TWI836752B - 用於機器人控制醫療裝置的力傳輸系統 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種用於機器人控制醫療裝置的力傳輸系統可包括一配置成由機器人儀器控制器和鋼線推動的推動致動器。該鋼線可包括一附接到該推動致動器的一端以由該推動致動器遠端推動的第一端、及一附接到該醫療裝置遠端位置的第二端。該系統可包括一逆向運動裝置，該裝置可介接該第一端與該第二端之間的該鋼線。該逆向運動裝置可配置成，隨著該推動致動器遠端推動第一端或藉由推動致動器的其他致動，引起在第二端上的近端拉動動作。該逆向運動裝置可配置成在相同空間位置維持與鋼線接觸的點，以防止該鋼線由於致動而運動。

Description

用於機器人控制醫療裝置的力傳輸系統

本發明係關於機器人手術系統，例如，用於微創手術，包括但不限於腔內手術和單部位手術。

相較於習知機器人手術，腔內和單部位機器人手術等微創手術具有顯著優勢。例如，在腔內機器人手術中，無需切開切口即可進入患者自然腔內難以進入的位置，這大大減少及/或消除恢復時間，並提高手術安全性。單部位系統將切口減少至最小的單部位，這減少了原本為某些手術提供通道的更多切口。

目前已經提出某些腔內和單部位機器人手術系統，此類系統和相關組件的實例可參考美國專利案號US20210322046、US20210322045、US20190117247、US20210275266、US20210267702、US20200107898、US20200397457、US202000397456、US20200315645以及US20210322046，所有前述內容在此是以引用方式併入本文供參考。

習知手術機器人和系統通常被認為可滿足其預期目的，然而，本領域仍然需要改良式機器人手術系統、裝置、方法、控制和組件，尤其是配置成 用於腔內和單部位手術的系統、裝置、方法、控制和組件之類。例如，本發明在這些領域提供改良。

本申請案主張於2021年11月30日申請案第63/284,298號的美國臨時申請案之優先權，其整個內容在此是以引用方式併入本文供參考。

根據本發明的至少一態樣，一用於機器人控制醫療裝置的力傳輸系統可包括一配置成由機器人儀器控制器和鋼線推動的推動致動器。該鋼線可包括一第一端，其附接到該推動致動器的一端，以由附接到隨該推動致動器移動而移動的位置之推動致動器遠端推動；及一第二端，其附接到該醫療裝置的遠端位置。該系統可包括一逆向運動裝置，該裝置可介接該第一端與該第二端之間的該鋼線。該逆向運動裝置可配置成，隨著該推動致動器遠端推動第一端或藉由該推動致動器的其他致動，引起在第二端上的近端拉動動作。該逆向運動裝置可配置成在相同空間位置維持與鋼線接觸的點，以防止該鋼線由於致動而運動。

在某些具體實施例中，該逆向運動裝置可為一或多個可旋轉安裝並軸向固定到基座的滑輪。該等一或多個滑輪可介接該鋼線。該推動致動器可配置成相對於基座軸向移動以推動該鋼線。

在某些具體實施例中，該等一或多個滑輪可包括一第一滑輪和一第二滑輪，其配置成顛倒該鋼線的方向。在某些具體實施例中，該第一滑輪可插入該推動致動器的凹槽內以使該鋼線接觸該第一滑輪，使得該鋼線與一推動軸線平行及/或共軸。該第二滑輪係尺寸及/或定位成接觸該鋼線，以與近端方向軸 線共軸。該第二滑輪可大於該第一滑輪。在某些具體實施例中，該鋼線的反轉方向可為180度。

在某些具體實施例中，該逆向運動裝置可為一逆向連桿機構，其在第一端附接到推動致動器並且在第二端介接鋼線。該逆向連桿能夠可旋轉式安裝並軸向固定到基座上。該逆向連桿機構的第二端可為或包括一彎曲接觸表面，以在相同空間位置維持與鋼線接觸的點，以防止鋼線由於致動而運動。

根據本發明的至少一態樣，一用於機器人控制醫療裝置的力傳輸系統可包括一配置成由機器人儀器控制器推動的推動致動器、及一或多個相對於該推動致動器安裝的滑輪。該系統可包括一鋼線，其具有一附接到該推動致動器的一端將由推動致動器遠端推動之第一端、及一附接到醫療裝置遠端位置的第二端。該鋼線可介接該等一或多個滑輪，以隨著遠端推動第一端引起在第二端上的近端拉動動作。

根據本發明的至少一態樣，機器人控制醫療裝置可包括一可操縱細長構件和一輪轂(例如，連接到該可操縱細長構件)。該醫療裝置可包括一配置在該輪轂中的力傳輸系統。該力傳輸系統可為或包括本文所揭示的任何合適力傳輸系統，例如，如前述。

熟習該項技藝者將可從以下結合圖式描述的實施方式描述變得更明白本發明的多個具體實施例之這些及其他特徵。

100,200:力傳輸系統

101,201:推動致動器

101a:末端

103,203:鋼線

103a,203a,227:第一端

103b,203b,231:第二端

107,207:遠端位置

109,209:逆向運動裝置

111,211:接觸點

113,213:基座

115,117:滑輪

119,233:框架

121:凹槽

205a:位置

225:逆向連桿機構

229:銷

231a:彎曲接觸表面

300:儀器配接器

為使本發明熟習該項技藝者不需過多的實驗，即能輕易理解如何製作和使用本發明裝置及方法，以下將結合附圖詳細描述其具體實施例，其中： 圖1A為根據本發明之力傳輸系統的具體實施例之立面圖；圖1B為圖1A之具體實施例的立面圖，其顯示以虛線顯示的致動器，以說明處於縮回位置的滑輪總成；圖1C為圖1A之具體實施例的立面圖，其顯示致動器已延伸；圖1D為圖1A之具體實施例的平面圖，其顯示配置成致動複數個鋼線的複數個滑輪總成和致動器；圖2A例示根據本發明之力傳輸系統的另一具體實施例，其顯示處於第一致動位置；及圖2B例示圖2A的具體實施例，其顯示處於第二致動位置。

現將參考附圖，其中相似的參考編號標識本發明中相似的結構特徵或態樣。針對解釋和說明而非限制的目的，根據本發明的力傳輸系統具體實施例之說明圖顯示於圖1A中，並且通常由參考字元100指定。本發明的其他具體實施例及/或態樣顯示於圖1B至圖2B中。

根據本發明的至少一態樣，請即參考圖1A至圖2B，一用於機器人控制醫療裝置的力傳輸系統100、200可包括一推動致動器101、201，該推動致動器配置成由機器人儀器控制器(例如，如美國專利申請案16/495,038號中所揭示，已通過引用結合於上)和鋼線103、203推動。鋼線103、203可包括一第一端103a、203a，其附接到推動致動器101的末端101a，以由推動致動器101遠端推動(例如，如圖1A中具體實施例所示)，或附接到隨推動致動器201移動而移動的位置205a(例如，如圖2A至圖2B的具體實施例所示)。鋼線103、203可包括一附接到醫 療裝置的遠端位置107、207之第二端103b、203b(例如，錨定在可操縱總成內以引起醫療裝置的轉軸操縱)。

系統100可包括一逆向運動裝置109、209，該裝置可介接第一端103a、203a與第二端103b、203b之間的鋼線103、203。逆向運動裝置109、209可配置成，隨著推動致動器101遠端推動第一端103a或藉由推動致動器201的其他致動(例如，如圖2A和2B所示)，引起在第二端103b、203b的近端拉動動作。逆向運動裝置109、209可配置成在相同空間位置中維持與鋼線103、203的接觸點111、211(例如，相對於機器人控制醫療裝置中的儀器配接器300的基座113、213之固定點)，以防止由於致動造成鋼線運動(例如，徑向運動)。

在某些具體實施例中，如圖1A、1B、1C和1D所示，逆向運動裝置109可為一或多個滑輪115、117，其徑向安裝並軸向固定到基座113(例如，經由框架119)。一或多個滑輪115、117可介接鋼線103(例如，使得當致動鋼線103時滑輪115、117滾動)。推動致動器101可配置成相對於基座113軸向移動(例如，沿所示方向A)以推動鋼線103(例如，遠端)。

在某些具體實施例中，一或多個滑輪115、117可包括一第一滑輪115和一第二滑輪117，其配置成顛倒鋼線103的方向。在某些具體實施例中，第一滑輪115可插入推動致動器101的凹槽121(例如，界定在推動運動的方向，例如，如圖所示的方向A)內，以使鋼線103接觸第一滑輪115，使得鋼線103與推動軸線平行及/或共軸(例如，與鋼線103的直線部分共軸)。第二滑輪117係尺寸及/或定位成接觸鋼線103，以與近端方向軸線共軸(例如，與圖1A至圖1C所示的鋼線103共軸，例如，平行於方向B)。第二滑輪117可大於第一滑輪115，例如，如所示。在某些具體實施例中，鋼線103的反轉方向可為180度，例如，如所示。

根據本發明的至少一態樣，一種用於機器人控制醫療裝置的力傳輸系統100可包括一配置成由機器人儀器控制器推動的推動致動器101、及一或多個相對於推動致動器101安裝的滑輪115、117。系統100可包括一鋼線103，其具有一第一端103a，其附接到推動致動器101的末端101a將由推動致動器101遠端推動；及一第二端103b，其附接到醫療裝置遠端位置107。鋼線103可介接一或多個滑輪115、117，以隨著遠端推動第一端103a引起在第二端103b上的近端拉動動作。

在某些具體實施例中，例如，如圖2所示，逆向運動裝置209可為一逆向連桿機構225，其在第一端227上(例如，在銷229上)附接到推動致動器201並且在第二端231介接鋼線203。逆向連桿機構225能夠可旋轉式安裝並軸向固定到基座213上(例如，經由框架233)。逆向連桿機構225的第二端231可為或包括一彎曲接觸表面231a，以在相同空間位置維持與鋼線203的接觸點211，以防止鋼線由於致動而運動。本文考慮任何其他合適的逆向致動機構。

具體實施例可包括用於機器人控制醫療儀器的儀器力傳輸機構。具體實施例可包括使用兩定滑輪代替連桿機構或具有彎曲表面的連桿機構之逆向運動設計，用於接合醫療裝置的一或多個控制鋼線。醫療裝置可包括任何合適數量的力傳輸系統(例如，每個控制鋼線有一力傳輸系統)。

一種機器人控制醫療儀器可包括具有根據本發明中力傳輸機構的一或多個具體實施例之配接器。本文考慮任何合適的機器人控制醫療裝置(例如，機器人控制的鉗夾或刃部)。

根據本發明的至少一態樣，機器人控制醫療裝置可包括一可操縱細長構件和一輪轂(例如，連接到可操縱細長構件)。該醫療裝置可包括一配置 在輪轂中的力傳輸系統。該力傳輸系統可為或包括本文所揭示的任何合適的力傳輸系統，例如，如前述。

本文所揭示的任何(多個)模組可包括任何(多個)合適的硬體及/或軟體模組，其配置成執行任何(多個)合適的功能(例如，如本文所揭示，例如，如前述)。熟習該項技藝者將瞭解，本發明可具體實施為系統、方法或電腦程式產品。因此，本發明可為完整硬體具體實施例、完整軟體具體實施例(包含韌體、常駐軟體、微碼等)或軟體與硬體的組合具體實施例之樣態，在此全部通稱為「電路」、「模組」或「系統」。「電路」、「模組」或「系統」可包括一或多個個別實體硬體及/或軟體組件之一或多個部分，其可一起執行「電路」、「模組」或「系統」所揭示功能，或者「電路」、「模組」或「系統」可為一個獨立單元(例如，硬體的及/或軟體的)。再者，本發明的樣態可採用具有媒體內具體實施電腦可讀取程式碼的一或多個電腦可讀取媒體內具體實施之電腦程式產品之形式。

本說明書可運用任何一或多個電腦可讀取媒體的組合。該電腦可讀取媒體可為電腦可讀取信號媒體或電腦可讀取儲存媒體。電腦可讀取媒體例如可為，但不受限於電、磁、光學、電磁、紅外線或半導體系統、設備或裝置或上述任何合適的組合。電腦可讀取儲存媒體的更多特定實例(非詳盡列舉)包括：具有一或多條線的電連接、可攜式電腦磁碟、硬碟、隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、可抹除可程式唯讀記憶體(EPROM或快閃記憶體)、光纖、可攜式小型光碟唯讀記憶體(CD-ROM)、光學儲存裝置、磁性儲存裝置或前述任何合適的組合。在本文件的內文中，電腦可讀取儲存媒體可為：可包含或儲存程式，來讓指令執行系統、設備或裝置使用或相連之任何有形媒體。

在基頻或部分載波內，電腦可讀取信號媒體可包含其內具體實施電腦可讀取程式碼的傳播資料信號。這種傳播信號可採用任何可變形式，包括但不受限於電磁、光學或任何合適的組合。電腦可讀取信號媒體可為並非電腦可讀取儲存媒體，並且可通訊、傳播或傳輸程式，來讓指令執行系統、設備或裝置使用或相連之任何電腦可讀取媒體。

電腦可讀取媒體內具體實施的程式碼可使用任何適當的媒體傳輸，包含但不受限於無線、有線、光纖纜線、RF等，或上述任何合適的組合。

執行本發明操作的電腦程式碼可用任何一或多種程式語言的組合來撰寫，包含諸如Java、Smalltalk、C++等物件導向程式語言，以及諸如「C」程式語言或類似程式語言的傳統程序程式語言。程式碼可完全在使用者電腦上執行、部分在使用者電腦上執行、當成單機軟體套件來執行、部分在使用者電腦部分在遠端電腦上執行，或完全在遠端電腦或伺服器上執行。在稍後的案例中，遠端電腦可透過任何網路，包括區域網路(LAN)或廣域網路(WAN)，連接到使用者的電腦，或與外部電腦連線(例如透過網際網路系統服務商提供的網際網路)。

上面藉由參考根據本發明具體實施例的方法、設備(系統)和電腦程式產品之流程圖及/或方塊圖來描述本發明樣態。將瞭解，任何流程圖及/或方塊圖中的每一方塊以及任何流程圖及/或方塊圖中方塊的組合都可由電腦程式指令來實施。這些電腦程式指令可提供給一般用途電腦、特殊用途電腦或其他可程式資料處理設備的處理器來產生諸如指令的機器，其透過電腦或其他可程式資料處理設備的處理器、用於實施任何流程圖及/或方塊圖中方塊所指定功能/動作之裝置所執行。

這些電腦程式指令也可儲存在電腦可讀取媒體內，指引電腦、其他可程式資料處理設備或其他裝置以特定方式運作，如此儲存在電腦可讀取媒體內的指令產生製造主體，包含實施流程圖及/或方塊圖方塊內所指定功能/動作之裝置。

電腦程式指令也可載入電腦、其他可程式資料處理設備或其他裝置，導致在電腦、其他可程式設備、或其他裝置上執行一連串操作步驟來產生電腦實施的處理，如此在電腦或其他可程式設備上執行的指令提供用於實施本文所指定功能/動作之處理。

熟習該項技藝者理解，本文揭示的任何數值都可為精確值，或可為範圍內之值。此外，本發明中使用的任何近似術語(例如，「約」、「概略」、「趨近」)可表示範圍內的引述值。例如，在某些具體實施例中，該範圍可在(正或負)20%內，或在10%內，或在5%內，或在2%內，或熟習該項技藝者理解的任何其他合適的百分比或數值內(例如，對於已知的公差限度或誤差範圍)。

除非文內清楚表明，否則本文和文後申請專利範圍中使用的「一」、「一種」和「該」在本文中用於指一或一個以上(即至少一)的標的物。舉例而言，「一元件」係指一元件或一個以上的元件。

如說明書和申請專利範圍中所用的用語「及/或」應理解為意指所結合多個元件中的「一者或兩者」，即在某些情況下共同存在而在其他情況下分離存在的元件。以「及/或」列舉的多個元件應以相同的方式解釋，即所結合的多個元件中的「一或多者」。除了由「及/或」從句具體標識的元件之外，可選擇性存在其他元件，無論是否與那些具體標識的元件相關或不相關。因此，舉一非限制性範例而言，當結合諸如「包含」開放式用語使用時，對「A及/或B」的 引用在一具體實施例中可指僅A(選擇性包括B以外的元件)；在另一具體實施例中，則僅B(選擇性包括A以外的元件)；在又另一具體實施例中，A和B兩者(選擇性包括其他元件)；等等。

如本文在說明書和申請專利範圍中所使用，「或」應理解為具有與如上所定義的「及/或」相同之含義。例如，當分隔列舉中的項目時，「或」或「及/或」應解釋為包含性，即包含至少一，但也包括多個列舉元件中的一個以上，且選擇性可包括附加未列舉的項目。只有明確指出相反的用語，諸如「僅一」或「恰好一」，或者當在申請專利範圍中使用時，「所組成」指的是恰好包含多個或列舉元件中的唯一元件。一般而言，本文中使用的用語「或」應僅解釋為表示排他性替代方案(即「一或另一者，但不是兩者」)，前提是排他性用語，諸如「任一」、「之一者」、「之僅一者」或「之恰好一者」。

任何所揭示具體實施例的任何合適(多個)組合及/或其任何合適(多個)部分在本文中都可設想，正如熟習該項技藝者鑑於本揭示所理解。

如上所述和附圖中所示的本發明具體實施例提供對其所屬領域的改進。儘管本發明包括對某些具體實施例的引用，但熟習該項技藝者將容易理解，在不悖離本發明的精神和範疇情況下，可對其進行改變及/或修改。

100:力傳輸系統

101:推動致動器

101a:末端

103:鋼線

103a:第一端

103b:第二端

107:遠端位置

109:逆向運動裝置

111:接觸點

113:基座

115,117:滑輪

119:框架

121:凹槽

300:儀器配接器

Claims (18)

1. 一種用於機器人控制醫療裝置的力傳輸系統，其包含：一推動致動器，其配置成由一機器人儀器控制器推動；一鋼線，其具有：一第一端，其附接到由該推動致動器所遠端推動的該推動致動器的一端，或附接到隨著該推動致動器的移動而移動的一位置；以及一第二端，其附接到該醫療裝置的遠端位置；及一逆向運動裝置，其介接該第一端與該第二端之間的該鋼線，該逆向運動裝置配置成，隨著由該推動致動器遠端推動該第一端或藉由該推動致動器的其他致動，引起在該第二端上的近端拉動動作，其中該逆向運動裝置配置成在相同空間位置內維持與該鋼線的接觸點，以防止該鋼線由於致動而運動。
2. 如請求項1所述之系統，其中該逆向運動裝置包含一或多個滑輪，該等滑輪可旋轉式安裝並軸向固定到一基座，該等一或多個滑輪介接該鋼線，其中該推動致動器配置成相對於該基座軸向移動以推動該鋼線。
3. 如請求項2所述之系統，其中該等一或多個滑輪包括一第一滑輪和一第二滑輪，其配置成顛倒該鋼線的方向。
4. 如請求項3所述之系統，其中該第一滑輪插入該推動致動器的凹槽內以使該鋼線接觸該第一滑輪，使得該鋼線與推動軸線平行及/或共軸。
5. 如請求項4所述之系統，其中該第二滑輪係尺寸及/或定位成接觸所述與一近端方向軸共軸的鋼線。
6. 如請求項5所述之系統，其中該第二滑輪大於該第一滑輪。
7. 如請求項6所述之系統，其中該鋼線的反轉方向為180度。
8. 如請求項1所述之系統，其中該逆向運動裝置包含一逆向連桿機構，其在第一端附接到該推動致動器並在該第二端介接鋼線，其中該逆向連桿機構係可旋轉式安裝並軸向固定到一基座，其中該逆向連桿機構的該第二端為或包括一彎曲接觸表面，以將與該鋼線的接觸點維持在相同的空間位置，以防止鋼線由於致動而運動。
9. 一種機器人控制醫療裝置，其包含：一可操縱細長構件；一輪轂；及一力傳輸系統，其配置於該輪轂內，該力傳輸系統包含：一推動致動器，其配置成由一機器人儀器控制器推動；一鋼線，其具有：一第一端，其附接到由該推動致動器所遠端推動的該推動致動器的一端，或附接到隨著該推動致動器的移動而移動的一位置，以及一第二端，其附接到該醫療裝置的遠端位置；及一逆向運動裝置，其介接該第一端與該第二端之間的該鋼線，該逆向運動裝置配置成，隨著該推動致動器遠端推動該第一端或藉由該推動致動器的其他致動，在該第二端上產生近端拉動動作，其中該逆向運動裝置配置成在相同空間位置內維持與該鋼線的接觸點，以防止該鋼線由於致動而運動。
10. 如請求項9所述之裝置，其中該逆向運動裝置包含一或多個滑輪，該等滑輪可旋轉式安裝並軸向固定到一基座，該等一或多個滑輪介接該鋼線，其中該推動致動器配置成相對於該基座軸向移動以推動該鋼線。
11. 如請求項10所述之裝置，其中該等一或多個滑輪包含一第一滑輪和一第二滑輪，其配置成顛倒該鋼線的方向。
12. 如請求項11所述之裝置，其中該第一滑輪插入該推動致動器的凹槽內以使該鋼線接觸該第一滑輪，使得該鋼線與一推動軸線平行及/或共軸。
13. 如請求項12所述之裝置，其中該第二滑輪係尺寸及/或定位成接觸該鋼線，以與近端方向軸線共軸。
14. 如請求項13所述之裝置，其中該第二滑輪大於該第一滑輪。
15. 如請求項14所述之裝置，其中該鋼線的反轉方向為180度。
16. 如請求項10所述之裝置，其中該逆向運動裝置包含一逆向連桿機構，其在第一端上附接到該推動致動器，並且在該第二端上介接該鋼線。
17. 如請求項16所述之裝置，其中該逆向連桿機構可旋轉式安裝並軸向固定到基座。
18. 如請求項17所述之裝置，其中該逆向連桿機構的該第二端為或包括一彎曲接觸表面，以在該相同空間位置維持與該鋼線的接觸點，以防止該鋼線由於致動而運動。