手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，包括：手術(shù)機(jī)器人本體；第一動(dòng)力源，連接在本體，用于提供被本體控制的驅(qū)動(dòng)力；第一機(jī)械臂，連接在本體，從第一動(dòng)力源接收驅(qū)動(dòng)力而進(jìn)行動(dòng)作；機(jī)器人器械（robotic?instrument），安裝在第一機(jī)械臂，從第一動(dòng)力源接收驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行動(dòng)作；第二動(dòng)力源，連接在本體，用于提供被本體控制的驅(qū)動(dòng)力；手持式器械（handheld?instrument），從第二動(dòng)力源接收驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行動(dòng)作，并由使用者以手動(dòng)進(jìn)行操作。通過(guò)在手術(shù)機(jī)器人追加能夠向單獨(dú)的器械提供驅(qū)動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)源，當(dāng)要追加使用手持式器械時(shí)，能夠直接從手術(shù)機(jī)器人接收動(dòng)力源，并且追加的器械通過(guò)與機(jī)器人進(jìn)行通信，能夠被機(jī)器人控制，根據(jù)追加動(dòng)力源的規(guī)格制作的手持式器械可以像機(jī)器人安裝用器械一樣使用，其結(jié)果，能夠提高手術(shù)機(jī)器人的應(yīng)用性和擴(kuò)展性。
【專利說(shuō)明】手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]醫(yī)學(xué)上所說(shuō)的手術(shù)是指，使用醫(yī)療器械截?cái)嗷蚱书_(kāi)皮膚或粘膜、其他組織，或通過(guò)操作來(lái)治病的過(guò)程。特別是，由于切開(kāi)手術(shù)部位的皮膚并對(duì)其內(nèi)部的器官等進(jìn)行治療、整形或去除的開(kāi)腹手術(shù)等，引起出血、副作用、患者的痛苦、疤痕等問(wèn)題，因此最近作為對(duì)策案，使用機(jī)器人(robot)的手術(shù)正受到關(guān)注。
[0003]這種手術(shù)機(jī)器人為了手術(shù)的操作而具備機(jī)械臂，并且機(jī)械臂的前端部安裝有手術(shù)器械(instrument)，并通過(guò)由機(jī)器人生成、傳遞的驅(qū)動(dòng)力，使手術(shù)器械進(jìn)行手術(shù)中所必要的動(dòng)作。
[0004]通常，安裝在機(jī)器人上的手術(shù)器械由沿著長(zhǎng)度方向延伸的軸、結(jié)合在軸的末端的執(zhí)行器以及結(jié)合在軸的前端以使執(zhí)行器動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)部構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)部上設(shè)置有多個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，由于每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪通過(guò)鋼絲等與執(zhí)行器的各個(gè)部位連接，因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪時(shí)，與之對(duì)應(yīng)地，執(zhí)行器進(jìn)行手術(shù)中所必要的各種動(dòng)作。
[0005]當(dāng)將器械安裝在機(jī)器人上時(shí)，驅(qū)動(dòng)部結(jié)合在設(shè)置在機(jī)械臂上的致動(dòng)器上，并通過(guò)接收從致動(dòng)器傳遞的驅(qū)動(dòng)力，使設(shè)置在驅(qū)動(dòng)部上的驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而器械被機(jī)器人控制。
[0006]在這種現(xiàn)有的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)中，若要安裝在機(jī)器人上的器械之外再使用其他的器械，需要連接電機(jī)單元(motor pack)等單獨(dú)設(shè)置的動(dòng)力源來(lái)使用，即使置備了動(dòng)力源，其他的器械也不能統(tǒng)一地被機(jī)器人控制，而是需要輔助裝置(assistant)單獨(dú)控制器械。
[0007]上述【背景技術(shù)】是發(fā)明人為了導(dǎo)出本發(fā)明而保留或?qū)С霰景l(fā)明的過(guò)程中所學(xué)到的技術(shù)信息，不一定是本發(fā)明申請(qǐng)之前向公眾公開(kāi)的公知技術(shù)。
[0008]另一方面，美國(guó)授權(quán)專利公報(bào)US6,325,808號(hào)公開(kāi)了一種技術(shù),在用于向器械提供動(dòng)力的致動(dòng)器(actuator)上連接手動(dòng)動(dòng)作的手術(shù)工具(surgical tool),手術(shù)工具安裝在單獨(dú)的對(duì)接部(docking station)上,從而使手動(dòng)手術(shù)工具從機(jī)器人接收動(dòng)力，并被機(jī)器人的控制器控制，由醫(yī)生進(jìn)行手動(dòng)動(dòng)作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]技術(shù)問(wèn)題
[0010]本發(fā)明的目的在于，提供一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，當(dāng)要追加使用其他的手持式手術(shù)器械時(shí)，能夠直接由手術(shù)機(jī)器人提供動(dòng)力源，并且通過(guò)與機(jī)器人的通信，能夠由機(jī)器人控制追加的手術(shù)器械。
[0011]解決問(wèn)題的方法
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其包括:手術(shù)機(jī)器人本體；第一動(dòng)力源，連接在本體上，用于提供被本體控制的驅(qū)動(dòng)力；第一機(jī)械臂，連接在本體上，從第一動(dòng)力源接收驅(qū)動(dòng)力而進(jìn)行動(dòng)作；機(jī)器人器械(robotic instrument),安裝在第一機(jī)械臂上，從第一動(dòng)力源接收驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行動(dòng)作；第二動(dòng)力源，連接在本體上，用于提供被本體控制的驅(qū)動(dòng)力；手持式器械(handheld instrument),從第二動(dòng)力源接收驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行動(dòng)作，并由使用者以手動(dòng)進(jìn)行操作。
[0013]第一機(jī)械臂以n(n為自然數(shù))自由度進(jìn)行動(dòng)作，可以根據(jù)第一機(jī)械臂的動(dòng)作來(lái)確定機(jī)器人器械的位置，此時(shí)，機(jī)器人器械的末端結(jié)合有執(zhí)行器，執(zhí)行器從第一動(dòng)力源接收驅(qū)動(dòng)力，從而可以以m(m為自然數(shù))自由度進(jìn)行動(dòng)作。
[0014]手持式器械通過(guò)使用者以η自由度進(jìn)行動(dòng)作，可以根據(jù)使用者的手動(dòng)操作來(lái)確定手持式器械的位置，此時(shí)，手持式器械的末端結(jié)合有執(zhí)行器，執(zhí)行器從第二動(dòng)力源接收驅(qū)動(dòng)力，從而可以以m自由度進(jìn)行動(dòng)作。
[0015]第二動(dòng)力源可以構(gòu)成為能夠從本體引出的結(jié)構(gòu)，以將其末端結(jié)合在手持式器械上。
[0016]此外，本體上進(jìn)一步結(jié)合有第二機(jī)械臂，第二機(jī)械臂的端部設(shè)置有適配器，第二動(dòng)力源可以通過(guò)適配器傳遞驅(qū)動(dòng)力，此時(shí)，第二動(dòng)力源可以包括:接口，其與適配器匹配；纜線，其一端連接在接口上，另一端連接在手持式器械上，用于將通過(guò)適配器傳遞的驅(qū)動(dòng)力傳遞至手持式器械。
[0017]機(jī)器人器械上形成有規(guī)定形狀的接口，以接收驅(qū)動(dòng)力，并且第一機(jī)械臂的端部可以設(shè)置有與接口匹配的適配器。此時(shí)，手持式器械上形成有所述接口，以接收驅(qū)動(dòng)力，并且第二動(dòng)力源的末端可以設(shè)置有與接口匹配的適配器。
[0018]用于安裝手持式器械的安裝臺(tái)設(shè)置在本體與第一機(jī)械臂中的一個(gè)以上上，手持式器械通過(guò)安裝于安裝臺(tái)上，從而能夠確定其位置。
[0019]本體包括用于控制第二動(dòng)力源的控制部，控制部從手持式器械接收有關(guān)其操作狀態(tài)的信息，并以此為基礎(chǔ)生成控制信號(hào)，而手持式器械可以根據(jù)控制信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作。
[0020]手持式器械上標(biāo)有光學(xué)標(biāo)記(optical marker)，并且進(jìn)一步包括光學(xué)跟蹤器(optical traker)，所述光學(xué)跟蹤器根據(jù)標(biāo)記的相關(guān)圖像信息輸出與標(biāo)記位置有關(guān)的信息，控制部可以從光學(xué)跟蹤器接收信息以確定手持式器械的位置?；蛘撸梢赃M(jìn)一步包括磁性跟蹤器(magnetic tracker)，所述磁性跟蹤器利用磁場(chǎng)輸出有關(guān)手持式器械位置的信息，控制部可以從磁性跟蹤器接收信息以確定手持式器械的位置。
[0021]通過(guò)以下附圖、權(quán)利要求范圍以及發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明，能夠明確除上述以外的其他方面、特征、優(yōu)點(diǎn)。
[0022]發(fā)明效果
[0023]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，由于在手術(shù)機(jī)器人上追加能夠向其他的器械提供驅(qū)動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)源，因此，若要追加使用手持式器械時(shí)，能夠直接從手術(shù)機(jī)器人接收動(dòng)力源，并且追加的器械通過(guò)與機(jī)器人的通信，能夠被機(jī)器人控制，從而，根據(jù)追加動(dòng)力源的規(guī)格制作的手持式器械可以像安裝機(jī)器人的手術(shù)器械一樣使用，其結(jié)果，能夠提高手術(shù)機(jī)器人的應(yīng)用性和擴(kuò)展性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是表示本發(fā)明一實(shí)施例的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的概念圖。[0025]圖2是表示本發(fā)明的另一實(shí)施例的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的概念圖。
[0026]圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施例的動(dòng)力源的適配器和器械的接口的概念圖。
[0027]圖4是表示本發(fā)明的一實(shí)施例的手持式器械安裝在手術(shù)機(jī)器人上的狀態(tài)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]本發(fā)明可以進(jìn)行多種變化，也可以具有多種實(shí)施例，在此例示具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。但是，本發(fā)明并不限定于【具體實(shí)施方式】，應(yīng)當(dāng)理解為，包括屬于本發(fā)明的思想及技術(shù)范圍內(nèi)的所有變化、均等物至代替物。認(rèn)為在對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明中有關(guān)已知技術(shù)的詳細(xì)說(shuō)明可能混淆本發(fā)明的旨意的情況下，省略該詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]可以使用諸如“第一”和“第二”的術(shù)語(yǔ)來(lái)描述各種構(gòu)成要素，但是所述構(gòu)成要素不受所述術(shù)語(yǔ)限制。所述術(shù)語(yǔ)僅用于將一個(gè)構(gòu)成要素與另一構(gòu)成要素進(jìn)行區(qū)分。
[0030]在本申請(qǐng)中使用的術(shù)語(yǔ)僅用于說(shuō)明具體的實(shí)施例，并不意在限制本發(fā)明。單數(shù)表示包括復(fù)數(shù)表示，只要可以清晰地區(qū)別理解。在本申請(qǐng)中，諸如“包括”或“具有”等術(shù)語(yǔ)表示存在于說(shuō)明書(shū)的描述中采用的特征、序號(hào)、步驟、操作、構(gòu)成要素、組件或其組合，而不排除存在或增加一個(gè)或多個(gè)不同的特征、序號(hào)、步驟、操作、構(gòu)成要素、組件或其組合的可能性。
[0031]以下，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，在參照附圖進(jìn)行說(shuō)明時(shí)，相同或相應(yīng)的構(gòu)成要素賦予相同附圖標(biāo)記，省略對(duì)其的重復(fù)說(shuō)明。
[0032]此外，將設(shè)計(jì)、制作成安裝在手術(shù)機(jī)械臂上并被機(jī)器人控制的手術(shù)用器械稱為“機(jī)器人器械(robotic instrument)”,而將設(shè)計(jì)、制作成人用手持握使用并且通過(guò)動(dòng)力(本身具有的或從外部供給)進(jìn)行動(dòng)作的手術(shù)用器械稱為“手持式器械(handheld instrument)”。
[0033]圖1是表示本發(fā)明一實(shí)施例的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的概念圖。參照?qǐng)D1，圖示有本體1、第一動(dòng)力源3、機(jī)械臂5、機(jī)器人器械7、執(zhí)行器9、第二動(dòng)力源10、手持式器械14、控制部30。
[0034]本實(shí)施例的安裝有機(jī)器人器械的手術(shù)機(jī)器人具有以下特征，通過(guò)使機(jī)械臂或器械等動(dòng)作的動(dòng)力源的一部分，使手持式器械進(jìn)行動(dòng)作，并且，由于手持式器械與機(jī)器人連接，利用其連接關(guān)系使手持式器械也能夠被機(jī)器人控制。
[0035]通常，手術(shù)機(jī)器人被分為主單元和從單元，并各種以單獨(dú)的裝置，即主(master)機(jī)器人和從(slave)機(jī)器人構(gòu)成，且分別置于不同的位置，而且通過(guò)有線無(wú)線通信發(fā)送和接受輸入、輸出、處理等信號(hào)以進(jìn)行機(jī)器人手術(shù)。例如，當(dāng)醫(yī)生操作主機(jī)器人以生成、傳送輸入信號(hào)時(shí)，置于遠(yuǎn)端的從機(jī)器人接收其信號(hào)，并像醫(yī)生親自用手進(jìn)行手術(shù)一樣，使機(jī)器人動(dòng)作。這種概念的手術(shù)機(jī)器人可以被稱為“遙控式機(jī)器人(teleoperated robot)".[0036]進(jìn)行手術(shù)的機(jī)器人(從機(jī)器人)具備機(jī)械臂，機(jī)械臂上安裝有機(jī)器人器械7，機(jī)器人器械7通過(guò)接收被機(jī)器人控制的驅(qū)動(dòng)力而進(jìn)行手術(shù)所需的動(dòng)作。此外，手術(shù)室中不僅有手術(shù)機(jī)器人，而且還有手術(shù)中所必 要的各種輔助裝置、工具、器具等，同時(shí)用來(lái)進(jìn)行手術(shù)，而根據(jù)情況，輔助裝置從機(jī)器人接收動(dòng)力(即，將輔助裝置連接在機(jī)器人上)以進(jìn)行動(dòng)作。這種概念的手術(shù)機(jī)器人可以成為“協(xié)助式機(jī)器人(cooperative robot)”
[0037]本實(shí)施例是將“遙控式機(jī)器人”和“協(xié)助式機(jī)器人”進(jìn)行一體化的概念，而且通過(guò)利用手術(shù)機(jī)器人的動(dòng)力源的一部分，可使用其他的裝置(例如，手持式器械)，從而使“遙控式機(jī)器人”也可以發(fā)揮“協(xié)助式機(jī)器人”的作用。[0038]現(xiàn)有技術(shù)中，若要安裝在手術(shù)機(jī)器人上的機(jī)器人器械之外，追加使用其他的手持式器械時(shí)，手持式器械通過(guò)其他的動(dòng)力源(器械本身具備的動(dòng)力源或設(shè)置在外部的電機(jī)單元等動(dòng)力源)進(jìn)行動(dòng)作，由此，手持式器械和機(jī)器人器械以相互之間沒(méi)有聯(lián)動(dòng)關(guān)系的方式，分別單獨(dú)地被操作、控制。
[0039]相對(duì)于此，本發(fā)明的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的特征在于，并非單獨(dú)地設(shè)置手持式器械14的動(dòng)作所需的動(dòng)力源，而是利用機(jī)器人所具備的動(dòng)力源，使手持式器械14進(jìn)行動(dòng)作。
[0040]例如，當(dāng)手術(shù)機(jī)器人具有七個(gè)動(dòng)力線時(shí)，其中三個(gè)用于確定機(jī)械臂5的位置，另外三個(gè)用于確定安裝在機(jī)械臂5上的器械的方向(具體為，結(jié)合在器械的末端的執(zhí)行器9的方向)，其余的一個(gè)可用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器9 (例如，握緊(grip)動(dòng)作)。
[0041]將這種“機(jī)械臂5-器械”動(dòng)力體系的示例引入到手持式器械14時(shí)，則不需要用于確定機(jī)械臂5的位置的三個(gè)動(dòng)力線，即用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂5的三個(gè)動(dòng)力線在手持式器械14中是不需要的。由于手持式器械14是人用手持握的，因此可以通過(guò)人確定其位置，從而并不需要用于確定機(jī)械臂5的位置的三個(gè)動(dòng)力線。
[0042]當(dāng)將手持式器械連接在機(jī)器人上使用時(shí)，如上所述，手持式器械的位置是由人來(lái)確定，此時(shí)，通過(guò)附加可確定手持式器械的位置的單元，對(duì)手術(shù)機(jī)器人和手持式器械進(jìn)行統(tǒng)一控制也許更便利。
[0043]即，利用光學(xué)跟蹤(optical tracking)及 / 或磁性跟蹤(magnetic tracking)技術(shù)，能夠確認(rèn)手持式器械的位置。
[0044]為此，在手持式器械上表示光學(xué)標(biāo)記，并利用光學(xué)跟蹤器并根據(jù)有關(guān)標(biāo)記的圖像信息，能夠輸出有關(guān)標(biāo)記的位置的信息，而手術(shù)機(jī)器人控制部能夠通過(guò)由光學(xué)跟蹤器輸出的信息確認(rèn)手持式器械的位置。
[0045]或者，設(shè)置利用磁場(chǎng)輸出有關(guān)手持式器械的位置信息的磁性跟蹤器(magnetictracker)，而手術(shù)機(jī)器人的控制部能夠通過(guò)由磁性跟蹤器輸出的信息確認(rèn)手持式器械的位置。
[0046]例如，光學(xué)跟蹤器可以以如下方式進(jìn)行動(dòng)作:標(biāo)記由反射光線的物質(zhì)構(gòu)成，包含在光學(xué)跟蹤器內(nèi)的紅外線攝像機(jī)等感應(yīng)裝置檢測(cè)由標(biāo)記反射的光線，以追蹤手持式器械的位置，而磁性跟蹤器可以以如下方式進(jìn)行動(dòng)作:在外部設(shè)置用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的單獨(dú)裝置，手持式器械上粘貼有磁場(chǎng)傳感器，從而由傳感器輸出有關(guān)手持式器械的位置的信息。
[0047]另一方面，使執(zhí)行器9動(dòng)作的其他四個(gè)動(dòng)力線，也可以以相同的方式應(yīng)用于手持式器械14中。即本實(shí)施例中，將機(jī)器人的動(dòng)力源的一部分引出并使用在手持式器械14上，意味著在上述例中適用使執(zhí)行器9動(dòng)作的四個(gè)動(dòng)力線。
[0048]以下，將使機(jī)械臂5以及安裝在其上的用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人器械7的動(dòng)力源稱為“第一動(dòng)力源”，從機(jī)器人引出用于驅(qū)動(dòng)手持式器械14的動(dòng)力源稱為“第二動(dòng)力源”。在上述的示例中，使機(jī)械臂5以及機(jī)器人器械7動(dòng)作的七個(gè)動(dòng)力線相當(dāng)于作為第一動(dòng)力源3使用的示例，使手持式器械14動(dòng)作的四個(gè)動(dòng)力線相當(dāng)于作為第二動(dòng)力源10使用的示例。即，即使是相同的動(dòng)力線，根據(jù)所使用的用途，可成為第一動(dòng)力源3或第二動(dòng)力源10。
[0049]本實(shí)施例的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)由本體1、結(jié)合在本體I上的機(jī)械臂5、安裝在機(jī)械臂5上的機(jī)器人器械7、第一動(dòng)力源3、第二動(dòng)力源10以及手持式器械14構(gòu)成。
[0050]機(jī)械臂5結(jié) 合在本體1上，并且其端部上安裝有機(jī)器人器械7。此外，機(jī)械臂5從本體I接收動(dòng)力源，在三維空間上可以根據(jù)需要的狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)作。這種機(jī)械臂5的動(dòng)作結(jié)果，確定安裝在其端部上的機(jī)器人器械7在三維空間上的位置。如上所述，驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂5的動(dòng)力源相當(dāng)于第一動(dòng)力源3。
[0051]例如，當(dāng)機(jī)械臂5通過(guò)以X軸為中心的俯仰(pitching)、以Y軸為中心的旋轉(zhuǎn)(rotating)以及朝向Z軸方向的移動(dòng)的三個(gè)動(dòng)作來(lái)確定其位置時(shí),可以認(rèn)為機(jī)械臂5以3自由度進(jìn)行動(dòng)作，由此，安裝在機(jī)械臂5的端部的機(jī)器人器械7可以根據(jù)機(jī)械臂5的動(dòng)作結(jié)果，確定其位直。
[0052]機(jī)器人器械7安裝在機(jī)械臂5上，并且與機(jī)械臂5相同地，可以從第一動(dòng)力源3接收驅(qū)動(dòng)力而進(jìn)行動(dòng)作。這種機(jī)器人器械7的動(dòng)作結(jié)果，結(jié)合在其末端的執(zhí)行器9的三維空間上的方向得以確定。
[0053]例如，當(dāng)結(jié)合在機(jī)器人器械7的末端的執(zhí)行器9以X軸為中心的旋轉(zhuǎn)、以Y軸為中心的旋轉(zhuǎn)、以Z軸為中心的旋轉(zhuǎn)以及夾持的四個(gè)動(dòng)作來(lái)確定其方向時(shí)，可以認(rèn)為機(jī)器人器械7以4自由度進(jìn)行動(dòng)作，由此確定結(jié)合在器械的末端的執(zhí)行器9的方向，從而能夠進(jìn)行動(dòng)作(夾持)。
[0054]這樣，機(jī)械臂5以及安裝在機(jī)械臂5上的機(jī)器人器械7通過(guò)被本體I控制的第一動(dòng)力源3進(jìn)行動(dòng)作。
[0055]另一方面，本實(shí)施例的機(jī)器人本體I上連接有第二動(dòng)力源10，并且與第一動(dòng)力源3相同地，通過(guò)第二動(dòng)力源10傳遞 的驅(qū)動(dòng)力由本體I進(jìn)行控制。
[0056]第二動(dòng)力源10僅僅是為了根據(jù)使用形態(tài)與第一動(dòng)力源3進(jìn)行區(qū)分而命名的，實(shí)際上，當(dāng)引出可應(yīng)用于第一動(dòng)力源3上的動(dòng)力線以連接于手持式器械14上時(shí)，其被引出的動(dòng)力線也可以作為本實(shí)施例的第二動(dòng)力源10發(fā)揮作用。
[0057]當(dāng)然，第二動(dòng)力源10并非一定以與第一動(dòng)力源3相同的方式構(gòu)成，當(dāng)本體1(以與第一動(dòng)力源3不同的方式)上設(shè)置單獨(dú)的電機(jī)單元，而電機(jī)單元的動(dòng)作被本體I控制時(shí)，單獨(dú)的電機(jī)單元相當(dāng)于本實(shí)施例的第二動(dòng)力源10。
[0058]手持式器械14如其文字表述一樣，是用手持握使用的器械，并非以安裝在機(jī)械臂5上為前提進(jìn)行制作的，而是在機(jī)器人手術(shù)的進(jìn)行過(guò)程中，使用者(例如，助手)為了輔助機(jī)器人器械7，而用手持握使用的。
[0059]通常，手持式器械14構(gòu)成為，供使用者用手持握的手把上連接有軸，在軸的末端結(jié)合有執(zhí)行器9。用于驅(qū)動(dòng)手持式器械14的動(dòng)力源可以以電池形態(tài)包含在手把內(nèi)，也可以將外部的動(dòng)力源連接在手把上，通過(guò)手把傳遞驅(qū)動(dòng)力。
[0060]本實(shí)施例中，將連接在機(jī)器人本體I上的第二動(dòng)力源10連接在手持式器械14上，從而使第二動(dòng)力源10作為驅(qū)動(dòng)手持式器械14所需的動(dòng)力源。
[0061]由此，本實(shí)施例的手持式器械14，可以從機(jī)器人(第二動(dòng)力源10)接收驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行動(dòng)作，也可以是單獨(dú)或同時(shí)由使用者以手動(dòng)進(jìn)行操作。
[0062]將手持式器械14的動(dòng)作自由度與前述的機(jī)器人器械7相比較時(shí)，機(jī)械臂5的運(yùn)動(dòng)與使用者的手動(dòng)操作對(duì)應(yīng)，而執(zhí)行器9的動(dòng)作則相同。
[0063]例如，當(dāng)機(jī)械臂5通過(guò)第一動(dòng)力源3以3自由度進(jìn)行動(dòng)作，并起到確定機(jī)器人器械7的位置的作用時(shí)，手持式器械14通過(guò)使用者的手動(dòng)操作以3自由度進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)使用者的手動(dòng)操作確定其位置。[0064]此外，結(jié)合在手持式器械14的末端的執(zhí)行器9與機(jī)器人器械7相同地，可以從機(jī)器人(具體為第二動(dòng)力源10)接收驅(qū)動(dòng)力以4自由度(例如，分別將三個(gè)軸作為中心進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)以及夾持)進(jìn)行動(dòng)作。
[0065]手持式器械14可以從被機(jī)器人控制的第二動(dòng)力源10接收驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行動(dòng)作，為此，第二動(dòng)力源10可以構(gòu)成為能夠從機(jī)器人本體I引出其末端(能夠從本體I引出)的結(jié)構(gòu)。
[0066]作為為了手持式器械14而“引出”機(jī)器人的動(dòng)力源的一部分(第二動(dòng)力源10)的方式，如圖1所示，可以適用將動(dòng)力源的一部分作為單獨(dú)的動(dòng)力線而從機(jī)器人本體I引出的方式。
[0067]或者，也可以采用以下方式:在端部設(shè)置有機(jī)械臂6的器械安裝用適配器上安裝手持式器械14的驅(qū)動(dòng)所需的接口，而不是安裝機(jī)器人器械7。相關(guān)的結(jié)構(gòu)，參照后述的圖2進(jìn)行更加詳細(xì)的說(shuō)明。
[0068]圖2是表示本發(fā)明的另一實(shí)施例的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的概念圖。參照?qǐng)D2，圖示有本體1、第一動(dòng)力源3、機(jī)械臂5、6、機(jī)器人器械7、第二動(dòng)力源10、手持式器械14、適配器 16a、16b，接口 18a、18b，纜線 20。
[0069]本實(shí)施例作為從機(jī)器人引出第二動(dòng)力源10的方式的實(shí)施例，在端部設(shè)置有機(jī)械臂6的器械安裝用適配器16a上安裝手持式器械14的驅(qū)動(dòng)所需的接口 18a。
[0070]即，為了引出第二動(dòng)力源10，在結(jié)合于本體I上的機(jī)械臂6端部上形成適配器16a，并且連接由與適配器16a匹配的接口 18a和連接在接口 18a上的纜線20構(gòu)成的引出用機(jī)構(gòu)(以下稱為“第二動(dòng)力源引出纜線”)，從而將第二動(dòng)力源10引出至纜線20的末端。
[0071]通過(guò)在第二動(dòng)力源引出纜線的末端連接手持式器械14，從而使手持式器械14從第二動(dòng)力源10接收驅(qū)動(dòng)力而進(jìn)行動(dòng)作。此時(shí)，第二動(dòng)力源10可以形成為“動(dòng)力線-機(jī)械臂6-適配器16a-接口 18a-纜線20”的連接關(guān)系，并且通過(guò)這種連接關(guān)系，來(lái)自手術(shù)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)力被傳遞至手持式器械14。
[0072]這是通過(guò)形成在機(jī)械臂6上的適配器16a以及與其匹配的接口 18a引出手術(shù)機(jī)器人的動(dòng)力源的一部分的方式，如果將形成在機(jī)械臂6上的適配器16a制作成與用于安裝機(jī)器人器械7的適配器16b相同，則在機(jī)械臂6的端部(適配器16a)上可以選擇性地安裝機(jī)器人器械7和第二動(dòng)力源引出纜線。
[0073]當(dāng)在機(jī)械臂5的適配器16b上安裝機(jī)器人器械7時(shí)，機(jī)器人器械7可以通過(guò)由本體I提供的動(dòng)力源(第一動(dòng)力源3)進(jìn)行動(dòng)作，當(dāng)在機(jī)械臂6的適配器16a上安裝第二動(dòng)力源引出纜線時(shí)，手持式器械14可以通過(guò)由本體I提供的動(dòng)力源(第二動(dòng)力源10)進(jìn)行動(dòng)作。
[0074]為此，當(dāng)然可以將機(jī)器人器械7的接口 18b和第二動(dòng)力源引出纜線的接口 18a制作成相同，這樣，通過(guò)使“適配器-接口 ”之間的匹配關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)化，能夠連接與標(biāo)準(zhǔn)化接口相同的接口的其他手術(shù)裝置，從而能夠提高手術(shù)機(jī)器人的應(yīng)用性和擴(kuò)展性。
[0075]如參照?qǐng)D2所進(jìn)行的說(shuō)明，可以通過(guò)現(xiàn)有機(jī)械臂6的器械安裝用適配器16a引出手持式器械14進(jìn)行動(dòng)作所需的動(dòng)力源(第二動(dòng)力源10)，如參照?qǐng)D1所進(jìn)行的說(shuō)明，也可以通過(guò)利用其他的動(dòng)力線的方式來(lái)引出。
[0076]此外，關(guān)于第二動(dòng)力源10，可以將配置在機(jī)器人本體I上的動(dòng)力源的一部分作為第二動(dòng)力源10，也可以追加單獨(dú)的電機(jī)單元，并使該追加的電機(jī)單元作為第二動(dòng)力源10發(fā)揮作用。[0077]當(dāng)作為第二動(dòng)力源10使用單獨(dú)的電機(jī)單元時(shí),雖然遙控式機(jī)器人(teleoperatedrobot)的動(dòng)力體系(第一動(dòng)力源3-機(jī)械臂5-機(jī)器人器械7 )和協(xié)助式機(jī)器人(cooperative)的動(dòng)力體系(第二動(dòng)力源10-手持式器械14)相互分離，但是此時(shí)也可以使各個(gè)機(jī)器人通過(guò)相互通信而同時(shí)被控制，從而使兩個(gè)機(jī)器人形成為一體。
[0078]即，在機(jī)器人本體I上連接用于向手動(dòng)器械14提供動(dòng)力的單獨(dú)的電機(jī)單元，并使電機(jī)單元被機(jī)器人本體I統(tǒng)一控制。例如，當(dāng)機(jī)器人本體I的控制臺(tái)上坐著控制機(jī)器人的使用者(施術(shù)者)，手持式器械14被其他使用者(手術(shù)輔助人員)持握時(shí)，由于通過(guò)機(jī)器人本體I可以統(tǒng)一控制電機(jī)單元，因此，施術(shù)者能夠坐在控制臺(tái)上控制輔助人員持握的器械(當(dāng)然，如上所述，由于手持式器械14的本身的位置是被輔助人員的手動(dòng)操作確定，因此通過(guò)控制臺(tái)難以進(jìn)行控制，但是通過(guò)控制臺(tái)能夠統(tǒng)一控制結(jié)合在器械末端的執(zhí)行器9的動(dòng)作)。
[0079]圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施例的動(dòng)力源的適配器和器械的接口的概念圖。參照?qǐng)D3，圖不有機(jī)械臂5、6、機(jī)器人器械7、手持式器械14、適配器16b、16c、接口 18b、18c。
[0080]本實(shí)施例中，通過(guò)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使動(dòng)力源的適配器和器械的接口具有可相互安裝的結(jié)構(gòu)，從而通過(guò)在機(jī)械臂6上安裝手持式器械14或在第二動(dòng)力源引出用纜線的末端安裝機(jī)器人器械7，能夠使各個(gè)器械通用。
[0081]第二動(dòng)力源10可以通過(guò)其他的動(dòng)力線引出，或者可以通過(guò)安裝在形成于機(jī)械臂6上的適配器16a的第二動(dòng)力源引出纜線引出。此時(shí)，如上所述，與機(jī)器人器械7相同地，可以對(duì)形成在機(jī)械臂6上的適配器16a和第二動(dòng)力源引出纜線的接口 18a進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。
[0082]此外，單獨(dú)的動(dòng)力線末端以及第二動(dòng)力源引出纜線的末端也結(jié)合有手持式器械14，為此，手持式器械14上也可以形成有用于接收驅(qū)動(dòng)力的接口 18c。
[0083]首先觀察機(jī)器人器械7，機(jī)械臂5的端部上設(shè)置有適配器16b，安裝在該適配器16b上的機(jī)器人器械7上形成規(guī)定形狀的接口 18b。將器械安裝在機(jī)械臂5上時(shí)，由于接口 18b與適配器16b匹配，從而通過(guò)機(jī)械臂5將驅(qū)動(dòng)力從機(jī)器人本體I傳遞至器械。
[0084]手持式器械14上也形成有接口 18c，以能夠接收驅(qū)動(dòng)力，供安裝手持式器械14的第二動(dòng)力源10的末端(例如，其他的動(dòng)力線的末端或第二動(dòng)力源引出纜線的末端)可以設(shè)置有與接口 18c匹配的適配器16c。
[0085]由此，如果通過(guò)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理使手持式器械14的接口 18c與機(jī)器人器械7的接口 18b相同，并且通過(guò)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理使第二動(dòng)力源10的末端的適配器16c與機(jī)械臂5的適配器16b相同，可以根據(jù)需要將手持式器械14安裝在機(jī)械臂6上，或?qū)C(jī)器人器械7安裝在第二動(dòng)力源10的末端，進(jìn)而能夠安裝采用標(biāo)準(zhǔn)化接口的其他裝置，從而能夠提高手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的擴(kuò)展性。
[0086]圖4是表示本發(fā)明的一實(shí)施例的手持式器械安裝在手術(shù)機(jī)器人上的狀態(tài)的圖。參照?qǐng)D4，圖示有本體1、第一動(dòng)力源3、機(jī)械臂5、機(jī)器人器械7、第二動(dòng)力源10、手持式器械
14、安裝臺(tái)22、控制部30。
[0087]本實(shí)施例中，通過(guò)在手術(shù)機(jī)器人上設(shè)置可安裝手持式器械14的安裝臺(tái)22，使連接在第二動(dòng)力源10上以輔助的方式使用的手持式器械14能夠像安裝在手術(shù)機(jī)機(jī)械臂上的器
械一樣使用。
[0088] 即，如圖4所示，通過(guò)設(shè)置安裝臺(tái)22，使手持式器械14能夠安裝在本體I或機(jī)械臂5上，從而手持式器械14能夠以安裝在安裝臺(tái)22的狀態(tài)，從機(jī)器人接收驅(qū)動(dòng)力而被控制。[0089]雖然安裝在機(jī)械臂5上的機(jī)器人器械7根據(jù)機(jī)械臂5的3自由度的動(dòng)作而確定其位置，但是安裝在安裝臺(tái)22上的手持式器械14的位置被安裝臺(tái)22固定，手術(shù)機(jī)器人可以控制結(jié)合在被安裝的手持式器械14末端的執(zhí)行器9的動(dòng)作(如上所述的例中，4自由度的動(dòng)作)。
[0090]另一方面，如上所述，手持式器械14可以通過(guò)與機(jī)器人本體I的通信而由機(jī)器人統(tǒng)一控制，例如，當(dāng)操作設(shè)置在手持式器械14上的操作裝置時(shí)，與其相應(yīng)的信號(hào)傳遞至機(jī)器人本體I，機(jī)器人本體I如同控制機(jī)器人器械7 —樣控制手持式器械14，從而使手持式器械14進(jìn)行動(dòng)作。
[0091]即，控制第二動(dòng)力源10的本體I的控制部30接收有關(guān)手持式器械14的操作狀態(tài)的信息，并以此為基礎(chǔ)生成信號(hào)(通過(guò)控制第二動(dòng)力源10)，從而能夠控制手持式器械14。
[0092]以上參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但對(duì)于該【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不超出權(quán)利 要求書(shū)記載的本發(fā)明的思想及區(qū)域的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以進(jìn)行多種修改和變更。
【權(quán)利要求】
1. 一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，包括: 手術(shù)機(jī)器人本體； 第一動(dòng)力源，連接在所述本體上，用于提供被所述本體控制的驅(qū)動(dòng)力； 第一機(jī)械臂，連接在所述本體上，從所述第一動(dòng)力源接收驅(qū)動(dòng)力而進(jìn)行動(dòng)作； 機(jī)器人器械，安裝在所述第一機(jī)械臂上，從所述第一動(dòng)力源接收驅(qū)動(dòng)力而進(jìn)行動(dòng)作； 第二動(dòng)力源，連接在所述本體上，用于提供被所述本體控制的驅(qū)動(dòng)力； 手持式器械，從所述第二動(dòng)力源接收驅(qū)動(dòng)力而進(jìn)行動(dòng)作，并由使用者以手動(dòng)進(jìn)行操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一機(jī)械臂以n(n為自然數(shù))自由度進(jìn)行動(dòng)作，通過(guò)所述第一機(jī)械臂的動(dòng)作來(lái)確定所述機(jī)器人器械的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于， 所述機(jī)器人器械的末端結(jié)合有執(zhí)行器，所述執(zhí)行器從所述第一動(dòng)力源接收驅(qū)動(dòng)力，從而以m(m為自然數(shù))自由度進(jìn)行動(dòng)作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于， 所述手持式器械通過(guò)使用者以η自由度進(jìn)行動(dòng)作，通過(guò)使用者的手動(dòng)操作來(lái)確定所述手持式器械的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于， 所述手持式器械的末端結(jié)合有執(zhí)行器，所述執(zhí)行器從所述第二動(dòng)力源接收驅(qū)動(dòng)力，從而以m自由度進(jìn)行動(dòng)作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于， 所述第二動(dòng)力源構(gòu)成為能夠從所述本體引出的結(jié)構(gòu)，以將其末端結(jié)合在所述手持式器械上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于， 所述本體上進(jìn)一步結(jié)合有第二機(jī)械臂，所述第二機(jī)械臂的端部設(shè)置有適配器，所述第二動(dòng)力源通過(guò)所述適配器傳遞驅(qū)動(dòng)力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述第二動(dòng)力源包括: 接口，其與所述適配器匹配； 纜線，其一端連接在所述接口上，另一端連接在所述手持式器械上，將通過(guò)所述適配器傳遞的驅(qū)動(dòng)力傳遞至所述手持式器械。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于， 所述機(jī)器人器械上形成有規(guī)定形狀的接口以便接收驅(qū)動(dòng)力，所述第一機(jī)械臂的端部設(shè)置有與所述接口匹配的適配器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于， 所述手持式器械上形成有所述接口以便接收驅(qū)動(dòng)力，所述第二動(dòng)力源的末端設(shè)置有與所述接口匹配的適配器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于， 用于安裝所述手持式器械的安裝臺(tái)設(shè)置在所述本體與所述第一機(jī)械臂中的一個(gè)以上上，而所述手持式器械安裝于所述安裝臺(tái)上，從而確定其位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述本體包括用于控制所述第二動(dòng)力源的控制部， 所述控制部從所述手持式器械接收與操作狀態(tài)有關(guān)的信息，并以此為基礎(chǔ)生成控制信號(hào)， 所述手持式器械根據(jù)所述控制信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于， 所述手持式器械上標(biāo)有光學(xué)標(biāo)記，并且進(jìn)一步包括光學(xué)跟蹤器，所述光學(xué)跟蹤器根據(jù)所述標(biāo)記的圖像信息輸出與所述標(biāo)記位置有關(guān)的信息，所述控制部從所述光學(xué)跟蹤器接收信息以確定所述手持式器械的位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于， 進(jìn)一步包括磁性跟蹤器，所述磁性跟蹤器利用磁場(chǎng)輸出所述手持式器械的位置信息， 所述控制部從所述磁性跟蹤器接收信息以確定所述手持式器械的位置。
【文檔編號(hào)】B25J18/00GK103917187SQ201280037619
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月3日
【發(fā)明者】崔勝旭, 元鐘碩, 李珉圭 申請(qǐng)人:韓商未來(lái)股份有限公司