一种用于骨盆骨折闭合复位的三轴运动并联复位机构的制作方法

本发明是2024102952614的分案申请，涉及医疗设备，具体为一种用于骨盆骨折闭合复位的三轴运动并联复位机构。

背景技术：

1、随着社会进步和交通行业发展，骨盆骨折患者的数量逐年增多，骨盆骨折发生率占全身骨折的3％～8％，致残率高达37％，致死率高达30-60％。传统切开复位手术切口大，出血多，复位效果依赖医生经验。骨盆骨折闭合复位微创手术避免大切口，显著减少出血量，减少并发症，已成为骨盆骨折复位手术的发展趋势。

2、复位手术过程中所需的复位力高达500n,医生徒手复位劳动强度大，复位精度无法保证。机器人辅助骨盆骨折复位相较于医生徒手复位具有操作平稳，精准度高，术中透视少，降低医生的劳动强度等优点，能够提供更高的准确性和安全性。

3、目前，骨折手术机器人的研究主要集中于长骨骨折方面，骨盆骨折复位机器人的相关研究较少。串联骨盆骨折复位机器人主要以六轴机器人为主，六轴机器人刚度低、末端负载较小，无法满足临床要求。并联骨盆骨折复位机器人主要使用ilizarov外架或stewart平台，负载大，但工作空间较小，占用空间大，会影响术中x线片拍摄等操作。串并联骨盆骨折复位机器人主要以串联移动平台为基，并联机构位于串联平台末端控制骨折块姿态，该类机器人直接位于床侧，影响医生操作，并联机构往往体积较大，靠近骨盆会干涉手术操作空间并影响术中x线片拍摄。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于骨盆骨折闭合复位的三轴运动并联复位机构，以解决相关技术中的医生劳动强度大，术中透视多，复位精度低，机器人体积大、载荷小、刚度小的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种用于骨盆骨折闭合复位的三轴运动并联复位机构，其特征在于：该骨盆骨折复位机器人包括患侧骨盆骨折复位机器人和健侧固定装置；其中，

4、所述患侧骨盆骨折复位机器人包括可移动底座、三轴移动装置、三轴旋转装置、复位力检测装置、患侧螺钉把持装置；所述患侧骨盆骨折复位机器人移至患侧，置于手术床旁，偏向患者脚部位置，便于医生术前和术后操作。所述可移动底座与手术床的床旁导轨固连，所述三轴移动装置固定于可移动底座上方，用于骨折块横向和纵向牵拉，使骨折断端分离解锁，及骨折块的三自由度平移复位；所述三轴旋转装置固定于三轴移动装置前方，用于骨折块的三自由度旋转复位；其输出端固定有所述复位力检测装置，复位力检测装置末端与所述患侧螺钉把持装置可拆卸连接，便于手术消毒需要；患侧螺钉把持装置可实现对患侧把持钉的任意位置把持，并与患侧把持钉可拆卸连接，通过上述结构，可实现骨折块六自由度平移和旋转，并实时监测复位力的变化，为复位手术安全提供保障。健侧固定装置可实现对健侧把持钉的任意位置把持，与健侧把持钉可拆卸连接，并与手术床的床旁导轨固连，用于牢固固定健侧半骨盆。患侧骨盆骨折复位机器人、患者、手术床、健侧固定装置连接形成封闭结构，复位力为内力，可提高机器人的承载能力并减轻机器人的整体重量。

5、进一步地，所述三轴旋转装置包括固定环、定限位齿盘、动限位齿盘、第一连接轴、第一轴承、升降螺母、第一旋转驱动安装座、第一旋转驱动、第一联轴器、第二轴承、第一轴承盖、u形架、第二旋转驱动、第二旋转驱动安装座、第二联轴器、第三轴承、第三旋转驱动、第三旋转驱动安装座、第三联轴器、第四轴承，所述固定环套装固定在所述三轴移动装置，所述定限位齿盘固定于固定环下方，所述动限位齿盘固定于所述第一旋转驱动安装座上方，其内部镶嵌有所述第一轴承，所述第一连接轴竖直安装在固定环下方，并从两限位齿盘的中心穿过，第一轴承安装在第一连接轴上，所述升降螺母与第一连接轴下方螺纹连接，用于控制限位齿盘的啮合和脱开，以实现三轴旋转装置的旋转与固定；所述第一旋转驱动固定于第一旋转驱动安装座下方，所述第一联轴器与第一旋转驱动输出端固连，所述第二轴承固定在所述第一轴承盖内，并安装于第一联轴器上，所述第一轴承盖与第一旋转驱动安装座固连，以增强第一联轴器抵抗弯矩的能力；所述u形架与第一联轴器输出端固连，所述第二旋转驱动通过所述第二旋转驱动安装座固定于u形架一臂的前端外侧，所述第二联轴器与第二旋转驱动输出端固连，所述第三轴承固定于u形架两臂的前端内侧，所述第三旋转驱动安装座穿过第三轴承内圈与第二联轴器输出端固连；所述第三旋转驱动安装于第三旋转驱动安装座上，所述第三联轴器与第三旋转驱动输出端固连，所述第四轴承安装于第三联轴器上，以增强第三联轴器抵抗弯矩的能力，所述三轴旋转装置用于实现骨折块的三自由度旋转复位。

6、进一步地，所述可移动底座包括底板、4个万向刹车轮、2个定向刹车轮、4个固定脚杯、机箱、2个直线导轨滑块、2个夹紧座、2个锁紧螺栓、2个锁紧扳手、2个床固定夹具，所述底板向床下延申，以防止患侧骨盆骨折复位机器人侧向倾覆，所述4个万向刹车轮、2个定向刹车轮和4个固定脚杯装在底板下方，用于患侧骨盆骨折复位机器人的移动和固定；所述机箱固定于底板上部，机箱内部用于放置控制器、电源等，顶部用于固定三轴移动装置；所述2个夹紧座固定在机箱顶部，夹紧座上装有所述锁紧螺栓，所述锁紧扳手安装在锁紧螺栓尾部；所述2个直线导轨滑块固定在机箱侧面，直线导轨滑块上固定有所述床固定夹具，床固定夹具与床旁导轨连接，用于患侧骨盆骨折复位机器人的固定，防止患侧机器人术中移动；直线导轨滑块用于实现床固定夹具的升降，以适应手术床的高度，所述夹紧座及锁紧螺栓用于床固定夹具的左右限位和锁紧固定。

7、进一步地，所述三轴移动装置包括第一伺服电机、第一直线模组、第一加强板、第一固定板、第二伺服电机、第二直线模组、第二加强板、第二固定板、第三伺服电机、第三直线模组、第三加强板、第三固定板，所述第一(第二、第三)直线模组固定装有所述第一(第二、第三)伺服电机和第一(第二、第三)固定板，所述第一直线模组固定于所述可移动底座顶部，沿床长轴方向布置，用于实现骨折块沿床长轴移动；所述第二直线模组固定于第一固定板上方，垂直床面方向布置，并利用所述第一加强板加强固定，用于实现骨折块垂直于床面升降；所述第三直线模组固定于第二固定板上，位于第二直线模组前方，沿床短轴方向布置，用于实现骨折块沿床短轴方向移动，所述第二加强板套于第二直线模组上，所述第三加强板套于第三直线模组上，两个加强板均与第二固定板固连,对第三直线模组进行加强固定，上述结构用于实现骨折块的三自由度平移复位。

8、进一步地，所述复位力检测装置包括法兰座、六维力传感器、输出轴，所述法兰座与第三联轴器固连，所述六维传感器固定于法兰座上，其另一端固定有所述输出轴，用于实时监测术中复位力的变化。

9、进一步地，所述患侧螺钉把持装置包括锁紧螺母、把持杆、3个螺钉随意把持机构，所述把持杆把安装于输出轴上，通过所述锁紧螺母快速固定与拆卸，所述螺钉随意把持机构安装于把持杆两侧，用于快速便捷地找到患侧把持钉位置，并进行牢固把持固定。

10、进一步地，所述健侧固定装置包括2个床固定夹具、2个u形支架、4个十字连接件、2个横连杆、4个螺钉随意把持机构，所述床固定夹具悬挂于床旁导轨上，所述u形支架固定于床固定夹具的外侧，所述十字连接件一端固定于u形支架，另一端固定横连杆，所述螺钉随意把持机构安装于横连杆上，用于快速便捷地找到健侧把持钉位置，并进行牢固把持固定。

11、进一步地，所述床固定夹具包括导轨连接件、2个夹紧块、2个锁紧螺栓、2个锁紧扳手，所述锁紧螺栓一端装有所述夹紧块，另一端装有锁紧扳手，与所述导轨连接件通过螺纹连接，导轨连接件悬挂于床旁导轨上，通过锁紧螺栓驱动夹紧块夹紧固定。

12、进一步地，所述螺钉随意把持机构包括旋转固定夹、连杆、套筒、垫片、螺栓、把持钉夹具，所述旋转固定夹一端固定于把持杆上，另一端连接所述连杆，连杆下端装有所述套筒，与所述把持钉夹具旋转连接，利用所述垫片和螺栓进行轴向固定，把持钉夹具对把持钉夹紧固定。

13、与现有技术相比本发明的有益效果是：

14、患侧骨盆骨折复位机器人置于手术床旁，位于患者患侧股骨处，可满足医生术中操作和拍摄x线片的空间需求；利用三轴移动装置实现空间三维移动，三轴旋转装置实现空间三维旋转，三轴旋转装置的轴线相交于一点，类似球副，可实现空间任意转动，机器人灵活性高，工作空间大；三轴旋转装置通过u形架串联，结构紧凑，比传统球副占用空间小，复位时可贴近人体上表面，力臂短，可提供较大的复位力；患侧螺钉把持装置的每个支链具有七个自由度，可实现把持螺钉任意位置把持，并且装置可与骨盆可形成并联机构，每条支链相互约束，控制每个支链的少量自由度，便可将患侧螺钉把持装置和骨盆形成刚体；患侧骨盆骨折复位机器人、患者、手术床、健侧螺钉把持机构连接形成闭环，复位力为内力，可提高机器人的承载能力并减轻机器人的整体重量；本骨盆骨折复位机器人的运动中心为空间虚拟点，位置可根据患者位置和骨折类型调整，为手术提供方便；该机器人可根据手术要求和需要提供单侧和双侧复位操作，能够满足不同体型患者的手术需要。