用于机器人外科手术系统接口的触觉反馈控制装置制造方法及图纸

一种用于机器人外科手术系统的常平架，其包括支撑连杆、输入连杆以及振动组合件。所述输入连杆从所述支撑连杆延伸，且所述振动组合件安装到所述支撑连杆。所述振动组合件包括中心支架、端盖以及音圈。所述端盖可相对于所述中心支架移动。所述音圈具有固定到所述中心支架的内部构件和固定到所述端盖的外部构件。所述音圈配置为响应于施加到所述内部构件或所述外部构件中的一个的电压而使所述常平架振动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于机器人外科手术系统接口的触觉反馈控制装置相关申请的交叉参考本申请要求2015年10月30日提交的美国临时专利申请系列第62/248,516号的权益和优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
机器人外科手术系统已经在微创医疗程序中进行了应用。在此类医疗程序期间，机器人外科手术系统由与用户接口进行交互的外科医生控制。该用户接口允许外科医生操纵作用于患者的末端执行器。用户接口包括柄部或常平架，其可以由外科医生移动以控制机器人系统。需要改进的反馈系统，以用于在外科手术期间向与用户接口进行交互的外科医生提供触觉反馈。
技术实现思路
在本公开的一方面，用于外科手术机器人系统的常平架包括支撑连杆、从支撑连杆延伸的输入连杆以及安装到支撑连杆的振动组合件。振动组合件包括中心支架、端盖和音圈。端盖可以相对于中心支架移动。音圈具有固定到中心支架的内部构件和固定到端盖的外部构件。音圈配置为响应于施加到内部构件或外部构件中的一个的电压而使常平架振动。在各个方面，中心支架包括包括中心部分和从中心部分径向延伸的凸缘。振动组合件可以包括围绕中心支架的中心部分定位的内板，而中心部分的凸缘定位在端盖与内板之间。内板和端盖可以由非磁性金属或塑料制成。内板可以相对于端盖进行固定。在一些方面，振动组合件包括定位在端盖与中心部分的凸缘之间的第一阻尼环。第一阻尼环可以围绕音圈的外部构件定位并且可以粘结到端盖和凸缘上。振动组合件可以包括定位在中心部分的凸缘与内板之间的第二阻尼环。第二阻尼环可以围绕音圈的内部构件定位并且可以粘结到凸缘和内板上。第一阻尼环和第二阻尼环可以由弹性材料制成。在某些方面，音圈的内部构件包括导电线圈并且音圈的外部构件是磁体。外部构件可以在第一电压施加到导电线圈时沿第一方向相对于内部构件移动，而在第二电压施加到导电线圈时沿与第一方向相反的第二方向移动。第一电压可以是正电压而第二电压可以是负电压。在本公开的另一方面，机器人外科手术系统包括机器人系统、处理单元以及具有常平架的用户接口。机器人系统包括联动装置，所述联动装置在端部设置有工具。处理单元与机器人系统通信以操纵该工具。用户接口与处理单元通信并且配置为向处理单元提供控制信号以用于操纵工具。常平架包括支撑连杆、从支撑连杆延伸的输入连杆以及安装到支撑连杆的振动组合件。振动组合件包括中心支架、可以相对于中心支架移动的端盖以及音圈。音圈包括固定到中心支架的内部构件和固定到端盖的外部构件。处理单元配置为提供指示机器人外科手术系统的状况的反馈信号。音圈配置为响应于该反馈信号而使常平架振动。在各个方面，音圈组合件包括振动控制装置，振动控制装置配置为响应于反馈信号而向内部构件或外部构件中的一个施加电压。机器人外科手术系统可以包括强度开关，强度开关配置为响应于反馈信号而调节常平架的振动的强度。反馈信号可以指示机器人外科手术系统的一个或多个状况，包括但不限于：工具到达凸缘的端部，常平架被抓紧，需要抓紧常平架，常平架被切换到相机控制状态，工具的状态变化，在用户接口的显示器上存在消息，工具被改变，工具与另一工具发生碰撞，工具正在接近目标，工具正接触结构体，工具的振动，或者工具的抓取力的测量值。在本公开的另一方面，利用触觉反馈控制机器人外科手术系统的方法包括：操纵耦合到机器人外科手术系统的用户接口的常平架的输入装置以操纵机器人外科手术系统的机器人系统的工具，利用振动控制器从机器人外科手术系统的处理单元接收反馈信号，以及响应于反馈信号而使振动组合件振荡以使常平架振动。振动控制器与安装到用户接口的常平架的振动组合件进行通信。常平架的振动提供了对机器人外科手术系统的状况的指示。在各个方面，方法包括检测常平架的振动并响应于所检测的常平架的振动而调节振动组合件的振荡。响应于反馈信号而使所述振动组合件振荡可以包括：响应于机器人外科手术系统的第一状况而使常平架以第一方式振动，并且响应于机器人外科手术系统的第二状况而使常平架以第二方式振动。第二方式不同于第一方式。使常平架以不同于第一方式的第二方式振动可以包括改变振动的频率、幅度、波形或持续时间。以下将参考附图更详细地描述本公开的示范性实施例的其它细节和方面。附图说明以下将参考图描述本公开的各个方面，这些图并入并构成本说明书的一部分，其中：图1是根据本公开的用户接口和机器人系统的示意图；图2是图1的用户接口的常平架的放大透视图；图3是图2的常平架的振动音圈的前透视图；图4是图3的振动音圈移除安装板后的后透视图；图5是沿图3的剖面线5-5截取的剖视图；图6是振动音圈组合件的控制电路的示意图；以及图7是根据本公开的操纵机器人外科手术系统的方法的示意图。具体实施方式现在参考附图详细描述本公开的实施例，其中在若干视图的每一个中相同的附图标记指示相同的或对应的元件。如本文所使用的，术语“临床医师”指的是医生、护士或任何其他护理提供者并且可以包括辅助人员。在整个本说明书中，术语“近侧”指的是装置或其部件最靠近临床医师的部分，而术语“远侧”指的是装置或其部件离临床医师最远的部分。本公开大体上涉及振动结构，以用于在外科手术期间向正在操作机器人外科手术系统的临床医师提供反馈。振动结构安装到机器人外科手术系统的用户接口的常平架。当临床医师与用户接口进行交互时，振动结构向临床医师提供触觉或听觉反馈。如整个本公开所示，振动机构被示出为振动音圈，然而，应当设想可以使用其它振动机构(例如，压电电机)。参考图1，根据本公开的机器人外科手术系统1大体上示出为机器人系统10、处理单元30以及用户接口40。机器人系统10大体上包括联动装置12和机器人底座18。联动装置12可移动地支撑配置为作用于组织的末端执行器或工具20。联动装置12可以采用连杆的形式，其各自具有端部14，端部14支撑配置为作用于组织的末端执行器或工具20。此外，联动装置12的端部14可以包括成像装置16(例如，内窥镜等)以用于对外科手术部位“S”成像。用户接口40通过处理单元30与机器人底座18通信。用户接口40包括显示装置44，其配置为显示三维图像。显示装置44显示外科手术部位“S”的三维图像，三维图像可以包括由定位在联动装置12的端部14上的成像装置16捕获的数据和/或包括由定位在外科手术室附近的成像装置捕获的数据(例如，定位在外科手术部位“S”内的成像装置、邻近患者“P”定位的成像装置、定位在成像连杆52的远端的成像装置56)。成像装置(例如，成像装置16、56)可以捕获视觉图像、红外图像、超声图像、X射线图像、热图像，和/或外科手术部位“S”的任何其它已知的实时图像。图像装置将所捕获的成像数据发射到处理单元30，处理单元30由成像数据实时创建外科手术部位“S”的三维图像并将三维图像发射到显示装置44以用于显示。用户接口40还包括各自支撑常平架60的输入连杆42。常平架60允许临床医师操纵机器人系统10(例如，移动联动装置12、移动联动装置12的端部14，和/或操纵工具20)。输入柄部42和/或常平架60中的每一个与处理单元30进行通信以向其发射控制信号并从其接收反馈信号。对于机器人外科手术系统的构造和操作的详细讨论，可以参考美国专利第8,828,023号，其全部内容通过引用并入本文。另外参考图2，每个常平架60包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于外科手术机器人系统的常平架，所述常平架包含：至少一个支撑连杆；输入连杆，所述输入连杆从所述至少一个支撑连杆延伸；以及振动组合件，所述振动组合件安装到所述至少一个支撑连杆，所述振动组合件包括：中心支架；端盖，所述端盖能相对于所述中心支架移动；以及音圈，所述音圈具有固定到所述中心支架的内部构件和固定到所述端盖的外部构件，所述音圈配置为响应于施加到所述内部构件或外部构件中的一个的电压而使所述常平架振动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.30 US 62/248,5161.一种用于外科手术机器人系统的常平架，所述常平架包含：至少一个支撑连杆；输入连杆，所述输入连杆从所述至少一个支撑连杆延伸；以及振动组合件，所述振动组合件安装到所述至少一个支撑连杆，所述振动组合件包括：中心支架；端盖，所述端盖能相对于所述中心支架移动；以及音圈，所述音圈具有固定到所述中心支架的内部构件和固定到所述端盖的外部构件，所述音圈配置为响应于施加到所述内部构件或外部构件中的一个的电压而使所述常平架振动。2.根据权利要求1所述的常平架，其中所述中心支架包括中心部分和从所述中心部分径向延伸的凸缘。3.根据权利要求2所述的常平架，其中所述振动组合件包括围绕所述中心支架的所述中心部分定位的内板，所述中心部分的所述凸缘定位在所述端盖与所述内板之间。4.根据权利要求3所述的常平架，其中所述内板和所述端盖是由非磁性金属制成。5.根据权利要求3所述的常平架，其中所述内板和所述端盖是由塑料制成。6.根据权利要求3所述的常平架，其中所述内板相对于所述端盖固定。7.根据权利要求3所述的常平架，其中所述振动组合件包括定位在所述端盖与所述中心部分的所述凸缘之间的第一阻尼环。8.根据权利要求7的常平架，其中所述第一阻尼环围绕所述音圈的所述外部构件定位。9.根据权利要求7的常平架，其中所述第一阻尼环粘结到所述端盖和所述凸缘。10.根据权利要求7所述的常平架，其中所述振动组合件包括定位在所述中心部分的所述凸缘与所述内板之间的第二阻尼环。11.根据权利要求10的常平架，其中所述第二阻尼环围绕所述音圈的所述内部构件定位。12.根据权利要求10的常平架，其中所述第二阻尼环粘结到所述凸缘和所述内板。13.根据权利要求10所述的常平架，其中所述第一阻尼环和所述第二阻尼环是由弹性材料制成。14.根据权利要求1所述的常平架，其中所述音圈的所述内部构件包括导电线圈，并且所述音圈的所述外部构件是磁体。15.根据权利要求14所述的常平架，其中所述外部构件在第一电压施加到所述导电线圈时沿第一方向相对于所述内部构件移动，且在第二电压施加到所述导电线圈时沿与所述第一方向相反的第二方向移动。16.根据权利要求14所述的常平架，其中所述第一电压是正电压，而所述第二电压是负电压。17.一种机器人外科手术系统，包含：机器人系统，所述机器人系统包括在一个端部设置有工具的联动装置；处理单元，所述处理单元与所述机器人系统通信以操纵所述工具；以及用户接口，所述用户接口与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·沃克罗特，威廉·派纳，马修·布兰科，
申请(专利权)人：柯惠LP公司，
类型：发明
国别省市：美国,US