[发明专利]基于无创式实时手术定位导航设备的骨科手术机器人

摘要

本发明涉及一种基于无创式实时手术定位导航设备的骨科手术机器人。其特征在于包括手术床、固定装置、执行机构、机械臂和机械手，手术床上滑动设置固定装置，固定装置上方设置执行机构，执行机构一侧设置机械臂，机械臂内卡接设置机械手。本发明的机械手用于实施高速旋转下的2mm钢针的穿刺动作，建立最终的手术通道。机械手包括有钢针夹持机构、高速旋转机构和轴向移动机构，其中的钢针夹持机构的核心工作原理为离心原理。当高速旋转机构带动主轴高速旋转时，钢针夹持机构的离心夹紧装置开始工作，即钢针夹持机构夹紧钢针，可以实现分段往下置钢针的动作。这种工作方式使得机械手具备了减少机构几何尺寸的同时又不损失工作行程的双重优势。

主权项

基于无创式实时手术定位导航设备的骨科手术机器人，其特征在于包括手术床、固定装置、执行机构、机械臂和机械手，手术床上滑动设置固定装置，固定装置上方设置执行机构，执行机构一侧设置机械臂，机械臂内卡接设置机械手；所述的手术床，其与固定装置通过轨道连接，轨道上具有锁定装置，能在轨道的任意位置进行锁定；所述的固定装置，其包括水平移动机构、垂直移动机构和肢体夹紧装置，水平移动机构通过轨道副与手术床连接，用于机器人的初步定位；垂直运动机构通过螺旋副来控制升降，用于适用不同体厚的患者；肢体夹紧装置为一对固定夹，通过手柄调整固定夹位置能够夹紧患者的肢体；所述的执行机构，安装于固定装置的平台上，用于激光线的捕捉和把持；执行机构包括上平面运动机构和下平面运动机构，上平面运动机构包括了上平面X向移动机构和上平面Y向移动机构，上平面X向移动机构上设有上平面激光点捕捉面板；下平面运动机构包括了下平面X向移动机构和下平面Y向移动机构，下平面X向移动机构上设有下平面激光点捕捉面板；所述的机械臂，其与执行机构、机械手连接，具有绕正交两轴旋转的自由度，旋转中心点在夹持的机械手的几何轴线上；机械臂包括机械臂基座、旋转轴和圆弧型夹持机构，圆弧型夹持机构设置在机械臂基座内，旋转轴一端连接机械臂基座，旋转轴另一端连接上平面X向移动机构或下平面X向移动机构，旋转轴能够在上平面X向移动机构或下平面X向移动机构内转动；圆弧型夹持机构包括相向设置的一对带外齿弧形爪、小齿轮、复位弹簧和齿条，小齿轮通过轴转动设置在圆弧型夹持机构的壳体上，带外齿弧形爪与齿条通过小齿轮啮合且带外齿弧形爪与齿条相向运动，齿条与圆弧型夹持机构的壳体侧壁之间设置用于对齿条复位的复位弹簧；所述的机械手，其卡接设置在机械臂的圆弧型夹持机构内；机械手包括钢针夹持机构、高速旋转机构、轴向移动机构、上极限位置行程开关和下极限位置行程开关，其中钢针夹持机构与轴向移动机构的主轴连接，上极限位置行程开关和下极限位置行程开关安装在行程的上限位置和下限位置；钢针夹持机构主要由卡爪、卡爪固定轴及壳体组成，其中卡爪通过卡爪固定轴固定在壳体上；主轴处于高速旋转状态时，钢针夹持机构中的卡爪的尾部由于离心力的作用向外甩出，整个卡爪绕卡爪固定轴旋转，则卡爪的头部向心夹紧钢针，三个卡爪同时运动时，即可完成对钢针的夹持动作；高速旋转机构主要由高速电机软轴输入轴、斜齿轮和带花键斜齿轮组成，其中的带花键斜齿轮与轴向移动机构的主轴通过花键副连接，斜齿轮设置在高速电机软轴输入轴上，斜齿轮与带花键斜齿轮啮合，高速电机通过软轴将动力传递到高速电机软轴输入轴，高速电机软轴输入轴再带动斜齿轮运动，斜齿轮再驱动带花键斜齿轮，最后带花键斜齿轮通过花键副带动轴向移动机构的主轴，使其获得高速旋转的动力；轴向移动机构主要由轴向电机软轴输入轴、主轴、平面齿轮、齿条型轴向移动机身和角接触轴承组成，其中角接触轴承的外圈与齿条型轴向移动机身的内孔连接，角接触轴承的内圈与主轴的轴连接，轴向电机通过软轴将动力传递到轴向电机软轴输入轴上，再由轴向电机软轴输入轴带动平面齿轮，平面齿轮通过齿轮齿条传动的方式驱动齿条型轴向移动机身的轴向运动，最终通过角接触轴承来实现主轴在高速旋转的同时进行轴向运动；通过钢针夹持机构、高速旋转机构、轴向移动机构的联动，实现2mm钢针的置针穿刺动作。