机器人臂制造技术

本发明专利技术公开了一种机器人外科系统，该机器人外科系统包括机器人臂，该机器人臂包括第一区段和第二区段，该第一区段具有第一多个联接件和为机器人臂提供至少五个自由度的第一多个致动关节模块，该第二区段具有耦接到第一区段的远侧端部的近侧端部，并且包括第二多个联接件和为机器人臂提供至少两个自由度的第二多个致动关节模块。该机器人外科系统还包括耦接到第二区段并且被构造成能够保持外科器械的器械驱动器。该第二臂区段被构造成能够使外科器械在大致球形的工作区内移动，并且第一臂区段被构造成能够移动球形工作区的位置。

Robot arm

The invention discloses a robot surgery system comprising a robot arm comprising a first section and a second section having a first plurality of connectors and a first plurality of actuating joint modules providing at least five degrees of freedom for the robot arm, the second section having coupling. The proximal end of the distal end of the first section includes a second plurality of connectors and a second plurality of actuating joint modules providing at least two degrees of freedom for the robot arm. The robotic surgical system also includes an instrument driver coupled to a second section and configured to hold the surgical instrument. The second arm segment is structured to enable the surgical instrument to move within a roughly spherical workspace, and the first arm segment is structured to move the position of the spherical workspace.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机器人臂相关申请的交叉引用本申请要求2016年9月16日提交的美国专利申请序列号62/395,704的优先权，该文献据此全文以引用方式并入本文。
本公开整体涉及机器人或机器人辅助系统，并且更具体地涉及用于机器人或机器人辅助外科系统的机器人臂。专利技术背景微创手术（MIS）诸如腹腔镜式手术涉及旨在减少外科规程中组织损伤的技术。例如，腹腔镜式手术通常涉及在患者体内（例如，在腹腔）形成许多小切口，并且通过这些切口将一个或多个工具和至少一个相机引入至患者体内。然后通过使用引入的工具和由相机提供的可视化辅助来执行外科规程。一般来讲，MIS提供多种益处，诸如减少患者瘢痕、减轻患者疼痛、缩短患者恢复期并且减少与患者恢复相关的医疗费用。但是，标准MIS系统有许多不足之处。例如，非机器人MIS系统对外科医生提出了更高的要求，部分原因是它们要求外科医生通过工具以不自然的方式间接操纵组织。传统的机器人系统可包括基于来自操作者的命令操纵工具的机器人臂，可以在减少对外科医生的需求的同时提供微创手术的许多益处。然而，此类机器人臂往往很大，并且难以设置和管理。此外，许多常规机器人臂具有显著有限数量的臂构型，使得这些臂限制了对人体内部器官的可及性。因此，希望具有用于机器人辅助外科系统的机器人臂，这些机器人臂更易于使用并且为更多种类的手术和患者类型提供更多的临床选择。
技术实现思路
一般来讲，机器人外科系统可包括机器人臂和被构造成能够保持外科器械的器械驱动器。该机器人臂可包括联接辊、能够在第一平面内旋转并且具有耦接到基部联接件的远侧端部的近侧端部的第一联接件、以及能够在第二平面内旋转并且具有耦接到所述第一联接件的远侧端部的近侧端部的第二联接件。器械驱动器耦接到第二联接件的远侧端部，使得该器械驱动器不平行于第一平面和第二平面中的至少一者。在一些变型中，机器人臂可以被折叠成紧凑构型，其中器械驱动器被定位在联接辊和第一联接件和/或第二联接件之间。例如，联接辊的至少一部分可以沿着辊轴线取向，并且器械驱动器的至少一部分可以从辊轴线成角度地偏移。机器人臂中的第一联接件和第二联接件可具有不同的长度。例如，第一联接件可比第二联接件短。第一联接件和第二联接件可与滑轮装置操作地耦接（例如，以操作平行四边形或其他合适的四杆连杆，如本文所述）。在一些变型中，机器人臂可包括第一臂区段，该第一臂区段包括为机器人臂提供至少五个自由度的第一多个致动联接件。机器人臂可包括第二臂区段，该第二臂区段包括为机器人臂提供至少两个自由度的第二多个致动联接件。在一些变型中，第二多个致动联接件可包括联接辊、第一联接件和第二联接件（例如，上述的联接辊、第一联接件和第二联接件）。在一些变型中，第二臂区段可被构造成能够使外科器械在大体球形的工作区内移动，并且第一臂区段可被构造成能够移动该球形工作区的位置。例如，机械臂的自由度（例如，在第二臂区段中）可通过联接辊相对于第一臂区段的旋转来提供。例如，联接辊相对于第一臂区段的旋转可致使器械驱动器沿辊方向的运动。又如，机器人臂的自由度（例如，在第二臂区段中）可通过第一联接件和第二联接件相对于联接辊的同步旋转来提供。例如，第一联接件和第二联接件的同步旋转可致使器械驱动器沿俯仰方向的运动。在一些变型中，器械驱动器可被构造成能够使外科器械围绕远程运动中心旋转。在这些变型中的一些变型中，第二臂区段可被构造成能够使器械驱动器围绕辊轴线和俯仰轴线旋转，其中辊轴线和俯仰轴线中的至少一者不与远程运动中心相交。例如，辊轴线和/或俯仰轴线可从远程运动中心偏移约5厘米或更小、或者约2厘米或更小。在一些变型中，辊轴线和俯仰轴线两者可能都不与远程运动中心相交。一般来讲，在一些变型中，机器人外科系统可包括机器人臂和器械驱动器。机器人臂可包括第一臂区段和第二臂区段，第一臂区段具有为机器人臂提供至少五个自由度的第一多个联接件，第二臂区段具有为机器人臂提供至少两个自由度的第二多个联接件。器械驱动器可被构造成能够保持外科器械并且被构造成能够使外科器械围绕远程运动中心旋转。第二臂区段可被构造成能够使器械驱动器围绕辊轴线和俯仰轴线旋转，其中辊轴线和/或俯仰轴线不与远程运动中心相交。例如，在一些变型中，辊轴线和俯仰轴线中的至少一者可从远程运动中心偏移约5厘米或更小、或者约2厘米或更小。第二臂区段可被构造成能够使由器械驱动器保持的外科器械在大体球形的工作区内移动，并且第一臂区段可被构造成能够移动该大体球形的工作区的位置。在一些变型中，第二多个联接件可包括联接辊、第一俯仰联接件和第二俯仰联接件。联接辊相对于第一臂区段的旋转可致使器械驱动器围绕辊轴线的移动。第一俯仰联接件和第二俯仰联接件的同步旋转可致使器械驱动器围绕俯仰轴线的移动。在一些变型中，第一俯仰联接件和第二俯仰联接件可具有不同的长度（例如，第一俯仰联接件可比第二俯仰联接件短）。在一些变型中，机器人外科系统可包括被构造成能够致动第一多个致动联接件和第二多个致动联接件的多个关节模块。控制器可被构造成能够基于多个控制模式中的至少一个来致动至少一个关节模块。例如，在重力补偿模式中，控制器可确定作用在联接件的至少一部分上的重力，并且致动至少一个关节模块以抵消所确定的重力。又如，在摩擦补偿模式中，控制器可确定用户施加的力的存在，该力用于反向驱动至少一个关节模块，并且致动该至少一个关节模块以减少反向驱动该至少一个关节模块所需的用户施加的力。在摩擦补偿模式中，控制器可例如基于抖动信号来致动至少一个关节模块，直到控制器确定用户施加的力的存在。在一些变型中，机器人外科系统可包括精确定位离合器，该精确定位离合器被构造成能够基本上限制第二多个联接件中的至少一部分在第二臂区段中的相对位置，同时实现第一臂区段中的第一多个联接件之间的相对运动。其他合适的手动操作和/或控制器操作特征可用于操作机器人外科系统，诸如本文所述的那些。附图说明图1A至图1D是用于机器人辅助外科系统的机器人臂的一种变型的示意图。图1E是用于机器人臂的球形俯仰组件的一种变型的符号示意图。图2A是用于机器人臂的球形俯仰组件的一种变型的示意图。图2B是图2A所示的球形俯仰组件的示意图，该球形俯仰组件通过移动的远程运动中心在一系列构型中移动。图3A和图3B是用于机器人臂的球形俯仰组件的一种变型的示意图。图4是具有偏移球形辊、球形俯仰和器械旋转轴线的机器人臂的球形俯仰组件的另一变型的示意图。图5A至图5C是用于机器人辅助外科系统的机器人臂的另一变型的侧视图、俯视图和前视图。图6A和图6B是机器人臂的变型的示例性折叠构型的示意图。图7A和图7B是机器人外科系统的侧视图和仰视图，该机器人外科系统包括处于折叠构型并且耦接到手术台的多个机器人臂。图8A和图8B是机器人臂的一种变型的“低”和“翻转”臂构型的示意图。图9A是示例性关节模块的透视图。图9B是图9A所示的关节模块的高负载部分的透视图。图9C是图9A所示的关节模块中的马达部分和电子器件外壳的透视图。图9D是图9A所示的关节模块中的暴露的电子器件外壳的透视图。图10A是用于双稳态安全制动器的辅助致动器的一种变型的示意图。图10B是图10A所示的辅助致动器的控制图。图10C至图10G是用于致动双稳态制动器的处于各种状态的辅助致动器的示意图。图11本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人外科系统，包括：机器人臂，所述机器人臂包括：第一臂区段，所述第一臂区段包括为所述机器人臂提供至少五个自由度的第一多个联接件；和第二臂区段，所述第二臂区段包括为所述机器人臂提供至少两个自由度的第二多个联接件，其中所述第二多个联接件包括联接辊、能够在第一平面内旋转并且具有耦接到所述联接辊的远侧端部的近侧端部的第一联接件、以及能够在第二平面内旋转并且具有耦接到所述第一联接件的远侧端部的近侧端部的第二联接件；以及被构造成能够保持外科器械的器械驱动器，其中所述器械驱动器耦接到所述第二联接件的远侧端部，使得所述器械驱动器不平行于所述第一平面和所述第二平面中的至少一者。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.16 US 62/3957041.一种机器人外科系统，包括：机器人臂，所述机器人臂包括：第一臂区段，所述第一臂区段包括为所述机器人臂提供至少五个自由度的第一多个联接件；和第二臂区段，所述第二臂区段包括为所述机器人臂提供至少两个自由度的第二多个联接件，其中所述第二多个联接件包括联接辊、能够在第一平面内旋转并且具有耦接到所述联接辊的远侧端部的近侧端部的第一联接件、以及能够在第二平面内旋转并且具有耦接到所述第一联接件的远侧端部的近侧端部的第二联接件；以及被构造成能够保持外科器械的器械驱动器，其中所述器械驱动器耦接到所述第二联接件的远侧端部，使得所述器械驱动器不平行于所述第一平面和所述第二平面中的至少一者。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述机器人臂能够折叠成紧凑构型，在所述紧凑构型中所述器械驱动器被定位在所述第一联接件和所述第二联接件中的至少一者和所述联接辊之间。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述联接辊的至少一部分沿着辊轴线取向并且所述器械驱动器的至少一部分从所述辊轴线成角度地偏移。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二臂区段被构造成能够使所述外科器械在大致球形的工作区内移动，并且其中所述第一臂区段被构造成能够移动所述球形工作区的位置。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述机器人臂的第一自由度由所述联接辊相对于所述第一臂区段的旋转来提供。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述联接辊相对于所述第一臂区段的旋转致使所述器械驱动器沿翻转方向运动。7.根据权利要求5所述的系统，其中所述机器人臂的第二自由度由所述第一联接件和第二联接件相对于所述联接辊的同步旋转来提供。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一联接件和所述第二联接件的同步旋转致使所述器械驱动器沿俯仰方向运动。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述器械驱动器被构造成能够使所述外科器械围绕远程运动中心旋转。10.根据权利要求9所述的系统，其中所述第二臂区段被构造成能够使所述器械驱动器围绕翻转轴线和俯仰轴线旋转，其中所述翻转轴线和所述俯仰轴线彼此偏移。11.根据权利要求10所述的系统，其中所述翻转轴线和所述俯仰轴线不与所述远程运动中心相交。12.根据权利要求10所述的系统，其中所述翻转轴线和所述俯仰轴线中的至少一者从所述远程运动中心偏移约2厘米或更小。13.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一联接件和所述第二联接件具有不同长度。14.根据权利要求13所述的系统，其中所述第一联接件比所述第二联接件短。15.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一联接件和所述第二联接件与滑轮装置可操作地耦接。16.根据权利要求1所述的系统，其中所述机器人臂耦接到手术台。17.一种机器人外科系统，包括：机器人臂，所述机器人臂包括联接辊、能够在第一平面内旋转并且具有耦接到所述联接辊的远侧端部的近侧端部的第一联接件、以及能够在第二平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：KS克尼希，PE加西亚基尔罗伊，
申请(专利权)人：威博外科公司，
类型：发明
国别省市：美国,US