CN115227463B - 手术器械的磨锉装置、手术器械及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手术器械的磨锉装置、手术器械及手术机器人，包括：手术器械的磨锉装置，用于安装髋臼锉传递动力；夹持模块，用于固定所述手术器械的磨锉装置；末端连接法兰，与所述夹持模块之间相固接，所述夹持模块通过所述末端连接法兰与外部手术机器人的机械臂传动相连；动力系统，与所述手术器械的磨锉装置之间传动相连，用于为所述手术器械的磨锉装置、输出动力。解决了依靠人工进行髋臼窝磨锉的精准度不高、易受空间限制及扭矩反馈功能缺失的技术问题。

Description

手术器械的磨锉装置、手术器械及手术机器人

技术领域

本发明涉及骨科手术机器人技术领域，具体而言，涉及一种手术器械的磨锉装置、手术器械及手术机器人。

背景技术

手术机器人辅助全髋关节假体置换术是治疗髋关节病变的新兴技术手段。该手术需要将患者的病变股骨头切掉后取出，并安装上相应的髋关节假体。通常在安装假体前，需要先将患者的髋臼窝进行磨锉，磨锉后再进行髋臼杯试模，当磨锉后的人体髋臼窝适合髋臼假体的外形尺寸后，将髋臼杯压入髋臼窝内，固定髋臼杯后，再基于髋臼杯的位置将内衬、股骨柄及股骨头植入患者体内。

传统依靠人工髋臼窝磨锉，磨锉的力度、深度、角度均难以较好地被控制，从而导致难以很精准的对患者的髋臼窝进行磨锉，受操作经验因素影响较大。而且在患者的髋臼窝没有精确磨锉的前提下，髋臼杯假体也难以匹配至最优位置，假体脱位、假体松动、术后疼痛等并发症的发生率大大增加，手术效果差。

发明内容

为此，本发明提供了一种手术器械的磨锉装置、手术器械及手术机器人，以解决现有技术中依靠人工进行髋臼窝磨锉的精准度不高的技术问题，通过机器人辅助髋臼窝磨锉，磨锉的力度、深度、角度均可更好地被控制，能够做到更精准的对患者的髋臼窝进行磨锉，进而可以提高假体匹配的概率，保证髋臼杯假体置于最优位置，降低假体脱位、假体松动、术后疼痛等并发症的发生率，同时降低患者术后的疼痛感，快速恢复运动能力，提升手术效果。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据本发明的第一方面，提供了一种手术器械的磨锉装置，包括：

内壳体，具有曲状安装空间；所述曲状安装空间包括依次延续相连的第一空间、第二空间和第三空间；

中杆，其一端设于所述第一空间的内部；所述中杆的一端固接有第三转轴，所述第三转轴在远离所述中杆的一端万向转动连接有第一转轴；

连杆，设于所述第二空间的内部；所述连杆包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆与所述第一转轴之间固接相连，且所述第一连杆与所述第二连杆之间设有扭矩传感器，所述第二连杆在远离所述扭矩传感器的一端固接有第二转轴；

快拆头，其一端设于所述第三空间的内部；所述快拆头的一端与所述第二转轴远离所述第二连杆的一端之间万向转动连接；

所述快拆头的轴线与所述中杆的轴线相互平行，所述连杆的轴线与所述快拆头的轴线和所述中杆的轴线之间具有可变传动角度。

作为本发明的进一步方案，所述中杆的一端与所述第三转轴的一端之间通过所述第一顶丝可分离式固接相连；所述第三转轴的另一端与所述第一转轴的一端之间设有第一万向块，且所述第三转轴与所述第一转轴之间通过所述第一万向块万向转动相连。

所述第一连杆的一端与所述第一转轴的另一端通过所述第二顶丝可分离式固接相连，所述扭矩传感器通过螺钉可分离式固接设于所述第一连杆的另一端与所述第二连杆的一端之间，且所述扭矩传感器反馈检测磨锉扭矩值。

所述第二连杆的另一端与所述第二转轴的一端之间通过所述第三顶丝可分离式固接相连，所述第二转轴的另一端与所述快拆头的一端之间设有第二万向块，且所述第二转轴与所述快拆头之间通过所述第二万向块万向转动相连。

作为本发明的进一步方案，所述第三转轴分别传动装配有第一滚珠轴承和第二滚珠轴承，所述第一滚珠轴承和所述第二滚珠轴承均与所述第一空间的内壁之间传动装配。

所述快拆头分别传动装配有第三滚珠轴承和第四滚珠轴承，所述第三滚珠轴承和所述第四滚珠轴承均与所述第三空间的内壁之间传动装配。

所述中杆的一端外侧还滑动套设有滑块，所述第一空间延伸至所述滑块外侧，且所述第一空间的内壁与所述滑块之间相装配固接。

作为本发明的进一步方案，所述内壳体对应所述滑块的部分与所述内壳体对应所述第三滚珠轴承和所述第四滚珠轴承的部分相平行设置，且所述内壳体的两部分之间设有倾斜角度为150°的倾斜部，通过所述内壳体限制所述可变传动角度最大为150°。

作为本发明的进一步方案，所述手术器械的磨锉装置还包括拉环、复位弹簧、卡销和限位件。

所述快拆头的外侧滑动套设有拉环，所述拉环在朝向所述快拆头背离所述第二转轴的一侧端分别过盈配合设有第一轴销和第二轴销。

所述快拆头内部设置有所述复位弹簧，所述拉环与所述快拆头之间设有卡销，通过所述卡销限位所述复位弹簧的一端，同时限制所述拉环的功能位置；所述快拆头在对应所述复位弹簧的另一端还固接有限位件，通过所述限位件限位所述复位弹簧的另一端。

根据本发明的第二方面，提供了一种手术器械，包括所述的手术器械的磨锉装置；所述内壳体包括可分离式相固接的第一内壳和第二内壳。

所述手术器械还包括：

夹持模块，包括夹持组件；

所述中杆延伸穿过所述夹持组件，所述夹持组件的另一侧固接有限位前端，所述限位前端的内部开设有两个凹槽，所述第一内壳和所述第二内壳分别一一对应固接设置有向外部延伸的第一限位螺栓和第二限位螺栓，所述第一限位螺栓和所述第二限位螺栓分别一一对应置于两个所述凹槽内；

末端连接法兰，与所述夹持组件之间相固接，所述夹持组件通过所述末端连接法兰与外部手术机器人的机械臂传动相连；

动力系统，与所述手术器械的磨锉装置之间传动相连；

所述中杆具有一个延伸方向，且所述中杆沿其延伸方向分别具有第一端和第二端，所述中杆的第二端与所述第三转轴之间相固接，所述中杆的第一端延伸穿过所述夹持模块与所述动力系统的动力输出端之间传动相连。

作为本发明的进一步方案，所述夹持模块还包括基座，所述基座的顶部固定有手柄，且所述手柄固定于所述夹持组件的一侧底部。

所述末端连接法兰包括法兰盘、标定组件、锁紧手扭、外壳和防脱螺栓。

所述法兰盘的下部与外部机器人系统中的机械臂相固接，且所述法兰盘的上部固接有定位槽；所述外壳的下部固接有定位块，所述法兰盘与所述外壳之间通过所述防脱螺栓相固接，所述定位块与所述定位槽之间对应配合；所述外壳的上部与所述基座之间相固接，且所述外壳的上部还螺合固接有定位销。

所述外壳的侧部固定有连接件；所述标定组件通过所述锁紧手扭固定于所述连接件。

所述标定组件包括前端工具标定架、四个反光球和四个反光球安装柱。

四个所述反光球安装柱分别通过螺纹与所述前端工具标定架之间可分离式固接相连，且四个所述反光球分别一一对应固定于四个所述反光球安装柱。

根据本发明的第三方面，提供了一种应用于如上所述的手术器械的反馈方法，通过所述手术器械的磨锉装置实时检测髋臼窝磨锉时的扭矩值，并将实测扭矩值传输给外部手术系统中的数据采集处理模块，经过数据处理后，使磨锉扭矩值转换为数字信号，并反馈给所述动力系统，当扭矩值高于特定阈值时初步判断已经磨削到患者的硬质骨部分，此时动力系统中的电机部分会降速增扭，降低转速确保患者的髋臼窝不会被过多磨削掉。

根据本发明的第四方面，提供了一种应用于如上所述的手术器械的反馈系统，所述髋臼磨锉反馈系统包括电源模块、工控机、驱动模块、数据转换模块、信息存储模块以及LCD模块；所述电源模块分别与工控机、驱动模块、手术器械的磨锉装置、动力系统和LCD模块之间通过电路相连。

所述电源模块包括电源线缆、空气开关、滤波器、开关电源、蓄电池。

外部机器人系统的电源线缆接入220V交流网电源，经过所述空气开关和所述滤波器，传送到所述开关电源，所述开关电源将220V交流电转换成24V和12V直流电；所述开关电源具有一个输入接口和六个输出接口，所述六个输出端口包含三个24V直流输出接口和三个12V直流输出接口；所述蓄电池接入24V直流输出接口，用于存储电能。

所述手术器械的磨锉装置用于连接髋臼锉和所述动力系统，且所述手术器械的磨锉装置内部的扭矩传感器实时采集髋臼窝磨锉过程中产生的扭矩值。

所述动力系统，具有电机，所述电机的动能输出端与所述手术器械的磨锉装置之间传动相连，用于为手术器械的磨锉装置进行髋臼磨锉时提供动力。

所述工控机，用所述开关电源输出的24V直流电，位于主控台车内，主要用于根据医生输入的控制指令，向所述动力系统的驱动模块发送控制信号，并用于接收并处理所述扭矩传感器反馈的数据信息；当接收到扭矩传感器反馈的数据信息时，实时对比扭矩传感器反馈的扭矩值，当扭矩值高于特定阈值时，所述动力系统中的电机降速增扭。

所述扭矩的特定阈值根据髋臼窝的骨质组成设置，髋臼窝磨锉的目的是去除骨赘及软骨部分，骨赘、软骨部分的磨削扭力值比硬质骨部分的磨削扭力值小，通过大量实验计算得出硬质骨部分的磨削扭力值中位数，此扭力值中位数即为所述特定阈值。

所述驱动模块，分别与所述工控机和所述动力系统之间通过电路相连，所述驱动模块用所述开关电源输出的12V直流电，当髋臼窝磨削扭矩值高于特定阈值时，所述驱动模块接收到所述工控机发出的控制命令，此时所述驱动模块改变所述动力系统的输入电流，通过改变输入电流值的大小，调整所述动力系统中的电机的运行速度。

所述数据转换模块，分别与所述扭矩传感器和所述工控机之间通过电路相连，所述数据转换模块用于将所述扭矩传感器输出的电压值转换成数字信号，并将扭矩值的数字信号输出给所述工控机。

所述信息存储模块，与所述工控机之间通过电路相连，用于存储髋臼窝磨锉时产生的扭矩数据，术后根据存储的扭矩数据分析患者的骨质特征。

所述LCD模块，与所述工控机之间通过电路相连，用于显示动力系统的状态，显示动力系统启动或停止两种状态。

根据本发明的第五方面，提供了一种手术机器人系统，包括所述的手术器械，所述手术机器人系统还包括：

主控台车，用于根据输入的控制指令发送控制命令；

机械臂台车，用于执行所述主控台车发出的控制命令，辅助完成髋臼窝磨锉工作，所述机械臂台车设置有机械臂；

骨盆参考架，用于标定患者的骨盆位置；

股骨定位架，用于标定患者的股骨位置；

NDI台车，用于识别所述骨盆参考架和所述股骨定位架的位置，将位置信息发送给所述主控台车；

所述主控台车、所述机械臂台车、所述NDI台车、所述手术器械、所述髋臼锉、所述骨盆参考架和所述股骨定位架之间通过电路相连。

本发明具有如下有益效果：

1、相比传统人工磨锉以及直线型磨锉杆，手术器械的磨锉装置能够通过第三转轴与第一转轴之间以及第二转轴与快拆头之间的万向连接作用，有效改变外部动力输出到中杆后的动力传导方向，进而能够有效减小患者体位或者人体组织对磨锉工具的空间限制，可有效避开患者的人体组织，使髋臼磨锉的刀具精准到达患者的髋臼窝内，以此可显著提升手术的精准度，提高了手术效率。同时，可通过扭矩传感器作为髋臼窝磨锉时的力反馈模块，实时检测磨锉的力度，并控制磨锉动力系统输出的扭力，以避免将髋臼窝磨穿而损伤人体结构。

2、提供一套手术机器人系统，可有效提高髋臼磨锉的准确性，提高假体植入的精准度，降低假体脱位、假体松动、术后疼痛等并发症的发生率，同时降低患者术后的疼痛感，快速恢复运动能力，提升手术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的手术器械的磨锉装置的整体内部结构示意图。

图2为本发明实施例提供的手术器械的磨锉装置的整体结构分解示意图。

图3为本发明实施例提供的手术器械的整体轴测结构示意图。

图4为本发明实施例提供的手术器械中的夹持模块的结构示意图。

图5为本发明实施例提供的手术器械中的夹持模块的限位凹槽处于限位前端的位置结构示意图。

图6为本发明实施例提供的手术器械中的末端连接法兰的内部结构分解示意图。

图7为本发明实施例提供的手术器械中的末端连接法兰的标定组件的轴测结构示意图。

图8为本发明实施例提供的髋臼磨锉反馈方法的流程示意图。

图9为本发明实施例提供的髋臼磨锉反馈系统的基本组成原理示意图。

图10为本发明实施例提供的手术机器人系统的整体组成原理示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

曲柄磨锉杆100：中杆101、第一内壳102、第二内壳103、滑块104、第一滚珠轴承105、第二滚珠轴承106、第一顶丝107、复位弹簧108、拉环109、卡销110、第一轴销111、快拆头112、第二轴销113、第一万向块114、第一转轴115、第二顶丝116、第一连杆117、扭矩传感器118、第二连杆119、第二转轴120、第二万向块121、限位件122、第三滚珠轴承123、第四滚珠轴承124、第三转轴125、第一限位螺栓126、第二限位螺栓127、第三顶丝128；

夹持模块200：基座201、限位前端202、限位凹槽2021、夹持组件203、手柄204；

末端连接法兰300：法兰盘301、定位槽302、标定组件303、前端工具标定架3031、反光球3032、反光球安装柱3033、锁紧手扭304、第一连接件305、卡环306、第二连接件307、外壳308、定位销309、防脱螺栓310、定位块311；

动力系统400；

主控台车01、机械臂台车02、机械臂0201、ND I台车03、手术器械04、髋臼锉05、骨盆参考架06、股骨定位架07。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本说明书所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

首先，需要说明的是，为了便于描述，上文的手术器械的磨锉装置，在下文以曲柄磨锉杆为例进行说明。

接下来，如图1至图7所示，本发明实施例提供了一种手术器械，包括曲柄磨锉杆100、夹持模块200、末端连接法兰300和动力系统400，用以通过上述功能结构之间配合作用，能够显著提高髋臼磨锉手术的自动化程度，进而有效提升髋臼磨锉准确性，提高髋臼杯假体植入的位置精准度；同时借助曲柄磨锉杆100，能够基于曲线形状更有效地减小患者体位或者人体组织对于磨锉工具的空间限制，进而提升手术的效率及效果；此外，还可在曲柄磨锉杆100增加髋臼窝磨锉时的力反馈模块，实时检测磨锉的力度，并控制磨锉动力系统输出的扭力，降低了对患者造成伤害的手术风险。具体设置如下：

请参考图1至图2，所述曲柄磨锉杆100用于安装髋臼锉，所述曲柄磨锉杆100包括内壳体、中杆101、连杆以及快拆头112。

其中，所述内壳体具有曲状安装空间，所述曲状安装空间包括依次延续相连的第一空间、第二空间和第三空间。

所述中杆101的一端设于所述第一空间内部，且所述中杆101的一端固接有第三转轴125，所述第三转轴125在远离所述中杆101的一端万向转动连接有第一转轴115。

所述连杆设于所述第二空间的内部，且所述连杆包括第一连杆117和第二连杆119，所述第一连杆117与所述第一转轴115之间固接相连，且所述第一连杆117与所述第二连杆119之间设有扭矩传感器118，所述第二连杆119在远离所述扭矩传感器118的一端固接有第二转轴120。

所述快拆头112的一端设于所述第三空间的内部，且所述快拆头112的一端与所述第二转轴120远离所述第二连杆119的一端之间万向转动连接；所述快拆头112的轴线与所述中杆101的轴线相互平行，所述连杆101的轴线与所述快拆头112的轴线和所述中杆101的轴线之间具有可变传动角度。

上述设置能够通过第三转轴125与第一转轴115之间以及第二转轴120与快拆头112之间的万向连接作用，有效改变外部动力输出到中杆101后的动力传导方向，进而能够有效减小患者体位或者人体组织对磨锉工具的空间限制，可有效避开患者的人体组织，使髋臼磨锉的刀具精准到达患者的髋臼窝内，以此可显著提升手术的精准度，提高了手术效率。同时，可通过扭矩传感器118作为髋臼窝磨锉时的力反馈模块，实时检测磨锉的力度，并控制磨锉动力系统输出的扭力，以避免将髋臼窝磨穿而损伤人体结构。更为具体的是：

所述曲柄磨锉杆100还包括第一滚珠轴承105、第二滚珠轴承106、第一顶丝107、复位弹簧108、拉环109、卡销110、第一轴销111、第二轴销113、第一万向块114、第一转轴115、第二顶丝116、扭矩传感器118、第二转轴120、第二万向块121、限位件122、第三滚珠轴承123、第四滚珠轴承124、第三转轴125、第一限位螺栓126、第二限位螺栓127以及第三顶丝128。

所述内壳体包括通过螺钉相组装的第一内壳102和所述第二内壳103，且所述内壳体为曲状外壳，所述曲状外壳内部具有曲状安装空间。

所述中杆101具有一个延伸方向，所述中杆101沿其延伸方向的一端与所述第三转轴125的一端之间通过所述第一顶丝107可分离式固接相连，所述第三转轴125的另一端与所述第一转轴115的一端分别通过定位销钉与所述第一万向块114转动相连，用以实现第三转轴125与第一转轴115之间可万向转动。

所述中杆101沿其延伸方向的一端外侧还套设有滑块104，所述内壳体的第一空间延伸至所述滑块104外侧，且所述第一空间的内壁与所述滑块104之间相装配固接；所述中杆101沿其延伸方向的另一端延伸穿过所述夹持模块200与所述动力系统400的动力输出端之间传动相连。

所述第一连杆117和所述第二连杆119均设于所述第二空间的内部，且所述第一连杆117的一端与所述第一转轴115的另一端通过所述第二顶丝116可分离式固接相连，所述第二连杆119设于所述第一连杆117背离所述第一转轴115的另一端，且所述第一连杆117与所述第二连杆119的一端之间通过螺钉可分离式固接设置有所述扭矩传感器118，用以通过扭矩传感器118作为髋臼窝磨锉时的力反馈模块的功能基础，实时检测反馈并以此控制磨锉动力系统输出的扭力，降低了对患者造成伤害的手术风险，提升了手术安全性。

所述第二连杆119的另一端与所述第二转轴120的一端之间通过所述第三顶丝128可分离式固接相连，所述第二转轴120的另一端与所述快拆头112分别通过定位销钉与所述第二万向块121转动相连，用以以此实现第二转轴120与快拆头112之间的可万向转动，提升了传动功能灵活性。

所述快拆头112的外侧滑动套设有所述拉环109，所述拉环109在朝向所述快拆头112背离所述第二转轴120的一侧端分别过盈配合设有所述第一轴销111和所述第二轴销113，用以通过第一轴销111和第二轴销113配合快拆头112有效定位安装磨锉工具；所述快拆头112内部设置有所述复位弹簧108，所述拉环109与所述快拆头112之间设有卡销110，用以通过顶住复位弹簧108的一端，同时限制拉环109始终处于功能位置，避免其弹向远离复位弹簧108的方向，所述快拆头112在对应所述复位弹簧108的另一端还固接有限位件122，用以通过限位件122顶住复位弹簧108的另一端。

所述第一滚珠轴承105和所述第二滚珠轴承106分别装配于所述第三转轴125的外侧，所述内壳体的第一空间延伸至所述第一滚珠轴承105和所述第二滚珠轴承106的外侧，且所述第一滚珠轴承105和所述第二滚珠轴承106均与所述第一空间的内壁之间传动装配。

所述第三滚珠轴承123和所述第四滚珠轴承124分别装配于所述快拆头112的外侧，所述内壳体的第三空间延伸至所述第三滚珠轴承123和所述第四滚珠轴承124的外侧，且所述第三空间与所述第三滚珠轴承123和所述第四滚珠轴承124之间传动装配固接，用以以此包裹中间结构件。

所述内壳体对应所述滑块104的部分与所述内壳体对应所述第三滚珠轴承123和所述第四滚珠轴承124的部分相平行设置，且所述内壳体的两部分之间设有倾斜角度为150°的倾斜部分，通过所述内壳体限制所述可变传动角度最大为150°，快拆头112的轴线与中杆101在其延伸方向上的轴线相互平行。

所述第一内壳102和所述第二内壳103分别一一对应固接设置有向外部延伸的第二限位螺栓127和第一限位螺栓126，用以通过第二限位螺栓127和第一限位螺栓126限制曲柄磨锉杆100相对于夹持模块200的位置。

请参考图4至图5，所述夹持模块200用于夹持曲柄磨锉杆100，所述夹持模块200包括基座201、限位前端202、夹持组件203和手柄204。

其中，所述基座201的顶部通过焊接固定有所述手柄204，所述手柄204与所述夹持组件203的一侧底部之间焊接固定，所述夹持组件203的另一侧通过螺钉固接设有所述限位前端202，所述中杆101延伸穿过所述夹持组件203；所述限位前端202的内部还开设有两个凹槽2021，所述第一限位螺栓126和所述第二限位螺栓127分别一一对应置于两个所述凹槽2021内，用以有效限制所述曲柄磨锉杆100的轴向位置以及所述外壳主体的旋转位置。

请参考图6至图7，所述末端连接法兰300用于使夹持模块200可通过末端连接法兰300与手术机器人的机械臂相连接，所述末端连接法兰300包括法兰盘301、定位槽302、标定组件303、锁紧手扭304、第一连接件305、卡环306、第二连接件307、外壳308、定位销309、防脱螺栓310和定位块311。

其中，所述法兰盘301的下部与机器人系统中的机械臂0201通过螺栓连接，且所述法兰盘301的上部通过螺钉固接有所述定位槽302，所述外壳308的上部与所述基座201之间通过螺钉固接，且所述外壳308的上部还螺合固接有所述定位销309，所述外壳308的下部通过螺钉固接有所述定位块311；所述法兰盘301与所述外壳308之间通过防脱螺栓310相固接，所述定位块311与所述定位槽302之间对应配合；所述卡环306为塑料材质，且所述卡环306利用过盈配合设于所述外壳308的内侧；所述外壳308的两侧分别焊接固定有所述第一连接件305和所述第二连接件307；所述标定组件303通过所述锁紧手扭304固定于所述第一连接件305，用以标定手术器械的实时位置。

所述标定组件303包括前端工具标定架3031、反光球3032和反光球安装柱3033；其中，所述反光球安装柱3033通过螺纹与所述前端工具标定组件3031可分离式固接相连，所述反光球3032固定安装于所述反光球安装柱3033。

请参考图8，本发明实施例还提供了一种髋臼磨锉反馈方法，具体包括以下过程：

通过曲柄磨锉杆100实时检测髋臼窝磨锉时的扭矩值，并将实测扭矩值传输给手术系统中工控机的数据采集处理模块，经过数据处理后，使磨锉扭矩值转换为数字信号，并反馈给动力系统400，当扭矩值高于阈值a时可初步判断已经磨削到患者的硬质骨部分，此时动力系统400中的电机部分会降速增扭，降低转速可确保患者的髋臼窝不会被过多磨削掉。

请参考图9，本发明实施例还提供了一种髋臼磨锉反馈系统，所述髋臼磨锉反馈系统实际为扭矩反馈系统，其包括电源模块、工控机、驱动模块、曲柄磨锉杆100、动力系统400、数据转换模块、信息存储模块以及LCD模块。

其中，所述电源模块分别与工控机、驱动模块、曲柄磨锉杆100、动力系统400和LCD模块之间通过电路相连，所述电源模块包括电源线缆、空气开关、滤波器、开关电源、蓄电池；机器人系统的电源线缆接入220V交流网电源，经过所述空气开关和所述滤波器，传送到所述开关电源，所述开关电源将220V交流电转换成24V和12V直流电；所述开关电源具有一个输入接口和六个输出接口，所述六个输出端口包含三个24V直流输出接口和三个12V直流输出接口；所述蓄电池接入24V直流输出接口，用于存储电能。

所述曲柄磨锉杆100用于连接髋臼锉和动力系统400，且所述曲柄磨锉杆100内部的扭矩传感器118能够实时采集髋臼窝磨锉过程中产生的扭矩值。

所述动力系统400，具有电机，所述电机的动能输出端与所述曲柄磨锉杆100之间传动相连，用于为曲柄磨锉杆100进行髋臼磨锉时提供动力。

所述工控机，用所述开关电源输出的24V直流电，位于主控台车01内，主要用于根据医生输入的控制指令，向所述动力系统400的驱动模块发送控制信号，并用于接收并处理所述扭矩传感器118反馈的数据信息；当接收到扭矩传感器118反馈的数据信息时，实时对比扭矩传感器118反馈的扭矩值，当扭矩值高于阈值a时，动力系统400中的电机部分会降速增扭。扭矩的阈值a是根据髋臼窝的骨质组成设置，髋臼窝磨锉的目的主要是去除骨赘及软骨部分，骨赘、软骨部分的磨削扭力值比硬质骨部分的磨削扭力值小，通过大量实验得出硬质骨部分的磨削扭力值中位数，此扭力值中位数即为所述的阈值a。

所述驱动模块，分别与所述工控机和所述动力系统400之间通过电路相连，所述驱动模块用所述开关电源输出的12V直流电，当髋臼窝磨削扭矩值高于阈值a时，所述驱动模块接收到所述工控机发出的控制命令，此时所述驱动模块会改变所述动力系统400的输入电流，通过改变输入电流值的大小，进而调整所述动力系统400中的电机的运行速度。

所述数据转换模块，分别与所述扭矩传感器118和所述工控机之间通过电路相连，所述数据转换模块用于将所述扭矩传感器118输出的电压值转换成数字信号，并将扭矩值的数字信号输出给所述工控机。

所述信息存储模块，与所述工控机之间通过电路相连，用于存储髋臼窝磨锉时产生的扭矩数据，术后可根据存储的扭矩数据，初步分析患者的骨质特征。

所述LCD模块，与所述工控机之间通过电路相连，用于显示动力系统的状态，主要显示动力系统启动或停止两种状态。

请参考图10，本发明实施例还提供了一种髋关节置换手术系统，包括通过电路相连的主控台车01、机械臂台车02、ND I台车03、手术器械04、髋臼锉05、骨盆参考架06和股骨定位架07。

其中，所述主控台车01，用于根据医生输入的控制指令向所述机械臂台车02发送控制命令。

所述机械臂台车02，用于执行所述主控台车01发出的指令，辅助医生完成髋臼窝磨锉工作，所述机械臂台车02设置有机械臂0201。

所述ND I台车03，用于识别所述骨盆参考架06和所述股骨定位架07的位置，将位置信息发送给所述主控台车01。

所述手术器械04中的快拆头112上安装不同尺寸的髋臼锉05，用于患者髋臼窝磨削。

所述骨盆参考架06，用于标定患者的骨盆位置。

所述股骨定位架07，用于标定患者的股骨位置。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种手术器械的磨锉装置，其特征在于，包括：

内壳体，包括可分离式相固接的第一内壳和第二内壳，所述内壳体具有曲状安装空间；所述曲状安装空间包括依次延续相连的第一空间、第二空间和第三空间；所述第一空间与所述第二空间之间设有倾斜角度为150°的倾斜部，所述第二空间与所述第三空间之间设有倾斜角度为150°的倾斜部；

中杆，所述中杆具有一个延伸方向，且所述中杆沿其延伸方向分别具有第一端和第二端，所述中杆的第一端与动力系统之间传动相连，所述中杆的第二端设于所述第一空间的内部；

连杆，设于所述第二空间的内部；所述连杆包括第一连杆部分和第二连杆部分，所述第一连杆部分与所述第二连杆部分之间设有扭矩传感器；

用于连接髋臼锉的快拆头，其一端设于所述第三空间的内部；所述中杆的第二端与第三转轴的一端之间通过第一顶丝可分离式固接相连；所述第三转轴的另一端与第一转轴的一端之间设有第一万向块，且所述第三转轴与所述第一转轴之间通过所述第一万向块万向转动相连；所述第一连杆部分的一端与所述第一转轴的另一端通过第二顶丝可分离式固接相连，所述扭矩传感器通过螺钉可分离式固接设于所述第一连杆部分的另一端与所述第二连杆部分的一端之间，且所述扭矩传感器反馈检测磨锉扭矩值；

所述第二连杆部分的另一端与第二转轴的一端之间通过第三顶丝可分离式固接相连，所述第二转轴的另一端与所述快拆头的一端之间设有第二万向块，且所述第二转轴与所述快拆头之间通过所述第二万向块万向转动相连；

所述快拆头的轴线与所述中杆的轴线相互平行，所述连杆的轴线与所述快拆头的轴线和所述中杆的轴线之间具有可变传动角度；通过所述内壳体限制所述可变传动角度最大为150°；

所述手术器械的磨锉装置还包括拉环、复位弹簧、卡销和限位件；

所述快拆头的外侧滑动套设有拉环，所述拉环在朝向所述快拆头背离所述第二转轴的一侧端分别过盈配合设有第一轴销和第二轴销；

所述快拆头内部设置有所述复位弹簧，所述拉环与所述快拆头之间设有卡销，通过所述卡销限位所述复位弹簧的一端，同时限制所述拉环的功能位置；所述快拆头在对应所述复位弹簧的另一端还固接有限位件，通过所述限位件限位所述复位弹簧的另一端。

2.根据权利要求1所述的手术器械的磨锉装置，其中，

所述第三转轴分别传动装配有第一滚珠轴承和第二滚珠轴承，所述第一滚珠轴承和所述第二滚珠轴承均与所述第一空间的内壁之间传动装配；

所述快拆头分别传动装配有第三滚珠轴承和第四滚珠轴承，所述第三滚珠轴承和所述第四滚珠轴承均与所述第三空间的内壁之间传动装配；

所述中杆的第二端外侧还滑动套设有滑块，所述第一空间延伸至所述滑块外侧，且所述第一空间的内壁与所述滑块之间相装配固接。

3.根据权利要求2所述的手术器械的磨锉装置，其中，

所述内壳体对应所述滑块的部分与所述内壳体对应所述第三滚珠轴承和所述第四滚珠轴承的部分相平行设置。

4.一种手术器械，其特征在于，包括如权利要求1-3任一项所述的手术器械的磨锉装置；所述手术器械还包括：

夹持模块，包括夹持组件；

所述中杆延伸穿过所述夹持组件，所述夹持组件的另一侧固接有限位前端，所述限位前端的内部开设有两个凹槽，所述第一内壳和所述第二内壳分别一一对应固接设置有向外部延伸的第一限位螺栓和第二限位螺栓，所述第一限位螺栓和所述第二限位螺栓分别一一对应置于两个所述凹槽内；

末端连接法兰，与所述夹持组件之间相固接，所述夹持组件通过所述末端连接法兰与外部手术机器人的机械臂传动相连；

动力系统，与所述手术器械的磨锉装置之间传动相连；

所述中杆的第一端延伸穿过所述夹持模块与所述动力系统的动力输出端之间传动相连。

5.根据权利要求4所述的手术器械，其中，

所述夹持模块还包括基座，所述基座的顶部固定有手柄，且所述手柄固定于所述夹持组件的一侧底部；

所述末端连接法兰包括法兰盘、标定组件、锁紧手扭、外壳和防脱螺栓；

所述法兰盘的下部与外部机器人系统中的机械臂相固接，且所述法兰盘的上部固接有定位槽；所述外壳的下部固接有定位块，所述法兰盘与所述外壳之间通过所述防脱螺栓相固接，所述定位块与所述定位槽之间对应配合；所述外壳的上部与所述基座之间相固接，且所述外壳的上部还螺合固接有定位销；

所述外壳的侧部固定有连接件；所述标定组件通过所述锁紧手扭固定于所述连接件；

所述标定组件包括前端工具标定架、四个反光球和四个反光球安装柱；

四个所述反光球安装柱分别通过螺纹与所述前端工具标定架之间可分离式固接相连，且四个所述反光球分别一一对应固定于四个所述反光球安装柱。

6.一种应用于如权利要求4-5任一项所述的手术器械的反馈系统，其特征在于，所述反馈系统包括电源模块、工控机、驱动模块、数据转换模块、信息存储模块以及LCD模块；所述电源模块分别与工控机、驱动模块、手术器械的磨锉装置、动力系统和LCD模块之间通过电路相连；

所述电源模块包括电源线缆、空气开关、滤波器、开关电源、蓄电池；

外部机器人系统的电源线缆接入220V交流网电源，经过所述空气开关和所述滤波器，传送到所述开关电源，所述开关电源将220V交流电转换成24V和12V直流电；所述开关电源具有一个输入接口和六个输出接口，所述六个输出接口包含三个24V直流输出接口和三个12V直流输出接口；所述蓄电池接入24V直流输出接口，用于存储电能；

所述手术器械的磨锉装置用于连接髋臼锉和所述动力系统，且所述手术器械的磨锉装置内部的扭矩传感器实时采集髋臼窝磨锉过程中产生的扭矩值；

所述动力系统，具有电机，所述电机的动能输出端与所述手术器械的磨锉装置之间传动相连，用于为手术器械的磨锉装置进行髋臼磨锉时提供动力；

所述工控机，用所述开关电源输出的24V直流电，位于主控台车内，用于根据医生输入的控制指令，向所述动力系统的驱动模块发送控制信号，并用于接收并处理所述扭矩传感器反馈的数据信息；当接收到扭矩传感器反馈的数据信息时，实时对比扭矩传感器反馈的扭矩值，当扭矩值高于特定阈值时，所述动力系统中的电机降速增扭；

所述特定阈值根据髋臼窝的骨质组成设置，髋臼窝磨锉的目的是去除骨赘及软骨部分，骨赘、软骨部分的磨削扭力值比硬质骨部分的磨削扭力值小，通过大量实验计算得出硬质骨部分的磨削扭力值中位数，此扭力值中位数即为所述特定阈值；

所述驱动模块，分别与所述工控机和所述动力系统之间通过电路相连，所述驱动模块用所述开关电源输出的12V直流电，当髋臼窝磨削扭矩值高于特定阈值时，所述驱动模块接收到所述工控机发出的控制命令，此时所述驱动模块改变所述动力系统的输入电流，通过改变输入电流值的大小，调整所述动力系统中的电机的运行速度；

所述数据转换模块，分别与所述扭矩传感器和所述工控机之间通过电路相连，所述数据转换模块用于将所述扭矩传感器输出的电压值转换成数字信号，并将扭矩值的数字信号输出给所述工控机；

所述信息存储模块，与所述工控机之间通过电路相连，用于存储髋臼窝磨锉时产生的扭矩数据，术后根据存储的扭矩数据分析患者的骨质特征；

所述LCD模块，与所述工控机之间通过电路相连，用于显示动力系统的状态，显示动力系统启动或停止两种状态。

7.一种手术机器人系统，其特征在于，包括如权利要求4-5任一项所述的手术器械，所述手术机器人系统还包括：

主控台车，用于根据输入的控制指令发送控制命令；

机械臂台车，用于执行所述主控台车发出的控制命令，辅助完成髋臼窝磨锉工作，所述机械臂台车设置有机械臂；

骨盆参考架，用于标定患者的骨盆位置；

股骨定位架，用于标定患者的股骨位置；

NDI台车，用于识别所述骨盆参考架和所述股骨定位架的位置，将位置信息发送给所述主控台车；

所述主控台车、所述机械臂台车、所述NDI台车、所述手术器械、所述髋臼锉、所述骨盆参考架和所述股骨定位架之间通过电路相连。

Images