一种机器人辅助骨折复位手术用多姿态克氏针夹持器

1.本发明涉及骨科手术器械技术领域，特别是涉及一种机器人辅助骨折复位手术用多姿态克氏针夹持器。


背景技术：

2.骨科手术机器人凭借精准性高、创伤小、恢复快等优点，在临床医疗中展现出巨大的应用价值，受到全世界范围的广泛关注。在骨折治疗手术中，无论是传统的开放式手术或闭合髓内钉内固定术，还是机器人辅助骨折复位手术，首先都需要对骨折部位进行复位，即拼接断裂的骨头，恢复骨骼的连续性。通常情况下，医生术中需要沿骨头径向按一定夹角打入至少两根克氏针，然后徒手或通过把持器械把持克氏针来完成骨折复位操作。然而，克氏针的打入方式受患者个体生理差异以及病情差异的影响，有时需要同时调节把持器械的角度和位置以同时把持两根克氏针。
3.目前，现有大多数克氏针把持器械功能单一，如公开号为cn113069199a的中国专利公开的一种《用于克氏针的夹持装置》；又如公开号为cn212679210u的中国专利公开的一种《克氏针夹紧机构及空心钻手柄》，该类结构适用于手动操作，仅能够实现克氏针的夹持，而无法随克氏针打入骨头位置且无法根据克氏针的姿态变化来调节把持器械自身的位置和角度，使现有克氏针把持器械无法直接用于机器人操作，阻碍了骨科手术机器人的进一步发展。而一些具备位置调节功能的器械，如文献《穿戴式辅助接骨并联机器人系统研究，赵弥毫，哈尔滨工业大学，2008年6月》公开的一种半环式外固定器，往往仅能按照特定增量调节把持器械在骨头圆周方向的把持位置。此外，大多数克氏针把持器械调节精度较低，且无法调节不同克氏针的间距，影响了手术治疗效果。


技术实现要素：

4.为了解决现有克氏针把持器械存在的功能单一、调节精度低且无法同时调节克氏针把持位置、角度以及间距的问题，本发明提供一种机器人辅助骨折复位手术用多姿态克氏针夹持器。
5.本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
6.本发明的一种机器人辅助骨折复位手术用多姿态克氏针夹持器，包括：
7.固定组件；
8.均与固定组件相连的移动组件和固定端滑动组件；
9.与移动组件相连的移动端滑动组件；所述移动端滑动组件与固定端滑动组件的结构组成相同；
10.与移动端滑动组件相连的移动端夹持组件；
11.与固定端滑动组件相连的固定端夹持组件；所述固定端夹持组件与移动端夹持组件的结构组成相同。
12.进一步的，所述固定组件包括：固定环、安装在固定环一端且通过固定环密封圈密
封的滑动轴承、固定在固定环上的固定环磁栅尺、固定在固定环另一端的末端堵头。
13.进一步的，所述固定环中间设有凸台，所述凸台上设有快接连接孔和驱动螺杆安装孔；所述固定环一端设有圆柱体，所述滑动轴承安装在圆柱体中；所述固定环另一端外表面设有固定矩形凹槽，所述固定环磁栅尺固定在定矩形凹槽中；所述固定环另一端内外表面均设有固定圆截面凹槽；所述固定环另一端外表面设有固定导向槽。
14.进一步的，所述移动组件包括：移动环，固定在移动环上的移动环磁栅尺，固定在移动环一端的末端限位圆柱，安装在移动环另一端的驱动部轴承，依次穿过驱动螺杆安装孔、中部硅胶圈和移动环磁栅尺安装在驱动部轴承中的驱动螺杆，固定在驱动螺杆一端的驱动手柄，安装在驱动螺杆另一端的末端硅胶塞，两端分别安装在滑动轴承和末端限位圆柱中的导向轴，分别安装在导向轴两端的导向轴帽。
15.进一步的，所述移动环左端设有凹槽，所述末端限位圆柱安装在凹槽中；所述移动环右端设有轴承圆柱体，所述驱动部轴承安装在轴承圆柱体中；所述移动环外表面设有移动矩形凹槽，所述移动环磁栅尺安装在移动矩形凹槽中；所述移动环内外表面均设有移动圆截面凹槽；所述移动环外表面设有移动导向槽。
16.进一步的，所述移动端滑动组件包括：滑动保护壳和安装在滑动保护壳中的双耳型滑块、滑块压紧板、滑块压紧旋柄、磁栅尺读数头、读数头连接件和侧面压板；所述侧面压板前后端分别与双耳型滑块和滑动保护壳相连；所述双耳型滑块安装在移动环上；所述磁栅尺读数头通过读数头连接件与双耳型滑块相连；所述滑块压紧板固定在双耳型滑块上，并通过滑块压紧旋柄将双耳型滑块压紧在移动环上。
17.进一步的，所述滑动保护壳表面设有旋柄槽和走线孔；所述双耳型滑块下端前表面设有两个安装座，这两个安装座内壁上均设有圆截面凸起，圆截面凸起对应安装在移动圆截面凹槽中；所述侧面压板前端与两个安装座相连；位于上方的安装座上表面设有滑块压紧板安装槽，所述滑块压紧板安装在滑块压紧板安装槽中；所述滑块压紧旋柄安装在滑块压紧板上将滑块压紧板压紧在移动环上；所述滑块压紧旋柄下端端部安装在移动导向槽中，所述滑块压紧旋柄上端安装在旋柄槽中；所述磁栅尺读数头与读数头连接件相连，所述读数头连接件与位于上方的安装座上表面相连；所述双耳型滑块上端后表面设有两个耳型结构。
18.进一步的，所述固定端滑动组件中的双耳型滑块上的安装座内壁上的圆截面凸起对应安装在固定环的固定圆截面凹槽中；所述固定端滑动组件中的滑块压紧旋柄安装在滑块压紧板上将滑块压紧板压紧在固定环上；所述固定端滑动组件中的滑块压紧旋柄端部安装在固定环的固定导向槽中。
19.进一步的，所述移动端夹持组件包括：夹持外壳、固定在夹持外壳内部的夹持硅胶、通过夹持硅胶固定在夹持外壳上的克氏针锁紧器、安装在夹持外壳上的外壳压紧旋柄和外壳锁紧旋钮、通过螺栓固定在双耳型滑块上同时通过顶丝固定在夹持外壳上的轴端编码器；通过外壳压紧旋柄将夹持外壳压紧在双耳型滑块上。
20.进一步的，所述夹持外壳一端设有两个凸起，两个凸起通过外壳锁紧旋钮锁紧；所述夹持外壳另一端两侧分别设有弧形沟槽，两个弧形沟槽与两个耳型结构一一对应安装；所述耳型结构通过外壳压紧旋柄与弧形沟槽相连；所述夹持外壳另一端中心设有短轴，所述短轴穿过双耳型滑块的中心孔，所述轴端编码器外圈通过螺栓固定在双耳型滑块上，内
圈通过顶丝固定在短轴上；所述夹持外壳外壁设有凸耳，用于卡固克氏针锁紧器，所述夹持外壳底部内壁还设有半圆形凸缘，用于限制夹持硅胶的位置。
21.本发明的有益效果是：
22.一、本发明的一种机器人辅助骨折复位手术用多姿态克氏针夹持器，整体结构为半环形，安装方便，使用时直接安装在患者肢体上方，无需移动患者，避免了二次损伤。
23.二、本发明利用磁栅尺和编码器获取克氏针位置信息，读数精确，能够进一步提高手术质量。
24.三、本发明可根据克氏针的位置和姿态任意调节夹持组件的位置和角度，能够用于不同病情的克氏针把持，适用性强。
25.四、本发明能够根据患者个体生理差异与伤口情况调整两个克氏针夹持组件之间的间距，适用范围广。
26.五、本发明的一种机器人辅助骨折复位手术用多姿态克氏针夹持器，结构紧凑，可利用旋柄快速实现滑动组件和夹持组件的移动与锁定，使用方便，可操作性强。
27.六、本发明能够精确调节克氏针把持角度和位置，提高治疗效果，推动了骨科手术机器人产业的发展。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
29.图1为本发明的一种机器人辅助骨折复位手术用多姿态克氏针夹持器的整体结构示意图。
30.图2为固定组件的结构爆炸图。
31.图3为固定组件中固定环局部的结构示意图。
32.图4为移动组件的结构爆炸图。
33.图5为移动组件中移动环局部的结构示意图。
34.图6为移动端滑动组件的结构爆炸图。
35.图7为移动端滑动组件的装配图(省略滑动保护壳)。
36.图8为移动端夹持组件的结构爆炸图。
37.图9为移动端滑动组件和移动端夹持组件之间的连接关系局部示意图。
38.图10为移动端滑动组件、移动端夹持组件和移动环之间的连接关系剖面图。
39.图11为移动端滑动组件和移动端夹持组件之间的连接关系剖面图。
40.图12为移动端夹持组件中夹持外壳的仰视图。
41.图中，1、固定组件；11、固定环；111、凸台；112、快接连接孔；113、圆柱体；114、固定矩形凹槽；115、固定圆截面凹槽；116、固定导向槽；117、驱动螺杆安装孔；12、滑动轴承；13、固定环密封圈；14、固定环磁栅尺；15、末端堵头；
42.2、移动组件；21、移动环；211、移动矩形凹槽；212、移动圆截面凹槽；213、移动导向槽；214、凹槽；215、轴承圆柱体；22、末端限位圆柱；23、驱动螺杆；24、驱动手柄；25、驱动部
轴承；26、中部硅胶圈；27、末端硅胶塞；28、导向轴；29、导向轴帽；210、移动环磁栅尺；
43.3、移动端滑动组件；31、滑动保护壳；311、旋柄槽；312、走线孔；32、双耳型滑块；321、圆截面凸起；322、安装座；323、压紧板安装槽；324、耳型结构；33、滑块压紧板；34、滑块压紧旋柄；35、磁栅尺读数头；36、读数头连接件；37、侧面压板；
44.4、固定端滑动组件；
45.5、移动端夹持组件；51、夹持外壳；511、弧形沟槽；512、半圆形凸缘；513、短轴；514、凸耳；52、夹持硅胶；53、克氏针锁紧器；54、外壳压紧旋柄；55、外壳锁紧旋钮；56、轴端编码器；57、顶丝；
46.6、固定端夹持组件；
47.7、克氏针；
48.8、骨头。
具体实施方式
49.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
50.如图1至图12所示，本发明的一种机器人辅助骨折复位手术用多姿态克氏针夹持器，主要包括：固定组件1、移动组件2、移动端滑动组件3、固定端滑动组件4、移动端夹持组件5和固定端夹持组件6。移动组件2和固定端滑动组件4均与固定组件1相连；移动端滑动组件3与移动组件2相连；移动端夹持组件5与移动端滑动组件3相连；固定端夹持组件6与固定端滑动组件4相连。其中，固定端滑动组件4与移动端滑动组件3的结构和组成均相同；固定端夹持组件6与移动端夹持组件5的结构和组成均相同。
51.如图2和图3所示，固定组件1主要包括：固定环11、滑动轴承12、固定环密封圈13、固定环磁栅尺14和末端堵头15；滑动轴承12安装在固定环11左端，并通过固定环密封圈13密封；固定环磁栅尺14固定在固定环11上；末端堵头15通过螺栓固定在固定环11右端。
52.其中，固定环11为弧形结构，固定环11中间凸起部分设置有用于连接机器人本体的凸台111，凸台111上设置有快接连接孔112，通过凸台111和快接连接孔112使固定环11与机器人本体相连；固定环11左端设置有圆柱体113，滑动轴承12安装在圆柱体113中，并通过固定环密封圈13密封；如图3所示，固定环11右端外表面设置有固定矩形凹槽114，固定环磁栅尺14固定在定矩形凹槽114中；固定环11右端内外表面均设置有固定圆截面凹槽115，用于安装固定端滑动组件4中的双耳型滑块；固定环11右端外表面设置有固定导向槽116，用于安装固定端滑动组件4中的滑块压紧旋柄；凸台111上设置有驱动螺杆安装孔117，用于安装驱动螺杆23。
53.如图4和图5所示，移动组件2主要包括：移动环21、末端限位圆柱22、驱动螺杆23、驱动手柄24、驱动部轴承25、中部硅胶圈26、末端硅胶塞27、导向轴28、导向轴帽29和移动环磁栅尺210；末端限位圆柱22通过螺栓固定在移动环21左端；移动环磁栅尺210固定在移动环21上；驱动手柄24固定在驱动螺杆23一端；驱动螺杆23另一端依次穿过固定环11的驱动螺杆安装孔117、中部硅胶圈26、移动环磁栅尺210并通过驱动部轴承25和末端硅胶塞27与移动环21右端相连；导向轴28一端安装在固定环11的滑动轴承12中，导向轴28另一端安装在末端限位圆柱22中，导向轴28两端端部均安装有导向轴帽29。
54.其中，移动环21为弧形结构，移动环21左端设置有凹槽214，末端限位圆柱22安装
在凹槽214中；移动环21右端设置有轴承圆柱体215，驱动部轴承25安装在轴承圆柱体215中；移动环21外表面设置有移动矩形凹槽211，移动环磁栅尺210安装在移动矩形凹槽211中；移动环21的内外表面均设置有移动圆截面凹槽212，用于安装移动端滑动组件3中的双耳型滑块32；移动环21外表面设置有移动导向槽213，用于安装移动端滑动组件3中的滑块压紧旋柄34。
55.固定端滑动组件4与移动端滑动组件3的结构和组成均相同，以下以移动端滑动组件3为例介绍其结构和组成。
56.如图6、图7和图9所示，移动端滑动组件3主要包括：滑动保护壳31、双耳型滑块32、滑块压紧板33、滑块压紧旋柄34、磁栅尺读数头35、读数头连接件36和侧面压板37；双耳型滑块32、滑块压紧板33、滑块压紧旋柄34、磁栅尺读数头35、读数头连接件36和侧面压板37均安装在滑动保护壳31中；侧面压板37后端与滑动保护壳31相连，侧面压板37前端与双耳型滑块32相连；双耳型滑块32安装在移动环21上；磁栅尺读数头35通过读数头连接件36与双耳型滑块32相连；滑块压紧板33固定在双耳型滑块32上，并通过滑块压紧旋柄34将双耳型滑块32压紧在移动环21上。
57.其中，滑动保护壳31表面设置有旋柄槽311和走线孔312，磁栅尺读数头35和轴端编码器56的导线可从走线孔312穿过。双耳型滑块32下端前表面设置有两个安装座322，这两个安装座322内壁上均设置有一圆截面凸起321，圆截面凸起321对应安装在移动环21的移动圆截面凹槽212中；侧面压板37前端通过螺钉与两个安装座322相连；其中位于上方的安装座322上表面设置有滑块压紧板安装槽323，滑块压紧板33安装在滑块压紧板安装槽323中，滑块压紧旋柄34安装在滑块压紧板33上将滑块压紧板33压紧在移动环21上，滑块压紧旋柄34下端端部安装在移动环21的移动导向槽213中，滑块压紧旋柄34上端安装在旋柄槽311中；磁栅尺读数头35与读数头连接件36相连，读数头连接件36与位于上方的安装座322上表面相连；双耳型滑块32上端后表面设置有两个耳型结构324。
58.按照移动端滑动组件3与移动环21之间的连接方式，将固定端滑动组件4安装在固定环11上。其中，固定端滑动组件4中双耳型滑块上的安装座内壁上的圆截面凸起对应安装在固定环11的固定圆截面凹槽115中；固定端滑动组件4中的滑块压紧旋柄安装在滑块压紧板上将滑块压紧板压紧在固定环11上，滑块压紧旋柄端部安装在固定环11的固定导向槽116中。
59.固定端夹持组件6与移动端夹持组件5的结构和组成均相同，以下以移动端夹持组件5为例介绍其结构和组成。
60.如图8至图12所示，移动端夹持组件5主要包括：夹持外壳51、夹持硅胶52、克氏针锁紧器53、外壳压紧旋柄54、外壳锁紧旋钮55、轴端编码器56和顶丝57；夹持硅胶52固定在夹持外壳51内部；克氏针锁紧器53通过夹持硅胶52固定在夹持外壳51上；外壳压紧旋柄54安装在夹持外壳51上，通过外壳压紧旋柄54将夹持外壳51压紧在双耳型滑块32上；外壳锁紧旋钮55安装在夹持外壳51上；轴端编码器56外圈通过螺栓固定在双耳型滑块32上，内圈通过顶丝57固定在夹持外壳51上。
61.其中，夹持外壳51一端设置有两个凸起512，两个凸起512通过外壳锁紧旋钮55锁紧；夹持外壳51另一端两侧分别设置有弧形沟槽511，两个弧形沟槽511与两个耳型结构324一一对应安装，耳型结构324通过外壳压紧旋柄54与弧形沟槽511相连；夹持外壳51另一端
中心设置有短轴513，短轴513穿过双耳型滑块32的中心孔，然后轴端编码器56外圈通过螺栓固定在双耳型滑块32上，内圈通过顶丝57固定在短轴513上；夹持外壳51外壁设置有凸耳514，用于卡固克氏针锁紧器53，所述夹持外壳51底部内壁还设有半圆形凸缘512，用于限制夹持硅胶52的位置。
62.本实施方式中，克氏针锁紧器53选用万向华创医疗器械有限公司生产的t型克氏针锁紧器。
63.按照移动端夹持组件5与移动端滑动组件3之间的连接方式，将固定端夹持组件6安装在固定端滑动组件4上。
64.本发明的一种机器人辅助骨折复位手术用多姿态克氏针夹持器，其使用方法如下：
65.1、首先，分别松开滑块压紧旋柄34，使移动端滑动组件3和固定端滑动组件4均处于松开状态，使移动端滑动组件3沿移动环21移动，使固定端滑动组件4沿固定环11移动，将移动端滑动组件3安装到移动环21上，并将末端限位圆柱22安装到移动环21上，同时，将固定端滑动组件4安装到固定环11上，并将末端堵头15安装到固定环11上。
66.2、然后，分别松开外壳压紧旋柄54，使移动端夹持组件5和固定端夹持组件6均处于松开状态，使移动端夹持组件5相对于移动端滑动组件3转动，使固定端夹持组件6相对于固定端滑动组件4转动。
67.3、最后，分别松开外壳锁紧旋钮55，使移动端夹持组件5中的夹持外壳51和固定端夹持组件6中的夹持外壳均处于松开状态，以便能够装入克氏针锁紧器53。
68.4、根据克氏针7打入骨头8的姿态与位置，转动驱动手柄24，调整移动环21和固定环11之间的间距，同时，分别调整移动端滑动组件3、固定端滑动组件4、移动端夹持组件5、固定端夹持组件6的位置，使移动端夹持组件5中的克氏针锁紧器53和固定端夹持组件6中的克氏针锁紧器能够同时夹紧两根克氏针7，之后将克氏针锁紧器53装入夹持外壳51，锁紧外壳锁紧旋钮55，将克氏针锁紧器53牢固的固定在夹持外壳51上；锁紧滑块压紧旋柄34和外壳压紧旋柄54，使各组件保持相对位置。
69.5、通过固定环11上的快接连接孔112，将安装完成的机器人辅助骨折复位手术用多姿态克氏针夹持器安装到骨折复位机器人本体上，通过读取磁栅尺读数头35和轴端编码器56的数据，并结合各组件的尺寸信息，机器人系统中的上位机能够完成夹持器空间位置求解，并控制骨折复位机器人完成后续骨折复位操作。
70.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。
71.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。