CN112790818A - 一种医用开颅手术装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种医用开颅手术装置,包括连接架,连接架安装在移动架上,移动架包括移动底板,移动底板上安装有至少三个机械爪机构,机械爪机构包括移动电机、第二移动立板、第三移动立板、离合伸缩轴,离合筒上有第二离合齿,第二离合齿与离合滑块可分离式装配,第二离合齿与第一离合齿啮合传动,第一离合齿安装在移动电机轴上内;离合筒安装在离合转轴一端上,离合转轴另一端分别穿过两块第三移动立板且与之可圆周转动装配;离合转轴与第一机械臂一端装配固定,第一机械臂另一端通过机械臂轴与第二机械臂一端铰接,第二机械臂另一端通过铰接球与机械爪块装配,机械爪块上安装有铣刀架,铣刀架上安装有铣刀头模块,铣刀头模块上安装有铣刀。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械,特别是涉及一种医用开颅手术装置。
背景技术
开颅手术是一种将头颅切开以对大脑进行治疗的手术,其手术步骤一般是:1、将头皮切开;2、将头骨切开;3、将硬脑膜切开;4进行手术;5、将硬脑膜、头骨、头皮逐一缝合。
目前开颅手术已经是常用的脑科手术之一,一般时长在2-8小时以上,其中大量的时间浪费在头骨切开上。头骨的切开一般是采用在切割处打三个孔,然后采用铣刀将三个孔切割连接,这样就能取出完整的头骨。而实际使用时,铣刀直接采用电机驱动,电机转动会产生较大的噪音、振动且会发热,而铣刀切割头骨时也会发热,这就使得铣刀很容易过热造成对患者的二次伤害。另外电机的振动、噪音会对医护人员造成干扰,特别是振动,很容易使操作者握持的手疲劳,因此会对医护人员造成较大的体力消耗。
对此,发明人设计了一种医用开颅手术装置,其能够实现对头骨的自动切割。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷,本发明所要解决的技术问题是提供一种医用开颅手术装置。
为实现上述目的,本发明提供了一种医用开颅手术装置,包括连接架,连接架安装在移动架上,移动架包括移动顶板、移动底板、移动侧板,所述移动顶板、移动底板分别安装在移动侧板两端上;所述移动底板上安装有至少三个机械爪机构,所述机械爪机构包括安装在移动底板上的移动电机、第二移动立板、第三移动立板、离合伸缩轴,所述离合筒上可圆周转动地套装有第二离合齿,第二离合齿通过离合滑块是否与离合滑块压紧以控制第二离合齿与离合筒之间是否可相对圆周转动;
所述第二离合齿与第一离合齿啮合传动,所述第一离合齿安装在移动电机轴上,移动电机轴一端装入移动电机内;所述离合筒安装在离合转轴一端上,所述离合转轴另一端分别穿过两块第三移动立板且与之可圆周转动装配;
所述离合转轴与第一机械臂一端装配固定,第一机械臂另一端通过机械臂轴与第二机械臂一端铰接,所述第二机械臂另一端通过铰接球与机械爪块装配且构成球形铰链,所述机械爪块上安装有铣刀架,铣刀架上安装有铣刀头模块,铣刀头模块上安装有用于进行手术的铣刀。
优选地,所述机械爪机构还包括移动支架,所述移动支架上安装有第一移动立板,所述移动支架上安装有离合推杆电机,所述离合推杆电机上安装有离合伸缩轴,离合伸缩轴与第二移动立板卡合、可轴向滑动装配;所述离合伸缩轴一端上设置有离合锥头,离合锥头由一端向另一端直径逐渐变小;离合伸缩轴设置有离合锥头一端装入离合筒的离合内孔内且与之可轴向滑动装配。
优选地,所述第二离合齿的两端分别安装有一个离合限位环,两个离合限位环分别与第二离合齿两端贴合、可圆周转动装配。
优选地,所述离合筒上还分别设置有依次连通的离合滑块槽、离合限位槽、离合滑孔,所述离合滑孔与离合内孔连通,所述离合滑块槽内安装有离合固定板,所述离合滑块槽内卡合、可滑动地安装有离合滑块,所述离合滑块一端面与第二离合齿的内壁压紧、另一端面与离合短轴一端装配,所述离合短轴另一端穿过离合固定板后装入离合滑孔内且与离合滚珠可球形滚动装配,所述离合短轴位于离合限位槽内的部分上安装有离合受力环,所述离合短轴位于离合受力环和离合固定板之间的部分上套装有离合弹簧,离合弹簧用于对离合受力环施加向离合内孔推动的弹力。
优选地,所述离合转轴一端穿出第三移动立板后与编码器的输入轴连接固定,离合转轴圆周转动时带动编码器的输入轴同步转动,从而通过编码器探测离合转轴转动的角度、圈数,编码器的信号输入工控机内。
优选地,还包括机架,机架包括伸缩座,伸缩座上分别安装有伸缩滑轨、第一伸缩座板、第二伸缩座板,所述伸缩滑轨与伸缩滑槽卡合、可转动装配,所述伸缩滑槽设置在伸缩滑座上,所述伸缩滑座一端穿过第二伸缩座板后与伸缩动力块装配,所述第一伸缩座板、第二伸缩座板分别与伸缩螺杆可圆周转动、不可轴向移动装配,所述伸缩螺杆穿过伸缩动力块且与之通过螺纹旋合装配,伸缩螺杆一端与伸缩电机的输出轴连接固定;
所述伸缩滑座还与铰接球装配并构成球形铰链,所述铰接球安装在连接柱一端上,连接柱另一端与连接架的连接顶板装配固定,所述连接架通过第二铰接销与转动伸缩杆铰接,转动伸缩杆一端装入电缸内,电缸的外壳通过第一铰接销与伸缩滑座铰接。
优选地,还包括底座,底座上安装有支撑旋转电机,且底座内部还分别安装有旋转大齿轮、旋转小齿轮,所述旋转大齿轮、旋转小齿轮相互啮合传动,所述旋转小齿轮套装在支撑旋转电机轴上,所述支撑旋转电机轴装入支撑旋转电机内。
优选地,所述旋转大齿轮的外壁上设置有数个沿着其圆周均匀分布的旋转卡齿,所述旋转大齿轮内部中空、底部开口,且旋转大齿轮底部的开口通过旋转封闭,所述旋转大齿轮内、旋转端盖上分别安装有升降电机、两块相互平行的升降轴板,两块升降轴板分别与升降电机轴可圆周转动装配,升降电机轴装入升降电机内;所述升降电机轴上设置有升降蜗杆部分,升降蜗杆部分与升降蜗轮啮合并构成蜗轮蜗杆传动机构,所述升降蜗轮套装在升降螺杆上,升降螺杆与底座之间通过底座轴承可圆周转动、不可轴向移动装配,所述底座轴承安装在支撑托盘上且底座轴承与底座可圆周转动、不可轴向移动装配;支撑托盘通过支撑连接环与旋转大齿轮装配固定;
所述支撑托盘上安装有升降支撑筒,升降支撑筒内部为中空的升降支撑腔,升降支撑腔与升降柱合、不可相对圆周转动、可轴向滑动装配,所述升降柱套装在升降螺杆上且与之通过螺纹旋合装配,所述升降柱顶部穿出升降支撑腔后与升降座装配。
优选地,所述升降螺杆通过第一升降轴槽与旋转大齿轮可圆周转动装配、不可轴向移动装配,升降螺杆底部穿出旋转大齿轮后通过第二升降轴承与底座板可圆周转动、不可轴向移动装配。
优选地,所述升降座上分别安装有第一升降座立板、第二升降座立板、第三升降座、第一升降座侧板、第二升降座侧板,所述第一升降座立板、第二升降座立板、第三升降座立板分别与侧转蜗轮轴可圆周转动装配,所述侧转蜗轮轴位于第二升降座立板、第三升降座立板之间的部分上套装有侧转蜗轮,所述侧转蜗轮与侧转蜗杆轴上的侧转蜗杆部分啮合并构成蜗轮蜗杆传动机构;所述侧转蜗杆轴可圆周转动地安装在第一升降座侧板、第二升降座侧板上,所述侧转蜗杆轴一端与侧转电机的输出轴连接固定;
所述侧转蜗轮轴位于第一升降座立板、第二升降座立板之间的部分与侧转轴块装配固定,所述侧转轴块安装在伸缩座上。
本发明的有益效果是:
1、本发明的铣刀头模块采用软轴驱动铣刀头,且铣刀头运行时可以同步抽吸生理盐水、切屑,一方面可以防止铣刀局部温度升高造成二次伤害或影响切割效率,另一方面还可以及时吸走切屑,从而防止切屑造成二次污染。另外铣刀头与铣刀头模块的卡拆卸设计大大增加了灵活度,从而可以在人工、机械自动两者间快速切换。
2、本发明的铣刀架可以通过第二引导轴B562的移动以释放并同步张紧软轴B231,从而既能够保证软轴的传动效率,又能够避免软轴弯折造成的损坏。另外软轴的收放通过铣刀齿条控制,在需要手动使用铣刀头时,只需要拉出伸缩滑座即可释放软轴,从而在手工操作时软轴可以充分释放,以便于铣刀头的手工移动。
3、本发明能够对升降支撑筒进行圆周旋转、对伸缩座160进行高度调节、侧向旋转,对伸缩滑座进行伸缩调节,从而多轴调节铣刀位置,以满足不同的切割位置要求,另外利用铣刀推杆电机控制进刀量,可以防止切割深度过大的问题。另外本发明能够根据操作者的引导自动生成切割路径,从而无需复杂设置即可快速实现切割、定位、路径设置,这种方式大大增加了自动化程度,同时也降低了使用难度及可接受程度。另外本发明的移动架、铣刀固定向B150均可采用密封式隔音箱,从而可以大大降低电机造成的噪音。
附图说明
图1-图3是本发明的结构示意图。其中图3是升降螺杆410轴线所在中心面处剖视图。
图4-图5是底座处结构示意图。
图6-图8是铣刀头模块的结构示意图。
图9-图12是机械爪机构的结构示意图。其中图10是离合伸缩轴B211轴线所在中心面处剖视图;图11是离合短轴B540轴线所在中心面处剖视图;图12是图11中F1处放大图。
图13-图19是铣刀头模块的结构示意图。其中图18是铣刀升降轴B241轴线所在中心面处剖视图;图19是助力轴A210线所在中心面处剖视图。
图20-图22是铣刀头模块的结构示意图。其中图22是解锁杆A240轴线所在中心面处剖视图。
图23-图28是铣刀头的结构示意图。其中图24是铣刀动力壳轴线所在中心面处剖视图;图27是铣刀处结构示意图。
具体实施方式
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。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。
参见图1-图28,本实施例的医用开颅手术装置,包括底座110,底座110上安装有万向轮210,万向轮210带有刹车功能、其用于便于搬运本发明;底座上还安装有支撑旋转电机220,且底座110内部还分别安装有旋转大齿轮330、旋转小齿轮340,所述旋转大齿轮330、旋转小齿轮340相互啮合传动,所述旋转小齿轮340套装在支撑旋转电机轴221上,所述支撑旋转电机轴221装入支撑旋转电机220内,支撑旋转电机220启动后能够驱动支撑旋转电机轴221圆周转动。
所述旋转大齿轮330的外壁上设置有数个沿着其圆周均匀分布的旋转卡齿331,所述旋转大齿轮330内部中空、底部开口,且旋转大齿轮330底部的开口通过旋转端盖322封闭,所述旋转大齿轮330内、旋转端盖322上分别安装有升降电机240、两块相互平行的升降轴板3321,两块升降轴板3321分别与升降电机轴241可圆周转动装配,升降电机轴241装入升降电机240内;所述升降电机轴241上设置有升降蜗杆部分352,升降蜗杆部分352与升降蜗轮351啮合并构成蜗轮蜗杆传动机构,所述升降蜗轮351套装在升降螺杆410上,所述升降螺杆410通过第一升降轴槽321与旋转大齿轮330可圆周转动装配、不可轴向移动装配,升降螺杆410底部穿出旋转大齿轮330后通过第二升降轴承322与底座板111可圆周转动、不可轴向移动装配;升降螺杆410与底座110之间通过底座轴承311可圆周转动、不可轴向移动装配,所述底座轴承311安装在支撑托盘310上且底座轴承311与底座可圆周转动、不可轴向移动装配。支撑托盘310通过支撑连接环312与旋转大齿轮330装配固定。
所述支撑托盘310上安装有升降支撑筒130,升降支撑筒130内部为中空的升降支撑腔131,升降支撑腔131与升降柱140卡合、不可相对圆周转动、可轴向滑动装配,所述升降柱140套装在升降螺杆410上且与之通过螺纹旋合装配,所述升降柱140顶部穿出升降支撑腔131后与升降座150装配。需要升降座150升降时,升降电机240圆周转动,从而驱动升降螺杆410圆周转动,升降螺杆410通过螺纹驱动升降柱140沿着其轴向移动即可。需要圆周转动升降支撑筒130时,启动底座旋转电机220,底座旋转电机220带动旋转大齿轮330转动以带动升降支撑筒130圆周转动。
所述升降座150上分别安装有第一升降座立板151、第二升降座立板152、第三升降座立板153、第一升降座侧板154、第二升降座侧板155,所述第一升降座立板151、第二升降座立板152、第三升降座立板153分别与侧转蜗轮轴430可圆周转动装配,所述侧转蜗轮轴430位于第二升降座立板152、第三升降座立板153之间的部分上套装有侧转蜗轮361,所述侧转蜗轮361与侧转蜗杆轴440上的侧转蜗杆部分362啮合并构成蜗轮蜗杆传动机构;所述侧转蜗杆轴440可圆周转动地安装在第一升降座侧板154、第二升降座侧板155上,所述侧转蜗杆轴440一端与侧转电机230的输出轴通过联轴器连接固定,侧转电机230启动后能够驱动侧转蜗杆轴440圆周转动,从而驱动侧转蜗轮轴430圆周转动。
所述侧转蜗轮轴430位于第一升降座立板151、第二升降座立板152之间的部分与侧转轴块161装配固定,所述侧转轴块161安装在伸缩座160上,伸缩座160上还分别安装有伸缩滑轨510、第一伸缩座板162、第二伸缩座板163,所述伸缩滑轨510与伸缩滑槽172卡合、可转动装配,所述伸缩滑槽172设置在伸缩滑座170上,所述伸缩滑座170一端穿过第二伸缩座板163后与伸缩动力块171装配,所述第一伸缩座板162、第二伸缩座板163分别与伸缩螺杆450可圆周转动、不可轴向移动装配,所述伸缩螺杆450穿过伸缩动力块171且与之通过螺纹旋合装配,伸缩螺杆450一端与伸缩电机250的输出轴通过联轴器连接固定,所述伸缩电机250启动后能够驱动伸缩螺杆450圆周转动,从而驱动伸缩滑座170沿着其轴向移动,以实现伸缩滑座170相对于伸缩座160伸缩。
所述伸缩滑座170还与铰接球520装配并构成球形铰链,所述铰接球520安装在连接柱460一端上,连接柱460另一端与连接架180的连接顶板181装配固定,所述连接架180通过第二铰接销482与转动伸缩杆261铰接,转动伸缩杆261一端装入电缸260内,电缸260的外壳通过第一铰接销481与伸缩滑座170铰接,电缸260启动后能够驱动转动伸缩杆261伸缩,从而带动连接架180相对于伸缩座160转动。
连接架180安装在移动架190上,移动架190包括移动顶板191、移动底板192、移动侧板193,所述移动顶板191、移动底板192分别安装在移动侧板193两端上;所述移动底板192上安装有至少三个机械爪机构,所述机械爪机构包括安装在移动底板192上的移动电机270、移动支架B110、第二移动立板B120、第三移动立板B130,所述移动支架B110上安装有第一移动立板B111,所述移动支架B110上安装有离合推杆电机B210,所述离合推杆电机B210上安装有离合伸缩轴B211,离合伸缩轴B211与第二移动立板B120卡合、可轴向滑动装配,所述离合伸缩轴B211一端上设置有离合锥头B2111,离合锥头B2111由一端向另一端直径逐渐变小。所述离合推杆电机B210启动后能够驱动离合伸缩轴B211轴向移动。
离合伸缩轴B211设置有离合锥头B2111一端装入离合筒B520的离合内孔B521内且与之可轴向滑动装配,所述离合筒B520上可圆周转动地套装有第二离合齿B312,所述第二离合齿B312的两端分别安装有一个离合限位环B320,两个离合限位环B320分别与第二离合齿B312两端贴合、可圆周转动装配,从而使得第二离合齿B312不能在离合筒B520轴向上滑动。所述离合筒B520上还分别设置有依次连通的离合滑块槽B522、离合限位槽B523、离合滑孔B524,所述离合滑孔B524与离合内孔B521连通,所述离合滑块槽B522内安装有离合固定板B525,所述离合滑块槽B522内卡合、可滑动地安装有离合滑块B330,所述离合滑块B330一端面与第二离合齿B312的内壁压紧、另一端面与离合短轴B540一端装配,所述离合短轴B540另一端穿过离合固定板B525后装入离合滑孔B524内且与离合滚珠B440可球形滚动装配,所述离合短轴B540位于离合限位槽B523内的部分上安装有离合受力环B541,所述离合短轴B540位于离合受力环B541和离合固定板B525之间的部分上套装有离合弹簧B610。离合弹簧B610用于对离合受力环B541施加向离合内孔B521推动的弹力,从而使得初始状态时离合受力环B541与离合限位槽B523的端面贴合,离合滚珠B440进入离合内孔B521,离合滑块B330与第二离合齿B312内侧不贴合,这就使得离合滑块B330可与离合筒之间相对圆周转动。
所述第二离合齿B312与第一离合齿B311啮合传动,所述第一离合齿B311安装在移动电机轴271上,移动电机轴271一端装入移动电机270内,移动电机270启动后能够驱动第一离合齿B311圆周转动;所述离合筒B520安装在离合转轴B530一端上,所述离合转轴B530另一端分别穿过两块第三移动立板B130且与之可圆周转动装配,所述离合转轴B530一端穿出第三移动立板B130后与编码器B220的输入轴连接固定,离合转轴B530圆周转动时能够带动编码器B220的输入轴同步转动,从而通过编码器探测离合转轴B530转动的角度、圈数,编码器B220的信号输入工控机内。
所述离合转轴B530与第一机械臂B410一端装配固定,第一机械臂B410另一端通过机械臂轴B510与第二机械臂B420一端铰接,所述第二机械臂B420另一端通过铰接球B430与机械爪块B140装配且构成球形铰链,所述机械爪块B140上安装有铣刀架B,铣刀架B上安装有铣刀头模块A,铣刀头模块A上安装有用于进行手术的铣刀A740。使用时,通过三个机械爪机构就能控制机械爪块B140的两轴快速移动,从而控制铣刀A740的运行路径,这样就能实现按需切割头骨。三个机械爪机构的控制壳直接采用现有蜘蛛机械手(并联机械手)的控制方式,其为现有技术。
所述铣刀架B包括铣刀固定箱B150、铣刀架立板B160,所述铣刀固定箱B150安装在机械爪块B140上,铣刀固定箱B150上设置有铣刀固定箱板B151,所述铣刀固定箱板B151上分别安装有铣刀动力电机B230、铣刀推杆电机B240、位移传感器B250,所述铣刀动力电机B230与软轴B231一端连接固定;所述铣刀推杆电机B240上安装有铣刀升降轴B241,铣刀升降轴B241一端与铣刀架顶板B164装配,所述铣刀推杆电机B240启动后能够驱动铣刀升降轴B241轴向移动;所述位移传感器B250的探测轴B251与铣刀架顶板B164装配固定,从而在铣刀架顶板B164升降时能够通过探测轴B251的伸缩使得位移传感器B250探测位移变化量,并将变化量输入工控机内。
所述铣刀架立板B160有两块,两块铣刀架立板B160顶部均与铣刀架顶板B164装配,两块铣刀架立板B160底部分别安装在铣刀架座B180上,所述铣刀架立板B160上分别设置有贯穿的张紧滑槽B162、调节滑槽B163,且铣刀架立板B160上还分别安装有张紧侧板B161、第一铣刀架轴板B165、第二铣刀架立板B166、第三铣刀架立板B167;所述张紧侧板B161与张紧滑轴B570可轴向滑动装配,张紧滑轴B570一端与张紧滑座B440装配、另一端穿过张紧侧板B161后与张紧螺栓B571装配,张紧螺栓B571不能穿过张紧侧板B161,所述张紧滑轴B570位于张紧滑座B440和张紧侧板B161之间的部分上套装有张紧弹簧B162,张紧弹簧B162用于对张紧滑座B440施加向远离张紧侧板B161推动的弹力。所述张紧滑座B440与第一引导轴B561一端可圆周转动装配,所述第一引导轴B561穿过张紧滑槽B162且与之可滑动装配。
所述调节滑槽B163与第二引导轴B562可滑动装配,所述第二引导轴B562的两端穿出两块铣刀架侧板B160的调节滑槽B163后分别与第一调节滑座B450、第二调节滑座B460可圆周转动装配,所述第二调节滑座B460上安装有第二调节滑块,第二调节滑块与第二调节滑槽B171卡合、可滑动装配,所述第二调节滑槽B171设置在调节滑座板B170上,所述调节滑座板B170安装在其中一块铣刀架侧板B160上;所述第一调节滑座B450套装在调节螺杆B580上且与之通过螺纹旋合装配,所述调节螺杆B580分别与第一铣刀架轴板B165、第二铣刀架轴板B166可圆周转动且不可轴向移动装配,所述调节螺杆B580上还安装有调节蜗轮B371,调节蜗轮B371与调节蜗杆部分B372啮合并构成蜗轮蜗杆传动机构;所述调节蜗杆部分B372设置在蜗杆轴B590上,所述蜗杆轴B590与两块铣刀架立板B160可圆周转动装配,所述蜗杆轴B590通过调节皮带B340与第四引导轴B564连接并构成带传动机构机构,所述第四引导轴B564与两块铣刀架立板B160可圆周转动装配;两块铣刀架侧板B160靠近蜗杆轴B590、第四引导轴B564处还可圆周转动地安装有第三引导轴B563。所述第一引导轴B561、第二引导轴B562、第三引导轴B563、蜗轮轴B590上内分别可圆周转动地套装有引导轮B360;所述软轴B231分别绕过第一引导轴B561上的引导轮B360、第二引导轴B562上的引导轮B360、第三引导轴B563上的引导轮B360后与铣刀头的铣刀主轴A610一端连接固定,从而将铣刀动力电机B230的动力通过软轴输送至铣刀主轴A610处。所述软轴B231位于第三引导轴B563上的引导轮B360和蜗轮轴B590上的引导轮B360之间,这种设计主要是为了铣刀头移动时保持对软轴的引导。
所述第四引导轴B540上安装有引导齿轮B350,引导齿轮B350与铣刀齿条A420啮合并构成齿轮齿条传动机构,所述铣刀齿条A420沿着其长度方向上移动时能够带动第四引导轴B540圆周转动,从而带动调节螺杆B580同步转动以带动第一调节滑座B450沿着调节螺杆B580轴向移动,从而调节第二导向轴B562相对于调节滑槽B163的位置,也就调节软轴走向,从而既能够保证软轴的传动,又能够防止软轴过度弯曲影响传动及软轴的寿命。
所述铣刀架座B180的两侧分别通过铣刀架座板B181与铣刀架底板B190装配,所述铣刀架底板B190靠近铣刀头一端上安装有第一探测板B191,所述第一探测板B191上安装有第二探测板B192,所述第二探测板B192上分别安装有微型红外测距传感器A910、双目摄像头A920,所述微型红外测距传感器A910用于探测其探测端距离最近表面的间距,所述双目摄像头A920用于获得与之接近表面的图像及三维数据。双目摄像头、微型红外测距传感器A910的信号分别接入工控机内。所述铣刀架底板B190远离第一探测板B191的一端上安装有铣刀架后板B193,所述铣刀架底板B190上还安装有伸缩支撑条B194、第一上锁立板B195、第二上锁立板B196、伸缩侧板B197、伸缩导轨B480,所述伸缩支撑条B194有两条且分别位于伸缩导轨B480两侧。
所述铣刀头模块A包括铣刀头、伸缩滑座A110、铣刀卡座A130、铣刀活动座A140,所述伸缩滑座A110一端与铣刀卡座A130装配、另一端与铣刀助力板A120贴紧,所述铣刀助力板A120安装在助力轴A210一端上,所述助力轴A210另一端穿过铣刀架后板B193后与助力螺母A211装配,所述助力轴A210位于铣刀助力板A120、铣刀架后板B193之间的部分上套装有助力弹簧A310,所述助力弹簧A310用于对铣刀助力板A120施加阻碍其向铣刀架后板B193移动的弹力。所述铣刀助力板A120、伸缩滑座A110上分别设置有伸缩滑槽A101,所述伸缩滑槽A101与伸缩导轨B480卡合、可滑动装配;所述伸缩滑座A110上安装有铣刀齿条A420,铣刀齿条A420穿过齿条滑槽B182后与引导齿轮B350啮合传动,所述齿条滑槽B182设置在铣刀架座B180上。所述伸缩滑座A110上还分别设置有伸缩滑座斜面A112、伸缩滑座锁槽A111,所述伸缩滑座锁槽A111与伸缩锁杆A460一端卡合装配,所述伸缩滑座斜面A112由靠近伸缩滑座锁槽A111一端向铣刀助力板A120一端逐渐靠近伸缩滑座A110中心倾斜设置,这种设计有利于对伸缩锁杆A460进行挤压。
所述伸缩锁杆A460另一端穿过伸缩侧板B197、解锁通槽A411、配合锁块A430后与解锁滑轴A220一端装配,所述解锁滑轴A220另一端穿出其中一块铣刀架座板B181后与解锁螺母A221装配,所述解锁滑轴A220位于与之装配的铣刀架座板B181和配合锁块A430之间的部分上套装有锁杆压簧A320,所述锁杆压簧A320用于对配合锁块A430施加阻碍其向解锁滑轴A220移动的弹力。
所述解锁通槽A411设置在解锁板块A410上,所述解锁块A410上还设置有解锁斜面A412,所述解锁斜面A412与配合斜面A431贴合且可滑动装配,所述配合斜面A431设置在配合锁块A430上,所述解锁斜面A412由靠近铣刀助力板A120一端向另一端逐渐远离伸缩侧板B197设置。所述解锁块A410远离配合锁块A430一端与解锁杆A240一端装配,所述解锁杆A240分别与第一上锁立板B195、第二上锁立板B196可轴向滑动装配,所述解锁杆A240一端穿出第一上锁立板B195后与解锁推块A440装配,所述解锁杆A240位于第一上锁立板B195、第二上锁立板B196之间的部分上套装有解锁限位环A241,所述解锁杆A240位于解锁限位环A241与第二上锁立板B196之间的部分上套装有解锁复位弹簧A330,所述解锁复位弹簧A330用于对解锁限位环A241施加阻碍其向第二上锁立板B196移动的弹力。
所述解锁推块A440用于和解锁凸块A150配合以实现将伸缩锁杆A460拉出伸缩滑座锁槽A111,解锁凸块A150安装在铣刀活动座A140上,所述解锁凸块A150的两侧上还分别安装有解锁凸块板A151,两块解锁凸块板A151分别与解锁销轴A270可圆周转动装配,所述解锁销轴A270上可圆周转动地套装有解锁转筒A271,所述解锁转筒A271用于防止解锁凸块A150直接与解锁推块A440压紧时产生的摩擦力,从而降低磨损。
所述铣刀活动座A140安装有解锁凸块A150的一侧通过合页A340与铣刀卡座A130铰接,铣刀活动座A140另一侧上设置有活动安装槽A141,活动安装槽A141内安装有弧形锁条A160,锁条铰接销A250穿过弧形锁条A160且两端分别与铣刀活动座A140可圆周转动装配,从而实现弧形锁条A160与铣刀活动座A140铰接;所述铣刀卡座A130上设置有弧形锁槽A131,弧形锁槽A131可与弧形锁条A160卡合、可滑动装配;所述弧形锁条A160上设置有锁条锁孔A161,锁条锁孔A161与锁条锁杆A260一端卡合装配,锁条锁杆A260另一端穿过锁杆限位孔A134后穿出铣刀卡座A130,所述锁杆限位孔A134设置在铣刀卡座A130上且与弧形锁槽A131连通,所述锁杆限位孔A134内卡合、可滑动地安装有锁杆限位环A261,所述锁条锁杆A260位于锁杆限位环A261和锁杆限位孔A134封闭端之间的部分上套装有锁杆弹簧A370,锁杆弹簧A370用于对锁杆限位环A261施加向锁条锁孔A161推动的弹力,从而使得锁条锁杆A260始终保持与锁条锁孔A161插接装配。需要转动打开铣刀活动座A140时,只需要将锁条锁杆A260克服锁杆弹簧A370的弹力向远离锁条锁孔A161的方向拉动,直到将锁条锁杆A260拉出锁条锁孔A161,然后以合页为中心转动打开铣刀活动座A140即可。铣刀活动座A140转动打开时,解锁凸块A150逐渐与解锁推块A440接触、压紧,随着铣刀活动座A140的继续打开解锁凸块A150会挤压解锁推块A440,使得解锁杆A240克服解锁弹簧A330的弹力向配合锁块A430移动直到驱动解锁滑轴A220退出伸缩滑座锁槽A111即可。
优选地,为了使得铣刀活动座A140顶开解锁推块A440后能够自动上锁以便于拆装铣刀头,发明人还进行了如下设计:
增加到位锁杆A450,所述到位锁杆A450分别与第一锁杆板A132、第二锁杆板A133卡合、可滑动装配,所述第一锁杆板A132、第二锁杆板A133分别与铣刀卡座A130装配,所述到位锁杆A450位于第一锁杆板A132、第二锁杆板A133之间的部分上安装有到位受力环A452,到位锁杆A450位于到位受力环A452和第二锁杆板A133之间的部分上套装有到位弹簧A380,所述到位弹簧A380用于对到位锁杆A450施加向上推动的弹力,所述到位锁杆A450底部穿出第二锁杆板A133后与解锁手柄A451装配。在铣刀活动座A140转动并通过解锁凸块A150会挤压解锁推块A440时,铣刀活动座A140会逐渐挤压到位锁杆A450,直到铣刀活动座A140穿过到位锁杆A450,到位锁杆A450在到位弹簧A380的弹力作用下复位从而阻挡铣刀活动座A140在锁杆复位弹簧A330的作用下复位。需要解除这种锁定时只需要将到位锁杆A450向下拉出铣刀活动座A140,此时铣刀活动座A140可以反向转动复位。
所述铣刀头A包括铣刀动力壳A510、铣刀负压筒A520、铣刀连接盘A530、铣刀吸附筒A540、铣刀A740,所述铣刀负压筒A520的两端分别与铣刀动力壳A510、铣刀连接盘A530装配,所述铣刀连接盘A530与铣刀吸附筒A540装配;所述铣刀动力壳A510内部安装有铣刀密封环A516、铣刀顶盘A519,所述铣刀顶盘A519、铣刀密封环A516将铣刀动力壳A510内部分割为两个密封、独立的冷却进液腔A513和铣刀抽吸腔A514,铣刀抽吸腔A514的侧壁上还设置有贯穿的出风口A512,所述铣刀抽吸腔A514底部为铣刀动力壳底板A515,铣刀动力壳底板A515上设置有贯穿的铣刀抽吸孔A5151,铣刀抽吸孔A5151与负压抽吸腔A521连通。
所述铣刀抽吸腔A514内可圆周转动地安装有风力叶轮A730,所述风力叶轮A730套装在铣刀动力筒A630上,所述铣刀动力筒A630顶部穿过铣刀顶盘A519后与动力连接盘A710装配,动力连接盘A710上安装有动力接入管A517,软轴B231穿过动力接入管A517、动力连接盘A710后装入铣刀动力筒A630内且与铣刀主轴A610一端装配,软轴B231可以驱动铣刀主轴A610圆周转动,所述铣刀动力筒A630与铣刀主轴A610不可相对圆周转动装配。
所述铣刀动力筒A630外侧套装有铣刀密封筒A550,所述铣刀密封筒A550安装在铣刀负压筒A520内且其两端分别与动力壳底板A515、铣刀连接盘A530装配,所述铣刀密封筒A550、铣刀负压筒A520之间为负压抽吸腔A521,所述铣刀连接盘A530与负压抽吸腔A521对应处设置有贯穿的连接盘气孔A531,所述连接盘气孔A531与铣刀吸附筒A540内部的铣刀吸附腔A541连通;
铣刀主轴A610底部安装有插接柱A780,插接柱A780插装入动力轴插孔A772内且与之不可相对圆周转动装配,所述动力轴插孔A772设置在铣刀动力轴A770内部的一端上,所述铣刀动力轴A770内还设置有动力轴卡孔A771,所述动力轴卡孔A771与铣刀动力头A760卡合、不可圆周转动、可轴向移动装配,所述铣刀动力头A760套装在铣刀A740一端上,所述铣刀A740另一端穿过铣刀动力轴A770、铣刀连接盘A530后穿出铣刀吸附腔A541,铣刀A740穿出铣刀吸附腔A541的一端上设置有切割刀头A742,所述切割刀头A742用于切割或打孔,切割刀头A742的结构直接采用现有铣刀即可。
使用时,软轴B231驱动铣刀动力筒A630、铣刀主轴A610圆周转动,从而带动风力叶轮A730圆周转动,风力叶轮A730通过风力叶片A731对铣刀抽吸孔A5151产生负压并将气流从出风口A512排出,负压进入铣刀吸附腔A541内以吸附切屑。铣刀动力筒A630带动铣刀动力轴A770圆周转动,铣刀动力轴A770通过铣刀动力头A760带动铣刀A740圆周转动,使得铣刀A740通过切割刀头A742对目标物(头骨)进行切割。
优选地,所述冷却进液腔A513内安装有进液叶轮A720,所述进液叶轮A720与铣刀动力筒A630装配固定,所述冷却进液腔A513与液体导管A412密封连通,所述进液叶轮A720上安装有进液叶片A721且进液叶轮A720上设置有进液叶轮孔A722,所述进液叶轮孔A722通过进液连通孔A612与进液通道A611连通;所述冷却进液腔A513与进液管头A860连通,进液管头A860与外部生理盐水(冷却液)连通。所述铣刀动力筒A630圆周转动时能够带动进液叶轮A720同步转动,进液叶轮A720通过进液叶片A721转动以形成负压,这个负压对进液管头A860产生抽吸力,从而将生理盐水吸入冷却进液腔A513内,进入冷却进液腔A513内的生理盐水通过进液叶片A721的挤压穿过进液叶轮孔A722、进液连通孔A612后进入进液通道A611内。
所述进液连通孔A612、进液通道A611均设置有铣刀主轴A610上;所述铣刀动力轴A770通过第二密封轴承A620与铣刀连接盘A530可圆周转动、不可轴向移动、密封装配,所述插接柱A780上设置有贯穿的插接通孔A781,所述插接通孔A781将进液通道A611与动力轴卡孔A771连通,所述铣刀动力头A760与插接柱A780之间安装有弹簧A790,所述弹簧A790用于对铣刀动力头A760施加远离插接柱A780的推力,从而使得铣刀运行时、其轴向受到较大压力时可以通过铣刀动力头A760挤压弹簧A790消减这部分压力以避免铣刀轴向过压。另外铣刀所受振动可以通过弹簧A790进行消减,以降低铣刀的振动。
所述铣刀A740上设置有贯穿的铣刀导流孔A741,所述切割刀头A742处设置有沿着铣刀A740径向贯穿的铣刀引流孔A743,所述铣刀引流孔A743与铣刀导流孔A741连通。这种设计使得使用时铣刀导流孔A741将动力轴卡孔A77内的生理盐水引入铣刀引流孔A743,生理盐水通过铣刀引流孔A743流出以浸润切割刀头A742,从而对切割刀头A742、切割处进行润滑、降温,以防止铣刀切割时温度升高而导致二次并发症或二次伤害。
优选地,所述铣刀吸附腔A541内安装有吸尘筒A810,所述吸尘筒A810靠近铣刀连接盘A530一端上安装有吸尘端环A840,所述吸尘端环A840上设置有贯穿的吸尘端环孔A841,所述吸尘端环孔A841将连接盘气孔A531与铣刀吸附腔A541连通;所述吸尘筒A810侧壁上设置有数个贯穿的吸尘筒通孔A811,吸尘筒A810的外壁上安装有数个沿着其圆周方向分布的吸尘板条A820;
所述吸尘筒A810底部与吸尘螺塞环A850的端面压紧,所述吸尘螺塞环A850与铣刀吸附腔A541的内壁通过螺纹旋合装配,从而将吸尘筒A810压紧在吸尘螺塞环A850、铣刀连接盘A530之间。
所述吸尘筒A810、吸尘板条A820用于吸附切割时产生的切屑,本实施例中吸尘筒A810、吸尘板条A820可以带静电,从而通过静电吸尘。当然吸尘筒A810、吸尘板条A820上也可以涂抹粘胶,通过粘胶粘切屑。吸尘筒A810、吸尘板条A820一次性使用,以避免交叉感染。
优选地,铣刀A740位于吸尘筒A810内的部分上安装有铣刀叶片A750,所述铣刀叶片A750旋转时能够对铣刀吸附腔A541产生由下至上的负压,从而辅助吸尘。另外所述吸尘筒A810位于铣刀叶片A750的上方处安装有锥壳A830,锥壳A830与吸尘筒A810的内壁之间形成暂存槽A831。使用时,部分大颗粒的切屑、灰尘吸入暂存槽A831内,从而存储在暂存槽A831中以避免切屑反向掉出铣刀吸附腔A541造成污染。更优选地,所述锥壳A830的内壁由上至下直径逐渐变大,从而可以在锥壳A830内侧顶部形成较快的流速,以使得切削被快速携带至锥壳A830上方(伯努利原理)。
优选地,所述铣刀动力壳A510的外壁上设置有动力壳环槽A511,所述动力壳环槽A511与动力卡接环A360卡合装配,所述动力卡接环A360有两个且分别安装在铣刀卡座A130、铣刀活动座A140上。这种设计一方面可以增加对铣刀头的卡紧力,另一方面能够防止铣刀头在轴向上产生位移,增加铣刀头的稳定性。
本实施例的使用过程如下:
S1、首先在需要切割面上按照传统要求钻三个孔;根据需要分别启动底座旋转电机220、升降电机240、侧转电机230、伸缩电机250、电缸260,使得铣刀A740与需要切割的位置正对。
S2、启动离合推杆电机B210,使得离合伸缩轴B211退出离合滚珠B440下方,离合滑块B330与第二离合齿B312分离,此时可以任意转动离合筒B520。
S3、操作者手持铣刀头,从而带动铣刀A740移动,移动轨迹为需要切割的轨迹,此时编码器记录各个离合转轴B530转动的角度,并记录在工控机内,然后离合伸缩轴B211复位,第二离合齿B312恢复至与离合滑块B330卡紧而不可相对圆周转动。
操作完成后,工控机将运行中各个移动电机270需要驱动离合转轴B530转动的角度解析为对各个移动电机270的驱动指令,移动电机270采用伺服电机或步进电机。
S4、双目摄像头获取切割面的图像并通过图像识别技术解析为三维模型,微型红外测距传感器探测铣刀端部距离切割面的间距。工控机结合获取的三维模型、铣刀端部距离切割面的间距、输入的铣刀运行轨迹对各个电机生成相应的运行指令,后续通过这个指令控制各个电机以完成切割。
S5、启动铣刀动力电机B230,铣刀动力电机B230通过软轴B231驱动铣刀圆周转动;同时根据S4中获取的铣刀端部距离切割面的间距、需要切割的深度,对铣刀推杆电机B240生成需要驱动铣刀升降轴B241下移的位移量指令。铣刀推杆电机B240根据指令驱动铣刀升降轴B241下移,直到完成预设深度的切割。切割过程中的进刀量由位移传感器探测。
S5、切割过程中的切屑通过铣刀叶片A750处产生的抽吸力吸入吸尘筒A810,并通过吸尘筒A810吸附、吸尘条A820吸附、暂存槽A830暂存。
S6、考虑到机器的可靠性问题,本实施例中,在切割刀快要将预设切断面切穿时,需要停止铣刀主轴的转动,并移开本实施例的设备,然后转动打开铣刀活动座A140,取出铣刀头,再通过手持铣刀头利用铣刀切割最后一部分切割面直到切断取出。当然,也可以直接一开始就手持铣刀头,采用人工完全操作的方式。在一些非活物切割时,可以全程采用自动化切断,而在随着人工智能、图像识别技术的成熟,可以实现权智能化切割或人工远程操作切割。
本发明未详述之处,均为本领域技术人员的公知技术。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种医用开颅手术装置,其特征在于,包括连接架,连接架安装在移动架上,移动架包括移动顶板、移动底板、移动侧板,所述移动顶板、移动底板分别安装在移动侧板两端上;所述移动底板上安装有至少三个机械爪机构,所述机械爪机构包括安装在移动底板上的移动电机、第二移动立板、第三移动立板、离合伸缩轴,所述离合筒上可圆周转动地套装有第二离合齿,第二离合齿通过离合滑块是否与离合滑块压紧以控制第二离合齿与离合筒之间是否可相对圆周转动;
所述第二离合齿与第一离合齿啮合传动,所述第一离合齿安装在移动电机轴上,移动电机轴一端装入移动电机内;所述离合筒安装在离合转轴一端上,所述离合转轴另一端分别穿过两块第三移动立板且与之可圆周转动装配;
所述离合转轴与第一机械臂一端装配固定,第一机械臂另一端通过机械臂轴与第二机械臂一端铰接,所述第二机械臂另一端通过铰接球与机械爪块装配且构成球形铰链,所述机械爪块上安装有铣刀架,铣刀架上安装有铣刀头模块,铣刀头模块上安装有用于进行手术的铣刀。
2.如权利要求1所述的医用开颅手术装置,其特征在于,所述机械爪机构还包括移动支架,所述移动支架上安装有第一移动立板,所述移动支架上安装有离合推杆电机,所述离合推杆电机上安装有离合伸缩轴,离合伸缩轴与第二移动立板卡合、可轴向滑动装配;所述离合伸缩轴一端上设置有离合锥头,离合锥头由一端向另一端直径逐渐变小;离合伸缩轴设置有离合锥头一端装入离合筒的离合内孔内且与之可轴向滑动装配。
3.如权利要求2所述的医用开颅手术装置,其特征在于,所述第二离合齿的两端分别安装有一个离合限位环,两个离合限位环分别与第二离合齿两端贴合、可圆周转动装配。
4.如权利要求1所述的医用开颅手术装置,其特征在于,所述离合筒上还分别设置有依次连通的离合滑块槽、离合限位槽、离合滑孔,所述离合滑孔与离合内孔连通,所述离合滑块槽内安装有离合固定板,所述离合滑块槽内卡合、可滑动地安装有离合滑块,所述离合滑块一端面与第二离合齿的内壁压紧、另一端面与离合短轴一端装配,所述离合短轴另一端穿过离合固定板后装入离合滑孔内且与离合滚珠可球形滚动装配,所述离合短轴位于离合限位槽内的部分上安装有离合受力环,所述离合短轴位于离合受力环和离合固定板之间的部分上套装有离合弹簧,离合弹簧用于对离合受力环施加向离合内孔推动的弹力。
5.如权利要求4所述的医用开颅手术装置,其特征在于,所述离合转轴一端穿出第三移动立板后与编码器的输入轴连接固定,离合转轴圆周转动时带动编码器的输入轴同步转动,从而通过编码器探测离合转轴转动的角度、圈数,编码器的信号输入工控机内。
6.如权利要求1-5任一项所述的医用开颅手术装置,其特征在于,还包括机架,机架包括伸缩座,伸缩座上分别安装有伸缩滑轨、第一伸缩座板、第二伸缩座板,所述伸缩滑轨与伸缩滑槽卡合、可转动装配,所述伸缩滑槽设置在伸缩滑座上,所述伸缩滑座一端穿过第二伸缩座板后与伸缩动力块装配,所述第一伸缩座板、第二伸缩座板分别与伸缩螺杆可圆周转动、不可轴向移动装配,所述伸缩螺杆穿过伸缩动力块且与之通过螺纹旋合装配,伸缩螺杆一端与伸缩电机的输出轴连接固定;
所述伸缩滑座还与铰接球装配并构成球形铰链,所述铰接球安装在连接柱一端上,连接柱另一端与连接架的连接顶板装配固定,所述连接架通过第二铰接销与转动伸缩杆铰接,转动伸缩杆一端装入电缸内,电缸的外壳通过第一铰接销与伸缩滑座铰接。
7.如权利要求6所述的医用开颅手术装置,其特征在于,还包括底座,底座上安装有支撑旋转电机,且底座内部还分别安装有旋转大齿轮、旋转小齿轮,所述旋转大齿轮、旋转小齿轮相互啮合传动,所述旋转小齿轮套装在支撑旋转电机轴上,所述支撑旋转电机轴装入支撑旋转电机内。
8.如权利要求6所述的医用开颅手术装置,其特征在于,所述旋转大齿轮的外壁上设置有数个沿着其圆周均匀分布的旋转卡齿,所述旋转大齿轮内部中空、底部开口,且旋转大齿轮底部的开口通过旋转封闭,所述旋转大齿轮内、旋转端盖上分别安装有升降电机、两块相互平行的升降轴板,两块升降轴板分别与升降电机轴可圆周转动装配,升降电机轴装入升降电机内;所述升降电机轴上设置有升降蜗杆部分,升降蜗杆部分与升降蜗轮啮合并构成蜗轮蜗杆传动机构,所述升降蜗轮套装在升降螺杆上,升降螺杆与底座之间通过底座轴承可圆周转动、不可轴向移动装配,所述底座轴承安装在支撑托盘上且底座轴承与底座可圆周转动、不可轴向移动装配;支撑托盘通过支撑连接环与旋转大齿轮装配固定;
所述支撑托盘上安装有升降支撑筒,升降支撑筒内部为中空的升降支撑腔,升降支撑腔与升降柱合、不可相对圆周转动、可轴向滑动装配,所述升降柱套装在升降螺杆上且与之通过螺纹旋合装配,所述升降柱顶部穿出升降支撑腔后与升降座装配。
9.如权利要求8所述的医用开颅手术装置,其特征在于,所述升降螺杆通过第一升降轴槽与旋转大齿轮可圆周转动装配、不可轴向移动装配,升降螺杆底部穿出旋转大齿轮后通过第二升降轴承与底座板可圆周转动、不可轴向移动装配。
10.如权利要求8或9所述的医用开颅手术装置,其特征在于,所述升降座上分别安装有第一升降座立板、第二升降座立板、第三升降座、第一升降座侧板、第二升降座侧板,所述第一升降座立板、第二升降座立板、第三升降座立板分别与侧转蜗轮轴可圆周转动装配,所述侧转蜗轮轴位于第二升降座立板、第三升降座立板之间的部分上套装有侧转蜗轮,所述侧转蜗轮与侧转蜗杆轴上的侧转蜗杆部分啮合并构成蜗轮蜗杆传动机构;所述侧转蜗杆轴可圆周转动地安装在第一升降座侧板、第二升降座侧板上,所述侧转蜗杆轴一端与侧转电机的输出轴连接固定;
所述侧转蜗轮轴位于第一升降座立板、第二升降座立板之间的部分与侧转轴块装配固定,所述侧转轴块安装在伸缩座上。
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