CN117064559A - 双面多自由度手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双面多自由度手术机器人，包括：主基座、驱动装置、移动装置、角度调节结构以及输出端固定套；驱动装置包括两个分别设置于主基座两相对安装面的驱动组件，移动装置包括两个分别设置于主基座两相对安装面的移动组件；位于主基座同一安装面的驱动组件和移动组件驱动连接，驱动组件用于驱动移动组件沿第一方向移动；两个移动组件均与角度调节结构驱动连接；角度调节结构包括两个分别与两个移动组件连接设置的角度调节组件，输出端固定套的两端分别与两个角度调节组件连接设置。本发明采用的是双平面驱动小型化机械臂结构，机械臂结构在手术中稳定性强，安全可靠，机械臂自带触摸显示屏，功能强，操作方便快捷。

Description

双面多自由度手术机器人

技术领域

本发明涉及骨科手术设备技术领域，具体地，涉及一种双面多自由度手术机器人，尤其是一种双平面四自由度骨科导航定位手术机器人。

背景技术

目前市场上骨科手术设备分三部分组成：主控台车、机械手臂台车以及双目影像台车，每一个部分的台车都是大体积，重量也重，不便于运输，操作不方便，在手术过程中需要多人配合才能完成手术，操作效率比较低，而且经常会出现操作失误给患者带来伤害，虽然目前主流的骨科手术设备都配置专用的机械臂，工作范围比较大，但是机器臂的精度并不是很高，骨科手术设备配置的都是6自由度的机械手臂，机械臂的每个关节长度也比较长，每个关节都有单独的电机驱动，由于在手术中每个关节都是联动的，这样对机械臂的刚性，运动控制算法要求都特别高，而且还要通过影像来完成术前和术中的导航定位，这样就很难精准定位，且串联机械臂容易掉落。

现有的四自由度双平面机器人体积重量较大，不能满足轻便的需求，且结构刚性不足，对目标通道的把持力不够，除此之外，现有的四自由度机构在移动路径上多为敞口设计，容易有异物或血液飞溅进入设备内部，不能满足医用器械的结构的密闭性。针对以上问题，本申请在减小了设备体积和重量的基础上同时在增加了机械刚性，同时又实现了机构的完全密闭性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双面多自由度手术机器人。

根据本发明提供的一种双面多自由度手术机器人，包括：主基座、驱动装置、移动装置、角度调节结构以及输出端固定套；

所述驱动装置包括两个分别设置于所述主基座两相对安装面的驱动组件，所述移动装置包括两个分别设置于所述主基座两相对安装面的移动组件；

位于所述主基座同一安装面的所述驱动组件和所述移动组件驱动连接，所述驱动组件用于驱动所述移动组件沿第一方向移动；

两个所述移动组件均与所述角度调节结构驱动连接，所述移动组件用于沿第二方向驱动所述角度调节结构的整体或部分移动；所述角度调节结构包括两个分别与两个所述移动组件连接设置的角度调节组件，所述输出端固定套的两端分别与两个所述角度调节组件连接设置。

优选的，所述输出端固定套连接医用结构；

所述医用结构包括套筒夹组件、定位空心套筒以及套筒参考架；

所述定位空心套筒设置在所述套筒夹组件上，所述套筒参考架设置在所述定位空心套筒上；

所述定位空心套筒可拆卸设置在所述套筒夹组件上，所述定位空心套筒能够沿其中轴线方向调整在所述套筒夹组件上的位置；

所述套筒参考架转动设置在所述定位空心套筒上，转动轴线为所述定位空心套筒的中轴线；

所述套筒夹组件与所述输出端固定套连接设置。

优选的，所述驱动组件包括第一驱动电机、第一直线导轨以及第一移动滑块；

所述第一直线导轨沿所述第一方向设置在所述主基座，所述第一移动滑块滑动设置在所述第一直线导轨上；

所述移动组件与所述第一驱动电机和所述第一移动滑块连接设置，所述第一驱动电机驱动所述移动组件沿所述第一方向移动。

优选的，所述移动组件包括第一底座、第二驱动电机、第二直线导轨以及第二移动滑块；

所述第二直线导轨沿所述第二方向设置在所述第一底座上，所述第二移动滑块滑动设置在所述第二直线导轨上；所述第二驱动电机设置在所述第一底座上；

所述角度调节结构与所述第二驱动电机和所述第二移动滑块连接设置，所述第二驱动电机驱动所述角度调节结构的整体或部分沿所述第二方向移动；

所述第一驱动电机与所述第一底座连接设置。

优选的，所述移动组件还包括连接件；

所述第一驱动电机通过所述连接件连接所述第一底座，所述第一驱动电机用于能够驱动所述第一底座沿所述第一方向移动。

优选的，所述移动组件还包括第一同步轮、同步带以及第二同步轮；

所述第二驱动电机的输出端朝向所述移动组件的边缘设置，所述第二驱动电机的输出轴连接所述第一同步轮，所述第一同步轮与所述第二同步轮通过所述同步带连接。

优选的，两个所述角度调节组件分别为第一角度调节组件和第二角度调节组件；

所述第一角度调节组件包括第一输出端滑块和第一连接关节；所述第一输出端滑块包括第一输出端滑块座和第一固定块，所述第一连接关节包括第一关节件和第一转轴；

所述第一固定块与所述第一输出端滑块座固定连接，所述第一关节件以所述第一方向为转轴转动设置在所述第一固定块上，所述第一转轴以所述第二方向为转轴转动设置在所述第一关节件上；

所述第二角度调节组件包括第二输出端滑块和第二连接关节；所述第二输出端滑块包括第二输出端滑块座和第二固定块，所述第二连接关节包括第二关节件和第二转轴；

所述第二固定块与所述第二输出端滑块座固定连接，所述第二关节件以所述第一方向为转轴转动设置在所述第二固定块上，所述第二转轴以所述第二方向为转轴转动设置在所述第二关节件上；

两个所述移动组件分别连接所述第一输出端滑块座和第二输出端滑块座；

所述输出端固定套包括固定套和导轨；所述导轨设置在所述固定套上，所述导轨的一端与所述第一转轴铰接连接，所述导轨的另一端与所述第二转轴活动连接。

优选的，所述移动组件上设置有防尘外罩壳和防尘带；

所述防尘外罩壳的内部有移动组件腔体，所述移动组件设置于所述移动组件腔体中，所述防尘外罩壳上沿所述第二方向设置有移动槽；

所述移动槽位置处设置有所述防尘带，所述防尘带的至少一部分位于所述第一固定块和所述第一输出端滑块座之间，所述第一固定块和所述第一输出端滑块座沿所述防尘带的长度方向滑动。

优选的，所述第一固定块包括第一固定块主体部和第一固定块凹陷部；

所述第一输出端滑块座上设有与所述第一固定块凹陷部相配合的第一输出端滑块座凸出部；

所述防尘带的至少一部分位于所述第一输出端滑块座凸出部和所述第一固定块凹陷部之间，所述第一输出端滑块座凸出部与所述第一固定块主体部固定连接。

优选的，还包括壳体，所述壳体与所述主基座固定连接；

所述壳体与所述主基座之间设有安装空间，所述驱动组件和所述移动组件的至少一部分设置在所述安装空间中。

优选的，还包括导航系统，所述导航系统包括路径规划模块、导航定位模块、控制模块以及显示模块；

所述驱动组件和所述移动组件均与所述控制模块通信连接；所述导航定位模块与所述路径规划模块、所述控制模块及所述显示模块通信连接；

所述路径规划模块用于根据治疗方案规划导航路径；所述导航定位模块用于识别和追踪与需手术部位有固定位置关系的示踪器，并根据示踪器的位置定位到目标位置；所述控制模块被配置为控制所述驱动组件和所述移动组件的运行；所述显示模块被配置为显示所述输出端固定套或所述输出端固定套与固定位置关系的位置的运行轨迹。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供的小机器人设备在传统的X/Y直线模组结构里，把四层的四自由度结构做到两层，在行程相同的前提下把机器人本体体积做到了最小，在保证了传统X/Y模组结构刚性好的基础上，解决了悬臂刚性不足的问题；该设备在手术中稳定性强，安全可靠，操作方便快捷；

2、本发明体积小，重量轻，精度高，快速拆装，体积小给术者的手术操作带来极大的便利，不会遮挡太多空间；重量轻能够方便快速转移术中使用位置；快速拆装减少整体手术准备时间；在术中医生可单人操作，减少操作台和手术太交叉操作，该设备携带方便易于拆卸、保存和转移到其他手术室，并且可安装在床旁，占地少且不需要经常挪动；

3、在设置了导航系统时，本发明的设备术中定位、导航等各类功能齐全，触摸屏显示器使人因工程操作简单方便，使用场景广泛（骨科、神外、普外、泌尿等多科室），对使用环境无特殊要求，普通基层医院的各类手术室同样适用；

4、本发明的设备带闭环的控制电机，可以测试和控制电机的速度，精确的到达治疗位置，制作成本低；机械结构的设计兼顾安全性，有效减少故障率及故障处理难度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为双面多自由度手术机器人的整体结构示意图；

图2为一个实施例示出的双面多自由度手术机器人的结构示意图；

图3为突出显示驱动组件和移动组件的双面多自由度手术机器人的结构示意图；

图4为结构带上套筒参考架的双面多自由度手术机器人的爆炸示意图；

图5为结构带上套筒参考架的双面多自由度手术机器人的侧视图；

图6为结构带上套筒参考架的双面多自由度手术机器人的主视图；

图7为结构带上套筒参考架的双面多自由度手术机器人的俯视图；

图8为两个驱动组件驱动幅度不同时的双面多自由度手术机器人的状态示意图一；

图9为两个驱动组件驱动幅度不同时的双面多自由度手术机器人的侧视图一；

图10为两个驱动组件驱动幅度不同时的双面多自由度手术机器人的状态示意图二；

图11为两个驱动组件驱动幅度不同时的双面多自由度手术机器人的侧视图二；

图12为两个移动组件驱动幅度不同时的双面多自由度手术机器人的状态示意图一；

图13为两个移动组件驱动幅度不同时的双面多自由度手术机器人的侧视图一；

图14为两个移动组件驱动幅度不同时的双面多自由度手术机器人的主视图二；

图15为两个移动组件驱动幅度不同时的双面多自由度手术机器人的状态示意图二；

图16为两个移动组件驱动幅度不同时的双面多自由度手术机器人的侧视图一；

图17为两个移动组件驱动幅度不同时的双面多自由度手术机器人的主视图二；

图18为第一输出端滑块座和第一关节件的爆炸示意图;

图19为突出显示第一输出端滑块座与防尘带位置关系的结构示意图一；

图20为突出显示第一输出端滑块座与防尘带位置关系的结构示意图二；

图21为突出显示第一输出端滑块座与防尘带位置关系的结构示意图三。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

如图1~21所示，本实施例提供一种双面多自由度手术机器人，包括：主基座3、驱动装置、移动装置、角度调节结构以及输出端固定套8，驱动装置包括两个分别设置于主基座3两相对安装面的驱动组件1，移动装置包括两个分别设置于主基座3两相对安装面的移动组件2，位于主基座3同一安装面的驱动组件1和移动组件2驱动连接，驱动组件1用于驱动移动组件2沿第一方向移动，两个移动组件2均与角度调节结构驱动连接，移动组件2用于沿第二方向驱动角度调节结构的整体或部分移动；角度调节结构包括两个分别与两个移动组件2连接设置的角度调节组件，输出端固定套8的两端分别与两个角度调节组件连接设置。第一方向和第二方向相垂直。第一方向为X轴方向，第二方向为Y轴方向。

本实施例中，主基座3两相对安装面分别为上安装面（或上表面）和下安装面（或下表面），上安装面为图5中的A安装面，下安装面为图5中的B安装面。

输出端固定套8连接医用结构，医用结构包括套筒夹组件9、定位空心套筒10以及套筒参考架11，定位空心套筒10可拆卸连接在套筒夹组件9上，定位空心套筒10能够沿其中轴线方向调整在套筒夹组件9上的位置，套筒参考架11套设在在定位空心套筒10的内部空腔中，套筒参考架11能够沿定位空心套筒10的轴线转动，固定套801与套筒夹组件9可转动连接。

驱动组件1包括第一驱动电机102、第一直线导轨104以及第一移动滑块105，第一直线导轨104沿X轴方向设置在主基座3，第一移动滑块105滑动设置在第一直线导轨104上，移动组件与第一驱动电机102和第一移动滑块105连接设置，第一驱动电机102驱动移动组件沿X轴方向移动。

驱动组件1还包括第一丝杆106和第一丝杆螺母套103，第一丝杆106的一端与第一驱动电机102的输出端连接设置，第一丝杆螺母套103螺纹连接设置在第一丝杠106上，第一丝杆106的长度方向与X轴方向相平行，移动组件与第一丝杆螺母套103连接设置。

驱动组件1还包括设置在主基座3上的第一电机固定座101，第一驱动电机102通过第一电机固定座101固定在主基座3上。

移动组件2包括第一底座201、第二驱动电机202、第二直线导轨208以及第二移动滑块209，第二直线导轨208沿Y轴方向设置在第一底座201上，第二移动滑块209滑动设置在第二直线导轨208上；第二驱动电机202设置在第一底座201上，角度调节结构与第二驱动电机202和第二移动滑块209连接设置，第二驱动电机202驱动角度调节结构的整体或部分沿Y轴方向移动，第一驱动电机102与第一底座201连接设置。

移动组件2还包括连接件210，第一驱动电机102通过连接件210连接第一底座201，第一驱动电机102用于能够驱动第一底座201沿X轴方向移动。第一丝杆螺母套103与连接件210连接设置，连接件210与第一底座201固定连接。

连接件201固定连接第一移动滑块105和第一丝杆螺母套103，第一移动滑块105沿X轴方向移动时，能够带动移动连接件210沿X轴方向移动，从而带动整个移动组件2沿X轴方向移动。即第一驱动电机102驱动移动组件2沿X轴方向移动。

移动组件2还包括第一同步轮204、同步带205以及第二同步轮213，第二驱动电机202的输出端朝向移动组件2的边缘设置，第二驱动电机202的输出轴连接第一同步轮204，第一同步轮204与第二同步轮213通过同步带205连接。

移动组件还包括第二丝杆203和第二丝杆螺母套207，第二同步轮213设置在第二丝杆203的一端，第二丝杆螺母套207螺纹连接设置在第二丝杆203上，第二丝杆203的长度方向与Y轴方向相平行，角度调节结构与第二丝杆螺母套207连接设置。

移动组件还包括设置在主基座3上的第一丝杆固定座206、第二电机固定座211以及第二丝杆固定座212，第二丝杆203的两端通过轴承分别转动设置在第一丝杆固定座206和第二丝杆固定座212上，第二驱动电机202通过第二电机固定座211固定在主基座3上。

两个角度调节组件分别为第一角度调节组件6和第二角度调节组件7，第一角度调节组件6包括第一输出端滑块和第一连接关节，第一输出端滑块包括第一输出端滑块座601和第一固定块602，第一连接关节包括第一关节件603和第一转轴604，第一固定块602与第一输出端滑块座601固定连接，第一关节件603以X轴方向为转轴转动设置在第一固定块602上，第一转轴604以Y轴方向为转轴转动设置在第一关节件603上，第二角度调节组件7包括第二输出端滑块和第二连接关节，第二输出端滑块包括第二输出端滑块座701和第二固定块702，第二连接关节包括第二关节件703和第二转轴704，第二固定块702与第二输出端滑块座701固定连接，第二关节件703以X轴方向为转轴转动设置在第二固定块702上，第二转轴704以Y轴方向为转轴转动设置在第二关节件703上，两个移动组件2分别连接第一输出端滑块座601和第二输出端滑块座701，输出端固定套8包括固定套801和导轨802，导轨802设置在固定套801上，导轨802与第一转轴604铰接连接，与第二转轴704活动连接。

第一输出端滑块座601和第二输出端滑块座701分别与两个移动组件2的第二丝杆螺母套207和第二移动滑块209连接设置。第二转轴704上设置有滑动穿孔，导轨802的一端穿过滑动穿孔。

移动组件2上设置有防尘外罩壳12和防尘带13，防尘外罩壳12的内部有移动组件腔体，移动组件2设置于移动组件腔体中，防尘外罩壳12上沿Y轴方向设置有移动槽，移动槽位置处设置有防尘带13，防尘带13的至少一部分位于第一固定块602和第一输出端滑块座601之间，第一固定块602和第一输出端滑块座601沿防尘带13的长度方向滑动。第一固定块602包括第一固定块主体部6021和第一固定块凹陷部6022，第一输出端滑块座601上设有与第一固定块凹陷部6022相配合的第一输出端滑块座凸出部6011，防尘带13的至少一部分位于第一输出端滑块座凸出部6011和第一固定块凹陷部6022之间，第一输出端滑块座凸出部6011与第一固定块主体部6021固定连接。

第一输出端滑块座601和第一固定块602之间采用第一输出端滑块座凸出部6011与第一固定块凹陷部6022配合夹设防尘带13，第一输出端滑块座凸出部6011与第一固定块凹陷部6022通过上下两侧的圆弧状连接结构（圆弧状连接结构为图19中的M部分，N部分为隐藏掉的第一固定块凹陷部6022的位置）连接，可以使其为最小的间隙的结构设计，并增加第一输出端滑块座601和第一固定块602之间的连接强度，提高产品的寿命，圆弧状连接结构不影响第一输出端滑块座601和第一固定块602沿着防尘带滑动。第一固定块凹陷部6022滑动的时候会与防尘带摩擦，因此第一固定块凹陷部6022采用摩擦力小的材质，例如塑料，降低与钢带的摩擦力，减少损耗。如果没有圆弧状连接结构，第一输出端滑块座凸出部6011与第一固定块凹陷部6022之间的连接部分很小，容易断，不牢固，采用圆弧状可以增加牢度。

利用防尘外罩壳和伸出悬臂截面的紧密配合，再加上悬臂横向移动路径上采用防尘带密封，从而实现了整机自由移动机构的完全密闭，避免有异物或血液飞溅进入设备内部。

壳体与主基座3固定连接，壳体与主基座3之间设有安装空间，驱动组件1和移动组件2的至少一部分设置在安装空间中。

壳体包括上盖4和第二底座5，主基座3设置在第二底座5上，上盖4设置在主基座3上，主基座3与第二底座5之间和上盖4与主基座3之间均形成有安装空间，上盖4和第二底座5上均设置有移出孔，驱动组件1沿X轴方向驱动移动组件2时，防尘外壳能够通过移出孔移出安装空间。

本实施例的结构结合手术使用场景特点，充分利用小机器人工作时伸出的悬臂空间，将传统的两层X/Y直线移动模组的传动构件丝杆、滑轨等布局在同一平面内变成层，然后把X/Y移动模组中沿着机器人本体向前移动的直线模组构件作为悬臂的组成部分一起伸出，从而达到将传统的四层的四自由度X/Y直线模组变为两层，最终实现在没有增加小机器人本体长、宽尺寸的前提下将小机器人的厚度尺寸减小了一半。本实施例利用外罩壳和伸出悬臂截面的紧密配合再加上悬臂横向移动路径上采用钢带密封从而实现了整机四自由移动机构的完全密闭。

如图3所示，X轴方向为X轴方向，Y轴方向为Y轴方向，各坐标轴中的箭头方向为正方向，沿X轴方向移动，即为沿X轴的正负方向移动，沿Y轴方向移动，即为沿Y轴的正负方向移动。

以A安装面为例，沿X轴方向的驱动过程如下：第一驱动电机102驱动第一丝杆106转动，在第一丝杆106转动时，在螺纹作用下，第一丝杆螺母套103在第一丝杆106上沿X轴方向移动，第一丝杆螺母套103通过连接件210带动第一底座201沿X轴方向运动，第一底座201带动整个移动组件2在第一直线导轨104上沿X轴方向滑动，移动组件2带动第一输出端滑块座601沿X轴方向运动，进而带动第一固定块602、第一关节件603沿X轴方向运动，实现输出端固定套8的位置变化或姿态的调整；

以A安装面为例，沿Y轴方向的驱动过程如下：第二驱动电机202驱动第一同步轮204转动，第一同步轮204转动通过同步带205带动第二同步轮213转动，第二同步轮213带动第二丝杆203转动，在螺纹作用下，第二丝杆螺母套207在第二丝杆203上沿Y轴方向移动，第二丝杆螺母套207带动第一输出端滑块座601沿第二直线导轨208滑动，即第二丝杆螺母套207带动第一输出端滑块座601沿Y轴方向运动，第一输出端滑块座601带动第一固定块602、第一关节件603沿Y轴方向运动，实现输出端固定套8的位置变化或姿态的调整；

在B安装面，驱动过程与A安装面相同，不再重复。

如图3、5、6、7所示，在X轴方向上，A安装面的驱动组件1驱动第一丝杆螺母套103移动的距离和B安装面的驱动组件1驱动第一丝杆螺母套103移动的距离相同，在Y轴方向上，A安装面的移动组件2驱动第二丝杆螺母套207移动的距离和B安装面的移动组件2驱动第二丝杆螺母套207移动的距离相同，实现定位空心套筒10和套筒参考架11整体沿X轴方向和\或Y轴方向的移动，第一固定块602和第二固定块702，在X轴方向的位置点和在Y轴方向上的位置点均相同，固定套801为沿Z轴方向的竖直状态；此时，定位空心套筒10和套筒参考架11保持初始状态。

如图8和图9所示，在X轴正方向上，A安装面的驱动组件1驱动第一丝杆螺母套103移动的距离小于B安装面的驱动组件1驱动第一丝杆螺母套103移动的距离（A安装面的驱动组件1的驱动距离可为零，即不进行驱动），在Y轴方向上，A安装面的移动组件2驱动第二丝杆螺母套207移动的距离和B安装面的移动组件2驱动第二丝杆螺母套207移动的距离相同（两者的驱动距离均可为零，即不进行驱动），第一固定块602和第二固定块702，在X轴方向上的位置点不同，在Y轴方向上位置点相同，第一关节件603和第二关节件703在X轴方向上的发生错位，固定套801通过第一转轴604和第二转轴704以Y轴为转动轴线实现转动，固定套801为沿X轴负方向转动；此时，定位空心套筒10和套筒参考架11向X轴负方向发生转动。

如图10和图11所示，在X轴正方向上，A安装面的驱动组件1驱动第一丝杆螺母套103移动的距离大于B安装面的驱动组件1驱动第一丝杆螺母套103移动的距离（B安装面的驱动组件1的驱动距离可为零，即不进行驱动），在Y轴方向上，A安装面的移动组件2驱动第二丝杆螺母套207移动的距离和B安装面的移动组件2驱动第二丝杆螺母套207移动的距离相同（两者的驱动距离均可为零，即不进行驱动），第一固定块602和第二固定块702，在X轴方向上的位置点不同，在Y轴方向上的位置点相同，第一关节件603和第二关节件703在X轴方向上的发生错位，固定套801通过第一转轴604和第二转轴704以Y轴为转动轴线实现转动，固定套801为沿X轴正方向转动；此时，定位空心套筒10和套筒参考架11向X轴正方向发生转动。

如图12~14所示，在X轴方向上，A安装面的驱动组件1驱动第一丝杆螺母套103移动的距离和B安装面的驱动组件1驱动第一丝杆螺母套103移动的距离相同（两者的驱动距离均可为零，即不进行驱动），在Y轴正方向上，A安装面的移动组件2驱动第二丝杆螺母套207移动的距离小于B安装面的移动组件2驱动第二丝杆螺母套207移动的距离（A安装面的移动组件2的驱动距离可为零，即不进行驱动），第一固定块602和第二固定块702，在X轴方向上的位置点相同，在Y轴方向上位置点不同，第一关节件603和第二关节件703通过第一固定块602和第二固定块702上的轴承14以X轴为转动轴线实现转动，进而带动固定套801转动，固定套801为沿Y轴负方向转动；此时，定位空心套筒10和套筒参考架11向Y轴负方向发生转动。

如图15~17所示，在X轴方向上，A安装面的驱动组件1驱动第一丝杆螺母套103移动的距离和B安装面的驱动组件1驱动第一丝杆螺母套103移动的距离相同（两者的驱动距离均可为零，即不进行驱动），在Y轴正方向上，A安装面的移动组件2驱动第二丝杆螺母套207移动的距离大于B安装面的移动组件2驱动第二丝杆螺母套207移动的距离（B安装面的移动组件的驱动距离可为零，即不进行驱动），第一固定块602和第二固定块702，在X轴方向上的位置点相同，在Y轴方向上位置点不同，第一关节件603和第二关节件703通过第一固定块602和第二固定块702上的轴承14以X轴为转动轴线实现转动，进而带动固定套801转动，固定套801为沿Y轴正方向转动；此时，定位空心套筒10和套筒参考架11向Y轴正方向发生转动。

本实施例的设备在手术过程中，设备靠近手术位置，利用设备自带的触摸屏幕，通过双目影像设备，把采集到的数据反馈到屏幕上，这样医生就非常方便的操作设备来给患者做手术，能够更清楚的看清手术位置，不会因为医生误操作等行为给患者产生额外的伤害。

实施例2：

本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1的更为具体的说明。

本实施例提供一种双平面四自由度骨科导航定位手术机器人，包括主基座3、主基座3上下安装面上的两个驱动组件1、主基座3上下安装面上的两个移动组件2、带人机交互屏幕组件的上盖4、底座5、输出端滑块、连接关节、输出端固定套8、套筒夹组件9、定位空心套筒10、套筒参考架11等主要部分组成。

当主基座3上表面侧的第一驱动电机102开始工作的时候，第一驱动电机102带动第一丝杆螺母套103向X方向前后移动，第一丝杆螺母套103前进后退带动移动组件2前后移动。移动组件2的第一底座201上安装有沿Y轴方向设置的第二驱动电机202，第二驱动电机202的输出端朝向第一底座201的边缘设置，第二驱动电机202的输出轴连接第一同步轮204，第一同步轮204通过同步带205连接第二同步轮213，第二同步轮213与第二丝杆203连接，第二驱动电机202与第二丝杆203并排设置。该设计可以使第二丝杆螺母套207具有在Y轴方向上的最大的行程，即手术机器人在Y方向上具有最大的移动路径，能够节省空间，做到手术机器人的体积尽量小。

主基座3上表面侧安装X轴方向带有丝杆的第一驱动电机102、第一丝杆螺母套103，第一丝杆螺母套103的作用是把电机的转动转化为直线运动，第一直线导轨104，第一移动滑块105，第一丝杆螺母套103和移动组件2的连接件210相连接，连接件210又与X轴方向的第一移动滑块105连接，连接件210用来推动整体往右移动。

当Y轴方向的第二驱动电机202工作时，第二直线导轨208上的第二移动滑块209就会沿着Y轴方向移动，第一输出端滑块座601一端是和Y轴方向的第二丝杆螺母套207固定，另一端和Y轴方向的第二移动滑块209固定，第一输出端滑块座601的侧面是和第一固定块602连接，第一关节件603通过X轴方向的转轴和第一固定块602连接，第一关节件603通过竖直导轨802和输出端的固定套801相连接，固定套801和套筒夹组件9连接，定位空心套筒10固定在套筒夹组件9里面，套筒参考架11和定位空心套筒10相固定，定位空心套筒10的位置是根据输出端滑块的位置移动而变化的。当主基座3上表面侧的第一驱动电机102和移动组件2上的第二驱动电机202同时工作时，定位空心套筒10的位置可以在水平方向前后，左右同时移动。

定位空心套筒10的内部有空腔，允许手术钻、植入螺钉、上钉器、导丝等穿过，用于建立手术、后续进行手术操作，例如钻孔、置钉、穿刺、内窥镜手术等骨科微创术式。因为本实施例是骨科导航定位手术机器人，套筒的位置需要在三维空间自由移动，为了使套筒能在三维空间的任意位置移动，本实施例设计了双平面的移动组件，通过上下表面的驱动组件1和移动组件2的X轴方向的电机和Y轴方向的电机联动，产生X轴方向的位置差和Y轴方向的位置差，最终形成了三维空间的任意角度的位置。

两个驱动组件1可以是相同的模组，两个移动组件2可以是相同的模组，它们的驱动方式，运动模式都是一样的，只是安装的位置不一样，一个在主基座3的上表面侧，一个在主基座3的下表面侧。两个移动组件2是通过输出端固定套801和竖直导轨802连接，竖直导轨802的一侧固定在第一转轴604上，第一转轴604和第一关节件603相连接，竖直导轨802的另外一侧与下表面的移动组件的第二转轴704相连接，第二转轴704与第二关节件703相连接，输出端的固定套801的轴线和定位空心套筒10的轴线是在同一个平面，并保持平行关系，定位空心套筒10的位置是随固定套801的位置姿态而移动。

第一输出端滑块座601和第二输出端滑块座701在Y轴的中心位置静止不动，下表面侧的驱动组件1的第一驱动电机102开始工作，驱动下表面的移动组件2向正X方向移动，这是定位空心套筒10的下端开口朝X的正方向（如图8所示），如果下表面侧的电机驱动下表面的移动组件向负X方向移动，此时的套筒开口朝X的负方向（如图10所示），因此，理论上沿X的旋转角度可以无限接近180°，但实际应用中，限于实际设备的尺寸及手术环境，套筒在X轴的空间角度在正负45°的范围内就够了。

上表面的移动组件2的Y轴方向的驱动电机使输出端滑块向Y轴正方向移动，此时下表面的移动组件2的Y轴方向的驱动电机使输出端的滑块向Y轴负方向移动，此时定位空心套筒10的下端开口朝Y轴负方向。当上表面的移动组件2的Y轴方向的驱动电机使输出端的滑块向Y轴的负方向移动，下表面的移动组件2的Y轴方向的驱动电机使输出端的滑块向Y轴正方向移动，此时定位空心套筒10的下端开口朝Y轴的正方向。

当上表面侧驱动组件1的X轴方向的第一驱动电机102开始工作，上表面侧移动组件2的Y轴方向的第二驱动电机202开始工作，以及下表面侧驱动组件1的X轴方向的电机开始工作，下表面侧移动组件2的Y轴方向的电机开始工作，四个驱动电机同时工作，套筒可以固定在三维空间范围内的任意位置，位置角度定好后，还可以X轴正负方向移动，同时Y轴方向也可以正负移动，这样能够以不同的姿态到达病灶的任何位置。由于该设备体积小，可以固定到手术床边轨上，上表面侧的X轴运动和上表面侧的移动组件的Y轴运动，上表面的驱动组件1和移动组件2和下表面的驱动组件1和移动组件2同时运动，输出端滑块分别沿着X轴和Y轴方向移动，然后引导套筒的位置和姿态，实现骨科手术中的导向定位功能，辅助医生完成打孔，植入锥弓针的手术。

实施例3：

本实施例与实施例1的不同之处在于，手术机器人还包括导航系统，导航系统包括路径规划模块、导航定位模块、控制模块以及显示模块；

驱动组件1和移动组件2均与控制模块通信连接；导航定位模块与路径规划模块、控制模块及显示模块通信连接；路径规划模块用于根据治疗方案规划导航路径；导航定位模块用于识别和追踪与需手术部位有固定位置关系的示踪器，并根据示踪器的位置定位到目标位置；控制模块被配置为控制驱动组件1和移动组件2的运行；显示模块被配置为显示输出端固定套8或输出端固定套8与固定位置关系的位置的运行轨迹。

导航定位模块被配置为识别和跟踪定位空心套筒10上设置的追踪阵列，并根据追踪阵列的位置定位到目标位置；路径规划模块被配置为根据治疗方案规划导航路径，并将该导航路径指令传输至控制模块和显示模块；所述控制模块与第一驱动电机102、第二驱动电机202通信连接，所述控制模块被配置为控制所述第一驱动电机102和第二驱动电机202的转动，包括其转动的方向和速度；所述显示模块被配置为显示导航路径、机器人的运行轨迹及目标位置。

本实施例的机构为了在骨科手术前能够更加精准的找到病灶位置，甚至在术中又能起来非常好的导航定位作用，所以在设计上采用了扁平的双平面四自由度的结构，每个自由度都是用电机的闭环控制，能监测到电机驱动的位置，配合高精密度的丝杆和直线导轨。所以在实施的过程中具有更好的稳定性和安全性。

本实施例应用双平面移动组件，控制输出端的导航定位部件能在三维空间在规定的工作区域范围内的任意角度停止来实现在骨科手术中的定位导航作用。

本实施例通过布局设计双平面的结构，使设备的体积变小、又通过电机的闭环控制，滚珠丝杆的传动，高精密度的直线导轨滑块模组，设备在工作运行时位置精度高，不变形，能精准的控制术中的位置。

本发明采用的是双平面驱动的小型化机械臂，机械臂在手术中稳定性强，安全可靠，机械臂自带触摸显示屏，功能强，操作方便快捷。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (11)

1.一种双面多自由度手术机器人，其特征在于，包括：主基座（3）、驱动装置、移动装置、角度调节结构以及输出端固定套（8）；

所述驱动装置包括两个分别设置于所述主基座（3）两相对安装面的驱动组件（1），所述移动装置包括两个分别设置于所述主基座（3）两相对安装面的移动组件（2）；

位于所述主基座（3）同一安装面的所述驱动组件（1）和所述移动组件（2）驱动连接，所述驱动组件（1）用于驱动所述移动组件（2）沿第一方向移动；

两个所述移动组件（2）均与所述角度调节结构驱动连接，所述移动组件（2）用于沿第二方向驱动所述角度调节结构的整体或部分移动；所述角度调节结构包括两个分别与两个所述移动组件（2）连接设置的角度调节组件，所述输出端固定套（8）的两端分别与两个所述角度调节组件连接设置。

2.根据权利要求1所述的双面多自由度手术机器人，其特征在于，所述输出端固定套（8）连接医用结构；

所述医用结构包括套筒夹组件（9）、定位空心套筒（10）以及套筒参考架（11）；

所述定位空心套筒（10）设置在所述套筒夹组件（9）上，所述套筒参考架（11）设置在所述定位空心套筒（10）上；

所述定位空心套筒（10）可拆卸设置在所述套筒夹组件（9）上，所述定位空心套筒（10）能够沿其中轴线方向调整在所述套筒夹组件（9）上的位置；

所述套筒参考架（11）转动设置在所述定位空心套筒（10）上，转动轴线为所述定位空心套筒（10）的中轴线；

所述套筒夹组件（9）与所述输出端固定套（8）连接设置。

3.根据权利要求1所述的双面多自由度手术机器人，其特征在于，所述驱动组件（1）包括第一驱动电机（102）、第一直线导轨（104）以及第一移动滑块（105）；

所述第一直线导轨（104）沿所述第一方向设置在所述主基座（3），所述第一移动滑块（105）滑动设置在所述第一直线导轨（104）上；

所述移动组件与所述第一驱动电机（102）和所述第一移动滑块（105）连接设置，所述第一驱动电机（102）驱动所述移动组件沿所述第一方向移动。

4.根据权利要求3所述的双面多自由度手术机器人，其特征在于，所述移动组件（2）包括第一底座（201）、第二驱动电机（202）、第二直线导轨（208）以及第二移动滑块（209）；

所述第二直线导轨（208）沿所述第二方向设置在所述第一底座（201）上，所述第二移动滑块（209）滑动设置在所述第二直线导轨（208）上；所述第二驱动电机（202）设置在所述第一底座（201）上；

所述角度调节结构与所述第二驱动电机（202）和所述第二移动滑块（209）连接设置，所述第二驱动电机（202）驱动所述角度调节结构的整体或部分沿所述第二方向移动；

所述第一驱动电机（102）与所述第一底座（201）连接设置。

5.根据权利要求4所述的双面多自由度手术机器人，其特征在于，所述移动组件（2）还包括连接件（210）；

所述第一驱动电机（102）通过所述连接件（210）连接所述第一底座（201），所述第一驱动电机（102）用于能够驱动所述第一底座（201）沿所述第一方向移动。

6.根据权利要求4所述的双面多自由度手术机器人，其特征在于，所述移动组件（2）还包括第一同步轮（204）、同步带（205）以及第二同步轮（213）；

所述第二驱动电机（202）的输出端朝向所述移动组件（2）的边缘设置，所述第二驱动电机（202）的输出轴连接所述第一同步轮（204），所述第一同步轮（204）与所述第二同步轮（213）通过所述同步带（205）连接。

7.根据权利要求1所述的双面多自由度手术机器人，其特征在于，两个所述角度调节组件分别为第一角度调节组件（6）和第二角度调节组件（7）；

所述第一角度调节组件（6）包括第一输出端滑块和第一连接关节；所述第一输出端滑块包括第一输出端滑块座（601）和第一固定块（602），所述第一连接关节包括第一关节件（603）和第一转轴（604）；

所述第一固定块（602）与所述第一输出端滑块座（601）固定连接，所述第一关节件（603）以所述第一方向为转轴转动设置在所述第一固定块（602）上，所述第一转轴（604）以所述第二方向为转轴转动设置在所述第一关节件（603）上；

所述第二角度调节组件（7）包括第二输出端滑块和第二连接关节；所述第二输出端滑块包括第二输出端滑块座（701）和第二固定块（702），所述第二连接关节包括第二关节件（703）和第二转轴（704）；

所述第二固定块（702）与所述第二输出端滑块座（701）固定连接，所述第二关节件（703）以所述第一方向为转轴转动设置在所述第二固定块（702）上，所述第二转轴（704）以所述第二方向为转轴转动设置在所述第二关节件（703）上；

两个所述移动组件（2）分别连接所述第一输出端滑块座（601）和第二输出端滑块座（701）；

所述输出端固定套（8）包括固定套（801）和导轨（802）；所述导轨（802）设置在所述固定套（801）上，所述导轨（802）的一端与所述第一转轴（604）铰接连接，所述导轨（802）的另一端与所述第二转轴（704）活动连接。

8.根据权利要求7所述的双面多自由度手术机器人，其特征在于，所述移动组件（2）上设置有防尘外罩壳（12）和防尘带（13）；

所述防尘外罩壳（12）的内部有移动组件腔体，所述移动组件（2）设置于所述移动组件腔体中，所述防尘外罩壳（12）上沿所述第二方向设置有移动槽；

所述移动槽位置处设置有所述防尘带（13），所述防尘带（13）的至少一部分位于所述第一固定块（602）和所述第一输出端滑块座（601）之间，所述第一固定块（602）和所述第一输出端滑块座（601）沿所述防尘带（13）的长度方向滑动。

9.根据权利要求8所述的双面多自由度手术机器人，其特征在于，所述第一固定块（602）包括第一固定块主体部（6021）和第一固定块凹陷部（6022）；

所述第一输出端滑块座（601）上设有与所述第一固定块凹陷部（6022）相配合的第一输出端滑块座凸出部（6011）；

所述防尘带（13）的至少一部分位于所述第一输出端滑块座凸出部（6011）和所述第一固定块凹陷部（6022）之间，所述第一输出端滑块座凸出部（6011）与所述第一固定块主体部（6021）固定连接。

10.根据权利要求1所述的双面多自由度手术机器人，其特征在于，还包括壳体，所述壳体与所述主基座（3）固定连接；

所述壳体与所述主基座（3）之间设有安装空间，所述驱动组件（1）和所述移动组件（2）的至少一部分设置在所述安装空间中。

11.根据权利要求1所述的双面多自由度手术机器人，其特征在于，还包括导航系统，所述导航系统包括路径规划模块、导航定位模块、控制模块以及显示模块；

所述驱动组件（1）和所述移动组件（2）均与所述控制模块通信连接；所述导航定位模块与所述路径规划模块、所述控制模块及所述显示模块通信连接；

所述路径规划模块用于根据治疗方案规划导航路径；所述导航定位模块用于识别和追踪与需手术部位有固定位置关系的示踪器，并根据示踪器的位置定位到目标位置；所述控制模块被配置为控制所述驱动组件（1）和所述移动组件（2）的运行；所述显示模块被配置为显示所述输出端固定套（8）或所述输出端固定套（8）与固定位置关系的位置的运行轨迹。