一種微創(chuàng)骨科手術(shù)機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)用的機(jī)器人，尤其涉及一種微創(chuàng)骨科手術(shù)機(jī)器人;具體涉及一種骨外科手術(shù)中執(zhí)行鉆孔和打磨操作的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]微創(chuàng)骨科手術(shù)中，諸如椎弓根釘內(nèi)固定術(shù)、經(jīng)皮齒狀突骨折螺釘內(nèi)固定術(shù)、股骨和脛骨髓內(nèi)釘內(nèi)固定術(shù)、頸椎間盤置換術(shù)等骨科手術(shù)都需要進(jìn)行按照精確路徑和軌跡進(jìn)行鉆孔和打磨操作。該類手術(shù)需要在正確的位置對手術(shù)部位進(jìn)行鉆孔和打磨，治療效果嚴(yán)重依賴于手術(shù)精度，操作不當(dāng)可導(dǎo)致人體重要的神經(jīng)、血管等的損傷，毫米誤差就會帶來災(zāi)難性的后果，嚴(yán)重時(shí)可使患者癱瘓，甚至危及生命。
[0003]目前該類手術(shù)主要依賴于醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)，無疑增加了手術(shù)的不確定性，增加了患者的損傷和術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率。
[0004]外科手術(shù)機(jī)器人在操作靈活性、穩(wěn)定性及準(zhǔn)確定位方面顯示出了明顯優(yōu)勢，可有效解決骨科微創(chuàng)手術(shù)中存在的精度不足、輻射過多、切口較大和操作疲勞等問題。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，微創(chuàng)骨科手術(shù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)形式多樣，但由于結(jié)構(gòu)上的先天不足，或多或少地，均分別存在靈活性、自由度不足、對于復(fù)雜動作執(zhí)行精度不高等缺點(diǎn)或不完美的問題或不足。
[0006]這也正是目前骨科微創(chuàng)手術(shù)的醫(yī)生在手術(shù)過程中，勞動強(qiáng)度大、手術(shù)時(shí)間長，并且手術(shù)質(zhì)量的好壞因人而異、且差別較大。主要原因在于，骨科微創(chuàng)手術(shù)仍然很大程度上地，主要決定于醫(yī)生人手操作的技術(shù)熟練程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是，提供一種微創(chuàng)骨科手術(shù)機(jī)器人，其具有6-D0F，精度高、操控靈活，特別適于骨外科手術(shù)中鉆孔和打磨操作。
[0008]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是，一種微創(chuàng)骨科手術(shù)機(jī)器人，其特征在于，包括基座、移動平臺、第一五連桿機(jī)構(gòu)、第二五連桿機(jī)構(gòu)、磨鉆姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)和磨鉆六個(gè)組成部分;其中:
[0009]所述基座為一體式結(jié)構(gòu)，截面近似呈U形，包括一矩形的第一底板，第一底板左右兩端分別豎立設(shè)置有第一端板和第二端板，在第一端板和第二端板之間、靠近第二端板一側(cè)，還豎立設(shè)置有第三端板；
[0010]以第一端板和第三端板為固定端，在基座上分別安裝有一絲杠螺母副和兩根導(dǎo)軌，其中，絲杠螺母副居中，兩根導(dǎo)軌一前一后分別布置在絲杠螺母副的前后兩側(cè)，絲杠螺母副和兩根導(dǎo)軌位于同一水平面，相互平行，絲杠螺母副的一端通過第一聯(lián)軸器與安裝在第二端板上的帶減速機(jī)的電機(jī)連接，由該電機(jī)驅(qū)動;上述第一聯(lián)軸器位于第二端板與第三端板之間；
[0011 ]上述基座的底面與所述第一底板之間保留一定間距；
[0012]所述移動平臺為一體式結(jié)構(gòu)，包括上部與下部兩部分，整體近似呈U形，移動平臺的下部呈六面體形狀，其內(nèi)部分別開設(shè)有三個(gè)貫通左右兩端面的孔，各孔相對位置分別與上述絲杠螺母副和兩根導(dǎo)軌的相對位置相匹配;其中，位置居中的孔為內(nèi)螺紋孔，前后兩側(cè)的孔為光滑的孔；
[0013]移動平臺的上部近似呈U形，包括第二底板、第四端板和第五端板;其中，第二底板固定在上述移動平臺的下部分的上表面上，第四端板和第五端板分別與第二底板垂直，一左一右分別布置在第二底板的左右兩端；
[0014]所述移動平臺通過其下部裝配在所述基座上，其中，移動平臺的下部上的位置居中的孔與絲杠螺母副通過螺紋連接，前后兩側(cè)的孔分別與對應(yīng)的導(dǎo)軌成松配合；
[0015]所述第一五連桿機(jī)構(gòu)和第二五連桿機(jī)構(gòu)一左一右分別布置在第四端板和第五端板之間；所述第一五連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動軌跡所在的平面與第四端板平行，第二五連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動軌跡所在的平面與第五端板平行，所述第一五連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動軌跡所在的平面與所述第二五連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動軌跡所在的平面平行；
[0016]所述第四端板的外側(cè)壁面上，在同一水平直線上，一上一下，分別安裝有第一傳動裝置和第二傳動裝置；
[0017]所述第五端板的外側(cè)壁面上，在同一直線上，一上一下，分別安裝有第三傳動裝置和第四傳動裝置；
[0018]上述第一傳動裝置、第二傳動裝置、第三傳動裝置和第四傳動裝置的結(jié)構(gòu)形式、型號與規(guī)格均完全相同；以所述第四端板和所述第五端板之間的中心平面為對稱平面，上述第一傳動裝置與第三傳動裝置左右對稱、第二傳動裝置與第四傳動裝置左右對稱；
[0019]上述第一傳動裝置、第二傳動裝置、第三傳動裝置和第四傳動裝置各自均包括帶減速機(jī)的電機(jī)、裝配在減速機(jī)輸出軸上的同步齒輪、以及由該同步齒輪通過同步帶驅(qū)動的皮帶輪；
[0020]每一個(gè)傳動裝置各自的皮帶輪的轉(zhuǎn)動軸分別從各自對應(yīng)的端板的外側(cè)壁面穿入、從另一側(cè)壁面伸出；位置在上方的那個(gè)皮帶輪的轉(zhuǎn)動軸與對應(yīng)的五連桿機(jī)構(gòu)的首端成軸孔配合，位置在下方的那個(gè)皮帶輪的轉(zhuǎn)動軸與對應(yīng)的五連桿機(jī)構(gòu)的末端成軸孔配合；
[0021]按以首端與位置在上方的那個(gè)皮帶輪的轉(zhuǎn)動軸連接的連桿為第一連桿、以末端與位置在下方的那個(gè)皮帶輪的轉(zhuǎn)動軸連接的連桿為第四連桿、以位置在下方的那個(gè)皮帶輪的轉(zhuǎn)動軸與位置在上方的那個(gè)皮帶輪的轉(zhuǎn)動軸之間的端板板面為第五連桿，順時(shí)針方向排序的原則:
[0022]上述第一五連桿機(jī)構(gòu)和第二五連桿機(jī)構(gòu)各自的第一連桿與第二連桿之間，以及第三連桿與第四連桿之間分別通過軸承鉸接，并通過左右兩側(cè)的軸承端蓋夾持并固定在一起;上述第一五連桿機(jī)構(gòu)和第二五連桿機(jī)構(gòu)各自的第二連桿與第三連桿之間均分別由所述磨鉆姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)的兩端軸作為鉸接軸鉸接，所述第一五連桿機(jī)構(gòu)和第二五連桿機(jī)構(gòu)通過磨鉆姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)連接成一體；
[0023]上述磨鉆姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)的兩端軸以磨鉆固定座為對稱中心，一左一右對稱布置；
[0024]所述磨鉆固定座為帶中心圓孔的方形座，以該中心圓孔的圓心為對稱中心，所述磨鉆固定座左右兩側(cè)壁面上分別對稱設(shè)置有一固定軸;上述磨鉆姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)4的兩端軸分別通過萬向節(jié)與所述磨鉆固定座左右兩側(cè)的固定軸連接；
[0025]在上述磨鉆姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)的其中一根端軸的軸端、第二連桿與第三連桿的外側(cè)，裝配有一帶減速機(jī)的EC電動機(jī)；
[0026]所述磨鉆包括磨鉆本體和裝配在磨鉆本體頂部的磨鉆電機(jī)，所述磨鉆通過收緊套固定在所述磨鉆固定座的中心圓孔內(nèi)；其中，所述磨鉆電機(jī)位于所述磨鉆固定座上方，所述收緊套內(nèi)裝配有帶軸承端蓋的軸承，所述軸承端蓋一上一下分別固定在所述磨鉆固定座的上下表面上。
[0027]上述技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，采用串并混聯(lián)機(jī)構(gòu)，使得整個(gè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊;主要動作執(zhí)行單元(兩個(gè)五連桿機(jī)構(gòu))采用對稱(并聯(lián))結(jié)構(gòu)形式，具有較好的各向同性，且無累積誤差，精度高;并且，驅(qū)動裝置可置于定平臺上或接近定平臺的位置，這樣運(yùn)動部分重量輕，速度高，動態(tài)響應(yīng)好；
[0028]上述技術(shù)方案的機(jī)器人，整體結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高，承載能力大;完全對稱的機(jī)構(gòu)具有較好的各向同性;在微創(chuàng)脊柱手術(shù)空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)六自由度運(yùn)動，可只有、機(jī)動靈活地執(zhí)行任何所需要的各類簡單與復(fù)雜動作，其運(yùn)行平緩，工作空間大，安全性高，操控靈活。
[0029]上述技術(shù)方案的機(jī)器人，可以精準(zhǔn)定位實(shí)現(xiàn)了手術(shù)最小損傷、提高了疾病診斷和手術(shù)治療的精度與質(zhì)量，使手術(shù)安全性得以提高，縮短了治療時(shí)間；降低了醫(yī)療成本和替代醫(yī)生在放射線下的手術(shù)操作，提高手術(shù)的精準(zhǔn)性，降低手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn);進(jìn)而減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)病率，同時(shí)還能降低對醫(yī)生的放射損害，對于骨科微手術(shù)的臨床推廣運(yùn)用具有重要意義。
[0030]為更好地理解本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)，進(jìn)一步釋明如下:
[0031]上述技術(shù)方案的微創(chuàng)骨科手術(shù)機(jī)器人，其移動平臺組成該機(jī)器人的一個(gè)串聯(lián)自由度，兩個(gè)五連桿機(jī)構(gòu)和磨鉆姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)并聯(lián)在一起，構(gòu)成五個(gè)自由度。
[0032]其中，移動平臺是機(jī)器人的一個(gè)串聯(lián)自由度，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)并聯(lián)的五連桿機(jī)構(gòu)、磨鉆姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)和磨鉆在水平方向上的精確移動；
[0033]五連桿機(jī)構(gòu)中，高扭矩同步帶以及五連桿機(jī)構(gòu)與五連桿機(jī)構(gòu)的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，形成了完全對稱的結(jié)構(gòu)，具有較好的各向同性。即，兩個(gè)五連桿機(jī)構(gòu)的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)了磨鉆姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)和磨鉆上下、前后移動和左右擺動，以及繞磨鉆中心軸線的轉(zhuǎn)動，使磨鉆機(jī)構(gòu)有了四個(gè)自由度。
[0034]更為重要的是，在具備如上述的六個(gè)自由度，可滿足執(zhí)行各類簡單與復(fù)雜動作執(zhí)行的基礎(chǔ)上，上述技術(shù)方案通過采用將磨鉆電機(jī)安裝在磨鉆固定座上、磨鉆固定座安裝在萬向節(jié)