專利名稱：N自由度腹腔鏡操作系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用新型轉(zhuǎn)矩傳輸構(gòu)件的腹腔鏡手術(shù)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在腹腔鏡手術(shù)中，外科醫(yī)生通過一個(gè)小切口進(jìn)行檢查或進(jìn)行手術(shù)。通常上述過程使用適于插入該小切口的長的、細(xì)的，可在體腔中移動(dòng)的儀器完成。這些儀器通常設(shè)置有成像裝置，以觀察內(nèi)腔。該腹腔鏡經(jīng)常設(shè)置有幾個(gè)自由度，以允許在體內(nèi)實(shí)施相對復(fù)雜的操作。通常，通過推動(dòng)裝置或其類似物旋轉(zhuǎn)和平移插入小切口的細(xì)長部件以獲得自由度。在較成功的例子中，上述部件連接至托臺(tái)，該托臺(tái)使在體外的腹腔鏡部分(又稱近端)仍保持處于一個(gè)或多個(gè)維度。應(yīng)了解，為這樣的裝置提供額外的自由度，通常會(huì)增加該裝置本身， 其支架以及推動(dòng)裝置的復(fù)雜性。此外，隨著更復(fù)雜的腹腔鏡儀器和進(jìn)行更復(fù)雜的腹腔鏡手術(shù)的愿望的發(fā)展，人們更加期待更多的自由度。
因此，以簡便的方式提供多自由度的腹腔鏡手術(shù)系統(tǒng)仍是一個(gè)長期的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種包括多自由度的圓柱形裝置的腹腔鏡，該圓柱形裝置能夠插入小手術(shù)切口中。一系列同軸部件嵌入上述圓柱體中，每個(gè)部件都能獨(dú)立旋轉(zhuǎn)并在遠(yuǎn)端促使形成所需要的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的一個(gè)基本目的是提供一種新型接頭，當(dāng)傳遞所述同軸構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)時(shí)，該接頭使上述兩個(gè)圓柱形裝置配對，并且使所述兩個(gè)圓柱形裝置彼此樞軸連接。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種ρ自由度腹腔鏡操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括
a.k個(gè)連續(xù)臂節(jié)，每個(gè)臂節(jié)都包括η個(gè)同軸輸入軸，該同軸輸入軸適合在m個(gè)轉(zhuǎn)矩源的作用下繞旋轉(zhuǎn)輸入軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，其中n、m和k為正整數(shù)；
b.連接每兩個(gè)所述k個(gè)連續(xù)臂節(jié)的k-Ι等速接頭，每個(gè)所述等速接頭包括
i. η個(gè)同軸輸入傳輸裝置，每個(gè)同軸輸入傳輸裝置連接至一個(gè)所述η個(gè)輸入軸；所述輸入傳輸裝置限定第一平面基本垂直于所述旋轉(zhuǎn)輸入軸線；
.旋轉(zhuǎn)的連接至所述η個(gè)輸入傳輸裝置的η個(gè)同軸第二傳輸裝置；所述第二傳輸裝置在第二平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而使所述第二平面基本垂直于所述第一平面；
iii.旋轉(zhuǎn)的連接至所述η個(gè)第二傳輸裝置的η個(gè)同軸輸出傳輸裝置；所述輸出傳輸裝置在第三平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；所述第三平面基本垂直于所述第二平面；
c.多個(gè)η個(gè)同軸輸出軸，每個(gè)該同軸輸出軸連接至所述一個(gè)η個(gè)輸出傳輸裝置，所述 η個(gè)輸出軸適于繞旋轉(zhuǎn)輸出軸線旋轉(zhuǎn)；從而(i)以恒定速度旋轉(zhuǎn)給定輸入軸，為相應(yīng)輸出軸提供恒定速度；(ii)所述旋轉(zhuǎn)輸入軸線與旋轉(zhuǎn)輸出軸線之間在所述第二平面內(nèi)的角度的變化范圍為約從0度至360度；
d.至少一個(gè)連接至一個(gè)所述k個(gè)連續(xù)臂節(jié)的腹腔鏡；
其中所述k個(gè)連續(xù)臂節(jié)設(shè)置有ρ自由度，所述ρ自由度至少為7自由度，從而操作所述腹腔鏡。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供如上所述的腹腔鏡操作系統(tǒng)，其中所述7自由度選自至少 6 種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(1007，1009, 1010, 1011, 1012, 1013, 1601, 1602)、至少 1 種平移運(yùn)動(dòng)(1008)或以上各項(xiàng)的任何組合。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供如上所述的腹腔鏡操作系統(tǒng)，其中所述輸入傳輸裝置，第二傳輸裝置以及所述輸出傳輸裝置選自齒輪、輪子、冠齒輪、錐齒輪、正齒輪、皮帶以及以上各項(xiàng)的組合。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供如上所述的腹腔鏡操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括
a.軸向支撐構(gòu)件(601)，該軸向支撐構(gòu)件用于在所述在第三平面內(nèi)為所述η個(gè)輸出軸提供軸向支撐；
b.環(huán)形軌道(618)，其中心位于所述第二傳輸裝置的旋轉(zhuǎn)軸線上，所述軸向支撐構(gòu)件適于裝配到所述軌道中，并在軌道中滑動(dòng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供如上所述的腹腔鏡操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括徑向支撐構(gòu)件(604)，該徑向支撐構(gòu)件用于為所述η個(gè)輸出軸提供徑向支撐，所述徑向支撐構(gòu)件適于在所述第二平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供如上所述的腹腔鏡操作系統(tǒng)，其中所述輸入軸與輸出軸之間的傳動(dòng)比處在約10至0. 1之間.
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供如上所述的腹腔鏡操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括η個(gè)同軸的輔助軸，這些輔助軸與所述η個(gè)第二傳輸裝置可旋轉(zhuǎn)地連接，所述η個(gè)同軸輔助軸在所述第二平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并且所述η個(gè)同軸輔助軸可由所述輸入軸驅(qū)動(dòng)或驅(qū)動(dòng)所述輸入軸。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供如上所述的腹腔鏡操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括鎖定裝置，該鎖定裝置適合防止一個(gè)或多個(gè)所述輸入軸與所述等速接頭之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，其中所述等速接頭與被鎖定的輸入軸作為一個(gè)整體旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供如上所述的腹腔鏡操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括鎖定裝置， 該鎖定裝置用于防止一個(gè)或多個(gè)所述輸出軸與所述等速接頭之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，其中所述等速接頭與被鎖定的輸出軸作為一個(gè)整體旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在腹腔鏡手術(shù)中操作手術(shù)器械、同時(shí)提供ρ自由度的方法。該方法尤其包括下列步驟
a.提供k個(gè)連續(xù)臂節(jié)，每個(gè)臂節(jié)包括η個(gè)同軸的輸入軸，這些輸入軸適合在m個(gè)轉(zhuǎn)矩源的作用下繞旋轉(zhuǎn)輸入軸線旋轉(zhuǎn)，其中η和m為正整數(shù)；
b.提供至少k-Ι個(gè)連接所述連續(xù)臂節(jié)的等速接頭，每個(gè)等速接頭適合在m個(gè)轉(zhuǎn)矩源的作用下繞旋轉(zhuǎn)輸入軸線旋轉(zhuǎn)，其中η和m為正整數(shù)，并且每個(gè)所述等速接頭包括
i. η個(gè)同軸的輸入傳輸裝置，所述輸入傳輸裝置界定了基本垂直于同軸軸線的第一平
.可旋轉(zhuǎn)地連接至所述η個(gè)輸入傳輸裝置的η個(gè)同軸的第二傳輸裝置；所述第二傳輸裝置在第二平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而使所述第二平面基本垂直于所述第一平面；
iii.旋轉(zhuǎn)連接至所述η個(gè)第二傳輸裝置的η個(gè)同軸的輸出傳輸裝置；所述輸出傳輸裝置在第三片面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；所述第三平面基本垂直于所述第二平面；
c.提供η個(gè)同軸輸出軸，所述η個(gè)輸出軸適合繞旋轉(zhuǎn)輸出軸線旋轉(zhuǎn)，并且所述η個(gè)輸出軸連接至所述η個(gè)同軸輸出傳輸裝置，從而以恒定速度旋轉(zhuǎn)給定輸入軸，在相應(yīng)輸出軸上提供恒定速度，此外，所述旋轉(zhuǎn)輸入軸線與旋轉(zhuǎn)輸出軸線之間在所述第二平面上的角度的變化范圍約在0度至360度之間；
d.將所述k個(gè)連續(xù)臂節(jié)與所述k-Ι接頭相連接；
e.提供至少一個(gè)手術(shù)器械；
f.將所述手術(shù)器械連接至所述輸出軸；
g.通過旋轉(zhuǎn)一個(gè)或多個(gè)所述同軸輸入軸為所述k個(gè)連續(xù)臂節(jié)和所述手術(shù)器械提供ρ 自由度，從而來操作所述手術(shù)器械，
其中所述提供P自由度的步驟包括為所述k個(gè)連續(xù)臂節(jié)提供至少7自由度。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在腹腔鏡手術(shù)中為手術(shù)器械傳遞轉(zhuǎn)矩的方法。該方法尤其包括下列步驟
a.提供k個(gè)連續(xù)臂節(jié)，每個(gè)臂節(jié)包括η個(gè)同軸輸入軸，該η個(gè)同軸輸入軸適合以m源轉(zhuǎn)矩繞旋轉(zhuǎn)輸入軸線旋轉(zhuǎn)，其中η和m為正整數(shù)；
b.提供至少k-Ι個(gè)用于連接所述連續(xù)臂節(jié)的等速接頭，所述等速接頭包括
i. η個(gè)同軸的輸入傳輸裝置，每個(gè)輸入傳輸裝置連接至所述η個(gè)輸入軸的其中之一； 所述輸入傳輸裝置在基本垂直于同軸軸線的第一平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；
.旋轉(zhuǎn)的連接至所述η個(gè)輸入傳輸裝置的η個(gè)同軸的第二傳輸裝置；所述第二傳輸裝置在第二平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而使所述第二平面基本垂直于所述第一平面；
iii.旋轉(zhuǎn)的連接至所述η個(gè)第二傳輸裝置的η個(gè)同軸的輸出傳輸裝置；所述輸出傳輸裝置在第三平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；所述第三平面基本垂直于所述第二平面；
c.η個(gè)同軸的輸出軸，每個(gè)輸出軸連接至所述η個(gè)輸出傳輸裝置的其中之一，所述η個(gè)輸出軸適于繞旋轉(zhuǎn)輸出軸線旋轉(zhuǎn)，從而以恒定速度旋轉(zhuǎn)給定輸入軸、為相應(yīng)輸出軸提供恒定速度；此外，所述旋轉(zhuǎn)輸入軸線與旋轉(zhuǎn)輸出軸線之間在第二平面上的角度的變化范圍約在0度至360度之間；
d.提供至少一個(gè)手術(shù)器械；
e.將所述手術(shù)器械連接至所述輸出軸；
f.通過旋轉(zhuǎn)一個(gè)或多個(gè)所述同軸輸入軸為所述k個(gè)連續(xù)臂節(jié)和所述手術(shù)器械提供ρ 自由度，從而來進(jìn)行手術(shù)行為；
其中所述提供P自由度的步驟包括為所述k個(gè)連續(xù)臂節(jié)提供至少7自由度。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供如上所述的方法，該方法還包括從以下各項(xiàng)中選擇7自由度的步驟至少6種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(1007，1009, 1010, 1011, 1012, 1013, 1601， 1602)、至少1種平移運(yùn)動(dòng)(1008)或以上各項(xiàng)的任何組合。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供如上所述的方法，其中所述輸入傳輸裝置、第二傳輸裝置以及所述輸出傳輸裝置選自齒輪、輪子、冠齒輪、錐齒輪、正齒輪、皮帶以及以上各項(xiàng)的任何組合。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供如上所述的方法，該方法還包括
a.軸向支撐構(gòu)件(601)，該軸向支撐構(gòu)件用于在所述在第三平面內(nèi)為所述η個(gè)輸出軸提供軸向支撐；
b.環(huán)形軌道(618)，其中心位于所述第二傳輸裝置的旋轉(zhuǎn)軸線上，所述軸向支撐構(gòu)件適于裝配到所述軌道中，并在軌道中滑動(dòng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供如上所述的方法，該方法還包括徑向支撐構(gòu)件(604)， 該徑向支撐構(gòu)件用于為所述η個(gè)輸出軸提供徑向支撐，所述徑向支撐構(gòu)件適于在所述第二平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供如上所述的方法，提供的所述輸入軸與輸出軸之間的傳動(dòng)比處在約10至0. 1之間。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供如上所述的方法，該方法還包括提供η個(gè)同軸的輔助軸的步驟，這些輔助軸可旋轉(zhuǎn)的連接至所述η個(gè)第二傳輸裝置，所述η個(gè)同軸輔助軸在所述第二平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并且所述η個(gè)同軸輔助軸由所述輸入軸驅(qū)動(dòng)或驅(qū)動(dòng)所述輸入軸。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供如上所述的方法，該方法還包括鎖定裝置，該鎖定裝置適于防止一個(gè)或多個(gè)所述輸入軸與所述等速接頭之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，其中所述等速接頭與被鎖定的輸入軸作為一個(gè)整體旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供如上所述的方法，該方法還包括鎖定裝置，該鎖定裝置用于防止一個(gè)或多個(gè)所述輸出軸與所述等速接頭之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，其中所述等速接頭與被鎖定的輸出軸作為一個(gè)整體旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種腹腔鏡儀器，其特征在于該腹腔鏡儀器具有P自由度(D0F)，該腹腔鏡儀器包括
a.k個(gè)連續(xù)臂節(jié)，每個(gè)臂節(jié)都包括η個(gè)同軸輸入軸，這些輸入軸適合在m個(gè)轉(zhuǎn)矩源的作用下繞旋轉(zhuǎn)輸入軸線旋轉(zhuǎn)，其中η和m為正整數(shù)；
b.連接每兩個(gè)所述連續(xù)臂節(jié)的至少k-Ι個(gè)等速接頭，每個(gè)所述等速接頭包括
i. η個(gè)同軸輸入傳輸裝置，每個(gè)同軸輸入傳輸裝置連接至一個(gè)所述η個(gè)輸入軸；所述輸入傳輸裝置界定了基本垂直于所述旋轉(zhuǎn)輸入軸線的第一平面；
.旋轉(zhuǎn)的連接至所述η個(gè)輸入傳輸裝置的η個(gè)同軸的第二傳輸裝置；所述第二傳輸裝置在第二平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而使所述第二平面基本垂直于所述第一平面；
iii.旋轉(zhuǎn)的連接至所述η個(gè)第二傳輸裝置的η個(gè)同軸的輸出傳輸裝置；所述輸出傳輸裝置在第三平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；所述第三平面基本垂直于所述第二平面；
c.η個(gè)同軸輸出軸，每個(gè)該同軸輸出軸連接至所述η個(gè)輸出傳輸裝置的其中之一，所述 η個(gè)輸出軸適于繞旋轉(zhuǎn)輸出軸線旋轉(zhuǎn)，從而以恒定速度旋轉(zhuǎn)給定輸入軸、為相應(yīng)輸出軸提供恒定速度；此外，所述旋轉(zhuǎn)輸入軸線與旋轉(zhuǎn)輸出軸線之間在第二平面上的角度的變化范圍約在0度至360度之間；
d.至少一個(gè)腹腔鏡，其連接至所述k個(gè)連續(xù)臂節(jié)的至少其中之一，該腹腔鏡適于進(jìn)行手術(shù)行為。
其中提供給所述手術(shù)器械的ρ自由度包括至少7自由度。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種非機(jī)動(dòng)腹腔鏡/內(nèi)窺鏡操作裝置，該操作裝置包括
a.至少兩個(gè)連續(xù)臂節(jié)；
b.至少一個(gè)萬向接頭，該萬向接頭將每兩個(gè)所述連續(xù)臂節(jié)結(jié)合在一起；
c.至少一個(gè)連接至所述連續(xù)臂的腹腔鏡；
其中所述腹腔鏡/內(nèi)窺鏡操作裝置以非機(jī)動(dòng)的方式操作所述腹腔鏡/內(nèi)窺鏡。


為了理解本發(fā)明，并了解如何在實(shí)踐中實(shí)施本發(fā)明，下面將參考附圖通過非限制性的例子描述多個(gè)實(shí)施例。
圖IA-D展示了萬向接頭，也稱為U型接頭或萬向節(jié)； 圖2 A-B展示了等速接頭；
圖3展示了湯普森接頭，這是一種雙聯(lián)式萬向接頭； 圖4 hb分別以現(xiàn)實(shí)圖和外觀圖展示了本發(fā)明可變接頭的實(shí)施例； 圖5 a, b分別以現(xiàn)實(shí)圖和外觀圖展示了本發(fā)明可變接頭的實(shí)施例； 圖6為本發(fā)明可變接頭的第二實(shí)施例的軸測圖； 圖7為本發(fā)明可變接頭的第二實(shí)施例的不同的軸測圖； 圖8展示了三個(gè)串聯(lián)的本發(fā)明可變接頭； 圖9A-9C展示了現(xiàn)有技術(shù)的腹腔鏡定位裝置； 圖10A，B展示了基于本發(fā)明接頭的腹腔鏡臂； 圖11A，B進(jìn)一步展示了基于本發(fā)明接頭的腹腔鏡儀器； 圖12A，B進(jìn)一步展示了基于本發(fā)明接頭的腹腔鏡儀器； 圖13A，B進(jìn)一步展示了基于本發(fā)明接頭的腹腔鏡儀器； 圖14A，B展示了使用基于本發(fā)明接頭的腹腔鏡機(jī)器人手臂進(jìn)行的手術(shù)過程； 圖15展示了使用基于本發(fā)明接頭的腹腔鏡機(jī)器人手臂進(jìn)行的另一個(gè)手術(shù)過程； 圖16進(jìn)一步展示了使用基于本發(fā)明接頭的腹腔鏡機(jī)器人手臂進(jìn)行的手術(shù)過程； 圖17A，B進(jìn)一步展示了使用基于本發(fā)明接頭的腹腔鏡機(jī)器人手臂進(jìn)行的手術(shù)過程； 圖18展示了基于本發(fā)明接頭、設(shè)置有搭接帶的腹腔鏡儀器； 圖19展示了基于本發(fā)明接頭、設(shè)置有搭接帶的腹腔鏡儀器的另一個(gè)視圖； 圖20展示了在手術(shù)過程中使用基于本發(fā)明接頭、設(shè)置有手臂搭接帶的腹腔鏡儀器的另一個(gè)視圖；
圖21展示了在手術(shù)過程中使用基于本發(fā)明接頭、設(shè)置有大腿搭接帶的腹腔鏡儀器； 圖22展示了在手術(shù)過程中使用基于本發(fā)明接頭、設(shè)置有腿部搭接帶的腹腔鏡儀器； 圖23A-23G展示了本發(fā)明的非機(jī)動(dòng)腹腔鏡/內(nèi)窺鏡操作系統(tǒng)的另一實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式以下描述與本發(fā)明的全部章節(jié)是為了使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠使用本發(fā)明，并且以下描述闡述了發(fā)明人實(shí)施本發(fā)明的最佳模式。然而，因?yàn)楸景l(fā)明的一般原則已經(jīng)特別限定提供在腹腔鏡手術(shù)中用于控制腹腔鏡或內(nèi)窺鏡管的空間位置的裝置，所以各種修改對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是顯而易見的。本裝置便宜、易于安裝和拆卸、使用輕松，不會(huì)限制外科醫(yī)生的靈巧性，并且具有小的物理尺寸。最重要的是本裝置至少提供7自由度(D0F)。 所述多自由度主要由所述系統(tǒng)的接頭來實(shí)現(xiàn)，所述接頭的輸出相對于輸入具有可變軸向。 本發(fā)明的小尺寸通過以下方式獲得
1.系統(tǒng)的外形
2.系統(tǒng)內(nèi)專用等速接頭的連接；所述等速接頭使得線性變焦機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)釬機(jī)構(gòu)都獨(dú)立于所述機(jī)構(gòu)的其他活動(dòng)部件，所述轉(zhuǎn)釬機(jī)構(gòu)繞其長軸轉(zhuǎn)動(dòng)所述內(nèi)窺鏡和/或所述攝像機(jī)； 本發(fā)明低廉的價(jià)格通過以下方式獲得
1.本發(fā)明系統(tǒng)的所述小的物理尺寸；
2.本發(fā)明所述機(jī)構(gòu)的簡單；
所述方便的安裝于拆卸過程通過以下方式獲得
1.本發(fā)明所述小的物理尺寸；
2.本發(fā)明的所述安全機(jī)構(gòu)；
3.本發(fā)明所述運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)；
下面的詳細(xì)說明進(jìn)一步闡述了許多具體細(xì)節(jié)，以徹底理解本發(fā)明的實(shí)施例。然而本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解即使沒有這些具體細(xì)節(jié)也可實(shí)施這些實(shí)施例。整個(gè)說明書涉及的 “一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”意味著與該實(shí)施例有關(guān)的特定技術(shù)特征、結(jié)構(gòu)或特征至少包含于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中。
術(shù)語“傳動(dòng)比”(輸入軸和輸出軸之間)指的是輸入軸與輸出軸之間的角速度比。
術(shù)語“傳輸裝置”此處是指用于將轉(zhuǎn)矩從一個(gè)旋轉(zhuǎn)元件傳遞給另一個(gè)的裝置，例如齒輪、輪子、冠齒輪，以及其類似物。
術(shù)語“多個(gè)”在下文中是指等于或大于1的任何整數(shù)，如2 10，特別是2 4。
術(shù)語“內(nèi)窺鏡”和“腹腔鏡”(二者可相互替換使用)在下文中是指一種由軟管構(gòu)成的光纖裝置。玻璃絲或塑料絲允許光的內(nèi)部折射，以便觀察。這種醫(yī)療器械用于腹腔鏡、內(nèi)窺鏡以及腹腔鏡和內(nèi)窺鏡手術(shù)中。上述術(shù)語也指用于觀察體腔的任何裝置，特別是因?yàn)獒t(yī)療原因觀察人體和哺乳動(dòng)物體的裝置，這也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)；尤其指的是用于微創(chuàng)醫(yī)療診斷過程的裝置，例如剛性或柔性內(nèi)窺鏡、纖維內(nèi)窺鏡，用于機(jī)器人手術(shù)的裝置、套針、手術(shù)作業(yè)工具以及診斷裝置等。
術(shù)語“內(nèi)窺鏡手術(shù)”和“腹腔鏡手術(shù)”(可交替使用)在下文中是指一種現(xiàn)代手術(shù)技術(shù)，在該技術(shù)中，通過小切口(通常0. 5至1. 5cm)對患者身體(如腹部)進(jìn)行手術(shù)，而傳統(tǒng)手術(shù)需要較大的切口。腹腔鏡手術(shù)，包括在腹腔、盆腔或關(guān)節(jié)腔內(nèi)的手術(shù)。內(nèi)窺鏡手術(shù)尤其包括在胃腸道中的手術(shù)，例如在食道、胃和十二指腸(食管胃十二指腸鏡檢查術(shù))，小腸、結(jié)腸(結(jié)腸鏡檢查，直腸乙狀結(jié)腸鏡檢查)，膽管中的手術(shù)，包括內(nèi)鏡逆行胰膽管造影(ERCP)， 十二指腸鏡輔助胰膽管鏡檢查，術(shù)中膽道鏡，包括在以下部位進(jìn)行的手術(shù)呼吸道，鼻子(鼻鏡檢查)，下呼吸道(支氣管鏡檢查)，泌尿系統(tǒng)(膀胱鏡檢查)，女性生殖系統(tǒng)，子宮頸(陰道鏡)，子宮(子宮頸檢查)，輸卵管(輸卵管鏡檢查)，通常閉合的體腔(通過小切口)，腹部或盆腔(腹腔鏡檢查)，關(guān)節(jié)內(nèi)部(關(guān)節(jié)鏡檢查)，胸部器官(胸腔鏡檢查和縱膈鏡檢查)，懷孕期間的羊膜(羊膜鏡檢查)，胎兒(胎兒鏡檢查)，整形手術(shù)，胃鏡檢查，喉鏡檢查，食管鏡檢查；以及內(nèi)窺鏡的各種非醫(yī)療用途。該術(shù)語也指在患者體內(nèi)操作如上所述的腹腔鏡和內(nèi)窺鏡。
術(shù)語“自由度”(DOF)在下文中是指一組獨(dú)立的位移，該位移具體是指上述內(nèi)窺鏡或腹腔鏡全部的位移。在三維空間中，具有6自由度，包括3個(gè)線性位移自由度和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，也就是說，可向上和向下運(yùn)動(dòng)，向左和向右運(yùn)動(dòng)，向前和向后運(yùn)動(dòng)，向上和向下傾斜，向左和向右轉(zhuǎn)動(dòng)，從一邊到另一邊傾斜。本發(fā)明涉及的系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上包括至少7自由度的裝置，所述7自由度選自如下文所述的自由度。
術(shù)語“7自由度”(7D0F)在下文中是指具有7自由度的系統(tǒng)，其中在給定方向上明顯的粗動(dòng)和微動(dòng)被認(rèn)為為明顯的自由度(如圖10所示的7自由度)。下面為所述7自由度 DOFl表示所述系統(tǒng)能夠按照如附圖標(biāo)記1007所示的方向向前和向后移動(dòng)所述內(nèi)窺鏡或腹腔鏡。
D0F2表示所述系統(tǒng)能夠按照如附圖標(biāo)記1008所示的方向使所述內(nèi)窺鏡或腹腔鏡進(jìn)行變焦運(yùn)動(dòng)，例如通過切入點(diǎn)進(jìn)入或離開患者體內(nèi)。
D0F3表示所述系統(tǒng)能夠按照如附圖標(biāo)記1009所示的方向向左和向右移動(dòng)所述內(nèi)窺鏡或腹腔鏡。
D0F4表示所述系統(tǒng)能夠按照如附圖標(biāo)記1010所示的方向向左和向右微調(diào)所述內(nèi)窺鏡或腹腔鏡。
D0F5表示所述系統(tǒng)能夠按照如附圖標(biāo)記1011所示的方向向前和向后微調(diào)所述內(nèi)窺鏡或腹腔鏡。
D0F6表示所述系統(tǒng)能夠相對于所述內(nèi)窺鏡IOOla的長軸旋轉(zhuǎn)攝像機(jī)1001b。當(dāng)使用“直角邊緣”內(nèi)窺鏡時(shí)，該自由度是必需的，以保持圖像的水平線。
DGF7表示所述機(jī)器人能夠使所述內(nèi)窺鏡IOOlb繞其長軸旋轉(zhuǎn)。
術(shù)語“遠(yuǎn)端”和“近端”在下文中分別指在患者體內(nèi)的內(nèi)窺鏡端，和在患者體外的內(nèi)窺鏡端。
腹腔鏡手術(shù)(也稱為微創(chuàng)手術(shù)(MIS)，創(chuàng)可貼手術(shù)，鎖孔手術(shù)或針孔手術(shù))是一種現(xiàn)代手術(shù)技術(shù)，在該技術(shù)中，通過小切口(通常0. 5至1. 5cm)對腹部進(jìn)行手術(shù)，而傳統(tǒng)手術(shù)需要較大的切口。在腹腔鏡手術(shù)中的關(guān)鍵因素是使用腹腔鏡，該腹腔鏡是一種適于在其遠(yuǎn)端觀察體內(nèi)情況的裝置。所述腹腔鏡的末端或者設(shè)置有成像裝置，或者通過透鏡系統(tǒng)或光導(dǎo)纖維束將圖像傳導(dǎo)至所述腹腔鏡的近端。該腹腔鏡還附帶有光源，以照亮手術(shù)區(qū)域，該光源通過5mm或IOmm的套管或套針插入，以觀察手術(shù)區(qū)域。通常用二氧化碳?xì)怏w注入腹部，以制造一個(gè)工作和觀察空間。實(shí)質(zhì)上，腹部向氣球一樣被吹起，從而抬起內(nèi)臟上面的腹壁，此時(shí)腹壁像圓屋頂。在這個(gè)空間內(nèi)，可以進(jìn)行各種醫(yī)療過程。
人們明白使用具有更多自由度的系統(tǒng)可以進(jìn)行更加復(fù)雜的醫(yī)療過程。舉一個(gè)極端的例子，如果制造具有與真人手相同自由度數(shù)目的機(jī)器人手，那么原則上該機(jī)器人手能夠做與真人手臂做的手術(shù)相同的手術(shù)。所以為了能夠完成日益復(fù)雜的醫(yī)療過程，用于為腹腔鏡近端傳遞大量機(jī)械自由度的系統(tǒng)是令人向往的。
本發(fā)明解決由于腹腔鏡手術(shù)的性質(zhì)所限制的問題，即，小的切口直徑，執(zhí)行器(在體外)和執(zhí)行元件(在體內(nèi))之間長的距離，并且本發(fā)明提供具有盡可能多的獨(dú)立自由度的腹腔鏡。
本發(fā)明使用具有多個(gè)同軸圓柱體的圓柱形裝置解決上述問題，每個(gè)同軸圓柱體可獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，以在其遠(yuǎn)端驅(qū)動(dòng)所需的運(yùn)動(dòng)。一種新型接頭可使兩個(gè)上述圓柱形裝置當(dāng)傳遞同軸構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)時(shí)相互配合，使得所述兩個(gè)圓柱形裝置相互樞軸連接。同軸圓柱形構(gòu)件的設(shè)計(jì)很簡單，以下不做詳細(xì)討論，接下來我們集中討論用于連接所述圓柱形構(gòu)件的接頭。
在很多機(jī)械系統(tǒng)中，需要將轉(zhuǎn)矩從輸入軸傳遞至輸出軸。為了該目的，人們設(shè)計(jì)了多種齒輪系統(tǒng)。在很多重要的情況下，相對于所述輸入軸，輸出軸必須改變其方向，例如在前輪驅(qū)動(dòng)汽車中。發(fā)動(dòng)機(jī)必須為車輪提供轉(zhuǎn)矩，從而使汽車向前運(yùn)動(dòng)。然而所述前輪也必須能改變其旋轉(zhuǎn)軸，從而操縱汽車。
所述萬向接頭，又稱萬向節(jié)，經(jīng)常用于改變所述輸出軸的方向。這是一種剛性桿接頭，該接頭可使所述桿“彎曲”，并且該接頭通常用于傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軸。該接頭包括一對普通鉸鏈，該鉸鏈彼此呈90°角度緊靠在一起。見圖1A-1D，用于表示這種普通接頭。萬向接頭的概念是基于萬向接頭的設(shè)計(jì)，該萬向接頭從古代就開始使用。
簡單的萬向節(jié)有幾個(gè)已知的缺點(diǎn)。當(dāng)兩個(gè)軸呈一定角度時(shí)(180°度除外，此時(shí)兩軸呈直線)，從動(dòng)軸不能以相對于驅(qū)動(dòng)軸恒定的角速度旋轉(zhuǎn)；當(dāng)該角度接近90°時(shí)，所述輸出軸變得不平穩(wěn)(此外，當(dāng)所述兩軸到達(dá)90°的垂直位置，它們將鎖住不能再起作用)。我們注意到，我們對輸入軸和輸出軸之間角度的測量與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)實(shí)踐是一致的。也就是說，當(dāng)所述輸入軸和輸出軸相互平行，處于“伸直”結(jié)構(gòu)時(shí)，二者之間的角度為180°。當(dāng)所述輸出軸彎曲時(shí)，該角度減少直至到達(dá)90° (此時(shí)兩軸相互垂直)，以及到達(dá)0° (此時(shí)所述輸出軸彎曲至所述輸入軸上)。
接頭發(fā)展為使用浮動(dòng)中間軸和環(huán)繞元件，以保持驅(qū)動(dòng)軸、從動(dòng)軸以及中間軸之間相同的角度。這樣克服了輸入軸和輸出軸不同角度的問題。
人們發(fā)現(xiàn)所述萬向接頭或等速接頭實(shí)際上用于汽車方面的應(yīng)用。如圖2所示為用于將輸入軸201連接至輸出軸205的接頭。所述齒條204旋轉(zhuǎn)所述輻條209，而所述輻條 209反過來旋轉(zhuǎn)位于內(nèi)滾珠座圈203上的多個(gè)球軸承202。這些球軸承限定在所述球軸承罩 206和外托座207之間，該外托座207上設(shè)置有用于放置所述球軸承的凹槽210。既然兩軸限定了所述球軸承，那么所述球軸承將轉(zhuǎn)矩從所述輸入軸201傳遞至輸出軸205。如圖2b 所示的軸測圖。所述裝置的兩個(gè)主要缺點(diǎn)是磨損和部分發(fā)作。此外，可以理解，輸入軸和輸出軸之間的極限角度為約90度或更小，在該角度下軸根本不能傳遞轉(zhuǎn)矩，實(shí)際上，約100° 的連續(xù)角是萬向接頭能夠獲得的從直100°結(jié)構(gòu)偏離的最大角度。
雙聯(lián)式萬向接頭與單萬向接頭不同，雙聯(lián)式萬向接頭可使輸出軸獲得恒定速度。 雙聯(lián)式萬向接頭的一個(gè)改進(jìn)在于兩個(gè)同軸安裝的萬向接頭，其中每個(gè)接頭的十字當(dāng)量構(gòu)件通過樞軸和軸承相互連接，該樞軸和軸承被限制在接頭的流體動(dòng)力學(xué)表面。這是美國專利申請20060217206的主要內(nèi)容。在該專利中公開了一種等速接頭及控制系統(tǒng)，稱為“湯普森接頭”，如圖3所示。作為最新創(chuàng)新，湯普森接頭為所述雙聯(lián)式萬向接頭的進(jìn)一步發(fā)展，該湯普森接頭不會(huì)依賴于摩擦元件或滑動(dòng)元件(如萬向節(jié)中)來維持接頭內(nèi)嚴(yán)格的幾何關(guān)系， 并且該接頭能夠在低摩擦損失下傳遞軸向負(fù)荷和徑向負(fù)荷。該接頭通過滾動(dòng)軸承承載全部負(fù)荷，不會(huì)發(fā)生任何形式的表面滑動(dòng)或表面打滑。該接頭可承受軸向負(fù)荷和徑向負(fù)荷，而不退化，該接頭除了可替換的軸承和樞軸外，沒有磨損元件，并且該接頭比雙聯(lián)式萬向接頭要小。然而，從圖3中可知，該接頭結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜。此外，允許的最大角度仍限制在約180°較小的范圍，例如，瞬時(shí)最小允許角度為155°，最小連續(xù)角度為168°。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，提供一種方法，該方法可將轉(zhuǎn)矩從輸入軸傳遞至輸出軸，其旋轉(zhuǎn)的軸可相對于所述輸入軸的旋轉(zhuǎn)地軸連續(xù)從將近0°旋轉(zhuǎn)至360°。
參考圖如和仙，詳細(xì)描述了一個(gè)本發(fā)明有代表的實(shí)施例。由于來自外部來源的轉(zhuǎn)矩，所述輸入軸401發(fā)生旋轉(zhuǎn)。該轉(zhuǎn)矩傳遞至正齒輪402。正齒輪402與冠齒輪403相嚙合，該冠齒輪旋轉(zhuǎn)并將轉(zhuǎn)矩傳遞至正齒輪404。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解，可用錐齒輪替代所述正齒輪和冠齒輪。這種簡單的裝置通常為錐齒輪換向機(jī)構(gòu)的形式。本發(fā)明重要的創(chuàng)造性在于使得所述輸出軸405不僅繞其自身縱軸旋轉(zhuǎn)，還繞軸406旋轉(zhuǎn)。通過實(shí)施例中所示的用接頭連接所述輸出軸405和軸406，以使得所述輸出軸405可繞軸406相對旋轉(zhuǎn)?？梢岳斫?，利用該裝置，所述輸出軸405可繞所述軸406旋轉(zhuǎn)將近一圈，而轉(zhuǎn)矩不發(fā)生變化。
圖fe和恥為相同實(shí)施例的俯視圖。轉(zhuǎn)矩從外源經(jīng)輸入軸401傳遞至齒輪402。 齒輪402與冠齒輪403嚙合，從而通過冠齒輪的旋轉(zhuǎn)將轉(zhuǎn)矩傳遞至齒輪404。因此可使得所述輸出軸405旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明的關(guān)鍵在于所述輸出軸405的額外的自由度，也就是說該輸出軸405也可繞所述冠齒輪403旋轉(zhuǎn)，這是本發(fā)明的關(guān)鍵部分。軸406優(yōu)選但不必須與所述行星齒輪403的旋轉(zhuǎn)軸共線。既然所述齒輪402和404的尺寸可以變化，那么作為一個(gè)整體的接頭也可相應(yīng)的提供齒輪減速或齒輪加速，具有相應(yīng)的較大輸出轉(zhuǎn)矩或較小的輸出轉(zhuǎn)矩，以及相應(yīng)的較小的角速率或較大的角速率。
應(yīng)該注意到，由于該裝置的對稱性，也可從相反的方向傳遞轉(zhuǎn)矩，即從我們所稱的所述輸出軸傳遞至我們所稱的所述輸入軸。術(shù)語“輸出”和“輸入”在某種程度上會(huì)有些讓人誤解，因?yàn)槎叨伎捎糜谳敵龌蜉斎?。此外，可以理解旋轉(zhuǎn)軸的輸出與輸入是相對的，因此，所述旋轉(zhuǎn)輸入軸線可替代所述旋轉(zhuǎn)輸出軸線，或者二者都相對于靜止坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)。這不僅僅是簡單的名稱問題；例如這種效果可用于傳遞反饋。例如，執(zhí)行器可用于移動(dòng)某個(gè)目標(biāo)，傳感器可連接至所述目標(biāo)，從而該傳感器將目標(biāo)獲得的運(yùn)動(dòng)程度傳遞至該裝置的操作者。用于該裝置的合適的同軸裝置需要幾個(gè)同時(shí)的自由度，如下面所述。
同時(shí)應(yīng)用多個(gè)同軸輸入軸和輸出軸在本發(fā)明的范圍內(nèi)。參考附圖6和7，給出了一個(gè)實(shí)施例的軸測圖。所述輸入軸611，612，613為共軸的。他們可以是獨(dú)立的或非獨(dú)立的，這由如617鍵槽618軸的結(jié)構(gòu)所決定，該鍵槽和軸可將兩個(gè)輸入軸或輸出軸連接起來從而使二者共同旋轉(zhuǎn)。所述輸出軸614，615，616剛性連接至相應(yīng)的輸出接頭604，603，602，然后與之一起旋轉(zhuǎn)。這些輸出接頭分別通過冠齒輪接頭605，606，607進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。所述冠齒輪接頭分別通過輸入接頭608，609，610進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。這些輸入接頭剛性連接至輸入軸611，612，613， 從而與輸入軸一起旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明的重要部分在于所述輸出軸614，615，616的“額外的”自由度，所述輸出軸能與輸出接頭604，603，602 一起繞所述軸620旋轉(zhuǎn)。所述軸支撐銷601安裝到軌道618中，并與所述輸出軸一起移動(dòng)，支撐他們承載軸向負(fù)荷。所述徑向支撐銷621 支撐所述輸出軸承載徑向負(fù)荷。
圖7以稍微不同角度展示了相同的實(shí)施例。在這幅圖中，人們可以更容易的看到分別剛性連接至所述輸出接頭604，603，602的輸出軸614，615，616。在此圖中，所述輸出接頭與所述冠齒輪接頭605，606，607之間的接觸也更加清楚。在此圖中，軸和鍵槽618，619 更加明顯，該軸和鍵槽將幾個(gè)輸入軸連接在一起。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，將單個(gè)軸鎖定起來。再返回看圖6，可看到螺栓622將所述最外面的輸入軸鎖定至所述接頭的體內(nèi)。因此，任何對該輸入軸的旋轉(zhuǎn)將會(huì)造成對整個(gè)接頭的旋轉(zhuǎn)。在圖7中，可觀察到，已經(jīng)移除了螺栓，從而使得所述輸入軸自由移動(dòng)。也可把相似的螺栓安裝至所述輸出軸，從而使所述接頭繞所述輸出軸的軸旋轉(zhuǎn)。最后，可將所述冠齒輪接頭605，606，607鎖定至該裝置的基座623上，這樣做，可改變所述輸出軸的方向， 也可改變所述整個(gè)接頭本身的位置。
由線性執(zhí)行器、電磁石及其類似物等接頭元件替代上述螺栓在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。所述接頭元件可被構(gòu)造為以電子方式連接或分離，從而進(jìn)一步的控制所述裝置，這對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是顯而易見的。
敏銳的觀察者會(huì)注意到，如果不使用上述規(guī)定的、用于使接頭結(jié)構(gòu)本身旋轉(zhuǎn)的螺栓，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)輸出軸線可在單一平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。然而，對本領(lǐng)域的專業(yè)人士是清楚地，這種限制可通過簡單的權(quán)益之計(jì)來解決，即，提供一個(gè)或多個(gè)本發(fā)明相同的接頭，并與第一個(gè)接頭串聯(lián)，如圖8所示，其中三個(gè)接頭801，802，803串聯(lián)在一起。具有兩個(gè)或更多串聯(lián)接頭的實(shí)施例為所述輸出軸提供了相對于所述輸入軸全部方向的全活動(dòng)范圍。而角度上僅有的限制是所述不同的軸不能相互重疊，以致消除了某些可能的結(jié)構(gòu)。可以理解的是，這些不允許的位置僅是全部可能位置的一小部分。當(dāng)考慮到例如單萬向接頭或雙聯(lián)式萬向接頭可能的輸入-輸出角度被限制為約168度或更小的角度范圍，本發(fā)明的接頭是尤其有意義的。
可以理解輸入軸和輸出軸的傳動(dòng)比可通過改變所述接頭的輪子或齒輪的尺寸來改變。特別地，如果所述輸入齒輪和輸出齒輪的半徑為r3,那么整體的傳動(dòng)比為rl/r3。
本發(fā)明的等速萬向接頭包括
i.輸入軸，該輸入軸適于通過轉(zhuǎn)矩繞旋轉(zhuǎn)輸入軸線(該軸的縱向軸)旋轉(zhuǎn)。
ii.連接至一個(gè)所述輸入軸的輸入傳輸裝置，該輸入傳輸裝置限定第一平面基本垂直于所述旋轉(zhuǎn)輸入軸線。例如該輸入傳輸裝置可為正齒輪。
iii.旋轉(zhuǎn)連接至所述輸入傳輸裝置的第二傳輸裝置；所述第二傳輸裝置限定第二平面，從而使該第二平面基本垂直于所述第一平面。所述第二傳輸裝置可包括例如與所述第一正齒輪嚙合的冠齒輪。
iv.旋轉(zhuǎn)連接至所述第二傳輸裝置的輸出傳輸裝置；該輸出傳輸裝置限定第三平面；所述第三平面基本垂直于所述第二平面。該輸出傳輸裝置可包括例如與第二傳輸冠齒輪嚙合的正齒輪。
v.連接至所述輸出傳輸裝置的輸出軸，該輸出軸適于繞旋轉(zhuǎn)輸出軸線旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)輸出軸線本身可自由旋轉(zhuǎn)。
可注意到，所述旋轉(zhuǎn)的第一輸入軸與所述旋轉(zhuǎn)的最終輸出軸之間的角度可在約0 度至360度之間變化。
所述傳輸裝置可選自齒輪、輪子、冠齒輪、錐齒輪或其他用于傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，或者他們的結(jié)合。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)置有軸支撐構(gòu)件(601)，該軸向支撐構(gòu)件(601)用于為所述輸出軸提供軸向支撐。圍繞所述第二傳輸裝置的旋轉(zhuǎn)軸還設(shè)置有環(huán)形軌道(618)，所述軸支撐構(gòu)件適于安裝于所述軌道內(nèi)并其中滑動(dòng)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還設(shè)置有徑向支撐構(gòu)件(604)，該徑向支撐構(gòu)件(604) 用于為所述輸出軸提供徑向支撐，并且該徑向支撐構(gòu)件適于在所述第二平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，幾個(gè)同軸輸入軸分別連接至幾個(gè)同軸輸出軸，使得轉(zhuǎn)矩同時(shí)在幾個(gè)軸上分別傳遞。
應(yīng)該理解的是，所述輸出軸可連接至各種裝置，例如抓握器、刀具、捻接器、焊機(jī)、 力反饋裝置、機(jī)器人手以及類似物。特別是通過一個(gè)或多個(gè)軸來提供“反饋信號”的力反饋裝置的使用，這種應(yīng)用特別適用于顯微手術(shù)、機(jī)器人技術(shù)及其類似物，在這些技術(shù)中人們希望對工作做得如何的“感覺”進(jìn)行一些反饋。
應(yīng)該指出的是，在本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)中，旋轉(zhuǎn)所述輸入軸的轉(zhuǎn)矩供應(yīng)元件可位于遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)矩應(yīng)用的位置。這點(diǎn)在關(guān)節(jié)鏡檢查、顯微手術(shù)和機(jī)器人技術(shù)中尤為重要，在這些技術(shù)中通常希望進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)的點(diǎn)盡可能緊湊。
在接頭上或接頭附近的發(fā)動(dòng)機(jī)也會(huì)產(chǎn)生多余的額外重量、慣性轉(zhuǎn)矩以及類似物。 本發(fā)明可使各種來源的轉(zhuǎn)矩在僅由所述軸的壁厚限制的最小空間里并行傳遞，而且轉(zhuǎn)矩源與輸出軸實(shí)際操作的距離理論上是不受限制的。正如很多應(yīng)用中一樣，在所述接頭的位置不需要發(fā)動(dòng)機(jī)。
參考圖9a_9c，可理解所述操作工具末端可容易的由一些機(jī)器人手、剪接工具、刀具、焊接工具或者其他任何可想象的復(fù)雜的工具替代，該末端需要任意數(shù)量的單獨(dú)自由度。
沒有一個(gè)能夠提供具有至少7自由度的簡單的內(nèi)窺鏡/腹腔鏡操作系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，還允許單發(fā)動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)幾個(gè)輸入軸。例如，發(fā)現(xiàn)在一個(gè)特別的應(yīng)用中，某些需要旋轉(zhuǎn)軸A的動(dòng)作會(huì)妨礙其他需要旋轉(zhuǎn)軸B的動(dòng)作，單發(fā)動(dòng)機(jī)可用于為這些動(dòng)作提供所需的轉(zhuǎn)矩，并通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的合適的變速箱將轉(zhuǎn)矩從輸入軸A轉(zhuǎn)換至輸入軸B。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，考慮到所述冠齒輪裝置，有效的將該裝置改變?yōu)槿嘶颉癟”型或“Y”型裝置。特別是，中央齒輪或冠齒輪605，606，607可連接至它們的輸入軸/ 輸出軸。現(xiàn)在可允許更復(fù)雜的操作，其中，接頭還可連接至所述中心軸，或者連接至轉(zhuǎn)矩源， 或連接至如抓握器，切割器或類似物，或傳感器等輸出裝置。
現(xiàn)在我們返回看將所述接頭裝置結(jié)合至腹腔鏡儀器中的設(shè)計(jì)。在現(xiàn)有技術(shù)中，人們發(fā)現(xiàn)大量如圖9所示的腹腔鏡儀器。這些基本上都只有很少的自由度，通過對專利文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中的腹腔鏡儀器最多具有5自由度。在這些情況下，很明顯需要礦石或不太復(fù)雜的托臺(tái)和支撐組件，從而可具有某些方向上的自由度，而限制在其他方向的運(yùn)動(dòng)。因?yàn)楸景l(fā)明每個(gè)接頭能夠固定在某位置或通過來自各軸的轉(zhuǎn)矩移動(dòng)，所以本發(fā)明不再需要上述的支撐構(gòu)件等裝置。此外，本發(fā)明原則上提供自由度的數(shù)目僅由設(shè)置在裝置部分的同軸圓柱體和相關(guān)齒輪的數(shù)目限制。
在保持腹腔鏡完整的簡單管狀設(shè)計(jì)的前提下，為了改善上述情況，我們將上述接頭裝置置于如圖10a，b所示的內(nèi)窺鏡/腹腔鏡操作系統(tǒng)中。
所述圓柱形構(gòu)件(連續(xù)臂節(jié))995，996，997和998包括多個(gè)同軸圓柱體，每個(gè)圓柱體能夠獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生獨(dú)立的自由度。通過這些同軸圓柱形構(gòu)件，所述接頭(例如等速接頭)1002, 1003，1004，IOO5 和 IOO6 用于在 DOFl (1007), D0F2 (1008), D0F3 (1009), D0F4 (1010), D0F5 (1011), D0F6 (1012)以及 D0F7 (1013)方向上旋轉(zhuǎn) / 平移所述裝置 (即所述內(nèi)窺鏡/腹腔鏡IOOlb或者所述攝像機(jī)1001a)。
DOFl表示所述系統(tǒng)能夠按照如附圖標(biāo)記1007所示的方向向前和向后移動(dòng)所述內(nèi)窺鏡或腹腔鏡。
D0F2表示所述系統(tǒng)能夠按照如附圖標(biāo)記1008所示的方向使所述內(nèi)窺鏡或腹腔鏡進(jìn)行變焦運(yùn)動(dòng)，例如通過切入點(diǎn)進(jìn)入或離開患者體內(nèi)。
D0F3表示所述系統(tǒng)能夠按照如附圖標(biāo)記1009所示的方向向左和向右移動(dòng)所述內(nèi)窺鏡或腹腔鏡。
D0F4表示所述系統(tǒng)能夠按照如附圖標(biāo)記1010所示的方向向左和向右微調(diào)所述內(nèi)窺鏡或腹腔鏡。
D0F5表示所述系統(tǒng)能夠按照如附圖標(biāo)記1011所示的方向向前和向后微調(diào)所述內(nèi)窺鏡或腹腔鏡。
D0F6表示所述系統(tǒng)能夠相對于所述內(nèi)窺鏡IOOla的長軸旋轉(zhuǎn)攝像機(jī)1001b。當(dāng)使用“直角邊緣”內(nèi)窺鏡時(shí)，該自由度是必需的，以保持圖像的水平線。
D0F7表示所述機(jī)器人能夠使所述內(nèi)窺鏡IOOlb繞其長軸旋轉(zhuǎn)。
從相反的方向看相同的裝置，如圖11a，b所示。如圖12a，b所示的軸測圖。如圖 13a, b所示的本系統(tǒng)的側(cè)視圖，該圖使用一支鉛筆以表示所述系統(tǒng)的小尺寸。
如圖IOb所示，本發(fā)明的特別的實(shí)施例中有7自由度。特別的，該7自由度設(shè)置在如圖1 所示裝置中的軸的周圍(如果做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))或沿著所述軸的方向(如果做平移運(yùn)動(dòng))
a.腹腔鏡/內(nèi)窺鏡的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(沿著軸1007，或繞垂直于身體的矢狀體平面的線)
b.腹腔鏡/內(nèi)窺鏡平移入和平移出身體-拉近及拉遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)(沿著軸1008，或者在垂直于軸體平面的方向)
c.腹腔鏡/內(nèi)窺鏡的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(沿著軸1009，或繞垂直于冠狀體平面的線)
d.腹腔鏡/內(nèi)窺鏡的微旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(沿著軸1010，或繞垂直于冠狀體平面的線)
e.腹腔鏡/內(nèi)窺鏡的微旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(沿著軸1011，或繞垂直于矢狀體平面的線)
f.攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(沿著軸1012，或繞垂直于軸體平面的線)
g.腹腔鏡/內(nèi)窺鏡的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(沿著軸1013，或繞垂直于軸體平面的線)。
正如對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所顯而易見的是，所述攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)(繞軸1012)將會(huì)導(dǎo)致腹腔鏡提供的視野繞視野范圍內(nèi)的某個(gè)點(diǎn)簡單旋轉(zhuǎn)，然而所述腹腔鏡旋轉(zhuǎn)1013將會(huì)導(dǎo)致腹腔鏡所觀察的區(qū)域發(fā)生改變，這是因?yàn)樗鰯z像機(jī)或成像裝置的觀察方向基本與所述腹腔鏡縱向方向不共線。
在實(shí)際使用中，上述腹腔鏡可以由人手動(dòng)操作，也可根據(jù)編程指令而自動(dòng)操作，或者由服從人指令的機(jī)器人機(jī)構(gòu)及其類似物遠(yuǎn)距離操作。
如圖14a，b，圖15和圖16a_c所示的為機(jī)器人機(jī)構(gòu)。在圖16a中，由臂節(jié)1606(如圖16b所示)和臂節(jié)1607之間的接頭所提供的附加的自由度1601允許在圖中所示方向的旋轉(zhuǎn)(在冠狀體平面內(nèi))。在圖16b中，展示了在軸體平面(1602，1603)內(nèi)繞患者上方旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)的自由度。在圖16c中，展示了進(jìn)入(1605)和離開(1604)身體的平移度，相當(dāng)于圖Ha所示的方向1008。
在圖17a，b中，操作者正在操作本發(fā)明的腹腔鏡。
由于所述使用的接頭獨(dú)特的角度范圍，本發(fā)明的腹腔鏡外臂可向前和向后折疊 (作為一個(gè)平行六面體)，提供靈活性。所述裝置可快速容易的拆卸。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明所述腹腔鏡裝置是通過皮帶200綁在患者的身體上。圖18展示了這樣的實(shí)施例。
所述皮帶200可綁在接受手術(shù)的患者的腿上或手臂上。設(shè)置有鎖定裝置320的定位裝置110用于所述皮帶相互之間的定位。
身體夾具200 (如皮帶201)基本保證所述腹腔鏡裝置符合該器官(所述皮帶連接至該器官)的運(yùn)動(dòng)，從而使所述內(nèi)窺鏡的方向可根據(jù)所述器官的運(yùn)動(dòng)而調(diào)整。
或者，所述腹腔鏡裝置使該腹腔鏡相對于所述器官(所述皮帶連接至該器官)保持固定的方向，從而防止由于所述器官運(yùn)動(dòng)而引起的方向的改變。
圖19展示了該實(shí)施例的另一個(gè)視圖。如上所述，所述皮帶201用于將所述裝置連接至患者的身體上。所述腹腔鏡裝置的其余部分可采用如上所述的任何形式，例如使用所述的等速接頭。該裝置設(shè)置有發(fā)動(dòng)機(jī)盒110，該發(fā)動(dòng)機(jī)盒110適于相對于所述接合器200移動(dòng)。這樣，外科醫(yī)生能夠?qū)⑺鰥A持帶201的上帶緊緊的固定至患者肢體上，然后將所述機(jī)構(gòu)300定位于相對于接頭切口(未示出)的優(yōu)化位置，最后通過所述夾持帶201的下帶固定所述機(jī)構(gòu)300。
參考圖20，21，22，展示了所述內(nèi)窺鏡定位系統(tǒng)300在人類四肢上的可選的位置。 所述身體接合器200的接合器夾具201可安裝于手臂400 (如圖20所示)上，大腿410 (如圖21所示)上或者小腿上(如圖22所示)。通過使用接合器夾具(201)，所述接合器牢固的固定于患者身體上，即時(shí)在手術(shù)中、必須移動(dòng)存在問題的身體部位時(shí)，仍可使所述機(jī)構(gòu)向所需方向移動(dòng)所述內(nèi)窺鏡。在某些手術(shù)中經(jīng)常發(fā)生這種情況，例如手術(shù)的一部分需要彎曲手臂，而手術(shù)的另一部分需要伸直手臂。由于彎曲手臂的手術(shù)解剖途徑不同于伸直手臂的手術(shù)解剖途徑，所以通常這種運(yùn)動(dòng)是必須的。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的腹腔鏡/內(nèi)窺鏡操作裝置通過皮帶綁在患者的身體上。如圖23a-23g所示。如圖所示的所述腹腔鏡/內(nèi)窺鏡操作裝置是使用萬向接頭的非機(jī)動(dòng)裝置。
所述皮帶可綁在進(jìn)行手術(shù)的患者的腿上或手臂上。
定位器2502使所述腹腔鏡/內(nèi)窺鏡至少有8自由度，如上所述以及在圖中所示的。DF1，DF2和DF3表示繞所述等速接頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(如所述角傳輸)，DF4表示線性運(yùn)動(dòng)， DF5表示旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，DF6表示向前和向后的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，DF7表示向左和向右的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。還有一個(gè)自由度為所述攝像機(jī)繞其縱軸的自由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
需要強(qiáng)調(diào)的是，每個(gè)含有N等速接頭的裝置(例如所述角傳輸裝置)具有3 + N+ 2 自由度。
圖2 為所述腹腔鏡/內(nèi)窺鏡操作裝置的近視圖。
圖23c_23g展示了所述腹腔鏡/內(nèi)窺鏡操作裝置所能提供的運(yùn)動(dòng)的最大范圍。
權(quán)利要求
1. 一種P自由度腹腔鏡操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括a.k個(gè)連續(xù)臂節(jié)，每個(gè)臂節(jié)包括η個(gè)同軸的輸入軸，該η個(gè)同軸的輸入軸適合在m個(gè)轉(zhuǎn)矩源的作用下繞旋轉(zhuǎn)輸入軸線旋轉(zhuǎn)，其中n、m和k為正整數(shù)；b.將所述k個(gè)連續(xù)臂節(jié)中的每兩個(gè)連續(xù)臂節(jié)連接到一起的至少k-Ι個(gè)等速接頭，每個(gè)所述等速接頭包括1.η個(gè)同軸的輸入傳輸裝置，每個(gè)該輸入傳輸裝置連接至所述η個(gè)輸入軸的其中之一； 所述輸入傳輸裝置界定了基本垂直于所述旋轉(zhuǎn)輸入軸的第一平面； . η個(gè)同軸的第二傳輸裝置，可旋轉(zhuǎn)的連接至所述η個(gè)輸入傳輸裝置；所述第二傳輸裝置在第二平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而使所述第二平面基本垂直于所述第一平面；iii. η個(gè)同軸的輸出傳輸裝置，可旋轉(zhuǎn)的連接至所述η個(gè)第二傳輸裝置；所述輸出傳輸裝置在第三平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；所述第三平面基本垂直于所述第二平面；c.η個(gè)同軸的輸出軸，每個(gè)該輸出軸連接至所述η個(gè)輸出傳輸裝置的其中之一，所述η 個(gè)輸出軸適于繞旋轉(zhuǎn)輸出軸線旋轉(zhuǎn)；從而使得(i)以恒定速度旋轉(zhuǎn)給定的輸入軸，這將為相應(yīng)的輸出軸提供恒定速度；且，( )所述旋轉(zhuǎn)輸入軸線與所述旋轉(zhuǎn)輸出軸線之間在所述第二平面上的角度的變化范圍約在0度至360度之間；d.至少一個(gè)腹腔鏡，連接至所述k個(gè)連續(xù)臂節(jié)的至少其中之一；其中，所述P自由度為至少7自由度，提供給所述k個(gè)連續(xù)臂節(jié)，從而操作所述腹腔鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腹腔鏡操作系統(tǒng)，其特征在于，所述7自由度選自至少6 種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(1007，1009, 1010, 1011, 1012, 1013, 1601, 1602)、至少 1 種平移運(yùn)動(dòng) (1008)或上述運(yùn)動(dòng)的任何組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腹腔鏡操作系統(tǒng)，其特征在于所述輸入傳輸裝置、第二傳輸裝置、以及所述輸出傳輸裝置選自齒輪、輪子、冠齒輪、錐齒輪、正齒輪、皮帶以及上述各項(xiàng)的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腹腔鏡操作系統(tǒng)，其特征在于還包括a.軸向支撐構(gòu)件(601)，該軸向支撐構(gòu)件在所述在第三平面內(nèi)為所述η個(gè)輸出軸提供軸向支撐；環(huán)形軌道(618)，該環(huán)形軌道的中心位于所述第二傳輸裝置的旋轉(zhuǎn)軸線上，所述軸向支撐構(gòu)件適于裝配到所述軌道中，并在軌道中滑動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腹腔鏡操作系統(tǒng)，其特征在于還包括徑向支撐構(gòu)件(604)， 該徑向支撐構(gòu)件用于為所述η個(gè)輸出軸提供徑向支撐，所述徑向支撐構(gòu)件適于在所述第二平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腹腔鏡操作系統(tǒng)，其特征在于所述輸入軸與輸出軸之間的傳動(dòng)比處在約10至0. 1之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腹腔鏡操作系統(tǒng)，其特征在于還包括η個(gè)同軸的輔助軸，該 η個(gè)同軸的輔助軸與所述η個(gè)第二傳輸裝置旋轉(zhuǎn)相通，且該η個(gè)同軸的輔助軸在所述第二平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并能夠被所述輸入軸驅(qū)動(dòng)或者驅(qū)動(dòng)所述輸入軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腹腔鏡操作系統(tǒng)，其特征在于還包括鎖定裝置，該鎖定裝置用于防止一個(gè)或多個(gè)輸入軸與所述等速接頭之間的相對運(yùn)動(dòng)，其中所述等速接頭與被鎖定的輸入軸作為一個(gè)整體旋轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腹腔鏡操作系統(tǒng)，其特征在于還包括鎖定裝置，所述鎖定裝置用于防止一個(gè)或多個(gè)輸出軸與所述等速接頭之間的相對運(yùn)動(dòng)，其中所述等速接頭與被鎖定的輸出軸作為一個(gè)整體旋轉(zhuǎn)。
10.一種在腹腔鏡手術(shù)中操作手術(shù)器械、同時(shí)提供ρ自由度的方法，包括下列步驟a.提供k個(gè)連續(xù)臂節(jié)，每個(gè)連續(xù)臂節(jié)包括η個(gè)同軸的輸入軸，該η個(gè)同軸的輸入軸適合在m個(gè)轉(zhuǎn)矩源的作用下繞旋轉(zhuǎn)輸入軸線旋轉(zhuǎn)，其中η和m為正整數(shù)；b.提供連接所述連續(xù)臂節(jié)的至少k-Ι個(gè)等速接頭，每個(gè)等速接頭在m個(gè)轉(zhuǎn)矩源的作用下繞旋轉(zhuǎn)輸入軸線旋轉(zhuǎn)，其中η和m為正整數(shù)，并且每個(gè)所述等速接頭包括i. η個(gè)同軸的輸入傳輸裝置，所述輸入傳輸裝置界定了基本垂直于同軸軸線的第一平 . η個(gè)同軸的第二傳輸裝置，可旋轉(zhuǎn)的連接至所述η個(gè)輸入傳輸裝置；所述第二傳輸裝置在第二平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而使所述第二平面基本垂直于所述第一平面；iii. η個(gè)同軸的輸出傳輸裝置，可旋轉(zhuǎn)的連接至所述η個(gè)第二傳輸裝置；所述輸出傳輸裝置在第三平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；所述第三平面基本垂直于所述第二平面；c.提供η個(gè)同軸的輸出軸，該η個(gè)輸出軸適合繞旋轉(zhuǎn)輸出軸線旋轉(zhuǎn)，并且所述η個(gè)輸出軸連接至所述η個(gè)同軸的輸出傳輸裝置，從而以恒定速度旋轉(zhuǎn)給定的輸入軸，這將為相應(yīng)的輸出軸提供恒定速度；且，所述旋轉(zhuǎn)輸入軸線與所述旋轉(zhuǎn)輸出軸線之間在所述第二平面上的角度的變化范圍約在0度至360度之間；d.將所述k個(gè)連續(xù)臂節(jié)與所述k-Ι個(gè)接頭相連接；e.提供至少一個(gè)手術(shù)器械；f.將所述手術(shù)器械連接至所述輸出軸；g.通過旋轉(zhuǎn)一個(gè)或多個(gè)所述同軸輸入軸、以便為所述k個(gè)連續(xù)臂節(jié)和所述手術(shù)器械提供P自由度，從而操作所述手術(shù)器械，其中提供P自由度的步驟包括為所述k個(gè)連續(xù)臂節(jié)提供至少7自由度。
11. 一種在腹腔鏡手術(shù)中將轉(zhuǎn)矩傳遞給手術(shù)器械的方法，該方法包括下列步驟a.提供k個(gè)連續(xù)臂節(jié)，每個(gè)臂節(jié)包括η個(gè)同軸輸入軸，該η個(gè)同軸輸入軸適合以在m 個(gè)轉(zhuǎn)矩源的作用下繞旋轉(zhuǎn)輸入軸線旋轉(zhuǎn)，其中η和m為正整數(shù)；b.提供連接所述連續(xù)臂節(jié)的k-Ι等速接頭，所述等速接頭包括i. η個(gè)同軸的輸入傳輸裝置，每個(gè)輸入傳輸裝置均連接至所述η個(gè)輸入軸的其中之一； 所述輸入傳輸裝置在基本垂直于同軸軸線的第一平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)； . η個(gè)同軸的第二傳輸裝置，可旋轉(zhuǎn)的連接至所述η個(gè)輸入傳輸裝置；所述第二傳輸裝置在第二平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而使所述第二平面基本垂直于所述第一平面；iii. η個(gè)同軸的輸出傳輸裝置，可旋轉(zhuǎn)的連接至所述η個(gè)第二傳輸裝置；所述輸出傳輸裝置在第三平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；所述第三平面基本垂直于所述第二平面；c.提供η個(gè)同軸的輸出軸，每個(gè)輸出軸均連接至所述η個(gè)輸出傳輸裝置的其中之一， 所述η個(gè)輸出軸適合繞旋轉(zhuǎn)輸出軸線旋轉(zhuǎn)，從而以恒定速度旋轉(zhuǎn)給定的輸入軸，這將為相應(yīng)的輸出軸提供恒定速度；且，所述旋轉(zhuǎn)輸入軸線與所述旋轉(zhuǎn)輸出軸線之間在所述第二平面上的角度的變化范圍約在0度至360度之間；d.提供至少一個(gè)手術(shù)器械；e.將所述手術(shù)器械連接至所述輸出軸；f.通過旋轉(zhuǎn)一個(gè)或多個(gè)所述同軸輸入軸、以便為所述k個(gè)連續(xù)臂節(jié)和所述手術(shù)器械提供P自由度，從而來進(jìn)行手術(shù)；其中所述提供P自由度的步驟包括為所述k個(gè)連續(xù)臂節(jié)提供至少7自由度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，還包括從以下各項(xiàng)中選擇7自由度的步驟至少 6 種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(1007，1009, 1010, 1011, 1012, 1013, 1601, 1602)、至少 1 種平移運(yùn)動(dòng)(1008)或以上各項(xiàng)的任何組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述輸入傳輸裝置、第二傳輸裝置以及所述輸出傳輸裝置選自齒輪、輪子、冠齒輪、錐齒輪、正齒輪、皮帶以及上述各項(xiàng)的任何組合。
14.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，該方法還包括a.提供軸向支撐構(gòu)件(601)，該軸向支撐構(gòu)件在所述在第三平面內(nèi)為所述η個(gè)輸出軸提供軸向支撐；b.提供環(huán)形軌道(618)，該環(huán)形軌道的中心位于所述第二傳輸裝置的旋轉(zhuǎn)軸線上，所述軸向支撐構(gòu)件適于裝配到所述軌道中，并在軌道中滑動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，還包括提供徑向支撐構(gòu)件 (604)，該徑向支撐構(gòu)件用于為所述η個(gè)輸出軸提供徑向支撐，所述徑向支撐構(gòu)件適于在所述第二平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，將所述輸入軸與輸出軸之間的傳動(dòng)比設(shè)置在約10至0. 1之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，還包括提供η個(gè)同軸輔助軸的步驟，該η個(gè)同軸輔助軸可旋轉(zhuǎn)地連接至所述η個(gè)第二傳輸裝置，所述η個(gè)同軸輔助軸在所述第二平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并且由所述輸入軸驅(qū)動(dòng)或驅(qū)動(dòng)所述輸入軸。
18.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于還包括鎖定裝置，該鎖定裝置適于防止一個(gè)或多個(gè)所述輸入軸與所述等速接頭之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，其中所述等速接頭與被鎖定的輸入軸作為一個(gè)整體旋轉(zhuǎn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于還包括鎖定裝置，該鎖定裝置用于防止一個(gè)或多個(gè)所述輸出軸與所述等速接頭之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，其中所述等速接頭與被鎖定的輸出軸作為一個(gè)整體轉(zhuǎn)動(dòng)。
20.一種腹腔鏡儀器，其特征在于該腹腔鏡儀器具有ρ自由度(D0F)，該腹腔鏡儀器包括a.k個(gè)連續(xù)臂節(jié)，每個(gè)臂節(jié)都包括η個(gè)同軸輸入軸，該η個(gè)同軸輸入軸適合在m個(gè)轉(zhuǎn)矩源的作用下繞旋轉(zhuǎn)輸入軸線旋轉(zhuǎn)，其中η和m為正整數(shù)；b.連接每兩個(gè)所述連續(xù)臂節(jié)的k-Ι等速接頭，每個(gè)所述等速接頭包括i. η個(gè)同軸的輸入傳輸裝置，每個(gè)輸入傳輸裝置均連接至所述η個(gè)輸入軸的其中之一； 所述輸入傳輸裝置界定了基本垂直于所述旋轉(zhuǎn)輸入軸線的第一平面； . η個(gè)同軸的第二傳輸裝置，可旋轉(zhuǎn)的連接至所述η個(gè)輸入傳輸裝置；所述第二傳輸裝置在第二平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而使所述第二平面基本垂直于所述第一平面；iii. η個(gè)同軸的輸出傳輸裝置，可旋轉(zhuǎn)的連接至所述η個(gè)第二傳輸裝置；所述輸出傳輸裝置在第三平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；所述第三平面基本垂直于所述第二平面；c.η個(gè)同軸的輸出軸，每個(gè)輸出軸均連接至所述η個(gè)輸出傳輸裝置的其中之一，所述 η個(gè)輸出軸適合繞旋轉(zhuǎn)輸出軸線旋轉(zhuǎn)，從而以恒定速度旋轉(zhuǎn)給定的輸入軸，這將為相應(yīng)的輸出軸提供恒定速度；且，所述旋轉(zhuǎn)輸入軸線與所述旋轉(zhuǎn)輸出軸線之間在所述第二平面上的角度的變化范圍約在0度至360度之間；d.至少一個(gè)腹腔鏡，其連接至所述k個(gè)連續(xù)臂節(jié)的至少其中之一，所述腹腔鏡適于進(jìn)行手術(shù)行為；其中所述P自由度包括提供給手術(shù)器械的至少7自由度。
21. 一種非機(jī)動(dòng)腹腔鏡/內(nèi)窺鏡操作裝置，包括a.至少兩個(gè)連續(xù)臂節(jié)；b.至少一個(gè)萬向接頭，該萬向接頭至少將每兩個(gè)所述連續(xù)臂節(jié)連接在一起；c.至少一個(gè)連接至所述連續(xù)臂的腹腔鏡；其中所述腹腔鏡/內(nèi)窺鏡操作裝置以非機(jī)動(dòng)的方式操作所述腹腔鏡/內(nèi)窺鏡。
全文摘要
一種包括多自由度的圓柱形裝置的腹腔鏡，該腹腔鏡能夠插入小的手術(shù)切口中。一系列同軸部件嵌入上述圓柱中，每個(gè)部件都能獨(dú)立旋轉(zhuǎn)并在遠(yuǎn)端促使形成所需要的運(yùn)動(dòng)。該腹腔鏡具有多個(gè)連續(xù)臂節(jié)，每個(gè)臂節(jié)包括幾個(gè)同軸輸入軸，該同軸輸入軸適于在多個(gè)轉(zhuǎn)矩源繞旋轉(zhuǎn)的輸入軸旋轉(zhuǎn)。此外，幾個(gè)等速接頭連接至所述臂節(jié)，并且所述等速接頭上裝有同軸輸入傳輸裝置、同軸第二傳輸裝置和同軸輸出傳輸裝置，以將所述輸入轉(zhuǎn)矩傳遞至同軸輸出軸，從而便于在患者體內(nèi)的所述裝置在遠(yuǎn)端進(jìn)行獨(dú)立旋轉(zhuǎn)和運(yùn)動(dòng)。
文檔編號A61B1/00GK102186396SQ200980140831
公開日2011年9月14日 申請日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月14日
發(fā)明者莫爾德艾·肖萊夫 申請人:M.S.T.醫(yī)療手術(shù)技術(shù)有限公司