一種主從同構(gòu)遙操作骨折復(fù)位機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種主從同構(gòu)遙操作骨折復(fù)位機(jī)構(gòu)，它包括框架組件、2個并聯(lián)平臺組件、上平臺連接板(9)、操作手柄組件、2個固定組件、控制器(15)、6個運(yùn)動組件和24條液壓管(26)組成；操作手柄組件位于一并聯(lián)平臺組件的上平臺中部，2個固定組件位于另一并聯(lián)平臺組件的上部，2個并聯(lián)平臺組件置于框架組件上平面，控制器(15)和6個運(yùn)動組件置于框架組件的中部平面，上平臺連接板與一并聯(lián)平臺組件的上平臺固連，液壓管與運(yùn)動組件中的液壓缸和并聯(lián)平臺組件中的液壓缸相連通。本發(fā)明提出了一種主從同構(gòu)遙操作骨折復(fù)位機(jī)構(gòu)，輔助醫(yī)生實(shí)現(xiàn)骨折復(fù)位的功能。它在外科醫(yī)療器械領(lǐng)域里具有較好的實(shí)用價值和廣闊地應(yīng)用前景。
【專利說明】一種主從同構(gòu)遙操作骨折復(fù)位機(jī)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種主從同構(gòu)遙操作骨折復(fù)位機(jī)構(gòu)，屬于外科醫(yī)療器械領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的骨折復(fù)位方法是醫(yī)生憑借經(jīng)驗(yàn)人工切開復(fù)位，這種復(fù)位方法使閉合性骨折人為的變成開放式骨折。切開的部位暴露在空氣中，容易使患者血運(yùn)遭到破壞，引起骨折端壞死，造成骨折的遲愈合甚至不愈合。由于手術(shù)操作時間較長，增加了醫(yī)生的工作強(qiáng)度，復(fù)位效果很難保證。髓內(nèi)釘技術(shù)解決了上述問題，但是醫(yī)生在術(shù)中需要不斷對患者進(jìn)行X射線照射，醫(yī)生及病人受到大量的射線輻射。由于術(shù)中獲得的是二維信息，難以實(shí)現(xiàn)精確復(fù)位。另外，術(shù)后容易產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，引起骨折復(fù)位不良。骨折復(fù)位的系統(tǒng)的出現(xiàn)解決了這些問題。在目前的研究中，新西蘭奧克蘭大學(xué)的Gramham A.E.在文獻(xiàn)“基于路徑規(guī)劃工具的并聯(lián)長骨復(fù)位機(jī)器人設(shè)計(jì)”中公開了股骨干骨折復(fù)位系統(tǒng)，中國的一些專利如“骨折復(fù)位器(20081005456.3) ”等，都屬于此類研究，目前的研究成果存在著不夠智能、可操作性不強(qiáng)等問題。
[0003]主從遙操作機(jī)構(gòu)可以使操作者真實(shí)地感受到機(jī)構(gòu)末端與被操作物體及環(huán)境的相互作用，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、航空航天、軍事和遙外科醫(yī)療等領(lǐng)域。在目前的研究中，Shigeki Kudomi等在文獻(xiàn)“液壓并聯(lián)力覺顯示-通過擾動觀測器提高主從系統(tǒng)的可操作性及應(yīng)用”中公開了一種基于液壓的并聯(lián)主從遙操作機(jī)構(gòu)，Gong Mingde等在文獻(xiàn)“基于狀態(tài)觀測器的6自由度并聯(lián)遙操作手的位置控制器”中公開了一種6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，都屬于此類研究，目前的研究成果存在著操作精度不高、實(shí)時性不強(qiáng)等問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提出了一種主從同構(gòu)遙操作骨折復(fù)位機(jī)構(gòu)，輔助醫(yī)生實(shí)現(xiàn)骨折復(fù)位的功能。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種主從同構(gòu)遙操作骨折復(fù)位機(jī)構(gòu)，它包括框架組件、2個并聯(lián)平臺組件、上平臺連接板9、操作手柄組件、2個固定組件、控制器15、6個運(yùn)動組件和24條液壓管26組成；它們之間的位置連接關(guān)系是:操作手柄組件位于一并聯(lián)平臺組件的上平臺中部，2個固定組件位于另一并聯(lián)平臺組件的上部，2個并聯(lián)平臺組件置于框架組件上平面，控制器15和6個運(yùn)動組件置于框架組件的中部平面，上平臺連接板與一并聯(lián)平臺組件的上平臺固連，液壓管與運(yùn)動組件中的液壓缸和并聯(lián)平臺組件中的液壓缸相連通。
[0007]所述的框架組件包括底部支撐架1、U形架2、支撐框架連接板3和4個萬向輪4，其間關(guān)系是:底部支撐架I與U形架2、U形架2與支撐框架連接板3、底部支撐架I與4個萬向輪4之間分別通過普通螺栓連接；該底部支撐架I是由多個桿狀結(jié)構(gòu)件組成的立方體框架結(jié)構(gòu)，用于支撐機(jī)構(gòu)本體及放置其它構(gòu)件，該U形架2為U形結(jié)構(gòu)件，用于連接底部支撐架I與支撐框架連接板3，該支撐框架連接板3為矩形板狀結(jié)構(gòu)件，用于連接固定組件，該萬向輪4是市購普通萬向輪，用于為機(jī)構(gòu)提供支撐及移動功能；
[0008]所述的并聯(lián)平臺組件包括上平臺5、12個萬向鉸6、6個液壓缸7和下平臺8，上平臺5、下平臺8分別與萬向鉸6的一端固連，液壓缸7的兩端分別與萬向鉸6的另一端固連，該上平臺5是圓板狀件、下平臺8是圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)件，用于支撐并聯(lián)平臺，該萬向鉸6是一種市購普通萬向鉸，用于連接液壓缸7與上平臺5、下平臺8 ;該液壓缸7是一種市購普通液壓缸，用于為并聯(lián)平臺組件的其它部件提供支撐；
[0009]所述的上平臺連接板9 一端與第一并聯(lián)平臺組件的上平臺5固連，另一端與一個固定組件連接，該上平臺連接板9是一端帶有凸臺的板狀結(jié)構(gòu)件，用于連接并聯(lián)平臺組件和固定組件；
[0010]所述的操作手柄組件包括操作手柄10和操作按鈕11，操作手柄10與一并聯(lián)平臺組件的上平臺5相連，操作按鈕11與操作手柄10的端部固連，該操作手柄10是一個一端帶有圓盤的圓柱狀結(jié)構(gòu)件，用于手持操作該并聯(lián)平臺組件，該操作按鈕11是一種市購普通按鈕，用于控制控制器15的電源的通斷；
[0011]所述的固定組件包括固定底板12、2個底板連接塊13和2個彎桿14，其間關(guān)系是:固定底板12分別與支撐框架連接板3、上平臺連接板9連接，底板連接塊13嵌入固定底板12的凹槽中，并通過普通螺栓與固定底板12固連，彎桿14與底板連接塊13固連，該固定底板12為兩端帶有凹槽的板狀結(jié)構(gòu)件，用于固定底板連接塊13，該底板連接塊13為帶有螺紋孔的立方體結(jié)構(gòu)，用于連接固定底板12與彎桿14，彎桿14為一端為弧形的桿狀結(jié)構(gòu)件，用于連接固定斷骨的固定釘；
[0012]所述的控制器15與底部支撐架I固連，該控制器15是一種市購普通控制器，用于采集編碼器18、行程開關(guān)19、液壓傳感器25的信號及控制直流電機(jī)17運(yùn)動；
[0013]所述的運(yùn)動組件包括固定平臺16、直流電機(jī)17、編碼器18、2個行程開關(guān)19、導(dǎo)軌20、滑塊21、絲杠22、滑塊連接件23、2個液壓缸7、液壓缸連接件24、4個液壓傳感器25，其間關(guān)系是:固定平臺16與底部支撐架I固連，導(dǎo)軌20與固定平臺16固連，2個行程開關(guān)19安裝于固定平臺16兩端，絲杠22與固定平臺16兩端連接，滑塊21與絲杠22、導(dǎo)軌20連接，滑塊連接件23與滑塊21、液壓缸7的伸出桿固連，液壓缸連接件24與液壓缸7、固定平臺16固連，液壓傳感器25 —端與液壓缸7固連，另一端通過液壓管26與安裝于并聯(lián)平臺組件的液壓缸7連接，直流電機(jī)17與固定平臺16、絲杠22固連，編碼器18與直流電機(jī)17固連；該固定平臺16是帶有兩個安裝孔的U形結(jié)構(gòu)件，用于固定運(yùn)動組件的其它部件；該直流電機(jī)17是一種市購普通直流電機(jī)，用于驅(qū)動絲杠22運(yùn)動，該編碼器18是一種市購普通編碼器，用于獲得直流電機(jī)17的速度和加速度信息，該行程開關(guān)19是一種市購普通行程開關(guān)，用于檢測滑塊21的位置，該導(dǎo)軌20是一種市購普通導(dǎo)軌，為滑塊21提供導(dǎo)向，該滑塊21是一種帶有螺紋的立方體滑塊，用于將絲杠22的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)槠揭七\(yùn)動，該絲杠22為市購普通絲杠用于連接直流電機(jī)17與滑塊21，該滑塊連接件23為帶有2個通孔的L型結(jié)構(gòu)件，用于連接滑塊21與2個液壓缸7，該液壓缸連接件24是一種帶有2個螺紋孔的L型結(jié)構(gòu)件，用于連接 固定平臺16與2個液壓缸7，該液壓傳感器25是一種市購普通液壓傳感器，用于檢測液壓管26中液體的壓強(qiáng)；
[0014]所述的24條液壓管26中的12條與運(yùn)動組件、連接有操作手柄組件的并聯(lián)平臺組件相連，另外12條與運(yùn)動組件、連接有上平臺連接板9、固定組件的并聯(lián)平臺組件相連，該液壓管26是一種市購普通液壓管，用于為并聯(lián)平臺組件與運(yùn)動組件傳遞動力。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0016]1.該機(jī)構(gòu)代替醫(yī)生徒手骨折復(fù)位操作，通過力覺縮放等控制方法，降低醫(yī)生勞動強(qiáng)度；
[0017]2.并聯(lián)平臺組件采用6自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，具有機(jī)構(gòu)精度高、負(fù)載能力及剛度大、工作空間合理、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)；
[0018]3.該機(jī)構(gòu)可以使醫(yī)生遠(yuǎn)離手術(shù)區(qū)域，降低醫(yī)生在手術(shù)中受到射線輻射的危險；
[0019]4.采用主從同構(gòu)的機(jī)構(gòu)構(gòu)型，通過液壓管連接機(jī)構(gòu)的操作端與從動端，使從動端位姿與操作端完全相同，易于醫(yī)生操作；
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為主從同構(gòu)骨折復(fù)位機(jī)構(gòu)整體圖
[0021]圖2為框架組件
[0022]圖3為并聯(lián)平臺組件
[0023]圖4為上平臺連接板
[0024]圖5為操作手柄組件
[0025]圖6為固定組件
[0026]圖7為固定連接塊及彎桿
[0027]圖8為控制器
[0028]圖9為運(yùn)動組件
[0029]圖10為單組液壓缸連接示意圖
[0030]圖中:1、底部支撐架，2、U形架，3、支撐框架連接板，4、萬向輪，5、上平臺，6、萬向鉸，7、液壓缸，8、下平臺，9、上平臺連接板，10、操作手柄，11、操作按鈕，12、固定底板，13、底板連接塊，14、彎桿，15、控制器，16、固定平臺，17、直流電機(jī)，18、編碼器，19、行程開關(guān)，20、導(dǎo)軌，21、滑塊，22、絲杠，23、滑塊連接件，24、液壓缸連接件，25、液壓傳感器，26、液壓管。
【具體實(shí)施方式】
[0031 ] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。
[0032]本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)如圖1至圖10所示。
[0033]一種主從同構(gòu)遙操作骨折復(fù)位機(jī)構(gòu)由框架組件、2個并聯(lián)平臺組件、上平臺連接板9、操作手柄組件、2個固定組件、控制器15、6個運(yùn)動組件和24條液壓管26組成。萬向輪4可以直線行走或轉(zhuǎn)彎。并聯(lián)平臺組件具有6個自由度，其中I個作為操作端，與操作手柄組件固連，另I個作為從動端，連接有上平臺連接板9、I個固定組件。每個萬向鉸6具有2個自由度。液壓缸7的伸出桿可以沿其軸線伸縮。2個固定組件中的I個通過支撐框架連接板3與U形架2固連，另I個通過上平臺連接板9與作為從動端的并聯(lián)平臺組件固連，底板連接塊13可以在固定底板12的凹槽內(nèi)調(diào)整位置，調(diào)整后可以通過普通螺栓定位。絲杠22可以通過直流電機(jī)17帶動其旋轉(zhuǎn)，使滑塊21沿導(dǎo)軌20移動，在兩端的極限位置可以接觸行程開關(guān)19，并通過滑塊連接件23帶動液壓缸7的活塞桿往復(fù)運(yùn)動。每個運(yùn)動組件有2個液壓缸7，其中I個液壓缸7有桿端和無桿端的液壓油出口分別通過I個液壓傳感器25和I個液壓管26與操作端并聯(lián)平臺組件上的液壓缸7有桿端和無桿端的液壓油出口連接，另I個液壓缸7有桿端和無桿端的液壓油出口分別通過I個液壓傳感器25和I個液壓管26與從動端并聯(lián)平臺組件上的液壓缸7有桿端和無桿端的液壓油出口連接，使操作端并聯(lián)平臺組件上的液壓缸7、運(yùn)動組件上的2個液壓缸7與從動端并聯(lián)平臺組件上的液壓缸7的伸出桿可以同步伸縮運(yùn)動。
[0034]本發(fā)明按下述方式工作:在斷骨兩端分別植入兩枚固定釘，調(diào)整底板連接塊13在固定底板12的凹槽中的位置，使固定釘能夠與彎桿14連接。連接完成后，打開操作按鈕11，通過操作手柄10控制操作端的并聯(lián)平臺組件運(yùn)動，通過液壓傳感器25檢測液壓管26中液體的壓力，從而得到操作端的并聯(lián)平臺中的液壓缸7中液體的壓力值，并反饋給控制器15，在控制器15中解算出每個液壓缸伸出桿受到的作用力，經(jīng)過放大后，作為從動端的并聯(lián)平臺中對應(yīng)液壓缸7的位置增量給定信號。同時，把編碼器18檢測到的直流電機(jī)17的位置和速度信號反饋到控制器15中，將給定信號與反饋信號通過閉環(huán)控制算法運(yùn)算后，發(fā)給直流電機(jī)17，控制從動端并聯(lián)平臺中的液壓缸7的伸出桿的運(yùn)動。從而控制從動端并聯(lián)平臺的位姿，實(shí)現(xiàn)骨折復(fù)位操作。
[0035]以上參照附圖對本發(fā)明的描述是示意性的，沒有限制性，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該能夠理解，在實(shí)際實(shí)施中，本發(fā)明中各構(gòu)件的形狀和布局方式均可能發(fā)生某些改變；而在本發(fā)明的啟示下，其他人員也可以做出與本發(fā)明相似的設(shè)計(jì)或?qū)Ρ景l(fā)明做出修改以及某個構(gòu)件的等同替換。特別需要指出的是，只要不脫離本發(fā)明的設(shè)計(jì)宗旨，所有顯而易見的改變以及具有等 同替換的相似設(shè)計(jì)，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種主從同構(gòu)遙操作骨折復(fù)位機(jī)構(gòu)，其特征在于:它包括框架組件、2個并聯(lián)平臺組件、上平臺連接板(9)、操作手柄組件、2個固定組件、控制器(15)、6個運(yùn)動組件和24條液壓管(26)組成；操作手柄組件位于一并聯(lián)平臺組件的上平臺中部，2個固定組件位于另一并聯(lián)平臺組件的上部，2個并聯(lián)平臺組件置于框架組件上平面，控制器(15)和6個運(yùn)動組件置于框架組件的中部平面，上平臺連接板與一并聯(lián)平臺組件的上平臺固連，液壓管與運(yùn)動組件中的液壓缸和并聯(lián)平臺組件中的液壓缸相連通； 所述的框架組件包括底部支撐架(1)、U形架(2)、支撐框架連接板(3)和4個萬向輪(4)，底部支撐架(1)與U形架(2)、U形架(2)與支撐框架連接板(3)、底部支撐架(1)與4個萬向輪(4)之間分別通過普通螺栓連接；該底部支撐架(1)是由多個桿狀結(jié)構(gòu)件組成的立方體框架結(jié)構(gòu)，用于支撐機(jī)構(gòu)本體及放置其它構(gòu)件，該U形架(2)為U形結(jié)構(gòu)件，用于連接底部支撐架(1)與支撐框架連接板(3)，該支撐框架連接板(3)為矩形板狀結(jié)構(gòu)件，用于連接固定組件，該萬向輪(4)是普通萬向輪，用于為機(jī)構(gòu)提供支撐及移動功能； 所述的并聯(lián)平臺組件包括上平臺(5)、12個萬向鉸出)、6個液壓缸(7)和下平臺(8)，上平臺(5)、下平臺⑶分別與萬向鉸(6)的一端固連，液壓缸(7)的兩端分別與萬向鉸(6)的另一端固連，該上平臺(5)是圓板狀件、下平臺(8)是圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)件，用于支撐并聯(lián)平臺，該萬向鉸(6)是一種普通萬向鉸，用于連接液壓缸(7)與上平臺(5)、下平臺(8);該液壓缸(7)是一種普通液壓缸，用于為并聯(lián)平臺組件的其它部件提供支撐； 所述的上平臺連接板(9) 一端與第一并聯(lián)平臺組件的上平臺(5)固連，另一端與一個固定組件連接，該上 平臺連接板(9)是一端帶有凸臺的板狀結(jié)構(gòu)件，用于連接并聯(lián)平臺組件和固定組件； 所述的操作手柄組件包括操作手柄(10)和操作按鈕(11)，操作手柄(10)與一并聯(lián)平臺組件的上平臺(5)相連，操作按鈕(11)與操作手柄(10)的端部固連，該操作手柄(10)是一個一端帶有圓盤的圓柱狀結(jié)構(gòu)件，用于手持操作該并聯(lián)平臺組件，該操作按鈕(11)是一種普通按鈕，用于控制控制器(15)的電源的通斷； 所述的固定組件包括固定底板(12)、2個底板連接塊(13)和2個彎桿(14)，固定底板(12)分別與支撐框架連接板(3)、上平臺連接板(9)連接，底板連接塊(13)嵌入固定底板(12)的凹槽中，并通過普通螺栓與固定底板(12)固連，彎桿(14)與底板連接塊(13)固連，該固定底板(12)為兩端帶有凹槽的板狀結(jié)構(gòu)件，用于固定底板連接塊(13)，該底板連接塊(13)為帶有螺紋孔的立方體結(jié)構(gòu)，用于連接固定底板(12)與彎桿(14)，彎桿(14)為一端為弧形的桿狀結(jié)構(gòu)件，用于連接固定斷骨的固定釘； 所述的控制器(15)與底部支撐架(1)固連，該控制器(15)是一種普通控制器，用于采集編碼器(18)、行程開關(guān)(19)、液壓傳感器(25)的信號及控制直流電機(jī)(17)運(yùn)動； 所述的運(yùn)動組件包括固定平臺(16)、直流電機(jī)(17)、編碼器(18)、2個行程開關(guān)(19)、導(dǎo)軌(20)、滑塊(21)、絲杠(22)、滑塊連接件(23)、2個液壓缸(7)、液壓缸連接件(24),4個液壓傳感器(25);固定平臺(16)與底部支撐架(1)固連，導(dǎo)軌(20)與固定平臺(16)固連，2個行程開關(guān)(19)安裝于固定平臺(16)兩端，絲杠(22)與固定平臺(16)兩端連接，滑塊(21)與絲杠(22)、導(dǎo)軌(20)連接，滑塊連接件(23)與滑塊(21)、液壓缸(7)的伸出桿固連，液壓缸連接件(24)與液壓缸(7)、固定平臺(16)固連，液壓傳感器(25) —端與液壓缸(7)固連，另一端通過液壓管(26)與安裝于并聯(lián)平臺組件的液壓缸(7)連接，直流電機(jī)(17)與固定平臺(16)、絲杠(22)固連，編碼器(18)與直流電機(jī)(17)固連；該固定平臺(16)是帶有兩個安裝孔的U形結(jié)構(gòu)件，用于固定運(yùn)動組件的其它部件；該直流電機(jī)(17)是一種普通直流電機(jī)，用于驅(qū)動絲杠(22)運(yùn)動，該編碼器(18)是一種普通編碼器，用于獲得直流電機(jī)(17)的速度和加速度信息，該行程開關(guān)(19)是一種普通行程開關(guān)，用于檢測滑塊(21)的位置，該導(dǎo)軌(20)是一種普通導(dǎo)軌，為滑塊(21)提供導(dǎo)向，該滑塊(21)是一種帶有螺紋的立方體滑塊，用于將絲杠(22)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)槠揭七\(yùn)動，該絲杠(22)為普通絲杠用于連接直流電機(jī)(17)與滑塊(21)，該滑塊連接件(23)為帶有2個通孔的L型結(jié)構(gòu)件，用于連接滑塊(21)與2個液壓缸(7)，該液壓缸連接件(24)是一種帶有2個螺紋孔的L型結(jié)構(gòu)件，用于連接固定平臺(16)與2個液壓缸(7)，該液壓傳感器(25)是一種普通液壓傳感器，用于檢測液壓管(26)中液體的壓強(qiáng)； 所述的24條液壓 管(26)中的12條與運(yùn)動組件、連接有操作手柄組件的并聯(lián)平臺組件相連，另外12條與運(yùn)動組件、連接有上平臺連接板(9)、固定組件的并聯(lián)平臺組件相連，該液壓管(26)是一種普通液壓管，用于為并聯(lián)平臺組件與運(yùn)動組件傳遞動力。
【文檔編號】A61B17/56GK104000640SQ201410198120
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】胡磊, 唐佩福, 王田苗, 張立海, 李長勝, 杜海龍, 王利峰, 譚一鳴, 趙璐 申請人:北京航空航天大學(xué), 中國人民解放軍總醫(yī)院