一种力反馈装置及其应用（CN113081275A / WO2022204869A1）

一种力反馈装置及其应用（中国发明专利 CN113081275A / PCT 公布 WO2022204869A1）

该专利围绕穿刺机器人主手端的力反馈问题，提出基于两组相互垂直线圈与永磁体的操纵杆反馈装置。它通过合成双向扭矩、结合传动绳与磁滞制动器完成力与位姿反馈，在满足穿刺动作自由度要求的同时降低结构复杂度与系统成本。

专利信息

中国公开	CN113081275A
国际公开	WO2022204869A1
申请号	202110333369.4
申请日	2021.03.29
中国公布日	2021.07.09
发明名称	一种力反馈装置及其应用
申请人	深圳高性能医疗器械国家研究院有限公司
发明人	郑海荣、周寿军、温铁祥、林晓锋
分类号	A61B 34/30；A61B 17/34；G06F 3/01

核心结构与设计要点

• 采用两组相互垂直布置的线圈组，在中心区域对操纵杆内部永磁体施加可控磁场，从而在两个方向上合成扭矩反馈。
• 永磁体通过万向节组件与操纵杆联动，使操作者在进行穿刺姿态调整时能够获得更直接的角度与力觉反馈。
• 操纵杆内部设置导向柱、传动绳与穿刺连接管道，形成兼顾穿刺动作与反馈加载的长行程操作结构。
• 底部力加载组件由卷簧、联轴器、磁滞制动器、卷线筒与编码器组成，用于调节张力与记录运动状态。
• 专利的系统定位不是单纯做一支主手柄，而是把力反馈装置作为穿刺机器人主手端的一部分来实现更完整的术中交互。

技术背景

该专利聚焦穿刺机器人中的人机交互问题。传统力反馈设备虽然能够重现部分触觉与力觉信息，但面对穿刺手术时对姿态、行程和主手端自由度的要求，往往会因为结构复杂、自由度冗余或成本较高而难以落地。

这项方案的切入点比较明确：不追求通用型的大而全力反馈平台，而是围绕穿刺任务本身，把磁场扭矩反馈、操纵杆机构、线传动加载和编码测量整合在同一套主手端结构中。

装置构成与工作方式

1. 两组线圈在中心区域建立均匀磁场，并对操纵杆内的永磁体施加扭矩。
2. 万向节和编码器负责记录操纵杆姿态变化，使系统能够感知操作者的角度输入。
3. 导向柱与传动绳将穿刺方向上的动作传递到底部加载组件，形成沿轴向的交互反馈链路。
4. 磁滞制动器通过调节张力实现阻尼/反馈变化，卷线筒和卷簧则承担线缆收放与回位功能。
5. 整套装置能够与机器人通信连接，作为穿刺机器人主手端的一部分提供更贴近手术场景的反馈体验。

专利价值

从专利文本来看，这套装置的价值在于把穿刺任务真正需要的自由度、行程与反馈方式压缩到一套更可制造、更可集成的结构中。它既照顾到操作者的操作习惯，也兼顾了系统成本与后续落地应用的可能性。

对研究型作品集来说，这项专利也很好地展示了医疗机器人里“执行器设计”和“主手端交互设计”之间的衔接关系：不仅关注机器人怎么动，也关注操作者如何更自然地控制它。

附图资料