本实施例中内窥镜模拟装置是按如下形式设置的基于柔性阻尼定位的内窥镜模拟装置11:
[0033]参见图1和图2,以窥镜底座4-1为支撑呈Z向设置窥镜航向轴4-4,在所述窥镜航向轴4-4上配合设置窥镜“U”形座4-3,并且所述窥镜“U”形座4-3可以在所述窥镜航向轴4-4上于水平面内绕窥镜航向轴4-4转动,所述Z向为竖直方向;
[0034]以所述窥镜“U”形座4-3为支撑呈X向设置窥镜俯仰轴4-13,在所述内窥镜俯仰轴4-13上配合设置窥镜主架板4-21,并且所述窥镜主架板4-21可以在所述窥镜俯仰轴4-13上于竖直平面内绕窥镜俯仰轴4-13转动;以所述窥镜俯仰轴4-13与所述窥镜航向轴4-4构成窥镜主架板4-21的二维旋转垂直轴系;
[0035]以所述窥镜主架板4-21为支撑固定设置窥镜探杆座4-18,在所述窥镜探杆座4-18中呈X向设置可转动的窥镜传动齿轮轴4-15,在所述窥镜传动齿轮轴4-15上固定设置窥镜传动齿轮4-16 ;位于窥镜探杆座4-18中的窥镜探杆4-17通过齿条与所述窥镜传动齿轮4-16实现嗤合传动;所述窥镜探杆4-17在窥镜探杆座4-18中的轴向移动通过窥镜传动齿轮4-16带动窥镜传动齿轮轴转动;所述窥镜探杆4-17在前端和尾端贯穿所述窥镜探杆座4-18,并以所述窥镜探杆4-17的前端为探杆头,在所述窥镜探杆4-17的尾部连接窥镜电位器4-19作为操作手柄。
[0036]具体是以窥镜电位器4-19的输出轴与窥镜探杆4-17的尾部利用螺钉固定连接,保证两者无相对转动;以窥镜电位器4-19的外壳作为操作手柄,操作时,窥镜电位器4-19的外壳相对窥镜探杆4-17转动,模拟实现内窥镜绕自身轴线旋转及旋转角度的实时测量。
[0037]本实施例中,以窥镜探杆4-17通过齿条与窥镜传动齿轮4-16实现嗤合传动,在满足窥镜探杆4-17的轴向位移的同时,还能够通过圆柱齿条齿轮副的啮合将探杆的直线运动变为齿轮圆周运动,大大解决了在安装空间有限的情况下190mm行程探杆的轴向位移测量和轴向阻尼难以直接实施的难题。
[0038]设置柔性阻尼定位系统,其包括设置在窥镜传动齿轮轴4-15上的第一柔性阻尼定位装置4-20、设置在窥镜俯仰轴4-13上的第二柔性阻尼定位装置4-12,以及设置在窥镜航向轴4-4上的第三柔性阻尼定位装置4-5 ;所述第一柔性阻尼定位装置4-20是在窥镜探杆4-17与窥镜探杆座4-18之间形成柔性阻尼;所述第二柔性阻尼定位装置4-12是在窥镜俯仰轴4-13与窥镜“U”形座4-3之间形成柔性阻尼;所述第三柔性阻尼定位装置4-5是在所述窥镜航向轴4-4与窥镜“U”形座4-3之间形成柔性阻尼;
[0039]具体实施中,相应的结构设置也包括:
[0040]分别设置各窥镜光栅码盘及读数头,用于获得窥镜俯仰轴4-13和窥镜航向轴4-4的角位移,以及窥镜探杆4-17的轴向位移。如图2所示,在窥镜航向轴4-4的下端与窥镜“U”形座4-3之间设置用于获得窥镜航向轴4-4的角位移的窥镜第三光栅码盘及读数头4-2 ;设置用于获得窥镜俯仰轴4-13的角位移的窥镜第二光栅码盘及读数头4-22,以及用于获得窥镜探杆4-17的轴向位移的窥镜第一光栅码盘及读数头4-14 ;采用非接触式光栅码盘及读数头实现无限圆周角测量,其精度高、成本低、结构简单、体积小、易于安装、信号不受温度和磁场等干扰。
[0041]设置窥镜零位校准块4-23,所述窥镜零位校准块4-23以其上段固定在窥镜主支架板4-21的一侧边,所述窥镜零位校准块4-23的底部设置为倒梯形端面4-23a,在窥镜底座4-1的水平台面上对应设置为倒梯形槽4-23b,利用所述倒梯形端面与倒梯形槽的配合实现窥镜航向轴4-4和窥镜俯仰轴4-13的旋转限位和回零。以窥镜零位校准块4-23作为窥镜航向轴4-4和窥镜俯仰轴4-13的初始零点校准器件,可实现迅速、高定位精度的装置归零。
[0042]如图2所示,第三柔性阻尼定位装置4-5是在窥镜航向轴4-4的上部依次套装聚四氟乙烯垫片4-6,铝合金垫片4-7,弹簧导向轴4-8、压缩弹簧4-9和弹簧盖帽4_10,在所述弹簧盖帽4-10上压装调节螺母4-11,所述调节螺母4-11螺纹连接在窥镜航向轴4-4的上端,利用调节螺母4-11压紧所述聚四氟乙烯垫片4-6在所述窥镜航向轴4-4与窥镜“U”形座4-3之间形成柔性阻尼,调节螺母11实现了柔性阻尼力的可调。图2中所示的第一柔性阻尼定位装置和第二柔性阻尼定位装置具有相应的结构形式。通过三组轴系的旋转阻尼机构,分别实现了对内窥镜镜头视角左右摆动旋转、上下俯仰旋转、前后轴向移动三个运动方向的可调柔性阻尼定位。
[0043]本实施例中,通过三组轴系的旋转阻尼机构,分别实现了对内窥镜镜头视角左右摆动旋转、上下俯仰旋转、前后轴向移动3个运动方向的可调柔性阻尼定位,可真正实现实现操作控制任意位置内窥镜视角的阻尼定位,保证内窥镜视角的稳定。
[0044]参见图3,本实施例中微创手术综合训练系统是在安装底板9的中央固定安装本实施例中的内窥镜模拟装置11,在所述内窥镜模拟装置11的左侧固定安装有左手侧微创手术模拟装置10-1,在所述内窥镜模拟装置11的右侧固定安装有右手侧微创手术模拟装置10-2,构成一套完整的微创手术综合训练系统。
[0045]具体实施中,安装底板9可以配置在台车或者手术台上,整个手术模拟需要手术医生和助手两个人配合完成,医生以左手操左手侧微创手术模拟装置10-1,以右手操作右手侧微创手术模拟装置10-2,助手操作内窥镜模拟装置11,为医生提供准确的人体腔内视角信息,配合医生进行微创手术训练。
[0046]本实施例中左手操左手侧微创手术模拟装置10-1和右手操左手侧微创手术模拟装置10-2具有相同的结构形式,设置为如下形式的基于磁阻尼器的微创手术仿真装置:
[0047]参见图4、图5和图6所示,基于磁阻尼器的微创手术仿真装置是以底座1-1为支撑呈Z向设置航向轴1-5,在航向轴1-5上配合设置“U”形座1-3,并且“U”形座1-3可以在航向轴1-5上于水平面内绕航向轴1-5转动,Z向为竖直方向。
[0048]以“U”形座1-3为支撑呈X向设置俯仰轴1-8,在俯仰轴1_8上配合设置主架板
1-10,并且主架板1-10可以在俯仰轴1-8上于竖直平面内绕俯仰轴1-8转动;以俯仰轴1-8与航向轴1-5构成主架板1-10的二维旋转垂直轴系。
[0049]以主架板1-10为支撑固定设置探杆座3-1,在探杆座3-1中呈X向设置可转动的齿轮轴,在齿轮轴上固定设置传动齿轮3-2 ;位于探杆座3-1中的探杆3-3通过齿条与传
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