[发明专利]一种多自由度虚拟手术模拟器

说明书

本发明公开了一种多自由度虚拟手术模拟器，包括操作平台，所述操作平台上安装有用于模拟手术的手术模拟器械与用于虚拟阻力的反馈装置；手术模拟器械包括牵引杆、固定手柄、活动手柄、固定抓钳头与活动抓钳头绳；操作平台包括底座，底座上方式安装有转动台，转动台上安装有横轴，横轴上安装有转动架，转动架上设有安装孔，牵引杆通过滑动连接的方式安装在安装孔内，并且牵引杆可在安装孔内旋转。本发明具有结构设计合理、使用方便的优点，通过手术模拟器械与反馈装置的配合，实现了对手术的模拟，模拟了多个自由度上手术中的力觉反馈，提高了仿真手术的效果与培训者的手术技能，增加了培训者的操作能力。

技术领域

本发明涉及手术教学设备技术领域，具体的说是一种多自由度虚拟手术模拟器。

背景技术

随着电子显示技术与精密机械加工技术的快速发展，给传统的医学外科手术领域带来了革命性的进步。微创手术在内窥镜和微创手术器械的支撑下，以内窥镜代替外科医生的眼睛，以特定的微创手术器械代替传统的外科手术器械，但由于微创手术受到视野视察范围小、术者缺乏触觉感觉、手术区域灵活性小、人机协调困难等方面的限制，因此，要达到专业手术医生的水平，较传统手术而言需要更长时间的学习和训练。在我国的手术模拟器械中，基本都具有几个自由度运动的模拟功能，但是不能够对多个自由的力觉反馈功能，以致往往难以完整而有效的实现其高仿真性，从而降低了培训效果。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种多自由度虚拟手术模拟器。

本发明解决其技术问题采用以下技术方案来实现：

一种多自由度虚拟手术模拟器，包括操作平台，所述操作平台上安装有用于模拟手术的手术模拟器械与用于虚拟阻力的反馈装置；手术模拟器械包括牵引杆、固定手柄、活动手柄、固定抓钳头与活动抓钳头，固定手柄固定安装在牵引杆上，活动手柄通过铰接的方式安装在固定手柄上，固定抓钳头固定安装在牵引杆的头部，活动抓钳头通过铰接的方式安装在固定抓钳头上，牵引杆内安装有牵引绳，牵引绳的一端与活动手柄相连接，牵引绳的另一端与活动抓钳头相连接；操作平台包括底座，底座上通过轴承连接的方式安装有转动台，转动台上通过轴承连接的方式安装有横轴，横轴上安装有转动架，转动架上设有安装孔，牵引杆通过滑动连接的方式安装在安装孔内，并且牵引杆可在安装孔内旋转；反馈装置包括用于转动台力觉反馈的一号反馈组件、用于转动架力觉反馈的二号反馈组件、用于牵引杆力觉反馈的三号反馈组件与用于抓钳头力觉反馈的四号反馈组件，一号反馈组件安装在底座上，二号反馈组件安装在转动台上，三号反馈组件安装在转动架上，四号反馈组件安装在手术模拟器械上。

一号反馈组件包括一号旋转编码器、一号驱动电机、一号驱动轮与一号从动轮，一号旋转编码器安装在底座上，一号旋转编码器用于检测转动台的旋转角度，一号从动轮通过螺栓连接的方式安装在转动台上，一号驱动电机固定在底座上，一号驱动电机的轴上安装有一号驱动轮，一号驱动轮与一号从动轮相啮合。

二号反馈组件包括二号旋转编码器、二号驱动电机、二号驱动轮与二号从动轮，二号旋转编码器安装在转动台上，二号旋转编码器用于检测转动架的旋转角度，二号从动轮安装在横轴的外壁上，二号驱动电机固定在转动台上，二号驱动电机的轴上安装有二号驱动轮，二号驱动轮与二号从动轮相啮合。

三号反馈组件包括牵引杆移动反馈构件与牵引杆旋转反馈构件，牵引杆移动反馈构件用于牵引杆移动时对其进行力觉的反馈，牵引杆旋转反馈构件用于牵引杆旋转时对其进行力觉的反馈。

牵引杆移动反馈构件包括移动编码器、牵引杆驱动电机、牵引杆拉簧与绕线轮，移动编码器与牵引杆驱动电机均安装在转动架上，绕线轮安装在牵引杆驱动电机的轴上，牵引杆拉簧的一端安装在转动架上，牵引杆拉簧的另一端安装在牵引杆上，绕线轮上绕接有弹性绕线，弹性绕线的另一端固定在牵引杆上。