Page 16 - 《中国医疗器械杂志》2026年第2期
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Chinese Journal of Medical Instrumentation                                         2026年 第50卷 第2期

                                                     医   疗   机   器   人



                                                                                         [18]
              人技术、导航技术、计算机信息技术以及图像处理                            以实现安全稳定的人机交互 。
                                                                                            [19]
              与匹配技术等诸多技术于一体的医疗手术机器人应                                本文在前期研究的基础上 ，提出一种新型刚
              运而生，极大地造福了患者和医务人员                   [1-3] 。       柔结合微创骨折复位机器人 ，即将沿股骨轴向牵
                                                                                         [20]
                  为提高复位精度和输出力，研究人员首先将                           引执行机构由刚性滚珠丝杠改成柔性气动人工肌肉
              目光投向改进工业机器人以实现骨折复位机器人系                            驱动，以增强柔顺性；垂直高度调整机构由手动锁
                                         [4]
              统的集成。FÜCHTMEIER等 基于“Stäubli robot                 紧替换为自动升降，以提高自动化水平；正/侧位复
              （RX 130）”串联工业机器人研发了一种“RepoRobo”                   位驱动器由覆盖纤维层的乳胶气囊更改为热塑性聚
              骨折复位机器人系统，并配备了一套气动双指夹持                            氨酯（thermoplastic polyurethane，TPU）软体气囊，
              器，通过操纵固定针上的骨折远端完成骨折复位                             以提高可控性；同时，考虑患者实际骨折状态，结
              工作。OSZWALD等 则通过6-DOF工业机器人                         合3D打印技术制作下肢骨折模型。利用研制的6-
                                  [5]
              “Stäubli robot（RX 90B）”开展辅助骨折复位的                  DOF刚柔结合骨折复位机器人系统进行复位模拟实
              研究。此外，基于Stewart平台的骨折复位机器人也                        验，实验结果证明了机器人系统的可行性和有效性。
              是近年来的研究热点。ZHU等 利用视觉伺服技术
                                          [6]
                                                                 1    骨折复位机器人设计
              引导外科医生操作Stewart平台完成了山羊胫骨和
                                                 [7]
              股骨的复位手术。ABEDINNASAB等 和SAEEDI-                      1.1    机器人本体结构设计
                           [8]
              HOSSEINY等 参考Stewart平台分别设计了一种6-                        本文提出的刚柔结合股骨干骨折复位机器人系
              DOF三足开式平面并联机器人，这两种机器人能够                           统由牵引机构、套筒单元、数据采集模块以及控制
              容纳和操纵类柱状的长骨干对象，为外科医生提供                            器等部分组成，其基本构型如图1所示。
              了更大的手术操作空间。LEE等               [9-10] 研发了一种具
              有两个主环架、六个移动关节和万向铰链的并联机                                      PAM     旋转机构
              器人，并通过所设计的C型转动环弥补了机器人结                                                      C臂机
              构设计所带来的运动空间不足的缺陷。DAGNINO
                                                                                                 z      患者
              等 设计了一种串并混联型机器人复位平台，采用                                                                y
                [11]
              术前CT扫描获取骨折断端3D模型，并结合可视化
              模型和光学导航系统，使外科医生可实时监控复位                                                                x
                                                                           牵引机构
              过程并及时修正复位误差。ZHENG等                 [12-13] 、YANG                      套筒单元    套筒
              等 也都致力于研究新型机器人系统辅助骨折复位。                                                           手术床
                [14]
                  在机器人辅助骨折复位系统的开发中，大多数
              机器人采用的是电机驱动的刚性结构。刚性结构在
              操作骨折部位复位的过程中，增加了肌肉等软组织                                                TPU软体气囊
              的损伤风险，容易给患者造成医源性二次伤害。在                                      图1   骨折复位机器人的基本构型
              前期研究中，课题组设计了一套基于传感器的信息                                  Fig.1  Basic configuration of fracture reduction robot
              采集系统，用于监测股骨干骨折治疗中的力和扭矩。                               牵引机构包括3个模块，分别是沿股骨轴向的
              由实验结果可知，骨折复位时沿股骨轴向的作用力                            肌牵引模块、垂直升降模块以及绕股骨周向的旋转
              近505 N ，因此复位过程的安全性问题不容忽视。                         机构。肌牵引模块由4根气动人工肌肉（pneumatic
                     [15]
                  气动柔性驱动器具有结构简单、成本低、无污                          artificial muscle，PAM）并联组成，通过L形板块
              染以及轻量化等优点，特别在磁场干扰、空间受限、                           与滑动导轨连接。当PAM充气收缩时，肌牵引模
              强辐射的恶劣工况下，可为目标提供强大的驱动                             块可抵抗肌肉沿股骨轴向的牵拉力，减少短缩移
              力，已被广泛应用于自动化生产、医疗康复、勘探                            位。垂直升降模块提供竖直方向的移动自由度。旋
              救援等领域 。JAMWAL等 提出一种6-DOF柔顺                        转机构与肌牵引模块末端板块固定连接，提供绕垂
                         [16]
                                        [17]
              机器人，用于股骨干骨折复位，利用闭环反馈控制                            直轴和股骨周向的旋转自由度。同时，将旋转机构
              器获得良好的轨迹跟踪效果，但同样需要侵入式地                            上的脚板与患肢足部固定连接（踝关节固定），骨
              与骨折远端连接。基于柔性驱动的医疗康复机器                             折远端可绕膝关节旋转。套筒单元内等距对称布置
              人，凭借高柔顺性和良好的类生物肌肉力学特征可                            TPU软体气囊，并环绕于患者骨折远端。此时，


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