實現(xiàn)了磨鉆繞Y軸的旋轉(zhuǎn)。磨鉆5-4同磨鉆EC電機(jī)5-1連接在一起，磨鉆5-4由軸5-3支撐，通過收緊套5_5及其他機(jī)構(gòu)固裝在磨鉆固定座1-27上。
[0063]說明:手術(shù)時，由醫(yī)生將本發(fā)明的該手術(shù)機(jī)器人安裝在手術(shù)床的一側(cè)，病人置于床上。
[0064]本發(fā)明可以結(jié)合三維圖像導(dǎo)航技術(shù)，通過圖像引導(dǎo)確定機(jī)器人磨鉆切削頭的位置，由計算機(jī)控制系統(tǒng)把術(shù)前的磨削規(guī)劃軌跡變成驅(qū)動脈沖，驅(qū)動兩個五連桿機(jī)構(gòu)的四個直流伺服電機(jī)和磨鉆旋轉(zhuǎn)姿態(tài)調(diào)整及移動工作臺驅(qū)動直流伺服電機(jī)，四個五連桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)通過帶傳動將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為兩個五連桿機(jī)構(gòu)的平面運(yùn)動，磨鉆旋轉(zhuǎn)姿態(tài)調(diào)整電機(jī)用來調(diào)整磨鉆的姿態(tài)，移動工作臺上的電機(jī)用來控制整體的水平運(yùn)動，以上為整個機(jī)器人的輸入運(yùn)動，機(jī)器人的位姿隨著各個電機(jī)的啟動時間不同在不斷的變化，把術(shù)前磨削規(guī)劃軌跡輸出給磨鉆切削頭的運(yùn)動軌跡，完成運(yùn)動軌跡上脊柱手術(shù)。本發(fā)明解決了由于依靠醫(yī)生經(jīng)驗而帶來的手術(shù)風(fēng)險，大大降低了醫(yī)生的工作強(qiáng)度，從而提高了手術(shù)精度。
[0065]本發(fā)明的工作原理:
[0066]基座6和移動平臺I通過絲杠螺母副進(jìn)行連接形成了該手術(shù)機(jī)器人的一個自由度。滾珠絲杠線性驅(qū)動裝置由光電傳感器來限制滑臺的位置，保證了手術(shù)的安全性。五連桿機(jī)構(gòu)和五連桿機(jī)構(gòu)的協(xié)同作用實現(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)具有四個自由度。磨鉆姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)實現(xiàn)了磨鉆前后擺動自由度。磨鉆的進(jìn)給系統(tǒng)和姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)保證了磨鉆的平穩(wěn)精確切削進(jìn)而完成了微創(chuàng)骨科手術(shù)。
[0067]需要說明的是，移動平臺、兩個五連桿機(jī)構(gòu)、磨鉆姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)、磨鉆，除標(biāo)準(zhǔn)件夕卜，其余零件的材料最好均選用鋁合金或鈦鎂合金。這樣，可以減輕設(shè)備自重量并具有足夠的剛度或強(qiáng)度，滿足了骨科手術(shù)的高端醫(yī)療器械的要求。
【主權(quán)項】
1.一種微創(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)和磨鉆六個組成部分;其中: 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； 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； 上述基座的底面與所述第一底板之間保留一定間距； 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； 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； 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； 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； 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； 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； 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； 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； 每一個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； 按以首端與位置在上方的那個皮帶輪的轉(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皮帶輪的轉(zhuǎn)動軸與位置在上方的那個皮帶輪的轉(zhuǎn)動軸之間的端板板面為第五連桿，順時針方向排序的原則: 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； 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； 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； 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)； 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。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微創(chuàng)骨科手術(shù)機(jī)器人，其特征在于，所述第四端板與第五端板之間還設(shè)置有加強(qiáng)桿，所述加強(qiáng)桿兩端分別與第四端板和第五端板固定連接；當(dāng)所述第一五連桿機(jī)構(gòu)和第二五連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動時，所述加強(qiáng)桿與所述第一五連桿機(jī)構(gòu)和第二五連桿機(jī)構(gòu)不發(fā)生干涉。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微創(chuàng)骨科手術(shù)機(jī)器人，其特征在于，所述加強(qiáng)桿的數(shù)量為兩根，一上一下，相互平行布置。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的微創(chuàng)骨科手術(shù)機(jī)器人，其特征在于，所述磨鉆固定座的固定軸上，均分別開設(shè)有安裝用通孔，所述萬向節(jié)套在所述固定軸上，并通過銷軸與該安裝用通孔形成軸孔配合，連接成一體。5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的微創(chuàng)骨科手術(shù)機(jī)器人，其特征在于，所述帶減速機(jī)的EC電動機(jī)的減速機(jī)輸出軸上裝配有軸承和軸套。6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的微創(chuàng)骨科手術(shù)機(jī)器人，其特征在于，所述第一傳動裝置、第二傳動裝置、第三傳動裝置和第四傳動裝置各自的電機(jī)均為直流伺服電機(jī)、減速機(jī)均為行星齒輪減速機(jī)。7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的微創(chuàng)骨科手術(shù)機(jī)器人，其特征在于，所述第一傳動裝置、第二傳動裝置、第三傳動裝置和第四傳動裝置各自的皮帶輪的轉(zhuǎn)動軸上，均裝配有軸承，并分別通過各自的軸承端蓋固定在第四端板或第五端板上。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微創(chuàng)骨科手術(shù)機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)包括基座、移動平臺、兩個對稱布置的五連桿機(jī)構(gòu)、磨鉆姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)和磨鉆六個組成部分。其中，基座依靠其主要組成部件：絲杠滑臺驅(qū)動移動平臺執(zhí)行水平方向的直線運(yùn)動，兩個五連桿機(jī)構(gòu)和磨鉆姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)并聯(lián)在一起，磨鉆姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)和磨鉆部分通過采用將磨鉆固定座安裝在萬向節(jié)上，經(jīng)軸與五連桿機(jī)構(gòu)連接，由獨(dú)立的EC電機(jī)驅(qū)動，使得磨鉆還具有前后擺動的自由度，構(gòu)成六個自由度，以滿足各類復(fù)雜動作的高精度的準(zhǔn)確執(zhí)行所需。本發(fā)明精度高、操控靈活，各向同性好，且無累積誤差，特別適于骨外科手術(shù)中鉆孔和打磨操作。
【IPC分類】A61B17/16, A61B17/56, A61B34/30
【公開號】CN105662587
【申請?zhí)枴緾N201610245578
【發(fā)明人】田和強(qiáng), 楊朋, 朱炫炫, 蔣佳坤, 董國振
【申請人】山東科技大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年4月18日