CN109530509A - 直线型钛合金医用内固定板自动塑形机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直线型钛合金医用内固定板自动塑形机构，包括底座、夹取机构和送料机构，夹取机构包括第一夹持组件、第一旋转装置、第二旋转装置以及第三旋转装置，第一夹持组件设置在第三旋转装置上；第二旋转装置的旋转轴与第一旋转装置的旋转轴垂直，第三旋转装置的旋转轴与第二旋转装置的旋转轴垂直；第一夹持组件与第二夹持组件相对交错设置，用于对被加工件待弯曲段的两端进行夹持。本发明可以实现钛合金医用内固定板X轴、Y轴、Z轴方向的特定角度的扭拧，以及在三个方向上的复合弯曲扭拧，不仅能够降低医师的工作负担，而且整个机构结构非常紧凑。

Description

直线型钛合金医用内固定板自动塑形机构

技术领域

本发明涉及一种塑形机构，尤其涉及一种直线型钛合金医用内固定板自动塑形机构。

背景技术

由于车祸、摔伤、磕碰等外伤因素，会造成人体颌骨的断裂、碎裂或部分缺失。颌骨病变(良恶性肿瘤等)会造成颌骨形态破坏或功能丧失，在疾病治疗过程中医务人员不得不对病变的颌骨进行切开或切除，这就造成了颌骨连续性的破坏。颌骨的不完整不仅影响患者面部的美观，而且直接影响着患者的咀嚼、言语等功能，影响着患者的身心健康。

针对颌骨的缺损或缺失，医疗过程中需要使用钛合金内固定器械对各骨段进行连接，而在更为前沿的手术中部分患者需要使用腿部的部分腓骨来填补患者颌骨缺失部位，修复过程围绕如何更好的恢复患者颌面部形态展开，而最终形态的一个重要维持装置就是个性化弯制的钛合金内固定器械。钛合金内固定器械的材料主要是钛合金，钛合金不仅密度小、强度高，而且具有耐腐蚀性好、耐热性高以及无毒等一系列优点。在颌骨塑形、固定方面，通常使用的钛合金是TC4，其组成成分为Ti6Al4V,属于(α+β)型钛合金，其具有良好的综合力学机械性能。

目前医疗过程中可以使用影像学技术获取患者个性化颌骨的形状；然后通过手术模拟，可以在手术前确定预期的手术后颌骨形态；通过3D打印等手段，可以将目标颌骨形态制作成等比例实物；然后通过数字化设计制造流程完成个性化手术导板的制造，导板可使医生按照预期切割裁剪骨段；术前或术中医生会通过手工工具弯制一个钛合金内固定器械，使之与患者最终颌骨贴合，在弯曲过程中需要不断与颌骨实物、颌骨预期模型或软铝合金条进行对比，并对钛合金固定件不断进行弯曲微调，直至钛合金固定件的形状符合要求。现有的钛合金医用内固定板弯曲方法，存在如下问题：1)手工弯曲费时费力，术前高精度弯制平均耗时接近2小时，术中快速弯制精度极低；2)由于钛合金医用内固定板疲劳强度的原因，当弯曲次数较多时钛合金医用内固定板还会发生断裂、寿命不足等现象；3)钛合金医用内固定板所弯出的形状完全取决于医师的经验，所弯出的曲线精度无法保证。低精度的钛合金医用内固定板不仅影响着患者使用时的美观以及舒适程度，更影响着患者颌骨的愈合及术后颌骨功能，甚至直接决定着手术的成败；4)需要3D打印每个患者的颌骨，打印时间10-20小时，且材料成本高昂。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种能够实现直线型钛合金医用内固定板复合弯曲的塑形机构。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种直线型钛合金医用内固定板自动塑形机构，包括底座以及设置于所述底座上的夹取机构和送料机构；

所述夹取机构包括设置于所述底座上的第一旋转装置、设置于所述第一旋转装置上的第二旋转装置、设置于所述第二旋转装置上的第三旋转装置以及设置于所述第三旋转装置上的第一夹持组件；

所述送料机构包括立柱、设置于所述立柱上的第二夹持组件以及驱动所述第二夹持组件沿被加工件长度方向移动的第一线性驱动组件；

所述第二旋转装置的旋转轴与所述第一旋转装置的旋转轴垂直，所述第三旋转装置的旋转轴与所述第二旋转装置的旋转轴垂直，所述第一夹持组件与第二夹持组件相对交错设置，用于从侧部对被加工件待弯曲段的两端进行夹持。

进一步的，所述第一夹持组件通过基座滑动安装在所述第三旋转装置上，所述基座上还设有驱动所述第一夹持组件靠近或远离所述被加工件的第二线性驱动组件。

进一步的，所述第二旋转装置上固定安装有固定座，所述固定座上设有滑槽，所述滑槽内滑动卡设有滑块，所述滑块与所述第三旋转装置固定连接，所述固定座上设有用于驱动所述滑块移动的第三线性驱动组件，所述滑槽的延伸方向平行于所述第三旋转装置的旋转轴，所述第一夹持组件的滑动方向垂直于所述第三旋转装置的旋转轴，所述第三旋转装置的旋转轴与所述第二旋转装置的旋转轴相交。

进一步的，所述第三旋转装置包括第三固定座、弧形滑轨以及第三动力装置，所述第三固定座上形成有弧形滑槽，所述弧形滑轨匹配安装在所述弧形滑槽内且一端延伸至所述第三固定座外与所述基座连接，所述第三固定座固定安装在所述滑块上，所述弧形滑轨通过所述第三动力装置的带动在所述弧形滑槽内滑动。

进一步的，所述第三固定座的顶部设有贯通两端的凹槽，所述凹槽的内侧壁之间设有上下两排滚轮，每排滚轮包括若干呈弧形间隔排布的滚轮，两排滚轮之间形成有所述弧形滑槽，所述弧形滑轨的底部两端设有行程限位件。

进一步的，所述第三动力装置包括第三减速电机以及设置于所述第三减速电机的输出轴上的主动齿轮，所述弧形滑轨上设有与所述主动齿轮啮合的传动齿。

进一步的，所述第一旋转装置包括可旋转的设置在所述底座上的第一旋转座以及驱动所述第一旋转座旋转的第一动力装置。

进一步的，所述第一旋转座的顶部固定设有U形外支架，所述第二旋转装置包括通过连接轴可转动的与所述U形外支架的内两侧连接的第二旋转座以及驱动所述第二旋转座旋转的第二动力装置。

进一步的，所述第二旋转座包括可转动的设置在所述U形外支架内的U形内支架，所述固定座设置在所述U形内支架中央底部处。

进一步的，所述第一旋转装置、第二旋转装置以及第三旋转装置的旋转轴相交于一点，所述第一夹持部位于该共同交点处。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明在接收相应的指令信号以后可对特定型号的钛合金固定件进行自动上料、加持以及弯曲扭拧，将钛合金固定件以离散的弯曲形式弯曲出符合要求的角度；其中弯曲包含了对钛合金固定件进行绕X轴、Y轴进行特定角度的弯曲以及绕Z轴进行特定角度的扭拧，以及在三个方向上进行组合弯曲扭拧，不仅能够降低医师的工作负担、提高了弯曲效率，保证钛合金医用内固定板弯曲曲线的精度，提高了骨骼塑形的可靠性，而且整个机构结构非常紧凑。

附图说明

图1为本发明的第一轴侧图；

图2为本发明的第二轴侧图；

图3为本发明的第三轴侧图；

图4为本发明的绕X轴旋转的示意图；

图5为本发明的绕Y轴旋转的示意图；

图6为本发明的绕Z轴旋转的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-图6，一种直线型钛合金医用内固定板自动塑形机构，包括底座1以及设置于底座1上的夹取机构2和送料机构3，夹取机构2包括设置于底座1上的第一旋转装置21、设置于第一旋转装置21上的第二旋转装置22、设置于第二旋转装置22上的第三旋转装置23以及设置于第三旋转装置23上的第一夹持组件24；送料机构3包括立柱31、设置于立柱31上的第二夹持组件32以及驱动第二夹持组件32沿被加工件长度方向移动的第一线性驱动组件33。

具体的，第一夹持组件24包括第一夹持部241以及驱动第一夹持部241夹紧的第一动力部242，第二夹持组件32包括第二夹持部321以及驱动所述第二夹持部321夹紧的第二动力部322。

第二旋转装置22的旋转轴与第一旋转装置21的旋转轴垂直，第三旋转装置23的旋转轴与第二旋转装置22的旋转轴垂直，第一夹持部241与第二夹持部321相对交错设置，用于从侧部对被加工件4待弯曲段的两端进行夹持。第二夹持组件32运动方向垂直于第一旋转装置21的旋转轴。

本实施例对钛合金医用内固定板成型时，先通过板材成形分析软件，计算出弯曲过程中各弯曲步骤的弯曲工艺参数，并根据该弯曲工艺参数，将上述弯曲工艺参数导入塑形机构控制系统的控制软件中，利用该弯曲工艺参数驱动旋转驱动组件作相应动作进行实际弯曲，至于具体的控制过程以及工艺参数求解过程均为现有技术，在此不再赘述。

本实施例在接收相应的指令信号以后可对特定型号的钛合金固定件进行自动上料、加持以及弯曲扭拧，将钛合金固定件以离散的弯曲形式弯曲出符合要求的角度；其中弯曲包含了对钛合金固定件进行绕X轴(第三旋转装置的旋转轴)、Y轴(第二旋转装置的旋转轴)进行特定角度的弯曲以及绕Z轴(第一旋转装置的旋转轴)进行特定角度的扭拧，以及在三个方向上进行组合弯曲扭拧，不仅能够降低医师的工作负担、提高了弯曲效率，保证了钛合金医用内固定板弯曲曲线的精度，提高了骨骼塑形的可靠性，而且整个装置的结构非常紧凑。

优选的，第一夹持部241包括相对设置的两夹持板，第一动力部242为驱动两夹持板相对运动的驱动电机。当然，第一夹持部241以及第一动力部242也可以采用现有其他诸如气动夹爪的结构，在此不再赘述。至于第二夹持组件32的具体结构，因与第一夹持组件24的结构相同，在此也不再复述。

可以想到的是，在实际设计中，第一夹持组件24通过基座5滑动安装在第三旋转装置23上，基座5上还设有驱动第一夹持组件24靠近或远离被加工件4的第二线性驱动组件6。通过设置第二线性驱动组件6，其一可以带动第一夹持部朝向X轴移动实现该侧夹持机构对工件进行夹持，其二是在完成某次弯曲动作后，退回一定距离，以不干涉工件的送料。

第二旋转装置22上固定安装有固定座7，固定座7上设有滑槽，滑槽内滑动卡设有滑块8，滑块8与第三旋转装置23固定连接，固定座7上设有用于驱动滑块8移动的第三线性驱动组件9，滑槽的延伸方向平行于第三旋转装置23的旋转轴，第一夹持组件24的滑动方向垂直于第三旋转装置23的旋转轴，第三旋转装置的旋转轴与第二旋转装置的旋转轴相交。

本实施例中，通过第三线性驱动组件9可以对第二旋转装置22以及第三旋转装置23的旋转轴的位置进行调整，当将第一旋转装置21、第二旋转装置22以及第三旋转装置23的旋转轴相交于一点，并通过第二线性驱动组件6将第一夹持部241调整至正好位于该共同交点处时，该设计不仅可以使得钛合金医用内固定板的弯曲形状规则化，更重要的是，在后续控制程序的开发过程中，可以使得算法的开发更加简单。

当某一弯曲段完成后，第一夹持部241松开被加工件，控制电路控制第二线性驱动组件6带动第一夹持组件24从被加工件上回退出，第一旋转驱动装置、第二旋转驱动装置以及第三旋转驱动装置带动第一夹持组件24复位，使得第一夹持部正好位于三轴的交汇点处。设置第二线性驱动组件6和第三线性驱动组件9使得第一夹持组件24在具有X、Y及Z向旋转的同时，具有X及Y向移动功能，从而使得第一夹持组件24具有五轴自由调节的能力。

作为本发明的一种优选方案，本实施例塑形机构的第三旋转装置23包括第三固定座231、弧形滑轨232以及第三动力装置233，第三固定座231上形成有弧形滑槽，弧形滑轨232匹配安装在弧形滑槽内且一端延伸至第三固定座231外与基座5连接，第三固定座231固定安装在滑块8上，弧形滑轨的中轴线构成X轴。

具体的，第三动力装置233包括第三减速电机2331以及设置于第三减速电机2331的输出轴上的主动齿轮2332，弧形滑轨232上设有与主动齿轮2332啮合的传动齿。

本实施例采用弧形滑槽，可使沿X轴的弯曲运动平滑顺畅，也可以使第三动力装置233的位置固定，使整体结构更加可靠。

优选的，第三固定座231的顶部设有贯通两端的凹槽，凹槽的内侧壁之间设有上下两排滚轮10，每排滚轮10包括若干呈弧形间隔排布的滚轮10，两排滚轮之间形成有弧形滑槽，弧形滑轨232的底部两端设有行程限位件11。第三减速电机2331运动时，带动主动齿轮2332旋转，主动齿轮2332带动传动齿运动，从而带动滑轨在滚轮上滑动，滑轨在滚轮上滑动，具有接触面积小，传动精密的优点。

第一旋转装置21包括可旋转的设置在底座1上的第一旋转座211以及驱动第一旋转座21旋转的第一动力装置212。第一旋转座211的顶部固定设有U形外支架12，第二旋转装置22包括通过连接轴可转动的与U形外支架12的内两侧连接的第二旋转座221以及驱动第二旋转座221旋转的第二动力装置222。第二旋转座221包括可转动的设置在U形外支架12内的U形内支架，固定座7设置在U形内支架中央底部处。

第一夹持部241以及第二夹持部321的形状和间隙尺寸根据钛合金医用内固定板的实际形状设计，不同型号钛板将配有不同夹持部，只要能够夹握住钛板即可。

本实施例中，第一动力装置212可以采用蜗轮蜗杆直流减速电机，第二动力装置222为减速电机，第一线性驱动组件33、第二线性驱动组件6以及第三线性驱动组件9均可以采用液压油缸或直线电机。

本实施例中，弧形滑轨232的底部两端设有行程限位件，从而实现X向旋转定位，U形外支架12的顶部设有弧形限位槽，U形内支架上设有插入该弧形限位槽内的限位杆13，U形内支架旋转时，限位杆13只能在弧形限位槽内移动，从而实现Y向旋转定位，底座上设有对第一旋转座212旋转行程进行限位的限位阻挡件14；通过上述限位结构的限制，第一夹持组件24绕X轴最大的弯曲角度约为±20°，绕Y轴的最大扭拧角度约为±20°，绕Z轴的最大弯曲角度约为±30°。

本实施例的具体工作过程如下：

步骤1：钛合金医用内固定板(钛合金条)沿长度方向每隔分隔为若干待弯曲段，每一待弯曲段的长度等于钛合金条定位孔孔距，每一待弯曲段两端以钛合金钛合金医用内固定板上相邻两个定位孔垂直于长边的直径为边界线，通过板材成形分析软件，计算出弯曲过程中各弯曲段的弯曲工艺参数，并根据该弯曲工艺参数，将上述弯曲工艺参数导入塑形机构控制系统的控制软件中；

步骤2：送料机构的线性驱动组件(微型电动缸CSH 20)在其初始位置，第二夹持部321(电动夹爪)处于张开状态，手动将钛合金条的第2个孔对准并将其放在电动夹爪的两夹板之间，控制系统控制第二动力部322带动电动夹爪夹持住钛合金条；

步骤3：然后微型电动缸CSH20向前进行送料，位置达到行程最大处，该位置钛合金条第一个定位孔正好与第一夹持部241的夹具同心，此时第一夹持部241(电动夹爪)处于张开状态；

步骤4：控制第一夹持部241，使其关闭，通过2个电动夹爪夹紧直线钛合金条，控制系统根据控制导入的弯曲工艺参数控制旋转驱动机构作出相应的动作，带动第一夹持部241作相应的动作，实现第一段待弯曲段的弯曲；

步骤5：第一段待弯曲段弯曲完成后，第二夹持部321松开钛合金条，通过线性驱动组件带动第一夹持组件回退一个钛合金条定位孔孔距(即运行至第3各定位孔处)，第二夹持部通过第二动力部322带动重新夹持钛合金条，第一夹持组件24松开钛合金条并在控制系统的控制下复位；

步骤6：微型电动缸CSH20向前进行送料，位置达到行程最大处，该位置钛合金条第二个定位孔正好与第一夹持部241的夹具同心，控制第一夹持部241夹紧钛合金条，进行第二段待弯曲段的弯曲；

步骤7：重复上述步骤5和步骤6，即可实现其余待弯曲段的弯曲，最终实现钛合金条的精确成形。

上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种直线型钛合金医用内固定板自动塑形机构，包括底座以及设置于所述底座上的夹取机构和送料机构，其特征在于：

所述夹取机构包括设置于所述底座上的第一旋转装置、设置于所述第一旋转装置上的第二旋转装置、设置于所述第二旋转装置上的第三旋转装置以及设置于所述第三旋转装置上的第一夹持组件；

所述送料机构包括立柱、设置于所述立柱上的第二夹持组件以及驱动所述第二夹持组件沿被加工件长度方向移动的第一线性驱动组件；

所述第二旋转装置的旋转轴与所述第一旋转装置的旋转轴垂直，所述第三旋转装置的旋转轴与所述第二旋转装置的旋转轴垂直，所述第一夹持组件与第二夹持组件相对交错设置，用于从侧部对被加工件待弯曲段的两端进行夹持。

2.根据权利要求1所述的塑形机构，其特征在于：所述第一夹持组件通过基座滑动安装在所述第三旋转装置上，所述基座上还设有驱动所述第一夹持组件靠近或远离所述被加工件的第二线性驱动组件。

3.根据权利要求2所述的塑形机构，其特征在于：所述第二旋转装置上固定安装有固定座，所述固定座上设有滑槽，所述滑槽内滑动卡设有滑块，所述滑块与所述第三旋转装置固定连接，所述固定座上设有用于驱动所述滑块移动的第三线性驱动组件，所述滑槽的延伸方向平行于所述第三旋转装置的旋转轴，所述第一夹持组件的滑动方向垂直于所述第三旋转装置的旋转轴，所述第三旋转装置的旋转轴与所述第二旋转装置的旋转轴相交。

4.根据权利要求3所述的塑形机构，其特征在于：所述第三旋转装置包括第三固定座、弧形滑轨以及第三动力装置，所述第三固定座上形成有弧形滑槽，所述弧形滑轨匹配安装在所述弧形滑槽内且一端延伸至所述第三固定座外与所述基座连接，所述第三固定座固定安装在所述滑块上，所述弧形滑轨通过所述第三动力装置的带动在所述弧形滑槽内滑动。

5.根据权利要求4所述的塑形机构，其特征在于：所述第三固定座的顶部设有贯通两端的凹槽，所述凹槽的内侧壁之间设有上下两排滚轮，每排滚轮包括若干呈弧形间隔排布的滚轮，两排滚轮之间形成有所述弧形滑槽，所述弧形滑轨的底部两端设有行程限位件。

6.根据权利要求4所述的塑形机构，其特征在于：所述第三动力装置包括第三减速电机以及设置于所述第三减速电机的输出轴上的主动齿轮，所述弧形滑轨上设有与所述主动齿轮啮合的传动齿。

7.根据权利要求4所述的塑形机构，其特征在于：所述第一旋转装置包括可旋转的设置在所述底座上的第一旋转座以及驱动所述第一旋转座旋转的第一动力装置。

8.根据权利要求7所述的塑形机构，其特征在于：所述第一旋转座的顶部固定设有U形外支架，所述第二旋转装置包括通过连接轴可转动的与所述U形外支架的内两侧连接的第二旋转座以及驱动所述第二旋转座旋转的第二动力装置。

9.根据权利要求8所述的塑形机构，其特征在于：所述第二旋转座包括可转动的设置在所述U形外支架内的U形内支架，所述固定座设置在所述U形内支架中央底部处。

10.根据权利要求1-9任一项所述的塑形机构，其特征在于：所述第一旋转装置、第二旋转装置以及第三旋转装置的旋转轴相交于一点，所述第一夹持部位于该共同交点处。