CN210019649U

CN210019649U - 用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人

Info

Publication number: CN210019649U
Application number: CN201920575013.XU
Authority: CN
Inventors: 张春霖
Original assignee: SUZHOU DIANHE MEDICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU DIANHE MEDICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2020-02-07
Anticipated expiration: 2029-04-25

Abstract

本实用新型涉及一种用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，包括有手术台，手术台上安装有主、副龙门机械臂，并安装有激光测距传感器。同时，在副龙门机械臂对应的横梁上安装有关节固定装置，关节固定装置包括有固定板，固定板上安装有水平仪，固定板上还同时连接有主坐标采集针、副坐标采集针。由此，有相互独立的主龙门机械臂与副龙门机械臂，实现高精度协同操作，并可将骨表面坐标“映射”至体外，避免关节置换时骨膜覆盖、出血及体液等对骨坐标点采集的影响，提供更为精确的位置参考，完成高精度关节置换。

Description

用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人

技术领域

本实用新型涉及一种手术机器人，尤其涉及一种用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人。

背景技术

近年来，相继有多种型号及功能特色的关节置换手术机器人投入到临床，范围覆盖全髋关节置换、全膝关节置换以及单髁关节置换等领域，如Robodoc系统，Rio系统、iBlock系统和Navio系统等，它们有其各自的优点但也面临面临以下问题：1骨表面坐标采集有创或精度低，如Robodoc系统早期采取有创的标记物定位，后期在暴露术野后仅使用手持传感设备在关节表面完成标记点定位；又如Rio系统和iBlock系统术中需要在股骨和胫骨植入定位组件。同时借助关节表面解剖标志点完成注册。Navio系统术中需要借助下肢体表及关节表面的解剖标志点进行定位，同时植入标记组件，这样的方法难以高精度获取骨表面坐标，且易受出血、骨膜覆盖等因素的干扰；2承载轻上述手术机器人的机械臂一般是一个很长的悬臂结构，机械臂末端如需承载重量较大的器械时，则易发生形变；3.有些机器人器械为手持式，操控性较差；4体积庞大，患者易“望而生畏”有些关节置换手术机器人体积庞大，易使患者发生恐惧，产生一定的心理压力；5.占用手术室空间较多，影响操作便利性。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，使其更具有产业上的利用价值。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人。

本实用新型的用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，包括有手术台，其特征在于：所述手术台的两侧成对设置有X向引导控制装置，所述X向引导控制装置上通过主连接座安装有主摆臂，所述主连接座上还安装主推杆，所述主推杆与主摆臂的下端相连接并推动主摆臂的摆动，所述主连接座与主摆臂的上端连接有主定位锁，所述主摆臂上还连接有Y向引导装置，所述Y向引导装置上连接有Z向引导控制装置，构成主龙门机械臂；所述X向引导控制装置通过副连接座安装有副摆臂，所述副摆臂之间通过快换机构连接有横梁，构成副龙门机械臂；所述副连接座与副摆臂之间连接有副推杆，且副推杆与副摆臂下端相连，所述副摆臂与副连接座之间还设置有增加副摆臂刚性的副定位锁；所述Z向引导控制装置上安装有激光测距传感器；所述横梁上安装有关节固定装置，所述关节固定装置包括有固定板，所述固定板上安装有水平仪，所述固定板上还同时连接有主坐标采集针、副坐标采集针。

进一步地，上述的用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，其中，所述固定板呈“U”型，所述固定板上开设有固定孔，所述固定孔内连接有固定钉，所述固定板上分别设置有主固定杆与副固定杆，所述主固定杆上安装有主坐标采集针，所述副固定杆上连接有副坐标采集针。

更进一步地，上述的用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，其中，所述主坐标采集针、副坐标采集针，均包括有容纳套管，所述容纳套管内阵列分布有若干针本体，所述容纳套管的一侧设置有穿轴结构。

更进一步地，上述的用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，其中，所述主摆臂上开设有用于容纳主定位锁的主收纳槽，所述副摆臂上开设有用于容纳副推杆的副收纳槽。

更进一步地，上述的用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，其中，所述X向引导控制装置包括有X向导轨，所述X向导轨上设置有主X向滑块与副X向滑块，所述主X向滑块与主连接座相连，所述副X向滑块与副连接座相连，所述X向导轨的一端设置有X向运动电机。

更进一步地，上述的用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，其中，所述主定位锁与副定位锁均包括有衔接套筒，所述衔接套筒的上端插入有上连杆，所述衔接套筒的下端插入有下连杆，所述衔接套筒的内部上端设置有主正螺纹，所述衔接套筒的内部下端设置有主反螺纹，所述上连杆插入衔接套筒的部分设置有主正螺纹，所述下连杆插入衔接套筒的部分设置有主反螺纹，所述衔接套筒内设置有正反旋螺母。

更进一步地，上述的用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，其中，所述Y向引导装置包括有Y向驱动电机，所述Y向驱动电机上安装有转轴，所述主连接座与主摆臂之间连接有主推杆。

更进一步地，上述的用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，其中，所述Z向引导控制装置包括有Z向驱动电机，所述Z向驱动电机上安装有快换机构。

更进一步地，上述的用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，其中，所述主摆臂的顶端通过开合装置与Y向引导装置相连，所述开合装置包括有定位套，所述定位套上设置有安装孔，所述安装孔内穿设有锁紧螺母，所述定位套通过锁紧螺栓安装在主摆臂顶部，所述定位套上设置有定位凸台，所述主摆臂顶部对应位置处设置有凹槽，所述定位凸台嵌入凹槽内。

再进一步地，上述的用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，其中，所述副摆臂的顶部设置有连接扣，所述横梁通过连接扣定位连接。

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：

1、拥有相互独立的主龙门机械臂与副龙门机械臂，副龙门机械臂拥有灵活的调节范围，并对骨骼(下肢如股骨和胫骨)有良好的固定作用，主龙门机械臂拥有较佳的承载能力且通过Z向驱动电机和横梁上安装的快换结构进行快速器械切换，通过双臂的构造相互配合，“一个牢牢抓住，另一个灵活切割”，实现类似“双手”的同步高精度操作，大为提高关节手术的精度。

2、设置有独立的X、Y、Z向的引导控制装置，可以配合后续的控制软件，实现多轴运动控制与调节，提高关节置换机器人手术操作精度并拓展适用范围。

3、主龙门机械臂与副龙门机械臂均可以分离拆装，便于安装无菌套，保证实施的安全与无菌。

4、采用主坐标采集针、副坐标采集针与激光测距传感器相互配合，将骨表面坐标“映射”至体外，便于提供更为精确的位置参考，可以理想避免关节置换手术时骨膜覆盖、出血及体液等对骨坐标点采集的影响。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是手术机器人的整体结构示意图。

图2是主龙门机械臂的侧面结构示意图

图3是手术机器人的使用状态侧面结构示意图(膝关节表面置换为例)。

图4是手术机器人的使用状态俯视结构示意图(膝关节表面置换为例)。

图5是主坐标采集针的结构示意图。

图中各附图标记的含义如下。

1 手术台 2 主连接座

3 主摆臂 4 Y向引导装置

5 主定位锁 6 副摆臂

7 横梁 8 副定位锁

9 主收纳槽 10 X向导轨

11 主X向滑块 12 X向运动电机

13 衔接套筒 14 下连杆

15 上连杆 16 Y向驱动电机

17 转轴 18 Z向驱动电机

19 快换机构 20 锁紧螺母

21 定位凸台 22 凹槽

23 连接扣 24 定位套

25 主推杆 26 副推杆

27 快换机构 28 激光测距传感器

29 固定板 30 水平仪

31 主坐标采集针 32 副坐标采集针

33 主固定杆 34 副固定杆

35 容纳套管 36 针本体

37 穿轴结构

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1至5的用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，包括有手术台1，其与众不同之处在于：为了实现后续安装的手术器械的X向运动调节，在手术台1的两侧成对设置有X向引导控制装置。同时，X向引导控制装置上通过主连接座2安装有主摆臂3，主连接座2上还安装主推杆25。主推杆25与主摆臂3的下端相连接并推动主摆臂3的摆动。并且，主连接座2与主摆臂3的上端连接有主定位锁5，Y向引导装置4上连接有Z向引导控制装置，构成主龙门机械臂。实际装配的时候，主摆臂3的顶部安装转轴17，同时还分别设置有用于连接主连接座2的第一轴，以及用于连接主推杆25的第二轴。(图中未示出)

并且，考虑到多姿态、多器械的手术执行，在X向引导控制装置上，通过副连接座安装有副摆臂6，副摆臂6之间连接有横梁7，构成副龙门机械臂。副连接座安装有副推杆26，副推杆26与副摆臂6下端相连，提供适当的支撑及横梁7高低位置调节。副摆臂6与副连接座之间还设置有副定位锁8以增加副摆臂6的刚性。考虑到副摆臂6姿态调节的便利并便于后续的器械切换使用，横梁7上设置有快换机构27。

同时，为了在使用期间可以实时获取后续采集针的位置，通过针尾将骨表面坐标“映射”至体外，在Z向引导控制装置上安装有激光测距传感器28。结合实际实施来看，其他可以用于感知采集针位置的装置均可以替换该激光测距传感器28，便于不同的实施需要，在此不再赘述。考虑到对关节部位进行较佳的定位，便于获取正确的骨表面坐标，本实用新型在横梁上安装有关节固定装置，关节固定装置包括有固定板29。具体来说，固定板29上安装有感知关节对应位置的水平仪30。为了获取更为立体的骨表面坐标，固定板29上还同时连接有主坐标采集针31，副坐标采集针32。

而且，为了适应正常关节的自然收纳弧度，固定板29呈“U”型。考虑到各类附件的安装定位需要，在固定板29上开设有固定孔，固定孔内连接有固定钉。结合实际使用来看，固定板29上分别设置有主固定杆33与副固定杆34，主固定杆33上安装有主坐标采集针31，副固定杆34上连接有副坐标采集针32。再者，为了实现阵列式的数据采集，主坐标采集针31、副坐标采集针32，均包括有容纳套管35，容纳套管35内阵列分布有若干针本体36。而且，在容纳套管35的一侧设置有穿轴结构37，这样可以与主固定杆33或是副固定杆34实现穿轴连接。

结合本实用新型一较佳的实施方式来看，为了实现极致角度调整，或是在非使用状态下的大幅度收起，让主推杆25可推动主摆臂3旋转，在主摆臂3上开设有用于容纳主定位锁5的主收纳槽9。同时，副摆臂6上开设有用于容纳副定位锁8的副收纳槽(图中未示出)。这样，在运输或是维护待机期间，可以将主定位锁5、副定位锁8的一端拆下分离，更好地将主定位锁5和副定位锁8收到对应的主收纳槽9、副收纳槽中。

进一步来看，考虑到X向的运动引导，满足主龙门机械臂、副龙门机械臂的独立控制。X向引导控制装置包括有X向导轨10，X向导轨10上设置有主X向滑块11与副X向滑块(图中未示出)，主X向滑块11与主连接座2相连，副X向滑块与副连接座相连，X向导轨10的一端设置有X向运动电机12。

结合实际的实施来看，为了实现主定位锁5与副定位锁8的顺畅调节，在给予有效运动导向的时候也拥有较佳的支撑效果，主定位锁5与副定位锁8均包括有衔接套筒13，衔接套筒13的上端插入有上连杆15，衔接套筒13的下端插入有下连杆14，衔接套筒13的内部上端设置有主正螺纹，衔接套筒13的内部下端设置有主反螺纹，上连杆15插入衔接套筒13的部分设置有主正螺纹，下连杆14插入衔接套筒13的部分设置有主反螺纹，衔接套筒13内设置有正反旋螺母。这样，可以通过旋转衔接套筒13即可实现调节。当然，任何能够对主龙门机械臂、副龙门机械臂的位置起到锁定支撑的机构都可以用于替换主定位锁5与副定位锁8。只要满各个龙门机械臂的定位使用安全即可。

再进一步来看，为了满足日常的Y向调节，Y向引导装置4包括有Y向驱动电机16，Y向驱动电机16上安装有转轴17。同时，为了配合后续安装的器械实现Z轴调节，更好的贴合患处来执行，Z向引导控制装置包括有Z向驱动电机18，Z向驱动电机18上安装有快换机构19。这样，可以配合不同关节置换手术的实际需要，进行各类切削器械的切换使用。

为了，将闭合的龙门结构变为“开放”状态，安装无菌套，主摆臂3的顶端通过开合装置与Y向引导装置4相连。具体来说，本实用新型采用的开合装置包括有定位套24，定位套24上设置有安装孔，安装孔内穿设有锁紧螺母20，定位套24通过锁紧螺栓安装在主摆臂3顶部。同时，定位套24上设置有定位凸台21，主摆臂3顶部对应位置处设置有凹槽22，定位凸台21嵌入凹槽22内。

同时，考虑到横梁7的拆装便利，便于后续器械的结合安装，也能够实现无菌套的安装，副摆臂6的顶部设置有连接扣23，横梁7通过连接扣23定位连接。横梁7上也装有快换机构27，进行各类器械的切换使用。

本实用新型的工作原理如下：

以膝关节表面置换为例，主定位锁伸长或收缩可推动主摆臂升高降低，以适应不同的患者，主定位锁收缩至最短时可将主摆臂收起与手术台面齐平。由于，主定位锁和主摆臂组合具有很好的稳定性且几乎没有悬臂，该机器人因此具有很好的刚性。

使用期间，主坐标采集针、副坐标采集针由于是套管式矩阵状结构，它们的针尖可以刺穿骨膜，通过针尾将骨表面坐标“映射”至体外。这样，就可以理想避免关节置换手术时骨膜覆盖、出血及体液等对骨坐标点采集的影响。

同时，伴随着主龙门机械臂的移动，激光测距传感器扫描若干个针尾的点，这样采集到手术显露位置骨表面的坐标后即能配准，确定下肢力线，进行截骨手术操作。

通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本实用新型后，拥有如下优点：

2、拥有相互独立的主龙门机械臂与副龙门机械臂，副龙门机械臂拥有灵活的调节范围，并对骨骼(下肢如股骨和胫骨)有良好的固定作用，主龙门机械臂拥有较佳的承载能力且通过Z向驱动电机和横梁上安装的快换结构进行快速器械切换，通过双臂的构造相互配合，“一个牢牢抓住，另一个灵活切割”，实现类似“双手”的同步高精度操作，大为提高关节手术的精度。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。并且，实用新型实施例描述的使用过程只是涉及各个装置之间的结构关系，并不涉及手术方法。

Claims

1.用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，包括有手术台，其特征在于：所述手术台的两侧成对设置有X向引导控制装置，所述X向引导控制装置上通过主连接座安装有主摆臂，所述主连接座上还安装主推杆，所述主推杆与主摆臂的下端相连接并推动主摆臂的摆动，所述主连接座与主摆臂的上端连接有主定位锁，所述主摆臂上还连接有Y向引导装置，所述Y向引导装置上连接有Z向引导控制装置，构成主龙门机械臂；所述X向引导控制装置通过副连接座安装有副摆臂，所述副摆臂之间通过快换机构连接有横梁，构成副龙门机械臂；所述副连接座与副摆臂之间连接有副推杆，且副推杆与副摆臂下端相连，所述副摆臂与副连接座之间还设置有增加副摆臂刚性的副定位锁；所述Z向引导控制装置上安装有激光测距传感器；所述横梁上安装有关节固定装置，所述关节固定装置包括有固定板，所述固定板上安装有水平仪，所述固定板上还同时连接有主坐标采集针、副坐标采集针。

2.根据权利要求1所述的用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，其特征在于：所述固定板呈“U”型，所述固定板上开设有固定孔，所述固定孔内连接有固定钉，所述固定板上分别设置有主固定杆与副固定杆，所述主固定杆上安装有主坐标采集针，所述副固定杆上连接有副坐标采集针。

3.根据权利要求1所述的用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，其特征在于：所述主坐标采集针、副坐标采集针，均包括有容纳套管，所述容纳套管内阵列分布有若干针本体，所述容纳套管的一侧设置有穿轴结构。

4.根据权利要求1所述的用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，其特征在于：所述主摆臂上开设有用于容纳主定位锁的主收纳槽，所述副摆臂上开设有用于容纳副推杆的副收纳槽。

5.根据权利要求1所述的用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，其特征在于：所述X向引导控制装置包括有X向导轨，所述X向导轨上设置有主X向滑块与副X向滑块，所述主X向滑块与主连接座相连，所述副X向滑块与副连接座相连，所述X向导轨的一端设置有X向运动电机。

6.根据权利要求1所述的用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，其特征在于：所述主定位锁与副定位锁均包括有衔接套筒，所述衔接套筒的上端插入有上连杆，所述衔接套筒的下端插入有下连杆，所述衔接套筒的内部上端设置有主正螺纹，所述衔接套筒的内部下端设置有主反螺纹，所述上连杆插入衔接套筒的部分设置有主正螺纹，所述下连杆插入衔接套筒的部分设置有主反螺纹，所述衔接套筒内设置有正反旋螺母。

7.根据权利要求1所述的用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，其特征在于：所述Y向引导装置包括有Y向驱动电机，所述Y向驱动电机上安装有转轴，所述主连接座与主摆臂之间连接有主推杆。

8.根据权利要求1所述的用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，其特征在于：所述Z向引导控制装置包括有Z向驱动电机，所述Z向驱动电机上安装有快换机构。

9.根据权利要求1所述的用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，其特征在于：所述主摆臂的顶端通过开合装置与Y向引导装置相连，所述开合装置包括有定位套，所述定位套上设置有安装孔，所述安装孔内穿设有锁紧螺母，所述定位套通过锁紧螺栓安装在主摆臂顶部，所述定位套上设置有定位凸台，所述主摆臂顶部对应位置处设置有凹槽，所述定位凸台嵌入凹槽内。

10.根据权利要求1所述的用于关节置换的骨表面坐标映射采集的双龙门手术机器人，其特征在于：所述副摆臂的顶部设置有连接扣，所述横梁通过连接扣定位连接。