BR112019004223B1 - Sistema cirúrgico robótico com um braço robótico e um acionador de instrumento - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um sistema cirúrgico robótico que inclui um braço robótico compreendendo um primeiro segmento que tem uma primeira pluralidade de elos e uma primeira pluralidade de módulos articulados atuados que proporcionam ao braço robótico ao menos cinco graus de liberdade, e um segundo segmento que tem uma extremidade proximal acoplada a uma extremidade distal do primeiro segmento e que compreende uma segunda pluralidade de elos e uma segunda pluralidade de módulos articulados atuados que proporcionam ao braço robótico ao menos dois graus de liberdade. O sistema cirúrgico robótico compreende adicionalmente um acionador do instrumento acoplado ao segundo segmento e configurado para segurar um instrumento cirúrgico. O segundo segmento do braço é configurado para mover o instrumento cirúrgico dentro de um espaço de trabalho genericamente esférico e o primeiro segmento do braço é configurado para mover o local do espaço de trabalho esférico.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS DE RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica a prioridade sobre o pedido de patente US n° de série 62/395.704, depositado em 16 de setembro de 2016, o qual está aqui incorporado em sua totalidade a título de referência.

CAMPO TÉCNICO

[002] A presente invenção refere-se, de modo geral, a sistemas robóticos ou controlados por robótica e, mais particularmente, a braços robóticos para sistemas cirúrgicos robóticos ou controlados por robótica.

ANTECEDENTES

[003] Cirurgias minimamente invasivas (CMI), como a cirurgia laparoscópica, envolvem técnicas destinadas a reduzir os danos aos tecidos durante um procedimento cirúrgico. Por exemplo, procedimentos laparoscópicos envolvem tipicamente a criação de várias pequenas incisões no paciente (por exemplo, no abdômen) e a introdução de uma ou mais ferramentas e ao menos uma câmera através das incisões no paciente. Os procedimentos cirúrgicos são, então, executados mediante o uso dos instrumentos introduzidos, com o auxílio de visualização fornecida pela câmera.

[004] De modo geral, a CMI proporciona múltiplos benefícios, como a redução de cicatrizes no paciente, menos dor do paciente, períodos de recuperação do paciente mais curtos e custos de tratamento médico mais baixos associados à recuperação do paciente. Entretanto, sistemas CMI padrão têm inúmeras desvantagens. Por exemplo, sistemas CMI não robóticos exigem mais do cirurgião, em parte porque exigem que os cirurgiões manipulem indiretamente o tecido através de ferramentas de um modo que pode não ser natural. Os sistemas robóticos convencionais, os quais podem incluir braços robóticos para manipular as ferramentas com base em comandos de um operador, podem proporcionar muitos benefícios à CMI reduzindo, ao mesmo tempo, as exigências sobre o cirurgião. Entretanto, tais braços robóticos tendem a ser grandes e difíceis de configurar e manusear. Adicionalmente, muitos braços robóticos convencionais têm um número significativamente limitado de configurações de braço, de modo que restringem a acessibilidade aos órgãos internos do corpo. Dessa forma, é desejável ter braços robóticos para sistemas cirúrgicos controlados por robótica que sejam mais fáceis de usar e apresentem mais opções clínicas para uma maior variedade de procedimentos e tipos de pacientes.

SUMÁRIO

[005] De modo geral, um sistema cirúrgico robótico pode incluir um braço robótico e um acionador do instrumento configurado para segurar um instrumento cirúrgico. O braço robótico pode incluir um elo de rolamento, um primeiro elo giratório em um primeiro plano e que tem uma extremidade proximal acoplada a uma extremidade distal do elo de base, e um segundo elo giratório em um segundo plano e que tem uma extremidade proximal acoplada a uma extremidade distal do primeiro elo. O acionador do instrumento pode ser acoplado a uma extremidade distal do segundo elo de modo que o acionador do instrumento não seja paralelo a ao menos um dentre o primeiro e o segundo plano. Em algumas variações, o braço robótico pode ser dobrável em uma configuração compacta na qual o acionador do instrumento é posicionado entre o elo de rolamento e o primeiro elo e/ou o segundo elo. Por exemplo, ao menos uma porção do elo de rolamento pode ser orientada ao longo de um eixo geométrico de rolamento e ao menos uma porção do acionador do instrumento pode ser deslocada angularmente a partir do eixo geométrico de rolamento.

[006] O primeiro e o segundo elo no braço robótico podem ter comprimentos diferentes. Por exemplo, o primeiro elo pode ser mais curto que o segundo elo. O primeiro e o segundo elo podem ser acoplados operacionalmente a uma disposição de polia (por exemplo, para operar um paralelogramo ou outro mecanismo de quatro barras adequado, conforme descrito aqui).

[007] Em algumas variações, o braço robótico pode incluir um primeiro segmento do braço que inclui uma primeira pluralidade de elos atuados que proporcionam ao braço robótico ao menos cinco graus de liberdade. O braço robótico pode incluir um segundo segmento do braço que inclui uma segunda pluralidade de elos atuados que proporcionam ao braço robótico ao menos dois graus de liberdade. Em algumas variações, a segunda pluralidade de elos atuados pode incluir um elo de rolamento, um primeiro elo e um segundo elo (por exemplo, o elo de rolamento, o primeiro elo e o segundo elo descritos acimas). Em algumas variações, o segundo segmento do braço pode ser configurado para mover o instrumento cirúrgico dentro de um espaço de trabalho genericamente esférico, e o primeiro segmento do braço pode ser configurado para mover a localização do espaço de trabalho esférico.

[008] Por exemplo, um grau de liberdade do braço robótico (por exemplo, no segundo braço do segmento) pode ser fornecido mediante a rotação do elo de rolamento em relação ao primeiro segmento do braço. A rotação do elo de rolamento em relação ao primeiro segmento do braço pode, por exemplo, causar o movimento do acionador do instrumento em uma direção de rolamento. Como outro exemplo, um grau de liberdade do braço robótico (por exemplo, no segundo segmento do braço) pode ser fornecido pela rotação sincronizada do primeiro e do segundo elo em relação ao elo de rolamento. A rotação sincronizada do primeiro e do segundo elo pode, por exemplo, causar o movimento do acionador do instrumento em um sentido do passo.

[009] Em algumas variações, o acionador do instrumento pode ser configurado para girar o instrumento cirúrgico ao redor de um centro remoto de movimento. Em algumas dessas variações, o segundo segmento do braço pode ser configurado para girar o acionador do instrumento ao redor de um eixo geométrico de rolamento e um eixo geométrico de passo, onde ao menos um dentre o eixo geométrico de rolamento e o eixo geométrico de passo não se cruza com o centro remoto de movimento. Por exemplo, o eixo geométrico de rolamento e/ou o eixo geométrico de passo podem ser deslocados em cerca de 5 centímetros ou menos, ou cerca de 2 centímetros ou menos, a partir do centro remoto de movimento. Em algumas variações, tanto o eixo geométrico de rolamento quanto o eixo geométrico de passo podem não se cruzar com o centro remoto de movimento.

[0010] De modo geral, em algumas variações, um sistema cirúrgico robótico pode incluir um braço robótico e um acionador do instrumento. O braço robótico pode incluir um primeiro segmento do braço que tem uma primeira pluralidade de elos que proporcionam ao braço robótico ao menos cinco graus de liberdade, e um segundo segmento do braço que tem uma segunda pluralidade de elos que proporcionam ao braço robótico ao menos dois graus de liberdade. O acionador do instrumento pode ser configurado para segurar um instrumento cirúrgico e configurado para girar o instrumento cirúrgico ao redor de um centro remoto de movimento. O segundo segmento do braço pode ser configurado para girar o acionador do instrumento ao redor de um eixo geométrico de rolamento e de um eixo geométrico de passo, onde o eixo geométrico de rolamento e o eixo geométrico de passo não se cruzam com o centro remoto de movimento. Por exemplo, em algumas variações, ao menos um dentre o eixo geométrico de rolamento e/ou o eixo geométrico de passo podem ser deslocados em cerca de 5 centímetros ou menos, ou cerca de 2 centímetros ou menos, a partir do centro remoto de movimento.

[0011] O segundo segmento do braço pode ser configurado para mover o instrumento cirúrgico mantido pelo acionador do instrumento dentro de um espaço de trabalho genericamente esférico, e o primeiro segmento do braço pode ser configurado para mover a localização do espaço de trabalho genericamente esférico. Em algumas variações, a segunda pluralidade de elos pode incluir um elo de rolamento, um primeiro elo de passo e um segundo elo de passo. A rotação do elo de rolamento em relação ao primeiro segmento do braço pode causar o movimento do acionador do instrumento ao redor do eixo geométrico de rolamento. A rotação sincronizada do primeiro e do segundo elo de passo pode causar o movimento do acionador do instrumento ao redor do eixo do passo. Em algumas variações, o primeiro e o segundo elo de passo podem ter comprimentos diferentes (por exemplo, o primeiro elo de passo pode ser mais curto que o segundo elo de passo).

[0012] Em algumas variações, o sistema cirúrgico robótico pode incluir uma pluralidade de módulos articulados configurados para atuar a primeira e a segunda pluralidade de elos atuados. Um controlador pode ser configurado para atuar ao menos um módulo articulado com base em ao menos um dentre uma pluralidade de modos de controle. Por exemplo, em um modo de compensação de gravidade, o controlador pode determinar a força da gravidade que atua sobre ao menos uma porção dos elos e atuar ao menos um módulo articulado para neutralizar a força da gravidade determinada. Como outro exemplo, em um modo de compensação de atrito, o controlador pode determinar a presença de uma força aplicada pelo usuário atuando para recuar ao menos um módulo articulado e atuar o ao menos um módulo articulado para reduzir a força aplicada pelo usuário necessária para recuar o ao menos um módulo articulado. No modo de compensação de atrito, o controlador pode, por exemplo, atuar o ao menos um módulo articulado com base em um sinal de tremulação até que o controlador determine a presença da força aplicada pelo usuário.

[0013] Em algumas variações, o sistema cirúrgico robótico pode incluir uma embreagem de posicionamento fino configurada para restringir substancialmente as posições relativas de ao menos uma porção da segunda pluralidade de elos no segundo segmento do braço, enquanto possibilita o movimento relativo entre a primeira pluralidade de elos no primeiro segmento do braço. Outros recursos operados manualmente e/ou operados por controladores adequados podem ser utilizados para operar o sistema cirúrgico robótico, como aqueles aqui descritos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0014] As Figuras 1A a 1D são ilustrações esquemáticas de uma variação de um braço robótico de um sistema cirúrgico controlado por robótica. A Figura 1E é uma ilustração esquemática simbólica de uma variação de um conjunto de passo esférico de um braço robótico.

[0015] A Figura 2A é uma ilustração esquemática de uma variação de um conjunto de passo esférico de um braço robótico. A Figura 2B é uma ilustração esquemática do conjunto de passo esférico mostrado na Figura 2A, movendo-se ao longo de uma série de configurações com um centro remoto de movimento em movimento.

[0016] As Figuras 3A e 3B são ilustrações esquemáticas de uma variação de um conjunto de passo esférico de um braço robótico.

[0017] A Figura 4 é uma ilustração esquemática de uma outra variação de um conjunto de passo esférico de um braço robótico com rolamento esférico deslocado, passo esférico e os eixos geométricos de rotação do instrumento.

[0018] As Figuras 5A a 5C são a vista lateral, a vista de topo e a vista frontal de uma outra variação de um braço robótico de um sistema cirúrgico controlado por robótica.

[0019] As Figuras 6A e 6B são ilustrações esquemáticas de configurações dobradas exemplificadoras de uma variação de um braço robótico.

[0020] As Figuras 7A e 7B são as vistas lateral e inferior de um sistema cirúrgico robótico que inclui uma pluralidade de braços robóticos em uma configuração dobrada e acoplada a uma mesa hospitalar para pacientes.

[0021] As Figuras 8A e 8B são ilustrações esquemáticas de configurações de braço "baixo" e "invertido" de uma variação de um braço robótico.

[0022] A Figura 9A é uma vista em perspectiva de um módulo articulado exemplificador. A Figura 9B é uma vista em perspectiva de uma porção de alta carga do módulo articulado representado na Figura 9A. A Figura 9C é uma vista em perspectiva da porção de motor e alojamento de componentes eletrônicos no módulo articulado representado na Figura 9A. A Figura 9D é uma vista em perspectiva de um alojamento de componentes eletrônicos exposto no módulo articulado representado na Figura 9A.

[0023] A Figura 10A é uma ilustração esquemática de uma variação de um atuador secundário de um freio de segurança biestável. A Figura 10B é um diagrama de controle do atuador secundário mostrado na Figura 10A.

[0024] As Figuras 10C a 10G são ilustrações esquemáticas do atuador secundário, em vários estados, para a atuação de um freio biestável.

[0025] A Figura 11A é uma vista em seção transversal longitudinal de um módulo articulado exemplificador com uma variação de um freio de segurança biestável. As Figuras 11B a 11F são ilustrações esquemáticas de vários subconjuntos no freio de segurança biestável representado na Figura 11A.

[0026] As Figuras 12A a 12C são ilustrações esquemáticas do freio representado na Figura 11A em um modo de "freio desativado".

[0027] As Figuras 13A a 13D são ilustrações esquemáticas do freio mostrado na Figura 11A em um modo de "freio ativado".

[0028] As Figuras 14A e 14B são vistas em seção transversal em perspectiva e longitudinal, respectivamente, de uma outra variação de um freio de segurança biestável. A Figura 14C é uma vista em seção transversal longitudinal detalhada do freio representado nas Figuras 14A e 14B.

[0029] As Figuras 15A e 15B são vistas em perspectiva parcial de uma outra variação de um freio de segurança do tipo freio de cinta de um módulo articulado. A Figura 15C é uma vista em perspectiva explodida do freio representado nas Figuras 15A e 15B. A Figura 15D é uma vista em perspectiva de um conjunto de cintas no freio representado nas Figuras 15A e 15B. As Figuras 15E e 15F são vistas laterais do freio representado nas Figuras 15A e 15B, em um modo de "freio desativado" e um modo de "freio ativado", respectivamente. As Figuras 15G e 15H são diagramas de controle exemplificadores para controlar o freio representado nas Figuras 15A e 15B.

[0030] As Figuras 16A a 16C são variações exemplificadoras de pontos de toque no braço robótico. A Figura 16D é uma variação exemplificadora de uma tela de exibição no braço robótico para comunicar informações a um usuário.

[0031] A Figura 17A é uma ilustração esquemática de um conjunto de módulo de luz em uma variação de um braço robótico para comunicar informações a um usuário. As Figuras 17B e 17C são padrões de iluminação exemplificadores do conjunto de módulo de luz representado na Figura 17A.

[0032] A Figura 18 é um esquema geral de uma configuração de sistema de controle exemplificadora para controlar a atuação dos módulos articulados de uma variação de um braço robótico.

[0033] A Figura 19 é um diagrama de estado que resume os modos primitivos e os modos de usuário para uma variação de um sistema de controle de um braço robótico.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0034] Exemplos não limitadores de vários aspectos e variações da presente invenção são aqui descritos e ilustrados nos desenhos em anexo.

Visão geral do braço robótico

[0035] De modo geral, um sistema cirúrgico robótico ou controlado por robótica (por exemplo, para possibilitar um procedimento cirúrgico minimamente invasivo) pode incluir um ou mais braços robóticos para manipular instrumentos cirúrgicos, por exemplo, durante uma cirurgia minimamente invasiva. Um braço robótico pode incluir uma pluralidade de elos, uma pluralidade de módulos de junção atuados que possibilitam o movimento relativo entre elos adjacentes. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 1A, um braço robótico pode incluir um primeiro segmento 110 que tem uma extremidade proximal e uma extremidade distal e um segundo segmento 150 que tem uma extremidade proximal (acoplada à extremidade distal do primeiro segmento 110) e uma extremidade distal. Adicionalmente, um acionador do instrumento 180 pode ser acoplado à extremidade distal do segundo segmento 150 e ser configurado para segurar e atuar um instrumento cirúrgico que passa através de uma cânula 190.

[0036] Durante o uso do braço robótico 100 para um procedimento cirúrgico, a extremidade proximal do primeiro segmento 110 pode ser montada ou, de outro modo, acoplada a uma estrutura (por exemplo, uma mesa cirúrgica, carrinho, parede, teto, etc.) em um ponto de montagem próximo ao paciente durante um procedimento cirúrgico. Em algumas variações, o primeiro segmento 110 pode ser chamado de segmento de "braço cartesiano" uma vez que o primeiro segmento 110 pode posicionar um centro remoto de movimento mecânico (descrito adicionalmente abaixo) em um espaço tridimensional (por exemplo, coordenadas x-y-z) em relação ao ponto de montagem do primeiro segmento 110. Além disso, o segundo segmento 150 pode ser chamado de segmento de "braço esférico" uma vez que o segundo segmento 150 pode mover a ponta do instrumento cirúrgico mantido pelo acionador do instrumento dentro de um volume aproximadamente esférico do espaço, conforme definido pela amplitude de movimento do segundo segmento 150. A combinação do segmento de braço cartesiano e do segmento de braço esférico pode proporcionar um alto grau de flexibilidade e destreza de configuração para manipulação do instrumento cirúrgico em vários tipos de procedimentos e tipos de pacientes.

Elos do braço robótico

[0037] Em algumas variações, conforme mostrado na Figura 1B, o primeiro segmento 110 pode incluir uma primeira pluralidade de elos e uma primeira pluralidade de módulos articulados atuados para atuar a primeira pluralidade de elos entre si. Por exemplo, o primeiro segmento 110 pode incluir ao menos cinco elos: um elo de base 112, um elo de passo do ombro 114, um elo de rolamento do ombro 116, um elo de cotovelo 118 e um elo de antebraço 120, que são dispostos em série. Os elos adjacentes podem ser conectados de modo que os elos adjacentes sejam substancialmente restritos a um movimento ao redor de um eixo geométrico um em relação ao outro. Por exemplo, o elo de base 112 e o elo de passo do ombro 114 podem ser substancialmente restritos a um movimento relativo ao redor de um eixo geométrico de passo (por exemplo, o ângulo entre o eixo longitudinal do elo de base 112 e o eixo geométrico longitudinal do elo de passo do ombro 114 pode aumentar ou diminuir), por exemplo, com uma construção de forquilha. O elo de passo do ombro 114 e elo de rolamento do ombro 116 podem ser substancialmente restritos a um movimento relativo ao redor de um eixo geométrico de rolamento (por exemplo, os eixos geométricos longitudinais do elo de passo do ombro 114 e do elo de rolamento do ombro 116 podem ser substancialmente coaxiais). O elo de rolamento do ombro 116 e o elo de cotovelo 118 podem ser substancialmente restritos ao movimento relativo ao redor de um outro eixo geométrico de passo (por exemplo, o ângulo entre o eixo geométrico longitudinal do elo de rolamento do ombro 116 e o eixo geométrico longitudinal do elo de cotovelo 118 pode aumentar ou diminuir), por exemplo, mediante uma construção de forquilha. O elo de cotovelo 118 e o elo de antebraço 120 podem ser substancialmente restritos a um movimento relativo ao redor de um outro eixo geométrico de rolamento (por exemplo, os eixos geométricos longitudinais do elo de cotovelo 118 e do elo de antebraço 120 podem ser substancialmente coaxiais).

[0038] Adicionalmente, o primeiro segmento 110 pode incluir uma primeira pluralidade de módulos articulados atuados 132 configurados para atuar o primeiro segmento 110 com ao menos cinco graus de liberdade ("degrees of freedom", DOFs), incluindo ao menos dois dos DOFs redundantes além das 3 DOFs da tarefa de posicionar o centro remoto de movimento mecânico no espaço tridimensional. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 1C, um primeiro módulo articulado 132a pode acoplar o elo de passo do ombro 114 ao elo de base 112 e incluir ao menos um atuador configurado para pivotar o elo de passo do ombro 114 ao redor do eixo geométrico A em relação ao elo de base 112. Um segundo módulo articulado de ombro 132b pode acoplar o elo de rolamento do ombro 116 ao elo de passo do ombro 114 e incluir ao menos um atuador configurado para girar o elo de rolamento do ombro 116 ao redor do eixo geométrico B em relação ao elo de passo do ombro 114. Um terceiro módulo articulado 132c pode acoplar o elo de cotovelo 118 ao elo de rolamento do ombro 116 e incluir ao menos um atuador configurado para pivotar o elo de cotovelo 118 ao redor do eixo geométrico C em relação ao elo de rolamento do ombro 116. Um quarto módulo articulado 132d pode acoplar o elo de antebraço 120 ao elo de cotovelo 118 e incluir ao menos um atuador configurado para girar o elo de antebraço 120 ao redor do eixo geométrico D em relação ao elo de cotovelo 118. Um quinto módulo articulado 132e pode acoplar o segundo segmento do braço robótico (por exemplo, através de um elo de base esférico 152) à extremidade distal do primeiro segmento (por exemplo, elo de antebraço 120) e incluir ao menos um atuador configurado para pivotar o segundo segmento do braço robótico ao redor do eixo geométrico E em relação ao elo de antebraço 120. Esquemas de atuação e controle exemplificadores dos elos são descritos em mais detalhes abaixo.

[0039] O segundo segmento 150 pode incluir uma segunda pluralidade de elos e uma segunda pluralidade de módulos articulados atuados para atuar a segunda pluralidade de elos entre si. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 1B, o segundo segmento 150 pode incluir ao menos quatro elos: um elo de base esférico 152, um elo de rolamento esférico 154 e o primeiro e o segundo elo de passo 156a e 156b, respectivamente, formando o conjunto de passo esférico 156. Conforme descrito acima, o elo de base esférico 152 pode ser acoplado a uma extremidade distal do primeiro segmento (por exemplo, elo de antebraço 120) para conectar o primeiro segmento do braço 110 e o segundo segmento do braço 150. Conforme no primeiro segmento 110, elos adjacentes no segundo segmento 150 podem ser conectados de modo que os elos adjacentes sejam substancialmente restritos a um movimento ao redor de um eixo geométrico um em relação ao outro. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 1A, o elo de base esférica 152 pode ser acoplado ao elo de antebraço 120 com uma construção de forquilha que possibilita movimento relativo apenas ao redor do eixo geométrico E. Adicionalmente, o elo de base esférico 152 e o elo de rolamento esférico 154 podem ser substancialmente restritos a um movimento relativo ao redor de um eixo geométrico de rolamento (por exemplo, os eixos geométricos longitudinais do elo de base esférico 152 e o elo de rolamento esférico 154 podem ser substancialmente coaxiais).

[0040] Adicionalmente, o segundo segmento 150 pode incluir uma segunda pluralidade de módulos articulados atuados configurados para fornecer ao segundo segmento 150 ao menos dois DOFs. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 1C, um sexto módulo articulado 134f pode acoplar o elo de rolamento esférico 154 ao elo de base esférico 152 e incluir ao menos um atuador configurado para girar o elo de rolamento esférico 154 ao redor do eixo geométrico F do rolamento em relação ao elo de base esférico 152. Um sétimo módulo articulado 134g pode acoplar o conjunto de passo esférico (através do primeiro elo de passo 156a) ao elo de rolamento esférico 154 e incluir ao menos um atuador configurado para pivotar o primeiro elo de passo 156 ao redor do eixo geométrico G em relação ao elo de rolamento esférico 154. Esquemas de atuação e controle exemplificadores dos elos são descritos em mais detalhes abaixo.

[0041] Conforme mostrado na Figura 1D, o segundo segmento 150 pode incluir o conjunto de passo esférico 156 incluindo um primeiro elo de passo 156a e um segundo elo de passo 156b. O acionador do instrumento 180 pode ser acoplado a uma extremidade distal do segundo elo de passo 156b. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 1E, o primeiro elo de passo 156a, o segundo elo de passo 156b e o acionador do instrumento podem se mover como três elos de um paralelogramo ou de um mecanismo de quatro barras, restritos por um mecanismo de acionamento (como aquele adicionalmente descrito a seguir) com uma razão de 1:1, a fim de replicar a rotação do primeiro elo de passo 156a ao redor do eixo geométrico G para rotação do acionador do instrumento ao redor do eixo geométrico G’ no centro remoto de movimento mecânico (RCM), onde o eixo geométrico G’ é deslocado e paralelo ao eixo geométrico G. Em outras palavras, o sétimo módulo articulado 134g pode acionar o primeiro elo de passo 156a para pivotar ao redor do eixo geométrico G, o qual, através do conjunto de passo esférico 156 atua indiretamente o acionador do instrumento (e o instrumento cirúrgico mantido pelo acionador do instrumento) para pivotar ao redor do eixo geométrico G’ no RCM. O conjunto de passo 156 pode ser configurado para operar o instrumento cirúrgico ao redor do RCM com maior facilidade, velocidade e flexibilidade em comparação com outros mecanismos de montagem de passo convencionais.

[0042] Em algumas variações, o conjunto de passo 156 pode incluir o primeiro e segundo elo de passo que são de diferentes comprimentos, onde o comprimento é medido entre os pontos de rotação nas extremidades de um elo de passo. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 1D, o primeiro elo de passo 156a pode ser mais curto que o segundo elo de passo 156b. Por exemplo, em algumas variações, o primeiro elo de passo 156a pode ter um comprimento (conforme medido entre os pontos de pivô) que está entre cerca de 10% e cerca de 80% do comprimento do segundo elo de passo 156b (conforme medido entre os pontos de pivô). Em algumas variações, o comprimento do primeiro elo de passo pode ser entre cerca de 20% e cerca de 70% do comprimento do segundo elo de passo, ou entre cerca de 25% e cerca de 65% do comprimento do segundo elo de passo. Por exemplo, o primeiro elo de passo 156a pode girar em relação ao segundo elo de passo 156b sem interferência física e possibilitar que o conjunto de passo 156 se retraia ou se dobre contra si mesmo reduzindo seu volume ou formando uma configuração mais compacta. Adicionalmente, um elo de passo mais curto pode reduzir o volume do espaço de trabalho necessário para a operação do conjunto de passo, uma vez que um elo de passo mais curto cobrirá um volume menor durante sua rotação. Tal configuração pode, por exemplo, ser útil para o armazenamento, transporte, para reduzir o risco de colisão entre o conjunto de passo e o paciente ou a equipe cirúrgica e/ou para reduzir o risco de colisão entre o conjunto de passo e outras partes do braço robótico, etc.

[0043] Por exemplo, em algumas variações, o conjunto de passo pode ser parte de um mecanismo de quatro barras em movimento como um paralelogramo imperfeito. Por exemplo, conforme mostrado na vista esquemática da Figura 2A, a distância entre os pontos de pivô no primeiro elo de passo 156a pode ser uma distância "A", a distância entre os pontos de pivô no segundo elo de passo 156b pode ser uma distância "B", a distância entre um ponto de pivô distal no segundo elo de passo 156b e um RCM pode ser uma distância "C", e a distância ao longo de um elo virtual entre o RCM e um ponto de pivô proximal no primeiro elo de passo 156a pode ser uma distância "D". A distância "A" pode ser menor que a distância "C" de modo que o primeiro elo 156a que tem um comprimento eficaz "A" e a rotação do elo que tem um comprimento eficaz "C", nem sempre são paralelos quando o conjunto de passo 156 e o acionador do instrumento 180 se movem.

[0044] Além disso, à medida que o conjunto de passo 156 mostrado na Figura 2A se move, o RCM tende a mover-se ligeiramente. Por exemplo, a Figura 2B ilustra uma série de quatro posições exemplificadoras do conjunto de passo 156 que são o resultado do primeiro elo de passo 156a girando em sua extremidade proximal ao redor do eixo geométrico G (conforme observado na Figura 1D, por exemplo). À medida que o conjunto de passo se move das posturas de "a" até "d" na Figura 2B, o RCM se move, em vez de permanecer completamente estacionário, devido à natureza imperfeita do paralelogramo formado em parte pelos elos de passo. Em algumas variações, o movimento do primeiro elo de passo 156a ao redor do eixo geométrico G pode ser limitado devido à natureza de uma tarefa cirúrgica que está sendo executada. Por exemplo, em uma variação exemplificadora, o primeiro elo de passo 156a pode ter um comprimento (conforme medido entre os pontos de pivô, descrito acima como distância "A") entre cerca de 2 polegadas e cerca de 4 polegadas, e o segundo elo de passo 156b pode ter um comprimento (conforme medido entre os pontos de pivô, descrito acima como distância "B") entre cerca de 7 polegadas e cerca de 9 polegadas. Nessa variação exemplificadora, quando o braço e o acionador do instrumento estão executando tarefas cirúrgicas típicas, a amplitude de movimento do passo no sétimo módulo articulado 134g pode, por exemplo, genericamente, ser entre cerca de 10 graus e cerca de 30 graus. Sob tais condições exemplificadoras, o RCM nessa variação exemplificadora pode tender a percorrer entre cerca de 1 cm e cerca de 3 cm. Deve-se compreender que, em outras variações, o primeiro e o segundo elo de passo 156a e 156b podem ter outros comprimentos adequados e/ou a amplitude de movimento do passo para tarefas cirúrgicas que estão sendo executadas pode variar, o que pode fazer com que o RCM percorra menos que cerca de 1 cm ou mais que cerca de 3 cm. Em algumas variações, o primeiro segmento do braço (por exemplo, o segmento de braço cartesiano) que é proximal ao conjunto de passo pode ser controlado com base em um algoritmo de controle que mantém o ponto de RCM fixo ou substancialmente fixo no espaço, compensando, assim, o movimento do RCM que ocorreria de outro modo. Tais algoritmos de controle ou modos de controle para compensar um desvio do RCM podem, por exemplo, ser similares àqueles aqui descritos para a manutenção de um RCM virtual.

[0045] Na variação exemplificadora mostrada nas Figuras 3A e 3B, o conjunto de ligação de passo esférico 356 inclui uma série de polias e uma série de cintas conectando as polias, as quais facilitam o movimento do mecanismo de quatro barras. O primeiro elo de passo 356a é acoplado ao eixo de acionamento de saída de um atuador de módulo articulado que aciona a rotação do primeiro elo de passo 356a ao redor do eixo geométrico G, enquanto o segundo elo de passo 356b é acoplado de forma giratória ao acionador do instrumento. O primeiro elo de passo 356a inclui uma primeira polia 110 acoplada ao alojamento do atuador do módulo articulado e situado, de modo geral, em um ponto proximal do primeiro elo de passo 356a, dentro de um espaço interno do primeiro elo de passo 356a. O primeiro elo de passo 356a inclui também uma segunda polia 312 situada, de modo geral, em um ponto distal do primeiro elo de passo 356a, dentro do espaço interno do primeiro elo de passo 356a. A segunda polia 312 é fixada rigidamente em um ponto proximal do segundo elo de passo 356b.

[0046] Adicionalmente, o segundo elo de passo 356b inclui uma terceira polia 314 situada, de modo geral, em um ponto proximal do segundo elo de passo 356b, montada e fixada rigidamente em um eixo de acionamento do primeiro elo de passo 356a que se estende para um volume interno do segundo elo de passo 356b, de modo que, quando o primeiro elo de passo 356a gira, a terceira polia 314 gira de modo correspondente. O segundo elo de passo 356b inclui também uma quarta polia 316 situada, de modo geral, em um ponto distal do segundo elo de passo 356b, dentro do espaço interno do segundo elo de passo 356b. O acionador do instrumento é acoplado de forma giratória ao ponto distal do segundo elo de passo 356b e, dessa forma, restrito a se mover quando a quarta polia 316 gira.

[0047] Ao menos uma cinta (não mostrada nas Figuras 3A e 3B) envolve a primeira e segunda polia de modo que, quando um módulo articulado aciona a rotação do primeiro elo de passo 356a ao redor do eixo geométrico G, a orientação do segundo elo de passo 356b permanece fixa em relação à orientação do alojamento do atuador do módulo articulado. De modo similar, ao menos uma cinta (não mostrada) envolve a terceira e a quarta polias de modo que quando o segundo elo de passo 356b gira, a orientação do acionador do instrumento permanece fixa em relação à orientação do primeiro elo de passo 356a. Em suma, a rotação do primeiro elo de passo 356a ao redor do eixo geométrico G é transformada através do sistema de elos de passo, polias e cintas na rotação do acionador do instrumento ao redor do eixo geométrico G’. Em modalidades alternativas, as polias podem ser engatadas a cabos, esteiras e/ou outros elementos de acionamento adequados.

[0048] As cintas conectando a primeira e a segunda polia 310 e 312, e a terceira e a quarta polia 314 e 316, devem ser adequadamente tensionadas a fim de facilitar a transformação do movimento rotacional descrito acima. Consequentemente, o conjunto de passo 356 pode incluir, também, um conjunto de tensionamento. Por exemplo, o conjunto de tensionamento pode incluir ao menos uma polia tensionadora situada em plano com a primeira e a segunda polia 310 e 312 e cintas correspondentes, e ao menos uma polia tensionadora situada em plano com a terceira e a quarta polia 314 e 316 e cintas correspondentes. As localizações em plano das polias tensionadoras podem ser ajustadas e configuradas (por exemplo, com prendedores) a fim de calibrar a tensão das cintas. Entretanto, o conjunto de passo 356 pode incluir um tensor ou qualquer conjunto de tensionamento adequado. As cintas podem ser tensionadas até um nível de tensão predeterminado durante a montagem do conjunto de passo e monitoradas e novamente tensionadas durante e ao longo do período de uso do braço robótico. Alternativamente, ao menos uma porção do conjunto de passo pode ser intercambiável para ser substituída por peças de montagem de passo adequadamente tensionadas, como parte da manutenção regular.

[0049] Variações exemplificadoras de disposições de polia (por exemplo, conjuntos para a fixação de um elemento de acionamento a uma polia, mecanismos de tensionamento, etc.) para o conjunto de passo em um braço robótico são adicionalmente descritas em detalhes no pedido de patente US n° de série depositado concomitantemente a este pedido e intitulado "BELT TERMINATION AND TENSIONING IN A PULLEY ARRANGEMENT FOR A ROBOTIC ARM", com n° do documento do procurador VESU-032/00US 3262402039, o qual está aqui incorporado em sua totalidade a título de referência.

[0050] O acionador do instrumento 180 pode ser configurado para orientar o instrumento cirúrgico no interior da cânula 190, ao longo do eixo geométrico H do instrumento mostrado na Figura 1C. O acionador do instrumento 180 pode, por exemplo, possibilitar a rotação do instrumento ao redor do eixo geométrico H e a translação ao longo do eixo geométrico H, fornecendo assim mais dois DOFs. Uma forma alternativa de expressar dois DOFs de redundância pode ser incluir a rotação do eixo de acionamento do instrumento ao redor do eixo geométrico H (um DOF residindo no acionador do instrumento) com os sete DOFs do primeiro e do segundo segmento de braço em um total de oito DOFs para o braço robótico, incluindo o acionador do instrumento e, então, considerar o propósito do braço robótico para posicionar um vetor (o instrumento cirúrgico) no espaço como uma tarefa com seis DOFs. Portanto, os oito DOFs disponíveis para executar a tarefa de seis DOFs resulta em dois graus de liberdade redundantes. A intersecção do eixo geométrico esférico F, do eixo geométrico G’ do passo deslocado e do eixo geométrico H do instrumento define o centro remoto de movimento mecânico ("RCM") do instrumento cirúrgico dentro da cânula 190. De modo geral, o RCM mecânico pode coincidir com a colocação da porta no instrumento cirúrgico (por exemplo, a cânula 190 é acoplada à porta).

[0051] Em uma outra variação, conforme mostrado na Figura 4, ao menos alguns dos eixos rotacionais do segundo segmento do braço (braço esférico) não se cruzam em um ponto comum, em contraste com a variação mostrada nas Figuras 1D e 1E. Ao invés disso, os elos no braço esférico podem ser configurados de modo que o eixo geométrico F (um eixo geométrico de rolamento esférico ao redor do qual o elo de rolamento esférico 454 gira), o eixo geométrico G’ (um eixo geométrico do elo esférico ao redor do qual o movimento é controlado remotamente pelo módulo articulado 434g com os elos de passo 456a e 456b) e o eixo geométrico H (um eixo rotacional do instrumento ao redor do qual o acionador do instrumento 480 gira axialmente o instrumento), de modo geral, se cruzem em uma região comum, mas que sejam deslocados um do outro em uma distância predeterminada (por exemplo, entre cerca de 1 a 5 centímetros ou entre cerca de 2 a 4 centímetros ou cerca de 3 centímetros). Em algumas variações, o eixo geométrico do instrumento (eixo geométrico H) pode se cruzar com um RCM, enquanto o eixo geométrico de rolamento (eixo geométrico F) e/ou o eixo do passo (eixo geométrico G’) não se cruzam com o RCM. Por exemplo, o eixo geométrico de rolamento e/ou o eixo do passo podem ser deslocados em cerca de 5 centímetros ou menos do centro remoto de movimento ou cerca de 2 centímetros ou menos do centro remoto de movimento. Vários comprimentos dos elos de braço podem ser ajustados para se obter esse deslocamento (por exemplo, um primeiro elo de passo mais curto 456a).

[0052] Por exemplo, para mover o instrumento cirúrgico ao redor do mesmo ponto no espaço 3D como se esse ponto fosse um RCM mecânico, um algoritmo de controle do braço calcula a atuação adequada de algumas ou todas as articulações no braço (incluindo no primeiro segmento ou no braço cartesiano) durante os movimentos comandados do instrumento, a fim de compensar os deslocamentos do eixo geométrico. Por exemplo, em algumas variações, o deslocamento entre um eixo geométrico de rolamento (eixo geométrico F) e um eixo geométrico do instrumento (eixo geométrico H) pode ser de cerca de 2 centímetros. Se o elo de rolamento esférico 454 girar ao redor do eixo geométrico de rolamento cerca de 90 graus em sentido horário, conforme visto na Figura 4, o primeiro segmento com as articulações J1 a J5 (por exemplo, braço cartesiano, conforme descrito acima) pode se mover coletivamente para transladar o elo de rolamento esférico 454 ao longo de um arco com um ponto final de cerca de 2 cm até cerca de 2 cm à direita (conforme visto a partir da perspectiva da Figura 4) a fim de compensar os deslocamentos do eixo geométrico e manter o mesmo RCM eficaz. Movimentos giratórios específicos de cada articulação J1 a J5 podem depender da posição específica do braço robótico no momento de tal movimento.

[0053] Em algumas áreas, o algoritmo de controle para compensar os deslocamentos pode ser similar aos implementados no modo de controle de RCM virtual descrito em mais detalhes abaixo. Consequentemente, um design de braço compacto pode ser obtido sem sacrificar a capacidade de manter a amplitude de movimento arqueada desejada ao redor de um RCM eficaz durante a teleoperação. Um benefício de um braço robótico que incorpora esses rolamento esférico deslocado, passo esférico e/ou os eixos geométricos de rotação do instrumento é que o braço robótico pode ser configurado para se retrair mais compactamente para uma configuração dobrada. Tal configuração compacta pode ser desejável, por exemplo, para ser armazenado de modo eficiente sob a mesa hospitalar para pacientes (ou em outro local de armazenamento adequado, como em um carrinho móvel), de modo que o braço robótico não impeça ou de outro modo limite a amplitude de movimento (por exemplo, inclinação) da mesa, nem obstrua os campos de visão de imageamento (por exemplo, imageamento médico como tomografias computadorizadas). Adicionalmente, conforme descrito acima, em uma disposição de braço robótico na qual ao menos um dentre um eixo geométrico de rolamento esférico, um eixo geométrico de passo esférico e um eixo geométrico de rotação de instrumento é deslocado, um volume reduzido do espaço de trabalho pode ser necessário para a operação do conjunto de passo, uma vez que um elo de passo mais curto cobrirá um volume menor em toda sua rotação.

[0054] Em algumas variações, conforme mostrado nas Figuras 5A a 5C, um braço robótico 500 pode incluir um primeiro segmento 510 tendo uma extremidade proximal e uma extremidade distal, um segundo segmento 550 tendo uma extremidade proximal que é acoplada à extremidade distal do primeiro segmento 550 e que tem, adicionalmente, uma extremidade distal, e um acionador de instrumento 580 acoplado à extremidade distal do segundo segmento 550 e configurado para segurar e atuar um instrumento cirúrgico que passa através de uma cânula. O primeiro e o segundo segmento 510 e 550 podem, em geral, ser similares ao primeiro e ao segundo segmento 110 e 150 descritos acima, com elementos numerados de modo similar àquele mostrado nas Figuras 1A a 1C, exceto conforme descrito mais adiante neste documento. Por exemplo, similar ao braço robótico descrito acima com referência às Figuras 1A a 1C, o primeiro segmento 510 pode incluir uma pluralidade de elos que fornecem ao menos cinco graus de liberdade, e o segundo segmento 550 pode incluir uma pluralidade de elos que fornecem ao menos dois graus de liberdade.

[0055] O primeiro segmento 510 pode ser configurado para mover a localização de um espaço de trabalho no qual o segundo segmento 520 se move. Além disso, na variação mostrada na Figura 5A, ao menos alguns dos eixos geométricos longitudinais do primeiro segmento 510 podem ser deslocados a partir das articulações entre elos adjacentes. Por exemplo, o eixo geométrico longitudinal do elo de rolamento do ombro 516 e/ou o eixo geométrico longitudinal do elo de cotovelo 518 pode ser lateralmente deslocado a partir do centro da articulação J3 (por exemplo, articulação do cotovelo). Esse deslocamento lateral pode, por exemplo, possibilitar que o elo de rolamento do ombro 516 e o elo de cotovelo 518 dobrem um contra o outro de modo mais compacto. Um deslocamento lateral adequado pode ser, por exemplo, uma distância a cerca de um quarto do diâmetro (ou cerca de metade do raio) do elo. De modo similar, deslocamentos laterais de outros elos no braço robótico em relação à(s) articulação(articulações) adjacente(s) podem ser incluídos para possibilitar adicionalmente uma configuração compacta e dobrada do braço robótico.

[0056] Conforme mostrado nas Figuras 5B e 5C, o segundo segmento do braço robótico 500 pode incluir um elo de base esférico 552, um elo de rolamento esférico 554 acoplado ao elo de base esférico 552, um primeiro elo de passo 556a que tem uma extremidade proximal acoplada a uma extremidade distal do elo de rolamento esférico 554 e um segundo elo de passo 556b que tem uma extremidade proximal acoplada a uma extremidade distal do primeiro elo de passo 556a.

[0057] O elo de rolamento esférico 554 pode incluir uma porção proximal 554a e uma porção distal 554b acoplada à porção proximal 554a. Conforme mostrado nas Figuras 5A a 5C, as porções proximal e distal 554a e 554b do elo de rolamento esférico 554 podem ser genericamente cilíndricas e alinhadas ao longo dos respectivos eixos geométricos longitudinais. As porções proximal e distal 554a e 554b podem ter diâmetros similares. Entretanto, em outras variações, as porções proximal e distal 554a e 554b podem ter qualquer formato adequado (por exemplo, prismático, irregular, etc.). A porção proximal 554a e a porção distal 554b podem ser formadas integralmente (por exemplo, através de moldagem por injeção, usinagem de uma peça comum, etc.) ou podem ser formadas separadamente e acopladas uma à outra (por exemplo, através de prendedores, soldagem ou outra união). Uma porção de ponte ou o recurso de conexão pode facilitar deslocamentos translacionais e/ou angulares entre as porções proximal 554a e distal e 554b, conforme descrito abaixo.

[0058] A porção proximal 554a pode ser orientada ao longo de um eixo geométrico de rolamento do elo de rolamento esférico 554, de modo que a rotação da porção proximal 554a em relação ao elo de base esférico 552 forneça movimento do acionador do instrumento 580 ao redor de um eixo geométrico de rolamento esférico (por exemplo, similar ao eixo geométrico F mostrado na Figura 1C). A porção distal 554b do elo de rolamento esférico 554 pode ser orientada ao longo de um eixo geométrico em ângulo remoto (por exemplo, similar ao eixo geométrico G mostrado na Figura 1C) que está correlacionado a um eixo geométrico de passo (por exemplo, similar ao eixo geométrico G’), no qual o eixo geométrico em ângulo está em um plano diferente do eixo geométrico de rolamento esférico. Por exemplo, o eixo geométrico em ângulo remoto pode ser um eixo geométrico ao redor do qual um paralelogramo (formado ao menos em parte pelo primeiro e pelo segundo elo de passo 556a e 556b) se move. No braço robótico 500 representado nas Figuras 5A a 5C, a porção distal 554b (e seu eixo geométrico em ângulo remoto) não é ortogonal nem paralela à porção proximal 554a (e seu eixo geométrico de rolamento esférico).

[0059] Em algumas variações, a porção proximal 554a e a porção distal 554b podem ser deslocadas em uma ou mais direções (por exemplo, ao menos duas direções). Por exemplo, a porção distal 554b pode ser translacionalmente deslocada em uma primeira direção a partir da porção proximal 554a (por exemplo, conforme mostrado na vista lateral em perspectiva mostrada na Figura 5A). O deslocamento translacional na primeira direção (por exemplo, conforme medido entre os eixos geométricos longitudinais da porção proximal 554a e da porção distal 554b) pode ser, por exemplo, entre cerca de 1 e cerca de 2 vezes o diâmetro da porção proximal 554a ou da porção distal 554b, entre cerca de 1 e cerca de 1,75 vezes o diâmetro da porção proximal 554a ou da porção distal 554b ou entre cerca de 1 e cerca de 1,5 vezes o diâmetro da porção proximal 554a ou da porção distal 554b.

[0060] Adicional ou alternativamente, a porção distal 554b pode ser deslocada angularmente em uma segunda direção a partir da porção proximal 554a (por exemplo, conforme mostrado na vista de topo em perspectiva mostrada na Figura 5B e na vista frontal em perspectiva mostrada na Figura 5C). Por exemplo, o deslocamento angular entre o eixo geométrico longitudinal da porção proximal 554a (por exemplo, o eixo geométrico de rolamento esférico) e o eixo geométrico longitudinal da porção distal 554b (por exemplo, o eixo geométrico em ângulo remoto) pode ser um ângulo obtuso. Conforme medido a partir de uma perspectiva de vista de topo (por exemplo, conforme mostrado na Figura 5B), o deslocamento angular nas porções proximal e distal do elo de rolamento esférico pode ser, por exemplo, entre cerca de 90 graus e cerca de 135 graus, entre cerca de 90 graus e cerca de 125 graus ou entre cerca de 90 graus e cerca de 105 graus, etc. Conforme medido a partir de uma perspectiva de vista frontal (por exemplo, conforme mostrado na Figura 5C), o deslocamento angular nas porções proximal e distal do elo de rolamento esférico pode ser, por exemplo, entre cerca de 90 graus e cerca de 135 graus, entre cerca de 90 graus e cerca de 125 graus ou entre cerca de 90 graus e cerca de 105 graus, etc. Consequentemente, no braço robótico 500 representado nas Figuras 5A a 5C, a não ortogonalidade do eixo geométrico de rolamento esférico e do eixo geométrico em ângulo remoto da porção distal 554b é obtida pelas porções translacionalmente deslocadas e angularmente deslocadas do elo de rolamento esférico.

[0061] Alternativamente, em algumas variações, o próprio elo de rolamento esférico 554 pode ser orientado apenas ao longo de um eixo geométrico de rolamento esférico. Nessas variações, o primeiro elo de passo 556a pode incluir uma projeção angular lateral acoplada ao elo de rolamento esférico 554 a fim de obter sua rotação ao redor de um eixo geométrico em ângulo remoto. Adicional ou alternativamente nessas variações, o primeiro elo de passo 556a pode ser acoplado ao elo de rolamento esférico 554 através de qualquer acoplamento angular adequado (por exemplo, diretamente a uma porção similar à porção proximal 554a do elo de rolamento esférico). Consequentemente, nessas variações, a não ortogonalidade do eixo geométrico de rolamento esférico e do eixo geométrico em ângulo remoto pode ser obtida pelas porções deslocadas translacionalmente e angularmente deslocadas do elo de rolamento esférico 554 e do primeiro elo de passo 556a.

[0062] O primeiro elo de passo 556a pode ser giratório em um primeiro plano, e o segundo elo de passo 556b pode ser giratório em um segundo plano. Por exemplo, o primeiro e o segundo plano podem ser, de modo geral, deslocados e paralelos entre si. O primeiro e o segundo elo de passo 556a e 556b podem ser, de modo geral, similares ao conjunto de passo 156 descrito acima. O acionador do instrumento 580 pode ser acoplado a uma extremidade distal do segundo elo de passo 556b de modo que o acionador do instrumento não seja paralelo a ao menos um dentre o primeiro e o segundo plano (por exemplo, deslocado a partir de um paralelogramo formado ao menos em parte pelo primeiro e o segundo elo de passo) e/ou não paralelo a ao menos uma porção do elo de rolamento esférico 554 (por exemplo, deslocado em relação ao eixo geométrico de rolamento esférico).

[0063] Um efeito da não ortogonalidade do eixo geométrico de rolamento esférico (por exemplo, de ao menos a porção proximal 554a do elo de rolamento esférico) e do eixo geométrico em ângulo remoto (por exemplo, da porção distal 554b do elo de rolamento esférico) é que ao menos uma porção do conjunto de passo pode ser angular em relação a ao menos uma porção do elo de rolamento esférico 554 (por exemplo, um paralelogramo formado ao menos em parte pelo primeiro e pelo segundo elo de passo pode ser angularmente deslocado em relação ao eixo geométrico de rolamento). Consequentemente, o espaço entre o conjunto de passo e o elo de rolamento esférico 554 pode ser fornecido para possibilitar que uma outra porção do braço robótico e do conjunto de instrumento se aninhe e dobre ainda mais em um espaço mais compacto. Por exemplo, conforme mostrado nas Figuras 5A a 5C, ao menos o segundo segmento 550 do braço robótico 500 pode ser dobrável em uma configuração compacta na qual o acionador do instrumento 580 é posicionado entre o elo de rolamento esférico 554 e ao menos um dos elos de passo 556a e 556b, como quando os elos de passo 556a e 556b são dobrados um contra o outro e contra o elo de rolagem esférico 554. Consequentemente, o segundo segmento 550 do braço robótico pode ter uma amplitude de movimento maior ao longo das configurações dobradas e desdobradas, possibilitadas sem interferência física entre os elos adjacentes, proporcionando, assim, maior destreza. Adicionalmente, a natureza deslocada do elo de rolamento esférico, do conjunto de passo e do acionador do instrumento pode aumentar a capacidade geral do braço robótico de se dobrar reduzindo seu volume, por exemplo, com o propósito de armazenamento e/ou transporte.

[0064] Em algumas variações, alguns ou todos os elos podem incluir amortecedores que podem ajudar a proteger porções do braço robótico contra danos em caso de colisão com outros elos, outros módulos articulados, outros braços robóticos, assistentes cirúrgicos ou outros usuários, outros equipamentos cirúrgicos (por exemplo, mesa cirúrgica) e/ou outros obstáculos próximos. Os amortecedores podem, adicional ou alternativamente, ajudar a proteger o braço robótico contra danos durante a embalagem e o transporte. Em uma modalidade, um amortecedor pode incluir uma ou mais placas flexíveis (por exemplo, folhas de metal delgadas) que cobrem um elo, no qual a placa flexiona e absorve energia mediante o impacto, reduzindo assim a energia de impacto transferida para os componentes subjacentes. Em outras modalidades, os amortecedores podem incluir espuma, borracha, luvas infláveis ou outros revestimentos. Os amortecedores podem cobrir substancialmente todo o comprimento do braço robótico ou podem cobrir apenas porções selecionadas do braço robótico (por exemplo, elos, módulos articulados selecionados). Por exemplo, um ou mais amortecedores podem cobrir apenas parte ou todo o comprimento do segmento esférico do braço, apenas parte ou todo o comprimento do segmento cartesiano do braço ou uma porção do segmento cartesiano e uma porção do segmento esférico. Como outro exemplo, um ou mais amortecedores podem cobrir apenas alguns ou todos os módulos articulados no braço robótico. Como ainda outro exemplo, um amortecedor pode circundar substancialmente uma porção do braço (por exemplo, circunferencialmente ao redor do braço) ou pode cobrir apenas parte da circunferência do braço (por exemplo, uma luva com uma seção transversal arqueada). Alguns ou todos os amortecedores podem ser conectados a sensores (por exemplo, sensores de pressão, sensores capacitivos, etc.) de modo que o braço robótico possa detectar a ocorrência de colisões e/ou aproximação rente de objetos no ambiente (por exemplo, outros braços robóticos, acessórios de mesa, pessoas, etc.). Mediante a detecção de uma colisão ou de uma colisão iminente, um sistema de controle pode ajustar automaticamente o controle do braço para interromper o movimento na direção atual e/ou mover-se em uma direção diferente para reverter ou evitar a colisão.

[0065] De modo geral, cada elo pode incluir um volume interno para receber ao menos um módulo articulado e/ou para passar fios (por exemplo, para comunicação ou alimentação) ao longo do comprimento do braço robótico. Por exemplo, os elos podem ser estruturas genericamente tubulares. Os elos podem ser produzidos a partir de metal (por exemplo, alumínio, aço, etc.) ou outro material rígido adequado e podem incluir partes que são usinadas, fundidas, moldadas e/ou formadas através de qualquer processo de fabricação adequado. Além disso, um elo pode incluir múltiplas partes de elo (por exemplo, porções de carcaça) que são soldadas ou unidas de outro modo para formar uma estrutura genericamente tubular.

Configurações de braço

[0066] Os vários elos no braço robótico podem ser dispostos em qualquer número de configurações predeterminadas para diferentes propósitos. Por exemplo, um braço robótico (por exemplo, uma variação com eixos geométricos deslocados para rolamento esférico, passo esférico e rotação do instrumento, conforme descrito acima com referência à Figura 1F) pode ser disposto em uma configuração compacta e dobrada, como para armazenamento sob uma mesa cirúrgica, depósito e/ou transporte. A configuração de braço dobrado pode também incorporar o dobramento, a retração, ou outro armazenamento compacto de componentes acoplados ao braço robótico, como um adaptador de mesa que acopla o braço robótico a uma mesa cirúrgica para pacientes, carrinho ou outra superfície. As Figuras 6A e 6B ilustram uma configuração dobrada exemplificadora de um braço robótico em mais detalhes (por exemplo, uma variação sem deslocamento de eixos geométricos para rolamento esférico, passo esférico e rotação do instrumento, conforme descrito acima com referência às Figuras 1A e 1B). O elo de passo do ombro 614 e o elo de rolamento do ombro 616 são coaxiais para formar o membro ombro 615, e o elo de cotovelo 618 e elo de antebraço 620 são coaxiais para formar o membro antebraço 619. Na configuração dobrada, o membro ombro 615 e o membro antebraço 619 podem dobrar-se um em direção ao outro, de modo geral, dispostos em um primeiro plano ou "camada". O elo de base esférico 652 e o elo de rolamento esférico 654 podem dobrar-se contra o membro antebraço 619 de modo que o conjunto de passo (elos de passo 656a e 656b) seja genericamente disposto em um segundo plano ou "camada". O acionador do instrumento 680 pode ser inserido entre a primeira e a segunda "camada".

[0067] As Figuras 7A e 7B ilustram variações exemplificadoras de braços robóticos (similares ao braço robótico 500 descrito acima com referência às Figuras 5A a 5C) dispostos em uma configuração dobrada exemplificadora sob uma mesa cirúrgica para pacientes. Essa configuração dobrada exemplificadora pode ser utilizada, por exemplo, com o propósito de armazenamento e/ou transporte. Com referência ao braço robótico 700A na Figura 7B, em algumas variações, um braço robótico pode incluir um elo de base 712 configurado para ser acoplado a uma mesa T, por exemplo, com pinos ou outro adaptador adequado. O elo de base 712 pode, por exemplo, ser acoplado a um suporte de coluna da mesa T que prende a mesa T ao chão. O braço robótico pode incluir um elo de passo do ombro 714 acoplado ao elo de base 712 e um elo de rolamento do ombro 716 coaxial e acoplado ao elo de passo do ombro 714. Um elo de cotovelo 718 é acoplado de modo pivotante ao elo de passo do ombro 714 de modo que uma porção do antebraço do braço robótico (incluindo o elo de cotovelo 718 e o elo de antebraço 720) seja dobrável contra a porção do ombro (incluindo o elo de passo do ombro 714 e o elo de rolamento do ombro 716) do braço robótico. Por exemplo, a porção de antebraço do braço robótico pode ser, de modo geral, dobrada para trás na porção do ombro do braço robótico, com a porção do ombro e a porção do antebraço do braço robótico, de modo geral, situadas no mesmo plano ou "camada". Conforme é melhor mostrado na Figura 7A, o elo de base esférico 752 (que é acoplado ao elo de antebraço 720) pode ser orientado em um ângulo fora do plano a partir da porção do ombro e da porção do antebraço. Ao menos o restante do segmento do braço esférico do braço robótico, incluindo o elo de rolamento esférico 754 (que é acoplado ao elo de base esférico 752), o primeiro elo de passo 756a e o segundo elo de passo 756b, podem ser dispostos fora do plano da porção do ombro e da porção do antebraço do braço robótico. Por exemplo, ao menos uma porção proximal do elo de rolamento esférico 754 pode ser coaxial ao elo de base esférico 752 para permanecer fora do plano a partir das porções mais proximais do braço robótico. O primeiro e o segundo elo de passo 756a e 756b podem ser dispostos abaixo do plano das porções do ombro e do antebraço do braço robótico. O acionador do instrumento 780 pode ser inserido ou dobrado entre o elo de rolamento esférico e ao menos um dentre o primeiro e o segundo elo de passo 756b e 756a, de modo similar à configuração do braço do segmento esférico descrita acima com referência às Figuras 5A a 5C. Em algumas variações, por exemplo, a configuração de armazenamento de um braço mostrado nas Figuras 7A e 7B pode ocupar um volume genericamente entre cerca de 8 e cerca de 12 polegadas de altura (ao longo da altura vertical da mesa), entre cerca de 8 e cerca de 12 polegadas de largura (ao longo da largura da mesa) e entre cerca de 18 e 22 polegadas de comprimento (ao longo do comprimento longitudinal da mesa). Em uma variação exemplificadora, por exemplo, a configuração de armazenamento de um braço pode ocupar um volume de cerca de 10 polegadas de altura, cerca de 10 polegadas de largura e cerca de 20 polegadas de comprimento.

[0068] Embora a Figura 7B represente quatro braços robóticos 700A, 700B, 700C e 700D dispostos em uma disposição 2x2 (isto é, cada braço robótico atende ou é acoplado a um respectivo quadrante da mesa T), deve-se compreender que um sistema cirúrgico robótico pode incluir menos (por exemplo, um, dois ou três) ou mais (quatro, cinco, seis, etc.) braços robóticos dispostos de qualquer modo adequado. Além disso, em algumas variações, um ou mais dos braços robóticos podem ser permanentemente acoplados à mesa, enquanto, em outras variações, um ou mais dos braços robóticos podem ser acoplados de modo removível à mesa. Por exemplo, ao menos parte do sistema pode ser modular, com um ou mais dos braços robóticos seletivamente removíveis e/ou reorganizáveis. Variações exemplificadoras de mecanismos de acoplamento para acoplar um braço robótico a uma mesa de paciente são descritas em mais detalhes no pedido de patente US n° de série depositado simultaneamente com o presente documento e intitulado "LINKAGE MECHANISMS FOR MOUNTING ROBOTIC ARMS TO A SURGICAL TABLE" com n° do documento do procurador VESU-024/00US 326240-2029 e no pedido de patente US n° de série depositado simultaneamente com o presente documento e intitulado "TABLE ADAPTERS FOR MOUNTING ROBOTIC ARMS TO A SURGICAL TABLE" com n° do documento do procurador VESU-025/01US 326240-2116, cada um das quais está incorporado em sua totalidade a título de referência.

[0069] Durante o uso em um procedimento cirúrgico, um braço robótico pode facilitar o alcance do instrumento em uma ampla variedade de regiões de espaço de trabalho ao ser configurável em uma série de posições. Por exemplo, o braço robótico pode ser configurável em uma posição de braço "baixa" (ou "dobrada"), uma posição de braço "alta" e uma posição de braço "invertida". Entre a posição de braço "baixa" (ou a posição de braço "alta") e a posição de braço "invertida", o acionador do instrumento pode girar totalmente ao redor do braço de modo que o peso do acionador do instrumento possa ser sustentado pelo braço a partir de direções diferentes. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 8A, em uma posição de braço "baixa", o braço robótico 800 pode sustentar o acionador do instrumento 880 por baixo do acionador do instrumento (com o braço 800 situado ao lado e/ou sob a mesa hospitalar para pacientes ou carrinho, ou com ao menos parte do braço cartesiano situado abaixo do elo de base. De modo similar, em uma posição de braço "alta", o braço robótico 800 pode, de modo similar, sustentar o acionador do instrumento por baixo do acionador do instrumento (mas com o braço robótico, de modo geral, situado acima da mesa hospitalar para pacientes ou carrinho). Nas posições de braço "baixa" e "alta", ao menos parte do braço robótico (por exemplo, ao menos uma porção do braço cartesiano) pode ser dobrada e/ou posicionada abaixo do nível do paciente, a fim de posicionar o braço abaixo do acionador do instrumento. Conforme mostrado na Figura 8B, em uma posição de braço "invertida", o braço robótico 800 pode sustentar o acionador do instrumento 880 de cima do acionador do instrumento. Na posição de braço "invertida", a maior parte do braço robótico 800 pode ser estendida e/ou posicionada acima do nível do paciente, a fim de posicionar o braço acima do acionador do instrumento. O braço robótico pode, adicionalmente, ser posicionado em outras posições de braço intermediárias entre as posições de braço "baixa" ou "alta" e a posição de braço "invertida", para posicionar o acionador do instrumento em qualquer lugar dentro de uma revolução de 360 graus ao redor do braço. Além disso, a fim de melhorar a distância do acionador do instrumento em relação ao braço, ao menos alguns dos elos do braço (incluindo, por exemplo, o elo de passo do ombro, o elo de rolamento do ombro, o elo de cotovelo e o elo de antebraço) podem ser curvos. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 1B, ao menos o elo de cotovelo 118 e o elo de antebraço 120 podem formar um elo de antebraço que tem uma superfície côncava, na qual a concavidade, de modo geral, está voltada para o espaço de trabalho do acionador do instrumento.

[0070] Em algumas variações, o braço robótico pode ser configurado em qualquer uma dentre uma pluralidade de posições de molde correlacionadas aos tipos de procedimento cirúrgico. Colocações de porta diferentes (isto é, onde instrumentos cirúrgicos podem entrar no paciente através de uma cânula) são em geral preferenciais para tipos diferentes de procedimentos laparoscópicos. Por exemplo, um procedimento cirúrgico específico pode exigir ao menos uma primeira porta em um local específico em um quadrante inferior direito do abdômen do paciente e uma segunda porta em um outro local específico em um quadrante superior esquerdo do abdômen do paciente. Adicionalmente, pode haver locais diferentes ao redor do paciente onde assistentes cirúrgicos são melhor situados para auxiliar durante o procedimento (por exemplo, manipular um ou mais braços robóticos, monitorar o paciente). Um modelo para esse procedimento pode incluir colocar um primeiro braço robótico em uma posição de braço "baixa" para possibilitar que o primeiro braço robótico alcance a primeira porta e um segundo braço robótico em uma posição de braço "alta" para possibilitar que o segundo braço robótico alcance a segunda porta. Os elos de base do primeiro e do segundo braço robótico podem ser montadas em locais adequados ao redor da mesa hospitalar para pacientes a fim de acomodar os assistentes cirúrgicos. Em outras palavras, a disposição coletiva e as posições dos braços robóticos podem formar um modelo de configuração para um procedimento cirúrgico específico, que pode ser ligeiramente personalizado ou, de outro modo, ajustado para pacientes específicos (por exemplo, ajustando de acordo com as características do paciente, como altura, circunferência, peso, sexo, etc.). Em algumas variações, as posições do modelo ou outras posições (por exemplo, posição de braço "baixa", posição de braço "alta" e/ou a posição angular da articulação "invertida") e as posições angulares de articulação associadas no braço, etc. podem ser armazenadas em um dispositivo de memória (por exemplo, disco rígido) e coletadas do dispositivo de memória sempre que desejado para mover o braço para uma posição armazenada. Além disso, em algumas variações, uma posição específica pode ser obtida (por exemplo, mediante o controle do atuador e/ou movimento manual do braço robótico) e um conjunto de posições angulares de articulação no braço que estão associadas à posição específica pode ser armazenado em um dispositivo de memória mediante uma entrada de usuário de um comando para salvar, etc., Essa posição armazenada pode ser coletada no futuro para reposicionar o braço.

Módulos de articulação

[0071] Conforme descrito acima, o movimento relativo entre os elos adjacentes do braço é gerado por um ou mais módulos articulados. Em algumas variações, um módulo articulado pode incluir um módulo articulado que inclui um servomotor ou outro motor adequado. De modo geral, cada módulo articulado pode incluir um motor, ou múltiplos motores (por exemplo, com um acionamento de engrenagem diferencial para combinar as saídas de motor individuais). Adicionalmente, os conjuntos atuadores podem incluir uma caixa de câmbio acoplada à saída do motor, como uma unidade harmônica, uma caixa de câmbio planetária, um acionamento cicloidal, etc., para aumentar a saída de torque total. Um módulo articulado pode incluir, também, ao menos um sensor (por exemplo, codificadores) que detecta e fornece retroinformação sobre a posição rotacional do atuador. De modo geral, um módulo articulado é projetado para ser robusto, leve e compacto, de modo a contribuir para um braço robótico que é similarmente robusto, leve, compacto e tendo em vista as restrições de espaço físico e requisitos do dispositivo médico. Adicionalmente, o módulo articulado pode incluir ao menos uma vedação circunferencial ao redor do eixo de acionamento do rotor, a qual retém a lubrificação no interior da caixa de câmbio. Tais vedações idealmente têm uma quantidade de atrito baixa e consistente no eixo de acionamento do rotor, de modo a não interferir significativamente com a atuação do módulo articulado.

[0072] Em algumas variações, ao menos alguns dos módulos articulados podem incluir um conjunto de módulo que tem um primeiro alojamento incluindo uma porção de motor, um segundo alojamento incluindo uma porção de carga (alta carga) e um terceiro alojamento incluindo uma porção de circuito eletrônico. O módulo articulado pode combinar os múltiplos alojamentos de um modo modular que é simples de construir e manter. Por exemplo, conforme mostrado nas Figuras 9A e 9B, um módulo articulado 900 inclui um primeiro alojamento com uma porção de motor 910, um segundo alojamento incluindo uma porção de carga 920 acoplada a uma primeira extremidade da porção de motor 910 e um terceiro alojamento que inclui uma porção eletrônica 930 acoplada a uma segunda extremidade da porção de motor 910. O terceiro alojamento pode incluir, também, uma tampa 940 configurada para envolver os componentes eletrônicos no interior do terceiro alojamento. Os vários alojamentos podem ser acoplados um ao outro com prendedores removíveis 952 (por exemplo, parafusos) que ligam os recursos de acoplamento 954 conforme mostrado na Figura 9A, de modo que os prendedores 952 possam ser removidos para desmontar os alojamentos do módulo articulado, por exemplo, para manutenção. Alternativamente, os alojamentos podem ser acoplados uns aos outros com outros mecanismos adequados, como travas ou fechos mecânicos. O conjunto dos alojamentos da porção de carga, porção de motor e porção de circuito eletrônico podem, ainda, ser envolvidos em um alojamento do módulo 940, que pode ser acessível pela tampa removível 942.

[0073] A porção de motor 910 do módulo articulado pode incluir vários componentes associados ao motor, como um estator e um rotor (por exemplo, como em um servomotor), um freio de segurança (por exemplo, uma das variações descritas abaixo, ou outro freio à prova de falhas adequado), um codificador para medir a posição rotacional do motor, mancais, etc. Em modalidades nas quais a caixa de câmbio acoplada à saída do motor inclui uma unidade harmônica, a porção de motor 910 pode incluir um gerador de onda da unidade harmônica. Conforme mostrado na Figura 9C, a porção de motor 910 pode ser facilmente removida da porção de carga 920 (por exemplo, de maneira modular). Adicionalmente, ao menos uma vedação pode estar presente na porção de motor 910, como uma vedação de labirinto que retém a lubrificação através de uma passagem tortuosa e tem natureza inerente de baixo atrito por não ter contato com o rotor.

[0074] Conforme mostrado na Figura 9B, a porção de carga 920 do módulo articulado pode incluir componentes altamente carregados, como um mancal de saída, componentes de chaveta 922 de uma unidade harmônica (por exemplo, chavetas circulares e chavetas flexíveis) ou outras porções de uma caixa de câmbio, limites de articulação mecânica para restringir a amplitude de movimento dos elos atuados adjacentes, etc. Outros componentes adequados após a saída direta da porção de motor podem ser incluídos no alojamento da porção de carga 920. Conforme descrito acima, a porção de carga 920 pode ser facilmente removível do restante do módulo articulado.

[0075] Conforme mostrado na Figura 9D, a porção de circuito eletrônico 930 do módulo articulado pode incluir vários componentes eletrônicos associados e acoplados ao motor. Por exemplo, a porção de componentes eletrônicos 930 pode incluir acionadores de motor e/ou processadores de sinal em uma placa de circuito 932, situada em uma extremidade traseira do motor dentro do alojamento da porção de componentes eletrônicos 930. O acesso aos componentes eletrônicos pode ser obtido mediante o desmonte de ao menos parte do alojamento do módulo 940, como através da remoção da tampa traseira 942 (por exemplo, removendo os prendedores).

[0076] Embora os vários módulos articulados no braço robótico possam ter genericamente a mesma estrutura modular, conforme mostrado nas Figuras 9A a 9D, diferentes módulos articulados no braço robótico podem ter diferentes tamanhos (por exemplo, diferentes classificações e dimensões do motor) dependendo das limitações de espaço e/ou requisitos de torque em cada articulação do braço robótico. Para caber em um elo do braço ou em outra parte do braço robótico, o módulo articulado pode ter um perfil genericamente cilíndrico de modo a ser dimensionado no interior de um elo adequado.

Freios de segurança

[0077] Um ou mais dos módulos articulados podem incluir um freio de segurança ou freio à prova de falhas que interrompe o movimento do módulo articulado, bem como dos elos do braço conectados pelo módulo articulado, em caso de falha do atuador. Por exemplo, a falha do atuador pode ser causada pela perda de energia (por exemplo, devido a falhas no circuito, falhas na fonte de alimentação principal) ou pela perda de corrente elétrica utilizada para acionar os atuadores nos módulos articulados. Outro exemplo de falha é a discrepância entre os múltiplos sensores do codificador que são utilizados para medir a posição rotacional da saída ou da articulação do atuador em um único módulo articulado, o que pode indicar, por exemplo, possível deslizamento de um componente mecânico. Uma vez que o braço robótico precisa de energia para operar, qualquer perda repentina de energia pode resultar na retração de ao menos uma porção do braço robótico devido à gravidade ou outras forças externas. A retração do braço robótico pode resultar em lesão ao paciente se a falha ocorrer durante um procedimento cirúrgico, em lesão aos operadores próximos do sistema cirúrgico controlado por robótica, em danos ao braço robótico ou instrumentos cirúrgicos e/ou em danos a outros equipamentos circundantes e proximidades. Um freio à prova de falhas, que aplica uma força de frenagem ao atuador em caso de falha, pode ajudar a reduzir as consequências indesejáveis da falha do atuador e/ou de outra falha do sistema.

[0078] Em algumas variações, o freio de segurança pode ser configurado para ser substituído manualmente por um usuário, para possibilitar o movimento do braço robótico, apesar da ativação do freio de segurança. Por exemplo, em um exemplo em que ocorreu falha do sistema, o braço robótico pode precisar ser removido do campo de operação. Entretanto, tal remoção exige controle de comando do braço robótico (que pode não ser possível devido à falha do sistema) e/ou força manual bruta (que pode não ser possível se os freios à prova de falhas travarem as articulações dos braços). Consequentemente, o braço robótico pode incluir mecanismos para substituir o freio de segurança. Por exemplo, o freio de segurança pode ser alimentado com força manual de um usuário, a qual pode ou não ser amplificada com uma caixa de câmbio ou um mecanismo para melhorar a ação, etc. Em uma variação, o braço robótico pode incluir um painel de acesso (por exemplo, próximo a um ou mais módulos articulados) que fornece acesso, como com uma ferramenta especial ou manivela, para alimentar manualmente o freio de segurança (por exemplo, alimentando manualmente o rotor no módulo articulado). Adicional ou alternativamente, o freio de segurança pode ser desengatado, como com um botão ou cabo, embora em algumas variações, a localização desses mecanismos de desengate possa ser limitada aos locais onde o usuário é capaz de evitar manualmente a retração do braço (por exemplo, próximo à extremidade distal, onde o usuário só precisa sustentar o peso do acionador do instrumento, etc.).

[0079] De preferência, um freio de segurança é leve, compacto e gera relativamente pouco calor (ou uma baixa temperatura) quando ativado e engatado. De modo geral, um freio de segurança tem um modo de "freio ativado" e um modo de "freio desativado". Em algumas variações, o freio pode ser um freio inclinado (por exemplo, freio aplicado por mola ou freio de magneto permanente) que é mecanicamente inclinado no modo de "freio ativado" e exige alguma força para manter o freio no modo de "freio desativado", o que significa que o modo de "freio ativado" é engatado em caso de falha de alimentação. Em outras variações, o freio pode ser um freio biestável acionado por um atuador secundário que é alimentado por uma fonte de energia armazenada (por exemplo, capacitor ou bateria). Em caso de falha de energia, a fonte de energia armazenada rapidamente libera sua energia armazenada para o atuador secundário, que engata a modo de "freio ativado". Variações exemplificadoras de freios à prova de falhas são descritas abaixo em detalhes.

Freios biestáveis

[0080] Conforme descrito acima, um freio biestável é acionado por um atuador secundário que é alimentado por uma fonte de energia armazenada (por exemplo, capacitor ou bateria). Um exemplo de um atuador secundário é mostrado nas Figuras 10A a 10G. Conforme mostrado na Figura 10A, um conjunto de atuador de freio de bobina e passo exemplificador para um freio biestável inclui um magneto 1020 que tem um campo magnético, um elemento acionado 1030 magneticamente fixado ao magneto 1020, uma bobina 1040 configurada para cancelar seletivamente o campo magnético e ao menos um capacitor 1054 configurado para ativar a bobina 1040 para cancelar o campo magnético. O magneto 1020 pode, por exemplo, incluir um magneto permanente com recursos (por exemplo, pinos) que podem ser adequadamente internos à bobina 1040 de modo que a bobina 1040, quando ativada, cancele o campo magnético. O elemento acionado 1030 pode ser produzido a partir de um material magnético adequado, por exemplo, ferro.

[0081] O conjunto do atuador secundário pode incluir, também, um motor de passo 1010 ou outro atuador adequado que aciona um parafuso de acionamento 1012 com uma porca 1014 que se desloca sobre o parafuso de acionamento 1012 e engata o magneto 1020 (por exemplo, com pinos). Uma placa de circuito impresso (PCB) 1050 ou outro componente eletrônico pode, adicionalmente, ser fornecido para controlar e ativar o conjunto secundário. A placa de circuito impresso 1050 pode, por exemplo, incluir um acionador para o motor de passo 1010, o um ou mais capacitores 1054 (por exemplo, capacitor de tântalo, capacitor de cerâmica, etc.) ou uma ou mais baterias pequenas, ao menos um transistor de chaveamento, sensores de estado 1056a e/ou 1056b, LEDs indicadores de estado, outros elementos de controle, etc. Elementos redundantes na placa de circuito impresso 1050, como múltiplos capacitores e/ou múltiplas baterias (incluindo uma bateria reserva) podem ser fornecidos.

[0082] Durante o funcionamento normal ou típico de um módulo articulado, o atuador secundário é conforme mostrado na Figura 10C em um modo de "freio desativado". A bobina 1040 não é ativada, possibilitando, assim, que o campo magnético do magneto 1020 mantenha o elemento acionado 1030 próximo (por exemplo, "estacionado" ou travado pelo campo magnético passivo). Nesse estado, a energia é armazenada no um ou mais capacitores 1804. Um sensor de estado 1056a pode detectar que o elemento acionado está posicionado de acordo com um modo de "freio desativado". Conforme mostrado no esquema de controle da Figura 10B, a placa de circuito impresso 1050 pode monitorar e comparar continuamente a potência fornecida (por exemplo, 24V ou 48V) a um nível limite de acionamento (por exemplo, 15V). O software pode enviar um comando ou sinal de "freio desativado" periodicamente com alta frequência (por exemplo, a cada 1 milissegundo) desde que a potência monitorada esteja acima do nível limite de acionamento. Adicional ou alternativamente, os sensores de estado 1056a e/ou 1056b podem verificar a posição do motor de passo e o estado da atuação do freio. Por exemplo, o sensor de estado 1056a pode ser um sensor opto-reflexivo ou magnético que detecta se o magneto 1020 (ou a porca 1014, etc.) está na posição correspondente ao modo de "freio desativado".

[0083] Uma falha de energia pode ser indicada quando a placa de circuito impresso 1050 falha ao enviar o comando ou o sinal de "freio desativado" porque a potência do sistema está abaixo do nível limite de acionamento. No caso de uma falha de energia indicada (ou um comando de frenagem intencional), o circuito na placa de circuito impresso 1050 aciona automaticamente o um ou mais capacitores 1054 para liberar sua energia armazenada, por exemplo, passivamente através de um transistor de chaveamento na placa de circuito impresso, para ativar a bobina 1040 que normalmente cancela o campo magnético. Uma vez que a bobina 1840 é ativada, o elemento acionado 1020 é liberado do magneto 1020, conforme mostrado na Figura 10D. O elemento acionado 1020 pode percorrer uma distância predeterminada (por exemplo, guiado por uma mola) para, por sua vez, atuar um componente do freio biestável total.

[0084] O conjunto do atuador secundário pode se armar novamente para retornar à configuração mostrada na Figura 10C. Conforme mostrado na Figura 10E, o motor de passo 1010 pode girar o parafuso de acionamento 1012 para acionar a porca 1014, o magneto 1020 (que é engatado à porca 1014 com pinos ou outro mecanismo de fixação adequado) e/ou a bobina 1040 distalmente em direção ao elemento acionado liberado 1020. Uma vez que nesse ponto a bobina gastou sua energia recebida dos capacitores e não cancela mais o campo magnético, o campo magnético do magneto 1020 pode ser utilizado para capturar o elemento acionado 1020 (Figura 10F). Conforme mostrado na Figura 10G, o motor de passo 1010 pode então acionar o parafuso de acionamento em uma direção reversa para fazer com que a porca 1014, o magneto 1020, o elemento acionado 1020 e a bobina 1040 se movam de volta para a configuração de "freio desativado". Alternativamente, um outro recurso mecânico adequado (por exemplo, mola) pode ser utilizado para extrair o elemento acionado 1020 e retorná-lo para a configuração de "freio desativado". Uma vez que esses componentes estão de volta na posição de "freio desativado", o sensor de estado 1056a, situado próximo à extremidade proximal do parafuso de acionamento, pode verificar a presença (e/ou o sensor de estado 1056b, situado em posição distal em relação ao motor, pode verificar a ausência dos componentes) para confirmar o estado do sistema de freio como na posição de "freio desativado".

[0085] Uma variação de um freio de segurança biestável, que pode, por exemplo, ser pareado com o atuador secundário 1000 descrito acima, é mostrada nas Figuras 11 a 13. Conforme mostrado na Figura 11A, um módulo de freio de segurança de catraca 1100 pode ser disposto em um módulo articulado ao redor do rotor 1110, por exemplo, entre os codificadores e as placas de circuito impresso no módulo articulado.

[0086] Com referência às Figuras 11B a 11F, o elemento acionado do atuador secundário 1000 pode ser acoplado a uma extremidade de uma mola de tensão 1124, enquanto a outra extremidade da mola de tensão 1124 pode ser acoplada a um pino 1122. O pino 1122 é integral com ou acoplado a uma roda ou anel de came 1120 disposto dentro do módulo de freio de segurança 1100. O módulo de freio de segurança 1100 pode incluir, também, linguetas ativadas por mola e pivotantes 1130, que têm cilindros 1132 articulando sobre uma superfície interna da roda de came 1120. Cada uma das linguetas 1130 inclui, também, uma ponta 1134 configurada para engatar uma roda de catraca 1140. A roda de catraca 1140 está disposta ao redor do rotor 1110 através do mancal 1142. Conforme mostrado na Figura 11E, também disposta ao redor do rotor, há uma porca de pressão 1180 (uma placa ou disco superior) que é rosqueada no rotor 1110. A porca de pressão 1180 coopera com a roda de catraca 1140 para comprimir uma pilha incluindo um bloco de atrito 1150, uma placa de pressão intermediária 1160 e uma mola de onda 1170. O grau dessa compressão está correlacionado com a força de frenagem, que é ajustável durante a montagem pela posição da placa superior 1162 ao longo do eixo de acionamento do rotor. Conforme melhor mostrada na Figura 11F, a placa de pressão 1160 inclui chaves 1162 que engatam os sulcos longitudinais no eixo de acionamento do rotor.

[0087] O módulo de freio de segurança 1100 em um modo de "freio desativado" é mostrado nas Figuras 12A a 12C. Tal como acontece com outros freios biestáveis, não é necessário energia para manter este estado. O atuador secundário 1000 engata uma trava magnética, de modo que o elemento acionado no atuador secundário 1000 é mantido magneticamente no magneto 1020, possibilitando, assim, que o pino 1122 (fixado ao elemento acionado por meio da mola 1124) e a roda de came 1120 mantenham uma posição de "freio desativado". Nessa posição, os cilindros 1132 das linguetas pivotantes 1130 articulam com os ressaltos na superfície interna da roda de came 1120, mantendo, assim, as pontas da lingueta 1134 desengatadas da roda de catraca 1140.

[0088] O módulo de freio de segurança 1100 em um modo de "freio ativado" é mostrado nas Figuras 13A a 13D. No caso de perda de energia, o atuador secundário 1000 desengata a trava magnética (à medida que o elemento acionado é liberado) e a mola 1124 abruptamente puxa a roda de came 1120 para entrar em rotação (em sentido anti-horário conforme mostrado na Figura 13B). Os cilindros de lingueta acionados por mola 1132 se articulam na direção oposta aos ressaltos na superfície interna da roda de came 1120, possibilitando, assim, que as pontas da lingueta 1134 engatem e parem a rotação da roda de catraca 1140. Quando a roda de catraca 1140 para, o bloco de atrito 1150 (situado entre a roda de catraca 1140 e a placa de pressão 1160) se arrasta sobre a placa de pressão 1160 para parar. Uma vez que o rotor é engatado às chaves axiais 1162 na placa de pressão 1160, o rotor reduz a velocidade até parar junto com a placa de pressão 1160, parando, assim o rotor e toda a atuação fornecida pelo módulo articulado. Nesse modo de "freio ativado", o conjunto do freio de segurança atua como uma embreagem de configuração única. Nenhuma energia é necessária para manter o freio nesse modo de "freio ativado".

[0089] Subsequentemente, o módulo de freio de segurança 1100 pode ser desativado e retornado ao estado de "freio desativado". Conforme descrito acima em relação às Figuras 10E a 10G, o atuador secundário pode ser novamente armado de modo que a trava magnética seja reengatada. O reengate da trava magnética faz com que a roda de came 1120 gire (em uma direção no sentido horário, oposta àquela representada na Figura 13B) e as linguetas pivotem e desengatem suas pontas 1134 da roda de catraca 1140. Com as linguetas desengatadas da roda de catraca 1140, a roda de catraca 1140 está livre para girar com o rotor no mancal 1142. Novamente, não é necessária energia para manter este modo de "freio desativado".

[0090] Em uma outra variação, um freio de segurança biestável, o qual pode, por exemplo, ser pareado com um ou mais exemplos do atuador secundário 1000 descrito acima, é mostrado nas Figuras 14A a 14C. Conforme mostrado na Figura 14A, o módulo articulado 1400 pode incluir uma porção de motor 1410 com o alojamento do motor 1412 e uma porção de freio 1420 com um alojamento de freio 1422. Conforme mostrado na Figura 14B, a porção de motor 1410 inclui um rotor 1414 que gira e um estator 1416 que permanece estacionário. Dispostos ao redor do rotor 1414 estão dois casos de um conjunto de freio de catraca similares àqueles descritos acima em relação às Figuras 12A a 12C e 13A a 13D. Um primeiro conjunto de freio de catraca 1430 pode funcionar como um freio de parada com torque alto, enquanto um segundo conjunto de freio de catraca 1440 pode funcionar como um conjunto de freio de embreagem com um torque baixo (menor que o do primeiro conjunto de freio da catraca 1430).

[0091] No caso de uma falha de energia ou falha do sistema, o primeiro conjunto de freio de catraca 1430 pode engatar seu respectivo bloco de atrito e fazer com que o rotor pare, conforme descrito acima. Adicionalmente, o segundo conjunto de freio de catraca 1440 pode engatar adicionalmente seu respectivo bloco de atrito e fornecer uma força suplementar (para cooperar com o primeiro conjunto de freio de catraca 1430 a fim de parar o rotor ou ajudar a manter a posição estática do rotor após este já ter parado). Se o rotor precisar ser móvel após o primeiro conjunto de freio da catraca parar o rotor (por exemplo, para reposicionamento manual do braço robótico, recuo, etc.), o primeiro conjunto de freio de catraca 1430 pode desengatar do rotor parado (por exemplo, desativando e reengatando sua trava magnética), deixando o segundo conjunto de freio de catraca 1440 engatado. Uma vez que o segundo conjunto de freio de catraca 1440 tem um torque menor, ele pode ser superado com força manual. Além disso, embora as Figuras 14B e 14C representem o segundo conjunto de freio de catraca (freio de embreagem) como sendo mais distal em relação ao rotor do que o primeiro conjunto de freio de catraca (freio de parada), alternativamente, o primeiro conjunto de freio de catraca (freio de parada) pode ser mais distal que o segundo conjunto de freio da catraca (freio de embreagem).

[0092] As Figuras 15A a 15F ilustram uma outra variação de um freio de segurança, o qual pode ser um freio biestável. Nessa variação, o freio de segurança 1500 pode incluir ao menos uma cinta de freio disposta ao redor do rotor de um motor. No caso de uma perda de energia ou outra falha similar, o atuador secundário induz o aperto das cintas de freio, fazendo, assim, com que o freio esteja no modo de "freio ativado" no qual fornece uma força de pinçamento sobre o rotor que interrompe o movimento do rotor por atrito. Adicionalmente, a cinta de freio pode ser atuada mediante o comando intencional do atuador secundário a fim de liberar a cinta de freio para o modo de "freio ativado". Alternativamente, o freio 1500 pode ser um freio inclinado que é inclinado em direção ao modo de "freio ativado", no qual o freio 1500 exige ativamente energia para manter o freio no modo de "freio desativado".

[0093] Conforme mostrado na Figura 15A, o freio de segurança 1500 inclui uma ou mais cintas de freio 1530 dispostas ao redor, ou de outro modo, circundando o rotor 1514. As cintas de freio podem ser, por exemplo, de aço ou outro material com resistência à tração adequadamente alta (ou alternativamente, de borracha ou outro elastômero que tenha alto atrito). Em algumas variações, o módulo articulado pode incluir cintas de freio adicionais (por exemplo, terceira e quarta cintas de freio). Conforme mostrado nas Figuras 15C e 15D, as cintas envolvem o rotor em mais que uma distância circunferencial completa, com cada extremidade conectada a um bloco conector de cinta 1564b ou 1564a, de modo que, quando os blocos conectores de cinta 1564a e 1564b são separados, o laço ao redor do rotor aperta. Essa configuração ao redor do rotor possibilita que o freio tenha torque significativo para parar o rotor (mesmo que as cintas sejam produzidas a partir de um material com um baixo coeficiente de atrito), como resultado de um efeito de "cabrestante" que depende exponencialmente do ângulo total de enrolamento, resultando assim em requisitos de baixa força para o atuador secundário, bem como em requisitos de baixo atrito. Por exemplo, o torque de frenagem resultante pode ser regido pela equação Tcarga = Tretenção*ew onde Tcarga é a tensão aplicada sobre a cinta, Tretenção é a força resultante exercida na outra extremidade do rotor, μ é o coeficiente de atrito entre a cinta e o rotor e Φ é o ângulo total abrangido por todas as voltas da cinta ao redor do rotor (medido em radianos).

[0094] O chaveamento entre os modos de "freio ativado" e "freio desativado" é controlado pelo atuador secundário 1550. Por exemplo, o atuador secundário 1550 pode incluir um motor de passo bipolar. O motor de passo pode acionar um parafuso de acionamento, o que faz com que a porca do atuador 1560 se mova linearmente em uma direção ortogonal ao plano das cintas de freio 1530 e 1540. A porca do atuador 1560 é acoplada ao acoplamento flexível 1562, que é configurado para unir e separar os blocos conectores de cinta 1564a e 1564b. Conforme mostrado na Figura 15E, quando o atuador secundário 1550 empurra para frente ativamente a porca do atuador 1550 e faz com que o acoplamento flexível 1562 una os blocos conectores de cinta 1564a e 1564b, as cintas do freio são radialmente expandidas no modo de "freio desativado". Em contraste, conforme mostrado na Figura 15F, quando o atuador secundário 1550 puxa a porca do atuador 1550 para trás, o acoplamento flexível 1562 separa os blocos de conector de cinta e as cintas de freio se apertam no modo de "freio ativado". Além disso, o conjunto do atuador secundário pode incluir uma mola de torção 1570 configurada para forçar ou de algum modo inclinar a porca do atuador 1550 em direção à configuração do modo de "freio ativado". Consequentemente, a energia necessária para engatar o freio é, em parte, fornecida pela mola de torção 1570 e comparada ao torque necessário para desengatar o freio, o motor de passo pode ser acionado com torque mais baixo (e em velocidade mais alta, para reação mais rápida à perda de energia ou falha do sistema) para engatar o freio.

[0095] O atuador secundário 1550 pode ser controlado por uma placa de circuito impresso 1570 conforme mostrado na Figura 15B, em que a placa de circuito impresso 1570 pode incluir vários componentes eletrônicos, como um microprocessador, para gerar os sinais de acionamento do motor de passo, um circuito integrado de acionador do motor e ao menos uma bateria reserva (por exemplo, íon de lítio) para alimentar o acionamento do motor de passo em caso de falha de energia do sistema. A bateria reserva pode ser carregada automaticamente enquanto o sistema de braço robótico é alimentado, de modo que a bateria reserva tenha sempre alguma energia no caso de perda do sistema de braço robótico. Os sinais de condução enviados ao motor de passo podem fazer com que o motor de passo gire em uma direção (correspondendo a "freio desativado") ou na direção oposta (correspondendo a "freio ativado"). Por exemplo, em uma modalidade exemplificadora, conforme ilustrado com o auxílio das Figuras 15G e 15H, a placa de circuito impresso 1570 pode ser projetada de modo que mediante uma perda de energia do sistema (por exemplo, a energia do sistema cai repentinamente de cerca de 24V para cerca de zero), a bateria reserva automaticamente faz com que a linha de alimentação do atuador secundário salte para um nível de potência limite (por exemplo, de cerca de 4,8V para cerca de 5V), acionando, assim, automaticamente a atuação no modo de "freio ativado". Mediante uma restauração da energia do sistema (por exemplo, a energia do sistema é novamente cerca 24V), o atuador secundário pode então desengatar o freio. Em algumas variações, antes de desengatar o freio, o atuador secundário pode esperar durante um tempo de atraso (por exemplo, alguns milissegundos), o que pode possibilitar que os acionadores do atuador do módulo articulado retomem o controle. Adicional ou alternativamente, a placa de circuito impresso 1570 pode ter uma entrada de chave para ativar, sob comando, as ações de "freio ativado" ou "freio desativado". Adicional ou alternativamente, a placa de circuito impresso 1570 pode incluir, também, um circuito eletrônico para monitorar a fonte de alimentação e comparar a energia a um limiar de acionamento, similar ao descrito acima em relação ao atuador secundário 1000.

Pontos de toque e outros elementos de interface de usuário

[0096] Em algumas variações, conforme mostrado nas Figuras 16A a 16C, o braço robótico pode incluir vários "pontos de toque" que são regiões do braço configuradas para receber interações específicas do usuário. Um ponto de toque pode estar em comunicação elétrica com um sistema de controle que recebe comandos recebidos no ponto de toque e fornece atuação a um ou mais módulos articulados (e/ou envia outros comandos adequados) com base nos comandos de ponto de toque. Adicional ou alternativamente, um ponto de toque pode ser diretamente acoplado a uma porção do braço robótico para controlar um aspecto desse braço (por exemplo, em comunicação direta com um atuador do módulo articulado para controlar a articulação associada). Por exemplo, ao menos um dos elos do braço robótico pode incluir botões direcionais (por exemplo, em formato de cruz, um conjunto de botões cima-baixo-direita-esquerda, etc.), que podem ser utilizados, por exemplo, para controlar os movimentos desejados do braço quando o braço robótico está operando no modo de reposicionamento (descrito adicionalmente abaixo). Outros recursos, como um cabo, joystick, correias, uma chave de botão, um sensor capacitivo (por exemplo, sensor capacitivo de inclinação, deslocamento capacitivo, etc.), um deslocamento mecânico, um sensor de pressão, um sensor resistivo de força e/ou câmera, etc., podem ser utilizados adicional ou alternativamente para fornecer pontos de interação do usuário para manipular manualmente o braço robótico. Por exemplo, conforme mostrado nas Figuras 16A e 16B, o braço robótico pode incluir um módulo 1610 para detecção capacitiva, detecção de pressão e/ou detecção de força. Como outro exemplo, conforme mostrado na Figura 16C, o braço robótico pode incluir uma tampa em forma de prato inclinada 1620. Em outras variações, um ou mais dos pontos de toque para manipular o braço robótico podem estar situados em outro lugar no sistema, por exemplo, um botão no acionador do instrumento.

[0097] Um ou mais pontos de toque podem ser configurados para receber ações manuais do usuário indicando a seleção do usuário de um modo de controle específico (por exemplo, qualquer um dos modos de controle descritos mais abaixo). Em algumas variações, um sensor resistivo de força pode também oferecer informações posicionais, de modo que um modo de controle possa ser ativado/desativado em relação à localização e/ou orientação da força. Adicional ou alternativamente, outros sensores de força e/ou torque podem ser utilizados para testar informações a fim de suplementar entradas nos mecanismos de controle de ponto de toque. A manipulação pelo usuário desses pontos de toque pode resultar em um sinal analógico ou um sinal digital (um valor limite pode ser definido para identificar se um sinal analógico representa uma seleção ou entrada afirmativa).

[0098] Diferentes temporizações e combinações de manipulações dos pontos de toque podem ser implementadas. Por exemplo, um ou mais modos de controle podem ser selecionados mediante uma interação de "pressionar e segurar" (por exemplo, o modo de controle dura enquanto um sensor de pressão ou sensor capacitivo detecta força suficiente ou presença de contato do usuário no ponto de toque). Como outro exemplo, um ou mais modos de controle podem ser selecionados e/ou subsequentemente desselecionados mediante um único contato ou força suficiente (ou contato com uma duração ou força de limite predeterminado acima de um limite predeterminado de força).

[0099] Adicionalmente, o braço robótico pode incluir vários componentes eletrônicos configurados para fornecer ao usuário informações sobre o braço robótico e/ou acionador do instrumento. Por exemplo, o braço robótico pode incluir um alto-falante que fornece indicações auditivas do estado operacional do braço e/ou do acionador do instrumento. Como outro exemplo, o braço robótico pode incluir uma ou mais luzes indicadoras (por exemplo, LEDs) em ao menos um dos elos do braço robótico. As luzes indicadoras podem comunicar informações através da cor e/ou frequência ou duração da iluminação (por exemplo, frequência de piscadela). Tais informações podem incluir, por exemplo, modos de controle, estados de controle, falha do sistema, realização ou aproximação dos limites da articulação do braço, direções, resolução de colisão, alteração do instrumento, vida útil do instrumento, tipo de instrumento, etc. Por exemplo, uma única luz indicadora pode ser verde, para indicar o estado operacional normal, ou amarela ou vermelha, para indicar falhas ou outros erros. Como outro exemplo, algumas ou todas as luzes indicadoras podem ser iluminadas em um padrão de cor específico para indicar o tipo de instrumento (por exemplo, Figura 17B). Adicionalmente, o padrão de iluminação de um conjunto de múltiplas luzes indicadoras pode comunicar um código correlacionado a um tipo específico de erro (por exemplo, um padrão de iluminação liga-desliga-liga-liga através de quatro luzes, como aquele mostrado na Figura 17C, pode comunicar uma falha específica). As luzes indicadoras podem adicional ou alternativamente comunicar informações sobre outras partes do sistema cirúrgico controlado por robótica. Em uma modalidade exemplificadora mostrada nas Figuras 17A a 17C, as luzes indicadoras podem fazer parte de um módulo de luz que se comunica com os usuários. Conforme mostrado na Figura 17A, o módulo de anel de luz pode incluir uma pluralidade de LEDs (por exemplo, dispostos em um anel, tira ou outro padrão adequado em uma montagem 1710), uma proteção tubular de luz 1720 disposta sobre a pluralidade de LEDs para difundir uniformemente a luz e um microcontrolador (por exemplo, na placa de circuito impresso) para controlar a iluminação ao longo de toda a pluralidade de LEDs. Outros elementos de iluminação (por exemplo, diodos laser, etc.) podem adicional ou alternativamente ser incluídos no módulo de luz. A proteção tubular de luz pode repousar em um alojamento 1730 de um elo do braço, uma porção do acionador do instrumento ou qualquer outro local adequado no ou próximo ao braço robótico. A proteção tubular de luz pode, por exemplo, incluir acrílico ou qualquer material de dissipação ou propagação de luz adequado. Em algumas variações, um ponto de toque, como um joystick ou botão, pode ser posicionado próximo ao módulo de luz.

[00100] Como outro exemplo, conforme mostrado na Figura 16D, o braço robótico pode incluir uma tela de exibição 1630 configurada para exibir textualmente e/ou graficamente o estado operacional, as falhas, outros erros e/ou outras informações adequadas. Os componentes eletrônicos do indicador podem ser montados, por exemplo, no elo do antebraço (ou entre os módulos articulados 134e e 134f mostrados na Figura 1C), que pode ser um local no qual os componentes eletrônicos do indicador são tipicamente ao menos parcialmente visíveis para um usuário em pé ao lado do paciente (por exemplo, próximo a uma mesa cirúrgica). Em algumas variações, a tela de exibição pode incluir uma tela sensível ao toque que é receptiva à ação do usuário através de uma interface de usuário (por exemplo, uma interface gráfica com menus, botões, deslizadores e/ou outros controles adequados para operar o braço robótico). A tela de exibição pode incluir qualquer tela adequada, como um painel de LCD e/ou tela capacitiva sensível ao toque.

[00101] Além disso, conforme mostrado na Figura 1D, o braço robótico pode incluir uma embreagem de posicionamento fino 170, que, quando engatada, é configurada para restringir ou bloquear substancialmente (ou substancialmente restringir o desvio de) ao menos uma porção da posição do segundo segmento do braço 150 (segmento de braço esférico) enquanto possibilita que os módulos articulados do primeiro segmento do braço 110 (segmento de braço cartesiano) se movam. A restrição de ao menos uma porção da posição do segundo segmento do braço 150 pode ser realizada, por exemplo, mediante o envio de comandos atuais para alguns ou todos dentre os módulos articulados no segundo segmento do braço 150 os quais mantêm suas respectivas posições rotacionais, mesmo que todo o segundo segmento do braço 150 seja reposicionado como um todo mediante o repouso do primeiro segmento do braço 110. Essa funcionalidade pode ser útil, por exemplo, enquanto o braço robótico é acoplado à cânula situada em uma porta no paciente, de modo a proporcionar a capacidade de posicionamento fino (isto é, de facilitar pequenos movimentos do braço em resposta ao direcionamento de posicionamento feito pelo usuário). Em uma modalidade exemplificadora, quando a embreagem de posicionamento fino 170 é engatada, apenas o sétimo módulo articulado 134g no braço esférico é substancialmente restrito (por exemplo, limitado a movimento em até 10 graus, em até 5 graus ou em até 2 graus, etc., em uma ou ambas direções em relação à posição de travamento de referência correspondendo a quando a embreagem 170 está engatada) ou travado (por exemplo, limitado substancialmente a nenhum movimento em relação à posição de travamento de referência), enquanto os outros módulos articulados no braço (por exemplo, primeiro, segundo, terceiro, quarto, quinto e sexto módulos articulados) podem ser atuados para se mover sem restrição. Em uma outra modalidade exemplificadora, quando a embreagem de posicionamento fino 170 é engatada, o sexto módulo articulado 134f e/ou o sétimo módulo articulado 134g são substancialmente restritos ou travados, enquanto os módulos articulados no primeiro segmento do braço 110 podem ser atuados para se mover sem restrição. Outras combinações de módulos articulados restritos e/ou bloqueados e módulos articulados móveis podem ser possíveis mediante o engate da embreagem de posicionamento fino. Em algumas variações, a embreagem de posicionamento fino 170 pode estar situada no segundo segmento do braço 150, como no conjunto de articulação de passo 156 ou em outro local adequado próximo ao acionador do instrumento, onde a embreagem de posicionamento fino 170 pode ser facilmente acessível por um usuário posicionado próximo à porta no paciente.

[00102] A embreagem de posicionamento fino 170 pode incluir qualquer mecanismo adequado. Por exemplo, qualquer um dos pontos de toque descritos acima pode operar como uma embreagem de posicionamento fino. Em alguns modos de controle do braço robótico, a embreagem de posicionamento fino 170 pode ser inclinada em direção ao modo de "desengate" de modo a possibilitar a alteração da posição de todo o braço robótico por padrão e de modo a restringir o movimento do braço esférico apenas se a embreagem de posicionamento fino 170 estiver engatada. Adicional ou alternativamente, em alguns modos de controle, como em uma variação de um modo de acoplamento, a embreagem de posicionamento fino 170 pode ser inclinada em direção ao modo de "engate", de modo a possibilitar a alteração da posição de apenas o primeiro segmento do braço 110, a menos que a embreagem de posicionamento fino 170 esteja desengatada. Além disso, em algumas variações, o braço robótico 100 pode incluir uma ou mais outras embreagens que, de modo similar, bloqueiam um conjunto de elos na posição atual, ao mesmo tempo em que possibilitam o movimento relativo entre um outro conjunto de elos, em qualquer combinação adequada.

Controlador

[00103] Um sistema cirúrgico controlado por robótica pode incluir um sistema de controle que rege as ações do braço robótico (ou múltiplos braços robóticos, se o sistema cirúrgico controlado por robótica incluir mais de um braço robótico). Conforme mostrado na Figura 18, o sistema de controle pode incluir um ou mais processadores 1850 (por exemplo, um microprocessador, microcontrolador, circuito integrado de aplicação específica, matriz de portas programável em campo e/ou outros circuitos lógicos). O processador 1850, que pode estar fisicamente situado no próprio braço robótico, em uma unidade de carrinho ou em outra estrutura adequada, pode ser acoplado de modo comunicativo a um console (por exemplo, interface de usuário). O sistema de controle pode incluir, também, um conjunto de múltiplos controladores de motor (por exemplo, 1854a, 1856a, 1858a, 1860a, 1862a, 1864a e 1866a), cada um dos quais está comunicativamente acoplado ao processador 1850 e dedicado ao controle e operação de ao menos um atuador em um respectivo módulo articulado no braço robótico (por exemplo, 1854b, 1856b, 1858b, 1860b, 1862b, 1864b e 1866b).

[00104] Os sinais do controlador do motor podem ser comunicados aos atuadores através de conexões com fio agrupadas (por exemplo, em um chicote de fios) e que passam dentro dos volumes internos dos elos do braço e dos módulos articulados do braço robótico. Em algumas variações, as conexões com fio podem ser agrupadas em conjunto, como em um chicote de fios. Além disso, a camada física do hardware de rede pode ser projetada para reduzir a interferência elétrica causada pelos surtos temporários ou repentinos de energia gerados pelos acionadores do motor quando atuam os módulos articulados. Por exemplo, a camada física pode incluir transceptores de tipo RS485, interfaces acopladas por transformador e/ou opto-isoladas para reduzir tal interferência.

[00105] Em algumas variações, pode ser desejável reduzir o número total de fios dentro do braço robótico, o que reduziria o perfil do feixe ou chicote de fios e simplificaria o roteamento dos fios através dos elos e dos módulos articulados em movimento. Por exemplo, as conexões por fios podem ser dispostas em uma configuração de anel em cadeia, na qual a fiação para comunicação a partir de e para um nó (por exemplo, do atuador ou sensor) é reduzida a um par de fios que vão para o nó e um outro par de fios que saem do nó. Além disso, a configuração de anel em cadeia da fiação dentro do braço robótico pode ser estendida ao longo do restante do sistema cirúrgico controlado por robótica (por exemplo, outros braços robóticos). Como resultado, a extensão da configuração de anel em cadeia pode, por exemplo, reduzir o atraso na troca de dados (por exemplo, informações de comando e retroinformações) entre os nós e o sistema de controle. A configuração de anel em cadeia pode também distribuir informações de temporização que podem ser utilizadas para travar ou sincronizar todos os nós do atuador no sistema de controle, o que ajuda a assegurar que as retroinformações de todos os nós do atuador sejam gerados de forma sincronizada, possibilitando assim laços de controle mais precisos a fim de guiar o comportamento do um ou mais braços robóticos.

[00106] Conforme mostrado na Figura 19, o sistema de controle pode ser configurado para atuar ao menos um módulo articulado com base em um ou mais modos de controle. Por exemplo, um modo de controle pode ser classificado como um modo primitivo (que rege o comportamento subjacente para atuação de ao menos um módulo articulado) ou como um modo de usuário (que governa o comportamento específico da tarefa, de nível mais alto, e pode usar um ou mais modos primitivos). Em algumas variações, um usuário pode selecionar um modo de controle específico através de um dispositivo de interface de usuário (por exemplo, selecionando um modo específico a partir de uma lista de comandos de operação) ou mediante a ativação de botões, telas sensíveis ao toque ou outra superfície de ponto de toque, como aquelas descritas acima, na superfície do braço robótico. Quando um usuário engata uma superfície de ponto de toque específica, o chaveamento entre os vários modos de controle pode, por exemplo, ser feito por uma máquina/controlador de estado.

Modos primitivos

[00107] Em algumas variações, um modo primitivo pode ser o menor bloco funcional que possibilita que o braço robótico execute uma tarefa específica (por exemplo, atue um módulo articulado para aumentar ou diminuir o ângulo entre os elos do braço em qualquer lado do módulo articulado). Conforme mostrado na Figura 19, um exemplo de um modo de controle primitivo é o modo de comando de articulação, que possibilita ao usuário controlar diretamente um único atuador do módulo articulado individualmente e/ou múltiplos atuadores do módulo articulado coletivamente. No modo de comando de articulação, o braço robótico pode ser comandado de articulação por articulação. Os comandos são diretos ou "de transferência", no sentido de que as saídas são iguais às entradas. Por exemplo, as entradas/saídas do sistema de controle incluem índices de módulo articulado (por exemplo, o índice definindo qual módulo articulado está associado ao comando), uma indicação do modo comandado (definindo se os comandos são para controlar a corrente ou a potência para o um ou mais atuadores no módulo articulado, a posição rotacional do um ou mais atuadores no módulo articulado, a velocidade rotacional dos um ou mais atuadores no módulo articulado, etc.) e uma indicação do comando de referência (valores para a corrente, a posição, a velocidade comandadas, etc.). Em algumas variações, o modo de comando de articulação pode incluir algumas etapas de correção de erros no módulo articulado e/ou no atuador. Por exemplo, o modo de comando de articulação pode incluir uma verificação de que o comando de articulação não fará com que o módulo articulado exceda seu limite físico e/ou uma verificação de que o comando de articulação não excederá os limites atuais dos um ou mais atuadores. Em algumas variações, o modo de comando de articulação pode, por exemplo, ser utilizado para ajustar e testar o sistema.

[00108] Conforme mostrado na Figura 19, um outro exemplo de um modo de controle primitivo é o modo de compensação de gravidade, em que o braço robótico se mantém em uma posição específica (isto é, posição e orientação específicas dos elos e módulos articulados) sem desvio para baixo devido à gravidade. No modo de compensação de gravidade, o sistema de controle determina a força gravitacional que atua sobre ao menos uma porção de elos no braço robótico. Em resposta, o sistema de controle atua ao menos um módulo articulado para neutralizar a força gravitacional determinada de modo que o braço robótico possa manter a posição atual. Para determinar a força gravitacional, o controlador pode executar cálculos com base nos ângulos das articulações medidos entre elos adjacentes, em propriedades cinemáticas e/ou dinâmicas conhecidas do braço robótico e do acionador do instrumento e/ou em características conhecidas do atuador (por exemplo, razão de engrenagem, constantes de torque do motor) etc. Além disso, o braço robótico pode incluir ao menos um acelerômetro ou outro sensor adequado configurado para determinar a direção da força gravitacional aplicada sobre o braço. Com base nesses cálculos, o controlador pode determinar algoritmicamente a força necessária em cada módulo articulado para compensar a força gravitacional que atua sobre o módulo articulado. Por exemplo, o controlador pode usar um algoritmo cinemático direto, um algoritmo dinâmico inverso ou qualquer algoritmo adequado. O controlador pode, então, gerar um conjunto de comandos para fornecer aos atuadores nos módulos articulados o nível adequado de corrente que mantém o braço robótico na mesma posição. O modo de compensação de gravidade pode, por exemplo, ser utilizado sozinho ou em combinação com outros nos modos de usuário descritos abaixo, por exemplo, o modo de acoplamento, o modo de proteção do equipamento, o modo de configuração e/ou o modo de mudança de instrumento (por exemplo, acoplar um instrumento cirúrgico ao suporte do instrumento, trocar um instrumento cirúrgico existente no suporte do instrumento por um novo instrumento cirúrgico, etc.).

[00109] Conforme mostrado na Figura 19, um outro exemplo de um modo de controle primitivo é o modo de compensação de atrito, ou modo de recuo ativo. Frequentemente, um usuário pode desejar manipular diretamente (por exemplo, puxar ou empurrar) um ou mais dos elos do braço para colocar o braço robótico em uma posição específica. Essas ações recuam os atuadores do braço robótico. Entretanto, devido ao atrito causado por aspectos mecânicos, como altas razões de engrenagem nos módulos articulados, o usuário precisa aplicar uma quantidade significativa de força a fim de sobrepujar o atrito e mover com sucesso o braço robótico. Para resolver esse problema, o modo de compensação de atrito possibilita que o braço robótico ajude um usuário a mover ao menos uma porção do braço robótico, recuando ativamente os módulos articulados adequados na direção necessária para obter a posição desejada pelo usuário. Como resultado, o usuário pode manipular manualmente o braço robótico com menos atrito percebido ou com uma sensação aparente de "leveza". Em algumas variações, o controlador pode também incorporar parâmetros predefinidos (por exemplo, duração de uma força) para ajudar a distinguir entre um movimento acidental (por exemplo, uma pequena batida de um braço) e um súbito desvio planejado na posição do braço, e, então, corrigir ou restabelecer a posição do braço, caso um movimento seja determinado como acidental. No modo de compensação de atrito, o sistema de controle determina a presença e a direção de uma força aplicada pelo usuário atuando em ao menos um módulo articulado (direta ou indiretamente como o resultado da força sobre um ou mais elos do braço) para recuar o atuador nesse módulo articulado. Em resposta, o sistema de controle atua o módulo articulado na mesma direção da força aplicada pelo usuário para ajudar o usuário a sobrepujar o atrito estático ou dinâmico. Para determinar a presença, a magnitude e a direção da força aplicada pelo usuário, o sistema de controle pode monitorar a velocidade e/ou a posição dos módulos articulados ou elos robóticos (por exemplo, com sensores de força ou torque, acelerômetros, etc.). Adicionalmente, quando no modo de compensação de atrito, o sistema de controle pode enviar um sinal de corrente de ruído aleatório (por exemplo, uma onda senoidal ou onda quadrada centralizada em zero, com frequência de cerca de 0,5 Hz a 1,0 Hz ou outra frequência adequada, e com amplitude dentro da banda de atrito em ambas as direções) a um ou mais módulos articulados, de modo que os módulos articulados sejam preparados para quase, mas não completamente, superar o atrito na direção do atuador. Em resposta à determinação da presença e da direção da força aplicada pelo usuário, o sistema de controle pode, então, gerar um conjunto de comandos para fornecer os atuadores nos módulos articulados com o nível adequado de corrente a fim de superar o atrito de modo mais responsivo. O modo de compensação de atrito pode, por exemplo, ser utilizado sozinho ou em combinação com outros modos durante o acoplamento, a mudança de instrumento, etc.

[00110] Conforme mostrado na Figura 19, um outro exemplo de modo de controle primitivo é o modo de acompanhamento da trajetória, no qual o braço robótico pode se mover para seguir uma sequência de um ou mais comandos de trajetória cartesiana. Os comandos de trajetória podem incluir, por exemplo, comandos de velocidade (concebidos em termos de movimento linear e/ou angular) ou comandos de posição desejada (concebidos em termos de posição e orientação do objetivo final dos elos e dos módulos articulados, como um modelo de posição para um determinado tipo de procedimento cirúrgico). Se o comando for uma posição desejada que exige vários movimentos dos elos para transição de uma posição atual para a posição desejada, então, o sistema de controle pode gerar uma trajetória (definindo os movimentos dos elos necessários). Se o comando se referir a uma posição desejada que seja igual à posição atual, então, o sistema de controle pode gerar comandos de trajetória que resultam efetivamente em uma posição de "sustentação" comandada. Por exemplo, a trajetória pode ser baseada em entradas incluindo: velocidades ou posições comandadas (por exemplo, matriz de transformação, matriz de rotação, vetor 3D, vetor 6D, etc.), os elos do braço a serem controlados, parâmetros de articulação controlados (ângulos, velocidades, acelerações, etc.), parâmetros de ferramenta (tipo, peso, tamanho, etc.) e parâmetros ambientais (por exemplo, regiões predefinidas nas quais o elo do braço é impedido ou proibido de entrar, etc.). O sistema de controle pode, então, usar um ou mais algoritmos para gerar as saídas dos parâmetros de articulação comandados (posição, velocidade, aceleração, etc.) para o firmware e/ou as correntes de motor comandadas como a corrente de alimentação direta para o firmware. Os algoritmos adequados para determinar esses comandos de saída incluem algoritmos com base em cinemática direta, cinemática inversa, dinâmica inversa e/ou prevenção de colisão (por exemplo, colisão entre os elos do braço, entre unidades diferentes do braço robótico, entre o braço e o ambiente, etc.). O modo de acompanhamento da trajetória pode, por exemplo, ser utilizado sozinho ou em combinação com outros nos modos de usuário descritos abaixo, como o modo de acoplamento à mesa, um modo de proteção do equipamento, um modo de configuração e/ou o modo de mudança de instrumento.

[00111] Conforme mostrado na Figura 19, um outro exemplo de modo de controle primitivo é um modo de controle de impedância, que possibilita que o braço robótico seja compatível com um ambiente virtual sem o uso de um sensor de força e/ou torque. De modo geral, o controle de impedância modula a impedância mecânica de um sistema mecânico. A impedância mecânica de um sistema é definida como a razão entre a saída de força do sistema e o movimento de entrada no sistema. Mediante o controle da impedância mecânica do sistema, pode-se controlar a quantidade da resistência do sistema aos movimentos externos impostos pelo ambiente. Por exemplo, o modo de controle de impedância pode usar um sistema de mola e de amortecedor para modelar o ambiente circundante, no qual uma constante de mola define a saída da força para uma mola modelada, e uma constante de amortecimento define a saída da força para uma dada entrada de velocidade. Em algumas variações, uma aplicação do modo de controle de impedância é a criação e o uso de um acessório virtual, ou háptica, de modo que o braço robótico possa concluir uma operação (isto é, um movimento) que está em conformidade com as restrições definidas, como o ambiente e/ou uma ou mais restrições geométricas virtuais aplicadas ao braço robótico. Um tipo exemplificador de acessório virtual é um acessório virtual da "região proibida", que evita que o braço entre em um espaço predefinido no ambiente (por exemplo, para evitar a colisão). Um outro tipo exemplificador de acessório virtual é um acessório virtual de "orientação", que fornece um movimento guiado ao braço mediante a restrição geométrica da amplitude de movimento do braço (por exemplo, restringindo o movimento relativo dos elos do braço). As técnicas de controle no controle de impedância podem ser concebidas como controlando o espaço articular (controlando a atuação de cada módulo articulado) e/ou o espaço cartesiano (controlando a localização do braço no espaço). As entradas do algoritmo de controle podem incluir ângulos e/ou velocidades medidos das articulações de uma ou mais porções do braço robótico, configuração de acessório virtual selecionada e localização de um ponto de controle desejado no braço robótico. O sistema de controle pode, então, usar um ou mais algoritmos para gerar parâmetros do atuador de articulação comandado (corrente/torque necessários, etc.) e/ou o estado de conformidade às restrições impostas. Os algoritmos adequados para determinar esses comandos de saída incluem algoritmos com base em cinemática direta, cinemática inversa, dinâmica inversa e/ou prevenção de colisão (por exemplo, colisão entre os elos do braço, entre unidades diferentes do braço robótico, entre o braço e o ambiente, etc.) e/ou renderização da força virtual (com o uso de um modelo virtual como forma geométrica, massa, mola e amortecedor, etc.). A impedância do modo de controle pode, por exemplo, ser utilizada sozinha ou em combinação com outros modos durante a mudança de instrumento.

[00112] Conforme mostrado na Figura 19, um outro exemplo de modo de controle primitivo é um modo de controle de admitância, que possibilita que o braço robótico responda à força de usuário detectada de acordo com um modelo virtual (por exemplo, propriedades de massa/inércia virtuais). Por exemplo, em resposta a um ou mais sensores de força/torque que medem a força do usuário direcionada sobre o braço robótico, o braço robótico real pode se mover do mesmo modo que o modelo de braço virtual se moveria se o usuário empurrasse/puxasse o modelo de braço virtual do mesmo modo. Em algumas variações, a força do usuário é medida ao menos com sensores de torque em um ou mais módulos articulados no braço. Em outras variações, a força do usuário é medida com um sensor de força/torque de ao menos seis graus de liberdade em um ou mais elos do braço robótico (por exemplo, como o sensor de seis graus de liberdade descrito acima) ou múltiplos sensores que detectam seis graus de liberdade no total (por exemplo, dois sensores de três graus de liberdade). O sistema de controle pode assumir como entrada as leituras do sensor de força/torque reais, as transformações do sensor de força/torque para mapear o braço robótico real para o modelo virtual, as transformações do modelo virtual para mapear os parâmetros de uma estrutura de referência conhecida do braço robótico, outras propriedades do modelo virtual e/ou do braço robótico e a cinemática do acionador do instrumento. O sistema de controle pode, então, usar um ou mais algoritmos para gerar comandos para atuadores de módulo articulado para corrente, torque, posições da articulação específicos e/ou outros parâmetros de módulo articulado adequados, a fim de fazer com que o braço robótico se mova de acordo com o modo virtual. Os algoritmos adequados para determinar esses comandos de saída incluem algoritmos com base em cinemática direta, cinemática inversa, dinâmica inversa, prevenção de colisão e/ou dinâmica direta para o modelo virtual. A admitância do modo de controle pode, por exemplo, ser utilizada sozinha ou em combinação com outros modos durante o acoplamento da porta ou a mudança de instrumento.

Modos de usuário

[00113] Em algumas variações, os modos de usuário podem ser modos de controle que se sobrepõem aos modos primitivos, no sentido de que um modo de usuário pode incorporar um ou mais modos primitivos descritos acima. Os modos de usuário possibilitam que o usuário interaja fisicamente com o braço robótico de várias formas diferentes durante diferentes fases de um procedimento cirúrgico (por exemplo, durante a configuração e o teste de pré-operação, a cirurgia, a desmontagem e o armazenamento pós-operação). Por exemplo, certos modos de usuário possibilitam que o braço robótico reaja de certo modo dependendo de uma combinação específica de modos primitivos incorporados. Adicionalmente, certos modos de usuário podem envolver uma sequência predeterminada de etapas de movimento automatizado projetada para aumentar a eficiência de uma fase específica do procedimento cirúrgico. Muitos modos de usuário são mutuamente exclusivos um do outro e não podem ser selecionados simultaneamente, mas alguns modos de usuário (por exemplo, o modo de teleoperação e o modo de centro remoto de movimento virtual) podem operar em paralelo.

[00114] Conforme mostrado na Figura 19, um exemplo de modo de usuário é um modo ocioso, no qual o braço robótico pode repousar em uma posição de braço atual ou em uma posição de braço padrão aguardando outros comandos ou instruções. Em uma variação, o modo ocioso incorpora o modo de acompanhamento da trajetória descrito acima, definindo a posição desejada como sendo a mesma posição atual, resultando, assim, em uma posição de "sustentação" comandada. Em uma outra variação, o modo ocioso incorpora, adicional ou alternativamente, o modo de compensação de gravidade descrito acima.

[00115] Conforme mostrado na Figura 19, um outro exemplo de modo de usuário é um modo de configuração, no qual o braço robótico pode fazer a transição de uma primeira posição (por exemplo, uma configuração dobrada para armazenamento e transporte) para uma posição padrão (por exemplo, ao menos parcialmente estendida), como uma posição de configuração padrão ou uma posição de modelo predeterminada para um tipo específico de procedimento cirúrgico. Adicionalmente, o braço robótico pode se inicializar através da conclusão de uma lista de verificação predeterminada (por exemplo, verificações de segurança e funcionalidade) dos itens de ação. O movimento para uma posição padrão e/ou a conclusão da lista de verificação pode ser ao menos parcialmente automático ou autônomo. A prontidão do braço robótico para uso pode ser confirmada por um usuário e/ou sistema de controle de supervisão. Enquanto o braço robótico está no modo de configuração, os usuários podem realizar várias tarefas de pré-operação no braço robótico, como inspeção (por exemplo, visual ou manual), limpeza, proteção do equipamento, etc.

[00116] Conforme mostrado na Figura 19, um outro exemplo de modo de usuário é um modo de montagem, no qual o braço robótico é conectado a uma plataforma operacional (por exemplo, uma mesa cirúrgica ou carrinho) e/ou inicializado para configuração. Por exemplo, enquanto está conectado à plataforma operacional, o braço robótico pode descansar em uma posição de braço atual (por exemplo, a posição padrão obtida no final da sequência de ação no modo de configuração). Similar ao modo ocioso, o modo de mesa de acoplamento pode incorporar o modo de acompanhamento da trajetória resultando em uma "posição de sustentação" e/ou pode incorporar o modo de compensação de gravidade descrito acima.

[00117] Conforme mostrado na Figura 19, um outro exemplo de modo de usuário é um modo de proteção do equipamento, no qual o braço robótico facilita o processo no qual as barreiras estéreis são acopladas ao braço robótico (para manter uma barreira estéril entre o braço robótico e o instrumento cirúrgico). Por exemplo, no modo de proteção do equipamento, o braço robótico pode se mover automaticamente para uma posição de proteção do equipamento predeterminada, como se estendendo para longe do paciente e mais próximo a um assistente cirúrgico, o que melhora o acesso às regiões que requerem a fixação de barreiras estéreis (por exemplo, no ponto de fixação do instrumento sobre o acionador do instrumento). O assistente cirúrgico pode, por exemplo, andar ao redor da mesa hospitalar para pacientes até cada um dos múltiplos braços robóticos nas posições de proteção do equipamento para fixar sequencialmente a barreira estéril a cada braço robótico. Alternativamente, os múltiplos braços robóticos podem automaticamente se aproximar do assistente cirúrgico de modo que o assistente cirúrgico possa permanecer estacionário, melhorando assim a eficiência da configuração. Por exemplo, quando o primeiro braço robótico está completamente protegido e um segundo braço robótico está pronto para ser protegido de modo similar, o sistema de controle pode aproximar mais o segundo braço robótico do assistente cirúrgico (por exemplo, após o uso de sensores para detectar automaticamente a fixação da barreira estéril e/ou após um comando de usuário indicando que a proteção do equipamento foi concluída). Além disso, durante a proteção do equipamento, o usuário pode ser capaz de ajustar o formato e a posição do braço robótico a fim de se adaptar às circunstâncias específicas, como desordem na sala, tamanho do paciente e/ou altura limitada do assistente cirúrgico que realiza a proteção do equipamento. Em algumas variações, o modo de proteção do equipamento pode incorporar o modo de comando de articulação e/ou modo de compensação de gravidade para controlar o braço robótico.

[00118] Conforme mostrado na Figura 19, um outro exemplo de modo de usuário é um modo de acoplamento, no qual o braço robótico facilita o processo em que o usuário fixa o braço robótico a uma porta (com a cânula pré-inserida no corpo do paciente) no paciente. Para realizar uma cirurgia minimamente invasiva, a extremidade distal do braço robótico é, de modo geral, rigidamente travada na porta com o uso de etapas de posicionamento bruto ou aproximado e etapas de posicionamento fino. Durante o posicionamento bruto, o assistente cirúrgico pode guiar manualmente a extremidade distal do braço robótico para mais perto da porta (por exemplo, dentro de cerca de seis polegadas, ou outra distância adequada da porta) agarrando, empurrando, puxando ou de outro modo guiando manualmente o braço diretamente (alternativamente segurando um cabo ou manipulando um joystick, botões direcionais ou outro ponto de toque da interface de usuário). Durante o posicionamento bruto, a compensação de gravidade e/ou a compensação de atrito podem ser aplicadas nas articulações do braço, conforme descrito acima. Além disso, em algumas variações, a fim de evitar batidas acidentais ou inadvertidas ao se mover o braço indesejavelmente, pode ser necessária uma força do usuário aplicada manualmente para sobrepujar um limite de força de mola virtual antes que a força do usuário faça com que o braço se mova. Durante o posicionamento fino, o assistente cirúrgico pode, ainda, guiar manualmente a extremidade distal do braço robótico a fim de acoplá-la à cânula inserida na porta. O posicionamento fino pode ser, ainda, ativado com o uso de uma embreagem de posicionamento fino 170 (por exemplo, situada no braço esférico 150, próxima do acionador do instrumento, conforme mostrado na Figura 1D e descrito acima), como um gatilho, botão, chave, etc. Mediante o engate da embreagem de posicionamento fino 170, as ligações do primeiro segmento do braço (segmento de braço cartesiano) podem se mover sob orientação do usuário de modo similar a durante o posicionamento bruto, enquanto o travamento de ao menos alguns dos módulos articulados das ligações do segundo segmento do braço (segmento de braço esférico), de modo que ao menos algumas das ligações do segundo segmento do braço não se movam entre si. Durante essas etapas, o sistema de controle pode operar o braço robótico no modo de compensação de gravidade e/ou no modo de compensação de atrito descritos acima.

[00119] Conforme mostrado na Figura 19, um outro exemplo de modo de usuário é um modo de teleoperação, no qual o braço robótico é controlado remotamente por um dispositivo de interface de usuário durante o procedimento cirúrgico. Enquanto no modo de teleoperação, tipicamente, o braço cartesiano de segmento pode ser fixo no espaço (conservando, assim, o RCM mecânico e a amplitude de movimento correspondentes do atuador de extremidade) e o movimento do atuador de extremidade pode ser controlado pelo segmento do braço esférico e o acionador do instrumento. O modo de teleoperação pode incorporar o modo de compensação de gravidade, o modo de acompanhamento de trajetória e/ou o modo de controle de impedância descritos acima. Em algumas variações, o modo de acompanhamento de trajetória e/ou o modo de controle de impedância podem se concentrar na prevenção de colisão (por exemplo, com outros braços robóticos) enquanto o braço robótico está no modo de teleoperação.

[00120] Conforme mostrado na Figura 19, um outro exemplo de modo de usuário é um modo de reposicionamento, no qual o usuário pode mover o braço robótico em uma nova posição sem alterar a posição e a orientação do instrumento do atuador de extremidade. Esse tipo de reposicionamento é possível devido aos graus de liberdade redundantes no braço robótico. Por exemplo, a extremidade distal do braço robótico pode permanecer acoplada à porta (possibilitando que o RCM mecânico e o instrumento permaneçam fixos no espaço) enquanto o braço robótico é movido ao redor do acionador do instrumento (por exemplo, alternando entre a posição de braço "baixa" ou "alta" e a posição de braço "invertida" descritas acima). No modo de reposicionamento, o sistema de controle sabe onde o instrumento está situado e controla o movimento do braço enquanto o usuário reposiciona o braço robótico, de modo a evitar colisões com o braço robótico. Alternativamente, o braço robótico pode se desengatar do instrumento enquanto o instrumento ainda está inserido no paciente, então, o braço robótico pode reposicionar e subsequentemente reengatar o instrumento. Depois que o braço robótico se acomoda em uma nova posição e se reengata com o instrumento, o sistema de controle pode iniciar uma verificação para ajudar a assegurar que a funcionalidade e o controle do instrumento estejam se comportando corretamente. O modo de reposicionamento pode incorporar o modo de compensação de gravidade, o modo de acompanhamento de trajetória e/ou o modo de controle de impedância descritos acima.

[00121] Como um exemplo ilustrativo, quando o braço robótico está no modo de reposicionamento, todo o braço robótico pode operar com compensação de gravidade. Ao menos parte do primeiro segmento do braço robótico (por exemplo, ao menos uma porção do segmento de braço cartesiano) pode ser passiva, com módulos articulados que são passivamente recuáveis. Ao menos parte do segundo segmento do braço robótico (por exemplo, ao menos uma porção do segmento de braço esférico) pode ser ativa, com os módulos articulados que são travados na posição de "sustentação" no modo de acompanhamento de trajetória a fim de manter o RCM e a posição/orientação do atuador de extremidade. Após o braço robótico receber uma força de usuário (por exemplo, empurrar ou puxar) sobre o braço robótico, a força do usuário é propagada para os módulos articulados passivos e faz com que as articulações passivas se movam de modo geral em conformidade com a força do usuário, com algumas restrições (por exemplo, implementadas através do controle de impedância). Em particular, certos recursos (por exemplo, a extremidade mais distal do segmento de braço passivo) podem ser forçadas sobre a superfície de um acessório virtual, como uma superfície genericamente esférica, de modo que o segmento de braço passivo possa se mover apenas dentro das regiões não proibidas pelo acessório virtual. Enquanto o segmento de braço passivo está em movimento, os módulos de articulação no segmento de braço ativo podem ser acionados ativamente para manter uma posição e o ângulo do instrumento e do RCM substancialmente constantes/estáveis, apesar do segmento de braço passivo ser empurrado para um novo local na superfície esférica virtual. Conforme mostrado na Figura 19, um outro exemplo de modo de usuário é o modo de RCM virtual, no qual o braço robótico estabelece um centro remoto de movimento virtual que não é coincidente com o centro remoto de movimento mecânico. O centro remoto de movimento virtual é criado como resultado de software combinado com design mecânico. Tipicamente, durante um procedimento cirúrgico, o RCM mecânico é preservado mediante a fixação da posição do segmento de braço cartesiano e o movimento do segmento de braço esférico (isto é, durante o modo de teleoperação). No entanto, no modo de RCM virtual, o RCM mecânico pode se mover a fim de criar uma melhor distância física entre o braço robótico e o paciente, mantendo, ao mesmo tempo, a amplitude de movimento eficaz anterior do atuador de extremidade em um RCM virtual. O RCM virtual é obtido mediante o movimento do segmento de braço cartesiano e do segmento de braço esférico, uma vez que o segmento de braço cartesiano cria o deslocamento entre o RCM mecânico e virtual. Ao contrário do RCM mecânico, o RCM virtual pode se alterar dinamicamente, por exemplo, durante um procedimento cirúrgico ou entre diferentes procedimentos cirúrgicos. Em algumas variações, o modo de RCM virtual pode incorporar o modo de compensação de gravidade e o modo de acompanhamento de trajetória, ou alternativamente pode incorporar o modo de compensação de gravidade e o modo de controle de impedância.

[00122] Em alguns casos, o RCM virtual pode ser maleável, ao invés de ser restrito a um ponto, o RCM virtual pode ser restrito a um plano que é genericamente normal ao eixo geométrico do eixo de acionamento do instrumento e cruza o eixo geométrico do eixo de acionamento do instrumento a uma altura especificada em relação ao RCM mecânico. Em tais casos, as articulações do braço cartesiano operam nos modos de compensação de gravidade, de recuo ativo e/ou de controle de impedância, de modo que as articulações possibilitem que o braço responda às forças em linha com o plano virtual, mas resistam às forças perpendiculares ao plano. As articulações do braço esférico (por exemplo, J6 e J7) e as articulações do acionador do instrumento ainda estão no modo de acompanhamento de trajetória, possibilitando, assim, que o usuário continue, opcionalmente, a acionar o instrumento e a executar a cirurgia. Isso possibilita que o braço robótico determine naturalmente o ponto de pivô que cria uma baixa quantidade de força sobre o tecido do paciente, ao mesmo tempo em que evita que o instrumento e a cânula sejam puxados ou empurrados para dentro ou para fora do paciente. Tal modo de operação pode ser útil, por exemplo, durante os casos com grandes amplitudes de movimento do instrumento (por exemplo, procedimentos de quadrantes múltiplos) nos quais apenas um único ponto de pivô fixo pode não ser ideal. Outros casos, como procedimentos para operação de pacientes com sobrepeso/obesos com camadas de tecido mais espessas e procedimentos torácicos nos quais a cânula e o instrumento passam entre as costelas, podem também se beneficiar desse modo de RCM virtual maleável. O modo de RCM virtual maleável pode ser utilizado em conjunto com o modo de teleoperação ou pode ser empregado pelo usuário seletiva e intermitentemente. Esse modo pode também ser útil durante os casos em que a mesa hospitalar para pacientes é inclinada durante o procedimento, uma vez que possibilitaria ao braço acompanhar facilmente quaisquer desvio no tecido do paciente que resultam do desvio da mesa (por exemplo, da posição de Trendelenburg para Trendelenburg reversa).

[00123] Conforme mostrado na Figura 19, um outro exemplo de um modo de usuário é a mudança de instrumento ou o modo de mudança de instrumento, em que múltiplos módulos articulados do braço robótico podem atuar para mover o instrumento cirúrgico para dentro ou para fora da cânula (por exemplo, a translação ao longo do eixo geométrico H do instrumento) além da amplitude de movimento disponível pela atuação apenas do módulo articulado mais distal. Mediante o movimento do instrumento cirúrgico para fora da cânula (por exemplo, com um mecanismo de trava de cânula atuado, por exemplo, operado por um motor, de modo que a cânula possa ser destacada sem a assistência direta manual do usuário), os braços robóticos podem facilmente acoplar ou alternar entre cânulas e instrumentos. Em algumas variações, o modo de mudança de instrumento pode adicional ou alternativamente possibilitar a mudança automática do instrumento na qual o sistema de controle comanda automaticamente a retirada do instrumento da cânula, alterando as pontas ou instrumentos do atuador de extremidade e reacoplando o braço robótico à cânula. Várias pontas do atuador de extremidade selecionadas podem ser dispostas em uma ordem predefinida sobre uma superfície (por exemplo, mesa), de modo que o sistema de controle possa localizar e identificar as pontas do atuador de extremidade desejadas para uma operação de mudança automática do instrumento. Em algumas variações, o modo de mudança de instrumento pode incorporar o modo de compensação de gravidade e o modo de acompanhamento de trajetória.

[00124] Outros modos de usuário podem ser programados no sistema de controle os quais incorporam e combinam aspectos dos vários modos de controle descritos acima. Por exemplo, um outro exemplo de modo de usuário é um modo de pós-operatório que pode ser similar ao modo de configuração, com exceção de que algumas etapas podem ocorrer em uma ordem diferente (por exemplo, verificação do sistema, seguida de dobramento do braço robótico em uma configuração dobrada para armazenamento). O modo pós- operatório pode incluir, também, a ativação de um ciclo de desligamento completo. Outros modos potenciais incluem um modo de manutenção, um modo de limpeza (por exemplo, mover o braço robótico em uma posição totalmente estendida para aumentar a área superficial exposta durante a limpeza ou a esterilização), um modo de inspeção, um modo de parada ou de marketing (por exemplo, série pré-programada de movimentos para posições de demonstração), um modo de teste de ciclo e/ou qualquer outro modo adequado.

Atualização do software

[00125] Em algumas variações, o sistema cirúrgico robótico pode incluir, também, um ou mais processadores para controlar a operação do braço robótico e/ou outros componentes (por exemplo, acionador do instrumento). Por exemplo, o sistema cirúrgico robótico pode incluir um console de controle ou torre de controle incluindo um ou mais computadores, ou outra disposição de computador adequada. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 18, um console de controle 1852 pode ser acoplado de modo comunicativo a ao menos um processador 1850 que controla os controladores de motor de um ou mais braços robóticos.

[00126] O console de controle 1852 pode incluir um software que pode ser alterado (por exemplo, atualizado) periodicamente ou de modo intermitente a fim de alterar o controle do braço robótico e/ou outros componentes do sistema cirúrgico robótico (por exemplo, dispositivos de interface de usuário de mão). Vantajosamente, por exemplo, a atualização do software que controla a operação do braço robótico pode possibilitar diferentes funcionalidades e características do braço robótico sem a troca do hardware real do braço robótico. Além disso, em algumas variações, o software (dentro de uma versão específica do software, ou entre diferentes versões do software) pode ser específico para um cirurgião ou outro usuário que opera o sistema cirúrgico robótico e/ou de outro modo personalizado para um usuário.

[00127] Uma versão diferente do software pode, por exemplo, fornecer versões mais recentes de modos de controle e/ou algoritmos de controle. Por exemplo, uma nova versão do software pode fornecer um novo modo de compensação de gravidade que neutraliza com mais precisão ou mais rapidamente (através de um processo computacional mais rápido, etc.) a força gravitacional que atua sobre o braço robótico. Como outro exemplo, uma nova versão do software pode fornecer um novo esquema (parâmetros, limites, valores de impedância, etc.) para um RCM virtual e/ou acessório virtual.

[00128] Como outro exemplo, uma versão do software diferente pode fornecer um conjunto diferente de modelos ou posições predeterminadas para o braço robótico (por exemplo, diferentes variações de configurações de braço "baixa", "alta" e/ou "invertida" descritas acima).

[00129] Em outros exemplos, diferentes versões do software podem ser específicas para o paciente, específicas para o tipo de paciente e/ou específicas para o tipo de procedimento cirúrgico, etc. Por exemplo, certas posições ou configurações de braço robótico predeterminadas podem ser mais otimizadas para pacientes menores (por exemplo, pacientes pediátricos), enquanto outras posições ou configurações de braços robóticos podem ser mais otimizadas para pacientes maiores.

[00130] Como outro exemplo, diferentes versões do software podem fornecer versões mais recentes de interfaces gráficas de usuário em uma tela, tela sensível ao toque, etc., através das quais um usuário pode exibir recursos do braço robótico (por exemplo, modo de controle, erros operacionais ou avisos, etc.), onde as versões mais recentes de uma interface gráfica de usuário podem incluir, por exemplo, alterações de layout e de conteúdo de um menu.

[00131] As atualizações de software para o braço podem ser administradas, por exemplo, através da transferência de um arquivo de uma mídia de armazenamento (por exemplo, disco rígido, pen drive, disquete, armazenamento em nuvem), através de uma conexão com fio e/ou sem fio. As atualizações de software para o console 1852 (ou outra disposição de controle do computador) podem ser adiadas ou antecipadas em uma base periódica (por exemplo, diariamente, semanalmente, de duas em duas semanas, mensalmente, bimestralmente, semestralmente, anualmente, etc.), por exemplo, a partir de uma mídia de armazenamento pré-existente ou outra fonte. Adicional ou alternativamente, as atualizações de software podem ser ativadas com base na resposta a uma entrada de usuário (por exemplo, seleção do usuário em uma interface de usuário para atualizar o software).

Esterilização

[00132] Em algumas variações, a esterilização do braço robótico antes do uso em um sistema cirúrgico controlado por robótica pode ser desejável para reduzir a probabilidade de transmitir bactérias e outros patógenos inadvertidamente ao paciente. Por exemplo, o braço robótico pode ser esterilizado e, então, coberto (por exemplo, com uma bolsa, envoltório ou outra cobertura adequadamente lacrada) para manter sua condição estéril. Como outro exemplo, o braço robótico pode primeiro ser coberto e, então, esterilizado através da cobertura, que pode, então, subsequentemente manter a condição estéril do braço robótico. Um braço robótico esterilizado e ensacado pode ser subsequentemente manuseado com menos preocupação para manter a esterilidade durante a embalagem, o transporte, etc., até a remoção em um campo estéril de uso (por exemplo, sala de operação). Os procedimentos de esterilização adequados podem incluir, por exemplo, tratar o braço robótico com luz ultravioleta, radiação por feixe eletrônico, raios gama e/ou gás. O braço robótico pode, adicional ou alternativamente, ser esterilizado em uma autoclave ou através de outro processo de esterilização de grau médico adequado (por exemplo, em um processo de reesterilização após um único uso).

[00133] Em outras variações, o braço robótico pode ser tratado para limpeza geral, mas não para esterilidade. Por exemplo, o braço robótico pode ser limpo para retirar poeira, sujeira e/ou outros objetos estranhos visíveis. Após tal procedimento de limpeza, o braço robótico pode ser ensacado para manter seu estado genericamente limpo. Por exemplo, o braço robótico pode ser coberto com uma bolsa, campo cirúrgico, lona ou outra cobertura para ajudar a proteger o braço robótico contra respingos e outros perigos.

[00134] Outros exemplos de sistemas para manter a esterilidade do braço robótico e de outros componentes são descritos em detalhes no pedido de patente US n° de série 62/436.957 intitulado "STERILE ADAPTERS WITH A SHIFTING PLATE FOR USE IN A ROBOTIC SURGICAL SYSTEM", no pedido de patente US n° de série 62/436.965 intitulado "STERILE ADAPTER DRIVE DISKS FOR USE IN A ROBOTIC SURGICAL SYSTEM", no pedido de patente US n° de série 62/436.974 intitulado "STERILE ADAPTERS WITH A TOOL SEAT FOR USE IN A ROBOTIC SURGICAL SYSTEM" e no pedido de patente US n° de série 62/436.981 intitulado "DRAPE ATTACHMENT TO STERILE ADAPTERS FOR USE IN A ROBOTIC SURGICAL SYSTEM", cada um dos quais foi depositado em 20 de dezembro de 2016 e está aqui incorporado em sua totalidade a título de referência.

[00135] A descrição acima, para propósitos de explicação, usou nomenclatura específica para proporcionar uma compreensão completa da invenção. Entretanto, ficará evidente para o versado na técnica que detalhes específicos não são necessários para praticar a invenção. Dessa forma, as descrições acima de modalidades específicas da invenção são apresentadas para propósitos de ilustração e descrição. Elas não se destinam a ser exaustivas ou a limitar a invenção às formas precisas reveladas; obviamente, muitas modificações e variações são possíveis em vista dos ensinamentos acima. As modalidades foram escolhidas e descritas para melhor explicar os princípios da invenção e suas aplicações práticas e, assim, possibilitam que outros versados na técnica utilizem melhor a invenção e as várias modalidades com várias modificações e/ou em várias combinações conforme sejam convenientes ao uso específico contemplado.

Claims (28)

1. Sistema cirúrgico robótico, caracterizado pelo fato de que compreende: um braço robótico (100, 500) que compreende: um primeiro segmento do braço (110, 510) que compreende uma primeira pluralidade de elos (114, 116, 118, 120, 514, 516, 518, 520) operável para rotacionar ao redor de uma pluralidade de eixos para proporcionar ao braço robótico (100, 500) ao menos cinco graus de liberdade, sendo que a pluralidade de eixos compreende pelo menos três eixos de passo (Eixo A, Eixo C, Eixo E) e pelo menos um eixo de rolamento (Eixo B, Eixo D) entre cada um dos eixos de passo; e um segundo segmento do braço (150, 550) que compreende uma segunda pluralidade de elos (154, 156a, 156b, 554, 556a, 556b) que proporcionam ao braço robótico (100, 500) ao menos dois graus de liberdade, em que a segunda pluralidade de elos (154, 156a, 156b, 554, 556a, 556b) compreende um elo de rolamento (154, 554), um primeiro elo (156a, 556a) girável em um primeiro plano e que tem uma extremidade proximal acoplada a uma extremidade distal do elo de rolamento (154, 554), e um segundo elo (156b, 556b) girável em um segundo plano e que tem uma extremidade proximal acoplada a uma extremidade distal do primeiro elo (156a, 556a); e um acionador de instrumento (180, 580) configurado para segurar um instrumento cirúrgico, em que o acionador do instrumento (180, 580) é acoplado a uma extremidade distal do segundo elo (156b, 556b) de modo que o acionador do instrumento (180, 580) não seja paralelo a ao menos um dentre o primeiro e o segundo plano.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o braço robótico (100, 500) é dobrável em uma configuração compacta na qual o acionador do instrumento (180, 580) está posicionado entre o elo de rolamento (154, 554) e ao menos um dentre o primeiro e o segundo elo (156a, 156b, 556a, 556b).

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ao menos uma porção do elo de rolamento (154, 554) é orientada ao longo de um eixo geométrico de rolamento (Eixo F) e ao menos uma porção do acionador do instrumento (180, 580) é deslocada angularmente em relação ao eixo geométrico de rolamento (Eixo F).

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo segmento do braço (150, 550) é configurado para mover o instrumento cirúrgico dentro de um espaço de trabalho genericamente esférico e em que o primeiro segmento do braço (110, 510) é configurado para mover o local do espaço de trabalho esférico.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um primeiro grau de liberdade do braço robótico (100, 500) é proporcionado pela rotação do elo de rolamento (154, 554) em relação ao primeiro segmento do braço (110, 510).

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a rotação do elo de rolamento (154, 554) em relação ao primeiro segmento do braço (110, 510) causa o movimento do acionador do instrumento (180, 580) em uma direção de rolamento.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que um segundo grau de liberdade do braço robótico (100, 500) é proporcionado pela rotação sincronizada do primeiro e do segundo elo (156a, 156b, 556a, 556b) em relação ao elo de rolamento (154, 554).

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a rotação sincronizada do primeiro e do segundo elo (156a, 156b, 556a, 556b) causa o movimento do acionador do instrumento (180, 580) em uma direção de passo.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que acionador do instrumento (180, 580) é configurado para girar o instrumento cirúrgico ao redor de um centro remoto de movimento (RCM).

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o segundo segmento do braço (150, 550) é configurado para girar o acionador do instrumento (180, 580) ao redor de um eixo geométrico de rolamento (Eixo F) e de um eixo geométrico de passo (Eixo G’) do segundo segmento (150, 550), em que o eixo geométrico de rolamento (Eixo F) e o eixo geométrico de passo (Eixo G’) são deslocados um do outro.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o eixo geométrico de rolamento (Eixo F) e o eixo geométrico de passo (Eixo G’) não se cruzam com o centro remoto de movimento (RCM).

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que ao menos um dentre o eixo geométrico de rolamento (Eixo F) e o eixo geométrico de passo (Eixo G’) é deslocado em cerca de 2 centímetros ou menos a partir do centro remoto de movimento (RCM).

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo elo (156a, 156b, 556a, 556b) têm comprimentos diferentes.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o primeiro elo (156a, 556a) é mais curto que o segundo elo (156b, 556b).

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo elo (156a, 156b, 556a, 556b) são acoplados operacionalmente a uma disposição de polia.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o braço robótico (100, 500) é acoplado a uma mesa (T).

17. Sistema cirúrgico robótico, caracterizado pelo fato de que compreende: um braço robótico (100, 500) que compreende um elo de rolamento (154, 554), um primeiro elo (156a, 556a) girável em um primeiro plano e que tem uma extremidade proximal acoplada a uma extremidade distal do elo de rolamento (154, 554) e um segundo elo (156b, 556b) girável em um segundo plano e que tem uma extremidade proximal acoplada a uma extremidade distal do primeiro elo (156a, 556a); e um acionador de instrumento (180, 580) configurado para segurar um instrumento cirúrgico e girar o instrumento cirúrgico ao redor de um centro remoto de movimento (RCM), em que o acionador do instrumento (180, 580) é acoplado a uma extremidade distal do segundo elo (156b, 556b) de modo que o acionador do instrumento (180, 580) não seja paralelo a ao menos um dentre o primeiro e o segundo plano, e em que o braço robótico (100, 500) é configurado para girar o acionador de instrumento (180, 580) ao redor de um eixo de rolamento (Eixo F) e de um eixo de passo (Eixo G’), sendo que o eixo de rolamento (Eixo F) e o eixo de passo (Eixo G’) são deslocados do centro remoto de movimento (RCM).

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o braço robótico (100, 500) é dobrável em uma configuração compacta na qual o acionador do instrumento (180, 580) está posicionado entre o elo de rolamento (154, 554) e ao menos um dentre o primeiro e o segundo elo (156a, 156b, 556a, 556b).

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que ao menos uma porção do elo de rolamento (154, 554) é orientada ao longo do eixo geométrico de rolamento (Eixo F) e ao menos uma porção do acionador do instrumento (180, 580) é deslocada angularmente em relação ao eixo geométrico de rolamento (Eixo F).

20. Sistema, de acordo com a reivindicação17, caracterizado pelo fato de que ao menos um dentre o eixo geométrico de rolamento (Eixo F) e o eixo geométrico de passo (Eixo G’) é deslocado em cerca de 2 centímetros ou menos a partir do centro remoto de movimento (RCM).

21. Sistema, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o braço robótico (100, 500) é acoplado a uma mesa (T).

22. Sistema cirúrgico robótico, caracterizado pelo fato de que compreende: um braço robótico (100, 500) que compreende: um primeiro segmento do braço (110, 510) que compreende uma primeira pluralidade de elos (114, 116, 118, 120, 514, 516, 518, 520) que proporcionam ao braço robótico (100, 500) ao menos cinco graus de liberdade; e um segundo segmento do braço (150, 550) que compreende uma segunda pluralidade de elos (154, 156a, 156b, 554, 556a, 556b) que proporcionam ao braço robótico (100, 500) ao menos dois graus de liberdade, e em que a segunda pluralidade de elos (154, 156a, 156b, 554, 556a, 556b) compreende um elo de rolamento (154, 554), um primeiro elo de passo (156a, 556a) e um segundo elo de passo (156b, 556b); e um acionador do instrumento (180, 580) configurado para segurar um instrumento cirúrgico e configurado para girar o instrumento cirúrgico ao redor de um centro remoto de movimento (RCM), em que o segundo segmento do braço (150, 550) é configurado para girar o acionador do instrumento (180, 580) ao redor de um eixo geométrico de rolamento (Eixo F) e de um eixo geométrico de passo (Eixo G’) e em que ao menos um dentre o eixo geométrico de rolamento (Eixo F) e o eixo geométrico de passo (Eixo G’) não se cruza com o centro remoto de movimento (RCM), e em que a rotação do elo de rolamento (154, 554) em relação ao primeiro segmento do braço (110, 510) causa o movimento do acionador do instrumento (180, 580) ao redor do eixo de rolamento (Eixo F), e em que a rotação sincronizada do primeiro e do segundo elos de passo (156a, 156b, 556a, 556b) causa o movimento do acionador do instrumento (180, 580) ao redor do eixo de passo (Eixo G').

23. Sistema, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o eixo geométrico de rolamento (Eixo F) e o eixo geométrico de passo (Eixo G’) não se cruzam com o centro remoto de movimento (RCM).

24. Sistema, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que ao menos um dentre o eixo geométrico de rolamento (Eixo F) e o eixo geométrico de passo (Eixo G’) é deslocado em cerca de 5 centímetros ou menos a partir do centro remoto de movimento (RCM).

25. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que ao menos um dentre o eixo geométrico de rolamento (Eixo F) e o eixo geométrico de passo (Eixo G’) é deslocado em cerca de 2 centímetros ou menos a partir do centro remoto de movimento (RCM).

26. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o eixo geométrico de rolamento (Eixo F) e o eixo geométrico de passo (Eixo G’) são deslocados em cerca de 2 centímetros ou menos a partir do centro remoto de movimento (RCM).

27. Sistema, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o segundo segmento do braço (150, 550) é configurado para mover o instrumento cirúrgico dentro de um espaço de trabalho genericamente esférico e em que o primeiro segmento do braço (110, 510) é configurado para mover o local do espaço de trabalho esférico.

28. Sistema, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o braço robótico (100, 500) é acoplado a uma mesa (T).