BRPI0707443B1

BRPI0707443B1 - Sistema cirúrgico robótico para a realização de procedimentos médicos minimamente invasivos

Info

Publication number: BRPI0707443B1
Application number: BRPI0707443-3A
Authority: BR
Inventors: Emilio Ruiz Morales
Original assignee: The European Atomic Energy ( Euratom ), Representada Por, The European Commission
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2019-08-06
Also published as: CN101443162A; JP5130228B2; MX2008010058A; US8506555B2; CA2635136A1; BRPI0707443B8; BRPI0707443A2; EP1815950A1; RU2412800C2; KR20080100212A; CY1111710T1; PL1979136T3; ES2365359T3; CA2635136C; DK1979136T3; EP1979136B1; EP1979136A1; PT1979136E; US20090024142A1; KR101375206B1

Abstract

sistema cirúrgico robótico para a realização de procedimentos médicos minimamente invasivos a presente invenção se refere a um sistema cirúrgico robótico (10) para a realização de procedimentos médicos minimamente invasivos, compreendendo um robô manipulador (14) para um instrumento laparoscópico (18). o manipulador (14) possui um braço de manipulador (26), um pulso de manipulador (28) suportado pelo braço (26), e uma unidade executora (30) suportada pelo pulso (28). o braço de manipulador (26) fornece três graus de liberdade (gdl) para o posicionamento do pulso (28). o pulso fornece dois gdl. a unidade executora (30) compreende um acionador de instrumento laparoscópico (ail: 120; 1120) e fornece um gdl por meio de uma sexta junta de revolução (j6) para ajustar o ângulo de bancagem do ail. o ail compreende um assento (130; 1130) para montar um adaptador de haste de instrumento (300; 1300) na unidade executora (30), e um mecanismo de acionamento (400; 1400) que coopera com o adaptador de haste de instrumento (300; 1300) para acionar um instrumento laparoscópico (18) conectado ao adaptador (300; 1300). a unidade executora (30) compreende um sensor de força/torque com seis gdl e um acelerômetro com seis gdl.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO

Pedido de Patente de Invenção para “SISTEMA CIRÚRGICO ROBÓTICO PARA A REALIZAÇÃO DE PROCEDIMENTOS MÉDICOS MINIMAMENTE INVASIVOS”

Campo da Invenção

A invenção reivindicada se refere ao campo dos equipamentos médicos, e mais particularmente a um sistema cirúrgico robótico para realizar procedimentos minimamente invasivos, em particular procedimentos laparoscópicos.

Fundamentos da Invenção

E bem sabido que, ao contrário da laparotomia, os procedimentos médicos minimamente invasivos têm o benefício de reduzir a quantidade de tecido extrínseco que é danificada durante procedimentos diagnósticos ou cirúrgicos. Isto resulta em um tempo de recuperação mais curto do paciente, menos desconforto com efeitos colaterais deletérios, e menos gastos para a estada no hospital. Hoje em dia, em cirurgias gerais, e nas especialidades em urologia, ginecologia e cardiologia, há um aumento da quantidade de operações cirúrgicas realizadas por procedimentos minimamente invasivos, tais como as técnicas laparoscópicas.

As técnicas minimamente invasivas em geral, e a laparoscopia em particular, de fato apresentam requisitos mais severos para o cirurgião que conduz a operação. O cirurgião opera em uma posição desconfortável e cansativa, com um campo visual limitado, uma liberdade de locomoção reduzida e pouca percepção tátil. A esses problemas adiciona-se o fato de que os cirurgiões com freqüência têm que realizar diversas intervenções consecutivas por dia, cada intervenção durando, por ex., de 30 minutos até várias horas. Apesar dessas dificuldades, a tendência em direção aos procedimentos minimamente invasivos irá provavelmente aumentar

2/61 agudamente nos próximos anos, devido à população envelhecida e à pressão dos custos sobre o campo médico.

Na laparoscopia, exige-se obviamente que o cirurgião seja tão preciso em seus movimentos quanto na laparotomia. A manipulação de instrumentos com longos eixos com a destreza da movimentação reduzida para quatro graus de liberdade em tomo de um fulcro na entrada de acesso do instrumento, isto é, na incisão no corpo do paciente, não alivia essa tarefa. As complicações surgem, entre outras razões, devido ao fato de que a postura requerida é muito cansativa e reduz a percepção já limitada das forças de interação entre o instrumento e os tecidos. Por exemplo, quando o cirurgião fica ao lado do paciente, ele deve erguer e manter estendido um de seus braços para segurar o instrumento inserido no lado oposto do paciente. Em resultado, as capacidades motoras do cirurgião normalmente caem após 20 a 30 minutos, tais como, dentre outras, tremedeira, perda de precisão e perda de sensibilidade tátil, ocorrem junto com os riscos resultantes ao paciente. Em conseqüência, novas tecnologias, tais como a laparoscopia assistida roboticamente, estão surgindo com vista a melhorar a eficiência, qualidade e segurança das intervenções.

Tendo em vista o exposto acima, a laparoscopia assistida roboticamente conheceu progressos significativos desde o início dos anos noventa. Dois sistemas de cirurgia robótica comercialmente disponíveis representativos são o sistema de cirurgia conhecido pela marca ‘DA VINCF desenvolvido pela Intuitive Surgical Inc., Sunnyvale, Califórnia EUA, e o sistema de cirurgia conhecido pela marca ‘‘ZEUS’’ originalmente desenvolvido pela Computer Motion lnc., Goleta, Califórnia EUA. O sistema de cirurgia conhecido pelo nome ‘DA VINCF é descrito por, entre outros, Moll e outros em US 6.659.939; US 6.837.883, e em outros documentos de patente da mesma depositante. O sistema de cirurgia conhecido pelo nome ‘ZEUS é descrito, entre outros, por Wang e outros

3/61 em US 6.102.850; US 5.855.583; US 5.762.458; US 5.515.478 e em outros documentos de patente depositados pela Computer Motion Inc., Goleta, Califórnia EUA.

Esses sistemas robóticos tele-operados permitem o controle de intervenções cirúrgicas diretamente a partir do local da operação ou a partir de um local remoto, utilizando informações visuais em um terminal. Em qualquer caso, a postura cansativa do cirurgião é eliminada.

Ambos esses sistemas são projetados especificamente para cirurgias cardiológicas, onde a anatomia topológica é constante, a área de trabalho é pequena e, portanto, é necessária a movimentação precisa dos instrumentos apenas em um espaço limitado. Para aumentar o alcance e a destreza nesse espaço limitado, uma vasta gama de instrumentos especializados, que fornece um ou mais graus de liberdade adicionais na ponta do instrumento, foi projetada para uso com cada um desses sistemas respectivamente. A respeito desses complexos instrumentos especializados, o seu alto preço e curto tempo de duração devido à esterilização aumentam o gasto total com manutenção. De acordo com cirurgiões experientes em laparoscopia, instrumentos articulados não são essenciais para a maioria dos procedimentos, e o uso de instrumentos convencionais representaria, entre outras vantagens, uma redução significativa dos custos de manutenção.

Objetivo da Invenção

Sendo assim, um objetivo da invenção reivindicada aqui é oferecer um sistema cirúrgico robótico para realizar procedimentos médicos minimamente invasivos, compreendendo um robô manipulador, que é configurado de forma tal que permita o uso de instrumentos laparoscópicos padronizados que tenham sido projetados para procedimentos manuais convencionais.

Descrição Geral da Invenção

4/61

Para atingir esse objetivo, um sistema cirúrgico robótico para realizar procedimentos cirúrgicos minimamente invasivos, compreendendo um robô manipulador para o manuseio roboticamente assistido de um instrumento laparoscópico, o robô manipulador possuindo um braço de manipulador, um pulso de manipulador suportado pelo braço de manipulador, e uma unidade executora suportada pelo pulso de manipulador, é proposto como descrito aqui adiante. De acordo com um aspecto da invenção, o braço de manipulador fornece três graus de liberdade por meio de uma primeira junta, uma segunda junta e uma terceira junta, cada uma possuindo um acionador associado, para posicionar roboticamente o pulso. O pulso de manipulador fornece dois graus de liberdade por meio de uma quarta junta e de uma quinta junta, sendo a quarta e quinta juntas juntas de revolução e possuindo um acionador associado, para ajustar roboticamente, em relação ao braço de manipulador, o ângulo de guinada (yaw) e o ângulo de arfagem (pitch) da unidade executora respectivamente. A unidade executora compreende um acionador de instrumento laparoscópico, e fornece um grau de liberdade por meio de uma sexta junta de revolução, que possui um acionador associado para ajustar roboticamente o ângulo de bancagem (τοίΐ) do acionador de instrumento laparoscópico. Em outras palavras, a sexta junta de revolução acionada permite a rotação não somente do instrumento, mas também de toda a parte acionadora de instrumentos da unidade executora. Além disso, de acordo com um outro aspecto da invenção, o acionador de instrumento laparoscópico compreende um assento, com um mecanismo de acoplamento ou de travamento para montar um adaptador de haste de instrumento na unidade executora, e um mecanismo de acionamento que coopera com o adaptador de haste de instrumento para acionar um instrumento laparoscópico conectado ao adaptador, preferivelmente por acionamento linear. A unidade executora é configurada de forma tal que o

5/61 eixo de rotação da sexta junta de revolução coincida com o eixo longitudinal de um instrumento laparoscópico montado na unidade executora por meio do adaptador de haste de instrumento, e a unidade executora compreende um conjunto de sensores incluindo um sensor de força/torque com seis graus de liberdade (GDL) e um acelerômetro com seis GDL. O conjunto de sensores conecta mecanicamente o acionador de instrumento laparoscópico à sexta junta de revolução. Em outras palavras, o conjunto de sensores é arranjado por entre o acionador de instrumento laparoscópico e o lado de acionamento da sexta junta de revolução de maneira que gire com o acionador de instrumento laparoscópico. Isso permite, entre outras coisas, um modo de operação manual em que todo o acionador de instrumento laparoscópico possa ser posicionado e orientado manualmente, utilizando-se o conjunto de sensores como um dispositivo de entrada que controla o acionamento das seis juntas do robô manipulador.

Em virtude do acionamento robótico com seis GDL para manipular o instrumento, o robô manipulador fornece, no instrumento laparoscópico montado, um nível de possibilidade de manobras comparável ao da mão de um cirurgião, sem requerer quaisquer juntas redundantes. Com o assento e o mecanismo de acoplamento projetados para um adaptador de haste de instrumento, o acionador de instrumento laparoscópico fornece uma interface genérica para uma ampla variedade de instrumentos laparoscópicos convencionais em existência projetados para a laparoscopia manual. Além disso, o conjunto de sensores, arranjado entre o instrumento conectado e a sexta junta do robô manipulador, permite informações precisas sobre as forças em uma interface tátil em um terminal do cirurgião para fornecer ao cirurgião uma percepção sensorial correspondente ao manuseio manual dos instrumentos. Será percebido que o acelerômetro linear e angular é utilizado para compensar a influência de acelerações e da gravidade sobre o sensor de força-torque. Esses recursos

6/61 permitem o uso de instrumentos de tipos convencionais comparativamente baratos (por ex., pinças, bisturis, tesouras, coaguladores, aplicadores de clipes, portadores de agulha, eletrobisturis, ferramentas de sucção/irrigação, etc.) no robô manipulador revelado aqui.

Será percebido que o sistema oferece a possibilidade de manobras necessária com um número mínimo de juntas, isto é, com seis GDL com apenas seis juntas. Nenhuma outra junta redundante são fornecidas para a movimentação do manipulador. Em particular, instrumentos especiais com extremidades distais articuladas não são necessários. Além disso, todas as juntas são acionadas, isto é, nenhuma junta passiva (não acionada) ou de rotação livre está presente no robô manipulador, devido a que o controle robótico é significativamente melhorado. A eliminação de juntas passivas redundantes, que são comumente utilizadas em sistemas conhecidos, por ex., para evitar tensão nos trocares, é obtida, entre outros meios, providenciando-se o conjunto de sensores na interface entre a sexta junta e o acionador de instrumento laparoscópico. Esse arranjo do conjunto de sensores permite a medição das forças e restrição de controle não apenas no nível da ponta do instrumento mas também no nível do trocar. Uma outra particularidade pode ser observada no fato de que as juntas do pulso e da unidade executora são todas rotativas, isto é, juntas não prismáticas são fornecidas nessas peças.

Muitos dos sistemas cirúrgicos robóticos em existência carecem de informação sobre as forças e desse modo tiram do cirurgião a percepção de forças exercidas sobre os tecidos do paciente. Assim, o cirurgião pode confiar apenas nas informações visuais sobre seus movimentos para limitar a interação do instrumento com os tecidos. Com efeito, a informação sobre as forças contribui significativamente para a segurança no uso da robótica para a laparoscopia cirúrgica. Além disso, o sentido tátil é relevante para os órgãos palpitantes, para segurar órgãos

7/61 viscosos com um instrumento que não esteja no campo visual do endoscópio, para aplicar a tensão adequada às suturas e evitar o rompimento dos fios, para detectar forças excessivas aplicadas a órgãos e conseqüentemente cessar ou limitar a movimentação, para limitar as forças aplicadas sobre a incisão do trocar, etc. Em Development of actuated and sensor integrated fórceps for minimally invasive robotic surgery”, por B. Kübler, U. Seibold e G. Hirzinger - Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Computer- and Roboterassistierte Chirurgie (CURAC), 89 de Outubro de 2004, Munique, Alemanha; um sensor de força/torque com seis GDL miniaturizado instalado na ponta do instrumento foi apresentado. Este conceito possui várias desvantagens, dentre as quais os gastos maiores com instrumentos, a falta de robustez com relação à esterilização, e problemas de proteção contra interferências eletromagnéticas quando utilizado junto com instrumentos alimentados eletricamente. Uma outra questão, que não pode ser abordada por sensores instalados na haste do instrumento, é a medição das forças externas aplicadas ao trocar que forma a entrada de acesso do instrumento na incisão dentro do paciente. Com efeito, essas forças desgastam a incisão e podem desprender a ligação do trocar. Assim, às vezes o trocar é sem querer puxado para fora da incisão durante a intervenção. É bem sabido que tal acidente provoca, além de dano ao tecido do paciente, uma perda de pressão de insuflação abdominal e portanto aumenta o tempo de intervenção na medida em que a situação tem que ser remediada. Em virtude do sensor de força/torque na unidade executora, procedimentos automatizados para evitar o destacamento do trocar podem ser implementados.

No artigo “Towards robotic heart surgery: Introduction of autonomuous procedures into an experimental surgical telemanipulator system” por R. Bauemschmitt, E.U. Schirmbeck e outros - Int. J. Medicai Robotics and Computer assisted Surgery, Setembro de 2005 (disponível em

8/61 www.roboticpublications.com), os autores reconhecem a falta de sensação das forças e de funcionalidades de informação sobre as forças como uma grande desvantagem dos sistemas disponíveis atualmente. O sistema descrito nesse artigo compreende um robô industrial ao qual um instrumento da Intuitive Surgical Inc., que fora projetado para o sistema “DA VINCI”, é montado. Para fornecer a sensação das forças, o instrumento é modificado. Ele é equipado com sensores de medição de tensão sobre o eixo do instrumento perto da extremidade distal. Esse sistema, ao contrário do sistema presentemente revelado, permite e medição de forças no plano perpendicular ao eixo do instrumento apenas, e requer o uso de instrumentos especializados caros que tenham sido projetados para sistemas robóticos e ofereçam três graus de liberdade adicionais na extremidade distal.

Um outro aspecto relevante é a versatilidade do sistema de cirurgia robótico. Os sistemas cirúrgicos robóticos existentes são geralmente projetados para um tipo de intervenção específico. Os sistemas “DA VINCI” e “ZEUS”, por exemplo, foram projetados especialmente para cirurgias cardiológicas. Por conseqüência, como mencionado acima, esses sistemas são projetados para instrumentos articulados especiais. Além disso, por causa do espaço de trabalho limitado nas intervenções cardiológicas, a movimentação dos instrumentos é normalmente reduzida por conversão a partir dos comandos do cirurgião na interface tátil desses sistemas. Na cirurgia laparoscópica geral (incluindo e ginecologia e a urologia) o espaço de operação é maior do que na cardiologia, a topologia anatômica é variável (às vezes até mesmo imprevisível), e as propriedades mecânicas dos tecidos e dos órgãos são diversas. Uma área de trabalho maior implica um maior envelope de movimentação de instrumentos e a necessidade de escala de movimentação 1:1. Em resultado, na laparoscopia geral, uma dinâmica de movimentação aumentada é necessária para se

9/61 seguir precisamente o movimento das mãos do cirurgião. A partir de testes experimentais descobriu-se que as mãos do cirurgião produzem altas velocidades em um espaço de trabalho pequeno, e portanto uma aceleração muito elevada. A velocidade pode atingir até 100°/s ao longo dos eixos de fulcro de arfagem (pitch) e de guinada (yaw), e 200 mm/s na direção da penetração. Em escala de 1:1 e nas condições mencionadas, os sistemas acima apresentam vibrações, oscilações e perda de precisão. O robô manipulador, descrito em mais detalhes aqui abaixo, é projetado para reduzir tais problemas e portanto para ser adequado para uma variedade de intervenções.

Uma outra desvantagem relacionada aos instrumentos laparoscópicos articulados é que a tele-operação baseada no controle da ponta do instrumento articulada mostrou ser menos intuitiva do que o esperado por cirurgiões laparoscópicos experientes.

Muitos sistemas em existência têm, além de um manipulador para o endoscópio, apenas dois manipuladores para os instrumentos cirúrgicos em si. Isso resulta em mais tempo de intervenção devido a freqüentes e complexos procedimentos de troca de instrumentos. Em uma intervenção típica, o cirurgião usa de cinco a sete tipos de instrumentos e com freqüência precisa trocá-los por diversas dezenas de vezes. Usualmente, a troca de instrumentos leva de 5 a 10 segundos, dependendo da habilidade do assistente do cirurgião, e essas operações de troca contribuem substancialmente para o tempo total da intervenção (em aproximadamente 10 a 20%). Muitos dos sistemas robóticos existentes não são prontamente adequados para intervenções típicas que requerem de três a quatro entradas de acesso de instrumentos. Outros sistemas são restritos a intervenções de diagnóstico que são normalmente de duração curta (aproximadamente 20 minutos) e freqüentemente não justificam o custo de um sistema de robótica. Idealmente, um sistema de cirurgia robótico deve

10/61 ser modular e ter a capacidade de administrar até quatro entradas de acesso de instrumento e uma entrada de acesso de endoscópio. Uma restrição significativa, relacionada ao projeto de manipuladores adequados, é que as entradas de acesso podem estar distantes entre si por alguns centímetros apenas e os respectivos instrumentos precisam ser posicionados quase paralelos ou um em cima do outro. Além disso, é desejável que os manipuladores não limitem excessivamente a visão do cirurgião sobre o corpo do paciente e as entradas de acesso. O sistema cirúrgico robótico, em virtude de vários outros recursos descritos aqui abaixo e considerados em si inventivos, abordam entre outros estes últimos problemas.

Em uma modalidade preferida do robô manipulador, a unidade executora é configurada de modo tal que um eixo de sensor, por ex. o eixo normal, do sensor de força/torque com seis GDL e um eixo de sensor, por ex. o eixo normal, do acelerômetro com seis GDL coincidem com o eixo de rotação da sexta junta. Esta medida facilita os cálculos para as informações sobre as forças.

Preferivelmente, quando o acionador de instrumento laparoscópico compreende um envoltório com uma superfície de acesso na qual o assento é arranjado e um flange de interface que liga o envoltório ao conjunto de sensores, ele compreende também traves de reforço graduais que conectam a superfície de acesso ao flange de interface para reforçar a rigidez da ligação do envoltório ao flange de interface. Desse modo, os torques e as forças são transmitidos mais precisamente ao conjunto de sensores mesmo se a seção transversal do acionador de instrumento laparoscópico for muito menor do que a da placa de montagem de sensores.

Para uma maior ergonomia, o envoltório é semi-cilíndrico contendo uma superfície substancialmente semi-cilíndrica oposta à superfície de acesso que preferivelmente é substancialmente plana. A superfície semi-cilíndrica está preferivelmente em conformidade com um

11/61 envelope cilíndrico de 50 a 135mm, preferivelmente de aproximadamente 90mm e coaxial ao eixo de rotação da sexta junta. Em tal modalidade, é preferível ainda que o envoltório, o flange, as traves de reforço e o conjunto de sensores tenham suas dimensões projetadas para que se encaixem dentro desse envelope cilíndrico. Além disso, o ressalto adaptado do instrumento é preferivelmente projetado para se encaixar dentro do mesmo envelope quando montado no manipulador.

Em uma configuração preferida, o assento do acionador de instrumento laparoscópico compreende um vão semi-cilíndrico essencialmente alongado arranjado, essencialmente coaxial ao eixo de rotação da sexta junta, em uma superfície de acesso do acionador de instrumento laparoscópico, sendo o assento e o mecanismo de acoplamento ou de travamento configurados para montar e remover um adaptador de haste de instrumento por uma movimentação articulada em tomo do fulcro em um plano que seja essencialmente perpendicular à haste do instrumento, isto é, em direção radial com relação ao eixo de rotação da sexta junta. O vão semi-cilíndrico fornece a auto-centralização do adaptador quando este está conectado. Além disso, essa configuração, combinada com a capacidade de acionar manualmente a sexta junta de revolução e, em condições normais, combinada com um procedimento automatizado para movimentar o instrumento perto da entrada de acesso, permite a instalação e a remoção do instrumento pelos lados e desse modo elimina movimentos de inserção e de extração na direção da penetração com relação ao paciente. Além disso, a ergonomia é melhorada para o assistente do cirurgião e os intervalos de troca de instrumentos são reduzidos em comparação com os sistemas conhecidos.

Em uma modalidade preferida do mecanismo de acoplamento, este último compreende ao menos um dispositivo magnético, por ex., um eletroímã ou um imã permanente, ou uma combinação de ambos, arranjado

12/61 respectivamente em cada lado do vão semi-cilíndrico. Os dispositivos magnéticos, preferivelmente fornecidos e nivelados à superfície de acesso, permitem a fixação de um adaptador de haste de instrumento ao acionador de instrumento laparoscópico por meio de atração magnética. Esse mecanismo de acoplamento reduz o risco de danos a uma cobertura estéril que encubra o acionador de instrumento laparoscópico durante intervenções, uma vez que este não precisa ser esterilizado nesse caso.

Em uma outra modalidade simples e segura que permitem a montagem e remoção instrumentos pelos lados, o assento compreende uma ranhura longitudinal que aprofunda o vão semi-cilíndrico radialmente para receber um meio de acoplamento arranjado lateralmente em um adaptador de haste de instrumento, e sendo que o mecanismo de acoplamento é configurado como um mecanismo de travamento por fecho compreendendo um trinco deslizante arranjado na ranhura longitudinal para se encaixar aos meios de acoplamento. Esse tipo de assento e mecanismo de travamento, em cooperação com os adaptadores correspondentes, fornece uma conexão rápida mecanicamente simples, intuitiva e segura.

Vantajosamente, o mecanismo de acionamento, usado para instrumentos acionados tais como fórceps de captura ou de dissecção, tesouras, etc., compreende um compartimento deslizante configurado para receber por encaixe e para deslizar linearmente um pino deslizante de um adaptador de haste de instrumento montado na unidade executora. Caso o assento seja alongado ao longo do eixo de rotação da sexta junta, o compartimento deslizante é preferivelmente arranjado lateralmente no assento, isto é, no lado do assento ao invés de em prolongamento axial. Desse modo, uma redução do comprimento da unidade executora pode ser obtida. Além disso, o mecanismo de acionamento compreende vantajosamente um sensor de força, que conecta o compartimento

13/61 deslizante a um meio de controle. Tal sensor de força permite a medição de forças exercidas por ou sobre o compartimento deslizante.

Em uma modalidade preferida, o acionador de instrumento laparoscópico compreende ainda um detector de presença para detectar se um adaptador de haste de instrumento está corretamente montado na unidade executora. Preferivelmente, o acionador de instrumento laparoscópico compreende uma pluralidade de sensores de presença indutores para identificar um instrumento montado na unidade executora por meio de um padrão material indutoramente identificável fornecido no adaptador de haste de instrumento.

Em uma modalidade preferida, o sistema cirúrgico robótico é configurado para operar em um modo manual, no qual o acionador de instrumento laparoscópico pode ser posicionado e orientado pelo robô manipulador utilizando-se informações lidas pelo sensor de força/torque com seis GDL do conjunto de sensores, e compreende ainda meios comutadores arranjados para transferir o sistema para esse modo manual.

Um outro aspecto da invenção reivindicada diz respeito ao adaptador de haste de instrumento mencionado anteriormente para montar uma haste de qualquer instrumento laparoscópico manual disponível em um robô manipulador em um sistema cirúrgico robótico como descrito aqui. Esse adaptador compreende um estojo alongado que possui um conector de haste arranjado em uma extremidade frontal e um membro ou meios de acoplamento arranjados lateralmente no estojo. O conector de haste coopera com uma entrada da haste de um instrumento laparoscópico manual e é configurado para uma conexão destacável a esta. Os meios de acoplamento por sua vez cooperam com o assento do acionador de instrumento laparoscópico do robô manipulador.

Para as intervenções manuais, muitos instrumentos laparoscópicos diferentes estão disponíveis para uma variedade de usos. A

14/61 maioria desses instrumentos pode ser separada em uma porção de cabo, que é feita para ser manipulada pelo cirurgião, e uma porção de haste, ou seja, o tubo ou eixo laparoscópico alongado com o próprio instrumento em uma extremidade e uma entrada de conector ligada ao cabo na extremidade oposta. Fornecido com um conector correspondente, o adaptador como revelado aqui permite o uso de qualquer tipo de porção de haste de tais instrumentos em um robô manipulador como descrito acima. O adaptador tem um projeto muito simples, barato e robusto. Assim, quando combinado com instrumentos convencionais comparativamente baratos, o adaptador de haste de instrumento reduz os custos de compra e de manutenção das ferramentas médicas a serem utilizadas em combinação com o sistema robótico acima.

Em uma modalidade preferida do adaptador de haste, seus meios de acoplamento compreendem uma superfície semi-cilíndrica ou, alternativamente, o estojo inteiro pode ter um formato essencialmente cilíndrico, possivelmente com uma extremidade arredondada oposta ao conector de haste. Em ambos os casos, o formato ou a superfície é conformado ao vão semi-cilíndrico anteriormente mencionado do assento no acionador de instrumento laparoscópico do robô manipulador. Isto permite a centralização do adaptador de haste de instrumento sobre o eixo de rotação da sexta junta.

Para instrumentos laparoscópicos com uma barra de acionamento, por ex., fórceps de remoção ou de dissecção, tesouras, etc., o adaptador de haste de instrumento laparoscópico compreende preferivelmente um espaço cilíndrico interno como uma guia para um pistão de um instrumento laparoscópico manual, que pode ser arranjado para deslizar dentro da guia. Ele ainda compreende preferivelmente um furo através dele para um pino deslizante ligado transversalmente ao pistão e que se projeta a partir do estojo para operar o pistão. O pino deslizante é

15/61 configurado para se encaixar em um compartimento deslizante do acionador de instrumento laparoscópico e o pistão coopera com uma barra de acionamento interna de um instrumento laparoscópico conectado ao adaptador para operar a ferramenta na ponta do instrumento laparoscópico. Essa configuração do adaptador e o acionador de instrumento laparoscópico correspondente fornecem uma transmissão de movimentos simples e segura e ainda elimina outras etapas manuais para estabelecer a transmissão de movimento ao se instalar ou remover um instrumento na unidade executora. Em virtude do projeto do adaptador e do acoplamento correspondente ao robô manipulador, o intervalo de troca de instrumentos é reduzido, o que contribui para reduzir o tempo total da intervenção.

Para fixar o adaptador de haste de instrumento ao acionador de instrumento laparoscópico por meio de atração magnética produzida pelos dispositivos magnéticos, é preferível que os meios de acoplamento compreendam ao menos um elemento ferromagnético arranjado em cada lado do estojo, os elementos ferromagnéticos cooperando respectivamente com um dispositivo magnético correspondente do mecanismo de acoplamento no acionador de instrumento laparoscópico. Nesta modalidade, o adaptador de haste de instrumento preferivelmente compreende ainda uma alavanca para desprender o adaptador do acionador de instrumento laparoscópico.

Para permitir a identificação de um instrumento utilizando-se os sensores de presença indutores acima mencionados, o adaptador pode compreender um padrão indutoramente identificável fornecido na haste do instrumento. Além disso, o adaptador pode compreender um conector elétrico arranjado opostamente aos referidos meios de acoplamento para transmitir potência elétrica para um instrumento conectado ao referido conector de haste.

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Breve Descrição dos Desenhos

Os aspectos acima assim como outros aspectos inventivos e objetivos da presente divulgação ficarão mais aparentes a partir da descrição a seguir de uma modalidade não limitativa com referência aos desenhos anexos, nos quais:

A Fig. 1 é uma vista em perspectiva de um sistema cirúrgico robótico para a laparoscopia cirúrgica genérica em um palco de operação com três manipuladores de robô colocados em volta de uma mesa de operação sobre a qual um paciente está deitado;

A Fig. 2 é uma vista em perspectiva de um sistema cirúrgico robótico para a laparoscopia cirúrgica genérica com cinco manipuladores de robô;

A Fig. 3 é uma vista em perspectiva de um robô manipulador do sistema cirúrgico robótico da Fig. 1 e da Fig. 2 mostrando os sistemas de coordenadas principais;

A Fig. 4 é uma vista em perspectiva do robô manipulador da Fig. 3, parcialmente desmontado em suas partes principais;

A Fig. 5 é um diagrama esquemático da configuração cinemática do robô manipulador da Fig. 3 incluindo as juntas J1 a J6;

A Fig. 6 é uma vista superior de um sistema de cirurgia robótico com cinco manipuladores de robô, ilustrando caixas de detecção de colisão em 2D envolvendo componentes manipuladores;

A Fig. 7 é uma vista em perspectiva da base do robô manipulador da Fig. 3;

A Fig. 8 é uma vista superior de um sistema cirúrgico robótico mostrando uma detecção em 2D baseada em laser para detectar a proximidade de um assistente de cirurgião em relação a um robô manipulador;

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A Fig. 9 é uma vista em perspectiva dos componentes internos das juntas Jl, J2 e J3 do robô manipulador da Fig. 3;

A Fig. 10 é uma vista em perspectiva dos componentes internos da junta J2 do robô manipulador da Fig. 3;

A Fig. 11 é uma primeira vista em perspectiva de componentes internos do pulso de manipulador que inclui as juntas J4 e J5;

A Fig. 12 é uma segunda vista em perspectiva de componentes internos do pulso de manipulador que inclui as juntas J4 e J5;

A Fig. 13 é uma terceira vista em perspectiva de componentes internos do pulso de manipulador que inclui as juntas J4 e J5;

A Fig. 14 é uma vista em perspectiva mostrando uma unidade executora do robô manipulador da Fig. 3 e um instrumento adaptado para que seja conectado à unidade executora;

A Fig. 15 é uma vista em perspectiva dos componentes internos principais da unidade executora da Fig. 14;

A Fig. 16 é uma vista em perspectiva do referencial de um fulcro;

A Fig. 17 é uma vista em perspectiva de um adaptador de haste de instrumento (AHI) e uma haste de instrumento correspondente;

A Fig. 18 é uma vista em perspectiva ampliada de um acionador de instrumento laparoscópico (AIL) como mostrado na Fig. 14;

A Fig. 19 é uma vista em perspectiva de um conjunto de controle no AIL da Fig. 18;

A Fig. 20 é uma vista em perspectiva a partir de baixo mostrando mais componentes internos do AIL mostrado na Fig. 18;

A Fig. 21 é uma vista em perspectiva a partir de cima mostrando mais componentes internos do AIL mostrado na Fig. 18;

A Fig. 22 é uma vista em perspectiva mostrando um mecanismo de acionamento utilizado no AIL mostrado na Fig. 18;

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A Fig. 23 é uma vista em perspectiva de um robô manipulador de acordo com a Fig. 3 que possui um pulso de manipulador modificado;

A Fig. 24 é uma vista em perspectiva de um sistema cirúrgico robótico para a laparoscopia genérica com quatro manipuladores de robô de acordo com a Fig. 23 e um robô manipulador de acordo com a Fig. 3;

A Fig. 25 é uma vista em perspectiva de uma modalidade alternativa de um acionador de instrumento laparoscópico (AIL) para uso na unidade executora mostrada na Fig. 14;

A Fig. 26 é uma vista em perspectiva do AIL da Fig. 24 com uma modalidade alternativa de um adaptador de haste de instrumento (AHI) conectado ao AIL;

A Fig. 27 é uma vista em perspectiva de um conjunto de controle alternativo utilizado no AIL da Fig. 24;

A Fig. 28 é uma outra vista em perspectiva do AHI mostrado na Fig. 26;

A Fig. 29 é uma vista em perspectiva parcialmente desmontada do AHI mostrado na Fig. 26 e na Fig. 28; e

A Fig. 30 é uma vista em perspectiva parcialmente vazada do AHI mostrado na Fig. 26 e na Fig. 28 com um instrumento diferente conectado ao adaptador.

Nesses desenhos, números de referência idênticos são utilizados para identificar as partes idênticas.

Descrição Detalhada com Relação às Figuras

A Fig. 1 mostra um sistema cirúrgico robótico para a laparoscopia genérica, geralmente identificado pelo número de referência 10. Um paciente P coberto por um lençol estéril está deitado sobre uma mesa de operação 12 em volta da qual uma pluralidade de manipuladores de robô 14 está disposta. No exemplo da Fig. 1, o sistema cirúrgico robótico 10 é ajustado para uma intervenção na área pélvica. Um cirurgião

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C opera um terminal de comando cirúrgico 15 e um assistente de cirurgião A está em pé perto da mesa de operação 12 e perto de uma mesinha 16 com um conjunto de instrumentos laparoscópicos adaptados 18. Os manipuladores de robô 14 são projetados para posicionar e para orientar uma unidade executora que suporta e possivelmente aciona várias espécies de instrumentos laparoscópicos 18. Durante a operação, os manipuladores de robô 14 são tele-operados por um ou mais cirurgiões C através de um ou mais terminais de comando cirúrgicos 15 que estão conectados a uma unidade de controle (não mostrada). Como será notado, o sistema cirúrgico robótico 10 é modular e configurável de acordo com o tipo da intervenção cirúrgica, geralmente com até cinco manipuladores e normalmente com uma configuração mínima de dois manipuladores. Uma configuração de um sistema cirúrgico robótico 10’ com cinco manipuladores 14 é mostrada, por exemplo, na Fig. 2. O sistema 10 mostrado na Fig. 1 é equipado com telêmetros de laser 22 localizados na base de cada robô manipulador 14. Os telêmetros de laser 22 são utilizados para a segurança do pessoal da assistência cirúrgica no palco de operação.

A Fig. 3 é uma vista tridimensional de um robô manipulador 14 que forma uma unidade mecânica do sistema de cirurgia robótico 10. O robô manipulador 14 é montado sobre uma base 24, que é acoplável ao chão do palco de operação e móvel quando não acoplada. Três sistemas de coordenadas são também mostrados na Fig. 3, isto é, o sistema de coordenada da Base, do Flange de Ferramenta (FF) e da Ponta de Instrumento Laparoscópico (PIL). Como visto na Fig. 3, o robô manipulador 14 compreende um braço de manipulador 26 e um pulso de manipulador 28.

Na Fig. 4, as partes principais do robô manipulador 14 são mostradas. O braço 26 tem uma parte essencialmente vertical 27 e uma parte essencialmente horizontal 29. A primeira extremidade do braço 26 na

20/61 parte vertical 27 deve ser ligada à base 24 enquanto que o pulso 28 deve ser ligado à segunda extremidade do braço 26, ou seja, a extremidade da parte horizontal 29. Uma unidade executora 30 para instrumentos laparoscópicos adaptados 18 deve ser conectada a um flange de ferramenta 32 do pulso 28. Como indicado pelas setas na Fig. 3, o braço 26 tem três graus de liberdade (GDL) e o pulso 28 tem dois GDL. Sendo assim, o robô manipulador 14 é basicamente um robô manipulador com cinco GDL. Um GDL auxiliar para fazer girar o instrumento laparoscópico 18 montado na unidade executora 30 em tomo de seu eixo longitudinal é fornecido pela unidade executora 30. O arranjo dos GDL do robô manipulador 14 e da unidade executora 30 ficará mais aparente a partir da descrição da Fig. 5 a seguir.

Como mais bem visto no modelo geométrico da Fig. 5, o braço 26 é articulado na base 24 por meio de uma primeira junta J1 que é uma junta deslizante prismática (P) (ou junta de translação retilínea). A primeira junta J1 é conectada à base 24 por meio de um elo de base E0 e fornece um GDL translativo ao longo de um eixo essencialmente vertical. A primeira junta J1 assim permite o posicionamento vertical do primeiro elo essencialmente vertical El e dos componentes subseqüentes ligados a este em relação à base 24 e ao elo E0. Em outras palavras, a junta J1 define a altura da parte vertical 27. Uma segunda junta J2, que é uma junta de revolução (R), conecta o primeiro elo El a um segundo elo essencialmente horizontal E2 do braço 26. O eixo de rotação da junta de revolução J2 é essencialmente vertical. A junta J2 permite o ajuste do ângulo relativo entre o elo E2 e sua posição angular inicial em um plano horizontal. Uma terceira junta de deslizamento prismática (P) J3 conecta o elo E2 a um terceiro elo essencialmente horizontal E3. A junta (P) J3 fornece um grau de liberdade translativo ao longo de um eixo essencialmente horizontal e permite que se ajuste o alcance ou a extensão do braço 26, mais precisamente da parte horizontal 29, por deslocamento horizontal do elo E3

21/61 em relação ao elo E2. Os elos E2 e E3 juntamente com a junta (P) J3 formam uma lança de alçamento ou jib extensível essencialmente horizontal do robô manipulador 14.

Com duas juntas (P) e uma junta (R) arranjadas como visto na Fig. 5, o braço 26 tem um GDL rotacional em tomo de um eixo essencialmente vertical, e dois GDL translativos associados ao longo de dois eixos perpendiculares. Desta forma, o braço 26 do robô manipulador 14 tem configuração cilíndrica, isto é, a configuração cinemática do manipulador 14 pertence à classe dos robôs cilíndricos de PRP (PrismáticaRevolução-Prismática). Mais precisamente, cada junta dentre as primeiras três Jl, J2 e J3 corresponde respectivamente a uma coordenada cilíndrica (ζ, Θ, r): sendo z a coordenada da elevação (ou altura), sendo Θ a coordenada rotacional (ou azimutal), e sendo r a coordenada do alongamento radial (ou raio).

Como visto ainda na Fig. 5, o pulso 28 compreende duas juntas de revolução J4, J5, e a unidade executora 30 inclui uma junta de revolução J6. As juntas de revolução J2, J4, J5 e J6 definem respectivamente a orientação de um instrumento laparoscópico adaptado 18 ligado à unidade executora 30. A junta de revolução J4 conecta o elo E3 ao elo E4 e permite o giro do elo E4 com as partes subseqüentes, em tomo de um eixo essencialmente vertical que seja paralelo ao eixo de rotação da junta J2. Assim, a junta de revolução J4 permite o ajuste do ângulo de guinada (yaw) da unidade executora 30, em combinação com o próprio ajuste da junta J2. Deve ser observado que o eixo de rotação da junta de revolução J4 é co-planar com o plano formado pelo eixo de rotação da junta de revolução J2 e pelo eixo de translação da junta prismática J3. A junta de revolução J5 conecta o elo E4 ao flange de ferramenta 32 e permite o giro do flange de ferramenta 32 com as partes subseqüentes ao longo de um eixo essencialmente horizontal perpendicular ao eixo de rotação da

22/61 junta J4. Assim, a junta de revolução J5 permite o ajuste do ângulo de arfagem (pitch) da unidade executora 30. A unidade executora 30 é conectada ao flange de ferramenta 32 através de um elo E5. O eixo de rotação da junta de revolução J6 é substancialmente perpendicular ao eixo de rotação da junta J5 e conecta o elo E5 ao elo E6. O eixo de rotação da junta de revolução J6 é alinhado com o elo E6 e define o ângulo relativo do elo E6 em relação à sua posição angular inicial. Um instrumento laparoscópico adaptado 18 é conectado ao elo E6. O instrumento 18, representado pelo elo E7, é alinhado com o elo E6. O ponto de extremidade do elo E7 representa a ponta de instrumento 17.

A configuração cinemática PRP cilíndrica do manipulador 26 tem várias vantagens, dentre as quais:

o um espaço contido relativamente pequeno ocupado pela estrutura do manipulador acima da mesa de operação;

o o fato de que a base do manipulador fica a uma distância da mesa de operação (devido a um afastamento mínimo de elos da parte horizontal 29, de 800 mm) suficiente para facilitar o acesso do cirurgião à mesa de operação e a transferência do paciente da/para a mesa de operação;

o computação fácil e rápida de detecção de colisão entre manipuladores.

Esses e outros aspectos ficarão mais aparentes a partir dos parágrafos que seguem.

Uma vantagem resultante da configuração PRP escolhida do braço de robô manipulador 26 é a simplificação da computação de detecção de colisão entre uma pluralidade de manipuladores 14 arranjados em espaços de trabalho que se interceptam em volta da mesa de operação 12 (Figs. 1 e 2). Devido à configuração cilíndrica, o robô manipulador 14 pode ser aproximado com simples recursos de geometria plana em um plano horizontal bidimensional (2-D). Como se vê melhor na Fig. 6, os elos

23/61 mecânicos do braço 26 podem ser envolvidos por um retângulo de comprimento e orientação variáveis correspondendo respectivamente à (J3 + E2 + E3) e à J2; a largura do envelope retangular é dada pela geometria mecânica dos elos mais uma margem, que depende, por exemplo, do espaço necessário para frear o robô a partir da velocidade máxima até mais um limite de segurança. A margem de cada lado dos envelopes retangulares pode ser dinamicamente moldada de acordo com a direção e a velocidade do movimento, por ex., quanto mais alta for a velocidade na direção do lado de um envelope, maior será a margem para este lado do envelope. O pulso 28 é aproximado por um retângulo que envolve o corpo do elo E4 e parte do elo E5, e tem uma orientação plana variável dada pela atual posição angular da junta J4. De forma semelhante, a unidade executora 30 pode ser aproximada por um retângulo que envolva sua projeção no plano horizontal 2-D onde o ângulo da projeção corresponder à posição angular atual da junta J5. O mesmo princípio se aplica à haste do instrumento 18 conectada à unidade executora 30. Tais recursos geométricos bidimensionais simples permitem que sejam estabelecidos algoritmos simples e eficazes para a detecção de colisões com base na interseção de suas linhas. Em um primeiro estágio, o método de detecção de colisão consiste em verificar uma colisão na projeção horizontal 2-D. Somente quando qualquer uma dessas figuras 2-D colidirem com uma figura de um robô manipulador 14 diferente, um risco efetivo de colisão real será subseqüentemente verificado incluindo-se a terceira dimensão. Como será notado, os cálculos em 3-D portanto só precisam ser feitos para os lados interceptados das partes dos manipuladores de robô 14. Nesse cálculo em 3-D simplificado, as partes visadas são envolvidas, por exemplo, com um modelo de base triangular. Em resultado, algoritmos rápidos de detecção de interseção podem ser facilmente implementados, como, por ex., aqueles propostos em Fast Triangle-Triangle Intersection Test” por Moller,

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Journal of Graphics Tools, 2(2), 1997. Na prática, a detecção de colisões entre as hastes dos instrumentos 18 é relevante especialmente para proteger o endoscópio de instrumentos alimentados por corrente elétrica.

Para um resultado preciso da detecção de colisões entre manipuladores de robô 14, a posição e a orientação de todos os manipuladores de robô 14 em relação a um sistema de coordenadas comum de referência são determinadas através de um procedimento de calibração após o posicionamento dos manipuladores 14 no palco de operação. Do ponto de visto funcional, após a detecção de um risco de colisão, o sistema de controle deve interromper os manipuladores envolvidos 14 e alertar o cirurgião C através da exibição das informações apropriadas e/ou da apresentação de uma força repulsiva no terminal de controle 15. O cirurgião C poderá então obter a recuperação de forma simples teleoperando um dos manipuladores em uma direção segura. Em um melhoramento adicional, vários níveis de segurança para colisões são implementados utilizando-se ao menos dois envelopes com margens diferentes para cada um dos grupos de partes, por ex., braço 26, pulso 28, unidade executora 30 e/ou instrumento 18. Após a detecção de um risco de colisão com o envelope mais protuberante, um movimento comandado pelo cirurgião C na direção da colisão é abruptamente reduzido em função da penetração na área de margem.

Uma outra vantagem com relação à configuração do braço 26 está relacionada ao nível de controle dos acionadores associados às juntas Jl, J2, J3. Em comparação com outras classes de robôs (por ex., robôs esféricos ou articulados), e como resultado da configuração do braço, o controle desses acionadores é melhorado porque Jl, J2, J3 e J4 não estão sujeitas a cargas gravitacionais variáveis, e porque Jl, J3 e J5 não têm cargas inertes variáveis. Isso permite uma otimização simplificada das malhas (loops) de controle (por ex., PID com feed-forward), e que sejam

25/61 obtidos erros (pg. 17). Além das vantagens apresentadas, o projeto mecânico deve considerar uma estrutura rígida porém leve para os elos E2 e E3, e limitar suas deflexões e oscilações caso a junta J1 e/ou J2 executem movimentos abruptos.

Mais duas vantagens que resultam da geometria do robô manipulador 14 devem ser observadas. Primeiro, com a base de manipulador 24 localizada a uma distância suficiente da mesa de operação 12 (por ex., ao menos 600mm distante) e o braço 26 projetado de maneira que possa ser movimentado com a mão em tomo da junta J2 (com os freios soltos) até uma posição de parada, o cirurgião C pode acessar pronta e rapidamente a mesa de operação 12 para tarefas manuais como a insuflação, remoção de órgãos anatômicos, suturação final, etc. Além disso, a transferência do paciente P para ou a partir da mesa de operação 12 é possível rapidamente. Em segundo, em comparação com uma geometria SCARA utilizada, por ex., no braço de manipulador conhecido pelo nome comercial ZEUS, possuindo uma junta de rotação de cotovelo que conecta dois elos co-planares de comprimentos semelhantes para atingir uma certa localização horizontal, a configuração cilíndrica do manipulador 14 tem uma única junta de alongamento radial J3 que reduz consideravelmente o espaço tomado para se posicionar o pulso 28 acima do corpo do paciente P. Como mostrado na Fig. 2, esse recurso permite que cinco manipuladores 14 ou mais sejam posicionados na mesa de operação 12 desde que as dimensões do pulso e da unidade executora sejam suficientemente pequenas, ou seja, ocupem um espaço suficientemente compacto no espaço de trabalho disponível acima do corpo do paciente.

Nos parágrafos a seguir será dada uma descrição mais detalhada da construção do robô manipulador 14 com referência às Figs. 7 a 15.

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A Fig. 7 mostra várias características da base 24. A base 24 inclui uma placa de base principal 40 e é arranjada como uma estrutura móvel por meio de quatro rodinhas 42 instaladas em aberturas nos cantos da placa principal 40. Cada rodinha 42 é envolvida por uma cobertura 43 com uma abertura para o acesso a uma manivela para projetar ou retrair as rodinhas 42. Quando as rodinhas 42 estão retraídas, a base 24 repousa estável sobre o chão do palco de operação por meio de suportes acolchoados (não mostrados) das rodinhas 42. Após a projeção das rodinhas 42, a base 24 incluindo o robô manipulador 14 pode ser 10 movimentada com a mão. Em um projeto diferente, a base 24 pode ser armada sobre um eixo de trilho linear móvel ou fixo ou sobre um carrinho projetado para suportar diversas bases 24 e os manipuladores 14 associados. A placa de base principal 40 é projetada de modo tal que possa ser fixa ao chão caso necessário, por ex., aparafusada utilizando-se furos 15 44, para dar uma estabilidade adicional ao robô manipulador 14. O robô manipulador 14 é ligado à base 24 através de parafusos em furos espiralados 45. Na placa de base 40, diversos furos de alta precisão 46 são aprontados. Os furos 46 servem para sustentar refletores de calibração ópticos que são utilizados para determinar a posição e a orientação da base 20 24 por meio de um sistema de medição óptico, como descrito em “Robot

Calibration”, de R. Bemhardt e S. Albright, Ed. Chapman & Hall, 1993. Deve-se notar que o robô manipulador 14 é calibrado durante os procedimentos de especificação de fábrica para determinar com precisão seu modelo geométrico. Além disso, a base compreende uma cobertura 48 25 para a fonte de alimentação e servo-amplificadores de motores sem escovas, dispositivos de acondicionamento de sinais, meios para o processamento local de sensores montados no braço, e canais de comunicação com uma unidade de controle de sistema remota. Como mostrado na Fig. 1 e mais bem visto na Fig. 8, um telêmetro a laser 2-D 22

27/61 é instalado na base 24, mais precisamente sobre a cobertura 48, para permitir a detecção de invasão, por ex., por um assistente A, dentro de um perímetro de segurança em volta dos elos E2 e E3.

Deve-se observar que geralmente dois tipos diferentes de manipuladores de robô 14 são utilizados no sistema cirúrgico robótico 10. Embora os dois tipos de manipuladores de robô 14 possuam essencialmente a mesma geometria e configuração PRP cinemática do braço 26, o primeiro tipo é preferivelmente arranjado especificamente para lidar com um endoscópio utilizado para visualização, enquanto que o segundo tipo é arranjado para lidar com qualquer uma dentre as várias espécies de instrumentos laparoscópicos adaptados 18 utilizados para a operação em si. Para a laparoscopia, normalmente um robô manipulador 14 do primeiro tipo é utilizado enquanto diversos manipuladores de robô 14 do segundo tipo são utilizados. No sistema cirúrgico robótico 10, as principais diferenças entre esses dois tipos de manipuladores de robô são:

o o percurso da junta J3 é mais longo para um manipulador de endoscópio (aproximadamente 750 mm) porque requer uma rotação de 360° em tomo de sua entrada de acesso (usualmente para propósitos de exploração).

o o percurso da junta J4 é infinito para um manipulador de endoscópio porque requer uma rotação de 360° em tomo da entrada de acesso. Isso é permitido pelo uso de um coletor de sinal no eixo da J4.

o a junta J6 não é necessária para o manipulador de endoscópio, isto é, o endoscópio pode ser fixado diretamente à junta J5.

o a unidade executora 30 de um manipulador de endoscópio consiste normalmente no endoscópio e em um sensor de força/torque para detectar forças extras.

o os requisitos de velocidade/aceleração para todas as juntas são mais baixos por minuto. 60% para um manipulador de

28/61 endoscópio porque este requer capacidade de posicionamento somente para o endoscópio.

Levando-se em conta essas diferenças, a presente descrição é focalizada no segundo tipo de robô manipulador 14, uma vez que este possui os requisitos de projeto mais severos.

Referindo-se à Fig. 9, detalhes a respeito da configuração das juntas J1 a J3 do braço de manipulador 26, incluindo seus respectivos acionadores, são dados abaixo.

Como acionador linear associado, a junta (P) J1 para a elevação do braço compreende um eixo linear de fuso de esfera 50 (por exemplo, um modelo adequado da série ET produzida por Parker Hannifin, Electromechanical Division, Offenburg, Germany & Poole, Reino Unido). O eixo linear de fuso de esfera 50 é acionado por um servo-motor sem escovas 51 equipado com um codificador de posição de motor diferencial e com um freio. O eixo linear 50 é adicionalmente fornecido com um sensor adicional de posição linear absoluta (não mostrado) no estágio de saída (outpuf), com interruptores de limite e com um pára-choque mecânico de fim de trajetória (não mostrado). Uma guia vertical linear 52 é operativamente associada ao eixo linear 50 para assegurar a linearidade do eixo e rigidez de torção. O eixo linear 50 é ligado aos suportes 53 para armar o braço 26 na base 24. Fios de sinal e potência são guiados em um canal de fios vertical (não mostrado) dentro da cobertura da junta J1. Uma cobertura externa 54 envolve os componentes da junta J1 prismática (P) como mais bem visto na Fig. 3. Com relação ao conjunto acionador da junta Jl, pode-se observar que a razão de redução motor/carga é ajustada de modo a prevenir uma queda indesejável da parte horizontal 29 também quando o freio do motor estiver solto ou quando o servo-motor 51 não estiver sendo energizado. Além disso, um botão de parada de emergência (não mostrado) é posto sobre a cobertura externa 54, e serve para parar a

29/61 movimentação de todas as juntas do robô em caso de emergência. Como se vê na Fig. 9, os componentes anteriormente mencionados do braço de manipulador 26 constituem sua parte essencialmente vertical 27.

A Fig. 9 também mostra a junta J2 (R) que forma a articulação do ombro do braço 26. Como melhor visto na Fig. 10, a junta J2 compreende uma montagem de um servo-motor sem escovas 61 enfileirado com uma engrenagem 62 do tipo Harmonic Drive® para controlar a carga. O motor sem escovas 61 é equipado com um codificador de posicionamento e com um freio à prova de falhas. Além disso, o conjunto acionador compreende um sensor de posição rotativa absoluta 65, que é controlado por uma correia 66 conectada ao estágio de saída da engrenagem 62, e um pára-choque mecânicos de fim de trajetória e interruptores de limite (não mostrados). Um interruptor de chave (não mostrado) é fornecido na cobertura 64, o que permite a liberação dos freios das juntas J2, J3, J4, J5 e J6 quando seus respectivos motores não estiverem sendo alimentados. Isso permite a movimentação do braço 26 e da unidade executora 30 com a mão para uma posição de parada. Os cabos de sinais e de energia debaixo das juntas J3 a J6 e da unidade executora 30 são conduzidos de J3 para J1 através de um conduto de cabos (não mostrado) que passa por dentro da cobertura 64. Altemativamente, tais cabos poderíam ser guiados, por exemplo, através do eixo vazado de uma montagem de motor e engrenagens adaptada.

A Fig. 9 também mostra o projeto da parte horizontal 29 do braço 26, incluindo a junta (P) J3 para o ajuste da extensão radial, ou seja, do alcance da parte horizontal 29. A junta J3 compreende um eixo de cilindro linear 70, por ex., um eixo linear de fuso de esfera, como acionador linear associado. Por exemplo, um acionador modelo ET produzido pela empresa mencionada anteriormente, controlado por um servo-motor sem escovas 71 equipado com um codificador de posição de motor e com um

30/61 freio à prova de falhas é utilizado. A barra do eixo de cilindro linear 70 movimenta uma viga 72 que é configurada como um tubo retangular e montada sobre os carrinhos de uma guia linear 73. Essa construção permite a redução da deflexão linear. O eixo de cilindro linear 70 é fornecido adicionalmente com um sensor de posição linear adicional no estágio de saída, com interruptores de limite e com pára-choques mecânicos de fim de corrida (não mostrados). Linhas de sinal e de energia são guiadas em uma corrente de cabos posta horizontalmente. Uma cobertura 74 é fixada às partes que formam o segundo elo E2 e envolve os componentes da junta (P) J3, em particular o acionador linear 70 e a guia linear 73. Como visto na Fig. 9, a viga 72, que forma parte do elo E3, é configurada para se encurtar ou estender respectivamente para dentro e para fora da cobertura 74. O braço 26 é portanto fornecido com uma parte horizontal 29 que se estreita em uma extremidade que requer apenas uma quantidade limitada de espaço acima do paciente P. Além disso, lâmpadas são preferivelmente fornecidas no topo da parte de trás da cobertura 74 para indicar visualmente o estado de ligação e ativação.

Com referência às Figs. 11 a 13, a construção do pulso 28 e mais particularmente das juntas J4 e J5 será detalhada abaixo.

O projeto mecânico e de acionamento da junta (R) J4 mostrado nas Figs. 11 a 13 compreende uma placa de suporte 80 na qual um servomo tor sem escovas 81 é montado verticalmente. O servo-motor 81 é fornecido com um codificador de posição 82 e um sensor de Hall sobre o eixo do motor. Como o servo-motor 81, um modelo adequado da série EC de motores da MAXON MOTOR A.G., Sachseln, Suíça é utilizado, por exemplo. A junta (R) J4 compreende ainda um mecanismo de transmissão através de uma engrenagem 83 acoplada ao servo-motor 81 e através de um sistema de correia transportadora 84 e polia 85 para controlar uma polia de eixo de carga 86 que é acoplada a um flange de conexão 87. Um sensor

31/61 adicional absoluto de uma espira 88 é conectado a uma polia 89, que também é controlada pela correia transportadora 84, e presa ao lado de baixo da placa de suporte 80. Para passar cabos facilmente da junta J5 para a junta J4, o conjunto que compreende a polia de eixo de carga 86 e o flange de conexão 87 possui um eixo vazado e uma janela lateral no flange de conexão 87. A placa de suporte 80 é rigidamente fixa à vida 72 por meio de duas placas de montagem 90. Como visto na Fig. 14, uma cobertura 92 serve para proteger as partes da junta J4. Dentro da cobertura, os cabos vindos da unidade executora 30, das juntas J5 e J4 são fornecidos com conectores para tomar o pulso 28 destacável por propósitos de manutenção. Um botão de parada de emergência é fornecido sobre a cobertura 92 da junta J4. Um freio à prova de falhas é preferivelmente montado sobre o eixo do servo-motor 81. Para reduzir o afastamento lateral Ol, que poderia constituir um fator limitativo em uma configuração de múltiplos robôs, o motor pode ser alinhado também com os eixos da polia de eixo de carga 86 e o sensor 88. Nesse caso, a placa de suporte 80 tem preferivelmente uma borda arredondada em volta da polia de eixo de carga 86.

O projeto mecânico e de acionamento da junta (R) J5 é também mostrado em mais detalhes nas Figs. 11 a 13. Um membro de suporte essencialmente em forma de L 100 liga a junta J5 à junta J4, com uma porção horizontal conectada à junta J4 e uma porção vertical como suporte fixo para a junta J5. Ele compreende um servo-motor sem escovas 101, por exemplo, um motor modelo EC da MAXON MOTOR A.G. adequado, com um codificador de posição 102 e um sensor de Hall sobre o eixo do motor. Como visto na Fig. 13, o servo-motor 101 é montado transversalmente sobre o membro de suporte 100. Como visto nas Figs. 12 e 13, a junta (R) J5 compreende ainda um mecanismo de transmissão através de uma engrenagem 103 acoplado ao motor e de um sistema de correia transportadora 104 e polia 105 para controlar uma polia de eixo de

32/61 carga 106. Um sensor absoluto adicional de espira única 108 é conectado a uma polia 109 que também é controlada pela correia transportadora 104, e fixo ao lado interior do membro de suporte 100. Para fazer passar cabos facilmente da unidade executora 30 para a junta J4, um número de recursos são incluídos. Estes são dois furos 110 e 112 fornecidos no membro de suporte 100, uma passagem central vazada 114 na polia 106 e o flange de ferramenta 32, e um suporte de passagem de cabos 116 para a polia 106. O membro de suporte em forma de L 100 possui reforços laterais para oferecer uma estrutura rígida para suportar a unidade executora 30 através do flange de ferramenta 32. Caso necessário, a junta (R) J5 inclui preferivelmente interruptores de limite e um freio à prova de falhas (não mostrados). Quando fornecidos, estes últimos são preferivelmente montados em uma polia controlada pela correia transportadora 104 para reduzir o afastamento lateral 02, que pode constituir um fator limitativo em uma configuração com múltiplos robôs.

As Figs. 14 e 15 mostram a unidade executora 30, projetada para ser conectada ao flange de instrumento 32 da junta J5, com suas três partes principais: um acionador de instrumento laparoscópico 120, um conjunto de sensores 122 que inclui um sensor de força/torque com seis GDL e um acelerômetro linear/angular com seis GDL, e uma cobertura 124 para a junta J6. A junta J6 é conectada ao conjunto de sensores 122. O acionador de instrumento laparoscópico 120 é fornecido com um assento 130 para montar um instrumento laparoscópico adaptado 18 no robô manipulador 14.

Para maior clareza, o acionador de instrumento laparoscópico 120 e o conjunto de sensores 122 que inclui os sensores de medição de força, torque e aceleração serão referidos pelos acrônimos AIL e SFTA, respectivamente. Os componentes da unidade executora 30 são alinhados de tal maneira que a junta J6 gire o instrumento laparoscópico adaptado 18

33/61 em tomo de seu eixo de simetria longitudinal, e de tal forma que esse eixo coincida com o eixo normal Z do SFTA 122. A posição da unidade executora 30 com relação ao eixo de rotação da junta (R) J5 é selecionada no ponto de equilíbrio da unidade executora 30 de modo a evitar inclinações quando a junta J5 estiver parada e não energizada. Assim, uma armação de suporte principal 140 da unidade executora 30, que se conecta ao pulso 28, é configurada de modo tal que a unidade executora 30 montada se equilibre sobre o eixo de rotação da junta (R) J5. A razão de redução motor/carga para a junta J5 também contribui para a resistência contra inclinações.

A Fig. 15 mostra a construção da junta J6. Na armação de suporte principal 140 (a ser conectada ao flange de ferramenta 32) é montado um motor sem escovas 141 com um codificador diferencial 142 e um conjunto de engrenagens 143. Uma polia de motor 145 conectada ao motor 141 é acoplada a uma polia de carga 146 por meio de uma correia 144. A polia de carga 146 fornece o GDL rotacional da junta J6. Um sensor adicional de posição absoluta 148 é montado é montado sobre o eixo da polia de carga 146 coincidindo com o eixo da junta (R) J6. O codificador de posição 148 tem um eixo vazado para que passem linhas de sinal e de energia do AIL 120 e do SFTA 122 para um coletor rotativo 150 do tipo anel de contato ou deslizante. O anel coletor 150 permite uma rotação de eixo infinita para a junta J6. A polia de carga 146 é conectada ao SFTA 122 através de um flange de conexão 152. Os cabos para as linhas de sinal e de energia para o AIL 120 e o SFTA 122 são guiados dentro da cobertura 124 através de uma passagem vazada no flange de conexão 152. Como será notado, o robô manipulador 14 como um todo é fornecido com canais internos para assegurar a guia protegida de todas as linhas de sinal e de energia, por ex., das juntas J1-J6 e dos componentes da unidade executora 30 tais como o AIL 120 e o SFTA 122. Em um melhoramento adicional

34/61 (não mostrado), a configuração da junta J6 implementa as duas modificações seguintes: Primeiro, a redução do afastamento 03 pela localização da montagem de motor-engrenagens-polias 141, 143, 144, 145 com -90° em relação à orientação mostrada na Fig. 15. Segundo, o afastamento 04 é reduzido pela configuração da montagem de motorengrenagens 141, 143 para que se localize mais proximamente ao AIL 120.

Como será notado, os eixos de rotação das juntas J4, J5 e J6 se interceptam no mesmo ponto do espaço na modalidade apresentada. Portanto, um potencial afastamento causado pelo elo E5 é eliminado.

Como mostram a Fig. 23 e a Fig. 24, um projeto alternativo poderia no entanto apresentar um afastamento 05 devido ao elo E5, por ex., para melhorar a possibilidade de manobras no caso de dois instrumentos laparoscópicos adaptados 18 serem inseridos em trocares localizados proximamente (entradas de acesso 20). Por exemplo, o projeto específico mostrado nas Figs. 23 e 24 oferece um pulso de manipulador modificado 28’ que possui um afastamento negativo 05 devido ao elo E5. Esse afastamento negativo 05 permite que se ponha a unidade executora 30 de um primeiro robô manipulador 14 acima da unidade executora 30 de um segundo robô manipulador 14 sem colisão entre os pulsos 28’. Essa configuração modificada requer, no entanto, um alcance maior para a junta J3 e capacidades de velocidade e de aceleração maiores para as juntas J2, J3 e J4. Como será notado a partir da Fig. 24, a configuração do pulso 28’ é vantajosa para a operação de múltiplas entradas de acesso localizadas proximamente 20 (trocares 200). Deve ser entendido que um valor preferido do afastamento 05 entre os eixos de rotação de J6 e J4 como mostrado na Fig. 23 é aproximadamente igual ao diâmetro do AIL 120 em sua seção transversal mais ampla.

Mais alguns aspectos e vantagens referentes ao projeto do robô manipulador 14 e seus componentes serão detalhados abaixo.

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Com relação à configuração descrita das transmissões e dos motores utilizados para o pulso 28 e para a unidade executora 30, outras configurações também são possíveis, utilizando-se, por exemplo, cabos e polias como meios de transmissão, ou montagens compactas de motorengrenagens-freio com motores de tração. Cabos e polias como transmissões, no entanto, são mais difíceis de implementar e conservar, e as montagens baseadas em motores de tração são geralmente menos compactas. Para a segurança do sistema descrito, foram selecionados servoamplificadores que possuem uma função de “freio dinâmico” para permitir a parada dos motores 51, 61, 71, 81, 101, 141 no caso de uma parada de emergência. A cobertura externa do robô manipulador 14 é feita de um material plástico limpável adequado, e possivelmente em parte de alumínio, mas todas as partes condutoras externas estão conectadas ao terra elétrico. Todos os componentes internos são protegidos contra interferências eletromagnéticas (IEM) quanto à recepção e à emissão. A respeito da esterilização no palco de operação, uma bolsa plástica estéril é normalmente utilizada para cobrir o robô manipulador 14 completamente, ou seja, desde a unidade executora 30 até a base 24.

Com relação ao acionamento, o projeto do robô manipulador 14 como descrito acima apresenta mais duas vantagens: primeiro, as juntas do robô manipulador 14 podem ser acionadas manualmente, com exceção da junta Jl, porque esta apresenta fricção estática elevada e inércia invertida. Em outras palavras, quando todos os freios estiverem soltos, a unidade executora 30 montada no pulso 28 no flange 32 poderá ser movimentada com a mão através do acionamento manual das juntas J2, J3, J4, J5 e J6, o que requer uma força de pressão de somente menos de 5 Kg (na direção horizontal). Segundo, a segurança do sistema é aumentada por redundância sensorial. Como descrito acima, cada uma das juntas Jl a J6 tem tanto um codificador de posição no eixo de motor como um sensor de

36/61 posição adicional (por ex., 65, 88, 108, 148) que medem a saída (output) de movimento efetiva da respectiva junta. Na prática, esta redundância sensorial é utilizada para detectar falhas (por ex., de um fio do motor, de uma correia ou de um servo-amplificador).

Além disso, o projeto evita condições de fim-de-percurso em cada uma das juntas Jl a J6. O fim de percurso ocorre quando uma junta excede seu limite de movimento, e é uma condição crítica particularmente em cirurgias robóticas tele-operadas, porque é difícil e trabalhoso para o cirurgião C obter a recuperação com um instrumento 18 inserido no corpo do paciente P. Para se evitar as condições de fim de percurso, as juntas prismáticas Jl, J3 do braço 26 são projetadas com percursos suficientes e a junta de rolamento J6 da unidade executora 30 é projetada com rotação ilimitada. Em resultado, a prevenção das condições de fim de percurso requer apenas que certas condições de configuração e ajuste predeterminadas sejam respeitadas.

A Fig. 16 mostra esquematicamente um trocar 200 e seu espaço de trabalho 202 externo ao corpo do paciente P. Um referencial de fulcro RF é também mostrado na Fig. 16, por meio de um sistema de coordenadas Cartesiano (x, y, z) com o eixo z orientado para cima aproximadamente paralelo ao eixo da gravidade. O trocar 200 é normalmente introduzido através de uma pequena incisão no abdômen do paciente P, indicada em 204, para dentro da cavidade peritoneal. O trocar 200 juntamente com a incisão forma uma entrada de acesso 20 como mostrado nas Figs. 1 e 2. Para se alcançar o órgão ou a região na qual a operação deve ser realizada, o eixo longitudinal do trocar 200, indicado por z’, é articulado no espaço de trabalho 202 em tomo da origem do RF, denominada ponto de articulação 206. Em outras palavras, a origem define um fulcro para o trocar 200. O fulcro é preferivelmente determinado por entre a parede abdominal e a pele do paciente P, no local de menor

37/61 resistência à inclinação, para reduzir o risco de puxar o trocar 200 para fora.

As seguintes faixas de valores máximos de força e de torque foram registradas experimentalmente em um sensor de força/torque com seis GDL colocado no cabo de um instrumento laparoscópico modificado (ver “Surgeon-Tool Force/Torque Signatures - Evaluation of Surgical Skills in Minimally Invasive Surgery”, por J. Rosen e outros - Proceedings of Medicine Meets Virtual Reality, MMVR-7, IOS Press, San Francisco, Califórnia EUA, janeiro de 1999).

o Forças: Fx, Fy = ±10N; Fz = ±30N;

o Momentos de força: Mx, My = ± 1 N.m; Mz = ± 0,1 N.m;

Onde Fi representa a força ao longo do eixo i = x, y ou z correspondente, e Mi representa o momento de força em tomo do eixo correspondente i = x, y ou z do RF na Fig. 16. As faixas de operação do sensor de força-torque no SFTA devem levar em consideração esses valores mais o peso ao AIL 120, as cargas da dinâmica de movimento e o atrito da articulação e da penetração exercida no trocar 200. Na prática, o sensor de força-torque no SFTA é utilizado para a reflexão de força/torque, isto é, reação de força/torque a uma interface tátil operada pelo cirurgião C, para controlar manualmente a unidade executora 30 utilizando o SFTA 122 como um joystick, e para monitorar as forças/torques que interagem com um instrumento 18 conectado à unidade executora 30, por ex., as forças/torques na ponta do instrumento 18 ou no ponto de articulação 206 na Fig. 4. Os acelerômetros linear e radial no SFTA 122 são utilizados para compensar as influências da gravidade e da aceleração sobre as informações do sensor de força-torque. Os eixos de medição do acelerômetro e do sensor de força-torque no SFTA são geometricamente coincidentes.

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Durante a operação, um instrumento laparoscópico 18 é inserido através do trocar 200. Para a maior parte dos procedimentos cirúrgicos, o cirurgião C opera o instrumento 18 dentro dos seguintes intervalos máximos de espaço de trabalho angular e velocidade em tomo do RF da Fig. 16:

Tabela 1

Eixo de fulcro	Percurso Máx.	Velocidade Máx.
Articulação de Guinada	+/- 70°	100%
Articulação de Arfagem	[10° a-80^o]	60%
Penetração	[0, 200 mm]	200 mm/s
Bancagem	[-360°, +360°]	300%

No projeto e na configuração de alguns manipuladores de robô do estado da técnica, o ponto de articulação do trocar 200 permanece fixo após a instalação do pulso graças ao arranjo mecânico da estrutura do pulso que se articula em tomo de um ponto fixo (ver, por exemplo, “Remo te Center of motion robot por Taylor e outros - Patente US 5667323 - Maio de 1995). Outros projetos do estado da técnica implementam (pg. 26) ao longo dos eixos de articulação para limitar as forças aplicadas ao trocar (ver, por exemplo, “Medicai robotic system por Wang e outros - Patente US 6102850, agosto de 2000). Ao contrário disso, o robô manipulador 14 proposto aqui é projetado nem com (pg. 26) e nem com centro de movimento, porém se baseia em movimento preciso solucionado em tomo de um ponto de articulação 206 determinado por um procedimento específico, e no controle em tempo real de forças e torques aplicados à unidade executora 30 para otimizar a localização do eixo de articulação 206. Além disso, esse recurso dá a flexibilidade de se poder mover por translação o ponto de articulação 206, caso instruído pelo cirurgião C, para melhorar o espaço de trabalho intra-abdominal. Uma outra vantagem é a

39/61 capacidade de adaptação às variações da localização absoluta do ponto de articulação 206 devidas, por exemplo, à perda de pressão abdominal.

Como se mostra aparente, o robô manipulador 14 deve ter certas habilidades de movimentação para fornecer à unidade executora 30 5 uma destreza comparável à manipulação manual de instrumentos laparoscópicos por cirurgiões. Com base nas condições de movimento dadas na Tabela 1, as habilidades cinemáticas preferidas que foram descobertas para as juntas J1 a J6 nesse exemplo específico estão resumidas na Tabela 2. Os ângulos de guinada, de arfagem e de bancagem podem ser 10 definidos em relação a um sistema referencial absoluto, por ex., no fulcro.

Tabela 2

Junta	Percurso Máx.	Velocidade Máx.	Aceleração Máx.
J1 - Elevação	700 mm	600 mm/s	4 m/s²
J2 - Articulação	+/- 90°	60 °/s	400 °/s
J3 - Radial	600 mm	600 mm/s	4 m/s²
J4 - Guinada	[-360°, +360°]	260 °/s	1900 °/s²
J5 - Arfagem	[-60°, +180°]	75 °/s	500 °/s²
J6 - Bancagem	Infinito	250 7s	2400 °/s²

Em termos das capacidades de velocidade e de aceleração da respectiva junta, os valores dados na Tabela 1 são relativamente altos e portanto requerem acionadores fortes, uma estrutura rígida do braço 26 e do pulso 28, e uma fixação ao chão apropriada por meio da base 24. Obviamente, valores mais baixos podem ser escolhidos que levam a requisitos reduzidos, mas isto é feito a custa da dinâmica reduzida no ponto 20 de articulação 206.

Um outro aspecto relevante, especialmente em cirurgias robóticas tele-operadas com reflexão de forças, é o requisito de precisão para o manipulador 14. A precisão suficiente contribui para reduzir as

40/61 tensões na incisão do trocar, e permite que se realize uma compensação de força/torque precisa.

No projeto escolhido, a precisão estática do manipulador 14 na conexão à unidade executora 30, isto é, no flange de ferramenta 32 (ver Fig. 4) será melhor do que ± 2 mm para a posição e melhor do que ±0,1° para a orientação no RF (ver Fig. 16). Aqui, uma carga externa de 1,5 Kg é presumida na ponta de um instrumento laparoscópico conectado 18, e o RF é presumido em 280 mm a partir do eixo da junta (R) J5. A precisão dinâmica será melhor do que ± 4 mm para a posição e ± 0,5° para a orientação no RF. Essas características são obtidas, dentre outras razões, em virtude da maquinação mecânica precisa das partes estruturais, rigidez dos elos El a E6 e das juntas J1 a J6, resolução suficiente dos sensores de posição, ajuste apropriado dos (pg. 27), calibração da cinemática do manipulador, etc.

Neste contexto, os sensores de posição absoluta (por ex., 65, 88, 108, 148) fornecidos na saída (outpuf) de cada junta J1 a J6 oferecem as seguintes vantagens:

o Abrigar as juntas J1 a J6 do robô manipulador 14 sem acionar as juntas; isso significa que o valor inicial dos sensores diferenciais utilizados para controlar os motores é fornecido pelos sensores absolutos. Se os sensores absolutos, não estão disponíveis, um procedimento de abrigo! podería ser implementado movimentando-se todas as juntas em uma dada direção para encontrar um sinal de referência. Nenhum movimento automatizado para abrigo no começo da operação garante um rápido procedimento de ajuste e uma melhor segurança.

o Determinação em tempo real da posição e da orientação da unidade executora 30, evitando-se erros de elasticidade das juntas causados por mecanismos de transmissão;

o Monitoração de desvios do robô manipulador 14 do RF;

41/61 o Detecção de uma falha de transmissão de junta (por ex., ruptura de correia) ou outra falha de hardware pela monitoração da consistência dos dados utilizando-se as posições indicadas pelo respectivo codificador de motor fornecido em cada junta J1-J6.

Um outro aspecto na robótica é o modelo matemático utilizado para controlar o robô manipulador 14. Deixando de lado modelos teóricos do robô manipulador 14, o modelo “concreto” eficaz e preciso, incluindo parâmetros como os afastamentos para os arranjos cinemáticos, a elasticidade das juntas J1 a J6, a elasticidade dos elos Ela E7, a reação dos acionadores e outros erros de linearidade, é necessariamente determinado durante um processo de calibragem. O modelo “concreto” do manipulador identificado é utilizado para três propósitos: primeiro, para melhorar a precisão do robô manipulador 14 utilizando-se o modelo teórico no controlador de movimento (o que simplifica o cálculo da cinemática reversa) com os afastamentos reais de juntas e os comprimentos dos elos; segundo, para computar com precisão, em tempo real por formulação direta, a posição e a orientação do SFTA com seis GDL 122 e das cargas ligadas (esses valores são necessários para compensar as cargas gravitacionais e de aceleração); terceiro, para determinar, em tempo real por formulação direta, a posição e a orientação da ponta do instrumento e deduzir os parâmetros necessários para a reflexão das forças (por ex., a penetração do instrumento 18).

Os parágrafos a seguir dão uma descrição mais detalhada do acionador de instrumento laparoscópico (AIL) 120.

Como visto nas Figs. 14 e 15, o AIL 120 forma uma parte da unidade executora 30. O AIL 120 oferece uma interface de acionamento genérica para a utilização de instrumentos laparoscópicos convencionais, tais como fórceps de captura/dissecção, tesouras, ferramentas de sucção/irrigação, etc. com o robô manipulador 14. Assim, o AIL 120 forma

42/61 a extremidade do manipulador 14 e representa sua parte manual uma vez que ele reproduz as ações da mão de um cirurgião. O AIL 120 compreende um envoltório 154 cuja extremidade traseira forma um flange de interface 156 para conexão ao SFTA 122, enquanto que sua extremidade frontal forma a extremidade do robô manipulador 14. Em uma configuração diferente de uma unidade executora, um AIL poderia incluir a junta J6. Esta configuração requer, no entanto, um projeto mecânico mais complexo do adaptador de instrumento que deverá incluir um mecanismo de rotação juntamente com o mecanismo de aberto-fechado e de transmissão de potência. Além disso, o campo estéril deve ser mantido mesmo como mecanismo de rotação.

O AIL 120 mostrado nas Figs. 14 e 15 e nas Figs. 18 a 22 é adaptado para uso com qualquer instrumento laparoscópico que possa ser dividido em um cabo de um lado, e uma haste do outro lado. A haste é definida aqui como um tubo comparativamente fino possuindo em sua ponta, por ex., encaixes das garras de fórceps/tesoura, meios de sucção/irrigação, ferramentas básicas como uma faca ou um dispositivo elétrico de cauterização/corte. A extremidade oposta à ponta compreende um encaixe que é projetado para conectar a haste ao cabo para o cirurgião.

A compatibilidade do robô manipulador 14 com os instrumentos convencionais é obtida pelo projeto do AIL 120 e pelo projeto dos adaptadores de haste de instrumento correspondentes, a seguir referidos pelo acrônimo AHI, dos quais um exemplo é mostrado em vista de seção parcial na Fig. 17.

A Fig. 17 mostra o AHI (adaptador de haste de instrumento) 300 ao qual uma haste de instrumento 302 deve ser conectada. O AHI 300 é conectável ao AIL 120 ao montá-lo dentro do assento 130 mostrado na Fig. 15. Para este fim, o AHI 300 compreende um conector de haste 304 em sua extremidade frontal. O conector de haste 304 é projetado para

43/61 conexão a um tipo de entrada específico 306 da haste 302, que depende propriamente do instrumento. Originalmente, a entrada 306 é projetada para conexão a um cabo de instrumento laparoscópico (não mostrado). Como visto na Fig. 17, o conector de haste 304 reproduz o conector do cabo original para o qual a haste foi 302 projetada. O AHI 300 compreende ainda como meio de acoplamento um membro de acoplamento 308 para conexão firme ao AIL 120. O membro de acoplamento 308 é arranjado lateralmente sobre o estojo 303 e protrai radialmente a partir deste de modo a bloquear a rotação do AHI 300 quando ele estiver montado no AIL 120. Um pequeno bloco metálico 309 é incluído no membro de acoplamento 308 para fornecer uma superfície detecção metálica para um interruptor de presença indutor (ver parte 404 descrita abaixo) do AIL 120. Um pistão linearmente deslizante 310 é arranjado em uma guia cilíndrica 312 interna ao AHI 300. Um pino deslizante cilíndrico 314 está preso transversalmente ao pistão 310 e se protrai a partir do estojo 303 para operar o pistão 310. A operação de deslizamento do pistão 310 aciona uma barra dentro da haste do instrumento 302 para operar a ferramenta na ponta da haste de instrumento 302. Como será notado, o AHI 300 reproduz a funcionalidade do cabo originalmente conectado à haste 302 no que diz respeito à operação da haste de instrumento 302, enquanto oferece juntamente com o AIL 120 uma interface de conexão ao robô manipulador 14.

Deve ser entendido que a modalidade específica do AHI 300 mostrada na Fig. 17 é projetada para um instrumento que requer um acionamento mecânico, tal como uma função de aberto/fechado, para a ponta do instrumento, por exemplo, tesouras e pinças com ou sem transmissão de potência elétrica unipolar ou bipolar. Uma variedade de outros tipos de adaptadores análogos é também abrangida pela presente divulgação, sendo cada adaptador adaptado a um tipo de instrumento laparoscópico específico, ou seja, a um tipo de haste específico (por ex.,

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302), que deve ser conectado ao AIL 120. Sendo assim, o AHI compreende, dependendo dos requisitos do instrumento, um pino deslizante linear 314, por ex., para o acionamento das pinças do instrumento, um ou mais conectores elétricos 318, por ex., para potência de cauterização unipolar ou bipolar, etc., e uma ou mais conexões de condutos, por ex., para instrumentos de irrigação ou de sucção. Embora mostrado na Fig. 17 com os conectores elétricos 318, deve ser entendido que para um instrumento 18 puramente mecânico, as partes do AHI 300 que formam os conectores elétricos 318 (desenhadas com espessura de linha fina na Fig. 17) não precisam ser fornecidas. Deve-se observar que o material constituinte de qualquer tipo de AHI tem que ser escolhido de modo que possa ser esterilizado, por ex., (pg. 30). Com efeito, em virtude do projeto do AIL 120, o AHI 300 é a única parte do sistema cirúrgico robótico 10 que precisa ser esterilizada (além da haste do instrumento, é claro). Durante a operação, o envoltório 154 do AIL 120 e as outras partes da unidade executora 30 estão envoltos em uma bolsa plástica estéril. Embora isso não seja mostrado, é aparente que, para instrumentos não-acionados mecanicamente porém energizados eletricamente, tais como eletro-bisturis ou facas, o AHI não precisa ter o pino deslizante 314 e uma transmissão mecânica associada. Para instrumentos tais como uma cânula de sucção ou de irrigação, o AHI é equipado com dois tubos que são comandados remotamente através de eletro-válvulas acionadas eletricamente pelo sistema de controle robô.

O AIL 120 mostrado na Fig. 18 é projetado leve (por ex., com menos do que 800 g de peso total) e de maneira tal que caiba dentro de um envelope cilíndrico relativamente pequeno com aproximadamente 90 mm ou preferivelmente 75 mm de diâmetro para aumentar o espaço de trabalho disponível de duas ferramentas adjacentes com entradas de acesso 20 próximas. O comprimento total do AIL 120 (de aproximadamente 130 mm

45/61 em um exemplo específico) é determinado a partir do comprimento do AHI 300. O comprimento total do AIL 120 é minimizado para se limitar a distância entre o eixo de rotação da junta J5 e o eixo de articulação 206 do RF (ver Fig. 17). Com efeito, esta distância de afastamento é determinante para as capacidades de faixa de percurso e de velocidade/aceleração de todas as juntas de manipulador J1 a J5. É contudo recomendado que o comprimento do AIL 120 seja de ao menos 6 cm para permitir que o AIL 120 seja pego com a mão no modo manual (ou seja, utilizando-se o envoltório 154 conectado ao SFTA 122 como um “joystick).

Como visto na Fig. 18, a superfície exterior do envoltório 154 possui bordas alisadas. Ela é feita de um material não condutor leve e facilmente limpável. Além disso, o AIL 120 tem uma forma parcialmente simétrica circularmente com relação à haste 302 de um instrumento adaptado 18 montado utilizando-se um AHI 300. Quando a AHI 300 está conectado apropriadamente ao AIL 120, o eixo da haste 302 coincide com o eixo de rolamento da junta J6 e com o eixo normal do SFTA 122.

Como visto ainda na Fig. 18, o envoltório 154 do AIL 120 compreende um mecanismo de acionamento linear para acionar um instrumento montado 18 por meio do AHI 300 como será detalhado abaixo. O assento 130 é formado como um vão semi-cilíndrico alongado côncavo em uma superfície de acesso 401 do AIL 120 para facilitar a inserção e a extração do AHI 300. O assento 130 para receber o AHI 300 é aproximadamente coaxial ao eixo de rotação da junta J6 e se estende ao longo do eixo central do envoltório 154. Como será notado, a direção de armação e de remoção do AHI 300 com relação ao AIL 120 é radial em relação ao eixo de rotação da junta J6. O AIL 120 é configurado de modo tal que o assento 130 seja acessível a partir de todo o semi-plano acima da superfície de acesso 401. Como visto na Fig. 18, o assento 130 compreende uma ranhura longitudinal 402 que aprofunda o assento 130 radialmente

46/61 para dentro do corpo do AIL 120. A ranhura adicional 402 é configurada para receber o membro de acoplamento 308 do AHI 300. A parte de encaixe de um mecanismo de travamento 406 associado ao assento 130 está arranjada na ranhura 402 e coopera com o membro de acoplamento 308. O assento 130 é formado como um vão semi-cilíndrico com uma porção de extremidade arredondada conformada ao formato cilíndrico exterior do estojo 303 do AHI 300. Um detector de presença 404, por ex., um interruptor de presença indutor, é arranjado no assento 130 para a detecção da presença do AHI 300 (pg. 31). No modo manual, o AIL 120 (e, caso conectado, o instrumento 18) é posicionado e orientado pelo robô manipulador 14 utilizando as informações produzidas pelo assistente que manuseia o envoltório 154 do AIL 120 e lidas pelo SFTA 122. O modo manual é particularmente útil para inserir ou extrair um instrumento através de um trocar.

Os detalhes do mecanismo de acionamento linear 400 são mais bem vistos na Fig. 20. O mecanismo de acionamento 400 compreende um motor sem escovas miniatura 411 conectado através de uma caixa de engrenagens 412 e das polias 414 e 416, que são acopladas por uma correia 418 em um fuso de esfera 420. O fuso de esfera 420 coopera com uma porca 422 arranjada ali de modo a transformar rotação em movimentação linear como visto na Fig. 19. A porca 422 é guiada por uma guia linear 424 para reduzir os esforços transversais no fuso de esfera 420. Interruptores de limite indutores 426 e 428 são colocados nos locais de fim de percurso da porca 422 e conectados a uma unidade de controle para limitar o percurso do mecanismo de acionamento 400.

Como visto na Fig. 19, o mecanismo de acionamento 400 comunica movimento linear a um compartimento deslizante 430 do AIL 120, como será detalhado abaixo. Em uma modalidade preferida, os

47/61 seguintes parâmetros foram escolhidos para o mecanismo de acionamento 400:

o percurso mecânico máximo do compartimento deslizante 430: 7 mm (normalmente 5 mm são suficientes para os instrumentos convencionais, mas foi descoberto que diversas hastes do mesmo tipo podem percorrer comprimentos que variam em até 2 mm);

o faixa de velocidade no percurso: de 1 mm/s até 20 mm/s;

o força de acionamento máxima: 200 N.

Motores de passo são preferivelmente evitados no AIL 120 porque eles produzem vibrações que seriam uma quantidade considerável de interferência para o SFTA 122. Portanto, um motor sem escovas miniatura 411 equipado com um codificador de posição de eixo é utilizado. Tais motores estão disponíveis, por ex., pela Faulhalber GmbH, Schoenaich, Alemanha. Outros mecanismos de movimento linear nãovibrantes tais como transmissão acionada por cabos no entanto não estão excluídos.

A Fig. 20 mostra uma unidade de energia e controle 440 para o motor 411 que está inserida no envoltório 154 do AIL 120 e suprida, por ex., com energia de 24 V de CC. Para reduzir ainda mais o diâmetro do envoltório 154, a unidade de energia e controle 440 pode ser colocada em um envoltório adicional, seja entre o flange 156 e o SFTA 122, ou entre o SFTA 122 e um flange de conexão para a junta J6 (não mostrado), ou dentro da cabertura 124 da junta J6, por ex., atrás do anel de contato de coleta 80 perto do motor 411. A unidade de energia e controle 440 é projetada, entre outros motivos, para acionar o compartimento deslizante 430 com um dado perfil de velocidades de acordo com comandos de posicionamento recebidos, para limitar a corrente do motor quando o usuário quiser, para administrar o movimento com base em sinais vindos de

48/61 interruptores de limite 426, 428, para abrigar o motor 411 utilizando-se um interruptor de limite, e para monitorar o detector de presença 404 sobre o envoltório 154. Outras funções de segurança, por ex., funções de parada de emergência, também são implementadas utilizando-se um servo-erro do motor 411, isto é, posição visada menos posição efetiva, e a proteção térmica do motor 411. Para reduzir o espaço tomado pelo AIL 120, o mecanismo de acionamento linear 400 não é equipado com um sensor de posição absoluta. Mesmo assim, um procedimento de sincronização automatizado é assegurado através da utilização dos interruptores de limite 426 e 428 como sensores de sincronização. Durante a operação, a posição absoluta do compartimento deslizante 430 pode ser registrada periodicamente, por ex., em uma memória adequada do sistema de controle robô, para a rápida recuperação do sistema após um corte ou uma falha de energia. A presença do AHI 300, ou seja, o fato de ele estar montado corretamente no AIL 120, é detectada através (pg. 32).

Como mais bem visto nas Figs. 17 e 19, o compartimento deslizante 430 do mecanismo de acionamento 400 é adaptado para receber o pino deslizante 314 do AHI 300. Pela atuação do motor 411, o compartimento deslizante 430 é reposicionado de modo a controlar o pino deslizante 314 de um AHI 300 conectado. O pino deslizante 314 por sua vez aciona o pistão 310 para operar um elemento ou uma ferramenta de trabalho na ponta da haste 302 (não mostrada), por ex., um mecanismo de pinça aberto/fechado. Em outras palavras, a combinação do mecanismo de acionamento linear 400 e do AHI 300 simula a ação do cabo que foi removido da haste 302 e substituído pelo AHI 300. A inserção do pino deslizante 314 dentro do compartimento deslizante 430 é facilitada pelas superfícies de orientação chanffadas 434.

A Fig. 21 e a Fig. 22 mostram em mais detalhes a configuração do mecanismo de travamento 406 do AIL 120 mostrado

49/61 apenas parcialmente na Fig. 18. O mecanismo de travamento 406 é configurado como um fecho e compreende um trinco deslizante 450 arranjado na ranhura 402 (mostrada na Fig. 18) do assento 130. Deve ser entendido que o trinco 450 é guiado por meios adequados na ranhura 402. A ranhura 402, juntamente com o trinco deslizante 450, é configurada para receber por encaixe o membro de acoplamento 308 do AHI 300 mostrado na Fig. 17. O trinco 450 compreende duas pontas 452 para encaixarem-se em duas protuberâncias 316 formadas por compartimentos no membro de acoplamento 308 do AHI 300 (ver Fig. 17). As bordas do membro de acoplamento 308 são arredondadas para facilitar a inserção e a remoção na ou a partir da ranhura 402.

O projeto do trinco 450 é mais bem visto na Fig. 22. Uma mola 454 impulsiona elasticamente o trinco 450 em direção ao SFTA 122. Um botão guiado linearmente 456 permite a rotação de um eixo 458 que é acoplado ao trinco guiado linearmente 450 para desencaixar manualmente o trinco 450 do membro de acoplamento 308 quando o AHI 300 for ser removido. As pontas 452 do trinco 450 são chanfradas para permitir a inserção do AHI simplesmente por pressão. As porções de encaixe das pontas 452 e as protuberâncias 316 são arredondadas de acordo com um perfil conjugado de modo a limitar os danos a uma capa plástica estéril utilizada para cobrir o AIL 120. Como será entendido, outros mecanismos de acoplamento ou travamento equivalentes poderíam ser também utilizados, por exemplo, utilizando-se imãs permanentes instalados no AIL com placas metálicas e uma alavanca baseada em carne montada sobre o AHI para substituir o mecanismo de fechamento. É preferível que o mecanismo de fixação, por ex., o mecanismo de travamento 406 e o membro de acoplamento 308, seja projetado para assegurar que o AHI 300, quando montado no AIL 120, possa resistir às seguintes forças e momentos sem se desconectar do AIL 120:

50/61 o forças de tração e de compressão de até 100 N;

o momentos de força correspondentes a forças radiais de 15 N na ponta do instrumento;

o momentos de força de até 5 N.m.

Será notado que o AIL 120 e cada AHI (por ex., 300) auxiliar são projetados para a instalação e remoção manual rápida e fácil de um instrumento laparoscópico adaptado 18, isto é, uma haste (por ex., 302) montada com um AHI (por ex., 300), pelo assistente de cirurgia A. A forma exterior essencialmente cilíndrica do AHI 300, do seu membro de acoplamento 308, do assento 130, da ranhura 402 e do mecanismo de travamento 406 como descrito acima fornece uma inserção guiada e um procedimento de conexão simples quando o AHI é inserido, e um procedimento de extração simples por meio de alguns poucos movimentos manuais. Por meio desse projeto, a inserção e a extração do instrumento adaptado 18 (isto é, a haste e o AHI) podem ser realizadas essencialmente tão rapidamente quanto nas operações cirúrgicas manuais, onde o assistente substitui úm instrumento convencional para o cirurgião em aproximadamente 6 a 9 segundos.

Deve ser observado que a inserção ou remoção de um instrumento adaptado 18 compreendendo o AHI (por ex., 300) e a haste (por ex., 302) pode ser feita de modo seguro em ambos os casos, seja quando o instrumento estiver fora do corpo do paciente P, ou quando o instrumento estiver inserido dentro do corpo do paciente P. E também possível realizar a remoção enquanto o pino deslizante 314 é controlado.

Antes de montar o instrumento adaptado no AIL 120, um número de condições preliminares deve ser respeitado. Primeiramente, se o instrumento estiver parcialmente inserido no trocar (sem exceder o comprimento do trocar), o AIL 120 deve ser previamente posicionado e orientado pelo manipulador 14 em uma posição ensinada que alinhe o eixo

51/61 de rotação da unidade executora 30 (junta J6) como trocar. Em segundo lugar, o compartimento deslizante 430 deve ser colocado na “posição de referência de inserção” pelo sistema de controle robô, por ex., uma posição mais próxima ao flange de interface 156. Quando um AHI (por ex., 300) é removido, o compartimento deslizante 430 deve ser automaticamente movimentado para esta “posição de referência de inserção” pelo sistema de controle robô. Como mencionado acima, a presença, ausência, ou liberação anormal de um AHI pode ser detectada pelo detector de presença 404. Em terceiro e quando incluído, o pino de deslizamento (por ex., 314) do AHI (300) deve estar em uma “posição de referência de inserção” correspondente à do compartimento deslizante 430. Esta posição do pino de deslizamento 314 é preferivelmente definida tal que o instrumento esteja na configuração “fechada”, por exemplo, as pinças de um instrumento de fórceps/tesoura ficam folgadamente porém suficientemente fechadas nessa posição.

Como melhor ilustrado pela Fig. 14, o procedimento de inserção de um instrumento laparoscópico adaptado 18 incluindo um AHI (por ex., 300) e uma haste (por ex., 302) pode ser realizado em somente um movimento manual simples de acordo com a seta 460, consistindo em colocar o AHI (por ex., 300) sobre o seu assento 130 e em empurrar levemente o AHI ao longo da mesma direção para encaixar o membro de acoplamento 308 com o mecanismo de travamento 406. O detector de presença 404 dá uma resposta afirmativa quando o membro de acoplamento 308 está instalado corretamente na ranhura 402. Durante esse procedimento de inserção, o compartimento deslizante 430 se encaixa no pino deslizante 314 sem a necessidade de outras medidas, caso as condições mencionadas anteriormente sejam respeitadas.

Quando o cirurgião C requer uma troca de instrumentos através de seu terminal de controle 15, quatro operações são normalmente

52/61 realizadas automaticamente pelo sistema de controle robô. Primeiro, o sistema de controle robô controla o instrumento 18 para soltar qualquer tecido. Segundo, ele movimenta o instrumento para perto da entrada do trocar seguindo a direção do eixo do instrumento. Terceiro, a ponta de ferramenta, por ex., as pinças do instrumento, são trazidas até uma configuração que impeça que a ponta se enganche no trocar. Quarto, ele libera o motor da junta J6 de maneira que o assistente de cirurgia A possa girar livremente o AIL 120 para facilitar a remoção do instrumento do AIL 120. Após estas operações, a remoção de um instrumento laparoscópico adaptado 18 pode ser feita de forma segura com dois movimentos simples e a qualquer momento.

O primeiro movimento da extração consiste em apertar o botão 456 de modo a destravar o mecanismo de travamento 406. O segundo movimento de extração consiste em articular o AHI (por ex., 300) e a haste (por ex., 302) em tomo da ponta da haste por rotação em tomo de um eixo perpendicular ao eixo da haste de maneira a remover ambos do assento 130 e, subseqüentemente extrair a haste (por ex., 302), caso ainda esteja inserida, do corpo do paciente P.

Como fica aparente a partir dos procedimentos de inserção e remoção acima, o projeto do AIL 120 e do AHI (por ex., 300) permite a inserção ou a extração de instrumentos mesmo quando a haste (por ex., 302) de um instrumento adaptado 18 estiver parcialmente inserida no corpo do paciente P através do trocar 200 (ver Fig. 16). Como será notado, os movimentos necessários para a extração não estão na direção da penetração em relação ao paciente P, uma vez que eles consistem em um movimento de articulação perpendicular ao eixo longitudinal do assento 130 e um movimento de extração subseqüente. Além disso, caso um movimento em uma dada direção de articulação possa ferir o paciente, esta direção pode ser mudada girando-se o AIL 120 com a mão através da junta J6. Além

53/61 disso, no caso de uma falha elétrica, um AHI (por ex., 300) juntamente com sua haste (por ex., 302) pode ser liberado e extraído manualmente.

Com relação ao AIL 120 como descrito acima, será observado que uma ampla variedade de instrumentos laparoscópicos convencionais em existência podem ser utilizados no sistema robótico 10 por meio de simples adaptadores de haste de instrumento (AHI) (por ex., 300). O AIL 120 em combinação com um AHI correspondente substitui a parte de cabo de um dado instrumento laparoscópico sem perda da capacidade de acionamento ou de fornecimento de potência. O AIL 120 é projetado genericamente, isto é, independentemente do tipo de instrumento a ser acoplado ao robô manipulador 14. Portanto, somente o AHI (por ex., 300) precisa ser especificamente projetado de acordo com as especificações do instrumento. Como descrito acima, o AIL 120 é capaz de fornecer, entre outras, as seguintes funções:

o acionamento de “aberto/fechado” de pontas de ferramentas de instrumento, por ex., pinças de instrumento, utilizando-se o mecanismo de acionamento linear 400;

o adaptação do comprimento do percurso “aberto/fechado” necessário para cada tipo de instrumento;

o manuseio de instrumentos não-acionados como facas, através da atuação do robô manipulador 14.

Além disso, o AIL 120 permite um bom custo-benefício na laparoscopia robótica por causa de diversos fatores. Primeiramente, ao contrário dos dispositivos do estado da técnica que requerem diversos acionadores por manipulador porque o instrumento e o acionador associado são montados como uma única unidade em uma única cobertura, somente um AIL 120 é preciso para cada manipulador 14. Isso permite, entre outras coisas, economia quanto aos custos do acionador. Em segundo lugar, os custos dos instrumentos são reduzidos ao se utilizar as hastes (por ex., 302)

54/61 de instrumentos laparoscópicos padronizados e os adaptadores de haste de instrumento correspondentes (por ex., 300) de construção simples. Por conseguinte, o custo de um instrumento adaptado 18 para uso com o AIL 120 é quase idêntico ao custo de um instrumento laparoscópico manual convencional (isto é, incluindo o cabo). Em terceiro, os custos da manutenção de instrumentos são essencialmente iguais aos dos instrumentos laparoscópicos convencionais porque o projeto do AHI (por ex., 300) é robusto em relação aos ciclos da esterilização.

Referindo-se à Fig. 25, uma modalidade alternativa de um AIL 1120 será descrita. Como muitos aspectos e vantagens do AIL descrito aqui acima também se aplicam ao AIL 1120, somente as características e as diferenças principais serão detalhadas aqui adiante.

O AIL 1120 mostrado na Fig. 25 possui um envoltório semicilíndrico 1154 que tem uma superfície de acesso superior substancialmente plana 1401 para facilitar a montagem e a remoção do AHI do AIL 1120. A superfície oposta 1155 do envoltório 1154 é semicilíndrica em conformidade com um envelope cilíndrico que seja coaxial ao eixo de rotação de J6. O diâmetro da superfície semi-cilíndrica 1155 é escolhido ergonomicamente para permitir o manuseio por um operador humano, por ex., na faixa de 50 a 135mm, preferivelmente de 90mm, especialmente para comandar o robô manipulador 14 no modo manual mencionado acima. Como o envoltório semi-cilíndrica tem uma seção transversal substancialmente menor que a do flange de interface 156 por meio do qual o AIL 1120 é ligado ao SFTA 122, o envoltório 1154 inclui ainda traves de reforço graduais 1157. As traves de reforço graduais têm um formato gradual, isto é, crescente de forma suave começando a partir da superfície de acesso 1401 até a borda superior do flange de interface 156. As traves de reforço 1157 são ainda curvadas em conformidade como envelope cilíndrico da superfície semi-cilíndrica 1155. As traves de reforço

55/61

1157 conectam a superfície de acesso 1401 ao flange de interface 156 e desse modo reforçam e aumentam a rigidez da ligação do envoltório 1154 ao flange de interface 156. Desta forma, as traves de reforço 1157 asseguram uma transmissão de forças e de torques mais precisa a partir de um AHI através do AIL 1120 até o SFTA 122. Pode-se observar que traves de reforço semelhantes são também fornecidas no AIL 20 da Fig. 14.

A Fig. 25 mostra ainda um mecanismo de acoplamento alternativo para montar um adaptador de haste de instrumento no AIL 1120 e desse modo à unidade executora 30. No AIL 1120, assim como no AIL 20, um assento 1130 é formado como um vão semi-cilíndrico alongado côncavo na superfície de acesso 1401 para fornecer a auto-centralização de um adaptador sobre o eixo de rotação de J6. Além disso, o mecanismo de acoplamento compreende uma pluralidade de dispositivos magnéticos 1423, dois no lado do compartimento deslizante 1430 e um no outro lado do assento 1130, sendo este último arranjado em uma elevação 1425 da superfície de acesso 1401. A elevação 1425 fornece uma restrição de retenção adicional na direção axial a um adaptador montado e permite um posicionamento auto-ajustável do adaptador na direção axial por inclinações em direção à superfície de acesso 1401. Como será entendido, os dispositivos magnéticos 1423, que podem ser eletroímãs, imãs permanentes ou uma combinação de ambos, asseguram a fixação de um AHI projetado correspondentemente por meio de atração magnética. Ao se evitar um encaixe de travamento mecânico, elimina-se o risco de danos a uma cobertura plástica estéril utilizada para cobrir o manipulador 14 ou pelo menos a unidade executora 30.

A Fig. 25 ilustra uma pluralidade de sensores de presença indutora 1431 para identificar um instrumento montado na unidade executora 30 por meio de um padrão material indutoramente identificável fornecido em um AHI. Quatro sensores de presença indutores 1431 são

56/61 arranjados em fileira e deixados distinguindo e identificando 16 tipos de instrumento quando se utiliza uma fileira de localizações correspondentes do AHI voltadas para os sensores de presença indutores 1431. Além disso, os sensores de presença indutores 1431 também permitem a detecção da presença se o código do padrão (palavra de 4 bits) correspondente a um instrumento ausente for utilizado para esse propósito, isto é, quando nenhum material condutor estiver voltado para qualquer sensor indutor 1431.

Um membro de encaixe 1433 é mostrado separadamente na Fig. 25. O membro de encaixe 1433 é parte do mecanismo de acionamento que inclui o compartimento deslizante 1430 e tem superfícies de captura chanfradas 1434 que vão até uma fenda para encaixar o pino deslizante 314 de um AHI. As superfícies chanfradas 1434 facilitam a inserção do pino deslizante 314 de um AHI. Como será percebido, o membro de encaixe 1433 é desmontável do compartimento deslizante 1430 e feito de material compatível com esterilização. O membro de encaixe pode assim ser instalado no compartimento 1430 somente após uma cobertura estéril cobrir o AIL 1120. Na medida em que o alcance do movimento do compartimento 1430 é limitado, nenhum dano à cobertura estéril poderá ocorrer.

A Fig. 26 mostra uma modalidade alternativa de um AHI 1300 montado no AIL 1120 da Fig. 25. O AHI 1300 é projetado para que seja compatível com o projeto alternativo do AIL 1120 e será detalhado aqui adiante. O AHI 1300 tem suas dimensões moldadas de maneira que sua base esteja confinada à superfície de acesso 1401. A função do AHI 1300 é a mesma que a do AHI 300 mostrado na Fig. 17, qual seja, fornecer uma interface que permita o uso de hastes 302 de instrumentos laparoscópicos manuais convencionais no robô manipulador 14 sem a perda de qualquer funcionalidade disponível nas intervenções manuais. A Fig. 26 mostra

57/61 também um botão de comutação 408 fornecido no AIL 1120 para transferir o sistema para o modo manual. O AHI 1300 é fornecido com uma alavanca 1301 para uma fácil desmontagem manual, isto é, separação do AHI 1300 do AIL 1120. O AHI 1300 também tem um conector elétrico 1308 para conectar instrumentos ligados (por ex., instrumentos de coagulação ou de corte) diretamente a uma fonte de potência elétrica sem fios passando pelo AIL 1120.

Como fica aparente a partir das Figs. 25 e 26, o projeto é tal que todos os componentes do AIL 1120, incluindo o envoltório 1154, o flange 156, as traves de reforço 1157, o conjunto de sensores SFTA 122 e todas as partes do AHI 1300 montado, incluindo a alavanca 1301, estejam localizados dentro do envelope cilíndrico definido pela superfície semicilíndrica 1155. Isto é para reduzir o risco de colisão e dano quando o AIL 1120 é girado por J6.

A Fig. 27 mostra um mecanismo de acionamento alternativo 1400 para comunicar movimentação linear ao compartimento deslizante 1430, de um projeto diferente do mecanismo da Fig. 19. Ele compreende um motor sem escova 1411 conectado através de uma caixa de engrenagens 1412 e um fuso de esfera ou uma engrenagem sem-fim 1420 a um membro de porca 1422. O compartimento 1430 está fixo ao membro de porca 1422 através da intermediação de um sensor de força 1427. O sensor de força 1427 permite que se meça forças exercidas pelo compartimento 1430 por sobre o pino deslizante 314 e vice-versa. Será notado também que em virtude de se montar o compartimento deslizante 1420 sobre o lado do assento longitudinal 1130, o motor 1411 e as engrenagens conectadas podem ser arranjados em paralelo ao eixo longitudinal do AHI 1300 e da haste 302. Isto permite a minimização do comprimento total do AIL 1120 no que os requisitos de dinâmica do acionador para certas juntas (por ex., J4) são reduzidos. Além disso, será apreciado que esse mecanismo de

58/61 acionamento 1400 é aperfeiçoado em relação à produção de vibrações prejudiciais. Outros aspectos e vantagens do mecanismo de acionamento 1400 são semelhantes aos do mecanismo 400 descrito aqui anteriormente.

A Fig. 28 mostra o lado de baixo do AHI 1300 da Fig. 26 quando desprendido do AIL 1120. O AHI 1300 compreende um estojo alongado 1303 com um conector de haste 1304 em sua extremidade frontal (ver Fig. 30). O conector de haste 1304 permite uma conexão removível a um tipo de entrada fixa à haste 302 (mostrada apenas parcialmente) de um instrumento laparoscópico manual convencional desde que qualquer tipo de conexão destacável seja fornecido. Evidentemente, o conector e a entrada poderíam estar localizados respectivamente na haste e no AHI. Semelhante ao estojo 303, o estojo 1303 possui uma superfície semi-cilíndrica em seu lado de baixo para cooperação com o assento 1130. Como visto na Fig. 28, asas laterais 1305 se projetam a partir de cada lado do estojo 1303. As asas laterais 1305 têm uma superfície inferior plana que é conjugada à superfície de acesso 1401 no AIL 1120 (por ex., e também à elevação 1425). Um espaço recortado 1307 é fornecido em uma asa 1305 acima do pino deslizante 314 para oferecer visibilidade e acesso, por ex., para mover manualmente o pino deslizante 314 quando o AHI 1300 estiver acoplado ao AIL 1120. A Fig. 28 também mostra elementos ferromagnéticos planos 1311 arranjados em cada asa 1305 em cada lado do estojo 1303. Os elementos ferromagnéticos 1311 formam meios de acoplamento que cooperam respectivamente com um dispositivo magnético correspondente 1423 no AIL como mostrado na Fig. 25. Na região 1313, um padrão indutoramente identificável é fornecido no AHI para identificar, por meio dos sensores indutores 1431 mostrados na Fig. 25, o instrumento sendo utilizado. Nesta modalidade mostrada na Fig. 25, uma placa metálica completa corresponde a uma dada palavra de 4 bits (por ex., 1111 ou 0000), enquanto que em outros adaptadores podem ser fornecidos vãos, por

59/61 ex., perfurando-se buracos em uma ou mais das posições voltadas para os sensores indutores 1431, para dar uma palavra de bits diferentes para a identificação.

A Fig. 29 mostra o AHI 1300 da Fig. 28 em uma vista parcialmente desmontada. Como se vê na Fig. 29, o AHI 1300 tem um espaço interno que serve como uma guia cilíndrica 1312 para um pistão 310 de um certo instrumento laparoscópico manual. O pistão 310 é tipicamente utilizado no instrumento manual para comunicar movimento a partir do cabo do instrumento para o eixo guiado na haste 302. Será notado que o pistão de um instrumento manual existente pode ser arranjado para que deslize dentro da guia 1312. Como visto na Fig. 28, um furo oblongo 1315 é fornecido através do estojo 1303, permitindo que o pino deslizante 314 preso transversalmente ao pistão 310 se projete a partir do estojo 1303 e que seja deslocado para frente e para trás na direção axial do estojo 1303 para operar o pistão 310. O pistão 310 mostrado na Fig. 29 é uma peça original de um instrumento bipolar manual, utilizado para fornecer potência elétrica bipolar ao instrumento e para travar/destravar o instrumento.

A Fig. 30 serve para ilustrar que o mesmo tipo de adaptador pode ser utilizado para acomodar diferentes pistões de diferentes tipos dentre os instrumentos laparoscópicos comercialmente disponíveis para intervenção manual, por ex., o pistão 1310 para um instrumento manual unipolar como mostrado na Fig. 30. Isso significa que adaptadores como o AHI 1300 (ou o AHI 300) permitem o uso das partes essenciais de qualquer instrumento manual relativamente barato disponível comercialmente no robô manipulador 14. A Fig. 29 também mostra uma das duas espigas 1317 da alavanca 1301 e o eixo 1319 em tomo do qual ela se articula. Ao empurrar a alavanca 1301 para baixo, as espigas 1317 levantam a superfície inferior, e em particular os elementos ferromagnéticos 1311 do AHI 1300, para fora da superfície de acesso 1401 do AIL 1120 de maneira

60/61 que o AHI 1300 possa ser removido manualmente em uma direção perpendicular ao eixo de rotação J6, ou seja, do eixo da haste do instrumento.

Além dos aspectos descritos aqui acima, o sistema cirúrgico robótico 10 apresenta os seguintes recursos:

os manipuladores de robô 14, em virtude de seus projetos, podem ser fácil e rapidamente contraídos para permitir que o cirurgião C acesse a mesa de operação 12 ou para permitir a instalação de um instrumento radiológico;

os manipuladores de robô 14, em virtude de seus projetos e utilizando informações de um sensor externo, podem se adaptar facilmente sem aumento significativo do tempo de intervenção às variações angulares da mesa de operação 12 durante a intervenção, para a orientação de (anü-)Trendelenburg (-/+ 20 a 35 graus) ou lateral do paciente;

os manipuladores de robô 14, em virtude de seus projetos e utilizando informações de um sensor externo, podem lidar facilmente com as variações de posicionamento dos trocares devido às mudanças da pressão intra-abdominal;

o sistema cirúrgico robótico 10 permite tempos curtos de troca de instrumentos para minimizar o tempo de intervenção total, os projetos do AIL 120; 1120 e do robô manipulador 14 permitem tempos de troca de instrumentos tão curtos como nos procedimentos de laparoscopia manuais (na faixa de 6 a 9 segundos); quando utilizado com um endoscópio, o projeto do robô manipulador 14 também permite uma rápida extração e reinserção do endoscópio, por ex., para limpar as lentes;

o sistema cirúrgico robótico 10 permite um ajuste rápido e simples do sistema, inclusive a configuração de uma pluralidade de manipuladores de robô 14 em tomo da mesa de operação 12;

61/61 o robô manipulador 14 é projetado versátil para que seja adequado para uma variedade de aplicações como em cirurgias minimamente invasivas, ortopedia, biópsias, terapia percutânea, coleta de amostras de pele, diagnósticos de ultra-som, etc.

Embora o presente pedido de patente como depositado em princípio se refira à invenção como definida nas reivindicações aqui anexadas, um técnico no assunto irá entender prontamente que o presente pedido de patente contém fundamentação para a definição de outras invenções, que poderíam, por ex., ser reivindicadas como matéria nova em 10 reivindicações emendadas ao presente pedido ou como matéria nova em pedidos divididos e/ou certificados de adição. Tal matéria poderia ser definida por qualquer recurso ou combinação de recursos revelada aqui.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema cirúrgico robótico para a realização de procedimentos médicos minimamente invasivos, compreendendo um robô manipulador (14) para a manipulação roboticamente assistida de um instrumento laparoscópico (18), o referido robô manipulador (14) possuindo um braço de manipulador (26), um pulso de manipulador (28) suportado pelo referido braço de manipulador e uma unidade executora (30) suportada pelo referido pulso de manipulador, caracterizado por:

- o referido braço de manipulador (26) fornecer três graus de liberdade por meio de uma primeira junta (J1), uma segunda junta (J2) e uma terceira junta (J3), cada uma possuindo um acionador associado (51, 61, 71) para posicionar roboticamente o referido pulso (28);

- o referido pulso de manipulador (28) fornecer dois graus de liberdade por meio de uma quarta junta (J4) e de uma quinta junta (J5), sendo as referidas quarta e quinta juntas, juntas de revolução, e possuindo um acionador associado (81, 101) para ajustar roboticamente o ângulo de guinada e o ângulo de arfagem da referida unidade executora respectivamente;

- a referida unidade executora (30) compreender um acionador de instrumento laparoscópico (120; 1120) e fornecer um grau de liberdade por meio de uma sexta junta de revolução (J6) possuindo um acionador associado (141) para ajustar roboticamente o ângulo de bancagem do referido acionador de instrumento laparoscópico;

- o referido acionador de instrumento laparoscópico compreender um assento (130; 1130) com um mecanismo de acoplamento (406; 1423) associado para montar um adaptador de haste de instrumento (300; 1300) na referida unidade executora, e um mecanismo de acionamento (400; 1400) que coopera com o referido adaptador de haste de instrumento para acionar um instrumento laparoscópico conectado ao referido adaptador;

Petição 870190002831, de 10/01/2019, pág. 6/18
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- a referida unidade executora (30) ser configurada de forma tal que o eixo de rotação da referida sexta junta de revolução (J6) coincida com o eixo longitudinal de um instrumento laparoscópico quando montado na referida unidade executora por meio do referido adaptador de haste de instrumento; e

- a referida unidade executora compreender um conjunto de sensores (122) incluindo um sensor de força/torque com seis graus de liberdade e um acelerômetro com seis graus de liberdade, o referido conjunto de sensores (122) conectando o referido acionador de instrumento laparoscópico (120; 1120) à referida sexta junta de revolução (J6).

2. Sistema cirúrgico robótico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela referida unidade executora (30) ser configurada de forma tal que um eixo de sensor do referido sensor de força/torque com seis GDL (122) e um eixo de sensor do referido acelerômetro com 6 GDL (122) coincidam com o eixo de rotação da referida sexta junta.
3. Sistema cirúrgico robótico de acordo com a reivindicação

1 ou 2, caracterizado pelo acionador de instrumento laparoscópico (120; 1120) compreender um envoltório (154; 1154) com uma superfície de acesso (401; 1401) na qual o referido assento (130; 1130) é arranjado, um flange de interface (156) que fixa o referido envoltório ao referido conjunto de sensores (122) e traves de reforço graduais (1157) conectando a referida superfície de acesso ao referido flange de interface para reforçar a rigidez da fixação do referido envoltório ao referido flange de interface.
4. Sistema cirúrgico robótico de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo referido envoltório (1154) ser semi-cilíndrico possuindo uma superfície substancialmente semi-cilíndrica (1155) à referida superfície de acesso (1401), estando a referida superfície semi-cilíndrica em conformidade com um envelope cilíndrico de 50 a 135 mm, preferivelmente

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3 / 6 de aproximadamente 90 mm, de diâmetro e coaxial ao eixo de rotação da referida sexta junta (J6), e em que o referido flange (156), as referidas traves de reforço (1157) e o referido conjunto de sensores (122) têm suas dimensões projetadas para que caibam dentro do referido envelope cilíndrico.
5. Sistema cirúrgico robótico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo referido assento compreender um vão essencialmente semi-cilíndrico alongado (130; 1130) arranjado essencialmente coaxial ao eixo de rotação da referida sexta junta (J6), em uma superfície de acesso (401; 1401) do referido acionador de instrumento laparoscópico (120; 1120), sendo o referido assento e o referido mecanismo configurados para montar e remover um adaptador de haste de instrumento (300; 1300) por movimentação perpendicular ao eixo de rotação da referida sexta junta (J6).
6. Sistema cirúrgico robótico de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo referido mecanismo de acoplamento compreender ao menos um dispositivo magnético (1423), em particular ímãs e eletroímãs, respectivamente arranjado em cada lado do referido vão semi-cilíndrico (1130) para fixar um adaptador de haste de instrumento (300, 1300) ao referido acionador de instrumento laparoscópico por meio de atração magnética.
7. Sistema cirúrgico robótico de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo referido mecanismo de acionamento (400; 1400) compreender um compartimento deslizante (430; 1430) configurado para receber por encaixe e para fazer deslizar linearmente um pino deslizante (314) de um adaptador de haste de instrumento (300; 1300) montado na referida unidade executora (30), o referido assento (130; 1130) sendo preferencialmente alongado ao longo do eixo de rotação da

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4 / 6 referida sexta junta e o referido compartimento deslizante (430; 1430) sendo preferencialmente arranjado lateralmente ao referido assento (130; 1130).
8. Sistema cirúrgico robótico de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo referido mecanismo de acionamento (400; 1400) compreender um sensor de força (1427), que conecta o referido compartimento deslizante (430; 1430) a um meio de controle, para medir as forças exercidas por ou sobre o referido compartimento deslizante (430; 1430).
9. Sistema cirúrgico robótico de acordo com a reivindicação 7 ou 8 caracterizado pelo referido compartimento deslizante (1430) compreender um membro de encaixe (1433) que é destacável do referido compartimento deslizante (1430) e tem superfícies de captura chanfradas (1434) para encaixar o referido pino deslizante (314).
10. Sistema cirúrgico robótico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo referido acionador de instrumento laparoscópico (120; 1120) compreender um detector de presença (404; 1431) para detectar se um adaptador de haste de instrumento (300; 1300) está montado corretamente na referida unidade executora (30), em particular, uma pluralidade de sensores de presença indutores (1431) para identificar um instrumento montado na referida unidade executora (30) por meio de um padrão indutoramente identificável (1313) fornecido no adaptador de haste de instrumento.
11. Sistema cirúrgico robótico de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo referido sistema ser configurado para operar em um modo manual, no qual o referido acionador de instrumento laparoscópico possa ser posicionado e orientado pelo referido robô manipulador (14) utilizando informações lidas pelo referido sensor de força/torque com seis GDL, e por compreender ainda meios interruptores

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5 / 6 (408) arranjados no referido acionador de instrumento laparoscópico (120; 1120) para transferir o referido sistema para o modo manual.
12. Adaptador de haste de instrumento laparoscópico (130; 1130) montado a um robô manipulador (14) em um sistema cirúrgico robótico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por utilizar uma haste (302) de um instrumento laparoscópico manual no referido robô manipulador, o referido adaptador compreendendo um estojo alongado (303; 1303) que possui um conector de haste (304; 1304) arranjado em uma extremidade frontal, e meios de acoplamento (308; 1311) arranjados lateralmente no referido estojo, sendo o referido conector de haste (304; 1304) configurado para uma conexão desmontável a uma haste de instrumento laparoscópico manual (302), e os referidos meios de acoplamento (308; 1311) cooperando com o mecanismo de acoplamento (406; 1423) no acionador de instrumento laparoscópico do referido robô manipulador (14).
13. Adaptador de haste de instrumento laparoscópico, de acordo com a reivindicação 12 , caracterizado pelos referidos meios de acoplamento (308; 1311) compreenderem uma superfície semi-cilíndrica, sendo a referida superfície conformada ao vão semi-cilíndrico do assento (130; 1130) no acionador de instrumento laparoscópico (120; 1120) do referido robô manipulador (14) para centralizar o adaptador de haste de instrumento (300; 1300) no eixo de rotação da referida sexta junta (J6).
14. Adaptador de haste de instrumento laparoscópico de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado por compreender um espaço cilíndrico interno como uma guia (312; 1303) para um pistão (310; 1310) de um instrumento laparoscópico manual, que pode ser arranjado para deslizar na referida guia, e um furo (1315) para um pino de deslizamento (314) fixo transversalmente ao referido pistão e se protraindo a partir do referido estojo para operar o pistão.

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15. Adaptador de haste de instrumento laparoscópico de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado pelos referidos meios de acoplamento compreenderem ao menos um elemento ferromagnético (1311) arranjado em cada lado do referido estojo (1303), os referidos elementos ferromagnéticos cooperando respectivamente com um dispositivo magnético (1423) correspondente do mecanismo de acoplamento no referido acionador de instrumento laparoscópico para fixar o referido adaptador de haste de instrumento ao referido acionador de instrumento laparoscópico por meio de atração magnética, e em que o referido adaptador de haste de instrumento compreende uma alavanca (1301) para desprender o referido adaptador (1300) do referido acionador de instrumento laparoscópico.
16. Adaptador de haste de instrumento laparoscópico de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 15, caracterizado por compreender ainda um padrão indutoramente identificável (1313) fornecido no adaptador de haste de instrumento para identificar um instrumento montado no referido adaptador.
17. Adaptador de haste de instrumento laparoscópico de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 16, caracterizado por compreender ainda um conector elétrico (308; 1308) arranjado oposto aos referidos meios de acoplamento para transmitir potência elétrica para um instrumento conectado ao referido conector de haste.