CN216908044U - 一种截骨锯定位装置及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种截骨锯定位装置及手术机器人，属于机器人领域。该截骨锯定位装置包括定位组件、截骨锯及光学跟踪装置。定位组件包括定位架，定位架的一侧上间隔设有多个光学标记物。截骨锯可拆卸连接于定位架远离光学标记物的一侧，截骨锯用于安装在手术机器人上。光学跟踪装置用于对光学标记物进行三维位置跟踪，以确定光学标记物在光学跟踪装置的三维坐标系中的三维位置坐标，进而获取定位组件的位姿。本申请的截骨锯定位装置，通过光学跟踪装置获取定位组件的位置和角度，从而通过定位组件的位置和角度计算出截骨锯在手术前的初始位置和初始角度，最终保证截骨锯切割位置的准确性。

Description

一种截骨锯定位装置及手术机器人

技术领域

本申请涉及机器人领域，尤其涉及一种截骨锯定位装置及手术机器人。

背景技术

近年来，全膝关节置换术作为治疗严重膝关节疼痛、畸形、功能障碍的一种有效的临床术式，在国内外得到广泛的开展。在传统的人工关节置换手术中，截骨是手术中最重要且最耗费时间的步骤，对锯片的定位往往需要根据医生的经验和估算来确定，手术者根据骨性标志，凭肉眼、手感和经验来决定很难保证锯片切割位置的准确性，容易导致手术的失败，影响术后效果。

实用新型内容

本申请提供了一种截骨锯定位装置，用以解决现有技术中的人工关节置换手术中，对锯片的定位往往需要根据医生的经验和估算来确定，而手术者根据骨性标志，凭肉眼、手感和经验来决定很难保证锯片切割位置的准确性，容易导致手术的失败，影响术后效果的问题。

为解决上述问题，本申请提供了：一种截骨锯定位装置，包括：

定位组件，所述定位组件包括定位架，所述定位架的一侧上间隔设有多个光学标记物；

截骨锯，所述截骨锯可拆卸连接于所述定位架远离所述光学标记物的一侧，所述截骨锯用于安装在手术机器人上；

光学跟踪装置，所述光学跟踪装置用于对所述光学标记物进行三维位置跟踪，以确定所述光学标记物在所述光学跟踪装置的三维坐标系中的三维位置坐标，进而获取所述定位组件的位姿。

在一种可能的实施方式中，所述定位架远离所述光学标记物的一侧上设有安装座，所述安装座远离所述定位架的一侧开设有沟槽，所述沟槽内相对的两侧壁面上分别设有条形凸起，所述条形凸起沿所述沟槽的长度方向设置，且两所述条形凸起分别朝所述沟槽的方向延伸设置，所述截骨锯可拆卸地抵接于所述条形凸起和所述沟槽之间。

在一种可能的实施方式中，位于所述沟槽的一端设有限位板，所述截骨锯的锯齿端能够与所述限位板上朝向所述沟槽的一面相抵接。

在一种可能的实施方式中，所述定位组件还包括固定件，所述沟槽的底部开设有通孔，所述固定件能够穿设于所述通孔与所述截骨锯相抵接，以使所述截骨锯抵接于所述固定件和所述条形凸起之间。

在一种可能的实施方式中，所述通孔为螺纹孔，所述固定件上设有与所述螺纹孔相配合的外螺纹。

在一种可能的实施方式中，所述截骨锯上开设有定位孔，所述定位架远离所述光学标记物的一侧上设有定位座，所述定位座能够卡接入所述定位孔内。

在一种可能的实施方式中，所述定位组件还包括转动件，所述转动件与所述定位座远离所述定位架的一侧转动连接，所述转动件能够穿过所述定位孔，且所述截骨锯能够抵接于所述转动件与所述定位架之间。

在一种可能的实施方式中，所述定位座呈柱体状，所述定位座的底面与所述定位架连接，所述定位座的顶面转动连接有所述转动件，所述定位座的侧面具有限位部，所述限位部能够与所述定位孔的内壁面相抵接，以限制所述截骨锯沿所述定位座的周向转动。

在一种可能的实施方式中，所述转动件呈菱形柱体状，所述转动件的底面与所述定位座的顶面转动抵接，所述转动件的底面能够与所述定位孔的边沿相抵接。

本申请还提供了：一种手术机器人，包括上述任一实施例提供的截骨锯定位装置。

本申请的有益效果是：本申请提出一种截骨锯定位装置及手术机器人，在手术前，先将截骨锯安装于手术机器人上，并将定位架安装在截骨锯上，由于定位架远离截骨锯的一面间隔设置有多个光学标记物，光学跟踪装置能够对光学标记物进行三维位置跟踪，以确定光学标记物在光学跟踪装置的三维坐标系中的三维位置坐标，进而获取定位组件的位置和角度，再而通过定位组件的位置和角度计算出截骨锯在手术前的初始位置和初始角度，最终保证截骨锯切割位置的准确性。在确定好截骨锯的初始位置后，将定位架从截骨锯上拆卸下来，使得手术机器人能够操控截骨锯进行截骨操作。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本实用新型的实施例提供的截骨锯定位装置的定位架的一种设置方式的结构示意图；

图2示出了本实用新型的实施例提供的截骨锯定位装置的定位架的一种设置方式的爆炸结构示意图；

图3示出了本实用新型的实施例提供的截骨锯定位装置的定位架的另一种设置方式的结构示意图；

图4示出了本实用新型的实施例提供的截骨锯定位装置的定位架的另一种设置方式的爆炸结构示意图。

主要元件符号说明：

100-定位组件；110-定位架；120-光学标记物；130-安装座；131-沟槽；132-条形凸起；133-限位板；134-通孔；140-定位座；141-限位部；150-转动件；200-截骨锯；210-锯齿端；220-定位孔。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

请参阅图1和图3，本实施例提供了一种截骨锯定位装置，应用于手术机器人，该截骨锯定位装置包括定位组件100、截骨锯200及光学跟踪装置。定位组件100包括定位架110，定位架110的一侧上间隔设有多个光学标记物120。截骨锯200可拆卸连接于定位架110远离光学标记物120的一侧，截骨锯200用于安装在手术机器人上。光学跟踪装置用于对光学标记物120进行三维位置跟踪，以确定光学标记物120在光学跟踪装置的三维坐标系中的三维位置坐标，进而获取定位组件100的位姿。

本申请的实施例提供的截骨锯定位装置，在手术前，先将截骨锯200安装于手术机器人上，并将定位架110安装在截骨锯200上，由于定位架110远离截骨锯200的一面间隔设置有多个光学标记物120，光学跟踪装置能够对光学标记物120进行三维位置跟踪，以确定光学标记物120在光学跟踪装置的三维坐标系中的三维位置坐标，进而获取定位组件100的位置和角度，再而通过定位组件100的位置和角度计算出截骨锯200在手术前的初始位置和初始角度，最终保证截骨锯200切割位置的准确性。在确定好截骨锯200的初始位置后，将定位架110从截骨锯200上拆卸下来，使得手术机器人能够操控截骨锯200进行截骨操作。

其中，截骨锯200可为摆锯。

其中，光学标记物120可为反光标记球。

其中，光学跟踪装置可为NDI Polaris光学定位跟踪系统。

其中，光学跟踪装置设有定位传感器和红外发射器，红外发射器朝光学标记物120发射红外光，定位传感器能够感应光学标记物120反射的红外光并对光学标记物120进行追踪，以使光学跟踪装置能够检测到每个光学标记物120的空间位置并计算出定位组件100的位移变化。

实施例二

如图1和图2所示，本实施例在实施例一的基础上，提出了定位架110与截骨锯200之间的一种固定方式。定位架110远离光学标记物120的一侧上设有安装座130，安装座130远离定位架110的一侧开设有沟槽131，沟槽131内相对的两侧壁面上分别设有条形凸起132，条形凸起132沿沟槽131的长度方向设置，且两条形凸起132分别朝沟槽131的方向延伸设置，截骨锯200可拆卸地抵接于条形凸起132和沟槽131之间。

具体的，通过在安装座130上开设沟槽131，并在沟槽131相对的两侧壁面上沿沟槽131的长度方向设置有条形凸起132，当截骨锯200沿沟槽131的一侧插入沟槽131时，截骨锯200能够抵接于条形凸起132和沟槽131之间。因此，条形凸起132的设置，能够对截骨锯200进行限位，从而避免截骨锯200朝远离沟槽131的方向与安装座130相脱离。

如图1和图2所示，在上述实施例中，可选的，位于沟槽131的一端设有限位板133，截骨锯200的锯齿端210能够与限位板133上朝向沟槽131的一面相抵接。

具体的，通过在沟槽131的一端设置限位板133，从而通过限位板133与截骨锯200的锯齿端210相抵接，避免截骨锯200沿沟槽131的长度方向滑出沟槽131，进一步固定截骨锯200与安装座130之间的相对位置，提高截骨锯200定位的精确性。

如图1和图2所示，在上述实施例中，可选的，定位组件100还包括固定件，沟槽131的底部开设有通孔134，固定件能够穿设于通孔134与截骨锯200相抵接，以使截骨锯200抵接于固定件和条形凸起132之间。

具体的，当需要将定位组件100固定在截骨锯200上时，通过将固定件穿设于通孔134，并使固定件与截骨锯200相抵接，从而使截骨锯200能够固定在固定件与条形凸起132之间。当需要将定位组件100从截骨锯200上拆卸下来时，通过操控固定件朝远离截骨锯200的方向滑动，从而使固定件不会与截骨锯200相抵接，此时，截骨锯200能够从安装座130上拆卸下来。因此，固定件的设置能够方便医护人员安装和拆卸截骨锯200。

在上述实施例中，可选的，通孔134为螺纹孔，固定件上设有与螺纹孔相配合的外螺纹。

具体的，由于固定件与通孔134之间通过螺纹进行连接，该设置方式方便医护人员通过拧动固定件控制固定件与截骨锯200之间的受力强度，从而方便医护人员安装和拆卸截骨锯200。

其中，固定件可为螺钉、螺杆等设有外螺纹的零件。

实施例三

如图3和图4所示，本实施例在实施例一的基础上，提出了定位架110与截骨锯200之间的另一种固定方式。截骨锯200上开设有定位孔220，定位架110远离光学标记物120的一侧上设有定位座140，定位座140能够卡接入定位孔220内。

具体的，由于截骨锯200的中心位置是通过光学跟踪装置定位定位组件100的位置，再根据截骨锯200的理论尺寸转化计算得出的，但在截骨锯200和定位组件100在加工的过程中，截骨锯200、定位组件100的尺寸等都会存在误差，而在在转化计算的过程中，这些误差会进行累加，导致存在较大的数据变化，最终导致截骨锯200的实际位置与计算得出的理论位置存在较大的误差。因此，通过在截骨锯200上开设定位孔220，该定位孔220靠近截骨锯200的中心位置，且定位孔220与截骨锯200的中心存在对应的关系，当定位座140卡接入定位孔220内后，能够通过定位定位组件100的位置，从而直接定位截骨锯200的中心点，进而准确测出截骨锯200的中心位置，减少了计算的步骤，能够防止因不同型号的截骨锯200存在尺寸的不同和误差，而导致无法精确计算出截骨锯200的中心位置，最终影响手术效果的问题。

其中，定位座140与定位孔220的内壁面之间可通过过盈配合的方式实现卡接。

如图3和图4所示，在上述实施例中，可选的，定位组件100还包括转动件150，转动件150与定位座140远离定位架110的一侧转动连接，转动件150能够穿过定位孔220，且截骨锯200能够抵接于转动件150与定位架110之间。

具体的，定位座140远离定位架110的一面设为正面，当截骨锯200准备安装在定位座140时，可通过旋转转动件150，从而使转动件150在正面的投影能够完全位于正面内，进而使转动件150能够穿过定位孔220，避免转动件150影响截骨锯200与定位座140相卡接。当截骨锯200安装在定位座140上后，可通过旋转转动件150，从而使转动件150在正面的投影部分位于正面外，进而使转动件150朝向安装在定位座140的截骨锯200的一面能够与截骨锯200相抵接，最终实现将截骨锯200固定在转动件150与定位架110之间，固定了截骨锯200与定位组件100的相对位置。

如图3和图4所示，在上述实施例中，可选的，定位座140呈柱体状，定位座140的底面与定位架110连接，定位座140的顶面转动连接有转动件150，定位座140的侧面具有限位部141，限位部141能够与定位孔220的内壁面相抵接，以限制截骨锯200沿定位座140的周向转动。

具体的，由于截骨锯200上的定位孔220一般采用冲孔的方式进行开孔，使得该定位孔220的内壁面能够与柱体状的定位座140的侧面相贴合，从而使定位座140与定位孔220之间的配合紧密。同时，定位座140的侧面设有限位部141，该限位部141与定位孔220的形状相适应，且该限位部141能够与定位孔220的内壁面相抵接，从而限制截骨锯200沿定位座140的周向进行转动。因此，限位部141与定位孔220相互配合的设置方式，能够固定截骨锯200与定位组件100的相对位置。

如图3和图4所示，在上述实施例中，可选的，转动件150呈菱形柱体状，转动件150的底面与定位座140的顶面转动抵接，转动件150的底面能够与定位孔220的边沿相抵接。

具体的，菱形柱体状的转动件150在使用时能够提高摩擦力，从而方便医护人员进行拧动操作，同时，在菱形柱体状的转动件150的底面中，处于最长的对角线的两端能够分别抵接于定位孔220边沿的两相对侧上，从而将截骨锯200固定在转动件150和定位架110之间，并使截骨锯200受力平衡，提高截骨锯200与定位组件100之间的连接稳定性。

实施例四

本申请的另一个实施例提供了一种手术机器人，包括上述任一实施例中的截骨锯定位装置。

本申请的实施例提供的手术机器人，具有上述任一实施例提供的截骨锯定位装置，因此，具有上述任一实施例中提供的截骨锯定位装置的全部有益效果，在此就不一一赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种截骨锯定位装置，其特征在于，包括：

定位组件，所述定位组件包括定位架，所述定位架的一侧上间隔设有多个光学标记物；

截骨锯，所述截骨锯可拆卸连接于所述定位架远离所述光学标记物的一侧，所述截骨锯用于安装在手术机器人上；

光学跟踪装置，所述光学跟踪装置用于对所述光学标记物进行三维位置跟踪，以确定所述光学标记物在所述光学跟踪装置的三维坐标系中的三维位置坐标，进而获取所述定位组件的位姿。

2.根据权利要求1所述的截骨锯定位装置，其特征在于，所述定位架远离所述光学标记物的一侧上设有安装座，所述安装座远离所述定位架的一侧开设有沟槽，所述沟槽内相对的两侧壁面上分别设有条形凸起，所述条形凸起沿所述沟槽的长度方向设置，且两所述条形凸起分别朝所述沟槽的方向延伸设置，所述截骨锯可拆卸地抵接于所述条形凸起和所述沟槽之间。

3.根据权利要求2所述的截骨锯定位装置，其特征在于，位于所述沟槽的一端设有限位板，所述截骨锯的锯齿端能够与所述限位板上朝向所述沟槽的一面相抵接。

4.根据权利要求2所述的截骨锯定位装置，其特征在于，所述定位组件还包括固定件，所述沟槽的底部开设有通孔，所述固定件能够穿设于所述通孔与所述截骨锯相抵接，以使所述截骨锯抵接于所述固定件和所述条形凸起之间。

5.根据权利要求4所述的截骨锯定位装置，其特征在于，所述通孔为螺纹孔，所述固定件上设有与所述螺纹孔相配合的外螺纹。

6.根据权利要求1所述的截骨锯定位装置，其特征在于，所述截骨锯上开设有定位孔，所述定位架远离所述光学标记物的一侧上设有定位座，所述定位座能够卡接入所述定位孔内。

7.根据权利要求6所述的截骨锯定位装置，其特征在于，所述定位组件还包括转动件，所述转动件与所述定位座远离所述定位架的一侧转动连接，所述转动件能够穿过所述定位孔，且所述截骨锯能够抵接于所述转动件与所述定位架之间。

8.根据权利要求7所述的截骨锯定位装置，其特征在于，所述定位座呈柱体状，所述定位座的底面与所述定位架连接，所述定位座的顶面转动连接有所述转动件，所述定位座的侧面具有限位部，所述限位部能够与所述定位孔的内壁面相抵接，以限制所述截骨锯沿所述定位座的周向转动。

9.根据权利要求7所述的截骨锯定位装置，其特征在于，所述转动件呈菱形柱体状，所述转动件的底面与所述定位座的顶面转动抵接，所述转动件的底面能够与所述定位孔的边沿相抵接。

10.一种手术机器人，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的截骨锯定位装置。

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