CN111936077A - 手术机器人系统 - Google Patents

Abstract

手术机器人系统包含细长滑件以及用于支撑器械驱动单元的托架。所述滑件包含内轴以及围绕所述内轴安置的外套筒。所述外套筒被配置成沿着由所述滑件限定的纵轴相对于所述内轴在缩回位置与伸出位置之间移动，在所述缩回位置中所述滑件具有第一长度，在所述伸出位置中所述滑件具有大于所述第一长度的第二长度。所述托架联接到所述外套筒并且能够沿着所述纵轴相对于所述外套筒移动。

Description

手术机器人系统

背景技术

手术机器人系统已用于微创医疗手术。一些手术机器人系统包含支撑手术机器人臂的控制台和具有安装到机器人臂的至少一个末端执行器(例如钳子或抓取工具)的手术器械。机器人臂向手术器械提供机械动力以用于其操作和移动。

手动操作的手术器械通常包含用于致动手术器械的功能的手柄组合件。然而，当使用机器人手术系统时，通常不存在手柄组合件来致动末端执行器的功能。因此，为了将每个独特手术器械与机器人手术系统一起使用，使用器械驱动单元与选定手术器械接合以驱动手术器械的操作。

器械驱动单元通常经由滑件联接到机器人臂。滑件允许器械驱动单元和附接的手术器械沿着滑件的轴线移动，从而提供用于调整手术器械的末端执行器相对于患者的轴向位置的构件。

发明内容

根据本公开的方面，提供一种手术机器人系统且所述手术机器人系统包含细长滑件以及用于支撑器械驱动单元的托架。滑件限定纵轴并且包含内轴以及围绕内轴安置的外套筒。外套筒被配置成沿着纵轴相对于内轴在缩回位置与伸出位置之间移动，在缩回位置中滑件具有第一长度，在伸出位置中滑件具有大于第一长度的第二长度。托架联接到外套筒并且沿着纵轴相对于外套筒可移动。

在各方面中，托架可以沿着外套筒在下降位置与上升位置之间可移动，在下降位置中托架与外套筒的底端部分相邻安置，在上升位置中托架与外套筒的顶端部分相邻安置。

在各方面中，外套筒的顶端部分可以具有表面特征并且托架可以被配置成在移动到上升位置后接合表面特征，因此托架的进一步上升会影响外套筒朝向伸出位置的运动。

在各方面中，外套筒可以被配置成在托架朝向下降位置移动的同时朝向缩回位置移动。

在各方面中，外套筒的顶端部分可以具有锁，所述锁被配置成将托架选择性地固定到顶端部分，使得施加在托架上的向下力被传递到外套筒以使外套筒相对于内轴从伸出位置朝向缩回位置移动。

在各方面中，锁可以被配置成在外套筒进入缩回位置后释放托架，使得施加在托架上的另一向下力引起托架沿着外套筒下降。

在各方面中，手术机器人系统可以进一步包含皮带和滑轮系统，所述皮带和滑轮系统可操作地联接到托架以使托架沿着外套筒移动。

在各方面中，皮带和滑轮系统可以包含联接到外套筒的一对第一和第二滑轮、联接到内轴的第三滑轮，以及可操作地联接到所述第一、第二和第三滑轮中的每一个的皮带。托架可以固定到皮带，使得皮带的运动驱动托架沿着外套筒的运动。

在各方面中，手术机器人系统可以进一步包含电机，所述电机可操作地联接到皮带以驱动皮带的运动。

在各方面中，第一滑轮可以轴向地固定到外套筒的顶端部分，第二滑轮可以轴向地固定到外套筒的底端部分，并且第三滑轮可以轴向地固定到内轴的顶端部分。

在各方面中，第二滑轮可以安置于第一和第三滑轮之间。第一滑轮可以与竖轴相距第一距离安置，所述竖轴延伸穿过第二滑轮的中心并且与滑件的纵轴平行。第三滑轮可以与竖轴相距第二距离安置。第二距离可以小于第一距离。

在各方面中，第一和第三滑轮可以在外套筒处于缩回位置时彼此相邻安置，并且在套筒处于伸出位置时彼此纵向间隔开安置。

在各方面中，手术机器人系统可以进一步包含机器人臂，所述内轴联接到所述机器人臂上。

下文参考附图更详细地描述本公开的示例性实施例的其它细节和方面。

如本文所使用，术语“平行”和“垂直”被理解为包含基本平行和基本垂直的相对配置，其与真正平行和真正垂直相差至多约+10度或-10度。

附图说明

在本文参考附图描述本公开的实施例，其中：

图1是根据本公开的包含联接到滑件的器械驱动单元的手术机器人系统的示意图；

图2是联接到滑件的示例性实施例的器械驱动单元和相关联手术器械的正视图；

图3是联接到图2的滑件的托架的移除了零件的侧视图；

图4是联接到滑件的托架的移除了零件的正视图；

图5是说明滑件的内轴的滑件的侧视图，其中滑件的外轴以虚线示出；

图6是滑件的侧视图，其说明手术机器人系统的皮带和滑轮系统；

图7是联接到滑件的托架的移除了零件的侧面透视图，其说明处于伸出配置的滑件和处于上升位置的托架；

图8是用于图1的手术机器人系统中的滑件的另一实施例的透视图，其说明处于缩回配置的滑件；

图9是以伸出配置说明的图8的滑件的后透视图；以及

图10是以伸出配置说明的图8的滑件的前透视图。

具体实施方式

参考附图详细地描述本发明所公开的手术机器人系统及其使用方法的实施例，其中相同的附图标记表示若干视图中的每一个中的相同或对应元件。如本文中所使用，术语“远侧”是指手术机器人系统或其组件中最靠近患者的那个部分，而术语“近侧”是指手术机器人系统或其组件中较远离患者的那个部分。

如下文将详细地所描述，提供一种手术机器人系统，所述手术机器人系统包含机器人臂、联接到机器人臂的细长滑件或轨道，以及被配置成驱动附接的手术器械的操作的器械驱动单元。滑件由内轴和外套筒构成，所述外套筒安置于内轴上并且相对于内轴在缩回位置与伸出位置之间可滑动。外套筒具有轨道，支撑器械驱动单元的托架沿着所述轨道在下降位置与上升位置之间移动。套筒可以包含皮带和滑轮系统，所述皮带和滑轮系统用于使托架相对于外套筒移动并且使外套筒相对于内轴移动。

首先参考图1，手术系统，例如手术机器人系统1通常包含：多个手术机器人臂2、3，其具有与可拆卸地附接到其的器械驱动单元20和机电器械10；控制装置4；以及操作控制台5，其与控制装置4联接。操作控制台5包含：显示装置6，其被特定地设置成显示三维图像；以及手动输入装置7、8，借助于所述手动输入装置，例如外科医生的人员(未示出)能够在第一操作模式下远程操控机器人臂2、3，如原则上为本领域技术人员所知。

机器人臂2、3中的每一个可以由通过接头连接的多个部件组成。机器人臂2、3可以由连接到控制装置4的电驱动器(未示出)驱动。控制装置4(例如，计算机)被设置成特定地借助于计算机程序激活驱动器，其方式为使得机器人臂2、3、附接的器械驱动单元20以及因此机电器械10根据借助于手动输入装置7、8限定的运动而执行期望的运动。还可以设置控制装置4，其方式为使得其调节机器人臂2、3和/或驱动器的运动。

手术机器人系统1被配置成用于患者“P”，其躺在手术台“ST”上以借助于例如机电器械10的手术器械以微创方式进行治疗。手术机器人系统1还可以包含多于两个机器人臂2、3，额外的机器人臂同样地连接到控制装置4并借助于操作控制台5可进行远程操控。手术器械，例如机电手术器械10(包含机电末端执行器(未示出))还可以附接到额外的机器人臂。

控制装置4可以控制多个电机，例如电机(电机1…n)，其中每个电机被配置成在多个方向上驱动机器人臂2、3的运动。此外，控制装置4可以控制器械驱动单元20的多个电机(未明确示出)以驱动手术器械10的各种操作。器械驱动单元20将动力和致动力从其电机传递到机电器械10的从动部件(未示出)，以最终驱动机电器械10的末端执行器(未示出)的组件的运动，例如刀片(未示出)的运动和/或末端执行器的钳口部件(未示出)的闭合和打开。

对于示例性机器人手术系统的组件的构造和操作的更详细描述，可以参考标题为“医生工作站(Medical Workstation)”的第8,828,023号美国专利(下文称为“‘023专利”)以及2017年5月23日提交的标题为“机器人手术组合件(Robotic Surgical Assemblies)”的国际专利公开案WO2017/205308A1(下文称为“‘308公开案”)，其中的每一个的全部内容以引用的方式并入本文中。

参考图2到7，手术机器人系统1包含其上支撑或承载器械驱动单元20的托架30，以及支撑托架30的滑件100。托架30被配置成将器械驱动单元20固定到其，使得托架30沿着滑件100以及相对于滑件100的运动引起器械驱动单元20与其一起移动。如下文将描述，托架30可滑动地联接到线性轨道102，沿着滑件100的外套筒106纵向地限定所述线性轨道。

滑件100可以具有大体上矩形形状，并且由内轴104和围绕内轴104安置的外套筒或外鞘106构成。在实施例中，滑件100可以呈现任何合适的形状，例如管状或圆柱形。内轴104以固定或可旋转方式联接到机器人臂2(图1)的端部。内轴104具有底端部分140a和顶端部分104b并且限定其间的纵轴“X”。内轴104可以具有大致等于常规滑件的长度一半的总长度。

滑件100的外套筒106围绕内轴104安置并且可伸缩地联接到所述内轴。因此，外套筒106沿着内轴104的纵轴“X”并且相对于内轴104的纵轴“X”在如图3所示的缩回位置与如图7所示的伸出位置之间可滑动。当外套筒106处于缩回位置时，滑件具有第一长度“L1”(图3)，所述第一长度基本上等于常规滑件(例如，如在‘023专利和‘308公开案中示出和描述)的长度的大致一半，并且当外套筒处于伸出位置时，滑件100具有第二长度“L2”(图7)，所述第二长度基本上等于常规滑件的大致全长。

滑件100的外套筒106限定纵向延伸的轨道102。外套筒106的轨道102可以是单个轨道或一对平行轨道。如上文所提及，托架30可滑动地联接到外套筒106的轨道102。更具体来说，托架30具有从其后侧延伸穿过外套筒106的细长槽108的联接部件或凸缘32。如将详细地描述，托架30的联接部件32接纳在外套筒106的内部腔室110(图7)中并且固定到滑件100的皮带和滑轮系统114中的皮带或缆线112，以驱动托架30在上升位置与下降位置之间的运动。

细长槽108沿着外套筒106的长度限定并且与轨道102平行地在外套筒106的底端部分106a与外套筒106的顶端部分106b之间延伸。外套筒106的细长槽108具有限定表面特征116的上限，所述表面特征防止托架30上升超过所述上限。在实施例中，表面特征116可以是从外套筒106的顶端部分106b向外延伸的突起。在托架30的联接部件32接触表面特征116后，在向上方向上施加在托架30上的阈值力引起外套筒106相对于内轴104上升。

顶端部分106b可以进一步包含锁定特征118，例如，门夹扣、磁性闩锁等。锁定特征118被配置成当托架30进入上升位置时将托架30选择性地锁定到外套筒106的顶端部分106b。因此，在外套筒106相对于内轴104处于伸出位置的情况下，如图7中所示，由于锁定特征118将外套筒106和托架30彼此锁定，因此经由皮带112施加在托架30上的向下力引起外套筒106与托架30一起向下移动。在外套筒106的底端部分106a在内轴104的底端部分104a上触底后，锁定特征118释放托架30以允许托架30沿着外套筒106的轨道102下降。

参考图5到7，说明滑件100的皮带和滑轮系统114或传动系统。传动系统114可操作地联接到安置于内轴104的底端部分104a中的驱动电机120。传动系统114包含联接到外轴106的一对第一滑轮114a和第二滑轮114b，以及联接到内轴104的第三滑轮114c。第一滑轮114a轴向地固定且可旋转地联接到滑件100的外套筒106的顶端部分106b，并且第二滑轮114b轴向地固定且可旋转地联接到外套筒106的底端部分10ba。因此，当外套筒106相对于内轴104朝向伸出位置移动时，第一滑轮114a和第二滑轮114b也随之移动。第三滑轮114c轴向固定并且可旋转地联接到内轴104的顶端部分104b。

第二滑轮114b安置于第一滑轮114a与第三滑轮114c之间并且沿着外套筒106的长度与第一滑轮114a纵向间隔开。如图5中所示，当外套筒106处于缩回位置时，第一滑轮114a和第三滑轮114c彼此相邻安置，其中第二滑轮114b与第三滑轮114c纵向间隔开。如图7中所示，当外套筒106处于伸出位置时，第一滑轮114a和第三滑轮114c彼此纵向间隔开，其中第二滑轮114b和第三滑轮114c彼此接近。

具体参考图6，第二滑轮114b相对于第一滑轮114a和第三滑轮114c定位，使得在由图6中的箭头“A”指示的方向上的净向下力施加在外套筒106上。具体来说，第二滑轮114b具有延伸穿过其中心点并且与内轴104的纵轴“X”(图2)平行的竖轴“Y”。第一滑轮114a在横向方向上与竖轴“Y”相距第一距离“d1”安置，并且第三滑轮114c在横向方向上与竖轴“Y”相距小于第一距离“d1”的第二距离“d2”安置。因此，皮带112的第一部分“P1”以比皮带112的第二部分“P2”从第二滑轮114b延伸到第三滑轮114c的角度大的角度从第二滑轮114b延伸到第一滑轮114a。由于这些角度差，由第一滑轮114a施加在外套筒106上的向下力大于由第三滑轮114c施加在外套筒106上的向上力，由此外套筒106具有施加在其上的恒定净向下力。换句话说，由于皮带112的第一部分“P1”和第二部分“P2”的倾斜角，因此作用在皮带112的第一部分“P1”和皮带112的第二部分“P2”上的力的所有Y分量的总和使得存在施加在外套筒106上的恒定净向下力。

皮带112可操作地联接到驱动电机120以及滑轮114a-c中的每一个。皮带112缠绕在第一滑轮114a上方、第二滑轮114b下方，以及第三滑轮114c上方。皮带112由电机120驱动并且固定到托架30的联接部件32，使得电机120的启动引起皮带112围绕滑轮114a-c移动并且使附接的托架30沿着外套筒106朝向上升位置或下降位置移动。

在操作中，在执行手术程序之前，器械驱动单元20可以附接到托架30并且机电器械10可以附接到器械驱动单元20。在器械驱动单元20和相关联的机电器械10附接到托架30的情况下，可以调节托架30沿着纵轴“X”的纵向位置(例如，高度)。例如，为了升高托架30，启动滑件100的电机120，以使皮带112相对于滑件100的外套筒106向上移动。托架30上升到上升位置并且接触外套筒106的顶端部分106b的锁定特征118和/或表面特征116。在托架30固定到外套筒106的顶端部分106b的情况下，电机120的启动引起托架30将向上力施加在外套筒106上，以使外套筒106相对于内轴104向上移动。当外套筒106移动时，第一滑轮114a和第二滑轮114b也随之相对于第三滑轮114c移动。在完全伸出的位置中，如图7中所示，滑件100呈现与常规滑件的长度基本上相等的长度。

为了从伸出位置降低托架30，启动电机120以在相反方向上驱动皮带112。在锁定特征118将托架30固定到滑件100的外套筒106的顶端部分106b的实施例中，经由皮带112施加在托架30上的向下力引起外套筒106相对于内轴104缩回。外套筒106可以缩回，直到外套筒106的底端部分106a在内轴104的底端部分104a上触底为止。此时，为了进一步降低托架30，皮带112经由电机120施加足够大的力以将托架30从外套筒106的顶端部分106a解锁，由此托架30沿着外套筒106的轨道102朝向下降位置下降，如图3到5中所示。

参考图8到10，说明用于图1的手术机器人系统的滑件200的另一实施例。由于本发明实施例的滑件200与上述滑件100之间的相似性，因此将仅详细描述滑件200的被认为是阐明与上述滑件100的差异所必需的那些元件。

滑件200包含：主体部分204，其被配置成固定地联接到机器人臂2(图1)的末端部分；以及板部件206，其可操作地联接到主体部分204。主体部分204限定空腔208，在所述空腔中具有安置于其中的可伸缩部件210。可伸缩部件210可以是可从如图8中所示的缩回状态转变到如图9和10中所示的伸出状态的剪叉机构或伸缩架。螺钉212可以联接到可伸缩部件210，使得螺钉212在第一方向上的旋转引起可伸缩部件210伸出，然而螺钉212在第二方向上的旋转引起可伸缩部件210缩回到主体部分204的空腔208中。

板部件206附接到可伸缩部件210的顶端部分并且被配置成将器械驱动单元20的托架30(图2到7)支撑在其上。因此，在延伸可伸缩部件210后，板部件206相对于主体部分204升高，以升高附接的托架30和/或器械驱动单元20。

应理解，可以对本文公开的实施例作出各种修改。因此，以上描述不应解释为限制性的，而仅仅是作为各种实施例的例证。本领域的技术人员将设想在本文所附的权利要求书的范围和精神内的其它修改。

Claims (13)

1.一种手术机器人系统，其包括：

细长滑件，其限定纵轴并且包含：

内轴；以及

外套筒，所述外套筒围绕所述内轴安置并且被配置成沿着所述纵轴相对于所述内轴在缩回位置与伸出位置之间移动，在所述缩回位置中所述滑件具有第一长度，在所述伸出位置中所述滑件具有大于所述第一长度的第二长度；以及

托架，其用于支撑器械驱动单元，其中所述托架联接到所述外套筒并且能够沿着所述纵轴相对于所述外套筒移动。

2.根据权利要求1所述的手术机器人系统，其中所述托架能够沿着所述外套筒在下降位置与上升位置之间移动，在所述下降位置中所述托架与所述外套筒的底端部分相邻安置，在所述上升位置中所述托架与所述外套筒的顶端部分相邻安置。

3.根据权利要求2所述的手术机器人系统，其中所述外套筒的所述顶端部分具有表面特征，并且所述托架被配置成在移动到所述上升位置后接合所述表面特征，因此所述托架的进一步上升会影响所述外套筒朝向所述伸出位置的运动。

4.根据权利要求2所述的手术机器人系统，其中所述外套筒被配置成在所述托架朝向所述下降位置移动的同时朝向所述缩回位置移动。

5.根据权利要求2所述的手术机器人系统，其中所述外套筒的所述顶端部分具有锁，所述锁被配置成将所述托架选择性地固定到所述顶端部分，使得施加在所述托架上的向下力被传递到所述外套筒，以使所述外套筒相对于所述内轴从所述伸出位置朝向所述缩回位置移动。

6.根据权利要求5所述的手术机器人系统，其中所述锁被配置成在所述外套筒进入所述缩回位置后释放所述托架，使得施加在所述托架上的另一向下力引起所述托架沿着所述外套筒下降。

7.根据权利要求1所述的手术机器人系统，其进一步包括皮带和滑轮系统，所述皮带和滑轮系统可操作地联接到所述托架以使所述托架沿着所述外套筒移动。

8.根据权利要求7所述的手术机器人系统，其中所述皮带和滑轮系统包含：

联接到所述外套筒的一对第一和第二滑轮；

联接到所述内轴的第三滑轮；以及

可操作地联接到所述第一、第二和第三滑轮中的每一个的皮带，所述托架固定到所述皮带，使得所述皮带的运动驱动所述托架沿着所述外套筒的运动。

9.根据权利要求8所述的手术机器人系统，其进一步包括电机，所述电机可操作地联接到所述皮带以驱动所述皮带的所述运动。

10.根据权利要求8所述的手术机器人系统，其中所述第一滑轮轴向地固定到所述外套筒的顶端部分，所述第二滑轮轴向地固定到所述外套筒的底端部分，并且所述第三滑轮轴向地固定到所述内轴的顶端部分。

11.根据权利要求10所述的手术机器人系统，其中所述第二滑轮安置于所述第一和第三滑轮之间，并且其中所述第一滑轮与竖轴相距第一距离安置，所述竖轴延伸穿过所述第二滑轮的中心并且与所述滑件的所述纵轴平行，并且所述第三滑轮与所述竖轴相距第二距离安置，所述第二距离小于所述第一距离。

12.根据权利要求8所述的手术机器人系统，其中所述第一和第三滑轮在所述外套筒处于所述缩回位置时彼此相邻安置，并且在所述套筒处于所述伸出位置时彼此纵向间隔开安置。

13.根据权利要求1所述的手术机器人系统，其进一步包括机器人臂，所述内轴联接到所述机器人臂上。

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