CN205903308U - 一种骨科手术机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于医疗设备领域，提供了一种骨科手术机器人，所述骨科手术机器人包括机器人本体和固定在机器人本体上的机械臂、智能骨钻、通信模块、机械臂控制模块、智能骨钻控制模块、以及手术机器人电气控制模块，所述智能骨钻包括手术电钻、套接在手术电钻的电钻头的引导机构、推进机构、双目视觉识别系统、固定在手术电钻上的压力传感器和骨钻控制器，所述手术电钻、引导机构、双目视觉识别系统和压力传感器均安装在推进机构上，骨钻控制器分别与手术电钻、推进机构、双目视觉识别系统和压力传感器电连接。本实用新型的骨科手术机器人在导航基础上可以实现精确打孔功能，实现手术操作，从而提高手术的精度和稳定度，减轻医生的工作强度。

Description

一种骨科手术机器人

技术领域

本实用新型属于医疗设备领域，尤其涉及一种骨科手术机器人。

背景技术

随着交通运输业的不断发展，交通事故的发生也不断攀升，创伤已经成为全球的主要死因。目前国内外的骨科手术机器人虽然具有导航指引装置，但其只能完成对手术器械的辅助定位功能，在实际应用中并不能取代医生进行手术操作，虽然能够改善医生的劳动强度，但由于对手术的操作仍需要由医生完成，所以手术的准确性依然容易出现偏差，医生的劳动强度还是比较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种骨科手术机器人，旨在解决现有技术的骨科手术机器人只能完成对手术器械的辅助定位功能的问题。

本实用新型提供了一种骨科手术机器人，所述骨科手术机器人包括机器人本体和固定在机器人本体上的机械臂、固定在机械臂上的智能骨钻、通信模块、分别与机械臂和通信模块电连接的机械臂控制模块、分别与智能骨钻和通信模块电连接的智能骨钻控制模块、以及与智能骨钻控制模块和机械臂控制模块电连接的手术机器人电气控制模块，所述智能骨钻包括手术电钻、套接在手术电钻的电钻头的引导机构、推进机构、双目视觉识别系统、固定在手术电钻上的压力传感器和骨钻控制器，所述手术电钻、引导机构、双目视觉识别系统和压力传感器均安装在推进机构上，骨钻控制器分别与手术电钻、推进机构、双目视觉识别系统和压力传感器电连接。

进一步地，所述手术电钻包括电钻头和驱动电钻头运行的电钻电机，骨钻控制器与手术电钻的电钻电机电连接。

进一步地，所述推进机构包括骨钻底座、直线导轨、载物平台、驱动电机、联轴器和滚珠丝杠，直线导轨和滚珠丝杠安装在骨钻底座上，载物平台固定在直线导轨上，载物平台通过连接件与滚珠丝杠上的螺母连接，驱动电机安装在骨钻底座的后端，载物平台由驱动电机通过联轴器联接驱动。

进一步地，所述载物平台上安装有手术电钻固定板，手术电钻通过压力传感器安装在手术电钻固定板上。

进一步地，所述引导机构是安装在骨钻底座前端的套接在手术电钻的电钻头的套筒。

进一步地，所述双目视觉识别系统包括两个相机和固定两个相机的固定座，两个相机通过固定座安装在骨钻底座的前端下部。

进一步地，所述机械臂是六轴机械臂。

进一步地，所述六轴机械臂共有六个关节轴，由六个伺服电机直接通过谐波减速器、同步带轮驱动六个关节轴的旋转。

在本实用新型中，由于在现有技术的骨科手术机器人上把导航指引装置更换成智能骨钻，由于骨科手术机器人的智能骨钻包括双目视觉识别系统，骨钻控制器与双目视觉识别系统电连接。因此不仅可以让远端医生通过双目视觉识别系统观看到手术操作的实时图像，还可以通过双目视觉识别系统在手术机器人动作之前进行坐标定位用，具体为通过双目视觉识别系统识别安装在患者或者是手术床上的手术定位标识装置上的图标，建立手术定位标识装置的立体坐标，并将骨科手术机器人和智能骨钻的坐标统一到通过手术定位标识装置确定的立体坐标中，指引手术机器人的机器臂到达相应的坐标位置和位姿状态。因此，本实用新型的骨科手术机器人在导航基础上可以实现精确打孔功能，实现手术操作，从而提高手术的精度和稳定度，减轻医生的工作强度，避免诸如人的疲劳、精神压力等因素对手术的干扰。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的骨科手术机器人的分解图。

图2是本实用新型实施例提供的骨科手术机器人的立体图。

图3是本实用新型实施例提供的智能骨钻的分解图。

图4是本实用新型实施例提供的智能骨钻的立体图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

请参阅图1和图2，本实用新型实施例提供的骨科手术机器人包括机器人本体233和固定在机器人本体233上的机械臂232、固定在机械臂232上的智能骨钻231、通信模块235、分别与机械臂232和通信模块235电连接的机械臂控制模块239、分别与智能骨钻231和通信模块235电连接的智能骨钻控制模块236、以及与智能骨钻控制模块236和机械臂控制模块239电连接的手术机器人电气控制模块。所述机械臂232具体可以为六轴机械臂。

六轴机械臂232用于移动智能骨钻231到指定的手术位置。智能骨钻231用于对患者进行手术。机器臂控制模块239用于对六轴机械臂232进行控制。智能骨钻控制模块236对智能骨钻231进行控制。通信模块235可以是以太网交换机，以太网交换机用于把智能骨钻控制模块236和机械臂控制模块239等连接起来后与外部网络连接。手术机器人电气控制模块为整个骨科手术机器人提供电气控制。

六轴机械臂232共有六个关节轴，由六个伺服电机直接通过谐波减速器、同步带轮等驱动六个关节轴的旋转。因为六轴机械臂有六个轴，具有六个自由度，因此可以实现末端在机座关节的活动范围内以任意位姿到达任意空间位置。

六轴机械臂232的六个关节轴均采用相同的结构，采用两种不同大小的伺服电机，其中旋转轴(S轴)、下臂轴(L轴)、上臂轴(U轴)采用大伺服电机，手腕放转轴(R轴)、手腕摆动轴(B轴)和手腕回转轴(T轴)采用小伺服电机。关节轴的大小模拟人体手臂的比例大小。这样，可以方便地以任意姿态到达可达范围中的任意一个空间位置。

六轴机械臂232安装在机器人本体233的机器臂底座上。机器臂底座的末端为法兰，智能骨钻231通过法兰固定在六轴机械臂232上。智能骨钻231在六轴机械臂232到达指定位置后执行手术动作。

机器人本体233外部左右各有三色光带244一条，可以发出多种不同颜色的光，分别由机械臂控制模块239和智能骨钻控制模块236控制，指示六轴机械臂的工作状态和骨科机器人的工作状态。

机器人本体233底部装有四个滚轮241，使用时可以方便地进行移动。机器人本体233底部还装有电动脚撑242，由直流电机通过皮带轮带动脚撑的升起与降落。电动脚撑242的上下均装有限位开关240，以对电动脚撑242的运动量程进行限制。当电动脚撑242落下时，机器人本体233被固定在地上，当电动脚撑242升起后，机器人本体233可以方便地通过四个滚轮241来移动。脚撑电机243的控制由安装在机器人本体233后部移动推手237处的两个按钮控制。

机器人本体233后部下方为机器人输入电源和控制接口处，分别装有电源输入接口250、电源开关249以及与外部连接的网络接口248。

手术机器人电气控制模块包括电源输入插座、电源开关、电源滤波器、隔离变压器238、脚撑按钮246、脚撑电机控制电路、机械臂急停开关245、外接急停开关接口247等。其中隔离变压器238把整个骨科手术机器人的供电系统与市网隔离开来，增强了骨科手术机器人内部与市网的电气绝缘，增强了骨科手术机器人的电气安全性。隔离变压器安装在骨科手术机器人安装支架的底部。

机器人本体233还包括内部安装支架234。安装支架234是用于安装手术机器人其它部件的基座。

请参阅图3和图4，本实用新型实施例提供的骨科手术机器人的智能骨钻包括手术电钻11、套接在手术电钻11的电钻头的引导机构12、推进机构13、双目视觉识别系统14、固定在手术电钻11上的压力传感器15和骨钻控制器16。手术电钻11、引导机构12、双目视觉识别系统14和压力传感器15均安装在推进机构13上，骨钻控制器16分别与手术电钻11、推进机构13、双目视觉识别系统14和压力传感器15电连接。

手术电钻11包括电钻头111和驱动电钻头111运行的电钻电机112。骨钻控制器16与手术电钻11的电钻电机112电连接。

推进机构13包括骨钻底座131、直线导轨132、载物平台133、驱动电机134、联轴器135和滚珠丝杠136。直线导轨132和滚珠丝杠136安装在骨钻底座131上，载物平台133固定在直线导轨132上，载物平台133通过连接件与滚珠丝杠136上的螺母连接。驱动电机134安装在骨钻底座131的后端，载物平台133由驱动电机134通过联轴器135联接驱动，做前后直线往复运动。载物平台133上安装有手术电钻固定板137，手术电钻11通过压力传感器15安装在手术电钻固定板137上。这样，手术电钻11在手术中所受到的力即可通过压力传感器15接收到。通过受力变化，结合手术电钻11的推进速度，可以判断出手术电钻11的手术部位的结构密度及其变化，并通过与系统中的数据库参数进行比对推测出骨钻到达人体的哪一层(皮肤、肌肉、脂肪、骨膜、骨质、骨髓)，避免手术事故的发生，从而为手术医生提供手术依据。

手术电钻11由驱动电机134控制其行进和后退。驱动电机134采用直流无刷减速电机，由骨钻控制器16控制驱动电机134的驱动电源的频率来控制驱动电机134的转速，达到控制手术电钻11的推进或后退的速度。驱动电源的相序可以控制手术电钻是前进或后退。同时通过测量驱动电机134的转动次数，可以测量推进或后退的距离。

引导机构12是安装在骨钻底座131前端的套接在手术电钻11的电钻头的套筒，用于引导电钻头的推进，并且阻隔电钻头与患者的肌肉接触，防止患者手术周围的肌肉跟随电钻头的旋转而一起运动。

双目视觉识别系统14包括两个相机141和固定两个相机141的固定座142，两个相机141通过固定座142安装在骨钻底座131的前端下部。相机141由网线经交换机与手术系统相连。操作者和被授权人员可以通过网络实时观看两个相机141的实时图像，并可通过3D成像系统直观看到立体影像。同时，双目视觉识别系统14还可在手术机器人动作之前进行坐标定位用。由于本实用新型的智能骨钻具有双目视觉识别系统，因此不仅可以让远端医生通过双目视觉识别系统观看到手术操作的实时图像，还可以通过双目视觉识别系统识别安装在患者或者是手术床上的手术定位标识装置上的图标，建立手术定位标识装置的立体坐标，并将骨科手术机器人和智能骨钻的坐标统一到通过手术定位标识装置确定的立体坐标中，指引手术机器人的机器臂到达相应的坐标位置和位姿状态。

智能骨钻通过安装法兰17可固定在骨科手术机器人的六轴机器臂上，可以按照术前手术规划对钻入速度和深度进行精确控制，减少了人工操作带来的偏差，使得手术精度得到保证，同时减轻了医生的劳动强度。

本实用新型实施例提供的骨科手术机器人的智能骨钻由骨钻控制器16和PC机软件进行控制，骨钻控制器16外置于智能骨钻，骨钻控制器16通过骨钻底座131的控制接口18与智能骨钻相连。骨钻控制器16主要用于对手术电钻、11推进电钻的控制和测量，以及对压力传感器15的测量。手术电钻11的电钻电机112和驱动电机134均采用无刷直流电机并内置霍尔传感器，通过控制电机输入电源的频率可以控制电机的转速，控制电机输入电源的相序控制电机的正反转，并通过霍尔传感器测量电机的转速。骨钻控制器16通过网络接口与PC机相连。PC机通过专用软件可以方便地对智能骨钻进行控制，并可以通过网络与双目视觉识别系统相连。

在本实用新型中，由于在现有技术的骨科手术机器人上把导航指引装置更换成智能骨钻，由于骨科手术机器人的智能骨钻包括双目视觉识别系统，骨钻控制器与双目视觉识别系统电连接。因此不仅可以让远端医生通过双目视觉识别系统观看到手术操作的实时图像，还可以通过双目视觉识别系统在手术机器人动作之前进行坐标定位用，具体为通过双目视觉识别系统识别安装在患者或者是手术床上的手术定位标识装置上的图标，建立手术定位标识装置的立体坐标，并将骨科手术机器人和智能骨钻的坐标统一到通过手术定位标识装置确定的立体坐标中，指引手术机器人的机器臂到达相应的坐标位置和位姿状态。因此，本实用新型的骨科手术机器人在导航基础上可以实现精确打孔功能，实现手术操作，从而提高手术的精度和稳定度，减轻医生的工作强度，避免诸如人的疲劳、精神压力等因素对手术的干扰。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种骨科手术机器人，其特征在于，所述骨科手术机器人包括机器人本体和固定在机器人本体上的机械臂、固定在机械臂上的智能骨钻、通信模块、分别与机械臂和通信模块电连接的机械臂控制模块、分别与智能骨钻和通信模块电连接的智能骨钻控制模块、以及与智能骨钻控制模块和机械臂控制模块电连接的手术机器人电气控制模块，所述智能骨钻包括手术电钻、套接在手术电钻的电钻头的引导机构、推进机构、双目视觉识别系统、固定在手术电钻上的压力传感器和骨钻控制器，所述手术电钻、引导机构、双目视觉识别系统和压力传感器均安装在推进机构上，骨钻控制器分别与手术电钻、推进机构、双目视觉识别系统和压力传感器电连接。

2.如权利要求1所述的骨科手术机器人，其特征在于，所述手术电钻包括电钻头和驱动电钻头运行的电钻电机，骨钻控制器与手术电钻的电钻电机电连接。

3.如权利要求1所述的骨科手术机器人，其特征在于，所述推进机构包括骨钻底座、直线导轨、载物平台、驱动电机、联轴器和滚珠丝杠，直线导轨和滚珠丝杠安装在骨钻底座上，载物平台固定在直线导轨上，载物平台通过连接件与滚珠丝杠上的螺母连接，驱动电机安装在骨钻底座的后端，载物平台由驱动电机通过联轴器联接驱动。

4.如权利要求3所述的骨科手术机器人，其特征在于，所述载物平台上安装有手术电钻固定板，手术电钻通过压力传感器安装在手术电钻固定板上。

5.如权利要求3所述的骨科手术机器人，其特征在于，所述引导机构是安装在骨钻底座前端的套接在手术电钻的电钻头的套筒。

6.如权利要求3所述的骨科手术机器人，其特征在于，所述双目视觉识别系统包括两个相机和固定两个相机的固定座，两个相机通过固定座安装在骨钻底座的前端下部。

7.如权利要求1所述的骨科手术机器人，其特征在于，所述机械臂是六轴机械臂。

8.如权利要求7所述的骨科手术机器人，其特征在于，所述六轴机械臂共有六个关节轴，由六个伺服电机直接通过谐波减速器、同步带轮驱动六个关节轴的旋转。

9.如权利要求1所述的骨科手术机器人，其特征在于，所述机器人本体的底部装有电动脚撑。

10.如权利要求9所述的骨科手术机器人，其特征在于，所述电动脚撑的上下均装有限位开关。