CN110840517B - 骨科z字型切割导向装置及包括该导向装置的骨科手术机器人 - Google Patents
骨科z字型切割导向装置及包括该导向装置的骨科手术机器人 Download PDFInfo
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Abstract
本申请设计一种骨科手术机器人Z字型切割导向装置和应用该导向装置的骨科手术机器人，该导向装置包括快速安装法兰、安装底座、Z型扩展柄、限位器，所述快速安装法兰一端安装于机械臂末端，并通过定位结构进行快速定位，所述快速安装法兰另一端搭载安装底座，所述安装底座上固定连接有Z型扩展柄，所述Z型扩展柄末端固定连接有限位器，所述限位器中央开有比摆锯刀片略宽并容许刀片通过的导向槽，应用该导向装置的骨科手术机器人针对目前骨科手术截取骨头时存在的位置偏差问题，通过切换机械臂的主动和被动模式，实现该装置快速的定位和导向，从而为操作者提供更加优良的操作模式，结构简单，可靠性强。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体而言是涉及一种在进行骨头切割时对操作者进行定向引导的导向装置及安装有上述导向装置的骨科手术机器人。
背景技术
随着机器人技术的突飞猛进，各个领域对其应用需求也在不断拓宽，其中医学领域的发展前景也是万众瞩目。在骨科手术领域，协助机器人的益处越来越明显。而对于其中的骨骼切割作业，其切割面的确定一直都是操作者的手感和目测占据较大的层面，这对于整个作业过程的精确度会产生很大的影响，进而影响到患者的康复进度。针对这一现象，本发明将会设计出一种Z型切割导向装置，其作用是协助操作者在作业过程中确定切割面的位置和角度。使用过程中，需要配合机械臂的主动和被动模式，利用两者的相互切换，实现切割面的精准定位
发明内容
为解决上述技术问题，本发明是提供了一种能够精确定位的骨科Z型切割导向装置及应用该导向装置的骨科手术机器人，其采用的技术方案是：一种骨科Z字型切割导向装置，包括快速安装法兰、安装底座、Z型扩展柄、限位器，其特征在于：所述快速安装法兰一端安装于机械臂末端，并通过定位结构进行快速定位，所述快速安装法兰另一端搭载安装底座，所述安装底座上固定连接有Z型扩展柄，所述Z型扩展柄末端固定连接有限位器，所述限位器中央开有比摆锯刀片略宽并容许刀片通过的导向槽。
所述Z型扩展柄中间螺纹固定有移位柄。
所述快速安装法兰呈凹槽状所述定位结构包括设置于快速安装法兰正表面上的三个销孔，快速定位销、圆柱销和菱形销，所述三个销孔的位置呈等腰三角形分布，其中顶点上的销孔用于与快速安装法兰和机械臂末端接口的快速定位销进行过盈配合，底边上的两个销孔分别与圆柱销和菱形销配合。
所述快速安装法兰正表面还设有与销孔等腰三角形相反的，由三个沉头通孔组成的等腰三角形，其通过沉头螺栓锁紧快速安装法兰和机械臂末端接口。
所述快速安装法兰正表面还存在两个用于将安装底座锁紧到快速安装法兰上的螺纹孔。
所述快速安装法兰正表面的三个销孔、三个沉头通孔以及两个螺纹孔处于同一个圆周上，彼此之间的角度为45°。
所述安装底座具有与快速安装法兰基本相同的形状，其凹槽的一面存在两个销孔，分别与圆柱销和菱形销过盈配合，两个销孔与安装底座的圆心之间的连线夹角为90°。
所述安装底座的凹槽面设有两个用于与内六角沉头螺栓相配合以便于将Z型扩展柄固定到安装底座上的内六角沉头通孔一。
所述安装底座的正面设有两个内六角沉头通孔二，该正面的内六角沉头通孔二通过内六角沉头螺栓将安装底座固定到机械臂末端接口上。
所述内六角沉头通孔一和所述内六角沉头通孔二的螺孔朝向相反，彼此连线成90°。
所述安装底座的正面同时设有长方形凹槽，该长方形凹槽底部容许内六角沉头通孔一贯穿。
所述长方形凹槽的四个顶点上设有3/4圆柱凹槽。
所述Z型扩展柄整体为″Z″字型结构，其与安装底座配合的面对应设置有两个螺纹孔，该螺纹孔与安装底座凹槽面的内六角沉头通孔一相互对应，并通过螺栓锁紧。
所述Z型扩展柄两次的转角均为钝角。
所述Z型扩展柄的″Z″型末端正前方存在与限位器的中间竖直段配合的快速定位卡槽。
所述Z型扩展柄的″Z″型末端正上方设有螺纹孔一，所述限位器上设有与螺纹孔一位置对应的沉头通孔二，螺纹孔一与沉头通孔二通过螺栓进行锁紧。
所述限位器也为Z字形状，其折弯角度均为直角。
所述Z型扩展柄的外表面设有两个位置交错的微型半圆凹槽一，所述限位器外表面同样设有两个位置交错的微型半圆凹槽二，所述微型半圆凹槽一和所述微型半圆凹槽二不位于同一水平面；所述微型半圆凹槽一和所述微型半圆凹槽二共同进行Z型切割导向装置的定位。
进一步的，本申请还提供一种骨科手术机器人，包括机械臂和如上述骨科Z字型切割导向装置，所述机械臂能够在主动和被动两种模式之间切换，并利用两者的相互切换带动该骨科手术机器人Z字型切割导向装置，实现切割面的精准定位。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的快速安装法兰正表面设置与销孔等腰三角形相反的，由三个沉头通孔组成的等腰三角形，并通过沉头螺栓穿过该沉头通孔锁紧快速安装法兰和机械臂末端接口，保持受力均匀，并充分将快速安装法兰上表面空间节约出来；本发明的Z型扩展柄两次的转角均为钝角，可以充分的将整个Z字型切割导向装置扩展开，给操作者留下更多的操作空间；同时Z型扩展柄的″Z″型末端正前方存在快速定位卡槽，能够快速定位限位器与Z型扩展柄的相对位置；最后，本发明针对目前骨科手术截取骨头时存在的位置偏差问题，通过切换机械臂的主动和被动模式，实现该装置快速的定位和导向，从而为操作者提供更加优良的操作模式，结构简单，可靠性强。
附图说明
图1为本发明一种骨科Z字型切割导向装置的结构示意图；
图2为本发明骨科Z字型切割导向装置的立体视图；
图3为本发明骨科手术机器人中机械臂末端接口示意图；
图4为本发明骨科手术机器人的机械臂与快速安装法兰定位连接后的结构示意图；
图5为本发明安装底座凹槽面的结构示意图；
图6为本发明安装底座正面的结构示意图；
图7为本发明Z型扩展柄的结构示意图；
图8为本发明限位柄的结构示意图；
图中：1-快速安装法兰；2-安装底座；3-Z型扩展柄；4-限位器；5-移位柄；6-菱形销；7-圆柱销；8-导向槽；9-内六角沉头通孔一；10-骨科Z型切割导向装置；11-沉头通孔12-销孔；13-螺纹孔A；14-内六角沉头通孔二；15-机械臂；16-长方形凹槽；17-快速定位卡槽；18-螺纹孔一；19-螺纹孔二；20-微型半圆凹槽一；21-微型半圆凹槽二；22-螺纹孔B。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的不当限定。
如附图1、2所示，本发明所述的一种骨科Z字型切割导向装置10，包括快速安装法兰1、安装底座2、Z型扩展柄3、限位器4，其特征在于：所述快速安装法兰1一端安装于机械臂15末端，并通过定位结构进行快速定位，所述快速安装法兰1另一端搭载安装底座2，所述安装底座2上固定连接有Z型扩展柄3，所述Z型扩展柄3末端固定连接有限位器4，所述限位器4中央开有比摆锯刀片略宽并容许刀片通过的导向槽8。
为了便于操作者进行Z字型切割导向装置10的快速移动所述Z型扩展柄3中间螺纹固定有移位柄5。
如附图3、4所示，所述快速安装法兰1呈凹槽状，其本身为圆柱形，所述定位结构包括设置于快速安装法兰1正表面上的三个销孔12，快速定位销、圆柱销6和菱形销7，所述三个销孔12的位置呈等腰三角形分布。快速定位销位于顶点上，使快速安装法兰1和机械臂15末端接口准确过盈配合；圆柱销6和菱形销7分别安装于底边上的两个销孔，利用一面两销定位原理，快速定位安装底座2。
所述快速安装法兰1正表面还设有与销孔等腰三角形相反的，由三个沉头通孔11组成的等腰三角形，三个沉头螺栓分别穿过该沉头通孔11，将快速安装法兰1和机械臂15末端接口进行锁紧，并能够保持受力均匀，充分将快速安装法兰1上表面空间节约出来。
所述快速安装法兰1正表面还设有两个用于将安装底座2锁紧到快速安装法兰1上的螺纹孔A13。
所述快速安装法兰1正表面的三个销孔12、三个沉头通孔11以及两个螺纹孔A13处于同一个圆周上；销孔12、沉头通孔11、螺纹孔A13任意相邻两者之间的角度为45°，这样的设计可以减少加工的工序，同时能保证加工精度。
如附图5、6所示，所述安装底座2具有与快速安装法兰1基本相同的形状，并与快速安装法兰1固定连接，其凹槽的一面存在两个销孔，分别与圆柱销和菱形销过盈配合，两个销孔与安装底座2的圆心之间的连线夹角为90°，正好可以充分利用快速安装法兰1正表面的销孔。
所述安装底座2的凹槽面设有两个用于与内六角沉头螺栓相配合以便于将Z型扩展柄3固定到安装底座2上的内六角沉头通孔一9；所述安装底座2的正面设有两个内六角沉头通孔二14，该正面的内六角沉头通孔二14通过内六角沉头螺栓将安装底座2固定到机械臂15末端接口上；所述内六角沉头通孔一9和所述内六角沉头通孔二14的螺孔朝向相反，彼此连线成90°。所述安装底座2的正面同时设有长方形凹槽16，该长方形凹槽16底部容许内六角沉头通孔一9贯穿。所述长方形凹槽16的四个顶点上设有3/4圆柱凹槽，因为铣削工艺中直角只能是近似，利用3/4圆柱凹槽可以规避直角加工的不便之处；并有利于Z型扩展柄3与安装底座2的快速定位。
如附图7、8所示，所述Z型扩展柄3整体为″Z″字型结构，其与安装底座2配合的面对应设置有两个螺纹孔B22，该螺纹孔B22与安装底座2凹槽面的内六角沉头通孔一9相互对应，并通过螺栓锁紧。所述Z型扩展柄3两次的转角均为钝角，可以充分的将整个Z字型切割导向装置扩展开，给操作者留下更多的操作空间。所述Z型扩展柄3的″Z″型末端正前方存在与限位器4的中间竖直段配合的快速定位卡槽17，从而实现限位器4与Z型扩展柄3的快速定位。
所述Z型扩展柄3的″Z″型末端正上方设有螺纹孔一18，所述限位器4上设有与螺纹孔一18位置对应的螺纹孔二19，螺纹孔一18与螺纹孔二19通过螺栓进行锁紧。
所述限位器4也为Z字形状，其折弯角度均为直角。
所述Z型扩展柄3的外表面设有两个位置交错的微型半圆凹槽一20，所述限位器4外表面同样设有两个位置交错的微型半圆凹槽二21，所述微型半圆凹槽一20和所述微型半圆凹槽二21不位于同一水平面；所述微型半圆凹槽一20和所述微型半圆凹槽二21共同进行Z型切割导向装置的定位。定位过程中先利用探针点到微型半圆凹槽一20和微型半圆凹槽二21的位置，然后双目视觉仪器读取探针的位置，再通过位姿变换，从而确定Z型切割导向装置在整个空间的位置。
进一步的，本申请还提供一种骨科手术机器人，包括机械臂15和如上述骨科Z字型切割导向装置10，所述机械臂15能够在主动和被动两种模式之间切换，并利用两者的相互切换带动该骨科手术机器人Z字型切割导向装置10，实现切割面的精准定位。从而为操作者提供更加优良的操作模式，结构简单，可靠性强。
本申请的骨科手术机器人在使用时，先通过以上所述的方式安装好Z字型切割导向装置10，然后利用限位器4的槽口来确定好切割的位置，操作者再将摆锯刀片沿着限位器4槽口插入后进行切割作业，可以根据经验调节切割速度和深度，作业完毕后收回摆锯，并将机械臂15调至安全位置。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (14)
1.一种骨科Z字型切割导向装置，包括快速安装法兰(1)、安装底座(2)、Z型扩展柄(3)、限位器(4)，其特征在于：所述快速安装法兰(1)一端安装于机械臂末端，并通过定位结构进行快速定位，所述快速安装法兰(1)另一端搭载安装底座(2)，所述安装底座(2)上固定连接有Z型扩展柄(3)，所述Z型扩展柄(3)末端固定连接有限位器(4)，所述限位器(4)中央开有比摆锯刀片略宽并容许刀片通过的导向槽；所述快速安装法兰(1)呈凹槽状，所述定位结构包括设置于快速安装法兰(1)正表面上的三个销孔(12)，快速定位销、圆柱销(7)和菱形销(6)，所述三个销孔(12)的位置呈等腰三角形分布，其中顶点上的销孔用于快速安装法兰(1)和机械臂末端接口的快速定位销进行过盈配合，底边上的两个销孔分别与圆柱销(7)和菱形销(6)配合；所述快速安装法兰(1)正表面还设有与三个销孔(12)组成的等腰三角形相反的，由三个沉头通孔(11)组成的等腰三角形，其通过沉头螺栓锁紧快速安装法兰(1)和机械臂(15)末端接口；所述快速安装法兰(1)正表面还存在两个用于将安装底座(2)锁紧到快速安装法兰(1)上的螺纹孔A(13)；所述快速安装法兰(1)正表面的三个销孔(12)、三个沉头通孔(11)以及两个螺纹孔A(13)处于同一个圆周上，彼此之间的角度为45°；所述安装底座(2)具有与快速安装法兰(1)基本相同的形状，安装底座的凹槽一面存在两个销孔，分别与圆柱销(7)和菱形销(6)过盈配合，两个销孔与安装底座(2)的圆心之间的连线夹角为90°。
2.根据权利要求1所述的骨科Z字型切割导向装置，其特征在于：所述Z型扩展柄(3)中间螺纹固定有移位柄(5)。
3.根据权利要求1所述的骨科Z字型切割导向装置，其特征在于：所述安装底座(2)的凹槽面设有两个用于与内六角沉头螺栓相配合以便于将Z型扩展柄(3)固定到安装底座(2)上的内六角沉头通孔一(9)。
4.根据权利要求3所述的骨科Z字型切割导向装置，其特征在于：所述安装底座(2)的正面设有两个内六角沉头通孔二(14)，该正面的内六角沉头通孔二(14)通过内六角沉头螺栓将安装底座(2)固定到机械臂(15)末端接口上。
5.根据权利要求4所述的骨科Z字型切割导向装置，其特征在于：所述内六角沉头通孔一(9)和所述内六角沉头通孔二(14)的螺孔朝向相反，彼此连线成90°。
6.根据权利要求5所述的骨科Z字型切割导向装置，其特征在于：所述安装底座(2)的正面同时设有长方形凹槽(16)，该长方形凹槽(16)底部容许内六角沉头通孔一(9)贯穿。
7.根据权利要求6所述的骨科Z字型切割导向装置，其特征在于：所述长方形凹槽(16)的四个顶点上设有3/4圆柱凹槽。
8.根据权利要求3所述的骨科Z字型切割导向装置，其特征在于：所述Z型扩展柄(3)整体为″Z″字型结构，其与安装底座(2)配合的面对应设置有两个螺纹孔B(22)，该螺纹孔B(22)与安装底座(2)凹槽面的内六角沉头通孔一(9)相互对应，并通过螺栓锁紧。
9.根据权利要求1所述的骨科Z字型切割导向装置，其特征在于：所述Z型扩展柄(3)两次的转角均为钝角。
10.根据权利要求3所述的骨科Z字型切割导向装置，其特征在于：所述Z型扩展柄(3)的″Z″型末端正前方存在与限位器(4)的中间竖直段配合的快速定位卡槽。
11.根据权利要求1-10任一项所述的骨科Z字型切割导向装置，其特征在于：所述Z型扩展柄(3)的″Z″型末端正上方设有螺纹孔一(18)，所述限位器(4)上设有与螺纹孔一(18)位置对应的螺纹孔二(19)，螺纹孔一(18)与螺纹孔二(19)通过螺栓进行锁紧。
12.根据权利要求1-10任一项所述的骨科Z字型切割导向装置，其特征在于：所述限位器(4)也为Z字形状，其折弯角度均为直角。
13.根据权利要求1-10任一项所述的骨科Z字型切割导向装置，其特征在于：所述Z型扩展柄(3)的外表面设有两个位置交错的微型半圆凹槽一(20)，所述限位器(4)外表面同样设有两个位置交错的微型半圆凹槽二(21)，所述微型半圆凹槽一(20)和所述微型半圆凹槽二(21)不位于同一水平面；所述微型半圆凹槽一(20)和所述微型半圆凹槽二(21)共同进行Z型切割导向装置的定位。
14.一种骨科手术机器人，包括机械臂(15)和如权利要求1-13任一项所述的骨科Z字型切割导向装置，所述机械臂具有主动和被动两种模式，并利用两者的相互切换带动该骨科手术机器人Z字型切割导向装置，实现切割面的精准定位。
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