[发明专利]机器人臂的安全装置、机器人臂和用于机器人手术系统的控制系统

说明书

本申请涉及一种机器人臂的安全装置、机器人臂和用于机器人手术系统的控制系统，其中机器人臂的安全装置包括位置检测装置，其用于确定手术器械在限定工作空间中的位置，所述位置检测装置可操作地联接到闭锁装置，其中在检测到所述手术工具在所述限定工作空间外部移动时，所述闭锁装置阻止所述手术工具进一步移动。本申请能提高手术系统的安全性。

技术领域

本发明提供了一种机器人臂的安全装置、机器人臂和用于机器人手术系统的控制系统。

背景技术

传统的腹腔镜手动器械由手柄、刚性轴和如例如抓握器、剪刀或抽吸通道等功能性末端执行器构成。外科医生通常同时使用两个腹腔镜器械。腹腔镜器械可以定位在单个端口内或在多个端口内。所有这些器械的共同特性是通过利用刚性轴与器械插入其中的端口之间的支轴效应将动作从手柄传递到末端执行器。腹腔镜手术中使用的器械通常提供四个自由度。以经肛内窥镜微手术为例，外科医生可用的工作空间非常有限，这意味着操纵现有技术器械的手柄以实现支轴效应是极具挑战性的，并且在功能性末端执行器和手柄两者处经常发生器械碰撞。

手动铰接式腹腔镜手术工具向来笨重，并且就在有限工作空间内安全地使用这种工具而言为外科医生带来了挑战。

已经对用于许多不同医学应用的机器人手术工具进行了大量研究。实例为：

CN104434318描述了一种提供四个自由度的机器人手术器械的实例。

KR100778387描述了一种用于腹腔镜手术的手术机器人，其包括铰接式肘功能和可旋转腕功能。

US5624398描述了一种内窥镜机器人手术工具，其提供了肩部屈曲接头、上臂旋转接头、肘部屈曲接头以及腕旋转接头。

US8603135描述了由一系列链节构造的用以实现手术器械类似蛇状运动的铰接式手术器械的实例。

然而，现有技术的机器人铰接式手术工具不适用于空间有限的腹腔镜手术。而且，现有技术的机器人铰接式手术工具在工具尖端处不具有足够的DoF或者不具有用于许多腹腔镜手术的适当大小的工具尖端。

在手术期间，外科医生被限制在严格限定的工作空间内工作。外科医生不允许手术器械偏离限定的工作空间这一点非常重要，否则可能对患者造成损伤或伤害。因此，需要采取措施防止手术器械偏离限定工作空间。

US2005/0166413描述了一种机器人臂，其可以在使用之前通过使手臂移动穿过预定的一组坐标来限定边界。在使用中，如果跨越边界，则禁用所述臂以防止进一步移动到边界外部。

US2010174410描述了一种通过按下单个操作开关来操作的机器人臂。

机器人手术通常涉及使用安装在机器人臂上的端口装置。端口装置包括有限数量的内腔，用于收纳相应的手术工具。通常，外科医生利用端口装置中的所有端口并且需要必须独立于端口装置使用的额外工具。

本发明旨在克服经肛机器人内窥镜微手术期间遇到的挑战。

发明内容

本发明的方面提供了一种手术器械，其包括：刚性轴；至少一个肘接头，其铰接地联接到所述刚性轴；以及腕接头，其联接到所述至少一个肘接头，其中所述腕接头被配置成提供第一移动自由度和第二移动自由度，其中所述第二移动自由度基本上垂直于所述第一移动自由度。

提供具有肘接头和腕接头两者的手术器械是有利的，因为这种配置为外科医生提供至少五个移动自由度。所述刚性轴传递线性平移和轴向旋转。所述至少一个肘接头连接到所述刚性轴并且在所述至少一个肘接头与所述腕接头之间提供铰接运动。所述腕接头提供铰接运动和枢转运动两者。相比现有技术中可能的运动范围，这种手术器械为外科医生提供了受限工作空间内的更大运动范围，并且提供了机器人控制工具箱，其具有外科医生在使用传统手动工具套件进行腹腔镜手术期间所使用的所有工具。