[发明专利]一种临床手术模拟用机械臂及其模拟方法

权利要求书

1.基于一种临床手术模拟用机械臂的模拟方法，其特征在于，

所述临床手术模拟用机械臂包括操作台（1）、显示屏（11）、摄像机（12）、调节装置、调节机械臂（40）以及夹持装置；

所述显示屏（11）固定安装在所述操作台（1）的上表面，所述摄像机（12）固定安装在所述操作台（1）的内底壁；

调节装置，所述调节装置位于所述操作台（1）的上表面，并对两个所述调节机械臂（40）进行位置调节动作，所述调节装置包括转向调节机构和间距调节机构，所述转向调节机构包括用于转向的转环（2），所述转环（2）的转动对两个所述调节机械臂（40）进行转向调节动作，所述间距调节机构包括用于调节间距的双头丝杆（32），所述双头丝杆（32）的转动对两个所述调节机械臂（40）之间的间距进行调节动作；

调节机械臂（40），所述调节机械臂（40）位于所述调节装置的外表面，并对所述夹持装置进行调整动作，所述调节机械臂（40）包括转向机构和升降机构，所述转向机构包括用于转向的转向外壳（43），所述转向外壳（43）的转动带动所述夹持装置进行切换动作，所述升降机构包括用于升降的配重块（54），所述配重块（54）的升降带动所述夹持装置进行升降动作；

夹持装置，所述夹持装置包括用于夹持的夹爪组（62），所述夹持装置位于所述配重块（54）的外表面，所述夹爪组（62）对手术过程中使用手术器械进行夹持动作；

所述方法包括如下步骤：

S1：将虚拟手术系统与操作台（1）上的显示屏（11）进行连接后，虚拟手术系统使用图形设备渲染视觉场景，在医生需要使用手术模拟时，通过将该手术需要使用的手术器械放置在两个固定凹块（72）之间，通过夹持液压缸（61）得到推动，通过传递齿轮（63）的传递，两个夹爪相对移动，固定凹块（72）之间的硅胶垫（74）将手术器械固定；

S2：需要使用的手术器械放置在两侧的调节机械臂（40）上后，根据动手术的位置，控制转向调节电机（22）启动，带动转环（2）转动，转环（2）带动调节机械臂（40）调整至合适的角度后，通过间距调节电机（33）启动，调整限位导轨（3）上的支撑板（31）的支撑，调整两个调节机械臂（40）之间的间距，增加模拟真实度；

S3：医生通过手握需要使用的手术器械后，观察显示屏（11）上手术器械位于手术模拟场景的位置，进行调整，通过操作台（1）内底壁的摄像机（12）对手术器械进行定位收集手术器械的动作后，与虚拟手术系统上的画面进行连接，在显示屏（11）上显示手术器械的位于手术中腹腔内的位置，医生带动手术器械并根据显示屏（11）上的位置进行手术模拟，手术器械的偏转能够带动连接柱（7）在夹爪组（62）的外表面转动，连接柱向两侧偏转时，能够带动偏转连杆（71）发生偏转，同时支撑弹簧（73）相应的拉伸或压缩，配合手术器械的偏转，角位移传感器检测手术器械的偏转角度，能够配合摄像机（12）的定位，通过模拟手术系统中数据采集卡采集角位移传感器和摄像机（12）上的数据，转换成场景中虚拟器械相应的位移量，即可完成动作姿态从手术器械到虚拟器械的关系映射；

S4：在需要下降手术器械时，通过手部按压夹持外壳（6）上的升降开关（57），启动相应的升降电机（5），升降电机（5）带动转动杆（51）的转动，使得钢丝绳（52）被释放，钢丝绳（52）另一端的配重块（54）在限位杆（55）上向下移动，带动夹持外壳（6）向下移动，按压缓冲弹簧（56），调整至合适的位置后，松开升降开关（57），配重块（54）被固定；

S5：在需要切换医用器械时，松开需要切换的手术器械后，手术器械在支撑弹簧（73）的作用力下复位，通过操作台（1）上的操作按钮进行切换手术器械的动作，控制支撑套管（4）内的转向电机（41）启动，带动转向外壳（43）进行转动，角度传感器（42）检测转向外壳（43）至设定的切换角度，实现手术器械的切换，完成手术模拟操作。

2.根据权利要求1所述模拟方法，其特征在于：所述转环（2）的下表面通过轴承与所述操作台（1）的上表面转动连接，所述转环（2）的外表面固定安装有齿环（21），所述操作台（1）的内底壁固定安装有转向调节电机（22），所述转向调节电机（22）的输出轴一端贯穿所述操作台（1）的上表面后通过齿轮驱动所述齿环（21）的转动。