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龍圖騰網獲悉南京醫科大學申請的專利一種機器人骨鉆削刀具側向受力狀態檢測裝置及使用方法獲國家發明授權專利權，本發明授權專利權由國家知識產權局授予，授權公告號為：CN116138837B 。

龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-22發布的發明授權授權公告中獲悉：該發明授權的專利申請號/專利號為：202310176507.1，技術領域涉及：A61B17/16；該發明授權一種機器人骨鉆削刀具側向受力狀態檢測裝置及使用方法是由李亮;劉賓;朱松盛;李建清;王煥鈞;陳立超設計研發完成，并于2023-02-28向國家知識產權局提交的專利申請。

本一種機器人骨鉆削刀具側向受力狀態檢測裝置及使用方法在說明書摘要公布了：本發明公開了一種機器人骨鉆削刀具側向受力狀態檢測裝置及使用方法，該裝置包括直線驅動機構、刀具旋轉電機，刀具旋轉電機采用直線驅動機構驅動，鉆削刀具從后往前沿軸線依次貫穿軸向力傳感器的測量軸、刀具旋轉電機的中空輸出軸、軸向力傳感器的中空孔，且刀具旋轉電機能夠帶動鉆削刀具旋轉；穿過軸向力傳感器的鉆削刀具部分套置有尾端固定在軸向力傳感器上的側向力傳遞機構，該側向力傳遞機構的前端內壁上設有約束凸起。使用時，確定機械臂末端上的刀具旋轉電機的空間坐標并使得鉆削刀具尖端回到原點，進行骨鉆削操作時，自動計算出鉆削刀具的尖端偏移量。本發明的裝置能夠幫助機器人感知鉆削刀具側向受力、計算鉆削路徑的側向偏移程度。

本發明授權一種機器人骨鉆削刀具側向受力狀態檢測裝置及使用方法在權利要求書中公布了：1.一種機器人骨鉆削刀具側向受力狀態檢測裝置，其特征在于：該裝置包括直線驅動機構、刀具旋轉電機9、軸向力傳感器8、側向力傳感器11，刀具旋轉電機9采用直線驅動機構驅動，刀具旋轉電機9的尾端設置軸向力傳感器8、前方設置側向力傳感器11，鉆削刀具16從后往前沿軸線依次貫穿軸向力傳感器8的測量軸、刀具旋轉電機9的中空輸出軸、側向力傳感器11的中空孔，且刀具旋轉電機9能夠帶動鉆削刀具16旋轉；穿過側向力傳感器11的鉆削刀具16部分套置有尾端固定在側向力傳感器11上的側向力傳遞機構，該側向力傳遞機構的前端內壁上設有約束鉆削刀具16側向運動的約束凸起15；約束凸起15與鉆削刀具16為間隙配合，使得鉆削刀具16能夠在圓環形的約束凸起15的約束下做軸向進給旋轉運動，但是鉆削刀具16的側向運動受約束凸起15的約束；要求鉆削刀具16在允許范圍內產生最大形變時仍保證前端側壁僅與約束凸起15接觸；其中約束凸起15為一級約束、側向力傳遞機構的整體為二級約束；所述的側向力傳遞機構的軸線與側向力傳感器11的中空孔軸線重合；所述的側向力傳遞機構包括長的側向力傳遞套筒13和短的側向力接觸套筒14，側向力接觸套筒14的尾部內壁與側向力傳遞套筒13的前部外壁通過精密螺紋作軸向連接，所述側向力傳遞套筒13的尾端通過套筒固定座12固定在側向力傳感器11上，約束凸起15位于側向力接觸套筒14的前端內壁上； 該裝置使用方法的步驟如下： 第一步、將機器人骨鉆削刀具側向受力狀態檢測裝置固定于骨鉆削手術機器人的機械臂末端上，確定機械臂末端坐標系與刀具旋轉電機9軸線的相對位置，以讀出任意時刻刀具旋轉電機9原點O的空間坐標和軸線方向； 第二步、使鉆削刀具16的尖端與側向力接觸套筒14的前端保持同一位置； 第三步、在需要測量的任意時刻，信息控制系統能夠從直線驅動機構中讀出鉆削刀具16的當前鉆頭進給量lfead，從軸向力傳感器8中讀出Z軸推力Fz_origin、和扭矩Mz_origin，從側向力傳感器11中讀出X軸和Y軸方向的受力Fx_radial、Fy_radial； 第四步、根據第三步讀出的數據進行鉆削刀具16在側向受力過程中的尖端偏移量的計算； 所述尖端偏移量的計算方法為： A、傳感器數據到鉆削刀具的尖端受力數據變量替換： 式1、2中：Fx_radial、Fy_radial為側向力傳感器讀出的測量時刻的鉆削刀具尖端沿X軸方向和Y軸方向的側向受力，Fz_origin為軸向力傳感器讀出的鉆削刀具尖端沿Z軸方向的軸向受力數據；Fx_tip、Fy_tip、Fz_tip、Mx_tip、My_tip、Mz_tip分別為鉆削刀具尖端沿XYZ軸方向的受力和扭矩的測量值，因鉆削過程的鉆削刀具尖端無側向扭矩，故Mx_tip、My_tip、均為0；Fx、Fy、Fz為替換后變量，分別表示鉆削刀具在XYZ軸方向的受力； B、鉆削刀具尖端的軸向等效力矩和慣性矩計算： 鉆削刀具尖端的軸向等效力矩Mzd為： Mzd＝Mz+θxMy+θyMx3 式3中：θx、θy分別為鉆削刀具尖端在XYZ坐標系下的形變轉角； 式4中：I為慣性矩，D為鉆削刀具直徑，π為圓周率； C、變量歸一化計算： 根據以下公式對測量值進行歸一化計算： 式5中：E為鉆削刀具楊氏模量，mx、my、mzd為歸一化扭矩，fx、fy、fz為歸一化受力，ux、uy、uz為歸一化鉆削刀具尖端位移量，l＝lfead+s，其中l為鉆削刀具尖端到圓環形凸起所在的約束點長度、lfead為鉆削刀具進給量，s為側向力接觸套筒到圓環形凸起所在的約束點長度； D、歸一化鉆削刀具尖端側向形變、轉角及軸向形變計算 設變量g＝[fymxfxmy]T、v＝[uyθxuxθy]T，則鉆削刀具的側向形變向量v與鉆削刀具的側向受力向量g間的關系為： 鉆削刀具的軸向形變關系為： 式6為線性方程組，以g為輸入、根據式8計算出所求鉆削刀具的側向形變向量v，將v帶入式7中可直接求解出鉆削刀具的軸向形變uz； 式6、7中：k’33、k44及H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7均為計算系數； k’33、k44取：其中，G為鉆削刀具材料的剪切模量； E、鉆削刀具尖端的側向形變、轉角及軸向形變計算絕對值恢復： 根據步驟D中計算獲得的鉆削刀具的側向形變向量v的值及鉆削刀具的軸向形變uz的值，帶入關系式5中求解出鉆削刀具尖端實際偏移量Ux＝uxl、Uy＝uyl、Uz＝uzl，其中Ux、Uy即為骨鉆削過程中的鉆削刀具尖端在側向力作用下相對于理想位置的側向位移，根據該側向位移數值能夠算出機器人深部骨鉆削過程中的鉆削刀具側向形變值。

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