一种助力操作结构及手术车的制作方法

1.本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种助力操作结构及手术车。


背景技术：

2.舵柄把手作为手术机器人设备的一部分，主要的功能是方便操作人员对手术机器人设备的移动操作。现有的手术机器人设备大多体型庞大、自身重量偏重，若仅依靠操作人员通过舵柄把手传递力量来控制手术机器人的前进、后退或转向会比较费力，同时在进行转向操作时也会显得较为笨重。所以大多数偏重的设备一般都会在设备的底盘上增加能额外提供驱动力的相关装置，只需要操作人员输入相应的信号，就能使驱动装置提供辅助驱动力驱使设备按照需要的方向进行运动。而目前现有的驱动操作方案在操作体验感上相对较差，主要体现在转向操作的顺畅便利性上会有很大落差，使操作人员转运设备的效率大为降低，特别地针对手术机器人而言，高效转运设备或在手术中能便捷高效地移动设备来释放手术空间就显得更为重要。
3.鉴于以上，提供一种便捷操作灵活的舵柄把手助力结构来控制手术机器人设备的运动就显得尤为重要。


技术实现要素：

4.发明目的：针对上述不足，本发明提供一种助力操作结构及手术车，手术车的控制与操作人员的意图完美契合，极大地提升了操作的便利性和顺畅性，提升了操作体验感。
5.技术方案：
6.一种助力操作结构，包括：
7.支撑件，安装于设备上；
8.操作件，其两端通过助力采集单元与支撑件配合连接；其中，至少一端的助力采集单元滑动安装于所述支撑件上；
9.所述助力采集单元用于获取所述操作件两端的运动信息，所述驱动装置根据所述运动信息进行助力操作。
10.具体地，所述助力采集单元为扭矩传感器，所述操作件两端通过转接件将其运动转换为转动运动，所述扭矩传感器获取所述转动运动的扭矩信息。
11.更具体地，所述转接件包括与所述扭矩传感器相对转动配合连接的转动件及连接于所述转动件与所述操作件之间的连杆，所述连杆将所述操作件的运动传递至所述转动件，进而通过所述转动件将所述操作件的运动转换为转动运动。
12.进一步地，在所述操作件的两端均开设有用于穿设所述连杆的销孔，所述连杆的末端转动安装于所述销孔内。
13.进一步地，所述助力采集单元与所述支撑件之间通过二者之间的导轨与滑块滑动配合安装。
14.更进一步地，其特征在于，所述助力采集单元固定安装于一安装座上，所述安装座
与所述支撑件之间通过二者之间的导轨与滑块滑动配合安装。
15.进一步地，其特征在于，所述操作件两端均通过与所述操作件长度方向平行的连杆与所述扭矩传感器配合连接。
16.进一步地，其特征在于，所述操作件的第一端通过与所述操作件长度方向平行的连杆与一扭矩传感器配合连接，第二端通过与所述操作件长度方向垂直的连杆与一扭矩传感器配合连接。
17.更进一步地，其特征在于，所述操作件第二端对应的助力采集单元与支撑件之间为刚性连接。
18.具体地，其特征在于，在所述操作件上设有离合单元，所述离合单元包括用于对所述设备进行刹车操作的开关和用于按压以触发所述开关的可复位的按压件。
19.更具体地，其特征在于，所述按压件为凸台结构，所述离合单元还包括与所述凸台结构相适配的支架，所述开关安装于所述支架内，所述按压件通过弹簧可复位地安装于所述支架内。
20.进一步地，其特征在于，在所述按压件内侧面设有直线轴承，在所述支架内对应位置处设有与所述直线轴承配合实现所述按压件按压导向的导向轴。
21.进一步地，其特征在于，所述离合单元为两组，且对称安装于所述操作件上。
22.更进一步地，其特征在于，在两组离合单元中的开关均被触发的情况下，对所述设备进行刹车操作。
23.本发明还提供了一种手术车，其上设有如前述的助力操作结构。
24.有益效果：本发明的助力操作结构采用传感器助力结构，通过设计的传感器采集操作人员直接推动或拉动扶手时产生的对应的扭矩信息即可控制手术车的前进、后退及转向操作，并可以根据推力或拉力大小产生不同的扭矩信息，以据此控制手术车的速度及转向角度，由此，操作人员可以将其操作意图通过其推动或拉动扶手时的力的大小来进行手术车的控制，手术车的控制与操作人员的意图完美契合，极大地提升了操作的便利性和顺畅性；同时本发明的扶手和支撑架之间采用滑轨结构，通过相对滑动能够分解掉扶手长度方向的无效力，使通过扭矩控制手术车运动的过程中计算和控制更加简单高效。
附图说明
25.图1为本发明的助力操作结构的示意图；
26.图2为图1中a处的局部放大图；
27.图3为图1中b处的局部放大图；
28.图4为离合组件的示意图；
29.图5为离合组件的内部结构图；
30.图6为本发明的助力操作结构初始状态图；
31.图7为本发明前推和后拉控制的仰视图；其中，图7(a)和图7(b)分别为前推和后拉控制的仰视图；
32.图8为本发明左转和右转控制的原理图；
33.图9为本发明另一实施例的助力操作结构的示意图；
34.图10为图9中a处的局部放大图；
35.图11为本发明另一实施例的离合组件的仰视图；
36.图12为本发明另一实施例的前推和后拉控制的仰视图；其中，图12(a)和图12(b)分别为前推和后拉控制的仰视图；
37.图13为图12的力分析示意图；
38.图14为本发明左转和右转控制的仰视图；其中，图14(a)和图14(b)分别为前推和后拉控制的仰视图；
39.图15为图14的力分析示意图。
40.其中，1.连接架，2.支撑架，3.传感器组件，4.扶手，5.离合组件；
41.21.导轨座，22.导轨；
42.31.滑块，32.安装座，33.扭矩传感器，34.转接件，34a.第一转接件，34b.第二转接件；341.转动件，342.连杆；
43.41.销孔，42.对接块，43.配合销孔；
44.51.离合支架，52.按压块，53.导向轴，54.直线轴承，55.回复弹簧，56.开关，57.盖板；521.凸起部，522.配合部；
具体实施方式
45.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
46.参照图1，本发明的助力操作结构包括连接架1、支撑架2、扶手4以及设置于扶手4上的离合组件5；其中，连接架1通过螺钉与设备主体固定连接，支撑架2有两个，且通过螺钉对称固定安装于连接架1的两侧，扶手4两端均通过传感器组件3与一支撑架2的末端配合连接。
47.本发明中，操作人员通过扶手4作为操作件对设备进行操作，如本实施例中手术车的前进、后退、转弯以及各种运动的速度控制等；而传感器组件3可以采集经通过转接件将扶手4两端的运动转换为转动运动的转矩信息，然后设备的驱动装置根据相应的转矩信息进行助力操作。
48.进一步地，支撑架2倾斜安装于连接架1侧，两支撑架2的自由端之间距离大于二者与连接架1之间的安装端之间的距离；更进一步地，两支撑架2的侧部均通过一与连接架1侧面垂直的支撑杆与连接架1固定连接，进而加固支撑架2的安装。
49.当然，本发明中，支撑架2作为支撑件可以直接安装于设备主体上，无需通过前述连接架1进行安装。
50.参照图2、3，传感器组件3包括与支撑架2末端配合连接的安装座32、设置于安装座32上的扭矩传感器33和与扭矩传感器33相对转动配合安装的转接件34，且转接件34的转轴与支撑架2和扶手4构成的平面相互垂直，转接件34与扶手4端部配合连接，通过扭矩传感器33来检测转接件34的转矩。具体地，安装座32相对滑动安装于支撑架2的末端上；更具体地，在支撑架2的末端上设有导轨座21，在导轨座21上设有与扶手4的长度方向同向的导轨22，在导轨22上滑动配合设置有滑块31，安装座32与滑块31通过螺钉固定连接。
51.在本发明中，导轨座21上的导轨22可以设计为与扶手4的长度方向同向的长槽，滑块31上设计有与所述长槽对应配合的凸条；当然，导轨座21上的导轨22也可以设计为与扶手4的长度方向同向的凸条，而滑块31上设计有与所述凸条对应配合的长槽。
52.转接件34包括转动件341和连杆342，转动件341通过其转轴相对于扭矩传感器33转动安装于安装座32上，连杆342设置于转动件341的侧壁，且沿转动件341的径向向外。
53.具体地，扭矩传感器33固定安装于安装座32上，转接件34通过其转轴转动安装于扭矩传感器33上。
54.在本发明中，当然也可以设计为扭矩传感器33直接与支撑架2的末端相互配合安装。
55.进一步地，扶手4两端均开设有与其长度方向同向且与转接件34的连杆342对应配合的销孔41，进而转接件34通过其连杆342与扶手4实现配合传动。
56.更进一步地，连杆342的末端通过销轴转动安装于销孔41内。
57.具体地，安装座32与滑块31呈l型配合连接。
58.在本发明中，安装座32与滑块31可以设计为一体化结构。
59.参照图4、5，离合组件5包括离合支架51、设置于离合支架51内的开关56及可复位设置于扶手4内侧用于触发开关56的按压块52。具体地，离合支架51横截面为长方形结构，其面向连接架1的一侧中部设有开口，那么其两端的空间正好形成按压块52实现离合功能的活动空间；按压块52包括其中部的凸起部521和其两端的配合部522，按压块52安装于离合支架51内时，其两端的配合部522正好位于离合支架5两端的空间内，其凸起部521正好突出离合支架51中部的开口；在离合支架51内与凸起部521对应位置处设有一开关56，该开关56在按压块52被按压之后触发，在按压块52复位后解除触发；开关56在触发后输出信号用于对设备进行刹车解除操作，便于操作人员进行设备的移动操作；在按压块52的配合部522与离合支架51对应处的内壁之间设置有回复弹簧55，以实现按压块52的复位。进一步地，在按压块52的配合部522面向离合支架51的一侧设有直线轴承54，在离合支架51内壁与该直线轴承54对应位置处设有与其配合的导向轴53，进而按压块52的配合部522通过该直线轴承54与导向轴53的配合实现按压快52按压的导向。
60.在本发明中，离合组件5为两组，且对称安装于扶手4上，通过设置两组离合组件5可以起到防止误触的作用，只有两组离合组件5中的开关56均被触发的情况下，才会输出信号至设备以对设备进行刹车解除操作，从而防止其中任一组离合组件5被误触发时对设备进行刹车解除操作，引起误操作。
61.在离合支架51的上下两侧均设有盖板57，以对整个离合组件5起到保护和覆盖作用。
62.进一步地，离合支架51设置于扶手4内，进而与扶手4之间形成了用于按压块52按压和复位的活动空间。
63.本发明的工作原理如下：
64.如图6所示，本发明的助力操作结构在初始状态时，两传感器组件3的转接件34的转动件341的轴心之间的距离为l，也即两扭矩传感器的轴心间距为l；此时，连杆342的末端与销孔41的连接处与转接件34的转动件341的轴心之间的距离最大；
65.如图7(a)和7(b)所示，当操作人员需要前推或后拉手术车时，双手按压两组离合组件5的按压块52，以同时触发其中的开关56，对手术车进行解除刹车操作；然后双手在离合组件5处同时向前推压或向后拉扶手4，扶手4受力带动转接件34如图7(a)或7(b)所示的相背转动。具体地，操作人员在向前推压扶手4时，扶手4左端的转接件34顺时针转动，扶手4
右端的转接件34逆时针转动，操作人员在后拉扶手4时则扶手4两端的转接件34转动方向反之。
66.此时扶手4向前或向后移动带动转动件341转动，使得两个转动件341的轴心之间的距离变小，从而使得两扭矩传感器的轴心间距变小。通过滑块31和导轨22的结构带动两个转动件341相对运动，实现转动件341的转动动作，同时能够分解掉前推或后拉扶手4时产生的沿扶手长度方向的无效力，从而使得在通过扭矩控制手术车运动的过程中计算和控制更加简单高效。那么扶手4将受到的推力传递给对应的转接件34的连杆342，两连杆342分别将受到的推力f通过转动件341的转动传递给对应的扭矩传感器33，驱动电机根据扭矩传感器33采集的扭矩信息控制设备运动。
67.本发明中，沿直线前推或后拉扶手4时，两手施加的力度基本保持一致，即f
推力1
＝f
推力2
，且按压开关56设计在中心对称的位置上，两个扭矩传感器33受力的力臂也基本一致，此时两侧的扭矩传感器得到的扭矩信号数值相同，但方向相反，则根据该输出的扭矩信号，通过驱动电机驱动底盘滚轮前进或后退，同时根据扭矩信号数值控制设备的驱动速度大小，因此，本发明通过扶手4在前进或后退的操作上可以与操作人员的意图完美契合，极大地便利操作人员操作。
68.当操作人员需要左转或右转推动手术车时，双手按压两组离合组件5的按压块52，以同时触发其中的开关56，对手术车进行解除刹车操作；然后双手在离合组件5处同时向前推压或向后拉扶手4，且操作人员的左、右手施加的推力或拉力不同。
69.如图8所示，当左转时，以图7所示为基准，操作人员的右手施加的力f2大于左手施加的力f1，也即近似等效为一个单独的中心偏右的合力f3，此时两个扭矩传感器33的实际受力力臂不同，左侧的扭矩传感器33的力臂大于右侧的扭矩传感器33的力臂，则两个扭矩传感器检测得到的扭矩数值不同；则根据扭矩数值的差异，可以通过驱动电机进行设备的转向速度、角度的精确控制。
70.同理，当右转时，操作人员的右手施加的力f2小于左手施加的力f1，也即等效于一个单独的中心偏左的合力f3，此时左侧的扭矩传感器33的力臂小于右侧的扭矩传感器33的力臂，对应地，两个扭矩传感器检测得到的扭矩数值不同，则根据扭矩数值的差异，可以通过驱动电机进行设备的转向速度、角度的精确控制。
71.本发明另一实施例中，也可以仅设计与扶手4中一端配合的传感器组件3为可沿着扶手4长度方向滑动，扶手4另一端的传感器组件3设计为不可滑动。
72.参照图9、10，该实施例与前一实施例相比，在扶手4其中一端与支撑架2之间配合连接的传感器组件3结构上做了改进，具体地，扶手4其中一端的销孔41设置为与扶手4长度方向同向，与其对应配合的为第一转接件34a，第一转接件34a的结构与前一实施例中的转接件34的结构相同，本实施例中即为图9中扶手4右端的转接件的结构；而扶手4另一端设置的销孔为配合销孔43，该配合销孔43设置为垂直于扶手4长度方向，具体地，在该实施例中，该配合销孔43设置在扶手4末端延伸的对接块42上，与扶手4该端相配合的为第二转接件34b，该第二转接件34b的连杆对应设置，从而使得二者之间形成垂直于扶手4长度方向的配合，本实施例中即为图9中扶手4左端的转接件的结构，具体结构图见图10，其中，第二转接件34b中的结构设计也与前一实施例中的转接件34的结构相同，故其中，转动件和连杆采用与前述实施例相同的标记进行表示。通过该设计，使得在操作扶手4时，由于扶手4该端的配
合销孔43与对应的第二转接件34b的连杆之间是垂直于扶手4长度方向的配合，也即该第二转接件34b的受力方向为其转动轴的径向方向，因此该第二转接件34b无法转动；对应地，在本实施例中，该第二转接件34b对应的扭矩传感器33可与支撑架2之间刚性配合，例如，该第二转接件34b对应的安装座32与支撑架2对应末端之间刚性连接。
73.如图11所示，本实施例的助力舵柄结构在初始状态时，两传感器组件3的转接杆的转动件341的轴心之间的距离为l，也即两扭矩传感器33的轴心间距为l；此时，以图11为基准，则扶手4右端销孔41与连杆342末端的连接处和该端转动件341的轴心之间的距离最大。
74.如图12(a)和12(b)所示，当操作人员需要前推或后拉手术车时，双手按压两组离合组件5的按压块52，以同时触发其中的开关56，对手术车进行解除刹车操作；然后双手在离合组件5处同时向前推压或向后拉扶手。具体地，操作人员在前推或后拉扶手4时，与扶手4左端配合的第二转接件34b无法转动，而与扶手4右端配合的第一转接件34a逆时针转动或顺时针转动。前推或后拉扶手4时使得扭矩传感器的轴心间距逐渐减小，从而使得两扭矩传感器的轴心间距变小，则通过滑块31和导轨22的结构带动扶手4右端的第一转接件34a的转动件341向左侧滑动，以满足第一转接件34a的转动动作。
75.如图13所示，前推或后拉动作时，左、右手向前的推力或拉力可以等效为一个居中的推力或拉力f3，此时等效的力f3与扶手4左端的扭矩传感器33之间的力臂为0，与扶手4右端的扭矩传感器33之间的力臂为r1，此时扶手4左端的扭矩传感器33输出扭矩为0，扶手4右端的扭矩传感器33输出扭矩值，则根据该输出的扭矩信号，通过驱动电机驱动底盘滚轮前进后退，同时根据扭矩信号数值控制驱动速度的大小。
76.如图14(a)和14(b)，当操作人员需要左转(或右转)推动手术车时，双手按压两组离合组件5的按压块52，以同时触发其中的开关56，对手术车进行解除刹车操作；此时向左(或右)拉动扶手4，通过与扶手4左端配合的连杆342带动左端的第二转接件34b进行平移，此时，该端的第二转接件34b的转动件341在连杆342的带动下顺时针转动(或逆时针)转动，对应地，第二转接件34b的连杆342末端与销孔41的连接处与第二转接件34b的转动件341的轴心之间的距离对应变小(或变大)，而另一端的第一转接件34a的连杆342末端与销孔41的连接处与其转动件341的轴心之间的距离始终不变，从而使得两扭矩传感器33之间的轴心间距对应变小(或变大)，通过滑块31和导轨22的结构带动第一转接件34a的转动件341向左侧滑动(向右拉动扶手4时即为向右侧滑动)，以满足第二转接件34b的转动动作。
77.如图15所示，左转或右转操作时，操作人员的左、右手施加的力f1与f2等效为一个同向的合力f3，此时等效的力f3与扶手4左端的扭矩传感器33的力臂为r2，与扶手4右端的扭矩传感器33的力臂为0，此时扶手4左端的扭矩传感器33输出对应的扭矩信号数值，扶手4右端的扭矩传感器33输出的扭矩值为0，则根据该输出的扭矩信号，通过驱动电机驱动底盘滚轮进行不同方向的转向以及转向角度。
78.本发明另一实施例还提供了一种基于前述助力操作结构的手术车，包括现有的各种手术车及安装于所述手术车上的前述助力操作结构。
79.本发明的舵柄把手采用传感器助力结构，通过设计的传感器可以采集操作人员直接推动或拉动扶手时产生的对应的扭矩信息，再根据相应的扭矩信息控制手术车的前进、后退及转向操作，同时本发明还可以根据操作人员推动或拉动扶手时推力或拉力的大小产生不同的扭矩信息，据此控制手术车的速度及转向角度，手术车的控制与操作人员的意图
完美契合，极大地提升了操作的便利性和顺畅性，提升了操作体验感，从而能够大大提高操作人员转运设备的效率。
80.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种助力操作结构，其特征在于，包括：支撑件，安装于设备上；操作件，其两端通过助力采集单元与支撑件配合连接；其中，至少一端的助力采集单元滑动安装于所述支撑件上；所述助力采集单元用于获取所述操作件两端的运动信息，所述驱动装置根据所述运动信息进行助力操作。2.根据权利要求1所述的助力操作结构，其特征在于，所述助力采集单元为扭矩传感器，所述操作件两端通过转接件将其运动转换为转动运动，所述扭矩传感器获取所述转动运动的扭矩信息。3.根据权利要求2所述的助力操作结构，其特征在于，所述转接件包括与所述扭矩传感器相对转动配合连接的转动件及连接于所述转动件与所述操作件之间的连杆，所述连杆将所述操作件的运动传递至所述转动件，进而通过所述转动件将所述操作件的运动转换为转动运动。4.根据权利要求3所述的助力操作结构，其特征在于，在所述操作件的两端均开设有用于穿设所述连杆的销孔，所述连杆的末端转动安装于所述销孔内。5.根据权利要求3所述的助力操作结构，其特征在于，所述助力采集单元与所述支撑件之间通过二者之间的导轨与滑块滑动配合安装。6.根据权利要求5所述的助力操作结构，其特征在于，所述助力采集单元固定安装于一安装座上，所述安装座与所述支撑件之间通过二者之间的导轨与滑块滑动配合安装。7.根据权利要求3所述的助力操作结构，其特征在于，所述操作件两端均通过与所述操作件长度方向平行的连杆与所述扭矩传感器配合连接。8.根据权利要求3所述的助力操作结构，其特征在于，所述操作件的第一端通过与所述操作件长度方向平行的连杆与一扭矩传感器配合连接，第二端通过与所述操作件长度方向垂直的连杆与一扭矩传感器配合连接。9.根据权利要求8所述的助力操作结构，其特征在于，所述操作件第二端对应的助力采集单元与支撑件之间为刚性连接。10.根据权利要求1所述的助力操作结构，其特征在于，在所述操作件上设有离合单元，所述离合单元包括用于对所述设备进行刹车操作的开关和用于按压以触发所述开关的可复位的按压件。11.根据权利要求10所述的助力操作结构，其特征在于，所述按压件为凸台结构，所述离合单元还包括与所述凸台结构相适配的支架，所述开关安装于所述支架内，所述按压件通过弹簧可复位地安装于所述支架内。12.根据权利要求11所述的助力操作结构，其特征在于，在所述按压件内侧面设有直线轴承，在所述支架内对应位置处设有与所述直线轴承配合实现所述按压件按压导向的导向轴。13.根据权利要求10所述的助力操作结构，其特征在于，所述离合单元为两组，且对称安装于所述操作件上。14.根据权利要求13所述的助力操作结构，其特征在于，在两组离合单元中的开关均被触发的情况下，对所述设备进行刹车操作。
15.一种手术车，其特征在于，其上设有权利要求1～14任一所述的助力操作结构。

技术总结
本发明公开了一种助力操作结构，包括：支撑件，安装于设备上；操作件，其两端通过助力采集单元与支撑件配合连接；其中，至少一端的助力采集单元滑动安装于所述支撑件上；所述助力采集单元用于获取所述操作件两端的运动信息，所述驱动装置根据所述运动信息进行助力操作。本发明中操作人员可以将其操作意图通过其推动或拉动扶手时的力的大小来进行手术车的控制，手术车的控制与操作人员的意图完美契合，极大地提升了操作的便利性和顺畅性。极大地提升了操作的便利性和顺畅性。极大地提升了操作的便利性和顺畅性。


技术研发人员：章恒 申登伟 桂凯 潘贤君 王锋
受保护的技术使用者：佗道医疗科技有限公司
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/9/6