RU2716353C1 - Hand controller for use in robot surgery system operator's controller - Google Patents

Hand controller for use in robot surgery system operator's controller Download PDF

Info

Publication number
RU2716353C1
RU2716353C1 RU2019138037A RU2019138037A RU2716353C1 RU 2716353 C1 RU2716353 C1 RU 2716353C1 RU 2019138037 A RU2019138037 A RU 2019138037A RU 2019138037 A RU2019138037 A RU 2019138037A RU 2716353 C1 RU2716353 C1 RU 2716353C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
controller
handle
brush
hand
operator
Prior art date
Application number
RU2019138037A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Юрьевич Пушкарь
Рахим Суфьянович Нахушев
Original Assignee
Ассистирующие Хирургические Технологии (Аст), Лтд
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ассистирующие Хирургические Технологии (Аст), Лтд filed Critical Ассистирующие Хирургические Технологии (Аст), Лтд
Priority to RU2019138037A priority Critical patent/RU2716353C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2716353C1 publication Critical patent/RU2716353C1/en
Priority to PCT/RU2020/050340 priority patent/WO2021107817A1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/75Manipulators having means for prevention or compensation of hand tremors
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/76Manipulators having means for providing feel, e.g. force or tactile feedback
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00Controls for manipulators
    • B25J13/06Control stands, e.g. consoles, switchboards
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to medical equipment. Hand controller (100) for the control operator controller of the robot-surgical complex includes a handle with finger grippers (110) and a control unit of the hand controller. Handle has elongated ergonomic body (120) and is functionally configured to provide rotation function of the surgical instrument around one axis. Body in upper part (121) has base (130) with platform for attachment to element, which is part of operator controller, which provides the manipulator with the surgical instrument rotation control function and / or deviation of the surgical instrument from its longitudinal axis. Base platform is functionally configured to transmit electrical signals. Control unit is located inside the body of the operator's controller element fixed on the base platform. Finger grips are movable and rotate around their own axis coinciding with handle lengthwise axis (123) in sagittal plane to provide closure or opening function of surgical branches. Inside the body of the handle there are mechanisms for turning the handle and finger grips on one axis. Sensor of handle turn mechanism provides electric signals corresponding to change of position of handle body at deviation of operator's hand in sagittal plane relative to transverse axis of hand lying in frontal plane, and transmits them to controller of hand controller through platform of handle body base. Sensor of finger grip rotation mechanism provides electric signals corresponding to change of finger grips position when fingers of operator move in sagittal plane relative to transverse axis of hand lying in frontal plane, and transmits them to control unit of hand controller through platform of handle body base. Hand controller control unit is configured to transfer the motion of the handle and / or finger grips into the corresponding movement of the surgical instrument and to transfer the movement of the surgical instrument into the corresponding movement of the handle and / or finger grips.
EFFECT: reduced load on operator's hand, high accuracy of determining the position of the hand and increasing the range of hand movement with providing feedback, tactile sensations and mobility by using the proposed architecture of the hand controller, which minimizes limitations on the ability of the surgeon to manipulate the surgical instrument.
6 cl, 11 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к механизмам - контроллерам, предназначенным для управления оператором мехатронными устройствами. Контроллер может быть применен в следующих областях: медицинское оборудование, игровая индустрия, трехмерное компьютерное моделирование и дизайн. Более конкретно, изобретение может относится к области контроля и управления роботизированными хирургическими комплексами для проведения минимально инвазивных хирургических операций. В частности, изобретение относится к устройствам для преобразования движения кисти руки хирурга в цифровую команду для управления хирургическим инструментом и для преобразования в обратном порядке, а именно, преобразования цифровых команд в механические движения, передаваемые на кисть руки хирурга.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely, to mechanisms - controllers designed to control the operator of mechatronic devices. The controller can be used in the following areas: medical equipment, game industry, three-dimensional computer simulation and design. More specifically, the invention may relate to the field of monitoring and control of robotic surgical complexes for minimally invasive surgery. In particular, the invention relates to devices for converting the movement of a hand of a surgeon into a digital command for controlling a surgical instrument and for converting in the reverse order, namely, converting digital commands into mechanical movements transmitted to the hand of a surgeon.

Предпосылки создания изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

Современные роботы повышают производственную эффективность, прежде всего автоматизируя выполнение технологических процессов. Однако, роботы имеют и иные преимущества, создающие основу инновационных технологий и изделий. Modern robots increase production efficiency, primarily by automating the execution of technological processes. However, robots have other advantages that create the basis of innovative technologies and products.

Простые системы пользовательского интерфейса могут обеспечивать отдельно задаваемое системой числового программного управления (ЧПУ) управление для каждого подвижного соединения робота, роботизированного манипулятора или другого ведомого устройства. Более сложные системы могут включать ручные контроллеры (иногда в форме джойстика или пистолетной рукоятки), которые воспринимают движение рукой пользователя. Система управления роботом реагирует на эти управляющие сигналы, активируя определенные сервомоторы, соленоиды или другие устройства в роботизированном манипуляторе для обеспечения желаемого действия. Simple user interface systems can provide separately defined control by a numerical control system (CNC) for each movable connection of a robot, robotic arm, or other slave device. More complex systems may include hand-held controllers (sometimes in the form of a joystick or pistol grip) that sense movement by the user's hand. The robot control system responds to these control signals by activating certain servomotors, solenoids, or other devices in the robotic arm to provide the desired action.

С одной стороны, контроллер, в прямом порядке работы, обеспечивает управление и контроль, с другой стороны, в обратном порядке работы, он обеспечивает тактильное ощущение взаимодействия с технической системой через виртуальный контакт с исполнительным механизмом. В качестве исполнительного механизма может выступать робот или манипулятор, а в качестве тактильного устройства – контроллер, силы воздействия которого ограничены и соизмеримы с силой рук оператора.On the one hand, the controller, in the direct order of operation, provides control and monitoring, on the other hand, in the reverse order of operation, it provides a tactile sensation of interaction with the technical system through virtual contact with the actuator. A robot or a manipulator can act as an actuator, and a controller, whose impact forces are limited and commensurate with the strength of the operator’s hands, can act as a tactile device.

Контроллер генерирует один или несколько управляющих сигналов, которые затем используются для управления различными движениями манипулятора, преобразуя механические движения руки по шести степеням свободы в команды для мехатронного комплекса. Контроллер также предоставляет пользователю информацию с обратной связью по силе, поступающей на вход движения, или силе, прилагаемой пользователем.The controller generates one or more control signals, which are then used to control various movements of the manipulator, converting the mechanical movements of the hand in six degrees of freedom into commands for the mechatronic complex. The controller also provides the user with feedback on the force applied to the motion input, or the force exerted by the user.

Контроллер для дистанционного управления движением манипулятора может быть отделен от исполнительного механизма значительным расстоянием (например, находиться в другой комнате или в совершенно другом здании). В качестве альтернативы, контроллер может быть расположен совсем рядом с исполнительным механизмом. Независимо от того, контроллер обычно включает одну или несколько управляющих ручек, которые обеспечивают непосредственный контакт с рукой оператора и которые крепятся к блоку позиционирования контроллера оператора. Такие ручки позволяют производить определение координат кистевого аппарата оператора. Перемещениями управляющей ручки в трехмерном пространстве оператор управляет движениями манипулятора. The controller for remote control of the movement of the manipulator can be separated from the actuator by a considerable distance (for example, be in another room or in a completely different building). Alternatively, the controller may be located very close to the actuator. Regardless of which, the controller typically includes one or more control knobs that provide direct contact with the operator’s hand and that are attached to the positioning block of the operator’s controller. Such pens allow the determination of the coordinates of the operator’s wrist apparatus. The movements of the control handle in three-dimensional space, the operator controls the movements of the manipulator.

В настоящее время существует множество решений, предназначенных для определения координат кисти человека. По особенностям конструкции решения можно разделить на следующие категории:Currently, there are many solutions designed to determine the coordinates of a person’s brush. By design features, solutions can be divided into the following categories:

Устройства, предназначенные для надевания на руку (экзоскелетные устройства).Devices designed to be worn on the arm (exoskeletal devices).

Устройства, предназначенные для манипулирования как предметом.Devices designed to manipulate as an object.

Устройства, переназначенные для надевания на руку, представляют собой класс устройств, частично или полностью повторяющих степени свободы кисти человека и имеющих механическую связь с рукой методом внешних по отношению к кисти подвижных элементов, закрепляемых непосредственно на фалангах пальцев, пястье или запястье.Devices reassigned for putting on a hand are a class of devices that partially or completely repeat the degrees of freedom of a person’s hand and have mechanical connection with the hand by the method of moving elements external to the hand, fixed directly to the phalanges of the fingers, wrist or wrist.

Устройства, предназначенные для манипулирования как предметом, представляют собой класс устройств, частично или полностью повторяющих степени свободы кисти человека и имеющих механическую связь с рукой методом удержания кистью манипуляционного предмета. Закрепление руки или пальцев может присутствовать, но не является необходимым для работы устройства.Devices designed to manipulate as an object are a class of devices that partially or completely repeat the degrees of freedom of a person’s brush and have mechanical communication with the hand by the method of holding the manipulating object with a brush. A fastening of the hand or fingers may be present, but is not necessary for the operation of the device.

Одна из областей применений управляющей ручки контроллера – управление хирургическим роботом, который используется для проведения сложных минимально инвазивных операций. One of the applications of the control handle of the controller is the control of a surgical robot, which is used for complex minimally invasive operations.

Робот-ассистированные операции имеют множество преимуществ перед традиционными операциями, например, они позволяют в значительной мере уменьшить объем интраоперационной кровопотери и сократить частоту гемотрансфузий. Процедуры такого рода менее травматичны и поэтому в реабилитационном периоде болевой синдром у пациентов не столь выражен, как при традиционном подходе. Хирургические роботы управляются врачом-хирургом. Перемещениями управляющей ручки в трехмерном пространстве, в шести степенях свободы, хирург управляет движениями конечного эффектора хирургического инструмента.Robot-assisted operations have many advantages over traditional operations, for example, they can significantly reduce the amount of intraoperative blood loss and reduce the frequency of blood transfusions. Procedures of this kind are less traumatic and therefore, in the rehabilitation period, the pain syndrome in patients is not as pronounced as with the traditional approach. Surgical robots are controlled by a surgeon. The movements of the control handle in three-dimensional space, in six degrees of freedom, the surgeon controls the movements of the final effector of the surgical instrument.

Известны ручки контроллеров хирурга, которые выполняются в виде копии ручек для лапароскопического инструмента, а также известны специальные модифицированные ручки для контроллера роботохирургического комплекса.Known are the handles of the surgeon's controllers, which are made in the form of a copy of the handles for a laparoscopic instrument, and also special modified handles are known for the controller of the robotic surgical complex.

Модифицированные лапароскопические ручки, как правило, используются для случая, когда роботохирургический комплекс функционально реализует только лапароскопические технологии (US 8080004 B2, US 6500188 B2, US 20050222587 A1, US 20050070764 A1 и др.). Modified laparoscopic handles are usually used for the case when the robotic surgical complex functionally implements only laparoscopic technologies (US 8080004 B2, US 6500188 B2, US 20050222587 A1, US 20050070764 A1, etc.).

Роботохирургические ручки позволяют обеспечить контакт с кистью руки оператора, при котором кисть охватывает ручку полностью, частично или только двумя пальцами. Ручки имеют подвижные смыкающиеся/размыкающиеся части, которые перемещаются под воздействием пальцев, как правило двух или более. Другие устройства для воздействия на них пальцами, как правило - это кнопки. Силовые элементы ручки выполняются как аналоговые - тросики, цифровые - энкодеры или энкодеры и моторы (US 20110040305 A1, US 20030114962 A1, US 20100169815 A1, US 6587750 B2, US 20180132956 A1, US 20120071892 A1).Robotic surgical handles allow contact with the operator’s hand, in which the hand covers the handle completely, partially or with only two fingers. Handles have movable locking / unlocking parts that move under the influence of fingers, usually two or more. Other devices for touching them with fingers, as a rule, are buttons. The handle power elements are performed as analog - cables, digital - encoders or encoders and motors (US 20110040305 A1, US 20030114962 A1, US 20100169815 A1, US 6587750 B2, US 20180132956 A1, US 20120071892 A1).

Известна ручка, охватываемая кистью руки оператора, выполненная с возможностью управления хирургическим инструментом в ответ на движения кисти руки оператора путем преобразования механического движения в электрический сигнал (US 20180168758 A1). Ручка выполнена в виде корпуса, сочлененного с устройством ввода, которое формирует управляющие хирургическим инструментом сигналы в ответ на движение руки оператора. Ручка имеет корпус эргономичной формы с двумя пальцевыми захватами, выполненными с возможностью отведения от продольной оси корпуса для перемещения соосного оси корпуса ручки вала. На продольной оси корпуса установлен датчик (линейный энкодер) для преобразования аналогового сигнала в цифровой и подачи управляющего сигнала на устройство ввода.Known handle covered by the operator’s hand, made with the ability to control a surgical instrument in response to movements of the operator’s hand by converting mechanical movement into an electrical signal (US 20180168758 A1). The handle is made in the form of a housing articulated with an input device that generates signals controlling the surgical instrument in response to the movement of the operator’s hand. The handle has an ergonomically shaped body with two finger grips, made with the possibility of removal from the longitudinal axis of the body to move the coaxial axis of the shaft handle housing. A sensor (linear encoder) is installed on the longitudinal axis of the housing to convert the analog signal to digital and supply a control signal to the input device.

Известна ручка контроллера для роботоассистирущих хирургических операций, позволяющая передавать движения руки в движения элементов конструкции комплекса (US 2014192020 A1, опубл. 10.07.2014). Механическая связь с кистью оператора обеспечивается за счет удержания корпуса ручки пальцами руки оператора. Контроллер кисти (ручка) позволяет передавать движения руки оператора в движения элементом конструкции хирургического комплекса. Контроллер кисти оператора имеет две степени свободы. Степень свободы по углу рысканья реализована методом вращения корпуса устройства. Захватывающая степень свободы представлена в виде подвижного элемента, управляемого указательным пальцем.Known controller handle for robot-assisted surgical operations, allowing to transmit hand movements in the movement of the structural elements of the complex (US 2014192020 A1, publ. 10.07.2014). Mechanical communication with the operator’s hand is ensured by holding the handle body with the fingers of the operator’s hand. The brush controller (handle) allows you to transmit the movements of the operator’s hand in movement by the structural element of the surgical complex. The operator's brush controller has two degrees of freedom. The degree of freedom in the yaw angle is realized by the method of rotation of the device body. An exciting degree of freedom is presented in the form of a movable element controlled by the index finger.

Существующие разработки управляющих ручек, как следует из анализа известных технических решений, не позволяют в одной конструкции решить следующую совокупность проблем, что понижает эффективность работы: Existing development of control knobs, as follows from an analysis of well-known technical solutions, does not allow to solve the following set of problems in one design, which reduces work efficiency:

В контакте руки оператора с управляющей ручкой участвуют только пальцы, как правило, два, или часть кисти оператора. Поэтому вся нагрузка управления и вес управляющей ручки приходится именно на них, что приводит к большей и быстрее наступающей утомляемости, а как следствие – к потере работоспособности оператора, а также к потере точности, скорости и эффективности управления исполнительным механизмом, в частности, хирургическим инструментом. Only fingers, usually two, or part of the operator’s hand, are involved in the contact of the operator’s hand with the control handle. Therefore, the entire control load and the weight of the control handle falls on them, which leads to greater and faster onset fatigue, and as a result, loss of the operator’s working capacity, as well as loss of accuracy, speed and efficiency of controlling the actuator, in particular, the surgical instrument.

Отсутствует получение цифрового сигнала о повороте в запястье при охвате управляющей ручки всей кистью оператора.There is no digital signal about the rotation in the wrist when the control handle is covered with the entire operator’s brush.

Отсутствует передача управляющего сигнала от системы управления и преобразование его в механическое движение кисти оператора, полностью охватывающей управляющую ручку.There is no transmission of the control signal from the control system and its conversion into mechanical movement of the operator’s hand, completely covering the control handle.

Отсутствует получение цифрового сигнала о положении (приближении/смыкании/удалении) как минимум двух пальцев оператора, охватывающих вместе с кистью ручку управления. There is no digital signal about the position (approaching / closing / removing) of at least two operator fingers covering the control handle with the brush.

Отсутствует передача управляющего сигнала от системы управления и преобразование его в механическое движение как минимум двух пальцев оператора, охватывающих вместе с кистью управляющую ручку.There is no transmission of the control signal from the control system and its conversion into mechanical movement of at least two operator fingers covering the control handle with the brush.

Отсутствует преобразование в согласованный цифровой управляющий сигнал положения кисти оператора и как минимум двух управляющих пальцев для управления хирургическим инструментом. There is no conversion to a coordinated digital control signal for the position of the operator’s hand and at least two control fingers for controlling the surgical instrument.

Одна из главных причин, препятствующая решению проблем, состоит в том, что управляющая ручка является конечным звеном контроллера. Любое изменение или улучшение ручки с применением новых деталей увеличивает ее массу, что приводит к дополнительной нагрузке на руку оператора в процессе управления. Использование тросиков для перемещения масс новых деталей в точку опоры и для уменьшения разгрузки ограничено размерами управляющей ручки и доступом к ней. Использование противовесов, уравновешивающих дополнительную массу ручки, приводит к удвоению динамической нагрузки на руки оператора во время их движения.One of the main reasons preventing the solution of problems is that the control knob is the final link of the controller. Any change or improvement of the handle with the use of new parts increases its mass, which leads to an additional load on the operator’s hand in the process of control. The use of cables to move masses of new parts to the fulcrum and to reduce unloading is limited by the size of the control handle and access to it. The use of counterweights, balancing the additional mass of the handle, leads to a doubling of the dynamic load on the hands of the operator during their movement.

Именно решению перечисленных проблем посвящена данная заявка.This application is dedicated to the solution of these problems.

Суть изобретенияThe essence of the invention

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в создании универсального контроллера кисти, позволяющего производить преобразование координат кисти руки человека в цифровую форму, и который является частью системы для управления хирургическим инструментом роботизированного технологического комплекса. При этом контроллер кисти должен наиболее точно, на всей амплитуде и при всех углах, позволять контролировать как минимум один угол поворота кисти руки в запястье, а также перемещение и взаимоположение по меньшей мере двух пальцев, преобразуя эту информацию в цифровой сигнал, передаваемый на управляемый элемент роботизированного технологического комплекса.The technical problem to which the invention is directed is to create a universal brush controller that allows the coordinates of a human hand to be converted into digital form, and which is part of a system for controlling a surgical instrument of a robotic technological complex. In this case, the brush controller should most accurately, at the entire amplitude and at all angles, allow to control at least one angle of rotation of the hand in the wrist, as well as the movement and relative position of at least two fingers, converting this information into a digital signal transmitted to the controlled element robotic technological complex.

Дополнительно контроллер кисти должен обеспечить минимальную нагрузку веса на кисть оператора при управлении, иметь и реализовывать канал обратной связи от элемента роботизированного технологического комплекса или системы управления в целом, преобразуя цифровой управляющий сигнал в механическое перемещение, такое как поворот удерживающей ручку кисти руки оператора и/или механическое перемещение как минимум двух пальцев оператора.In addition, the brush controller must provide a minimum weight load on the operator’s brush when controlling, have and implement a feedback channel from an element of the robotic technological complex or the control system as a whole, converting the digital control signal into mechanical movement, such as turning the operator’s hand holding the handle of the brush and / or mechanical movement of at least two fingers of the operator.

Дополнительно контроллер кисти должен иметь возможность принимать участие в сценариях работы системы управления, таких как блокировка системы в целом, удержание фиксированного положения контроллера оператора.Additionally, the brush controller should be able to take part in scenarios of the control system, such as locking the system as a whole, holding the operator controller at a fixed position.

Дополнительно контроллер кисти должен преобразовать движения кисти оператора в цифровую форму, не создавая существенных ограничений естественной подвижности руки. Additionally, the brush controller must convert the movements of the operator’s brush to digital form without creating significant limitations to the natural mobility of the hand.

С целью решения поставленных задач контроллер кисти оператора используется в составе контроллера оператора для управления роботохирургическим комплексом и включает рукоятку с пальцевыми схватами и блок управления контроллера кисти; причем рукоятка имеет корпус вытянутой эргономичной формы, охватываемый и удерживаемый всей поверхностью кисти оператора во время работы, рукоятка функционально сконфигурирована для обеспечения функции вращения хирургического инструмента вокруг одной оси. При этом корпус рукоятки в верхней части имеет основание с площадкой для крепления к элементу, входящего в состав контроллера оператора, который обеспечивает функцию управления вращения манипулятора с хирургическим инструментом и/или отклонения хирургического инструмента от его продольной оси. Причем площадка основания функционально сконфигурирована для передачи электрических сигналов, а блок управления контроллера кисти расположен внутри корпуса вышеуказанного элемента, входящего в состав контроллера оператора, к которому прикреплена площадка основания. Пальцевые схваты выполнены с возможностью расположения на них пальцев оператора, по меньшей мере один из пальцевых схватов является подвижным и выполнен с возможностью вращения вокруг собственной оси, совпадающей с продольной осью рукоятки, в сагиттальной плоскости для обеспечения функции замыкания или размыкания браншей хирургического инструмента. Внутри корпуса рукоятки расположены на одной оси: механизм поворота рукоятки, включающий датчик поворота, обеспечивающий электрические сигналы, соответствующие изменению положения корпуса рукоятки при отклонении кисти оператора в сагиттальной плоскости относительно поперечной оси кисти, лежащей во фронтальной плоскости, и передающий их блоку управления контроллера кисти через площадку основания корпуса рукоятки, и приводной элемент рукоятки; механизм поворота по меньшей мере одного пальцевого схвата, включающий датчик поворота, обеспечивающий электрические сигналы, соответствующие изменению положения по меньшей мере одного пальцевого схвата при перемещении пальцев оператора в сагиттальной плоскости относительно поперечной оси кисти, лежащей во фронтальной плоскости, и передающий их блоку управления контроллеру кисти через площадку основания корпуса рукоятки; и приводной элемент пальцевого схвата. Причем блок управления контроллера кисти функционально сконфигурирован для: передачи полученных сигналов на цифровой блок контроллера оператора и на внешнюю систему управления роботохирургическим комплексом для передачи движения рукоятки и/или по меньшей мере одного пальцевого схвата в соответствующие движения хирургического инструмента; получения управляющих сигналов от внешней системы управления роботохирургического комплекса и передачи их на приводной элемент рукоятки и/или приводной элемент по меньшей мере одного пальцевого схвата для передачи движения хирургического инструмента в соответствующее движение рукоятки и/или пальцевых схватов.In order to solve the tasks, the operator’s brush controller is used as part of the operator’s controller to control the robotic complex and includes a handle with finger grips and a brush controller control unit; moreover, the handle has a body of elongated ergonomic shape, covered and held by the entire surface of the operator’s hand during operation, the handle is functionally configured to provide the rotation function of the surgical instrument around one axis. In this case, the handle housing in the upper part has a base with a platform for attachment to an element that is part of the operator’s controller, which provides the function of controlling the rotation of the manipulator with the surgical instrument and / or the deviation of the surgical instrument from its longitudinal axis. Moreover, the base platform is functionally configured to transmit electrical signals, and the control unit of the brush controller is located inside the body of the above element, which is part of the operator controller, to which the base platform is attached. The finger grips are arranged to position the operator’s fingers on them, at least one of the finger grips is movable and rotatable around its own axis, coinciding with the longitudinal axis of the handle, in the sagittal plane to provide the function of closing or opening the jaws of the surgical instrument. Inside the body of the handle are located on one axis: the handle rotation mechanism, including a rotation sensor, providing electrical signals corresponding to a change in the position of the handle body when the operator’s brush deviates in the sagittal plane relative to the transverse axis of the brush lying in the frontal plane, and transfers them to the brush controller control unit through the base of the base of the handle housing, and the drive element of the handle; a rotation mechanism of at least one finger grip, including a rotation sensor, providing electrical signals corresponding to a change in the position of at least one finger grip when moving the operator’s fingers in the sagittal plane relative to the transverse axis of the brush lying in the frontal plane, and transmitting them to the control unit of the brush controller through the base of the handle body; and a drive element finger grip. Moreover, the control unit of the brush controller is functionally configured for: transmitting the received signals to the digital block of the operator’s controller and to the external control system of the robotic surgical complex for transmitting the movement of the handle and / or at least one finger grip into the corresponding movements of the surgical instrument; receiving control signals from the external control system of the robotic surgical complex and transmitting them to the handle drive element and / or the drive element of at least one finger grip to transmit the movement of the surgical instrument in the corresponding movement of the handle and / or finger grips.

В некоторых вариантах изобретения по меньшей мере один пальцевый схват закреплен на корпусе рукоятки.In some embodiments of the invention, at least one finger grip is attached to the handle body.

В некоторых вариантах изобретения корпус рукоятки оснащен световыми и/или звуковыми и/или тактильными датчиками, а также датчиками давления. Корпус рукоятки также оснащен датчиком приближения.In some embodiments of the invention, the handle housing is equipped with light and / or sound and / or tactile sensors, as well as pressure sensors. The handle housing is also equipped with a proximity sensor.

В некоторых вариантах изобретения цифровой блок управления контроллером формирует управляющие сигналы через блок управления кисти на приводной элемент рукоятки и/или приводной элемент пальцевого схвата для обеспечения поворота рукоятки и/или подвижного пальцевого схвата в сторону, совпадающую с поворотом кисти и/или подвижного пальцевого схвата или в сторону, противоположную повороту кисти и/или подвижного пальцевого схвата соответственно.In some embodiments of the invention, the digital controller control unit generates control signals through the brush control unit to the handle actuator and / or finger grip element to allow the handle and / or movable finger grip to rotate in a direction that matches the rotation of the brush and / or movable finger grip or in the direction opposite to the rotation of the hand and / or movable finger grip, respectively.

В некоторых вариантах изобретения контроллер кисти оснащен тахометрами, измерителями ускорения и нагрузочными элементами индикации силы.In some embodiments of the invention, the brush controller is equipped with tachometers, acceleration meters and load indicating force.

Как показано, указанные задачи решаются за счет изменения конфигурации конструкции контроллера в целом, и в частности, составляющего элемента контроллера - контроллера кисти, который имеет непосредственный контакт со всей поверхностью кисти оператора и, по меньшей мере, двумя пальцами оператора.As shown, these tasks are solved by changing the configuration of the controller as a whole, and in particular, of the controller’s constituent element - the brush controller, which has direct contact with the entire surface of the operator’s brush and at least two fingers of the operator.

Использование предлагаемой архитектуры контроллера кисти сокращает нагрузку на руку оператора, повышает точность определения положения руки и увеличивает диапазон перемещения рук, обеспечивая обратную связь, тактильные ощущения и мобильность, что сводит к минимуму ограничения на способность хирурга манипулировать хирургическим инструментом.Using the proposed architecture of the hand controller reduces the load on the operator’s hand, increases the accuracy of determining the position of the hand and increases the range of hand movements, providing feedback, tactile sensations and mobility, which minimizes the restrictions on the ability of the surgeon to manipulate the surgical instrument.

Решение относится к категории контроллеров, предназначенных для манипулирования как объектом, и не требует обязательного механического закрепления руки оператора на элементах конструкции, но данная возможность присутствует.The solution belongs to the category of controllers designed to be manipulated as an object and does not require mandatory mechanical fastening of the operator’s hands on structural elements, but this feature is present.

Объекты и преимущества настоящего изобретения станут более очевидны специалистам после рассмотрения следующего подробного описания и чертежей. The objects and advantages of the present invention will become more apparent to those skilled in the art after considering the following detailed description and drawings.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Прилагаемые чертежи, которые включены в состав настоящего описания и являются его частью, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и совместно с вышеприведенным общим описанием изобретения и нижеприведенным подробным описанием вариантов осуществления служат для пояснения принципов настоящего изобретения. The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the present description, illustrate embodiments of the invention and, together with the above general description of the invention and the following detailed description of embodiments, serve to explain the principles of the present invention.

Фиг. 1 иллюстрирует перспективный вид контроллера оператора по настоящему изобретению, предназначенного для управления оператором мехатронными устройствами и имеющего в составе управляющую ручку оператора.FIG. 1 illustrates a perspective view of an operator controller of the present invention, designed to control an operator with mechatronic devices and incorporating an operator control handle.

Фиг. 2 иллюстрирует общий вид контроллера кисти для использования в составе контроллера оператора для управления роботохирургическим комплексом.FIG. 2 illustrates a general view of the brush controller for use as part of an operator controller for controlling a robotic surgical complex.

Фиг. 3 схематически отражает плоскости, в которых осуществляются движения кисти оператора в лучезапястном суставе.FIG. 3 schematically reflects the planes in which movements of the operator’s hand in the wrist joint are carried out.

Фиг. 4 иллюстрирует общий вид роботохирургического комплекса.FIG. 4 illustrates a general view of a robotic surgical complex.

Фиг. 5 иллюстрирует общий вид контроллера кисти с корпусом в перспективе. FIG. 5 illustrates a perspective view of a brush controller with a housing.

Фиг. 6 отражает общий вид контроллера кисти без корпуса в перспективе.FIG. 6 shows a perspective view of a brush controller without a case.

Фиг. 7 представляет общий вид укладки наматываемого передающего электрический управляющий сигнал шлейфа.FIG. 7 is a general view of the stacking of a wound transmitting electrical control signal plume.

Фиг. 8 представляет общий вид укладки шлейфа в ослабленном состоянии.FIG. 8 is a general view of laying the loop in a weakened state.

Фиг. 9 схематически отражает пример замкнутой структуры управления согласно настоящему изобретению.FIG. 9 schematically illustrates an example of a closed control structure according to the present invention.

Фиг. 10 схематически представляет блок-схему управления контроллера кисти.FIG. 10 schematically represents a control block diagram of a brush controller.

Фиг. 11 приведен сборочный чертеж печатной платы для установки цифрового магнитного энкодера.FIG. 11 is an assembly drawing of a circuit board for mounting a digital magnetic encoder.

Термины и определенияTerms and Definitions

Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже приведены некоторые термины, использованные в настоящем описании изобретения. Если не определено отдельно, технические и научные термины в данной заявке имеют стандартные значения, общепринятые в научной и технической литературе.For a better understanding of the present invention, the following are some of the terms used in the present description of the invention. Unless defined separately, technical and scientific terms in this application have standard meanings generally accepted in the scientific and technical literature.

В настоящем описании и в формуле изобретения термины «включает», «включающий» и «включает в себя», «имеющий», «снабженный», «содержащий» и другие их грамматические формы не предназначены для истолкования в исключительном смысле, а, напротив, используются в неисключительном смысле (т.е. в смысле «имеющий в своем составе»). В качестве исчерпывающего перечня следует рассматривать только выражения типа «состоящий из».In the present description and in the claims, the terms “includes”, “including” and “includes”, “having”, “equipped”, “containing” and their other grammatical forms are not intended to be interpreted in an exceptional sense, but, on the contrary, used in a non-exclusive sense (ie, in the sense of “having in its composition”). As an exhaustive list, only expressions of the “consisting of” type should be considered.

В настоящих материалах заявки под терминами «роботизированный технологический комплекс», «роботизированная система», «роботизированный комплекс», «роботохирургический комплекс», «роботохирургическая система» понимают сложные системы или комплексы в хирургии с использованием робота-ассистента во время операции. «Робот-ассистивные системы» или «робот-ассистированные хирургические системы» - это роботизированные системы, предназначенные для проведения медицинских операций. Это не автономные устройства. Робот-ассистивными системами при проведении операции управляют хирурги.In these application materials, the terms “robotic technological complex”, “robotic system”, “robotic complex”, “robotic surgical complex”, “robotic surgical system” mean complex systems or complexes in surgery using a robot assistant during the operation. “Robot-assisted systems” or “robot-assisted surgical systems” are robotic systems designed for medical operations. These are not standalone devices. During assisted operations, robotic assistive systems are controlled by surgeons.

В настоящих материалах заявки под термином «мехатронный комплекс» или «мехатронная система» понимают комплекс или систему с компьютерным управлением движения, которые базируются на знаниях в области механики, электроники и микропроцессорной техники, информатики и компьютерного управления движением машин и агрегатов.In these application materials, the term “mechatronic complex” or “mechatronic system” is understood to mean a complex or system with computer-controlled movement, which is based on knowledge in the field of mechanics, electronics and microprocessor technology, computer science, and computer-controlled movement of machines and assemblies.

В настоящей заявке под термином «оператор» понимают производящего операции врача хирурга. Признаки «оператор» и «хирург» в настоящем описании изобретения являются синонимами.In this application, the term "operator" means the surgeon performing the operation of the doctor. The signs "operator" and "surgeon" in the present description of the invention are synonymous.

В настоящей заявке используются следующие термины для описания движений кисти в лучезапястном суставе (фиг. 3). Движения кисти происходят вокруг двух осей, когда кисть находится в анатомическом положении, т.е., в положении полной супинации. Поперечная ось АА′ лежит во фронтальной плоскости Т и контролирует движения сгибания и разгибания, осуществляемые в сагиттальной плоскости: In this application, the following terms are used to describe the movements of the hand in the wrist joint (Fig. 3). Hand movements occur around two axes when the hand is in the anatomical position, i.e., in the position of full supination. The transverse axis AA ′ lies in the frontal plane T and controls the movements of flexion and extension carried out in the sagittal plane:

- отклонение (девиация) кисти или флексия (стрелка 1) - передняя (ладонная) поверхность кисти движется к передней поверхности предплечья, - deviation (deviation) of the hand or flexion (arrow 1) - the front (palmar) surface of the hand moves to the front surface of the forearm,

- отклонение (девиация) кисти или экстензия (стрелка 2) - задняя (тыльная) поверхность кисти движется к задней поверхности предплечья. - deviation (deviation) of the hand or extension (arrow 2) - the back (back) surface of the hand moves to the back surface of the forearm.

Переднезадняя ось ВВ′ лежит в сагиттальной плоскости S и контролирует движения приведения и отведения, происходящие во фронтальной плоскости:The anteroposterior axis BB ′ lies in the sagittal plane S and controls the reduction and abduction movements occurring in the frontal plane:

- приведение или локтевая девиация (стрелка 3) - перемещение кисти по направлению к продольной оси тела, ее внутренний (ульнарный) край образует тупой угол с внутренним краем предплечья;- reduction or ulnar deviation (arrow 3) - movement of the hand towards the longitudinal axis of the body, its inner (ulnar) edge forms an obtuse angle with the inner edge of the forearm;

- отведение или лучевая девиация (стрелка 4) - перемещение кисти от продольной оси тела, ее наружный (лучевой) край образует тупой угол с наружным краем предплечья.- abduction or radial deviation (arrow 4) - movement of the hand from the longitudinal axis of the body, its outer (radial) edge forms an obtuse angle with the outer edge of the forearm.

Продольная ось СС′ лежит на пересечении плоскостей S и Т и контролирует движения вращения кисти:The longitudinal axis of the CC ′ lies at the intersection of the planes S and T and controls the movement of rotation of the brush:

- поворот лучевой кости (стрелка 5) вместе с кистью вокруг локтевой кости относительно продольной оси.- rotation of the radius (arrow 5) together with the brush around the ulna relative to the longitudinal axis.

Под термином «универсальный» в части его использования относительно контроллера в данном документе поднимают контроллер, который «оцифровывает» руку оператора и позволяет не тренировать руку оператора на каждый новый вид инструмента без последующих изменений конструкции контроллера. Освоив контроллер один раз, оператор использует его на протяжении длительного периода своей практики, благодаря свойству контроллера интегрироваться ("представлять" руку хирурга) в различных, в том числе удаленных мехатронных устройствах.Under the term “universal” in terms of its use, the controller is raised in this document with respect to the controller, which “digitizes” the operator’s hand and allows not to train the operator’s hand for each new type of instrument without subsequent changes to the controller’s design. Having mastered the controller once, the operator uses it for a long period of his practice, due to the controller’s ability to integrate (“represent” the surgeon’s hand) in various, including remote mechatronic devices.

Пот термином «абсолютное положение» в данной документе понимают координату, определенную относительно неподвижного элемента конструкции.Pot the term "absolute position" in this document understand the coordinate defined relative to a fixed structural element.

Под термином «датчик поворота» в данном документе понимают устройство, предназначенное для преобразования угла поворота вращающегося объекта в электрические или аналоговые сигналы, позволяющие определить угол его поворота.  Для определения значения угла поворота того или иного элемента в принципе подходят все виды угловых датчиков. Однако, в большинстве используемых датчиков требуется, прежде всего, постоянная регистрация и сохранение текущих данных о повороте элемента. Датчики поворота могут быть использованы на основе инкрементальных и абсолютных энкодеров. Датчики имеют цифровые выходные сигналы Linedriver (TTL, RS422), Push-Pull (HTL), SSI, CAN, Profibus, Profinet и другие. Также могут быть использованы датчики на основе аналоговых датчиков угла поворота и/или магнитных датчиков угла поворота.The term "rotation sensor" in this document refers to a device designed to convert the angle of rotation of a rotating object into electrical or analog signals, allowing to determine the angle of rotation. To determine the value of the angle of rotation of an element, in principle, all types of angle sensors are suitable. However, in the majority of used sensors, it is necessary, first of all, to constantly register and save current data on the rotation of the element. Rotary encoders can be used based on incremental and absolute encoders. The sensors have digital output signals Linedriver (TTL, RS422), Push-Pull (HTL), SSI, CAN, Profibus, Profinet and others. Sensors based on analogue angle sensors and / or magnetic angle sensors can also be used.

Кроме того, термины «первый», «второй», «третий» и т.д. используются просто как условные маркеры, не накладывая каких-либо численных или иных ограничений на перечисляемые объекты. In addition, the terms “first”, “second”, “third”, etc. they are used simply as conditional markers, without imposing any numerical or other restrictions on the enumerated objects.

Термин «соединенный» означает функционально соединенный, при этом может быть использовано любое количество или комбинация промежуточных элементов между соединяемыми компонентами (включая отсутствие промежуточных элементов).The term “connected” means functionally connected, any number or combination of intermediate elements between the connected components (including the absence of intermediate elements) can be used.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Описание примерных вариантов осуществления настоящего изобретения, приведенное ниже, приводится исключительно в качестве примера и предназначено для иллюстративных целей, и не предназначено для ограничения объема раскрываемого изобретения.The description of exemplary embodiments of the present invention below is provided by way of example only and is intended for illustrative purposes and is not intended to limit the scope of the invention disclosed.

Контроллер относится к классу механизмов, обеспечивающих преобразование в электронный цифровой сигнал команд, которые человек задает движением руки. Общий вид контроллера изображен на фиг. 1. Контроллер командный цифровой 1000 в целом состоит из управляющей ручки 1100, блока-платформы позиционирования 1200 и цифрового блока управления (не показан на чертеже). The controller belongs to the class of mechanisms providing the conversion into electronic electronic signal of commands that a person sets with a movement of his hand. A general view of the controller is shown in FIG. 1. The command digital controller 1000 as a whole consists of a control handle 1100, a block-platform positioning 1200 and a digital control unit (not shown in the drawing).

Указанный контроллер 1000 имеет контур прямой связи для того, чтобы задавать команды от оператора через движение его руки мехатронному устройству, и контур обратной связи для передачи в обратном порядке на руку оператора ответных команд-реакций от мехатронного устройства. Контур обратной связи контроллера 1000 предназначен для передачи на руку тактильных ощущений.The specified controller 1000 has a direct communication loop in order to give commands from the operator through the movement of his hand to the mechatronic device, and a feedback loop for transmitting in the reverse order to the operator’s hand response commands-reactions from the mechatronic device. The feedback loop of the controller 1000 is designed to transmit tactile sensations to the hand.

Контакт контроллера 1000 с рукой реализуется на управляющей ручке 1100. Управляющая ручка 1100 в целом состоит из контроллера кисти 100 и контроллера запястья 200, каждый из которых обеспечивает две вращательные степени свободы контроллера 1000. Блок – платформа позиционирования контроллера 1200 представляет собой контроллер руки, обеспечивающий три поступательные степени свободы контроллера 1000 путем возвратно-поступательного движения механизма контроллера 1000 по трем взаимно ортогональным осям. При этом на контроллере руки 1200 закреплен контроллер запястья 200, входящий в состав управляющий ручки контроллера 1100. Таким образом, контроллер оператора 1000 контролирует и преобразует в цифровой сигнал движения руки по шести степеням свободы.The contact of the controller 1000 with the hand is implemented on the control handle 1100. The control handle 1100 as a whole consists of a hand controller 100 and a wrist controller 200, each of which provides two rotational degrees of freedom of the controller 1000. Block - the positioning platform of the controller 1200 is a hand controller that provides three translational degrees of freedom of the controller 1000 by reciprocating the movement of the mechanism of the controller 1000 along three mutually orthogonal axes. At the same time, the wrist controller 200, which is part of the control handle of the controller 1100, is fixed to the hand controller 1200. Thus, the operator controller 1000 controls and converts the six degrees of freedom into a digital signal of hand movement.

Настоящее изобретение в целом относится к контроллеру кисти оператора 100.The present invention generally relates to an operator brush 100 controller.

Контроллер кисти 100 оператора используется в составе контроллера оператора для управления мехатронным комплексом, в частности, является элементом управляющей ручки 1100, на которой реализуется контакт контроллера оператора 1000 с рукой оператора (фиг. 2). Контроллер кисти 100 предназначен как для приведения в действие элементов мехатронного комплекса в ответ на перемещение пальцев оператора, так и в ответ на отклонение (девиацию) кисти относительно поперечной оси кисти в лучезапястном суставе, осуществляемое в сагиттальной плоскости (фиг. 3, движения 1 и 2), так и для передачи усилий на кисть оператора при симуляции того или иного действия.The controller of the operator’s brush 100 is used as part of the operator’s controller to control the mechatronic complex, in particular, it is an element of the control handle 1100, on which the contact of the operator’s controller 1000 with the operator’s hand is realized (Fig. 2). The brush controller 100 is designed both to actuate the elements of the mechatronic complex in response to movement of the operator’s fingers, and in response to deviation (deviation) of the brush relative to the transverse axis of the brush in the wrist joint, carried out in the sagittal plane (Fig. 3, movements 1 and 2 ), and to transfer effort to the operator’s brush when simulating one or another action.

Использование контроллера кисти сокращает нагрузку на руку оператора, повышает точность определения положения руки и увеличивает возможный диапазон перемещения руки, обеспечивая при этом обратную связь, тактильные ощущения и мобильность за счет сведения к минимуму ограничений на способность оператора манипулировать тем или иным элементом мехатронного комплекса. Под мобильностью контроллера кисти понимают его характеристику, обеспечивающую возможность не ограничивать динамические характеристики руки оператора во время проведения той или иной операции.Using a brush controller reduces the load on the operator’s hand, increases the accuracy of determining the position of the hand and increases the possible range of hand movement, while providing feedback, tactile sensations and mobility by minimizing restrictions on the ability of the operator to manipulate one or another element of the mechatronic complex. The brush controller’s mobility is understood as its characteristic, which makes it possible not to limit the dynamic characteristics of the operator’s hand during an operation.

Задачей контроллера кисти является наиболее точно, на всей амплитуде движения руки и при всех углах движения руки, контролировать как минимум один угол поворота кисти руки, который является углом отклонения кисти в лучезапястном суставе в сагиттальной плоскости относительно поперечной оси, лежащей во фронтальной плоскости, и контролировать перемещение, взаимоположение друг относительно друга, как минимум двух пальцев, преобразуя эту информацию в цифровой сигнал. The task of the brush controller is most accurately, at the entire amplitude of the movement of the hand and at all angles of movement of the hand, to control at least one angle of rotation of the hand, which is the angle of deviation of the wrist in the wrist joint in the sagittal plane relative to the transverse axis lying in the frontal plane, and to control moving, relative positioning of at least two fingers relative to each other, converting this information into a digital signal.

Дополнительно контроллер кисти должен обеспечить минимальную нагрузку веса на кисть при управлении и реализовать канал обратной связи от цифрового блока управления контроллера и от системы управления мехатронного комплекса в целом, преобразуя цифровой управляющий сигнал в механическое перемещение - отклонение (девиация) кисти руки оператора в сагиттальной плоскости относительно поперечной оси кисти и механическое перемещение как минимум двух пальцев оператора в этой же плоскости.In addition, the brush controller must ensure the minimum weight load on the brush during control and implement a feedback channel from the digital control unit of the controller and from the control system of the mechatronic complex as a whole, converting the digital control signal into mechanical movement - deviation (deviation) of the operator’s hand in the sagittal plane relative to the transverse axis of the brush and the mechanical movement of at least two fingers of the operator in the same plane.

Контроллер кисти 100 (фиг.2) характеризуется тем, что содержит рукоятку с пальцевыми схватами 110. Рукоятка имеет корпус 120, охватываемый и удерживаемый оператором во время работы. Пальцевые схваты 110 выполнены с возможностью расположения на них пальцев оператора во время работы. Корпус 120 рукоятки имеет верхнюю часть 121 и нижнюю часть 122, продольную ось рукоятки 123. The brush controller 100 (FIG. 2) is characterized in that it comprises a handle with finger grips 110. The handle has a housing 120 that is gripped and held by the operator during operation. Finger tongs 110 are arranged to position operator fingers on them during operation. The housing 120 of the handle has an upper part 121 and a lower part 122, the longitudinal axis of the handle 123.

Контроллер кисти 100 снабжен основанием 130 для крепления элемента, входящего в состав контроллера оператора, который обеспечивает функцию управления вращения манипулятора с хирургическим инструментом и/или отклонения хирургического инструмента от его продольной оси. В частности, таким элементом является контроллер запястья 200. К основанию крепится одна из составных частей контроллера запястья 200 – блок подвижной консоли. Указанная консоль закреплена на площадке основания 130 таким образом, чтобы обеспечивать независимые качательные движения непосредственно самой консоли относительно оси кисти, которая в исходном положении лежит в плоскости, проходящей через средний палец, третью пястную кость и продольную ось предплечья, усилием, передаваемым посредством рукоятки, охватываемой кистью оператора, и поворот рукоятки контроллера кисти 100 относительно оси рукоятки 123 усилием, передаваемым посредством рукоятки, охватываемой кистью оператора. Усилие, передаваемое на рукоятку, для совершения качательного движения консоли контроллера запястья 200 обеспечивается за счет движений приведения и/или отведения кисти, происходящих во фронтальной плоскости. Усилие, передаваемое на рукоятку, для поворота рукоятки вокруг своей оси 123 обеспечивается за счет отклонения (девиации) кисти оператора в сагиттальной плоскости относительно поперечной оси кисти, которая лежит во фронтальной плоскости.The brush controller 100 is provided with a base 130 for mounting an element included in the operator controller, which provides a function for controlling the rotation of the manipulator with the surgical instrument and / or the deviation of the surgical instrument from its longitudinal axis. In particular, such an element is the wrist controller 200. One of the components of the wrist controller 200 — the movable console unit — is attached to the base. The specified console is fixed on the base 130 in such a way as to provide independent rocking movements of the console itself relative to the axis of the brush, which in its initial position lies in the plane passing through the middle finger, third metacarpal bone and the longitudinal axis of the forearm, by the force transmitted by the handle covered the operator’s brush, and the rotation of the handle of the brush controller 100 relative to the axis of the handle 123 by the force transmitted by the handle covered by the operator’s brush. The force transmitted to the handle to perform the rocking movement of the console of the controller of the wrist 200 is provided due to the movements of bringing and / or abstraction of the hand occurring in the frontal plane. The force transmitted to the handle to rotate the handle around its axis 123 is provided due to the deviation (deviation) of the operator’s brush in the sagittal plane relative to the transverse axis of the brush, which lies in the frontal plane.

Для уменьшения нагрузки на руку во время работы нагрузка перераспределяется на всю кисть, для чего корпус 120 рукоятки имеет эргономичную форму для удобства охвата всей поверхностью кисти оператора. В отдельных случаях корпус 120 может быть выполнен индивидуально под кисть оператора. Корпус 120 рукоятки внутри полый. To reduce the load on the hand during operation, the load is redistributed to the entire brush, for which the handle housing 120 has an ergonomic shape for easy coverage of the entire surface of the operator’s brush. In some cases, the housing 120 can be made individually under the operator’s brush. The handle housing 120 is hollow inside.

В одном из вариантов осуществления изобретения один пальцевой схват 110 выполнен как одно целое с корпусом 120 рукоятки и неподвижен относительно нее. Другой пальцевой схват 110 подвижен и имеет один поворот (одну степень свободы), вращаясь вокруг своей оси, совпадающей с продольной осью 123 рукоятки.In one embodiment of the invention, one finger grip 110 is made integrally with the housing 120 of the handle and is stationary relative to it. The other finger grip 110 is movable and has one rotation (one degree of freedom), rotating around its axis coinciding with the longitudinal axis 123 of the handle.

В одном из вариантов осуществления оба пальцевых схвата 110 могут быть выполнены с возможностью вращения вокруг своей собственной оси, по существу совпадающей с продольной осью 123 рукоятки.In one embodiment, both finger grips 110 may be rotatable around its own axis, substantially coinciding with the longitudinal axis 123 of the handle.

В одном из вариантов осуществления пальцевые схваты 110 могут быть сменным элементом. Количество пальцевых схватов 110 задается индивидуально под каждого оператора. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения один из пальцевых схватов может быть выполнен в виде конструкции для расположения от двух до четырех пальцев оператора. In one embodiment, the finger grips 110 may be a replaceable member. The number of finger grips 110 is set individually for each operator. For example, in some embodiments of the invention, one of the finger grips may be in the form of a structure for the location of two to four fingers of the operator.

Внутри корпуса 120 рукоятки расположена рама, на которой смонтированы элементы контроллера кисти, такие как по меньшей мере механизм поворота рукоятки и механизм поворота пальцевых схватов таким образом, чтобы обеспечить оптимальную развесовку блока. Inside the handle housing 120, there is a frame on which brush controller elements are mounted, such as at least a handle rotation mechanism and a finger grip rotation mechanism in such a way as to ensure optimal weight distribution of the block.

В некоторых вариантах осуществления контроллера кисти согласно изобретению внутри корпуса 120 рукоятки также расположен блок управления контроллера кисти (не показан на чертеже). В некоторых вариантах осуществления контроллера кисти согласно настоящему изобретению указанный блок управления расположен внутри корпуса контроллера запястья 200. Блок управления контроллера кисти контролирует и управляет всеми электронными деталями контроллера кисти 100, такими как: приводные элементы, датчики поворота, датчик наличия руки, датчик усилия захвата и другие, - обеспечивает их взаимодействие по заданным алгоритмам.In some embodiments, the implementation of the brush controller according to the invention within the housing 120 of the handle is also located the control unit of the brush controller (not shown in the drawing). In some embodiments, the implementation of the brush controller according to the present invention, the specified control unit is located inside the body of the wrist controller 200. The control unit of the brush controller controls and controls all the electronic parts of the brush controller 100, such as: drive elements, rotation sensors, hand sensor, pick-up sensor, and others, - provides their interaction according to given algorithms.

Механизм поворота рукоятки включает в себя по меньшей мере датчик поворота для определения абсолютного положения рукоятки относительно ее продольной оси и приводной элемент для вращения рукоятки вокруг ее продольной оси. В предпочтительном варианте осуществления контроллера кисти согласно изобретению приводной элемент для вращения рукоятки и датчик поворота расположены на одной оси, совпадающей с продольной осью рукоятки. Элементы электрически связаны между собой. Рукоятка совершает поворот за счет прилагаемого усилия со стороны кисти оператора при ее отклонении (девиации) в сагиттальной плоскости относительно поперечной оси кисти, которая лежит во фронтальной плоскости.The handle rotation mechanism includes at least a rotation sensor for determining the absolute position of the handle relative to its longitudinal axis and a drive element for rotating the handle around its longitudinal axis. In a preferred embodiment of the brush controller according to the invention, the drive element for rotating the handle and the rotation sensor are located on one axis coinciding with the longitudinal axis of the handle. Elements are electrically connected. The handle rotates due to the applied effort on the part of the operator’s hand when it is deviated (deviated) in the sagittal plane relative to the transverse axis of the brush, which lies in the frontal plane.

Механизм поворота пальцевых схватов включает в себя по меньшей мере датчик поворота для определения абсолютного положения пальцевых схватов относительно оси вращения пальцевых схватов, по существу совпадающей с продольной осью рукоятки, и приводной элемент для поворота по меньшей мере одного подвижного схвата вокруг своей оси относительно неподвижного пальцевого схвата. В предпочтительном варианте осуществления контроллера кисти согласно изобретению приводной элемент по меньшей мере одного пальцевого схвата и датчик поворота расположены на оси вращения пальцевого схвата. Все элементы электрически связаны между собой. Пальцевые схваты осуществляют поворот относительно своей оси за счет усилия, прилагаемого пальцами оператора, которые совершают поворот относительно поперечной оси кисти, которая лежит во фронтальной плоскости и совпадает с продольной осью корпуса рукоятки,The mechanism of rotation of the finger grippers includes at least a rotation sensor for determining the absolute position of the finger grippers relative to the axis of rotation of the finger grippers, essentially coinciding with the longitudinal axis of the handle, and a drive element for rotating at least one movable gripper around its axis relative to the fixed finger grip . In a preferred embodiment of the brush controller according to the invention, the drive element of at least one finger grip and the rotation sensor are located on the axis of rotation of the finger grip. All elements are electrically connected. Finger tongs rotate about their axis due to the force exerted by the fingers of the operator, which rotate relative to the transverse axis of the brush, which lies in the frontal plane and coincides with the longitudinal axis of the handle body,

Контроллер кисти может решать как прямую задачу - контролировать угол поворота кисти руки оператора относительно поперечной оси кисти и угол поворота по меньшей мере одного пальца оператора относительного поперечной оси кисти и относительно неподвижного пальцевого схвата, - так и обратную задачу, а именно: поворачивать контроллер кисти, удерживаемый кистью оператора, на величину, рассчитанную цифровым блоком управления контроллера. Это необходимо для реализации механизма, позволяющего чувствовать рукой момент касания управляемым инструментом любого предмета или ткани. The brush controller can solve both a direct task - to control the angle of rotation of the hand of the operator’s hand relative to the transverse axis of the brush and the angle of rotation of at least one finger of the operator relative to the transverse axis of the brush and relative to the fixed finger grip, and the inverse problem, namely: rotate the brush controller, held by the operator’s brush by the amount calculated by the controller’s digital control unit. This is necessary to implement a mechanism that allows you to feel with your hand the moment of touching any object or fabric with a controlled tool.

При возникновении усилий со стороны оператора контроллер кисти контролирует и оцифровывает отклонение кисти оператора в сагиттальной плоскости относительно поперечной оси кисти, находящейся во фронтальной плоскости (девиация кисти в лучезапястном суставе), а также положение (приближение/смыкание/удаление) как минимум двух пальцев, охватывающих вместе с кистью оператора рукоятку контроллера кисти в области пальцевых схватов.If efforts are made by the operator, the hand controller controls and digitizes the deviation of the operator’s hand in the sagittal plane relative to the transverse axis of the hand located in the frontal plane (hand deviation in the wrist joint), as well as the position (approach / closure / removal) of at least two fingers covering together with the operator’s brush, the handle of the brush controller in the area of the finger grips.

При повороте рукоятки кистью руки оператора датчик поворота механизма поворота рукоятки формирует цифровой сигнал об угле поворота и передает его в блок управления контроллера кисти, который рассчитывает угол отклонения рукоятки относительно ее продольной оси и передает эту информацию в цифровой блок управления контроллером, который выполнен с возможностью передачи полученных сигналов на систему числового программного управления (ЧПУ) контроллера, которая может быть выполнена на основе ЭВМ. When the handle is rotated by the operator’s hand, the rotation sensor of the handle rotation mechanism generates a digital signal about the angle of rotation and transfers it to the control unit of the brush controller, which calculates the angle of deviation of the handle relative to its longitudinal axis and transmits this information to the digital control unit of the controller, which is capable of transmitting received signals to the system of numerical control (CNC) of the controller, which can be performed on the basis of a computer.

Пальцевые схваты работают в сочетании. В одном из вариантов осуществления один пальцевой схват выполнен как одно целое с корпусом рукоятки и неподвижен относительно него. Другой пальцевой схват подвижен и имеет один поворот, вращаясь вокруг своей оси, совпадающей с продольной осью рукоятки. Во время работы датчик поворота механизма поворота пальцевых схватов считает угол поворота подвижного пальцевого схвата вокруг своей оси вращения и передает цифровой сигнал в блок управления контроллера кисти, который рассчитывает его положение относительно неподвижного пальцевого схвата и передает эту информацию на цифровой контроллер, который выполнен с возможностью передачи полученных сигналов на систему числового программного управления (ЧПУ) контроллера, которая может быть выполнена на основе ЭВМ. Finger tongs work in combination. In one embodiment, one finger grip is made integrally with the handle body and is stationary relative to it. Another finger grip is movable and has one rotation, rotating around its axis, coinciding with the longitudinal axis of the handle. During operation, the rotation sensor of the finger grip rotation mechanism calculates the rotation angle of the movable finger grip around its axis of rotation and transmits a digital signal to the brush controller control unit, which calculates its position relative to the fixed finger grip and transmits this information to the digital controller, which is capable of transmitting received signals to the system of numerical control (CNC) of the controller, which can be performed on the basis of a computer.

Цифровой блок управления контроллером на основе полученных данных планирует/рассчитывает траекторию поворота рукоятки и/или пальцевых схватов относительно продольной оси рукоятки и оси вращения пальцевых схватов, которая совпадает с продольной осью рукоятки, и при помощи подачи управляющего сигнала на приводной элемент рукоятки и/или приводной элемент пальцевых схватов перемещает рукоятку и/или пальцевые схваты и непосредственно саму кисть оператора, находящуюся в плотном контакте с корпусом рукоятки, в требуемую позицию.Based on the obtained data, the digital controller control unit plans / calculates the trajectory of rotation of the handle and / or finger grips relative to the longitudinal axis of the handle and the axis of rotation of the finger grips, which coincides with the longitudinal axis of the handle, and by applying a control signal to the handle drive element and / or drive the finger gripper element moves the handle and / or finger grips and the operator’s hand itself, which is in close contact with the handle body, to the desired position.

В некоторых вариантах осуществления контроллера кисти согласно изобретению цифровой блок управления контроллером может обеспечивать управляющие сигналы через блок управления контроллером кисти на приводной элемент рукоятки и/или приводной элемент пальцевых схватов для ускорения и/или противодействия (сопротивления) поворота рукоятки и/или подвижного пальцевого схвата с заданными/расчетными усилиями и ускорениями при прикладывании усилий со стороны оператора. Механизм ускорения/противодействия может быть включен постоянно путем подачи сигнала на цифровой блок управления контроллером с системы числового программного управления (ЧПУ) контроллера.In some embodiments of the brush controller according to the invention, the digital controller control unit may provide control signals through the brush controller control unit to the handle actuator and / or finger gripper element to accelerate and / or counteract (resistance) the handle rotation and / or the movable finger gripper with preset / calculated forces and accelerations when applying forces from the operator. The acceleration / reaction mechanism can be constantly switched on by supplying a signal to the digital control unit of the controller from the controller's numerical control system (CNC).

Таким образом, когда оператор охватывает рукоятку всей поверхностью кисти и поворачивает рукоятку на произвольный угол в сагиттальной плоскости относительно поперечной оси кисти, то в некоторых вариантах осуществления цифровой блок управления контроллером может опосредованно направлять управляющие команды на приводной элемент рукоятки для того, чтобы осуществить поворот рукоятки в сторону, совпадающую с поротом кисти или, наоборот, в сторону, противоположную повороту кисти для противодействия кисти.Thus, when the operator covers the handle with the entire surface of the brush and rotates the handle at an arbitrary angle in the sagittal plane relative to the transverse axis of the brush, in some embodiments, the digital controller control unit can indirectly direct control commands to the handle drive element in order to rotate the handle in the side coinciding with the brush’s hole or, conversely, in the direction opposite to the rotation of the brush to counteract the brush.

При необходимости, на приводной элемент подвижного пальцевого схвата может подаваться управляющий сигнал с цифрового блока управления контроллером для обеспечения поворота подвижного пальцевого схвата в сторону, попутную повороту пальцев при прикладывании усилий со стороны оператора, или в другую, противоположную сторону, противодействуя таким образом силе, прикладываемой пальцами.If necessary, a control signal from the digital control unit of the controller can be supplied to the drive element of the movable finger grip to ensure that the movable finger grip rotates to the side, along the rotation of the fingers when applying forces from the operator's side, or to the other, opposite side, thereby counteracting the force applied with your fingers.

Осуществление «попутного» движения указанных элементов контроллера кисти приводит к облегчению перемещения контроллера оператором, уменьшая массу и вес подвижных элементов.The implementation of the "associated" movement of these elements of the brush controller leads to easier movement of the controller by the operator, reducing the mass and weight of the moving elements.

Система числового программного управления (ЧПУ) контроллера обеспечивает преобразование координат рукоятки и пальцевых схватов в координаты управляемого исполнительного устройства мехатронного комплекса и формирование сигналов управления приводами по каждой степени подвижности исполнительного устройства таким образом, чтобы то или иное движение исполнительного устройства соответствовало направлению, в котором оператор воздействовал на рукоятку контроллера кисти в составе контроллера.The controller’s numerical control system (CNC) provides the coordinates of the handle and finger grips to the coordinates of the controlled actuator of the mechatronic complex and the formation of drive control signals for each degree of mobility of the actuator so that one or another movement of the actuator corresponds to the direction in which the operator acted on the handle of the brush controller as part of the controller.

Цифровой блок управления контроллером в общем случае является частью многофункционального контроллера и обеспечивает двунаправленный обмен данными между блоком приводов контроллера, блоками управления контроллера кисти и контроллера запястья и дополнительным оборудованием. Цифровой блок управления также имеет возможность синхронного управления указанными механизмами контроллера.The digital controller control unit in the general case is part of a multifunctional controller and provides bi-directional data exchange between the controller drive unit, the brush controller and wrist controller control units, and additional equipment. The digital control unit also has the ability to synchronously control these controller mechanisms.

Приводной элемент рукоятки при поступлении управляющего сигнала для приведения его в движение осуществляет поворот рукоятки вместе с жестко прикрепленным корпусом с удерживающей этот корпус кистью руки. Контроль заданного угла поворота осуществляет датчик поворота механизма поворота рукоятки.The drive element of the handle upon receipt of the control signal to bring it into motion rotates the handle together with a rigidly attached housing with a hand holding this housing. The specified rotation angle is controlled by the rotation sensor of the handle rotation mechanism.

Приводной элемент по меньшей мере одного пальцевого схвата при поступлении на него управляющего сигнала для приведения приводного элемента в движение осуществляет поворот подвижного пальцевого схвата на рассчитанный радиус, перемещая таким образом по меньшей мере один палец, удерживающий пальцевой схват, на величину, задаваемую цифровым сигналом от цифрового блока управления контроллером. Радиус поворота подвижного пальцевого схвата контролирует датчик поворота механизма поворота пальцевых схватов.The drive element of at least one finger grip upon receipt of a control signal to bring the drive element into motion rotates the movable finger grip by the calculated radius, thus moving at least one finger holding the finger grip by the amount specified by the digital signal from the digital controller control unit. The turning radius of the movable finger grip is controlled by the rotation sensor of the finger grip rotation mechanism.

В некоторых вариантах осуществления контроллера кисти рукоятка и подвижный пальцевой схват могут вращаться по команде от цифрового блока управления контроллером и при отсутствии на рукоятке кисти оператора и пальцев на пальцевых схватах.In some embodiments of the controller of the brush, the handle and the movable finger grip can rotate on command from the digital control unit of the controller and in the absence of an operator’s brush and fingers on the finger grips.

В некоторых вариантах осуществления рукоятка может быть оснащена световыми, звуковыми, тактильными датчиками, а также датчиками давления, что позволяет реагировать контроллеру кисти на воздействия самого разного рода при необходимости реализации дополнительных функций.In some embodiments, the handle can be equipped with light, sound, tactile sensors, as well as pressure sensors, which allows the brush controller to respond to various influences if necessary, the implementation of additional functions.

В некоторых вариантах осуществления контроллера кисти согласно изобретению рукоятка может быть оснащена датчиком движения, в основе которого может лежать любой известный принцип действия. Так, в качестве датчика движения могут быть использованы датчики, выбранные из: инфракрасный датчик, ультразвуковой датчик. В более предпочтительном варианте осуществления для отслеживания минимальных движений, например, движений кисти или пальцев рук, в качестве датчика движения используют датчик присутствия, в принципе работы которого используются две технологии: ультразвуковая и инфракрасная, для определения присутствия людей в помещении. В некоторых модификациях датчика присутствия они выполнены с возможностью определять присутствие людей в помещении, а также их количество, позу и положение их тел, независимо от того, двигаются они или нет.In some embodiments of the brush controller of the invention, the handle may be equipped with a motion sensor, which may be based on any known operating principle. So, as a motion sensor, sensors selected from: infrared sensor, ultrasonic sensor can be used. In a more preferred embodiment, for monitoring minimal movements, for example, movements of the hand or fingers, a presence sensor is used as a motion sensor, in principle the operation of which uses two technologies: ultrasonic and infrared, to determine the presence of people in the room. In some modifications of the presence sensor, they are made with the ability to determine the presence of people in the room, as well as their number, position and position of their bodies, regardless of whether they move or not.

Датчик присутствия на рукоятке контроллера кисти позволяет контролировать присутствие оператора в зоне, где находится монитор, передающий информацию изображения рабочей области. Датчик присутствия выполнен с возможностью передачи сигнала блоку управления контроллера кисти, контроллера запястья, цифровому блоку управления контроллером. В некоторых вариантах осуществления изобретения цифровой блок управления контроллером при снятии руки оператора с рукоятки контроллера кисти опосредованно через блок управления контроллером кисти получает сигнал от датчика присутствия и направляет управляющие сигналы на блок приводов контроллера, на блок управления контроллера запястьем, на блок управления кисти, которые в свою очередь управляют работой приводных элементов контроллера запястья и приводных элементов рукоятки и подвижного пальцевого схвата соответственно и оснащены электромагнитными тормозами. Электромагнитные тормоза включаются при получении управляющего сигнала от цифрового блока управления контроллером. При этом контроллер блокируется в том положении, в котором он находился в момент подачи сигнала с датчика присутствия, когда оператор убрал руки с рукоятки контроллера кисти. Электромагнитные тормоза также включаются при случайном отключении электропитания. The presence sensor on the handle of the brush controller allows you to monitor the presence of the operator in the area where the monitor is located, transmitting image information of the workspace. The presence sensor is configured to transmit a signal to the control unit of the brush controller, the wrist controller, and the digital control unit of the controller. In some embodiments of the invention, the digital controller control unit when removing the operator’s hand from the handle of the brush controller indirectly through the brush controller control unit receives a signal from the presence sensor and sends control signals to the controller drive unit, to the controller control unit by the wrist, to the brush control unit, which in turn, they control the operation of the drive elements of the wrist controller and the drive elements of the handle and the movable finger grip, respectively, and are equipped with s electromagnetic brakes. Electromagnetic brakes are activated when a control signal is received from the digital control unit of the controller. In this case, the controller is locked in the position in which it was at the time of the signal from the presence sensor, when the operator removed his hands from the handle of the brush controller. Electromagnetic brakes also turn on in the event of an accidental power failure.

Таким образом, в дальнейшем контроллер в целом не может изменить свое положение и не может передать сигнал об изменении своего положения опосредованно на систему числового программного управления (ЧПУ) контроллера даже под воздействием приложенных на него сил. В некоторых вариантах осуществления при необходимости датчик присутствия может быть отключен. Thus, in the future, the controller as a whole cannot change its position and cannot transmit a signal about a change in its position indirectly to the controller's numerical control system (CNC) even under the influence of forces applied to it. In some embodiments, the presence sensor may be disabled, if necessary.

В некоторых вариантах осуществления контроллера кисти согласно изобретению, для облегчения сведения/разведения пальца, который полностью соприкасается своей поверхностью с по меньшей мере одним пальцевым схватом, относительно фронтальной оси в сагиттальной плоскости запястно-пястного сустава большого пальца и возвращения пальца в исходное состояние, механизм поворота пальцевых схватов реализует функцию «электронная пружина» за счет наличия приводного элемента. Усилия на электронной пружине могут регулироваться, в том числе индивидуально для каждого оператора.In some embodiments, the implementation of the controller of the brush according to the invention, to facilitate pinching / extending the finger, which is fully in contact with its surface with at least one finger grip, relative to the front axis in the sagittal plane of the wrist joint of the thumb and return the finger to its original state, the rotation mechanism finger grip implements the function of "electronic spring" due to the presence of the drive element. Efforts on the electronic spring can be adjusted, including individually for each operator.

Кроме этого, сигнал о повороте рукоятки может передаваться в блок управления контроллера кисти через скользящий контакт.In addition, a signal about the rotation of the handle can be transmitted to the control unit of the brush controller through a sliding contact.

В некоторых вариантах осуществления в дополнение к датчикам поворота для определения абсолютного положения того или иного элемента, входящего в состав контроллера кисти, указанные элементы могут быть оснащены тахометрами, измерителями ускорения и нагрузочными элементами индикации силы, каждый из которых может обеспечивать электрические сигналы, относящиеся к скорости, ускорению и силе, прилагаемым к соответствующему элементу.In some embodiments, in addition to the rotation sensors for determining the absolute position of an element included in the brush controller, these elements can be equipped with tachometers, acceleration meters and load force indication elements, each of which can provide electrical signals related to speed , acceleration and force applied to the corresponding element.

Блок управления контроллера кисти может быть сопряжен с цифровым блоком управления контроллером посредством общей шины передачи данных. Цифровой блок управления контроллером выполнен с возможностью записи данных о получаемых или передаваемых командах. The control unit of the brush controller can be paired with a digital controller control unit via a common data bus. The digital control unit of the controller is configured to record data on received or transmitted commands.

Средства передачи данных выбираются из устройств, предназначенных для реализации процесса коммуникации между различными устройствами посредством проводной и/или беспроводной связи, в частности, такими устройствами могут быть: GSM модем, Wi-Fi приемопередатчик, Bluetooth или BLE модуль, GPRS модуль, Глонасс модуль, NFS, Ethernet и т.п.Data transmission tools are selected from devices designed to implement the communication process between different devices via wired and / or wireless communication, in particular, such devices can be: GSM modem, Wi-Fi transceiver, Bluetooth or BLE module, GPRS module, Glonass module, NFS, Ethernet, etc.

Перед каждым использованием контроллера происходит его калибровка под пользователя. Контроллер обладает гибкими настройками, что позволяет его ориентировать под разные задачи. При пользовании контроллером его можно полностью адаптировать под оператора и его задачи.Before each use of the controller, it is calibrated for the user. The controller has flexible settings, which allows it to be oriented to different tasks. When using the controller, it can be fully adapted to the operator and his tasks.

Описание конкретного варианта осуществления изобретенияDescription of a specific embodiment of the invention

Одним из перспективных способов применения описанного выше контроллера является использование таких контроллеров в симуляторах хирурга для изучения в виртуальной среде виртуального пациента. С помощью контроллеров пользователь может в виртуальной среде перемещать предметы, поворачивать, хватать и производить все хирургические манипуляции.One of the promising ways to use the controller described above is to use such controllers in surgeon simulators to study a virtual patient in a virtual environment. Using controllers, the user can move objects in a virtual environment, rotate, grab and perform all surgical procedures.

Также описанный выше контроллер можно использовать в роботохирургическом комплексе при проведении различных хирургических вмешательств, в том числе в урологии, гинекологии, абдоминальной, нейро- и кардиохирургии. Пример роботохирургического комплекса приведен на фиг. 4. Also, the controller described above can be used in a robotic surgical complex during various surgical interventions, including in urology, gynecology, abdominal, neuro- and cardiac surgery. An example of a robotic surgical complex is shown in FIG. 4.

Роботохирургический комплекс 300 имеет в составе по меньшей мере один манипулятор 310 с прикрепленным к нему хирургическим инструментом 320, блоком управлением манипулятором 330 и интерфейс оператора 340, который получает команды от хирурга, преобразует их в движение хирургического инструмента 320 внутри тела пациента во время проведения хирургической операции и/или обеспечивает все управляющие команды от хирурга комплектующим роботохирургического комплекса. Главным источником команд является рука хирурга. Рука управляет контроллером хирурга, входящего в состав интерфейса хирурга.The robotic surgical complex 300 includes at least one manipulator 310 with a surgical instrument 320 attached to it, a manipulator control unit 330, and an operator interface 340, which receives commands from the surgeon, converts them into the movement of the surgical instrument 320 inside the patient’s body during a surgical operation and / or provides all control teams from the surgeon with components of the robotic surgical complex. The main source of commands is the surgeon's hand. The hand controls the controller of the surgeon, which is part of the surgeon's interface.

Контроллер хирурга преобразует механические движения руки по шести степеням свободы в команды для роботохирургического комплекса 300. Контролер формирует команду на перемещение хирургического инструмента. Дополнительно контроллер выполняет управление поворотами и открытием-закрытием бранша на хирургическом инструменте.The surgeon's controller converts the mechanical movements of the hand in six degrees of freedom into teams for the robotic surgical complex 300. The controller forms a command to move the surgical instrument. In addition, the controller controls the turns and opening-closing of the jaw on the surgical instrument.

Обычно манипуляторы с хирургическим инструментом смонтированы на хирургическом столе, на котором лежит пациент при проведении операции. В некоторых вариантах осуществления манипуляторы могут быть помещены на тележку или какое-то другое приспособление, в котором манипуляторы будут находиться проксимальнее уровня пациента. Следует понимать, что роботохирургический комплекс 300 может иметь любое число манипуляторов, так, например, один или более манипуляторов. Манипуляторы могут иметь любую конфигурацию.Typically, manipulators with a surgical instrument are mounted on the surgical table on which the patient lies during the operation. In some embodiments, the manipulators may be placed on a trolley or some other device in which the manipulators will be proximal to the patient's level. It should be understood that the robotic surgical complex 300 may have any number of manipulators, for example, one or more manipulators. Manipulators can have any configuration.

Каждый манипулятор 310 имеет корпус и узел манипулятора, к которому съемно может быть присоединен хирургический инструмент 320, движение и расположение которого имеет возможность манипулировать хирург с помощью контроллера, который оцифровывает руку хирурга.Each manipulator 310 has a body and a manipulator assembly to which a surgical instrument 320 can be removably attached, the movement and location of which can be manipulated by a surgeon using a controller that digitizes the surgeon's hand.

Поскольку хирург может управлять движением и ориентацией хирургических инструментов, не держа фактически концы хирургических инструментов, хирург может использовать комплекс как в сидячем, так и стоячем положении. В качестве приспособления для сидячего положения комплекс может быть обеспечен креслом.Since the surgeon can control the movement and orientation of surgical instruments without actually holding the ends of the surgical instruments, the surgeon can use the complex in both a sitting and standing position. As a device for a sitting position, the complex can be provided with a chair.

Для управления хирургическим инструментом 320 требуется устройство, позволяющее производить определение координат кистевого аппарата хирурга.To control the surgical instrument 320, a device is required that allows the coordinates of the surgeon's wrist apparatus to be determined.

Настоящее изобретение, раскрытое в данной заявке, по существу представляет собой контроллер кисти, позволяющий производить преобразование координат кисти руки хирурга в цифровую форму. The present invention, disclosed in this application, is essentially a brush controller that allows you to convert the coordinates of the hand of the surgeon's hand in digital form.

Контроллер кисти используется в составе контроллера роботизированного комплекса как для приведения в движение хирургического инструмента и управления захватом или иным технологическим действием, возникающим благодаря размыканию и смыканию браншей хирургического инструмента в ответ на перемещение пальцев хирурга, так и для ведения или передачи усилий на кисть хирурга.The hand controller is used as part of the controller of the robotic complex both to set the surgical instrument in motion and to control the capture or other technological action arising due to the opening and closing of the jaws of the surgical instrument in response to the movement of the surgeon’s fingers, and to guide or transmit forces to the surgeon’s hand.

Предлагаемый контроллер кисти предназначен для контакта и взаимодействия с рукой хирурга, в частности, с кистью. Так как контроллер кисти является частью контроллера хирурга, который имеет несколько режимов работы, то эти режимы распространяются и на контроллер кисти:The proposed controller brush is designed for contact and interaction with the hand of the surgeon, in particular, with the brush. Since the brush controller is part of the surgeon's controller, which has several operating modes, these modes apply to the brush controller:

1) получение координат руки хирурга,1) obtaining the coordinates of the hand of the surgeon,

2) перемещение рук хирурга при помощи приводных элементов, 2) the movement of the surgeon's hands with the help of drive elements,

3) полная блокировка перемещений системы, 3) complete blocking of system movements,

4) блокировка некоторых степеней свободы системы.4) blocking some degrees of freedom of the system.

Условно режимы работы по отношению к контроллеру кисти можно разделить на две фазы по направлению передачи команд: фаза передачи команд от кисти руки хирурга контроллеру кисти и фаза передачи команд от контроллера кисти соответственно кисти руки хирурга.Conventionally, the operating modes with respect to the brush controller can be divided into two phases in the direction of command transfer: the phase of command transmission from the hand of the surgeon to the hand controller and the phase of command transmission from the hand controller of the hand of the surgeon, respectively.

В фазе передачи цифровых команд от кисти руки хирурга контроллеру кисти:In the phase of transmitting digital commands from the hand of the surgeon to the hand controller:

1) обеспечивается связь кисти руки хирурга с контроллером кисти;1) the connection of the hand of the surgeon with the controller of the hand is provided;

2) преобразуется в цифровую форму отклонение кисти в сагиттальной плоскости относительно поперечной оси кисти, находящейся во фронтальной плоскости (девиация кисти в лучезапястном суставе),2) the deviation of the hand in the sagittal plane relative to the transverse axis of the hand located in the frontal plane (deviation of the hand in the wrist joint) is converted into digital form;

3) обеспечивается механическое взаимодействие пальцев кисти руки хирурга с контроллером кисти за счет расположения кисти руки на элементах конструкции (хирург влияет на контроллер кисти за счет расположения руки на конструкции),3) mechanical interaction of the fingers of the hand of the surgeon with the controller of the hand due to the location of the hand on the structural elements (the surgeon affects the controller of the hand due to the location of the hand on the structure),

4) преобразуется в цифровую форму положение (приближение/смыкание/удаление) двух пальцев хирурга, лежащих на пальцевых схватах контроллера кисти,4) the position (approximation / closure / removal) of two fingers of the surgeon lying on the finger grips of the brush controller is digitized

5) контролируются скорости и ускорения перемещения пальцев.5) the speed and acceleration of the movement of the fingers are controlled.

В фазе передачи цифровых команд от контроллера кисти к кисти руки хирурга обеспечиваются следующие действия:In the phase of transmitting digital commands from the hand controller to the hand of the surgeon, the following actions are provided:

1) отрабатываются команды от системы числового программного управления (ЧПУ) на кисть руки хирурга, придавая ей движение поворота на запястье по одной степени свободы;1) teams from the system of numerical program control (CNC) to the hand of the surgeon are trained, giving it the movement of rotation on the wrist at one degree of freedom;

2) отрабатываются команды от системы числового программного управления (ЧПУ) на пальцы кисти руки, придавая схватам движения сближение/отдаления.2) commands from the system of numerical program control (CNC) on the fingers of the hand are worked out, giving the grips the movement closer / farther away.

Как показано на фиг. 5, контроллер кисти хирурга представляет собой рукоятку с продольной осью 123, имеющую полый корпус 120 для охвата и удержания его кистью хирурга во время работы (во время проведения хирургической операции или во время использования роботохирургического комплекса в качестве тренажера для отработки действий хирурга), и пальцевые схваты 110 для расположения на них или при необходимости закрепления большого и указательного пальцев хирурга во время работы.As shown in FIG. 5, the controller of the surgeon’s hand is a handle with a longitudinal axis 123, having a hollow body 120 for gripping and holding it by the surgeon’s brush during operation (during a surgical operation or when using a robotic surgery complex as a simulator for practicing the surgeon’s actions), and finger tongs 110 for positioning on them or, if necessary, securing the thumb and forefinger of the surgeon during operation.

Корпус в изображенном на фиг. 5 варианте осуществления изобретения представляет собой анатомически оптимизированную рукоятку, предназначенную для обеспечения возможностей ее удержания в ладони хирурга и ее обхвата пальцами хирурга.The housing in FIG. 5 an embodiment of the invention is an anatomically optimized handle designed to provide the ability to hold it in the palm of the surgeon and grasp it with the fingers of the surgeon.

Нижняя часть 122 корпуса 120 выполнена с нижним упором. Верхняя часть 121 корпуса 120 вплотную соприкасается с верхней площадкой 140, по периметру которой сделаны по меньшей мере четыре отверстия для установки в них элементов рамы, и на которой установлен механизм поворота пальцевых схватов 110.The lower part 122 of the housing 120 is made with a lower stop. The upper part 121 of the housing 120 is in close contact with the upper platform 140, along the perimeter of which at least four holes are made for installing frame elements in them, and on which the mechanism for turning the finger grips 110 is mounted.

Элементы рамы представляют собой цилиндрические трубки с отверстиями с нанесенной резьбой на торцах. На механизме поворота пальцевых схватов 110 установлено основание 130 для крепления одного из концов блока подвижной консоли, входящей в состав контроллера запястья. На верхней внешней поверхности пальцевых схватов 110 выполнено отверстие 150 для дополнительной установки пальцевого крепления в случае необходимости. Пальцевые крепления могут представлять собой цилиндрические трубки, которые выполнены из упругого материала (например, резина) или жесткого материала (например, пластик или металл). При необходимости, пальцевые крепления могут быть выполнены в виде размыкаемых цилиндрических элементов (например, в виде хомутов или стягивающих лент) из тканевых, полимерных или иных материалов.The frame elements are cylindrical tubes with holes with a thread on the ends. On the mechanism of rotation of the finger grippers 110, a base 130 is mounted for attaching one of the ends of the movable console unit, which is part of the wrist controller. A hole 150 is provided on the upper outer surface of the finger grippers 110 for additionally mounting a finger mount if necessary. The finger mounts may be cylindrical tubes that are made of an elastic material (e.g., rubber) or hard material (e.g., plastic or metal). If necessary, the finger mounts can be made in the form of unlockable cylindrical elements (for example, in the form of clamps or tightening tapes) of fabric, polymer or other materials.

На показанном на фиг. 6 варианте осуществления контроллера кисти согласно изобретению изображен вид контроллера кисти без корпуса. As shown in FIG. 6, an embodiment of a brush controller according to the invention shows a view of a brush controller without a case.

На верхней площадке 140 закреплены элементы рамы 160, между которыми смонтирован с использованием резьбовых соединений механизм поворота рукоятки, включающий приводной элемент рукоятки для вращения рукоятки вокруг ее продольной оси 123 и датчик поворота (не показан на чертеже) для определения ее абсолютного положения при возникновении усилий со стороны кисти хирурга при отклонениях кисти, осуществляемых в сагиттальной плоскости относительно поперечной оси кисти, лежащей во фронтальной плоскости.On the upper platform 140, frame elements 160 are fixed, between which a handle rotation mechanism is mounted using threaded connections, including a handle drive element for rotating the handle around its longitudinal axis 123 and a rotation sensor (not shown in the drawing) to determine its absolute position in the event of an effort side of the hand of the surgeon with deviations of the hand carried out in the sagittal plane relative to the transverse axis of the hand lying in the frontal plane.

Приводной элемент рукоятки выполнен в виде ротора двигателя 161, статора двигателя 162, установленных на продольной оси 123 рукоятки посредством резьбовых соединений. На нижней площадке 180, поддерживающей структуру элементов рамы 160, расположена печатная плата 190 для установки на ней датчика поворота рукоятки (не показан на чертеже), который в данном случае может быть выполнен в виде энкодера оптического, магнитного или иного принципа действия или в виде переменного резистивного элемента.The drive element of the handle is made in the form of a rotor of the motor 161, a stator of the motor 162 mounted on the longitudinal axis 123 of the handle by means of threaded connections. On the lower platform 180, which supports the structure of the elements of the frame 160, there is a printed circuit board 190 for installing a handle rotation sensor (not shown in the drawing) on it, which in this case can be made in the form of an optical, magnetic, or other encoder, or as a variable resistive element.

Механизм поворота пальцевых схватов, расположенный на верхней площадке 140, состоит из приводного элемента пальцевого схвата, расположенного на оси вращения по меньшей мере одного пальцевого схвата, которая совпадает с продольной осью 123 рукоятки, и датчика поворота для определения абсолютного положения пальцевых схватов при создании усилия пальцев при их перемещении относительно поперечной оси кисти, которая лежит во фронтальной плоскости и совпадает с продольной осью корпуса рукоятки в сагиттальной плоскости. Датчик поворота пальцевых схватов может быть выполнен в виде энкодера оптического, магнитного или иного принципа действия или в виде переменного резистивного элемента (не показан на чертеже). Микросхема энкодера расположена на печатной плате под соответствующей площадкой аналогичным описанным выше способом.The finger gripper rotation mechanism located on the upper platform 140 consists of a finger gripper drive element located on the rotation axis of at least one finger gripper, which coincides with the longitudinal axis 123 of the handle, and a rotation sensor for determining the absolute position of the finger grips when creating finger force when moving relative to the transverse axis of the brush, which lies in the frontal plane and coincides with the longitudinal axis of the handle body in the sagittal plane. The finger grip rotation sensor can be made in the form of an optical, magnetic or other principle encoder or as an alternating resistive element (not shown in the drawing). The encoder chip is located on the printed circuit board under the corresponding platform in the same way as described above.

Приводной элемент пальцевых схватов выполнен в виде ротора двигателя 171, статора двигателя 172, установленных на продольной оси вращения пальцевых схватов посредством резьбового соединения, совпадающей с продольной осью рукоятки 123.The driving element of the finger grippers is made in the form of a rotor of the motor 171, the stator of the motor 172 mounted on the longitudinal axis of rotation of the finger grips by means of a threaded connection coinciding with the longitudinal axis of the handle 123.

Один пальцевой схват 110 сделан как единое целое с площадкой для фиксации пальцевых схватов 111, которая располагается ниже вплотную к верхней площадке 140 и имеет соосные отверстия для установки в них элементов рамы 160. Указанный пальцевой схват неподвижен относительно указанной площадки 111 и рукоятки в целом. Второй пальцевой схват 110 закреплен на площадке 111 посредством резьбового соединения и подвижен относительно площадки и рукоятки в целом.One finger grip 110 is made integral with the platform for fixing the finger grippers 111, which is located close to the upper platform 140 and has coaxial holes for mounting frame elements 160 in them. The finger grip is fixed relative to the specified pad 111 and the handle as a whole. The second finger grip 110 is fixed to the pad 111 by means of a threaded connection and is movable relative to the pad and the handle as a whole.

Ось вращений пальцевых схватов и продольная ось рукоятки контроллера кисти, относительно которой поворачивается корпус рукоятки, совпадают, что является близким к естественным движениям кисти человека. Для достижения наилучшего результата по эффективности работы, оси вращений дополнительных степеней свободы внешних устройств должны проходить через точку, образованную пересечением продольной оси рукоятки контроллера кисти и плоскости, определяемой треугольником, образованным точкой пересечения пальцевых схватов и точками их концов. Данное требование не является обязательным и зависит от реализации внешнего устройства.The axis of rotation of the finger grips and the longitudinal axis of the handle of the brush controller, relative to which the handle body rotates, coincide, which is close to the natural movements of the human hand. To achieve the best result in terms of operational efficiency, the axis of rotation of additional degrees of freedom of external devices must pass through a point formed by the intersection of the longitudinal axis of the handle of the brush controller and a plane defined by a triangle formed by the intersection point of the finger grips and the points of their ends. This requirement is not mandatory and depends on the implementation of the external device.

Энкодеры могут быть выполнены в виде аналоговых устройств, таких как потенциометры, система вращающихся трансформаторов; или в виде цифровых устройств, таких как оптический абсолютный датчик угла на основе кода Грея или какого-либо другого цифрового устройства.Encoders can be made in the form of analog devices, such as potentiometers, a system of rotating transformers; or in the form of digital devices, such as an optical absolute angle sensor based on a Gray code or some other digital device.

Контроллер кисти снабжен датчиком присутствия, расположение которого выбрано таким способом, чтобы предотвратить ложные срабатывания и исключить пропуск события появления руки хирурга. Датчик присутствия руки может служить для предотвращения непредвиденного вращения контроллера руки или для передачи информации о наличии руки на цифровой блок контроллера. Датчик может быть выполнен в виде датчика расстояния оптического или иного типа, емкостного датчика прикосновения или в любой другой форме. В показанном варианте осуществления изобретения датчик присутствия может быть расположен на нижней поверхности площадки 111 пальцевого схвата 110, на котором располагается указательный палец хирурга.The brush controller is equipped with a presence sensor, the location of which is selected in such a way as to prevent false alarms and to exclude the passage of the surgeon’s hand occurrence event. The hand presence sensor can be used to prevent unexpected rotation of the hand controller or to transmit information about the presence of a hand to the digital controller unit. The sensor can be made in the form of an optical sensor of an optical or other type, a capacitive touch sensor, or in any other form. In the shown embodiment, the presence sensor may be located on the lower surface of the pad 111 of the finger grip 110, on which the index finger of the surgeon is located.

Контроллер кисти снабжен датчиком усилия захвата, который расположен между пальцевыми схватами большого и указательного пальца и предназначен для преобразования в электрический сигнал данных об усилии сжатия. The brush controller is equipped with a gripping force sensor, which is located between the finger grips of the thumb and forefinger and is designed to convert compression data into an electrical signal.

При осуществлении поворота элементов пальцевого схвата, хирург производит смыкание большого и указательного пальцев, создавая механическое усилие на датчик усилия захвата. Данные об усилии могут быть использованы для осуществления таких функций, как измерение силы сжатия для захвата предметов с различным давлением хирургическим инструментом, в качестве сигнала быстрого доступа к дополнительным функциям, при необходимости, например, блокировки захвата, или другим. Датчик может представлять собой цифровое устройство, такое как тактовая кнопка, или аналоговое, такое как тензометрический датчик, или другое.During the rotation of the finger grip elements, the surgeon closes the thumb and forefinger, creating mechanical force on the grip force sensor. The force data can be used to perform functions such as measuring the compression force for gripping objects with different pressures with a surgical instrument, as a signal for quick access to additional functions, if necessary, for example, locking the gripper, or others. The sensor may be a digital device, such as a clock button, or analog, such as a strain gauge, or another.

Все элементы контроллера кисти электрически соединены между собой. Для электрической передачи энергии и информации между неподвижными и вращающимися узлами приводного элемента рукоятки в конструкции применен способ круговой укладки наматываемого шлейфа, условно называемый «улитка».All elements of the brush controller are electrically interconnected. For the electric transfer of energy and information between the fixed and rotating nodes of the handle drive element, the design used a method of circular stacking of a wound loop, conventionally called "snail".

Принцип работы заключается в передаче электрических сигналов через плоский шлейф, один конец которого закреплен на неподвижном основании, другой – на вращающейся детали. Плоскость шлейфа параллельна оси вращения элементов конструкции, что позволяет организовать намотку и размотку шлейфа при совершении конструкцией угловых перемещений. The principle of operation is the transmission of electrical signals through a flat cable, one end of which is fixed on a fixed base, the other on a rotating part. The plane of the loop is parallel to the axis of rotation of the structural elements, which allows you to organize the winding and unwinding of the loop when the design makes angular movements.

На фиг. 7 приведен общий вид укладки наматываемого шлейфа 400. Цифрами на фиг. 7 обозначены: 410 – ротор; 420 – плоский шлейф; 430 – статор; 440 – места закрепления шлейфа на неподвижных и вращающихся узлах приводного элемента рукоятки.In FIG. 7 shows a general view of the stacking of a wound loop 400. The numbers in FIG. 7 are indicated: 410 - rotor; 420 - flat cable; 430 - stator; 440 - loop fastening points on the fixed and rotating nodes of the handle drive element.

Для иллюстрации принципа на фиг.8 приведен общий вид укладки шлейфа 400 в ослабленном состоянии. Описываемый принцип обладает следующими преимуществами:To illustrate the principle of Fig.8 shows a General view of the laying of the loop 400 in a weakened state. The described principle has the following advantages:

высокая надежность, обеспечиваемая отсутствием критических углов изгиба проводников, отсутствием пар трения проводников;high reliability provided by the absence of critical bending angles of the conductors, the absence of friction pairs of conductors;

возможность передачи существенного количества электрической энергии.the ability to transfer a significant amount of electrical energy.

Блок управления контроллера кисти контролирует и управляет всеми электронными деталями, такими как приводные элементы, датчики поворота, датчики положения, датчик наличия руки, датчик усилия захвата и другими, обеспечивает их взаимодействие по заданным алгоритмам. Блок управления контроллера кисти формирует цифровые команды, передаваемые через цифровой блок контроллера, систему числового программного управления (ЧПУ) контроллера, систему управления роботохирургическим комплексом на управляющие элементы хирургического инструмента, управляя им. The control unit of the brush controller monitors and controls all electronic parts, such as drive elements, rotation sensors, position sensors, a hand presence sensor, a gripping force sensor and others, ensures their interaction according to predetermined algorithms. The brush controller’s control unit generates digital commands transmitted through the controller’s digital unit, the controller’s numerical control system (CNC), and the robotic surgical complex control system to control elements of the surgical instrument, controlling it.

Контроллер кисти руки работает следующим образом. Оператор располагает кисть руки на корпусе рукоятки таким образом, что указательный и большой пальцы оказываются на пальцевых схватах, а корпус рукоятки зажат между ладонью и пальцами. Девиация кисти в лучезапястностном суставе вызывает поворот корпуса. Перемещение указательного пальца хирурга вызывает перемещение пальцевого схвата относительно корпуса контроллера кисти. При этом возникновение усилий со стороны хирурга при охвате кистью руки корпуса контроллера кисти для его поворота вызывает поворот хирургического инструмента одной оси, а возникновение усилий со стороны хирурга при перемещения пальцевых схватов обеспечивает смыкание или размыкание браншей хирургического инструмента. Необходимо отметить, что контроллер кисти позволяет реализовать одновременно несколько действий хирургического инструмента.The controller of the hand works as follows. The operator places the hand on the handle body in such a way that the index and thumb are on the finger grips, and the handle body is sandwiched between the palm and fingers. Hand deviation in the wrist joint causes the body to rotate. The movement of the index finger of the surgeon causes the movement of the finger grip relative to the body of the controller of the brush. In this case, the occurrence of efforts on the part of the surgeon when the hand covers the controller body of the brush to rotate it causes the rotation of the surgical instrument on one axis, and the occurrence of efforts on the part of the surgeon when moving the finger grips provides closing or opening of the jaws of the surgical instrument. It should be noted that the brush controller allows you to simultaneously implement several actions of a surgical instrument.

Бранши хирургического инструмента повторяют движение пальцевых схватов. Механизм взаимодействия реализован таким образом, что в позиции полного смыкания браншей пальцевые схваты находятся близко, но не полностью сомкнуты. Продолжение смыкания пальцевых схватов из этой позиции преобразуется за счет датчика усилия захвата в сигнал, повышающий усилие сжатие сомкнутых браншей хирургического инструмента.The jaws of the surgical instrument repeat the movement of the finger grips. The interaction mechanism is implemented in such a way that in the position of complete closure of the jaws, the finger grips are close, but not completely closed. The continuation of the closure of the finger grips from this position is converted by the capture force sensor into a signal that increases the compression force of the closed jaws of the surgical instrument.

При повороте корпуса рукоятки кистью руки хирурга датчик поворота механизма поворота рукоятки формирует цифровой сигнал об угле поворота и передает его в блок управления контроллера кисти, который рассчитывает положение рукоятки относительно ее продольной оси и передает эту информацию в цифровой блок управления контроллером, который выполнен с возможностью передачи полученных сигналов на систему числового программного управления (ЧПУ) контроллера.When the handle housing is rotated by the surgeon’s hand, the rotation sensor of the handle rotation mechanism generates a digital signal about the angle of rotation and transfers it to the control unit of the brush controller, which calculates the position of the handle relative to its longitudinal axis and transmits this information to the controller’s digital control unit, which is capable of transmitting received signals to the controller's numerical control system (CNC).

Пальцевые схваты работают в сочетании. Во время работы датчик поворота механизма поворота пальцевых схватов считает угол поворота подвижного пальцевого схвата вокруг своей оси и передает цифровой сигнал в блок управления контроллера кисти, который рассчитывает его положение относительно неподвижного пальцевого схвата и передает эту информацию на цифровой контроллер, который выполнен с возможностью передачи полученных сигналов на систему числового программного управления (ЧПУ) контроллера.Finger tongs work in combination. During operation, the rotation sensor of the finger grip rotation mechanism counts the rotation angle of the movable finger grip around its axis and transmits a digital signal to the brush controller control unit, which calculates its position relative to the fixed finger grip and transmits this information to the digital controller, which is capable of transmitting the received signals to the numerical control system (CNC) of the controller.

Контроллер кисти может решать как прямую задачу - контролировать угол поворота кисти руки, так и обратную задачу, а именно, поворачивать удерживающую контроллер кисть на величину, рассчитанную системой числового программного управления (ЧПУ) контроллера. Это необходимо для реализации механизма, позволяющего чувствовать рукой момент касания инструментом любого предмета или ткани.The brush controller can solve both a direct task - to control the angle of rotation of the hand, and the inverse problem, namely, turn the brush holding the controller by the amount calculated by the controller's numerical control system (CNC). This is necessary to implement a mechanism that allows you to feel with your hand the moment the tool touches any object or fabric.

Сигнал от системы управления роботохирургическим комплексом передаётся на систему числового программного управления (ЧПУ), далее на цифровой блок управления контроллером, который на основе полученных данных планирует траекторию поворота рукоятки и/или пальцевых схватов относительно поперечной оси кисти и при помощи подачи управляющего сигнала на приводной элемент рукоятки и/или приводной элемент пальцевых схватов перемещает рукоятку вместе с удерживающей ее кистью руки и/или пальцевые схваты вместе с удерживающими их пальцами хирурга в требуемую позицию. Мощность используемых приводных элементов позволяет обеспечить передачу значительного усилия на кисть руки оператора.The signal from the control system of the robotic surgical complex is transmitted to a numerical control system (CNC), then to a digital control unit for the controller, which, based on the received data, plans the trajectory of rotation of the handle and / or finger grips relative to the transverse axis of the brush and by applying a control signal to the drive element the handles and / or the drive element of the finger grips moves the handle together with the holding hand and / or finger grips together with the fingers holding them ha in the desired position. The power of the used drive elements allows for the transfer of significant effort to the hand of the operator.

Контроль вращений, создаваемых приводными элементами механизмов поворота пальцевых схватов и рукоятки, может быть осуществлен за счет замкнутой структуры управления. Пример структурной схемы такой системы представлен на фиг. 9. Как видно из фиг. 9, блок управления контроллера кисти связан с драйверами двигателей, двигателями и энкодерами. На фиг. 10 представлена общая схема управления контроллером кисти. Цифровой блок управления контроллером связан с элементами контроллера кисти через общую шину данных. Использование общей шины не является обязательным условием, возможна реализация с применением нескольких шин или с применением топологии «звезда».The control of the rotations created by the drive elements of the rotation mechanisms of the finger grips and the handle can be carried out due to the closed control structure. An example of a structural diagram of such a system is shown in FIG. 9. As can be seen from FIG. 9, the brush controller control unit is coupled to motor drivers, motors, and encoders. In FIG. 10 shows a general control scheme for a brush controller. The digital controller control unit is connected to the brush controller elements via a common data bus. The use of a common bus is not a prerequisite; it is possible to implement using several buses or using the star topology.

Блок управления контроллера кисти получает сигнал опосредованно от системы управления роботохирургического комплекса, после чего создает управляющий сигнал, поступающий на драйвер двигателя либо механизма поворота пальцевых схватов, либо механизма поворота рукоятки. Двигатель вращает элементы конструкции контроллера кисти согласно заданному системой управления закону. Процесс вращения передается на энкодер, связанный непосредственно с блоком управления кистью.The control unit of the brush controller receives a signal indirectly from the control system of the robotic surgical complex, after which it creates a control signal received by the engine driver or the mechanism of rotation of the finger grips, or the mechanism of rotation of the handle. The engine rotates the design elements of the brush controller according to the law specified by the control system. The rotation process is transmitted to an encoder connected directly to the brush control unit.

Структура подобного типа может иметь различные режимы работы, такие как:A structure of this type can have various operating modes, such as:

Измерение угла с использованием энкодера при выключенном двигателе;Angle measurement using an encoder with the engine turned off;

Перемещение в заданное угловое положение за счет двигателя;Moving to a given angular position due to the engine;

Создание сопротивления или сопровождения движению согласно какому-либо заданному закону.Creation of resistance or movement support according to any given law.

В режиме создания сопротивления движению возможна реализация «электронной пружины» для степени свободы пальцевого схвата. Данная функция может быть полезна для использования контроллера кисти без закрепления фаланг пальцев. В этом режиме площадка для указательного пальца перемещается двигателем степени свободы пальцевого схвата для возврата в разомкнутое положение. Программное ограничение мощности двигателя позволяет пользователю совершать захватывающие движения против его вращения. Такая система позволяет повысить точность движений хирургического инструмента и может быть реализована также посредством математической пружины, которая может быть как включена, так и выключена.In the mode of creating resistance to movement, it is possible to implement an “electronic spring” for the degree of freedom of the finger grip. This function can be useful for using the brush controller without fixing the phalanges of the fingers. In this mode, the platform for the index finger is moved by the engine of the degree of freedom of the finger grip to return to the open position. Software engine power limitation allows the user to make exciting movements against its rotation. Such a system makes it possible to increase the accuracy of the movements of the surgical instrument and can also be realized by means of a mathematical spring, which can be either turned on or off.

Конкретный пример осуществления изобретенияSpecific Embodiment

Разработанная конструкция контроллера кисти обладает следующими техническими характеристиками:The developed design of the brush controller has the following technical characteristics:

Две степени свободы для определения угла поворота кисти и угла захвата между указательным и большим пальцами;Two degrees of freedom for determining the angle of rotation of the brush and the angle of capture between the index and thumb;

Угловая разрешающая способность: 0.02197 градуса (14 бит);Angular resolution: 0.02197 degrees (14 bits);

Номинальная частота дискретизации для передачи данных на ведущее устройство: 250 Гц;Nominal sampling frequency for data transmission to the host device: 250 Hz;

4 Номинальная частота работы системы автоматического управления: 1000 Гц;4 Rated frequency of the automatic control system: 1000 Hz;

5. Интерфейс передачи данных для доступа к энкодерам: шина I2C 400 кГц 3.3 В;5. Data transmission interface for access to encoders: I2C bus 400 kHz 3.3 V;

6. Адресация устройств на шине данных: устанавливается аппаратно;6. Addressing devices on the data bus: installed by hardware;

7. Тип и количество двигателей: 2 бесколлекторных двигателя постоянного тока (BLDC);7. Type and number of motors: 2 brushless DC motors (BLDC);

8. Интерфейс управления двигателями: подключение к обмоткам управления;8. Motor control interface: connection to control windings;

9. Сопротивление обмоток мотора: 8 Ом;9. Resistance of motor windings: 8 Ohms;

10. Тип механизма для передачи энергии во вращающиеся элементы: наматывающийся шлейф (улитка).10. Type of mechanism for transferring energy to rotating elements: a winding loop (snail).

Для того, чтобы обеспечить указанную разрешающую способность, которая определяет чувствительность хирургического инструмента и которая позволяет наиболее точно определять положение руки хирурга, что ведет к более точному управлению хирургическим инструментом, используют определенную архитектуру, обладающую малыми люфтами, наличием избыточных кинематических связей для повышения жесткости контроллера кисти (механика +подшипники), и применяют различные комбинации двигателей и энкодеров с установленными к ним требованиям.In order to provide the specified resolution, which determines the sensitivity of the surgical instrument and which allows you to most accurately determine the position of the surgeon's hand, which leads to more precise control of the surgical instrument, use a certain architecture with small backlashes, the presence of excessive kinematic connections to increase the stiffness of the brush controller (mechanics + bearings), and apply various combinations of motors and encoders with the requirements set for them.

Энкодеры и двигатели могут быть как стандартными, покупными, так и специально разрабатываемыми под определенную задачу. Например, конструкция энкодер-двигатель может быть цельным отдельным блоком, интегрированным в контроллер кисти.Encoders and motors can be both standard, purchased, and specially designed for a specific task. For example, an encoder-motor design may be a single, single unit integrated into a brush controller.

В качестве приводных элементов могут быть применены бесколлекторные моторы постоянного тока. Выбор моторов обусловлен требованиями к системе: сравнительно низкая частота вращения, большой вращающий момент, малая масса и габаритные размеры. Недостатком таких моторов является необходимость в наличии системы автоматического управления для регулирования оборотом и вращающего момента, что не является существенной сложностью в рамках описываемого решения. Преимуществами использования бесколлекторных моторов является высокая надежность и долговечность за счет отсутствия коллекторного узла, подверженного износу.As drive elements, brushless DC motors can be used. The choice of motors is determined by the requirements for the system: a relatively low speed, high torque, low weight and overall dimensions. The disadvantage of such motors is the need for an automatic control system to control the rotation and torque, which is not a significant difficulty in the framework of the described solutions. The advantages of using brushless motors are high reliability and durability due to the absence of a collector assembly subject to wear.

Для точного определения углов поворота степеней свободы в контроллере кисти были применены высокоточные бесконтактные энкодеры на основе массивов датчиков Холла. На осях вращения каждой степени свободы находятся неодимовые магниты диаметральной намагниченности, вблизи которых расположены корпуса микросхем.To accurately determine the angle of rotation of the degrees of freedom in the brush controller, high-precision non-contact encoders based on arrays of Hall sensors were used. On the axes of rotation of each degree of freedom there are neodymium magnets of diametrical magnetization, near which are housings of microcircuits.

Энкодеры данного типа обладают такими преимуществами, как высокая разрешающая способность (14 бит, 0.0219 градуса), возможность цифровой установки нулевого положения, высокое быстродействие, цифровой контур статуса и диагностики.Encoders of this type have such advantages as high resolution (14 bits, 0.0219 degrees), the ability to digitally set the zero position, high speed, digital status loop and diagnostics.

Для организации доступа к энкодерам в контроллере кисти применена цифровая шина I2C, работающая на частоте 400 кГц. Шина позволяет производить доступ ко всем регистрам энкодеров. Топология в виде общей шины имеет существенное преимущество в сокращении числа необходимых контактов по сравнению с топологией «звезда», что уменьшает количество точек отказа системы.To organize access to encoders in the brush controller, the I2C digital bus is used, operating at a frequency of 400 kHz. The bus allows access to all encoder registers. A common bus topology has a significant advantage in reducing the number of contacts required compared to a star topology, which reduces the number of system failure points.

Энкодеры на основе магнитного эффекта обладают рядом особенностей эксплуатации, которые влияют на точность измерения:Magnetic effect encoders have a number of operating features that affect the measurement accuracy:

Чувствительность к шумам источника питания;Sensitivity to noise of the power supply;

Наличие оптимального расстояния от корпуса микросхемы до вращающегося магнита;The presence of an optimal distance from the housing of the chip to the rotating magnet;

Чувствительность к линейному смещению оси вращения магнита.Sensitivity to linear displacement of the axis of rotation of the magnet.

Для достижения максимальной точности и чувствительности была разработана и применена печатная плата для установки микросхемы энкодера с учетом перечисленных особенностей (фиг. 11).To achieve maximum accuracy and sensitivity, a circuit board was developed and applied to install the encoder chip, taking into account the listed features (Fig. 11).

Точное пространственное позиционирование корпуса микросхемы относительно вращающегося магнита обеспечивается за счет крепежных отверстий 510 в печатной плате 500. Прижим печатной платы 500 к прилегающей поверхности реализуется за счет отсутствия по контуру платы 500 объемных элементов. Контактные площадки питания и данных предназначены для пайки проводов в обратную сторону от микросхемы энкодера. Стабильное напряжение питания и защита от импульсных помех обеспечивается применением двух конденсаторов в линии питания.The exact spatial positioning of the microcircuit housing relative to the rotating magnet is ensured by the mounting holes 510 in the printed circuit board 500. The pressing of the printed circuit board 500 to the adjacent surface is realized due to the absence of volume elements along the circuit board 500. The power and data pads are designed for soldering wires in the opposite direction from the encoder chip. Stable supply voltage and surge protection are provided by the use of two capacitors in the supply line.

На фиг. 11 приведен сборочный чертеж печатной платы 500 для установки цифрового магнитного энкодера. На фиг. 11 обозначено: 520 – посадочное место микросхемы энкодера, 510 – Крепежные отверстия печатной платы, 530 – контактные площадки питания и данных.In FIG. 11 is an assembly drawing of a circuit board 500 for mounting a digital magnetic encoder. In FIG. 11 marked: 520 - the seat of the encoder microcircuit, 510 - the mounting holes of the printed circuit board, 530 - contact pads for power and data.

Таким образом, разрабатываемый контроллер кисти позволяет преобразовать движения кисти хирурга в цифровую форму, не создавая существенных ограничений естественной подвижности руки и принимая участие в сценариях работы внешней системы управления, таких как блокировка системы, удержание фиксированного положения, обратная связь.Thus, the brush controller under development allows us to convert the movements of the surgeon’s hand into digital form without creating significant restrictions on the natural mobility of the hand and taking part in scenarios of the external control system, such as locking the system, holding a fixed position, and feedback.

Контроллер кисти позволяет реализовывать сложные прецеденты использования, такие как: блокировка управления, удержание положения, обратная связь за счет наличия двигателей. The brush controller allows you to implement complex use cases, such as: control lock, hold position, feedback due to the presence of engines.

Применение бесколлекторных двигателей постоянного тока дает возможность уменьшить габариты.The use of brushless DC motors makes it possible to reduce the size.

Принцип удержания ручки как предмета позволяет всегда понимать и предсказывать, какое движение будет произведено.The principle of holding the pen as an object allows you to always understand and predict what movement will be made.

Отсутствие механических пружин и использование двигателя с энкодером позволяет реализовать электронный упругий механизм множеством персональных для оператора регулируемых параметров, таких как жесткость, время возврата в исходное состояние. Появляется возможность блокировки захватывающей степени свободы в произвольном положении подвижного элемента.The absence of mechanical springs and the use of an engine with an encoder makes it possible to implement an electronic elastic mechanism with a multitude of adjustable personal parameters for the operator, such as stiffness, time to return to the initial state. It becomes possible to block an exciting degree of freedom in an arbitrary position of the movable element.

Использование наматываемого шлейфа в качестве устройства передачи энергии на вращающиеся узлы позволяет повысить надежность системы, не создавая ограничений степеней свободы, превышающих требуемые.The use of a wound loop as a device for transferring energy to rotating nodes can increase the reliability of the system without creating restrictions on the degrees of freedom that exceed the required ones.

В то время как изобретение было описано в определенных примерах и показано на сопровождающих чертежах, следует понимать, что подобные воплощения являются единственно иллюстративными и не ограничивают широту изобретения, и что это изобретение не ограничивается показанными и описанными определенными конструкциями и системами, поскольку могут иметь место различные другие модификации, понятные для обычных специалистов этой области.While the invention has been described in certain examples and shown in the accompanying drawings, it should be understood that such embodiments are solely illustrative and do not limit the breadth of the invention, and that this invention is not limited to the specific structures and systems shown and described, since various other modifications that are understandable to ordinary specialists in this field.

Claims (18)

1. Контроллер кисти для контроллера оператора управления роботохирургическим комплексом, включающий1. The brush controller for the controller of the operator control the robotic complex, including рукоятку с пальцевыми схватами и блок управления контроллера кисти;a handle with finger grips and a brush controller control unit; причем рукоятка имеет корпус вытянутой эргономичной формы, охватываемый и удерживаемый всей поверхностью кисти оператора во время работы, рукоятка функционально сконфигурирована для обеспечения функции вращения хирургического инструмента вокруг одной оси;moreover, the handle has a body of elongated ergonomic shape, covered and held by the entire surface of the operator’s hand during operation, the handle is functionally configured to provide the rotation function of the surgical instrument around one axis; при этом корпус рукоятки в верхней части имеет основание с площадкой для крепления к элементу, входящему в состав контроллера оператора, который обеспечивает функцию управления вращением манипулятора с хирургическим инструментом и/или отклонением хирургического инструмента от его продольной оси; while the handle body in the upper part has a base with a platform for attachment to an element that is part of the operator’s controller, which provides the function of controlling the rotation of the manipulator with the surgical instrument and / or the deviation of the surgical instrument from its longitudinal axis; причем площадка основания функционально сконфигурирована для передачи электрических сигналов;moreover, the base is functionally configured to transmit electrical signals; причем блок управления контроллера кисти расположен внутри корпуса вышеуказанного элемента, входящего в состав контроллера оператора, закрепленного на площадке основания;moreover, the control unit of the brush controller is located inside the body of the above element, which is part of the operator controller, mounted on the base; причем пальцевые схваты выполнены с возможностью расположения на них пальцев оператора, по меньшей мере один из пальцевых схватов является подвижным и выполнен с возможностью вращения вокруг собственной оси, совпадающей с продольной осью рукоятки, в сагиттальной плоскости для обеспечения функции замыкания или размыкания браншей хирургического инструмента;moreover, the finger grips are arranged to position the operator’s fingers on them, at least one of the finger grips is movable and rotatable around its own axis, coinciding with the longitudinal axis of the handle, in the sagittal plane to provide the function of closing or opening the jaws of the surgical instrument; при этом внутри корпуса рукоятки расположены на одной оси:while inside the body of the handle are located on the same axis: механизм поворота рукоятки, включающий датчик поворота, обеспечивающий электрические сигналы, соответствующие изменению положения корпуса рукоятки при отклонении кисти оператора в сагиттальной плоскости относительно поперечной оси кисти, лежащей во фронтальной плоскости, и передающий их блоку управления контроллера кисти через площадку основания корпуса рукоятки, и приводной элемент рукоятки,a handle rotation mechanism, including a rotation sensor, providing electrical signals corresponding to a change in the position of the handle body when the operator’s brush deviates in the sagittal plane relative to the transverse axis of the brush lying in the frontal plane, and transmits them to the brush controller control unit through the base of the handle body base, and a drive element handles механизм поворота по меньшей мере одного пальцевого схвата, включающий датчик поворота, обеспечивающий электрические сигналы, соответствующие изменению положения по меньшей мере одного пальцевого схвата при перемещении пальцев оператора в сагиттальной плоскости относительно поперечной оси кисти, лежащей во фронтальной плоскости, и передающий их блоку управления контроллера кисти через площадку основания корпуса рукоятки, и приводной элемент пальцевого схвата;a rotation mechanism of at least one finger grip, including a rotation sensor that provides electrical signals corresponding to a change in the position of at least one finger grip when moving the operator’s fingers in the sagittal plane relative to the transverse axis of the brush lying in the frontal plane, and transmitting them to the brush controller control unit through the platform base of the handle body, and the drive element of the finger grip; причем блок управления контроллера кисти функционально сконфигурирован для: moreover, the control unit of the brush controller is functionally configured for: передачи полученных сигналов на цифровой блок контроллера оператора и на внешнюю систему управления роботохирургическим комплексом для передачи движения рукоятки и/или по меньшей мере одного пальцевого схвата в соответствующее движение хирургического инструмента,transmitting the received signals to the digital block of the operator’s controller and to the external control system of the robotic surgical complex for transmitting the movement of the handle and / or at least one finger grip into the corresponding movement of the surgical instrument, получения управляющих сигналов от внешней системы управления роботохирургического комплекса и передачи их на приводной элемент рукоятки и/или приводной элемент по меньшей мере одного пальцевого схвата для передачи движения хирургического инструмента в соответствующее движение рукоятки и/или пальцевых схватов.receiving control signals from the external control system of the robotic surgical complex and transmitting them to the handle drive element and / or the drive element of at least one finger grip to transmit the movement of the surgical instrument in the corresponding movement of the handle and / or finger grips. 2. Контроллер кисти по п.1, характеризующийся тем, что по меньшей мере один пальцевый схват закреплен на корпусе рукоятки.2. The brush controller according to claim 1, characterized in that at least one finger grip is mounted on the handle body. 3. Контроллер кисти по п.1, характеризующийся тем, что корпус рукоятки оснащен световыми, и/или звуковыми, и/или тактильными датчиками, а также датчиками давления.3. The brush controller according to claim 1, characterized in that the handle body is equipped with light and / or sound and / or tactile sensors, as well as pressure sensors. 4. Контроллер кисти по п.1, характеризующийся тем, что корпус рукоятки оснащен датчиком приближения.4. The brush controller according to claim 1, characterized in that the handle body is equipped with a proximity sensor. 5. Контроллер кисти по п.1, характеризующийся тем, что цифровой блок управления контроллера оператора формирует управляющие сигналы через блок управления кисти на приводной элемент рукоятки и/или приводной элемент пальцевого схвата для обеспечения поворота рукоятки и/или подвижного пальцевого схвата в сторону, совпадающую с поворотом кисти и/или подвижного пальцевого схвата, или в сторону, противоположную повороту кисти и/или подвижного пальцевого схвата соответственно.5. The brush controller according to claim 1, characterized in that the digital control unit of the controller of the operator generates control signals through the brush control unit to the handle drive element and / or finger grip element to ensure that the handle and / or movable finger grip rotate in a direction that matches with rotation of the brush and / or movable finger grip, or in the direction opposite to the rotation of the brush and / or movable finger grip, respectively. 6. Контроллер кисти по п.1, который оснащен тахометрами, измерителями ускорения и нагрузочными элементами индикации силы.6. The brush controller according to claim 1, which is equipped with tachometers, acceleration meters and load elements indicating force.
RU2019138037A 2019-11-25 2019-11-25 Hand controller for use in robot surgery system operator's controller RU2716353C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019138037A RU2716353C1 (en) 2019-11-25 2019-11-25 Hand controller for use in robot surgery system operator's controller
PCT/RU2020/050340 WO2021107817A1 (en) 2019-11-25 2020-11-23 Hand controller for robotic surgical complex

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019138037A RU2716353C1 (en) 2019-11-25 2019-11-25 Hand controller for use in robot surgery system operator's controller

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2716353C1 true RU2716353C1 (en) 2020-03-11

Family

ID=69898511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019138037A RU2716353C1 (en) 2019-11-25 2019-11-25 Hand controller for use in robot surgery system operator's controller

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2716353C1 (en)
WO (1) WO2021107817A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115409133B (en) * 2022-10-31 2023-02-03 中科航迈数控软件(深圳)有限公司 Cross-modal data fusion-based numerical control machine tool operation intention identification method and system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150018841A1 (en) * 2013-07-10 2015-01-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Surgical robot system and control method thereof
JP6000387B2 (en) * 2009-11-13 2016-09-28 インテュイティブ サージカル オペレーションズ, インコーポレイテッド Master finger tracking system for use in minimally invasive surgical systems
KR101789064B1 (en) * 2009-11-13 2017-10-23 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 Method and system for hand control of a teleoperated minimally invasive slave surgical instrument
RU2640002C2 (en) * 2012-06-28 2017-12-25 Этикон Эндо-Серджери, Инк. Rotary drive structures for surgical instruments
WO2018112227A2 (en) * 2016-12-15 2018-06-21 Intuitive Surgical Operations, Inc. Actuated grips for controller
US20190000574A1 (en) * 2014-09-04 2019-01-03 Memic Innovative Surgery Ltd. Control of device including mechanical arms

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6000387B2 (en) * 2009-11-13 2016-09-28 インテュイティブ サージカル オペレーションズ, インコーポレイテッド Master finger tracking system for use in minimally invasive surgical systems
KR101789064B1 (en) * 2009-11-13 2017-10-23 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 Method and system for hand control of a teleoperated minimally invasive slave surgical instrument
RU2640002C2 (en) * 2012-06-28 2017-12-25 Этикон Эндо-Серджери, Инк. Rotary drive structures for surgical instruments
US20150018841A1 (en) * 2013-07-10 2015-01-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Surgical robot system and control method thereof
US20190000574A1 (en) * 2014-09-04 2019-01-03 Memic Innovative Surgery Ltd. Control of device including mechanical arms
WO2018112227A2 (en) * 2016-12-15 2018-06-21 Intuitive Surgical Operations, Inc. Actuated grips for controller

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021107817A1 (en) 2021-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3463151B1 (en) Control arm assemblies for robotic surgical systems
JP6111344B2 (en) Force feedback controller and force feedback controller exoskeleton
Lambercy et al. A haptic knob for rehabilitation of hand function
US6233504B1 (en) Tool actuation and force feedback on robot-assisted microsurgery system
US20170225337A1 (en) Robotic hand controller
CN101999938B (en) Manual operating device for bone surgery assisted robot
US20060106369A1 (en) Haptic interface for force reflection in manipulation tasks
WO2014075720A1 (en) Hand controller device
US10532466B2 (en) Robotic hand controller
WO2021107819A1 (en) Operator controller for controlling a robotic surgical complex
WO2019032058A1 (en) Backdrivable and haptic feedback capable robotic forceps, control system and method
Fu et al. Design and development of a portable exoskeleton based CPM machine for rehabilitation of hand injuries
WO2021188017A1 (en) Assistive surgical complex
RU2718568C1 (en) Wrist controller for use in operator's robot-surgery system controller
RU2716353C1 (en) Hand controller for use in robot surgery system operator's controller
JP5974666B2 (en) Manipulation system
CN113194870B (en) User interface device, main control console of surgical robot device, and operation method thereof
Fu et al. Development of a multi-DOF exoskeleton based machine for injured fingers
JP6957036B2 (en) Position / force control device
Karadeniz et al. Design of a 4-DOF grounded exoskeletal robot for shoulder and elbow rehabilitation
Tzemanaki et al. μAngelo: A novel minimally invasive surgical system based on an anthropomorphic design
US20200297447A1 (en) A device for sensing the pose and motion of a human's arm-hand
KR102116119B1 (en) Master robot and control method thereof
WO2020042148A1 (en) Magnetic navigation sensing-based main operating hand and system of minimally invasive surgical robot
Mucha et al. The Design of a Functional STIFF-FLOP Robot Operator's Console