一種智能打孔裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能打孔裝置，包括框架，所述框架上安裝有：帶有旋轉(zhuǎn)托盤的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；沿周向安裝在旋轉(zhuǎn)托盤上的兩個(gè)或兩個(gè)以上切割模塊，所述切割模塊包括刀片、驅(qū)動(dòng)刀片升降的升降電機(jī)以及設(shè)置在刀片與升降電機(jī)之間用于檢測(cè)刀片壓力的壓力傳感器；控制器，用于接收壓力傳感器的壓力信號(hào)，同時(shí)根據(jù)壓力信號(hào)對(duì)所述升降電機(jī)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。本發(fā)明的智能打孔裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝置制造成本低，操作方便，智能化集成度高，能夠在不破壞目標(biāo)外結(jié)構(gòu)的前提下，自動(dòng)的按照設(shè)計(jì)要求完成孔的制造，而且孔的尺寸可調(diào)。
【專利說明】
一種智能打孔裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種在動(dòng)物薄壁骨、顱骨等上的智能打孔裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在各大高?；蛘呖蒲袡C(jī)構(gòu)，凡是從事生物材料領(lǐng)域的科研工作者，為了驗(yàn)證材料的優(yōu)越性，證明其好的再生修復(fù)性能，都需要把材料進(jìn)行體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，即把所制造的材料放到動(dòng)物體內(nèi)，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的培養(yǎng)后，取出材料，通過一系列的檢測(cè)技術(shù)來驗(yàn)證材料的性能，在這之前，都需要人為的在動(dòng)物身體上制造一個(gè)缺損，然后把材料放進(jìn)去，而顱骨缺損修復(fù)實(shí)驗(yàn)是一種很常見的用來驗(yàn)證材料性能的實(shí)驗(yàn)，通常都是在顱骨上開一個(gè)小孔，即圓柱體形狀的缺損位置，然后把圓柱體形狀的材料放進(jìn)去。
[0003]目前，用來開孔的機(jī)器通常是一個(gè)手持式的打磨機(jī)，把上面的頭換成環(huán)狀鉆頭，然后操作者在指定的位置手持打磨頭，腳踩開關(guān)控制打磨頭的旋轉(zhuǎn)，用手來控制打磨頭往顱骨內(nèi)部移動(dòng)進(jìn)行鉆孔，在這個(gè)過程中，孔的大小通過環(huán)狀鉆頭的尺寸來控制，而孔的深度則是顱骨的壁厚，每只動(dòng)物的顱骨壁厚都不相同，對(duì)于操作者，他只能慢慢的控制打磨頭的運(yùn)動(dòng)，先按照預(yù)定的距離移動(dòng)下，看看能不能取出顱骨，如果不行，再移動(dòng)一段距離，再看，直到取出顱骨為止，這個(gè)過程費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，打孔效率很低，如果移動(dòng)速度太快，鉆頭就會(huì)打穿顱骨壁，鉆頭端部會(huì)直接損傷硬腦膜，乃至動(dòng)物的腦組織，最常見的就是破壞了腦中的血管，顱骨大出血，動(dòng)物失血過多而死，即使有時(shí)把血止住了，也會(huì)堵塞腦中的血管，導(dǎo)致兔子直接死亡，或者破壞腦組織引起的動(dòng)物癱瘓，沒過多久也導(dǎo)致動(dòng)物死亡等等，而且動(dòng)物的顱骨不是規(guī)則的形狀，同一個(gè)動(dòng)物上它的壁厚也是不同的，而鉆頭的端面是平整的，在打孔時(shí)會(huì)出現(xiàn)壁薄的地方鉆的深度剛好時(shí)，其他厚的地方會(huì)不足，無法取出顱骨，需要再鉆，這時(shí)原先壁薄的地方就會(huì)深度過深，破壞硬腦膜和腦組織，出現(xiàn)前面說的情況，對(duì)于經(jīng)驗(yàn)豐富的操作者通過一段時(shí)間的操作后可以降低動(dòng)物的死亡率，但對(duì)于新手，一開始的時(shí)候動(dòng)物的死亡率就很高，鉆孔在很大程度上依賴于操作員的技術(shù)，這對(duì)于機(jī)器的推廣以及使用是很不利的，好的機(jī)器應(yīng)該是不管是誰操作，都能達(dá)到同樣的效果，更多的是依賴于機(jī)器本身。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、打孔效率高、在動(dòng)物顱骨、薄壁骨等部位上智能化打孔的裝置。
[0005]—種智能打孔裝置，包括框架，所述框架上安裝有:
[0006]帶有旋轉(zhuǎn)托盤的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；
[0007]沿周向安裝在旋轉(zhuǎn)托盤上的兩個(gè)或兩個(gè)以上切割模塊，所述切割模塊包括刀片、驅(qū)動(dòng)刀片升降的升降電機(jī)以及設(shè)置在刀片與升降電機(jī)之間用于檢測(cè)刀片壓力的壓力傳感器；
[0008]控制器，用于接收壓力傳感器的壓力信號(hào)，同時(shí)根據(jù)壓力信號(hào)對(duì)所述升降電機(jī)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。
[0009]本發(fā)明中，通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)刀片的驅(qū)動(dòng)，保證刀片沿圓形軌跡運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)打孔操作。通過升降電機(jī)可完成對(duì)刀片上下方向的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)打孔深度的控制。通過壓力傳感器和控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)升降電機(jī)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)只能化操作。
[0010]作為優(yōu)選，所述的框架包括支撐板，安裝在支撐板上的端蓋，固定安裝在支撐板下面的腳架以及保護(hù)套。
[0011 ]作為優(yōu)選，還包括對(duì)切割模塊進(jìn)行照明的光源。
[0012]作為優(yōu)選，所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)和固定安裝在旋轉(zhuǎn)電機(jī)輸出軸上的旋轉(zhuǎn)托盤，所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定安裝在支撐板上，支撐板位于旋轉(zhuǎn)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)托盤之間。打孔機(jī)構(gòu)安裝在旋轉(zhuǎn)托盤上，打孔時(shí)旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)托盤轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)托盤上的打孔機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體在一定高度的水平面切割。
[0013]作為優(yōu)選，所述壓力傳感器下方固定有的刀片底座，所述刀片卡合固定在刀片底座上。所述升降電機(jī)為直線電機(jī)，直線電機(jī)通過電機(jī)底座固定，所述的電機(jī)底座固定安裝在上述的旋轉(zhuǎn)托盤上。通過直線電機(jī)工作，直線電機(jī)上的輸出軸上下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)輸出軸下方的壓力傳感器運(yùn)動(dòng)，而與壓力傳感器固定的刀片底座也隨之運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)刀片底座上的刀片運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的縱向深度切割，經(jīng)過多次縱向運(yùn)動(dòng)后，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)的切害J，完成整個(gè)孔的切割過程。
[0014]作為優(yōu)選，還包括用于對(duì)刀片切割位置進(jìn)行沖洗的供液機(jī)構(gòu)，該供液機(jī)構(gòu)包括:
[0015]供液箱；
[0016]安裝在供液箱出液口處的上供液管道，該上供液管道上設(shè)有電磁閥；
[0017]同軸安裝在旋轉(zhuǎn)托盤底部的下供液管道，所述旋轉(zhuǎn)托盤上設(shè)有將上供液管道與下供液管道導(dǎo)通的通道結(jié)構(gòu)；
[0018]安裝在下供液管道末端的出液半球，該出液半球上設(shè)有若干出液孔。
[0019]作為進(jìn)一步優(yōu)選，上供液管道的末端位于上述的旋轉(zhuǎn)托盤圓形槽的正上方。下供液管道底端位于切割模塊圍成的圓形中心，便于同時(shí)對(duì)多個(gè)工作的刀片進(jìn)行沖洗。
[0020]實(shí)際工作時(shí)，儲(chǔ)存在供液箱內(nèi)的液體通過電磁閥經(jīng)上供液管道流到上述的旋轉(zhuǎn)托盤的環(huán)形槽內(nèi)，在環(huán)形槽內(nèi)的液體經(jīng)旋轉(zhuǎn)托盤上的圓柱體的過渡通道流向旋轉(zhuǎn)托盤的中心，然后經(jīng)過安裝在旋轉(zhuǎn)托盤正中心的下供液管道流向出液半球，在出液半球上有很多小孔，液體經(jīng)小孔流向外面，在加工時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)會(huì)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)托盤轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)下供液管道轉(zhuǎn)動(dòng)，即帶動(dòng)出液半球轉(zhuǎn)動(dòng)，使得出液半球內(nèi)的溶液在離心力的作用下，能更好的流向周圍的刀片，達(dá)到預(yù)期的效果，同時(shí)通過環(huán)形槽的設(shè)計(jì)，即使旋轉(zhuǎn)托盤在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，從上供液管道末端出來的液體也能流到槽內(nèi)，然后流向出液半球。
[0021 ]作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述通道結(jié)構(gòu)包括:
[0022]設(shè)置在旋轉(zhuǎn)托盤頂面且同軸設(shè)置的環(huán)形槽；
[0023]設(shè)置在旋轉(zhuǎn)托盤底面中心的出液孔；
[0024]將環(huán)形槽與出液孔導(dǎo)通的過渡通道。
[0025]環(huán)形槽的設(shè)置，一方面保證旋轉(zhuǎn)托盤轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，液體可順利進(jìn)入下供液管道內(nèi)；另一方面，也避免液體在離心力作用下產(chǎn)生外溢。所述過渡通道進(jìn)口端高于出口端，進(jìn)一步保證液體順利經(jīng)過出液孔進(jìn)入下供液管道。作為優(yōu)選，所述過渡通道為3?8個(gè)，沿著圓周均勻分布，而且圓柱體過渡通道外高內(nèi)低，便于液體流向旋轉(zhuǎn)托盤的中心。作為優(yōu)選，圓柱體過渡通道有6個(gè)。
[0026]作為優(yōu)選，所述刀片刀刃為弧形結(jié)構(gòu)，沿旋轉(zhuǎn)托盤旋周向布置。即每個(gè)刀片組成圓的一小部分，當(dāng)?shù)镀谛D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，其軌跡就是一個(gè)圓，使得切割出來的結(jié)構(gòu)是一個(gè)圓弧度很高的圓。
[0027]作為優(yōu)選，所述刀片面向旋轉(zhuǎn)托盤軸心的一側(cè)設(shè)有沿旋轉(zhuǎn)托盤旋周向設(shè)置的紋理凹槽。在離心力的作用下，使得供液機(jī)構(gòu)出來的液體能夠長(zhǎng)時(shí)間的停留在刀片上，有更多的接觸面積，起到更好的冷卻效果，而且也有利于在刀片與骨結(jié)構(gòu)接觸時(shí)，取出骨結(jié)構(gòu)。
[0028]作為優(yōu)選，所述切割模塊距離旋轉(zhuǎn)托盤中心的距離可調(diào)。采用該技術(shù)方案，所述的刀片與刀片底座可更換，便于組成不同尺寸的圓，切割不同尺寸的孔。比如，可以在距離旋轉(zhuǎn)托盤中心的不同位置設(shè)置環(huán)形設(shè)置的定位孔或者定位槽。
[0029]作為優(yōu)選，所述切割模塊為3?8個(gè)，沿旋轉(zhuǎn)托盤周向均勻布置。作為優(yōu)選，切割模塊有6個(gè)。相鄰兩塊刀片之間均留有間隙。
[0030]作為優(yōu)選，所述框架包括至少三個(gè)腳架，所述腳架包括:
[0031]腳架底座；
[0032]與所述腳架底座頂端穿套設(shè)置的腳架滑動(dòng)桿；
[0033]用于將腳架底座與腳架滑動(dòng)桿相對(duì)固定的固定件。
[0034]作為優(yōu)選，所述固定件包括自上而下設(shè)置在腳架滑動(dòng)桿、腳架底座上的若干定位孔以及定位銷。
[0035]作為進(jìn)一步優(yōu)選，腳架滑動(dòng)桿為空心管道結(jié)構(gòu)，腳架滑動(dòng)桿的下端套在腳架底座上，在腳架底座和腳架外壁上均勻的分布著一系列的孔，通過定位銷以水平的方式穿過腳架外壁和腳架底座，可以固定腳架外壁，拔出定位銷，移動(dòng)腳架外壁，再插上定位銷，就可以調(diào)節(jié)腳架的長(zhǎng)度，即調(diào)節(jié)裝置的高度，適應(yīng)不同尺寸的動(dòng)物。
[0036]作為優(yōu)選，所述的腳架均勻分布在支撐板上，作為優(yōu)選，腳架的數(shù)量為3，即每個(gè)腳架以相鄰120度圓周均勻分布在支撐板的下面。
[0037]所述的保護(hù)套為透明的亞克力板，可以看到內(nèi)部的打孔情況，又能阻隔外部臟物進(jìn)入內(nèi)部。
[0038]作為優(yōu)選，所述的供液箱內(nèi)的液體為氯化鈉溶液，即生理鹽水，在液體沖洗冷卻刀片的時(shí)候，液體也會(huì)流動(dòng)到骨頭表面，沖洗走切削時(shí)產(chǎn)生的骨渣和骨頭中滲出的血液，即清理切削區(qū)域，方便操作人員更清楚的看清已打孔的形狀和打孔進(jìn)程，如果遇到突發(fā)事情，可以手動(dòng)控制緊急停止加工。
[0039]所述的光源安裝在支撐板的下面，以一定的傾斜角度對(duì)著刀片的頂端，使得打孔裝置在打孔時(shí)，操作人員通過透明的保護(hù)套可以隨時(shí)跟蹤觀看打孔情況，如果遇到突發(fā)事情時(shí)也可以及時(shí)處理。
[0040]本發(fā)明的智能打孔裝置針對(duì)不同厚度的骨結(jié)構(gòu)打孔的工作原理是通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀片進(jìn)行圓周切割和直線電機(jī)帶動(dòng)刀片下移進(jìn)行深度切割的組合實(shí)現(xiàn)孔的切割，在遇到不同深度的骨結(jié)構(gòu)時(shí)，其原理如下:在打孔時(shí)，安裝在切割模塊上的壓力傳感器會(huì)一直檢測(cè)由刀片與骨結(jié)構(gòu)接觸反饋回來的壓力值，一開始接觸目標(biāo)物體切割時(shí)，檢測(cè)到的壓力值會(huì)很大，隨著打孔的慢慢深入，這個(gè)值會(huì)變小，當(dāng)快要打穿骨結(jié)構(gòu)時(shí)，其壓力值認(rèn)為是接近最小的，因?yàn)榇虼┕墙Y(jié)構(gòu)時(shí)，其下面是腦膜和腦組織，這時(shí)的壓力反饋值是很小的，因此打孔時(shí)不能小于一個(gè)壓力值，裝置會(huì)按照設(shè)定的參數(shù)在遇到最小壓力值時(shí)，自動(dòng)記錄下當(dāng)前所在的圓周位置，深度以及壓力值，當(dāng)所有刀片在完成這一位置所在深度的切割后，所有刀片都會(huì)按設(shè)定參數(shù)在直線電機(jī)的帶動(dòng)下下降一個(gè)距離開始下一層的切割，但當(dāng)?shù)镀龅街坝涗浀哪莻€(gè)位置時(shí)，刀片在直線電機(jī)的帶動(dòng)下會(huì)上升一個(gè)安全距離，防止切割到腦組織，到離開那個(gè)位置后，刀片再下降安全距離所對(duì)應(yīng)的高度開始其他地方的切割，當(dāng)遇到新的壓力最小值時(shí)，裝置又會(huì)記錄當(dāng)前所在的圓周位置，深度以及壓力值，即有2個(gè)壓力最小值的位置，如果遇到在一個(gè)深度時(shí)，有幾處都是設(shè)定的最小壓力值時(shí)，工作過程還是跟前面一樣，只是這時(shí)，刀片會(huì)在直線電機(jī)的帶動(dòng)下，頻繁的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行避讓和切割的工作，即如果把刀片在深度方向運(yùn)動(dòng)的軌跡記錄下來，其應(yīng)該與骨結(jié)構(gòu)底部的輪廓相同，等到所有刀片都檢測(cè)到最小壓力值時(shí)，認(rèn)為已切割完畢，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)停止旋轉(zhuǎn)，直線電機(jī)帶動(dòng)所有刀片都上升到安全高度，停止液體流出，孔制造完成。
[0041 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0042]—、本發(fā)明的智能打孔裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝置制造成本低，操作方便，智能化集成度高，能夠在不破壞目標(biāo)外結(jié)構(gòu)的前提下，自動(dòng)的按照設(shè)計(jì)要求完成對(duì)具有不同厚度的目標(biāo)的孔的制造。
[0043]二、本發(fā)明的供液裝置一方面能夠?yàn)榈镀峁├鋮s液，降低刀片工作時(shí)產(chǎn)生的高溫，延長(zhǎng)刀片的壽命，另一方面能夠帶走刀片工作時(shí)產(chǎn)生的雜質(zhì)，防止其殘留在刀片和切削的位置，影響孔的制造，同時(shí)，也能在制造過程中清理干凈打孔的位置，方便操作人員更清楚的看清已打孔的形狀和打孔進(jìn)程，及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的操作。
[0044]三、本發(fā)明的裝置通過更換刀片和刀片夾具，就可以制造不同尺寸的孔，應(yīng)用范圍廣。
[0045]四、本發(fā)明的裝置對(duì)操作人員的技能沒有要求，沒有經(jīng)驗(yàn)的人也能使用和制造出想要的孔，避免了制造過程中人為因素的影響。
[0046]五、本發(fā)明的刀片上的紋理設(shè)計(jì)，可以使液體更長(zhǎng)時(shí)間的留在刀片上，起到冷卻的效果，而且也有利于在刀片與骨結(jié)構(gòu)接觸時(shí)，取出骨結(jié)構(gòu)。
[0047]六、本發(fā)明的裝置高度調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)，方便對(duì)不同的體型的動(dòng)物進(jìn)行操作。
【附圖說明】
[0048]圖1是本發(fā)明的智能打孔裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖2是本發(fā)明裝置的框架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖3是本發(fā)明裝置的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051 ]圖4是本發(fā)明裝置的切割模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖5是本發(fā)明的刀片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053]圖6(a)是本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)托盤的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054]圖6(b)是本發(fā)明裝置的供液機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055]圖7是本發(fā)明裝置的打孔過程示意圖；
[0056]圖中:I為框架，2為光源，3為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，4為供液機(jī)構(gòu)，5為打孔機(jī)構(gòu)，6為支撐板，7為端蓋，8為保護(hù)套，9為腳架滑動(dòng)桿，10為定位銷，11為腳架底座，12為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，13為旋轉(zhuǎn)托盤，14為電機(jī)底座，15為直線電機(jī)，16為壓力傳感器，17為刀片底座，18為刀片，19為供液箱，20為電磁閥，21為上供液管道，22為下供液管道，23為出液半球，24為環(huán)形槽，25為出液孔，26為過渡通道，27為紋理凹槽，28為齒結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0057]下面結(jié)合附圖和實(shí)施過程對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0058]如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6所示，一種智能打孔裝置，包括:框架1、安裝在框架I內(nèi)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3、安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3上的打孔機(jī)構(gòu)5、供液機(jī)構(gòu)4以及光源2 ；
[0059]如圖2所示，框架I包括支撐板6，安裝在支撐板6上的端蓋7，固定安裝在支撐板6下面的腳架以及保護(hù)套8;
[0060]腳架包括腳架底座11，套設(shè)在腳架底座11頂部的腳架滑動(dòng)桿9以及用于將腳架滑動(dòng)桿9與腳架底座11相對(duì)固定的定位銷10，腳架滑動(dòng)桿9的上端固定安裝在上述的支撐板6上，在腳架底座11和腳架滑動(dòng)桿9上均勻的分布著一系列的定位孔，腳架滑動(dòng)桿9為空心管道結(jié)構(gòu)，套在腳架底座11上，通過定位銷10以水平的方式穿過腳架滑動(dòng)桿9和腳架底座11對(duì)應(yīng)的定位孔內(nèi)，可以固定腳架滑動(dòng)桿9的位置，即固定整個(gè)裝置的高度，拔出定位銷10，移動(dòng)腳架滑動(dòng)桿9，再插上定位銷10，就可以調(diào)節(jié)腳架的長(zhǎng)度，即調(diào)節(jié)裝置的高度，適應(yīng)不同尺寸的動(dòng)物。
[0061]上述的腳架均勻分布在支撐板6上，作為優(yōu)選，腳架的數(shù)量為3，即每個(gè)腳架以相鄰120度圓周均勻分布在支撐板6的下面。
[0062]上述的保護(hù)套8為透明的亞克力板，既可以透過保護(hù)套8看到裝置內(nèi)部的打孔情況，又能阻隔外部臟物進(jìn)入內(nèi)部。
[0063]如圖3所示，所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)12和固定安裝在旋轉(zhuǎn)電機(jī)12輸出軸上的旋轉(zhuǎn)托盤13，旋轉(zhuǎn)電機(jī)12固定安裝在支撐板6上，支撐板6位于旋轉(zhuǎn)電機(jī)12和旋轉(zhuǎn)托盤13之間，打孔機(jī)構(gòu)5安裝在旋轉(zhuǎn)托盤13上，打孔時(shí)旋轉(zhuǎn)電機(jī)12帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)托盤13轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)托盤13上的打孔機(jī)構(gòu)5轉(zhuǎn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體在一定高度的水平面切割。
[0064]如圖1和圖4所示，打孔機(jī)構(gòu)5由幾個(gè)相同的切割模塊組成，切割模塊沿周向均勻分布在上述的旋轉(zhuǎn)托盤13上，切割模塊包括直線電機(jī)15，固定安裝在直線電機(jī)15輸出軸上的壓力傳感器16，固定安裝在壓力傳感器16下方的刀片底座17，固定安裝在刀片底座17上的刀片18，以及用來固定直線電機(jī)15的電機(jī)底座14，電機(jī)底座14固定安裝在旋轉(zhuǎn)托盤13上，通過直線電機(jī)15工作，直線電機(jī)15上的輸出軸上下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)輸出軸下方的壓力傳感器16運(yùn)動(dòng)，而與壓力傳感器16固定的刀片底座17也隨之運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)刀片底座17上的刀片18運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的縱向深度切割，經(jīng)過多次縱向運(yùn)動(dòng)后，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)的切割，完成整個(gè)孔的切割過程。
[0065]作為優(yōu)選，所述的切割模塊有6個(gè)，均勻分布在上述的旋轉(zhuǎn)托盤13上，相鄰兩塊刀片之間均留有間隙。
[0066]為了制造不同的孔，刀片與刀片底座可進(jìn)行更換處理，通過不同的組合形成不同尺寸的圓。同時(shí)，如圖5所示，刀片18末端側(cè)壁有很多紋理凹槽27，在離心力的作用下使得供液機(jī)構(gòu)4流出來的液體能夠長(zhǎng)時(shí)間的停留在刀片上，有更多的接觸面積，起到更好的冷卻效果，而且也有利于在刀片與骨結(jié)構(gòu)接觸時(shí)，取出骨結(jié)構(gòu)。刀片18末端為齒結(jié)構(gòu)28，齒結(jié)構(gòu)一方面切割力強(qiáng)，另外一方面齒與齒之間的縫隙可以容納切割脫落的碎肩，進(jìn)一步提高切割效率。
[0067]如圖6(a)和圖6(b)所示，旋轉(zhuǎn)托盤13中心部位設(shè)有液體傳輸用孔道結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在旋轉(zhuǎn)托盤13中心的環(huán)形槽24;設(shè)置在旋轉(zhuǎn)托盤13底部中心的出液孔25;以及將環(huán)形槽與出液孔導(dǎo)通的過渡通道26。出液孔25與旋轉(zhuǎn)托盤13頂端的用于與旋轉(zhuǎn)電機(jī)12固定的固定孔同軸。出液孔25呈自上而下的縮口結(jié)構(gòu)，便于液體向下收集輸送。
[0068]如圖6所示，供液機(jī)構(gòu)4包括供液箱19，安裝在供液箱19底部控制液體流出的電磁閥20，安裝在電磁閥20另一端口的上供液管道21，安裝在上述的旋轉(zhuǎn)托盤13下端的下供液管道22和安裝在下供液管道22末端的出液半球23，上供液管道21的末端位于上述的旋轉(zhuǎn)托盤13環(huán)形槽24的正上方，儲(chǔ)存在供液箱19內(nèi)的液體通過電磁閥20經(jīng)上供液管道21流到上述的旋轉(zhuǎn)托盤13的環(huán)形槽內(nèi)，在環(huán)形槽內(nèi)的液體經(jīng)旋轉(zhuǎn)托盤13上的圓柱體的過渡通道26流向旋轉(zhuǎn)托盤13的中心出液孔25，然后經(jīng)過安裝在旋轉(zhuǎn)托盤13正中心的下供液管道22流向出液半球23，在出液半球23上有很多小孔，液體經(jīng)小孔流向外面，在加工時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)12會(huì)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)托盤13轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)下供液管道22轉(zhuǎn)動(dòng)，即帶動(dòng)出液半球23轉(zhuǎn)動(dòng)，使得出液半球23內(nèi)的溶液在離心力的作用下，能更好的流向周圍的刀片，達(dá)到預(yù)期的效果，同時(shí)通過環(huán)形槽的設(shè)計(jì)，由于環(huán)形槽槽壁具有一定的高度，即使旋轉(zhuǎn)托盤在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，從上供液管道末端出來的液體也能流到槽內(nèi)，且不會(huì)直接溢出，然后流向出液半球。
[0069]旋轉(zhuǎn)托盤上的圓柱體過渡通道26有6個(gè)，沿著環(huán)形槽24圓周均勻分布，而且圓柱體過渡通道26外高內(nèi)低，便于液體流向旋轉(zhuǎn)托盤的中心的出液孔25。
[0070]供液箱19內(nèi)的液體為氯化鈉溶液，即生理鹽水，在液體沖洗冷卻刀片的時(shí)候，液體也會(huì)流動(dòng)到骨頭表面，沖洗走切削時(shí)產(chǎn)生的骨渣和骨頭中滲出的血液，即清理切削區(qū)域，方便操作人員更清楚的看清已打孔的形狀和打孔進(jìn)程，如果遇到突發(fā)事情，可以手動(dòng)控制緊急停止加工。
[0071]如圖1所示，光源2安裝在支撐板6的下面，以一定的傾斜角度對(duì)著刀片18的頂端，使得打孔裝置在打孔時(shí)，操作人員通過透明的保護(hù)套8可以隨時(shí)跟蹤觀看打孔情況，如果遇到突發(fā)事情時(shí)也可以及時(shí)處理。
[0072]本發(fā)明的智能打孔裝置針對(duì)不同厚度的骨結(jié)構(gòu)打孔的工作原理是通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀片進(jìn)行圓周切割和直線電機(jī)帶動(dòng)刀片下移進(jìn)行深度切割的組合實(shí)現(xiàn)孔的切割，在遇到不同深度的骨結(jié)構(gòu)時(shí)，其原理如下:在打孔時(shí)，安裝在切割模塊上的壓力傳感器會(huì)一直檢測(cè)由刀片與骨結(jié)構(gòu)接觸反饋回來的壓力值，一開始接觸目標(biāo)物體切割時(shí)，檢測(cè)到的壓力值會(huì)很大，隨著打孔的慢慢深入，這個(gè)值會(huì)變小，當(dāng)快要打穿骨結(jié)構(gòu)時(shí)，其壓力值認(rèn)為是接近最小的，因?yàn)榇虼┕墙Y(jié)構(gòu)時(shí)，其下面是腦膜和腦組織，這時(shí)的壓力反饋值是很小的，因此打孔時(shí)不能小于一個(gè)壓力值，裝置會(huì)按照設(shè)定的參數(shù)在遇到最小壓力值時(shí)，自動(dòng)記錄下當(dāng)前所在的圓周位置(比如相對(duì)零點(diǎn)的圓周角度值)，深度以及壓力值，當(dāng)所有刀片在完成這一位置所在深度的切割后，所有刀片都會(huì)按設(shè)定參數(shù)在直線電機(jī)的帶動(dòng)下下降一個(gè)距離開始下一層的切割，但當(dāng)?shù)镀龅街坝涗浀哪莻€(gè)位置時(shí)，刀片在直線電機(jī)的帶動(dòng)下會(huì)上升一個(gè)安全距離，防止切割到腦組織，到離開那個(gè)位置后，刀片再下降安全距離所對(duì)應(yīng)的高度開始其他地方的切割，當(dāng)遇到新的壓力最小值時(shí)，裝置又會(huì)記錄當(dāng)前所在的圓周位置，深度以及壓力值，即有2個(gè)壓力最小值的位置，如果遇到在一個(gè)深度時(shí)，有幾處都是設(shè)定的最小壓力值時(shí)，工作過程還是跟前面一樣，只是這時(shí)，刀片會(huì)在直線電機(jī)的帶動(dòng)下，頻繁的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行避讓和切割的工作，即如果把刀片在深度方向運(yùn)動(dòng)的軌跡記錄下來，其應(yīng)該與骨結(jié)構(gòu)底部的輪廓相同，等到所有刀片都檢測(cè)到最小壓力值時(shí)，認(rèn)為已切割完畢，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)停止旋轉(zhuǎn)，直線電機(jī)帶動(dòng)所有刀片都上升到安全高度，停止液體流出，孔制造完成。
[0073]如圖7所示，把圓周展開成平面來進(jìn)一步說明本裝置切割不同厚度結(jié)構(gòu)時(shí)的工作原理:如圖7中(a)所示，是刀片還沒有開始切割時(shí)的狀態(tài);在切割一段時(shí)間后，刀片都位于同一高度，如圖7中(b);當(dāng)?shù)镀琁在位置a處遇到最低壓力值后，在后面的切割過程中，所有刀片在位置a都會(huì)進(jìn)行先上升，后下降的回避行為，如圖7中(c);當(dāng)?shù)镀?在位置b又遇到最低壓力值后，刀片的軌跡如圖7中(d);當(dāng)所有刀片都遇到最低壓力值時(shí)，切割完成，如圖7中(e)所示，刀片上升到初始高度。
[0074]實(shí)施例
[0075]以在兔子顱蓋骨上打直徑為8mm的孔為例，來說明本發(fā)明裝置的工作過程:
[0076]—、取一只重量在2.5?3.5kg之間的兔子，在兔子耳緣靜脈上注入一定劑量的全麻試劑對(duì)兔子進(jìn)行全身麻醉，然后在兔子顱蓋骨位置進(jìn)行剃毛處理，把兔子放在手術(shù)臺(tái)上，綁住其四條腿，對(duì)剃完毛后的位置用碘伏進(jìn)行消毒滅菌處理，然后鋪上洞巾用手術(shù)器械切開皮膚，暴露要打孔的顱蓋骨位置；
[0077]二、選擇用于打8mm直徑孔的刀片和刀片底座，把提前做過消毒處理的刀片和刀片底座安裝到本發(fā)明的打孔裝置上，然后把裝置擺放到手術(shù)臺(tái)上，調(diào)整裝置的位置，使刀片位于所打孔位置的正上方，通過拔出腳架上的定位銷，手動(dòng)調(diào)節(jié)腳架滑動(dòng)桿的位置即刀片的高度，使刀片底部最接近打孔的位置，然后插入定位銷，固定裝置的高度，往供液箱內(nèi)注入生理鹽水；
[0078]三、點(diǎn)擊開始按鈕，裝置自動(dòng)打開光源，然后直線電機(jī)帶動(dòng)刀片下移，當(dāng)檢測(cè)到有壓力時(shí)，即刀片碰到顱蓋骨后，裝置打開電磁閥，生理鹽水從供液箱流出，旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)，生理鹽水流到刀片上，開始第一層的切割，切割完成后，刀片在直線電機(jī)的帶動(dòng)下下降一個(gè)距離，開始新一輪的切割，如果在切割過程中遇到厚度不同的顱蓋骨壁時(shí)，按照前面說的刀片進(jìn)行自動(dòng)的避讓，直到最后檢測(cè)到所有壓力值為設(shè)定的最低壓力值時(shí)，刀片停止下降，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)后使刀片內(nèi)的骨結(jié)構(gòu)與刀片外的骨結(jié)構(gòu)分離，刀片上升回到初始位置，同時(shí)帶動(dòng)刀片內(nèi)的骨結(jié)構(gòu)一起上升，取出骨結(jié)構(gòu)。
[0079]四、調(diào)整裝置的位置，按照步驟三開始新的孔的制造，直到所有的孔制造完成。
[0080]五、等到所有操作完成后，縫合傷口，用酒精擦洗傷口，把兔子放進(jìn)籠子，進(jìn)行飼養(yǎng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種智能打孔裝置，包括框架，其特征在于，所述框架上安裝有: 帶有旋轉(zhuǎn)托盤的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)； 沿周向安裝在旋轉(zhuǎn)托盤上的兩個(gè)或兩個(gè)以上切割模塊，所述切割模塊包括刀片、驅(qū)動(dòng)刀片升降的升降電機(jī)以及設(shè)置在刀片與升降電機(jī)之間用于檢測(cè)刀片壓力的壓力傳感器；控制器，用于接收壓力傳感器的壓力信號(hào)，同時(shí)根據(jù)壓力信號(hào)對(duì)所述升降電機(jī)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能打孔裝置，其特征在于，還包括用于對(duì)刀片切割位置進(jìn)行沖洗的供液機(jī)構(gòu)，該供液機(jī)構(gòu)包括: 供液箱； 安裝在供液箱出液口處的上供液管道，該上供液管道上設(shè)有電磁閥； 同軸安裝在旋轉(zhuǎn)托盤底部的下供液管道，所述旋轉(zhuǎn)托盤上設(shè)有將上供液管道與下供液管道導(dǎo)通的通道結(jié)構(gòu)； 安裝在下供液管道末端的出液半球，該出液半球上設(shè)有若干出液孔。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能打孔裝置，其特征在于，所述通道結(jié)構(gòu)包括: 設(shè)置在旋轉(zhuǎn)托盤頂面且同軸設(shè)置的環(huán)形槽； 設(shè)置在旋轉(zhuǎn)托盤底面中心的出液孔； 將環(huán)形槽與出液孔導(dǎo)通的過渡通道。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能打孔裝置，其特征在于，所述刀片刀刃為弧形結(jié)構(gòu)，沿旋轉(zhuǎn)托盤旋周向布置。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能打孔裝置，其特征在于，所述刀片面向旋轉(zhuǎn)托盤軸心的一側(cè)設(shè)有沿旋轉(zhuǎn)托盤旋周向設(shè)置的紋理凹槽。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能打孔裝置，其特征在于，所述切割模塊距離旋轉(zhuǎn)托盤中心的距離可調(diào)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能打孔裝置，其特征在于，所述切割模塊為3?8個(gè)，沿旋轉(zhuǎn)托盤周向均勻布置。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述的智能打孔裝置，其特征在于，所述框架包括至少三個(gè)腳架，所述腳架包括: 腳架底座； 與所述腳架底座頂端穿套設(shè)置的腳架滑動(dòng)桿； 用于將腳架底座與腳架滑動(dòng)桿相對(duì)固定的固定件。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的智能打孔裝置，其特征在于，所述固定件包括自上而下設(shè)置在腳架滑動(dòng)桿、腳架底座上的若干定位孔以及定位銷。
【文檔編號(hào)】A61B17/16GK105852930SQ201610338765
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月20日
【發(fā)明人】傅建中, 邵惠鋒, 賀永, 趙海明
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)