具有快速安装锁紧装置的导向器及手术机器人的制作方法

1.本实用新型涉及医疗器械领域，涉及医疗器械的连接接口，尤其涉及一种具有快速安装锁紧装置的导向器及手术机器人。


背景技术：

2.目前，手术机器人已经越来越多地应用在临床手术中，辅助医生完成复杂的手术。例如，手术机器人可以将患者的影像数据与患者生理解剖结构准确关联，辅助医生执行手术规划，并且可以引导医生操作手术器械或者可以独立完成某些手术操作。例如，在骨科手术中，手术机器人可以完成精确定位并引导医生在预定位置设置导针。
3.现有的机器人导航手术中，当需要设置导针时，通常在机械臂的前端安装导向器，然后机械臂将导向器移动到预定位置，将导针插入导向器中，通过导向器引导，使得导针能够准确地设置到预定的位置。手术机器人能够完成或辅助完成手术操作，手术导航系统至关重要。通过手术导航系统能够实时定位手术机器人的导向器位置，也可利用实时导航来校正患者解剖移位等所引起的定位偏差。目前的手术导航系统，通常在导向器上设置示踪器，以便追踪和定位手术工具。
4.手术室内的一切器具在使用前必须消毒灭菌。导向器通常为金属制成，可采用高温灭菌方式消毒。但是示踪器，尤其是光学示踪器，通常不能采用高温灭菌。因此，在高温消毒前，需要将示踪器从导向器取下单独消毒，在手术前重新安装到导向器上。
5.因此，需要一种快速安装接口，能够实现示踪器快速安装和拆卸。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种具有快速安装锁紧装置的导向器，包括：
7.导向部，具有沿轴线贯通的中空结构；
8.连接部，一端与导向部连接，另一端设置有接口；
9.快速安装锁紧装置，设置在所述连接部上；
10.示踪器，安装在所述快速安装锁紧装置上。
11.进一步地，所述示踪器具有连接杆；
12.所述快速安装锁紧装置包括：
13.支杆，一端具有部分空腔，所述连接杆的一端插入所述空腔；
14.锁紧装置，设置在所述支杆外部，用于锁紧所述连接杆。
15.进一步地，所述连接杆的前端设置有环形凹槽，所述锁紧装置包括：
16.动圆环，可移动地套设在所述支杆外部；
17.多颗圆珠，所述支杆沿周向设置多个圆孔，所述多颗圆珠可移动地嵌设在所述动圆环与支杆的圆孔之间；
18.当所述动圆环向支杆的一端移动时，所述多颗圆珠部分地突出于所述圆孔内壁，
嵌入在所述连接杆的环形凹槽；
19.当所述动圆环向支杆的另一端移动时，所述多颗圆珠与所述连接杆的环形凹槽脱离。
20.进一步地，所述支杆表面设置有支杆浅槽，在所述支杆浅槽的一端设置有支杆开口，所述支杆开口与支杆的空腔连通；
21.所述锁紧装置还包括锁止销，设置在所述动圆环与所述支杆之间；
22.当所述圆珠部分地嵌入在环形凹槽时，所述锁止销端部插入所述支杆开口，抵靠在连接杆的端部；
23.当所述圆珠与环形凹槽脱离时，所述锁止销的端部抵靠在所述支杆浅槽内。
24.进一步地，所述动圆环包括通道，所述锁止销设置在所述通道中；
25.所述通道一端设置有销孔，所述锁止销的前端插入销孔中，所述锁止销的末端与所述通道末端之间设置有弹簧。
26.进一步地，所述快速安装锁紧装置的端部设置有定位凸起，所述示踪器设置有多个定位槽，当示踪器安装到所述快速安装锁紧装置上，所述定位槽与所述定位凸起配合。
27.进一步地，所述导向部在一侧沿轴向设置有侧开口，其中所述侧开口的开口宽度大于导针的直径。
28.进一步地，还包括套筒，可拆卸地设置在所述导向部的中空结构内，所述套筒用于引导导针。
29.进一步地，包括多个套筒，所述多个套筒的横截面外部形状相同，内部的圆柱形中空结构的内径不同，所述多个套筒的长度不同。
30.根据本实用新型的另一方面，提供一种手术机器人，包括机械臂和导向器，所述导向器通过接口连接在所述机械臂上。
31.本实用新型的快速安装锁紧装置，能够实现快速插接及锁紧，缩短了手术准备时间。此外，通过在示踪器和快速安装锁紧装置的两端分别设置定位凸起和定位槽，能够实现精准插接。
32.此外，本实用新型的导向器通过设置侧开口，方便导针设置完成后，从导向器的侧开口处脱离导向器，避免了机械臂大范围运动来完成导针脱离的工作，节约了手术时间。
33.此外，本实用新型的导向器可包括一组套筒，套筒的长短和内径不同，以便适用于导引不同型号的导针。但是多个套筒的横截面外形相同，能够与导向部匹配安装，从而可以满足多种应用场景需求。
34.除了上面所描述的本实用新型解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本实用新型的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。
附图说明
35.图1是本实用新型实施例的示踪器通过快速安装锁紧装置连接至导向器的示意图。
36.图2是图1所示结构的零部件爆炸示意图。
37.图3是本实用新型实施例的快速安装锁紧装置的零部件爆炸示意图。
38.图4是本实用新型实施例的快速安装锁紧装置的装配后结构剖面图。
39.图5是本实用新型实施例的动圆环的剖面示意图。
40.图6是本实用新型实施例的侧开口导向器的结构示意图。
41.图7是本实用新型实施例的侧开口导向器装配套筒的结构示意图。
42.图中：
43.1、连接杆；2、环形凹槽；3、第一锥面；4、定位槽；5、示踪器；6、支架；7、光学球；8、支杆；9、第一弹簧；10、定圆环；11、动圆环；12、通道；13、紧定螺丝；14、第二弹簧；15、锁止销；16、圆珠；17、圆孔；18、定位凸起；19、第二锥面；20、支杆开口；21、空腔；22、支杆浅槽；23、销孔；24、动圆环第一圆孔；25、动圆环第二圆孔；26、圆盘；27、动圆环第三圆孔；28、动圆环第四圆孔；29、快速安装锁紧装置；30、导向器；31、导向部；32、侧开口；33、连接部；34、示踪器接口；35、接口；36、导针；37、套筒；38、阻挡部；39、锯齿部；40、插入孔。
具体实施方式
44.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
45.此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
46.本技术提供了一种具有快速安装锁紧装置的导向器，包括：导向部，具有沿轴线贯通的中空结构；连接部，一端与导向部连接，另一端设置有接口；快速安装锁紧装置，设置在所述连接部上；示踪器，安装在所述快速安装锁紧装置上。
47.在手术机器人系统中，需要对机械臂前端的导向器进行位置追踪，以便导向器能够按照规划路径移动并完成定位。通过在导向器上设置示踪器，因为示踪器与导向部及套筒的位置关系是固定且已知的，因此定位精度更高。本技术的导向器，通过设置快速安装锁紧装置，实现示踪器与导向之间的快速安装及锁紧，节约了手术时间。
48.本技术中的示踪器包括连接杆；快速安装锁紧装置包括：支杆，一端具有部分空腔，所述连接杆的一端插入所述空腔；锁紧装置，设置在所述支杆外部，用于锁紧所述连接杆。
49.本技术的快速安装锁紧装置采用连接杆与支杆配合的方式，连接杆插入支杆的空腔内，通过锁紧装置锁紧。因此可以在导向器上进行示踪器的快速安装和拆卸。当然，本领域技术人员可以知晓，本技术的快速安装锁紧装置也可用于其他需要快速连接的应用场景，不仅仅局限于安装示踪器。例如，快速安装锁紧装置可以安装在机械臂前端，连接杆的另一端可以连接手术工具，从而实现手术工具在机械臂前端的快速连接及锁紧。
50.进一步地，锁紧装置可以采用多种方式实现连接杆的锁紧。例如，锁紧装置与连接杆之间采用卡接、螺纹连接、磁吸等锁紧方式。
51.优选地，连接杆的前端设置有环形凹槽，锁紧装置包括：动圆环，可移动地套设在所述支杆外部；多颗圆珠，所述支杆沿周向设置多个圆孔，所述多颗圆珠可移动地嵌设在所
述动圆环与支杆的圆孔之间；当所述动圆环向支杆的一端移动时，所述多颗圆珠部分地突出于所述圆孔内壁，嵌入在所述连接杆的环形凹槽；当所述动圆环向支杆的另一端移动时，所述多颗圆珠与所述连接杆的环形凹槽脱离。
52.本实施方式采用圆珠与环形凹槽配的方式，通过动圆环带动圆珠移动，实现圆珠与环形凹槽的嵌合和脱离。例如，在支杆周向上均匀开设三个圆孔，圆孔与支杆空腔连通，每个圆孔对应设置一个圆珠。圆孔的直径小于圆珠的直径，但是可以使得圆珠的部分表面突出于圆孔的内壁。连接杆插入支杆空腔后，环形凹槽的位置与开孔的位置相对应。优选地，动圆环的内壁或者支杆的外壁局部具有斜面或锥面，当动圆环相对于支杆移动时，圆珠沿着斜面移动，斜面引导圆珠嵌入圆孔或脱离圆孔。换言之，用于容纳圆珠的动圆环的内壁与支杆的外壁之间，由于存在部分斜面或锥面，使得一部分空间距离等于或略大于圆珠的直径，另一部分空间距离小于圆珠的直径。因此当圆珠位于距离较小的空间部分时，圆珠只能部分嵌入到圆孔中，从而卡在连接杆的环形凹槽内，当圆珠位于距离较大的空间部分时，圆珠能够脱离圆孔，从而使得连接杆解锁。
53.进一步地，可以在动圆环的一端设置弹簧，为动圆环提供预推力或预压力。优选地，在支杆的尾端设置弹簧，为动圆环提供预推力，在弹簧预推力的作用下，圆珠被压紧在圆孔中，锁紧连接杆。具体地，快速安装锁紧装置可包括：定圆环，设置在所述支杆的另一端；弹簧，设置在所述动圆环与所述定圆环之间。定圆环设置在支杆的尾端，即与连接杆插入端相对的另一端。弹簧套设在支杆上，位于动圆环和定圆环之间，为动圆环提供预推力。定圆环设置在支杆的尾端，也可用于限定动圆环的活动范围，同时防止动圆环从支杆尾端脱离。
54.优选地，锁紧装置进一步包括锁止销，用于增强锁紧效果。优选地，支杆表面设置有支杆浅槽，支杆浅槽没有穿透支杆空腔部分的内壁，且具有预定长度。在支杆浅槽的一端设置有支杆开口，所述支杆开口与支杆的空腔连通。锁止销可以在支杆浅槽中移动，并且可以穿过支杆开口插入支杆的空腔内，抵靠在连接杆的端部。
55.具体地，锁止销设置在动圆环与支杆之间，与支杆垂直设置，可以垂直插入到支杆开口中。锁止销可以随着动圆环沿着支杆轴向移动，因此相对于支杆表面发生位移。支杆浅槽沿支杆轴向设置预定的长度，当动圆环移动圆珠部分地嵌入在环形凹槽时，锁止销的端部插入支杆开口内，抵靠在连接杆的端部，处于锁紧状态；当动圆环移动圆珠与环形凹槽脱离时，锁止销的端部抵靠在支杆浅槽内，与连接杆脱离，处于解锁状态。锁止销与圆珠配合使用，不仅增强了锁紧效果，同时也限定了连接杆插入和锁紧的位置，提高了连接杆锁紧位置的精度。
56.优选地，动圆环包括通道，锁止销设置在通道中。可以设置三个通道，每个通道内设置一个锁止销，通道的前端设置销孔，锁止销的前端插入销孔中，锁止销的末端与所述通道末端之间设置有弹簧，为锁止销提供预推力。当销孔与支杆开口对准时，锁止销在弹簧推力的作用下穿过销孔插入到支杆开口，从而锁止在连接杆的端部。
57.优选地，连接杆的端部设置有斜面或者锥面，用于引导锁止销沿着斜面或者锥面移动。优选地，支杆开口与支杆浅槽的过渡部分也具有斜面，便于锁止销从支杆开口移动至支杆浅槽内。
58.进一步地，支杆还包括定位凸起，设置在支杆的一端。连接杆的另一端设置有定位
槽，当连接杆的一端插入支杆的空腔内，定位槽与所述定位凸起配合。通过设置定位凸起和定位槽，能够唯一确定连接杆的安装位置，实现连接杆与支杆之间的定位和准确安装。当连接杆用于连接示踪器时，示踪器与工具之间的空间位置关系必须准确，因此示踪器的安装位置必须准确。本技术中，通过锁紧装置与定位机构配合使用，能够满足示踪器的精准安装需求，同时也实现了快速插拔方式安装，极大方便了手术中的使用，缩短了手术时间。
59.优选地，在支杆的一端设置有圆盘，圆盘中间设置有插入孔，圆盘表面沿周向设置多个定位凸起。连接杆通过插入孔插入到支杆空腔内。圆盘设置在支杆的端部，圆盘的直径可与动圆环的端部直径相配合，还可起到阻挡圆珠脱落的作用。
60.进一步地，连接杆的另一端连接有示踪器，所述示踪器面向所述圆盘的表面设置有多个定位槽，位置和尺寸与所述定位凸起配合。
61.本技术中，示踪器可以包括支架，与连接杆一端连接，示踪器的光学指示点设置在支架上。支架与支杆对接的一面设置有定位槽。
62.此外，本实用新型的导向器可以在在一侧沿轴向设置有侧开口，所述侧开口的开口宽度大于导针的直径。
63.导向器还可以包括套筒，可拆卸地设置在所述导向部的中空结构内，所述套筒用于引导导针。
64.套筒可拆卸地装配在导向部中，套筒的外部形状和导向部的内部中空结构形状相匹配。例如，套筒横截面的外形可以是圆形、多边形等，导向部的内部中空结构的形状与其相配合，使得套筒可以插入导向部，二者的尺寸配合应做到适合套筒插拔，但是装配后套筒与导向部之间不会发生横向晃动。
65.套筒内部具有沿轴线贯通的圆柱形中空结构，导针的直径与套筒的圆柱形中空结构的内径相配合，二者的尺寸配合应做到适合导针插拔，但是插入后导针与套筒之间不会发生径向晃动。本技术中，套筒不设置侧开口，且与导针紧密配合，在设置过程中能够更精准地引导导针。
66.导针插入套筒后，手术机器人按照规划的路径将导向器移动至预定位置，操作人员可在导向部的引导下，用电钻将导针钉入预定位置。由于手术机器人可以精确地定位导向器的位置，从而可以通过辅助引导的方式准确地将导针设置在预定位置。
67.设置完一根导针后，需要使导向部脱离该导针，从而进行后续操作。本技术的导向部由于设置有侧开口，因此无需操作手术机器人的机械臂运动，即可完成导针脱离的操作，节约了手术时间。具体地，设置完导针后，将套筒从导针的尾端方向拔出，此时导针位于导向部内，导向部的侧面具有侧开口，导针可直接从侧开口处脱离导向部，非常便捷省时。
68.具有侧开口的导向器特别适合用于在局部区域连续设置多根导针的场景。如果需要继续设置下一根导针，需要将套筒插入导向部，然后将导针插入套筒，启动手术机器人将导向器移动至预定位置，然后重复上述设置导针和脱离导针的操作。由于在局部区域设置多根导针，手术机器人的机械臂每次只需要微调一下位置即可完成定位，无需像传统方式，先执行脱针操作，再重新运动至预定位置，因此节约了手术时间。
69.优选地，导向器可以包括多个套筒，多个套筒的横截面外部形状相同，因此可以插入到导向部。多个套筒的内部圆柱形中空结构的内径不同，长度不同。套筒的长短和内径不同，以便适用于导引不同型号的导针，从而可以满足多种应用场景需求。
70.优选地，导向部的中空结构为圆柱形状，套筒为圆柱形状，导向部的内径与套筒的外径相配合。更优选地，套筒横截面的外形可以为多边形状，导向部的中空结构也为同样的多边形状，因此套筒插入到导向部后，二者不会发生相对转动，在用手钻设置导针时稳定性更好。
71.优选地，套筒的一端设置有阻挡部。在套筒插入到导向部时，阻挡部抵接在导向部的端部，起到定位的作用。优选地，阻挡部的外表面设置有花纹或者凸起结构，增大摩擦力，便于插拔套筒。
72.优选地，套筒的另一端设置有锯齿部。在设置导针时，套筒抵靠在骨面，锯齿部会增大套筒与骨面的摩擦力，不容易发生位置偏移。
73.可选地，连接部可以固接在导向部上，也可以拆卸地连接至导向部。可拆卸的连接方式，能够方便更换导向部时。
74.根据本实用新型的另一方面，提供一种手术机器人，包括机械臂和导向器，所述导向器通过接口连接在所述机械臂上。
75.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
76.如图1所示，示踪器5通过快速安装锁紧装置29连接至导向器30。快速安装锁紧装置29的一端与导向器30固定连接，另一端与示踪器5快速插接。
77.如图2-4所示，本实施例中，示踪器5包括支架6和光学球7，示踪器包括4个光学球7。支架6连接到连接杆1的一端。连接杆1的插入端设置有第一锥面3，连接杆1插入端还设置有凹槽2，为环形凹槽。当连接示踪器5时，连接杆1需要插入到支杆8的空腔21内。支杆8的尾端连接到导向器30的一侧。
78.本实施例中，快速安装锁紧装置29的具体结构如图3和4所示，包括支杆8，支杆8的前端设置有圆盘26，圆盘中心开设插入孔40，支杆8内设置有空腔21，连接杆1通过插入孔40插入空腔21内。圆盘26的外表面上设置多个定位凸起18。定位凸起18与示踪器5上设置的定位槽4配合。
79.动圆环11套设在支杆8外部，定圆环10连接在支杆8的尾端。第一弹簧9套设在支杆8上，位于定圆环10与动圆环11之间，为动圆环11提供预推力。
80.支杆8的周向上均匀开设三个圆孔17，圆孔17与支杆空腔21连通，每个圆孔17对应设置一个圆珠16。圆珠16设置在支杆8与动圆环11之间。圆孔17的直径小于圆珠16的直径，圆珠16的部分表面可以突出于圆孔17的内壁，嵌入在连接杆1的凹槽2内，锁紧连接杆1，圆珠16也可以脱离连接杆1的凹槽2，解锁连接杆1。
81.如图5所示，动圆环11从左至右依次设置有彼此贯通的动圆环第二圆孔25、动圆环第三圆孔27、第二锥面19、动圆环第四圆孔28和动圆环第一圆孔24，从而使得动圆环11中部形成贯通的空间。支杆8装配在动圆环第四圆孔28上。在动圆环11的动圆环第四圆孔28的右侧具有动圆环第一圆孔24，套设在定圆环11的外部。在动圆环第四圆孔28的左侧，动圆环第三圆孔27和第二锥面19用于容纳圆珠16。动圆环第二圆孔25的直径与圆盘26的直径相配
合，可以容纳圆盘26。
82.动圆环11的外部设置有三个通道12，沿着动圆环11的周向均匀分布。每个通道12内设置有一个锁止销15，通道12的前端设置销孔23，锁止销15的前端插入销孔23中，锁止销15的末端设置有第二弹簧14，为锁止销15提供预推力。紧定螺丝13设置在通道12的末端。
83.如图2-4所示，支杆8的表面设置有支杆浅槽22，支杆浅槽22的端部设置有支杆开口20，支杆浅槽22与支杆开口20通过斜面连接。本实施例中设置三组支杆浅槽22和支杆开口20，分别与三个锁止销对应。锁止销15设置在动圆环11与支杆8之间，与支杆8垂直设置，锁止销可以从支杆浅槽22移动到支杆开口20，垂直插入到支杆开口20中，也可以从支杆开口20沿着斜面移动到支杆浅槽22中。
84.以安装和取下示踪器5为例，描述快速安装锁紧装置29的工作过程：
85.当需要安装示踪器5时，将动圆环11向右移动，即向定圆环10方向移动，此时第一弹簧9被压缩。锁止销15沿着斜面从支杆开口20退出，进入到支杆浅槽22，此时第二弹簧14被压缩。圆珠16容纳在圆孔17与动圆环第三圆孔27之间，圆珠16没有通过圆孔17突出于空腔21内。圆盘26容纳在动圆环第二圆孔25内。此时，支杆8的空腔21内没有锁紧件，连接杆1可以通过插入孔40顺利插入空腔21内。
86.将连接杆1插入到圆盘26上的定位凸起18与示踪器5上的定位槽4对准匹配的状态，松开动圆环11。动圆环11在第一弹簧9的弹力作用下向左移动。锁止销15沿着支杆浅槽22移动至支杆开口20，在第二弹簧14的弹力作用下，锁止销插入支杆开口20，抵靠在连接杆1的前端第一锥面3。圆珠16容纳在圆孔17与第二锥面19之间，圆珠16的部分表面通过圆孔17突出于空腔21内，嵌入到连接杆1的凹槽2内，锁紧连接杆1。连接杆1被锁紧并定位在支杆8的空腔21内。
87.当需要取下示踪器5时，将动圆环11向右移动，此时锁止销15和圆珠16与连接杆1脱离，可顺利将连接杆1从支杆8内取出。
88.因此，本实施例的快速安装锁紧装置29操作方便，只需向右拨动动圆环11，即可顺利完成连接杆1的插入或取出。此外，通过锁止销15和圆珠16可进行双重锁紧，配合定位凸起18和定位槽8的定位，可以使示踪器5安装稳定，定位准确。
89.如图6和图7所示，本实施例提供的导向器30包括导向部31，外形为大致圆柱形，侧面具有侧开口32。连接部33的一端连接到导向部31上，另一端设置有接口35。接口35用于连接到手术机器人机械臂的前端。本实施例中，连接部33上设置有示踪器接口34。
90.套筒7插入到导向部31中，套筒37的一端设置有阻挡部38，另一端设置有锯齿部39。本实施例中，套筒37具有圆柱形外形，其内部具有圆柱形中空结构，导针36插入到套筒37内。
91.本实施例中，设置导针的具体流程为：
92.将套筒37插入到导向部1中，阻挡部38抵靠在导向部1的端部；
93.将导针36插入到套筒37内，尖端朝向预定的设置位置；
94.手术机器人的机械臂将导向器移动至预定位置，此时可以开始导针36的设置操作；
95.设置完导针36后，将套筒37从导向部1中拔出；
96.将导针36从侧开口32位置移出，完成与导向部31的脱离。
97.本实施例的侧开口导向器可连接在手术机器人的机械臂前端，用于手术中精确引导设置导针，导针设置完成后，可从导向器的侧开口处脱离导向器，避免了机械臂大范围运动来完成导针脱离的工作，节约了手术时间。
98.最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。