CN103300906A - 医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置，其控制精确度高，可实现任意位姿的颅骨外科手术操作，避免对脑组织的机械损伤。它包括底座，回转台通过电机I安装在底座上并通过电机II连接液压杆I，液压杆I与液压杆II连接，液压杆II前端通过电机VIII连接空心轴，空心轴末端装电机III，电机III主轴穿过空心轴与回转轴连接，回转轴通过电机IV与T型连接杆连接，T型连接杆与连接杆II连接；连接杆II与连接杆I连接；连接杆I端部有液压装置，底部有应变片，应变片通过反馈调节装置与液压装置连接；连接杆I前端有横向及纵向运动装置，在纵向运动装置上安装有夹持装置，夹持装置为卡抓装置I和卡抓装置II，两者间有驱动用电机V。

Description

医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置

技术领域

本发明涉及一种医疗器械，具体的为一种医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置。

背景技术

骨磨削是神经外科医生通常使用内窥镜扩大鼻内的方法，通过鼻孔作为通道来治疗颅底患有癌症的病人。这种微创技术在不需要毁容的条件了提供了一个直接通向颅底肿瘤的通道。在切除脑瘤的过程中发现和切除病变肿瘤需要广泛的研磨环绕在视神经、海绵窦、三叉神经分支上的骨头来识别并保护这些主要神经。但在磨削骨头的过程中会产生热并且有可能会损伤神经。而且这样的热损伤会导致失明和失去颜面肌肉控制能力，由于缺少在骨磨削中热传递到神经的知识所以对神经外科医生来说很担心。高速(超过50000转每分)，微型球头金刚石砂轮可用于这样的外科手术。在骨磨削中主要的冷却方式是用生理盐水冷却。在磨削中高速砂轮旋转的速度和受限的手术空间都一起限制了生理盐水冷却和润滑的有效性。这个来自骨磨削的热损伤毗邻神经是被神经外科医生公认的一个现象。手术中面部神经瘫痪在骨磨削中已经报道了高达3.6%。Abbas和Jones在一项尸体解剖研究中利用金刚石砂轮进行骨磨削实验，测量了面部神经温度，并且证实了神经热损伤。

神经组织特别容易受到高温的影响。组织损伤的起始温度大约是43度。在头颈部手术中神经热损伤的事已经被报道过。神经外科医生目前不能确定骨磨削中在砂轮/骨界面产生的热量和转移到骨和相邻神经的热能有多少。

目前外科颅骨磨削的器械为手持式磨削装置，手术时须凭借医师个人丰富的临床经验与手部感觉来调整磨削装置的运动和位姿。若是经由缺乏丰富经验的医师执行时，稍有不慎有可能在外科颅骨磨削时而伤及头骨下方的脑膜及神经组织。

与手持式手术装置相比，医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置在治疗效果、减轻痛苦、恢复周期、医疗成本等方面具有明显优势。它主要借助先进的手术器械来操作，以达到出色的治疗效果。当前颅骨外科手术广泛应用的手动微机械手仅含有旋转和夹持两个自由度，常常需要操作者进行大量的辅助动作才能达到一定的工作空间，从而提高了手术操作的难度，并降低了手术效率，同时也会给患者带来不必要的附加损伤。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置，该机械臂磨削夹持装置具有3个旋转、3个移动共计6个自由度，具有控制精确度高，可实现任意位姿的颅骨外科手术操作，从而可有效避免对脑组织的机械损伤。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置，它包括六自由度自动调节机械臂以及安装在机械臂前端的夹持装置；其中六自由度机械臂包括底座，回转台以电机I驱动旋转的方式安装在底座上；回转台上安装电机II驱动转动的液压杆I，液压杆I与液压杆II伸缩式连接，液压杆II前端安装电机VIII驱动转动的空心轴，空心轴末端安装电机III，电机III主轴穿过空心轴后与空心轴前端的回转轴连接，回转轴通过电机IV与T型连接杆连接，T型连接杆与连接杆II一端连接；连接杆II另一端与连接杆I转动连接；在连接杆I端部设有液压装置，连接杆I底部设有应变片，应变片通过反馈调节装置与液压装置连接，共同构成对作用力监测的循环系统；同时连接杆I前端还安装有横向及纵向运动装置，在纵向运动装置上安装有夹持装置，所述夹持装置包括卡抓装置I和卡抓装置II，所述两卡抓装置间设有驱动用电机V。

所述底座上半部分中心设有一中心孔，回转台下端设有一轴插入底座的中心孔内，在中心外设有环形槽，在环形槽大直径内表面设计为内齿轮，电机I的主轴为齿轮轴，电机I固定在回转台上，齿轮轴与环形槽的内齿轮实现齿轮内啮合。

所述电机II安装在回转台的一端同时与液压杆I连接，在电机II的主轴上设有一个限制液压杆I移动的限位器；电机II的主轴与回转台连接部分为光轴，与液压杆I连接的部分采用花键方式连接。

所述电机VIII的主轴上设有限制空心轴移动的限位器，电机VIII的主轴与液压杆II连接部分为光轴，与空心轴采用花键方式连接；回转轴插入空心轴一端，从空心轴安装一轴承再安装套筒，回转轴与套筒通过螺纹连接，套筒其它部位为光滑的，从而限制了回转轴的移动。

所述电机IV的主轴设计为阶梯轴，直径尺寸逐渐减小；主轴与回转轴连接部分为光轴，主轴中间部分与T型连接杆采用花键方式连接，T型连接杆由回转轴限制其移动；连接杆II与T型连接杆通过螺纹连接；连接杆I通过柱销I与连接杆II连接；应变片粘结在连接杆I底部。

所述液压装置固定在连接杆I上，液压装置另一端液压杆为T型，由两个插销孔套在T型液压杆的两端，插销孔由螺钉固定，实现液压装置的T型液压杆沿插销孔的转动，限制液压装置移动。

所述横向及纵向运动装置分别为：

横向运动装置包括与连接杆I连接的横向导轨，电机VII固定在横向导轨端部，横向导轨槽内安装丝杠，丝杠与电机VII连接传动；丝杠与滑动连接装置蜗轮蜗杆传动，滑动连接装置与横向导轨啮合，使滑动连接装置沿横向导轨两条导轨表面滑动；

纵向运动装置与滑动连接装置采用滚珠导轨连接实现纵向滑动，滑动连接装置上安装电机VI，电机VI的主轴端部为齿轮与纵向运动装置实现齿轮传动，为纵向运动装置提供动力驱动；

横向导轨两端安装限位开关I和限位开关II，调节滑动连接装置横向移动的范围；在纵向运动装置底部安装限位开关III和限位开关IV，调节纵向移动的范围；所述四个限位开关构成一矩形，从而调节四个限位开关的位置调节运动范围。

各自的连杆I连接，连杆I与电机V主轴一同转动；连杆III与连杆I、连杆III与卡爪II、连杆I与连杆II、连杆II与卡爪I通过柱销II连接实现转动，卡爪I与卡爪II套在T型支架的圆柱导轨上实现卡爪I与卡爪II沿导轨相向运动和相离运动，T型支架固定在纵向运动装置上；卡爪I与卡爪II闭合时，连杆I处于竖直位置，卡爪II与连杆III之间的柱销、连杆I中心轴及卡爪I与连杆II之间的柱销在通一条直线上，连杆III、连杆II和连杆I几乎处于一条直线上，连杆III与连杆II的长度之和约等于连杆I的长度；卡爪I与卡爪II分开处于最大开口时，连杆III、连杆I和连杆II位于一条直线上，卡爪I与卡爪II的最大开口值为连杆III、连杆I和连杆II的长度之和。

所述夹持装置端部至液压装置的距离设为x，应变片的长度为a，液压装置至柱销I的距离为b，由应变片检测出液压装置施加的载荷为P，则卡爪夹持的工具对目标工件施加载荷P(x)为：

$P\left(x\right)=\frac{\mathrm{Pb}}{x+b}---\left(1\right)$

当没有接触目标工件时，应变量大小为0，当接触目标工件时，应变量大小大于0；通过反馈调节装置调节液压装置对连接杆I的作用力，其作用力的大小通过应变片的实时监测，并及时的通过反馈调节装置对液压装置进行补偿调节，如此反复。

本发明的有益效果是：该机械臂磨削夹持装置具有3个旋转、3个移动共计6个自由度，即：回转台在电机I与底座环形槽的齿轮内啮合传动下实现转动；液压杆I通过电机II与液压杆I花键孔配合以及螺钉的固定实现转动，同样空心轴通过电机VIII与空心轴花键孔配合以及螺钉的固定实现转动。回转轴通过与空心轴的连接与电机III的配合下实现转动。液压杆I与液压杆II构成液压装置，可以使液压杆II伸长与缩短，实现竖直方向的移动。滑动连接装置与横向导轨两条导轨啮合实现横向移动，在横向导轨的一条导轨上安装限位开关I和限位开关II，可以调节滑动连接装置横向移动的范围。同样，纵向运动装置与滑动连接装置导轨套在一起实现纵向移动，在纵向运动装置底部的孔内两端安装限位开关III和限位开关IV，可以调节纵向移动的范围。它具有控制精确度高，可实现任意位姿的颅骨外科手术操作，从而可有效避免对脑组织的机械损伤。

附图说明

图1为医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置的示意图；

图2为医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置俯视图；

图3为医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置局部定位局部剖视图；

图4为医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置安装的一种电机主视图；

图5为医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置安装的一种电机主视图；

图6为医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置端部示意图；

图7为医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置端部横向纵向连接示意图；

图8为医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置纵向运动装置连接主视图；

图9为医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置纵向运动装置底部示意图；

图10为医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置端部卡爪装置示意图；

图11为医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置端部侧视图；

图12为医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置作用力监测流程图。

其中，1-底座，2-回转台，3-电机I，4-电机II，5-液压杆I，6-液压杆II，7-电机III，8-空心轴，9-回转轴，10-电机IV，11-T型连接杆，12-卡爪装置I，13-卡爪装置II，14-电机V，15-纵向运动装置，16-电机VI，17-滑动连接装置，18-电机VII，19-连接杆I，20-横向导轨，21-液压装置，22-应变片，23-柱销I，24-连接杆II，25-电机VIII，26-丝杠，27-限位开关I，28-限位开关II，29-套筒，30-轴承，31-电机主轴，32-螺钉I，33-保持架，34-限位开关III，35-限位开关IV，36-T型支架，37-连杆I，38-连杆II，39-卡爪I，40-卡爪II，41-柱销II，42-连杆III。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

图1显示了医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置的各个组成部分，结合图1、图2，其各个部分的传动与定位如下：其中底座1为实体金属材料，在整个装置中起到保持装置重心的作用，使装置不易因受力或其它部位过重而导致歪倒。在底座1上半部分中心为一孔，将回转台2下端的轴插入底座1的中心孔中，在中心孔外有一环形槽，在环形槽大直径内表面设计为内齿轮，电机I3的主轴设计为齿轮轴，电机I3穿过回转台2上的孔使主轴的外齿轮与环形槽的内齿轮实现齿轮内啮合传动，通过螺钉使电机I3固定在回转台2上，从而实现了回转台2在竖直方向的转动。

在回转台2另一端通过电机II4与液压杆I5连接起来，电机II4通过螺钉固定在回转台2上，在电机II4另一端通过垫片和螺钉固定在液压杆I5上，一个螺钉固定在电机II4主轴上，限制液压杆I5的移动，另外4个螺钉固定到液压杆I5上，电机II4的主轴在回转台2孔的部分为光轴，通过液压杆I5的部分为花键，并与液压杆I5花键孔配合，从而实现液压杆I5同电机II4主轴转动。

液压杆I5与液压杆II6构成液压装置，可以实现液压杆II6伸长与缩短。液压杆II6通过电机VIII25与空心轴8连接，电机VIII25通过螺钉固定在液压杆II6上，通过垫片和螺钉固定在空心轴8上，一个螺钉固定在电机VIII25主轴上，限制空心轴8的移动，另外4个螺钉固定到空心轴8上，电机VIII25的主轴在液压杆II6孔的部分为光轴，通过空心轴8的部分为花键，与空心轴8花键孔配合，从而实现液压杆I5同电机II4主轴转动。实现空心轴8同电机VIII25主轴转动。电机III7通过螺钉固定在空心轴8上，电机III7主轴与回转轴9连接，实现回转轴9的旋转，通过电机IV10将T型连接杆11与回转轴9连接起来，电机IV10通过螺钉固定在回转轴9上，电机IV10主轴设计为阶梯轴，电机IV10主轴在回转轴9孔的部分为光轴，通过T型连接杆11的部分为花键，与T型连接杆11花键孔配合，实现T型连接杆11的旋转。

连接杆II24与T型连接杆11通过螺纹连接。连接杆I19通过柱销I23与连接杆II24连接。应变片22粘结在连接杆I19底部。液压装置21用螺钉固定在连接杆I19端部，液压装置21另一端液压杆设计为T型，由两个插销孔套在T型液压杆的两端，插销孔由螺钉固定，可以实现液压装置21T型液压杆沿插销孔的转动，限制液压装置21移动。

连接杆I19与横向导轨20连接，电机VII18由螺钉固定在横向导轨20端部，横向导轨20槽内安装丝杠26，丝杠26与电机VII18主轴连接实现传动。丝杠26与滑动连接装置17蜗轮蜗杆传动，滑动连接装置17与横向导轨20啮合，使滑动连接装置17沿横向导轨20两条导轨表面滑动。滑动连接装置17与纵向运动装置15采用滚珠导轨连接实现纵向滑动，滑动连接装置17上安装电机VI16，电机VI16主轴端部为齿轮与纵向运动装置15实现齿轮传动，为纵向运动装置15提供动力驱动。纵向运动装置15上表面安装卡爪装置I12、卡爪装置II13和电机V14，电机V14主轴与卡爪装置I12和卡爪装置II13的连杆I37连接，使连杆I37与电机V14主轴一同转动，连杆III42与连杆I37、连杆III42与卡爪II40、连杆I37与连杆II38、连杆II38与卡爪I39通过柱销II41连接实现转动，卡爪I39与卡爪II40套在T型支架36的圆柱导轨上实现卡爪I39与卡爪II40沿导轨相向运动和相离运动。在横向导轨20导轨两端安装限位开关I27和限位开关II28，用螺母拧紧固定，在纵向运动装置15底部孔内安装限位开关III34和限位开关IV35，用螺母拧紧固定。

图2为医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置俯视图，从图2中可以清晰的观察到装置的各个自由度。回转台2在电机I3与底座1环形槽的齿轮内啮合传动下实现转动。液压杆I5通过电机II4与液压杆I5花键孔配合以及螺钉的固定实现转动，同样空心轴8通过电机VIII25与空心轴8花键孔配合以及螺钉的固定实现转动。回转轴9通过与空心轴8的连接与电机III7的配合下实现转动。液压杆I5与液压杆II6构成液压装置，可以使液压杆II6伸长与缩短，实现竖直方向的移动。滑动连接装置17与横向导轨20两条导轨啮合实现横向移动，在横向导轨20的一条导轨上安装限位开关I27和限位开关II28，可以调节滑动连接装置17横向移动的范围。同样，纵向运动装置15与滑动连接装置17导轨套在一起实现纵向移动，在纵向运动装置15底部的孔内两端安装限位开关III34和限位开关IV35，可以调节纵向移动的范围。

如图3，电机III7、空心轴8和回转轴9连接定位局部剖视图。回转轴9插入空心轴8一端，从空心轴8安装一轴承30再安装套筒29，回转轴9与套筒29通过螺纹连接，套筒29其它部位为光滑的，从而限制了回转轴9的移动。将电机III7的主轴31通过套筒29连接回转轴9，连接部位为花键连接，电机III7通过螺钉固定在空心轴8一端，从而实现了回转轴9同电机主轴31的转动。

如图4，电机IV10的主视图。将主轴设计为阶梯轴，主轴直径尺寸逐渐减小。主轴中间部位与T型连接杆11花键连接实现由电机IV10控制T型连接杆11的转动，T型连接杆11由回转轴9限制其移动。电机IV10主轴直径较小的部位为了方便主轴花键部位插入T型连接杆11的花键孔，并与电机IV10的主轴直径较大的部位一同对电机定位，电机IV10由螺钉固定在回转轴9上。

如图5，电机II4和电机III7的主视图。电机II4在回转台2的部分为光滑的，与液压杆I5连接部分为花键配合，花键轴的齿顶圆直径与光滑部分相等，电机II4由螺钉固定在回转台2上。同样，电机III7与液压杆II6连接部分为光滑的，与空心轴8连接部分为花键配合，花键轴的齿顶圆直径与光滑部分相等，电机III7由螺钉固定在液压杆II6上。液压杆I5与空心轴8可以实现由电机主轴控制其转动。

如图6和图7，医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置端部示意图。从图中可观察到滑动连接装置17与丝杠26以及与横向导轨20的连接与传递关系，丝杠26由电机VII18控制旋转。纵向运动装置15与滑动连接装置17通过纵向导轨连接，纵向运动装置15由电机VI16齿轮啮合控制纵向移动。横向导轨20的一条导轨两端安装限位开关I27和限位开关II28控制滑动连接装置17的横向运动范围。连接杆I19底部粘结应变片22，顶部固定液压装置21的一段，另一端固定在连接杆II24上。

如图8，纵向运动装置连接主视图。滑动连接装置17与纵向运动装置15通过滑动连接装置17上的滚珠导轨连接，保持架33在纵向运动装置15的孔内调节滚珠的滚动轨迹。电机VI16安装在滑动连接装置17上，纵向运动装置15一侧与电机VI16主轴上的齿轮啮合传动。

如图9，纵向运动装置15底部孔内两端安装限位开关III34和限位开关IV35，通过螺母拧紧固定，可通过调节限位开关III34和限位开关IV35的位置控制纵向运动装置15的运动范围。与横向导轨20上的限位开关I27和限位开关II28构成一矩形，从而可以调节4个限位开关的位置调节运动范围。

如图10，卡爪装置示意图。T型支架36固定在纵向运动装置15上，连杆I37中心固定轴通过T型支架36的孔与电机V14主轴键连接一同转动，连杆III42与连杆I37、连杆III42与卡爪II40、连杆I37与连杆II38、连杆II38与卡爪I39通过柱销II41连接实现转动，卡爪I39与卡爪II40套在T型支架36的圆柱导轨上实现卡爪I39与卡爪II40沿导轨相向运动和相离运动。卡爪I39与卡爪II40闭合时，连杆I37处于竖直位置，卡爪II40与连杆III42之间的柱销、连杆I37中心轴及卡爪I39与连杆II38之间的柱销在通一条直线上，连杆III42、连杆II38和连杆I37几乎处于一条直线上，连杆III42与连杆II38的长度之和约等于连杆I37的长度。卡爪I39与卡爪II40分开处于最大开口时，连杆III42、连杆I37和连杆II38位于一条直线上，卡爪I39与卡爪II40的最大开口值为连杆III42、连杆I37和连杆II38的长度之和。

如图11，装置端部侧视图。当卡爪装置II13和卡爪装置I12夹紧工具后，通过回转台2、液压杆I5、空心轴8、回转轴9的转动，液压杆II6、滑动连接装置17、纵向运动装置15的移动调节装置到达预定位置，首先由应变片22检测其应变量，通过反馈装置控制液压装置21对连接杆I19上表面施加压力，连接杆I19与连接杆II24通过柱销I23连接，连接杆I19在力的作用下绕柱销I23旋转，使卡爪夹持的工具给目标工件施加载荷。当应变片22检测到其应变量大于规定值时反馈装置将调节液压装置21减小施加载荷。通过测量卡爪夹持的工具端部至液压装置21的距离设为x，应变片22的长度为a，液压装置21至柱销I23的距离为b，由应变片22可检测出液压装置21施加的载荷为P，则卡爪夹持的工具对目标工件施加载荷P(x)为：

$P\left(x\right)=\frac{\mathrm{Pb}}{x+b}---\left(1\right)$

如图12，装置所夹持的工具机的前端与目标工件将要接触或已经接触时，应变片22检测其应变量，当没有接触时，应变量大小为0，当接触目标工件时，应变量大小大于0。通过反馈调节装置调节液压装置21对连接杆I19的作用力，其作用力的大小通过应变片22的实时监测，并及时的通过反馈调节装置对液压装置21进行补偿调节。如此反复，应变片22、反馈调节装置、液压装置21形成一个对作用力进行监测的循环系统。

本发明的工作过程如下：

结合图1、图2、图3、图6、图10及图11可知，电机I3、电机II4、电机III7、电机IV10、电机V14、电机VI16、电机VII18、电机VIII25接通电源，电机采用步进电机，由伺服装置控制转角。启动电机V14，电机主轴旋转带动卡爪装置I12和卡爪装置II13中的卡爪I39和卡爪II40沿导轨滑动相离运动，将磨削工具机放入卡爪I39和卡爪II40中，电机V14反转，夹紧后电机自锁保持夹紧状态。启动电机I3、电机II4、电机III7、电机IV10、电机VIII25，电机I3调整回转台2沿竖直方向旋转到合适的位置后电机I3主轴自锁，电机VIII25调整空心轴8沿法向旋转到合适位置后电机VIII25主轴自锁，电机III7调整回转轴9沿水平方向旋转到合适位置后电机III7主轴自锁，电机IV10调整T型连接杆11沿法向旋转到合适位置后电机IV10主轴自锁。液压杆I5和液压杆II6将装置沿竖直方向升高或降低高度，调节限位开关III34、限位开关IV35、限位开关I27和限位开关II28，使四个限位开关组成的矩形大小与作业区域大小相等。

此时装置所夹持的工具机的前端与目标工件将要接触或已经接触，应变片22检测其应变量，当没有接触时，应变量大小为0，当接触目标工件时，应变量大小大于0。通过反馈调节装置调节液压装置21对连接杆I19的作用力，其作用力的大小通过应变片22的实时监测，并及时的通过反馈调节装置对液压装置21进行补偿。应变片22、反馈调节装置、液压装置21形成一个循环系统。

启动电机VI16和电机VII18，使滑动连接装置17在丝杠26的作用下沿横向导轨20横向移动，当滑动连接装置17碰到限位开关I27和限位开关II28时调节电机VII18的旋转方向。电机VI16主轴上的齿轮与纵向运动装置15一侧的齿轮槽啮合传动，纵向运动装置15在电机VI16的带动下沿滑动连接装置17上的导轨纵向运动，当纵向运动装置15底部孔内安装的限位开关III34和限位开关IV35碰到滑动连接装置17上的导轨时，调节电机VI16的旋转方向。在作用于平面时，调节滑动连接装置17和纵向运动装置15即可完成。当作用于曲面时，还需要同时调节T型连接杆11、回转轴9、空心轴8、液压杆I5、液压杆II6和回转台2的旋转或者伸长来达到调节装置位置的目的，同时应变片22需要持续的计算其应变量通过反馈调节装置调节液压装置21作用力的大小。待作业完成后，将清理工具清理清洁后，通过调节T型连接杆11、回转轴9、空心轴8、液压杆I5、液压杆II6和回转台2可将装置缩成一团放置，减小占地面积。

Claims (9)

1.一种医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置，其特征是，它包括六自由度自动调节机械臂以及安装在机械臂前端的夹持装置；其中六自由度机械臂包括底座，回转台以电机I驱动旋转的方式安装在底座上；回转台上安装电机II驱动转动的液压杆I，液压杆I与液压杆II伸缩式连接，液压杆II前端安装电机VIII驱动转动的空心轴，空心轴末端安装电机III，电机III主轴穿过空心轴后与空心轴前端的回转轴连接，回转轴通过电机IV与T型连接杆连接，T型连接杆与连接杆II一端连接；连接杆II另一端与连接杆I转动连接；在连接杆I端部设有液压装置，连接杆I底部设有应变片，应变片通过反馈调节装置与液压装置连接，共同构成对作用力监测的循环系统；同时连接杆I前端还安装有横向及纵向运动装置，在纵向运动装置上安装有夹持装置，所述夹持装置包括卡抓装置I和卡抓装置II，所述两卡抓装置间设有驱动用电机V。

2.如权利要求1所述的医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置，其特征是，所述底座上半部分中心设有一中心孔，回转台下端设有一轴插入底座的中心孔内，在中心外设有环形槽，在环形槽大直径内表面为内齿轮，电机I的主轴为齿轮轴，电机I固定在回转台上，主轴与环形槽内表面啮合。

3.如权利要求1所述的医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置，其特征是，所述电机II安装在回转台的一端同时与液压杆I连接，在电机II的主轴上设有一个限制液压杆I移动的限位器；电机II的主轴与回转台连接部分为光轴，与液压杆I连接的部分采用花键方式连接。

4.如权利要求1所述的医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置，其特征是，所述电机VIII的主轴上设有限制空心轴移动的限位器，电机VIII的主轴与液压杆II连接部分为光轴，与空心轴采用花键方式连接；回转轴插入空心轴一端，从空心轴安装一轴承再安装套筒，回转轴与套筒通过螺纹连接，套筒其它部位为光滑的，从而限制了回转轴的移动。

5.如权利要求1所述的医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置，其特征是，所述电机IV的主轴设计为阶梯轴，直径尺寸逐渐减小；主轴与回转轴连接部分为光轴，主轴中间部分与T型连接杆采用花键方式连接，T型连接杆由回转轴限制其移动；连接杆II与T型连接杆通过螺纹连接；连接杆I通过柱销I与连接杆II连接；应变片粘结在连接杆I底部。

6.如权利要求1所述的医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置，其特征是，所述液压装置固定在连接杆I上，液压装置另一端液压杆为T型，由两个插销孔套在T型液压杆的两端，插销孔由螺钉固定，实现液压装置的T型液压杆沿插销孔的转动，限制液压装置移动。

7.如权利要求1所述的医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置，其特征是，所述横向及纵向运动装置分别为：

横向运动装置包括与连接杆I连接的横向导轨，电机VII固定在横向导轨端部，横向导轨槽内安装丝杠，丝杠与电机VII连接传动；丝杠与滑动连接装置蜗轮蜗杆传动，滑动连接装置与横向导轨啮合，使滑动连接装置沿横向导轨两条导轨表面滑动；

纵向运动装置与滑动连接装置采用滚珠导轨连接实现纵向滑动，滑动连接装置上安装电机VI，电机VI的主轴端部为齿轮与纵向运动装置实现齿轮传动，为纵向运动装置提供动力驱动；

横向导轨两端安装限位开关I和限位开关II，调节滑动连接装置横向移动的范围；在纵向运动装置底部安装限位开关III和限位开关IV，调节纵向移动的范围；所述四个限位开关构成一矩形，从而调节四个限位开关的位置调节运动范围。

8.如权利要求1所述的医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置，其特征是，所述卡抓装置I和卡抓装置II的结构相同；电机V的主轴分别与卡爪装置I和卡爪装置II各自的连杆I连接，连杆I与电机V主轴一同转动；连杆III与连杆I、连杆III与卡爪II、连杆I与连杆II、连杆II与卡爪I通过柱销II连接实现转动，卡爪I与卡爪II套在T型支架的圆柱导轨上实现卡爪I与卡爪II沿导轨相向运动和相离运动，T型支架固定在纵向运动装置上；卡爪I与卡爪II闭合时，连杆I处于竖直位置，卡爪II与连杆III之间的柱销、连杆I中心轴及卡爪I与连杆II之间的柱销在通一条直线上，连杆III、连杆II和连杆I几乎处于一条直线上，连杆III与连杆II的长度之和约等于连杆I的长度；卡爪I与卡爪II分开处于最大开口时，连杆III、连杆I和连杆II位于一条直线上，卡爪I与卡爪II的最大开口值为连杆III、连杆I和连杆II的长度之和。

9.如权利要求1所述的医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置，其特征是，所述夹持装置端部至液压装置的距离设为x，应变片的长度为a，液压装置至柱销I的距离为b，由应变片检测出液压装置施加的载荷为P，则卡爪夹持的工具对目标工件施加载荷P(x)为：

$P\left(x\right)=\frac{\mathrm{Pb}}{x+b}---\left(1\right)$

当没有接触目标工件时，应变量大小为0，当接触目标工件时，应变量大小大于0；通过反馈调节装置调节液压装置对连接杆I的作用力，其作用力的大小通过应变片的实时监测，并及时的通过反馈调节装置对液压装置进行补偿调节，如此反复。

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