專利名稱：伸縮支座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種伸縮支座，尤其涉及一種用于保持和/或操縱醫(yī)療裝 置的伸縮支座。
背景技術(shù)：
有一些應(yīng)用，在這些應(yīng)用中使用驅(qū)動操縱圍繞定點(diǎn)移動的運(yùn)載工具。 這種應(yīng)用的一個實(shí)例是機(jī)器人裝置，該機(jī)器人裝置用于在內(nèi)窺鏡檢查中 保持照相機(jī)，這里內(nèi)窺鏡被插進(jìn)病人身體的一個切口中，然后該內(nèi)窺鏡 被驅(qū)動以這樣的方式沿著或圍繞兩個或多個軸線運(yùn)動，使得該運(yùn)動圍繞 切口是共焦的。這意味著該內(nèi)窺鏡與作為運(yùn)動中心的切口點(diǎn)運(yùn)動，因此 內(nèi)窺鏡能夠插入切口而不會對切口的邊纟彖施加任何實(shí)質(zhì)力。
這種類型的共焦運(yùn)動通常包含搖動、傾斜和急速移動。在"傾斜" 運(yùn)動過程中，內(nèi)窺鏡相對于在其內(nèi)部是切口的病人皮膚表面的角度是改 變的。
為了完成傾斜運(yùn)動而不對病人體中切口的邊緣施加外力，設(shè)有一弧 形臂，該弧形臂具有一曲率半徑，該曲率半徑是以切口為中心的。內(nèi)窺 鏡通常被攜帶在弧形臂的一端，并且可以想到，驅(qū)動弧形臂相對于切口 做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，同時該弧形臂的每個部分與切口保持相同的距離，這將造 成內(nèi)窺鏡相對病人傾斜，同時在內(nèi)窺鏡通過切口的這一點(diǎn)內(nèi)窺鏡保持基 本靜止。
然而，考慮到使用內(nèi)窺鏡的應(yīng)用中，內(nèi)窺鏡需要的傾斜運(yùn)動范圍相 對大。為了適應(yīng)不同外科手術(shù)要求的內(nèi)窺鏡位置，內(nèi)窺鏡必須被定位在 基本垂直的位置上(也就是與病人的皮膚垂直，切口在所述皮膚中)，以 及略低于水平面的角度位置上(也就是低于病人的皮膚平面，切口在所 述皮膚中)。總之，內(nèi)窺鏡具有110。的運(yùn)動范圍是理想的。
然而，如果使用固定的弧形臂，可以理解，該弧形臂必須至少覆蓋 110。的弧形，以便能夠在這些區(qū)域末端位置的兩端中支撐內(nèi)窺鏡。這就出現(xiàn)了困難，因?yàn)槿绻麅?nèi)窺鏡被移動到基本垂直的位置，弧形臂的遠(yuǎn)端 (也就是距離內(nèi)窺鏡被支撐的那點(diǎn)的最遠(yuǎn)端)將會沿其弧形軌跡運(yùn)行非 常遠(yuǎn)的距離，以擠壓進(jìn)病人的皮膚中。顯然，這不是大家希望的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是試圖解決這個難題。
因此，本發(fā)明一方面提供了一種裝置用于保持外科手術(shù)器械，該裝
置具有包含支座的伸縮驅(qū)動；第一伸縮級被該支座承載，第一伸縮級可 相對于該支座執(zhí)行第 一運(yùn)動；第二伸縮級可相對于第 一伸縮級執(zhí)行第二 運(yùn)動；以及驅(qū)動系統(tǒng)，該驅(qū)動系統(tǒng)可操作地驅(qū)動第一和第二運(yùn)動，以便 在第 一伸縮元件完成第 一運(yùn)動并且第二伸縮元件同時執(zhí)行第二運(yùn)動，其 中每一個伸縮元件都是弧形的。
優(yōu)選地，每一種伸縮元件都具有利用各自端點(diǎn)的運(yùn)動行程，其中， 從一個位置開始，在該位置伸縮元件位于它們各自運(yùn)動行程的一端，驅(qū) 動系統(tǒng)可操作地同時驅(qū)動伸縮元件，以便伸縮元件能大致同時到達(dá)它們 各自運(yùn)動行程的端點(diǎn)。
優(yōu)選地，設(shè)有第三伸縮級，第三伸縮級被用來完成相對于第二伸縮 級的第三運(yùn)動，其中伴隨第一和第二運(yùn)動，該驅(qū)動裝置被構(gòu)造為用于同 時驅(qū)動第三運(yùn)動。
優(yōu)選地，該內(nèi)窺鏡通過伸縮驅(qū)動支撐。
優(yōu)選地，伸縮驅(qū)動可操作地支撐另 一裝置并且移動該裝置以便該運(yùn) 動圍繞一點(diǎn)為中心。
優(yōu)選地，該伸縮驅(qū)動相對于該點(diǎn)傾斜運(yùn)動另 一裝置。
便利地，另一目標(biāo)可沿著或圍繞多個軸線被移動，從而所述運(yùn)動是 關(guān)于一點(diǎn)共焦的。
優(yōu)選地，該裝置為機(jī)器人。
因此，本發(fā)明一方面提供了一種用于保持外科手術(shù)器械的裝置，該 裝置具有包含支座的伸縮驅(qū)動器；第一伸縮元件被該支座承載，第一伸 縮元件可相對于該支座執(zhí)行第一運(yùn)動；第二伸縮元件可相對于第一伸縮元件執(zhí)行第二運(yùn)動；以及驅(qū)動系統(tǒng)，其可操作地驅(qū)動第一和第二運(yùn)動， 以便在第 一伸縮元件執(zhí)行第 一運(yùn)動并且第二伸縮元件同時執(zhí)行第二運(yùn) 動，其中，伸縮驅(qū)動器可操作地支撐另一裝置并且移動該裝置以便該運(yùn) 動關(guān)于一點(diǎn)為中心。


下面將參考附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行闡述，以便本發(fā)明能更 容易地被理解，其中包括
圖1示出了本發(fā)明的伸縮驅(qū)動；以及
圖2和圖3示出了本發(fā)明使用的齒輪裝置。
具體實(shí)施例方式
首先參考附圖1，顯示了外科手術(shù)機(jī)器人的一部分，該部分支撐內(nèi)窺 鏡1。該內(nèi)窺鏡1包括加長主體2，從加長主體2突出一細(xì)長的照相機(jī)3。 在相機(jī)3的遠(yuǎn)端采集圖像，并且相機(jī)3也包括了 一光源以便為相機(jī)的視 場照明。也可想到，在內(nèi)窺鏡手術(shù)期間是照相機(jī)3插入到病人身體的切 口中，以便外科醫(yī)生檢查病人的身體或者看到外科手術(shù)過程的進(jìn)展。照 相機(jī)3可以伸出或收回到殼體2中，這樣就能允許內(nèi)窺鏡l的"變焦" 運(yùn)動?？梢岳斫獾?，這種"變焦"運(yùn)動不會對切口側(cè)面施加很大的壓力。
通過照相機(jī)3采集的圖像由內(nèi)窺鏡2被傳送到遠(yuǎn)程位置，例如，在 外科手術(shù)期間，圖像可以被外科醫(yī)生在屏幕上看到。這種傳輸可以通過
無線方式，或者通過其它任何適合的方式。
內(nèi)窺鏡1通過外臂4支撐，該外臂4具有堅固的、平面條狀，其外 形呈現(xiàn)為具有固定曲率半徑的弧形的一部分。從上面的敘述中可以了解 到，外臂4的曲率半徑是以照相機(jī)3的長度方向上的一點(diǎn)為中心的。照 相機(jī)3的長度方向的這一點(diǎn)將在內(nèi)窺鏡外科手術(shù)期間穿過病人身體的切 口 ，因此該點(diǎn)將是內(nèi)窺鏡1的運(yùn)動的焦點(diǎn)。
外臂4本身由內(nèi)臂5攜帶。內(nèi)臂5為弧形套筒形狀，所述弧形套筒 具有與外臂4相同的曲率半徑。內(nèi)臂5限定了內(nèi)部通道6，該通道的形狀和尺寸設(shè)計為可滑動地容納外臂4。外臂4可在內(nèi)臂5的套筒中伸縮，以 便當(dāng)外臂4完全地收回到內(nèi)臂5時內(nèi)窺鏡1毗鄰或靠近內(nèi)臂5。然而，外 臂4可從內(nèi)臂5中伸出，以便內(nèi)窺鏡1被支撐在距離內(nèi)臂5的某處。
內(nèi)臂5由殼體7支撐，該殼體足夠大以便內(nèi)臂5可以完全或基本完 全地收回到殼體7中。
可以想到，如果內(nèi)臂5完全收回到殼體7中，并且外臂4完全收回 到內(nèi)臂5中，內(nèi)窺鏡1將毗鄰或靠近殼體7。在該位置，內(nèi)窺鏡1的加 長照相機(jī)3位于或接近其運(yùn)動行程的一端。內(nèi)臂5可從殼體7中伸出， 外臂4可從內(nèi)臂5中伸出，在這個位置內(nèi)窺鏡1將位于或接近其運(yùn)動行 程的另一端。
殼體7由支座8支撐，該支座允許殼體7關(guān)于一軸線旋轉(zhuǎn)，該軸線 從支撐點(diǎn)穿過病人身體的切口。該旋轉(zhuǎn)允許內(nèi)窺鏡l發(fā)生"搖動"運(yùn)動。 該支座8優(yōu)選為大的外科手術(shù)機(jī)器人的一部分(未示出)，該部分在一適 于外科手術(shù)的位置支撐內(nèi)窺鏡1。
也可想到，提供兩級可伸縮弧形臂能夠減緩以上討論的問題。如果 內(nèi)臂5和外臂4被固定弧形臂代替，那么當(dāng)內(nèi)窺鏡1位于其緊靠殼體7 的運(yùn)動行程的一端時，弧形臂將從殼體7的后端伸出并且將壓進(jìn)病人的 身體。外臂4配合在內(nèi)臂5內(nèi)部的事實(shí)會阻止這種情況的發(fā)生。
然而，在傳統(tǒng)的這種類型伸縮結(jié)構(gòu)中，在伸出的第一階段期間，一 個伸縮元件完全伸展，當(dāng)另一個伸縮元件的運(yùn)動開始時，這個伸縮元件 的運(yùn)動就停止。例如，在這種類型的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，從一位置開始，在該 位置兩個臂4和5都^^皮收回和容納在殼體7中，第一步可以是完全伸出 外臂4而沒有伸出內(nèi)臂5。僅當(dāng)外臂4完全到達(dá)它的運(yùn)動行程的一端時， 內(nèi)臂5才伸出，而外臂4相對于內(nèi)臂5沒有進(jìn)一步的相對運(yùn)動。
然而，像這樣的內(nèi)窺鏡外科手術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，這種類型的運(yùn)動很 可能引發(fā)問題。在外臂4運(yùn)動終止時，內(nèi)臂5的運(yùn)動才開始，這將不可 避免地產(chǎn)生某些"急動(jerkiness)"或內(nèi)窺鏡1運(yùn)動的不連續(xù)。另外， 與僅外臂4需要被驅(qū)動的情況相比，當(dāng)內(nèi)臂5和外臂4 一起被驅(qū)動時， 電機(jī)的負(fù)載將會發(fā)生很大的改變。因此，內(nèi)窺鏡1運(yùn)動的速度可能不同于運(yùn)動的兩種狀態(tài)下的運(yùn)動速度。
為了解決這個問題，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式是內(nèi)臂5和外臂4為齒 輪傳動，以便在內(nèi)窺鏡的"傾斜"運(yùn)動過程中，兩個臂4和5都同時伸 出或jR回。
例如，從內(nèi)臂5和外臂4已經(jīng)被完全收回這種狀態(tài)開始運(yùn)動，本發(fā) 明的優(yōu)選實(shí)施方式是兩個臂4和5以相等的速率伸出，直到兩個臂4和5 都同時到達(dá)各自運(yùn)動行程的一端。換句話說，當(dāng)外臂4相對于內(nèi)臂5完 全伸出時，那么內(nèi)臂5也相對于殼體7完全伸出。
也可想到， <吏用該#支術(shù)，當(dāng)一個伸縮元件完成伸出，另一個伸縮元 件的運(yùn)動剛開始時將不會有急動或不連續(xù)。另外，因?yàn)橄嗤脑谶\(yùn) 動的所有階段被驅(qū)動，因此在運(yùn)動的任何一個階段電機(jī)的負(fù)載都不會急 劇變化。
圖2示出本發(fā)明使用的一種可能的齒輪系統(tǒng)9。為了清晰起見，該齒 輪系統(tǒng)9顯示為直線驅(qū)動方向，但是可以理解這種結(jié)構(gòu)也很容易適合于 去驅(qū)動弧形臂。設(shè)有帶齒的主驅(qū)動輪IO，并由電機(jī)直接驅(qū)動(未示出)。 主驅(qū)動輪10是可轉(zhuǎn)動的，但是被固定在一位置上。第一齒條11設(shè)為與 主驅(qū)動輪10的外周接觸，并且被布置成使得主驅(qū)動輪10旋轉(zhuǎn)時，將會 推動第一齒條11向前或向后運(yùn)動。內(nèi)臂5與第一齒條11相連接，因此 可以理解，主驅(qū)動輪10的旋轉(zhuǎn)將使得內(nèi)臂5相對于殼體7伸出或收回。
包含或大體上包含在內(nèi)臂5中的是齒帶12,該齒帶12通過一對可自 由旋轉(zhuǎn)的輪13a、 13b來傳動。不轉(zhuǎn)動的固定輪齒14與殼體7連接。不 考慮內(nèi)臂5相對于殼體7的伸出或收回的位置，輪13a、 13b被定位成使 得固定輪齒14總是與齒帶12的一部分接觸。因此，可以理解，齒帶12 大致伸出內(nèi)臂5的整個長度。
可以想到，當(dāng)內(nèi)臂5從殼體7中伸出時，被安裝在輪13a、 13b上的 齒帶12將相對于輪13a、 13b旋轉(zhuǎn)。這是因?yàn)檩?3a、 13b將相對于固定 輪齒14運(yùn)動，而接觸固定輪齒14的齒帶12的一部分將不會相對于固定 輪齒14自由運(yùn)動。隨著內(nèi)臂5伸出遠(yuǎn)離殼體7，靠近內(nèi)臂5—端的輪13a 也隨之轉(zhuǎn)動，其中內(nèi)臂5的所述端為在內(nèi)臂5伸出時距離殼體7最遠(yuǎn)的內(nèi)臂5的一端。
第二驅(qū)動輪齒15連接到軸上，輪13a圍繞該輪軸轉(zhuǎn)動，并且第二驅(qū) 動輪齒15適于與第二齒條16相嚙合，外臂4連接到該齒條16上。因此， 隨著第二驅(qū)動輪齒15的旋轉(zhuǎn)，第二齒條16和外臂4被驅(qū)動以相對于內(nèi) 臂5做伸出或收回運(yùn)動。
參考圖2的布置可以了解到，當(dāng)內(nèi)臂5被驅(qū)動伸出遠(yuǎn)離殼體7時， 外臂4將同時被驅(qū)動伸出遠(yuǎn)離內(nèi)臂5。相應(yīng)地，當(dāng)內(nèi)臂5被驅(qū)動收回到殼 體7中時，外臂4將會被驅(qū)動收回到內(nèi)臂5中。
參考圖3，顯示了另一替代齒輪系統(tǒng)16。該齒輪系統(tǒng)16包括固定殼 體17,小齒輪18連接到該殼體17上。該小齒4侖18可通過電4幾(未示出) 可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動。第三齒條19相對于殼體17被滑動地安裝，以便第三齒 條的齒20與小齒輪18的齒21相嚙合。因此，小齒輪18的旋轉(zhuǎn)將使得 第三齒條19相對于殼體17做平移運(yùn)動。
第三齒條19具有凸起22,所述凸起延伸遠(yuǎn)離第三齒條19，大致遠(yuǎn) 離第三齒條19的齒面。另一小齒輪23轉(zhuǎn)動安裝在凸起22上。
在殼體17上設(shè)有一排齒24,并被布置成使得另 一小齒輪23的齒25 與該排齒24嚙合。因此，可以想到當(dāng)?shù)谌X條19相對于殼體移動時， 設(shè)置在殼體上的該排齒24與另 一小齒輪23的齒25的嚙合將會引起另一 小齒輪23的轉(zhuǎn)動。
最后，第四齒條被相對于殼體17和第三齒條19滑動安裝，并被布 置成使得第四齒條的齒27與另一小齒輪23的齒25嚙合?？梢韵氲?，另 一小齒輪23的轉(zhuǎn)動將會引起第四齒條26相對于第三齒條19平動。因此， 小齒輪23的轉(zhuǎn)動將會造成第三齒條19相對于殼體17的平動；以及第四 齒條26相對于第三齒條19的運(yùn)動。
可以理解，另一齒輪系統(tǒng)16可以與本發(fā)明連接使用，例如，內(nèi)臂4 的運(yùn)動由第三齒條19的運(yùn)動控制，外臂5的運(yùn)動由第四齒條26的運(yùn)動 控制。
然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員也明白其他類型的驅(qū)動裝置也是可能的，并 且本發(fā)明并不局限于上面討論的裝置。同時，上面的例子給出了兩個伸縮元件，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易想到類似的具有三級或更多級伸縮元件的裝置也是可以的。
而且，上述實(shí)施例包括弧形臂，可以想到本發(fā)明可以等同地可適用于線性伸縮驅(qū)動，或其他類型的伸縮驅(qū)動。
可以想到，本發(fā)明提供了一種簡潔的、穩(wěn)定的解決上述問題的方法，并且在很多領(lǐng)域都有用。
當(dāng)在說明書和權(quán)利要求中使用時，術(shù)語"包括"、"包含，，及其同義詞用于說明所包含的特征、步驟或整體。這些術(shù)語并不用于解釋排除其他的特征、步驟或元件的存在。
在上述說明書或權(quán)利要求或相應(yīng)附圖中公開的特征用特定的方式或術(shù)語含義表達(dá)，用于實(shí)現(xiàn)公開的功能，或方法或過程，以達(dá)到公開的結(jié)果，如果合適，這些特征單獨(dú)或組合可纟皮用于以其他變形的方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1. 一種用于保持外科手術(shù)器械的裝置，具有伸縮驅(qū)動的所述裝置包括支座；通過支座承載的第一伸縮級，該第一伸縮級能夠相對于支座完成第一運(yùn)動；第二伸縮級，該第二伸縮級能夠相對于第一伸縮級完成第二運(yùn)動，以及；驅(qū)動系統(tǒng)，所述驅(qū)動系統(tǒng)被操作用于驅(qū)動第一和第二運(yùn)動，以便在第一伸縮元件執(zhí)行第一運(yùn)動并且第二伸縮元件同時執(zhí)行第二運(yùn)動，其中每一伸縮元件都是弧形的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，每一伸縮元件都具有利 用各自末端的運(yùn)動行程，并且其中每個伸縮元件都從它們各自的運(yùn)動行 程的一端開始運(yùn)動，驅(qū)動系統(tǒng)被操作同時驅(qū)動伸縮元件以便伸縮元件能 大致同時到達(dá)各自運(yùn)動行程的末端。
3. 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，設(shè)有第三伸縮級， 使得該第三伸縮級適于相對于第二伸縮級以執(zhí)行第三運(yùn)動，并且驅(qū)動裝 置被構(gòu)造為在第 一和第二運(yùn)動的同時驅(qū)動第三運(yùn)動。
4. 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，內(nèi)窺鏡由伸縮驅(qū) 動支撐。
5. 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，伸縮驅(qū)動可操 作地支撐另 一裝置并且移動另 一裝置以便該運(yùn)動圍繞一點(diǎn)為中心。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，伸縮驅(qū)動相對于該點(diǎn) 以傾斜運(yùn)動移動該另 一裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征在于，可沿著或圍繞多 個軸線移動另一目標(biāo)，所述移動關(guān)于該點(diǎn)是共焦的。
8. 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，該裝置是機(jī)器人。
9. 一種用于保持外科手術(shù)器械的裝置，具有伸縮驅(qū)動的裝置包括支座；通過支座承載的第 一伸縮級，該第 一伸縮級能夠相對于支座執(zhí)行第 一運(yùn)動；第二伸縮級，所述第二伸縮級能夠相對于第一伸縮級執(zhí)行第二運(yùn) 動，以及；驅(qū)動系統(tǒng)，該系統(tǒng)被操作用于驅(qū)動第一和第二運(yùn)動，以便在第一伸 縮元件執(zhí)行第 一運(yùn)動并且第二伸縮元件同時執(zhí)行第二運(yùn)動，其中伸縮驅(qū) 動可操作地支撐另 一裝置并移動另 一裝置以便該運(yùn)動圍繞一點(diǎn)為中心。
10. —種按照上述描述并參考相應(yīng)附圖的裝置或機(jī)器人。
11. 任何一個新穎的特征或特征的組合在這里被公開。
全文摘要
一種用于保持外科手術(shù)器械的裝置，具有伸縮驅(qū)動的該裝置包括支座；通過支座承載的第一伸縮級，該第一伸縮級能夠相對于支座執(zhí)行第一運(yùn)動；第二伸縮級，所述第二伸縮級能夠相對于第一伸縮元件執(zhí)行第二運(yùn)動；以及驅(qū)動系統(tǒng)，該系統(tǒng)被操作用于驅(qū)動第一和第二運(yùn)動，以便在第一伸縮元件執(zhí)行第一運(yùn)動并且第二伸縮元件同時執(zhí)行第二運(yùn)動，其中伸縮驅(qū)動可操作地支撐另一裝置并移動另一裝置以便該運(yùn)動圍繞一點(diǎn)為中心或者每一伸縮元件都是弧形的。
文檔編號A61B19/00GK101530347SQ20091012711
公開日2009年9月16日 申請日期2009年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月12日
發(fā)明者基思·馬歇爾, 戴維·蓋爾, 阿德里安·庫珀 申請人:普羅蘇吉科斯有限公司