BRAZO TELERROBOTICO DE CONFIGURACION PARALELA PARA APLICACIONES DE CIRUGIA MINIMA INVASIVA.

BRAZO TELERROBOTICO DE CONFIGURACION PARALELA PARA APLICACIONES DE CIRUGIA MINIMA INVASIVA La presente invenciOn consiste en un brazo telerrobOtico de, al menos, 5 cuatro grados de libertad capaz de realizar los movimientos de las herramientas quirurgicas en una operación de cirugia minimamente invasive. El brazo robótico esta formado preferentemente por cinco actuadores, cuatro de ellos para ejecutar los 4 grados de libertad y 1 adicional para controlar el intercambio de herramienta. Cada brazo tiene un 10 tamario reducido, junto con una capacidad dinamica suficiente para la realizacion de las tareas quirCirgicas. SECTOR TECNICO AL QUE SE REFIERE LA INVENCION 15 El presente invento se refiere al campo de los sistemas quiriirgicos con asistencia robótica, robots quirurgicos y sistemas autornaticos para cirugia asistida por cornputador. ANTECEDENTES DE LA INVENCION 20 La cirugia minima invasiva se caracteriza por la utilizaciOn de pequelias incisiones menores de 10 mm de forma que los instrumentos penetran en el cuerpo atravesando dichas incisiones. En estos puntos de entrada se colocan los trocares, que son elementos que permiten el acceso de dichos 25 instrumentos restringiendo la cinematica de operaciOn a una articulacion esferica mas un grado de libertad de traslaciOn a lo largo del eje de la herramienta quirurgica. Los dispositivos robOticos se definen como intrinsecamente seguros porque su diselio mecanico se basa en dos requisitos, evitar colisiones entre sus elementos y evitar singularidades 30 dentro del espacio de trabajo de la herramienta del robot. La solucion mas comun es el uso del "remote center of motion" (RCM) , que coloca el centro 5 de rotación de la murieca del robot en el trocar. De esta forma no se produce ninguna traslaciOn de dicho punto, evitando que cualquier fallo en el control del robot provoque algun dafio en el paciente. Sobre esta idea, existen distintos sistemas robóticos como el denominado Bluedragon o el llamado WA-slave que colocan la intersecciOn de los ejes de la muneca sobre el punto trocar. Actualmente, existen dispositivos robOticos mas voluminosos, como el 10 reivindicado con la patente US 5, 855, 583 conocido como "Method and apparatus form performing minimally" o la patente americana US 5, 337, 732 con titulo "Robotic Endoscopy" o incluso la patente americana "Automated endoscope system for optimal poistioning", no obstante, estos dispositivos son engorrosos y grandes y por tanto provocan problemas de ergonomia 15 en el quirofano; sobre todo durante el cambio de herramienta, obligando a tener tiempos de preparación del robot y el paciente antes de la operación muy largos y generando problemas en la economia del quirofano. Tambien, se han generado dispositivos de pequefio tamario, como el denominado MARS o el dispositivo de la Universidad de Hawaii o el 20 llamado Light Endoscope-Holder Robot, no obstante, estos dispositivos poseen una capacidad muy pequefia para ejercer las fuerzas necesarias en algunos procedimientos quirOrgicos actuales, por tanto son dificilmente adaptables a determinadas realidades quirCargicas. Ante esta situación, la invenciOn proporciona mejoras o innovaciones sobre 25 los dispositivos existentes. La presente invencion posee una estructura cinematica PARALELA, que otorga rigidez y robustez al dispositivo, permitiendo ejercer fuerzas 30 5 10 suficientes para la realizaciOn de las tareas quirurgicas, a pesar del tamario reducido del mismo. Asinnismo, la presente invenciOn incorpora un intercambiador de herramientas automatic° que permite el aporte de material a la zona quirOrgica de forma automatica sin necesidad de la presencia de un cirujano en la sala y ahorrando una gran cantidad de tiempo sobre el actualmente utilizado cuando se quiere introducir un apOsito al interior de la cavidad abdominal. DESCRIPCION DE LA INVENCION La invencion BRAZO TELEROBOTICO de configuración paralela para aplicaciones de cirugia minima invasiva consiste preferentemente en tres 15 elementos, a saber, un mecanismo robotizado de configuraciOn cinernatica paralela y de pequerio tamario, constituido, a su vez, por tres actuadores lineales con vastago (1) , (2) y (3) que conforman una plataforma de rotación paralela; un brazo posicionador pasivo (36) que posee principalmente una configuración serial en la que cada articulaciOn (37) es 20 pasiva y se encuentra sensorizada para conocer la posición final del elemento de soporte (21) del mecanismo anterior; y por ultimo un intercambiador de herramientas constituido principalmente, por una guia lineal motorizada (25) colocada en el extremo final del brazo posicionador (36) guardando un angulo preferentemente de 600 con el ultimo eslabon 25 del brazo (36) , sobre la que desliza un carro que porta un motor portaherramientas (5) para el intercambio de herramientas. La base inferior (20) de esta plataforma es una articulacion esferica formada por tres elementos (21) , (22) y (23) cuyo centro de rotación (10) coincide con el orificio de entrada de la operación quirurgica, aumentando 30 la seguridad de este tipo de operaciones. La base superior (24) de esta plataforma se encuentra sujeta a los tres actuadores lineales (1) , (2) y (3) que desplazandose sobre sus vastagos (32) , (33) y (34) produce la rotacion de esta plataforma superior. Las articulaciones del brazo serial pasivo permiten el bloqueo para que las articulaciones permanezcan fijas durante la operación. Dicho brazo pasivo 5 se ancla en la camilla del quirOfano y permite posicionar su extremo final (21) sobre el paciente. El carro del intercambiador de herramientas se posiciona de manera exacta a lo largo de la gula lineal motorizada, permitiendo el alineamiento de los actuadores (4) y (5) . Con la finalidad de controlar el carro, la guia 10 lineal se encuentra sensorizada con finales de carrera (11) y (12) . Asimismo, la invenciOn cuenta con una interfaz electrOnica (28) ubicada en el extremo del propio eje de la herramienta quirOrgica que permite el conexionado electrOnico necesario para el control de los grados de libertad 15 necesarios en el extremo de la herramienta quirurgica (26) . Para ilustrar esto Ultimo, la figura 8 muestra una herramienta quirOrgica tipo pinza cuyo grado de libertad es el movimiento de abrir/cerrar pinza. Este movimiento se controla mediante los alambres y muelles de nitinol (27) ubicados en el interior del propio eje de la herramienta y que se conectan electricamente 20 en la interfaz (28) . En esta configuración, la invencion permite utilizar varios brazos sin tener problemas de colisiones entre ellos, ya que la parte pasiva (el brazo posicionador pasivo) esta estatico, y el movimiento de la parte movil queda 25 restringido al espacio de trabajo necesario en las operaciones de cirugia minimamente invasiva (visualizado en la figura 5) . El esquema de teleoperacion de este brazo (figura 9) permite su integración en un sistema bilateral de teleoperacion, dado que la biteralidad es posible gracias a la capacidad de obtener el dato de fuerzas realizadas por el brazo robótico 30 sobre la herramienta quirOrgica gracias a la lectura directa de la intensidad de los actuadores (1) , (2) , (3) y (4) . BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Figura 1. Vista general del brazo telerrobOtico para aplicaciones de cirugla 5 minima invasiva. Figura 2. Vista alzado del brazo telerrobOtico. Figura 3. Vista general de un sistema formado por dos brazos tele robóticos Figura 4. Croquis en alzado del efector paralelo y el intercambiador de 10 herramienta. Figura 5. Croquis en alzado del espacio de trabajo del brazo teleoperador. Figura 6. Vista detalle de la rOtula esferica formada por tres piezas concentricas Figura 7. Vista isometrica y alzado del sistema intercambiador de 15 herramienta. Figura 8. Vista detalle de la interfaz electrOnica para el control del extremo de la herramienta quirurgica. Figura 9. Esquema de control para la tele operaciOn del brazo tele robOtico. 20 Leyenda de las figuras: (1) actuador lineal 1 de la estructura paralela (2) actuador lineal 2 de la estructura paralela (3) actuador lineal 3 de la estructura paralela (4) actuador lineal de la pata central para control de la herramienta 25 (5) actuador lineal para el intercambio de herramienta (6) actuador electric° para control del carro portaherramientas (10) punto de rotacion e inserción de la herramienta en el paciente (fulcrum) 30 (11) final de carrera del carro portaherramientas (12) final de carrera del carro portaherramientas (13) posician de la herramienta arriba (14) posicion de la herramienta abajo (15) posicion de intercambio de herramienta (16) posición extrema del espacio de trabajo de la herramienta (20) articulacion esferica 5 (21) pieza base de la articulacion esferica (22) pieza intermedia de la articulacian esferica (23) pieza superior de la articulacion esferica (24) base superior plataforma paralela (25) guia lineal portaherramientas...

1. BRAZO TELEROBOTICO de configuración paralela para aplicaciones de cirugia minima invasiva caracterizado por disponer 5 de, al menos, cuatro grados de libertad, de los cuales, al menos, tres son movimientos de orientaciOn y uno es el movimiento de traslaciOn a lo largo del eje de una herramienta quirCirgica, asi coma de una interfaz mecanica quo permite el intercambio de estas herramientas de forma automatica. 10 2. BRAZO TELEROBOTICO de configuraciOn paralela para aplicaciones de cirugia minima invasiva segOn reivindicaciOn 1 caracterizado por disponer de un intercambiador de herramientas basado en una guia lineal motorizada, ubicada a 300 de la vertical de la plataforma paralela y basado en el uso de dos motores ( (4) y 15 (5) ) , uno de los cuales se sitCia en un carro motorizado instalado sobre una guia lineal, y permite el intercambio de herramientas quirOrgicas con conectandolas mediante la interfaz (28) . El otro motor (5) controla la traslaciOn de la herramienta quirorgica durante la operaciOn. 20 3. BRAZO TELEROBOTICO de configuración paralela para aplicaciones de cirugia minima invasiva, segun las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por disponer de un centro de rotación impuesto por una restricciOn fisica real quo hace quo el punto de rotación de la herramienta quiriggica coincida on todo momento con el orificio 25 de entrada al paciente. 4. BRAZO TELEROBOTICO de configuraciOn paralela para aplicaciones de cirugia minima invasiva, segun las reivindicaciones 1, 2 y 3 caracterizado por disponer de una interfaz electronica basada en escobillas que conecta el extremo de la herramienta 30 quirOrgica motorizada con la alimentaciOn requerida. 5. BRAZO TELEROBOTICO de configuraciOn paralela para aplicaciones de cirugia minima invasiva, segun las reivindicaciones 1, 2, 3 y 4, caracterizado por disponer de una articulaciOn esferica formada por tres piezas concentricas cuyo centro de rotaciOn 5 coincide con el orificio de entrada en una operación de cirugia minima invasiva. 6. BRAZO TELEROBOTICO de configuraciOn paralela para aplicaciones de cirugia minima invasiva segOn las reivindicaciones 1, 2, 3, 4 y 5, caracterizado par disponer de un sistema de control 10 basado en motores DC de cuya lectura directa de la intensidad consumida se infiere una estimación de la fuerza realizada par la herramienta quirurgica. 7. BRAZO TELEROBOTICO de configuracion paralela para aplicaciones de cirugia minima invasiva, segt.ln las reivindicaciones 15 1, 2, 3, 4, 5 y 6 caracterizado por conformar un sistema robotico constituido por DOS o MAS unidades robOticas que trabajan de forma cooperativa para la realizacion de una tarea quirUrgica, siendo que la correcta ubicación de las unidades sabre el paciente, unido a su reducido tamario permite la ausencia de colisiones entre dos o 20 mas unidades.