CN110464465A - 一种全膝关节置换手术辅助机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全膝关节置换手术辅助机器人，设计了一条拥有七个关节的两组立体视觉与光源的机械臂，实现了膝关节手术的快速准确立体重构的功能；设计了两条具有支撑和夹持定位组件的机械臂，实现了全膝关节置换手术中大腿与小腿的固定，从而固定了膝关节，为手术的精确性提供保证；设计了两条皮肤肌肉组织翻夹机械臂，四个新型翻夹组件协同工作，实现了膝关节切口皮肤肌肉组织的微创精确翻开，减少了手术切口翻开的二次创伤；设计了一条带有四个执行部件的手术机械臂，实现了全膝关节置换手术的膝关节皮肤肌肉组织切割、切口止血、腿骨切割、腿骨钻孔等功能，并能实时实现功能切换，大大提高了手术的准确性、稳定性与效率。

Description

一种全膝关节置换手术辅助机器人
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种全膝关节置换手术辅助机器人。
背景技术
随着工业技术的突飞猛进，机器人技术得到了快速的发展，其中机器人技术进入医疗领域，给医疗领域带来了新的重大技术变革。在骨外科领域，特别是全膝关节置换手术，手术效果过于依赖外科医生的经验，这无疑加大了手术效果的不稳定性。比如医生在切割关节骨骼等多项步骤中，医生和患者双方在过程中都难免会出现小状况，比如咳嗽、疲劳，定位精度不够或测量误差等，使植入关节的位置超出允许的标准范围，影响手术精准度。
机器人技术被应用到全膝关节置换手术中后，可以实现高精度的手术定位，高精度的切削与运动控制，避免由于人手震颤和疲劳而引起的手术操作误差等缺点，提高了手术操作精度，同时机器人系统中新型手术工具的使用增加了手术操作的灵活性与效率；机器人技术的应用降低了医生的劳动强度，使医生将更多的精力投入到手术操作中，降低了劳动力成本；机器人系统建立多传感器检测与反馈机制，保证了手术的安全性；机器人技术应用到手术中会更加规范手术操作，提高了手术的质量，所以设计一种全膝关节置换手术辅助机器人极为必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种全膝关节置换手术辅助机器人，既可以切开膝关节外皮肤并止血，又可以外翻创口，实现全膝关节切除与钻孔置换的功能。
本发明采用以下技术方案：
一种全膝关节置换手术辅助机器人，包括：
具有七个关节的皮肤肌肉组织翻夹机械臂，用于打开切口处皮肤肌肉组织，包括对称设置的左侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂和右侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂；
具有七个关节的手术机械臂，用于全膝关节置换手术中的皮肤切开、膝盖骨立体切削造型、膝盖骨连接处钻孔和手术中电刀止血；
腿部支撑夹紧机械臂，用于手术中大腿与小腿的固定，包括结构相同、相对设置的小腿支撑夹紧机械臂和大腿支撑夹紧机械臂；
立体视觉与光源机械臂，设置有双目摄像头及补充光源组件，用于术中视觉识别；
支架立柱，用于支撑机器人，支架立柱包括两个，两个支架立柱之间设置有支架连接板和支架盖板，支架连接板用于固定左侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂、右侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂、手术机械臂、小腿支撑夹紧机械臂、大腿支撑夹紧机械臂和立体视觉与光源机械臂；左侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂与右侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂设置在支架立柱的一侧，对称分布于腿部支撑夹紧机械臂的两边，手术机械臂设置在支架立柱的另一侧，支架盖板上设置有顶灯，立体视觉与光源机械臂位于顶灯的下方。
具体的，皮肤肌肉组织翻夹机械臂包括第四皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆，第四皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆的上端通过第五皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机与支架连接板连接，下端通过第四皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机与第三皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆的后端连接，第三皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆的前端通过第三皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机与第二皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆的后端连接，第二皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆的前端通过第二皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机与第一皮肤肌肉组织夹紧组件连杆的后端连接，第一皮肤肌肉组织夹紧组件连杆的前端与第一皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机连接，第一皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机输出端与第一皮肤肌肉组织夹紧组件连接；第二皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆下侧中部与第一皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆的上端连接，第一皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆的底端通过第一皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机与第二皮肤肌肉组织夹紧组件连杆的后端连接，第二皮肤肌肉组织夹紧组件连杆的前端与第二皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机连接，第二皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机的输出端与第二皮肤肌肉组织夹紧组件连接。
进一步的，第一皮肤肌肉组织夹紧组件包括第一皮肤肌肉组织夹紧组件转接板，第一皮肤肌肉组织夹紧组件转接板垂直侧面通过螺钉固定在第二皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机的输出端，转接板水平侧通过第一皮肤肌肉组织夹紧组件连接螺钉与第一皮肤肌肉组织夹紧组件底板相连；第一皮肤肌肉组织夹紧组件底板中部通过第一皮肤肌肉组织夹紧组件夹紧舵机分别与对称设置的两个第一皮肤肌肉组织夹紧组件齿轮连杆连接，每个第一皮肤肌肉组织夹紧组件齿轮连杆另一端通过一个第二连接销钉与对应的第一皮肤肌肉组织夹紧组件末端的一端连接，每个第一皮肤肌肉组织夹紧组件末端的中部通过第三连接销钉与第一连接板连接，第一连接板通过第四连接销钉与第一皮肤肌肉组织夹紧组件底板上侧连接，从而构成连杆机构；第一皮肤肌肉组织夹紧组件底板中部通过齿轮连杆分别与两个第一皮肤肌肉组织夹紧组件齿轮连杆啮合。
具体的，腿部支撑夹紧机械臂包括腿部立柱，腿部立柱上端与支架连接板上的腿部支撑夹紧机械臂方向舵机连接，下端一侧通过腿部支撑联接螺钉与腿部支撑机构连接，另一侧通过腿骨夹压组件方向舵机与腿部夹压机构连接。
进一步的，腿部支撑机构包括第一腿部方向舵机、第一腿部支撑连杆、第二腿部支撑连杆、腿部支撑转接杆、第二腿部方向舵机和腿部支撑槽；
第一腿部方向舵机上端通过螺钉与腿部立柱侧面连接，另一端与第二腿部支撑连杆成角度连接，第二腿部支撑连杆的末端通过第二腿部方向舵机与腿部支撑转接杆侧面连接，腿部支撑转接杆的顶端与腿部支撑槽的底端连接；
腿部夹压机构包括夹压组件电缸联接杆，夹压组件电缸联接杆的一端通过腿骨夹压组件方向舵机与腿部立柱侧边连接，另一端连接夹压组件推动电缸的底部，夹压组件推动电缸的顶部与腿骨夹压组件连接。
更进一步的，腿骨夹压组件包括腿骨夹压组件转接板，腿骨夹压组件转接板一侧中心与夹压组件推动电缸顶部连接，另一侧上部通过腿骨压紧与双目视觉组件旋转舵机与腿骨夹紧组件连接；
腿骨夹压组件转接板的另一侧下部通过螺钉与腿骨夹紧组件转接板垂直侧面连接，腿骨夹紧组件转接板水平侧通过腿骨夹紧组件连接螺钉与腿骨夹紧底座相连；
腿骨夹紧底座通过腿骨夹紧舵机分别与第一腿骨夹紧齿轮杆和第二腿骨夹紧齿轮杆连接，第一腿骨夹紧齿轮杆和第二腿骨夹紧齿轮杆对称设置，分别连接对应的第一腿骨夹紧末端和第二腿骨夹紧末端，其中，第二腿骨夹紧齿轮杆另一端通过第二腿骨夹紧连接销钉与第二腿骨夹紧末端的一端连接，第二腿骨夹紧末端的中部通过第三腿骨夹紧连接销钉与第二腿骨夹紧连接杆连接，第二腿骨夹紧连接杆通过第四腿骨夹紧连接销钉与腿骨夹紧底座上侧连接；
腿骨夹紧组件包括腿骨压紧电缸连接板，腿骨压紧电缸连接板一端通过腿骨压紧与双目视觉组件旋转舵机与腿骨夹压组件转接板连接，中间通过腿骨压紧电缸旋转舵机与腿骨压紧电缸联接，另一端通过第一移动光源旋转舵机与双目视觉移动光源组件连接，腿骨压紧电缸的另一端连接腿骨压紧末端；
双目视觉移动光源组件包括第一双目视觉移动光源组件转接板，第一双目视觉移动光源组件转接板侧面通过第一移动光源旋转舵机与腿骨压紧电缸连接板连接；上侧通过第一双目视觉移动光源组件连接螺钉与第一双目视觉移动光源组件连接板后端连接，第一双目视觉移动光源组件连接板中间通过第一移动光源连接螺钉与第一移动光源连接，第一双目视觉移动光源组件连接板前端通过第一双目视觉摄像头连接螺钉与第一双目视觉摄像头连接。
具体的，手术机械臂机构包括第四手术机械臂连杆，第四手术机械臂连杆上端通过方向舵机与支架连接板连接，下端通过第三手术机械臂舵机与第三手术机械臂连杆的后端连接，第三手术机械臂连杆前端通过第二手术机械臂舵机与第二手术机械臂连杆后端连接，第二手术机械臂连杆的前端通过第一手术机械臂舵机与第一手术机械臂连杆的后端连接，第一手术机械臂连杆的前端与手术末端组件连接。
进一步的，手术末端组件包括手术末端组件转向舵机，手术末端组件转向舵机上端通过螺钉与第一手术机械臂连杆的前端连接，手术末端组件转向舵机输出端与手术末端组件底座中心连接，手术末端组件底座底座四个伸出端分别通过舵机与腿骨切割机构、皮肤切割机构、腿骨钻孔机构、止血电刀机构连接；
腿骨切割机构包括腿骨切割连接板，腿骨切割连接板一端通过腿骨切割部件转向舵机与手术末端组件底座连接，另一端通过腿骨切割驱动舵机与腿骨切割锯刀中心侧面连接；
皮肤切割机构包括皮肤切割连接板，皮肤切割连接板一端通过皮肤切割部件转向舵机与手术末端组件底座连接，另一端通过皮肤切割驱动舵机与皮肤切割锯刀中心侧面连接；
腿骨钻孔机构包括腿骨钻孔连接板，腿骨钻孔连接板一端通过腿骨钻孔部件转向舵机与手术末端组件底座连接，另一端垂面通过腿骨钻孔驱动舵机与腿骨钻孔钻头的上端连接；
止血电刀机构包括止血电刀连接板，止血电刀连接板一端通过止血电刀部件转向舵机与手术末端组件底座连接，另一端垂面与止血电刀上端连接。
具体的，立体视觉与光源机构包括立体视觉光源机臂连接板，立体视觉光源机臂连接板后端通过螺钉与支架连接板连接，立体视觉光源机臂连接板前端通过第六立体视觉光源机臂舵机与第一立体视觉光源机臂转接板上端连接，第一立体视觉光源机臂转接板侧面通过第五体视觉光源机臂舵机与第四立体视觉光源机臂连杆上端连接，第四立体视觉光源机臂连杆下端通过第四体视觉光源机臂舵机与第三立体视觉光源机臂连杆后端连接，第三立体视觉光源机臂连杆前端通过第三体视觉光源机臂舵机与第二立体视觉光源机臂连杆后端连接，第二立体视觉光源机臂连杆前端通过第二体视觉光源机臂舵机与第一立体视觉光源机臂连杆后端连接，第一立体视觉光源机臂连杆前端通过第一立体视觉光源机臂舵机与第二立体视觉光源机臂转接板上端连接，第二立体视觉光源机臂转接板下部两端通过舵机分别与第二双目视觉移动光源组和第三双目视觉移动光源组连接。
进一步的，第二双目视觉移动光源组和第三双目视觉移动光源组均包括第二双目视觉移动光源组连接板，第二双目视觉移动光源组连接板后端通过第二双目视觉光源组件旋转舵机与第二立体视觉光源机臂转接板一端连接，第二双目视觉移动光源组连接板中间通过第二移动光源连接板与第二移动光源连接，第二双目视觉移动光源组连接板前端通过第二双目视觉摄像头连接板与第二双目视觉摄像头连接。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种全膝关节置换手术辅助机器人，可以实现辅助医生开展全膝关节置换手术的功能，为全膝关节置换手术的精准高效提供了技术保障。手术机械臂机构包含皮肤切割部件、腿骨切割部件、腿骨钻孔部件、止血电刀部件，保证了全膝关节置换手术中相关操作的稳定高效；小腿支撑夹紧机械臂机构与大腿支撑夹紧机械臂机构相对布置，保证了手术时腿部的固定；左侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂机构与右侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂机构两侧对称布置，保证了皮肤肌肉组织切口打开的稳定精确；立体视觉与光源机械臂机构灵活，可以较好的进行视觉识别与导引，保证了手术的精确性。
进一步的，左右两边的皮肤肌肉组织翻夹机械臂机构分别拥有7个舵机，可以在空间中灵活的将手术切口两侧的皮肤肌肉组织分开，保证手术正常进行。同时每一个翻夹机械臂前端都采用同一连杆上的两个翻夹机构进行协作，这样可以较好保证单侧皮肤肌肉组织的翻开的一致性，切口翻开创伤小，同时保证切口翻开的精确性。
进一步的，翻夹机构前端的夹紧杆前端外侧采用曲面化设计，减少创口二次损伤；同时夹紧杆的夹紧侧采用斜齿状设计，倾斜角度合理，斜齿深度合理，保证了即夹持皮肤肌肉组织的稳定性又减少二次伤害，另外夹持侧向里采用曲面设计，可以更好适应不同皮肤肌肉组织机构的尺寸需求。
进一步的，腿部支撑夹紧机械臂机构的腿部支撑部件，采用大尺寸，大刚度部件，保证了支撑的稳定性；同时通过两个舵机可以实时调整患者大腿和小腿的支撑角度与高度，更好的满足置换手术的需要，从而保证手术质量。
进一步的，腿部支撑夹紧机械臂机构的腿骨夹压部件拥有夹紧与压紧两个功能。夹紧部分两个夹紧末端可以夹紧腿部两侧，压紧末端的弧面可以压紧腿骨上侧，从而可以很好的限制腿部自由度，保且大腿小腿同时夹压，保证了手术中腿部的稳定性，保证了手术质量。
进一步的，腿部支撑夹紧机械臂机构的夹紧部分的两个夹紧前端采用细化处理，前端内侧采用线性快速内角处理，角度适中，外侧做弧线处理，这样既保证夹紧的稳定性，又保证了创口损伤较小；同时，压紧末端的大弧面处理，保证了与腿骨接触的合理性，这些都可以进一步提高手术质量。
进一步的，腿部支撑夹紧机械臂机构的夹紧部分上方安装双目视觉与光源组件，可以在膝盖固定情况下，近距离的进行膝盖骨图像识别，光源可以为双目视觉摄像头提供良好的光线。
进一步的，手术机械臂机构有七个关节且布置在空间较大的一侧，保证了手术末端具有灵活的活动轨迹。手术机械臂末端的皮肤切割部件、腿骨切割部件、腿骨钻孔部件、止血电刀部件，可以同时或分别打开与放下，可以实时切换手术操作，保证了手术的灵活性。
进一步的，配合CT扫描后的病灶区症状，腿骨切割部件可以通过轨迹优化，进行更加高效精确的手术操作，提高手术的精确性与效率。
进一步的，立体视觉与光源机械臂机构有7个舵机，可以在空间灵活的对膝关节手术的对象进行立体重构，且两个双目视觉摄像头，提高了视觉识别的精确度，保证了膝关节手术立体重构的精确性，且随动光源为视觉识别的提供良好支持。
综上所述，本发明立体视觉与光源机械臂机构实现了膝关节手术的快速准确立体重构的功能，腿部支撑夹紧机械臂机构实现了膝盖的固定夹紧功能，皮肤肌肉组织翻夹机械臂机构实现了膝盖切口皮肤肌肉组织的微创精确翻开功能，手术机械臂机构实现了全膝关节置换手术的膝关节皮肤肌肉组织切口、切口止血、膝盖骨切削、膝盖骨钻孔等功能，整个发明功能齐全，操作灵活，手术辅助效果好，为全膝关节置换手术的准确高效提供了技术支持。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为全膝关节置换手术辅助机器人立体示意图；
图2为全膝关节置换手术辅助机器人仰视图；
图3为全膝关节置换手术辅助机器人左视图；
图4为大腿支撑夹紧机械臂与小腿支撑夹紧机械臂装配立体示意图；
图5为大腿支撑夹紧机械臂立体示意图；
图6为大腿支撑夹紧机械臂主视图；
图7为大腿支撑夹紧机械臂的腿部夹压组件立体示意图1；
图8为大腿支撑夹紧机械臂的腿部夹压组件立体示意图2；
图9为左侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂与右侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂装配立体示意图；
图10为皮肤肌肉组织翻夹机械臂的皮肤肌肉组织夹紧组件立体示意图1；
图11为皮肤肌肉组织翻夹机械臂的皮肤肌肉组织夹紧组件立体示意图2；
图12为手术机械臂立体示意图；
图13为手术机械臂的手术末端组件立体示意图1；
图14为手术机械臂的手术末端组件立体示意图2；
图15为立体视觉与光源机械臂立体示意图；
图16为立体视觉与光源机械臂的双目视觉移动光源组件示意图。
其中：1.支架底座；2.支架立柱；3.小腿支撑夹紧机械臂；4.左侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂；5.支架连接板；6.支架盖板；7.手术机械臂；8.顶灯；9.立体视觉与光源机械臂；10.大腿支撑夹紧机械臂；11.右侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂；
3-1.第一腿部方向舵机；3-2.第一腿部支撑连杆；3-3.第二腿部支撑连杆；3-4.腿部支撑转接杆；3-5.第二腿部方向舵机；3-6.腿部支撑槽；3-7.腿部夹压组件；3-8.夹压组件推动电缸；3-9.夹压组件电缸联接杆；3-10.腿部支撑联接螺钉；3-11.腿骨夹压组件方向舵机；3-12.腿部立柱；3-13.腿部支撑夹紧机械臂方向舵机；
3-7-1.第一腿骨夹紧末端；3-7-2.第一腿骨夹紧连接杆；3-7-3.第一腿骨夹紧连接销钉；3-7-4.腿骨压紧电缸；3-7-5.第二腿骨夹紧连接销钉；3-7-6.第一双目视觉摄像头；3-7-7.第一双目视觉摄像头转接板；3-7-8.第一双目视觉摄像头连接螺钉；3-7-9.第一移动光源；3-7-10.第一移动光源转接板；3-7-11.第一移动光源连接螺钉；3-7-12.第一移动光源旋转舵机；3-7-13.第一双目视觉移动光源组件连接螺钉；3-7-14.第一双目视觉移动光源组件连接板；3-7-15.第一双目视觉移动光源组件转接板；3-7-16.腿骨压紧电缸旋转舵机；3-7-17.腿骨压紧与双目视觉组件旋转舵机；3-7-18.腿骨夹压组件转接板；3-7-19.腿骨夹紧组件转接板；3-7-20.腿骨夹紧组件连接螺钉；3-7-21.腿骨夹紧舵机；3-7-22.腿骨夹紧齿轮连杆；3-7-23.第二腿骨夹紧连接销钉；3-7-24.第三腿骨夹紧连接销钉；3-7-25.第二腿骨夹紧连接杆；3-7-26.第四腿骨夹紧连接销钉；3-7-27.腿骨夹紧底座；3-7-28.第二腿骨夹紧末端；3-7-29.腿骨压紧末端；3-7-30.腿骨压紧电缸连接板；3-7-31.第五腿骨夹紧连接销钉；3-7-32.第一腿骨夹紧齿轮杆；3-7-33.第二腿骨夹紧齿轮杆；3-7-34.第一双目视觉移动光源组件转接板；
4-1.第一皮肤肌肉组织夹紧组件；4-2.第一皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机；4-3.第二皮肤肌肉组织夹紧组件；4-4.第二皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机；4-5.第二皮肤肌肉组织夹紧组件连杆；4-6.第一皮肤肌肉组织夹紧组件连杆；4-7.第一皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机；4-8.第二皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机；4-9.第一皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆；4-10.第二皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆；4-11.第三皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机；4-12.第三皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆；4-13.第四皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机；4-14.第四皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆；4-15.第五皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机；
11-1.第三皮肤肌肉组织夹紧组件；11-2.第三皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机；11-3.第四皮肤肌肉组织夹紧组件；11-4.第四皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机；11-5.第三皮肤肌肉组织夹紧组件连杆；11-6.第四皮肤肌肉组织夹紧组件连杆；11-7.第六皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机；11-8.第七皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机；11-9.第五皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆；11-10.第六皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆；11-11.第八皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机；11-12.第七皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆；11-13.第九皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机；11-14.第八皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆；11-15.第十皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机；
4-1-1.第一皮肤肌肉组织夹紧组件转接板；4-1-2.第一皮肤肌肉组织夹紧组件连接螺钉；4-1-3.第一皮肤肌肉组织夹紧组件底板；4-1-4.第一连接销钉；4-1-5.第一皮肤肌肉组织夹紧组件齿轮连杆；4-1-6.第二连接销钉；4-1-7.第一皮肤肌肉组织夹紧组件末端；4-1-8.第一连接板；4-1-9.第三连接销钉；4-1-10.第四连接销钉；4-1-11.第一皮肤肌肉组织夹紧组件夹紧舵机；
7-1.手术末端组件；7-2.第一手术机械臂连杆；7-3.第一手术机械臂舵机；7-4.第二手术机械臂连杆；7-5.第二手术机械臂舵机；7-6.第三手术机械臂连杆；7-7.第三手术机械臂舵机；7-8.第四手术机械臂连杆；7-9.手术机械臂组件转向舵机；
7-1-1.腿骨切割驱动舵机；7-1-2.腿骨切割锯刀；7-1-3.腿骨切割连接板；7-1-4.腿骨切割部件转向舵机；7-1-5.手术末端组件底座；7-1-6.止血电刀部件转向舵机；7-1-7.止血电刀连接板；7-1-8.止血电刀；7-1-9.腿骨钻孔部件转向舵机；7-1-10.腿骨钻孔连接板；7-1-11.腿骨钻孔钻头；7-1-12.腿骨钻孔驱动舵机；7-1-13.皮肤切割部件转向舵机；7-1-14.皮肤切割连接板；7-1-15.皮肤切割驱动舵机；7-1-16.皮肤切割锯刀；7-1-17.手术末端组件转向舵机；
9-1.第二双目视觉移动光源组件；9-2.第二双目视觉光源组件旋转舵机；9-3.第一立体视觉光源机臂舵机；9-4.第一立体视觉光源机臂连杆；9-5.第二体视觉光源机臂舵机；9-6.第二立体视觉光源机臂连杆；9-7.第三体视觉光源机臂舵机；9-8.第三立体视觉光源机臂连杆；9-9.第四体视觉光源机臂舵机；9-10.第四立体视觉光源机臂连杆；9-11.第五体视觉光源机臂舵机；9-12.立体视觉光源机臂连接板；9-13.第六立体视觉光源机臂舵机；9-14.第一立体视觉光源机臂转接板；9-15.第三双目视觉光源组件旋转舵机；9-16.第三双目视觉移动光源组；9-17.第二立体视觉光源机臂转接板；
9-1-1.第二双目视觉移动光源组连接板；9-1-2.第二移动光源连接板；9-1-3.第二移动光源；9-1-4.第二双目视觉摄像头连接板；9-1-5.第二双目视觉摄像头；9-16-1.第三双目视觉移动光源组连接板；9-16-2.第三移动光源连接板；9-16-3.第三移动光源；9-16-4.第三双目视觉摄像头连接板；9-16-5.第三双目视觉摄像头。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供了一种全膝关节置换手术辅助机器人，设计了2只具有7个关节的切口皮肤肌肉组织翻夹机械手(左侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂4和右侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂11)，实现了切口处皮肤肌肉组织的打开，为后续手术提供保障；设计了7个关节的手术手臂(手术机械臂7)，实现了全膝关节置换手术中的皮肤切开、膝盖骨立体切削造型、膝盖骨连接处钻孔、手术中电刀止血的功能；设计了2条具有支撑和夹持定位组件的机械臂(小腿支撑夹紧机械臂3和大腿支撑夹紧机械臂10)，实现了手术大腿与小腿的固定，为手术的精确性提供保证；设计了7个关节的具有双目摄像头及补充光源组件的机械臂(立体视觉与光源机械臂9)，实现了手术中的视觉精确识别，保证了手术的准确高效。
请参阅图1至图3，本发明一种全膝关节置换手术辅助机器人，包括支架底座1、支架立柱2、小腿支撑夹紧机械臂3、左侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂4、支架连接板5、支架盖板6、手术机械臂7、顶灯8、立体视觉与光源机械臂9、大腿支撑夹紧机械臂10、右侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂11。支架底座1在最下方，支架立柱2在支架底座1上方，支架盖板6在支架立柱2顶端，顶灯8在支架盖板6中间下方，支架连接板5固结在立柱侧面上部侧面，机械臂机构通过支架连接板5分布在支架立柱2两侧，一侧依次为左侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂4、大腿支撑夹紧机械臂10、右侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂11；另一侧依次为手术机械臂7、立体视觉与光源机械臂9、小腿支撑夹紧机械臂3。
请参阅图4至图8，腿部支撑夹紧机械臂包括对称设置的大腿支撑夹紧机械臂10和小腿支撑夹紧机械臂3，大腿支撑夹紧机械臂10和小腿支撑夹紧机械臂3的结构相同，其中，小腿支撑夹紧机械臂3包括第一腿部方向舵机的3-1、第一腿部支撑连杆的3-2、第二腿部支撑连杆的3-3、腿部支撑转接杆3-4、第二腿部方向舵机的3-5、腿部支撑槽3-6、腿部夹压组件3-7、夹压组件推动电缸3-8、夹压组件电缸联接杆3-9、腿部支撑联接螺钉3-10、腿骨夹压组件方向舵机3-11、腿部立柱3-12、腿部支撑夹紧机械臂方向舵机3-13。腿部支撑槽3-6用来支撑腿部下表面，腿部夹压组件3-7可以实现腿骨的两侧夹紧与上侧压紧，从而实现膝盖固定。
第一腿部方向舵机3-1上端通过螺钉与腿部立柱3-12侧面连接，另一端与第二腿部支撑连杆3-3成角度连接，第二腿部支撑连杆3-3的末端通过第二腿部方向舵机3-5与腿部支撑转接杆3-4侧面连接，腿部支撑转接杆3-4的顶端与腿部支撑槽3-6的底端连接；
腿部夹压机构包括夹压组件电缸联接杆3-9，夹压组件电缸联接杆3-9的一端通过腿骨夹压组件方向舵机3-11与腿部立柱3-12侧边连接，另一端连接夹压组件推动电缸3-8的底部，夹压组件推动电缸3-8的顶部与腿骨夹压组件连接。
腿骨夹压组件包括腿骨夹压组件转接板3-7-18，腿骨夹压组件转接板3-7-18一侧中心与夹压组件推动电缸3-8顶部连接，另一侧上部通过腿骨压紧与双目视觉组件旋转舵机3-7-17与腿骨夹紧组件连接；
腿骨夹压组件转接板3-7-18的另一侧下部通过螺钉与腿骨夹紧组件转接板3-7-19垂直侧面连接，腿骨夹紧组件转接板3-7-19水平侧通过腿骨夹紧组件连接螺钉3-7-20与腿骨夹紧底座3-7-27相连；
腿骨夹紧底座3-7-27通过腿骨夹紧舵机3-7-21与第一腿骨夹紧齿轮杆3-7-32和第二腿骨夹紧齿轮杆3-7-33连接，第一腿骨夹紧齿轮杆3-7-32和第二腿骨夹紧齿轮杆3-7-33对称设置，连接关系相同，分别连接对应的第一腿骨夹紧末端3-7-1和第二腿骨夹紧末端3-7-28，第一腿骨夹紧齿轮杆3-7-32和第二腿骨夹紧齿轮杆3-7-33的连接关系相同，这里以第二腿骨夹紧齿轮杆3-7-33的连接关系进行说明，第二腿骨夹紧齿轮杆3-7-33另一端通过第二腿骨夹紧连接销钉3-7-23与第二腿骨夹紧末端3-7-28的一端连接，第二腿骨夹紧末端3-7-28的中部通过第三腿骨夹紧连接销钉3-7-24与第二腿骨夹紧连接杆3-7-25连接，第二腿骨夹紧连接杆3-7-25通过第四腿骨夹紧连接销钉3-7-26与腿骨夹紧底座3-7-27上侧连接；
腿骨夹紧组件包括腿骨压紧电缸连接板3-7-30，腿骨压紧电缸连接板3-7-30一端通过腿骨压紧与双目视觉组件旋转舵机3-7-17与腿骨夹压组件转接板3-7-18连接，中间通过腿骨压紧电缸旋转舵机3-7-16与腿骨压紧电缸3-7-4联接，另一端通过第一移动光源旋转舵机3-7-12与双目视觉移动光源组件连接，腿骨压紧电缸3-7-4的另一端连接腿骨压紧末端3-7-29；
双目视觉移动光源组件包括第一双目视觉移动光源组件转接板3-7-34，第一双目视觉移动光源组件转接板3-7-34侧面通过第一移动光源旋转舵机3-7-12与腿骨压紧电缸连接板3-7-30连接；上侧通过第一双目视觉移动光源组件连接螺钉3-7-13与第一双目视觉移动光源组件连接板3-7-14后端连接，第一双目视觉移动光源组件连接板3-7-14中间通过第一移动光源连接螺钉3-7-11与第一移动光源3-7-9连接，第一双目视觉移动光源组件连接板3-7-14前端通过第一双目视觉摄像头连接螺钉3-7-8与第一双目视觉摄像头3-7-6连接。
请参阅图9至图11，皮肤肌肉组织翻夹机械臂机构包括左右两侧对称设置的两个机械臂，两个机械臂的结构相同，其中一侧的皮肤肌肉组织翻夹机械臂机构包括第一皮肤肌肉组织夹紧组件的4-1、第一皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机4-2、第二皮肤肌肉组织夹紧组件的4-3、第二皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机4-4、第二皮肤肌肉组织夹紧组件连杆4-5、第一皮肤肌肉组织夹紧组件连杆4-6、第一皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机的4-7、第二皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机的4-8、第一皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆的4-9、第二皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆的4-10、第三皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机的4-11、第三皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆的4-12、第四皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机的4-13、第四皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆的4-14、第五皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机的4-15。
第四皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆4-14的上端通过第五皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机4-15与支架连接板5连接，下端通过第四皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机4-13与第三皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆4-12的后端连接，第三皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆4-12的前端通过第三皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机4-11与第二皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆4-10的后端连接，第二皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆4-10的前端通过第二皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机4-8与第一皮肤肌肉组织夹紧组件连杆4-6的后端连接，第一皮肤肌肉组织夹紧组件连杆4-6的前端与第一皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机4-2连接，第一皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机4-2输出端与第一皮肤肌肉组织夹紧组件4-1连接；第二皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆4-10下侧中部与第一皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆4-9的上端连接，第一皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆4-9的底端通过第一皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机4-7与第二皮肤肌肉组织夹紧组件连杆4-5的后端连接，第二皮肤肌肉组织夹紧组件连杆4-5的前端与第二皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机4-4连接，第二皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机4-4的输出端与第二皮肤肌肉组织夹紧组件4-3连接。
第一皮肤肌肉组织夹紧组件4-1包括第一皮肤肌肉组织夹紧组件转接板4-1-1，第一皮肤肌肉组织夹紧组件转接板4-1-1垂直侧面通过螺钉固定在第二皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机4-4的输出端，转接板4-1-1水平侧通过第一皮肤肌肉组织夹紧组件连接螺钉4-1-2与第一皮肤肌肉组织夹紧组件底板4-1-3相连；第一皮肤肌肉组织夹紧组件底板4-1-3中部通过第一皮肤肌肉组织夹紧组件夹紧舵机4-1-11分别与对称设置的两个第一皮肤肌肉组织夹紧组件齿轮连杆4-1-5连接，两个第一皮肤肌肉组织夹紧组件齿轮连杆4-1-5直接通过齿轮啮合连接，两个第一皮肤肌肉组织夹紧组件齿轮连杆4-1-5另一端分别通过一个第二连接销钉4-1-6与对应的一个第一皮肤肌肉组织夹紧组件末端4-1-7的一端连接，第一皮肤肌肉组织夹紧组件末端4-1-7的中部通过第三连接销钉4-1-9与一个第一连接板4-1-8连接，第一连接板4-1-8通过第四连接销钉4-1-10与第一皮肤肌肉组织夹紧组件底板4-1-3上侧连接，从而构成连杆机构；第一皮肤肌肉组织夹紧组件底板4-1-3中部通过齿轮连杆与第一皮肤肌肉组织夹紧组件齿轮连杆4-1-5啮合。
请参阅图12至图14，手术机械臂7包括手术末端组件7-1、第一手术机械臂连杆的7-2、第一手术机械臂舵机的7-3、第二手术机械臂连杆的7-4、第二手术机械臂舵机的7-5、第三手术机械臂连杆的7-6、第三手术机械臂舵机的7-7、第四手术机械臂连杆的7-8。连杆依次串联，最后为手术末端组件7-1。
第四手术机械臂连杆7-8上端通过方向舵机与支架连接板5连接，下端通过第三手术机械臂舵机7-7与第三手术机械臂连杆7-6的后端连接，第三手术机械臂连杆7-6前端通过第二手术机械臂舵机7-5与第二手术机械臂连杆7-4后端连接，第二手术机械臂连杆7-4的前端通过第一手术机械臂舵机7-3与第一手术机械臂连杆7-2的后端连接，第一手术机械臂连杆7-2的前端与手术末端组件7-1连接。
手术末端组件7-1包括手术末端组件转向舵机7-1-17，手术末端组件转向舵机7-1-17上端通过螺钉与第一手术机械臂连杆7-2的前端连接，手术末端组件转向舵机7-1-17输出端与手术末端组件底座7-1-5中心连接，手术末端组件底座7-1-5底座四个伸出端分别通过舵机与腿骨切割机构、皮肤切割机构、腿骨钻孔机构、止血电刀机构连接；
腿骨切割机构包括腿骨切割连接板7-1-3，腿骨切割连接板7-1-3一端通过腿骨切割部件转向舵机7-1-4与手术末端组件底座7-1-5连接，另一端通过腿骨切割驱动舵机7-1-1与腿骨切割锯刀7-1-2中心侧面连接；
皮肤切割机构包括皮肤切割连接板7-1-14，皮肤切割连接板7-1-14一端通过皮肤切割部件转向舵机7-1-13与手术末端组件底座7-1-5连接，另一端通过皮肤切割驱动舵机7-1-15与皮肤切割锯刀7-1-16中心侧面连接；
腿骨钻孔机构包括腿骨钻孔连接板7-1-10，腿骨钻孔连接板7-1-10一端通过腿骨钻孔部件转向舵机7-1-9与手术末端组件底座7-1-5连接，另一端垂面通过腿骨钻孔驱动舵机7-1-12与腿骨钻孔钻头7-1-11的上端连接；
止血电刀机构包括止血电刀连接板7-1-7，止血电刀连接板7-1-7一端通过止血电刀部件转向舵机7-1-6与手术末端组件底座7-1-5连接，另一端垂面与止血电刀7-1-8上端连接。
请参阅图15至图16，立体视觉与光源机械臂9包括第二双目视觉移动光源组件的9-1、第二双目视觉光源组件旋转舵机9-2、第一立体视觉光源机臂舵机的9-3、第一立体视觉光源机臂连杆的9-4、第二体视觉光源机臂舵机的9-5、第二立体视觉光源机臂连杆的9-6、第三体视觉光源机臂舵机的9-7、第三立体视觉光源机臂连杆的9-8、第四体视觉光源机臂舵机的9-9、第四立体视觉光源机臂连杆的9-10、第五体视觉光源机臂舵机的9-11、立体视觉光源机臂连接板9-12、第六立体视觉光源机臂舵机的9-13、第一立体视觉光源机臂转接板的9-14、第三双目视觉光源组件旋转舵机9-15、第三双目视觉光源组件的9-16、第二立体视觉光源机臂转接板的9-17。连杆依次串联，最后为双目视觉移动光源组件。
立体视觉光源机臂连接板9-12后端通过螺钉与支架连接板5连接，立体视觉光源机臂连接板9-12前端通过第六立体视觉光源机臂舵机9-13与第一立体视觉光源机臂转接板9-14上端连接，第一立体视觉光源机臂转接板9-14侧面通过第五体视觉光源机臂舵机9-11与第四立体视觉光源机臂连杆9-10上端连接，第四立体视觉光源机臂连杆9-10下端通过第四体视觉光源机臂舵机9-9与第三立体视觉光源机臂连杆9-8后端连接，第三立体视觉光源机臂连杆9-8前端通过第三体视觉光源机臂舵机9-7与第二立体视觉光源机臂连杆9-6后端连接，第二立体视觉光源机臂连杆9-6前端通过第二体视觉光源机臂舵机9-5与第一立体视觉光源机臂连杆9-4后端连接，第一立体视觉光源机臂连杆9-4前端通过第一立体视觉光源机臂舵机9-3与第二立体视觉光源机臂转接板9-17上端连接，第二立体视觉光源机臂转接板9-17下部两端通过舵机分别与第二双目视觉移动光源组9-1和第三双目视觉移动光源组9-16连接。
第二双目视觉移动光源组9-1和第三双目视觉移动光源组9-16均包括第二双目视觉移动光源组连接板9-1-1，第二双目视觉移动光源组连接板9-1-1后端通过第二双目视觉光源组件旋转舵机9-2与第二立体视觉光源机臂转接板9-17一端连接，第二双目视觉移动光源组连接板9-1-1中间通过第二移动光源连接板9-1-2与第二移动光源9-1-3连接，第二双目视觉移动光源组连接板9-1-1前端通过第二双目视觉摄像头连接板9-1-4与第二双目视觉摄像头9-1-5连接。
本发明的全膝关节置换手术辅助机器人，提高了手术的准确性、稳定性和效率，减轻了医生负担，具有广阔的市场前景，同时为其他手术机器人设计提供了借鉴作用，具有较高的科学研究价值。
七个关节两组立体视觉与光源机械臂机构的设计提高了目标的快速准确识别，实现了膝关节手术的快速准确立体重构的功能。
两条具有支撑和夹持定位组件的机械臂，实现了手术大腿与小腿的固定，从而固定了膝关节，为手术的精确性提供保证。
两个皮肤肌肉组织翻夹机械臂，四个新型翻夹组件协同工作，实现了膝关节切口皮肤肌肉组织的微精确翻开，减少了手术切口翻开的二次创伤。
带有七个舵机手术机械臂机构实现了全膝关节置换手术的膝关节皮肤肌肉组织切口、切口止血、膝盖骨切削、膝盖骨钻孔等功能，并能实时实现功能切换，大大提高了手术的准确性、稳定性与效率。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
本发明一种全膝关节置换手术机器人的基本运动模态包括腿部固定夹紧、皮肤肌肉组织翻夹和手术操作三种状态，具体工作原理如下：
腿部固定夹紧：
将患者腿放置在腿部支撑槽3-6内，调整第一腿部方向舵机的3-1和第二腿部方向舵机的3-5，使得膝关节位置合理；调整腿骨夹压组件方向舵机3-11与夹压组件推动电缸3-8，使得组件与腿部相对位置合理；腿骨夹紧舵机3-7-21旋转，带动第一腿骨夹紧末端3-7-1与第二腿骨夹紧末端3-7-28夹紧腿骨两侧，同时调整腿骨压紧电缸旋转舵机3-7-16，使得腿骨压紧末端3-7-29位置合理，腿骨压紧电缸3-7-4工作，压紧腿骨，从而实现腿部固定。
皮肤肌肉组织翻夹：
两个腿部固定后，即固定了膝关节，膝关节处皮肤肌肉组织进行切口，然后调整皮肤肌肉组织夹紧机械臂的各关节舵机，使得第一皮肤肌肉组织夹紧组件4-1、第二皮肤肌肉组织夹紧组件4-3、第三皮肤肌肉组织夹紧组件11-1、第四皮肤肌肉组织夹紧组件11-3处在合适位置，第一皮肤肌肉组织夹紧组件夹紧舵机4-1-11、第二皮肤肌肉组织夹紧组件夹紧舵机、第三皮肤肌肉组织夹紧组件夹紧舵机、第四皮肤肌肉组织夹紧组件夹紧舵机工作，带动第一皮肤肌肉组织夹紧组件齿轮连杆4-1-5、第二皮肤肌肉组织夹紧组件齿轮连杆、第三皮肤肌肉组织夹紧组件齿轮连杆、第四皮肤肌肉组织夹紧组件齿轮连杆转动，实现第一皮肤肌肉组织夹紧组件末端4-1-7、第二皮肤肌肉组织夹紧组件末端、第三皮肤肌肉组织夹紧组件末端、第四皮肤肌肉组织夹紧组件末端的松开和夹紧，夹好后，调整机械臂各关节舵机，实现合理翻开的动作。
手术操作：
腿部固定后，调整手机机械臂的各关节舵机，将手术末端处在合适位置，调整皮肤切割部件转向舵机7-1-13，将皮肤切割锯刀7-1-16靠近皮肤，皮肤切割驱动舵机7-1-15工作，调节机械臂关节舵机，进行皮肤切割；腿骨切割，即调整腿骨切割部件转向舵机7-1-4，将腿骨切割锯刀7-1-2靠近腿骨，腿骨切割驱动舵机7-1-1工作，调节机械臂关节舵机，进行腿骨切割；腿骨钻孔，即调整腿骨钻孔部件转向舵机7-1-9，将腿骨钻孔钻头7-1-11靠近腿骨，腿骨钻孔驱动舵机7-1-12工作，调节机械臂关节舵机，进行腿骨钻孔；电刀止血，即调整止血电刀部件转向舵机7-1-6，将止血电刀7-1-8靠近血管，止血电刀工作，进行止血，调节机械臂关节舵机可以进行其他止血工作。
完整的流程：
将患者腿放置在腿部支撑槽3-6内，调整腿部方向舵机使得膝关节位置合理，腿骨压紧电缸3-7-4工作压紧腿部其他腿固定流程相似，固定大腿和小腿，固定膝关节，调整皮肤切割部件转向舵机7-1-13，皮肤切割驱动舵机7-1-15工作切割膝关节皮肤，调整皮肤肌肉组织夹紧机械臂的各关节舵机，第一皮肤肌肉组织夹紧组件夹紧舵机4-1-11、第二皮肤肌肉组织夹紧组件夹紧舵机、第三皮肤肌肉组织夹紧组件夹紧舵机、第四皮肤肌肉组织夹紧组件夹紧舵机工作，夹紧切口皮肤肌肉组织，，调整皮肤肌肉组织夹紧机械臂的各关节舵机实现翻开切口，松开腿骨压紧电缸3-7-4，调整关键舵机，腿骨夹紧舵机3-7-21旋转，带动第一腿骨夹紧末端3-7-1与第二腿骨夹紧末端3-7-28夹紧腿骨两侧，调整位置，腿骨压紧电缸3-7-4工作压紧腿部其他腿骨固定流程相似，固定大腿和小腿，从而固定膝关节，调整手机机械臂的各关节舵机，将手术末端处在合适位置，腿骨切割，即调整腿骨切割部件转向舵机7-1-4，将腿骨切割锯刀7-1-2靠近腿骨，腿骨切割驱动舵机7-1-1工作，调节机械臂关节舵机，进行腿骨切割；腿骨钻孔，即调整腿骨钻孔部件转向舵机7-1-9，将腿骨钻孔钻头7-1-11靠近腿骨，腿骨钻孔驱动舵机7-1-12工作，调节机械臂关节舵机，进行腿骨钻孔；电刀止血，即调整止血电刀部件转向舵机7-1-6，将止血电刀7-1-8靠近血管，止血电刀工作，进行止血，调节机械臂关节舵机可以进行其他止血工作。
本发明机器人在使用过程中有如下好处：
立体视觉与光源机械臂9上端的第六立体视觉光源机臂舵机9-13的旋转，可以实现末端双目视觉与光源机构在空间水平面内360°旋转；第五体视觉光源机臂舵机9-11、第四体视觉光源机臂舵机9-9、第三体视觉光源机臂舵机9-7、第二体视觉光源机臂舵机9-5、第一立体视觉光源机臂舵机9-3协同工作，可以实现末端机构在垂直面内快速升降与角度调整，同时与第六立体视觉光源机臂舵机9-13的运动结合，就可以实现末端在三维空间内的快速灵活的移动；第二双目视觉光源组件旋转舵机9-2和第三双目视觉光源组件旋转舵机9-15可以进行位置微调，实现了精确定位；第二双目视觉摄像头9-1-5和第三双目视觉摄像头9-16-5结合使用，可以使得目标立体重构信息更加全面精确；第二移动光源9-1-3和第三移动光源9-16-3结合使用，可以使得光线补充极佳。这些都为手术目标的快速准备识别提供了技术支撑。
皮肤肌肉组织翻夹机械臂4上的第五皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机4-15和第三皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机4-11的旋转，可以实现机构在水平面内360°双重旋转；通过第四皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机4-13、第一皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机4-7和第二皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机4-8的旋转可以实现末端机构在垂直面内快速升降与角度调整，且第一皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机4-7和第二皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机4-8旋转在同一平面内，有效的保障了手术末端两个夹紧在同一个垂直面内，从而减小因夹紧翻转带来的二次创伤；第一皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机4-2和第二皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机4-4可以根据皮肤肌肉组织的实际情况进行翻转角度的调整，可以更好的适用手术需求，并减小二次创伤；第一皮肤肌肉组织夹紧组件末端4-1-7的钝化锯齿设计，即保证夹紧的稳定性，同时对组织伤害较小，第一皮肤肌肉组织夹紧组件夹紧舵机4-1-11旋转驱动齿轮连杆，从而实现第一皮肤肌肉组织夹紧组件末端4-1-7的开合，实现夹紧功能，这个机构传动精确，驱动简便。同时左侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂4与右侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂11布置在连接板的最两端，为其他机械臂的工作提供了充足的空间，同时两臂协同工作，可以灵活便捷的将膝关节皮肤肌肉组织切口翻夹至合理位置，既为手术的顺利打开切口，同时可保证切口翻夹时二次伤害较小。
小腿支撑夹紧机械臂3上的腿部支撑夹紧机械臂方向舵机3-13旋转，可以实现机构在水平面内360°旋转；第一腿部方向舵机3-1旋转，可以编辑的调整腿弯曲的角度，第二腿部方向舵机3-5旋转可以把腿部支撑槽3-6调整到腿部舒适的方向，且腿部支撑槽3-6的曲面弧形设计，既保证了后续的固定夹紧，又具有良好的舒适性；腿骨夹压组件方向舵机3-11可以快速实现腿骨夹压组件3-7处在腿部上方的合理位置，夹压组件推动电缸3-8可以将腿部夹压组件3-7快速准确推送到腿骨夹压的预备位置；第一腿骨夹紧末端3-7-1的细长钝化弧度设计，即保证腿骨夹紧的稳定性，同时对组织伤害较小，腿骨夹紧舵机3-7-21旋转驱动齿轮连杆，从而实现第一腿骨夹紧末端3-7-1的开合，实现夹紧功能，这个机构传动精确，驱动简便。腿骨压紧电缸连接板3-7-30与腿骨压紧电缸旋转舵机3-7-16的旋转，可以快速的将腿骨夹紧组件转接板3-7-19调整至腿骨曲面的垂直上，为压紧做好准备，腿骨压紧电缸3-7-4可以快速将腿骨夹紧组件转接板3-7-19压至腿骨上曲面，保证了压紧的稳定性和效率。腿骨固定后，通过第一移动光源旋转舵机3-7-12微调第一移动光源3-7-9和第一双目视觉摄像头，可以获得膝关节近距离且稳定的图像识别信息，从而可以获得高质量的目标重构。
手术机械臂7上端手术机械臂组件转向舵机7-9和第二手术机械臂舵机7-5旋转可以实现机构在水平面内360°双重旋转；第三手术机械臂舵机7-7和第一手术机械臂舵机7-3的旋转可以实现末端机构7-1在垂直面内快速升降与角度调整，手术机械臂组件转向舵机7-9和第二手术机械臂舵机7-5协同工作，可以实现手术末端组件7-1在空间内度灵活快速运动至手术准备位置。使用膝盖骨头切割时，就可以通过调整手术末端组件转向舵机7-1-17将腿骨切割锯刀7-1-2转至切削位置上方，通过调整腿骨切割驱动舵机7-1-1将腿骨切割锯刀7-1-2降落至切割起始位置，整个操作极为灵活；手术末端组件7-1有皮肤切割锯刀7-1-16、腿骨切割锯刀7-1-2、腿骨钻孔钻头、止血电刀四个手术器械，在进行功能切换时，通过调整舵机7-1-17可以快速准确的将所需手术器械调整至位置上方，然后通过对应舵机将其调整至手术起始位置，进行相关手术操作，整个过程便捷精确，可以较好的保证手术质量与效率。
本发明的全膝关节置换手术辅助机器人，提高了手术的准确性、稳定性和效率，减轻了医生负担，具有广阔的市场前景，同时为其他手术机器人设计提供了借鉴作用，具有较高的科学研究价值。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全膝关节置换手术辅助机器人，其特征在于，包括：
具有七个关节的皮肤肌肉组织翻夹机械臂，用于打开切口处皮肤肌肉组织，包括对称设置的左侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂(4)和右侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂(11)；
具有七个关节的手术机械臂(7)，用于全膝关节置换手术中的皮肤切开、膝盖骨立体切削造型、膝盖骨连接处钻孔和手术中电刀止血；
腿部支撑夹紧机械臂，用于手术中大腿与小腿的固定，包括结构相同、相对设置的小腿支撑夹紧机械臂(3)和大腿支撑夹紧机械臂(10)；
立体视觉与光源机械臂(9)，设置有双目摄像头及补充光源组件，用于术中视觉识别；
支架立柱(2)，用于支撑机器人，支架立柱(2)包括两个，两个支架立柱(2)之间设置有支架连接板(5)和支架盖板(6)，支架连接板(5)用于固定左侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂(4)、右侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂(11)、手术机械臂(7)、小腿支撑夹紧机械臂(3)、大腿支撑夹紧机械臂(10)和立体视觉与光源机械臂(9)；左侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂(4)与右侧皮肤肌肉组织翻夹机械臂(11)设置在支架立柱(2)的一侧，对称分布于腿部支撑夹紧机械臂的两边，手术机械臂(7)设置在支架立柱(2)的另一侧，支架盖板(6)上设置有顶灯(8)，立体视觉与光源机械臂(9)位于顶灯(8)的下方。
2.根据权利要求1所述的全膝关节置换手术辅助机器人，其特征在于，皮肤肌肉组织翻夹机械臂包括第四皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆(4-14)，第四皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆(4-14)的上端通过第五皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机(4-15)与支架连接板(5)连接，下端通过第四皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机(4-13)与第三皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆(4-12)的后端连接，第三皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆(4-12)的前端通过第三皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机(4-11)与第二皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆(4-10)的后端连接，第二皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆(4-10)的前端通过第二皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机(4-8)与第一皮肤肌肉组织夹紧组件连杆(4-6)的后端连接，第一皮肤肌肉组织夹紧组件连杆(4-6)的前端与第一皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机(4-2)连接，第一皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机(4-2)输出端与第一皮肤肌肉组织夹紧组件(4-1)连接；第二皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆(4-10)下侧中部与第一皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆(4-9)的上端连接，第一皮肤肌肉组织翻夹机臂连杆(4-9)的底端通过第一皮肤肌肉组织翻夹机臂舵机(4-7)与第二皮肤肌肉组织夹紧组件连杆(4-5)的后端连接，第二皮肤肌肉组织夹紧组件连杆(4-5)的前端与第二皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机(4-4)连接，第二皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机(4-4)的输出端与第二皮肤肌肉组织夹紧组件(4-3)连接。
3.根据权利要求2所述的全膝关节置换手术辅助机器人，其特征在于，第一皮肤肌肉组织夹紧组件(4-1)包括第一皮肤肌肉组织夹紧组件转接板(4-1-1)，第一皮肤肌肉组织夹紧组件转接板(4-1-1)垂直侧面通过螺钉固定在第二皮肤肌肉组织夹紧组件旋转舵机(4-4)的输出端，转接板(4-1-1)水平侧通过第一皮肤肌肉组织夹紧组件连接螺钉(4-1-2)与第一皮肤肌肉组织夹紧组件底板(4-1-3)相连；第一皮肤肌肉组织夹紧组件底板(4-1-3)中部通过第一皮肤肌肉组织夹紧组件夹紧舵机(4-1-11)分别与对称设置的两个第一皮肤肌肉组织夹紧组件齿轮连杆(4-1-5)连接，每个第一皮肤肌肉组织夹紧组件齿轮连杆(4-1-5)另一端通过一个第二连接销钉(4-1-6)与对应的第一皮肤肌肉组织夹紧组件末端(4-1-7)的一端连接，每个第一皮肤肌肉组织夹紧组件末端(4-1-7)的中部通过第三连接销钉(4-1-9)与一个第一连接板(4-1-8)连接，每个第一连接板(4-1-8)通过第四连接销钉(4-1-10)与第一皮肤肌肉组织夹紧组件底板(4-1-3)上侧连接，从而构成连杆机构；第一皮肤肌肉组织夹紧组件底板(4-1-3)中部通过齿轮连杆分别与两个第一皮肤肌肉组织夹紧组件齿轮连杆(4-1-5)啮合。
4.根据权利要求1所述的全膝关节置换手术辅助机器人，其特征在于，腿部支撑夹紧机械臂包括腿部立柱，腿部立柱(3-12)上端与支架连接板(5)上的腿部支撑夹紧机械臂方向舵机(3-13)连接，下端一侧通过腿部支撑联接螺钉(3-10)与腿部支撑机构连接，另一侧通过腿骨夹压组件方向舵机(3-11)与腿部夹压机构连接。
5.根据权利要求4所述的全膝关节置换手术辅助机器人，其特征在于，腿部支撑机构包括第一腿部方向舵机(3-1)、第一腿部支撑连杆(3-2)、第二腿部支撑连杆(3-3)、腿部支撑转接杆(3-4)、第二腿部方向舵机(3-5)和腿部支撑槽(3-6)；
第一腿部方向舵机(3-1)上端通过螺钉与腿部立柱(3-12)侧面连接，另一端与第二腿部支撑连杆(3-3)成角度连接，第二腿部支撑连杆(3-3)的末端通过第二腿部方向舵机(3-5)与腿部支撑转接杆(3-4)侧面连接，腿部支撑转接杆(3-4)的顶端与腿部支撑槽(3-6)的底端连接；
腿部夹压机构包括夹压组件电缸联接杆(3-9)，夹压组件电缸联接杆(3-9)的一端通过腿骨夹压组件方向舵机(3-11)与腿部立柱(3-12)侧边连接，另一端连接夹压组件推动电缸(3-8)的底部，夹压组件推动电缸(3-8)的顶部与腿骨夹压组件连接。
6.根据权利要求5所述的全膝关节置换手术辅助机器人，其特征在于，腿骨夹压组件包括腿骨夹压组件转接板(3-7-18)，腿骨夹压组件转接板(3-7-18)一侧中心与夹压组件推动电缸(3-8)顶部连接，另一侧上部通过腿骨压紧与双目视觉组件旋转舵机(3-7-17)与腿骨夹紧组件连接；
腿骨夹压组件转接板(3-7-18)的另一侧下部通过螺钉与腿骨夹紧组件转接板(3-7-19)垂直侧面连接，腿骨夹紧组件转接板(3-7-19)水平侧通过腿骨夹紧组件连接螺钉(3-7-20)与腿骨夹紧底座(3-7-27)相连；
腿骨夹紧底座(3-7-27)通过腿骨夹紧舵机(3-7-21)分别与第一腿骨夹紧齿轮杆(3-7-32)和第二腿骨夹紧齿轮杆(3-7-33)连接，第一腿骨夹紧齿轮杆(3-7-32)和第二腿骨夹紧齿轮杆(3-7-33)对称设置，分别连接对应的第一腿骨夹紧末端(3-7-1)和第二腿骨夹紧末端(3-7-28)，其中，第二腿骨夹紧齿轮杆(3-7-33)另一端通过第二腿骨夹紧连接销钉(3-7-23)与第二腿骨夹紧末端(3-7-28)的一端连接，第二腿骨夹紧末端(3-7-28)的中部通过第三腿骨夹紧连接销钉(3-7-24)与第二腿骨夹紧连接杆(3-7-25)连接，第二腿骨夹紧连接杆(3-7-25)通过第四腿骨夹紧连接销钉(3-7-26)与腿骨夹紧底座(3-7-27)上侧连接；
腿骨夹紧组件包括腿骨压紧电缸连接板(3-7-30)，腿骨压紧电缸连接板(3-7-30)一端通过腿骨压紧与双目视觉组件旋转舵机(3-7-17)与腿骨夹压组件转接板(3-7-18)连接，中间通过腿骨压紧电缸旋转舵机(3-7-16)与腿骨压紧电缸(3-7-4)联接，另一端通过第一移动光源旋转舵机(3-7-12)与双目视觉移动光源组件连接，腿骨压紧电缸(3-7-4)的另一端连接腿骨压紧末端(3-7-29)；
双目视觉移动光源组件包括第一双目视觉移动光源组件转接板(3-7-34)，第一双目视觉移动光源组件转接板(3-7-34)侧面通过第一移动光源旋转舵机(3-7-12)与腿骨压紧电缸连接板(3-7-30)连接；上侧通过第一双目视觉移动光源组件连接螺钉(3-7-13)与第一双目视觉移动光源组件连接板(3-7-14)后端连接，第一双目视觉移动光源组件连接板(3-7-14)中间通过第一移动光源连接螺钉(3-7-11)与第一移动光源(3-7-9)连接，第一双目视觉移动光源组件连接板(3-7-14)前端通过第一双目视觉摄像头连接螺钉(3-7-8)与第一双目视觉摄像头(3-7-6)连接。
7.根据权利要求1所述的全膝关节置换手术辅助机器人，其特征在于，手术机械臂机构(7)包括第四手术机械臂连杆(7-8)，第四手术机械臂连杆(7-8)上端通过手术机械臂组件转向舵机(7-9)与支架连接板(5)连接，下端通过第三手术机械臂舵机(7-7)与第三手术机械臂连杆(7-6)的后端连接，第三手术机械臂连杆(7-6)前端通过第二手术机械臂舵机(7-5)与第二手术机械臂连杆(7-4)后端连接，第二手术机械臂连杆(7-4)的前端通过第一手术机械臂舵机(7-3)与第一手术机械臂连杆(7-2)的后端连接，第一手术机械臂连杆(7-2)的前端与手术末端组件(7-1)连接。
8.根据权利要求7所述的全膝关节置换手术辅助机器人，其特征在于，手术末端组件(7-1)包括手术末端组件转向舵机(7-1-17)，手术末端组件转向舵机(7-1-17)上端通过螺钉与第一手术机械臂连杆(7-2)的前端连接，手术末端组件转向舵机(7-1-17)输出端与手术末端组件底座(7-1-5)中心连接，手术末端组件底座(7-1-5)底座四个伸出端分别通过舵机与腿骨切割机构、皮肤切割机构、腿骨钻孔机构、止血电刀机构连接；
腿骨切割机构包括腿骨切割连接板(7-1-3)，腿骨切割连接板(7-1-3)一端通过腿骨切割部件转向舵机(7-1-4)与手术末端组件底座(7-1-5)连接，另一端通过腿骨切割驱动舵机(7-1-1)与腿骨切割锯刀(7-1-2)中心侧面连接；
皮肤切割机构包括皮肤切割连接板(7-1-14)，皮肤切割连接板(7-1-14)一端通过皮肤切割部件转向舵机(7-1-13)与手术末端组件底座(7-1-5)连接，另一端通过皮肤切割驱动舵机(7-1-15)与皮肤切割锯刀(7-1-16)中心侧面连接；
腿骨钻孔机构包括腿骨钻孔连接板(7-1-10)，腿骨钻孔连接板(7-1-10)一端通过腿骨钻孔部件转向舵机(7-1-9)与手术末端组件底座(7-1-5)连接，另一端垂面通过腿骨钻孔驱动舵机(7-1-12)与腿骨钻孔钻头(7-1-11)的上端连接；
止血电刀机构包括止血电刀连接板(7-1-7)，止血电刀连接板(7-1-7)一端通过止血电刀部件转向舵机(7-1-6)与手术末端组件底座(7-1-5)连接，另一端垂面与止血电刀(7-1-8)上端连接。
9.根据权利要求1所述的全膝关节置换手术辅助机器人，其特征在于，立体视觉与光源机构(9)包括立体视觉光源机臂连接板(9-12)，立体视觉光源机臂连接板(9-12)后端通过螺钉与支架连接板(5)连接，立体视觉光源机臂连接板(9-12)前端通过第六立体视觉光源机臂舵机(9-13)与第一立体视觉光源机臂转接板(9-14)上端连接，第一立体视觉光源机臂转接板(9-14)侧面通过第五体视觉光源机臂舵机(9-11)与第四立体视觉光源机臂连杆(9-10)上端连接，第四立体视觉光源机臂连杆(9-10)下端通过第四体视觉光源机臂舵机(9-9)与第三立体视觉光源机臂连杆(9-8)后端连接，第三立体视觉光源机臂连杆(9-8)前端通过第三体视觉光源机臂舵机(9-7)与第二立体视觉光源机臂连杆(9-6)后端连接，第二立体视觉光源机臂连杆(9-6)前端通过第二体视觉光源机臂舵机(9-5)与第一立体视觉光源机臂连杆(9-4)后端连接，第一立体视觉光源机臂连杆(9-4)前端通过第一立体视觉光源机臂舵机(9-3)与第二立体视觉光源机臂转接板(9-17)上端连接，第二立体视觉光源机臂转接板(9-17)下部两端通过舵机分别与第二双目视觉移动光源组(9-1)和第三双目视觉移动光源组(9-16)连接。
10.根据权利要求9所述的全膝关节置换手术辅助机器人，其特征在于，第二双目视觉移动光源组(9-1)和第三双目视觉移动光源组(9-16)均包括第二双目视觉移动光源组连接板(9-1-1)，第二双目视觉移动光源组连接板(9-1-1)后端通过第二双目视觉光源组件旋转舵机(9-2)与第二立体视觉光源机臂转接板(9-17)一端连接，第二双目视觉移动光源组连接板(9-1-1)中间通过第二移动光源连接板(9-1-2)与第二移动光源(9-1-3)连接，第二双目视觉移动光源组连接板(9-1-1)前端通过第二双目视觉摄像头连接板(9-1-4)与第二双目视觉摄像头(9-1-5)连接。
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