[发明专利]生物软组织力反馈触觉建模的测试系统

权利要求书

1.一种生物软组织力反馈触觉建模的测试系统，其特征在于该测试系统包括单自由度 机械手、控制电路、电源和作业环境支架，其中单自由度机械手包括机械臂(1)，力矩电 机(2)，位置传感器(3)，力传感器(4)，电机支撑盘(5)，底盘(6)，手术针及其夹具 (7)，控制电路包括力调理放大电路(8)、位置信号调理电路(9)、数据采集卡(10)、数 据存储显示计算机(11)、触觉建模计算机(12)、串口电路(13)、单片机及其外围电路(14) 和电机驱动电路(15)；所述电机支撑盘(5)包括上部支撑盘和下部支撑盘，其中力矩电 机(2)固定于电机支撑盘(5)之间，位置传感器(3)装设于力矩电机(2)的转轴下部， 所述电机支撑盘(5)的下部支撑盘与底盘(6)固定，机械臂(1)的一端与所述电机支撑 盘(5)的上部支撑盘固定，力传感器(4)固定于机械臂(1)的另一端，手术针及其夹具 (7)与机械臂(1)的另一端的顶部固定；力传感器(4)的输出端与力调理放大电路(8) 的输入端连接，力调理放大电路(8)的输出端与数据采集卡(10)的一个输入端连接，位 置传感器(3)的输出端与位置信号调理电路(9)的输入端连接，位置信号调理电路(9) 的输出端与数据采集卡(10)的另一个输入端连接，数据采集卡(10)的输出端分别与数 据存储显示计算机(11)的输入端、触觉建模计算机(12)的输入端连接，触觉建模计算 机(12)依次串接串口电路(13)和单片机及其外围电路(14)后经电机驱动电路(15) 与力矩电机(2)的输入端连接；所述作业环境支架由支架和盒子组成；电源分别与单自由 度机械手、控制电路电连接。

2.根据权利要求1所述的生物软组织力反馈触觉建模的测试系统，其特征在于所述力 调理放大电路(8)包括力传感器接口(J1)、第一运算放大器(A1)、第二运算放大器(A2)、 可变电阻(Rp1)、五个电阻即第一电阻(R1)至第五电阻(R5)、第一电容(C1)和第二 电容(C2)；其中力传感器接口(J1)的1脚、2脚、3脚、4脚分别与力传感器(4)的输 出端连接，力传感器接口(J1)的1脚接电源的输出端，力传感器接口(J1)的2脚接地， 力传感器接口(J1)的3脚接第一运算放大器(A1)的负输入端2脚，力传感器接口(J1) 的4脚接第一运算放大器(A1)的正输入端3脚，第一运算放大器(A1)的1脚分别接可 变电阻(Rp1)的一端和中间端，可变电阻(Rp1)的另一端串联第一电阻(R1)后接第一 运算放大器(A1)的8脚，第一运算放大器(A1)的4脚、7脚分别接电源的输出端，第 一运算放大器(A1)的5脚接模拟地，第一运算放大器(A1)的输出端6脚串联第二电阻 (R2)后分别接第三电阻(R3)的一端、第四电阻(R4)的一端，第四电阻(R4)的另一 端接模拟地，第三电阻(R3)的另一端串联第五电阻(R5)后分别接第二运算放大器(A2) 的正输入端3脚、第一电容(C1)的一端，第一电容(C1)的另一端接模拟地，第三电阻 (R3)的另一端串联第二电容(C2)后分别接数据采集卡(10)的输入端、第二运算放大 器(A2)的输出端6脚和负输入端2脚，第二运算放大器(A2)的4脚、7脚分别接电源 的输出端。

3.根据权利要求1所述的生物软组织力反馈触觉建模的测试系统，其特征在于所述位 置信号调理电路(9)包括第三运算放大器(A3)、第四运算放大器(A4)、五个电阻即第 六电阻(R6)至第十电阻(R10)、第一电解电容(C3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、 第六电容(C6)、并联稳压二极管(D1)、位置传感器接口(J2)；其中并联稳压二极管(D1) 的阳极分别接第六电阻(R6)的一端、第一电解电容(C3)的负输入端、第四电容(C4) 的一端、第七电阻(R7)的一端，第一电解电容(C3)的正输入端分别与并联稳压二极管 (D1)的阴极和参考极、第四电容(C4)的另一端连接接模拟地，第七电阻(R7)的另一 端分别接第三运算放大器(A3)的负输入端2脚、位置传感器接口(J2)的2脚，第三运 算放大器(A3)的正输入端3脚串联第八电阻(R8)后接模拟地，位置传感器接口(J2) 的1脚分别接第三运算放大器(A3)的输出端6脚、第九电阻(R9)的一端，位置传感器 接口(J2)的1脚、2脚分别按位置传感器(3)的输出端，第九电阻(R9)的另一端串联 第十电阻(R10)后分别接第五电容(C5)的一端、第四运算放大器(A4)的正输入端3 脚，第九电阻(R9)的另一端串联第六电容(C6)后分别接数据采集卡(10)的输入端、 第四运算放大器(A4)的输出端6脚和负输入端2脚，第四运算放大器(A4)的4脚、7 脚分别接电源的输出端。