一种摆动式腔镜手术机器人柔性力反馈手柄的制作方法

    专利查询2026-01-26  4


    本发明属于医疗器械,具体涉及一种摆动式腔镜手术机器人柔性力反馈手柄。


    背景技术:

    1、力反馈是指通过某种装置向用户提供力感觉的反馈技术,可以使用户在虚拟或实际环境中感知到力量、阻力、振动等物理力的存在和作用,包括力反馈系统(人体的深感觉反馈系统)和触觉反馈系统(人体的浅感觉反馈系统)。通过力反馈技术,可以增强使用者对物理世界的感知和理解,改善交互体验,在游戏手柄、远程驾驶系统、触控界面等领域应用广泛。

    2、在医疗领域,它可以被应用于手术系统中,为外科医生提供手术器械钳端与组织之间的接触力信息,使医生获得对于组织的真实感觉,帮助医生能够更安全更精准地调整操作力度。目前应用较为成熟的是在高级手术机器人系统上的力反馈遥操作主手,遥操作主手可分为串联、并联两种构型,串联型主手有运动灵活、操作空间大、控制简单等优点,但刚度较低;并联型主手运动精度高、负载力大、惯量低,但灵活度低、运动空间小,然而这些桌面型的力反馈遥操作主手难以集成应用在手持式腔镜手术机器人的操作手柄上。

    3、针对此问题,专利文件cn217040162u中提供了一种便携式远程超声力反馈遥操作手持装置,通过获取手持装置的按压力和超声探头的实际接触力之间的差值大小,振动模块根据差值大小产生不同强度的振动反馈,然而该方案仅为概念描述并未提供振动模块的结构组成;专利文件cn116594509a提供了一种手持式变刚度被动力反馈设备,该方案采用对称弹簧连杆结构,基于弹簧的被动拉伸实现触觉反馈,但是该方案是基于电机驱动的刚性模块,存在振动刚性刺激,容易导致医生过度紧张、术中器械抖动等安全问题。

    4、综上所述,集成力反馈技术到腔镜手术器械中涉及到多个方面挑战,手持式腔镜手术器械和力反馈技术的结合研究尚处于起步阶段。因此,亟需设计开发一种用于手持式腔镜手术机器人的握持舒适、力响应柔顺、集成度高的柔性力反馈手柄。


    技术实现思路

    1、针对上述现有技术中的不足,本发明提供一种基于聚氯乙烯(pvc)改性的电活性凝胶材料设计的摆动式腔镜手术机器人柔性力反馈手柄,主要面向各类手持式腔镜微创手术机器人力反馈应用需求。

    2、本发明采用以下技术方案:

    3、一种摆动式腔镜手术机器人柔性力反馈手柄,其特殊之处在于:包括操作手柄、柔性致动单元和驱动电路;

    4、柔性致动单元位于操作手柄内,柔性致动单元包括两个伸缩装置和摆动组件,两个伸缩装置设置在摆动组件内,所述触头设置在摆动组件的上部;驱动电路给伸缩装置交替供电使其伸缩,伸缩装置依靠其伸缩带动摆动组件摆动,最终实现伸缩装置的收缩位移转换为触头摆动。

    5、优选地,所述摆动组件包括下底板、两个上压板、摆动板和触头,下底板中部通过销轴与摆动板中部连接,两个上压板的上部分别通过销轴与摆动板底部两侧连接,摆动板、上压板和下底板之间通过销轴连接形成铰链机构;

    6、两个伸缩装置分别安装于两个上压板与下底板之间。

    7、优选地,所述伸缩装置包括若干层pvcgel介电凝胶叠层,若干层pvcgel介电凝胶叠层通过细弹性绳逐层串联张紧起来并固定在下底板和上压板之间。

    8、优选地,所述pvc gel介电凝胶叠层包括两层pvc gel介电凝胶膜,两层pvc gel介电凝胶膜之间设置阴极铜箔,其中一层pvc gel介电凝胶膜外表设置阳极铜网,所述阴极铜箔、阳极铜网分别连接阴极铜线和阳极铜线。

    9、优选地,所述下底板底部设有柱体,柔性致动单元通过下底板底部的柱体与操作手柄底部的圆形通孔过盈连接,并采用倾斜式的安装结构旨在有限空间中增大凝胶叠层的宽度,保证叠层的驱动力。摆动板上部设有立柱,触头安装在摆动板的立柱上。

    10、优选地,柔性致动单元整体复制可形成两个或四个柔性致动单元阵列,且任意两个单元之间距设置有一定安全间距。

    11、优选地,所述驱动电路调节电压幅值和频率输出正弦信号来驱动pvcgel介电凝胶叠层。

    12、优选地,还包括封装外壳,其可拆卸地安装于操作手柄外表,使装置便于后期维修与优化。

    13、优选地,还包括引线,所述引线包括阳极线i、阳极线ii和阴极线,其中阴极线是将所有阴极铜线进行电连接形成,阳极线i将相邻两个柔性致动单元左右交错位置的阳极铜线电连接形成,阳极线ii如同理所述连接。

    14、所述相邻两个柔性致动单元,当位于操作手柄上方的柔性致动单元右侧或左侧凝胶收缩,则下方另一个柔性致动单元左侧或右侧凝胶收缩,上下两个柔性致动单元的触头便产生对向摆动运动,对手掌皮肤就能产生撑开或挤压的力反馈信息。

    15、优选地,所述驱动电路将锂电池输入的12v电压通过升压电路变换输出100v~600v之间的驱动电压后供给伸缩装置。

    16、与现有技术相比,本发明至少具有以下有益效果:

    17、(1)一种摆动式腔镜手术机器人柔性力反馈手柄,单个柔性致动单元采用介电凝胶叠层配备铰链结构的摆动方案,该方案可以在医生手掌接触部位提供柔顺的力反馈响应。

    18、(2)一种摆动式腔镜手术机器人柔性力反馈手柄,采用多组柔性致动单元的阵列交错布置方案,可以提供类似器械钳端夹取动作的再现技术,改善医生手掌的力反馈再现效果。



    技术特征:

    1.一种摆动式腔镜手术机器人柔性力反馈手柄,其特征在于:

    2.根据权利要求1所述的一种摆动式腔镜手术机器人柔性力反馈手柄,其特征在于:

    3.根据权利要求2所述的一种摆动式腔镜手术机器人柔性力反馈手柄,其特征在于:

    4.根据权利要求3所述的一种摆动式腔镜手术机器人柔性力反馈手柄,其特征在于:

    5.根据权利要求4所述的一种摆动式腔镜手术机器人柔性力反馈手柄,其特征在于:

    6.根据权利要求5所述的一种摆动式腔镜手术机器人柔性力反馈手柄,其特征在于:

    7.根据权利要求6所述的一种摆动式腔镜手术机器人柔性力反馈手柄,其特征在于:

    8.根据权利要求1所述的一种摆动式腔镜手术机器人柔性力反馈手柄,其特征在于:

    9.根据权利要求7所述的一种摆动式腔镜手术机器人柔性力反馈手柄,其特征在于:

    10.根据权利要求9所述的一种摆动式腔镜手术机器人柔性力反馈手柄,其特征在于:


    技术总结
    本发明公开了一种摆动式腔镜手术机器人柔性力反馈手柄,包括操作手柄、柔性致动单元和驱动电路;柔性致动单元位于操作手柄内,柔性致动单元包括两个伸缩装置和摆动组件,两个伸缩装置设置在摆动组件内,所述触头设置在摆动组件的上部;驱动电路给伸缩装置交替供电使其伸缩,伸缩装置依靠其伸缩带动摆动组件摆动,最终实现伸缩装置的收缩位移转换为触头摆动。本发明通过调节驱动电路的信号电压幅值和频率来驱动叠层,通电时上下两侧触头对向摆动,对操作者手掌皮肤力敏区域给予向内挤压或向外撑开的力,使操作者感知到力反馈信息。

    技术研发人员:朱子才,马利,张依凡,李宏伟,胡桥,张勇
    受保护的技术使用者:陕西阔维智动机器人科技有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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