CN107397590A - 一种用于脊柱手术的机械臂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于脊柱手术的机械臂，所述的机械臂设有固定基座、旋转基座、第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、操作臂、操作装置、转轴，所述的旋转基座设置在固定基座的下部，所述的第一机械臂一端与旋转基座连接、另一端与第二机械臂连接，所述的第二机械臂一端与第一机械臂连接、另一端与第三机械臂连接，所述的第三机械臂一端与第二机械臂连接、另一端与操作臂连接，所述的操作臂一端与第三机械臂连接、另一端与操作装置连接。其优点在于，机械臂各关节保证机械臂的空间运动能力，使其拥有足够的工作半径，可根据需要对各关节进行单独调节或者整体调节，满足手术需要。
Description
技术领域
本发明涉及医疗机器人技术领域，具体地说，是一种用于脊柱手术的机械臂。
背景技术
脊柱外科是以手术为主要方式处理脊柱脊髓疾患的临床学科，由于脊柱的特殊结构和功能，其手术兼具骨科和神经外科的特点。脊柱外科手术除要求术者熟练掌握脊柱的解剖知识外，还要求术者具有很强的空间想象力和空间定位力、稳定的手法和灵敏的手感以及丰富的手术经验。而脊柱手术的学习曲线长、培养难度大，且人为操作难免失误，尤其在疲劳、分心、疏忽时更容易造成操作失误。医生的徒手手术操作中高精度透视定位能力和精细运动操作的欠缺是制约脊柱外科手术操作安全性提高及效率提升的重要瓶颈。得益于机器人精确的空间定位能力、无抖动、无疲劳的精确运动能力以及高运动灵巧度等优点，外科手术机器人技术得以快速发展并全面临床运用。
目前的脊柱手术机器人控制方式多数要求术者遥控机器人或在机器人运动结束配合机器人操作。尽管这些机器人在位置信息层面都可以达到较高的精确度，但由于手术操作力信息的缺失，与“人-机器人”交互方式的欠缺，这些机器人的操作方式刻板单一，一方面导致术者的学习曲线延长，另一方面限制了在复杂手术中的应用范围。例如脊柱手术机器人最典型代表SpineAssist机器人，它在使用时首先用术中透视配准术前CT中规划的置钉方向，通过位置控制机械臂自动运动到位，引导置钉方向，辅助脊柱外科手术中的置钉操作，能够显著提高手术操作的定位精度与手术质量的稳定性。但由于该设备并联机构带来的工作空间、运动灵活度的限制，特别是其使用基于位置指令输入的简单位置控制方法的先天劣势，Renaissance仅能在胸椎及腰椎各类场景辅助脊柱外科手术的置钉操作，无法辅助上颈椎置钉等复杂置钉手术任务，也不能执行脊柱外科手术中更为复杂的切割、复位等操作。
中国发明专利CN201510567721.5，公开日为2016.01.13，公开了一种机械臂，包括滑动部件、第一旋转关节、摆动部件、第二旋转关节，滑动部件、第一旋转关节、摆动部件、第二旋转关节顺次连接，摆动部件包括连杆和拉杆，连杆的两端分别与第一旋转关节、第二旋转关节相连，拉杆的两端分别与所述第一旋转关节和所述第二旋转关节相连，形成四个连接点，四个连接点顺次相连的连线形成平行四边形。该机械臂具有四自由度，能够灵活的调整安装与第二旋转关节上的工具臂的手术指向。但是该机械臂受限于工作空间，无法适用于空间狭小的手术室，且无法进行复杂的切削工作。
中国发明专利CN201410374568.X，公开日为2016.02.10，公开了一种机械臂，包括推车(100)、升降柱(201)、升降柱(202、)旋转机构(300)、机械手(400)，推车(100)与升降柱(202)连接，升降柱(202)与升降柱(201)连接，升降柱(201)与旋转机构(300)连接，旋转机构(300)与机械手(400)连接。通过操作各按钮实现导管机器人各种运动，满足手术过程中所需位置要求，达到最佳舒适的操控效果，提高手术成功率，减小劳动强度，节约人力成本。但是该机械臂占地空间较大，且自由度较低，只能依靠推车移动来改变机械臂操作范围，局限性较大。
因此，亟需一种自由度高，占地空间小，适用于各种手术室环境，便于操作，能够更换手术器械，应对复杂手术操作的机械臂，而目前关于这种机械臂还未见报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种用于脊柱手术的机械臂。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种用于脊柱手术的机械臂，所述的机械臂设有固定基座、旋转基座、第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、操作臂、操作装置、转轴，所述的旋转基座设置在固定基座的下部，所述的第一机械臂一端与旋转基座连接、另一端与第二机械臂连接，所述的第二机械臂一端与第一机械臂连接、另一端与第三机械臂连接，所述的第三机械臂一端与第二机械臂连接、另一端与操作臂连接，所述的操作臂一端与第三机械臂连接、另一端与操作装置连接，所述的转轴分别设置在第一机械臂与旋转基座的连接处、第一机械臂与第二机械臂的连接处、第二机械臂与第三机械臂的连接处；所述的第一机械臂设有肩关节、肘关节，所述的肩关节设置在第一机械臂的近端，所述的肘关节设置在第一机械臂的远端；所述的第二机械臂设有肘关节、小臂关节、腕关节，所述的肘关节设置在第二机械臂的近端，所述的小臂关节设置在第二机械臂的中近端，所述的腕关节设置在第二机械臂的远端；所述的第三机械臂设有腕关节、装配部，所述的腕关节设置在第三机械臂的近端，所述的装配部设置在第三机械臂的远端；所述的操作臂设有连接部，所述的连接部设置在操作臂的近端，所述的操作装置设置在操作臂的远端；所述的操作装置设有放置槽、转轴、轴承、外壳、锁紧装置、编码器，所述的操作装置由内向外分别为放置槽、转轴、轴承、外壳，所述的锁紧装置与编码器连接在一起，共同设置在操作装置的下部；所述的旋转基座与固定基座连接，所述的第一机械臂的肩关节与旋转基座连接，所述的第一机械臂的肘关节与第二机械臂的肘关节连接，所述的第二机械臂的腕关节与第三机械臂的腕关节连接，所述的第三机械臂的装配部与操作臂的连接部连接，所述的操作臂与操作装置连接；所述的机械臂可以进行X轴方向、Y轴方向、Z轴方向旋转。
作为一种优选的技术方案，所述的操作臂还设有第一操作臂、第二操作臂，所述的连接部设置在第一操作臂的近端，所述的第二操作臂设置在第一操作臂的远端，所述的第一操作臂与第二操作臂铰接，所述的操作装置设置在第二操作臂的远端。
作为一种优选的技术方案，所述的操作臂还设有第一操作臂、第二操作臂，所述的连接部与第一操作臂、第二操作臂铰接，所述的操作装置设置分别设置在第一操作臂的远端、第二操作臂的远端。
作为一种优选的技术方案，旋转基座以Z轴方向为中心进行360°旋转，第一机械臂的肩关节以Y轴方向为中心进行180°旋转，第一机械臂的肘关节与第二机械臂的肘关节以Y轴方向为中心进行360°旋转，小臂关节以X轴方向为中心进行360°旋转，第二机械臂的腕关节与第三机械臂的腕关节以Y轴方向为中心进行360°旋转，操作装置的转轴以Z轴方向为中心进行360°旋转。
作为一种优选的技术方案，旋转基座以Z轴方向为中心进行360°旋转，第一机械臂的肩关节以Y轴方向为中心进行180°旋转，第一机械臂的肘关节与第二机械臂的肘关节以Y轴方向为中心进行360°旋转，小臂关节以X轴方向为中心进行360°旋转，第二机械臂的腕关节与第三机械臂的腕关节以Y轴方向为中心进行360°旋转，第二操作臂以Z轴方向为中心进行180°旋转，操作装置的转轴以Z轴方向为中心进行360°旋转。
作为一种优选的技术方案，旋转基座以Z轴方向为中心进行360°旋转，第一机械臂的肩关节以Y轴方向为中心进行180°旋转，第一机械臂的肘关节与第二机械臂的肘关节以Y轴方向为中心进行360°旋转，小臂关节以X轴方向为中心进行360°旋转，第二机械臂的腕关节与第三机械臂的腕关节以Y轴方向为中心进行360°旋转，第一操作臂以Z轴方向为中心进行90°旋转，第二操作臂以Z轴方向为中心进行90°旋转，操作装置的转轴以Z轴方向为中心进行360°旋转。
作为一种优选的技术方案，所述的操作臂与第三机械臂为可拆卸连接。
作为一种优选的技术方案，所述的固定基座、旋转基座、第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂各连接处之间均设有电气结构，所述的电气结构设有控制器、电机、限位器、制动器、传感器，所述的控制器分别与电机、限位器、制动器、传感器通过线缆耦接，各电气结构之间通过线缆耦接，控制器控制电机转动，转轴旋转触碰至限位器时，控制器控制电机停止工作；传感器监测各关节位置。
作为一种优选的技术方案，所述的锁紧装置与编码器的连接方式为齿轮连接，编码器可通过齿轮旋转角度记录转轴的旋转角度。
作为一种优选的技术方案，所述的第三机械臂的装配部、操作臂、操作装置为机械臂的无菌部分，所述的机械臂的其余部分为有菌部分。
本发明优点在于：
1、机械臂各关节保证机械臂的空间运动能力，使其拥有足够的工作半径，可根据需要对各关节进行单独调节或者整体调节，满足手术需要；机械臂具有6个自由度，可满足空间运动的要求；
2、机械臂分为有菌部分和无菌部分，保证机械臂与病人接触的部分为无菌部分，使手术符合卫生要求，使病人免于感染；
3、机械臂可根据需要安装在天花板或者可移动操作台上，可减少机械臂对空间区域大小的要求，适用于各种场合；
4、通过手术电脑对机械臂进行操作，使得手术精细化；
5、可根据手术操作需要更换手术器械，使机械臂可进行切割、置钉等操作；
6、操作臂可由第一操作臂和第二操作臂组成，第一操作臂和第二操作臂之间铰接连接，第二操作臂可绕着铰接处进行180°旋转，扩大的手术半径，提高了机械臂的使用范围；
7、操作臂也可由第一操作臂、第二操作臂组成，第一操作臂、第二操作臂均可单独操作，每个操作臂连接的操作装置可用于放置不同的手术器械，可使机械臂同时在不同的地方进行手术操作，提高手术效率；
8、操作不复杂，术者易掌握操作方式，减轻术者劳动强度，提高手术效率，提高手术成功率。
附图说明
附图1是实施例1的用于脊柱手术的机械臂的示意图。
附图2是用于脊柱手术的机械臂的第一机械臂的示意图。
附图3是用于脊柱手术的机械臂的第二机械臂的示意图。
附图4是用于脊柱手术的机械臂的第三机械臂的示意图。
附图5是实施例1的用于脊柱手术的机械臂的操作臂与操作装置的示意图。
附图6是实施例1的用于脊柱手术的机械臂的操作臂的其他形状示意图。
附图7是用于脊柱手术的机械臂的操作装置的剖视图。
附图8是实施例1的用于脊柱手术的机械臂的各部件装配示意图。
附图9是实施例1的用于脊柱手术的机械臂的旋转方向的示意图。
附图10是用于脊柱手术的机械臂的电气结构的示意图。
附图11是用于脊柱手术的机械臂的使用状态示意图。
附图12是实施例2的用于脊柱手术的机械臂的示意图。
附图13是实施例2的用于脊柱手术的机械臂的操作臂与操作装置的示意图。
附图14是实施例2的用于脊柱手术的机械臂的各部件装配示意图。
附图15是实施例2的用于脊柱手术的机械臂的旋转方向的示意图。
附图16是实施例3的用于脊柱手术的机械臂的示意图。
附图17是实施例3的用于脊柱手术的机械臂的操作臂与操作装置的示意图。
附图18是实施例3的用于脊柱手术的机械臂的各部件装配示意图。
附图19是实施例3的用于脊柱手术的机械臂的旋转方向的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。
附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：
1.固定基座 2.旋转基座
3.第一机械臂 4.第二机械臂
5.第三机械臂 6.操作臂
7.操作装置 8.转轴
31.肩关节 32.肘关节
41.肘关节 42.小臂关节
43.腕关节
51.腕关节 52.装配部
61.连接部 63.第一操作臂
64.第二操作臂
71.放置槽 72.转轴
73.轴承 74.外壳
75.锁紧装置 76.编码器
实施例1
参照图1，图1是本实施例的用于脊柱手术的机械臂的示意图。本实施例的一种用于脊柱手术的机械臂，所述的机械臂设有固定基座1、旋转基座2、第一机械臂3、第二机械臂4、第三机械臂5、操作臂6、操作装置7、转轴8，所述的旋转基座2设置在固定基座1的下部，所述的第一机械臂3一端与旋转基座2连接、另一端与第二机械臂4连接，所述的第二机械臂4一端与第一机械臂3连接、另一端与第三机械臂5连接，所述的第三机械臂5一端与第二机械臂4连接、另一端与操作臂6连接，所述的操作臂6一端与第三机械臂5连接、另一端与操作装置7连接，所述的转轴8分别设置在第一机械臂3与旋转基座2的连接处、第一机械臂3与第二机械臂4的连接处、第二机械臂4与第三机械臂5的连接处。
参照图2，图2是第一机械臂的示意图。所述的第一机械臂3设有肩关节31、肘关节32，所述的肩关节31设置在第一机械臂3的近端，所述的肘关节32设置在第一机械臂3的远端。
参照图3，图3是第二机械臂的示意图。所述的第二机械臂4设有肘关节41、小臂关节42、腕关节43，所述的肘关节41设置在第二机械臂4的近端，所述的小臂关节42设置在第二机械臂4的中近端，所述的腕关节43设置在第二机械臂4的远端。
参照图4，图4是第三机械臂的示意图。所述的第三机械臂5设有腕关节51、装配部52，所述的腕关节51设置在第三机械臂5的近端，所述的装配部52设置在第三机械臂5的远端。
参照图5、7，图5是操作臂与操作装置的示意图，图7是操作装置的剖视图。所述的操作臂6设有连接部61，所述的连接部61设置在操作臂6的近端，所述的操作装置7设置在操作臂6的远端，所述的操作装置7设有放置槽71、转轴72、轴承73、外壳74、锁紧装置75、编码器76，所述的操作装置7由内向外分别放置槽71、转轴72、轴承73、外壳74，所述的锁紧装置75与编码器76连接在一起，共同设置在操作装置7的下部。
需要进一步说明的是，参照图6，图6是操作臂的其他形状的示意图。所述的操作臂6的形状除呈直线型外，还可以是折线型、曲型。
参照图8，图8是各部件的装配图。所述的旋转基座2与固定基座1连接，所述的肩关节31与旋转基座2连接，所述的肘关节32与肘关节41连接，所述的腕关节43与腕关节51连接，所述的装配部52与连接部61连接，所述的操作臂6与操作装置7连接。
参照图9，图9是机械臂的旋转方向的示意图。旋转基座2以Z轴方向为中心进行360°旋转，肩关节31以Y轴方向为中心进行180°旋转，肘关节32与肘关节41以Y轴方向为中心进行360°旋转，小臂关节42以X轴方向为中心进行360°旋转，腕关节43与腕关节51以Y轴方向为中心进行360°旋转，转轴72以Z轴方向为中心进行360°旋转。
需要进一步说明的是，所述的操作臂6与第三机械臂5为可拆卸连接。
参照图10，图10是电气结构的示意图。需要进一步说明的是，所述的固定基座1、旋转基座2、第一机械臂3、第二机械臂4、第三机械臂5各连接处之间均设有电气结构，所述的电气结构设有控制器、电机、限位器、制动器、传感器，所述的控制器分别与电机、限位器、制动器、传感器通过线缆耦接，各电气结构之间通过线缆耦接，控制器控制电机转动，转轴旋转触碰至限位器时，控制器控制电机停止工作；传感器监测各关节位置。
需要进一步说明的是，所述的锁紧装置75与编码器76的连接方式为齿轮连接，编码器76可通过齿轮旋转角度记录转轴72的旋转角度。
需要进一步说明的是，所述的第三机械臂5的装配部52、操作臂6、操作装置7为机械臂的无菌部分，所述的机械臂的其余部分为有菌部分。
参照图11，图11是本实施例的机械臂的使用状态示意图。本实施例的用于脊柱手术的机械臂通过固定底座1倒装在天花板上，或是安装在可移动的操作台上，可使机械臂在各种场景环境下使用；通过不同关节的旋转，可使机械臂拥有较大的工作半径，使机械臂在较大范围内进行手术。
本实施例的用于脊柱手术的机械臂的使用方法为，将机械臂通过固定基座1倒装在天花板上，固定基座内部的控制器通过线缆与手术用电脑进行连接；在手术用电脑上对机械臂进行参数设置，并对机械臂各部件进行调节；将手术器械穿入放置槽71，使手术器械从操作装置7的一端露出；术者根据手术位置的需要，手动旋转手术器械，使操作装置7的转轴72随之运动；调整好角度后，使用锁紧装置75锁定，此时，编码器76根据锁紧装置75的旋转角度，记录手术器械的旋转角度；然后，通过手术用电脑控制机械臂进行手术操作；在手术过程中，可根据手术需要，更换操作臂6，使手术过程中保持无菌状态；在进行不同手术操作时，可对手术器械进行更换，满足切割、复位、置钉等手术。
本实施例的优点在于，机械臂各关节保证机械臂的空间运动能力，使其拥有足够的工作半径，可根据需要对各关节进行单独调节或者整体调节，满足手术需要；机械臂具有6个自由度，可满足空间运动的要求；机械臂分为有菌部分和无菌部分，保证机械臂与病人接触的部分为无菌部分，使手术符合卫生要求，使病人免于感染；机械臂可根据需要安装在天花板或者可移动操作台上，可减少机械臂对空间区域大小的要求，适用于各种场合；通过手术电脑对机械臂进行操作，使得手术精细化；可根据手术操作需要更换手术器械，使机械臂可进行切割、置钉等操作；操作不复杂，术者易掌握操作方式，减轻术者劳动强度，提高手术效率，提高手术成功率。
实施例2
参照图12，图12是本实施例的用于脊柱手术的机械臂的示意图。本实施例的一种用于脊柱手术的机械臂，所述的机械臂设有固定基座1、旋转基座2、第一机械臂3、第二机械臂4、第三机械臂5、操作臂6、操作装置7、转轴8，所述的旋转基座2设置在固定基座1的下部，所述的第一机械臂3一端与旋转基座2连接、另一端与第二机械臂4连接，所述的第二机械臂4一端与第一机械臂3连接、另一端与第三机械臂5连接，所述的第三机械臂5一端与第二机械臂4连接、另一端与操作臂6连接，所述的操作臂6一端与第三机械臂5连接、另一端与操作装置7连接，所述的转轴8分别设置在第一机械臂3与旋转基座2的连接处、第一机械臂3与第二机械臂4的连接处、第二机械臂4与第三机械臂5的连接处。
参照图2，图2是第一机械臂的示意图。所述的第一机械臂3设有肩关节31、肘关节32，所述的肩关节31设置在第一机械臂3的近端，所述的肘关节32设置在第一机械臂3的远端。
参照图3，图3是第二机械臂的示意图。所述的第二机械臂4设有肘关节41、小臂关节42、腕关节43，所述的肘关节41设置在第二机械臂4的近端，所述的小臂关节42设置在第二机械臂4的中近端，所述的腕关节43设置在第二机械臂4的远端。
参照图4，图4是第三机械臂的示意图。所述的第三机械臂5设有腕关节51、装配部52，所述的腕关节51设置在第三机械臂5的近端，所述的装配部52设置在第三机械臂5的远端。
参照图7、图13，图7是操作装置的剖视图，图13是操作臂与操作装置的示意图。所述的操作臂6设有连接部61、第一操作臂62、第二操作臂63，所述的连接部61设置在第一操作臂62的近端，所述的第二操作臂63设置在第一操作臂62的远端，所述的第一操作臂62与第二操作臂63铰接，所述的操作装置7设置在第二操作臂63的远端，所述的操作装置7设有放置槽71、转轴72、轴承73、外壳74、锁紧装置75、编码器76，所述的操作装置7由内向外分别放置槽71、转轴72、轴承73、外壳74，所述的锁紧装置75与编码器76连接在一起，共同设置在操作装置7的下部。
参照图14，图14是各部件的装配图。所述的旋转基座2与固定基座1连接，所述的肩关节31与旋转基座2连接，所述的肘关节32与肘关节41连接，所述的腕关节43与腕关节51连接，所述的装配部52与连接部61连接，所述的第二操作臂63与操作装置7连接。
参照图15，图15是机械臂的旋转方向的示意图。旋转基座2以Z轴方向为中心进行360°旋转，肩关节31以Y轴方向为中心进行180°旋转，肘关节32与肘关节41以Y轴方向为中心进行360°旋转，小臂关节42以X轴方向为中心进行360°旋转，腕关节43与腕关节51以Y轴方向为中心进行360°旋转，第二操作臂63以Z轴方向为中心进行180°旋转，转轴72以Z轴方向为中心进行360°旋转。
需要进一步说明的是，所述的操作臂6与第三机械臂5为可拆卸连接。
参照图10，图10是电气结构的示意图。需要进一步说明的是，所述的固定基座1、旋转基座2、第一机械臂3、第二机械臂4、第三机械臂5各连接处之间均设有电气结构，所述的电气结构设有控制器、电机、限位器、制动器、传感器，所述的控制器分别与电机、限位器、制动器、传感器通过线缆耦接，各电气结构之间通过线缆耦接，控制器控制电机转动，转轴旋转触碰至限位器时，控制器控制电机停止工作；传感器监测各关节位置。
需要进一步说明的是，所述的锁紧装置75与编码器76的连接方式为齿轮连接，编码器76可通过齿轮旋转角度记录转轴72的旋转角度。
需要进一步说明的是，所述的第三机械臂5的装配部52、操作臂6、操作装置7为机械臂的无菌部分，所述的机械臂的其余部分为有菌部分。
本实施例的用于脊柱手术的机械臂的使用方法为，将机械臂通过固定基座1倒装在天花板上，固定基座内部的控制器通过线缆与手术用电脑进行连接；在手术用电脑上对机械臂进行参数设置，并对机械臂各部件进行调节；将手术器械穿入放置槽71，使手术器械从操作装置7的一端露出；术者根据手术位置的需要，手动旋转手术器械，使操作装置7的转轴72随之运动；调整好角度后，使用锁紧装置75锁定，此时，编码器76根据锁紧装置75的旋转角度，记录手术器械的旋转角度；然后根据需要，调节第二操作臂63，使得第二操作臂63与第一操作臂62呈一定角度；然后，通过手术用电脑控制机械臂进行手术操作；在手术过程中，可根据手术需要，更换操作臂6，使手术过程中保持无菌状态；在进行不同手术操作时，可对手术器械进行更换，满足切割、复位、置钉等手术。
本实施例的优点在于，操作臂由第一操作臂和第二操作臂组成，第一操作臂和第二操作臂之间铰接连接，第二操作臂可绕着铰接处进行180°旋转，扩大的手术半径，提高了机械臂的使用范围。
实施例3
参照图16，图16是本实施例的用于脊柱手术的机械臂的示意图。本实施例的一种用于脊柱手术的机械臂，所述的机械臂设有固定基座1、旋转基座2、第一机械臂3、第二机械臂4、第三机械臂5、操作臂6、操作装置7、转轴8，所述的旋转基座2设置在固定基座1的下部，所述的第一机械臂3一端与旋转基座2连接、另一端与第二机械臂4连接，所述的第二机械臂4一端与第一机械臂3连接、另一端与第三机械臂5连接，所述的第三机械臂5一端与第二机械臂4连接、另一端与操作臂6连接，所述的操作臂6一端与第三机械臂5连接、另一端与操作装置7连接，所述的转轴8分别设置在第一机械臂3与旋转基座2的连接处、第一机械臂3与第二机械臂4的连接处、第二机械臂4与第三机械臂5的连接处。
参照图2，图2是第一机械臂的示意图。所述的第一机械臂3设有肩关节31、肘关节32，所述的肩关节31设置在第一机械臂3的近端，所述的肘关节32设置在第一机械臂3的远端。
参照图3，图3是第二机械臂的示意图。所述的第二机械臂4设有肘关节41、小臂关节42、腕关节43，所述的肘关节41设置在第二机械臂4的近端，所述的小臂关节42设置在第二机械臂4的中近端，所述的腕关节43设置在第二机械臂4的远端。
参照图4，图4是第三机械臂的示意图。所述的第三机械臂5设有腕关节51、装配部52，所述的腕关节51设置在第三机械臂5的近端，所述的装配部52设置在第三机械臂5的远端。
参照图7、图17，图7是操作装置的剖视图，图17是操作臂与操作装置的示意图。所述的操作臂6设有连接部61、第一操作臂62、第二操作臂63，所述的连接部61与第一操作臂62、第二操作臂63铰接，所述的操作装置7设置分别设置在第一操作臂62的远端、第二操作臂63的远端，所述的操作装置7设有放置槽71、转轴72、轴承73、外壳74、锁紧装置75、编码器76，所述的操作装置7由内向外分别放置槽71、转轴72、轴承73、外壳74，所述的锁紧装置75与编码器76连接在一起，共同设置在操作装置7的下部。
参照图18，图18是各部件的装配图。所述的旋转基座2与固定基座1连接，所述的肩关节31与旋转基座2连接，所述的肘关节32与肘关节41连接，所述的腕关节43与腕关节51连接，所述的装配部52与连接部61连接，所述操作装置7分别与第一操作臂62、第二操作臂63连接。
参照图19，图19是机械臂的旋转方向的示意图。旋转基座2以Z轴方向为中心进行360°旋转，肩关节31以Y轴方向为中心进行180°旋转，肘关节32与肘关节41以Y轴方向为中心进行360°旋转，小臂关节42以X轴方向为中心进行360°旋转，腕关节43与腕关节51以Y轴方向为中心进行360°旋转，第一操作臂62以Z轴方向为中心进行90°旋转，第二操作臂63以Z轴方向为中心进行90°旋转，转轴72以Z轴方向为中心进行360°旋转。
需要进一步说明的是，所述的操作臂6与第三机械臂5为可拆卸连接。
参照图10，图10是电气结构的示意图。需要进一步说明的是，所述的固定基座1、旋转基座2、第一机械臂3、第二机械臂4、第三机械臂5各连接处之间均设有电气结构，所述的电气结构设有控制器、电机、限位器、制动器、传感器，所述的控制器分别与电机、限位器、制动器、传感器通过线缆耦接，各电气结构之间通过线缆耦接，控制器控制电机转动，转轴旋转触碰至限位器时，控制器控制电机停止工作；传感器监测各关节位置。
需要进一步说明的是，所述的锁紧装置75与编码器76的连接方式为齿轮连接，编码器76可通过齿轮旋转角度记录转轴72的旋转角度。
需要进一步说明的是，所述的第三机械臂5的装配部52、操作臂6、操作装置7为机械臂的无菌部分，所述的机械臂的其余部分为有菌部分。
本实施例的用于脊柱手术的机械臂的使用方法为，将机械臂通过固定基座1倒装在天花板上，固定基座内部的控制器通过线缆与手术用电脑进行连接；在手术用电脑上对机械臂进行参数设置，并对机械臂各部件进行调节；将手术器械穿入放置槽71，使手术器械从操作装置7的一端露出；术者根据手术位置的需要，手动旋转手术器械，使操作装置7的转轴72随之运动；调整好角度后，使用锁紧装置75锁定，此时，编码器76根据锁紧装置75的旋转角度，记录手术器械的旋转角度；然后根据需要，分别调节第一操作臂62、第二操作臂63的角度；然后，通过手术用电脑控制机械臂进行手术操作；在手术过程中，可根据手术需要，更换操作臂6，使手术过程中保持无菌状态；在进行不同手术操作时，可对手术器械进行更换，满足切割、复位、置钉等手术。
本实施例的优点在于，操作臂由第一操作臂、第二操作臂组成，第一操作臂、第二操作臂均可单独操作，每个操作臂连接的操作装置可用于放置不同的手术器械，可使机械臂同时在不同的地方进行手术操作，提高手术效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于脊柱手术的机械臂，其特征在于，所述的机械臂设有固定基座、旋转基座、第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、操作臂、操作装置、转轴，所述的旋转基座设置在固定基座的下部，所述的第一机械臂一端与旋转基座连接、另一端与第二机械臂连接，所述的第二机械臂一端与第一机械臂连接、另一端与第三机械臂连接，所述的第三机械臂一端与第二机械臂连接、另一端与操作臂连接，所述的操作臂一端与第三机械臂连接、另一端与操作装置连接，所述的转轴分别设置在第一机械臂与旋转基座的连接处、第一机械臂与第二机械臂的连接处、第二机械臂与第三机械臂的连接处；所述的第一机械臂设有肩关节、肘关节，所述的肩关节设置在第一机械臂的近端，所述的肘关节设置在第一机械臂的远端；所述的第二机械臂设有肘关节、小臂关节、腕关节，所述的肘关节设置在第二机械臂的近端，所述的小臂关节设置在第二机械臂的中近端，所述的腕关节设置在第二机械臂的远端；所述的第三机械臂设有腕关节、装配部，所述的腕关节设置在第三机械臂的近端，所述的装配部设置在第三机械臂的远端；所述的操作臂设有连接部，所述的连接部设置在操作臂的近端，所述的操作装置设置在操作臂的远端；所述的操作装置设有放置槽、转轴、轴承、外壳、锁紧装置、编码器，所述的操作装置由内向外分别为放置槽、转轴、轴承、外壳，所述的锁紧装置与编码器连接在一起，共同设置在操作装置的下部；所述的旋转基座与固定基座连接，所述的第一机械臂的肩关节与旋转基座连接，所述的第一机械臂的肘关节与第二机械臂的肘关节连接，所述的第二机械臂的腕关节与第三机械臂的腕关节连接，所述的第三机械臂的装配部与操作臂的连接部连接，所述的操作臂与操作装置连接；所述的机械臂可以进行X轴方向、Y轴方向、Z轴方向旋转。
2.根据权利要求1所述的用于脊柱手术的机械臂，其特征在于，所述的操作臂还设有第一操作臂、第二操作臂，所述的连接部设置在第一操作臂的近端，所述的第二操作臂设置在第一操作臂的远端，所述的第一操作臂与第二操作臂铰接，所述的操作装置设置在第二操作臂的远端。
3.根据权利要求1所述的用于脊柱手术的机械臂，其特征在于，所述的操作臂还设有第一操作臂、第二操作臂，所述的连接部与第一操作臂、第二操作臂铰接，所述的操作装置设置分别设置在第一操作臂的远端、第二操作臂的远端。
4.根据权利要求1所述的用于脊柱手术的机械臂，其特征在于，旋转基座以Z轴方向为中心进行360°旋转，第一机械臂的肩关节以Y轴方向为中心进行180°旋转，第一机械臂的肘关节与第二机械臂的肘关节以Y轴方向为中心进行360°旋转，小臂关节以X轴方向为中心进行360°旋转，第二机械臂的腕关节与第三机械臂的腕关节以Y轴方向为中心进行360°旋转，操作装置的转轴以Z轴方向为中心进行360°旋转。
5.根据权利要求2所述的用于脊柱手术的机械臂，其特征在于，旋转基座以Z轴方向为中心进行360°旋转，第一机械臂的肩关节以Y轴方向为中心进行180°旋转，第一机械臂的肘关节与第二机械臂的肘关节以Y轴方向为中心进行360°旋转，小臂关节以X轴方向为中心进行360°旋转，第二机械臂的腕关节与第三机械臂的腕关节以Y轴方向为中心进行360°旋转，第二操作臂以Z轴方向为中心进行180°旋转，操作装置的转轴以Z轴方向为中心进行360°旋转。
6.根据权利要求3所述的用于脊柱手术的机械臂，其特征在于，旋转基座以Z轴方向为中心进行360°旋转，第一机械臂的肩关节以Y轴方向为中心进行180°旋转，第一机械臂的肘关节与第二机械臂的肘关节以Y轴方向为中心进行360°旋转，小臂关节以X轴方向为中心进行360°旋转，第二机械臂的腕关节与第三机械臂的腕关节以Y轴方向为中心进行360°旋转，第一操作臂以Z轴方向为中心进行90°旋转，第二操作臂以Z轴方向为中心进行90°旋转，操作装置的转轴以Z轴方向为中心进行360°旋转。
7.根据权利要求1-6任一所述的用于脊柱手术的机械臂，其特征在于，所述的操作臂与第三机械臂为可拆卸连接。
8.根据权利要求7所述的用于脊柱手术的机械臂，其特征在于，所述的固定基座、旋转基座、第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂各连接处之间均设有电气结构，所述的电气结构设有控制器、电机、限位器、制动器、传感器，所述的控制器分别与电机、限位器、制动器、传感器通过线缆耦接，各电气结构之间通过线缆耦接，控制器控制电机转动，转轴旋转触碰至限位器时，控制器控制电机停止工作；传感器监测各关节位置。
9.根据权利要求8所述的用于脊柱手术的机械臂，其特征在于，所述的锁紧装置与编码器的连接方式为齿轮连接，编码器可通过齿轮旋转角度记录转轴的旋转角度。
10.根据权利要求9所述的用于脊柱手术的机械臂，其特征在于，所述的第三机械臂的装配部、操作臂、操作装置为机械臂的无菌部分，所述的机械臂的其余部分为有菌部分。
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