基于磁阻尼器的微创手术仿真装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及微创手术模拟训练装置，更具体地说是一种微创手术仿真装置，用于对微创手术进行模拟训练。
【背景技术】
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[0002]微创手术以创伤小、疼痛轻、出血少、恢复快的显著特点，以最大程度体贴病人、减轻病人的痛苦的理念愈来愈为人们所重视。随着腹腔镜、胸腔镜、宫腔镜等内窥镜及各种手术工具制造精度的提高，以计算机为核心的视觉图像处理和实时监测技术不断发展，微创手术技术日益成熟，相比传统外科手术在普外、泌尿、骨科、五官、妇科等方面有着更为广泛的应用。
[0003]相比较传统手术，微创手术对医生的医技要求非常高，快速有效提高微创手术医生(尤其是初学者)的技能是十分关键。微创外科培训有两种模式，一种是直接在尸体、动物、人体模型做手术实验；另一种基于计算机视觉引导的微创手术仿真训练系统。在尸体资源昂贵且稀缺、伤害动物、人体模型逼真感不够、手术器械昂贵等情况下，手术仿真训练系统多被考虑使用。目前市场上产品化的手术仿真训练系统很少，极少数已研发出的样机在操作三维画面上更逼真生动、传感器数据采集实时通信、计算机视觉上等做得非常出色，但在关键技术点上即力反馈不够真实，其电机、钢丝线和弹簧等阻尼方式的力反馈效果与真实情况差别太大。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于磁阻尼器的微创手术仿真装置，以期提高柔性阻尼效果，超高仿真触碰人体力反馈效果，为微创外科手术培训带来事半功倍的效果，准确快速提高参训外科医生的手感和技能。
[0005]本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案:
[0006]本实用新型基于磁阻尼器的微创手术仿真装置的结构特点是:
[0007]以底座为支撑呈Z向设置航向轴，在所述航向轴上配合设置“U”形座，并且所述“U”形座可以在所述航向轴上于水平面内绕航向轴转动，所述Z向为竖直方向；
[0008]以所述“U”形座为支撑呈X向设置俯仰轴，在所述俯仰轴上配合设置主架板，并且所述主架板可以在所述俯仰轴上于竖直平面内绕俯仰轴转动；以所述俯仰轴与所述航向轴构成主架板的二维旋转垂直轴系；
[0009]以所述主架板为支撑固定设置探杆座，在所述探杆座中呈X向设置可转动的齿轮轴，在所述齿轮轴上固定设置传动齿轮；位于探杆座中的探杆通过齿条与所述传动齿轮实现啮合传动，在所述齿轮轴的轴端固定设置第一锥齿轮；所述探杆在探杆座中的轴向移动通过传动齿轮带动齿轮轴转动；所述探杆在前端和尾端贯穿所述探杆座，并以所述探杆的前端为探杆头，在所述探杆的尾段连接手术夹钳；
[0010]设置探杆轴向力反馈系统，是在所述主架板的一侧利用阻尼器支撑架设置第一磁阻尼器，所述第一磁阻尼器具有可相对转动的筒体和中轴，磁阻尼力形成在相对转动的筒体和中轴之间；磁阻尼输出轴与所述第一磁阻力器的中轴为同轴，所述第一磁阻尼器的中轴可依靠磁力带动筒体转动；在所述筒体的底部固联筒体轴；设置由电磁刹车盘和刹车盘底座构成的电磁刹车器，所述刹车盘底座与主架板固定连接，所述电磁刹车盘与筒体轴固定连接；在磁阻力输出轴的轴端固定设置第二锥齿轮，在所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮之间进行啮合传动。
[0011]本实用新型基于磁阻尼器的微创手术仿真装置的结构特点也在于:在所述主架板与俯仰轴之间设置第二磁阻尼器，在所述俯仰轴与“U”形座之间安装俯仰轴电磁刹车器，用于在俯仰轴与“U”形座之间进行制动。
[0012]本实用新型基于磁阻尼器的微创手术仿真装置的结构特点也在于:在所述“U”形座与航向轴之间设置第三磁阻尼器，在所述航向轴与底座之间设置航向轴电磁刹车器，用于在航向轴与底座之间进行制动。
[0013]本实用新型基于磁阻尼器的微创手术仿真装置的结构特点也在于:分别设置各光栅码盘及读数头，用于获得航向轴和俯仰轴的角位移，以及探杆的轴向位移。
[0014]本实用新型基于磁阻尼器的微创手术仿真装置的结构特点也在于:设置倒“V”形零位校准块，所述零位校准块以其一侧固定在主支架板的一侧壁的下部，另一侧在底部端面设置为“V”型端面，在支撑平台上对应设置相吻合的“V”型槽，以所述零位校准块的“V”型端面与所述“V”型槽的配合实现航向轴和俯仰轴的旋转限位和回零，所述支撑平台是支撑在底座上的水平台面。
[0015]本实用新型基于磁阻尼器的微创手术仿真装置的结构特点也在于:所述第一磁阻尼器、第二磁阻尼器和第三磁阻尼器是采用基于圆柱磁铁副的双向旋转阻尼器，其结构形式是:设置一对径向充磁的烧结钕铁硼圆柱磁铁副，构成所述磁铁副的分别是第一圆柱磁铁和第二圆柱磁铁；所述第一圆柱磁铁固定嵌装在中轴中，第二圆柱磁铁固定设置在筒体中半径为R的圆周位置上，所述中轴处在筒体的中轴位置上，中轴与筒体共轴，并且可以相对转动；所述第一圆柱磁铁和第二圆柱磁铁的磁力线是在沿中轴的径向方向上。
[0016]本实用新型基于磁阻尼器的微创手术仿真装置的结构特点也在于:令第一圆柱磁铁的半径为Rl，第二圆柱磁铁的半径为R2，设定:R大于R1+R2，使得在所述第一圆柱磁铁与第二圆柱磁铁之间形成有间隔。
[0017]本实施例中微创手术仿真装置可以实现手术夹钳、手术刀等器具在人体内三维空间六个自由度的运动，且具有超高仿真触碰人体力反馈效果。与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在:
[0018]1、本实用新型采用磁阻尼器作为力反馈器件，相比较传统的电机、钢丝线和弹簧的组合阻尼，其简单紧凑、安装空间小、非接触式柔性磁阻尼无噪音磨损、正逆向阻尼回零精度高，可以超高逼真地模拟真实手术器具触碰人体器官的柔性力反馈手感。
[0019]2、本实用新型采用模块化设计、互换性强、维护方便，探杆可方便地更换为普外、泌尿、骨科、五官、妇科等科目器具，使此微创手术仿真装置适应多科目的手术训练。
[0020]3、本实用新型无需人体和动物等实体练习，在尸体资源昂贵且稀缺、伤害动物、人体模型逼真感不够等客观不利因素下能准确高效地提高受训医生的医技水平。
[0021]4、本实用新型体积小，成本低廉，功能齐全，可方便安装在台车上，便携方便；呈一左一右布置两套本实用新型微创手术模拟装置，结合内窥镜导引可扩展成一个完善的综合微创手术训练系统。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型三维结构示意图；
[0023]图2为本实用新型机械装配示意图；
[0024]图3为本实用新型中探杆力反馈部分结构示意图；
[0025]图4a为本实用新型中磁阻尼器结构示意图；
[0026]图4b为本实用新型中磁阻尼器原理示意图；
[0027]图中标号:I第一圆柱磁铁，2第二圆柱磁铁，3筒体，4紧定螺钉，5端盖，6深沟球轴承，7中轴，8零位校准块，8a为“V”型端面，Sb为“V”型槽，1-1底座，1-2航向轴电磁刹车器，1-3为“U”形座，1-4第三磁阻尼器，1-5航向轴，1-6第三光栅码盘及读数头，1-7俯仰轴电磁刹车器，1-8俯仰轴，1-9第二光栅码盘及读数头，1-10主架板，1-11第二磁阻尼器，2-1刹车盘底座，2-2电磁刹车盘，2-3阻尼器支撑架，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。
【具体实施方式】
[0028]参见图1、图2和图3，本实施例中基于磁阻尼器的微创手术仿真装置的结构形式是:
[0029]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。
[0030]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