三自由度串并混联关节成形手术机器人的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种三自由度串并混联关节成形手术机器人。解决现有假体关节置换术中医生操作水平参差不齐，整体精度低的问题。本发明包括工作台，工作台上设置竖直机构与水平机构，水平机构上设置磨钻机构，水平机构共两个，分别设置在竖直机构的两侧，竖直机构包括竖直滑台和竖直驱动组件，水平机构包括水平滑台和水平驱动组件，竖直滑台的两侧固连连接臂，连接臂的外端铰接在对应侧的水平滑台上，水平机构向前伸出爪臂，爪臂的前端设置套环，两侧水平机构前伸的套环上下叠置形成相连通的套孔，磨钻机构穿接在套孔内，套孔内壁与磨钻机构外壁形成滑动式接触。本发明通过机器人采用三角结构实现三维空间轨迹的精准行程，提升骨关节面切削精度。
【专利说明】三自由度串并混联关节成形手术机器人
【技术领域】
[0001]本发明属于手术器械【技术领域】，涉及一种假体关节置换手术中的磨骨操作，特别是一种三自由度串并混联关节成形手术机器人。
【背景技术】
[0002]人工关节置换术是指采用金属、高分子聚乙烯、陶瓷等材料，根据人体关节的形态、构造及功能制成人工关节假体，通过外科技术植入人体内，代替患病关节功能，达到缓解关节疼痛，恢复关节功能的目的。
[0003]人工关节置换术对医生的手术操作技术要求很高。首先人工关节置换术中除了要对关节的病灶进行切除以外，需要深刻理解关节的运动学原理，将人工关节的假体安装在准确的位置，既能使假体获得良好的稳定性，又能恢复关节的正常运动。其次，人工关节置换术中要使用到大量的工具器械。医生必须掌握工具器械的设计原理，熟悉使用方法，这就需要大量的理论学习和临床实践。在我国，还有一个特点，即多数患者在寻求关节置换时，关节疾病已至晚期，存在严重的关节畸形和骨缺损等情况。这更需要医生有扎实的理论基础及丰富的临床经验，才能灵活的处理手术中出现的复杂情况。
[0004]关节置换术的最大难点是需要在正确的位置磨削出与假体吻合的骨关节面，以保证假体和人骨的配合，治疗效果严重依赖于手术精度。目前人工关节成形手术的精度主要依赖于医生的经验，无疑增加了手术的不确定性，影响了假体的安装精度。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种通过机械配合实现平、纵面的三维空间切磨操作，通过自动式的机器动作实现高度精准磨骨效果的三自由度串并混联关节成形手术机器人。
[0006]本发明的目的可通过下列技术方案来实现:三自由度串并混联关节成形手术机器人，包括工作台，所述工作台上设置竖直机构与水平机构，所述水平机构上设置磨钻机构，所述水平机构共两个，分别设置在竖直机构的两侧，所述竖直机构包括竖直滑台和驱动竖直滑台升降的竖直驱动组件，所述水平机构包括水平滑台和驱动水平滑台平移的水平驱动组件，所述竖直滑台的两侧固连连接臂，所述连接臂的外端铰接在对应侧的水平滑台上，所述水平机构向前伸出爪臂，所述爪臂的前端设置套环，两侧水平机构前伸的套环上下叠置形成相连通的套孔，所述磨钻机构穿接在套孔内，所述套孔内壁与磨钻机构外壁形成滑动式接触。
[0007]本三自由度串并混联关节成形手术机器人中，连接臂包括上下两根平行杆，上面的平行杆的外端通过转向轴承连接在水平滑台的上面，下面的平行杆的外端通过转向轴承连接在水平滑台的下面，且上下铰接点位于一条竖直线上。竖直滑台两侧的连接臂呈上下错位设置，由此通过连接臂连接的两个水平机构具有上下错位，在两者前伸交叉于一点时形成叠置而不干涉。通过竖直机构中竖直滑台的两侧连接臂与两个水平滑台形成三角形结构，其中竖直机构的升降调位形成一个串联的自由度，两个水平滑台线性伸缩的相互平移调位形成两个并联自由度。由此竖直机构的升降和水平机构的平移相结合，达成三维空间中的任意调位动作，最终实现磨钻机构按给定轨迹的骨骼切割手术。完全对称的并联机构具有较好的各向同性，恒为刚性三角形机构，刚度高，承载能力大，适于需要较大切削力的骨骼磨削场合。
[0008]在上述的三自由度串并混联关节成形手术机器人中，所述磨钻机构包括磨钻电机与磨钻支撑架，所述磨钻电机与磨钻支撑架之间通过电机座连接，所述磨钻电机的转轴伸入磨钻支撑架内固连一磨钻轴，所述磨钻轴与磨钻支撑架之间套接有磨钻轴承，所述磨钻轴内固设切削头，所述切削头伸出磨钻支撑架。切削头由尾端插伸入磨钻轴内，且磨钻轴的外壁上插伸入顶丝，顶丝与切削头垂直相抵，从而将切削头与磨钻轴形成一体固定。
[0009]在上述的三自由度串并混联关节成形手术机器人中，所述磨钻支撑架包括筒架，所述筒架的外周套接保护套筒，所述筒架的中心开设装配孔，所述磨钻轴承与磨钻轴均设置在装配孔内，所述筒架的一端与电机座之间安装定位套，另一端安装端盖。磨钻轴承共两个，磨钻轴的两端各套接一个磨钻轴承，通过两端的转动定位安装，提升磨钻轴转动的稳定性。筒架的两端部均通过螺丝与电机座或端盖形成固装。
[0010]在上述的三自由度串并混联关节成形手术机器人中，所述竖直驱动组件包括竖立杆架，所述竖立杆架上设置竖直电机、一根竖直螺杆和至少一根竖直导轨，所述竖直电机驱动连接竖直螺杆，所述竖直螺杆的两端与竖立杆架之间均套接竖直轴承，所述竖直滑台上开设竖直螺孔和竖直滑孔，所述竖直螺孔内穿接竖直螺母，所述竖直螺母套在竖直螺杆上形成螺纹连接，所述竖直滑孔内穿接竖直导滑筒，所述竖直导滑筒套在竖直导轨上形成滑动连接。本实施例中采用两根竖直导轨，两根竖直导轨分别位于竖直螺杆的两侧。通过竖直滑台与竖直螺杆、竖直导轨的套接配合，在竖直电机的驱动下，将竖直螺杆的转动转化成竖直滑台的升降运动。
[0011]在上述的三自由度串并混联关节成形手术机器人中，所述竖立杆架的上下位置均设置竖直限位传感器，所述竖直滑台的上下位置均设置竖直触发挡片，所述竖直限位传感器电控连接竖直电机，所述竖直触发挡片在竖直滑台的升降带动下碰触竖直限位传感器，所述竖直限位传感器通过电信号控制竖直电机停机。上下两个竖直限位传感器安装在任一根立杆的内侧上，竖直滑台的上下两个竖直触发挡片安装在相同侧，由此使得在竖直滑台的升降运作中，一旦竖直滑台到达上极限位置或下极限位置，对应位置的竖直触发挡片便会触动竖直限位传感器，使得竖直电机停机，竖直滑台停止运动，利于行程的安全。
[0012]在上述的三自由度串并混联关节成形手术机器人中，所述竖立杆架包括位于两侧的两根立杆，所述立杆的底部设置安装座，两根立杆的上部之间固连上支撑板，下部之间固连下支撑板，所述竖直电机安装于上支撑板上，所述竖直电机的驱动轴上套接竖直主动带轮，所述竖直螺杆的端部套接竖直从动带轮，所述竖直主动带轮与竖直从动带轮的外周连接竖直同步带。竖直螺杆与竖直导轨的两端分别安装在上支撑板、下支撑板上。两根立杆与上支撑板、下支撑板均通过螺钉固连装配。立杆底部的安装座上开设安装孔，通过螺栓穿入安装孔与工作台形成固连装配。立杆的两侧设置加强筋，从而提升竖立杆架在工作台上的强度和稳定性。
[0013]在上述的三自由度串并混联关节成形手术机器人中，所述水平驱动组件包括水平杆架，所述水平杆架上设置水平电机、一根水平螺杆和至少一根水平导轨，所述水平电机驱动连接水平螺杆，所述水平螺杆的两端与水平杆架之间均套接水平轴承，所述水平滑台上开设水平螺孔和水平滑孔，所述水平螺孔内穿接水平螺母，所述水平螺母套在水平螺杆上形成螺纹连接，所述水平滑孔内穿接水平导滑筒，所述水平导滑筒套在水平导轨上形成滑动连接。本实施例中采用两根水平导轨，两根水平导轨分别位于水平螺杆的两侧。通过水平滑台与水平螺杆、水平导轨的套接配合，在水平电机的驱动下，将水平螺杆的转动转化成水平滑台相对于水平驱动组件的平移运动，从而驱使整体水平机构做线性伸缩运动。
[0014]在上述的三自由度串并混联关节成形手术机器人中，所述水平杆架的前后位置均设置水平限位传感器，所述水平滑台的前后位置均设置水平触发挡片，所述水平限位传感器电控连接水平电机，所述水平触发挡片在水平滑台的平移带动下碰触水平限位传感器，所述水平限位传感器通过电信号控制水平电机停机。前后两个水平限位传感器安装在任一根横杆的内侧上，水平滑台的前后两个水平触发挡片安装在相同侧，由此使得在水平滑台的平移运作中，一旦水平滑台到达前极限位置或后极限位置，对应位置的水平触发挡片便会触动水平限位传感器，使得水平电机停机，水平滑台停止运动，利于行程的安全。
[0015]在上述的三自由度串并混联关节成形手术机器人中，所述水平杆架包括位于上下侧的两根横杆，两根横杆的前端之间固连前支撑板，后端之间固连后支撑板，所述水平电机安装于后支撑板上，所述水平电机的驱动轴上套接水平主动带轮，所述水平螺杆的端部套接水平从动带轮，所述水平主动带轮与水平从动带轮的外周连接水平同步带。水平螺杆与水平导轨的两端分别安装在前支撑板、后支撑板上。两根横杆与前支撑板、后支撑板均通过螺钉固连装配。
[0016]在上述的三自由度串并混联关节成形手术机器人中，所述工作台包括相拼合的设备区域和手术区域，所述竖直机构与水平机构安装在设备区域内，所述磨钻机构通过爪臂延伸至手术区域的上方。
[0017]与现有技术相比，本三自由度串并混联关节成形手术机器人具有以下优点:
[0018]一、本发明的串并混联机构结构紧凑，完全对称的并联机构具有较好的各向同性，恒为刚性三角形机构，刚度高，承载能力大，适于需要较大切削力的骨骼磨削场合；线性串联机构无累积误差，精度较高，操作灵活，运行平缓，稳定性强，工作空间大，安全性高，在关节置换术手术空间内实现三自由度运动。
[0019]二、本发明可以实现手术最小损伤、提高了疾病诊断和手术治疗的精度与质量，使手术安全性得以提高，缩短了治疗时间，降低了医疗成本；同时能够减轻医师工作强度，提高医师工作效率，避免了 X光射线对医生造成的伤害，也减少了患者的痛苦，缩短了恢复时间，降低了并发症的发病率。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本三自由度串并混联关节成形手术机器人的主视结构图。
[0021]图2是本三自由度串并混联关节成形手术机器人的俯视结构图。
[0022]图3是本三自由度串并混联关节成形手术机器人的侧视结构图。
[0023]图4是本三自由度串并混联关节成形手术机器人中竖直机构的结构图。
[0024]图5是本三自由度串并混联关节成形手术机器人中水平机构的结构图。
[0025]图6是本三自由度串并混联关节成形手术机器人中磨钻机构的结构图。
[0026]图中，1、工作台；2、竖直机构；201、立杆；202、安装座；203、上支撑板；204、下支撑板；205、竖直电机；206、竖直主动带轮；207、竖直同步带；208、竖直从动带轮；209、竖直轴承；210、竖直螺杆；211、竖直螺母；212、竖直导轨；213、竖直导滑筒；214、竖直滑台；215、竖直限位传感器；216、竖直触发挡片；3、连接臂；4、水平机构；401、横杆；402、前支撑板；403、后支撑板；404、水平电机；405、水平主动带轮；406、水平同步带；407、水平从动带轮；408、水平轴承；409、水平螺杆；410、水平螺母；411、水平导轨；412、水平导滑筒；413、水平滑台；414、水平限位传感器；415、水平触发挡片；5、磨钻机构；501、磨钻电机；502、电机座；503、定位套;504、筒架;505、保护套筒;506、磨钻轴承;507、磨钻轴;508、顶丝;509、端盖；510、切削头；6、加强筋。
【具体实施方式】
[0027]以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
[0028]如图1至图6所示，本三自由度串并混联关节成形手术机器人包括工作台1，工作台I上设置竖直机构2与水平机构4，水平机构4上设置磨钻机构5。工作台I包括相拼合的设备区域和手术区域，竖直机构2与水平机构4安装在设备区域内，磨钻机构5通过爪臂延伸至手术区域的上方。
[0029]水平机构4共两个，分别设置在竖直机构2的两侧，竖直机构2包括竖直滑台214和驱动竖直滑台214升降的竖直驱动组件，水平机构4包括水平滑台413和驱动水平滑台413平移的水平驱动组件，竖直滑台214的两侧固连连接臂3，连接臂3的外端铰接在对应侧的水平滑台413上，水平机构4向前伸出爪臂，爪臂的前端设置套环，两侧水平机构4前伸的套环上下叠置形成相连通的套孔，磨钻机构5穿接在套孔内，套孔内壁与磨钻机构5外壁形成滑动式接触。
[0030]竖直驱动组件包括竖立杆架，竖立杆架包括位于两侧的两根立杆201，立杆201的底部设置安装座202，安装座202上开设安装孔，通过螺栓穿入安装孔与工作台I形成固连装配。立杆201的两侧设置加强筋6，从而提升竖立杆架在工作台I上的强度和稳定性。两根立杆201的上部之间固连上支撑板203，下部之间固连下支撑板204，且两根立杆201与上支撑板203、下支撑板204均通过螺钉固连装配。
[0031]上支撑板203上安装有竖直电机205，上支撑板203与下支撑板204之间还安装一根竖直螺杆210和两根竖直导轨212，且两根竖直导轨212分别位于竖直螺杆210的两侧。竖直电机205的驱动轴上套接竖直主动带轮206，竖直螺杆210的端部套接竖直从动带轮208，竖直主动带轮206与竖直从动带轮208的外周连接竖直同步带207。竖直螺杆210与竖直导轨212的两端分别安装在上支撑板203、下支撑板204上，其中竖直螺杆210的两端均套接竖直轴承209，两个竖直轴承209分别安装在上支撑板203或下支撑板204上。
[0032]竖直滑台214上开设竖直螺孔和竖直滑孔，竖直螺孔内穿接竖直螺母211，竖直螺母211套在竖直螺杆210上形成螺纹连接；竖直滑孔内穿接竖直导滑筒213，竖直导滑筒213套在竖直导轨212上形成滑动连接。通过竖直滑台214与竖直螺杆210、竖直导轨212的套接配合，在竖直电机205的驱动下，将竖直螺杆210的转动转化成竖直滑台214的升降运动。
[0033]竖立杆架的上下位置均设置竖直限位传感器215，竖直滑台214的上下位置均设置竖直触发挡片216，竖直限位传感器215电控连接竖直电机205，竖直触发挡片216在竖直滑台214的升降带动下碰触竖直限位传感器215，竖直限位传感器215通过电信号控制竖直电机205停机。上下两个竖直限位传感器215安装在任一根立杆201的内侧上,竖直滑台214的上下两个竖直触发挡片216安装在相同侧，由此使得在竖直滑台214的升降运作中，一旦竖直滑台214到达上极限位置或下极限位置，对应位置的竖直触发挡片216便会触动竖直限位传感器215，使得竖直电机205停机，竖直滑台214停止运动，利于行程的安全。
[0034]连接臂3包括上下两根平行杆，两根平行杆的内端均固定在竖直滑台214的侧面上；上面的平行杆的外端通过转向轴承连接在水平滑台413的上面，下面的平行杆的外端通过转向轴承连接在水平滑台413的下面，且上下铰接点位于一条竖直线上。竖直滑台214两侧的连接臂3呈上下错位设置，由此通过连接臂3连接的两个水平机构4具有上下错位，在两者前伸交叉于一点时形成叠置而不干涉。
[0035]水平驱动组件包括水平杆架，水平杆架包括位于上下侧的两根横杆401，两根横杆401的前端之间固连前支撑板402，后端之间固连后支撑板403。两根横杆401与前支撑板402、后支撑板403均通过螺钉固连装配。后支撑板403上安装水平电机404，前支撑板402和后支撑板403之间设置一根水平螺杆409和两根水平导轨411，且两根水平导轨411位于一根水平螺杆409的两侧。水平电机404的驱动轴上套接水平主动带轮405，水平螺杆409的端部套接水平从动带轮407，水平主动带轮405与水平从动带轮407的外周连接水平同步带406。水平螺杆409与水平导轨411的两端分别安装在前支撑板402、后支撑板403上，其中水平螺杆409的两端均套接水平轴承408，两个水平轴承408分别安装在前支撑板402或后支撑板403上。
[0036]水平滑台413上开设水平螺孔和水平滑孔，水平螺孔内穿接水平螺母410，水平螺母410套在水平螺杆409上形成螺纹连接，水平滑孔内穿接水平导滑筒412，水平导滑筒412套在水平导轨411上形成滑动连接。通过水平滑台413与水平螺杆409、水平导轨411的套接配合，在水平电机404的驱动下，将水平螺杆409的转动转化成水平滑台413相对于水平驱动组件的平移运动，从而驱使整体水平机构4做线性伸缩运动。
[0037]水平杆架的前后位置均设置水平限位传感器414，水平滑台413的前后位置均设置水平触发挡片415，水平限位传感器414电控连接水平电机404，水平触发挡片415在水平滑台413的平移带动下碰触水平限位传感器414，水平限位传感器414通过电信号控制水平电机404停机。前后两个水平限位传感器414安装在任一根横杆401的内侧上，水平滑台413的前后两个水平触发挡片415安装在相同侧，由此使得在水平滑台413的平移运作中，一旦水平滑台413到达前极限位置或后极限位置，对应位置的水平触发挡片415便会触动水平限位传感器414，使得水平电机404停机，水平滑台413停止运动，利于行程的安全。
[0038]磨钻机构5包括磨钻电机501与磨钻支撑架，磨钻电机501与磨钻支撑架之间通过电机座502连接，磨钻电机501的转轴伸入磨钻支撑架内固连一磨钻轴507，磨钻轴507与磨钻支撑架之间套接有磨钻轴承506，磨钻轴507内固设切削头510，切削头510伸出磨钻支撑架。切削头510由尾端插伸入磨钻轴507内，且磨钻轴507的外壁上插伸入顶丝508，顶丝508与切削头510垂直相抵，从而将切削头510与磨钻轴507形成一体固定。
[0039]磨钻支撑架包括筒架504，筒架504的外周套接保护套筒505，筒架504的中心开设装配孔，磨钻轴承506与磨钻轴507均设置在装配孔内，筒架504的一端与电机座502之间安装定位套503，另一端安装端盖509。磨钻轴承506共两个，磨钻轴507的两端各套接一个磨钻轴承506，通过两端的转动定位安装，提升磨钻轴507转动的稳定性。筒架504的两端部均通过螺丝与电机座502或端盖509形成固装。
[0040]本三自由度串并混联关节成形手术机器人的运作方法为:
[0041]手术时，由医生将本机器人安装在手术床的一侧，病人置于床上。本机器人可以结合三维图像导航技术，通过图像引导确定机器人磨钻机构5中切削头510的位置，由计算机控制系统把术前的磨削规划轨迹变成驱动脉冲，驱动竖直机构2和两个水平机构4的伺服电机，伺服电机通过带传动将旋转运动转化为滚珠螺母沿滚珠螺杆的直线运动，作为整个机器人的输入运动，机器人的位姿随着各个电机的启动时间不同在不断的变化，把术前磨削规划轨迹输出给切削头510的运动轨迹，完成运动轨迹上的骨骼切除。本机器人解决了由于依靠医生经验而带来的手术风险，大大降低了医生的工作强度，从而提高了手术精度。
[0042]通过伺服电机驱动的竖直滑台214或水平滑台413沿导轨进行直线运动，完成了磨钻机构5的上下、平面的线性驱动功能。在机器人的初始化过程中设置增量式编码器的计数零点，在竖直滑台214或水平滑台413的行程范围内设置正、负限位以保证机器人的运动安全。两个限位传感器中一个起到限位和设置零位的作用，另一个只有限位的作用。线性机构无累积误差，精度较高，运行平缓，工作空间大，安全性高，在关节置换术手术空间内实现需要的运动。
[0043]本三自由度串并混联关节成形手术机器人的原理为:
[0044]通过竖直机构2中竖直滑台214的两侧连接臂3与两个水平滑台413形成三角形结构，其中竖直机构2的升降调位形成一个串联的自由度，两个水平滑台413线性伸缩的相互平移调位形成两个并联自由度。由此竖直机构2的升降和水平机构4的平移相结合，达成三维空间中的任意调位动作，最终实现磨钻机构5按给定轨迹的骨骼切割手术。完全对称的并联机构具有较好的各向同性，恒为刚性三角形机构，刚度高，承载能力大，适于需要较大切削力的骨骼磨削场合。
[0045]本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属【技术领域】的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0046]尽管本文较多地使用了工作台I ;竖直机构2;立杆201 ;安装座202;上支撑板203 ;下支撑板204 ;竖直电机205 ;竖直主动带轮206 ;竖直同步带207 ;竖直从动带轮208 ；竖直轴承209 ;竖直螺杆210 ;竖直螺母211 ;竖直导轨212 ;竖直导滑筒213 ;竖直滑台214 ；竖直限位传感器215 ;竖直触发挡片216 ;连接臂3 ;水平机构4 ;横杆401 ;前支撑板402 ；后支撑板403 ;水平电机404 ;水平主动带轮405 ;水平同步带406 ;水平从动带轮407 ;水平轴承408 ;水平螺杆409 ;水平螺母410 ;水平导轨411 ;水平导滑筒412 ;水平滑台413 ;水平限位传感器414 ;水平触发挡片415 ;磨钻机构5 ;磨钻电机501 ;电机座502 ;定位套503 ；筒架504 ;保护套筒505 ;磨钻轴承506 ;磨钻轴507 ;顶丝508 ;端盖509 ;切削头510 ;加强筋6等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
【权利要求】
1.三自由度串并混联关节成形手术机器人，包括工作台，所述工作台上设置竖直机构与水平机构，所述水平机构上设置磨钻机构，其特征在于，所述水平机构共两个，分别设置在竖直机构的两侧，所述竖直机构包括竖直滑台和驱动竖直滑台升降的竖直驱动组件，所述水平机构包括水平滑台和驱动水平滑台平移的水平驱动组件，所述竖直滑台的两侧固连连接臂，所述连接臂的外端铰接在对应侧的水平滑台上，所述水平机构向前伸出爪臂，所述爪臂的前端设置套环，两侧水平机构前伸的套环上下叠置形成相连通的套孔，所述磨钻机构穿接在套孔内，所述套孔内壁与磨钻机构外壁形成滑动式接触。
2.根据权利要求1所述的三自由度串并混联关节成形手术机器人，其特征在于，所述磨钻机构包括磨钻电机与磨钻支撑架，所述磨钻电机与磨钻支撑架之间通过电机座连接，所述磨钻电机的转轴伸入磨钻支撑架内固连一磨钻轴，所述磨钻轴与磨钻支撑架之间套接有磨钻轴承，所述磨钻轴内固设切削头，所述切削头伸出磨钻支撑架。
3.根据权利要求2所述的三自由度串并混联关节成形手术机器人，其特征在于，所述磨钻支撑架包括筒架，所述筒架的外周套接保护套筒，所述筒架的中心开设装配孔，所述磨钻轴承与磨钻轴均设置在装配孔内，所述筒架的一端与电机座之间安装定位套，另一端安装端盖。
4.根据权利要求1所述的三自由度串并混联关节成形手术机器人，其特征在于，所述竖直驱动组件包括竖立杆架，所述竖立杆架上设置竖直电机、一根竖直螺杆和至少一根竖直导轨，所述竖直电机驱动连接竖直螺杆，所述竖直螺杆的两端与竖立杆架之间均套接竖直轴承，所述竖直滑台上开设竖直螺孔和竖直滑孔，所述竖直螺孔内穿接竖直螺母，所述竖直螺母套在竖直螺杆上形成螺纹连接，所述竖直滑孔内穿接竖直导滑筒，所述竖直导滑筒套在竖直导轨上形成滑动连接。
5.根据权利要求4所述的三自由度串并混联关节成形手术机器人，其特征在于，所述竖立杆架的上下位置均设置竖直限位传感器，所述竖直滑台的上下位置均设置竖直触发挡片，所述竖直限位传感器电控连接竖直电机，所述竖直触发挡片在竖直滑台的升降带动下碰触竖直限位传感器，所述竖直限位传感器通过电信号控制竖直电机停机。
6.根据权利要求4所述的三自由度串并混联关节成形手术机器人，其特征在于，所述竖立杆架包括位于两侧的两根立杆，所述立杆的底部设置安装座，两根立杆的上部之间固连上支撑板，下部之间固连下支撑板，所述竖直电机安装于上支撑板上，所述竖直电机的驱动轴上套接竖直主动带轮，所述竖直螺杆的端部套接竖直从动带轮，所述竖直主动带轮与竖直从动带轮的外周连接竖直同步带。
7.根据权利要求1所述的三自由度串并混联关节成形手术机器人，其特征在于，所述水平驱动组件包括水平杆架，所述水平杆架上设置水平电机、一根水平螺杆和至少一根水平导轨，所述水平电机驱动连接水平螺杆，所述水平螺杆的两端与水平杆架之间均套接水平轴承，所述水平滑台上开设水平螺孔和水平滑孔，所述水平螺孔内穿接水平螺母，所述水平螺母套在水平螺杆上形成螺纹连接，所述水平滑孔内穿接水平导滑筒，所述水平导滑筒套在水平导轨上形成滑动连接。
8.根据权利要求7所述的三自由度串并混联关节成形手术机器人，其特征在于，所述水平杆架的前后位置均设置水平限位传感器，所述水平滑台的前后位置均设置水平触发挡片，所述水平限位传感器电控连接水平电机，所述水平触发挡片在水平滑台的平移带动下碰触水平限位传感器，所述水平限位传感器通过电信号控制水平电机停机。
9.根据权利要求7所述的三自由度串并混联关节成形手术机器人，其特征在于，所述水平杆架包括位于上下侧的两根横杆，两根横杆的前端之间固连前支撑板，后端之间固连后支撑板，所述水平电机安装于后支撑板上，所述水平电机的驱动轴上套接水平主动带轮，所述水平螺杆的端部套接水平从动带轮，所述水平主动带轮与水平从动带轮的外周连接水平同步带。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的三自由度串并混联关节成形手术机器人，其特征在于，所述工作台包括相拼合的设备区域和手术区域，所述竖直机构与水平机构安装在设备区域内，所述磨钻机构通过爪臂延伸至手术区域的上方。
【文档编号】A61B17/16GK104323861SQ201410670205
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】田和强, 杨鹏, 苏春建, 陈修龙, 刘杰, 张金峰 申请人:山东科技大学