RU2720841C1 - Robot-surgery complex manipulator positioning system - Google Patents
Robot-surgery complex manipulator positioning system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2720841C1 RU2720841C1 RU2019141228A RU2019141228A RU2720841C1 RU 2720841 C1 RU2720841 C1 RU 2720841C1 RU 2019141228 A RU2019141228 A RU 2019141228A RU 2019141228 A RU2019141228 A RU 2019141228A RU 2720841 C1 RU2720841 C1 RU 2720841C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- possibility
- guides
- surgical
- manipulator
- manipulators
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
- A61G13/00—Operating tables; Auxiliary appliances therefor
- A61G13/10—Parts, details or accessories
- A61G13/101—Clamping means for connecting accessories to the operating table
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Robotics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Accommodation For Nursing Or Treatment Tables (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
[001] Настоящее изобретение относится к роботизированным системам для удерживания и манипулирования отдельными элементами, приспособлениями или инструментами роботохирургических комплексов, в частности, для минимально инвазивной хирургии.[001] The present invention relates to robotic systems for holding and manipulating individual elements, devices or instruments of robotic surgical complexes, in particular for minimally invasive surgery.
Предпосылки создания изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION
[002] В настоящее время роботы используются во многих отраслях промышленности: в машиностроении, авиации, судостроении, космонавтике, добыче полезных ископаемых, оборонной сфере и других областях. Роботы используются при работе в чрезвычайных и особо опасных условиях, где присутствует угроза человеческой жизни и здоровью, а также на тех предприятиях, где требуется высокая точность и высокая четкость последовательности выполняемых манипуляций.[002] Currently, robots are used in many industries: in mechanical engineering, aviation, shipbuilding, astronautics, mining, defense and other fields. Robots are used when working in extreme and especially dangerous conditions, where there is a threat to human life and health, as well as in those enterprises where high accuracy and high clarity of the sequence of performed manipulations is required.
[003] Медицина - одна из наиболее востребованных и перспективных отраслей для применения робототехники. Роботы в медицине служат как вспомогательные устройства, например, при решении каких-либо хирургических задач. Роботы в буквальном смысле становятся «руками врачей», ассистируя в сложнейших хирургических операциях. Применение роботов в медицине стало неотъемлемой частью медицинской практики. [003] Medicine is one of the most popular and promising industries for the application of robotics. Robots in medicine serve as auxiliary devices, for example, when solving any surgical problems. Robots literally become the "hands of doctors", assisting in complex surgical operations. The use of robots in medicine has become an integral part of medical practice.
[004] Переход от традиционной полостной операции к минимально инвазивной хирургии обусловлен рядом преимуществ от использования данной технологии проведения операции. В роботохирургии используются миниатюрные хирургические инструменты (ножницы, иглодержатель, зажим и т.п.) и 3D эндоскопическая камера, которые вводятся через небольшие разрезы до 15 мм в тело пациента и имеют размеры 5-10 мм в диаметре. [004] The transition from traditional abdominal surgery to minimally invasive surgery is due to a number of advantages from using this technology of the operation. In robotic surgery, miniature surgical instruments (scissors, needle holder, clamp, etc.) and a 3D endoscopic camera are used, which are inserted through small incisions up to 15 mm into the patient's body and are 5-10 mm in diameter.
[005] В сравнении с традиционным способом проведения полостных операций минимально инвазивная хирургия по лапароскопическому принципу имеет следующие преимущества:[005] In comparison with the traditional method of performing abdominal operations, minimally invasive surgery according to the laparoscopic principle has the following advantages:
• более тщательное и точное исполнение хирургических манипуляций;• more thorough and accurate execution of surgical procedures;
• меньшая кровопотеря у пациента;• less blood loss in the patient;
• меньшая травма тканей;• less tissue injury;
• более короткий восстановительный период;• shorter recovery period;
• более короткий срок пребывания в больнице.• shorter hospital stay.
[006] Развитие лапароскопии привело к возникновению совершенно новой области в медицине, называемой роботохирургией, где используются современные мехатронные механизмы и цифровые системы. Хирургические роботы были созданы для того, чтобы расширить возможности хирургов, ограниченные пределами обычной лапароскопии. Применение хирургических роботов в медицине обеспечено тем, что у роботохирургической системы есть задающее устройство - контроллер, управляемое оператором-хирургом, и есть исполнительное устройство - манипулятор с закрепленным хирургическим инструментом, который отрабатывает поступающие в цифровом виде команды, передаваемые от движений рук оператора-хирурга. Это дает значительные преимущества над традиционным способом проведения хирургической операции. На сегодняшний день роботы активно внедрены в медицинскую практику, прежде всего, в общую хирургию, кардиохирургию, урологию, гинекологию, нейрохирургию и др.[006] The development of laparoscopy has led to the emergence of a completely new field in medicine called robotic surgery, where modern mechatronic mechanisms and digital systems are used. Surgical robots were created to expand the capabilities of surgeons, limited by the limits of conventional laparoscopy. The use of surgical robots in medicine is ensured by the fact that the robotic surgical system has a master device - a controller controlled by a surgeon-operator, and there is an executive device - a manipulator with a fixed surgical instrument that processes digitally received commands transmitted from the movements of the surgeon's hands. This gives significant advantages over the traditional method of surgical operation. Today, robots are actively implemented in medical practice, primarily in general surgery, cardiac surgery, urology, gynecology, neurosurgery, etc.
[007] Исполнительным механизмом в роботохирургических системах являются манипуляторы. Они осуществляют перемещения хирургических инструментов непосредственно в операционном поле. Применение в хирургии манипуляторов и их совершенствование становится все более актуальной научной и технической задачей. Наиболее известен роботохирургический комплекс «da Vinci» компании «Intuitive Surgical, Inc.». Система «da Vinci» состоит из трех основных компонентов: консоли с эндоскопической 3D камерой, главной консоли – задающего устройства оператора-хирурга и исполнительного механизма, в качестве которого выступает тележка с манипуляторами. Следует отметить, что большинство известных конструкций хирургических роботов повторяют принципиальную схему (архитектуру) робота «da Vinci». Проведенные исследования выявили ряд недостатков такой архитектуры:[007] Manipulators are the actuator in robotic surgical systems. They carry out the movement of surgical instruments directly in the surgical field. The use of manipulators in surgery and their improvement is becoming an increasingly relevant scientific and technical task. The most famous robotic surgical complex is da Vinci by Intuitive Surgical, Inc. The da Vinci system consists of three main components: a console with an endoscopic 3D camera, a main console - a master device of a surgeon and an actuator, which is a cart with manipulators. It should be noted that most of the known designs of surgical robots repeat the circuit diagram (architecture) of the da Vinci robot. The studies revealed a number of disadvantages of such an architecture:
• ограничение по точности перемещения инструмента;• restriction on the accuracy of tool movement;
• незначительная и ограниченная жесткость конструкции позиционирования манипулятора;• insignificant and limited rigidity of the positioning structure of the manipulator;
• значительный размер исполнительных устройств, в том числе манипуляторов;• significant size of actuators, including manipulators;
• значительное пространство, занимаемое системой позиционирования инструмента относительно пациента.• significant space occupied by the instrument's positioning system relative to the patient.
[008] Существенным элементам роботохирургического комплекса являются устройства для крепления и позиционирования манипулятора относительно хирургического стола и пациента. В уровне техники известно устройство позиционирования манипуляторов, содержащее систему перемещения с установленными на ней манипуляторами и закрепленную на операционном столе (US20180078439 A1, опубл. 22.03.2018). Устройство крепится на стойку операционного стола таким образом, что обеспечивает расположение манипуляторов с двух сторон стола (устройство содержит четыре руки для позиционирования четырех манипуляторов относительно пациента). Операционный стол включает в себя столешницу, на которой располагается пациент, стойку и основание. Стойка для расположения столешницы крепится к основанию, которое стоит на полу и перемещается относительно пола с помощью колес. Крепежная система представляет собой блок крепления в виде двух L-образных колодок, которые облегают с двух сторон стойку операционного стола. На L-образных колодках предусмотрены направляющие, по которым могут перемещаться вертикальные опорные крепления. В каждой из L-образных колодок подвешено по две консоли/руки системы позиционирования манипуляторов. Каждую из консолей системы позиционирования можно перемещать по L-образным направляющим вокруг стойки против часовой стрелки. Системы позиционирования манипуляторов убираются под стол и обеспечивают полный доступ к операционному столу. Консоли позиционирования имеют конструкцию с последовательно соединенной кинематической цепью. Первое звено системы позиционирования представляет собой рычаг, соединенный с вертикальной опорой за счет поворотного соединения, которое может обеспечить вращательное движение первого звена. Перемещение первого звена и второго звена относительно операционного стола в боковом и в продольном направлении обеспечивает движение по направлениям осей X и Y. Второе звено обеспечивает подъем механизма в вертикальном направлении Z. Таким образом, система позиционирования манипуляторов может совершать перемещения по трем степеням свободы. После окончания хирургического вмешательства, для обеспечения доступа к хирургическому столу, конструкция системы позиционирования позволяет механизму складываться под столом в зонах со сторон ног и головы пациента. К существенным недостаткам рассматриваемого технического решения можно отнести следующее:[008] Essential elements of the robotic surgical complex are devices for mounting and positioning the manipulator relative to the surgical table and the patient. The prior art device for positioning manipulators containing a movement system with mounted manipulators and mounted on the operating table (US20180078439 A1, publ. 22.03.2018). The device is mounted on a rack of the operating table in such a way that provides the location of the manipulators on both sides of the table (the device contains four hands to position the four manipulators relative to the patient). The operating table includes a tabletop on which the patient is located, a stand and a base. The counter for positioning the countertops is attached to the base, which stands on the floor and moves relative to the floor using wheels. The mounting system is a mounting unit in the form of two L-shaped blocks, which surround the operating table rack on both sides. On L-shaped blocks guides are provided on which vertical basic fastenings can move. In each of the L-shaped blocks, two consoles / arms for the positioning system of the manipulators are suspended. Each of the consoles of the positioning system can be moved counter-clockwise along the L-rails around the rack. The positioning systems of the manipulators are retractable under the table and provide full access to the operating table. Positioning consoles are designed with a kinematic chain connected in series. The first link of the positioning system is a lever connected to a vertical support due to the rotary connection, which can provide rotational movement of the first link. Moving the first link and the second link relative to the operating table in the lateral and longitudinal directions provides movement in the directions of the X and Y axes. The second link allows the mechanism to be lifted in the vertical direction Z. Thus, the positioning system of the manipulators can make movements in three degrees of freedom. After surgery, to provide access to the surgical table, the design of the positioning system allows the mechanism to fold under the table in areas on the sides of the legs and head of the patient. The significant disadvantages of the considered technical solutions include the following:
- конструкция системы позиционирования манипуляторов не позволяет быстро выводить манипуляторы из операционной зоны, что является обязательным условием для экстренных случаев прерывания лапароскопической операции и перехода к полостной операции; - the design of the positioning system of the manipulators does not allow to quickly remove the manipulators from the operating area, which is a prerequisite for emergency cases of interruption of laparoscopic surgery and the transition to abdominal surgery;
- ограниченность по количеству возможных положений манипуляторов относительно пациента, что связано с креплением системы к основанию хирургического стола;- limited number of possible positions of the manipulators relative to the patient, which is associated with the fastening of the system to the base of the surgical table;
- недостаточная жесткость конструкции, что является немаловажным фактором для исполнительного устройства при проведении роботохирургической операции.- lack of rigidity, which is an important factor for the actuator during the robotic surgery.
Суть изобретенияThe essence of the invention
[009] Задачей настоящего изобретения является создание системы позиционирования манипуляторов, обеспечивающей крепление манипуляторов к операционному столу и увеличивающей количество возможных позиций манипулятора относительно пациента, располагающегося на операционном столе, и, кроме того, позволяющей убирать манипуляторы из операционной зоны в кратчайшие сроки.[009] An object of the present invention is to provide a manipulator positioning system that secures the manipulators to the operating table and increases the number of possible positions of the manipulator relative to a patient located on the operating table, and furthermore allows the manipulators to be removed from the operating area as soon as possible.
[010] При решении поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышении жесткости крепления манипуляторов при одновременном увеличении возможных положений манипуляторов относительно пациента и в повышении скорости и снижении времени переведения манипуляторов в рабочее положение (рабочую зону) и обратно в зону хранения, расположенную под ножной частью столешницы операционного стола, таким образом, чтобы сохранить традиционные функциональные возможности стола, что позволяет быстро прервать роботохирургическую операцию и продолжить ее в режиме полостной операции. [010] When solving this problem, a technical result is achieved, which consists in increasing the rigidity of the mounting of the manipulators while increasing the possible positions of the manipulators relative to the patient and in increasing the speed and reducing the time the manipulators move to the working position (working area) and back to the storage area located under the foot part of the tabletop of the operating table, so as to preserve the traditional functionality of the table, which allows you to quickly interrupt the robotic surgery and continue it in the cavity operation mode.
[011] Для решения поставленной задачи и достижения технического результата была разработана система позиционирования манипуляторов роботохирургического комплекса, включающая по меньшей мере один фартук 7, расположенный с одной из сторон хирургического стола, содержащий устройство его крепления к стандартным точкам присоединения дополнительного оборудования хирургического стола, и снабженный направляющими 11, и систему перемещения, выполненную в виде горизонтального элемента 6, установленного на фартуке 7, по меньшей мере одной вертикальной колонны 8, установленной на горизонтальном элементе 6, и позиционирующего механизма 1 манипулятора 18 с хирургическим инструментом, выполненным с возможностью размещения в верхней части вертикальной колонны 8. Причем горизонтальный элемент 6 выполнен с возможностью вертикального перемещения относительно хирургического стола по направляющим 11 фартука 7 с помощью закрепленных на них и перемещающихся вдоль них по меньшей мере двух кареток 23, горизонтальный элемент 6 снабжен направляющими 12. Причем вертикальная колонна 8 выполнена в виде двухкомпонентной телескопической стойки 8 и снабжена направляющими 24 с внутренней стороны и направляющими 16 с лицевой стороны, колонна 8 выполнена с возможностью: горизонтального перемещения вдоль горизонтального элемента 6 по его направляющим 12 с помощью закрепленных на них и перемещающихся вдоль них по меньшей мере двух кареток 10, и вертикального перемещения относительно горизонтального элемента 6 по направляющим 24 при помощи по меньшей мере двух кареток 14, размещенных на соединительном модуле 15, который установлен на каретках 10 горизонтального элемента 6. Причем колонна 8 выполнена с возможностью вертикального перемещения относительно горизонтального элемента 6 в таком диапазоне, чтобы позиционирующий механизм 1 манипулятора перемещался выше уровня хирургического стола в рабочем положении и ниже уровня хирургического стола в нерабочем положении. Причем позиционирующий механизм 1 манипулятора закреплен на соединительном элементе 4 и включает поворотные консоли 2, 5, выполненные с возможностью поворота в горизонтальной плоскости. Причем соединительный элемент 4 вместе с позиционирующим механизмом 1 манипулятора выполнен с возможностью вертикального перемещения относительно горизонтального элемента 6 вдоль колонны 8 по направляющим 16 лицевой стороны колонны 8 с помощью закрепленных на них и перемещающихся вдоль них по меньшей мере двух кареток, размещенных на соединительном элементе 4. Причем поворотные консоли 2, 5 выполнены с возможностью поворота в горизонтальной плоскости таким образом, чтобы консоль 2, находясь над поверхностью хирургического стола в рабочем положении, совершала полный оборот на 360 градусов и имела возможность ограниченного поворота под поверхностью стола в нерабочем состоянии. При этом консоль 5 выполнена с возможностью установки на ней узла крепления и позиционирования 3 манипулятора 18 с хирургическим инструментом, а узел 3 выполнен с возможностью поворота вокруг своей оси для приведения манипулятора 18 в рабочее положение. При этом все элементы системы оснащены сервоприводами и контроллерами, выполненными с возможностью приема и передачи управляющих команд от центрального блока управления роботохирургического комплекса для выполнения элементами системы согласованных движений.[011] To solve the task and achieve a technical result, a positioning system for the robotic surgical complex manipulators was developed, including at least one apron 7 located on one side of the surgical table, containing a device for attaching it to standard points of attachment of additional equipment for the surgical table, and equipped with
[012] В некоторых вариантах осуществления изобретения по меньшей мере одна поворотная консоль с узлом крепления и позиционирования 3, на котором установлен манипулятор 18 с хирургическим инструментом, в нерабочем положении располагается под хирургическим столом и образуют зону хранения манипуляторов.[012] In some embodiments of the invention, at least one pivoting console with a mounting and
[013] В некоторых вариантах осуществления изобретения зона хранения манипуляторов расположена в ножной секции хирургического стола.[013] In some embodiments, the manipulator storage area is located in the foot section of the surgical table.
[014] В некоторых вариантах осуществления изобретения система позиционирования манипуляторов дополнительно включает систему стерилизации, расположенную в зоне хранения манипуляторов.[014] In some embodiments, the manipulator positioning system further includes a sterilization system located in the manipulator storage area.
[015] В некоторых вариантах осуществления изобретения зона хранения манипуляторов сконфигурирована таким образом, чтобы расположенные в ней манипуляторы не ограничивали стандартные перемещения хирургического стола.[015] In some embodiments of the invention, the storage area of the manipulators is configured so that the manipulators located therein do not limit the standard movements of the surgical table.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
[016] Прилагаемые чертежи, которые включены в состав настоящего описания и являются его частью, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и совместно с вышеприведенным общим описанием изобретения и нижеприведенным подробным описанием вариантов осуществления служат для пояснения принципов настоящего изобретения. [016] The accompanying drawings, which are incorporated in and form part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the above general description of the invention and the following detailed description of embodiments, serve to explain the principles of the present invention.
[017] Фиг. 1 иллюстрирует механизм системы позиционирования манипуляторов и крепления ее к операционному хирургическому столу.[017] FIG. 1 illustrates the mechanism of a positioning system for manipulators and its attachment to an operating surgical table.
[018] Фиг. 2 иллюстрирует общий вид сборки системы позиционирования манипуляторов в режиме хранения.[018] FIG. 2 illustrates a general view of the assembly of a positioning system of manipulators in storage mode.
[019] Фиг. 3 иллюстрирует общий вид сборки системы позиционирования манипуляторов в рабочем положении.[019] FIG. 3 illustrates a general view of an assembly of a positioning system of manipulators in a working position.
[020] Фиг. 4 иллюстрирует блок-схему управления сервоприводами системы позиционирования.[020] FIG. 4 illustrates a block diagram of a servo control system for a positioning system.
Термины и определенияTerms and Definitions
[021] Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже приведены некоторые термины, использованные в настоящем описании изобретения. Если не определено отдельно, технические и научные термины в данной заявке имеют стандартные значения, общепринятые в научной и технической литературе.[021] For a better understanding of the present invention, the following are some of the terms used in the present description of the invention. Unless defined separately, technical and scientific terms in this application have standard meanings generally accepted in the scientific and technical literature.
[022] В настоящем описании и в формуле изобретения термины «включает», «включающий» и «включает в себя», «имеющий», «снабженный», «содержащий» и другие их грамматические формы не предназначены для истолкования в исключительном смысле, а, напротив, используются в неисключительном смысле (т.е. в смысле «имеющий в своем составе»). В качестве исчерпывающего перечня следует рассматривать только выражения типа «состоящий из».[022] In the present description and in the claims, the terms “includes”, “including” and “includes”, “having”, “equipped”, “comprising” and their other grammatical forms are not intended to be interpreted in an exceptional sense, but on the contrary, they are used in a non-exclusive sense (that is, in the sense of “having in its composition”). As an exhaustive list, only expressions of the “consisting of” type should be considered.
[023] В настоящих материалах заявки под терминами «роботизированный технологический комплекс», «роботизированная система», «роботизированный комплекс», «роботохирургический комплекс», «роботохирургическая система» понимают сложные системы или комплексы в хирургии с использованием робота-ассистента во время операции. «Робот-ассистивные системы» или «робот-ассистированные хирургические системы» - это роботизированные системы, предназначенные для проведения медицинских операций. Это не автономные устройства. Робот-ассистивными системами при проведении операции управляют хирурги.[023] In the present application materials, the terms "robotic technological complex", "robotic system", "robotic complex", "robotic surgical complex", "robotic surgical system" mean complex systems or complexes in surgery using a robot assistant during the operation. “Robot-assisted systems” or “robot-assisted surgical systems” are robotic systems designed for medical operations. These are not standalone devices. During assisted operations, robotic assistive systems are controlled by surgeons.
[024] В настоящих материалах заявки под термином «мехатронный комплекс» или «мехатронная система» понимают комплекс или систему с компьютерным управлением движения, которые базируются на знаниях в области механики, электроники и микропроцессорной техники, информатики и компьютерного управления движением машин и агрегатов.[024] In the present application materials, the term "mechatronic complex" or "mechatronic system" is understood to mean a complex or system with computer control of movement, which are based on knowledge in the field of mechanics, electronics and microprocessor technology, computer science and computer control of the movement of machines and assemblies.
[025] В настоящей заявке под термином «оператор» понимают производящего операции врача хирурга. Признаки «оператор» и «хирург» в настоящем описании изобретения являются синонимами.[025] In this application, the term "operator" means the surgeon performing the operation of the doctor. The signs "operator" and "surgeon" in the present description of the invention are synonymous.
[026] Кроме того, термины «первый», «второй», «третий» и т.д. используются просто как условные маркеры, не накладывая каких-либо численных или иных ограничений на перечисляемые объекты. [026] In addition, the terms “first”, “second”, “third”, etc. they are used simply as conditional markers, without imposing any numerical or other restrictions on the enumerated objects.
[027] Термин «соединенный» означает функционально соединенный, при этом может быть использовано любое количество или комбинация промежуточных элементов между соединяемыми компонентами (включая отсутствие промежуточных элементов).[027] The term “connected” means functionally connected, any number or combination of intermediate elements between the connected components (including the absence of intermediate elements) can be used.
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[028] Описание примерных вариантов осуществления настоящего изобретения, приведенное ниже, приводится исключительно в качестве примера и предназначено для иллюстративных целей, и не предназначено для ограничения объема раскрываемого изобретения.[028] The description of exemplary embodiments of the present invention below is provided by way of example only and is for illustrative purposes and is not intended to limit the scope of the invention disclosed.
[029] Предложенное изобретение было реализовано в системе позиционирования манипуляторов, которая закрепляется за стандартные рельсы операционного хирургического стола. Предложенное изобретение позволяет переводить манипуляторы в рабочую зону – пространство, где выполняется хирургическая операция, а по ее завершению – переводить манипуляторы в зону хранения, расположенную под операционным столом в стороне, предусмотренной для расположения ног. Применение такого подхода к решению задачи дает возможность уменьшения занимаемой площади роботохирургической системы и дает возможность в автоматизированном режиме или в ручном режиме быстро выводить манипуляторы в рабочее положение и также быстро их убирать в зону хранения. [029] The proposed invention was implemented in a positioning system for manipulators, which is fixed to the standard rails of the operating surgical table. The proposed invention allows to transfer the manipulators to the working area - the space where the surgical operation is performed, and upon its completion - to transfer the manipulators to the storage area located under the operating table in the side provided for the location of the legs. The application of this approach to solving the problem makes it possible to reduce the occupied area of the robotic surgical system and makes it possible in the automated mode or in the manual mode to quickly bring the manipulators to the working position and also quickly remove them into the storage area.
[030] Крепежный механизм (см Фиг. 1) системы позиционирования манипуляторов к хирургическому столу, в целом, представляет собой два фартука 7, каждый из которых имеет возможность крепиться к стороне хирургического стола съемным образом так, чтобы на противоположных сторонах стола было по одному фартуку 7 (дальнейшее описание конструкции системы идет в отношении одного из фартуков, при этом конструкция второго фартука и его систем идентична). [030] The mounting mechanism (see Fig. 1) of the positioning system of the manipulators to the surgical table, in General, is two aprons 7, each of which has the ability to be attached to the side of the surgical table in a removable manner so that on the opposite sides of the table there was one apron 7 (further description of the design of the system is in relation to one of the aprons, while the design of the second apron and its systems are identical).
[031] В целом на одном фартуке 7 можно установить по меньшей мере одну гитару 6, а на ней по меньшей мере одну телескопическую вертикальную колону 8, на каждой из которых размещена своя рука позиционирования (механизм позиционирования 1) с закрепленным манипулятором (на чертеже не показан). На Фиг. 1 приведен пример с одной колонной 8 и соответственно с одной рукой позиционирования 1. Подробное описание вышеуказанных элементов приведено ниже.[031] In general, at least one
[032] На фартуке 7 вертикально относительно стола закреплены направляющие 11, которые служат для вывода манипуляторов из зоны хранения в рабочую зону и вдоль которых вертикально перемещается горизонтальный элемент 6, который в дальнейшем в материалах заявки будет называться «гитара» 6. [032] On the apron 7, guides 11 are mounted vertically relative to the table, which serve to bring the manipulators out of the storage area to the working area and along which the
[033] Гитара 6 с одной стороны прикрепляется к установочной платформе 22, а с другой стороны снабжена направляющими 12. Установочная платформа 22 соединена с соответствующими каретками 23, установленными на направляющих 11 фартука 7. Установочная платформа 22 может перемещаться по направляющим 11 фартука 7 под воздействием привода любого типа (электрический, гидравлический, пневматический и др.). Привод на фиг. 1 не показан. Направляющие 12 гитары 6 установлены на протяжении всей длины гитары 6. [033] The
[034] На гитаре 6 расположена по меньшей мере одна вертикальная колонна 8, которая выполнена с возможностью горизонтального перемещения вдоль гитары 6. Вертикальная колонна 8 представляет собой телескопическую двухкомпонентную стойку. Причем компоненты стойки идентичны и симметричны. Компонент, ориентированный в сторону гитары 6, является внутренней стороной вертикальной колонны 8, а компонент, ориентированный в сторону от хирургического стола, является лицевой стороной вертикальной колонны. Каждая сторона снабжена направляющими, простирающимися вдоль всей длины вертикальной колонны 8, и приводными механизмами в виде шарико-винтовой передачи 13 с приводом 9. На внутреннею сторону колонны 8 установлены направляющие 24, а на лицевую сторону колонны 8 установлены направляющие 16.[034] At least one vertical column 8 is located on the
[035] Вертикальная колонна 8 соединена с гитарой 6 следующим образом. На направляющих 12 гитары 6 установлены каретки 10. На каретках 10 установлен соединительный модуль 15, выполняющий функцию перемещения системы позиционирования вдоль хирургического стола. Соединительный модуль 15 состоит из двух частей, которые между собой образуют надежное, жесткое быстросъемное соединение. Соединительный модуль 15 с одной стороны крепится на каретки 10, а с другой стороны соединительного модуля 15 на него крепятся каретки 14. Каретки 14 входят в направляющие 24, которые в свою очередь установлены на внутренней стороне вертикальной колонны 8. Вертикальная колонна 8 перемещается по горизонтали за одно целое с соединительным модулем 15 по направляющим 12 гитары 6 под воздействием приводного механизма, выполненного в виде привода 9 и шарико-винтовой передачи (ШВП) 13, расположенных на гитаре. [035] The vertical column 8 is connected to the
[036] На вертикальной колонне 8 закреплен посредством соединительного элемента 4 механизм позиционирования 1 на последовательной структуре, который состоит из двух консолей 2 и 5 и поворотной площадки 3 крепления и позиционирования манипулятора 18. Соединительный элемент 4 прикреплен через направляющие 16 на лицевой стороне колонны 8 таким образом, что образует кинематическую пару с механизмом позиционирования 1 на последовательной структуре. При этом в сочленении элемента 4 и консоли 2 находятся несколько независимых приводов с датчиками положения, а в сочленении консоли 2 и консоли 5 также находятся несколько независимых приводов с датчиками положения. Перечисленные приводы образуют блок приводов 17. В сочленении консоли 5 и площадки 3 также находится независимый привод с датчиками положения. Соединительный элемент 4, благодаря кареткам, имеет возможность совершать вертикальные поступательные движения вдоль направляющих 16 на лицевой стороне вертикальной колонны 8, а сама колонна 8 имеет возможность перемещаться вертикально вдоль соединительного модуля 15 по направляющим 24. Движения могут выполняться совместно или попеременно. [036] On the vertical column 8, a
[037] Позиционирующий механизм 1 манипулятора осуществляет перемещение в плоскости хирургического стола, поворачиваясь относительно соединительного элемента 4. Поворотные консоли 2 и 5 выполнены с возможностью поворота в горизонтальной плоскости таким образом, чтобы консоль 2, находясь над поверхностью хирургического стола в рабочем положении, совершала полный оборот на 360 градусов и имела возможность ограниченного поворота под поверхностью стола в нерабочем состоянии. На указанной консоли 5 установлен узел крепления и позиционирования 3 манипулятора 18 с хирургическим инструментом, выполненный с возможностью поворота вокруг своей оси для приведения манипулятора 18 в рабочее положение. [037] The
[038] Приводные механизмы могут быть выполнены в виде любого известного механизма, обеспечивающего линейные перемещения и обеспечивающего сокращение потерь точности из-за люфтов. В предпочтительном варианте осуществления системы позиционирования манипуляторов за все описанные выше перемещения по направляющим отвечают шарико-винтовые передачи (ШВП) 13, которые приводят в движения сервомоторы 9, каждый из которых соединен со своей передачей.[038] The drive mechanisms can be made in the form of any known mechanism that provides linear movement and provides a reduction in accuracy losses due to backlash. In a preferred embodiment, the positioning system of the manipulators for all the above-described movements along the guides are responsible for ball-screw gears (ballscrews) 13, which drive the
[039] В качестве блока приводов 17 используется сервопривод в паре с любыми известными редукторами с нулевым механическим люфтом, например, безлюфтовые планетарные редукторы. Такие приводные механизмы, используемые на поворотных осях в конструкции механизма, обеспечивают высокую точность позиционирования манипуляторов.[039] As the
[040] Совокупность движений всего механизма обеспечивает необходимое перемещение системы позиционирования по вертикальной плоскости боковой поверхности хирургического стола и осуществляет возврат манипуляторов в зону хранения. [040] The set of movements of the entire mechanism provides the necessary movement of the positioning system along the vertical plane of the lateral surface of the surgical table and returns the manipulators to the storage area.
[041] Преимущество такого исполнения состоит в обеспечении линейных движений по боковой поверхности хирургического стола, осуществлении необходимого для позиционирования манипулятора объёма движения и в создании конструкцией жесткого каркаса для достижения высокой точности. Такая компоновка линейных перемещений обеспечивает большой охват операционного поля, при этом имеет более компактный габаритный размер всего механизма позиционирования.[041] An advantage of this embodiment is the provision of linear movements along the lateral surface of the surgical table, the implementation of the necessary volume of movement for positioning the manipulator, and the creation of a rigid frame to achieve high accuracy. This arrangement of linear displacements provides a large coverage of the surgical field, while it has a more compact overall dimension of the entire positioning mechanism.
[042] Система работает следующим образом. В нерабочем положении манипуляторы 18 расположены (Фиг. 2) в зоне хранения 19 ниже уровня хирургического стола в ножной его части таким образом, чтобы не выступать за габариты столешницы 20 операционного хирургического стола и при этом не блокировать стандартные функции стола. Там же расположена система стерилизации хирургического инструмента (не показана на чертеже). После получения управляющего сигнала (Фиг. 4) блок приводов 17 поворотной консоли приводит в движение поворотные консоли 2 и 5, и манипуляторы 18, поворачиваясь на заданный угол, выводятся из-под стола. Затем сервомоторы 9 вертикальных колонн (стоек) 8 поднимают манипуляторы над уровнем хирургического стола, а сервомоторы 9 гитары 6 перемещают их в требуемую область. После чего сервомоторы 9 поворотных консолей 2 и 5 поворачивают манипуляторы 18 в рабочее положение (Фиг. 3) над хирургическим столом, при этом манипуляторы 18 располагают таким образом, чтобы обеспечить максимально удобное пространство для работы хирурга.[042] The system operates as follows. In the inoperative position, the
[043] В процессе проведения операции по команде хирурга система позволяет поворачивать/доворачивать манипулятор 18 на необходимый угол, если при проведении операции угла поворота хирургического инструмента недостаточно. После завершения хирургической операции или по команде хирурга, в короткое время, система способна в автоматическом режиме перейти в зону хранения, в случае если потребуется продолжить операцию как полостную.[043] During the operation, upon the command of the surgeon, the system allows you to rotate / rotate the
[044] При этом перемещение манипуляторов будет происходить по траектории удаления от систем жизнеобеспечения пациента. Система позиционирования наравне с автоматическим имеет и ручной привод управления, выполненный в виде джойстика, имеющего проводное или, в отдельных случаях, беспроводное соединение с системой. [044] In this case, the movement of the manipulators will occur along the path of removal from the patient's life support systems. The positioning system, along with the automatic one, also has a manual control drive made in the form of a joystick having a wired or, in some cases, wireless connection to the system.
[045] Центральный блок управления 21 системой позиционирования 1 совместно с блоком управления роботохирургического комплекса в целом запоминает заданные положения манипуляторов и, при необходимости, по команде может вывести манипуляторы в данные положения.[045] The
[046] Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. В тоже время очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.[046] The invention has been disclosed above with reference to a specific embodiment. At the same time, other embodiments of the invention are obvious, without changing its essence, as it is disclosed in the present description. Accordingly, the invention should be considered limited in scope only by the following claims.
Claims (20)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019141228A RU2720841C1 (en) | 2019-12-12 | 2019-12-12 | Robot-surgery complex manipulator positioning system |
| PCT/RU2020/050374 WO2021118417A2 (en) | 2019-12-12 | 2020-12-11 | Manipulator positioning system for use in a robotic surgical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019141228A RU2720841C1 (en) | 2019-12-12 | 2019-12-12 | Robot-surgery complex manipulator positioning system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2720841C1 true RU2720841C1 (en) | 2020-05-13 |
Family
ID=70735222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019141228A RU2720841C1 (en) | 2019-12-12 | 2019-12-12 | Robot-surgery complex manipulator positioning system |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2720841C1 (en) |
| WO (1) | WO2021118417A2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2813700C1 (en) * | 2023-06-27 | 2024-02-15 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Operating table patient support surface |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114795786A (en) * | 2022-03-28 | 2022-07-29 | 太仓戴尔塔医疗科技有限公司 | Precise medical operation robot executing mechanism and working method thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6409735B1 (en) * | 1997-11-14 | 2002-06-25 | Medsys S.A. | Device for positioning surgical instruments |
| US20160296294A1 (en) * | 2014-07-01 | 2016-10-13 | Auris Surgical Robotics, Inc. | Surgical system with configurable rail-mounted mechanical arms |
| US20180078439A1 (en) * | 2016-09-16 | 2018-03-22 | Verb Surgical Inc. | Table adapters for mounting robotic arms to a surgical table |
| RU187033U1 (en) * | 2018-07-05 | 2019-02-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" | SURGICAL MANIPULATOR |
| WO2019143459A1 (en) * | 2018-01-17 | 2019-07-25 | Auris Health, Inc. | Surgical platform with adjustable arm supports |
-
2019
- 2019-12-12 RU RU2019141228A patent/RU2720841C1/en active
-
2020
- 2020-12-11 WO PCT/RU2020/050374 patent/WO2021118417A2/en active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6409735B1 (en) * | 1997-11-14 | 2002-06-25 | Medsys S.A. | Device for positioning surgical instruments |
| US20160296294A1 (en) * | 2014-07-01 | 2016-10-13 | Auris Surgical Robotics, Inc. | Surgical system with configurable rail-mounted mechanical arms |
| US20180078439A1 (en) * | 2016-09-16 | 2018-03-22 | Verb Surgical Inc. | Table adapters for mounting robotic arms to a surgical table |
| WO2019143459A1 (en) * | 2018-01-17 | 2019-07-25 | Auris Health, Inc. | Surgical platform with adjustable arm supports |
| RU187033U1 (en) * | 2018-07-05 | 2019-02-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" | SURGICAL MANIPULATOR |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2813700C1 (en) * | 2023-06-27 | 2024-02-15 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Operating table patient support surface |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2021118417A2 (en) | 2021-06-17 |
| WO2021118417A3 (en) | 2021-08-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6783910B2 (en) | Multiport surgical robot system structure | |
| US12127807B2 (en) | Surgical system instrument mounting | |
| US20210401517A1 (en) | Computer-assisted teleoperated surgery systems and methods | |
| US20230112200A1 (en) | Computer-assisted teleoperated surgery systems and methods | |
| US10568709B2 (en) | Mechanical teleoperated device for remote manipulation | |
| KR102167359B1 (en) | Systems and methods for commanded reconfiguration of a surgical manipulator using the null-space | |
| KR102229337B1 (en) | Systems and methods for proximal control of a surgical instrument | |
| JP2020163163A (en) | Movable surgical mounting platform controlled by manual motion of robotic arms | |
| EP3117966A1 (en) | Hybrid robot | |
| RU2720830C1 (en) | Assisting surgical complex | |
| JP2023089083A (en) | surgery system | |
| RU2720841C1 (en) | Robot-surgery complex manipulator positioning system | |
| RU198063U1 (en) | DEVICE FOR POSITIONING SURGICAL INSTRUMENT IN SPACE | |
| Beira et al. | An external positioning mechanism for robotic surgery |