用于机器人外科工具的改进驱动缆线绞盘制造技术

一种外科工具包括驱动外壳，所述驱动外壳具有布置在驱动外壳中以便旋转的输入轴、从驱动外壳操作地延伸的细长轴以及操作地联接到细长轴的远侧端部的端部执行器。缆线带联接到输入轴并将输入轴操作地联接到延伸到端部执行器的驱动缆线。输入驱动器的旋转使缆线相应地运动并由此控制驱动缆线的纵向运动以使端部执行器进行关节运动。

Modified Driving Cable Winch for Robot Surgical Tools

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于机器人外科工具的改进驱动缆线绞盘
技术介绍
由于术后恢复时间减少且瘢痕形成最小化，因此微创外科手术(MIS)器械通常优于传统的开放式外科装置。内窥镜式外科手术是一种MIS手术，在该手术中，将细长的柔性轴通过自然孔口引入患者体内。腹腔镜式外科手术是另一种MIS手术，在该手术中，在患者腹部形成一个或多个小切口，并且通过切口插入套管针以形成进入腹腔的通路。通过套管针，可将多种器械和外科工具引入腹腔中。套管针还有助于促进吹气以提升器官上方的腹壁。经由套管针引入腹腔的器械和工具可用于以多种方式接合和/或处理组织以实现诊断或治疗效果。最近已开发了多种机器人系统来辅助MIS手术。机器人系统可通过保持自然的手眼轴来实现更直观的手部运动。机器人系统还可通过包括能形成更自然的手状关节运动的“腕”关节来实现更大程度的运动自由度。仪器的端部执行器可使用缆线驱动的运动系统进行关节运动(移动)，该运动系统具有一条或多条延伸穿过腕关节的驱动缆线。用户(例如，外科医生)能够通过在空间中抓持和操纵一个或多个控制器来远程操作器械的端部执行器，该控制器与联接到外科器械的工具驱动器通信。用户输入由结合到机器人外科系统中的计算机系统处理，并且工具驱动器通过致动缆线驱动的运动系统(更具体地讲，驱动缆线)来作出响应。移动驱动缆线使端部执行器关节运动到期望的位置和构型。必须通过部件设计和组装来克服许多机械和制造障碍，以便实现端部执行器及其相关联的缆线驱动运动系统的一致和可预测的性能。附图说明以下附图包括在内以示出本公开的某些方面，并且不应被视为排他性实施方案。在不脱离本公开的范围的情况下，本专利技术所公开的主题能够具有形式和功能上的大量修改、改变、组合和等同物。图1是可结合本公开的一些或全部原理的示例性机器人外科系统的框图。图2是图1的主控制器的示例性实施方案，该主控制器可用于操作机器人臂从动车。图3描绘了图1的机器人臂车的示例性实施方案，该机器人臂车用于致动多个外科器械。图4是图3的机器人操纵器的示例性实施方案的侧视示意图。图5是另选的示例性机器人操纵器的透视图。图6是可结合本公开的一些或全部原理的示例性外科工具的侧视图。图7示出了其中图6的腕能够进行关节运动(枢转)的潜在自由度。图8是图6的外科工具的远侧端部的放大等轴视图。图9是图6的外科工具的驱动外壳的底视图。图10是图6的外科工具的驱动外壳的内部的等轴展示图。图11是图10的第三输入轴和第三驱动缆线绞盘的等轴视图。图12是图11的第三驱动缆线绞盘的等轴视图。图13是图11的缆线夹的示例性实施方案的等轴视图。图14是图13的缆线夹的等轴视图，该缆线夹具有与其联接的图11的第三驱动缆线。图15是图11的第三驱动缆线绞盘和缆线夹的局部分解图。图16是另一个示例性外科工具的各种内部组成部件的剖视侧视图。图17A和图17B是图16的绞盘引导件的等轴内视图和外视图。具体实施方式本公开涉及机器人外科系统，并且更具体地涉及改进的缆线驱动运动系统，其具有从单个平面滑轮轨道馈送驱动缆线的可旋转驱动缆线绞盘。本文讨论的实施方案描述了用于驱动机器人外科工具的缆线绞盘的新型设计和改进。在驱动缆线绞盘的一个示例中，驱动缆线仅部分地围绕驱动缆线绞盘缠绕，并且从滑轮轨道直接馈送到外科工具的细长轴中。这可以证明在将缆线脱轨风险仅限于单个位置方面是有利的。此外，将驱动缆线从驱动缆线绞盘直接馈送到细长轴中可以消除对任何惰轮的需要。在一些实施方案中，滑轮轨道在单个平面中限定在驱动缆线绞盘上，这消除了驱动缆线的总路径长度的微小变化并有助于减轻缆线脱轨风险。图1至图5示出了示例性机器人外科系统及其部件的结构和操作。图1是可结合本公开的一些或全部原理的示例性机器人外科系统100的框图。如图所示，系统100可包括至少一个主控制器102a和至少一个臂车104。臂车104可机械联接和/或电联接到一个或多个机器人臂106，另选地称为“工具驱动器”。每个机器人臂106可包括并换句话讲安装有一个或多个外科工具或器械108，以对患者110执行各种手术任务。包括臂106和器械108的臂车104的操作可由临床医生112a(例如，外科医生)从主控制器102a进行指导。在一些实施方案中，由第二临床医生112b操作的第二主控制器102b(以虚线示出)还可以与第一临床医生112a一起指导臂车104的操作。在这样的实施方案中，例如，每个临床医生102a、102b可控制臂车104的不同臂106，或者在一些情况下，臂车104的完全控制可以在临床医生102a、102b之间传递。在一些实施方案中，可对患者110使用另外的臂车(未示出)，并且这些另外的臂车可以由主控制器102a、102b中的一个或多个主控制器控制。臂车104和主控制器102a、102b可经由通信链路114彼此通信，该通信链路可以是被配置为根据任何通信协议传递合适类型的信号(例如，电信号、光信号、红外信号等)的任何类型的有线或无线通信链路。通信链路114可以是实际物理链路，或者它可以是使用一个或多个实际物理链路的逻辑链路。当链路为逻辑链路时，物理链路的类型可以是数据链路、上行链路、下行链路、光纤链路、点对点链路，例如，如计算机网络领域中所熟知的用于指代连接网络节点的通信设施的那些。机器人外科系统诸如系统100的示例性具体实施在美国专利7,524,320中有所公开，该专利的内容以引用方式并入本文。因此，除了理解本文所公开的机器人外科设备、系统和方法的各种实施方案和形式可能所必需的那些以外，本文将不详细描述此类装置的各种特性。图2是主控制器102a的示例性实施方案，其可用于操作机器人臂从动车，诸如图1的臂车104。主控制器102a和与其相关联的臂车104以及它们各自的部件和控制系统在本文中统称为“机器人外科系统”。此类系统和装置的示例在美国专利7,524,320中有所公开，因此，除了理解本专利技术的各种实施方案和形式可能必需的那些以外，不会在本文中详细描述。主控制器102a通常包括一个或多个控制器202，所述控制器可由外科医生(例如，图1的临床医生112a)抓持并且在外科医生经由立体显示器204观察手术时在空间中操纵。主控制器202大体包括手动输入装置，该手动输入装置被设计成以多个自由度运动，并且通常进一步具有用于致动外科器械(例如，图1的外科器械108)的可致动柄部，例如用以打开和闭合相对钳口、向电极施加电势等。在所示的示例中，主控制器102a还包括任选的反馈计206，其可由外科医生经由显示器204看到，以向外科医生提供施加到外科器械(即，切割器械或动态夹紧构件)的力的量的视觉指示。其他传感器布局可用于为主控制器102a提供其他外科器械度量的指示，例如钉仓是否已加载到端部执行器中、砧座是否在击发之前已运动至闭合位置等。图3描绘了用于致动多个外科器械108(另选地称为“外科工具”)的机器人臂车104的示例性实施方案。使用主控制器和机器人臂车布局的各种机器人外科系统和方法在美国专利6,132,368中有所描述，该专利的内容据此以引用方式并入。如图所示，机器人臂车104可包括支承三个外科器械108的基座302，并且外科器械108各自由一系列可手动进行关节运动的连杆(通常称为装置接头304)和机器人操纵器30本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种外科工具，包括：驱动外壳，所述驱动外壳具有输入轴和布置在所述驱动外壳中的驱动缆线绞盘，所述输入轴包括驱动齿轮，所述驱动缆线绞盘包括与所述驱动齿轮相互啮合的从动齿轮，使得所述输入轴的旋转使所述驱动缆线绞盘旋转；细长轴，所述细长轴从所述驱动外壳延伸；端部执行器，所述端部执行器操作地联接到所述细长轴的远侧端部；和驱动缆线，所述驱动缆线接收在所述驱动缆线绞盘上限定的滑轮轨道内并且仅部分地围绕所述驱动缆线绞盘的圆周延伸，其中所述驱动缆线从所述滑轮轨道直接馈送到所述细长轴中并延伸到所述端部执行器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.10.26 US 15/794,5191.一种外科工具，包括：驱动外壳，所述驱动外壳具有输入轴和布置在所述驱动外壳中的驱动缆线绞盘，所述输入轴包括驱动齿轮，所述驱动缆线绞盘包括与所述驱动齿轮相互啮合的从动齿轮，使得所述输入轴的旋转使所述驱动缆线绞盘旋转；细长轴，所述细长轴从所述驱动外壳延伸；端部执行器，所述端部执行器操作地联接到所述细长轴的远侧端部；和驱动缆线，所述驱动缆线接收在所述驱动缆线绞盘上限定的滑轮轨道内并且仅部分地围绕所述驱动缆线绞盘的圆周延伸，其中所述驱动缆线从所述滑轮轨道直接馈送到所述细长轴中并延伸到所述端部执行器。2.根据权利要求1所述的外科工具，其中，所述滑轮轨道限定在所述驱动缆线绞盘上的单个平面中。3.根据权利要求2所述的外科工具，其中，所述滑轮轨道是第一滑轮轨道，并且所述驱动缆线绞盘还限定位于单个平面中并从所述第一滑轮轨道偏移的第二滑轮轨道。4.根据权利要求1所述的外科工具，还包括缆线夹，所述缆线夹将所述驱动缆线固定到所述驱动缆线绞盘。5.根据权利要求4所述的外科工具，其中，所述驱动缆线绞盘限定腔，所述腔接收所述缆线夹的至少一部分以将所述缆线夹固定到所述驱动缆线绞盘。6.根据权利要求4所述的外科工具，其中，所述缆线夹提供缆线通道和缆线捕获孔口，所述缆线捕获孔口与所述缆线通道连通，并且其中从所述缆线通道接收所述驱动缆线的端部并将其固定在所述缆线捕获孔口内。7.根据权利要求6所述的外科工具，其中，所述驱动缆线的所述端部通过连接器固定在所述缆线捕获孔口内，所述连接器选自由以下项组成的组：压接器、焊接附接件、铜焊附接件、粘合剂粘合、机械紧固件及其任何组合。8.根据权利要求6所述的外科工具，其中，当所述缆线夹联接到所述驱动缆线绞盘时，所述缆线通道与所述滑轮轨道对准。9.根据权利要求1所述的外科工具，其中，所述驱动缆线绞盘是布置在所述驱动外壳内的多个驱动缆线绞盘中的一个驱动缆线绞盘，并且其中所述驱动缆线是多条驱动缆线中的一条驱动缆线，并且每条驱动缆线接收在每个驱动缆线绞盘上限定的对应滑轮轨道内，并且每条驱动缆线仅部分地围绕每个驱动缆线绞盘的圆周延伸并且从所述对应滑轮轨道直接馈送到所述细长轴中。10.一种操作外科工具的方法，包括：将所述外科工具与患者相邻定位以用于操作，所述外科工具包括：驱动外壳，所述驱动外壳具有输入轴和布置在所述驱动外壳中的驱动缆线绞盘，所述输入轴包括驱动齿轮，所述驱动缆线绞盘包括与所述驱动齿轮相互啮合的从动齿轮，使得所述输入轴的旋转使所述驱动缆线绞盘旋转；细长轴，所述细长轴从所述驱动外壳延伸；端部执行器，所述端部执行器操作地联接到所述细长轴的远侧端部；和驱动缆...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·埃文斯，R·勒尔，
申请(专利权)人：爱惜康有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US