本发明涉及一种医疗设备，具体是一种用于半自动或全自动完成骨科手术操作的机器人系统。
背景技术：
随着机器人技术与医学科学的交叉发展，各种用途的医用机器人正在医学领域中得到越来越广泛的应用。目前医疗机器人已经在脑神经外科、心脏修复、胆囊摘除手术、人工关节置换、泌尿外科手术等方面取得了广泛的应用与重大的进展。机器人与医生手工操作相比在某些方面具有极大的优势，因为机器人的定位更为准确，支撑稳定而有力，可以避免外壳医生长时间手术带来的疲劳，以及外科医生在手术操作过程中发生的手臂颤动，从而提高手术的精度、稳定性和安全性。
骨科手术中常常需要精确地切割、磨削、固定等操作，这种类型的操作对精度、稳定性、自由度以及操作力度均有较高的要求，现今普遍实施的一般骨科微创伤手术具备减小手术创伤、减少失血、缩短术后恢复时间等优点。然而为了减小创伤，手术过程中需反复进行X线照射，长时间、大剂量的辐射造成了对手术医生及病人的伤害。特别是在脊柱手术中。人体脊柱解剖结构复杂，且周围遍布神经、血管、肌肉等重要组织，包括椎弓根螺钉内固定手术在内的典型脊柱手术操作对手术医生操作的精准度和稳定性提出了很高的要求。在传统的脊柱外科手术中，医生通常只能通过自己及助手的观察，来确定手术器械是否放置在正确的位置，并且在手术过程中，医生及其助手需要精神高度集中来保证手术器械的操作位置处于正确的范围。而脊柱手术相对时间较长，长时间的操作易使医生感到疲劳，大大增加了手术的风险。
针对上述的问题，目前国内外都将研究重心放在骨科机器人的研究上，期望以机械臂代替人手进行手术，从而达到更好的手术效果。从当前的结果来看研究取得了一定的效果。国际上已经有企业研究出能够进行部分手术的机器人，甚至已经进入量产阶段，供临床使用。但是需要认识到的是，目前这些骨科机器人仍然存在一定的不足之处。
较为突出的缺点是：能够代替人手进行的操作非常有限，而且基本都是靠医生直接操作也能完成的手术，仅仅是用于提高手术效率。而如果是一些人工不能完成的操作或者很难完成操作，该类机器人也同样不能替代人手进行手术。在功能还并不完善的情况下，其造价成本却非常高，这就导致了该类机器人很难被全面推广。
现在的骨科机器人主要用于人工髋关节置换，椎弓根螺钉的导航与植入。而在椎间盘摘除以及纤维环缝合方面，目前并没有相关的机器人的研发和使用。而在纤维环摘除手术中，由于纤维环摘除以及缝合操作，操作位置较深，操作空间狭小，操作风险较大，目前在手术后都不进行缝合操作，导致愈合缓慢，治疗效果不好。受到操作环境限制，上述的机器人同样也不能完成在纤维环摘除后的缝合操作。
技术实现要素：
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种能够在微创手术中、狭小操作空间内代替人手完成手术的机械臂以及具有该机械臂的骨科手术机器人。
技术方案：本发明所述用于椎间盘突出髓核摘除和纤维环缝合的机械臂，包括旋臂、安装在所述旋臂底部的操作平台以及通过连接组件安装在操作平台底部的器械安装部；所述操作平台为直径15~20mm的圆环结构，操作平台的中心转动安装在所述旋臂上；所述连接组件由若干与所述操作平台位于同一平面的上连杆，以及最大数量与所述上连杆数量一致、并垂直安装在相对应上连杆一端端部的若干下连杆组成，所述上连杆的另一端活动安装在所述操作平台上，并沿所述操作平台的圆环作圆周运动；所述器械安装部横截面为圆形，最大直径为3~5mm，所述器械安装部通过旋转关节安装在所述下连杆的底端，沿所述下连接杆的轴心作旋转运动，所述器械安装部的底部安装手术器械。
本发明进一步优选地技术方案为，所述器械安装部为直径3~5mm的半球结构，球面向下，所述下连杆的底端设置有一滚珠，所述器械安装部内设置有与所述滚珠相匹配的空腔，所述滚珠置于所述器械安装部内，形成所述器械安装部的旋转关节。
优选地，所述器械安装部的底部开有槽孔，所述手术器械的顶端安装在该槽孔内，所述槽孔的直径1~2mm，深度为2~4mm。
优选地，所述手术器械包括持针器、髓核钳和刀片其中一个或多个；每个所述手术器械固定在一个所述器械安装部的底端。
优选地，所述持针器长度8~10mm，宽度2~5mm；所述髓核钳长度8~20mm，宽度4~6mm；所述刀片长度8~10mm，宽度2~6mm。
优选地，所述上连杆和所述下连杆均为伸缩杆，所述上连杆的伸缩长度为3~10mm；所述下连杆的伸缩长度为50~200 mm。
优选地，所述上连杆的端部设置有一套筒，所述下连杆的顶部套入所述套筒内，所述套筒的内径与所述上连杆的直径一致，均为3~5mm。
优选地，所述操作平台通过旋转关节安装在所述旋臂上。
优选地，所述旋臂为六轴旋臂。
本发明所述的骨科机器人，包括上述的机械臂和控制系统，所述机械臂的全部动作均由该控制系统控制完成。
有益效果：（1）本发明中操作平台的直径限定为15~20mm，属于微创手术的范围，为了实现在微创手术范围内的狭小空间施术，设置与操作平台配套的装置，使用时，首先通过旋臂粗调，将操作平台覆盖在手术创口上方，安装在操作平台上的上连接杆沿圆环旋转，进行精细调节，确保下方的器械安装部和手术机械精确定位在手术部位，器械安装部的尺寸限定以及能够围绕下连接杆的轴心360°旋转，决定了器械安装部和下端的手术器械能够到达人手不能到达的部位进行精密运动，可以在狭小空间内稳定而精确的操作，实现精确避开神经以及血管，完成复杂操作，通过器械更换装置，完成纤维环切开，髓核摘除，纤维环缝合等一系列操作；
（2）本发明中可根据需求更换、增减器械安装部和对应的手术器械，完成比如纤维环切开，髓核摘除，纤维环缝合等一系列操作，代替人手进行手术，甚至完成很多人手无法到达或无法完成的手术操作，具有广泛的运用前景；
（3）上连杆和下连杆为伸缩杆，可通过伸拉杆的长度变化，进一步精确调节手术器械的位置，实现全方向、高精度的手术位置调节，位置误差<2mm，提高了手术成功率和手术效果；
（4）操作平台通过旋转关节安装在所述旋臂上，操作平台能够相对旋臂作360°旋转，在旋臂粗调到位后，操作平台能够对自身姿态进行调整，确保操作平台下方的装置顺利进入创口内部。
附图说明
图1为本发明实施例中所述机械臂的机构示意图；
图2为图1的A处局部放大图；
图3为本发明实施例中所述操作平台的俯视图；
图4为本发明实施例中所述器械安装部的结构示意图；
图5为本发明实施例中所述器械安装部的截面图；
图中，1-六轴旋臂、2-操作平台、3-连接组件、4-器械安装部、5-持针器、31-上连杆、31a-套筒、32-下连杆、32a-滚珠、41-槽孔。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：一种用于椎间盘突出髓核摘除和纤维环缝合的机械臂，以该机械臂用于完成微创手术的纤维环缝合操作为例。具体包括六轴旋臂1、操作平台2、连接组件3、器械安装部4和用于实现手术的持针器5。
操作平台2为直径15~20mm的圆环结构，操作平台2的中心通过旋转关节安装在六轴旋臂1的底部。
连接组件3由若干与操作平台位于同一平面的上连杆31，以及两个垂直安装在任意两上连杆31一端端部的若干下连杆32组成。上连杆31和下连杆32均为伸缩杆，上连杆31的伸缩长度为3~10mm；下连杆32的伸缩长度为50~200 mm。上连杆31与下连杆32连接的端部设置有一套筒31a，下连杆32的顶部伸入套筒31a内，套筒31a的内径与上连杆32的直径一致，均为3~5mm。上连杆31的另一端活动安装在操作平台2上，并沿操作平台2的圆环作圆周运动。
器械安装部4和持针器5数量和下连杆32一致，器械安装部4为直径3~5mm的半球结构，球面向下，下连杆32的底端设置有一滚珠32a，器械安装部4内设置有与滚珠相匹配的空腔，滚珠32a置于器械安装部4内，形成器械安装部4的旋转关节，器械安装部4沿下连接杆32的轴心作旋转运动。
器械安装部4的底部开有槽孔41，持针器5的顶端安装在该槽孔41内，槽孔41的直径1~2mm，深度为2~4mm。持针器5长度8~10mm，宽度2~5mm。持针器夹持缝合针和缝合线，在创口内部运动，模仿人手缝合动作，在狭小区域内进行纤维环缝合操作。
一种骨科手术机器人，包括上述的机械臂或者安装有其它手术器械的机械臂和控制系统，机械臂的全部部件的全部动作均由该控制系统控制完成。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。