被配置为当与驱动单元断开时将外科手术工具保持在预定姿态的适配器制造技术

一种被配置为选择性地连接到驱动单元的外科手术工具包含细长轴、末端执行器、适配器以及第一线缆、第二线缆、第三线缆和第四线缆。所述末端执行器包含第一钳口和第二钳口。所述线缆延伸穿过所述细长轴，其中所述第一线缆和所述第四线缆的远侧部分分别固定到所述第一钳口和所述第二钳口的第一侧，并且所述第二线缆和所述第三线缆的远侧部分分别固定到所述第一钳口和所述第二钳口的第二侧。所述适配器被配置为选择性地连接到所述驱动单元，并且包含差动驱动机构，所述差动驱动机构被配置为操纵所述线缆的近侧部分，所述线缆在俯仰、偏航和钳口DOF中操纵所述末端执行器。所述线缆中的每一个向近侧偏置，并且被配置为当所述工具与所述驱动单元断开时将所述末端执行器保持在期望姿态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】被配置为当与驱动单元断开时将外科手术工具保持在预定姿态的适配器
技术介绍
例如远程手术系统等机器人外科手术系统用于执行微创外科手术过程，其与传统的开放外科手术技术相比具有许多益处，包含疼痛较少、住院时间较短、能更快地恢复正常活动、疤痕极小、恢复时间减少以及对组织的损伤较小。机器人外科手术系统可以具有多个机械臂，其响应于外科医生观察由外科手术部位的图像捕获装置捕获的图像而引起的输入装置的移动来移动附接的器械或工具，诸如图像捕获装置、缝合器、电外科手术器械等。在外科手术过程中，每个工具通过开口(自然的或切口的)插入患者体内，并定位成在外科手术部位操纵组织。开口围绕患者的身体设置，使得外科手术器械可用于协作地执行外科手术过程，并且图像捕获装置可观察外科手术部位。在外科手术过程中，工具可以包含由一个或多个开环线缆控制的末端执行器。可以通过控制线缆中的张力来操纵末端执行器。对于用于控制线缆中的张力以操纵末端执行器的改进方法，有持续的需要。
技术实现思路
在本公开的方面中，一种控制外科手术机器人的末端执行器的方法包含：接收期望姿态；为每个电动机产生电动机扭矩；为每个电动机传递电动机扭矩；为每个电动机产生零扭矩；为每个电动机产生期望扭矩；以及将期望扭矩传递到器械驱动单元(IDU)，使得IDU将末端执行器移动到期望姿态。一级控制器以三个自由度(DOF)接收末端执行器的期望姿态。一级控制器响应于接收期望姿态而为IDU的每个电动机产生电动机扭矩。一级控制器传递在二级控制器中接收的电动机扭矩。二级控制器为IDU的每个电动机产生零扭矩，以保持IDU的差动驱动机构的线缆中的张力。为IDU的每个电动机产生期望扭矩，所述扭矩包含每个电动机的电动机扭矩和零扭矩的和。在各方面，为IDU的每个电动机产生零扭矩还包含在末端执行器的钳口之间产生夹紧力。产生夹紧力可以包含修改期望姿态，使得末端执行器的钳口之间的钳口角度为负。所述方法可以包含在产生夹紧力之前验证末端执行器的钳口的位置小于夹紧阈值。所述方法可以包含当钳口具有大于释放阈值的位置时释放夹紧力。释放阈值可以大于夹紧阈值。在一些方面，为每个电动机产生零扭矩包含二级控制器接收来自IDU的感测扭矩。来自IDU的感测扭矩可能会影响IDU的每个电动机的零扭矩。为每个电动机产生零扭矩可以包含响应于相应电动机的感测扭矩来调整每个电动机的零扭矩。调整每个电动机的零扭矩可以包含对每个电动机的电动机扭矩施加增益。为每个电动机产生零扭矩可以包含响应于感测扭矩为IDU的每对电动机调整拉动器电动机的零扭矩。在某些方面，为每个电动机产生期望扭矩包含三级控制器，其接收电动机扭矩和零扭矩并将电动机扭矩和零扭矩组合成包含电动机扭矩和零扭矩的和的期望扭矩。三级控制器可以将期望扭矩传递到IDU。组合电动机扭矩和零扭矩可以包含从IDU接收感测扭矩，并且将增益施加到电动机扭矩和零扭矩的和以确定期望扭矩，使得感测扭矩接近电动机扭矩和零扭矩的和。在特定方面，二级控制器响应于接收IDU的每个电动机的电动机位置而产生每个电动机的零扭矩。由二级控制器接收的电动机位置可以在关节空间中。位于IDU和二级控制器之间的转换器将电动机位置从电动机空间转换到关节空间。在各方面，为每个电动机产生电动机扭矩包含计算关节空间中的电动机扭矩并补偿摩擦。所述方法可以包含在二级控制器接收每个电动机的电动机扭矩之前将关节空间中的电动机扭矩分配给每个电动机。在本公开的另一方面中，用于由开环差动驱动机构的四根线缆控制的末端执行器的控制器包含一级控制器和二级控制器。一级控制器被配置为接收末端执行器在偏航、俯仰和钳口自由度(DOF)中的期望姿态，产生用于器械驱动单元(IDU)的每个电动机的电动机扭矩，以将末端执行器定位在期望姿态，并传递电动机扭矩。二级控制器被配置为接收来自一级控制器的电动机扭矩，并产生用于IDU的电动机中的每一个的零扭矩以保持差动驱动机构的线缆中的张力，并且IDU被配置为接收包含电动机扭矩和零扭矩的和的期望扭矩，并响应于接收期望扭矩而将末端执行器操纵至期望姿态。在各方面，控制器包含组合控制器，所述组合控制器被配置为从二级控制器接收零扭矩和电动机扭矩，生成电动机扭矩和零扭矩的和，并且将所述和发送到IDU。在本公开的另一方面，用于控制由开环差动驱动机构的四根线缆控制的末端执行器的器械驱动单元(IDU)包含电动机、联接器和扭矩传感器。IDU由一级控制器和二级控制器控制。电动机被配置为接收期望扭矩并且响应于接收期望扭矩而将末端执行器操纵到期望姿态。一级控制器被配置为接收末端执行器在偏航、俯仰和钳口自由度(DOF)上的期望姿态，以为电动机产生电动机扭矩来将末端执行器定位在期望姿态，并且以传递电动机扭矩。二级控制器被配置为接收来自一级控制器的电动机扭矩，以便为电动机产生零扭矩来保持差动驱动机构的线缆中的张力，其中期望扭矩包含电动机扭矩与零扭矩的和。在本公开的另一方面中，用于限定纵向轴线的外科手术工具的适配器包含：第一驱动螺杆、第一驱动螺母、第一线缆、第一弹簧、第二驱动螺杆、第二驱动螺母、第二线缆和第二弹簧。第一驱动螺杆纵向固定并且被配置为围绕平行于纵向轴线的第一螺杆轴线旋转，并且具有螺纹部分。第一驱动螺母围绕第一驱动螺杆的螺纹部分设置，并且螺纹联接到第一驱动螺杆，使得第一驱动螺母响应于第一驱动螺杆的旋转而纵向平移，并且第一驱动螺杆响应于第一驱动螺母的纵向平移而旋转。第一线缆具有固定到第一驱动螺母的近侧部分，和远侧部分。第一弹簧围绕第一驱动螺杆设置并且被配置为沿第一纵向方向推动第一驱动螺母，并且具有第一弹簧常数。第二驱动螺杆纵向固定并且被配置为围绕平行于第一螺杆轴线的第二螺杆轴线旋转，并且具有螺纹部分。第二驱动螺母围绕第二驱动螺杆的螺纹部分设置并且螺纹联接到第二驱动螺杆，使得第二驱动螺母响应于第二驱动螺杆的旋转而纵向平移，并且第二驱动螺杆响应于第二驱动螺母的纵向平移而旋转。第二线缆具有固定到第二驱动螺母的近侧部分，和远侧部分。第一线缆和第二线缆的远侧部分可操作地联接到彼此，使得远侧部分的平移彼此相反。第二弹簧围绕第二驱动螺杆设置并且被配置为沿第一方向推动第二驱动螺母，并具有第二弹簧常数。第二弹簧被偏置成使得第二弹簧沿第一方向平移第二驱动螺母和第二线缆，使得第二线缆沿与第一方向相反的第二方向并且克服第一弹簧的偏压来平移第一线缆和第一驱动螺母，使得工具被朝向预定姿态偏置。在各方面，第一螺杆包含被配置为与第一电动机接口的第一近侧头部，并且第二螺杆包含被配置为与第二电动机接口的第二近侧头部。第一方向可以是近侧，并且第二方向可以是远侧。第一驱动螺母可以限定第一槽，第一线缆的近侧部分固定在第一槽中。第二弹簧常数可以大于第一弹簧常数。在本公开的另一方面中，外科手术工具包含细长轴、末端执行器和适配器。细长轴限定纵向轴线并且具有近侧端和远侧端。末端执行器被支撑在细长轴的远侧端附近，并且包含可在俯仰、偏航和钳口DOF中移动的第一钳口和第二钳口。适配器支撑细长轴的近侧端并且包含第一驱动螺杆、第一驱动螺母、第一线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于外科手术工具的适配器，所述外科手术工具限定纵向轴线，所述适配器包括：/n第一驱动螺杆，其纵向地固定并且被配置为围绕平行于所述纵向轴线的第一螺杆轴线旋转，所述第一驱动螺杆具有螺纹部分；/n第一驱动螺母，其围绕所述第一驱动螺杆的所述螺纹部分设置，并且螺纹联接到所述第一驱动螺杆，使得所述第一驱动螺母响应于所述第一驱动螺杆的旋转而纵向平移，并且所述第一驱动螺杆响应于所述第一驱动螺母的纵向平移而旋转；/n第一线缆，其具有固定到所述第一驱动螺母的近侧部分，和远侧部分；/n第一弹簧，其围绕所述第一驱动螺杆设置并且被配置为沿第一纵向方向推动所述第一驱动螺母，所述第一弹簧具有第一弹簧常数；/n第二驱动螺杆，其纵向地固定并且被配置为围绕平行于第一螺杆轴线的第二螺杆轴线旋转，所述第二驱动螺杆具有螺纹部分；/n第二驱动螺母，其围绕所述第二驱动螺杆的所述螺纹部分设置，并且螺纹联接到所述第二驱动螺杆，使得所述第二驱动螺母响应于所述第二驱动螺杆的旋转而纵向平移，并且所述第二驱动螺杆响应于所述第二驱动螺母的纵向平移而旋转；/n第二线缆，其具有固定到所述第二驱动螺母的近侧部分，和远侧部分，所述第一线缆和所述第二线缆的所述远侧部分可操作地联接到彼此，使得所述远侧部分的平移彼此相反；以及/n第二弹簧，其围绕所述第二驱动螺杆设置并且被配置为沿所述第一方向推动所述第二驱动螺母，所述第二弹簧具有第二弹簧常数，所述第二弹簧被偏置成使得所述第二弹簧沿所述第一方向平移所述第二驱动螺母和所述第二线缆，使得所述第二线缆沿与所述第一方向相反的第二方向并且克服所述第一弹簧的偏压来平移所述第一线缆和所述第一驱动螺母，从而使得所述工具被朝向预定姿态偏置。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181206 US 62/776,2561.一种用于外科手术工具的适配器，所述外科手术工具限定纵向轴线，所述适配器包括：
第一驱动螺杆，其纵向地固定并且被配置为围绕平行于所述纵向轴线的第一螺杆轴线旋转，所述第一驱动螺杆具有螺纹部分；
第一驱动螺母，其围绕所述第一驱动螺杆的所述螺纹部分设置，并且螺纹联接到所述第一驱动螺杆，使得所述第一驱动螺母响应于所述第一驱动螺杆的旋转而纵向平移，并且所述第一驱动螺杆响应于所述第一驱动螺母的纵向平移而旋转；
第一线缆，其具有固定到所述第一驱动螺母的近侧部分，和远侧部分；
第一弹簧，其围绕所述第一驱动螺杆设置并且被配置为沿第一纵向方向推动所述第一驱动螺母，所述第一弹簧具有第一弹簧常数；
第二驱动螺杆，其纵向地固定并且被配置为围绕平行于第一螺杆轴线的第二螺杆轴线旋转，所述第二驱动螺杆具有螺纹部分；
第二驱动螺母，其围绕所述第二驱动螺杆的所述螺纹部分设置，并且螺纹联接到所述第二驱动螺杆，使得所述第二驱动螺母响应于所述第二驱动螺杆的旋转而纵向平移，并且所述第二驱动螺杆响应于所述第二驱动螺母的纵向平移而旋转；
第二线缆，其具有固定到所述第二驱动螺母的近侧部分，和远侧部分，所述第一线缆和所述第二线缆的所述远侧部分可操作地联接到彼此，使得所述远侧部分的平移彼此相反；以及
第二弹簧，其围绕所述第二驱动螺杆设置并且被配置为沿所述第一方向推动所述第二驱动螺母，所述第二弹簧具有第二弹簧常数，所述第二弹簧被偏置成使得所述第二弹簧沿所述第一方向平移所述第二驱动螺母和所述第二线缆，使得所述第二线缆沿与所述第一方向相反的第二方向并且克服所述第一弹簧的偏压来平移所述第一线缆和所述第一驱动螺母，从而使得所述工具被朝向预定姿态偏置。


2.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述第一螺杆包含被配置为与第一电动机接口的第一近侧头部，并且所述第二螺杆包含被配置为与第二电动机接口的第二近侧头部。


3.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述第一方向是近侧方向，所述第二方向是远侧方向。


4.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述第一驱动螺母限定第一槽，所述第一线缆的所述近侧部分固定在所述第一槽中。


5.根据权利要求1所述的适配器，其中，所述第二弹簧常数大于所述第一弹簧常数。


6.一种外科手术工具，其包括：
限定纵向轴线的细长轴，所述细长轴具有近侧端和远侧端；
末端执行器，其被支撑在所述细长轴的所述远侧端附近并且包含第一钳口和第二钳口，所述第一钳口和第二钳口能够在俯仰、偏航和钳口DOF中移动；以及
适配器，其支撑所述细长轴的所述近侧端，所述适配器包含：
第一驱动螺杆，其纵向地固定在所述适配器内并且被配置为围绕平行于所述纵向轴线的第一螺杆轴线旋转，所述第一驱动螺杆具有螺纹部分；
第一驱动螺母，其围绕所述第一驱动螺杆的所述螺纹部分设置，并且螺纹联接到所述第一驱动螺杆，使得所述第一驱动螺母响应于所述第一驱动螺杆的旋转而纵向平移，并且所述第一驱动螺杆响应于所述第一驱动螺母的纵向平移而旋转；
第一线缆，其延伸穿过所述细长轴，并且具有固定到所述第一驱动螺母的近侧部分和固定到所述末端执行器的远侧部分；
第一弹簧，其围绕所述第一驱动螺杆设置并且被配置为沿第一纵向方向推动所述第一驱动螺母，所述第一弹簧具有第一弹簧常数；
第二驱动螺杆，其纵向地固定在所述适配器内并且被配置为围绕平行于第一螺杆轴线的第二螺杆轴线旋转，所述第二驱动螺杆具有螺纹部分；
第二驱动螺母，其围绕所述第二驱动螺杆的所述螺纹部分设置，并且螺纹联接到所述第二驱动螺杆，使得所述第二驱动螺母响应于所述第二驱动螺杆的旋转而纵向平移，并且所述第二驱动螺杆响应于所述第二驱动螺母的纵向平移而旋转；
第二线缆，其延伸穿过所述细长轴并且具有固定到所述第二驱动螺母的近侧部分和固定到所述末端执行器的远侧部分，所述第一线缆和所述第二线缆的所述远侧部分可操作地联接到彼此，使得所述远侧部分的平移彼此相反；以及
第二弹簧，其围绕所述第二驱动螺杆设置并且被配置为沿所述第一方向推动所述第二驱动螺母，所述第二弹簧具有第二弹簧常数，所述第二弹簧被偏置成使得所述第二弹簧沿所述第一方向平移所述第二驱动螺母和所述第二线缆，使得所述第二线缆沿与所述第一方向相反的第二方向并且克服所述第一弹簧的偏压来平移所述第一线缆和所述第一驱动螺母，从而使得所述末端执行器被朝向预定姿态偏置。


7.根据权利要求6所述的工具，其中，所述第一线缆和所述第二线缆的所述远侧部分均联接到所述第一钳口。


8.根据权利要求6所述的工具，其中，所述适配器包含：
第三驱动螺杆，其纵向地固定在所述适配器内并且被配置为围绕平行于所述纵向轴线的第三螺杆轴线旋转，所述第三驱动螺杆具有螺纹部分；
第三驱动螺母，其围绕所述第三驱动螺杆的所述螺纹部分设置并且螺纹联接到所述第三驱动螺杆，使得所述第三驱动螺母响应于所述第三驱动螺杆的旋转而纵向平移，并且所述第三驱动螺杆响应于所述第三驱动螺母的纵向平移而旋转；
第三线缆，其延伸穿过所述细长轴并且具有固定到所述第三驱动螺母的近侧部分和固定到所述末端执行器的远侧部分；
第三弹簧，其围绕...

【专利技术属性】
技术研发人员：布赖恩·罗克罗尔，
申请(专利权)人：柯惠LP公司，
类型：发明
国别省市：美国;US