一种具备高精度调整功能的智能电动六轴外固定架伸缩杆的制作方法

本发明属于医疗康复矫正领域，涉及一种电动六轴外固定架伸缩杆。

背景技术：

1、随着医疗技术的进步，在骨科治疗领域，外固定已成为一种新兴的治疗手段。其具有其矫正范围大，创伤小，无需二次手术等优点，在一些以内固定方法实施困难的治疗领域已逐步成为一种高优先级的替代方案，由此产生了诸如ilizarov伊式架、六轴空间外固定架、ortho-suv架等诸多类型的外固定架。外固定架通过钢针或克氏针与骨骼固连，提供调整上下的固定环的相对位置关系即可调整与固定环固连的骨段之间的位置关系，从而实现复位和矫正的治疗过程。相比于其他外固定架，六轴空间外固定架在精度、刚度和自由度方面更具优势，且具备更高的自动化可行性。实际治疗过程中，六轴空间外固定架的位姿调整通过调整螺纹杆长度来实现，长度调整需要依照医生经验或者计算机计算输出的调整处方在治疗调整过程中进行实时的缓慢调整，但人为手动调整会出现调整不精准，调整费时费力，无法对所有连杆进行实时调整，无法实现方便快捷，精准安全的调整；

2、目前现有的电动调整结构往往存在伸缩杆本身安装精度较低、调整误差相对较大等问题，同时还存在电机与架子固连导致整体结构较重给患者带来负担、电动结构拆卸困难的缺陷；亟需一种具备高精度调整功能的电动六轴外固定架伸缩杆。

技术实现思路

1、为了克服已有技术的不足，本发明提供了一种具备高精度调整功能的智能电动六轴外固定架伸缩杆，通过高精度容栅传感器进行位移矫正，提高调整精度。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种具备高精度调整功能的智能电动六轴外固定架伸缩杆，包括外固定架伸缩杆组件和用于驱动伸缩杆伸缩的电动组件，所述电动组件与所述外固定架伸缩杆组件连接，所述智能电动六轴外固定架伸缩杆该包括容栅传感器组件和精度控制模块，所述容栅传感器组件结构包括定栅尺和动栅尺，所述定栅尺安装在定栅尺安装座上，所述定栅尺安装座固定在电动组件上且与外固定架伸缩杆平行，所述动栅尺安装在动栅尺安装底座上，所述动栅尺安装底座与外固定架伸缩杆组件联动，所述动栅尺的电信号输出端与所述精度控制模块连接，所述精度控制模块中，用于获取调整目标，获取动栅尺的电信号，并发送调整指令至电动组件，控制外固定架伸缩杆组件调整到目标位置，所述精度控制模块与所述电动组件的控制端连接。

4、进一步，所述容栅传感器组件中，动栅尺相对定栅尺滑动时会引起电容量变化产生交流信号，交流信号通过动栅尺上的信号获取转化单元输出到精度控制模块，所述动栅尺外接独立电源。

5、再进一步，所述精度控制模块中，初次精度校准方法为使得电机编码器和容栅传感器的读数都等同于杆长。

6、所述精度控制模块中，单次调整方法为根据调整目标确定调整方式，接取杆长调整指令后，若调整长度距目标0.5mm以上，电机以电机编码器读数为标准以低速进行杆长调整直至距目标0.5mm；若调整长度距目标0.5mm以下，以容栅传感器读数为标准以缓速调整至距目标-0.02至0.02mm范围。

7、更进一步，所述电动组件为可拆卸电动组件，所述可拆卸电动组件通过合页卡扣机构安装在外固定架伸缩杆组件的刻度套筒上。采用可拆卸电动组件，术后进行拆卸，以便减少患者的负载；当然，也可以采用非可拆卸电动组件。

8、所述可拆卸电动组件包括电机半壳、电机传感器、电机减速器、电机调整齿轮和伸缩杆半壳，所述电机一端依次与电机减速器、电机控制单元连接，所述电机控制单元连接电源和精度控制模块；所述电机另一端连着电机调整齿轮，所述电机调整齿轮与外固定架伸缩杆组件的长度调整齿轮啮合；外固定架伸缩杆组件与所述伸缩杆半壳锁定，所述电机半壳和伸缩杆半壳以支柱合页形式进行连接并以卡扣形式锁定，所述精度控制模块获取调整目标，获取容栅传感器组件数据，并发送调整指令至电机控制单元，控制电机带动电机调整齿轮转动。

9、优选的，所述可拆卸电动组件还包括齿轮端盖，所述齿轮端盖使用螺丝连接在电机半壳上，所述齿轮端盖位于长度调整齿轮的一侧，所述齿轮端盖、电机半壳、伸缩杆半壳相互连接形成用于装配所述长度调节齿轮的限制内部结构。

10、所述外固定架伸缩杆组件的刻度套筒上设计有阶梯轴与可拆卸电动组件中的伸缩杆半壳锁定。

11、所述外固定架伸缩杆组件包括螺纹杆、螺纹杆旋转限制刻度销钉、刻度套筒、长度调整齿轮和虎克铰，所述虎克铰通过螺纹副安装在螺纹杆的一端，所述螺纹杆另一端安装有螺纹杆旋转限制刻度销钉，螺纹杆旋转限制刻度销钉从刻度套筒的u型槽中伸出，用于限制位移以及安装容栅传感器组件；所述刻度套筒末端设置虎克铰；所述长度调整齿轮可转动地安装在刻度套筒上且通过齿轮锁定扣限制轴向移动，快装锁定扣安装在长度调整齿轮的带内螺纹三爪结构上，所述三爪结构与螺纹杆配合。这是外固定架伸缩杆组件的优选实现方案，也可以采用其他实现方案。

12、进一步，所述定栅尺安装板安装在伸缩杆半壳上且与刻度套筒平行，所述动栅尺安装底座与螺纹杆旋转限制刻度销钉锁定，随螺纹杆移动而相对定栅尺滑动，螺纹杆相对于刻度套筒的位移即为动栅尺与定栅尺的位移。

13、优选的，所述长度调整齿轮包括外齿轮和三爪结构，三爪结构内侧有与螺纹杆的外螺纹配合的内螺纹，当快装锁定扣位于长度调整齿轮远端时，三爪锁定，此时外固定架伸缩杆组件的刻度套筒通过长度调整齿轮和齿轮锁定扣与螺纹杆形成滑动丝杠副，螺纹杆末端安装螺纹杆旋转限制刻度销钉用于指示刻度套筒刻度并限制旋转位移；当快装锁定扣位于长度调整齿轮近端时，三爪松开，此时螺纹杆与长度调整齿轮形成移动副，此时可进行伸缩杆长度的快速调整。

14、所述精度控制模块采用电机控制上位机。

15、本发明依照具体情况获取调整目标，通过精度控制模块控制电动组件的电机转动，即可带动与电机固连的电机调整齿轮的转动，通过齿轮传动控制长度调整齿轮转动，再通过滑动丝杠副转换成螺纹杆相对于刻度套筒的位移，容栅传感器组件实时检测调整位置，实现具备高精度调整功能的电动六轴外固定架伸缩杆的整体长度调整。

16、在矫形或复位完成后，即六轴外固定架伸缩杆长度不再需要调整，可以松开电机半壳和伸缩杆半壳之间的卡扣实现可拆卸电动组件和容栅传感器组件的快速拆卸，减少患者在治疗过程中的额外负担。

17、本发明的有益效果主要表现在：1、通过高精度容栅传感器进行位移矫正，提高调整精度，证调整的安全性与稳定性；2、由于采用可拆卸电动组件，能够在术中留出足够的手术空间，并在术后减少患者的负载。

技术特征：

1.一种具备高精度调整功能的智能电动六轴外固定架伸缩杆，包括外固定架伸缩杆组件和用于驱动伸缩杆伸缩的电动组件，所述电动组件与所述外固定架伸缩杆组件连接，其特征在于，所述智能电动六轴外固定架伸缩杆该包括容栅传感器组件和精度控制模块，所述容栅传感器组件结构包括定栅尺和动栅尺，所述定栅尺安装在定栅尺安装座上，所述定栅尺安装座固定在电动组件上且与外固定架伸缩杆平行，所述动栅尺安装在动栅尺安装底座上，所述动栅尺安装底座与外固定架伸缩杆组件联动，所述动栅尺的电信号输出端与所述精度控制模块连接，所述精度控制模块中，用于获取调整目标，获取动栅尺的电信号，并发送调整指令至电动组件，控制外固定架伸缩杆组件调整到目标位置，所述精度控制模块与所述电动组件的控制端连接。

2.如权利要求1所述的一种具备高精度调整功能的智能电动六轴外固定架伸缩杆，其特征在于，所述容栅传感器组件中，动栅尺相对定栅尺滑动时会引起电容量变化产生交流信号，交流信号通过动栅尺上的信号获取转化单元输出到精度控制模块，所述动栅尺外接独立电源。

3.如权利要求1或2所述的一种具备高精度调整功能的智能电动六轴外固定架伸缩杆，其特征在于，所述精度控制模块中，初次精度校准方法为使得电机编码器和容栅传感器的读数都等同于杆长。

4.如权利要求3所述的一种具备高精度调整功能的智能电动六轴外固定架伸缩杆，其特征在于，所述精度控制模块中，单次调整方法为根据调整目标确定调整方式，接取杆长调整指令后，若调整长度距目标0.5mm以上，电机以电机编码器读数为标准以低速进行杆长调整直至距目标0.5mm；若调整长度距目标0.5mm以下，以容栅传感器读数为标准以缓速调整至距目标-0.02至0.02mm范围。

5.如权利要求1或2所述的一种具备高精度调整功能的智能电动六轴外固定架伸缩杆，其特征在于，所述电动组件为可拆卸电动组件，所述可拆卸电动组件通过合页卡扣机构安装在外固定架伸缩杆组件的刻度套筒上。

6.如权利要求5所述的一种具备高精度调整功能的智能电动六轴外固定架伸缩杆，其特征在于，所述可拆卸电动组件包括电机半壳、电机传感器、电机减速器、电机调整齿轮和伸缩杆半壳，所述电机一端依次与电机减速器、电机控制单元连接，所述电机控制单元连接电源和精度控制模块；所述电机另一端连着电机调整齿轮，所述电机调整齿轮与外固定架伸缩杆组件的长度调整齿轮啮合；外固定架伸缩杆组件与所述伸缩杆半壳锁定，所述电机半壳和伸缩杆半壳以支柱合页形式进行连接并以卡扣形式锁定，所述精度控制模块获取调整目标，获取容栅传感器组件数据，并发送调整指令至电机控制单元，控制电机带动电机调整齿轮转动。

7.如权利要求6所述的一种具备高精度调整功能的智能电动六轴外固定架伸缩杆，其特征在于，所述可拆卸电动组件还包括齿轮端盖，所述齿轮端盖使用螺丝连接在电机半壳上，所述齿轮端盖位于长度调整齿轮的一侧，所述齿轮端盖、电机半壳、伸缩杆半壳相互连接形成用于装配所述长度调节齿轮的限制内部结构；

8.如权利要求1或2所述的一种具备高精度调整功能的智能电动六轴外固定架伸缩杆，其特征在于，所述外固定架伸缩杆组件包括螺纹杆、螺纹杆旋转限制刻度销钉、刻度套筒、长度调整齿轮和虎克铰，所述虎克铰通过螺纹副安装在螺纹杆的一端，所述螺纹杆另一端安装有螺纹杆旋转限制刻度销钉，螺纹杆旋转限制刻度销钉从刻度套筒的u型槽中伸出，用于限制位移以及安装容栅传感器组件；所述刻度套筒末端设置虎克铰；所述长度调整齿轮可转动地安装在刻度套筒上且通过齿轮锁定扣限制轴向移动，快装锁定扣安装在长度调整齿轮的带内螺纹三爪结构上，所述三爪结构与螺纹杆配合。

9.如权利要求1或2所述的一种具备高精度调整功能的智能电动六轴外固定架伸缩杆，其特征在于，所述定栅尺安装板安装在伸缩杆半壳上且与刻度套筒平行，所述动栅尺安装底座与螺纹杆旋转限制刻度销钉锁定，随螺纹杆移动而相对定栅尺滑动，螺纹杆相对于刻度套筒的位移即为动栅尺与定栅尺的位移。

10.如权利要求1或2所述的一种具备高精度调整功能的智能电动六轴外固定架伸缩杆，其特征在于，所述长度调整齿轮包括外齿轮和三爪结构，三爪结构内侧有与螺纹杆的外螺纹配合的内螺纹，当快装锁定扣位于长度调整齿轮远端时，三爪锁定，此时外固定架伸缩杆组件的刻度套筒通过长度调整齿轮和齿轮锁定扣与螺纹杆形成滑动丝杠副，螺纹杆末端安装螺纹杆旋转限制刻度销钉用于指示刻度套筒刻度并限制旋转位移；当快装锁定扣位于长度调整齿轮近端时，三爪松开，此时螺纹杆与长度调整齿轮形成移动副，此时可进行伸缩杆长度的快速调整。

技术总结一种具备高精度调整功能的智能电动六轴外固定架伸缩杆，包括外固定架伸缩杆组件和用于驱动伸缩杆伸缩的电动组件，电动组件与外固定架伸缩杆组件连接，容栅传感器组件结构包括定栅尺和动栅尺，定栅尺安装在定栅尺安装座上，定栅尺安装座固定在电动组件上且与外固定架伸缩杆平行，动栅尺安装在动栅尺安装底座上，动栅尺安装底座与外固定架伸缩杆组件联动，动栅尺的电信号输出端与精度控制模块连接，精度控制模块中，用于获取调整目标，获取动栅尺的电信号，并发送调整指令至电动组件，控制外固定架伸缩杆组件调整到目标位置，精度控制模块与电动组件的控制端连接。本发明通过高精度容栅传感器进行位移矫正，提高调整精度。技术研发人员：陈家康,杨庆华,荀一,王志恒受保护的技术使用者：无锡倍达医疗科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13