ES3040348T3

ES3040348T3 - Surgical apparatus

Info

Publication number: ES3040348T3
Application number: ES17748266T
Authority: ES
Inventors: Daniel H Kim; Dong Suk Shin; Taeho Jang; Yong Man Park
Original assignee: University of Texas System; University of Texas at Austin
Current assignee: University of Texas System; University of Texas at Austin
Priority date: 2016-02-05
Filing date: 2017-02-03
Publication date: 2025-10-30
Anticipated expiration: 2037-02-03
Also published as: JP2024073465A; US20220338893A1; JP7628563B2; JP2020192377A; CA3152886A1; EP4218628B1; CN112370009A; CN112370008A; MX2018006000A; AU2022218532A1; US20220354524A1; AU2021204243B2; AU2017214552A1; US20210322045A1; EP3273884B1; JP2019511260A; KR102442442B1; AU2017214552B2; CA3152886C; KR20220070569A

Abstract

La presente invención proporciona un aparato quirúrgico que comprende: un miembro dirigible que es flexible y comprende una pluralidad de segmentos de flexión con canales en su interior; y una pluralidad de cables de accionamiento de flexión que están dispuestos para pasar a través del miembro dirigible y hacer que este se doble, comprendiendo el miembro dirigible al menos una luz que se abre hacia afuera a través de la cual pasan los cables de accionamiento de flexión. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato quirúrgico

Campo técnico

[0001]La presente invención se refiere a un aparato quirúrgico y, más particularmente, a un aparato quirúrgico que es capaz de realizar un mecanismo de flexión comprendiendo una pluralidad de segmentos de flexión.

Antecedentes de la técnica relacionada

[0002]Los aparatos quirúrgicos utilizados en cirugía tienen diferentes estructuras dependiendo de la ubicación de un sitio quirúrgico y de cómo se tratará el sitio quirúrgico. En los últimos años, se están desarrollando diversos tipos de equipos quirúrgicos que utilizan robots para realizar intervenciones quirúrgicas en zonas de difícil acceso con los aparatos quirúrgicos existentes o para llevar a cabo cirugías mínimamente invasivas. Estos aparatos quirúrgicos están configurados para moverse en varias direcciones en el cuerpo humano al incluir un elemento flexible, que se describen en muchos documentos, incluida la patente estadounidense 6,858,005.

Los documentos WO03/001986A2 y WO2015/127250A1 describen aparatos quirúrgicos dirigibles adicionales.

[0003]Los aparatos quirúrgicos que se pueden doblar en el extremo distal se doblan por el movimiento de los cables dentro de ellos. Sin embargo, estos aparatos quirúrgicos son difíciles de manipular con precisión, lo que pone de manifiesto algunos problemas, como la creación de un juego cuando se doblan con los cables o la restricción del movimiento de otros cables. Además, estos aparatos quirúrgicos tienen muchos componentes incrustados en ellos que están conectados entre sí de una manera complicada, por lo que es difícil miniaturizarlos.

RESUMEN DE LA DESCRIPCIÓN

[0004]La invención se describe según las reivindicaciones adjuntas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0005]A continuación, se describirá concretamente un aparato quirúrgico según realizaciones ejemplares con referencia a los dibujos. Ahora se hará una descripción de la relación posicional entre los componentes básicamente con referencia a los dibujos. En los dibujos, las estructuras de las realizaciones pueden simplificarse o exagerarse por claridad.

[0006]Las realizaciones ejemplares se describirán con respecto a un aparato quirúrgico que tiene una pluralidad de pasajes dentro de una parte de inserción, con diversos tipos de instrumentos quirúrgicos localizados en cada pasaje. Las realizaciones ejemplares de la invención como se define según las reivindicaciones adjuntas se describen junto con las FIG. 35-39. Otras figuras que se describen en este documento ilustran componentes adicionales o proporcionan un contexto adicional para la invención.

La FIG. 1 es una vista que ilustra un aparato quirúrgico según una realización ejemplar;

La FIG. 2 es una vista en sección transversal de uno de los instrumentos quirúrgicos de la FIG. 1;

Las FIGS. 3 y 4 son vistas que ilustran esquemáticamente una holgura en un cable debido a la flexión de un miembro orientable;

Las FIGS. 5 y 6 son vistas que ilustran una estructura de segmentos de flexión con 1 grado de libertad direccional; Las FIGS. 7 a 9 son vistas que ilustran una estructura de segmentos de flexión con 2 grados de libertad direccional; Las FIGS. 10 y 11 son vistas que ilustran un miembro orientable que utiliza una estructura de bisagra flexible y un miembro orientable que utiliza una estructura troncal flexible;

Las FIGS. 12 a 14 son vistas que ilustran un miembro orientable con un miembro de soporte lateral;

Las FIGS. 15 a 17 son vistas que ilustran un miembro orientable que tiene segmentos de conexión que usan una estructura de bisagra doble;

Las FIGS. 18 y 19 son vistas que ilustran un miembro orientable que usa un miembro de ajuste de trayectoria; La FIG. 20 es una vista que ilustra la flexión del miembro orientable;

La FIG.21 es una vista transversal que ilustra la flexión de un miembro orientable según una realización modificada; La FIG. 22 es una vista que ilustra un procedimiento de fijación de cables de accionamiento de flexión mediante un miembro de terminación de cable;

La FIG.23 es una vista que ilustra un ejemplo de configuración de un efector terminal como miembro de terminación de cable;

Las FIGS. 24 y 25 son vistas que ilustran una estructura del efector terminal;

Las FIGS. 26 a 29 son vistas que ilustran diversos ejemplos de un aparato quirúrgico con un manguito en él; La FIG. 30 es una vista que ilustra una estructura de conexión del extremo de un instrumento quirúrgico y una parte de manipulación; y

Las FIGS. 31 y 32 ilustran esquemáticamente la configuración de la parte de manipulación para mover los cables de accionamiento de flexión.

La FIG. 33 es una vista que ilustra esquemáticamente la longitud de un cable de accionamiento de flexión antes y después de la flexión en un brazo flexible continuo ideal, donde la FIG. 33A muestra la longitud del cable de accionamiento de flexión antes de la flexión y la FIG. 33B muestra la longitud del cable de accionamiento de flexión después de la flexión.

La FIG. 34 que es una vista que ilustra esquemáticamente la longitud de un cable de accionamiento de flexión antes y después de la flexión en condiciones reales, donde la FIG. 34A muestra la longitud del cable de accionamiento de flexión antes de la flexión y la FIG. 34B muestra la longitud del cable de accionamiento de flexión después de la flexión.

La FIG. 35 es una vista que ilustra un segmento de flexión ejemplar según una realización de la presente invención. La FIG. 36 es una vista que ilustra un miembro de regulación de tensión ejemplar en la FIG. 35 según una realización de la presente invención.

La FIG. 37 ilustra el movimiento pivotante de uno de los miembros de regulación de tensión ejemplares de la FIG.

36, donde la FIG. 37A es una vista frontal del miembro de regulación de tensión que se dobla hacia el lado izquierdo, y la FIG. 37B es una vista frontal del miembro de regulación de tensión que se dobla hacia el lado derecho.

La FIG. 38 es una vista que ilustra esquemáticamente una holgura en un cable que se mejora según la estructura del miembro de regulación de tensión ejemplar en la FIG. 36, donde la FIG. 38A muestra la longitud del cable de accionamiento de flexión antes de la flexión, y la FIG. 38B muestra la longitud del cable de accionamiento de flexión después de la flexión.

La FIG. 39 es un resultado de simulación que ilustra que el cambio de longitud total (AL) del cable de accionamiento de flexión cambia según el ángulo de flexión 0.

La FIG. 40 es un diagrama de bloques que ilustra un instrumento quirúrgico según una realización ejemplar. La FIG. 41 es una vista esquemática que ilustra un instrumento quirúrgico según una realización ejemplar.

La FIG. 42 es una vista que ilustra un instrumento quirúrgico en un movimiento de flexión según una realización ejemplar.

La FIG. 43 es un diagrama de bloques que ilustra un instrumento quirúrgico según otra realización ejemplar. La FIG. 44 es una vista esquemática que ilustra un instrumento quirúrgico según otra realización ejemplar.

La FIG. 45 es un diagrama de bloques que ilustra un controlador maestro personalizado según una realización ejemplar.

La FIG. 46 es una vista que ilustra esquemáticamente un controlador maestro personalizado según una realización ejemplar.

La FIG. 47 es una vista que ilustra esquemáticamente una plataforma de control y una pieza de conexión según una realización ejemplar.

La FIG. 48 es una vista en perspectiva que ilustra tres tipos de empuñaduras intercambiables según una realización ejemplar donde la FIG. 48A es de tipo empuñadura, la FIG. 48B es de tipo pinza y la FIG. 48C es de tipo instrumento laparoscópico-manual.

La FIG. 49 es una vista que ilustra esquemáticamente un controlador maestro personalizado según otra realización. La FIG. 50 es una vista que ilustra esquemáticamente partes (es decir, el miembro base, el miembro móvil y tres cadenas cinemáticas paralelas) de la plataforma de control del controlador maestro personalizado en la FIG. 49. La FIG. 51 es una vista ampliada de una sección de la FIG. 49 que muestra la empuñadura intercambiable unida al miembro móvil de la plataforma de control según una realización ejemplar.

La FIG. 52 es una vista ampliada de una sección de la FIG. 49 que muestra la empuñadura intercambiable separada del miembro móvil de la plataforma de control según una realización ejemplar.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

[0007]A continuación, se describirá concretamente un aparato quirúrgico según una realización ejemplar con referencia a los dibujos. Ahora se hará una descripción de la relación posicional entre los componentes básicamente con referencia a los dibujos. En los dibujos, las estructuras en la realización pueden simplificarse o exagerarse para mayor claridad.

[0008]Esta realización ejemplar se describirá con respecto a un aparato quirúrgico que tiene una pluralidad de pasajes dentro de una parte de inserción, con diversos tipos de instrumentos quirúrgicos localizados en cada pasaje.

[0009]La FIG. 1 es una vista que ilustra un aparato quirúrgico según una realización ejemplar. Como se ilustra en la FIG. 1, un aparato quirúrgico 1 comprende una parte de inserción 20 proporcionada en el extremo distal del aparato quirúrgico y una parte de manipulación 10 localizada en el extremo proximal de la parte de inserción 20.

[0010]La parte de inserción 20 forma una parte que se inserta en un sitio quirúrgico durante la cirugía. La parte de inserción 20 consiste en un tubo flexible, donde se encuentra al menos un instrumento quirúrgico 30 para su uso en una operación quirúrgica. El instrumento quirúrgico 30 puede ubicarse selectivamente en al menos un pasaje hueco que se forma dentro de la parte de inserción 20. De manera alternativa, el instrumento quirúrgico 30 puede estar incrustado en la parte de inserción 20. El instrumento quirúrgico 30, que sobresale del extremo distal de la parte de inserción 20, puede usarse en cirugía o capturar imágenes del sitio quirúrgico.

[0011]El aparato quirúrgico de la FIG. 1 comprende una parte de inserción 20 con cuatro pasajes, cada pasaje que incluye cuatro instrumentos quirúrgicos 30. En la FIG. 1, dos de los cuatro instrumentos quirúrgicos incluyen fórceps 31 como efectores terminales 300 en el extremo distal. Dichos instrumentos quirúrgicos pueden realizar diversas operaciones quirúrgicas manipulando los fórceps. Además, se pueden usar otros diversos tipos de elementos quirúrgicos que incluyen cuchillas, unidades de sutura, agujas, etc. Uno de los dos instrumentos quirúrgicos restantes es una unidad de formación de imágenes 32. La unidad de formación de imágenes 32 puede capturar imágenes del extremo distal al incluir un dispositivo óptico tal como una fibra óptica. El otro instrumento quirúrgico puede ser una unidad luminal 33 con un canal de trabajo a través del cual se pueden insertar varios instrumentos.

[0012]Estos instrumentos quirúrgicos 30, que sobresalen del extremo distal de la parte de inserción 20, están configurados de tal manera que su extremo sobresaliente puede doblarse. Por consiguiente, la flexión de los instrumentos quirúrgicos 30 permite realizar una operación quirúrgica en diferentes direcciones o tomar imágenes desde diferentes direcciones. Los instrumentos quirúrgicos 30 pueden doblarse mediante el movimiento de una pluralidad de cables dentro de ellos, que se describirán en detalle a continuación.

[0013]La parte de manipulación 10 se proporciona en el extremo proximal de la parte de inserción 20, y se configura para manipular la parte de inserción 20 y/o los instrumentos quirúrgicos 30. El extremo distal de la parte de manipulación 10 está conectado al extremo proximal de la parte de inserción 20, y puede estar conectado de forma desmontable al mismo en esta realización ejemplar. Al menos una parte motriz se proporciona en la parte de manipulación 10. La parte motriz 40 está conectada mecánicamente a la parte de inserción 20 y/o varios tipos de miembros de cable de los instrumentos quirúrgicos 30, y la parte motriz 40 permite varios movimientos de la parte de inserción 20 y/o los instrumentos quirúrgicos 30, incluido el movimiento de flexión de los instrumentos quirúrgicos 30.

[0014]A continuación, se explicará con más detalle una configuración detallada del aparato quirúrgico descrito anteriormente con referencia a los dibujos.

[0015]La FIG. 2 es una vista en sección transversal de uno de los instrumentos quirúrgicos de la FIG. 1. Como se ilustra en la FIG. 2, el instrumento quirúrgico 30 comprende un miembro orientable 100 en el extremo distal que se puede doblar. El miembro orientable 100 tiene una pluralidad de segmentos de flexión 110 con canales huecos (no se muestran) que están conectados entre sí. Se proporciona un miembro flexible 200 comprendiendo un material flexible en el extremo proximal del miembro orientable 100. El miembro flexible 200 puede consistir en un tubo hueco donde se encuentran varios tipos de miembros de cable conectados desde el extremo distal del instrumento quirúrgico 30. Opcionalmente, se proporciona un efector terminal 300 en el extremo distal del miembro orientable 100, y el efector terminal 300 puede ser accionado selectivamente por un cable de accionamiento del efector 500.

[0016]Cada segmento de flexión 110 del miembro orientable 100 está conectado a segmentos de flexión adyacentes de una manera que permite el movimiento de la bisagra, y se flexiona mediante cables de accionamiento de flexión 400. Los cables de accionamiento de flexión 400 están localizados de tal manera que pasan a través del miembro orientable 100 y el miembro flexible 200, y los extremos distales de los cables de accionamiento de flexión 400 están conectados al miembro orientable 100 y sus extremos proximales están conectados mecánicamente a la parte de manipulación 10. Cada segmento de flexión 110 comprende una pluralidad de lúmenes 112 que se forman longitudinalmente, y los cables de accionamiento de flexión 400 se localizan dentro de los lúmenes 112 (FIG. 5A). Por consiguiente, cuando los cables de accionamiento de flexión 400 son movidos por la parte de manipulación 10, la pluralidad de segmentos de flexión 110 se mueve de manera articulada, haciendo así que el miembro orientable 100 se doble.

[0017]La FIG. 3 es una vista que ilustra esquemáticamente una holgura en un cable debido a la flexión del miembro orientable. Supongamos que los segmentos de flexión 110 tienen una longitud de L y una anchura de 2r. Los segmentos de flexión adyacentes 110 están articulados en el medio en sus lados opuestos (que está a una distancia de r del perímetro exterior). Supongamos que los cables de accionamiento de flexión 400 están localizados en dos lados opuestos del ancho de cada segmento de flexión y pasan a través del centro de la longitud de cada segmento de flexión (que está a una distancia de L de cada porción articulada).

[0018]La FIG. 3A ilustra el miembro orientable antes de doblarse, y la FIG. 3B ilustra el miembro orientable cuando se dobla a un radio de curvatura R. En la FIG. 3B, el ángulo de flexión entre dos segmentos de flexión 110 se indica con 0. La siguiente ecuación sirve para comparar la suma de las longitudes de dos porciones de cable entre los dos segmentos de flexión antes de la flexión y la suma de las longitudes de las dos porciones de cable después de la flexión. Si las longitudes de las dos porciones de cable antes de la flexión se indican con L1 y L2, respectivamente, y las longitudes de las dos porciones de cable después de la flexión se indican con L1 y L2', respectivamente, la diferencia AL entre las dos longitudes es la siguiente:

[0019]Como se ve arriba, la suma de las longitudes de las dos porciones de cable entre los dos segmentos de flexión después de la flexión es menor que antes de la flexión. Por consiguiente, cuando los cables en ambos lados se manipulan conjuntamente entre sí, se produce una holgura de AL entre cada segmento de flexión. Esto se debe a que, cuando se produce la flexión, la cantidad de cambio (LT-L|) en la longitud del cable en el otro lado del centro de curvatura es menor que la cantidad de cambio (L2-L2') en la longitud del cable cerca del centro de curvatura. En consecuencia, se crea un juego debido a la flexión, lo que dificulta el ajuste fino.

[0020]Por el contrario, en esta realización ejemplar, los segmentos de flexión pueden configurarse en varias formas para minimizar la holgura causada por la flexión. La FIG. 4 es una vista que ilustra esquemáticamente una holgura en un cable según una estructura de segmento de flexión mejorada. Como se ilustra en la FIG. 4, los segmentos de flexión mejorados 110 están configurados de tal manera que parte de los lúmenes 112 donde se encuentran los cables de accionamiento de flexión está abierta (véase la FIG. 5). En la presente invención, t indica la longitud de una porción luminal abierta. Aunque el cable cerca del centro de curvatura tiene la trayectoria más corta debido a la porción luminal abierta, el cable en el otro lado del centro de curvatura tiene la trayectoria a la que se añade una longitud adicional en la porción luminal abierta correspondiente. En este caso, la trayectoria L2* del cable cerca del centro de curvatura es igual en longitud a la trayectoria anterior (L2' de la FIG. 3), y la trayectoria L1* del cable en el otro lado del centro de curvatura es más larga que la trayectoria anterior (LT de la FIG. 3). Este aumento en la longitud de la trayectoria se debe a que una pared lateral de la porción luminal abierta (cerca del centro de los segmentos de flexión) en el otro lado del centro de curvatura forma una porción de choque 114 y el cable de accionamiento de flexión 400 que pasa a través de la trayectoria choca contra la porción de choque 114 (véase la FIG.

5). En consecuencia, cuando se produce la flexión utilizando los segmentos de flexión mejorados, AL es la siguiente:

[0021]Como se ha indicado anteriormente, con los segmentos de flexión mejorados 110 configurados para reducir la longitud AL de la holgura, el movimiento del aparato quirúrgico 1 puede controlarse con precisión. En general, la longitud t de las porciones luminales abiertas puede ser del 10 % o más de la longitud L de los segmentos de flexión. Aunque la cantidad de reducción en la longitud AL de la holgura difiere dependiendo de la dimensión, el ángulo de flexión, etc. de los segmentos de flexión, la longitud AL de la holgura puede reducirse en aproximadamente un 30 % o más.

[0022]Los segmentos de flexión mejorados se pueden diseñar de varias maneras. En lo sucesivo, se describirán detalladamente diversas realizaciones ejemplares de los segmentos de flexión con referencia a las FIGS.

5 a 11.

[0023]La FIG. 5 es una vista que ilustra una estructura de segmentos de flexión con 1 grado de libertad. Los segmentos de flexión 110 que se muestran en la FIG. 5 tienen un cuerpo con canales huecos 111 formados dentro de ellos. Se proporciona un par de piezas de conexión 120 en un extremo de la longitud del cuerpo y se proporciona otro par de piezas de conexión 120 en el extremo opuesto. Cada par de piezas de conexión 120 está localizado uno frente al otro en dos lados opuestos del ancho del cuerpo, con un canal hueco 111 a medio camino entre ellas.

[0024] Cada segmento de flexión 110 está articulado a segmentos de flexión adyacentes, y conectado a ellos por las piezas de conexión acopladas a las de los segmentos adyacentes. En la FIG. 5, las piezas de conexión 120 se conectan uniéndolas. Como los ejes de bisagra de las piezas de conexión 120 tienen todos la misma orientación, el miembro orientable de la FIG. 5 tiene 1 grado de libertad donde se dobla hacia la izquierda o la derecha (como se muestra en el dibujo).

[0025] Cada segmento de flexión 110 incluye un par de lúmenes 112 donde se encuentran los cables de accionamiento de flexión. El par de lúmenes 112 puede formarse penetrando a través de la superficie de la pared de un cuerpo hueco, y están dispuestos simétricamente alrededor del centro de una sección transversal del segmento de flexión 110, separados una distancia predeterminada entre sí.

[0026] Como se muestra en la FIG. 5, los lúmenes de los segmentos de flexión 110 están parcialmente abiertos. Específicamente, cada lumen comprende una porción luminal cerrada 112b y una porción luminal abierta 112a. En la porción luminal cerrada 112b, los lados interior y exterior están encerrados por superficies de pared como se muestra en la FIG. 5, de modo que el cable de accionamiento de flexión se mueve solo dentro del lumen debido a la estructura de la pared lateral. Por el contrario, en la porción luminal abierta 112a, al menos parte de sus paredes laterales tiene una estructura abierta. Por consiguiente, el cable de accionamiento de flexión localizado en la porción luminal abierta 112a se puede mover fuera del lumen a través de la porción abierta.

[0027] En esta realización ejemplar, la porción luminal abierta 112a tiene una estructura donde una pared lateral 113a en el lado externo del segmento de flexión (que está en el lado opuesto del centro de una sección transversal del segmento de flexión) está abierta. Por consiguiente, cuando se produce la flexión, el cable 400a cerca del centro de curvatura se mueve hacia una porción abierta (dirección hacia afuera) de la porción luminal abierta, lo que permite que los segmentos de flexión se conecten en una longitud más corta, en comparación con la porción luminal cerrada. Por el contrario, una pared lateral 113b de la porción luminal abierta (cerca del centro de la sección transversal del segmento de flexión), si se encuentra en el otro lado del centro de curvatura, forma una porción de choque 114 contra la cual choca un cable. Por consiguiente, cuando se produce la flexión, el cable 400b en el otro lado del centro de curvatura se pone más en contacto con el segmento de flexión a medida que choca con la parte de choque 114, reduciendo así la longitud de la holgura.

[0028] En la FIG. 5, cada lumen 112 de los segmentos de flexión 110 está configurado de tal manera que una porción luminal cerrada 112b está formada en el medio de la longitud del lumen y una porción luminal abierta 112a está localizada a cada lado de la porción luminal cerrada 112b. Esto es simplemente un ejemplo, y un lado del lumen 112 a lo largo de la longitud puede formar una porción luminal abierta y el otro lado puede formar una porción luminal cerrada. Como alternativa, las porciones luminales abiertas de un par de segmentos de flexión adyacentes pueden estar dispuestas simétricamente con respecto a los ejes de bisagra. De esta manera, los lúmenes donde se localizan los cables de accionamiento de flexión pueden alterarse de diversas maneras de tal forma que una superficie de pared (superficie de pared interna) 113b cerca del centro de una sección transversal de los segmentos de flexión es más larga que una superficie de pared (superficie de pared externa) 113a en el otro lado del centro de la sección transversal de la misma.

[0029] Aunque la FIG. 5 ilustra que la porción luminal abierta 112a es más larga que la porción luminal cerrada 112b. Cabe señalar que la longitud de la porción luminal abierta que ocupa el 20 % o más de toda la longitud del lumen puede ser ventajosa para reducir la longitud de la holgura.

[0030] Las piezas de conexión de los segmentos de flexión se pueden formar de varias maneras, además de sujetar las piezas de conexión como se muestra en la FIG. 5. La FIG. 6 ilustra un ejemplo de un tipo diferente de piezas de conexión.

[0031] Cada uno de los segmentos de flexión de la FIG. 6 incluye un par de piezas de conexión 120 en un lado y un par de piezas de rebaje 121 en el otro lado. Las piezas de conexión 110 de un segmento de flexión 110 se alojan en las piezas de rebaje 121 de un segmento de flexión adyacente y se articulan a ellas. Cada una de las piezas de conexión 120 de A de la FIG. 6 consiste en una protuberancia con una superficie redonda, y cada una de las piezas de rebaje 121 está configurada para acomodar la protuberancia. Por consiguiente, cada pieza de conexión 120 se mueve de forma articulada a medida que gira dentro de la pieza de rebaje 121 correspondiente. Cada una de las piezas de conexión 120 de B de la FIG. 6 consiste en una protuberancia con un borde lineal en el extremo, y cada una de las piezas de rebaje 121 tiene una ranura en forma de v. Por consiguiente, las piezas de conexión 120 pueden moverse de forma articulada a medida que el área de contacto con las piezas de rebaje 121 gira alrededor del eje de rotación, mientras están en contacto lineal con las piezas de rebaje 121.

[0032] La FIG. 7 es una vista que ilustra una estructura de segmentos de flexión con 2 grados de libertad. Cada uno de los segmentos de flexión de la FIG. 7 está conectado a segmentos de flexión adyacentes de una manera que permite el movimiento de la bisagra, y está configurado de tal manera que un eje de bisagra h1 conectado a un segmento de flexión en un lado y un eje de bisagra h2 conectado a un segmento de flexión en el otro lado tienen diferentes orientaciones. Por consiguiente, los segmentos de flexión 100 de la FIG. 7 constituyen un miembro orientable que se puede mover en 2 o más grados de libertad, a diferencia de las FIGS. 5 y 6.

[0033]Específicamente, cada segmento de flexión 110 de la FIG. 7 incluye un par de piezas de conexión 120 en un lado de la longitud y un par de piezas de rebaje 121 en el otro lado. El par de piezas de conexión 120 se enfrentan entre sí con respecto al centro del segmento de flexión 110, y el par de piezas de rebaje 120 también lo hacen. Como es el caso en la FIG. 5, cada una de las piezas de conexión 120 consiste en una protuberancia con una superficie redonda, y las piezas de rebaje 121 están configuradas para ser giratorias y acomodar las piezas de conexión.

[0034]Como se ilustra en la FIG. 7, en cada segmento de flexión 110, un eje que une el par de piezas de conexión 120 y un eje que se extiende entre el par de piezas de rebaje 121 son ortogonales entre sí. Es decir, el par de piezas de conexión y el par de piezas de rebaje están posicionados en diferentes ubicaciones con respecto a una sección transversal del segmento de flexión 110 (más específicamente, el par de piezas de conexión y el par de piezas de rebaje se intersecan a 90 grados alrededor del cuerpo).

[0035]Por lo tanto, el segmento de flexión 110 se mueve de forma articulada con respecto a un segmento adyacente en un lado en un primer eje h1 y con respecto a un segmento adyacente en el otro lado en un segundo eje h2. Es decir, las piezas de conexión de los segmentos de flexión están configuradas de tal manera que el primer eje de bisagra y el segundo eje de bisagra están dispuestos de manera alterna. Por consiguiente, los segmentos de flexión de la FIG. 7 pueden moverse con 2 grados de libertad.

[0036]Cada segmento de flexión comprende cuatro lúmenes que se forman a lo largo de la longitud. Como se ilustra en la FIG. 7, cada lumen 112 está dispuesto para penetrar en una pieza de conexión 120 o una pieza de rebaje 121. Por consiguiente, los cuatro lúmenes se colocan en ubicaciones donde se forman las piezas de conexión y las piezas de rebaje, separadas a intervalos de 90 grados alrededor del cuerpo.

[0037]Cuatro cables de accionamiento de flexión 400 están localizados en los cuatro lúmenes 112, respectivamente. Entre ellos, un par de cables induce la flexión de un eje del miembro orientable, y el otro par de cables induce la flexión del otro eje.

[0038]Cada lumen está parcialmente abierto, como en el ejemplo mencionado anteriormente. Como se ilustra en la FIG. 7, una porción de cada lumen 112 a lo largo de la longitud donde se forma una pieza de conexión 120 o pieza de rebaje 121 forma una porción luminal cerrada 112b, y la otra porción donde no se forma la pieza de conexión 120 o pieza de rebaje 121 forma una porción luminal abierta 112a. No hace falta decir que la porción luminal cerrada puede estar centrada en cada lumen, y la porción luminal abierta puede estar colocada a cada lado de la porción luminal cerrada. Sin embargo, la configuración mostrada en la FIG. 7 ofrece la ventaja de reducir aún más la longitud de la holgura.

[0039]Además, aunque la FIG. 7 ilustra que el lumen 112 penetra en la pieza de conexión 120 o la pieza de rebaje 121, el lumen 112 puede desviarse de la pieza de conexión 120 y la pieza de rebaje 121. Específicamente, las piezas de conexión 120 y las piezas de rebaje 121 pueden estar separadas a intervalos de 90 grados alrededor del lado lateral del cuerpo (por ejemplo, a lo largo de la circunferencia) del segmento de flexión 110. Cada lumen 112 puede estar localizado entre la pieza de conexión 120 y la pieza de rebaje 121, especialmente en un punto donde está a 45 grados con respecto a la pieza de conexión 120 y la pieza de rebaje 121.

[0040]En este caso, como se ilustra en la FIG. 8, cada lumen 112 puede configurarse de tal manera que se forme una porción luminal cerrada 112b en el centro de la longitud del lumen y se forme una porción luminal abierta 112a a cada lado de la porción luminal cerrada 112b.

[0041]Las FIGS. 7 y 8 se han explicado con respecto a una pieza de conexión 120 que consiste en una protuberancia con una superficie redonda y una pieza de rebaje 121 que aloja la pieza de conexión 120. Sin embargo, esto es simplemente un ejemplo, y como se muestra en B de la FIG. 6, la pieza de conexión puede consistir en una protuberancia con un borde lineal y la pieza de rebaje puede tener una ranura en forma de muesca en v (véase la FIG.

9). De lo contrario, como se muestra en la FIG. 5, dos piezas de conexión pueden fijarse entre sí de una manera que permita el movimiento de la bisagra, en lugar de que cada una comprenda la pieza de conexión y la pieza de rebaje.

[0042]Las realizaciones ejemplares que se muestran en las FIGS. 7 a 9 implican una estructura de conexión para la rotación con respecto a un eje, donde se proporciona un par de piezas de conexión en un segmento de flexión y se proporciona un par de piezas de rebaje en otro segmento de flexión. Además, una pieza de conexión y una pieza de rebaje pueden estar localizadas en un extremo de un segmento de flexión para enfrentarse entre sí con un cuerpo hueco entre ellas, y la pieza de conexión y la pieza de rebaje de un segmento de flexión adyacente pueden estar localizadas al revés, teniendo en cuenta el diseño de la pieza de conexión y la pieza de rebaje del segmento de flexión conectado al segmento de flexión adyacente.

[0043]La FIG. 10 es una vista que ilustra un miembro orientable usando una estructura de bisagra flexible.

Como se ilustra en la FIG. 10, los segmentos de flexión 110 tienen la forma de una placa similar a un disco y están conectados por piezas de conexión flexibles 120 situadas entre los segmentos de flexión 110. Si bien el miembro orientable de las FIGS. 5 a 9 se puede doblar utilizando una estructura de bisagra mecánica de las piezas de conexión, el miembro orientable de la FIG. 10 se puede doblar utilizando la elasticidad del material de las piezas de conexión.

[0044]Más específicamente, el miembro orientable de la FIG. 10 consiste en una pluralidad de segmentos de flexión 110 formados integralmente entre sí y una pluralidad de piezas de conexión 120. Por ejemplo, puede fabricarse mediante un procedimiento de moldeo que utiliza resina plástica con flexibilidad. Como se ilustra en la FIG. 10, cada segmento de flexión 110 y cada pieza de conexión 120 tienen un canal hueco 111 dentro de ellos. Las piezas de conexión 120 se proporcionan entre cada segmento de flexión 110 y tienen una estructura de pared que se extiende en una dirección radial externa desde dos lados opuestos del canal hueco. Una pieza de conexión 120 (estructura de pared) está dispuesta en una dirección perpendicular a la dirección donde está dispuesta una pieza de conexión adyacente. Por consiguiente, el miembro orientable de la FIG. 10 puede doblarse con 2 grados de libertad.

[0045]Cuatro lúmenes 112 donde están localizados los cables de accionamiento de flexión 400 están dispuestos a intervalos de 90 grados. Cada lumen 112 está formado en un punto donde penetra en el borde exterior de una pieza de conexión 120. En este caso, como en la realización ejemplar anterior, cada lumen 112 es una porción luminal parcialmente abierta 112. Como se ilustra en la FIG. 12, la porción luminal cerrada 112b de cada lumen está formada en un punto donde penetra en la pieza de conexión y la porción luminal abierta 112a de la misma está formada a cada lado de la porción luminal cerrada 112b donde se penetra el segmento de flexión. Por lo tanto, el miembro orientable 100 de esta realización ejemplar puede doblarse en las piezas de conexión 120 a medida que se mueven los cables de accionamiento de flexión 400.

[0046]La FIG. 11 es una vista que ilustra un miembro orientable que utiliza una estructura troncal flexible. El miembro orientable 100 de la FIG. 11 comprende segmentos de flexión 110, cada uno de los cuales consiste en una placa similar a un disco y piezas de conexión 120 que utilizan una estructura troncal para conectar los centros de los segmentos de flexión. Las piezas de conexión 120 pueden consistir en miembros individuales proporcionados entre cada segmento de flexión, o pueden consistir en un solo miembro que penetra a través de una pluralidad de segmentos de flexión. En este caso, las piezas de conexión 120 pueden comprender un material flexible y pueden doblarse cuando los cables de accionamiento de flexión 400 se mueven.

[0047]El miembro orientable de la FIG. 10 también incluye cuatro lúmenes 112, y cada lumen está parcialmente abierto. Específicamente, el lumen 112 puede incluir una porción luminal cerrada 112b formada en la parte media de la longitud del lumen y una porción luminal abierta 112a formada a cada lado de la porción luminal cerrada 112b.

[0048]En las realizaciones ejemplares expuestas anteriormente, se utilizan segmentos de flexión capaces de minimizar la holgura para evitar el juego causado por la flexión. El miembro orientable puede configurarse de otras diversas maneras para evitar el juego.

[0049]Las FIGS. 12 a 14 son vistas que ilustran un miembro orientable con un miembro de soporte lateral 130. El miembro de soporte lateral 130 comprende un material elástico o material superelástico, y ejerce una fuerza de restauración para volver a su forma original cuando se deforma. Es decir, este miembro orientable puede incluir al menos un miembro de soporte lateral dentro de él, y puede configurarse para restaurar la elasticidad del miembro de soporte lateral a la posición inicial cuando se dobla.

[0050]La FIG. 12 es una vista que ilustra las propiedades de flexión proporcionadas por un miembro de soporte lateral. Como se ilustra en la FIG. 12, si se tira de al menos un cable de accionamiento de flexión 400 manipulando la parte de manipulación, el miembro orientable 100 se flexiona en la dirección correspondiente. En este caso, el miembro orientable 100 comprende al menos un miembro de soporte lateral 130, y el cable de accionamiento de flexión 400 se manipula para provocar la flexión superando la elasticidad del miembro de soporte lateral 130 (B de la FIG. 12). Posteriormente, cuando el cable de accionamiento de flexión correspondiente se libera de la tracción (C de la FIG.

12), el miembro orientable 100 vuelve a la posición neutra por la elasticidad del miembro de soporte lateral 130.

[0051]Convencionalmente, mientras el cable de accionamiento de flexión en un lado se manipula para doblarse en una dirección, el cable de accionamiento de flexión en el otro lado se manipula para volver a la posición neutra. En consecuencia, se produce una holgura debido a la flexión, lo que genera un juego. Sin embargo, con el uso del miembro de soporte lateral como se muestra en la FIG. 12, el juego causado por la holgura en el cable de accionamiento de flexión puede no ser un problema durante la flexión.

[0052]La FIG. 13 es una vista que ilustra diversas realizaciones ejemplares de un miembro orientable que utiliza miembros de soporte laterales. Como se ilustra en la FIG. 13, el miembro orientable 100 puede comprender una pluralidad de cables de accionamiento de flexión 400 y una pluralidad de miembros de soporte laterales 130. Los miembros de soporte laterales 130 pueden configurarse en varios tipos de estructuras, tales como una estructura de cable o una estructura de tubo hueco, que pueden funcionar como resortes laterales. Los segmentos de flexión 110 del miembro orientable 100 están configurados para doblarse con 2 grados de libertad, y pueden comprender una pluralidad de lúmenes 112 para permitir que los cables de accionamiento de flexión 400 y los miembros de soporte laterales 130 pasen a través de ellos a lo largo de la superficie de la pared del cuerpo.

[0053]En A a C de la FIG. 13, una pluralidad de cables de accionamiento de flexión 400 y una pluralidad de miembros de soporte laterales 130 se colocan por separado. En A y B de la FIG. 13, cuatro cables de accionamiento de flexión 400 están dispuestos a intervalos de 90 grados alrededor del cuerpo de los segmentos de flexión 110, y cuatro miembros de soporte laterales 130 están dispuestos a intervalos de 45 grados entre cada cable de accionamiento de flexión 400. En este caso, como se muestra en A de la FIG. 13, los cuatro cables de accionamiento de flexión 400 pueden estar dispuestos para pasar a través de las piezas de conexión 120 de los segmentos de flexión, y como se muestra en B de la FIG. 13, los cuatro miembros de soporte laterales 130 pueden estar dispuestos para pasar a través de las piezas de conexión 120 de los segmentos de flexión 110. Alternativamente, como se muestra en C de la FIG. 13, un cable de accionamiento de flexión 400 y un miembro de soporte lateral 130 pueden disponerse como un par entre cada ubicación de la pieza de conexión a lo largo de la circunferencia, para no pasar a través de las piezas de conexión de los segmentos de flexión 110.

[0054]En D y E de la FIG. 13, los miembros de soporte laterales 130 tienen una estructura de tubo hueco, y los cables de accionamiento de flexión 400 están localizados dentro de los miembros de soporte laterales 130, respectivamente. Los miembros de soporte laterales 130 y los cables de accionamiento de flexión 400 pueden estar dispuestos a intervalos de 90 grados alrededor del cuerpo de los segmentos de flexión 110. En D de la FIG. 13, los miembros de soporte laterales 130 y los cables de accionamiento de flexión 400 están dispuestos para pasar a través de las piezas de conexión de los segmentos de flexión. En E de la FIG. 13, los miembros de soporte laterales 130 y los cables de accionamiento de flexión 400 se localizan entre cada ubicación de la pieza de conexión para no pasar a través de las piezas de conexión.

[0055]La FIG. 14 es una vista que ilustra las propiedades de flexión proporcionadas por un miembro de soporte lateral preformado. Los miembros de soporte laterales de las FIGS. 12 y 13 tienen una forma correspondiente a la posición neutra del miembro orientable. Por consiguiente, el miembro orientable está configurado para doblarse con los cables de accionamiento de flexión y para volver a la posición neutra mediante los miembros de soporte laterales. Por el contrario, el miembro de soporte lateral 130 de la FIG. 14 está configurado para tener una forma doblada en una dirección de modo que la elasticidad del miembro de soporte lateral 130 contribuya a la flexión del miembro orientable hacia un lado.

[0056]En un ejemplo, el miembro de soporte lateral 130 de la FIG. 14 está preformado para doblarse hacia la izquierda. El miembro orientable con el miembro de soporte lateral 130 en él permanece doblado hacia la izquierda sin ninguna manipulación utilizando el cable de accionamiento de flexión (A de la FIG. 14). Además, si el cable de accionamiento de flexión 400 se mueve por una primera fuerza de tracción F, el miembro orientable puede colocarse en la posición neutra (B de la FIG. 14). La primera fuerza de tracción es lo suficientemente grande como para estar en equilibrio con un momento creado por la elasticidad del miembro de soporte lateral 130. Si el cable de accionamiento de flexión 400 se mueve mediante una segunda fuerza de tracción F', que es mayor que la primera fuerza de tracción, el miembro orientable puede doblarse hacia la derecha (C de la FIG. 14). En este caso, si la fuerza de tracción ejercida sobre el cable de accionamiento de flexión 400 se libera por la primera fuerza de tracción, el miembro orientable puede moverse a una posición neutra (B de la FIG. 14), o si la fuerza de tracción ejercida sobre los cables de accionamiento de flexión se libera completamente, el miembro orientable puede doblarse hacia la izquierda (A de la FIG. 14).

[0057]En este caso, el miembro orientable se mueve a la posición neutra o la posición inicial por la elasticidad del miembro de soporte lateral, permitiendo así el control de la flexión sin juego. Aunque la FIG. 14 representa un mecanismo de flexión que tiene 1 grado de libertad utilizando un miembro de soporte lateral preformado y cables de accionamiento de flexión, se puede utilizar una variedad de mecanismos de flexión que usan un miembro de soporte lateral preformado.

[0058]Además, se puede usar un mecanismo de flexión que utilice segmentos de conexión que no causen holgura, así como el procedimiento mencionado anteriormente que usa un miembro de soporte lateral, como se muestra en las FIGS. 15 a 17.

[0059]La FIG. 15 es una vista que ilustra una diferencia de trayectoria de cable causada por la flexión de segmentos de flexión conectados por segmentos de conexión. En la realización ejemplar anterior (por ejemplo, en las FIGS. 3 a 9), cada segmento de flexión 110 puede acoplarse directamente a segmentos de flexión adyacentes mediante las piezas de conexión 120 proporcionadas en el cuerpo, y girar con respecto a un eje de bisagra compartido entre cada par de segmentos de flexión adyacentes. Por el contrario, como se muestra en la FIG. 15, se proporciona un segmento de conexión 140 entre cada par de segmentos de flexión adyacentes 110, y dos segmentos de flexión adyacentes están conectados a dos extremos del segmento de conexión 140, respectivamente. El segmento de conexión 140 tiene una estructura articulada de doble bisagra que permite que dos puntos en el segmento de conexión 140 se articulen a dos miembros diferentes. Por consiguiente, un par de segmentos de flexión adyacentes 110 está acoplado a dos extremos de los segmentos de conexión, respectivamente, para girar con respecto a diferentes ejes de bisagra, sin compartir un eje de bisagra.

[0060]Supongamos que la distancia entre los cables a ambos lados de un segmento de flexión 110 es 2r y que la distancia entre dos ejes de bisagra del segmento de conexión es L. El segmento de flexión 110 puede estar articulado al segmento de conexión 140, en un punto a medio camino entre un par de cables (es decir, a una distancia de r de cada cable).

[0061]A de la FIG. 15 ilustra el segmento de flexión adyacente antes de la flexión, y B de la FIG. 15 ilustra el segmento de flexión adyacente cuando se dobla a un radio de curvatura R. En B de la FIG. 15, el ángulo de flexión entre dos segmentos de flexión 110 se indica por 0. Además, se puede suponer que los ángulos 0prox y 0distal de flexión entre los segmentos de flexión y el segmento de conexión creados por flexión son iguales. En este caso, la siguiente ecuación sirve para comparar la suma de las longitudes de dos porciones de cable entre los dos segmentos de flexión antes de la flexión y la suma de las longitudes de las dos porciones de cable después de la flexión. Las longitudes de las dos porciones de cable antes de la flexión se indican con L1 y L2, respectivamente, y las longitudes de las dos porciones de cable después de la flexión se indican con L-T y L2', respectivamente.

[0062]Es decir, si el miembro orientable 100 conectado por el segmento de conexión 140 se dobla, la suma (L1+L2) de las longitudes de las dos porciones de cable antes de doblarse y la suma (LV+L2') de las longitudes de las dos porciones de cable después de doblarse son sustancialmente iguales. Por consiguiente, se puede evitar cualquier holgura causada por la flexión.

[0063]Huelga decir que la FIG. 15 supone que los ángulos 0prox y 0distal de flexión entre los segmentos de flexión 140 y el segmento de conexión 110 son iguales porque la flexión se produce en cada segmento de flexión debido al mismo cable. Sin embargo, cuando se produce una flexión real, los ángulos de flexión entre el segmento de conexión 140 y los segmentos de flexión 110 están dentro de un rango sustancialmente similar, aunque son ligeramente diferentes. Por lo tanto, la longitud de la holgura se puede minimizar en comparación con la estructura donde dos segmentos de flexión están acoplados entre sí en un solo eje de bisagra.

[0064]La FIG. 16 es una vista en perspectiva que ilustra un segmento de conexión y segmentos de flexión conectados por el segmento de conexión. La FIG. 17 es una vista en perspectiva que ilustra un miembro orientable comprendiendo segmentos de conexión.

[0065]Como se ilustra en la FIG. 16, un segmento de conexión 140 está articulado a un primer segmento de flexión 110a y un segundo segmento de flexión 110b en diferentes puntos. El segmento de conexión 140 comprende dos cuerpos 141 enfrentados entre sí. Cada cuerpo 141 incluye una primera parte de bisagra 142a en un extremo de su longitud y una segunda parte de bisagra 142b en el otro extremo. Los segmentos de flexión primero y segundo 110a y 110b están acoplados a las partes de bisagra primera y segunda 142a y 142b, respectivamente, de modo que se mueven de forma articulada en diferentes ejes de bisagra.

[0066]En la FIG. 16, la primera parte de bisagra 142a y la segunda parte de bisagra 142b consisten cada una en una protuberancia con una superficie redonda, y se alojan en piezas de rebaje 121b formadas en los segmentos de flexión 110 y se mueven de forma articulada. Sin embargo, esto es simplemente un ejemplo, y al menos una de la primera y segunda partes de bisagra puede ser una pieza de rebaje para acomodar la protuberancia o puede estar conectada por otras estructuras de bisagra tales como pasadores.

[0067]El segmento de conexión 140 comprende además un miembro de guía 143 con un espacio hueco en su interior que une los dos cuerpos 141 uno frente al otro. Debido a esto, el segmento de conexión 130 puede formar un módulo. El espacio hueco del miembro de guía 143 permite el paso de diversos tipos de miembros de cable, como los cables de accionamiento de flexión o el cable de accionamiento del efector, y evita que los componentes internos se desplacen durante la flexión. Una sección transversal del miembro de guía 143 puede ser similar a una sección transversal de los segmentos de flexión. En este caso, las porciones a través de las cuales pasan los cables de accionamiento de flexión pueden estar abiertas para no restringir el movimiento de los cables de accionamiento de flexión.

[0068]El miembro orientable de la FIG. 17 comprende una pluralidad de segmentos de conexión 140, y los segmentos de conexión adyacentes 140 están configurados para tener ejes de bisagra ortogonales entre sí. Cada segmento de flexión 110 tiene cuatro lúmenes 112 de modo que cuatro cables de accionamiento de flexión 400 están localizados respectivamente en ellos. Por lo tanto, el miembro orientable 100 puede doblarse con 2 grados de libertad. En este caso, los cables de accionamiento de flexión 400 pueden estar localizados entre cada ubicación del eje de bisagra alrededor del cuerpo de los segmentos de flexión 110, de modo que no pasen a través de los ejes de bisagra de los segmentos de conexión 140.

[0069]En otra realización ejemplar, la FIG. 18 es una vista que ilustra esquemáticamente una holgura en un cable que forma una trayectoria curva debido a la flexión del miembro orientable. Mientras que la FIG. 3 representa un cable que forma una trayectoria en línea recta doblada cuando se produce la flexión, la FIG. 18 representa un cable que forma una trayectoria curva cuando se produce la flexión. Si las longitudes de dos porciones de cable antes de la flexión se indican con L1 y L2, respectivamente, y las longitudes de las dos porciones de cable después de la flexión se indican con L1' y L2', respectivamente, la relación entre las longitudes de las dos porciones de cable es la siguiente:

Ll +L¿= 4Rtan ( - j

I.;Ü2 = (Rr)6+ (R -r)8 - 2R0

l ALh0|gura<Ú tFte $= 4/í(tan(8/2) -senü(e/2)} ]

[0070]En comparación con el cable de la FIG. 3 que forma una trayectoria en línea recta doblada cuando se produce la flexión, el cable de la FIG. 18 que forma una trayectoria curva puede tener una reducción de aproximadamente el 30 % en la longitud de la holgura. Usando este principio, los cables de accionamiento de flexión están configurados para formar una trayectoria curva cuando se produce la flexión al incluir un elemento de ajuste de trayectoria, minimizando así la holgura.

[0071]La FIG. 19 es una vista que ilustra un miembro orientable que utiliza un miembro de ajuste de trayectoria. Como se ilustra en la FIG. 19, el miembro orientable 100 comprende segmentos de flexión en forma de placa 110 y piezas de conexión en forma de pared 120 localizadas entre los segmentos de flexión. Además, se forman cuatro lúmenes 112 para penetrar en los bordes externos de los segmentos de flexión 100 y las piezas de conexión 120 (consulte la descripción de la FIG. 10).

[0072]Como se ilustra en B de la FIG. 19, los cables de accionamiento de flexión 400 se localizan dentro del miembro de ajuste de trayectoria 150 en cada lumen, en lugar de ubicarse directamente en cada lumen. El miembro de ajuste de trayectoria 150 comprende un material elástico tal como metal, y se dobla cuando el miembro orientable 100 se dobla, formando así una trayectoria de cable curva (en este caso, la elasticidad del miembro de ajuste de trayectoria no tiene que ser lo suficientemente alta como para producir una fuerza de restauración, tal y como se muestra en D y E de la FIG. 13, sino que basta con una fuerza elástica suficiente para formar una trayectoria curva). Por consiguiente, los cables de accionamiento de flexión 400 según esta realización ejemplar no se doblan a lo largo de una trayectoria en línea recta doblada sino a lo largo de una trayectoria curva, minimizando así la longitud de la holgura.

[0073]Si bien esta realización ejemplar se ha descrito con respecto a un ejemplo donde el miembro de ajuste de trayectoria se utiliza para el miembro orientable utilizando una estructura de bisagra flexible, se pueden realizar modificaciones, como colocar cables en el miembro orientable que se muestra en las FIGS. 11 a 17 con el uso del miembro de ajuste de trayectoria.

[0074]La FIG. 20 es una vista que ilustra la flexión del miembro orientable. Como se ilustra en la FIG. 20, en la etapa inicial de la flexión, la flexión no es uniforme en todo el miembro orientable 100, sino que se concentra en el extremo distal del miembro orientable donde termina el cable de accionamiento de flexión 300 (véase B de la FIG. 20). Por lo tanto, cuando el cable se mueve se transmite directamente una fuerza al extremo distal del miembro orientable, lo que hace que el miembro orientable se doble menos en el extremo proximal.

[0075]La FIG. 21 es una vista transversal de un miembro orientable según una realización ejemplar. A, B y C de la FIG. 21 representan una realización para mejorar la concentración de flexión en el extremo distal del miembro orientable, que implica una estructura geométricamente mejorada donde el miembro orientable se dobla más fácilmente en el extremo distal que en el extremo proximal.

[0076]Específicamente, como se muestra en A de la FIG. 21, los segmentos de flexión 110 tienen lúmenes formados a una distancia del centro de una sección transversal del miembro orientable, y cuanto más cerca del extremo proximal del miembro orientable, más distantes se encuentran los lúmenes en los segmentos de flexión desde el centro de la sección transversal del miembro orientable. En este caso, el momento aplicado al miembro orientable 100 es menor en el extremo distal y aumenta hacia el extremo proximal. Por lo tanto, el miembro orientable 100 se dobla más fácilmente hacia el extremo proximal.

[0077]En B de la FIG. 21, las piezas de conexión 120 pueden configurarse para cambiar gradualmente de forma a lo largo de la longitud del miembro orientable 100 de modo que el miembro orientable se doble más fácilmente en el extremo proximal que en el extremo distal. En un ejemplo, como se ilustra en B de la FIG. 21, las propiedades de flexión a lo largo de la longitud se pueden ajustar configurando las piezas de conexión para que tengan un ancho de sección mayor en el extremo distal que en el extremo proximal. Alternativamente, además de ajustar la anchura de las piezas de conexión, estas pueden configurarse de otras formas diversas en cuanto a la variación de la forma, incluyendo el ajuste del rango de movimiento de las piezas de conexión que tienen una estructura articulada.

[0078]Además, como se muestra en C de la FIG. 21, la distancia entre los segmentos de flexión 110 puede cambiar a lo largo de la longitud. Específicamente, las piezas de conexión 120 pueden colocarse de tal manera que la distancia entre los segmentos de flexión se acorte hacia el extremo distal y se alargue hacia el extremo proximal. En este caso, cuanto mayor sea la distancia entre los segmentos de flexión, más fácil será la flexión del elemento orientable. Esto da como resultado la restricción de la flexión cerca del extremo distal y la mejora en las propiedades de flexión cerca del extremo proximal.

[0079]El miembro orientable de esta configuración tiene una pluralidad de cables de accionamiento de flexión localizados a lo largo de los lúmenes, y el extremo distal de cada cable de accionamiento de flexión está fijado por un miembro de terminación de cable 410 proporcionado en el extremo distal del miembro orientable.

[0080]La FIG. 22 es una vista que ilustra un procedimiento de fijación de cables de accionamiento de flexión mediante un miembro de terminación de cable. Como el miembro orientable y los cables de accionamiento de flexión son de tamaño muy pequeño, es muy difícil fijar los cables de accionamiento de flexión individuales al extremo distal del miembro orientable. Por consiguiente, esta realización ejemplar utiliza un miembro de terminación de cable capaz de fijar fácilmente una pluralidad de cables de accionamiento de flexión.

[0081]Como se ilustra en la FIG. 22, el miembro de terminación de cable 410 tiene una rosca 411 en un lado, y está atornillado al extremo distal del miembro orientable 100. Además, el miembro de terminación de cable incluye una pluralidad de orificios 412 a través de los cuales pasan una pluralidad de cables de accionamiento de flexión, y los orificios 412 están formados en ubicaciones correspondientes a los lúmenes en el miembro orientable. Por consiguiente, como se muestra en la FIG. 22, el miembro de terminación de cable puede atornillarse al extremo distal del miembro orientable mientras los cables de accionamiento de flexión 400 se insertan en los orificios del miembro de terminación de cable (A de la FIG. 22), lo que facilita la fijación de los cables de accionamiento de flexión (B y C de la FIG. 22).

[0082]El miembro de terminación de cable puede ser un componente que se proporciona entre el miembro orientable y el efector terminal. En este caso, el miembro de terminación de cable puede estar atornillado al extremo distal del miembro orientable, y el efector terminal puede estar conectado al miembro de terminación de cable. Alternativamente, como se ilustra en la FIG. 23, el efector terminal 300 puede usarse como el miembro de terminación de cable fijando los cables de accionamiento de flexión 400 al interior del efector terminal 300 y atornillando el efector terminal 300 directamente al extremo distal del miembro orientable 100.

[0083]Aunque la FIG. 22 se ha descrito con respecto a un miembro orientable que tiene la estructura que se muestra en la FIG. 10, no es necesario decir que los cables de accionamiento de flexión pueden fijarse de la misma manera incluso si el miembro orientable tiene otras estructuras.

[0084]En la discusión anterior, se han descrito diversas realizaciones ejemplares del miembro orientable con referencia a las FIGS. 5 a 22. El miembro orientable se describe como un componente del aparato quirúrgico que tiene un efector terminal.

[0085]Con referencia de nuevo a la FIG. 2, el efector terminal 300 se proporciona en el extremo distal del miembro orientable. Como se ha descrito anteriormente, el efector terminal 300 puede acoplarse directamente al extremo distal del miembro orientable 100 o acoplarse a él a través de un componente tal como el miembro de terminación de cable. El efector terminal 300 comprende varios tipos de elementos quirúrgicos 311 para su uso en cirugía. La FIG. 2 ilustra un efector terminal comprendiendo un fórceps a modo de ejemplo.

[0086]El extremo proximal del efector terminal 300 está conectado al cable de accionamiento del efector 500. El cable de accionamiento del efector 500 está localizado en los canales 111 del miembro orientable 100, y conectado mecánicamente a la parte de manipulación 10 a través del miembro orientable 100 y el miembro flexible 200. Por consiguiente, el cable de accionamiento del efector 500 acciona el efector terminal 300 a medida que se mueve longitudinalmente por la parte de manipulación 10.

[0087]La FIG. 24 es una vista en sección transversal que ilustra esquemáticamente el principio de funcionamiento del efector terminal. El efector terminal 300 funciona en un primer modo cuando se tira del cable de accionamiento del efector 500 en la dirección de la parte de manipulación 10 (A de la FIG. 24), y funciona en un segundo modo cuando se tira del cable de accionamiento del efector 500 en la dirección del efector terminal 300 (B de la FIG. 24). El primer modo implica cerrar el fórceps del efector terminal, y el segundo modo implica abrir el fórceps. La acción de tirar del cable de accionamiento del efector 500 en la dirección de la parte de manipulación puede realizarse fácilmente por la parte motriz de la parte de manipulación, transmitiendo así la fuerza al efector terminal. Por otro lado, la acción de devolver el cable de accionamiento del efector 500 en la dirección del efector terminal 300 puede que no se realice correctamente por la parte motriz 400 debido a que el cable de accionamiento del efector tiene una estructura de cable. Por consiguiente, en esta realización ejemplar, el efector terminal 400 puede incluir un cuerpo elástico 341 para realizar una operación de segundo modo tirando del cable de accionamiento del efector 500 usando la elasticidad del cuerpo elástico 341.

[0088]Específicamente, como se ilustra en la FIG. 24, un módulo efector del efector terminal comprende una porción de instrumento 310 para realizar una operación quirúrgica y una porción de accionamiento 320 para accionar la porción de instrumento 310. La porción de instrumento 310 está unida a la porción de accionamiento 320, y configurada de tal manera que los elementos quirúrgicos 311 se abren o cierran en ambos lados por el movimiento de la porción de accionamiento 320 mientras que una articulación 330 de la porción de instrumento 310 está fija. El cuerpo elástico 341 puede estar localizado en el extremo proximal de la porción de accionamiento. Cuando la parte de manipulación 10 tira del cable de accionamiento del efector 500, la porción de accionamiento 320 se mueve hacia atrás mientras empuja el cuerpo elástico 341 y, por lo tanto, los elementos quirúrgicos 311 se cierran (A de la FIG.

24). Además, cuando la fuerza que actúa sobre el cable de accionamiento del efector 500 es liberada por la parte de manipulación 10, la fuerza de restauración del cuerpo elástico 341 hace que la porción de accionamiento 320 se mueva en la dirección de la parte del instrumento 310, abriendo así los elementos quirúrgicos 311 (B de la FIG. 24). De esta manera, el mecanismo operativo del efector terminal puede simplificarse con el uso del cuerpo elástico.

[0089]La estructura del efector terminal que utiliza el cuerpo elástico puede diseñarse de varias maneras. La FIG. 25 es una vista que ilustra un ejemplo de dicho efector terminal. Como se ilustra en la FIG. 25, el efector terminal 300 puede comprender un módulo efector 301 y una porción de cuerpo 340 donde se monta el módulo efector 301. La porción de instrumento 310 del módulo efector 301 está configurada para estar expuesta al extremo distal de la porción de cuerpo 340, y la porción de accionamiento 320 de la misma está acomodada dentro de la porción de cuerpo 340. Una articulación 330 que conecta la porción de instrumento 310 y la porción de accionamiento 320 puede fijarse en la porción de cuerpo 340, y la porción de accionamiento 320 puede bascular dentro de la porción de cuerpo 340. El cuerpo elástico 341 proporcionado dentro de la porción de cuerpo 340 está localizado detrás de la porción de accionamiento 320, y el extremo proximal de la porción de accionamiento 320 está conectado al cable de accionamiento del efector 500. Por consiguiente, la porción de instrumento 310 puede manipularse moviendo la porción de accionamiento 320 con el cable de accionamiento efector 500 y el cuerpo elástico 341.

[0090]Además, todo o parte del efector terminal 300 puede estar conectado de forma desmontable al extremo distal del miembro orientable 100. Por consiguiente, se puede sujetar y utilizar selectivamente una variedad de instrumentos necesarios para la cirugía. En un ejemplo, el efector terminal 300 de la FIG. 25 está configurado de tal manera que el módulo efector 301 se puede unir o desmontar del extremo distal del cable de accionamiento del efector 500. El módulo efector 301 y el extremo distal del cable de accionamiento del efector 500 pueden sujetarse de manera desmontable de varias maneras; por ejemplo, pueden sujetarse magnéticamente entre sí según la realización ejemplar ilustrada en la FIG. 25. Por consiguiente, al menos el extremo proximal de la porción de accionamiento 320 o el extremo distal del cable de accionamiento del efector 500 consiste en un cuerpo magnético, que permite la sujeción.

[0091]Como se ha descrito anteriormente, un instrumento quirúrgico según esta realización ejemplar comprende un miembro orientable flexible 100 y un efector terminal operable 300. Además, el miembro orientable 100 y el efector terminal 300 se mueven mediante una pluralidad de miembros de cable tales como los cables de accionamiento de flexión 400 y el cable de accionamiento del efector 500. Estos miembros de cable están dispuestos para pasar a través del miembro orientable 100 y el miembro flexible 200. Por consiguiente, si los miembros de cable están dispuestos linealmente de modo que cada uno de ellos tenga la trayectoria más corta, el movimiento de los cables puede estar restringido o verse afectado por la flexión del miembro orientable o la flexión del miembro flexible. Por lo tanto, en esta realización ejemplar, al menos un manguito que forma una trayectoria de desplazamiento de un miembro de cable puede proporcionarse dentro del miembro orientable o el miembro flexible. Este manguito es más largo que la longitud máxima de la porción donde se proporciona el manguito (por ejemplo, la longitud de esa porción cuando se dobla o flexiona), por lo que los miembros de cable tienen una trayectoria lo suficientemente larga incluso cuando el miembro orientable se dobla o el miembro flexible se flexiona.

[0092]La FIG. 26 es una vista en sección transversal que ilustra una trayectoria de desplazamiento del cable de accionamiento del efector. Como se ilustra en la FIG. 26, un extremo del cable de accionamiento del efector 500 está montado en el extremo proximal del efector terminal 300, y el otro extremo está conectado mecánicamente a la parte de manipulación 10 (FIG. 1). Un extremo de un manguito 600 que forma una trayectoria del cable de accionamiento del efector 500 está fijado en su lugar en el extremo distal del miembro orientable 100 o el extremo proximal del efector terminal 300. Además, el otro extremo está fijado en su lugar en el extremo proximal del miembro flexible 200. En este caso, el manguito 600 es más largo que la longitud de la porción donde se fijan dos extremos del manguito (la suma de la longitud del miembro orientable y la longitud del miembro flexible). Esta longitud adicional añadida al manguito (A de la FIG. 26) da más espacio para la trayectoria del cable de accionamiento del efector 500 incluso cuando el miembro orientable 100 está doblado (B de la FIG. 26). Por consiguiente, el movimiento del efector terminal 300 puede desacoplarse del movimiento de flexión del miembro orientable 100 para evitar que su movimiento se vea afectado por el movimiento de flexión del miembro orientable 100.

[0093]La FIG. 27 es una vista que ilustra una trayectoria de desplazamiento del cable de accionamiento de flexión. Como se ilustra en la FIG. 27, se puede proporcionar un manguito 600 para asegurar la trayectoria del cable de accionamiento de flexión 400. En este caso, un extremo del manguito 600 se fija en el extremo proximal del miembro orientable 100 o el extremo distal del miembro flexible 200, y el otro extremo se fija en el extremo proximal del miembro flexible 200. El manguito 600 está configurado para tener una longitud adicional añadida a la longitud lineal de la porción donde se coloca el manguito. Por consiguiente, la flexión del miembro orientable 100 no se verá afectada por la flexión del miembro flexible 200.

[0094]Las FIGS. 28 y 29 son vistas que ilustran una trayectoria de desplazamiento de un cable de accionamiento de flexión 400 con dos porciones flexibles. Si bien los dibujos anteriores ilustran una estructura donde el miembro orientable 100 tiene una porción de flexión, el miembro orientable 100 puede dividirse en una porción dirigible de extremo distal 101 y un extremo proximal de la porción dirigible 102, que puede flexionarse por separado. En este caso, la porción orientable del extremo distal 101 se dobla con un cable de accionamiento de flexión del extremo distal 401, y la porción orientable del extremo proximal 102 se dobla con un cable de accionamiento de flexión del extremo proximal 402. Un extremo del cable de accionamiento de flexión del extremo distal 401 se fija en el extremo distal de la porción orientable del extremo distal 101, pasa a través de los lúmenes en la porción orientable del extremo distal 101 y a continuación se extiende hasta la parte de manipulación 10 a través de los canales huecos del miembro orientable 100 y el miembro flexible 200. Además, un extremo del cable de accionamiento de flexión del extremo proximal 402 está fijado en el extremo distal de la porción orientable del extremo proximal 102, pasa a través de los lúmenes en la porción orientable del extremo proximal 102 y a continuación se extiende a la parte de manipulación 10 a través de canales huecos del miembro flexible 200. En este caso, se pueden proporcionar dos cables de accionamiento de flexión de extremo distal 401 y dos cables de accionamiento de flexión de extremo proximal 402 y tienen 1 grado de libertad en cada porción de flexión, o se pueden proporcionar cuatro cables de accionamiento de flexión de extremo distal 401 y cuatro cables de accionamiento de flexión de extremo proximal 402 y tienen 2 grados de libertad en cada porción de flexión.

[0095]Como se ilustra en la FIG. 28, se puede proporcionar un manguito 600 para asegurar una trayectoria del cable de accionamiento de flexión del extremo distal 401. Un extremo de este manguito 600 puede fijarse en el extremo proximal de la porción orientable del extremo distal 101, y el otro extremo puede fijarse en el extremo proximal del miembro flexible 200. Además, como se ilustra en la FIG. 29, se puede proporcionar un manguito 600 para asegurar una trayectoria del cable de accionamiento de flexión del extremo proximal 402. Un extremo de este manguito 600 puede fijarse en el extremo proximal de la porción orientable del extremo proximal 102, y el otro extremo puede fijarse en el extremo proximal del miembro flexible 200. Como en el caso de los manguitos mencionados anteriormente, cada manguito 600 tiene una longitud adicional, por lo que el movimiento de flexión de cada porción de flexión se puede desacoplar.

[0096]Como se ha descrito anteriormente, los manguitos 600 explicados con referencia a las FIGS. 26 a 28 tienen una longitud adicional añadida a la longitud de la porción donde se colocan, y pueden comprender un material elástico, lo que permite que su forma cambie junto con el movimiento de los componentes. Dicha estructura de manguito permite desacoplar el movimiento de cada componente del movimiento de los demás, y evita que los miembros de cable en canales estrechos se tuerzan o dañen por fricción.

[0097]La FIG. 30 es una vista que ilustra una estructura de conexión del extremo de un instrumento quirúrgico y la parte de manipulación. Como se ha explicado anteriormente, los instrumentos quirúrgicos 30 están localizados respectivamente en pasajes en la parte de inserción 20, y el extremo de un instrumento quirúrgico está conectado mecánicamente a la parte de manipulación 10. La parte de manipulación 10 comprende miembros de transmisión 700 correspondientes a una pluralidad de miembros de cable W del instrumento quirúrgico y acopladores 701 para sujetarse a los cables. Cada uno de los miembros de cable W del instrumento quirúrgico incluye un módulo de extremo proximal M en el extremo proximal, y cada módulo de extremo proximal M está sujeto al acoplador 701 correspondiente. Por lo tanto, cada miembro de cable puede ser movido por cada parte motriz en la parte de manipulación.

[0098]En este caso, la parte de inserción 20 y la parte de manipulación 10 pueden unirse o separarse entre sí, y el instrumento quirúrgico 30 proporcionado en la parte de inserción 20 también puede unirse o separarse de la parte de manipulación 20. Esto significa que la parte de inserción o el instrumento quirúrgico se pueden limpiar o reemplazar por otros nuevos. El instrumento quirúrgico 30 y la parte de manipulación 10 pueden sujetarse de manera desmontable de varias maneras; por ejemplo, pueden sujetarse magnéticamente entre sí, como se muestra en la FIG. 30. Por consiguiente, el extremo proximal del instrumento quirúrgico (específicamente, los módulos de extremo proximal de los cables de accionamiento de flexión y el cable de accionamiento del efector) o el extremo distal de la parte de manipulación (específicamente, los acopladores de los miembros de transmisión) pueden consistir en un cuerpo magnético y estar unidos o separados entre sí por fuerza magnética.

[0099]Las FIGS. 31 y 32 ilustran esquemáticamente la configuración de la parte de manipulación 10 para mover los cables de accionamiento de flexión 400. Los miembros de cable W del instrumento quirúrgico descrito anteriormente están conectados mecánicamente a la parte motriz 40 de la parte de manipulación 10 y se mueven linealmente junto con el movimiento de la parte motriz 40. La parte motriz se puede construir utilizando diversos dispositivos tales como un accionador, un motor lineal, un motor, etc. Además, cada miembro de cable puede estar conectado a diferentes partes motrices para que puedan moverse por separado.

[0100]En este caso, un par de cables de accionamiento de flexión 400 localizados uno frente al otro dentro del miembro orientable 100 se mueven en direcciones opuestas cuando se produce la flexión. Específicamente, cuando se produce la flexión, el cable de accionamiento de flexión cerca del centro de curvatura tiene una trayectoria más corta y el cable de accionamiento de flexión en el otro lado del centro de curvatura tiene una trayectoria más larga. Por consiguiente, el par de cables enfrentados entre sí puede moverse simultáneamente en direcciones opuestas con el uso de una sola parte motriz 40. En este caso, la parte de manipulación se puede diseñar para que sea compacta reduciendo el número de partes motrices.

[0101]En la FIG. 31, la parte de manipulación comprende un miembro de tornillo 41 y una parte motriz 40 para girar el miembro de tornillo 41. El miembro de tornillo 41 puede ser un tornillo de avance bidireccional, lo que significa que se forman dos porciones de rosca que tienen diferentes orientaciones en un solo miembro de tornillo. Por consiguiente, el acoplador de un miembro de transmisión que se conectará a un primer cable de accionamiento de flexión 403 está acoplado a una primera rosca 41a, y el acoplador de un miembro de transmisión que se conectará a un segundo cable de accionamiento de flexión 404 está acoplado a una segunda rosca 41b. Por consiguiente, a medida que gira la parte motriz, el primer cable de accionamiento de flexión 403 y el segundo cable de accionamiento de flexión 404 se mueven respectivamente una distancia correspondiente, en direcciones opuestas en una línea recta, haciendo así que el miembro orientable se doble. Además, las direcciones de movimiento del primer cable de accionamiento de flexión 403 y el segundo cable de accionamiento de flexión 404 pueden invertirse cambiando la dirección de rotación de la parte motriz, lo que les permite doblarse en la dirección inversa.

[0102]En la FIG. 32, la parte de manipulación comprende un par de miembros de tornillo y una parte motriz 40 para girar los miembros de tornillo. El par de miembros de tornillo consiste en un primer tornillo de avance 42 con una primera rosca y un segundo tornillo de avance 43 con una segunda rosca orientada en la dirección opuesta a la primera rosca. El primer tornillo de avance 42 y el segundo tornillo de avance 43 están conectados a la parte motriz 40 por un engranaje 44 y giran en la misma dirección junto con la rotación de la parte motriz. El primer cable de accionamiento de flexión 403 está conectado mecánicamente al primer tornillo de avance 42, y el segundo cable de accionamiento de flexión 404 está conectado mecánicamente al segundo tornillo de avance 43. Por consiguiente, como es el caso en la FIG. 31, cuando el motor gira, el primer y segundo cables de accionamiento de flexión pueden moverse en direcciones opuestas, haciendo que el miembro orientable se doble.

[0103]Aunque las FIGS. 31 y 32 representan el uso de un miembro de tornillo como ejemplo para accionar los cables de accionamiento de flexión en un par, no es necesario decir que se pueden realizar modificaciones utilizando diversas estructuras de enlace.

[0104]La FIG. 33 es una vista que ilustra esquemáticamente la longitud de un cable de accionamiento de flexión antes y después de la flexión en un brazo flexible continuo ideal. La FIG. 33A muestra la longitud del cable de accionamiento de flexión antes de doblarse en un brazo flexible continuo ideal, mientras que la FIG. 33B muestra la longitud del cable de accionamiento de flexión después de doblarse en un brazo flexible continuo ideal que se tracciona con un mecanismo impulsado por cable A (por ejemplo, una polea).

[0105]En un brazo flexible continuo ideal, supongamos que hay un cable de accionamiento de flexión situado en dos lados opuestos del mecanismo impulsado por cable A con una anchura de 2r, donde "r" indica un radio del mecanismo impulsado por cable A; "Li" y "L2" indican respectivamente la longitud del cable de accionamiento de flexión desde ambos lados opuestos del mecanismo impulsado por cable A hasta el segmento de flexión (no mostrado) antes de la flexión; "Li'" y "L2'" indican respectivamente la longitud del cable de accionamiento de flexión desde ambos lados opuestos del mecanismo impulsado por cable A hasta el segmento de flexión (no mostrado) después de la flexión; "L" indica la longitud desde el centro del mecanismo impulsado por cable A hasta el segmento de flexión; "R" indica un radio de curvatura cuando se tracciona del mecanismo impulsado por cable A en la dirección que señala la flecha, y el ángulo de flexión por el mecanismo impulsado por cable A se indica por "0".

[0106]En el brazo flexible continuo ideal que se muestra en la FIG. 33, la longitud total del cable de accionamiento de flexión antes y después de la flexión se puede representar como la siguiente ecuación: antes de la flexión: Li L2 = 2 R0;

después de la flexión: L i L2' = (R+r) 0 (R-r) 0 = 2 R0;

L i L 2 — L i ’ L?

[0107]Sin embargo, como se muestra en la FIG. 34, que es una vista que ilustra esquemáticamente la longitud de un cable de accionamiento de flexión antes (que se muestra en la FIG. 34A) y después de la flexión (que se muestra en la FIG. 34B) en condiciones reales. Como se ilustra en la FIG. 34B, el cable de accionamiento de flexión se alarga al tirar de él (indicado como alargamiento AL), lo que da como resultado la holgura B en el cable liberado, lo que provoca un juego. En estas condiciones, la longitud total de los cables de accionamiento de flexión antes y después de la flexión se puede representar como la siguiente ecuación:

antes de la flexión: Li L2 = 2 R0;

después de la flexión: L i L2'+ alargamiento AL = (R+r) 0 (R-r) 0 alargamiento AL = 2 R0 alargamiento AL;

L i L 2 ^ L -T L 3 "i" A L alargamiento

[0108]Por el contrario, en esta realización ejemplar, el segmento de flexión puede configurarse para comprender una serie de articulaciones intermedias que tienen miembros reguladores de tensión para minimizar la holgura causada por el alargamiento. La FIG. 35 es una vista que ilustra un segmento de flexión ejemplar según una realización de la presente invención. En la FIG. 35, el segmento de flexión 80 se ilustra para que incluya cuatro articulaciones intermedias 81, 82, 83, 84 dispuestas a lo largo de una dirección del eje longitudinal del segmento de flexión. Cada articulación intermedia 81, 82, 83, 84 tiene una primera porción de enlace 811, 821,831 y 841 y una segunda porción de enlace 812, 822, 832 y 842, respectivamente. Cada articulación intermedia 81, 82, 83, 84 se puede intercalar de forma ortogonal, en paralelo o en cualquier ángulo con la articulación intermedia adyacente.

[0109]El segmento de flexión 80 comprende además una pluralidad de lúmenes 801 que pasan a través de cada articulación intermedia 81, 82, 83, 84. Por lo tanto, se puede proporcionar correspondientemente el mismo número de cables de accionamiento de flexión (que se omiten por claridad) para que estén dispuestos para que pasen a través de cada lumen 801 respectivamente y hacer que el segmento de flexión 80 se doble.

[0110]Cada articulación intermedia 81, 82, 83, 84 comprende además dos miembros de regulación de tensión 813, 823, 833 y 843 acoplados a la primera porción de enlace 811, 821,831 y 841 y la segunda porción de enlace 812, 822, 832 y 842. Cada miembro regulador de tensión 813, 823, 833 y 843 está configurado para compensar el alargamiento de los cables de accionamiento de flexión cuando los segmentos de flexión se doblan, por lo que la longitud de los cables de accionamiento de flexión se altera y se mantiene en una longitud predeterminada.

[0111]En la FIG. 36, el miembro de regulación de tensión 813 es una articulación de doble bisagra comprendiendo dos articulaciones de bisagra fuera del eje 814. Cada articulación de bisagra fuera del eje 814 comprende una primera mitad de interfaz 815, 815' acoplada a la primera porción de enlace 811 y una segunda mitad de interfaz 816, 816' acoplada a la segunda porción de enlace 812 y girada correspondientemente a la primera mitad de interfaz 815, 815'. En esta realización, cada primera mitad de interfaz 815, 815' puede tener un extremo de protuberancia, respectivamente, mientras que la segunda mitad de interfaz 816, 816' puede tener correspondientemente un extremo de rebaje. En otra realización, cada primera mitad de interfaz puede tener respectivamente un extremo de rebaje, mientras que la segunda mitad de interfaz tiene correspondientemente un extremo de protuberancia.

[0112]El movimiento pivotante ocurrirá en una de las dos bisagras fuera del eje 814 dependiendo de la orientación de flexión. La FIG. 37 ilustra el movimiento pivotante de uno de los miembros de regulación de tensión de la FIG. 36, donde la FIG. 37A es una vista frontal del miembro D de regulación de tensión que se dobla en el lado izquierdo, y la FIG. 37B es una vista frontal del miembro de regulación de tensión que se dobla en el lado derecho. Como se muestra en la FIG. 37A, la articulación intermedia se dobla en una orientación de flexión en el lado izquierdo en la bisagra izquierda 814 que está desplazada de la dirección del eje longitudinal, por lo que solo la primera mitad de interfaz 815 se mueve de forma pivotante en el lado izquierdo. De manera similar, solo la primera mitad de interfaz 815' se mueve de forma pivotante en el lado derecho cuando la articulación intermedia 81 se dobla en el lado derecho como se muestra en la FIG. 37B.

[0113]La FIG. 38 es una vista que ilustra esquemáticamente una holgura en un cable causada por el alargamiento del cable que se minimiza utilizando la estructura del miembro de regulación de tensión en la FIG. 36. La FIG. 38 A muestra la longitud del cable de accionamiento de flexión antes de que se flexione la estructura del miembro de regulación de tensión, mientras que la FIG. 38 B muestra la longitud del cable de accionamiento de flexión después de que se flexione la estructura del miembro de regulación de tensión.

[0114]En la FIG. 38 A y B, "L" indica respectivamente la altura de la primera porción de enlace 811 o la segunda porción de enlace 812 a lo largo de una dirección del eje central de la articulación intermedia 81. "L-T indica la longitud de un cable de accionamiento de flexión que pasa a través del lumen entre el lado izquierdo de la primera porción de enlace 811 y la segunda porción de enlace 812 antes de flexionarse, mientras que "L-T" indica la longitud del cable de accionamiento de flexión en el lado izquierdo después de la flexión. "L2" indica la longitud de un cable de accionamiento de flexión que pasa a través del lumen entre el lado derecho de la primera porción de enlace 811 y la segunda porción de enlace 812 antes de la flexión, mientras que "L2'" indica la longitud del cable de accionamiento de flexión en el lado derecho después de la flexión. "r" indica un radio desde el eje central de cada porción de enlace hasta el lumen a través del cual pasa el cable de accionamiento de flexión. "R" indica un radio de curvatura cuando la articulación intermedia 81 se dobla y el ángulo de flexión se indica por "0". "d" en la presente invención indica una distancia desde el eje central de cada porción de enlace a cada articulación de bisagra fuera del eje 814.

[0115]Como se muestra en la FIG. 38 A y B, si se ignora el alargamiento del cable en esta realización, la longitud total de la longitud del cable de accionamiento de flexión antes y después de la flexión puede representarse como la siguiente ecuación:

Li = L 2 = U

L i = 2(R+r)~"<0/2),Li = 2(R-r)^«(0/2);

Li =U = L = V =2(R-d) tan(0/2);

L iU =4(R-d) tan(0/2);

Li’L i = 2(R+r)5eno(0/'2) 2 (R-r>™#2) = 4R«no(e/2);

[0116]En la presente invención, R = L/(2tan(9/2)) d;

[0117]La FIG. 39 es un resultado de simulación que ilustra el cambio de longitud total (AL) de los cables de accionamiento de flexión según el ángulo de flexión 0 calculado usando Matlab. Por ejemplo, cuando, L = 2, d = 0,45, AL sigue siendo <0 cuando 0 está dentro del intervalo de movimiento de la articulación diseñada (0 a 45 grados); por lo que la holgura causada por el alargamiento del cable se puede compensar con AL, lo que es posible gracias a las articulaciones de bisagra fuera del eje.

[0118]Por lo tanto, el movimiento pivotante de la articulación intermedia 81 se produce en la bisagra 814 localizada desplazada de la dirección del eje longitudinal de la articulación intermedia 81. La longitud de los cables de accionamiento de flexión se altera y se mantiene en una longitud predeterminada donde el alargamiento de los cables de accionamiento de flexión se compensa por el movimiento pivotante fuera del eje.

[0119]La FIG. 40 es un diagrama de bloques que ilustra un instrumento quirúrgico según una realización ejemplar. La FIG. 41 es una vista esquemática que ilustra un instrumento quirúrgico según una realización ejemplar. Como se ilustra en la FIG. 40 y la FIG. 41, se proporciona un miembro orientable 100 que se puede doblar en el extremo distal del instrumento quirúrgico 30. El miembro orientable 100 tiene una pluralidad de segmentos de flexión 110 con canales huecos (no mostrados en las FIGS. 40 y 41) que están conectados entre sí. Cada segmento de flexión 110 comprende una pluralidad de lúmenes 112 que se forman longitudinalmente. Se proporciona un miembro flexible 200 comprendiendo un material flexible en el extremo proximal del miembro orientable 100. El miembro flexible 200 puede comprender un tubo hueco donde se localizan varios tipos de miembros de cable conectados desde el extremo distal del aparato quirúrgico 1. Opcionalmente, se proporciona un efector terminal 300 en el extremo distal del miembro orientable 100, y el efector terminal 300 puede ser accionado selectivamente por un cable de accionamiento del efector 500 (por ejemplo, ver FIGS. 2, 24-26).

[0120]Cada segmento de flexión 110 del miembro orientable 100 está conectado a segmentos de flexión adyacentes de una manera que permite el movimiento de bisagra, y se flexiona mediante un cable de accionamiento de flexión 400 (véase, por ejemplo, la FIG. 2). En esta realización ejemplar, un primer cable de accionamiento de flexión 403a y un segundo cable de accionamiento de flexión 403b que están localizados en lúmenes separados 112 para que pasen a través del miembro orientable 100 y el miembro flexible 200, y los extremos distales del primer cable de accionamiento de flexión 403a y el segundo cable de accionamiento de flexión 403b están conectados al miembro orientable 100 y sus extremos proximales están conectados mecánicamente a un miembro motriz 160. Por consiguiente, cuando el primer cable de accionamiento de flexión 403a y el segundo cable de accionamiento de flexión 403b son movidos por el miembro motriz 160, la pluralidad de segmentos de flexión 110 se mueven de manera articulada, provocando así un movimiento de flexión con 1 grado de libertad del miembro orientable 100.

[0121]El miembro motriz 160 comprende un primer motor 161, un segundo motor 162, una primera unidad de transmisión de movimiento 163 y una segunda unidad de transmisión de movimiento 164. El primer motor 161 está acoplado al primer cable de accionamiento de flexión 403a a través de una primera unidad de transmisión de movimiento 163, de modo que la energía del primer motor 161 puede transmitirse al primer cable de accionamiento de flexión 403a para que se accione. De manera similar, el segundo motor 162 está acoplado al segundo cable de accionamiento de flexión 403b a través de una segunda unidad de transmisión de movimiento 164, que transmite la energía del segundo motor 162 para accionar el segundo cable de accionamiento de flexión 403b. En esta realización ejemplar, la primera unidad de transmisión de movimiento 163 y la segunda unidad de transmisión de movimiento 164 pueden ser un tornillo de avance o tornillo de bolas, pero no se limitan a esto.

[0122]Se proporciona además un miembro de monitorización de tensión 170, comprendiendo: un primer sensor 171 y un segundo sensor 172. El primer sensor 171 está acoplado a la primera unidad de transmisión de movimiento 163 y acoplado al primer cable de accionamiento de flexión 403a. El primer sensor 171 puede proporcionar una primera señal de retroalimentación S1 en respuesta a la detección del cambio en la fuerza de tensión del primer cable de accionamiento de flexión 403a entre la flexión previa y el movimiento de flexión deseado. De manera similar, un segundo sensor 172 está acoplado a la segunda unidad de transmisión de movimiento 164 y al segundo cable de accionamiento de flexión 403b. El segundo sensor 172 puede proporcionar una segunda señal de retroalimentación S2 en respuesta a la detección del cambio en la fuerza de tensión del segundo cable de accionamiento de flexión 403b entre la flexión previa y el movimiento de flexión deseado. En esta realización, el primer sensor 171 y el segundo sensor 172 son células de carga, pero no se limitan a esto. El cambio en la fuerza de tensión del primer cable de accionamiento de flexión 403a o el segundo cable de accionamiento de flexión 403b proporciona un cambio de valor eléctrico (por ejemplo, voltaje, corriente u otros parámetros) que se calibra a la carga colocada en la célula de carga.

[0123]El miembro motriz 160 y el miembro de monitorización de tensión 170 como se ha descrito anteriormente están conectados eléctricamente además a un miembro de control 180. El miembro de control 180 puede proporcionar una primera señal de salida S3 en respuesta a las primeras señales de retroalimentación 1 y transmitirse al primer motor. Al recibir la primera señal de salida S3, el primer motor 161 se accionará para ajustar (es decir, traccionar o liberar) el primer cable de accionamiento de flexión 403a. De manera similar, el miembro de control 180 puede proporcionar una segunda señal de salida S4 en respuesta a la segunda señal de retroalimentación S2, y transmitir al segundo motor 162 para ajustar el segundo cable de accionamiento de flexión 403b.

[0124]La FIG. 42 es una vista que ilustra un instrumento quirúrgico en un estado de flexión según una realización ejemplar. Cuando se acciona el primer cable de accionamiento de flexión 403a (es decir, se tira hacia la dirección del primer motor 161 como se muestra en la FIG. 42) para flexionar el miembro orientable 100, la tensión del primer cable de accionamiento de flexión 403a y/o del segundo cable de accionamiento de flexión 403b cambia por varias razones. Por ejemplo, el cambio en la longitud entre antes y después de la flexión a lo largo de la dirección de flexión del segundo cable de accionamiento de flexión 403b es menor que el del primer cable de accionamiento de flexión 403a. Por consiguiente, la tensión del segundo cable de accionamiento de flexión 403b cambiará y se creará un juego debido a la flexión, lo que dificultará el ajuste fino.

[0125]En esta realización ejemplar, el cambio en la fuerza de tensión causado por el primer cable de accionamiento de flexión 403a se puede medir y monitorizar respectivamente por el primer sensor 171 y el segundo sensor 172 a través del cambio de voltaje inducido por la fuerza de tensión. A continuación, la primera señal de retroalimentación S1 y la segunda señal de retroalimentación S2 se proporcionan al miembro de control 180 en respuesta al cambio de voltaje. Después de recibir y procesar la primera señal de retroalimentación S1 y la segunda señal de retroalimentación S2, el miembro de control 180 proporcionará la primera señal de salida S3 y la segunda señal de salida S4 al primer motor 161 y al segundo motor 162, por separado. Entonces, el primer motor 161 quedará inmóvil en respuesta a la primera señal de salida S3, mientras que el segundo motor 162 liberará el segundo cable de accionamiento de flexión 403b hacia la dirección del miembro orientable 100 hasta la longitud predeterminada en respuesta a la segunda señal de salida S4, de modo que el primer cable de accionamiento de flexión 403a y el segundo cable de accionamiento de flexión 403b se mantendrán nuevamente bajo una tensión predeterminada.

[0126]La FIG. 43 es un diagrama de bloques que ilustra un instrumento quirúrgico según otra realización ejemplar. La FIG. 44 es una vista esquemática que ilustra un instrumento quirúrgico según otra realización ejemplar. El efector terminal 300 puede someterse a diversas fuerzas externas a medida que se pone en contacto frecuente con una pared corporal o crea fricción contra un material corporal mientras se empuja hacia adelante a lo largo de una trayectoria en el cuerpo o crea una fuerza de reacción cuando opera el efector terminal 300. En la cirugía tradicional, un cirujano siente dicha fuerza externa con su(s) propio(s) dedo(s). Sin embargo, en la cirugía robótica, los cirujanos no pueden sentir la fuerza externa directamente y todo lo que pueden hacer es adivinar basándose solo en su observación o experiencia.

[0127]Por lo tanto, en esta realización, el instrumento quirúrgico 30 proporcionado en la presente invención puede funcionar junto con una estación de cirujano 190 a través de un miembro de comunicación 191.

[0128]El primer sensor 171 y el segundo sensor 172 como se ha descrito anteriormente se pueden configurar para determinar si se aplica o no una fuerza externa, dependiendo de si la diferencia de potencial entre el valor detectado y el valor de la tensión en funcionamiento normal aplicada al miembro orientable 100 excede un valor umbral preestablecido AVenésimo. Cuando se determina que se aplica la fuerza externa, el primer sensor 171 y el segundo sensor 172 proporcionarán una primera señal de fuerza externa S5 y una segunda señal de fuerza externa S6, respectivamente, al miembro de control 180. El miembro de control 180 proporcionará además una señal de instrucción S7 transmitida a través del miembro de comunicación 191 en respuesta a la primera señal de fuerza externa S5 y la segunda señal de fuerza externa S6.

[0129]El miembro de comunicación 191 puede ser uno incorporado dentro del miembro de control 180 o uno externo. Además, el miembro de comunicación 191 puede usar cualquier tecnología de telecomunicaciones conocida en la técnica. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el miembro de comunicación 191 puede comprender un transmisor inalámbrico y un receptor inalámbrico (no mostrado en las FIGs.). En otras realizaciones, donde la señal es digital, o digitalizada, y modulada por el miembro de control 180, el transmisor inalámbrico puede configurarse según un protocolo estándar, por ejemplo, Bluetooth®. Alternativamente, se puede usar cualquier otra configuración adecuada de transmisor por cable o inalámbrico, estándar o patentado. Además, el transmisor inalámbrico puede incluir una antena (no mostrada) que se extiende desde el mismo para facilitar la transmisión de la señal al receptor inalámbrico.

[0130]La estación del cirujano 190 está adaptada para ser manipulada manualmente por los cirujanos para, a su vez, controlar el movimiento del instrumento quirúrgico 30 en respuesta a la manipulación de los cirujanos. En esta realización, la estación de cirujano 190 está configurada para mostrar información relacionada con la fuerza de resistencia o vibración en respuesta a la señal de instrucción S7 a la estación de cirujano 190. En una realización, el miembro de control 180 como se ha descrito anteriormente puede comprender un controlador de retroalimentación háptica (no mostrado en las FIGS) para procesar y transmitir la señal de instrucción S7 en forma de retroalimentación háptica. La retroalimentación háptica se puede proporcionar a través de diversas formas, por ejemplo, mecanosensación, que incluye, entre otras, vibrosensación (por ejemplo, vibraciones), detección de fuerza (por ejemplo, resistencia) y detección de presión, termopercepción (calor) y/o criopercepción (frío). La estación del cirujano 190 puede comprender un joystick háptico (no se muestra en las FIGS) para transferir retroalimentación háptica a los cirujanos para informarles de la fuerza externa.

[0131]En otras realizaciones, la información relacionada con la fuerza de resistencia o la vibración puede mostrarse como información gráfica o información acústica. La estación de cirujano 190 en la presente invención puede ser de varios tipos conocidos en la técnica que comprende una interfaz de usuario para mostrar dicha información gráfica o información acústica. Con el instrumento quirúrgico 30 proporcionado en la presente invención, la fuerza externa puede ser detectada y monitorizada por el miembro de monitorización de tensión 170 y puede mostrarse en una forma visualizada o ser detectada por retroalimentación háptica. Por lo tanto, los cirujanos pueden aplicar fuerza adicional utilizando el dispositivo maestro en la estación del cirujano a tiempo contra la fuerza externa, incluso en condiciones de operación remota. Además, se aumentará la precisión para realizar cirugías utilizando el instrumento quirúrgico 30.

[0132]En un aspecto adicional, la descripción describe además un controlador maestro personalizado para su uso con robots y similares, y particularmente para dispositivos, sistemas y procedimientos quirúrgicos robóticos. En la cirugía asistida por robot, el cirujano generalmente opera un controlador maestro para controlar de forma remota el movimiento de los dispositivos quirúrgicos robóticos en el sitio quirúrgico. El controlador maestro puede estar separado del paciente por una distancia significativa (por ejemplo, al otro lado del quirófano, en una sala diferente o en un edificio completamente distinto al del paciente). Alternativamente, se puede colocar un controlador maestro bastante cerca del paciente en el quirófano. Independientemente, el controlador maestro incluirá típicamente uno o más mangos de entrada manual para mover un aparato quirúrgico 1 como se muestra en la FIG. 1 en base a la manipulación del mango de entrada manual por parte del cirujano. Típicamente, el mango de entrada manual puede diseñarse para permitir un movimiento suave en los seis grados de libertad que pueden corresponder a traslaciones en tres ejes, así como a la rotación en tres ejes.

[0133]Además, con el fin de accionar el instrumento quirúrgico 30 para realizar diversas operaciones quirúrgicas, el propio mango de entrada manual puede proporcionar un grado de libertad para el movimiento de agarre. Por ejemplo, además puede proporcionarse un dispositivo de agarre incorporado en el extremo proximal del mango de entrada manual, de modo que el dispositivo de agarre se pueda accionar para permitir que un operador emule el movimiento de tijeras, fórceps o un hemostático y controle el accionamiento del instrumento quirúrgico 30, tal como, para accionar el efector terminal 300 (véase la FIG. 1) para mover el tejido y/u otro material en el lugar de la intervención quirúrgica sujetándolo. Sin embargo, dicho dispositivo de sujeción puede no ser reemplazable y, por lo tanto, los operadores no tienen otra opción, sino que se ven obligados a usar el mango de entrada manual con el dispositivo de sujeción con el que pueden no estar muy familiarizados. Por lo tanto, el control preciso utilizando un controlador maestro para las operaciones quirúrgicas puede volverse más difícil.

[0134]Por las razones descritas anteriormente, sería ventajoso proporcionar dispositivos, sistemas y procedimientos mejorados para cirugía robótica, telecirugía y otras aplicaciones telerrobóticas. En una realización ejemplar, en la presente memoria se proporciona un controlador maestro personalizado. La FIG. 45 es un diagrama de bloques que ilustra un controlador maestro personalizado según una realización ejemplar. El controlador maestro personalizado 9 puede estar acoplado a un procesador P (por ejemplo, un ordenador) que está conectado eléctricamente al aparato quirúrgico 1. Como se proporciona en este documento, el controlador maestro personalizado 9 puede comprender una plataforma de control 90, una pieza de conexión 91 y una empuñadura intercambiable 92. Como se muestra en la FIG. 45, la plataforma de control 90 puede configurarse para definir e introducir una o más señales de movimiento para controlar el movimiento del aparato quirúrgico 1 (véase, por ejemplo, la FIG. 1) a través del procesador P.

[0135]En algunas realizaciones alternativas, la plataforma de control 90 puede ser un manipulador en serie, comprendiendo: una serie de enlaces rígidos conectados con articulaciones como se describe en las patentes estadounidenses N.° 7714836, 7411576 y 6417638. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 46, este tipo de plataforma de control 90 puede comprender: un cuerpo 900 comprendiendo una base 900a, un mango de entrada 901 y una primera pluralidad de sensores 902. La base 900a puede girar con respecto a un primer eje A01 que tiene una orientación sustancialmente vertical. El mango de entrada 901 puede comprender un primer enlace 903, un segundo enlace 904 y una estructura de cardán comprendiendo un cardán externo 907 y un cardán interno 908. El primer enlace 903 se gira hacia el cuerpo 900 a través de una primera articulación 905 que permite que el primer enlace 903 se mueva con respecto a un segundo eje A02 que tiene una orientación sustancialmente perpendicular con respecto al primer eje A01. El segundo enlace 904 se pivota al primer enlace 903 a través de una segunda articulación 906 que permite que el segundo enlace 904 se mueva con respecto a un tercer eje A03 que es sustancialmente paralelo al segundo eje A02.

[0136]Una estructura de cardán está montada en el extremo libre del segundo enlace 904 comprendiendo un cardán externo 907 y un cardán interno 908. El cardán externo 907 está soportado de forma pivotante por el segundo enlace 904 y se le permite girar con respecto a un cuarto eje A04 que es sustancialmente perpendicular al tercer eje A03. El cardán interno 908 está soportado de forma pivotante por el cardán externo 907 y se le permite girar con respecto a un quinto eje A05 que es sustancialmente perpendicular al cuarto eje A04. Una pieza de conexión 91 (FIG.

48A) está montada en la estructura de cardán interno 908 y permite que la empuñadura intercambiable 92 que está conectada eléctricamente a la misma gire con respecto a un sexto eje A06.

[0137]La pieza de conexión 91 montada en la estructura de cardán interno 908 conecta eléctricamente el mango de entrada 901 y la empuñadura intercambiable 92. La FIG. 47 es una vista en perspectiva que ilustra una pieza de conexión conectada a la plataforma de control según una realización ejemplar. En una realización, la pieza de conexión 91 puede ser un conector de tipo enchufe y toma, pero no se limita a esto. Como se muestra en la FIG.

47, en una realización, un enchufe de una sola clavija 911 de la pieza de conexión 91 puede acoplarse al cardán interno 908 mientras que una estructura de enchufe correspondiente 912 puede montarse en el extremo distal de la empuñadura intercambiable 92 (véase la FIG. 48), de tal manera que la empuñadura intercambiable 92 pueda conectarse a la estructura de cardán interna 908 y pueda girar con respecto a un sexto eje A06 que es sustancialmente perpendicular al quinto eje A05. Alternativamente, en algunas realizaciones, el enchufe de una sola clavija 911 de la pieza de conexión 91 puede acoplarse al extremo distal 924 de la empuñadura intercambiable 92, mientras que la estructura de enchufe 912 puede montarse en el cardán interno 908 (véase la FIG. 48).

[0138]Por lo tanto, la plataforma de control 90 puede proporcionar seis grados de movimiento de libertad que incluyen tres grados de libertad de traslación (en las direcciones X, Y y Z) y tres grados de libertad de rotación (en el movimiento de cabeceo, guiñada y balanceo). El mango de entrada 901 puede proporcionar una pluralidad de parámetros de posición P1 cuando es trasladable por sí mismo o con el agarre intercambiable montado 92 en la dirección X, Y y Z con respecto a la plataforma de control 90 y/o proporcionar una pluralidad de parámetros de orientación P2 cuando es giratorio por sí mismo o con el agarre intercambiable montado 92 en movimiento de cabeceo, guiñada y balanceo con respecto a la plataforma de control 90.

[0139]En una realización, uno o más primeros sensores 902 pueden montarse en el mango de entrada 901 y configurarse y generar una o más primeras señales de movimiento S8 en respuesta a los parámetros de posición P1 y/o los parámetros de orientación P2 mencionados anteriormente. Los primeros sensores 902 pueden estar montados, por ejemplo, en la primera articulación 905, la segunda articulación 906 y/o la estructura de cardán 907. En algunas realizaciones, los primeros sensores 902 pueden ser cualquier tipo de sensores capaces de medir los parámetros de posición P1 y/o los parámetros de orientación P2 en base al estado o cambios tales como posición, orientación, fuerza, par, velocidad, aceleración, tensión, deformación, campo magnético, ángulo y/o luz (pero sin limitarse a esto) causados por el movimiento del mango de entrada 901 y/o la empuñadura intercambiable montada 92. Por ejemplo, los primeros sensores 902 pueden ser sensores de presión o fuerza, que incluyen, entre otros, un sensor piezoeléctrico, un cristal piezoeléctrico simple, un sensor de efecto Hall o un medidor de tensión resistivo, etc., todos los cuales pueden ser independientes o estar integrados con electrónica de acondicionamiento de señal (puente Wheatstone, amplificador de bajo ruido, convertidor A/D, etc.) en un solo chip o módulo sellado de un solo paquete. En otras realizaciones, puede ser un sensor de ángulo o un sensor de rotación, pero sin limitarse a esto. En una realización específica, el primer sensor 902 puede ser un sensor de efecto Hall. Como se conoce en la técnica, el sensor de efecto Hall se puede usar en presencia de un elemento magnético correspondiente (no mostrado en las FIGs.) para detectar el campo magnético que responde al parámetro de posición P1 y/o al parámetro de orientación P2. A continuación, los primeros sensores 902 pueden producir una primera señal de movimiento S8 para controlar el movimiento del aparato quirúrgico 1 (por ejemplo, balanceo, traslación o movimiento de cabeceo/guiñada) en consecuencia.

[0140]La FIG. 48 es una vista en perspectiva que ilustra una empuñadura intercambiable según una realización ejemplar. En una realización, la empuñadura intercambiable 92 proporcionada en la presente invención puede comprender un mango desmontable 921 para imitar los mangos reales de los instrumentos quirúrgicos manuales, es decir, puede ser del mismo tamaño y forma, y puede ser comprimible o fijo, para proporcionar realismo al cirujano. Por ejemplo, dos palancas de agarre 922, 923 que se muestran en la FIG. 49 A pueden pivotar en el extremo proximal del mango desmontable 921 para proporcionar un grado de libertad de movimiento de pellizco o agarre. Se puede permitir que ambas palancas de agarre 922, 923 se muevan una hacia la otra con respecto al mango desmontable como lo indican las flechas H para proporcionar un grado de libertad de movimiento de pellizco o agarre. Para imitar los mangos quirúrgicos estándar reales según el campo, el cirujano o la operación, el mango desmontable 921 y las palancas de agarre 922, 923 pueden diseñarse para ser intercambiables como diversos tipos de instrumentos quirúrgicos, tales como pinzas o instrumentos laparoscópicos manuales, tal y como se muestra en la FIG. 48B y la FIG. 48C, respectivamente.

[0141]Además, en algunas realizaciones, el mango desmontable 921 puede montarse o separarse de la estructura de toma 912 en su extremo distal 924. La estructura de toma 912 proporcionada en la presente invención se puede conectar o desconectarse eléctricamente del enchufe de una sola clavija 911 de la pieza de conexión 91, de modo que el mango desmontable 921 puede equiparse adecuadamente para recibir la información relevante sobre el movimiento de agarre del cirujano y, a continuación, se generan las señales de control correspondientes y se transmiten al aparato quirúrgico 1 a través de la plataforma de control 90.

[0142]Para detectar el movimiento de agarre de la empuñadura intercambiable 92, en una realización, el mango desmontable 921 puede definir un espacio tubular hueco interior donde puede alojarse un segundo sensor 925 para detectar al menos un parámetro P3 en base al estado o cambios tales como la posición, orientación, fuerza, par de torsión, velocidad, aceleración, tensión, deformación, campo magnético, ángulo y/o luz (pero no limitado a esto) causados por el movimiento de las palancas de agarre 922, 923.

[0143]En algunas realizaciones, el segundo sensor 925 puede ser cualquier tipo de sensor conocido en la técnica. Por ejemplo, los segundos sensores 905 pueden ser sensores de presión o fuerza, que incluyen, entre otros, un sensor piezoeléctrico, un cristal piezoeléctrico simple, un sensor de efecto Hall o un medidor de tensión resistivo, etc., todos los cuales pueden ser independientes o estar integrados con electrónica de acondicionamiento de señal (puente Wheatstone, amplificador de bajo ruido, convertidor A/D, etc.) en un solo chip o módulo sellado de un solo paquete. En otras realizaciones, los segundos sensores 925 pueden ser un sensor de ángulo o un sensor de rotación, pero sin limitarse a esto. En una realización específica, el segundo sensor 902 puede ser un sensor de efecto Hall. El sensor de efecto Hall se puede usar en presencia de un elemento magnético correspondiente (no mostrado en las FIGs.) para detectar el campo magnético como se conoce en la técnica, de modo que el sensor de efecto Hall pueda medir los parámetros de agarre P3 y/o P4 en base al estado o los cambios del campo magnético causado por el movimiento de las palancas de agarre 922, 923. A continuación, el sensor de efecto Hall puede producir una segunda señal de movimiento S9 que puede controlar el movimiento del efector terminal 300 que se muestra en la FIG. 1 en consecuencia. (por ejemplo, movimiento de apertura y cierre (agarre) del efector terminal 300 que puede ser un dispositivo de agarre (por ejemplo, mordazas o cuchillas)).

[0144]La FIG. 49 es una vista que ilustra esquemáticamente un controlador maestro personalizado según otra realización ejemplar. La FIG. 50 es una vista que ilustra esquemáticamente partes de la plataforma de control del controlador maestro personalizado en la FIG. 49. En esta realización, la plataforma de control 90 puede ser un dispositivo comprendiendo estructuras cinemáticas paralelas, en particular, un dispositivo de estructura cinemática paralela Delta (por ejemplo, como se describe en la patente US 2008/0223165 A1). Como se muestra en la FIG. 49, la plataforma de control 90 está adaptada para proporcionar hasta seis grados de libertad (es decir, hasta tres grados de libertad de traslación en las direcciones X, Y y Z y hasta tres grados de libertad de rotación en las orientaciones de cabeceo, guiñada y balanceo para proporcionar un parámetro de posición y un parámetro de orientación, respectivamente.

[0145]En esta realización, la plataforma de control 90 puede comprender: un miembro base 93, un miembro móvil 94 y tres cadenas cinemáticas paralelas 95 que acoplan el miembro base 93 y el miembro móvil 94, respectivamente. Cada cadena cinemática paralela 95 tiene un primer brazo 951 móvil en un plano de movimiento respectivo 950 que está a una distancia de un eje de simetría (es decir, la línea central perpendicular al miembro base 93). Cada primer brazo 951 está acoplado con su miembro de montaje asociado 96 de modo que cada primer brazo 951 puede girarse o pivotarse con respecto al miembro de montaje asociado 96 y, por lo tanto, con respecto al miembro base 93.

[0146]Las cadenas cinemáticas paralelas 95 comprendiendo un segundo brazo 952 pueden acoplarse al miembro móvil 94. Cada segundo brazo 952 puede considerarse como un paralelogramo que incluye dos barras de enlace 952a, 952b. En el extremo proximal del segundo brazo 952, cada barra de enlace 952a y 952b puede acoplarse con el miembro móvil 94 mediante una articulación o bisagra 97. En el extremo distal del segundo brazo 952, cada barra de enlace 952a, 952b está acoplada con un extremo de su primer brazo asociado 951 mediante una articulación o bisagra 97. Cada segundo brazo 952, particularmente cada barra de enlace 952a, 952b, puede tener dos grados de libertad de rotación en ambos extremos.

[0147]Por lo tanto, cada cadena cinemática 95 conectada entre el miembro base 93 y el miembro móvil 94 puede moverse en un espacio de movimiento definido por el miembro base 93, el miembro móvil 94 y tres cadenas cinemáticas paralelas 95 para proporcionar hasta tres grados de libertad de traslación (a lo largo de las direcciones X, Y y Z, respectivamente, como se muestra en la FIG. 50), generando uno o más parámetros de posición P1. Para obtener más detalles sobre el dispositivo de estructura cinemática paralela Delta, puede consultarse, por ejemplo, la patente US 2008/0223165 A1.

[0148]Además, se pueden proporcionar hasta tres grados de libertad de rotación mediante una estructura de muñeca 940 acoplada al miembro móvil 94, comprendiendo tres conexiones pivotantes 941,942 y 943, por ejemplo, información de articulaciones de pivote. Cada una de las conexiones pivotantes 941, 942 y 943 proporciona un grado de libertad de rotación con respecto al miembro móvil 94 (en orientaciones de guiñada, cabeceo y balanceo respectivamente en la FIG. 51), y genera uno o más parámetros de orientación P2 de este modo.

[0149]Hay una pluralidad de primeros sensores 902 proporcionados para detectar uno o más parámetros de posición P1 y/o parámetros de orientación P2 causados por el movimiento de tres cadenas cinemáticas paralelas 95 y el miembro móvil 94, seguido de la generación de primeras señales de movimiento S8 en respuesta a los parámetros P1 y/o P2. Por ejemplo, algunos primeros sensores 902 pueden instalarse en cada miembro de montaje 96 respectivamente para detectar al menos un parámetro causado por el movimiento del primer brazo asociado 951. Se pueden instalar otros primeros sensores 902 en toda o parte de la articulación o bisagra 97, respectivamente, para detectar al menos un parámetro causado por el movimiento del segundo brazo asociado 952. De manera alternativa, se pueden proporcionar tres primeros sensores 902 en tres conexiones pivotantes 941, 942 y 943, respectivamente.

[0150]La FIG. 51 es una vista ampliada de una sección de la FIG. 49 que muestra la empuñadura intercambiable unida al miembro móvil de la plataforma de control según una realización ejemplar. La FIG. 52 es también una vista ampliada de una porción de la FIG. 49 que muestra la empuñadura intercambiable separada del miembro móvil de la plataforma de control según una realización ejemplar. Como se muestra en la FIG. 52, una pieza de conexión 91 está montada además en la conexión pivotante 943, de modo que puede conectar eléctricamente el mango de entrada 901 y la empuñadura intercambiable 92. Como se muestra en la FIG. 52, en una realización, la pieza de conexión 91 puede comprender un conector de tipo enchufe y toma, pero no se limita a esto. Por ejemplo, un enchufe de una sola clavija 911 de la pieza de conexión 91 puede acoplarse al mango desmontable 921 de la empuñadura intercambiable 92 a través de una rosca 913, mientras que una estructura de enchufe correspondiente 912 puede montarse en la conexión giratoria 943, de modo que la empuñadura intercambiable puede unirse a (véase la FIG. 51) o separarse de (véase la FIG. 52) la conexión giratoria 943 y permitirse que gire con respecto al eje de rotación A10 de la conexión giratoria 943.

[0151]Como se usa en el presente documento, los términos "comprende", "comprendiendo", "incluye", "incluyendo", "tiene", "teniendo", o cualquier otra variación de los mismos, están destinados a cubrir una inclusión no exclusiva. Por ejemplo, un proceso, producto, artículo o aparato que comprende una lista de elementos no se limita necesariamente solo a esos elementos, sino que puede incluir otros elementos no expresamente enumerados o inherentes a dicho proceso, producto, artículo o aparato.

[0152]Además, el término "o", como se usa en esta invención, generalmente se entiende como "y/o" a menos que se indique lo contrario. Por ejemplo, cualquiera de las siguientes condiciones cumple una condición A o B: A es verdadera (o está presente) y B es falsa (o no está presente), A es falsa (o no está presente) y B es verdadera (o está presente), y tanto A como B son verdaderos (o presentes). Como se usa en este documento, un término precedido por "un" o "una" (y "el/la" cuando la base antecedente es "un" o "una") incluye tanto el singular como el plural de dicho término, a menos que se indique claramente lo contrario (es decir, que la referencia "un" o "una" indica claramente solo el singular o solo el plural). Además, como se usa en la presente descripción, el significado de "en" incluye "dentro" y "sobre" a menos que el contexto indique claramente lo contrario.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato quirúrgico comprendiendo:

un miembro orientable (100) que se puede doblar y comprende una pluralidad de segmentos de flexión (80), comprendiendo cada segmento de flexión al menos un lumen (801) y al menos una articulación intermedia (81) que está dispuesta a lo largo de una dirección del eje longitudinal de cada segmento de flexión y tiene una primera porción de enlace (811) y una segunda porción de enlace opuesta (812), donde se forman dos articulaciones de bisagra fuera del eje (814) entre ellas, donde cada articulación de bisagra comprende:

un par de primeras mitades de interfaz (815, 815') que se extienden desde la primera porción de enlace hacia la segunda porción de enlace, comprendiendo cada primera mitad de interfaz una primera primera superficie de acoplamiento (815) y una segunda primera superficie de acoplamiento (815') dispuestas una al lado de la otra, extendiéndose cada una de la primera y segunda primeras superficies de acoplamiento a lo largo de una porción de una trayectoria circular; y

un par correspondiente de segundas mitades de interfaz (816, 816'), comprendiendo cada segunda mitad de interfaz una primera segunda superficie de acoplamiento (816) y una segunda segunda superficie de acoplamiento (816') dispuestas una al lado de la otra y que tienen una superficie complementaria a la primera superficie de acoplamiento correspondiente, donde el primer enlace y el segundo enlace pueden pivotar entre sí desde una posición donde la primera superficie de acoplamiento está en contacto con la primera segunda superficie de acoplamiento simultáneamente con la segunda primera superficie de acoplamiento que está en contacto con la segunda segunda superficie de acoplamiento a una posición donde la primera primera superficie de acoplamiento permanece en contacto con la primera segunda superficie de acoplamiento mientras que la segunda primera superficie de acoplamiento está separada de la segunda segunda superficie de acoplamiento y a una posición donde la segunda primera superficie de acoplamiento permanece en contacto con la segunda segunda superficie de acoplamiento mientras que la primera primera superficie de acoplamiento está separada de la primera segunda superficie de acoplamiento, donde el par de primeras mitades de interfaz y el par de segundas mitades de interfaz forman así dos ejes de bisagra diferentes desplazados del eje longitudinal; una pluralidad de cables de accionamiento de flexión (400) dispuestos a través del lumen para flexionar el miembro orientable.

2. El aparato quirúrgico según la reivindicación 1, donde la primera mitad de interfaz (815, 815') tiene un extremo de protuberancia, y la segunda mitad de interfaz (816, 816') tiene correspondientemente un extremo de rebaje.

3. El aparato quirúrgico según la reivindicación 1, donde la primera mitad de interfaz (815, 815') tiene un extremo de rebaje, y la segunda mitad de interfaz (816, 816') tiene correspondientemente un extremo de protuberancia.

4. El aparato quirúrgico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la longitud de los cables de accionamiento de flexión se compensa por el desplazamiento de los ejes de las bisagras.

5. El aparato quirúrgico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el segmento de flexión incluye una serie de articulaciones intermedias intercaladas (81, 82, 82, 84).