[发明专利]智能脊柱微创手术机器人

说明书

本发明提供一种智能脊柱微创手术机器人，包括支架、固定于支架上的直线运动关节及与直线运动关节顺次相连的摆动关节、回转关节、俯仰关节、直线微调关节和末端旋转关节；摆动关节与摆动关节之间，摆动关节与回转关节之间，俯仰关节与回转关节之间均通过连杆固定连接；直线微调关节固定在俯仰关节上；末端旋转关节固定在直线微调关节上；上述各关节通过设置在各自内部的、与所述手术机器人的控制系统相连接的驱动机构驱动其按预设规划的路径运动。本发明实现了手术机器人的多个自由度控制，直线进给，摆动，回转运动，俯仰运动及直线微调运动，保证机器人在调整至工作范围内的任何位置，满足工作时的任意姿态，实现手术的准确定位和精确操作需求。

技术领域

本发明涉及医疗外科手术的辅助操作机械技术领域，尤其涉及一种应用于脊椎微创外科手术操作的器械，具体而言，是一种智能脊柱微创手术机器人。

背景技术

在传统的椎弓根钉内固定手术中，为了能准确的把椎弓根螺钉植入人体，需要把小关节和横突上的肌肉剥离，因而会破坏周边的神经以及腰椎的软组织。在手术过程中，三维影像不能完全暴露手术视野，需要长时间使用自动撑开器牵拉肌肉，进一步增大辐射暴露面积，对患者两侧的神经和软组织造成二次破坏，同时手工进行钻钉道操作很难保证操作位置和方向的最优化。再有，长时间的手术操作所带来的疲劳，致使医生手部的生理颤动将再次增加手术误操作的可能性。

随着对医疗水平要求的不断提高，传统的手术方式由于风险高、伤害大，已越来越难满足患者的需求，因此，引入一种脊椎微创外科手术操作的辅助器械已成为一种必然的趋势。

发明内容

根据上述提出传统脊柱外科手术中存在的多次破坏腰椎软组织及人为操作会产生误差等技术问题，而提供一种智能脊柱微创手术机器人。本发明主要利用直线运动关节、摆动关节、回转关节、俯仰关节、直线微调关节和末端旋转关节各个关节之间的配合，实现手术机器人直线进给、摆动、回转、俯仰及直线微调运动，从而保证机器人满足工作时的任意姿态，实现手术的准确定位和精准操作需求。

本发明采用的技术手段如下：

一种智能脊柱微创手术机器人，其特征在于，包括支架、固定于所述支架上的直线运动关节及与所述直线运动关节顺次相连的摆动关节、回转关节、俯仰关节、直线微调关节和末端旋转关节；

其中，所述摆动关节至少为1个，第一个所述摆动关节通过设置在所述直线运动关节上的第一滑块与所述直线运动关节固定连接，相邻的两个所述摆动关节之间通过第一连杆固定连接；

所述回转关节与所述摆动关节之间通过第二连杆固定连接；

所述俯仰关节与所述回转关节之间通过第三连杆固定连接；

所述直线微调关节固定在所述俯仰关节上；

所述末端旋转关节固定在所述直线微调关节的第二滑块上；

所述摆动关节的旋转轴与所述直线运动关节的运动方向平行，所述回转关节、所述俯仰关节与所述末端旋转关节的旋转轴之间的轴线两两正交，所述直线微调关节的运动方向与所述末端旋转关节的旋转轴线平行；

上述各关节通过设置在各自内部的、与所述手术机器人的控制系统相连接的驱动机构驱动其按预设规划的路径运动。

进一步地，所述驱动机构包括伺服电机、联轴器、谐波减速器和编码器，所述编码器安装于所述伺服电机上且与所述控制系统相连接，所述伺服电机的输出轴连接丝杠，通过所述丝杠依次连接所述联轴器和所述谐波减速器。

进一步地，所述直线运动关节包括设置在丝杠套筒内底部的交流伺服电机，设置在所述丝杠套筒内的上银滚珠丝杠依次通过第一电磁离合器、第一谐波减速器、连轴、第一联轴器与所述交流伺服电机输出轴连接，通过控制所述上银滚珠丝杠实现设置在其上的第一滑块的上下运动，进而实现所述直线运动关节的升降；所述交流伺服电机与所述支架固定连接。