专利名称：用于手术机器人臂的仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于手术中使用的机器人臂的仪器。
背景技术：
在医学领域，手术是指使用医疗设备对患者的皮肤、黏膜或其它组织进行切割 或切开或者其它操作以治疗病理状态的一种过程。诸如剖腹手术等(即切开皮肤并对内 部器官等进行治疗、修复或切除)的手术过程可能引起失血、副作用、疼痛和疤痕的有 关问题，因此，目前机器人的使用被认为是一种普及的替换。一组手术机器人可以包括主动机器人，其由外科医生操作以产生并传输必要 的信号；以及从动机器人，其接收来自主动机器人的信号，以对患者进行实际操作。在 手术室中，主动机器人和从动机器人可以被设置为一体单元，也可以被设置为分离的装置。从动机器人可以装配有进行手术操作的机器人臂，同时可以在机器人臂的前端 安装仪器。如图1所示，常规仪器54可以包括外壳108;从外壳108伸出的杆102; 以及安装在杆102的远端106上、将要插入手术位置的钳状操作部件112。接口部件110 可以形成在外壳108的底面上。如图2所示，可以在此种类型的常规仪器54的底面上联结多个轮状驱动器118。 与操作部件112的各个部分连接的金属线可以分别缠绕驱动器118，从而，当驱动器118 转动时，张力会施加到金属线上，从而移动操作部件112的一部分。为了将仪器54安装到机器人臂上，可以将诸如图3所示的适配器128联结到机 器人臂的前端。适配器128可以包括导引销，其用于固定在外壳108的接口部件110 上；以及致动器，其具有与驱动器的形状相对应的形状，用于将转动力传递到驱动器 118。这样，常规的仪器54可以通过滑动被安装在机器人臂上，并且使外壳108装配 到适配器128中。然后，组装在适配器128中的致动器可以使驱动器118转动，以根据 需要移动操作部件112并进行手术。然而，当将常规的仪器安装到机器人臂或从机器人臂上拆下时，驱动器可能已 被转动到不同的位置。因此，在将仪器安装到机器人臂上之后，会需要使致动器和驱动 器对准的校正过程。此外，当从机器人臂上拆下仪器时，驱动器的转动会导致操作部件不必要的移 动，或者相反地，操作部件的移动会导致驱动器转动到不期望的方位，因此需要上述对 准过程。在机器人手术过程期间，这种对准仪器的过程会不必要地消耗时间和精力，并 且存在初始对准过程中的误差会降低机器人手术的精确度和可靠性的风险。此外，对于常规仪器来说，所述轴可以联结到外壳的侧面，同时，驱动器可以 被布置在外壳的底部，由此，当将仪器安装到机器人臂上时，所述外壳必须至少沿外壳的底部的长度滑动，以装入适配器。因此，杆需要等于外壳底部长度的额外长度。即使在常规仪器被安装为使得接口部与致动器直接接触，而不是通过沿所述杆 延伸的方向滑动所述仪器来安装所述仪器的情况下，在机器人臂周围仍然需要用于安装 和拆卸所述外壳的空间。当在机器人臂靠近手术患者的情况下更换仪器时，此问题会更 加严重。在一些情况下，手术患者会妨碍仪器的更换过程，可能导致手术延迟，甚至医 疗事故。上述的背景技术信息是发明人为了研究本发明而获得的，或者是在研究本发明 的过程中获得的。因此，应该理解，此信息不必然属于本发明的专利申请日之前的公知 领域。
发明内容
本发明的一方面意在提供一种装备，其中，仪器在安装到机器人臂或从机器人 臂上拆下时自动地校准，从而不需要初始的对准过程，并且其中，当从所述机器人臂上 拆下所述仪器时，驱动轮或操作部件不进行不必要的移动。本发明的另一方面提供一种手术仪器，所述手术仪器可以以最小的移动量被安 装在机器人臂上，并且在所述机器人周围不需要用于安装和拆卸所述仪器的单独空间。从下面的描述中可以容易地理解本发明所讨论的其它技术问题。本发明的一个方面提供一种安装在装配有致动器的机器人臂的前端的仪器。所 述仪器包括外壳，所述外壳联结到所述机器人臂的前端；驱动轮，所述驱动轮联结 到所述外壳，并且所述驱动轮通过从所述致动器传递来的驱动力进行操作；以及锁定部 件，所述锁定部件联结到所述外壳上，并且所述锁定部件根据将外壳安装在机器人臂上 或从机器人臂上拆下外壳来锁定所述驱动轮的操作。当从机器人臂上拆下所述外壳时，所述锁定部件可以锁定驱动轮，当将所述外 壳安装到所述机器人臂时，所述锁定部件可以解锁所述驱动轮。所述仪器可以进一步包括杆，所述杆与所述外壳联结；以及操作部件，所述 操作部件被安装在所述杆的远端并且被构造为根据所述驱动轮的操作而移动，其中，所 述锁定部件可以根据所述操作部件返回初始位置而锁定所述驱动轮。所述锁定部件可以包括开关，所述开关根据所述外壳的安装和拆卸来开启； 以及闸，所述闸根据所述开关是否开启来抑制所述驱动轮的转动。可以在所述机器人臂 的前端形成触发器，所述触发器根据在机器人臂上安装所述外壳来开启所述开关。所述开关可以通过所插置的弹性件联结到所述外壳上，并且所述触发器可以包 括用于按压所述开关的凸起。这里，所述驱动轮可以包括凹槽，所述凹槽通过在所述 驱动轮的一部分下陷而形成；以及闸，所述闸可以与所述开关连接，以根据所述开关是 否被启动而插入所述凹槽。此外，所述闸可以与所述开关连接，以根据所述开关是否被启动而卡住所述驱 动轮。在这种情况下，可以在所述驱动轮的表面形成凹槽，并且可以在所述间上形成与 所述凹槽对应的凸起部。所述开关可以包括传感器，所述传感器被构造为产生特殊的信号，而所述触 发器包括向所述传感器供电的接头。在这种情况下，所述锁定部件可以进一步包括控制部件，所述控制部件接收来自所述传感器的信号并且产生与所述间是否被启动相对应 的控制信号，以及电动机，所述电动机接收所述控制信号以启动所述闸。本发明的另一方面提供一种安装在装配有致动器的手术机器人臂的前端的手术 仪器。所述手术仪器包括杆，所述杆沿特别的的纵长方向延伸；外壳，所述外壳与所 述杆的一端联结，并且所述外壳沿所述纵长方向移动，从而被连接到所述机器人臂的前 端；接口部件，所述接口部件形成在联结有所述杆的所述外壳的表面上；以及驱动轮， 所述驱动轮与所述接口部件联结，以通过从所述致动器传递的驱动力进行操作。插入手术患者体内的操作部件可以被联结到所述杆的另一端，并且可以使所述 操作部件根据所述驱动轮的操作进行移动。可以在所述外壳上形成沿所述纵长方向延伸的滑动轨，同时可以在所述机器人 臂的前端上形成与所述滑动轨相对应的导轨。在这种情况下，所述机器人臂的前端可以 包括连接部件，当移动所述外壳使得驱动轮与所述致动器接触时，所述连接部件将所述 外壳固定在所述机器人臂上。在所述机器人臂的前端，可以形成有突起的部件，在所述有突起的部件上，所 述外壳可以被放置为面对着所述接口部件。可以在所述有突起的部件中形成所述杆可以 插入的孔或者凹陷。在这种情况下，所述致动器可以被装配在所述有突起的部件上，面 对所述驱动轮。所述驱动轮可以形成为圆盘形状并且可以卡住所述致动器，从而使得所述驱动 力传递到所述驱动轮。为了使效率更高，可以在所述驱动轮的表面上形成凹槽，并且可 以在所述致动器上形成被构造为插入所述凹槽的凸起部。可以通过在使所述驱动轮和所述致动器互相卡住的方向提供弹性力的弹性件来 支撑所述驱动轮和/或所述致动器。从下面的权利要求和书面说明书中，除了上述这些之外的其它方面、特征和优 点将会变得明显。根据如上公开的本发明的某些实施例，通过在所述仪器上安装锁定部件，所述 锁定部分可以在将所述仪器安装到所述机器人臂或从所述机器人臂上拆下时抑制所述驱 动轮的转动，并且当从所述机器人臂拆下所述仪器时，可以自动地校准所述驱动轮。因 此，所述驱动轮或所述操作部件可以不进行不必要的移动，并且，在将所述仪器安装到 所述机器人臂上之后，可以不必进行单独的对准过程而使所述机器人臂的驱动力传递到 所述仪器。此外，在手术仪器中，通过形成接口部件并且沿所述杆延伸的方向，即安装所 述手术仪器的方向，将所述驱动轮安装在所述外壳的表面上，可以以最小的移动量将所 述仪器安装在所述机器人臂上。因此，不需要不必要地增加所述杆的长度以安装或拆卸 所述外壳，因此可以使所述仪器的长度减至最小。此外，由于可以沿所述杆的延伸方向安装和拆卸所述仪器，因此，不需要在所 述机器人臂的周围提供用于安装或拆卸所述仪器的单独空间，所以可以压缩所述机器人 臂的尺寸。因此，所述机器人臂可以被放置得更靠近手术患者，并且机器人手术可以进 行得更加稳定、可靠性更高。
图1至图3图示了根据现有技术的手术仪器；图4是根据本发明一个实施例的仪器的透视图；图5是图示根据本发明一个实施例的锁定部件的操作的示意图；图6是根据本发明一个实施例的锁定部件的平面图；图7是沿图6中A-A’线的剖视图；图8是根据本发明一个实施例的锁定部件的透视图；图9是根据本发明另一实施例的锁定部件的透视图；图10是根据本发明又一实施例的锁定部件的透视图；图11是根据本发明一个实施例的手术仪器的透视图；图12是根据本发明一个实施例的手术仪器和机器人臂的前端的透视图。
具体实施例方式本发明允许各种变型和多个实施例，具体的实施例将在附图中示出并且将在书 面说明书中详细描述。然而，这不意在将本发明限制在具体的实施方式中，并且应该理 解，在不脱离本发明的精神和技术范围的情况下，所有变型、同等物和替换都包括在本 发明中。在书面说明书中，当现有技术的某些详细说明被视为不必要地使本发明的实质 不清楚时，省略这些详细说明。尽管诸如“第一”和“第二”等的术语可以用于描述各种元件，但是这些元件 一定不限于上述术语。上述术语仅用于将一个元件和其它元件区分开来。在本说明书中使用的术语仅用于区分具体的实施例，并且不意在限制本发明。 只要可以清楚地分辨，单数表达就可以包括复数表达。在本说明书中，应该理解，诸 如“包括”和“具有”之类的术语意在表示公开在在说明书中的特征、数量、步骤、 操作、元件、部件或其结合的存在，并且不排除存在或增加一个或多个不同的特征、数 量、步骤、操作、元件、组件或其结合的可能。将在下文中参照附图详细描述本发明的一些实施例。在所有附图中使用相同的 附图标记表示相同或相对应的元件，并且省略对相同元件的重复描述。图4是根据本发明一个实施例的仪器的透视图。图4示出了仪器1、机器人臂 3、外壳10、杆12、操作部件14、驱动轮20、锁定部件30以及致动器40。此实施例的特征在于，当从机器人臂3上拆下安装在机器人臂3上的仪器1时， 防止驱动轮20移动并且自动地将驱动轮20锁定在初始位置，从而，当再次将仪器1安装 在机器人臂3上时，可以在不需要初始对准过程的情况下，立即使用仪器1。根据本实施例的仪器1可以安装在手术机器人臂3的前端，其中，用于将驱动力 传递给仪器1的致动器40可以组装在机器人臂3的前端。仪器1主要可以包括外壳 10 ；从外壳10伸出的杆12 ；以及与杆12的远端联结的操作部件14。仪器1可以安装在机器人臂3的前端，机器人臂3形成为与仪器1的外壳10的 形状相对应的形状。根据本实施例的外壳10的表面可以用作接口部件，并且相应地，可 以在机器人臂3的前端形成用于与接口部件联结的钩、导引件、止动件等。当仪器1被安装在机器人臂3的前端上时，驱动轮可以从机器人臂3通过致动器40传递到与外壳10联结的驱动轮20上。金属线缠绕在驱动轮20周围，并且这些金属线 可以通过杆12与联结到所述远端的操作部件14的各个部分连接。因此，当驱动轮20通 过从机器人臂3传递来的驱动力转动时，金属线中的张力使得操作部件14的各个部分移 动，从而可以通过手术机器人操作仪器1。由于致动器40可以用于将驱动力传递到驱动轮20，因此致动器40可以使用具有 与驱动轮20的形状相对应的结构，即诸如轮子、滑块、齿轮等的各种能量传递装置。锁定部件30可以联结在根据本实施例的仪器1的外壳10上。锁定部件30可以 用于锁定驱动轮20的操作，使得驱动轮20保持静止并固定在它们的初始位置。换言之， 当将仪器1安装在机器人臂3上时，可以通过致动器40操作驱动轮20，但是当从机器人 臂3上拆下仪器1时，驱动轮20可以被固定并且保持静止。在仪器1未安装在机器人臂3时，如果可以通过转动驱动轮20来移动操作部件 14，并且相反地，驱动轮20可以通过移动操作部件14而转动，那么当仪器1在驱动轮20 已自由转动之后被安装到机器人臂3上时，致动器40和驱动轮20不会对准。通过将锁定部件安装在仪器1上，如同本实施例，当仪器1未安装在机器人臂3 上时，可以防止驱动轮20移动，因此操作部件14还可以被锁定在固定状态。因此，通 过使仪器1锁定在一位置，可以防止仪器1在从机器人臂3上拆下时进行不必要的移动。此外，如果固定驱动轮20使得仪器1位于它的初始位置，即仪器1被安装在机 器人臂3上并且操作部件14被插入手术患者身体的位置，那么一旦仪器1被安装在机器 人臂3上，致动器40和驱动轮20就会彼此对准。因此，可以在将机器1安装在机器人 臂3上之后立即使用仪器1，而不必进行单独的对准过程，诸如使致动器40空转。下面将更详细地描述根据本实施例的锁定部件30的操作和构造。图5是图示根据本发明一个实施例的锁定部件30的操作的示意图。图5中示出 了仪器1、机器人臂3、外壳10、杆12、操作部件14、驱动轮20、锁定部件30以及致动 器40。当将仪器1安装在机器人臂3上时，根据本实施例的锁定部件30使得驱动轮20 可以根据致动器40移动，但是当从机器人臂3上拆下仪器1时，固定驱动轮20。如图5所示，当从机器人臂3上拆下仪器1的外壳10时，根据本实施例的锁定 部件30可以进行相应的操作，以锁定驱动轮20，从而使得驱动轮20不能移动。因此， 可以防止仪器1不必要地移动，并且稍后，当将仪器1再次安装在机器人臂3上时，可以 立即对准驱动轮20和致动器40。此外，如图5所示，当将仪器1的外壳10安装在机器人臂3上时，根据本实施 例的锁定部件30可以进行相应的操作，以解锁驱动轮20，从而使得驱动轮20可以自由地 移动。因此，如上所述的，通过驱动致动器40可以操作与机器人臂3的致动器40对准 的驱动轮20，并且可以将仪器1的操作部件14移动到所需位置。在机器人手术期间，可以将仪器1安装在机器人臂3上的初始位置，并且可以将 在仪器1的远端的操作部件14插入手术患者的体内。当手术完成时，或者当将要替换仪 器1时，操作部件14可以在从手术患者体内退出之前返回到它的初始位置。这里初始位置可以指在操作部件14移动之前的位置，即面对着与钳子(pincer) 关闭的杆12平行的方向的位置，而不是操作部件14转动到面对着特殊的方向或者钳子开启以进行手术的位置。通过使操作部件14返回到它的初始位置，仪器1可以无阻碍地插 入手术位置，并且可以在不损伤其它组织的情况下从手术位置退出。这样，对于根据本实施例的锁定部件30来说，在操作部件14已返回到它的初始 位置之后应该锁定驱动轮20的操作。这是由于将仪器1安装在机器人臂3上或者从机器 人臂3上拆下仪器1的时间是当操作部件14插入手术位置或从手术位置退出时。换言之，当将仪器1安装在机器人臂3上时，更有效的是使驱动轮20与致动器 40在当操作部件14位于初始位置时驱动轮20采取的位置对准。因此，当从机器人臂3 上拆下仪器1时，使得操作部件14返回到初始位置对稍后的使用是有效的，由此驱动轮 20和致动器40也可以返回到它们的初始位置。图6是根据本发明一个实施例的锁定部件的平面图，图7是图6中A-A’线的剖 视图，图8是根据本发明一个实施例的锁定部件的透视图。在图6至图8中示出了机器人 臂3、外壳10、驱动轮20、开关32a、闸34a、触发器36a、致动器40以及弹性件322。根据本实施例的锁定部件30可以包括开关32a和闸34a，闸34a根据开关32a的 开启固定驱动轮20，从而防止驱动轮20转动。可以根据将仪器1的外壳10安装在机器 人臂3上或从机器人臂3上拆下仪器1的外壳10来启动开关32a。为了可以根据安装或拆卸外壳10来启动开关32a，可以在机器人臂3上形成与开 关32a对应的触发器36a。因此，当将仪器1安装在机器人臂3上时，触发器36a可以启 动开关32a，并且闸34a可以根据开关32a的启动锁定或解锁驱动轮20。在图6至图8中图示的实施例示出了一个例子，其中上述锁定部件30可以实现 为机械装置，锁定部件30可以在不需要单独能源的情况下根据将仪器1安装在机器人臂 3上或从机器人臂3上拆下仪器1来进行操作。在本实施例中，可以去掉驱动轮20的一部分，以形成凹槽，并且闸34a可以形 成为能够插入所述凹槽的定位销(detentpin)的形状。开关32a可以形成为与闸34a连接 并且暴露在外壳10的一侧的可移动销的形状。可以通过弹性件322将开关32a支撑在外 壳10上，并且可以在外壳10的一个侧面的一部分上打孔，以露出开关32a。触发器36a 可以以直立在机器人臂3上的凸起的形式形成为与开关32a的位置相对应。参见上面机械实现的锁定部件30的操作，当将外壳10安装在机器人臂3上时， 触发器36a可以按压开关32a，这时与开关32a，即可移动销连接的闸34a可以从驱动轮 20的凹槽中移出。由于插入凹槽中的闸34a，即定位销，被从所述凹槽中移出，因此， 驱动轮20可以自由地转动，并且从机器人臂3的致动器40传递来的驱动力可以转动驱动 轮20。当从机器人臂3拆下外壳10时，支撑开关32a的弹性件322的回复力可以使开 关32a返回它们的初始位置，从而使得与开关32a连接的闸34a可以再次插入驱动轮20的 凹槽中。当闸34a以此方式插入凹槽中时，闸34a可以抑制驱动轮20的转动，由此可以 固定驱动轮20并使其静止。因此，可以锁定驱动轮20。根据本实施例的开关32a、触发器36a和闸34a的形状和构造不必要限制于如图 6至图8所示的由弹性件322支撑的可移动销以及与可移动销连接的定位销的形状。显 然，可以应用能够根据外壳10的安装或拆卸锁定或解锁驱动轮20的各种机械构造。现在将参照图9提供关于另一实施例的描述，所述实施例阐明了锁定部件的机械实现方式。图9是根据本发明另一实施例的锁定部件的透视图。在图9中示出了机器人臂 3、外壳10、驱动轮20、开关32b、闸34b、触发器36b、致动器40以及弹性件323。与前面描述的实施例类似，根据本实施例的锁定部件30也可以包括开关32b和 闸34b，闸34b根据开关32b的开启固定驱动轮20，从而防止驱动轮20转动。可以根据 将仪器1的外壳10安装在机器人臂3上或从机器人臂3上拆下仪器1的外壳10来启动开 关 32b。为了可以根据安装或拆卸外壳10来启动开关32b，可以在机器人臂3上形成与开 关32b对应的触发器36b。因此，当将仪器1安装在机器人臂3上时，触发器36b可以启 动开关32b，并且闸34b可以根据开关32b的启动锁定或解锁驱动轮20。在图9中图示的实施例示出了另一个例子，其中上述锁定部件30可以实现为机 械装置，锁定部件30可以在不需要单独能源的情况下根据将仪器1安装在机器人臂3上 或从机器人臂3上拆下仪器1来进行操作。在本实施例中，闸34b可以形成为摩擦板，同时开关32b可以形成为与闸34b连 接并且暴露在外壳10的一个侧面的支腿(leg)。开关32b可以与外壳10联结，弹性件 323位于开关32b和外壳10之间，并且可以在外壳10的一个侧面的一部分上打孔，以露 出开关32b。触发器36b可以以直立在机器人臂3上的凸起的形式形成为与开关32b的位
置相对应。参见上面机械实现的锁定部件30的操作，当将外壳10安装在机器人臂3上时， 触发器36b可以按压开关32b，这时与开关32b连接的闸34b可以与驱动轮20分离。由 于被放置为与驱动轮20接触的闸34b与驱动轮20分离，因此，驱动轮20可以自由地转 动，并且从机器人臂3的致动器40传递来的驱动力可以转动驱动轮20。当从机器人臂3拆下外壳10时，插置在开关32b和外壳10之间的弹性件322的 回复力可以使开关32b返回它的初始位置，从而使得与开关32b连接的闸34b可以再次与 驱动轮20接触。当间34b以此方式卡在驱动轮20上时，间34b可以对驱动轮20的转动 施加摩擦力，并且具有足够量的阻力，可以固定驱动轮20并使其静止。因此，可以锁定 驱动轮20。这里，驱动轮20的锁定依赖闸34b和驱动轮20之间的摩擦所产生的阻力。为 了确保闸34b施加了足够的阻力，可以增加弹性件323的回复力或闸34b的表面粗糙度。此外，如图9所示，可以在闸34b的表面上形成凸起部并且在可以插入所述凸起 部的驱动轮20的表面上形成相应的凹槽。通过这样处理驱动轮20和间34b的表面，即 使弹性件323的回复力或闸34b的表面粗糙度不够大，闸34b也可以提供驱动轮20所需 的阻力。根据本实施例的开关32b、触发器36b和闸34b的形状和构造不必要限制于如图 9所示的结构和形状。显然，可以应用能够根据外壳10的安装或拆卸锁定或解锁驱动轮 20的各种机械构造。图10是根据本发明又一实施例的锁定部件的透视图。在图10中示出了机器人 臂3、外壳10、驱动轮20、开关32c、闸34c、触发器36c、控制部件38、电动机40、致 动器40以及传感器324。
在图10中图示的实施例示出了另一个例子，其中上述锁定部件30可以实现为电 气装置，其可以检测将仪器1安装在机器人臂3上或从机器人臂3上拆下仪器1的操作， 并且可以利用单独电源根据相应的信号操作锁定部件30。锁定部件30的主要元件，即开 关、闸、触发器，的基本功能基本上与前面描述的实施例中的这些元件相同，因此将不 过度地对其进行详细描述。在本实施例中，开关32c可以包括传感器324，传感器324产生与外壳10的安装 和拆卸操作相对应的信号，并且闸34c可以形成为缠绕在驱动轮20的杆周围的带子并且 通过单独的电源来启动闸34c。包括在开关32c中的传感器324的一部分可以暴露在外壳 10的一侧。触发器36c可以被形成为形成在机器人臂3上与开关32c相对应的位置处的 电接触头，并且电能可以经由此接触头供应到传感器324。参见上面电实现的锁定部件30的操作，当将外壳10安装在机器人臂3上时， 触发器36c和传感器324可以电连接，此时开关32c可以产生特殊的信号(在下文中称作
“安装信号”)。当所述安装信号被传输到闸34c时，缠绕在驱动轮20周围的带子被松 开，使得驱动轮20可以自由地转动，并且从机器人臂3的致动器40传递来的驱动力可以 转动驱动轮20。当从机器人臂3拆下外壳10时，触发器36c和传感器324之间的电连接会断开， 此时开关32c可以产生特殊的信号(在下文中称作“拆卸信号”)。当所述拆卸信号被传 输到间34c时，缠绕在驱动轮20周围的带子拉紧，从而对驱动轮20的转动施加摩擦，在 足够量的阻力的作用下，可以固定驱动轮20并使其静止。因此，可以锁定驱动轮20。这里，可以额外地包括单独的控制部件38，诸如微处理器等，其用于从开关32c 接收信号并控制闸34c的启动。控制部件38可以用于从开关32c的传感器324接收安装 信号或拆卸信号；判断是松开还是拉紧闸34c上的带子；以及向闸34c传输相应的控制信 号。此外，闸34c可以与电动机39连接并且可以从控制部件38接收信号，其中，电 动机39可以接收控制信号，以松开闸34c的带子或拉紧闸34c的带子，从而提供固定驱 动轮20的足够的阻力。根据本实施例的开关32c、触发器36c、闸34c、控制部件38和电动机39不必要 限制于如图10所示的形状和结构。显然，可以应用能够根据外壳10的安装或拆卸锁定 或解锁驱动轮20的各种电气构造。图11是根据本发明一个实施例的手术仪器的透视图。图11中示出了仪器1、外 壳10、杆12、接口部件15、驱动轮20以及操作部件26。本实施例的特征在于，要安装在手术机器人臂上的仪器1的驱动轮20沿仪器1 的安装方向形成在底面上，同样地，致动器形成在机器人臂上的相应位置。因此，可以 缩短仪器1的长度，并且可以将安装和拆卸仪器1所需的空间减至最小。根据本实施例的仪器1的基本结构可以包括外壳10 ；从外壳10伸出的杆12 ； 以及与杆12的末端联结的操作部件26。将“纵长方向”定义为杆12从仪器1伸出的方 向，可以沿纵长方向安装根据本实施例的仪器1，为此，接口部件15可以形成在外壳10 上，面对着所述纵长方向。就是说，在根据本实施例的仪器1的外壳10上，接口部件15可以形成在纵长方向上，所述纵长方向为仪器1被安装在机器人臂上的方向。可以经由接口部件15从机器 人臂接收驱动力和其它所需信号。如图11所示，为此，可以沿纵长方向在外壳10上形成接口部件15，并且可以在 接口部件15上设置驱动轮20。图11中图示的仪器1的操作部件26可以以4个自由度操 作，因此可以组装有四个驱动轮20，但是不必须安装4个驱动轮20，并且显然的是，可 以根据需要设置更多或更少的驱动轮20，以移动操作部件26。根据本实施例的仪器1可以安装在机器人臂的前端上，所述机器人臂可以形成 为与外壳10相对应的形状。如上所述，接口部件可以形成在安装外壳10的方向(纵长 方向)上，并且可以在接口部件15上设置驱动轮20。在机器人臂的前端，可以形成与 驱动轮20相对应的导轨，并使外壳10装在导轨上，并且可以包括用于固定所安装的外壳 10的连接部件。稍后将更详细地描述导轨和连接部件。当将仪器1安装到机器人臂3上时，驱动力可以经由组装在机器人臂3的前端的 致动器传递到外壳10的驱动轮20。在下面的描述中，将驱动力从机器人臂传递到所述 仪器的元件将被称为“致动器”。由于致动器40可以用于向多个驱动轮20中的每一个 传递驱动力，因此致动器40可以使用与驱动轮20相对应的各种传动装置，诸如轮子、滑 块、齿轮等。金属线可以缠绕在多个驱动轮20的周围，并且这些金属线可以通过杆12与联结 到所述远端的操作部件26的各个部分连接。因此，当驱动轮20通过从机器人臂传递来 的驱动力转动时，金属线中的张力使得操作部件26的各个部分移动，从而可以通过手术 机器人操作仪器1。根据本实施例，仪器1可以被构造为当外壳10沿纵长方向移动时与机器人臂连 接。为此，接口部件15可以形成在外壳的面对着纵长方向的侧面，即外壳10联结有杆 12的侧面。接口部件15可以用作在仪器1和机器人臂之间传输驱动力和其它信号的媒 介。因此，当将外壳10安装在机器人臂上时，接口部件15可以被放置为与形成有致 动器的机器人臂的表面接触。如图11所示，通过在接口部件15上安装驱动轮20，驱动 轮20可以被放置为与致动器接触，从而使得驱动轮20可以接收经由致动器传递的驱动 力，由此进行操作。这里，将驱动轮20放置为与致动器接触即是将仪器1安装在机器人 臂上，反之，从致动器上分离驱动轮20即是将仪器1从机器人臂上拆下。这样，仪器1 可以仅以最小量的移动安装到机器人臂上或从机器人臂上拆下。根据本实施例，安装和拆卸仪器1所需的杆12的额外长度几乎为零，并且不需 要不必要地增加杆12的长度。因此，可以在更靠近手术患者的位置操作机器人臂，并且 可以更稳定和可靠地进行机器人手术。此外，由于通过沿纵长方向移动外壳10可以将仪器1安装到机器人臂上或从机 器人臂上拆下，因此在机器人臂周围不需要提供用于安装和拆卸仪器1的单独空间。操作部件26可以安装在杆12的另一端，并且在操作部件26形成为一对钳子的 形状的情况下，例如，每个部分可以通过金属线等分别与驱动轮20连接，从而通过操作 驱动轮20可以使操作部件26进行转动或抓取动作。因此，在机器人手术过程中，安装 在杆12的远端的操作部件26可以插入手术患者的体内，以进行手术所需的操作。
根据本实施例的仪器1的一个特征是，仪器1通过沿纵长方向移动可以安装在机 器人臂上。这样，可以在外壳10上形成沿纵长方向延伸的滑动轨。所述滑动轨可以形 成为各种形状，诸如，沿纵长方向形成在外壳10上的沟槽、沟、凹槽、凸起和导轨等， 其可以通过沿纵长方向移动使仪器1被安装在机器人臂上。如果在外壳10上形成滑动轨，则可以在机器人臂的前端形成与所述滑动轨相对 应的导轨。如果滑动轨形成为沟槽、沟或凹槽形状，则所述导轨可以形成为可以插入所 述滑动轨的凸起形状，并且，如果滑动轨形成为凸起或轨道形状，则所述导轨可以形成 为可以被所述滑动轨插入的沟槽形状。当然，形成在纵长方向上的其它配套结构也可以用作根据本实施例的滑动轨和 导轨。图12是根据本发明一个实施例的手术仪器和机器人臂的前端的透视图。图12 中示出了仪器1、机器人臂3、有突起的部件5、凹陷7、外壳10、杆12、接口部件15、 连接部件16、驱动轮20、致动器40、凹槽22以及凸起部24。通过沿纵长方向移动外壳10可以将根据本实施例的仪器1安装到机器人臂3的 前端上。关于这点，用于固定所安装的外壳10的连接部件16可以被组装在机器人臂3 的前端。就是说，在沿纵长方向移动外壳10并将外壳10安装到机器人臂3上之后，为了 进行机器人手术，需要将外壳10固定在机器人臂3上。这样，可包括用于将外壳10固定 在机器人臂3的前端的元件。连接部件16可以利用各种装置，诸如挡块、钩、杠杆等。 图12图示了连接部件16使用一对杠杆的实例。在这种情况下，外壳10可以沿纵长方向移动，从而使得安装在接口部件15上的 驱动轮20可以被放置为与机器人臂3的致动器40接触，之后，可以操作该对杠杆以将外 壳10固定在机器人臂3上。当从机器人臂3上拆下外壳10时，可以反向操作所述杠杆， 以释放外壳10。通过在杠杆的末端形成钩等，可以使所述杠杆根据外壳10的移动自动地操作， 从而当接口部件15与致动器40接触时，所述杠杆可以接合，以自动地固定外壳10。当 然，连接部件16可以使用用于将外壳10固定在机器人臂3上的各种其它结构。根据本实施例的机器人臂3的前端可以形成为与仪器1相对应的形状。就是说， 为了通过沿纵长反向移动外壳10使仪器1与机器人臂3连接，将放置外壳10的有突起的 部件5可以形成在机器人臂3上。由于沿纵长方向延伸的杆12与外壳10联结，因此， 如图12所示，可以在有突起的部件5中形成杆12可以穿过的孔或凹陷7，以使得外壳10 可以放置在有突起的部件5上。在安装仪器1时，杆12可以被放置为穿过形成在有突起的部件5上的孔或凹陷 7，使得外壳10可以在不受杆12影响的情况下被放置在有突起的部件5上。由于有突起的部件5是放置外壳10之处，因此安装仪器1会使得外壳10放置在 有突起的部件5上以及接口部件15接触有突起的部件5的表面。因此，通过将致动器40 安装在放置为与接口部件15接触的机器人臂3的有突起的部件5的表面上，致动器40可 以与驱动轮20对准。换言之，通过将致动器40安装在有突起的部件5上与驱动轮20的 位置相反处，一旦接口被放置为与有突起的部件5接触，驱动轮20就可以与致动器40对
在致动器40形成为转动圆盘的情况下，如果驱动轮20形成为接触致动器40的 圆盘形状，则当驱动轮20与致动器40接触时，可以使驱动轮20卡住致动器40，由此将 驱动力从致动器40传递到驱动轮20。如图12所示，为了提高驱动力从致动器40传递到驱动轮20的效率，可以在驱 动轮20的表面上形成凹槽22，并且可以在致动器40的表面上形成可以插入凹槽22中的 凸起部24。通过这样形成凹槽22和凸起部24，可以防止驱动轮20空转，并且，当驱动 轮20卡住致动器40时，致动器40的转动力可以直接传递到驱动轮20。根据本实施例的致动器40可以通过放置在致动器40和机器人臂3之间的诸如弹 簧等的弹性件(未示出)联结到机器人臂3上。就是说，支撑致动器40的诸如弹簧等的 弹性件可以用作“弹簧垫”，由此致动器40和驱动轮20可以更牢固的卡住。通过以此 方式将弹簧垫安装在致动器40上，可以防止致动器和驱动轮20之间的错误接合(反冲 (backlash))，所述错误接合会导致驱动力从致动器40到驱动轮20的传递错误。弹簧垫 不仅可以安装在致动器40上，也可以安装在驱动轮20上。此外，如果弹簧垫位于致动器40和/或驱动轮20上，可以更容易并且对致动器 40和/或驱动轮20损伤更小地进行“校准”过程，其中，如果在安装仪器1期间致动器 40的凸起部24未与驱动轮20的凹槽22对准，则所述“校准”过程需要通过转动致动器 40来进行对准。然而，在驱动轮20中形成凹槽22以及在致动器40中形成凸起部24以提高驱动 力传递的效率不是必须的。显然，凸起部24可以形成在驱动轮20中，凹槽22也可以形 成在致动器40中，并且可以应用各种其它方法以提高离合装置中驱动力传递的效率，诸 如通过增加驱动轮20和致动器40的表面粗糙度。尽管已参照具体的实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不 脱离如所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种 变型和改进。
权利要求
1.一种安装在装配有致动器的机器人臂的前端的仪器，所述仪器包括 外壳，所述外壳联结到所述机器人臂的前端；驱动轮，所述驱动轮联结到所述外壳上，所述驱动轮被构造为通过从所述致动器传 递来的驱动力进行操作；以及锁定部件，所述锁定部件联结到所述外壳上，所述锁定部件被构造为根据将所述 外壳安装在所述机器人臂上或从所述机器人臂上拆下所述外壳，来锁定所述驱动轮的操作。
2.根据权利要求1所述的仪器，其中，所述锁定部件被构造为，当从所述机器人臂上 拆下所述外壳时，所述锁定部件锁定所述驱动轮。
3.根据权利要求2所述的仪器，其中，当将所述外壳安装到所述机器人臂上时，所述 锁定部件解锁所述驱动轮。
4.根据权利要求1所述的仪器，进一步包括 杆，所述杆与所述外壳联结；操作部件，所述操作部件被安装在所述杆的远端，所述操作部件被构造为根据所述 驱动轮的操作而移动，其中，所述锁定部件根据所述操作部件返回初始位置而锁定所述驱动轮。
5.根据权利要求1所述的仪器，其中，所述锁定部件包括开关，所述开关被构造为根据所述外壳的安装和拆卸来开启；以及 闸，所述闸被构造为根据所述开关是否开启来抑制所述驱动轮的转动。
6.根据权利要求5所述的仪器，其中，在所述机器人臂的前端形成触发器，所述触发 器被构造为根据在机器人臂上安装所述外壳来开启所述开关。
7.根据权利要求6所述的仪器，其中，所述开关通过所插置的弹性件联结到所述外壳 上，并且所述触发器包括被构造为用于按压所述开关的凸起。
8.根据权利要求7所述的仪器，其中，所述驱动轮包括 凹槽，所述凹槽通过使所述驱动轮的一部分下陷而形成；以及闸，所述闸与所述开关连接，并且所述闸被构造为根据所述开关是否被启动而插入 所述凹槽。
9.根据权利要求7所述的仪器，其中，所述闸与所述开关连接，并且所述闸被构造为 根据所述开关是否被启动而卡住所述驱动轮。
10.根据权利要求9所述的仪器，其中，在所述驱动轮的表面形成凹槽，并且在所述 闸上形成与所述凹槽对应的凸起部。
11.根据权利要求6所述的仪器，其中，所述开关包括传感器，所述传感器被构造 为产生特殊的信号；以及触发器，所述触发器包括被构造为向所述传感器供电的接头。
12.根据权利要求11所述的仪器，进一步包括控制部件，所述控制部件被构造为接收来自所述传感器的信号，并且产生与所述闸 是否被启动相对应的控制信号；以及电动机，所述电动机被构造为接收所述控制信号并且启动所述闸。
13.一种安装在装配有致动器的手术机器人臂的前端的手术仪器，所述手术仪器包括杆，所述杆沿特别的纵长方向延伸；外壳，所述外壳与所述杆的一端联结，所述外壳被构造为沿所述纵长方向移动，从 而被连接到所述机器人臂的前端；接口部件，所述接口部件形成在联结有所述杆的所述外壳的表面上；以及驱动轮，所述驱动轮与所述接口部件联结，所述驱动轮被构造为通过从所述致动器 传递来的驱动力进行操作。
14.根据权利要求13所述的手术仪器，其中，操作部件被联结到所述杆的另一端，所 述操作部件被插入手术患者体内，并且所述操作部件被构造为根据所述驱动轮的操作进行移动。
15.根据权利要求13所述的手术仪器，其中，在所述外壳上形成沿所述纵长方向延伸 的滑动轨，并且，在所述机器人臂的前端上形成与所述滑动轨相对应的导轨。
16.根据权利要求15所述的手术仪器，其中，所述机器人臂的前端包括连接部件，所 述连接部件被构造为，当移动所述外壳使得所述驱动轮与所述致动器接触时，所述连接 部件将所述外壳固定在所述机器人臂上。
17.根据权利要求13所述的手术仪器，其中，在所述机器人臂的前端形成有突起的部 件，所述有突起的部件被构造为使所述外壳面对着所述接口部件放置在所述有突起的部 件上，以及所述有突起的部件包括形成在有突起的部件中的孔或凹陷，所述杆插入所述孔或凹 陷中。
18.根据权利要求17所述的手术仪器，其中，所述致动器被装配在所述有突起的部件 上，面对所述驱动轮。
19.根据权利要求13所述的手术仪器，其中，所述驱动轮形成为圆盘形状并且被构造 为卡住所述致动器，从而使得所述驱动力传递到所述驱动轮。
20.根据权利要求19所述的手术仪器，其中，在所述驱动轮的表面上形成凹槽，并且 在所述致动器上形成被构造为插入所述凹槽的凸起部。
21.根据权利要求19所述的手术仪器，其中，弹性件支撑所述驱动轮和所述致动器中 的至少一个，所述弹性件被构造为在使所述驱动轮和所述致动器互相卡住的方向上施加 弹性力。
全文摘要
公开一种用于手术机器人臂的仪器。安装在装配有致动器的机器人臂的前端的仪器包括外壳，所述外壳联结到所述机器人臂的前端；驱动轮，所述驱动轮联结到所述外壳，并且所述驱动轮通过从所述致动器传递来的驱动力进行操作；以及锁定部件，所述锁定部件联结到所述外壳上，并且所述锁定部件根据将外壳安装在机器人臂上或从机器人臂上拆下外壳来锁定所述驱动轮的操作。通过在所述仪器上安装锁定部件，所述锁定部分可以在将所述仪器安装到所述机器人臂或从所述机器人臂上拆下时抑制所述驱动轮的转动，并且当从所述机器人臂拆下所述仪器时，可以自动地校准所述驱动轮。因此，所述驱动轮或所述操作部件可以不进行不必要的移动，并且，在将所述仪器安装到所述机器人臂上之后，可以不必进行单独的对准过程而使所述机器人臂的驱动力传递到所述仪器。
文档编号A61B19/00GK102014759SQ200980114993
公开日2011年4月13日 申请日期2009年3月18日 优先权日2008年6月11日
发明者元钟硕, 崔胜旭, 李济善 申请人:韩商未来股份有限公司