BR112019017981A2

BR112019017981A2 - acoplador para fixar um braço robótico a uma mesa cirúrgica

Info

Publication number: BR112019017981A2
Application number: BR112019017981A
Authority: BR
Inventors: C Reese Brendan; James Cagle David; P Schaller Michael; William Timm Richard; J Campbell Robert Jr; Grout Wayne
Original assignee: Verb Surgical Inc
Priority date: 2017-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2020-05-19
Also published as: KR20190112829A; EP3579783A1; CA3054431C; CA3054431A1; CN110709025A; US20210341007A1; JP6905162B2; KR102326102B1; CN110709025B; US11078945B2; AU2018243738B2; AU2018243738A1; WO2018183212A1; EP3579783A4; US20180271604A1; JP2020512076A

Abstract

em algumas concretizações, um aparelho pode incluir um acoplador para acoplamento de um braço robótico a uma mesa cirúrgica tendo uma parte superior da mesa na qual um paciente pode ser disposto. o acoplador pode incluir uma primeira porção configurada para acoplar a uma mesa cirúrgica, e uma segunda porção configurada para acoplar a um braço robótico. a segunda porção pode incluir um suporte que pode transladar na primeira porção. a primeira porção pode compreender um mecanismo de travamento tendo um ou mais estágios para restringir o movimento da segunda porção relativo à primeira porção em seis graus de liberdade. o acoplador pode, desse modo, proporcionar acoplamento seguro do braço robótico à mesa cirúrgica.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para ACOPLADOR PARA FIXAR UM BRAÇO ROBÓTICO A UMA MESA CIRÚRGICA.

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] O pedido é um pedido não provisório do Pedido de Patente Provisório copendente No. 62/476.816, depositado em 26 de março de 2017, e aqui incorporado por referência.

CAMPO

[0002] Um aparelho e métodos para acoplamento de um braço robótico a uma mesa cirúrgica. Outras concretizações são também aqui descritas.

ANTECEDENTES

[0003] Braços robóticos podem ser acoplados a uma mesa cirúrgica para proporcionar energia, dados, e suporte mecânico aos braços. A funcionalidade da mesa cirúrgica acoplada a um ou mais braços robóticos pode ser limitada pelo volume de espaço ocupado pelos braços robóticos, e que são geralmente fixados à mesa, e difíceis de remover. Alguns braços robóticos convencionais requerem um técnico tendo treinamento especializado para conectar e desconectar os braços robóticos à mesa tal que mudança e/ou manutenção de um braço robótico consome tempo e é uma tarefa custosa. Contudo, mesmo técnicos treinados podem deixar cair e danificar um braço robótico durante uma operação de acoplamento ou desacoplamento porque eles não forçam um usuário a suportar o braço durante acoplamento ou desacoplamento. Por estas e outras razões, os braços robóticos acoplados a uma mesa cirúrgica são considerados geralmente fixados entre si. Por exemplo, os braços robóticos acoplados a uma mesa cirúrgica devem aderir às requisições IPX4 relacionadas à proteção de ingress contra objetos estranhos (por exemplo, líquidos). A adesão a este padrão regulatório ainda complica

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2/45 o desenho e custo de um braço cirúrgico robótico.

[0004] A remoção e refixação de um braço robótico podem introduzir desalinhamento entre o braço robótico e mesa cirúrgica. Em outras palavras, mecanismos de acoplamento convencionais entre um braço robótico e uma mesa cirúrgica não registram e/ou proporcionam confirmação que o braço robótico é posicionado em um conjunto preciso de coordenadas relativas à mesa cirúrgica. Além disso, alguns mecanismos de acoplamento de braço robótico convencionais usam componentes removíveis (por exemplo, parafusos) que podem estar desalinhados e resultarem em desalinhamento e/ou falha de um braço para acoplamento da mesa. Aparelho e métodos adicionais para acoplamento de um braço robótico a uma mesa cirúrgica são desejáveis.

SUMÁRIO

[0005] A presente invenção é direcionada a um aparelho e métodos para acoplamento dos braços robóticos a uma mesa cirúrgica tendo uma parte superior da mesa na qual um paciente pode ser disposto são aqui descritos. Em algumas concretizações, o aparelho e métodos podem permitir que um braço robótico seja seguramente acoplado a e alinhado com uma mesa cirúrgica.

[0006] Em algumas concretizações, o braço robótico pode ser rapidamente liberado a partir da mesa cirúrgica (por exemplo, bail-out de liberação rápida), tal como para uma situação de emergência onde acesso à parte superior da mesa cirúrgica é necessário. O braço robótico pode incluir uma primeira porção de um acoplador, e a mesa cirúrgica pode incluir uma segunda porção do acoplador onde a primeira porção complementa a segunda porção. Após inserção da primeira porção tendo um suporte em um retentor de rolamento de esferas da segunda porção, um usuário pode girar um manipulo para fixar o acoplamento entre a primeira e segunda porção. Em algumas

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3/45 concretizações, o acoplador pode incluir montagens cinemáticas configuradas para precisamente e repetidamente alinhar as primeira e segunda porções.

[0007] Em algumas concretizações, um mecanismo de travamento motorizado de um acoplador pode gerar altas forças para assegurar que o acoplamento sela restrito e mantido em seis graus de liberdade mesmo na presença de cargas externas. O braço robótico pode incluir uma primeira porção de um acoplador, e a mesa cirúrgica pode incluir uma segunda porção do acoplador onde a primeira porção complementa a segunda porção. Após a inserção da primeira porção tendo um parafuso de avanço em uma correspondente porção rosqueada de uma pinça, um motor pode girar a pinça para trazer a primeira porção na segunda porção, e fixar o acoplamento entre a primeira e segunda porção.

[0008] Em algumas concretizações, um acoplador pode incluir uma primeira porção tendo um cone com uma conicidade cônica e uma segunda porção tendo correspondente furo cônico que pode restringir movimento translacional e rotacional das primeira e segunda porções ao longo de eixos múltiplos. O acoplador pode incluir um mecanismo de travamento de multiestágio atuado por um manipulo e/ou comutador para acoplar e desacoplar as primeira e segunda porções entre si.

[0009] Em algumas concretizações, um acoplador pode incluir um mecanismo de travamento de multiestágio incluindo um grampo radial configurado para fixar um acoplamento entre uma primeira porção e uma segunda porção usando movimento rotacional e/ou translacional.

[0010] Em algumas concretizações, um acoplador pode incluir um mecanismo de detentor configurado como um mecanismo de travamento. O mecanismo pode incluir uma cremalheira lateral dupla linearmente acionada com um conjunto de garras de carne rotativas. O

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4/45 mecanismo de acoplamento pode ser manualmente acionado para trás. Em algumas concretizações, o aparelho e métodos podem permitir que um braço robótico seja rapidamente liberado de uma mesa cirúrgica (por exemplo, bail-out de liberação rápida) usando um mecanismo de liberação de pino tal como para uma situação de emergência onde acesso à parte superior da mesa cirúrgica é necessário.

[0011] O sumário acima não inclui uma lista exaustiva de todos os aspectos da presente invenção. É contemplado que a invenção inclui todos os aparelhos que podem ser praticados de todas as combinações adequadas dos vários aspectos resumidos acima, bem como aquelas divulgadas na Descrição Detalhada abaixo e particularmente pontadas nas reivindicações depositadas com o pedido. Tais combinações têm vantagens particulares não especificamente recitadas no sumário acima.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0012] As concretizações aqui descritas são ilustradas por meio de exemplo e não por meio de limitação nas figuras dos desenhos acompanhantes em que referências similares indicam elementos similares. Deve ser notado que referências a uma ou uma concretização nesta descrição não são necessariamente à mesma concretização, e elas significam pelo menos uma.

[0013] As FIGURAS 1A e 1B são uma vista lateral esquemática e uma vista superior esquemática, respectivamente, de uma mesa cirúrgica, de acordo com uma concretização.

[0014] A FIGURA 1C é uma vista lateral esquemática de um braço robótico, de acordo com uma concretização, mostrada em uma configuração extendida ou configuração de uso; e a FIGURA 1D é uma vista lateral esquemática do braço robótico da FIGURA 1C, mostrada em uma configuração colapsada ou configuração dobrada.

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[0015] A FIGURA 2A é uma vista superior esquemática de uma mesa cirúrgica com braços robóticos acoplados a este, de acordo com uma concretização.

[0016] A FIGURA 2B é uma vista superior esquemática de uma mesa cirúrgica com braços robóticos e um adaptador de braço acoplado a este, de acordo com uma concretização.

[0017] A FIGURA 3 é uma ilustração esquemática de um acoplador para fixação de um braço robótico a uma mesa cirúrgica, de acordo com uma concretização.

[0018] As FIGURAS 4A-4L ilustram um acoplador, de acordo com uma concretização. As FIGURAS 4A e 4E são vistas laterais, as FIGURAS 4B-4D são vistas em perspectiva, FIGURAS 4F e 4H-4L são vistas laterais em seção transversal, e a FIGURA 4G é uma vista em perspectiva em seção transversal.

[0019] A FIGURA 5 é um fluxograma de um método de fixação de um braço robótico a uma mesa cirúrgica, de acordo com uma concretização.

[0020] As FIGURAS 6A-6C ilustram um acoplador, de acordo com uma concretização. As FIGURAS 6A-6B são vistas em perspectiva em seção transversal e a FIGURA 6C é uma vista em perspectiva.

[0021] As FIGURAS 7A-7D ilustram um acoplador, de acordo com uma concretização. A FIGURA 7A é uma vista em perspectiva em seção transversal, e as FIGURAS 7B-7D são vistas laterais em seção transversal.

[0022] A FIGURA 8 é uma vista lateral em seção transversal de um acoplador, de acordo com uma concretização.

[0023] As FIGURAS 9A-9M ilustram um acoplador, de acordo com uma concretização. As FIGURAS 9A-9B, 9D, 9G, e 9L são vistas em perspectiva, as FIGURAS 9C e 9I-9J são vistas laterais, as FIGURAS 9E-9F e 9K são vistas superiores, e as FIGURAS 9H e 9M são vistas

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6/45 superiores em seção transversal.

[0024] A FIGURA 10 é um fluxograma de um método de fixação de um braço robótico a uma mesa cirúrgica, de acordo com uma concretização.

[0025] As FIGURAS 11A-11I ilustram um acoplador, de acordo com uma concretização. As FIGURAS 11A-11F e FIGURA 11H são vistas laterais em seção transversal, e as FIGURA 11G e 111 são vistas em perspectiva.

[0026] A FIGURA 12 é um fluxograma de um método de fixação de um braço robótico a uma mesa cirúrgica, de acordo com uma concretização.

[0027] As FIGURAS 13A-13D são vistas em perspectiva de um acoplador, de acordo com uma concretização.

[0028] As FIGURAS 14A-14E são vistas em perspectiva exterior de um cremalheira linear e carne, de acordo com uma concretização.

[0029] As FIGURA 15A-FIGURA 15C são vistas em perspectiva internas de um acoplador, de acordo com uma concretização.

[0030] As FIGURA 16A-FIGURA 16B são vistas internas e externas de um acoplador, de acordo com uma concretização.

[0031] As FIGURAS 17A-17D são vistas laterais esquemáticas de um acoplador, de acordo com uma concretização.

[0032] As FIGURA 18A-18B são vistas laterais de um agarrador, de acordo com uma concretização.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0033] Nesta seção deve-se explanar várias concretizações preferidas com referência aos desenhos em anexo. Sempre que as formas, posições relativas e outros aspectos das partes descritas nas concretizações não são claramente definidas, o escopo das concretizações não é limitado somente às partes mostradas, que são significativas meramente para a proposta de ilustração. Também,

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7/45 enquanto que numerosos detalhes são colocados, é compreendido que algumas concretizações podem ser praticadas sem estes detalhes. Em outros exemplos, estruturas e técnicas bem conhecidas não foram mostradas em detalhe de modo a obscurecer a compreensão desta descrição.

[0034] Aparelho e métodos para proporcionar um acoplador para fixar braços robóticos a uma mesa cirúrgica tendo uma parte superior da mesa em que um paciente pode ser disposto são aqui descritos. Estes aparelhos e métodos podem ser usados para seguramente fixar e alinhar e/ou rapidamente destacar um ou mais braços robóticos a uma mesa cirúrgica em uma maneira consistente, desse modo, aumentando a flexibilidade na configuração e customização de uma mesa cirúrgica com um ou mais braços robóticos. Por exemplo, os mecanismos de acoplamento aqui descritos podem ser orientados e restritos em seis graus de liberdade com alta rigidez mecânica na presença de cargas externas (por exemplo, braço robótico estático e cargas inerciais durante um procedimento cirúrgico).

Mesa Cirúrgica e Braços Robóticos

[0035] Conforme mostrado esquematicamente nas FIGURAS 1A1B, uma mesa cirúrgica 100 inclui uma parte superior da mesa 120, um suporte da mesa 122 e uma base da mesa 124. A parte superior da mesa 120 tem uma superfície superior na qual um paciente P pode ser disposto durante um procedimento cirúrgico, conforme mostrado esquematicamente na FIGURA 1A. A parte superior da mesa 120 é disposta no suporte 122, que pode ser, por exemplo, um pedestal, a uma altura adequada acima do piso. O suporte 122 (também referido aqui como um pedestal) pode proporcionar movimento da parte superior da mesa 120 em um número desejado de graus de liberdade, tal como translação no eixo Z (altura acima do piso), eixo Y (ao longo do eixo longitudinal da mesa), e/ou eixo X (ao longo do eixo lateral da

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8/45 mesa), e/ou rotação sobre os eixos Z, Y, e/ou X. A parte superior da mesa 120 pode também incluir seções múltiplas que são móveis relativas entre si ao longo / sobre quaisquer eixos adequados, por exemplo, seções separadas para cada do tronco, uma ou ambas pernas, e/ou um ou ambos braços, e uma seção de suporte de cabeça. O movimento da parte superior da mesa 120, e/ou suas seções constituintes, pode ser realizado manualmente, acionado por motores, controlado remotamente, ou através de qualquer outro meio adequado. O suporte 122 para a parte superior da mesa pode ser montado à base 124, que pode ser fixado ao piso do ambiente de operação, ou pode ser móvel relativo ao piso, por exemplo, pelo uso de rodas na base 124. Em algumas concretizações, a altura do suporte 122 pode ser ajustada, que junto com, por exemplo, o movimento (por exemplo, axial (longitudinal) ou movimento lateral) da parte superior da mesa 120, pode permitir que a parte superior da mesa 120 seja posicionada em um local cirúrgico desejado a uma certa altura acima do piso (por exemplo, para permitir acesso do cirurgião) e uma certa distância a partir do suporte 120. Isto também pode permitir que os braços robóticos (por exemplo, braços 130 acima discutidos) acoplados à mesa 100 para alcançar um alvo de tratamento desejado em um paciente P disposto na parte superior da mesa 120.

[0036] Em um procedimento cirúrgico roboticamente assistido, um ou mais braços robóticos 130 (mostrados esquematicamente na FIGURA 1C e 1D) podem ser dispostos em uma posição operativa desejada relativa a um paciente disposto na parte superior da mesa 120 da mesa cirúrgica 100 (também referida aqui como mesa). O(s) braço(s) robótico(s) pode(m) ser usado(s) para realizar um procedimento cirúrgico em um paciente disposto na mesa cirúrgica 100. Em particular, a extremidade distai de cada braço robótico pode

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9/45 ser disposta em uma posição operativa desejada de modo que um instrumento médico acoplado à extremidade distal do braço robótico pode realizar uma função desejada.

[0037] Conforme mostrado esquematicamente nas FIGURAS 1C e 1D, cada braço robótico 130 pode incluir uma porção de extremidade distai 137 e uma porção de extremidade proximal 136. A porção de extremidade distai 137 (também referida aqui como extremidade de operação) pode incluir ou ter acoplado a esta um instrumento médico ou ferramenta 115. A porção de extremidade proximal 136 (também referida aqui como a porção de extremidade de montagem ou extremidade de montagem) pode incluir a porção de acoplamento para permitir que o braço robótico 130 seja acoplado à mesa 100. O braço robótico 130 pode incluir dois ou mais membros de ligação ou segmentos 110 acoplados juntos em juntas que podem proporcionar translação ao longo e/ou rotação sobre um ou mais dos eixos X, Y e/ou Z (mostrados, por exemplo, nas FIGURAS 1A e 1B). A porção de acoplamento do braço robótico 130 pode incluir um mecanismo de acoplamento 139. O mecanismo de acoplamento 139 pode ser disposto na extremidade de montagem 136 do braço 130, e pode ser acoplado a um segmento 110, ou incorporado dentro de um segmento 110. O braço robótico 130 também inclui uma junta comum J1 disposta em ou próxima à extremidade de montagem 136 do braço robótico 130, que pode ser incluída dentro do mecanismo de acoplamento 139, e/ou a porção de acoplamento, ou pode ser disposta em uma articulação ou segmento 110 do braço robótico 130 que é acoplada à porção de acoplamento. A junta comum J1 pode proporcionar uma junta de articulação para permitir que um segmento distal do braço robótico 130 articule relativo à mesa 100. O braço robótico 130 pode ser movido entre várias configurações extendidas para uso durante um procedimento cirúrgico, conforme mostrado na FIGURA 1C, e várias

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10/45 configurações dobradas ou colapsadas para armazenagem quando não em uso, conforme mostrado na FIGURA 1D.

[0038] Várias concretizações ilustrando e descrevendo aparelho e métodos para acoplamento de um braço robótico a uma mesa cirúrgica são aqui descritas. Conforme descrito acima e de acordo com várias concretizações descritas em mais detalhe abaixo, um braço robótico para uso na realização de um procedimento cirúrgico pode ser liberavelmente acoplado a uma mesa cirúrgica. Em algumas concretizações, os braços robóticos podem ser acoplados em uma localização fixa na mesa, ou podem ser acoplados tal que os braços robóticos podem ser móveis para localizações múltiplas relativas à parte superior da mesa. Por exemplo, conforme mostrado esquematicamente na FIGURA 2A, os braços robóticos 230 podem ser acoplados a uma parte superior da mesa 220 de uma mesa cirúrgica 200. A mesa cirúrgica 200 pode ser a mesma ou similar em estrutura e função à mesa cirúrgica 100 descrita acima. Por exemplo, a parte superior da mesa 220 tem uma superfície superior na qual um paciente P pode ser disposto durante um procedimento cirúrgico. Em algumas concretizações, os braços robóticos 230 podem ser permanentemente ou liberavelmente acoplados, em uma localização fixa ou móvel, a um adaptador de braço que é acoplado a ou separado da mesa cirúrgica. Por exemplo, conforme mostrado esquematicamente na FIGURA 2B, um adaptador de braço 246 pode ser acoplado a ou separado de, mas engatável com ou acoplável à parte superior da mesa 220. Os braços robóticos 230 podem ser acoplados ao adaptador de braço 246.

Conexão da Base do Braço

[0039] Conforme mostrado esquematicamente na FIGURA 3, um acoplador 310 pode ser provido para acoplar um braço robótico 320 a uma mesa cirúrgica 300. O acoplador 310, conforme aqui descrito, é

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11/45 utilizável com quaisquer das mesas cirúrgicas e braços robóticos (por exemplo, mesa cirúrgica 100, 200, braços robóticos 130, 230), e métodos descritos aqui. O acoplador 310 pode incluir uma primeira porção 312 (por exemplo, adaptador de braço) tal como uma porção de base terminal A para um braço robótico. O acoplador 310 pode incluir uma segunda porção 314 tal como uma porção de base B para montage à mesa cirúrgica 300. O braço robótico 320 pode ser acoplado à primeira porção 312, e a parte superior da mesa 302 pode ser acoplada à segunda porção 314 antes do acoplamento da primeira porção 312 à segunda porção 314. O acoplamento do braço robótico 320 à mesa cirúrgica 300 pode permitir que o braço robótico acoplado à mesa 300 alcance um alvo de tratamento desejado em um paciente disposto na parte superior da mesa 302. A primeira porção 312 e a segunda porção 314 podem ainda incluírem energia elétrica e conectores de dados. Deve ser apreciado que a primeira porção 312 e segunda porção 314 podem ser invertidas tal que a primeira porção 312 se acopla à mesa 300, e a segunda porção 314 se acopla ao braço robótico 320.

[0040] Uma mesa cirúrgica 300 inclui uma parte superior da mesa 302, um suporte da mesa 304, e uma base da mesa 306. A parte superior da mesa 302 tem uma superfície superior na qual um paciente pode ser disposto durante um procedimento cirúrgico, conforme mostrado esquematicamente na FIGURA 1A. A parte superior da mesa 302 é disposta no suporte 304, que pode ser, por exemplo, um pedestal, a uma altura adequada acima do piso. O suporte 302 pode proporcionar movimento da parte superior da mesa 302 em um número desejado de graus de liberdade, tal como translação no eixo Z (altura acima do piso), eixo Y (ao longo do eixo longitudinal da mesa), e/ou eixo X (ao longo do eixo lateral da mesa), e/ou rotação sobre os eixos Z, Y, e/ou X. O suporte 304 para a parte

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12/45 superior da mesa 302 pode ser montado à base 306, que pode ser fixada ao piso do ambiente de operação, ou pode ser móvel relativa ao piso, por exemplo, pelo uso de rodas na base 306. Em um procedimento cirúrgico roboticamente assistido, um ou mais braços robóticos 320 (mostrados esquematicamente na FIGURA 1C e 1D) podem ser dispostos em uma posição operativa desejada relativa a um paciente disposto na parte superior da mesa 302 da mesa cirúrgica 300.

Conexão da Base de Braço da Montagem Cinemática

[0041] A FIGURA 4A é uma vista lateral de uma concretização de um acoplador 400 incluindo uma primeira porção 410 e uma segunda porção 420. O acoplamento da primeira porção 410 e segunda porção 420 forma uma conexão conjugada segura onde seis graus de liberdade são restringidos. Por exemplo, um eixo y da conexão conjugada segura restringe uma translação no eixo Z, no eixo Y, e/ou eixo X, e/ou rotação sobre os eixos Z, Y, e/ou X, da primeira porção 410 com relação à segunda porção 420. A primeira porção 410 inclui um manipulo 454 configurado para travar e fixar o acoplamento entre a primeira porção 410 e a segunda porção 420, e um conjunto de ranhuras em V 432 configuradas para contatar uma montagem cinemática correspondente 430, conforme aqui descrito. A segunda porção 420 inclui um suporte 422 (por exemplo, suporte de travamento) que pode ser transladado ao longo de um eixo Y para corresponder com a primeira porção 410. O acoplamento do suporte 422 à primeira porção 410 pode restringir a translação ao longo do eixo Y. A FIGURA 4B ilustra o eixo X, eixo Y, e eixo Z relativos ao acoplador 400.

[0042] A segunda porção 420 pode ainda incluir um conjunto de montagens cinemáticas 430 que podem incluir pelo menos três montagens cinemáticas que se projetam de uma superfície da

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13/45 segunda porção 420, e são configuradas para deslizar em e corresponder com uma correspondente ranhura em V 432. As montagens cinemáticas 430 e ranhuras em V 432 são configuradas para localizar, restringir, e suportar o acoplamento entre a primeira porção 410 e a segunda porção 420. As montagens cinemáticas 430 podem incluir uma forma esférica ou semi-esférica. As montagens cinemáticas 430 podem ser igualmente espaçadas ao redor do suporte 422 da segunda porção 420. As Ranhuras em V 432 podem formar um corte em forma de V na primeira porção 410, e podem ainda incluir uma ranhura em um vértice do V. A conexão conjugada de esfera em ranhura entre as montagens cinemáticas 430 e ranhuras em V 432 podem restringir a translação no eixo X e eixo Z, e restringe a rotação sobre o eixo X, eixo Y, e eixo Z.

[0043] Algumas concretizações da segunda porção 420 podem incluir uma ou mais protrusões de alinhamento 434 configurados para contatar e deslizar em e corresponder com um furo correspondente (não mostrado) na primeira porção 410. A protrusão de alinhamento 434 é assimétrica em que o alinhamento da protrusão 434 com a primeira porção 410 é configurado para impedir um usuário de inserir a primeira porção 410 incorretamente na segunda porção 420. Este processo pode ser referido aqui como registro. A forma da protrusão de alinhamento 434 mostrada é tendo uma extremidade semiesférica, mas não é particularmente limitada. O suporte 422 da segunda porção 420 não será transladado ao longo do eixo Y suficientemente na primeira porção 410 para engatar o acoplamento e travamento da primeira porção 410 à segunda porção 420 quando a protrusão de alinhamento 434 está desalinhada. Por exemplo, a FIGURA 4C ilustra a segunda porção 420 parcialmente inserida na primeira porção 410. A protrusão de alinhamento 434 e furo de alinhamento 436 são orientados de modo a permitir o suporte 422 da segunda porção 420 a

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14/45 ser totalmente transladado na primeira porção 410. De outro modo, a protrusão de alinhamento 434 contata o alojamento da primeira porção 410 para criar uma folga entre a primeira porção 410 e a segunda porção 420 que impede seu acoplamento.

[0044] A FIGURA 4D ilustra uma vista em perspectiva da primeira porção 410 alinhada e tendo um engatamento inicial com a segunda porção 420. O manipulo 454 (por exemplo, manipulo de trava) está em uma primeira posição correspondente a uma primeira posição (por exemplo, posição destravada) do acoplador 400. Um usuário pode girar o manipulo 454 em uma segunda posição (por exemplo, posição travada) para transição do acoplador 400 de uma primeira configuração (por exemplo, estado destravado ou posição) a uma segunda configuração (por exemplo, estado travado ou posição). A FIGURA 4E ilustra um estado de alinhamento da primeira configuração onde o suporte 422 é transladado na primeira porção 410, e a primeira porção 410 e a segunda porção 420 são alinhadas, mas sem engatar um mecanismo de travamento entre a primeira porção 410 e a segunda porção 420. Em particular, cada das montagens cinemáticas 430 são alinhadas com e engatadas para contatar e corresponder com uma correspondente ranhura em V 432.

[0045] A FIGURA 4F é uma vista lateral em seção transversal da translação inicial da segunda porção 420 na primeira porção 410. A partir desta vista, pode ser visto que a primeira porção 410 inclui uma primeira extremidade 456 (a extremidade que se fixa ao braço robótico), e uma segunda extremidade 458 (a extremidade que se fixa à segunda porção 420), e uma cavidade interior 464 formada dentro da primeira porção 410, entre as primeira e segunda extremidades. Uma abertura para a cavidade interior é formada através da segunda extremidade 458. A primeira porção 410 inclui ainda um retentor de rolamento de esferas 440 (por exemplo, barra de estirar) acoplado a

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15/45 um conjunto de rolamentos de esferas 442, que são posicionados dentro da cavidade interior 464. O conjunto de rolamentos de esferas 442 pode incluir quatro ou mais rolamentos de esferas igualmente espaçados ao longo de uma circunferência do retentor de rolamento de esferas 440. O manipulo 454 pode ser acoplado a um par de carnes incluindo um primeiro came de face 450 e um segundo carne de face 452. Um conjunto de arruelas de Belleville 460 pode ser acoplado a um eixo do retentor de rolamento de esferas 440. O suporte 422 da segunda porção 420 pode incluir uma primeira superfície 423 (por exemplo, conduzida em conicidade) configurada para permitir desalinhamento durante translação e deslizamento do suporte 422 no retentor de rolamento de esferas 440. O suporte pode incluir ainda uma segunda superfície 424 (por exemplo, face angulada) configurada para pressionar contra os rolamentos de esferas 442 quando a conexão conjugada é travada. A primeira superfície 423 e a segunda superfície 424 experimentam tensões Hertzianas baseadas na curvatura das superfícies. A curvatura e propriedades do material, junto com o diâmetro e material do rolamento de esferas 442 podem ser configurados para gerar condições de contato que não deterioram as superfícies.

[0046] O retentor de rolamento de esferas 440 é configurado para reter os rolamentos de esferas 442 e circunda o suporte 422. O retentor de rolamento de esferas 440 é configurado para transladar ao longo do eixo Y relativo a um alojamento da primeira porção 410 quando os carnes de face são girados pelo manipulo 454. A translação do retentor de rolamento de esferas 440 na primeira porção 410 pressiona os rolamentos de esferas 442 em superfícies na primeira porção 410, superfícies no retentor de rolamento de esferas 440, e superfícies no suporte 422. Conforme aqui ilustrado, o retentor de rolamento de esferas 440 pode incluir um rebordo em cada bolsa de

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16/45 rolamento de esferas configurada para reter o rolamento de esferas 442 dentro do retentor 440 quando os rolamentos de esferas 442 não estão em contato com o suporte 422. Estas superfícies experimentam tensões Hertzianas baseadas na curvatura das superfícies. A curvatura e propriedades de material, junto com o diâmetro e material do rolamento de esferas 442 podem ser configuradas para gerar condições de contato que não deterioram as superfícies. Os rolamentos de esferas 442 se movem dentro de uma faixa prédeterminada dentro do retentor de rolamento de esferas 440, e servem como um mecanismo de travamento para aplicar forças a ambas a primeira porção 410 e segunda porção 420 para travar seguramente as mesmas juntas e formar um acoplamento entre a primeira porção 410 e a segunda porção 420.

[0047] A FIGURA 4G é uma vista em perspectiva em seção transversal do acoplador 400 em um estado travado (ou posição travada) ilustrando o primeiro came de face 450 e segundo carne de face 452 em uma posição maximamente separada onde o retentor de rolamento de esferas 440 é maximamente transladado na primeira porção 410, e os rolamentos de esferas 442 têm engatado o suporte 442 e alojamento 410 para travar seguramente e acoplar a primeira porção 410 à segunda porção 420 (por exemplo, a posição travada). O primeiro came de face 450 e segundo came de face 452 são acoplados ao retentor de rolamento de esferas 440 tal que a translação dos carnes de face ao longo do eixo Y também translada o retentor de rolamento de esferas 440 ao longo do eixo Y. cada dos carnes de face pode incluir um perfil que converte movimento rotacional (por exemplo, de movimento do manipulo 454) sobre o eixo Y no movimento translacional sobre o eixo Y. O manipulo 454 pode ser diretamente rosqueado em um dos carnes de face, desse modo, permitindo uma vantagem de torque quando os carnes de face são

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17/45 girados na posição travada. Os carnes de face podem incluir um perfil de carne variável tendo um primeiro e segundo perfil. Um primeiro perfil pode ser configurado para permitir translação relativamente maior e uma vantagem de força axial relativamente mais baixa. Um segundo perfil pode ser configurado para permitir uma translação relativamente mais baixa e uma vantagem de força axial relativamente maior. Por exemplo, o primeiro perfil pode ser escalonado, e um segundo perfil pode ser mais raso. Em algumas concretizações, o perfil de carne variante pode ser configurado para permitir uma grande translação (por exemplo, 0,25) seguido por uma translação muito pequena (por exemplo, 0,04). Em algumas concretizações, os carnes de face podem incluir um perfil composto que diminui o passo à medida que o retentor de rolamento de esferas alcança engatamento total (por exemplo, à medida que o retentor de rolamento de esferas translada em direção a uma posição de trava. Em algumas concretizações, os carnes de face podem incluir a rolamento axial para reduzir fricção nas superfícies externas do came de face. Em algumas concretizações, os carnes de face podem incluir lóbulos configurados para distribuir pressão uniformemente. Em algumas concretizações, porções diferentes dos carnes de face podem ser produzidas de materiais diferentes de modo a mudar variavelmente fricção e/ou resistência dos carnes de face.

[0048] As FIGURAS 4H-4L são vistas laterais em seção transversal do acoplador 400 em vários estados (por exemplo, destravados e travados). A FIGURA 4H ilustra um estado de engatamento inicial onde superfícies do suporte 422 estão em contato com o rolamento de esferas 442 dentro do retentor de rolamento de esferas 440. O manipulo 454 (não mostrado) e os carnes de face 450, 452 estão em uma posição destravada. A FIGURA 41 ilustra uma posição travada do acoplador 400 após rotação do manipulo 454 (não

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18/45 mostrado) para uma posição travada. A rotação do manipulo 454 é convertida em movimento translacional dos carnes de face 450, 452 ao longo do eixo Y tal que o primeiro came de face 450 e o segundo came de face 452 são maximamente separados. O retentor de rolamento de esferas 440 acoplado aos carnes de face 450, 452 é, desse modo, transladado ao longo do eixo Y para trazer os rolamentos de esferas 442 e segunda porção 420 ainda na primeira porção 410. O contato entre os rolamentos de esferas 442 e as superfícies da primeira porção 410 e da segunda porção 420 engatam e travam seguramente a primeira porção 410 para a segunda porção 420. A FIGURA 4J é uma vista detalhada do mecanismo de travamento do acoplador 400. O retentor de rolamento de esferas 440 em uma posição travada translada os rolamentos de esferas 442 na primeira porção 410 para produzir contato com uma superfície de contato 411 da primeira porção 410, um rebordo do rolamento de esferas 441 do retentor de rolamento de esferas 440, e uma segunda superfície 424 do suporte 422. Estas forças de contato são suficientes para restringir a translação da primeira porção 410 e da segunda porção ao longo do eixo Y até o manipulo 454 ser girado para uma posição destravada. Em outras palavras, o acoplador 400 é de auto travamento em que o acoplamento não se tornará desengatado sem entrada do usuário.

[0049] A FIGURA 4K ilustra um conjunto de arruelas de Belleville 460 acopladas a um eixo rosqueado do retentor de rolamento de esferas 440. As arruelas de Belleville 460 podem ser configuradas para aplicar uma força de retenção ao retentor de rolamento de esferas 440. Em algumas concretizações, as arruelas de Belleville podem aplicar entre cerca de 200 Ib força e cerca de 300 Ib força. A FIGURA 4L ilustra uma mola 462 (por exemplo, mola de compressão) acoplada entre uma extremidade do alojamento da primeira porção 410 e as arruelas de Belleville 460. A mola 462 pode ser configurada

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19/45 para proporcionar a força de mola para reajustar a posição do retentor de rolamento de esferas 440, e reter o manipulo 454 na posição destravada. A mola 462 pode ser configurada para enviesar o retentor de rolamento de esferas 440 em uma posição destravada tal que quando um usuário gira o manipulo 454 para uma posição destravada, o retentor de rolamento de esferas 440 transladará ao longo do eixo Y em direção a uma posição inicial tal como mostrado na FIGURA 4F. As arruelas de Belleville 460 podem ser configuradas para variar uma força da trava.

[0050] A FIGURA 5 é um fluxograma de um método 500 de acoplamento de um braço robótico a uma mesa cirúrgica, tal como pelo uso de quaisquer dos acopladores aqui descritos. O método 500 inclui translação em 502 de uma segunda porção (por exemplo, porção de base do braço robótico) de um acoplador em uma primeira porção do acoplador (por exemplo, porção de montagem de uma parte superior da mesa cirúrgica) (FIGURA 4F). Um suporte da segunda porção pode começar a se alinhar em 504 à medida que o suporte se move na primeira porção (FIGURA 4C). O mecanismo de travamento da primeira porção (por exemplo, retentor de rolamento de esferas, rolamentos de esferas, carnes de face, manipulo) não engatará se o(s) elemento(s) de alinhamento da segunda porção não são alinhados com a primeira porção. Quando o suporte está em estado de engatamento inicial com o retentor de rolamento de esferas (FIGURA 4H), o manipulo pode ser girado em 506 para girar os dois carnes de face. Em algumas concretizações, a trava pode girar cerca de 90 graus de uma posição destravada para uma posição travada. À medida que a trava de desloca através de seu arco, os carnes de face se movem e transladam o retentor de rolamento de esferas ainda na primeira porção (FIGURA 41). O retentor de rolamento de esferas engata o conjunto de rolamentos de esferas de modo a pressionar os

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20/45 rolamentos de esferas contra as superfícies da primeira porção e da segunda porção (FIGURA 4J). A força de pressionamento trava em 508 as primeira e segunda porções juntas. À medida que o retentor de rolamento de esferas é transladado na primeira porção em resposta à rotação do manipulo na posição travada, um conjunto de montagens cinemáticas engatam com correspondentes ranhuras em V para alinhar precisamente as primeira e segunda porções (FIGURA 4E). De modo a desacoplar o acoplador 400, um usuário pode girar o manipulo em 510 em direção à posição destravada. Isto gira os carnes de face em direção entre si e translada o retentor de rolamento de esferas em direção à segunda porção, desse modo, liberando a força entre os rolamentos de esferas e o alojamento da primeira porção. Com a trava desengatada, a segunda porção pode ser totalmente desacoplada a partir da primeira porção por translação da segunda porção fora da primeira porção em 512.

[0051] As FIGURAS 6A-6C são vistas em perspectiva de uma concretização de um acoplador 600 acionado por um motor e tendo um mecanismo de acoplamento manual que pode ser usado para acoplar e desacoplar em casos onde energia é perdida e/ou operação de emergência. O acoplador 600 pode incluir uma primeira porção 610 e uma segunda porção 620. O acoplamento da primeira porção 610 e da segunda porção 620 forma uma conexão conjugada segura onde seis graus de liberdade são restringidos. A segunda porção 620 pode incluir um suporte 622 configurado para circundar a primeira porção 610. O suporte 622 pode ser transladado ao longo de um eixo Y para corresponder com a primeira porção 610 para restringir a translação ao longo do eixo Y.

[0052] A primeira porção 610 pode incluir um conjunto de rolamentos de esferas 640, um carne 630 acoplado a uma bucha 632, e um eixo 634. O conjunto de rolamentos de esferas 640 pode incluir

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21/45 quatro ou mais rolamentos de esferas igualmente espaçados ao longo de uma circunferência da primeira porção 610. O conjunto de rolamentos de esferas 640 pode ser movido por um mecanismo de travamento configurado para engatar e travar seguramente a primeira porção 610 à segunda porção 620. O carne 630 é configurado para transladar ao longo do eixo Y relativo a um alojamento da primeira porção 610 quando acionado por um motor e/ou manipulo 650. O suporte 622 e o carne 630 experimentam tensões Hertzianas baseadas na curvatura daquelas superfícies. A curvatura e propriedades do material, junto com o diâmetro e material do rolamento de esferas 640 podem ser configuradas para gerar condições de contato que não deterioram estas superfícies. O movimento de um carne 630 em uma posição travada posicionará o conjunto de rolamentos de esferas 640 em força de contato de retenção entre superfícies do suporte 622 da segunda porção e superfícies do carne 630. O carne 630 e a bucha 634 podem ser configurados para serem deslizáveis ao longo do eixo 634. O movimento do carne 630 ao longo do eixo 634 pode variar uma força de contato do conjunto de rolamentos de esferas 640 contra uma superfície de contato do suporte 622 quando a primeira porção 610 e a segunda porção 620 são transladadas entre si. Uma superfície de contato do suporte 622 pode incluir um rebordo de suporte 624 configurado para reter os rolamentos de esferas 640 dentro da segunda porção 620. Os rolamentos de esferas 640 se movem dentro de uma faixa pré-determinada na primeira porção 610 e servem como um mecanismo de travamento para aplicar forças a ambas a primeira porção 610 e segunda porção 620 para travar seguramente as mesmas juntas e formarem um acoplamento entre a primeira porção 610 e a segunda porção 620.

[0053] O carne 630 pode ser acionado por uma engrenagem sem

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22/45 fim incluindo uma roda sem-fim 660 e sem-fim 662) usando um motor 670 para acoplar e desacoplar a primeira porção 610 e a segunda porção 620. O motor 670 pode ser, por exemplo, um motor DC sem escovas. A primeira porção 610 pode incluir um manipulo 650 configurado para permitir que um usuário atue de modo a deslizar o carne 630 ao longo do eixo 634, e engate ou libere o conjunto de rolamentos de esferas 640 de contato com uma superfície de contato do suporte 622. O manipulo 650 pode girar entre uma posição travada e uma posição destravada, e efetuar transição do acoplador 600 entre uma configuração travada e uma configuração destravada. A FIGURA 6A ilustra uma posição travada do acoplador 600. Na posição travada, o contato entre os rolamentos de esferas 640 e o suporte 622 da segunda porção 620 e o carne 630 engata seguramente e trava a primeira porção 610 à segunda porção 620.

[0054] A rotação do manipulo 650 em direção à posição destravada é convertida em movimento translacional do carne 630 ao longo do eixo Y para desengatar o contato entre os rolamentos de esferas 640 e superfícies do suporte 622 e o carne 630. Uma mola 664 pode ser acoplada entre a bucha 632 e a roda sem-fim 660, e configurada para proporcionar a força de mola para reajustar a posição do carne 630 em uma posição destravada onde o carne 630 é enviesado em direção à engrenagem sem-fim.

[0055] Conforme mostrado na FIGURA 6B, o suporte 622 pode incluir um ou mais cortes de relevo 626 que podem ser configurados para proporcionar um nível desejado de força de retenção entre a primeira porção 610 e a segunda porção 620. Por exemplo, uma folga mais ampla e/ou mais longa nos cortes de relevo 626 pode reduzir a força de retenção máxima entre a primeira porção 610 e a segunda porção 620. A segunda porção 620 pode incluir ainda um rebordo de suporte 624. Em algumas concretizações, o acoplador 600 pode incluir

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23/45 montagens cinemáticas, ranhuras em V, e/ou elementos de alinhamento conforme aqui descrito.

[0056] Em algumas concretizações, uma pinça rotacional pode ser usada para acoplar e desacoplar uma primeira e segunda porção de um acoplador. A FIGURA 7A é uma vista em perspectiva em seção transversal de uma concretização de um acoplador 700. O acoplador 700 inclui uma primeira porção 710 tendo um alojamento externo 712 e um primeiro rosqueamento de porção 714. O acoplador 700 também inclui uma segunda porção 720 tendo um suporte 722. Este pode ser transladado ao longo de um eixo Y para corresponder com a primeira porção 710 para restringir translação ao longo do eixo Y. O acoplamento da primeira porção 710 e da segunda porção 720 forma uma conexão conjugada segura onde seis graus de liberdade são restringidos. A primeira porção 710 pode incluir uma pinça 750 configurada para travar e fixar o acoplamento entre a primeira porção 710 e a segunda porção 720. A primeira porção 710 inclui um retentor de rolamento de esferas 740 configurado para receber, engatar, e travar com o suporte 722. O retentor de rolamento de esferas 740 é configurado para reter os rolamentos de esferas 742 e circundar o suporte 722. O retentor de rolamento de esferas 740 é configurado para transladar ao longo do eixo Y relativo a um alojamento da primeira porção 710 quando a pinça 750 é girada. A translação do retentor de rolamento de esferas 740 na primeira porção 710 pressiona os rolamentos de esferas 742 na primeira porção 710, o retentor de rolamento de esferas 740, e o suporte 722. Conforme aqui ilustrado, o retentor de rolamento de esferas 740 pode incluir um rebordo em cada bolsa de rolamento de esferas configurada para reter o rolamento de esferas 742 dentro do retentor 740 quando os rolamentos de esferas 742 não estão em contato com o suporte 722. Estas superfícies experimentam tensões Hertzianas baseadas na

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24/45 curvatura das superfícies. A curvatura e propriedades de material, junto com o diâmetro e material do rolamento de esferas 742 podem ser configuradas para gerar condições de contato que não deterioram as superfícies. Os rolamentos de esferas 742 se movem dentro de uma faixa pré-determinada dentro do retentor de rolamento de esferas 740, e servem como um mecanismo de travamento para aplicar forças a ambas a primeira porção 710 e a segunda porção 720 para travar seguramente as mesmas juntas e formarem um acoplamento entre a primeira porção 710 e a segunda porção 720.

[0057] Um conjunto de arruelas de Belleville 760, um colar de trava 746, e um rolamento axial 744, podem ser acoplados ao retentor de rolamento de esferas 740. A pinça 750 pode ser configurada para girar sobre a primeira porção 710 de modo a travar e destravar o suporte 722 a partir do retentor de rolamento de esferas 740. Uma superfície externa da pinça 750 pode ser um botão de travamento que o usuário pode girar para acoplar e desacoplar a primeira porção 710 e a segunda porção 720.

[0058] As FIGURAS 7B-7D são vistas laterais em seção transversal do acoplador 700 em estados de acoplamento diferentes. No estado desacoplado mostrado na FIGURA 7B, o conjunto de arruelas de Belleville 760 são comprimidas e a porção do botão (da pinça 750) é girada. A segunda porção 720 está sendo transladada na primeira porção 710, mas não faz contato com o retentor de rolamento de esferas 740. Na FIGURA 7C, a primeira porção 710 e a segunda porção 720 produziram um engatamento inicial onde o suporte 722 contata o retentor de rolamento de esferas 740. A pinça 750 está em uma primeira posição correspondente a uma posição destravada do acoplador 700. O conjunto de arruelas de Belleville 760 são totalmente comprimidas, e a porção do botão da pinça 750 é girada. Na FIGURA 7D, o botão da pinça é girado de modo a ser girado de modo a retirar o

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25/45 retentor de rolamento de esferas 740 na primeira porção 710 e travar o suporte 722 à primeira porção 710. O conjunto de arruelas de Belleville 760 estão em uma compressão de carga de operação. Ambos o suporte 722 e a primeira porção 711 são mantidos por uma força de retenção usando um conjunto de rolamentos de esferas 742. O conjunto de rolamentos de esferas 742 pode incluir quatro ou mais rolamentos de esferas igualmente espaçados ao longo de uma circunferência do retentor de rolamento de esferas 740. Em algumas concretizações, o acoplador 700 pode incluir montagens cinemáticas, ranhuras em V, e/ou elementos de alinhamento aqui descritos.

[0059] Montagem Cinemática com Conexão de Parafuso de Avanço

[0060] A FIGURA 8 é a vista lateral em seção transversal de uma concretização de um acoplador 800 acionado por um mecanismo de travamento motorizado que pode gerar altas forças para assegurar o acoplamento é restringido e mantido em seis graus de liberdade mesmo na presença de cargas externas (por exemplo, cargas inerciais e estáticas do braço robótico durante um procedimento cirúrgico). O acoplador 800 pode incluir uma primeira porção 810 e uma segunda porção 820. O acoplamento da primeira porção 810 e da segunda porção 820 forma uma conexão conjugada segura onde seis graus de liberdade são restringidos. A partir desta vista, pode ser visto que a primeira porção 810 inclui uma primeira extremidade 856 (a extremidade acoplada ao braço robótico), e uma segunda extremidade 858 (a extremidade acoplada à segunda porção 820), e uma cavidade interior 864 formada dentro da primeira porção 810, entre as primeira e segunda extremidades. Uma abertura para a cavidade interior 864 é formada através da segunda extremidade 858. A primeira porção 810 pode incluir um mecanismo de travamento acoplado a um mecanismo de acionamento configurado para travar e fixar o acoplamento entre a

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26/45 primeira porção 810 e a segunda porção 820. A segunda porção inclui um suporte 822 que pode ser transladado ao longo de um eixo Y para corresponder com a primeira porção 810 para restringir a translação ao longo do eixo Y. O suporte 822 inclui um parafuso de avanço 824 que pode ser acoplado a uma correspondente porção rosqueada 832 de uma pinça girável 830. Um motor 850 pode acionar a pinça 830 para girar sobre o parafuso de avanço 924 em uma primeira direção de modo a transladar o parafuso de avanço 824 na primeira porção 810 ao longo do eixo Y. Dessa maneira, a pinça 830 pode ser engatada com o suporte 822 para travar e acoplar seguramente a primeira porção 810 à segunda porção 820. A rotação da pinça 830 em uma segunda direção oposta à primeira direção pode transladar o parafuso de avanço 824 fora da primeira porção 810 ao longo do eixo Y. Em algumas concretizações, o ângulo de passo do parafuso de avanço 824 pode ser entre cerca de 2 graus e cerca de 30 graus. Em algumas concretizações, o ângulo de passo do parafuso de avanço 824 pode ser entre cerca de 10 graus e cerca de 15 graus. Em algumas concretizações, o ângulo de passo do parafuso de avanço 824 pode ser configurado para impedir o parafuso de avanço 824 de ser acionado para trás.

[0061] O motor 850 pode ser acoplado a uma caixa de engrenagem 840 e configurado para girar a pinça 830. A pinça 830 pode ser acoplada a um ou mais rolamentos 834. Os rolamentos 834 podem ser, por exemplo, um rolamento de esferas de ranhura profunda. A caixa de engrenagem 840 pode ser, por exemplo, uma caixa de engrenagem planetária ou harmônica, e pode ter uma proporção de engrenagem de cerca de 20 a cerca de 200. O motor 850 pode ser, por exemplo, um motor DC sem escovas. Em algumas concretizações, o mecanismo de travamento motorizado pode gerar uma força de pelo menos 500 N. Em algumas concretizações, o

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27/45 mecanismo de travamento motorizado pode gerar uma força de pelo menos 1400 N.

[0062] O motor 850 pode ser acoplado a um controlador (não mostrado) configurado para receber comandos de entrada de um usuário. Por exemplo, um braço robótico pode incluir um comutador que pode admitir um comando de acoplamento para travar e destravar a primeira porção 810 da segunda porção 820 por acionamento do parafuso de avanço em qualquer direção, desse modo fixando e destacando o braço robótico de uma mesa cirúrgica. O comutador pode ser provido em uma mesa cirúrgica, carro médico, e/ou dispositivo de computação portátil.

[0063] Em algumas concretizações, o acoplador 800 pode incluir um sensor de conexão 852 configurado para detectar acoplamento e desacoplamento entre a primeira porção 810 e a segunda porção 820. Em algumas concretizações, o sensor de conexão pode incluir um ou mais de um sensor de força, sensor de efeito Hall, e comutador elétrico localizados em qualquer da primeira porção 810 e da segunda porção 820 (por exemplo, em uma interface entre a primeira porção 810 e a segunda porção 820). Em algumas concretizações, o sensor de conexão pode incluir um codificador no motor 850. Um controlador pode ser configurado para acionar a pinça 830 usando o motor 850 até que um acoplamento ou desacoplamento tenha sido detectado.

[0064] Em algumas concretizações, o acoplador 800 pode incluir montagens cinemáticas, ranhuras em V, e/ou elementos de alinhamento, conforme aqui descrito. O mecanismo de travamento motorizado do acoplador 800 pode reduzir erro do usuário no acoplamento da primeira porção 810 à segunda porção 820 incluindo acoplamento e desacoplamento parcial, risco de usabilidade (por exemplo, uso não intuitivo), e segurança aumentada (por exemplo, braço robótico que cai no piso em um pé ou perna do usuário).

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[0065] Conexão de Base de Braço Cônica

[0066] A FIGURA 9A é uma vista lateral em perspectiva de uma concretização de um acoplador 900. O acoplador 900 pode incluir uma primeira porção 910 tal como uma porção de base para montagem a uma mesa cirúrgica (por exemplo, mesa cirúrgica 300). O acoplador 900 pode incluir uma segunda porção 920 (por exemplo, adaptador de braço) tal como uma porção de base terminal para um braço robótico. O acoplamento da primeira porção 910 e segunda porção 920 forma uma conexão conjugada segura onde seis graus de liberdade são restringidos. A primeira porção 910 inclui um manipulo 940 configurado para travar e fixar o acoplamento entre a primeira porção 910 e a segunda porção 920, e uma protrusão de alinhamento 960 configurada para contatar um correspondente furo de alinhamento (não mostrado), conforme aqui descrito. A primeira porção 910 inclui um cone 930 que pode ser transladado ao longo de um eixo Y para corresponder com um furo de recebimento cônico 912 (FIGURA 9D) da segunda porção 920 para restringir a translação ao longo do eixo Y. A FIGURA 9B ilustra o eixo X, eixo Y, e eixo Z relativos ao acoplador 900. Deve ser apreciado que a primeira porção 910 e a segunda porção 920 podem ser revertidas tal que a primeira porção 910 se acopla a uma mesa cirúrgica e a segunda porção 920 se acopla a um braço robótico.

[0067] A primeira porção 910 pode incluir uma ou mais protrusões de alinhamento 960 configuradas para contatarem e deslizarem em e corresponderem com um correspondente furo de alinhamento 962 na segunda porção 962. A protrusão de alinhamento 960 é assimétrica em que o alinhamento da protrusão 960 com a segunda porção 920 é configurado para impedir um usuário de inserir a primeira porção 910 incorretamente na segunda porção 920. Este processo pode ser referido aqui como registro. A forma da protrusão de alinhamento 960

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29/45 é mostrada tendo uma forma cilíndrica, mas não é particularmente limitada. Por exemplo, a protrusão de alinhamento 960 pode incluir uma mola carregada/pino de separação. Quando a protrusão de alinhamento 960 é desalinhada com o furo de alinhamento 962, o cone 930 da primeira porção 910 não será transladado ao longo do eixo Y suficientemente no furo cônico 912 da segunda porção 920 para engatar acoplamento e travamento da primeira porção 910 à segunda porção 920. Por exemplo, a FIGURA 9D ilustra a protrusão de alinhamento 960 da primeira porção 910 alinhada com o furo de alinhamento 962 da segunda porção 920 de modo a permitir que o cone 930 seja totalmente transladado na segunda porção 920. De outro modo, a protrusão de alinhamento 960 contata o alojamento da segunda porção 920 para criar uma folga entre a primeira porção 910 e a segunda porção 920 que impede seu acoplamento.

[0068] O cone 930 é configurado para proporcionar uma grande área superficial para formar um acoplamento mecânico tendo rigidez. Por exemplo, o cone 930 é configurado para acoplar a primeira porção 910 e a segunda porção 920 de modo a restringir a translação no eixo X e eixo Y, e restringir a rotação sobre o eixo X e eixo Z. A superfície do 930 forma superfícies correspondentes que podem ter tolerâncias apertadas e um acabamento superficial que assegura contato correto com a segunda porção 920. Em algumas concretizações, a superfície de contato pode incluir uma rugosidade de superfície configurada para aumentar a fricção entre a primeira porção 910 e a segunda porção 920. Um ângulo de conicidade do cone 930 pode ser configurado para baixas forças de liberação, enquanto que mantendo alta rigidez do acoplamento. Em algumas concretizações, o cone 930 pode ter um ângulo de conicidade de cerca de 14 graus.

[0069] Em algumas concretizações, o cone 930 pode incluir bordas ou planos que contatam a superfície correspondente alternada. Em

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30/45 algumas concretizações, um pino 934 pode ser disposto em um nariz do cone 930, e pode ser configurado para se projetar de e recessar em uma superfície do cone 930. Quando o manipulo 940 é girado para uma posição destravada, o pino pode ser configurado para se projetar a partir do cone 930 para auxiliar na liberação e translação da segunda porção 920 distante da primeira porção 910 por impulsionamento da primeira porção 910 e da segunda porção 920 distante entre si no evento que elas permaneçam em contato devido à fricção.

[0070] A FIGURA 9C ilustra uma vista lateral da primeira porção 910 e da segunda porção 920. O cone 930 pode incluir dois ou mais detentores 950 configurados para restringir a translação da segunda porção 920 ao longo do eixo Y. Por exemplo, os detentores 950 podem ser dispostos ao longo dos lados laterais opostos da conicidade cônica do cone 930. Os detentores 950 podem ser configurados como um mecanismo de travamento inicial (por exemplo, detentor de mola) para impedir um braço robótico fixado à segunda porção 920 de cair fora e distante do cone 930 da primeira porção 910. O detentor 950 pode incluir uma superfície plana angulada configurada para deslizar facilmente sobre uma superfície de um furo cônico. O detentor 950 pode incluir uma porção afilada configurada para reter a primeira porção 910 contra a segunda porção 920. A segunda porção 920 inclui um comutador 952 tendo um correspondente detentor 950 configurado para mover os detentores 950 de uma primeira configuração para uma segunda configuração. Os detentores 950 podem ser enviesados para se projetarem a partir do cone 930 na primeira configuração, e serem recessados no cone 930 na segunda configuração. A FIGURA 9E mostra a segunda porção 920 sendo transladada sobre o cone 930. Quando a segunda porção 920 é transladada sobre o cone 930, os detentores 950 fazem contato com a superfície do furo cônico 912, e são recessados no cone 930. Os

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31/45 detentores 950 que avançam sobre correspondentes ranhuras axiais 932 (FIGURA 9D) permitem que os detentores 950 se projetem para fora na primeira configuração para, desse modo, acoplar e fixar a primeira porção 910 à segunda porção 920 em um estado travado inicial, conforme mostrado na FIGURA 9F. A FIGURA 9G é uma vista em perspectiva da primeira porção 910 e segunda porção 920 no estado travado inicial. O manipulo 940 está em um estado destravado através de todas as etapas mostradas nas FIGURAS 9D-9G.

[0071] As FIGURAS 9H e 9M mostram uma primeira superfície 951 e uma segunda superfície 953 do detentor 950. A primeira superfície 951 pode ser uma superfície plana angulada tendo um angulado similar àquele do ângulo de conicidade do cone 930. A primeira superfície 951 pode ser configurada para permitir que o detentor 950 deslize facilmente sobre uma superfície de um furo cônico 912. À medida que a primeira superfície 951 translada através do furo cônico 912 da segunda porção 920, o detentor 950 é recessado no cone 930. A segunda superfície 953 pode ser uma porção afilada configurada para reter a primeira porção 910 contra a segunda porção 920. A segunda superfície 953 do detentor 950 pode incluir um ângulo anti-liberação 1044 configurado para impedir o detentor 950 de desacoplar da segunda porção 920 quando o detentor 950 está em uma configuração projetante. Os detentores 950 podem ser configurados para serem enviesados em direção à configuração projetante.

[0072] Em algumas concretizações, os detentores 950 podem incluir uma superfície de carne configurada para contatar uma correspondente superfície tal que pela soldagem dos detentores para fora preferivelmente do que sendo puxados para trás, a primeira porção 910 e a segunda porção 920 podem ser fixadas e travadas juntas. Por exemplo, a superfície de carne pode incluir uma superfície

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32/45 de ângulo, uma esfera e superfície de soquete, e/ou similares.

[0073] A FIGURA 9H ilustra um conjunto de arruelas de Belleville 958 acopladas aos detentores 950 e lançadeira 970. As arruelas de Belleville 958 podem ser configuradas para aplicar uma força de retenção ao detentor 950. Em algumas concretizações, as arruelas de Belleville 958 podem aplicar entre cerca de 130 Ib força e cerca de 230 Ib força. As arruelas de Belleville 958 podem ser configuradas para variar uma força da trava (por exemplo, manipulo 940, carne 942, e lançadeira 970). Em algumas concretizações, uma força de précompressão das arruelas de Belleville 958 pode ser ajustada usando uma entrada auxiliar.

[0074] O manipulo 940 acoplado ao carne 942 é ilustrado nas FIGURAS 9H e 9M. O carne 942 é configurado para girar em resposta à rotação do manipulo 940 entre as posições destravada e travada. A rotação do carne 942 em direção a uma posição travada aplica forças de contato à lançadeira 970 disposta dentro do cone 930. À medida que o manipulo 940 gira através de seu arco, o carne 942 aplica força contra a lançadeira 970 da primeira porção 910 para trazer a primeira porção 910 e segunda porção 920 juntas e travar seguramente a primeira porção 910 à segunda porção 920 com alta rigidez. Quando o manipulo 940 está na posição travada, a primeira porção 910 e a segunda porção 920 são seguramente engatadas e travadas entre si. Em algumas concretizações, a primeira porção pode incluir um mecanismo de travamento motorizado conforme aqui descrito, no lugar do manipulo 940 e carne 942. Em algumas concretizações, o carne 942 pode ser girado indiretamente através de, por exemplo, um conjunto de engrenagens de ângulo reto ou movimento rotacional sobre um eixo separado do eixo de carne 942.

[0075] Para liberar a segunda porção 920 do estado travado inicial (onde o manipulo 940 está na posição destravada), o comutador 952

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33/45 pode ser atuado por ser pressionado, desse modo, pressionando nos detentores 950 em uma segunda configuração, e permitindo que o usuário translade a segunda porção 920 distante da primeira porção 910. As FIGURA 91-FIGURA 9L ilustram vistas em perspectiva frontal, lateral e superior respectivamente, dos comutadores 952. Um comutador 952 pode incluir um ponto de liberação 956 configurado para produzir contato com e empurrar um correspondente comutador axial 950 na segunda configuração recessada. O comutador 952 pode girar sobre uma dobradiça 1054 quando atuado. Em algumas concretizações, os comutadores 952 podem ser espaçados por cerca de 3,5 polegadas. Isto permite que um usuário engate ambos comutadores 952 simultaneamente usando uma mão envolvida ao redor da segunda porção 920, desse modo, encorajando naturalmente a colocação da mão do usuário em uma posição para suportar o braço (e reduzir a probabilidade de um braço caído) quando a segunda porção 920 é desacoplada da primeira porção 910. Cada comutador 952 pode incluir uma mola de torsão configurada para enviesar o comutador 952 para uma posição de reajuste inicial.

[0076] Em algumas concretizações, a primeira porção 910 e a segunda porção 920 podem cada incluir uma interface elétrica 938 para proporcionar uma energia e/ou conexão de dados entre a primeira porção 910 e a segunda porção 920. A interface elétrica pode incluir um ou mais de um pino de contato de mola, contatos de limpeza, uma interface de fibra ótica, transformadores, ou qualquer outro conector de energia e/ou de dados. Em algumas concretizações, a interface elétrica da primeira porção 910 pode ser disposta na superfície afilada do cone 930, ou no flange de base da primeira porção 910 que suporta o cone 930. Em algumas concretizações, um ou mais dos detentores 950 pode incluem uma interface elétrica, visto que os detentores 950 contatam a segunda porção 920.

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[0077] Em algumas concretizações, o acoplador 900 pode incluir um ou mais sensores de conexão 936, conforme aqui descrito, e configurados para detectar acoplamento e desacoplamento entre a primeira porção 910 e a segunda porção 920. Por exemplo, sensores de conexão podem ser configurados para detectar uma ou mais de uma quantidade de força que os detentores 950 estão retendo, uma localização dos detentores 950 (por exemplo, quantidade que os detentores têm se movido), e um estado de contato entre o cone 930 e a segunda porção 920.

[0078] Em algumas concretizações, uma ou mais da primeira porção 910 e segunda porção 920 podem incluir um amortecedor configurado para isolar vibracionalmente a primeira porção 910 da segunda porção 920.

[0079] A FIGURA 10 é um fluxograma de um método 1000 de acoplamento de um braço robótico a uma mesa cirúrgica, tal como pelo uso de qualquer dos acopladores aqui descritos. O método 1000 inclui translação em 1002 de uma segunda porção (por exemplo, porção de base do braço robótico) de um acoplador sobre uma primeira porção do acoplador (por exemplo, porção de montagem de uma parte superior da mesa cirúrgica) (FIGURA 9E). Um afilamento cônico da primeira porção pode proporcionar alinhamento inicial. A segunda porção em 1004 é ainda alinhada com a primeira porção à medida que a segunda porção é transladada sobre um cone da primeira porção por alinhamento de correspondentes elementos de alinhamento em cada das primeira e segunda porções. O mecanismo de travamento da primeira porção (por exemplo, detentores) não engatará com a segunda porção se o(s) elemento(s) de alinhamento da primeira porção não são alinhados com a segunda porção. Os detentores são engatados com a segunda porção em 1006 (FIGURA 9F). Este acoplamento inicial dos detentores à segunda porção é de

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35/45 auto travamento em que o acoplamento não se tornará desengatado (por exemplo, liberado) sem entrada do usuário (por exemplo, atuação do usuário de um comutador). Neste ponto, a primeira porção e a segunda porção são acopladas em um estado de engatamento inicial tal que a segunda porção é incapaz de cair distante da primeira porção se a segunda porção foi não suportada por um usuário.

[0080] Enquanto que no estado de engatamento inicial, um manipulo pode ser girado em 1008 para girar um carne de duas posições da primeira porção para aplicar forças de contato para uma lançadeira disposta dentro do cone. À medida que o manipulo gira através de seu arco, o carne aplica força contra a lançadeira da primeira porção para trazer a primeira porção e a segunda porção juntas e travar seguramente a primeira porção à segunda porção com alta rigidez. Em algumas concretizações, o manipulo pode girar cerca de 90 graus de uma posição destravada para uma posição travada. A primeira porção e a segunda porção são travadas em 1010.

[0081] Para desengatar a primeira porção da segunda porção, o manipulo deve ser girado para uma posição destravada ante de um detentor comutador ser atuado. Desacoplamento acidental é reduzido por requeridas ambas travas a serem desacopladas por um usuário. O manipulo pode ser girado em 1012 em direção a uma posição destravada para girar o carne e desacoplar o mesmo a partir da lançadeira. A rotação do manipulo para a posição destravada não desacopla totalmente a primeira porção e segunda porção, e permite que o usuário suporte a massa de um braço robótico acoplado à segunda porção. A atuação de um ou mais comutadores em 1014 recessa os detentores no cone e permite que a segunda porção translade em 1016 para fora e distante do cone da primeira porção.

[0082] Conexão à Base de Braço de Grampeamento Radial

[0083] As FIGURAS 11 A, 11E, e11H são vistas laterais em seção

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36/45 transversal de concretizações de um acoplador 1100 incluindo uma primeira porção 1110 e uma segunda porção 1120. O acoplamento da primeira porção 1110 e da segunda porção 1120 forma uma conexão conjugada segura onde seis graus de liberdade são restringidos. A primeira e segunda porção pode cada incluir uma interface elétrica 1126 para proporcionar energia e dados através do acoplador 1100. A primeira porção 1110 inclui um rolamento de esferas 1112 acoplado a uma mola 1114 configurada para acoplar a primeira porção 1110 à segunda porção 1120. Em algumas concretizações, uma trava positiva pode ser ainda acoplada à mola 1114 para impedir que a mola volte. A segunda porção 1120 inclui um suporte 1122 que pode ser transladado ao longo de um eixo Y para corresponder com a primeira porção 1110. A segunda porção 1120 pode incluir uma primeira superfície 1123 e uma segunda superfície 1124. A segunda superfície 1124 pode ter um ângulo mais acentuado relativo à primeira superfície 1123. Um grampo radial 1130 pode ser disposto ao redor da segunda porção 1120. O acoplamento do suporte 1122 à primeira porção 1110 pode restringir a translação ao longo do eixo Y.

[0084] A FIGURA 11A ilustra a primeira porção 1110 alinhada e tendo um engatamento inicial com a segunda porção 1120. O suporte

1122 da segunda porção 1120 pode incluir a primeira superfície 1123 (por exemplo, condução em conicidade) configurada para permitir desalinhamento durante translação e deslizamento do suporte 1122 na primeira porção 1110.0 suporte 1122 pode incluir ainda uma segunda superfície 1124 (por exemplo, face angulada) configurada para pressionar contra os rolamentos de esferas 1124. A primeira superfície

1123 e a segunda superfície 1124 experimentam tensões Hertzianas baseadas na curvatura das superfícies. A curvatura e propriedades de material, junto com o diâmetro e material do rolamento de esferas

1124 podem ser configuradas para gerar condições de contato que

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37/45 não deterioram as superfícies.

[0085] O grampo 1130 pode ser apertado para travar a primeira porção 1110 à segunda porção 1120. As FIGURAS 11B-11D são vista em corte transversal frontal do grampo radial 1130 acoplado a um atuador 1140. O atuador 1140 pode incluir um parafuso 1142 e manipulo 1144. Um usuário atuando o manipulo 1144 pode girar o parafuso 1142 para variar uma força de compressão radial do grampo 1130 na segunda porção 1120. O atuador 1140 pode ser articulado ou girado. Em algumas concretizações, o atuador 1140 pode ser girado a um giro de um quarto para alcançar uma compressão radial desejada do grampo 1130. O grampo 1130 pode também incluir um ou mais relevos 1132 para distribuir forças de compressão. O grampo comprime dentro de uma faixa pré-determinada e serve como um mecanismo de travamento para aplicar forças a ambas a primeira porção 1110 e a segunda porção 1120 para travar seguramente as mesmas juntas e formarem um acoplamento entre a primeira porção 1110 e a segunda porção 1120.

[0086] A FIGURA 11E ilustra um acoplador 1100 incluindo uma primeira pinça 1150 e uma segunda pinça 1152. A primeira pinça 1150 pode ser configurada para acoplar a uma extremidade da segunda porção 1120 entre a primeira porção 1110 e a segunda porção 1120. A segunda pinça 1152 pode ser configurada para acoplar a uma porção de base da segunda porção 1120 entre a primeira porção 1110 e a segunda porção 1120. A primeira pinça 1150 e a segunda pinça 1152 são ambas acopladas a um alternador 1160 tendo um manipulo 1162 para um usuário transladar ao longo do eixo Y. As superfícies externa e interna das pinças podem se equipararem a um ângulo de respectivas primeira e segunda porções tal que as pinças podem transladar e comprimir entre as primeira e segunda porções. Em algumas concretizações, as pinças podem ser acopladas a um

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38/45 conjunto de arruelas de Belleville para proporcionar uma força de compressão pré-determinada. A primeira pinça 1150 e a segunda pinça 1152 pode cada incluir um ou mais cortes 1151, 1153 (ver FIGURAS 11F- 11G), tal que a translação do alternador 1160 em direção à primeira porção 1110 comprimirá as pinças, e fixam o acoplamento entre as primeira e segunda porções. As pinças transladam e comprimem dentro de uma faixa pré-determinada, e servem como um mecanismo de travamento para aplicar forças a ambas a primeira porção 1110 e a segunda porção 1120 para travar seguramente as mesmas juntas e formarem um acoplamento entre a primeira porção 1110 e a segunda porção 1120. Em algumas concretizações, a compressão das pinças a uma força prédeterminada forma uma conexão de interface elétrica.

[0087] A FIGURA 11H ilustra um acoplador 1100 incluindo um primeiro grampo 1134 e um segundo grampo 1136. O primeiro grampo 1134 pode ser configurado para acoplar a e variar uma força de compressão radial a uma extremidade da segunda porção 1120. O segundo grampo 1136 pode ser configurado para acoplar e variar uma força de compressão radial. Em algumas concretizações, o primeiro grampo 1134 e segundo grampo 1136 podem ser acoplados a um respectivo primeiro carne 1170 e segundo carne 1172, conforme mostrado na FIGURA 111. Cada dos carnes pode ser acoplado a um manipulo, e atuado junto para variar uma força de compressão radial na segunda porção 1120. O primeiro carne 1170 e segundo carne 1172 podem ter perfis diferentes e podem ser atuados usando movimento rotativo ou linear. Em adição, os carnes 1170, 1172 podem permitir regulação diferente, compressão diferente e/ou movimento linear e grampeamento dos grampos 1134, 1136. Cada dos grampos comprime dentro de uma faixa pré-determinada e serve como um mecanismo de travamento para aplicar forças a ambas a primeira

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39/45 porção 1110 e a segunda porção 1120 para travá-las seguramente juntas e formar um acoplamento entre a primeira porção 1110 e a segunda porção 1120. Em algumas concretizações, a compressão do grampo radial a uma força pré-determinada forma uma conexão de interface elétrica.

[0088] A FIGURA 12 é um fluxograma de um método 1200 de acoplamento de um braço robótico a uma mesa cirúrgica, tal como pelo uso de qualquer dos acopladores aqui descritos. O método 1200 inclui translação em 1202 de uma segunda porção (por exemplo, porção de base do braço robótico) de um acoplador em uma primeira porção do acoplador (por exemplo, porção de montagem de uma parte superior da mesa cirúrgica). Um suporte da segunda porção pode começar a se alinhar em 1204 à medida que o suporte se move na primeira porção. O mecanismo de travamento da primeira porção (por exemplo, grampo radial, manipulo, atuador, botão) não engatará se o(s) elemento(s) de alinhamento da segunda porção não são alinhados com a primeira porção. Quando o suporte está em um estado de engatamento inicial contra um conjunto de rolamentos de esferas, o manipulo pode ser girado em 1206 para comprimir o grampo radial. A força de pressionamento do grampo radial trava em 1208 das primeira e segunda porções juntas. De modo a desacoplar o acoplador 1200, um usuário pode girar o manipulo em 1210 em direção à posição destravada. Este descomprime o grampo radial, desse modo, liberando a força entre os rolamentos de esferas e o alojamento da segunda porção. Com a trava desengatada, a segunda porção pode ser total mente desacoplada da primeira porção por translação da segunda porção fora da primeira porção em 1212.

Outras Conexões de Base de Braço

[0089] As FIGURAS 13A-13D são vistas em perspectiva de concretizações de um acoplador 1300 incluindo uma primeira porção

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1310 e uma segunda porção 1320. O acoplamento da primeira porção 1310 e da segunda porção 1320 forma uma conexão conjugada segura onde seis graus de liberdade são restringidos. A primeira e segunda porção podem cada incluir uma interface elétrica para proporcionar energia e dados através do acoplador 1300. O furo de suporte 1312 pode incluir um primeiro conector elétrico 1316 mostrado na FIGURA 13C configurado para se acoplar a um segundo conector elétrico 1330 mostrado na FIGURA 13A-13C.

[0090] A segunda porção 1320 inclui um suporte 1322 que pode ser transladado ao longo de um eixo Y para corresponder com a primeira porção 1310. O suporte 1322 pode incluir um conjunto de detentores 1324 enviesados para se projetarem a partir do suporte 1322 na primeira configuração, e serem recessados no suporte 1322 na segunda configuração. A primeira porção 1320 inclui um furo de suporte 1312 e um conjunto de furos de detentor 1314 correspondentes ao conjunto de detentores 1324 da segunda porção 1320. Os detentores 1324 podem ser acionados por um parafuso de avanço 1342 acoplado a um motor 1340. À medida que o parafuso de avanço 1342 é transladado ao longo de um eixo Y, uma cremalheira linear 1350 acoplada ao parafuso de avanço 1342 translada ao longo de um eixo Y e gira um detentor 1360 entre as primeira e segunda configurações. Este mecanismo de travamento motorizado pode assegurar um acoplamento seguro entre a primeira porção 1310 e a segunda porção 1320. A segunda porção 1320 pode incluir uma porta de acesso 1370 (ver FIGURA 13D) para um usuário para manualmente inserir uma ferramenta (por exemplo, chave Allen) para manualmente acionar a cremalheira linear 1350 e capacitar o desacoplamento do braço robótico a partir da mesa cirúrgica. O motor 1340 pode ser, por exemplo, um motor DC sem escovas.

[0091] As FIGURAS 14A-14E são vistas exteriores de um conjunto

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41/45 de cremalheira linear 1400 incluindo uma cremalheira linear 1420 e detentor 1410. A cremalheira linear 1420 pode ser de lade duple em que a cremalheira 1422 de um lado (ver FIGURA 14C) é intercambiável com aquela do outro lado. Em outras palavras, a cremalheira 1422 da FIGURA 14C pode ser invertida e encaixada para ser simétrica. A cremalheira linear 1420 pode incluir uma ou mais arruelas de Belleville para aumentar a conformidade dos detentores 1410 (por exemplo, garras de carne de rotação). Um suporte pode ser provido em uma extremidade de cada cremalheira para permitir que cada cremalheira pressione junta. Uma arruela 1430 pode ser disposta entre as superfícies correspondentes das cremalheiras 1422 para adicionar conformidade e resistência de mola. O detentor 1410 pode incluir uma engrenagem de dente 1412 e uma garra de carne 1414 separadas em altura por um afastamento 1418 conforme ilustrado pelas FIGURAS 14D-14E. O detentor 1410 pode girar sobre um eixo 1416. A garra de carne 1414 pode corresponder com uma correspondente superfície da primeira porção à medida que o detentor gira.

[0092] As FIGURAS 15A-15C são vistas em perspectiva internas de um acoplador 1500, de acordo com uma concretização. Em algumas concretizações, o acoplador 1500 pode incluir um conjunto de três detentores enviesados para se projetarem a partir da superfície de um alojamento na primeira configuração e serem recessados no alojamento na segunda configuração. Os detentores 1560, 1562, 1564 podem ser acionados por um parafuso de avanço 1542 acoplado a um motor 1540. À medida que o parafuso de avanço 1542 é transladado ao longo de um eixo Y, uma cremalheira linear 1550 acoplada ao parafuso de avanço 1542 translada ao longo de um eixo Y e gira o detentor 1560, 1562, 1564 entre as primeira e segunda configurações. O acoplador 1500 pode incluir uma porta de acesso 1570 para um

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42/45 usuário para manualmente inserir uma ferramenta (por exemplo, chave Allen) para manualmente acionar a cremalheira linear 1550 e capacitor o desacoplamento do braço robótico a partir da mesa cirúrgica. O motor 1540 pode ser, por exemplo, um motor DC sem escovas.

[0093] As FIGURAS 16A-16B é uma vista interna e externa de um acoplador 1600 incluindo um mecanismo de travamento motorizado. Uma primeira porção 1610 pode incluir um motor 1640 acoplado a um rolamento de esferas 1650 configurado para aplicar uma força de retenção contra um membro de liberação 1630 de uma segunda porção 1620. O motor 1640 aplica uma força para baixo dentro de uma faixa pré-determinada e serve como um amortecedor de vibração e mecanismo de travamento para aplicar forças a ambas a primeira porção 1610 e segunda porção 1620 para travar seguramente as mesmas juntas e formar um acoplamento entre a primeira porção 1610 e a segunda porção 1620. O membro de liberação 1630 inclui uma superfície de rolamento 1634 configurada para contatar o rolamento de esferas 1650. A superfície de rolamento 1634 inclui uma superfície afilada ou em rampa para permitir que o rolamento 1650 recesse no membro de liberação 1630. O membro de liberação 1630 pode girar sobre uma dobradiça 1632. Um pino 1642 pode fixar o membro de liberação 1630. Contudo, quando o pino 1642 é liberado, a força de gravidade e a pressão descendente do rolamento 1650 fará com que o membro de liberação 1630 oscile aberto de modo a liberar a força de contato entre a primeira porção 1610 e a segunda porção 1620, desse modo, desacoplando a primeira porção 1610 e a segunda porção 1620.

[0094] As FIGURAS 17A-17D são vistas laterais esquemáticas de um acoplador 1700 incluindo um mecanismo de translação. Uma primeira porção 1710 pode incluir um carro incluindo um conjunto de travas 1730 para fixar um suporte 1722 de uma segunda porção 1720.

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Para acoplar a primeira porção 1710 e a segunda porção 1720, o suporte 1722 é transladado na primeira porção 1710. Para desacoplar a primeira porção 1710 e a segunda porção 1720, o suporte é ainda transladado na primeira porção 1710 por uma distância predeterminada, e, em seguida, pode ser retraído para desacoplar a primeira porção 1710 e a segunda porção 1720.

[0095] Nas FIGURAS 17A-17B, uma cabeça distai 1724 é transladada na primeira porção 1710 para contatar uma primeira superfície angulada 1732 das travas 1730. As travas podem ser acopladas às molas 1740 enviesadas para se extenderem em direção a outra trava. A cabeça distai 1724 desliza através das travas tal que as travas 1730 contatam uma segunda porção de diâmetro 1723 do suporte 1722. Neste ponto, o suporte 1722 é impedido de retrair da primeira porção 1710 pelo contato entre a trava 1730 e extremidade proximal da cabeça distai 1724. O suporte 1722 inclui um colar deslizante 1726 que pode deslizar ao longo da segunda porção de diâmetro 1723 do suporte 1722.

[0096] Na FIGURA 17C-17D, o suporte 1722 é ainda transladado na primeira porção 1710 tal que a trava 1730 desliza ao longo da segunda porção de diâmetro 1723. A primeira superfície 1732 da trava 1730 é configurada para deslizar contra a primeira superfície 1927 do colar deslizante 1726 tal que as travas 1730 retêm o colar deslizante 1726 no lugar. Neste ponto, a retração do suporte 1722 distante da primeira porção 1710 transladará a cabeça distai 1724 em uma direção reversa, enquanto que o colar deslizante permanece fixado com relação às travas 1730. Em outras palavras, o colar deslizante 1726 deslizará ao longo da segunda porção de diâmetro 1723 de uma extremidade proximal a uma extremidade distai. Quando o colar deslizante 1726 contata a cabeça distai 1724, a abertura das travas 1730 é de um diâmetro tal que a cabeça distai 1724 não é impedida de

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44/45 retrair distante da primeira porção 1710. Em algumas concretizações, a cabeça distai 1724 em uma extremidade proximal inclui um recesso para reter o colar deslizante 1726.

[0097] As FIGURAS 18A-18B são vistas laterais de um agarrador 1800 configurado para circundar e agarrar um suporte de um acoplador de qualquer das concretizações anteriores. O agarrador 1800 inclui braços 1802, 1804 operáveis para aplicar uma força lateral a um eixo longitudinal do suporte (por exemplo, suporte 422) do acoplador (por exemplo, acoplador 400).

[0098] Enquanto que várias concretizações foram descritas acima, deve ser compreendido que elas foram apresentadas por meio de exemplo somente, e não limitação. Onde métodos descritos acima indicam certos eventos que ocorrem em certa ordem, a ordenação de certos eventos pode ser modificada. Ainda, certos dos eventos podem ser realizados concorrentemente em um processo paralelo quando possível, bem como realizado sequencialmente conforme descrito acima.

[0099] Em que esquemáticos e/ou concretizações descritas acima indicam certos componentes dispostos em certas orientações ou posições, o arranjo dos componentes pode ser modificado. Enquanto que as concretizações foram particularmente mostradas e descritas, será compreendido que várias mudanças na forma e detalhes podem ser feitas. Qualquer porção do aparelho e/ou métodos aqui descritos pode ser combinada em qualquer combinação, exceto combinações mutuamente exclusivas. As concretizações aqui descritas podem incluir várias combinações e/ou subcombinações das funções, componentes e/ou características das concretizações diferentes descritas.

[00100] Enquanto que a descrição escrita precedente da invenção capacita um técnico no assunto a produzir e usar o que é considerado

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45/45 atualmente como sendo o melhor modo desta, aqueles técnicos no assunto compreenderão e apreciarão a existência de variações, combinações, e equivalentes da concretização específica, método, e exemplos aqui. Para várias das idéias aqui apresentadas, uma ou mais das partes podem ser opcionais. A invenção deve, portanto, não ser limitada pela concretização acima descrita, método, e exemplos, mas por todas as concretizações e métodos dentro do escopo e espírito da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Acoplador para acoplamento de um braço robótico a uma mesa cirúrgica, caracterizado pelo fato de o acoplador compreender:

uma primeira porção configurada para acoplar a uma mesa cirúrgica;

uma segunda porção configurada para acoplar a um braço robótico, a segunda porção tendo um suporte configurado para transladar ao longo de um primeiro eixo da primeira porção para acoplar a segunda porção à primeira porção; e um mecanismo de travamento configurado para transição de um acoplamento entre a primeira porção e a segunda porção entre uma posição travada e uma posição destravada, em que na posição travada, o movimento da primeira porção relativa à segunda porção em seis graus de liberdade é restringida.
2. Acoplador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de travamento compreende um primeiro carne, um segundo came e um conjunto de rolamento de esferas posicionado dentro de uma cavidade interior da primeira porção, e em que uma translação dos primeiro e segundo carnes ao longo do primeiro eixo faz com que o conjunto de rolamento de esferas translade o suporte ao longo do primeiro eixo para a posição travada ou para a posição destravada.
3. Acoplador, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o conjunto de rolamento de esferas compreende um retentor de rolamento de esferas e um rolamento de esferas que permite uma translação do conjunto de rolamento de esferas dentro da cavidade interior da primeira porção, e o retentor de rolamento de esferas compreende uma cavidade de recebimento dimensionada para receber o suporte; e em que a cavidade interior da primeira porção compreende uma superfície de contato interior, e o

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2/6 suporte compreende uma superfície de contato exterior, e o rolamento de esferas contata a superfície de contato interior e a superfície de contato exterior na posição travada.
4. Acoplador, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que cada do primeiro carne e o segundo carne são carnes de face tendo um perfil de superfície de carne variável configurado para ajustar uma função de translação ou uma função de força axial do mecanismo de travamento.
5. Acoplador, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de travamento compreende ainda um elemento de enviesamento configurado para aplicar uma força de enviesamento ao conjunto de rolamento de esferas.
6. Acoplador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira porção compreende uma ranhura axialmente orientada ao longo da superfície externa, e a segunda porção compreende uma montagem cinemática configurada para corresponder com a ranhura quando a segunda porção é acoplada à primeira porção, e em que a montagem cinemática e a ranhura são dimensionadas para restringir a translação ou rotação da primeira porção com relação à segunda porção.
7. Acoplador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira porção compreende ainda uma abertura de alinhamento, e a segunda porção compreende uma protrusão de alinhamento, a protrusão de alinhamento tendo uma forma assimétrica configurada para corresponder com a abertura de alinhamento em uma orientação simples, e impedir desalinhamento da primeira porção com relação à segunda porção.
8. Acoplador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o suporte da segunda porção é

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3/6 dimensionado para circundar a primeira porção para restringir translação da primeira porção com relação à segunda porção ao longo do primeiro eixo.
9. Acoplador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de travamento compreende um conjunto de rolamentos de esferas, um carne acoplado a uma bucha e um eixo posicionados dentro de uma cavidade interior da primeira porção, em que o came e a bucha são configurados pata transladarem ao longo do eixo para variar uma força de contato do conjunto de rolamentos de esferas contra o suporte entre a posição travada e a posição destravada.
10. Acoplador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o suporte é um cone configurado para corresponder com uma cavidade de recebimento cônica da primeira porção para acoplar a segunda porção à primeira porção, em que o cone tem um ângulo de conicidade configurado para alcançar baixas forças de liberação, enquanto que mantendo alta rigidez de acoplamento entre a primeira porção e a segunda porção.
11. Acoplador, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de compreender ainda um pino disposto em um nariz do cone, em que o pino é configurado para se projetar a partir do nariz do cone em uma primeira configuração, e recuado no nariz em uma segunda configuração, em que a primeira ou segunda configuração corresponde a uma orientação de um manipulo do mecanismo de travamento.
12. Acoplador, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de compreender ainda:

um detentor disposto ao longo de um lado do cone, em que o detentor é enviesado para se projetar a partir do lado do cone em uma primeira configuração, e recuado no lado do cone em uma

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4/6 segunda configuração; e uma ranhura do detentor formada ao longo de uma superfície interior da cavidade de recebimento cônica da segunda porção para recebimento do detentor da primeira porção na primeira configuração para acoplar a segunda porção à primeira porção, ou um comutador para transição do detentor entre a primeira configuração e a segunda configuração.
13. Acoplador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma interface elétrica entre a primeira porção e a segunda porção, em que a interface elétrica é operável para proporcionar energia a um motor para acionamento do mecanismo de travamento.
14. Acoplador para acoplamento de um braço robótico a uma mesa cirúrgica, caracterizado pelo fato de o acoplador compreender ainda:

uma primeira porção tendo uma primeira extremidade configurada para acoplar a uma mesa cirúrgica, e uma segunda extremidade, a segunda extremidade definindo uma abertura para uma cavidade interior dentro da primeira porção;

uma segunda porção configurada para acoplar a um braço robótico, a segunda porção tendo um suporte configurado para ser recebido dentro da cavidade interior, e transladar ao longo do primeiro eixo da primeira porção para acoplar a segunda porção à primeira porção;

um mecanismo de travamento configurado para restringir o movimento da primeira porção relativa à segunda porção em seis graus de liberdade; e um mecanismo de acionamento configurado para acionar uma operação do mecanismo de travamento.
15. Acoplador, de acordo com a reivindicação 14,

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5/6 caracterizado pelo fato de que o mecanismo de travamento compreende uma pinça rotativamente posicionada dentro da cavidade interior da primeira porção, e o suporte da segunda porção compreende um parafuso de avanço configurado para ser recebido dentro da pinça, em que uma rotação da pinça ao redor do primeiro eixo em uma primeira direção translada o parafuso de avanço ao longo do primeiro eixo em uma direção à pinça para travar a primeira porção à segunda porção, em que uma rotação da pinça ao redor do primeiro eixo em uma segunda direção translada o parafuso de avanço ao longo do primeiro eixo em uma direção distante da pinça para destravar a primeira porção a partir da segunda porção.
16. Acoplador, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de compreender ainda um sensor de conexão configurado para detectar um acoplamento e um desacoplamento entre a primeira porção e a segunda porção.
17. Acoplador, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de travamento compreende uma pinça e um retentor de rolamento de esferas posicionados dentro da cavidade interior da segunda porção, a pinça é operável para girar ao redor do primeiro eixo da primeira porção, e acionar uma translação do retentor de rolamento de esferas ao longo do primeiro eixo em uma direção à pinça para travar a primeira porção à segunda porção.
18. Acoplador, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de travamento compreende um membro de compressão radial disposto ao redor da segunda porção, o membro de compressão radial operável para aplicar uma força radial à segunda porção para travar a segunda porção à primeira porção, e em que o mecanismo de acionamento compreende um manipulo e um parafuso acoplados ao membro de

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6/6 compressão radial em uma primeira configuração, ou um carne acoplado ao membro de compressão radial em uma segunda configuração, o manipulo operável para girar o parafuso na primeira configuração e o carne operável na segunda configuração para variar uma força de compressão radial do membro de compressão radial sobre a segunda porção.
19. Acoplador, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de travamento compreende uma pinça compressível posicionada ao redor de uma superfície externa da segunda porção, a pinça compressível é operável para ser comprimida entre a primeira porção e a segunda porção para formar um acoplamento entre a primeira porção e a segunda porção, e em que a pinça compressível é configurada para proporcionar uma conexão elétrica entre a primeira porção e a segunda porção.
20. Acoplador, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de compreender ainda um alternador acoplado à pinça compressível, o alternador operável para transladar a pinça compressível entre uma posição travada e uma posição destravada.