机器人显微手术组件制造技术

机器人手术组件(1)，包括从操作手(3)、可与所述从操作手(3)相连的手术器械(70)，所述手术器械(70)包括关节型子组件(5)，其中，所述关节型子组件(5)至少包括第一连接件(6)、第二连接件(7)和第三连接件(8)；所述第一连接件(6)和所述第二连接件(7)在第一关节(14)相关联，在所述第一连接件(6)和所述第二连接件(7)之间提供自由度；所述第二连接件(7)和所述第三连接件(8)在第二关节(17)相关联，在所述第二连接件(7)和所述第三连接件(8)之间提供自由度；所述手术器械(70)包括至少一个用于移动自由度的肌腱(19)；所述肌腱(19)包括固定至所述第三连接件(8)的肌腱远端部(27)；所述第一连接件(6)和所述第二连接件(7)中的至少一者包括至少一个肌腱接触表面(18)，所述肌腱(19)在与所述至少一个肌腱接触表面(18)保持接触的同时在所述至少一个肌腱接触表面(18)上滑动，在所述至少一个肌腱接触表面(18)上限定一个或多个滑动路径(65)；全部滑动路径(65)的总和限定总缠绕角度；在所述关节型子组件(5)的至少一种构型中，所述总缠绕角度(α+β)等于或大于120°。

Robot microsurgery module

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机器人显微手术组件
本专利技术的目的在于提供一种机器人手术组件。具体而言，本专利技术涉及一种机器人显微手术组件。本专利技术涉及包括主工具操作手和手术器械的类型的机器人显微手术组件。本专利技术还涉及一种从组件以及一种手术器械。
技术介绍
包括终端接有手术器械的多关节型机械臂的用于外科手术或显微外科手术的机器人组件在本领域是已知的。例如，文献US-7155316公开了一种用于在MRI(磁共振成像)指导下进行脑显微外科手术的机器人组件，包括基于MRI的图像采集系统和两条多关节型臂，每条臂具有三个具有纵轴的旋转关节以避免直接重力载荷(如文献US7155316的图7所示)，每个旋转关节与其各自的末端执行器相连，该些末端执行器被赋予内部运动自由度以进行抓握。还值得注意的是，执行主要的手术原语(例如，组织张紧和吻合口缝合)需要使手术器械尖端沿较大空间椎方向定向及使器械绕其纵轴旋转(侧倾)的能力，例如，以与人手在腕关节和肘关节处接合的类似方式用针保持器械的尖端引导针穿过组织。为了简化手术器械的小型化，文献WO-2010-009221指出了将与三个自由度相关联的致动肌腱终端的数量从6个减少到4个的有利机会，利用终止在偏转或垂摇连接件上的线缆施加在俯仰或纵摇连接件上的转矩的致动(参见所引用文献的图4-A)，为此需要借助于包括多个齿轮的运动机构选择性地拉动和释放这些线缆。此外，此专利文献中所述的驱动系统要求致动肌腱的每个端部都要附接到绞盘上，绞盘选择性地缠绕肌腱，从而引起拉动操作。众所周知，所述绞盘和所述齿之类的机械部件的存在容易受到空转的影响，导致难以驱动微型关节，这是因为驱动系统中的空转会在关节处转化为角游隙，该角游隙会随着关节型装置变小而增大。所述驱动系统也不适于在致动线缆上保持较低的预载荷以进一步限制摩擦和磨损。此外，该专利文献所述的用于肌腱末端的技术方案包括用于将肌腱捕获在一些区段中的曲折路径。这种技术方案需要使用足以耐受此类捕获的线缆，例如，钢缆或直径大于其他技术所要求的线缆。肌腱近端部(例如，比同一肌腱的与结构件或连接件接触的中间部更向近端延伸的近端部)上的近端张力以及与所述结构件接触的所述肌腱的中间部上的张力，每当肌腱被拉动时，都与绞盘方程(capstanequation)有关。随着肌腱被拉动并被定义为正，所述肌腱通过所述结构件或连接件后所述肌腱上的张力由于肌腱与结构件表面之间的滑动摩擦而减小与肌腱材料和结构件材料之间的滑动摩擦系数与肌腱和结构件之间的缠绕角的乘积呈指数相关的因数。绞盘方程也适用于其沿总缠绕角度积分的微分形式。因此，通过对缠绕角应用因与结构件的接触引起的沿肌腱方向的总变化，该绞盘方程对于任意形状的缠绕表面也成立。未被绞盘方程考虑在内的明显的另一滑动摩擦存在于肌腱和结构件之间的任一尖角接触中，因此对其应避免以使摩擦最小化。多种腕部设计通过利用惰轮来围绕连接件布设肌腱而完全避免了肌腱上的滑动摩擦，例如，WO-2014-151952和US-6676684。它们的小型化受到所述惰轮最小可行直径的限制。具体而言，US-6676684公开了用于驱动围绕惰轮(附图标记68)缠绕的连接件的驱动线缆，所述惰轮可旋转地连接至所述连接件。因此，致动线缆避免了滑动至相应惰轮的表面上，而是，惰轮滚动，相应的致动线缆相当于惰轮表面局部固定。此外，远端连接件包括圆形的末端表面(附图标记58.6)，致动线缆围绕该圆形末端表面缠绕并牢固地固定，以移动远端连接件。US-6840938公开了一种三连接件式腕组件及在第三连接件终止的偏转线缆，该第三连接件由惰轮绕行，该些惰轮可旋转地连接至第一连接件和第二连接件，该技术避免了滑动至相应惰轮的表面上，而是，惰轮滚动，相应的致动线缆相当于惰轮表面局部固定。换句话说，偏转线缆避免了在任一滑动接触表面上接触第一连接件和第二连接件。US-2002-120252公开了其它类似例子，在该专利文献中，致动线缆围绕滑轮固定缠绕，该滑轮可旋转地连接至相应的连接件以将运动传递给所述连接件，并且，致动线缆的末端牢固地固定至所述连接件以被移动，这要求线缆末端相当于所述连接件保持固定不动。为了使腕部子组件小型化，多种腕部设计使肌腱与中间连接件的结构体接触并在其上滑动以移动更远端的连接件，例如，US-2015-0127045、WO-03-001986、WO-2010-009221、US-2017-0020615(图5B)和US-2016-0051274。在所有这些情况下，设计者都是确保他/她通过使连接件结构体上肌腱缠绕角或围包角最小化来将滑动摩擦限制在最小水平。具体而言，在所有的这些设计中，肌腱都是沿着穿过连接件的结构体的纵向孔或通道来布设的。结果导致，在上述设计中，当腕部处于其平直构型时，肌腱在中间连接件的结构体上几乎具有零缠绕角；而当腕部弯到近90度时，附接到最远端连接件上的肌腱的总缠绕角度接近90度。这种不可避免的在连接件的结构体中制造孔或导向通道并将所述肌腱送入所述孔或导向通道的需求严重限制了这种设计的小型化。应该注意到，这种孔在限制肌腱可以与腕部子组件保持得很近上起到了至关重要的作用。事实上，当腕部子组件呈现其不同构型时，肌腱会被必须完全包围它的孔表面的不同侧面所约束。换句话说，在所提到的所有文献中，通过孔布设肌腱是设计的必要特征。多种腕部设计(例如，US-2003-0135204所公开的)既避免了使用惰轮，也避免了使用中间连接件结构体中的孔或导向通道。所述设计采用了圆柱突起，肌腱在这些圆柱突起上滑动，以引导肌腱到达最远端连接件。当腕部处于其平直构型时，肌腱在结构连接件上的缠绕角仍保持在最小水平，从图中估计大约在10度左右。事实上，这种肌腱被所述圆柱突起朝着所述连接件的中心偏转。这种设计仍然是利用了基础连接件结构体中的孔来约束肌腱以在远端连接件(以偏转运动)弯曲时使其保持在连接构件的直径内。在基础(第一)连接件结构体中制造孔仍然是小型化的限制因素。因此，亟需提供这样一种用于医疗器械的肌腱或致动线缆，其具有使其极端小型化而不损害其使用抗力或可靠性的特性。此外，亟需提供这样一种用于医疗器械的肌腱，其适于在所述器械的至少一部分上滑动并且相对于已知技术方案在摩擦方向具有改进的性能。此外，亟需提供一种用于从手术器械的肌腱，其专门用于在施加在其末端的张力负载下作业，而不包括可能导致肌腱路径偏转而降低其阻力的技术方案。亟需减小肌腱和所述肌腱在其上滑动的表面之间的摩擦，同时更需要使用于机器人手术的手术器械小型化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已知技术方案的缺陷，同时提供一种满足上述需求的技术方案。本专利技术的该目的和其他目的可通过权利要求1所述的机器人手术组件实现。一些优选实施方式为从属权利要求的主题。附图说明通过下文中参照附图对优选实施例进行的描述，本专利技术的其他特征和优点将变得明显，这些优选实施例是以示例的方式给出的，并不旨在对本专利技术进行任何限制，附图中：<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.机器人手术组件(1)，包括从操作手(3)、可与所述从操作手(3)相连的手术器械(70)，所述手术器械(70)包括关节型子组件(5)，其中，所述关节型子组件(5)至少包括第一连接件(6)、第二连接件(7)和第三连接件(8)；/n所述第一连接件(6)和所述第二连接件(7)在第一关节(14)相关联，在所述第一连接件(6)和所述第二连接件(7)之间提供自由度；/n所述第二连接件(7)和所述第三连接件(8)在第二关节(17)相关联，在所述第二连接件(7)和所述第三连接件(8)之间提供自由度；/n所述手术器械(70)包括至少一个用于移动自由度的肌腱(19)；所述肌腱(19)包括固定至所述第三连接件(8)的肌腱远端部(27)；/n所述第一连接件(6)和所述第二连接件(7)中的至少一者包括至少一个肌腱接触表面(18)，所述肌腱(19)在与所述至少一个肌腱接触表面(18)保持接触的同时在所述至少一个肌腱接触表面(18)上滑动，与所述至少一个肌腱接触表面(18)具有局部相对运动，限定肌腱滑动表面(66)，其在所述至少一个肌腱接触表面(18)上限定一个或多个滑动路径(65)；/n所述第一连接件(6)和所述第二连接件(7)的全部肌腱滑动表面(66)的全部滑动路径(65)的总和限定总缠绕角度(α+β)；/n在所述关节型子组件(5)的至少一种构型中，所述总缠绕角度(α+β)等于或大于120°。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170414 IT 1020170000419911.机器人手术组件(1)，包括从操作手(3)、可与所述从操作手(3)相连的手术器械(70)，所述手术器械(70)包括关节型子组件(5)，其中，所述关节型子组件(5)至少包括第一连接件(6)、第二连接件(7)和第三连接件(8)；
所述第一连接件(6)和所述第二连接件(7)在第一关节(14)相关联，在所述第一连接件(6)和所述第二连接件(7)之间提供自由度；
所述第二连接件(7)和所述第三连接件(8)在第二关节(17)相关联，在所述第二连接件(7)和所述第三连接件(8)之间提供自由度；
所述手术器械(70)包括至少一个用于移动自由度的肌腱(19)；所述肌腱(19)包括固定至所述第三连接件(8)的肌腱远端部(27)；
所述第一连接件(6)和所述第二连接件(7)中的至少一者包括至少一个肌腱接触表面(18)，所述肌腱(19)在与所述至少一个肌腱接触表面(18)保持接触的同时在所述至少一个肌腱接触表面(18)上滑动，与所述至少一个肌腱接触表面(18)具有局部相对运动，限定肌腱滑动表面(66)，其在所述至少一个肌腱接触表面(18)上限定一个或多个滑动路径(65)；
所述第一连接件(6)和所述第二连接件(7)的全部肌腱滑动表面(66)的全部滑动路径(65)的总和限定总缠绕角度(α+β)；
在所述关节型子组件(5)的至少一种构型中，所述总缠绕角度(α+β)等于或大于120°。


2.根据权利要求1所述的机器人手术组件(1)，其中，所述总缠绕角度(α+β)包括在60°～300°的范围内。


3.根据权利要求1或2所述的机器人手术组件(1)，其中，当所述关节型子组件(5)处于其平直构型时，所述总缠绕角度(α+β)等于或大于90°。


4.根据前述任一权利要求所述的机器人手术组件(1)，其中，所述总缠绕角度(α+β)包括在90°～270°的范围内。


5.根据前述任一权利要求所述的机器人手术组件(1)，其中，所述肌腱由聚合物材料制成。
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【专利技术属性】
技术研发人员：马西米利亚诺·西米，朱塞佩·玛丽亚·普里斯科，
申请(专利权)人：医疗显微器具股份公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT