本发明公开了一种微创骨科手术机器人，其结构包括基座、移动平台、两个对称布置的五连杆机构、磨钻姿态调整机构和磨钻六个组成部分。其中，基座依靠其主要组成部件：丝杠滑台驱动移动平台执行水平方向的直线运动，两个五连杆机构和磨钻姿态调整机构并联在一起，磨钻姿态调整机构和磨钻部分通过采用将磨钻固定座安装在万向节上，经轴与五连杆机构连接，由独立的EC电机驱动，使得磨钻还具有前后摆动的自由度，构成六个自由度，以满足各类复杂动作的高精度的准确执行所需。本发明精度高、操控灵活，各向同性好，且无累积误差，特别适于骨外科手术中钻孔和打磨操作。
1.一种微创骨科手术机器人，其特征在于，包括基座、移动平台、第一五连杆机构、第二五连杆机构、磨钻姿态调整机构和磨钻六个组成部分；其中：所述基座为一体式结构，截面近似呈U形，包括一矩形的第一底板，第一底板左右两端分别竖立设置有第一端板和第二端板，在第一端板和第二端板之间、靠近第二端板一侧，还竖立设置有第三端板；
以第一端板和第三端板为固定端，在基座上分别安装有一丝杠螺母副和两根导轨，其中，丝杠螺母副居中，两根导轨一前一后分别布置在丝杠螺母副的前后两侧，丝杠螺母副和两根导轨位于同一水平面，相互平行，丝杠螺母副的一端通过第一联轴器与安装在第二端板上的带减速机的电机连接，由该电机驱动；上述第一联轴器位于第二端板与第三端板之间；
所述移动平台为一体式结构，包括上部与下部两部分，整体近似呈U形，移动平台的下部呈六面体形状，其内部分别开设有三个贯通左右两端面的孔，各孔相对位置分别与上述丝杠螺母副和两根导轨的相对位置相匹配；其中，位置居中的孔为内螺纹孔，前后两侧的孔为光滑的孔；
移动平台的上部近似呈U形，包括第二底板、第四端板和第五端板；其中，第二底板固定在上述移动平台的下部分的上表面上，第四端板和第五端板分别与第二底板垂直，一左一右分别布置在第二底板的左右两端；
所述移动平台通过其下部装配在所述基座上，其中，移动平台的下部上的位置居中的孔与丝杠螺母副通过螺纹连接，前后两侧的孔分别与对应的导轨成松配合；
所述第一五连杆机构和第二五连杆机构一左一右分别布置在第四端板和第五端板之间；所述第一五连杆机构的运动轨迹所在的平面与第四端板平行，第二五连杆机构的运动轨迹所在的平面与第五端板平行，所述第一五连杆机构的运动轨迹所在的平面与所述第二五连杆机构的运动轨迹所在的平面平行；
所述第四端板的外侧壁面上，在同一水平直线上，一上一下，分别安装有第一传动装置和第二传动装置；
所述第五端板的外侧壁面上，在同一直线上，一上一下，分别安装有第三传动装置和第四传动装置；
上述第一传动装置、第二传动装置、第三传动装置和第四传动装置的结构形式、型号与规格均完全相同；以所述第四端板和所述第五端板之间的中心平面为对称平面，上述第一传动装置与第三传动装置左右对称、第二传动装置与第四传动装置左右对称；
上述第一传动装置、第二传动装置、第三传动装置和第四传动装置各自均包括带减速机的电机、装配在减速机输出轴上的同步齿轮、以及由该同步齿轮通过同步带驱动的皮带轮；
每一个传动装置各自的皮带轮的转动轴分别从各自对应的端板的外侧壁面穿入、从另一侧壁面伸出；位置在上方的那个皮带轮的转动轴与对应的五连杆机构的首端成轴孔配合，位置在下方的那个皮带轮的转动轴与对应的五连杆机构的末端成轴孔配合；
按以首端与位置在上方的那个皮带轮的转动轴连接的连杆为第一连杆、以末端与位置在下方的那个皮带轮的转动轴连接的连杆为第四连杆、以位置在下方的那个皮带轮的转动轴与位置在上方的那个皮带轮的转动轴之间的端板板面为第五连杆，顺时针方向排序的原则：上述第一五连杆机构和第二五连杆机构各自的第一连杆与第二连杆之间，以及第三连杆与第四连杆之间分别通过轴承铰接，并通过左右两侧的轴承端盖夹持并固定在一起；上述第一五连杆机构和第二五连杆机构各自的第二连杆与第三连杆之间均分别由所述磨钻姿态调整机构的两端轴作为铰接轴铰接，所述第一五连杆机构和第二五连杆机构通过磨钻姿态调整机构连接成一体；
上述磨钻姿态调整机构的两端轴以磨钻固定座为对称中心，一左一右对称布置；
所述磨钻固定座为带中心圆孔的方形座，以该中心圆孔的圆心为对称中心，所述磨钻固定座左右两侧壁面上分别对称设置有一固定轴；上述磨钻姿态调整机构的两端轴分别通过万向节与所述磨钻固定座左右两侧的固定轴连接；
在上述磨钻姿态调整机构的其中一根端轴的轴端、第二连杆与第三连杆的外侧，装配有一带减速机的EC电动机；
所述磨钻包括磨钻本体和装配在磨钻本体顶部的磨钻电机，所述磨钻通过收紧套固定在所述磨钻固定座的中心圆孔内；其中，所述磨钻电机位于所述磨钻固定座上方，所述收紧套内装配有带轴承端盖的轴承，所述轴承端盖一上一下分别固定在所述磨钻固定座的上下表面上。
2.根据权利要求1所述的微创骨科手术机器人，其特征在于，所述第四端板与第五端板之间还设置有加强杆，所述加强杆两端分别与第四端板和第五端板固定连接；当所述第一五连杆机构和第二五连杆机构运动时，所述加强杆与所述第一五连杆机构和第二五连杆机构不发生干涉。
3.根据权利要求2所述的微创骨科手术机器人，其特征在于，所述加强杆的数量为两根，一上一下，相互平行布置。
4.根据权利要求1-3任一所述的微创骨科手术机器人，其特征在于，所述磨钻固定座的固定轴上，均分别开设有安装用通孔，所述万向节套在所述固定轴上，并通过销轴与该安装用通孔形成轴孔配合，连接成一体。
5.根据权利要求1-3任一所述的微创骨科手术机器人，其特征在于，所述带减速机的EC电动机的减速机输出轴上装配有轴承和轴套。
6.根据权利要求1-3任一所述的微创骨科手术机器人，其特征在于，所述第一传动装置、第二传动装置、第三传动装置和第四传动装置各自的电机均为直流伺服电机、减速机均为行星齿轮减速机。
7.根据权利要求1-3任一所述的微创骨科手术机器人，其特征在于，所述第一传动装置、第二传动装置、第三传动装置和第四传动装置各自的皮带轮的转动轴上，均装配有轴承，并分别通过各自的轴承端盖固定在第四端板或第五端板上。
一种微创骨科手术机器人
技术领域
[0001] 本发明涉及一种医用的机器人，尤其涉及一种微创骨科手术机器人；具体涉及一种骨外科手术中执行钻孔和打磨操作的微创手术机器人。
背景技术
[0002] 微创骨科手术中，诸如椎弓根钉内固定术、经皮齿状突骨折螺钉内固定术、股骨和胫骨髓内钉内固定术、颈椎间盘置换术等骨科手术都需要进行按照精确路径和轨迹进行钻孔和打磨操作。该类手术需要在正确的位置对手术部位进行钻孔和打磨，治疗效果严重依赖于手术精度，操作不当可导致人体重要的神经、血管等的损伤，毫米误差就会带来灾难性的后果，严重时可使患者瘫痪，甚至危及生命。
[0003] 目前该类手术主要依赖于医生的经验，无疑增加了手术的不确定性，增加了患者的损伤和术后并发症的发生率。
[0004] 外科手术机器人在操作灵活性、稳定性及准确定位方面显示出了明显优势，可有效解决骨科微创手术中存在的精度不足、辐射过多、切口较大和操作疲劳等问题。
[0005] 现有技术中，微创骨科手术机器人结构形式多样，但由于结构上的先天不足，或多或少地，均分别存在灵活性、自由度不足、对于复杂动作执行精度不高等缺点或不完美的问题或不足。
[0006] 这也正是目前骨科微创手术的医生在手术过程中，劳动强度大、手术时间长，并且手术质量的好坏因人而异、且差别较大。主要原因在于，骨科微创手术仍然很大程度上地，主要决定于医生人手操作的技术熟练程度。
发明内容
[0007] 本发明的目的是，提供一种微创骨科手术机器人，其具有6-DOF，精度高、操控灵活，特别适于骨外科手术中钻孔和打磨操作。
[0008] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种微创骨科手术机器人，其特征在于，包括基座、移动平台、第一五连杆机构、第二五连杆机构、磨钻姿态调整机构和磨钻六个组成部分；其中：
[0009] 所述基座为一体式结构，截面近似呈U形，包括一矩形的第一底板，第一底板左右两端分别竖立设置有第一端板和第二端板，在第一端板和第二端板之间、靠近第二端板一侧，还竖立设置有第三端板；
[0010] 以第一端板和第三端板为固定端，在基座上分别安装有一丝杠螺母副和两根导轨，其中，丝杠螺母副居中，两根导轨一前一后分别布置在丝杠螺母副的前后两侧，丝杠螺母副和两根导轨位于同一水平面，相互平行，丝杠螺母副的一端通过第一联轴器与安装在第二端板上的带减速机的电机连接，由该电机驱动；上述第一联轴器位于第二端板与第三端板之间；
[0011] 上述基座的底面与所述第一底板之间保留一定间距；
[0012] 所述移动平台为一体式结构，包括上部与下部两部分，整体近似呈U形，移动平台的下部呈六面体形状，其内部分别开设有三个贯通左右两端面的孔，各孔相对位置分别与上述丝杠螺母副和两根导轨的相对位置相匹配；其中，位置居中的孔为内螺纹孔，前后两侧的孔为光滑的孔；
[0013] 移动平台的上部近似呈U形，包括第二底板、第四端板和第五端板；其中，第二底板固定在上述移动平台的下部分的上表面上，第四端板和第五端板分别与第二底板垂直，一左一右分别布置在第二底板的左右两端；
[0014] 所述移动平台通过其下部装配在所述基座上，其中，移动平台的下部上的位置居中的孔与丝杠螺母副通过螺纹连接，前后两侧的孔分别与对应的导轨成松配合；
[0015] 所述第一五连杆机构和第二五连杆机构一左一右分别布置在第四端板和第五端板之间；所述第一五连杆机构的运动轨迹所在的平面与第四端板平行，第二五连杆机构的运动轨迹所在的平面与第五端板平行，所述第一五连杆机构的运动轨迹所在的平面与所述第二五连杆机构的运动轨迹所在的平面平行；
[0016] 所述第四端板的外侧壁面上，在同一水平直线上，一上一下，分别安装有第一传动装置和第二传动装置；
[0017] 所述第五端板的外侧壁面上，在同一直线上，一上一下，分别安装有第三传动装置和第四传动装置；
[0018] 上述第一传动装置、第二传动装置、第三传动装置和第四传动装置的结构形式、型号与规格均完全相同；以所述第四端板和所述第五端板之间的中心平面为对称平面，上述第一传动装置与第三传动装置左右对称、第二传动装置与第四传动装置左右对称；
[0019] 上述第一传动装置、第二传动装置、第三传动装置和第四传动装置各自均包括带减速机的电机、装配在减速机输出轴上的同步齿轮、以及由该同步齿轮通过同步带驱动的皮带轮；
[0020] 每一个传动装置各自的皮带轮的转动轴分别从各自对应的端板的外侧壁面穿入、从另一侧壁面伸出；位置在上方的那个皮带轮的转动轴与对应的五连杆机构的首端成轴孔配合，位置在下方的那个皮带轮的转动轴与对应的五连杆机构的末端成轴孔配合；
[0021] 按以首端与位置在上方的那个皮带轮的转动轴连接的连杆为第一连杆、以末端与位置在下方的那个皮带轮的转动轴连接的连杆为第四连杆、以位置在下方的那个皮带轮的转动轴与位置在上方的那个皮带轮的转动轴之间的端板板面为第五连杆，顺时针方向排序的原则：
[0022] 上述第一五连杆机构和第二五连杆机构各自的第一连杆与第二连杆之间，以及第三连杆与第四连杆之间分别通过轴承铰接，并通过左右两侧的轴承端盖夹持并固定在一起；上述第一五连杆机构和第二五连杆机构各自的第二连杆与第三连杆之间均分别由所述磨钻姿态调整机构的两端轴作为铰接轴铰接，所述第一五连杆机构和第二五连杆机构通过磨钻姿态调整机构连接成一体；
[0023] 上述磨钻姿态调整机构的两端轴以磨钻固定座为对称中心，一左一右对称布置；
[0024] 所述磨钻固定座为带中心圆孔的方形座，以该中心圆孔的圆心为对称中心，所述磨钻固定座左右两侧壁面上分别对称设置有一固定轴；上述磨钻姿态调整机构4的两端轴分别通过万向节与所述磨钻固定座左右两侧的固定轴连接；
[0025] 在上述磨钻姿态调整机构的其中一根端轴的轴端、第二连杆与第三连杆的外侧，装配有一带减速机的EC电动机；
[0026] 所述磨钻包括磨钻本体和装配在磨钻本体顶部的磨钻电机，所述磨钻通过收紧套固定在所述磨钻固定座的中心圆孔内；其中，所述磨钻电机位于所述磨钻固定座上方，所述收紧套内装配有带轴承端盖的轴承，所述轴承端盖一上一下分别固定在所述磨钻固定座的上下表面上。
[0027] 上述技术方案直接带来的技术效果是，采用串并混联机构，使得整个机器人结构紧凑；主要动作执行单元(两个五连杆机构)采用对称(并联)结构形式，具有较好的各向同性，且无累积误差，精度高；并且，驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好；
[0028] 上述技术方案的机器人，整体结构紧凑，刚度高，承载能力大；完全对称的机构具有较好的各向同性；在微创脊柱手术空间内实现六自由度运动，可只有、机动灵活地执行任何所需要的各类简单与复杂动作，其运行平缓，工作空间大，安全性高，操控灵活。
[0029] 上述技术方案的机器人，可以精准定位实现了手术最小损伤、提高了疾病诊断和手术治疗的精度与质量，使手术安全性得以提高，缩短了治疗时间；降低了医疗成本和替代医生在放射线下的手术操作，提高手术的精准性，降低手术的风险；进而减少术后并发症的发病率，同时还能降低对医生的放射损害，对于骨科微手术的临床推广运用具有重要意义。
[0030] 为更好地理解本发明的技术特点，进一步释明如下：
[0031] 上述技术方案的微创骨科手术机器人，其移动平台组成该机器人的一个串联自由度，两个五连杆机构和磨钻姿态调整机构并联在一起，构成五个自由度。
[0032] 其中，移动平台是机器人的一个串联自由度，实现了两个并联的五连杆机构、磨钻姿态调整机构和磨钻在水平方向上的精确移动；
[0033] 五连杆机构中，高扭矩同步带以及五连杆机构与五连杆机构的并联结构，形成了完全对称的结构，具有较好的各向同性。即，两个五连杆机构的协同作用实现了磨钻姿态调整机构和磨钻上下、前后移动和左右摆动，以及绕磨钻中心轴线的转动，使磨钻机构有了四个自由度。
[0034] 更为重要的是，在具备如上述的六个自由度，可满足执行各类简单与复杂动作执行的基础上，上述技术方案通过采用将磨钻电机安装在磨钻固定座上、磨钻固定座安装在万向节上、万向节与轴相连，然后连接在五连杆机构上，最后与独立的EC电机的主轴连接，由独立的EC电机驱动，实现了微创骨科手术作业的核心部件：磨钻还具有前后摆动的自由度。
[0035] 优选为，上述第四端板与第五端板之间还设置有加强杆，所述加强杆两端分别与第四端板和第五端板固定连接；当所述第一五连杆机构和第二五连杆机构运动时，所述加强杆与所述第一五连杆机构和第二五连杆机构不发生干涉。
[0036] 该优选技术方案直接带来的技术效果是，第四端板与第五端板之间设置加强杆，其目的是提高刚度，更好地保证五连杆机构工作过程中的稳定性，避免机器人工作过程中，因受力所可能导致第四端板与第五端板因弹性或刚度不足可能出现的颤动或者晃动。
[0037] 进一步优选，上述加强杆的数量为两根，一上一下，相互平行布置。
[0038] 该优选技术方案直接带来的技术效果是，加强杆的数量为两根，且对称布置，一方面，可有效增加支撑“面积”，保证“加强”效果；另一方面，利于整体结构上的美观。
[0039] 进一步优选，上述磨钻固定座的固定轴上，均分别开设有安装用通孔，所述万向节套在所述固定轴上，并通过销轴与该安装用通孔形成轴孔配合，连接成一体。
[0040] 该优选技术方案直接带来的技术效果是，拆装简便，利于维修。
[0041] 进一步优选，上述带减速机的EC电动机的减速机输出轴上装配有轴承和轴套。
[0042] 该优选技术方案直接带来的技术效果是，这主要是考虑到机器人频繁执行各种复杂运动，减速机输出轴上采用轴承和轴套的安装结构，利用轴套的“牺牲保护”，可以尽可能减少减速机输出轴的磨损，利于日常维修维护成本的有效控制。
[0043] 进一步优选，上述第一传动装置、第二传动装置、第三传动装置和第四传动装置各自的电机均为直流伺服电机、减速机均为行星齿轮减速机。
[0044] 该优选技术方案直接带来的技术效果是，直流伺服电机电子换相方式灵活，作为各类数控系统中的执行机构的驱动电机已经得到广泛应用，其出力大、响应快、速度高、惯量小、转动平滑、力矩稳定，易于实现智能化；并且，其电机体积小、重量轻、电磁辐射很小，使用寿命长，特别适于医用手术使用工况。进一步优选，上述第一传动装置、第二传动装置、第三传动装置和第四传动装置各自的皮带轮的转动轴上，均装配有轴承，并分别通过各自的轴承端盖固定在第四端板或第五端板上。
[0045] 该优选技术方案直接带来的技术效果是，进一步保证了各运动部件“关节点”的稳固与牢靠，以保证轴转动过程中的状态的平稳(不偏心、不跳动)，进而保证了五连杆机构的稳定运转，使得整个微创骨科手术机器人工作过程的严格的一致性、稳定性与可靠性。
[0046] 综上所述，本发明相对于现有技术，具有操控灵活，运行平缓、动作执行精度高、动作执行的精度高，稳定性、可靠性与协调性好；且结构紧凑、刚度高、工作空间大，安全性高等有益效果。
附图说明
[0047] 图1为本发明微创骨科手术机器人的三维结构示意图；
[0048] 图2为本发明微创骨科手术机器人的主视结构示意图；
[0049] 图3为本发明微创骨科手术机器人俯视结构示意图；
[0050] 图4为本发明微创骨科手术机器人的左视结构示意图；
[0051] 图5为本发明微创骨科手术机器人的俯视结构示意图(主要示出移动底座部分)。
具体实施方式
[0052] 下面结合附图，对本发明进行详细说明。
[0053] 如图所示，本发明的微创骨科手术机器人，其包括基座6、移动平台1、第一五连杆机构2、第二五连杆机构3、磨钻姿态调整机构4和磨钻5六个组成部分。
[0054] 如图2至图5所示，基座是整个机器人的支撑部分，移动平台1利用丝杠螺母副与基座连接在一起，两个光杠1-5、1-6对移动平台1进行导向并与基座连接进行加固，移动平台1组成机器人的一个串联自由度，实现五连杆机构2和3及磨钻机构5和磨钻姿态调整机构4的水平移动，五连杆机构2和五连杆机构3的两端分别固定在移动平台1的侧板1-2和1-3上，铰链端通过轴和轴承及万向节同磨钻机构5的磨钻固定座5-2形成转动副，组成机器人的两个并联结构，电机4-4的旋转运动实现了磨钻机构5的姿态调整，磨钻机构5主要实现给定轨迹的骨骼切割，完成手术功能。
[0055] 如图5所示，移动平台1由底座1-1、侧板1-2和1-3及1-4、两个光杠1-5和1-6、一个丝杠1-7、电机1-8组成。两个光杠1-5和1-6通过过盈配合安装在底座1-1上，电动机1-8用螺钉固定在侧板1-4上，丝杠1-7与轴承1-10形成配合，轴承1-10通过轴承套1-11由螺钉1-12固定在侧板1-3上。电机1-8的转矩通过联轴器1-9传递给丝杠1-7从而带动移动平台1运动。增加了微创手术机器人整体的稳定性。
[0056] 如图2至5所示，本实施方式的移动平台1通过滑块1-13与基座连在一起，两个光杠1-5和1-6将基座和移动平台1的连接进行加固。移动平台1是机器人的一个自由度，实现磨钻机构5和五连杆机构2和3及磨钻姿态调整机构4的水平移动，左支撑板1-2、右支撑板1-3、下支撑板铸造成一体，光杠1-5和1-6用来增加左支撑板1-2和右支撑板1-3的强度并对移动平台1进行导向，形成五连杆机构2和3及磨钻机构5及姿态调整机构4的支架。提高了整体刚度，增加了上部结构的稳定性，实现了骨科微创手术机器人整体的水平运动。
[0057] 五连杆机构2由EC电机2-1和EC电动机2-6、主动带轮2-4和主动带轮2-18、高扭矩同步带2-19和高扭矩同步带2-20、从动带轮(高扭矩同步带轮)2-21和从动轮(高扭矩同步带轮)2-22、连杆2-23和连杆2-24、连杆2-25和连杆2-26组成。EC电动机2-1将驱动扭矩传递给主动带轮2-4，由高扭矩同步带2-19传递给从动轮2-22从而带动连杆2-23作旋转运动，进而带动连杆2-25作平面运动；同时，EC电动机2-6也将驱动扭矩传递给主动带轮2-18，由高扭矩同步带2-20传递给从动轮2-21从而带动连杆2-24作旋转运动，进而带动连杆2-26作平面运动，连杆2-25和连杆2-26由铰链2-27连接在一起，实现了五连杆机构双自由度的驱动，EC电动机2-1和EC电动机2-6的协同配合是五连杆机构有了固定的运动。
[0058] 五连杆机构2与五连杆机构3有同样的结构，形成了完全对称的结构，具有较好的各向同性。五连杆机构3和五连杆机构2的协同作用，实现了磨钻机构5在平面X-Z内两个方向上的移动和绕两个轴的转动，使磨钻机构有了四个自由度。加强杆2-28和2-29将两个五连杆机构2与五连杆机构3连接起来，提高了整体刚度，增加了两个并联五连杆机构结构稳定性。
[0059] 如图2至图5所示，五连杆机构2的两个驱动部分是由EC电机2-1和EC电机2-6、减速器2-2和减速器2-7、减速器固定座2-3和减速器固定座2-8、轴2-11、轴2-12、轴承端盖2-9、轴承2-10组成。EC电动机2-1和EC电动机2-6为驱动五连杆机构提供动力源，动力传递给减速器2-2和2-7，减速器2-2和减速器2-7分别固定在减速器固定座2-3和减速器固定座2-8上，动力经过齿轮套筒传递给了轴2-11和2-12，实现了对五连杆机构双自由度的驱动。轴2-11与轴承2-10形成过渡配合，轴承2-10固定在轴承端盖2-9内，轴承端盖2-9由螺钉固定在侧板2-5上，从而保证了轴2-11的稳定不偏心工作，进而保证了五连杆机构的稳定运转。
[0060] 五连杆机构2的铰链连接部分由开槽螺钉2-13、轴承2-14、轴承端盖2-15、锁紧螺母2-16、轴2-17组成。
[0061] 磨钻机构5由EC电动机5-1、磨钻固定座5-2、轴5-3、球头磨钻5-4、收紧套5-5组成。
[0062] 磨钻的旋转姿态调整机构4由EC电动机4-4、减速器4-5、电机套筒4-1、轴承4-3、万向节4-6、万向节4-7、轴4-8组成。磨钻EC电机5-1安装在磨钻固定座5-2上，磨钻固定座5-2安装在万向节4-6和万向节4-7上，万向节4-7与轴4-8相连，连接在铰链2-27上，万向节4-6连接在轴4-2上与轴承4-3形成配合，连接在EC电机4-4的主轴上，实现了磨钻绕Y轴的旋转。磨钻5-4同磨钻EC电机5-1连接在一起，磨钻5-4由轴5-3支撑，通过收紧套5-5及其他机构固装在磨钻固定座1-27上。
[0063] 说明：手术时，由医生将本发明的该手术机器人安装在手术床的一侧，病人置于床上。
[0064] 本发明可以结合三维图像导航技术，通过图像引导确定机器人磨钻切削头的位置，由计算机控制系统把术前的磨削规划轨迹变成驱动脉冲，驱动两个五连杆机构的四个直流伺服电机和磨钻旋转姿态调整及移动工作台驱动直流伺服电机，四个五连杆机构的驱动电机通过带传动将旋转运动转化为两个五连杆机构的平面运动，磨钻旋转姿态调整电机用来调整磨钻的姿态，移动工作台上的电机用来控制整体的水平运动，以上为整个机器人的输入运动，机器人的位姿随着各个电机的启动时间不同在不断的变化，把术前磨削规划轨迹输出给磨钻切削头的运动轨迹，完成运动轨迹上脊柱手术。本发明解决了由于依靠医生经验而带来的手术风险，大大降低了医生的工作强度，从而提高了手术精度。
[0065] 本发明的工作原理：
[0066] 基座6和移动平台1通过丝杠螺母副进行连接形成了该手术机器人的一个自由度。滚珠丝杠线性驱动装置由光电传感器来限制滑台的位置，保证了手术的安全性。五连杆机构和五连杆机构的协同作用实现了磨钻姿态调整机构和磨钻上下、前后移动和左右摆动，以及绕磨钻中心轴线的转动，使磨钻机构具有四个自由度。磨钻姿态调整机构实现了磨钻前后摆动自由度。磨钻的进给系统和姿态调整系统保证了磨钻的平稳精确切削进而完成了微创骨科手术。
[0067] 需要说明的是，移动平台、两个五连杆机构、磨钻姿态调整机构、磨钻，除标准件外，其余零件的材料最好均选用铝合金或钛镁合金。这样，可以减轻设备自重量并具有足够的刚度或强度，满足了骨科手术的高端医疗器械的要求。
