CN115998396A - 冗余并联长骨骨折复位机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种冗余并联长骨骨折复位机器人，旨在缓解相关技术中手术机器人复位操作不够精确、有些断骨的位置难以达到以及复位操作中可能造成医源性损伤的技术问题。该冗余并联长骨骨折复位机器人包括移动平台以及依次设置于移动平台上的冗余驱动基座、并联执行机构和夹持机构，其中，设置于冗余驱动基座的并联执行机构可实现冗余驱动，从而增大了机器人的位置与姿态工作空间，提高了机构的灵活度，规避了机构的奇异点，使其位姿更加容易控制。

Description

冗余并联长骨骨折复位机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种冗余并联长骨骨折复位机器人。

背景技术

传统的长骨骨折复位手术中，需要多次利用X光影像技术获得实时的骨折两端的位置，然后医生根据得到的位置信息直接手动复位，或者借助简易的牵引机构辅助复位，但这两种操作方式均高度依赖医生的临床手术经验，且对医生体能有较高要求。另外，由于用到了X光影像技术，医生在手术过程中暴露在X射线中的时间较长，长此以往，医生受到的伤害逐渐累积，将严重影响身体健康。

随着机器人技术以及医学影像导航技术的发展，采用机器人进行骨折复位手术获得了越来越多的关注，相比传统的骨折复位手术，利用手术机器人进行手术具有显著的优势：

一是手术机器人具有优秀的术前规划能力，能在进入手术室之前先行制定好手术方案，按制定路径进行复位操作；二是利用手术机器人进行远程操作，能大量减少医生暴露在X射线中的时间，有效地保护医护人员的健康；三是手术机器人的操作力可控，且定位精度高，能有效完成精确定位的同时，减少了对医生经验和体能的依赖。

现阶段使用的长骨骨折复位机器人大多采用Stewart并联机构，该机构具有刚度大、精确度高、承载能力强等特点，但与此同时，我们也知道，受限于结构，Stewart并联机构的动平台只有6自由度，工作空间相对较小，且在有限空间内存在低操作性区域和奇异位形，从而导致基于该机构的手术机器人复位操作不够精确，有些断骨的位置难以达到，复位操作中可能造成医源性损伤等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冗余并联长骨骨折复位机器人，以缓解相关技术中手术机器人复位操作不够精确、有些断骨的位置难以达到以及复位操作中可能造成医源性损伤的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：

本发明提供的冗余并联长骨骨折复位机器人，包括：移动平台以及依次设置于所述移动平台上的冗余驱动基座、并联执行机构和夹持机构；

所述冗余驱动基座包括安装盘、水平驱动组件和倾斜驱动组件，其中，所述水平驱动组件和所述倾斜驱动组件二者均具有方向相反的第一端和第二端；

所述安装盘与所述移动平台连接；

多个所述水平驱动组件绕所述安装盘的轴线间隔分布，并与所述安装盘转动连接，用以绕所述安装盘的轴线转动；

所述倾斜驱动组件与所述水平驱动组件一一对应，且二者呈角度设置，所述倾斜驱动组件的第一端与所述水平驱动组件的移动部铰接，并能够于所述水平驱动组件的带动下，在所述水平驱动组件的第一端和第二端之间做垂直于所述安装盘轴线方向的直线运动；

所述并联执行机构包括动平台、第一驱动支链和第二驱动支链；

所述动平台与所述安装盘间隔分布；

所述第一驱动支链设有多组，并对应铰接于所述水平驱动组件远离所述安装盘轴线的第一端与所述倾斜驱动组件的第二端之间；

所述第二驱动支链与所述倾斜驱动组件一一对应，所述第二驱动支链的一端与所述倾斜驱动组件的移动部铰接，并能够于所述倾斜驱动组件的带动下，在所述倾斜驱动组件的第一端和第二端之间做直线运动，另一端铰接于所述动平台；

所述夹持机构设置于所述动平台，用于夹持长骨以及穿设克氏针。

进一步的，所述冗余驱动基座还包括圆柱连接座和滑块；

所述圆柱连接座固定于所述安装盘，且所述圆柱连接座的轴线与所述安装盘的轴线重合；

所述安装盘的上表面设有绕所述安装盘的轴线延伸的环形滑轨，所述滑块与所述水平驱动组件一一对应，并与所述环形滑轨滑动配合；

所述水平驱动组件的第一端固定连接于所述滑块，第二端与所述圆柱连接座的侧面滑动连接，用以沿所述圆柱连接座的周向滑动。

进一步的，所述移动平台包括驱动控制箱和升降机构；

所述驱动控制箱分别与所述升降机构、所述冗余驱动基座和所述并联执行机构电连接；

所述升降机构设置于所述驱动控制箱顶部，并与所述安装盘传动连接，用于带动所述安装盘沿其自身轴向移动，或绕穿过所述安装盘且与所述安装盘处于同一平面的直线转动。

进一步的，所述升降机构包括四根呈阵列分布的升降杆；

所述安装盘的底面设有与所述升降杆对应铰接的旋转副，其中，相邻两个所述旋转副与所述安装盘固定连接，另两个所述旋转副滑动连接于所述安装盘，且滑动方向与所述旋转副的铰接轴线相垂直。

进一步的，所述第一驱动支链设有三组，且每组中包括两个所述第一驱动支链；

两个所述第一驱动支链的同方向的一端均与所述倾斜驱动组件的第二端球铰接，以形成第一支撑端，三个所述第一支撑端分别与三个所述倾斜驱动组件连接；

两个所述第一驱动支链的同方向的另一端间隔分布，并均与所述滑块通过虎克铰连接，以形成第二支撑端，三个所述第二支撑端分别与三个所述滑块连接。

进一步的，所述第二驱动支链的一端为第三支撑端，三个所述第三支撑端分别与三个所述倾斜驱动组件的移动部铰接；

所述第二驱动支链的另一端与所述动平台球铰接，以形成第四支撑端，三个所述第四支撑端沿所述动平台的周向间隔且均匀分布。

进一步的，所述夹持机构包括固定支架；

所述固定支架呈弧形，沿所述固定支架的延伸方向，所述固定支架上设有多个间隔分布的安装孔；

两个所述固定支架相对设置，并配置成在复位工况下，围合形成用于夹持长骨的容纳空间。

进一步的，所述夹持机构还包括开合驱动组件；

所述固定支架与所述动平台滑动连接；

所述开合驱动组件与所述固定支架传动连接，用于带动两个所述固定支架相向或相背移动。

进一步的，所述开合驱动组件包括直线传动件、滑动轴和传动杆；

所述直线传动件设置于所述动平台，所述直线传动件的移动部的移动方向与所述动平台的轴向一致；

所述滑动轴设置于所述直线传动件的固定部，并沿垂直于所述直线传动件的移动部的移动方向延伸；

所述固定支架套设于所述滑动轴，并可沿所述滑动轴的延伸方向滑动；

所述传动杆的一端与所述直线传动件的移动部铰接，另一端铰接于所述固定支架。

进一步的，所述夹持机构还包括伸缩杆和紧固件；

所述伸缩杆连接于两个所述固定支架远离所述动平台的端部之间；

所述紧固件设置于所述固定支架，并配置成在所述伸缩杆伸缩到位后，固定两个所述固定支架。

综合上述技术方案，本发明提供的冗余并联长骨骨折复位机器人所能实现的技术效果在于：

在本申请中，水平驱动组件设置于安装盘，并可绕安装盘的轴线转动；倾斜驱动组件的第一端与水平驱动组件的移动部铰接，则该移动部运动时可同步带动该第一端做直线运动；第一驱动支链铰接于水平驱动组件的第一端与倾斜驱动组件的第二端之间，则在第一驱动支链启动的工况下，倾斜驱动组件可绕其与水平驱动组件之间的铰接轴线转动；第二驱动支链的一端与倾斜驱动组件的移动部铰接，则在该移动部运动时可同步带动第二驱动支链的该端做直线运动，由此可以看出，第二驱动支链的该端具有4个自由度。另外，动平台与第二驱动支链的另一端铰接，在第二驱动支链启动的工况下，动平台可以实现向上或向下的倾斜翻转，由此，动平台具有了5n个自由度，整体属于冗余驱动。

由以上可以看出，设置于冗余驱动基座的并联执行机构实现了冗余驱动，而通过冗余驱动能让动平台顺利通过3RRS机构无法到达的位置与姿态，从而使夹持机构的工作范围得到提升。相较于现有技术，该复位机器人的位置与姿态工作空间得到了提高，同时也提高了其机构的灵活度，规避了机构的奇异点，使其位姿更加容易控制，如此，应用该机器人进行长骨骨折复位手术时，复位操作的精确度提高，避免了复位操作中的医源性损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体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，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为本发明实施例提供的冗余并联长骨骨折复位机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的冗余并联长骨骨折复位机器人的移动平台之上各结构的示意图；

图3为本发明实施例提供的冗余并联长骨骨折复位机器人的冗余驱动基座的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的冗余并联长骨骨折复位机器人的安装盘的仰视图；

图5为本发明实施例提供的冗余并联长骨骨折复位机器人中夹持机构的安装示意图。

图标：100-移动平台；110-驱动控制箱；120-升降机构；130-万向轮；121-升降杆；

200-冗余驱动基座；210-安装盘；220-水平驱动组件；230-倾斜驱动组件；240-圆柱连接座；250-滑块；260-虎克铰；211-环形滑轨；212-旋转副；

300-并联执行机构；310-动平台；320-第一驱动支链；330-第二驱动支链；

400-夹持机构；410-固定支架；420-开合驱动组件；430-伸缩杆；440-紧固件；411-安装孔；421-直线传动件；422-滑动轴；423-传动杆；

500-克氏针。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

目前，基于Stewart并联机构的手术机器人存在复位操作不够精确，有些断骨的位置难以达到，复位操作中可能造成医源性损伤等技术问题。

有鉴于此，本发明提供了一种冗余并联长骨骨折复位机器人，包括移动平台100以及依次设置于移动平台100上的冗余驱动基座200、并联执行机构300和夹持机构400；冗余驱动基座200包括安装盘210、水平驱动组件220和倾斜驱动组件230，其中，水平驱动组件220和倾斜驱动组件230二者均具有方向相反的第一端和第二端；安装盘210与移动平台100连接；多个水平驱动组件220绕安装盘210的轴线间隔分布，并与安装盘210转动连接，用以绕安装盘210的轴线转动；倾斜驱动组件230与水平驱动组件220一一对应，且二者呈角度设置，倾斜驱动组件230的第一端与水平驱动组件220的移动部铰接，并能够于水平驱动组件220的带动下，在水平驱动组件220的第一端和第二端之间做垂直于安装盘210轴线方向的直线运动；并联执行机构300包括动平台310、第一驱动支链320和第二驱动支链330；动平台310与安装盘210间隔分布；第一驱动支链320设有多组，并对应铰接于水平驱动组件220远离安装盘210轴线的第一端与倾斜驱动组件230的第二端之间；第二驱动支链330与倾斜驱动组件230一一对应，第二驱动支链330的一端与倾斜驱动组件230的移动部铰接，并能够于倾斜驱动组件230的带动下，在倾斜驱动组件230的第一端和第二端之间做直线运动，另一端铰接于动平台310；夹持机构400设置于动平台310，用于夹持长骨以及穿设克氏针500。

在本申请中，水平驱动组件220设置于安装盘210，并可绕安装盘210的轴线转动；倾斜驱动组件230的第一端与水平驱动组件220的移动部通过虎克铰260连接，则该移动部运动时可同步带动该第一端做直线运动；第一驱动支链320铰接于水平驱动组件220的第一端与倾斜驱动组件230的第二端之间，则在第一驱动支链320启动的工况下，倾斜驱动组件230可绕其与水平驱动组件220之间的铰接轴线转动；第二驱动支链330的一端与倾斜驱动组件230的移动部铰接，则在该移动部运动时可同步带动第二驱动支链330的该端做直线运动，由此可以看出，第二驱动支链330的该端具有4个自由度。另外，动平台310与第二驱动支链330的另一端铰接，在第二驱动支链330启动的工况下，动平台310可以实现向上或向下的倾斜翻转，由此，动平台310具有了5n个自由度，整体属于冗余驱动。

由以上可以看出，设置于冗余驱动基座200的并联执行机构300实现了冗余驱动，而通过冗余驱动能让动平台310顺利通过3RRS机构无法到达的位置与姿态，从而使夹持机构400的工作范围得到提升。相较于现有技术，该复位机器人的位置与姿态工作空间得到了提高，同时也提高了其机构的灵活度，规避了机构的奇异点，使其位姿更加容易控制，如此，应用该机器人进行长骨骨折复位手术时，复位操作的精确度提高，可以避免复位操作中的医源性损伤。

以下结合图1至图5对本实施例提供的冗余并联长骨骨折复位机器人的结构和形状进行详细说明：

进一步的，参考图1至图4，冗余驱动基座200还包括圆柱连接座240和滑块250；圆柱连接座240固定于安装盘210，且圆柱连接座240的轴线与安装盘210的轴线重合；安装盘210的上表面设有绕安装盘210的轴线延伸的环形滑轨211，滑块250与水平驱动组件220一一对应，并与环形滑轨211滑动配合；水平驱动组件220的第一端固定连接于滑块250，第二端与圆柱连接座240的侧面滑动连接，用以沿圆柱连接座240的周向滑动。

继续参考图1至图4，安装盘210为圆盘，圆柱连接座240固定于圆盘的中心处；环形滑轨211绕圆盘的中心轴线延伸一周；滑块250设有三个，与环形滑轨211滑动配合；水平驱动组件220采用滚珠丝杠，并对应设有三个，在这里，通过电机驱动丝杠转动，从而带动螺母即移动部做直线移动；滚珠丝杠的第一端与滑块250固定连接，第二端插设于圆柱连接座240侧面的滑槽内，并与该滑槽滑动配合。滑块250沿环形滑轨211滑动时，同步带动水平驱动组件220绕圆柱连接座240的轴线转动。倾斜驱动组件230亦采用滚珠丝杠，与水平驱动组件220原理相同，此处不再赘述。

需要补充的是，在上述中，滑槽内固定有三个挡板，三个挡板绕圆柱连接座240的轴线间隔且均匀分布，使滑槽被等分为三个子滑槽，三个滚珠丝杠与三个子滑槽对应滑动配合，滑动角度范围为120°。这样一来，挡板实现了对滑块250滑动以及滚珠丝杠转动的锁止，同时避免了在三个滑块250分别滑动时，相互之间发生干涉。另外，滑块250的滑动由电机带动。具体的，可在滑块250的外弧面设置与齿轮配合的传动齿，使滑块250与齿轮形成类似于齿轮齿条的结构，这样一来，齿轮随电机的输出轴转动时，将同步带动滑块250转动，为保证滑块250与齿轮的持续啮合，可绕圆柱连接座240的轴线设置多组电机、齿轮。

进一步的，参考图1，移动平台100包括驱动控制箱110和升降机构120；驱动控制箱110分别与升降机构120、冗余驱动基座200和并联执行机构300电连接；升降机构120设置于驱动控制箱110顶部，并与安装盘210传动连接，用于带动安装盘210沿其自身轴向移动，或绕穿过安装盘210且与安装盘210处于同一平面的直线转动。

继续参考图1，驱动控制箱110为集驱动板、控制板、线束及其他电气设备为一体的电控总成，用于控制该复位机器人中所涉及到的驱动器，如电机；驱动控制箱110的底部安装有万向轮130，升降机构120设置于驱动控制箱110的顶部，包括四根呈阵列分布的升降杆121，分别由直线电机驱动。

上述设计中，万向轮130为整个复位机器人提供了平移能力，可调整复位机器人位置，使复位机器人距离手术床更近，方便进行手术，另外，复位机器人运动到指定位置时，可锁止万向轮130，使复位机器人固定在该位置。升降杆121可调节安装盘210的垂直位置及俯仰程度，使夹持机构400的位置可以对准到病人长骨远端，以便进行复位手术。

具体的，参考图1和图4，安装盘210的底面设有与升降杆121对应铰接的旋转副212，其中，相邻两个旋转副212与安装盘210固定连接，另两个旋转副212滑动连接于安装盘210，且滑动方向与旋转副212的铰接轴线相垂直。

继续参考图1和图4，与可滑动的旋转副212连接的两个升降杆121的伸缩程度区别于另外两个升降杆121时，对应旋转副212将做直线运动，这样一来，安装盘210将产生翻转，在水平状态和倾斜状态之间变化或倾斜程度改变，由此即实现安装盘210的俯仰，从而使复位机器人能适应不同临床场景的使用。

进一步的，参考图1和图2，第一驱动支链320设有三组，且每组中包括两个第一驱动支链320；两个第一驱动支链320的同方向的一端均与倾斜驱动组件230的第二端球铰接，以形成第一支撑端，三个第一支撑端分别与三个倾斜驱动组件230连接；两个第一驱动支链320的同方向的另一端间隔分布，并均与滑块250通过虎克铰260连接，以形成第二支撑端，三个第二支撑端分别与三个滑块250连接。

继续参考图1和图2，第一驱动支链320和第二驱动支链330均可采用直线电机，其中，相邻两个第一驱动支链320形成一组，上端为第一支撑端，三个第一支撑端分别与三个倾斜驱动组件230的第二端球铰接，下端为第二支撑端，三个第二支撑端分别与三个滑块250通过虎克铰260连接；第二驱动支链330的下端为第三支撑端，三个第三支撑端分别与三个倾斜驱动组件230的移动部铰接，上端为第四支撑端，三个第四支撑端均与动平台310球铰接，且三个铰接处沿动平台310的周向间隔且均匀分布。

上述设计中，两个第一驱动支链320与同一倾斜驱动组件230配合，为倾斜驱动组件230提供驱动的同时，亦给其提供了有效的支撑，局部受力更加合理，使得倾斜驱动组件230在第一驱动支链320的带动下能够稳定地进行转动，即实现对倾斜驱动组件230倾斜角度的精确调整；三个第二驱动支链330呈三角分布，拱卫动平台310，使得动平台310可以稳定地进行相关动作，实现对夹持机构400位置的精确调整；基于该设计，保证了冗余驱动基座200与并联执行机构300之间连接的稳定性。另外可以看出，冗余驱动基座200与并联执行机构300的配合，使得动平台310具有15个自由度，实现了冗余驱动，增大了机器人的位置与姿态工作空间，提高了机构的灵活度，规避了机构的奇异点，使其位姿更加容易控制。

需要补充的是，基于上述的冗余驱动基座200，可改善动平台310的运动性能，冗余驱动基座200可与不同类型的并联执行机构300配合，如3RRS等3支链并联机构。根据该基座具有9自由度的特点，安装在该基座上的并联执行机构300一定可以实现冗余驱动，使其作用在不同的场景，并且冗余驱动基座200能广泛提升并联执行机构300的工作空间，消除奇异性，实现对大部分并联执行机构300的性能优化。因此该基座具有通用性，可以运用在不同场合，改善并联机器人所具有的共性缺点，即位姿控制复杂、工作空间限制大、灵活度较小等问题。

进一步的，参考图1、图2和图5，夹持机构400包括固定支架410和开合驱动组件420；其中，固定支架410与动平台310滑动连接，且呈弧形，沿固定支架410的延伸方向，固定支架410上设有多个间隔分布的安装孔411，两个固定支架410相对设置，并配置成在复位工况下，围合形成用于夹持长骨的容纳空间；开合驱动组件420与固定支架410传动连接，用于带动两个固定支架410相向或相背移动。

具体的，参考图5，固定支架410上设有多个安装孔411，克氏针500可从任一安装孔411处穿入，并通过固定鞍固定在固定支架410上，克氏针500作为医疗用具，直接穿刺骨头实现对骨头的固定；动平台310上设有两个滑动槽，两个滑动槽关于动平台310的中心对称分布，两个固定支架410的底端均连接有滑动块，两个滑动块分别与两个滑动槽滑动配合。开合驱动组件420包括直线传动件421、滑动轴422和传动杆423，其中，直线传动件421设置于动平台310的中心处，直线传动件421的移动部的移动方向与动平台310的轴向一致；滑动轴422设置于直线传动件421的固定部，并沿垂直于直线传动件421的移动部的移动方向延伸；固定支架410套设于滑动轴422，并可沿滑动轴422的延伸方向滑动；传动杆423的一端与直线传动件421的移动部铰接，另一端铰接于固定支架410。

在这里，直线传动件421可采用滚珠丝杠，由电机带动丝杠旋转，螺母即移动部上下移动。电机正转时，假设此时的螺母向下移动，则两个传动杆423的下端随之向下，两上端沿滑动轴422相向滑动，由此带动两个固定支架410相向滑动，从而实现合围；对应地，电机反转时，螺母向上移动，则两个传动杆423的下端随之向上，两上端沿滑动轴422相背滑动，由此带动两个固定支架410相背滑动，使固定支架410打开。

采用上述设计，使固定支架410在驱动控制箱110的控制下具有了自动开合的能力，从而能够适配病人不同的腿围，以保证复位手术的顺利进行。这里的克氏针500仅为本申请的优选实施例，可以理解的是，基于本申请的原理，固定任何执行器均在本申请的保护范围内。

进一步的，继续参考图5，夹持机构400还包括伸缩杆430和紧固件440；伸缩杆430连接于两个固定支架410远离动平台310的端部之间；紧固件440设置于固定支架410，并配置成在伸缩杆430伸缩到位后，固定两个固定支架410。

具体的，两个固定支架410开合时，伸缩杆430对应伸长或收缩；紧固件440可采用螺栓和螺母，在两固定支架410的间距调整到位后，通过螺栓和螺母的配合，将两固定支架410锁定，保证了对长骨夹持的稳定性。

本实施例提供的冗余并联长骨骨折复位机器人的工作过程如下：

该复位机器人在使用时，移动平台100可以实现机器人整体在地面上的平移，安装盘210与升降杆121连接，可以调整整个并联执行机构300在垂直方向上的高度及其俯仰状况；环形滑轨211固定在安装盘210上，3个滑块250沿环形滑轨211运动可以使整个并联执行机构300进行120°回转运动，亦可通过滑块250的角度变化来调整动平台310的空间位置；倾斜驱动组件230一端连接在第一驱动支链320上，在第一驱动支链320为其提供驱动的同时，亦给其提供了有效的支撑，使局部受力更加合理；基于本发明设计的冗余驱动基座200，可在三个滑块250及三个倾斜驱动组件230上安装不同的并联执行机构300，使其作用在不同的场景，并且冗余驱动基座200能广泛提升并联执行机构300的工作空间、消除奇异性，实现大部分并联机构的性能优化。

在长骨骨折复位手术中，先行将手术床上的病人长骨近端固定好，然后推动移动平台100将整体机器人移动到手术床合适的位置，并调节安装圆盘的垂直位置及俯仰程度，使夹持机构400的位置对准到病人长骨远端，调节固定支架410的间距并将克氏针500钉入长骨远端，然后利用螺母将伸缩杆430固定；固定万向轮130让整体机器人位置不变，通过术前规划，冗余并联长骨骨折复位机器人可进行操作让长骨能实现空间内所有方向的转动和移动；驱动支链能为动平台310提供自由度的运动；冗余驱动基座200能为动平台310提供回转运动，当驱动支链所驱动的Stewart机构运动到奇异位型时，冗余驱动基座200通过滑块250、水平驱动组件220的移动部和倾斜驱动组件230的移动部让动平台310能顺利通过普通Stewart机构无法到达的位置与姿态，从而实现长骨远端运动路径的全覆盖，避免出现机器人无法达到的位姿。

相较于现有技术，本发明的冗余并联长骨骨折复位机器人，解决了现有技术中手术机器人位姿控制复杂、工作空间限制大、灵活度较小的问题，通过采用冗余驱动的方案，增大了手术机器人的位置与姿态工作空间，提高了机构的灵活度，规避了机构的奇异点使其位姿更加容易控制。

冗余驱动基座200具有9自由度，普通的动平台310一般最多只有6自由度，在该基座上的直线滑块250上安装的并联机构必可以实现冗余驱动，而通过冗余驱动可以增大机器人的位置与姿态工作空间，提高了机构的灵活度，规避了机构的奇异点使其工作空间更大。

利用冗余驱动基座200可改善动平台310的运动性能，冗余驱动基座200可用于不同的并联结构，如3RRS等3支链并联机构。而根据该基座具有9自由度的特点，安装在该基座上的并联机构一定可以实现冗余驱动，因此该机构具有通用性，可以运用在不同场合，改善并联机器人所具有的共性缺点，即位姿控制复杂、工作空间限制大、灵活度较小等问题。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种冗余并联长骨骨折复位机器人，其特征在于，包括：移动平台(100)以及依次设置于所述移动平台(100)上的冗余驱动基座(200)、并联执行机构(300)和夹持机构(400)；

所述冗余驱动基座(200)包括安装盘(210)、水平驱动组件(220)和倾斜驱动组件(230)，其中，所述水平驱动组件(220)和所述倾斜驱动组件(230)二者均具有方向相反的第一端和第二端；

所述安装盘(210)与所述移动平台(100)连接；

多个所述水平驱动组件(220)绕所述安装盘(210)的轴线间隔分布，并与所述安装盘(210)转动连接，用以绕所述安装盘(210)的轴线转动；

所述倾斜驱动组件(230)与所述水平驱动组件(220)一一对应，且二者呈角度设置，所述倾斜驱动组件(230)的第一端与所述水平驱动组件(220)的移动部铰接，并能够于所述水平驱动组件(220)的带动下，在所述水平驱动组件(220)的第一端和第二端之间做垂直于所述安装盘(210)轴线方向的直线运动；

所述并联执行机构(300)包括动平台(310)、第一驱动支链(320)和第二驱动支链(330)；

所述动平台(310)与所述安装盘(210)间隔分布；

所述第一驱动支链(320)设有多组，并对应铰接于所述水平驱动组件(220)远离所述安装盘(210)轴线的第一端与所述倾斜驱动组件(230)的第二端之间；

所述第二驱动支链(330)与所述倾斜驱动组件(230)一一对应，所述第二驱动支链(330)的一端与所述倾斜驱动组件(230)的移动部铰接，并能够于所述倾斜驱动组件(230)的带动下，在所述倾斜驱动组件(230)的第一端和第二端之间做直线运动，另一端铰接于所述动平台(310)；

所述夹持机构(400)设置于所述动平台(310)，用于夹持长骨以及穿设克氏针(500)。

2.根据权利要求1所述的冗余并联长骨骨折复位机器人，其特征在于，所述冗余驱动基座(200)还包括圆柱连接座(240)和滑块(250)；

所述圆柱连接座(240)固定于所述安装盘(210)，且所述圆柱连接座(240)的轴线与所述安装盘(210)的轴线重合；

所述安装盘(210)的上表面设有绕所述安装盘(210)的轴线延伸的环形滑轨(211)，所述滑块(250)与所述水平驱动组件(220)一一对应，并与所述环形滑轨(211)滑动配合；

所述水平驱动组件(220)的第一端固定连接于所述滑块(250)，第二端与所述圆柱连接座(240)的侧面滑动连接，用以沿所述圆柱连接座(240)的周向滑动。

3.根据权利要求1所述的冗余并联长骨骨折复位机器人，其特征在于，所述移动平台(100)包括驱动控制箱(110)和升降机构(120)；

所述驱动控制箱(110)分别与所述升降机构(120)、所述冗余驱动基座(200)和所述并联执行机构(300)电连接；

所述升降机构(120)设置于所述驱动控制箱(110)顶部，并与所述安装盘(210)传动连接，用于带动所述安装盘(210)沿其自身轴向移动，或绕穿过所述安装盘(210)且与所述安装盘(210)处于同一平面的直线转动。

4.根据权利要求3所述的冗余并联长骨骨折复位机器人，其特征在于，所述升降机构(120)包括四根呈阵列分布的升降杆(121)；

所述安装盘(210)的底面设有与所述升降杆(121)对应铰接的旋转副(212)，其中，相邻两个所述旋转副(212)与所述安装盘(210)固定连接，另两个所述旋转副(212)滑动连接于所述安装盘(210)，且滑动方向与所述旋转副(212)的铰接轴线相垂直。

5.根据权利要求2所述的冗余并联长骨骨折复位机器人，其特征在于，所述第一驱动支链(320)设有三组，且每组中包括两个所述第一驱动支链(320)；

两个所述第一驱动支链(320)的同方向的一端均与所述倾斜驱动组件(230)的第二端球铰接，以形成第一支撑端，三个所述第一支撑端分别与三个所述倾斜驱动组件(230)连接；

两个所述第一驱动支链(320)的同方向的另一端间隔分布，并均与所述滑块(250)通过虎克铰(260)连接，以形成第二支撑端，三个所述第二支撑端分别与三个所述滑块(250)连接。

6.根据权利要求5所述的冗余并联长骨骨折复位机器人，其特征在于，所述第二驱动支链(330)的一端为第三支撑端，三个所述第三支撑端分别与三个所述倾斜驱动组件(230)的移动部铰接；

所述第二驱动支链(330)的另一端与所述动平台(310)球铰接，以形成第四支撑端，三个所述第四支撑端沿所述动平台(310)的周向间隔且均匀分布。

7.根据权利要求1所述的冗余并联长骨骨折复位机器人，其特征在于，所述夹持机构(400)包括固定支架(410)；

所述固定支架(410)呈弧形，沿所述固定支架(410)的延伸方向，所述固定支架(410)上设有多个间隔分布的安装孔(411)；

两个所述固定支架(410)相对设置，并配置成在复位工况下，围合形成用于夹持长骨的容纳空间。

8.根据权利要求7所述的冗余并联长骨骨折复位机器人，其特征在于，所述夹持机构(400)还包括开合驱动组件(420)；

所述固定支架(410)与所述动平台(310)滑动连接；

所述开合驱动组件(420)与所述固定支架(410)传动连接，用于带动两个所述固定支架(410)相向或相背移动。

9.根据权利要求8所述的冗余并联长骨骨折复位机器人，其特征在于，所述开合驱动组件(420)包括直线传动件(421)、滑动轴(422)和传动杆(423)；

所述直线传动件(421)设置于所述动平台(310)，所述直线传动件(421)的移动部的移动方向与所述动平台(310)的轴向一致；

所述滑动轴(422)设置于所述直线传动件(421)的固定部，并沿垂直于所述直线传动件(421)的移动部的移动方向延伸；

所述固定支架(410)套设于所述滑动轴(422)，并可沿所述滑动轴(422)的延伸方向滑动；

所述传动杆(423)的一端与所述直线传动件(421)的移动部铰接，另一端铰接于所述固定支架(410)。

10.根据权利要求8所述的冗余并联长骨骨折复位机器人，其特征在于，所述夹持机构(400)还包括伸缩杆(430)和紧固件(440)；

所述伸缩杆(430)连接于两个所述固定支架(410)远离所述动平台(310)的端部之间；

所述紧固件(440)设置于所述固定支架(410)，并配置成在所述伸缩杆(430)伸缩到位后，固定两个所述固定支架(410)。

Images