用于脊柱手术的机械臂结构的制作方法

本实用新型涉及医疗设备技术领域，特别是涉及一种用于脊柱手术的机械臂结构。

背景技术：

目前对患者进行脊柱手术操作时，由医生将植入的螺钉与配套的上钉器相连，并保证螺钉与上钉器连接紧密，无松动。然后，医生手持上钉器末端把手，旋转用力将螺钉拧入到脊柱椎体内。但是，医护人员手动上螺钉一方面会费事费力，同时还会出现失误等情况，严重时会导致手术失败。

技术实现要素：

基于此，有必要针对目前脊柱螺钉植入需要医护人员手动植入导致的费时费力以及失误等问题，提供一种节省医护人员体力、避免失误的用于脊柱手术的机械臂结构。

上述目的通过下述技术方案实现：

一种用于脊柱手术的机械臂结构，包括：

主手机械臂，所述主手机械臂的末端可夹持上钉器；以及

与所述主手机械臂相独立的副手机械臂，所述副手机械臂的末端可夹持螺钉；

所述主手机械臂可运动至所述副手机械臂附近，使所述上钉器与所述螺钉对接，所述副手机械臂将所述螺钉拧紧于所述上钉器，所述主手机械臂可带动所述螺钉运动，并将所述螺钉拧入脊柱。

在其中一个实施例中，所述主手机械臂包括第一安装座、可转动安装于所述第一安装座的第一机械臂组件以及设置于所述第一机械臂组件末端的第一夹持件，所述第一机械臂组件可带动所述第一夹持件运动至所述副手机械臂附近或脊柱附近，所述第一夹持件用于夹持所述上钉器。

在其中一个实施例中，所述第一机械臂组件包括多个第一杆件以及多个第一关节轴，多个所述第一杆件通过所述第一关节轴顺次可转动连接，多个所述第一杆件的首端通过所述第一关节轴可转动安装于所述第一安装座，多个所述第一杆件的末端通过所述第一关节轴可转动安装所述第一夹持件。

在其中一个实施例中，所述副手机械臂包括第二安装座、可转动安装于所述第二安装座的第二机械臂组件以及设置于所述第二机械臂组件末端的第二夹持件，所述第二机械臂组件可带动所述第二夹持件运动至预设位置，所述第二夹持件用于夹持所述螺钉。

在其中一个实施例中，所述第二机械臂组件包括多个第二杆件以及多个第二关节轴，多个所述第二杆件通过所述第二关节轴顺次可转动连接，多个所述第二杆件的首端通过所述第二关节轴可转动安装于所述第二安装座，多个所述第二杆件的末端通过所述第二关节轴可转动安装所述第二夹持件。

在其中一个实施例中，所述第一杆件的数量大于等于所述第二杆件的数量。

在其中一个实施例中，所述机械臂结构还包括可在地面移动的移动座，所述主手机械臂设置于所述移动座。

在其中一个实施例中，所述主手机械臂设置于病床，或者所述主手机械臂设置于病床附近的墙壁或天花板上。

在其中一个实施例中，所述机械臂结构还包括可在地面移动的滑动座，所述副手机械臂设置于所述滑动座。

在其中一个实施例中，所述副手机械臂设置于装载手术器械的器械推车。

采用上述技术方案后，本实用新型至少具有如下技术效果：

本实用新型的用于脊柱手术的机械臂结构，向患者的脊柱植入螺钉时，副手机械臂夹持待植入脊柱的螺钉，主手机械臂固定上钉器后，主手机械臂可带动上钉器运动至副手机械臂附近，并使上钉器与螺钉对接，以将螺钉安装于上钉器。随后，主手机械臂带动上钉器及其上的螺钉运动至患者脊柱的上方，并将螺钉植入患者脊柱中。通过主手机械臂与副手机械臂实现螺钉自动植入患者脊柱，有效的解决目前脊柱螺钉植入需要医护人员手动植入导致的费时费力以及失误等问题，节省医护人员的体力消耗，提高手术效率，并且，降低因螺钉植入失误导致的手术失败风险，提高手术成功率。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的机械臂结构的结构示意图。

其中：

100-机械臂结构；

110-主手机械臂；

111-第一安装座；

112-第一机械臂组件；

1121-第一杆件；

1122-第一关节轴；

113-第一夹持件；

120-副手机械臂；

121-第二安装座；

122-第二机械臂组件；

1221-第二杆件；

1222-第二关节轴；

123-第二夹持件；

130-移动座；

200-器械推车。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本实用新型的用于脊柱手术的机械臂结构进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参见图1，本实用新型提供一种用于脊柱手术的机械臂结构100。该机械臂结构100用于脊柱手术，主要用于向患者脊柱中植入螺钉。本实用新型的机械臂结构100向患者的脊柱植入螺钉时，无需医护人员手动植入，节省医护人员的体力消耗，提高植入效率，并且，还能降低因螺钉植入失误导致的手术失败风险，提高手术成功率。因当然，在本实用新型的其他实施方式中，该机械臂结构100还可用于除脊柱手术外的其他类型的植入手术，实现器械的自动植入。

在一实施例中，机械臂结构100用于脊柱手术，其包括主手机械臂110以及副手机械臂120。主手机械臂110的末端可夹持上钉器。主手机械臂110与副手机械臂120相独立。副手机械臂120的末端可夹持螺钉。主手机械臂110可运动至副手机械臂120附近，使上钉器与螺钉对接，副手机械臂120将螺钉拧紧于上钉器，主手机械臂110可带动螺钉运动，并将螺钉拧入脊柱。

主手机械臂110为实现向脊柱植入螺钉的主要部件，副手机械臂120为向脊柱植入螺钉的辅助部件，与主手机械臂110相配合。主手机械臂110的末端可以可安装上钉器。主手机械臂110接取副手机械臂120输送的螺钉后，执行螺钉植入操作，将螺钉植入到患者的脊柱中。并且，主手机械臂110具有多个自由度，这样主手机械臂110可以运动至任一位置，以使主手机械臂110可以运动至副手机械臂120附近接取螺钉，也可以运动至脊柱上方执行螺钉植入手术。副手机械臂120也具有多个自由度，副手机械臂120的末端可夹持待植入的螺钉。副手机械臂120可在取料位置夹取待植入的螺钉，并运动至预设位置等待主手机械臂110接取螺钉。

也就是说，主手机械臂110负责在器械推车200上抓取上钉器、定位螺钉、旋入螺钉和，螺钉旋入到位后上钉器旋出与螺钉脱离的操作，副手机械臂120负责从螺钉盒内抓取待植入的螺钉，固定到空间预设位置保持不动，主手机械部将上钉器对准螺钉，通过旋转操作将螺钉安装在上钉器上。

具体的，进行脊柱螺钉植入手术时，主手机械臂110位于病床附近，副手机械臂120位于器械推车200附近，此时，主手机械臂110可以抓取器械推车200上的上钉器，并固定上钉器。副手机械臂120抓取器械推车200上的螺钉，并运动至预设位置。主手机械臂110可带动上钉器在预设位置与副手机械臂120对接，接取副手机械臂120末端的螺钉。随后主手机械臂110带动螺钉执行螺钉植入手术；并且，主手机械臂110与副手机械臂120多次配合接取螺钉并进行执行螺钉植入手术，直至螺钉植入手术完成，主手机械臂110与副手机械臂120复位。

可选地，机械臂结构100还包括控制器，控制器分别与主手机械臂110与副手机械臂120电连接，以控制主手机械臂110与副手机械臂120中的一个运动，或者控制主手机械臂110与副手机械臂120联动动作。控制器可以获取主手机械臂110与副手机械臂120的当前位置。控制器可以控制副手机械臂120抓取螺钉，并运动至预设位置等待主手机械臂110，以及控制副手机械臂120复位。控制器控制主手机械臂110运动至预设位置接取螺钉，控制主手机械臂110执行螺钉植入手术，以及控制主手机械臂110复位。

控制器接取主手机械臂110接取螺钉之后，控制器控制控制主手机械臂110直接执行螺钉植入操作。当然，控制器也可控制主手机械臂110先复位，然后再控制主手机械臂110直接执行螺钉植入操作。这样控制器可以确定主手机械臂110与脊柱之间的位置关系，保证螺钉植入位置准确。可选地，控制器为cpu或者其他可以实现控制功能的控制部件。

上述实施例的机械臂结构100向患者的脊柱植入螺钉时，副手机械臂120夹持待植入脊柱的螺钉，主手机械臂110固定上钉器后，主手机械臂110可带动上钉器运动至副手机械臂120附近，并使上钉器与螺钉对接，以将螺钉安装于上钉器。随后，主手机械臂110带动上钉器及其上的螺钉运动至患者脊柱的上方，并将螺钉植入患者脊柱中。通过主手机械臂110与副手机械臂120实现螺钉自动植入患者脊柱，有效的解决目前脊柱螺钉植入需要医护人员手动植入导致的费时费力以及失误等问题，节省医护人员的体力消耗，提高手术效率，并且，降低因螺钉植入失误导致的手术失败风险，提高手术成功率。

在一实施例中，主手机械臂110包括第一安装座111、可转动安装于第一安装座111的第一机械臂组件112以及设置于第一机械臂组件112末端的第一夹持件113，第一机械臂组件112可带动第一夹持件113运动至副手机械臂120附近或脊柱附近，第一夹持件113用于夹持上钉器。第一安装座111起承载安装的作用，用于安装第一机械臂组件112，使得第一机械臂组件112可以安装于任意位置。可选地，第一安装座111包括但不限于安装平台、安装柱等等，还可为其他能够实现第一机械臂组件112安装的部件。

第一机械臂组件112包括串联机械臂和/或并联机械臂，至少一串联机械臂和/或至少一并联机械臂连接。也就是说，第一机械臂组件112可以包括至少一串联机械臂，通过至少一串联机械臂连接带动第一夹持件113及其中的上钉器运动。第一机械臂组件112也可包括至少一并联机械臂，通过至少一并联机械臂连接带动第一夹持件113及其中的上钉器运动。当然，第一机械臂组件112还可包括至少一个串联机械臂和至少一个并联机械臂，通过串联机械臂与并联机械臂共同配合带动第一夹持件113及其中的上钉器运动，此时，并联机械臂于串联机械臂的末端。可以理解的是，串联机械臂包括多个杆件，多个杆件通过关节轴实现可转动连接。并联机械臂可以包括诸如stewart平台。

第一夹持件113可以实现夹持功能。可以理解的，第一夹持件113可以为抓手，通过抓手抓取上钉器。当然，第一夹持件113也可为安装口，上钉器可以卡设于安装口中。在本实用新型的其他实施方式中，第一夹持件113还可为其他能够实现固定上钉器的结构。

本实用新型仅以第一机械臂组件112包括串联机械臂为例进行说明。第一机械臂组件112包括多个第一杆件1121以及多个第一关节轴1122，多个第一杆件1121通过第一关节轴1122顺次可转动连接，多个第一杆件1121的首端通过第一关节轴1122可转动安装于第一安装座111，多个第一杆件1121的末端通过第一关节轴1122可转动安装第一夹持件113。多个第一杆件1121形成的第一机械臂组件112具有多个自由度，加之串联连接的多个第一关节轴1122的工作空间大，这样能够使得第一机械臂组件112的末端可运动至任一位置，进而带动上钉器可以运动至预设位置接取螺钉，以及运动至患者脊柱处执行螺钉植入操作。

可以理解的是，第一机械臂组件112可以采用四关节串联机械臂、五关节串联机械臂、六关节串联机械臂甚至更多关节串联机械臂，以满足不同病灶位置的运动需求。示例性地，如图1所示，第一机械臂组件112为七关节串联机械臂，相邻的第一杆件1121之间、第一杆件1121与第一安装座111之间以及第一杆件1121的末端均设置可转动的第一关节轴1122，第一杆件1121通过第一关节轴1122可以产生相应方向的转动。七关节串联机械臂可转动叠加后可以使得第一机械臂组件112的末端具有广泛的运动范围，以带动上钉器运动至任意位置，进而满足螺钉植入的使用需求。

并且，控制器与主手机械臂110的第一机械臂组件112电连接。当上钉器带动螺钉运动至脊柱进钉点后，控制器会控制第一机械臂组件112的位置锁定，进而避免第一机械臂组件112继续运动导致第一夹持件113的位置发生窜动，第一夹持件113中上钉器带动螺钉对准进钉点。示例的，机械臂结构100还包括与控制器电连接的控制电机，控制器通过控制电机实现第一机械臂组件112运动的驱动，当第一机械臂组件112运动至进钉点并调整好所需角度后，锁定控制电机，使得控制电机停止运动，进而实现第一机械臂组件112的锁定，限制第一机械臂组件112的窜动，使第一机械臂组件112只能做旋转运动，实现螺钉的选入与上钉器的旋出操作。

在一实施例中，机械臂结构100还包括可在地面移动的移动座130，主手机械臂110设置于移动座130。移动座130可以实现主手机械臂110的移动，使得主手机械臂110可以移动至所需位置。当需要进行螺钉植入手术时，主手机械臂110可以通过移动座130靠近病床与副手机械臂120，便于主手机械臂110接取螺钉以及执行螺钉植入操作。手术完成后，通过移动座130可以将主手机械臂110移走，避免主手机械臂110占用空间。当然，在本实用新型的其他实施方式中，主手机械臂110还可固定于地面。

在一实施例中，主手机械臂110设置于病床，或者主手机械臂110设置于病床附近的墙壁或天花板上。可选地，主手机械臂110可以可拆卸地设置于病床。这样，使用时无需调整主手机械臂110的位置，方便使用，而且，使用完成后，可以将主手机械臂110拆除。当然，主手机械臂110也可固定于病床。可选地，主手机械臂110设置于病床附近的墙壁或天花板上。这样，主手机械臂110使用时可以移动至病床上方执行螺钉植入操作，使用完成后可以移动走，减少空间占用。

在一实施例中，副手机械臂120包括第二安装座121、可转动安装于第二安装座121的第二机械臂组件122以及设置于第二机械臂组件122末端的第二夹持件123，第二机械臂组件122可带动第二夹持件123运动至预设位置，第二夹持件123用于夹持螺钉。第二安装座121起承载安装的作用，用于安装第二机械臂组件122，使得第二机械臂组件122可以安装于任意位置。可选地，第二安装座121包括但不限于安装平台、安装柱等等，还可为其他能够实现第二机械臂组件122安装的部件。

第二机械臂组件122包括串联机械臂和/或并联机械臂，至少一串联机械臂和/或至少一并联机械臂连接。也就是说，第二机械臂组件122可以包括至少一串联机械臂，通过至少一串联机械臂连接带动第二夹持件123及其中的螺钉运动。第二机械臂组件122也可包括至少一并联机械臂，通过至少一并联机械臂连接带动第二夹持件123及其中的螺钉运动。当然，第二机械臂组件122还可包括至少一个串联机械臂和至少一个并联机械臂，通过串联机械臂与并联机械臂共同配合带动第二夹持件123及其中的螺钉运动，此时，并联机械臂于串联机械臂的末端。可以理解的是，串联机械臂包括多个杆件，多个杆件通过关节轴实现可转动连接。并联机械臂可以包括诸如stewart平台。

第二夹持件123可以实现夹持功能。可以理解的，第二夹持件123可以为抓手，通过抓手抓取螺钉。当然，第二夹持件123也可为安装口，螺钉可以卡设于安装口中。在本实用新型的其他实施方式中，第二夹持件123还可为其他能够实现固定螺钉的结构。

本实用新型仅以第二机械臂组件122包括串联机械臂为例进行说明。第二机械臂组件122包括多个第二杆件1221以及多个第二关节轴1222，多个第二杆件1221通过第二关节轴1222顺次可转动连接，多个第二杆件1221的首端通过第二关节轴1222可转动安装于第二安装座121，多个第二杆件1221的末端通过第二关节轴1222可转动安装第二夹持件123。多个第二杆件1221形成的第二机械臂组件122具有多个自由度，加之串联连接的多个第二关节轴1222的工作空间大，这样能够使得第二机械臂组件122的末端可在螺钉盒与预设位置之间运动，以夹取螺钉并在预设位置等待主手机械臂110。

可以理解的是，第二机械臂组件122可以采用四关节串联机械臂、五关节串联机械臂、六关节串联机械臂甚至更多关节串联机械臂，以满足不同病灶位置的运动需求。示例性地，如图1所示，第二机械臂组件122为三关节串联机械臂，相邻的第二杆件1221之间、第二杆件1221与第二安装座121之间以及第二杆件1221的末端均设置可转动的第二关节轴1222，第二杆件1221通过第二关节轴1222可以产生相应方向的转动。三关节串联机械臂可转动叠加后可以使得第二机械臂组件122的末端具有广泛的运动范围，以带动螺钉运动至所需。

在一实施例中，第一杆件1121的数量大于等于第二杆件1221的数量。也就是说，主手机械臂110的自由度大于等于副手机械臂120的自由度。可以理解的，由于主手机械臂110执行接取螺钉以及执行螺钉植入操作，需要具有较大的运动范围，需要较多的自由度及杆件的数量，而副手机械臂120只用于夹取螺钉，并在预设位置等待主手机械臂110，因此，副手机械臂120只要较小的运动范围即可满足使用要求，因此需要的杆件及自由度的数量较少。这样能够在保证满足使用要求的同时降低结构的复杂程度，便于控制，也能降低成本。

具体的，第一机械臂组件112通过七关节串联机械臂实现像手臂肩部摆动、抬起，大臂旋转，肘部弯曲，小臂的旋转、腕部的弯曲共七个自由度的运动，第二机械臂组件122通过三关节串联机械臂实现手臂肩部摆动、抬起，大臂旋转，小臂的旋转、腕部共六个自由度的运动。

在一实施例中，机械臂结构100还包括可在地面移动的滑动座，副手机械臂120设置于滑动座。滑动座可以实现副手机械臂120的移动，使得副手机械臂120可以移动至所需位置如器械推车200附近，以便于副手机械臂120夹取器械推车200上螺钉盒中的螺钉。当需要进行螺钉植入手术时，副手机械臂120可以通过滑动座器械推车200，便于夹取螺钉。手术完成后，通过滑动座可以将副手机械臂120移走，避免副手机械臂120占用空间。当然，在本实用新型的其他实施方式中，副手机械臂120还可固定于地面。

在一实施例中，副手机械臂120设置于装载手术器械的器械推车200。这样无需调整副手机械臂120的位置，使得副手机械臂120可以直接夹取器械推车200上螺钉盒中的螺钉。可选地，副手机械臂120可以可拆卸地安装于器械推车200。副手机械臂120使用时安装于器械推车200，使用完成后拆卸下来，减少占用空间。当然，副手机械臂120也可以固定于器械推车200。在本实用新型的其他实施方式中，副手机械臂120也可设置于病床，或者主手机械臂110设置于病床附近的墙壁或天花板上，只要副手机械臂120可以实现在器械推车200上夹取螺钉即可。

可以理解的，脊柱螺钉植入手术中需要植入多款规格不同的螺钉。通常，在手术前由医护人员在控制器对应的软件系统内，输入螺钉的规格、植入次序、盛放螺钉的螺钉盒空间位置信息和不同植入螺钉需要植入最终位置的空间坐标信息，螺钉盒内螺钉按已定的植入次序进行摆放，副手机械臂120根据控制器获取已输入的位置信息进行螺钉的取放。在螺钉植入前，由医护人员对螺钉的规格进行再次确认，确认完毕后，主手机械臂110运动根据控制器获取软件系统已知的螺钉最终植入位置的空间坐标信息，通过内部计算，将螺钉尾端自动定位到脊柱椎体的进钉点。在医生确认植入位置准确后，主手机械臂110开始旋入置钉，直到主手机械臂110检测到置入的螺钉空间位置与控制器获取软件系统内输入的空位位置重合，则判定螺钉植入到位，主手机械臂110停止旋入运动。

并且，副手机械臂120取出螺钉后副手机械臂120保持在预设位置不动，主手机械臂110将螺钉固定在上钉器上，固定后副手机械臂120回到其位于螺钉盒上方的起始位置，便于再次拾取螺钉，所有螺钉植入完毕后，副手机械臂120复位到的初始位置。而且，医生确认螺钉植入效果后，主手机械臂110将上钉器从螺钉内旋出，并将上钉器放置在器械推出上，主手机械臂110复位到副手机械臂120所处的预设位置，方便再次植入螺钉，螺钉植入完毕后，主手机械臂110复位到初始位置。

本实用新型的机械臂结构100通过主手机械臂110与副手机械臂120实现螺钉自动植入患者脊柱，无需医护人员手动植入，节省医护人员的体力消耗，提高手术效率，并且，降低因螺钉植入失误导致的手术失败风险，提高手术成功率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书的记载范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。