Демпферный узел

Полезная модель относится к области техники медицинских инструментов, в частности к самобалансирующимся суставам и хирургическим роботам.
Телеуправляемые роботизированные хирургические или телехирургические системы были разработаны для повышения ловкости хирурга и устранения некоторых ограничений традиционных методов. В телехирургии хирург использует некоторую форму дистанционного управления (например, использование сервомеханизмов и т.д.) и компьютерную помощь для манипулирования движениями хирургических инструментов, а не непосредственно удерживает и перемещает инструменты вручную. В телехирургических системах хирургу может быть предоставлено изображение операционного поля на хирургическом рабочем месте. Просматривая двух- или трехмерное изображение операционного поля на дисплее, хирург выполняет хирургические процедуры на пациенте, манипулируя главными устройствами управления, которые, в свою очередь, управляют движением подчиненных инструментов с сервомеханическим приводом.
Из уровня техники известно устройство балансировки крутящего момента, самобалансирующийся шарнир и хирургический робот (заявка на изобретение WO 2021136003, МПК B25J 19/00, A61B 17/00, A61B 34/30, B25J 09/00, B25J 09/10 и др. опубл. 08.07.2021 г.), содержащий самобалансирующееся соединение, содержащее механизм регулировки демпфирования и устройство для балансировки крутящего момента. За счет инкапсуляции конструкций кинематического вала, вспомогательного пружинного механизма и механизма регулировки демпфирования можно добиться как замыкающего кинематического шарнира, движущегося в одном направлении, так и замыкающего кинематического шарнира, движущегося в обоих направлениях, и достичь большего баланса нагрузок. в пространстве меньшего объема.
Недостатком данного устройства является сложное исполнение конструкции с большим количеством деталей, что делает конструкцию менее надежной и более трудоемкой в изготовлении и обслуживании.
Из уровня техники известно демпфирование телехирургической системы (патент на изобретение США №10251717, МПК A61B 34/37, B25J 17/02, B25J 19/00, опубл. 9.04.2019 г.), согласно изобретению, демпфирование кинематических рычажных структур может увеличить контроль хирурга над движением одного или нескольких хирургических инструментов и, таким образом, может обеспечить более точную операцию. Демпфирующая хирургическая система включает в себя основание, хирургический инструмент и рычажный механизм, поддерживающий хирургический инструмент относительно основания, причем рычажный механизм включает в себя ряд рычагов с множеством шарниров, расположенных между соседними рычагами таким образом, чтобы управлять движениями хирургического инструмента относительно основание осуществляется артикуляцией суставов.
Из уровня техники известно активное и полуактивное демпфирование (патент на изобретение США №11234782, МПК A61B 17/00, A61B 34/37, A61B 90/00 опубл. 01.02.2022 г.), согласно изобретению, демпфер может включать в себя пружинный элемент и регулируемый демпфирующий элемент. Демпфированная хирургическая система включает в себя основание, хирургический инструмент и звено, поддерживающее хирургический инструмент относительно основания. Звено включает в себя ряд рычагов с множеством шарниров, расположенных между соседними роботическими манипуляторами, чтобы управлять движениями хирургического инструмента. В некоторых вариантах осуществления один из шарниров включает в себя первую часть, соединенную с основанием, вторую часть рычага, имеющую первый конец, соединенный с основанием через первую рычажную часть, и второй конец, соединенный с хирургическим инструментом, и демпфер расположен между первой частью рычага и вторым рычагом. В некоторых вариантах осуществления демпфер включает в себя пружину и демпфирующий элемент.
Недостатками известных решений являются расположение демпферного узла между первой частью рычага и вторым рычагом, а также то, что звено включает в себя ряд рычагов, что значительно усложняет конструкцию и снижает ее повторяемость.
Наиболее близким аналогом является механизм RCM с двойным параллелограммом и робот для минимально инвазивной хирургии (патент на изобретение Китая №113116404, МПК A61B 17/00, A61B 34/30, опубл. 16.07.2021 г.). Двухпараллелограммный механизм RCM содержит вращающийся шарнир, имеющий возможность останова и двухпараллелограммную рычажную систему. Этот шарнир соединен с входным концом двухпараллелограммной системы, выходной конец которой соединен с хирургическим приводным механизмом так, что ось хирургического приводного механизма всегда проходит через точку RCM. Первый фиксирующий механизм находится между вращающимся шарниром с функцией останова и входным
концом двухпараллелограммной рычажной системы и служит для их соединения и разъединения.
Недостатком данного устройства является сложное исполнение конструкции с большим количеством деталей, что делает конструкцию менее надежной и более трудоемкой в изготовлении и обслуживании.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель заключается в повышении эффективности роботизированного хирургического комплекса и создании демпферной системы, способной гасить вибрации, возникающие под внешними воздействиями на робот-хирургическую систему.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в создании простой и эффективной конструкции устройства гашения вибраций узла доставки роботизированного комплекса, возникающих под внешними воздействиями.
Технический результат достигается установкой демпферного узла, содержащего корпус с установленным внутри него маятником, при этом корпус выполнен с возможностью перемещения относительно маятника и гашения колебаний посредством пружинных блоков, размещенных между корпусом и маятником, отличающегося тем, что в корпусе во взаимно перпендикулярном направлении закреплены штоки, проходящие через сквозные отверстия маятника, каждый пружинный блок включает пару пружин сжатия, вложенных друг в друга, разделенных стаканом и выполненных с противоположным направлением навивки.
Роботизированный хирургический комплекс включает в себя две подсистемы – консоль хирурга и стойка пациента. Консоль хирурга оснащена ведущими манипуляторами, посредством которых осуществляют дистанционное регулирование перемещения ведомых манипуляторов стойки пациента, на которых закреплены хирургические инструменты.
Стойка пациента представляет собой платформу с закрепленными на ней с возможностью перемещения узлами доставки, на выходных звеньях которых установлены манипуляторы. В зависимости от конфигурации стойка пациента содержит 2 или 3 рабочих манипулятора с закрепленными на них инструментами, а также один манипулятор с камерой.
В начале работы оператор осуществляет перемещение и позиционирование узла доставки с закрепленным на нем ведомым манипулятором хирургического инструмента к троакару. После чего осуществляется введение хирургического инструмента в троакар.
Во время проведения операции инструмент совместно с манипулятором выполняют необходимые движения. При этом возникают нежелательные вибрации, которые могут привести к некорректной работе инструмента. Для исключения этого процесса в системе предусмотрен демпферный узел, сглаживающий вибрации, возникающие при перемещении и позиционировании узла доставки. Демпферный узел размещен на выходном звене узла доставки. Данное место размещения обусловлено тем, что указанная точка максимально приближена к манипулятору с инструментом, гашения вибрации которых должны быть обеспечены, так как чем ближе устройство гашения к объекту гашения, тем оно эффективнее.
Далее полезная модель поясняется следующими чертежами
фиг. 1 - Общий вид узла доставки роботизированного комплекса;
фиг. 2 - Вид в продольном сечении демпферного узла.
На фиг.1 представлен узел доставки, состоящий из шарнирно соединенных плечей (1), на выходном звене которого устанавливается демпферный узел (2), к которому крепится манипулятор (не показан на чертеже).
Демпферный узел содержит корпус (3) с крепежным фланцем, которым демпферный узел крепится к узлу доставки (не показан на чертеже), закрепленные на корпусе штоки (5), насквозь проходящие маятник (6), бронзовые втулки (7), выполняющие функцию перемещения маятника относительно корпуса, и пружинные блоки для гашения вибрации, каждый из которых включает пару  пружин (8).
Корпус (3) выполнен с возможностью соединения с манипулятором посредством крепежного фланца (4).
На корпусе (3) штоки (5) закреплены посредством винтов (9) и шайб (10). Шайбы (10) включают стакан цилиндрической формы и опорную часть с крепежным отверстием, закрепляемую на корпусе впотай, и имеющую диаметр, превышающий размер стакана. Стакан предназначен для разграничения пары пружин (8), при этом внешняя пружина опирается на опорную часть шайбы (10) с наружной стороны стакана, а внутренняя пружина - с внутренней стороны стакана.
Штоки (5) проходят через бронзовые втулки (7), установленные в сквозных отверстиях маятника (6). Штоки (5) выполняют функцию несущей для маятника и расположены перпендикулярно друг другу с возможностью перемещения относительно маятника (6). Возможно исполнение штоков (5) в виде удлиненных стержней, проходящих одновременно через две диаметрально установленные в маятнике (6) втулки (7) или коротких стержней, проходящих только через одну втулку (7).
Маятник (6) содержит сквозное осевое отверстие и две пары противолежащих отверстий, расположенных на разном уровне для размещения в них штоков (5).
Маятник (6) расположен внутри корпуса (3), при этом маятник (6) выполнен с возможностью колебательного перемещения с закрепленными в нем бронзовыми втулками (7) относительно корпуса (3) и штоки поступательно перемещаются вдоль бронзовых втулок (7). Бронзовые втулки за счет низкого коэффициента трения обеспечивают свободное скольжение штоков вдоль них.
Демпферный узел (2) снабжен четырьмя пружинными блоками, каждый из которых представляет собой пару пружин (8), вложенных друг в друга и разделённых стаканом, таким образом, что внешняя пружина навита в направлении, отличном от направления внутренней пружины. В частном случае исполнения, стакан может быть выполнен за одно целое с шайбой (10), как показано на фиг.2.
Устройство работает следующим образом.
Корпус (3) закреплен посредством крепежного фланца (4) на узле доставки. На маятнике (6) закреплен манипулятор. Маятник (6) висит на двух закрепленных в корпусе штоках, при этом штоки выполняют функцию несущей. При возникновении вибрации, маятник (6) перемещается относительно корпуса (3). Для этого в корпусе предусмотрены бронзовые втулки (7). В результате вибрации маятник (6) перемещается относительно корпуса (3) в двух взаимно перпендикулярных направлениях, но указанное перемещение гасится пружинными блоками, включающими пары пружин (8), вложенных друг в друга и имеющих в каждой паре пружины с навивкой разного направления для более эффективного демпфирования.
Преимущества заявляемой полезной модели заключаются в простоте конструкции, ее повторяемости и расположении демпферного узла на выходном звене, обеспечивающее гашение вибрации выходного звена и предотвращение ее дальнейшей передачи на другие звенья узла доставки.