[發明專利]一種用于醫療模擬訓練的機械操作臺

有效

• 申請號: 201110206638.7
• 申請日: 2011-07-22
• 公開（公告）號: CN102262836A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 劉歡;曾向陽;黃建新;羅益民
• 申請（專利權）人: 廣州賽寶聯睿信息科技有限公司
• 主分類號: G09B23/28
• 分類號: G09B23/28
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發明涉及一種模擬手術操作的醫療器械，具體的說，涉及一種用于醫療模擬訓練的機械操作臺。

背景技術

在醫學領域中，手術對醫生來說，需要有很高的操作水平和熟練程度，需要醫生有很好的手眼協調能力以及嫻熟的手感。因此，醫生在進行實戰操作前需經過大量的培訓。用于手術模擬用的機械操作臺具有位置感應和力覺反饋的功能，通過其可以實現操作者與虛擬場景的互動，是醫療模擬訓練系統中的重要組成部分。

對現有技術進行檢索，中國專利ZL200510027052.9，公開了一種多功能虛擬手術器械。該技術在移動手術器具時，使用了位移傳感器獲取手術器具的運動信息，實現在虛擬空間中模擬手術剪刀、鉗夾等操作，其缺點是不具備力覺反饋功能。

另外，在一些學術文獻中查閱到一種虛擬手術器械，這種器械具有位置感應與力覺反饋功能，但其平動機構主要是：兩平行導桿和一組拉桿一端固定在頂板上，另一端固定在一固定板上，平行導桿位于拉桿之間，拉桿主要將固定板固定在頂板上；上橫梁、下橫梁固定在兩平行導桿間，上橫梁、下橫梁的中間分別與滾輪滾動連接，操作桿穿過頂板與頂板平動連接，操作桿下端固定在滑塊上，滑塊與兩平行導桿滑動連接；兩滾輪之間的線傳動固定在滑塊上，通過操作桿的平動，帶動下端的滑塊沿兩平行導桿滑動，拉動傳動線傳動。在手術器具平動而帶動操作桿平動時，兩平行導桿、一組拉桿、固定板等零件均不會隨之平動，結構復雜，體積較大。尤其是將兩臺器械組合成左右操作手臂同時使用時，兩臺器械在豎直平面、水平面做旋轉運動時，導桿、拉桿、固定板等會產生干涉碰撞，使得器械運動范圍受限。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明的目的是：提供一種結構簡單，體積輕巧，兩操作手臂同時使用時不會發生干涉碰撞的用于醫療模擬訓練的機械操作臺。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種用于醫療模擬訓練的機械操作臺，包括操作手臂；操作手臂包括：手術器具、操作桿、平動機構以及支撐架；操作桿與手術器具相接，整體通過平動機構與支撐架相對平動；平動機構包括直線導軌、第一傳動輪以及第一傳動線；直線導軌穿過支撐架的頂板，一端與操作桿固定連接，另一端接第一傳動線的一端；第一傳動線的另一端與操作桿相對固定；第一傳動輪安裝在與頂板垂直的支撐架的側板上且第一傳動輪的軸線垂直于該側板，第一傳動線的中部在第一傳動輪上纏繞；第一傳動線被拉緊。

采用這種結構后，牽動手術器具連同操作桿相對于支撐架(具體的說是支撐架的頂板)平動，直線導軌隨之一起平動，結構簡單，體積小巧，制作和安裝方便。同時，當兩操作手臂左右并列使用時，其平動機構不會發生干涉和碰撞。

支撐架由頂板、第一側板和第二側板構成，第一傳動輪位于第一側板的內側；平動機構還包括一個固定在第一側板的內側的惰輪；惰輪平行于第一傳動輪并設置在第一傳動輪和頂板之間；第一傳動線從與直線導軌固定的一端開始繞惰輪折返，延伸至第一傳動輪，再繞第一傳動輪回到惰輪，纏繞惰輪后穿過頂板并延伸至操作桿，與操作桿固定。

采用惰輪和第一傳動輪結合的上述纏繞方式后，傳動精度高、噪聲低、傳動平穩、無需潤滑、易于安裝和維護。

第一傳動輪為螺旋線輪，第一傳動線位于螺旋線槽中；惰輪為無槽輪。采用這種結構，可以取得較好的平動效果，同時傳動輪的螺旋線槽能順應第一傳動線的纏繞方向，使得第一傳動線的磨損較小。

第一側板的外側固定有第一電機；第一電機的前軸與第一傳動輪的轉軸相接；記錄直線導軌平動位置的第一傳感器安裝在第一電機的后軸；第一電機和第一傳感器的導線接電子控制器。采用這種結構后，操作者手持手術器具帶動操作桿上下平動時，直線導軌通過第一傳動線、第一傳動輪帶動電機的前軸轉動，后軸同步轉動，第一傳感器可以獲取操作桿平動的位置信號，上位機接收該信號并對該位置信號進行計算處理后得出力參數信號，力參數信號經電子控制器后加工后，電子控制器發出驅動信號，向第一電機發出輸出力覺反饋力的指令。

操作手臂包括水平轉動機構、豎直轉動機構和操作桿自轉機構。水平轉動機構主要使操作手臂在水平面上左右轉動。豎直轉動機構主要使操作手臂在豎直面上前后轉動。采用上述三個機構后，操作手臂帶有水平轉動、豎直轉動、自轉以及平動四個自由度，運動方向靈活。