專(zhuān)利名稱(chēng)：用于可曲式內(nèi)窺鏡術(shù)的機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于可曲式內(nèi)窺鏡術(shù)的機(jī)器人系統(tǒng)，尤其但不限于是機(jī)器人操縱器、控制器、系統(tǒng)、方法以及它們?cè)谕饪剖中g(shù)中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
與微創(chuàng)外科手術(shù)(MIS)相齊驅(qū),可曲式內(nèi)窺鏡術(shù)(Flexible Endoscopy)被用于檢查和治療胃腸(GI，Gastrointestinal)道疾病，而不需要在病人的身體上產(chǎn)生人工開(kāi)口。內(nèi)窺鏡經(jīng)由口腔或肛門(mén)被相應(yīng)地引入上部或下部胃腸道。在遠(yuǎn)端的微型攝像機(jī)捕捉有助于臨床醫(yī)生胃腸道疾病診斷的胃腸道壁的圖像。可通過(guò)經(jīng)由工作通道引入可曲式工具以到達(dá)遠(yuǎn)端的相關(guān)位置進(jìn)行簡(jiǎn)單的外科手術(shù)(如息肉切除術(shù)和活組織檢查)。以這種方式進(jìn)行的手術(shù)類(lèi)型由于缺乏工具可操控性而受到限制。技術(shù)上要求很高的外科手術(shù)，像用于動(dòng)脈出
血的止血法、用于修復(fù)穿孔的縫合術(shù)、用于胃食管反流的胃底折疊術(shù)，不能用可曲式內(nèi)窺鏡術(shù)有效地完成。這些手術(shù)目前通常在腹腔鏡手術(shù)或開(kāi)放式手術(shù)下進(jìn)行。膜下剝離術(shù)(ESD, Endoscopic Submucosal Dissection)通常利用具有內(nèi)置刀具的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)窺鏡進(jìn)行。因此，進(jìn)行ESD需要大量的內(nèi)鏡師的高超技術(shù)并且要花很長(zhǎng)時(shí)間完成。此外，儀器操縱方面的局限使其容易發(fā)生手術(shù)并發(fā)癥，諸如延遲出血、大出血、穿孔和外科手術(shù)并發(fā)癥等。盡管ESD逐漸被認(rèn)為是用于早期胃癌治療的有效手術(shù)，但是由于這些問(wèn)題，ESD仍然是一項(xiàng)僅能由最熟練的內(nèi)鏡師或外科醫(yī)生進(jìn)行的手術(shù)。在胃腔內(nèi)的多種儀器的操縱方面的嚴(yán)格限制是腔內(nèi)手術(shù)的一項(xiàng)主要挑戰(zhàn)。來(lái)自操作員的自然力的傳送受到內(nèi)窺鏡長(zhǎng)度的限制，導(dǎo)致在執(zhí)行器末端的力減小，甚至經(jīng)常不足以有效操縱。此外，由于所有儀器都是根據(jù)內(nèi)窺鏡的軸部署的，使得離軸運(yùn)動(dòng)(例如儀器的三角測(cè)量法)成為不可能。經(jīng)自然腔道內(nèi)窺鏡手術(shù)(NOTES,Natural Orifices TransluminalEndoscopicSurgery)( 一種利用口腔、肛門(mén)、陰道、鼻子進(jìn)入體內(nèi)的外科手術(shù))是一種不要求在腹壁上有任何經(jīng)皮膚切口的用于外科手術(shù)的方法。然而，為了使NOTES安全地用于人體，許多技術(shù)問(wèn)題需要解決。其中，采用什么工具以快速且安全地進(jìn)入和閉合腹腔以及在手術(shù)期間的空間定位是最重要的。隨著類(lèi)似達(dá)芬奇(Da Vinci)外科手術(shù)系統(tǒng)的醫(yī)療機(jī)器人的發(fā)明，臨床醫(yī)生如今能夠在人體內(nèi)準(zhǔn)確和輕易地操縱外科手術(shù)工具。從主控臺(tái)進(jìn)行操作，臨床醫(yī)生能夠?qū)崟r(shí)地控制腹腔鏡手術(shù)工具的移動(dòng)。這些工具通常被稱(chēng)為從動(dòng)裝置。然而，主從式手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)是僵硬的，其從動(dòng)操縱器通過(guò)切口進(jìn)入人體。諸如消化性潰瘍、胃癌、大腸癌等等的胃腸道疾病在大多數(shù)國(guó)家很常見(jiàn)。這些病情可在可曲式內(nèi)窺鏡的幫助下被診斷。內(nèi)窺鏡結(jié)合了先進(jìn)的錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)、材料和工程技術(shù)。然而，內(nèi)鏡師仍然經(jīng)常抱怨將長(zhǎng)且可曲的桿引入病人的肛門(mén)或口腔所帶來(lái)的技術(shù)困難，且依舊缺乏一種能夠不需要在人體上產(chǎn)生切口并能在盡可能短時(shí)間內(nèi)完成胃腸道手術(shù)的工具，因?yàn)樵诩毙晕改c出血期間時(shí)間是關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在所附的獨(dú)立權(quán)利要求中被定義。本發(fā)明的一些可選特征在所附的從屬權(quán)利要求中被定義。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明涉及用于可曲式內(nèi)窺鏡術(shù)的機(jī)器人操縱器，包括柔性構(gòu)件，被配置為耦連至一內(nèi)窺鏡，以及臂，連接至柔性構(gòu)件且可隨著柔性構(gòu)件移動(dòng)；其中，柔性構(gòu)件具有一第一末端連接至所述臂，以及一第二末端，可連接至一控制器以允許所述臂的物理移動(dòng)可通過(guò)控制器的物理移動(dòng)控制。機(jī)器人操縱器可被用于進(jìn)行復(fù)雜的和精密的外科手術(shù)。它可被插入現(xiàn)有內(nèi)窺鏡的工具通道或與內(nèi)窺鏡一前一后地連接在一起。機(jī)器人操縱器可允許實(shí)時(shí)內(nèi)窺鏡觀察，從而為內(nèi)鏡師利用自然腔道進(jìn)入內(nèi)部器官進(jìn)行更復(fù)雜和困難的外科手術(shù)提供了有利條件。尤其對(duì)于胃腸道而言，可以避免在病人身上留下任何創(chuàng)傷。在不同實(shí)施例中，機(jī)器人操縱器可被附接至內(nèi)窺鏡并一起被引入病人體內(nèi)。在其他示例性實(shí)施例中，內(nèi)窺鏡可被首先引入病人體內(nèi)，在到達(dá)相關(guān)位置后引入操縱器。在不同示例性實(shí)施例中，空心軟管可被連接至內(nèi)窺鏡，并且操縱器可以穿過(guò)這些空心軟管以到達(dá)遠(yuǎn)端。內(nèi)窺鏡也提供了用于儀器穿過(guò)的工具通道，以使得內(nèi)鏡師能夠進(jìn)行多種治療，例如，活組織檢查、息肉切除術(shù)、標(biāo)記、止血法等。一些內(nèi)窺鏡具有兩個(gè)工具通道，可以潛在地容納兩個(gè)機(jī)器人臂。作為選擇，內(nèi)窺鏡可以是為容納機(jī)器人操縱器專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的。相應(yīng)地，涉及柔性構(gòu)件和內(nèi)窺鏡之間的相互關(guān)系的術(shù)語(yǔ)“耦連至”涵蓋固定連接、可移動(dòng)式連接乃至簡(jiǎn)單的接觸或支撐配置。內(nèi)窺鏡可用于檢查、診斷和治療在上部或下部胃腸道內(nèi)的各種疾病。典型的內(nèi)窺鏡包括超緊湊電荷耦合器件(CCD)攝像機(jī)、光源和用于從病人體內(nèi)灌輸或收回液體或氣體的通道。內(nèi)窺鏡的頂端也可以是可操縱的，以便內(nèi)窺鏡能夠更快、更安全的橫向穿過(guò)胃腸道的彎曲的通道，且給病人帶來(lái)的疼痛更小。組成機(jī)器人操縱器一部分的柔性構(gòu)件的提供可使機(jī)器人操縱器能夠與可曲式內(nèi)窺鏡一起被引入，并經(jīng)由自然腔道(例如，口腔和肛門(mén))進(jìn)入胃腸通道進(jìn)行靈巧的手術(shù)，采用長(zhǎng)、窄和可曲的形式能夠允許動(dòng)力的傳輸。該柔性構(gòu)件可以是電纜系統(tǒng)，用于將扭矩從控制器端的傳動(dòng)器傳送給機(jī)器人操縱器。存在兩種類(lèi)型的電纜系統(tǒng)用于電纜路由的滑輪系統(tǒng)，以及套索系統(tǒng)(tendon-sheathsystem)。套索系統(tǒng)一般包括作為套管的空心螺旋線圈和套管內(nèi)作為繩索的電纜。當(dāng)繩索的一端被牽引時(shí)，它會(huì)在套管內(nèi)滑動(dòng)從而允許牽引力被傳遞到套管的另一端。套管中的繩索可以足夠小以穿過(guò)內(nèi)窺鏡的工具通道，并且因?yàn)樾∈蛊淙菀撞僮鳌Ｔ趫D2中示出了電纜路由和套索傳動(dòng)之間的區(qū)別。與諸如Utah/MIT手和CT臂之類(lèi)的多種機(jī)器人中使用的必須具有滑輪和供繩索通行的預(yù)設(shè)路徑的電纜路由相比，當(dāng)人體胃腸道存在不可預(yù)知的彎曲時(shí)，套索傳動(dòng)具有優(yōu)勢(shì)。套索傳動(dòng)與電纜路由相比的其他優(yōu)勢(shì)為柔韌性和生物相容性。基于這些原因，套索傳動(dòng)器可被選為用于動(dòng)力傳輸?shù)娜嵝詷?gòu)件。機(jī)器人操縱器的尺寸使得機(jī)器人操縱器具有能夠使用市場(chǎng)上可買(mǎi)到的Guardus外套管等類(lèi)似物進(jìn)入動(dòng)物或人體的胃腸道的優(yōu)點(diǎn)。這使得將機(jī)器人操縱器引入和移出動(dòng)物或病人體內(nèi)更容易、更安全以及更舒適。具體而言，繩索可以是光譜防彈纖維以及套管可以是螺旋金屬線圈。如圖3所示光譜防彈纖維可以彎曲而不彎折，從而減少不良影響，例如，在人/動(dòng)物體內(nèi)的機(jī)器人操縱器的末端卡住、打滑以及突然顫動(dòng)。螺旋金屬線圈提供了耐壓縮的優(yōu)點(diǎn)，不會(huì)折疊在繩索上，并減少機(jī)器人操縱器內(nèi)的摩擦，從而降低所產(chǎn)生的熱量和對(duì)機(jī)器人操縱器的磨損和刮傷。繩索和套管可被外套管所包圍，該外套管保護(hù)食道不受機(jī)器人操縱器意外地刮傷。外套管可以靈活地適合于所有的套管。由于外套管的尺寸加上其與內(nèi)套管的結(jié)合硬度，可限制套管的彎曲以得到更好性能的手術(shù)。雖然套索傳動(dòng)是較佳的，但也可使用其他形式的傳動(dòng)，例如將信號(hào)電纜與在遠(yuǎn)端的傳動(dòng)器連接等等?？筛鶕?jù)手術(shù)的需要做出改變。對(duì)于簡(jiǎn)單的手術(shù)，一個(gè)臂就足夠了。臂可以被配置為具有允許臂大體上平行于內(nèi)窺鏡的縱軸向前和向后移動(dòng)的一個(gè)自由度。這允許臂在內(nèi)窺鏡前方的肉體上作業(yè)，而不需要內(nèi)窺鏡與肉體接觸。由于該移動(dòng)，
內(nèi)鏡師僅需要顯示機(jī)器人操縱器需要操作的位置的圖像并且不必調(diào)整和該位置之間的距離。機(jī)器人操縱器也可自己打開(kāi)和關(guān)閉，以提供在手術(shù)期間的三角測(cè)量，以及當(dāng)機(jī)器人操縱器被弓I入人體內(nèi)時(shí)減小其尺寸以減少病人所感受的不適。臂可包括至少四個(gè)自由度。這可效仿人的腕部的彎曲和旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，從而當(dāng)進(jìn)行手術(shù)時(shí)能夠容易地模擬從控制器末端傳遞到機(jī)器人操縱器的臂的物理移動(dòng)。臂上的大量的自由度對(duì)能夠進(jìn)行復(fù)雜的手術(shù)是必要的。臂可依照簡(jiǎn)化了的人體手臂設(shè)計(jì)以盡可能憑直覺(jué)控制。臂可根據(jù)將要進(jìn)行的手術(shù)的復(fù)雜度包括兩個(gè)或三個(gè)自由度。各個(gè)自由度可以通過(guò)柔性構(gòu)件的兩個(gè)起相反作用的繩索控制。具體而言，各個(gè)起相反作用的繩索可獨(dú)立地連接至控制器的電機(jī)。該設(shè)計(jì)可有益于機(jī)器人操縱器，因?yàn)楦鱾€(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)量可僅依賴(lài)于它自己的繩索，而不依賴(lài)于由其他自由度產(chǎn)生的移動(dòng)，從而防止臂的不必要的和無(wú)意識(shí)的移動(dòng)。臂的各個(gè)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)位移可直接與繩索的線性位移成正t匕。這允許機(jī)器人操縱器易于控制。各個(gè)臂的自由度的數(shù)量可與控制器的自由度的數(shù)量相同。由于控制器和臂的自由度之間的相似性，使用者可以容易地想象出控制器的控制所映射的臂的移動(dòng)。這可允許使用者長(zhǎng)期使用機(jī)器人操縱器而不感覺(jué)疲憊。在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)器人操縱器可包括兩個(gè)臂。臂可以與內(nèi)窺鏡緊密地捆綁在一起。為了有效的操作，臂在移動(dòng)到目標(biāo)區(qū)域前可首先自我伸展以進(jìn)行手術(shù)。因此，臂至少有兩節(jié)臂節(jié)以防止兩個(gè)臂之間的沖突以及防止內(nèi)窺鏡受到視覺(jué)阻擋。臂可具有以單極性或雙極性電極形式的末端執(zhí)行器以進(jìn)行涉及燒灼的手術(shù)。然而，由于不同的外科手術(shù)需要不同的工具，末端執(zhí)行器是可互換的。臂可具有從包括夾鉗、鉤、單極電鉤、鉗子、鑷子或刀的組中選擇的末端執(zhí)行器。兩個(gè)臂可用于執(zhí)行不同的動(dòng)作，諸如息肉的拉出和切除或出血位置的血管壁的電縫合。例如，內(nèi)鏡師可自信地使用末端執(zhí)行器中的一個(gè)以?shī)A住胃腸壁，同時(shí)使用另一個(gè)握住一根針以進(jìn)行縫合。由內(nèi)窺鏡所提供的圖像可類(lèi)似于第一人觀察周?chē)h(huán)境的視野，兩個(gè)臂可類(lèi)似外科醫(yī)生的兩個(gè)手臂。這可給予外科醫(yī)生他正在病人體內(nèi)用他的兩只手進(jìn)行手術(shù)的感覺(jué)，使得手術(shù)更加準(zhǔn)確和精確。具體而言，一個(gè)臂的末端執(zhí)行器可以是以?shī)A鉗的形式，以及該臂具有提供用于控制夾鉗的鉗口打開(kāi)和閉合的自由度的第一關(guān)節(jié)。更具體地，第一關(guān)節(jié)可提供用于控制夾鉗的彎曲或過(guò)伸的進(jìn)一步的自由度。更具體地，臂可包括提供用于控制臂的旋前或旋后的自由度的第二關(guān)節(jié)。旋前/旋后關(guān)節(jié)使得機(jī)器人操縱器更容易自我定位以進(jìn)行預(yù)定手術(shù)。臂可包括提供用于控制臂的打開(kāi)和閉合的自由度的第三關(guān)節(jié)，臂的打開(kāi)是使得臂脫離內(nèi)窺鏡的縱軸的運(yùn)動(dòng)，臂的閉合是使得臂與內(nèi)窺鏡的縱軸對(duì)齊的運(yùn)動(dòng)。這些自由度允許機(jī)器人操縱器在操縱器的末端關(guān)閉彎曲/過(guò)伸關(guān)節(jié)之前，通過(guò)使臂從具有打開(kāi)和閉合關(guān)節(jié)的基部伸展，來(lái)進(jìn)行三角測(cè)量。以這種方式，機(jī)器人操縱器的臂不會(huì)過(guò)度阻擋內(nèi)窺鏡的視野，以便外科醫(yī)生能夠清楚地觀察手術(shù)環(huán)境。這些自由度也允許機(jī)器人操縱器在被插入病人體內(nèi)時(shí)被伸直以減小阻塞程度。兩個(gè)臂的其他兩個(gè)平移關(guān)節(jié)能夠沿著半圓形的蓋連接到內(nèi)窺鏡。這兩個(gè)平移關(guān)節(jié)可以是可被手動(dòng)控制的非機(jī)械驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)，如傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡工具。這些平移動(dòng)作可通過(guò)內(nèi)鏡師在手術(shù)期間推或拉的動(dòng)作操作。一旦夾鉗上所有的套管被推動(dòng)，夾鉗將能被推向更遠(yuǎn)以抓取組織。另一方面，當(dāng)拉到組織時(shí)，夾鉗在被抓取的組織上施加張力以利于采用比如燒灼鉤切除組織。另一臂的末端執(zhí)行器可以是以燒灼鉤的形式。具體而言，臂可包括提供用于控制燒灼鉤的彎曲或過(guò)伸的自由度的第一關(guān)節(jié)，提供用于控制臂的旋前或旋后的自由度的第二關(guān)節(jié)、提供用于控制臂的打開(kāi)和閉合的自由度的第三關(guān)節(jié)，臂的打開(kāi)是使得臂脫離內(nèi)窺鏡的縱軸的運(yùn)動(dòng)，臂的閉合是使得臂與內(nèi)窺鏡的縱軸對(duì)齊的運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人操縱器可包括兩個(gè)臂，所述臂包括具有九個(gè)自由度的關(guān)節(jié)，其中第一臂具有以燒灼鉤形式的末端執(zhí)行器以及第二臂具有以?shī)A鉗形式的末端執(zhí)行器。臂和/或末端執(zhí)行器可包括生物傳感器或力傳感器或觸覺(jué)器以為控制器提供信號(hào)。具體而言，力傳感器可在手術(shù)期間被用于給予內(nèi)鏡師觸感。生物傳感器能夠使內(nèi)鏡師知道在操作位置的某種化學(xué)藥品的PH值或存在。這將允許內(nèi)鏡師改變手術(shù)以適應(yīng)傳感器結(jié)果。末端執(zhí)行器的伸長(zhǎng)度和力可通過(guò)控制器中的末端執(zhí)行器力預(yù)測(cè)單元預(yù)測(cè)。力預(yù)測(cè)單元可包括-接收器，能夠從末端執(zhí)行器接收信息，其中該信息允許測(cè)量/確定與在末端執(zhí)行器的伸長(zhǎng)度和力有關(guān)的特定參數(shù)；-處理器，能夠分析所述參數(shù)以確定施加在控制器上的力和施加在末端執(zhí)行器上的伸長(zhǎng)度和力之間的具體等式；以及-能夠在控制器中實(shí)現(xiàn)等式以預(yù)測(cè)施加到機(jī)器人操縱器的末端執(zhí)行器上的力的模塊。這些力反饋能夠被用于將有關(guān)手術(shù)的有用信息返回至外科醫(yī)生。力預(yù)測(cè)單元可使用套索機(jī)制的力預(yù)測(cè)方法，該方法利用表示套索機(jī)制特征的理論模型以預(yù)測(cè)在各個(gè)傳動(dòng)階段的遠(yuǎn)端力和伸長(zhǎng)度。這種力預(yù)測(cè)方法使得不必在機(jī)器人操縱器的末端執(zhí)行器安裝在使用之前必須消毒的復(fù)雜的傳感器，從而簡(jiǎn)化了手術(shù)且維持了機(jī)器人操縱器的尺寸。力預(yù)測(cè)方法需要一組位于控制器端的傳動(dòng)器上的外部傳感器。傳感器的輸出讀數(shù)可被用于預(yù)測(cè)末端執(zhí)行器所承受的力。力預(yù)測(cè)的結(jié)果作為在控制器末端的傳動(dòng)器的輸入，為外科醫(yī)生提供力反饋。
因此，通過(guò)采用該力預(yù)測(cè)方法，外科醫(yī)生能夠感知機(jī)器人操縱器施加到周?chē)h(huán)境的力。這樣能夠保證外科醫(yī)生不會(huì)給病人身體造成不必要的創(chuàng)傷，和保證機(jī)器人操縱器或系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)檫^(guò)度拉緊繩索而損壞。然后外科手術(shù)可更快、更安全以及以更一致的方式被執(zhí)行。根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了用于控制用于可曲式內(nèi)窺鏡術(shù)的機(jī)器人操縱器的移動(dòng)的控制器，包括手持構(gòu)件，配置為由使用者使用以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人操縱器的移動(dòng)。其中，手持構(gòu)件包括提供與機(jī)器人操縱器的自由度相對(duì)應(yīng)的自由度的關(guān)節(jié)?？刂破髂墚a(chǎn)生超過(guò)使用者檢測(cè)水平的移動(dòng)，以及可從機(jī)器人操縱器將重要信息提供給使用者?？刂破饕部删哂斜葯C(jī)器人操縱器更高的位置分辨率?？刂破鞯哪Σ亮?、質(zhì)量
和慣性可足夠低以使使用者感到舒適。控制器可包括微處理器，其可被配置為檢測(cè)手持構(gòu)件的動(dòng)作，縮放所檢測(cè)到的動(dòng)作以適應(yīng)機(jī)器人操縱器，以及將信號(hào)傳輸至一傳動(dòng)器，以控制連接至機(jī)器人操縱器的柔性構(gòu)件。微處理器也可是動(dòng)作控制器。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，微處理器是主控臺(tái)，實(shí)質(zhì)上是系統(tǒng)的“大腦”。微處理器從控制器讀取信息。軟件計(jì)算機(jī)器人操縱器的所需的運(yùn)動(dòng)。然后將輸出信號(hào)發(fā)送至動(dòng)作控制器以相應(yīng)地驅(qū)動(dòng)電機(jī)和其他主推進(jìn)器。來(lái)自機(jī)器人操縱器的傳感器的輸入信號(hào)也不斷地被微處理器讀取以保證機(jī)器人操縱器以需要的方式移動(dòng)。該微處理器的其他功能包括按比例縮小內(nèi)鏡師的動(dòng)作。理想地，為了精確和安全，機(jī)器人操縱器應(yīng)該按照大大縮小的幅度按照內(nèi)鏡師的動(dòng)作而移動(dòng)?？刂破骺砂ǘ鄠€(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，讀取使用者做出的動(dòng)作的值并將其饋送給微處理器用于分析和隨后控制機(jī)器人操縱器。手持構(gòu)件可包括用以接收來(lái)自機(jī)器人操縱器的信號(hào)和為使用手持構(gòu)件的使用者提供反饋的主推進(jìn)器。這使得使用者能夠感覺(jué)到在手術(shù)期間機(jī)器人操縱器對(duì)周?chē)h(huán)境正在施加力。由于該附加的信息，使得操作更安全更快速。微處理器可包括用于映射控制器的讀數(shù)的計(jì)算機(jī)，以及具有用于系統(tǒng)工作的所有相關(guān)線路的電路盒。微處理器讀取在傳感器中的來(lái)自控制器的旋轉(zhuǎn)編碼器的讀數(shù)，然后使用軟件程序縮放和驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)器中的各個(gè)主推進(jìn)器的移動(dòng)量。微處理器可包括電路盒以容納系統(tǒng)的諸如放大器和電源之類(lèi)的所有相關(guān)電路，并且保護(hù)它們免受外部元件影響和保證在運(yùn)輸期間其內(nèi)的線路不受干擾以防止系統(tǒng)的任何線路錯(cuò)誤。傳動(dòng)器可被設(shè)計(jì)成便于攜帶且體積小。手持構(gòu)件可包括可連接至使用者手指的夾鉗。具體而言，機(jī)器人操縱器可以通過(guò)所述夾鉗被控制。這意味著使用者可以讓他/她的手肘休息，以提高控制器的舒適度和方便易用性?？刂破鬟€可進(jìn)一步包括被配置成承受使用者手臂以提供更大舒適度的扶手。手持構(gòu)件可包括可調(diào)整以適合不同使用者的多個(gè)連接組件。連接組件的尺寸可以很小，以便于降低控制器的重量。平衡配重機(jī)構(gòu)可被安置在合適的位置以保證在操作控制器時(shí)使用者感覺(jué)非常輕。并且，控制器的無(wú)磨損特性可忽略連接組件的重量，將有助于在進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間操作時(shí)外科醫(yī)生能有效地控制控制器。這將減輕使用者的疲勞。夾鉗連接組件的根部的長(zhǎng)度是可調(diào)整的。這使得在必要時(shí)可以機(jī)械地移動(dòng)縮放。采用更簡(jiǎn)單和更少的連接組件也可減少視覺(jué)干擾。在控制器底部可以有兩個(gè)不同顏色的踏板，以控制鉤的燒灼和止血模式。當(dāng)專(zhuān)注于工作且手忙于操作控制器時(shí)，外科醫(yī)生通過(guò)用他的腳踩踏板控制切割動(dòng)作可能更加方便。根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種用于可曲式內(nèi)窺鏡術(shù)的機(jī)器人系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的任一方面的機(jī)器人操縱器和根據(jù)本發(fā)明的任一方面的控制器。根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種可曲式內(nèi)窺鏡術(shù)的方法，該方法包括將根據(jù)本發(fā)明的任一方面的機(jī)器人操縱器插入人體的自然腔道內(nèi)的步驟。根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種胃腸道相關(guān)疾病的治療方法，該方法包括將根
據(jù)本發(fā)明的任一方面的機(jī)器人操縱器插入人體的自然腔道內(nèi)的步驟。根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種根據(jù)本發(fā)明的任一方面的用于治療胃腸道相關(guān)疾病的機(jī)器人系統(tǒng)的使用方法。根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種預(yù)測(cè)機(jī)器人操縱器的末端的力和伸長(zhǎng)度的方法，包括以下步驟(a)從機(jī)器人操縱器的末端接收信息，其中所述信息允許測(cè)量/確定與機(jī)器人操縱器的末端的伸長(zhǎng)度和力有關(guān)的特定參數(shù)，(b)分析所述參數(shù)以確定施加于控制器的力與施加于機(jī)器人末端的伸長(zhǎng)度和力之間的具體等式；以及(C)在控制器中實(shí)現(xiàn)等式以預(yù)測(cè)施加于機(jī)器人操縱器的末端執(zhí)行器的力。該方法可用于預(yù)測(cè)任何具有相對(duì)不變的套管形狀的機(jī)器人臂的末端執(zhí)行器的參數(shù)。這為將傳感器放置于遠(yuǎn)離末端執(zhí)行器的位置提供了附加的優(yōu)點(diǎn)。這減小了末端執(zhí)行器的慣性，且允許機(jī)器人操縱器在末端執(zhí)行器的傳感器將會(huì)失效的極端環(huán)境條件下工作。根據(jù)以下描述，明顯地，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例允許機(jī)器人操縱器操作和控制器操作的最佳使用，以利用可曲式內(nèi)窺鏡術(shù)中的這些部件的機(jī)動(dòng)性和尺寸的優(yōu)點(diǎn)，從而更有效、更準(zhǔn)確地進(jìn)行靈活的胃腸道相關(guān)手術(shù)。根據(jù)以下描述，這和其他相關(guān)優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。


現(xiàn)在將參考以下附圖通過(guò)示例描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例圖I是機(jī)器人系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的示意圖(主從腔道內(nèi)窺鏡機(jī)器人；MASTER，Master And Slave Transluminal Endoscopic Robot)；圖2示出了電纜路由和套索傳動(dòng)之間區(qū)別的示意圖；圖3示出了套管的彎曲的圖像；圖4示出了已裝有套管的外套管的示意圖。圖5A和5B示出了顯示機(jī)器人操縱器的尺寸的示例性實(shí)施例的機(jī)器人操縱器的示意圖；圖5C是連接至內(nèi)窺鏡的示例性實(shí)施例的機(jī)器人操縱器的立體圖6示出了顯示示例性實(shí)施例的機(jī)器人操縱器的自由度的立體圖；圖7是指出關(guān)節(jié)和各個(gè)關(guān)節(jié)的參數(shù)的機(jī)器人操縱器的立體圖；圖8是示例性實(shí)施例的機(jī)器人操縱器的分解圖；圖9示出了與人的手臂從手腕到手肘在設(shè)計(jì)上相似的示例性實(shí)施例機(jī)器人操縱器的示意圖；圖10示出了示例性實(shí)施例的機(jī)器人操縱器的工作空間的示意圖；圖11是與圖I中系統(tǒng)配套使用的示例性實(shí)施例的傳動(dòng)器的示意圖；圖12是與圖I中系統(tǒng)配套使用的示例性實(shí)施例的控制器的示意圖；圖13是控制器在使用時(shí)的示例性實(shí)施例的平面圖；圖14是示例性實(shí)施例的控制器的球窩關(guān)節(jié)的示意圖；圖15是控制器的電路盒的示例性實(shí)施例的示意圖；圖16示出了在膜下剝離手術(shù)(ESD)期間通過(guò)內(nèi)窺鏡觀察到的圖像；圖17是在豬身上連續(xù)一系列的五個(gè)ESD手術(shù)試驗(yàn)的粘膜下剝離時(shí)間的圖形表示；圖18是所切除的胃部病變的圖像；圖19是在抓取和切除過(guò)程中的離體測(cè)試的照片；圖20是繩索和套管的一小部分dx的模型；圖21是與通用套管相比簡(jiǎn)化了的套管的模型；圖22是Me和K的圖形表示；圖23示出了逐漸減小的Tin和分布在套管內(nèi)的張力的圖形表示；圖24示出了逐漸增加的Tin和分布在套管內(nèi)的張力的圖形表示；圖25示出了限制簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的動(dòng)作的簡(jiǎn)化模型；圖26示出了研究拉伸和放松階段的圖形表示；圖27示出了實(shí)際力/伸長(zhǎng)度與預(yù)測(cè)力/伸長(zhǎng)度的結(jié)果的圖形表示。
具體實(shí)施例方式在圖I所示的示例性實(shí)施例中，機(jī)器人系統(tǒng)包括能夠由內(nèi)鏡師402，或者在一助手400的幫助下操作的控制器300。機(jī)器人系統(tǒng)還具有連接至控制器300的微處理器500，以控制病人404體內(nèi)的機(jī)器人操縱器100的移動(dòng)。該系統(tǒng)還進(jìn)一步包括常規(guī)的內(nèi)窺鏡檢查系統(tǒng) 406。機(jī)器人操縱器100包括被配置為耦連至內(nèi)窺鏡的柔性構(gòu)件(在優(yōu)選的實(shí)施例中為套管中的繩索)和連接至柔性構(gòu)件且可通過(guò)柔性構(gòu)件移動(dòng)的臂。如下所述，柔性構(gòu)件具有連接至臂的第一末端和可連接至控制器的第二末端，以允許臂的物理移動(dòng)可通過(guò)控制器的物理移動(dòng)控制。圖4示出了由多組套管112中的繩索110構(gòu)成柔性構(gòu)件的示例性實(shí)施例。為了使內(nèi)窺鏡406和機(jī)器人系統(tǒng)易于插入，外套管111可以首先通過(guò)食道插入。外套管緊緊地約束套管112和防止其彎曲。外套管111本身對(duì)手術(shù)機(jī)器人的應(yīng)用而言是具有足夠柔韌性的。圖5A和B示出了機(jī)器人操縱器100的示例性實(shí)施例。機(jī)器人操縱器100可在所需數(shù)目的自由度(DOFs,Degree Of Freedoms)下操作以實(shí)時(shí)地在胃腸道中準(zhǔn)確地重復(fù)內(nèi)鏡師402的手和腕部的動(dòng)作。機(jī)器人操縱器100包括被配置為耦連至內(nèi)窺鏡406的柔性構(gòu)件102 ;所述柔性構(gòu)件的第一末端(進(jìn)入病人體內(nèi))連接至臂104a、104b，第二末端可連接至控制器(未示出)。為了避免對(duì)內(nèi)鏡師操作的干擾，柔性構(gòu)件102的長(zhǎng)度為2m，比內(nèi)窺鏡長(zhǎng)0.5m。機(jī)器人操縱器100的示例性實(shí)施例具有兩個(gè)臂104a、104b。臂的一端連接至柔性構(gòu)件102，臂的另一端連接至末端執(zhí)行器103。臂104a的一端連接至夾鉗106形態(tài)的末端執(zhí)行器103。臂104b的一端連接至鉤108形態(tài)的末端執(zhí)行器103。圖5C示出了耦連至內(nèi)窺鏡406的機(jī)器人操縱器100的示例性實(shí)施例。如前所述，柔性構(gòu)件包括多組套管112中的繩索110。內(nèi)窺鏡406具有能插入柔性構(gòu)件102的工具通道(未示出)，以驅(qū)動(dòng)具有末端執(zhí)行器103的機(jī)器人操縱器100。內(nèi)窺鏡406被能夠在監(jiān)視器(未示出)中觀察進(jìn)展的內(nèi)鏡師402插入。當(dāng)內(nèi)窺鏡406穿越到胃腸道內(nèi)的有關(guān)區(qū)域，機(jī)器人操縱器100由內(nèi)鏡師402插入直到末端執(zhí)行器103出現(xiàn)在內(nèi)窺鏡406的遠(yuǎn)端。然后內(nèi)鏡師402移動(dòng)到控制器300，并使用
他的手指控制如下所述的符合人體工程學(xué)設(shè)計(jì)的機(jī)械控制器300。整個(gè)機(jī)器人操縱器100被設(shè)計(jì)成足夠小、足夠纖細(xì)和柔韌以穿過(guò)雙通道醫(yī)用內(nèi)窺鏡406(GIF-2T160，日本奧林巴斯醫(yī)療系統(tǒng)公司)的工作通道，該內(nèi)窺鏡406連接至標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)窺鏡影像系統(tǒng)(EVIS EXERA II通用平臺(tái)，日本奧林巴斯醫(yī)療系統(tǒng)公司)。理想地，該系統(tǒng)由內(nèi)鏡師和外科醫(yī)生操作。前者將來(lái)回移動(dòng)和操縱內(nèi)窺鏡，而后者將坐在控制器前以控制機(jī)器人操縱器。所示的示例性實(shí)施例的機(jī)器人操縱器100具有九個(gè)自由度(如圖6中的箭頭所示)并且類(lèi)似于人的手臂(手肘到手腕)。具有兩個(gè)臂104a，104b的機(jī)器人操縱器100通過(guò)附件105耦接至常規(guī)可曲式內(nèi)窺鏡406的遠(yuǎn)端，所述附件105耦連至所述遠(yuǎn)端并支撐臂104a、104b。臂104a、104b與末端執(zhí)行器103 —起通過(guò)柔性構(gòu)件102驅(qū)動(dòng)，所述柔性構(gòu)件102連接至位于近端(即，連接至傳動(dòng)器的端)的電機(jī)(未示出)。為了驅(qū)動(dòng)一個(gè)自由度，需要兩組反向工作的繩索110和套管112以實(shí)現(xiàn)一個(gè)關(guān)節(jié)的雙向移動(dòng)。兩個(gè)繩索110和兩個(gè)套管112電纜控制機(jī)器人操縱器的一個(gè)機(jī)動(dòng)化自由度。在近端和遠(yuǎn)端，套管112將停止在各個(gè)自由度的基部的沉頭孔中，而繩索110滑動(dòng)穿過(guò)該沉頭孔和滑輪或旋轉(zhuǎn)體上的小孔。為了控制一個(gè)自由度，兩個(gè)繩索110必須固定在具有線固定裝置的機(jī)器人操縱器的滑輪側(cè)。機(jī)器人操縱器的運(yùn)動(dòng)由迪納維特哈坦伯格(DH, Denavit-Hartenberg)參數(shù)表示，其中關(guān)節(jié)配置和各個(gè)關(guān)節(jié)的參數(shù)分別由圖7和表I描繪。此外，產(chǎn)生的齊次變換矩陣如下，
其中 C Θ J = COS ( Θ j), S Θ J = sin( Θ i)
' {iQi m + cii c@2) m ιθ m — m (%m 十 m 剩 m (ιθ m — m m) m + μ — §θι ^sm. (S01 θ2 + βθ s92) c63 -εθ S02 + βθ θ2 (s01 Θ2 + c61 S02 ) 503 ( -s01 502 +- βθ c62) d3 + s01 a2eQ2 + c61 a2s&2
omai + do
000I基于計(jì)算出的DH參數(shù)矩陣、各個(gè)連接和關(guān)節(jié)的參數(shù)，由機(jī)器人操縱器的兩個(gè)臂形成的工作空間如圖10所示。灰色空間是各個(gè)操縱器的頂端的工作空間。采用這樣的設(shè)計(jì)，機(jī)器人可執(zhí)行各種復(fù)雜的任務(wù)，且對(duì)內(nèi)窺鏡攝像機(jī)視圖的阻擋最小?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)(如下所述)是擬人的且重復(fù)機(jī)器人操縱器的自由度。然而，整個(gè)系統(tǒng)所能獲得的工作空間依賴(lài)于如表2所示人的手臂的動(dòng)作范圍。所述工作空間通過(guò)從-90°到90°的關(guān)節(jié)移動(dòng)的動(dòng)作范圍形成，雖然機(jī)器人操縱器的移動(dòng)可以超出所述范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于可曲式內(nèi)窺鏡術(shù)的機(jī)器人操縱器，包括 柔性構(gòu)件，被配置為耦連至一內(nèi)窺鏡，以及 臂，連接至所述柔性構(gòu)件且可隨著柔性構(gòu)件移動(dòng)； 其中，所述柔性構(gòu)件具有一第一末端連接至所述臂，以及一第二末端，可連接至一控制器以允許所述臂的物理移動(dòng)通過(guò)控制器的物理移動(dòng)控制。
2.如權(quán)利要求I所述的機(jī)器人操縱器，其特征在于，所述柔性構(gòu)件包括在套管中的繩索。
3.如權(quán)利要求2所述的機(jī)器人操縱器，其特征在于，所述繩索是光譜防彈纖維以及所述套管為螺旋金屬套圈。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人操縱器，其特征在于，所述臂被配置為具有允許臂大體上平行于內(nèi)窺鏡的縱軸向前和向后移動(dòng)的一個(gè)自由度。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人操縱器，其特征在于，所述臂具有至少三個(gè)自由度。
6.如權(quán)利要求5所述的機(jī)器人操縱器，其特征在于，各個(gè)自由度通過(guò)柔性構(gòu)件的兩個(gè)起相反作用的繩索控制。
7.如權(quán)利要求6所述的機(jī)器人操縱器，其特征在于，各個(gè)起相反作用的繩索各自連接至通過(guò)控制器控制的一電機(jī)。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人操縱器，其特征在于，各個(gè)臂的自由度的數(shù)量與控制器的自由度的數(shù)量相同。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人操縱器，包括兩個(gè)臂。
10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人操縱器，其特征在于，臂具有從包括夾鉗、鉤、鉗子、鑷子和刀的組中選擇的末端執(zhí)行器。
11.如權(quán)利要求10所述機(jī)器人操縱器，其特征在于，所述末端執(zhí)行器是以?shī)A鉗的形式，并且臂具有提供用于控制夾鉗的鉗口打開(kāi)和閉合的自由度的第一關(guān)節(jié)。
12.如權(quán)利要求11所述的機(jī)器人操縱器，其特征在于，所述第一關(guān)節(jié)提供用于控制夾鉗的彎曲或過(guò)伸的進(jìn)一步的自由度。
13.如權(quán)利要求12所述的機(jī)器人操縱器，其特征在于，所述臂包括提供用于控制臂的旋前或旋后的自由度的第二關(guān)節(jié)。
14.如權(quán)利要求13所述的機(jī)器人操縱器，其特征在于，所述臂包括提供用于控制臂的打開(kāi)和閉合的自由度的第三關(guān)節(jié)，臂的打開(kāi)是使得臂脫離內(nèi)窺鏡的縱軸的運(yùn)動(dòng)，臂的閉合是使得臂與內(nèi)窺鏡的縱軸對(duì)齊的運(yùn)動(dòng)。
15.如權(quán)利要求10所述的機(jī)器人操縱器，其特征在于，所述末端執(zhí)行器是以燒灼鉤的形式。
16.如權(quán)利要求15所述的機(jī)器人操縱器，其特征在于，所述臂包括提供用于控制燒灼鉤的彎曲或過(guò)伸的自由度的第一關(guān)節(jié)。
17.如權(quán)利要求16所述的機(jī)器人操縱器，其特征在于，所述臂包括提供用于控制臂的旋前或旋后的自由度的第二關(guān)節(jié)。
18.如權(quán)利要求17所述的機(jī)器人操縱器，其特征在于，所述臂包括提供用于控制臂的打開(kāi)和閉合的自由度的第三關(guān)節(jié)，臂的打開(kāi)是使得臂脫離內(nèi)窺鏡的縱軸的運(yùn)動(dòng)，臂的閉合是使得臂與內(nèi)窺鏡的縱軸對(duì)齊的運(yùn)動(dòng)。
19.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人操縱器，包括兩個(gè)臂，所述臂具有提供九個(gè)自由度的關(guān)節(jié)，其中第一臂具有以燒灼鉤形式的一末端執(zhí)行器以及第二臂具有以?shī)A鉗形式的一末端執(zhí)行器。
20.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人操縱器，其特征在于，所述臂包括生物傳感器或力傳感器以為控制器提供信號(hào)。
21.如權(quán)利要求10至20中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人操縱器，其特征在于，所述末端執(zhí)行器的伸長(zhǎng)度和力通過(guò)控制器中的一末端執(zhí)行器力預(yù)測(cè)單元預(yù)測(cè)。
22.如權(quán)利要求21所述的機(jī)器人操縱器，其特征在于，所述末端執(zhí)行器力預(yù)測(cè)單元包括 接收器，被配置為從末端執(zhí)行器接收信息，其中該信息允許測(cè)量/確定與在末端執(zhí)行器的伸長(zhǎng)度和力有關(guān)的特定參數(shù)； 處理器，被配置為分析所述參數(shù)以確定施加在控制器上的力和施加在末端執(zhí)行器上的伸長(zhǎng)度和力之間的具體等式；以及 被配置為在控制器中實(shí)現(xiàn)等式以預(yù)測(cè)施加到機(jī)器人操縱器的末端執(zhí)行器上的力的模塊。
23.—種用于控制用于可曲式內(nèi)窺鏡術(shù)的機(jī)器人操縱器的移動(dòng)的控制器,包括 手持構(gòu)件，配置為由使用者使用以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人操縱器的移動(dòng)； 其中，所述手持構(gòu)件包括提供與機(jī)器人操縱器的自由度相對(duì)應(yīng)的自由度的關(guān)節(jié)。
24.如權(quán)利要求23所述的控制器，其特征在于，所述控制器包括微處理器，其被配置為 檢測(cè)手持構(gòu)件的動(dòng)作， 縮放所檢測(cè)到的動(dòng)作以適應(yīng)機(jī)器人操縱器，以及 將信號(hào)傳輸至一傳動(dòng)器，以控制連接至機(jī)器人操縱器的柔性構(gòu)件。
25.如權(quán)利要求23或24所述的控制器，其特征在于，所述手持構(gòu)件包括用以接收信號(hào)以為使用手持構(gòu)件的使用者提供反饋的主推進(jìn)器。
26.如權(quán)利要求23至25中任一項(xiàng)所述的控制器，其特征在于，所述手持構(gòu)件包括可連接至使用者的手指的夾鉗。
27.如權(quán)利要求26所述的控制器，其特征在于，機(jī)器人操縱器的所有動(dòng)作通過(guò)所述夾鉗被控制。
28.如權(quán)利要求23至27中任一項(xiàng)所述的控制器，還包括被配置成承受使用者手臂的扶手。
29.如權(quán)利要求23至28中任一項(xiàng)所述的控制器，其特征在于，所述手持構(gòu)件包括能夠調(diào)整以適合不同使用者的多個(gè)連接組件。
30.一種用于可曲式內(nèi)窺鏡術(shù)的機(jī)器人系統(tǒng)，包括權(quán)利要求I至22中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人操縱器和權(quán)利要求23至29中任一項(xiàng)所述的控制器。
31.一種可曲式內(nèi)窺鏡術(shù)的方法，包括將權(quán)利要求I至22中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人操縱器插入人體的自然腔道內(nèi)的步驟。
32.一種胃腸道相關(guān)疾病的治療方法，包括將權(quán)利要求I至22中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人操縱器插入人體的自然腔道內(nèi)的步驟。
33.如權(quán)利要求30所述的機(jī)器人系統(tǒng)在胃腸道相關(guān)疾病的治療中的使用。
34.一種預(yù)測(cè)機(jī)器人操縱器的末端的力和伸長(zhǎng)度的方法，包括 從機(jī)器人操縱器的末端接收信息，其中所述信息允許測(cè)量/確定與機(jī)器人操縱器的末端的伸長(zhǎng)度和力有關(guān)的特定參數(shù)， 分析所述參數(shù)以確定施加于控制器的力與施加于機(jī)器人末端的伸長(zhǎng)度和力之間的具體等式；以及 在控制器中實(shí)現(xiàn)等式以預(yù)測(cè)施加于機(jī)器人操縱器的末端執(zhí)行器的力。
35.一種使用具有在遠(yuǎn)端的末端執(zhí)行器的機(jī)器人操縱器的方法，所述末端執(zhí)行器能夠通過(guò)繩索移動(dòng)，所述繩索連接至在遠(yuǎn)端的末端執(zhí)行器并連接至在近端的一傳動(dòng)器，所述方法包括 測(cè)量繩索的常量參數(shù)， 使用傳感器以確定在近端的被施加到繩索上的力，以及 使用傳感器信號(hào)和所述常量參數(shù)以預(yù)測(cè)在遠(yuǎn)端的繩索的伸長(zhǎng)度或力。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，還包括使用預(yù)測(cè)的結(jié)果作為一控制器的輸入以將力觸感提供給控制器的使用者。
37.如權(quán)利要求35或36所述的方法，其特征在于，當(dāng)繩索在近端被拉動(dòng)時(shí)，使用公式 < (^廣7；二,勹預(yù)測(cè)在遠(yuǎn)端的繩索的伸長(zhǎng)度。
38.如權(quán)利要求35或36所述的方法，其特征在于，當(dāng)繩索在近端被拉動(dòng)時(shí)，使用公式Tout = Tine_K預(yù)測(cè)繩索在遠(yuǎn)端的張力。
39.如權(quán)利要求35或36所述的方法，其特征在于，當(dāng)繩索在近端未被拉動(dòng)且正在經(jīng)歷被拉伸后的過(guò)渡階段，使用公式^ut = MeTineK預(yù)測(cè)在遠(yuǎn)端的繩索的伸長(zhǎng)度。
40.如權(quán)利要求35或36所述的方法，其特征在于，當(dāng)繩索在近端未被拉動(dòng)且正在經(jīng)歷被拉伸后的過(guò)渡階段，使用公式Ttjut = Tin(|eK預(yù)測(cè)繩索在遠(yuǎn)端的張力。
41.如權(quán)利要求35或36所述的方法，其特征在于，當(dāng)繩索在近端未被拉動(dòng)且正在經(jīng)歷被拉伸后的過(guò)渡階段，使用公式^ut = MeTineK預(yù)測(cè)在遠(yuǎn)端的繩索的伸長(zhǎng)度。
42.如權(quán)利要求35或36所述的方法，其特征在于，當(dāng)繩索在近端未被拉動(dòng)且正在經(jīng)歷被拉伸后的過(guò)渡階段，使用公式Ttjut = Tin(|eK預(yù)測(cè)繩索在遠(yuǎn)端的張力。
43.如權(quán)利要求35至42中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，測(cè)量繩索的常量參數(shù)的步驟包括測(cè)量繩索的K和M6。
44.如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，測(cè)量札包括 從近端拉動(dòng)繩索直到在遠(yuǎn)端的末端執(zhí)行器的一關(guān)節(jié)達(dá)到其運(yùn)動(dòng)的極限， 進(jìn)一步拉動(dòng)繩索以使繩索變形，以及 從等式I =今+f確定凡，其中^ut從繩索的一編碼器獲得以及Tin從近端的一測(cè)壓傳感器獲得。
45.如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，測(cè)量K包括使用數(shù)值方法求解方程 e~M = .......K ~ I sO
全文摘要
一種用于可曲式內(nèi)窺鏡術(shù)的機(jī)器人操縱器(100)、控制器(300)和系統(tǒng)，其中操縱器(100)包括柔性構(gòu)件，被配置為耦連至一內(nèi)窺鏡；以及臂，連接至柔性構(gòu)件且可隨著柔性構(gòu)件移動(dòng)；其中，柔性構(gòu)件具有一第一末端連接至所述臂，以及一第二末端，可連接至一控制器(300)以允許所述臂的物理移動(dòng)可通過(guò)控制器(300)的物理移動(dòng)控制。
文檔編號(hào)A61B19/00GK102802551SQ201080029916
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月29日
發(fā)明者S·J·L·彭, S·C·洛, K·Y·霍, S·C·鐘 申請(qǐng)人:南洋理工大學(xué), 新加坡國(guó)立大學(xué)