ES2898434T3 - Brazo quirúrgico - Google Patents

Abstract

Un robot quirúrgico que comprende un brazo (10) articulado, teniendo el brazo una porción terminal que comprende: un segmento (42) distal que tiene un accesorio para un instrumento quirúrgico, el accesorio se configura para transmitir a través de la misma fuerza motriz para hacer que una o más junturas en el instrumento quirúrgico se articulen independientemente del movimiento del brazo; un segmento (34) intermedio; y un segmento (21a) basal mediante el cual la parte terminal está unida al resto del brazo; una primera articulación (38) entre el segmento (42) distal y el segmento (34) intermedio, permitiendo la primera articulación la rotación relativa del segmento distal y el segmento intermedio alrededor de un primer eje (43); y una segunda articulación (28) entre el segmento (34) intermedio y el segmento (21a) basal, lo que permite a la segunda articulación la rotación relativa del segmento intermedio y el segmento basal alrededor de un segundo eje (29); caracterizado porque: el segmento (34) intermedio comprende una tercera articulación que comprende dos junturas (26, 27) coubicadas, permitiendo la primera juntura (26) la rotación relativa del segmento distal y el segmento basal alrededor de un tercer eje (41), y la segunda juntura (27) que permite la rotación relativa del segmento distal y el segmento basal alrededor de un cuarto eje (35), intersectando los ejes tercero y cuarto en todas las configuraciones del brazo; las articulaciones primera, segunda y tercera están dispuestas de manera que en al menos una configuración de la tercera articulación: los ejes primero (43) y segundo (29) son colineales, los ejes tercero (41) y cuarto (35) son transversales entre sí, y el tercer y cuarto ejes son transversales al primer eje.

Description

DESCRIPCIÓN

Brazo quirúrgico

Esta invención se refiere a robots para realizar tareas quirúrgicas.

Se han propuesto varios diseños de robot para realizar o ayudar en la cirugía. Sin embargo, muchos diseños de robots adolecen de problemas que los hacen inadecuados para realizar una amplia gama de procedimientos quirúrgicos. Una razón común para esto es que para que un robot quirúrgico funcione bien en una amplia gama de situaciones quirúrgicas, debe equilibrar con éxito un conjunto de demandas que son particulares del entorno quirúrgico.

Normalmente, un robot quirúrgico tiene un brazo de robot, con un instrumento quirúrgico unido al extremo distal del brazo de robot.

Una primera demanda común de un robot quirúrgico es que su brazo robótico debe ofrecer suficiente flexibilidad mecánica para poder colocar el instrumento quirúrgico en una amplia gama de ubicaciones y orientaciones de modo que la punta de trabajo del instrumento quirúrgico (el efector de extremo) puede llegar a una variedad de sitios quirúrgicos deseados. Esta demanda por sí sola podría satisfacerse fácilmente con un brazo robótico convencional totalmente flexible con seis grados de libertad, como se ilustra en la figura 1. Sin embargo, en segundo lugar, un robot quirúrgico también debe ser capaz de colocar su brazo de manera que el efector de extremo del instrumento se posicione con mucha precisión sin que el robot sea excesivamente grande o pesado. Este requisito surge porque, a diferencia de los robots a gran escala que se utilizan para muchas otras tareas, (a) los robots quirúrgicos deben trabajar de forma segura en las proximidades de los seres humanos: no solo del paciente, sino también del personal quirúrgico, como anestesistas y asistentes quirúrgicos, y (b) para realizar muchos procedimientos laparoscópicos es necesario juntar múltiples efectores terminales en estrecha proximidad, por lo que es deseable que los brazos del robot quirúrgico sean lo suficientemente pequeños como para que puedan encajar estrechamente entre sí. Otro problema con el robot de la figura 1 es que en algunos entornos quirúrgicos no hay suficiente espacio para poder ubicar la base del robot en una ubicación conveniente cerca del sitio de operación.

Muchos robots tienen una muñeca (es decir, la estructura articulada terminal del brazo) que comprende dos junturas que permiten la rotación alrededor del eje generalmente a lo largo del brazo (“junturas de balanceo”) y entre ellas una juntura que permite la rotación alrededor de un eje generalmente transversal al brazo (una “juntura de inclinación”). Tal muñeca se muestra en la figura 2, donde las junturas de balanceo se indican como 1 y 3 y la juntura de inclinación se indica como 2. Con la muñeca en la configuración mostrada en la figura 2, los ejes de las junturas 1 a 3 se indican como 4 a 6 respectivamente. Esta muñeca da a un instrumento 7 la libertad de movimiento para ocupar un hemisferio cuya base está centrada en el eje 4. Sin embargo, esta muñeca no es adecuada para su uso en un robot quirúrgico. Una razón de esto es que cuando la juntura 2 de inclinación se desplaza solo en un pequeño ángulo de la posición recta mostrada en la figura 2, se necesita una gran rotación de la juntura 1 para producir algunos movimientos laterales relativamente pequeños de la punta del instrumento. En esta condición, cuando la juntura de inclinación es casi recta, para mover el efector de extremo suavemente en un período de tiempo razonable, el accionamiento de la juntura 1 debe ser capaz de funcionar muy rápidamente. Este requisito no es fácilmente compatible con hacer que el brazo sea pequeño y liviano porque requiere un motor de accionamiento relativamente grande y un brazo suficientemente rígido para que el motor pueda reaccionar contra él sin sacudir la posición del brazo.

El documento US 2013/0131695 describe un brazo robótico para cirugía laparoscópica que tiene una juntura torsional y una juntura torsional que forma junturas dispuestas en serie. Cada juntura proporciona un grado respectivo de libertad para el brazo (ver resumen).

El documento US 2014/0005662 describe efectores de extremo quirúrgico que tienen un efector de extremo y un conjunto de árbol acoplado próximo al efector de extremo. El efector de extremo tiene un primer y un segundo miembro de mordaza y un mecanismo de cierre para mover el primer miembro de mordaza con respecto al segundo miembro de mordaza. El conjunto de árbol tiene una juntura de articulación y/o una juntura de rotación del cabezal. La juntura de articulación permite que el efector de extremo se articule en dirección horizontal y vertical; la juntura de rotación del cabezal permite la rotación del efector de extremo (ver resumen y figura 6).

El documento US 6,699,177 describe un sistema para realizar procedimientos médicos invasivos, que incluye un brazo robótico. El brazo robótico incluye una serie de seis junturas Js1 a Js6, cada una de las cuales proporciona un grado de libertad. El brazo robótico termina en un efector de extremo que tiene una juntura Js7 (ver col. 8, 1.63 a col.

9, 1.5 y figura 3).

Existe la necesidad de un brazo robótico que pueda realizar con éxito una gama más amplia de procedimientos quirúrgicos que los brazos existentes.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un robot quirúrgico de acuerdo con la reivindicación 1.

En dicha configuración, el tercer y cuarto ejes pueden ser perpendiculares al primer eje.

En dicha configuración, el primer y segundo ejes son colineales.

Los ejes tercero y cuarto se cruzan entre sí en todas las configuraciones del brazo. El tercer y cuarto eje pueden ser perpendiculares entre sí, ya sea en todas las configuraciones del brazo o en algunas configuraciones.

La primera articulación puede ser una juntura giratoria. La segunda articulación puede ser una juntura giratoria. La tercera articulación puede ser una juntura esférica o un par de junturas giratorias. La tercera articulación puede ser, por ejemplo, una juntura universal (es decir, una juntura cardánica), una juntura de velocidad constante, una juntura esférica o una juntura de doble bisagra en la que los ejes de las bisagras son transversales entre sí. Si la tercera articulación es una juntura universal, los ejes de la juntura universal pueden cruzarse o desplazarse.

En una disposición, el único medio de articular el accesorio para un instrumento quirúrgico con respecto al segmento basal puede ser la primera, segunda y tercera articulaciones. En otras realizaciones, puede haber junturas revolucionarias o de traslación adicionales.

El accesorio para un instrumento quirúrgico puede estar ubicado en el primer eje, ya sea en todas las configuraciones del brazo o en algunas configuraciones. El accesorio para el instrumento quirúrgico puede ser capaz de transmitir allí a través de la fuerza motriz para hacer que una o más junturas en el instrumento quirúrgico se articulen independientemente del movimiento del brazo. El instrumento quirúrgico puede ser un instrumento laparoscópico y/o artroscópico. El robot quirúrgico puede ser un robot laparoscópico y/o artroscópico.

El robot quirúrgico puede comprender un instrumento quirúrgico unido al accesorio. El instrumento quirúrgico puede extenderse en una dirección sustancialmente a lo largo del primer eje, ya sea en todas las configuraciones del brazo o en algunas configuraciones.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un robot quirúrgico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el brazo comprende: una base; y una porción proximal que se extiende entre la base y el segmento basal de la parte terminal del brazo, estando articulada la porción proximal a lo largo de su longitud y conectada rígidamente al segmento basal.

La porción proximal puede comprender: un primer segmento de brazo; un segundo segmento de brazo acoplado al primer segmento de brazo mediante una primera articulación de brazo por lo que el segundo segmento de brazo puede girar con respecto al primer segmento de brazo alrededor de un primer eje de brazo; un tercer segmento de brazo acoplado al segundo segmento de brazo mediante una segunda articulación de brazo por lo que el tercer segmento de brazo puede girar con respecto al segundo segmento de brazo alrededor de un segundo eje de brazo; un cuarto segmento de brazo acoplado al tercer segmento de brazo mediante una articulación de tercer brazo por lo que el cuarto segmento de brazo puede girar con respecto al tercer segmento de brazo alrededor de un tercer eje de brazo; y un quinto segmento de brazo acoplado al cuarto segmento de brazo mediante una articulación de cuarto brazo por lo que el quinto segmento de brazo puede girar con respecto al cuarto segmento de brazo alrededor de un cuarto eje de brazo; en el que el segundo eje del brazo es transversal al primer eje del brazo, el tercer eje del brazo es transversal al segundo eje del brazo y el cuarto eje del brazo es transversal al tercer eje del brazo; y los segmentos del segundo y tercer brazo juntos forman un miembro alargado que se extiende en una dirección a lo largo del eje del tercer brazo.

El segundo eje del brazo es perpendicular al primer eje del brazo, ya sea en todas las configuraciones del brazo o en algunas configuraciones.

El tercer eje del brazo puede ser perpendicular al segundo eje del brazo, ya sea en todas las configuraciones del brazo o en algunas configuraciones.

El eje del cuarto brazo puede ser perpendicular al eje del tercer brazo, ya sea en todas las configuraciones del brazo o en algunas configuraciones.

El primer segmento de brazo se puede unir rígidamente a la base.

Cada una de las articulaciones de los brazos primero, segundo, tercero y cuarto puede ser una juntura giratoria. En una disposición, los únicos medios de articular el segmento del quinto brazo con respecto a la base pueden ser las articulaciones del primer, segundo, tercer y cuarto brazo.

El robot quirúrgico puede tener una primera articulación adicional entre el primer segmento del brazo y la base. La primera articulación adicional puede permitir la rotación relativa del primer segmento del brazo y la base alrededor de un primer eje adicional transversal al primer eje del brazo.

El robot quirúrgico puede tener una segunda articulación adicional entre el primer segmento del brazo y la base. La segunda articulación adicional puede permitir la rotación relativa del primer segmento de brazo y la base alrededor de un segundo eje adicional transversal al primer eje adicional.

El segundo segmento de brazo puede comprender una tercera articulación adicional por lo que el segundo segmento de brazo puede flexionarse alrededor de un eje transversal al tercer eje de brazo.

El segundo eje del brazo puede estar desplazado del primer eje del brazo en una dirección perpendicular al primer eje del brazo, ya sea en todas las configuraciones del brazo o en algunas configuraciones.

El segundo eje del brazo puede estar desplazado del tercer eje del brazo en una dirección perpendicular al tercer eje del brazo, ya sea en todas las configuraciones del brazo o en algunas configuraciones.

El eje del cuarto brazo puede estar desplazado desde el eje del tercer brazo en una dirección perpendicular al eje del tercer brazo, ya sea en todas las configuraciones del brazo o en algunas configuraciones.

La base puede disponerse de modo que el primer eje esté desplazado de forma fija con respecto a la vertical al menos 20 °.

El quinto segmento del brazo se puede unir rígidamente al segmento basal de la parte terminal del brazo.

El segmento del quinto brazo y el segmento basal pueden formar juntos un miembro alargado que se extiende en una dirección a lo largo del segundo eje.

El segundo eje puede ser transversal al cuarto eje del brazo. El segundo eje puede ser perpendicular al cuarto eje del brazo, ya sea en todas las configuraciones del brazo o en algunas configuraciones.

El eje del cuarto brazo puede estar desplazado del segundo eje en una dirección perpendicular al segundo eje.

El brazo puede comprender ocho junturas giratorias por medio de las cuales el extremo distal del brazo puede girarse con respecto al extremo proximal del brazo. Las ocho junturas giratorias pueden proporcionar al extremo distal del brazo seis grados de libertad con respecto al extremo proximal del brazo.

De acuerdo con un tercer aspecto de la invención, se proporciona un robot quirúrgico que comprende: una base; y un brazo que se extiende desde la base y termina en su extremo distal en una muñeca que tiene un accesorio para un instrumento quirúrgico; en el que: el brazo está articulado por una serie de junturas giratorias a lo largo de su longitud, las junturas del brazo, comprenden en orden que van desde la base: i. una primera juntura que tiene un primer eje; ii. una segunda juntura que tiene un segundo eje transversal al primer eje; iii. una tercera juntura que tiene un tercer eje transversal al segundo eje; y iv. una cuarta juntura que tiene un cuarto eje transversal al tercer eje; y la muñeca está articulada por una segunda serie de junturas giratorias a lo largo de su longitud, las junturas de la muñeca, en orden de avance hacia la unión comprenden: v. una quinta juntura que tiene un quinto eje; vi. una sexta juntura que tiene un sexto eje transversal al quinto eje; y vii. una séptima juntura que tiene un séptimo eje transversal tanto al quinto como al sexto eje.

Los ejes quinto y sexto pueden cruzarse, ya sea en todas las configuraciones del brazo o en algunas configuraciones.

Las junturas primeras a séptima pueden ser el único medio de articulación del brazo.

La muñeca puede comprender una octava juntura giratoria entre la quinta juntura y la cuarta juntura. El eje de la octava juntura puede ser transversal tanto al quinto como al sexto eje.

En una configuración de la quinta y sexta junturas, el octavo eje y el séptimo eje pueden ser paralelos.

En una configuración de la quinta y sexta juntura, el octavo eje y el séptimo eje pueden ser colineales.

La primera a la octava junturas puede ser el único medio de articulación del brazo.

El robot quirúrgico puede comprender una primera juntura giratoria adicional entre la primera juntura y la base. La primera juntura adicional puede tener un primer eje adicional perpendicular al primer eje.

El robot quirúrgico puede comprender una segunda juntura giratoria adicional entre la primera juntura giratoria adicional y la base. La segunda juntura angular adicional puede tener un segundo eje adicional perpendicular al primer eje adicional.

El robot quirúrgico puede comprender una tercera juntura giratoria adicional entre la segunda juntura y la tercera juntura. La tercera juntura adicional puede tener un eje transversal al primer eje.

El eje de la tercera juntura adicional puede ser paralelo al segundo eje.

La tercera articulación o la quinta y sexta junturas pueden estar constituidas por una estructura de articulación que tiene un miembro intermedio capaz de moverse alrededor de una primera juntura esférica con respecto al segmento basal y alrededor de una segunda juntura esférica con respecto al segmento distal, la primera y segunda junturas esféricas están obligadas a moverse en un plano con respecto al miembro intermedio.

La estructura de juntura puede tener un seguidor cautivo dentro del miembro intermedio y acoplado por la primera y segunda junturas esféricas al segmento basal y al segmento distal respectivamente, estando el seguidor obligado a moverse linealmente con respecto al miembro intermedio.

El robot quirúrgico puede comprender una pluralidad de accionadores lineales dispuestos entre el segmento basal y el miembro intermedio para provocar la rotación relativa del segmento distal y el segmento basal alrededor de los ejes tercero y cuarto.

La presente invención se describirá ahora a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos. En los dibujos: La Figura 1 muestra un brazo de robot de la técnica anterior.

La figura 2 muestra una muñeca de robot de la técnica anterior.

La figura 3 muestra un brazo de robot de acuerdo con una realización de la presente invención que tiene un instrumento quirúrgico unido al mismo.

La figura 4 muestra la muñeca del brazo de la figura 2. La muñeca se ilustra en tres configuraciones diferentes en la figura 4a, 4b y 4c.

La figura 5 muestra un instrumento quirúrgico.

La Figura 6 muestra un diseño alternativo de brazo robótico.

La Figura 7 muestra un diseño alternativo de muñeca.

El brazo de robot quirúrgico de las figuras 3 y 4 tiene una muñeca en la que dos junturas que permiten la rotación sobre ejes generalmente transversales a la porción distal del brazo están ubicadas entre dos junturas que permiten la rotación sobre ejes generalmente paralelos a la porción distal del brazo. Esta disposición permite que el instrumento se mueva en un espacio hemisférico cuya base está centrada en la parte distal del brazo, pero sin requerir un movimiento de alta velocidad de una de las junturas para mover el efector de extremo con suavidad y sin requerir movimiento de ninguna de las otras partes del brazo.

Con más detalle, la figura 3 muestra un brazo de robot (indicado generalmente con 10) que tiene un instrumento 11 quirúrgico unido al mismo. El brazo del robot se extiende desde una base 12. La base podría montarse en el piso de un quirófano, o en un pedestal fijo, podría ser parte de un carro o carro móvil, podría montarse en una cama o podría montarse en el techo de un quirófano. La base se fija en su lugar con relación a la cama o silla del paciente cuando se realiza una operación. El brazo de robot comprende una porción de muñeca mostrada generalmente en 13 y una porción principal mostrada generalmente en 14. La porción principal constituye la mayor parte de la extensión del brazo y termina en su extremo distal en su unión a la porción de muñeca. El extremo proximal de la parte principal está unido a la base. La parte de muñeca constituye la parte distal del brazo y está unida al extremo distal de la parte principal.

La parte principal del brazo comprende cuatro junturas 15, 16, 17, 18 y tres secciones 19, 20, 21 de árbol. Las junturas son junturas giratorias. Las secciones del árbol son rígidas, con la excepción de las junturas 15 y 17 que se colocan en las secciones 19 y 20 del árbol, respectivamente. Cada sección de árbol puede tener una longitud sustancial y servir para proporcionar al brazo alcance y la capacidad de desplazar la muñeca lateralmente y/o verticalmente desde la base. La primera sección de árbol podría estar truncada con respecto a la segunda y tercera secciones de árbol si la base está ubicada en un lugar adecuado; particularmente si la base está elevada del suelo.

La primera sección 19 de árbol está unida a la base 12. En la práctica, la primera sección de eje puede extenderse convenientemente en una dirección generalmente vertical desde la base, pero podría extenderse con una inclinación significativa hacia la vertical, o incluso horizontalmente.

La juntura 15 está ubicada en la primera sección del árbol. La juntura 15 permite la rotación relativa de la porción proximal de la primera sección de árbol, que está fijada a la base, y el resto del brazo alrededor de un eje 22. Convenientemente, el eje 22 es paralelo o sustancialmente paralelo a la extensión principal de la primera sección del eje en la formación del brazo, que va desde la base hacia la juntura 16. Por lo tanto, convenientemente el ángulo del eje 22 a la extensión principal de la primera sección del eje en la formación del brazo podría ser menor de 30 °, menor de 20° o menos de 10 °. El eje 22 podría ser vertical o sustancialmente vertical. El eje 22 podría extenderse entre la base y la juntura 16.

La juntura 16 está ubicada en el extremo distal de la primera sección 19 de árbol. La juntura 16 permite la rotación relativa de la primera sección 19 de árbol y la segunda sección 20 de árbol, que está unida al extremo distal de la juntura 16, alrededor de un eje 23 que es transversal a la primera sección 19 de árbol y/o la segunda sección 20 de árbol. Convenientemente, el eje 23 es perpendicular o sustancialmente perpendicular a una o ambas de la primera y segunda secciones de árbol. Por tanto, convenientemente el ángulo del eje 23 a las extensiones principales de una o ambas de la primera y segunda secciones del árbol podría ser menor de 30 °, menor de 20 ° o menor de 10 °. Convenientemente, el eje 23 es perpendicular o sustancialmente perpendicular al eje 22 y/o al eje 24 que se describirá a continuación.

La juntura 17 está ubicada en la segunda sección de árbol. La juntura 17 permite la rotación relativa de la porción proximal de la segunda sección de árbol y el resto del brazo alrededor de un eje 24. Convenientemente, el eje 24 es paralelo o sustancialmente paralelo a la extensión principal de la segunda sección de árbol. Por tanto, convenientemente el ángulo del eje 24 a la extensión principal de la segunda sección de árbol podría ser menor de 30 °, menor de 20 ° o menor de 10 °. El eje 24 podría intersecar o intersectar sustancialmente (por ejemplo, dentro de 50 mm) el eje 23 y el eje 25 que se describirá a continuación. En la figura 3, la juntura 17 se muestra ubicada más cerca del extremo distal de la segunda sección de árbol que el extremo proximal. Esto es ventajoso porque reduce la masa que necesita rotar en la juntura 17, pero la juntura 17 podría ubicarse en cualquier punto de la segunda sección de árbol. La segunda sección de árbol es convenientemente más larga que la primera sección del árbol.

La juntura 18 está ubicada en el extremo distal de la segunda sección 20 de árbol. La juntura 18 permite la rotación relativa de la segunda sección de árbol y la tercera sección 21 de árbol, que está unida al extremo distal de la juntura 18, alrededor de un eje 25 que es transversal a la segunda sección 20 de árbol y/o la tercera sección 21 de árbol. Convenientemente, el eje 25 es perpendicular o sustancialmente perpendicular a una o ambas de la segunda y tercera secciones de árbol. Por tanto, convenientemente el ángulo del eje 25 a las extensiones principales de una o ambas de la segunda y tercera secciones del árbol podría ser menor de 30 °, menor de 20° o menor de 10 °. Convenientemente, el eje 25 es perpendicular o sustancialmente perpendicular al eje 24 y/o al eje 29 que se describirá a continuación.

En resumen, entonces, en un ejemplo, la parte principal del brazo se puede componer de la siguiente manera, en orden desde la base hasta el extremo distal de la porción principal.

1. una primera sección 19 de árbol que tiene una longitud sustancial o insustancial y que contiene una juntura 15 que permite la rotación, por ejemplo, alrededor de un eje generalmente a lo largo de la extensión (si la hubiera) de la primera sección de árbol en la formación del brazo (una “juntura de balanceo”);

2. una juntura 16 que permite la rotación transversal a la primera sección del árbol y/o al eje de la juntura anterior (juntura 15) y/o al eje de la juntura siguiente (juntura 17) (una “juntura de inclinación”);

3. una segunda sección 20 de árbol que tiene una longitud sustancial y que contiene una juntura 17 que permite la rotación alrededor de un eje generalmente a lo largo de la extensión de la segunda sección de árbol y/o al eje de la juntura anterior (juntura 16) y/o a la juntura sucesiva (juntura 18) (una juntura de balanceo);

4. una juntura 18 que permite la rotación transversal a la segunda sección de árbol y/o a la juntura anterior (juntura 17) y/o a la juntura siguiente (juntura 28) (una juntura de inclinación); y

5. una tercera sección 21 de árbol que tiene una longitud sustancial.

La porción 13 de muñeca está unida al extremo distal de la tercera sección de eje. La parte de la muñeca se muestra con más detalle en la figura 4. En la figura 4, 4a muestra la muñeca en una configuración recta, 4b muestra la muñeca en una configuración doblada por el movimiento en una juntura 26 y 4c muestra la muñeca en una configuración doblada por el movimiento en una juntura 25. Las partes similares están indicadas por las mismas referencias en las figuras 3 y 4. La configuración recta representa el punto medio de los movimientos de las junturas (26, 27) transversales de la muñeca.

La parte distal de la tercera sección del árbol se designa con 21a en la figura 4. La muñeca está unida al extremo distal de la tercera sección del árbol mediante una juntura 28. La juntura 28 es una juntura giratoria que permite que la muñeca gire con respecto al extremo distal del brazo alrededor de un eje 29. Convenientemente, el eje 29 es paralelo a o sustancialmente paralelo a la extensión principal de la tercera sección del árbol. Por tanto, convenientemente, el ángulo del eje 29 con la extensión principal de la tercera sección del árbol podría ser menor de 30 °, menor de 20° o menor de 10°. El eje 29 podría intersecar o intersecar sustancialmente (por ejemplo, dentro de 50 mm) con el eje 25. El eje 29 es convenientemente transversal al eje 25.

El extremo proximal de la muñeca está constituido por un bloque 30 de base de muñeca. El bloque 30 de base de muñeca está unido a la juntura 28. El bloque 30 de base de muñeca se apoya en el extremo distal de la tercera sección 21 de árbol. El bloque de base de muñeca es rígido y comprende una base 33, mediante la cual se une a la juntura 28. El bloque de la base de la muñeca también comprende un par de brazos 31, 32 separados que se extienden desde la base 33 del bloque de la base de la muñeca en una dirección alejada de la tercera sección del árbol. Un miembro 34 intermedio está suspendido de forma pivotante entre los brazos 31, 32 de tal manera que puede girar con respecto a los brazos 31, 32 alrededor de un eje 35. Esto constituye una juntura 27 giratoria de la muñeca. El miembro 34 intermedio tiene convenientemente la forma de un bloque rígido que puede tener forma cruciforme. Un bloque 36 de cabezal de muñeca está unido al miembro 34 intermedio. El bloque de cabezal de muñeca es rígido y comprende un cabezal 37 mediante la cual se une a una juntura 38 que se describirá a continuación, y un par de brazos 39, 40 espaciados que se extienden desde el cabezal 37 hacia el miembro 34 intermedio. Los brazos 39, 40 abrazan el miembro 34 intermedio y están unidos de manera pivotante a él de tal manera que el bloque de el cabezal de la muñeca puede girar con respecto al miembro intermedio alrededor de un eje 41. Esto proporciona una juntura 26 giratoria de la muñeca. Los ejes 35 y 41 están desplazados entre sí en un ángulo sustancial. Los ejes 35 y 41 son convenientemente transversales entre sí, y lo más convenientemente ortogonales entre sí. Los ejes 35 y 41 pueden cruzarse convenientemente o cruzarse sustancialmente (por ejemplo, dentro de 50 mm). Sin embargo, el miembro intermedio podría tener cierta extensión para que esos ejes estén desplazados longitudinalmente. Los ejes 35 y 29 son convenientemente transversales entre sí, y lo más convenientemente ortogonales entre sí. Los ejes 35 y 29 pueden cruzarse convenientemente o cruzarse sustancialmente (por ejemplo, dentro de 50 mm). Los ejes 35 y 29 pueden intersecar convenientemente el eje 41 en un solo punto, o los tres ejes pueden intersecar sustancialmente en un solo punto (por ejemplo, intersectando todos una esfera de 50 mm de radio).

De esta manera, el bloque de la base de la muñeca, el miembro intermedio y el bloque del cabezal de la muñeca forman juntos una juntura universal. La juntura universal permite que el bloque del cabezal de la muñeca mire en cualquier dirección en un hemisferio cuya base es perpendicular al eje 29 de la juntura 28. El enlace entre el bloque de la base de la muñeca y el bloque del cabezal de la muñeca podría estar constituido por otros tipos de enlace mecánico, por ejemplo, por una rótula o una juntura de velocidad constante. Preferiblemente, ese enlace actúa generalmente como una juntura esférica, aunque no es necesario que permita la rotación axial relativa del bloque de la base de la muñeca y el bloque del cabezal de la muñeca, ya que dicho movimiento es acomodado por las junturas 28 y 38. Alternativamente, las junturas 26, 27 y 28 podrían considerarse colectivamente para formar una juntura esférica. Esa juntura esférica podría proporcionarse como una rótula. Se apreciará que la muñeca de la figura 3 tiene una redundancia cinemática. El instrumento 11 podría colocarse en una amplia gama de ubicaciones en un hemisferio alrededor del eje 29 simplemente mediante el movimiento de las junturas 28 y 27. Sin embargo, se ha encontrado que la adición de la juntura 26 mejora en gran medida el funcionamiento del robot con fines quirúrgicos al eliminar la singularidad cinemática que resulta del par de junturas 28, 27 solo y simplificando el mecanismo de mover el efector de extremo dentro del paciente para que múltiples brazos robóticos puedan trabajar más estrechamente entre sí, como se describirá con más detalle a continuación.

Una unidad 42 terminal está unida al cabezal 37 del bloque de cabezal de muñeca mediante la juntura 38 angular. La juntura 38 permite que la unidad terminal gire con respecto al bloque de cabezal alrededor de un eje 43. Los ejes 43 y 41 son convenientemente transversales entre sí, y lo más convenientemente ortogonales entre sí. Los ejes 35 y 29 pueden cruzarse convenientemente o cruzarse sustancialmente (por ejemplo, dentro de 50 mm). Los ejes 35 y 29 pueden intersecar convenientemente el eje 41 en un solo punto, o los tres ejes pueden intersecar sustancialmente en un solo punto (por ejemplo, intersectando todos una esfera de 50 mm de radio).

La unidad terminal tiene un conector tal como un enchufe o clip al que se puede unir el instrumento 11 quirúrgico. El instrumento quirúrgico se muestra con más detalle en la figura 5. El instrumento comprende en la base 50 del instrumento, un árbol 51 de instrumento alargado, opcionalmente una o más junturas 52 y un efector 53 de extremo. El efector de extremo podría ser, por ejemplo, una pinza, un par de tijeras, una cámara, un láser o un cuchillo. La base del instrumento y el conector de la unidad 42 terminal están diseñados de manera cooperativa de modo que la base del instrumento se pueda unir de manera liberable al conector con el árbol extendiéndose alejándose de la base del instrumento. Convenientemente, el árbol se extiende alejándose de la base del instrumento en una dirección transversal al eje de la juntura 26 y/o paralela o sustancialmente paralela y/o coaxial o sustancialmente coaxial con el eje 43 de la juntura 38. Esto significa que el efector de extremo tiene un sustancial rango de movimiento en virtud de las junturas de la muñeca, y que las junturas de la muñeca pueden usarse convenientemente para colocar el efector de extremo. Por ejemplo, con el alargamiento del árbol del instrumento a lo largo del eje 43, la juntura 38 puede usarse puramente para orientar el efector de extremo sin mover parte o todo el árbol 51 del instrumento con un componente lateral de una manera que podría resultar en una interrupción del tejido de un paciente a través del cual se ha insertado el eje para llegar al lugar de la operación. El hecho de que el alargamiento del árbol del instrumento se extienda lejos de la muñeca como se describió anteriormente significa que la muñeca tiene un grado de articulación que es similar a la muñeca de un cirujano humano. Un resultado de eso es que muchas técnicas quirúrgicas practicadas por humanos pueden traducirse fácilmente en movimientos de este brazo robótico. Esto puede ayudar a reducir la necesidad de diseñar versiones específicas de robots de procedimientos quirúrgicos conocidos. El árbol está convenientemente formado como una barra rígida sustancialmente lineal.

En la descripción anterior, la longitud del bloque 30 de la base de la muñeca es menor que la de la sección 21 del árbol final del brazo del robot. Esto es ventajoso porque reduce la masa que debe rotarse en la juntura 28. Sin embargo, la juntura 28 podría ubicarse más cerca de la juntura 25 que de las junturas 26 y 27.

Cada juntura del brazo puede ser accionada independientemente de las otras junturas por uno o más dispositivos motrices tales como motores eléctricos o pistones hidráulicos. El (los) dispositivo (s) motor (es) podrían ubicarse localmente en la juntura respectiva, o podrían ubicarse más cerca de la base del robot y acoplarse a las junturas mediante acoplamientos tales como cables o conectores. Los dispositivos motores son controlables por un usuario del robot. El usuario podría controlar los dispositivos móviles en tiempo real mediante uno o más dispositivos de entrada artificiales, como palancas de mando, o mediante entradas derivadas de sensores que actúan sobre un brazo de réplica que mueve el usuario. Alternativamente, los dispositivos motores podrían ser controlados automáticamente por un ordenador que haya sido preprogramada para realizar un procedimiento quirúrgico. El ordenador podría ser capaz de leer una memoria legible por ordenador que almacena un programa no volátil ejecutable por el ordenador para hacer que el brazo del robot realice uno o más procedimientos quirúrgicos.

La figura 6 muestra un diseño alternativo de brazo quirúrgico. El brazo de la figura 6 comprende una base 112, cuatro junturas 115, 116, 117, 118, tres secciones 119, 120, 121 de árbol y una unidad 113 de muñeca. Las junturas son junturas giratorias. Las secciones del eje son rígidas, con la excepción de las junturas 115 y 117. Un instrumento 111 quirúrgico está unido a la parte terminal de la unidad de muñeca.

La primera sección 119 de árbol se extiende desde la base 112 y comprende la juntura 115. La primera sección 119 de árbol está unida a la segunda sección 120 de árbol mediante la juntura 116. La segunda sección 120 de árbol comprende la juntura 117. La segunda sección de eje está fijada a la tercera sección 121 de árbol mediante la juntura 118. La tercera sección 121 de árbol termina en una juntura 128 angular por lo que se une a la unidad 113 de muñeca. La unidad de muñeca comprende un par intermedio de junturas giratorias 126, 127, que en conjunto constituyen una juntura universal, y una juntura 138 giratoria terminal.

Al igual que con las junturas análogas en el brazo del robot de la figura 3, los ejes de cada uno de los siguientes pares de junturas pueden ser independientemente transversales entre sí, sustancialmente ortogonales entre sí (por ejemplo, dentro de cualquiera de 30 °, 20° o 10 ° de ser ortogonales) u ortogonales entre sí: 115 y 116, 116 y 117, 117 y 118, 118 y 128, 128 y 126, 128 y 127, 126 y 138, 127 y 138, 126 y 127. Como con las junturas análogas en el brazo del robot de la figura 3, los ejes de las siguientes junturas pueden estar alineados independientemente con (por ejemplo, dentro de cualquiera de 30 °, 20° o 10 °) o paralelos con el eje principal de alargamiento del árbol en o en el que se colocan: juntura 117 (con sección 120 de árbol), juntura 128 (con sección de eje 121). Al igual que con las junturas análogas en el brazo de robot de la figura 3, la muñeca puede configurarse de manera que los ejes de las junturas 128 y 138 puedan estar alineados en una o más configuraciones del brazo. Convenientemente, esa alineación puede ocurrir cuando la muñeca está en el rango medio de su movimiento de lado a lado. Al igual que con las junturas análogas en el brazo del robot de la figura 3, convenientemente el eje de alargamiento del instrumento 111 puede estar alineado (por ejemplo, dentro de cualquiera de 30 °, 20 ° o 10 °) o paralelo con el eje de la juntura 138. El eje de alargamiento del instrumento puede coincidir con el eje de la juntura 138.

El brazo de robot de la figura 6 difiere del de la figura 3 en que las secciones 119, 120, 121 del brazo están configuradas de modo que el eje de la juntura 116 tiene un desplazamiento lateral sustancial de los ejes de las junturas 115 y 117 y de modo que el eje de la juntura 118 tiene un desplazamiento lateral sustancial de los ejes de las junturas 116 y 118. Cada uno de esos desplazamientos puede ser independientemente, por ejemplo, superior a 50 mm, 80 mm o 100 mm. Esta disposición es ventajosa porque aumenta la movilidad del brazo sin aumentar el volumen barrido cerca de la punta del instrumento.

En el brazo de robot de la figura 6, el eje de la juntura giratoria más cercana a la base (juntura 115) se fija en un desplazamiento sustancial de la vertical, por ejemplo, por al menos 30 °. Esto se puede lograr fijando la base en una orientación adecuada. Si el brazo está dispuesto de modo que el eje de la juntura 115 se dirija generalmente lejos del efector de extremo, como se ilustra en la figura 6, esto reduce la posibilidad de una singularidad cinemática entre la juntura 115 y la juntura 117 durante una operación.

Por tanto, el brazo de la figura 6 tiene una serie de propiedades generales que pueden ser ventajosas en un brazo de robot quirúrgico.

- Comprende una serie de junturas giratorias a lo largo de su longitud que incluyen una serie de cuatro junturas en orden a lo largo del brazo que alternan entre (a) tener un eje que corre generalmente hacia la siguiente juntura en la secuencia (una “juntura giratoria”) y (b) tener un eje que se extiende generalmente transversal al eje de la siguiente juntura en la secuencia (una “juntura de inclinación”). Así, el brazo de la figura 6 incluye junturas 115 y 117 de balanceo y junturas 116 y 118 de inclinación. Esta serie de junturas puede proporcionar al brazo un alto grado de movilidad sin que el brazo tenga que ser pesado o voluminoso o comprender un número excesivo de junturas. Como se indicó anteriormente, las junturas alternas se pueden desplazar lateralmente entre sí de manera útil.

- Comprende una sección de muñeca que comienza en una juntura (128) de balanceo y tiene dos junturas (126, 127) de inclinación. Las junturas de inclinación de la muñeca se pueden colocar de manera que sus ejes se crucen en todas las configuraciones del brazo. Esta serie de junturas puede proporcionar al efector de extremo un alto grado de movilidad alrededor del extremo del brazo.

- Una sección de la muñeca que termina en una juntura (138) giratoria cuyo eje coincide con el eje de extensión del instrumento quirúrgico. Lo más conveniente es que el árbol del instrumento se alargue linealmente y el eje de esa juntura esté alineado con el árbol. Esta disposición puede permitir que el efector de extremo se gire fácilmente a la orientación deseada mediante el movimiento en una sola juntura sin interrumpir excesivamente un canal de la herida en el paciente. También puede reducir la necesidad de que una juntura realice una función equivalente en el propio instrumento.

- Una juntura (115) giratoria proximal que está sustancialmente desplazada de la vertical y más convenientemente dirigida lejos del sitio de la operación en el paciente. Esto reduce la posibilidad de que esa juntura tenga una singularidad cinemática con otra juntura del brazo.

La figura 7 muestra un diseño alternativo de juntura que se puede utilizar como juntura de muñeca en un brazo como los de las figuras 3 y 6.

En la figura 7 se muestra una sección del árbol del brazo en 200. Eso podría ser, por ejemplo, la sección 21 del árbol de la figura 3, una sección del árbol conectada por una juntura giratoria a la sección 21 del árbol de la figura 3, o una sección 113 de árbol de la figura 6. Varios accionadores lineales están dispuestos alrededor del eje longitudinal central de la sección 200 de árbol. Los accionadores lineales están desplazados circunferencialmente alrededor del eje central. Podrían espaciarse regularmente alrededor del eje central. Podría haber dos, tres, cuatro o más de estos actuadores lineales. En el ejemplo de la figura 7 hay cuatro actuadores lineales espaciados regularmente alrededor del eje central, de los cuales dos (201, 202) son visibles en la figura 7. Los demás se han omitido para mayor claridad. Cada actuador lineal está acoplado mediante una juntura esférica al extremo distal de la sección 200 de árbol de la que sobresale. En lugar de actuadores lineales, podrían usarse otros mecanismos capaces de aplicar una fuerza para juntar o separar dos puntos finales. Los ejemplos de mecanismos adecuados incluyen disposiciones de pistón/cilindro, motores lineales y brazos que giran mutuamente a modo de brújula. Un punto final de cada actuador lineal está unido a la juntura esférica mediante la cual está conectado a la sección del eje 200. El otro punto final de cada actuador lineal está conectado a otra juntura esférica mediante la cual el actuador lineal está conectado a un miembro 212 intermedio.

Una barra 203 de guía está unida rígidamente y se extiende fuera de la sección 200 de brazo. En su extremo distal, la barra de guía termina en una juntura 205 esférica con un elemento 208 seguidor. El seguidor 208 está cautivo dentro del miembro 212 intermedio. El seguidor está obligado a trasladarse solo en un solo plano en relación con el miembro intermedio. Esto puede lograrse si el seguidor 208 tiene una ranura 206 circunferencial que hace un ajuste deslizante ceñido sobre una pared 207 anular que está unida rígidamente y se extiende radialmente hacia adentro dentro de una cavidad dentro del miembro 212 intermedio.

A lo largo del eje de la barra de guía hay una juntura 204 esférica deslizante con el propio miembro intermedio. La juntura 204 esférica deslizante está constituida por una bola a través de la cual puede deslizar el eje de la barra de guía. La superficie exterior de la bola forma una juntura esférica con el miembro 212 intermedio. Junto con el movimiento constreñido plano del seguidor 208 con respecto al miembro 204 intermedio y la juntura 205 esférica entre el extremo distal de la barra de guía y el seguidor, esta juntura 204 mantiene el miembro intermedio en su lugar mientras le permite girar con respecto a la sección 200 de árbol alrededor de la juntura 205. Ese movimiento de rotación puede ser impulsado por los actuadores lineales, por ejemplo, 201, 202.

En el lado distal del seguidor, una segunda barra de guía se acopla al seguidor a través de una juntura 213 esférica. Una juntura 213 esférica deslizante que es similar a la juntura 204 permite que el miembro 212 intermedio gire con respecto a la segunda barra de guía, y para moverse linealmente con respecto a la segunda barra de guía a lo largo de su eje.

Una pieza 210 de brazo terminal está unida rígidamente a la segunda barra de guía.

La acción del mecanismo mostrado en la figura 7 permite que la pieza del brazo terminal experimente un movimiento generalmente de rotación con respecto a la sección 200 del árbol alrededor de dos ejes ortogonales alrededor de la región entre las junturas 205, 209. Este movimiento puede ser impulsado por actuadores de eje lineal. Pueden operar bajo el control de un dispositivo de control, como para los motores discutidos anteriormente. Alternativamente, los actuadores lineales podrían ser accionados por presión hidráulica o neumática, a través de líneas de presión que podrían correr desde la base del brazo. La naturaleza de la juntura constituida por el miembro 212 intermedio significa que el seguidor 208 tiende a exagerar el desplazamiento angular de la pieza de brazo terminal, permitiendo que se logren fácilmente desviaciones angulares considerables de la pieza de brazo terminal. La pieza de brazo terminal podría ser un miembro unitario. Alternativamente, podría estar constituido por dos partes distintas 210a y 210b que pueden girar entre sí alrededor de una juntura giratoria 211 similar a la juntura 138 de la figura 7. Una herramienta quirúrgica mostrada parcialmente en 214 podría unirse a la pieza de brazo terminal.

Como se discutió anteriormente, la serie proximal de junturas en los brazos de las figuras 3 y 6 en orden hacia el extremo distal del brazo son, usando los términos definidos anteriormente, junturas de balanceo, inclinación, balanceo e inclinación. Esta serie de junturas puede denominarse RPRP, donde “R” indica una juntura de balanceo, “P” indica una juntura de inclinación y las junturas se enumeran en serie desde el extremo proximal hacia el distal del brazo. Usando la misma terminología, otras secuencias de junturas convenientes para brazos quirúrgicos incluyen las siguientes:

1. PRPRP: es decir, la secuencia de unión del brazo robótico de las figuras 3 y 6 pero con una juntura de inclinación adicional entre la secuencia de unión de RPRP y la base.

2. RPRPR: es decir, la secuencia de juntura del brazo robótico de las figuras 3 y 6 pero con una juntura de balanceo adicional entre la secuencia de juntura RPRP y la muñeca.

3. RPRPRP: es decir, una serie de tres pares RP en sucesión, similar a la secuencia conjunta del brazo robótico de las figuras 3 y 6 pero con una juntura de inclinación adicional entre la secuencia de juntura RPRP y la base y una juntura de balanceo adicional entre la secuencia articular RPRP y muñeca.

Se podrían añadir más junturas al brazo.

Cada uno de estos brazos podría tener una muñeca del tipo que se muestra en la figura 3 o 7. Una de las junturas 28, 38 podría omitirse de la muñeca.

Como se indicó anteriormente, el instrumento quirúrgico puede tener una o más junturas 52 cerca de su punta. Si el brazo de robot es del tipo descrito en este documento, entonces el instrumento quirúrgico puede incluir convenientemente sólo dos junturas. Convenientemente, pueden ser junturas giratorias cuyos ejes discurran transversalmente al árbol 51 del instrumento. Los ejes de esas junturas podrían cruzarse, formando una juntura universal, o podrían estar desplazados en la dirección de alargamiento del árbol del instrumento. Las junturas del instrumento podrían ser impulsadas por medios móviles en el brazo y el movimiento transmitido a las junturas a través de cables o conexiones en el instrumento. El conector en la parte terminal de la unidad de muñeca y la base 50 del instrumento pueden configurarse para proporcionar la transmisión de tal movimiento al instrumento. Convenientemente, las junturas del instrumento no incluyen una juntura giratoria cuyo eje esté alineado con el árbol del instrumento. El movimiento que proporcionaría tal juntura puede ser servido convenientemente por la juntura 38 en la muñeca del brazo del robot. En muchos procedimientos quirúrgicos, este movimiento no es necesario. Los instrumentos suelen estar destinados a ser desechables; por lo tanto, el coste puede reducirse omitiendo dicha juntura del instrumento. Omitir dicha juntura también simplifica la interacción mecánica necesaria entre el instrumento y el brazo, ya que no es necesario transmitir el movimiento de esa juntura al instrumento.

En uso operativo, el brazo del robot podría cubrirse con un paño estéril para mantener el brazo separado o sellado del paciente. Esto puede evitar la necesidad de esterilizar el brazo antes de la cirugía. Por el contrario, el instrumento quedaría expuesto en el lado del paño del paciente: ya sea como resultado de que se extienda a través de un sello en el paño o como resultado de que el paño esté intercalado entre el conector en la parte terminal de la unidad de muñeca y la base 50 del instrumento. Una vez que el instrumento se ha unido al brazo, se puede utilizar para realizar una operación. Al realizar una operación, el brazo puede manipularse primero de modo que el eje del árbol 51 del instrumento esté alineado con el eje entre un punto de entrada deseado en el exterior del paciente (por ejemplo, una incisión en la piel del paciente) y el sitio de operación deseado. Luego, el brazo del robot puede manipularse para insertar el instrumento a través de la incisión y hacia adelante en una dirección paralela al eje del árbol del instrumento hasta que el efector de extremo llegue al lugar de la operación. Otras herramientas pueden insertarse de forma similar mediante otros brazos robóticos. Una vez que las herramientas necesarias están en el lugar de la operación, se puede realizar la operación, se pueden retirar las herramientas del cuerpo del paciente y se pueden cerrar las incisiones, por ejemplo, suturando. Si se desea mover el efector de extremo en una dirección transversal al eje del árbol del instrumento cuando el instrumento está ubicado en el paciente, dicho movimiento se realiza preferiblemente girando el árbol del instrumento alrededor de un centro de movimiento ubicado en la incisión a través del cual el instrumento está pasando. Esto evita agrandar la incisión.

Un brazo de robot del tipo descrito anteriormente puede proporcionar una gama de ventajas para realizar procedimientos quirúrgicos. En primer lugar, debido a que no incluye un número excesivo de junturas y aun así proporciona el rango de movimiento necesario para colocar el instrumento en su conjunto y, en particular, el efector de extremo del instrumento en una amplia gama de ubicaciones y orientaciones, el brazo del robot puede ser relativamente delgado y ligero. Esto puede reducir la posibilidad de que un ser humano se lesione por un movimiento no deseado del brazo, por ejemplo, cuando las enfermeras están trabajando alrededor del brazo cuando se está instalando un quirófano para recibir a un paciente. También puede mejorar la accesibilidad de múltiples brazos de este tipo a un sitio de operación, especialmente un sitio para un procedimiento como un procedimiento ENT (oído, nariz y garganta) donde típicamente varios instrumentos deben acceder al sitio de operación a través de una pequeña abertura. Surgen consideraciones similares, por ejemplo, en procedimientos abdominales en los que es común que varios instrumentos entren en el paciente desde una región cercana al ombligo y se extiendan internamente de la caja torácica hasta el abdomen del paciente; y en procedimientos en el área pélvica donde la dirección en la que los instrumentos pueden acercarse al sitio de la operación está limitada por la necesidad de evitar el hueso pélvico y otras estructuras internas. De manera similar, un brazo que tenga un rango de movimiento mejorado puede facilitar la colocación de las bases de varios robots alrededor de un sitio de operación porque el personal quirúrgico tiene más libertad sobre dónde ubicar las bases del robot. Esto puede ayudar a evitar la necesidad de rediseñar los flujos de trabajo de la sala de operaciones existentes para acomodar un robot. En segundo lugar, el brazo proporciona suficiente movimiento redundante para que el personal quirúrgico tenga flexibilidad para colocar la base del robot en relación con el paciente. Esto es importante si varios robots necesitan trabajar en un sitio quirúrgico pequeño, si hay equipo adicional en el quirófano o si el paciente tiene una dimensión inusual. En tercer lugar, cuando la sección de la muñeca comprende una juntura de balanceo ubicada proximalmente de un par de junturas de inclinación de eje cruzado, como en la figura 4, y particularmente si además el brazo y el instrumento están configurados de manera que el árbol del instrumento se extienda directamente lejos de esas junturas de inclinación, entonces el movimiento de la muñeca es similar al de un humano, lo que facilita la traducción de los procedimientos quirúrgicos convencionales para que puedan ser realizados por el robot. Esta relación entre la muñeca y el instrumento también ayuda a permitir que varios brazos se acerquen entre sí cerca de un sitio quirúrgico, ya que las secciones terminales de los miembros principales del brazo (por ejemplo, 21 y 121) se pueden inclinar con respecto al árbol del instrumento sin comprometer la libertad de movimiento del árbol del instrumento. Esto se debe en parte a que cuando el efector de extremo necesita moverse dentro del paciente mediante rotación alrededor de un centro ubicado en el punto externo de entrada del árbol del instrumento en el paciente, esa rotación puede proporcionarse exclusivamente en una realización preferida del presente brazo. por la muñeca, sin verse obstaculizado por singularidades cinemáticas o interacciones complejas entre múltiples junturas que tienen ejes desplazados espacialmente, mientras que el resto del brazo simplemente traslada la muñeca a la ubicación requerida. Cuando el robot está bajo el control del ordenador, el programa para el ordenador puede definirse para hacer que el robot traslade la ubicación del efector de extremo mediante la rotación del efector de extremo alrededor de un punto a lo largo del árbol del instrumento. Ese punto puede ser coincidente o distal de la incisión en el paciente. El programa puede ser tal que logre dicha traslación del efector de extremo ordenando al o los impulsores motrices de la muñeca que hagan que las junturas 26 y/o 27 giren el instrumento alrededor del punto y ordenando simultáneamente al impulsor motriz (s) para que el resto del brazo haga que la muñeca se traslade.

En vista de la descripción anterior, será evidente para una persona experta en la técnica que se pueden realizar varias modificaciones dentro del alcance de la invención como se define en las siguientes reivindicaciones.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Un robot quirúrgico que comprende un brazo (10) articulado, teniendo el brazo una porción terminal que comprende:

un segmento (42) distal que tiene un accesorio para un instrumento quirúrgico, el accesorio se configura para transmitir a través de la misma fuerza motriz para hacer que una o más junturas en el instrumento quirúrgico se articulen independientemente del movimiento del brazo;

un segmento (34) intermedio; y

un segmento (21a) basal mediante el cual la parte terminal está unida al resto del brazo;

una primera articulación (38) entre el segmento (42) distal y el segmento (34) intermedio, permitiendo la primera articulación la rotación relativa del segmento distal y el segmento intermedio alrededor de un primer eje (43); y una segunda articulación (28) entre el segmento (34) intermedio y el segmento (21a) basal, lo que permite a la segunda articulación la rotación relativa del segmento intermedio y el segmento basal alrededor de un segundo eje (29);

caracterizado porque:

el segmento (34) intermedio comprende una tercera articulación que comprende dos junturas (26, 27) coubicadas, permitiendo la primera juntura (26) la rotación relativa del segmento distal y el segmento basal alrededor de un tercer eje (41), y la segunda juntura (27) que permite la rotación relativa del segmento distal y el segmento basal alrededor de un cuarto eje (35), intersectando los ejes tercero y cuarto en todas las configuraciones del brazo;

las articulaciones primera, segunda y tercera están dispuestas de manera que en al menos una configuración de la tercera articulación: los ejes primero (43) y segundo (29) son colineales, los ejes tercero (41) y cuarto (35) son transversales entre sí, y el tercer y cuarto ejes son transversales al primer eje.

2. Robot quirúrgico como se reivindica en la reivindicación 1, en el que la primera articulación (38) es una juntura giratoria y la segunda articulación (28) es una juntura giratoria.

3. Un robot quirúrgico como se reivindica en las reivindicaciones 1 o 2, en el que la tercera articulación (26, 27) es una juntura esférica o un par de junturas giratorias.

4. Robot quirúrgico como se reivindica en la reivindicación 3, en el que la tercera juntura (26, 27) es una juntura universal.

5. Un robot quirúrgico como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los únicos medios para articular el accesorio para el instrumento quirúrgico con respecto al segmento basal son la primera (38), segunda (28) y tercera (26, 27) articulaciones.

6. Un robot quirúrgico como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el accesorio para un instrumento quirúrgico está situado en el primer eje (43).

7. Un robot quirúrgico como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende un instrumento (11) quirúrgico unido al accesorio.

8. Un robot quirúrgico como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el instrumento (11) quirúrgico se extiende en una dirección sustancialmente a lo largo del primer eje (43).

9. Un robot quirúrgico como se reivindica en las reivindicaciones 1 a 8, en el que el brazo comprende:

una base (12); y

una porción proximal que se extiende entre la base y el segmento basal de la porción terminal del brazo, la porción proximal está articulada a lo largo de su longitud y conectada rígidamente al segmento basal.

10. Un robot quirúrgico como se reivindica en la reivindicación 9, en el que la porción proximal comprende:

un primer segmento de brazo;

un segundo segmento de brazo acoplado al primer segmento de brazo mediante una primera articulación (15) de brazo por lo que el segundo segmento de brazo puede girar con respecto al primer segmento de brazo alrededor de un primer eje (22) de brazo;

un tercer segmento de brazo acoplado al segundo segmento de brazo por una segunda articulación (16) de brazo por lo que el tercer segmento de brazo puede girar con relación al segundo segmento de brazo alrededor de un segundo eje (23) de brazo;

un cuarto segmento de brazo acoplado al tercer segmento de brazo mediante una articulación (17) de tercer brazo por lo que el cuarto segmento de brazo puede girar con relación al tercer segmento de brazo alrededor de un tercer eje (24) de brazo;

y

un quinto segmento de brazo acoplado al cuarto segmento de brazo por una cuarta articulación (18) de brazo por lo que el quinto segmento de brazo puede girar con relación al cuarto segmento de brazo alrededor de un cuarto eje (25) de brazo;

en el que

el segundo eje (23) de brazo es transversal al primer eje (22) de brazo, el tercer eje (24) de brazo es transversal al segundo eje (23) de brazo y el cuarto eje (25) del brazo es transversal al tercer eje (24) de brazo; y

los segmentos del cuarto y tercer brazo juntos forman un miembro alargado que se extiende en una dirección a lo largo del eje del tercer brazo.

11. Un robot quirúrgico como se reivindica en la reivindicación 10, en el que el segundo eje (23) de brazo es perpendicular al primer eje (22) de brazo.

12. Un robot quirúrgico como se reivindica en la reivindicación 10 u 11, en el que el tercer eje (24) de brazo es perpendicular al segundo eje (23) de brazo.

13. Un robot quirúrgico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que el cuarto eje (25) de brazo es perpendicular al tercer eje (24) del brazo.