一种切削机器人的控制装置的制作方法

1.本发明属于手术机器人辅助设备领域，更具体地，涉及一种切削机器人的控制装置。


背景技术：

2.全膝关节置换手术中，为了去除病变骨组织并使剩余骨组织与人工关节尺寸形状匹配，医生需要使用切骨专用摆锯进行切割修形，在最终完成的股骨远端和胫骨近端的外形都由不同位置、不同角度的平面组成。因此，所有的切骨动作可以分为两种：一是确定切骨平面的位置和角度；二是在平面内使用摆锯切割出一个边界可控的平面缝隙。确定切骨平面的工作由个性化导板完成，需要基于导板的基础上辅助切割出边界可控的平面，因此需要一种能够精准控制切削机器人进行切骨动作的设备。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种切削机器人的控制装置，该控制装置通过第一连接件、第二连接件和第三连接件的铰接连接，能够使手术刀在3d打印导板上始终保持在同一平面上进行运动，解决医生难以控制切削平面的问题。
4.为了实现上述目的，本发明提供了一种切削机器人的控制装置，包括：
5.第一连接件，一端用于与3d打印导板连接；
6.第二连接件，一端与所述第一连接件的另一端连接，所述第二连接件的另一端通过第三连接件与手术刀连接，所述第一连接件、所述第二连接件和所述第三连接件的两端均采用铰接连接方式；
7.所述第一连接件、所述第二连接件和所述第三连接件的转动轴线相互平行；
8.所述第一连接件、所述第二连接件、所述第三连接件和所述手术刀之间的转动角度通过控制单元来进行控制。
9.可选地，所述第二连接件与所述第三连接件之间设置有与所述控制单元连接的铰接结构，所述铰接结构包括：
10.连接座，一端设置有第一转动电机，所述第一转动电机的输出端与所述第二连接件的另一端连接；
11.第二转动电机，设置在所述连接座的另一端，所述第二转动电机的输出端与所述第三连接件的一端连接。
12.可选地，所述第一转动电机为双轴转动电机，所述第二连接件的另一端呈u型，所述第一转动电机的两个输出端分别与所述第二连接件的另一端的侧部连接。
13.可选地，所述第二转动电机为双轴转动电机，所述铰接结构与所述第三连接件之间设置有u型连接架，所述u型连接架的侧部分别与所述第二转动电机的两个输出端连接，所述u型连接架的底部与所述第三连接件的一端连接。
14.可选地，所述第一连接件与所述第二连接件和所述第三连接件与所述手术刀之间
分别设置有与所述控制单元连接的单轴舵机。
15.可选地，所述第三连接件包括连接主体和舵机连接板，所述连接主体呈直角三角形结构，所述连接主体的一条直角边与所述u型连接架连接，所述连接主体的另一条直角边与所述舵机连接板为一体成型结构且两者互为垂直关系，所述舵机连接板与所述单轴舵机相互贴合连接，所述单轴舵机的输出端设置在靠近所述连接主体的一端。
16.可选地，所述单轴舵机的输出端的轴线与所述连接主体处于同一平面。
17.可选地，所述单轴舵机通过第四连接件与所述手术刀连接，所述第四连接件呈筒状，所述第四连接件套设在在所述手术刀的中部。
18.可选地，所述第一连接件和所述3d打印导板上之间通过快卸销连接，所述第一连接件的一端与所述3d打印导板的中点连接。
19.可选地，所述第二连接件上开设有多个减重孔。
20.本发明提供了一种切削机器人的控制装置，其有益效果在于：该切削机器人的控制装置在第一连接件与第二连接件和第三连接件与手术刀均采用单轴舵机，在第二连接件与第三连接件之间设置两个转动电机，并通过控制单元进行控制，使手术刀的运动区域能够覆盖整个预设切削区域，并且保证手术刀始终在同一平面上运动，实现高精度转动，减小控制装置的占用空间。
21.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
22.通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
23.图1示出了根据本发明的一个实施例的一种切削机器人的控制装置的结构示意图。
24.附图标记说明：
25.1、第一连接件；2、第二连接件；3、第三连接件；4、3d打印导板；5、手术刀；6、连接座；7、第一转动电机；8、快卸销；9、u型连接架；10、单轴舵机；11、连接主体；12、舵机连接板；13、第四连接件。
具体实施方式
26.下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
27.本发明提供了一种切削机器人的控制装置，包括：
28.第一连接件，一端用于与3d打印导板连接；
29.第二连接件，一端与第一连接件的另一端连接，第二连接件的另一端通过第三连接件与手术刀连接，第一连接件、第二连接件和第三连接件的两端均采用铰接连接方式；
30.第一连接件、第二连接件和第三连接件的转动轴线相互平行；
31.第一连接件、第二连接件、第三连接件和手术刀之间的转动角度通过控制单元来进行控制。
32.具体的，该切削机器人的控制装置设置在3d打印导板与手术刀之间，通过相互铰接的三个连接件和控制单元，能够实现手术刀的运动保持在同一平面上，通过控制单元可以精准控制连接件的转动角度，使手术刀能够达到预设切削区域的任何位置，满足切削需求。
33.可选地，第二连接件与第三连接件之间设置有与控制单元连接的铰接结构，铰接结构包括：
34.连接座，一端设置有第一转动电机，第一转动电机的输出端与第二连接件的另一端连接；
35.第二转动电机，设置在连接座的另一端，第二转动电机的输出端与第三连接件的一端连接。
36.具体的，位于第二连接件与第三连接件之间的传动部分是铰接结构，铰接结构包括第一转动电机、第二转动电机和连接座，两个转动分别设置在连接座的两端，这样使第二连接件和第三连接件相对铰接结构能够分别进行转动，这样能够提高手术刀的移动效率。
37.可选地，第一转动电机为双轴转动电机，第二连接件的另一端呈u型，第一转动电机的两个输出端分别与第二连接件的另一端的侧部连接。
38.具体的，在第一转动电机为双轴转动电机，第二连接件的连接部分位于第一转动电机的两侧，这样第一转动电机实现第二连接件与铰接结构相对转动时，转动动作相对稳定，并且第二连接件相对铰接结构来说，不会沿着转动的轴线方向发生偏移，保证手术刀能够始终保持同一平面上进行移动。
39.可选地，第二转动电机为双轴转动电机，铰接结构与第三连接件之间设置有u型连接架，u型连接架的侧部分别与第二转动电机的两个输出端连接，u型连接架的底部与第三连接件的一端连接。
40.具体的，第二转动电机也采用双轴转动电机，在第二连接件与第三连接件之间实现双轴舵机两轴的转动效果，这样使电机转动轴受力更加均匀，提高该控制装置的使用寿命。
41.可选地，第一连接件与第二连接件和第三连接件与手术刀之间分别设置有与控制单元连接的单轴舵机。
42.具体的，第一连接件与3d打印导板可以作为一个整体，再与第二连接件进行铰接连接，单轴舵机能够满足第二连接件向任何角度进行转动，并且能够提高手术刀的移动稳定性；第三连接件与手术刀之间采用单轴舵机，当手术刀进行周向移动时，无需第二连接件和第三连接件进行转动调整，只需要通过控制单元来对这个单轴舵机进行角度调整，即可实现移动要求，缩短控制调整的时间，尽量减小运动部件的数量，保证手术刀的精度。
43.在一个实施例中，第一转动电机、第二转动电机和单轴舵机均采用uart串行总线的舵机，可以高精度控制舵机转动，同时防止串口浪费，减小机构体积。
44.可选地，第三连接件包括连接主体和舵机连接板，连接主体呈直角三角形结构，连接主体的一条直角边与u型连接架连接，连接主体的另一条直角边与舵机连接板为一体成型结构且两者互为垂直关系，舵机连接板与单轴舵机相互贴合连接，单轴舵机的输出端设
置在靠近连接主体的一端。
45.具体的，第三连接件作为与手术刀连接最近的连接部件，需要保证手术刀的连接强度和移动稳定性，在第三连接件中设置了直角三角形状的连接主体和u型的舵机连接板，在连接主体的中部设置镂空结构，这样能够在降低整体强度的前提下，尽量减小第三连接件的重量，并且将连接主体的一个直角边长度设置成与u型连接架的底部长度相同，这样增加了第三连接件与铰接结构的连接面积；连接主体的另一个直角边的顶部与舵机连接板一体成型，舵机连接板的u型槽内用于放置单轴舵机，舵机连接板的底部用来承托单轴舵机，而单轴舵机的输出端也是设置在单轴舵机的两侧，从舵机连接板的两个侧壁延伸出来，并且将单轴舵机的输出轴设置在靠近连接主体的一侧，这样能够使单轴舵机带动手术刀转动时更加稳定。
46.可选地，单轴舵机的输出端的轴线与连接主体处于同一平面。
47.具体的，当单轴舵机的转动轴轴线与连接主体的中心平面共面时，手术刀的转动重心就会完全落在连接主体上，手术刀移动时更加准确稳定。
48.可选地，单轴舵机通过第四连接件与手术刀连接，第四连接件呈筒状，第四连接件套设在在手术刀的中部。
49.具体的，单轴舵机的输出端设置有第四连接件，第四连接件套设在手术刀的中部，这样该控制装置在带动手术刀移动时，能够保证手术刀的转动角度和移动距离都是通过控制单元发送的控制信号实现的，对手术刀控制更加精准到位。
50.可选地，第一连接件和3d打印导板上之间通过快卸销连接，第一连接件的一端与3d打印导板的中点连接。
51.可选地，第二连接件上开设有多个减重孔。
52.具体的，为了实现轻量化设计和简洁美观，第一连接件、第二连接件和第三连接件分别进行镂空减重处理，减小对铰链结构和单轴舵机的力矩要求，能够更快速准确的移动手术刀进行操作，并保证手术刀的运动能够保持在同一平面上，解决医生难以控制切削平面的问题。
53.实施例
54.如图1所示，本发明提供了一种切削机器人的控制装置，包括：
55.第一连接件1，一端用于与3d打印导板4连接；
56.第二连接件2，一端与第一连接件1的另一端连接，第二连接件2的另一端通过第三连接件3与手术刀5连接，第一连接件1、第二连接件2和第三连接件3的两端均采用铰接连接方式；
57.第一连接件1、第二连接件2和第三连接件3的转动轴线相互平行；
58.第一连接件1、第二连接件2、第三连接件3和手术刀5之间的转动角度通过控制单元来进行控制。
59.在本实施例中，第二连接件2与第三连接件3之间设置有与控制单元连接的铰接结构，铰接结构包括：
60.连接座6，一端设置有第一转动电机7，第一转动电机7的输出端与第二连接件2的另一端连接；
61.第二转动电机，设置在连接座6的另一端，第二转动电机的输出端与第三连接件3
的一端连接。
62.在本实施例中，第一转动电机7为双轴转动电机，第二连接件2的另一端呈u型，第一转动电机7的两个输出端分别与第二连接件2的另一端的侧部连接。
63.在本实施例中，第二转动电机为双轴转动电机，铰接结构与第三连接件3之间设置有u型连接架9，u型连接架9的侧部分别与第二转动电机的两个输出端连接，u型连接架9的底部与第三连接件3的一端连接。
64.在本实施例中，第一连接件1与第二连接件2和第三连接件3与手术刀5之间分别设置有与控制单元连接的单轴舵机10。
65.在本实施例中，第三连接件3包括连接主体11和舵机连接板12，连接主体11呈直角三角形结构，连接主体11的一条直角边与u型连接架9连接，连接主体11的另一条直角边与舵机连接板12为一体成型结构且两者互为垂直关系，舵机连接板12与单轴舵机10相互贴合连接，单轴舵机10的输出端设置在靠近连接主体11的一端。
66.在本实施例中，单轴舵机10的输出端的轴线与连接主体11处于同一平面。
67.在本实施例中，单轴舵机10通过第四连接件13与手术刀5连接，第四连接件13呈筒状，第四连接件13套设在在手术刀5的中部。
68.在本实施例中，第一连接件1和3d打印导板4上之间通过快卸销8连接，第一连接件1的一端与3d打印导板4的中点连接。
69.在本实施例中，第二连接件2上开设有多个减重孔。
70.综上，该切削机器人的控制装置进行平面运动维持测试试验，将3d打印导板4采用台虎钳进行固定，第一连接件1通过快卸销8与3d打印导板4进行连接安装，并使用测力计在垂直方向进行施力；当测力计示数为0.5kg时，手术刀5在z轴上偏差为5mm；当测力计示数为1kg时，手术刀5的z轴上偏差为8mm。由于在实际手术中垂直方向最大受力不会超过本次测试施力，且此次测试中手术刀最大偏移量小于导板缝宽度，可以验证通过该控制装置连接的手术刀运动的平面性良好，满足切削需求。
71.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

技术特征：
1.一种切削机器人的控制装置，其特征在于，包括：第一连接件，一端用于与3d打印导板连接；第二连接件，一端与所述第一连接件的另一端连接，所述第二连接件的另一端通过第三连接件与手术刀连接，所述第一连接件、所述第二连接件和所述第三连接件的两端均采用铰接连接方式；所述第一连接件、所述第二连接件和所述第三连接件的转动轴线相互平行；所述第一连接件、所述第二连接件、所述第三连接件和所述手术刀之间的转动角度通过控制单元来进行控制。2.根据权利要求1所述的切削机器人的控制装置，其特征在于，所述第二连接件与所述第三连接件之间设置有与所述控制单元连接的铰接结构，所述铰接结构包括：连接座，一端设置有第一转动电机，所述第一转动电机的输出端与所述第二连接件的另一端连接；第二转动电机，设置在所述连接座的另一端，所述第二转动电机的输出端与所述第三连接件的一端连接。3.根据权利要求2所述的切削机器人的控制装置，其特征在于，所述第一转动电机为双轴转动电机，所述第二连接件的另一端呈u型，所述第一转动电机的两个输出端分别与所述第二连接件的另一端的侧部连接。4.根据权利要求3所述的切削机器人的控制装置，其特征在于，所述第二转动电机为双轴转动电机，所述铰接结构与所述第三连接件之间设置有u型连接架，所述u型连接架的侧部分别与所述第二转动电机的两个输出端连接，所述u型连接架的底部与所述第三连接件的一端连接。5.根据权利要求4所述的切削机器人的控制装置，其特征在于，所述第一连接件与所述第二连接件和所述第三连接件与所述手术刀之间分别设置有与所述控制单元连接的单轴舵机。6.根据权利要求5所述的切削机器人的控制装置，其特征在于，所述第三连接件包括连接主体和舵机连接板，所述连接主体呈直角三角形结构，所述连接主体的一条直角边与所述u型连接架连接，所述连接主体的另一条直角边与所述舵机连接板为一体成型结构且两者互为垂直关系，所述舵机连接板与所述单轴舵机相互贴合连接，所述单轴舵机的输出端设置在靠近所述连接主体的一端。7.根据权利要求6所述的切削机器人的控制装置，其特征在于，所述单轴舵机的输出端的轴线与所述连接主体处于同一平面。8.根据权利要求6所述的切削机器人的控制装置，其特征在于，所述单轴舵机通过第四连接件与所述手术刀连接，所述第四连接件呈筒状，所述第四连接件套设在在所述手术刀的中部。9.根据权利要求1所述的切削机器人的控制装置，其特征在于，所述第一连接件和所述3d打印导板上之间通过快卸销连接，所述第一连接件的一端与所述3d打印导板的中点连接。10.根据权利要求1所述的切削机器人的控制装置，其特征在于，所述第二连接件上开设有多个减重孔。

技术总结
本发明公开了一种切削机器人的控制装置，涉及手术机器人辅助设备领域，包括：第一连接件，一端用于与3D打印导板连接；第二连接件，一端与第一连接件的另一端连接，第二连接件的另一端通过第三连接件与手术刀连接，第一连接件、第二连接件和第三连接件的两端均采用铰接连接方式；第一连接件、第二连接件和第三连接件的转动轴线相互平行；第一连接件、第二连接件、第三连接件和手术刀之间的转动角度通过控制单元来进行控制；该控制装置通过第一连接件、第二连接件和第三连接件的铰接连接，能够使手术刀在3D打印导板上保持在同一平面上进行运动，解决医生难以控制切削平面的问题。解决医生难以控制切削平面的问题。解决医生难以控制切削平面的问题。


技术研发人员：朱罡 李绪航 孙向民
受保护的技术使用者：北京罗森博特科技有限公司
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/10/7