主操作手的重力平衡機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種主操作手的重力平衡機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]主操作手作為遙操作機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的核心操作輸入裝置，其直接與操作者接觸，因此要求主操作手在滿足功能性要求的基礎(chǔ)上，滿足操作的舒適性、精確性和靈活性要求。這就使得主操作手應(yīng)滿足精度高、質(zhì)量輕、體積小、可靠度高等要求。
[0003]現(xiàn)有串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的主操作手存在自身重力無(wú)法平衡的情況。當(dāng)主操作手自身重力無(wú)法配平時(shí)，操作者在操作主操作手時(shí)，必須由操作者來(lái)承擔(dān)或克服主操作手的自身重力，但操作者在長(zhǎng)時(shí)間負(fù)重操作主操作手的情況下，會(huì)出現(xiàn)疲勞狀態(tài)，降低了操作的舒適性、準(zhǔn)確性及安全性。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)主操作手的重力配平，通常采用重物配平的方式。重物配平的基本原理是杠桿平衡原理。雖然重物配平能夠?qū)崿F(xiàn)一定的配平效果，但添加重物會(huì)增加主操作手裝置本身的重量，重物配平的關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也會(huì)隨之增加，從而對(duì)主操作手的操作準(zhǔn)確性、舒適性及安全性造成了不同程度的影響。
[0005]在其他領(lǐng)域也有應(yīng)用壓簧配平的方式實(shí)現(xiàn)重力配平，例如專(zhuān)利US7837674B2公開(kāi)了一種采用壓簧結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的重力平衡的裝置。但該方式不適用于主操作手的重力配平，其原因在于，壓簧的彈性系數(shù)較高，壓縮行程有限，使得主操作手裝置本身的調(diào)節(jié)范圍明顯降低，不適用于主操作手的大運(yùn)動(dòng)空間調(diào)節(jié)特性；同時(shí)，壓簧在壓縮過(guò)程中，本身處于不平衡狀態(tài)，極易發(fā)生徑向側(cè)傾，降低了整體系統(tǒng)的安全性；另外，為了約束壓簧運(yùn)動(dòng)路徑，需要添加導(dǎo)向裝置，但是導(dǎo)向裝置的添加會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，增大摩擦力，不利于減小主操作手的體積與重量，也影響操作慣量與阻力的降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種主操作手的重力平衡機(jī)構(gòu)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中實(shí)現(xiàn)主操作手重力配平的方式存在的缺陷，提高了主操作手的操作準(zhǔn)確性、舒適性及安全性。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種主操作手的重力平衡機(jī)構(gòu)，所述主操作手的重力平衡機(jī)構(gòu)包括:
[0008]支撐部件、擺動(dòng)部件、懸吊部件以及具備彈性的拉簧配平部件，所述擺動(dòng)部件的第一端與所述支撐部件轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述擺動(dòng)部件的第二端與所述懸吊部件連接，所述拉簧配平部件的第一端連接于所述支撐部件上，所述拉簧配平部件的第二端活動(dòng)連接于所述擺動(dòng)部件上。
[0009]可選的，在所述的主操作手的重力平衡機(jī)構(gòu)中，所述擺動(dòng)部件包括主骨架結(jié)構(gòu)，所述主骨架結(jié)構(gòu)的第一端與所述支撐部件轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述主骨架結(jié)構(gòu)的第二端與所述懸吊部件連接，所述拉簧配平部件的第二端活動(dòng)連接于所述主骨架結(jié)構(gòu)上。
[0010]可選的，在所述的主操作手的重力平衡機(jī)構(gòu)中，所述擺動(dòng)部件包括主骨架結(jié)構(gòu)及與所述主骨架結(jié)構(gòu)平行設(shè)置的副骨架結(jié)構(gòu)，所述拉簧配平部件的第二端活動(dòng)連接于所述主骨架結(jié)構(gòu)或所述副骨架結(jié)構(gòu)上。
[0011]可選的，在所述的主操作手的重力平衡機(jī)構(gòu)中，所述拉簧配平部件為一拉簧，所述拉簧的一端連接于所述支撐部件上，另一端活動(dòng)連接于所述擺動(dòng)部件上。
[0012]可選的，在所述的主操作手的重力平衡機(jī)構(gòu)中，所述拉簧配平部件包括一柔性連接部件及一拉簧，所述柔性連接部件一端連接于所述支撐部件上，所述拉簧的一端與所述柔性連接部件的另一端連接，所述拉簧的另一端活動(dòng)連接于所述擺動(dòng)部件上。
[0013]可選的，在所述的主操作手的重力平衡機(jī)構(gòu)中，還包括與所述拉簧配平部件的第二端連接的前端位置調(diào)節(jié)部件，所述拉簧配平部件的第二端通過(guò)所述前端位置調(diào)節(jié)部件活動(dòng)連接于所述擺動(dòng)部件上。
[0014]可選的，在所述的主操作手的重力平衡機(jī)構(gòu)中，還包括連接于所述擺動(dòng)部件上的后端位置調(diào)節(jié)部件，所述柔性連接部件繞過(guò)所述后端位置調(diào)節(jié)部件與所述拉簧連接。
[0015]可選的，在所述的主操作手的重力平衡機(jī)構(gòu)中，所述后端位置調(diào)節(jié)部件上裝配有絲輪結(jié)構(gòu)，所述柔性連接部件繞過(guò)所述絲輪結(jié)構(gòu)與所述拉簧連接。
[0016]可選的，在所述的主操作手的重力平衡機(jī)構(gòu)中，所述拉簧配平部件包括一柔性連接部件及一拉簧，所述拉簧的一端連接于所述支撐部件上，所述柔性連接部件的一端與所述拉簧的另一端連接，所述柔性連接部件的另一端活動(dòng)連接于所述擺動(dòng)部件上。
[0017]可選的，在所述的主操作手的重力平衡機(jī)構(gòu)中，還包括位于支撐部件的中間位置調(diào)節(jié)部件，所述柔性連接部件繞過(guò)所述中間位置調(diào)節(jié)部件與所述拉簧連接。
[0018]可選的，在所述的主操作手的重力平衡機(jī)構(gòu)中，還包括小臂桿件結(jié)構(gòu)，與所述懸吊部件轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
[0019]在本發(fā)明所提供的主操作手的重力平衡機(jī)構(gòu)中，所述主操作手的重力平衡機(jī)構(gòu)包括支撐部件、擺動(dòng)部件、懸吊部件以及具備彈性的拉簧配平部件，所述擺動(dòng)部件的第一端與所述支撐部件轉(zhuǎn)動(dòng)連接以構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)，所述擺動(dòng)部件的第二端與所述懸吊部件連接，所述拉簧配平部件的第一端連接于所述支撐部件上，所述拉簧配平部件的第二端活動(dòng)連接于所述擺動(dòng)部件上，通過(guò)調(diào)節(jié)所述拉簧配平部件的第二端在所述擺動(dòng)部件上的位置，抵消懸吊于支撐部件上的擺動(dòng)部件、拉簧配平部件、懸吊部件及懸吊部件之后連接的結(jié)構(gòu)等部件的重力所做的功，以配平所述主操作手的重力，在主操作手運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，重力勢(shì)能與彈性勢(shì)能之和保持不變；進(jìn)一步對(duì)拉簧配平部件的調(diào)整，以抵消主操作手受到負(fù)載變化導(dǎo)致重力做功的變化，從而實(shí)現(xiàn)主操作手的重力再次配平。相比采用重物配平的方式，拉簧配平部件的重量較輕，較為有效的提高了應(yīng)用主操作手裝置的配平能力及負(fù)載能力，操作準(zhǔn)確性、舒適性及安全性。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一中主操作手的重力平衡機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明實(shí)施例一中所述懸吊部件與擺動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)連接的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明實(shí)施例一中所述懸吊部件與擺動(dòng)部件固定連接的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4a?圖4c是本發(fā)明實(shí)施例二中主操作手的重力平衡機(jī)構(gòu)的幾種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中，支撐部件-1、擺動(dòng)部件-2 ;主骨架結(jié)構(gòu)-20 ;副骨架結(jié)構(gòu)-21 ;懸吊部件-3、拉簧配平部件-4 ;拉簧-40 ;柔性連接部件-41 ;前端位置調(diào)節(jié)部件_5 ;后端位置調(diào)節(jié)部件_6 ;中間位置調(diào)節(jié)部件-7，轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)_201，203，211，213 ;小臂桿件結(jié)構(gòu)_8。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的主操作手的重力平衡機(jī)構(gòu)作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0026]在具體說(shuō)明本發(fā)明之前，在此先說(shuō)明本發(fā)明之主要原理與思想，本申請(qǐng)主要根據(jù)做功相等原理，通過(guò)對(duì)拉簧配平部件的配置來(lái)抵消主操作手中擺動(dòng)部件、拉簧配平部件、懸吊部件及懸吊部件之后連接的結(jié)構(gòu)等部件的重力所做的功，實(shí)現(xiàn)