[发明专利]一种用于医疗模拟训练的机械操作台

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟手术操作的医疗器械，具体的说，涉及一种用于医疗模拟训练的机械操作台。

背景技术

在医学领域中，手术对医生来说，需要有很高的操作水平和熟练程度，需要医生有很好的手眼协调能力以及娴熟的手感。因此，医生在进行实战操作前需经过大量的培训。用于手术模拟用的机械操作台具有位置感应和力觉反馈的功能，通过其可以实现操作者与虚拟场景的互动，是医疗模拟训练系统中的重要组成部分。

对现有技术进行检索，中国专利ZL200510027052.9，公开了一种多功能虚拟手术器械。该技术在移动手术器具时，使用了位移传感器获取手术器具的运动信息，实现在虚拟空间中模拟手术剪刀、钳夹等操作，其缺点是不具备力觉反馈功能。

另外，在一些学术文献中查阅到一种虚拟手术器械，这种器械具有位置感应与力觉反馈功能，但其平动机构主要是：两平行导杆和一组拉杆一端固定在顶板上，另一端固定在一固定板上，平行导杆位于拉杆之间，拉杆主要将固定板固定在顶板上；上横梁、下横梁固定在两平行导杆间，上横梁、下横梁的中间分别与滚轮滚动连接，操作杆穿过顶板与顶板平动连接，操作杆下端固定在滑块上，滑块与两平行导杆滑动连接；两滚轮之间的线传动固定在滑块上，通过操作杆的平动，带动下端的滑块沿两平行导杆滑动，拉动传动线传动。在手术器具平动而带动操作杆平动时，两平行导杆、一组拉杆、固定板等零件均不会随之平动，结构复杂，体积较大。尤其是将两台器械组合成左右操作手臂同时使用时，两台器械在竖直平面、水平面做旋转运动时，导杆、拉杆、固定板等会产生干涉碰撞，使得器械运动范围受限。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种结构简单，体积轻巧，两操作手臂同时使用时不会发生干涉碰撞的用于医疗模拟训练的机械操作台。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于医疗模拟训练的机械操作台，包括操作手臂；操作手臂包括：手术器具、操作杆、平动机构以及支撑架；操作杆与手术器具相接，整体通过平动机构与支撑架相对平动；平动机构包括直线导轨、第一传动轮以及第一传动线；直线导轨穿过支撑架的顶板，一端与操作杆固定连接，另一端接第一传动线的一端；第一传动线的另一端与操作杆相对固定；第一传动轮安装在与顶板垂直的支撑架的侧板上且第一传动轮的轴线垂直于该侧板，第一传动线的中部在第一传动轮上缠绕；第一传动线被拉紧。

采用这种结构后，牵动手术器具连同操作杆相对于支撑架(具体的说是支撑架的顶板)平动，直线导轨随之一起平动，结构简单，体积小巧，制作和安装方便。同时，当两操作手臂左右并列使用时，其平动机构不会发生干涉和碰撞。

支撑架由顶板、第一侧板和第二侧板构成，第一传动轮位于第一侧板的内侧；平动机构还包括一个固定在第一侧板的内侧的惰轮；惰轮平行于第一传动轮并设置在第一传动轮和顶板之间；第一传动线从与直线导轨固定的一端开始绕惰轮折返，延伸至第一传动轮，再绕第一传动轮回到惰轮，缠绕惰轮后穿过顶板并延伸至操作杆，与操作杆固定。

采用惰轮和第一传动轮结合的上述缠绕方式后，传动精度高、噪声低、传动平稳、无需润滑、易于安装和维护。

第一传动轮为螺旋线轮，第一传动线位于螺旋线槽中；惰轮为无槽轮。采用这种结构，可以取得较好的平动效果，同时传动轮的螺旋线槽能顺应第一传动线的缠绕方向，使得第一传动线的磨损较小。

第一侧板的外侧固定有第一电机；第一电机的前轴与第一传动轮的转轴相接；记录直线导轨平动位置的第一传感器安装在第一电机的后轴；第一电机和第一传感器的导线接电子控制器。采用这种结构后，操作者手持手术器具带动操作杆上下平动时，直线导轨通过第一传动线、第一传动轮带动电机的前轴转动，后轴同步转动，第一传感器可以获取操作杆平动的位置信号，上位机接收该信号并对该位置信号进行计算处理后得出力参数信号，力参数信号经电子控制器后加工后，电子控制器发出驱动信号，向第一电机发出输出力觉反馈力的指令。

操作手臂包括水平转动机构、竖直转动机构和操作杆自转机构。水平转动机构主要使操作手臂在水平面上左右转动。竖直转动机构主要使操作手臂在竖直面上前后转动。采用上述三个机构后，操作手臂带有水平转动、竖直转动、自转以及平动四个自由度，运动方向灵活。