德國KUKA關(guān)節(jié)植入物機(jī)器人集成

一、集成選用的機(jī)器人

1、機(jī)器人品牌型號：德國KUKAKR125工業(yè)機(jī)器人。

二、關(guān)節(jié)植入物機(jī)器人的優(yōu)勢

　　庫卡機(jī)器人KR125及一個多用力矩傳感器的幫助下對內(nèi)生膝部韌帶移植的固定技術(shù)進(jìn)行生物機(jī)械方面的檢查。研究目標(biāo)是，確定由脛骨上兩種附著定位及三種固定技術(shù)而引起的可能的變化。移植物原位力的變化一方面可能出現(xiàn)在重建膝蓋的運動方式中，另一方面出現(xiàn)在負(fù)載不同的情況下。作為固定技術(shù)，選擇了一種使用夾子的關(guān)節(jié)外固定方式、一種關(guān)節(jié)內(nèi)界面螺釘固定及一種關(guān)節(jié)內(nèi)的、使用兩個可吸收針垂直穿過移植物的交叉克氏針固定法。

　　運動方式及原位力的檢測由六軸鉸接臂機(jī)器人及多用力矩傳感器共同進(jìn)行，采用這種組合可對同一膝蓋樣本的三種不同固定技術(shù)進(jìn)行比較。由此可以避免使用不同樣本所帶來的差別性并降低成本。另外，可以用該結(jié)果與正常膝蓋的生物機(jī)械運動相比較，因為機(jī)器人可以模仿正常膝蓋的運動且具有很高的重復(fù)精度及靈活度。機(jī)器人可以重復(fù)膝蓋的五種運動自由度，它將在豬的膝蓋部位對膝蓋韌帶移植物進(jìn)行生物機(jī)械檢查。機(jī)器人通過一個抓取裝置移動膝蓋。由于多用力矩傳感器可以測量三種垂直力量及力矩、記錄在運動中出現(xiàn)的力量并將數(shù)據(jù)通過一個反饋調(diào)節(jié)電路送到機(jī)器人處，因此機(jī)器人不僅可以在位置控制、也可以在力量控制的情況下，以不同的自由程度運動。

　　替換韌后，機(jī)器人可在位置控制作用下準(zhǔn)確地回到原位置以測量原位力。由于待檢關(guān)節(jié)在切除前部交叉韌帶之前與植入移植物之后的運動完全一致，因此根據(jù)疊加原理可以只修改一個待檢因子。根據(jù)這個原理，可確定力的向量差以及前部交叉韌帶的原位力。在力量控制模式下，則給出關(guān)節(jié)力量和力矩的數(shù)據(jù)組，并使用軟件的坐標(biāo)系統(tǒng)記錄由此而產(chǎn)生的運動。由于該系統(tǒng)在此模式下可對一個膝蓋在完好及切斷兩種狀態(tài)下施加同樣的外力及力矩，因此可確定兩種狀態(tài)在運動學(xué)上的差別并加以比較。

1、運動方式可通過兩種方式進(jìn)行復(fù)制

　　脛骨移植物固定物的定位對膝蓋的穩(wěn)定性及膝蓋韌帶移植物的原位力有非常大的影響。使用兩種關(guān)節(jié)內(nèi)的固定技術(shù)所得到的原位力與前部交叉韌帶的自然原位力非常接近，因此能夠使膝蓋的穩(wěn)定性高于使用關(guān)節(jié)外技術(shù)的情況。然而，在這兩種分別使用克氏針及界面螺釘?shù)年P(guān)節(jié)內(nèi)解剖技術(shù)之間沒有太明顯的區(qū)別。

　　因此，在最根本的穩(wěn)定性方面以及在初期固定物穩(wěn)定性方面，使用交叉克氏針技術(shù)與使用界面螺釘固定技術(shù)是類似的。其剛性也與前部自然交叉韌帶的自然剛性相似。因此，脛骨上膝蓋韌帶移植物固定方式可選擇使用兩個可吸收克氏針或使用解剖界面螺釘固定這兩種方法其中之一。就是說，膝蓋的自然運方式可通過兩種方式進(jìn)行復(fù)制。

2、鉸接臂機(jī)器人與力矩傳感器的有效組合

　　除此之外，該項研究還表明，鉸接臂機(jī)器人與力矩傳感器的組合非常適合于進(jìn)行這類研究。因此，六軸鉸接臂機(jī)器人在生物機(jī)械檢測領(lǐng)域還大有用武之地�？梢韵胂�，它還可以進(jìn)行對肩部、踝關(guān)節(jié)及脊柱的研究。從經(jīng)濟(jì)的角度看，這種技術(shù)也可用來對移植物（例如骨髓移植）進(jìn)行檢測。

三、集成選用的部分周邊設(shè)備

1、以PC為基礎(chǔ)的庫卡機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括帶熟悉的視窗操作界面的控制面板

2、多用力矩傳感器

3、兩個作為封固裝置使用的鋁制圓筒。

4、變位工作臺

5、控制器

6、電器柜

7、安全圍欄及安全門