一种主被动并联复位机器人的制作方法

1.本实用新型涉及医疗设备技术领域，具体的涉及一种主被动并联复位机器人。


背景技术：

2.骨折复位操作是骨质治疗的关键环节，由于折骨周边存在复杂有力的肌肉软组织，因此，复位操作需要强力复位力和灵巧复位操作。同时，由于手术空间有限，复位机构的占有空间和运动空间，不能占用手术医生和患者的空间。
3.传统的复位机构为了完成灵巧大负载运动，手术机器人需实现多自由度的空间运动，结构及装配比较复杂，往往体积大，需要更多的空间进行安装布置，较多的侵占了手术医生的空间，不利于医生的手术操作，无法满足临床需要。
4.有鉴于此，特提出本实用新型。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于：如何解决骨折复位机器人结构装配复杂，占用空间大的问题，提供一种结构简单，体积小，可靠有小的主被动并联复位机器人。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：
7.一种主被动并联复位机器人，包括：
8.主动机械臂，具有多自由度的主动输出端；
9.同步运动平台，所述同步运动平台上固定安装骨折复位针，所述主动机械臂的主动输出端与同步运动平台连接；
10.及被动机械臂，其一端固定设置，另一端具有多自由度的被动输出端，被动输出端可滑动的安装在同步运动平台上；
11.所述被动机械臂可在主动机械臂带动同步运动平台将骨折复位针插入需复位的骨折端时保持自由度锁定，所述主动机械臂带动同步运动平台在被动机械臂的支撑下执行复位操作。
12.作为本实用新型的一种实施方式，所述的同步运动平台包括：
13.平台主体，包括与主动机械臂连接的机器人端动平台和与机器人端动平台连接进行动力平行传递的平行传动机构；
14.匀强手腕，固定安装所述骨折复位针，所述的匀强手腕与平台主体的平行传动机构固定连接。
15.作为本实用新型的一种实施方式，所述的平行传动机构包括在第一平面进行平行运动的第一平行传动机构和在第二平面进行平行运动的第二平行传动机构，所述的第一平面与第二平面相交。
16.作为本实用新型的一种实施方式，所述的平行传动机构包括用于与匀强手腕固定连接的随动端平台；
17.所述的第一平行传动机构包括第一支撑杆和与第一支撑杆平行的第二支撑杆，第
一旋转轴和与第一旋转轴平行的第二旋转轴，所述的第一支撑杆的两端分别固定连接第一平行铰链座、第二平行铰链座，所述第一旋转轴的一端与机器人端动平台固定连接，另一端与第一平行铰链座可转动连接，所述第二旋转轴的一端与随动端平台固定连接，另一端与第二平行铰链座可转动连接；
18.所述的第二平行传动机构包括与第二支撑杆平行的第三支撑杆，第四旋转轴和与第四旋转轴平行的第五旋转轴，所述的第二支撑杆两端分别固定连接第三平行铰链座、第四平行铰链座，所述的第三支撑杆两端分别固定连接第五平行铰链座、第六平行铰链座，所述的第四旋转轴可转动的穿过机器人端动平台，两端分别可转动的安装在第三平行铰链座、第五平行铰链座，第五旋转轴可转动的穿过随动端平台，两端分别可转动的安装在第四平行铰链座、第六平行铰链座。
19.作为本实用新型的一种实施方式，所述的机器人端动平台包括平台本体和固定连接平台本体上的第一连接块、第二连接块，所述第一旋转轴的一端与所述第一连接块固定连接；所述的第四旋转轴可转动的穿过第二连接块。
20.作为本实用新型的一种实施方式，所述的随动端平台包括横臂和与横臂固定连接的竖臂，所述第二旋转轴与所述竖臂固定连接，所述第五旋转轴可转动的穿过横臂。
21.作为本实用新型的一种实施方式，所述的同步运动平台包括可滑动的设置在第二支撑杆上的球形铰链，所述被动机械臂的被动输出端与所述球形铰链连接。
22.作为本实用新型的一种实施方式，所述匀强手腕包括支架、电机、电机输出轴螺杆、滑动轴、应力调整杆、万向锁紧卡扣、滑动轴固定板和万向锁紧卡口固定轴；
23.所述电机固定在支架上，电机输出轴螺杆固定在电机输出轴上，电机输出轴螺杆与滑动轴固定板螺纹传动，电机转动可带动滑动轴固定板上下运动；所述滑动轴与滑动轴固定板固连在一起；所述应力调整杆与支架固连在一起；所述万向锁紧卡扣一端与骨折复位针连在一起，另一端可与应力调整杆或万向锁紧卡口固定轴连在一起；
24.当骨折复位针插入骨折复位端时，万向锁紧卡扣将骨折复位针与机架部分固连在一起，电机旋转，可带动滑动轴固定板上下运动，来调节应力调整杆与支架的力臂。
25.作为本实用新型的一种实施方式，所述主动机械臂的主动输出端为具有空间六个自由度的末端连接法兰。
26.作为本实用新型的一种实施方式，所述被动机械臂包括第一运动构件、与第一运动构件通过第一球形铰链连接的第二运动构件、与第二运动构件通过旋转铰链可转动连接的第三运动构件、与第三运动构件通过第二球形铰链连接的第四运动构件以及用于锁定所述第一球形铰链、旋转铰链、第二球形铰链的锁紧构件。
27.与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
28.本实用新型提出了一种主被动式并联复位机器人结构：采用主动机械臂、被动机械臂并联机构，小体积大负载的被动机械臂布置到手术空间，利用大刚度支撑辅助机器人完成大力量负载输出；主动机械臂完成大动力、灵巧运动，并借助被动支链的支撑，降低主动机械臂的动力需求；同步运动平台将主动机械臂的运动撬杠式输出，完成大负载灵巧复位操作。因此，本实用新型的主被动式并联复位机器人结构通过主动机械臂、被动机械臂及同步运动平台实现了骨折的复位操作，结构简单稳定可靠，装卸方便，占用空间小，更有利于与手术医生的配合进行手术操作。
附图说明：
29.图1本实用新型主被动并联复位机器人的使用状态示意图；
30.图2本实用新型主被动并联复位机器人的主动机械臂的立体结构示意图；
31.图3本实用新型主被动并联复位机器人的同步运动平台的立体结构示意图；
32.图4本实用新型同步运动平台的平台主体的立体结构示意图；
33.图5本实用新型同步运动平台的匀强手腕的立体结构示意图；
34.图6本实用新型主被动并联复位机器人的被动机械臂的立体结构示意图。
35.附图中的标号说明：1-主动机械臂101-末端连接法兰2-同步运动平台200-平台主体201-机器人端动平台202-第一平行铰链座203-第一支撑杆204-第四旋转轴205-第二支撑杆206-第五平行铰链座207-第三支撑杆208-随动端平台209-第五旋转轴2010-第二旋转轴2011-球形铰链2012-第二平行铰链座2013-第一旋转轴2014-第三平行铰链座2016-第六平行铰链座2017-第四平行铰链座210-匀强手腕211-支架212-电机213-电机输出轴螺杆214-滑动轴215-应力调整杆216-万向锁紧卡扣217-骨折复位针218-滑动轴固定板219-万向锁紧卡口固定轴3-被动机械臂301-第一球形铰链302-旋转铰链303-第二球形铰链304-第四运动构件305-锁紧构件306-第一运动构件307-第二运动构件308-第三运动构件。
具体实施方式
36.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。
37.因此，以下对本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的部分实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
38.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。
39.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
40.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
41.参见图1所示，本实施例提供的一种主被动并联复位机器人，包括：
42.主动机械臂1，具有多自由度的主动输出端；
43.同步运动平台2，所述同步运动平台上固定安装骨折复位针，所述主动机械臂的主动输出端与同步运动平台连接；
44.及被动机械臂3，其一端固定设置，另一端具有多自由度的被动输出端，被动输出端可滑动的安装在同步运动平台上；
45.所述被动机械臂3可在主动机械臂1带动同步运动平台2将骨折复位针插入需复位的骨折端时保持自由度锁定，所述主动机械臂1带动同步运动平台2 在被动机械3臂的支撑下执行复位操作。
46.本实施例提出了一种主被动式并联复位机器人结构：采用主动机械臂1、被动机械臂3并联机构，小体积大负载的被动机械臂3布置到手术空间，利用大刚度支撑辅助机器人完成大力量负载输出；主动机械臂1完成大动力、灵巧运动，并借助被动支链的支撑，降低主动机械臂1的动力需求；同步运动平台2 将主动机械臂1的运动撬杠式输出，完成大负载灵巧复位操作。
47.因此，本实施例的主被动式并联复位机器人结构通过主动机械臂1、被动机械臂3及同步运动平台2实现了骨折的复位操作，结构简单稳定可靠，装卸方便，占用空间小，更有利于与手术医生的配合进行手术操作。
48.进一步地，本实施例的主被动式并联复位机器人，包含一个六自由度的主动机械臂1、一个七自由度的被动机械臂3、一个包含两个同步运动的同步运动平台2。
49.本实施例所述主动机械臂1可固定在手术台车上，也可固定在永久支座上；所述主动机械臂1可根据术前或术中规划路线主动移动；所述主动机械臂1具有六个自由度，可实现空间坐标系的移动和旋转。所述同步运动平台2的一端动平台固定在主动机械臂1上，另一端动平台可根据固定在主动机械臂1的动平台同步运动。所述被动机械臂3一端固定在同步运动平台2的球形铰链上，另一端固定在手术床或永久支座，也可固定在台车上；所述被动机械臂3具有七个自由度，包含两个球形铰链及一个旋转铰链，可被动锁定，作为同步运动平台2的运动支撑。
50.具体实施方式是：所述主动机械臂1固定在台车上，也可固定在永久支座上；所述同步运动平台2一端安装在所述主动机械臂1上。所述被动机械臂3 一端安装在手术床上，也可固定在台车上，另一端固定在所述同步运动平台2 的球形铰链上，球形铰链可在所述同步运动平台2的支撑杆上滑动。在所述主动机械臂1未达到预定位置时，处于放松状态，各个关节可随意运动。所述主动机械臂1带动所述同步运动平台2到达预定位置后，将骨折复位针钉入需复位的骨折端，锁紧所述被动机械臂3，此时被动机械臂3没有自由度，相当于刚性固定支撑杆。所述同步运动平台2可围绕自身的球形铰链进行三个自由度的旋转及沿支撑杆的滑动。所述主被动并联复位机器人此时可执行复位操作，所述被动机械臂3为主动机械臂1提供支撑，减小其负载。当所述同步运动平台2 的球形铰链不发生运动时，所述主动机械臂1带动所述同步运动平台2进行运动，实现骨折端移动。当所述同步运动平台2的球形铰链运动时，所述同步运动平台2可围绕自身的球形铰链进行三个自由度的旋转及沿支撑杆的滑动，利用球形铰链发生撬杠式运动，来带动末端骨折端的移动，减小所述主动机械臂1 的负载。
51.参见图2所示，本实施例的所述主动机械臂1的主动输出端为具有空间六个自由度的末端连接法兰101，可实现空间姿态的随意运动，为骨折端复位操作提供动力。
52.参见图6所示，本实施例所述被动机械臂3包括第一运动构件306、与第一运动构件306通过第一球形铰链301连接的第二运动构件307、与第二运动构件 307通过旋转铰链302
可转动连接的第三运动构件308、与第三运动构件308通过第二球形铰链303连接的第四运动构件304以及用于锁定所述第一球形铰链 301、旋转铰链302、第二球形铰链303的锁紧构件305。
53.本实施例所述被动机械臂3的第一球形铰链连接301和第二球形铰链303 各具有三个围绕球心运动自由度；所述旋转铰链302具有一个旋转自由度；所述第四运动构件304具有空间六个自由度；所述锁紧构件305在放松状态下时，第一球形铰链连接301、第二球形铰链303及旋转铰链302可自由运动，同时第四运动构件304有空间六个自由度，所述锁紧构件305在锁紧状态下时，第一球形铰链连接301、第二球形铰链303及旋转铰链302都处在锁紧状态，同时第四运动构件304也不可移动，此时七自由度被动支链也处于锁紧状态，形成一个刚性件。
54.作为本实施例的一种实施方式，所述的锁紧构件305包括传动连杆以及分别与第一球形铰链301、第二球形铰链303接触的锁紧块，通过旋转带动传动连杆驱动锁紧块与第一球形铰链301、第二球形铰链303分别紧密接触锁定。
55.参见图3所示，本实施例所述的同步运动平台2包括：
56.平台主体200，包括与主动机械臂1连接的机器人端动平台201和与机器人端动平台201连接进行动力平行传递的平行传动机构；
57.匀强手腕210，固定安装所述骨折复位针217，所述的匀强手腕210与平台主体200的平行传动机构固定连接。
58.参见图4所示，本实施例所述的平行传动机构包括在第一平面进行平行运动的第一平行传动机构和在第二平面进行平行运动的第二平行传动机构，所述的第一平面与第二平面相交。所述第一平行传动机构和所述第二平行传动机构分别处于相交的第一平面和第二平面，可实现随动端动平台在空间上与机器人端动平台保持平行
59.具体地，本实施例所述的平行传动机构包括用于与匀强手腕210固定连接的随动端平台208。
60.本实施例所述的第一平行传动机构包括第一支撑杆203和与第一支撑杆203 平行的第二支撑杆205，第一旋转轴2013和与第一旋转轴2013平行的第二旋转轴2010，所述的第一支撑杆203的两端分别固定连接第一平行铰链座202、第二平行铰链座2012，所述第一旋转轴2013的一端与机器人端动平台201固定连接，另一端与第一平行铰链座202可转动连接，所述第二旋转轴2010的一端与随动端平台208固定连接，另一端与第二平行铰链座2012可转动连接。
61.本实施例所述的第二平行传动机构包括与第二支撑杆205平行的第三支撑杆207，第四旋转轴204和与第四旋转轴204平行的第五旋转轴209，所述的第二支撑杆205两端分别固定连接第三平行铰链座2014、第四平行铰链座2017，所述的第三支撑杆207两端分别固定连接第五平行铰链座206、第六平行铰链座 2016，所述的第四旋转轴204可转动的穿过机器人端动平台201，两端分别可转动的安装在第三平行铰链座2014、第五平行铰链座206，第五旋转轴209可转动的穿过随动端平台208，两端分别可转动的安装在第四平行铰链座2017、第六平行铰链座2016。
62.具体地，本实施例所述的机器人端动平台201包括平台本体和固定连接平台本体上的第一连接块、第二连接块，所述第一旋转轴2013的一端与所述第一连接块固定连接；所
述的第四旋转轴204可转动的穿过第二连接块。优选地，所述的平台本体为圆形连接法兰，所述的第一连接块、第二连接块分别固定在圆形连接法兰的外周壁上。
63.具体地，本实施例所述的随动端平台包括横臂和与横臂固定连接的竖臂，所述第二旋转轴2010与所述竖臂固定连接，所述第五旋转轴209可转动的穿过横臂。优选地，所述的随动端平台为包括一个横臂和位于横臂两端的两个竖臂，整体呈u型结构。
64.其中图4中所示轴线a、轴线b、轴线c和轴线d组成第一平行四边形机构，机构运动中轴线a和轴线c，轴线b和轴线d会平行运动；图示轴线a1、轴线 b1、轴线c1和轴线d组成第二平行四边形机构，机构运动中轴线a1和轴线c1，轴线b1和轴线d会平行运动。所述第一平行四边形和第二平行四边形相互垂直，且轴线a和轴线a1相互垂直并交于一点，轴线c和轴线c1相互垂直并交于一点。所述第一平行四边形机构和所述第二平行四边形机构可实现随动端动平台在空间上与机器人端动平台保持平行。
65.进一步地，本实施例所述的同步运动平台2包括可滑动的设置在第二支撑杆205上的球形铰链2011，所述被动机械臂3的被动输出端与所述球形铰链2011 连接。所述球形铰链2011包含三个围绕球心的旋转自由度，安装在第二支撑杆 205上，且可以沿第二支撑杆205滑动；所述平台主体200可围绕球形铰链2011 旋转，也可以沿第二支撑杆205滑动，来实现空间机构的同步复位运动。
66.参见图5所示，本实施例所述匀强手腕210包括支架211、电机212、电机输出轴螺杆213、滑动轴214、应力调整杆215、万向锁紧卡扣216、骨折复位针217、滑动轴固定板218和万向锁紧卡口固定轴219。
67.所述电机212固定在支架211上，电机输出轴螺杆213固定在电机输出轴上，电机输出轴螺杆213与滑动轴固定板218螺纹传动，电机212转动可带动滑动轴固定板218上下运动；滑动轴214与滑动轴固定板218固连在一起；应力调整杆215与支架211固连在一起；万向锁紧卡扣216一端与骨折复位针217 连在一起，另一端可与应力调整杆215或万向锁紧卡口固定轴219连在一起；万向锁紧卡扣216在放松状态下时，两端卡扣可随意运动，锁紧后两端卡扣相对固定；当骨折复位针217插入骨折复位端时，万向锁紧卡扣216将骨折复位针217与机架部分固连在一起，电机212旋转，可带动滑动轴固定板218上下运动，来调节应力调整杆215与支架211的力臂，防止因为骨折复位针217与骨折复位端应力过大而引起二次骨折等情况。
68.优选地，本实施例的指甲211为l型支架，本实施例的匀强手腕包括两套骨折复位针217以及对应的夹持固定和调节机构。
69.以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但本实用新型不局限于上述具体实施方式，因此任何对本实用新型进行修改或等同替换；而一切不脱离实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。