[0001] 本发明涉及骨折复位技术领域，具体而言，涉及一种面向下肢骨折复位 并联机器人。

[0002] 骨折是创伤骨科最常见的外科创伤,特别是四肢长骨骨折,多发于工业 生产、建筑工地或交通事故中,医学上将这一类损伤称为高能损伤。近年来, 随着人类社会生产、建设、交通和生活节奏的加快,此类损伤呈明显增加趋 势。四肢骨折治疗理念随着抗生素的应用和医疗科学技术的发展而更新。

[0003] 医院中治疗下肢骨折，首先需要对骨折进行复位，即将骨折处两端的骨 头进行对准合拢。在复位时，首先需要一个医生拉着骨折的近心端，另一个 医生再拉着骨折的远心端进行牵拉，让骨折处两端的骨头分开，然后对远心 端的骨头进行角度及错位对正的调整。调整完后，再缓慢撤走牵拉力，让两 端骨头进行合拢复位。但是在实际操作时，医生需要持续牵拉着骨头，直到 骨头对准，这样医生劳动强度高，操作困难，医生极容易因疲劳而松懈；另 外医生对牵拉力度及骨头角度、错位对正的调整难以掌控力度，需要医生之 间良好的配合及丰富的经验，不然容易对骨头造成二次伤害。

[0028] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图 对本发明的具体实施例做详细的说明。

[0029] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、 “左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系， 仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件 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。

[0030] 而且，附图中Z轴表示竖向，也就是上下位置，并且Z轴的正向(也就 是Z轴的箭头指向)表示上，Z轴的负向(也就是与Z轴的正向相反的方向) 表示下；附图中X轴表示纵向，也就是前后位置，并且X轴的正向(也就是 X轴的箭头指向)表示前，X轴的负向(也就是与X轴的正向相反的方向) 表示后；附图中Y轴表示横向，也就是左右位置，并且Y轴的正向(也就是 Y轴的箭头指向)表示左，Y轴的负向(也就是与Y轴的正向相反的方向) 表示右。

[0031] 同时需要说明的是，前述Z、X、Y轴的表示含义仅是为了便于描述本发 明和简化描述，而不是指示或暗示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。

[0032] 骨折是创伤骨科最常见的外科创伤,特别是四肢长骨骨折,多发于工业 生产、建筑工地或交通事故中,医学上将这一类损伤称为高能损伤。近年来, 随着人类社会生产、建设、交通和生活节奏的加快,此类损伤呈明显增加趋 势。

[0033] 传统的骨折复位手术需要两名医生对肌肉首先进行牵引，其次借助X光 等影像实现复位摆正工作，由于医生需要长期暴露在X光射线下工作，因此 对医生的身体健康十分不利，容易诱发癌性病变。

[0034] 在操作过程中，总是存在身体过度运动的危险，导致肌肉、组织和韧带 撕裂，从而造成后期复位效果不理想，而且手术效果因医生技术水平的不同 差异性很大，手术完成的精确度难以保证，因此同质性较差。

[0035] 另外，人手的操作精度远低于机器人的操作精度，对于外科医生来说， 在传统的复位技术中，在大的力和扭矩下进行精细的调整和保持可能很难进 行。

[0036] 基于以上传统的骨折复位手术的缺陷，参见图1，本发明实施例的一种面 向下肢骨折复位并联机器人，包括底座1、固定环3、横移机构4、纵移机构 5、第二支架6和复位环8。所述底座1的一端设置有第一支架2；所述固定 环3设置于所述第一支架2顶部；两个所述横移机构4并列设置于所述底座1 上；两个所述纵移机构5分别与两个所述横移机构4连接，所述纵移机构5 适于在对应所述横移机构4的驱动下进行横移运动；两个所述第二支架6分 别与两个所述纵移机构5连接，所述第二支架6适于在对应所述纵移机构5 的驱动下进行纵移运动，每个所述第二支架6上均设置有伸出机构7；所述复 位环8适于与所述固定环3相对设置，且所述复位环8的两端分别与对应所 述第二支架6上的伸出机构7的顶端连接；其中，所述固定环3和所述复位 环8用于固定下肢。

[0037] 这里，通过固定环3和复位环8固定患者腿部，在骨折复位过程中，固 定环3是固定不动的，下肢，或者说腿部骨折近端可固定在固定环3处，腿 部骨折远端可固定在复位环8处，腿部固定后，可通过例如扫描CT提取患者 腿部患处的扫描图像，通过计算机完成对折断人腿骨的特征的识别，提取图 像中的相关参数通过算法计算得到复位环8这一牵引远端的轨迹，进而通过 横移机构4对纵移机构5的横移驱动、纵移机构5对第二支架6的纵移驱动 以及伸出机构7长度变化的配合，进而驱动复位环8以使复位环8完成运动 轨迹而达到设定的位置和姿态，从而牵引患肢远端使得断裂的骨头在复位环 的牵引下精确的回归到正常的位置，在完成此操作后由医护人员安装折断位 置处的固定装置，提高了骨折复位手术的成功率。

[0038] 其中，通过“横移机构4对纵移机构5的横移驱动、纵移机构5对第二 支架6的纵移驱动以及伸出机构7的升降运动的配合，进而驱动复位环8以 使复位环8完成运动轨迹而达到设定的位置和姿态”指的是：控制每个横移 机构4上的纵移机构5移动至计算好的位置，控制每个纵移机构5上的第二 支架6移动至计算好的位置，控制每个伸出机构7的顶端升降至计算好的位 置，从而使与伸出机构7顶端连接的复位环8完成计算好的运动轨迹后达到 设定的位置和姿态。

[0039] 可以理解的是，在骨折复位中，复位环8为了完成运动轨迹，纵移机构5 在横移机构4上进行横移运动时可能存在一次或多次折返、往复运动，最终 停在某一位置，第二支架6在纵移机构5上进行的纵移运动可能也会如此， 伸出机构7也是如此，具体以伸出机构7说明：伸出机构7的顶端可能是先 升高到第一高度，之后再下降至第二高度，最后再升高至第三高度。当然， 各个线性关节具体的运动轨迹是由计算机计算得出，以相互配合而完成复位 环8的运动轨迹。

[0040] 需要说明的是，纵向移动指的是附图中X轴的方向，横向移动指的是附 图中Y轴的方向。

[0041] 本实施例提供的面向下肢骨折复位并联机器人具有高精度，可以实现准 确运动，避免人工正骨产生的复位偏差，十分适用于下肢骨折复位手术，提 高了手术的成功率。

[0042] 由于在整个骨折复位手术中，是通过各个线性关节的运动实现骨折的复 位，避免了医生亲自手动复位，医生不用长期暴露在X光射线下工作，保护 了医生的身体健康，避免癌性病变。

[0043] 又由于整个骨折复位手术中，是通过各个线性关节的运动实现骨折的复 位，避免了医生亲自手动复位，不需要医生亲自使力，节省了人力，可以有 效克服骨折复位中人腿强大的牵引力，减轻了医护人员的工作强度，避免医 生出现疲劳，而且工作稳定，无生理性颤抖，可以更加顺滑地完成骨折复位 任务。

[0044] 另外，也不会因医生技术水平的不同而导致手术完成的差异，解放了对 高技术水平医生的需求。

[0045] 参见图1，可选地，所述固定环3和所述复位环8适于供下肢穿过，所述 固定环3和所述复位环8上适于连接有多个骨针夹持器，所述固定环3和所 述复位环8适于通过所述骨针夹持器上的骨针完成对下肢的固定。

[0046] 这里，可以在所述固定环3和复位环8上环绕其各自轴线开设有第一安 装结构，所述第一安装结构适于安装多个环绕所述固定环3和所述复位环8 的轴线分布的骨针夹持器。

[0047] 可以理解的是，所述第一安装结构是设置在复位环8和固定环3上的， 其是用于安装固定骨针夹持器的，因此，所述第一安装结构可以是设置在复 位环8或固定环3上的固定装置、夹紧装置等可以实现骨针夹持器安装固定 的一切机构、装置。

[0048] 优选地，所述第一安装结构等间距分布在固定环3以及复位环8上，保 证骨针可以更均匀的抵触在患者腿部，固定效果更好。

[0049] 可以理解的是，由于固定环3和复位环8是供腿部穿过的，所以固定环3 和复位环8的“环形”指的是其内圈是圆形的，对于其外圈形状不做限定， 外圈形状可以是圆形，方形等。当然优选的是固定环3和复位环8的内圈和 外圈都是圆形，这样更加美观，其次，加工也很方便，也不会占用较多的空 间。

[0050] 参见图1，可选地，所述第一安装结构包括第一螺纹孔，多个所述第一螺 纹孔环绕所述固定环的轴线开设于所述固定环上。多个所述第一螺纹孔环绕 所述复位环的轴线开设于所述复位环上。

[0051] 这里，第一安装结构是开设在固定环3和复位环8上的第一螺纹孔，进 而通过将骨针夹持器与第一螺纹孔螺纹连接以实现骨针夹持器的安装固定， 拆装更方便。

[0052] 又由于第一安装结构是开设在固定环3和复位环8上的第一螺纹孔，其 不占用额外的空间，使得整体体积小，同时又能减小固定环3和复位环8的 重量，一举多得。

[0053] 参见图1，可选地，所述复位环8与所述伸出机构7可拆卸连接，所述固 定环3与所述第一支架2可拆卸连接。

[0054] 这里，除了固定环3和第一支架2的可拆卸连接，复位环8与伸出机构7 的可拆卸连接之外，还可将第一支架2与底座1设置成可拆卸连接、横移机 构4与底座1设置成可拆卸连接、纵移机构5与横移机构4设置成可拆卸连 接等，使得各个部件之间可以进行拆卸，不仅可以方便维修、更换，也方便 装运。

[0055] 参见图2，可选地，所述面向下肢骨折复位并联机器人还包括第一关节轴 91、连接块92和第一连杆93，所述复位环8的两端设置有连接耳81，每个 所述连接耳81均固定有一个所述第一关节轴91，每个所述伸出机构7的顶端 均连接有一个所述第一连杆93，所述第一连杆93与所述第一关节轴91之间 连接有一个所述连接块92，所述第一连杆93通过第一转轴与所述连接块92 转动连接，所述第一关节轴91通过第二转轴与所述连接块92转动连接，所 述第一转轴与所述第二转轴的轴线垂直且相交。

[0056] 这里，在伸出机构7的顶端与复位环8的一端之间通过设置的第一关节 轴91、连接块92以及第一连杆93组成多自由度的连接关节，如此，如图2 所示状态下的复位环8可以做至少以下运动(在每个第二支架6都只具有一 个伸出机构下)：

[0057] 第一种运动：与复位环8左端连接的伸出机构7保持长度不变，并使与 复位环8右端连接的伸出机构7伸出上升或收缩下降，并配合两个纵移机构5 之间横向距离的变化，这时，复位环8会以左方的第二转轴的轴线为轴线旋 转，即复位环8的右端会上下摆动。

[0058] 第二种运动：与复位环8右端连接的伸出机构7保持长度不变，并使与 复位环8左端连接的伸出机构7上升或下降，并配合两个纵移机构5之间横 向距离的变化，这时，复位环8会以右方的第二转轴的轴线为轴线旋转，复 位环8的左端会上下摆动。

[0059] 第三种运动：左方的第二支架6在纵向上位置不变，右方的第二支架6 在纵向上前后移动，并配合两个纵移机构5之间横向距离的变化，这时，复 位环8会以左方的第一转轴的轴线位轴线旋转，即复位环8的右端实现前后 摆动。

[0060] 第四种运动：右方的第二支架6在纵向上位置不变，左方的第二支架6 在纵向上前后移动，并配合两个纵移机构5之间横向距离的变化，这时，复 位环8会以右方的第一转轴的轴线位轴线旋转，即复位环8的左端实现前后 摆动。

[0061] 参见图2，可选地，所述面向下肢骨折复位并联机器人还包括第三连杆 95，所述第一连杆93靠近所述连接块92的位置设置有凸起杆94，所述凸起 杆94的长度方向与所述第一连杆93的长度方向垂直，每个所述第二支架6 上设置有两个所述伸出机构7，两个所述伸出机构7分别为第一伸出机构和第 二伸出机构，所述第一伸出机构的顶端与所述第一连杆93铰接，所述第二伸 出机构的顶端与所述第三连杆95的一端铰接，所述第三连杆95的另一端与 所述凸起杆94远离所述第一连杆93的一端铰接。

[0062] 这里，在伸出机构的顶端与复位环的一端之间的连接关节除了第一关节 轴、连接块以及第一连杆之外，还可以包括凸起杆和第三连杆，组成具有更 多自由度的连接关节，如此，如图2所示状态下的复位环除了可以做前述的 第一种运动、第二种运动、第三种运动和第四种运动，还可以做至少以下运 动(在每个第二支架都只具有两个伸出机构下，这个为了便于区分多个伸出 机构，将右前侧的伸出机构记为一号伸出机构、右后侧的伸出机构记为二号 伸出机构、左前侧的伸出机构记为三号伸出机构、座后侧的伸出机构记为四 号伸出机构)：

[0063] 第五种运动：一号伸出机构与三号伸出机构长度不变，二号伸出机构与 四号伸出机构共同升高，这时，复位环的顶端会以两个第一连杆底端的铰接 点的连接线为轴线旋转，复位环的顶端向前侧下方摆动。

[0064] 第六种运动：一号伸出机构与三号伸出机构长度不变，二号伸出机构与 四号伸出机构共同下降，这时，复位环的底端也会以两个第一连杆底端的铰 接点的连接线为轴线旋转，但是平台的顶端向后侧下方摆动。

[0065] 通过以上各个运动，可以满足复位环完成复杂的运动轨迹，具有很强的 灵活性。

[0066] 可以理解的是，本实施例的面向下肢骨折复位并联机器人，具有八个输 入，即两个横移机构4中的两个动力部件、两个纵移机构5中的两个动力部 件、四个伸出机构7中的四个动力部件，这八个线性驱动机构中的动力部件 都可以是电机，而这八个线性驱动机构都可以是丝杠传动结构，其中“输入” 具体指的是电机驱动丝杠转动；

[0067] 本实施例的面向下肢骨折复位并联机器人，具有六个输出自由度，即复 位环整体可沿X轴进行前后移动、整体可沿Z轴进行上下移动、整体可沿Y 轴进行左右运动、整体可绕X轴转动、整体可绕Y轴转动、整体可绕Z轴转 动，这六个输出自由度满足在三维空间中的复杂运动，复位环能够实现对骨 头任意位置、任意角度的调整；

[0068] 其中，记右侧的纵移机构5为一号横移机构、左侧的纵移机构5为二号 横移机构、后侧的横移机构4为一号横移机构、前侧的横移机构4为二号横 移机构，一号横移机构、一号纵移机构、一号伸出机构、二号伸出机构这四 个输入组成一个第一支链，二号横移机构、二号纵移机构、三号伸出机构和 四号伸出机构组成第二支链，第一支链和第二支链两个并联的支链构成“并 联”机器人，该两个并联的支链实现了六个输出自由度，且结构紧凑，体积 较小，其中每个支链具有四个输入，相较于传统的六个输入对应的六输出自 由度并联机器人而言，本实施例的多出的两个输入冗余，使得本实施例的八 个输入满足六输出自由度的情况下，整体运行更加稳定，结构更稳定，结构 更对称，更容易设计各个输入的相对位置；

[0069] 其中，每个支链中的两个竖直并列的伸出机构构成该支链的子并联模块 (记为竖直子并联模块，其提供竖直方向上的输入)，而该支链的一个纵移 机构5和一个横移机构4组成该支链的另一个子串连接模块(记为水平子联 联模块，其提供水平上的输入)，反过来说，每个支链也就是通过一个子并 联模块和一个子串联模块复合而成的，最后仅通过两个支链(第一支链和第 二支链)并联复合成本实施例的面向下肢骨折复位并联机器人，以完成六输 出自由度；

[0070] 其中，第一连杆93、凸起杆94和第三连杆95组成复合铰链，支链上两 条竖直的并行的伸出机构7的末端(顶端)通过该复合铰链、连接块92以及 第一关节轴91与复位环一端连接后，在八个输入的配合下，总体来说复位环 的非直线运动包括：绕左端的第一转轴转动，绕右端的第一转轴转动，绕左 端的第二转轴转动，绕右端的第二转轴转动，绕第三连杆98与凸起杆94的 铰接点转动，绕前侧的伸出机构7与第一连杆93的铰接点转动，不仅满足绕 X轴转动、绕Y轴转动、绕Z轴转动，而且转动方式可以多种变化，极为灵活。

[0071] 参见图1和图2，可选地，所述所述横移机构4和所述纵移机构5均为丝 杠传动机构。

[0072] 具体地，所述横移机构4可以是包括横移丝杠41、轴承座42、横移丝杠 螺母43和横移电机，两个所述轴承座42设置于所述底座1上，所述横移丝 杠41的两端通过轴承转动连接于对应所述轴承座42中，所述横移丝杠41的 一端伸出对应所述轴承座42并与所述横移电机的输出轴连接，所述横移丝杠 螺母43螺纹连接于所述横移丝杠41上，其中，所述纵移机构5与所述横移 机构4中的所述横移丝杠螺母43连接。

[0073] 可选地，所述伸出机构7包括丝杠传动组件71和竖杆72，所述丝杠传动 组件71设置于所述第二支架6上，所述竖杆72与丝杠传动组件71连接，所 述丝杠传动组件71适于带动所述竖杆72升降。

[0074] 这里，通过将各个想线性运动机构采用丝杠传动结构，通过控制电机， 进而控制线性运动，结构简单，占用空间小。

[0075] 参见图1，可选地，所述第二支架6与所述纵移机构5之间可以设置有第 一过渡安装板61，或/和，所述第一支架2与所述底座1之间也可以设置有第 二过渡安装板。其中，所述第一过渡安装板61和所述第二过渡板状板可以是 加强筋。

[0076] 这里，通过设置第一过渡安装板61以提高第二支架6与纵移机构5之间 连接的稳固性，也可以通过设置第二过渡安装板以提高第一支架2与底座1 之间的稳固性。

[0077] 可选地，所述底座1的两端可以分别设置有滑轨11，所述纵移机构5的 两端分别设置有滑块51，所述滑块51滑动连接于对应所述滑轨11上。

[0078] 这里，纵移机构5的两端通过滑块51滑动连接在滑轨11上，保证纵移 机构5两端平稳。

[0079] 本实施例提供的一种面向下肢骨折复位并联机器人，还可以包括多种传 感器，可以实现在术中对牵引力的实时监控，避免发生手术过程中的不必要 损伤。

[0080] 术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指 示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有 “第一”、“第二”、“第三”和“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该 特征。

[0081] 虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本 领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更 与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。