[发明专利]一种医疗模拟用三自由度并联力反馈装置

说明书

本发明涉及一种医疗模拟用三自由度并联力反馈装置，包括前安装架、后安装架、平面四连杆机构、连接杆、动平台以及三维力传感器；三维力传感器固连在动平台前端；动平台与安装架是由三条支链构成，前面两条支链是相同的，支链是由平面四连杆机构和连接杆构成，连接杆一端与四连杆机构的摇杆通过球铰连接，另一端通过球铰与动平台前端相连；后面一条支链是由平面四连杆机构和虎克铰构成，四连杆机构摇杆通过虎克铰运动副与动平台后端相连；动平台由两部分通过紧固而成，平面四连杆机构曲柄转轴固定于电机转轴，摇杆通过转动轴承连接于安装架；本发明实现力反馈模拟训练，结构紧凑，增大了机构刚度，减小了机构质量。

技术领域

本发明涉及一种力反馈机构，特别是涉及一种用于医疗模拟用并联力反馈机构。

背景技术

虚拟现实技术和增强现实技术是当前科研领域的前沿技术，虚拟现实过程中的力觉临场感是体现虚拟现实交互性的重要部分，较好的力觉临场感使得操作过程更真实可靠。而力觉交互设备是设计人员与虚拟环境进行力觉交互的接口，是虚拟现实系统中的重要组成部分。虚拟现实方式在医疗上应用广泛，如牙科医生实习培训，可以采用虚拟环境仿真，通过操作力反馈手与仿真环境进行交互学习。

国内外有不少科研人员从事于力反馈设备的开发，瑞士force dimension的omerga3力反馈设备，其设计的是一种三自由度并联力反馈机构，具有三维方向运动自由度，且能够实现三维方向的力反馈，但是该机构的重力补偿仅是通过数学模型实现，补偿效果不理想，且由于使用材料的特殊性导致设备价格昂贵。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种医疗模拟用三自由度并联力反馈装置，采用并联拓扑结构，结构紧凑，机构刚度好，质量轻，能够为医疗训练模拟仿真提供力觉交互。

本发明技术解决方案：一种医疗模拟用三自由度并联力反馈装置，包括前安装架、后安装架、动平台前部分和动平台后部分组成的动平台；所述前安装架、后安装架与所述动平台之间有三条支链构成，其中所述前安装架与所述前动平台部分之间有两条结构相同的支链，所述后安装架与所述动平台后部分有一条支链；

所述两条结构相同的支链包括自前安装架至动平台前部分依次相连下的电机、曲柄、连杆、摇杆、连接杆；其中所述电机通过螺钉紧固于前安装架，所述曲柄通过螺钉压紧于所述电机轴上，实现四连杆机构驱动的输入；所述连杆由中间的金属杆与两端的球铰构成，所述连杆两端分别经所述球铰所固有的螺纹轴与所述曲柄、所述摇杆一侧的螺纹孔相连，所述曲柄与所述连杆和所述摇杆与所述连杆两处的转动副由所述球铰提供；转轴穿过所述摇杆中间连接孔经轴承与所述前安装架连接；所述连接杆是由中间金属杆和两端所述球铰链构成，所述连接杆两端分别经所述球铰链与所述摇杆另一侧、所述动平台前部分的一侧通过螺纹连接固定；

所述后安装架与所述动平台后部分的一条支链包括自后安装架至动平台后部分依次相连下的电机、曲柄、连杆、摇杆、虎克铰部件；其中所述电机通过螺钉紧固于后安装架，所述曲柄通过螺钉压紧于所述电机轴上，实现四连杆机构驱动的输入；所述连杆由中间的金属杆与两端的球铰构成，所述连杆两端分别经所述球铰所固有的螺纹轴与所述曲柄、所述摇杆中间的螺纹孔相连，所述曲柄与所述连杆和所述摇杆与所述连杆两处的转动副由所述球铰提供；转轴穿过所述摇杆一侧连接孔经轴承与所述后安装架连接；所述摇杆经一侧轴向螺纹孔通过所述虎克铰部件与所述动平台后部分相连；所述虎克铰部件包括自所述摇杆至所述动平台后部分依次相连下的连接体、轴承、连接轴、轴承以及销轴构成；所述连接体经外螺纹轴与所述摇杆一侧轴向螺纹孔相连，所述连接体内孔经所述轴承与所述连接轴配合连接，实现一个方向上的转动自由度；所述连接轴一侧的孔经所述轴承与所述销轴配合连接，实现另一个方向上的转动自由度；

末端动平台由所述动平台前部分和动平台后部分固连而成；所述三条支链构成了并联机构的基本框架，能够使得末端所述动平台具有三个自由度；三维力传感器通过螺钉固定于所述动平台前部分中心上；所述电机为直流伺服电机，其尾部输出轴上安装有增量式编码器；