[发明专利]一种前交叉韧带重建术中的机器人末端执行器

摘要

一种前交叉韧带重建术中的机器人末端执行器，它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；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(19)、(16)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。本发明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，提高了手术效果和安全性。

主权项

一种前交叉韧带重建术中的机器人末端执行器，其特征在于：它包括：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；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(19)、(16)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)和直流电机(12)；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；齿轮挡盖(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)是传动比为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)和测力组件直线导轨(18)；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)，限制压力传感器受力方向；该丝杠螺母部件(7)是T型螺旋副结构件；所述的电钻组件包括：手术器械(2)，电钻夹持器上端盖(19)和电钻(20)；其中操作力测量组件中的电钻夹持器下端盖(16)和电钻夹持器上端盖(19)通过螺纹紧固构成电钻夹持机构，用于固定电钻(20)；该电钻(20)是手术专用电钻，松开电钻夹头能换手术器械(2)，实现多种操作；所述的视觉反馈组件为立体光学标记框架(21)，固定在丝杠螺母部件(7)上；为减轻机构重量，立体光学标记框架(21)内部镂空，能在其各个表面上制作手术导航系统可识别的光学标记，经处理能够获取手术器械的位置和姿态。