一種適于各種形狀和壁厚缺損制作的智能加工裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適于各種形狀和壁厚缺損制作的智能加工裝置，包括支撐框架，支撐框架內(nèi)安裝有二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及設(shè)置在二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的切割機(jī)構(gòu)；升降機(jī)構(gòu)；用于調(diào)整切割機(jī)構(gòu)內(nèi)刀片切割方向的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)切割機(jī)構(gòu)在垂直于升降機(jī)構(gòu)升降方向的平面內(nèi)進(jìn)行二維方向的調(diào)整；控制器，用于接收待加工缺損三維模型數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化為二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行軌跡以及刀片切割方向數(shù)據(jù)，用于控制二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行。本發(fā)明的缺損智能制造裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝置制造成本低，操作方便，智能化集成度高，能夠在不破壞骨壁下組織的前提下，自動(dòng)的按照設(shè)計(jì)要求完成對(duì)具有不同壁厚的顱骨缺損的制造，而且缺損的形狀任意。
【專利說明】
一種適于各種形狀和壁厚缺損制作的智能加工裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種缺損制造裝置，尤其是涉及一種在動(dòng)物薄壁骨、顱骨等上的適于各種形狀和壁厚缺損制作的智能加工裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]骨組織工程修復(fù)是當(dāng)今世界研究的一個(gè)熱點(diǎn)，為了研究新型生物材料對(duì)骨組織修復(fù)性能的影響，科研工作者需要進(jìn)行各種的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，其中最常見的就有顱骨修復(fù)實(shí)驗(yàn)，事先在動(dòng)物的顱骨上制造一個(gè)缺損，然后把生物材料填充進(jìn)去，目前最常見的就是打孔，用一個(gè)手持式的打磨機(jī)，外加一個(gè)環(huán)狀鉆頭，而常規(guī)的生物材料也是做成很薄的圓柱體形狀，然后通過對(duì)圓柱體形狀結(jié)構(gòu)生物材料的骨修復(fù)情況來說明材料的好壞。
[0003]但真實(shí)的情況是創(chuàng)傷后所需要修復(fù)的形狀不一定是圓形的，它可能是一個(gè)三角形，也可能是一個(gè)多邊形，或者是一個(gè)復(fù)雜的形狀，同時(shí)骨修復(fù)的理念是對(duì)缺損的位置進(jìn)行CT掃描，獲取其三維結(jié)構(gòu)，然后制造相應(yīng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充修復(fù)，這就使得結(jié)構(gòu)的形狀不再單一，為了更接近真實(shí)情況，更好的體現(xiàn)材料的修復(fù)效果，需要研究復(fù)雜結(jié)構(gòu)的骨修復(fù)情況，隨著制造技術(shù)的發(fā)展，基于三維打印技術(shù)可以制造很復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)，解決了材料制造的問題，而對(duì)應(yīng)的缺損制造工具，卻還是傳統(tǒng)的打孔裝置，沒有新的設(shè)備來制造，對(duì)于有創(chuàng)傷的人，其缺損是已經(jīng)存在的，不需要人為進(jìn)行制造，但對(duì)于科研工作者，為了實(shí)驗(yàn)，就需要人為制造缺損，雖然可以通過手持式的打磨機(jī)外加一個(gè)鉆頭進(jìn)行缺損的制造，但存在一些問題，比如這是人為手工操作，在制造的時(shí)候可能會(huì)打穿顱骨，因?yàn)椴煌膭?dòng)物其顱骨壁厚不同，同一個(gè)動(dòng)物其顱骨壁厚也是不同的，而顱骨的下面就是腦膜和腦組織，在深度上面控制不好，就有可能破壞掉顱骨下面的腦組織或者是腦組織上的血管，造成大出血，這就大大增加了缺損制造過程中，動(dòng)物死亡的幾率;另外，要手工制造一個(gè)形狀復(fù)雜的缺損，沒有一定的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)是做不到的，因?yàn)闊o法保證尺寸和形狀與設(shè)計(jì)目標(biāo)的一致性，同時(shí)，作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)，需要很多重復(fù)組，手工操作無法保證每次做的缺損形狀和尺寸都是一樣的，因此，為了解決這個(gè)問題，就需要開發(fā)出一臺(tái)設(shè)備，能夠按照需求，自動(dòng)的完成在顱骨上形狀復(fù)雜的缺損的制造，同時(shí)缺損具有可重復(fù)性，而不引起動(dòng)物死亡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、缺損制作效率高、在動(dòng)物顱骨、薄壁骨等部位上能適于各種形狀和壁厚缺損制作的智能加工裝置。
[0005]—種適于各種形狀和壁厚缺損制作的智能加工裝置，包括支撐框架，所述支撐框架內(nèi)安裝有二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及設(shè)置在二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的:
[0006]用于缺損切削的切割機(jī)構(gòu)；
[0007]用于驅(qū)動(dòng)切割機(jī)構(gòu)升降的升降機(jī)構(gòu)；
[0008]用于調(diào)整切割機(jī)構(gòu)內(nèi)刀片切割方向的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；
[0009]所述二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)切割機(jī)構(gòu)在垂直于升降機(jī)構(gòu)升降方向的平面內(nèi)進(jìn)行二維方向的調(diào)整;通過升降機(jī)構(gòu)和二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)配合作業(yè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)切割機(jī)構(gòu)三維運(yùn)動(dòng)方向的控制。
[0010]作為優(yōu)選，還包括:
[0011 ]控制器，用于接收待加工缺損三維模型數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化為二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行軌跡以及刀片切割方向數(shù)據(jù)，用于控制二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行；
[0012]用于檢測(cè)切割機(jī)構(gòu)所受壓力的壓力傳感器；
[0013]所述控制器同時(shí)用于接收壓力傳感器的壓力信號(hào)，同時(shí)根據(jù)壓力信號(hào)對(duì)所述切割機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。
[0014]作為優(yōu)選，所述支撐框架包括:
[0015]支撐板，所述二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在該支撐板上；
[0016]與所述支撐板固定、用于罩蓋所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的端蓋；
[0017]固定在支撐板底部的腳架。
[0018]作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述支撐框架還包括用于固定供液機(jī)構(gòu)或者控制器的隔離板，以及固定安裝在支撐板下面包圍腳架的保護(hù)套;保護(hù)套用于對(duì)切割作業(yè)進(jìn)行防護(hù)。所述的保護(hù)套為透明的亞克力板，分為4塊，相互連接，每塊板又安裝在上述的支撐板上，當(dāng)支撐板運(yùn)動(dòng)時(shí)，跟隨支撐板一起上下運(yùn)動(dòng)，保護(hù)套的最低點(diǎn)比切割機(jī)構(gòu)的最低點(diǎn)要低，能起到更好的保護(hù)作用，通過保護(hù)套可以看到內(nèi)部的打孔情況，又能阻隔外部臟物進(jìn)入內(nèi)部。
[0019]所述的二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X軸運(yùn)動(dòng)模塊和Y軸運(yùn)動(dòng)模塊，所述的X軸運(yùn)動(dòng)模塊安裝在Y軸運(yùn)動(dòng)模塊上，Y軸運(yùn)動(dòng)模塊帶動(dòng)X軸運(yùn)動(dòng)模塊在Y軸方向進(jìn)行移動(dòng)，X軸運(yùn)動(dòng)模塊上的移動(dòng)滑塊上安裝有切割機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)切割機(jī)構(gòu)在X軸方向進(jìn)行移動(dòng)，當(dāng)需要切割目標(biāo)結(jié)構(gòu)時(shí)，二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的X軸運(yùn)動(dòng)模塊和Y軸運(yùn)動(dòng)模塊一起運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)切割機(jī)構(gòu)在X軸和Y軸方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)切割機(jī)構(gòu)在二維平面內(nèi)任意軌跡的運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)在水平面內(nèi)的切割，當(dāng)然切割的截面也包括普通的圓軌跡，正方形軌跡以及多邊形軌跡，而且調(diào)節(jié)起來很方便，只需要改變裝置內(nèi)的程序參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)，不需要改變和拆裝裝置內(nèi)的結(jié)構(gòu)，方便操作人員隨時(shí)更改形狀。作為優(yōu)選，
[0020]作為優(yōu)選，兩個(gè)運(yùn)動(dòng)模塊都是采用電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器帶動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)方式，絲桿上安裝有移動(dòng)滑塊，移動(dòng)滑塊沿著導(dǎo)軌平滑運(yùn)動(dòng)，Y軸運(yùn)動(dòng)模塊中，對(duì)稱分布著兩個(gè)滑塊和兩個(gè)導(dǎo)軌，X軸運(yùn)動(dòng)模塊安裝在兩個(gè)滑塊上，使得X軸運(yùn)動(dòng)模塊在Y軸運(yùn)動(dòng)模塊上運(yùn)動(dòng)時(shí)更加的平穩(wěn)。
[0021]作為優(yōu)選，所述腳架包括:
[0022]腳架固定座；
[0023]滑動(dòng)設(shè)置在腳架固定座頂部的腳架活動(dòng)座；
[0024]設(shè)置在腳架固定座內(nèi)用于驅(qū)動(dòng)腳架活動(dòng)座升降運(yùn)動(dòng)的腳架電機(jī)。通過該技術(shù)方案，可以根據(jù)需要對(duì)腳架的高度進(jìn)行調(diào)整，操作簡(jiǎn)便。
[0025]作為優(yōu)選，所述的腳架均勻分布在支撐板的4個(gè)角落上，當(dāng)需要調(diào)節(jié)裝置的高度時(shí)，操作裝置通過控制板(或者控制器)控制4個(gè)腳架一起升高或者下降，所述的安裝在腳架固定座底部的腳架底座底部是橡膠材料，頂部中間有調(diào)節(jié)螺母和一根螺桿，螺桿上端連接著腳架固定座的底部，通過這種設(shè)計(jì)，可以使得當(dāng)裝置安放在底面不平的平面上時(shí)，通過調(diào)節(jié)螺母調(diào)節(jié)腳架底座的高度來對(duì)裝置進(jìn)行調(diào)平，使得切割機(jī)構(gòu)與要切割的面是垂直的，保證裝置能夠順利進(jìn)行缺損的制造。
[0026]作為優(yōu)選，所述腳架電機(jī)輸出端設(shè)有腳架絲桿；
[0027]所述腳架活動(dòng)座與所述腳架絲桿螺紋配合，實(shí)現(xiàn)腳架電機(jī)動(dòng)力的傳輸；
[0028]所述腳架活動(dòng)座與腳架絲桿之間設(shè)有升降導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。
[0029]作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述的腳架包括腳架底座，安裝在腳架底座上的腳架固定座，固定安裝在腳架固定座上端的腳架固定座上端蓋，固定安裝在腳架固定座底部的腳架電機(jī)，安裝在腳架電機(jī)輸出軸上的腳架聯(lián)軸器，安裝在腳架聯(lián)軸器另一端的腳架絲桿，固定安裝在腳架絲桿一端上的腳架滑塊，安裝在腳架滑塊內(nèi)的腳架光桿，安裝在腳架光桿一端的腳架活動(dòng)座端蓋和安裝在腳架光桿另一端的腳架活動(dòng)座，所述的腳架活動(dòng)座端蓋固定安裝在腳架活動(dòng)座上，所述的腳架絲桿與腳架活動(dòng)座底部中心以螺紋方式配合，實(shí)現(xiàn)腳架電機(jī)驅(qū)動(dòng)力的傳動(dòng)，腳架光桿有2根或2根以上，均勻或?qū)ΨQ分布在腳架絲桿四周或兩側(cè)，所述腳架光桿和腳架滑塊構(gòu)成所述的升降導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，用來對(duì)腳架滑塊的移動(dòng)起輔助導(dǎo)向作用，防止腳架絲桿在轉(zhuǎn)動(dòng)中由于距離太長(zhǎng)而變形，所述的腳架活動(dòng)座端蓋的上表面又與上述的支撐板接觸，支撐板固定安裝在腳架活動(dòng)座端蓋上，當(dāng)需要升高整個(gè)裝置的高度時(shí)，腳架電機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過腳架聯(lián)軸器帶動(dòng)腳架絲桿旋轉(zhuǎn)，腳架活動(dòng)座向上運(yùn)動(dòng)，即整個(gè)機(jī)器向上運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)安裝在支撐框架上的切割機(jī)構(gòu)進(jìn)行高度方向的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同尺寸和不同類型的動(dòng)物，在這個(gè)過程中，腳架滑塊和腳架絲桿的設(shè)計(jì)，可以使得腳架活動(dòng)座的運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)。所述腳架滑塊和腳架光桿構(gòu)成所述的升降導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。
[0030]作為優(yōu)選，還包括:
[0031]用于檢測(cè)切割機(jī)構(gòu)的刀片距離待加工表面距離的距離檢測(cè)儀，該距離檢測(cè)儀檢測(cè)得到的距離數(shù)據(jù)同時(shí)輸入給控制器，用于控制升降機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。
[0032]作為優(yōu)選，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)電機(jī);所述升降機(jī)構(gòu)包括:
[0033]通過升降電機(jī)外殼與所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)輸出軸固定的升降電機(jī)；
[0034]所述升降電機(jī)輸出軸通過一支撐座與所述切割機(jī)構(gòu)安裝固定。
[0035]作為優(yōu)選，所述切割機(jī)構(gòu)包括:
[0036]與所述支撐座固定的切割電機(jī)外殼；
[0037]設(shè)置在切割電機(jī)外殼內(nèi)的切割電機(jī)；
[0038]受所述切割電機(jī)驅(qū)動(dòng)的刀片。
[0039]具體講，所述的升降機(jī)構(gòu)包括與上述旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸固定安裝的聯(lián)軸器，安裝在聯(lián)軸器下端的升降電機(jī)外殼，固定安裝在升降電機(jī)外殼底部上的升降電機(jī)底板，固定安裝在升降電機(jī)底板上的升降電機(jī)，固定安裝在升降電機(jī)輸出軸上的支撐座，安裝在支撐座上的壓力傳感器，與壓力傳感器相連的微位移彈簧，彈簧的末端固定安裝有上述的切割機(jī)構(gòu)，所述的升降電機(jī)為直線電機(jī)，當(dāng)升降電機(jī)上的輸出軸向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，輸出軸上的支撐座也向下運(yùn)動(dòng)，使得固定在支撐座上的壓力傳感器也向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使與壓力傳感器相連的彈簧壓縮，產(chǎn)生的反作用力推動(dòng)切割機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動(dòng)，通過與二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的配合實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)在深度方向的切割，反之，當(dāng)升降電機(jī)上的輸出軸向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)輸出軸上的支撐座向上運(yùn)動(dòng)，支撐座的底部帶動(dòng)切割模塊向上運(yùn)動(dòng)。
[0040]作為優(yōu)選，所述支撐座包括:
[0041]用于與升降電機(jī)輸出軸固定的桿體；
[0042]與桿體一體設(shè)置，用于與切割電機(jī)外殼固定的筒體；
[0043]所述筒體開口部位設(shè)有內(nèi)翻的環(huán)形的支撐臺(tái)階;所述切割電機(jī)外殼頂部設(shè)有用于卡合在所述支撐臺(tái)階上的圓臺(tái)；
[0044]所述壓力傳感器設(shè)置在筒體底部，壓力傳感器與切割電機(jī)外殼之間設(shè)有彈簧。
[0045]作為優(yōu)選，所述支撐座與所述切割電機(jī)外殼之間設(shè)有防止切割電機(jī)外殼相對(duì)支撐座轉(zhuǎn)動(dòng)的周向定位件。
[0046 ]具體講，所述的切割機(jī)構(gòu)包括切割電機(jī)外殼，安裝在切割電機(jī)外殼內(nèi)的切割電機(jī)，與切割電機(jī)輸出軸相連的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及安裝在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的刀片，所述的切割機(jī)構(gòu)外殼外有一個(gè)凸起塊，與上述支撐座內(nèi)的周向限位凹槽配合，使得切割機(jī)構(gòu)外殼無法轉(zhuǎn)動(dòng)，只能上下運(yùn)動(dòng)，所述的切割機(jī)構(gòu)外殼的上端有一個(gè)突出的圓臺(tái)，與支撐座上的支撐臺(tái)階卡合，保證支撐座向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，能帶動(dòng)外殼一起向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)需要切割目標(biāo)物體時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的切割。
[0047]所述的刀片末端是一個(gè)圓臺(tái)面或者圓柱面，在切割的過程中，使得切下來的結(jié)構(gòu)比切的缺損結(jié)構(gòu)要小很多，便于取出切下來的結(jié)構(gòu)。
[0048]在切割機(jī)構(gòu)進(jìn)行切割的過程中，二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的刀片運(yùn)動(dòng)進(jìn)行水平面的切割，刀片的旋轉(zhuǎn)面與刀片的前進(jìn)方向相同，如果遇到正方形結(jié)構(gòu)，當(dāng)切割完一條邊，開始切與它垂直的邊時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)會(huì)通過帶動(dòng)安裝在旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上的升降模塊旋轉(zhuǎn)，即帶動(dòng)安裝在升降模塊上的切割機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，最后實(shí)現(xiàn)刀片90度的旋轉(zhuǎn)，使得刀片的旋轉(zhuǎn)面與刀片的前進(jìn)方向再一次相同，開始新的一條邊的切割，通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)的實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)正方形結(jié)構(gòu)的切割；如果是圓結(jié)構(gòu)，則旋轉(zhuǎn)電機(jī)會(huì)一直連續(xù)旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)刀片的角度，使得在二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀片作圓周運(yùn)動(dòng)的過程中，刀片的旋轉(zhuǎn)面與圓總是相切，形成一個(gè)圓軌跡，實(shí)現(xiàn)圓截面的切割；如果是復(fù)雜的曲線截面，則通過控制系統(tǒng)，會(huì)自動(dòng)計(jì)算切割該曲線截面時(shí)，二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，使得刀片的旋轉(zhuǎn)面始終與要切割的曲線相切，即刀片的旋轉(zhuǎn)面與曲線相切點(diǎn)的法線垂直，以配合刀片的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同形狀的結(jié)構(gòu)的切割。
[0049]作為優(yōu)選，本發(fā)明還包括供液機(jī)構(gòu)以及光源;供液機(jī)構(gòu)可對(duì)切割機(jī)構(gòu)以及切割部位進(jìn)行消毒或者降溫;光源用與對(duì)切割機(jī)構(gòu)提供照明。
[0050]所述的供液機(jī)構(gòu)包括直線電機(jī)，活塞頭，供液箱，安裝在供液箱底部控制液體流出的電磁閥，安裝在電磁閥末端的管道，所述的管道安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，沿著旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一直下降到切割模塊，管道的末端以一定的傾斜角度斜對(duì)著刀片的旋轉(zhuǎn)中心，所述的供液機(jī)構(gòu)安裝在隔離板上，當(dāng)需要擠出液體時(shí)，電磁閥打開，直線電機(jī)推動(dòng)活塞頭運(yùn)動(dòng)，活塞頭擠壓供液箱內(nèi)的液體通過電磁閥流向管道，最后從管道流出的液體直接流向刀片旋轉(zhuǎn)位置的中心，因?yàn)楣艿拦潭ㄔ谛D(zhuǎn)模塊上，所以當(dāng)二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀片作平面運(yùn)動(dòng)時(shí)，管道也會(huì)跟著一起運(yùn)動(dòng)，使得管道流出來的水始終流向刀片旋轉(zhuǎn)位置的中心，在加工時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)會(huì)帶動(dòng)刀片轉(zhuǎn)動(dòng)，液體始終流向刀片旋轉(zhuǎn)位置的中心，然后往四周流動(dòng)接觸到刀片，對(duì)刀片進(jìn)行清洗和冷卻。
[0051 ]作為優(yōu)選，所述的供液箱內(nèi)的液體為氯化鈉溶液，即生理鹽水，在液體沖洗結(jié)構(gòu)表面和冷卻刀片的時(shí)候，也會(huì)沖洗走切削時(shí)產(chǎn)生的骨渣和骨頭中滲出的血液，即清理切削區(qū)域，方便操作人員更清楚的看清已切割的形狀和缺損制造進(jìn)程，如果遇到突發(fā)事情，可以手動(dòng)控制緊急停止加工。
[0052]所述的光源有兩個(gè)，都安裝在隔離板的下面，對(duì)稱分布在隔離板的兩個(gè)角落上，以一定的傾斜角度對(duì)著支撐板的中心區(qū)域，照亮裝置內(nèi)的加工區(qū)域，使得缺損智能制造裝置在制造缺損時(shí)，操作人員通過透明的保護(hù)套可以隨時(shí)跟蹤觀看制造情況，如果遇到突發(fā)事情時(shí)也可以及時(shí)處理。
[0053]本發(fā)明的缺損智能制造裝置針對(duì)不同壁厚的骨缺損結(jié)構(gòu)的工作原理如下:升降電機(jī)帶動(dòng)升降電機(jī)輸出軸上的支撐座向下運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致切割模塊向下運(yùn)動(dòng)，如果運(yùn)動(dòng)一個(gè)距離后，刀片沒有接觸到結(jié)構(gòu)，則此時(shí)壓力傳感器上的值保持不變，即彈簧還處于原先設(shè)定的壓縮狀態(tài)，如果當(dāng)運(yùn)動(dòng)一個(gè)距離后，切割機(jī)構(gòu)上的刀片接觸到目標(biāo)結(jié)構(gòu)，則切割模塊會(huì)擠壓彈簧，彈簧的反作用力會(huì)擠壓壓力傳感器，此時(shí)壓力傳感器上檢測(cè)到的壓力值升高，并且會(huì)很大，系統(tǒng)判斷為遇到切割目標(biāo)，需要切割，則開啟切割機(jī)構(gòu)內(nèi)的電機(jī)，帶動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切害J。二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)按照計(jì)算機(jī)輸出的軌跡帶動(dòng)刀片運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行同一個(gè)高度內(nèi)的水平面切割，切割開始時(shí)，記下當(dāng)時(shí)的壓力反饋值，當(dāng)在一個(gè)高度內(nèi)的水平面切割完成后，壓力值會(huì)下降，以此來判斷完成當(dāng)前水平面的切割，然后刀片停止運(yùn)動(dòng)，升降電機(jī)帶動(dòng)刀片下降一個(gè)距離，開始?jí)毫z測(cè)，如果壓力很大，則繼續(xù)重復(fù)前面的工作，開始加工，當(dāng)遇到最后一層加工完成后，升降電機(jī)帶動(dòng)刀片繼續(xù)下降一個(gè)距離，因?yàn)榇藭r(shí)接觸的是顱骨壁下面與腦組織之間的間隙或者接觸腦組織，但腦組織會(huì)回收，而且是軟的，不像顱骨壁是硬的，所以檢測(cè)到的壓力值會(huì)很小，認(rèn)為是最小壓力值，則系統(tǒng)自動(dòng)判斷為該處已切割完成，記下當(dāng)前的位置和深度，然后二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀片沿著軌跡移動(dòng)一段距離，如果此時(shí)檢測(cè)到的壓力值很大，則認(rèn)為此處切割沒有完成，需要切割，二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)則帶動(dòng)刀片運(yùn)動(dòng)，當(dāng)遇到剛才標(biāo)記過的位置時(shí)，刀片會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行避讓，等過了位置后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行切割，如果在剛開始運(yùn)動(dòng)過程中遇到壓力很小的值，或者在切割過程中，在其他位置遇到最小值，則認(rèn)為那處也是切割完成的位置，記下新的位置，并且按照前面的方式進(jìn)行避讓，然后重復(fù)前面的工作，直到壓力傳感器檢測(cè)到同一個(gè)水平面軌跡范圍內(nèi)設(shè)定的點(diǎn)的壓力值都是很小時(shí)，認(rèn)為缺損的切割工作完成，停止加工，升降電機(jī)帶動(dòng)刀片回到初始的位置，然后人為的取出切割完的結(jié)構(gòu)，即完成缺損的制造。
[0054]適應(yīng)各種形狀不同壁厚的缺損智能制造裝置的制造方法如下:
[0055]—、按常規(guī)手術(shù)操作方法暴露需要進(jìn)行缺損制造的部位，把裝置放在其正上方，調(diào)節(jié)裝置的高度和水平度，加入生理鹽水。
[0056]二、把含有缺損形狀信息的文件輸入到計(jì)算機(jī)，設(shè)定制造的起點(diǎn)，計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)計(jì)算出刀片的移動(dòng)路徑和旋轉(zhuǎn)角度等參數(shù)。
[0057]三、缺損智能制造裝置開始加工:打開光源，流出生理鹽水，刀片按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)和切割，直到完成整個(gè)缺損的制造。
[0058]四、取出切割下來的缺損結(jié)構(gòu)。
[0059]當(dāng)需要在同一個(gè)動(dòng)物上加工多個(gè)缺損時(shí)，只需要在加工完前一個(gè)缺損后，在計(jì)算機(jī)內(nèi)移動(dòng)下缺損的位置，重新生成新的刀片移動(dòng)路徑和旋轉(zhuǎn)角度即可。
[0060]考慮到骨結(jié)構(gòu)不是水平面的結(jié)構(gòu)，有些部位是曲面的形狀，在本發(fā)明裝置中，作為優(yōu)選，選擇離刀片垂直距離最近的骨位置作為切割開始的起點(diǎn)，即骨的最高位置。
[0061]作為優(yōu)選，也可以在本發(fā)明裝置上加上一個(gè)距離檢測(cè)裝置，事先沿著刀片的運(yùn)動(dòng)軌跡測(cè)量刀片與骨結(jié)構(gòu)之間的距離，然后由計(jì)算機(jī)反算出骨結(jié)構(gòu)表面的輪廓高度，計(jì)算機(jī)按照由高到低的加工方法生成路徑，先切割最高處的結(jié)構(gòu)，即離刀片最近的骨結(jié)構(gòu)水平面，切割完成后再慢慢往下降。
[0062]本發(fā)明的缺損智能制造裝置的切割工作是靠刀片旋轉(zhuǎn)完成的，二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)只是帶動(dòng)刀片整體沿著缺損的外輪廓進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并沒有進(jìn)行高速的切割工作，二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)速度不快，而孔的深度通過升降電機(jī)來完成，刀片的切割工作通過彈簧反饋給壓力傳感器的壓力值來控制。在剛開始切割的時(shí)候，升降電機(jī)的下降距離可以適當(dāng)增大，以提高加工效率，隨著打孔深度的增加，慢慢的減小下降距離，同時(shí)隨著打孔深度的增加，在越接近壁的底部時(shí)，壓力傳感器檢測(cè)到的壓力值的越小，以此來調(diào)節(jié)下降的距離。
[0063]作為優(yōu)選，初始的升降距離為100?500微米，后面慢慢下降到50微米，最后的階段為10?20微米，但其值與壓力值匹配，在壓力值高的位置其下降距離也大，便于提高效率。
[0064]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0065]—、本發(fā)明的缺損智能制造裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝置制造成本低，操作方便，智能化集成度高，利用壓力傳感器檢測(cè)到的壓力值來控制刀片切割，能夠在不破壞骨壁下組織的前提下，自動(dòng)的按照設(shè)計(jì)要求完成對(duì)具有不同壁厚的顱骨缺損的制造。
[0066]二、本發(fā)明的裝置通過二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的配合，使得刀片實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)平面內(nèi)作二維任意軌跡輪廓的運(yùn)動(dòng)，只需要往計(jì)算機(jī)內(nèi)導(dǎo)入缺損形狀，就可以加工不同形狀和不同尺寸的缺損結(jié)構(gòu)，大大增加了裝置的應(yīng)用范圍。
[0067]三、本發(fā)明的裝置對(duì)操作人員的技能沒有要求，沒有經(jīng)驗(yàn)的人也能使用和制造出想要的孔，避免了制造過程中人為因素的影響。
[0068]四、本發(fā)明的裝置可以在同一個(gè)動(dòng)物上實(shí)現(xiàn)不同形狀缺損或多個(gè)缺損的加工，不需要更換裝置的零件或移動(dòng)整個(gè)裝置，只需要簡(jiǎn)單的導(dǎo)入新的缺損形狀或者移動(dòng)下缺損位置，重新生成加工軌跡即可，操作方便。
[0069]五、本發(fā)明的裝置高度自動(dòng)可調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)，方便對(duì)不同的體型的動(dòng)物進(jìn)行操作。
[0070]六、本發(fā)明的裝置制造的缺損都是裝置自動(dòng)加工完成，保證了缺損形狀和尺寸的一致性。
[0071]七、本發(fā)明的供液機(jī)構(gòu)一方面能夠?yàn)榈镀峁├鋮s液，降低刀片工作時(shí)產(chǎn)生的高溫，延長(zhǎng)刀片的壽命，另一方面能夠帶走刀片工作時(shí)產(chǎn)生的雜質(zhì)，防止其殘留在刀片和切削的位置，影響孔的制造，同時(shí)，也能在制造過程中清理干凈打孔的位置，方便操作人員更清楚的看清已打孔的形狀和打孔進(jìn)程，及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的操作。
【附圖說明】
[0072]圖1是本發(fā)明的適于各種形狀和壁厚缺損制作的智能加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0073]圖2是本發(fā)明裝置的腳架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0074]圖3是本發(fā)明裝置的切割模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0075]圖4是本發(fā)明裝置的支撐座與切割機(jī)構(gòu)連接示意圖；
[0076]圖5是本發(fā)明裝置的供液機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0077]圖6是本發(fā)明裝置的缺損制造原理圖；
[0078]圖7是本發(fā)明裝置的適應(yīng)不同壁厚制造各種形狀缺損結(jié)構(gòu)的制造方法流程圖；
[0079]圖中:I為腳架，2為保護(hù)套，3為支撐板，4為隔離板，5為端蓋，6為二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，7為供液機(jī)構(gòu)，8為光源，9為切割模塊，10為腳架底座，11為腳架固定座，12為腳架固定座上端蓋，13為腳架活動(dòng)座，14為腳架活動(dòng)座端蓋，15為腳架光桿，16為腳架滑塊，17為腳架絲桿，18為腳架聯(lián)軸器，19為腳架電機(jī)，20為旋轉(zhuǎn)電機(jī)端蓋，21為旋轉(zhuǎn)電機(jī)外殼，22為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，23為聯(lián)軸器，24為升降電機(jī)外殼，25為升降電機(jī)，26為升降電機(jī)底板，27為支撐座，28為壓力傳感器，29為彈簧，30為外殼，31為刀片，32為直線電機(jī)，33為活塞頭，34為供液箱，35為電磁閥，36為管道。
【具體實(shí)施方式】
[0080]下面結(jié)合附圖和實(shí)施過程對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0081 ]如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示，一種適于各種形狀和壁厚缺損制作的智能加工裝置，包括:支撐框架、安裝在支撐框架內(nèi)的二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6、安裝在二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6上的切割模塊9、供液機(jī)構(gòu)7以及光源8;
[0082]如圖1所示，二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X軸運(yùn)動(dòng)模塊和Y軸運(yùn)動(dòng)模塊，Y軸運(yùn)動(dòng)模塊包括對(duì)稱分布著兩個(gè)Y軸滑塊和兩個(gè)Y軸導(dǎo)軌，Y軸滑塊沿著Y軸導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng);X軸運(yùn)動(dòng)模塊安裝在Y軸運(yùn)動(dòng)模塊的兩個(gè)Y軸滑塊上，Y軸運(yùn)動(dòng)模塊帶動(dòng)X軸運(yùn)動(dòng)模塊在Y軸方向進(jìn)行移動(dòng);X軸運(yùn)動(dòng)模塊包括固定在兩個(gè)Y軸滑塊上的X軸導(dǎo)軌和X軸滑塊，X軸滑塊沿著X軸導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)；
[0083]X軸滑塊上安裝有切割模塊9，帶動(dòng)切割模塊9在X軸方向進(jìn)行移動(dòng)，當(dāng)需要切割目標(biāo)結(jié)構(gòu)時(shí)，二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的X軸運(yùn)動(dòng)模塊和Y運(yùn)動(dòng)模塊一起運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)切割模塊9在X軸和Y軸方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)切割機(jī)構(gòu)在二維平面內(nèi)任意軌跡的運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)在水平面內(nèi)的切割。
[0084]支撐框架包括支撐板3，隔離板4，安裝在支撐板3上的端蓋5，固定安裝在支撐板3下面的腳架I以及保護(hù)套2; 二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在支撐板3上，支撐板3中部為鏤空結(jié)構(gòu)，用于避讓切割模塊9，給切割模塊9預(yù)留充足的工作空間。
[0085]如圖2所示，腳架I包括腳架底座10，固定安裝在腳架底座10頂部的腳架固定座11，固定安裝在腳架固定座11上端的腳架固定座上端蓋12，固定安裝在腳架固定座11底部的腳架電機(jī)19，安裝在腳架電機(jī)19輸出軸上的腳架聯(lián)軸器18，安裝在腳架聯(lián)軸器18另一端的腳架絲桿17，固定安裝在腳架絲桿17—端(靠近頂端)上的腳架滑塊16，安裝在腳架滑塊16內(nèi)的腳架光桿15，安裝在腳架光桿15—端的腳架活動(dòng)座端蓋14和安裝在腳架光桿15另一端的腳架活動(dòng)座13，腳架活動(dòng)座端蓋14固定安裝在腳架活動(dòng)座13上，腳架絲桿17與腳架活動(dòng)座13底部中心以螺紋方式配合，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，將腳架絲桿17的轉(zhuǎn)動(dòng)位移轉(zhuǎn)化為腳架活動(dòng)座13豎直方向上的直線位移，腳架光桿15有2根，對(duì)稱分布在腳架絲桿17兩側(cè)，支撐板3固定安裝在腳架活動(dòng)座端蓋14上。
[0086]其中，腳架固定座上端蓋12上設(shè)有供腳架活動(dòng)座13穿過的孔結(jié)構(gòu)；腳架滑塊16通過軸承與腳架絲桿17實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)配合，且軸向相對(duì)固定;腳架光桿15通過腳架活動(dòng)座端蓋14固定在腳架活動(dòng)座13內(nèi)；腳架滑塊16滑動(dòng)的穿設(shè)在兩根腳架光桿15上，實(shí)現(xiàn)對(duì)腳架活動(dòng)座13的導(dǎo)向，保證腳架活動(dòng)座13在豎直方向上能夠穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。
[0087]腳架I均勻分布在支撐板3的4個(gè)角落上，當(dāng)需要調(diào)節(jié)整個(gè)裝置的高度時(shí)，控制板控制腳架電機(jī)19旋轉(zhuǎn)，通過腳架聯(lián)軸器18帶動(dòng)腳架絲桿17旋轉(zhuǎn)，腳架活動(dòng)座13向上或向下運(yùn)動(dòng)，4個(gè)腳架一起升高或者下降。
[0088]隔離板4上安裝有控制裝置用的控制系統(tǒng)。
[0089]腳架底座10的底部設(shè)有橡膠材料，頂部中間固定有調(diào)節(jié)螺母，該調(diào)節(jié)螺母內(nèi)螺紋配合有螺桿，螺桿上端與腳架固定座11的底部相對(duì)固定，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母，調(diào)節(jié)螺桿伸出腳架底座10的長(zhǎng)度，從而可以調(diào)節(jié)腳架底座的高度，進(jìn)而對(duì)裝置進(jìn)行調(diào)平。
[0090]保護(hù)套2為透明的亞克力板，分為4塊，相互連接，每塊板又安裝在上述的支撐板3上，當(dāng)支撐板3上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，保護(hù)套2跟隨支撐板3—起上下運(yùn)動(dòng)，保護(hù)套2的最低點(diǎn)比切割模塊9的最低點(diǎn)要低，能起到更好的保護(hù)作用，防止切割碎片等飛出傷人。
[0091]如圖3所示，切割模塊9包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)下的升降機(jī)構(gòu)和安裝在升降機(jī)構(gòu)下的切割機(jī)構(gòu)；
[0092]旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)端蓋20，固定安裝在旋轉(zhuǎn)電機(jī)端蓋下面的旋轉(zhuǎn)電機(jī)外殼21和固定安裝在旋轉(zhuǎn)電機(jī)外殼21底部的旋轉(zhuǎn)電機(jī)22，旋轉(zhuǎn)電機(jī)端蓋20與上述的X軸運(yùn)動(dòng)模塊上的X軸滑塊連接，當(dāng)二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過移動(dòng)滑塊帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)端蓋20運(yùn)動(dòng)，SP帶動(dòng)切割模塊9運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)升降機(jī)構(gòu)和切割機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。
[0093]如圖4所示，所述的升降機(jī)構(gòu)包括與上述旋轉(zhuǎn)電機(jī)22旋轉(zhuǎn)軸固定安裝的聯(lián)軸器23，安裝在聯(lián)軸器23下端的升降電機(jī)外殼24，固定安裝在升降電機(jī)外殼24底部上的升降電機(jī)底板26，固定安裝在升降電機(jī)底板26上的升降電機(jī)25，固定安裝在升降電機(jī)25輸出軸上的支撐座27，安裝在支撐座27上的壓力傳感器28，與壓力傳感器28相連的微位移彈簧29，彈簧29的末端固定安裝有上述的切割機(jī)構(gòu)。升降電機(jī)25為直線電機(jī)，當(dāng)升降電機(jī)25上的輸出軸向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，輸出軸上的支撐座27也向下運(yùn)動(dòng)，使得固定在支撐座27上的壓力傳感器28也向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使與壓力傳感器28相連的彈簧29壓縮，產(chǎn)生的反作用力推動(dòng)切割機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動(dòng)，通過與二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的配合實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)在深度方向的切割，反之，當(dāng)升降電機(jī)25上的輸出軸向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)輸出軸上的支撐座27向上運(yùn)動(dòng)，支撐座27帶動(dòng)切割機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)。
[0094]支撐座27頂部為桿體，用于與升降電機(jī)25的輸出軸軸接，底部為開口向下的筒體，筒體結(jié)構(gòu)開口邊緣向內(nèi)翻折，形成環(huán)形的支撐臺(tái)階。支撐座27的筒體結(jié)構(gòu)內(nèi)壁設(shè)有周向限位凹槽。
[0095]切割機(jī)構(gòu)包括外殼30，安裝在外殼30內(nèi)的切割電機(jī)，與切割電機(jī)輸出軸相連的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及安裝在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的刀片31，外殼30外有一個(gè)周向限位的凸起塊，與上述支撐座內(nèi)的周向限位凹槽配合，使得外殼無法轉(zhuǎn)動(dòng)，只能上下運(yùn)動(dòng)。外殼的上端有一個(gè)突出的支撐圓臺(tái)，與支撐座27上的支撐臺(tái)階卡合，保證支撐桿向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，能帶動(dòng)外殼一起向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)需要切割目標(biāo)物體時(shí)，切割電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的切割。
[0096]如圖5所示，供液機(jī)構(gòu)7包括直線電機(jī)32，活塞頭33，供液箱34，安裝在供液箱底部控制液體流出的電磁閥35，安裝在電磁閥末端的管道36，管道36安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)外殼21上，沿著旋轉(zhuǎn)電機(jī)外殼21 —直下降到外殼30，管道36的末端以一定的傾斜角度斜對(duì)著刀片31的旋轉(zhuǎn)中心，供液機(jī)構(gòu)7安裝在隔離板4上，當(dāng)需要擠出液體時(shí)，電磁閥35打開，直線電機(jī)32推動(dòng)活塞頭33運(yùn)動(dòng)，活塞頭33擠壓供液箱34內(nèi)的液體通過電磁閥35流向管道36，最后從管道36流出的液體直接流向刀片31旋轉(zhuǎn)位置的中心。
[0097]如圖1所示，光源8有兩個(gè)，都安裝在隔離板4的下面，對(duì)稱分布在隔離板4的兩個(gè)角落上，以一定的傾斜角度對(duì)著支撐板3的中心區(qū)域，照亮裝置內(nèi)的加工區(qū)域。
[0098]如圖6所示，為本發(fā)明的適于各種形狀和壁厚缺損制作的智能加工裝置的工作原理如下:升降電機(jī)帶動(dòng)升降電機(jī)輸出軸上的支撐座向下運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致切割模塊向下運(yùn)動(dòng)，如果運(yùn)動(dòng)一個(gè)距離后，刀片沒有接觸到結(jié)構(gòu)，則此時(shí)壓力傳感器上的值保持不變，即彈簧還處于原先設(shè)定的壓縮狀態(tài)，如果當(dāng)運(yùn)動(dòng)一個(gè)距離后，切割機(jī)構(gòu)上的刀片接觸到目標(biāo)結(jié)構(gòu)，則切割模塊會(huì)擠壓彈簧，彈簧的反作用力會(huì)擠壓壓力傳感器，此時(shí)壓力傳感器上檢測(cè)到的壓力值升高，并且會(huì)很大，系統(tǒng)判斷為遇到切割目標(biāo)，需要切割，則開啟切割機(jī)構(gòu)內(nèi)的電機(jī)，帶動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切割。二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)按照計(jì)算機(jī)輸出的軌跡帶動(dòng)刀片運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行同一個(gè)高度內(nèi)的水平面切割，切割開始時(shí)，記下當(dāng)時(shí)的壓力反饋值，當(dāng)在一個(gè)高度內(nèi)的水平面切割完成后，壓力值會(huì)下降，以此來判斷完成當(dāng)前水平面的切割，然后刀片停止運(yùn)動(dòng)，升降電機(jī)帶動(dòng)刀片下降一個(gè)距離，開始?jí)毫z測(cè)，如果壓力很大，則繼續(xù)重復(fù)前面的工作，開始加工，當(dāng)遇到最后一層加工完成后，升降電機(jī)帶動(dòng)刀片繼續(xù)下降一個(gè)距離，因?yàn)榇藭r(shí)接觸的是顱骨壁下面與腦組織之間的間隙或者接觸腦組織，但腦組織會(huì)回收，而且是軟的，不像顱骨壁是硬的，所以檢測(cè)到的壓力值會(huì)很小，認(rèn)為是最小壓力值，則系統(tǒng)自動(dòng)判斷為該處已切割完成，記下當(dāng)前的位置和深度，然后二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀片沿著軌跡移動(dòng)一段距離，如果此時(shí)檢測(cè)到的壓力值很大，則認(rèn)為此處切割沒有完成，需要切割，二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)則帶動(dòng)刀片運(yùn)動(dòng)，當(dāng)遇到剛才標(biāo)記過的位置時(shí)，刀片會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行避讓，等過了位置后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行切害J，如果在剛開始運(yùn)動(dòng)過程中遇到壓力很小的值，或者在切割過程中，在其他位置遇到最小值，則認(rèn)為那處也是切割完成的位置，記下新的位置，并且按照前面的方式進(jìn)行避讓，然后重復(fù)前面的工作，直到壓力傳感器檢測(cè)到同一個(gè)水平面軌跡范圍內(nèi)設(shè)定的點(diǎn)的壓力值都是很小時(shí)，認(rèn)為缺損的切割工作完成，停止加工，升降電機(jī)帶動(dòng)刀片回到初始的位置，然后人為的取出切割完的結(jié)構(gòu)，即完成缺損的制造。在切割機(jī)構(gòu)進(jìn)行切割的過程中，二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的刀片運(yùn)動(dòng)進(jìn)行水平面的切割，刀片的旋轉(zhuǎn)面與刀片的前進(jìn)方向相同，如果遇到正方形結(jié)構(gòu)，當(dāng)切割完一條邊，開始切與它垂直的邊時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)會(huì)通過帶動(dòng)安裝在旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上的升降模塊旋轉(zhuǎn)，即帶動(dòng)安裝在升降模塊上的切割機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，最后實(shí)現(xiàn)刀片90度的旋轉(zhuǎn)，使得刀片的旋轉(zhuǎn)面與刀片的前進(jìn)方向再一次相同，開始新的一條邊的切割，通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)的實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)正方形結(jié)構(gòu)的切割；如果是圓結(jié)構(gòu)，則旋轉(zhuǎn)電機(jī)會(huì)一直連續(xù)旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)刀片的角度，使得在二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀片作圓周運(yùn)動(dòng)的過程中，刀片的旋轉(zhuǎn)面與圓總是相切，形成一個(gè)圓軌跡，實(shí)現(xiàn)圓截面的切割；如果是復(fù)雜的曲線截面，則通過控制系統(tǒng)，會(huì)自動(dòng)計(jì)算切割該曲線截面時(shí)，二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，使得刀片的旋轉(zhuǎn)面始終與要切割的曲線相切，即刀片的旋轉(zhuǎn)面與曲線相切點(diǎn)的法線垂直，以配合刀片的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同形狀的結(jié)構(gòu)的切割。
[0099]實(shí)施例1
[0100]如圖7所示，以在兔子顱蓋骨上制造4個(gè)形狀為六邊形的缺損結(jié)構(gòu)為例，來說明本發(fā)明裝置的適于各種形狀和壁厚缺損制作的制造方法如下:
[0101]—、取一只重量在3?3.6kg之間的兔子，在兔子的耳緣靜脈上注入一定劑量的全麻試劑(戊巴比妥鈉)對(duì)兔子進(jìn)行全身麻醉，然后在兔子顱蓋骨位置進(jìn)行剃毛處理，把兔子放在手術(shù)臺(tái)上，對(duì)剃完毛后的位置用碘伏進(jìn)行消毒滅菌處理，然后鋪上洞巾，在暴露的位置注射少量的局麻試劑(利多卡因)，用手術(shù)器械切開皮膚，暴露要打孔的顱蓋骨位置；
[0102]二、把提前做過消毒處理的刀片安裝到本發(fā)明的裝置上，對(duì)刀片附近的切割機(jī)構(gòu)進(jìn)行碘伏消毒處理，然后把裝置擺放到手術(shù)臺(tái)上，利用手動(dòng)控制模式控制二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)刀片的位置，當(dāng)?shù)镀挥谒蚩孜恢玫恼戏綍r(shí)，手動(dòng)回零，后面的操作都以這個(gè)位置為零點(diǎn)，即建立一個(gè)相對(duì)坐標(biāo)系，這個(gè)位置是相對(duì)零點(diǎn)的位置；
[0103]三、通過控制器同時(shí)控制4個(gè)腳架電機(jī)旋轉(zhuǎn)，自動(dòng)調(diào)節(jié)腳架的高度，在刀片距離顱骨外壁的合適距離處停止下降，完成裝置的高度調(diào)節(jié);如果發(fā)現(xiàn)裝置的水平度有問題，則旋轉(zhuǎn)4個(gè)腳架中I個(gè)或幾個(gè)腳架底座中的調(diào)節(jié)螺母，調(diào)節(jié)螺桿伸出的長(zhǎng)度，進(jìn)而調(diào)節(jié)腳架底座的高度，從而微調(diào)節(jié)裝置的水平度，在水平的位置重新擰緊調(diào)節(jié)螺母；
[0104]四、往供液箱內(nèi)注入生理鹽水:打開供液箱34頂部的注液口，啟動(dòng)加入溶液按鈕，裝置會(huì)自動(dòng)關(guān)閉電磁閥35，然后控制直線電機(jī)32轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)直線電機(jī)32輸出軸上的活塞頭33運(yùn)動(dòng)到最大行程處，通過供液箱34頂部的注液口手動(dòng)注入生理鹽水，加滿后關(guān)閉注液口，再關(guān)閉加入溶液按鈕即可；
[0105]五、往計(jì)算機(jī)內(nèi)部輸入“六邊形”形狀結(jié)構(gòu)的文件，移動(dòng)六邊形結(jié)構(gòu)的位置，其在軟件中坐標(biāo)系的位置是相對(duì)于步驟二中的設(shè)定的相對(duì)零點(diǎn)的位置，把六邊形結(jié)構(gòu)放在一個(gè)合適的位置，然后目測(cè)顱骨外壁結(jié)構(gòu)，選擇一個(gè)離刀片垂直距離比較近的位置作為切割開始的起點(diǎn)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成切割時(shí)所需要的水平面“六邊形”輪廓，即刀片的移動(dòng)路徑和旋轉(zhuǎn)角度等參數(shù)；
[0106]六、點(diǎn)擊開始按鈕，裝置開始自動(dòng)加工:自動(dòng)打開光源，照亮需要加工的位置;二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6按照設(shè)定的軌跡先運(yùn)動(dòng)到切割的起點(diǎn)位置，升降電機(jī)25帶動(dòng)刀片慢慢下移，當(dāng)檢測(cè)到有壓力時(shí)，即刀片碰到顱蓋骨后，裝置打開電磁閥35，直線電機(jī)32推動(dòng)活塞頭33擠壓供液箱34內(nèi)的生理鹽水，使其經(jīng)電磁閥35沿著管道36流向切割區(qū)域，切割機(jī)構(gòu)內(nèi)的切割電機(jī)帶動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)，開始第一層的切割，二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6帶動(dòng)刀片作六邊形運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中，遇到從一條邊到另一條邊過渡的地方時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)22帶動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)60度，然后繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，一開始下降距離比較大，下降幾層后，慢慢降低每層的下降高度，每次切割完成后，刀片在升降電機(jī)25的帶動(dòng)下下降一個(gè)距離，開始新一輪的切割，如果在切割過程中遇到壁厚不同的顱蓋骨壁時(shí)，按照前面說的刀片進(jìn)行自動(dòng)的停止轉(zhuǎn)動(dòng)和避讓，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到最后檢測(cè)到所有壓力值為設(shè)定的最低壓力值時(shí)，刀片停止下降，上升回到初始位置，直線電機(jī)32停止運(yùn)動(dòng)，電磁閥35關(guān)閉，操作人員用工具取出骨結(jié)構(gòu)；
[0107]七、在計(jì)算機(jī)內(nèi)移動(dòng)六邊形結(jié)構(gòu)的位置，然后按照步驟五重新生成新的加工路徑，重復(fù)步驟六開始加工第二個(gè)缺損；
[0108]八、重復(fù)步驟七，直到4個(gè)缺損都制造完成；
[0109]九、等到所有操作都完成后，縫合傷口，用酒精擦洗傷口，把兔子放進(jìn)籠子，進(jìn)行飼養(yǎng)。
[0110]實(shí)施例2
[0111]以在兔子顱蓋骨上制造3個(gè)不同形狀(六邊形，四邊形，三角形)的缺損結(jié)構(gòu)為例，來說明本發(fā)明裝置在同一個(gè)動(dòng)物上加工多個(gè)不同形狀和不同尺寸缺損結(jié)構(gòu)的制造方法:
[0112]先制造形狀為六邊形的缺損結(jié)構(gòu)，步驟一到步驟六跟實(shí)施例1中的步驟相同；
[0113]七、在計(jì)算機(jī)內(nèi)重新輸入新的“四邊形”形狀的圖案文件，移動(dòng)圖案使之與前面制造的缺損結(jié)構(gòu)有一定的距離，然后重復(fù)步驟五生成新的加工路徑，重復(fù)步驟六開始加工第二個(gè)缺損結(jié)構(gòu)，在這個(gè)過程中，當(dāng)加工完一條邊，從一條邊到另一條邊過渡時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)22帶動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)90度，然后繼續(xù)加工，直到缺損加工完成；
[0114]八、在計(jì)算機(jī)內(nèi)重新輸入新的“三角形”形狀的圖案文件，移動(dòng)圖案使之與前面制造的兩個(gè)缺損結(jié)構(gòu)都有一定的距離，然后重復(fù)步驟五生成新的加工路徑，重復(fù)步驟六開始加工第三個(gè)缺損結(jié)構(gòu)，在這個(gè)過程中，當(dāng)加工完一條邊，從一條邊到另一條邊過渡時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)22帶動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)120度，然后繼續(xù)加工，直到缺損加工完成；
[0115]九、等到所有操作都完成后，縫合傷口，用酒精擦洗傷口，把兔子放進(jìn)籠子，進(jìn)行飼養(yǎng)。
[0116]實(shí)施例3
[0117]作為優(yōu)選，也可以在本發(fā)明裝置上加上一個(gè)距離檢測(cè)裝置，這時(shí)，就不需要選擇一個(gè)位置作為起始加工位置，以制造實(shí)施例1中的結(jié)構(gòu)為例來具體說明該情況下的加工方法:
[0118]除了步驟五，其他步驟都跟實(shí)施例1中的步驟相同；
[0119]五、往計(jì)算機(jī)內(nèi)部輸入“六邊形”形狀結(jié)構(gòu)的文件，移動(dòng)六邊形結(jié)構(gòu)到一個(gè)合適的位置，計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成切割時(shí)所需要的水平面“六邊形”輪廓，然后二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀片先沿著生成的輪廓軌跡運(yùn)動(dòng)一遍，距離檢測(cè)裝置自動(dòng)檢測(cè)刀片與骨結(jié)構(gòu)之間的距離，然后由計(jì)算機(jī)反算出骨結(jié)構(gòu)表面的輪廓高度，計(jì)算機(jī)按照由高到低的加工方法生成加工路徑，加工時(shí)，直接先下降到第一層水平切割的高度位置，然后開始水平面的切割，切割完成后再往下降，開始第二層的切割，這個(gè)跟實(shí)施例1中的步驟六中的一開始下降有點(diǎn)不同，因?yàn)橐呀?jīng)知道確切的下降高度，后面的下降規(guī)律跟實(shí)施例1中的相同。距離檢測(cè)裝置一般可采用現(xiàn)有的各種距離檢測(cè)裝置，比如超聲波測(cè)距儀、激光測(cè)距儀、紅外測(cè)距儀等。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適于各種形狀和壁厚缺損制作的智能加工裝置，包括支撐框架，其特征在于，所述支撐框架內(nèi)安裝有二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及設(shè)置在二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的: 用于缺損切削的切割機(jī)構(gòu)； 用于驅(qū)動(dòng)切割機(jī)構(gòu)升降的升降機(jī)構(gòu)； 用于調(diào)整切割機(jī)構(gòu)內(nèi)刀片切割方向的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)； 所述二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)切割機(jī)構(gòu)在垂直于升降機(jī)構(gòu)升降方向的平面內(nèi)進(jìn)行二維方向的調(diào)整。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于各種形狀和壁厚缺損制作的智能加工裝置，其特征在于，還包括: 用于檢測(cè)切割機(jī)構(gòu)所受壓力的壓力傳感器； 控制器，用于接收待加工缺損三維模型數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化為二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行軌跡以及刀片切割方向數(shù)據(jù)，用于控制二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行； 所述控制器同時(shí)用于接收壓力傳感器的壓力信號(hào)，同時(shí)根據(jù)壓力信號(hào)對(duì)所述切割機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于各種形狀和壁厚缺損制作的智能加工裝置，其特征在于，所述支撐框架包括: 支撐板，所述二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在該支撐板上； 與所述支撐板固定、用于罩蓋所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的端蓋； 固定在支撐板底部的腳架。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適于各種形狀和壁厚缺損制作的智能加工裝置，其特征在于，所述腳架包括: 腳架固定座； 滑動(dòng)設(shè)置在腳架固定座頂部的腳架活動(dòng)座； 設(shè)置在腳架固定座內(nèi)用于驅(qū)動(dòng)腳架活動(dòng)座升降運(yùn)動(dòng)的腳架電機(jī)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的適于各種形狀和壁厚缺損制作的智能加工裝置，其特征在于，所述腳架電機(jī)輸出端設(shè)有腳架絲桿； 所述腳架活動(dòng)座與所述腳架絲桿螺紋配合； 所述腳架活動(dòng)座與腳架絲桿之間設(shè)有升降導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于各種形狀和壁厚缺損制作的智能加工裝置，其特征在于，還包括: 用于檢測(cè)切割機(jī)構(gòu)的刀片距離待加工表面距離的距離檢測(cè)儀，該距離檢測(cè)儀檢測(cè)得到的距離數(shù)據(jù)用于控制升降機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適于各種形狀和壁厚缺損制作的智能加工裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)電機(jī);所述升降機(jī)構(gòu)包括: 通過升降電機(jī)外殼與所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)輸出軸固定的升降電機(jī)； 所述升降電機(jī)輸出軸通過一支撐座與所述切割機(jī)構(gòu)安裝固定。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的適于各種形狀和壁厚缺損制作的智能加工裝置，其特征在于，所述切割機(jī)構(gòu)包括: 與所述支撐座固定的切割電機(jī)外殼； 設(shè)置在切割電機(jī)外殼內(nèi)的切割電機(jī)； 受所述切割電機(jī)驅(qū)動(dòng)的刀片。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的適于各種形狀和壁厚缺損制作的智能加工裝置，其特征在于，所述支撐座包括: 用于與升降電機(jī)輸出軸固定的桿體； 與桿體一體設(shè)置，用于與切割電機(jī)外殼固定的筒體； 所述筒體開口部位設(shè)有內(nèi)翻的環(huán)形的支撐臺(tái)階;所述切割電機(jī)外殼頂部設(shè)有用于卡合在所述支撐臺(tái)階上的圓臺(tái)； 所述壓力傳感器設(shè)置在筒體底部，壓力傳感器與切割電機(jī)外殼之間設(shè)有彈簧。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的適于各種形狀和壁厚缺損制作的智能加工裝置，其特征在于，所述支撐座與所述切割電機(jī)外殼之間設(shè)有防止切割電機(jī)外殼相對(duì)支撐座轉(zhuǎn)動(dòng)的周向定位件。
【文檔編號(hào)】A61D1/00GK105963041SQ201610341503
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月20日
【發(fā)明人】傅建中, 邵惠鋒, 趙海明, 賀永, 柯秀榮
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)