用于机器人手术系统的被动轴系统技术方案

机器人手术系统具有带有控制臂的用户界面，该控制臂包括被动轴系统，用于在外科手术过程中操纵万向节时保持可旋转地支撑在控制臂上的万向节的自由度。控制臂包括旋转构件、第一构件和第二构件。旋转构件可绕第一轴线旋转。第一构件围绕与第一轴线垂直的第二轴线可旋转地联接到旋转构件。第二构件绕第三轴线可旋转地连接到第一构件，第三轴线平行于第二轴线。万向节由第二构件围绕与第三轴线垂直的第四轴线可旋转地支撑。被动轴系统将旋转构件绕第一轴线的旋转与万向节绕第四轴线的旋转相关联。

Passive Axis System for Robot Surgery System

The robot operation system has a user interface with a control arm, which includes a passive axis system. The control arm is used to maintain the degree of freedom of the universal joints which can be rotatably supported on the control arm during the operation. The control arm includes a rotating member, a first member and a second member. The rotating member can rotate around the first axis. The first member is rotatably connected to the rotating member around the second axis perpendicular to the first axis. The second member is rotatably connected to the first member around the third axis, and the third axis is parallel to the second axis. The universal joint is rotatably supported by the second member around the fourth axis perpendicular to the third axis. The passive axis system correlates the rotation of the rotating member around the first axis with the rotation of the universal joint around the fourth axis.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于机器人手术系统的被动轴系统相关申请的交叉引用本申请要求2016年6月3日提交的第62/345,144号美国临时申请的权益和优先权，所述美国临时申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术介绍
机器人手术系统已用于微创医疗手术。在医疗过程期间，机器人手术系统由与用户界面连接的外科医生控制。用户界面允许外科医生操纵作用于患者的末端执行器。用户界面包括输入控制器，其可由外科医生移动以控制机器人手术系统。用户界面的输入控制器包括万向节，该万向节由外科医生接合以允许外科医生操纵末端执行器。万向节通常包括可相对于彼此移动的多个连杆。当输入控制由外科医生接合时，万向节的连杆可以张开，遇到奇异状态，或达到万向节的限位挡，这降低了万向节的自由度。万向节的自由度的降低可能降低外科医生在外科手术期间根据需要操纵末端执行器的能力。
技术实现思路
本公开总体上涉及一种被动轴系统，用于在外科手术过程中接合或操纵万向节时保持万向节的自由度。被动轴系统引起位于万向节底部的关节与控制臂的旋转的相反相对运动，以防止万向节的连杆张开、遇到奇异状态或相对于彼此嵌套。在本公开的一个方面，用于接收来自用户的输入的控制臂包括旋转构件、第一构件、第二构件，万向节和被动轴系统。旋转构件可绕第一轴线旋转。第一构件具有上端和下端。下端围绕与第一轴线垂直的第二轴线可旋转地连接到旋转构件。第二构件具有第一和第二端。第一端绕第三轴线可枢转地连接到第一构件的上端，第三轴线平行于第二轴线。万向节绕第四轴线可旋转地连接到第二构件的第二端，第四轴线垂直于第三轴线。被动轴系统被配置成可旋转地将第一构件绕第一轴线的旋转与万向节绕第四轴线的旋转相关联。被动轴系统包括下盘、第一轴、上盘、线环和第二轴。下盘绕第一轴线可旋转地定位在第一构件的下端附近。上盘位于第二构件的第一端附近。第一轴设置在第一构件内，并配置成将下盘可旋转地连接到上盘。线环可旋转地将上盘连接到第二轴。在一些方面，下盘相对于旋转构件可旋转地固定。被动轴系统可包括下万向接头，该下万向接头定位成使得当第一构件绕第二轴线旋转时，下万向接头绕第二轴线枢转。下万向节头可以可旋转地连接到第一轴的下端和下盘。被动轴系统可包括上万向接头，该上万向接头定位成使得当第二构件绕第三轴线旋转时，上万向接头绕第三轴线枢转。在一些方面，第二轴响应于旋转构件绕第一轴线的旋转而使万向节绕第四轴线旋转。第二轴可以响应于旋转构件在与第二方向相反的第一方向上的旋转而沿第二方向旋转万向节。第二轴在第二方向上的旋转成角度地缩放并且与旋转构件在第一方向上的旋转相反。在特定方面，控制臂包括固定安装件，并且旋转构件绕第一轴线可旋转地连接到固定安装件。第一盘可相对于固定安装件可旋转地固定。在某些方面，控制臂包括万向盘，该万向盘设置在第二构件的第二端内，该第二端可绕第四轴旋转。线环可以绕过上盘和万向盘。在一些方面，控制臂包括万向轴，该万向轴沿着第四轴线并且可绕第四轴线旋转。万向轴可以可旋转地连接到万向盘。万向节可包括支撑臂、摆臂、输入支撑臂和输入轴。支撑臂可以具有可旋转地固定到万向轴的第一端。摆臂可以具有第一端，该第一端绕第五轴线可旋转地连接到支撑臂的第二端。输入支撑臂可以具有第一端，该第一端绕第六轴线可旋转地连接到摆臂的第二端。输入轴可以沿第七轴线定位并且可旋转地连接到输入支撑臂的第二端。在本公开的另一个方面，用于接收来自用户的输入的控制臂包括旋转构件、第一构件、第二构件，万向节和被动轴系统。旋转构件可绕基座轴线旋转。第一构件从旋转构件延伸到上端。第二构件具有第一端，该第一端连接到第一构件的上端。万向节围绕万向轴线可旋转地连接到第二构件的第二端。被动轴系统被配置成可旋转地将第一构件绕基座轴线的旋转与万向节绕万向轴线的旋转相关联，以保持万向节相对于旋转构件的角度。在本公开的另一方面，机器人手术系统包括处理单元、机器人系统和用户界面。机器人系统与处理单元通信并且包括支撑在第一连杆的一端的第一工具。用户界面与处理单元通信并包括第一控制臂。第一控制臂配置成响应于来自用户的输入操纵机器人系统的第一连杆和第一工具。第一控制臂可以是本文详述的任何控制臂。在一些方面，机器人系统包括支撑在第二连杆的一端的第二工具，并且用户界面包括第二控制臂。第二控制臂可以被配置为响应于来自用户的输入操纵第二连杆和第二工具。第二控制臂可以是本文详述的任何控制臂。在本公开的另一方面，一种控制具有用户界面的机器人系统的工具的方法包括移动用户界面的万向节，使得支撑万向节的控制臂绕第一轴线旋转。控制臂可以包括被动轴系统，该被动轴系统使万向节的支撑臂绕第二轴线旋转，以保持万向节的支撑臂和万向节的输入轴之间的角度。控制臂可以是本文公开的任何控制臂。在本公开的另一方面，一种用于接收来自用户的输入的控制臂包括旋转构件、第一构件、第二构件、万向节和限制延伸机构。旋转构件可绕第一轴线在第一基座方向上旋转到第一旋转极限，并且在与第一方向相反的第二基座方向上旋转到第二旋转极限。第一构件可枢转地连接到旋转构件。第二构件可枢转地连接到第一构件。万向节由第二构件绕第四轴线可旋转地支撑。万向节绕第四轴线的旋转可操作地与旋转构件围绕第一轴线的旋转相关联，使得万向节在第一万向节方向上的旋转使旋转构件相对于基座围绕第一轴线在第一基座方向上旋转。限制延伸机构被配置为当第一万向节方向上的输入扭矩超过限制延伸机构绕第一轴线的阈值扭矩时，当旋转构件处于第一旋转限制时，允许万向节在第一万向节方向上绕第四轴线旋转。阈值扭矩可以在约200Nmm至约1200Nmm的范围内。在一些方面，万向节在与第一方向相反的第二方向上的旋转使旋转构件在第二基座方向上绕第一轴线相对于基座旋转。在一些方面，限制延伸机构包括支撑凸轮从动件和凸轮的柱塞。凸轮可以具有凸轮表面，并且柱塞可以使凸轮从动件偏置成与凸轮的凸轮表面接合。凸轮的凸轮表面可包括孔。当凸轮从动件位于凸轮的孔内时，凸轮可以具有中心位置。通过凸轮从动件与凸轮的凸轮表面的接合，凸轮可以偏置到中心位置。阈值力可以等于使凸轮从中心位置旋转所需的扭矩。凸轮表面可以限定从孔到凸轮表面的中点的凸轮轮廓。凸轮轮廓可以成形为使得需要恒定的输入扭矩等于阈值力，以使凸轮继续旋转，使凸轮从动件从孔朝向中点横穿凸轮表面。或者，凸轮轮廓可以成形为使得凸轮的连续旋转需要增加的输入扭矩以使凸轮从动件从孔朝向中点横穿凸轮表面。凸轮轮廓的半径可以增加，使得凸轮的连续旋转需要线性增加的输入扭矩，或者凸轮的半径可以增加，使得凸轮的连续旋转需要指数增加的输入扭矩。在某些方面，限制延伸机构包括驱动轴、第一滑轮、第二滑轮和驱动带。第一滑轮可以可旋转地固定到马达的驱动轴。第二滑轮可以绕第一轴线可旋转地固定，并且可以与第四轴线可操作地相关联。驱动带可以设置在第一和第二滑轮周围。当输入力小于阈值力时，马达可以防止驱动轴的旋转。在本公开的另一方面，一种控制具有用户界面的机器人系统的工具的方法包括移动用户界面的万向节并向万向节施加输入力。移动用户界面的万向节使在第一方向上围绕第一轴线支撑万向节的控制臂旋转，直到万向节达到阈值极限。控制臂包括限制超过机构，该机构抵抗万向节在第一方向上的旋转超过阈值极限。在第一方向上将输入扭矩施加到万向节包括施加大于超过限制机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于接收来自用户的输入的控制臂，所述控制臂包括：旋转构件，其可绕第一轴线在第一基座方向上旋转到第一旋转极限，并且在与第一方向相反的第二基座方向上旋转到第二旋转极限；第一构件，其枢转地连接到所述旋转构件；第二构件，其枢转地连接到第一构件；万向节，其由第二构件绕第四轴线可旋转地支撑，所述万向节绕第四轴线的旋转可操作地与所述旋转构件绕第一轴线的旋转相关联，使得所述万向节在第一万向节方向上的旋转使所述旋转构件相对于基座围绕第一轴线在第一基座方向上旋转；和限制延伸机构，其被配置为当第一万向节方向上的输入扭矩超过限制延伸机构绕第一轴线的阈值扭矩时，当所述旋转构件处于第一旋转限制时，允许所述万向节在第一万向节方向上绕第四轴线旋转。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.03 US 62/345,1441.用于接收来自用户的输入的控制臂，所述控制臂包括：旋转构件，其可绕第一轴线在第一基座方向上旋转到第一旋转极限，并且在与第一方向相反的第二基座方向上旋转到第二旋转极限；第一构件，其枢转地连接到所述旋转构件；第二构件，其枢转地连接到第一构件；万向节，其由第二构件绕第四轴线可旋转地支撑，所述万向节绕第四轴线的旋转可操作地与所述旋转构件绕第一轴线的旋转相关联，使得所述万向节在第一万向节方向上的旋转使所述旋转构件相对于基座围绕第一轴线在第一基座方向上旋转；和限制延伸机构，其被配置为当第一万向节方向上的输入扭矩超过限制延伸机构绕第一轴线的阈值扭矩时，当所述旋转构件处于第一旋转限制时，允许所述万向节在第一万向节方向上绕第四轴线旋转。2.根据权利要求1所述的控制臂，其中所述阈值扭矩在约200Nmm至约1200Nmm的范围内。3.根据权利要求1所述的控制臂，其中所述万向节在与第一万向节方向相反的第二万向节方向上的旋转使所述旋转构件在第二基座方向上绕第一轴线相对于基座旋转。4.根据权利要求1所述的控制臂，其中所述限制延伸机构包括支撑凸轮从动件和凸轮的柱塞，所述凸轮具有凸轮表面，并且所述柱塞将所述凸轮从动件偏置成与所述凸轮的凸轮表面接合。5.根据权利要求4所述的控制臂，其中所述凸轮的凸轮表面包括孔，当所述凸轮从动件位于所述凸轮的所述孔内时所述凸轮具有中心位置。6.根据权利要求5所述的控制臂，其中所述凸轮通过所述凸轮从动件与所述凸轮的凸轮表面接合偏置到所述中心位置。7.根据权利要求5所述的控制臂，其中所述阈值扭矩等于从所述中心位置旋转所述凸轮所需的扭矩。8.根据权利要求7所述的控制臂，其中所述凸轮表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉·派纳，卡梅伦·塞西尔，
申请(专利权)人：柯惠LP公司，
类型：发明
国别省市：美国,US