骨科机器人导针定位器、导航装置及定位系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种骨科机器人导针定位器、导航装置及定位系统，该骨科机器人导针定位器包括弯曲型导向定位装置，弯曲型导向定位装置包括互相连接的连杆和支架，连杆上设置有可沿连杆轴线滑动的滑动套，支架上设置有套筒固定结构，通过所述套筒固定结构固定安装为导针导向的导向套筒，导向套筒安装后其轴线与连杆轴线的角度在15度至75度之间。通过设置弯曲型导向定位装置，使得配合的导针长度可大大缩短，并且使导针远离了骨科机器人的机械臂，克服了导针与C型臂的干涉，从而更好地满足手术的需求。
【专利说明】骨科机器人导针定位器、导航装置及定位系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种医疗设备，特别是一种用于骨科微创手术的骨科机器人导针定位器、机器人导航装置及定位系统。
【背景技术】[0002]随着创伤骨科治疗技术的不断的进步和完善，骨科微创手术已成为创伤骨科发展的主要方向。这种新型手术方式由于是闭合复位和微创固定，这就决定了很多工作要暴露在X光下完成，在手术过程中辐射出的大量X射线容易对患者和手术医生的健康造成严重的威胁甚至伤害，尤其是对于手术医生，长时间的X射线辐射会造成免疫力低下等一系列健康问题。目前世界上很多国家都致力于开发各种新型的导航技术，以提高微创手术的精度，并尽可能减少手术医生和患者在手术中所受到的X射线辐射。
[0003]针对目前骨科微创手术中存在的缺陷和不足，逐渐产生了借助计算机及其控制操作软件、定位架来辅助医生进行手术的髓内钉远端锁定技术，见专利号为02158691.8，发明名称为计算机辅助髓内钉远端锁定系统的专利，该专利是在传统髓内钉固定技术的基础上，利用计算机视觉的三维成像几何原理确定出目标点几何位置，并设计出定位架结构来实现手术路径的快速定位，从而实现髓内钉固定的半自动化。该专利所述系统是将患肢放入定位架内部，由U型架将导向装置固定，并通过导向装置上的导向孔穿入锁钉，以将锁钉固定在髓内钉上的销孔中完成手术，该系统的缺点是导向装置必须由U型架进行固定，该U型架的加工涉及切割、校准等复杂工艺，并且成本高，而且一旦由于时效原因发生轻微变形，会使得导向装置定位不准确，带来很大的误差；另外，在定位架内部放置患肢，无法在大范围内调整导向装置与患者的相对位置，会使得手术所针对的患肢的部位受限，该专利只适合对胫骨或股骨的髓内钉手术，不适合任意位置的骨固定术；而且定位架在每次手术前后需要进行消毒、组装及拆卸等程序，工作繁琐，消耗人力物力，同时存在组装不正确带来的定位不准确的隐患。针对上述问题，专利号为200910237998.6，发明名称为骨科机器人导航装置及定位系统的专利公开的导航装置包括直杆型导向装置，设置于患肢侧面并通过将直杆型导向装置直接卡接在两个万向节上来实现直杆型导向装置自身的准确定位，将导向套筒放入直杆型导向装置中，导针通过导向套筒内部最终插入到患肢中，无需设置U型架这一设备，直杆型导向装置的位置和方向一旦确定，导向套筒以及导针的位置及方向就随之精确确定，能够实现手术路径在空间上的准确的固定。这种装置是放置在患肢的侧面通过直杆型导向装置进行手术，要求配合使用的导针长度很长，成本较高。并且由于骨科机器人的C型臂两端的X光光源和X光成像装置之间尺寸的限制，导针置入过程中，无法利用C型臂进行某些位置的透视验证，例如骶髂关节螺钉手术中，由于导针和定位器与C型臂干涉而不能进行侧位透视，使得骨科微创手术的应用受到一定限制。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种新型的骨科机器人导针定位器，通过设置弯曲型导向定位装置，使得配合的导针长度可大大缩短，并且使导针远离了骨科机器人的机械臂，克服了导针与C型臂的干涉。本发明还涉及一种用于骨科微创手术的骨科机器人导航装置及定位系统。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]一种骨科机器人导针定位器，其特征在于，包括弯曲型导向定位装置，所述弯曲型导向定位装置包括互相连接的连杆和支架，所述连杆上设置有可沿连杆轴线滑动的滑动套，所述支架上设置有套筒固定结构，通过所述套筒固定结构固定安装为导针导向的导向套筒，所述导向套筒安装后其轴线与连杆轴线的角度在15度至75度之间。
[0007]所述连杆上还设置有不可沿连杆轴线滑动的固定套，所述固定套和滑动套均为与骨科机器人导航装置的万向节实现卡接的部件。
[0008]所述固定套上设置有用于与所述万向节卡接的两个平面。
[0009]所述固定套上的两个平面相互垂直。
[0010]所述固定套上设置有定位销；和/或，所述连杆上设置有防止所述滑动套脱落的挡片。
[0011]所述导向套筒安装后其轴线与连杆轴线的角度在25度至50度之间。
[0012]所述导向套筒安装后其轴线与连杆轴线的角度为30度。
[0013]所述套筒固定结构为在支架上设置的与导向套筒匹配以便插入并固定导向套筒的通孔。
[0014]所述通孔的壁上设置有退针槽，所述退针槽为沿通孔轴向贯通的用于取出导针的缺口。
[0015]所述套筒固定结构为用于卡接导向套筒的卡接槽。
[0016]一种骨科机器人导航装置，包括机座、第一串联机械臂和第二串联机械臂，所述第一串联机械臂包括串联连接的第一水平运动组件、第一竖直运动组件和第一万向节，所述第二串联机械臂包括串联连接的第二水平运动组件、第二竖直运动组件和第二万向节，所述第一水平运动组件和第二水平运动组件均与机座相连，所述第一水平运动组件与第一竖直运动组件之间、第一竖直运动组件与第一万向节之间、第二水平运动组件与第二竖直运动组件之间以及第二竖直运动组件与第二万向节之间均通过导轨相连，其特征在于，还包括上述的骨科机器人导针定位器，所述第一万向节与所述滑动套卡接，当所述连杆上设置有固定套时，所述第二万向节与所述固定套卡接；当所述连杆上没有设置固定套时，所述第二万向节与所述连杆上滑动套以外的某部分卡接。
[0017]所述第一万向节和第二万向节均包括依次连接的底座、水平旋转部件、竖直旋转部件和卡接部件，所述卡接部件包括V形块和楔形块来完成导向套筒的卡接，所述V形块和楔形块均设置在竖直旋转部件上，并且所述V形块的V形槽对应所述楔形块的斜面；所述卡接部件采用V形槽定位，并配合水平旋转部件的水平旋转以及竖直旋转部件的竖直旋转实现导向套筒的准确定位。
[0018]所述水平旋转部件包括Y形支架和旋转轴承，所述Y形支架的Y形底部通过旋转轴承与底座相连，所述竖直旋转部件为U形支架，所述U形支架的U形两臂分别与Y形支架的Y形两臂的内侧呈 轴对称连接，所述V形块设置于U形支架的一个U形臂内侧，楔形块设置于U形支架的另外一个U形臂内侧；和/或，所述水平旋转部件为可绕自身竖直轴线旋转的部件，所述竖直旋转部件为与水平旋转部件活动连接并可绕自身水平轴线旋转的部件。
[0019]还包括高度调整组件、水平调整部件和控制面板，所述第一水平运动组件和第二水平运动组件均分别通过水平调整组件和高度调整部件与机座相连，所述机座上设置有脚轮和机座固定装置，所述控制面板上设置有控制第一水平运动组件、第一竖直运动组件、第二水平运动组件、第二竖直运动组件、高度调整组件和水平调整组件运动的控制按钮。
[0020]一种定位系统，包括C型臂、计算机及储存在计算机内的图像控制操作软件，其特征在于，还包括上述的骨科机器人导航装置。
[0021]本发明的技术效果如下:
[0022]本发明提供的骨科机器人导针定位器，是骨科机器人导航装置上的终端装置，包括弯曲型导向定位装置，弯曲型导向定位装置包括互相连接的连杆和支架，连杆上设置有可沿连杆轴线滑动的滑动套，支架上设置有套筒固定结构，其中，连杆及其设置的滑动套为连接骨科机器人导航装置的万向节的部件，支架为固定导向套筒的部件，通过连杆和支架形成的弯曲型导向定位结构，使导向套筒安装后其轴线与连杆轴线的角度在15度至75度之间，骨科机器人导针定位器的位置和方向一旦确定，导向套筒以及导针的位置及方向就随之精确确定，利用该骨科机器人导针定位器进行骨科手术，能够实现骨科手术中导针位置的把持和稳定，并精确定位导针的空间位置，本发明具有特定角度的该弯曲型结构使导针的安装位置不再受万向节中心位置的限制，可以自然合理地远离骨科机器人导航装置的机械臂，有限避免了导针置入过程中进行透视时C型臂与机械臂的干涉和碰撞，同时，导针长度不再受机械臂尺寸以及两万向节之间距离的限制，可以大大缩短导针长度，减小了导针受到骨科机器人的C型臂两端的X光光源和X光成像装置之间尺寸的限制的影响，克服了导针与C型臂的干涉，避免了现有的定位技术在骨科微创手术的应用受到限制的问题，在导针置入过程中仍然可以利用C型臂进行手术相关位置的透视验证，并且导针长度缩短，避免了现有的直杆型导向装置要求配合使用的导针长度长导致的制造困难、成本较高的问题。这样就可以在最大范围内无阻碍地调整该骨科机器人导针定位器与患者的相对位置，适用于任意患肢部位的骨科微创手术，从而更好地满足手术的需求。
[0023]在连杆上设置不可沿连杆轴线滑动的固定套，连杆上的固定套和滑动套均为与骨科机器人导航装置的万向节实现卡接的部件，通过与两万向节的卡接，可以将连杆安装在两个万向节中心点之间的定位连线上，弯曲型导向定位装置的位置和方向均被固定，就实现了弯曲型导向定位装置自身的定位，进一步实现了导向套筒以及导针的位置及方向的精确定位，骨科机器人导航装置的机械臂通过与固定套和滑动套卡接的万向节带动整个骨科机器人导针定位器做N个自由度的运动，更灵活地实现骨科机器人导针定位器的定位和导向功能。
[0024]固定套上设置有用于与万向节卡接的两个平面，这两个平面与万向节配合，可以限制固定套与万向节之间的相对转动，进一步实现了导针套筒的定位，最终实现导针的定位，提高骨科微创手术的精度。
[0025]弯曲型导向定位装置中的支架上的套筒固定结构为在支架上设置的通孔，该通孔与导向套筒匹配，通过该通孔插入并固定导向套筒，实现导针的固定，该结构简单易实现；在通孔的壁上设置有退针槽，该退针槽为沿通孔轴向贯通的用于取出导针的缺口，在导针通过导向套筒内部插入到患肢中 以后，可以沿通孔撤掉导向套筒，导针未插入患肢的部分可以不用沿通孔退出，而是直接通过通孔壁上的退针槽退出，使得操作简单，降低了从通孔退导针带来的整个弯曲型导向定位装置的大幅度运动，缩短整个手术的所耗时间，提高了手术效率。
[0026]本发明涉及的骨科机器人导航装置，包括机座、第一串联机械臂、第二串联机械臂和本发明的骨科机器人导针定位器，第一串联机械臂包括串联连接的第一水平运动组件、第一竖直运动组件和第一万向节，第一万向节能够在第一水平运动组件和第一竖直运动组件所构成的平面中实现两个自由度的运动；所述第二串联机械臂包括串联连接的第二水平运动组件、第二竖直运动组件和第二万向节，第二万向节也能够在第二水平运动组件和第二竖直运动组件所构成的平面中实现两个自由度的运动，第一万向节与滑动套卡接，在连杆上有固定套时，第二万向节与固定套卡接，当连杆上没有固定套时，第二万向节与连杆上滑动套以外的某部分卡接。当第一万向节和第二万向节分别在各自平面中运动到目标点几何位置时，卡接后的骨科机器人导针定位器的位置和方向均被固定，就实现了骨科机器人导针定位器自身的定位，该骨科机器人导针定位器最终能够实现四个自由度的运动，故该骨科机器人导针定位器实质上是一个具有定位作用和导向作用的装置。将本发明的骨科机器人导航装置放置在患肢的侧面进行手术，骨科机器人导针定位器的位置和方向一旦确定，手术路径就能够实现空间上的准确的固定，例如最常用的将导针插入到患肢中的骨科微创手术，通过骨科机器人导针定位器的套筒固定结构固定导向套筒，导针通过导向套筒内部最终插入到患肢中，所以骨科机器人导针定位器的位置和方向一旦确定，导向套筒以及导针的位置及方向就随之精确确定，该装置无需设置U型架这一设备，故省去了加工U型架时的复杂工艺，降低了成本，同时解决了 U型架由于时效变形原因导致定位不准确带来误差的问题。此外，由于本发明的骨科机器人导航装置是在患肢的侧面手术，并设置了弯曲型结构的骨科机器人导 针定位器，能够大大缩短配合的导针长度，并且使导针远离了骨科机器人的机械臂，克服了导针与C型臂的干涉，导针位置精确确定后，就可以将该导针插入到患肢内，可以在更大更全面的范围内调整该骨科机器人导航装置与患者的相对位置，且调节方便灵活，操作也十分简便，容易得到骨科机器人导航装置最佳的摆放位置，提高了该装置的顺应性，故可适用于任意患肢部位的骨固定术，而并非只是针对胫骨或股骨的髓内钉手术，故本发明的该装置打破了现有技术中由于在定位架内部放置患肢造成的对手术部位的局限性，而且避免了现有技术中采用直杆型导向装置要求配合使用的导针长度长且成本高以及存在导针的位置和方向受到C型臂阻碍的问题。
[0027]设置第一万向节和第二万向节均包括依次连接的底座、水平旋转部件、竖直旋转部件和卡接部件，卡接部件包括V形块和楔形块来完成导向套筒的卡接，采用V形槽定位原理，并配合水平旋转部件的水平旋转以及竖直旋转部件的竖直旋转实现导向套筒的准确定位，在手术时，可以直接在这两个万向节上罩上消毒套或其它无毒的薄膜，该消毒套或无毒的薄膜能够将骨科机器人导针定位器和两个万向节完全隔离，即将导向套筒与手术导航机器人本体之间进行有效地隔离，防止万向节甚至手术导航机器人对手术空间的污染，使得手术空间达到手术要求的无菌标准，还能有效防止消毒套或无毒的薄膜褶皱，最大程度减小了消毒套或无毒的薄膜对导向套筒定位精度的影响，使得即使隔着消毒套，骨科机器人导针定位器仍然可以准确定位，精度高，定位和固定效果好，能满足骨科微创手术中的导向套筒的定位精度的要求，而且无需在手术前后对手术器械固定装置甚至手术导航机器人的各部件进行组装、拆卸，以及高温蒸煮等消毒灭菌处理。
[0028]优选设置水平旋转部件包括Y形支架和旋转轴承，Y形支架的Y形底部通过旋转轴承与底座相连，竖直旋转部件为U形支架，U形支架的U形两臂分别对称并与Y形支架的Y形两臂的内侧轴连接，V形块设置于U形支架的一个U形臂内侧，楔形块设置于U形支架的另外一个U形臂内侧。该特定结构的万向节结构紧凑，能够配合导航机器人本体实现手术路径在空间上的准确的固定，并可以在尽可能大的范围内灵活调整导向套筒与患者的相对位置，适用于任意患肢部位的骨科微创手术，从而更好地满足手术的需求并且工艺制造简单，操作方便，并提高了精度。
[0029]本发明涉及的定位系统包括C型臂、计算机及储存在计算机内的图像控制操作软件，以及本发明的骨科机器人导航装置，骨科机器人导航装置包括本发明的骨科机器人导针定位器，患肢放置在手术床上，将骨科机器人导航装置放置在患肢侧面，利用C型臂上的X光光源的照射在成像平面上形成图像，然后基于双目视觉原理通过计算机内的图像控制操作软件得到导针的定位信息，最后根据这些定位信息调节骨科机器人导航装置，用以实现完成弯曲型导向定位装置的准确定位，从而实现手术路径在空间上的准确的固定。本发明的定位系统由于导针远离了骨科机器人的机械臂，克服了导针与C型臂的干涉，故整个系统稳定可靠，并适用于任意患肢部位的骨固定术，能够很好的满足手术需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为本发明骨科机器人导针定位器的优选结构示意图。
[0031]图2为本发明骨科机器人导航装置的一种优选实施例的结构示意图。
[0032]图3为本发明骨科机器人导航装置的另一种优选实施例的结构示意图。
[0033]图4为图2中的万向节的结构示意图。
`[0034]图5为本发明的定位系统的结构示意图。
[0035]图中各标号列示如下:
[0036]I 一连杆；2 —支架；3 —滑动套；4 一固定套；5 —定位销；6 —挡片；7 —通孔；8 —退针槽；9 一导向套筒；10 —导针；11 一第一水平运动组件；12 —第一竖直运动组件；13 -第一万向节；14 一骨科机器人导针定位器；15 —水平调整组件；16 —高度调整组件；17 -控制面板；18 —第二水平运动组件；19 一第二竖直运动组件；20 —第二万向节；21 —机座；22 一脚轮；23 —底座；24 —旋转轴承；25 — Y形支架；26 — U形支架；27 — V形块；28 —楔形块；29 —压缩弹簧；30 — Y形支架轴线；31 — U形支架轴线；32 — X光光源；33 — C型臂；34 — X光成像装置；35 —计算机；36 —骨科机器人导航装置；37 —患肢。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图对本发明进行说明。
[0038]本发明涉及一种骨科机器人导针定位器，其优选结构如图1所示，包括弯曲型导向定位装置，该弯曲型导向定位装置包括互相连接的连杆I和支架2，连杆I上设置有可沿连杆轴线滑动的滑动套3，优选该连杆I上还设置有固定套4，该固定套4固定在连杆I上其不可沿连杆I轴线滑动，支架2上设置有套筒固定结构，该套筒固定结构用于固定安装导向套筒9，导向套筒9内穿入导针10以便为导针10导向，该骨科机器人导针定位器在安装导向套筒9后，导向套筒9轴线与连杆I轴线的角度在15度至75度之间，优选在25度至50度之间，该实施例为30度。固定套和4滑动套3均为与骨科机器人导航装置的万向节实现卡接的部件。当然，如果不设置固定套4，则骨科机器人导航装置的一个万向节与滑动套3卡接，另一个万向节直接与连杆上的其它某部分卡接。
[0039]固定套4上设置有两个平面，这两个平面可以相互垂直，这两个平面用于与万向节配合，实现万向节与固定套4的卡接，可以限制固定套4在万向节内的转动，有利于本发明骨科机器人导针定位器的固定，进一步实现了导针套筒9的定位，最终实现导针10的定位，提高骨科微创手术的精度。此外，连杆I上还可以优选设置防止滑动套3脱落的挡片6，固定套4上设置有定位销5，待固定套4的两个平面与万向节卡接后，定位销5与万向节侧面贴合，限制固定套4相对万向节前后滑动。
[0040]图1所示实施例中的套筒固定结构为在支架2上设置的与导向套筒9匹配以便插入并固定导向套筒9的通孔7，通孔7的壁上设置有退针槽8，该退针槽8为沿通孔7轴向贯通的用于取出导针10的缺口。沿该通孔7插入导向套筒9，达到导向套筒9固定和导向的作用，在手术完成后，导针10已经通过导向套筒9插入到患肢中，可以沿通孔7先抽出导向套筒9，再通过通孔壁上的退针槽8退出导针10被骨科机器人导针定位器固定的部分，使得导针10与骨科机器人导针定位器迅速脱离，导针10未插入患肢的部分无需从通孔7退出，设置退针槽8使得导针10退出操作简单，降低了从通孔7退导针10带来的整个弯曲型导向定位装置的大幅度运动，提高了手术效率。当然，图1所示的套筒固定结构并非唯一结构，也可以直接将套筒固定结构设置为用于卡接导向套筒9的卡接槽。
[0041]本发明提供的骨科机器人导针定位器的弯曲型导向定位装置，包括的连杆I和支架2可以是一体成型或者是将这两个部件通过焊接等方式固定连接而成。骨科机器人导针定位器是骨科机 器人导航装置上的终端装置，用于骨科手术中导针位置的把持和稳定，需要精确定位导针的空间位置，该骨科机器人导针定位器的弯曲型结构使得配合的导针长度可大大缩短，并且使导针远离了骨科机器人导航装置的机械臂，克服了导针与C型臂的干涉，避免了骨科微创手术的应用受到限制的问题，从而更好地满足手术的要求。
[0042]采用本发明的骨科机器人导针定位器的骨科机器人导航装置的优选结构如图3所示，包括骨科机器人导针定位器14、第一串联机械臂、第二串联机械臂、水平调整组件
15、高度调整组件16和机座21，第一串联机械臂包括串联连接的第一水平运动组件11、第一竖直运动组件12和第一万向节13，第二串联机械臂包括串联连接的第二水平运动组件
18、第二竖直运动组件19和第二万向节20，第一水平运动组件11和第二水平运动组件18均依次通过水平调整组件15和高度调整组件16与机座21相连，第一水平运动组件11与第一竖直运动组件12之间、第一竖直运动组件12与第一万向节13之间、第二水平运动组件18与第二竖直运动组件19之间以及第二竖直运动组件19与第二万向节20之间均通过导轨相连，第一万向节13与滑动套3卡接，第二万向节20与固定套4卡接。当连杆I上没有设置固定套时，第一万向节13与滑动套3卡接，第二万向节20与连杆I除滑动套3以外的某部分卡接即可。
[0043]第一水平运动组件11上设置有导轨(也可以通过丝杆螺母作为驱动部件)，可以在第一水平运动组件11上设置传感器或者显示标尺刻度等作为位移检测装置，第一竖直运动组件12可在第一水平运动组件11上水平滑动，从而带动第一万向节13做水平运动，第一竖直运动组件12上也设置有导轨(也可以通过丝杆螺母作为驱动部件)并设置位移检测装置，第一万向节13可在第一竖直运动组件12上竖直滑动，故第一万向节13能够在第一水平运动组件11和第一竖直运动组件12所构成的竖直平面中实现两个自由度的运动；同理，第二万向节20能够在第二水平运动组件18和第二竖直运动组件19所构成的竖直平面中实现两个自由度的运动；而且第一万向节13和第二万向节20在各自的平面上作相对独立的运动。当第一万向节13和第二万向节20分别运动到各自的目标点几何位置时，同时与第一万向节3和第二万向节13卡接的骨科机器人导针定位器14也实现了自身的位置和方向上的准确定位，该骨科机器人导针定位器最终能够实现四个自由度的运动，故骨科机器人导针定位器14实质上是一个对导向套筒9以及导针10具有定位作用和导向作用的装置。在最常用的将导针10插入到患肢中的骨科微创导航手术时，患肢被放置在手术床上，本发明的骨科机器人导航装置放置在手术床的侧面进行骨科机器人导针定位器14的定位，将导向套筒9放入骨科机器人导针定位器14的套筒固定结构中，骨科机器人导针定位器14的位置和方向一旦确定,导向套筒9的位置及方向就随之精确确定,将导针10插入到导向套筒9，同时导针10的位置及方向就随之精确确定，并且导针10与连杆I形成特定角度，导针10远离了骨科机器人导航装置的两个串联机械臂，所以医生能够将导针10准确的插入到患肢内部进行手术。
[0044]优选地，可在机座21底部四周设置脚轮22，这样方便对整个骨科机器人导航装置的推移，能够将该装置灵活的推到手术床边，此外还可以在机座21的底部设置机座固定装置，在调整好该骨科机器人导航装置的位置后，机座固定装置能够控制脚轮22使之抬离地面，防止手术中骨科机器人导航装置的位置发生偏移。高度调整组件16能够实现两串联机械臂在高度方向的大幅度调整，水平调整组件15能够实现两串联机械臂在水平方向的大幅度调整，使骨科机器人导航装置被调整到最佳的摆放位置，相当于根据在手术床上的患肢所处于的高度和位置对骨科机器人导针定位器14作了相应调整，无需移动机座，大大提高了骨科机器人导航装置的灵活性，缩短手术时间，从而手术更加方便。甚至在手术中，可以通过水平调整组件15和高度调整组件16的运动避开对医生的干涉，在医生手术动作结束后，骨科机器人导航装 置可以准确恢复到运动前的位置，这一功能大大提高了骨科机器人导航装置的灵活性。此外，还可以在该装置上设置一个控制面板17，并在控制面板17上设置能够控制第一水平运动组件11、第一竖直运动组件12、第二水平运动组件18、第二竖直运动组件19、高度调整组件16和水平调整组件15运动的控制按钮。在手术前，可以在第一串联机械臂和第二串联机械臂的外部盖上消毒套，再将骨科机器人导针定位器14分别与第一万向节13和第一万向节20卡接，这样能够通过消毒套实现除骨科机器人导针定位器14之外的整个装置与手术空间的完全隔离，防止骨科机器人导航装置对手术空间的污染，使得手术空间达到手术要求的无菌标准；而且无需在手术前后对骨科机器人导航装置的各部件进行组装、拆卸，以及高温蒸煮等消毒灭菌处理，更解决了骨科机器人导航装置中体积较大的部件以及机电类装置根本无法进行常规的高温蒸煮消毒灭菌的问题。
[0045]本发明骨科机器人导航装置的优选结构还可以如图2所示，图2为骨科机器人导航装置的部分结构图，该骨科机器人导航装置同样包括骨科机器人导针定位器14、第一串联机械臂、第二串联机械臂和机座(图中未显示)，第一串联机械臂包括串联连接的第一水平运动组件(图中未显示)、第一竖直运动组件12和第一万向节13，第二串联机械臂包括串联连接的第二水平运动组件(图中未显示)、第二竖直运动组件19和第二万向节20。该实施例中的第一万向节13和第二万向节20均采用图4所示的万向节结构，该万向节包括依次连接的底座23、水平旋转部件、竖直旋转部件和卡接部件，底座23可以沿导轨在串联机械臂的竖直运动组件上滑动，水平旋转部件为可绕自身竖直轴线旋转的部件，水平旋转部件包括Y形支架25和旋转轴承24，Y形支架25的Y形底部通过旋转轴承24与底座23相连，旋转轴承24的外侧与底座23配合，内侧与Y形支架25的Y形底部相配合。Y形支架25可绕Y形支架轴线30作360°旋转。竖直旋转部件为与水平旋转部件活动连接并可绕自身水平轴线旋转的部件，竖直旋转部件为U形支架26，U形支架26的U形两臂分别与Y形支架25的Y形两臂的内侧呈轴对称连接，此时Y形支架25为U形支架26的支撑件，U形支架26可绕U形支架轴线31旋转，该U形支架轴线31与Y形支架轴线30垂直相交。卡接部件为导向套筒9的卡接定位部件，包括V形块27和楔形块28来完成骨科机器人导针定位器14的卡接，V形块27设置于U形支架26的一个U形臂内侧，楔形块28设置于U形支架26的另外一个U形臂内侧，V形块27和楔形块28在U形支架26的两个U形臂上左右对应设置，V形块27的V形槽对应楔形块28的斜面，卡接部件采用V形槽定位，并配合水平旋转部件的水平旋转以及竖直旋转部件的竖直旋转实现骨科机器人导针定位器14的卡接、准确定位和夹紧。
[0046]该万向节还包括竖直设置的压缩弹簧29，该压缩弹簧29的一端固定于楔形块28的底端，另一端固定于U形支架26的U形底部的内侧，楔形块28与U形支架26的U形臂滑动连接，楔形块28为骨科机器人导针定位器14的夹紧装置，在压缩弹簧29的作用下，楔形块28向上运动，自动夹紧骨科机器人导针定位器14，具体是通过第一万向节13的楔形块28加紧滑动套3，通过第二万向节20的楔形块28加紧固定套4或直接加紧连杆I。滑动套3和固定套4分别卡入万向节内，固定套4上相互垂直的平面与万向节的V型块27配合，限制固定套4在V型块27内转动，定位销5与万向节侧面贴合，限制固定套4前后滑动，即限制连杆I以及整个骨科机器人导针定位器14的滑动，通过V形块27实现骨科机器人导针定位器14定位的要求，通过压缩弹簧29推动楔形块28夹紧骨科机器人导针定位器14实现固定的要求。随着两个串`联机械臂中的水平运动组件和竖直运动组件的运动，两个万向节加紧骨科机器人导针定位器14，实现对骨科机器人导针定位器14、导向套筒9以及导针10的双平面多自由度的精确定位。
[0047]图5为本发明的定位系统的结构示意图，该系统包括图2或图3所示的骨科机器人导航装置14，还包括C型臂33、计算机35及储存在计算机35内的图像控制操作软件，骨科机器人导航装置36放置在患肢37的侧面，其中，C型臂33包括X光光源32和X光成像装置34，X光光源32从两个角度照射患肢37，并在X光成像装置34上形成图像，将该图像采集后经过视频数据线传输至计算机35内，经计算机35内的图像控制操作软件建立二维坐标体系并基于双目视觉原理进行计算处理最终确定手术路径，即确定需插入的导针的轴线位置坐标并作为目标点几何位置，可以在图像控制操作软件中设置运行按钮，点击该运行按钮后能够控制骨科机器人导航装置36中的机器人导针定位器14运动，进一步讲，通过第一万向节13和第二万向节20分别运动到目标点几何位置，然后将机器人导针定位器14卡接到第一万向节13和第二万向节20中，将导向套筒9放入机器人导针定位器14的套筒固定结构(如通孔7)中，再将导针10插入该导向套筒9，最终将导针10插入到患肢37内完成手术。也可以设置计算机35内的图像控制操作软件与骨科机器人导航装置36中的控制面板17上的控制按钮相连，该控制按钮用来控制第一水平运动组件11、第一竖直运动组件
12、第二水平运动组件18、第二竖直运动组件19、高度调整组件16和水平调整组件15等组件运动，通过按动控制按钮使得骨科机器人导航装置36中的第一万向节13和第二万向节20分别运动到目标点几何位置。
[0048]应当指出，以上所述【具体实施方式】可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围 当中。
【权利要求】
1.一种骨科机器人导针定位器，其特征在于，包括弯曲型导向定位装置，所述弯曲型导向定位装置包括互相连接的连杆和支架，所述连杆上设置有可沿连杆轴线滑动的滑动套，所述支架上设置有套筒固定结构，通过所述套筒固定结构固定安装为导针导向的导向套筒，所述导向套筒安装后其轴线与连杆轴线的角度在15度至75度之间。
2.根据权利要求1所述的骨科机器人导针定位器，其特征在于，所述连杆上还设置有不可沿连杆轴线滑动的固定套，所述固定套和滑动套均为与骨科机器人导航装置的万向节实现卡接的部件。
3.根据权利要求2所述的骨科机器人导针定位器，其特征在于，所述固定套上设置有用于与所述万向节卡接的两个平面。
4.根据权利要求3所述的骨科机器人导针定位器，其特征在于，所述固定套上的两个平面相互垂直。
5.根据权利要求2至4之一所述的骨科机器人导针定位器，其特征在于，所述固定套上设置有定位销；和/或，所述连杆上设置有防止所述滑动套脱落的挡片。
6.根据权利要求1至4之一所述的骨科机器人导针定位器，其特征在于，所述导向套筒安装后其轴线与连杆轴线的角度在25度至50度之间。
7.根据权利要求6所述的骨科机器人导针定位器，其特征在于，所述导向套筒安装后其轴线与连杆轴线的角度为30度。
8.根据权利要求1至4之一所述的骨科机器人导针定位器，其特征在于，所述套筒固定结构为在支架上设置的与导向套筒匹配以便插入并固定导向套筒的通孔。
9.根据权利要求 8所述的骨科机器人导针定位器，其特征在于，所述通孔的壁上设置有退针槽，所述退针槽为沿通孔轴向贯通的用于取出导针的缺口。
10.根据权利要求1至4之一所述的骨科机器人导针定位器，其特征在于，所述套筒固定结构为用于卡接导向套筒的卡接槽。
11.一种骨科机器人导航装置，包括机座、第一串联机械臂和第二串联机械臂，所述第一串联机械臂包括串联连接的第一水平运动组件、第一竖直运动组件和第一万向节，所述第二串联机械臂包括串联连接的第二水平运动组件、第二竖直运动组件和第二万向节，所述第一水平运动组件和第二水平运动组件均与机座相连，所述第一水平运动组件与第一竖直运动组件之间、第一竖直运动组件与第一万向节之间、第二水平运动组件与第二竖直运动组件之间以及第二竖直运动组件与第二万向节之间均通过导轨相连，其特征在于，还包括权利要求1至10之一所述的骨科机器人导针定位器，所述第一万向节与所述滑动套卡接，当所述连杆上设置有固定套时，所述第二万向节与所述固定套卡接；当所述连杆上没有设置固定套时，所述第二万向节与所述连杆上滑动套以外的某部分卡接。
12.根据权利要求11所述的骨科机器人导航装置，其特征在于，所述第一万向节和第二万向节均包括依次连接的底座、水平旋转部件、竖直旋转部件和卡接部件，所述卡接部件包括V形块和楔形块来完成导向套筒的卡接，所述V形块和楔形块均设置在竖直旋转部件上，并且所述V形块的V形槽对应所述楔形块的斜面；所述卡接部件采用V形槽定位，并配合水平旋转部件的水平旋转以及竖直旋转部件的竖直旋转实现导向套筒的准确定位。
13.根据权利要求12所述的骨科机器人导航装置，其特征在于，所述水平旋转部件包括Y形支架和旋转轴承，所述Y形支架的Y形底部通过旋转轴承与底座相连，所述竖直旋转部件为U形支架，所述U形支架的U形两臂分别与Y形支架的Y形两臂的内侧呈轴对称连接，所述V形块设置于U形支架的一个U形臂内侧，楔形块设置于U形支架的另外一个U形臂内侧；和/或，所述水平旋转部件为可绕自身竖直轴线旋转的部件，所述竖直旋转部件为与水平旋转部件活动连接并可绕自身水平轴线旋转的部件。
14.根据权利要求11至13之一所述的骨科机器人导航装置，其特征在于，还包括高度调整组件、水平调整部件和控制面板，所述第一水平运动组件和第二水平运动组件均分别通过水平调整组件和高度调整部件与机座相连，所述机座上设置有脚轮和机座固定装置，所述控制面板上设置有控制第一水平运动组件、第一竖直运动组件、第二水平运动组件、第二竖直运动组件、高度调整组件和水平调整组件运动的控制按钮。
15.一种定位系统，包括C型臂、计算机及储存在计算机内的图像控制操作软件，其特征在于，还包括权利要求11至14之一所`述的骨科机器人导航装置。
【文档编号】A61B17/56GK103815970SQ201410056737
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2014年2月19日
【发明者】张送根, 张维军, 夏伟 申请人:北京天智航医疗科技股份有限公司