CN110251234A - 一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人，包括有手术台，手术台的两侧成对设置有X向引导控制装置，X向引导控制装置上通过主连接座安装有主摆臂，主连接座上还安装主推杆，主推杆与主摆臂的下端相连接并推动主摆臂的摆动，主连接座与主摆臂的上端连接有主定位锁，主摆臂上还连接有Y向引导装置，Y向引导装置上连接有Z向引导控制装置，构成主龙门机械臂。该机器人可将脊椎骨表面坐标映射至体外，方便骨表面坐标数据精准快速采集，在“重载”状况下，通过转筒器械库实现骨科动力、钳子、软组织切除刀具等多种器械的随意切换，全程完成多种不同脊柱手术的精准操作，具有承载大、刚性好、结构灵巧、拓展性强等优势。

Description

一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人
技术领域
本发明涉及一种手术机器人，尤其涉及一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人。
背景技术
近年来，一些脊柱手术机器人在临床上获得成功的应用，如以色列的Mazor脊柱助理人、韩国的SPINEBOT脊柱机器人、美国的Mazor X脊柱手术机器人等，它们有的固定在人体的棘突上，有的采用装在小车上的关节型机械臂的结构，目前面临以下问题：
1.承载轻刚性较差如固定在人体棘突上的脊柱手术机器人显然不能重载，装在小车上的关节型机械臂机器人也属于轻载机器人，其机械臂是一个很长的悬臂结构，末端仅承载一个导向管引导椎弓根钉置入，机械臂末端如需承载重量较大的器械时，则易发生形变。
2.机器人整体系统构成复杂除机器人外，系统需要导航、ISO-3D或O臂机等设备协同才能完成手术。
3.精度难以进一步提升由于上述系统结构原因，存在较多的误差环节，使机器人整体操作精度提升遭遇瓶颈问题，进一步提升精度困难。
4.器械切换困难，功能单一，拓展升级困难多为单机械臂结构，影响脊柱多功能手术实现。
5.体积较大，患者易产生心理畏惧感。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人。
本发明的一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人，包括有手术台，所述手术台的两侧成对设置有X向引导控制装置，所述X向引导控制装置上通过主连接座安装有主摆臂，所述主连接座上还安装主推杆，所述主推杆与主摆臂的下端相连接并推动主摆臂的摆动，所述主连接座与主摆臂的上端连接有主定位锁，所述主摆臂上还连接有Y向引导装置，所述Y向引导装置上连接有Z向引导控制装置，构成主龙门机械臂；所述X向引导控制装置通过副连接座安装有副摆臂，所述副摆臂之间通过快换机构连接有横梁，构成副龙门机械臂；所述副连接座与副摆臂之间连接有副推杆，且副推杆与副摆臂下端相连，所述副摆臂与副连接座之间还设置有增加副摆臂刚性的副定位锁，其中：所述副龙门机械臂上安装有转筒器械库及旋转驱动机构，包括有转筒，所述转筒底部设置有转台，所述转筒内分别设置有骨科动力升降机构、软组织切除刀具升降机构、钳子升降机构，所述转筒的上端构成电机仓，下端构成传动仓。
进一步地，上述的一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人，其中，所述骨科动力升降机构，包括有位于电机仓内的第一电机，所述第一电机的下端连接有位于传动仓内的第一导轨，所述第一导轨上安装有第一滑块，所述第一滑块上安装有骨科动力连接器。
更进一步地，上述的一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人，其中，所述软组织切除刀具升降机构，包括有位于电机仓内的第二电机，所述第二电机的下端连接有位于传动仓内的第二导轨，所述第二导轨上安装有第二滑块，所述第二滑块上安装有软组织切除刀具连接器。
更进一步地，上述的一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人，其中，所述钳子升降机构，包括有位于电机仓内的第三电机，所述第三电机的下端连接有位于传动仓内的第三导轨，所述第三导轨上安装有第三滑块，所述第三滑块上安装有钳子连接器。
更进一步地，上述的一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人，其中，所述X向引导控制装置包括有X向导轨，所述X向导轨上设置有主X向滑块与副X向滑块，所述主X向滑块与主连接座相连，所述副X向滑块与副连接座相连，所述X向导轨的一端设置有X向运动电机。
更进一步地，上述的一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人，其中，所述Y向引导装置包括有Y向驱动电机，所述Y向驱动电机上安装有转轴，所述主连接座与主摆臂之间连接有主推杆。
更进一步地，上述的一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人，其中，所述Z向引导控制装置包括有Z向驱动电机，所述Z向驱动电机上安装有快换机构。
再进一步地，上述的一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人，其中，所述主定位锁与副定位锁均包括有衔接套筒，所述衔接套筒的上端插入有上连杆，所述衔接套筒的下端插入有下连杆，所述衔接套筒的内部上端设置有主正螺纹，所述衔接套筒的内部下端设置有主反螺纹，所述上连杆插入衔接套筒的部分设置有主正螺纹，所述下连杆插入衔接套筒的部分设置有主反螺纹，所述衔接套筒内设置有正反旋螺母。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1、拥有相互独立的主龙门机械臂与副龙门机械臂，并通过转筒器械库的快换结构进行器械快速自动切换，实现类似“双手”甚至“多手”的高精度协调操作。
2、承载大刚性好，由于龙门结构具有较强的刚性及很短的悬臂，一改以往长悬臂关节型机器人的各类缺陷，实现“重载”同时安装多种手术器械，以满足多种脊柱手术的不同操作需求。
3、设置有独立的X、Y、Z向的引导控制装置，可以配合后续的控制软件，实现多轴运动控制与调节，可以实现骨科器械、钳子器械、软组织切除刀具的分别独立控制，提高机器人手术操作灵活性及精度。
4、主龙门机械臂与副龙门机械臂均可以分离拆装，便于安装无菌套，保证实施的安全与无菌。
5、采用独立的推杆结构，可以对各个龙门机械臂提供有效的支撑及高度调节，满足各类手术的需要，拆收后体积显著变小，避免过多占用手术室空间、提高操作便利性、减少患者心理畏惧。
6、转筒器械库具有良好的拓展性，可满足多种脊柱手术甚至外科其它学科的手术要求。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人的结构示意图。(暂未安装转筒器械库及旋转驱动机构)
图2是主龙门机械臂的侧面结构示意图。
图3是转筒器械库及旋转驱动机构与其他手术器械的安装示意图。
图4是转筒器械库及旋转驱动机构的侧面结构示意图。
图5是转筒器械库及旋转驱动机构的正面结构示意图。
图中各附图标记的含义如下。
1 手术台 2 主连接座
3 主摆臂 4 Y向引导装置
5 主定位锁 6 副摆臂
7 横梁 8 副定位锁
9 主收纳槽 10 X向导轨
11 主X向滑块 12 X向运动电机
13 衔接套筒 14 下连杆
15 上连杆 16 Y向驱动电机
17 转轴 18 Z向驱动电机
19 快换机构 20 锁紧螺母
21 定位凸台 22 凹槽
23 连接扣 24 定位套
25 主推杆 26 副推杆
27 快换机构 28 转筒器械库及旋转驱动机构
29 转筒 30 转台
31 骨科动力升降机构 32 软组织切除刀具升降机构
33 钳子升降机构 34 电机仓
35 传动仓 36 第一电机
37 第一导轨 38 第一滑块
39 骨科动力连接器 40 第二电机
41 第二导轨 42 第二滑块
43 软组织切除刀具连接器 44 第三电机
45 第三导轨 46 第三滑块
47 钳子连接器
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1至5的一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人，包括有手术台1，为了实现后续安装的手术器械的X向运动调节，在手术台1的两侧成对设置有X向引导控制装置。同时，X向引导控制装置上通过主连接座2安装有主摆臂3，主连接座2上还安装主推杆25。主推杆25与主摆臂3的下端相连接并推动主摆臂3的摆动。并且，主连接座2与主摆臂3的上端连接有主定位锁5，Y向引导装置4上连接有Z向引导控制装置，构成主龙门机械臂。实际装配的时候，主摆臂3的顶部安装转轴17，同时还分别设置有用于连接主连接座2的第一轴，以及用于连接主推杆25的第二轴。(图中未示出)并且，考虑到多姿态、多器械的手术执行，在X向引导控制装置上，通过副连接座安装有副摆臂6，副摆臂6之间连接有横梁7，构成副龙门机械臂。副连接座安装有副推杆26，副推杆26与副摆臂6下端相连，提供适当的支撑及横梁7高低位置调节。副摆臂6与副连接座之间还设置有副定位锁8以增加副摆臂6的刚性。考虑到副摆臂6姿态调节的便利并便于后续的器械切换使用，横梁7上设置有快换机构27，其与众不同之处在于：副龙门机械臂上安装有转筒29器械库及旋转驱动机构281，包括有转筒29，转筒29底部设置有转台30，转筒29内分别设置有骨科动力升降机构31、软组织切除刀具升降机构32、钳子升降机构33，转筒29的上端构成电机仓34，下端构成传动仓35。
结合本发明一较佳的实施方式来看，为了对后续安装各类骨科手术器械实现有有效的行程控制，采用的骨科动力升降机构31，包括有位于电机仓34内的第一电机36，第一电机36的下端连接有位于传动仓35内的第一导轨37，第一导轨37上安装有第一滑块38，第一滑块38上安装有骨科动力连接器39。同时，为了配合软组织切除刀具的工作，采用的软组织切除刀具升降机构32，包括有位于电机仓34内的第二电机40，第二电机40的下端连接有位于传动仓35内的第二导轨41，第二导轨41上安装有第二滑块42，第二滑块42上安装有软组织切除刀具连接器43。并且，针对手术实施期间钳子器件的精确运作，采用的钳子升降机构33，包括有位于电机仓34内的第三电机44，第三电机44的下端连接有位于传动仓35内的第三导轨45，第三导轨45上安装有第三滑块46，第三滑块46上安装有钳子连接器47。
进一步来看，考虑到X向的运动引导，满足主龙门机械臂、副龙门机械臂的独立控制。X向引导控制装置包括有X向导轨10，X向导轨10上设置有主X向滑块11与副X向滑块(图中未示出)，主X向滑块11与主连接座2相连，副X向滑块与副连接座相连，X向导轨10的一端设置有X向运动电机12。
同时，为了满足日常的Y向调节，Y向引导装置4包括有Y向驱动电机16，Y向驱动电机16上安装有转轴17。同时，为了配合后续安装的器械实现Z轴调节，更好的贴合患处来执行，Z向引导控制装置包括有Z向驱动电机18，Z向驱动电机18上安装有快换机构19。这样，可以配合不同手术实际需要，进行各类器械的切换使用。
为了，将闭合的龙门结构变为“开放”状态，安装无菌套，主摆臂3的顶端通过开合装置与Y向引导装置4相连。具体来说，本发明采用的开合装置包括有定位套24，定位套24上设置有安装孔，安装孔内穿设有锁紧螺母20，定位套24通过锁紧螺栓安装在主摆臂3顶部。同时，定位套24上设置有定位凸台21，主摆臂3顶部对应位置处设置有凹槽22，定位凸台21嵌入凹槽22内。
同时，考虑到横梁7的拆装便利，便于后续器械的结合安装，也能够实现无菌套的安装，副摆臂6的顶部设置有连接扣23，横梁7通过连接扣23定位连接。横梁7上也装有快换机构27，进行各类器械的切换使用。
结合实际的实施来看，为了实现主定位锁5与副定位锁8的顺畅调节，在给予有效运动导向的时候也拥有较佳的支撑效果，主定位锁5与副定位锁8均包括有衔接套筒13，衔接套筒13的上端插入有上连杆15，衔接套筒13的下端插入有下连杆14，衔接套筒13的内部上端设置有主正螺纹，衔接套筒13的内部下端设置有主反螺纹，上连杆15插入衔接套筒13的部分设置有主正螺纹，下连杆14插入衔接套筒13的部分设置有主反螺纹，衔接套筒13内设置有正反旋螺母。这样，可以通过旋转衔接套筒13即可实现调节。
通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本发明后，拥有如下优点：
1、拥有相互独立的主龙门机械臂与副龙门机械臂，并通过转筒器械库的快换结构进行器械快速自动切换，实现类似“双手”甚至“多手”的高精度协调操作。
2、承载大刚性好，由于龙门结构具有较强的刚性及很短的悬臂，一改以往长悬臂关节型机器人的各类缺陷，实现“重载”同时安装多种手术器械，以满足多种脊柱手术的不同操作需求。
3、设置有独立的X、Y、Z向的引导控制装置，可以配合后续的控制软件，实现多轴运动控制与调节，可以实现骨科器械、钳子器械、软组织切除刀具的分别独立控制，提高机器人手术操作灵活性及精度。
4、主龙门机械臂与副龙门机械臂均可以分离拆装，便于安装无菌套，保证实施的安全与无菌。
5、采用独立的推杆结构，可以对各个龙门机械臂提供有效的支撑及高度调节，满足各类手术的需要，拆收后体积显著变小，避免过多占用手术室空间。
6、转筒器械库具有良好的拓展性，可满足多种脊柱手术甚至外科其它学科的手术要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人，包括有手术台，所述手术台的两侧成对设置有X向引导控制装置，所述X向引导控制装置上通过主连接座安装有主摆臂，所述主连接座上还安装主推杆，所述主推杆与主摆臂的下端相连接并推动主摆臂的摆动，所述主连接座与主摆臂的上端连接有主定位锁，所述主摆臂上还连接有Y向引导装置，所述Y向引导装置上连接有Z向引导控制装置，构成主龙门机械臂；所述X向引导控制装置通过副连接座安装有副摆臂，所述副摆臂之间通过快换机构连接有横梁，构成副龙门机械臂；所述副连接座与副摆臂之间连接有副推杆，且副推杆与副摆臂下端相连，所述副摆臂与副连接座之间还设置有增加副摆臂刚性的副定位锁，其特征在于：所述副龙门机械臂上安装有转筒器械库及旋转驱动机构，包括有转筒，所述转筒底部设置有转台，所述转筒内分别设置有骨科动力升降机构、软组织切除刀具升降机构、钳子升降机构，所述转筒的上端构成电机仓，下端构成传动仓。
2.根据权利要求1所述的一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人，其特征在于：所述骨科动力升降机构，包括有位于电机仓内的第一电机，所述第一电机的下端连接有位于传动仓内的第一导轨，所述第一导轨上安装有第一滑块，所述第一滑块上安装有骨科动力连接器。
3.根据权利要求1所述的一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人，其特征在于：所述软组织切除刀具升降机构，包括有位于电机仓内的第二电机，所述第二电机的下端连接有位于传动仓内的第二导轨，所述第二导轨上安装有第二滑块，所述第二滑块上安装有软组织切除刀具连接器。
4.根据权利要求1所述的一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人，其特征在于：所述钳子升降机构，包括有位于电机仓内的第三电机，所述第三电机的下端连接有位于传动仓内的第三导轨，所述第三导轨上安装有第三滑块，所述第三滑块上安装有钳子连接器。
5.根据权利要求1所述的一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人，其特征在于：所述X向引导控制装置包括有X向导轨，所述X向导轨上设置有主X向滑块与副X向滑块，所述主X向滑块与主连接座相连，所述副X向滑块与副连接座相连，所述X向导轨的一端设置有X向运动电机。
6.根据权利要求1所述的一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人，其特征在于：所述Y向引导装置包括有Y向驱动电机，所述Y向驱动电机上安装有转轴，所述主连接座与主摆臂之间连接有主推杆。
7.根据权利要求1所述的一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人，其特征在于：所述Z向引导控制装置包括有Z向驱动电机，所述Z向驱动电机上安装有快换机构。
8.根据权利要求1所述的一种龙门式可撤收机械臂脊柱手术机器人，其特征在于：所述主定位锁与副定位锁均包括有衔接套筒，所述衔接套筒的上端插入有上连杆，所述衔接套筒的下端插入有下连杆，所述衔接套筒的内部上端设置有主正螺纹，所述衔接套筒的内部下端设置有主反螺纹，所述上连杆插入衔接套筒的部分设置有主正螺纹，所述下连杆插入衔接套筒的部分设置有主反螺纹，所述衔接套筒内设置有正反旋螺母。
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