软机器人牵拉器制造技术

实施例描述了用于医疗使用例如在手术期间或其它医疗操作中的软机器人致动器。根据一个实施例，提供一种软机器人切口牵拉器。根据另一个实施例，提供一种软机器人身体组织牵拉器。切口牵拉器和身体组织牵拉器可一起使用，例如通过使用切口牵拉器使切口保持打开，同时身体组织牵拉器操作生物物质或通过切口可接触的物体。所描述的实施例具有适形于给定空间的能力、相较于传统牵拉器减小了的对周围结构造成损害的风险、具有可传递力的变化的能力、具有由医学安全材料制成的能力并且具有可再用的或一次性使用的可能性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】软机器人牵拉器相关申请本申请要求于2014年11月13日提交的美国专利申请号62/079,302的优先权。上述申请的内容被援引纳入本文。
本专利技术大体涉及机器人领域，特别涉及采用软机器人致动器的医疗牵拉器。
技术介绍
机器人应用于许多行业，例如制造业、工业应用以及医疗应用等。软机器人是机器人的发展领域，其提供了软的、适形的以及自适应的抓持器和致动器以使机器人能够以与人相似的方式与物体相互作用。特别地，这样的机器人能够以与人手相同的方式操作物体。软机器人已被用于机器人系统，用于抓持生产线上或仓库中的物体。例如，如果部件位于容器中、架子上、传送带上或者部件从架子被移到传送带上，末端执行器可以自适应地从各种方向对物体进行拾取，例如“侧面拾取”或“从上向下拾取”。在每一个任务中相同的抓持器也可以像人手一样自适应地改变物体。
技术实现思路
实施例采取了将软机器人致动器的内容应用于医疗领域的构思，具体说是将软机器人牵拉器提供到在外科手术期间和其它医疗操作中使用。软机器人致动器有许多优点，包括对给定空间自适形的能力和传统致动器相比减小了对被操作物体或周围结构造成损害的风险、传递力的变化的能力、由医学安全材料制成的能力以及可再用或一次性使用的可能性。附图说明图1A-1D示出了使用软机器人致动器的示例性切口牵拉器。图2A-2D示出了使用软机器人致动器的示例性身体管腔牵拉器。图3A-3C示出了示例性切口牵拉器和示例性身体管腔牵拉器在使用时的例子。图4A-4E是更详细地示出了示例性切口牵拉器的各种立体图。图5A-5E是更详细地示出了示例性身体管腔牵拉器的各种立体图。图6是示出了用于使用切口牵拉器和身体管腔牵拉器的示例过程的流程图。图7A-7H示出了执行图6所示步骤的示例性切口牵拉器和示例性身体管腔牵拉器。具体实施方式本专利技术现将参考附图在下文更全面地描述，在附图中示出了本专利技术的优选实施例。但本专利技术能以各种不同方式来实施且不应被视为被本文所述的实施例限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开充分且完善并充分向本领域技术人员传达本专利技术的范围。在附图中，相同的附图标记始终表示相同的零部件。实施例提供了在医疗例如在手术或其它医疗操作中使用的软机器人致动器。根据一个实施例，提供了一种软机器人切口牵拉器。根据另一个实施例，提供了一种软机器人身体组织牵拉器。切口牵拉器和身体组织牵拉器可共同使用，例如通过使用切口牵拉器使切口保持打开，同时身体组织牵拉器通过该切口可操作生物物质或接触物体。所描述的实施例具有适形于给定空间的能力、相较于传统的牵拉器而言对周围结构的降低的损害风险、传递力的变化的能力、可由医学安全材料制成的能力、以及可再用的或一次性使用的可能性。现在对软机器人致动器进行简要概述。软机器人致动器传统的机器人抓持器或致动器可能是价格昂贵的且不能在某些环境中操作，其中正被处理的物体在重量、尺寸和形状方面的不确定性和多样性导致无法采用如过去那样的自动化解决方案。本申请描述自适应性、价格便宜、重量轻、可定制和易使用的新型软机器人致动器的应用。软机器人致动器可以由弹性材料例如橡胶形成。它们可以例如通过将一片或多片弹性材料成型为期望的形状来产生。软机器人致动器可以包括可填充有流体例如空气、水或盐水的中空内部以膨胀和致动该致动器。在致动时，致动器的形状或轮廓会改变。在手风琴式致动器的情况中(在下文中更加详述)，致动可以使致动器弯曲或拉直成预设的目标形状。处于完全未致动形状和完全致动形状之间的一个或多个中间目标形状可通过局部地膨胀致动器来获得。致动还可以允许致动器在要被抓持或被推动的物体上施加力。但是，与传统的硬机器人致动器不同，软致动器在被致动时保持自适应性，以使软致动器可以部分地或完全地适形于要被抓持的物体的形状。此外，可以可控方式在整个大表面区域分散施加的力。通过这种方式，软机器人致动器可抓持物体且不对其造成损坏。此外，软机器人致动器允许新类型的运动或运动(包括弯曲、扭转、拉伸、收缩)的组合，这可能难以或不可能用传统硬机器人致动器来实现。实施例利用软机器人致动器的优点来提供适用于医疗应用的牵拉器，如下所述。应用在医疗环境中，软机器人致动器具有许多优点。软机器人致动器具有适形于给定空间的能力，这就意味着它们可以向可能具有不规则尺寸或难以接触的组织或身体管腔施加力。因为软机器人致动器是适形的并且自适应的，并且因为软机器人致动器可由医学安全弹性材料制成，所以相较于传统牵拉器而言使用软机器人致动器可降低对周围结构造成损坏的风险。此外，软机器人致动器可传递力的变化，允许牵拉器适应于变化的需求。更进一步，因为广泛的材料可以用来制造软机器人致动器，所以依据使用者的需要致动器可被制造成具有可再用、部分可再用或一次性使用的可能性。更进一步，因为致动器可改变尺寸，因此它们可以穿过小开口(这例如在腹腔镜治疗中可能是有用的)。在穿过开口之后，致动器可在开口的远侧上增大尺寸，以使致动器处于可牵拉和可操作目标的状态。软机器人致动器可能特别有用的操作的例子包括但不限于：开放软组织管理、开放手术粘连分解、开放手术阑尾切除术、开放手术胃旁路术、开放手术胆囊切除术、开放手术食管胃底成形术、开放手术疝缝手术、部分结肠切除术、完整结肠切除术、乙状结肠切除术、常规痔切除术、开放手术活检、肠移植、肾移植、肝移植、部分肾切除术、根治性肾切除术、脾切除术、部分肺切除术、肺叶切除术、开放肺活检、胸腔镜检查手术、手术创伤。现在对适用于这些(和其它的)类型的操作的示例性软机器人牵拉器进行描述。实施例在此讨论两种类型的软机器人致动器。切口牵拉器被设计为插入体内某一位置，例如切口位置或伤口位置，从而对切口或伤口边缘进行支撑以在该位置提供限定的工作空间。身体组织牵拉器被设计为插入位于身体内的工作空间，从而操作工作空间内的生物物质或物体以便更好地看见或物体接触目标组织或器官。例如，可采用肠牵拉器可被用于操作病人的肠部，从而在手术操作中将肠移出。图1A-1D示出了示例性切口牵拉器。更具体地，图1A示出了在切口处展开的切口牵拉器的部分侧视图。图1B示出了图1A中的部分的俯视图。图1C示出了保持在切口外部并且被使用者操作的切口牵拉器的部分的侧视图。图1D示出了图1C中所示的外部部分的替代实施例。虽然在以下的描述内容中将这些装置描述成“切口”牵拉器，但是本领域普通技术人员会认识到本专利技术不仅限于此。除了在切口区域提供牵引能力外，本文所描述的示例性切口牵拉器可用于在任何适用位置提供牵引能力(如牵拉腹内器官)。切口牵拉器通常包括软机器人致动器100，其利用膨胀流体是可膨胀的。膨胀流体可经由膨胀装置120通过软管118被提供。通常，切口牵拉器应该经由最小尺寸的打开切口向皮下解剖提供安全、可靠并且最大的物理和视线通道。示例性切口牵拉器通过使软机器人致动器100膨胀可被展开；在展开之前或之后，软机器人致动器100可处于未膨胀状态。当膨胀时，致动器100基本上呈“C”形或部分呈椭圆形；在膨胀之前或收缩之后，如果希望，致动器100呈相对平坦的形状并且可以被折叠。这允许牵拉器在展开时可使物理和视线通道最大化，同时在插入切口期间具有最小的轮廓。在膨胀状态，致动器100绕着中心轴线弯曲，如图1A所示。为便于讨论，本文定义了几个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软机器人装置，包括：软机器人致动器，其包括在径向上向外延伸的多个手风琴式延伸部，所述软机器人致动器能够处于膨胀状态或未膨胀状态；和管，其被构造为向所述软机器人致动器提供膨胀流体；其中，基于目标切口或伤口的尺寸和构造，将所述软机器人致动器被尺寸设定和构造为：在未膨胀状态下所述软机器人致动器能插入目标切口或伤口中，且在膨胀状态下所述软机器人致动器在径向上在目标切口周围施力以将目标切口保持在打开状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.13 US 62/0793021.一种软机器人装置，包括：软机器人致动器，其包括在径向上向外延伸的多个手风琴式延伸部，所述软机器人致动器能够处于膨胀状态或未膨胀状态；和管，其被构造为向所述软机器人致动器提供膨胀流体；其中，基于目标切口或伤口的尺寸和构造，将所述软机器人致动器被尺寸设定和构造为：在未膨胀状态下所述软机器人致动器能插入目标切口或伤口中，且在膨胀状态下所述软机器人致动器在径向上在目标切口周围施力以将目标切口保持在打开状态。2.根据权利要求1所述的软机器人装置，其中，当处于膨胀状态时所述软机器人致动器在所述切口或伤口的周围施加大约1至3磅的力。3.根据权利要求1所述的软机器人装置，还包括用于将所述膨胀流体供应到所述软机器人致动器的膨胀装置，其中所述膨胀装置包括手动操作的充气球状体、导管球囊充气机或注射器。4.根据权利要求1所述的软机器人装置，还包括用于将所述膨胀流体供应到所述软机器人致动器的膨胀装置，其中所述膨胀装置包括一个或多个泵、压缩机或用于从储存器或周围环境供应所述膨胀流体的调节器。5.根据权利要求1所述的软机器人装置，还包括用于控制所述膨胀装置的控制装置，其中所述控制装置包括被编程为响应于接收的控制信号使所述软机器人致动器膨胀或收缩的控制器。6.根据权利要求1所述的软机器人装置，还包括设置在所述软机器人致动器的径向内表面上的基本平坦的基座。7.根据权利要求1所述的软机器人装置，其中，所述膨胀流体包括空气或盐水中的至少一种。8.根据权利要求1所述的软机器人装置，其中，所述软机器人致动器从未膨胀状态变换到膨胀状态使所述软机器人致动器径向延伸而呈部分椭圆形。9.根据权利要求1所述的软机器人装置，其中，所述软机器人致动器被构造为进入部分膨胀状态，并且与膨胀状态相比，将所述致动器置于部分膨胀状态改变由所述软机器人致动器在目标伤口或切口上施加的力的大小。10.根据权利要求1所述的软机器人装置，还包括用于将致动器可拆卸地连接到软管的接口。11.一种软机器人装置，包括：软机器人致动器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·莱辛，R·R·克诺夫，M·格拉哈姆，C·沃塞，
申请(专利权)人：软机器人公司，
类型：发明
国别省市：美国,US