靶标固定架的制作方法

1.本实用新型涉及一种用于手术机器人导航的定位器械，更具体地涉及一种靶标固定架。


背景技术：

2.靶标在手术机器人导航中起到定位器械的关键作用，是十分重要的部件。目前常见的靶标多为反光贴片形式。在其使用过程中，通过追踪仪检测一组(通常三到四片为一组)反光式靶标中每个靶标的几何中心在空间中的位置，来确定由这一组反光式靶标几何中心构成的一组点位的空间位置，根据点位与器械之间的已知位置关系，即可判断器械在追踪自坐标系中的位置及姿态。
3.然而，反光贴片式靶标的缺点是易损坏，需要经常更换，而在更换的过程，难以确保其几何中心位置不变。
4.通常，反光式靶标会被带有圆形孔位的零部件压在支架上，而圆形孔中露出的部分会被当追踪仪当做“完整的”反光式靶标，从而计算几何中心。因此，追踪仪对其几何中心的判断会受到其露出的可视 (相对追踪仪)区域的影响。如果反光贴片式靶标上的固定零部件不能准确地露出其中心、或者固定部件相对其几何中心有略微偏心，则会造成追踪仪的位置检测误差，从而带来器械的位置误差。
5.因此，需要确保反光贴片式的靶标在反复安装的过程中始终保持位置稳定无变化，尤其是露出位置的稳定及一致性。此处所说的位置稳定，不仅包含了水平方向的位置变化，也包含了垂直高度方向的变化(过压或未压牢)。


技术实现要素：

6.为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种靶标固定架，其能够使得在反复安装、更换反光式靶标、靶标背板和塑料盖扣等易损件时也可确保反光式靶标的几何中心在水平位置以及垂直位置的精度。
7.根据本实用新型的一方面，提供一种靶标固定架，用于固定靶标，其中，靶标固定架包括：形成有连杆的支架，形成于该连杆的承座，定位压环和盖扣，承座形成有凹槽，定位压环包括：受压面、中心孔部与连接二者的锥形面、用于配合于凹槽的内周面的筒体侧面、和定位压环施压面，盖扣形成有中心开孔部和扣接部，其中，在盖扣利用扣接部与承座接合而将定位压环压紧于凹槽中时，锥形面和中心孔部之中的至少中心孔部从中心开孔部露出，使得靶标的表面从中心孔部露出，且定位压环施压面对靶标的表面施加压力，其中，筒体侧面的外径与凹槽的内周面的内径一致。
8.由此，可确保定位压环的中心孔在水平方向的位置精准，从而确保反光式靶标的几何中心在水平位置的精度。并且可确保定位压环处于总被牢固压住的状态，定位压环总能压牢反光式靶标及靶标背板，从而确保反光式靶标的几何中心在垂直位置的精度。
9.而且，即使在靶标固定架整体上与追踪仪成一定角度例如相对偏斜的情况下，追
踪仪依然能观测到反光式靶标，而不会被定位压环的其他部分例如受压面、外环面所遮挡。
10.优选地，盖扣还形成有与受压面相对应的盖扣施压面，当盖扣与承座相互接合时，盖扣施压面与受压面接触从而对受压面施加压力。
11.优选地，承座还形成有卡紧部，用于与扣接部相互接合。
12.优选地，筒体侧面沿轴向伸出于定位压环施压面，定位压环还包括：位于受压面相反一侧并与筒体侧面连接的定位压环底面，和形成在筒体侧面的内径侧的内环面，在靶标和靶标背板被塞入由内环面围成的筒体凹空槽中时，靶标背板的位于靶标相反一侧的靶标背板底面沿轴向从定位压环底面伸出。
13.优选地，在靶标和靶标背板与定位压环一起放置于凹槽中时，定位压环施压面接触靶标的上表面，靶标的下表面接触靶标背板的上表面，靶标背板底面接触凹槽的凹槽底面。
14.优选地，定位压环包括从筒体侧面向外径侧伸出的凸缘，起始于该凸缘的筒体侧面的轴向高度形成为小于等于凹槽的深度，当定位压环施压面将靶标向凹槽底面压紧时，凸缘不接触承座和支架。
15.优选地，靶标和/或靶标背板具有内接内环面的多边形外廓，并具有在内接定位时能够完全覆盖中心孔部而从中心开孔部中露出的待检测表面。
16.优选地，盖扣还形成有开口部，用于在与承座接合时避开连杆。
17.优选地，定位压环与支架均为金属部件，靶标与盖扣均为塑料部件。
18.优选地，筒体侧面沿轴向终止于定位压环施压面，靶标和/或靶标背板具有内接内周面的多边形或圆形外廓，并具有在内接定位时能够完全覆盖中心孔部而从中心开孔部中露出的待检测表面。
19.优选地，还包括：外径形成为与内周面的内径一致的垫环，用于接收来自定位压环的压力，将靶标压向凹槽底面；或者用于设置于凹槽底面上，与定位压环一起对介于二者之间的靶标施加夹紧力。
附图说明
20.图1示意性地示出根据第一实施例的靶标固定架；
21.图2示意性地示出根据该实施例的靶标；
22.图3示意性地示出一体形成的靶标及靶标背板组件；
23.图4示意性地示出根据该实施例的定位压环；
24.图5示意性地示出该定位压环的剖视图；
25.图6示意性地示出反光式靶标与靶标背板塞入定位压环时的情况；
26.图7示意性地示出从上面侧观察的定位压环的立体视图；
27.图8示意性地示出从下面侧观察的定位压环的立体视图；
28.图9示意性地示出定位压环的剖视图；
29.图10示意性地示出支架及承座；
30.图11示意性地示出塑料盖扣与支架配合的预紧位置；
31.图12示意性地示出塑料盖扣与支架配合的旋紧位置；
32.图13示意性地示出靶标固定架的局部组装剖视图；
33.图14示意性地示出根据第二实施例的定位压环；
34.图15示意性地示出根据第三实施例的定位压环；
35.图16示意性地示出根据第四实施例的垫环；
36.图17示意性地示出根据第五实施例的反光式靶标及其组装情况。
具体实施方式
37.下面结合附图详细描述本实用新型的示例性实施例。下文描述的和附图示出的示例性实施例旨在教导本实用新型的原理，使本领域技术人员能够在若干不同环境中和对于若干不同应用实施和使用本实用新型。因此，本实用新型的保护范围由所附的权利要求来限定，示例性实施例并不意在、并且不应该被认为是对本实用新型保护的范围的限制性描述。
38.而且，这些附图应无需严格按照比例地示出实施例，可以示意的和/或稍微变形的形状实施附图。本实用新型的在说明书、附图中公开的特征能够不管是单独本身还是任意组合对本实用新型的改进方案都是重要的。出于简化的目的，下面相同的或者类似的部件或者具有相同的或者类似的功能的部件用基本相同的附图标记标示。
39.《总体构成》
40.根据本实用新型的器械，作为一种靶标固定架100，其构成可包括：反光式靶标1，靶标背板2，定位压环3，塑料盖扣4和支架5。各零部件之间相互配合安装，从而确保精度。
41.《组成零部件》
42.反光式靶标1，如图2所示，具有呈圆形的待检测表面，该表面具有一层反光材质，可被追踪仪检测追踪。
43.在此例示出了一种圆片状的靶标，其本身的厚度和大小精度要求不高。当然也可以适用其它形状的靶标，只要其具有适当的待检测表面并能够通过如下所述的方式进行定位。
44.如图3所示，靶标背板2相应地呈圆形，大小与反光式靶标一致。优选由硬质材料构成，对反光式靶标1起到支承座的作用，例如通过粘接而与光靶标1一体地形成为靶标组件。在此，对靶标背板2的厚度具有一定的精度要求，以确保反光式靶标1受压固定时的定位精度。
45.如图4、5所示，定位压环3整体上以定位压环施压面39为界一体地构成为带凸缘的筒体部301与不带凸缘的筒体部30，具有：受压面 31、锥形面32、中心孔33、外环面34、台阶面35、中环面36、定位压环底面37、内环面38和定位压环施压面39。
46.总体上，如图6所示，受压面31用于承载来自塑料盖扣4的压力 f、f’(大致相等)，从而通过定位压环施压面39施加在反光式靶标1 上，将反光式靶标1和靶标背板2压在支架5上，确保追踪仪(未示出)所检测的垂直方向上的位置精度。
47.其中，中心孔33用于露出反光式靶标1，便于追踪仪追踪反光式靶标位置，此处需要注意由于中心孔33的尺寸小于反光式靶标1的整个待检测表面，因此追踪仪只能观测到中心孔33中露出的靶标区域，因此反光式靶标1的几何中心优选为中心孔33的中心位置，通过控制定位压环3的中心孔33的位置精度，即可确保追踪仪检测的水平方向的位置精度。
48.其中，锥形面32可使在靶标固定架100整体上与追踪仪成一定角度例如相对偏斜
的情况下，追踪仪依然能观测到反光式靶标1，而不会被定位压环3的其他部分例如受压面31、外环面34所遮挡。
49.其中，外环面34尺寸无精密度要求，确保支架5可以和塑料盖扣 4配合而不与外环面34干涉即可。在此，反光式靶标1和靶标背板2 的平面外径可形成得不大于支架5的凹槽55的平面内径r(图10、17)，二者之间优选形成间隙配合。
50.其中，在未受到来自塑料盖扣4的压力f、f’作用的初始状态下，台阶面35与支架5(凸台58的上表面51，参见图10)保持一定间隙 d1(图13)，同时定位压环底面37与支架5间有一定间隙d，从而确保定位压环施压面39能压住反光式靶标1及靶标背板2。在此，设d1》d，即，当靶标背板2触接支架5的凹槽底面57时，凸台58的上表面51 不妨碍塑料盖扣4的施压行程，直到间隙d变为零为止。
51.其中，中环面36与支架5的凹槽周面56精准配合，确保定位压环 3的水平位置，从而确保中心孔33的水平位置。
52.其中，内环面38与靶标背板2的外周侧面配合，约束靶标背板2 的水平位置。在此，二者之间优选形成非过盈的紧贴配合。
53.如图7、8、9所示的塑料盖扣4，形成有开口部40、锥面部42、中心孔部43、下表面47、卡扣48和盖扣施压面41。此外，如图13所示，还在卡扣48的上表面侧形成有避让、配合支架5的卡扣58的避让部458。
54.当使用塑料盖扣4时，卡扣48与支架5的凸台58紧密配合，盖扣施压面41与定位压环3的受压面31紧密配合。中心孔部43确保定位压环3的中心孔33、与锥形面32的全部或至少靠近中心孔33的一侧可视。开口部40确保安装塑料盖扣4时避开支架5的连杆50。
55.如图10所示的支架5，形成有多个连杆50、一体形成于例如其末端的承座52、安装孔59，各承座52形成为带卡紧部(卡扣58)的台阶式槽孔状，顶面51与连杆50大致齐平，具体形成有凹槽55，贯通凹槽55的底面的通孔53，沿顶面51隔开形成的多个凸台58，例如可形成有与连杆50邻接的凸台580。
56.其中，安装孔59用于将靶标固定架100的整体安装固定在实际使用时的位置。
57.连杆50根据靶标1的数量决定，连接整个支架5构造。
58.通孔53用于方便拆卸零部件，例如从底侧伸入工具或指状体施加顶出作用力。
59.凹槽55用于安装定位压环3，高精度的凹槽55可以确保定位压环 3的中心孔33的位置精度，从而确保靶标1的位置精度。
60.凸台58(580)用于配合塑料盖扣4的卡扣48，从而固定相关零部件。
61.《工作原理》
62.在使用靶标固定架100时，通过设计不同的支架5外形，可以提供多个(大于等于3，通常为4，也可以更多)靶标1的固定。
63.追踪仪通过追踪从定位压环3的中心孔33中露出的反光式靶标1 的待检测表面(亦称上表面11)，从而确定靶标1的空间位置信息，通过支架5与定位压环3的紧密配合，在反复安装靶标1时可以确保靶标位置的精度。此外当反光式靶标1，靶标背板2和塑料盖扣4等易损件进行更换时，也可以确保靶标位置的高精度。
64.使用此装置时，先将反光式靶标1与靶标背板2相对固定，并塞入定位压环3的内环面38所围成的凹槽中(图5、6)，通过控制(例如设计或选择)靶标背板2的厚度，确保反光式
靶标1、靶标背板2和定位压环3组装后，靶标背板2的靶标背板底面21略微从定位压环3 的定位压环底面37伸出。对反光式靶标1和靶标背板2的直径大小与圆度没有高精度要求。
65.随后将三者塞入支架5上承座52的凹槽55中，此时定位压环3 的定位压环施压面39接触反光式靶标1的上表面11，反光式靶标1下表面接触靶标背板2的上表面，靶标背板2的下表面，即，靶标背板底面21，接触支架5的凹槽底面。此时将塑料盖扣4覆盖定位压环3 的受压面31，使塑料盖扣4与支架5配合达到预紧位置(图11)。
66.随后旋转塑料盖扣4，使其卡扣48与支架5的凸台58配合，达到旋紧位置，牢固固定所有零部件(图12)。
67.此时塑料盖扣4的盖扣施压面41与定位压环3的受压面31接触，塑料盖扣4上卡扣48的上表面与支架5上凸台58的下表面接触。通过控制塑料盖扣4的几何公差，可以确保塑料盖扣4在旋紧状态时，处于略微变形的状态，确保整体零部件的牢固固定。
68.此时力传递的路径为：塑料盖扣4的盖扣施压面41
→
定位压环3 的受压面31
→
定位压环3的定位压环施压面39
→
反光式靶标1
→
靶标背板2
→
支架5的凹槽底面57
→
支架5的卡扣58的下表面
→
塑料盖扣 4的卡扣48的上表面。
69.当拆卸此装置时，先将塑料盖扣4旋下，随后将定位压环3(连带反光式靶标1和靶标背板2)取出(可借助支架5通孔)。最后将反光式靶标1和靶标背板2与定位压环3脱离(可借助定位压环3的中心孔33)。
70.整条力传递路径确保所有零部件相对固定无移动。其中优选地，还要确保定位压环3的台阶面35与支架50无接触，定位压环3的定位压环底面37与支架5的凹槽底面57无接触，塑料盖扣4的下表面47 与支架5无接触。从而确保反光式靶标1在垂直方向无晃动，确保其精度。
71.如上，通过图11、12中的开口部40与凸台580、各位于两卡扣48 之间的凹空部401与支架5的各卡扣58之间的周向相对位置的变动，即可理解此装置的安装、拆卸过程。
72.此外，反光式靶标1、靶标背板2、塑料盖扣4作为易损件，可采用性价比高的材料，同时降低对其加工精度要求，从而降低整体成本。
73.如此，通过提高定位压环3和支架5中凹槽55的精度，即可确保靶标的定位精度。
74.《技术效果》
75.根据本实施例的器械，通过定位压环3与支架5间的精密配合，确保定位压环3的中心孔33在水平方向的位置精准，从而确保反光式靶标1的几何中心在水平位置的精度。
76.本器械通过塑料盖扣4与定位压环3的紧密配合，确保定位压环3 处于时刻被牢固压住的状态，定位压环3时刻压牢反光式靶标1及靶标背板2，从而确保反光式靶标1的几何中心在垂直位置的精度。
77.定位压环3与支架5均可为金属部件，反光式靶标1与塑料盖扣4 均可为塑料部件，当两类材料相互作用时(预压力)，可以确保定位压环3和支架5不易磨损，从而确保长时间使用情况下整体的精度。
78.使用过程中，反光式靶标1容易沾染杂质或被氧化失效，而塑料盖扣4容易和外部环境接触，变形磨损，这两者的失效与磨损，均不会影响到支架5和定位压环3的精度。二者可以随时拆卸更换。
79.更换反光式靶标1和塑料盖扣4对整体精度无影响。
80.追踪仪视野中，反光式靶标1的几何中心由定位压环3的孔中心决定，因此反光式靶标1的直径尺寸变化对于整体精度没有影响，塑料盖扣4的加工误差对于整体精度也没有影响。因此可以用较为低价的成本来生产反光式靶标1和塑料盖扣4，而不易更换的定位压环3则可以用高价的成本来生产，确保整体精度。
81.在本实用新型中，靶标背板2是可选的部件，根据反光式靶标1 的材料、厚度的不同，也可调整中环面36的设计高度(对应图5中的筒体部30)来直接实现对反光式靶标1的压紧。
82.《第二实施例》
83.接下来，参考图14来说明第二实施例。相比第一实施例的不同点主要在于中心孔33界面下方的筒体部30的内径不同、以及定位压环3 的定位压环施压面39的位置不同。下面主要说明不同的部分。
84.与图5不同，在锥形面32下方，大致以中心孔33的内径继续向下延伸，终止于定位压环底面37，由此构成围绕中心孔33的筒体部30，而定位压环底面37也构成为反光式靶标1的定位压环施压面39。
85.在此，筒体部30的轴向高度或其相应的中环面36的设计高度与外环面34的轴向高度二者之间的比例不一定如图所示。优选将筒体部 30的轴向高度形成得较薄(扁平)，以不影响上述相对偏斜的情况下对反光式靶标1的观测。
86.《第三实施例》
87.接下来，参考图15来说明第三实施例。相比第一实施例的不同点主要在于中心孔33界面下方不再设有筒体部30，即仅相当于上述筒体部301。由此，反光式靶标1的定位压环施压面39也构成为定位压环底面37。
88.《第四实施例》
89.与上述各实施例相组合地，还可以采用图16所示的垫环300，以与承座52的凹槽55、反光式靶标1适配，起到适当的施压、垫高作用即可。
90.垫环300的外径、内径可以分别形成为一致于各实施例中筒体部 30的外径、内径，以确保水平方向的位置精度。
91.在此，垫环300优选也由金属材料制成。
92.如此，通过增、减至少一个垫环300，可以调整组装高度，从而也可相应调整或调整到上述间隙d。
93.《第五实施例》
94.尽管如上述图2、3中示出了圆形的反光式靶标1和靶标背板2的外廓，但并不限于此，也可以为内接内环面38(图5，对应于第一实施例)或凹槽周面56(图10，对应于第二实施例)的多边形，例如、四角形等，只要其在以内环面38或凹槽周面56的半径r内接、定位时具有可完全覆盖定位压环3的中心孔33的待检测表面即可，从而可从半径为r的中心孔33露出对应的部分待检测表面。
95.在实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、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，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。
96.另外，对于旋紧式固定，以卡扣48与卡扣58的方式进行了举例，然而也不限于此，也要以采用螺纹式拧紧等适当的方式。
97.另外，在上述实施例中以光滑圆形横截面的中环面36与支架5的凹槽周面56例示了精准配合，然而，也可以通过配对方式分别形成肋、槽、锥面等方式，来进一步提高易操作性。
98.在文中针对尺寸大小使用的术语“一致”用于表明尺寸大小相等或略微的尺寸允差，包括对公差的考量。省略示出的“轴向”意指通过孔、圆形或筒体等的中心的轴向。“沿轴向伸出”意指在轴向上相对突出来。在图中为便于理解，还多处省略示出了剖面线。
99.在此，以反光贴片式靶标的固定为例进行了说明，然而并不限于此，对于其它形式也可以采用适当的结构调整，只要能提供相应的容纳空间并实现高精度的固定即可。
100.尽管已经参考各种具体实施例描述了本实用新型，但是应当理解，可以在所描述的实用新型构思的精神和范围内做出变形。因此，意图是本实用新型不限于所描述的实施例，而是将具有由所附权利要求的语言所定义的全部范围。