CN103025225A - 可快速部署的柔性机器人器械 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人系统和方法。所述机器人系统包括连续型机器人、驱动单元和柔性定位轴。所述连续型机器人经配置执行微创诊断、手术或治疗技术，并且包括至少一个包括多个骨架的连续部分。所述连续部分在具有多个器械通道的柔性器械外壳中携带至少一种诊断、手术或治疗仪器。所述驱动单元经配置通过向所述多个骨架中的每一个骨架提供线性驱动来驱动所述连续型机器人，并且包括用于测量驱动力的力传感器。所述柔性定位轴经配置引导所述连续型机器人的位置和定向并且将所述驱动单元接合至所述连续型机器人。

Description

可快速部署的柔性机器人器械

相关申请的交叉引用

本申请根据美国法典第35篇第119条(e)款主张2010年7月27日提交的美国临时专利申请号61/368,193和2011年4月1日提交的美国临时专利申请号61/470,730的权益，所述美国临时专利申请均在此以引用方式全部并入本文。

背景技术

在传统的外科手术中，外科医生必须在患者中切开足够大的开口以允许观测手术位点和手动接近手术位点。然而，在过去二十年中，医学外科手术已经稳步发展到涵盖微创外科手术(MIS)的水平，这包括比传统的外科手术创伤更小的手术技术。

微创诊断和/或手术操作通过使医师和外科医生经由在患者身体中的有限数目的小切口来接近内部器官，而使患者获得损伤降低和愈合时间更快的好处。通常，将插管或套管插入小切口以提供手术器械通过的入口。然而，这些入口将手术仪器限制在只有四个自由度(DoF)并且限制其远端灵活性。为了帮助医师和外科医生克服这些困难，已经设计了大量的机器人装置和系统用于许多微创操作。

然而，尽管以前进行了大量的研究，当前的机器人仪器对于一些临床应用仍然太大和/或灵活性不足。例如，由于尺寸和灵活性限制，特征为深部和狭窄诊断/手术领域的临床应用如神经外科、胎儿外科手术和经尿道切除膀胱肿瘤超出了现有商业化诊断/手术系统的能力

此外，当前的机器人仪器需要长时间手术前和手术中的准备来部署。例如，对于外科手术部署所述机器人仪器需要在将患者带到手术室之前将仪器精确定位在手术室中并且随后还要在将患者带到手术室之后进一步调节以使仪器定向于手术位点。对于预先计划的外科手术来说该手术前准备可能是麻烦的，并且对于不能预先计划的外科手术(如紧急手术)来说这是一个关键性的瓶颈。实际上，由于不能接受部署机器人仪器的延迟，紧急手术中的外科医生除了回到传统的开口外科手术往往没有选择。

发明内容

提供了可快速部署的柔性机器人系统和方法。本公开主题允许快速部署用于微创诊断和干预的柔性机器人器械。本公开主题还有助于深部手术位点中的微创外科手术，在这些位点中刚性手动仪器(如刚性内窥镜检查和腹腔镜(laparascopy)设备)是笨重的，或不能通行并进入目标组织或器官。

在一个实施方案中，提供了机器人系统。所述机器人系统包括连续型机器人、驱动单元和柔性定位轴。所述连续型机器人经配置执行微创诊断、手术或治疗技术，并且包括至少一个包括多个骨架的连续部分。所述连续部分在具有多个器械通道的柔性器械外壳中携带至少一种诊断、手术或治疗仪器。所述驱动单元经配置通过向各个所述多个骨架提供线性驱动来驱动所述连续型机器人并且包括用于测量驱动力的力传感器。所述柔性定位轴经配置引导所述连续型机器人的位置和定向并且将所述驱动单元接合至所述连续型机器人。

在另一个实施方案中，提供了一种用于部署机器人装置的方法。所述方法包括：提供包括驱动单元、柔性定位轴和由所述驱动单元驱动用于执行微创操作的连续型机器人的机器人装置，其中所述机器人装置被安装在线性平台上，并且其中所述柔性定位轴经配置将所述驱动单元接合至所述连续型机器人；相对于手术床定位所述机器人装置；调节所述柔性定位轴以使所述机器人装置定向于目标手术位点的入口；以及通过推进所述线性平台将所述机器人装置插入所述入口。

在又一个实施方案中，提供了用于微创泌尿道外科手术的机器人系统。所述机器人系统包括连续型机器人、驱动单元和柔性轴部分。所述连续型机器人经配置用于执行微创泌尿道外科手术并且包括串联接合至远端连续部分的近端连续部分。所述串联接合的部分包括多个骨架并且携带至少一种诊断、手术或治疗仪器。所述驱动单元经配置通过向各个所述多个骨架提供线性驱动来驱动所述连续型机器人并且包括用于测量驱动力的力传感器。所述柔性轴部分经配置用于引导所述连续型机器人的定位和定向并且用于将所述驱动单元接合至经尿道电切镜。所述经尿道电切镜指导柔性仪器外壳和所述至少一种仪器从所述驱动单元到所述连续型机器人。调节臂刚性地锚固所述柔性轴的近端和远端以将所述柔性轴部分调节至希望的位置和定向。

附图说明

图1是根据本公开主题的一些实施方案的用于微创诊断和手术的可快速部署的柔性机器人系统的示意图。

图2是根据本公开主题的一些实施方案的可以通过可快速部署的柔性机器人系统来部署的柔性器械外壳的示意图。

图3A至图3B是根据本公开主题的一些实施方案的用于微创诊断和手术的可快速部署的柔性机器人系统的示意图。

图4是展示包括在根据本公开主题的一些实施方案的可快速部署的柔性机器人系统中的驱动单元的单个组件和局部装配件的示意图。

图5是展示根据本公开主题的一些实施方案的共心骨架驱动总成的横截面视图的示意图。

图6A是根据本公开主题的一些实施方案的具有两个串联层叠连续部分的连续型机器人的示意图。

图6B是展示根据本公开主题的一些实施方案的连续部分的横截面视图的示意图。

图7是展示根据本公开主题的一些实施方案的连续部分的结构和运动学符号说明的示意图。

图8A是根据本公开主题的一些实施方案的用于微创诊断和手术的可快速部署的柔性机器人系统的示意图。

图8B是展示根据本公开主题的一些实施方案的可快速部署的柔性机器人系统的调节轴的横截面视图的示意图。

图9A是根据本公开主题的一些实施方案的用于微创泌尿道外科手术的可快速部署的柔性机器人系统的示意图。

图9B是展示根据本公开主题的一些实施方案的用于微创泌尿道外科手术的可快速部署的柔性机器人系统的柔性定位轴的横截面视图的示意图。

图10是展示根据本公开主题的一些实施方案的用于执行经尿道切除膀胱肿瘤(TURBT)的可快速部署的柔性机器人系统的部署的示意图。

图11是展示根据本公开主题的一些实施方案的用于微创泌尿道外科手术的可快速部署的柔性机器人系统的连续型机器人可以达到的工作空间的横截面视图的示意图。

图12是用于部署根据本公开主题的一些实施方案的用于微创诊断和手术的机器人装置的方法的流程图。

具体实施方式

提供了可快速部署的柔性机器人系统和方法。在本公开主题的一些实施方案中，提供用于在刚性手动器械不能通行或进入目标组织或器官的深部手术位点中进行微创诊断和手术的可快速部署的柔性机器人系统。

图1是根据本公开主题的一些实施方案的用于微创诊断和手术的可快速部署的柔性机器人系统100的示意图。参考图1，可快速部署的柔性机器人系统100包括驱动单元101、柔性且可锁定的、可手动调节的定位轴103和可插入的连续型机器人105。在一些实施方案中，驱动单元101可以并入七个自由度(DoF)，能够控制具有用于半自动化插入的进退台的两个串联接合的(例如近端部分、远端部分)冗余三骨架连续部分。在一些实施方案中，在所述连续部分的各个独立的骨架上的力传感器可以测量骨架驱动力。传感的驱动力还可以允许估计远端环境相互作用力和顺应运动算法。

在一些实施方案中，可调节的定位轴103可以允许以能够使手术和/或诊断仪器在手术工作流程中快速布署和撤出的方式快速定位连续型机器人105。在一些实施方案中，可调节的定位轴103可以使用手动或计算机控制的内部缆索牵引力，以使缆索可以在需要对可调节的定位轴103进行手动重新定位时松开并且在完成重新定位时拉紧以便锁定在新定位的配置中。

在一些实施方案中，可以使连续型机器人105的弯曲部分从可调节的定位轴103的远端伸长或缩回。在一些实施方案中，连续型机器人105可以经由接合至包括显示器和用于控制连续型机器人105和插入的器械的界面的主控制台的主界面来部署。

图2是可以通过根据本公开主题的一些实施方案的连续型机器人105来部署的柔性器械外壳200的示意图。参考图2，柔性器械外壳200包括多个独立的管腔201、203和205。在一些实施方案中，柔性器械外壳200包括至少一个管腔，如管腔201和205，以输送用于例如基于白光的内窥镜检查的照明和/或成像仪器。在一些实施方案中，测量的管腔201和205的直径为0.55mm。在一些实施方案中，柔性器械外壳200包括至少一个管腔，如管腔203，以输送显微外科仪器，如低温活检钳(cold biops yforceps)和切除环(resection loop)。在一些实施方案中，测量的管腔203的直径为1.2mm。在一些实施方案中，独立的管腔201、203和205通过光滑的聚四氟乙烯(PTFE)结构来支撑。

图3A至图3B是根据本公开主题的一些实施方案的用于微创诊断和手术的可快速部署的柔性机器人系统300的示意图。参考图3A-B，可快速部署的柔性机器人系统300包括驱动单元301、可锁定、可手动调节的定位轴303、具有两个串联接合的带有进退台的三骨架连续型机器人305、锥形总成307、线性插入台309、柔性器械外壳313和器械通道311的近端。在一些实施方案中，驱动单元301被安装在线性插入台309上。

在一些实施方案中，驱动单元301可以是具有一体化力传感器的六自由度成束驱动单元。在一些实施方案中，驱动单元301包括三个共心骨架驱动总成，每个总成包括接合的驱动缸。每个驱动缸驱动连续型机器人305中的六个总驱动线之一。在一些实施方案中，例如，每个接合的平台包括主缸和副缸并且驱动连续型机器人305中的每个骨架的近端和远端部分。

在一些实施方案中，锥形总成307将连续型机器人305的驱动线从驱动单元301排布至柔性器械外壳313中，所述柔性器械外壳313将所述驱动线和器械引导至连续型机器人305。在一些实施方案中，通过器械通道311的近端将所述器械插入所述柔性外壳。

在一些实施方案中，可调节的定位轴303提供引导连续型机器人305的位置和定向的可手动调节的柔性部分。通过提供改变机器人系统300的位置和定向的能力，可调节的定位轴303能够在手术室中快速部署机器人系统300，从而减少针对例如外科手术来准备系统所需要的时间。

图4是展示在根据本公开主题的一些实施方案的可快速部署的柔性机器人系统中包括的驱动单元400的分解图的示意图。参考图4，驱动单元400包括共心骨架驱动总成401、403和405、锥形总成407和一副基底和顶板409和411。每个骨架驱动总成包括主缸413和副缸415，它们与基底和顶板409和411连接。

在一些实施方案中，驱动单元400通过连接板419安装在插入台417上。在一些实施方案中，接合至驱动单元400的连续型机器人的骨架从共心驱动总成401、403和405通过骨架间隔锥形组件407排布至连续型机器人。

图5是展示根据本公开主题的一些实施方案的共心骨架驱动总成500的横截面视图的示意图。参考图5，共心骨架驱动组件500包括主缸501和副缸503。每个缸(主和副)含有通过内部导螺杆513或515带动活塞509或511的电动机505或507。

在一些实施方案中，在相应的活塞509和511内的每个导螺杆螺母517和519包括两个可以被相对于彼此紧固在导螺杆513或515上的两个元件，以消除活塞509或511与导螺杆513或515之间的反冲。在一些实施方案中，活塞509和511的线性运动可以通过电动机编码器(集成到电动机505和507中)和线性电位计521和523进行二重地测量。在一些实施方案中，通过剪切销将主缸活塞511刚性连接至被钳固在副缸503的外径上的连接臂525上。

在一些实施方案中，将连续型机器人的近端部分的副骨架连接至副缸503的基座527上，从而主缸活塞511的运动带动近端副骨架相对于主缸501运动。在一些实施方案中，通过副缸测压元件531将副缸活塞509附接到连续型机器人远端部分的副骨架线529的接线上。副缸测压元件531可以直接测量连续型机器人的远端副骨架中的驱动力。

在一些实施方案中，通过主缸测压元件533将共心骨架驱动总成500连接至驱动单元的基底上。主缸测压元件533可以测量与所述总成连接的一组共轴副骨架中的驱动力。在一些实施方案中，为了防止在主缸测压元件533上产生力矩，在主缸501和副缸503的近端上的尼龙套筒上支撑共心骨架驱动总成500。

图6A是根据本公开主题的一些实施方案的具有两个串联层叠连续部分的连续型机器人600的示意图。参考图6A，连续型机器人600包括近端连续部分601和远端连续部分603。

各个部分601和603是由一个位于中央的被动式主骨架617和通过终端圆盘605(近端部分终端圆盘)或607(远端部分终端圆盘)和许多间隔圆盘609限制的三个放射状对称的驱动副骨架619和621构造的，这些间隔圆盘在所述部分穿过工作空间时保持近似的放射对称。图6B展示根据本公开主题的一些实施方案的连续部分601和603的横截面视图。

在一些实施方案中，副骨架619(近端副骨架)和621(远端副骨架)在夹角β(在图7中展示)和与主骨架617的节圆半径r下是等距间隔的。在一些实施方案中，近端副骨架619是超弹性镍钛管。在一些实施方案中，远端副骨架621是镍钛线并且在近端副骨架619内侧延伸。在一些实施方案中，主骨架617是镍钛线。

连续型机器人600提供一组用于输送手术仪器(如活检钳611)和显像仪器(如纤维镜613)的器械通道615。在一些实施方案中，纤维镜613是具有10k像素融合图像传导(fused image guide)的柔性1mm直径纤维镜。在一些实施方案中，纤维镜613被接合至摄像机系统。

参考图6B，连续部分601和603的横截面含有三个等间隔的仪器通道(也称为仪器管腔)615、主骨架管腔623和副骨架管腔625。

图7是展示根据本公开主题的一些实施方案的连续部分700的结构和运动学符号说明的示意图。参考图7，第k部分多骨架连续型机器人的姿态可以通过如下定义的配置空间矢量以一组广义坐标来描述：

${\mathrm{\ψ}}_{\left(k\right)}={[{\mathrm{\θ}}_{\left(k\right)},{\mathrm{\δ}}_{\left(k\right)}]}^T---\left(1\right)$

其中k=1、2、...的(·)_(k)表示与第k部分有关的变量并且θ_(k)和δ_(k)分别定义所述部分的弯曲面的弯曲角和定向。

使配置空间ψ(k)与连接空间

$q_{\left(k\right)}={[q_{1,\left(k\right)},...,q_{m,\left(k\right)}]}^T$

相关联的逆运动学由下式给出

$L_{j\left(k\right)}=L_{\left(k\right)}+q_{j,\left(k\right)}=L_{\left(k\right)}+{\mathrm{\Δ}}_{j\left(k\right)}{\mathrm{\Θ}}_{\left(k\right)},j=1,...,m---\left(2\right)$

其中L_j,(k)是所述第k部分的第j副骨架703的长度，L_(k)是所述第k部分的主骨架701的长度，

${\mathrm{\Δ}}_{j,\left(k\right)}=\mathrm{\τ}\cos {\mathrm{\σ}}_{j,\left(k\right)},{\mathrm{\σ}}_{j,\left(k\right)}={\mathrm{\δ}}_{\left(h\right)}+(j-1)\frac{2\mathrm{\π}}{3},$ 并且 ${\mathrm{\Θ}}_{\left(k\right)}={\mathrm{\θ}}_{\left(k\right)}-\frac{\mathrm{\π}}{2}.$

瞬间逆运动学可以由微分方程(2)描述，得到

${\stackrel{\·}{q}}_{\left(k\right)}=J_{q{\mathrm{\ψ}}_{\left(k\right)}}{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{\left(k\right)}---\left(3\right)$

其中Jacobian J_qψ(k)由下式给出

$J_{{\mathrm{q\ψ}}_{\left(k\right)}}=\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{rc}}_{{\mathrm{\σ}}_{1,\left(k\right)}}& -r{\mathrm{\Θ}}_{\left(k\right)}{s}_{{\mathrm{\σ}}_{1,\left(h\right)}}\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ {\mathrm{rc}}_{{\mathrm{\σ}}_{m,\left(k\right)}}& -r{\mathrm{\Θ}}_{\left(k\right)}{s}_{{\mathrm{\σ}}_{m,\left(k\right)}}\end{array}\right]---\left(4\right)$

其中 $c_{\mathrm{\α}}\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\cos \left(\mathrm{\α}\right)$ 并且 $s_{\mathrm{\α}}\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\sin \left(\mathrm{\α}\right).$

所述第k部分的正运动学由相对于其基础圆盘的部分终端圆盘的位置和定向

给出。对于

运动学采取以下形式

$b_{\left(h\right)}{p}_{b_{\left(k\right)}{\mathrm{\θ}}_{\left(k\right)}}=\frac{L_{\left(k\right)}}{{\mathrm{\Θ}}_{\left(k\right)}}\left[\begin{array}{c}{c}_{{\mathrm{\δ}}_{\left(k\right)}}(s_{{\mathrm{\θ}}_{\left(k\right)}}-1)\\ -s_{{\mathrm{\δ}}_{\left(k\right)}}(s_{{\mathrm{\θ}}_{\left(k\right)}}-1)\\ -c_{{\mathrm{\θ}}_{\left(k\right)}}\end{array}\right]---\left(5\right)$ 和

$b_{\left(k\right)}{R}_{g\left(k\right)}=e^{-{\mathrm{\δ}}_{\left(k\right)}\left[\hat{w}x\right]}{e}^{-{\mathrm{\Θ}}_{\left(k\right)}\left[\hat{v}x\right]}{e}^{{\mathrm{\δ}}_{\left(k\right)}\left[\hat{w}x\right]}---\left(6\right)$

其中 $\hat{v}={\left[\mathrm{0,1,0}\right]}^T,\hat{w}={\left[\mathrm{0,0,1}\right]}^T$ 并且参考系统{g_(k)}和{b_(k)}如图7所示。

对于 ${\mathrm{\θ}}_{\left(k\right)}=\frac{\mathrm{\π}}{2},$ 公式奇异性，

分解为

$b_{\left(k\right)}{p}_{b_{\left(k\right)}{g}_{\left(k\right)}}={\left[\begin{array}{ccc}0& 0& L_{\left(k\right)}\end{array}\right]}^T---\left(7\right)$ 和

通过使方程式(5)和(6)求微分，瞬间正运动学采取以下形式

$b_{\left(k\right)}t=J_{t{\mathrm{\ψ}}_{\left(k\right)}}{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_{\left(k\right)}$

其中，对于

Jacobian J_qψ(k)由下式给出

并且，对于

公式奇异性，

通过应用

规则分解得到

$J_{t{\mathrm{\ψ}}_{\left(k\right)}}={\left[\begin{array}{cccccc}-\frac{L}{2}{c}_{{\mathrm{\δ}}_{\left(k\right)}}& \frac{L}{2}{s}_{{\mathrm{\δ}}_{\left(k\right)}}& 0& -s_{{\mathrm{\δ}}_{\left(k\right)}}& -c_{{\mathrm{\δ}}_{\left(k\right)}}& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right]}^T.---\left(10\right)$

图8A是根据本公开主题的一些实施方案的用于微创诊断和手术的可快速部署的柔性机器人系统800的示意图。参考图8A，可快速部署的柔性机器人系统800包括驱动单元801、共心手动调节轴803、连续型机器人805、线性插入台807和用于调节轴803的锁定柄809。

在一些实施方案中，调节轴803可以允许以能够使手术和/或诊断仪器在手术工作流程中快速布署和撤出的方式快速定位连续型机器人805。在一些实施方案中，调节轴803可以在需要对调节轴803进行手动调节时松开并且在完成调节时拉紧。

在一些实施方案中，调节轴803是使用多个部分811和一组锁定缆索813来构造的。在一些实施方案中，当经由通过锁定柄809控制的偏心锁装置紧固时，锁定缆索813锁定调节轴803。在一些实施方案中，锁定柄809可以经由绞盘直接紧固锁定缆索813。

图8B展示根据本公开主题的一些实施方案的调节轴803的横截面视图。参考图8B，调节轴803包括锁定缆索813、仪器通道815a(输送器械)、815b(空的)、用于连续型机器人805的副骨架管腔817、用于调节轴803的柔性塑料覆盖层(在图8A中未示出)和柔性仪器外壳821。在一些实施方案中，柔性仪器外壳821可以由PTFE挤压件制成。

图9A是根据本公开主题的一些实施方案的用于微创泌尿道外科手术(如经尿道切除膀胱肿瘤(TURBT))的可快速部署的柔性机器人系统900的示意图。参考图9A，可快速部署的柔性机器人系统900包括驱动单元901、柔性轴部分903、泌尿道电切镜905、连续型机器人907和调节臂909。

在一些实施方案中，驱动单元901具备力感测能力。在一些实施方案中，柔性轴部分903由独立并与柔性轴部分903分离的调节臂909支撑。在一些实施方案中，调节臂909是可手动调节和可锁定的。在一些实施方案中，调节臂909刚性地锚固在柔性轴部分903的近端和远端上以支撑轴部分903。在一些实施方案中，调节臂909经配置接合至泌尿道电切镜905。

图9B展示根据本公开主题的一些实施方案的柔性轴部分903的横截面视图。参考图9B，构造的柔性轴部分具有包括PTFE挤压件913的内部光滑结构和包括柔性支撑总成911的外部支撑结构。PTFE挤压件913又包括仪器通道/管腔915和用于副连续骨架919的副骨架管腔917并且柔性支撑总成911包括支撑杆921。

在一些实施方案中，支撑杆921可以由不锈钢或其它合适的柔性合金制成。在一些实施方案中，调节臂909只刚性地锚固在外部支撑结构上，从而使PTFE挤压件913可以在由外部支撑结构界定的轨道中滑动。

调节臂909和柔性轴部分903一起在手术环境中快速部署机器人仪器。柔性轴部分903允许机器人仪器插入而不需要耗费时间使机器人系统900的插入部分与患者尿道对准，从而为机器人仪器的部署和去除提供极小的临床工作流程中断。

图10是展示根据本公开主题的一些实施方案的用于在男性患者中执行经尿道切除膀胱肿瘤(TURBT)的可快速部署的柔性机器人系统1000的部署的示意图。参考图10，机器人系统1000包括驱动单元1001、线性平台1003、柔性轴部分1005、调节臂1007、尿道电切镜1009和连续型机器人1011。连续型机器人1011包括串联接合至远端连续部分1015的近端连续部分1013并且携带(在其它仪器之中)电灼环1017和纤维镜(未示出)。

为了执行经尿道切除，在一些实施方案中，将机器人系统1000固定在手术床上并且通过使用线性平台1003向患者的尿道推进机器人系统1000来相对于膀胱癌患者定位。将机器人系统1000定位在尿道附近之后，使用调节臂1007进一步调节柔性轴部分1005以便快速经尿道部署。

一旦电切镜1009经尿道部署，就使用驱动单元1001来通过操纵近端和远端连续部分1013和1015驱动连续型机器人1011，从而搜索并到达可疑组织和可见病灶1019所在的膀胱部位，进而使用电灼环1017切除。

图11是展示根据本公开主题的一些实施方案的可快速部署的柔性机器人系统(如图10中图示的机器人系统1000)的连续型机器人1101可以达到的工作空间1103的横截面的示意图。

运动学分析在MATLAB计算环境中进行，用于估计与切除整个膀胱的肿瘤有关的工作空间1103。分析显示可快速部署的柔性机器人系统(如机器人系统1000)能够观测并到达整个膀胱，包括前侧，如图11所示。

图12是用于部署根据本公开主题的一些实施方案的用于微创诊断和手术的机器人装置的方法1200的流程图。参考图12，在1201提供机器人装置。在一些实施方案中，所述机器人装置可以是可快速部署的柔性机器人系统，如机器人系统300、800或900，分别如图3、图8或图9所示。在1203，相对于患者或手术床放置机器人装置。在一些实施方案中，经由绑带将机器人装置固定在患者或手术床上。

在1205，使机器人装置定向于目标手术位点(如尿道、口腔开口或靠近目标手术位点做的切口)的入口。在一些实施方案中，调节接合机器人装置的连续型机器人和用于机器人的驱动单元的柔性轴以快速部署机器人。在一些实施方案中，调节锚固在柔性轴部分的近端和远端上的调节臂，使机器人装置的定向有助于将装置快速部署到受限制的组织或开口中。如图10所示，例如，可以使用调节臂1007来手动调节柔性轴部分1005，从而调节电切镜1009的位置和定向。

在1207，将机器人装置插入通向目标手术位点的入口。对于经尿道切除膀胱肿瘤，如图10所示，例如，通过患者的尿道将接合至尿道电切镜1009的连续型机器人1011插入患者的膀胱。

在1209，驱动机器人装置执行微创操作。对于经尿道切除膀胱肿瘤，例如，使用电灼环1017切除可疑组织和可见病灶1019并且从膀胱除去。

虽然已经在上述说明性实施方案中描述和说明了本发明，但是应理解本公开只是通过举例做出的，并且可以在本发明的实施细节中进行大量的改变而不脱离本发明的精神和范畴。所公开的实施方案的特征可以通过多种方式进行组合和调整。

Claims (20)

1.一种机器人系统，其包括：

用于执行微创诊断、手术或治疗技术的连续型机器人，所述连续型机器人包括至少一个包括多个骨架的连续部分，所述连续部分在具有多个器械通道的柔性器械外壳中携带至少一种诊断、手术或治疗仪器；

用于通过向所述多个骨架中的每一个骨架提供线性驱动来驱动所述连续型机器人的驱动单元，所述驱动单元包括用于测量驱动力的力传感器；和

用于引导所述连续型机器人的位置和定向的柔性定位轴，所述柔性定位轴被配置成将所述驱动单元接合至所述连续型机器人。

2.如权利要求1所述的机器人系统，其中所述至少一种仪器包括手术仪器和显像仪器中的至少一种。

3.如权利要求1所述的机器人系统，其中所述柔性定位轴是可锁定的并且包括共轴布置的内部结构和外部支撑结构，并且其中所述柔性定位轴是与所述外部支撑结构分离并独立的。

4.如权利要求3所述的机器人系统，其中所述柔性定位轴的内部结构包括具有多个仪器通道和骨架管腔的光滑聚四氟乙烯(PTFE)结构。

5.如权利要求3所述的机器人系统，其中所述柔性定位轴的外部结构包括通过一组锁定缆索连接的多个部分，并且其中当所述锁定缆索被拉紧时所述锁定缆索锁定所述柔性定位轴。

6.如权利要求1所述的机器人系统，其进一步包括线性插入台，其中所述驱动单元被安装在所述线性插入台上。

7.如权利要求6所述的机器人系统，其中所述柔性定位轴的至少一部分由所述线性插入台支撑。

8.如权利要求1所述的机器人系统，其中所述至少一个连续部分包括串联接合至远端连续部分的近端连续部分。

9.一种用于部署机器人装置的方法，其包括：

提供包括驱动单元、柔性定位轴和由所述驱动单元驱动用于执行微创操作的连续型机器人的机器人装置，其中所述机器人装置被安装在线性平台上，并且其中所述柔性定位轴被配置成将所述驱动单元接合至所述连续型机器人；

将所述机器人装置相对于手术床来定位；

调节所述柔性定位轴以使所述机器人装置定向于目标手术位点的入口；以及

通过使所述线性平台向所述入口推进将所述机器人装置插入所述入口。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述连续型机器人包括串联接合至远端连续部分的近端连续部分，并且其中所述串联接合的部分在具有多个器械通道的柔性器械外壳中携带至少一种诊断、手术或治疗仪器。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述仪器通道包括手术仪器和显像仪器中的至少一种。

12.如权利要求9所述的方法，其中定位所述机器人装置包括将所述机器人装置固定至手术床上。

13.如权利要求9所述的方法，其中所述柔性定位轴是可锁定的并且包括共轴布置的内部结构和外部支撑结构。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述柔性定位轴的内部结构包括具有多个仪器通道和骨架管腔的光滑聚四氟乙烯(PTFE)结构并且其中所述柔性定位轴的外部结构包括由一组锁定缆索连接的多个部分，并且其中当所述锁定缆索被拉紧时所述锁定缆索锁定所述柔性定位轴。

15.一种机器人系统，其包括：

用于执行微创泌尿道外科手术的连续型机器人，所述连续型机器人包括串联接合至远端连续部分的近端连续部分，所述串联接合的部分包括多个骨架并且携带至少一种诊断、手术或治疗仪器；

用于通过向所述多个骨架中的每一个骨架提供线性驱动来驱动所述连续型机器人的驱动单元，所述驱动单元包括用于测量驱动力的力传感器；和

用于引导所述连续型机器人的位置和定向的柔性轴部分，所述柔性轴部分被配置成将所述驱动单元接合至经尿道电切镜，其中所述经尿道电切镜将柔性仪器外壳和所述至少一种仪器从所述驱动单元引导到所述连续型机器人，并且其中调节臂刚性地锚固所述柔性轴的近端和远端以将所述柔性轴部分调节至希望的位置和定向。

16.如权利要求15所述的机器人系统，其中所述至少一种仪器包括手术仪器和显像仪器中的至少一种。

17.如权利要求16所述的机器人系统，其中所述手术仪器包括活检钳并且所述显像仪器包括纤维镜。

18.如权利要求15所述的机器人系统，其中所述泌尿道外科手术包括经尿道切除膀胱肿瘤。

19.如权利要求15所述的机器人系统，其中所述调节臂是可锁定的并且所述柔性轴部分包括共轴布置的内部结构和外部支撑结构。

20.如权利要求19所述的机器人系统，其中所述柔性轴部分的所述内部结构包括具有多个仪器通道和骨架管腔的光滑聚四氟乙烯(PTFE)结构。

Images