WO2021107818A1 - Strain platform for a robotic surgical complex - Google Patents
Strain platform for a robotic surgical complex Download PDFInfo
- Publication number
- WO2021107818A1 WO2021107818A1 PCT/RU2020/050341 RU2020050341W WO2021107818A1 WO 2021107818 A1 WO2021107818 A1 WO 2021107818A1 RU 2020050341 W RU2020050341 W RU 2020050341W WO 2021107818 A1 WO2021107818 A1 WO 2021107818A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- strain
- pairs
- platform
- strain gauges
- force
- Prior art date
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/30—Surgical robots
- A61B34/37—Master-slave robots
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J13/00—Controls for manipulators
- B25J13/06—Control stands, e.g. consoles, switchboards
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
- G01L5/161—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Robotics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
The invention relates to force-measuring equipment and can be used for measuring forces applied to control elements of a controller of a robotic surgical complex. A strain platform is a three-dimensional structure which includes a power platform which receives the control force action from an operator's hand and transmits it to three pairs of strain units having strain gauges, said three pairs of strain units being connected to one another by fastening elements. Moreover, the strain units are arranged in pairs parallel to one another and are connected to one another by the fastening elements in such a way that the measured force received by the power platform is applied to each strain unit of a pair with the oppositely directed vector, but exclusively along one axis. The power platform is arranged and secured at the centre of a strain platform equidistantly from all strain gauges so as to be capable of transmitting force to each strain gauge and is rigidly connected to the entire three-dimensional structure in such a way as to transmit actions from an operator's hand without distortions. The proposed invention improves accuracy in determining the force applied by a surgeon's hand during control of the operator's controller.
Description
ТЕНЗОПЛАТФОРМА ДЛЯ РОБОТОХИРУРГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА TENSO PLATFORM FOR A ROBOTSURGICAL COMPLEX
Область техники, к которой относится изобретение The technical field to which the invention relates
[01] Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано в медицинской технике, в частности, для измерения усилий, прилагаемых к элементам управления контроллера роботохирургического комплекса. [01] The invention relates to a force-measuring technique and can be used in medical technology, in particular, to measure the forces applied to the control elements of the controller of the robotic-surgical complex.
Предпосылки создания изобретения Background of the invention
[02] Современные роботы повышают производственную эффективность, прежде всего автоматизируя выполнение технологических процессов. Однако, роботы имеют и иные преимущества, создающие основу инновационных технологий и изделий. [02] Modern robots increase production efficiency, primarily by automating the execution of technological processes. However, robots have other advantages as well, which form the basis for innovative technologies and products.
[03] Простые системы пользовательского интерфейса могут обеспечивать отдельное управление для каждого подвижного соединения робота, роботизированного манипулятора или другого ведомого устройства. Более сложные системы могут включать ручные контроллеры (иногда в форме джойстика или пистолетной рукоятки), которые воспринимают движение рукой пользователя и превращают его в цифровой сигнал. Система управления роботом реагирует на эти управляющие сигналы, активируя определенные сервомоторы, соленоиды или другие устройства в роботизированном манипуляторе для обеспечения желаемого действия. Ручной контроллер является базовым элементом и обеспечивает работу хирургического робота. Контроллер удерживается и перемещается рукой оператора, поэтому вес подвижных частей контроллера и инерционные нагрузки во время работы действуют на руку оператора, создавая значительную дополнительную нагрузку. [03] Simple user interface systems can provide separate control for each movable connection of a robot, robotic arm, or other slave device. More sophisticated systems may include hand controllers (sometimes in the form of a joystick or pistol grip) that sense movement by the user's hand and convert it into a digital signal. The robot control system responds to these control signals by activating certain servos, solenoids, or other devices in the robotic arm to provide the desired action. The hand controller is the basic element and enables the operation of the surgical robot. The controller is held and moved by the operator's hand, so the weight of the moving parts of the controller and inertial loads during operation act on the operator's hand, creating a significant additional load.
[04] Таким образом, существует потребность в создании контроллера для управления роботом, который бы обеспечивал минимальную нагрузку веса на руку оператора во время работы и имел возможность в обратном порядке преобразовывать цифровой управляющий сигнал в механическое перемещение-поворот элементов контроллера, передавая его на руки и пальцы оператора. Для этого, в том числе, необходимо определять усилия и/или крутящие моменты, возникающие при работе контроллера. [04] Thus, there is a need to create a controller for controlling a robot that would provide a minimum weight load on the operator's hand during operation and be able to reversely convert a digital control signal into mechanical movement-rotation of controller elements, transmitting it to the hands and operator's fingers. For this, among other things, it is necessary to determine the forces and / or torques that occur during the operation of the controller.
[05] В уровне техники известно сенсорное устройство для измерения усилий и/или моментов, передаваемых посредством жесткого передаточного элемента, используемое в медицинской технике, содержащие тензодатчики, расположенные внутри трехмерной конструкции, принятое в качестве наиболее близкого аналога (патент РФ N° 2391944 Cl, МПК A61F 2/76, опубликованный 20.06.2010). Основным недостатком данной платформы является то, что она не обеспечивает достаточной точности определения усилий, прилагаемых к элементам управления. [05] In the prior art, a sensor device for measuring forces and / or moments transmitted by a rigid transmission element is known, used in medical technology, containing strain gauges located inside a three-dimensional structure, adopted as the closest analogue (RF patent N ° 2391944 Cl, IPC A61F 2/76, published 20.06.2010). The main disadvantage of this platform is that it does not provide sufficient accuracy in determining the effort applied to the controls.
Суть изобретения The essence of the invention
[06] Задачей настоящего изобретения является создание тензоплатформы, позволяющей с высокой точностью получать информацию о прилагаемой рукой оператора к контроллеру силе и
информацию о моменте этой силы; преобразовывать эту информацию в цифровой сигнал; передавать его в блок управления роботохирургического комплекса; перерабатывать этот сигнал, и полученные на основе указанного сигнала управленческие команды возвращать на контроллер, а именно, на его исполнительные устройства и на блок управления с целью реализации механизма минимизации нагрузки веса контроллера на руку. [06] The objective of the present invention is to provide a strain gauge platform that allows high accuracy to obtain information about the force applied by the operator's hand to the controller and information about the moment of this force; convert this information into a digital signal; transfer it to the control unit of the robotic surgical complex; process this signal, and return the control commands received on the basis of this signal to the controller, namely, to its actuators and to the control unit in order to implement a mechanism to minimize the load of the controller's weight on the hand.
[07] Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в повышении точности измерения силы, прикладываемой рукой хирурга во время управления контроллером, на всей амплитуде перемещения и при всех углах, а также повышение точности измерения скорости и ускорения приложения силы. [07] The technical result achieved when solving the problem is to increase the accuracy of measuring the force applied by the surgeon's hand during controller control, over the entire displacement amplitude and at all angles, as well as increasing the accuracy of measuring the speed and acceleration of the force application.
[08] Для достижения указанного технического результата была создана тензоплатформа для роботохирургического комплекса. Основу тензоплатформы составляет тензоблок, измеряющий перемещение/деформацию под воздействием силы. Соединенные между собой элементами крепления три пары тензоблоков, каждый из которых снабжен двумя парами тензодатчиков, образуют трехмерную конструкцию - тензоплатформу. На тензоплатформе закреплена силовая площадка, воспринимающая и передающая на тензоплатформу силовое воздействие от руки оператора. При этом тензоблоки в парах расположены параллельно друг другу и соединены элементами крепления таким образом, что измеряемая сила, воспринимаемая силовой площадкой, приложена к каждому тензоблоку пары с противоположно направленным вектором, но исключительно вдоль одной оси. При этом две пары тензоблоков расположены в параллельных плоскостях так, что тензоблоки из первой пары параллельны тензоблокам из второй пары. Третья пара тензоблоков расположена либо в плоскости расположения одной из пар тензоблоков, либо в плоскости, параллельной вышеуказанным плоскостям и расположенной между ними, при этом третья пара повернута на 90° относительно двух других пар тензоблоков. При этом каждый тензоблок содержит отверстие в центре, выполненное с возможностью обеспечения минимизации влияния изгибающего момента на показания тензодатчиков. Силовая площадка расположена и закреплена в центре тензоплатформы равноудаленно от всех тензодатчиков с возможностью передачи усилия на каждый тензодатчик и жестко соединена со всей трехмерной конструкцией таким образом, чтобы передавать воздействия от руки оператора без искажений, при этом по меньшей мере одна из пар тензоблоков выполнена с возможностью жесткого соединения с элементом контроллера оператора для управления роботохирургическим комплексом. Тензоплатформа включает блок приема, обработки и передачи информации от тензодатчиков. [08] To achieve the specified technical result, a tensoplatform was created for a robotic surgical complex. The base of the strain gauge platform is a strain gauge block that measures displacement / deformation under the influence of force. Three pairs of strain gauges connected to each other by fastening elements, each of which is equipped with two pairs of strain gauges, form a three-dimensional structure - strain gauge platform. A power platform is fixed on the strain gauge platform, which perceives and transmits to the strain gauge platform the force effect from the operator's hand. In this case, the strain-gauge blocks in pairs are located parallel to each other and are connected by fastening elements in such a way that the measured force perceived by the force area is applied to each strain-gauge block of a pair with an oppositely directed vector, but exclusively along one axis. In this case, two pairs of strain-gauge blocks are located in parallel planes so that strain-gauge blocks from the first pair are parallel to the strain-gauge blocks from the second pair. The third pair of strain-gauge blocks is located either in the plane of one of the pairs of strain-gauge blocks, or in a plane parallel to the above planes and located between them, while the third pair is rotated 90 ° relative to the other two pairs of strain-gauge blocks. In this case, each strain gauge block contains a hole in the center, made with the possibility of minimizing the influence of the bending moment on the readings of the strain gauges. The power platform is located and fixed in the center of the strain gauge platform equidistant from all strain gauges with the possibility of transmitting force to each strain gauge and is rigidly connected to the entire three-dimensional structure in such a way as to transmit the actions from the operator's hand without distortion, while at least one of the pairs of strain gauges is configured rigid connection with the element of the operator's controller for controlling the robotic surgical complex. The strain gauge platform includes a unit for receiving, processing and transmitting information from strain gauges.
[09] В некоторых вариантах осуществления изобретения тензоблоки, образующие тензоплатформу, могут иметь различные диапазоны чувствительности. [09] In some embodiments, the strain gauges forming the strain gauge platform may have different sensitivity ranges.
[010] В некоторых вариантах осуществления изобретения каждая из пар тензоблоков обладает своим диапазоном чувствительности. [010] In some embodiments of the invention, each of the pairs of strain gauges has its own sensitivity range.
[011] При этом каждый тензоблок выполнен таким образом, чтобы повысить точность измерения, минимизировав влияние изгибающего момента, за счет наличия отверстия(-ий) в тензоблоке.
[012] Тензоблоки образуют пары, в которых они расположены параллельно друг другу, равноудалены от центра тензоплатформы и соединены элементами крепления. Общее количество пар тензоблоков выбрано из условия достоверного определения перемещения вдоль трех координатных осей. [011] In this case, each strain-gauge unit is designed in such a way as to increase the measurement accuracy by minimizing the influence of the bending moment due to the presence of a hole (s) in the strain-gauge unit. [012] Strain blocks form pairs in which they are located parallel to each other, equidistant from the center of the strain gauge platform and connected by fastening elements. The total number of pairs of strain-gauge blocks is selected from the condition of reliable determination of displacement along three coordinate axes.
[013] Все элементы платформы могут быть выполнены из металла. На каждом тензоблоке может быть расположено две пары тензодатчиков, при этом тензодатчики могут быть расположены на параллельных плоскостях каждого тензоблока. [013] All elements of the platform can be made of metal. Each strain-gauge block can have two pairs of strain-gauges, while the strain-gauges can be located on parallel planes of each strain-gauge.
Краткое описание чертежей Brief Description of Drawings
[014] Прилагаемые чертежи, которые включены в состав настоящего описания и являются его частью, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и совместно с вышеприведенным общим описанием изобретения и нижеприведенным подробным описанием вариантов осуществления служат для пояснения принципов настоящего изобретения. [014] The accompanying drawings, which are incorporated and form part of the present specification, illustrate embodiments of the invention and together with the foregoing general description of the invention and the following detailed description of the embodiments serve to explain the principles of the present invention.
[015] На фиг. 1 изображен вариант выполнения блока измерения перемещения/деформации (тензоблока). [015] FIG. 1 shows an embodiment of a displacement / deformation measuring unit (strain gauge unit).
[016] На фиг. 2 и 3 показан общий вид варианта выполнения тензоплатформы с разных сторон. [017] На фиг. 4 изображена структурная схема работы тензоплатформы. [016] FIG. 2 and 3 show a general view of an embodiment of a strain gauge platform from different sides. [017] FIG. 4 shows a block diagram of the work of the strain gauge platform.
Подробное описание изобретения Detailed description of the invention
[018] Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже приведены некоторые термины, использованные в настоящем описании изобретения. [018] For a better understanding of the present invention, below are some of the terms used in the present description of the invention.
[019] В описании данного изобретения термины «включает» и «включающий» интерпретируются как означающие «включает, помимо всего прочего». Указанные термины не предназначены для того, чтобы их истолковывали как «состоит только из». [019] In the description of the present invention, the terms "includes" and "including" are interpreted as meaning "includes, among other things". These terms are not intended to be construed as “consists only of”.
[020] В материалах настоящей заявки под термином «тензодатчик» понимают датчик, преобразующий величину деформации в удобный для измерения сигнал, например, электрический. В качестве метода измерений величины деформации может выступать любой метод измерения деформаций: тензорезистивный, пьезоэлектрический, оптико-поляризационный, пьезорезистивный, волоконно-оптический или простое считывание показаний с линейки механического тензодатчика. [020] In the materials of this application, the term "strain gauge" is understood as a sensor that converts the amount of deformation into a convenient for measurement signal, for example, an electrical one. As a method for measuring the amount of deformation, any method of measuring deformations can act: tensoresistive, piezoelectric, optical-polarizing, piezoresistive, fiber-optic, or simple reading of readings from the ruler of a mechanical strain gauge.
[021] В материалах настоящей заявки «тензоблок» представляет собой специальную упругую конструкцию с закреплёнными на ней по меньшей мере одним тензодатчиком и другими вспомогательными деталями. [021] In the materials of this application, a "strain gauge" is a special resilient structure with at least one strain gauge and other auxiliary parts attached to it.
[022] В материалах настоящей заявки «тензоплатформа» - трехмерная конструкция, содержащая несколько блоков измерения (тензоблоков), соединённых между собой, с закрепленными на них тензодатчиками.
[023] Примерные варианты осуществления настоящего изобретения, описанные ниже, приводятся исключительно в качестве примера и предназначены для иллюстративных целей и не предназначены для ограничения объема раскрываемого изобретения. [022] In the materials of this application, a "strain gauge" is a three-dimensional structure containing several measurement units (strain gauges) connected to each other, with strain gauges attached to them. [023] The exemplary embodiments of the present invention described below are provided by way of example only and are intended for illustrative purposes and are not intended to limit the scope of the disclosed invention.
[024] В одном из вариантов осуществления тензоплатформа установлена в составе контроллера управления роботохирургическим комплексом между подвижной платформой и неподвижной платформой и соединена с последней посредством цилиндрических направляющих. Тензоплатформа выполнена с возможностью получения цифровой информации в трехмерном пространстве о прикладываемой силе, векторе приложения силы и ускорении приложения силы, передаваемой кистью и иными вышерасположенными частями руки оператора на контроллер во время управления роботохирургическим комплексом. [024] In one embodiment, the strain platform is installed in the control controller of the robotic surgical complex between the movable platform and the fixed platform and is connected to the latter by means of cylindrical guides. The strain gauge platform is made with the possibility of obtaining digital information in three-dimensional space about the applied force, the force vector and the acceleration of the force applied by the hand and other upper parts of the operator's hand to the controller during the control of the robotic surgical complex.
[025] Тензоплатформа (см. фиг. 1 - 3) содержит три пары одинаковых блоков измерения перемещений - тензоблоков (1), на каждом из которых размещены тензодатчики (2). Все блоки измерения перемещений жестко скреплены при помощи крепежных элементов через крепежные отверстия (9) и при помощи узлов крепления, например, уголков (3). На каждом блоке измерений перемещений (тензоблоке) установлено по две пары тензодатчиков, причем тензодатчики одной пары размещены в одной плоскости, а разные пары тензодатчиков размещены в параллельных друг к другу плоскостях. Каждый блок измерения перемещений (1) выполнен таким образом, чтобы исключить влияние возникающего в нем изгибающего момента на показания тензодатчиков. Для этого в центре каждого блока выполнено отверстие (4). [025] The strain gauge platform (see Fig. 1 - 3) contains three pairs of identical displacement measurement units - strain gauges (1), on each of which strain gauges (2) are located. All displacement measuring units are rigidly fastened with fasteners through fastening holes (9) and with fasteners, for example, corners (3). On each displacement measurement unit (strain-gauge block), two pairs of strain gauges are installed, and the strain gauges of one pair are placed in the same plane, and different pairs of strain gauges are placed in planes parallel to each other. Each displacement measuring unit (1) is designed in such a way as to exclude the influence of the bending moment arising in it on the readings of the strain gauges. For this, a hole (4) is made in the center of each block.
[026] Сами блоки измерения перемещений выполнены металлическими и жестко соединены между собой при помощи узлов крепления попарно параллельно друг другу, равноудаленно от центра таким образом, чтобы тензодатчики пары блоков измерения перемещений снимали показания о перемещении вдоль одной оси координат. [026] The displacement measuring units themselves are made of metal and are rigidly connected to each other by means of attachment points in pairs parallel to each other, equidistant from the center so that the strain gauges of a pair of displacement measuring units take readings of displacement along one coordinate axis.
[027] В результате получается трехмерная конструкция, представляющая собой уложенные друг на друга блоки измерения перемещений, в котором каждая пара расположена в своей плоскости перпендикулярно другой паре блоков, расположенной в следующей плоскости, параллельной первой. Сборка тензоплатформы осуществляется в определённой последовательности с применением крепежных элементов и узлов крепления таким образом, чтобы в случае необходимости можно было обеспечить быструю замену блоков измерения перемещений. В данном примере реализации использовано три пары блоков измерения перемещений, что позволяет достоверно определить перемещения платформы вдоль всех трех координатных осей. В центре трехмерной конструкции, образованной парами блоков измерения перемещений, расположена площадка (силовая площадка) (5), воспринимающая силовое воздействие от руки оператора, жестко соединённая со всей трехмерной конструкцией таким образом, чтобы передавать усилия от рук без искажений. За площадкой, внутри трехмерной конструкции, расположен блок приема, обработки и передачи информации (6) от всех тензодатчиков, который взаимодействует с блоком управления контроллера. Вся трехмерная конструкция в части, противоположной площадке (5), оснащена двумя
расположенными на одной диагонали площадками для базирования и крепления (7). Причем другая диагональ жестко соединена перемычкой (8) для повышения жесткости всей конструкции. [027] The result is a three-dimensional structure representing displacement measuring blocks stacked on top of each other, in which each pair is located in its plane perpendicular to another pair of blocks located in the next plane parallel to the first. The assembly of the strain gauge platform is carried out in a certain sequence using fasteners and attachment points in such a way that, if necessary, it would be possible to provide a quick replacement of the displacement measuring units. In this example of implementation, three pairs of displacement measurement units are used, which makes it possible to reliably determine the movement of the platform along all three coordinate axes. In the center of the three-dimensional structure formed by pairs of displacement measuring units, there is a platform (power platform) (5), which perceives the force action from the operator's hand, rigidly connected to the entire three-dimensional structure in such a way as to transfer forces from the hands without distortion. Behind the platform, inside a three-dimensional structure, there is a unit for receiving, processing and transmitting information (6) from all strain gauges, which interacts with the controller's control unit. The entire three-dimensional structure in the part opposite to the platform (5) is equipped with two located on the same diagonal with platforms for basing and fastening (7). Moreover, the other diagonal is rigidly connected by a jumper (8) to increase the rigidity of the entire structure.
[028] Все элементы платформы могут быть выполнены из металла. [028] All elements of the platform can be made of metal.
[029] При возникновении усилий со стороны оператора тензодатчики воспринимают приложенное механическое усилие (Fx, Fy, Fz - см. фиг. 2-3). Оно преобразуется в электрические сигналы в датчиках по каждой оси. Эти сигналы поступают на входные разъёмы блока цифровой обработки (6), после чего усиливаются и поступают на входы аналогово-цифровых преобразователей, превращаясь в поток числовых данных. Затем производится обработка полученных дискретных цифровых сигналов для осуществления фильтрации их от нежелательного шума. Далее, значения действующих на блоки датчиков сил разбиваются на пакеты и передаются по цифровому интерфейсу передачи данных в блок управления хирургического робота, который на основе полученных данных производит необходимые расчеты и формирует команды: для задания усилия на управляемый контроллером хирургический инструмент, закрепленный в манипуляторе робота; для компенсации веса контроллера. При помощи приводов, установленных на контроллере, на основе расчетной команды блок управления хирургического робота перемещает блок позиционирования в требуемую позицию, компенсируя таким образом вес контроллера. В качестве интерфейса передачи данных могут выступать средства, предназначенные для реализации процесса коммуникации между различными устройствами посредством проводной и/или беспроводной связи, в частности, такими устройствами могут быть: Wi-Fi приемопередатчик, Bluetooth или BLE модуль, Ethernet и т.п. Структурная схема работы тензоплатформы приведена на фиг. 3. [029] When forces are generated by the operator, the strain gauges perceive the applied mechanical force (Fx, Fy, Fz - see FIGS. 2-3). It is converted into electrical signals in sensors along each axis. These signals are fed to the input connectors of the digital processing unit (6), after which they are amplified and fed to the inputs of analog-to-digital converters, turning into a stream of numerical data. Then the received discrete digital signals are processed to filter them from unwanted noise. Further, the values of the forces acting on the units of the sensors are divided into packets and transmitted via the digital data transfer interface to the control unit of the surgical robot, which, based on the data obtained, makes the necessary calculations and generates commands: to set the force on the surgical instrument controlled by the controller, fixed in the robot arm; to compensate for the weight of the controller. With the help of the drives installed on the controller, based on the calculated command, the control unit of the surgical robot moves the positioning unit to the required position, thus compensating for the weight of the controller. The data transmission interface can be means designed to implement the process of communication between various devices via wired and / or wireless communication, in particular, such devices can be: Wi-Fi transceiver, Bluetooth or BLE module, Ethernet, etc. The structural diagram of the strain gauge platform is shown in Fig. 3.
[030] Несмотря на то, что изобретение описано со ссылкой на раскрываемые варианты воплощения, для специалистов в данной области должно быть очевидно, что конкретные подробно описанные варианты приведены лишь в целях иллюстрирования настоящего изобретения, и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие объем изобретения. Должно быть понятно, что возможно осуществление различных модификаций, понятных для обычных специалистов данной области, без отступления от сути настоящего изобретения.
[030] Although the invention has been described with reference to the disclosed embodiments, it should be apparent to those skilled in the art that the specific embodiments described in detail are provided only for the purpose of illustrating the present invention and should not be construed as in any way limiting. scope of the invention. It should be understood that various modifications are possible that will be understood by those of ordinary skill in the art without departing from the spirit of the present invention.
Claims
1. Тензоплатформа для роботохирургического комплекса, представляющая собой трехмерную конструкцию, включающую 1. Strain platform for a robotic surgical complex, which is a three-dimensional structure, including
- силовую площадку, воспринимающую управляющее воздействие от руки оператора, - a power platform that perceives the control action from the operator's hand,
- соединенные между собой элементами крепления три пары тензоблоков, каждый из которых снабжен двумя парами тензодатчиков, при этом тензоблоки в парах расположены параллельно друг другу и соединены элементами крепления таким образом, что измеряемая сила, воспринимаемая силовой площадкой, приложена к каждому тензоблоку пары с противоположно направленным вектором, но исключительно вдоль одной оси, при этом две пары тензоблоков расположены в параллельных плоскостях так, что тензоблоки из первой пары параллельны тензоблокам из второй пары, а третья пара расположена либо в плоскости расположения одной из пар тензоблоков, либо в плоскости, параллельной вышеуказанным плоскостям и расположенной между ними, при этом третья пара повернута на 90° относительно двух других пар тензоблоков, при этом каждый тензоблок содержит отверстие в центре, выполненное с возможностью обеспечения минимизации влияния изгибающего момента на показания тензодатчиков,- three pairs of strain gauges connected to each other by fastening elements, each of which is equipped with two pairs of strain gauges, while strain gauges in pairs are located parallel to each other and connected by fastening elements in such a way that the measured force perceived by the force platform is applied to each strain gauge of a pair with oppositely directed vector, but exclusively along one axis, while two pairs of strain-gauge blocks are located in parallel planes so that the strain-gauge blocks from the first pair are parallel to the strain-gauge blocks from the second pair, and the third pair is located either in the plane of location of one of the pairs of strain-gauge blocks, or in a plane parallel to the above planes and located between them, while the third pair is rotated by 90 ° relative to the other two pairs of strain gauges, with each strain gauge block containing a hole in the center, made with the possibility of minimizing the influence of the bending moment on the readings of the strain gauges,
- блок обработки, приема и передачи информации от тензодатчиков, расположенный за силовой площадкой внутри трехмерной конструкции, причем силовая площадка расположена и закреплена в центре тензоплатформы равноудаленно от всех тензодатчиков с возможностью передачи усилия на каждый тензодатчик, и жестко соединена со всей трехмерной конструкцией таким образом, чтобы передавать воздействия от руки оператора без искажений, при этом по меньшей мере одна из пар тензоблоков выполнена с возможностью жесткого соединения с элементом контроллера оператора для управления роботохирургическим комплексом. - a block for processing, receiving and transmitting information from strain gauges, located behind the force platform inside a three-dimensional structure, and the force platform is located and fixed in the center of the strain platform equidistant from all strain gauges with the possibility of transmitting force to each strain gauge, and is rigidly connected to the entire three-dimensional structure in this way, to transmit the impacts from the operator's hand without distortion, while at least one of the pairs of strain-gauge blocks is made with the possibility of rigid connection with an element of the operator's controller for controlling the robotic-surgical complex.
2. Тензоплатформа по и. 1, характеризующаяся тем, что блок приема, обработки и передачи информации от тензодатчиков выполнен с возможностью передачи данных в блок управления хирургического робота. 2. Tenzoplatform on and. 1, characterized in that the unit for receiving, processing and transmitting information from strain gauges is configured to transmit data to the control unit of the surgical robot.
3. Тензоплатформа по и. 1, характеризующаяся тем, что тензоблоки могут иметь различные диапазоны чувствительности. 3. Tenzoplatform on and. 1, characterized in that the strain gauges can have different ranges of sensitivity.
4. Тензоплатформа по и. 3, характеризующаяся тем, что каждая из пар тензоблоков обладает своим диапазоном чувствительности.
4. Tenzoplatform on and. 3, characterized in that each of the pairs of strain gauges has its own range of sensitivity.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019138034 | 2019-11-25 | ||
| RU2019138034A RU2715400C1 (en) | 2019-11-25 | 2019-11-25 | Tensoplatform for robot-surgical complex |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2021107818A1 true WO2021107818A1 (en) | 2021-06-03 |
Family
ID=69631097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2020/050341 WO2021107818A1 (en) | 2019-11-25 | 2020-11-23 | Strain platform for a robotic surgical complex |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2715400C1 (en) |
| WO (1) | WO2021107818A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4821582A (en) * | 1987-12-02 | 1989-04-18 | Mts Systems Corporation | Load transducer |
| US4849730A (en) * | 1986-02-14 | 1989-07-18 | Ricoh Company, Ltd. | Force detecting device |
| US20160220319A1 (en) * | 2015-02-03 | 2016-08-04 | Stryker Corporation | Force/torque transducer and method of operating the same |
| DE102017102343A1 (en) * | 2017-02-07 | 2018-08-09 | Technische Universität Darmstadt | Sensor arrangement for force or torque measurement and a method for producing the same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102005051495A1 (en) * | 2005-10-26 | 2007-05-03 | Otto Bock Healthcare Ip Gmbh & Co. Kg | Sensor arrangement for the measurement of forces and / or moments and use of the sensor arrangement |
-
2019
- 2019-11-25 RU RU2019138034A patent/RU2715400C1/en active
-
2020
- 2020-11-23 WO PCT/RU2020/050341 patent/WO2021107818A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4849730A (en) * | 1986-02-14 | 1989-07-18 | Ricoh Company, Ltd. | Force detecting device |
| US4821582A (en) * | 1987-12-02 | 1989-04-18 | Mts Systems Corporation | Load transducer |
| US20160220319A1 (en) * | 2015-02-03 | 2016-08-04 | Stryker Corporation | Force/torque transducer and method of operating the same |
| DE102017102343A1 (en) * | 2017-02-07 | 2018-08-09 | Technische Universität Darmstadt | Sensor arrangement for force or torque measurement and a method for producing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2715400C1 (en) | 2020-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11813734B2 (en) | Systems and methods for providing contact detection in an articulated arm | |
| CA1330363C (en) | Robot system | |
| US3948093A (en) | Six degree of freedom force transducer for a manipulator system | |
| US8942846B2 (en) | System and method for controlling a teleoperated robotic agile lift system | |
| EP0177919B1 (en) | Method for calibrating transformation matrix of a force sensor | |
| RU2533984C2 (en) | Device and method for spatial orientation of at least two components of subgroups | |
| US9346165B1 (en) | Robotic devices with multi-degree of freedom (DOF) load cell for shear beam sensing | |
| US9662790B2 (en) | Robot controller and robot system for moving robot in response to force | |
| EP0113457B1 (en) | Balancer | |
| CN101390027A (en) | A system for controlling the position and orientation of an object in dependence on received forces and torques from a user | |
| US8961009B2 (en) | X-ray apparatus and method for controlling the movement of an x-ray apparatus | |
| CN111094922B (en) | Force sensor, torque sensor, force sensing sensor, fingertip force sensor, and method for manufacturing same | |
| CN110944808A (en) | Device for an articulated arm robot and method for determining the position of a carrier of an end effector of an articulated arm robot | |
| EP1920215B1 (en) | Cmm arm with enhanced manual control | |
| JP2021003771A (en) | Robot system | |
| JPH09131690A (en) | 6-shaft load detector | |
| WO2021107818A1 (en) | Strain platform for a robotic surgical complex | |
| JP6882317B2 (en) | Systems and methods for spatially moving objects using manipulators | |
| JPH01289688A (en) | Flexible manipulator control device | |
| KR101501529B1 (en) | Apparatus and method for sensing end-effector | |
| CN106863267B (en) | Gravity center driven parallel XY motion platform and control system thereof | |
| JPS62161034A (en) | Apparatus for checking load detector | |
| RU2252862C1 (en) | Method for monitoring accuracy of contour movements of industrial robot | |
| JPS6183929A (en) | Force detector | |
| SU1400881A1 (en) | Manipulator mechanical arm |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 20894603 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20894603 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |