一种2自由度膝关节用截骨执行器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种2自由度膝关节用截骨执行器，包括Y向移动机构、X向移动机构、六维力传感器和骨切割工具，Y向移动机构设有Y向驱动组件、Y向架体和Y向滑座，且所述Y向滑座与所述Y向架体滑动连接并通过所述Y向驱动组件驱动移动，所述X向移动机构包括X向驱动组件、X向架体和X向滑座，所述X向架体与所述Y向滑座固连，且所述X向滑座与所述X向架体滑动连接并通过所述X向驱动组件驱动移动，所述骨切割工具安装于所述X向滑座上，且所述骨切割工具与所述X向滑座之间设有六维力传感器。本实用新型专利技术能够精确控制骨切割工具位移，并且可以获得骨切割工具精准的力及力反馈，从而可以辅助系统完成切骨轨迹在线规划以及切骨轨迹跟踪。切骨轨迹在线规划以及切骨轨迹跟踪。切骨轨迹在线规划以及切骨轨迹跟踪。

【技术实现步骤摘要】
一种2自由度膝关节用截骨执行器


[0001]本技术涉及医疗器械领域，具体地说是一种2自由度膝关节用截骨执行器。

技术介绍

[0002]人工全膝关节置换(TKA，Total Knee Arthroplasty)是针对膝关节疾病的一种手术治疗方式，其将膝关节的连接表面用关节假体替换，能有效治疗重度膝关节病痛，提高病人的生活质量。
[0003]TKA操作的影响因素包括三维立体空间上的准确截骨、韧带等软组织的平衡及稳定、关节假体安放的位置和角度等。传统手术通过机械导向装置进行髓内外定位后截骨，手术者仅凭肉眼、手感和经验进行截骨操作，手术精确性难以得到一致性保证。随着科技发展，现有技术中出现了一些自动化的截骨装置，如授权公告号为CN212592301U的中国技术专利中就公开了一种智能截骨系统及截骨装置，该装置包括横向移动、纵向移动、深度移动等机构，该装置中设有六轴传感器，但所述六轴传感器直接安装于连接平台和安装接口座之间，所述安装接口座直接安装于手术机器人上，也即手术机器人直接通过所述六轴传感器感知该装置的力矩情况，而该装置中的截骨工具为电磨头，其安装于深度移动机构下端，与六轴传感器之间有一定距离，因此六轴传感器并不能直接感知截骨工具受力情况，而针对关节置换手术而言，其常采用大切口手术操作模式，手术损伤大，而且力反馈透明度低，TKA关键的软组织平衡难以实现，没有力反馈的精确安全范围限制以及缺乏对末端执行器的约束机制，这会提高手术风险。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提供一种2自由度膝关节用截骨执行器，其将骨切割工具直接与六维力传感器相连，可以获得骨切割工具精准的力及力反馈，从而可以辅助系统完成切骨轨迹在线规划以及切骨轨迹跟踪，最终实现高效、安全的机器人自动切骨手术，并且本技术能够精确控制骨切割工具位移，保证手术顺利进行。
[0005]本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006]一种2自由度膝关节用截骨执行器，包括Y向移动机构、X向移动机构、六维力传感器和骨切割工具，所述Y向移动机构设有Y向驱动组件、Y向架体和Y向滑座，所述Y向驱动组件和Y向滑座均设于所述Y向架体上，且所述Y向滑座与所述Y向架体滑动连接并通过所述Y向驱动组件驱动移动，所述X向移动机构包括X向驱动组件、X向架体和X向滑座，所述X向架体与所述Y向滑座固连，X向驱动组件和X向滑座均设于所述X向架体上，且所述X向滑座与所述X向架体滑动连接并通过所述X向驱动组件驱动移动，所述骨切割工具安装于所述X向滑座上，且所述骨切割工具与所述X向滑座之间设有六维力传感器，所述Y向架体上设有限定所述Y向滑座位移和方向的Y向限位滑槽，在所述Y向架体内设有实时监测所述Y向滑座位移的Y向移动传感器，所述X向架体上设有限定所述X向滑座位移和方向的X向限位滑槽，在所述X向架体内设有实时监测所述X向滑座位移的X向移动传感器。
[0007]所述Y向驱动组件包括Y向伺服电机、Y向减速器、Y向丝杠和Y向丝母，所述Y向伺服电机与Y向减速器固连，所述Y向减速器输出轴通过联轴器与所述Y向丝杠连接，所述Y向丝母套装于所述Y向丝杠上，所述Y向滑座与所述Y向丝母固连。
[0008]所述Y向架体上设有Y向滑轨，所述Y向滑座下侧设有滑块与所述Y向滑轨配合。
[0009]所述Y向架体包括Y向架体面板，所述Y向滑轨设于所述Y向架体面板中部，所述Y向架体面板一侧设有所述Y向限位滑槽、另一侧与架体底板间形成Y向安装开口，所述Y向滑座一侧通过第一连板伸入所述Y向限位滑槽中与所述Y向丝母固连，另一侧通过第二连板伸入所述Y向安装开口中与所述Y向丝母固连，第一连板上设有导向滑块沿着所述Y向限位滑槽移动。
[0010]所述X向驱动组件包括X向伺服电机、X向减速器、X向丝杠和X向丝母，所述X向伺服电机与X向减速器固连，所述X向减速器输出轴通过联轴器与所述X向丝杠连接，所述X向丝母套装于所述X向丝杠上，所述X向滑座与所述X向丝母固连。
[0011]所述X向架体上设有X向滑轨，所述X向滑座下侧设有滑块与所述X向滑轨配合。
[0012]所述X向架体包括X向架体面板，所述X向滑轨设于所述X向架体面板中部，所述X向架体面板一侧设有所述X向限位滑槽、另一侧与架体底板间形成X向安装开口，所述X向滑座一侧通过第三连板伸入所述X向限位滑槽中与所述X向丝母固连，另一侧通过第四连板伸入所述X向安装开口中与所述X向丝母固连，第三连板上设有导向滑块沿着所述X向限位滑槽移动。
[0013]所述Y向架体上设有连接法兰盘。
[0014]本技术的优点与积极效果为：
[0015]1、本技术将骨切割工具直接与六维力传感器相连，能够获得骨切割工具精准的力及力反馈，从而可以辅助系统完成切骨轨迹在线规划，进而设计自适应模型预测控制器实现切骨轨迹跟踪，最终实现高效、安全的机器人自动切骨手术。
[0016]2、本技术通过伺服电机+丝杠丝母组件结构保证直线输出，并利用Y向架体和X向架体上的限位滑槽限定对应滑座位移和方向，利用移动传感器实时监测对应滑座位移并及时反馈给系统，从而保证骨切割工具移动精确，进而保证切骨轨迹精确，保证手术顺利进行。
[0017]3、本技术Y向架体和X向架体均为镂空式的轻量化设计，适合切骨手术作业，并且丝杠丝母组件均设于对应架体内部，整体结构紧凑。
附图说明
[0018]图1为本技术的结构示意图，
[0019]图2为本技术的控制原理示意图。
[0020]其中，1为Y向移动机构，101为Y向伺服电机，102为Y向滑轨，103为Y向滑座，104为Y向架体，105为Y向限位滑槽，106为Y向架体面板，2为X向移动机构，201为X向伺服电机，202为X向滑轨，203为X向滑座，204为X向架体，205为X向限位滑槽，206为X向架体面板，3为六维力传感器，4为骨切割工具，5为连接法兰盘。
具体实施方式
[0021]下面结合附图对本技术作进一步详述。
[0022]如图1～2所示，本技术包括Y向移动机构1、X向移动机构2、六维力传感器3和骨切割工具4，所述Y向移动机构1设有Y向驱动组件、Y向架体104和Y向滑座103，所述Y向驱动组件和Y向滑座103均设于所述Y向架体104上，且所述Y向滑座103与所述Y向架体104滑动连接并通过所述Y向驱动组件驱动移动，所述X向移动机构2包括X向驱动组件、X向架体204和X向滑座203，所述X向架体204与所述Y向滑座103固连，X向驱动组件和X向滑座203均设于所述X向架体204上，且所述X向滑座203与所述X向架体204滑动连接并通过所述X向驱动组件驱动移动，所述骨切割工具4安装于所述X向滑座203上，且所述骨切割工具4与所述X向滑座203之间设有六维力传感器3。所述骨切割工具4和六维力传感器3均为本领域公知技术且为市购产品。
[0023]如图1所示，本实施例中，所述Y向驱动组件包括Y向伺服电机101、Y向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种2自由度膝关节用截骨执行器，其特征在于：包括Y向移动机构(1)、X向移动机构(2)、六维力传感器(3)和骨切割工具(4)，所述Y向移动机构(1)设有Y向驱动组件、Y向架体(104)和Y向滑座(103)，所述Y向驱动组件和Y向滑座(103)均设于所述Y向架体(104)上，且所述Y向滑座(103)与所述Y向架体(104)滑动连接并通过所述Y向驱动组件驱动移动，所述X向移动机构(2)包括X向驱动组件、X向架体(204)和X向滑座(203)，所述X向架体(204)与所述Y向滑座(103)固连，X向驱动组件和X向滑座(203)均设于所述X向架体(204)上，且所述X向滑座(203)与所述X向架体(204)滑动连接并通过所述X向驱动组件驱动移动，所述骨切割工具(4)安装于所述X向滑座(203)上，且所述骨切割工具(4)与所述X向滑座(203)之间设有六维力传感器(3)，所述Y向架体(104)上设有限定所述Y向滑座(103)位移和方向的Y向限位滑槽(105)，在所述Y向架体(104)内设有实时监测所述Y向滑座(103)位移的Y向移动传感器，所述X向架体(204)上设有限定所述X向滑座(203)位移和方向的X向限位滑槽(205)，在所述X向架体(204)内设有实时监测所述X向滑座(203)位移的X向移动传感器。2.根据权利要求1所述的2自由度膝关节用截骨执行器，其特征在于：所述Y向驱动组件包括Y向伺服电机(101)、Y向减速器、Y向丝杠和Y向丝母，所述Y向伺服电机(101)与Y向减速器固连，所述Y向减速器输出轴通过联轴器与所述Y向丝杠连接，所述Y向丝母套装于所述Y向丝杠上，所述Y向滑座(103)与所述Y向丝母固连。3.根据权利要求2所述的2自由度膝关节用截骨执行器，其特征在于：所述Y向架体(104)上设有Y向滑轨(102)，所述Y向滑座(103)下侧设有滑块与所述Y向...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵忆文，姜运祥，罗阳，宋国立，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：新型
国别省市：