[实用新型]适用于手术机器人的恒推力匀速切割骨科电锯机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种医用骨科手术机器人的执行装置，具体涉及一种恒推力匀速切割的电锯机构，属于生物医学工程技术领域。

背景技术

自1990年代起,随着计算机技术的提高，机器人辅助外科手术逐渐兴起，成为医疗器械显著发展的分支。机器人在医学领域的应用有着不可替代性，具有广阔的应用前景。对于病人来说，手术更安全，更加精准，创伤更小，出血更少，成功率更高，术后恢复更快，术后感染和并发症发生率显著降低，住院时间更短。

上世纪80年代中期发达国家开始利用机器人进行手术。1985年,美国MemorialMedicalCenter使用PUMA工业机器人,进行脑组织内肿瘤的活体组织切片检查。1994年美国ComputerMotion公司研发出外科手术机器人系统AESOP。此后，在此基础上，该公司研制出ZEUS手术机器人，能够进行遥控手术。ZUSE系统作为第一代真正意义上的主从遥操作外科手术机器人系统。Chinzei和Hata在2003年设计了一台核磁共振兼容外科辅助机器人。DensoProductsandServicesAmericas.Inc.开发的医疗用机器人最大工作范围520mm，定位精度可达±0.02mm。近年达芬奇(DAVINCI)手术机器人,在心脏外科、泌尿外科、普通外科和妇科中有着较好的应用

但是，医用手术机器人都针对特定的人体部位和组织。目前世界上的手术机器人功能虽然覆盖从胸腔、腹腔到盆腔各种器官的手术，但主要针对软组织。偏重于骨科手术的机器人仍是薄弱环节。骨科手术的机器人的特点是运动范围大、执行力矩大，精度要求高，此外，还要求运动速度保持均匀和切割力恒定。

与病人直接接触的骨科机器人的关键部件是电锯刀。手术机器人夹持的电锯刀中，锯条的切割速度和切割力都由电脑控制。为了切割面的光整，理想工作方式中，锯条的运动速度应是均匀的，产生的切割力应是恒定的。传统手术电锯刀的设计只适合医生手持，采用的是曲柄滑块机构，因而运动中锯条的瞬时速度是不均匀的，每个往复周期中都在不断变化。

同时，对于不同的病人的不同的部位，骨头的粗细不同，质地硬度也不同，所以施加到电锯上的推力的大小也应当随着这些差异发生变化，传统手术电锯刀没有测力环节。

从以上两个角度，传统手术电锯刀不宜直接安装在于手术机器人上使用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种能够用于骨科手术机器人的、恒推力匀速切割电锯结构，该结构通过锯条(1)由设计为等速曲线的曲线槽(27)带动，作匀速上下往复运动，所受到的力通过应变片(13)转换为电信号送到反馈环节。本专利是通过以下技术方案实现的。

锯条(1)刚性固定于动力杆(26)中，动力杆的(26)中间部位穿有芯轴(24)。芯轴(24)的两端各有轮轴(5)，轮轴(5)的一端刚性固定于芯轴(24)上。轮轴(5)上套有动力轮(4)。动力轮(4)可以绕轮轴(5)的轴线转动。动力轮(4)置于旋转筒(2)的曲线槽(27)中，并可以沿曲线槽(27)滚动。曲线槽(27)的形状是经过计算的等速运动凸轮曲线。旋转筒(2)的外表面安装有两个轴承(3)，旋转筒(2)的下端的齿形带齿圈(25)上套有同步齿形带(23)，并能够由同步齿形带(23)带动,绕轴承(3)的轴线旋转。两个轴承(3)被安装于轴承座(6)中。轴承座(6)上通过螺钉(7)固定有透盖(8)。透盖(8)的内孔中固定有导向键(9)。同时导向键(9)位于动力杆(26)上的导向键槽(10)中，导向键槽(10)平行于动力杆(26)的轴线。由于导向键(9)和导向键槽(10)的作用，动力杆(26)只能沿轴线方向运动而不能绕其轴线旋转。由于旋转筒(2)上的曲线槽(27)的形状设计为等速凸轮曲线，因此当旋转筒(2)旋转时，动力杆(26)与齿条(1)由曲线槽(27)带动作匀速的往复运动。

轴承座(6)的外侧通过螺钉(22)安装有连接座(16)。连接座(16)的内侧通过螺钉(18)固定电机(17)。电机(17)的轴上安装同步带轮(19)，由键(20)带动同步带轮(19)转动。轴盖(21)防止同步带轮(19)脱落。同步带轮(19)上套有同步齿形带(23)。