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BE1030792B1 - A MINIMALLY INVASIVE SURGICAL ROBOT AND SYSTEM USING SYNERGIC TORSION WITH FLEXIBLE AXIAL TRACTION - Google Patents

A MINIMALLY INVASIVE SURGICAL ROBOT AND SYSTEM USING SYNERGIC TORSION WITH FLEXIBLE AXIAL TRACTION Download PDF

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BE1030792B1
BE1030792B1 BE20245003A BE202405003A BE1030792B1 BE 1030792 B1 BE1030792 B1 BE 1030792B1 BE 20245003 A BE20245003 A BE 20245003A BE 202405003 A BE202405003 A BE 202405003A BE 1030792 B1 BE1030792 B1 BE 1030792B1
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flexible
gear
torsion
rigid
minimally invasive
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BE20245003A
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French (fr)
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BE1030792A1 (en
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Quanquan Liu
Zhengzhi Wu
Jiaxiang Dong
Qi Liu
Yongtian Lu
Rong Xia
Xuezhi Zhao
Zhi Zhang
Zhen Liu
Original Assignee
The Second Peoples Hospital Of Shenzhen Shenzhen Inst Of Geriatrics
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Publication date
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Abstract

La présente invention concerne un robot chirurgical mini-invasif et un système de commande coordonnée de torsion d'arbres souples, comprenant un bras mécanique hybride à la fois rigide et souple. Ce bras mécanique hybride comprend des articulations souples et rigides. Les articulations souples comprennent des tiges de support élastiques, plusieurs disques diviseurs, les tiges de support élastiques passent à travers les centres des disques diviseurs jusqu'à la base des articulations rigides. Les disques diviseurs sont répartis de manière équidistante le long de l'axe des tiges de support élastiques et fixés sur celles-ci. Deux articulations souples, appelées articulation souple I et articulation souple II, sont installées, avec six arbres souples répartis de manière circulaire. Trois de ces arbres souples, répartis en cercle, sont fixés au disque intermédiaire de l'articulation souple I, tandis que les trois autres traversent les disques diviseurs des articulations souples I et II.The present invention relates to a minimally invasive surgical robot and a flexible shaft torsion coordinated control system, comprising a hybrid mechanical arm which is both rigid and flexible. This hybrid mechanical arm comprises flexible and rigid joints. The flexible joints comprise elastic support rods, several dividing disks, the elastic support rods pass through the centers of the dividing disks to the base of the rigid joints. The dividing disks are equidistantly distributed along the axis of the elastic support rods and fixed thereon. Two flexible joints, called flexible joint I and flexible joint II, are installed, with six flexible shafts distributed in a circular manner. Three of these flexible shafts, distributed in a circle, are fixed to the intermediate disk of flexible joint I, while the other three pass through the dividing disks of flexible joints I and II.

Description

DESCRIPTIONDESCRIPTION

UN ROBOT CHIRURGICAL MINI-INVASIF ET UN SYSTÈMEA MINIMALLY INVASIVE SURGICAL ROBOT AND SYSTEM

UTILISANT UNE TORSION SYNERGIQUE À TRACTION AXIALEUSING AXIAL TENSILE SYNERGIC TORSION

SOUPLEFLEXIBLE

DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA

Cette invention concerne le domaine de la technologie des dispositifs médicaux, en particulier un robot chirurgical mini-invasif et un système utilisant une torsion synergique à traction axiale souple.This invention relates to the field of medical device technology, in particular to a minimally invasive surgical robot and system using flexible axial traction synergistic torsion.

ARRIÈRE-PLANBACKGROUND

Les organes importants du cou et de la tête sont concentrés et ont des relations anatomiques complexes, ce qui rend l'espace de travail pour l'extraction des tumeurs de la tête et du cou étroit et l'opération difficile.The important organs of the neck and head are concentrated and have complex anatomical relationships, which makes the working space for head and neck tumor removal narrow and the operation difficult.

Selon les rapports d'instituts internationaux d'épidémiologie, le cancer de la tête et du cou est le sixième cancer le plus courant dans le monde, avec plus de 500 000 nouveaux cas chaque année. Ces dernières années, le taux d'incidence annuel des tumeurs de la tête et du cou en Chine est d'environ 15,22 pour 100 000 personnes, représentant 4,45 % de tous les cancers malins. L'exérèse chirurgicale est l'un des principaux moyens de traiter les tumeurs de la tête et du cou. Cependant, la structure interne précise de la tête et du cou humains ainsi que les relations anatomiques complexes rendent la chirurgie ouverte traditionnelle traumatique et affectent l'apparence esthétique des patients. Les approches mini-invasives nécessitent d'éviter les organes vitaux environnants, et les compétences chirurgicales nécessaires sont élevées.According to reports from international epidemiological institutes, head and neck cancer is the sixth most common cancer in the world, with more than 500,000 new cases each year. In recent years, the annual incidence rate of head and neck tumors in China is about 15.22 per 100,000 people, accounting for 4.45% of all malignant cancers. Surgical excision is one of the main ways to treat head and neck tumors. However, the precise internal structure of the human head and neck and complex anatomical relationships make traditional open surgery traumatic and affect the aesthetic appearance of patients. Minimally invasive approaches require avoiding surrounding vital organs, and the required surgical skills are high.

Pour réduire les traumatismes chirurgicaux chez les patients atteints de tumeurs de la tête et du cou et pour alléger la charge de travail des médecins, l'utilisation de voies naturelles telles que la cavité buccale pour transporter les instruments chirurgicaux jusqu'à la zone tumorale pour procéder à l'exérèse tissulaire est une direction de recherche importante en chirurgie des tumeurs de la tête et du cou.To reduce surgical trauma in patients with head and neck tumors and to ease the workload of physicians, using natural pathways such as the oral cavity to transport surgical instruments to the tumor area for tissue resection is an important research direction in head and neck tumor surgery.

De nombreuses études ont été menées sur les systèmes de robots chirurgicaux mini-invasifs, principalement dans les domaines suivants : (1) conception de structures habiles pour les instruments chirurgicaux, (2) perception d'informations interactives pour les opérations chirurgicales, (3) contrôle des actionneurs depuis la console principale.Many studies have been conducted on minimally invasive surgical robot systems, mainly in the following areas: (1) design of dexterous structures for surgical instruments, (2) perception of interactive information for surgical operations, (3) control of actuators from the main console.

De nombreux résultats de recherche ont été bénéfiques pour le développement de systèmes de robots chirurgicaux utilisant des approches d'accès par voie buccale.Many research findings have been beneficial for the development of surgical robot systems using oral access approaches.

Cependant, les actionneurs à l'extrémité de ces systèmes de robots chirurgicaux mini-invasifs sont confrontés à des difficultés en termes de compatibilité entre flexibilité et rigidité dans des espaces étroits.However, actuators at the end of these minimally invasive surgical robot systems face challenges in terms of compatibility between flexibility and rigidity in narrow spaces.

Pendant les opérations chirurgicales réelles, l'orientation et la dynamique de charge de l'extrémité du bras mécanique changent, exigeant une capacité d'ajustement dynamique de la flexibilité et de la rigidité du bras mécanique.During actual surgical operations, the orientation and load dynamics of the mechanical arm tip change, requiring dynamic adjustment capability of the flexibility and stiffness of the mechanical arm.

Par conséquent, il existe encore un grand espace pour améliorer les dimensions et la flexibilité des systèmes de robots chirurgicaux utilisant des approches d'accès par voie buccale.Therefore, there is still a large space for improving the dimensions and flexibility of surgical robot systems using oral access approaches.

RÉSUMÉSUMMARY

L'objectif de la présente invention est de fournir un robot chirurgical mini-invasif et un système utilisant une conduite coordonnée de traction et de torsion d'axe souple afin d'améliorer la flexibilité et la capacité d'ajustement dynamique de rigidité du bras mécanique.The objective of the present invention is to provide a minimally invasive surgical robot and system using coordinated flexible axis traction and torsion driving to improve the flexibility and dynamic stiffness adjustment capability of the mechanical arm.

Pour atteindre cet objectif, l'invention concerne un robot chirurgical mini-invasif et un système utilisant une conduite coordonnée de traction et de torsion d'axe souple, selon le schéma technique suivant :To achieve this objective, the invention relates to a minimally invasive surgical robot and a system using coordinated flexible axis traction and torsion driving, according to the following technical diagram:

Un robot chirurgical mini-invasif utilisant une conduite coordonnée de traction et de torsion d'axe souple comprend un bras mécanique hybride rigide-flexible. Ce bras mécanique hybride rigide-flexible comprend des articulations souples et des articulations rigides. Les articulations souples comprennent des tiges de support élastiques et plusieurs disques divisés.A minimally invasive surgical robot using coordinated soft-axis traction and torsion driving comprises a rigid-flexible hybrid mechanical arm. This rigid-flexible hybrid mechanical arm comprises soft joints and rigid joints. The soft joints comprise elastic support rods and multiple split disks.

Les tiges de support élastiques passent à travers le centre de plusieurs disques divisés jusqu'à la base des articulations rigides. Les disques divisés sont uniformément répartis le long de l'axe des tiges de support élastiques et sont fixés sur ces tiges. Deux articulations souples, à savoir l'articulation souple | et l'articulation souple Il, sont mises en place. Six axes souples sont répartis uniformément autour du cercle et passent à travers les disques divisés de l'articulation souple |. Parmi eux, trois axes souples répartis uniformément sont fixés au disque central, et les trois autres axes souples répartis uniformément passent à travers les disques divisés de l'articulation souple |, du disque central et des disques divisés de l'articulation souple II pour se connecter au bloc de liaison de la base de l'articulation rigide.The elastic support rods pass through the center of several split disks to the base of the rigid joints. The split disks are uniformly distributed along the axis of the elastic support rods and are fixed on these rods. Two flexible joints, namely flexible joint | and flexible joint II, are set up. Six flexible axes are uniformly distributed around the circle and pass through the split disks of flexible joint |. Among them, three uniformly distributed flexible axes are fixed to the center disk, and the other three uniformly distributed flexible axes pass through the split disks of flexible joint |, the center disk, and the split disks of flexible joint II to connect to the connecting block of the base of the rigid joint.

En option, le bras mécanique hybride rigide-flexible est disposé sur une unité d'entraînement linéaire.Optionally, the hybrid rigid-flexible mechanical arm is arranged on a linear drive unit.

En option, les six axes souples sont connectés à une unité d'entraînement d'axe souple, permettant à cette unité d'ajuster le mouvement de traction et de torsion des six axes souples.Optionally, the six flexible axes are connected to a flexible axis drive unit, allowing this unit to adjust the pulling and twisting motion of the six flexible axes.

En option, le bras mécanique hybride rigide-flexible dispose de huit degrés de liberté : une unité de mouvement linéaire entraîne le mouvement linéaire aller-retour du bras mécanique hybride rigide-flexible, ce qui constitue un degré de liberté.Optionally, the rigid-flexible hybrid mechanical arm has eight degrees of freedom: a linear motion unit drives the back-and-forth linear motion of the rigid-flexible hybrid mechanical arm, which constitutes one degree of freedom.

L'unité de mouvement linéaire entraîne le manipulateur hybride rigide-flexible pour réaliser un mouvement alternatif linéaire afin d'atteindre un degré de liberté ; grâce au mouvement de traction Tn (n = 1, 2, 3) de l'arbre flexible, l'articulation flexible | réalise deux degrés de flexion. de liberté sur le plan orthogonal ;The linear motion unit drives the rigid-flexible hybrid manipulator to realize linear reciprocating motion to achieve one degree of freedom; through the tensile motion Tn (n = 1, 2, 3) of the flexible shaft, the flexible joint | realizes two degrees of bending. of freedom on the orthogonal plane;

Les deux degrés de liberté de flexion du joint flexible II sur le plan orthogonal sont réalisés grâce au mouvement de traction Tn (n=4,5,6) de l'arbre flexible ;The two degrees of freedom of bending of the flexible joint II on the orthogonal plane are achieved by the tensile movement Tn (n=4,5,6) of the flexible shaft;

Le joint rigide adopte un mécanisme différentiel. Le mouvement de torsion de l'arbre souple J4 entraîne la rotation de l'engrenage droit C+.The rigid joint adopts a differential mechanism. The torsional motion of the flexible shaft J4 drives the rotation of the spur gear C+.

L'engrenage droit C1 engrène avec l'engrenage droit C2. L'engrenage droitSpur gear C1 meshes with spur gear C2. Spur gear

C» et l'engrenage conique Cs sont fixés coaxialement. Lorsque J4 est entrée, la chaîne d'engrenages C1-C2 -C3-C4-Cs-C10 entraînera la rotation de l'engrenage C11 ; le Mouvement de torsion de l'arbre flexible J5 entraîne la rotation de l'engrenage conique Ce. Lorsque Js est entré, la chaîne d'engrenages Ce- C7-Cs-Cs entraînera la rotation de l'engrenage cm.C» and the bevel gear Cs are fixed coaxially. When J4 is input, the gear chain C1-C2 -C3-C4-Cs-C10 will drive the gear C11 to rotate; the torsional motion of the flexible shaft J5 drives the bevel gear Ce to rotate. When Js is input, the gear chain Ce-C7-Cs-Cs will drive the gear cm to rotate.

Lorsque J4 et Js etc. Lorsque les valeurs sont dans le même sens, la chaîne d'engrenages C1-C2-C3-C4Cs5-C1 et la chaîne d'engrenagesWhen J4 and Js etc. When the values are in the same direction, the gear chain C1-C2-C3-C4Cs5-C1 and the gear chain

Cs-C7-Cs-Cs auront des forces motrices égales et opposées agissant sur l'engrenage C1, provoquant le blocage de l'engrenage C1 et son incapacité à tourner sur lui-même. L'axe tourne, entraînant ainsi la pince frontale du manipulateur à tourner autour de l'axe S. effectuer un mouvement de tangage, en atteignant un certain degré de liberté ;Cs-C7-Cs-Cs will have equal and opposite driving forces acting on gear C1, causing gear C1 to lock and be unable to rotate on itself. The axis rotates, thus causing the manipulator's front gripper to rotate around the S axis. perform a pitching motion, achieving a certain degree of freedom;

Lorsque J4 et Js sont égaux et inversés, la force motrice de la chaîne d'engrenages C1-C7C3C4Cs-Cio et de la chaîne d'engrenages 5 Ce-C7-Cs-Cs agira sur l'engrenage C11 dans la même direction, entraînant ainsi l'avant. extrémité du manipulateur. La pince tourne pour atteindre un degré de liberté ;When J4 and Js are equal and reversed, the driving force of gear chain C1-C7C3C4Cs-Cio and gear chain 5 Ce-C7-Cs-Cs will act on gear C11 in the same direction, thereby driving the front end of the manipulator. The gripper rotates to achieve one degree of freedom;

Le mouvement de torsion J6 de l'arbre flexible entraînera le mouvement de rotation J7 de l'arbre flexible, et l'ouverture et la fermeture de la pince à l'extrémité avant du manipulateur sont réalisées grâce au mécanisme à écrou et à vis, obtenant ainsi un degré de liberté.The twisting motion J6 of the flexible shaft will drive the rotating motion J7 of the flexible shaft, and the opening and closing of the gripper at the front end of the manipulator is realized through the nut and screw mechanism, thereby achieving one degree of freedom.

Comme méthode préférée, le mouvement de traction Tn (n=1,2,3,..6) et le mouvement de torsion Jn (n=4,5,6) des six axes flexibles sont ajustés pour contrôler de manière flexible la position et posture de l'extrémité avant du manipulateur chirurgical mini-invasif.As a preferred method, the pulling motion Tn (n=1,2,3,..6) and the twisting motion Jn (n=4,5,6) of the six flexible axes are adjusted to flexibly control the position and posture of the front end of the minimally invasive surgical manipulator.

De préférence, la rigidité du joint flexible est ajustée en ajustant la précharge de traction des six arbres flexibles.Preferably, the rigidity of the flexible joint is adjusted by adjusting the tensile preload of the six flexible shafts.

Les effets bénéfiques de la présente invention sont les suivants : la présente invention propose d'utiliser les caractéristiques de l'arbre flexible pour effectuer un entraînement de traction et de torsion en même temps, développe de manière innovante un mécanisme robot chirurgical mini-invasif à plusieurs degrés de liberté entraîné par traction. et de torsion, et propose de nouvelles recherches sur la chirurgie d'ablation des tumeurs transsténoses, des idées et des solutions.The beneficial effects of the present invention are as follows: the present invention proposes to utilize the characteristics of the flexible shaft to perform traction and torsion drive at the same time, innovatively develops a multi-degree-of-freedom minimally invasive surgical robot mechanism driven by traction and torsion, and provides new research ideas and solutions on transstenotic tumor removal surgery.

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Afin d'expliquer plus clairement les modes de réalisation spécifiques de la présente invention ou les solutions techniques de l'art antérieur, les dessins qui doivent être utilisés dans la description des mises en œuvre spécifiques ou de l'art antérieur seront brièvement présentés ci-dessous.In order to more clearly explain the specific embodiments of the present invention or the technical solutions of the prior art, the drawings which are to be used in the description of the specific implementations or the prior art will be briefly presented below.

Dans l'ensemble des dessins, des éléments ou parties similaires sont généralement identifiés par des numéros de référence similaires. Dans les dessins, les éléments ou pièces ne sont pas nécessairement dessinés à l'échelle réelle.Throughout the drawings, similar elements or parts are generally identified by similar reference numbers. In the drawings, elements or parts are not necessarily drawn to actual scale.

La figure 1 montre un diagramme schématique de la répartition du degré de liberté d'un robot chirurgical mini-invasif et d'un système entraîné par un entraînement coopératif de tension et de torsion d'arbre flexible selon un mode de réalisation de la présente invention.Figure 1 shows a schematic diagram of the degree of freedom distribution of a minimally invasive surgical robot and a system driven by a flexible shaft tension and torsion cooperative drive according to one embodiment of the present invention.

La figure 2 montre un schéma structurel d'un manipulateur d'un robot chirurgical mini-invasif et d'un système entraîné par une coordination de tension et de torsion d'arbre flexible selon un mode de réalisation de la présente invention.Figure 2 shows a structural diagram of a manipulator of a minimally invasive surgical robot and a system driven by a flexible shaft tension and torsion coordination according to an embodiment of the present invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Ce qui suit décrit les modes de réalisation de la présente invention à travers des exemples spécifiques. L'homme du métier peut facilement comprendre d'autres avantages et effets de la présente invention à partir du contenu divulgué dans cette description. La présente invention peut également être mise en œuvre ou appliquée à travers d'autres modes de réalisation spécifiques différents. Divers détails de cette description peuvent également être modifiés ou changés de diverses manières sur la base de différents points de vue et applications sans s'éloigner de l'esprit de la présente invention. Il convient de noter que, tant qu'il n'y a pas de conflit,The following describes embodiments of the present invention through specific examples. Those skilled in the art can easily understand other advantages and effects of the present invention from the contents disclosed in this description. The present invention can also be implemented or applied through other different specific embodiments. Various details of this description can also be modified or changed in various ways based on different viewpoints and applications without departing from the spirit of the present invention. It should be noted that, as long as there is no conflict,

les modes de réalisation suivants et les caractéristiques des modes de réalisation peuvent être combinés les uns avec les autres.the following embodiments and features of the embodiments may be combined with each other.

Dans la description de la présente invention, sauf indication contraire, pluralité signifie deux ou plus ; les termes supérieur , inférieur, gauche, droite, intérieur, extérieur, extrémité avant , extrémité arrière, tête, queue, etc. indiquent l'orientation ou la relation de position sur la base de l'orientation ou de la relation de position représentée dans les dessins, et sont uniquement destinés à la commodité de décrire la présente invention et de simplifier la description, plutôt que Toute indication ou implication selon laquelle le dispositif ou l'élément mentionné doit avoir une orientation spécifique, être construit et fonctionner dans une orientation spécifique ne doit pas être interprétée comme une limitation de l'invention. En outre, les termes premier, deuxième, troisième, etc. sont utilisés à des fins descriptives uniquement et ne doivent pas être interprétés comme indiquant ou impliquant une importance relative.In describing the present invention, unless otherwise indicated, plurality means two or more; the terms upper, lower, left, right, inner, outer, front end, rear end, head, tail, etc. indicate the orientation or positional relationship based on the orientation or positional relationship shown in the drawings, and are intended solely for the convenience of describing the present invention and simplifying the description, rather than Any indication or implication that the device or element referred to must have a specific orientation, be constructed, and operate in a specific orientation should not be construed as a limitation of the invention. Furthermore, the terms first, second, third, etc. are used for descriptive purposes only and should not be construed as indicating or implying relative importance.

Dans la description de la présente invention, il convient de noter que, sauf indication contraire claire et limitée, les termes connecté et connecté » doivent être compris dans un sens large. Par exemple, il peut s'agir d'une connexion fixe, d'une connexion détachable. connexion ou une connexion intégrée. Connexion à la terre; il peut s'agir d'une connexion mécanique ou d'une connexion électrique; il peut s'agir d'une connexion directe ou d'une connexion indirecte via un milieu intermédiaire. Pour l'homme du métier, les significations spécifiques des termes ci-dessus dans la présente invention peuvent être comprises au cas par cas.In describing the present invention, it should be noted that, unless otherwise clearly and limitedly indicated, the terms connected and connected" are to be understood in a broad sense. For example, it may be a fixed connection, a detachable connection. connection or an integrated connection. Connection to ground; it may be a mechanical connection or an electrical connection; it may be a direct connection or an indirect connection via an intermediate medium. For those skilled in the art, the specific meanings of the above terms in the present invention may be understood on a case-by-case basis.

Des mises en œuvre spécifiques de la présente invention seront décrites plus en détail ci-dessous en référence aux dessins et exemples annexés.Specific implementations of the present invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings and examples.

Cet extrait décrit un exemple d'application de l'invention, présentant un robot chirurgical mini-invasif et un système utilisant une conduite coordonnée de traction et de torsion d'axe souple. Ce robot chirurgical mini-invasif et son système comprennent un bras mécanique hybride rigide-flexible constitué de liaisons parallèles flexibles et de liaisons sérielles rigides basées sur un mécanisme différentiel, comme illustré dans les figures 1 et 2. Chaque bras mécanique possède huit degrés de liberté.This excerpt describes an exemplary application of the invention, featuring a minimally invasive surgical robot and system using coordinated flexible axis traction and torsional steering. This minimally invasive surgical robot and system include a hybrid rigid-flexible mechanical arm consisting of flexible parallel links and rigid serial links based on a differential mechanism, as illustrated in Figures 1 and 2. Each mechanical arm has eight degrees of freedom.

Le degré de liberté n°1 implique le mouvement linéaire aller-retour du bras mécanique hybride rigide-flexible, entraîné par une unité de mouvement linéaire.Degree of freedom #1 involves the linear back-and-forth motion of the rigid-flexible hybrid mechanical arm, driven by a linear motion unit.

La pose à l'extrémité du bras mécanique est ajustée par les articulations souples | et Il, ainsi que par l'articulation rigide Ill. Les articulations souples | et II comprennent des tiges de support élastiques centrales et plusieurs disques divisés. Les articulations souples | et Il sont connectées par le disque central 4, équipées de 3 axes souples 3 et 3 axes souples 6. Trois des axes souples 3, uniformément répartis autour du cercle, passent à travers les disques divisés 2 pour se fixer au disque central 4, tandis que les trois autres axes souples 6 passent à travers les disques divisés 2 de l'articulation souple |, puis traversent le disque central 4 pour finalement passer à travers les disques divisés 5 de l'articulation souple II jusqu'au bloc de liaison de l'articulation rigide III. Les mouvements de traction Tn (n=1,2,3) des axes souples 3 permettent d'obtenir les degrés de liberté de flexion (2) et (3) de l'articulation souple | dans un plan orthogonal, tandis que les mouvements de traction Tn (n=4,5,6) des axes souples 6 permettent d'obtenir les degrés de liberté de flexion (4) et (5) de l'articulation souple II dans un plan orthogonal.The pose at the end of the mechanical arm is adjusted by the flexible joints | and II, as well as the rigid joint Ill. The flexible joints | and II comprise central elastic support rods and several split disks. The flexible joints | and II are connected by the central disk 4, equipped with 3 flexible axes 3 and 3 flexible axes 6. Three of the flexible axes 3, uniformly distributed around the circle, pass through the split disks 2 to fix to the central disk 4, while the other three flexible axes 6 pass through the split disks 2 of the flexible joint |, then pass through the central disk 4 and finally pass through the split disks 5 of the flexible joint II to the connecting block of the rigid joint III. The tensile movements Tn (n=1,2,3) of the flexible axes 3 can obtain the bending degrees of freedom (2) and (3) of the flexible joint | in an orthogonal plane, while the traction movements Tn (n=4,5,6) of the flexible axes 6 make it possible to obtain the degrees of freedom of flexion (4) and (5) of the flexible joint II in an orthogonal plane.

Les trois axes souples de la section du joint flexible | sont uniquement contrôlés par le mouvement de traction pour compléter la flexion du joint flexible | autour des axes X et Y. Les trois axes souples de la section du joint flexible II sont contrôlés par le mouvement de traction. En se pliant autour des axes x et y, la torsion des trois axes flexibles de la section Il du joint flexible transmettra la puissance au train d'engrenages du joint rigide.The three flexible axes of the flexible joint section | are only controlled by the tensile motion to complete the bending of the flexible joint | around the X and Y axes. The three flexible axes of the flexible joint section II are controlled by the tensile motion. By bending around the x and y axes, the twisting of the three flexible axes of the flexible joint section II will transmit power to the gear train of the rigid joint.

J6 contrôle le mouvement d'ouverture et de fermeture de la pince. LorsqueJ6 controls the opening and closing movement of the clamp. When

J4 et Js sont dans la même direction et ont la même taille, les pinces rigides du joint Ill effectuent un mouvement de tangage. Lorsque J4 et Js sont opposés et ont la même taille, les pinces du joint rigide effectuent un mouvement de rotation.J4 and Js are in the same direction and have the same size, the rigid clamps of joint Ill perform a pitching motion. When J4 and Js are opposite and have the same size, the clamps of the rigid joint perform a rotational motion.

Le joint rigide adopte un mécanisme différentiel. Le mouvement de torsion de l'arbre souple J4 entraîne la rotation de l'engrenage droit C+.The rigid joint adopts a differential mechanism. The torsional motion of the flexible shaft J4 drives the rotation of the spur gear C+.

L'engrenage droit C1 engrène avec l'engrenage droit C2. L'engrenage droitSpur gear C1 meshes with spur gear C2. Spur gear

C» et l'engrenage conique Cs sont fixés coaxialement. Lorsque J4 est entrée, la chaîne d'engrenages C1-C2-C3 -C4-Cs-C10 entraînera la rotation de l'engrenage d'entraînement C11 ; le mouvement de torsion de l'arbre flexible J5 entraîne la rotation de l'engrenage conique Cs. Lorsque Js est entré, la chaîne d'engrenages Cs-C7-Cs-Cg entraînera la rotation de l'engrenage C11. Lorsque J4 et Js sont dans la même direction, la chaîne d'engrenages C1-C2-C3 -C4-C5-C10 et la chaîne d'engrenages Cs-C7-Cs-C9 seront égales. et inverser la force motrice agissant sur l'engrenage C1, provoquant le blocage de l'engrenage C11 et son incapacité à tourner, entraînant ainsi l'extrémité avant du manipulateur. La pince tourne autour de l'axe S pour effectuer un mouvement de tangage, qui est le degré de liberté (6) ;C» and the bevel gear Cs are coaxially fixed. When J4 is input, the gear chain C1-C2-C3 -C4-Cs-C10 will drive the drive gear C11 to rotate; the twisting motion of the flexible shaft J5 drives the bevel gear Cs to rotate. When Js is input, the gear chain Cs-C7-Cs-Cg will drive the gear C11 to rotate. When J4 and Js are in the same direction, the gear chain C1-C2-C3 -C4-C5-C10 and the gear chain Cs-C7-Cs-C9 will be equal. and reverse the driving force acting on the gear C1, causing the gear C11 to be stuck and unable to rotate, thereby driving the front end of the manipulator. The gripper rotates around the S axis to perform a pitching motion, which is degree of freedom (6);

Lorsque J4 et Js sont dans des directions opposées, la force motrice de la chaîne d'engrenages C1-C2-C3 -C4-Cs-C10 et de la chaîne d'engrenagesWhen J4 and Js are in opposite directions, the driving force of the gear chain C1-C2-C3 -C4-Cs-C10 and the gear chain

Ce-C7-Cs-Cg agira sur l'engrenage C11 dans la même direction, entraînant ainsi l'avant. -la pince d'extrémité du manipulateur pour tourner, c'est-à-dire le degré de liberté (7) ;Ce-C7-Cs-Cg will act on gear C11 in the same direction, thus driving the front-end gripper of the manipulator to rotate, i.e. degree of freedom (7);

Le mouvement de torsion Js de l'arbre flexible entraînera le mouvement de rotation J7 de l'arbre flexible, et l'ouverture et la fermeture de la pince à l'extrémité avant du manipulateur sont réalisées grâce au mécanisme à écrou et à vis, c'est-à-dire le degré de liberté (8).The twisting motion Js of the flexible shaft will drive the rotating motion J7 of the flexible shaft, and the opening and closing of the gripper at the front end of the manipulator is realized through the nut and screw mechanism, that is, the degree of freedom (8).

En ajustant le mouvement de traction Tn (n=1,2,3,..6) et le mouvement de torsion Jn (N=4,5,6) des six axes flexibles, la position et la posture de l'extrémité avant du minimum Le manipulateur chirurgical invasif peut être contrôlé de manière flexible. Dans le même temps, la rigidité de l'articulation flexible peut être ajustée en ajustant la précharge de traction des six arbres flexibles.By adjusting the tensile motion Tn (n=1,2,3,..6) and torsion motion Jn (N=4,5,6) of the six flexible shafts, the position and posture of the front end of the minimally invasive surgical manipulator can be flexibly controlled. At the same time, the rigidity of the flexible joint can be adjusted by adjusting the tensile preload of the six flexible shafts.

Les modes de réalisation ci-dessus sont uniquement utilisés pour illustrer la présente invention, mais sans pour autant la limiter. L'homme du métier dans les domaines techniques concernés peut également apporter divers changements et modifications sans s'écarter de l'esprit et de la portée de la présente invention. Par conséquent, toutes les solutions techniques équivalentes entrent également dans le cadre de la présente invention, et la portée de la protection par brevet de la présente invention doit être limitée par les revendications.The above embodiments are only used to illustrate the present invention, but not to limit it. Those skilled in the art in the relevant technical fields may also make various changes and modifications without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, all equivalent technical solutions are also within the scope of the present invention, and the scope of patent protection of the present invention shall be limited by the claims.

Claims (6)

REVENDICATIONS 1. Un robot chirurgical mini-invasif et un système de commande coordonnée de torsion d'arbres souples, comprenant un bras mécanique hybride à la fois rigide et souple, caractérisé par la présence d'une main robotique combinant des articulations souples et rigides; les articulations souples sont composées de tiges de soutien élastiques et de plusieurs disques diviseurs, les tiges de soutien élastiques traversent les centres des disques diviseurs jusqu'à la base des articulations rigides, les disques diviseurs étant espacés uniformément le long de l'axe des tiges de soutien élastiques et fixés sur celles-ci; deux articulations souples sont présentes, désignées comme articulation souple | et articulation souple Il; six arbres souples sont répartis uniformément sur le pourtour, passant à travers les disques diviseurs de l'articulation souple |; parmi eux, trois arbres souples répartis en cercle sont fixés au disque intermédiaire, tandis que les trois autres, également répartis en cercle, traversent les disques diviseurs des articulations souples | et Il pour se connecter à un bloc de connexion de la base de l'articulation rigide.1. A minimally invasive surgical robot and a flexible shaft torsion coordinated control system, comprising a hybrid rigid-flexible mechanical arm, characterized by the presence of a robotic hand combining flexible and rigid joints; the flexible joints are composed of elastic support rods and a plurality of dividing disks, the elastic support rods pass through the centers of the dividing disks to the base of the rigid joints, the dividing disks being uniformly spaced along the axis of the elastic support rods and fixed thereon; two flexible joints are provided, designated as flexible joint | and flexible joint II; six flexible shafts are uniformly distributed around the circumference, passing through the dividing disks of the flexible joint |; among them, three flexible shafts distributed in a circle are fixed to the intermediate disk, while the other three, also distributed in a circle, pass through the dividing disks of the flexible joints | and II to connect to a connection block of the base of the rigid joint. 2. Le robot chirurgical mini-invasif et le système de commande coordonnée de torsion d'arbres souples selon la revendication 1, caractérisé par le positionnement du bras mécanique hybride sur une unité d'entraînement linéaire.2. The minimally invasive surgical robot and flexible shaft torsion coordinated control system according to claim 1, characterized by positioning the hybrid mechanical arm on a linear drive unit. 3. Le robot chirurgical mini-invasif et le système de commande coordonnée de torsion d'arbres souples selon la revendication 2, caractérisé par la connexion de six arbres souples à une unité d'entraînement de l'arbre souple, cette unité permettant de régler le mouvement de traction et de torsion des six arbres souples.3. The minimally invasive surgical robot and the flexible shaft torsion coordinated control system according to claim 2, characterized by connecting six flexible shafts to a flexible shaft drive unit, said unit being capable of adjusting the traction and torsion movement of the six flexible shafts. 4. Robot chirurgical mini-invasif et système entraîné par coordination flexible de tension et de torsion d'axe selon la revendication 3, caractérisé en ce que le manipulateur hybride rigide-flexible présente huit degrés de liberté :4. Minimally invasive surgical robot and flexible axis tension and torsion coordination driven system according to claim 3, characterized in that the rigid-flexible hybrid manipulator has eight degrees of freedom: l'unité de mouvement linéaire entraîne le manipulateur hybride rigide-flexible pour réaliser un mouvement alternatif linéaire afin d'atteindre un degré de liberté ; grâce au mouvement de traction Tn (n = 1, 2, 3) de l'arbre flexible, l'articulation flexible | réalise deux degrés de flexion de liberté sur le plan orthogonal ;the linear motion unit drives the rigid-flexible hybrid manipulator to realize linear reciprocating motion to achieve one degree of freedom; through the tensile motion Tn (n = 1, 2, 3) of the flexible shaft, the flexible joint | realizes two degrees of freedom bending on the orthogonal plane; les deux degrés de liberté de flexion du joint flexible II sur le plan orthogonal sont réalisés grâce au mouvement de traction Tn (n=4,5,6) de l'arbre flexible ;the two degrees of freedom of bending of the flexible joint II on the orthogonal plane are achieved thanks to the traction movement Tn (n=4,5,6) of the flexible shaft; le joint rigide adopte un mécanisme différentiel; le mouvement de torsion de l'arbre souple J4 entraîne la rotation de l'engrenage droit Ci;the rigid joint adopts a differential mechanism; the torsional motion of the flexible shaft J4 drives the rotation of the spur gear Ci; l'engrenage droit C4 engrène avec l'engrenage droit C2; l'engrenage droit C» et l'engrenage conique Cs sont fixés coaxialement; lorsque J4 est entrée, la chaîne d'engrenages C1-C2 -C3-C4-C5-C10 entraînera la rotation de l'engrenage C11 ; le Mouvement de torsion de l'arbre flexible J5 entraîne la rotation de l'engrenage conique Ce; lorsque Js est entré, la chaîne d'engrenages Ce- C7-Cs-Cs entraînera la rotation de l'engrenage c11; lorsque J4 et Js etc; lorsque les valeurs sont dans le même sens, la chaîne d'engrenages C1-C2-C3-C4-Cs-C1o et la chaîne d'engrenages Ce-C7-Cg-C9 auront des forces motrices égales et opposées agissant sur l'engrenage C11, provoquant le blocage de l'engrenage C+ et son incapacité à tourner sur lui-même; l'axe tourne, entraînant ainsi la pince frontale du manipulateur à tourner autour de l'axe S; effectuer un mouvement de tangage, en atteignant un certain degré de liberté ;the spur gear C4 meshes with the spur gear C2; the spur gear C» and the bevel gear Cs are fixed coaxially; when J4 is input, the gear chain C1-C2 -C3-C4-C5-C10 will drive the gear C11 to rotate; the torsional motion of the flexible shaft J5 drives the bevel gear Ce to rotate; when Js is input, the gear chain Ce- C7-Cs-Cs will drive the gear c11 to rotate; when J4 and Js etc; when the values are in the same direction, the gear chain C1-C2-C3-C4-Cs-C1o and the gear chain Ce-C7-Cg-C9 will have equal and opposite driving forces acting on the gear C11, causing the gear C+ to be stuck and unable to rotate on itself; the axis rotates, thereby causing the front gripper of the manipulator to rotate around the S axis; perform a pitching movement, reaching a certain degree of freedom; lorsque J4 et Js sont égaux et inversés, la force motrice de la chaîne d'engrenages C1-C7C3C4Cs-Cio et de la chaîne d'engrenages Cs-C7-Cs-Cs agira sur l'engrenage C11 dans la même direction, entraînant ainsi l'avant; extrémité du manipulateur; la pince tourne pour atteindre un degré de liberté ; le mouvement de torsion J6 de l'arbre flexible entraînera le mouvement de rotation J7 de l'arbre flexible, et l'ouverture et la fermeture de la pince à l'extrémité avant du manipulateur sont réalisées grâce au mécanisme à écrou et à vis, obtenant ainsi un degré de liberté.when J4 and Js are equal and reversed, the driving force of the gear chain C1-C7C3C4Cs-Cio and the gear chain Cs-C7-Cs-Cs will act on the gear C11 in the same direction, thereby driving the front; end of the manipulator; the gripper rotates to achieve one degree of freedom; the twisting motion J6 of the flexible shaft will drive the rotating motion J7 of the flexible shaft, and the opening and closing of the gripper at the front end of the manipulator is realized through the nut and screw mechanism, thereby achieving one degree of freedom. 5. Robot chirurgical mini-invasif et système entraîné par une tension d'arbre flexible et une coordination de torsion selon la revendication 4, caractérisé en ce que le mouvement de traction Tn (n = 1, 2, 3, ..6) et le mouvement de torsion Jn (n =4,5,6) peut contrôler de manière flexible la position et la posture de l'extrémité avant du manipulateur chirurgical mini-invasif.5. A minimally invasive surgical robot and system driven by flexible shaft tension and torsion coordination according to claim 4, characterized in that the traction motion Tn (n = 1, 2, 3, ..6) and the torsion motion Jn (n = 4, 5, 6) can flexibly control the position and posture of the front end of the minimally invasive surgical manipulator. 6. Robot chirurgical mini-invasif et système entraîné par une synergie tension-torsion d'arbre flexible selon la revendication 5, caractérisé en ce que la rigidité des articulations flexibles est ajustée en ajustant la force de pré-serrage de tension des six arbres flexibles.6. A minimally invasive surgical robot and flexible shaft tension-torsion synergy driven system according to claim 5, characterized in that the rigidity of the flexible joints is adjusted by adjusting the tension pre-tightening force of the six flexible shafts.
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