基于小腔體的植牙鉆孔機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及醫(yī)療外科手術(shù)的鉆孔機械技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于小腔體的植牙鉆孔機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國牙頌畸形的患病率超過60%，固定裝置技術(shù)是最常見的和有效的牙齒修復(fù)矯治方法，但是由于創(chuàng)傷引起的牙齒毀壞，就需要進行牙齒種植，機器人牙齒種植是機器人技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的一個全新的應(yīng)用。
[0003]種植義齒是在口腔缺牙的牙槽骨內(nèi)植入種植體(人工牙根)，待數(shù)月后，骨整合完成，再在人工牙根上裝置義齒。
[0004]牙齒種植過程中，將人工牙根植入到理想的位置是非常重要的，另外，鉆孔的好壞直接決定義齒能否種植成功。傳統(tǒng)的植牙鉆孔過程中，牙科醫(yī)生手持植牙鉆進行鉆孔，這個過程中會出現(xiàn)很多問題。一方面，由于牙醫(yī)手持植牙鉆的穩(wěn)定性太差，鉆孔過程中的手顫會嚴重影響鉆孔的質(zhì)量，所鉆孔的位置(義齒的植入位置)很難精確的控制，只能靠醫(yī)生的經(jīng)驗來決定。另一方面，由于人體的骨質(zhì)密度各異，不管是傳統(tǒng)的植牙手術(shù)還是利用機器人鉆孔植牙，手術(shù)器械對牙床的力度不能量化，這會給病人帶來很大的手術(shù)風(fēng)險。
[0005]機器人技術(shù)是解決上述問題很好的方法，能夠減少人為因素引起的手術(shù)誤差，提高手術(shù)質(zhì)量。國外在植牙機器人領(lǐng)域有了一定的發(fā)展，但還沒有應(yīng)用于臨床實踐中。美國歐道明大學(xué)研究的圖像引導(dǎo)下的植牙機器人是目前為止比較先進的一套機器人，但是還沒有應(yīng)用于臨床實踐中，總體上還處于試驗階段，除去鉆頭的旋轉(zhuǎn)，其鉆孔執(zhí)行器本身沒有自由度，不能夠做彎曲運動，從而限制了整套機器人的靈活性。一方面，人體口腔腔體空間較小，結(jié)構(gòu)因人而異，有些位置機器手很難到達并進行鉆孔操作，而且，該鉆孔機器人靈活性的降低會限制它在其它外科手術(shù)中應(yīng)用。另一方面，該植牙機器人在真正口腔手術(shù)中，視野上會因為末端靈活性的不足而受遮擋，這會使手術(shù)難度加大，影響手術(shù)質(zhì)量。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種基于小腔體的植牙鉆孔機器人，該機器人由于末端的鉆孔執(zhí)行器中增加了一個微調(diào)自由度，大大提高了該機器人的靈活性，從而使該機器人既可以用于小腔體的植牙鉆孔手術(shù)中，又可以應(yīng)用在圖像設(shè)備介入下的其它骨外科手術(shù)鉆孔中，擴大了該機器人的應(yīng)用范圍。
[0007]本實用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種基于小腔體的植牙鉆孔機器人，包括承載底盤、機械臂、夾具、鉆孔執(zhí)行器、控制箱、底盤渦輪箱和驅(qū)動臂座，底盤渦輪箱下部固定在承載底盤上，上部與驅(qū)動臂座連接，驅(qū)動臂座上部設(shè)置有連接孔;所述控制箱通過導(dǎo)線與外部計算機連接，同時固定在底盤渦輪箱上，所述機械臂一端與驅(qū)動臂座上的連接孔連接，另一端與夾具一端相接，夾具的另一端與鉆孔執(zhí)行器連接；
[0008]其特征在于所述鉆孔執(zhí)行器包括醫(yī)用特種無刷馬達、減速器、后軸套、前軸套、機頭殼、鉆頭、小連桿、曲柄、大連桿、后傳動軸、前傳動軸、錐齒輪、一體式齒輪芯軸和十字軸；所述醫(yī)用特種無刷馬達通過減速器與后傳動軸一端連接，后傳動軸的另一端通過十字軸與前傳動軸一端連接，前傳動軸的另一端設(shè)置有錐齒輪，錐齒輪與一體式齒輪芯軸相配合，一體式齒輪芯軸通過圓錐滾子軸承固定在機頭殼內(nèi)，鉆頭插入一體式齒輪芯軸內(nèi)；在前傳動軸和后傳動軸外部分別套有前軸套和后軸套，均通過深溝球軸承將傳動軸與相應(yīng)的軸套連接;在后軸套的下部設(shè)有曲柄，在前軸套和后軸套的連接處設(shè)置有小連桿，且小連桿與前軸套固定連接，曲柄和小連桿之間通過大連桿連接在一起，曲柄、小連桿、大連桿及后軸套共同構(gòu)成一個平行四邊形機構(gòu);該平行四邊形機構(gòu)通過夾具上的步進電機驅(qū)動；
[0009]所述夾具包括夾具本體、緊固螺栓、電機固定塊和電機保持架;所述夾具本體左右兩個側(cè)面上設(shè)有盲孔，通過該盲孔與機械臂的一端連接，在夾具本體中間設(shè)有凹槽，該凹槽用來安放醫(yī)用特種無刷電機，并通過緊固螺栓固定;在夾具本體上，靠近鉆孔執(zhí)行器的端面上設(shè)置有電機固定塊和電機保持架，通過電機固定塊和電機保持架固定步進電機。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型機器人在鉆孔執(zhí)行器的后傳動軸和前傳動軸之間加入了一個十字軸，后軸套上設(shè)置有平行四邊形機構(gòu)，用來傳遞夾具上的步進電機產(chǎn)生的驅(qū)動力，從而通過控制十字軸和平行四邊形機構(gòu)的運動來實現(xiàn)鉆孔執(zhí)行器前端在一定角度范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)動，這個轉(zhuǎn)動自由度的加入，相當(dāng)于增加了一個可使鉆孔執(zhí)行器前端彎曲的微調(diào)機構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)鉆孔執(zhí)行器前端在小腔體內(nèi)的轉(zhuǎn)彎動作，再配合機械臂的運動，進一步擴大了整個機器人運動范圍，大大提高了機器人的靈活性，而且擴大了該機器人的應(yīng)用范圍，可以應(yīng)用于圖像設(shè)備介入下的其它骨外科手術(shù)中；本實用新型機器人在夾具和小機械手臂之間設(shè)置扭矩傳感器，使鉆頭對病人骨組織產(chǎn)生的力得到有效的控制，很好的避免了手術(shù)過程中對骨質(zhì)較差的病人產(chǎn)生的附加傷害;本實用新型機械臂的構(gòu)型符合醫(yī)用機器人的標準，機器人整體上結(jié)構(gòu)緊湊，易于控制，精度高，能夠滿足小腔體鉆孔的需求，提高手術(shù)質(zhì)量。
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型基于小腔體的植牙鉆孔機器人一種實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為本實用新型基于小腔體的植牙鉆孔機器人一種實施例的夾具3的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3為本實用新型基于小腔體的植牙鉆孔機器人一種實施例的鉆孔執(zhí)行器4的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖4為本實用新型基于小腔體的植牙鉆孔機器人一種實施例的鉆孔執(zhí)行器4的部分結(jié)構(gòu)剖面圖。
[0015]圖5為本實用新型基于小腔體的植牙鉆孔機器人一種實施例的機械臂2的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中，1-承載底盤、2-機械臂、3-夾具、4-鉆孔執(zhí)行器、5-控制箱、6_底盤渦輪箱、7_驅(qū)動臂座、21-伺服電機、22-大機械手臂、23-行星減速機、24-小機械手臂、31-夾具本體、32-緊固螺栓、33-電機固定塊、34-電機保持架、401-醫(yī)用特種無刷電機、402-減速器、403-后軸套、404-前軸套、405-機頭殼、406-鉆頭、407-小連桿、408-曲柄、409-大連桿、410-后傳動軸、411-前傳動軸、412-錐齒輪、413-—體式齒輪芯軸、414-十字軸。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合實施例及其附圖進一步詳細解釋本實用新型，但并不以此作為對本申請權(quán)利要求保護范圍的限定。
[0018]本實用新型基于小腔體的植牙鉆孔機器人(簡稱機器人，參見圖1-5)包括承載底盤1、機械臂2、夾具3、鉆孔執(zhí)行器4、控制箱5、底盤渦輪箱6和驅(qū)動臂座7，底盤渦輪箱6下部固定在承載底盤I上，上部與驅(qū)動臂座7連接，驅(qū)動臂座7上部設(shè)置有連接孔;所述控制箱5通過導(dǎo)線與外部計算機連接，同時固定在底盤渦輪箱6上，所述機械臂2—端與驅(qū)動臂座7上的連接孔連接，另一端與夾具3—端相接，夾具3的另一端與鉆孔執(zhí)行器4連接；
[0019]所述鉆孔執(zhí)行器4(參見圖3-4)包括醫(yī)用特種無刷馬達401、減速器402、后軸套403、前軸套404、機頭殼405、鉆頭406、小連桿407、曲柄408、大連桿409、后傳動軸410、前傳動軸411、錐齒輪412、一體式齒輪芯軸413和十字軸414;所述醫(yī)用特種無刷馬達401通過減速器402與后傳動軸410—端連接，后傳動軸410的另一端通過十字軸414與前傳動軸411 一端連接，前傳動軸411的另一端設(shè)置有錐齒輪412，錐齒輪412與一體式齒輪芯軸413相配合，一體式齒輪芯軸通過圓錐滾子軸承固定在機頭殼405內(nèi)，鉆頭406插入一體式齒輪芯軸413內(nèi)，通過后傳動軸、前傳動軸、錐齒輪、一體式齒輪芯軸將醫(yī)用特種無刷馬達401的速度及轉(zhuǎn)矩傳遞給鉆頭406，驅(qū)動鉆頭工作;在前傳動軸411和后傳動軸410外部分別套有前軸套404和后軸套403，均通過深溝球軸承將傳動軸與相應(yīng)的軸套連接;在后軸套403的下部設(shè)有曲柄408，在前軸套404和后軸套403的連接處設(shè)置有小連桿407，且小連桿407與前軸套404固定連接，曲柄和小連桿之間通過大連桿409連接在一起，曲柄408、小連桿407、大連桿409及后軸套403共同構(gòu)成一個平行四邊形機構(gòu)；該平行四邊形機構(gòu)通過夾具3上的步進電機驅(qū)動；當(dāng)十字軸414轉(zhuǎn)動到原點(十字軸跟前軸套和后軸套均同軸心)位置時，平行四邊機構(gòu)的運動，會帶動前軸套404的運動，從而實現(xiàn)鉆孔執(zhí)行器4前端的彎曲運動；
[0020]所述夾具3(