一种开颅手术机器人及其系统的制作方法

1.本发明涉及医疗器械技术领域，更具体的说是一种开颅手术机器人及其系统。


背景技术：

2.开颅手术，即通过机械设备打开患者颅骨，从而进行一些非常规治疗。
3.现有的开颅手术中，在切开头皮后，需要通过钻孔设备在颅骨表面钻孔，再通过铣刀铣开颅骨，从而暴露硬脑膜，而现有的开颅设备中，在医生操作钻头对颅骨表面进行钻孔时，需要施加一定压力来保持钻头向下施力，但在钻穿颅骨时，由于阻力突然消失，容易导致医生容易来不及收力，使得钻头继续伸入部分颅骨，从而容易对脑膜造成伤害，引发医疗事故，同时在钻透颅骨后，需要及时停止钻头继续转动，从而避免对头骨内部组织造成伤害，而传统的钻头在停止供电到停止旋转之间存在自然减速时间，导致钻头会在自然减速之间内继续转动一定时间，从而容易对头骨内部组织造成伤害，综上所述，需要一种在钻穿颅骨后能够避免钻头造成伤害，同时具备急停效果的开颅手术机器人及其系统。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种在钻穿颅骨后能够避免钻头造成伤害，同时具备急停效果的开颅手术机器人及其系统。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种开颅手术机器人，包括带有移动滚轮的架体，所述架体通过机械手臂连接有开颅部件，所述开颅部件包括安装座、钻头和套筒，所述套筒一端与机械手臂连接，所述套筒另一端向内延伸形成抵触部，所述套筒套接安装座，所述抵触部用于与安装座一端抵触，所述套筒内设有位移组件，所述位移组件与安装座连接，所述钻头上设有检测组件，所述检测组件在检测到钻穿颅骨后发送信号至位移组件，所述位移组件接收到检测组件发出信号后带动安装座向远离钻头的方向移动，所述安装座内设有驱动机构，所述钻头一端伸入安装座内并与驱动机构连接，所述驱动机构用于带动钻头转动，所述钻头内设有急停机构，所述安装座上设有与急停机构配合的急停组件。
6.作为本发明的进一步改进，所述驱动机构包括驱动电机，所述驱动电机固定安设在安装座上，所述驱动电机输出端固定设有转动圈，所述转动圈外侧周向设有多个伸缩孔，所述伸缩孔内通过弹簧连接有伸缩件，所述钻头靠近安装座的一端设有圆形凹槽并套设转动圈外环，所述圆形凹槽内对应伸缩件设有容纳槽，所述伸缩件在离心力作用下伸出伸缩孔并部分伸入容纳槽内。
7.作为本发明的进一步改进，所述钻头包括铣刀部和钻头部，所述铣刀部包括铣刀头和铣刀杆，所述铣刀头转动设置于安装座内，所述铣刀头一端与驱动机构连接，另一端与铣刀杆连接，所述铣刀杆远离铣刀头的一端设有连接孔，所述钻头部靠近铣刀杆的一端设有第二连接杆，所述第二连接杆外壁设有定位件，所述连接孔内对应定位件位置沿长度方向设有定位槽。
8.作为本发明的进一步改进，所述连接孔内设有l形槽，所述l形槽设置于定位槽上方，所述l形槽一端与定位槽一端连通，所述定位件移动至l形槽靠近安装座的一端时，所述钻头部与铣刀杆远离铣刀头的一面抵触，所述急停机构包括抵触杆和联动机构，所述抵触杆一端与联动机构连接，另一端环绕有复位弹簧并伸入l形槽内用于与定位件上端面抵触，所述定位件与抵触杆一端抵触并带动抵触杆移动，所述铣刀头侧面设有开口，所述开口处设有抵触件，所述联动机构与抵触件连接，所述抵触杆上下移动通过联动组件带动抵触件收回或伸出开口，所述急停组件为安装座对应开口位置周向设置的多个卡接槽，多个所述卡接槽用于与抵触件卡接实现急停。
9.作为本发明的进一步改进，所述联动组件包括驱动杆和齿轮，所述铣刀头内设有容纳空腔，所述齿轮转动设置于容纳空腔内，所述l形槽远离定位槽的一端与容纳空腔连通，所述抵触杆远离l形槽的一端侧面沿长度方向设有第一齿条，所述第一齿条用于与齿轮啮合，所述驱动杆一端与抵触块连接，另一端设有第二齿条并与齿轮啮合，所述齿轮转动带动驱动杆向开口方向移动。
10.作为本发明的进一步改进，所述位移机构包括控制泵体和导向柱，所述导向柱沿套筒长度方向设置并与抵触部连接，所述导向柱包括固定杆和第一连接杆，所述固定杆两端分别与抵触部和套筒远离抵触部的一端连接，所述第一连接杆套设固定杆并沿固定杆长度方向移动，所述第一连接杆穿过安装座并与安装座固定连接，所述控制泵体设置于套筒远离钻头的一端，所述控制泵体输出端与第一连接杆连接并带动第一连接杆移动。
11.作为本发明的进一步改进，所述套筒远离机械手臂的一端设有隔离板，所述隔离板为环形并围绕钻头形成隔离空间，所述套筒对应隔离板沿套筒长度方向设有伸缩槽，所述隔离板一端伸入伸缩槽并在伸缩槽内伸缩，所述抵触部内设有吸附空腔，所述抵触部远离机械手臂的一端环绕钻头设有多个与吸附空腔连通的吸附口，所述架体内设有风机并通过吸附管道与吸附空腔连通。
12.作为本发明的进一步改进，所述钻头上外侧沿螺纹旋向反向设有收集通达，所述收集通道呈螺纹状沿钻头长度方向设置。
13.作为本发明的进一步改进，所述隔离板侧面设有观察开口。
14.一种机器人系统，包括上述的一种开颅手术机器人，还包括有控制中心、电机控制单元、泵体控制单元、风机单元和检测单元，所述控制中心与电机控制单元、泵体控制单元、风机单元和检测单元通讯连接，所述电机控制单元和泵体控制单元分别通过导线和驱动机构和位移组件连接，所述电机控制单元和泵体控制单元并分别用于控制驱动机构和位移组件运动，所述风机单元与风机电性连接并控制风机运动，所述检测单元与检测组件通讯连接，所述检测组件在检测到钻穿颅骨后通过检测单元发送信号至控制中心，所述控制中心接收检测单元信号并控制驱动机构和位移组件运动。
15.本发明的有益效果：通过急停机构的设置能够对钻头进行急停，从而避免钻头减速过程中对组织造成伤害，同时通过位移组件设置使得安装座具备一定位移功能，从而在钻穿颅骨后能够进行位移，从而便于医生反应收力，从而避免医疗事故发生，通过齿轮的设置能够保证驱动杆移动稳定，同时实现联动效果，从而优化结构，同时通过位移组件能够避免急停时钻头部在l形槽内移动对组织造成伤害，同时抵触块和卡接槽的设置使得抵触块主要受到横向剪切力，避免受沿驱动杆长度方向的力导致驱动杆回移，通过铣刀杆和钻头
部的拆卸连接实现多用功能，即拆除钻头部可通过铣刀杆进行铣削。
附图说明
16.图1为本发明整体示意图；
17.图2为本发明套管安装第一剖视图；
18.图3为本发明驱动机构和钻头安装示意图；
19.图4为本发明套管安装第二剖视图；
20.图5为本发明钻头部示意图；
21.图6为本发明急停机构示意图；
22.图7为本发明联动组件安装示意图；
23.图8为本发明隔离板示意图；
24.图9为本发明钻头示意图；
25.图10为本发明系统示意图。
26.附图标记：1、架体；2、机械手臂；3、开颅部件；4、安装座；5、钻头；6、套筒；7、抵触部；8、位移组件；9、驱动机构；10、急停机构；11、驱动电机；12、转动圈；13、伸缩孔；14、伸缩件；15、容纳槽；16、抵触杆；17、圆形凹槽；18、驱动杆；19、铣刀头；20、铣刀杆；21、连接孔；22、第二连接杆；23、定位件；24、定位槽；25、l形槽；26、容纳空腔；27、钻头部；28、齿轮；29、开口；30、卡接槽；31、导向柱；32、固定杆；33、第一连接杆；34、隔离板；35、隔离空间；36、伸缩槽；37、吸附空腔；38、吸附口；39、收集通道；40、观察开口；41、控制中心；42、电机控制单元；43、泵体控制单元；44、风机单元；45、检测单元；46、控制泵体。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。
28.如图1-10所示，一种开颅手术机器人，包括架体1，所述架体1底部带有移动滚轮，所述架体1上连接有机械手臂2，所述机械手臂2自由端连接有开颅部件3，在本实施例中，所述机械手臂2为现有技术中任意一种具备5自由度的机械臂，所述开颅部件3包括安装座4、钻头5和套筒6，所述套筒6一端与机械手臂2连接，所述套筒6远离机械手臂2的一端向内延伸形成抵触部7，所述套筒6套接安装座4，所述抵触部7用于与安装座4一端抵触，所述套筒6内设有与安装座4连接的位移组件8，所述钻头5上设有检测组件，所述检测组件在检测到钻穿颅骨后发送信号至位移组件8，所述位移组件8接收到检测组件发出信号后带动安装座4向远离钻头5的方向移动，所述安装座4内设有驱动机构9，所述驱动机构9与钻头5伸入安装座4的一端连接并用于带动钻头5转动，所述钻头5内设有急停机构10，所述安装座4上设有急停组件，所述急停组件与急停机构10配合实现急停，在使用时，通过检测组件检测是否钻穿颅骨，当钻穿颅骨后，驱动机构9停止运动，进一步急停机构10运动与急停组件配合实现急停，同时通过位移组件8带动安装座4向远离钻头5远离颅骨移动，通过急停机构10的设置能够对钻头5进行急停，从而避免钻头5减速过程中对组织造成伤害，同时通过位移组件8设置使得安装座4具备一定位移功能，从而在钻穿颅骨后能够进行位移，从而便于医生反应收力，从而避免医疗事故发生。
29.优选的，所述驱动机构9包括驱动电机11，所述驱动电机11与安装座4固定连接，所述驱动电机11输出端固定设有转动圈12，所述转动圈12外侧周向设有多个伸缩孔13，所述伸缩孔13内设有伸缩件14和弹簧，所述弹簧一端与伸缩孔底部连接，另一端与伸缩件14一端连接，所述弹簧用于保持伸缩件14收拢回伸缩孔13内，所述钻头5靠近安装座4的一端设有圆形凹槽17，所述转动圈12转动设置于圆形凹槽17内并与圆形凹槽17套接，所述圆形凹槽17内对应伸缩件14设有容纳槽15，所述伸缩件14远离弹簧的一端在离心力作用下伸出伸缩孔13并部分伸入容纳槽15内，在使用时，当驱动电机11转动后，通过离心力带动伸缩件14从伸缩孔13中伸出并部分伸入容纳槽15中，从而带动钻头5进行转动，同时当驱动电机11停止转动后，伸缩件14通过弹簧的弹力从容纳槽15中分离，从而实现驱动机构9与钻头5的分离，从而便于钻头5急停，同时能够避免在钻头5进行急停造成驱动电机11损坏的风险。
30.优选的，所述钻头5包括钻头部27和由铣刀头19和铣刀杆20组成的铣刀部，所述铣刀头19转动设置于安装座4内，所述铣刀头19两端分别与驱动机构9和铣刀杆20连接，所述铣刀杆20一端设有连接孔21，所述连接孔21设置于远离铣刀头19的一端，所述钻头部27靠近铣刀杆20的一端设有用于与连接孔21连接的第二连接杆22，所述第二连接杆22外壁设有定位件23，所述连接孔21内对应定位件23位置设有定位槽24，所述定位槽24沿铣刀杆20长度方向设置，通过连接孔21和定位件23的设置实现钻头部27的可拆卸设置，从而可将钻头部27进行拆卸后通过铣刀杆20实现铣削功能，从而达到多用效果，同时定位件23的设置能够便于钻头部29与铣刀杆20的螺纹对其，从而提高钻孔效果。
31.优选的，在一种实施例中，所述定位槽24内设有限位件，所述定位槽24通过限位件形成活动段，所述定位件23位于活动段内，所述限位件用于限制定位件23在活动段内位移，优选的，在本实施例中，所述连接孔21内设有l形槽25，所述l形槽25设置于定位槽24上方，所述l形槽25一端与定位槽24一端连通，在本实施例中，所述l形槽25一端与定位槽24上端连通，所述定位件23移动至l形槽25靠近安装座4的一端时，所述钻头部27与铣刀杆20远离铣刀头19的一面抵触，所述急停机构10包括抵触杆16和联动机构，所述抵触杆16一端与联动机构连接，在一种实施例中，所述抵触杆16远离联动机构的一端环绕有复位弹簧并伸入定位槽24内用于与定位件23上端面抵触，优选的，在本实施例中，所述抵触杆16远离联动机构的一端环绕有复位弹簧并伸入l形槽25内用于与定位件23上端面抵触，所述定位件23与抵触杆16一端抵触，所述定位件23沿l形槽25向上移动时带动抵触杆16向上移动，所述铣刀头19侧面设有开口29，所述开口29处设有抵触件，所述联动机构与抵触件连接，所述抵触杆16上下移动通过联动组件带动抵触件收回或伸出开口29，所述急停组件为安装座4对应开口29位置周向设置的多个卡接槽30，多个所述卡接槽30用于与抵触件卡接实现急停，在使用时，第二连接杆22伸入连接孔21中，所述定位件23沿定位槽24移动，当定位件23移动至定位槽24靠近l形槽25的一端时，转动钻头部27，使得定位件23移动至l形槽25转角处，当开始转孔时，通过按压钻头部27，使得移动定位件23与抵触杆16一端抵触，并带动抵触杆16向上移动，进一步通过联动机构带动抵触件收回开口29，当钻穿颅骨后，在复位弹簧作用下抵触杆16向下移动，进一步通过联动机构带动抵触件伸出开口29与卡接槽30卡接实现急停，通过l形槽25的设置能够实现自动判断是否钻穿颅骨，同时通过抵触杆16和复位弹簧的设置能够实现自动急停，同时通过位移组件8能够避免急停时钻头部27在l形槽25内移动对组织造成伤害。
32.优选的，所述联动组件包括驱动杆18，在一种实施例中，所述抵触杆16远离l形槽25的一端与驱动杆18一端铰接，所述驱动杆18远离抵触杆16的一端与抵触块铰接，所述容纳空腔26内设有抵触块，所述抵触凸块用于抵触驱动杆18，所述抵触杆16向上移动时，所述抵触凸块与驱动杆18抵触并带动驱动杆18进行摆动，所述驱动杆18摆动带动抵触块进行移动，优选的，在本实施例中，所述铣刀头19内设有容纳空腔26，所述联动组件还包括转动设置于容纳空腔26内的齿轮28，所述容纳空腔26与l形槽25远离定位槽24的一端连通，所述抵触杆16远离l形槽25的一端侧面沿长度方向设有与齿轮28啮合的第一齿条，所述驱动杆18一端一端设有第二齿条并与齿轮28啮合，所述抵触块与驱动杆18远离齿轮28的一端连接，所述齿轮28转动带动驱动杆18向开口29方向移动，通过齿轮28保证驱动杆18运动稳定，同时通过齿轮28能够获得良好的配合精度，从而保证驱动杆18移动距离稳定。
33.优选的，所述位移机构包括控制泵体46和导向柱31，所述导向柱31沿套筒6长度方向设置并与抵触部7连接，所述导向柱31包括固定杆32和第一连接杆33，所述固定杆32一端与抵触部7连接，另一端和套筒6远离抵触部7的一端连接，所述第一连接杆33套设固定杆32，所述第一连接杆33沿固定杆32长度方向移动，所述第一连接杆33穿过安装座4并与安装座4固定连接，所述控制泵体46设置于套筒6远离钻头5的一端，所述控制泵体46输出端与第一连接杆33连接并带动第一连接杆33移动，在另一种实施例中，所述安装座4上设有贯通孔并套设固定杆32，所述控制泵体46输出端直接与安装座4连接并带动安装座4沿固定杆32长度方向移动，通过固定杆32的设置能够有效抵挡急停时受到的横向应力，同时能够保证安装座4移动稳定，同时通过控制泵体46的设置能够实现第一连接杆33的快速移动，从而带动安装座4进行快速移动，增强安全效果，同时第一连接杆33的设置能够将应力集中在第一连接杆33上，从而减小对安装座4的伤害，从而减少后期的更换成本。
34.优选的，所述套筒6远离机械手臂2的一端设有可与套筒6伸缩的隔离板34，所述隔离板34为环形并围绕钻头5形成隔离空间35，所述套筒6对应隔离板34的位置沿套筒6长度方向设有用于供隔离板34伸缩的伸缩槽36，所述隔离板34一端伸入伸缩槽36并沿套筒6长度方向移动实现伸缩，所述抵触部7内设有吸附空腔37，所述抵触部7远离机械手臂2的一端环绕钻头5设有多个与吸附空腔37连通的吸附口38，所述架体1内设有风机并通过吸附管道与吸附空腔37连通，在使用时，隔离板34从伸缩槽36中伸出并抵触于颅骨表面，同时风机启动，并通过吸附口38吸附隔离空间35内的颅骨粉末或碎片，通过隔离板34的设置能够有效避免在钻孔过程中颅骨粉末飞散粘附在其他组织表面不宜清洗的缺陷，吸附口38的设置在实现吸附的同时能够对钻孔处进行降温，从而避免钻孔处温度过高伤害脑组织。
35.优选的，所述钻头5上外侧沿螺纹旋向反向设有收集通道39，所述收集通道39呈螺纹状沿钻头5长度方向设置，所述收集通道39一端与钻头5钻面对其，所述收集通道39截面呈梯形，通过反向收集通道39的设置能够有效存储部分颅骨粉末至收集通道内39，适用于颅骨类短行程的钻孔，同时收集通道39的设置能够在钻孔时引导气流进入收集通道39，从而降低钻头5前端的温度。
36.优选的，所述隔离板34侧面设有观察开口40，通过观察开口40的设置便于操作者对钻孔点进行定位，同时便于观察钻孔情况。
37.一种机器人系统，包括上述的一种开颅手术机器人，还包括有控制中心41、电机控制单元42、泵体控制单元43、风机单元44和检测单元45，所述控制中心41与电机控制单元
42、泵体控制单元43、风机单元44和检测单元45通讯连接，所述电机控制单元42和泵体控制单元43分别通过导线和驱动电机11和控制泵体连接，所述电机控制单元42和泵体控制单元43并分别用于控制驱动电机11和控制泵体46运动，所述风机单元44与风机电性连接并控制风机运动，所述检测单元45与检测组件通讯连接，所述检测组件在检测到钻穿颅骨后通过检测单元45发送信号至控制中心41，所述控制中心41接收检测单元45信号并控制驱动机构9和位移组件8运动，在本实施例中，所述检测组件为距离传感器，所述距离传感器设置于铣刀杆20与钻头部27抵触的一端，在使用时，控制中心41通过风机单元44控制风机转动，当检测组件检测到钻通时，通过检测单元45发送信号至控制中心41，控制中心41通过电机控制单元42控制驱动电机11停止转动，同时通过泵体控制单元43控制控制泵体进行输气，从而带动安装座4移动，通过控制中心41、电机控制单元42、泵体控制单元43、风机单元44和检测单元45的设置能够保证快速急停与移动，同时距离传感器的设置能够在铣刀杆20进行铣削时感应铣刀杆20与脑膜之间的距离，从而增强安全性能。
38.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。