[实用新型]一种前交叉韧带重建术中的机器人末端执行器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种前交叉韧带重建术中的机器人末端执行器，属于外科医疗器械领域。

背景技术

传统关节镜下前交叉韧带重建手术由医生手持电钻进行胫骨和股骨钻孔，然后将韧带移植物固定在隧道孔中，并施加一定的预张力。钻孔位置和力度都依赖医生操作经验，难以准确把握。钻头在运行中受力变化直接反映了电钻与骨组织的相互作用状态，因钻孔不当会引起神经、血管等软组织损伤，可导致严重后果。另外，韧带移植物的预张力大小对膝关节稳定性也产生重要影响：如果没有施加预张力，术后韧带强度会下降约30％；预张力过低，会造成关节稳定性下降；预张力过高，会造成ROM(关节活动度)降低。

由于医生的水平参差不齐，操作稍有不当，则会影响手术效果。目前，随着医疗机器人技术的发展，利用机器人的高精度和可重复性操作的特点可以辅助医生完成高质量的手术。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服现有技术的不足，提高手术效果和安全性，提供一种前交叉韧带重建术中的机器人末端执行器，它能够完成钻孔的自动进给以及牵拉力的精确控制，辅助医生完成手术操作。

本实用新型一种前交叉韧带重建术中的机器人末端执行器，包括：直线进给运动组件，操作力测量组件，电钻组件，视觉反馈组件。它们之间的位置连接关系是：直线进给运动组件位于末端执行器底部，视觉反馈组件通过螺钉与直线进给运动组件连接，电钻组件位于视觉反馈组件内部并通过操作力测量组件及电钻组件的电钻夹持器上、下端盖16、19与之连接，操作力测量组件位于视觉反馈组件内部并通过螺钉与直线进给运动组件中的丝杠螺母部件7的平台表面连接。

所述的直线进给运动组件包括：齿轮挡盖1，齿轮3，电机安装法兰4，轴承5，滑动丝杠6，丝杠螺母部件7，支承法兰8，机座9，进给运动导轨滑块10，进给运动直线导轨11，直流电机12。它们之间的的位置连接关系是：滑动丝杠6与丝杠螺母部件7一起组成丝杠传动，直流电机12通过齿轮3将运动和动力传递到滑动丝杠6上，带动滑动丝杠6转动。齿轮档盖1固定在电机安装法兰4上，遮挡住齿轮3，防止其与医生或患者发生碰撞，提高手术安全性。进给运动直线滑块10和进给运动直线导轨11一起组成导轨-滑块连接。滑动丝杠6通过轴承5固定在电机安装法兰4和支承法兰8上，以减小摩擦，提高精度。机座9及电机安装法兰4、支承法兰8一起构成整个末端执行器的基础部件，用于固定滑动丝杠6、直流电机12、安装进给运动直线导轨11并支撑其他部件。该滑动丝杠6是一种市购普通滑动丝杠，用于和丝杠螺母部件7下部的螺母配合实现直线进给运动。该进给运动直线导轨11是两根平行安装的市购普通导轨，用于约束进给运动导轨滑块10只产生沿导轨的平移运动。该直流电机12是市购空心杯直流伺服电机，带有减速箱及光电编码器。该直线进给运动组件中的齿轮3为传动比为1:1的直齿轮组，用于传递电机扭矩。该电机安装法兰4是打有安装孔的板状构件，用于对直流电机12的固定和滑动丝杠6的轴端固定。该轴承5是市购的小型深沟球轴承，用于支撑丝杠6的转动，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。该齿轮挡盖1是钣金结构件；该支承法兰8是长方形板状结构件。

所述的操作力测量组件包括：丝杠螺母部件7，平端紧定螺钉13，预紧力调节垫片14，压力传感器15，电钻夹持器下端盖16，测力组件导轨滑块17，测力组件直线导轨18。它们之间的的位置连接关系是：测力组件导轨滑块17和测力组件直线导轨18一起组成导轨-滑块连接，安装并固定在丝杠螺母部件7的平台表面。电钻夹持器下端盖16固定在测力组件导轨滑块17上，使其在测力组件直线导轨18上能自由滑动。规格尺寸相同的两个压力传感器15通过螺纹连接分别固定在丝杠螺母部件7前后两端的法兰板上，且压力传感器15与电钻夹持器下端盖16的前后两个表面分别以一定预紧力接触。预紧力调节垫片14装在丝杠螺母部件7的前端法兰板与压力传感器15之间，平端紧定螺钉13通过丝杠螺母部件7前端法兰板上的螺纹孔对预紧力调节垫片14施加一定的压力，从而可以调节压力传感器15与电钻夹持器下端盖16之间的预紧力。该压力传感器15是市购高速压力传感器，能以较高频率采集压力信息，两个压力传感器一起组成拉、压力测力系统。该测力组件导轨滑块17及测力组件直线导轨18是一种市购普通直线导轨滑块机构，平行安装，用于约束电钻夹持器下端盖16，限制力传感器受力方向。该丝杠螺母部件7是市购或加工的T型螺旋副结构件；该平端紧定螺钉13与预紧力调节垫片14也是市购件。