一种微创的骨折复位机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及医用机器人领域，具体涉及一种混合关节的微创骨折复位机器人。
【背景技术】
[0002]骨折是创伤领域里的多发病、常见病，骨折复位存在着徒手操作难度大、操作费力且复位后难以稳定把持等问题，特别是关节处的骨折复位。
[0003]传统的闭合复位方法，经皮或小切口固定的方法需要术中X射线影像透视定位，医生和患者容易受到辐射，而且无法将关节内的碎骨拼合。而切开复位容易破坏骨折周围的血管和软组织，造成出血多、术后感染骨折不愈合导致恢复时间长等问题。
[0004]面对手术切开复位固有的缺陷，国内学者开始探索在透视下对骨折或关节脱位部位进行机械化复位，以期望能够在不进行手术切开复位的情况下实现骨折或关节脱位复位精确。但目前的骨折复位机器人运动不够灵活避障能力差，容易与体内组织器官发生摩擦，造成二次伤害。因此急需一种微创的骨折复位机器人。
【发明内容】
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种微创的骨折复位机器人，其运动灵活、避障能力强，能有效减轻病人术中痛苦，缩短术后恢复时间，同时在一定程度上减少X射线的用量。
[0006]本发明提供了一种微创的骨折复位机器人，其包括:计算机、离散关节机械臂、连续体柔性关节、微型手术操作装置和图像采集反馈系统；其中，所述连续体柔性关节的顶端安装所述图像采集反馈系统和所述微型手术操作装置，末端与所述离散关节机械臂连接，所述连续体柔性关节连接所述计算机，并由该计算机控制弯曲。
[0007]在一些实施例中，优选为，所述连续体柔性关节包括连续体运动单元、驱动单元和控制箱单元，所述驱动单元的一端与所述离散关节机械臂连接，另一端与所述连续体运动单元连接，所述连续体运动单元由多个柔性的节段连接而成，所述驱动单元通过驱动绳控制并驱动所述连续体运动单元弯曲，所述控制箱单元通过线缆与所述驱动单元和所述计算机连接。
[0008]在一些实施例中，优选为，所述节段为圆柱空心体，所述相邻圆柱空心体的连接处及连接形成所述连续体柔性关节的两端均设有凸环，在凸环上设有三个均匀分布的通孔，每个通孔上分别固定连接有驱动绳，该驱动绳的另一端沿所述圆柱空心体的延伸方向直线穿过凸环上的通孔连接所述驱动单元。
[0009]在一些实施例中，优选为，所述凸环与所述圆柱空心体一体制成或可拆卸安装。
[0010]在一些实施例中，优选为，所述圆柱空心体采用镍钛合金管或弹簧制成，所述驱动绳采用镍钛合金制成。
[0011 ] 在一些实施例中，优选为，所述驱动单元包括多个电机或液压杆，各所述驱动绳分别对应连接各个电机或液压杆。
[0012]在一些实施例中，优选为，所述连续体运动单元内填充有气囊袋或液囊袋。
[0013]在一些实施例中，优选为，所述气囊袋或液囊袋整体上设有未将气囊袋或液囊袋完全封闭隔膜，所述隔膜的间隔距离与对应所述节段长度相同。
[0014]在一些实施例中，优选为，所述微型手术操作装置为手术钻头或小型夹爪，其连线部分与所述控制箱单元相连。
[0015]在一些实施例中，优选为，所述的图像采集反馈系统包括微型摄像头和照明LED，其连线部分与所述计算机相连。
[0016]本发明提供一种微创的骨折复位机器人，其安装有连续体柔性关节，连续体柔性关节可在计算机控制下灵活弯曲，并能有效控制连续体柔性关节的弯曲方向及弯曲程度。其运动灵活、避障能力强，能有效减轻病人术中痛苦，缩短术后恢复时间，同时在一定程度上减少X射线的用量。
【附图说明】
[0017]图1为本发明一优选实施例的结构示意图。
[0018]图2为本发明一优选实施例中连续体运动单元的结构示意图。
[0019]图3为图2中连续体运动单元连接处的横切面示意图。
[0020]图4为本发明一优选实施例中连续体运动单元的三维直角坐标系。
【具体实施方式】
[0021 ] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面请参考附图并结合实施例来详细说明本发明，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。
[0022]为了解决目前骨折复位机器人运动不够灵活避障能力差，容易与体内组织器官发生摩擦，造成二次伤害等不足，本发明提供一种微创的骨折复位机器人。
[0023]该骨折复位机器人，包括:计算机、离散关节机械臂、连续体柔性关节、微型手术操作装置和图像采集反馈系统；其中，所述连续体柔性关节的顶端安装所述图像采集反馈系统和所述微型手术操作装置，末端与所述离散关节机械臂连接，所述连续体柔性关节连接所述计算机，并由该计算机控制弯曲。
[0024]具体地，如图1所示，骨折复位机器人，其包括:计算机1、离散关节机械臂2、连续体柔性关节、微型手术操作装置4和图像采集反馈系统5 ;
[0025]连续体柔性关节的末端与离散关节机械臂连接，顶端安装图像采集反馈系统与微型手术操作装置。其中，离散关节机械臂可采用任意一种商业化的机械臂系统。
[0026]连续体柔性关节包括连续体运动单元5，驱动单元6，控制箱单元7 ;驱动单元6的一端与离散关节机械臂2固定连接，可采用螺钉连接，另一端与连续体运动单元5固定连接，连续体运动单元5由多个柔性的节段连接而成，驱动单元6通过驱动绳控制并驱动连续体运动单元弯曲，控制箱单元7通过线缆与驱动单元6连接，控制箱单元7和计算机1连接。
[0027]连续体运动单元由多个节段连接而成，可以根据需求调整节段的数量。如图2所示，每个节段都为柔性的圆柱空心体8，可采用镍钛合金管或弹簧等材质制成。各个相邻圆柱空心体8的连接处及连接形成所述连续体柔性关节的两端设有凸环9，在凸环上设有对称分布的三个通孔，安装圆柱空心体连接时，要是所有凸环上的通孔在一直线上。每个通孔上分别固定连接驱动绳10的一端，该驱动绳10的另一端沿所述圆柱空心体的延伸方向直线穿过凸环上的通孔连接所述驱动单元。
[0028]其中，凸环可与圆柱空心体一体合成，凸环也可与圆柱空心体可拆卸安装，采用螺栓固定在所述圆柱空心体的端部。
[0029]具体的，在各个相邻圆柱空心体的连接处及连接形成所述连续体柔性关节的两端设有凸环，可以在各个圆柱空心体两端都设有凸环，相邻的圆柱空心体8通过凸环连接，可使用螺钉连接将两个凸环连接；也可在置于连续体柔性关节中间段的各个圆柱空心体的一端设有凸环，置于两端的圆柱空心体是两端都设有凸环；安装时，有凸环的一端与另一圆柱空心体没有凸环的一端连接，这样，在整个连接后的连续体运动单元两端的圆柱空心体两个端头是都设有凸环的。
[0030]如图3所示，在凸环9上设有三个均匀分布的通孔11，通孔11上固定连接驱动绳，如图3所示，每个凸环上开设有三个通孔，该三个通孔供三根驱动绳沿一直线方向分别穿过；使驱动绳整齐放置，避免驱动绳混乱，打结等现象的发生。当设有η个圆柱空心体时，第i(i < η)节段驱动绳依次穿过向驱动单元方向第i+Ι节段至第η节段凸环上的通孔，一端捆绑于第i节段凸环对应的通孔上，另一端与驱动单元相连。这样，每个圆柱空心体即节段连接有三根驱动绳，圆柱空心体是柔性材料制成，拉动驱动绳，即收缩驱动绳的长度，可使连接的圆柱空心体发生柔性变形，收缩长度不同，使圆柱空心体变形的程度不同，且在凸环上是三个均匀分布的作用点，可以让圆柱空心体安装所需要弯曲的方向弯曲，弯曲程度也可由驱动绳收缩的长度来有效控制。凸环的设置一方面是用于连接两个相邻的圆柱空心体，另一方面用于设置可使圆柱空心体在驱动绳作用下变形的作用点。
[0031]驱动绳可采用镍钛合金或其他强度较好的材质制备，以保证驱动绳在长期使用过程中不会失去作用。
[0032]为使连续体运动单元在使用过程中达到预定变成程度后，不再继续发生变形，连续体运动单元内设有气囊袋或液囊袋。如图3中所示，气囊袋12或液囊袋可设置有三个，单个的气囊袋或液囊袋是整体设置，也可按各个圆柱空心体长度中间设有未将气囊袋或液囊袋完全封闭的隔膜，未完全封闭的隔膜将整个气囊袋或液囊袋间隔成与各个圆柱空心体相同长度，减少其对圆柱空心体完全程度的影响。当气囊袋或液囊袋未充气或液体时，连续体运动单元在驱动绳的牵拉下自由变形。需要维持某一弯曲状态时，例如碎骨夹取时保证连续体柔性关节不变形，可将气囊袋或液囊袋充满，连续体运动单元刚度增大，连续体柔性关节变成不可变形的刚体。
[0033]驱动单元由电机或液压杆构成。每个关节三根驱动绳对应三