[發明專利]一種基于信息物理融合的骨折復位機器人系統

在審

• 申請號: 202110403562.0
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113100902A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 楊浩然;蔡翰舉;孫曦;肖龍坤;傅卓鑫;孫昊
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: A61B17/88
• 分類號: A61B17/88;A61B34/20
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

1.一種基于信息物理融合的骨折復位機器人系統，其特征在于：包括工作臺(101)，所述工作臺(101)頂面的后側固定安裝有后立板(102)，所述后立板(102)的上部固定連接基平臺(103)的兩側，所述基平臺(103)通過六個后萬向節(104)轉動連接電推桿(105)的一端，所述電推桿(105)的另一端通過前萬向節(106)轉動連接遠端固定環(107)的后端面，所述遠端固定環(107)的一側固定安裝有遠端標志物(108)，所述遠端固定環(107)前方的工作臺(101)的頂面固定安裝有第一固定架(109)，所述第一固定架(109)的頂部固定安裝有滾輪固定座一(110)和滾輪固定座二(112)，所述滾輪固定座一(110)上對稱轉動安裝有滾輪一(111)，所述滾輪固定座二(112)上對稱轉動安裝有滾輪二(113)，所述滾輪一(111)、滾輪二(113)的內側夾持安裝有轉動環(114)，所述轉動環(114)的后端面固定安裝有連接板(115)，所述連接板(115)的一端開設有調距滑槽(116)，所述連接板(115)的頂端固定安裝有雙目相機(117)，所述轉動環(114)前方的工作臺(101)的頂面固定安裝有第二固定架(118)，所述第二固定架(118)上固定安裝有調高機構(119)，所述調高機構(119)包括下固定架(1191)、梯形絲杠(1192)、轉柄(1193)、導桿(1194)、滑動臺(1195)，所述滑動臺(1195)的頂部通過夾持機構(120)固定安裝有近端固定環(121)，所述近端固定環(121)的一側固定安裝有近端標志物(122)。

2.根據權利要求1所述的一種基于信息物理融合的骨折復位機器人系統，其特征在于：所述遠端標志物(108)、近端標志物(122)朝向雙目相機(117)拍攝端的一面設有ArUco碼。

3.根據權利要求1所述的一種基于信息物理融合的骨折復位機器人系統，其特征在于：所述轉動環(114)上開設有內螺紋通孔，所述連接板(115)通過后端插入調距滑槽(116)中的螺栓固定連接轉動環(114)上的內螺紋通孔。

4.根據權利要求1所述的一種基于信息物理融合的骨折復位機器人系統，其特征在于：所述轉動環(114)為扁平的圓環形結構，所述滾輪一(111)的數量為多個，兩個為一組前后對稱轉動連接轉動環(114)的前后端面，所述滾輪二(113)的數量為多個，三個為一組左右對稱轉動連接轉動環(114)的內外兩側面。

5.根據權利要求1所述的一種基于信息物理融合的骨折復位機器人系統，其特征在于：所述滾輪一(111)、滾輪二(113)為具有彈性的聚氨酯滾輪，所述滾輪固定座一(110)上開設有滑槽一(1101)，所述滾輪固定座二(112)上開設有滑槽二(1121)。

6.根據權利要求1所述的一種基于信息物理融合的骨折復位機器人系統，其特征在于：所述下固定架(1191)的頂側固定連接第二固定架(118)，所述梯形絲杠(1192)的頂端轉動連接下固定架(1191)的內頂面，所述梯形絲杠(1192)的底端轉動貫通下固定架(1191)的底端且固定連接轉柄(1193)，所述導桿(1194)對稱設置在梯形絲杠(1192)的左右兩側且上下兩端固定連接下固定架(1191)的內頂面和內底面，所述滑動臺(1195)的底部開設有螺紋連接梯形絲杠(1192)的內螺紋通孔和滑動連接導桿(1194)的垂直通孔，所述夾持機構(120)固定安裝在滑動臺(1195)的頂面上。

7.根據權利要求1所述的一種基于信息物理融合的骨折復位機器人系統，其特征在于：所述后萬向節(104)的一端固定連接基平臺(103)的前端面，所述后萬向節(104)的另一端固定連接電推桿(105)的缸體底端，所述電推桿(105)的推桿頂端固定連接前萬向節(106)的一端，所述前萬向節(106)的另一端通過螺栓固定連接遠端固定環(107)，所述電推桿(105)、前萬向節(106)的數量均為六個，所述前萬向節(106)繞遠端固定環(107)的軸線環向排列，所述后萬向節(104)繞基平臺(103)的軸線環向排列。

8.根據權利要求1所述的一種基于信息物理融合的骨折復位機器人系統，其特征在于：包括步驟：

S1、將患者的移動骨(遠端骨)與近端骨段分別與遠端固定環(107)及近端固定環(121)通過骨針進行牢固的固定，并將遠端固定環(107)作為機器人動平臺與六個電推桿(105)推桿頂端的前萬向節(106)固定，近端固定環(121)通過夾持機構(120)、調高機構(119)與第一固定架(109)固定；

S2、安裝結束后，拍攝患者骨折部位的X光影像以確定遠端固定環(107)及近端固定環(121)與骨段的位姿關系；

S3、將用于表征骨段位姿的遠端標志物(108)、近端標志物(122)分別固定安裝在遠端固定環(107)和近端固定環(121)上；

S4、調整雙目相機(117)的位置角度，使遠端標志物(108)、近端標志物(122)位于雙目相機(117)合適的視野范圍內，雙目相機(117)通過測量遠端標志物(108)、近端標志物(122)的空間位姿間接獲取骨折骨段的位置和姿態，并根據患者的實際骨折狀態引導控制電推桿(105)的伸縮狀態實施骨折復位手術；

S5、利用可手動調節的線性連桿將遠端固定環(107)與近端固定環(121)相連構成骨外固定架并斷開外遠端固定環(107)、近端固定環(121)與前萬向節(106)、夾持機構(120)的連接，即可完成骨折復位的手術及術后固定。