一种用于骨钻孔教学的三坐标式机器人制造技术

根据本发明专利技术的用于骨钻孔教学的三坐标式机器人，包括三坐标机械臂部、末端执行部、示教器、控制部。三坐标机械臂部包括均具有导轨、模组滑块的X轴模组、Y轴模组、Z轴模组，X轴模组具有水平设置的X轴导轨、X轴模组滑块，Z轴模组具有竖直设置的Z轴导轨、Z轴模组滑块，Z轴导轨的下端与X轴模组滑块相连，X轴模组滑块带动Z轴模组沿X轴导轨移动，Y轴模组具有垂直于X轴和Z轴平面设置的Y轴导轨、Y轴模组滑块，Y轴模组滑块与Z轴模组滑块相连，Z轴模组滑块带动Y轴模组沿Z轴导轨移动，控制部控制第一摄像头、第二摄像头对模拟骨进行定位，并控制电钻对模拟骨进行钻孔后，将力传感器得到的数据，同步显示在人机互动界面上。

A three coordinate robot for bone drilling Teaching

【技术实现步骤摘要】
一种用于骨钻孔教学的三坐标式机器人
本专利技术属于文教领域，具体涉及一种用于骨钻孔教学的三坐标式机器人。
技术介绍
目前已知的骨钻孔机器人为大型骨手术机器人，应用于医院，直接用于手术中对人体骨进行操作，医生结合医学影像规划手术路径，由机械臂完成定位、穿刺、钻孔等操作，如技术专利CN201711113196.5。有别于骨手术机器人，专用模拟骨钻孔的机器人用于教学和科研。在教学方面教师可以借助专用模拟骨钻孔机器人平台完成骨手术操作教学，学生可以基于专用模拟骨钻孔机器人平台参与医疗机器人相关赛事；在科研方面，通过采集对机器人采集的骨钻孔数据进行研究，可以将相应的研究成果应用于完善真实骨手术操作，同时专用模拟骨钻孔机器人可以验证基于机器视觉的机器人骨钻孔定位及运动控制算法。但目前还没有针对教学、比赛、科研的专用模拟骨钻孔机器人。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种用于骨钻孔教学的三坐标式机器人。本专利技术提供了一种用于骨钻孔教学的三坐标式机器人，具有这样的特征，包括：三坐标机械臂部，具有X轴模组、Y轴模组、Z轴模组，末端执行部，设置在Z轴模组上；示教器，具有人机互动界面；以及控制部，分别与三坐标机械臂部、末端执行部以及示教器通信连接，其中，X轴模组、Y轴模组、Z轴模组均包括导轨、丝杠、设置在丝杠上的模组滑块以及与控制部通信连接的伺服电机，X轴模组具有水平设置的X轴导轨、在X轴导轨中移动的X轴模组滑块，Z轴模组具有竖直设置的Z轴导轨、在Z轴导轨中移动的Z轴模组滑块，Z轴导轨的下端与X轴模组滑块相连，X轴模组滑块带动Z轴模组沿X轴导轨移动，Y轴模组具有垂直于X轴和Z轴平面设置的Y轴导轨、在Y轴导轨中移动的Y轴模组滑块，Y轴模组滑块与Z轴模组滑块相连，Z轴模组滑块带动Y轴模组沿Z轴导轨移动，末端执行部括末端执行器、与末端执行器相连的第一摄像头、第二摄像头，第一摄像头、第二摄像头分别与控制部通信连接，末端执行器包括与控制部通信连接的力传感器、用于固定对模拟骨进行钻孔的电钻的电钻卡具，控制部控制第一摄像头、第二摄像头对模拟骨进行定位，并控制电钻对模拟骨进行钻孔后，将力传感器得到的数据，同步显示在人机互动界面上。在本专利技术提供的用于骨钻孔教学的三坐标式机器人中，还可以具有这样的特征：其中，X轴模组、Y轴模组、Z轴模组均为伺服电机线性模组。另外，在本专利技术提供的用于骨钻孔教学的三坐标式机器人中，其特征在于，还包括框架，包括下部架、上部架，下部架呈长方体形状，包括由多个直杆连接构成的长方体框架，该长方体框架具有矩形水平架、作为支腿的四根直杆，上部架包括由两根长杆和两根短杆构成的矩形竖直平面框架，上部架垂直于下部架的矩形水平架，短杆和直杆呈直线设置。另外，在本专利技术提供的用于骨钻孔教学的三坐标式机器人中，其特征在于，还包括平台，包括螺孔板、上卡具、下卡具、泡沫垫，平台设置在矩形水平架内，螺孔板设置在矩形水平架上。另外，在本专利技术提供的用于骨钻孔教学的三坐标式机器人中，还可以具有这样的特征：其中，示教器包括设置在示教器上表面的人机互动界面、急停开关、摇杆，示教器安装在下部架的前端。专利技术的作用与效果根据本专利技术所涉及的骨钻孔教学的三坐标式机器人，因为具有三坐标机械臂部，末端执行部以及示教器，所以，教师可以操纵本专利技术的骨钻孔教学的三坐标式机器人演示骨钻孔操作，学生可以借助该机器人练习针对骨折手术的机器人操作方法。另外，机器人可以将骨钻孔的钻头受力数据实时采集并显示在人机互动以界面上方便科研人员优化钻孔的效果。附图说明图1是本专利技术的实施例中用于骨钻孔教学的三坐标式机器人立体示意图；图2是本专利技术的实施例中框架示意图；图3是本专利技术的实施例中机械臂示意图；图4是本专利技术的实施例中控制部示意图；图5是本专利技术的实施例中示教器示意图；图6是本专利技术的实施例中末端执行部分解示意图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本专利技术的用于骨钻孔教学的三坐标式机器人作具体阐述。实施例如图1所示，用于骨钻孔教学的三坐标式机器人包括框架1、三坐标机械臂部2、平台3、控制部4、示教器5、末端执行部6。三坐标机械臂部2、平台3分别设置在框架1的上部，控制部4、示教器5分别设置在框架1的下部，末端执行部6设置在三坐标机械臂部2中。如图2所示，框架1包括下部架、上部架。下部架呈长方体形状，包括由多个直杆连接构成的长方体框架。实施例中，长方体框架包括由两根长杆101和两根短杆102构成的矩形水平架、直杆105以及作为支腿的四根直杆104。上部架包括由一根长杆103、一根长杆101和两根短杆106构成的矩形竖直平面框架，上部架垂直于下部架的矩形水平架，短杆106和直杆104呈直线设置。在短杆106和短杆102还设置有斜支撑杆107。直杆105平行于直杆104设置在两根直杆104之间，位于上部架的一侧。如图3所示，三坐标机械臂部2包括X轴模组207、Y轴模组214、Z轴模组215。X轴模组207、Y轴模组214、Z轴模组215均为伺服电机线性模组，其中，伺服电机线性模组为丝杠型或同步带型，实施例中，X轴模组207、Y轴模组214、Z轴模组215均为丝杠型伺服电机线性模组，丝杠型伺服电机线性模组包括导轨、丝杠、设置在丝杠上的模组滑块以及与控制部4通信连接的伺服电机。第一伺服电机205通过连接板206安装于X轴模组207导轨的一端，X轴模组207的导轨的两端通过连接板204安装在下架的短杆102上且与长杆101平行。Z轴模组215导轨下端通过直角连接板208与X轴模组207中的模组滑块相连接，上端通过连接板与滑块216相连，滑块216设置在直线导轨217上，直线导轨217安装在上部挡架的长杆103上。Z轴模组215可在X轴滑块带动下沿X轴模组207的导轨滑动，第二伺服电机209通过减速器210与Z轴线性模组下端驱动丝杠连接。Y轴模组214中模组滑块通过连接板202与Z轴模组215中模组滑块相连接，第三伺服电机203通过连接板201安装于Y轴模组214的导轨后侧，第二伺服电机209通过丝杠驱动Z轴模组215中模组滑块沿Z轴方向运动，Y轴模组214可在Z轴模组215中模组滑块的带动下沿Z轴方向运动。末端执行部6通过连接板213安装于Y轴模组214的前端。如图1所示，平台3设置在下部架的矩形水平面内，平台3的上表面与下部架中矩形水平架的上表面平齐。平台3包括螺孔板、上卡具、下卡具、泡沫垫。螺孔板设置在矩形水平架上。使用3D打印骨进行示教时，使用上卡具压紧3D打印骨的两端于下卡具中的槽中，通过螺栓将上卡具、下卡具安装在螺孔板上。上卡具、下卡具的位置可根据需要自由调整。使用骨图片进行示教时，骨图片通过双面胶粘在泡沫垫上表面，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于骨钻孔教学的三坐标式机器人，用于对模拟骨进行钻孔的教学，其特征在于，包括：/n三坐标机械臂部，具有X轴模组、Y轴模组、Z轴模组，/n末端执行部，设置在所述Z轴模组上；/n示教器，具有人机互动界面；以及/n控制部，分别与所述三坐标机械臂部、所述末端执行部以及所述示教器通信连接，/n其中，所述X轴模组、所述Y轴模组、所述Z轴模组均包括导轨、丝杠、设置在丝杠上的模组滑块以及与所述控制部通信连接的伺服电机，/n所述X轴模组具有水平设置的X轴导轨、在所述X轴导轨中移动的X轴模组滑块，/n所述Z轴模组具有竖直设置的Z轴导轨、在所述Z轴导轨中移动的Z轴模组滑块，所述Z轴导轨的下端与所述X轴模组滑块相连，所述X轴模组滑块带动所述Z轴模组沿所述X轴导轨移动，/n所述Y轴模组具有垂直于所述X轴和所述Z轴平面设置的Y轴导轨、在所述Y轴导轨中移动的Y轴模组滑块，所述Y轴模组滑块与所述Z轴模组滑块相连，所述Z轴模组滑块带动所述Y轴模组沿所述Z轴导轨移动，/n所述末端执行部包括末端执行器、与所述末端执行器相连的第一摄像头、第二摄像头，/n所述第一摄像头、所述第二摄像头分别与所述控制部通信连接，所述末端执行器包括与控制部通信连接的力传感器、用于固定对所述模拟骨进行钻孔的电钻的电钻卡具，/n所述控制部控制所述第一摄像头、所述第二摄像头对所述所述模拟骨进行定位，并控制所述电钻对所述模拟骨进行钻孔后，将所述力传感器得到的数据，同步显示在所述人机互动界面上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于骨钻孔教学的三坐标式机器人，用于对模拟骨进行钻孔的教学，其特征在于，包括：
三坐标机械臂部，具有X轴模组、Y轴模组、Z轴模组，
末端执行部，设置在所述Z轴模组上；
示教器，具有人机互动界面；以及
控制部，分别与所述三坐标机械臂部、所述末端执行部以及所述示教器通信连接，
其中，所述X轴模组、所述Y轴模组、所述Z轴模组均包括导轨、丝杠、设置在丝杠上的模组滑块以及与所述控制部通信连接的伺服电机，
所述X轴模组具有水平设置的X轴导轨、在所述X轴导轨中移动的X轴模组滑块，
所述Z轴模组具有竖直设置的Z轴导轨、在所述Z轴导轨中移动的Z轴模组滑块，所述Z轴导轨的下端与所述X轴模组滑块相连，所述X轴模组滑块带动所述Z轴模组沿所述X轴导轨移动，
所述Y轴模组具有垂直于所述X轴和所述Z轴平面设置的Y轴导轨、在所述Y轴导轨中移动的Y轴模组滑块，所述Y轴模组滑块与所述Z轴模组滑块相连，所述Z轴模组滑块带动所述Y轴模组沿所述Z轴导轨移动，
所述末端执行部包括末端执行器、与所述末端执行器相连的第一摄像头、第二摄像头，
所述第一摄像头、所述第二摄像头分别与所述控制部通信连接，所述末端执行器包括与控制部通信连接的力传感器、用于固定对所述模拟骨进行钻孔的电钻的电钻卡具，
所述控制部控...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘润田，郑一笑，徐志宇，王家颖，崔钰惠，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31