ITGE20100089A1 - Utensile chirurgico robotizzato. - Google Patents

Description

"Utensile chirurgico robotizzato",

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un utensile chirurgico ro botizzato da utilizzare in particolare in operazioni di chirurgia minimo-invasi va.

Come à ̈ noto gli utensili chirurgici ro botizzati sono provvisti di un organo terminale, da qui in avanti denominato "end effector", strumento tramite il quale vengono finalizzate una o più fasi· di un'operazione di chirurgia mInlmo-invasiva. Tale end effector può essere ad esempio costituito da un organo a pinza comprendente una coppia di bracci mobili.

Nel documento US6394998BI sono descritti degli utensili o strumenti chirurgici da utilizzare in operazioni di chirurgia minimo-invasi va. Questi strumenti tipicamente sono composti da una base tramite la quale l'utensile à ̈ montato In modo amovibile su un braccio articolato controllato roboticamente. Un albero allungato si estende dalla base. Un'estremità di lavoro dell'albero à ̈ disposta distalmente alla base. Un elemento a polso, dotato di uno o due gradi di libertà, à ̈ montato su tale estremità di lavoro. Almeno un end effector à ̈ montato in modo ruotabile su un'estremità opposta dell'elemento a polso. Una pluralità di elementi allungati, ad esempio cavi, si estende dall'end effector e dall'elemento a polso in modo da realizzare determinati spostamenti angolari dell'elemento a polso e dell 'end effector in risposta a determinate azioni di tiro degli elementi allungati.

Tale end effector descritto<1ll>tale documento US6394998B 1 comprende una coppia di membri a pinza che possono essere ruotati assieme o indipendentemente l'uno dall'altro mediante tali elementi allungati o caVI di azionamento.

L'utensile chirurgico descritto<1ll>tale documento US6394998B l presenta diversi svantaggi. In primo luogo ciascuno dei cavi di azionamento di ciascuno dei membri dell'end effector segue un percorso ad anello chiuso: su un lato di tale anello chiuso tale cavo si avvolge attorno ad una parte a puleggia solidale al relativo membro dell'end effector. Ciascuno di tali cavi ad anello à ̈ associato ad un attuatore, quindi in definitiva per ogni grado di libertà dell'utensile si ha un attuato re di azionamento dell'end effector o di un membro di esso. Tale predisposizione dei cavi ad anello chiuso non consente una corretta valutazione delle forze in gioco su ogni ramo del cavo di azionamento. Un altro limite di tale disposizione ad anello chiuso dell'utensile noto descritto sopra à ̈ che quando il tool viene rimosso dal braccio ro botico, i cavi di azionamento ad anello chiuso rimangono precaricati. Quindi rimangono in tensione sia durante il normale utilizzo sia (rimossi dall' utensile) durante il processo di sterilizzazione. Durante quest'ultima fase lo strumento à ̈ soggetto a numerosi trattamenti (e.g. termici e di pulizia), i quali potrebbero alterare i cavi di trasmissione ed il loro precarico.

Lo scopo della presente invenzione à ̈ pertanto un utensile chirurgico robotizzato che superi gli svantaggi degli utensili chirurgici robotizzati noti, come ad esempIO quello descritto sopra, che possa essere utilizzato con un elevata destrezza e con grande efficienza, consentendo una misurazione della tensione applicata a CIascun ramo del cavo, che possa essere facilmente riconoscibile dall'utilizzatore, che, una volta smontato dal braccio del sistema robotizzato di controllo a CUI sarà collegato, permetta un'immediata e precisa calibrazione ogni volta che verrà ricollegato a tale braccio, e che quindi possa essere sottoposto ad un efficace processo di sterilizzazione senza la necessità di verifica del precarico dei cavi di trasmissione. E' altresì verosimile che il cavo supporti più cicli di lavoro, dal momento che il delta termico di circa 100<c>C dovuto alla sterilizzazione non creerebbe un aumento di tensione sui ramI del cavo.

Tale scopo VIene raggiunto dalla presente invenzione mediante un utensile chirurgico ro botizzato secondo quanto dichiarato nella rivendicazione 1.

Ulteriori vantaggiose caratteristiche del presente utensile sono riportate nelle rivendicazioni dipendenti.

Vantaggiosamente, il presente utensile à ̈ dotato di una base di connessione al porta utensile, di un' asta allungata posta distale a tale base, di un polso articolato ad almeno un grado di libertà, montato all'estremità di lavoro dell' asta allungata, e di un end-effector connesso al polso articolato in POSIZIone distale. Il sistema di trasmissione può consentire l'attuazione del polso e dell' end effector, il quale ad esempIO può essere una pInza a due bracci, quest'ultimo secondo almeno un grado di libertà. Ciascun grado di libertà viene attuato mediante una coppia di attuatori, i quali sono posizionati alle estremità libere di ciascuno degli elementi allungati di azionamento in modo tale che tali elementi allungati possano essere azionati In manIera agonista/antagonista; ciò consente di modificare l'impedenza e controllare la tensione a cui à ̈ sottoposto ogni ramo di ciascun elemento allungato flessibile.

Nel gruppo di trasmissione inoltre, vantaggiosamente,tali elementialI ungati flessibili SI I<.>n<.>crocIano opportunamente intorno ad almeno una coppIa di pulegge, consentendo il disaccoppiamento degli assi di rotazione di tale coppia di pulegge.

E' importante sottolineare che l'utensile à ̈ inoltre provvisto di un sistema di connessione e disconnessione degli elementi allungati flessibili. In corrispondenza di ciascuna estremità di disconnessione degli elementi flessibili il sistema à ̈ dotato di un elemento elastico al fine di implementare un efficace controllo del movimento agonista/antagonista e mantenere gli elementi di trasmissione in tensione, una volta disconnesso il tool. Tale soluzione facilita le procedure di cambio utensile e di sterilizzazione dello stesso,permettendo un'immediata calibrazione dello stesso alla fine di tali procedure.

Il presente utensile comprende inoltre un sistema di verifica del corretto posizionamento dell'asta nel supporto di interfaccia e dei semplici ed efficaci sistemi di identificazione e riconoscimento, quali un colletto che può avere diverse colorazioni in base al tipo di utensile, una matrice di punzoni identificativi posta sul tool da accoppiare al' inserimento dello stesso in una matrice ricettiva sulla base porta utensile, una targhetta datamatrix nella quale sono immagazzinati una sene di dati seriali, di dati di calibrazione dell'utensile o altro.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione verranno meglio compreSI nel corso della seguente descrizione, considerata a titolo esemplificativo e non limitativo e riferita ai disegni allegati, nei quali:

la fig. 1 illustra una vista dall'alto di un utensile chirurgico robotizzato secondo la presente I<.>n<.>venZIone, comprendente un'asta alla cui estremità distale à ̈ collegato un end effector e la cui estremità prossimale à ̈ inserita in un supporto di interfaccia per la connessione con un braccio di un sistema robotizzato di controllo e comando dell'utensile; la fig. 2 illustra una vista in elevazione laterale ed In scala maggIOre della parte distale dell'asta dove à ̈ posizionato un gruppo di trasmissione che consente movimenti relativi dell'end effector rispetto all'asta;

la fig. 3 illustra una vista dall'alto e parzialmente In seZIOne del gruppo di trasmissione dell'utensile nel quale sono previsti una serie di cavi avvolti e incrociati attorno a tre serie di pulegge;

la fig. 4 illustra una prIma vista in elevazione laterale e parzialmente In seZIOne del gruppo di trasmissione dell'utensile nella quale sono visibili i cavi di attuazione dei membri dell'end effector e di realizzazione di un movimento di imbardata o "yaw" dell'end effector rispetto al polso articolato;

la fig. 5 illustra una seconda vista In elevazione laterale e parzialmente in sezione del gruppo di trasmissione dell'utensile nella quale à ̈ visibile una coppia di cavi di realizzazione di un movimento di beccheggio o "pitch" del polso articolato rispetto all'asta;

la fig. 6 illustra una terza vista in elevazione laterale e parzialmente in sezione del gruppo di trasmissione provvisto di una coppIa di cavi incrociati di supporto che definiscono la cinematica e la dinamica del movimento di beccheggio dell'utensile; e

la fig. 7 Ã ̈ una vista dall'alto ed in sezione del supporto di interfaccia del presente utensile.

Con riferimento a tali disegni allegati e con particolare riferimento alla fig. 1 degli stessi, con 1 à ̈ indicata un'asta di forma sostanzialmente cilindrica comprendente una parte distale 101, alla cui estremità à ̈ collegato un end effector 2, in questo caso una pinza a due bracci 102 e 202, ed una parte prossimale 201 collegata ad un supporto 3 di interfaccia atto ad essere collegato con un braccio articolato, non illustrato, di un sistema ro botizzato di controllo e comando dell'utensile. Tale supporto 3 può essere formato da due parti semicilindriche 103 e 203 incernierate tra loro ad un lato In modo da aprirsi e chiudersi per accogliere e mantenere In posizione la parte prossimale 201 dell'asta 1, come illustrato in figura, oppure potrebbe essere formato da un UnICO elemento cilindrico internamente cavo nel quale la parte prossimale dell'asta potrebbe essere inserita mediante un attacco a baionetta o comunque dei mezzi di attacco che rendano amovibile il collegamento di tale asta 1 rispetto a tale supporto 3. Su ciascuna delle due parti semicilindriche 103 e 203 del supporto à ̈ posizionato un coperchio amovibile 4 di ispezione e manipolazione dei vari collegamenti, che verranno descritti in seguito, presenti all'interno di tale supporto 3. La parte distale 3O 1 del polso articolato à ̈ collegata mediante un perno 6 di rotazione all'end effector e comprende un gruppo Il di trasmissione, del quale in figura sono visibili due sene di pulegge 7a-d e 8a-d fulcrate rispettivamente su due perni 9 e lO. Tale gruppo Il di articolazione à ̈ attraversato da un serIe di elementi allungati flessibili di attuazione dell'end effector, ad esempio dei cavi, che attraversano anche l'asta 1 internamente cava e che verranno descritti in seguito nel dettaglio. Le estremità di CIascuno di tali cavi di attuazione fuoriescono dalla parte posteriore del supporto porta utensile 3, in figura sono visibili le due estremità libere dei due rami di un primo cavo C 1 di attuazione e le due estremità libere posteriori di altri due cavi C3 e C3' di attuazione. Ciascuno dei bracci 102 e 202 dell 'end effector 2, si veda anche la fig. 2 dei disegni allegati, à ̈ provvisto alla base di un elemento sostanzialmente circolare, rispettivamente l'elemento 302 e l'elemento 402, alloggiato in una sede 5 ricavata nella testa 3O1 della parte distale del polso 3O1, posta a valle del gruppo Il di trasmissione. In tale sede 5 gli elementi 302 e 402 sono sovrapposti e impegnati su un perno 6 di rotazione che consente di conferire all'end effector 2 un movimento oscillatorio di imbardata, nelle direzioni delle frecce Y illustrate in fig. 1, se tali elementi 302, 402 e quindi i corrispondenti bracci 102, 202 vengono ruotati assieme in direzione concorde in un senso o nell'altro. Sulla parte prossimale 201 dell'asta 1 à ̈ posizionato un colletto 12 di identificazione del presente utensile. Tale colletto 12 potrà essere realizzato in diverse colorazioni per ogni tipologia di utensile, In modo che l'utilizzatore possa riconoscerlo rapidamente. Il presente utensile inoltre à ̈ dotato di un ulteriori sistemi di riconoscimento e identificazione basato ad esempio su una matrice di punzoni di accoppiamento e su una targhetta di tipo datamatrix, che verrà posizionata in un qualunque parte dell'utensile, ad esempio sull'asta 1. Questi sistemi potranno contenere una serie di dati quali i dati seriali di identificazione dell'utensile, i dati di calibrazione dello stesso e altro, che verranno letti e inseriti nel sistema robotizzato di comando e controllo a cui sarà collegato.

In fig. 3 à ̈ illustrato il gruppo Il di trasmissione con caVI incrociati di attuazione e supporto del presente utensile. Tale gruppo Il comprende tre sene di pulegge affiancate: una prima serie di pulegge l3a, l3b e l3c poste ad una certa distanza l'una dell'altra e liberamente ruotabili attorno ad un relativo perno 14; una seconda serie di pulegge 7a, 7b, 7c, 7d poste ad una certa distanza l'una dall'altra e liberamente ruotabili attorno ad un relativo perno 9; ed una terza serie di pulegge 8a, 8b, 8c, 8d poste ad una certa distanza l'una dall'altra e liberamente ruotabili attorno ad un relativo perno lOdi rotazione. Tali perni 14, 9 e lOdi rotazione delle tre serie di pulegge sono paralleli tra loro. In detto gruppo Il di trasmissione sono presenti: il primo cavo C 1 di azionamento di uno dei due bracci dell'end effector; un secondo cavo C2 di azionamento dell'altro braccio dell'end effector; la coppia di cavi C3 e C3' atti a realizzare il moto di beccheggio dell'end effector; ed una coppia di cavi C4 e C4' di supporto. Ciascuno di detti cavi Cl, C2, C3, C3', C4 e C4' di azionamento e supporto viene opportunamente incrociato attorno a dette tre serie di pulegge l3a-c, 7a-d e 8a-d. Il primo cavo C 1 à ̈ atto ad azionare il braccio 202 dell'end effector, non visibile III figura e solidale all'elemento circolare 402, illustrato in sezione. Tale primo cavo C l compie un percorso di andata e ritorno III contatto con la parte superiore o inferiore delle pulegge l3a, 7a e 8a della prima serie di pulegge. Più precisamente tale cavo C 1 passa sopra alla prima puleggia 13 a della prima serie di pulegge, quindi sotto alla prima puleggia 7a della seconda sene, sopra alla prIma puleggia 8a della terza serIe di pulegge, gIra attorno ad un ulteriore puleggia 15, liberamente ruotabile attorno ad un relativo perno 16 di rotazione, quindi si fissa attorno all'elemento circolare 402 solidale al braccio 202, passa sopra ad un ulteriore puleggia 17 con perno 18 di rotazione inclinato, passa sotto alla puleggia 8a, sopra alla puleggia 7a ed infine sotto alla puleggia 13a. Nell' elemento circolare 402, che viene avvolto da un tratto del cavo CI potrebbe essere ricavato un opportuno canale circonferenziale per garantire un migliore contatto e fissaggio di tale tratto attorno a tale elemento 402. In definitiva quindi i due rami del cavo C 1 sono doppiamente incrociati attorno alle pulegge 13a, 7a, 8a. Il secondo cavo C2 comprende, come il cavo Cl, due estremità libere fuoriuscenti posteriormente dal gruppo Il di trasmissione. Tale cavo C2 compie attorno alle pulegge allineate 13c, 7d, e 8d un percorso simile al percorso che compie il cavo Cl attorno alle prime pulegge allineate 13a, 7a e 8a. Tale cavo C2, dopo aver attraversato incrociandosi una prima volta tali pulegge 13c, 7d e 8d passa attorno ad una puleggia 21 di rinvio, visibile in fig. 4 e provvista di relativo perno 22 di rotazione, in posizione speculare rispetto alla posizione di passaggio del cavo C 1 attorno alla puleggia 15, quindi gira attorno all'elemento circolare 302, non visibile in figura, solidale al braccio 102 dell'end effector. Anche nell'elemento circolare 302 che viene avvolto da un tratto del cavo C2 potrebbe essere ricavato un opportuno canale circonferenziale per garantire un migliore contatto e fissaggio di tale tratto attorno a tale elemento 302. Dopo aver girato attorno a tale elemento circolare del braccio 102 tale cavo C2 passa attorno ad un ulteriore puleggia 19, con perno 20 di rotazione inclinato e situata In pOSIZIOne speculare alla puleggia 18 rispetto ad un piano mediano longitudinale dell'utensile, e quindi passa sopra alla puleggia 8d, sotto alla puleggia 7d ed infine sopra alla puleggia 13 c. In definitiva quindi i due rami del cavo C2 sono doppiamente incrociati attorno alle pulegge l3c, 7d, e 8d. I due cavi C3 e C3', come detto, sono atti ad effettuare il movimento di beccheggio dell'end effector 2 rispetto alla parte distale 101 dell'asta l. Il cavo C3 passa sotto alla puleggia 13b, sopra ad entrambe le pulegge 7b e 8b, quindi la sua estremità anteriore Viene fissata, come vedremo, alla testa 3O l dell'asta. Il cavo C3', in posizione incrociata rispetto al cavo C3, passa sopra alla puleggia 13b, sotto ad entrambe le pulegge 7b e 8b, quindi la sua estremità anteriore viene fissata alla testa 301. I due cavi C4 e C4' sono gli unici a non essere collegati a dei relativi attuatori: il cavo C4 passa sotto alla puleggia 7c, sopra alla puleggia 8c, quindi la sua estremità anteriore viene fissata alla testa 301; il cavo C4', in posizione incrociata rispetto al cavo C4, passa sopra alla puleggia 7c, sotto alla puleggia 8c e la sua estremità anteriore viene fissata alla testa 3O l.

Le due estremità di ciascuno di tali cavi C l, C2 e le estremità anteriori dei due cavi C3, C3' sono libere e collegate Ciascuna ad un proprio attuato re, si vedano ad esempio in fig. 7 i due attuatori 23 e 24 di azionamento collegati a ciascuna delle due estremità libere del cavo C l ed atti ad aZIOnare In mamera indipendente e In modo agonista/antagonista i due rami di tale cavo C l fuoriuscenti dal supporto 3 di interfaccia. Tali attuatori 23 e 24 potranno essere collocati ad esempio In un braccio del sistema ro botizzato che comanda e gestisce il presente utensile

lO

chirurgico. In sostanza quindi saranno previsti per il presente utensile sei attuatori: due attuatori collegati alle estremità libere del cavo Cl, due attuatori collegati alle estremità libere del cavo C2 e due attuatori collegati alle estremità posteriori dei cavi C3 e C3'.

N ella sezione di fig. 4 à ̈ possibile comprendere meglio la disposizione del cavo C 1 di azionamento del braccio 202 dell 'end effector 2, in particolare, l'incrocio dei due rami di tale cavo attorno alle tre pulegge l3a, 7a, 8a fino all'avvolgimento e il fissaggio attorno all'elemento circolare 402 solidale al braccio 202 dell 'end effector. In tale figura si intravede anche parte del cavo C2 che à ̈ fissato attorno all'elemento circolare 302 solidale al braccio 102 della pinza. Come si può osservare il perno 6 di rotazione dei due elementi circolari 302 e 402 à ̈ perpendicolare ai tre perni 14, 9 e lOdi rotazione delle tre serie di pulegge delle quali in figura sono visibili le prime tre pulegge l3a, 7a, 8a, mentre le due pulegge 21 e 15 di rinvio dei due cavi C2 e C 1 sono in posizione opposta rispetto ad un piano mediano longitudinale dell'utensile passante per i tre perni 14, 9, lO. I due perni 9 e lO di rotazione delle pulegge 7a e 8a sono fissati ad entrambe le estremità su una coppia di piastrine laterali di connessione: nella presente figura à ̈ visibile l a piastrina posteriore 26, mentre la piastrina anteriore 25 à ̈ visibile in fig. 2. Il perno 14 di rotazione della puleggia 13a à ̈ fissato alle pareti della parte posteriore della testa 301 inserita nella parte distale 101 dell'asta 1, mentre i perni 6, 16,22, 18 e 20 sono fissati in opportune sedi ricavate sulla parte anteriore della testa 301. In figura sono inoltre illustrati in tratteggio due cavi 27 e 28 di elettrificazione rispettivamente del braccio 202 e del braccio 102 dell'end effector 2. Tali cavi 27 e 28 saranno collegati a monte, mediante dei connettori standard previsti in un'opportuna apparecchiatura medicale.

In fig. 5 sono illustrati i cavi C3 e C3' che permettono di realizzare il movimento di beccheggio del polso 301 rispetto alla parte distale dell'asta 1, cioà ̈ un movimento oscillatorio nel senso delle frecce P ed effettuato rispetto al perno lO, il quale ruota a sua volta attorno all'asse 9 secondo un rapporto geometrico stabilito. Come detto precedentemente tali due cavi C3 e C3' si incrociano attorno alle tre pulegge l3b, 7b e 8b e le rispettive estremità anteriori vengono fissate alla testa 301 dell'asta 1 mediante dei relativi elementi 29 e 30 di fissaggio inseriti in modo amovibile in delle relative sedi 31 e 32 ricavate in detta testa 301.

In fig. 6 sono illustrati i due cavi C4 e C4' le<CUI>estremità posteriori sono collegate con dei rispettivi meZZI tensionatori 33 e 34 alloggiati nella parte posteriore della testa 3O1 innestata nella parte distale 101 dell'asta 1. Tali cavi C4 e C4' hanno la funzione di supporto del gruppo Il di articolazione del presente utensile e definiscono la cinematica e la dinamica del movimento di beccheggio decritto in figura 5. Tali cavi C4 e C4' si incrociano intorno alle due pulegge 7c e 8c e le rispettive estremità anteriori sono fissate alla parte anteriore della testa 3O1 mediante dei relativi elementi 35 e 36 di fissaggio inseriti in modo amovibile in delle relative sedi 37 e 38 ricavate sulla parte anteriore di detta testa 301.

In fig. 7 à ̈ illustrata un'ulteriore seZIOne dell'utensile e della base porta utensile, nella quale vengono evidenziate le sconneSSIOlll dei due ramI del cavo C 1 di attuazione dall'interno dell'asta 1, nel supporto cilindrico 3 di interfaccia e quindi l'uscita delle due estremità libere dalla parte posteriore di tale supporto 3 ed il loro collegamento al relativo attuato re 23 e 24. Gli elementi che verranno descritti in seguito per i due rami del cavo C 1 sono previsti in modo del tutto simile per i due rami del cavo C2 e per i due cavi C3 e C3', cioà ̈ per tutti i cavi di attuazione del presente utensile che fuoriescono dalla parte posteriore del supporto 3 e le cui estremità posteriori libere sono provviste di un relativo attuatore. I due ramI del cavo C 1 provenienti dall'interno dell'asta 1 attraversano due canali 53 e 53' ricavati nella parte prossimale 20 l inserita In una sede cilindrica 54 ricavata all'interno del supporto 3. Ciascuno dei rami del cavo C 1, si veda ad esempio il ramo supenore, attraversa una molla 39 di pretensionamento del cavo alloggiata in una sede cilindrica 40 ricavata nella base dello strumento 201, quindi viene collegato mediante un crimp dotato di estensimetri 41 ad un primo cursore 42 scorrevole in modo bidirezionale in detta sede 40. Ciascuno di tali cnmp sensorizzati 41 e 41' ha la funzione di mi surare la forza applicata su CIascuno dei rami del cavo Cl, i quali vengono attuati In modo agonista/antagonista. In alternativa a quanto illustrato, tali estensimetri potrebbero essere posizionati in corrispondenza dell'end effector 2. Ciascuno dei due ramI del cavo C 1 VIene quindi interrotto In corrispondenza di detto cursore 42 o 42'. Ciascuno di tali cursori 42 e 42', si consideri ad esempio il cursore 42, à ̈ provvisto di un perno 43 sostanzialmente perpendicolare allo stesso che si impegna su una corrispondente aletta 45 di un secondo cursore 46, scorrevole In modo bidirezionale all'interno di una sede cilindrica 44 ricavata in prossimità della parte periferica del supporto 3. A tali secondi cursori 46 e 46' vengono fissati posteriormente gli ultimi tratti dei due rami del cavo Cl, le cui estremità libere, come detto, sono collegate ad un relativo attuatore 23 e 24 alloggiato ad esempio nel sistema robotizzato di comando e controllo dell'utensile. In definitiva, anche se il cavo Cl di attuazione si presenta interrotto mediante il sistema di conneSSIOne e disconnessione rappresentato dai due cursori 42, 46 e 42', 46', tale cavo Cl, nel funzionamento dell'utensile, à ̈ come se fosse un cavo continuo a due rami e tale interruzione ha la funzione di permettere, vantaggiosamente, la disconnessione di tale cavo di attuazione e quindi In definitiva la disconnessione dell'asta 1 dal supporto 3. Alla parte anteriore di ciascuno di tali secondi cursori 46 e 46', SI consideri ad esempio il cursore 46, à ̈ fissata un' estremi tà di una molla 47 di trazione la cui altra estremità à ̈ collegata alla base anteriore 48 della sede cilindrica 44. In sostanza le due molle 39 e 39' associate ai due cursori 42 e 42' hanno una funzione di spinta e pretensionamento di ciascuno dei rami del cavo C 1 che vanno verso l' end effector, in modo da porre sempre In tensione tali rami anche quando la parte prossimale 201 dell'utensile non à ̈ inserita nel supporto 3. Le due molle 47 e 47' associate ai due cursori 46 e 46' hanno anch'esse la funzione di mantenere in tensione i due rami del cavo C 1 di attuazione e, una volta connesso lo strumento, di contrastare gli attuatori 23 e/o 23' quando tirano il cursore 46 e/o 46' verso la parte posteriore del supporto. Il presente utensile à ̈ anche provvisto di un sistema di riconoscimento automatico del suo corretto inserimento nel supporto 3. Tale sistema SI basa su protrusioni meccaniche poste sullo strumento, le quali attivano (con diverse combinazioni) dei segnali elettrici o ottici sulla base porta strumento. In figura, a titolo esemplificativo, sono illustrati due denti 49 e 50, sporgenti rispettivamente dalla sede cilindrica 54 del supporto e dalla parte prossimale 201 dell'asta l, i quali, se tale asta 1 viene correttamente posizionata nel supporto 3, formato in questo caso dalle due parti semicilindriche 103 e 203 di fig. 1, si impegnano in corrispondenti recessi 51 e 52 ricavati rispettivamente nella parte prossimale 201 e nella sede cilindrica 38. In tali recessi potrebbero essere presenti anche dei contatti elettrici. Tale sistema di riconoscimento automatico del corretto inserimento dell'utensile potrà essere diverso nel caso ad esempio il supporto 3 fosse formato da un pezzo cilindrico UnICO nel quale venga ricavata internamente una sede cilindrica e la parte prossimale dell'asta venga innestata, mediante ad esempio un attacco a baionetta, all'interno di tale sede cilindrica del supporto.

Come detto precedentemente, gli elementi descritti sopra per I due rami del cavo C l sono previsti anche per i due rami del cavo C2 e i due cavi C3 e C3' di attuazione, quindi ciascuno di tali rami e cavi comprenderà un sistema di sconneSSlOne e azionamento formato da coppie di primi e secondi cursori come quelli descritti per il cavo C l, associati a relative molle di pretensionamento e spinta. Tali due rami del cavo C2 e i due cavi 3 e 3' giungeranno dall'interno dell'asta l e si inseriranno in relativi canali, simili ai canali 53 e 53' dei rami del cavo C l, ed andranno verso detto sistema di disconnessione e azionamento. Preferibilmente i sei canali attraversati dai cavi CI, C2, C3 e C3', le sei sedi delle molle e dei pnmI cursori saranno ricavati nella parte prossimale 201 della testa l In modo che risultino equidistanziati l'uno dall'altro ed uniformemente distribuiti in detta parte prossimale 201, così come le sei sedi delle molle e dei secondi cursori saranno ricavati nel corpo del supporto 3 in modo che risultino uniformemente distribuite ed equidistanziate l'una dall'altra in detto supporto.

Il presente utensile, grazie all'attuazione di CIascuno dei rami dei cavi Cl e C2 e all'attuazione dei due cavi C3 e C3' da parte di un proprio attuatore, quindi in totale sei attuatori previsti, possiede in definitiva tre gradi di libertà, quindi ogni grado di libertà viene attuato mediante due attuatori. Il fatto di prevedere per ciascuna delle estremità dei cavi C 1 e C2 un proprio attuatore e di prevedere a CIascuna estremità posteriore dei cavi C3 e C3' un proprio attuato re e un elemento elastico consente di aZlOnare ciascuno dei gradi di libertà in maniera agonista/antagonista, consentendo inoltre, mediante un relativo sistema di estensimetri, a CUI cIascun cavo o ramo del cavo à ̈ associato, si vedano ad esempio i due crimp sensorizzati 41 e 41' di fig.

7, il controllo In impedenza dell'utensile grazIe alla misurazione della tensione di ogni ramo dei cavi C 1 e C2 e di ognI cavo C3 e C3'.

Come visto precedentemente inoltre tutti i caVI di azionamento e supporto presenti nel gruppo Il di trasmissione, quindi i cavi Cl, C2, C3 e C3' e i due cavi C4 e C4' si incrociano tutti attorno ad almeno una coppia di pulegge e tale disposizione presenta diversi vantaggi, tra i quali il fatto di permettere un'elevata destrezza dell'utilizzo del presente utensile ed il disaccoppiamento degli assi di rotazione delle pulegge attorno alle quali si incrociano tali cavI.

Il funzionamento del presente utensile, secondo quanto descritto nel dettaglio precedentemente à ̈ facilmente intuibile. I due bracci 102 e 202 dell'end effector 2 possono essere mOSSI indipendentemente l'uno dall'altro mediante, come detto, rispettivamente l'azionamento In manIera agonista/antagonista di ciascuna delle estremità dei cavi C2 e C1. Pertanto se gli elementi circolari 302 e 402 solidali rispettivamente a tali bracci 102 e 202 vengono ruotati con verso di rotazione concorde si otterrà il movimento di imbardata dell'end effector 2, il quale ruoterà attorno all'asse 6 in un senso o nell'altro, si vedano le frecce Y di fig. 1. Se Invece tali elementi circolari 302 e 402 verranno ruotati, sempre attorno all'asse 6, con verso di rotazione discorde, SI otterrà che<1>bracci 102 e 302 dell'end effector 2 SI allontaneranno o SI aVVICIneranno l'uno rispetto all'altro, realizzando un tipico movimento di apertura e chi usura a pInza. L'end effector 2 può inoltre essere variamente inclinato mediante il movimento di beccheggio attorno all'asse lO, il quale ruota a sua volta attorno all' asse 9 secondo un rapporto geometrico stabilito, si vedano le frecce P di fig. 5, e tale movimento viene portato a termine mediante l'azionamento della coppia di caVI C3 e C3'. Ciascuno dei sei attuatori di azionamento di ciascuno ramo dei cavi C 1 e C2 e di ciascun cavo C3 e C3', si vedano ad esempIO in fig. 7 i due attuatori 23 e 24 di azionamento di ciascuno dei rami del cavo Cl, potrà essere ad esempio un motorino elettrico oppure un qualsiasi altro mezzo di per sà ̈ noto che renda possibile la traslazione bidirezionale, In modo indipendente l'uno dall'altro ed In manIera agonista/antagonista di ciascuno di tali rami di tali cavi C 1 e C2 e di ciascuno di tali cavi C3 e C3'.

Si vuole osservare infine che nella descrizione precedente SI à ̈ fatto riferimento ad un end effector 2 comprendente una pinza a due bracci, tuttavia nel presente utensile sarebbe possibile utilizzare un qualsiasi altro tipo di end effector comprendente una o più parti che debbano essere mosse o azionate l'una rispetto all'altra per portare a termine delle operazioni di chirurgia minimo-invasi va.

Claims (21)

1. RIVENDICAZIONI 1. Utensile chirurgico robotizzato, comprendente un'asta (1) recante una parte distale (lO 1) a cui à ̈ collegato un polso articolato (3 O1), dotato di almeno un grado di libertà, un end effector (2) montato sul polso (301) e provvisto di elementi mobili (102, 202) ed una parte prossimale (201) collegata ad un supporto (3) di interfaccia collegabile con un sistema robotizzato di comando e controllo dell'utensile, caratterizzato dal fatto che in detto polso articolato (301) à ̈ posizionato un gruppo (11) di trasmissione comprendente una pluralità di elementi allungati flessibili (Cl, C2, C3, C3') di azionamento atti a consentire la movimentazione del polso (3 O1) secondo almeno un grado di libertà rispetto a detta asta (2) e/o di almeno uno di detti elementi mobili (102, 202), essendo ciascuno di detti elementi allungati flessibili (C 1, C2, C3, C3') di azionamento cooperante, a valle di detto gruppo (11) di trasmissione, con detto end effector (2) e con i relativi elementi mobili (102, 202) e provvisto, a monte di detto gruppo (11), di almeno una coppia di estremità libere a ciascuna delle quali à ̈ collegato almeno un attuatore (23, 24) atto ad azionare indipendentemente l'uno dall'altro ed in malllera agonista/antagonista CIascuno di detti elementi allungati flessibili (Cl, C2, C3, C3'), In modo che detta movimentazione secondo almeno un grado di libertà venga attuata mediante almeno due attuatori (23, 24).
2. 2. Utensile secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ciascuno di detti elementi allungati flessi bili (C 1, C2, C3, C3 ') Ã ̈ incrociato attorno ad almeno una coppia di pulegge (13a-c, 7a-d, 8a-d) posizionate in sequenza in detto gruppo (11) di trasmissione.
3. 3. Utensile secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto gruppo (11) di trasmissione comprende almeno tre sene di pulegge (13a-c, 7a-d, 8a-d) disposte su tre relativi perni (14, 9, lO) di rotazione, essendo detti tre perni (14, 9, lO) sostanzialmente paralleli l'uno all'altro.
4. 4. Utensile secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende un primo elemento allungato flessibile (C 1) fissato a valle attorno ad un elemento (402) sostanzialmente circolare e solidale ad un primo braccio (202) dell'end effector (2), essendo detto primo elemento allungato flessibile (C 1) recante a monte due rami aventi CIascuno un'estremità libera collegata ad un relativo attuato re (23, 24).
5. 5. Utensile secondo le rivendicazioni 3 e 4, caratterizzato dal fatto che detto primo elemento allungato flessibile (Cl) comprende due rami incrociati attorno ad una prima puleggia (13a) di detta prima serie di pulegge (13a-c), attorno ad un prima puleggia (7a) di detta seconda serie di pulegge (7a-d) e attorno ad una prima puleggia (8a) di detta terza serie di pulegge (8a-d).
6. 6. Utensile secondo la rivendicazione 1, caratteri zzato dal fatto che comprende un secondo elemento allungato flessibile (C2) fissato a valle attorno ad un elemento (302) sostanzialmente circolare e solidale ad un secondo braccio (102) dell'end effector (2), essendo detto secondo elemento allungato flessibile (C2) recante a monte due rami aventi CIascuno un'estremità libera collegata ad un relativo attuatore.
7. 7. Utensile secondo le rivendicazioni 3 e 6, caratterizzato dal fatto che detto secondo elemento allungato flessibile (C2) comprende due ramI incrociati attorno ad una seconda puleggia (13c) di detta prima serie di pulegge (13a-c), attorno ad un seconda puleggia (7d) di detta seconda serie di pulegge (7a-d) e attorno ad una seconda puleggia (8d) di detta terza serie di pulegge (8a-d).
8. 8. Utensile secondo le rivendicazioni 4 e 6, caratterizzato dal fatto che detti prImo e secondo elementi allungati flessibili (C 1, C2) sono atti a conferire all'end effector (2) un movimento (Y) di imbardata rispetto ad un perno (6) di rotazione attorno al quale sono atti a ruotare detti bracci (102, 202) dell'end effector (2).
9. 9. Utensile secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende una prima coppia di elementi allungati flessibili (C3. C3 ') collegati a valle del gruppo (11) di trasmissione con una testa (301) della parte distale (101) dell'asta (1) e provvisti a monte di un'estremità libera collegata ad un relativo attuatore, essendo detta prima coppia di elementi allungati flessibili (C3, C3') atta ad effettuare, mediante i relativi attuatori, un movimento (P) di beccheggio dell'end effector (2) rispetto alla parte distale (101) dell'asta.
10. 10. Utensile secondo le rivendicazioni 3 e 9, caratterizzato dal fatto che detti elementi allungati flessibili (C3, C3') si incrociano attorno ad un terza puleggia (13 b) di detta prima serie di pulegge (13a-c) e attorno ad una coppia di terze pulegge (7b, 8b) di detta seconda e terza serie di pulegge (7a-d, 8a-d), essendo detto movimento di beccheggio effettuato rispetto al perno lO, il quale ruota a sua volta attorno all'asse 9 secondo un rapporto geometrico stabilito.
11. 11. Utensile secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende una seconda coppia di elementi allungati flessibili (C4, C4') collegati a valle del gruppo (11) di trasmissione con la testa del polso articolato (3 01), montato sulla parte distale (101) dell'asta (1) a monte di detto gruppo (11) di trasmissione, essendo detta coppIa di cavi atta a fornire un supporto al gruppo (11) di trasmissione ed atta a definire la cinematica e la dinamica del movimento di beccheggio dell'end effector (2) rispetto alla parte distale (101) dell'asta (1).
12. 12. Utensile secondo le rivendicazioni 3 e Il, caratterizzato dal fatto che detti elementi allungati flessibili (C4, C4') si incrociano attorno ad una quarta puleggia (7 c) di detta seconda serie di pulegge (7a-d) e attorno ad una quarta puleggia (8c) di detta terza serie di pulegge (8a-d).
13. 13. Utensile secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende un sistema, posizionato In detto supporto (3) di interfaccia, di connessione e disconnessione di ciascuno degli elementi allungati flessibili (C3, C3') o di CIascun ramo di un elemento allungato flessibile (C 1, C2), essendo detto sistema provvisto di un primo cursore (42, 42 ') atto a scorrere in una relativa sede (40, 40') ricavata nella parte distale (10 1) dell'asta (1) e atto ad impegnarsi, mediante un relativo elemento (43, 43') di collegamento, con un secondo cursore (46, 46') scorrevole in una relativa sede (44,44') ricavata nel supporto (3).
14. 14. Utensile secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che in detta sede (40, 40') di ciascuno di detti primi cursori (42, 42') sono posizionati dei mezzi elastici (39, 39') di pretensionamento di ciascun ramo del relativo elemento allungato flessibile (C 1).
15. 15. Utensile secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che in detta sede (44, 44') di ciascuno di detti secondi cursori (46, 46') sono posizionati dei mezzi elastici (47, 47') di pretensionamento di ciascun ramo del relativo elemento alI ungato flessibile (C 1).
16. 16. Utensile secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende dei mezzi (41, 41 ') di misurazione della tensione di ciascun ramo di un singolo elemento allungato attuato (Cl) o di ciascun elemento allungato di una coppia di elementi allungati attuati.
17. 17. Utensile secondo le ri vendicazioni 15 e 16, caratterizzato dal fatto che detti meZZI (41, 41') di misurazione della tensione di CIascun ramo di un singolo elemento allungato attuato (C 1) o di ciascun elemento allungato di una coppia di elementi allungati attuati sono disposti in corrispondenza di detto sistema di sconnessione di ciascun ramo di un singolo elemento allungato attuato (C 1) o di CIascun elemento allungato di una coppia di elementi allungati attuati.
18. 18. Utensile secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un colletto (12) di identificazione.
19. 19. Utensile secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende un sistema di riconoscimento e identificazione basato su una targhetta di tipo datamatrix, da pOSIZIOnare<1ll>un qualunque parte dell'utensile ed atta a contenere una sene di dati quali dati seriali di identificazione dell'utensile, i dati di calibrazione dello stesso e altro.
20. 20. Utensile secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende un sistema (49, 50, 51, 52) di riconoscimento automatico del corretto inserimento della parte prossimale (201) dell'asta (1) nel supporto (3), essendo detto sistema basato su una connessione di tipo meccanico da parte dell 'utensile, la quale attiva in corrispondenza della base (3) un segnale elettrico od ottico o basato su una combinazione di dette tipologie.
21. 21. Utensile secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ciascuno degli elementi mobili (102, 202) dell'end effector (2) à ̈ provvisto di un connessione elettrica (27, 28) mediante la quale à ̈ collegabile ad un connettore standard di un'opportuna apparecchiatura medicale.