NO963721L - Goniometrisk robotanordning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en goniometrisk robotanordning og mer spesielt en goniometrisk robotanordning for bruk i et medisinsk miljø.

I en foretrukket form, anvender den goniometriske medisinske roboten i henhold til oppfinnelsen et laparoskop for å gi et visuelt bilde av endel av det indre til en pasient. Det er imidlertid også innbefattet at oppfinnelsen kan finne andre anvendelser.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt et goniometrisk robotarrangement, hvilket arrangement innbefatter et langstrakt telelskop anpasset til å innføres i magen til en pasient, en drivarm forbundet til organ anpasset til å rotere drivarmen om en i det vesentlige vertikalakse, koplingsorgan som forbinder drivarmen til teleskopet og drivorgan forbundet med drivarmen for å justere helningsvinkelen til teleskopet.

I en utførelsesform har drivarmen en innledende skråstilt posisjon, hvor den nedre enden av drivarmen er forbundet til en løs artikulasjon, som innbefatter et koplingsorgan til en del av teleskopet, hvor den øvre enden til drivarmene er forbundet til det organet som roterer drivarmen, hvilket drivorgan er anpasset til å justere helningsvinkelen til drivarmen for å frembringe en justering av helningsvinkelen til teleskopet.

Fortrinnsvis innbefatter organet for å justere helningsvinkelen til drivarmen et kronehjul og tannhjulsanordning som kan drives av en lavmomentsmotor. I en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen er det tilveiebragt en vogn som er bevegelig langs drivarmen, hvilken vogn innbefatter koplingsorgan og er forbundet til teleskopet, hvilket drivorgan er anpasset til å føre vognen langs drivarmen for å frembringe justering av teleskopets helningsvinkel.

Fortrinnsvis er støttearmen horisontal.

Fortrinnsvis er organet anpasset for å rotere drivarmen understøttet av støtteorgan og ytterligere drivorgan er tilveiebragt for å føre støtteorganet i en vertikalretning.

Passende innbefatter støtteorganet en i det vesentlige horisontal utstrekkende støtte-bjelke, understøttet av et langstrakt i det vesentlige vertikalt støttelegeme og hvor driv-organet er anpasset til å føre støttelegemet.

Fortrinnsvis mottas støttelegemet i et hus, hvilket hus er anbragt på hjul eller lignende. Organet for å drive støtteorganet vertikalt kan innbefatte en hydraulisk mekanisme eller et resirkulerende kuledrev som kan drives av en lavmomentsmotor.

Fortrinnsvis innbefatter organet for å rotere drivarmen en motor anbragt i et motorhus, en i det vesentlige vertikal drivaksel som drives av motoren er forbundet med en ende av drivarmen.

Fortrinnsvis er teleskopet forbundet med et kamera tilveiebragt ved den øvre enden av teleskopet. Den nedre enden av teleskopet kan være optiske krankforbundet. Det kan være tilveiebragt organ for å rotere i det minste den nedre enden av teleskopet i forhold til teleskopets akse.

Fortrinnsvis er arrangementet tilveiebragt med to lyskilder som danner kryssende lysstråler, hvor arrangementet er slik at de kryssende lysstrålene er justert til å krysses ved en posisjon med en forutbestemt avstand under den øvre enden av drivarmen.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet ved hjelp av eksempler med henvisning til de medfølgende tegninger for at oppfinnelsen lettere skal kunne forstås og at ytterligere trekk kan fremkomme.

Figur 1 viser en perspektivskisse av en utførelsesform av oppfinnelsen.

Figur 2 viser en del av utførelsesformen i figur 1 sett fra siden.

Figur 3 er et skjematisk snitt av endel av en alternativ utførelsesform.

Figur 4 er et ytterligere snitt tilsvarende figur 4 og viser apparatet i figur 3 i en alternativ posisjon.

Figur 6 viser skjematisk endel av en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen.

Figur 7 viser et snitt av endel av utførelsesformen i figur 6.

I figur 1 er det vist en goniometrisk robotanordning i henhold til oppfinnelsen som innbefatter et hus 1, som kan være montert på ruller eller hjul 2 for å lette bevegelsen. En vertikal støttekolonne 3 strekker seg oppover fra huset og mottar teleskopisk et langstrakt vertikalt støttelegeme 4. Det langstrakte støttelegemet 4 kan drives oppover og nedover av en passende mekanisme. Mekanismen kan innbefatte en hydraulisk mekanisme, men innbefatter fortrinnsvis en elektrisk motor med lavt moment forbundet med en direkte drivmekanisme, så som et resirkulerende kuledrev.

Det langstrakte støttelegemet 4 understøtter ved sin øvre ende en horisontalt utstrekkende støttebjelke 5. Den horisontale støttebjelken 5 strekker seg utenfor huset 1, slik at en endedel av støttebjelken kan anbringes over en pasient 6. Bjelken 5 bærer ved en posisjon umiddelbart over pasienten et motorhus 7. En drivarm 8 strekker seg fra under motorhuset 7 og den frie enden av drivarmen 8 er forbundet med en løs leddforbindelse 9 til en midtre del av et teleskop 10 som utgjør endel av et laparoskop. Drivarmen 8 vil bli beskrevet mer detaljert senere og har en ende på den vertikale rotasjonsaksen til en drivaksel til en motor og den andre enden forskjøvet både horisontalt og vertikalt, slik at drivarmen 8 er skråstilt til vertikalplanet og horisontal-planet. Teleskopet 10 er forbundet med et kamera 11 tilveiebragt ved den øvre enden av teleskopet.

Den nedre enden av teleskopet 10 er ført inn gjennom et passende innsnitt 12 i pasientens 6 buk. Innsnittet 12 som danner et inngangspunkt i pasienten, ligger på en tenkt forlengelse av vertikalaksen til motorens drivaksel. Teleskopet kan føres gjennom en kort kanyle inn i området i innsnittet 12, hvor kanylen danner en gasstett tetning mellom teleskopet og pasienten.

Typisk vil pasientens buk bli blåst opp med en gass, så som nitrogen eller karbondioksid, som derved adskiller de individuelle organene i pasientens buk. Dette tillater en viss bevegelse av enden av teleskopet i pasientens buk. Den gasstette tetningen tilveiebragt ved innsnittet av kanylen forhindrer at gassen i pasientens buk utilsiktet slippes ut.

Motorhuset 7 inneholder motorer, hvorav en er anpasset til å rotere drivarmen 8 om en vertikalakse 13, hvor dette er aksen til drivakselen som driver drivarmen 8 ved sin øvre ende. Aksen 13 er sammenfallende med innsnittet 12. Den løse forbindelsen 9 frembringer derved en sirkulær bevegelse som antydet med stiplet linje 14 om aksen 13. Teleskopet beskriver derved utsiden av en konisk overflate. Punktet hvor teleskopet 10 passerer gjennom innsnittet inn i buken til pasienten, innbefatter effektivt et koniometrisk punkt. Siden forbindelsen 9 er en løs forbindelse, når drivarmen 8 roteres, blir teleskopet 10 og kameraet 11 rotert på en slik måte at inngangspunktet til pasienten ikke utsettes for påkjenninger.

Det bør legges merke til at ved å rotere drivarmen 8 om vertikalaksen 13 på den beskrevne måte, vil den nedre enden av teleskopet i pasientens buk, utføre en "pan" bevegelse.

Som det fremgår tydligere av figur 2, er motorhuset 7 tilveiebragt med et arrangement skjematisk vist ved 15, som kan endre vinkelen 16 mellom drivarmen 8 og den nedre overflaten av motorhuset 7. Arrangementet 15 kan innbefatte et arrangement av kronhjul-og-pinjong-typen, med en motor som driver pinjongen og hvor kronehjulet er forbundet med drivarmen 8.

Det er derved mulig å justere helningsvinkelen til drivarmen 8. Drivarmen 8 er skråstilt i forhold til vertikalaksen 13 og i forhold til horisontalaksen. Helningsgraden kan justeres ved at motoren driver pinjongen til kronehjul og pinjongarrangementet.

Dersom det langstrakte legemet 4 beveges oppover og derved beveger den horisontale støttebjelken 5 oppover og dersom vinkelen 16 økes i en passende grad, vil teleskopet 10 innta samme helningsvinkel, men den nedre delen av teleskopet 10 vil føres dypere inn i pasientens buk. Det oppnås derved en "zoom" virkning. Den løse koplingen 9 og innretningen av inngangspunktet eller innsnittet 12 på rotasjonsaksen til drivarmen 8 sikrer at bevegelsen er en goniometrisk bevegelse.

Det bør også legges merke til at dersom det langstrakte støttelegemet 4 beveges oppover, og derved løfter den horisontale støttebjelken 5, og dersom vinkelen 16 mellom drivarmen 8 og undersiden av motorhuset 7 økes i en realtivt raskt hastighet, kan teleskopet 10 bikkes slik at det har en mer vertikal orientering. I motsatt fall, ved en senking av støttearmen 5 og reduksjon av vinkelen 16, kan teleskopet 10 bikkes, slik at det har en mindre vertikal orientering. Det kan dermed oppnås en "bikke" funksjon. På grunn av den løse forbindelsen 9 og innretningen av innsnittet 12 med rotasjonsaksen til drivarmen 8, er bevegelsen igjen en goniometrisk bevegelse.

Ved en passende regulering kan det samtidig oppnås en "zoom" og en "bikking". Begge disse bevegelsene, når de utføres samtidig, vil være goniometriske.

Det bør legges merke til at pan-, zoom- og bikkefunksjonen kan oppnås ved hjelp av passende kontroller operert av en kirurg eller annet personell. Passende programvare i et kontrollarrangement vil synkronisere den oppoverrettede bevegelsen av det langstrakte elementet 4 og enhver endring av vinkelen 16 for å oppnå den ønskede zoom-eller bikke-effekten. De tre motorene nevnt over, nemlig motoren som driver støttelegemet 4, motoren som roterer drivarmen 8 og motoren som driver kronehjulet til kronehjul-og pinjongarrangementet 5 er alle lavmomentsmotorer, fortrinnsvis direkte drevmotorer med en tilstrekkelig lav georing, for å tillate tilbakeføring. Dersom det er ønskelig, for eksempel i en nødsituasjon, å bevege teleskopet 10 for hånd, kan dette gjøres på en enkel måte. Alternativt kan fluidclutcher eller en annen form for "glatte" clutcher innbefattes i drivmekanismen for å gi samme virkning.

Som vist i figur 2, er den horisontale støttebjelken 5 tilveiebragt med to lys 20, 21 med innbyrdes avstand, hvilke lys sender ut skarpt definerte lysstråler 22, 23 som er skråstilt innover mot hverandre. Strålene skjærer hverandre ved et punkt på aksen 13.

Arrangementet er slik at når bjelken 5 er en forutbestemt avstand over pasientens buk, en posisjon som kan betegnes som "innledende" posisjon, skjærer de to lysstrålene hverandre på pasientens hud. Det er derved mulig å bevege den horisontale støtte-bjelken til en forutbestemt posisjon i forhold til pasientens hud og hvor de to lysstrålene hver belyser denne delen av pasientens hud som vil være der hvor innsnittet 12 er anbragt. Denne innledende "innledningsposisjonen" til apparatet er forbundet med kontrolldataprogrammet for å medføre passende kombinasjoner av vertikale bevegelser av støttelegemet 4 og helningen til drivarmen 8 for å frembringe zoom-eller bikke-bevegelse av teleskopet. Disse bevegelsene vil være goniometriske.

I figurene 3 til 5 er det vist et hus 30 som kan anvendes i stedet for motorhuset 7 i den ovenfor beskrevne utførelsesformen.

Huset 30 definerer to innløpsåpninger 31, 32, hvor forbundet med lågere 33, slik at hver åpning kan inneholde en drivaksel. Drivaksel en i den øvre åpningen 31 er anpasset til å danne inngrep med et tannet pinjonggear 34 som danner inngrep med periferien til et tannet kronehjul 35. Kronehjulet 35 er anpasset til å drive en vertikal anbragt aksel 36, hvilken aksel 36 ved sin nedre ende ender ved et pinjonggear 37. Pinjonggearet 37 er anpasset til å samvirke med parti av kronehjulet 38. Partiet av kronehjulet 38 er utformet integrert med en aksel 39 som korresponderer med drivarmen 38 til utførelsesformen beskrevet over. Akselen 39 er anbragt for dreiebevegelse om en i det vesentlige horisontalakse 40. Som best vist i figurene 4 og 5, når kronhjulet 38 er beveget i forhold til pinjongen 37, dreier akselen 39 om dreieaksen 40 fra en vertikal posisjon til en skråstilt posisjon.

Den nedre åpningen 32 er anpasset for å motta en drivaksel anpasset til å drive et tannet pinjonggear 41 som danner inngrep med den ytre omkretsen til et tannet kronehjul 42. Det taimede kronehjulet 42 har en ringform og er anbragt rundt utsiden av akselen 36.

Kronehjulet 42 driver et rørformet drivlegeme 43 som omgir akselen 36, hvilket rørformet legeme 43 danner et tett inngrep med et nedre husparti 44 og driver dette nedre huspartiet 44 rotasjonsmessig om en i det vesentlige vertikalakse. Det nedre huspartiet 44 understøtter dreieaksen 40, på hvilken akselen 39 er svingbart montert.

Det bør derved legges merke til at ved å drive akselen i den øvre åpningen 31, for eksempel med en lavmomentsmotor, kan akselen 39 beveges ved hjelp av kronehjul og pinjongarrangementet, fra en vertikal posisjon til en skråstilt posisjon. Ved å drive akselen i den nedre åpningen 32, for eksempel med en lavmomentsmotor, kan det nedre huspartiet 44 roteres om en vertikalakse og derved medføre at akselen 39 roterer om denne aksen.

Med henvisning til figur 6 i de medfølgende tegninger, er det vist en modifisert utførelsesform av oppfinnelsen, hvor den horisontale støttebjelken 5 er forbundet med et hus, en vertikal støttekolonne og et vertikalt støttelegeme av den typen beskrevet med henvisning til figur 1, understøtter ved sin ende et drivhus 50. Fra drivhuset 50 strekker seg seg en horisontal arm 51. På den horisontale armen 51 erdet ført en vogn 52 og, som beskrevet senere, er det tilveiebragt organ forå bevege vognen 52 aksielt langs armen 51. Vognen 52 er forbundet med et teleskop 53 som tilsvarer teleskopet 10 beskrevet over og som er ført inn i pasienten som beskrevet over. Teleskopet 53 er tilveiebragt med et kamera 54 tilsvarende kameraet 11 beskrevet over.

I figur 7 er drivhuset 50 vist i snitt i den tilhørende armen 51 og viser vognen 52. Drivhuset 50 inneholder et øvre kronehjul 53 som kan drives ved hjelp av et passende pinjonggear. Kronehjulet 53 driver en vertikalaksel 54 som i sin tur driver en trinse 55 anbragt i et endeparti av armen 51. Trinsen 55 driver et bånd 56 som står i inngrep med vognen 52. Vognen 52 er understøttet for glidebevegelse langs en skinne 57 definert i armen. Ved å rotere kronehjulet 53 på passende måte, kan vognen 52 beveges aksielt langs armen 51, hvor vognen 52 beveges langs skinnen 57.

Et andre kronehjul 58 anbragt i huset 50 kan drives av en andre pinjong. Kronehjulet 58 er direkte forbundet til armen 51 og rotasjon av kronehjulet 58 medfører at armen roterer i forhold til huset 50.

Det bør legges merke til at kronehjulene 53 og 58 vil være forbundet med pinjonggear tilsvarende pinjonggearene 34 og 41 i utførelsesformen i figur 3 og drives av lavmoments motorer. Igjen kan det anvendes tilstrekkelig lav gearing for å tillate tilbakeføring.

Det bør derfor legges merke til at armen 51 kan utføre en rotasjonsbevegelse som medfører at vognen utfører en horisontal sirkulær bevegelse som indikert med sirkelen 59 vist i figur 6. Vognen kan føres aksielt på armen 51 og derved endre helningen til kanylen 53. Dersom vognen føres aksielt av armen 51 mens støttebjelken 5 heves eller senkes, kan det utføres mange forskjellige manøvre med teleskopet. Disse manøvrene vil være goniometriske.

Det bør legges merke til at enkelte laparoskop har optisk leddforbundne nedre ender. Synsfeltet til laparoskopet er derfor ikke aksielt innrettet med laparoskopet, men er forskjøvet til en side. Det kan derfor være ønskelig å dreie laparoskopet som utgjøres av teleskopet og kameraet om sin lengdeakse for å oppnå det ønskede synsfeltet av pasientens indre. Kameraet 11 kan derved være tilveiebragt med en motor tilveiebragt for å dreie hele kameraet og teleskopet, som skjematisk vist ved pilen 63 i figur 1.

Motoren som er tilveiebragt for å rotere kameraet 11 kan være anbragt i kamerahuset eller kan fortrinnsvis være anbragt i motorhuset 7 som er forbundet til kameraet med et drev, så som en Bowdenkabel.

Claims (10)

1. En goniometrisk robotanordning, karakterisert ved at anordningen innbefatter et langstrakt teleskop (10) anpasset for å føres inn i buken til en pasient (6), en drivarm (8) forbundet til organ for å rotere drivarmen (8) om en i det vesentlige vertikalakse, tilkoplingsorgan som forbinder drivarmen (5) til teleskopet (10) og drivorgan forbundet med drivarmen (8) for å justere teleskopets (10) helningsvinkel.

2. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at drivarmen (8) har en innledende skråstilt posisjon, hvor den nedre enden av drivarmen (8) er forbundet med en løs leddforbindelse (9), som innbefatter et tilkoplingsorgan, til endel av teleskopet (10), hvor den øvre enden av drivarmen (8) er forbundet til organet som roterer drivarmen (8), hvilket drivorgan er anpasset til å justere helningsvinkelen til drivarmen (8), for å frembringe justering av teleskopets (10) helningsvinkel.

3. Anordning i henhold til krav 2, karakterisert ved at organet for å justere helningsvinkelen til drivarmen (8) innbefatter en kronehjul-og pinjonganordning.

4. Anordning i henhold til krav 3, karakterisert ved at kronehjul og pinjonganordningen drives av en lavmomentsmotor.

5. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at det er tilveiebragt en vogn (52) som er bevegelig langs drivarmen (8), hvilken vogn (52) innbefatter koplingsorgan og er forbundet til teleskopet (10), hvilket drivorgan er anpasset til å føre vognen (52) langs drivarmen (8) for å tilveiebringe justering av teleskopets (10) helningsvinkel.

6. Anordning i henhold til et eller flere av de foregående krav, kar (8) for å tilveiebringe justering av teleskopets (10) helningsvinkel.

6. Anordning i henhold til et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at organet er anpasset til å rotere drivarmen (8) er understøttet av støtteorgan, og at ytterligere drivorgan er tilveiebragt for å føre støtteorganet i en vertikalretning.

7. Anordning i henhold til krav 6, karakterisert ved at støtteorganet innbefatter en i det vesentlige horisontalt utstrekkende støttebjelke (5) understøttet av et langstrakt i det vesentlige vertikalt støttelegeme (3), hvilket driv-organ er anpasset til å drive støttelegemet.

8. Anordning i henhold til et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at organet anpasset til å rotere drivarmen (8) innbefatter en motor anbragt i et motorhus (7), en i det vesentlige vertikal drivaksel (39) som drives av motoren er forbundet til en ende av drivarmen (8).

9. Anordning i henhold til et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at den nedre enden av teleskopet (10) er optisk leddforbundet og det er tilveiebragt organ for å rotere i det minste den nedre enden av teleskopet (10) i forhold til teleskopets akse.

10. Anordning i henhold til et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at anordningen er tilveiebragt med to lyskilder (20, 21) som danner bærende lysstråler (22, 23), hvor anordningen er slik at de skjærende lysstrålene (22, 23) er justert for å skjæres ved en posisjon ved en forutbestemt avstand under den øvre enden av drivakselen (8).