BR112019005674B1

BR112019005674B1 - Sistema cirúrgico robótico

Info

Publication number: BR112019005674B1
Application number: BR112019005674-2A
Authority: BR
Inventors: Jerome M.D. Canady; Cheffren Canady; Taisen ZHUANG; Feng Yan; Aditya Shanghavi; Zhangshi Liu; Daniel Tabatabai; Tanner Pierce
Original assignee: U.S. Patent Innovations Llc
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2023-01-24
Also published as: RU2019111741A; US11224487B2; AU2017331465B2; EP3515324B1; US20190090963A1; RU2752456C2; CN109715080A; CA3035656A1; WO2018058079A1; EP3515324A1; AU2017331465A1; JP7079774B2; ES2978759T3; RU2019111741A3; CN109715080B; BR112019005674A2; JP2019528928A; EP3515324A4

Abstract

Trata-se de um sistema cirúrgico robótico e acessório que tem uma base robótica ou peça manual que tem uma pluralidade de motores e um atuador mecânico em que cada um opera um braço de posicionamento mecânico em um grau diferente de liberdade. A base robótica é reutilizável e fornece a plataforma para o sistema. O sistema de acionamento tem uma porta que faz interface com a base robótica e permite inserção de instrumentos cirúrgicos na base.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] O presente pedido reivindica o benefício da data de depósito do Pedido de Patente Provisório n° de série US 62/399.332 depositado pelos presentes inventores em 23 de setembro de 2017.

[0002] O pedido de patente provisório mencionado anteriormente é, dessa maneira, incorporado a título de referência em sua totalidade.

DECLARAÇÃO EM RELAÇÃO À PESQUISA OU DESENVOLVIMENTO COM PATROCÍNIO DO GOVERNO FEDERAL

[0003] Nenhum.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO Campo da Invenção

[0004] A presente invenção se refere a sistemas cirúrgicos robóticos e acessórios para realizar a cirurgia. Breve Descrição da Técnica Relacionada

[0005] Nos últimos vinte anos, a cirurgia laparoscópica tem evoluído como uma alternativa menos invasiva à cirurgia aberta. Milhões de procedimentos cirúrgicos laparoscópicos são realizados a cada ano em todo o mundo. Um procedimento cirúrgico laparoscópico ou torascópico é realizado criando- se múltiplas incisões pequenas de uma polegada (2,54 centímetros) por toda a parede abdominal ou parede torácica, respectivamente. Um pneumoperitôneo é criado pela infusão de gás dióxido de carbono para fornecer visualização e espaço de trabalho na cavidade abdominal. Os instrumentos flexíveis ou rígidos são introduzidos através de portas colocadas nas incisões para realizar tarefas cirúrgicas. Apesar da ampla aceitação, há limitações com o uso de um laparoscópio rígido que cria ângulos difíceis, fazendo com que o cirurgião segure os instrumentos em uma posição fixa por um período de tempo substancial. Outro desafio com o laparoscópio rígido são os movimentos inadequados que o cirurgião pode realizar para alcançar defeitos potenciais ou tumores da parede abdominal, bem como a inabilidade para realizar articulação interna.

[0006] Tem havido em todo o mundo aceitação de cirurgia auxiliada por robótica. Apesar dos avanços em cirurgia robótica, há limitações aos sistemas como são reveladas na Patente US n° 6.312.435 e Patente US n° 6.783.524. Por exemplo, nesses sistemas, o robô necessita que o cirurgião permaneça fora do campo estéril, trabalhando em um console grande. Outro sistema robótico revelado na Patente US n° 9.360.934 necessita de um local de console grande no meio do campo operacional. Todos esses sistemas dependem de um sistema de cabo e múltiplas engrenagens de seu console para os instrumentos robóticos flexíveis.

[0007] Além dos sistemas robóticos discutidos acima, diversos instrumentos cirúrgicos motorizados foram propostos, por exemplo, na Patente n° US 9.386.983 e Patente n° US 9.398.911. Em cada um desses sistemas, um sistema de grampeador cirúrgico motorizado é revelado, o qual fornece um número limitado de graus de liberdade motorizados.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0008] Em uma modalidade preferida, a presente invenção é sistema cirúrgico robótico que fornece cinco graus de liberdade através de uma única peça manual, montagem de motor (ou sistema de acionamento) e montagem de braço. A montagem de motor tem uma única porta que faz interface com uma unidade de controle e uma porta que permite inserção da extremidade proximal de uma montagem de braço na montagem de motor. A montagem de braço pode ter um ou mais instrumentos cirúrgicos em ou próximos de sua extremidade distal.

[0009] Em outra modalidade preferida, a presente invenção é um sistema cirúrgico robótico. O sistema tem uma peça manual e um braço mecânico. A peça manual tem um alojamento rígido que tem uma porção de corpo e uma porção de pega, em que a porção de corpo tem uma ponta, uma montagem de motor dentro do alojamento rígido. A montagem de motor tem uma armação, uma pluralidade de motores presos à armação, em que cada motor tem uma haste de acionamento. A montagem de motor tem adicionalmente uma bobina de acionamento conectada à haste de acionamento de cada motor, um acionamento por atrito que tem uma bobina conectada a uma bobina de acionamento por uma banda de acionamento, um anel de acionamento por atrito acionado pelo acionamento por atrito, uma pluralidade de tirantes de acionamento sustentados pela armação, uma bobina secundária conectada a cada um dentre a pluralidade de tirantes de acionamento, uma banda de acionamento que conecta cada bobina secundária a uma bobina de acionamento, uma pluralidade de anéis de acionamento, em que cada anel de acionamento é acionado por um dentre a pluralidade de tirantes de acionamento, e aparelhos eletrônicos de controle eletricamente conectados aos motores de acionamento. A peça manual tem adicionalmente um mecanismo de controle conectado aos aparelhos eletrônicos de controle e que se estende através de uma abertura no alojamento rígido, um mecanismo de controle de modo conectado aos aparelhos eletrônicos de controle e que se estende através de uma abertura no alojamento rígido, e um conector para conectar uma fonte de alimentação para fornecer potência aos aparelhos eletrônicos de controle e aos motores. O braço mecânico é conectado à peça manual e tem uma pluralidade de graus de liberdade, em que cada uma dentre a pluralidade de graus de liberdade é controlada por um dentre a pluralidade de motores. A peça manual pode ter adicionalmente um gatilho mecânico para controlar um grau de liberdade do braço mecânico. O braço mecânico pode ter, por exemplo, cinco graus de liberdade. A montagem de motor pode compreender, por exemplo, quatro motores de acionamento e cada motor de acionamento aciona um grau de liberdade diferente do braço mecânico. A peça manual pode compreender adicionalmente uma tela de exibição conectada aos aparelhos eletrônicos de controle para exibir informações operacionais do sistema cirúrgico robótico.

[0010] O sistema pode ter adicionalmente uma carcaça externa descartável que envolve o alojamento. A carcaça externa descartável é formada a partir de um material claro flexível.

[0011] O braço mecânico pode compreender uma pluralidade de tubos de atuação, em que cada tubo de atuação controla um dos graus de liberdade do braço mecânico, e em que cada anel de acionamento aciona um dos tubos de atuação para move o braço mecânico no grau de liberdade controlado pelo tubo de atuação.

[0012] Ainda outros aspectos, recursos e vantagens da presente invenção são prontamente evidentes a partir da descrição detalhada a seguir, simplesmente ilustrando-se implementações e modalidades preferidas. A presente invenção também é tem capacidade de outras modalidades e modalidades diferentes e seus diversos detalhes podem ser modificados em vários aspectos óbvios, todos sem se afastar do espírito e do escopo da presente invenção. Consequentemente, os desenhos e descrições devem estar relacionados como ilustrativos em natureza, e não como restritivos. Objetos e vantagens adicionais da invenção serão apresentados, em parte, na descrição a seguir e, em parte, será óbvio a partir da descrição, ou podem ser aprendidos na prática da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0013] Para um entendimento mais completo da presente invenção e das vantagens da mesma, agora, é feita referência à descrição a seguir e aos desenhos anexos, nos quais:

[0014] A FIG. 1A é uma vista em perspectiva de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0015] A FIG. 1B é uma vista superior de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0016] A FIG. 1C é uma primeira vista lateral de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0017] A FIG. 1D é uma vista inferior de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0018] A FIG. 1E é uma segunda vista lateral de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0019] A FIG. 1F é uma vista de extremidade frontal de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0020] A FIG. 1G é uma vista de extremidade posterior de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0021] A FIG. 1H é uma vista em perspectiva do sistema cirúrgico robótico da FIG. 1A que ilustra um posicionamento alternativo da montagem de braço de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0022] A FIG. 1I é uma vista em perspectiva do sistema cirúrgico robótico da FIG. 1A que ilustra faixas de movimento da montagem de braço de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0023] A FIG. 2A é uma vista em perspectiva de um alojamento de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0024] A FIG. 2B é uma primeira vista lateral das montagens localizadas dentro do alojamento de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0025] A FIG. 2C é uma segunda vista lateral das montagens localizadas dentro do alojamento de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0026] A FIG. 2D é uma vista de extremidade frontal das montagens localizadas dentro do alojamento de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0027] A FIG. 2E é uma vista de extremidade posterior das montagens localizadas dentro do alojamento de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0028] A FIG. 3A é uma vista em perspectiva inferior de uma montagem de motor de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0029] A FIG. 3B é uma primeira vista lateral de uma montagem de motor de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0030] A FIG. 3C é uma segunda vista lateral de uma montagem de motor de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0031] A FIG. 3D é uma vista inferior de uma montagem de motor de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0032] A FIG. 3E é uma vista superior de uma montagem de motor de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0033] A FIG. 3F é uma vista frontal de uma montagem de motor de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0034] A FIG. 3G é uma vista posterior de uma montagem de motor de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0035] A FIG. 4A é uma vista em perspectiva de uma montagem de braço de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0036] A FIG. 4B é uma primeira vista lateral de uma montagem de braço que ilustra um primeiro grau de liberdade de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0037] A FIG. 4C é uma primeira vista lateral ampliada do primeiro grau de liberdade de uma montagem de braço de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção conforme mostrado na FIG. 4B.

[0038] A FIG. 4D é uma segunda vista lateral de uma montagem de braço que ilustra o primeiro grau de liberdade de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0039] A FIG. 4E é uma segunda vista lateral de um primeiro grau de liberdade de uma montagem de braço de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção conforme mostrado na FIG. 4D.

[0040] A FIG. 4F é uma primeira vista lateral de uma montagem de braço que ilustra um segundo grau de liberdade de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0041] A FIG. 4G é uma primeira vista lateral do segundo grau de liberdade de uma montagem de braço de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção conforme mostrado na FIG. 4F.

[0042] A FIG. 4H é uma primeira vista em corte transversal de um segundo grau de liberdade de uma montagem de braço de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção conforme mostrado na FIG. 4F.

[0043] A FIG. 4I é uma segunda vista lateral de uma montagem de braço que ilustra o segundo grau de liberdade de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0044] A FIG. 4J é uma segunda vista lateral do segundo grau de liberdade de uma montagem de braço de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção conforme mostrado na FIG. 4I.

[0045] A FIG. 4K é uma segunda vista em corte transversal do segundo grau de liberdade de uma montagem de braço de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção conforme mostrado na FIG. 4I.

[0046] A FIG. 4L é uma vista lateral de uma montagem de braço que ilustra um terceiro grau de liberdade de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0047] A FIG. 4M é uma vista lateral do terceiro grau de liberdade de uma montagem de braço de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida das presentes invenções mostradas na FIG. 4L.

[0048] A FIG. 4N é uma vista em corte transversal de um terceiro grau de liberdade de uma montagem de braço de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção conforme mostrado na FIG. 4L.

[0049] A FIG. 5A é uma vista em perspectiva de uma montagem de braço de uma modalidade preferida da presente invenção antes da conexão com uma montagem de motor de uma modalidade preferida da presente invenção.

[0050] A FIG. 5B é uma vista em perspectiva inferior de uma montagem de motor com uma montagem de braço de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0051] A FIG. 5C é uma primeira vista lateral de uma montagem de motor com uma montagem de braço de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0052] A FIG. 5D é uma vista superior de uma montagem de motor com uma montagem de braço de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0053] A FIG. 5E é uma segunda vista lateral de uma montagem de motor com uma montagem de braço de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0054] A FIG. 5D é uma vista superior de uma montagem de motor com uma montagem de braço de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0055] A FIG. 6 é um diagrama de montagem de uma montagem de caixa de controle de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0056] A FIG. 7A é um diagrama de blocos de uma arquitetura de alto nível de um sistema de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0057] A FIG. 7B é um diagrama de blocos que ilustra uma arquitetura de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0058] A FIG. 7C é um fluxograma para uma placa de controle de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

[0059] A FIG. 8A é um desenho de montagem de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida alternativa da presente invenção.

[0060] A FIG. 8B é uma vista em perspectiva lateral do interior de uma peça manual de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida alternativa da presente invenção.

[0061] A FIG. 8C é uma vista lateral do interior de uma peça manual de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida alternativa da presente invenção.

[0062] A FIG. 8D é uma vista frontal do interior de uma peça manual de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida alternativa da presente invenção.

[0063] A FIG. 9A é uma vista em perspectiva posterior de uma montagem de motor de acordo com uma modalidade preferida alternativa da presente invenção.

[0064] A FIG. 9B é uma vista lateral de uma montagem de motor de acordo com uma modalidade preferida alternativa da presente invenção.

[0065] A FIG. 9C é uma vista superior de uma montagem de motor de acordo com uma modalidade preferida alternativa da presente invenção.

[0066] A FIG. 10A é uma vista em perspectiva de uma montagem de braço de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida alternativa da presente invenção.

[0067] A FIG. 10B representa desenhos de montagem em vista em perspectiva de uma montagem de braço de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida alternativa da presente invenção.

[0068] A FIG. 10C é uma vista em perspectiva da seção de atuador de uma montagem de braço de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida alternativa da presente invenção.

[0069] A FIG. 11 é uma vista de montagem em perspectiva de uma montagem de braço que ilustra um segundo grau de liberdade de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida alternativa da presente invenção.

[0070] A FIG. 12 é uma vista de montagem em perspectiva de uma montagem de micro-conexão giratória de uma montagem de braço de acordo com uma modalidade preferida alternativa da presente invenção.

[0071] A FIG. 13 é uma vista de montagem em perspectiva de uma montagem de braço que ilustra um terceiro grau de liberdade de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida alternativa da presente invenção.

[0072] A FIG. 14 é uma vista de montagem em perspectiva de uma montagem de braço que ilustra quatro e quinto graus de liberdade de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade preferida alternativa da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

[0073] As modalidades preferidas das invenções são descritas em referência aos desenhos. Conforme mostrado nas FIGs. 1A-1I, o sistema cirúrgico robótico e acessório da presente invenção é composto principalmente por três componentes: (1) um alojamento, base ou peça manual 200, uma montagem de braço 400, e um sistema de acionamento ou montagem de motor 300 (dentro do alojamento 200 conforme mostrado na FIG. 2B). A montagem de motor 300 é posicionada dentro do alojamento ou base 200. O alojamento ou base 200, de preferência, é reutilizável e fornece a plataforma para o sistema. O sistema de acionamento ou montagem de motor 300 é um dispositivo de acesso de única porta cirúrgica, que permite a inserção da montagem de braço na única porta. A montagem de braço 400 pode ser um braço de posicionamento parcialmente descartável/parcialmente reutilizável, descartável ou reutilizável para sustentar e posicionar instrumentos cirúrgicos em ou próximo à extremidade distal do braço.

[0074] Conforme mostrado nas FIGs. 2A-2E, em uma modalidade preferida, o alojamento 200 pode estar na forma de um alojamento 210 que tem uma porção de corpo 212 e uma porção de pega 214. O alojamento pode ser formado de materiais rígidos como plástico ABS. Um atuador manual 220 é fornecido para atuar manualmente uma ferramenta cirúrgica como fórceps, tesouras, pontas do tipo leep, etc. fixados à extremidade distal da montagem de braço 400. Conforme mostrado nas FIGs. 2A-2I, o atuador 220 pode estar na forma de uma pega de tesoura, mas o atuador ou gatilho 220 também poderia assumir qualquer outra forma conhecida. Uma ponta 250, por exemplo, produzida a partir de plástico ABS reforçado, é posicionada em linha com a única porta na montagem de motor para receber a extremidade proximal da montagem de braço. A porção de corpo 212 pode ter uma porção frontal angulada 216 adjacente à ponta 250. Uma capa de manche 292 se estende para fora do alojamento 200 de uma caixa controladora 600 localizada dentro do alojamento 200. A montagem de motor 300 e a caixa controladora 600 são posicionadas dentro do alojamento 210. De modo similar, baterias para alimentar o sistema pode estar dentro do alojamento 210 e/ou de um conector elétrico para se conectar a uma fonte de alimentação externa podem ser fornecidas.

[0075] Dentro do alojamento 210 junto com a montagem de motor 300 e a caixa controladora 600 está uma articulação 224 ao redor da qual o atuador 220 gira, um membro de translação 226 para movimento de translação do atuador 220 ao tirante de controle na montagem de braço 200 para abertura, fechamento ou, de outro modo, que atua manualmente na ferramenta cirúrgica na extremidade distal da montagem de braço 200. O membro de translação 226 pode ter uma borda endentada ou com cristas que podem engatar com uma lingueta 228 para travar o atuador em uma posição desejada. Adicionalmente, há um membro ou membros de liberação 225, 227 para liberar manualmente a lingueta 228. O atuador 220 pode ter uma porção estendida 220 com uma abertura para se conectar ao membro de translação 226 para criar alavancagem para o atuador. Adicionalmente, ligação adicional 229 pode ser usada para movimento de translação adicional do atuador 220 para o tirante de controle desejado na montagem de braço 200.

[0076] Uma montagem de motor 300 de uma modalidade preferida da presente invenção é descrita em referência às FIGs. 3A-3G. A montagem de motor tem uma armação formada por uma pluralidade de membros de armação 310, 320, 322, 324 conectados juntos, por exemplo, por tirantes ou pinos 312, 316, grampos retentores 313 e parafusos 314. Embora a armação mostrada nas figuras e descrita no presente documento tenham múltiplas partes de componente conectadas juntas, outros projetos de armação com menos ou mais partes de componente de um projeto unitário podem ser usados com a invenção. Ainda adicionalmente, em vez de uma armação, os motores podem ser montados de outras maneiras em um ou dois dos alojamentos.

[0077] A montagem de motor tem uma pluralidade de motores elétricos 332, 334, 336, 338 presos à armação, por exemplo, por parafusos 314. Outros meios para prender os motores à armação, como cavilhas, pinos, cola ou quaisquer outros meios, podem ser usados. Em uma modalidade preferida, os motores elétricos são micromotores de passo compactos de alto torque. Embora quatro motores elétricos sejam mostrados e descritos no presente documento, outros diversos motores podem ser usados. Cada motor 332, 334, 336, 338 tem uma haste de acionamento 332a, 334a, 336a, 338a que se estende a partir da mesma. Os motores 332, 334, 336, 338 são dispostos em uma matriz 2x2 em um plano com dois dos motores 332, 334 que têm suas hastes de acionamento 332a, 334a que se estendem em uma primeira direção e os outros dois motores 336, 338 que têm suas hastes de acionamento 336a, 338a que se estendem em uma segunda direção oposta à primeira direção. Uma polia 362, 364, 366, 368 que tem um sulco para receber uma banda de acionamento é conectada a cada haste de acionamento 332a, 334a, 336a, 338a de cada motor 332, 334, 336, 338.

[0078] Cada polia 362, 364, 366, 368 é conectada a uma polia secundária 372, 374, 376, 378 por uma banda de acionamento 380. As polias secundárias 374, 376, 378, cada uma, são conectadas a um parafuso de acionamento 394, 396, 398, que são montadas na armação pelos tirantes 374a, 376a, 378a. A polia secundária 372 é conectada a um acionamento por atrito 372a. As polias secundárias são presas ao acionamento por atrito ou tirantes, por exemplo, por grampos retentores 373.

[0079] A montagem de braço 400 de uma modalidade preferida é descrita em referência às FIGs. 1I e 4A-4N. Conforme mostrado na FIG. 1I, a montagem de braço 400 tem quatro graus de liberdade DOF1, DOF2, DOF3, DOF4 controlados pelos motores 332, 334, 336, 338 e um grau de liberdade DOF5 controlado pelo atuador 220. A montagem de braço 400 tem uma pluralidade de tirantes de controle embutidos 410, 420, 430, 440, 450 para controlar diversos graus de liberdade da montagem de braço. O tirante de controle 410, também denominado de o braço longo, controla o primeiro grau de liberdade DOF1, que tem de 0 a 360° de rotação de toda a montagem de braço. O tirante de controle 420 controla o segundo grau de liberdade DOF2, que é um movimento de flexão de 0 a 45° na junta 460. O tirante de controle 430 controla o terceiro grau de liberdade DOF3, que é uma rotação de 0 a 180° do braço distal 470. O tirante de controle 420 controla o quatro grau de liberdade DOF4, que é um movimento de flexão de 0 a 45° na junta 480. O tirante de controle 410 controla o movimento, como abertura e fechamento, de uma ferramenta cirúrgica 490 na extremidade distal da montagem de braço. Os primeiros quatro graus de liberdade DOF1-DOF4 são controlados pelos motores 332, 334, 336, 338 e o quinto grau de liberdade DOF5 é controlado pelo atuador 220.

[0080] A junta 460 fornece o segundo grau de liberdade DOF2 e é mostrada em maiores detalhes nas FIGs. 4B-4E. O braço longo 410 é conectado a um membro de junta 462. O membro de junta 466 é conectado ao membro de junta 462 em uma disposição articulada e ao braço distal 470. A ligação 464 é conectada a um braço de controle 420 e fornece movimento limitado entre membros de articulação 462, 466.

[0081] A junta 480 fornece o terceiro grau de liberdade DOF3 e é mostrada em maiores detalhes nas FIGs. 4F-4K. O braço distal 470 é conectado aos membros 481, 482, 483. O membro de articulação 484 é conectado a um tirante de controle que fornece o quatro grau de liberdade DOF4, que é alcançado girando-se o membro de articulação 484. A rotação de membro de articulação 484 gira a ferramenta cirúrgica 490 na extremidade distal da montagem de braço. A ferramenta cirúrgica 490 é conectada ao membro de articulação 484 e ligação 486, que é conectada a um braço de controle para produzir um movimento de flexão entre membro de articulação 484 e ferramenta cirúrgica 490. Uma ferramenta cirúrgica exemplificativa 490 é mostrada nas FIGs. 4L-4N.

[0082] Conforme mostrado na FIG. 5A, quando montada com a montagem de motor, uma pluralidade de bobinas 412, 422, 432, 442 é conectada aos tirantes de controle 410, 420, 430, 440. Um membro de atrito 452 é conectado ao tirante de controle 450. A porção proximal da montagem de braço é inserida no canal 369 da montagem de motor 300. Uma vez inserido, o membro de atrito 452 se engata com acionamento por atrito 366a. As bobinas 422, 432, 442 são conectadas a parafusos de acionamento 392, 394, 396. A bobina 412 é conectada ao atuador 220 e estruturas associadas.

[0083] O sistema tem uma montagem de caixa de controle como é mostrado na FIG. 6. A montagem de caixa de controle 600 tem um chassi de caixa 610 e tampa 620. O chassi de caixa 610 tem meios para prender a tampa 620 à caixa 610, como orifícios rosqueados ou similares 614. A tampa 620 tem orifícios 622 para receber parafusos ou outros membros conectores (não mostrados) para prender a tampa 620 ao chassi de caixa 610. O chassi de caixa 610 tem uma abertura 616 em um lado para receber uma tomada de alimentação de entrada 640, que pode, por exemplo, se conectar ao chassi de caixa 610 por parafusos que se estendem através de orifícios 642 em orifícios rosqueados 617 no chassi de caixa. O chassi de caixa 610 tem outra abertura para receber um conector de robô 660. O chassi de caixa 610 tem dentro do mesmo um conversor de potência 670 e uma placa PCB ou painel traseiro 650 preso no chassi de caixa em membros de sustentação 612. A tampa 620 tem um orifício 624 para receber uma chave de força iluminada 630. A tomada de alimentação de entrada é conectada ao painel traseiro, que é conectado à caixa conversora. A caixa conversora converte a potência de entrada de um gerador eletrocirúrgico, saída de parede, ou outra fonte de alimentação, e emite potência convertida através de conector de robô 660 à peça manual do instrumento cirúrgico robótico.

[0084] Um fluxo de trabalho de controle exemplificativo é mostrado na FIG. 7A. Um cirurgião controla o sistema cirúrgico robótico através de controles na peça manual. Os controles incluem um manche 740 e um botão ou botões de modo 750. O cirurgião pode visualizar configurações e/ou mensagens de condição operacional em um visor OLED 760 (descrito em combinação com a modalidade alternativa discutida abaixo). O sistema de controle 700 fornece controle cinemático 712 e controle de motor 714 para controlar o braço mecânico 400 e controle de OLED 716 para controlar o visor OLED 760.

[0085] Uma arquitetura de controle exemplificativa é mostrada na FIG. 7B. Quatro graus de liberdade DOF1, DOF2, DOF3, DOF4 (718) são controlados por meio do manche 290 em uma peça manual. Uma unidade controladora 710 na peça manual envia sinais de controle por meio de acionadores de motor 732, 734, 736, 738 para operar os quatro motores elétricos 332, 334, 336, 338. A fonte de alimentação 670 pode ser baterias dentro do alojamento 210 ou pode ser fornecida a partir de uma fonte externa como caixa controladora 600 por meio de um conector elétrico no alojamento. A fonte de alimentação alimenta os motores, unidade controladora e caixa controladora de manche 600. Embora um controlador de manche 290 seja descrito em relação às modalidades preferidas, outras estruturas de controle como comutadores ou visores também podem ser usadas com a invenção.

[0086] A FIG. 7C é um fluxograma que ilustra o fluxo de trabalho da placa de controle em um sistema cirúrgico robótico de acordo com a presente invenção. O conversor de potência 670 na caixa de controle 600 recebe energia elétrica de uma saída de um gerador eletrocirúrgico (não mostrado). O conversor de potência 670 emite potência de 5V e 3,3V de CC para a peça manual cirúrgica robótica através de cordas (não mostradas) que conectam a peça manual à caixa de controle 600. A caixa de controle 600, de modo similar, é conectada ao gerador eletrocirúrgico através de uma corda ou cordas elétricas (não mostradas). A potência de 3,3 V recebida pela peça manual do conversor de potência 670 é usada para alimentar o manche 740 e o botão (ou botões) de modo 750. A potência de 5V recebida pela peça manual da caixa de controle 600 é usada para alimentar os motores e acionadores de motor junto com uma tela de exibição 760. Uma unidade microcontroladora 710 é alimentada pela potência recebida do conversor de potência 670, recebeu entradas do botão (ou botões) de modo 750 e manche 740 e controla os acionadores de motor e motores, um ou mais LEDs indicadores de condições 780 e comunicações para os dispositivos externos 770.

[0087] Uma modalidade alternativa de uma peça manual, alojamento ou invólucro 800 para um sistema cirúrgico robótico de acordo com a presente invenção é descrita em referência às FIGs. 8A-8D. Os termos “alojamento”, “carcaça”, “estojo” e “invólucro” são todos usados de modo intercambiável nessa descrição. A peça manual tem um estojo interno rígido 810 que é formado ou duas peças 810a e 810b que podem ser encaixadas, conectadas ou de outro modo presas entre si para envolver uma montagem de motor 900 e alojar diversos elementos como um botão de modo 830, um botão de travamento 840, um botão de alimentação 850 e um manche 890. O estojo interno 810 tem uma pluralidade de aberturas através das quais elementos como botão de modo 830, botão de travamento 840, botão de alimentação 850 e manche 890 se projetam e podem ser acessados e operados por um usuário. O manche 890 pode ter uma cobertura 892. Outros botões ou controles também podem ter elementos como coberturas ou revestimentos. O alojamento interno 810 tem adicionalmente uma abertura ou janela para acomodar uma tela, que nas FIGs. 8A-8 é mostrada fixada à montagem de motor 900. Será entendido que, em outras modalidades, a tela pode ser montada no estojo interno 810 separadamente da montagem de motor 900 e ser conectada ao controlador na montagem de motor (ou em outro local na peça manual) com fios. O estojo interno 810 tem adicionalmente uma cobertura de ponta 816 com uma abertura para receber um braço de robô 1000. Na FIG. 8A cada lado 816a, 816b é formado como uma parte integral de seu respectivo lado 810a, 810b do estojo. As modalidades alternativas poderiam ter uma cobertura de ponta que é não integral com o estojo interno 810. A peça manual tem adicionalmente um estojo externo 820 que tem uma porção frontal de corpo 820a e uma porção posterior 820b. A porção frontal de corpo 820a tem uma ponta que tem uma abertura para receber um braço de robô 1000. A porção posterior 820 abre ou pode ser desafixada da porção frontal de corpo 820a para permitir que o estojo interno 910 (junto com tudo no estojo interno 810) seja inserido na porção frontal de estojo externo 820a e, então, a porção posterior 820b pode ser fechada ou fixada à porção frontal para envolver o estojo interno. O estojo externo 820 pode ser claro, então, o viso na embalagem de motor pode ser visto através do estojo externo 820 ou pode ter uma porção clara ou pode ter uma abertura ou janela através da qual a tela pode ser visualizada. O estojo externo 820 tem adicionalmente uma pluralidade de aberturas que se correspondem às aberturas no estojo interno 810 para os controles inferiores e LEDs. A peça manual tem adicionalmente um conector 860 adjacente a uma abertura no fundo da porção de pega 814 do invólucro interno 810 para receber um conector de potência de caixa de controle 600 para suprir potência para a peça manual. O conector 860 é conectado à montagem de motor na porção de corpo 812 do estojo interno 810 por um fio/cabo ou fios/cabos (não mostrados) dentro do invólucro interno 810. A peça manual tem adicionalmente um gatilho 920 conectado à montagem de motor através de uma ligação ou ligações 842 e que se estendem para fora tanto do estojo interno 810 quanto do estojo externo 820.

[0088] As diversas partes na montagem de motor ou embalagem 900 são sustentadas pela armação 990, conforme mostrado na FIG. 9A. A armação 990 tem um sulco próximo de cada extremidade para receber um braço mecânico. Uma pluralidade de membros deslizantes 905, 907, 908, 910 é montada à armação com barras deslizantes 917 que são presas à armação 990 com porcas 922. Cada membro deslizante tem um sulco para receber um braço mecânico. Quatro motores de passo 932, 934, 936, 938, em que cada um tem uma haste de acionamento 932a, 934a, 936a, 938a, são montados na armação, por exemplo, com o uso de parafusos. Um ou mais anéis deslizantes 903 (DOF3), 904 (DOF4), 906 (DOF5), 909 (DOF2) são colocados adjacentes a cada membro deslizante 905, 907, 908, 910 para receber um braço mecânico. Um anel de sustentação 914 é colocado adjacente ao sulco próximo de cada extremidade da armação 990. Uma cobertura 902 é colocada em e presa na armação 990, por exemplo, com parafusos. Uma placa PCB 901 que tem os aparelhos eletrônicos de controle de sistema é colocada na cobertura 901 e uma tela 980 é eletricamente conectada à placa PCB 901 e é fisicamente fixada à placa PCB 901. Uma pluralidade de bobinas ou polias 962, 964, 966, 968 são fixadas às respectivas hastes de acionamento de motor 932a, 934a, 936a, 938a para receber correias que acionam bobinas ou polias 972, 974, 976, 978 que são montadas em hastes 972a, 974a, 976a, 978a e que movem tubos atuadores no braço mecânico. A montagem de motor 900 tem adicionalmente um gatilho 920, um braço de conexão 926, e ligação 927 para ativação manual da ferramenta na extremidade distal do braço mecânico.

[0089] Uma modalidade alternativa de um braço mecânico de acordo com a presente invenção é descrita em referência às FIGs. 10A-10C e Figs. 11-14. O braço mecânico 1000 tem uma pluralidade de tubos atuadores 1010, 1020, 1030, 1040, 1050 e juntas ou conexões giratórias 1100, 1200, 1300, 1400 que fornecem movimento do braço mecânico. A estrutura fornece cinco graus de liberdade conforme mostrado na FIG. 10A. Os mecanismos e tubos de atuação são mostrados na FIG. 10C. Há cinco tubos de atuação, um para cada grau de liberdade: tubo de atuação 1010 para DOF1, tubo de atuação 1020 para DOF2, tubo de atuação 1030 para DOF5, tubo de atuação 1040 para DOF3 e tubo de atuação 1050 para DOF 4. Cada grau de liberdade (“DOF”) tem um tubo de atuação e, na maior parte dos casos, outros elementos associados ao mesmo. DOF1 é uma rotação de 360 graus implantada com tubo de atuação 1010. DOF22 é um movimento de flexão de 0-45° em junta 1100 e é controlado por tubo de atuação 1020, tubo de corte D 1022, junta de articulação 1024, e ligação de atuação 1026. DOF3 é uma rotação de 180° implantada com tubo de atuação 1040, tirante de atuação 1042, ligação de atuação 1044. DOF4 é implantado com tubo de atuação 1050, ligação de atuação 1052, e ligação de atuação 1054. DOF5 é implantado com tubo de atuação 1030, tubo de corte D 1032, e ligação de atuação 1036.

[0090] A FIG. 11 é um desenho de montagem de Junta 2. As diversas partes de Junta 2 são conectadas entre si, por exemplo, com pinos 1146. As diversas partes de componente de Junta 2 se referem ao grau diferente de liberdade. Para DOF2, ligação de atuação 1156 se conecta à ligação de atuação 1153 que se conecta à ligação de atuação 1145 que se conecta à junta de articulação 1148. Para DOF3, ligação de atuação 1151 se conecta à ligação de atuação 1143, que se conecta à ligação de atuação 1141 que se conecta à ligação de atuação 1133. Para DOF4, ligação de atuação 1150 se conecta à ligação de atuação 1149, que se conecta à ligação de atuação 1140, que se conecta à ligação de atuação 1139 que se conecta ao tirante de atuação 1130. Para DOF5, ligação de atuação 1152 se conecta à ligação de atuação 1144, que se conecta à ligação de atuação 1135 que se conecta ao tubo de atuação 1131.

[0091] A Fig. 12 ilustra a estrutura de micro-conexão giratória 1200. Tem uma micro-conexão interna e uma micro- conexão externa. Na micro-conexão externa, extremidade de tubo externa 1228 conecta tubo externo 1222 às esferas 1234, que permitem rotação dos tubos um em relação ao outro. A cobertura de esfera externa 1229 cobre as esferas 1234. A extremidade de tubo 1221 se conecta ao tubo externo 1222. A micro-conexão interna está dentro da micro-conexão externa e tem tubo interno 1224, um mancal de PFTE 1226 uma esfera de aço inoxidável 1227, e extremidade de tubo interna 1225. A extremidade de tubo interna 1225 conecta o tubo interno 1224 às esferas 1234 que, por sua vez, são cobertas por cobertura de esfera interna 1223.

[0092] A Fig. 13 é um desenho de montagem de Junta 3, que se refere a DOF3. A Junta 3 tem tubo externo 1342, esferas 1342, cobertura de esfera 1369, tubo de atuação 1332, tubo de atuação 1320, tubo de atuação 1318, botão de atuação 1319 e articulação helicoidal 1301.

[0093] A FIG. 14 é um diagrama de montagem de Juntas 4 e 5 que se referem a DOF4 e DOF5. A estrutura para DOF4 inclui tirante de atuação 1413, junta de articulação 1402, ligação de atuação 1412, e pino giratório 1411. DOF5 inclui tubo de atuação 1410, bloco de deslizamento 1414 pino deslizante 1438, ligações de barra de roda 1406, 1407, 1409, espaçador de barra de roda 1408, e tirante de atuação 1405. A pega inclui braços de pega 1403, 1404, e pinos de pega 1436, 1437.

[0094] O sistema robótico da presente invenção é um sistema cirúrgico robótico de operação sem cabo. O sistema pode ser usado com instrumentos flexíveis como fixação laparoscópica flexível que podem incluir tesouras para corte e coagulação, um suporte de agulha, uma pinça, um dissecador de tesoura ou qualquer outro instrumento. Um indivíduo versado na técnica reconhecerá que o sistema pode ser usado ou combinado com qualquer instrumento minimamente invasivo, incluindo, mas sem limitação laparoscópios, torascópios, citoscópios, broncoscópios, endoscópios e colonoscópios flexíveis e rígidos.

[0095] O cirurgião pode usar o sistema robótico na mesa de operação similar ao laparoscópio rígido no mercado. O sistema robótico também poderá integrar um sistema óptico 3-D.

[0096] A descrição anterior da modalidade preferida da invenção foi apresentada para propósitos ilustrativos e de descrição. A mesma não se destina a ser exaustiva ou limitar a invenção à forma precisa revelada, e modificações e variações são possíveis à luz dos ensinamentos acima ou pode ser adquirida a partir da prática da invenção. A modalidade foi escolhida e descrita com a finalidade de explicar os princípios da invenção e sua aplicação prática para possibilitar que um indivíduo versado na técnica utilize a invenção em diversas modalidades como são adequadas ao uso particular contemplado. Pretende-se que o escopo da invenção seja definido pelas reivindicações anexas à mesma, e seus equivalentes. A totalidade de cada um dos documentos anteriormente mencionado é incorporada a título de referência no presente documento.

Claims

1. Sistema cirúrgico robótico caracterizado por compreender: uma peça manual (800) que compreende: um alojamento rígido (810) que tem uma porção de corpo (812) e uma porção de pega (814), em que a dita porção de corpo (812) tem uma ponta (816); uma montagem de motor (900) dentro do dito alojamento rígido (810), em que a dita montagem de motor compreende: uma armação (990); um primeiro e segundo pares de motores (932, 934, 936, 938) presos à dita armação (99) em um plano, cada motor (932, 934, 936, 938) tendo uma haste de acionamento (932a, 934a, 936a, 938a), em que a dita haste de acionamento de cada primeiro par de motores se estende em uma primeira direção paralela ao dito plano e a dita haste de acionamento de cada um do dito segundo par de motores se estende em uma segunda direção oposta à dita primeira direção; uma bobina de acionamento conectada à haste de acionamento (932a, 934a, 936a, 938a) de cada motor (932, 924, 926, 938); um acionamento por atrito (972b) que tem uma bobina (972) conectada a uma das ditas bobinas de acionamento (962) por uma banda de acionamento; uma pluralidade de tirantes de acionamento (918) sustentados pela dita armação (990) em paralelo ao dito plano, cada uma da referida pluralidade de tirantes de acionamento estendendo-se através de pelo menos um dos ditos pares de motores; uma pluralidade de bobinas de acionamento secundárias (974, 976, 978), cada uma da dita pluralidade de bobinas de acionamento secundárias sendo conectada a uma da dita pluralidade de tirantes de acionamento (918); uma banda de acionamento que conecta cada bobina de acionamento secundária a uma das ditas bobinas de acionamento (934a, 936a, 938a); uma pluralidade de anéis de acionamento (903, 904, 909), em que cada anel de acionamento é acionado por um dentre a dita pluralidade de tirantes de acionamento (918); e aparelhos eletrônicos de controle (901) eletricamente conectados aos ditos motores de acionamento (932, 934, 936, 938); um mecanismo de controle (810) conectado aos ditos aparelhos eletrônicos de controle e que se estende através de uma abertura no dito alojamento rígido (810); um mecanismo de controle de modo (830) conectado aos ditos aparelhos eletrônicos de controle e que se estende através de uma abertura no dito alojamento rígido (810); e um conector para conectar uma fonte de alimentação para fornecer potência aos ditos aparelhos eletrônicos de controle e aos ditos motores; e um braço mecânico (1000) conectado à dita peça manual (900), em que o dito braço mecânico se estende através de cada um dos ditos anéis de acionamento e tem quatro graus de liberdade em que cada um dentre os ditos quatro graus de liberdade é controlado por um dentre a dita pluralidade de motores.

2. Sistema cirúrgico robótico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita peça manual compreende adicionalmente um gatilho mecânico para controlar um quinto grau de liberdade do dito braço mecânico.

3. Sistema cirúrgico robótico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita peça manual compreende adicionalmente uma tela de exibição (980) conectada aos ditos aparelhos eletrônicos de controle (901) para exibir informações operacionais do dito sistema cirúrgico robótico.

4. Sistema cirúrgico robótico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente uma carcaça externa descartável (820) que envolve o dito alojamento (810).

5. Sistema cirúrgico robótico, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a dita carcaça externa descartável (820) é formada a partir de um material claro flexível.

6. Sistema cirúrgico robótico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito braço mecânico compreende: uma pluralidade de tubos de atuação aninhados de diferentes tamanhos (1010, 1020, 1030, 1040, 1505), em que cada tubo de atuação controla um dos ditos graus de liberdade do dito braço mecânico, e em que cada anel de acionamento (903, 904, 909) aciona um dos ditos tubos de atuação para mover o dito braço mecânico no dito grau de liberdade controlado pelo dito tubo de atuação.

7. Sistema cirúrgico robótico, caracterizado por compreender: uma peça manual (800) que compreende: um alojamento rígido (810) que tem uma porção de corpo (812) e uma porção de pega (814), em que a dita porção de corpo (812) tem uma ponta (816); uma montagem de motor (900) dentro do dito alojamento rígido (810), em que a dita montagem de motor compreende: uma armação (990); um primeiro e segundo pares de motores (932, 934, 936, 938) presos à dita armação (99), cada motor (932, 934, 936, 938) tendo uma haste de acionamento (932a, 934a, 936a, 938a), em que a dita haste de acionamento de cada primeiro par de motores se estende em uma primeira direção e a dita haste de acionamento de cada um do dito segundo par de motores se estende em uma segunda direção oposta à dita primeira direção; uma bobina de acionamento conectada à haste de acionamento (932a, 934a, 936a, 938a) de cada motor (932, 924, 926, 938); uma pluralidade de tirantes de acionamento (918) sustentados pela dita armação (990) acima da dita pluralidade de motores; uma pluralidade de bobinas de acionamento secundárias, (974, 976, 978), cada uma da dita pluralidade de bobinas de acionamento secundárias sendo conectada a uma da dita pluralidade de tirantes de acionamento (918); uma banda de acionamento que conecta cada bobina de acionamento secundária a uma das ditas bobinas de acionamento (934a, 936a, 938a); uma pluralidade de anéis de acionamento (903, 904, 909), em que cada anel de acionamento é acionado por um dentre a dita pluralidade de tirantes de acionamento (918); e aparelhoseletrônicos de controle (901) eletricamente conectados aos ditos motores de acionamento (932, 934, 936, 938); um mecanismo de controle (810) conectado aos ditos aparelhos eletrônicos de controle e que se estende através de uma abertura no dito alojamento rígido (810); um mecanismo de controle de modo (830) conectado aos ditos aparelhos eletrônicos de controle e que se estende através de uma abertura no dito alojamento rígido (810); e um conector para conectar uma fonte de alimentação para fornecer potência aos ditos aparelhos eletrônicos de controle e aos ditos motores; e um braço mecânico (1000) conectado à dita peça manual (900), em que o dito braço mecânico se estende através de cada um dos ditos anéis de acionamento e tem quatro graus de liberdade em que cada um dentre os ditos quatro graus de liberdade é controlado por um dentre a dita pluralidade de motores.