CN113520566B - 一种用于固定骨折钢板的螺钉置入装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于固定骨折钢板的螺钉置入装置及使用方法，属于医疗器械技术领域。装置包括驱动机构、钻孔机构、供钉机构和螺钉旋入机构，其中，供钉机构一侧设置有驱动机构，驱动机构上分别设置有钻孔机构和螺钉旋入机构，通过驱动机构先驱动钻孔机构钻孔，然后驱动螺钉旋入机构将供钉机构内的螺钉旋入骨折钢板。本发明可连续、准确地置入非自攻自钻螺钉，实现先钻孔再置钉的功能，提高了骨折钢板固定的效率与精度，避免了医生手动操作置钉过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于固定骨折钢板的螺钉置入装置及使用方法，属于医疗器械技术领域。
背景技术
改革开放以来，我国的经济建设取得了举世瞩目的成就，汽车保有量迅速增加；登山、滑雪等运动逐渐兴起；同时也面临着人口老龄化加剧的挑战。这些因素都在一定程度上增加了骨折发生的风险。
据统计，我国的骨科专科医院数量、骨科医院医师数量以及骨科医院入院患者人数均呈上升趋势，创伤骨科市场已达百亿，且近年来年均复合增长率为15％，预计2023年市场规模将超过140亿元。而在骨科手术中，骨折钢板的固定需要医生手动操作，使得螺钉的置入精度较低，手术时间长，而且存在辐射累积损伤较大的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于固定骨折钢板的螺钉置入装置，可连续、准确地置入非自攻自钻螺钉，实现先钻孔再置钉的功能，提高了骨折钢板固定的效率与精度，避免了医生手动操作置钉过程。
本发明还提供上述用于固定骨折钢板的螺钉置入装置的使用方法。
本发明的技术方案如下：
一种用于固定骨折钢板的螺钉置入装置，包括驱动机构、钻孔机构、供钉机构和螺钉旋入机构，其中，
供钉机构一侧设置有驱动机构，驱动机构上分别设置有钻孔机构和螺钉旋入机构，通过驱动机构先驱动钻孔机构钻孔，然后驱动螺钉旋入机构将供钉机构内的螺钉旋入骨折钢板。
优选的，驱动机构包括直线电机、舵机和转换轴，直线电机和舵机并排设置于供钉机构一侧，舵机连接有转换轴，直线电机末端设置有圆环，圆环滑动套装于转换轴，圆环上设置有凸台。
优选的，钻孔机构包括电批A、钻头和导轨A，导轨A固定设置于转换轴上，电批A通过滑块连接于导轨A，电批A上设置有凹槽A，转换轴转动时带动导轨A转动，使电批A的凹槽A包裹圆环凸台，然后直线电机伸缩时通过凸台带动电批A伸缩。
优选的，螺钉旋入机构包括电批B、螺旋推杆和导轨B，导轨B固定设置于导轨A一侧的转换轴上，电批B通过滑块连接于导轨B，电批B上设置有凹槽B，转换轴转动带动导轨A和导轨B转动，使电批A的凹槽A脱离圆环凸台，凹槽B包裹圆环凸台，然后直线电机伸缩时通过凸台带动电批B伸缩。
优选的，供钉机构包括转盘、拨盘、拨杆、前挡板、后挡板、弹簧柱塞和转盘芯轴，转盘上均布设置有螺钉放置孔，转盘中心设置有通孔，转盘芯轴通过轴承座固定于通孔内，轴承座内置有轴承，转盘芯轴两端通过弹簧柱塞分别连接有前挡板和后挡板，前挡板和后挡板上均设置有定位孔，保证钻头和螺钉推杆均可以穿过定位孔和转盘；
后挡板上设置有直线电机和舵机，后挡板上设置有弧形槽，弧形槽底端下侧为定位孔，弧形槽内设置有拨杆，拨杆通过铰链连接有拨盘，拨杆与拨盘之间设置有弹簧，拨杆与拨盘连接处设置有限位片，通过限位片保证拨杆只能向弹簧一侧拨动，反向受限位片影响无法拨动，拨盘通过螺母紧固于转换轴；
转盘朝向后挡板的侧面上均布设置有定位凹槽，定位凹槽与螺钉放置孔数量相同，位置对应，定位凹槽截面为倒直角梯形。
优选的，转盘朝向前挡板的侧面上均布设置有固定槽，固定槽与定位凹槽位置对应，前挡板上通过弹簧连接有顶销，转盘转动使固定槽转动到顶销位置时，顶销进入固定槽，产生防止转盘随意旋转的阻力，对转盘进行定位固定。
优选的，前挡板的定位孔上连接有导向机构，导向机构为中空的斜角针，在钻孔和打螺钉时，导向机构、定位孔和转盘上的螺钉放置孔的轴线共线。
优选的，置入装置整体包覆有外壳，外壳包括上壳体和下壳体，上壳体靠近供钉机构的一侧设置为卡扣式顶盖，前挡板和后挡板固定于下壳体，装填螺钉时，打开顶盖，压下弹簧柱塞使其回缩，便可拆下转盘，进行螺钉装填，更换钻头时，控制直线电机将钻孔机构伸出，钻孔机构的电批不工作，在不拆卸外壳的情况下更换钻头。
上述用于固定骨折钢板的螺钉置入装置的使用方法，操作步骤如下：
(1)将置入装置安装于机械臂，在转盘上选择一个螺钉放置孔作为初始的钻头伸缩孔，根据术前规划，在该孔之后的螺钉放置孔中依次放置螺钉；
(2)通过按压弹簧柱塞将转盘安装至前挡板和后挡板之间，通过顶销进行定位，保证初始的钻头伸缩孔轴线、导向机构轴线和定位孔轴线共线；
(3)根据骨折钢板螺纹孔的轴线位置和方向，移动机械臂，使导向机构轴线与骨折钢板螺纹孔的轴线重合；
(4)机械臂带动置入装置前伸，使导向机构延伸至螺纹孔前方预定距离；
(5)舵机旋转，将钻孔机构转至工作位置，使钻头轴线、螺钉放置孔轴线和导向机构轴线共线；
(6)直线电机回缩，使钻头通过螺钉放置孔，沿导向机构伸出；
(7)钻头前伸至预定位置时，电批A启动，驱动钻头旋转，同时直线电机驱动钻头继续外伸，完成钻孔；
(8)直线电机驱动钻孔机构缩回，缩回至预定位置时电批A停转，然后继续缩回至初始位置时直线电机停止运动；
(9)舵机反转，通过拨盘和拨杆带动转盘旋转，将装有螺钉的螺钉放置孔转至与定位孔同轴，同时，螺钉旋入机构随转换轴转至工作位置，使螺钉推杆轴线、装有螺钉的螺钉放置孔轴线和导向机构轴线共线；
(10)直线电机启动，使螺钉旋入机构的螺钉推杆通过螺钉放置孔，沿导向机构伸出，同时将螺钉放置孔内的螺钉推出；
(11)到达预定位置后，螺钉旋入机构的电批B启动，驱动螺钉推杆旋转，带动螺钉旋转，同时直线电机驱动螺钉推杆继续外伸，螺钉旋入骨折钢板，电批B停转，完成螺钉置入；
(12)直线电机驱动螺钉旋入机构缩回至初始位置时直线电机停止运动；
(13)机械臂沿骨折钢板上的螺纹孔轴线退出，运动至骨折钢板的下一螺纹孔处，重复上述步骤，直至最后一个螺钉置入。
本发明的有益效果在于：
1、本发明提供一种用于固定骨折钢板的螺钉置入装置，可连续、准确地置入非自攻自钻螺钉，实现先钻孔再置钉的功能，提高了骨折钢板固定的效率与精度，避免了医生手动操作置钉过程。
2、本发明不仅可用于非自攻自钻螺钉的置入，也可用于置入自攻自钻螺钉，置入自攻自钻螺钉时，仅需跳过钻孔机构工作的相关步骤，直接使用螺钉旋入机构置入自攻自钻螺钉即可，适用范围更广。
3、本发明的供钉机构实现舵机旋转带动转换轴和拨盘同步旋转，转换轴旋转完成钻孔机构与螺钉旋入机构切换的同时，拨盘旋转拨动转盘，完成螺钉放置孔的切换，整个装置结构紧凑，工作高效。
4、本发明更换钻头时，控制直线电机将钻孔机构伸出，在不拆卸外壳的情况下更换钻头，钻头的更换十分便捷。
5、本发明装填螺钉时，仅需将顶盖卸下，通过弹簧柱塞，便可拆下转盘，进行螺钉装填，转盘拆卸方便，且整个操作过程只需进行一次螺钉装填。
6、本发明操作过程中所需的人为干预较少，对医生的要求较低，可降低新任医生的学习难度，还可减少医生由于经常暴露于辐射环境下所带来的影响。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的使用状态示意图；
图3为本发明的驱动机构示意图；
图4为本发明的钻孔机构示意图；
图5为本发明的供钉机构示意图；
图6为本发明的转盘机构主视示意图；
图7为本发明的转盘机构后视示意图；
图8为本发明的转盘爆炸图；
图9为本发明的螺钉旋入机构示意图；
图10为本发明的导向机构示意图；
图11为本发明的外壳结构示意图；
其中：1、置入装置；2、机械臂；3、驱动机构；4、钻孔机构；5、供钉机构；6、螺钉旋入机构；7、导向机构；8、外壳；
301、直线电机；302、舵机；303、转换轴；3011、凸台；
401、电批A；402、钻头；403、导轨A；404、滑块；4011、凹槽A；
501、转盘；502、拨盘；503、拨杆；504、轴承；505、前挡板；506、后挡板；507、弹簧柱塞；508、顶销；509、转盘芯轴；510、定位凹槽；511、固定槽；512、螺钉放置孔；513、定位孔；514、弧形槽；5021、平键；
601、电批B；602、螺钉推杆；603、导轨B；604、滑块；6011、凹槽B；
701、针尖；702、针管；703、螺纹；
801、顶盖；802、上壳体；803、下壳体。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
如图1-11所示，本实施例提供一种用于固定骨折钢板的螺钉置入装置，包括驱动机构3、钻孔机构4、供钉机构5和螺钉旋入机构6，其中，
供钉机构5一侧设置有驱动机构3，驱动机构3上分别设置有钻孔机构4和螺钉旋入机构6，通过驱动机构3先驱动钻孔机构4钻孔，然后驱动螺钉旋入机构6将供钉机构5内的螺钉旋入骨折钢板。
驱动机构3包括直线电机301、舵机302和转换轴303，直线电机301和舵机302上下并排设置于供钉机构5一侧，舵机302连接有转换轴303，直线电机301末端设置有圆环，圆环滑动套装于转换轴303，圆环上设置有凸台3011。
钻孔机构4包括电批A401、钻头402和导轨A403，导轨A403固定设置于转换轴303上，电批A401通过滑块404连接于导轨A403，电批A401上设置有凹槽A4011，转换轴转动时带动导轨A转动，使电批A的凹槽A包裹圆环凸台，然后直线电机伸缩时通过凸台带动电批A伸缩，进而带动钻孔机构伸缩。
螺钉旋入机构6包括电批B601、螺旋推杆602和导轨B603，导轨B603固定设置于导轨A一侧的转换轴303上，电批B603通过滑块604连接于导轨B603，电批B601上设置有凹槽B6011，转换轴转动带动导轨A和导轨B转动，使电批A的凹槽A脱离圆环凸台，凹槽B包裹圆环凸台，然后直线电机伸缩时通过凸台带动电批B伸缩，进而带动螺钉旋入机构伸缩，螺钉旋入机构伸缩时钻孔机构保持静默。
供钉机构5包括转盘501、拨盘502、拨杆503、前挡板505、后挡板506、弹簧柱塞507和转盘芯轴509，转盘501上均布设置有螺钉放置孔512，转盘501中心设置有通孔，转盘芯轴509通过轴承座固定于通孔内，轴承座内置有轴承504，转盘芯轴509两端通过弹簧柱塞507分别连接有前挡板505和后挡板506，前挡板505和后挡板506上均设置有定位孔513，保证钻头和螺钉推杆均可以穿过定位孔和转盘；
后挡板506上设置有直线电机301和舵机302，后挡板506上设置有弧形槽514，弧形槽底端下侧为定位孔，弧形槽514内设置有拨杆503，拨杆503通过铰链连接有拨盘502，拨杆503与拨盘502之间设置有弹簧，拨杆与拨盘连接处设置有限位片，通过限位片保证拨杆只能向弹簧一侧拨动，反向受限位片影响无法拨动，拨盘502通过螺母紧固于转换轴303，拨盘内设置有平键5021，拨盘通过键槽确定与转换轴的相对位置；
转盘501朝向后挡板506的侧面上均布设置有定位凹槽510，定位凹槽510与螺钉放置孔512数量相同，位置对应，定位凹槽截面为倒直角梯形，如图7所示。拨杆的拨动方向与定位凹槽的斜面方向一致，保证拨杆可顺利拨动转盘。
拨杆503与转盘501连接关系如图7所示，转换轴303逆时针旋转时，拨杆沿定位凹槽510的斜面滑出，拨杆所产生的拨力小于顶销提供的阻力，转盘不发生转动；
转换轴303顺时针旋转时，拨杆与定位凹槽上的平底部分配合，所产生的拨力大于顶销提供的阻力，转盘发生转动。
转盘501朝向前挡板的侧面上均布设置有固定槽511，固定槽511与定位凹槽510位置对应，数量相同，前挡板505上通过弹簧连接有顶销508，转盘转动使固定槽转动到顶销位置时，顶销进入固定槽，产生防止转盘随意旋转的阻力，对转盘进行定位固定。
前挡板505的定位孔上连接有导向机构7，导向机构7为中空的斜角针，包括针尖701和针管702，斜角针通过螺纹703连接于前挡板，在钻孔和打螺钉时，导向机构、定位孔和转盘上的螺钉放置孔的轴线共线。
上述用于固定骨折钢板的螺钉置入装置的使用方法，操作步骤如下：
(1)将置入装置1安装于机械臂2，机械臂为现有机械转动结构，在转盘上选择一个螺钉放置孔作为初始的钻头伸缩孔，根据术前规划，在该孔之后的螺钉放置孔中依次放置螺钉；
(2)通过按压弹簧柱塞将转盘安装至前挡板和后挡板之间，通过顶销进行定位，保证初始的钻头伸缩孔轴线、导向机构轴线和定位孔轴线共线；
(3)根据骨折钢板螺纹孔的轴线位置和方向，移动机械臂，使导向机构轴线与骨折钢板螺纹孔的轴线重合；
(4)机械臂带动置入装置前伸，使导向机构延伸至螺纹孔前方预定距离；
(5)舵机旋转，将钻孔机构转至工作位置，此过程中钻孔机构为逆时针旋转，拨杆从定位凹槽的斜面滑动，不会带动转盘转动，使钻头轴线、螺钉放置孔轴线和导向机构轴线共线；
(6)直线电机回缩，使钻头通过螺钉放置孔，沿导向机构伸出；
(7)钻头前伸至预定位置时，电批A启动，驱动钻头旋转，同时直线电机驱动钻头继续外伸，完成钻孔；
(8)直线电机驱动钻孔机构缩回，缩回至预定位置时电批A停转，然后继续缩回至初始位置时直线电机停止运动；
(9)舵机反转，通过拨盘和拨杆带动转盘旋转，将装有螺钉的螺钉放置孔转至与定位孔同轴，同时，螺钉旋入机构随转换轴转至工作位置，使螺钉推杆轴线、装有螺钉的螺钉放置孔轴线和导向机构轴线共线；
(10)直线电机启动，使螺钉旋入机构的螺钉推杆通过螺钉放置孔，沿导向机构伸出，同时将螺钉放置孔内的螺钉推出；
(11)到达预定位置后，螺钉旋入机构的电批B启动，驱动螺钉推杆旋转，带动螺钉旋转，同时直线电机驱动螺钉推杆继续外伸，螺钉旋入骨折钢板，电批B停转，完成螺钉置入；
(12)直线电机驱动螺钉旋入机构缩回至初始位置时直线电机停止运动；
(13)机械臂沿骨折钢板上的螺纹孔轴线退出，运动至骨折钢板的下一螺纹孔处，重复上述步骤，直至最后一个螺钉置入。
实施例2：
一种用于固定骨折钢板的螺钉置入装置，结构如实施例1所述，不同之处在于，置入装置整体包覆有外壳，外壳包括上壳体802和下壳体803，上壳体靠近供钉机构的一侧设置为卡扣式顶盖801，前挡板和后挡板通过螺栓固定于下壳体，装填螺钉时，打开顶盖，压下弹簧柱塞使其回缩，便可拆下转盘，进行螺钉装填，更换钻头时，控制直线电机将钻孔机构伸出，钻孔机构的电批不工作，在不拆卸外壳的情况下更换钻头。
Claims (4)
1.一种用于固定骨折钢板的螺钉置入装置，其特征在于，包括驱动机构、钻孔机构、供钉机构和螺钉旋入机构，其中，
供钉机构一侧设置有驱动机构，驱动机构上分别设置有钻孔机构和螺钉旋入机构，通过驱动机构先驱动钻孔机构钻孔，然后驱动螺钉旋入机构将供钉机构内的螺钉旋入骨折钢板；
驱动机构包括直线电机、舵机和转换轴，直线电机和舵机并排设置于供钉机构一侧，舵机连接有转换轴，直线电机末端设置有圆环，圆环滑动套装于转换轴，圆环上设置有凸台；
钻孔机构包括电批A、钻头和导轨A，导轨A固定设置于转换轴上，电批A通过滑块连接于导轨A，电批A上设置有凹槽A；
螺钉旋入机构包括电批B、螺旋推杆和导轨B，导轨B固定设置于导轨A一侧的转换轴上，电批B通过滑块连接于导轨B，电批B上设置有凹槽B；
供钉机构包括转盘、拨盘、拨杆、前挡板、后挡板、弹簧柱塞和转盘芯轴，转盘上均布设置有螺钉放置孔，转盘中心设置有通孔，转盘芯轴通过轴承座固定于通孔内，轴承座内置有轴承，转盘芯轴两端通过弹簧柱塞分别连接有前挡板和后挡板，前挡板和后挡板上均设置有定位孔；
后挡板上设置有直线电机和舵机，后挡板上设置有弧形槽，弧形槽内设置有拨杆，拨杆通过铰链连接有拨盘，拨杆与拨盘之间设置有弹簧，拨杆与拨盘连接处设置有限位片，拨盘通过螺母紧固于转换轴；
转盘朝向后挡板的侧面上均布设置有定位凹槽，定位凹槽与螺钉放置孔数量相同，位置对应，定位凹槽截面为倒直角梯形。
2.如权利要求1所述的用于固定骨折钢板的螺钉置入装置，其特征在于，转盘朝向前挡板的侧面上均布设置有固定槽，固定槽与定位凹槽位置对应，前挡板上通过弹簧连接有顶销。
3.如权利要求2所述的用于固定骨折钢板的螺钉置入装置，其特征在于，前挡板的定位孔上连接有导向机构，导向机构为中空的斜角针。
4.如权利要求3所述的用于固定骨折钢板的螺钉置入装置，其特征在于，置入装置整体包覆有外壳，外壳包括上壳体和下壳体，上壳体靠近供钉机构的一侧设置为卡扣式顶盖，前挡板和后挡板固定于下壳体。
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