CN109715080A - 机器人手术*** - Google Patents

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Abstract

一种机器人手术***和附件，其具有机器人基体或手持件，所述机器人基体或手持件具有多个电机和机械致动器，每个电机和机械致动器用于以不同的自由度操作机械定位臂。机器人基体是可重复使用的，并为***提供平台。驱动***具有与机器人基体连接并使得手术器械能够***到基体中的端口。

Description

机器人手术***
相关申请的交叉引用
本申请要求本发明人于2017年9月23日提交的美国临时专利申请序列号62/399,332的申请日的权益。
上述临时专利申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明涉及用于执行手术的机器人手术***和附件。
背景技术
在过去的二十年中，腹腔镜手术已经发展成为一种开放手术的侵入性较小的替代方案。全世界每年都进行数百万次腹腔镜手术。腹腔镜或胸腔镜外科手术通过相应地在整个腹壁或胸壁上形成多个小的一英寸切口来进行。通过输注二氧化碳气体产生气腹，以在腹腔中提供可视化和工作空间。通过布置在切口中的端口引入柔性或刚性器械以执行手术任务。尽管广泛接受，但是使用刚性腹腔镜存在限制，其产生困难的角度，导致外科医生将器械保持在固定位置很长一段时间。刚性腹腔镜的另一个挑战是外科医生可以进行的运动不足以达到腹壁的可能的缺陷或肿瘤以及无法进行内部关节运动。
世界范围内已经接受机器人辅助手术。尽管机器人手术取得了进展，但是例如美国专利No.6,312,435和美国专利No.6,783,524中公开的***存在限制。例如，在那些***中，机器人需要外科医生坐在无菌区域外在大型控制台处工作。美国专利No.9,360,934中公开的另一种机器人***需要位于操作区域的中央的大控制台。所有这些***都依赖于从它们的控制台到柔性机器人器械的多齿轮和电缆***。
除了上面讨论的机器人***之外，例如在美国专利No.9,386,983和美国专利No.9,398,911中已经提出了多种电动手术器械。在这些***中的每一个中，公开了一种提供有限数量的机动化自由度的电动外科缝合***。
发明内容
在一个优选实施例中，本发明是一种机器人手术***，其通过单个手持件、电机组件(或驱动***)和臂组件提供五个自由度。电机组件具有与控制单元相连接的单个端口和使得臂组件的近端能够***电机组件中的一端口。臂组件可以具有位于其远端处或附近其远端的一个或两个以上手术器械。
在另一个优选实施例中，本发明是一种机器人手术***。该***具有手持件和机械臂。手持件具有刚性壳体，所述刚性壳体具有主体部分和抓握部分，所述主体部分具有鼻式件、位于刚性壳体内的电机组件。电机组件具有框架、固定至框架的多个电机，每个电机都具有驱动轴。电机组件还具有连接至每个电机的驱动轴的驱动线轴、具有通过驱动带连接至驱动线轴的线轴的摩擦驱动器、由摩擦驱动器驱动的摩擦驱动环、由框架支撑的多个驱动杆、连接至多个驱动杆中的每一个的次级线轴、将每个次级线轴连接至驱动线轴的驱动带、多个驱动环、以及电连接至驱动电机的控制电子器件，每个驱动环由多个驱动杆中的一个驱动。手持件还具有连接至控制电子器件并延伸穿过位于刚性壳体中的开口的控制机构、连接至控制电子器件并延伸穿过位于刚性壳体中的开口的模式控制机构、以及用于连接用于向控制电子器件和电机提供电力的功率源的连接器。机械臂连接至手持件并且具有多个自由度，所述多个自由度中的每一个由所述多个电机中的一个控制。手持件还可以具有用于控制机械臂的自由度的机械触发器。机械臂可以具有例如五个自由度。电机组件可以包括例如四个驱动电机，并且每个驱动电机驱动机械臂的不同自由度。手持件还可以包括连接至控制电子器件的显示屏，以用于显示机器人手术***的操作信息。
该***还可以具有包围壳体的一次性外壳。一次性外壳由柔性透明材料形成。
机械臂可以包括多个致动管，每个致动管控制机械臂的一个自由度，其中，每个驱动环驱动致动管中的一个，从而以由致动管控制的自由度移动机械臂。
简单地通过说明优选实施例和实施方式，本发明的其它方面、特征和优点从以下详细描述中显而易见。本发明还能够具有其它不同的实施例，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在各种明显的方面修改其多个细节。因此，附图和说明书本质上被认为是说明性的，而不是限制性的。本发明的附加目的和优点将部分地在下面的说明书中阐述，并且部分地将从说明书中显而易见，或者可以通过本发明的实践来学习。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考以下描述和附图，在附图中：
图1A是根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的透视图。
图1B是根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的俯视图。
图1C是根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的第一侧视图。
图1D是根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的仰视图。
图1E是根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的第二侧视图。
图1F是根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的前端视图。
图1G是根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的后端视图。
图1H是图1A的机器人手术***的透视图，示出了根据本发明的一优选实施例的臂组件的替代定位。
图1I是图1A的机器人手术***的透视图，示出了根据本发明的一优选实施例的臂组件的运动范围。
图2A是根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的壳体的透视图。
图2B是根据本发明的一优选实施例的位于壳体内的组件的第一侧视图。
图2C是根据本发明的一优选实施例的位于壳体内的组件的第二侧视图。
图2D是根据本发明的一优选实施例的位于壳体内的组件的前端视图。
图2E是根据本发明的一优选实施例的位于壳体内的组件的后端视图。
图3A是根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的电机组件的底部透视图。
图3B是根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的电机组件的第一侧视图。
图3C是根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的电机组件的第二侧视图。
图3D是根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的电机组件的仰视图。
图3E是根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的电机组件的俯视图。
图3F是根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的电机组件的前视图。
图3G是根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的电机组件的后视图。
图4A是根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的臂组件的透视图。
图4B是臂组件的第一侧视图，示出了根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的第一自由度。
图4C是如图4B所示的根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的臂组件的第一自由度的放大的第一侧视图。
图4D是臂组件的第二侧视图，示出了根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的第一自由度。
图4E是如图4D所示的根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的臂组件的第一自由度的第二侧视图。
图4F是臂组件的第一侧视图，示出了根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的第二自由度。
图4G是如图4F所示的根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的臂组件的第二自由度的第一侧视图。
图4H是如图4F所示的根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的臂组件的第二自由度的第一剖视图。
图4I是臂组件的第二侧视图，示出了根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的第二自由度。
图4J是如图4I所示的根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的臂组件的第二自由度的第二侧视图。
图4K是如图4I所示的根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的臂组件的第二自由度的第二剖视图。
图4L是臂组件的侧视图，示出了根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的第三自由度。
图4M是如图4L所示的根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的臂组件的第三自由度的侧视图。
图4N是如图4L所示的根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的臂组件的第三自由度的剖视图。
图5A是在连接至本发明的一优选实施例的电机组件之前的本发明的一优选实施例的臂组件的透视图。
图5B是根据本发明的一优选实施例的电机组件和臂组件的底部透视图。
图5C是根据本发明的一优选实施例的电机组件和臂组件的第一侧视图。
图5D是根据本发明的一优选实施例的电机组件和臂组件的俯视图。
图5E是根据本发明的一优选实施例的电机组件和臂组件的第二侧视图。
图5F是根据本发明的一优选实施例的电机组件和臂组件的俯视图。
图6是根据本发明的一优选实施例的控制盒组件的组装图。
图7A是根据本发明的一优选实施例的***的高级架构的框图。
图7B是示出根据本发明的一优选实施例的机器人手术***的架构的框图。
图7C是根据本发明的一优选实施例的控制板的流程图。
图8A是根据本发明的一替代性优选实施例的机器人手术***的组装图。
图8B是根据本发明的一替代性优选实施例的机器人手术***的手持件的内部的侧透视图。
图8C是根据本发明的一替代性优选实施例的机器人手术***的手持件的内部的侧视图。
图8D是根据本发明的一替代性优选实施例的机器人手术***的手持件的内部的前视图。
图9A是根据本发明的一替代性优选实施例的电机组件的后透视图。
图9B是根据本发明的一替代性优选实施例的电机组件的侧视图。
图9C是根据本发明的一替代性优选实施例的电机组件的俯视图。
图10A是根据本发明的一替代性优选实施例的机器人手术***的臂组件的透视图。
图10B是根据本发明的一替代性优选实施例的机器人手术***的臂组件的透视组装图。
图10C是根据本发明的一替代性优选实施例的机器人手术***的臂组件的致动器段的透视图。
图11是臂组件的透视组装视图，示出了根据本发明的一替代性优选实施例的机器人手术***的第二自由度。
图12是根据本发明的一替代性优选实施例的臂组件的微型旋转器组件的透视组装视图。
图13是臂组件的透视组装视图，示出了根据本发明的一替代性优选实施例的机器人手术***的第三自由度。
图14是臂组件的透视组装视图，示出了根据本发明的一替代性优选实施例的机器人手术***的第四和第五自由度。
具体实施方式
参考附图描述了本发明的优选实施例。如图1A-1I所示，本发明的机器人手术***和附件主要由三个部件组成：(1)壳体、基体或手持件200，臂组件400，以及驱动***或电机组件300(如图2B所示，在壳体200内)。电机组件300定位在壳体或基体200内。壳体或基体200优选地是可重复使用的并且为***提供平台。驱动***或电机组件300是单个端口手术接入装置，其允许臂组件***到单个端口中。臂组件400可以是可重复使用的、一次性的或部分可重复使用的/部分一次性的定位臂，用于支撑和定位位于臂的远端处或邻近臂的远端的手术器械。
如图2A-2E所示，在一个优选实施例中，壳体200可以成具有主体部分212和抓握部分214的壳体210的形式。壳体可由刚性材料、例如ABS塑料形成。提供手动致动器220，用于手动致动附接在臂组件400的远端处的例如镊子、剪刀、利普刀等手术工具。如图2A-2I所示，致动器220可以是剪式握把的形式，但是致动器或触发器220也可以采用任何其它已知的形式。例如由强化的ABS塑料制成的鼻帽250定位成与电机组件中的用于接收臂组件的近端的单个端口对准。主体部分212可以具有邻近鼻帽250的成角度的前部分216。操纵杆帽292从位于壳体200内的控制器盒600延伸到壳体200之外。电机组件300和控制器盒600定位在壳体内。类似地，用于为***供电的电池可以在壳体210内和/或可以提供用于连接至外部功率源的电连接器。
枢轴224和转换构件226连同电机组件300和控制器盒600一起位于壳体210内，致动器220围绕所述枢轴224旋转，转换构件226用于将致动器220的运动转换到臂组件200中的控制杆以用于打开、关闭或以其它方式手动致动位于臂组件200的远端处的手术工具。转换构件226可以具有脊状或齿状边缘，其可以与棘爪228接合，以将致动器锁定在期望位置。此外，存在用于手动释放棘爪228的释放构件225、227。致动器220可以具有延伸部分220，所述延伸部分220具有用于连接至转换构件226的开口，以产生用于致动器的杠杆作用。此外，附加连杆229可以用于进一步将致动器220的运动转换到臂组件200中的期望的控制杆。
参考图3A-3G描述了本发明的优选实施例的电机组件300。电机组件具有由多个例如通过杆或销312、316、限位夹313和螺钉314连接在一起的框架构件310、320、322、324形成的框架。虽然附图中所示和本文所述的框架具有连接在一起的多个组件部件，但具有更少或更多单件式设计的组件部件的其它框架设计可以与本发明一起使用。此外，相对于框架而言替代地，电机可以以其它方式安装在壳体中或安装至壳体。
电机组件具有多个例如通过螺钉314固定至框架的电机332、334、336、338。可以使用其它装置、例如螺栓、销、胶或任何其它装置，用于将电机固定至框架。在一个优选实施例中，电机是高扭矩紧凑型微步进电机。虽然本文示出并描述了四个电机，但是可以使用其它数量的电机。每个电机332、334、336、338具有从其延伸的驱动轴332a、334a、336a、338a。电机332、334、336、338在一平面中布置成2×2矩阵，其中两个电机332、334的驱动轴332a、334a沿第一方向延伸，而另两个电机336、338的驱动轴336a、338a沿与第一方向相反的第二方向延伸。具有用于接收驱动带的凹槽的带轮362、364、366、368连接至各电机332、334、336、338的各驱动轴332a、334a、336a、338a。
每个带轮362、364、366、368通过驱动带380连接至次级带轮372、374、376、378。次级带轮374、376、378各自连接至驱动螺杆394、396、398，所述驱动螺杆394、396、398通过杆374a、376a、378a安装在框架中。次级带轮372连接至摩擦驱动器372a。次级带轮例如通过限位夹373固定至摩擦驱动器或杆。
参考图1I和4A-4N描述了一优选实施例的臂组件400。如图1I所示，臂组件400具有由电机332、334、336、338控制的四个自由度DOF1、DOF2、DOF3、DOF4和由致动器220控制的一个自由度DOF5。臂组件400具有多个嵌套控制杆410、420、430、440、450，用于控制臂组件的不同自由度。控制杆410、也称为长臂，控制第一自由度DOF1，所述第一自由度DOF1为整个臂组件的0-360°旋转。控制杆420控制第二自由度DOF2，所述第二自由度DOF2是在接头460处的0-45°弯曲运动。控制杆430控制第三自由度DOF3，所述第三自由度DOF3是远端臂470的0-180°旋转。控制杆420控制第四自由度DOF4，所述第四自由度DOF4是接头480处的0-45°弯曲运动。控制杆410控制位于臂组件的远端处的手术工具490的运动，例如打开和关闭。前四个自由度DOF1-DOF4是由电机332、334、336、338控制的，第五自由度DOF5是由致动器220控制的。
接头460提供第二自由度DOF2并且在图4B-4E中更详细地示出。长臂410连接至接头构件462。接头构件466以铰链布置连接至接头构件462并连接至远端臂470。连杆464连接至控制臂420并提供铰链构件462、466之间的有限运动。
接头480提供第三自由度DOF3并且在图4F-4K中更详细地示出。远端臂470连接至构件481、482、483。铰链构件484连接至提供第四自由度DOF4的控制杆，所述第四自由度DOF4通过旋转铰链构件484来完成的。铰链构件484的旋转使位于臂组件的远端处的手术工具490旋转。手术工具490连接至铰链构件484和连杆486，所述连杆486连接至一控制臂以在铰链构件484与手术工具490之间产生弯曲运动。示例性手术工具490在图4L-4N中示出。
如图5A所示，当与电机组件组装时，多个线轴412、422、432、442连接至控制杆410、420、430、440。摩擦构件452连接至控制杆450。臂组件的近端部分***到电机组件300的通道369中。一旦***，摩擦构件452就与摩擦驱动器366a接合。线轴422、432、442连接至驱动螺杆392、394、396。线轴412连接至致动器220和相关结构。
该***具有如图6所示的控制盒组件。控制盒组件600具有盒底架610和盖子620。盒底架610具有用于将盖子620固定至盒610的结构，例如螺纹孔或类似物614。盖子620具有用于接收用于将盖子620固定至盒底架610的螺钉或其它连接构件(未示出)的孔622。盒底架610在一侧具有用于接收输入功率插座640的开口616，所述输入功率插座640可以例如通过延伸穿过孔642进入位于盒底架中的螺纹孔617的螺钉连接至盒底架610。盒底架610具有另一用于接收机器人连接器660的开口。盒底架610在其内具有功率转换器670和保持在盒底架中位于支撑构件612上的底板或PCB板650。盖子620具有用于接收照明电源开关630的孔624。输入功率插座连接至底板，所述底板连接至转换器盒。转换器盒转换来自电外科发生器、壁装电源插座或其它功率源的输入功率，并通过机器人连接器660将转换后的功率输出到机器人手术器械的手持件。
图7A中示出了示例性控制工作流程。外科医生通过手持件上的控件来控制机器人手术***。控件包括操纵杆740和模式按钮750。外科医生可以查看OLED显示器760上的操作状态消息和/或设置(结合下面讨论的替代性实施例进行描述)。控制***700提供用于控制机械臂400的运动控制712和电机控制714以及用于控制OLED显示器760的OLED控制716。
图7B中示出了示例性控制架构。四个自由度DOF1、DOF2、DOF3、DOF4(718)是经由手持件中的操纵杆290控制的。手持
件中的控制器单元710经由电机驱动器732、734、736、738发送控制信号以操作四个电机332、334、336、338。功率源670可以是壳体210内的电池或者可以经由壳体中的电连接器从外部源、例如控制器盒600提供。功率源为电机、控制器单元和操纵杆控制器盒600供电。虽然针对优选实施例描述了操纵杆控制器290，但是例如开关或拨盘的其它控制结构也可以与本发明一起使用。
图7C是示出根据本发明的机器人手术***中的控制板的工作流程的流程图。控制盒600中的功率转换器670从电外科发生器(未示出)的输出接收电能。功率转换器670通过将手持件连接至控制盒600的线(未示出)向机器人外科手持件输出5V和3.3V DC功率。控制盒600类似地通过电线(未示出)连接至电外科发生器。由手持件从功率转换器670接收的3.3V功率用于为操纵杆740和模式按钮750供电。由手持件从控制盒600接收的5V功率用于为电机和电机驱动器以及显示屏760供电。微控制器单元710由从功率转换器670接收的功率供电，并接收来自模式按钮750和操纵杆740的输入，并且控制电机驱动器和电机、一个或两个以上状态指示器LED'780和到外部装置770的通信。
参考图8A-8D描述了根据本发明的用于机器人手术***的手持件、壳体或套管800的一替代性实施例。术语“壳体”、“外壳”、“壳”和“套管”在本说明书中都可互换使用。手持件具有由可相互卡扣、连接或以其它方式彼此固定的两个件810a和810b形成的刚性内壳810，以包装电机组件900并容纳各种元件，例如模式按钮830、锁定按钮840、电源按钮850和操纵杆890。内壳810具有多个开口，例如为模式按钮830、锁定按钮840、电源按钮850和操纵杆890的元件突出通过这些开口并且可以由用户接近和操作。操纵杆890可以具有帽892。其它按钮或控制件也可以具有例如为帽的元件或涂层。内壳体810还具有用于容纳屏幕的开口或窗口，在图8A-8中示出了所述屏幕附接至电机组件900。应当理解，在其它实施例中，屏幕可相对于电机组件900单独地安装在内壳810中并且用电线连接至电机组件中(或手持件中的其它地方)的控制器。内壳810还具有鼻帽816，所述鼻帽816具有用于接收机器人臂1000的开口。在图8A中，每一侧816a、816b都形成为壳体的相应侧810a、810b的一体式部分。替代性实施例可以具有不与内壳810集成的鼻帽。手持件还具有外壳820，所述外壳820具有前主体部分820a和后部分820b。前主体部分820a具有鼻部，所述鼻部具有用于接收机器人臂1000的开口。后部分820打开或者可以从前主体部分820a拆卸以使得内壳910(连同内壳810中的所有部分)能够***到外壳前部分820a，然后，后部分820b可以关闭或附接到前部以封闭内壳。外壳820可以是透明的，因此可以通过外壳820看到电机组件中的显示器，或者可以具有透明部分或者可以具有可以通过其查看屏幕的开口或窗口。外壳820还具有对应于内壳810中的开口的用于下控件和LED'的多个开口。手持件还具有邻近位于内壳810的抓握部分814的底部中的开口的连接器860，以用于从控制盒600接收功率连接器以向手持件供电。连接器860通过内壳810内的线/线缆(未示出)连接至内壳810的主体部分812中的电机组件。手持件还具有通过连接杆842连接至电机组件并且在内壳810和外壳820两者之外延伸的触发器920。
如图9A所示，电机组件或封装体900中的各部件由框架990支撑。框架990在每个端部附近具有用于接收机械臂的凹槽。多个滑动构件905、907、908、910通过用螺母922固定至框架990的滑杆917安装到框架上。每个滑动构件都具有用于接收机械臂的凹槽。分别具有驱动轴932a、934a、936a、938a的四个步进电机932、934、936、938例如使用螺钉安装至框架。滑动环903(DOF3)、904(DOF4)、906(DOF5)、909(DOF2)邻近各个滑动构件905、907、908、910布置，以用于接收机械臂。支撑环914邻近框架990的各个端部附近的凹槽布置。盖子902布置在框架990上并固定至框架990，例如，用螺钉固定。具有***控制电子器件的PCB板901布置在盖子901上，屏幕980电连接至PCB板901并且物理地附接至PCB板901。多个线轴或带轮962、964、966、968附接到相应的电机驱动轴932a、934a、936a、938a，以用于接收驱动线轴或带轮972、974、976、978的带，所述线轴或带轮972、974、976、978安装在轴972a、974a、976a、978a上并且使致动管在机械臂中移动。电机组件900还具有触发器920、连接臂926和连杆927，用于手动激活位于机械臂的远端处的工具。
参考图10A-10C和图11-14描述了根据本发明的机械臂的替代性实施例。机械臂1000具有提供机械臂运动的多个致动管1010、1020、1030、1040、1050和接头或旋转器1100、1200、1300、1400。如图10A所示，该结构提供五个自由度。致动管和机构在图10C中示出。有五个致动管，每个自由度一个：用于DOF1的致动管1010、用于DOF2的致动管1020、用于DOF5的致动管1030、用于DOF3的致动管1040和用于DOF4的致动管1050。每个自由度(“DOF”)都具有致动管，并且在大多数情况下具有与其相关的其它元件。DOF1是用致动管1010实现的360度旋转。DOF2是在接头1100处的0-45°弯曲运动并且由致动管1020、D截面管1022、铰链接头1024和1026控制。DOF3是用致动管1040、致动杆1042、致动连接杆1044实现的180°旋转。DOF4是用致动管1050、致动连接杆1052和致动连接杆1054实现的。DOF5是用致动管1030、D截面管1032和致动连接杆1036实现的。
图11是接头2的组装图。接头2的各个部件例如用销1146彼此连接。接头2的不同组件部件涉及不同的自由度。对于DOF2，致动连接杆1156连接至致动连接杆1153，所述致动连接杆1153连接至致动连接杆1145，所述致动连接杆1145连接至铰链接头1148。对于DOF3，致动连接杆1151连接至致动连接杆1143，所述致动连接杆1143连接至致动连接杆1141，所述致动连接杆1141连接至致动连接杆1133。对于DOF4，致动连接杆1150连接至致动连接杆1149，所述致动连接杆1149连接至致动连接杆1140，所述致动连接杆1140连接至致动连接杆1139，所述致动连接杆1139连接至致动杆1130。对于DOF5，致动连接杆1152连接至致动连接杆1144，所述致动连接杆1144连接至致动连接杆1135，所述致动连接杆1135连接至致动管1131。
图12示出了微型旋转器1200的结构。具有内部微型旋转器和外部微型旋转器。在外部微型旋转器中，外管端部1228使外管1222与球1234连接，所述球1234允许管相对于彼此旋转。外球罩1229覆盖球1234。外管端部1221连接至外管1222。内部微型旋转器位于外部微型旋转器内并且具有内管1224、PFTE轴承1226、不锈钢球1227和内管端部1225。内管端部1225用球1234连接至内管1224，所述球1234又由内球罩1223覆盖。
图13是接头3的组装图，其涉及DOF3。接头3具有外管1342、球1334、球罩1369、致动管1332、致动管1320、致动管1318、致动按钮1319和螺旋铰链1301。
图14是涉及DOF4和DOF5的接头4和5的组装图。用于DOF4的结构包括致动杆1413、铰链接头1402、致动连接杆1412和旋转销1411。DOF5包括致动管1410、滑块1414、滑动销1438、轮杆连接杆1406、1407、1409、轮杆间隔件1408和致动杆1405。夹持器包括夹持臂1403、1404和夹持销1436、1437。
本发明的机器人***是非缆线操作的机器人手术***。该***可以与柔性器械一起使用，例如柔性腹腔镜附件，其可以包括用于切割和凝固的剪刀、持针器、抓紧器、组织剥离器或任何其它器械。本领域技术人员将认识到，该***可以与任何微创器械、包括但不限于柔性和刚性腹腔镜、胸腔镜、膀胱镜、支气管镜、内窥镜和结肠镜一起使用或组合。
外科医生可以与市场上的刚性腹腔镜类似地在手术台上使用机器人***。机器人***还可以集成3-D光学***。
为了说明和描述的目的，给出了本发明的优选实施例的前述描述。其并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式，根据上述教导可以进行修改和变化，或者可以从本发明的实践中获得修改和变化。选择和描述该实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，以使本领域技术人员能够以适合于预期的特定用途的各种实施例利用本发明。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同物限定。上述每篇文献的全部内容通过引用并入本文。

Claims (8)

1.一种机器人手术***，其包括：
手持件(800)，其包括：
刚性壳体(810)，其具有主体部分(812)和抓握部分(814)，所述主体部分(812)具有鼻式件(816)；
所述刚性壳体(810)内的电机组件(900)，所述电机组件包括：
框架(990)；
固定至所述框架(990)的多个电机(932，934，936，938)，每个电机(932，934，936，938)都具有驱动轴(932a，934a，936a，938a)；
驱动线轴，其连接至各个电机(932，924，926，938)的驱动轴(932a，934a，936a，938a)；
摩擦驱动器(972b)，其具有通过驱动带连接至驱动线轴(962)的线轴(972)；
由所述摩擦驱动器(972b)驱动的摩擦驱动环(921)；
由所述框架(990)支撑的多个驱动杆(918)；
连接至所述多个驱动杆(918)中的每一个的次级线轴(974，976，978)；
将每个次级线轴连接至驱动线轴(934a，936a，938a)的驱动带；
多个驱动环(903，904，909)，每个驱动环由所述多个驱动杆(918)中的一个驱动；以及
电连接至所述驱动电机(932，934，936，938)的控制电子器件(901)；
连接至所述控制电子器件并延伸穿过位于所述刚性壳体(810)中的开口的控制机构(810)；
连接至所述控制电子器件并延伸穿过位于所述刚性壳体(810)中的开口的模式控制机构(830)；以及
用于连接用于向所述控制电子器件和所述电机提供电力的功率源的连接器；以及
连接至所述手持件(900)的机械臂(1000)，所述机械臂具有多个自由度，所述多个自由度中的每一个由所述多个电机中的相应一个控制。
2.根据权利要求1所述的机器人手术***，其中，所述手持件还包括用于控制所述机械臂的自由度的机械触发器。
3.根据权利要求1或2所述的机器人手术***，其中，所述机械臂具有五个自由度。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的机器人手术***，其中，所述电机组件包括四个驱动电机(932，934，936，938)，各个驱动电机驱动所述机械臂的不同自由度。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的机器人手术***，其中，所述手持件还包括连接至所述控制电子器件(901)的显示屏(980)，用于显示所述机器人手术***的操作信息。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的机器人手术***，其中，所述***还包括包围所述壳体(810)的一次性外壳(820)。
7.根据权利要求6所述的机器人手术***，其中，所述一次性外壳(820)由柔性透明材料形成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的机器人手术***，其中，所述机械臂包括：
多个致动管(1010，1020，1030，1040，1050)，每个致动管控制所述机械臂的所述自由度中的一个，并且其中，每个驱动环(903，904，909)驱动所述致动管中的一个，从而以所述致动管控制的所述自由度移动所述机械臂。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10932804B2 (en) 2017-10-30 2021-03-02 Ethicon Llc Surgical instrument with sensor and/or control systems
US10736616B2 (en) * 2017-10-30 2020-08-11 Ethicon Llc Surgical instrument with remote release
US11129634B2 (en) 2017-10-30 2021-09-28 Cilag Gmbh International Surgical instrument with rotary drive selectively actuating multiple end effector functions
WO2021051075A1 (en) * 2019-09-12 2021-03-18 First Pass, Llc Intravascular articulating retrieval apparatus
WO2022006073A1 (en) * 2020-06-29 2022-01-06 Jerome Canady Research Institute for Advanced Biological and Technological Sciences Plasma-assisted robotic electrosurgical device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103948435A (zh) * 2014-05-15 2014-07-30 上海交通大学 单孔腹腔镜微创手术机器人***
US20150080907A1 (en) * 2013-09-13 2015-03-19 Vanderbilt University System and method for endoscopic deployment of robotic concentric tube manipulators for performing surgery
CN104758013A (zh) * 2015-04-07 2015-07-08 哈尔滨工业大学 单孔腹腔微创手术的多自由度柔性机器人用驱动机构
CN105007836A (zh) * 2013-03-01 2015-10-28 伊西康内外科公司 用于外科器械的操纵杆开关组件
JP2016512057A (ja) * 2013-03-01 2016-04-25 エシコン・エンド−サージェリィ・インコーポレイテッドＥｔｈｉｃｏｎ Ｅｎｄｏ−Ｓｕｒｇｅｒｙ，Ｉｎｃ． 複数の自由度を備えた回転動力式の外科用器具

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5792135A (en) * 1996-05-20 1998-08-11 Intuitive Surgical, Inc. Articulated surgical instrument for performing minimally invasive surgery with enhanced dexterity and sensitivity
US6312435B1 (en) 1999-10-08 2001-11-06 Intuitive Surgical, Inc. Surgical instrument with extended reach for use in minimally invasive surgery
US6783524B2 (en) 2001-04-19 2004-08-31 Intuitive Surgical, Inc. Robotic surgical tool with ultrasound cauterizing and cutting instrument
US7708741B1 (en) * 2001-08-28 2010-05-04 Marctec, Llc Method of preparing bones for knee replacement surgery
WO2006119495A2 (en) * 2005-05-03 2006-11-09 Hansen Medical, Inc. Robotic catheter system
US8800838B2 (en) * 2005-08-31 2014-08-12 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Robotically-controlled cable-based surgical end effectors
US7588176B2 (en) 2007-06-18 2009-09-15 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Surgical cutting instrument with improved closure system
US9386983B2 (en) 2008-09-23 2016-07-12 Ethicon Endo-Surgery, Llc Robotically-controlled motorized surgical instrument
RU2437622C2 (ru) * 2009-12-17 2011-12-27 Борис Иванович Леонов Хирургический сшиватель для эндоскопических операций
IT1401669B1 (it) 2010-04-07 2013-08-02 Sofar Spa Sistema di chirurgia robotizzata con controllo perfezionato.
US9649096B2 (en) * 2011-03-22 2017-05-16 Human Extensions Ltd. Motorized surgical instruments
BR112015021050B1 (pt) * 2013-03-01 2021-12-28 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Instrumento cirúrgico
US9814460B2 (en) * 2013-04-16 2017-11-14 Ethicon Llc Modular motor driven surgical instruments with status indication arrangements
RU2570939C1 (ru) * 2014-09-17 2015-12-20 Открытое акционерное общество "Казанский электротехнический завод" Привод для инструмента эндоскопического хирургического аппарата
US10603128B2 (en) * 2014-10-07 2020-03-31 Covidien Lp Handheld electromechanical surgical system
US10390895B2 (en) * 2016-08-16 2019-08-27 Ethicon Llc Control of advancement rate and application force based on measured forces

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105007836A (zh) * 2013-03-01 2015-10-28 伊西康内外科公司 用于外科器械的操纵杆开关组件
JP2016512057A (ja) * 2013-03-01 2016-04-25 エシコン・エンド−サージェリィ・インコーポレイテッドＥｔｈｉｃｏｎ Ｅｎｄｏ−Ｓｕｒｇｅｒｙ，Ｉｎｃ． 複数の自由度を備えた回転動力式の外科用器具
US20150080907A1 (en) * 2013-09-13 2015-03-19 Vanderbilt University System and method for endoscopic deployment of robotic concentric tube manipulators for performing surgery
CN103948435A (zh) * 2014-05-15 2014-07-30 上海交通大学 单孔腹腔镜微创手术机器人***
CN104758013A (zh) * 2015-04-07 2015-07-08 哈尔滨工业大学 单孔腹腔微创手术的多自由度柔性机器人用驱动机构

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