本發明涉及一種醫療設備，具體是一種用于半自動或全自動完成骨科手術操作的機器人系統。

背景技術：

隨著機器人技術與醫學科學的交叉發展，各種用途的醫用機器人正在醫學領域中得到越來越廣泛的應用。目前醫療機器人已經在腦神經外科、心臟修復、膽囊摘除手術、人工關節置換、泌尿外科手術等方面取得了廣泛的應用與重大的進展。機器人與醫生手工操作相比在某些方面具有極大的優勢，因為機器人的定位更為準確，支撐穩定而有力，可以避免外殼醫生長時間手術帶來的疲勞，以及外科醫生在手術操作過程中發生的手臂顫動，從而提高手術的精度、穩定性和安全性。

骨科手術中常常需要精確地切割、磨削、固定等操作，這種類型的操作對精度、穩定性、自由度以及操作力度均有較高的要求，現今普遍實施的一般骨科微創傷手術具備減小手術創傷、減少失血、縮短術后恢復時間等優點。然而為了減小創傷，手術過程中需反復進行x線照射，長時間、大劑量的輻射造成了對手術醫生及病人的傷害。特別是在脊柱手術中。人體脊柱解剖結構復雜，且周圍遍布神經、血管、肌肉等重要組織，包括椎弓根螺釘內固定手術在內的典型脊柱手術操作對手術醫生操作的精準度和穩定性提出了很高的要求。在傳統的脊柱外科手術中，醫生通常只能通過自己及助手的觀察，來確定手術器械是否放置在正確的位置，并且在手術過程中，醫生及其助手需要精神高度集中來保證手術器械的操作位置處于正確的范圍。而脊柱手術相對時間較長，長時間的操作易使醫生感到疲勞，大大增加了手術的風險。

針對上述的問題，目前國內外都將研究重心放在骨科機器人的研究上，期望以機械臂代替人手進行手術，從而達到更好的手術效果。從當前的結果來看研究取得了一定的效果。國際上已經有企業研究出能夠進行部分手術的機器人，甚至已經進入量產階段，供臨床使用。但是需要認識到的是，目前這些骨科機器人仍然存在一定的不足之處。

較為突出的缺點是：能夠代替人手進行的操作非常有限，而且基本都是靠醫生直接操作也能完成的手術，僅僅是用于提高手術效率。而如果是一些人工不能完成的操作或者很難完成操作，該類機器人也同樣不能替代人手進行手術。在功能還并不完善的情況下，其造價成本卻非常高，這就導致了該類機器人很難被全面推廣。

現在的骨科機器人主要用于人工髖關節置換，椎弓根螺釘的導航與植入。而在椎間盤摘除以及纖維環縫合方面，目前并沒有相關的機器人的研發和使用。而在纖維環摘除手術中，由于纖維環摘除以及縫合操作，操作位置較深，操作空間狹小，操作風險較大，目前在手術后都不進行縫合操作，導致愈合緩慢，治療效果不好。受到操作環境限制，上述的機器人同樣也不能完成在纖維環摘除后的縫合操作。

技術實現要素：

發明目的：本發明目的在于針對現有技術的不足，提供一種能夠在微創手術中、狹小操作空間內代替人手完成手術的機械臂以及具有該機械臂的骨科手術機器人。

技術方案：本發明所述用于椎間盤突出髓核摘除和纖維環縫合的機械臂，包括旋臂、安裝在所述旋臂底部的操作平臺以及通過連接組件安裝在操作平臺底部的器械安裝部；所述操作平臺為直徑15~20mm的圓環結構，操作平臺的中心轉動安裝在所述旋臂上；所述連接組件由若干與所述操作平臺位于同一平面的上連桿，以及最大數量與所述上連桿數量一致、并垂直安裝在相對應上連桿一端端部的若干下連桿組成，所述上連桿的另一端活動安裝在所述操作平臺上，并沿所述操作平臺的圓環作圓周運動；所述器械安裝部橫截面為圓形，最大直徑為3~5mm，所述器械安裝部通過旋轉關節安裝在所述下連桿的底端，沿所述下連接桿的軸心作旋轉運動，所述器械安裝部的底部安裝手術器械。

本發明進一步優選地技術方案為，所述器械安裝部為直徑3~5mm的半球結構，球面向下，所述下連桿的底端設置有一滾珠，所述器械安裝部內設置有與所述滾珠相匹配的空腔，所述滾珠置于所述器械安裝部內，形成所述器械安裝部的旋轉關節。

優選地，所述器械安裝部的底部開有槽孔，所述手術器械的頂端安裝在該槽孔內，所述槽孔的直徑1~2mm，深度為2~4mm。

優選地，所述手術器械包括持針器、髓核鉗和刀片其中一個或多個；每個所述手術器械固定在一個所述器械安裝部的底端。

優選地，所述持針器長度8~10mm，寬度2~5mm；所述髓核鉗長度8~20mm，寬度4~6mm；所述刀片長度8~10mm，寬度2~6mm。

優選地，所述上連桿和所述下連桿均為伸縮桿，所述上連桿的伸縮長度為3~10mm；所述下連桿的伸縮長度為50~200mm。

優選地，所述上連桿的端部設置有一套筒，所述下連桿的頂部套入所述套筒內，所述套筒的內徑與所述上連桿的直徑一致，均為3~5mm。

優選地，所述操作平臺通過旋轉關節安裝在所述旋臂上。

優選地，所述旋臂為六軸旋臂。

本發明所述的骨科機器人，包括上述的機械臂和控制系統，所述機械臂的全部動作均由該控制系統控制完成。

有益效果：（1）本發明中操作平臺的直徑限定為15~20mm，屬于微創手術的范圍，為了實現在微創手術范圍內的狹小空間施術，設置與操作平臺配套的裝置，使用時，首先通過旋臂粗調，將操作平臺覆蓋在手術創口上方，安裝在操作平臺上的上連接桿沿圓環旋轉，進行精細調節，確保下方的器械安裝部和手術機械精確定位在手術部位，器械安裝部的尺寸限定以及能夠圍繞下連接桿的軸心360°旋轉，決定了器械安裝部和下端的手術器械能夠到達人手不能到達的部位進行精密運動，可以在狹小空間內穩定而精確的操作，實現精確避開神經以及血管，完成復雜操作，通過器械更換裝置，完成纖維環切開，髓核摘除，纖維環縫合等一系列操作；

（2）本發明中可根據需求更換、增減器械安裝部和對應的手術器械，完成比如纖維環切開，髓核摘除，纖維環縫合等一系列操作，代替人手進行手術，甚至完成很多人手無法到達或無法完成的手術操作，具有廣泛的運用前景；

（3）上連桿和下連桿為伸縮桿，可通過伸拉桿的長度變化，進一步精確調節手術器械的位置，實現全方向、高精度的手術位置調節，位置誤差<2mm，提高了手術成功率和手術效果；

（4）操作平臺通過旋轉關節安裝在所述旋臂上，操作平臺能夠相對旋臂作360°旋轉，在旋臂粗調到位后，操作平臺能夠對自身姿態進行調整，確保操作平臺下方的裝置順利進入創口內部。

附圖說明

圖1為本發明實施例中所述機械臂的機構示意圖；

圖2為圖1的a處局部放大圖；

圖3為本發明實施例中所述操作平臺的俯視圖；

圖4為本發明實施例中所述器械安裝部的結構示意圖；

圖5為本發明實施例中所述器械安裝部的截面圖；

圖中，1-六軸旋臂、2-操作平臺、3-連接組件、4-器械安裝部、5-持針器、31-上連桿、31a-套筒、32-下連桿、32a-滾珠、41-槽孔。

具體實施方式

下面通過附圖對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護范圍不局限于所述實施例。

實施例：一種用于椎間盤突出髓核摘除和纖維環縫合的機械臂，以該機械臂用于完成微創手術的纖維環縫合操作為例。具體包括六軸旋臂1、操作平臺2、連接組件3、器械安裝部4和用于實現手術的持針器5。

操作平臺2為直徑15~20mm的圓環結構，操作平臺2的中心通過旋轉關節安裝在六軸旋臂1的底部。

連接組件3由若干與操作平臺位于同一平面的上連桿31，以及兩個垂直安裝在任意兩上連桿31一端端部的若干下連桿32組成。上連桿31和下連桿32均為伸縮桿，上連桿31的伸縮長度為3~10mm；下連桿32的伸縮長度為50~200mm。上連桿31與下連桿32連接的端部設置有一套筒31a，下連桿32的頂部伸入套筒31a內，套筒31a的內徑與上連桿32的直徑一致，均為3~5mm。上連桿31的另一端活動安裝在操作平臺2上，并沿操作平臺2的圓環作圓周運動。

器械安裝部4和持針器5數量和下連桿32一致，器械安裝部4為直徑3~5mm的半球結構，球面向下，下連桿32的底端設置有一滾珠32a，器械安裝部4內設置有與滾珠相匹配的空腔，滾珠32a置于器械安裝部4內，形成器械安裝部4的旋轉關節，器械安裝部4沿下連接桿32的軸心作旋轉運動。

器械安裝部4的底部開有槽孔41，持針器5的頂端安裝在該槽孔41內，槽孔41的直徑1~2mm，深度為2~4mm。持針器5長度8~10mm，寬度2~5mm。持針器夾持縫合針和縫合線，在創口內部運動，模仿人手縫合動作，在狹小區域內進行纖維環縫合操作。

一種骨科手術機器人，包括上述的機械臂或者安裝有其它手術器械的機械臂和控制系統，機械臂的全部部件的全部動作均由該控制系統控制完成。

如上所述，盡管參照特定的優選實施例已經表示和表述了本發明，但其不得解釋為對本發明自身的限制。在不脫離所附權利要求定義的本發明的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細節上作出各種變化。