專利名稱：骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置及定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)療設(shè)備，特別是一種用于骨科微創(chuàng)手術(shù)的機(jī)器人導(dǎo)航裝置及定
位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，隨著創(chuàng)傷骨科治療技術(shù)的不斷的進(jìn)步和完善，已經(jīng)從傳統(tǒng)的開放型的切開
復(fù)位及固定方式，發(fā)展為閉合復(fù)位和微創(chuàng)固定方式，借助這種新的治療手段，從根本上避免
了由于傷患部位切開而造成的二次傷害，降低了患者受到感染的機(jī)率，使患者的恢復(fù)時(shí)間
也大大的縮短。目前骨科微創(chuàng)手術(shù)已成為創(chuàng)傷骨科發(fā)展的主要方向。這種新型手術(shù)方式可
以說是廣大患者的福音，但也存在一些弊病。由于是閉合復(fù)位和微創(chuàng)固定，這就決定了很多
工作要暴露在X光下完成，在手術(shù)過程中輻射出的大量X射線容易對(duì)患者和手術(shù)醫(yī)生的健
康造成嚴(yán)重的威脅甚至傷害，尤其是對(duì)于手術(shù)醫(yī)生，長時(shí)間的X射線輻射會(huì)造成免疫力低
下等一系列健康問題。目前世界上很多國家都致力于開發(fā)各種新型的導(dǎo)航技術(shù)，以提高微
創(chuàng)手術(shù)的精度，并盡可能減少手術(shù)醫(yī)生和患者在手術(shù)中所受到的X射線輻射。 針對(duì)目前骨科微創(chuàng)手術(shù)中存在的缺陷和不足，逐漸產(chǎn)生了借助計(jì)算機(jī)及其控制操
作軟件、定位架來輔助醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)的髓內(nèi)釘遠(yuǎn)端鎖定技術(shù)，見專利號(hào)為02158691. 8，發(fā)
明名稱為計(jì)算機(jī)輔助髓內(nèi)釘遠(yuǎn)端鎖定系統(tǒng)的專利，該專利是在傳統(tǒng)髓內(nèi)釘固定技術(shù)的基礎(chǔ)
上，利用計(jì)算機(jī)視覺的三維成像幾何原理確定出目標(biāo)點(diǎn)幾何位置，并設(shè)計(jì)出定位架結(jié)構(gòu)來
實(shí)現(xiàn)手術(shù)路徑的快速定位，從而實(shí)現(xiàn)髓內(nèi)釘固定的半自動(dòng)化。該專利所述系統(tǒng)是將患肢放
入定位架內(nèi)部，由U型架將導(dǎo)向裝置固定，并通過導(dǎo)向裝置上的導(dǎo)向孔穿入鎖釘，以將鎖釘
固定在髓內(nèi)釘上的銷孔中完成手術(shù)，該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是導(dǎo)向裝置必須由U型架進(jìn)行固定，該
U型架的加工涉及切割、校準(zhǔn)等復(fù)雜工藝，并且成本高，而且一旦由于時(shí)效原因發(fā)生輕微變
形，會(huì)使得導(dǎo)向裝置定位不準(zhǔn)確，帶來很大的誤差；另外，在定位架內(nèi)部放置患肢，無法在大
范圍內(nèi)調(diào)整導(dǎo)向裝置與患者的相對(duì)位置，會(huì)使得手術(shù)所針對(duì)的患肢的部位受限，該專利只
適合對(duì)脛骨或股骨的髓內(nèi)釘手術(shù)，不適合任意位置的骨固定術(shù)；而且定位架在每次手術(shù)前
后需要進(jìn)行消毒、組裝及拆卸等程序，工作繁瑣，消耗人力物力，同時(shí)存在組裝不正確帶來
的定位不準(zhǔn)確的隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，提供一種新型的骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝
置，該裝置設(shè)置于患肢側(cè)面并通過將直桿型導(dǎo)向裝置直接卡接在兩個(gè)萬向節(jié)上來實(shí)現(xiàn)直桿
型導(dǎo)向裝置自身的準(zhǔn)確定位，從而實(shí)現(xiàn)手術(shù)路徑在空間上的準(zhǔn)確的固定，并可以在大范圍
內(nèi)調(diào)整該直桿型導(dǎo)向裝置與患者的相對(duì)位置，適用于任意患肢部位的骨科微創(chuàng)手術(shù)，從而
更好地滿足手術(shù)的需求，本發(fā)明還涉及一種用于骨科微創(chuàng)手術(shù)的定位系統(tǒng)。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下 —種骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置，其特征在于，包括機(jī)座，以及設(shè)置于機(jī)座上方并與機(jī)座相連的四自由度雙平面定位機(jī)構(gòu)，所述四自由度雙平面定位機(jī)構(gòu)包括第一串聯(lián)機(jī)械臂、
第二串聯(lián)機(jī)械臂和直桿型導(dǎo)向裝置，所述第一串聯(lián)機(jī)械臂包括串聯(lián)連接的第一水平運(yùn)動(dòng)組
件、第一豎直運(yùn)動(dòng)組件和第一萬向節(jié)，所述第二串聯(lián)機(jī)械臂包括串聯(lián)連接的第二水平運(yùn)動(dòng)
組件、第二豎直運(yùn)動(dòng)組件和第二萬向節(jié)，所述第一水平運(yùn)動(dòng)組件和第二水平運(yùn)動(dòng)組件均與
機(jī)座相連，所述第一水平運(yùn)動(dòng)組件與第一豎直運(yùn)動(dòng)組件之間、第一豎直運(yùn)動(dòng)組件與第一萬
向節(jié)之間、第二水平運(yùn)動(dòng)組件與第二豎直運(yùn)動(dòng)組件之間以及第二豎直運(yùn)動(dòng)組件與第二萬向
節(jié)之間均通過導(dǎo)軌相連，所述直桿型導(dǎo)向裝置分別與第一萬向節(jié)和第二萬向節(jié)卡接以實(shí)現(xiàn)
直桿型導(dǎo)向裝置自身的定位。 所述直桿型導(dǎo)向裝置包括管狀直桿。 所述管狀直桿的至少一端設(shè)置有直桿狀且沿桿長方向伸縮的伸縮管體。 所述四自由度雙平面定位機(jī)構(gòu)與機(jī)座之間還設(shè)置有高度調(diào)整組件，所述第一水平
運(yùn)動(dòng)組件和第二水平運(yùn)動(dòng)組件均與高度調(diào)整組件相連。 所述四自由度雙平面定位機(jī)構(gòu)與高度調(diào)整組件之間還設(shè)置有水平調(diào)整組件，所述 第一水平運(yùn)動(dòng)組件和第二水平運(yùn)動(dòng)組件均與水平調(diào)整組件相連。 所述直桿型導(dǎo)向裝置與第一萬向節(jié)和第二萬向節(jié)之間均隔有消毒套，所述消毒套
覆蓋于第一串聯(lián)機(jī)械臂和第二串聯(lián)機(jī)械臂的外部。 所述機(jī)座上設(shè)置有腳輪和機(jī)座固定裝置。 還包括控制面板，所述控制面板上設(shè)置有控制第一水平運(yùn)動(dòng)組件、第一豎直運(yùn)動(dòng) 組件、第二水平運(yùn)動(dòng)組件、第二豎直運(yùn)動(dòng)組件、高度調(diào)整組件和水平調(diào)整組件運(yùn)動(dòng)的控制按 鈕。 —種定位系統(tǒng)，包括C型臂、計(jì)算機(jī)及儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)的圖像控制操作軟件，其特 征在于，還包括上述的骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置。 所述骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置上設(shè)置有控制面板，所述控制面板上設(shè)置有控制第一水 平運(yùn)動(dòng)組件、第一豎直運(yùn)動(dòng)組件、第二水平運(yùn)動(dòng)組件和第二豎直運(yùn)動(dòng)組件運(yùn)動(dòng)的控制按鈕， 所述控制按鈕與計(jì)算機(jī)內(nèi)的圖像控制操作軟件相連。
本發(fā)明的技術(shù)效果如下 本發(fā)明提供的骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置，包括四自由度雙平面定位機(jī)構(gòu)，該四自由度 雙平面定位機(jī)構(gòu)包括第一串聯(lián)機(jī)械臂、第二串聯(lián)機(jī)械臂和直桿型導(dǎo)向裝置，通過在第一串 聯(lián)機(jī)械臂中設(shè)置第一水平運(yùn)動(dòng)組件，使得該第一串聯(lián)機(jī)械臂中的第一豎直運(yùn)動(dòng)組件和第 一萬向節(jié)能夠一起在第一水平運(yùn)動(dòng)組件的導(dǎo)軌上做水平運(yùn)動(dòng)，通過設(shè)置第一豎直運(yùn)動(dòng)組 件，使得第一萬向節(jié)能夠在第一豎直運(yùn)動(dòng)組件的導(dǎo)軌上做豎直運(yùn)動(dòng)，所以第一萬向節(jié)能夠 在第一水平運(yùn)動(dòng)組件和第一豎直運(yùn)動(dòng)組件所構(gòu)成的平面中實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，同理， 第二萬向節(jié)也能夠在第二水平運(yùn)動(dòng)組件和第二豎直運(yùn)動(dòng)組件所構(gòu)成的平面中實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自 由度的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)谝蝗f向節(jié)和第二萬向節(jié)分別在各自平面中運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)點(diǎn)幾何位置時(shí)，將 直桿型導(dǎo)向裝置分別卡接到第一萬向節(jié)和第二萬向節(jié)上，也就將直桿型導(dǎo)向裝置安裝在了 第一萬向節(jié)中心點(diǎn)和第二萬向節(jié)中心點(diǎn)之間的定位連線上，使得直桿型導(dǎo)向裝置的位置和 方向均被固定，就實(shí)現(xiàn)了直桿型導(dǎo)向裝置自身的定位，該直桿型導(dǎo)向裝置最終能夠?qū)崿F(xiàn)四 個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，故該直桿型導(dǎo)向裝置實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有定位作用和導(dǎo)向作用的裝置。將 本發(fā)明的骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置放置在患肢的側(cè)面進(jìn)行手術(shù)，直桿型導(dǎo)向裝置的位置和方向一旦確定，手術(shù)路徑就能夠?qū)崿F(xiàn)空間上的準(zhǔn)確的固定，例如最常用的將導(dǎo)針插入到患肢中 的骨科微創(chuàng)手術(shù)，將導(dǎo)向套筒放入直桿型導(dǎo)向裝置中，導(dǎo)針通過導(dǎo)向套筒內(nèi)部最終插入到 患肢中，所以直桿型導(dǎo)向裝置的位置和方向一旦確定，導(dǎo)向套筒以及導(dǎo)針的位置及方向就 隨之精確確定，該裝置無需設(shè)置U型架這一設(shè)備，故省去了加工U型架時(shí)的復(fù)雜工藝，降低 了成本，同時(shí)解決了U型架由于時(shí)效變形原因?qū)е露ㄎ徊粶?zhǔn)確帶來誤差的問題，此外，由于 本發(fā)明的骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置是在患肢的側(cè)面手術(shù)，只要導(dǎo)針位置精確確定，就可以將該 導(dǎo)針插入到患肢內(nèi)，可以在大范圍內(nèi)調(diào)整該骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置與患者的相對(duì)位置，且調(diào) 節(jié)方便靈活，操作也十分簡便，能夠避開零部件對(duì)醫(yī)生操作的阻擋干涉，容易得到骨科機(jī)器 人導(dǎo)航裝置最佳的擺放位置，提高了該裝置的順應(yīng)性，故可適用于任意患肢部位的骨固定 術(shù)，而并非只是針對(duì)脛骨或股骨的髓內(nèi)釘手術(shù)，故本發(fā)明的該裝置打破了現(xiàn)有技術(shù)中由于 在定位架內(nèi)部放置患肢造成的對(duì)手術(shù)部位的局限性。 本發(fā)明骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置通過設(shè)置高度調(diào)整組件，使得四自由度雙平面定位機(jī) 構(gòu)可以從整體上實(shí)現(xiàn)高度方向的大幅度調(diào)整，從而可以根據(jù)在手術(shù)床上的患肢所處于的高 度對(duì)四自由度雙平面定位機(jī)構(gòu)作相應(yīng)調(diào)整，使骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置被調(diào)整到最佳的擺放位 置，也相當(dāng)于調(diào)整了直桿型導(dǎo)向裝置的高度位置，而無需移動(dòng)機(jī)座，大大提高了骨科機(jī)器人 導(dǎo)航裝置的靈活性，縮短手術(shù)時(shí)間，從而手術(shù)更加方便。 同理，本發(fā)明骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置通過設(shè)置水平調(diào)整組件，使得四自由度雙平面 定位機(jī)構(gòu)可以從整體上實(shí)現(xiàn)水平方向的大幅度調(diào)整，從而可以根據(jù)在手術(shù)床上的患肢所處 于的位置對(duì)四自由度雙平面定位機(jī)構(gòu)作相應(yīng)調(diào)整，使骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置被調(diào)整到最佳的 擺放位置，也相當(dāng)于調(diào)整了直桿型導(dǎo)向裝置的水平位置，而無需移動(dòng)機(jī)座，避免了由于骨科 機(jī)器人導(dǎo)航裝置擺放位置不合理對(duì)醫(yī)生手術(shù)動(dòng)作造成的阻礙。甚至在手術(shù)中，可以通過水 平調(diào)整組件的運(yùn)動(dòng)避開對(duì)醫(yī)生的干涉，在醫(yī)生手術(shù)動(dòng)作結(jié)束后，骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置可以 準(zhǔn)確恢復(fù)到運(yùn)動(dòng)前的位置，水平調(diào)整組件運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠的特點(diǎn)，是人手調(diào)整無法達(dá)到的，這 一功能大大提高了骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置的靈活性。 直桿型導(dǎo)向裝置與第一萬向節(jié)和第二萬向節(jié)之間均隔有消毒套，消毒套覆蓋于第 一串聯(lián)機(jī)械臂和第二串聯(lián)機(jī)械臂的外部，該骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置結(jié)構(gòu)緊湊，可以通過消毒 套實(shí)現(xiàn)除直桿型導(dǎo)向裝置之外的整個(gè)裝置與手術(shù)空間的完全隔離，防止骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝 置對(duì)手術(shù)空間的污染，使得手術(shù)空間達(dá)到手術(shù)要求的無菌標(biāo)準(zhǔn)。該骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置的 獨(dú)特結(jié)構(gòu)使得即使隔著消毒套，直桿型導(dǎo)向裝置與萬向節(jié)仍然可以準(zhǔn)確定位，實(shí)現(xiàn)可靠連 接，并完全杜絕了消毒套被剌破，零部件安裝不到位等隱患，也無需在手術(shù)前后對(duì)骨科機(jī)器 人導(dǎo)航裝置的各部件進(jìn)行組裝、拆卸，以及高溫蒸煮等消毒滅菌處理，更解決了骨科機(jī)器人 導(dǎo)航裝置中體積較大的部件以及機(jī)電類裝置根本無法進(jìn)行常規(guī)的高溫蒸煮消毒滅菌的問 題。 本發(fā)明涉及的定位系統(tǒng)包括C型臂、計(jì)算機(jī)及儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)的圖像控制操作軟 件，以及本發(fā)明的骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置，患肢放置在手術(shù)床上，將骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置放置 在患肢側(cè)面，利用C型臂上的X光光源的照射在成像平面上形成圖像，然后基于雙目視覺原 理通過計(jì)算機(jī)內(nèi)的圖像控制操作軟件得到導(dǎo)針的定位信息，最后根據(jù)這些定位信息調(diào)節(jié)骨 科機(jī)器人導(dǎo)航裝置，用以實(shí)現(xiàn)完成直桿型導(dǎo)向裝置的準(zhǔn)確定位，從而實(shí)現(xiàn)手術(shù)路徑在空間 上的準(zhǔn)確的固定。本發(fā)明的定位系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，并適用于任意患肢部位的骨固定術(shù)，能夠很好的滿足手術(shù)需求。


圖1為本發(fā)明骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置的優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置中的優(yōu)選直桿型導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明的定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中各標(biāo)號(hào)列示如下 1-第一水平運(yùn)動(dòng)組件；2-第一豎直運(yùn)動(dòng)組件；3-第一萬向節(jié)；4_直桿型導(dǎo)向裝置；5-水平調(diào)整組件；6-高度調(diào)整組件；7-機(jī)座；8-機(jī)座框架；9-腳輪；10_控制面板；11-第二水平運(yùn)動(dòng)組件；12-第二豎直運(yùn)動(dòng)組件；13-第二萬向節(jié)；14-四自由度雙平面定位機(jī)構(gòu)；15-X光光源；16-C型臂；17-X光成像裝置；18-計(jì)算機(jī)；19-骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置；
20-導(dǎo)針；21-患肢；22-管狀直桿；23-伸縮管體；24-導(dǎo)向套筒。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。 圖1為本發(fā)明骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置的優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括從上到下包括依次相連的四自由度雙平面定位機(jī)構(gòu)14、水平調(diào)整組件5、高度調(diào)整組件6和機(jī)座7，四自由度雙平面定位機(jī)構(gòu)14包括第一串聯(lián)機(jī)械臂、第二串聯(lián)機(jī)械臂和直桿型導(dǎo)向裝置4，第一串聯(lián)機(jī)械臂包括串聯(lián)連接的第一水平運(yùn)動(dòng)組件1、第一豎直運(yùn)動(dòng)組件2和第一萬向節(jié)3，第二串聯(lián)機(jī)械臂包括串聯(lián)連接的第二水平運(yùn)動(dòng)組件11、第二豎直運(yùn)動(dòng)組件12和第二萬向節(jié)13，第一水平運(yùn)動(dòng)組件1和第二水平運(yùn)動(dòng)組件11均與水平調(diào)整組件5相連，第一水平運(yùn)動(dòng)組件1上設(shè)置有導(dǎo)軌(也可以通過絲桿螺母作為驅(qū)動(dòng)部件)，可以在第一水平運(yùn)動(dòng)組件1上設(shè)置傳感器或者顯示標(biāo)尺刻度等作為位移檢測裝置，第一豎直運(yùn)動(dòng)組件2可在第一水平運(yùn)動(dòng)組件1上水平滑動(dòng)，從而帶動(dòng)第一萬向節(jié)3做水平運(yùn)動(dòng)，第一豎直運(yùn)動(dòng)組件2上也設(shè)置有導(dǎo)軌(也可以通過絲桿螺母作為驅(qū)動(dòng)部件)并設(shè)置位移檢測裝置，第一萬向節(jié)3可在第一豎直運(yùn)動(dòng)組件2上豎直滑動(dòng)，故第一萬向節(jié)3能夠在第一水平運(yùn)動(dòng)組件1和第一豎直運(yùn)動(dòng)組件2所構(gòu)成的豎直平面中實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)；同理，第二水平運(yùn)動(dòng)組件11上設(shè)置有導(dǎo)軌并設(shè)置位移檢測裝置，第二豎直運(yùn)動(dòng)組件12可在第二水平運(yùn)動(dòng)組件11上水平滑動(dòng)，從而帶動(dòng)第二萬向節(jié)13做水平運(yùn)動(dòng)，第二豎直運(yùn)動(dòng)組件12上也設(shè)置有導(dǎo)軌并設(shè)置位移檢測裝置，第二萬向節(jié)13可在第二豎直運(yùn)動(dòng)組件12上豎直滑動(dòng)，故第二萬向節(jié)13能夠在第二水平運(yùn)動(dòng)組件11和第二豎直運(yùn)動(dòng)組件12所構(gòu)成的豎直平面中實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)；而且第一萬向節(jié)3和第二萬向節(jié)13在各自的平面上作相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)谝蝗f向節(jié)3和第二萬向節(jié)13分別運(yùn)動(dòng)到各自的目標(biāo)點(diǎn)幾何位置時(shí)，接入直桿型導(dǎo)向裝置4，即直桿型導(dǎo)向裝置4分別與第一萬向節(jié)3和第二萬向節(jié)13卡接，以實(shí)現(xiàn)與第一串聯(lián)機(jī)械臂和第二串聯(lián)機(jī)械臂的并聯(lián)，故四自由度雙平面定位機(jī)構(gòu)14實(shí)質(zhì)為一個(gè)串并混聯(lián)的結(jié)構(gòu)，直桿型導(dǎo)向裝置4位于第一萬向節(jié)3中心點(diǎn)和第二萬向節(jié)13中心點(diǎn)之間的定位連線上，該直桿型導(dǎo)向裝置4卡接后實(shí)現(xiàn)了自身定位，能夠?qū)崿F(xiàn)自身的位置和方向上的準(zhǔn)確定位，該直桿型導(dǎo)向裝置最終能夠?qū)崿F(xiàn)四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，故直桿型導(dǎo)向裝置4實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有定位作用和導(dǎo)向作用的裝置。在最常用的將導(dǎo)針插入到患肢中的骨科微創(chuàng)導(dǎo)航手術(shù)時(shí)，患肢被放置在手術(shù)床上，本發(fā)明的骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置放置在手術(shù)床的側(cè)面進(jìn)行直桿型導(dǎo)向裝置4的
定位，將導(dǎo)向套筒24放入直桿型導(dǎo)向裝置4中，直桿型導(dǎo)向裝置4的位置和方向一旦確定，
導(dǎo)向套筒24的位置及方向就隨之精確確定，將導(dǎo)針插入到導(dǎo)向套筒24內(nèi)部，同時(shí)導(dǎo)針的位
置及方向就隨之精確確定，所以醫(yī)生能夠?qū)?dǎo)針準(zhǔn)確的插入到患肢內(nèi)部進(jìn)行手術(shù)。 圖2為本發(fā)明骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置中的優(yōu)選直桿型導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，直桿
型導(dǎo)向裝置4包括管狀直桿22，管狀直桿22的兩端設(shè)置均有直桿狀且沿桿長方向伸縮的伸
縮管體23，直桿型導(dǎo)向裝置內(nèi)套有導(dǎo)向套筒24，導(dǎo)向套筒24內(nèi)套有導(dǎo)針20。也可以將導(dǎo)
向套筒24直接與第一萬向節(jié)3和第二萬向節(jié)13卡接，此時(shí)導(dǎo)向套筒24即為直桿型導(dǎo)向裝
置。此外，該骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置由于能夠?qū)崿F(xiàn)手術(shù)路徑在空間上的準(zhǔn)確的固定，故還可以
實(shí)現(xiàn)如壞骨頭的病兆探測手術(shù)等骨科微創(chuàng)手術(shù)。 優(yōu)選地，可將機(jī)座7設(shè)置在一個(gè)機(jī)座框架8上，并在機(jī)座框架8的四周設(shè)置腳輪9，
這樣方便對(duì)整個(gè)骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置的推移，能夠?qū)⒃撗b置靈活的推到手術(shù)床邊，此外還可以在機(jī)座框架8的底部設(shè)置機(jī)座固定裝置，在調(diào)整好該骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置的位置后，機(jī)座固定裝置能夠控制腳輪9使之抬離地面，防止手術(shù)中骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置的位置發(fā)生偏移。高度調(diào)整組件6能夠?qū)崿F(xiàn)四自由度雙平面定位機(jī)構(gòu)14在高度方向的大幅度調(diào)整，水平調(diào)整組件5能夠?qū)崿F(xiàn)四自由度雙平面定位機(jī)構(gòu)14在水平方向的大幅度調(diào)整，使骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置被調(diào)整到最佳的擺放位置，相當(dāng)于根據(jù)在手術(shù)床上的患肢所處于的高度和位置對(duì)直桿型導(dǎo)向裝置4作了相應(yīng)調(diào)整，無需移動(dòng)機(jī)座，使得手術(shù)更加方便。此外，還可以在該裝置上設(shè)置一個(gè)控制面板10，并在控制面板10上設(shè)置能夠控制第一水平運(yùn)動(dòng)組件1、第一豎直運(yùn)動(dòng)組件2、第二水平運(yùn)動(dòng)組件11、第二豎直運(yùn)動(dòng)組件12、高度調(diào)整組件6和水平調(diào)整組件5運(yùn)動(dòng)的控制按鈕。在手術(shù)前，可以在第一串聯(lián)機(jī)械臂和第二串聯(lián)機(jī)械臂的外部蓋上消毒套，再將直桿型導(dǎo)向裝置4分別與第一萬向節(jié)3和第一萬向節(jié)13卡接，這樣能夠通過消毒套實(shí)現(xiàn)除直桿型導(dǎo)向裝置4之外的整個(gè)裝置與手術(shù)空間的完全隔離，防止骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置對(duì)手術(shù)空間的污染，使得手術(shù)空間達(dá)到手術(shù)要求的無菌標(biāo)準(zhǔn)。
圖3為本發(fā)明的定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括圖1所示的骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置19，還包括C型臂16、計(jì)算機(jī)18及儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)18內(nèi)的圖像控制操作軟件，骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置19放置在患肢21的側(cè)面，其中，C型臂16包括X光光源15和X光成像裝置17， X光光源15從兩個(gè)角度照射患肢21，并在X光成像裝置17上形成圖像，將該圖像采集后經(jīng)過視頻數(shù)據(jù)線傳輸至計(jì)算機(jī)18內(nèi)，經(jīng)計(jì)算機(jī)18內(nèi)的圖像控制操作軟件建立二維坐標(biāo)體系并基于雙目視覺原理進(jìn)行計(jì)算處理最終確定手術(shù)路徑，即確定需插入的導(dǎo)針的軸線位置坐標(biāo)并作為目標(biāo)點(diǎn)幾何位置，可以在圖像控制操作軟件中設(shè)置運(yùn)行按鈕，點(diǎn)擊該運(yùn)行按鈕后能夠控制骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置19中的四自由度雙平面定位機(jī)構(gòu)14運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步講，通過第一萬向節(jié)3和第二萬向節(jié)13分別運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)點(diǎn)幾何位置，然后將直桿型導(dǎo)向裝置4卡接到第一萬向節(jié)3和第二萬向節(jié)13中，將導(dǎo)向套筒放入直桿型導(dǎo)向裝置4中，再將導(dǎo)針20插入該導(dǎo)向套筒的內(nèi)部，最終將導(dǎo)針20插入到患肢21內(nèi)完成手術(shù)。也可以設(shè)置計(jì)算機(jī)18內(nèi)的圖像控制操作軟件與骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置19中的控制面板10上的控制按鈕相連，該控制按鈕用來控制第一水平運(yùn)動(dòng)組件1、第一豎直運(yùn)動(dòng)組件2、第二水平運(yùn)動(dòng)組件11、第二豎直運(yùn)動(dòng)組件12 、高度調(diào)整組件6和水平調(diào)整組件5運(yùn)動(dòng)，通過按動(dòng)控制按鈕使得骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置19中的第一萬向節(jié)3和第二萬向節(jié)13分別運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)點(diǎn)幾何位置。
應(yīng)當(dāng)指出，以上所述具體實(shí)施方式
可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明創(chuàng)造，但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此，盡管本說明書參照附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造進(jìn)行修改或者等同替換，總之，一切不脫離本發(fā)明創(chuàng)造的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護(hù)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置，其特征在于，包括機(jī)座，以及設(shè)置于機(jī)座上方并與機(jī)座相連的四自由度雙平面定位機(jī)構(gòu)，所述四自由度雙平面定位機(jī)構(gòu)包括第一串聯(lián)機(jī)械臂、第二串聯(lián)機(jī)械臂和直桿型導(dǎo)向裝置，所述第一串聯(lián)機(jī)械臂包括串聯(lián)連接的第一水平運(yùn)動(dòng)組件、第一豎直運(yùn)動(dòng)組件和第一萬向節(jié)，所述第二串聯(lián)機(jī)械臂包括串聯(lián)連接的第二水平運(yùn)動(dòng)組件、第二豎直運(yùn)動(dòng)組件和第二萬向節(jié)，所述第一水平運(yùn)動(dòng)組件和第二水平運(yùn)動(dòng)組件均與機(jī)座相連，所述第一水平運(yùn)動(dòng)組件與第一豎直運(yùn)動(dòng)組件之間、第一豎直運(yùn)動(dòng)組件與第一萬向節(jié)之間、第二水平運(yùn)動(dòng)組件與第二豎直運(yùn)動(dòng)組件之間以及第二豎直運(yùn)動(dòng)組件與第二萬向節(jié)之間均通過導(dǎo)軌相連，所述直桿型導(dǎo)向裝置分別與第一萬向節(jié)和第二萬向節(jié)卡接以實(shí)現(xiàn)直桿型導(dǎo)向裝置自身的定位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述直桿型導(dǎo)向裝置包 括管狀直桿。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述管狀直桿的至少一 端設(shè)置有直桿狀且沿桿長方向伸縮的伸縮管體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述四自由度雙 平面定位機(jī)構(gòu)與機(jī)座之間還設(shè)置有高度調(diào)整組件，所述第一水平運(yùn)動(dòng)組件和第二水平運(yùn)動(dòng) 組件均與高度調(diào)整組件相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述四自由度雙平面定 位機(jī)構(gòu)與高度調(diào)整組件之間還設(shè)置有水平調(diào)整組件，所述第一水平運(yùn)動(dòng)組件和第二水平運(yùn) 動(dòng)組件均與水平調(diào)整組件相連。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述直桿型導(dǎo)向 裝置與第一萬向節(jié)和第二萬向節(jié)之間均隔有消毒套，所述消毒套覆蓋于第一串聯(lián)機(jī)械臂和 第二串聯(lián)機(jī)械臂的外部。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述機(jī)座上設(shè)置 有腳輪和機(jī)座固定裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置，其特征在于，還包括控制面板，所述控 制面板上設(shè)置有控制第一水平運(yùn)動(dòng)組件、第一豎直運(yùn)動(dòng)組件、第二水平運(yùn)動(dòng)組件、第二豎直 運(yùn)動(dòng)組件、高度調(diào)整組件和水平調(diào)整組件運(yùn)動(dòng)的控制按鈕。
9. 一種定位系統(tǒng)，包括C型臂、計(jì)算機(jī)及儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)的圖像控制操作軟件，其特征 在于，還包括權(quán)利要求1至8之一所述的骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置上設(shè)置有 控制面板，所述控制面板上設(shè)置有控制第一水平運(yùn)動(dòng)組件、第一豎直運(yùn)動(dòng)組件、第二水平運(yùn) 動(dòng)組件和第二豎直運(yùn)動(dòng)組件運(yùn)動(dòng)的控制按鈕，所述控制按鈕與計(jì)算機(jī)內(nèi)的圖像控制操作軟 件相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置及定位系統(tǒng)，該骨科機(jī)器人導(dǎo)航裝置包括機(jī)座，以及設(shè)置于機(jī)座上方并與機(jī)座相連的四自由度雙平面定位機(jī)構(gòu)，四自由度雙平面定位機(jī)構(gòu)包括第一串聯(lián)機(jī)械臂、第二串聯(lián)機(jī)械臂和直桿型導(dǎo)向裝置，第一串聯(lián)機(jī)械臂包括串聯(lián)連接的第一水平運(yùn)動(dòng)組件、第一豎直運(yùn)動(dòng)組件和第一萬向節(jié)，第二串聯(lián)機(jī)械臂包括串聯(lián)連接的第二水平運(yùn)動(dòng)組件、第二豎直運(yùn)動(dòng)組件和第二萬向節(jié)，第一水平運(yùn)動(dòng)組件和第二水平運(yùn)動(dòng)組件均與機(jī)座相連，直桿型導(dǎo)向裝置分別與第一萬向節(jié)和第二萬向節(jié)卡接的卡接來實(shí)現(xiàn)自身的定位。該裝置設(shè)置于患肢側(cè)面并通過直桿型導(dǎo)向裝置自身來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，適用于任意患肢部位的骨固定術(shù)，從而更好地滿足手術(shù)的需求。
文檔編號(hào)G06F19/00GK101700184SQ200910237998
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者周力, 張維軍, 王軍強(qiáng), 王彬彬, 王豫, 胡磊, 蘇永剛, 趙春鵬, 鐘學(xué)東, 閆曉剛 申請人:北京天智航技術(shù)有限公司