一种虚拟仿真训练用腹腔镜夹钳

摘要

本发明涉及医疗模拟训练设备，具体涉及一种虚拟仿真训练用腹腔镜夹钳，包括钳柄组件、外套筒组件、旋钮组件、下套筒组件、活动偏转杆和基座台，所述钳柄组件包括钳架体、固定钳柄、活动钳柄和钳柄回转机构，所述固定钳柄固定连接在所述钳架体的后侧，所述活动钳柄通过所述钳柄回转机构与所述固定钳柄转动连接，所述钳架体的底部右侧固定安装有连接梁架，所述连接梁架的底部固定连接有所述外套筒组件，所述外套筒组件的内侧安装有中心套筒组件。本发明通过钳柄组件可模拟真实夹钳的操作手感，通过活动钳柄和固定钳柄之间的相对运动，模拟真实的腹腔镜夹钳啮合动作。

说明书

技术领域

本发明涉及医疗模拟训练设备，具体涉及一种虚拟仿真训练用腹腔镜夹钳。

背景技术

腹腔镜手术是一种以传统开放式手术不同的新型手术，在手术过程中，不需要将体壁完全切开，而是通过引入腹腔镜，在腹腔内通过相应操作而获取足够的手术操作空间，在腹腔镜的引导下，观察患者的腹腔情况，同时在腹腔镜的引导下插入长柄的细小手术器材，完成与传统手术相同的手术操作。采用腹腔镜技术，可使病人恢复更快，体壁疤痕明显变小，并且可获得传统手术相同的手术效果。但由于腹腔镜手术需要多种操作器具协同配合，对于辅助设备的依赖度更强，因而对于医护人员的操作水平提出了新的更高的要求。提供针对医护人员的手术训练，提高手术操作的准确水平和熟练水平，成为腹腔镜手术领域急需解决的问题。具体地，对于腹腔镜手术中所常用到的夹钳，为了提高实际医护人员操作的熟练度和准确性，现在还没有一种可有效进行多自由度数字化模拟操作的虚拟仿真训练用腹腔镜夹钳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种虚拟仿真训练用腹腔镜夹钳。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的，本发明公开了一种虚拟仿真训练用腹腔镜夹钳，包括钳柄组件、外套筒组件、旋钮组件、下套筒组件、活动偏转杆和基座台，所述钳柄组件包括钳架体、固定钳柄、活动钳柄和钳柄回转机构，所述固定钳柄固定连接在所述钳架体的后侧，所述活动钳柄通过所述钳柄回转机构与所述固定钳柄转动连接，所述钳架体的底部右侧固定安装有连接梁架，所述连接梁架的底部固定连接有所述外套筒组件，所述外套筒组件的内侧安装有中心套筒组件，所述中心套筒组件的上部转动套装有旋钮组件，所述中心套筒组件的下部转动套装有所述下套筒组件，所述下套筒组件内部设有套筒回转测量装置，所述套筒回转测量装置用于检测所述下套筒组件与所述中心套筒组件之间的相对转动，所述下套筒组件的底部固定连接所述活动偏转杆的上端，所述基座台固定安装在地面，所述基座台的上部安装有所述套接球头机构，所述活动偏转杆插装在所述套接球头机构中，所述活动偏转杆的下端穿过所述套接球头机构与力反馈系统连接。

进一步，所述钳柄回转机构内部设有钳柄回转检测装置，所述钳柄回转检测装置用于实时检测所述固定钳柄和所述活动钳柄之间的相对转角。

进一步，所述连接梁架采用外耳廓状弓形结构，所述连接梁架的弓形内侧方向形成所述旋钮组件的安装空间。

进一步，所述中心套筒组件通过过盈配合方式插装在所述外套筒组件的内部，所述中心套筒组件通过螺纹紧固件与所述外套筒组件固定连接。

进一步，所述钳架体的底部下侧安装有旋钮回转测量装置，所述旋钮回转测量装置用于检测所述旋钮组件与所述中心套筒组件之间的相对转动。

进一步，所述套接球头机构包括万向球头关节机构，所述套接球头机构的中心球体上设有插孔。

进一步，所述插孔内设有滑动导向套组件，所述滑动导向套组件的孔壁设有耐磨涂层。

进一步，所述中心套筒组件与所述旋钮组件之间通过轴承式转动副转动连接而实现同轴转动，所述中心套筒组件与所述下套筒组件之间通过轴承式转动副转动连接而实现同轴转动。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明通过钳柄组件可模拟真实夹钳的操作手感，通过活动钳柄和固定钳柄之间的相对运动，模拟真实的腹腔镜夹钳夹合动作，并且内部设置的力反馈模块，可在系统的控制下提供虚拟环境下的力反馈过程，提高了力感知效果；

(2)本发明利用外套筒组件、下套筒组件和旋钮组件构成了角度控制和位姿感知功能，通过感知旋钮组件运动可实现腹腔镜夹钳在虚拟环境系统下的主动控制夹钳角度，通过感知套筒结构相对运动可实现被动感知夹钳位姿功能。

(3)本发明通过套接球头机构实现了活动偏转杆在三维空间的自由运动，为夹钳的操作提供了良好的运动约束，同时也为底端连接的力反馈设备提供了运动支撑。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明图1的内部结构示意图；

1-钳柄组件，11-钳架体，111-连接梁架，12-固定钳柄，13-活动钳柄，14-钳柄回转机构，2-外套筒组件，21-中心套筒组件，3-旋钮组件，31-旋钮回转测量装置，4-下套筒组件，41-套筒回转测量装置，5-活动偏转杆，6-基座台，61-套接球头机构。

具体实施方式

如图1-2所示，本发明公开了一种虚拟仿真训练用腹腔镜夹钳，包括钳柄组件1、外套筒组件2、旋钮组件3、下套筒组件4、活动偏转杆5和基座台6，所述钳柄组件1包括钳架体11、固定钳柄12、活动钳柄13和钳柄回转机构14，所述固定钳柄12固定连接在所述钳架体11的后侧，所述活动钳柄13通过所述钳柄回转机构14与所述固定钳柄12转动连接，所述钳架体11的底部右侧固定安装有连接梁架111，所述连接梁架111的底部固定连接有所述外套筒组件2，所述外套筒组件2的内侧安装有中心套筒组件21，所述中心套筒组件21的上部转动套装有旋钮组件3，所述中心套筒组件21的下部转动套装有所述下套筒组件4，所述下套筒组件4内部设有套筒回转测量装置41，所述套筒回转测量装置41用于检测所述下套筒组件4与所述中心套筒组件21之间的相对转动，所述下套筒组件4的底部固定连接所述活动偏转杆5的上端，所述基座台6固定安装在地面，所述基座台6的上部安装有所述套接球头机构61，所述活动偏转杆5插装在所述套接球头机构61中，所述活动偏转杆5的下端穿过所述套接球头机构61与力反馈系统连接。所述钳柄回转机构14内部设有钳柄回转检测装置，同时为了提高力反馈效果，模拟夹钳夹合不同人体组织的反作用力大小，钳柄回转机构14内部连接力反馈电机，所述力反馈电机可通过计算机虚拟仿真系统进行力感信号反馈控制，所述钳柄回转检测装置用于实时检测所述固定钳柄12和所述活动钳柄13之间的相对转角。所述连接梁架111采用外耳廓状弓形结构，所述连接梁架111的弓形内侧方向形成所述旋钮组件3的安装空间。所述中心套筒组件21通过过盈配合方式插装在所述外套筒组件2的内部，所述中心套筒组件21通过螺纹紧固件与所述外套筒组件2固定连接。所述钳架体11的底部下侧安装有旋钮回转测量装置31，所述旋钮回转测量装置31用于检测所述旋钮组件3与所述中心套筒组件21之间的相对转动。所述套接球头机构61包括万向球头关节机构，所述套接球头机构61的中心球体上设有插孔。所述插孔内设有滑动导向套组件，所述滑动导向套组件的孔壁设有耐磨涂层。所述中心套筒组件21与所述旋钮组件3之间通过轴承式转动副转动连接而实现同轴转动，所述中心套筒组件21与所述下套筒组件4之间通过轴承式转动副转动连接而实现同轴转动。

实际使用时，该设备与外部力反馈系统以及虚拟仿真计算机显示系统连接，使用者可操作钳柄组件1模拟真实的操作动作，在虚拟仿真计算机显示系统内可对应显示虚拟夹钳的开闭动作，针对虚拟图像内的不同人体组织的感知，力反馈系统可提供相应的力感反馈，从而达到真实的操作力感。同时在活动偏转杆5空间的运动过程中，下套筒组件4与中心套筒组件21不断进行相对转动，通过套筒回转测量装置41可检测实时的该自由度的运动数据，从而形成的运动位姿数据，并提供给虚拟仿真计算机显示系统，从而形成虚拟仿真运动图像，同时为了实现主动调节夹钳的位姿，通过旋钮组件3的运动即可同样反映到虚拟仿真运动图像上，通过活动偏转杆5相对套接球头机构61的中心球体的抽拉动作，活动偏转杆5可实现自由的空间运动，该活动偏转杆5的位姿检测和力反馈过程可通过外部连接的力反馈系统以及自身的相应组件协同完成。对所属领域的技术人员来说，可根据与实际的应用需要，在获知本技术方案的基础上进行灵活的配置，而不脱离本发明技术方案的技术精神。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。