机器人臂及机器人手术系统技术方案

一种根据各种实施方式的机器人臂包括：构造成保持手术工具的工具驱动器；第一区段，其包括联接到底座的第一端、远离第一端的第二端；第一连杆，其包括构造成使第一区段的至少一部分围绕俯仰轴线旋转的电机；联接到第一连杆的第二连杆，第二连杆包括构造成使第一区段的至少一部分围绕滚动轴线旋转的电机；以及第二区段，其包括：联接到第一区段的第二端的第一端、远离第一端的第二端、第一连杆，其包括构造成使第二区段的至少一部分围绕滚动轴线旋转的电机，联接到第一连杆的第二连杆。

Robotic arm and robotic surgical system

A robot arm consisting of a variety of implementations: a tool drive constructed to maintain an operating tool; the first section, which includes the first end of the base, away from the second end of the end; the first link, which comprises a motor that is constructed to rotate at least a part of the first section around the pitching axis; The second connecting rod of the first connecting rod and the second connecting rod consists of an electric motor constructed to rotate at least part of the first section around the rolling axis; and the second section, which includes the first end of the second end connected to the first section, the second end, and the first connecting rod far away from the first end, which includes at least one of the second sections. A part of the motor rotated around the rolling axis is connected to the second connecting rod of the first connecting rod.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机器人臂及机器人手术系统相关申请的交叉引用本申请请求享有2015年7月23日提交且通过引用并入本文中的美国临时申请号62/196,190的优先权。
本公开内容大体上涉及机器人手术，且更具体地涉及机器人臂及机器人手术系统。
技术介绍
机器人协助的手术(通常称为“机器人手术”)在过去几年已经变得很普遍，其中每年进行了成百上千的程序。机器人手术系统已经成功部署在世界各地的医院和其它医疗设施中，且代表了医疗领域中的主要技术进步。然而，现有的系统可能很难设置和管理。此外，它们趋于很昂贵。附图说明尽管所附权利要求具体地提出了本技术的特征，但这些技术可能连同附图从以下详细描述中最佳地理解，在其中：图1A和1B是根据各种实施例的机器人臂的立面视图。图1C为根据一种实施例的俯仰组件的截面视图。图2A和图2B示出了根据一种实施例的用于球臂的运动范围和远程运动中心的布置。图3为示出根据一种实施例的与控制台和与机器人臂的各种电机的电机控制器通信的处理器的框图。图4A-4C为根据一种实施例构造的工具驱动器的透视图。图5A为根据一种实施例构造的端操纵装置(endeffector)的透视图。图5B为图5A的端操纵装置的透视图。图6A为根据一种实施例构造的滑架(carriage)的透视图。图6B为图6A中的滑架的顶视图。图7A为根据一种实施例的无菌隔层工具界面(sterilebarriertoolinterface)的透视图。图7B为图7A的无菌隔层工具界面的顶视图。图8A为根据一种实施例构造的手术工具的透视图。图8B为根据一种实施例构造的手术工具的底视图。具体实施方式本公开内容大体上针对一种机器人臂和机器人手术系统。转到图1A和图1B，示出了机器人臂的实施例。大体上标为100的机器人臂包括第一区段102和第二区段104。第一区段102具有第一端102a和第二端102b。第二区段104具有第一端104a和第二端104b。机器人臂100(“臂100”)还包括联接到第二区段104的第二端104b的俯仰组件120，以及联接到俯仰组件120的工具驱动器128。第一区段102的第一端102a联接到静止(或相对静止)的结构(如，手术台)，且可称为臂100的第一端。第二区段104的第二端104b可称为臂100的第二端。同样，第一区段102可在本文中称为“笛卡尔臂102”，因为(如下文将所述)第一区段102可用于在患者身体上的手术部位处将第二区段104移动就位(例如，使用三维空间中的xyz坐标)。第二区段104有时可在本文中称为“球臂104”。第一区段102包括第一连杆106、第二连杆108、第三连杆110、第四连杆112和第五连杆114。在图1A和图1B中所示的实施例中，这些连杆实施为且可在本文中称为底座连杆106、肩部俯仰连杆108、肩部滚动连杆110、肘连杆112和前臂连杆114。底座连杆106构造成可除去地附接到结构，如，手术台(例如，经由安装销105，图1B中所示)。各个连杆均具有近端(最接近第一区段102的第一端102a联接的一端)和远端(最远离第一端102a联接的一端)。第二区段104包括第一连杆116、第二连杆118和俯仰组件120。俯仰组件120包括第一连杆122和第二连杆124。在图1A和图1B中所示的实施例中，第二区段104的各种连杆均实施为且可在本文中称为球臂底座连杆116、球臂滚动连杆118、俯仰A连杆122和俯仰B连杆124。第一区段102和第二区段104的连杆可由各种材料中的任一制成，且可具有单体构造或具有通过焊接、螺接、层合等组装在一起的多个离散构件。连杆可具有多种形状(例如，U形)。底座连杆106包括容纳第一电机的壳体106a。肩部俯仰连杆108可旋转地联接到底座连杆106。第一电机的轴附接到肩部俯仰连杆108，且限定具有旋转轴线A(图1A中所示)(“轴线A”)的第一关节，使得在第一电机旋转其轴时，肩部俯仰连杆108以对应方式围绕轴线A枢转。肩部俯仰连杆108包括容纳第二电机的壳体108a。肩部滚动连杆110可旋转地联接到肩部俯仰连杆108。第二电机的轴附接到肩部滚动连杆110，且限定具有旋转轴线B(“轴线B”)的第二关节，以便在第二电机旋转其轴时，肩部滚动连杆110以对应方式围绕轴线B滚动。肩部滚动连杆110包括容纳第三电机的壳体110a。肘连杆112可旋转地联接到肩部滚动连杆110。第三电机的轴附接到肘连杆112，且限定具有旋转轴线C(轴线“C”)的第三关节，以便在第三电机旋转其轴时，肘连杆112以对应方式围绕轴线C枢转。肘连杆112包括容纳第四电机的壳体112a。前臂连杆114可旋转地联接到肘连杆112。第四电机的轴附接到肘连杆112，且限定具有旋转轴线D(“轴线D”)的第四关节，以便在第四电机旋转其轴时，前臂连杆114以对应方式围绕轴线D滚动。前臂连杆114包括容纳第五电机的壳体114a(位于第一区段102的第二端102b处)。球臂底座连杆116可旋转地联接到前臂连杆114(且因此联接到第一区段102的第二端102b)。第五电机的轴附接到球臂底座连杆116，且限定具有旋转轴线E(“轴线E”)的第五关节，以便在第五电机旋转其轴时，球臂底座连杆116(且因此整个球臂114)围绕轴线E枢转。球臂底座连杆116包括容纳第六电机的壳体116a。球臂滚动连杆118可旋转地联接到球臂底座连杆116。第六电机的轴附接到球臂滚动连杆118，且限定具有旋转轴线F(“轴线F”)的第六关节，以便在第六电机旋转其轴时，球臂滚动连杆118围绕轴线F滚动。球臂滚动连杆118包括容纳第七电机的壳体118a。俯仰A连杆122可旋转地联接到球臂滚动连杆118。第七电机的轴附接到俯仰A连杆122，且限定具有旋转轴线G(“轴线G”)的第七关节，以便在第七电机旋转其轴时，俯仰A连杆12围绕轴线G枢转。现在参看图1B，工具驱动器128包括台级130和滑架132。台级130由棱柱型关节(如，固定到台级130的轨道)联接到滑架。工具驱动器128包括沿轴线H驱动滑架132的一个或多个电机。滑架132构造成保持手术工具134(“工具134”)，其可分离且可替换。工具134可为多种类型的手术工具中的任一，且图1A和图1B中所描绘的特定工具仅为说明性的。在图1A的实施例中，工具134的界面部分联接到滑架132且位于滑架132内，而工具134的轴136延伸远离滑架132。在工具134的远端处是端操纵装置139，其在本实例中是夹具。滑架132也构造成保持套管针138。套管针138可分离且可替换，且具有工具134的轴136延伸穿过其间的纵向开孔。工具驱动器128也可构造成使手术工具134围绕旋转轴线H(也称为“工具轴线”)旋转。球形滚动轴线F、球形俯仰轴线G'和工具轴线H的交点构成用于套管针138和/或手术工具134的远程运动中心(“RCM”)133(有时称为机械RCM)。在一种实施例中，俯仰组件120构造成以便由第七电机的轴限定的旋转轴线(轴线G)保持平行于工具134的俯仰旋转轴线(轴线G')。俯仰组件的一种实施例如图1C中所示将其实现。在图1C中，第七电机(标为150)描绘在壳体118a内。第七电机150的轴152附接到俯仰A连杆122。第一滑轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种构造成操纵手术工具的机器人臂，所述机器人臂包括：工具驱动器，其构造成保持所述手术工具；第一区段，其包括：联接到底座的第一端，远离所述第一端的第二端，第一连杆，其包括构造成使所述第一区段的至少一部分围绕俯仰轴线旋转的电机，第二连杆，其联接到所述第一连杆，所述第二连杆包括构造成使所述第一区段的至少一部分围绕滚动轴线旋转的电机；以及第二区段，其包括：联接到所述第一区段的第二端的第一端；远离所述第一端的第二端，第一连杆，其包括构造成使所述第二区段的至少一部分围绕滚动轴线旋转的电机，第二连杆，其联接到所述第一连杆，所述第二连杆包括构造成使所述工具驱动器围绕俯仰轴线旋转的电机。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.23 US 62/1961901.一种构造成操纵手术工具的机器人臂，所述机器人臂包括：工具驱动器，其构造成保持所述手术工具；第一区段，其包括：联接到底座的第一端，远离所述第一端的第二端，第一连杆，其包括构造成使所述第一区段的至少一部分围绕俯仰轴线旋转的电机，第二连杆，其联接到所述第一连杆，所述第二连杆包括构造成使所述第一区段的至少一部分围绕滚动轴线旋转的电机；以及第二区段，其包括：联接到所述第一区段的第二端的第一端；远离所述第一端的第二端，第一连杆，其包括构造成使所述第二区段的至少一部分围绕滚动轴线旋转的电机，第二连杆，其联接到所述第一连杆，所述第二连杆包括构造成使所述工具驱动器围绕俯仰轴线旋转的电机。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二区段构造成使所述手术工具的尖端在由球形表面区域界定的一定容积的空间限定的运动范围中移动。3.根据权利要求1所述的机器人臂，其特征在于，所述第一区段还包括：第三连杆，其联接到所述第二连杆，所述第三连杆包括构造成使所述第一区段的至少一部分围绕第二俯仰轴线移动的电机；第四连杆，其联接到所述第三连杆，所述第四连杆包括构造成使所述第一区段的至少一部分围绕第二滚动轴线移动的电机。4.根据权利要求1所述的机器人臂，其特征在于，所述第二区段的第一连杆是球臂底座连杆，以及所述第二区段的第二连杆是球臂滚动连杆，所述机器人臂还包括：俯仰组件，其包括第一连杆，其具有与所述球臂滚动连杆的电机一起旋转的第一端，以及远离所述第一端的第二端，第二连杆，其具有联接到所述俯仰组件的第二连杆的第二端的第一端，以及联接到所述工具驱动器的第二端。5.根据权利要求1所述的机器人臂，其特征在于，所述工具驱动器包括构造成保持所述手术工具的滑架，以及由棱柱型关节联接到所述滑架的台级，所述工具驱动器构造成使所述滑架沿平移方向移动。6.根据权利要求5所述的机器人臂，其特征在于，所述平移方向沿所述手术工具的纵向轴线。7.根据权利要求1所述的机器人臂，其特征在于，所述第二区段构造成使所述手术工具的端操纵装置在由球形表面区域界定的一定容积的空间内移动。8.根据权利要求1所述的机器人臂，其特征在于，所述工具驱动器构造成使所述手术工具围绕所述手术工具的轴线旋转。9.根据权利要求1所述的机器人臂，其特征在于，所述机器人臂还包括用于接收代表所述机器人臂的运动命令的输入的用户界面装置。10.根据权利要求9所述的机器人臂，其特征在于，所述用户界面装置包括联接到所述机器人臂的手柄。11.根据权利要求10所述的机器人臂，其特征在于，所述用户界面装置还包括感测所述手柄上的力的六自由度传感器。12.根据权利要求9所述的机器人臂，其特征在于，所述用户界面装置包括X-Y操纵杆。13.根据权利要求1所述的机器人臂，其特征在于，在操作...

【专利技术属性】
技术研发人员：KS克尼希，PE加西亚基尔罗伊，S尼亚科萨里，TD伊根，
申请(专利权)人：斯里国际，
类型：发明
国别省市：美国,US