CN107708594A - 用于机器人手术系统的控制臂组合件 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制机器人系统的控制臂组合件包含可围绕三条轴线移动及旋转的万向接头和耦合到所述万向接头的手柄组合件。所述手柄组合件包含具有安置于其中的控制器和安置于其上的第一致动器的主体部分。所述第一致动器通过四杆联动装置以机械方式耦合到所述控制器使得所述第一致动器的致动致使所述控制器的组件机械移动，所述机械移动由所述控制器转换为电信号。

Description

用于机器人手术系统的控制臂组合件
相关申请交叉引用
本申请主张2016年6月3日提交的美国临时申请第62/345,505号的权益和优先权，所述申请全部内容由此以引用的方式并入本文中。
背景技术
机器人手术系统已经用于微创医疗程序中。在此类医疗程序期间，通过外科医生与用户接口配合来控制机器人手术系统。用户接口允许外科医生操控作用于患者的机器人系统的末端执行器。用户接口包含控制臂组合件，所述控制臂组合件可通过外科医生移动来控制机器人手术系统。
存在改进用于移动和操作机器人手术系统的末端执行器的控制臂组合件的需要。
发明内容
本公开大体上涉及机器人手术系统的用户接口的控制臂组合件，所述控制臂组合件允许临床医生在手术过程期间控制机器人手术系统的机器人系统。控制臂组合件的手柄组合件包含配置成允许临床医生舒适地与用于控制机器人系统的臂和/或工具的控制臂组合件配合的手指受控致动器，且控制臂组合件的万向接头包含配置成允许临床医生容易地将手柄组合件连接到控制臂组合件/将手柄组合件与控制臂组合件断开连接的连接器。
在本公开的一个方面中，用于控制机器人系统的控制臂组合件包含可围绕三条轴线移动及旋转的万向接头和耦合到所述万向接头的手柄组合件。手柄组合件包含具有安置于其中的控制器和安置于其上的第一致动器的主体部分。第一致动器通过四杆联动装置以机械方式耦合到控制器使得第一致动器的致动致使控制器的组件机械移动，所述机械移动由所述控制器转换为电信号。
在各方面中，第一致动器包含近端部分和远端部分。第一致动器可具有偏向位置，其中远端部分横向地延伸远离主体部分。在朝向主体部分的方向上将力施加于远端部分上可将第一致动器移动到所致动位置处，其中近端部分横向地移动远离主体部分。
在一些方面，四杆联动装置的第一连杆固定到第一致动器的近端部分。在某些方面，四杆联动装置包含固定地安置于手柄组合件的主体部分内且以可操作方式耦合到控制器的第二连杆和以可枢转方式连接到第一连杆和第二连杆的第三连杆和第四连杆。在特定方面，控制器的组件是第一齿轮，且四杆联动装置的第二连杆包含附接到以可旋转方式安置于第二连杆内的机械轴的第二齿轮。第二连杆的第二齿轮可以啮合方式与控制器的第一齿轮接合。第四连杆的移动可致使第二连杆的第二齿轮旋转移动，所述旋转移动可致使控制器的第一齿轮的旋转移动。第四连杆的端部可以不可旋转方式耦合到第二连杆的第二齿轮。
第一致动器可安置于手柄组合件的主体部分的外表面上，和/或所述手柄组合件可包含延长超过第一致动器的远端部分的条带。
在一些方面，万向接头包含以可拆卸方式耦合到手柄组合件的远端的连接器。在某些方面，连接器包含凸缘外边缘和限定在所述凸缘外边缘的末端处的对置棘爪，以便以可拆卸方式与手柄组合件的远端接合。
在本公开的另一方面中，用于控制机器人系统的手柄组合件包含主体部分、安置于主体部分内的控制器、安置于主体部分上的第一致动器以及四杆联动装置，所述四杆联动装置以机械方式将控制器与第一致动器耦合使得第一致动器的致动致使控制器的组件机械移动，所述机械移动由所述控制器转换为电信号。
在各方面中，第一致动器包含近端部分和远端部分。第一致动器可具有偏向位置，其中远端部分横向地延伸远离主体部分。在朝向主体部分的方向上将力施加于远端部分上可将第一致动器移动到所致动位置处，其中近端部分横向地移动远离主体部分。
在一些方面，四杆联动装置的第一连杆固定到第一致动器的近端部分。在某些方面，四杆联动装置另外包含固定地安置于主体部分内且以可操作方式连接到控制器的第二连杆和以可枢转方式耦合到第一连杆和第二连杆的第三连杆和第四连杆。在特定方面，控制器的组件是第一齿轮，且四杆联动装置的第二连杆包含附接到以可旋转方式安置于第二连杆内的机械轴的第二齿轮。第二连杆的第二齿轮可以啮合方式与控制器的第一齿轮接合。第四连杆的移动可致使第二连杆的第二齿轮旋转移动，所述旋转移动可致使控制器的第一齿轮的旋转移动。第四连杆的端部可以不可旋转方式耦合到第二连杆的第二齿轮。
第一致动器可安置于主体部分的外表面上，且/或手柄组合件可包含延长超过第一致动器的远端部分的条带。
其它方面、特征和优点将从描述、图式以及权利要求书而显而易见。
附图说明
下文中参考图式描述本公开的各种方面，所述图式并入本说明书中并构成本说明书的部分，其中：
图1是根据本公开的实施例的包含机器人系统和具有两个控制臂组合件的用户接口的机器人手术系统的示意性说明；
图2是图1的用户接口的两个控制臂组合件的放大透视图；
图3是图2的具有以虚线展示的临床医生的手的控制臂组合件中的一个的手柄组合件的透视图；
图4是根据本公开的实施例的图1的机器人系统的工具的透视图；
图5和图6是具有部分移除的图3的手柄组合件的透视图；
图7是具有以虚线展示的临床医生的手的食指的具有部分移除的图3、图5和图6的手柄组合件的顶部透视图；
图8A和图8B是安置于临床医生的手内的分别地在偏向位置和致动位置中的图3和图5到图7的手柄组合件的示意说明；
图9A和图9B是安置于临床医生的手内的包含分别地在偏向位置和致动位置中的具有单一枢轴点的致动器的现有技术手柄组合件的示意说明；
图10是展示根据本公开的实施例的钳口角和桨式力对比桨式角的图式；
图11是根据本发明的另一实施例的控制臂组合件的透视图；以及
图12是具有部分移除的图11的控制臂组合件的万向接头的透视图。
具体实施方式
现在参考图式详细描述本公开的实施例，其中在若干视图中的每一个中，类似参考标号指定相同或对应元件。如本文中所使用，术语“临床医生”指医生、护士或任何其它医护人员并且可以包含辅助人员。贯穿本说明书，术语“近端”是指更靠近临床医生的手的系统、装置或组件的一部分，且术语“远端”是指离临床医生的手较远的所述系统、装置或组件的一部分。
现转而参看图1，展示根据本公开的机器人手术系统1。机器人手术系统1包含机器人系统10、处理单元30以及操作控制台或用户接口40。机器人系统10大体上包含联动装置12和机器人底座18。联动装置12可移动地支撑被配置成在手术部位“S”处作用于患者“P”的组织的端部执行器或工具20。联动装置12可形成臂，每一臂12具有支撑工具20的端部14。另外，臂12中的每一个的端部14可包含用于对手术部位“S”成像的成像装置16和/或鉴定支撑或附接到臂12的端部14的工具20(例如，手术器械的类型)的工具检测系统(未图示)。
处理单元30将机器人系统10与用户接口40电互连以处理和/或发送发射和/或接收于用户接口40与机器人系统10之间的信号，如下文中进一步详细描述。
用户接口40包含配置成显示三维图像的显示装置44。显示装置44显示手术部位“S”的三维图像，所述三维图像可包含由安置于臂12的端部14上的成像装置16所捕捉的数据和/或包含由围绕手术室安置的成像装置(例如，安置于手术部位“S”内的成像装置、邻近患者“P”安置的成像装置、安置于成像臂52的远端处的成像装置56)所捕捉的数据。成像装置(例如，成像装置16、成像装置56)可以捕捉手术部位“S”的视觉图像、红外图像、超声图像、X射线图像、热像和/或任何其它已知的实时图像。成像装置16、成像装置56将所捕捉的成像数据发射到处理单元30，所述处理单元实时地根据成像数据生成手术部位“S”的三维图像，并且将所述三维图像发射到显示装置44进行显示。
用户接口40包含支撑控制臂组合件46来允许临床医生操控机器人系统10(例如，移动臂12、臂12的端部14和/或工具20)的控制臂42。控制臂组合件46与处理单元30连通来将控制信号发射到其上并且来接收自其的反馈信号，所述处理单元反过来将控制信号发射到机器人系统10且接收来自机器人系统10的反馈信号来执行机器人系统10的所要移动。
每一控制臂组合件46包含以可操作方式耦合到控制臂42的万向接头100和以可操作方式耦合到所述万向接头100的输入装置或手柄组合件200。手柄组合件200中的每一个是可移动通过具有“X”轴、“Y”轴和“Z”轴的坐标系内的预定义工作空间来在手术部位“S”内移动臂12的端部14。将显示装置44上的三维图像定向使得作为手柄组合件200的移动的结果的万向接头100的移动以显示装置44上所观看形式来移动臂12的端部14。将了解，显示装置44上的三维图像的定向可相对于患者“P”的俯视图成镜像或转动。另外，将了解可将显示装置44上的三维图像的大小缩放到大于或小于手术部位“S”的实际结构来准许临床医生具有对于手术部位“S”内的结构的更好视图。为了手柄组合件移动的按比例调整的详细论述，可参考2015年12月10日提交的美国临时专利申请第62/265,457号，2016年12月8日提交的现国际专利申请第PCT/US16/65588号共同拥有，其中的每一个的全部内容以引用的方式并入本文中。随着手柄组合件200移动，工具20移动于手术部位“S”内。应理解，工具20的移动还可包含支撑工具20的臂12和/或臂12的端部14的移动。
为了详细论述机器人手术系统1的结构和操作，可参考美国专利第8,828,023号，其全部内容以引用的方式并入本文中。
现参看图2，控制臂组合件46的每一万向接头100包含外部连杆110、中间连杆120以及内部连杆130。外部连杆110包含以可枢转方式连接到控制臂42的第一端110a和第二端110b，所述第二端以可枢转方式连接到中间连杆120的第一端120a使得中间连杆120可围绕“X”轴旋转，如由箭头“X1”(图1)指示。中间连杆120包含以可枢转方式连接到内部连杆130的第一端130a的第二端120b使得内部连杆130可围绕“Y”轴旋转，如由箭头“Y1”(图1)指示。内部连杆130包含具有连接器132的第二端130b，所述连接器配置成以可拆卸方式接合手柄组合件200的远端200a使得手柄组合件200可围绕“Z”轴旋转，如由箭头“Z1”(图1)指示。在实施例中，外部连杆110、中间连杆120、以及内部连杆130各自为被配置成嵌套于彼此内的大致L形的框。然而，应理解，外部连杆110、中间连杆120以及内部连杆130可以是任何形状只要“X”轴、“Y”轴以及“Z”轴在零或返回位置中彼此正交(例如参看图2)。
如图2和图3中所展示，控制臂组合件46中的每一个的手柄组合件200包含主体部分210和手柄部分220。主体部分210包含支撑用于控制机器人系统10(图1)的工具20(图4)的各种功能的多个致动器214、216、218的壳体212。如图3中所说明和定向，第一致动器214安置于壳体212的外侧表面212a上，第二致动器216安置于壳体212的顶部表面212b上，且第三致动器218从壳体212的底部表面212c延伸以形成扳机。应理解，致动器214、216、218可具有任何合适的配置(例如，按钮式、杵式、切换式、滑动式、摇动式等)，且致动器214、216、218围绕手柄组合件200的放置可改变。第一致动器214包含手指托架222和条带224，所述条带延长超过手指托架222来将临床医师的手的手指(例如食指)固定到第一致动器214使得手柄组合件200不会相对于手指而滑动。
每一手柄组合件200允许临床医生操控(例如，夹持、握紧、发射、打开、关闭、转动、推进、切片等)臂12的末端14处支撑的相应工具20(图1)。例如，如图4中所展示，工具20可以是从工具机械轴26延伸的包含对置钳口部件22、24的钳口组合件。第一致动器214可配置成致动工具20的钳口部件22、24于打开和关闭配置之间，如下文中另外详细所述。第二致动器216和第三致动器218进行工具20的其它功能，例如将钳口部件22、24的配置相对于彼此进行固定，相对于工具机械轴26旋转钳口部件22、24，起动来自钳口部件22、24中的一个的固定件(未图示)，致动安置于钳口部件22、24中的一个内的刀(未图示)，激活电外科能量的源头使得将电外科能量通过钳口部件22、24传输到组织，在所属领域的普通技术人员的范围内的其它功能。
如图5到图7中所展示，控制器230安置于手柄组合件200的主体部分210内使得第一致动器214、第二致动器216和/或第三致动器218(图3)的致动致动控制器230，所述控制器将第一致动器214、第二致动器216和/或第三致动器218的机械移动转化为电信号用于由处理单元30(图1)处理，反过来所述处理单元将电信号发送到机器人系统10(图1)来致动工具20(图1)的功能。应理解，机器人系统10可将信号发送到处理单元30且因此发送到控制器230来将反馈提供给操作手柄组合件200的临床医生。
第一致动器214是通过四杆联动装置240以机械方式耦合到控制器230。四杆联动装置240包含第一连杆242、第二连杆244、第三连杆246以及第四连杆248。第三连杆246和第四连杆248各自以可枢转方式耦合到第一连杆242和第二连杆244。第三连杆246和第四连杆248中的每一个分别地包含上连接部分245a、249a和下连结部分245b、249b。
第一连杆242从第一致动器214近端地延伸。第三连杆246的第一端246a以可枢转方式连接到第一连杆242的近端部分242a且第三连杆246的第二端246b以可枢转方式连接到第二连杆244的近端部分244a。第二连杆244包含其远端部分244b处的齿轮250，所述齿轮可以键连到机械轴252使得齿轮250伴随机械轴252旋转。第四连杆248的第一端248a以可枢转方式连接到第一连杆242的远端部分242b且第四连杆248的第二端248b以非可旋转方式固定到齿轮250和/或机械轴252使得第四连杆248的移动引起齿轮250的旋转。
第一致动器214包含近端部分214a和包含手指托架222的远端部分214b。在实施例中，一个或多个传感器223嵌入于第一致动器214内使得第一致动器214可检测围绕手指托架222的手指的存在或移动。合适的传感器包含(例如)触摸传感器、电容式传感器、光学传感器等等。第一致动器214具有偏向位置，当没有力施加到第一致动器214时，其中远端部分214b从手柄组合件200的壳体212的外侧表面212a横向地延伸而近端部分214a与外侧表面212a齐平或安置于外侧表面212a内，如图7中所展示。
在使用时，当临床医生按压且将力施加到手指托架222时，第一致动器214移动到致动位置，其中第一致动器214的远端部分214b朝向手柄组合件200的主体部分210移动致使第一致动器214的近端部分214a横向地移动远离主体部分210，引起四杆联动装置240的第一连杆242的对应的移动。随着第一连杆242横向地移动远离手柄组合件200的主体部分210，第三连杆246和第四连杆248相对于第二连杆244移动使得第四连杆248充当曲柄用于旋转第二连杆244的齿轮250。第二连杆244的齿轮250以啮合方式与控制器230的齿轮232接合使得第二连杆244的齿轮250旋转致使控制器230的齿轮232的对应的旋转。控制器230随后将齿轮232的机械移动转化为包含数字位置和运动信息的电子信号，如上文所论述。
由临床医生施加到第一致动器214的力的量将第一致动器214从偏向位置移动到致动位置来影响钳口部件22、24(图4)相对于彼此的位置。在实施例中，配置第一致动器214使得在偏向位置中，钳口部件22、24处于完全地打开位置且如通过所述控制器230所测量，第一致动器214的角位置为约20°。随着将力施加到第一致动器214，第一致动器214使四杆联动装置240的第二连杆244的齿轮250旋转来将钳口部件22、24朝向彼此移动直到其到达完全地闭合位置。在完全地闭合位置中，第一致动器214的角位置小于约5°。四杆联动装置240允许临床医生将较小力施加到第一致动器214来完全地闭合钳口部件22、24和/或将钳口部件22、24保持在常规手柄上的完全地闭合位置中，所述常规手柄要求临床医生将第一致动器214固持在0°。此配置可在手术过程期间(例如)最小化临床医生的手指疲乏和/或防止钳口部件的过度闭合和过度打开。另外，当第一致动器214致动时第一致动器214不会倾向于沿着手指滑动。
如图3和图6结合图8A和图8B中所展示，临床医生抓紧手柄组合件200使得临床医师的手“H”的食指“I”(以虚线展示)搁置在第一致动器214上，临床医师的手“H”的手掌(未图示)搁置在手柄组合件200的手柄部分220上，且临床医师的手“H”的拇指“T”和中指“M”自由来分别地致动第二致动器216和第三致动器218。食指“I”的掌指关节“J”与第一致动器214的四杆联动装置240的有作用的枢轴点对齐使得第一致动器214的运动伴随食指“I”移动贯穿介于偏向位置(参看例如图8A)与所致动位置(参看例如图8B)之间的运动的范围。这种对准及手柄组合件200的手枪式握把样式允许对手柄组合件200的稳定控制且防止食指“I”相对于第一致动器214的滑动，由此相较于例如如图9A与图9B中所展示，通过单一枢轴点“C”来连接包含第一致动器“B”的手柄组合件“A”而为手柄组合件提供更加受控感觉。第一致动器“B”的枢轴点“C”并不与食指“I”的掌指关节“J”对齐且引起食指“I”在偏向位置(图9A)与致动位置(图9B)之间的移动的期间相对于第一致动器“B”的纵向滑动(如由图9B中的箭头“D”所指示)。
参看图10，展示工具20的钳口角(图4)随第一致动器214的桨式角(图3)的变化而变化的曲线图。当第一致动器214具有约20°的桨式角θ时，工具20的钳口部件22、24完全地打开(例如安置于大于0°的预定钳口角处，相对于彼此)，且当第一致动器214具有约5°的桨式角θ时，钳口部件22、24完全地闭合(例如安置于约0°角处，相对于彼此)。钳口角曲线为线性使得第一致动器214的桨式角θ中的改变(例如，由于通过临床医生的第一致动器214的移动)在工具20的钳口角中产生对应且成正比的改变。
然而，钳口角曲线不会与起源处的地平轴线交叉。相反，当第一致动器214的桨式角θ为约5°且钳口部件22、24安置于完全地闭合位置中时，钳口角曲线与地平轴线交叉。此配置允许在完全地按压第一致动器214之前钳口部件22、24完全地闭合，例如所述配置可引起在使用期间临床医生的较小手指疲乏以及允许当桨式角θ接近0°(例如，完全地按压第一致动器214)钳口部件22、24过度闭合。过度封闭钳口部件22、24增大工具20的握紧力，所述力为所要用于执行要求紧紧固持的手术任务，例如硬性组织或针驱动的撤回。类似地，当进入大于20°的桨式角θ时，钳口部件22、24可过度打开。过度打开钳口部件22、24增大工具20的打开力，所述打开力为所要用于执行要求另外力矩来打开钳口部件22、24的手术任务，例如组织剥离。
继续参考图10，还展示桨式力随第一致动器214的桨式角θ(图3)变化而变化。通过手柄组合件200的发动机产生的力矩产生一种力，抵着所述力，通过临床医生按压第一致动器214来实现第一致动器214的桨式角θ中的改变且因此，钳口部件22、24之间的钳口角中的改变。力曲线包含具有不同斜率“S1”、“S1+S2”以及“S3”的三个线性区域。区域中的一个限定于力曲线的一部分中，其中钳口部件22、24安置于完全地打开位置与完全地闭合位置之间。这个区域的斜率“S1”为负，致使需要闭合第一致动器214的力随着桨式角θ减小而增大。当第一致动器214的桨式角θ为约20°时，力曲线与地平轴线交叉且钳口部件22、24安置于完全地打开位置中。此配置允许钳口部件22、24打开到完全地打开位置，对应于上文详述的第一致动器214的偏向位置，但当临床医师的手指从第一致动器214移出时不会过度打开。
另一区域限定于力曲线的一部分中，其中钳口部件22、24过度闭合且包含斜率“S1+S2”，且另一区域限定于力曲线的一部分中，其中钳口部件22、24过度打开且包含斜率“S3”。斜率“S1+S2”更陡或大于斜率“S3”。因此，随着临床医生将第一致动器214按压到使钳口部件22、24闭合，需要闭合第一致动器214的力随着第一致动器214接近过度闭合区域而增大，反过来增大第一致动器214中的硬度且为临床医生提供钳口部件22、24正进入或已进入过度闭合区域的触感指示。类似地，斜率“S3”比斜率“S1”更陡以为临床医生提供钳口部件22、24正进入或已进入过度打开区域的指示。力的所有值在区域中的每一个中为负使得如果临床医师的手指移动离开第一致动器214，那么钳口部件22、24移动到完全地打开位置。
应理解，可以修改钳口角曲线和/或力曲线来响应于第一致动器214的桨式角中的改变而实现钳口部件22、24和/或第一致动器214的不同特性和/或来实现钳口部件22、24和/或第一致动器214的不同所要特征。因此，在此考虑了钳口角曲线和/或力曲线的形状可以不同用于机器人手术系统1利用的不同工具类型或控制模式。
现参看图11，展示控制臂组合件46'的另一实施例。虽然下文单一地论述控制臂组合件46'，但本领域的普通技术人员可易于了解机器人手术系统1(图1)的用户接口40可包含多个大致上相同的控制臂组合件46'。控制臂组合件46'大体类似于控制臂组合件46且因此，本文仅描述需要描述其结构和操作中的不同的范围。
控制臂组合件46'包含万向接头100'和以可操作方式耦合到万向接头100'的手柄组合件200'。万向接头100'包含外部连杆110'、中间连杆120'以及内部连杆130'。外部连杆110'包含以可枢转方式连接到中间连杆120'的第一端120a'的第二端110b'，中间连杆120'包含以可枢转方式连接到内部连杆130'的第一端130a'的第二端120b'，以及内部连杆130'包含第二端130b'，所述第二端130b'具有配置成以可移除方式与手柄组合件200'的远端200a'接合使得手柄组合件200'可围绕“X”轴、“Y”轴以及“Z”轴旋转的连接器132'，如上文关于手柄组合件200(图1和图2)所描述。
控制器(未图示)安置于外部连杆110'、中间连杆120'以及内部连杆130'中的每一个内来串行化编码器数据来减小穿过万向接头100'的布线。次级编码器，例如展示于图12中的编码器102'安置于外部连杆110'、中间连杆120'以及内部连杆130'的第二端110b'、120b'、130b'处来感测外部连杆110'、中间连杆120'以及内部连杆130'的位置。次级编码器可以是旋转编码器，例如磁性、光学或电容性编码器，所述旋转编码器将旋转移动和/或角位转化为数字信号用于通过处理单元30(图1)处理。次级编码器可以是用于测量旋转移动和/或角位的电位计、霍尔传感器(hall sensors)、光学传感器或其它合适的已知传感器。
可将反馈组合件140'安装到控制臂42(图2)、万向接头100'的外部连杆110'、中间连杆120'或内部连杆130'和/或手柄组合件200'来为操作手柄组合件200'的临床医生提供振动或触觉反馈。如所展示，反馈组合件140'是振动音圈组合件；然而，反馈组合件140'还可是压电振动组合件、失衡发动机反馈组合件，由临床医生穿戴的可穿戴式附件或其它合适的已知振动组合件。为了详述论述示例性振动音圈组合件的结构和操作，可参考2015年11月13日提交的美国临时专利申请第62/248,516号，2016年10月27日提交的现国际申请第PCT/US16/58970号共同拥有，其中的每一个的全部内容以引用的方式并入本文中。
如图12结合图11中所展示，万向接头100'的连接器132'包含大致上呈半圆形形状的凸缘外边缘134'和限定于凸缘外边缘134'的末端处的对置棘爪136'，所述形成快速连接/断开连接接口，例如舌片和凹槽连接器或耦合手柄组合件200'的远端200a'的卡口来以可拆卸方式将手柄组合件200'接合到万向接头100'。导引柱138'从连接器132'向远端延伸且可以键连到限定于手柄组合件200'的远端200a'中的通孔(未图示)。
万向接头100'的连接器132'允许临床医生依据例如用于人体工程学地适合于临床医生的手的手柄和/或用于控制机器人系统10(图1)的工具20的所述类型的所要手柄的所要大小而改变控制臂组合件46'的手柄组合件200'，例如具有图3的手柄组合件200。来自控制臂组合件46'的手柄组合件200'的可拆卸性允许临床医生使用定制手柄组合件和/或不同种类的手柄组合件用于不同手术应用。举例来说，手枪式握把风格的手柄组合件(参看例如图2)可用于普通手术，而更小、钳子样式的手柄组合件可以优选的用于其它手术过程，例如心肌步骤，例如同时又其它不同样式的手柄组合件可以优选的或由其它手术过程，例如神经外科手术、显微外科手术或矫形外科手术要求。
如上文详述和图1中所展示，用户接口40以可操作方式与机器人系统10连通以在患者“P”上执行手术过程，然而，设想用户接口40可以可操作方式与手术模拟器(未图示)连通来在模拟环境下虚拟致动机器人系统和/或工具。举例来说，手术机器人系统1可具有耦合用户接口40来致动机器人系统10的第一模式和将用户接口40耦合到手术模拟器来虚拟致动机器人系统的第二模式。手术模拟器可以是独立单元或是整合到处理单元30中。手术模拟器通过将视觉、听觉、力和/或触觉反馈利用用户接口40提供给临床医生来实际地响应于与用户接口40配合的临床医生。举例来说，当临床医生与手柄组合件200配合时，手术模拟器将实际地作用于组织的代表性工具移动到模拟手术部位处。
在用户接口包含可拆卸手柄组合件，例如图11中所展示的手柄组合件200'的实施例中，手柄组合件可以独立模式用于手术模拟通过将所述手柄组合件从用户接口中移除并且将所述手柄组合件电耦合到手术模拟器(未图示)。可通过较薄、柔性线以可操作方式将手柄组合件连接到手术模拟器以用于发动机供电并且发送和接收手柄组合件与手术模拟器之间的控制信号。使用3D追踪系统，例如磁性或光学3D追踪系统追踪手柄组合件在3D空间(XYZ，及横滚、纵摇和横摆(roll、pitch and yaw))中的位置来测量手柄组合件的位置。此配置为临床医生提供便携式手术模拟器用于任何位置，例如其家庭或办公室中。设想手术模拟器可允许临床医生在患者上执行手术过程之前练习手术过程。另外，手术模拟器可用于在手术过程上训练临床医生。另外，手术模拟器可在所提议的手术过程期间模拟“并发情况”来准许临床医生计划手术过程。
虽然已在图式中展示本公开的若干实施例，但是并不意图将本公开限于这些实施例，因为希望本公开具有如本领域将允许的广泛的范围且对说明书的理解也是如此。还设想以上实施例的任何组合，且所述组合在所附权利要求书的范围内。因此，上文的描述不应解释为限制性的，而仅仅是作为特定实施例的例证。所属领域的技术人员将设想在本文所附的权利要求书的范围内的其它修改。

Claims (18)

1.一种用于控制机器人系统的控制臂组合件，包括：
万向接头，可围绕三条轴线移动及旋转；和
手柄组合件，耦合到所述万向接头，所述手柄组合件包含具有安置于其中的控制器和安置于其上的第一致动器的主体部分，所述第一致动器通过四杆联动装置以机械方式耦合到所述控制器使得所述第一致动器的致动致使所述控制器的组件机械移动，所述机械移动由所述控制器转换为电信号。
2.根据权利要求1所述的控制臂组合件，其中所述第一致动器包含近端部分和远端部分，所述第一致动器具有偏向位置，其中所述远端部分横向地延伸远离所述主体部分，且其中在朝向所述主体部分的方向上将力施加于所述远端部分上将所述第一致动器移动到致动位置，其中所述近端部分横向地移动远离所述主体部分。
3.根据权利要求2所述的控制臂组合件，其中所述四杆联动装置的第一连杆固定到所述第一致动器的所述近端部分。
4.根据权利要求3所述的控制臂组合件，其中所述四杆联动装置另外包含固定地安置于所述手柄组合件的所述主体部分内且以可操作方式连接到所述控制器的第二连杆，和以可枢转方式耦合到所述第一连杆和所述第二连杆的第三连杆和第四连杆。
5.根据权利要求4所述的控制臂组合件，其中所述控制器的所述组件是第一齿轮，所述四杆联动装置的所述第二连杆包含附接到以可旋转方式安置于所述第二连杆内的轴的第二齿轮，所述第二连杆的所述第二齿轮以啮合方式与所述控制器的所述第一齿轮接合，其中所述第四连杆的移动致使所述第二连杆的所述第二齿轮旋转移动，所述旋转移动致使所述控制器的所述第一齿轮旋转移动。
6.根据权利要求5所述的控制臂组合件，其中所述第四连杆的端部以不可旋转方式耦合到所述第二连杆的所述第二齿轮。
7.根据权利要求2所述的控制臂组合件，其中所述第一致动器安置于所述手柄组合件的所述主体部分的外表面上。
8.根据权利要求7所述的控制臂组合件，其中所述手柄组合件包含延伸超过所述第一致动器的所述远端部分的条带。
9.根据权利要求1所述的控制臂组合件，其中所述万向接头包含以可拆卸方式耦合到所述手柄组合件的远端的连接器。
10.根据权利要求9所述的控制臂组合件，其中所述连接器包含凸缘外边缘和限定于所述凸缘外边缘的末端处的对置棘爪，以便以可拆卸方式与所述手柄组合件的所述远端接合。
11.一种用于控制机器人系统的手柄组合件，包括：
主体部分；
控制器，安置于所述主体部分内；
第一致动器，安置于所述主体部分上；以及
四杆联动装置，以机械方式将所述控制器与所述第一致动器耦合使得所述第一致动器的致动致使所述控制器的组件机械移动，所述机械移动由所述控制器转换为电信号。
12.根据权利要求11所述的手柄组合件，其中所述第一致动器包含近端部分和远端部分，所述第一致动器具有偏向位置，其中所述远端部分横向地延伸远离所述主体部分，且其中在朝向所述主体部分的方向上将力施加于所述远端部分上将所述第一致动器移动到致动位置，其中所述近端部分横向地移动远离所述主体部分。
13.根据权利要求12所述的手柄组合件，其中所述四杆联动装置的第一连杆固定到所述第一致动器的所述近端部分。
14.根据权利要求13所述的手柄组合件，其中所述四杆联动装置另外包含固定地安置于所述主体部分内且以可操作方式连接到所述控制器的第二连杆，以及以可枢转方式耦合到所述第一连杆和所述第二连杆的第三连杆和第四连杆。
15.根据权利要求14所述的手柄组合件，其中所述控制器的所述组件是第一齿轮，所述四杆联动装置的所述第二连杆包含附接到以可旋转方式安置于所述第二连杆内的机械轴的第二齿轮，所述第二连杆的所述第二齿轮以啮合方式与所述控制器的所述第一齿轮接合，其中所述第四连杆的移动致使所述第二连杆的所述第二齿轮旋转移动，所述旋转移动致使所述控制器的所述第一齿轮旋转移动。
16.根据权利要求15所述的手柄组合件，其中所述第四连杆的端部以不可旋转方式连接到所述第二连杆的所述第二齿轮。
17.根据权利要求12所述的手柄组合件，其中所述第一致动器安置于所述主体部分的外表面上。
18.根据权利要求17所述的手柄组合件，另外包括延伸超过所述第一致动器的所述远端部分的条带。
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Assignee: Kehui medical equipment international trade (Shanghai) Co.,Ltd.

Assignor: COVIDIEN L.P.

Contract record no.: X2021990000660

Denomination of invention: Control arm assembly for robotic surgery system

Granted publication date: 20210305

License type: Common License

Record date: 20211027

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