PL232012B1

PL232012B1 - A joint with the drive and control that combines robot arms

Info

Publication number: PL232012B1
Application number: PL420509A
Authority: PL
Inventors: Lucyna Leniowska; Ryszard Leniowski
Original assignee: Politechnika Rzeszowska Im Ignacego Lukasiewicza; Univ Rzeszowski
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2017-02-13
Publication date: 2019-04-30
Also published as: PL420509A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest przegub z napędem i sterowaniem łączący ramiona robota, zwłaszcza robota chirurgicznego, służący do ich pozycjonowania poprzez zespół napędowy i sterujący.The subject of the invention is a joint with a drive and control connecting the arms of a robot, in particular a surgical robot, for their positioning by means of a driving and control unit.

Wraz z rozwojem techniki w wielu dziedzinach działalności gospodarczej bardzo powszechne staje się wykorzystywanie mechanicznych robotów wspomagających lub też eliminujących prace ludzkich mięśni. Proces ten dotyczy również wykonywania zabiegów medycznych w tym operacji chirurgicznych. Dzięki temu chirurg ma większy komfort wykonywania czynności podczas przeprowadzania operacji, a czynności te zgodnie z postawionymi wymaganiami są bardzo precyzyjne i niezależne od manualnych predyspozycji chirurga. Robot, aby mógł spełniać postawione wymogi musi posiadać odpowiednią ilość stopni swobody, jak również być niezawodny w trakcie realizacji zadania przy jego wykorzystaniu.With the development of technology in many areas of economic activity, the use of mechanical robots supporting or eliminating the work of human muscles is becoming very common. This process also applies to medical procedures, including surgical operations. Thanks to this, the surgeon has greater comfort in performing activities during the operation, and these activities, in accordance with the requirements, are very precise and independent of the surgeon's manual predispositions. The robot, in order to meet the requirements, must have an appropriate number of degrees of freedom, as well as be reliable during the implementation of the task with its use.

Znane są z polskich opisów patentowych nr PL 208430 B1 pt. „Manipulator, zwłaszcza manipulator robota medycznego”, czy też nr PL 208988 B1 pt. „Manipulator medyczny” roboty, w których ramiona z połączonymi z nimi zespołami wykonawczymi są sprzężone z podstawą oraz z kolejnymi ramionami poprzez płaskie przeguby o jednym stopniu swobody.They are known from Polish patent descriptions No. PL 208430 B1 entitled "Manipulator, in particular a manipulator of a medical robot" or No. PL 208988 B1 entitled "Medical manipulator" - robots in which the arms with the executive units connected to them are coupled to the base and to the next arms through flat joints with one degree of freedom.

Podobnie z opisów patentowych USA nr US 2009/0268010 A1, nr US 2014/0275760, jak również nr US 2013/0331861 wynika, że w większości połączeń poszczególnych ramion zastosowano połączenia przegubowe analogiczne do wcześniej wskazanych w polskich opisach patentowych.Similarly, from US patent descriptions no. US 2009/0268010 A1, no. US 2014/0275760, as well as no. US 2013/0331861, it appears that most of the joints of individual arms have articulated joints analogous to those previously indicated in Polish patents.

Poza tym szeroko znanym i stosowanym do daleko idącego wspomagania wykonywania skomplikowanych zabiegów chirurgicznych jest robot firmy Intnitive Surgical w Stanach Zjednoczonych o nazwie „Da Vinci”. Składa się on z konsoli chirurgicznej, platformy z ramionami po stronie pacjenta, narzędzi oraz oprogramowania, którego istotną część stanowi system wizyjny. Dwa ramiona służą do trzymania kamery i światła, dwa zaś do zabiegów przeprowadzanych przez chirurga z poziomu komputera.In addition, the Intnitive Surgical robot in the United States called "Da Vinci" is widely known and used to far-reaching support for complex surgical procedures. It consists of a surgical console, a platform with arms on the patient's side, tools and software, an essential part of which is the vision system. Two arms hold the camera and light, and two hold the surgeon's computer operations.

Również i w tym rozwiązaniu zastosowano połączenia ramion robota podobne jak we wcześniej opisanych.Also in this solution, robot arm connections were used similar to those previously described.

Okazuje się, że można uzyskać bardzo dobre efekty w poprawie funkcjonalności robotów, zwłaszcza wymagających najwyższego stopnia niezawodności, do których szczególnie należy zaliczyć roboty chirurgiczne poprzez zastosowanie w nich nowej konstrukcji przegubów łączących ich ramiona.It turns out that it is possible to obtain very good results in improving the functionality of robots, especially those requiring the highest degree of reliability, such as surgical robots by using a new design of joints connecting their arms.

Przegub z napędem i sterowaniem łączący ramiona robota, zawierający krzyżak o końcówkach w kształcie walców, sprzężony z ramieniem napędowym poprzez końcówki usytuowane w jednej osi oraz z ramieniem napędzanym poprzez końcówki usytuowane w osi prostopadłej, zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że krzyżak na przecięciu osi posiada centralnie wykonany otwór prowadzący cięgna napędowe dalszych ramion sprzężonych poprzez kolejne przeguby, natomiast korpus przegubu sprzężony z ramieniem napędzanym połączony jest z co najmniej czterema cięgnami napędowymi, łączącymi przegub z zespołem napędowo-sterującym.A joint with a drive and control connecting the robot arms, comprising a cross with cylindrical ends, coupled to the drive arm through ends arranged in one axis and to an arm driven by ends arranged in the perpendicular axis, according to the invention, the cross is characterized in has a centrally made hole leading the drive rods of further arms coupled through successive joints, while the joint body coupled to the driven arm is connected to at least four driving rods connecting the joint to the drive and control unit.

Korzystnie by przegub ten stanowił odrębny moduł.Preferably, this joint would constitute a separate module.

Do istotnych zalet przegubu zgodnego z wynalazkiem należy zaliczyć, iż posiada on dwa stopnie swobody, przy jednocześnie prostej konstrukcji. Jest rozwiązaniem dającym gwarancje pełnej niezawodności, jak również długiej żywotności. Jego konstrukcja umożliwia w znacznym stopniu miniaturyzacje, ważną zwłaszcza przy stosowaniu w robotach chirurgicznych. Nie bez znaczenia jest możliwość wykonania tego przegubu jako odrębnego modułu. W takiej postaci może stanowić część zamienną do już eksploatowanych robotów, jak też w ich procesie produkcyjnym stanowi bardzo istotne uproszczenie montażu produktu finalnego.The significant advantages of the joint according to the invention include the fact that it has two degrees of freedom and is simultaneously simple in structure. It is a solution that guarantees full reliability as well as long service life. Its design allows for a significant degree of miniaturization, important especially for use in surgical robots. The possibility of making this joint as a separate module is also important. In such a form, it can be a spare part for already operated robots, and in their production process it is a very significant simplification of the assembly of the final product.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładowym wykonaniu, nie ograniczającym zakresu jego ochrony, na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia moduł przegubu z półprzekrojem, fig. 2 przedstawia krzyżak przegubu w widoku perspektywicznym, natomiast na fig. 3 pokazano w ujęciu schematycznym sprzężenie ramienia napędowego z ramieniem napędzanym robota poprzez przegub zgodny z wynalazkiem.The subject of the invention is shown in an exemplary embodiment, not limiting the scope of its protection, in which Fig. 1 shows a joint module with a half-section, Fig. 2 shows a joint cross in a perspective view, while Fig. 3 shows a schematic view of the coupling of the drive arm with an arm driven by a robot through a joint according to the invention.

Jak to przedstawiono na fig. 1 przegub 1 zgodny z wynalazkiem zawiera krzyżak 2 o końcówkach 3 w kształcie walców, sprzężony z elementem 4 tego przegubu połączonym z ramieniem napędowym 5 poprzez końcówki 3 usytuowane w jednej osi a oraz jego elementem 6 połączonym z ramieniem napędzanym 7 poprzez końcówki 8 usytuowane w osi prostopadłej b. Krzyżak 2 na przecięciu osi a i b posiada, jak to uwidoczniono na fig. 2, centralnie wykonany otwór 9 prowadzący cięgna napędowe 10 dalszych ramion robota nie pokazanych na rysunku. Element 6 przegubu 1 sprzężony z ramieniem napędzanym 7 połączony jest z czterema cięgnami napędowymi 10, które łączą ten element przegubu 1As shown in Fig. 1, the joint 1 according to the invention comprises a cross 2 with cylindrical ends 3, coupled to the element 4 of this joint connected to the drive arm 5 through ends 3 arranged in one axis and its element 6 connected to the driven arm 7 through the ends 8 situated in the perpendicular axis b. The cross 2 at the intersection of the axis a and b has, as shown in Fig. 2, a centrally made hole 9 guiding the drive rods 10 of other robot arms not shown in the drawing. The articulation element 6 1 coupled to the driven arm 7 is connected to four drive rods 10 that connect this articulation element 1

PL 232 012 Β1 z zespołem napędowo-sterującym nie uwidocznionym na rysunku, przy czym punkty zamocowania cięgien 10 są usytuowane w strefie sprzężenia krzyżaka 2 z elementem 6 przegubu 1_ i z tym elementem naprzeciwko połączeń krzyżaka 2 z elementem 4 przegubu 1_. Elementy 4 i 6 posiadają końcówki 11 i 12 odpowiednio ukształtowane umożliwiające w prosty sposób połączenie ich z ramionami 5 i 7 robota. Utworzony zespół w wyniku tego połączenia posiada dwa stopnie swobody, co przedstawiono w schematycznym ujęciu na fig. 3.PL 232 012 Β1 with the drive-control unit not shown in the drawing, and the attachment points of the rods 10 are located in the coupling zone of the cross 2 with the joint element 6 and with this component opposite the joints of the cross 2 with the joint element 4. The elements 4 and 6 have terminals 11 and 12 suitably shaped, enabling them to be easily connected to the robot arms 5 and 7. The assembly formed as a result of this connection has two degrees of freedom, as shown in the schematic representation in Fig. 3.

Claims

Patent claims

1. Articulated joint with drive and control connecting the robot arms, comprising a cross with cylindrical ends, coupled to the driving arm through ends situated in one axis and to the arm driven by ends situated in the perpendicular axis, characterized in that the cross (2) at the intersection of the axis (a, b) has a centrally made hole (9) leading the driving rods (10) of further arms coupled through successive joints (1), while the body (6) of the joint (1) coupled with the driven arm (7) is connected to at least four drive rods (10) that connect the articulation (1) with the drive and control unit.

2. Hinge according to claim A device as claimed in claim 1 in the form of a separate module.