具有紧凑型关节设计和附加自由度的机器人装置及相关系统和方法制造方法及图纸

本文所公开的实施例涉及具有紧凑型关节构造和至少三个自由度的各种机器人和/或体内医疗装置。其他的实施例涉及能够结合到某些机器人和/或体内医疗装置中的包括前臂的各种医疗装置部件，所述前臂具有抓取器或烧灼末端执行器。行器。行器。

【技术实现步骤摘要】
具有紧凑型关节设计和附加自由度的机器人装置及相关系统和方法
[0001]本申请是申请日为：2019年4月26日、专利技术名称为：具有紧凑型关节设计和附加自由度的机器人装置及相关系统和方法、申请号为：201780066729.0的专利技术专利申请的分案申请。
[0002]政府支持
[0003]本专利技术是在美国陆军医学研究和物资司令部授予的拨款NO.W81XWH
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0043；美国陆军医学研究和物资司令部授予的拨款NO.W81XWH
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0185；国家科学基金会授予的拨款NO.DGE1041000；以及美国国家航空航天局授予的拨款NO.NNX09A071A和NO.NNX10AJ26G的政府支持下完成的。政府拥有本专利技术的某些权利。
[0004]相关申请的交叉引用
[0005]本申请根据35 U.S.C.
§
119(e)要求2016年8月30日提交的、题为“具有紧凑型关节设计和附加自由度的机器人装置及相关系统和方法”的美国临时申请62/381,299的权益，所述临时申请的全部内容通过引用结合在本文中。


[0006]本文公开的实施例涉及各种医疗装置和相关部件，其中包括具有紧凑型关节设计的机器人和/或体内医疗装置和相关部件，例如臂和末端执行器。更具体地，某些实施例包括各种机器人医疗装置，其中包括设置在体腔内和/或穿过体腔中的孔或开口设置的、具有产生三个自由度的这种紧凑型关节设计的机器人装置。另外的实施例涉及各种机器人装置臂和/或医疗装置操作部件(通常称为“末端执行器”)。本文公开的某些臂和/或末端执行器实施例涉及具有抓取器和/或烧灼末端执行器的前臂。其他实施例涉及操作上述装置和操作部件的方法。

技术介绍

[0007]侵入性外科手术对于解决各种医学病症是必不可少的。在可能的情况下，优选诸如腹腔镜检查的微创手术。
[0008]然而，已知的微创技术(例如腹腔镜检查)的范围和复杂性受到限制，部分原因在于：1)由于使用通过进入端口插入的刚性工具而导致的移动性限制，以及2)有限的视觉反馈。已知的机器人系统，例如da外科系统(可从位于加利福尼亚州桑尼维尔的Intuitive Surgical公司获得)也受到进入端口的限制，并且还具有体积庞大、非常昂贵、在大多数医院中无法获得的附加缺点，而且具有有限的感知能力和行动能力。
[0009]本领域需要改进的外科方法、系统和装置，包括改进的与该装置一起使用的机器人臂和末端执行器。

技术实现思路

[0010]本文讨论的是具有紧凑型关节设计的各种机器人装置，所述紧凑型关节设计由内
部部件的构造产生并且允许从所述紧凑型关节延伸的臂或其他部件中具有三个自由度。本文还讨论了可以与本文公开的机器人装置或其他已知的机器人装置一起使用的各种臂和/或末端执行器。
[0011]在示例1中，机器人装置包括细长的装置本体、第一肩部关节以及可操作地耦接到所述第一肩部关节的第一臂。所述细长的装置本体包括：第一传动轴，所述第一传动轴可旋转地设置在所述装置本体内(所述第一传动轴具有沿着所述第一传动轴的长度限定的第一内腔)；第二传动轴，所述第二传动轴可旋转地设置在所述第一内腔内(所述第二传动轴具有沿着所述第二传动轴的长度限定的第二内腔)；以及第三传动轴，所述第三传动轴可旋转地设置在所述第二内腔内。所述第一肩部关节包括可操作地耦接到所述第一传动轴、所述第二传动轴或所述第三传动轴中的至少一个的转换体以及能够相对于所述转换体旋转的旋转体。
[0012]示例2涉及根据示例1的机器人装置，其中所述转换体是轭体，所述轭体包括从所述轭体延伸的轭轴以及限定在所述轭轴中的轭开口，其中所述轭轴的纵向轴线横向于所述第一传动轴的纵向轴线。
[0013]示例3涉及根据示例2的机器人装置，其中所述第一传动轴可操作地耦接到第一驱动齿轮，并且其中所述第三传动轴穿过所述轭开口可旋转地设置，所述第三传动轴可操作地耦接到第三驱动齿轮。
[0014]示例4涉及根据示例3的机器人装置，其中所述第一驱动齿轮和所述第三驱动齿轮可旋转地耦接到所述旋转体。
[0015]示例5涉及根据示例1的机器人装置，其中所述第二传动轴可操作地耦接到第二驱动齿轮，其中所述第二驱动齿轮可旋转地耦接到第一肩部齿轮，其中所述第一肩部齿轮穿过所述旋转体中的第一开口可操作地耦接到第二肩部齿轮，其中所述第二肩部齿轮可旋转地耦接到第三肩部齿轮，其中所述第三肩部齿轮穿过所述旋转体中的第二开口可操作地耦接到第四肩部齿轮，其中所述第四肩部齿轮可旋转地耦接到输出齿轮。
[0016]示例6涉及根据示例1的机器人装置，其中所述转换体是肩部壳体，所述肩部壳体包括限定在所述肩部壳体中的顶部开口以及限定在所述肩部壳体中的侧部开口，所述顶部开口包括至少一个耦接特征。
[0017]示例7涉及根据示例6的机器人装置，其中所述第一传动轴可操作地耦接到所述肩部壳体上的所述至少一个耦接特征，由此所述第一传动轴的旋转引起所述肩部壳体的旋转。
[0018]示例8涉及根据示例7的机器人装置，其中所述第二传动轴穿过所述肩部壳体中的顶部开口设置并且可操作地耦接到第二驱动齿轮，其中所述第二驱动齿轮被设置在所述肩部壳体中的腔体内。
[0019]示例9涉及根据示例8的机器人装置，其中所述第二驱动齿轮可旋转地耦接到第一肩部齿轮，其中所述第一肩部齿轮可操作地耦接到所述旋转体。
[0020]示例10涉及根据示例6的机器人装置，其中所述第三传动轴穿过所述肩部壳体中的顶部开口设置并且可操作地耦接到第三驱动齿轮，其中所述第三驱动齿轮被设置在所述肩部壳体中的腔体内。
[0021]示例11涉及根据示例10的机器人装置，其中所述第三驱动齿轮可旋转地耦接到第
二肩部齿轮，其中所述第二肩部齿轮穿过所述旋转体中的第一开口可操作地耦接到第三肩部齿轮，其中所述第三肩部齿轮可旋转地耦接到第四肩部齿轮，其中所述第四肩部齿轮穿过所述旋转体中的第二开口可操作地耦接到第五肩部齿轮，其中所述第五肩部齿轮可旋转地耦接到输出齿轮。
[0022]在示例12中，机器人装置包括细长的装置本体、第一肩部关节以及可操作地耦接到所述输出齿轮的第一臂，所述细长的装置本体被设定尺寸并且被构造成能够穿过端口或切口设置到患者的腔体中。所述细长的装置本体包括：第一传动轴，所述第一传动轴可旋转地设置在所述装置本体内，所述第一传动轴包括沿着所述第一传动轴的长度延伸的第一内腔；第二传动轴，所述第二传动轴可旋转地设置在所述第一内腔内，以使得所述第二传动轴被设置在所述第一传动轴内并且与所述第一传动轴同轴，所述第二传动轴包括沿着所述第二传动轴的长度延伸的第二内腔；以及第三传动轴，所述第三传动轴可旋转地设置在所述第二内腔内，以使得所述第三传动轴被设置在所述第二传动轴内并且与所述第二传动轴同轴。所述第一肩部关节包括：可操作地耦接到所述第一传动轴、所述第二传动轴或所述第三传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人装置，其包括：(a)细长的装置本体，所述细长的装置本体包括：(i)第一传动轴，所述第一传动轴可旋转地设置在所述装置本体内，所述第一传动轴包括沿着所述第一传动轴的长度限定的第一内腔；(ii)第二传动轴，所述第二传动轴可旋转地设置在所述第一内腔内，所述第二传动轴包括沿着所述第二传动轴的长度限定的第二内腔；以及(iii)第三传动轴，所述第三传动轴可旋转地设置在所述第二内腔内；(b)第一肩部关节，所述第一肩部关节包括：(i)可操作地耦接到所述第一传动轴、所述第二传动轴或所述第三传动轴中的至少一个的转换体；以及(ii)能够相对于所述转换体旋转的旋转体，其中，所述第一肩部关节包括基本上在单个相交点处相交的三个旋转轴线；以及(c)可操作地耦接到所述第一肩部关节的第一臂。2.根据权利要求1所述的机器人装置，其中所述转换体是轭体，所述轭体包括：(a)从所述轭体延伸的轭轴，其中所述轭轴的纵向轴线横向于所述第一传动轴的纵向轴线；以及(b)限定在所述轭轴中的轭开口。3.根据权利要求2所述的机器人装置，其中所述第一传动轴可操作地耦接到第一驱动齿轮，并且其中所述第三传动轴穿过所述轭开口可旋转地设置，所述第三传动轴可操作地耦接到第三驱动齿轮。4.根据权利要求3所述的机器人装置，其中所述第一驱动齿轮和所述第三驱动齿轮可旋转地耦接到所述旋转体。5.根据权利要求1所述的机器人装置，其中所述第二传动轴可操作地耦接到第二驱动齿轮，其中所述第二驱动齿轮可旋转地耦接到第一肩部齿轮，其中所述第一肩部齿轮穿过所述旋转体中的第一开口可操作地耦接到第二肩部齿轮，其中所述第二肩部齿轮可旋转地耦接到第三肩部齿轮，其中所述第三肩部齿轮穿过所述旋转体中的第二开口可操作地耦接到第四肩部齿轮，其中所述第四肩部齿轮可旋转地耦接到输出齿轮。6.根据权利要求1所述的机器人装置，其中所述转换体是肩部壳体，所述肩部壳体包括：(a)限定在所述肩部壳体中的顶部开口，所述顶部开口包括至少一个耦接特征；以及(b)限定在所述肩部壳体中的侧部开口。7.根据权利要求6所述的机器人装置，其中所述第一传动轴可操作地耦接到所述肩部壳体上的所述至少一个耦接特征，由此所述第一传动轴的旋转引起所述肩部壳体的旋转。8.根据权利要求7所述的机器人装置，其中所述第二传动轴穿过所述肩部壳体中的顶部开口设置并且可操作地耦接到第二驱动齿轮，其中所述第二驱动齿轮被设置在所述肩部壳体中的腔体内。9.根据权利要求8所述的机器人装置，其中所述第二驱动齿轮可旋转地耦接到第一肩部齿轮，其中所述第一肩部齿轮可操作地耦接到所述旋转体。10.根据权利要求6所述的机器人装置，其中所述第三传动轴穿过所述肩部壳体中的顶
部开口设置并且可操作地耦接到第三驱动齿轮，其中所述第三驱动齿轮被设置在所述肩部壳体中的腔体内。11.根据权利要求10所述的机器人装置，其中所述第三驱动齿轮可旋转地耦接到第二肩部齿轮，其中所述第二肩部齿轮穿过所述旋转体中的第一开口可操作地耦接到第三肩部齿轮，其中所述第三肩部齿轮可旋转地耦接到第四肩部齿轮，其中所述第四肩部齿轮穿过所述旋转体中的第二开口可操作地耦接到第五肩部齿轮，其中所述第五肩部齿轮可旋转地耦接到输出齿轮。12.一种机器人装置，其包括：(a)细长的装置本体，所述细长的装置本体被设定尺寸并且被构造成能够穿过端口或切口设置到患者的腔体中，所述细长的装置本体包括：(i)第一传动轴，所述第一传动轴可旋转地设置在所述装置本体内，所述第一传动轴包括沿着所述第一传动轴的长度延伸的第一内腔；(ii)第二传动...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：内布拉斯加大学董事会，
类型：发明
国别省市：