[發明專利]一種力反饋裝置及其應用

有效

• 申請號: 202110333369.4
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113081275B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 鄭海榮;周壽軍;溫鐵祥;林曉峰
• 申請（專利權）人: 深圳高性能醫療器械國家研究院有限公司
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30;A61B17/34;G06F3/01
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 耿慧敏;朱偉軍

本申請屬于交互設備技術領域，特別是涉及一種力反饋裝置及其應用。現有的力反饋裝置無法滿足穿刺手術的操縱自由度要求。同時由于結構復雜和自由度冗余，成本相對來說會比較高，不利于廣泛推廣應用。本申請提供了一種力反饋裝置，包括相互垂直設置的第一線圈組和第二線圈組，所述第一線圈組與所述第二線圈組形成的空間內設置有永磁體，所述永磁體設置于操縱桿內，所述永磁體與所述操縱桿固定連接。當兩組線圈同時產生磁場并作用在永磁體上時，根據磁場分別的大小可以合成出不同方向的扭矩。由于永磁體和操縱桿相互固定，在永磁體上施加的扭矩會直接轉移給操縱桿，從而反饋到操作者的手上。

技術領域

本申請屬于交互設備技術領域，特別是涉及一種力反饋裝置及其應用。

背景技術

所謂力反饋(Force Feedback)，本來是應用于軍事上的一種虛擬現實技術，它利用機械表現出的反作用力，將游戲數據通過力反饋設備表現出來，可以讓用戶身臨其境地體驗游戲中的各種效果。適用于虛擬會議、虛擬模型、維持路徑規劃、多媒體和分子模型化等諸多應用領域。力反饋技術能將游戲中的數據轉化成用戶可以感覺到的效果，例如道路上的顛簸或者轉動方向盤感受到的反作用力，這些效果都是力反饋控制芯片“播放”出來的。

力反饋技術用于再現人對環境力覺的感知。在人的五大感官中力覺或觸覺是人體感官中唯一具有雙向傳遞信息能力的信息載體。借助于力覺交互設備，人們可以真實的按照人類的肢體語言進行人機自然互動和信息交流，通過應用力反饋設備，可以獲得和觸摸實際物體時相同的運動感，從而產生更真實的沉浸感。

力反饋裝置則需要模擬真實物體受力以及產生反作用力的物理過程，一方面獲取人通過短棒向虛擬物體施力狀態信息，比如位置或著力的信息，同時利用反應被接觸物體物理屬性的參考模型計算其在接觸或發生形變或可能產生的反作用力的大小和方向，由此產生力控信號，并通過裝置中的執行器計算出來的反饋力作用到人手，從而在虛擬環境下實現觸覺真實物體的觸覺再現。

現有的力反饋裝置無法滿足穿刺手術的操縱自由度要求。同時由于結構復雜和自由度冗余，成本相對來說會比較高，不利于廣泛推廣應用。

發明內容

1.要解決的技術問題

基于現有的力反饋裝置無法滿足穿刺手術的操縱自由度要求。同時由于結構復雜和自由度冗余，成本相對來說會比較高，不利于廣泛推廣應用的問題，本申請提供了一種力反饋裝置及其應用。

2.技術方案

為了達到上述的目的，本申請提供了一種力反饋裝置，包括相互垂直設置的第一線圈組和第二線圈組，所述第一線圈組與所述第二線圈組形成的空間內設置有永磁體，所述永磁體設置于操縱桿內，所述永磁體與所述操縱桿固定連接。

本申請提供的另一種實施方式為：所述永磁體包括長軸，所述第一線圈組包括第一軸心線，所述第二線圈組包括第二軸心線，所述第一軸心線與所述第二軸心線形成軸心面，所述長軸初始位置與所述軸心面垂直，所述永磁體可繞所述第一軸心線旋轉擺動，所述永磁體可繞所述第二軸心線旋轉擺動，所述擺動通過萬向節組件實現。

本申請提供的另一種實施方式為：所述萬向節組件包括第一萬向節部件，所述第一萬向節部件通過第一軸承與骨架連接，所述第一萬向節部件與第一編碼器固定連接，第二萬向節部件通過所述第二軸承固定于所述第一萬向節部件上，所述第二萬向節部件可在所述第一萬向節部件上自由旋轉，所述第二萬向節部件上設置有傳動帶，所述傳動帶與第二編碼器連接，所述第二編碼器固定于所述第一萬向節部件上。

本申請提供的另一種實施方式為：所述操縱桿包括第一管道，所述第一管道內設置有導向柱，所述導向柱與指板/指板副固定連接，所述導向柱與傳動繩連接，所述傳動繩穿過所述永磁體與力加載組件連接。

本申請提供的另一種實施方式為：所述力加載組件包括依次連接的卷簧、第一聯軸器、磁滯制動器和卷線筒，所述卷線筒通過第二聯軸器與第三編碼器連接，所述傳動繩通過第一引線組件和第二引線組件與所述卷線筒連接。