CN113925564B - 一种用于髋臼磨锉的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于髋臼磨锉的系统，包括：磨锉器、联轴器、驱动转动组件、驱动移动组件、定位标签、压力传感器、光学定位系统、下位机控制器、上位机控制器、装载外壳和无线模块；本系统通过设置磨锉器、联轴器、驱动转动组件、驱动移动组件、定位标签、压力传感器、光学定位系统、下位机控制器、上位机控制器、装载外壳和无线模块，使得本系统可以实现对髋臼磨锉的自动化和智能化。本发明主要用于机器人技术领域。

Description

一种用于髋臼磨锉的系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种用于髋臼磨锉的系统。

背景技术

人工全髋关节置换术(total hip arthroplasty,THA)是利用手术方法将人工髋关节假体替代被疾病或损伤破坏的关节面、股骨头、髋臼，以达到切除病灶，消除疼痛，恢复关节原有的功能等效果。其中术中采用髋臼锉将患者髋关节处的髋臼软骨磨掉后，再安装假体，为保证关节假体结构正确的安放，术中根据术前规划值进行合理磨锉髋臼，对于提高临床手术的成功率、避免出现置换后的关节假体不稳定问题是非常重要的。

在传统的人工全髋关节手术过程中，一种常见的用于髋臼磨锉的方法是人工对髋臼进行磨锉和观测，术中仅依靠手术医生的主观经验来判断需要磨锉的髋臼深度，难以控制磨锉的深度，容易导致和手术前规划的方案不一致的现象，出现髋臼磨锉过深或者过浅的情况，这样对关节置换手术中安放合适尺寸的髋臼假体带来了较大的麻烦。在另外常见的技术方案中，尽管采用多个自由度的机械臂进行辅助磨锉，但是也仅在机械臂定位后仍采用人工滑动的方式来进行磨锉，同时在操作磨锉枪的过程中，难以均匀控制磨锉力度，且无压力值显示，这样无法保证磨挫过程平稳且均匀,控制设备根据所感应到的电信号相关特征来确定磨锉手术过程的相关参数，其信号稳定性不够良好，并且在手术过程容易干扰到影响手术的质量。

因此，行业内亟需研究装置以对以上问题的解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于髋臼磨锉的系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

本发明解决其技术问题的解决方案是：提供一种用于髋臼磨锉的系统，包括：磨锉器、联轴器、驱动转动组件、驱动移动组件、定位标签、压力传感器、光学定位系统、下位机控制器、上位机控制器、装载外壳和无线模块；

所述装载外壳设有基座和连接板，所述连接板用于与外部的机械臂末端连接，所述基座设有安装槽，所述驱动移动组件落入所述安装槽中，所述下位机控制器分别与驱动移动组件、驱动转动组件和无线模块连接，所述光学定位系统与上位机控制器连接，所述上位机控制器通过无线模块与下位机控制器连接，所述定位标签用于标记磨锉器移动的位置，所述光学定位系统用于对定位标签进行追踪和定位，并将所述定位标签的移动信息传递给上位机控制器，所述压力传感器用于获取磨锉器反馈的接触压力，并将所述接触压力信息传递给下位机控制器，所述下位机控制器通过无线模块将所述接触压力信息传递给上位机控制器，所述上位机控制器根据所述移动信息、接触压力信息得到控制指令，并通过无线模块向下位机控制器发送控制指令，所述下位机控制器根据所述控制指令控制驱动移动组件和驱动转动组件；

所述驱动转动组件通过联轴器与磨锉器连接，所述驱动转动组件通过联轴器驱动磨锉器转动，以实现对髋臼进行磨锉；

所述驱动移动组件与驱动转动组件连接，所述驱动移动组件用于带动驱动转动组件移动，以实现带动磨锉器移动，从而改变对髋臼进行磨锉的位置。

进一步，所述驱动移动组件包括：第一步进电机、丝杆和安装架；所述安装架包括：第一纵向板、横向板和第二纵向板，所述横向板的一端与第一纵向板连接，所述横向板的另一端与第二纵向板连接，所述第一纵向板设有嵌入孔，所述丝杆的一端落入所述嵌入孔中，所述第二纵向板设有贯穿孔，所述丝杆的另一端穿过所述贯穿孔与第一步进电机的转动轴连接，所述安装架落入所述安装槽中，所述第一步进电机通过螺纹与连接板连接，所述第一步进电机通过螺纹与连接板连接，所述丝杆与驱动转动组件连接。

进一步，所述驱动转动组件包括：第二步进电机、滑动底座和连接座；所述第二步进电机安装在所述滑动底座上，所述滑动底座的底部伸出连接块，所述连接块设有螺纹孔，所述丝杆螺纹穿过所述螺纹孔，所述连接块落入所述安装槽内，所述安装槽的边缘与所述滑动底座的底部抵接，所述连接座设置在第二步进电机的外壳上，所述定位标签设置在所述连接座上，所述第二步进电机的转动轴通过联轴器与磨锉器连接。

进一步，所述定位标签包括：固定架和定位球，所述固定架与连接座连接，所述定位球固定在固定架上。

进一步，所述固定架整体呈十字状，所述固定架包括四个分支，四个分支相互连接成十字状，所述定位球的数量为四个，四个定位球分别设置在四个分支上。

进一步，所述下位机控制器包括单片机。

进一步，所述无线模块包括WIFI模块。

本发明的有益效果是：本系统通过设置磨锉器、联轴器、驱动转动组件、驱动移动组件、定位标签、压力传感器、光学定位系统、下位机控制器、上位机控制器、装载外壳和无线模块，使得本系统可以实现对髋臼磨锉的自动化和智能化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是用于髋臼磨锉的系统的模块连接结构示意图；

图2是用于髋臼磨锉的系统的部分组件之间的连接结构示意图；

图3是驱动移动组件和驱动转动组件之间的连接结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

实施例1，参考图1、图2和图3，提供一种用于髋臼磨锉的系统，包括：磨锉器100、联轴器200、驱动转动组件、驱动移动组件、定位标签、压力传感器、光学定位系统、下位机控制器、上位机控制器、装载外壳和无线模块；

所述装载外壳设有基座301和连接板302，所述连接板302用于与外部的机械臂末端连接，所述基座301设有安装槽600，所述驱动移动组件落入所述安装槽600中，所述下位机控制器分别与驱动移动组件、驱动转动组件和无线模块连接，所述光学定位系统与上位机控制器连接，所述上位机控制器通过无线模块与下位机控制器连接，所述定位标签用于标记磨锉器100移动的位置，所述光学定位系统用于对定位标签进行追踪和定位，并将所述定位标签的移动信息传递给上位机控制器，所述压力传感器用于获取磨锉器100反馈的接触压力，并将所述接触压力信息传递给下位机控制器，所述下位机控制器通过无线模块将所述接触压力信息传递给上位机控制器，所述上位机控制器根据所述移动信息、接触压力信息得到控制指令，并通过无线模块向下位机控制器发送控制指令，所述下位机控制器根据所述控制指令控制驱动移动组件和驱动转动组件；

所述驱动转动组件通过联轴器200与磨锉器100连接，所述驱动转动组件通过联轴器200驱动磨锉器100转动，以实现对髋臼进行磨锉；

所述驱动移动组件与驱动转动组件连接，所述驱动移动组件用于带动驱动转动组件移动，以实现带动磨锉器100移动，从而改变对髋臼进行磨锉的位置。

磨锉器100指的是可以对髋臼进行磨锉的器件，在本具体实施例中，设置磨锉器100以实现对髋臼进行磨锉。

联轴器200指的是指联接两轴或轴与回转件，在传递运动和动力过程中一同回转，在正常情况下不脱开的一种装置。在本具体实施例中，设置联轴器200的主要作用是通过联轴器200将驱动转动组件和磨锉器100连接在一起，使得驱动转动组件可以通过联轴器200带动磨锉器100进行转动，以实现对髋臼进行磨锉的目的。

驱动转动组件指的是可以驱动磨锉器100转动的组件。在本具体实施例中，设置驱动转动组件的目的是让其通过驱动轴联器以带动磨锉器100转动，以实现对髋臼进行磨锉的目的，驱动转动组件作为磨锉器100运动的能量输出。

驱动移动组件指的是可以带动磨锉器100进行线性移动的装置。在本具体实施例中，设置驱动移动组件的目的是让其带动驱动转动组件线性移动，由于驱动转动组件通过轴联器与磨锉器100连接，因此，可以通过驱动移动组件进行线性移动，以实现对磨锉器100的线性连接。

定位标签指的是可以直接或者间接反应出磨锉器100移动信息的器件。

压力传感器指的是可以反应出接触压力的传感器。在本具体实施例中，通过设置压力传感器，可以对磨锉器100反馈回来的接触压力进行反馈，其可以将接触压力转换成电信号，并将所述电信号传递给下位机控制器。

光学定位系统指的是通过光学定位的方式来对定位标签进行定位，从而可以追踪到定位标签的移动信息。本具体实施例中，光学定位系统可以通过对定位标签的追踪，以实现对磨锉器100的移动信息的获取。由于定位标签和磨锉器100可以通过确定的刚体部件所连接，因此，可以通过对定位标签的移动信息的获取，以获取磨锉器100的移动信息。

当本系统进行工作的时候，下位机控制器通过控制驱动移动组件进行线性移动，同时，驱动转动组件带动磨锉器100进行转动。当需要进行髋臼磨锉的时候，驱动移动组件线性移动，从而带动磨锉器100与髋臼进行接触，在接触磨锉的过程中，压力传感器得到反馈回来的接触压力信息，上位机控制器可以获取所述接触压力信息。同时，通过光学定位系统可以对定位标签的移动信息进行获取。这些获取得到的接触压力信息和移动信息均都传递给上位机控制器。其中，接触压力信息可以通过下位机控制器利用无线模块传递给上位机控制器。移动信息则可以通过光学定位系统传递给上位机控制器。上位机控制器根据移动信息和接触压力信息得到控制指令，并通过无线模块向下位机发送控制指令，从而使得下位机根据所述控制指令来控制驱动移动组件和驱动转动组件。其中，所述控制指令包括：预先设定好通过算法得到的指令或者医生通过实质需要进行调整输入的指令。

在一些具体的实施例中，上位机控制器设有人机交互界面，所述人机交互界面可以通过移动信息和接触压力信息得到磨锉器100的工作状态。使得医生可以根据磨锉器100的工作状态来判断当前的磨锉情况，方便医生对控制指令的调整。

在一些优选的实施例中，所述驱动移动组件包括：第一步进电机501、丝杆502和安装架；所述安装架包括：第一纵向板603、横向板602和第二纵向板601，所述横向板602的一端与第一纵向板603连接，所述横向板602的另一端与第二纵向板601连接，所述第一纵向板603设有嵌入孔，所述丝杆502的一端落入所述嵌入孔中，所述第二纵向板601设有贯穿孔，所述丝杆502的另一端穿过所述贯穿孔与第一步进电机501的转动轴连接，所述安装架落入所述安装槽600中，所述第一步进电机501通过螺纹与连接板302连接，所述丝杆502与驱动转动组件连接。

在实际工作中，第一步进电机501带动丝杆502转动，通过丝杆502的转动，带动驱动转动组件线性移动。

所述驱动移动组件通过第一步进电机501、丝杆502和安装架构成，从而使得驱动移动组件整体结构更加简洁，并且可以适应性的安装在安装槽600中，从而更加方便的实现驱动移动组件所要带动驱动转动组件线性移动的功能。

在一些优选的实施例中，所述驱动转动组件包括：第二步进电机401、滑动底座402和连接座403；所述第二步进电机401安装在所述滑动底座402上，所述滑动底座402的底部伸出连接块404，所述连接块404设有螺纹孔，所述丝杆502螺纹穿过所述螺纹孔，所述连接块404落入所述安装槽600内，所述安装槽600的边缘与所述滑动底座402的底部抵接，所述连接座403设置在第二步进电机401的外壳上，所述定位标签设置在所述连接座403上，所述第二步进电机401的转动轴通过联轴器200与磨锉器100连接。

在实际工作中，第二步进电机401转动，以带动磨锉器100转动。当驱动转动组件需要进行线性移动时，丝杆502转动，由于丝杆502与连接块404进行螺纹连接，同时，由于连接块404落入安装槽600内，且所述安装槽600的边缘与所述滑动底座402的底部抵接。在丝杆502转动的时候，连接块404就会沿着安装槽600移动，从而带动证滑动底座402移动。实现了驱动转动组件的线性移动。所述驱动转动组件通过整体简洁的结构，有利于驱动移动组件带动驱动转动组件进行线性移动。

在一些优选的实施例中，所述定位标签包括：固定架701和定位球702，所述固定架701与连接座403连接，所述定位球702固定在固定架701上。

在一些优选的实施例中，所述固定架701整体呈十字状，所述固定架701包括四个分支，四个分支相互连接成十字状，所述定位球702的数量为四个，四个定位球702分别设置在四个分支上。

在一些优选的实施例中，所述下位机控制器包括单片机。

在一些优选的实施例中，所述无线模块包括WIFI模块。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (3)

1.一种用于髋臼磨锉的系统，其特征在于，包括：磨锉器、联轴器、驱动转动组件、驱动移动组件、定位标签、压力传感器、光学定位系统、下位机控制器、上位机控制器、装载外壳和无线模块；

所述装载外壳设有基座和连接板，所述连接板用于与外部的机械臂末端连接，所述基座设有安装槽，所述驱动移动组件落入所述安装槽中，所述下位机控制器分别与驱动移动组件、驱动转动组件和无线模块连接，所述光学定位系统与上位机控制器连接，所述上位机控制器通过无线模块与下位机控制器连接，所述定位标签用于标记磨锉器移动的位置，所述光学定位系统用于对定位标签进行追踪和定位，并将所述定位标签的移动信息传递给上位机控制器，所述压力传感器用于获取磨锉器反馈的接触压力信息，并将所述接触压力信息传递给下位机控制器，所述下位机控制器通过无线模块将所述接触压力信息传递给上位机控制器，所述上位机控制器根据所述移动信息、接触压力信息得到控制指令，并通过无线模块向下位机控制器发送控制指令，所述下位机控制器根据所述控制指令控制驱动移动组件和驱动转动组件；

所述驱动转动组件通过联轴器与磨锉器连接，所述驱动转动组件通过联轴器驱动磨锉器转动，以实现对髋臼进行磨锉；

所述驱动移动组件与驱动转动组件连接，所述驱动移动组件用于带动驱动转动组件移动，以实现带动磨锉器移动，从而改变对髋臼进行磨锉的位置；

所述驱动移动组件包括：第一步进电机、丝杆和安装架；所述安装架包括：第一纵向板、横向板和第二纵向板，所述横向板的一端与第一纵向板连接，所述横向板的另一端与第二纵向板连接，所述第一纵向板设有嵌入孔，所述丝杆的一端落入所述嵌入孔中，所述第二纵向板设有贯穿孔，所述丝杆的另一端穿过所述贯穿孔与第一步进电机的转动轴连接，所述安装架落入所述安装槽中，所述第一步进电机通过螺纹与连接板连接，所述第一步进电机通过螺纹与连接板连接，所述丝杆与驱动转动组件连接；

所述驱动转动组件包括：第二步进电机、滑动底座和连接座；所述第二步进电机安装在所述滑动底座上，所述滑动底座的底部伸出连接块，所述连接块设有螺纹孔，所述丝杆螺纹穿过所述螺纹孔，所述连接块落入所述安装槽内，所述安装槽的边缘与所述滑动底座的底部抵接，所述连接座设置在第二步进电机的外壳上，所述定位标签设置在所述连接座上，所述第二步进电机的转动轴通过联轴器与磨锉器连接；

所述定位标签包括：固定架和定位球，所述固定架与连接座连接，所述定位球固定在固定架上；

所述无线模块包括WIFI模块。

2.根据权利要求1所述的一种用于髋臼磨锉的系统，其特征在于，所述固定架整体呈十字状，所述固定架包括四个分支，四个分支相互连接成十字状，所述定位球的数量为四个，四个定位球分别设置在四个分支上。

3.根据权利要求1所述的一种用于髋臼磨锉的系统，其特征在于，所述下位机控制器包括单片机。