PL225722B1 - Ramię robota medycznego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest ramię robota medycznego, znajdujące zastosowanie w chirurgii, a w szczególności w operacjach małoinwazyjnych.

Z amerykańskiego opisu patentowego US 6425865 B1 znane jest ramię robota medycznego stanowiące część systemu przeznaczonego dla ultrasonografii, które stosowane jest w celu odpowiedniego ustawiania przetwornika ultrasonograficznego. Ramię robota zostało zbudowane z członów w oparciu o zasadę czworoboku przegubowego, do którego swobodnego końca została przymocowana głowica z przetwornikiem ultrasonograficznym. W podstawie ramienia umieszczone zostały silniki, umożliwiające zmianę kąta nachylenia całego ramienia oraz zmianę kąta przechylenia ramienia, przy jednoczesnym zapewnieniu utrzymania głowicy ultrasonograficznej w ustalonym punkcie, przy czym nie zmienia się położenie podstawy ramienia. Dodatkowo na drugim końcu ramienia zamocowana została przeciwwaga zapewniająca stały rozkład masy niezależnie od ustawiania ramienia oraz zapewniająca pozostawanie robota po wyłączeniu w ustalonej - neutralnej pozycji. Równocześnie platforma, na której zabudowane jest ramię za pomocą umieszczonych w niej silników, może przemieszczać się do przodu oraz do tyłu, jak również może zostać przechylona i podniesiona.

Również z opisu zgłoszeniowego WO 2008/157225 A1 znany jest manipulator robota o dwóch stopniach swobody zbudowany z połączonych obrotowo, sztywnych członów w oparciu o zasadę czworoboku przegubowego. Manipulator wprawiany jest w ruch dwoma silnikami przymocowanymi do jego obudowy, które poprzez wały napędowe połączone są z członami manipulatora, umożliwiając jego wychylanie oraz obrót wokół wyznaczonych osi, przy zachowaniu stałego punktu ruchu wolnego końca manipulatora.

Ponadto w stanie techniki znane są ramiona robotów medycznych zawierające korpus, po którego przeciwległych stronach zamocowane są obrotowo swoimi pierwszymi końcami dwie nogi. Co najmniej jedna z tych nóg jest napędzana silnikiem umieszczonym w korpusie. Drugie końce nóg umocowane są obrotowo w korpusie łącznikowym połączonym za pośrednictwem kolejnych łączników i platform z platformą narzędziową służącą do mocowania wybranego narzędzia medycznego. Konstrukcje tego rodzaju ujawnione są między innymi w opisach US2008314181, CN203935388, US4501522, czy PL208988.

Celem wynalazku jest opracowanie takiej konstrukcji ramienia robota medycznego, która będzie lekka oraz mobilna, a jednocześnie będzie umożliwiała złożenie ramienia do jak najmniejszych rozmiarów. Kolejnym celem wynalazku jest również zapewnienie możliwości ustawienia wstępnego, dowolnego i pożądanego kąta pracy narzędzia medycznego połączonego z ramieniem robota oraz zagwarantowanie pozostawania narzędzia w ustalonym, stałym punkcie w przestrzeni.

Niniejszy wynalazek dotyczy ramienia robota medycznego, mającego postać wzajemnie ze sobą połączonych członów. Istota wynalazku polega na tym, że drugi koniec jednej nogi połączony jest z platformą narzędziową wałem wykorbionym z co najmniej jednym wodzikiem przebiegającym wzdłuż korpusu łącznikowego poprzez łącznik aż do górnego korpusu. Wał wykorbiony z wodzikiem połączony jest z platformą narzędziową mimośrodowo nad jej punktem obrotu.

Celowym jest, gdy nogi w rzucie na płaszczyznę prostopadłą do osi obrotu pierwszego silnika obrotowego usytuowane są wzajemnie równolegle.

Korzystnym jest, gdy nogi w rzucie na płaszczyznę prostopadłą do osi obrotu pierwszego silnika obrotowego usytuowane są wzajemnie pod kątem mniejszym od 180°.

W korzystnym wykonaniu obie nogi zamocowane w korpusie są napędzane.

Właściwym jest również, gdy ramię robota posiada przeciwwagi zamocowane do nóg poniżej korpusu.

Ponadto korzystnym jest, gdy łącznik stanowi profil zamknięty.

Celowym jest również, gdy łącznik stanowi profil otwarty.

Korzystnym jest, gdy korpus łącznikowy, łącznik oraz korpus górny stanowią jeden element.

W preferowanym wykonaniu nogi usytuowane są wzajemnie pod kątem ostrym.

W szczególnie korzystnym wykonaniu nogi usytuowane są wzajemnie pod kątem mniejszym niż 30°.

Preferowanym jest również, gdy nogi usytuowane są wzajemnie pod kątem z zakresu od 12° do 15°.

Zasadniczą zaletą ramienia robota medycznego według wynalazku jest możliwość jego złożenia do niewielkich rozmiarów, przy jednoczesnej lekkiej konstrukcji, co bezpośrednio przekłada się na dużą

PL 225 722 B1 mobilność całego ramienia i prostotę jego przenoszenia. Dodatkową zaletą jest możliwość ustawienia dowolnego, wstępnego kąta pracy narzędzia medycznego przymocowanego do ramienia dzięki wymiennej platformie narzędziowej, oraz wykorzystaniu silnika umiejscowionego w korpusie wraz z ruchowym połączeniem nogi robota z platformą narzędziową, co zabezpiecza mechaniczne pozostawanie narzędzia w ustalonym punkcie w przestrzeni.

Wynalazek został bliżej przedstawiony w poniższych przykładach wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia ramię robota w widoku z boku, fig. 2 - ramię robota w widoku z boku z częściowym przekrojem, fig. 3 - ramię robota w rzucie na płaszczyznę prostopadłą do osi obrotu pierwszego silnika ramienia, fig. 4 - ramię robota w widoku z góry, fig. 5 - ramię robota w widoku z boku z częściowym przekrojem z oznaczonymi kierunkami ruchu, fig. 6 - złożone ramię robota w widoku z boku z częściowym przekrojem, fig. 7 - ramię robota w rzucie na płaszczyznę prostopadłą do osi obrotu pierwszego silnika ramienia w innym przykładzie wykonania, fig. 8 - ramię robota w rzucie na płaszczyznę prostopadłą do osi obrotu pierwszego silnika ramienia w kolejnym przykładzie wykonania, fig. 9 - ramię robota w widoku z boku w jeszcze innym przykładzie wykonania.

Ramię robota medycznego wyposażone jest w platformę mocującą 1 (fig. 1) przeznaczoną do stabilnego mocowania całego ramienia robota medycznego na dowolnej podstawie. Na platformie mocującej 1 (fig. 2) w obudowie 2 zabudowany jest pierwszy silnik 3 o poziomej osi obrotu O₃. Wał tego silnika w obudowie 2 podparty jest dodatkowo łożyskiem 22. Na platformie mocującej 1 os adzony jest obrotowo korpus 4, który wprawiany jest w ruch za pomocą silnika 3. Z kolei do korpusu 4 na jego przeciwległych ścianach obrotowo, swoimi pierwszymi końcami w punktach 7, 8 zamocowane są dwie nogi 5, 6. Jedna z tych nóg 6 jest napędzana silnikiem 9 umieszczonym w korpusie 4, którego oś obrotu skierowana jest prostopadle do osi O₃ silnika 3. Jednocześnie drugie końce nóg 5, 6 umocowane są obrotowo w korpusie łącznikowym 12. Osie obrotu O₁, O₂ (fig. 2) nóg 5, 6 w korpusie 4 znajdują się w płaszczyźnie przechodzącej przez oś obrotu O₃ silnika 3. Ponadto końce nóg 5, 6 są połączone z korpusem 4 oraz z korpusem łącznikowym 12 w taki sposób, że płaszczyzny P₁, P₂ przechodzące przez osie obrotu O₁, O₂ nóg 5, 6 w korpusie 4 oraz przez osie obrotu O₁', O₂' nóg 5, 6 w korpusie łącznikowym 12 są równoległe i oddalone od siebie. Same nogi 5, 6 w rzucie na płaszczyznę P3 prostopadłą do osi obrotu O3 pierwszego silnika obrotowego usytuowane są wzajemnie pod kątem β wynoszącym 15° (fig. 3), co jest również widoczne w widoku czołowym ramienia robota medycznego.

Istnieją również inne możliwości wzajemnego usytuowania nóg 5, 6. W innym przykładzie wykonania (fig. 7) nogi 5, 6 w rzucie na płaszczyznę P3 prostopadłą do osi obrotu O3 pierwszego silnika obrotowego usytuowane są wzajemnie równolegle. Z kolei w jeszcze innym przykładzie wykonania (fig. 8) nogi 5, 6 w rzucie na płaszczyznę P3 prostopadłą do osi obrotu O3 pierwszego silnika obrotowego usytuowane są wzajemnie pod kątem β wynoszącym 100°.

Nogi 5, 6 poniżej korpusu 4 posiadają również zamocowane przeciwwagi 10, odciążające cały mechanizm ramienia robota medycznego. W korpusie łącznikowym 12 swoim pierwszym końcem osadzony jest łącznik 16 o profilu zamkniętym w postaci rury, którego drugi koniec osadzony jest w górnym korpusie 17, do którego zamocowana jest obrotowo platforma narzędziowa 18. Platforma narzędziowa 18 wyposażona jest w elementy mocujące narzędzie medyczne 21. Drugi koniec, nienapędzanej nogi 5 osadzonej obrotowo w korpusie 12 połączony jest ruchowo z platformą narzędziową. Połączenie ruchowe realizowane jest poprzez połączenie nogi 5 wałem wykorbionym 13, który połączony jest kinematycznie w miejscu wykorbienia 14 z wodzikiem 15. Wodzik 15 wału wykorbionego 13 przebiega wewnątrz korpusu łącznikowego 12 i dalej poprzez łącznik 16, aż do górnego korpusu 17, gdzie połączony jest z platformą narzędziową 18. Połączenie wodzika 15 wału wykorbionego 13 z platformą narzędziową 18 wykonane jest mimośrodowo nad punktem obrotu 20 platformy narzędziowej 18.

Ruch obrotowy wału silnika 3 powoduje kątowe wychylenie (fig. 5) korpusu 4 w kierunku ω₁. Z kolei obrót wału silnika 9 powoduje kątowe wychylenie napędzanej nogi 6 w kierunku ω₂ o zadaną wartość kąta. Za napędzaną nogą 6, równolegle do niej przemieszcza się noga 5 powodując obrót części wału wykorbionego 13 w kierunku ω3 oraz przemieszczenie korpusu łącznikowego 12 wraz z połączonymi z nim elementami w kierunku V₁. Jednocześnie obrót wału wykorbionego 13 zamieniany jest poprzez część wykorbioną na ruch posuwisto-zwrotny wodzika 15 wału wykorbionego 13 zgodnie z kierunkiem V₁. Natomiast ruch wodzika 15 powoduje obrót platformy narzędziowej 18 wokół punktu obrotu 20 w kierunku ω₄ powodując kątowe wychylenie narzędzia medycznego 21 zamocowanego na platformie narzędziowej 18.

PL 225 722 B1

Możliwe jest również działanie silników 3, 9 w przeciwnych kierunkach (nie pokazano na rysunku), co prowadzi do złożenia ramienia robota medycznego do pozycji transportowej (fig. 6).

Możliwym jest również takie wykonanie, w którym (fig. 9) platforma mocująca 1 wraz z silnikiem w obudowie 2 umieszczona jest wzdłuż poziomej osi O₃ silnika 3.

Możliwym jest również takie wykonanie, w którym pierwszy silnik 3 i silnik 9 umieszczone są w jednym korpusie 4. Wówczas wał silnika 3 jest nieruchomo utwierdzony na obudowie 2.

Claims (11)

1. Ramię robota medycznego, mające postać wzajemnie ze sobą połączonych członów, którego korpus osadzony jest obrotowo na platformie mocującej i wyposażony jest w pierwszy silnik obrotowy o poziomej osi obrotu, zaś wolny koniec ramienia przeznaczony jest do mocowania narzędzia m edycznego, gdzie po przeciwległych stronach korpusu obrotowo swoimi pierwszymi końcami zamocowane są dwie nogi, przy czym co najmniej jedna z nóg jest napędzana kolejnym silnikiem umieszczonym w korpusie, natomiast drugie końce nóg umocowane są obrotowo w korpusie łącznikowym, przy czym osie obrotu pierwszych końców nóg znajdują się w płaszczyźnie przechodzącej przez oś obrotu pierwszego silnika, a ponadto płaszczyzny przechodzące przez osie obrotu obu nóg są równoległe i oddalone od siebie, a w korpusie łącznikowym swoim pierwszym końcem osadzony jest łącznik zamocowany na swoim drugim końcu w górnym korpusie, do którego zamocowana jest obrotowo platforma narzędziowa z elementami służącymi do mocowania wybranego narzędzia medycznego, znamienne tym, że drugi koniec jednej nogi (5) połączony jest z platformą narzędziową (18) wałem wykorbionym (13) z co najmniej jednym wodzikiem (15) przebiegającym wzdłuż korpusu łącznikowego (12) przez łącznik (16) aż do górnego korpusu (17), zaś wał wykorbiony (13) z wodzikiem (15) połączony jest z platformą narzędziową (18) mimośrodowo nad punktem obrotu (20) platformy narzędziowej (18).

2. Ramię według zastrz. 1, znamienne tym, że nogi (5, 6) w rzucie na płaszczyznę (P₃) prostopadłą do osi obrotu pierwszego silnika obrotowego usytuowane są wzajemnie równolegle.

3. Ramię według zastrz. 1, znamienne tym, że nogi (5, 6) w rzucie na płaszczyznę (P₃) prostopadłą do osi obrotu (O₃) pierwszego silnika obrotowego usytuowane są wzajemnie pod kątem (β) mniejszym od 180°.

4. Ramię według jednego z zastrz. od 1 do 3, znamienne tym, że obie nogi (5, 6) zamocowane w korpusie (4) są napędzane.

5. Ramię według jednego z zastrz. od 1 do 4, znamienne tym, że ma przeciwwagi (10) zamocowane do nóg (5, 6) poniżej korpusu (4).

6. Ramię według jednego z zastrz. od 1 do 5, znamienne tym, że łącznik (16) stanowi profil zamknięty.

7. Ramię według jednego z zastrz. od 1 do 5, znamienne tym, że łącznik (16) stanowi profil otwarty.

8. Ramię według jednego z zastrz. od 1 do 5, znamienne tym, że korpus łącznikowy (12), łącznik (16) oraz korpus górny (17) stanowią jeden element.

9. Ramię według zastrz. 3, znamienne tym, że nogi (5, 6) usytuowane są wzajemnie pod kątem (β) ostrym.

10. Ramię według zastrz. 9, znamienne tym, że nogi (5, 6) usytuowane są wzajemnie pod kątem (β) mniejszym niż 30°.

11. Ramię według zastrz. 10, znamienne tym, że nogi (5, 6) usytuowane są wzajemnie pod kątem (β) z zakresu od 12° do 15°.