一种微创骨科手术机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种医用的机器人，尤其涉及一种微创骨科手术机器人;具体涉及一种骨外科手术中执行钻孔和打磨操作的微创手术机器人。
【背景技术】
[0002]微创骨科手术中，诸如椎弓根钉内固定术、经皮齿状突骨折螺钉内固定术、股骨和胫骨髓内钉内固定术、颈椎间盘置换术等骨科手术都需要进行按照精确路径和轨迹进行钻孔和打磨操作。该类手术需要在正确的位置对手术部位进行钻孔和打磨，治疗效果严重依赖于手术精度，操作不当可导致人体重要的神经、血管等的损伤，毫米误差就会带来灾难性的后果，严重时可使患者瘫痪，甚至危及生命。
[0003]目前该类手术主要依赖于医生的经验，无疑增加了手术的不确定性，增加了患者的损伤和术后并发症的发生率。
[0004]外科手术机器人在操作灵活性、稳定性及准确定位方面显示出了明显优势，可有效解决骨科微创手术中存在的精度不足、辐射过多、切口较大和操作疲劳等问题。
[0005]现有技术中，微创骨科手术机器人结构形式多样，但由于结构上的先天不足，或多或少地，均分别存在灵活性、自由度不足、对于复杂动作执行精度不高等缺点或不完美的问题或不足。
[0006]这也正是目前骨科微创手术的医生在手术过程中，劳动强度大、手术时间长，并且手术质量的好坏因人而异、且差别较大。主要原因在于，骨科微创手术仍然很大程度上地，主要决定于医生人手操作的技术熟练程度。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是，提供一种微创骨科手术机器人，其具有6-D0F，精度高、操控灵活，特别适于骨外科手术中钻孔和打磨操作。
[0008]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种微创骨科手术机器人，其特征在于，包括基座、移动平台、第一五连杆机构、第二五连杆机构、磨钻姿态调整机构和磨钻六个组成部分;其中:
[0009]所述基座为一体式结构，截面近似呈U形，包括一矩形的第一底板，第一底板左右两端分别竖立设置有第一端板和第二端板，在第一端板和第二端板之间、靠近第二端板一侧，还竖立设置有第三端板；
[0010]以第一端板和第三端板为固定端，在基座上分别安装有一丝杠螺母副和两根导轨，其中，丝杠螺母副居中，两根导轨一前一后分别布置在丝杠螺母副的前后两侧，丝杠螺母副和两根导轨位于同一水平面，相互平行，丝杠螺母副的一端通过第一联轴器与安装在第二端板上的带减速机的电机连接，由该电机驱动;上述第一联轴器位于第二端板与第三端板之间；
[0011 ]上述基座的底面与所述第一底板之间保留一定间距；
[0012]所述移动平台为一体式结构，包括上部与下部两部分，整体近似呈U形，移动平台的下部呈六面体形状，其内部分别开设有三个贯通左右两端面的孔，各孔相对位置分别与上述丝杠螺母副和两根导轨的相对位置相匹配;其中，位置居中的孔为内螺纹孔，前后两侧的孔为光滑的孔；
[0013]移动平台的上部近似呈U形，包括第二底板、第四端板和第五端板;其中，第二底板固定在上述移动平台的下部分的上表面上，第四端板和第五端板分别与第二底板垂直，一左一右分别布置在第二底板的左右两端；
[0014]所述移动平台通过其下部装配在所述基座上，其中，移动平台的下部上的位置居中的孔与丝杠螺母副通过螺纹连接，前后两侧的孔分别与对应的导轨成松配合；
[0015]所述第一五连杆机构和第二五连杆机构一左一右分别布置在第四端板和第五端板之间；所述第一五连杆机构的运动轨迹所在的平面与第四端板平行，第二五连杆机构的运动轨迹所在的平面与第五端板平行，所述第一五连杆机构的运动轨迹所在的平面与所述第二五连杆机构的运动轨迹所在的平面平行；
[0016]所述第四端板的外侧壁面上，在同一水平直线上，一上一下，分别安装有第一传动装置和第二传动装置；
[0017]所述第五端板的外侧壁面上，在同一直线上，一上一下，分别安装有第三传动装置和第四传动装置；
[0018]上述第一传动装置、第二传动装置、第三传动装置和第四传动装置的结构形式、型号与规格均完全相同；以所述第四端板和所述第五端板之间的中心平面为对称平面，上述第一传动装置与第三传动装置左右对称、第二传动装置与第四传动装置左右对称；
[0019]上述第一传动装置、第二传动装置、第三传动装置和第四传动装置各自均包括带减速机的电机、装配在减速机输出轴上的同步齿轮、以及由该同步齿轮通过同步带驱动的皮带轮；
[0020]每一个传动装置各自的皮带轮的转动轴分别从各自对应的端板的外侧壁面穿入、从另一侧壁面伸出；位置在上方的那个皮带轮的转动轴与对应的五连杆机构的首端成轴孔配合，位置在下方的那个皮带轮的转动轴与对应的五连杆机构的末端成轴孔配合；
[0021]按以首端与位置在上方的那个皮带轮的转动轴连接的连杆为第一连杆、以末端与位置在下方的那个皮带轮的转动轴连接的连杆为第四连杆、以位置在下方的那个皮带轮的转动轴与位置在上方的那个皮带轮的转动轴之间的端板板面为第五连杆，顺时针方向排序的原则:
[0022]上述第一五连杆机构和第二五连杆机构各自的第一连杆与第二连杆之间，以及第三连杆与第四连杆之间分别通过轴承铰接，并通过左右两侧的轴承端盖夹持并固定在一起;上述第一五连杆机构和第二五连杆机构各自的第二连杆与第三连杆之间均分别由所述磨钻姿态调整机构的两端轴作为铰接轴铰接，所述第一五连杆机构和第二五连杆机构通过磨钻姿态调整机构连接成一体；
[0023]上述磨钻姿态调整机构的两端轴以磨钻固定座为对称中心，一左一右对称布置；
[0024]所述磨钻固定座为带中心圆孔的方形座，以该中心圆孔的圆心为对称中心，所述磨钻固定座左右两侧壁面上分别对称设置有一固定轴;上述磨钻姿态调整机构4的两端轴分别通过万向节与所述磨钻固定座左右两侧的固定轴连接；
[0025]在上述磨钻姿态调整机构的其中一根端轴的轴端、第二连杆与第三连杆的外侧，装配有一带减速机的EC电动机；
[0026]所述磨钻包括磨钻本体和装配在磨钻本体顶部的磨钻电机，所述磨钻通过收紧套固定在所述磨钻固定座的中心圆孔内；其中，所述磨钻电机位于所述磨钻固定座上方，所述收紧套内装配有带轴承端盖的轴承，所述轴承端盖一上一下分别固定在所述磨钻固定座的上下表面上。
[0027]上述技术方案直接带来的技术效果是，采用串并混联机构，使得整个机器人结构紧凑;主要动作执行单元(两个五连杆机构)采用对称(并联)结构形式，具有较好的各向同性，且无累积误差，精度高;并且，驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好；
[0028]上述技术方案的机器人，整体结构紧凑，刚度高，承载能力大;完全对称的机构具有较好的各向同性;在微创脊柱手术空间内实现六自由度运动，可只有、机动灵活地执行任何所需要的各类简单与复杂动作，其运行平缓，工作空间大，安全性高，操控灵活。
[0029]上述技术方案的机器人，可以精准定位实现了手术最小损伤、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；降低了医疗成本和替代医生在放射线下的手术操作，提高手术的精准性，降低手术的风险;进而减少术后并发症的发病率，同时还能降低对医生的放射损害，对于骨科微手术的临床推广运用具有重要意义。
[0030]为更好地理解本发明的技术特点，进一步释明如下:
[0031]上述技术方案的微创骨科手术机器人，其移动平台组成该机器人的一个串联自由度，两个五连杆机构和磨钻姿态调整机构并联在一起，构成五个自由度。
[0032]其中，移动平台是机器人的一个串联自由度，实现了两个并联的五连杆机构、磨钻姿态调整机构和磨钻在水平方向上的精确移动；
[0033]五连杆机构中，高扭矩同步带以及五连杆机构与五连杆机构的并联结构，形成了完全对称的结构，具有较好的各向同性。即，两个五连杆机构的协同作用实现了磨钻姿态调整机构和磨钻上下、前后移动和左右摆动，以及绕磨钻中心轴线的转动，使磨钻机构有了四个自由度。
[0034]更为重要的是，在具备如上述的六个自由度，可满足执行各类简单与复杂动作执行的基础上，上述技术方案通过采用将磨钻电机安装在磨钻固定座上、磨钻固定座安装在万向节