CN102697543B - 一种串并联长骨复位机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串并联长骨复位机器人，它包括串联部分和并联部分；所述的串联部分包括近端固定机构和远端固定机构，它们之间通过定位杆连接或拆分，该近端固定机构与远端固定机构均包括固定板、锁紧螺钉、连接杆、连接杆安装座、支架杆以及锁扣夹持机构；该锁扣夹持机构包括连接螺栓、锁扣；所述的并联部分包括远端平台面板、远端平台连接板、远端平台压板、近端平台面板、近端平台连接板、近端平台压板以及伸缩杆机构，该伸缩杆机构包括连接铰、套筒、连杆。本发明的主要用途是实现闭合条件下机器人辅助长骨骨折复位功能。它具有机构灵活、工作空间大、操作方便等特点，具有良好的应用前景。

Description

一种串并联长骨复位机器人

技术领域

本发明涉及一种串并联长骨复位机器人，属于外科医疗器械技术领域。 

背景技术

传统的复位方法主要凭借医生的经验和技巧，该手术时间长、医护人员工作强度高、复位精度不易保证，容易产生复位不良等问题。常见的闭合复位，经皮或小切口固定的方法需要术中X射线影像透视定位，医生和患者容易受到辐射。切开复位容易破坏骨折周围的血运和软组织，出血多、易感染，是造成骨折不愈合的重要原因。利用机器人辅助复位使这些问题得以有效解决。目前的研究中，国外的Gramham A.E.在文献“Design of a Parallel Long Bone Fracture Reduction Robot with Planning Treatment Tool”中公开了股骨干骨折复位系统。中国的专利如“骨折复位器（20081005456.3）”、“肢体骨折复位器（200810018060.0）”等，都属于此类研究。国内外的研究成果目前大部分还存在着机构不够灵活、机器人在手术中占用空间多、不符合医生操作习惯等问题。 

发明内容

1、目的：本发明的目的是提供了一种串并联长骨复位机器人，它克服了现有技术中的缺点，实现闭合条件下机器人辅助长骨骨折复位功能。 

2、技术方案：本发明的目的是这样实现的： 

一种串并联长骨复位机器人，它包括串联部分和并联部分，二者相互连接或拆分；

所述的串联部分包括近端固定机构、远端固定机构，它们之间通过定位杆1连接或拆分；所述的近端固定机构设置有固定板2、锁紧螺钉3、连接杆4、连接杆安装座5，支架杆6以及锁扣夹持机构，锁紧螺钉3通过螺纹孔连接在固定板2上，固定板2与连接杆4连接，连接杆安装座5分别与连接杆4、支架杆6连接，支架杆6连接锁扣夹持机构；该定位杆1是一端带有矩形挡板的长方体杆件，用于连接串联部分的近端固定机构和远端固定机构；该固定板2是一种工字型结构件，用于支撑和固定其他结构；该锁紧螺钉3是一种标准连接件，用于固定定位杆1与固定板2；该连接杆4是普通圆杆，通过连接杆安装座5，连接固定板2与支架杆6；该连接杆安装座5是带有安装孔的长方体结构，用于连接支架杆6与连接杆4，可以沿连接杆4轴向运动，或通过螺栓或其它方式固定在连接杆4上；该支架杆6是一 种U形杆件，结合锁扣夹持机构连接长骨；所述的远端固定机构设置有固定板7、锁紧螺钉8、连接杆9、连接杆安装座10，支架杆11以及锁扣夹持机构，锁紧螺钉8通过螺纹孔连接在固定板7上，固定板7与连接杆9连接，连接杆安装座10分别与连接杆9、支架杆11连接，支架杆11连接锁扣夹持机构；该固定板7是是一种工字型结构，用于支撑和固定其他结构；该锁紧螺钉8是一种标准连接件，用于固定定位杆1与固定板7；该连接杆9是普通圆杆，通过连接杆安装座10，连接固定板7与支架杆11；该连接杆安装座10是带有安装孔的长方体结构，用于连接支架杆11与连接杆9，可以沿连接杆9轴向运动，或通过螺栓或其它方式固定在连接杆9上；该支架杆11是一种U形杆件，结合锁扣夹持机构连接长骨；所述的锁扣夹持机构包括连接螺栓12、锁扣13以及锁扣14，连接螺栓12连接锁扣13与锁扣14；该连接螺栓12是一种标准连接件，用于连接锁扣13与锁扣14；该锁扣13是一种带有卡槽和通孔的构件，用于连接支架杆6与锁扣夹持机构或连接支架杆11与锁扣夹持机构；该锁扣14是一种带有卡槽和通孔的构件，用于连接打入股骨的固定钉与锁扣夹持机构。 

所述的并联部分包括远端平台面板15、远端平台连接板16、远端平台压板17、近端平台面板18、近端平台连接板19、近端平台压板20以及伸缩杆机构，远端平台面板15与近端平台面板18通过伸缩杆机构连接，远端平台连接板16与远端平台面板15通过螺栓或其它连接件连接并与远端平台压板17通过螺栓相互连接或拆分，近端平台连接板19与近端平台面板18通过螺栓或其它连接件连接并与近端平台压板20通过螺栓相互连接或拆分；该远端平台面板15是板状环形构件，作为框架，起到支撑的作用；该远端平台连接板16是带有燕尾槽的矩形块状结构，结合远端平台压板17，连接串联部分的远端固定机构；该远端平台压板17是一种一边带有斜面的片状结构，用于连接串联部分的远端固定机构；该近端平台面板18是板状环形构件，作为框架，起到支撑的作用；该近端平台连接板19是带有燕尾槽的矩形块状结构，结合近端平台压板20，连接串联部分的近端固定机构；该近端平台压板20是一种一边带有斜面的片状结构，用于连接串联部分的近端固定机构；所述的伸缩杆机构包括连接铰21、套筒22、连杆23，套筒22的一端与连杆23的一端连接，另一端通过连接铰21与远端平台面板15连接，连杆23的另一端通过连接铰21与近端平台面板18连接。该连接铰21是一种带有转轴的连接件，用于连接远端平台面板15与伸缩杆机构或近端平台面板18与伸缩杆机构，调整近端平台面板与远端平台面板的相对位姿；该套筒22是一种内部带有孔的套筒状件，与连杆23配合；该连杆23是一种光滑圆杆，可以沿套筒轴向运动。 

本发明的工作原理及流程简介如下： 

本发明包括串联部分和并联部分，二者拆分后的串联部分用于长骨的初步复位和定位，初步复位由医生手动完成，对骨折股骨进行初步调整，接着通过固定钉将长骨与串联部分连接，实现定位功能。将串联部分与并联部分连接后，串联部分可分为两个独立的单元分别连接并联部分，并联部分用于长骨的精准复位，具有6个自由度，可以实现长骨复位所需的平移、拉伸、旋转等全部操作。 

3、优点及功效：与现有技术相比，本发明的有益效果是： 

1.通过操作机器人，实现在闭合状态下机器人辅助长骨骨折复位功能，代替医生的复位操作，具有复位精度高、创伤小、手术时间短、术后愈合快等优点。 

2．采用了串并联机构，具有6个自由度，综合了串联机构工作空间大、灵活性好和并联机构定位精度高、负载能力大、结构紧凑、刚度大等优点。满足骨折复位所需的工作空间和自由度要求。 

3．串联机构具有初步复位和患肢固定的功能，与并联机构可以相互连接或拆分，方便了医生固定串联机构与患肢，增加了医生操作的空间，同时也为术前患肢的CT扫描或其他操作提供了方便。 

附图说明

图1为串并联长骨复位机器人整体示意图 

图2为串并联长骨复位机器人串联部分示意图 

图3为串并联长骨复位机器人并联部分示意图 

图4为串并联长骨复位机器人伸缩机构示意图 

图中：1、定位杆，2、固定板，3、锁紧螺钉，4、连接杆，5、连接杆安装座，6、支架杆，7、固定板，8、锁紧螺钉，9、连接杆，10、连接杆安装座，11、支架杆，12、连接螺栓，13、锁扣，14、锁扣，15、远端平台面板，16、远端平台连接板，17、远端平台压板，18、近端平台面板，19、近端平台连接板，20、近端平台压板，21、连接铰，22、套筒，23、连杆。 

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的说明。 

本发明的总体结构如图1至图4所示。 

如图1，串并联长骨复位机器人由串联部分和并联部分组成。二者相互连接或拆分；连接串联部分与并联部分时，将串联部分的固定板2和固定板7分别放置在近端平台连接板19和远端平台连接板16上，再将近端平台压板20和远端平台压板17分别通过螺栓或其它 方式固定在近端平台连接板19和远端平台连接板16上，可以连接串联部分和并联部分。拆分二者时采取相反的步骤。将定位杆1分别穿过固定板2与固定板7，旋紧锁紧螺钉3与锁紧螺钉8可以连接近端固定机构与远端固定机构。拆分时，反向旋转锁紧螺钉3与锁紧螺钉8，并抽出定位杆1。如图2，连接杆安装座5与连接杆安装座10可分别沿连接杆4与连接杆9轴向调整位置，并可以通过螺栓或其它方式固定在连接杆4与连接杆9上。锁扣夹持机构可分别沿支架杆6或支架杆11轴向调整位置，并可以通过螺栓或其它方式固定在支架杆6或支架杆11上。锁扣夹持机构一端固定在支架杆6或支架杆11上，另一端用于连接打入股骨的固定钉。如图3，并联部分的近端平台面板18与远端平台面板15通过六组相同的伸缩机构连接。如图4，伸缩机构由2个相同的连接铰21与套筒22、连杆23组成，连杆23通过电机或液压的驱动方式可沿套筒22轴向运动。 

本发明按下述方式进行工作：在骨折长骨的远端和近端分别打入固定钉，初步调整两段骨折股骨位置，分离串联部分与并联部分，分别沿连接杆4与连接杆9轴向调整连接杆安装座5与连接杆安装座10位置。调整到合适的位置以后，通过锁扣夹持机构将固定钉与串联部分连接，实现初步复位和固定的功能。连接有串联部分的患肢可以进行CT扫描等操作，为精准复位做准备。接着连接串联部分与并联部分，反向旋转锁紧螺钉3与锁紧螺钉8，抽出定位杆1，这时串联部分分成了两个部分，并分别与并联部分的远端平台连接板和近端平台连接板相连，并联部分通过规划复位路径在电机或液压等动力装置的驱动下，完成骨折股骨的精准复位。复位后将患肢远端和近端的固定钉连接并固定。卸下锁扣夹持机构，移出机器人，复位过程完成。 

以上参照附图对本发明的描述是示意性的，没有限制性，本领域的技术人员应该能够理解，在实际实施中，本发明中各构件的形状和布局方式均可能发生某些改变；而在本发明的启示下，其他人员也可以做出与本发明相似的设计或对本发明做出修改以及某个构件的等同替换。特别需要指出的是，只要不脱离本发明的设计宗旨，所有显而易见的改变以及具有等同替换的相似设计，均包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (1)

1.一种串并联长骨复位机器人，其特征在于：它包括串联部分和并联部分，二者相互连接；

所述的串联部分包括近端固定机构、远端固定机构，它们之间通过定位杆（1）连接；该近端固定机构设置有第一固定板（2）、第一锁紧螺钉（3）、第一连接杆（4）、第一连接杆安装座（5），第一支架杆（6）以及第一锁扣夹持机构，第一锁紧螺钉（3）通过螺纹孔连接在第一固定板（2）上，第一固定板（2）与第一连接杆（4）连接，第一连接杆安装座（5）分别与第一连接杆（4）、第一支架杆（6）连接，第一支架杆（6）连接第一锁扣夹持机构；该定位杆（1）是一端带有矩形挡板的长方体杆件，用于连接串联部分的近端固定机构和远端固定机构；该第一固定板（2）是一种工字型结构件，用于支撑和固定其他结构；该第一锁紧螺钉（3）是一种标准连接件，用于固定定位杆（1）与第一固定板（2）；该第一连接杆（4）是普通圆杆，通过第一连接杆安装座（5），连接第一固定板（2）与第一支架杆（6）；该第一连接杆安装座（5）是带有安装孔的长方体结构，用于连接第一支架杆（6）与第一连接杆（4），沿第一连接杆（4）轴向运动，或通过螺栓固定在第一连接杆（4）上；该第一支架杆（6）是一种U形杆件，结合第一锁扣夹持机构连接长骨；

该远端固定机构设置有第二固定板（7）、第二锁紧螺钉（8）、第二连接杆（9）、第二连接杆安装座（10），第二支架杆（11）以及第二锁扣夹持机构，第二锁紧螺钉（8）通过螺纹孔连接在第二固定板（7）上，第二固定板（7）与第二连接杆（9）连接，第二连接杆安装座（10）分别与第二连接杆（9）、第二支架杆（11）连接，第二支架杆（11）连接第二锁扣夹持机构；该第二固定板（7）是一种工字型结构，用于支撑和固定其他结构；该第二锁紧螺钉（8）是一种标准连接件，用于固定定位杆（1）与第二固定板（7）；该第二连接杆（9）是普通圆杆，通过第二连接杆安装座（10），连接第二固定板（7）与第二支架杆（11）；该第二连接杆安装座（10）是带有安装孔的长方体结构，用于连接第二支架杆（11）与第二连接杆（9），沿第二连接杆（9）轴向运动，或通过螺栓固定在第二连接杆（9）上；该第二支架杆（11）是一种U形杆件，结合第二锁扣夹持机构连接长骨；该第一锁扣夹持机构和第二锁扣夹持机构包括连接螺栓（12）、第一锁扣（13）以及第二锁扣（14），连接螺栓（12）连接第一锁扣（13）与第二锁扣（14）；该连接螺栓（12）是一种标准连接件；该第一锁扣（13）是一种带有卡槽和通孔的构件，用于连接第一支架杆（6）与第一锁扣夹持机构或连接第二支架杆（11）与第二锁扣夹持机构；该第二锁扣（14）是一种带有卡槽和通孔的构件，用于连接打入股骨的固定钉与第一或第二锁扣夹持机构；

所述的并联部分包括远端平台面板（15）、远端平台连接板（16）、远端平台压板（17）、近端平台面板（18）、近端平台连接板（19）、近端平台压板（20）以及伸缩杆机构，远端平台面板（15）与近端平台面板（18）通过伸缩杆机构连接，远端平台连接板（16）与远端平台面板（15）通过螺栓或其它连接件连接并与远端平台压板（17）通过螺栓相互连接，近端平台连接板（19）与近端平台面板（18）通过螺栓或其它连接件连接并与近端平台压板（20）通过螺栓相互连接；该远端平台面板（15）是板状环形构件，作为框架，起到支撑的作用；该远端平台连接板（16）是带有燕尾槽的矩形块状结构，结合远端平台压板（17），连接串联部分的远端固定机构；该远端平台压板（17）是一种一边带有斜面的片状结构，用于连接串联部分的远端固定机构；该近端平台面板（18）是板状环形构件，作为框架，起到支撑的作用；该近端平台连接板（19）是带有燕尾槽的矩形块状结构，结合近端平台压板（20），连接串联部分的近端固定机构；该近端平台压板（20）是一种一边带有斜面的片状结构，用于连接串联部分的近端固定机构；所述的伸缩杆机构包括连接铰（21）、套筒（22）、连杆（23），套筒（22）的一端与连杆（23）的一端连接，另一端通过连接铰（21）与远端平台面板（15）连接，连杆（23）的另一端通过连接铰（21）与近端平台面板（18）连接；该连接铰（21）是一种带有转轴的连接件，用于连接远端平台面板（15）与伸缩杆机构或近端平台面板（18）与伸缩杆机构，调整近端平台面板（18）与远端平台面板（15）的相对位姿；该套筒（22）是一种内部带有孔的套筒状件，与连杆（23）配合；该连杆（23）是一种光滑圆杆，沿套筒轴向运动。

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