长管状骨骨折并联六轴机器人操作平台的制作方法

1.本实用新型涉及骨外科学手术辅助系统领域，具体涉及长管状骨骨折并联六轴机器人操作平台。


背景技术：

2.传统骨折复位手术需要通过大切口的方式暴露骨组织，在直视条件下由医师恢复骨折断端的解剖位置，其受制于医师经验和术中设备，存在创伤大、易感染、二次骨折等风险。
3.并联机器人辅助骨折复位是指医师利用计算机辅助软件对断骨的复位轨迹进行规划，并基于机器人运动学算法将断骨的复位轨迹映射为机器人的运动轨迹，机器人执行上述轨迹进而达到骨折复位的目的。
4.在复位导航过程中，骨折长管状骨骨折的两个断端复位是关键环节，为此需要一种便于实施长管状骨骨折复位的并联六轴机器人操作平台从而减少操作过程中的人工失误、降低操作难度，使骨折的两断端达到精准复位。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷提供一种长管状骨骨折并联六轴机器人操作平台。所述操作平台的运动平台通过六轴机器人控制，根据操作系统的指令能够分别调整所述并联六轴机器人的六个单轴的位移使其沿相应的导轨移动，从而调整位于机器人末端的运动平台的位置和姿态，使骨折的患侧端部精准的到达健侧的端部。
6.本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
7.长管状骨骨折并联六轴机器人操作平台，包括并联六轴机器人和位于所述机器人末端的运动平台；所述并联六轴机器人及运动平台设置在外壳内，所述外壳横向设置在基座上；所述外壳内壁沿所述外壳轴向设置有六个位移导轨，所述外壳的远端外侧设置有箱体用于容纳步进式电机。
8.所述并联六轴机器人包括设置在所述外壳内部的六个单轴，各所述单轴的远端分别滑动连接在相应的所述位移导轨上并能够沿所述导轨水平移动，所述单轴的另一端作为末端固设在运动平台的底部；各所述单轴分别连接一步进电机，用于根据操作系统的指令使单轴沿所述位移导轨水平移动，从而控制运动平台的位姿。
9.所述运动平台的顶部固设向前伸出的远端骨块针夹用于固定左腿或右腿的远端骨块，所述远端骨块针夹上设置有第五标记球、第六标记球、第七标记球和第八标记球，用于复位导航定位使用。
10.所述基座靠近所述外壳近端的一端设置有两个垂直于所述基座的立柱，所述立柱分别设置在所述外壳靠近运动平台一端的两侧；所述立柱的上部设置有平行于所述基座且向前伸出的近端骨块针夹用于固定左腿或右腿的近端骨块，所述近端骨块针夹的针杆朝向前方，且所述近端骨块针夹上设置有第一标记球、第二标记球、第三标记球和第四标记球，
用于复位导航定位使用。
11.进一步的，所述运动平台的顶部固设一十字导轨，用于安装右侧远端骨块针夹或左侧远端骨块针夹，所述右侧远端骨块针夹或左侧远端骨块针夹通过螺栓固定在导轨上。
12.进一步的，所述位移导轨为滚珠丝杆导轨，包括丝杆和滑台，各所述单轴的远端固定在所述位移导轨的滑台上，从而使所述单轴沿所述滑轨水平移动。
13.进一步的，所述外壳为正六面体框架结构，具有正六面体侧壁、分别设置在侧壁两端的近端和远端，其中所述近端靠近运动平台的位置。
14.进一步的，在所述外壳侧壁内表面间隔的设置有沿所述外壳轴向设置的位移导轨组，所述位移导轨组包括两个并排设置的位移导轨。
15.与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：
16.本实用新型所述的长管状骨骨折并联六轴机器人操作平台能够根据操作系统的指令分别调整所述并联六轴机器人的六个单轴的位移使其沿相应的导轨移动，从而调整位于机器人末端的运动平台的位置和姿态，便于实施长管状骨骨折复位，从而减少操作过程中的人工失误、降低操作难度，使骨折的两断端达到精准复位。而且在运动平台上设置十字导轨，能够根据患者的需要方便的装卸右侧远端骨块针夹或左侧远端骨块针夹，更具实用性。
附图说明
17.图1是本实用新型所述的并联六轴机器人操作平台的结构示意图；
18.图2是图1所示的并联六轴机器人操作平台的45
°
俯视图；
19.图3示出图2所示的运动平台及远端骨块针夹的示意图；
20.图4a是实施例所述的并联六轴机器人操作平台的近端骨块针夹示意图；图4b是实施例所述的并联六轴机器人操作平台的远端骨块针夹示意图。
21.其中，
22.1：第一标记球
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2：第二标记球
23.3：第三标记球
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4：第四标记球
24.5：第五标记球
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6：第六标记球
25.7：第七标记球
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8：第八标记球
26.9：位移导轨
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10：箱体
27.11：对侧镜像整骨点云模型
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13：运动平台
28.151，152：近端骨块针夹
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16：基座
29.17：外壳
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18：单轴
30.19：立柱
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141：十字导轨
31.142：右侧远端骨块针夹
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143：左侧远端骨块针夹
具体实施方式
32.为使本实用新型实施例的目的、技术方案、有益效果及显著进步更加清楚，下面结合本实用新型实例中所提供的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所有描述的这些实施例仅是本实用新型的部分实施例，而不是全部的实施例；
基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.如图1-2所示，长管状骨骨折并联六轴机器人操作平台，包括基座16、外壳17、并联六轴机器人和位于所述机器人末端的运动平台13。
34.所述基座16上设置有横向设置在基座16上的外壳17和垂直于基座16的立柱19，所述外壳17为正六面体框架结构，具有正六面体侧壁、分别设置在侧壁两端的近端和远端，其中所述近端靠近运动平台13的位置；所述远端的外壁设置有箱体10用于容纳步进式电机。在所述外壳17的侧壁内表面间隔的设置有沿所述外壳轴向设置的位移导轨组，所述位移导轨组包括两个并排设置的位移导轨9。所述基座16靠近所述外壳17近端的一端设置有两个垂直于所述基座16的立柱19，所述立柱19分别设置在所述外壳近端的两侧，并通过连接件与所述外壳近端固连；所述立柱19的上部设置有平行于所述基座16的近端骨块针夹151,152用于固定近端骨块，所述近端骨块针夹151,152的针杆朝向前方，且所述近端骨块针夹151,152上分别设置有第一标记球1、第二标记球2、第三标记球3和第四标记球4，用于复位导航定位使用。之所以在所述立柱19的两侧分别设置近端骨块针夹15是分别适合左侧模式和右侧模式，即适用于患者左腿或右腿长管状骨骨折复位的需要。
35.所述并联六轴机器人包括设置在所述外壳17内部的六个单轴18，各所述单轴的远端分别滑动连接在相应的所述位移导轨9上并能够沿所述导轨水平移动，所述单轴沿所述外壳的轴向向近端延伸，所述单轴的另一端作为末端固设在运动平台13的底部。所述位移导轨9为市售的滚珠丝杆导轨，包括1605规格的滚珠丝杆(16mm直径，5mm导程)和滑台，各所述单轴的远端固定在所述位移导轨9的滑台上，从而使所述单轴沿所述导轨水平移动。所述步进式电机根据操作系统的指令控制滑台在所述位移导轨9上水平移动的位移量，从而控制单轴18沿所述位移导轨移动，从而控制运动平台的位姿。
36.如图3所示，所述运动平台13的顶部固设一十字导轨，用于根据具体工况在相应的导轨及位置上安装右侧远端骨块针夹142或左侧远端骨块针夹143，所述右侧远端骨块针夹142或左侧远端骨块针夹143通过螺栓固定在导轨上。图3示出镜像安装有右侧远端骨块针夹142和左侧远端骨块针夹143的示意图，实际使用时，只需要安装相应的远端骨块针夹即可。
37.所述右侧/左侧远端骨块针夹142,143的针杆朝向前方，用于固定远端骨块，所述远端骨块针夹上设置有第五标记球5、第六标记球6、第七标记球7和第八标记球8，用于复位导航定位使用。所述八个标记球具有相同结构，图4a和图4b示出在相同的扫描坐标系下近端骨块针夹和远端骨块针夹的示意图。之所以选择十字导轨是便于用户根据实际需要在合适的位置装卸远端骨块针夹。
38.当患者右腿骨折以右侧模式执行复位时，所述右侧远端骨块针夹142和右侧设置的近端骨块针夹151配合使用，右侧远端骨块针夹142固定远端骨块，近端骨块针夹151固定近端骨块。当患者左腿骨折以左侧模式执行复位时，所述左侧远端骨块针夹143和左侧设置的近端骨块针夹152配合使用，左侧远端骨块针夹143固定远端骨块，近端骨块针夹152固定近端骨块。实际使用时，可以根据患者左腿或右腿的需要只安装相应侧的近端骨块针夹和远端骨块针夹。
39.使用方法如下：
40.根据患者的情况选择左侧模式或右侧模式，如患者左腿长管状骨骨折，将骨折部位的远端骨块和近端骨块分别与左侧远端骨块针夹143和近端骨块针夹152固定相连；ct扫描带有左侧远端骨块针夹143和近端骨块针夹152的患者长管状骨；扫描前所述远端骨块针夹和近端骨块针夹已插入八个标记球1-8；
41.载入扫描的患者长管状骨骨折断层及带有八个标记球的远端骨块针夹和近端骨块针夹的ct数据，从ct数据中分割出骨块数据和标记物数据，所述的骨块数据包括对侧镜像整骨模型、患者长管状骨远端骨块(即距离患者心脏更远的骨块)及患者长管状骨近端骨块(即距离患者心脏更近的骨块)，所述标记物数据包括识别出的第一标记球1、第二标记球2、第三标记球3、第四标记球4、第五标记球5、第六标记球6、第七标记球7和第八标记球8，分别得到对应的第一三维球体、第二三维球体、第三三维球体、第四三维球体、第五三维球体、第六三维球体、第七三维球体和第八三维球体。利用meshlab软件对分割后的骨块数据和标记物数据进行三维重建，并将重建结果存储为二进制的stl网格模型文件放在操作系统中，将患者长管状骨骨折远端、患者长管状骨骨折近端模型和八个标记物模型文件通过meshlab重新保存生成带有三维坐标系的三维模型文件进行可视化操作。
42.随后在计算机操作界面中选择“加载点云”，利用计算机辅助设计软件和点云技术进行预处理生成在扫描坐标系下的原始远端骨块点云模型(对应患者长管状骨骨折远端模型文件)、原始近端骨块点云模型(对应患者长管状骨骨折近端模型文件)、对侧镜像整骨点云模型，以及在处于各自的针夹坐标系内的八个三维球体模型。在计算机操作界面中选择“匹配计算”，将获得的原始远端骨块点云模型、原始近端骨块点云模型和对侧镜像整骨点云模型进行模型的三维匹配，采用最近点迭代算法，匹配特征来源于骨两端特征丰富的部分，在显示屏中生成匹配点云模型，产生远端待复位骨的目标复位位姿信息和三维球体模型的位姿信息；
43.根据获得的位姿信息，先将所述运动平台移动至骨折扫描状态下的初始位置，即对应原始远端骨块和近端骨块点云模型位置，将所述三维球体模型的位姿信息和目标位姿信息和机器人末端的运动平台与基座的相对运动映射，且使所述单轴的远端所在的滑块回到初始位置；
44.根据获得的匹配点云模型、目标复位位姿信息和三维球体模型的位姿信息，在计算机操作界面的“设置单轴运动”中输入目标相对变化值以及点击“发送”按键实现。操作系统控制六个单轴18根据输入的数值在位移导轨9上移动相应的数值，以带动所述机器人末端的运动平台发生位姿变化。
45.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非是对其的限制，尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，本领域技术人员根据本说明书内容所做出的非本质改进和调整或者替换，均属本实用新型所要求保护的范围。