CN113576592B - 一种骨科手术装置及骨科手术机器人*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种骨科手术装置及骨科手术机器人***。其中，骨科手术装置包括骨科手术工具以及两个移动机构，所述两个移动机构分别为骨科手术工具提供不同方向的往复移动变量；所述骨科手术装置还包括解耦机构和骨科手术工具装夹机构；骨科手术工具装夹机构安装所述骨科手术工具，与所述解耦机构连接；所述解耦机构与两个移动机构连接，在所述两个移动机构的共同作用下，使骨科手术工具到达行程范围内的任一点。本发明使得手术操作更简便容易，稳定性更强，精度更高，手术效率提高，减少了徒手操作时医生的苦累和难以控制的手术风险，增加了手术可控性和安全性。本发明骨科手术机器人***包括所述骨科手术装置、控制中心，所述控制中心连接并控制所述骨科手术装置的驱动电机，从而实现更智能化、精度更高的手术控制。

Description

一种骨科手术装置及骨科手术机器人***

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及可用于进行骨科手术中的磨削、切骨等功能的骨科手术装置及骨科手术机器人***。

背景技术

在骨科手术中，手术控制的精准度和稳定性十分重要，其中截骨手术成功的关键在于能否准确按照手术预设计划进行定位操作并且不损害人体神经组织，达到手术治疗目的。

目前仍没有直接应用于骨科手术机器人的智能自动截骨工具。绝大多数情况下依然由医生使用现有的骨科电磨或者超声骨刀，由医生徒手进行操作截骨，对磨削的量或者超声骨刀的切入量控制不好，容易造成神经受损。部分骨科手术机器人的机械臂工具端安装截骨工具，术中采用随动的方式，配合双目视觉导航***，依然需要医生手握截骨工具进行操作，其特点在于截骨工具的把持比较稳定。采用骨科手术机器人把持截骨工具的方式，虽然增加了截骨工具在空间的稳定性，但是依然需要医生手动操控工具，并且需要根据导航***的提示由医生实时进行控制，不够智能，同时医生需要密切关注导航***的提示，医生的工作量也不低。

因此，需要提供一种操作方便简易、精准度高、稳定性强、能够提高手术效率、降低手术伤害的截骨装置，以及可避免手动操作难度和风险的智能的自动截骨***。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作方便简易、精准度高、稳定性强、能够提高手术效率骨科手术装置。

本发明的再一目的在于提供一种操作方便简易、精准度高、稳定性强、能够提高手术效率骨科手术机器人***。

为实现本发明目的，提供以下技术方案：

一种骨科手术装置，包括骨科手术工具以及两个移动机构，所述两个移动机构分别为骨科手术工具提供不同方向的往复移动变量；所述骨科手术装置还包括解耦机构和骨科手术工具装夹机构；骨科手术工具装夹机构安装所述骨科手术工具，与所述解耦机构连接；所述解耦机构与两个移动机构连接，在所述两个移动机构的共同作用下，使骨科手术工具到达行程范围内的任一点。

在一些实施例中，两个移动机构中的一个或两个移动机构包括底座以及安装于底座上的直线电机和移动平台；直线电机包括定子和动子；所述动子连接对应的移动平台，由动子带动移动平台往复直线运动；移动平台与所述解耦机构连接，由移动平台带动解耦机构作相应的直线运动。

在一些实施例中，所述两个移动机构安装于同一底座上；两个移动机构的直线电机安装于同一底座的不同位置；所述底座为一体结构；所述底座为T形或L形或十字形。

在一些实施例中，所述移动机构还包括安装于底座上的直线导轨或交叉滚柱导轨；直线电机动子驱动所述移动平台沿所述直线导轨或交叉滚柱导轨滑动；所述直线导轨上设置有滑块，直线电机的动子与滑块连接；所述移动机构还包括限位开关和限位块，所述限位开关安装于底座上，所述限位块设置于每个移动平台的两端，与对应限位开关相互配合，用于限定对应移动平台的运动行程。所述移动机构还包括光栅尺和读头，所述光栅尺沿对应移动平台的运动行程设置，由读头获取位置信息，两者相互配合检测对应移动平台的位置。

在一些实施例中，所述两个移动机构为横向移动机构、深度移动机构、纵向移动机构中的两种；横向移动机构提供横向的直线往复移动变量；深度移动机构提供深度方向的直线往复移动变量；纵向移动机构沿纵向提供直线往复移动变量。

在一些实施例中，所述解耦机构包括安装座和解耦连接座；所述安装座与所述解耦连接座之间可相对运动地连接；骨科手术工具装夹机构安装于所述安装座上；所述安装座和解耦连接座分别与两个移动机构的移动平台连接，在所述两个移动机构的共同同作用下，解耦机构带动骨科手术工具装夹机构所装夹的骨科手术工具到达行程范围内的预定点。

在一些实施例中，所述解耦机构还包括解耦导轨；所述解耦导轨安装于所述安装座上；所述解耦导轨上设置有滑块，所述解耦连接座与滑块连接，由所述滑块带动解耦连接座与所述解耦导轨相对滑动配合；所述滑块不脱离所述解耦导轨地滑动配合；所述安装座与一个移动机构的移动平台之间可相对运动或固定地连接，所述解耦连接座与另一移动机构中的移动平台之间可相对运动或固定地连接。

在一些实施例中，所述安装座与一个移动机构的移动平台之间可相对滑动地连接，所述一个移动机构的移动平台的正面设置有直线导轨或交叉滚柱导轨；所述安装座安装于所述移动平台的正面，且沿所述直线导轨或交叉滚柱导轨与所述移动平台的正面可往复运动地配合；移动平台的背面连接于所述移动机构的直线电机动子；所述解耦连接座与另一移动机构中的移动平台固定连接。

在一些实施例中，所述骨科手术工具装夹机构包括工具夹套、工具夹座以及传感器；工具夹座与工具夹套共同夹持骨科手术工具；所述传感器安装于解耦机构的安装座与工具夹座之间，用于测量骨科手术工具工作过程中的各个方向的力和力矩。

在一些实施例中，所述工具夹套与工具夹座之间由导向柱连接；所述传感器为六轴传感器，与手术机器人或控制中心连接；移动机构的底座上设置有接口座，用于与手术机器人的机械臂末端工具法兰连接。

本发明提供另一种骨科手术装置，包括骨科手术工具和多个移动机构，所述多个移动机构分别为骨科手术工具提供不同方向的直线往复移动变量，所述多个移动机构中的至少一个移动机构包括移动平台、直线电机、直线导轨或交叉滚柱导轨；直线电机包括定子和动子，移动平台与动子连接由动子驱动沿定子直线往复运动；所述直线导轨或交叉滚柱导轨导向所述移动平台的直线往复运动。

进一步地，所述至少一个移动机构为横向移动机构、深度移动机构或纵向移动机构；横向移动机构提供横向的直线往复移动变量；深度移动机构提供深度方向的直线往复移动变量；纵向移动机构沿纵向提供直线往复移动变量；所述至少一个移动机构包括底座；所述移动机构还包括限位开关和限位块，所述限位开关安装于底座上，所述限位块设置于每个移动平台的两端，与对应限位开关相互配合，用于限定对应移动平台的运动行程。所述移动机构还包括光栅尺和读头，所述光栅尺沿对应移动平台的运动行程设置，由读头获取位置信息，两者相互配合检测对应移动平台的位置。

在一些实施例中，各移动机构包括底座以及安装于底座上的移动平台和动力源，由动力源驱动所述移动平台相对于底座作直线往复移动；各移动机构的移动平台和/或底座之间两两连接，在所述多个移动机构的共同作用下，使骨科手术工具到达行程范围内的任一点；所述骨科手术工具与一个移动机构的移动平台连接。

在一些实施例中，所述骨科手术装置包括骨科手术工具装夹机构；所述骨科手术工具安装于所述骨科手术工具装夹机构中；所述骨科手术工具装夹机构包括工具夹套、工具夹座以及传感器；工具夹座与工具夹套共同夹持骨科手术工具；所述工具夹座连接于所述一个移动机构的移动平台；所述传感器安装于工具夹座，用于测量骨科手术工具工作过程中的各个方向的力和力矩。

本发明还提供一种骨科手术机器人***，包括手术机器人以及骨科手术工具以及如上所述的骨科手术装置安装的骨科手术工具；所述骨科手术装置与手术机器人之间连接。

进一步地，所述骨科手术机器人包括***控制中心，所述骨科手术装置的移动机构包括有驱动电机，所述驱动电机与所述控制中心连接；所述骨科手术装置上设有传感器，所述传感器与所述控制中心连接，所述骨科手术工具上设有视觉***可识别的导航面，所述骨科手术机器人***还包括双目视觉***，所述双目视觉***可识别所述导航面；所述骨科手术装置上设置有接口座，与手术机器人的机械臂末端工具法兰连接。

一些实施方式中，一种骨科手术装置包括依次连接的骨科手术工具、至少两个移动机构，所述至少两个移动机构分别为骨科手术工具提供各自不同方向的直线往复移动变量，所述至少两个移动机构沿所述各自不同方向的所在轴线相互垂直。

一些实施方式中，本发明通过采用可提高控制精度、准确度及稳定性的机械式移动机构，来实现不同方向的直线往复运动变量，通过至少两个所述移动机构提供的相互垂直的直线往复运动变量，实现至少两个方向的骨科手术工具自动移动控制，从而使得手术操作更简便容易，稳定性更强，精度更高，手术效率提高，移动机构所提供的可控的运动变量，减少了徒手操作时医生的苦累和难以控制的手术风险，增加了手术可控性和安全性。

一些实施方式中，所述骨科手术装置包括三个所述移动机构，所述骨科手术工具、所述三个移动机构依次连接，所述三个移动机构分别为骨科手术工具提供各自不同方向的直线往复移动变量，所述三个移动机构分别沿所述各自不同方向的所在轴线两两相互垂直。

一些实施方式中，每个所述移动机构包括驱动电机、滑轨和移动平台，所述移动平台在所述驱动电机的驱动下可沿所述滑轨做直线往复运动，所述骨科手术工具、所述至少两个移动机构依次连接的连接方式是：所述骨科手术工具安装在其中一个移动机构的移动平台上，与所述骨科手术工具连接的移动机构以及其他移动机构分别依次安装在相邻的另一移动机构的移动平台上。

实现所述移动平台在所述驱动电机的驱动下可沿所述滑轨做直线往复运动，可以有多种不同的实施方式，一些实施方式中，所述移动平台与所述滑轨之间安装有交叉滚柱导轨。

一些实施方式中，所述移动机构还包括丝杠组件，所述丝杠组件包括沿滑轨方向设置的滚珠丝杠，以及与所述滚珠丝杠相配合的丝杠螺母，所述移动平台固定在所述丝杠螺母上，所述驱动电机连接并驱动所述滚珠丝杠，使得所述移动平台与滚珠丝杠之间产生直线往复的相对运动。

一些实施方式中，所述骨科手术工具与相连接的移动机构之间还设置有旋转夹持机构，所述旋转夹持机构安装在与骨科手术工具相连接的所述移动机构上，所述骨科手术工具与所述旋转夹持机构相连接。具体一些实施方式中，所述旋转夹持机构包括驱动电机、与所述驱动电机输出相连接的齿轮组，所述齿轮组输出连接所述骨科手术工具。

一些实施方式中，所述骨科手术工具包括电磨头或者超声骨刀。

一些实施方式中，所述骨科手术装置还设有用于实时近距离监控手术部位情况的摄像头。

本发明还提供一种骨科手术机器人***，其包括如上所述的骨科手术装置，以及控制中心，所述骨科手术装置的移动机构包括有驱动电机，所述驱动电机与所述控制中心连接。

一些实施方式中，所述骨科手术装置上设有传感器，所述传感器与所述控制中心连接，所述骨科手术工具上设有视觉***可识别的导航面，该骨科手术机器人***还包括双目视觉***，该双目视觉***可识别所述导航面。

具体的一些实施方式中，所述传感器为六轴传感器，安装在移动机构上。

与现有技术相比较，本发明具有如下所述优点：

本发明通过采用可提高控制精度、准确度及稳定性的机械式移动机构，来实现不同方向的直线往复运动变量，通过至少两个所述移动机构提供的相互垂直的直线往复运动变量，实现至少两个方向的骨科手术工具自动移动控制，从而使得手术操作更简便容易，稳定性更强，精度更高，手术效率提高，移动机构所提供的可控的运动变量，减少了徒手操作时医生的苦累和难以控制的手术风险，增加了手术可控性和安全性。

本发明可用于骨科手术机器人，与骨科手术机器人配合使用，可用于进行骨科手术中的自动磨削、切骨等功能。

附图说明

图1为本发明骨科手术装置实施例一的分解示意图。

图2为本发明骨科手术装置实施例一的侧视图。

图3为本发明骨科手术装置实施例一的立体图。

图4为本发明骨科手术装置实施例二的分解示意图。

图5为本发明骨科手术装置实施例二的侧视图。

图6为本发明骨科手术装置实施例二的立体图。

图7为本发明骨科手术装置实施例三的分解示意图。

图8为本发明骨科手术装置实施例三的侧视图。

图9为本发明骨科手术装置实施例三的立体图。

图10为本发明骨科手术装置实施例四的分解示意图。

图11为本发明骨科手术装置实施例四的侧视图。

图12为本发明骨科手术装置实施例四的立体图。

图13为本发明骨科手术装置实施例五的分解示意图。

图14为本发明骨科手术装置实施例五的侧视图。

图15为本发明骨科手术装置实施例五的立体图。

图16为采用本发明骨科手术装置工作的空间区域示意图之一。

图17为采用本发明骨科手术装置工作的空间区域示意图之二。

图18为采用本发明骨科手术装置工作的平面示意图之一。

图19为采用本发明骨科手术装置工作的平面示意图之二。

图20为本发明骨科手术装置实施例六的立体图。

图21为本发明骨科手术装置实施例六的分解示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

值得注意的是，本发明中所提到的方向用语，例如，“横向”、“纵向”、“深度方向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“侧面”等，仅是参考附加图式的方向，因此，使用的方向用语是为了更好、更清楚地说明及理解本发明，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

为了更详细说明本发明，下面结合附图对本发明提供的骨科手术装置实施例进行具体地描述。

本发明实施例一、二、四的所述骨科手术装置包括骨科手术工具和三个移动机构，所述骨科手术工具、所述三个移动机构依次连接，所述三个移动机构分别为骨科手术工具提供各自不同方向的直线往复移动变量，所述三个移动机构分别沿所述各自不同方向的所在轴线两两相互垂直。所述骨科手术工具、所述三个移动机构依次连接的连接方式是：所述骨科手术工具安装在其中一个移动机构的移动平台上，与所述骨科手术工具连接的移动机构以及其他移动机构分别依次安装在相邻的另一移动机构的移动平台上。实施例三的所述骨科手术装置包括骨科手术工具和两个移动机构，所述两个移动机构分别为骨科手术工具提供各自不同方向的直线往复移动变量，所述两个移动机构沿所述各自不同方向的所在轴线相互垂直。所述骨科手术工具、所述两个移动机构依次连接的连接方式是：所述骨科手术工具安装在其中一个移动机构的移动平台上，与所述骨科手术工具连接的移动机构安装在另一移动机构的移动平台上。额外的，实施例三增加了实时近距离监控手术部位的摄像头实施例五是在实施例一的基础上的替换实施例，具体是将实施例一中的骨科手术工具变为采用超声骨刀。

图1、3、4、6、7、9、10、12中采用工程中使用的右手直角笛卡尔坐标系，按图示定义：X轴的正方向为向右；Y轴的正方向为向前；Z轴的正方向为向下；X为横向，Y为纵向，Z为深度方向。该坐标轴前后左右上下的定义仅是参考附加图式的方向，使用的方向用语是为了更好、更清楚地说明及理解本发明，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1~3，具体实施例一中，所述三个移动机构分别为纵向移动机构100、横向移动机构300和深度移动机构200，分别提供沿纵向、横向、深度方向的直线往复移动变量。在图1坐标轴中，X为横向，Y为纵向、Z为深度方向。纵向、横向、深度三个方向的直线往复移动变量叠加，可以让所述骨科手术工具在一定范围内到达任意点，从而实现骨科手术工具的方便简易、精准度高、稳定性强的手术操作，并能够提高手术效率、降低手术风险。

所述纵向移动机构100包括纵向驱动电机102、安装有纵向滑轨的纵向滑轨安装座101和纵向移动平台103，所述纵向移动平台103在所述纵向驱动电机102的驱动下可沿所述纵向滑轨安装座101做直线往复运动，所述纵向滑轨安装座101上所安装的纵向滑轨在本实施例中采用交叉滚柱导轨（未标示）。所述纵向滑轨安装座101上安装有连接平台503和安装接口座501，通过该安装接口座501可以将所述骨科手术装置安装在手术机器人上，可以按照术前手术规划，对磨削及切削的位置、深度进行精确的控制，减少了人工操作带来的偏差，使得手术精度得到保证。

所述骨科手术装置还设有六轴传感器502，可以精确测量出截骨过程中的各个方向的力和力矩，感测各个维度的移动变量，避免手术事故的发生，提高控制精确度。

所述深度移动机构200包括深度驱动电机202、安装有深度滑轨的深度滑轨安装座201和深度移动平台，所述深度移动平台在所述深度驱动电机202的驱动下可沿所述深度滑轨安装座201做直线往复运动，所述深度滑轨安装座201上所安装的深度滑轨在本实施例中采用交叉滚柱导轨（未标示）。所述深度滑轨安装座201安装在所述纵向移动平台103上。具体的，所述深度滑轨安装座201与所述纵向移动平台103之间通过快拆座105实现可拆卸式安装。作为一种实施例，快拆座105可通过螺丝（手拧螺丝）分别固定于深度滑轨安装座201和所述纵向移动平台103，且分别与深度滑轨安装座201和所述纵向移动平台103卡紧配合。

所述横向移动机构300包括横向驱动电机302、安装有横向滑轨的横向滑轨安装座301和横向移动平台303，所述横向移动平台303在所述横向驱动电机302的驱动下可沿所述横向滑轨安装座301做直线往复运动，所述横向滑轨安装座301上所安装的横向滑轨在本实施例中采用交叉滚柱导轨（未标示）。所述横向滑轨安装座301直接作为所述深度移动机构的所述深度移动平台，安装在所述深度滑轨安装座201上，由所述深度驱动电机202连接驱动。

进一步的，各驱动电机可以通过联轴器联接驱动。

实施例中所述骨科手术工具安装在所述横向移动机构的横向移动平台303上，所述骨科手术工具与相连接的横向移动平台303之间还设置有深度方向推进的旋转夹持机构400，所述旋转夹持机构400安装在与骨科手术工具相连接的所述横向移动平台303上，所述骨科手术工具与所述旋转夹持机构400相连接。所述旋转夹持机构400包括旋转驱动电机401、安装座404、相啮合的主动齿轮402和从动齿轮403，所述驱动电机连接并驱动所述主动齿轮402，所述从动齿轮403的输出连接所述骨科手术工具。进一步的，所述旋转夹持机构400设有手拧快拆螺钉，可以快速的装夹骨科手术工具。

所述骨科手术工具包括由骨科电钻驱动的电磨头601和骨科手术工具安装座602，所述骨科手术工具安装座602与所述旋转夹持机构400连接。所述骨科手术工具安装座602上设有导航面603，可以由视觉***识别，进行实时跟踪。其他实施例中的所述骨科手术工具还可以是超声骨刀。

请结合参阅图16~19，借助本发明骨科手术装置，可以使骨科手术工具获得在纵向、横向、深度三个方向的直线往复移动，三个方向的移动变量叠加，实现可以让所述骨科手术工具在一定范围内到达任意点，如图16和17中针对待手术脊骨700，使用本发明骨科手术装置实现骨科手术工具在该待手术脊骨700的手术部位上三维空间a内的任意点移动，或根据需要，实现在如图18和19中待手术脊骨700的手术部位上平面空间b内的任意点移动，从而实现骨科手术工具的方便简易、精准度高、稳定性强的手术操作，并能够提高手术效率、降低手术风险。

请参阅图4~6，具体实施例二中，所述三个移动机构分别为纵向移动机构110、横向移动机构310和深度移动机构210，分别提供沿纵向、横向、深度方向的直线往复移动变量。在图4坐标轴中，X为横向，Y为纵向、Z为深度方向。纵向、横向、深度三个方向的直线往复移动变量叠加，可以让所述骨科手术工具在一定范围内到达任意点，从而实现骨科手术工具的方便简易、精准度高、稳定性强的手术操作，并能够提高手术效率、降低手术风险。

所述纵向移动机构110包括纵向驱动电机112、安装有纵向滑轨的纵向滑轨安装座111和纵向移动平台115，所述纵向移动机构110还包括纵向丝杠组件，所述纵向丝杠组件包括沿纵向滑轨方向设置的纵向滚珠丝杠114，以及与所述纵向滚珠丝杠114相配合的纵向丝杠螺母113，所述纵向移动平台115固定在所述纵向丝杠螺母113上，所述纵向驱动电机112连接并驱动所述纵向滚珠丝杠114，使得所述纵向移动平台115与纵向滚珠丝杠114之间产生直线往复的相对运动。

所述纵向滑轨安装座111上安装有连接平台513和安装接口座501，通过该安装接口座501可以将所述骨科手术装置安装在手术机器人上，可以按照术前手术规划，对磨削及切削的位置、深度进行精确的控制，减少了人工操作带来的偏差，使得手术精度得到保证。所述骨科手术装置还设有六轴传感器502，可以精确测量出截骨过程中的各个方向的力和力矩，感测各个维度的移动变量，避免手术事故的发生，提高控制精确度。

所述横向移动机构310包括横向驱动电机312、安装有横向滑轨的横向滑轨安装座311和横向移动平台315，所述横向移动机构310还包括横向丝杠组件，所述横向丝杠组件包括沿横向滑轨方向设置的横向滚珠丝杠314，以及与所述滚珠丝杠314相配合的横向丝杠螺母313，所述横向移动平台315固定在所述横向丝杠螺母313上，所述横向驱动电机312连接并驱动所述横向滚珠丝杠314，使得所述横向移动平台315与横向滚珠丝杠314之间产生直线往复的相对运动。所述横向滑轨安装座311安装在所述纵向移动平台115上。

所述深度移动机构210包括深度驱动电机212、安装有深度滑轨的深度滑轨安装座211和深度移动平台213，所述深度移动机构210还包括深度丝杠组件，所述丝杠组件包括沿深度滑轨方向设置的深度滚珠丝杠214，所述深度移动平台213上设有与所述深度滚珠丝杠214相配合的内螺纹，所述深度驱动电机212连接并驱动所述深度滚珠丝杠214，使得所述深度移动平台213与深度滚珠丝杠214之间产生直线往复的相对运动。所述深度滑轨安装座211安装在所述横向移动平台315上。

进一步的，各驱动电机可以通过联轴器联接驱动。

实施例中所述骨科手术工具安装在所述深度移动机构210的深度移动平台213上，所述骨科手术工具与相连接的深度移动平台213之间还设置有旋转夹持机构410，所述旋转夹持机构410安装在与骨科手术工具相连接的所述深度移动平台213上，所述骨科手术工具与所述旋转夹持机构410相连接。所述旋转夹持机构410包括旋转驱动电机411、安装座414、相啮合的主动齿轮412和从动齿轮413，所述驱动电机连接并驱动所述主动齿轮412，所述从动齿轮413的输出连接所述骨科手术工具。进一步的，所述旋转夹持机构410设有手拧快拆螺钉，可以快速的装夹骨科手术工具。

所述骨科手术工具包括由骨科电钻驱动的电磨头601和骨科手术工具安装座602，所述骨科手术工具安装座602与所述旋转夹持机构410连接。所述骨科手术工具安装座602上设有导航面603，可以由视觉***识别，进行实时跟踪。其他实施例中的所述骨科手术工具还可以是超声骨刀。

请参阅图7~9，和实施例一、二不同的是，实施例三中所述骨科手术装置包括依次连接的骨科手术工具和两个移动机构，所述两个移动机构分别为骨科手术工具提供各自不同方向的直线往复移动变量，所述两个移动机构沿所述各自不同方向的所在轴线相互垂直。

具体实施例三中，所述两个移动机构分别为横向移动机构320和深度移动机构220，分别提供沿横向、深度方向的直线往复移动变量。在图7坐标轴中，X为横向，Y为纵向、Z为深度方向。横向、深度两个方向的直线往复移动变量叠加，可以让所述骨科手术工具在一定平面范围内到达任意点，从而实现骨科手术工具的方便简易、精准度高、稳定性强的手术操作，并能够提高手术效率、降低手术风险。

所述横向移动机构320包括横向驱动电机322、安装有横向滑轨的横向滑轨安装座321和横向移动平台325，所述横向移动机构320还包括横向丝杠组件，所述横向丝杠组件包括沿横向滑轨方向设置的横向滚珠丝杠324，以及与所述滚珠丝杠324相配合的横向丝杠螺母323，所述横向移动平台325固定在所述横向丝杠螺母323上，所述横向驱动电机322连接并驱动所述横向滚珠丝杠324，使得所述横向移动平台325与横向滚珠丝杠324之间产生直线往复的相对运动。

所述横向移动机构320上安装有连接平台523和安装接口座501，通过该安装接口座501可以将所述骨科手术装置安装在手术机器人上，可以按照术前手术规划，对磨削及切削的位置、深度进行精确的控制，减少了人工操作带来的偏差，使得手术精度得到保证。所述骨科手术装置还设有六轴传感器502，可以精确测量出截骨过程中的各个方向的力和力矩，感测各个维度的移动变量，避免手术事故的发生，提高控制精确度。

所述深度移动机构220包括深度驱动电机222、安装有深度滑轨的深度滑轨安装座221和深度移动平台223，所述深度移动机构220还包括深度丝杠组件，所述丝杠组件包括沿深度滑轨方向设置的深度滚珠丝杠224，所述深度移动平台223设有与所述深度滚珠丝杠224相配合的内螺纹，所述深度驱动电机222连接并驱动所述深度滚珠丝杠224，使得所述深度移动平台223与深度滚珠丝杠224之间产生直线往复的相对运动。所述深度滑轨安装座221一端安装在所述横向移动平台325上，另一端与固定在连接平台523上的一条导轨326上的滑块327相连接，这种结构能更好的提高深度移动机构220的刚性。

进一步的，各驱动电机可以通过联轴器联接驱动。

实施例中所述骨科手术工具安装在所述深度移动机构220的深度移动平台223上，所述骨科手术工具与相连接的深度移动平台223之间还设置有旋转夹持机构420，所述旋转夹持机构420安装在与骨科手术工具相连接的所述深度移动平台223上，所述骨科手术工具与所述旋转夹持机构420相连接。所述旋转夹持机构420包括旋转驱动电机421、安装座424、相啮合的主动齿轮422和从动齿轮423，所述驱动电机连接并驱动所述主动齿轮422，所述从动齿轮423的输出连接所述骨科手术工具。进一步的，所述旋转夹持机构420设有手拧快拆螺钉，可以快速的装夹骨科手术工具。

所述骨科手术工具包括由骨科电钻驱动的电磨头601和骨科手术工具安装座602，所述骨科手术工具安装座602与所述旋转夹持机构420连接。所述骨科手术工具安装座602上设有导航面603，可以由视觉***识别，进行实时跟踪。其他实施例中的所述骨科手术工具可以是截骨工具或超声骨刀，也可以是其他工具。

此外，横向移动平台325上固定有摄像机328，用于在手术中实时近距离监控手术部位的情况。

请参阅图10~12，具体实施例四中，所述三个移动机构分别为纵向移动机构130、横向移动机构330和深度移动机构230，分别提供沿纵向、横向、深度方向的直线往复移动变量。在图10坐标轴中，X为横向，Y为纵向、Z为深度方向。纵向、横向、深度三个方向的直线往复移动变量叠加，可以让所述骨科手术工具在一定范围内到达任意点，从而实现骨科手术工具的方便简易、精准度高、稳定性强的手术操作，并能够提高手术效率、降低手术风险。

所述横向移动机构330包括横向驱动电机332、安装有横向滑轨的横向滑轨安装座331和横向移动平台335，所述横向移动机构330还包括横向丝杠组件，所述横向丝杠组件包括沿横向滑轨方向设置的横向滚珠丝杠334，以及与所述滚珠丝杠334相配合的横向丝杠螺母333，所述横向移动平台335固定在所述横向丝杠螺母333上，所述横向驱动电机332连接并驱动所述横向滚珠丝杠334，使得所述横向移动平台335与横向滚珠丝杠334之间产生直线往复的相对运动。

所述横向移动机构330上安装有连接平台533和安装接口座501，通过该安装接口座501可以将所述骨科手术装置安装在手术机器人上，可以按照术前手术规划，对磨削及切削的位置、深度进行精确的控制，减少了人工操作带来的偏差，使得手术精度得到保证。所述骨科手术装置还设有六轴传感器502，可以精确测量出截骨过程中的各个方向的力和力矩，感测各个维度的移动变量，避免手术事故的发生，提高控制精确度。

所述深度移动机构230包括深度驱动电机232、安装有深度滑轨的深度滑轨安装座231和深度移动平台235，所述深度移动机构230还包括深度丝杠组件，所述丝杠组件包括沿深度滑轨方向设置的深度滚珠丝杠234，以及与所述深度滚珠丝杠234相配合的深度丝杠螺母233，所述深度移动平台235固定在所述深度丝杠螺母233上，所述深度驱动电机232连接并驱动所述深度滚珠丝杠234，使得所述深度移动平台235与深度滚珠丝杠234之间产生直线往复的相对运动。所述深度滑轨安装座231安装在所述横向移动平台335上。

所述纵向移动机构130包括纵向驱动电机132、安装有纵向滑轨的纵向滑轨安装座131和纵向移动平台135，所述纵向移动机构130还包括纵向丝杠组件，所述纵向丝杠组件包括沿纵向滑轨方向设置的纵向滚珠丝杠134，以及与所述纵向滚珠丝杠134相配合的纵向丝杠螺母133，所述纵向移动平台135固定在所述纵向丝杠螺母133上，所述纵向驱动电机132连接并驱动所述纵向滚珠丝杠134，使得所述纵向移动平台135与纵向滚珠丝杠134之间产生直线往复的相对运动。所述纵向滑轨安装座131安装在所述深度移动平台235上。具体的，所述深度移动平台235具有横向伸出的横肩部（未标示），所述纵向滑轨安装座131安装在所述深度移动平台235的横肩部上。

进一步的，各驱动电机可以通过联轴器联接驱动。

实施例中所述骨科手术工具安装在所述纵向移动机构130的纵向移动平台135上，所述骨科手术工具与相连接的纵向移动平台135之间还设置有旋转夹持机构430，所述旋转夹持机构430安装在与骨科手术工具相连接的所述纵向移动平台135上，所述骨科手术工具与所述旋转夹持机构430相连接。所述旋转夹持机构430包括旋转驱动电机431、安装座434、相啮合的主动齿轮432和从动齿轮433，所述驱动电机连接并驱动所述主动齿轮432，所述从动齿轮433的输出连接所述骨科手术工具。进一步的，所述旋转夹持机构430设有手拧快拆螺钉，可以快速的装夹骨科手术工具。

所述骨科手术工具包括由骨科电钻驱动的电磨头601和骨科手术工具安装座602，所述骨科手术工具安装座602与所述旋转夹持机构430连接。所述骨科手术工具安装座602上设有导航面603，可以由视觉***识别，进行实时跟踪。其他实施例中的所述骨科手术工具还可以是超声骨刀。

如图13~15所示，实施例五与实施例一不同之处在于所采用的骨科手术工具为超声骨刀604。

作为替换实施例，所述骨科手术装置的至少两个移动机构还可以横向移动机构和纵向移动机构组成，或由纵向移动机构和深度移动机构组成。

本发明还提供一种骨科手术机器人***，其包括如上所述任意实施例的骨科手术装置以及手术机器人。骨科手术装置通过安装接口座501将所述截骨装置安装在手术机器人上。骨科手术机器人***包括控制中心，所述骨科手术装置的每个移动机构包括有驱动电机，所述驱动电机与所述控制中心连接，控制中心可以是设置于手术机器人上，或者设置于骨科手术机器人外部的控制台，可进行功能控制以及数据处理。所述骨科手术装置的传感器采用六轴传感器，安装在移动机构上并与所述控制中心电连接和通信连接，所述骨科手术工具上设有视觉***可识别的导航面603，该骨科手术机器人***还包括双目视觉***，该双目视觉***可识别所述导航面。该双目视觉***可以安装在骨科手术装置上，或通过支架放在手术床旁，也可以通过支座固定在手术床上方。控制中心的控制电路通过RSS485或CAN通讯与计算机相连，完成术前规划预定的磨削动作或者切除动作。本发明的骨科手术机器人***，由工具自动完成截骨动作，无需医生操作，医生将精力主要集中于监控整个过程，减轻了医生的劳动强度。

参照图20-21,本发明实施例六的骨科手术装置，包括底座16以及安装在底座16上的深度移动机构1和横向移动机构2，还包括安装于移动机构上的解耦机构3和手术工具装夹机构60。手术工具装夹机构60内安装骨科手术工具（未图示），骨科手术工具可以是磨钻和超声骨刀或其他类型的手术工具。深度移动机构1和横向移动机构2分别提供沿横向和深度方向的直线往复移动变量，使本实施例的解耦机构3可以完成横向和深度两个方向的运动。

骨科手术装置的横向移动机构2包括安装在底座16上的直线电机21、交叉滚柱导轨25、横向光栅尺22、横向读头23、横向读头安装座24、横向限位开关20、以及安装在横向移动平台10上两端的横向限位块9。所述直线电机21的动子28安装在横向移动平台10上，带动所述横向移动平台10沿着所述交叉滚柱导轨25做直线往复运动。直线电机21的定子29位于一对交叉滚柱导轨中间，本实施例中，直线电机采用平板式直线电机或U型槽式直线电机。横向限位开关20安装底座16上，可位于定子29或交叉滚柱导轨25的两侧末端，横向移动平台10的两端设置横向限位块9，分别限位横向移动平台10的直线往复运动的两终点位置，与横向限位开关20配合，以检测横向移动平台10运动到两侧的极限位置。横向限位开关20为位置传感器，检测横向移动平台10的运行位置，通过限位开关的检测信息进一步控制开关直线电机21。

所述骨科手术装置的深度移动机构包括安装在底座16上的直线电机18、直线导轨12、深度光栅尺15、深度读头14、深度读头安装座13、深度限位开关17、以及安装在深度移动平台11上的深度限位块26。所述直线电机18的动子180安装在深度移动平台11上，带动所述深度移动平台11沿着所述直线导轨12做直线往复运动。直线电机18的定子181位于两条直线导轨12中间，直线导轨12上设有滑块，动子180与滑块连接从而形成与直线导轨12的滑动配合。深度限位开关17安装底座16上，可位于定子181或直线导轨12的末端，深度限位开关17的两端设置横向限位块26，分别限位深度移动平台11的直线往复运动的两终点位置，与深度限位开关17配合，以检测深度移动平台11是否运动到两侧的极限位置。深度限位开关17为位置传感器，可通过限位开关的检测信息进一步控制开关直线电机18。

光栅尺22/15安装底座16上且位于直线电机定子或交叉滚柱导轨25/直线导轨12的一侧，读头23/14通过读头安装座24/13安装于移动平台10/11上且位于直线电机定子或交叉滚柱导轨25/直线导轨12的一侧，用于检测动子或移动平台的运动位置。光栅尺22和横向读头23也可由现有技术中的其他位置传感器取代。

本实施例中，横向移动机构和深度移动机构设置在同一底座16（T型或十字形），底座16可以是由两块平板装配成的整体T形或十字形平板，或者是一体成型（不可分开，例如铸件）的T形或十字形平板。接口座19设置于底座16上。本实施中，直线电机18/21、移动平台等设置于底座16的正面，接口座19设置于底座16的背面，与手术机器人连接。横向移动机构和深度移动机构的底座设置于同一块底座16上，且通过直线电机与直线导轨/交叉滚柱导轨配合，省去多块底座之间的边接，省去多个旋转电机及传动机构，直接由动力产生直线进给运动，因此本发明的骨科手术装置结构精度更高、刚度更佳、制造及组装更方便。

所述解耦机3构包括安装座6、解耦导轨7、解耦连接座8以及安装在横向移动平台10上的交叉滚柱导轨27。横向移动平台10上设置有两条交叉滚柱导轨27，与解耦导轨7相互垂直，分别导向解耦机构的横向以及深度方向的直线运动。本实施例中，解耦导轨7为横向直线导轨，一对交叉滚柱导轨27沿深度方向设置。解耦导轨7固定于安装座6上，解耦导轨7上设置有滑块，滑块不脱离导轨7地滑动配合。解耦连接座8一端固定在深度移动平台11上，一端固定在解耦导轨7的滑块上，由滑块带动解耦连接座8在导轨7上横向滑动，且滑块不脱离导轨7，从而通过解耦连接座8固定于深度移动平台11而实现将解耦机构连接于座板16上。安装座6用于安装工具装夹机构60，解耦导轨7固定连接于安装座6上，安装座6的一侧沿横向移动平台10上的交叉滚柱导轨27直线往返运动，具体是在深度方向直线移动。本实施例中，安装座6为平板结构，正面（一侧）用于安装工具装夹机构60，背面与横向移动平台10上的交叉滚柱导轨27滑动配合。解耦机构可以在深度和横向两个移动机构的同时作用下，到达平面上行程范围内的任一点。具体地，横向移动平台10来带动安装座6（从而带动工具装夹机构60）整体横向直线运动，此时解耦导轨7横向直线运动，解耦导轨7通过滑块与解耦连接座8相对滑动，解耦连接座8一端固定于深度移动平台11上，在横向不发生运动。深度移动平台11通过解耦连接座8带动安装座6（从而带动工具装夹机构60）整体在深度方向直线运动，安装座6沿交叉滚柱导轨27在深度方向直线运动。

所述手术工具装夹机构60包括工具夹套61、工具夹座63、导向柱62、传感器接口座64以及六轴传感器65。工具夹套61与工具夹座63通过导向柱62连接并内部夹持手术工具。工具夹座63、传感器接口座64以及六轴传感器65依次安装于解耦机的安装座6上。所述工具装夹机构可以装夹磨钻或超声骨刀，或者装夹其他骨科手术工具。所述六轴传感器5可以精确测量出骨科手术过程中的各个方向的力和力矩，感测各个维度的移动变量，避免手术事故的发生，提高控制精确度。

不同于其他实施例，本实施例的动力源在一个平面而非叠加形式，因此具有结构紧凑，刚性和稳定性极佳的特点。

骨科手术装置通过接口座19与骨科手术机器人的机械臂末端工具法兰连接，构成本发明的骨科手术机器人***。骨科手术机器人设置有控制中心，骨科手术装置的直线电机、传感器及开关等电子部件，与控制中心电连接和通信连接，由控制中心控制进行工作；控制中心也可以设置于手术机器人以及骨科手术装置之外的控制台。手术机器人内设置有控制PCB，与骨科手术装置的电机、传感器等电连接和/或通信连接，与控制中心电连接/通信连接，以进行功能控制和数据信息的处理。骨科手术装置上设有视觉***可识别的导航面，骨科手术装置或手术机器人还包括双目视觉***，该双目视觉***可识别所述导航面。

以上各实施例中的结构可相互组合或替换。

在其他实施例中，本发明的骨科手术装置，可以设置两个或两个以上移动机构，多个移动机构分别为骨科手术工具提供不同方向的直线往复移动变量。多个移动机构中的至少一个移动机构包括移动平台、直线电机、直线导轨或交叉滚柱导轨。直线电机包括定子和动子，移动平台与动子连接由动子驱动沿定子直线往复运动；直线导轨或交叉滚柱导轨导向所述移动平台的直线往复运动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明技术方案上的等效变换均属于本发明保护范围之内。

Claims (11)

1.一种骨科手术装置，用于夹紧骨科手术工具，包括两个移动机构，所述两个移动机构分别为骨科手术工具提供不同方向的往复移动变量；其特征在于，所述骨科手术装置还包括解耦机构和骨科手术工具装夹机构；骨科手术工具装夹机构安装所述骨科手术工具，与所述解耦机构连接；所述解耦机构与两个移动机构连接，在所述两个移动机构的共同作用下，使骨科手术工具到达行程范围内的任一点；

所述解耦机构包括安装座和解耦连接座；

所述安装座与所述解耦连接座之间可相对运动地连接；

骨科手术工具装夹机构安装于所述安装座上；

移动机构包括移动平台；所述安装座和解耦连接座分别与两个移动机构的移动平台连接；

所述两个移动机构为横向移动机构、深度移动机构、纵向移动机构中的两种。

2.如权利要求1所述的骨科手术装置，其特征在于，

两个移动机构中的一个或两个移动机构包括底座以及安装于底座上的直线电机；

直线电机包括定子和动子；

所述动子连接对应的移动平台，由动子带动移动平台往复直线运动；

移动平台与所述解耦机构连接，由移动平台带动解耦机构作相应的直线运动。

3.如权利要求2所述的骨科手术装置，其特征在于，

所述两个移动机构安装于同一底座上；

两个移动机构的直线电机安装于同一底座的不同位置；

所述底座为一体结构；

所述底座为T形或L形或十字形。

4.如权利要求2所述的骨科手术装置，其特征在于，

所述移动机构还包括安装于底座上的直线导轨或交叉滚柱导轨；直线电机动子驱动所述移动平台沿所述直线导轨或交叉滚柱导轨滑动；所述直线导轨上设置有滑块，直线电机的动子与滑块连接；

所述移动机构还包括限位开关和限位块，所述限位开关安装于底座上，所述限位块设置于每个移动平台的两端，与对应限位开关相互配合，用于限定对应移动平台的运动行程；

所述移动机构还包括光栅尺和读头，所述光栅尺沿对应移动平台的运动行程设置，由读头获取位置信息，两者相互配合检测对应移动平台的位置。

5.如权利要求1所述的骨科手术装置，其特征在于，

横向移动机构提供横向的直线往复移动变量；深度移动机构提供深度方向的直线往复移动变量；纵向移动机构沿纵向提供直线往复移动变量。

6.如权利要求1所述的骨科手术装置，其特征在于，

所述解耦机构还包括解耦导轨；所述解耦导轨安装于所述安装座上；所述解耦导轨上设置有滑块，所述解耦连接座与滑块连接，由所述滑块带动解耦连接座与所述解耦导轨相对滑动配合；所述滑块不脱离所述解耦导轨地滑动配合；

所述安装座与一个移动机构的移动平台之间可相对运动或固定地连接，所述解耦连接座与另一移动机构中的移动平台之间可相对运动或固定地连接。

7.如权利要求1所述的骨科手术装置，其特征在于，

所述安装座与一个移动机构的移动平台之间可相对滑动地连接，所述一个移动机构的移动平台的正面设置有直线导轨或交叉滚柱导轨；所述安装座安装于所述移动平台的正面，且沿所述直线导轨或交叉滚柱导轨与所述移动平台的正面可往复运动地配合；移动平台的背面连接于所述移动机构的直线电机动子；

所述解耦连接座与另一移动机构中的移动平台固定连接。

8.如权利要求1所述的骨科手术装置，其特征在于，

所述骨科手术工具装夹机构包括工具夹套、工具夹座以及传感器；工具夹座与工具夹套共同夹持骨科手术工具；所述传感器安装于解耦机构的安装座与工具夹座之间，用于测量骨科手术工具工作过程中的各个方向的力和力矩。

9.如权利要求8所述的骨科手术装置，其特征在于，

所述工具夹套与工具夹座之间由导向柱连接；

所述传感器为六轴传感器，与手术机器人或控制中心连接；

移动机构的底座上设置有接口座，用于与手术机器人的机械臂末端工具法兰连接。

10.一种骨科手术机器人***，包括手术机器人以及权利要求1-9任一项所述的骨科手术装置；所述骨科手术装置与手术机器人之间连接。

11.如权利要求10所述的骨科手术机器人***，其特征在于，

所述骨科手术机器人包括***控制中心，所述骨科手术装置的移动机构包括驱动电机，所述驱动电机与所述控制中心连接；所述骨科手术装置上设有传感器，所述传感器与所述控制中心连接，所述骨科手术工具上设有视觉***可识别的导航面，所述骨科手术机器人***还包括双目视觉***，所述双目视觉***可识别所述导航面；所述骨科手术装置上设置有接口座，与手术机器人的机械臂末端工具法兰连接。

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