硬件受限的远程中心机器人操纵器的冗余轴线和自由度制造技术

一种用在微创机器人手术中的远程中心操纵器，其包括相对于患者保持静止的基座连杆、器械夹持器，以及将器械夹持器联结到基座连杆的连杆机构。连杆机构的第一和第二连杆被联接以限制第二连杆围绕与远程操纵中心交叉的第一轴线转动的运动。该连杆机构的平行四边形连杆结构部分使器械夹持器围绕与该远程操纵中心交叉的第二轴线俯仰。第二轴线不与第一轴线重合。该连杆机构的第三和第四连杆被联接以限制第四连杆围绕与远程操纵中心交叉的第三轴线转动的运动。第三轴线不与第一和第二轴线中的任一个重合。公开了具有冗余机械自由度的机器人操纵器的硬件受限远程运动中心的各种组合。

【技术实现步骤摘要】
硬件受限的远程中心机器人操纵器的冗余轴线和自由度本申请为申请日为2013年5月31日、专利技术名称为“硬件受限的远程中心机器人操纵器的冗余轴线和自由度”的中国专利申请201380028879.4(PCT/US2013/043594)的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求(2012年6月1日)提交的美国专利申请No.61/654414的优先权，该申请的全部内容通过引用合并于此。
技术介绍
微创医疗技术的目的是在诊断或手术过程期间减少受损伤外部组织的量，从而减少患者的恢复时间、不适和有害的副作用。微创外科手术的一种效果例如是减少手术后的住院恢复时间。由于标准开放手术的平均住院时间通常比类似微创手术的平均逗留时间明显更长，增加微创技术的使用可以每年节省数百万美元的住院成本。虽然在美国每年进行的许多手术可能通过微创的方式进行，但由于微创手术器械和掌握微创手术涉及的额外手术培训，目前只有一部分手术使用这些先进技术。微创机器人手术或远程手术系统已被开发以增加外科医生的灵巧并避免传统微创技术的某些局限。在远程手术中，外科医生使用某种形式的远程控制(例如，伺服机构等)操纵手术器械运动，而不是通过手直接握住器械并移动器械。在远程手术系统中，可以在手术工作站向外科医生提供手术部位的图像。当外科医生可以在显示器上观看手术部位的二维或三维图像时，通过操纵主控制装置，其进而控制伺服机构操作从器械的运动，执行患者的手术过程。用于远程手术的伺服机构往往接收两个主控制器的输入(其中每个对应外科医生的每只手)并且可以包括两个或更多个机器人臂，手术器械被安装在所述两个或更多个机器人臂中的每个上。主控制器与关联机器人臂以及器械组件之间的操作通信通常通过控制系统实现。控制系统通常包括至少一个处理器，其将来自主控制器的输入命令中继到关联的机器人臂和器械组件并在例如力反馈等的情况下，从器械和臂组件中返回到关联主控制器。机器人手术系统的一个示例可以是通过加利福尼亚州桑尼维尔的IntuitiveSurgical公司商购获得的DA系统。各种结构布置被用于在机器人手术期间支撑手术部位的手术器械。从动连杆机构(linkage)或“从动装置”往往被称为机器人手术操纵器，并且在微创机器人手术期间用作机器人手术操纵器的示例性连杆机构布置在美国专利No.7594912(2004年9月30日提交)、6758843(2002年4月26日提交)、6246200(1999年8月3日提交)以及5800423(1995年7月20日提交)中描述，上述全部公开通过引用被合并于此。这些连杆机构往往操纵器械夹持器，具有轴的器械被安装在该器械夹持器上。这类操纵器结构可以包括产生器械夹持器运动的平行四边形连杆机构部分，所述平行四边形连杆机构部分被限制成围绕与沿器械轴的长度设置的远程操纵中心交叉的俯仰轴线转动。这类操纵器结构还可以包括产生器械夹持器运动的偏转关节/接头，所述偏转接头被限制成围绕与俯仰轴线垂直的偏转轴线转动并且该偏转轴线也与远程操纵中心交叉。通过使远程操纵中心与内部手术现场的切口点(例如，与在腹腔镜手术期间在腹壁的套管针或插管)对准，通过使用操纵器连杆机构来移动轴的近端，手术器械的端部执行器/受动器可以被安全定位，而没有对腹壁强加潜在危害的力。替代操纵器结构例如在美国专利No.6702805(2000年11月9日提交)、6676669(2002年1月16日提交)，5855583(1996年11月22日提交)、5808665(1996年9月9日提交)、5445166(1994年4月6日提交)以及5184601(1991年8月5日提交)中被描述，上述全部公开通过引用被合并于此。虽然新的远程手术系统和装置已被证明是高效且有利的，但仍需进一步的改进。一般来说，提供改进的用于执行微创机器人手术的结构和系统将是可取的。更为具体地，提高这些系统的效率和易用性将是有益的。例如，改进通过机器人手术操纵器提供的运动范围而不对腹壁强加潜在危害的力，这一点将是特别有利的。
技术实现思路
为提供对本专利技术的基本理解，下面给出本专利技术的一些实施例的简要概述。本概述不是本专利技术的广泛综述。本概述并不旨在识别本专利技术的关键/重要元素或描绘本专利技术的范围。其唯一目的是作为后面陈述的具体实施方式的前奏，以简化方式陈述本专利技术的某些实施例。公开了改进的远程中心操纵器，在微创机器人手术期间，该远程中心操纵器支撑手术器械并在器械的期望位置处提供远离任何轴承或机械支撑件的操纵中心。该远程中心操纵器限制器械在远程操纵中心附近移动，优选地，该远程操纵中心与患者的进入切口例如患者的腹壁重合。在许多实施例中，操纵器连杆机构包括(1)可转动联接接头，其产生用于围绕经过远程操纵中心的第一轴线俯仰手术器械的平行四边形运动，(2)可转动联接连杆，其产生用于围绕经过远程操纵中心的第二轴线滚动手术器械的运动，以及(3)至少一对附加连杆，其被联接围绕经过远程操纵中心的关联附加轴线转动。除了经过远程操纵中心以外，关联附加轴线不与第一轴线或第二轴线中的任一个重合，从而允许围绕一个或更多个附加轴线的转动被用于改进由机器人手术操纵器提供的运动范围，而不对腹壁强加潜在危害的力。因此，在一个方面，公开了在微创机器人手术期间用于限制手术器械的位置的远程中心操纵器。手术器械包括细长轴。该轴具有远侧作业端构造，其经配置通过远程操纵中心沿插入轴线被插入到患者体腔中。该远程中心操纵器包括基座连杆，其经配置被保持在相对于患者的固定位置；器械夹持器，其经配置与手术器械联接；以及连杆机构，其将器械夹持器联接到基座连杆。该连杆机构的第一和第二连杆被联接以限制第二连杆相对于第一连杆围绕与远程操纵中心交叉的第一轴线转动的运动。该连杆机构进一步包括三个可转动联接转动接头，其经配置产生连杆机构的受限制平行四边形运动，所述器械夹持器藉此被限制围绕与远程操纵中心交叉的第二轴线转动。第二轴线不与第一轴线重合。该连杆机构的第三和第四连杆被联接以限制第四连杆相对于第三连杆围绕与远程操纵中心交叉的第三轴线转动的运动。第三轴线不与第一和第二轴线中的任一个重合。在许多实施例中，第三与第四连杆之间的联接被布置在基座连杆与第一和第二连杆之间的联接之间。在这类实施例中，第四连杆的运动用于重新定位连杆机构的主要部分，而不相对于患者移动远程操纵中心。例如，第三连杆可以是基座连杆或相对于基座连杆至少是固定的。第四连杆可以是第一连杆或相对于第一连杆至少是固定的。在许多实施例中，第一轴线与第三轴线之间的角度在10度与30度之间。例如，第一轴线与第三轴线之间的角度是大约15度。在许多实施例中，第一轴线与第三轴线是垂直或大致(即，在可接受公差内)垂直的。在许多实施例中，第一轴线与第二轴线是垂直或大致垂直的。这类构造对器械夹持器的移动提供了很好的调节控制。在许多实施例中，连杆机构包括中间锥形摆动接头。例如，在许多实施例中，连杆机构的连杆形成连杆的串联连接组件。第三连杆可以被设置在连杆的串联连接组件中的第二连杆与器械夹持器之间。并且第四连杆可以相对于器械夹持器是固定的或是器械夹持器中的至少一者。在许多实施例中，连杆机构可操作相对于第三连杆定向第四连杆，以便手术器械细长轴位于由第一轴线和第三轴线限定的平面中。在许多实施例中，远本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在手术期间铰接手术工具的操纵器，所述手术工具包括细长轴，所述轴具有远侧作业端，所述远侧作业端被配置为通过远程操纵中心插入患者的体腔内，所述操纵器包括：安装基座，所述安装基座被配置为相对于所述患者被支撑在固定位置和取向中；第一连杆，所述第一连杆与所述安装基座联接，以将所述第一连杆相对于所述安装基座的运动限制成围绕与所述远程操纵中心交叉的第一轴线转动；第二连杆，所述第二连杆与所述第一连杆联接，以将所述第二连杆相对于所述第一连杆的运动限制成围绕与所述远程操纵中心交叉的第二轴线转动，所述第二轴线与所述第一轴线不重合；第三连杆，所述第三连杆与所述第二连杆联接，以将所述第三连杆相对于所述第二连杆的运动限制成围绕与所述远程操纵中心交叉的第三轴线转动；和器械夹持器，所述器械夹持器与所述第三连杆联接并且被配置为与所述手术工具联接。

【技术特征摘要】
2012.06.01 US 61/654,4141.一种用于在手术期间铰接手术工具的操纵器，所述手术工具包括细长轴，所述轴具有远侧作业端，所述远侧作业端被配置为通过远程操纵中心插入患者的体腔内，所述操纵器包括：安装基座，所述安装基座被配置为相对于所述患者被支撑在固定位置和取向中；第一连杆，所述第一连杆与所述安装基座联接，以将所述第一连杆相对于所述安装基座的运动限制成围绕与所述远程操纵中心交叉的第一轴线转动；第二连杆，所述第二连杆与所述第一连杆联接，以将所述第二连杆相对于所述第一连杆的运动限制成围绕与所述远程操纵中心交叉的第二轴线转动，所述第二轴线与所述第一轴线不重合；第三连杆，所述第三连杆与所述第二连杆联接，以将所述第三连杆相对于所述第二连杆的运动限制成围绕与所述远程操纵中心交叉的第三轴线转动；和器械夹持器，所述器械夹持器与所述第三连杆联接并且被配置为与所述手术工具联接。2.根据权利要求1所述的操纵器，其中所述第一连杆相对于所述安装基座的转动来围绕所述第一轴线转动所述第二轴线。3.根据权利要求2所述的操纵器，其中在所述第一轴线与所述第二轴线之间的角度在10度与30度之间。4.根据权利要求3所述的操纵器，其中在所述第一轴线与所述第二轴线之间的角度是15度。5.根据权利要求2所述的操纵器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·M·斯赫纳，R·L·迪万根佐，G·C·埃廷格，E·F·杜瓦尔，N·迪奥莱提，D·H·戈麦斯，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：发明
国别省市：美国,US