BR112017022094B1

BR112017022094B1 - Ferramenta de acesso mínimo que se monta em um usuário de modo que a ferramenta possa rolar em torno do antebraço do usuário

Info

Publication number: BR112017022094B1
Application number: BR112017022094-6A
Authority: BR
Inventors: Gregory Brian Bowles; James Duncan Geiger; James Michael Licht; Shorya Awtar; Zachary ZIMMERMAN; Deepak Sharma
Original assignee: Flexdex, Inc.
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2022-08-30
Also published as: KR20180012259A; WO2016168761A1; JP2018512295A; EP3282964A4; EP3282964A1; US20180049842A1; CN107072684B; BR112017022094A2; CN107072684A; KR102473629B1; EP3282964B1; JP6770058B2

Abstract

APARELHO DE FIXAÇÃO PARA FERRAMENTAS DE ACESSO REMOTO. A presente invenção refere-se a aparelhos e métodos para a fixação de uma ferramenta de acesso mínimo ao corpo de um usuário (por exemplo, o pulso ou antebraço) de modo que os movimentos do antebraço, pulso, mão e dedos do usuário possam controlar os movimentos em uma extremidade distal da ferramenta de acesso mínimo. Em particular, são descritos, no presente documento, dispositivos de fixação de antebraço (que podem ser usados com ou integrados a) uma ferramenta de acesso mínimo incluindo um punho configurado de modo a se fixar ao antebraço do usuário, e uma junta de acoplamento configurada de modo a conectar o punho à estrutura de modo que o punho possa se movimentar com relação à estrutura com 1 a 4 graus de liberdade.

Description

Referência Cruzada a Pedidos Relacionados

[0001] O presente pedido reivindica a prioridade do Pedido de Pa tente Provisório dos Estados Unido N°. 62/147.998, depositado em 15 de abril de 2015 (e intitulado "FOREARM ATTACHMENT APPARATUS FOR REMOTE ACESS TOOLS"), e do Pedido de Patente Provisório dos Estados Unido N°. 62/236.805, depositado em 2 de outubro de 2015 (intitulado "FOREARM ATTACHMENT APPARATUS FOR REMOTE ACESS TOOLS").

[0002] O presente pedido pode ser relacionado ao Pedido de Pa tente dos Estados Unidos No. 15/054.068, depositado em 25 de Fevereiro de 2016, intitulado "PARALLEL KINEMATIC MECHANISMS WITH DECOUPLED ROTATIONAL MOTIONS", que reivindica prioridade como uma classificação CIP do Pedido de Patente dos Estados Unidos No. 14/166.503, depositado em 28 de janeiro de 2014, e intitulado "MINIMAL ACCESS TOOL", publicação No. US-2014-0142595- A1, que é uma continuação do Pedido de Patente dos Estados Unidos No. 12/937.523, depositado em 13 de abril de 2009, agora Patente No. 8.668.702, que reivindicou prioridade do Pedido de Patente Provisório dos Estados Unidos N°. 61/044.168, depositado em 11 de abril de 2008. Cada uma dessas patentes e pedidos de patente é incorporada ao presente documento a título de referência em sua totalidade.

Incorporação a Título de Referência

[0003] Todas as publicações e pedidos de patente mencionados no presente relatório descritivo são incorporados a título de referência em sua totalidade ao presente documento da mesma maneira como se cada publicação ou pedido de patente individual fosse específica e in- dividualmente indicada para ser incorporada a título de referência.

Campo da Invenção

[0004] Aparelhos e métodos para fixar uma ferramenta de acesso mínimo ao braço de um usuário (por exemplo, pulso e/ou antebraço) de modo que o eixo geométrico do eixo de ferramenta passe pelo centro do punho do pulso do usuário e os movimentos da mão e dedos do usuário possam controlar separadamente os movimentos em uma extremidade distal de uma ferramenta de acesso mínimo.

Antecedentes da Invenção

[0005] Um número de ferramentas de acesso mínimo que pode ser controlado pela mão de um usuário é conhecido, tais como, por exemplo, na Patente dos Estados Unidos No. 8.668.702 e no Pedido de Patente dos Estados Unidos No. 14/166.503. Estes dispositivos podem incluir uma estrutura, uma junta de entrada que provê duas rotações ortogonais entre um manípulo e a estrutura, um eixo de ferramenta conectado à estrutura, uma junta de saída que provê duas rotações ortogonais entre o eixo de ferramenta e um operador terminal, e um meio (tal como um sistema de transmissão) para transmitir as duas rotações ortogonais da junta de entrada para a junção de saída. Estes dispositivos são excepcionalmente úteis, e podem permitir um controle altamente destro (por exemplo, a articulação) da ferramenta conectada à junção de saída na extremidade do eixo alongado. Em geral, os dispositivos, tais como os descritos na Patente dos Estados Unidos No. 8.668.702, tipicamente fixam a estrutura diretamente ao braço do usuário, e mais geralmente a estrutura é tipicamente fixada ao antebraço do usuário. Um exemplo de um aparelho tal como ensinado na Patente dos Estados Unidos No. 8.668.702 é mostrado nas Figuras 1 a 3.

[0006] Nestes exemplos, a estrutura pode ser uma estrutura es tendida rigidamente conectada ao eixo de ferramenta em uma extremidade e um elemento de fixação de antebraço na outra extremidade. O elemento de fixação de antebraço faz interface com o antebraço, usando uma variedade de meios incluindo velcro, tiras, etc. A fixação de antebraço poderá conectar de maneira confortável e segura, ou seja, restringir, e, por conseguinte, transmitir, todos os graus de liberdade DoF ou movimentos entre o antebraço e o elemento de fixação de antebraço. Algum movimento relativo poderá ainda ser permitido para garantir conforto. Tal como usado no presente documento, "antebraço" pode se referir à extremidade distal do braço, por exemplo, distal do cotovelo e imediatamente antes da articulação do pulso, tal como ilustrado na Figura 4.

[0007] Este tipo de disposição pode desacoplar dois graus DoF rotacionais (passo e guinada) associados ao pulso e uma abertu- ra/fechamento de graus DoF associados ao polegar/dedos dos quatro graus DoF disponíveis no antebraço: três translações e 1 rotação de rolamento. A Figura 5 ilustra as três translações ortogonais no antebraço. As Figuras 6A-6C mostram a rotação de rolamento de um antebraço (pronação/supinação). As duas rotações restantes associadas à articulação do pulso são também mostradas abaixo nas Figuras 7A-7B e 8A-8B. As Figuras 7A e 7B ilustram uma rotação de passo da articulação do pulso (por exemplo, um desvio radial e ulnar). As Figuras 8A e 8B ilustram a rotação de guinada da articulação do pulso (fle- xão/extensão). A Figura 9 mostra ilustrações adicionais dos movimentos rotacionais associados ao antebraço e à articulação do pulso.

[0008] Nestes exemplos, deve-se notar que os graus DoF são cu mulativos; ou seja, há quatro graus DoF disponíveis no antebraço; a articulação do pulso provê outros dois; por conseguinte, na mão (palma), existem 6 graus DoF. Existem outros graus DoF associados aos dedos/polegar. Estes incluem o movimento de abrir/fechar apresentado na Patente dos Estados Unidos No. 8.668.702. Estes também podem incluir outros movimentos, tais como de giro e de bicada, os quais serão descritos em mais detalhe abaixo.

[0009] A fixação de antebraço descrita na Patente dos Estados Unidos No. 8.668.702 transmite 4 graus DoF no antebraço (três translações) e uma rotação de rolamento para a extremidade distal do eixo do instrumento, independente das rotações do pulso e do movimento de fechar do dedo/polegar. Isto pode ser realizado porque o antebraço é fixado à estrutura por meio do elemento de fixação de antebraço, e, por conseguinte, os quatro movimentos no antebraço transladam para a estrutura e, em seguida, para o eixo e para a extremidade distal do eixo. Separadamente, uma junta de entrada, que pode ser configurada como um mecanismo central virtual (VC), e pode ser empregue para capturar as duas rotações da articulação de pulso do usuário. Estas duas são depois transmitidas através de uma transmissão mecânica compreendendo cabos que são roteados através dos pontos comuns (isto é, a estrutura e a ferramenta de eixo) da junta de entrada e da junta de saída (junta articulada do operador terminal). Tal como descrito na Patente dos Estados Unidos N°. 8.668.702, o sistema de transmissão pode ser qualquer sistema de transmissão geral e não simplesmente um baseado em cabos.

[0010] Tais esquemas podem permitir um mapeamento de movi mento um a um (1:1) do movimento do usuário (por exemplo, um cirurgião) enviado para os correspondentes movimentos de saída de um operador terminal remoto. A Figura 10 ilustra um mapeamento dos movimentos de entrada do usuário para os movimentos de saída do dispositivo, neste tipo de sistema. No entanto, ao se fixar rigidamente a estrutura ao antebraço do usuário, tornando a estrutura uma extensão rígida do antebraço, o eixo do instrumento (especificamente o eixo geométrico do eixo) ficará rigidamente fixo (ou não ajustável) com relação ao eixo do antebraço. Isto poderá se revelar desconfortável ao usuário em uma situação na qual o eixo de ferramenta tem de apontar em determinada direção e pode necessitar de um pequeno reajuste com relação ao antebraço durante o uso. Um alinhamento rígido ou não ajustável do eixo do instrumento com o antebraço pode não ser ergonomicamente favorável para o antebraço e ombro do usuário. Em uma vista exemplar na Figura 11 (que mostra uma vista lateral), as duas linhas quase horizontais 1101 e 1103 (o eixo do dispositivo e eixo do antebraço) ficam alinhadas entre si por causa da fixação de punho de antebraço "rígida" ou travada. Quando o instrumento/dispositivo (por exemplo, o seu eixo) deve ser apontado em um determinado sentido (ilustrado pela linha 1105) tal como pode ser requerido em algumas aplicações (por exemplo, em um procedimento cirúrgico), o ante-braço também terá de seguir a mesma linha estendida, o que poderá ser desconfortável para o antebraço e ombro do usuário. Para corrigir isto, o dispositivo deve ser ajustado manualmente (se possível) para modificar o ângulo do aparelho com relação ao corpo do usuário. O que é necessário é um dispositivo que possa ajustar continuamente o alinhamento do aparelho durante o uso. Tal como descrito no presente documento, a conexão da parte do corpo à estrutura do dispositivo através de uma ou mais juntas de acoplamento permitindo predeterminados graus de liberdade (ao mesmo tempo restringindo outros) poderá permitir um ajuste contínuo.

[0011] Uma limitação similar poderá surgir no outro plano, tal como observado na vista superior da Figura 12. Tal como mostrado na Figura 12, as duas linhas 1201, 1203 (por exemplo, o eixo do dispositivo e o eixo do antebraço) são alinhadas entre si devido à rígida (ou travada) fixação do punho de antebraço. Quando o instrumento/dispositi- vo/ferramenta (por exemplo, o seu eixo) precisa ser apontado em uma direção, tal como na direção mostrada pela linha 1205, conforme requerido para algumas aplicações (por exemplo, procedimentos cirúrgicos), o antebraço também terá de seguir a mesma linha estendida, o que poderá ser desconfortável para o usuário.

[0012] Além disso, a fixação rígida da estrutura ao antebraço pode limitar a capacidade de transmitir certos movimentos ou graus DoF as-sociados aos dedos do usuário, em particular um movimento de giro ou movimento de bicada ilustrados nas Figuras 13A-13C e 14A-14B. Por exemplo, as Figuras 13A-13C ilustram uma mão fazendo um movimento espiral com um objeto (por exemplo, uma caneta). Neste exemplo, o antebraço e a articulação do pulso não se movem enquanto os dedos/polegar produzir o movimento espiral. As Figuras 14A-14B ilustram um movimento de bicada. Ao fazer um movimento de bicada, o antebraço e a articulação do pulso não se movem enquanto o de- do/polegar produzem um movimento de bicada para frente e para trás. Estes movimentos dos dedos/polegar podem acontecer com relação à articulação do pulso e antebraço, mas quando a estrutura (e o eixo de ferramenta, portanto) é rigidamente fixada ao antebraço, estes movimentos não são transmitidos diretamente para a estrutura, por exemplo, o eixo de ferramenta, incluindo a extremidade distal do eixo de ferramenta. Estes movimentos podem ser capturados e transmitidos de maneira indireta, por exemplo, ao se usar um sistema de transmissão que é conduzido através da estrutura e eixo de ferramenta, tal como descrito na Patente dos Estados Unidos N°. 8.668.702 Patente, na qual os dois movimentos de pulso e o movimento de abrir/fechar os dedos/polegar são capturados e transmitidos para o correspondente movimento de saída de um operador terminal na extremidade distal do eixo de ferramenta. Da mesma forma, o movimento de bicada dos de- dos/polegar pode ser transladado para um movimento similar entre o manípulo e a estrutura da ferramenta (quando o usuário segura o ma- nípulo com sua mão, dedos e polegar); este movimento relativo entre o manípulo e a estrutura da ferramenta pode ser capturado por meio de um sistema de transmissão (por exemplo, um cabo ou outro sistema de transmissão entre a estrutura e a extremidade distal do eixo de ferramenta) e transmitido para um movimento correspondente entre o operador terminal e a extremidade distal do eixo de ferramenta. Uma transmissão similar pode ser concebida para o movimento espiral também. No entanto, quando a estrutura de ferramenta é fixada ao antebraço por meio de um elemento de fixação de antebraço, as rotações de guinada e passo da mão/pulso ou o movimento de bicadas do de- do/polegar/mão não são transmitidos diretamente para a extremidade distal do eixo de ferramenta. Tal como usado no presente documento, a transmissão "direta" significa uma transmissão que pode ser conseguida em virtude de uma extensão geométrica, em oposição a por meio de um "sistema de transmissão" que compreende vários componentes que se movem uns com relação aos outros.

[0013] No presente documento são descritos métodos e aparelhos que podem resolver os problemas e os objetivos acima descritos. Em particular, são descritos no presente documento dispositivos de fixação de pulso e/ou antebraço, e/ou aparelhos, tais como ferramentas e sistemas, incluindo estes dispositivos de fixação de antebraço, que podem permitir a transmissão direta de movimentos adicionais, tais como de bicadas e de giro.

[0014] Os métodos e aparelhos descritos no presente documento podem conseguir estas vantagens ao prover um acoplamento entre uma porção de corpo, por exemplo, um pulso e/ou um antebraço, e uma estrutura, de modo que a porção de corpo possa se movimentar com um ou mais graus de liberdade com relação a uma porção da estrutura.

Sumário da Invenção

[0015] São descritos no presente documento aparelhos, incluindo dispositivos, sistemas e ferramentas que provêem um ou mais graus de liberdade (DOF) entre uma estrutura (por exemplo, a estrutura de uma ferramenta de acesso mínimo) e uma região de fixação do aparelho, tal como um punho, que acopla o aparelho a uma parte do corpo. Em particular, no presente documento são descritas ferramentas, tais como ferramentas de acesso mínimo que se acoplam ao pulso e/ou antebraço do usuário para permitir que o pulso e/ou o antebraço do usuário se movimentem com um ou mais graus de liberdade com relação à estrutura de ferramenta.

[0016] Qualquer um dos aparelhos descritos no presente docu mento pode ser configurado de modo a ser montado no corpo de um usuário e, em particular, em um apêndice do usuário, tal como um braço ou perna. Em particular, qualquer um destes aparelhos pode ser configurado de modo a ser montado no braço de um usuário, tal como no pulso e/ou antebraço do usuário. Especificamente, os aparelhos descritos no presente documento podem ser configurados de modo a ser montados no corpo de um usuário (por exemplo, no pulso ou antebraço) de modo que a ferramenta possa rolar em torno de um eixo de rolamento que se estende através do (por exemplo, intersecta) o pul-so, antebraço, e/ou parte superior do braço do usuário. O eixo de rolamento da ferramenta pode ser um eixo da ferramenta de acesso mínimo. Por exemplo, a ferramenta de acesso mínimo pode incluir um eixo de ferramenta, que pode corresponder a um eixo comprido (por exemplo, distal para proximal) de um elemento alongado, tal como um eixo de ferramenta, que se estende a partir do resto da estrutura. O eixo de ferramenta é tipicamente linear, mas pode ser curvado ou dobrado. O eixo de ferramenta tipicamente se estende da extremidade distal do eixo de ferramenta para uma região proximal.

[0017] Qualquer um dos aparelhos descritos no presente docu mento pode ser uma ferramenta de acesso mínimo configurada de modo a girar em torno de um eixo de ferramenta quando montada no corpo de um usuário (por exemplo, braço). Tais aparelhos podem me- lhorar a manipulação da ferramenta ao operar um operador terminal distal na extremidade distal do eixo de ferramenta. Assim, a rotação no braço do usuário pode ser transferida para um rolamento em torno do eixo de ferramenta, permitindo um rolamento no operador terminal distal sem varrer o eixo de ferramenta. Para fins de conveniência, o termo aparelho pode se referir a um dispositivo, um sistema, ou uma ferramenta. Os termos "ferramenta", "instrumento" e "dispositivo" podem ser usados indiferentemente no presente pedido.

[0018] Por exemplo, são descritas no presente documento ferra mentas de acesso mínimo que geralmente incluem: uma estrutura com um eixo de ferramenta alongado, o eixo de ferramenta alongado tendo um eixo de ferramenta; um punho configurado de modo a se fixar ao pulso ou antebraço de um usuário; e uma junta de acoplamento entre o punho e a estrutura de modo que exista um grau de liberdade rotaci- onal de rolagem entre o punho e a estrutura em torno do eixo de ferramenta, em que, quando o punho é fixado ao pulso ou antebraço do usuário, o eixo de ferramenta passa através uma região central do pulso do usuário.

[0019] Embora muitas dos conjuntos de fixação ao corpo descritos no presente documento possam permitir a rotação da estrutura com relação ao punho em torno do eixo de ferramenta (por exemplo, rotação de rolamento), alguns poderão girar apenas no passo, na guinada ou no passo e guinada, ou poderão não permitir rolamento.

[0020] Exemplos de estruturas são descritos no presente docu mento. Uma estrutura pode ser geralmente uma estrutura rígida à qual outras estruturas são fixadas e suportadas. Outras estruturas podem incluir controles (por exemplo, manípulos, etc.), transmissões (por exemplo, cabos, polias, codificadores, fiação, etc.), atuadores, operadores terminais (por exemplo, grampo, pinça, chave de fenda, passador de fio de sutura, etc.), ou coisa do gênero. A estrutura pode ser feita de um material metálico, polimérico, ou outro material, e pode ser relativamente leve. Em geral, as estruturas descritas no presente documento incluem um eixo de ferramenta alongado. O eixo de ferramenta, e, na verdade, qualquer região da estrutura, poderá ser oca ou poderá conter, proteger e/ou suportar outros componentes. A estrutura pode ser tal que a sua forma e geometria possam ser ajustadas e potencialmente travadas de acordo com a preferência ou necessidade do usuário.

[0021] Um punho pode geralmente se referir a um suporte ou as sento para um apêndice do usuário. O punho pode ser moldado para receber e reter um braço (por exemplo, o pulso, antebraço, parte superior do braço, etc.) ou perna (por exemplo, o tornozelo, perna inferior, perna superior, etc.). Um punho pode ser tubular ou semi-tubular, incluindo em forma de C (por exemplo, tendo um perfil em forma de C). Um punho pode ser configurado de modo a se conformar à porção da anatomia do usuário à qual o mesmo será fixado. O punho pode incluir uma região de assento interna para a fixação da parte do corpo. O punho pode ser rígido, macio, flexível ou elástico. Um punho pode compreender uma tira flexível acoplada à estrutura. O punho pode ser uma parte separada ou separável (por exemplo, removível) do aparelho, ou pode ser integrado em, ou fazer parte de, uma outra porção dos aparelhos descritos no presente documento, incluindo a junta de acoplamento. Exemplos de punhos separados ou integrais são descritos em mais detalhe no presente documento.

[0022] Uma junta de acoplamento geralmente se refere a um ele mento para a conexão de peças de máquinas, formando uma junta entre dois corpos rígidos, por exemplo, tal como a estrutura e o punho. Tal como será descrito em maior detalhe abaixo, uma junta de acoplamento pode ser juntas de acoplamento que podem ser usadas de modo a prover um ou mais grau de liberdade de movimento entre as estruturas a serem acopladas. Por exemplo, uma junta de acoplamento pode incluir um elemento de articulação Cardan, um mancal (por exemplo, um mancal deslizante, tal como um trenó, bucha, mancal de pivô, mancal de luva, mancal de rifle; mancal de elemento de rolamento, tal como mancais de esferas e de cilindros; mancais de jóia, mancais de fluidos; mancais magnéticos; e mancais de flexão), etc.

[0023] De um modo geral, as ferramentas de acesso mínimo nas quais o punho e a estrutura são acoplados por meio de uma junta de acoplamento (por exemplo, um mancal, tal como um mancal deslizante ou mancal de elemento de rolamento), a junta de acoplamento poderá permitir rotação em torno do eixo de ferramenta (assim, o eixo de ferramenta é o eixo de rolamento) e o aparelho pode ser configurado de modo que o eixo de ferramenta sempre se estenda através da região do punho onde o braço de um usuário (ou outra parte do corpo, tal como o pulso ou antebraço do usuário) ficará preso. Assim, mesmo quando o braço do usuário é preso no punho e o aparelho é enrolado em torno do eixo de ferramenta, o eixo de ferramenta (eixo de rolamento) passa pelo punho e por uma região do corpo do usuário, tal como seu pulso ou o antebraço preso dentro do punho. Esses aparelhos são, portanto, configurados de modo que o grau de liberdade (DoF) de rolagem entre o local de fixação no aparelho, tal como um punho, e a estrutura seja específico, tal como no caso em que a orientação do eixo de rolamento intersecta a mesma porção do corpo preso dentro do punho.

[0024] Em qualquer um destes aparelhos, além de um grau de li berdade (DoF) de rolamento entre o punho e a estrutura, graus de liberdade adicionais podem ser incluídos entre o punho e a estrutura, incluindo outros graus DoF rotacionais, tais como passo e guinada. Por exemplo, as ferramentas de acesso mínimo, tais como descritas no presente documento podem incluir: uma estrutura com um eixo de ferramenta alongado estendido a partir da mesma, o eixo de ferramenta alongado tendo um eixo de ferramenta; um punho configurado de modo a se fixar ao pulso ou antebraço de um usuário de modo que o punho se movimente com o pulso ou antebraço do usuário; e uma junta de acoplamento que acopla o punho à estrutura de modo que haja um grau de liberdade rotacional de rolagem entre o punho e a estrutura em torno do eixo de ferramenta, em que o punho e a estrutura são ainda rotativamente acoplados através da primeira junta de acoplamento ou de uma segunda junta de acoplamento de modo que exista um grau de liberdade rotacional de passo ou guinada entre o punho e a estrutura em torno de um segundo eixo, em que ainda, quando o punho é fixado ao pulso ou antebraço do usuário, o eixo de ferramenta passa por uma região central do pulso do usuário. Em geral, as ferramentas de acesso mínimo descritas no presente documento podem também ser referidas como ferramenta de acesso remoto, quando as mesmas podem ser usadas para atuar sobre um objeto que fica afastado do usuário na extremidade de um eixo de ferramenta. Embora a maior parte dos aparelhos descritos no presente documento sejam instrumentos cirúrgicos, os mesmos não estão limitados a tais; e poderão ser usados para aplicações não cirúrgicas, incluindo aplicações industriais, uso doméstico, ou coisa do gênero, nas quais é desejada a operação remota de um operador terminal através de um eixo de ferramenta alongado.

[0025] Assim, em qualquer destes aparelhos, o aparelho pode ser configurado de modo que o eixo de rotação para cada um dos graus de liberdade rotacional adicionais passe também através do mesmo ponto dentro de uma região do punho de modo que o ponto de interseção para estes eixos de rotação se cruze dentro da parte do corpo do usuário (por exemplo, o pulso e/ou antebraço) no mesmo local geral quando a parte do corpo é mantida dentro do punho.

[0026] Em qualquer um dos aparelhos descritos no presente do cumento nos quais uma junta de acoplamento entre a estrutura e o punho é configurada de modo a permitir rolagem, o aparelho pode ser configurado de modo a permitir uma rotação de rolagem contínua da estrutura com relação ao pulso ou antebraço do usuário. Assim, por exemplo, a mão do usuário que se estende a partir do punho pode ser usada para enrolar a estrutura com relação ao punho em torno do eixo de rolamento (por exemplo, da ferramenta) continuamente tanto em uma rotação no sentido horário e/ou no sentido anti- horário, permitindo a rotação contínua de um operador terminal na extremidade distal do eixo de ferramenta sem varrer a extremidade distal do eixo de ferramenta. Neste exemplo, a mão do usuário direciona a rotação de rolamento (por exemplo, por meio de um movimento espiral do polegar/dedos ou um movimento de rolamento da palma da mão) do dispositivo como um todo por meio de um maní- pulo que é conectado à estrutura através de uma junta de entrada. A junta de entrada pode ter um ou mais graus de liberdade (entre o manípulo e a estrutura), mas restringe (e, portanto, transmite) o rolamento do manípulo para a estrutura. Assim, o rolamento do dispositivo (isto é, a estrutura e o eixo de ferramenta em torno do eixo de rolamento (por exemplo, da ferramenta) poderá ser feito diretamente, em vez de indiretamente através de uma transmissão mecânica ou transmissão eletromecânica.

[0027] Em qualquer um destes aparelhos, a junta de acoplamento pode compreender um ou mais mancais (por exemplo, um mancal deslizante configurado como um trenó ou um mancal de elemento de rolamento) configurado de modo a deslizar e/ou rolar de modo a prover o grau de liberdade rotacional de rolamento. Quando a junta de acoplamento é um mancal, tal como um mancal deslizante ou um elemento de rolamento, o mancal poderá deslizar ou rolar em uma faixa. A faixa pode ser feita sobre o punho, a estrutura, ou sobre um outro elemento (por exemplo, uma articulação Cardan). Por exemplo, o um ou mais mancais pode compreender um mancal deslizante configurado como um trenó.

[0028] Em qualquer uma das variantes descritas no presente do cumento, a ferramenta, e em particular, mas não se limitando ao punho, pode incluir uma fixação configurada de modo a prender parte do corpo do usuário (por exemplo, o pulso, antebraço ou parte superior do braço do usuário) dentro do punho. A fixação pode ajudar a prender a parte do corpo do usuário no punho de modo que o punho se movimente com a parte do corpo do usuário. Em algumas variações, uma fixação separada adicional não é necessária; por exemplo, o punho pode ser feito de um material de tal modo que o mesmo se prenda confortavelmente em torno da parte do corpo, sem necessidade de uma estrutura adicional. Em algumas variações, a fixação faz parte do punho ou é integral com o punho. Em algumas variações, a fixação é presa no punho (por exemplo, para fechar o mesmo em torno da parte do corpo). Por exemplo, um punho pode incluir uma fixação configurada de modo a manter o pulso ou antebraço do usuário dentro do punho, e a fixação pode incluir pelo menos um dentre: uma alça, um encaixe, uma correia, um elástico, um conector de fecho e gancho, um laço, ou um grampo.

[0029] Qualquer um dos aparelhos descritos no presente docu mento pode incluir um controle, tal como um manípulo que pode ser manipulado por uma porção do corpo do usuário distal do local de fixação do punho. Por exemplo, um aparelho pode incluir um manípulo acoplado à estrutura por meio de uma junta de entrada com pelo menos um grau de liberdade (por exemplo, com dois ou mais graus de liberdade). O manípulo pode ser acoplado à estrutura por meio de uma junta de entrada cinemática paralela com pelo menos dois graus de liberdade, tais como uma junta de entrada cinemática paralela com pelo menos dois graus de liberdade rotacional, em que a junta de entrada cinemática paralela restringe o rolamento de modo que o rolamento seja transmitido do manípulo para a estrutura. Em geral, qualquer mecanismo adequado de entrada ou de controle poderá ser usado, tal como um manípulo, um pedal, etc., flexível com uma entrada de movimento (por exemplo, a junta de entrada) e uma transmissão (por exemplo, uma transmissão a cabo) de modo a transmitir a entrada de movimento do controle para um operador terminal.

[0030] Por exemplo, uma junta de entrada cinemática paralela tendo dois graus de liberdade pode incluir: pelo menos dois caminhos independentes para a transmissão de um movimento, acoplando o manípulo à estrutura de ferramenta, em que os pelo menos dois caminhos independentes compreendem um primeiro caminho e um segundo caminho; um primeiro corpo intermediário no primeiro caminho conectado à estrutura da ferramenta por meio de um primeiro conector e ao manípulo por meio de um terceiro conector; e um segundo corpo intermediário no segundo caminho conectado à estrutura por meio de um segundo conector e ao manípulo por meio de um quarto conector; em que o primeiro conector e o quarto conector permitem uma rotação em uma primeira direção rotacional e impedem uma rotação em uma segunda direção rotacional; em que ainda o segundo e o terceiro conectores permitem uma rotação na segunda direção rotacional e impedem a rotação na primeira direção rotacional.

[0031] Neste exemplo, descrito em mais detalhe no Pedido de Pa tente dos Estados Unidos N. 15/054.068, depositado em 25 de fevereiro de 2016, intitulado "PARALLEL KINEMATIC MECHANISMS WITH DECOUPLED ROTATIONAL MOTIONS" (previamente incorporado a título de referência em sua totalidade), uma junta (por exemplo, uma junta de acoplamento, um conector, etc.) que restringe um grau de li- berdade de movimento (por exemplo, de rolamento, de passo, de guinada) transmite esse movimento entre os corpos rígidos que a mesma liga. Assim, por exemplo, qualquer um destes aparelhos pode incluir um manípulo acoplado à estrutura por meio de uma junta de entrada com pelo menos um grau de liberdade rotacional, em que a junta de entrada restringe a rotação de rolamento, de modo que o rolamento seja transmitido do punho para a estrutura.

[0032] Qualquer um destes dispositivos pode incluir um operador terminal acoplado à estrutura por meio de uma junta de saída. A junta de saída pode ser uma junta de saída flexível, como uma cobra. Por exemplo, a saída pode compreender discos flexíveis fixados de uma forma tal que a direção de flexão de cada elemento se alterne. Esta junta de saída pode ser atuada, empurrando ou puxando os discos, causando a expansão e a contração dos seus lados. Assim, o movimento da junta de entrada pode ser transmitido para a junta de saída por meio de uma transmissão, tal como uma transmissão mecânica (por exemplo, uma transmissão a cabo). Em alternativa, a junta de saída pode compreender uma série de elos ou discos conectados em série com eixos de rotação alternados.

[0033] Em adição a uma junta de acoplamento de rolagem-rotação (por exemplo, um mancal) adaptada de modo a prover uma rotação de rolamento em torno do eixo de ferramenta, uma ou mais juntas de acoplamento adicionais entre o punho e a estrutura podem ser configuradas de modo que exista um grau de liberdade rotacional entre o punho e a estrutura em torno de um segundo eixo. O grau de liberdade rotacional adicional pode ser de passo, de guinada, ou de passo e guinada. Por exemplo, a junta de acoplamento pode também ser rotativamente acoplada de modo que haja um grau de liberdade rotacional de passo ou guinada entre o punho e a estrutura em torno de um se-gundo eixo. Tal como mencionado acima, o segundo (ou, em alguns casos, o terceiro) eixo de rotação poderá intersectar o eixo de ferramenta (eixo de rolamento) dentro de uma parte do corpo do usuário presa dentro do punho.

[0034] Em qualquer um dos aparelhos descritos no presente do cumento, a mesma junta de acoplamento pode ser configurada de modo a prover mais de um grau de liberdade rotacional e/ou translaci- onal. Por exemplo, a mesma junta de acoplamento pode ser configurada como uma junta de articulação Cardan (por exemplo, girando em torno de um eixo fixo) e como um mancal (por exemplo, um mancal deslizante, tal como um trenó), de modo a prover rolamento. Em alternativa ou adicionalmente, uma segunda ou terceira (ou mais) junta de acoplamento pode ser incluída provendo graus de liberdade adicionais entre o punho e a estrutura. Em qualquer um destes casos, as juntas de acoplamento podem ser aninhadas, ou dispostas sequencialmente, de modo que, quando a junta de acoplamento se acopla entre a estrutura e o punho, os mesmos ficam indiretamente acoplados a uma ou ambas a estrutura e o punho. Por exemplo, uma primeira junta de acoplamento pode ser acoplada diretamente à estrutura e indiretamente ao punho por meio de uma segunda junta de acoplamento, enquanto que a segunda junta de acoplamento poderá ser acoplada indiretamente à estrutura por meio da primeira junta de acoplamento e diretamente ao punho. Deve-se lembrar também que, em algumas variações, o punho faz parte integrante de uma das juntas de acoplamento, de modo que o punho possa fazer parte da própria junta de acoplamento.

[0035] Por exemplo, uma ferramenta configurada para rotação de rolamento em torno do eixo de ferramenta pode incluir um segunda junta de acoplamento entre o punho e a estrutura de modo que exista um grau de liberdade rotacional de passo entre o punho e a estrutura em torno de um segundo eixo, e a ferramenta pode compreender ain- da uma terceira junta de acoplamento entre o punho e a estrutura de modo que exista um grau de liberdade rotacional de guinada entre o punho e a estrutura em torno de um terceiro eixo, em que a junta de acoplamento, a segunda junta de acoplamento e a terceira junta de acoplamento ficam conectadas em série entre o punho e a estrutura. As juntas de acoplamento podem ser conectadas em série em qualquer ordem.

[0036] Em um outro exemplo, uma ferramenta configurada para rotação de rolamento em torno do eixo de ferramenta pode incluir uma segunda junta de acoplamento entre o punho e a estrutura de modo que exista um grau de liberdade rotacional de passo entre o punho e a estrutura em torno de um segundo eixo, e ainda que a junta de acoplamento fique também rotativamente acoplada de modo que exista um grau de liberdade rotacional de guinada entre o punho e a estrutura em torno de um terceiro eixo, em que a junta de acoplamento e a segunda junta de acoplamento ficam conectadas em série entre o punho e a estrutura.

[0037] Um outro exemplo de um aparelho configurado para rota ção de rolamento em torno do eixo de ferramenta pode incluir uma segunda junta de acoplamento entre o punho e a estrutura de modo que exista um grau de liberdade rotacional de passo entre o punho e a estrutura em torno de um segundo eixo, a ferramenta compreendendo ainda uma terceira junta de acoplamento entre o punho e a estrutura de modo que exista um grau de liberdade rotacional de guinada entre o punho e a estrutura em torno de um terceiro eixo, em que o segundo eixo e o terceiro eixo intersectam o eixo de ferramenta na região central do pulso do usuário quando o punho é fixado ao pulso ou antebraço do usuário.

[0038] Qualquer uma das juntas de acoplamento descritas no pre sente documento pode ser mais especificamente configurada como suspensões tipo articulação Cardan (por exemplo, como parte de uma articulação Cardan). Tal como usado no presente documento, a articulação Cardan se refere a cada uma das montagens pivotantes que podem formar um conjunto de articulação Cardan. A articulação Cardan pode incluir uma estrutura do tipo articulação Cardan que se estende completamente em torno de uma região central ou de uma parte in-termediária (por exemplo, uma metade) em torno de uma região central. A estrutura de articulação Cardan pode ser, mas não necessariamente, um anel ou arco. Cada articulação Cardan pode incluir um ponto de pivô que se estende a partir da estrutura de articulação Cardan (ou a estrutura pode receber um dentre um par de pontos de pivô); quando um par de pontos de pivô (por exemplo, pinos de pivô ou orifícios para receber pinos de pivô) é incluído e separado 180 graus em torno da região central. Um conjunto de articulação Cardan pode incluir múltiplas articulações Cardan dispostos (tipicamente, embora não necessariamente, de modo que seus respectivos eixos de rotação se desloquem 90 graus um do outro).

[0039] Por exemplo, um aparelho (por exemplo, uma ferramenta) configurado para rotação de rolamento em torno do eixo de ferramenta de um braço de ferramenta pode incluir ainda uma segunda junta de acoplamento entre o punho e a estrutura na qual a segunda junta de acoplamento é configurada como uma primeira articulação Cardan rotativamente acoplada à estrutura de modo a prover rotação de passo ou guinada em torno de um segundo eixo, em que o segundo eixo in- tersecta o eixo de ferramenta na região central do pulso do usuário quando o punho é fixado ao pulso ou antebraço do usuário. Em algumas variações, um aparelho pode incluir uma segunda junta de acoplamento entre o punho e a estrutura, a segunda junta de acoplamento compreendendo uma primeira articulação Cardan rotativamente acoplada entre o punho e a estrutura de modo a prover rotação de passo em torno de um segundo eixo, e uma terceira junta de acoplamento entre o punho e a estrutura, a terceira junta de acoplamento compreendendo uma segunda articulação Cardan rotativamente acoplada entre o punho e a estrutura de modo a prover rotação de guinada em torno de um terceiro eixo, em que o segundo eixo e o terceiro eixo inter- sectam o eixo de ferramenta na região central do pulso do usuário quando o punho é fixado ao pulso ou antebraço do usuário.

[0040] São também descritas no presente documento ferramentas de acesso mínimo montadas no pulso ou antebraço de um usuário de modo que a ferramenta possa rolar em torno de um eixo de rolamento que intersecta o (por exemplo, se estende através do) pulso ou antebraço do usuário. Por exemplo, uma ferramenta pode incluir: uma estrutura que compreende um eixo de ferramenta alongado tendo um eixo de ferramenta; um punho configurado de modo a se fixar ao pulso ou antebraço do usuário; uma primeira articulação Cardan rotativamente acoplada entre a estrutura e o punho de modo que haja um primeiro grau de liberdade rotacional entre a estrutura e o punho em torno de um primeiro eixo; um mancal entre a estrutura e o punho configurado de modo a deslizar com relação à estrutura ou à primeira articulação Cardan de modo que exista um grau de liberdade rotacional de rolagem entre a estrutura e o punho em torno do eixo de ferramenta, em que, quando o punho é fixado ao pulso ou antebraço do usuário, o eixo de ferramenta e o segundo eixo se intersectam dentro do pulso ou antebraço do usuário.

[0041] Uma ferramenta de acesso mínimo montada no pulso ou antebraço de um usuário de modo que a ferramenta possa rolar em torno de um eixo de rolamento que intersecta o pulso ou antebraço do usuário pode incluir: uma estrutura que compreende um eixo de ferramenta alongado tendo um eixo de ferramenta; um punho tendo uma passagem através do mesmo configurada de modo a prender o pulso ou antebraço do usuário; uma primeira articulação Cardan rotativamente acoplada entre a estrutura e o punho de modo que haja um primeiro grau de liberdade rotacional entre a estrutura e o punho em torno de um primeiro eixo; um mancal entre a estrutura e o punho configurado de modo a deslizar de forma que exista um grau de liberdade rotacional de rolagem entre a estrutura e o punho em torno do eixo de ferramenta, em que, quando o punho é fixado ao pulso ou antebraço do usuário, o eixo de ferramenta e o primeiro eixo se intersectam dentro da passagem através do punho; e uma fixação configurada de modo a prender o pulso ou antebraço do usuário no punho de modo que o punho se movimente com o pulso ou antebraço do usuário.

[0042] Uma ferramenta de acesso mínimo montada no pulso ou antebraço de um usuário de modo que a ferramenta possa rolar em torno de um eixo de rotação de rolamento que se estende através do pulso ou antebraço do usuário, a ferramenta compreendendo: uma estrutura com um eixo de ferramenta alongado tendo um eixo de ferramenta; um punho configurado de modo a se fixar ao pulso ou antebraço do usuário; uma primeira articulação Cardan rotativamente acoplada entre o punho e a estrutura de modo que exista um grau de liberdade rotacional de passo entre a estrutura e o punho em torno de um primeiro eixo; uma segunda articulação Cardan rotativamente acoplada entre o punho e a estrutura de modo que exista um grau de liberdade rotacional de guinada entre a estrutura e o punho em torno de um segundo eixo; um mancal entre o punho e a estrutura configurado de modo a deslizar de forma que exista um grau de liberdade rotacio- nal de rolagem entre a estrutura e o punho em torno do eixo de ferramenta, em que, quando o punho é fixado ao pulso ou antebraço do usuário, o eixo de ferramenta, o primeiro eixo e o segundo eixo se in- tersectam em um ponto dentro do pulso ou antebraço do usuário; e uma fixação configurada de modo a prender o pulso ou antebraço do usuário no punho de modo que a mão do usuário se estenda através da primeira articulação Cardan e da segunda articulação Cardan, e o punho se movimente com o pulso ou antebraço do usuário.

[0043] Tal como mencionado acima, e, em particular, para as fer ramentas de acesso mínimo montadas no pulso ou antebraço de um usuário de modo que a ferramenta possa rolar sobre um eixo de rolamento que intersecta o pulso ou antebraço do usuário e incluir um ou mais graus de liberdade adicionais, quando múltiplas juntas de acoplamento são usadas, por exemplo, mancais e/ou suspensões do tipo Cardan, as juntas de acoplamento podem ser conectadas em série em qualquer ordem. Por exemplo, a primeira articulação Cardan e o man- cal podem ser conectados em série entre o punho e a estrutura. Na variação tendo um mancal e duas suspensões tipo Cardan, a primeira articulação Cardan, a segunda articulação Cardan e o mancal poderão ser conectados em série entre o punho e a estrutura em qualquer or-dem. Por exemplo, a primeira articulação Cardan pode ser rotativamente acoplada à estrutura e o mancal pode ser deslizavelmente acoplado à primeira articulação Cardan. O mancal pode ser deslizavel- mente acoplado à estrutura e a primeira articulação Cardan rotativamente acoplada ao mancal.

[0044] Em algumas variações, a ferramenta inclui ainda uma se gunda articulação Cardan rotativamente acoplada entre a estrutura e o punho de modo que exista um segundo grau de liberdade rotacional entre a estrutura e o punho em torno de um segundo eixo, em que, quando o punho é fixado ao pulso ou antebraço do usuário, o eixo de ferramenta, o primeiro eixo e o segundo eixo se intersectam em um ponto dentro do pulso ou antebraço do usuário.

[0045] Como já mencionado, o punho pode fazer parte da primeira articulação Cardan. Em qualquer um dos aparelhos descritos no presente documento, o punho pode ser configurado de modo a se fixar de forma removível dentro da primeira articulação Cardan. Em alternativa ou adicionalmente, a primeira articulação Cardan pode ser configurada de modo a remover a fixação à ferramenta. Isto pode permitir que o punho seja fixado ao braço e em seguida conectado à ferramenta, ou que o braço seja fixado ao punho a ser removido da ferramenta antes de remover o braço do punho, tal como será descrito em maior detalhe abaixo.

[0046] Em qualquer um dos aparelhos descritos no presente do cumento, o mancal pode fazer parte da primeira articulação Cardan. O mancal pode ser configurado de modo a permitir uma rotação de rolagem contínua da estrutura com relação ao pulso ou antebraço do usuário. O mancal pode ser um mancal deslizante configurado como um trenó estendido em anel em torno do punho ou um elemento de rolamento que se estende em um anel no punho.

[0047] Também são descritos no presente documento métodos de uso de qualquer um dos aparelhos acima descritos. Por exemplo, são descritos no presente documento métodos de operação de uma ferramenta de acesso mínimo, em que a ferramenta de acesso mínimo inclui uma estrutura com um eixo de ferramenta alongado tendo um eixo de ferramenta, o método compreendendo as etapas de: prender o antebraço ou pulso de um usuário dentro de um punho de modo que o pulso ou antebraço do usuário se estenda por uma primeira articulação Cardan e fique retido no punho, em que há um grau de liberdade rotacional de rolagem em torno do eixo de ferramenta entre o punho e a estrutura através de um mancal que desliza e em que há um segundo grau de liberdade rotacional entre o punho e a estrutura através da primeira articulação Cardan; alterar um ou ambos dentre um ângulo ou uma posição de rolagem do pulso ou antebraço do usuário com relação ao eixo de ferramenta quando o usuário movimenta o braço do usuário, por meio de um ou ambos dentre: a rotação da primeira articulação Cardan em torno de um segundo eixo de rotação, e o deslizamento do mancal de modo a rolar em torno do eixo de ferramenta, em que o segundo eixo de rotação e o eixo de ferramenta se intersectam em um ponto de interseção dentro do pulso ou antebraço do usuário.

[0048] De um modo geral, durante o uso, o punho pode ser fixado ao antebraço de um usuário enquanto a estrutura provê um ponto de referência estendido para um dispositivo de acesso mínimo ou remoto. Este tipo de disposição pode ser útil nos dispositivos de acesso míni- mo/remoto direcionáveis que se destinam a transferir as entradas de movimento do antebraço, pulso, mão e dedos de um usuário para as correspondentes saídas de movimento de um operador terminal em uma posição remota.

[0049] A etapa de prender o pulso ou antebraço do usuário pode compreender a fixação de antebraço ou pulso do usuário com uma fixação que compreende um ou mais dentre: uma alça, um encaixe, uma correia, um conector de fecho e gancho, um laço ou um grampo.

[0050] Qualquer um destes métodos pode incluir a etapa de aco plar uma região distal do eixo de ferramenta alongado a uma montagem. Em uma aplicação de cirurgia minimamente invasiva, a montagem pode ser um trocarte, uma cânula, ou outro ponto que serve como um fulcro. Por exemplo, o método pode incluir a etapa de acoplar uma região distal do eixo de ferramenta alongado a uma montagem, em que a etapa de alterar um ou ambos o ângulo ou a posição de rolagem do pulso ou antebraço do usuário com relação ao eixo de ferramenta compreende a saída da extremidade distal da região do elemento alongado acoplado à montagem quando um ou ambos dentre o ângulo e a posição de rolagem do pulso ou antebraço do usuário são alterados com relação ao eixo de ferramenta alongado.

[0051] Qualquer um destes métodos pode incluir a etapa de mani- pular um manípulo acoplado ao eixo de ferramenta por meio de uma junta de entrada de modo a articular um operador terminal acoplado a uma extremidade distal do elemento alongado da estrutura de ferramenta por meio de uma junta de saída.

[0052] O método pode incluir a etapa de manipular um manípulo acoplado à estrutura de ferramenta em rotações de passo, de guinada ou de passo e guinada, em que o manípulo é acoplado à estrutura de ferramenta por meio de uma junta de entrada cinemática paralela que transmite uma rotação de passo e guinada através das correspondentes rotações de uma junta de saída que compreende uma junta de operador terminal de múltiplas articulações.

[0053] Também são descritas no presente documento ferramentas de acesso mínimo que incluem uma fixação de antebraço a uma estrutura de modo a prover uma rotação de passo e de guinada que pode, opcionalmente, incluir rolamento (por exemplo, rolamento em torno do eixo de ferramenta).

[0054] Por exemplo, é descrita no presente documento uma ferra menta de acesso mínimo compreendendo: uma estrutura com um eixo de ferramenta alongado, o eixo de ferramenta alongado tendo um eixo de ferramenta; um punho configurado de modo a se fixar ao pulso ou antebraço de um usuário; uma junta de acoplamento acoplada entre o punho e a estrutura de modo que haja um primeiro grau de liberdade rotacional entre o punho e a estrutura em torno de um primeiro eixo; em que, quando o punho é fixado ao pulso ou antebraço do usuário, o primeiro eixo passa por uma região central do pulso ou antebraço do usuário, e em que ainda o eixo de ferramenta intersecta o primeiro eixo na região central do pulso ou antebraço do usuário; e uma fixação configurada de modo a prender o pulso ou antebraço do usuário no punho de modo que a mão do usuário se estenda para fora do punho e de modo que o punho se movimente com o antebraço do usuário. Em geral, qualquer destes aparelhos pode ser configurado de modo que os vários eixos de rotação (por exemplo, um primeiro eixo de rotação e um segundo eixo de rotação) se intersectem em um ponto dentro do pulso ou braço do usuário, quando o pulso ou braço do usuário se mantém no punho. Em qualquer uma destas variantes, o primeiro, segundo, ou terceiro eixos podem ser um eixo de passo ou um eixo de guinada.

[0055] Uma ferramenta de acesso mínimo para montagem no pul so ou antebraço de um usuário pode incluir: uma estrutura com um eixo de ferramenta alongado, o eixo de ferramenta alongado tendo um eixo de ferramenta; um punho configurado de modo a prender o pulso ou antebraço do usuário no mesmo; uma primeira junta de acoplamento entre o punho e a estrutura, em que a primeira junta de acoplamento é configurada de modo a girar em torno de um primeiro eixo; uma segunda junta de acoplamento entre o punho e a estrutura, em que a segunda junta de acoplamento é configurada de modo a girar em torno de um segundo eixo, em que o primeiro eixo e o segundo eixo se in- tersectam em um ponto de interseção; e uma fixação configurada de modo a prender o pulso ou antebraço do usuário no punho de modo que a mão do usuário se estenda através do punho e o punho se mo-vimente com o pulso ou antebraço do usuário e em que ainda o ponto de interseção fica dentro do pulso ou antebraço do usuário. O aparelho pode incluir uma terceira junta de acoplamento acoplada entre o punho e a estrutura, em que a terceira junta de acoplamento é configurada de modo a girar em torno de um terceiro eixo. Em qualquer uma destas variantes, o primeiro eixo pode ser o eixo de ferramenta.

[0056] Uma ferramenta de acesso mínimo para montagem no braço de um usuário pode incluir: uma estrutura com um eixo de ferramenta alongado; um punho configurado de modo a se fixar ao pulso ou antebraço do usuário; uma junta de acoplamento entre o punho e a estrutura que provê pelo menos um movimento rotacional ou de translação entre o punho e a estrutura; um manípulo configurado de modo a receber a mão do usuário, o manípulo sendo conectado à estrutura por meio de uma junta de entrada, em que a junta de entrada é uma junta de entrada cinemática paralela que provê pelo menos um grau de liberdade; um operador terminal conectado ao eixo de ferramenta por meio de uma junta de saída; e um sistema de transmissão para transmitir o pelo menos um grau de liberdade da junta de entrada para um correspondente pelo menos um grau de liberdade da junta de saída.

[0057] Qualquer um desses aparelhos (por exemplo, ferramentas) pode ser configurado de tal modo que a primeira junta de acoplamento compreenda um mancal configurado de modo a deslizar de forma que exista um grau de liberdade rotacional de rolagem entre a estrutura e o punho em torno do eixo de ferramenta. Em algumas variações, a primeira junta de acoplamento compreende uma primeira articulação Cardan rotativamente acoplada entre o punho e a estrutura de modo que haja um primeiro grau de liberdade rotacional entre a estrutura e o punho em torno do primeiro eixo. Por exemplo, a segunda junta de acoplamento pode compreender uma segunda articulação Cardan rotativamente acoplada entre o punho e a estrutura de modo que exista um segundo grau de liberdade rotacional entre a estrutura e o punho em torno do segundo eixo; ou a segunda junta de acoplamento pode compreender um mancal configurado de modo a deslizar de forma que exista um grau de liberdade rotacional de rolagem entre a estrutura e o punho em torno do eixo de ferramenta. A primeira junta de acoplamento pode ser uma primeira articulação Cardan rotativamente acoplada à estrutura, e a segunda junta de acoplamento é uma segunda articulação Cardan rotativamente acoplado à primeira articulação Cardan.

[0058] No presente documento são também descritos métodos de operação de uma ferramenta de acesso mínimo tendo uma estrutura e um eixo de ferramenta que se estende a partir da mesma. Por exemplo, um método pode incluir as etapas de: prender o pulso ou antebraço do usuário dentro de um conjunto de articulação Cardan da ferramenta de acesso mínimo, de modo que o pulso ou antebraço do usuário se estenda através do conjunto de articulação Cardan, e a mão do usuário ultrapasse o conjunto de articulação Cardan e possa se mover independentemente do conjunto de articulação Cardan, em que o conjunto de articulação Cardan compreende uma primeira junta de acoplamento e uma segunda junta de acoplamento, em que a primeira junta de acoplamento é rotativamente acoplada à estrutura de modo a girar em torno de um primeiro eixo, e a segunda junta de acoplamento é rotativamente acoplada à primeira junta de acoplamento de modo a girar em torno de um segundo eixo; alterar o ângulo do pulso ou antebraço do usuário com relação ao eixo de ferramenta ao girar, quando o usuário move o pulso ou antebraço do usuário, uma ou mais dentre: a primeira junta de acoplamento em torno do primeiro eixo e a segunda junta de acoplamento em torno do segundo eixo, em que o primeiro eixo e o segundo eixo se intersectam em um ponto de interseção dentro do pulso ou antebraço do usuário.

[0059] A etapa de prender o pulso ou antebraço do usuário pode compreender a fixação de antebraço ou pulso do usuário com uma fixação que compreende um ou mais dentre: uma alça, um encaixe, uma correia, um conector de fecho e gancho, um laço, ou um grampo.

[0060] Qualquer um desses métodos pode incluir a etapa de aco plar uma região distal do eixo de ferramenta alongado a uma montagem. Por exemplo, qualquer um desses métodos pode incluir a etapa de acoplar uma região distal do eixo de ferramenta alongado a uma montagem, em que a etapa de alterar um ou ambos o ângulo ou a posição de rolagem do pulso ou antebraço do usuário com relação ao eixo de ferramenta compreende a saída da extremidade distal da região do elemento alongado acoplado à montagem quando um ou ambos dentre o ângulo e a posição de rolagem do pulso ou antebraço do usuário são alterados com relação ao eixo de ferramenta alongado.

[0061] O método pode incluir a etapa de manipular um manípulo acoplado ao eixo de ferramenta por meio de uma junta de entrada a fim de atuar ou controlar uma junta de operador terminal acoplado a uma extremidade distal do elemento alongado da estrutura de ferramenta.

[0062] O método pode incluir a etapa de manipular um manípulo acoplado à estrutura de ferramenta em rotações de passo, de guinada ou de passo e guinada, em que o manípulo é acoplado à estrutura de ferramenta por meio de uma junta de entrada cinemática paralela que transmite uma rotação de passo e guinada através a uma junta de saída em um operador terminal. A junta de saída pode ser uma junta de múltiplas articulações que permite articulação.

[0063] São também descritas no presente documento ferramentas de acesso mínimo que incluem ambos os elementos de fixação de corpo acima descritos, uma estrutura com um eixo de ferramenta, e uma junta de saída na extremidade do eixo de ferramenta atuado, por exemplo, por um manípulo acoplado a uma junta de energia cinemática paralela com dois ou mais graus de liberdade. Por exemplo, são descritas no presente documento ferramentas de acesso mínimo compreendendo: uma estrutura com um eixo de ferramenta alongado tendo um eixo de ferramenta; um punho tendo uma passagem através do mesmo configurada de modo a prender um pulso ou antebraço do usuário; uma primeira articulação Cardan entre o punho e a estrutura de modo que exista um grau de liberdade rotacional de passo entre a estrutura e o punho em torno de um primeiro eixo; uma segunda articulação Cardan entre o punho e a estrutura de modo que exista um grau de liberdade rotacional de guinada entre a estrutura e o punho em torno de um segundo eixo; um mancal entre o punho e a estrutura, o mancal sendo configurado de modo a deslizar de forma que exista um grau de liberdade rotacional de rolagem entre o punho e a estrutura em torno do eixo de ferramenta, em que a primeira articulação Cardan, a segunda articulação Cardan e a terceira articulação Cardan ficam conectadas em série entre o punho e a estrutura, e em que ainda o eixo de ferramenta, o primeiro eixo e o segundo eixo se intersectam em um ponto no interior da passagem através do punho; e uma fixação configurada de modo a prender o pulso ou antebraço do usuário no punho de modo que a mão do usuário se estenda através da pri-meira articulação Cardan e da segunda articulação Cardan, e o punho se movimente com o pulso ou antebraço do usuário; um manípulo acoplado à estrutura por meio de uma junta de entrada com dois ou mais graus de liberdade; e um operador terminal conectado ao eixo de ferramenta por meio de uma junta de saída; e um sistema de transmissão para transmitir o pelo menos um grau de liberdade da junta de entrada para um correspondente um ou mais graus de liberdade da junta de saída.

[0064] Como mencionado acima, em quaisquer destes aparelhos, incluindo a ferramenta acima descrita, a primeira articulação Cardan pode ser encaixada dentro da segunda articulação Cardan. O punho pode ser integral com a primeira articulação Cardan.

[0065] Em qualquer uma destas variações, a junta de entrada po de compreender uma junta de entrada cinemática paralela, a junta de entrada cinemática paralela incluindo: pelo menos dois caminhos independentes para a transmissão de um movimento, acoplando o ma- nípulo à estrutura de ferramenta, em que os pelo menos dois caminhos independentes compreendem um primeiro caminho e um segundo caminho; um primeiro corpo intermediário no primeiro caminho co- nectado à estrutura da ferramenta por meio de um primeiro conector e ao manípulo por meio de um terceiro conector; e um segundo corpo intermediário no segundo caminho conectado à estrutura por meio de um segundo conector e ao manípulo por meio de um quarto conector; em que o primeiro conector e o quarto conector permitem uma rotação em uma primeira direção rotacional e impedem uma rotação em uma segunda direção rotacional; em que ainda os segundo e terceiro conectores permitem uma rotação na segunda direção rotacional e impedem uma rotação na primeira direção rotacional.

[0066] O punho pode ficar dentro de um canal através da primeira articulação Cardan; em alternativa ou adicionalmente, o punho pode ser formado a partir da (por exemplo, integral com a) primeira articulação Cardan. O punho pode ser configurado de modo a se fixar de forma removível dentro da primeira articulação Cardan. A ferramenta da reivindicação 1, na qual o mancal pode ser configurado de modo a permitir uma rotação de rolagem contínua da estrutura com relação ao pulso ou antebraço do usuário. Por exemplo, o mancal pode ser um trenó deslizante dentro de uma faixa em torno do punho. A primeira articulação Cardan pode ser configurada de modo a se fixar de maneira removível à ferramenta.

[0067] Em geral, qualquer um dos aparelhos descritos no presente documento pode, vantajosamente, incluir um punho (que pode fazer parte de uma junta de acoplamento, tal como uma articulação Cardan) que pode ser acoplado de maneira removível dentro e fora da ferramenta. Tal como brevemente mencionado acima, isto pode permitir ao usuário fixar facilmente o punho ao seu corpo (por exemplo, ao seu pulso e/ou antebraço) e, em seguida, fixar o mesmo à ferramenta, por exemplo, por encaixe de pressão na ferramenta, de modo que a mesma possa, em seguida, operar tal como descrito e ilustrado no presente documento. De maneira similar, a fim de remover a ferramenta (ou alternar entre ferra- mentas com diferentes conectores terminais, por exemplo), o usuário poderá desacoplar o punho (e/ou uma junta de acoplamento incluindo o punho) da ferramenta. Essas modalidades podem ser incorporadas em qualquer um dos aparelhos descritos no presente documento, mas poderão ser particularmente eficazes nas variações que incluem suspensões do tipo Cardan como uma ou mais das juntas de acoplamento, especialmente quando o punho é formado a partir de uma das juntas de entrada (por exemplo, articulações Cardan).

[0068] Por exemplo, um dispositivo de fixação de antebraço para uma ferramenta de acesso mínimo pode incluir: uma estrutura com um eixo de ferramenta alongado tendo um eixo de ferramenta; uma articulação Cardan externa rotativamente acoplada à estrutura, e uma articulação Cardan interna rotativamente acoplada ou acoplável à articulação Cardan externa, em que a articulação Cardan interna, quando acoplada à articulação Cardan externa, é configurada de modo a girar em torno de um primeiro eixo de rotação contendo a pelo menos uma fixação liberável que acopla a articulação Cardan interna à articulação Cardan externa, e em que a articulação Cardan externa é configurada de modo a girar em torno de um segundo eixo de rotação, e em que o primeiro eixo de rotação e o segundo eixo de rotação se intersectam em um ponto de interseção; um punho dentro da articulação Cardan interna configurado de modo a prender o braço de um usuário no mesmo de modo que o ponto de interseção fique dentro do braço do usuário; e uma fixação configurada de modo a prender o braço do usuário no punho de modo que o punho se movimente com o braço do usuário.

[0069] O acoplamento liberável pode ser qualquer fixação liberável apropriada, mas, em particular, pode ser configurado de modo a prover um feedback tátil e/ou audível quando do acoplamento/desacopla- mento. Por exemplo, a articulação Cardan interna pode ser configura- da de modo a se encaixar de maneira removível na articulação Cardan externa.

[0070] A articulação Cardan interna pode compreender pelo me nos uma saliência (por exemplo, pino, também referido como um pino de pivô) que se estende a partir da articulação Cardan interna e é configurado de modo a se encaixar de maneira liberável na articulação Cardan externa. Em alternativa ou adicionalmente, a articulação Cardan interna pode compreender pelo menos um receptor de saliência sobre uma superfície externa da articulação Cardan interna configurado de modo a receber e se encaixar de maneira liberável em uma saliência (por exemplo, pino) da articulação Cardan externa. A articulação Cardan interna pode compreender pelo menos uma saliência (por exemplo, pino) ou receptor de saliência sobre uma superfície externa da articulação Cardan interna configurado de modo a se encaixar em uma saliência ou receptor de saliência sobre a articulação Cardan externa, em que a pelo menos uma saliência ou receptor de saliência ficam no primeiro eixo de rotação.

[0071] O punho e/ou a junta de acoplamento (por exemplo, articu lação Cardan) que prende o punho pode ser configurado de modo a incluir uma liberação da ferramenta. Por exemplo, quando o punho faz parte da articulação Cardan interna acoplado de maneira removível à articulação Cardan externa e/ou à estrutura, a articulação Cardan interna poderá ser configurada de modo a ser comprimida no sentido de se desacoplar da articulação Cardan externa. Em alternativa ou adicionalmente, um controle de liberação (botão, chave, desli- zador, etc.) pode ser incluído. Quando a articulação Cardan é fixada por um ou dois pinos de pivô, por exemplo, um dos pinos de pivô ou ambos poderão ser carregados a mola.

[0072] Em qualquer um dos aparelhos descritos no presente do cumento, o aparelho pode incluir uma luva em adição ao punho. A luva pode se acoplar no punho e pode ser aplicada pelo usuário antes do acoplamento ao punho a fim de aumentar o conforto e/ou encaixe. Por exemplo, o aparelho pode incluir uma luva configurada de modo a se fixar rigidamente dentro de uma abertura formada pela articulação Cardan interna (por exemplo, um punho), e em que ainda a luva é configurada de modo a acoplar o pulso ou antebraço do usuá-rio ao punho.

[0073] Em qualquer uma das ferramentas, incluindo uma porção de punho removível, o aparelho pode ser configurado para uma rotação de rolamento, e pode incluir um mancal entre o punho e a estrutura configurada de modo a deslizar de modo que exista um grau de liberdade rotacional de rolagem entre a estrutura e o punho sobre em torno de um eixo longo do eixo de ferramenta.

[0074] Também são descritos no presente documento métodos de uso desses aparelhos de punho liberáveis. Por exemplo, um método de fixação de uma ferramenta de acesso mínimo ao braço de um usuário pode incluir as etapas de: prender o pulso ou antebraço de um usuário dentro de um punho desacoplado da ferramenta de acesso mínimo, de modo que a mão do usuário se estenda para fora do punho, enquanto o pulso ou antebraço do usuário é fixado dentro do punho; fixar o punho em uma estrutura da ferramenta de acesso mínimo, em que o punho faz parte de ou é acoplado a uma primeira junta de acoplamento que pode girar em torno de um primeiro eixo de rotação com relação à estrutura; girar a estrutura com relação ao punho em torno do primeiro eixo de rotação quando o usuário movimenta o pulso ou antebraço do usuário; e girar a estrutura com relação ao punho em torno de um segundo eixo de rotação quando o usuário movimenta o pulso ou antebraço do usuário, em que o primeiro eixo de rotação e o segundo eixo de rotação se intersectam em um ponto de interseção dentro do pulso ou antebraço do usuário.

[0075] A primeira junta de acoplamento pode ser removível, tal como descrito acima, para a inserção de braço do usuário no punho, ou o punho pode ser removível e inserido na primeira junta de acoplamento quando o mesmo é rigidamente fixado à mesma. A primeira junta de acoplamento pode ser um mancal e/ou uma articulação Cardan, tal como descrito no presente documento. O primeiro movimento rota- cional pode ser em passo, guinada ou rolamento, e o segundo movimento rotacional, que pode ser feito por uma segunda junta de acoplamento (por exemplo, mancal ou articulação Cardan) ou pela mesma primeira junta de acoplamento.

[0076] Por exemplo, um método de fixação de uma ferramenta de acesso mínimo ao braço de um usuário pode incluir as etapas de: prender o antebraço de um usuário dentro de uma articulação Cardan interna de modo que o antebraço do usuário se estenda através da articulação Cardan interna; em que o elemento de articulação Cardan interno faz parte de um conjunto de articulação Cardan, compreendendo a articulação Cardan interna, uma estrutura e uma articulação Cardan externa, em que a articulação Cardan externa é rotativamente acoplada à estrutura, e a articulação Cardan interna é rotativamente acoplada à articulação Cardan externa; girar a articulação Cardan interna em torno de um primeiro eixo de rotação do conjunto de articulação Cardan quando o usuário movimenta o antebraço do usuário; e girar a articulação Cardan externa em torno de um segundo eixo de rotação do conjunto de articulação Cardan quando o usuário movimenta o antebraço do usuário, em que o primeiro eixo de rotação e o segundo eixo de rotação se intersectam em um ponto de interseção dentro do antebraço do usuário.

[0077] O método pode incluir ainda a etapa de fixar o elemento de articulação Cardan interna ao conjunto de articulação Cardan de modo que a articulação Cardan interna possa girar em torno do primeiro eixo de rotação após a fixação de antebraço do usuário na articulação Cardan interna, o método pode também incluir a etapa de encaixar o elemento de articulação Cardan interna no conjunto de articulação Cardan de modo que a articulação Cardan interna possa girar em torno do primeiro eixo de rotação após a fixação de antebraço do usuário na articulação Cardan interna.

[0078] Um método pode incluir ainda a etapa de fixar o elemento de articulação Cardan interna no conjunto de articulação Cardan ao encaixar uma saliência ou receptor de saliência sobre uma superfície externa da articulação Cardan interna com uma saliência complementar ou receptor de saliência sobre uma superfície interna da articulação Cardan externa de modo que a articulação Cardan interna possa girar em torno do primeiro eixo de rotação através da saliência ou receptor de saliência após a fixação de antebraço do usuário na articulação Cardan interna.

[0079] Qualquer um desses métodos pode incluir a etapa de fixar, após a fixação de antebraço do usuário na articulação Cardan interna, o elemento de articulação Cardan interno no conjunto de articulação Cardan comprimindo a articulação Cardan interna de modo que o mesmo se encaixe no elemento de articulação Cardan externo, e liberando a compressão no sentido de encaixar a articulação Cardan interna na articulação Cardan externa de modo que a articulação Cardan interna possa girar em torno do primeiro eixo de rotação. Em geral, os métodos podem incluir a etapa de prender o antebraço do usuário na articulação Cardan interna de modo que a articulação Cardan interna se movimente com o braço do usuário.

[0080] O punho pode ser pelo menos parcialmente preso em torno do antebraço de um usuário de modo que o punho se movimente com o antebraço do usuário, em que a colocação do antebraço do usuário na articulação Cardan interna compreende a fixação do punho dentro da articulação Cardan interna de modo que a articulação Cardan interna se movimente com o antebraço do usuário. Por exemplo, a etapa de prender o antebraço de um usuário na articulação Cardan interna compreende a colocação do antebraço do usuário em um punho dentro da articulação Cardan interna e a fixação de antebraço do usuário no punho usando uma fixação.

[0081] A etapa de girar a articulação Cardan interna em torno do primeiro eixo de rotação pode compreender a rotação da articulação Cardan interno em torno de um eixo de guinada. A rotação da articulação Cardan externa em torno do segundo eixo de rotação pode compreender a rolagem da articulação Cardan externa em torno em um eixo de passo.

[0082] Por exemplo, um método de fixação de uma ferramenta de acesso mínimo ao antebraço de um usuário pode incluir as etapas de: acoplar um elemento de articulação Cardan interno ao antebraço de um usuário de modo que o antebraço do usuário passe pela articulação Cardan interna; fixar o elemento de articulação Cardan interno acoplado ao antebraço do usuário a um conjunto de articulação Cardan compreendendo uma estrutura e uma articulação Cardan externa, em que a articulação Cardan externa é rotativamente acoplada à estrutura, de modo que a articulação Cardan interna fique rotativamente acoplada à articulação Cardan externa; girar a articulação Cardan interna em torno de um primeiro eixo de rotação; e girar a articulação Cardan externa em torno de um segundo eixo de rotação, em que o primeiro eixo de rotação e o segundo eixo de rotação se intersectam em um ponto de interseção dentro do antebraço do usuário.

Breve Descrição dos Desenhos

[0083] As novas características da invenção são apresentadas com particularidade nas reivindicações que se seguem. Um melhor entendimento das características e vantagens da presente invenção será obtido pela referência à descrição detalhada a seguir que apresenta modalidades ilustrativas nas quais os princípios da presente invenção são usados, e aos desenhos em anexo, nos quais:

[0084] As Figuras 1, 2 e 3 ilustram ferramentas de acesso remo- to/minimamente invasivos da técnica anterior.

[0085] As Figuras 4, 5, 6A-6C, 7A, 7B, 8A, 8B, e 9 mostram dife rentes graus de liberdade sobre o braço de um usuário (pulso, antebraço e dedos).

[0086] A Figura 10 ilustra a translação do movimento de braço usando uma ferramenta de acesso mínimo (por exemplo, uma ferramenta de acesso remoto).

[0087] As Figuras 11 e 12 ilustram a orientação de uma ferramenta de acesso mínimo que pode ser difícil de conseguir com os dispositivos da técnica anterior, tais como aqueles mostrados nas Figuras 1-3.

[0088] As Figuras 13A-13C e 14A-14B ilustram os movimentos de braço que podem ser difíceis ou impossíveis de conseguir usando ferramentas de acesso mínimo da técnica anterior, tais como as mostradas nas Figuras 1-3.

[0089] As Figuras 15, 16, 17, e 18 ilustram, esquematicamente, ferramentas de acesso mínimo, incluindo um conjunto de fixação de antebraço que pode permitir mais de um grau de liberdade entre a porção de fixação de antebraço (por exemplo, punho) e a estrutura.

[0090] As Figuras 19 e 20 ilustram uma primeira modalidade dos conjuntos (componentes) de fixação de antebraço que podem ser usados com uma ferramenta de acesso mínimo, tal como descrita no presente documento. A Figura 19 mostra uma variação de um conjunto de juntas de acoplamento incluindo duas articulações Cardan e um man- cal, que pode prover um acoplamento entre um punho (integrado à articulação Cardan interna) e uma estrutura permitindo uma rotação em passo, guinada e rolamento, em que a estrutura pode ser configurada (tal como mostrado na Figura 21A) para rolagem em torno do eixo de ferramenta. A Figura 20 mostra um mancal compreendendo uma pluralidade de cilindros.

[0091] A Figura 21A ilustra um outro exemplo de um conjunto de fixação de antebraço integrado a uma ferramenta de acesso mínimo, mostrando 3 eixos de rotação (passo, de guinada, rolagem).

[0092] As Figuras 21B-21G ilustram esquematicamente seis dife rentes graus de liberdade entre um punho genérico e uma estrutura. As Figuras 21B-21D mostram graus DoF translacionais: axiais (Figura 21B), horizontais (Figura 21C), e verticais (Figura 21D). As Figuras 21E-21G mostram graus DoF rotacionais: rolagem (Figura 21E), passo (Figura 21F) e guinada (Figura 21G).

[0093] As Figuras 22, 23, 24A-24B, 25, 26, 27, 28, e 29 ilustram um outro exemplo de uma ferramenta de acesso mínimo incluindo um conjunto de fixação de antebraço que pode ser usado com uma ferramenta de acesso mínimo.

[0094] A Figura 30 é outro exemplo de um conjunto de fixação de antebraço que pode ser usado com uma ferramenta de acesso mínimo.

[0095] As Figuras 31A-31B é um outro exemplo de um conjunto de fixação de antebraço que pode ser usado com uma ferramenta de acesso mínimo.

[0096] As Figuras 32, 33, 34, 35 e 36 ilustram exemplos de conjun tos de fixação de antebraço que podem ser usados com uma ferramenta de acesso mínimo.

[0097] As Figuras 37 e 38 mostram um outro exemplo de conjunto de fixação de antebraço que pode ser usado com uma ferramenta de acesso mínimo.

[0098] A Figura 39 ilustra esquematicamente um exemplo de con junto de fixação de antebraço que pode ser usado com uma ferramenta de acesso mínimo.

[0099] As Figuras 40A-40B ilustram uma comparação entre o apa relho de fixação da técnica anterior e os conjuntos de fixação de antebraço com um ou mais graus de liberdade descritos no presente documento.

[00100] A Figura 41 ilustra esquematicamente um outro exemplo de um conjunto de fixação de antebraço que pode ser usado com uma ferramenta de acesso mínimo.

[00101] A Figura 42 ilustra esquematicamente uma modalidade do conjunto de fixação de antebraço que pode ser usado com uma ferramenta de acesso mínimo em adição ao pulso, antebraço e mão do usuário.

[00102] A Figura 43 ilustra a pluralidade de articulações Cardan mostrados como anéis, e eixos que formam uma modalidade do conjunto de fixação de antebraço que pode ser usado com uma ferramenta de acesso mínimo.

[00103] A Figura 44 ilustra esquematicamente a pluralidade de anéis que constituem uma modalidade do conjunto de fixação de antebraço e a sequência de montagem dos vários componentes que podem ser usados com uma ferramenta de acesso mínimo.

[00104] A Figura 45 ilustra esquematicamente um método para um mecanismo usado para manter o punho dentro do anel de desvio que pode ser encontrado em uma modalidade do conjunto de fixação de antebraço que pode ser usado com uma ferramenta de acesso mínimo.

[00105] A Figura 46 ilustra uma vista em perspectiva de uma modalidade do punho e os vários componentes que compreendem uma alça encaixada para a fixação do punho ao antebraço do usuário durante o uso com uma ferramenta de acesso mínimo. Neste exemplo, o punho é formado como uma parte da articulação Cardan e inclui uma alça encaixada para a fixação do punho ao antebraço do usuário durante o uso com uma ferramenta de acesso mínimo.

[00106] A Figura 47 ilustra um instrumento laparoscópico total com uma modalidade particular do aparelho de fixação de antebraço (vista explodida) instalado para o uso como uma ferramenta de acesso mínimo.

[00107] A Figura 48 ilustra uma vista em seção transversal de uma variação de um conjunto de fixação de antebraço.

[00108] A Figura 49 ilustra o componente de anel de rolamento do conjunto.

[00109] A Figura 50 ilustra a translação do eixo 2 com relação ao eixo 3 para demonstrar a fonte de ligação entre os componentes.

[00110] A Figura 51 ilustra a disposição do tipo articulação Cardan de três eixos que pode ser usada por um usuário para o controle de um operador terminal remoto em uma ferramenta de acesso remoto, por exemplo, uma ferramenta cirúrgica.

[00111] As Figuras 52A-52G ilustram uma ferramenta de acesso mínimo exemplar incluindo um conjunto de fixação de corpo (por exemplo, o antebraço), tal como descrito no presente documento, tendo uma rotação de passo, guinada e rolamento, tal como descrito no presente documento. Este exemplo inclui uma junta de entrada cinemática paralela com dois graus DoF.

[00112] As Figuras 53A-53D ilustram uma outra variação de um punho integrado em uma junta de acoplamento (configurada neste exemplo como uma articulação Cardan) fixável a/destacável de maneira removível da ferramenta (por exemplo, uma ferramenta de acesso mínimo). As Figuras 53A e 53B mostram os perfis dianteiro e lateral, respectivamente, da articulação Cardan, incluindo a abertura de punho e um par de pinos carregados a mola que prendem o mesmo em outra articulação Cardan, tal como ilustrado na Figura 53D, de modo que o mesmo possa girar em torno de um eixo de rotação. A Figura 53C mostra uma vista em seção de uma segunda articulação Cardan na qual podem ser inseridos pinos carregados a mola.

[00113] As Figuras 54A e 54B ilustram uma outra variante de um conjunto de fixação de antebraço. Neste exemplo, o conjunto de fixação de antebraço inclui um par de articulações Cardan que ficam conectados em série por um elemento fixo, porém flexível; assim, todo o conjunto poderá ser formado a partir de uma única peça (por exemplo, por moldagem, moldagem por injeção, etc.). O movimento de pivô em torno do primeiro e segundo eixos (por exemplo, de passo e guinada) pode ser permitido com base na conformidade às regiões de conexão (abas).

[00114] A Figura 55 ilustra um outro punho de pulso incluindo uma fixação.

[00115] A Figura 56 ilustra uma variação de um dispositivo de acesso mínimo incluindo um conjunto de fixação de corpo (por exemplo, o antebraço) entre o punho configurado de modo a prender um braço e uma estrutura incluindo (ou fixado a) um eixo de ferramenta alongado tendo um eixo de ferramenta. Este dispositivo inclui também uma junta de entrada cinemática paralela de 2 graus DoF. Os eixos de rotação do conjunto de fixação de antebraço (um eixo de guinada da junta de acoplamento e um eixo de passo da junta de acoplamento, bem como um eixo de rolamento do eixo de ferramenta) todos se intersectando em um ponto de interseção dentro do pulso ou antebraço do usuário; os dois eixos de rotação da junta de entrada cinemática paralela tam-bém se intersectam neste mesmo ponto.

Descrição Detalhada da Invenção

[00116] Em geral, no presente documento são descritos aparelhos de fixação de corpo (por exemplo, dispositivos, sistemas, conjuntos, ferramentas, etc.), incluindo conjuntos de fixação de antebraço que podem ser usados com (e/ou integrados a) uma ferramenta de acesso mínimo (uma ferramenta de acesso mínimo) de modo a prover até quatro graus de liberdade, por exemplo, três rotacionais e um transla- cional, entre uma fixação de corpo, tal como um punho que pode fazer ser parte do conjunto de fixação de antebraço e uma estrutura da ferramenta. Estes graus de liberdade (DoF) podem ser obtidos por meio de uma conexão (a qual pode ser referida como uma junta e/ou mecanismo) entre o punho e a estrutura. Essa conexão também pode também ser referida no presente documento como uma "junta de acoplamento". Os dois movimentos translacionais restantes podem ser restringidos e, por conseguinte, transmitidos diretamente entre o punho e a estrutura. Para fins de conveniência, os conjuntos de fixação de corpo descritos no presente documento podem ser referidos como "conjuntos de fixação do braço" ou "conjuntos de fixação de antebraço", embora os mesmos possam ser adaptados paro uso em outras regiões do corpo, incluindo pernas (parte inferior da perna, tornozelo, parte superior da perna), ou outras porções do braço (pulso, antebraço, parte superior do braço). Dentro do uso comum da presente invenção, a menos que o contexto torne claro em outro sentido, um "conjunto de fixação de antebraço" pode ser fixado ao pulso ou ao antebraço.

[00117] Embora sejam descritos no presente documento quatro variações de graus de liberdade, outras variações destes aparelhos de fixação de corpo, e, por conseguinte, de ferramentas de acesso mínimo incorporando os mesmos, poderão, em contrapartida, prover menos que quatro graus DoF. Por exemplo, uma ferramenta de acesso mínimo, tal como descrito no presente documento, pode incluir três graus de liberdade rotacionais (de guinada, passo e rolamento), ou dois graus de liberdade rotacionais (por exemplo, de guinada e rolamento, de passo e rolamento, ou de guinada e passo). Em algumas variações, apenas um grau de liberdade rotacional (por exemplo, de rolamento) é provido.

[00118] Tal como mencionado, em geral, um conjunto de fixação de antebraço pode ser usado como parte de um aparelho, tal como uma ferramenta de acesso remoto mínimo. Em geral, a ferramenta de acesso remoto mínimo pode incluir um eixo que pode fazer parte integral da e/ou ser rigidamente conectada à estrutura. A estrutura pode ser considerada como um aparelho mecânico comum. Em alternativa, em algumas variações, o eixo pode ser conectado à estrutura por meio de uma junta (por exemplo, uma junta universal).

[00119] Algumas variações dos aparelhos descritos no presente documentos que podem ser particularmente úteis são configuradas de tal modo que o eixo de ferramenta fique integral com ou rigidamente conectado à estrutura e tem um eixo (longo) de ferramenta alongado. Tais variações podem incluir um conjunto de fixação de corpo (por exemplo, antebraço) configurado de modo a permitir rolagem entre o punho e o eixo de ferramenta, de modo que o eixo de rolamento seja o mesmo que o eixo de ferramenta, e este eixo passa pelo punho (por exemplo, uma região central do pulso e/ou antebraço do usuário ao operar o aparelho). Em algumas variações, o conjunto de fixação de antebraço também permite a rotação em torno de um ou mais eixos, tais como de passo ou guinada. Estes eixos adicionais podem também intersectar o eixo de rolamento em um ponto dentro do pulso e/ou antebraço do usuário. Em alternativa, em algumas variações, o eixo de rolamento intersecta o pulso e/ou antebraço do usuário, mas os outros eixos de passo e/ou guinada não. Assim, embora o grau DoF rotacio- nal de passo e guinada entre a estrutura e o punho tenha sido descrito para se intersectar com o eixo de rolamento no pulso do usuário, em uma modalidade alternativa, estes dois eixos de rotação podem ficar em um local separado do pulso do usuário. Por exemplo, uma ferramenta de acesso mínimo pode ser configurada de modo que a rotação do rolamento fique em torno de um eixo de ferramenta que passa pela região de pulso do usuário, mas os graus de liberdade de passo e guinada podem estar entre a estrutura de ferramenta e o eixo de ferra- menta, ou ao longo de qualquer outro local ao longo da extensão da estrutura de ferramenta ou do eixo de ferramenta. Nesse caso os eixos de rolamento, passo e guinada não mais se intersectam em um ponto na região de pulso do usuário.

[00120] Um punho pode fazer parte do conjunto de fixação de corpo ou pode ser separado e fixável ao conjunto de fixação de corpo. Por exemplo, quando o punho faz parte de um conjunto de fixação de antebraço que se liga a uma ferramenta de acesso mínimo, o punho poderá ser firmemente fixado ao antebraço de um usuário, permitindo, assim, até 4 graus DoF entre o antebraço do usuário e a estrutura da ferramenta de acesso mínimo. A(s) junta(s) de acoplamento que for- ma(m) a porção do conjunto de fixação de antebraço da ferramenta pode(m) ser configurada(s) de modo que os dois graus DoF rotacio- nais (de passo e guinada) fiquem centralizados na junta de pulso do usuário, que o terceiro grau DoF rotacional (rolamento) fique centrali-zado em torno de alguns eixos desejáveis da estrutura (por exemplo, um eixo de ferramenta fixado à estrutura) e que o grau DoF translacio- nal fique ao longo de algum eixo desejável da estrutura (por exemplo, o eixo de ferramenta fixado à estrutura). Os dois graus DoF translacio- nais restringem o movimento ascendente/descendente do antebraço e o movimento de lado para lado no antebraço.

[00121] Tal como descrito acima com referência às Figuras 4-9, o antebraço, no que se refere aos aparelhos descritos no presente documento, pode ser definido como a região distal do braço de um usuário que vai até, mas não incluindo, a articulação do pulso ao longo do eixo do braço. O antebraço pode ficar livre no espaço e oferece 4 graus DoF, a rotação em torno do eixo do braço realizada por meio de pronação e supinação rotacionais, bem como por meio de uma translação direta/reversa, uma translação ascendente/descendente, e uma translação de lado para lado (tal como mostrado nas figuras acima). O eixo de braço intersecta o eixo de mão na articulação de pulso do usuário. A articulação do pulso é definida como uma junta articulada entre o antebraço do usuário e a mão e confere ao usuário dois graus DoF rotacionais com relação ao antebraço realizados por meio de flexão/extensão e desvio. A mão é definida como um elemento braço do usuário que apenas fica distal da, mas não inclusiva na, articulação do pulso. O eixo da mão é controlado pela articulação da articulação do pulso, ao mesmo tempo intersectando o eixo do braço.

[00122] Em geral, a estrutura de um aparelho incluindo uma ferramenta de acesso mínimo pode ser uma extensão alongada rígida que se escora (isto é, se estende) a partir do antebraço do usuário e faz interface com o antebraço através da junta de acoplamento do dispositivo de fixação de corpo e pode servir como uma referência comum a vários outros componentes, por exemplo, subsistemas, articulações, ou coisa do gênero em uma ferramenta remotamente orientável. A estrutura ajuda a transmitir um certo grau DoF diretamente da entrada de usuário no antebraço e mão. Por exemplo, os dois movimentos trans- lacionais (numerados 2 e 3 na Figura 5) acionados pelo antebraço do usuário podem ser transmitidos diretamente pela estrutura para uma posição remota.

[00123] A junta de acoplamento serve como a interface entre a estrutura e o punho. Esta junta de acoplamento pode oferecer até três graus DoF rotacionais e um grau DoF translacional axial, e restringe os demais movimentos translacionais. A capacidade de restringir os movimentos translacionais permite a transmissão desses movimentos específicos diretamente a partir do antebraço para a estrutura por meio do punho.

[00124] Em geral, o punho é a interface entre o mecanismo de conexão e o antebraço do usuário. O punho é um corpo semi-rígido que provê um encaixe seguro e confortável ao antebraço do usuário, e capta todos os movimentos do antebraço. O punho é amarrado no antebraço de tal modo que não impeça que a articulação ocorra na articulação de pulso do usuário, ao mesmo tempo garantindo que os eixos de rotação de todo os graus DoF rotacionais da junta de acoplamento passem através da articulação de pulso do usuário.

[00125] Em contrapartida aos mecanismos de fixação acima descritos (por exemplo, a Patente dos Estados Unidos N. 8.668.702), as fixações de antebraço descritas no presente documento, as fixações de antebraço descritas no presente documento incluem tipicamente um conjunto de punho (junta de acoplamento) configurado de modo a se fixar ao antebraço e prover um ou mais graus de liberdade entre a estrutura e o antebraço, de modo que apenas alguns movimentos possíveis (graus DoF) do antebraço sejam transmitidos à estrutura, ou vice- versa, tal como descrito no presente documento.

[00126] Por exemplo, comparando a Figura 16 (que genericamente descreve um mecanismo de fixação tal como descrito no presente documento) com a Figura 1, acima. Na Figura 1, a estrutura é firmemente e rigidamente fixada ao antebraço pelo punho do antebraço. Em contrapartida, na Figura 16, a estrutura é conectada ao antebraço por meio de uma junta de acoplamento. A junta de acoplamento é uma junta entre um punho (que fica firmemente, embora confortavelmente fixado ao antebraço) e a estrutura. O punho da Figura 16 é análogo ao elemento de puno/fixação de antebraço da Figura 1. Qualquer outra estrutura da ferramenta de acesso mínimo/remoto como um todo e sua funcionalidade associada e lógica subjacente tal como explicada na patente anterior e nos fundamentos acima permanece igual à da Figura 1 e Figura 16.

[00127] Sendo assim, em geral, os aparelhos descritos no presente documento incluem um punho e um ou mais junta(s) de acoplamento 1601 que tem um ou mais (por exemplo, um a quatro) graus de liberdade, de modo que um punho (ou, quando o punho é fixado ao antebraço de um usuário, o antebraço conectado ao punho) possa se movimentar em pelo menos um grau de liberdade com relação à estrutura. Em termos específicos, em algumas variações, a junta de acoplamento pode incluir uma articulação Cardan, pivô, mancal (por exemplo, um deslizador, trilho, faixa), ou qualquer outro elemento móvel de modo a permitir que o punho (e/ou antebraço no punho) se movimente em uma ou mais direções (por exemplo, de eixo) com relação à faixa. A junta de acoplamento pode impedir a transmissão de movimento em uma ou mais direções, e, assim, transmitir esses movimentos. Em algumas variações, a junta de acoplamento pode incluir um material elástico que permite um movimento limitado do punho (e/ou antebraço) com relação à estrutura. Os exemplos apresentados a seguir ilustram diversas modalidades de aparelhos de punho (que podem ter um ou mais graus de liberdade) que podem ser usados com ou incorporados em uma ferramenta de acesso mínimo.

[00128] Em geral, os aparelhos de punho descritos no presente documentos modificam a maneira como a estrutura é fixada no antebraço, e podem superar as limitações acima descritas. Por exemplo, as juntas de acoplamento descritas no presente documentos podem ter até dois graus de liberdade rotacionais associados à articulação (de passo e guinada). A junta de acoplamento pode garantir que essas duas rotações coincidam com a articulação da articulação de pulso do usuário. Em outras palavras, os eixos de rotação desses dois graus DoF articulados podem passar pela articulação de pulso do usuário. Tal como mostrado abaixo na Figura 17 (em uma vista lateral), um grau DoF rotacional de passo na junta de acoplamento 1601 pode permitir que a estrutura gire em passo com relação ao antebraço. Isto, por sua vez, permitirá que o eixo geométrico do eixo de ferramenta 1703 (amarelo) se mantenha em um ângulo com relação ao eixo do antebraço 1709 (vermelho). Assim, o usuário poderá orientar o eixo de ferramenta em uma direção exigida pela aplicação (por exemplo, um procedimento cirúrgico) ao mesmo tempo mantendo o antebraço em uma orientação confortável.

[00129] Na Figura 18, em uma vista de topo, um grau DoF rotacional de guinada na junta de acoplamento permite que a estrutura gire em guinada com relação ao antebraço. Isto, por sua vez, permite que o eixo geométrico do eixo de ferramenta 1805 (amarelo) se mantenha em um ângulo com relação ao eixo do antebraço 1803 (vermelho). Assim, o usuário poderá orientar o eixo de ferramenta em uma direção requerida pela aplicação (por exemplo, um procedimento cirúrgico), ao mesmo tempo mantendo o seu antebraço em uma orientação confortável.

[00130] Além disso, a junta de acoplamento pode ter ainda um grau DoF rotacional em torno de um eixo da estrutura (ou do eixo de ferramenta ou do eixo de dispositivo). Deve-se considerar tal junta de acoplamento em conjunto com uma junta de entrada de ferramenta (o mecanismo de centro virtual, ou VC) que não tem um grau DoF rotacional de rolamento similar entre o manípulo e a estrutura. Em outras palavras, a junta de entrada transmite o grau DoF rotacional de rolamento do manípulo para a estrutura. Quando tal dispositivo faz interface com um usuário, ou seja, a estrutura do dispositivo é conectada ao antebraço através por meio da junta de acoplamento, e a mão do usuário segura ou faz interface com o manípulo, nesse caso em qualquer dada orientação do pulso do usuário (nominal ou articulada) e posição e orientação do antebraço (nominal ou deslocada), quando o usuário gira os dedos sem a produção de qualquer outro movimento, e, nesse caso, este giro é transmitido do manípulo para a estrutura por meio da junta de entrada. Uma vez que a estrutura tem um grau DoF de rolamento com relação ao punho, que por sua vez é fixado ao antebraço, a estrutura exibirá uma rotação de rolamento em torno de um eixo de estrutura com relação ao antebraço.

[00131] Esta disposição pode prover uma quantidade significativa de rotação de rolamento (até 360 graus, isto é, uma rotação completa) em torno do eixo de ferramenta. Esta rotação de rolamento vem de duas fontes ou tem dois componentes. Primeiramente, uma vez que o punho é fixado ao antebraço, qualquer pronação e supinação do antebraço produzirá uma rotação de rolamento no punho. Mesmo que a estrutura tenha um grau DoF de rotação de rolamento com relação ao punho, a estrutura se movimentará juntamente com o punho devido ao atrito na junta de acoplamento. Em segundo lugar, quando o usuário atingir o limite de sua pronação/supinação, ele poderá continuar a rolar a estrutura em torno do eixo de ferramenta simplesmente girando os dedos. Neste momento, a estrutura rola sobre o eixo de ferramen- ta/dispositivo/estrutura com relação ao punho.

[00132] Durante o uso, o usuário pode optar por usar um ou ambos os componentes de rolamento (em qualquer combinação preferida) a fim de atingir o desejado objetivo da aplicação (por exemplo, um procedimento cirúrgico). Quando ambos os componentes de rolamento acontecem na estrutura de ferramenta, os mesmos são diretamente transmitidos e exibidos como uma rotação de rolamento sobre um eixo de ferramenta no operador terminal na extremidade distal do eixo de ferramenta.

[00133] É importante notar que esta desejada funcionalidade de rolamento melhorada é produzida através da combinação específica de um grau DoF de rolamento entre a estrutura e o punho e uma restrição de rolamento (ou seja, a capacidade de transmissão) entre o punho e a estrutura.

[00134] De maneira similar, a junta de acoplamento pode, adicionalmente, ter um grau DoF translacional ao longo de um eixo da estru- tura (ou eixo de ferramenta ou eixo de dispositivo). Deve-se considerar tal junta de acoplamento em conjunto com uma junta de entrada de ferramenta (o mecanismo VC) que não tem um grau DoF translacional similar entre o manípulo e a estrutura. Em outras palavras, a junta de entrada transmite o grau DoF translacional ao longo do eixo de ferramenta do manípulo para a estrutura. Quando tal dispositivo faz interface com um usuário, ou seja, a estrutura do dispositivo é conectada ao antebraço por meio da junta de acoplamento, e a mão do usuário segura ou faz interface com o manípulo, em qualquer dada orientação do pulso do usuário (nominal ou articulada) e posição e orientação do antebraço (nominal ou deslocada), quando o usuário bica com os seus dedos sem a produção de nenhum outro movimento, este movimento de bicada será transmitido do manípulo para a estrutura por meio junta de entrada. Uma vez que a estrutura tem um grau DoF translacional com relação ao punho, o qual, por sua vez, é fixado ao antebraço, a estrutura exibirá um movimento translacional ao longo do eixo de estrutura com relação ao antebraço.

[00135] Esta disposição provê uma quantidade adicional de translação axial ao longo do eixo de ferramenta. Esta translação axial provém de duas fontes ou tem dois componentes. Primeiramente, uma vez que o punho é fixado ao antebraço, qualquer movimento dentro e fora do antebraço (direção 1 na Figura 5) produzirá uma translação axial no punho (uma vez que o punho é preso ao antebraço). Mesmo que a estrutura tenha um grau DoF translacional com relação ao punho, a estrutura se movimenta juntamente com o punho devido ao atrito na junta de acoplamento. Em segundo lugar, além de mover seu antebraço para dentro e para fora, o usuário poderá continuar a transladar no sentido axial a estrutura ao longo do eixo de ferramenta ao simplesmente bicar com os dedos, e ao mesmo tempo segurar o manípulo. Em seguida, a estrutura translada axialmente ao longo do eixo de fer- ramenta/dispositivo/estrutura com relação ao punho.

[00136] Durante o uso, o usuário pode optar por usar um ou ambos os componentes de translação axial (em qualquer combinação preferida) a fim de atingir o desejado objetivo da aplicação (por exemplo, um procedimento cirúrgico). Quando ambos os componentes de translação axial acontecem na estrutura de ferramenta, os mesmos são diretamente transmitidos e exibidos como uma translação axial ao longo de um eixo de ferramenta no operador terminal na extremidade distal do eixo de ferramenta.

[00137] É importante notar que esta desejada funcionalidade de translação axial aperfeiçoada é produzida através da combinação específica de um grau DoF translacional entre a estrutura e o punho e uma restrição de translação axial (ou seja, a capacidade de transmissão) entre o punho e a estrutura.

[00138] É necessário observar que existe uma diferença distinta entre a junção de entrada (ou seja, que pode ser um mecanismo central virtual) e a junta de acoplamento dos conjuntos de fixação de antebraço descritos no presente documento, embora os dois possam ser desejavelmente usados em conjunto. Os eixos de rotação de passo e guinada providos pela junta de entrada são feitos de modo a ficarem coincidentes com a junta de pulso do usuário através de um mecanismo central virtual. Os eixos das duas rotações (de passo e guinada) ativados pelo conjunto de fixação de antebraço, ou seja, pela junta de acoplamento, podem também ser coincidentes com a articulação de pulso do usuário. Isto é ilustrado, por exemplo, na Figura 56. Neste exemplo, o mecanismo central virtual do aparelho cinemático paralelo mostrado precisará acionar a junta de saída (isto é, o operador terminal que articula nas direções rotacionais de passo e guinada com relação ao eixo de ferramenta), enquanto a mão de usuário gira em torno da articulação de pulso do usuário com relação ao antebraço do usuá- rio a fim de prover uma articulação de entrada nas direções de passo e guinada. A junta de entrada é uma conexão entre o manípulo e a estrutura, enquanto a junta de acoplamento é uma conexão entre o punho e a estrutura. Ambas as juntas compartilham a estrutura como uma referência comum.

[00139] Neste exemplo, a junta de entrada cinemática paralela tem dois graus de liberdade (de passo e guinada), uma vez que inclui dois caminhos independentes de transmissão de movimento, acoplando o manípulo 5603 à estrutura de ferramenta 5601, em que os pelo menos dois caminhos independentes 5605, 5605' compreendem um primeiro caminho e um segundo caminho. Um primeiro corpo intermediário pode estar presente no primeiro caminho conectado à estrutura de ferramenta por meio de um primeiro conector e ao manípulo por meio de um terceiro conector; e um segundo corpo intermediário fica no segundo caminho conectado à estrutura por meio de um segundo conector e ao manípulo por meio de um quarto conector; em que o primeiro conector e o quarto conector permitem uma rotação em uma primeira direção rotacional e impedem uma rotação em uma segunda direção rotacional. Além disso, o segundo e o terceiro conectores permitem uma rotação na segunda direção rotacional e impedem uma rotação na primeira direção rotacional.

[00140] Neste exemplo, uma vez que o mecanismo VC permite dois graus DoF em torno de dois eixos ortogonais, o terceiro eixo de rotação (isto é, o rolamento) é restrito e consegue acionar a rotação do operador terminal em torno do eixo geométrico do eixo de ferramenta. A rotação do eixo de ferramenta é um resultado direto da capacidade do mecanismo VC de girar a estrutura de ferramenta sobre o mesmo eixo. A junta de acoplamento do aparelho de antebraço permite este atributo, desacoplando o eixo do antebraço do eixo de estrutura de ferramenta e permitindo que a mão gire o manípulo da ferramenta, acionando o eixo de ferramenta e a estrutura em torno de um eixo de ferramen- ta/estrutura conhecido. Por este motivo, a junta de entrada e a junta de acoplamento compartilham o mesmo ponto comum, ou seja, a estrutura de ferramenta, e são entidades separadas embora simbióticas ao se considerar a função geral do dispositivo. Outro aspecto crítico de design relacionado à junta de acoplamento é, não somente a coincidência dos eixos de passo e guinada da junta de entrada e da junta de acoplamento um com relação ao outro e com relação à articulação de pulso do usuário, mas também a concentricidade do eixo do grau DoF de rolamento da junta de acoplamento com relação ao eixo de estrutu- ra/ferramenta do dispositivo. Esta característica específica é crítica no sentido de permitir uma rotação consistente e previsível em torno deste eixo de modo que o operador terminal possa ser manipulado conforme desejada pelo cirurgião. Quando estes eixos não são concêntricos, mas sim excêntricos, um eixo poderá girar sobre o outro e resultará em um "balanço" imprevisível do eixo de ferramenta e do operador terminal.

[00141] Resumindo os dois pontos acima, em geral, o dispositivo pode ter uma junta de acoplamento que provê qualquer combinação desses quatro graus DoF (dois graus DoF rotacionais articulados (de passo e guinada) centralizados na articulação de pulso do usuário, um grau DoF de rolamento rotacional em torno de eixo de ferramen- ta/dispositivo, um grau DoF translacional axial ao longo de um eixo de dispositivo/ferramenta). Quaisquer movimentos não providos como um grau DoF são restritos. Por exemplo, quando todos esses quatro graus DoF são providos, os dois graus DoF translacionais no antebraço (indicados pelas direções 2 e 3 na Figura 5) são restringidos e, por conseguinte, transmitidos do antebraço para a estrutura por meio da junta de acoplamento. A lógica global de um para um mapeamento dos movimentos de entrada do usuário para movimentos de saída correspon-dentes no operador terminal do dispositivo (saída da ferramenta) é mantida e obtida de uma forma mais eficaz.

[00142] Qualquer grau DoF ou movimento provido na articulação do pulso pode ser obtido por meio de juntas muito bem definidas (por exemplo, pivôs, pinos, corrediças, fendas, etc.) ou poderá ser obtido simplesmente através de uma falta de restrição usando algum tipo de fixação macia/elástica (por exemplo, tiras elásticas de velcro, etc.).

[00143] Diversas modalidades da junta de acoplamento são descritas abaixo, mostrando diferentes combinações de graus DoF e diferentes maneiras de se alcançar esses graus DoF.

Modalidade 1

[00144] A Figura 19 mostra uma articulação Cardan de três eixos (3 graus DoF), e a Figura 20 mostra um mancal de cilindro esférico (3 graus DoF) que pode ser usado com esta variação.

[00145] O conjunto de fixação de antebraço, tal como previamente descrito, compreende uma estrutura, um mecanismo de conexão, e um punho. Uma modalidade que oferece três graus DoF é mostrada acima. O aparelho faz interface com a estrutura na interface de instrumento 10 e produz uma fixação rígida e segura com a estrutura. Dentro do aparelho, a rotação do antebraço em torno do eixo de braço, e a rotação em torno do eixo de mão são ativadas pelo eixo de rotação 12. Isto é obtido em uma modalidade, mas não se limita a um sistema de faixa com chave, no qual uma superfície desliza através de uma outra com uma resistência mínima e é confinada pelo sistema de chaveamento, neste caso, uma ranhura em T, neste eixo de rotação. Dentro do aparelho, os eixos identificados com 14 e 16 são análogos aos dois eixos do próprio pulso. Estes eixos oferecem uma rotação sem obstáculos durante uma flexão/extensão do pulso 14, bem como um desvio de punho 16. Isto é obtido em uma modalidade, mas não se limita aos anéis concêntricos que são fixados ao longo do eixo no qual os mesmos permitem rotação. O anel mais interno é identifi- cado como o punho que serve como uma interface semi-rígida entre o antebraço do usuário e o mecanismo de conexão. O punho é concebido de modo a ser confortável de usar e oferece um ajuste seguro para diferentes tamanhos de pulso. Através de um sistema de compressão ou amarração, o punho se destina a reter temporariamente o antebraço do usuário quando o usuário deseja controlar o dispositivo dirigível e transmitir entrada através do mecanismo de conexão e mecanismo central virtual.

[00146] No que se refere a ferramentas de acesso mínimo, o aparelho com três graus DoF permite que o usuário fique translacional- mente restrito ao ponto comum na referência comum estabelecida na articulação do pulso e sem restrições em todos os graus de rotação. Esta referência ponto comum recém-criada na articulação do pulso permite ao usuário aplicar forças ao manípulo de ferramenta e controlar os movimentos do operador terminal independente da estrutura. A referência de ponto comum da articulação do pulso permite ao usuário nivelar o punho com relação à constante mantida comum pelo an-tebraço ao aplicar forças de movimento para entrada. O circuito de realimentação de força interna criado entre o manípulo e o antebraço é vantajoso para qualquer um dos dispositivos de ferramenta de acesso mínimo, uma vez que reduz ou elimina as forças que podem ter sido previamente transmitidas da estrutura para um ponto comum externo, tal como a cânula de um trocarte e, finalmente, o paciente. Ao reduzir estas forças, o dispositivo poderá oferecer menos trauma ao paciente durante particularmente procedimentos MIS de sutura intensiva.

Modalidade 2

[00147] A Figura 21A mostra uma ferramenta de acesso mínimo genérica tendo uma estrutura 2101 que inclui um eixo de ferramenta alongado 2100 com um eixo de ferramenta 2102. Um punho 2108 é formado como parte de uma articulação Cardan interna 2106. A articulação Cardan interna 2106 e uma articulação Cardan externa 2104 e um mancal (mostrado como um mancal deslizante configurado como um deslizador 2112) são conectados entre a estrutura 2101 e o punho 2106. Neste exemplo, a articulação Cardan interna forma o assento do punho e é conectado de maneira pivotável por meio de um par de pinos à articulação Cardan externa. A articulação Cardan externa é conectada de maneira pivotável por meio de um par de pinos ao mancal (deslizador 2112) e o mancal desliza em uma faixa formada pela estrutura de modo a permitir uma rotação de rolamento. Em alternativa, um tipo diferente de mancal, tal como o mancal de rolamento da Figura 20, poderá ser usado. Assim, a fixação de corpo (por exemplo, o ante-braço), neste exemplo, é configurada para um grau DoF de passo, guinada e rolamento, e é disposta de modo que o eixo do rolamento seja igual ao eixo de ferramenta. O eixo de ferramenta (eixo de rolamento), o eixo de rotação de passo e o eixo de rotação de guinada se intersectam em um ponto dentro da abertura formada no punho a fim de prender o pulso ou antebraço do usuário.

[00148] As Figuras 21B-21G ilustram genericamente graus de liberdade entre um punho 2156 e uma estrutura 2151. Existem seis graus de liberdade no total neste exemplo, três translacionais e três rotacio- nais. A Figura 21B mostra a translação axial 2180 entre o punho 2156 e a estrutura 2151. A Figura 21C mostra a translação horizontal 2182 entre o punho 2156 e a estrutura 2151. A Figura 21D mostra a translação axial 2184 entre o punho 2156 e a estrutura 2151. A Figura 21E mostra uma rotação de rolamento 2186 entre o punho 2156 e a estrutura 2151. A Figura 21F mostra uma rotação de rolamento de passo 2188 entre o punho 2156 e a estrutura 2151. A Figura 21G mostra uma rotação de guinada 2190 entre o punho 2156 e a estrutura 2151.

Modalidade 3

[00149] O conjunto de fixação de antebraço mostrado nas Figuras 22 e 23 oferece 2 graus DoF e é similar ao dispositivo anteriormente descrito na Modalidade 2, no entanto, não permite a rotação de desvio do pulso 16. Nesta modalidade, um sistema de faixa chaveada também está presente, no entanto, usa um sistema de esfera na faixa no qual os 2 graus DoF ocorrem no mesmo instante, em oposição ao empilhamento de anéis concêntricos do exemplo anterior. Esta perda de um grau DoF não é necessariamente um prejuízo para o dispositivo, mas faz restringir algum movimento que o usuário possa exigir. Limitar um grau DoF não significa que este eixo, a rotação de desvio, possa ser o único eixo a ser restrito. Tal como se aplica ao dispositivo de ferramenta de acesso mínimo descrito no presente documento, a rotação que ocorre tipicamente em torno do eixo de desvio é mínima, de aproximadamente 5 a 10 graus. Quando este eixo é restrito, o dispositivo poderá ser manipulado no espaço e totalmente suportado por uma mão. Isto é vantajoso, uma vez que os cirurgiões podem optar por introduzir e remover o eixo de ferramenta a partir da cânula de trocarte sem o apoio (ponto comum) da outra mão. Este não é tão facilmente conseguido com o dispositivo anteriormente descrito (aparelho de 3 graus DoF), uma vez que a estrutura de ferramenta pode cair em torno deste eixo até que o mesmo seja suportado por um segundo ponto comum ao longo do eixo de ferramenta, quer pela cânula de trocarte ou pela mão contrária do cirurgião.

[00150] Nesta modalidade, o punho é um corpo semi-rígido montado de forma confortável e segura no pulso por meio de um sistema de amarração, tal como tiras de velcro ou fecho do tipo pulseira. O punho mantém a localização dos eixos de rotação e do centro do pulso com relação ao antebraço, articulação do pulso, e mão. O punho permite ao usuário se "encaixe" no sistema de anel ou faixa, no qual as duas esferas, localizadas em lados opostos do eixo quando o mesmo corre através do pulso, atuam como pinos para prender o pulso do usuário na faixa e também se tornar a superfície de rotação articulada. Para desengatar o punho, o usuário simplesmente ultrapassa a força elástica externa do punho semi-rígido a fim de desencaixar o anel. A força elástica externa do punho mantém o punho e o pulso do usuário no lugar e provê o mecanismo de conexão com os atributos previamente descritos.

[00151] As Figuras 24A e 24B mostram um punho de pulso instalado no antebraço com uma alça de velcro. A Figura 25 ilustra o aparelho (incluindo o punho e a junta de acoplamento, tal como descrito acima), com o punho separado da estrutura (e anel fixado). A Figura 26 mostra o dispositivo antes de fazer interface com o (ou seja, ser montado/preso no) usuário. Finalmente, a Figura 27 mostra o dispositivo com o punho instalado e fazendo interface com o usuário. A Figura 28 mostra como a junta de acoplamento permite que o eixo de ferramenta fique em uma orientação diferente com relação ao eixo do antebraço. A Figura 29 mostra como a junta de acoplamento permite que o eixo de ferramenta fique em uma orientação diferente com relação ao eixo do antebraço. A junta de acoplamento permite que o eixo de ferramenta fique em uma orientação diferente com relação ao eixo do antebraço.

Modalidade 4

[00152] A Figura 30 mostra uma variação similar à modalidade 3, acima, mas com um grau DoF translacional axial adicional provido pela junta de acoplamento, tal como mostrado na Figura 30. Uma guia, ranhura, ou mancal linear (18, na figura abaixo) provê o grau DoF trans- lacional axial. Nesta variação, a junta de acoplamento 301 é uma articulação Cardan que permite rotação em um primeiro eixo 14 devido ao par de pinos separados 180 graus (não visíveis na Figura 30). Estes pinos também são configurados como mancais que podem deslizar ou rolar dentro de uma faixa sobre a estrutura de modo a prover a rotação de rolamento 12 da junta de acoplamento híbrida. Um punho (não mostrado) pode ser formado na articulação Cardan ou pode ser rigidamente fixado ao mesmo.

Modalidade 5

[00153] Na variação mostrada nas Figuras 31A e 31B, o conjunto de fixação de antebraço oferece um grau DoF e é similar aos dois dispositivos descritos anteriormente, no entanto o mesmo não permite flexão/extensão 14 ou desvio 16 do punho. A limitação a 2 graus DoF não significa que estes sejam os únicos 2 eixos a ser restritos. Esta modalidade usa um sistema de ranhura em T chaveada no qual o anel interno desliza pelo anel externo e confina a rotação em torno de um eixo. Esta opção restringe algum movimento que o usuário possa necessitar.

Modalidade 6

[00154] Um outro exemplo de um conjunto de fixação de antebraço (por exemplo, conjunto de fixação de antebraço) é mostrado nas Figuras 54A-54B, o qual é configurado de modo a permitir um movimento rotacional de passo e guinada entre um punho (parte da articulação Cardan interna 5401 neste exemplo) e uma estrutura 5405; um mancal pode também ser incluído (por exemplo, entre o punho e a articulação Cardan interna 5407 ou entre a estrutura 5405 e a articulação Cardan externa 5409). Neste exemplo, as rotações de passo e guinada são habilitadas para a junta de acoplamento devido à conformidade das abas de conexão 5411, 5413 entre o punho e estrutura de articulação Cardan. Uma vez que estas duas rotações não precisam ser contínuas, juntas compatíveis/flexíveis ao invés de juntas de pino poderão ser usadas, tal como mostrado.

[00155] Na Figura 54B, são mostradas translações de passo 5422 e de guinada 5421. Esta variação de um conjunto de articulação Cardan de 2 eixos (passo e guinada) inclui elementos compatíveis de modo a prover um grau de liberdade rotacional tanto de passo como de guinada. O elemento compatível entre cada qual dentre punho/articulação Cardan interno e articulação Cardan externa, e articulação Cardan externa e estrutura de articulação Cardan oferece o eixo de rotação e realiza o desenho com mínimos componentes. O punho inte- gral/articulação Cardan interno 5401 e a articulação Cardan externa 5409 são conectados por um par de elementos compatíveis 5411 (ao longo do eixo de guinada entre a articulação Cardan interna e externa) provendo uma rotação de guinada. De maneira similar, um par de elementos compatíveis 5413 (ao longo do eixo de passo) entre a arti-culação Cardan externa e a estrutura de articulação Cardan provê uma rotação de passo. Esses elementos compatíveis podem ser feitos de um material elástico ou plástico ou borracha que pode torcer e se conformar a respectivas orientações. Com base em um design diferente dos elementos compatíveis, o eixo de rotação de passo pode ser formado pelos elementos compatíveis entre a articulação Cardan interna e a articulação Cardan externa, e o eixo de rotação de guinada pode ser formado pelos elementos compatíveis entre a articulação Cardan externa e a estrutura de articulação Cardan.

[00156] As Figuras 32 e 33 ilustram variações de punhos que podem ser consideradas um tirante elástico de único ponto. Neste exemplo, a fixação usa uma tira de silicone e apresenta limitações similares às do tirante elástico de ponto único acima descrito.

[00157] As Figuras 34 e 35 mostram um outro exemplo de um tirante de único ponto. Neste exemplo, a fixação é um punho de velcro do tipo pulseira que se aplica em restrições similares, tais como as amarras de único ponto acima descritas.

[00158] A Figura 36 ilustra como uma amarra de único ponto com base na junta de acoplamento pode permitir que o eixo de ferramenta fique em uma orientação diferente com relação ao eixo do antebraço.

Modalidade 7

[00159] As Figuras 37-38 ilustram uma outra variação. Nesta modalidade, a estrutura é equipada com um anel que passa em torno do antebraço, mas não faz interface com o antebraço através de um punho. Parece não haver nenhuma junta ou conexão entre a estrutura e o antebraço. No entanto, o diâmetro interno do anel toca e passa na periferia do antebraço durante o uso, e pode prover a necessária transmissão de translação ascendente/descendente e uma translação lado a lado entre o antebraço e a estrutura. De maneira similar, a folga de ar e o contato ocasional entre o antebraço e a estrutura permitem que a estrutura role em torno de um eixo de estrutura/dispositivo com relação ao antebraço. O diâmetro interno do anel pode ser forrado com um material apropriado para fazer interface (quando for o caso) confortável com o antebraço e minimizar qualquer atrito durante o deslizamento relativo entre o anel de estrutura e o antebraço.

Modalidade 8

[00160] Outra variante pode ser similar à Modalidade 1 (Figuras 19 e 20), acima, em que as três rotações são produzidas por uma junta de esfera e soquete, em vez das três juntas rotacionais independentes mostradas na Modalidade 1. A junta de acoplamento pode simplesmente ser uma junta de esfera e soquete. A limitação deste desenho seria que é complicado obter todos os três eixos de rotação associados à junta de esfera e soquete a ser centralizada na articulação de pulso do usuário.

Modalidade 9

[00161] A Figura 39 ilustra um outro desenho no qual o conjunto de fixação de antebraço pode ser relevante para outros tipos de dispositivos (cirúrgicos ou outros) de acesso mínimo. Deve-se considerar o conceito básico da Figura 15 e todos os atributos associados à estrutu- ra, ao punho, e à junta de acoplamento. A estrutura pode servir como uma referência comum para outros fins além do que é descrito para o dispositivo de acesso mínimo articulado da Patente dos Estados Unidos N. 8.668.702.

[00162] Na Figura 39, o aparelho inclui um manípulo com um controle, tal como um interruptor, botão ou coisa do gênero, para o funcionamento de um operador terminal. Neste exemplo, em vez considerar um dispositivo que não tem nenhuma articulação (rotação de passo e guinada) na junta de entrada e só tem um movimento de abrir/fechar que tem de ser transmitido a partir dos dedos/polegar do usuário para o movimento de abrir/fechar do operador terminal.

[00163] Neste exemplo, a ferramenta pode não incluir uma junta de entrada. Em vez disso, o manípulo é equipado com um meio para produzir o movimento de abrir/fechar, por exemplo, uma tesoura, ou pressionando uma alavanca de polegar, ou pressionando uma alavanca de dedo, etc. Esta ação de fechar pode ser transmitida para o correspondente movimento de fecho do operador terminal através de um sistema de conduto de cabo flexível que vai do manípulo para algum ponto sobre a estrutura de ferramenta ou eixo, e, em seguida, é roteado através da estrutura e eixo para o operador terminal. Vide novamente Figura 39.

[00164] Em um dispositivo de acesso mínimo não articulado típico (por exemplo, um instrumento cirúrgico laparoscópico), os tremores associados à mão são amplificados no operador terminal, produzindo um resultado cirúrgico sub-ótimo. Em geral, os tremores naturais são maiores nas mãos/dedos/polegar em comparação com o antebraço. No entanto, com a disposição proposta, a estrutura de ferramenta é estabilizada no antebraço através do conjunto de fixação de antebraço, ao mesmo tempo livrando as mãos/dedos/polegar para qualquer outra ação independente. Isto assegura que tremores menores sejam transmitidos para o operador terminal na extremidade distal do eixo de ferramenta. Neste caso, uma possível ação independente das mãos/dedos/polegar pode ser a de fechar uma alavanca no manípulo com o polegar/dedos. O fato de as mãos/dedos/polegar estarem conectados à estrutura por meio apenas de um conduto de cabo flexível resulta no fato de os tremores associados às mãos/dedos/polegar não serem transmitidos para a estrutura e, por conseguinte, para o operador terminal, por exemplo, ver Figuras 40A-40B.

[00165] A Figura 40A mostra uma transmissão de tremor de antebraço e mão em um instrumento laparoscópico tradicional (o número de meneios/pequenas linhas indicando uma magnitude qualitativa dos tremores). A Figura 40B ilustra uma transmissão de tremor de antebraço e mão na disposição proposto (número de meneios/pequenas linhas indicando uma magnitude qualitativa dos tremores). Além de minimizar a transmissão dos tremores das mãos, essa disposição ajuda a isolar ainda mais o movimento das mãos do usuário da estrutura, de modo que os mesmos não exerçam forças sobre o eixo de ferra-menta ou estrutura. Muitos instrumentos dirigíveis e não dirigíveis têm botões, alavancas, gatilhos ou outras chaves de ativação que comu- mente se localizam sobre o manípulo. O usuário exercerá forças no sentido de segurar o manípulo e/ou ativar essas chaves. Em um instrumento típico, essas forças são transmitidas para todo o corpo de ferramenta (eixo e operador terminal) e influenciam a posição e os movimentos do operador terminal, deste modo comprometendo a precisão da cirurgia. A disposição proposta ajuda a superar este desafio ao isolar ou desacoplar os movimentos da mão do usuário da estrutu- ra/eixo de ferramenta.

[00166] Apesar de o eixo de estrutura/ferramenta e o eixo de antebraço serem mostrados alinhados na figura acima, deve-se observar que, tal como previamente descrito, a junta de acoplamento pode ter dois graus DoF rotacionais (de passo e guinada) que permitirão ao usuário orientar o eixo de estrutura/ferramenta em uma direção diferente a partir do eixo do antebraço. Neste caso, uma vez que a rotação de rolamento não é transmitida do manípulo para a estrutura (dada a ausência de uma junta de entrada), o giro dos dedos não será transmitido para a estrutura e, por conseguinte, para o operador terminal.

Modalidade 10

[00167] A Figura 41 ilustra esquematicamente uma modalidade na qual o conjunto de fixação de antebraço pode ser relevante para outros tipos de dispositivos (cirúrgicos ou outros) de acesso mínimo. Por exemplo, esses dispositivos podem não incluir um eixo de ferramenta, mas poderão, em contrapartida, segurar ou apoiar uma ferramenta tendo um eixo de ferramenta. Por exemplo, a estrutura pode incluir uma montagem na qual uma ferramenta poderá se encaixar (por exemplo, um furo, abertura, etc.) que pode ser fixada dentro da montagem. Deve-se considerar o conceito básico da Figura 15 e todos os atributos associados à estrutura, ao punho, e à junta de acoplamento. A estrutura pode servir como uma referência comum para outros fins além do que é descrito para o dispositivo de acesso mínimo articulado da Patente dos Estados Unidos N. 8.668.702.

[00168] Em vez de considerar um dispositivo que não tem nenhuma articulação (rotação de passo e guinada) na junta de entrada e só tem um movimento de abrir/fechar que tem de ser transmitido dos de- dos/polegar do usuário para o movimento de abrir/fechar do operador terminal. A ferramenta tem um eixo com um eixo geométrico e um ma- nípulo que é rigidamente conectado ao eixo.

[00169] A estrutura da Figura 15 (que é conectada ao antebraço por meio da junta de acoplamento previamente descrita) serve agora como um suporte comum estendido para o eixo de ferramenta para ajudar a estabilizar o eixo de ferramenta. Entre a estrutura e o eixo de ferra- menta, existe uma junta deslizante axial. Esta junta deslizante axial assegura que o eixo de ferramenta e o eixo de estrutura fiquem alinhados um ao outro e que a ferramenta possa transladar axialmente com relação à estrutura. Esta disposição é diferente das disposições anteriores (por exemplo, Figura 16) no sentido de que o eixo de ferramenta é fixado ao manípulo diretamente e não à estrutura.

[00170] Além disso, o manípulo pode ser equipado com um meio para a produção do movimento de abrir/fechar, por exemplo, em tesoura, ou pressionando uma alavanca de polegar, ou pressionando uma alavanca de dedo, etc. Esta ação de fecho pode ser transmitida para o correspondente movimento de fecho do operador terminal através de um sistema de transmissão que vai do manípulo para o operador terminal por meio do eixo de ferramenta. Por exemplo, vide Figura 41.

[00171] Apesar de o eixo de estrutura/ferramenta e o eixo de antebraço serem mostrados alinhados na Figura 41, deve-se notar que, tal como descrito anteriormente, a junta de acoplamento pode ter dois graus DoF rotacionais (de passo e guinada) que permitirão ao usuário orientar o eixo de estrutura/ferramenta em uma direção diferente da do eixo do antebraço. Neste caso, uma vez que o eixo de ferramenta é diretamente conectado ao manípulo, qualquer movimento de giro ou bicada dos dedos/polegar será diretamente transmitido para o eixo de ferramenta e para o operador terminal na extremidade distal do eixo de ferramenta. A junta de acoplamento não precisa ter nenhum grau DoF adicional além do das rotações de passo e rolamento.

[00172] Com referência à Figura 42 e à Figura 43, uma outra modalidade do conjunto de fixação de antebraço, uma variação da Modalidade 1, é mostrada. Muito parecido com o aparelho anteriormente descrito, esse conjunto provê 3 graus de liberdade (DoF) no punho de pulso com relação ao ponto comum (isto é, a estrutura de ferramenta). O aparelho pode compreender um anel de guia externo que se enten- de como sendo rigidamente fixado a uma estrutura de ferramenta. O anel de guia externo é um corpo rígido com uma faixa interna elevada que atua como uma superfície de rolamento entre os anéis subsequentes. A faixa elevada do anel externo orienta e restringe (chaves) do anel subsequente que é o anel de rolamento. A faixa elevada do anel externo oferece, ainda, um baixo atrito ou superfície de mancal lúbrica para uma rotação sem obstáculos em torno do eixo definido pelo anel externo (eixo 3 na Figura 44). Quando este conjunto de fixação de antebraço é fixado ao antebraço de um usuário, tal como previ-amente descrito, o anel externo é igual ao eixo de ferramenta (tal como mostrado na Figura 17) que é o mesmo eixo em torno do qual o usuário direcionará a rotação de rolamento da estrutura através prona- ção, supinação, ou qualquer torção que ocorra na ponta dos dedos.

[00173] Em uma implementação de um mancal, o mancal é um anel de rolamento (Vide Figura 49). Neste exemplo, pode haver um pequeno encaixe compressivo externo entre uma fenda externa do trenó sobre o anel de rolamento e a faixa interna elevação (tal como mostrado na Figura 44). A interface entre esses dois anéis é tal que apenas os contatos de linha sobre linha (Vide Figura 48) são feitos quando quaisquer graus DoF são impedidos com relação a cada anel, reduzindo, assim, as resistências friccionais entre os anéis. Deve-se entender que esses contatos podem também ser contatos de superfície ou múltiplos contatos de ponto de tal maneira que as resistências friccionais sejam minimizadas entre os componentes. O anel de rolamento (vide Figura 49 e Figura 44) pode compreender um ou mais elementos primários (também referidos como trenós) que passam pelas paredes opostas da faixa interna elevada sobre o anel de guia externo. Esses elementos contêm uma fenda externa que corresponde em conformidade à faixa interna elevada do anel de guia externo. Cada elemento de trenó pode suportar um pino de trenó (Figura 48, Figura 50. Figura 43), em que qualquer determinado par de pinos de trenó diametralmente opostos definem um eixo (Eixo 2) que intersecta o eixo de rotação (Eixo 3) definido pela rotação do anel de rolamento em torno do anel de guia externo. Tal como mostrado na Figura 43, o anel de rolamento pode compreender ainda um elemento secundário feito de um ou mais anéis contínuos que conectam os elementos de trenó primários. A Figura 44 mostra apenas um desse anel. O anel ou anéis contínuo(s) que supor- ta(m) os trenós ajudam a limitar os elementos de trenó no sentido de igualar as taxas de rotação em torno do Eixo 3 na mesma direção (CW ou CC W) e impede qualquer translação indesejável do Eixo 2 de tal maneira que o mesmo não mais intersecte o Eixo 3 (Vide Figura 50). Quando os elementos de trenó não são conectados por um anel contínuo, há uma tendência possível de girar e/ou transladar em torno do Eixo 3 em diferentes taxas, o que poderá causar uma ligação entre o anel externo e o anel de trenó. A translação e uma taxa de rotação desigual dos trenós são impedidas pelo anel contínuo, uma vez que o anel fica radialmente impedido pelo anel de guia externo.

[00174] O eixo 2, definido pelos dois pinos suportados dentro do anel de rolamento (referido como pinos de trenó na Figura 43), é o eixo de rotação para o anel subsequente conhecido como anel de desvio. Em uso, quando o conjunto de fixação de antebraço é fixado a um antebraço do usuário, o eixo 2 coincidirá aproximadamente com o eixo de desvio do usuário na sua articulação do pulso (mostrada nas Figuras 42 e 43). O anel de desvio é um corpo rígido livre para girar em torno do eixo 2 definido pelos pinos de trenó. Existem ajustes apropriados entre os pinos de trenó e os orifícios de recepção dentro do anel de desvio, bem como entre os pinos de trenó e o anel de rolamento, de tal modo que o anel de desvio fique livre para girar com relação ao anel de rolamento, em torno do eixo 2 estabelecido pelos pinos de trenó. A Figura 44 demonstra os locais dentro de cada um dos anéis que os pinos de trenó ficam restritos, estabelecendo, assim, um eixo de rotação (Eixo 2). O anel de desvio contém dois recortes semicirculares ligeiramente maiores 5404 que definem um eixo ortogonal ao eixo definido pelos pinos de trenó, tal como mostrado na Figura 45. Os recortes 5404 sobre o anel de desvio demonstram um método para a rápida instalação e remoção do punho subsequente do anel de desvio. O anel de desvio pode ser fabricado a partir de uma variedade de materiais plásticos. A geometria ligeiramente maior que semicircular 5404 e as propriedades elásticas da variedade de materiais plásticos possibilitam um mecanismo de encaixe de pressão entre os pinos de encaixe por pressão do punho (referido como pinos de encaixe de pressão na Figura 45, 46) e os orifícios de recebimento sobre o anel de desvio, que provê uma retenção adequada com baixa resistência friccional para rotação. O desenho do pino de encaixe de pressão do punho pode incluir pinos prensados ou corpos ci-líndricos integrados que se estendem a partir do punho para definir o Eixo 1. Depois de os pinos de encaixe de pressão se encaixarem nos recursos de recebimento do anel de desvio, a interface servirá como uma junta rotacional sobre o um eixo 1 (ver Figuras 44 e 46). A retenção adequada dos pinos correspondentes dentro deste mecanismo é necessária, uma vez que este conjunto de fixação de antebraço suporta o peso total de qualquer dispositivo ou instrumento fixado ao ponto co- mum/estrutura de ferramenta/anel externo e supera as resistências entre a estrutura de ferramenta/anel externo e punho de pulso fixados no antebraço do usuário. Cada recorte semicircular 5404 pode ser precedido por um recorte em forma de V que age como uma rampa de guia para os correspondentes pinos de encaixe de pressão quando o usuário alinha os pinos e prende o punho subsequente no anel de desvio. A estrutura de retenção descrita no presente documento é apenas um exemplo para fins de retenção. A estrutura de retenção inclui, mas não está limitada a um estilo de esfera na faixa, pino de mola/orifício atra- vessante, colchete, encaixe de pressão, pares de ímãs axialmente alinhados ou outras disposições de ímãs, ou qualquer outra estrutura que possa oferecer apenas 1 grau DoF rotacional e potencialmente 1 grau DoF translacional ao longo do eixo de rotação, ao mesmo tempo restringindo todos os outros graus DoF. A estrutura de retenção pode assumir muitas outras formas sem se desviar do âmbito de aplicação da presente invenção.

[00175] O eixo 1 definido pelos dois pinos de encaixe de pressão que se encaixam no anel de desvio é o eixo de rotação para o anel subsequente conhecido como o punho de pulso. Em uso, quando o conjunto de fixação de antebraço é fixado a um antebraço de usuário, o eixo 1 aproximadamente coincidirá com o eixo de flexão/extensão do usuário na sua articulação do pulso (tal como mostrado na Figura 42 e 43). O punho de pulso é um corpo rígido que fica livre para girar com relação ao anel de desvio em torno do eixo 1 definido por dois pinos que se projetam a partir das extremidades opostas da sua curvatura quando os mesmos são restritos aos seus correspondentes recortes no anel de desvio. A geometria específica tanto do punho de pulso como do anel de desvio permite que o usuário insira a sua mão através do anel de desvio e instale o punho de pulso no mecanismo de retenção, deste modo restringindo o pulso do usuário ao ponto de interseção dos 3 eixos do conjunto de fixação de antebraço. A intenção do punho de pulso é fazer interface com o pulso do usuário de maneira tão confortável e segura quanto possível. Estes requisitos podem ser atendidos por uma alça de tecido aderida à superfície externa do punho e continua através de dois canais para o interior do punho de pulso (ver Figura 46). A cinta tecida termina em um comprimento específico em cada extremidade que pode ficar presa sem excesso para qualquer tamanho de pulso por um mecanismo de fecho (Velcro) de gancho e laço ao sobrepor a porção macho e fêmea de gancho e laço, respectivamente. A alça tecida é enrolada sobre o antebraço do usuário, tal como anteriormente definido, sob ligeira tensão de modo a prover um encaixe seguro. O encaixe seguro para cada usuário poderá ser determinado ao se selecionar uma alça de tamanho apropriado incluindo um forro. O forro inclui, mas não está limitado a três tamanhos, pequeno, médio, grande com base nos dados antropométricos que medem as larguras e amplitude de pulso. O forro não atua apenas como uma almofada para o pulso do usuário, sua principal função é atuar como um calço e alinhar vários tamanhos de pulso no centro do punho, em última análise, mantendo os eixos centrais do pulso, antebraço e mão do usuário coincidentes com a interseção dos eixos do aparelho de fixação de pulso. A alça tecida com fecho de gancho e laço e o forro descrito no presente documento é apenas um exemplo para a fixação do antebraço do usuário no punho. Há muitas opções de fixação para a fixação do antebraço do usuário no punho, incluindo, mas não se limitando a, qualquer combinação de uma alça tecida, uma tira de silicone moldado, uma tira de elo de metal ou uma alça elástica com qualquer colchete, haste, encaixe de pressão, ou mecanismo do tipo encaixe de pressão, mecanismo de catraca, etc., que pode acomodar uma variedade de tamanhos de pulso, ao mesmo tempo provendo uma amarração adequada ao pulso. Ver Figura 46, que mostra um punho, incluindo uma fixação integrada (encaixes).

[00176] Tal como acima mencionado, os pinos que acoplam as suspensões tipo articulação Cardan descritas acima à estrutura e/ou a outras juntas de acoplamento (por exemplo, outras articulações Cardan) podem permitir a remoção das juntas de acoplamento, por exemplo, das articulações Cardan, da ferramenta, de modo que, por exemplo, um usuário possa colocar o punho acima da mão ou sobre o pulso ou antebraço, de modo que o mesmo possa ser fixado ao mesmo. Uma vez fixado, o mesmo poderá ser inserido na ferramenta, por exemplo, encaixando-se na estrutura ou outras juntas de acoplamento. As Figuras 53A-53D ilustram um outro exemplo de junta de acoplamento formando um punho (por exemplo, uma articulação Cardan com punho integral) que pode ser removivelmente fixado em/separado de uma ferramenta (por exemplo, uma articulação Cardan externa). Neste exemplo, um punho rígido é formado sobre um corpo de articulação Cardan em forma de C com um par de pinos carregados a mola 5302, 5302' ao longo do eixo de rotação. Esta articulação Cardan com um punho pode ser firmemente colocado no antebraço do usuário. Isto pode ser seguido pela inserção do punho (agora sentado no antebraço) ao longo do eixo do antebraço em um acessório de rampa 5306 sobre a articulação Cardan externa de tal modo que tanto os pinos carregados a mola fiquem pressionados ao correr sobre o acessório de rampa. À medida que o punho translada mais ao longo do eixo do antebraço, os pinos que foram comprimidos pela força de reação da articulação Cardan interna voltam para a sua posição nominal e prendem o punho de tal modo que o eixo que passa pelo centro de ambos os pinos (eixo de rotação do punho) coincida com o eixo que passa pelo centro de ambos a ranhura/orifícios da articulação Cardan externa (eixo de rotação da articulação Cardan interna) de modo a formar o eixo de rotação comum entre o punho e a articulação Cardan externa. Isto provê uma fixação adequada do punho na articulação Cardan externa e ainda mantém o grau DoF rotacional em torno do primeiro eixo de rotação. Para desengatar o punho da articulação Cardan externa, o usuário pressiona o pino ao comprimir a mola no mesmo e, em seguida, translada o punho de volta ao longo do mesmo eixo do antebraço.

[00177] Uma outra modalidade alternativa de um design de articulação Cardan externa pode compreender uma faixa interna rebaixada dentro da qual um anel de rolamento fica limitado a apenas um grau de rotação em torno do eixo descrito acima. Também com referência à Figura 44, observa-se uma disposição sequencial de componentes do anel de guia externo do anel para o punho de pulso, que sequencialmente produz o eixo 3, o eixo 2, e o eixo 1. No entanto, pode-se prever uma sequência diferente de componentes, resultando em uma sequência diferente desses três eixos entre o anel externo e o punho de pulso. Por exemplo, a sequência de eixo pode ser eixo 3, eixo 1, eixo 2 ou eixo 2, eixo 1, eixo 3, etc.

[00178] Em seguida, com referência à Figura 47, essa figura mostra o conjunto de fixação de antebraço em conjunto com uma ferra- menta/instrumento cirúrgico. Em uso, um cirurgião amarrará o punho de pulso no seu antebraço. Em seguida, inserirá sua mão através do anel de desvio (que já se encontra montado no anel de rolamento, o qual já se encontra montado no anel externo), e encaixará os pinos de encaixe de pressão do punho de pulso nos correspondentes acessórios de recebimento no anel de desvio. O anel externo é rigidamente acoplado/fixado à estrutura de ferramenta, que, por sua vez, é acoplada/fixada à estrutura de ferramenta. A mão/palma do cirurgião segura o manípulo de ferramenta. Assim que a ferramenta faz interface com o usuário desta maneira, o eixo geométrico do eixo de ferramenta poderá ser orientado em qualquer direção arbitrária com relação ao eixo de antebraço do usuário (ver Figuras 17 e 18). Além disso, quando o cirurgião prende o manípulo e gira o manípulo sobre o seu eixo do antebraço (1709 na Figura 17) ou sobre o eixo da mão (1707 na Figura 17) usando uma ação de pronação/supinação do seu antebraço ou uma ação de giro de seus dedos, esta rotação será transmitida do manípulo para a estrutura/anel externo da ferramenta através da junta de entrada (um mecanismo VC, neste caso). Esta rotação da estrutura de ferramenta em torno do eixo de ferramenta é guiada pela junta de deslizamento rotacional (sobre o eixo 3) entre o anel externo e o anel de rolamento. Assim, o eixo de ferramenta e o eixo 3 se tornam coincidentes. O eixo 3 provido pelo conjunto de fixação de antebraço permite uma rotação de rolamento lisa, definida, e de baixa fricção/resistência da estrutura de ferramenta inteira sobre a mão e antebraço do usuário. As Figuras 52A-52G ilustram ainda muitas variações do conjunto de fixação de antebraço com uma ferra- menta/instrumento cirúrgico, por exemplo, uma ferramenta cirúrgica incluindo um operador terminal, uma junta de saída do tipo serpentina, e uma junta de entrada que é minha junta de entrada de 2 graus DoF cinemática, paralela.

[00179] Um aspecto adicional da presente invenção envolve uma distribuição de peso adequada da ferramenta como um todo e, em particular, a estrutura e o anel externo, de tal modo que o centro de gravidade (CG) se assente sobre ou fique próximo do eixo de ferramenta (ou seja, o eixo 3). Isso garante que, quando o cirurgião rola toda a ferramenta sobre o eixo 3, acionando este rolamento, por seu lado, ele sente uma resistência tão pequena ao rolamento devido à gravidade possível. Se de fato o CG estiver fora do eixo, nesse caso, alguns trechos/porções do rolamento, o cirurgião tentará aumentar o peso da ferramenta como um todo com relação à gravidade, embora durante outros trechos/porções, a ferramenta cairá sob seu próprio peso à medida que a mesma rola. Além disso, quando o CG atravessa na condição vertical para cima, haverá uma sensação de queda sobre um topo (o que poderá ser perturbador para o cirurgião). Portanto, um objetivo e métrica de desempenho de desenho importante para a ferramenta como um todo é que da ferramenta seja desenhada de tal modo que o peso fique equilibrado, ou seja, com um CG no ou próximo ao eixo de ferramenta, ou seja, ao Eixo 3. Isso poderá determinar o desenho/tamanho/forma/geometria do anel externo e da estrutura de ferramenta.

[00180] Outro aspecto da funcionalidade do nível do dispositivo permitido pelo antebraço é que o mesmo ajuda a isolar o movimento de articulação do pulso (duas rotações) e o movimento de girando de um cirurgião a partir dos movimentos do antebraço (três translações, além de pronação/supinação dispositivo antebraço, ou seja, rotação de rolamento). O primeiro corresponde a um movimento mais fino e mais delicado, enquanto que o segundo corresponde a movimentos de força. Esta separação de movimentos mais finos/delicados e movimentos grossos/de força são de grande ajuda para o cirurgião durante a realização de procedimentos complexos.

[00181] Em ainda outra aplicação/uso (diferente da Figura 47) da modalidade de aparelho de fixação de antebraço das Figuras 42 e 43, a disposição de tipo articulação Cardan de três eixos pode ser usada por um usuário para o controle de um operador terminal remoto com uma ferramenta de acesso remoto, por exemplo, uma ferramenta cirúrgica (ver Figura 51).

[00182] O punho de pulso pode ser fixado ao antebraço do usuário, e, por conseguinte, a estrutura tem três graus DoF rotacionais com relação ao pulso e ao antebraço do usuário. O usuário pode articular e girar seu antebraço com relação à estrutura de modo a gerar as três rotações em torno de seus respectivos eixos na junta de fixação de antebraço. Alguns ou todas essas três rotações/graus DoF (em torno do Eixo 1, Eixo 2, e Eixo 3) do aparelho podem ser captadas mecânica ou eletronicamente e transmitidas para as correspondentes rota- ções/graus DoF em um operador terminal. Ver Figura 51.

[00183] Deve-se notar que, neste caso, a junta de fixação de antebraço serve como a junta de entrada da ferramenta de acesso remoto e não existe nenhuma junta de entrada adicional entre um manípulo de ferramenta segurado pela mão e a estrutura de ferramenta (tal como o caso da Figura 47). Do mesmo modo, deve-se notar que este é um exemplo de uma junta de entrada cinemática serial (S-K).

[00184] No entanto, a funcionalidade única chave desta disposição de junta de entrada S-K é que a mesma deixa a mão livre para segurar qualquer outro dispositivo, enquanto todas as rotações/graus DoF são gerados pela ação do antebraço. Além disso, o antebraço tem tremores menores em comparação com o manípulo e é capaz de gerar forças de acionamento maiores.

[00185] Ainda que em todas as modalidades descritas no presente documento, o punho seja fixado ao antebraço e assim, ao punho, à junta de acoplamento, e à estrutura, ou poderá ser suportado pelo antebraço, outras modalidades nas quais o punho é fixado à mão (isto é, em uma localização distal com relação à articulação do pulso) ou fixado na articulação de pulso do usuário poderão também ser usadas.

[00186] Quando uma característica ou elemento é referido no presente documento como estando "em" outra característica ou elemento, este poderá estar diretamente sobre a outra característica ou elemento, ou características e/ou elementos intervenientes poderão também estar presentes. Em contrapartida, quando uma característica ou elemento é referido como estando "diretamente sobre" uma outra característica ou elemento, não haverá características ou elementos intervenientes presentes. Deve-se também entender que, quando uma característica ou elemento é referido como sendo "conectado", "fixado" ou "acoplado" a uma outra característica ou elemento, o mesmo poderá ser diretamente conectado, fixado ou acoplado a outra característica ou elemento ou a características ou elementos intervenientes presentes. Em contrapartida, quando uma característica ou elemento é referi-da como estando "diretamente conectada", "diretamente fixada" ou "di-retamente acoplada" a uma outra característica ou elemento, não haverá características ou elementos intervenientes. Embora descritos ou mostrados com relação a uma modalidade, as características e elementos então descritos ou mostrados poderão se aplicar a outras modalidades. Deve-se também apreciar que, na técnica, referências a uma estrutura ou característica disposta "adjacente" a uma outra ca-racterística poderão ter porções que se sobrepõem ou se submetem à característica adjacente.

[00187] A terminologia usada no presente documento é para o propósito de descrever apenas modalidades particulares e não se destina a ser limitativa da invenção. Por exemplo, tal como usado no presente documento, as formas no singular "um", "uma" e "a, o" pretendem incluir também suas formas no plural, a menos que o contexto indique claramente o contrário. Deve-se ainda entender que os termos "compreende" e/ou "compreendendo", quando usados no presente relatório descritivo, especificam a presença de características, etapas, operações, elementos, e/ou componentes determinados, mas não excluem a presença ou adição de uma ou mais outras características, etapas, operações, elementos, componentes e/ou grupos dos mesmos. Tal como usado no presente documento, o termo "e/ou" inclui quaisquer e todas as combinações de um ou mais dentre os itens listados associados e poderá ser abreviado como "/".

[00188] Os termos relativos ao espaço, tais como "sob", "abaixo", "inferior", "sobre", "superior" e similares, podem ser, no presente documento, usados no sentido de facilitar a descrição para descrever a relação de um elemento ou característica com outro(s) elemento(s) ou característica(s), tal como ilustrado nas figuras. Deve-se entender que os termos relativos ao espaço se destinam a abranger diferentes orientações do dispositivo em uso ou operação em adição à orientação representada nas figuras. Por exemplo, quando um dispositivo nas figuras é invertido, os elementos descritos como "sob" ou "abaixo" de outros elementos ou características serão, nesse caso, orientados "sobre" os outros elementos ou características. Assim, o termo exemplar "sob" poderá abranger tanto uma orientação sobre e sob. O dispositivo poderá ser de outra forma orientado (girado 90 graus ou em outras orientações) e os descritores relativos ao espaço usados no presente documento devem ser interpretados em conformidade. De maneira similar, os termos "ascendente", "descendente", "vertical", "horizontal" ou coisa do gênero são usados no presente documento unicamente para fins de explicação a menos que especificamente indicado de outra forma.

[00189] Embora os termos "primeiro" e "segundo" possam ser usados no presente documento no sentido de descrever várias característi- cas/elementos (incluindo etapas), estas características/elementos não devem ser limitados por esses termos, a menos que o contexto indique o contrário. Esses termos podem ser usados no sentido de distinguir uma característica/elemento de uma outra característica/elemento. Assim, uma primeira característica/elemento descrito abaixo poderá ser denominada como uma segunda característica/elemento, e, de maneira similar, uma segunda característica/elemento descrito abaixo poderá ser denominado como uma primeira característica/elemento sem nos afastarmos dos ensinamentos da presente invenção.

[00190] Ao longo do presente relatório descritivo e das reivindicações que se seguem, a menos que o contexto exija de outra forma, a palavra "compreender", e variações tais como "compreende" e "compreendendo" significa que vários componentes podem ser conjuntamente empregados nos métodos e artigos (por exemplo, composições e aparelhos, incluindo dispositivos e métodos). Por exemplo, o termo "compreendendo" deve ser entendido como implicando a inclusão de quaisquer elementos ou etapas indicadas, mas não a exclusão de quaisquer outros elementos ou etapas.

[00191] Tal como usado no presente documento no relatório descritivo e reivindicações, incluindo tais como usados nos exemplos e a menos que de outro modo expressamente indicado, todos os números podem ser lidos como se precedidos da palavra "cerca de" ou "apro- ximadamente", mesmo que o termo não apareça expressamente. O termo "cerca de" ou "aproximadamente" pode ser usado quando se descreve a magnitude e/ou posição de modo a indicar que o valor e/ou a posição descrita está dentro de uma faixa razoável esperada de valores e/ou posições. Por exemplo, um valor numérico pode ter um valor +/- 0,1% do valor declarado (ou faixa de valores), +/- 1% do valor declarado (ou faixa de valores), +/- 2% do valor indicado (ou faixa de valores), +/- 5% do valor declarado (ou faixa de valores), +/- 10% do valor declarado (ou faixa de valores), etc. Qualquer faixa numérica indicada no presente documento se destina a incluir todas as suas sub- faixas no presente documento.

[00192] Embora várias modalidades ilustrativas sejam descritas acima, qualquer número de alterações poderá ser feito a várias modalidades sem nos afastarmos do âmbito de aplicação da presente invenção, tal como descrito nas reivindicações. Por exemplo, a ordem na qual as várias etapas de método descrito são realizadas pode muitas vezes ser alterada nas modalidades alternativas, e, em outras modalidades alternativas, uma ou mais etapas do método podem ser totalmente ignoradas. Características opcionais das várias modalidades de dispositivo e sistema podem ser incluídas em algumas modalidades e não em outras. Portanto, a descrição acima é provida principalmente para fins exemplificativos e não deve ser interpretada no sentido de limitar o âmbito de aplicação da invenção, tal como definida a seguir nas reivindicações.

[00193] Os exemplos e ilustrações incluídas no presente documento mostram, a título de ilustração e não de limitação, modalidades específicas nas quais a matéria pode ser praticada. Tal como mencionado, outras modalidades podem ser usadas e derivadas, de tal modo que substituições e alterações estruturais e lógicas possam ser feitas sem sair do âmbito de aplicação da presente invenção. Tais modalida- des da matéria da presente invenção podem ser referidas no presente documento, individualmente ou coletivamente pelo termo "invenção" meramente para fins de conveniência e sem pretender limitar voluntariamente o âmbito de aplicação do presente pedido a uma única invenção ou conceito de invenção, caso mais de uma seja, de fato, apresentada. Assim, embora modalidades específicas tenham sido ilustradas e descritas no presente documento, qualquer disposição calculada no sentido de atingir o mesmo propósito poderá ser substituída pelas modalidades específicas mostradas. A presente invenção pretende cobrir quaisquer e todas as adaptações ou variações de várias modalidades. As combinações das modalidades acima e outras modalidades não especificamente descritas no presente documento serão evidentes àqueles com habilidade na técnica após revisão do relatório descritivo acima.

Claims

1. Ferramenta de acesso mínimo que se monta em um usuário de modo que a ferramenta possa rolar em torno do antebraço do usuário, a ferramenta compreende: uma estrutura (2101, 2151, 5405) compreendendo um eixo de ferramenta alongado (2100) tendo um eixo de ferramenta; caracterizada pelo fato de que compreende ainda: um punho (2108, 5401) que é configurado para se fixar ao pulso ou antebraço do usuário; uma primeira articulação Cardan (2106) acoplada de modo rotacional entre a estrutura (2101, 2151, 5405) e o punho (2108, 5401) de modo que exista um primeiro grau de liberdade rotacional entre a estrutura (2101, 2151, 5405) e o punho (2108, 5401) em torno de um primeiro eixo; e um mancal (2112) entre a estrutura (2101, 2151, 5405) e o punho (2108, 5401) e configurado para deslizar ou rolar em relação à estrutura (2101, 2151, 5405) ou à primeira articulação Cardan de modo que exista um grau de liberdade rotacional de rolagem entre a estrutura (2101, 2151, 5405) e o punho (2108, 5401) em torno do eixo de ferramenta; em que, quando o punho (2108, 5401) é fixado ao pulso ou antebraço do usuário, o eixo de ferramenta e o primeiro eixo se inter- sectam dentro do pulso ou antebraço do usuário.

2. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira articulação Cardan e o mancal (2112) são conectados serialmente em qualquer ordem entre o punho (2108, 5401) e a estrutura (2101, 2151, 5405).

3. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira articulação é acoplada de modo ro- tacional à estrutura (2101, 2151, 5405) e o mancal (2112) é acoplado de modo deslizável à primeira articulação Cardan.

4. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o mancal (2112) é acoplado de modo deslizá- vel à estrutura (2101, 2151, 5405) e a primeira articulação Cardan é acoplada de modo rotacional ao mancal (2112).

5. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que ainda compreende uma segunda articulação Cardan (2104, 5409) acoplada de modo rotacional entre a estrutura (2101, 2151, 5405) e o punho (2108, 5401) de modo que exista um segundo grau de liberdade rotacional entre a estrutura (2101, 2151, 5405) e o punho (2108, 5401) em torno de um segundo eixo, em que quando o punho (2108, 5401) é fixado ao pulso ou antebraço do usuário, o eixo de ferramenta, o primeiro eixo e o segundo eixo se intersec- tam dentro de um ponto no pulso ou antebraço do usuário.

6. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o punho (2108, 5401) é parte da primeira articulação Cardan.

7. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o punho (2108, 5401) é configurado para se fixar de modo removível dentro da primeira articulação Cardan.

8. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o mancal (2112) é parte da primeira articulação Cardan.

9. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o mancal (2112) é configurado para permitir rotação de rolagem continua da estrutura (2101, 2151, 5405) em relação ao pulso ou antebraço do usuário.

10. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o mancal (2112) compreende um mancal (2112) deslizante configurado como um trenó se estendendo em anel ao redor do punho (2108, 5401).

11. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o punho (2108, 5401) compreende um elemento em forma de C.

12. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que ainda compreende uma fixação configurada para segurar o pulso ou antebraço do usuário no punho (2108, 5401) de modo que o punho (2108, 5401) se mova no pulso ou antebraço do usuário.

13. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que ainda compreende uma fixação configurada para segurar o pulso ou antebraço do usuário no punho (2108, 5401) de modo que o punho (2108, 5401) se mova no pulso ou antebraço do usuário, e ainda em que a fixação compreende pelo menos um dentre: uma alça, um encaixe, uma correia, um conector de fecho e gancho, um laço, ou um grampo.

14. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que ainda compreende um manípulo acoplado à estrutura (2101, 2151, 5405): através de uma junta de entrada possuindo pelo menos um grau de liberdade; ou através de uma junta de entrada cinemática paralela possuindo pelo menos dois graus de liberdade.

15. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que ainda compreende uma junta de operador terminal acoplada à estrutura (2101, 2151, 5405) através de uma junta de saída.