Page 19 - 《中国医疗器械杂志》2026年第2期

Chinese Journal of Medical Instrumentation 2026年 第50卷 第2期

医 疗 机 器 人

−50 20 到342 N时的一次复位力变化曲线。从结果可知，

期望角度 期望角度
实际角度−129 N 15 实际角度−129 N
实际角度−207 N
实际角度−207 N
角度/(°) −70 实际角度−271 N 角度/(°) 10 实际角度−271 N 骨折复位结束后保持复位姿态时，机器人系统可有
实际角度−342 N
实际角度−342 N
效减少操作人员的体力支出。
−90 5 400
0 3 6 0 3 6
时间/min 时间/min
350
(a) 骨折远端绕x轴旋转角度变化曲线 (b) 骨折远端绕y轴旋转角度变化曲线
(a) Rotation angle curve of the distal (b) Rotation angle curve of the distal 牵引力/N 300
fracture segment about the x-axis fracture segment about the y-axis
35 100 250
期望角度
实际角度−129 N 80
实际角度−207 N
角度/(°) 25 实际角度−271 N 位移/mm 60 期望角度 200 0 3 6
30
实际角度−342 N
实际角度−129 N
实际角度−207 N
40
实际角度−271 N
实际角度−342 N 时间/min
20 20
0 3 6 0 3 6 图9 沿x轴复位力变化曲线
时间/min 时间/min Fig.9 Force curve of fracture reduction along the x-axis

(c) 骨折远端绕z轴旋转角度变化曲线 (d) 骨折远端沿x轴位移变化曲线
(c) Rotation angle curve of the distal (d) Displacement curve of the distal 4 结论

fracture segment about the z-axis fracture segment along the x-axis
图7 第二组实验骨折远端位姿变化情况 利用软体材料的柔性接触特性和连续变形能
Fig.7 Changes in the position and orientation of the distal fracture
fragment in the second group of experiments 力，本文研发了一种新型6-DOF刚柔结合骨折复位
3.4 讨论 机器人，实现与患者骨折处柔顺、安全接触，减少
从两组实验结果可知，绕x、y、z轴的成角均 医源性损伤。鉴于临床手术中人体肌肉组织等的影
值误差分别为0.26°、0.36°、0.29°，最大成角误差 响不可忽视，本文考虑患者实际骨折状态，结合
分别为0.54°、0.6°、0.57°；沿x、y、z轴的平移残 3D打印技术制作下肢骨折模型，为验证骨折复位
余均值分别为0.32、0.58、0.15 mm，最大平移残余 机器人系统的可行性提供了一种新的方法。
分别为0.7、1、0.28 mm。 本文利用机器人系统开展了两组模拟骨折复位
图8所示为两组实验中机器人系统模拟骨折复 实验，最大成角误差为0.6°，最大平移残余为1.0 mm，
位误差柱形图，其中，R 、R 、R 分别为绕x、y、 满足临床功能性复位标准，即成角移位控制在小于
x
z
y
z轴的成角误差；T 、T 、T 分别为沿x、y、z轴的 5°的范围内，短缩移位不超过10 mm。实验结果表
x y z
平移残余。从驱动形式分类上看，电机驱动的绕 明本机器人系统具有较好的可重复性和可靠性。然而，
机器人辅助骨折复位在实现微创和高精度的同时，
x轴的成角误差相对较小且较集中，这是因为电动–
机械结构驱动较气动驱动更容易控制且稳定。两组 更需向智能化的方向发展。未来的研究将集中于实
实验的成角平均标准偏差为0.18°，平移残余平均 现机器人的路径自动规划、轨迹跟踪控制以及复位
标准偏差为0.23 mm，表明实验各项指标的误差值 过程可视化，在满足柔顺性的同时提高复位效率。
整体上相对集中，骨折复位机器人系统的稳定性相
参考文献
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