具有柔性构件和枢转引导件的能够进行关节运动的腕部制造技术

本发明专利技术提供了一种用于端部执行器的能够进行关节运动的腕部，该能够进行关节运动的腕部包括第一连杆、在第一关节运动接头处可旋转地联接到第一连杆的第二连杆、以及至少部分地延伸穿过由第一连杆和第二连杆协作地限定的中心通道的柔性构件。第一枢转引导件在第一关节运动接头处可旋转地联接到第二连杆，并且能够围绕延伸穿过第一关节运动接头的第一枢转轴线旋转，第一枢转引导件限定中心开孔，该中心开孔能够与中心通道对准并且尺寸被设定成容纳穿过该中心开孔的柔性构件。第一枢转引导件在第一关节运动接头处支撑柔性构件的外径并且防止柔性构件在关节运动期间挠曲超过第一枢转轴线。一枢转轴线。一枢转轴线。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有柔性构件和枢转引导件的能够进行关节运动的腕部

技术介绍

[0001]微创外科手术(MIS)器械由于术后恢复时间减少且瘢痕形成最小化而通常优于传统的开放式外科装置。腹腔镜式外科手术是一种类型的MIS手术，在该手术中，在患者的腹部中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。经由套管针引入腹腔中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。
[0002]最近已开发出各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线来实现更本能的手部运动。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能够进行关节运动的“腕部”关节来实现更大程度的运动自由度。在此类系统中，定位在器械的远侧端部处的端部执行器可使用缆线驱动的运动系统进行关节运动(运动)，该缆线驱动的运动系统具有延伸穿过腕部关节的一条或多条驱动缆线(或其他细长构件)。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端部执行器，该一个或多个控制器与联接到外科器械的工具驱动器连通。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并且从而主动控制驱动缆线中的张力平衡来作出响应。使驱动缆线运动使端部执行器关节运动到期望的角位置和构型。
[0003]在关节运动式机器人工具中，致动钳口打开、闭合和夹紧的缆线被引导穿过腕部和关节运动接头以到达端部执行器。为了帮助引导缆线穿过腕部的俯仰关节运动接头和偏航关节运动接头的位置，缆线可被进一步引导穿过也延伸穿过腕部的柔性构件。该柔性构件通常被称为“多管腔”，因为其限定了容纳各种缆线的多个轴向延伸的缆线通路或导管。
[0004]延伸穿过柔性构件和腕部的关节运动接头的缆线通常不被约束在关节运动枢轴处的中心线轴线上。因此，随着关节运动接头角度在致动期间从直位置移开，穿过柔性构件的缆线通路可下沉到枢转轴线上方或下方，这取决于柔性构件的刚度和其响应于夹紧载荷而挠曲的能力。随着缆线在拉伸载荷下绷紧，诸如当将高闭合力施加到闭合缆线上以将钳口“夹紧”在组织上时，它们将趋于找到穿过关节运动枢轴的最短路径，这可能导致缆线下沉到枢转轴线下方。如果缆线下沉到枢转轴线下方，则这可产生致使钳口沿不平衡的方向突然移动(即，下探)的不平衡力矩。这种意外的尖端偏转或“尖端下探”在其中钳口是夹紧关键结构的外科使用中是不期望的。
附图说明
[0005]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。
[0006]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。
[0007]图2是可结合本公开的一些或全部原理的示例性外科工具的等轴侧视图。
[0008]图3示出了其中图2的外科工具的腕部能够进行关节运动(枢转)或平移的潜在自
由度。
[0009]图4是图2的外科工具的远侧端部的放大等轴视图。
[0010]图5是根据一个或多个实施方案的处于打开位置的图4的端部执行器的等轴侧视图。
[0011]图6A和图6B分别是根据一个或多个实施方案的图4和图5的腕部的放大等轴前视图和后视图。
[0012]图7A和图7B分别是根据一个或多个实施方案的图6A至图6B的柔性构件以及远侧适配器和近侧适配器的等轴视图和分解图。
[0013]图8A是可结合本公开的一个或多个原理的图4、图5和图6A至图6B的腕部的一个示例性实施方案的侧视图。
[0014]图8B是图8A的中间连杆的一个实施方案的放大等轴视图。
[0015]图8C是图8A的第二枢转引导件的放大等轴视图。
[0016]图8D是根据一个或多个实施方案的图8A的腕部在示例性操作中的横截面视图。
[0017]图9A是可结合本公开的一个或多个原理的图4、图5和图6A至图6B的腕部的另一个示例性实施方案的等轴侧视图。
[0018]图9B是图9A的中间连杆的一个实施方案的放大等轴视图。
[0019]图9C是图9A的第二枢转引导件的放大等轴视图。
[0020]图10A是可结合本公开的一个或多个原理的图4、图5和图6A至图6B的腕部的一部分的另一个示例性实施方案的等轴侧视图。
[0021]图10B是图10A的中间连杆的另一个实施方案的放大等轴视图。
[0022]图10C和图10D分别是图10A的第一枢转引导件的放大等轴视图和分解图。
[0023]图11A至图11F描绘了根据一个或多个实施方案的图10C至图10D的第一枢转引导件与图10B的中间连杆的示例性装配。
[0024]图12A和图12B是根据一个或多个附加实施方案的两个示例性枢转引导件的另选实施方案。
[0025]图13A是可结合本公开的一个或多个原理的图4、图5和图6A至图6B的腕部的另一个示例性实施方案的分解图。
[0026]图13B是图13A的中间连杆的装配等轴视图。
[0027]图13C和图13D是第一枢转引导件的横截面端视图。
[0028]图14是可结合本公开的一个或多个原理的图4、图5和图6A至图6B的腕部的一部分的另一个示例性实施方案的等轴侧视图。
具体实施方式
[0029]本公开涉及机器人外科系统，并且更具体地涉及具有能够进行关节运动的腕部的端部执行器，该腕部包括柔性构件和子关节运动枢转引导件，该柔性构件延伸穿过能够进行关节运动的腕部，该子关节运动枢转引导件布置在每个关节运动接头处以帮助支撑柔性构件并且防止闭合缆线和打开缆线迁移经过对应的枢转轴线。
[0030]在缆线关节运动式机器人工具中，当在外科手术中施加高闭合力以将钳口“夹紧”在组织上时，可能导致钳口尖端的不期望运动。该钳口尖端运动是由于在某些姿态下闭合
缆线在关节运动接头中的略微偏离中心的位置偏移而产生的。这产生致使钳口沿不平衡的方向突然移动(下探)的不平衡力矩。这种“尖端下探”是意外的并且在其中钳口是夹紧关键结构的外科使用中是不期望的。模拟研究已经表明，如果闭合缆线的中心线由于无支撑柔性构件在关节运动接头处的挠曲而降低至关节运动枢转轴线下方，则端部执行器将沿关节运动的方向移动。
[0031]本文描述的实施方案公开了一种用于外科工具的端部执行器的能够进行关节运动的腕部。该能够进行关节运动的腕部包括第一连杆、在第一关节运动接头处可旋转地联接到第一连杆的第二连杆、以及至少部分地延伸穿过由第一连杆和第二连杆协作地限定的中心通道的柔性构件。第一枢转引导件在第一关节运动接头处可旋转地联接到第二连杆，并且能够围绕延伸穿过第一关节运动接头的第一枢转轴线旋转，第一枢转引导件限定中心开孔，该中心开孔能够与中心通道对准并且尺寸被设定成容纳穿过所述中心开孔的柔性构件。第一枢转引导件在第一关节运动接头处支撑柔性构件的外径并且防止柔性构件在关节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于端部执行器的能够进行关节运动的腕部，包括：第一连杆；第二连杆，所述第二连杆在第一关节运动接头处可旋转地联接到所述第一连杆；柔性构件，所述柔性构件至少部分地延伸穿过由所述第一连杆和所述第二连杆协作地限定的中心通道；以及第一枢转引导件，所述第一枢转引导件在所述第一关节运动接头处可旋转地联接到所述第二连杆并且能够围绕延伸穿过所述第一关节运动接头的第一枢转轴线旋转，所述第一枢转引导件限定中心开孔，所述中心开孔能够与所述中心通道对准并且尺寸被设定成容纳穿过所述中心开孔的所述柔性构件，其中所述第一枢转引导件在所述第一关节运动接头处支撑所述柔性构件的外径并由此防止所述柔性构件在关节运动期间挠曲超过所述第一枢转轴线。2.根据权利要求1所述的能够进行关节运动的腕部，还包括轴向延伸导管，所述轴向延伸导管限定在所述柔性构件中以接纳用于致动所述端部执行器的钳口的闭合缆线，其中所述枢转引导件在所述第一关节运动接头处支撑所述柔性构件的所述外径并且防止所述闭合缆线的中心线在夹紧期间偏离到所述第一枢转轴线下方。3.根据权利要求1所述的能够进行关节运动的腕部，其中，所述第二连杆包括：主体，所述主体限定所述中心通道的一部分；一对凸角，所述一对凸角从所述主体延伸并且彼此横向偏移；以及开孔，所述开孔被限定在每个凸角中并且尺寸被设定成可旋转地接纳所述第一枢转引导件的一部分。4.根据权利要求3所述的能够进行关节运动的腕部，其中，所述第一枢转引导件包括：圆柱形主体，所述圆柱形主体限定所述中心开孔并且具有可旋转地接纳到被限定在每个凸角上的所述开孔中的第一端部和第二端部；以及突出部，所述突出部从所述第一端部和所述第二端部中的每一者向外延伸并且提供沿所述第一枢转轴线延伸的第一轴件，其中所述第一连杆在所述第一轴件处可旋转地联接到所述第二连杆。5.根据权利要求3所述的能够进行关节运动的腕部，其中，所述第一枢转引导件包括：环形主体，所述环形主体限定所述中心开孔；以及相对的销，所述相对的销在所述环形主体的成角度的相对侧处从所述环形主体径向向外延伸，其中所述相对的销可旋转地接纳到被限定在每个凸角上的所述开孔中。6.根据权利要求3所述的能够进行关节运动的腕部，其中，所述第一枢转引导件包括：第一可配合构件和第二可配合构件，所述第一可配合构件和所述第二可配合构件在配合时协作地限定所述中心开孔；以及突出部，所述突出部从每个可配合构件的端部延伸并且提供沿所述第一枢转轴线延伸的第一轴件，其中所述第一连杆在所述第一轴件处可旋转地联接到所述第二连杆。7.根据权利要求3所述的能够进行关节运动的腕部，其中，所述第一枢转引导件包括：环形主体，所述环形主体限定所述中心开孔；相对的圆柱形头部，所述相对的圆柱形头部定位在所述环形主体的成角度的相对侧处并且可旋转地接纳在被限定在每个凸角上的所述开孔中；以及
相对的销，所述相对的销从所述每个圆柱形头部径向向外延伸并且提供沿所述第一枢转轴线延伸的第一轴件，其中所述第一连杆在所述第一轴件处可旋转地联接到所述第二连杆。8.根据权利要求7所述的能够进行关节运动的腕部，还包括从所述环形主体径向向内突出并进入所述中心开孔的一个或多个凹坑。9.根据权利要求1所述的能够进行关节运动的腕部，其中，所述第二连杆包括：第一中间部分，所述第一中间部分提供第一凸角；以及第二中间部分，所述第二中间部分提供第二凸角，所述第二凸角在所述第一中间部分和所述第二中间部分配合以形成所述第二连杆并限定所述中心通道时从所述第一凸角横向偏移。10.根据权利要求9所述的能够进行关节运动的腕部，其中，所述第一枢转引导件包括：环形主体，所述环形主体限定所述中心开孔；以及相对的盘形头部，所述相对的盘形头部定位在所述环形主体的成角度的相对侧处并且能够可旋转地接纳在限定在所述第一凸角或所述第二凸角中的对应凸角上的支承凹座内，其中使所述第一中间部分和所述第二中间部分配合将所述第一枢转引导件固定到所述能够进行关节运动的腕部。11.根据权利要求1所述的能够进行关节运动的腕部，其中，所述第二连杆包括：主体，所述主体限定所述中心通道的一部分；一对凸角，所述一对凸角从所述主体延伸并且彼此横向偏移；以及一个或多个弓形狭槽，所述一个或多个弓形狭槽被限定在每个凸角中，并且其中所述第一枢转引导件包括接纳在被限定在每个凸角中的所述一个或多个弓形狭槽内并在它们之间延伸的两个或更多个销，其中所述两个或更多个销彼此成角度地偏移以限定所述中心开孔。12.根据权利要求1所述的能够进行关节运动的腕部，还包括：第三连杆，所述第三连杆在第二关节运动接头处可旋转地联接到所述第二连杆并且与所述第一连杆和所述第二连杆协作地限定所述中心通道；以及第二枢转引导件，所述第二枢转引导件在所述第二关节运动接头处可旋转地联接到所述第二连杆并且能够围绕延伸穿过所述第二关节运动接头的第二枢转轴线旋转，所述第二枢转引导件限定中心开孔，所述中心开孔能够与所述中心通道对准并且尺寸被设定成容纳穿过所述中心开孔的所述柔性构件，其中所述第二枢转引导件在所述第二关节运动接头处支撑所述柔性构件的外径并且防止所述柔性构件在关节运动期间挠曲超过所述第二枢转轴线。13.根据权利要求12所述的能够进行关节运动的腕部，其中，所述第二连杆包括：主体，所述主体限定所述中心通道的一部分；一对朝远侧延伸的凸角，所述一对朝远侧延伸的凸角从所述主体朝远侧延伸并且彼此横向偏移；一对朝近侧延伸的凸角，所述一对朝近侧延伸的凸角从所述主体朝近侧延伸并且彼此横向偏移，其中所述一对朝近侧延伸的凸角从所述一对朝远侧延伸的凸角成角度地偏移90
°
；被限定在每个朝远侧延伸的凸角中并且尺寸被设定成可旋转地接纳所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：西拉格国际有限公司，
类型：发明
国别省市：