基于小腔体的植牙钻孔机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及医疗外科手术的钻孔机械技术领域，具体是一种基于小腔体的植牙钻孔机器人。
【背景技术】
[0002]目前，我国牙颂畸形的患病率超过60%，固定装置技术是最常见的和有效的牙齿修复矫治方法，但是由于创伤引起的牙齿毁坏，就需要进行牙齿种植，机器人牙齿种植是机器人技术在医学领域内的一个全新的应用。
[0003]种植义齿是在口腔缺牙的牙槽骨内植入种植体(人工牙根)，待数月后，骨整合完成，再在人工牙根上装置义齿。
[0004]牙齿种植过程中，将人工牙根植入到理想的位置是非常重要的，另外，钻孔的好坏直接决定义齿能否种植成功。传统的植牙钻孔过程中，牙科医生手持植牙钻进行钻孔，这个过程中会出现很多问题。一方面，由于牙医手持植牙钻的稳定性太差，钻孔过程中的手颤会严重影响钻孔的质量，所钻孔的位置(义齿的植入位置)很难精确的控制，只能靠医生的经验来决定。另一方面，由于人体的骨质密度各异，不管是传统的植牙手术还是利用机器人钻孔植牙，手术器械对牙床的力度不能量化，这会给病人带来很大的手术风险。
[0005]机器人技术是解决上述问题很好的方法，能够减少人为因素引起的手术误差，提高手术质量。国外在植牙机器人领域有了一定的发展，但还没有应用于临床实践中。美国欧道明大学研究的图像引导下的植牙机器人是目前为止比较先进的一套机器人，但是还没有应用于临床实践中，总体上还处于试验阶段，除去钻头的旋转，其钻孔执行器本身没有自由度，不能够做弯曲运动，从而限制了整套机器人的灵活性。一方面，人体口腔腔体空间较小，结构因人而异，有些位置机器手很难到达并进行钻孔操作，而且，该钻孔机器人灵活性的降低会限制它在其它外科手术中应用。另一方面，该植牙机器人在真正口腔手术中，视野上会因为末端灵活性的不足而受遮挡，这会使手术难度加大，影响手术质量。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种基于小腔体的植牙钻孔机器人，该机器人由于末端的钻孔执行器中增加了一个微调自由度，大大提高了该机器人的灵活性，从而使该机器人既可以用于小腔体的植牙钻孔手术中，又可以应用在图像设备介入下的其它骨外科手术钻孔中，扩大了该机器人的应用范围。
[0007]本发明的目的通过以下技术方案来实现:一种基于小腔体的植牙钻孔机器人，包括承载底盘、机械臂、夹具、钻孔执行器、控制箱、底盘涡轮箱和驱动臂座，底盘涡轮箱下部固定在承载底盘上，上部与驱动臂座连接，驱动臂座上部设置有连接孔;所述控制箱通过导线与外部计算机连接，同时固定在底盘祸轮箱上，所述机械臂一端与驱动臂座上的连接孔连接，另一端与夹具一端相接，夹具的另一端与钻孔执行器连接；
[0008]其特征在于所述钻孔执行器包括医用特种无刷马达、减速器、后轴套、前轴套、机头壳、钻头、小连杆、曲柄、大连杆、后传动轴、前传动轴、锥齿轮、一体式齿轮芯轴和十字轴；所述医用特种无刷马达通过减速器与后传动轴一端连接，后传动轴的另一端通过十字轴与前传动轴一端连接，前传动轴的另一端设置有锥齿轮，锥齿轮与一体式齿轮芯轴相配合，一体式齿轮芯轴通过圆锥滚子轴承固定在机头壳内，钻头插入一体式齿轮芯轴内；在前传动轴和后传动轴外部分别套有前轴套和后轴套，均通过深沟球轴承将传动轴与相应的轴套连接;在后轴套的下部设有曲柄，在前轴套和后轴套的连接处设置有小连杆，且小连杆与前轴套固定连接，曲柄和小连杆之间通过大连杆连接在一起，曲柄、小连杆、大连杆及后轴套共同构成一个平行四边形机构;该平行四边形机构通过夹具上的步进电机驱动；
[0009]所述夹具包括夹具本体、紧固螺栓、电机固定块和电机保持架;所述夹具本体左右两个侧面上设有盲孔，通过该盲孔与机械臂的一端连接，在夹具本体中间设有凹槽，该凹槽用来安放医用特种无刷电机，并通过紧固螺栓固定;在夹具本体上，靠近钻孔执行器的端面上设置有电机固定块和电机保持架，通过电机固定块和电机保持架固定步进电机。
[0010]与现有技术相比，本发明机器人在钻孔执行器的后传动轴和前传动轴之间加入了一个十字轴，后轴套上设置有平行四边形机构，用来传递夹具上的步进电机产生的驱动力，从而通过控制十字轴和平行四边形机构的运动来实现钻孔执行器前端在一定角度范围内的转动，这个转动自由度的加入，相当于增加了一个可使钻孔执行器前端弯曲的微调机构，能够实现钻孔执行器前端在小腔体内的转弯动作，再配合机械臂的运动，进一步扩大了整个机器人运动范围，大大提高了机器人的灵活性，而且扩大了该机器人的应用范围，可以应用于图像设备介入下的其它骨外科手术中；本发明机器人在夹具和小机械手臂之间设置扭矩传感器，使钻头对病人骨组织产生的力得到有效的控制，很好的避免了手术过程中对骨质较差的病人产生的附加伤害;本发明机械臂的构型符合医用机器人的标准，机器人整体上结构紧凑，易于控制，精度高，能够满足小腔体钻孔的需求，提高手术质量。
【附图说明】
[0011]图1为本发明基于小腔体的植牙钻孔机器人一种实施例的立体结构示意图。
[0012]图2为本发明基于小腔体的植牙钻孔机器人一种实施例的夹具3的立体结构示意图。
[0013]图3为本发明基于小腔体的植牙钻孔机器人一种实施例的钻孔执行器4的主视结构示意图。
[0014]图4为本发明基于小腔体的植牙钻孔机器人一种实施例的钻孔执行器4的部分结构础面图。
[0015]图5为本发明基于小腔体的植牙钻孔机器人一种实施例的机械臂2的立体结构示意图。
[0016]图中，1-承载底盘、2-机械臂、3-夹具、4-钻孔执行器、5-控制箱、6_底盘涡轮箱、7_驱动臂座、21-伺服电机、22-大机械手臂、23-行星减速机、24-小机械手臂、31-夹具本体、32-紧固螺栓、33-电机固定块、34-电机保持架、401-医用特种无刷电机、402-减速器、403-后轴套、404-前轴套、405-机头壳、406-钻头、407-小连杆、408-曲柄、409-大连杆、410-后传动轴、411-前传动轴、412-锥齿轮、413-—体式齿轮芯轴、414-十字轴。
【具体实施方式】
[0017]下面结合实施例及其附图进一步详细解释本发明，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。
[0018]本发明基于小腔体的植牙钻孔机器人(简称机器人，参见图1-5)包括承载底盘1、机械臂2、夹具3、钻孔执行器4、控制箱5、底盘涡轮箱6和驱动臂座7，底盘涡轮箱6下部固定在承载底盘I上，上部与驱动臂座7连接，驱动臂座7上部设置有连接孔;所述控制箱5通过导线与外部计算机连接，同时固定在底盘祸轮箱6上，所述机械臂2—端与驱动臂座7上的连接孔连接，另一端与夹具3—端相接，夹具3的另一端与钻孔执行器4连接；
[0019]所述钻孔执行器4(参见图3-4)包括医用特种无刷马达401、减速器402、后轴套403、前轴套404、机头壳405、钻头406、小连杆407、曲柄408、大连杆409、后传动轴410、前传动轴411、锥齿轮412、一体式齿轮芯轴413和十字轴414;所述医用特种无刷马达401通过减速器402与后传动轴410—端连接，后传动轴410的另一端通过十字轴414与前传动轴411 一端连接，前传动轴411的另一端设置有锥齿轮412，锥齿轮412与一体式齿轮芯轴413相配合，一体式齿轮芯轴通过圆锥滚子轴承固定在机头壳405内，钻头406插入一体式齿轮芯轴413内，通过后传动轴、前传动轴、锥齿轮、一体式齿轮芯轴将医用特种无刷马达401的速度及转矩传递给钻头406，驱动钻头工作;在前传动轴411和后传动轴410外部分别套有前轴套404和后轴套403，均通过深沟球轴承将传动轴与相应的轴套连接;在后轴套403的下部设有曲柄408，在前轴套404和后轴套403的连接处设置有小连杆407，且小连杆407与前轴套404固定连接，曲柄和小连杆之间通过大连杆409连接在一起，曲柄408、小连杆407、大连杆409及后轴套403共同构成一个平行四边形机构；该平行四边形机构通过夹具3上的步进电机驱动；当十字轴414转动到原点(十字轴跟前轴套和后轴套均同轴心)位置时，平行四边机构的运动，会带动前轴套404的运动，从而实现钻孔执行器4前端的弯曲运动；
[0020]所述夹具3(参见图