[發明專利]繩驅動并聯主操作手

有效

• 申請號: 202110731524.8
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113456236B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 李長勝;段星光;孟繁盛
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: A61B34/37
• 分類號: A61B34/37
• 代理公司: 北京知果之信知識產權代理有限公司 11541
• 代理人: 卜榮麗;李志剛

本申請公開了一種繩驅動并聯力反饋主操作手，包括：力反饋件和操作件；其中，力反饋件至少設置為三組，每組力反饋件包括用于固定在承載結構上的固定部和設于固定部上的固定桿組件；固定桿組件包括設于固定部上的桿體，設于桿體上的上部電機、下部電機、上部繞線輪和下部繞線輪；上部電機和下部電機的輸出端保持設定的力矩后分別與上部繞線輪和下部繞線輪傳動連接；上部繞線輪和下部繞線輪分別與操作件的上下兩端通過上部連接繩和下部連接繩連接；操作件上設置有旋轉件以及獲取該旋轉件旋轉信號的編碼器。本申請解決了相關技術中的并聯主操作手體積與重量均較大，且工作空間有限的問題。

技術領域

本申請涉及外科醫療器械技術領域，具體而言，涉及一種繩驅動并聯主操作手。

背景技術

微創手術相對于傳統手術具有創傷小、疼痛輕、恢復快的優越性，而機器人輔助微創手術為醫生提供了更為良好的靈活性、精確性及可操作性，主操作手作為一種人機交互接口，是機器人輔助微創手術中的重要組成部分，用于采集操作者手部運動與力信息控制從手，并將從手的力反饋到主操作手中，從而實現主從操作。

目前應用較為成功的主操作手主要有Force Dimension公司的Omega系列主操作手和Sensable公司的PHANTOM系列主操作手，其中Omega系列主操作手主要采用并聯式機構，其體積與重量均較大，且工作空間有限，在一些有特殊要求的專用場合存在不足；而PHANTOM系列主操作手采用串聯式結構，難以由自身實現重力平衡，限制了主操作手的應用環境。

發明內容

本申請的主要目的在于提供一種繩驅動并聯主操作手，以解決相關技術中的并聯主操作手體積與重量均較大，且工作空間有限的問題。

為了實現上述目的，本申請提供了一種繩驅動并聯力反饋主操作手，該繩驅動并聯力反饋主操作手包括：力反饋件和操作件；其中，所述力反饋件至少設置為三組，每組所述力反饋件包括用于固定在承載結構上的固定部和設于所述固定部上的固定桿組件；所述固定桿組件包括設于所述固定部上的桿體，設于所述桿體上的上部電機、下部電機、上部繞線輪和下部繞線輪；所述上部電機和下部電機的輸出端保持設定的力矩后分別與上部繞線輪和下部繞線輪傳動連接；所述上部繞線輪和下部繞線輪分別與所述操作件的上下兩端通過上部連接繩和下部連接繩連接，以使上部繞線輪和下部繞線輪與所述操作件聯動；所述操作件上設置有旋轉件以及獲取該旋轉件旋轉信號的編碼器。

進一步的，力反饋件設置為三組，三個所述上部連接繩的第一端分別繞設在對應的上部繞線輪上，第二端固定在操作件上部并位于同一水平面；

三個所述下部連接繩的第一端分別繞設在對應的下部繞線輪上，第二端固定在操作件下部并位于同一水平面。

進一步的，操作件設置為螺紋桿。

進一步的，操作件設置為光桿結構，所述操作件的上部和下部均設置有固定環，所述固定環上具有至少三個位于同一水平面的固定點；

三個所述上部連接繩和下部連接繩的第二端均固定在對應固定環上的固定點上。

進一步的，操作件上端設置有編碼器固定件，所述編碼器固定在所述編碼器固定件上，所述旋轉件設于所述編碼器上。

進一步的，上部繞線輪和下部繞線輪結構相同；

所述上部繞線輪上沿軸向開設有進線孔，繞線輪沿徑向開設有與所述進線孔連通的出線孔，所述上部連接繩的第一端固定在所述進線孔，第二端依次穿過進線孔、出線孔后繞設在繞線輪上，并向外延伸后與所述操作件固定。

進一步的，桿體內部呈中空設置，所述上部電機和下部電機從上至下依次設置，所述上部電機和下部電機的輸出端分別朝向上方和下方。

進一步的，桿體的上下兩端分別開設有用于上部連接繩和下部連接繩穿過的上部通孔和下部通孔。