手术机器人与器械对接制造技术

一种机器人手术器械，包括：轴；铰接部，所述铰接部位于所述轴的远端处用于铰接末端执行器，所述铰接部能由一对驱动元件驱动；以及器械接口，所述器械接口位于所述轴的近端处，所述器械接口包括用于驱动所述一对驱动元件的器械接口元件，所述器械接口元件能在第一移位范围内移位，所述器械接口元件包括主体，当所述机器人手术器械与手术机器人臂接合时，所述主体能接收在所述手术机器人臂的驱动组件接口元件中，所述驱动组件接口元件能在第二移位范围内移位，所述主体在可移位方向上的长度大于所述主体在所述第一移位范围内的最大行程和所述驱动组件接口元件在所述第二移位范围内的最大行程中的一者。

Operation robot and equipment docking

A robotic surgical instrument consisting of a shaft, an articulated part, which is located at the distal end of the shaft for articulating the end actuators, which can be driven by a pair of driving elements, and an instrument interface located at the near end of the shaft, and the device interface is used to drive the one pair of drive. The device interface element can be shifted within the first shift range, and the device interface element includes a body. When the robotic surgical instrument joins the operating robot arm, the body can receive the driving component interface element of the operating robot arm, and the drive assembly is connected. The mouth element can shift within the second shift range, the length of the body in the displaced direction is larger than the maximum stroke of the body within the first shift range and one of the maximum stroke within the second shift range of the driver component interface element.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】手术机器人与器械对接
技术介绍
已知使用机器人来辅助和执行手术。图1图示了典型的手术机器人100，其由基部108、臂102和器械105组成。基部支撑机器人，并且自身刚性地附接至例如手术室地板、手术室天花板或手推车。臂在基部和器械之间延伸。臂借助沿着其长度的多个柔性关节103铰接，柔性关节103用于相对于患者将手术器械定位在期望位置中。手术器械附接至机器人臂的远端104。手术器械在端口107处穿刺患者101的身体以出入手术部位。在其远端处，器械包括从事医疗过程的末端执行器106。图2图示了用于执行机器人腹腔镜手术的典型的手术器械200。手术器械包括基部201，手术器械借助基部201连接到机器人臂。轴202在基部201和铰接部203之间延伸。铰接部203终止于末端执行器204中。在图2中，一对锯齿状钳夹被图示为末端执行器204。铰接部203允许末端执行器204相对于轴202移动。期望借助铰接部把至少两个自由度提供给末端执行器204的运动。图3图示了已知手术器械300的示例，其中借助俯仰关节301和两个偏航关节302允许末端执行器204相对于轴202移动。关节301使末端执行器204能够围绕俯仰轴线303旋转。关节302使末端执行器204的每个钳夹均能够围绕偏航轴线304旋转。关节由线缆306、307和308驱动。滑轮305用于引导线缆307和308从它们的通道越过俯仰关节抵达偏航关节。滑轮305偏离铰接部203的中心轴线。轴的外径为8mm，以便适应被铰接部分的内部元件的数目、大小和位置。期望减小器械的外径，以便使穿过患者皮肤的切口的大小最小化并且使患者体内的破裂最小化。还期望使手术器械的重量最小化，以使支撑器械所需的机器人基部和臂的大小和重量最小化，由此使得机器人整体上更紧凑并且因此占据手术室中更小的空间并能在手术室内移动得更多。在典型的腹腔镜手术中，外科医生利用许多器械，并因此多次将一台器械更换为另一台器械。因此，期望最大限度地减少占用的时间并且最大限度地提高从机器人臂拆卸一台器械并附接上不同器械的便利性。另外，期望最大限度地减少架设好一旦已附接至机器人臂就准备使用的器械所占用的时间。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种如所附权利要求书中阐述的机器人手术器械。附图说明现在，将参照附图以举例的方式描述本专利技术。在图中：图1图示了执行手术过程的手术机器人；图2图示了已知手术器械；图3图示了手术器械的铰接式末端执行器的已知布置；图4图示了手术机器人；图5a和图5b图示了手术器械的远端；图6a和图6b图示了处于直式配置中的图5a和图5b的手术器械的远端的滑轮装置；图7图示了处于各种非直式配置中的图5a和图5b的手术器械的远端的滑轮装置；图8图示了图5a和图5b中示出的滑轮装置的偏置滑轮；图9图示了手术器械的远端的非直式配置；图10图示了手术器械的铰接部的支撑体和重定向滑轮；图11图示了图10的支撑体和重定向滑轮的不同视图；图12和图13单独图示了图10和图11的铰接部的支撑体；图14图示了安装到图12和图13的支撑体的安装有主轴的重定向滑轮；图15图示了图12和图13的支撑体的斜面和凹槽；图16图示了驱动元件在器械轴中的布置；图17a和图17b图示了手术器械的两幅视图；图18图示了器械轴中的辐条；图19a、图19b和图19c图示了器械接口的三幅视图；图20a和图20b图示了张紧机构；图21a、图21b和图21c图示了机器人臂的驱动组件接口的三幅视图；图22a、图22b和图22c图示了器械接口元件的配置；图23图示了驱动组件接口元件的配置；图24图示了接合在驱动组件接口中的器械接口；以及图25图示了器械接口的另一幅视图。具体实施方式图4图示了手术机器人，其具有从基部401延伸的臂400。臂包括多个刚性肢体402。肢体通过回转关节403联接。最近侧肢体402a由关节403a联接到基部。它和其他肢体通过另外的关节403串联联接。合适地，腕部404由四个单独的回转关节构成。腕部404将臂的一个肢体(402b)联接到最远侧肢体(402c)。最远侧肢体402c承载用于手术器械406的附接件405。臂的每个关节403均具有：一个或更多个马达407，其可以被操作而导致相应关节处的旋转运动；以及一个或更多个位置和/或转矩传感器408，其提供关于此关节处的当前配置和/或负载的信息。合适地，马达靠近其运动被马达驱动的关节布置，以改善重量分布。为了清楚起见，图4仅示出一些马达和传感器。可在申请人的共同未决专利申请PCT/GB2014/053523中大致描述该臂。臂终止于附接件405中以与器械406对接。合适地，器械406采用关于图2描述的形式。器械的直径小于8mm。合适地，器械的直径为5mm。器械的直径可小于5mm。器械直径可以是轴的直径。器械直径可以是铰接部的轮廓的直径。合适地，铰接部的轮廓的直径匹配或窄于轴的直径。附接件405包括驱动组件，该驱动组件用于驱动器械的铰接部。驱动组件接口的可移动接口元件机械接合器械接口的对应可移动接口元件，以便将来自机器人臂的驱动传递到器械。在典型的手术期间，一台器械多次更换为另一台器械。因此，在手术期间，器械能附接至机器人臂并能从机器人臂拆卸。驱动组件接口和器械接口的特征在彼此接合时有助于它们的对齐，以降低使用者将它们对齐所需要的准确度。器械406包括用于执行手术的末端执行器。末端执行器可采用任何合适的形式。例如，末端执行器可以是平滑的钳夹、锯齿状钳夹、夹持器、一把剪刀、缝合针、相机、激光器、刀、切割缝合器、烧灼器、抽吸器。如关于图2描述的，器械包括位于器械轴和末端执行器之间的铰接部。铰接部包括允许末端执行器相对于器械轴移动的多个关节。铰接部中的关节由驱动元件(诸如线缆)致动。这些驱动元件在器械轴的另一端处固定到器械接口的接口元件。因此，机器人臂如下将驱动传递到末端执行器：驱动组件接口元件的移动使器械接口元件移动，这使驱动元件移动，以使铰接部的关节移动，进而使末端执行器移动。用于马达、转矩传感器和编码器的控制器分配给机器人臂。控制器经由通信总线连接到控制单元409。控制单元409包括处理器410和存储器411。存储器411以非暂态方式存储能由处理器执行的软件，以控制马达407的操作，导致臂400按照本文中描述的方式操作。特别是，软件可以控制处理器410以导致马达(例如经由分配的控制器)基于来自传感器408和外科医生命令接口412的输入进行驱动。控制单元409联接到马达407以根据通过执行软件而生成的输出来驱动马达407。控制单元409联接到传感器408以接收来自传感器的被感测输入，并且联接到命令接口412以接收来自命令接口的输入。例如，相应的联接件可各自是电缆或光缆，或者可通过无线连接来提供。命令接口412包括一个或更多个输入装置，由此使用者可以以期望的方式请求末端执行器的运动。例如，输入装置可以是可手动操作的机械输入装置(诸如控制手柄或操纵杆)，或者非接触式输入装置(诸如光学手势传感器)。存储在存储器411中的软件被配置成响应于这些输入并且导致臂的关机和器械根据预定的控制策略相应地移动。控制策略可包括安全特征，该安全特征响应于命令输入来调节臂和器械的运动。因此，总之，命令接口412处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人手术器械，该机器人手术器械包括：轴；铰接部，所述铰接部位于所述轴的远端处用于铰接末端执行器，所述铰接部能由一对驱动元件驱动；以及器械接口，所述器械接口位于所述轴的近端处，所述器械接口包括用于驱动所述一对驱动元件的器械接口元件，所述器械接口元件能在第一移位范围内移位，所述器械接口元件包括主体，当所述机器人手术器械与手术机器人臂接合时，所述主体能接收在所述手术机器人臂的驱动组件接口元件中，所述驱动组件接口元件能在第二移位范围内移位，所述主体在可移位方向上的长度大于所述主体在所述第一移位范围内的最大行程和所述驱动组件接口元件在所述第二移位范围内的最大行程中的一者。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.10 GB 1521808.41.一种机器人手术器械，该机器人手术器械包括：轴；铰接部，所述铰接部位于所述轴的远端处用于铰接末端执行器，所述铰接部能由一对驱动元件驱动；以及器械接口，所述器械接口位于所述轴的近端处，所述器械接口包括用于驱动所述一对驱动元件的器械接口元件，所述器械接口元件能在第一移位范围内移位，所述器械接口元件包括主体，当所述机器人手术器械与手术机器人臂接合时，所述主体能接收在所述手术机器人臂的驱动组件接口元件中，所述驱动组件接口元件能在第二移位范围内移位，所述主体在可移位方向上的长度大于所述主体在所述第一移位范围内的最大行程和所述驱动组件接口元件在所述第二移位范围内的最大行程中的一者。2.根据权利要求1所述的机器人手术器械，其中，所述主体在所述可移位方向上的所述长度大于所述主体在所述第一移位范围内的最大行程和所述驱动组件接口元件在所述第二移位范围内的最大行程二者。3.根据权利要求1或2所述的机器人手术器械，其中，所述第一移位范围与所述第二移位范围相同。4.根据前述任一权利要求所述的机器人手术器械，其中，所述第二移位范围平行于所述第一移位范围。5.根据前述任一权利要求所述的机器人手术器械，其中，所述第一移位范围平行于所述轴的纵向轴线。6.根据前述任一权利要求所述的机器人手术器械，其中，所述主体包括：下侧壁，所述下侧壁被所述主体在所述可移位方向上的所述长度分离；以及上侧壁，所述上侧壁从所述下侧壁渐缩。7.根据权利要求6所述的机器人手术器械，其中，所述上侧壁被配置成在所述机器人手术器械与所述手术机器人臂接合时在所述下侧壁之前插入到所述驱动组件接口元件中。8.根据权利要求6或7所述的机器人手术器械，其中，所述上侧壁渐缩至一点。9.根据权利要求8所述的机器人手术器械，其中，所述上侧壁对称地渐缩至一点。10.根据权利要求8或9所述的机器人手术器械，其中，所述上侧壁渐缩至以小于或等于80°的角度汇合的点。11.根据权利要求6至10中的任一项所述的机器人手术器械，其中，所述上侧壁从所述下侧壁渐缩至辊，所述辊被配置成围绕垂直于所述可移位方向的轴线旋转。12.根据权利要求11在从属于权利要求7至9中的任一项时所述的机器人手术器械，其中，所述辊位于所述主体的所述点上。13.根据权利要求6至10中的任一项所述的机器人手术器械，所述机器人手术器械包括附接至每个上侧壁的辊，每个辊均被配置成围绕垂直于所述可移位方向的轴线旋转。14.根据权利要求6至13中的任一项所述的机器人手术器械，其中，所述下侧壁垂直于所述可移位方向。15.根据前述任一权利要求所述的机器人手术器械，其中，所述主体在所述第一移位范围内的最大行程为所述主体的一半长度。16.根据前述任一权利要求所述的机器人手术器械，其中，所述驱动组件接口元件在所述第二移位范围内的最大行程为所述主体的一半长度。17.根据前述任一权利要求所述的机器人手术器械，其中，所述一对驱动元件利用所述器械接口元件固定，使得所述器械接口元件的移位被传递到所述一对驱动元件。18.一种手术机器人臂，该手术机器人臂包括：驱动组件，所述驱动组件位于所述手术机器人臂的远端处，所述驱动组件包括驱动组件接口元件，当所述手术机器人臂与机器人手术器械接合时，所述驱动组件接口元件用于驱动所述机器人手术器械的器械接口元件，所述驱动组件接口元件能在第二移位范围内移位，所述驱动组件接口元件包括配置成接收所述器械接口元件的主体的插口，所述器械接口元件能在第一移位范围内移位，所述插口在所述可移位方向上的内部长度大于所述主体在所述第一移位范围内的最大行程和所述插口在所述第二移位范围内的最大行程中的一者。19.根据权利要求18所述的手术机器人臂，其中，所述插口在所述可移位方向上的所述长度大于所述主体在所述第一移位范围内的最大行程和所述插口在所述第二移位范围内的最大行程二者。20.根据权利要求18或19所述的手术机器人臂，其中，所述第一移位范围与所述第二移位范围相同。21.根据权利要求18至20中的任一项所述的手术机器人臂，其中，所述第一移位范围平行于所述第二移位范围。22.根据权利要求18至21中的任一项所述的手术机器人臂，其中，所述插口包括被所述主体在所述可移位方向上的所述长度分离的侧壁，所述侧壁均终止于辊中，每个辊均被配置成围绕垂直于所述可移位方向的轴线旋转。23.根据权利要求22所述的手术机器人臂，其中，所述侧壁垂直于所述可移位方向。24.根据权利要求18至23中的任一项所述的手术机器人臂...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·A·卡思伯森，B·R·卓别林，K·马歇尔，L·D·R·黑尔斯，N·P·SL·霍尔成德，
申请(专利权)人：CMR外科有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB