用于机器人手术系统的腕组件及钳夹组件技术方案

一种用于使用并连接机器人手术系统的机器人手臂的末端执行器，其中从机器人手术系统的控制装置的相应的马达延伸的至少一根线缆控制和/或关节式运动该末端执行器。该末端执行器包括腕组件以及钳夹组件。该钳夹组件包括被可旋转地支撑在钳夹组件的至少一个支撑板上的凸轮滑轮，其中凸轮滑轮与钳夹组件的每个钳夹的近侧端可操作地连接，使得凸轮滑轮的旋转造成钳夹组件的打开和闭合之一。

【技术实现步骤摘要】
用于机器人手术系统的腕组件及钳夹组件本申请是申请号为201480067721.2(国际申请号为PCT/US2014/061329)、申请日为2014年10月20日、专利技术名称为“用于机器人手术系统的腕组件及钳夹组件”的专利申请的分案申请。
相关申请的引用本申请要求于2013年12月11日提交的美国临时专利申请第61/914,632号的优先权和权益，其全部的公开内容通过引用合并于此。
技术介绍
机器人手术系统被用于微创医疗过程中。一些机器人手术系统包括支撑机器人手臂的操作台、以及至少一个通过腕组件安装在机器人手臂上的末端执行器，例如手术钳或抓取工具。在医疗过程中，末端执行器与腕组件插入到病人的小切口(通过插管)或自然孔中，以使末端执行器定位于病人体内的工作部位。从机器人操作台延伸的线缆，穿过机器人手臂，与腕组件和/或末端执行器连接。在一些情况下，外科医生或临床医生通过包括用户界面的处理系统控制马达，来致动线缆使其控制包括机器人手臂、腕组件和/末端执行器在内的机械人手术系统。在一些情况下，通过使用三根线缆或线缆对，腕组件为末端执行器的运动提供三个维度的自由度，每根线缆或线缆对提供一个维度的自由度。例如，腕组件通过允许抓取或切割末端执行器在俯仰、横摆、以及打开与闭合之间变化，为其提供三个维度的自由度。由于对更小的手术工具的需求增加，装置生产商开发出具有更小的截面面积的手术工具，例如抓取或切割工具。这些更小的截面面积降低可以施加至工具末端的两钳夹之间的总力。另外，使用三根线缆或线缆对提供三个维度的运动需要最小截面面积来实施，并限制了进一步降低这些工具的截面面积的能力。最终，所施加的力不能被定制，来提供钳夹打开与闭合时依据钳夹的相互位置关系而变化的力。存在对如下具有小截面面积的手术工具的需求：其能够在末端执行器的钳夹之间提供大力，包括依据钳夹的相互位置关系而变化的定制力。
技术实现思路
手术机器人工具末端的钳夹，例如手术钳或剪子切割工具，可以被线缆及包括至少一个凸轮的滑轮系统所驱动。在一些情况下，线缆及滑轮系统可以被直接驱动，所以至少一根线缆控制俯仰、至少一根线缆控制横摆、至少一根线缆打开或闭合钳夹。在另外的情况下，线缆及滑轮系统可以被差动地驱动，以便两根线缆的末端可以用于控制俯仰、横摆、以及打开或闭合钳夹。使用差动驱动设计可以去掉对一根线缆的需求，因为只需要两根线缆就可以提供三个维度的自由度(俯仰、横摆、以及打开或闭合钳夹)。去掉一根线缆可以因此降低需要容纳线缆的工具的总体的截面面积。在一些情况下，至少一个滑轮可以包括从滑轮的旋转中心偏移的凸轮轮廓。力可以通过至少部分地围绕滑轮缠绕的线缆施加至凸轮。施加的力可以使滑轮运动并改变凸轮轮廓的位置。销或从动件可以穿过凸轮轮廓并可以将两钳夹以如下方式联结至凸轮轮廓：随着凸轮轮廓位置的改变以及从动件跟随凸轮轮廓，使钳夹先打开后闭合。将凸轮轮廓从滑轮的旋转中心偏移可以增加钳夹打开与闭合时施加至钳夹的总体的力。随着从滑轮旋转中心的距离增加，施加至钳夹的额外力的量也增加。这无需对工具的总体的截面面积进行本质的增加，就允许更高的力施加至钳夹。另外，改变凸轮轮廓的形状与位置可能造成：依据凸轮轮廓中从动件的当前位置，而改变施加至钳夹的力的量。通过定制凸轮轮廓，用户可以选择在钳夹打开与闭合的不同阶段施加至钳夹的力。末端执行器，包括腕组件与钳夹组件，可以与机器人手术系统一起使用并由机器人手术系统致动。在一些情况下，通过至少一根从机器人手术系统的控制装置的相应的马达延伸的线缆可以控制和/或关节式运动末端执行器。末端执行器可以包括腕组件，该腕组件包括限定纵向轴线的近侧毂。末端执行器也可以包括与近侧毂可枢转地连接的远侧毂。远侧毂可以限定纵向轴线，并且近侧毂与远侧毂可以关于第一枢转轴线枢转，该第一枢转轴线横向于近侧毂的纵向轴线定向。末端执行器可以进一步包括钳夹组件。钳夹组件可以包括至少一个与腕组件的远侧毂可枢转地连接的支撑板。至少一个支撑板可以关于第二枢转轴线枢转，该第二枢转轴线是横向于腕组件的远侧毂的纵向轴线定向。一对钳夹可以可枢转地被支撑在至少一个支撑板上。每个钳夹可以包括连接至少一个支撑板的枢转点。每个钳夹的近侧部可以向枢转点的近侧延伸，而远侧部可以向枢转点的远侧延伸。钳夹组件可以进一步包括凸轮滑轮，其可旋转地被支撑在至少一个支撑板上。凸轮滑轮可以与每个钳夹的近侧端可操作地连接，使得所述凸轮滑轮的旋转可以造成钳夹组件的打开与闭合。凸轮滑轮可以在第二枢转轴线上被可枢转地支撑在至少一个支撑板上。凸轮滑轮可以限定至少一个形成在其表面上的弧形槽。每个弧形槽可以包括：与凸轮滑轮的枢转轴线间隔有第一径向距离的第一端；以及与凸轮滑轮的枢转轴线间隔有第二径向距离的第二端。每个钳夹的近侧部可以滑动地且进行凸轮运动地与凸轮滑轮的相应的弧形槽连接。钳夹组件的一对钳夹可以共享公共的枢转点。一对钳夹中的每一个钳夹的枢转点可以与第二枢转轴线间隔有侧向距离。至少一根线缆在从第二枢转轴线偏离径向距离的位置处与凸轮滑轮连接。至少一根线缆在从第二枢转轴线偏离径向距离的位置处与至少一个支撑板连接。至少一根线缆可以在从第一枢转轴线偏离径向距离的位置处与腕组件的远侧毂连接。在本公开的一方面中，至少一根线缆可以在从第二枢转轴线偏离径向距离的位置处与凸轮滑轮连接。至少一根线缆可以在从第二枢转轴线偏离径向距离的位置处与至少一个支撑板连接。至少一根线缆可以在从第一枢转轴线偏离径向距离的位置处与腕组件的远侧毂连接。在本公开的另一方面中，至少一根线缆可以在从第二枢转轴线偏离径向距离的位置处与凸轮滑轮连接。至少一根线缆可以在从第二枢转轴线偏离径向距离的位置处与至少一个支撑板连接。至少一根线缆可以在从第一枢转轴线偏离径向距离的位置处与腕组件的远侧毂连接。凸轮滑轮可以限定形成于其中的单个的弧形槽。每个钳夹的近侧端可以限定形成于其中的倾斜槽，其中倾斜槽可以在近侧方向上彼此分离。钳夹组件可以包括凸轮销，其可滑动地布置在凸轮滑轮的弧形槽及每个钳夹的倾斜槽中。至少一个支撑板可以限定形成于其中的轴向延伸槽，并且其中凸轮销可以可滑动地布置在形成在至少一个支撑板上的轴向延伸槽中。至少一根线缆可以在从第二枢转轴线偏离径向距离的位置处与凸轮滑轮连接。至少一根线缆可以在从第二枢转轴线偏离径向距离的位置处与至少一个支撑板连接。至少一根线缆可以在从第一枢转轴线偏离径向距离的位置处与腕组件的远侧毂连接。钳夹组件的凸轮滑轮可以包括至少一个凸轮板，并且其中钳夹组件进一步包括凸轮连杆，所述凸轮连杆与相应的凸轮板及相应的支撑板可枢转地连接。相应的支撑板可以限定形成于其中的纵向延伸槽。凸轮连杆可以包括与相应的一个凸轮板可枢转地连接的第一端，以及与形成于相应的一个支撑板中的纵向延伸槽可枢转地且可滑动地连接的第二端。每个钳夹的近侧端可以限定形成于其中的倾斜槽，其中倾斜槽在近侧方向上彼此分离。钳夹组件可以包括凸轮销，其可滑动地布置在每个支撑板的轴向槽及每个钳夹的倾斜槽中。至少一根线缆可以在从第二枢转轴线偏离径向距离的位置处与至少一个凸轮板连接。至少一根线缆可以在从第二枢转轴线偏离径向距离的位置处与至少一个支撑板连接。至少一根线缆可以在从第一枢转轴线偏离径向距离的位置处与腕组件的远本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种医疗工具的末端执行器，包括：一对钳夹，其能够关于第一轴线枢转；第一及第二凸轮滑轮，其能够关于与所述第一轴线平行的第二轴线旋转，且与所述一对钳夹联结；凸轮从动件，其将所述第一及第二凸轮滑轮与所述一对钳夹的每一个联结；其中所述第一凸轮滑轮的旋转使所述一对钳夹关于第一轴线打开或闭合。

【技术特征摘要】
2013.12.11 US 61/914,6321.一种医疗工具的末端执行器，包括：一对钳夹，其能够关于第一轴线枢转；第一及第二凸轮滑轮，其能够关于与所述第一轴线平行的第二轴线旋转，且与所述一对钳夹联结；凸轮从动件，其将所述第一及第二凸轮滑轮与所述一对钳夹的每一个联结；其中所述第一凸轮滑轮的旋转使所述一对钳夹关于第一轴线打开或闭合。2.根据权利要求1所述的末端执行器，其中，所述第一凸轮滑轮能够在顺时针和逆时针方向上旋转，以使所述一对钳夹关于第一轴线打开或闭合。3.根据权利要求1所述的末端执行器，其中，施加至所述第二凸轮滑轮的力使所述一对钳夹关于第二轴线旋转。4.根据权利要求1所述的末端执行器，其中，随着所述第一凸轮滑轮旋转闭合所述的一对钳夹，所述第一凸轮滑轮倍增作用于所述一对钳夹上的闭合力。5.根据权利要求4所述的末端执行器，其中，所述第一凸轮滑轮限定至少一个形成于其表面的弧形槽，每个弧形槽包括：第一端，其与所述第一凸轮滑轮的枢转轴线间隔有第一径向距离；及第二端，其与所述第一凸轮滑轮的枢转轴线间隔有第二径向距离，及其中，每个钳夹与所述第一凸轮滑轮的相应的弧形槽滑动地且进行凸轮运动地连接。6.根据权利要求4所述的末端执行器，其中，所述第一凸轮滑轮限定形成于其中的单个的弧形槽，并且其中每个钳夹的近侧端限定形成于其中的倾斜槽，其中所述倾斜槽在近侧方向上相互分离，并且其中所述末端执行器包括凸轮销，所述凸轮销可滑动地布置在所述第一凸轮滑轮的弧形槽中以及每个钳夹的倾斜槽中。7.根据权利要求6所述的末端执行器，其中，所述第二凸轮滑轮限定形成于其中的轴向延伸槽，并且其中所述凸轮销可滑动地布置在形成于所述第二凸轮滑轮中的轴向延伸槽中。8.根据权利要求4所述的末端执行器，其中，所述第一凸轮滑轮包括至少一个凸轮板，并且其中所述末端执行器进一步包括凸轮连杆，所述凸轮连杆与相应的一个凸轮板及相应的第二凸轮滑轮可枢转地连接。9.根据权利要求8所述的末端执行器，其中，所述相应的第二凸轮滑轮限定形成于其中的纵向延伸槽，并且其中所述凸轮连杆包括与相应的一个凸轮板可枢转地连接的第一端，以及与形成于所述相应的第二凸轮滑轮中的所述纵向延伸槽可枢转地且可滑动地连接的第二端。10.根据权利要求9所述的末端执行器，其中，每个钳夹的近侧端限定形成于其中的倾斜槽，其中所述倾斜槽在近侧方向上彼此分离，并且其中所述末端执行器包括可滑动地布置在每个第二凸轮滑轮的轴向延伸槽和每个钳夹的所述倾斜槽中的凸轮销。11.根据权利要求4所述的末端执行器，其中，所述第一凸轮滑轮包括至少一个凸轮板，并且其中所述末端执行器进一步包括至少一个凸轮连接件，所述至少一个凸轮连接件与相应的一个凸轮板以及相应的钳夹的相应的近侧部可枢转地连接。12.根据权利要求11所述的末端执行器，其中，所述第一凸轮滑轮包括沿所述第二轴线布置的枢转销，并且其中所述枢转销非旋转地支撑所述凸轮板，并且其中所述至少一个凸轮连接件包括：第一凸轮连接件，其具有从所述第一凸轮滑轮的所述枢转销非旋转地延伸的近侧连杆，以及将所述第一凸轮连接件的近侧连杆与所述一对钳夹的第一钳夹的近侧部可枢转地相互连接的远侧连杆；及第二凸轮连接件，其具有从所述第一凸轮滑轮的所述枢转销非旋转地延伸的近侧连杆，以及将所述第二凸轮连接件的近侧连杆与所述一对钳夹的第二钳夹的近侧部可枢转地相互连接的远侧连杆，其中所述第二凸轮连接件的近侧连杆径向偏离所述第一凸轮连接件的近侧连杆。13.一种用于使用并连接机器人手术系统的机器人手臂的末端执行器，其中，所述机器人手术系统控制和/或关节式运动所述末端执行器，所述端执行器包括：钳夹组件，包括：至少一个凸轮板；一对钳夹，其可枢转地被支撑在所述至少一个凸轮板上，其中每个钳夹包括：枢转点，其与所述至少一个凸轮板连接；近侧部，其从其所述枢转点向近侧延伸；及远侧部，其从其所述枢转点向远侧延伸；及凸轮滑轮，被可旋转地支撑在所述至少一个凸轮板上，其中所述凸轮滑轮与每个所述钳夹的近侧端可操作地连接，使得所述凸轮滑轮的旋转造成所述钳夹组件的打开和闭合其中之一。14.根据权利要求13的末端执行器，其中，所述凸轮滑轮能够在顺时针和逆时针方向上旋转，以造成所述钳夹组件的打开和闭合其中之一。15.根据权利要求13的末端执行器，其中，从所述机器人手术系统的控制装置的相应的马达延伸的至少一根线缆控制和/或关节式运动所述末端执行器。16.根据权利要求13的末端执行器，进一步包括：腕组件，其支撑所述钳夹组件，所述腕组件包括：近侧毂，其限定纵向轴线；及远侧毂，其与所述近侧毂可枢转地连接，其中所述远侧毂限定纵向轴线，并且其中所述近侧毂与所述远侧毂均能够关于第一枢转轴线枢转，所述第一枢转轴线横向于所述近侧毂的纵向轴线定向；及其中，所述钳夹组件与所述腕组件的所述远侧...

【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