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龙图腾网获悉南京医科大学申请的专利一种机器人骨钻削刀具侧向受力状态检测装置及使用方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116138837B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-22发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310176507.1，技术领域涉及：A61B17/16；该发明授权一种机器人骨钻削刀具侧向受力状态检测装置及使用方法是由李亮;刘宾;朱松盛;李建清;王焕钧;陈立超设计研发完成，并于2023-02-28向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种机器人骨钻削刀具侧向受力状态检测装置及使用方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种机器人骨钻削刀具侧向受力状态检测装置及使用方法，该装置包括直线驱动机构、刀具旋转电机，刀具旋转电机采用直线驱动机构驱动，钻削刀具从后往前沿轴线依次贯穿轴向力传感器的测量轴、刀具旋转电机的中空输出轴、轴向力传感器的中空孔，且刀具旋转电机能够带动钻削刀具旋转；穿过轴向力传感器的钻削刀具部分套置有尾端固定在轴向力传感器上的侧向力传递机构，该侧向力传递机构的前端内壁上设有约束凸起。使用时，确定机械臂末端上的刀具旋转电机的空间坐标并使得钻削刀具尖端回到原点，进行骨钻削操作时，自动计算出钻削刀具的尖端偏移量。本发明的装置能够帮助机器人感知钻削刀具侧向受力、计算钻削路径的侧向偏移程度。

本发明授权一种机器人骨钻削刀具侧向受力状态检测装置及使用方法在权利要求书中公布了：1.一种机器人骨钻削刀具侧向受力状态检测装置，其特征在于：该装置包括直线驱动机构、刀具旋转电机9、轴向力传感器8、侧向力传感器11，刀具旋转电机9采用直线驱动机构驱动，刀具旋转电机9的尾端设置轴向力传感器8、前方设置侧向力传感器11，钻削刀具16从后往前沿轴线依次贯穿轴向力传感器8的测量轴、刀具旋转电机9的中空输出轴、侧向力传感器11的中空孔，且刀具旋转电机9能够带动钻削刀具16旋转；穿过侧向力传感器11的钻削刀具16部分套置有尾端固定在侧向力传感器11上的侧向力传递机构，该侧向力传递机构的前端内壁上设有约束钻削刀具16侧向运动的约束凸起15；约束凸起15与钻削刀具16为间隙配合，使得钻削刀具16能够在圆环形的约束凸起15的约束下做轴向进给旋转运动，但是钻削刀具16的侧向运动受约束凸起15的约束；要求钻削刀具16在允许范围内产生最大形变时仍保证前端侧壁仅与约束凸起15接触；其中约束凸起15为一级约束、侧向力传递机构的整体为二级约束；所述的侧向力传递机构的轴线与侧向力传感器11的中空孔轴线重合；所述的侧向力传递机构包括长的侧向力传递套筒13和短的侧向力接触套筒14，侧向力接触套筒14的尾部内壁与侧向力传递套筒13的前部外壁通过精密螺纹作轴向连接，所述侧向力传递套筒13的尾端通过套筒固定座12固定在侧向力传感器11上，约束凸起15位于侧向力接触套筒14的前端内壁上； 该装置使用方法的步骤如下： 第一步、将机器人骨钻削刀具侧向受力状态检测装置固定于骨钻削手术机器人的机械臂末端上，确定机械臂末端坐标系与刀具旋转电机9轴线的相对位置，以读出任意时刻刀具旋转电机9原点O的空间坐标和轴线方向； 第二步、使钻削刀具16的尖端与侧向力接触套筒14的前端保持同一位置； 第三步、在需要测量的任意时刻，信息控制系统能够从直线驱动机构中读出钻削刀具16的当前钻头进给量lfead，从轴向力传感器8中读出Z轴推力Fz_origin、和扭矩Mz_origin，从侧向力传感器11中读出X轴和Y轴方向的受力Fx_radial、Fy_radial； 第四步、根据第三步读出的数据进行钻削刀具16在侧向受力过程中的尖端偏移量的计算； 所述尖端偏移量的计算方法为： A、传感器数据到钻削刀具的尖端受力数据变量替换： 式1、2中：Fx_radial、Fy_radial为侧向力传感器读出的测量时刻的钻削刀具尖端沿X轴方向和Y轴方向的侧向受力，Fz_origin为轴向力传感器读出的钻削刀具尖端沿Z轴方向的轴向受力数据；Fx_tip、Fy_tip、Fz_tip、Mx_tip、My_tip、Mz_tip分别为钻削刀具尖端沿XYZ轴方向的受力和扭矩的测量值，因钻削过程的钻削刀具尖端无侧向扭矩，故Mx_tip、My_tip、均为0；Fx、Fy、Fz为替换后变量，分别表示钻削刀具在XYZ轴方向的受力； B、钻削刀具尖端的轴向等效力矩和惯性矩计算： 钻削刀具尖端的轴向等效力矩Mzd为： Mzd＝Mz+θxMy+θyMx3 式3中：θx、θy分别为钻削刀具尖端在XYZ坐标系下的形变转角； 式4中：I为惯性矩，D为钻削刀具直径，π为圆周率； C、变量归一化计算： 根据以下公式对测量值进行归一化计算： 式5中：E为钻削刀具杨氏模量，mx、my、mzd为归一化扭矩，fx、fy、fz为归一化受力，ux、uy、uz为归一化钻削刀具尖端位移量，l＝lfead+s，其中l为钻削刀具尖端到圆环形凸起所在的约束点长度、lfead为钻削刀具进给量，s为侧向力接触套筒到圆环形凸起所在的约束点长度； D、归一化钻削刀具尖端侧向形变、转角及轴向形变计算 设变量g＝[fymxfxmy]T、v＝[uyθxuxθy]T，则钻削刀具的侧向形变向量v与钻削刀具的侧向受力向量g间的关系为： 钻削刀具的轴向形变关系为： 式6为线性方程组，以g为输入、根据式8计算出所求钻削刀具的侧向形变向量v，将v带入式7中可直接求解出钻削刀具的轴向形变uz； 式6、7中：k’33、k44及H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7均为计算系数； k’33、k44取：其中，G为钻削刀具材料的剪切模量； E、钻削刀具尖端的侧向形变、转角及轴向形变计算绝对值恢复： 根据步骤D中计算获得的钻削刀具的侧向形变向量v的值及钻削刀具的轴向形变uz的值，带入关系式5中求解出钻削刀具尖端实际偏移量Ux＝uxl、Uy＝uyl、Uz＝uzl，其中Ux、Uy即为骨钻削过程中的钻削刀具尖端在侧向力作用下相对于理想位置的侧向位移，根据该侧向位移数值能够算出机器人深部骨钻削过程中的钻削刀具侧向形变值。

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