WO2023048591A1 - Хирургический робот-манипулятор - Google Patents
Хирургический робот-манипулятор Download PDFInfo
- Publication number
- WO2023048591A1 WO2023048591A1 PCT/RU2022/000042 RU2022000042W WO2023048591A1 WO 2023048591 A1 WO2023048591 A1 WO 2023048591A1 RU 2022000042 W RU2022000042 W RU 2022000042W WO 2023048591 A1 WO2023048591 A1 WO 2023048591A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- link
- additional
- axis
- rotational
- final
- Prior art date
Links
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 30
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 44
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 11
- 230000013011 mating Effects 0.000 claims description 6
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 2
- 206010044565 Tremor Diseases 0.000 description 1
- 238000012084 abdominal surgery Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 1
- 238000007675 cardiac surgery Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000013462 industrial intermediate Substances 0.000 description 1
- 238000012905 input function Methods 0.000 description 1
- 238000002406 microsurgery Methods 0.000 description 1
- 238000002324 minimally invasive surgery Methods 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J18/00—Arms
Definitions
- the invention relates to robotics, namely to spatial manipulation mechanisms for medicine and healthcare, in particular to equipment for microsurgery (minimally invasive abdominal surgery, urology, proctology, gynecology, cardiac surgery, endocrinology, etc.) and biological research, namely to the creation of mechanisms , providing controlled movement of objects with high accuracy.
- robotics namely to spatial manipulation mechanisms for medicine and healthcare
- equipment for microsurgery minimally invasive abdominal surgery, urology, proctology, gynecology, cardiac surgery, endocrinology, etc.
- biological research namely to the creation of mechanisms , providing controlled movement of objects with high accuracy.
- Known surgical robotic arm including an actuator on the final link of which is installed a working body, which by means of additional rotational and additional translational motors is able to move along and around its axis.
- manipulator designs with a built-in constant point mechanism are used.
- the virtual model of the manipulator arm is shown in Fig. 1 .
- the movement of the fixed point mechanism depends on the angular velocity vectors in the kinematic pairs of the device, the geometry of which is functionally dependent on the dimensions of the kinematic pairs.
- a control drive of a complex translational-rotational motion is installed, connected by means of a mechanical kinematic transmission of motion with the output link, on which the working body is fixed.
- the working body is controlled by two drives, one of which allows you to move and rotate the working body relative to the horizontal axis, and the second by means of a rotary engine and power levers to move it within the vertical plane.
- This design determines the operational efficiency of the device, regardless of the size of the kinematic pairs.
- the task of the development is to increase the accuracy of operations.
- a surgical robotic manipulator which includes an actuator containing a base, a final link, a working body, a first rotational motor mounted on the base, a turntable with a second rotational motor installed on it, with an axis crossing the axis of the first rotational motor at a right angle, the initial link coupled with the second rotational motor, connected by means of an intermediate rotational kinematic pair with the intermediate link coupled by means of the final rotational kinematic pair with the final link, and the axes of the intermediate and final rotational kinematic pairs are placed parallel to the axis of the second rotational engine, parallel to the axis of the initial link, the first additional link is placed, connected by means of the first and second additional kinematic pairs, respectively, with the turntable and with the intermediate link, parallel to the axis of the intermediate link, the second additional link is placed, connected by the third and fourth additional kinematic pairs, respectively, with the initial and final links, link, a working body is installed, which, by
- FIG. 2 shows a surgical robotic arm.
- the surgical robotic arm includes an actuator comprising a base 1 (Fig. 2), an end link 2, a working body 3, a first rotary motor 4 mounted on the base 1, a turntable 5 with a second rotary motor 6 mounted on it with an axis crossing at a right angle, the axis of the first rotary motor 4, coupled with the second rotary motor 6, the initial link 7, connected by means of an intermediate rotary kinematic pair 8 with the intermediate link 9, coupled through the final rotary kinematic pair 10 with the final link 2, and the axis of the intermediate 8 and the final 10 rotational kinematic pairs are placed parallel to the axis of the second rotational motor 6, parallel to the axis of the initial link 7 is placed the first additional link 11, coupled through the first 12 and second 13 additional rotational kinematic pairs, respectively, with the turntable 5 and with the intermediate link 9, parallel to the axis of the industrial intermediate link 9 placed the second additional link 14, coupled through the third 15 and fourth 16 additional rotational kinematic pairs, respectively, with the initial 7 and final 2 links
- the device is equipped with the first 12 and second 13 additional kinematic pairs, mating the first additional link 11, respectively, with the turntable 5 and with the intermediate link 9, made in the form of rotational kinematic pairs, the axes of which are placed parallel to the axis of the second rotational motor 6 , the third 15 and fourth 16 additional kinematic pairs, mating the second additional 14 link, respectively, with the intermediate link 7 and with the final link 2, are made in the form of rotational kinematic pairs, the axes of which are placed parallel to the axis of the second rotational motor 6, the device is equipped with a control m mechanism containing the first rotation sensor 19 installed on the base, which sets the movement in the first rotational motor 4, coupled with the first rotation sensor 19, the first input link 20 (Fig.
- the device works as follows.
- the first rotational motor 4 mounted on the base 1, rotates the rotary platform 5 with the second rotational motor 6 installed on it, with the initial link 7, with an intermediate rotational kinematic pair 8, with an intermediate link 9, with a final rotational kinematic pair 10, with the first additional link 11, with the first 12 and second 13 additional rotational kinematic pairs, with the second additional link 14, with the third 15 and fourth 16 additional rotational kinematic pairs, with additional rotational 17 and additional translational 18 engines.
- all elements rotate as a whole around the axis of the first rotational motor 4.
- the magnitude and speed of rotation around the axis of the first rotary motor 4 is set by the operator using the control mechanism.
- the first rotation sensor 19, which sets the movement in the first rotational motor 4 receives rotation from the first input link 20, made in the form of an arc, and receiving rotation from the vertical axis 24, rigidly coupled to the cardan joint 23 installed on the base 1, and thus rotatable relative to the base 1.
- the vertical axis 24 is rotated by the handle 27, which is acted upon by the operator.
- the second rotation sensor 21, mounted on the base remains stationary, since the second input link 22 conjugated with it, made in the form of an arc, is also stationary.
- the second rotational motor 6 rotates the initial link 7 associated with it, which, through the intermediate rotational kinematic pair 8, transmits the movement to the intermediate link 9, transmitting through the final rotary kinematic pair 10 transmits the movement to the final link 2. Since the axes of the intermediate 8 and final 10 rotational kinematic pairs are placed parallel to the axis of the second rotary motor 6, the final link 2 can rotate only about an axis parallel to the axis of the second rotary motor 6.
- the initial link 7 transmits the movement to the first additional link 11 by means of the first 12 and second 13 additional rotational kinematic pairs associated respectively with the turntable 5 and with the intermediate link 9.
- the initial link 7 transmits the movement to the second to the additional link 14 through the third 15 and fourth 16 additional rotational kinematic pairs associated with the initial 7 and final 2 links, respectively. Since the axis of the first additional link 11 is parallel to the axis of the initial link 7, and the axis of the second additional link 14 is parallel to the axis of the intermediate link 9, the angle of rotation of the initial link 7 is equal to the angle of rotation of the final link 2. Together with the final link 2, the working body 3 moves as a whole, additional rotational 17 and additional translational 18 motors.
- the magnitude and speed of rotation around the axis of the second rotary motor 6 is set by the operator using the control mechanism.
- the second rotation sensor 21, which sets the movement in the second rotational motor 6 receives rotation from the second input link 22, made in the form of an arc, and receiving rotation from the vertical axis 24, rigidly coupled to the cardan joint 23 installed on the base 1, and thus rotatable relative to the base 1.
- the vertical axis 24 is rotated by the handle 27, which is acted upon by the operator.
- the first rotation sensor 19 installed on the base remains stationary, since the first input link 20 associated with it, made in the form of an arc, is also stationary.
- the additional rotational motor 17 rotates the working body 3.
- the magnitude and speed of rotation around the axis of the additional rotational motor 17 is set by the operator using the control mechanism.
- the third rotation sensor 25 receives rotational movement, which sets the movement in the additional rotational motor 17.
- the vertical axis 24 is stationary, therefore, there are no movements in the first 19 and second 21 rotation sensors.
- the additional translational motor 18 For linear movement relative to the base 1 and the end link 2 of the working body 3 along its axis, the additional translational motor 18 performs linear movement of the working body 3.
- the magnitude and speed of linear movement along the axis of the additional translational motor 18 is set by the operator using the control mechanism.
- the linear displacement sensor 26 receives translational movement, which sets the linear movement in the additional translational motor 18.
- the vertical axis 24 is stationary, therefore, there are no movements in the first 19 and second 21 rotation sensors.
- the control of the magnitude of all movements is carried out visually by the operator.
- the increase in accuracy compared to the prototype is achieved by the fact that in the proposed device, the constancy of the tool entry point is determined by the presence of two mechanisms of articulated parallelograms, which provides greater rigidity compared to the presence of two bevel gears with a relatively small radius of the bevel wheels. Links of articulated parallelograms have a much larger radius of influence of reaction forces, which, in the presence of the same moments of resistance forces, will give a much smaller deformation of all elements of the mechanism. This is due to the increase in the accuracy of the proposed mechanism in comparison with the prototype.
- the use of the proposed device makes it possible to ensure the accuracy of endoscopic operations using surgical robotic manipulators.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Robotics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
Изобретение относится к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам для сферы медицины и здравоохранения. Согласно изобретению для поворота исполнительным механизмом относительно основания (1) конечного звена (2) вместе с рабочим органом (3) вокруг горизонтальной оси первый вращательный двигатель (4), установленный на основании (1), поворачивает поворотную платформу (5) с установленным на ней вторым вращательным двигателем (6), с начальным звеном (7), с промежуточной вращательной кинематической парой (8), с промежуточным звеном (9), с конечной вращательной кинематической парой (10), с первым дополнительным звеном (11), с первой (12) и второй (13) дополнительными вращательными кинематическими парами, со вторым дополнительным звеном (14), с третьей (15) и четвертой (16) дополнительными вращательными кинематическими парами, с дополнительным вращательным (17) и дополнительным поступательным (18) двигателями. При этом все элементы поворачиваются как единое целое вокруг оси первого вращательного двигателя (4). Увеличение точности достигается тем, что постоянство точки ввода инструмента определяется наличием двух механизмов шарнирных параллелограммов, что обеспечивает большую жесткость конструкции.
Description
ХИРУРГИЧЕСКИЙ РОБОТ-МАНИПУЛЯТОР
Изобретение относится к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам для сферы медицины и здравоохранения, в частности к оборудованию для микрохирургии (малоинвазивная полостная хирургия, урология, проктологии, гинекология, кардиохирургия, эндокринология и др.) и биологических исследований, а именно к созданию механизмов, обеспечивающих контролируемое перемещение объектов с высокой точностью.
В большинстве случаев использование роботов ассистирующих комплексов в малоинвазивной хирургии позволяет значительно снизить кровопотери и реабилитационный период, увидеть недоступные для зрения зоны, убрать тремор рук хирурга и ошибочные движения скальпелем или другим инструментом. Современный подход к применению эндоскопического операционного оборудования требует использования хирургических роботов-манипуляторов для точного проведения операций и уменьшение их негативных аспектов.
Известен хирургический робот-манипулятор, включающий исполнительный механизм на конечном звене которого установлен рабочий орган, который посредством дополнительного вращательного и дополнительного поступательного двигателей способен перемещаться вдоль и вокруг своей оси.
(J. Wojnarowski, Kinematics of Constant Point Mechanism of Cardiosurgical Telemanipulator, 13 World Congress in Mechanism and Machine Science, Guanajuato, Mexico, 19-25 June, 2011)
В этом устройстве для позиционирования инструмента по отношению к ткани оперируемого органа применяются конструкции манипулятора со встроенным механизмом постоянной точки. Виртуальная модель руки манипулятора представлена на фиг. 1 .
Использование механизма постоянной точки может быть полезно в качестве кинематической входной функции для динамики
кардиохирургического манипулятора. Движение механизма постоянной точки зависит от векторов угловой скорости в кинематических парах устройства, геометрия которых, находиться в функциональной зависимости от размеров кинематических пар.
Недостаток этого устройства заключается в том, что в случае, не соблюдения этой зависимости, постоянная точечная кинематика может быть потеряна, что отразиться на точности проведения операций.
Этот недостаток преодолен в другом известном хирургическом роботе- манипуляторе, включающем исполнительный механизм, содержащий основание, конечное звено, рабочий орган, первый вращательный двигатель, установленный на основании, поворотную платформу с установленным на ней вторым вращательным двигателем с осью, пересекающей под прямым углом ось первого вращательного двигателя, сопряженное со вторым вращательным двигателем начальное звено, связанное посредством промежуточной вращательной кинематической пары с промежуточным звеном, сопряженным посредством конечной вращательной кинематической пары с конечным звеном, причем оси промежуточной и конечной вращательных кинематических пар размещены параллельно оси второго вращательного двигателя, параллельно оси начального звена размещено первое дополнительное звено, сопряженное посредством первой и второй дополнительных кинематических пар соответственно с поворотной платформой и с промежуточным звеном, параллельно оси промежуточного звена размещено второе дополнительное звено, сопряженное посредством третьей и четвертой дополнительных кинематических пар соответственно с начальным и конечным звеньями, на конечном звене установлен рабочий орган, который посредством дополнительного вращательного и дополнительного поступательного двигателей способен перемещаться вдоль и вокруг своей оси, параллельной оси конечного звена.
(см. Патент РФ №202578, МПК B25J 1/00, 2020 г.).
Данное устройство по технической сущности и достигаемому результату наиболее близко к предлагаемому техническому решению, и поэтому принято в качестве его прототипа.
В этом устройстве манипулятора установлен управляющий привод комплексного поступательно-вращательного движения, связанный посредством механической кинематической передачи движения с выходным звеном, на котором закреплен рабочий орган. Управление рабочим органом осуществляется двумя приводами, один из которых позволяет перемещать и поворачивать рабочий орган относительно горизонтальной оси, а второй посредством вращательного двигателя и силовых рычагов перемещать его в пределах вертикальной плоскости.
Эта конструкция определяет эксплуатационную эффективность устройства не зависимо от размеров кинематических пар.
Однако возможность манипулирования рабочим органом в известном устройстве недостаточна для осуществления операций, требующих высокой точности их проведения.
Задачей разработки является повышение точности проведения операций.
Поставленная задача решается хирургическим роботом- манипулятором, включающем исполнительный механизм, содержащий основание, конечное звено, рабочий орган, первый вращательный двигатель, установленный на основании, поворотную платформу с установленным на ней вторым вращательным двигателем с осью, пересекающей под прямым углом ось первого вращательного двигателя, сопряженное со вторым вращательным двигателем начальное звено, связанное посредством промежуточной вращательной кинематической пары с промежуточным звеном, сопряженным посредством конечной вращательной кинематической пары с конечным звеном, причем оси промежуточной и конечной вращательных кинематических пар размещены параллельно оси второго вращательного двигателя, параллельно оси
начального звена размещено первое дополнительное звено, сопряженное посредством первой и второй дополнительных кинематических пар соответственно с поворотной платформой и с промежуточным звеном, параллельно оси промежуточного звена размещено второе дополнительное звено, сопряженное посредством третьей и четвертой дополнительных кинематических пар соответственно с начальным и конечным звеньями, на конечном звене установлен рабочий орган, который посредством дополнительного вращательного и дополнительного поступательного двигателей способен перемещаться вдоль и вокруг своей оси, параллельной оси конечного звена, причем первая и вторая дополнительные кинематические пары, сопрягающие первое дополнительное звено соответственно с поворотной платформой и с промежуточным звеном, выполнены в виде вращательных кинематических пар, оси которых размещены параллельно оси второго вращательного двигателя, третья и четвертая дополнительные кинематические пары, сопрягающие второе дополнительное звено соответственно с промежуточным звеном и с конечным звеном, выполнены в виде вращательных кинематических пар, оси которых размещены параллельно оси второго вращательного двигателя, устройство снабжено управляющим механизмом, содержащим установленный на основании первый датчик поворота, задающий перемещение в первом вращательном двигателе, сопряженное с первым датчиком поворота первое входное звено, выполненное в виде дуги, установленный на основании второй датчик поворота, задающий перемещение во втором вращательном двигателе, сопряженное со вторым датчиком поворота второе входное звено, выполненное в виде дуги, установленный на основании карданный шарнир, жестко сопряженный с вертикальной осью, на которой расположен третий датчик поворота, задающий перемещение в дополнительном вращательном двигателе исполнительного механизма, первое и второе входные звенья управляющего механизма сопряжены посредством втулок, охватывающих эти звенья, с
вертикальной осью этого механизма, на вертикальной оси управляющего механизма расположен датчик линейного перемещения, задающий перемещение в дополнительном поступательном двигателе исполнительного механизма.
Использование дополнительного поступательного двигателя и управляющего механизма, содержащего датчики поворота звеньев, обеспечивает контроль геометрии векторов угловой скорости в кинематических парах, требуемых для поддержания заданной точности проведения операций.
На фиг. 2 представлен хирургический робот-манипулятор.
На фиг. 3 - элементы исполнительного механизма в увеличенном масштабе.
На фиг. 4 - размещение датчиков на устройстве.
Хирургический робот-манипулятор включает исполнительный механизм, содержащий основание 1 (фиг. 2), конечное звено 2, рабочий орган 3, первый вращательный двигатель 4, установленный на основании 1, поворотную платформу 5 с установленным на ней вторым вращательным двигателем 6 с осью, пересекающей под прямым углом ось первого вращательного двигателя 4, сопряженное со вторым вращательным двигателем 6 начальное звено 7, связанное посредством промежуточной вращательной кинематической пары 8 с промежуточным звеном 9, сопряженным посредством конечной вращательной кинематической пары 10 с конечным звеном 2, причем оси промежуточной 8 и конечной 10 вращательных кинематических пар размещены параллельно оси второго вращательного двигателя 6, параллельно оси начального звена 7 размещено первое дополнительное звено 11, сопряженное посредством первой 12 и второй 13 дополнительных вращательных кинематических пар соответственно с поворотной платформой 5 и с промежуточным звеном 9, параллельно оси промежуточного звена 9 размещено второе дополнительное звено 14, сопряженное посредством третьей 15 и четвертой
16 дополнительных вращательных кинематических пар соответственно с начальным 7 и конечным 2 звеньями, на конечном звене 2 установлен рабочий орган 3, который посредством дополнительного вращательного 17 и дополнительного поступательного 18 (фиг. 2, 3) двигателей способен перемещаться вдоль и вокруг своей оси, параллельной оси конечного звена 2. Кроме того, устройство снабжено первой 12 и второй 13 дополнительными кинематическими парами, сопрягающими первое дополнительное звено 11 соответственно с поворотной платформой 5 и с промежуточным звеном 9, выполнены в виде вращательных кинематических пар, оси которых размещены параллельно оси второго вращательного двигателя 6, третья 15 и четвертая 16 дополнительные кинематические пары, сопрягающие второе дополнительное 14 звено соответственно с промежуточным звеном 7 и с конечным звеном 2, выполнены в виде вращательных кинематических пар, оси которых размещены параллельно оси второго вращательного двигателя 6, устройство снабжено управляющим механизмом, содержащим установленный на основании первый датчик 19 поворота, задающий перемещение в первом вращательном двигателе 4, сопряженное с первым датчиком поворота 19 первое входное звено 20 (фиг. 4), выполненное в виде дуги, установленный на основании второй датчик поворота 21, задающий перемещение во втором вращательном двигателе 6, сопряженное со вторым датчиком поворота 21 второе входное звено 22, выполненное в виде дуги, установленный на основании карданный шарнир 23, жестко сопряженный с вертикальной осью 24, на которой расположен третий датчик поворота 25, задающий перемещение в дополнительном вращательном двигателе 17 исполнительного механизма, первое 20 и второе 22 входные звенья управляющего механизма сопряжены посредством втулок, охватывающих эти звенья, с вертикальной осью 24 этого механизма, на вертикальной оси 24 управляющего механизма расположен датчик линейного перемещения 26, задающий перемещение в дополнительном поступательном двигателе 18
исполнительного механизма, с датчиком линейного перемещения 26 сопряжена рукоятка управления 27.
Устройство работает следующим образом.
Для поворота исполнительным механизмом относительно основания 1 конечного звена 2 вместе с рабочим органом 3 вокруг горизонтальной оси первый вращательный двигатель 4, установленный на основании 1, поворачивает поворотную платформу 5 с установленным на ней вторым вращательным двигателем 6, с начальным звеном 7, с промежуточной вращательной кинематической парой 8, с промежуточным звеном 9, с конечной вращательной кинематической парой 10, с первым дополнительным звеном 11, с первой 12 и второй 13 дополнительными вращательными кинематическими парами, со вторым дополнительным звеном 14, с третьей 15 и четвертой 16 дополнительными вращательными кинематическими парами, с дополнительным вращательным 17 и дополнительным поступательным 18 двигателями. При этом все элементы поворачиваются как единое целое вокруг оси первого вращательного двигателя 4.
Величина и скорость поворота вокруг оси первого вращательного двигателя 4 задается оператором с помощью управляющего механизма. При этом относительно основания 1 первый датчик поворота 19, задающий перемещение в первом вращательном двигателе 4, получает поворот от первого входного звена 20, выполненного в виде дуги, и получающего поворот от вертикальной оси 24, жестко сопряженной с установленным на основании 1 карданным шарниром 23, и таким образом имеющей возможность поворота относительно основания 1. Вертикальная ось 24 получает поворот от рукоятки 27, на которую воздействует оператор. При этом установленный на основании второй датчик поворота 21 остается неподвижным, поскольку сопряженное с ним второе входное звено 22, выполненное в виде дуги, также неподвижно. Дело в том, что угловое перемещение вертикальной оси 24 в данном случае не передается на второе
входное звено 22 из-за наличия втулки, охватывающей второе входное звено 22. Кроме того, отсутствуют перемещения в третьем датчике поворота 25, а также в датчике линейного перемещения 26, поскольку оператор, воздействуя на рукоятку управления 27, задает лишь одно движение, не соответствующее перемещению в датчиках 21, 25 и 26.
Для поворота исполнительным механизмом относительно основания 1 конечного звена 2 вместе с рабочим органом 3 вокруг второй оси, перпендикулярной оси конечного звена 2, второй вращательный двигатель 6 вращает сопряженное с ним начальное звено 7, которое посредством промежуточной вращательной кинематической пары 8 передает движение промежуточному звену 9, передающему через конечную вращательную кинематическую пару 10 передает движение конечному звену 2. Поскольку оси промежуточной 8 и конечной 10 вращательных кинематических пар размещены параллельно оси второго вращательного двигателя 6, то конечное звено 2 может вращаться лишь относительно оси, параллельной оси второго вращательного двигателя 6. При этом начальное звено 7 передает движение первому дополнительному звену 11 , посредством первой 12 и второй 13 дополнительных вращательных кинематических пар, сопряженных соответственно с поворотной платформой 5 и с промежуточным звеном 9. Кроме того, начальное звено 7 передает движение второму дополнительному звену 14 посредством третьей 15 и четвертой 16 дополнительных вращательных кинематических пар, сопряженных соответственно с начальным 7 и конечным 2 звеньями. Поскольку ось первого дополнительного звена 11 параллельна оси начального звена 7, а ось второго дополнительного звена 14 параллельна оси промежуточного звена 9, то угол поворота начального звена 7 равен углу поворота конечного звена 2. Вместе с конечным звеном 2 как единое целое перемещается рабочий орган 3, дополнительный вращательный 17 и дополнительно поступательный 18 двигатели.
Величина и скорость поворота вокруг оси второго вращательного двигателя 6 задается оператором с помощью управляющего механизма. При этом относительно основания 1 второй датчик поворота 21, задающий перемещение во втором вращательном двигателе 6, получает поворот от второго входного звена 22, выполненного в виде дуги, и получающего поворот от вертикальной оси 24, жестко сопряженной с установленным на основании 1 карданным шарниром 23, и таким образом имеющей возможность поворота относительно основания 1. Вертикальная ось 24 получает поворот от рукоятки 27, на которую воздействует оператор. При этом установленный на основании первый датчик поворота 19 остается неподвижным, поскольку сопряженное с ним первое входное звено 20, выполненное в виде дуги, также неподвижно. Дело в том, что угловое перемещение вертикальной оси 24 в данном случае не передается на первое входное звено 20 из-за наличия втулки, охватывающей первое входное звено 20. Кроме того, отсутствуют перемещения в третьем датчике поворота 25, а также в датчике линейного перемещения 26, поскольку оператор, воздействуя на рукоятку управления 27, задает лишь одно движение, не соответствующее перемещению в датчиках 19, 25 и 26.
Для поворота относительно основания 1 и конечного звена 2 рабочего органа 3 вокруг своей оси дополнительный вращательный двигатель 17 осуществляет вращение рабочего органа 3.
Величина и скорость поворота вокруг оси дополнительного вращательного двигателя 17 задается оператором с помощью управляющего механизма. При этом относительно основания 1 и вертикальной оси 24 получает вращательное движение третий датчик поворота 25, задающий перемещение в дополнительном вращательном двигателе 17. Вертикальная ось 24 при этом неподвижна, следовательно, отсутствуют перемещения в первом 19 и втором 21 датчиках поворота. Кроме того, отсутствует движение и в датчике линейного перемещения 26, поскольку оператор,
воздействуя на рукоятку управления 27, задает лишь одно движение, не соответствующее перемещению в датчиках 19, 21 и 26.
Для линейного перемещения относительно основания 1 и конечного звена 2 рабочего органа 3 вдоль своей оси дополнительный поступательный двигатель 18 осуществляет линейное перемещение рабочего органа 3.
Величина и скорость линейного перемещения вдоль оси дополнительного поступательного двигателя 18 задается оператором с помощью управляющего механизма. При этом относительно основания 1 и вертикальной оси 24 получает поступательное движение датчик линейного перемещения 26, задающий линейное перемещение в дополнительном поступательном двигателе 18. Вертикальная ось 24 при этом неподвижна, следовательно, отсутствуют перемещения в первом 19 и втором 21 датчиках поворота. Кроме того, отсутствует движение и в третьем датчике поворота 25, поскольку оператор, воздействуя на рукоятку управления 27, задает лишь одно движение, не соответствующее перемещению в датчиках 19, 21 и 25.
Контроль величины всех перемещений осуществляется визуально оператором.
Увеличение точности по сравнению с прототипом достигается тем, что в предложенном устройстве постоянство точки ввода инструмента определяется наличием двух механизмов шарнирных параллелограммов, что обеспечивает большую жесткость по сравнению с наличием двух конических передач с относительно небольшим радиусом конических колес. Звенья шарнирных параллелограммов имеют гораздо больший радиус воздействия сил реакций, что при наличии одинаковых моментов сил сопротивления даст гораздо меньшую деформацию всех элементов механизма. Этим обусловлено повышение точности функционирования предлагаемого механизма по сравнению с прототипом.
Использование предложенного устройства позволяет обеспечить точность проведения эндоскопических операций с использованием хирургических роботов-манипуляторов.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
Claims
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Хирургический робот-манипулятор, включающий исполнительный механизм, содержащий основание, конечное звено, рабочий орган, первый вращательный двигатель, установленный на основании, поворотную платформу с установленным на ней вторым вращательным двигателем с осью, пересекающей под прямым углом ось первого вращательного двигателя, сопряженное со вторым вращательным двигателем начальное звено, связанное посредством промежуточной вращательной кинематической пары с промежуточным звеном, сопряженным посредством конечной вращательной кинематической пары с конечным звеном, причем оси промежуточной и конечной вращательных кинематических пар размещены параллельно оси второго вращательного двигателя, параллельно оси начального звена размещено первое дополнительное звено, сопряженное посредством первой и второй дополнительных кинематических пар соответственно с поворотной платформой и с промежуточным звеном, параллельно оси промежуточного звена размещено второе дополнительное звено, сопряженное посредством третьей и четвертой дополнительных кинематических пар соответственно с начальным и конечным звеньями, на конечном звене установлен рабочий орган, который посредством дополнительного вращательного и дополнительного поступательного двигателей способен перемещаться вдоль и вокруг своей оси, параллельной оси конечного звена, отличающийся тем, что первая и вторая дополнительные кинематические пары, сопрягающие первое дополнительное звено соответственно с поворотной платформой и с промежуточным звеном, выполнены в виде вращательных кинематических пар, оси которых размещены параллельно оси второго вращательного двигателя, третья и четвертая дополнительные кинематические пары, сопрягающие второе дополнительное звено соответственно с промежуточным звеном и с конечным звеном, выполнены в виде вращательных кинематических пар, оси которых размещены параллельно
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
оси второго вращательного двигателя, устройство снабжено управляющим механизмом, содержащим установленный на основании первый датчик поворота, задающий перемещение в первом вращательном двигателе, сопряженное с первым датчиком поворота первое входное звено, выполненное в виде дуги, установленный на основании второй датчик поворота, задающий перемещение во втором вращательном двигателе, сопряженное со вторым датчиком поворота второе входное звено, выполненное в виде дуги, установленный на основании карданный шарнир, жестко сопряженный с вертикальной осью, на которой расположен третий датчик поворота, задающий перемещение в дополнительном вращательном двигателе исполнительного механизма, первое и второе входные звенья управляющего механизма сопряжены посредством втулок, охватывающих эти звенья, с вертикальной осью этого механизма, на вертикальной оси управляющего механизма расположен датчик линейного перемещения, задающий перемещение в дополнительном поступательном двигателе исполнительного механизма.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021127913 | 2021-09-23 | ||
| RU2021127913 | 2021-09-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2023048591A1 true WO2023048591A1 (ru) | 2023-03-30 |
Family
ID=85719568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2022/000042 WO2023048591A1 (ru) | 2021-09-23 | 2022-02-16 | Хирургический робот-манипулятор |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2023048591A1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU135957U1 (ru) * | 2013-05-30 | 2013-12-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство образования и науки | Робот-манипулятор |
| US10682191B2 (en) * | 2012-06-01 | 2020-06-16 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Systems and methods for commanded reconfiguration of a surgical manipulator using the null-space |
| RU202578U1 (ru) * | 2020-06-16 | 2021-02-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Механический манипулятор рабочего органа с четырьмя степенями свободы |
-
2022
- 2022-02-16 WO PCT/RU2022/000042 patent/WO2023048591A1/ru unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10682191B2 (en) * | 2012-06-01 | 2020-06-16 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Systems and methods for commanded reconfiguration of a surgical manipulator using the null-space |
| RU135957U1 (ru) * | 2013-05-30 | 2013-12-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство образования и науки | Робот-манипулятор |
| RU202578U1 (ru) * | 2020-06-16 | 2021-02-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Механический манипулятор рабочего органа с четырьмя степенями свободы |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11200980B2 (en) | Surgical teleoperated device for remote manipulation | |
| CN111084661B (zh) | 手术辅助装置、以及记录介质 | |
| US20190239968A1 (en) | Mechanical teleoperated device comprising an interchangeable distal instrument | |
| US8282653B2 (en) | System and methods for controlling surgical tool elements | |
| CN111888012B (zh) | 手术器械平台 | |
| JP2020036920A (ja) | 手術器具の近位制御のためのシステム及び方法 | |
| US20080196533A1 (en) | Remotely Actuated Robotic Wrist | |
| CN112423694B (zh) | 机器人手臂结构和包括该机器人手臂结构的手术机器人的机械手 | |
| Feng et al. | Development of a medical robot system for minimally invasive surgery | |
| EP1843713A1 (en) | Robotized system for the control and micrometric actuation of an endoscope | |
| CN117224243A (zh) | 输入装置及手术机器人 | |
| WO2021107819A1 (ru) | Контроллер оператора для управления роботохирургическим комплексом | |
| CN116098713A (zh) | 主手手腕、主操作设备及手术机器人 | |
| Isaac‐Lowry et al. | Compact teleoperated laparoendoscopic single‐site robotic surgical system: Kinematics, control, and operation | |
| RU208913U1 (ru) | Хирургический робот-манипулятор | |
| WO2023048591A1 (ru) | Хирургический робот-манипулятор | |
| WO2020209165A1 (ja) | 外科手術システム及び外科手術システムの制御方法 | |
| EA043724B1 (ru) | Хирургический робот-манипулятор | |
| CN112888398B (zh) | 主机器人及其控制方法 | |
| RU2803231C1 (ru) | Ведущий манипулятор роботохирургического комплекса | |
| JP2019042903A (ja) | ロボットアーム | |
| WO2023228280A1 (ja) | アーム機構 | |
| US20230012535A1 (en) | Surgical robot, surgical system, and control method | |
| Shi et al. | Optimization-based Concurrent Control of a High Dexterity Robot for Vitreoretinal Surgery | |
| Rus et al. | The control architecture of a spherical robot for Minimally Invasive Surgery |
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: 22873264 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |