CN112370171B - 一种带有标定的并联万向夹持装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本公开提出了一种带有标定的并联万向夹持装置及其使用方法，包括万向夹持器、固定基座以及标定针，所述万向夹持器与标定针分别固定在固定基座上，所述标定针用于实现万向夹持器1的坐标标定。本公开的夹持装置通过设置标定针实现坐标标定，可以实现机械臂坐标与其他装置坐标的统一，形成统一的坐标系，实现统一的定量描述，标定后，根据移动的路径，多个装置在统一坐标下并联同步执行各自的操作，能够提高各个装置动作配合度，能够实现骨骼的夹持和正骨操作。

Description

一种带有标定的并联万向夹持装置及其使用方法

技术领域

本公开涉及医疗器械相关技术领域，具体的说，是涉及一种带有标定的并联万向夹持装置及其使用方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

随着机器人的发展，越来越多的领域采用机器人代替人工，同时在医学领域机器人的应用越来越广泛，如医学材料的运输、机器人护理等，由于正骨科室的特殊性，如正骨操作需要依赖医生的经验等问题，机器人的应用存在一定的难题，发明人发现，现有的机器人辅助正骨医疗手术平台系统，由计算机辅助手术规划软件和正骨机器人两大部分组成,其中计算机辅助手术规划软件可以导入患者骨折处的X光图像,机器人则在医生的控制下完成拉伸牵引,旋转,模拟手法复位等动作,使患者骨折处闭合复位。其中，为实现对正骨部分夹持，一般采用机械手对不同位置的夹持，不同位置的夹持角度的位置不同，不能实现准确对位，容易对患者造成二次伤害。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种带有标定的并联万向夹持装置及其使用方法，通过设置标定针，可以实现多装置的坐标系的标定，统一坐标系，实现多装置的协同工作。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一个或多个实施例提供了一种带有标定的并联万向夹持装置，包括万向夹持器、固定基座以及标定针，所述万向夹持器与标定针分别固定在固定基座上，所述标定针用于实现并联万向夹持装置的坐标标定。

一个或多个实施例提供了一种带有标定的并联万向夹持装置的使用方法，包括如下步骤：

控制与并联万向夹持装置连接的机械臂移动，将标定针插入至坐标标定装置，使得标定针与标定点重合，读取标定点在机械臂坐标系中的坐标；

读取机械臂的第一位置坐标，将机械臂移动至第一位置以使得万向夹持器在合适的位置夹持第一夹持物；

读取与坐标标定装置连接的第二装置固定的第二夹持物的第二目标位置，根据第二目标位置获得第一夹持物的第一目标位置，所述第一目标位置使得第一夹持物与在第二目标位置的第二夹持物按照设定的位置对接；

控制机械臂移动，使机械臂带动第一夹持物移动到第一目标位置，以使得第一夹持物和第二夹持物完成对接。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

(1)本公开的夹持装置通过设置标定针实现坐标标定，可以实现机械臂坐标与其他装置坐标的统一，实现统一的定量描述，标定后，根据移动的路径，多个装置在统一坐标下并联同步执行各自的操作，能够提高各个装置动作配合度，能够实现骨骼的夹持和正骨操作。

(2)本公开提供了一种将机械臂和断骨连接为一体的方法，实现运用机械臂带动骨骼移动的功能，同时兼具读取坐标系中任一点坐标的功能。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。

图1是本公开实施例1的夹持装置的结构示意图；

图2是本公开实施例1的万向夹持器1的结构示意图；

图3是本公开实施例1的末端夹持机构106的结构示意图；

图4是本公开实施例1的标定针2的结构示意图；

图5是本公开实施例1的固定基座3的结构示意图；

图6是本公开实施例1的夹持装置与机械臂的安装后的结构示意图；

图7是本公开实施例1的坐标标定装置的结构示意图；

其中：1、万向夹持器，2、标定针，3、固定基座，4、机械臂；

101万向转动部件、102、滑动杆，103、凸形块，104、旋转块，105、压紧块，106、末端夹持机构，107、偏心杆，108、球头连杆，109、端盖，110、滑杆，111、螺母；

2-1、底座，2-2、金属针，201、支撑架，202、标定孔。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

实施例1

在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图1-5所示，一种带有标定的并联万向夹持装置，包括万向夹持器1、固定基座3以及标定针2，所述万向夹持器1与标定针2分别固定在固定基座3上，所述标定针用于实现并联万向夹持装置的坐标标定。

本实施例夹持装置通过设置标定针实现坐标标定，可以实现多个本实施例的夹持装置或者本实施例的装置与其他装置的相互配合协同，形成统一的坐标系，提高各个装置动作配合度，能够实现骨骼的夹持和正骨操作。

在一些实施例中，万向夹持器1的结构可以如图2所示，所述万向夹持器1包括依次连接的万向转动部件101、滑动杆102、以及设置在滑动杆102上的末端夹持机构106。

可选的，万向转动部件101可以采用万向节，具体的结构可包括球头连杆108和设置在球头连杆108两端的端盖109，所述端盖109内设置与球头连杆108的球头匹配的凹槽。万向转动部件101可以实现三维空间内的转动，作为万向夹持器1的转动关节，提高了角度调节的灵活性。

进一步地，所述滑动杆102包括滑动杆杆体，以及设置在滑动杆102杆体内设定长度和宽度的滑槽。通过滑槽固定末端夹持机构106，通过滑动杆能够实现末端夹持机构106的远近滑动。

为了提高装置的通用性，可设置的，所述滑动杆102两端分别设置第一固定部第二固定部，所述第一固定部和第二固定部相匹配，可以实现多个相同滑动杆102的级联，从而扩展本装置的万向夹持器1的长度，同时每个滑动杆102上分别设置末端夹持机构106可以实现多点夹持，提高夹持的稳定性和间隔距离。滑动杆102可以作为万向夹持器1的滑动关节。

可选的，所述第一固定部和第二固定部可以设置螺纹配合，第一固定部和第二固定部分别设置为螺纹孔或螺纹杆，进一步的，为提高固定的可靠性，所述第一固定部和第二固定部的连接处设置偏心杆107，也可以在万向转动部件101的端盖109与第一固定部的连接处设置偏心杆107。

本实施例夹持装置可以适用于夹持固定骨骼，末端夹持机构106用于直接固定螺纹针，螺纹针用于打入断骨实现与断骨的刚性连接，在正骨的过程中，断骨近端和断骨远端可以各打入合适数量的螺纹针。

在另一些实施例中，所述末端夹持机构106可以采用如图3所示的结构，包括滑杆110，设置在滑杆110上依次设置的凸形块103、旋转块104和压紧块105，所述凸形块103上端设置凸台，通过凸台与旋转块104可转动连接，所述旋转块104与压紧块105的接触面上设置螺纹针固定孔。可选的，螺纹针固定孔可以设置为V形槽。

滑杆110可以设置两个，一个将凸形块103和旋转块104连接，另一个将旋转块104和压紧块105连接，可以独立拆分和固定。

凸形块103上端设置凸台的外表面与旋转块104的内壁相配合，实现旋转块104的定位，使得转动过程中不会横向移动，螺纹针固定孔用于固定螺纹针。末端夹持机构106能够实现360度的转动，可以作为万向夹持器1的旋转关节。

可实现的，所述滑杆110可以采用螺杆和螺母111，螺杆和螺母111的紧配合，将末端夹持机构106固定在滑动杆102的滑槽内的设定位置。

固定基座3实现本实施例的夹持装置与机械臂4末端连接，同时，作为万向夹持器1和标定针2的固定件。通过固定基座3连接机械臂可以实现夹持装置的空间位置的调整。

可选的，固定基座3可以采用圆盘形固定架，所述固定架上设置有对称的螺钉孔，通过螺钉孔分别固定标定针2和万向夹持器1。设置为对称的结构，能够简化标定坐标转换，提高坐标求解效率。固定基座3还可以设置与万向夹持器1的端盖109匹配的固定座，所述固定座的形状与端盖109相匹配。

可选的，圆盘形固定架可通过螺栓与机械臂4连接，所述圆盘形固定架上设置螺纹孔，通过螺纹孔固定在机械臂4的末端。

可选的，标定针2包括标定针底座2-1和设置在底座2-1上的金属针2-2。

可以理解的，本实施例设置在机械臂4上之后，夹持装置与机械臂4的固定位置关系固定，可以准确获得本实施例的夹持装置的各个点的坐标，为实现其他装置与本实施例的夹持装置实现坐标系的统一，可以在其他装置固定后，将标定针插入其他装置的标定位置，就可以读取将其他装置的标定位置在机械臂的坐标系4下的坐标，从而其他装置的坐标可以转换至机械臂的坐标系下，从而实现两个装置的坐标系的统一。

为实现坐标的标定，可以设置坐标标定装置，所述坐标标定装置用于分别连接本实施例的标定针和被标定坐标系的第二装置，所述第二装置可以用于夹持其他的骨骼。本实施例的夹持装置可以与第二装置配合同时实现同一骨骼的不同断骨的夹持，通过统一的坐标系和可靠的夹持端，实现精确定位的多段骨的可靠夹持对接。

可选的，坐标标定装置的结构可以如图7所示，所述坐标标定装置包括支撑架以及设置在支撑架201上与标定针的配合的标定孔202。

可实现的，支撑架可以为任意形状，可以为球形、曲面板或者为直板。本实施例的具体实例中设置为曲面板。

具体的，标定孔可以设置在金属球上，所述金属球设置在支撑架上，所述金属球上设置通向圆心的标定孔，标定孔的尺寸与标定针的尺寸相匹配。通过标定针可以读取上述坐标标定装置中金属球球心坐标，实现标定。

实施例2

本实施例还提供实施例1的一种带有标定的并联万向夹持装置的使用方法，所述夹持装置与第二装置并联使用，包括如下步骤：

(1)坐标标定：控制机械臂4移动将标定针2插入至坐标标定装置，使得标定针2与标定点重合，读取标定针2的位置坐标即为标定点在机械臂4坐标系中的坐标，实现坐标系的统一；

(2)读取机械臂的第一位置坐标，将机械臂移动至第一位置以使得万向夹持器在合适的位置夹持第一夹持物；

对于是其他夹持物的第一位置坐标就是第一夹持物所在的位置，机械臂移动到该第一位置坐标用于将第一夹持物夹持，实现机械臂与第一夹持物的连接。从而为下一步机械臂带动第一挟持物移动做好准备。

以正骨为例，夹持装置夹持的是断骨远端即为第一夹持物，第二装置夹持的是断骨近端为第二夹持物，通过步骤(1)坐标的统一可以实现在断骨近端不动的情况下，将断骨远端移动至与断骨近端固定的位置，即计算机可以根据两个断骨现在的位置生成断骨远端移动的规划路径。

其中步骤2中的第一位置坐标为使得夹持装置能够夹持第一夹持物即断骨远端的位置，将机械臂移动至该位置对断骨远端进行夹持。

该正骨步骤，具体按照如下步骤：将机械臂4拖动到合适的第一位置，方便万向夹持器1夹持螺纹针6，第一位置坐标就是螺纹针6能够被机械臂夹持的位置，将已刺入待固定骨骼的螺纹针6放入所述万向夹持器1的V形槽中，固定万向夹持器各关节使骨骼与机械臂4末端相对位置固定。

(3)读取与坐标标定装置连接的第二装置固定的第二夹持物的第二目标位置，根据第二目标位置获得第一夹持物的第一目标位置，所述第一目标位置使得第一夹持物与在第二目标位置的第二夹持物按照设定的位置对接；

本步骤是获取第二夹持物即断骨近端的固定位置即第二目标位置，断骨近端不动，断骨远端移动至可以对接的位置，需要获得第一夹持物即断骨远端能够与断骨近端能够对接的第一目标位置，目标位置的获取是属于路径规划的内容，该第一目标位置可以直接通过现有的路径规划软件进行获取。

(4)控制机械臂移动，使机械臂带动第一夹持物移动到第一目标位置，完成对接。

本实施例中，其中夹持物可以为断骨，夹持装置与第二装置系统工作实现不同段的断骨的对接。与坐标标定装置连接的第二装置和实施例1中的并联万向夹持装置可以用于夹持断骨，可以为两节，可以为多节，第二装置可以为多个或者有多个夹持部。本实施例的夹持装置可以与第二装置配合同时实现同一骨骼的不同断骨的夹持，通过统一的坐标系和可靠的夹持端，实现精确定位的多段骨的可靠夹持及对位。

本实施例为了说明本实施例的装置的使用方法，以夹持物为断骨进行说明，这仅仅是示例，可以采用本装置实现两个物体的对接的场景，本实施例的装置均适用。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种带有标定的并联万向夹持装置，其特征是：包括两个万向夹持器、固定基座以及标定针，所述万向夹持器与标定针分别固定在固定基座上，所述标定针用于实现并联万向夹持装置的坐标标定；

还包括坐标标定装置，所述坐标标定装置用于连接标定针和被标定坐标系的第二装置，使所述并联万向夹持装置与第二装置配合实现统一的坐标系；

所述万向夹持器包括依次连接的万向转动部件、滑动杆、以及设置在滑动杆上的末端夹持机构；所述万向转动部件作为万向夹持器的转动关节实现三维空间内的转动；通过滑动杆实现末端夹持机构的远近滑动；末端夹持机构用于直接固定螺纹针，所述螺纹针用于打入断骨实现与断骨的刚性连接；所述固定基座设置有与万向转动部件匹配的固定座，通过固定座与万向转动部件连接。

2.如权利要求1所述的一种带有标定的并联万向夹持装置，其特征是：万向转动部件包括球头连杆和设置在球头连杆两端的端盖，所述端盖内设置与球头连杆的球头匹配的凹槽。

3.如权利要求1所述的一种带有标定的并联万向夹持装置，其特征是：所述滑动杆包括滑动杆杆体，以及设置在滑动杆杆体内设定长度和宽度的滑槽。

4.如权利要求1所述的一种带有标定的并联万向夹持装置，其特征是：所述滑动杆两端分别设置第一固定部第二固定部，所述第一固定部和第二固定部相匹配。

5.如权利要求1所述的一种带有标定的并联万向夹持装置，其特征是：所述末端夹持机构包括滑杆，设置在滑杆上依次设置的凸形块、旋转块和压紧块，所述凸形块上端设置凸台，通过凸台与旋转块可转动连接，所述旋转块与压紧块的接触面上设置螺纹针固定孔。

6.如权利要求5所述的一种带有标定的并联万向夹持装置，其特征是：所述滑杆采用螺杆和螺母，螺杆和螺母的紧配合，将末端夹持机构固定在滑动杆的滑槽内的设定位置。

7.如权利要求1所述的一种带有标定的并联万向夹持装置，其特征是：固定基座可以采用圆盘形固定架，所述固定架上设置有对称的螺钉孔，通过螺钉孔分别固定标定针和万向夹持器；或者，圆盘形固定架通过螺栓与机械臂连接，所述圆盘形固定架上设置螺纹孔，通过螺纹孔固定在机械臂的末端。

8.如权利要求1所述的一种带有标定的并联万向夹持装置，其特征是：所述坐标标定装置包括支撑架，以及设置在支撑架上与标定针的配合的标定孔。

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