靶标固定架的制作方法

1.本实用新型涉及智能医疗辅助器械领域，具体地涉及一种用于手术机器人导航的反光贴片式靶标的靶标固定架。


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。使用过程中，通过追踪仪检测一组(通常三到四片为一组)反光靶标中每个靶标的几何中心在空间中的位置，可确定由这一组反光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，然而更换的过程难以保证其几何中心位置不变。通常反光式靶标会被直接贴在支架上，从而计算几何中心。而贴片的位置无法精确保证。
4.此外，追踪仪对其几何中心的判断会受到其贴片的外形尺寸影响。如果反光贴片式靶标上的固定零部件尺寸不精准，或圆度精度较差，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.因此需要保证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，即稳定及一致性。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)。
6.此外，还需要保证贴片在自身外形有缺陷(圆度精度差，尺寸精度差)的情况下，仍可以被追踪仪精准捕捉。


技术实现要素：

7.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，其能够固定用于手术机器人导航的反光贴片式靶标，确保贴片的位置精度，尤其是在反复安装的过程中能够始终保持位置稳定及一致性。
8.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，其包括：支架，具有：用于直接或间接地支承靶标的支承面，和至少两个安装孔；定位压板，具有：从一侧面凹入地形成的凹槽，从该凹槽的底面朝向另一侧面贯通地形成的孔部，和与安装孔对应一致地形成的固定孔；和固定件，用于穿过安装孔和固定孔地将定位压板与支架固定连接于一起，其中，凹槽构成为用于容纳靶标的容腔，并允许靶标从孔部露出。
9.由此，可以利用定位压板的凹槽容纳保持靶标的同时，使例如螺钉、螺栓等固定件通过对应一致地形成的安装孔与固定孔，将定位压板精确固定，从而利用从孔部尤其是从圆孔部露出的靶标的位置稳定性来确保手术机器人导航中的定位。
10.优选地，孔部的周侧壁构成为具有随着向另一侧面去而逐渐扩径的锥形面。
11.优选地，支承面构成为从支架的外表面凹入地形成的凹空部的底平面，定位压板
具有与凹空部的内周壁面形状对应一致的外周轮廓曲面。
12.优选地，在定位压板的对应于固定孔的一侧面延伸形成有用于插入安装孔的定位凸台。
13.优选地，凹槽包括：以围绕孔部的方式形成的环形的底面，和从该底面朝向一侧面立起的两段彼此隔开的壁。
14.优选地，靶标固定架还包括：多个形成在支架上的支承面，和与各个支承面相应地形成的定位压板。
15.优选地，还包括：与定位压板的固定孔对应一致地形成有锚固孔的靶标背板，该靶标背板的一侧面用于放置在支承面上，另一侧面上形成有用于放置靶标的承载面，靶标背板的外周轮廓曲面尺寸不超过定位压板，使得该靶标背板能够放置入凹空部中。
16.优选地，在该靶标背板的另一侧面上形成有用于承载靶标的凹入部；和/或定位压板的表面上形成有用于抓持操作的抓持部。
17.优选地，定位压板由金属材料制成；和/或靶标背板由塑料材料制成。
18.优选地，固定孔形成为沉头孔或埋头孔。
19.由此，根据本发明提供了一种用于固定靶标的靶标固定架，可以精确保证贴片的位置，即使在贴片自身外形有缺陷的情况下，仍可以被追踪仪精准捕捉。
附图说明
20.图1示意性地示出根据本实用新型的实施例的靶标固定架。
21.图2示意性地示出可适用于该固定架的反光贴片式靶标。
22.图3示意性地示出用于支承靶标的靶标背板。
23.图4示意性地示出支承着靶标的靶标背板。
24.图5-6示意性地示出用于固定靶标的定位压板。
25.图7示意性地示出该固定架的支架。
26.图8示意性地示出支承着靶标的靶标背板的变形例。
27.图9示意性地示出定位压板的变形例。
28.图10示意性地以局部剖示出定位压板的变形例。
具体实施方式
29.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。
30.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。
31.《总体构成》
32.如图1～所示，本实施例提供一种用于固定靶标的靶标固定架10，其构成为包括：反光靶标1、靶标背板2、定位压板、3支架4和固定螺钉5。
33.在由这五类零部件组成的靶标固定架10中，各类零部件之间相互配合安装，从而保证精度。
34.《零部件》
35.如图2所示的反光靶标1，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。一般而言，该反光靶标1本身的厚度和尺寸精度不高。
36.如图3所示的大致平板状的靶标背板2，尤其是优选其中心部分用于贴附反光靶标1，对其板体厚度具有一定精度要求，可由塑料开模制成，使得周侧轮廓外形可与支架4的槽孔44相适配。除了中央部的用于支承反光靶标1的支承面23以外，还具有从其向两侧延伸的凸耳部，在该凸耳部上分别形成有固定孔21、22(对应于锚固孔)，用于穿过固定螺钉5。
37.如图5所示的大致平板状的定位压板3，形成有固定孔31、32、中心孔33、锥形面34和底面凹槽36等。
38.固定孔31、32与固定孔21、22相应地形成，分别供固定螺钉5穿过。
39.中心孔33用于露出反光靶标1，便于追踪仪(未示出)追踪反光靶标1的位置。此处需要注意，由于中心孔33的径向尺寸小于反光靶标1，追踪仪只能观测到从中心孔33中露出的靶标区域，因此所观测到的反光靶标1的几何中心为中心孔33的中心位置，通过控制定位压板3的中心孔33的位置精度，即可确保追踪仪所检测的水平方向的位置精度。
40.作为在定位压板3中限定中心孔33的周壁面的整体或其靠外侧的一部分，锥形面34可经由其倾斜的坡面允许在靶标固定架10整体与追踪仪相对倾斜成一定角度的情况下，追踪仪依然能观测到反光靶标1，而不被定位压板3的其他部分遮挡。
41.如图6所示，定位压板3的底面37形成有凹槽36，用以容纳反光靶标1，从而避免固定时的弯曲变形。定位压板3的材质优选为金属，外形尺寸和中心孔33进行精加工，整体和支架4精准配合，确保定位压板3的水平位置，从而保证中心孔33的水平位置。
42.凹槽36由围绕中心孔33的环形底面38与从该环形底面38立起的两个弧形壁35构成。在该两个弧形壁35的两周向端侧之间，形成有豁口部38，即此处的环形底面38未由弧形壁35包围，从而允许反光靶标1存在尺寸精度误差时仍然可容易地落座于凹槽36中，或者说可容易地将凹槽36盖扣到反光靶标1上方而适应靶标周侧局部的形状差异。另外，弧形壁35从环形底面38起的高度对应于、即小于等于反光靶标1的厚度尺寸。
43.在将图6所示的定位压板3盖扣到图4所示的靶标背板2上时，即可从反光靶标1上方将反光靶标1容纳于凹槽36中，并从中心孔33露出反光靶标1的圆形的待检测表面，如此，可由定位压板3、靶标背板2和反光靶标1构成“三明治”式的夹层组件。
44.如图7所示的支架4上，主要形成有凹槽40、用于安装定位压板3和靶标背板2的安装孔41、42、和用于将支架4固定于外部设备上的支架固定孔45。
45.凹槽40用于放置反光靶标1、靶标背板2和定位压板3的夹层组件。优选使其周侧立壁44的曲面轮廓与定位压板3的周侧面对应一致从而精密地配合，凹槽40和定位压板3二者的周侧面尺寸大于或等于靶标背板2的周侧面尺寸，只要确保固定孔31、32与固定孔21、22、以及安装孔41、42精确地对应即可。从而可借助于安装孔41、42将夹层组件精密地安装固定在实际使用时的位置。
46.安装孔41、42优选有带螺纹的固定孔，从而可以使用固定螺钉5将靶标背板2和定位压板3固定在支架4上，并将反光靶标1夹紧。
47.《工作原理》
48.作为用于固定靶标的装置，根据本实施例的靶标固定架10在使用时，通过设计不同的支架外形，可以提供多个(大于等于3，通常为4，也可以更多)靶标的固定。
49.追踪仪通过追踪从定位压板3的中心孔33中露出的反光靶标1，从而确定靶标的空间位置信息，通过支架4与定位压板3的紧密配合，在反复安装靶标1时，都可以保证靶标位置的精度。此外当反光靶标1和靶标背板2等易损件进行更换时，也可以保证靶标位置的高精度。
50.在使用此装置时，除了上述夹层组件的安装方式以外，也可优选先将反光靶标1与靶标背板2相对固定，并放入支架4上的凹槽40中。反光靶标1和靶标背板2的外形尺寸没有高精度要求，固定孔21、22对应地对齐安装孔41、42即可。随后将定位压板3固定在两者上方，此时定位压板3下方的凹槽36避让开凸起的反光靶标1，定位压板3的下表面37和靶标背板2平整接触，随后通过固定螺钉5将定位压板3、靶标背板2固定在支架4上。通过具有水平度的平面接触，更容易实现各构件之间的对应一致。
51.当拆卸此装置时，先将固定螺钉5旋下，随后将定位压板3取出。最后将反光靶标1和靶标背板2取出。
52.反光靶标1和靶标背板2，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。通过提高定位压板3和支架4中凹槽40的精度，即可确保靶标定位的精度。
53.《技术效果》
54.反光靶标1贴在靶标背板2时，对于精度无过高要求，由于靶标背板2与支架4也无高配合精度要求，定位压板3与支架4的高精度配合，保证了定位压板3的中心孔33所在位置，从而保证了追踪仪看到的靶标中心位置。
55.反光靶标1和靶标背板2属于可抛件，反光靶标1为标准件，但对其外形尺寸无过多要求，靶标背板2为塑料件，两者使用数次之后即可抛弃，整体使用成本较低。
56.定位压板3下表面37有与反光靶标2配合的凹槽36，从而保证当定位压板3、靶标背板2和支架4固定在一起时，定位压板3不会弯曲变形。若无此凹槽37，则当定位压板3与反光靶标1接触时，其与反光背板2之间会有间隙，当固定定位压板3、靶标背板2和支架4时，定位压板3会受力弯曲变形，从而形成非圆形中心孔，从而造成追踪仪的测量误差。
57.定位压板3的上表面中心孔33附近有一定倒角面，从而保证追踪仪从偏斜角度追踪反光靶标时，不会被定位压板阻挡视线。
58.《变形例》
59.图8示出的靶标背板2上，形成有从表面凹槽形或凸筋形的线条，可以为曲线24或直线25等形成于反光靶标1的待安装位置附近，以便于对齐安放反光靶标1，尽管图中夸大示出了线条与待安装位置之间的距离。线条纵向可沿径向或沿周向延伸。
60.靶标背板2以及定位压板3的外周侧表面可以形成为光滑连续的曲面，但并不限于此，只要定位压板3的外周侧表面轮廓与槽孔44对应一致即可。
61.图9示出的定位压板3的上表面上，还可以形成有凹槽形或凸起形的抓持部39、
39’，以便于将定位压板3放入槽孔44或从槽孔44取出。还可以在凹槽40的底面43上开设贯通支架的卸料孔，以便采用杆状件即可从背侧将靶标背板2甚至定位压板3顶出。
62.此外，上述示出的固定孔21、22以及固定孔31、32并不局限于横截面闭合的圆孔，也可以为开口式或非圆形的，以进一步便于安装、取下操作。而且，为了降低固定螺钉5从定位压板3露出的高度，还可以设置成沉头孔或埋头孔。
63.在本文中针对尺寸形状或孔使用的术语“对应一致”用于表明尺寸大小相等或两孔之间的轴线对齐，尤其是通过精加工而实现的两个部件之间的尺寸形状的精确配合或精确对准，从而确保二者之间的方位精度。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。
64.在凹槽40的底面43具有高精度的水平表面时，也可以省略上述靶标背板2，而直接将凹槽40的底面43用作反光靶标1的支承面。此时，还可以如图10所示，在对应于固定孔31、32的一侧面延伸形成有用于插入安装孔41、42的定位凸台12，尤其优选锥形截锥形或阶梯式凸台，以更容易实现定位压板3和支架4之间通过对应孔的精确定位。
65.此外，为了轻量化以及易于安装定位，上述定位压板3的外形采用了圆形主体部与凸耳部的形式，用于包围反光靶标1的壁35设为弧形，然而并不限于此，也可以采用其它形状结构，只要能够以适当的槽部空间覆盖住反光靶标1即可。
66.也可以替代上述沉入孔形式的凹槽40，设置成直接在支架4的水平表面上，利用安装孔41、42与固定螺钉5来固定设置具有这种槽部空间的定位压板3。
67.此外，靶标背板2的支承面23也可以设为具有与反光靶标1的外形对应的圆形或方形等的凹槽形式。
68.另外，上述例示了两个固定孔、安装孔，然而并不限于此，也可以为更多个。
69.此外，上述例示了两段彼此隔开的壁35，然而并不限于此，也可以为一整周地形成的壁。
70.在此，以圆形反光贴片式靶标的固定为例进行了说明，然而并不限于此，对于其它例如方形、多边形等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。
71.另外，关于上述结构的轴向的高度尺寸可以根据各构件之间的配合关系适当调整，例如也可以使夹层组件安装后的上表面与支架40的外表面基本齐平但不限于此。
72.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。