CN109805984A - 一种肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器 - Google Patents
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Abstract
一种肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器，包括动力组件、柔性轴和柔性组件，动力组件包括基座、电动缸和电动机，柔性组件包括柔性单元和拉线，本发明采用电动组合牵引拉线驱动柔性单元，实现其绕X、Y的转动和沿Z移动，最后实现金属钻头和螺栓夹持器的精确定位；采用电动机通过驱动柔性轴和拉线，然后通过钢丝软轴驱动金属钻头和螺栓夹持器，实现夹持器和钻头的准确定位；采用柔性元件的串联，使得装置运动更灵活，范围更大；采用负泊松比柔性元件，特点是压缩时体积会变小，拉伸时体积会变大，可帮助柔顺执行器完成较大的变形。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种微创手术柔性执行器。
背景技术
肋骨骨折是创伤患者中最常见和最致残的损伤之一，在所有受伤患者中约占10％，相 关死亡率可高达35％，严重肋骨骨折必须进行肋骨固定拼接。尽管肋骨拼接固定是有益于 身体的，传统的开放式方法仍然有潜在的风险。传统手术方法通常采取多个大切口的方式， 切割肋骨的肋间肌，将钛合金植入。从肋骨上切割肌肉并植入钛合金会带来感染的风险， 而且，解剖本身也会引起巨大疼痛和肩部功能障碍。利用微创手术对严重肋骨骨折患者进 行肋骨固定拼接，将降低神经损伤和感染的风险。因而，需发明一种肋骨拼接固定微创手 术柔顺执行器，该执行器能够避开胸腔内脏器准确定位到工作位置，并能够在肋骨上钻孔 和装配螺栓等。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器， 能通过弯曲实现对骨骼快速精准打孔和装配螺栓。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器， 包括动力组件、柔性轴5和柔性组件，动力组件包括基座1、电动缸2和电动机3，柔性组 件包括柔性单元8和拉线6，基座1上部中心处安装电动机3，基座1上轴向中心线环向均布安装电动缸2，基座1顶部设有基座连接板16，基座连接板16连接最下层柔性单元8， 柔性单元包括负泊松比柔性元件7和中间连接板4，负泊松比柔性元件的上端固定在中间连 接板4的下侧，负泊松比柔性元件7的下端固定在下层负泊松比柔性单元8的中间连接板4 的上侧，各个柔性单元8为串联的一体结构；中间连接板4上沿中心轴线环向均布用于拉 线6穿过拉线导向孔，中间连接板4中心设有通孔17，拉线6下端连接电动缸2，拉线6 依次贯穿每层柔性单元中间连接板4的拉线导向孔，拉线6上端固定于顶端柔性单元的柔 性单元顶板12上；电动机1连接柔性轴5下端，柔性轴5贯穿每层柔性单元8中间的通孔 17，柔性轴5末端连接金属钻头9或或螺栓夹持器14。
所述柔性单元顶板12中心处的通孔17为螺纹孔，柔性单元顶板12通过螺纹孔连接轴 承10，柔性轴5上端连接轴承10，柔性轴5穿过轴承10的端部连接金属钻头9或螺栓夹 持器14。
所述轴承10与柔性单元顶板12过盈配合，柔性轴5与轴承10之间通过卡扣连接，所述柔性轴为钢丝软轴。
所述基座1上安装四个电动缸2，四个电动缸2沿基座1轴向中心线环向均布；四个电 动缸2连接四根拉线6，每根拉线6的一端连接在一个电动缸2上，柔性单元顶板12沿中心轴线环向均布四根拉线6的四个螺纹孔，每根拉线6另一端穿过柔性组件中拉线导向孔通过螺纹孔固定在柔性单元顶板12上。
所述柔性组件包括11层串联的柔性单元8，各个柔性单元8通过3D打印成一体结构； 每个柔性单元8是直径25mm,高为28mm的圆柱结构。
所述柔性组件外部套装柔性皮肤13。
本发明的肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器，采用电动组合牵引拉线驱动柔性单元， 实现其绕X、Y的转动和沿Z移动，最后实现金属钻头和螺栓夹持器的精确定位；采用电动 机通过驱动柔性轴和拉线，然后通过钢丝软轴驱动金属钻头和螺栓夹持器，实现夹持器和 钻头的准确定位；采用柔性元件的串联，使得装置运动更灵活，范围更大；采用负泊松比柔性元件，特点是压缩时体积会变小，拉伸时体积会变大，可帮助柔顺执行器完成较大的变形。
附图说明
图1是本发明肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器主视结构图。
图2为本发明肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器金属钻头部分的俯视图。
图3为本发明肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器柔性单元立体结构图。
图4为本发明肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器柔性单元主视结构图。
图5为本发明肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器柔性单元俯视结构图。
图6为本发明肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器柔顺轴结构图。
图7为图6中A部分放大结构图。
图8为本发明肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器轴承俯视结构示意图。
图9为本发明肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器轴承俯视结构示意图。
图10为本发明肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器负泊松比柔性元件结构图。
图11为设有柔性皮肤的后的执行器结构图。
图12为本发明肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器螺栓夹持器部分结构图。
图13为本发明肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器螺栓夹持器结构图。
图14为本发明肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器螺栓夹持器俯视图。
图15为本发明肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器螺栓结构图。
图中：1、基座，2、电动缸，3、电动机，4、中间连接板，5、柔性轴，6、拉线，7、负泊 松比柔性元件，8、柔性单元，9、金属钻头，10、轴承，11、软轴与轴承卡扣，12、柔顺 单元顶板，13、柔性皮肤，14、螺栓夹持器，15、螺栓，16、基座连接板，17、通孔。
具体实施方式
本发明的肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器结构如图1所示，包括动力组件、柔性轴、 柔性组件、金属钻头9、螺栓夹持器14。
动力组件包括基座1、电动缸2和电动机3，电动缸2共四个，沿基座1轴向中心线环向均布；拉线6共四根，每根拉线6的一端连接在一个电动缸2上、另一端穿过柔性组件 中柔性单元8的中间连接板4上的拉线导向孔固定在顶端的柔性单元8的柔性单元顶板12 上；柔性轴5的一端穿过每个柔性单元8中间连接板4上部的通孔，柔性轴5上端连接并 穿过轴承10，柔性轴5另一端与电动机3相连接，柔性轴5为钢丝软轴；电动机3固定在 基座1上中心位置。
柔性组件包括多层串联的柔性单元8和拉线6，柔性单元结构如图3-5所示，每层柔性 单元8包括4个负泊松比柔性元件7和两个中间连接板4，负泊松比柔性元件7结构如图10所示，四个负泊松比柔性元件7沿中心轴线环向均布，负泊松比柔性元件7的上端固定 在中间连接板4的下侧，负泊松比柔性元件7的下端固定在下层负泊松比柔性单元7的中 间连接板4的上侧，四个负泊松比柔性元件7和中间连接板4组成一个柔性单元，然后利 用3D打印机将11个柔性单元串联在一起，每个柔性单元8是直径25mm,高为28mm的圆 柱结构，最底端的柔性单元8下端固定在基座1的基座连接板16上，中间连接板4上沿中 心轴线环向均布四个拉线导向孔，用于拉线6穿过，最上面中间连接板12上沿中心轴线环 向均布四个拉线螺纹孔，拉线螺纹孔用于固定拉线6；中间连接板的中心设置通孔17用于 钢丝软轴5通过，柔性单元顶板12(最上面中间连接板)中心设置中心螺纹孔，用于安装 轴承10。柔性组件外部套装柔性皮肤13，如图11所示。
金属钻头结构如图2所示，螺栓夹持器结构如图12-14所示，螺栓结构如图15所示，金属钻头9和螺栓夹持器14与柔性轴5采用螺纹连接，金属钻头9和螺栓夹持器14是医 用的手术工具，其中螺栓夹持器14将螺栓15固定在骨骼的螺纹孔部位后，螺栓最细的那 个部位会被拧断，最终螺栓与软轴脱离。
柔性单元顶板12的中心孔与轴承10为过盈配合，轴承结构如图8和图9所示，柔性轴5穿过轴承10，采用卡扣连接，将柔性轴5与轴承10固定，如图6和图7所示。
本发明的工作原理如下：设Z轴为金属钻头和螺栓夹持器的轴向中心线，则垂直于Z 轴的平面上有相互垂直的X轴和Y轴。
当负泊松比柔性元件受到头部连接板12给的X/Y轴向的推拉力时，钢丝软轴5会产生 绕X/Y轴方向的旋转，带动金属钻头和和螺栓夹持器实现各个方向位移。
当负泊松比柔性元件7与中间连接板组成柔性单元时，该柔性单元在四根拉线6的组 合驱动下可实现绕X/Y轴的旋转运动以及沿Z轴的移动。
工作方法如下：本发明的输入由电动缸2和电动机3完成，四个电动缸2组合驱动可以实现第一层到第十一层柔性单元8绕X、Y轴的动转和沿Z轴的移动，电动机3的转动 输入经过钢丝软轴5、拉线6的作用下，转化成金属钻头9沿Z轴的移动，从而驱动柔性元 件绕X/Y轴的转动，从而实现金属钻头和螺栓夹持器的精确定位。
本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范 围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导 下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神 和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求 范围内的实施例都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器，其特征在于：包括动力组件、柔性轴(5)和柔性组件，动力组件包括基座(1)、电动缸(2)和电动机(3)，柔性组件包括柔性单元(8)和拉线(6)，基座(1)上部中心处安装电动机(3)，基座(1)上轴向中心线环向均布安装电动缸(2)，基座(1)顶部设有基座连接板(16)，基座连接板(16)连接最下层柔性单元(8)，柔性单元包括负泊松比柔性元件(7)和中间连接板(4)，负泊松比柔性元件的上端固定在中间连接板(4)的下侧，负泊松比柔性元件(7)的下端固定在下层负泊松比柔性单元(8)的中间连接板(4)的上侧，各个柔性单元(8)为串联的一体结构；中间连接板(4)上沿中心轴线环向均布用于拉线(6)穿过拉线导向孔，中间连接板(4)中心设有通孔(17)，拉线(6)下端连接电动缸(2)，拉线(6)依次贯穿每层柔性单元中间连接板(4)的拉线导向孔，拉线(6)上端固定于顶端柔性单元的柔性单元顶板(12)上；电动机(1)连接柔性轴(5)下端，柔性轴(5)贯穿每层柔性单元(8)中间的通孔(17)，柔性轴(5)末端连接金属钻头(9)或或螺栓夹持器(14)。
2.根据权利要求1所述的一种肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器，其特征在于：所述柔性单元顶板(12)中心处的通孔(17)为螺纹孔，柔性单元顶板(12)通过螺纹孔连接轴承(10)，柔性轴(5)上端连接轴承(10)，柔性轴(5)穿过轴承(10)的端部连接金属钻头(9)或螺栓夹持器(14)。
3.根据权利要求2所述的一种肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器，其特征在于：所述轴承(10)与柔性单元顶板(12)过盈配合，柔性轴(5)与轴承(10)之间通过卡扣连接，所述柔性轴为钢丝软轴。
4.根据权利要求1所述的一种肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器，其特征在于：所述基座(1)上安装四个电动缸(2)，四个电动缸(2)沿基座(1)轴向中心线环向均布；四个电动缸(2)连接四根拉线(6)，每根拉线(6)的一端连接在一个电动缸(2)上，柔性单元顶板(12)沿中心轴线环向均布四根拉线(6)的四个螺纹孔，每根拉线(6)另一端穿过柔性组件中拉线导向孔通过螺纹孔固定在柔性单元顶板(12)上。
5.根据权利要求1所述的一种肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器，其特征在于：所述柔性组件包括11层串联的柔性单元(8)，各个柔性单元(8)通过3D打印成一体结构；每个柔性单元(8)是直径25mm,高为28mm的圆柱结构。
6.根据权利要求1所述的一种肋骨拼接固定微创手术柔顺执行器，其特征在于：所述柔性组件外部套装柔性皮肤(13)。
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