[发明专利]手术机器人系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种手术机器人系统及其控制方法。

背景技术

医学上的手术是指使用医疗器械对皮肤、粘膜或其它组织进行切开、切割或进行操作而治愈病的行为。特别是，切开手术部位皮肤而对其内部器官等进行治疗、整形或切除的剖腹手术等，由于出血、副作用、患者痛苦、疤痕等问题，最近使用机器人(robot)的手术备受欢迎。

这种手术机器人具备用于进行手术操作的机器臂，在机器臂的前端部安装有手术器械(instrument)，手术器械根据由机器人生成、传递的驱动力而执行手术所需动作。

一般安装在机器人上的手术器械包括：轴，向长度方向延伸；执行器，与轴的末端结合；以及驱动单元，与轴的前端结合，并且用于驱动执行器。在驱动单元上设有多个驱动轮，各驱动轮通过钢丝等与执行器的各部分连接，当驱动轮旋转时，执行器与其相应地执行手术所需的各种动作。

将手术器械安装在机器人上时，驱动单元与机器臂上具有的致动器结合，而且设置在驱动单元上的各驱动轮接收来自致动器的驱动力进行旋转，由此通过机器人控制手术器械。

在以往的‘机器人-手术器械’的安装结构中，设置有与手术器械的运转自由度相应数量的驱动轮，并且与驱动轮数量相应地，致动器中也具备相同数量的运转轮。

最近，随着单通道手术(single port surgery)等新手术技术的出现，有必要追加手术器械运转自由度，但是以往的机器人-手术器械驱动机制而言，如果追加手术器械的运转自由度，则与其相应地需要追加驱动轮及运转轮个数，因此存在不仅要变更手术器械的设计还要变更手术机器人自身设计的问题。

例如，以往安装有以四自由度运转的手术器械的手术机器人系统而言，在机器人上安装设置有四个驱动轮的手术器械，并且与其相应的在机器人的致动器中也要具备四个运转轮，但是如果想要使手术器械以五自由度运转时，可能发生以往的手术器械不能使用的情况，从而需要重新制作设置有五个驱动轮的手术器械，并且与其相应地在手术机器人的致动器中也要具备五个运转轮。

上述背景技术是发明人为了导出本发明而所掌握或在导出本发明的过程中所学到的技术信息，并不一定是本发明申请之前就被一般公众公开的公知技术。

发明内容

技术课题

本发明提供一种手术机器人系统及其控制方法，即使追加手术器械的运转自由度，也不必变更手术器械的驱动单元结构及手术机器人的致动器结构。

技术解决方法

根据本发明的一实施方式，提供一种手术机器人系统，其安装有手术器械，该手术机器人系统包括：第一驱动单元，用于中介手术器械与机器人之间的结合，并且具有n个(n是自然数)基本驱动子，从而使手术器械以规定运转状态为操作原点以n自由度运转；第二驱动单元，与手术器械结合，并且具有m个(m是自然数)附加驱动子，从而使手术器械以n+m自由度运转；传感单元，检测第二驱动单元的有关驱动程度的信息并输出传感信号；控制器，接收传感信号并修改对应于操作原点的值，而且输出用于驱动第一驱动单元的控制信号。

第一驱动单元与手术器械的前端部结合，基本驱动子可以以设置在第一驱动单元的与机器人对置的面上的一个以上驱动轮实现。附加驱动子可以由使用者手动操作，或者接收来自单独的驱动装置的驱动力进行操作。

m为1，手术器械的轴构成为能够以其长度方向的轴线为中心旋转的结构，轴可以通过使用者对附加驱动子的操作而执行旋转动作。此时，轴的旋转动作也可以通过基本驱动子的运转而执行。

m为1，手术器械的轴包括：外部轴，向其长度方向之外的方向弯曲(bending)，并且能够以其长度方向的轴线为中心旋转；内部轴，收容在外部轴内，并且在外部轴内能够以其延伸方向为中心旋转；外部轴可以通过操作者对附加驱动子的操作而执行旋转动作。此时，外部轴的旋转动作也可以通过基本驱动子的运转而执行。

m为1，手术器械的轴构成为能够以其长度方向的轴线为中心旋转并且能够向其长度方向之外的方向弯曲的结构，轴可以通过操作者对附加驱动子的操作而执行弯曲动作。此时，轴的弯曲动作也可以通过基本驱动子的运转而执行。