一種適應(yīng)不同壁厚的智能打孔裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明給公開了一種適應(yīng)不同壁厚的智能打孔裝置，包括支撐框架，所述支撐框架內(nèi)安裝有：用于打孔的切割機(jī)構(gòu)；用于驅(qū)動切割機(jī)構(gòu)沿設(shè)定軌跡運(yùn)動的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；用于驅(qū)動切割機(jī)構(gòu)升降的升降機(jī)構(gòu)；用于檢測切割機(jī)構(gòu)所受壓力的壓力傳感器；控制器，用于接收壓力傳感器的壓力信號，同時根據(jù)壓力信號對所述切割機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。本發(fā)明的智能打孔裝置結(jié)構(gòu)簡單，裝置制造成本低，操作方便，智能化集成度高，能夠在不破壞骨壁下組織結(jié)構(gòu)的前提下，自動的按照設(shè)計(jì)要求完成孔的制造，而且孔的尺寸可調(diào)。
【專利說明】
一種適應(yīng)不同壁厚的智能打孔裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種打孔裝置，尤其是涉及一種在動物薄壁骨、顱骨等上的適應(yīng)不同壁厚的智能打孔裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，用于制造孔的打孔設(shè)備很多，技術(shù)也很成熟，但是在生物醫(yī)療領(lǐng)域，相關(guān)的設(shè)備卻很少，因?yàn)樯镝t(yī)療領(lǐng)域的打孔是對活的生物進(jìn)行打孔，打完孔后還要保證生物是活的，這跟工業(yè)領(lǐng)域是完全不同的。比如現(xiàn)在很常見的開顱操作，在動物的顱骨上開一個洞，顱骨的下面就是腦膜和腦組織，如果用常規(guī)的方法去操作，只考慮孔的形狀和大小，在深度上面沒有太多控制，就有可能破壞掉顱骨下面的腦組織或者是腦組織上的血管，造成大出血，我們都知道，手術(shù)過程中引發(fā)動物死亡的最主要因素就是感染，大出血和損傷，而這個過程中，大出血和損傷都會因?yàn)榇蚩自O(shè)備而出現(xiàn)，這就大大增加了打孔過程中，動物死亡的幾率。
[0003]目前，見的最多的用來開孔的設(shè)備是一個手持式的打磨機(jī)，把上面的打磨頭換成環(huán)狀鉆頭，然后操作人員在指定的位置手持打磨機(jī)，腳踩開關(guān)控制鉆頭的旋轉(zhuǎn)，用手來控制鉆頭往顱骨內(nèi)部移動進(jìn)行鉆孔，在這個過程中，鉆孔的深度完全憑借操作人員的經(jīng)驗(yàn)來把握，但不同的動物其顱骨壁厚不同，不同年齡段的動物其顱骨的硬度也不同，即需要的力不同，有時輕輕一按就打穿顱骨壁了，同一只動物其顱骨的壁厚也不均勻，這使得打孔的難度大大提高，對于剛開始打孔的人來說，經(jīng)常會出現(xiàn)打的過深導(dǎo)致破壞了血管引發(fā)大出血或者直接損傷腦組織的情況，動物快則當(dāng)場死亡，慢則在后面飼養(yǎng)的過程中死亡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、打孔效率高、在動物顱骨、薄壁骨等部位上能適應(yīng)不同壁厚的智能打孔裝置。
[0005]—種適應(yīng)不同壁厚的智能打孔裝置，包括支撐框架，所述支撐框架內(nèi)安裝有:
[0006]用于打孔的切割機(jī)構(gòu)；
[0007]用于驅(qū)動切割機(jī)構(gòu)沿設(shè)定軌跡運(yùn)動的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；
[0008]用于驅(qū)動切割機(jī)構(gòu)升降的升降機(jī)構(gòu)；
[0009]用于檢測切割機(jī)構(gòu)所受壓力的壓力傳感器；
[0010]控制器，用于接收壓力傳感器的壓力信號，同時根據(jù)壓力信號對所述切割機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。
[0011]本發(fā)明中，通過切割機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對具體孔結(jié)構(gòu)的加工;升降機(jī)構(gòu)則用于在切割一圈完成后，或者切割最終完成后，或者遇到不再需要切割(比如接觸到軟組織)的部位后，將切割機(jī)構(gòu)升起，避免對待加工的部位帶來損傷。
[0012]作為優(yōu)選，所述支撐框架包括:
[0013]支撐板，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在該支撐板上；
[0014]與所述支撐板固定、用于罩蓋所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的端蓋；
[0015]固定在支撐板底部的腳架。
[0016]作為優(yōu)選，所述的腳架采用內(nèi)外套嵌的兩級結(jié)構(gòu)，即內(nèi)腳架和外腳架，通過在外腳架內(nèi)的電機(jī)可以調(diào)節(jié)腳架的長度，即對整個支撐框架進(jìn)行Z方向的調(diào)節(jié)，從而對安裝在支撐框架上的切割機(jī)構(gòu)進(jìn)行高度方向的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同尺寸和不同類型的動物。
[0017]所述的腳架均勻分布在支撐板上，作為優(yōu)選，腳架的數(shù)量為3，即每個腳架以相鄰120度圓周均勻分布在支撐板的下面。
[0018]作為優(yōu)選，所述支撐板上設(shè)有環(huán)形導(dǎo)向槽；
[0019]所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括:
[0020 ]通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)底座固定在支撐板上的旋轉(zhuǎn)電機(jī)；
[0021]垂直固定在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸上的連桿；
[0022]所述切割機(jī)構(gòu)與該連桿可調(diào)節(jié)固定，通過調(diào)節(jié)切割機(jī)構(gòu)與連桿旋轉(zhuǎn)中心間的垂直距離，實(shí)現(xiàn)對待加工孔徑的調(diào)整;所述連桿兩端分別設(shè)有與所述環(huán)形導(dǎo)向槽配合的圓周頭。
[0023]所述連桿可通過轉(zhuǎn)接頭與所述電機(jī)輸出軸相互固定；此時輸出軸與連桿垂直固定，由旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動連桿以輸出軸為軸心轉(zhuǎn)動;進(jìn)而帶動升降機(jī)構(gòu)和切割機(jī)構(gòu)同時轉(zhuǎn)動。
[0024]作為優(yōu)選，所述升降機(jī)構(gòu)包括:
[0025]通過升降電機(jī)外殼與所述連桿可調(diào)節(jié)固定的升降電機(jī);所述升降電機(jī)通過升降電機(jī)底板固定在升降電機(jī)外殼內(nèi)；
[0026]所述升降電機(jī)輸出軸通過一支撐座與所述切割機(jī)構(gòu)安裝固定。
[0027]上述升降電機(jī)外殼可通過滑塊與所述連桿固定，當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，帶動旋轉(zhuǎn)電機(jī)輸出軸上的轉(zhuǎn)接頭一起旋轉(zhuǎn)，從而帶動轉(zhuǎn)接頭上的連桿繞著旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸心旋轉(zhuǎn)，通過把連桿兩端的圓周頭卡在環(huán)形導(dǎo)向槽內(nèi)的弧形凹槽的設(shè)計(jì)，可以使得連桿在旋轉(zhuǎn)時，連桿的兩端在同一個水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，整個連桿的轉(zhuǎn)動更加的平穩(wěn)，最后，連桿帶動連桿上的滑塊繞旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸軸心旋轉(zhuǎn)，即帶動滑塊上的切割機(jī)構(gòu)作圓周運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)在一定高度內(nèi)的水平面切割。
[0028]上述的滑塊中心離轉(zhuǎn)接頭中心的距離是滑塊繞旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)半徑，即最后切割出來的孔的半徑，作為優(yōu)選，滑塊在連桿上的位置可以調(diào)節(jié)，所述連桿上設(shè)有若干定位孔，滑塊通過緊定螺釘固定在連桿上，當(dāng)需要調(diào)節(jié)孔的半徑時，只需要松開緊定螺釘，然后移動滑塊，再擰緊緊定螺釘即可。
[0029]作為優(yōu)選，所述切割機(jī)構(gòu)包括:
[0030]與所述支撐座固定的切割電機(jī)外殼；
[0031]設(shè)置在切割電機(jī)外殼內(nèi)的切割電機(jī)；
[0032]受所述切割電機(jī)驅(qū)動的刀片。
[0033]作為優(yōu)選，所述支撐座包括:
[0034]用于與升降電機(jī)輸出軸固定的桿體；
[0035]與桿體一體設(shè)置，用于與切割電機(jī)外殼固定的筒體；
[0036]所述筒體開口部位設(shè)有內(nèi)翻的環(huán)形的支撐臺階;所述切割電機(jī)外殼頂部設(shè)有用于卡合在所述支撐臺階上的圓臺；
[0037]所述壓力傳感器設(shè)置在筒體底部，壓力傳感器與切割電機(jī)外殼之間設(shè)有彈簧。
[0038]所述的切割電機(jī)外殼上端圓臺的設(shè)置，導(dǎo)致支撐座向上運(yùn)動時，能帶動切割電機(jī)外殼一起向上運(yùn)動，當(dāng)需要切割目標(biāo)物體時，電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過傳動機(jī)構(gòu)帶動刀片旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物體的切割。
[0039]作為優(yōu)選，所述彈簧可選擇微位移彈簧，當(dāng)升降電機(jī)上的輸出軸向下運(yùn)動時，輸出軸上的支撐座也向下運(yùn)動，使得固定在支撐座上的壓力傳感器也向下運(yùn)動，進(jìn)而使與壓力傳感器相連的彈簧壓縮，產(chǎn)生的反作用力推動切割機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動，通過與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的配合實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)結(jié)構(gòu)在深度方向的切割，反之，當(dāng)升降電機(jī)上的輸出軸向上運(yùn)動時，帶動輸出軸上的支撐座向上運(yùn)動，支撐座的底部帶動切割機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動，切割機(jī)構(gòu)在支撐座內(nèi)部不固定，能進(jìn)行上下運(yùn)動，但不能轉(zhuǎn)動。
[0040]同時，通過傳感器壓力信號的變化，實(shí)現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)電機(jī)，升降電機(jī)和切割電機(jī)的控制。當(dāng)壓力信號小于設(shè)定值時，說明切割刀片處于不適于切割的部位，比如已經(jīng)切割完成，比如還沒有接觸到切割部位等等，此時可斷開切割電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)，升降電機(jī)工作至指定位置，再啟動切割電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)等。
[0041 ]作為優(yōu)選，所述支撐座與所述切割電機(jī)外殼之間設(shè)有防止切割電機(jī)外殼相對支撐座轉(zhuǎn)動的周向定位件。例如，所述的外殼外有一個凸起塊，所述支撐座上設(shè)有周向限位凹槽，與上述支撐座內(nèi)的周向限位配合，使得外殼無法轉(zhuǎn)動，只能上下運(yùn)動，
[0042]所述的刀片末端是一個圓臺面，在切割的過程中，使得切下來結(jié)構(gòu)比切的孔要小很多，便于取出切下來的結(jié)構(gòu)。
[0043]作為優(yōu)選，所述支撐板底部圍設(shè)有保護(hù)套。所述的保護(hù)套為透明的亞克力板，可以看到內(nèi)部的打孔情況，又能阻隔外部臟物進(jìn)入內(nèi)部。
[0044]作為優(yōu)選，還包括對所述切割機(jī)構(gòu)進(jìn)行沖洗降溫的供液機(jī)構(gòu)以及對切割機(jī)構(gòu)提供照明的光源。
[0045]作為優(yōu)選，所述的供液機(jī)構(gòu)包括直線電機(jī)，活塞頭，供液箱，安裝在供液箱底部控制液體流出的電磁閥，安裝在電磁閥末端的管道，所述的管道的末端以一定的傾斜角度斜對著刀片的旋轉(zhuǎn)中心，所述的直線電機(jī)安裝在支撐板上，當(dāng)需要擠出液體時，電磁閥打開，直線電機(jī)推動活塞頭運(yùn)動，活塞頭擠壓供液箱內(nèi)的液體通過電磁閥流向管道，最后從管道流出的液體直接流向刀片所在位置的中心，在加工時，旋轉(zhuǎn)電機(jī)會帶動刀片轉(zhuǎn)動，所以有時液體會直接遇到刀片，對刀片進(jìn)行清洗和冷卻，在液體沒有遇到刀片的時候，液體會流向切割位置的中心，然后往四周流動，最后也會遇到刀片，達(dá)到同樣的效果。
[0046]作為優(yōu)選，所述的供液箱內(nèi)的液體為氯化鈉溶液，即生理鹽水，在液體沖洗結(jié)構(gòu)表面和冷卻刀片的時候，也會沖洗走切削時產(chǎn)生的骨渣和骨頭中滲出的血液，即清理切削區(qū)域，方便操作人員更清楚的看清已打孔的形狀和打孔進(jìn)程，如果遇到突發(fā)事情，可以手動控制緊急停止加工。
[0047]所述的光源安裝在支撐板的下面，跟供液機(jī)構(gòu)中的管道位于同側(cè)，以一定的傾斜角度對著刀片的旋轉(zhuǎn)中心區(qū)域，使得打孔裝置在打孔時，操作人員通過透明的保護(hù)套可以隨時跟蹤觀看打孔情況，如果遇到突發(fā)事情時也可以及時處理。
[0048]本發(fā)明的智能打孔裝置針對不同壁厚的骨結(jié)構(gòu)打孔的工作原理如下:升降電機(jī)帶動升降電機(jī)輸出軸上的支撐座向下運(yùn)動，導(dǎo)致切割機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動，如果運(yùn)動一個距離后，刀片沒有接觸到待鉆孔的結(jié)構(gòu)，則此時壓力傳感器上的值保持不變，即彈簧還處于原先設(shè)定的壓縮狀態(tài)，如果當(dāng)運(yùn)動一個距離后，切割機(jī)構(gòu)上的刀片接觸到目標(biāo)結(jié)構(gòu)，則切割機(jī)構(gòu)會擠壓彈簧，彈簧的反作用力會擠壓壓力傳感器，此時壓力傳感器上檢測到的壓力值升高，并且會很大，系統(tǒng)判斷為遇到切割目標(biāo)，需要切割，則開啟切割機(jī)構(gòu)內(nèi)的切割電機(jī)，帶動刀片旋轉(zhuǎn)，同時旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)工作，帶動刀片作圓周運(yùn)動，進(jìn)行同一個高度內(nèi)的水平面圓周切割，切割開始時，記下當(dāng)時的壓力反饋值，當(dāng)在一個高度內(nèi)的水平面切割完成后，壓力值會下降，以此來判斷完成水平面的切割，然后旋轉(zhuǎn)電機(jī)停止工作，升降電機(jī)帶動刀片繼續(xù)下降一個距離，開始壓力檢測，如果壓力很大，則繼續(xù)重復(fù)前面的工作，開始加工，當(dāng)遇到最后一層加工完成后，升降電機(jī)帶動刀片繼續(xù)下降一個距離，因?yàn)榇藭r接觸的是顱骨壁下面與腦組織之間的間隙或者接觸腦組織，但腦組織會回收，而且是軟的，不像顱骨壁是硬的，所以檢測到的壓力值會很小，認(rèn)為是最小壓力值，則系統(tǒng)自動判斷為該處已切割完成，記下當(dāng)前的圓周位置和深度，然后旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動刀片轉(zhuǎn)過一個角度，如果此時檢測到的壓力值很大，則認(rèn)為此處切割沒有完成，需要切割，旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動刀片開始轉(zhuǎn)動，遇到剛才標(biāo)記過的位置，刀片會停止轉(zhuǎn)動，進(jìn)行避讓，等過了該標(biāo)記過的位置后繼續(xù)轉(zhuǎn)動進(jìn)行切割，如果在剛開始轉(zhuǎn)動過程中遇到壓力很小的值，或者在切割過程中，在其他位置遇到最小值，則認(rèn)為那處也是切割完成的位置，記下新的位置，并且按照前面的方式進(jìn)行避讓，然后重復(fù)前面的工作，直到壓力傳感器檢測到圓周范圍內(nèi)設(shè)定的點(diǎn)的壓力值都是很小時，認(rèn)為孔的切割工作完成，停止孔的加工，升降電機(jī)帶動刀片回到初始的位置，然后人為的取出切割完的結(jié)構(gòu)，即完成對孔的切割。
[0049]本發(fā)明的智能打孔裝置的切割工作是靠刀片旋轉(zhuǎn)完成的，旋轉(zhuǎn)電機(jī)只是帶動刀片整體讓旋轉(zhuǎn)電機(jī)輸出軸的旋轉(zhuǎn)中心進(jìn)行圓周方向的運(yùn)動，并沒有進(jìn)行高速的切割工作，其速度不快，而孔的深度通過升降電機(jī)來完成，刀片的切割工作通過彈簧反饋給壓力傳感器的壓力值來控制。在剛開始切割的時候，升降電機(jī)的下降距離可以適當(dāng)增大，以提高加工效率，隨著打孔深度的增加，慢慢的減小下降距離，同時隨著打孔深度的增加，在越接近壁的底部時，壓力傳感器檢測到的壓力值的越小，以此來調(diào)節(jié)下降的距離。
[0050]作為優(yōu)選，初始的升降距離為100?500微米，后面慢慢下降到50微米，最后的階段為10?20微米，但其值與壓力值匹配，在壓力值高的位置其下降距離也大，便于提高效率。[0051 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0052]—、本發(fā)明的智能打孔裝置結(jié)構(gòu)簡單，裝置制造成本低，操作方便，智能化集成度高，利用壓力傳感器檢測到的壓力值來控制刀片切割，能夠在不破壞骨壁下組織的前提下，自動的按照設(shè)計(jì)要求完成對具有不同壁厚的顱骨的孔的制造，而且孔的尺寸可調(diào)。
[0053]二、本發(fā)明的供液機(jī)構(gòu)一方面能夠?yàn)榈镀峁├鋮s液，降低刀片工作時產(chǎn)生的高溫，延長刀片的壽命，另一方面能夠帶走刀片工作時產(chǎn)生的雜質(zhì)，防止其殘留在刀片和切削的位置，影響孔的制造，同時，也能在制造過程中清理干凈打孔的位置，方便操作人員更清楚的看清已打孔的形狀和打孔進(jìn)程，及時進(jìn)行相應(yīng)的操作。
[0054]三、本發(fā)明的裝置通過調(diào)整滑塊的位置，就可以制造不同尺寸的孔，操作方便，應(yīng)用范圍廣。
[0055]四、本發(fā)明的裝置對操作人員的技能沒有要求，沒有經(jīng)驗(yàn)的人也能使用和制造出想要的孔，避免了制造過程中人為因素的影響。
[0056]五、本發(fā)明的刀片端面的設(shè)計(jì)，有利于打完孔后，取出骨結(jié)構(gòu)。
[0057]六、本發(fā)明的裝置高度可調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)，方便對不同的體型的動物進(jìn)行操作。
[0058]七、采用本發(fā)明的打孔裝置，更加高效，更加安全的打孔方法，大大降低了因?yàn)榇蚩滓鸬膭游锼劳雎省?br>【附圖說明】
[0059]圖1(a)是本發(fā)明的適應(yīng)不同壁厚的智能打孔裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0060]圖1(b)是圖1(a)省略端蓋后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0061 ]圖2(a)是本發(fā)明裝置的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0062]圖2(b)是圖2(a)剖視圖；
[0063]圖3是本發(fā)明裝置的切割機(jī)構(gòu)拆解結(jié)構(gòu)示意圖；
[0064]圖4是本發(fā)明裝置的切割機(jī)構(gòu)剖面圖；
[0065]圖5是本發(fā)明裝置的供液機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0066]圖6是本發(fā)明裝置的打孔原理流程圖；
[0067]圖7是本發(fā)明裝置的打孔過程示意圖；
[0068]圖中:I為供液機(jī)構(gòu)，2為光源，3為支撐板，4為端蓋，5為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，6為切割機(jī)構(gòu)，7為保護(hù)套，8為腳架，9為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，10為旋轉(zhuǎn)電機(jī)底座，11為轉(zhuǎn)接頭，12為連桿，13為滑塊，14為圓周頭，15為環(huán)形導(dǎo)向槽，16為升降電機(jī)外殼，17為升降電機(jī)，18為升降電機(jī)底板，19為支撐座，20為壓力傳感器，21為彈簧，22為切割電機(jī)外殼，23為刀片，24為直線電機(jī)，25為活塞頭，26為供液箱，27為電磁閥，28為管道。
【具體實(shí)施方式】
[0069]下面結(jié)合附圖和實(shí)施過程對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0070]如圖1(a)、圖1(b)、圖2(a)、圖2(b)、圖3、圖4和圖5所示，一種適應(yīng)不同壁厚的智能打孔裝置，包括:支撐框架、安裝在支撐框架內(nèi)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5、安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5上的切割機(jī)構(gòu)6、供液機(jī)構(gòu)I以及光源2;
[0071 ]支撐框架包括支撐板3，安裝在支撐板3上的端蓋4，固定安裝在支撐板3下面的腳架8以及保護(hù)套7;
[0072]腳架8采用內(nèi)外兩級套嵌的結(jié)構(gòu)，即內(nèi)腳架和外腳架，外腳架底部套設(shè)在內(nèi)腳架頂部，通過在外腳架內(nèi)的電機(jī)可以調(diào)節(jié)外腳架的高度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)腳架長度的調(diào)整，即對整個支撐框架進(jìn)行Z方向的調(diào)節(jié)，從而對安裝在支撐框架上的切割機(jī)構(gòu)進(jìn)行高度方向的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同尺寸和不同類型的動物。
[0073]腳架8頂端均勻固定在支撐板3底面，作為優(yōu)選，腳架的數(shù)量為3，即每個腳架以相鄰120度圓周均勻分布在支撐板的下面。
[0074]保護(hù)套7為透明的亞克力板，可以看到內(nèi)部的打孔情況，又能阻隔外部臟物進(jìn)入內(nèi)部。
[0075 ]如圖2 (a)和圖2 (b)所示，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)9，用來固定旋轉(zhuǎn)電機(jī)9的旋轉(zhuǎn)電機(jī)底座10，安裝在旋轉(zhuǎn)電機(jī)9輸出軸上的轉(zhuǎn)接頭11，安裝在轉(zhuǎn)接頭11內(nèi)部的連桿12，安裝在連桿12上的滑塊13，安裝在連桿12端部的圓周頭14和用來配合圓周頭14沿著圓周運(yùn)動的環(huán)形導(dǎo)向槽15。旋轉(zhuǎn)電機(jī)底座10和環(huán)形導(dǎo)向槽15都固定安裝在上述的支撐板3上，上述的切割機(jī)構(gòu)6安裝在滑塊13上，上述連桿12的兩端都安裝有圓周頭14，當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)9旋轉(zhuǎn)時，帶動旋轉(zhuǎn)電機(jī)9輸出軸上的轉(zhuǎn)接頭11 一起旋轉(zhuǎn)，從而帶動轉(zhuǎn)接頭11上的連桿12繞著旋轉(zhuǎn)電機(jī)9的軸心旋轉(zhuǎn)。環(huán)形導(dǎo)向槽15的橫截面為圓弧形狀，圓周頭14為弧形的圓柱段，可以看作是從與環(huán)形導(dǎo)向槽15大小配合的圓柱環(huán)上截取的其中一小段結(jié)構(gòu)，圓周頭14與環(huán)形導(dǎo)向槽15滑動配合，用于對連桿12的轉(zhuǎn)動方向進(jìn)行導(dǎo)向定位，通過把連桿12兩端的圓周頭14滑動設(shè)置在環(huán)形導(dǎo)向槽15內(nèi)的弧形凹槽的設(shè)計(jì)，可以使得連桿在旋轉(zhuǎn)時，連桿的兩端在同一個水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，整個連桿的轉(zhuǎn)動更加的平穩(wěn)，同時避免連桿的兩端與環(huán)形導(dǎo)向槽15卡死，最后，連桿帶動連桿上的滑塊繞旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸軸心旋轉(zhuǎn)，即帶動滑塊上的切割機(jī)構(gòu)作圓周運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)在一定高度內(nèi)的水平面切割。
[0076]上述的滑塊13中心離轉(zhuǎn)接頭11中心的距離是滑塊13繞旋轉(zhuǎn)電機(jī)9旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)半徑，即最后切割出來的孔的半徑，作為優(yōu)選，滑塊在連桿上的位置可以調(diào)節(jié)，滑塊13通過緊定螺釘固定在連桿12上，在連桿12上有許多孔用來插入緊定螺釘進(jìn)行位置的固定，當(dāng)需要調(diào)節(jié)孔的半徑時，只需要松開緊定螺釘，然后移動滑塊13，再擰緊緊定螺釘即可。
[0077]如圖3和圖4所示，切割機(jī)構(gòu)6包括與滑塊13固定的升降電機(jī)外殼16，安裝在升降電機(jī)外殼16底部的升降電機(jī)底板18，安裝在升降電機(jī)底板18上的升降電機(jī)17，安裝在升降電機(jī)17輸出軸上的支撐座19，安裝在支撐座19上的壓力傳感器20，與壓力傳感器20相連的微位移彈簧21，固定安裝在彈簧21末端的切割機(jī)構(gòu)，當(dāng)升降電機(jī)17上的輸出軸向下運(yùn)動時，輸出軸上的支撐座19也向下運(yùn)動，使得固定在支撐座19上的壓力傳感器20也向下運(yùn)動，進(jìn)而使與壓力傳感器20相連的彈簧21壓縮，產(chǎn)生的反作用力推動切割機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動，通過與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5的配合實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)結(jié)構(gòu)在深度方向的切割，反之，當(dāng)升降電機(jī)17上的輸出軸向上運(yùn)動時，帶動輸出軸上的支撐座19向上運(yùn)動，支撐座19的底部帶動切割機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動，切割機(jī)構(gòu)在支撐座19內(nèi)部不固定，能進(jìn)行上下運(yùn)動，但不能轉(zhuǎn)動。支撐座19頂部為桿體，用于與升降電機(jī)17輸出軸軸接，底部為開口向下的筒體，筒體結(jié)構(gòu)開口邊緣向內(nèi)翻折，形成環(huán)形的支撐臺階。支撐座19的筒體結(jié)構(gòu)內(nèi)壁設(shè)有周向限位凹槽。
[0078]如圖4所不，切割機(jī)構(gòu)包括切割電機(jī)外殼22，安裝在切割電機(jī)外殼22內(nèi)的切割電機(jī)，與切割電機(jī)輸出軸相連的傳動機(jī)構(gòu)以及安裝在傳動機(jī)構(gòu)上的刀片23。切割電機(jī)外殼22外壁設(shè)有一個凸起塊，與上述支撐座19內(nèi)的周向限位凹槽配合，使得切割電機(jī)外殼22無法轉(zhuǎn)動，只能上下運(yùn)動，同時切割電機(jī)外殼22的上端有一個突出的圓臺，與支撐座19的環(huán)形的支撐臺階卡合，實(shí)現(xiàn)支撐座19與切割電機(jī)外殼22相互固定，避免切割電機(jī)外殼22滑落，保證支撐座19向上運(yùn)動時，能帶動切割電機(jī)外殼22—起向上運(yùn)動，當(dāng)需要切割目標(biāo)物體時，切割電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過傳動機(jī)構(gòu)帶動刀片23旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物體的切割。切割電機(jī)外殼22頂端端面上設(shè)有彈簧容納槽，用于更好的安裝彈簧21。切割電機(jī)受控于壓力傳感器20的壓力信號。
[0079]刀片23的端面一般為圓盤形，末端邊緣是一個圓臺面，在切割的過程中，使得切下來結(jié)構(gòu)比切的孔要小很多，便于取出切下來的結(jié)構(gòu)。如圖5所示，供液機(jī)構(gòu)I包括直線電機(jī)24，安裝在直線電機(jī)輸出軸上的活塞頭25，供液箱26，安裝在供液箱26底部控制液體流出的電磁閥27，安裝在電磁閥27末端的管道28，管道28的末端以一定的傾斜角度斜對著刀片23的旋轉(zhuǎn)中心，直線電機(jī)24安裝在支撐板3上，當(dāng)需要擠出液體時，電磁閥27打開，直線電機(jī)24推動活塞頭25運(yùn)動，活塞頭25擠壓供液箱26內(nèi)的液體通過電磁閥27流向管道28，最后從管道28流出的液體直接流向刀片所在位置的中心，在加工時，旋轉(zhuǎn)電機(jī)會帶動刀片轉(zhuǎn)動，所以有時液體會直接遇到刀片，對刀片進(jìn)行清洗和冷卻，在液體沒有遇到刀片的時候，液體會流向切割位置的中心，然后往四周流動，最后也會遇到刀片，達(dá)到同樣的效果。
[0080]作為優(yōu)選，所述的供液箱內(nèi)的液體為氯化鈉溶液，即生理鹽水，在液體沖洗結(jié)構(gòu)表面和冷卻刀片的時候，也會沖洗走切削時產(chǎn)生的骨渣和骨頭中滲出的血液，即清理切削區(qū)域，方便操作人員更清楚的看清已打孔的形狀和打孔進(jìn)程，如果遇到突發(fā)事情，可以手動控制緊急停止加工。
[0081]光源2安裝在支撐板3的下面，跟供液機(jī)構(gòu)I中的管道28位于同側(cè)，以一定的傾斜角度對著刀片的旋轉(zhuǎn)中心區(qū)域，使得打孔裝置在打孔時，操作人員通過透明的保護(hù)套可以隨時跟蹤觀看打孔情況，如果遇到突發(fā)事情時也可以及時處理。
[0082]本發(fā)明的供液機(jī)構(gòu)加液體過程如下:打開供液箱26頂部的口子，關(guān)閉電磁閥27，然后控制直線電機(jī)24轉(zhuǎn)動，帶動直線電機(jī)24輸出軸上的活塞頭25運(yùn)動到最大行程處，通過供液箱26頂部的口子注入溶液，加滿溶液后合上口子即可。
[0083]如圖6所示，本發(fā)明的智能打孔裝置針對不同壁厚的骨結(jié)構(gòu)打孔的工作原理如下:升降電機(jī)17帶動升降電機(jī)輸出軸上的支撐座19向下運(yùn)動，導(dǎo)致切割機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動，如果運(yùn)動一個距離后，刀片23沒有接觸到結(jié)構(gòu)，則此時壓力傳感器20上的值保持不變，即彈簧21還處于原先設(shè)定的壓縮狀態(tài)，如果當(dāng)運(yùn)動一個距離后，切割機(jī)構(gòu)上的刀片23接觸到目標(biāo)結(jié)構(gòu)，則切割機(jī)構(gòu)會擠壓彈簧21，彈簧的反作用力會擠壓壓力傳感器，此時壓力傳感器20上檢測到的壓力值升高，并且會很大，達(dá)到設(shè)定值后(設(shè)定值一般可采用預(yù)先實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)或者經(jīng)驗(yàn)值)，系統(tǒng)判斷為遇到切割目標(biāo)，需要切割，則開啟切割機(jī)構(gòu)內(nèi)的切割電機(jī)，帶動刀片23旋轉(zhuǎn)，同時旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)9工作，帶動刀片23作圓周運(yùn)動，進(jìn)行同一個高度內(nèi)的水平面圓周切割，切割開始時，系統(tǒng)中控制器(可采用控制芯片或者計(jì)算機(jī)等)記下當(dāng)時的壓力反饋值，當(dāng)在一個高度內(nèi)的水平面切割完成后，壓力值會下降，以此來判斷完成水平面的切割，然后旋轉(zhuǎn)電機(jī)9停止工作，升降電機(jī)17帶動刀片23繼續(xù)下降一個距離，開始壓力檢測，如果壓力很大(達(dá)到或者超過設(shè)定值)，則繼續(xù)重復(fù)前面的工作，開始加工，當(dāng)遇到最后一層加工完成后，升降電機(jī)17帶動刀片23繼續(xù)下降一個距離，因?yàn)榇藭r接觸的是顱骨壁下面與腦組織之間的間隙或者接觸腦組織，但腦組織會回收，而且是軟的，不像顱骨壁是硬的，所以檢測到的壓力值會很小(小于設(shè)定值)，記錄此時的壓力值，認(rèn)為是最小壓力值，則系統(tǒng)自動判斷為該處已切割完成，記下當(dāng)前的圓周位置和深度，然后旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動刀片轉(zhuǎn)過一個角度，如果此時檢測到的壓力值很大(達(dá)到或者超過設(shè)定值)，則認(rèn)為此處切割沒有完成，需要切割，旋轉(zhuǎn)電機(jī)17帶動刀片23開始轉(zhuǎn)動，遇到剛才標(biāo)記過的位置，刀片23會停止轉(zhuǎn)動，進(jìn)行避讓，等過了位置后繼續(xù)轉(zhuǎn)動進(jìn)行切割，如果在剛開始轉(zhuǎn)動過程中遇到壓力很小的值(小于設(shè)定值)，接近或者等于最下壓力值，則認(rèn)為那處也是切割完成的位置，記下新的位置，并且按照前面的方式進(jìn)行避讓，然后重復(fù)前面的工作，直到壓力傳感器檢測到圓周范圍內(nèi)設(shè)定的點(diǎn)的壓力值都是很小時，認(rèn)為孔的切割工作完成，停止孔的加工，升降電機(jī)帶動刀片回到初始的位置，然后人為的取出切割完的結(jié)構(gòu)，即完成對孔的切割。
[0084]如圖7所示，把圓周展開成平面來進(jìn)一步說明本裝置切割不同厚度結(jié)構(gòu)時的工作原理:如圖7中(a)所示，是刀片還沒有開始切割時的狀態(tài);在切割一段時間后，刀片位于顱骨內(nèi)部，已經(jīng)切割掉了一部分顱骨，如圖7中(b)所示，虛線代表刀片的軌跡；當(dāng)?shù)镀谖恢胊處遇到最低壓力值后，刀片移動一個距離進(jìn)行避讓，然后繼續(xù)開始切割，當(dāng)再次到達(dá)位置a時會停止轉(zhuǎn)動，采取先上升，后下降的回避行為，如圖7中(c)所示；當(dāng)?shù)镀谖恢胋又遇到最低壓力值后，跟在位置a時的行為一樣，刀片的軌跡如圖7中(d)所示；當(dāng)?shù)镀趫A周上的多個位置都遇到最低壓力值時，切割完成，如圖7中(e)所示，刀片上升到初始高度。
[0085]實(shí)施例
[0086]以在兔子顱蓋骨上打直徑為8mm的孔為例，來說明本發(fā)明裝置的工作過程:
[0087]一、取一只重量在2.5?3.5kg之間的兔子，在兔子耳緣靜脈上注入一定劑量的全麻試劑對兔子進(jìn)行全身麻醉，然后在兔子顱蓋骨位置進(jìn)行剃毛處理，把兔子放在手術(shù)臺上，綁住其四條腿，對剃完毛后的位置用碘伏進(jìn)行消毒滅菌處理，然后鋪上洞巾用手術(shù)器械切開皮膚，暴露要打孔的顱蓋骨位置；
[0088]二、松開滑塊上的緊定螺釘，調(diào)節(jié)滑塊到半徑為4mm的位置，然后擰緊緊定螺釘，把提前做過消毒處理的刀片安裝到本發(fā)明的打孔裝置上，對刀片附近的切割機(jī)構(gòu)進(jìn)行碘伏消毒處理，然后把裝置擺放到手術(shù)臺上，調(diào)整裝置的位置，使刀片位于所打孔位置的正上方，通過控制器自動調(diào)節(jié)腳架高度，在刀片距離顱骨外壁的合適距離處停止下降，完成裝置的高度調(diào)節(jié)，最后往供液箱內(nèi)注入生理鹽水；
[0089]三、點(diǎn)擊開始按鈕，裝置自動打開光源，然后升降電機(jī)帶動刀片慢慢下移，當(dāng)檢測到有壓力時，即刀片碰到顱蓋骨后，裝置打開電磁閥，直線電機(jī)推動活塞頭擠壓供液箱內(nèi)的生理鹽水，使其經(jīng)電磁閥沿著管道流向切割區(qū)域，切割機(jī)構(gòu)內(nèi)的切割電機(jī)帶動刀片旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動刀片作圓周運(yùn)動，開始第一層的切割，一開始下降距離比較大，下降幾層后，慢慢降低每層的下降高度，每次切割完成后，刀片在升降電機(jī)的帶動下下降一個距離，開始新一輪的切割，如果在切割過程中遇到壁厚不同的顱蓋骨壁時，按照前面說的刀片進(jìn)行自動的停止轉(zhuǎn)動和避讓，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動，直到最后檢測到所有壓力值為設(shè)定的最低壓力值時，刀片停止下降，上升回到初始位置，直線電機(jī)停止運(yùn)動，電磁閥關(guān)閉，操作人員用工具取出骨結(jié)構(gòu)。
[0090]四、調(diào)整裝置的位置，按照步驟三開始新的孔的制造，直到所有的孔制造完成。
[0091]五、等到所有操作完成后，縫合傷口，用酒精擦洗傷口，把兔子放進(jìn)籠子，進(jìn)行飼養(yǎng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適應(yīng)不同壁厚的智能打孔裝置，包括支撐框架，其特征在于，所述支撐框架內(nèi)安裝有: 用于打孔的切割機(jī)構(gòu)； 用于驅(qū)動切割機(jī)構(gòu)沿設(shè)定軌跡運(yùn)動的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)； 用于驅(qū)動切割機(jī)構(gòu)升降的升降機(jī)構(gòu)； 用于檢測切割機(jī)構(gòu)所受壓力的壓力傳感器； 控制器，用于接收壓力傳感器的壓力信號，同時根據(jù)壓力信號對所述切割機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)不同壁厚的智能打孔裝置，其特征在于，所述支撐框架包括: 支撐板，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在該支撐板上； 與所述支撐板固定、用于罩蓋所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的端蓋； 固定在支撐板底部的腳架。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適應(yīng)不同壁厚的智能打孔裝置，其特征在于，所述支撐板上設(shè)有環(huán)形導(dǎo)向槽； 所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括: 通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)底座固定在支撐板上的旋轉(zhuǎn)電機(jī)； 垂直固定在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸上的連桿； 所述切割機(jī)構(gòu)與該連桿可調(diào)節(jié)固定，通過調(diào)節(jié)切割機(jī)構(gòu)與連桿旋轉(zhuǎn)中心間的垂直距離，實(shí)現(xiàn)對待加工孔徑的調(diào)整； 所述連桿兩端分別設(shè)有與所述環(huán)形導(dǎo)向槽配合的圓周頭。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適應(yīng)不同壁厚的智能打孔裝置，其特征在于，所述腳架為均勻設(shè)置在支撐板底部的至少三個，包括: 相互穿套的內(nèi)腳架和外腳架； 設(shè)置在外腳架內(nèi)，用于驅(qū)動外腳架和內(nèi)腳架相對運(yùn)動的驅(qū)動電機(jī)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適應(yīng)不同壁厚的智能打孔裝置，其特征在于，所述升降機(jī)構(gòu)包括: 通過升降電機(jī)外殼與所述連桿可調(diào)節(jié)固定的升降電機(jī)； 所述升降電機(jī)輸出軸通過一支撐座與所述切割機(jī)構(gòu)安裝固定。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適應(yīng)不同壁厚的智能打孔裝置，其特征在于，所述切割機(jī)構(gòu)包括: 與所述支撐座固定的切割電機(jī)外殼； 設(shè)置在切割電機(jī)外殼內(nèi)的切割電機(jī)； 受所述切割電機(jī)驅(qū)動的刀片。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適應(yīng)不同壁厚的智能打孔裝置，其特征在于，所述支撐座包括: 用于與升降電機(jī)輸出軸固定的桿體； 與桿體一體設(shè)置，用于與切割電機(jī)外殼固定的筒體； 所述筒體開口部位設(shè)有內(nèi)翻的環(huán)形的支撐臺階;所述切割電機(jī)外殼頂部設(shè)有用于卡合在所述支撐臺階上的圓臺； 所述壓力傳感器設(shè)置在筒體底部，壓力傳感器與切割電機(jī)外殼之間設(shè)有彈簧。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適應(yīng)不同壁厚的智能打孔裝置，其特征在于，所述支撐座與所述切割電機(jī)外殼之間設(shè)有防止切割電機(jī)外殼相對支撐座轉(zhuǎn)動的周向定位件。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適應(yīng)不同壁厚的智能打孔裝置，其特征在于，所述支撐板底部圍設(shè)有保護(hù)套。10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一權(quán)項(xiàng)所述的適應(yīng)不同壁厚的智能打孔裝置，其特征在于，還包括對所述切割機(jī)構(gòu)進(jìn)行沖洗的供液機(jī)構(gòu)以及對切割機(jī)構(gòu)提供照明的光源。
【文檔編號】A61B17/16GK105902296SQ201610341471
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】賀永, 邵惠鋒, 趙海明, 孫苗, 劉安, 傅建中
【申請人】浙江大學(xué)