主‑从柔性机器人内窥镜系统技术方案

一种柔性机器人内窥镜从系统，包括内窥镜主体和从所述主体延伸的柔性细长轴，至少一个腱驱动的机器人内窥镜仪器可插入到所述柔性细长轴中；坞站，所述内窥镜主体与所述坞站可释放地对接；以及平移机构，用于当所述内窥镜主体对接时选择性地在所述柔性细长轴内纵向移动所述内窥镜器械。平移机构可以携带和选择性地替换通过腱驱动每个机器人内窥镜仪器的致动器。机器人仪器运动的至少一个自由度(DOF)由一对致动器和相应的一对腱控制。致动接合结构将致动器可释放地联接到用于驱动每个内窥镜仪器的适配器结构。腱预张力可以在可编程控制下自动发生。没有腱卷曲结构的滚动接头可以用于机器人内窥镜器械中以减少腱磨损和滚动接头空间体积。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
一种主-从柔性机器人内窥镜系统的从系统包括一内窥镜本体和一自该本体延伸的柔性细长轴，至少一腱驱动机器人内窥镜仪器可插入该本体或长杆；一坞站，供内窥镜主体可释放地停驻；及一转换机构在所述内窥镜本体停驻时可操作的选择性的在纵向方将所述内窥镜仪器放入所述柔性长杆。一促动结构可释放地将电机盒制动器连接至一适配器结构以驱动每个内窥镜仪器。对于至少一些空间运动的DOF，两个制动器及两个相应的腱能控制每个DOF的仪器运动。在可编程的控制下，腱伸张能自动发生。一个没有腱卷边结构的滚动接头能被应用于机器内窥镜仪器，以减少腱磨损及滚动接头的空间体积。
技术介绍
多种主-从机器人柔性内窥镜系统已提出或正在开发中。例如，国际专利申请号PCT/SG2013/000408和国际专利公开号WO2010/138083描述的主-从机器人柔性内窥镜系统中，腱驱动机器人手臂和相应的末端执行器可插入内窥镜主体，该内窥镜主体具有自其延伸的柔性细长轴，从而使得机器人手臂和末端执行器可延伸出挠性细长轴的末端以执行内窥镜检查过程。驱动机器人手臂和它们的末端执行器的腱具有护套结构，如螺旋线圈护套。柔性机器人内窥镜系统的组成部分，包括携带机器人手臂和相应的末端执行器，旨在用于插入人体要求尺寸最小化的柔性细长轴。遗憾的是，一些现有的柔性机器人内窥镜系统的体内导入部分具有比所需的相对于它们旨在被部署于身体内部环境更大的直径或截面面积。在内窥镜检查过程中，由所述柔性细长轴携带的机器人手臂和末端执行器必须在任何时候都被精确地操纵以响应于外科医生产生的控制信号。柔性机器人内窥镜系统的挠性，允许柔性细长轴插入自然体孔，随后所述柔性细长轴沿着一条曲折或高度曲折路径到外科医生可以执行内窥镜检查过程的目标部位。然而，这样的灵活性本身会引起关于确保机器人手臂和它们的末端执行器在所述柔性细长轴沿着所述曲折路径延伸仍能保持精确控制的困难。更具体地说，取决于沿腱经过的路径，腱由机器人手臂和末端效应在空间操作其张力可以显著变化，导致腱松弛或腱反弹而降低机器人手臂及它们的末端执行器的一致性及高精度控制性。因此需要一种能够克服这些问题的柔性机器人内窥镜检查系统。
技术实现思路
根据本公开的一方面，一种主-从内窥镜系统包括：一内窥镜包括一主体及自主体延伸出的柔性细长轴，所述柔性细长轴横跨其近端及远端之间的长度，所述柔性细长轴沿其长度方向有多个通道设置于其内，包括第一通道，第二通道及第三通道；机械驱动制动组件，其可拆卸的插入所述第一通道，所述机械驱动制动组件包括连接有一机械驱动末端执行器的一机器人手臂及多个可用于在其受力时空间操控所述机器人手臂及其末端执行器的腱；成像内窥镜，其可拆卸地插入所述第二槽；及手动驱动制动组件，其可拆卸的插入所述第三槽，所述手动驱动制定组合连接有一手动操作的内窥镜仪器。所述第一组制动器可连接至所述机械驱动制动组件，并用于施力至所述多个腱。所述成像内窥镜能构成一成像内窥镜组合的一部分，其包括适配器，通过所述适配器，所述成像内窥镜能连接至一用于给所述成像内窥镜提供冲击位移的制动器。所述成像内窥镜组合还包括承载在其中的多个腱，其通过适配器到第二组致动器的方式，所述第二组致动器用于向成像内窥镜提供起伏，摇摆和俯仰运动中的至少一种。所述机械驱动制动组件还包括一可拆卸的连接至所述第一组制动器的适配器，其被配置为用于根据预定数量的自由度(DOF)运动，且所述第一组致动器包括对应于至少一个DOF的两个致动器。根据本公开的一方面，一种主-从内窥镜系统包括：(a)具有主体的内窥镜，柔性细长轴从所述主体延伸，所述柔性细长轴跨越其近端和远端之间的长度，所述柔性细长轴具有沿其长度设置在其中的一组通道，一组致动组件可插入所述通道，所述多个通道包括第一通道和第二通道；(b)由所述一组通道承载的一组柔性机器人驱动制动组件，每个机器人驱动制动组件包括：机器人手臂，具有与其耦合的机器人驱动的末端执行器；以及多个腱，其耦合到所述机器人手臂并且被配置为根据预定数量的自由度(DOF)控制所述机器人手臂及其末端执行器的运动，其中两个腱控制所述机器人手臂的每个自由度；(c)对应于每个机器人驱动制动组件的一组致动器，每个致动器可通过外科医生可以与之相互作用的一组输入装置控制，每个致动器用于响应外科医生对该组输入设备的输入而选择性地将扭矩施加到其相应的机器人驱动制动组件的腱；其中两个致动器控制所述机器人手臂的每个自由度；及(d)处理单元，用于执行腱预张紧或再张紧程序，以通过以下方式自动地为每个机器人驱动制动组件的多个腱建立张力水平：(i)根据与代表性弯曲度配置相关联的预存的扭矩参数向所述机器人驱动制动组件的每个致动器施加扭矩，所述代表性弯曲度配置对应于所述机器人驱动制动组件沿其路由路径的弯曲度；或(ii)对于所述机器人驱动制动组件的每个腱：动态地确定所述腱的松弛状态和非松弛状态之间的扭矩转变点；以所述扭矩转变点决定的扭矩水平对与所述腱对应的致动器(例如，所述腱固定或安装到的一个制动器)施加扭矩。在执行内窥镜手术之前，或将每个机器人驱动制动组件插入到柔性细长轴的通道内之后，在手术室外部，根据与所述代表性弯曲度配置相关联的存储的扭矩参数向所述机器人驱动制动组件的每个腱施加扭矩。为每个腱动态地确定所述松弛状态和所述松弛状态之间的扭矩转变点，是在执行内窥镜手术之前或期间内随即发生的。为每个腱动态地确定所述松弛状态和所述不松弛状态之间的扭矩转变点包括：测量对应于所述腱的腱张力分布；和计算所述腱张力分布的第一和/或第二阶导数。所述系统还包括与每个机器人驱动制动组件相应的仪器适配器，所述仪器适配器可移除地联接到所述致动器组，用于选择性地将所述机械驱动组合的多个腱联接到所述致动器组，其中所述仪器适配器用于在与所述致动器组分离时维持施加到所述机器人驱动制动组件的每个腱的张力。根据本公开的一方面，一种主从内窥镜系统，包括：(a)一组机器人驱动制动组件，每个机器人驱动制动组件包括：机器人手臂，具有与其相连的机器人驱动的末端执行器；和多个腱，其被配置用于根据预定数量的自由度(DOF)控制所述机器人手臂和所述端部执行器的运动；和对应于每个机器人驱动制动组件并且联接到其腱的仪器适配器，所述仪器适配器可联接到一组机械元件，用于选择性地将所述机器人驱动制动组件的所述多个腱连接到一组致动器，所述仪器适配器包括：可旋转轴，其对应于所述机器人驱动致动组件的每个腱，所述可旋转轴具有纵向轴线，所述腱沿所述纵向轴线周向地缠绕；和对应于每个可旋转轴的第一张力维持元件和第二张力维持元件，其中所述第一张力维持元件相对于所述第二张力维持元件是可移位的，用于与所述第二棘轮元件选择性地接合和脱离，并且其中所述第一张力维持元件构造成用于当所述仪器适配器与该组机械元件脱离时与所述第二张力维持元件配合接合，以防止所述轴的旋转，从而保持所述腱中的张力水平。所述第一和第二张力维持元件各自包括棘轮元件和摩擦板中的一个。所述仪器适配器还包括弹性偏置元件，当所述仪器适配器与该组机械元件分离时，所述弹性偏置元件将所述第一张力维持元件和所述第二张力维持元件保持在接合状态。当所述仪器适配器联接到该组机械元件时，所述弹性偏压元件可相对于所述轴移动，以使所述第一张力维持元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种主‑从内窥镜系统，包括:内窥镜，其包括一主体及自主体延伸出的柔性细长轴，所述柔性细长轴横跨其近端及远端之间的长度，所述柔性细长轴沿其长度方向有多个通道设置于其内，包括第一通道，第二通道及第三通道；机械驱动制动组件，其可拆卸的插入所述第一通道，所述机械驱动制动组件包括:机器人手臂，其连接有一机械驱动末端执行器；及多个可用于响应于其受到的力，其在空间上操控所述机器人手臂及其末端执行器的腱；成像内窥镜，其可拆卸地插入所述第二通道；及手动驱动制动组件，其可拆卸的插入所述第三通道，所述手动驱动制动组件连接有一手动操作的内窥镜仪器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.19 US 61/955,2321.一种主-从内窥镜系统，包括:内窥镜，其包括一主体及自主体延伸出的柔性细长轴，所述柔性细长轴横跨其近端及远端之间的长度，所述柔性细长轴沿其长度方向有多个通道设置于其内，包括第一通道，第二通道及第三通道；机械驱动制动组件，其可拆卸的插入所述第一通道，所述机械驱动制动组件包括:机器人手臂，其连接有一机械驱动末端执行器；及多个可用于响应于其受到的力，其在空间上操控所述机器人手臂及其末端执行器的腱；成像内窥镜，其可拆卸地插入所述第二通道；及手动驱动制动组件，其可拆卸的插入所述第三通道，所述手动驱动制动组件连接有一手动操作的内窥镜仪器。2.如权利要求1所述的系统，还包括：可连接至所述机械驱动制动组件的第一组制动器，其被配置用于施力至所述多个腱。3.如权利要求2所述的系统，其中所述成像内窥镜包括成像内窥镜组件的一部分，所述成像内窥镜组件包括适配器，通过所述适配器，所述成像内窥镜能连接至用于给所述成像内窥镜提供冲击位移的制动器。4.如权利要求3所述的系统，其中所述成像内窥镜组件还包括承载在其中的多个腱，其通过适配器的方式联接到第二组致动器，所述第二组致动器用于向成像内窥镜提供起伏，摇摆和俯仰运动中的至少一种。5.如权利要求2所述的系统，其中所述机械驱动制动组件还包括可拆卸的连接至所述第一组制动器的适配器。6.如权利要求2所述的系统，其中所述机械驱动制动组件用于根据预定数量的自由度(DOF)运动，且其中所述第一组致动器包括对应于至少一个DOF的两个致动器。7.一种主-从内窥镜系统，包括:内窥镜，其具有一主体及自主体延伸的柔性细长轴，所述柔性细长轴横跨其近端及远端之间的长度，所述柔性细长轴沿其长度有一组通道设置于其内，一组驱动制动组件能插入该组通道内，所述多个通道包括第一通道及第二通道；由该组通道承载的一组柔性机械驱动制动组件，每个机械驱动制动组件包括:机器人手臂，具有与其连接的机械驱动的末端执行器；及多个腱，其与所述机器人手臂相连并用于根据预定数量的自由度(DOF)控制所述机器人手臂及其末端执行器的运动，其中两个腱控制所述机器人手臂的每个自由度；对应于每个机械驱动制动组件的一组致动器，每个致动器可通过外科医生能与之相互作用的一组输入装置的方式控制，每个致动器用于响应外科医生对该组输入设备的输入而选择性地将扭矩施加到其相应的机械驱动制动组件的腱；其中两个致动器控制所述机器人手臂的每个自由度；及处理单元，用于执行腱预张紧或再张紧程序，以通过以下方式自动地为每个机械驱动制动组件的多个腱建立张力水平：(a)根据与代表性弯曲度配置相关联的预存的扭矩参数向所述机械驱动制动组件的每个致动器施加扭矩，所述代表性弯曲度配置对应于所述机械驱动制动组件沿其路由路径的弯曲度；或(b)对于所述机械驱动制动组件的每个腱：动态地确定所述腱的松弛状态和非松弛状态之间的扭矩转变点；及以所述扭矩转变点决定的扭矩水平对与所述腱对应的致动器施加扭矩。8.如权利要求7所述的系统，其中，在执行内窥镜手术之前，或将每个机械驱动制动组件插入到柔性细长轴的通道内之后，在手术室外部，根据与所述代表性弯曲度配置相关联的存储的扭矩参数向所述机械驱动制动组件的每个腱施加扭矩。9.如权利要求7所述的系统，其中为每个腱动态地确定所述松弛状态和所述松弛状态之间的扭矩转变点，是在执行内窥镜手术之前或期间随即发生的。10.如权利要求7所述的系统，其中为每个腱动态地确定所述松弛状态和所述非松弛状态之间的扭矩转变点包括：测量对应于所述腱的腱张力分布；和计算所述腱张力分布的第一和/或第二阶导数。11.如权利要求7-10中任一项所述的系统，还包括与每个机械驱动制动组件相应的仪器适配器，所述仪器适配器可拆卸地联接到所述致动器组，用于选择性地将所述机械驱动制动组件的多个腱联接到所述致动器组，其中所述仪器适配器用于在与所述致动器组分离时保持施加到所述机械驱动制动组件的每个腱的张力。12.一种主-从内窥镜系统，包括：一组机械驱动制动组件，每个机械驱动制动组件包括：机器人手臂，具有与其相连的机械驱动的末端执行器；和多个腱，其被配置用于根据预定数量的自由度(DOF)控制所述机器人手臂和所述末端执行器的运动；和对应于每个机械驱动制动组件并且联接到其腱的仪器适配器，所述仪器适配器可联接到一组机械元件，用于选择性地将所述机械驱动制动组件的所述多个腱连接到一组致动器，所述仪器适配器包括：可旋转的轴，其对应于所述机械驱动制动组件的每个腱，所述可旋转轴具有纵向轴线，所述腱沿所述纵向轴线周向地缠绕；和对应于每个可旋转轴的第一张力维持元件和第二张力维持元件，其中所述第一张力维持元件相对于所述第二张力维持元件是可移位的，用于与所述第二棘轮元件选择性地接合和脱离，并且其中所述第一张力维持元件构造成用于当所述仪器适配器与该组机械元件脱离时与所述第二张力维持元件配合接合，以防止所述轴的旋转，从而保持所述腱中的张力水平。...

【专利技术属性】
技术研发人员：山本智徳，艾萨克·大卫·彭尼，克里斯托夫·利·希·豪·桑顺，霍安哈·特兰，泰·扎·伦，陈俊恩，内藤直幸，小林贵裕，大石万希生，
申请(专利权)人：恩达马斯特有限公司，豪雅集团，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG