CN101998841B - 用于对解剖学上悬浮的中空器官进行外科手术的系统、设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了用于在解剖学上悬浮的中空器官上进行外科手术的系统、设备和方法。在一些实施例中，一种用于进行眼睛外科手术的远程机械手显微外科手术系统包括：远程主机械手和从属混合机械手；其中远程主机械手具有至少两个由医生控制的主从接口；其中从属混合机械手具有附接至框架的至少两个机械手臂，所述框架能释放地附接至患者头部；其中所述至少两个机械手臂均具有平行机械手和串联机械手；并且其中串联机械手包括容纳套管的管道。

Description

用于对解剖学上悬浮的中空器官进行外科手术的系统、设备和方法

本申请要求2006年9月19日申请的美国临时专利申请No.60/845,688和2007年3月30日申请的美国临时专利中请No.60/920,848的优先权，这两个申请通过参考整体地结合于此。

技术领域

提供了用于对解剖学上悬浮的中空器官进行外科手术的系统、设备和方法。

背景技术

对解剖学上悬浮的中空器官进行最低程度的切入的外壳手术(例如眼科显微外科术)给医生带来了独特的挑战。聚焦于眼科显微外科术，这些挑战源自于事实：眼睛是中空的且可移动的器官，需要在其内执行非常准确且精密的外科任务。在眼科的外科手术期间，医生使用显微镜以通过透过扩大的虹膜观察来观察视网膜。目前由医生使用的工具缺乏眼内灵活性并且被限制至最小程度的自由度。因此，非常难以执行复杂的眼科外科手术。而且，还需要医生在以非常高的精度操纵多个工具的同时在显微镜下转动眼睛以允许通向和观察眼睛的周边区域。

显微外科术的挑战包括缺乏工具的眼内灵活性、有限的力反馈以及在利用显微镜观察时缺乏深度感觉。显微外科术还要求不同于其它外科领域的准确水平和双手灵活性(例如需要5-10微米的定位精度)。这些困难且精确的双手任务显示了机械手辅助的潜在益处以及需求。

发明内容

在一些实施例中，一种用于进行眼睛外科手术的远程机械手显微外科手术系统具有：远程主机械手和从属混合机械手；其中远程主机械手具有由医生控制的至少两个主从接口；其中从属混合机械手具有附接至框架的至少两个机械手臂，所述框架能释放地附接至患者头部；其中所述至少两个机械手臂均具有平行机械手和串联机械手。

在一些实施例中，一种用于进行眼睛外科手术的远程机械手显微外科手术系统具有：框架、第一机械手臂、第二机械手臂以及远程主机械手；其中框架能释放地附接至患者头部；其中第一机械手臂和第二机械手臂均具有平行机械手和串联机械手；远程主机械手具有由医生控制的主从接口；并且串联机械手包括管道和套管。

在一些实施例中，一种用于在解剖学上悬浮的中空器官上进行外科手术的远程机械手显微外科手术系统具有：远程主机械手和从属混合机械手；其中远程主机械手具有由医生控制的至少一个主从接口；其中从属混合机械手具有附接至框架的至少一个机械手臂，所述框架能释放地附接至患者；并且其中所述至少一个机械手臂具有平行机械手和串联机械手。

在一些实施例中，一种用于在解剖学上悬浮的中空器官上进行外科手术的从属混合机械手具有：能释放地附接至患者的框架以及能释放地附接至框架的至少一个机械手臂；其中所述至少一个机械手臂具有平行机械手和串联机械手；其中串联机械手具有用于输送预弯曲NiTi套管的管道；其中管道和预弯曲NiTi套管中的至少一个能绕着其纵向轴线旋转；并且其中预弯曲NiTi套管在从管道延伸时能弯曲。

附图说明

在考虑下面结合附图的详细描述，所公开主题的以上和其它目标和优点将很明显，在附图中相同的附图标记自始自终表示相同的部件，并且其中：

图1A示意性地示出了根据所公开主题的一些实施例的用于使用远程机械手的显微外科手术系统的方法；

图1B示意性地示出了根据所公开主题的一些实施例的用于在眼睛上进行远程机械手的显微外科手术系统的总体外科装置；

图2示意性地示出了根据所公开主题的一些实施例的定位于患者头部上方的从属混合机械手；

图3示意性地示出了根据所公开主题的一些实施例的用于进行眼睛外科手术的远程机械手显微外科手术系统，其包括远程主机械手和从属混合机械手；

图4A示意性地示出了根据所公开主题的一些实施例的从属混合机械手，示出了串联机械手和平行机械手；

图4B-4C示意性地示出了根据所公开主题的一些实施例的包括在串联机械手中的串联连接器；

图5示意性地示出了根据所公开主题的一些实施例的包括在串联机械手中的串联铰接器；

图6A-6B示意性地示出了根据所公开主题的一些实施例的用于输送套管的管道；

图7示意性地示出了根据所公开主题的一些实施例的从属混合机械手，其中示出了平行机械手的腿部；

图8-9示意性地示出了眼睛和根据所公开主题的一些实施例的第i从属混合机械手；并且

图10A-10B示意性地示出了器官和根据所公开主题的一些实施例的第i从属混合机械手。

具体实施方式

根据所公开主题，公开了用于在解剖学上悬浮的中空器官上进行外科手术的系统、设备和方法。

在一些实施例中，远程机械手显微外科术系统能具有从属混合机械手(其具有至少两个机械手臂，每个机械手臂具有附接至平行机械手的串联机械手)以及远程主机械手(其具有至少两个用户控制的主从接口，例如操纵杆)。而且，用于每个机械手臂的串联机械手能具有容纳预弯曲NiTi套管的管道，所述套管在处于管道内时基本上是直的。使用每个用户控制的主从接口，用户能通过控制用于每个机械手臂的平行机械手和串联机械手来控制所述至少两个机械手臂的运动。也就是，用户能通过主从接口控制用于每个臂的串联机械手和平行机械手的组合运动。

参照图1B，显示了用于在眼睛上进行远程机械手显微外科手术的总体外科装置。在一些实施例中，用于眼科手术的总体外科装置100包括外科床110、外科显微镜120、从属混合机械手125以及远程主机械手(未示出)。患者躺在外科床110上，其头部115如图所示那样放置。在眼科手术期间，位于外科床110上的患者具有可释放地附接至其头部的框架130，以及可释放地附接至框架130的从属混合机械手。而且，医生能通过外科显微镜120观察患者的眼睛并且能控制药物输送、吸气、光线输送、以及由与从属混合机械手125相通讯的远程主机械手进行的微型钳、镊子和微型刀中的至少一个的输送。

参照图1A，示意性地示出了用于使用远程机械手的微型外科手术系统的方法。对于初始设置(图1A中的101)，从属混合机械手能定位在器官上(例如附接至与患者头部连接的框架)。例如，具有第一机械手臂(其具有第一平行机械手和第一串联机械手)和第二机械手臂(其具有第二平行机械手和第二串联机械手)的从属混合机械手能将两个臂都定位于进入器官所需的移动量最小的位置中。对于器官进入(图1A中的102)，使用第一个用户控制的主从接口来控制第一机械手臂，用户能通过移动第一平行机械手来将容纳第一预弯曲NiTi套管的第一管道插入患者的器官中。类似地，使用第二个用户控制的主从接口来控制第二机械手臂，用户能通过移动第二平行机械手来将第二管道插入患者的器官。

在器官内，用户能执行外科手术任务(图1A中的103)，比如器官操纵(图1A中的105)以及器官内操作(图1A中的104)。器官操纵(图1A中的105)以及器官内操作(图1A中的104)能串联地(例如器官内操作然后是器官操纵、器官操纵然后是器官内操作等)或并行地(例如器官内操作和器官操纵基本上同时进行)发生。

例如，下面描述串联地执行器官内操作(图1A中的104)和器官操纵(图1A中的105)。对于执行器官内操作(图1A中的104)，使用第一个用户控制的主从接口来控制第一机械手臂，用户能控制第一串联机械手将第一预弯曲NiTi套管从第一管道中延伸出来，第一预弯曲NiTi套管在其离开第一管道时弯曲。这个弯曲表示如下所示串联机械手的一个自由度。而且，使用第一个用户控制的主从接口来控制第一机械手臂，用户能使用第一串联机械手来使第一预弯曲NiTi套管和第一管道中的至少一个绕着其纵向轴线旋转(因此将NiTi套管定位在器官内)。绕着纵向轴线的这个旋转表示串联机械手的第二个自由度。类似地，使用第二个用户控制的主从接口来控制第二机械手臂，用户能使用第二串联机械手来将第二预弯曲NiTi套管从第二管道中移动出来。第二预弯曲NiTi套管在离开第二管道时弯曲。再次，类似地，用户能使第二预弯曲NiTi套管和第二管道中的至少一个绕着其纵向轴线旋转。在一些情况下，无需将第二预弯曲NiTi套管从管道输送出来。例如，第二管道能用来将光线输送入器官。而且，例如，预弯曲NiTi套管能在管道外面被输送以提供光线通过嵌入光纤的受控输送。此外，例如，预弯曲NiTi套管能在管道外面被输送以提供光纤束的受控输送，用于一些应用中的可控的眼内可视化，比如通过给外科医生提供侧视图来观察工具和视网膜之间的距离。

而且，为了执行器官内操作(图1A中的104)，用户能利用第一和第二NiTi套管以及第一和第二管道中的至少一个用于药物输送、吸气、光线输送以及微钳、镊子和微型刀中的至少一个到器官的输送。用户能操纵和定位器官(图1A中的105)，同时两个管道都在患者的器官内。例如，使用第一和第二这两个用户控制的主从接口，用户能一起移动两个平行的机械手(因而移动器官中的管道)并且操纵器官。而且，在操纵器官之后，用户能执行器官内的其它操作(图1A中的104)。

为了离开器官(图1A中的106)，也就是将外科手术器具从器官移除，用户使用第一用户控制的主从接口来控制第一机械手臂。用户利用第一串联机械手将第一预弯曲NiTi套管缩回入第一管道中。例如在第二预弯曲NiTi套管已经被输送时，用户能类似地利用串联机械手将第二预弯曲NiTi套管缩回入第二管道中。利用第一和第二用户控制的主从接口来分别控制第一和第二机械手臂，用户能移动第一和第二平行机械手以将第一和第二管道从器官缩回。在紧急情况下，串联机械手能通过释放将它们连接至平行机械手的快速夹持机构并且随后移除具有这两个平行机械手的框架而从眼睛移除。

很明显，所公开主题能用于在身体中任何解剖学上悬浮的中空器官上进行外科手术。例如，所公开主题能用于眼睛、心脏、肝脏、肾脏、膀胱或任何其它适合的解剖学上悬浮的基本上中空的器官。为了易于理解这里表现的主题，下面的描述集中于对眼睛进行远程机械手显微外科手术。

参照图2，显示了定位于患者头部上方的从属混合机械手125。在一些实施例中，从属混合机械手125能附接至框架210，框架210又附接至患者头部215。而且，从属混合机械手125包括能附接至框架210的第一机械手臂220和第二机械手臂225并且还能包括显微镜/观察锥筒(viewcone)230。此外，在一些实施例中，第一机械手臂220和第二机械手臂225能包括平行机械手235(例如Stewart平台、Stewart/Gough平台、三爪机械手等)和串联机械手240(例如由与接头连接的多个刚性联杆构成的机械手)。第一和第二机械手臂的一些部件能永久地附接至框架而其它部件能可释放地附接至框架。例如，串联机械手能可释放地附接至平行机械手。例如，对于包括平行机械手和串联机械手的机械手臂，平行机械手能永久地附接至框架并且串联机械手能可释放地附接至平行机械手。在一些实施例中，串联机械手能通过例如可闭锁的可调节爪可释放地附接至平行机械手。

在一些实施例中，从属混合机械手包括至少两个可释放地附接至框架的机械手臂。例如，机械手臂能由可调节的可闭锁联杆、摩擦配合、夹具配合、螺纹配合或任何其它适合的机械方法和装置附接至框架。而且，机械手臂能永久地附接至框架。例如，机械手臂能通过焊接、粘接或任何其它适合的机构附接。

在一些实施例中，第一机械手臂220和第二机械手臂225能在系统初始设置时(例如在外科手术开始时)调节就位。这能被进行以例如将机械手臂与眼睛对准。而且，第一机械手臂220和第二机械手臂225能具有串联机械手和平行机械手，其中仅一个串联机械手或平行机械手能在系统初始设置时调节就位。

在一些实施例中，框架210能由咬合板245(例如放置于患者口中让患者咬住的物品)和外科条带250附接至患者头部。框架210能被设计成在附接时对患者产生最小程度的外伤。例如，框架210能由冠状条带(例如置于患者头部周围的条带)和闭锁咬合板(例如能闭锁到患者口上的咬合板，其中咬合板闭锁在上齿上)附接至患者头部。能使用任何将框架附接至患者头部的机制。例如，框架能由咬合板、外科条带或张力螺钉附接至患者头部。而且，框架210能直接拧入患者的头骨。

而且，咬合板245能包括空气吸入通路(未示出)。例如，在紧急情况下，第一机械手臂220和第二机械手臂225能从框架释放并且患者能通过咬合板通路中的管道(未示出)接收空气吸入。

框架210能利用基本上单片材料制成，构造为中空的大致圆形形状。而且，框架210的形状能被设计为符合患者脸部曲线。例如，框架210能为大致圆形、椭圆形或任何其它适合的形状。框架材料能被选择为完全热压的。例如，框架材料可以包括金属、塑料、混合物或任何其它适合于热压的材料。另外，框架210可以包括未选择为完全热压的材料。也就是，框架可以是一次性的。

在一些实施例中，第一机械手臂220和第二机械手臂225包括混合机械手。将理解到，混合机械手指的是超过一个的机械手组合起来用于每个机械手臂上的任何组合。例如，在一些实施例中，第一机械手臂220和第二机械手臂225包括附接至二自由度串联机械手(例如眼内灵活型机械手)的六自由度平行机械手(例如Stewart平台、Stewart/Gough平台、三爪机械手等)，它们在组合起来时在系统中产生16自由度。混合机械手能包括具有任何数量自由度的平行机械手。而且，二自由度的串联机械手(例如眼内灵活型机械手)能提供眼内灵活性，而平行机械手能提供眼睛和眼睛内任何外科工具的全程高精度定位。另外，混合机械手能包括机械手的任何组合，包括串联机械手、平行机械手、蛇形机械手、机电一体化(mechanatronic)机械手、或任何其它适合的机械手。

第一机械手臂220和第二机械手臂225能是基本上相同的。例如，第一机械手臂220和第二机械手臂225都可以包括平行机械手和串联机械手。而且，第一机械手臂220和第二机械手臂225可以是基本上不同的。例如，第一机械手臂220能包括附接至第二串联机械手的第一平行机械手，而第二机械手臂225能包括附接至第二平行机械手的第一平行机械手。

在一些实施例中，从属混合机械手125仅包括两个机械手臂。利用这两个机械手臂增加用户的两手灵活性。例如，这两个机械手臂能由医生使用两个用户控制的主从接口(例如一个与每只手都接触的控制器)来控制。而且，超过两个的机械手臂能用于从属混合机械手125中。例如，四个机械手臂能用于从属混合机械手125中。任何适当数量的机械手臂能用于从属混合机械手125中。

机械手臂能构造为在将来的操作中再次使用。例如，第一机械手臂220和第二机械手臂225能设计为置于高压灭菌器中。而且，第一机械手臂220和第二机械手臂225能设计为一次性使用。例如，第一机械手臂220和第二机械手臂225能设计为一次抛弃型产品。另外，机械手臂的部件能设计为一次性使用而其它部件能设计为在将来的操作中使用。例如，第一机械手臂220和第二机械手臂225能包括只能使用一次的一次性套管、以及可再使用的平行机械手。

在一些实施例中，从属混合机械手能设计为每个电气部件使用小于24伏和0.8安培的电流。使用小于24伏和0.8安培的电流能最小化患者的安全问题。而且，在一些实施例中，平行机械手和串联机械手允许消毒覆盖并且支撑平行和串联机械手的框架能设计为热压的。

参照图3，在一些实施例中，眼科的远程机械手显微外科手术系统300包括远程主机械手305和从属混合机械手325。在一些实施例中，远程主机械手305包括控制器310和用户控制的主从接口315(例如两个力反馈操纵杆)。在一些实施例中，控制器310包括灵活性优化器、力反馈系统以及振动过滤系统中的至少一个。

力反馈系统能包括显示器320，用于向医生325显示由机械手臂施加的力(例如施加于眼睛中的套管上的力)的大小。而且，力反馈系统能包括在医生增大机械手臂上的力时在用户控制的主从接口315上提供阻力。另外，至少一个机械手臂包括力传感器和扭矩传感器，以在外科手术期间测量臂上的力或扭矩的大小。例如，至少一个机械手臂能包括用于力反馈的6-轴线力传感器。这些传感器能用来给医生提供力反馈。机械手臂上的力能被测量以防止伤害患者。

减振系统可以被包括在主机械手305中。例如，减振能通过在输送运动指令之前过滤远程主机械手一侧上的外科医生的振动来完成。例如，主从接口(例如操纵杆)的运动能由控制器来过滤和输送，该控制器作为从属混合机械手的PID(比例、积分和微分)控制器的设置点。在这个例子中，主操纵杆的两个倾角与x和y方向上的轴向平移相关联。主从接口(例如操纵杆)的方向能与从属机械手在x-y平面中的运动方向相关联，而主从接口(例如操纵杆)的倾斜幅度能与从属机械手在x-y平面中的运动速度的幅度相关联。在另一实施例中，用户能通过直接将力施加于包括在串联机械手中的管道(下面所述)来控制从属混合机械手。而且，串联机械手能通过6-轴线的力和力矩传感器连接至平行机械手，所述传感器能读取用户施加的力并且能将信号传递至控制器310，控制器310将这些指令转换为运动指令同时过滤外科医生的手的振动。用于减振的任何适合方法能包括在远程主机械手305中。例如，能使用任何适合的用于减振的协作操纵方法。

在一些实施例中，灵活性优化器能包括用于增大用户灵活性的任何机构。例如，灵活性优化器能利用用于进入眼睛的预定路径。在一些实施例中，灵活性优化器通过使用预定的路径来将管道输送入眼睛。

远程主机械手和从属混合机械手能经由高速的专用以太网连接进行通信。远程主机械手和从属混合机械手之间能使用任何适合的通信机制。而且，医生和远程主机械手能处于与从属混合机械手和患者显著不同的位置。

参照图4A，在一些实施例中，从属混合机械手能包括串联机械手405和平行机械手410。而且，在一些实施例中，串联机械手405能包括用于连接平台415(例如平行机械手的平台)和串联铰接器407的串联连接器406。任何机械连接能用来连接平行机械手的平台和串联铰接器407。平台415能与附接至基部425的腿部420连接。

参照图4B，示意性地示出了包括串联连接器406的串联机械手405。串联连接器为了更清楚地示出被放大。参照图4C，示出了串联连接器406的分解视图，以更清楚地示出串联连接器406的可能构造。串联连接器406能使用任何适合的构造。例如，串联连接器406能将串联铰接器407(图4A)与平行机械手410(图4A)相连接。参照图4C，平台415(例如平行机械手移动平台)能支撑中空臂430，中空臂430能支撑第一电动马达435和第二电动马达437。第一电动马达435和第二电动马达437能经由致动防反冲伞齿轮445的第一线驱动器和致动防反冲伞齿轮447的第二线驱动器来致动第一绞盘440和第二绞盘443，第一电动马达435和第二电动马达437能差动地绕着其轴线致动第三伞齿轮465和使支撑托架455倾斜。差动地驱动第一电动马达435和第二电动马达437，托架455的倾斜以及快速夹具460绕着套管轴线的旋转能得到控制。

进一步参照图4C，示出了快速夹具460的分解视图，以更清楚地显示快速夹具460的可能构造。包括在串联连接器406中的快速夹具460能用来夹持插入穿过快速夹具460的器具。快速夹具460能使用任何适合的构造。例如，快速夹具460能包括夹头壳体450、连接螺钉470以及柔性夹头475。连接螺钉470能将夹头壳体450连接至第三伞齿轮465。夹头壳体450能具有锥形孔，以使得在柔性夹头475被拧入夹头壳体450中的配合螺纹时，柔性末端(包括在柔性夹头475中)能沿着锥形孔的轴线被沿轴向驱动，从而减小柔性夹头475的直径。这能被进行用来例如夹持插入穿过快速夹具460的器具。能使用任何其它夹持器具的适合机构。

参照图5，在一些实施例中，串联机械手包括串联铰接器407，用于将管道505和套管520中的至少一个输送入眼睛。在一些实施例中，例如，串联机械手铰接器407包括伺服马达510和高精度滚珠丝杠515，用于控制管道505和套管520中的至少一个的输送。与高精度滚珠丝杠515联接的伺服马达510能增大可用于控制套管520相对于管道505的位置的系统的自由度。例如，伺服马达510能与在旋转时沿轴向驱动螺母(未示出)的中空丝杠(未示出)联接。而且，例如，套管520能连接至螺母并且在伺服马达510使丝杠(未示出)旋转时上下移动。能使用任何适当的机构来控制管道505和套管520的输送。而且，在一些实施例中，管道505容纳套管520。

参照图6A-6B，在一些实施例中，套管520能通过管道505输送入眼睛。图6A示意性地示出处于伸直位置且容纳在管道505中的套管520。图6B示意性地示出处于弯曲位置的套管520，此时套管520已经离开管道505(因此套管已经呈现其预弯曲的形状)。套管520的预弯曲形状能通过使用任何形状记忆合金(例如NiTi)并将形状设置为使得套管在给定温度(例如体温、室温等)下呈现弯曲位置来形成。而且，尽管套管520描述为具有特定的预弯曲形状，但是能使用任何适合的形状(例如S形、弯曲的等)。管道505能包括近端610和远端615。而且，套管520能离开管道505的远端615。在一些实施例中，套管520能包括在离开管道505时弯曲的预弯曲NiTi套管。管道505和套管520能由不同的适合材料比如塑料(例如特富龙、尼龙等)、金属(例如不锈钢、NiTi等)或任何其它适合的材料构造。而且，在一些实施例中，管道505和套管520的至少一个能绕着纵向轴线620旋转。

在一些实施例中，套管520或管道505能用于药物输送、吸气、光线输送中的至少一个，以及用于输送微钳、镊子和微型刀中的至少一个。例如，在对眼睛进行远程机械手显微外科手术期间，医生能将套管520从管道505延伸出来进入眼眶。在处于眼眶中时，医生能将微型刀输送穿过套管520以将视网膜上的组织移除。

而且，在一些实施例中，套管520能包括无反冲的超弹性NiTi套管以提供高精度的灵活操纵。使用无反冲的超弹性NiTi套管通过消除套管不利的运动(例如反冲)而增强了对进入眼眶的输送的控制。而且，套管520在离开管道505时的弯曲能提高眼科手术的定位能力。

在一些实施例中，从属混合机械手能被设计成对眼睛进行操纵。例如，在一些实施例中，管道505和套管520中的至少一个将力施加至眼睛从而移动眼睛的位置。在一些实施例中，力能通过眼睛内的套管520被施加，用以操纵眼睛。由管道505和套管520中的至少一个施加于眼睛上的力能通过移动平行机械手而产生，从而控制管道和套管中的至少一个的位置。

参照图7，平行机械手能包括多个独立致动的腿部705。随着独立致动的腿部的长度改变，平台415的位置和朝向也改变。腿部705能包括万向接头710、高精度滚珠丝杠715、防反冲齿轮对720以及球窝接头725。平行机械手能包括任何数目的腿部705。例如，平行机械手能包括三至六个腿部。

在一些实施例中，统一的动态模型说明了从属混合机械手的两个机械手臂的接合速度(例如平行和串联机械手的运动部件平移和旋转的速度)与眼睛和眼睛内外科手术工具的扭转之间的关系。将理解到，扭转指的是线速度和角速度在线速度领先于角速度时的六维向量。扭转能要求用来表示下述端部执行器(图9中的920)的运动。而且，这个定义能不同于其中角速度领先于线速度(在其向量表现中)的标准命名。

参照图8，示出了眼睛和第i混合机械手。眼睛系统在图9中可以被放大，以更清楚地显示端部执行器(例如在机械手臂的端部被设计成与眼睛的周围环境相互作用的部件，比如预弯曲套管或输送穿过预弯曲套管的物品)以及眼睛坐标框架。坐标系统能被定义用于辅助系统运动学的推导。例如，下述坐标系统被定义成用于辅助系统运动学的推导。球坐标系统{W}(具有坐标

)能定中于当患者处于仰卧位置时患者前额中的任一预定点处。轴线竖直地指向并且

轴线向上指向(例如在患者头部的方向上指向，在从身体中心沿着与由前囱和颅骨的枕骨大孔的中心点所形成的线平行的线看时)。第i混合机械手的平行机械手基部坐标系统{B_i}(具有坐标

)能定中于点b_i(即平台基部的中心)，以使得轴线垂直于平行机械手基部的平台基部并且轴线平行于第i混合机械手的移动平台坐标系统{P_i}(具有坐标

)处于移动平台的中心(在点p_i处)，以使得在平行平台处于初始配置时轴线平行于{B_i}。第i混合机械手的平行延伸臂坐标系统{Q_i}(具有坐标

)能在点q_i附接至臂的远端，并且

沿着机械手的插针的方向，在向量方向

上，并且

在眼科手术(例如玻璃体切除术)的设置期间被固定。第i混合机械手的串联机械手基部坐标系统{N_i}(具有坐标

)处于点n_i处，同时

轴线也沿着向量

的插针长度方向指向，并且

轴线从

绕着

旋转一个角度

端部执行器坐标系统{G_i}(具有坐标

)位于点g_i处，同时

轴线在端部执行器夹具920的方向上指向，并且

能平行于

轴线。眼睛坐标系统{E}(具有坐标)位于眼睛的中心点e处，同时在眼睛没有被机械手致动时轴线平行于{W}。

所用符号定义如下。

i＝1，2指的是涉及两个臂之一的标志。

{A}指的是任意右手坐标框架，

是相关单位向量，点a作为原点位置。

指的是框架{A}相对于框架{B}在框架{C}中表达的相对线速度和角速度。除非特别声明，所有向量都在{W}中表达。

v_A，ω_A指的是框架{A}的绝对线速度和角速度。

^AR_B指的是移动框架{B}相对于框架{A}的旋转矩阵。

Rot

指的是绕着单位向量

旋转角度α的旋转矩阵。

[b×]指的是b的偏斜对称向量积矩阵(即方形矩阵A，以使得其等于其换位矩阵的负值，A＝-A^t，其中上标t指的是换位操作)。

指的是第i平行机械手平台的接合速度。

指的是串联机械手的接合速度。第一分量能是绕着串联机械手管道轴线的旋转速度并且第二分量能是预弯曲套管的弯曲角速度。

指的是通用坐标系统{A}的扭转。例如，参考图9A，{Q_i}表示由其三个坐标轴

所定义的坐标系统。

指的是第i平行机械手的移动平台的扭转，其中i＝1，2。

指的是蛇形第i插针端部/基部的扭转(例如NiTi套管的长度)。

仅表示眼睛的角速度(a 3x1列向量)。这对其它符号是例外，因为假定眼睛运动中心的平移是可忽略的，这是由于解剖学上的约束

指的是在框架{A}中表达的从点a至b的向量。

r指的是预弯曲套管的弯曲半径。

$W\left(\stackrel{\→}{a}\right)=\left[\begin{array}{cc}{I}_{3\×3}& [-\left(\stackrel{\→}{a}\right)\×]\\ 0_{3\×3}& I_{3\×3}\end{array}\right]$ 指的是扭转转换算符。这个算符能定义为由向量

表示的原始坐标系统的平移的函数。W能为6×6上三角矩阵，并且对角元素为3×3单一矩阵 $\left[\begin{array}{c}100\\ 010\\ 001\end{array}\right]$ 并且右上3×3区块为向量积矩阵并且左下3×3区块全为零。

在一些实施例中，系统的运动学模型由于眼睛中的切割点和眼睛的有限自由度而包括运动学约束。下面描述两臂机械手对于眼睛的运动学，同时描述串联机械手端部执行器相对于视网膜上目标点的相对运动学。

将移动平台框架{P_i}的扭转与接合速度

相联系的平行机械手平台的雅可比行列式能被给出如下：

$J_{P_i}{\stackrel{\·}{x}}_{P_i}={\stackrel{\·}{q}}_{P_i}---\left(1\right)$

将第i混合机械手的运动学链中的下一步骤发展至{Q_i}，线速度和角速度能相对于移动平台的相应速度表达为：

$v_{Q_i}=v_{P_i}+{\mathrm{\ω}}_{P_i}\×\stackrel{\→}{\left(p_i{q}_i\right)}---\left(2\right)$

${\mathrm{\ω}}_{Q_i}={\mathrm{\ω}}_{P_i}---\left(3\right)$

将公式(2)和(3)写为矩阵形式得到了可调节的可闭锁联杆的远端的扭转：

${\stackrel{\·}{x}}_{Q_i}=A_i{\stackrel{\·}{x}}_{P_i}---\left(4\right)$

其中

是扭转的转换矩阵。

框架{N_i}的运动学关系能通过组合线速度和角速度而类似地与{Q_i}相联系。线速度和角速度是：

$v_{N_i}=v_{Q_i}+{\mathrm{\ω}}_{Q_i}\×\stackrel{\→}{\left(q_i{n}_i\right)}---\left(5\right)$

${\mathrm{\ω}}_{N_i}={\mathrm{\ω}}_{Q_i}+{\stackrel{\·}{q}}_{s_{i}1}{\hat{z}}_{Q_i}---\left(6\right)$

以矩阵形式表达公式5和6得到：

${\stackrel{\·}{x}}_{N_i}=B_i{\stackrel{\·}{x}}_{Q_i}+\left[\begin{array}{c}0\\ {\hat{z}}_{Q_i}\end{array}\right]{\stackrel{\·}{q}}_{s_{i}1}---\left(7\right)$

其中 $B_i=W\stackrel{\→}{\left(q_i{n}_i\right).}$

继续到混合机械手中的最后串联框架{G_i}，线速度和角速度能写为：

$v_{G_i}=v_{N_i}+{\stackrel{\·}{q}}_{S_{i}2}r{\hat{z}}_{G_i}+{\mathrm{\ω}}_{N_i}\×\stackrel{\→}{\left(n_i{g}_i\right)}---\left(8\right)$

${\mathrm{\ω}}_{G_i}={\mathrm{\ω}}_{N_i}+{\stackrel{\·}{q}}_{s_{i}2}{\hat{y}}_{N_i}---\left(9\right)$

以矩阵形式表达公式8和9得到：

${\stackrel{\·}{x}}_{G_i}=C_i{\stackrel{\·}{x}}_{N_i}+\left[\begin{array}{c}r{\hat{z}}_{G_i}\\ {\hat{y}}_{N_i}\end{array}\right]{\stackrel{\·}{q}}_{s_{i}2}---\left(10\right)$

其中 $C_i=W\stackrel{\→}{\left(n_i{g}_i\right).}$

为了表达机械手端部执行器的框架{G_i}的运动学，作为第i混合机械手系统的接合参数的函数，能组合上述串联关系。从框架{G_i}和{N_i}之间的关系开始并插入{N_i}和{Q_i}之间的关系得到：

${\stackrel{\·}{x}}_{G_i}=C_i{B}_i{\stackrel{\·}{x}}_{Q_i}+C_i\left[\begin{array}{c}0\\ {\hat{z}}_{Q_i}\end{array}\right]{\stackrel{\·}{q}}_{s_{i}1}+\left[\begin{array}{c}r{\hat{z}}_{G_i}\\ {\hat{y}}_{N_i}\end{array}\right]{\stackrel{\·}{q}}_{s_{i}2}---\left(11\right)$

而且，通过将矩阵C_i再次引入至

项，混合系统的串联接头能如下确定参数：

${\stackrel{\·}{x}}_{G_i}=C_i{B}_i{\stackrel{\·}{x}}_{Q_i}+J_{s_s}{\stackrel{\·}{q}}_{s_i}---\left(12\right)$

其中 $J_{s_i}=\left[\begin{array}{cc}[(-\stackrel{\→}{n_i{g}_i})\×]{\hat{z}}_{Q_i}& r{\hat{z}}_{G_i}\\ {\hat{z}}_{Q_i}& {\hat{y}}_{N_i}\end{array}\right]$ 表示串联机械手的雅可比行列式，包括绕着串联机械手套管轴线的旋转速度和预弯曲套管的弯曲。

插入{Q_i}和{P_i}之间的关系和Stewart雅可比行列式公式(1)的反转式，并且简化项就得到了第i混合机械手的最终雅可比行列式：

${\stackrel{\·}{x}}_{G_i}=J_{h_i}{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}---\left(13\right)$

其中 $J_{h_i}=[C_i{B}_i{A}_i{J}_{P_1}^{-1},J_{s_i}].$

眼睛能模型化为由眼眶和肌肉组织的几何形状限制为球形运动的刚性体滚动角-螺旋角-偏航角(α，β，γ)能选择来描述眼睛的定向，以使得旋转矩阵^wR_e规定相对于{W}的眼睛框架{E}为^wR_e＝R_zR_yR_x，其中 $R_x=\mathrm{Rot}({\hat{x}}_w,\mathrm{\α}),$ $R_y=\mathrm{Rot}({\hat{y}}_w,\mathrm{\β})$ 和 $R_z=\mathrm{Rot}({\hat{z}}_w,\mathrm{\γ}).$

眼睛的角速度能通过以下公式来确定参数：

${\stackrel{\·}{x}}_e={[\stackrel{\·}{\mathrm{\α}},\stackrel{\·}{\mathrm{\β}},\stackrel{\·}{\mathrm{\γ}}]}^t---\left(14\right)$

端部执行器相对于眼睛的运动学也能模型化。例如，在眼睛和第i混合机械手系统的运动学分别被表征的情况下，公式能组合起来以定义眼睛和第i混合机械手系统的运动学结构。这个关系能允许基于端部执行器相对于眼睛的期望速度和眼睛的期望角速度表达机械手接合参数。为了获得这个关系，能选择视网膜表面t_i上的任意目标点。眼睛的角速度在点t_i处赋予速度：

$v_{t_i}=T_i{\stackrel{\·}{x}}_e---\left(15\right)$

其中端部执行器

机械手的端部执行器框架相对于目标点t_i的线速度能写为：

$v_{g_i/t_i}=v_{g_i}-v_{t_i}---\left(16\right)$

将公式(13)和公式(15)插入公式(16)，就产生了端部执行器的线速度作为机械手接合速度和期望眼睛速度的函数：

$v_{g_i/t_i}=[I_{3\×3},0_{3\×3}]J_{h_i}{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}-T_i{\stackrel{\·}{x}}_e---\left(17\right)$

类似地，机械手的端部执行器框架相对于眼睛框架的角速度能写为：

${\mathrm{\ω}}_{g_i/e}={\mathrm{\ω}}_{g_i}-{\mathrm{\ω}}_e---\left(18\right)$

或者通过将公式(13)和公式(15)插入公式(18)就产生：

${\mathrm{\ω}}_{g_i/e}=[0_{3\×3},I_{3\×3}]J_{h_i}{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}-{\stackrel{\·}{x}}_e---\left(19\right)$

还将线速度公式(17)和角速度公式(19)组合起来产生端部执行器相对于点t_i的扭转：

${\stackrel{\·}{x}}_{g_i/t_i}=J_{h_i}{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}-D_i{\stackrel{\·}{x}}_e---\left(20\right)$

其中 $D_i={[T_i^t,I_{3\×3}]}^t.$

在一些实施例中，混合机械手在眼睛中的机械结构(例如玻璃状腔室)仅允许5维自由度，因为不能实现绕着

轴线的独立旋转。这个旋转能容易地通过第三w-v-w欧拉角

表示。应当注意到，第一角φ_i表示

轴线在

平面上的投影和

之间的旋转，并且第二角θ_i表示和之间的旋转。

系统能利用路径规划和路径控制。例如，通过使远程主机械手控制器自动地执行从属混合机械手的一些运动，路径规划和路径控制能用来使得易于进行外科手术。为了路径规划和控制的目的，系统的扭转因此用w-v-w欧拉角来表征，通过使用退化矩阵K_i来避免第三欧拉角，定义如下：

${\stackrel{\widetilde{\·}}{x}}_{g_i/t_i}=K_i{\stackrel{\·}{x}}_{g_i/t_i}---\left(21\right)$

将这个新的参数化法插入端部执行器扭转而产生混合系统的可获得独立速度和接合参数之间的关系：

${\stackrel{\widetilde{\·}}{x}}_{g_i/t_i}+K_i{D}_i{\stackrel{\·}{x}}_e=K_i{J}_{h_i}{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}---\left(22\right)$

机械手系统能限制为使得混合机械手一致地运动(例如基本上一起运动)，以在没有通过撕裂插入点而伤害结构的情况下控制眼睛。这个运动能通过允许每个插入臂在插入点处仅在速度等于眼睛表面在该点处的速度加上沿着插针的任何速度的情况下运动而获得。这个组合的运动限制插针至插入点而不会损伤结构。

为了辅助前述约束的发展，点m_i能定义在眼睛巩膜表面上的插入点处并且m′_i能定义为插针上瞬间与m_i重合的点。为了符合上述约束，m′_i的速度必须等于点m_i在垂直于针轴线的平面中的速度：

$v_{m_i^{\′}\⊥}=v_{m_i\⊥}---\left(23\right)$

在方向

和

上获得点积产生了两个独立的约束公式：

${\hat{x}}_{Q_i}^t{v}_{m_i^{\′}}={\hat{x}}_{Q_i}^t{v}_{m_i}---\left(24\right)$

${\hat{y}}_{Q_i}^t{v}_{m_i^{\′}}={\hat{y}}_{Q_i}^t{v}_{m_i}---\left(25\right)$

这些约束能通过将点m_i和m′_i的速度与机械手坐标系统相联系就接合角度进行表达。点m的速度能与框架{Q_i}的速度相关联如下：

$v_{m_i^{\′}}=v_{Q_i}+{\mathrm{\ω}}_{Q_i}\×\stackrel{\→}{q_i{m}_i}---\left(26\right)$

通过替代框架{Q_i}的扭转，上述公式变为：

$v_{m_i^{\′}}=[I_{3\×3},0_{3\×3}]{\stackrel{\·}{x}}_{Q_i}+E_i[0_{3\×3},I_{3\×3}]{\stackrel{\·}{x}}_{Q_i}---\left(13\right)$

其中 $E_i=[\stackrel{\→}{q_i{m}_i}\×].$

将公式(4)和(1)插入并就混合接合参数

写为：

$v_{m_i^{\′}}=F_i{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}---\left(28\right)$

其中 $F_i=\left(\right[I_{3\×3},0_{3\×3}]-E_i[0_{3\×3},I_{3\×3}\left]\right)A_i{J}_{P_i}^{-1}[I_{6\×6},0_{6\×2}].$

插入点m_i的速度的表达能与期望眼睛速度相关联，类似于点t_l的速度的推导。

$v_{m_i}=M_i{\stackrel{\·}{x}}_e---\left(29\right)$

其中 $M_i=[(-\stackrel{\→}{e{m}_i}\×).$

将公式(28)和公式(29)替代入公式(24)和公式(25)产生对于眼睛-机械手系统的刚性体运动给出的最终约束公式：

${\hat{x}}_{Q_i}^t{F}_i{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}={\hat{x}}_{Q_i}^t{M}_i{\stackrel{\·}{x}}_e---\left(30\right)$

${\hat{y}}_{Q_i}^t{F}_i{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}={\hat{y}}_{Q_i}^t{M}_i{\stackrel{\·}{x}}_e---\left(31\right)$

将这些约束与用于标号1和2的混合系统的扭转相组合，产生总体眼睛-机械手系统的期望表达，将混合机械手接合参数与期望的端部执行器扭转和期望的眼睛速度相关联。

$\left[\begin{array}{cc}{K}_1{J}_{h_i}& 0_{5x8}\\ 0_{5x8}& K_2{J}_{h_2}\\ G_1{F}_1& 0_{2x8}\\ 0_{2x8}& G_2{F}_2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{q}}_{h_1}\\ {\stackrel{\·}{q}}_{h_2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{I}_{5x5}& 0_{5x5}& K_1{D}_1\\ 0_{5x5}& I_{5x5}& K_2{D}_2\\ 0_{2x5}& 0_{2x5}& G_1{M}_1\\ 0_{2x5}& 0_{2x5}& G_2{M}_2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\widetilde{\·}}{x}}_{g_1/t_1}\\ {\stackrel{\widetilde{\·}}{x}}_{g_2/t_2}\\ {\stackrel{\·}{x}}_e\end{array}\right]---\left(32\right)$

其中 $G_i={[{\hat{x}}_{Q_i},{\hat{y}}_{Q_i}]}^t.$

参照图10A-10B，示出了器官和第i混合机械手臂。器官被放大(图10A)以更清楚地显示端部执行器以及器官坐标框架。图10B示意性地示出了端部执行器的放大视图。下面坐标系统定义来辅助系统运动学的推导。球坐标系统{W}(具有坐标

)能定中于当患者处于仰卧位置时患者前额中的任一预定点处。

轴线竖直地指向并且

轴线向上指向。第i混合机械手的平行机械手基部坐标系统{B_i}(具有坐标)能定中于点b_i(即平台基部的中心)，以使得轴线垂直于平行机械手基部平台的基部并且

轴线平行于

第i混合机械手的移动平台坐标系统{P_i}(具有坐标

)处于移动平台的中心，在点p_i处，以使得在平行机械手平台处于初始配置(例如初始设置位置)时轴线平行于{B_i}。第i混合机械手的平行机械手延伸臂坐标系统{Q_i}(具有坐标

)能在点q_i附接至臂的远端，同时

沿着机械手的插针的方向

并且

在设置期间被固定。第i混合机械手的串联机械手(例如眼内灵活性机械手)基部坐标系统{N_i}(具有坐标

)处于点n_i处，同时

轴线也沿着插针长度方向

并且

轴线从

绕着

旋转一个角度

端部执行器坐标系统{G_i}(具有坐标

)位于点g_i处，同时轴线在端部执行器夹具的方向上指向，并且

轴线平行于轴线。器官坐标系统{O}(具有坐标

)位于器官的旋转中心点o处，并且在器官不能被机械手致动时轴线平行于{W}。

所使用的其它符号定义如下：

i指的是识别每个机械手臂的标志。而且，对于未约束的器官，i＝1，2，3，而对于眼睛i＝1，2。

{A}指的是右手坐标框架，

是相关单位向量，点a作为其原点位置。

指的是框架{A}相对于框架{B}在框架{C}中表达的相对线速度和角速度。将理解到，除非特别声明，下述所有向量能在{W}中表达。

v_A，ω_A指的是框架{A}的绝对线速度和角速度。

^AR_B指的是移动框架{B}相对于框架{A}的旋转矩阵。

Rot

指的是绕着单位向量

旋转角度α的旋转矩阵。

[b×]指的是向量b的偏斜对称向量积矩阵。

指的是第i平行机械手平台的主接合速度。

指的是第i串联机械手(例如眼内灵活性机械手)的接合速度。第一分量能是绕着串联机械手(例如眼内灵活性机械手)管道轴线的旋转速度，并且第二分量能是预定形状套管的弯曲角速度。

指的是第i平行机械手的移动平台以及器官的框架{A}的扭转。

指的是在框架{A}中表达的从点a至b的向量。

L_s指的是串联机械手(例如眼内灵活性机械手)的预弯曲套管的弯曲半径。

$W\left(\stackrel{\→}{a}\right)=\left[\begin{array}{cc}{I}_{3\×3}& [-\left(\stackrel{\→}{a}\right)\×]\\ 0_{3\×3}& I_{3\×3}\end{array}\right]$ 指的是扭转转换算符。这个算符能定义为由向量

表示的坐标系统的原点平移的函数。W能为6×6上三角矩阵，同时对角元素为3×3单一矩阵 $\left[\begin{array}{c}100\\ 010\\ 001\end{array}\right]$ 并且右上3×3区块为向量积矩阵并且左下3×3区块全为零。

在一些实施例中，系统的运动学模型能包括中空器官上切割点的运动学约束。下面描述三臂机械手与器官的运动学，并且描述串联机械手(例如眼内灵活性机械手)端部执行器相对于器官上目标点的相对运动学。

将移动平台框架的扭转与接合参数

相关的平行机械手平台的雅可比行列式在公式33中示出，而且，一个机械手臂的总体混合雅可比矩阵获得为公式34。

$J_{p_i}{\stackrel{\·}{x}}_{P_i}={\stackrel{\·}{q}}_{P_i}---\left(33\right)$

${\stackrel{\·}{x}}_{G_i}=J_{h_i}{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}---\left(34\right)$

在一些实施例中，模型化能通过考虑器官的弹性和周围解剖学而完成。而且，在一些实施例中，下面分析并不包括器官弹性。另外，六维扭转向量能用来描述器官的运动，利用下面的参数化；

${\stackrel{\·}{x}}_o={[{\stackrel{\·}{x}}_{\mathrm{ol}}^t,{\stackrel{\·}{x}}_{\mathrm{oa}}^t]}^t=[{\stackrel{\·}{x},\stackrel{\·}{y},\stackrel{\·}{z},\stackrel{\·}{\mathrm{\α}},\stackrel{\·}{\mathrm{\β}},\stackrel{\·}{\mathrm{\γ}}]}^t---\left(35\right)$

其中x、y、z、α、β、γ能是器官的线性位置和滚动角-螺旋角-偏航角，并且

和

分别相应于器官的线速度和角速度。

在一些实施例中，串联机械手(例如眼内灵活性机械手)端部执行器相对于器官的运动学能被模型化。而且，在一些实施例中，模型能表达端部执行器相对于器官的期望速度和器官本身的期望速度，并且能选择器官内表面上的任意目标点t_i。端部执行器框架相对于目标点的线速度和角速度能写为：

$v_{g_i/t_i}=[I_{3\×3},0_{3\×3}]J_{h_i}{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}-{\stackrel{\·}{x}}_{\mathrm{ol}}-T_i{\stackrel{\·}{x}}_{\mathrm{oa}}---\left(36\right)$

${\mathrm{\ω}}_{g_i/o}=[0_{3\×3},I_{3\×3}]J_{h_i}{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}-{\stackrel{\·}{x}}_{\mathrm{oa}}---\left(37\right)$

而且，将公式36和公式37组合起来产生端部执行器相对于点t_i的扭转：

${\stackrel{\·}{x}}_{g_i/t_i}=J_{h_i}{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}-H_i{\stackrel{\·}{x}}_o---\left(38\right)$

其中 $T_i=\left[\right(-\stackrel{\→}{o{t}_i}\×]$ 和 $H_i=\left[\begin{array}{cc}{I}_{3\×3}& T_i\\ 0_{3\×3}& I_{3\×3}\end{array}\right]$

器官腔室中混合机械手的机械结构仅能允许5维自由度，因为串联机械手(例如眼内灵活性机械手)端部执行器绕着

轴线的独立旋转由于串联机械手(例如眼内灵活性机械手)的2维自由度而不能实现。这个旋转能通过第三w-v-w欧拉角

来表示。在一些实施例中，为了路径规划和控制的目的，系统的扭转能用w-v-w欧拉角来表征，同时通过使用退化矩阵K_i消除第三欧拉角，定义如下。将前述参数化插入端部执行器扭转(公式38)产生可获得的独立速度与混合系统的接合参数之间的关系(公式40)。

${\stackrel{\widetilde{\·}}{x}}_{g_i/t_i}=K_i{\stackrel{\·}{x}}_{g_i/t_i}---\left(39\right)$

${\stackrel{\widetilde{\·}}{x}}_{g_i/t_i}+K_i{H}_i{\stackrel{\·}{x}}_o=K_i{J}_{h_i}{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}---\left(40\right)$

在一些实施例中，机械手系统能被约束为使得混合臂同步地移动以在不撕裂插入点的情况下控制器官。例如，机械手系统能被约束为使得多个n_a混合机械手臂同步地移动，以在不撕裂插入点的情况下控制器官。器官上的第i切割点标识为点m_i，i＝1，2，3，...，n_a。能处于第i机械手臂的串联机械手(例如眼内灵活性机械手)套管上并立即与m_i重合的相应点标识为m′_i，i＝1，2，3，...，n_a。在一些实施例中，为了防止对解剖学造成损伤，等同约束必须施加于m_i和m′_i的线速度在与串联机械手(例如眼内灵活性机械手)套管的纵向轴线垂直的平面上的投影之间。这些条件能在下面详细推导的公式41和42中给出。

${\hat{x}}_{Q_i}^t{F}_i{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}={\hat{x}}_{Q_i}^t\left({{\stackrel{\·}{x}}_{\mathrm{ol}}+M}_i{\stackrel{\·}{x}}_{\mathrm{oa}}\right),i=\mathrm{1,2,3}...n_a---\left(41\right)$

${\hat{y}}_{Q_i}^t{F}_i{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}={\hat{y}}_{Q_i}^t\left({{\stackrel{\·}{x}}_{\mathrm{ol}}+M}_i{\stackrel{\·}{x}}_{\mathrm{oa}}\right),i=\mathrm{1,2,3}...n_a---\left(42\right)$

公式41和公式42能构成2n_a标量公式，其为要由通过切割点插入的n_a个机械手臂所约束的器官提供了条件。为了让器官完全由机械手臂约束，公式41和42应当与器官扭转维数具有相同的等级，

由其周围解剖学约束。而且，如果器官是自由浮动的器官，那么等级应当为六并且因此最少需要三个机械手臂来有效地稳定该器官。另外，如果器官被约束为不平移(例如对于眼睛)，那么所需等级能是三并且因此最小数量的臂能为两个(例如对于双臂式眼科手术系统)。

将如下推导的约束公式与混合机械手臂

(i＝1，2，3)的扭转相组合，产生总体器官-机械手系统的期望表达，将每个混合机械手臂的接合参数与期望的端部执行器扭转和器官扭转相关联。

考虑指状件(例如输送入器官的钳子)和有效负载(例如器官)之间的接触，能模型化不同的运动学关系。而且，能模型化多臂操纵，其中机械手臂和器官之间的相对位置能一直改变。而且，通过分离公式43中的输入接合速率

输出器官移动速率

和相对移动速率

能模型化运动学关系。

机械手运动静力学性能可通过检查机械手雅可比矩阵的特性来评估。而且，雅可比行列式的标准化在计算雅可比行列式的奇异值时能是必要的。这些奇异值能取决于雅可比行列式各个单元的单位。雅可比行列式的单位的不均匀性源自于其端部执行器扭转的单位的不均匀性以及接合空间中单位的不均匀性(例如在并非所有接合为相同类型时，比如线性的或角度的)。雅可比矩阵的标准化要求相应于接合和任务空间变量范围的换算矩阵，通过按比例放大雅可比行列式来标准化。而且，利用特征长度来标准化雅可比行列式具有长度单位的部分，并且利用定义为标准化雅可比行列式的最小和最大奇异值的比值的运动学条件指数，能评估性能。另外，雅可比行列式换算矩阵能通过使用端部执行器扭转的物理意义上的变换来获得，这将使转换的扭转的单位均匀化。在计算雅可比行列式的条件指数之前，能要求设计者确定雅可比行列式的换算/标准化因数。所使用的方法依赖于对于每个机械手臂的串联和平行部分使用各自的特征长度。

公式44-46规定公式43的各个向量和子矩阵的单位。括号能用来标识向量或矩阵的单位，其中[m]和[s]分别表示米和秒。雅可比矩阵J_l和J_o并不具有一致的单位并且不可能使用单个特征长度来标准化，因为机械手臂能包括串联和平行部分。而且，对于不同应用而言机械手系统的性能的评估能包括同时标准化J_l和J_o，这使得所有元素的单位都需要一致。而且，这能通过检查这些矩阵的单位和公式43中每个子矩阵的物理意义来实现，同时将每个矩阵方块与平行机械手或串联机械手(例如眼内灵活性机械手)或器官的运动学相关联。

$\left[{\widetilde{\stackrel{\·}{x}}}_{g_i/t_i}\right]={[{[m/s]}_{1\×3},{[1/s]}_{1\×2}]}^t,\left[{\stackrel{\·}{x}}_o\right]={\left[\begin{array}{cc}{[m/s]}_{1\×3}& {[1/s]}_{1\×3}\end{array}\right]}^t$

$\left[{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}\right]={[{[m/s]}_{1\×6},{[1/s]}_{1\×2}]}^t---\left(44\right)$

[G_ip_i]＝[[1]_2×3[m]_2×3]，[G_iF_i＝[[1]_2×6[0]_2×2]    (45)

$\left[K_i{H}_i\right]=\left[\begin{array}{cc}{\left[1\right]}_{3\×3}& {\left[m\right]}_{3\×3}\\ {\left[0\right]}_{2\×3}& {\left[1\right]}_{2\×3}\end{array}\right],\left[K_i{J}_{h_i}\right]=\left[\begin{array}{cc}{\left[1\right]}_{3\×6}& {\left[m\right]}_{3\×2}\\ {[1/m]}_{2\×6}& {\left[1\right]}_{2\×2}\end{array}\right]---\left(46\right)$

当雅可比矩阵J_o的特征在于旋转器官和端部执行器的速度时，矩阵能利用器官在目标点处的半径作为特征长度来一致化。相对于瞬间旋转中心测量的这个半径能将线速度施加至点t_i，作为器官的角速度的结果。J_o上部右侧的9个分量由公式43的K_iH_i(i＝1，2，3)给出，具有单位[m]。因此，将它们除以器官在目标点处的半径L_r能使它们的单位一致。相同的处理也能对每个矩阵方块G_iP_i(i＝1，2，3)的最右侧的六个分量进行，其中也用L_r进行整除。

雅可比矩阵J_I能描述平行机械手和串联机械手的几何形状。而且这能通过使用L_p(平行机械手的连接联杆

的长度)和L_s(串联机械手的内弯曲管道的弯曲半径)作为特征长度来进行。在一些情况下，L_p乘以

中具有单位[1/m]的那些分量。而且，

中具有单位[m]的分量能除以L_s。这能得到无单位的标准化的输入雅可比行列式J_l。另外，移动平台的半径能用于标准化。L_p能是点q_i处线速度基于移动平台单位角速度的换算系数。类似地，串联机械手的圆形弯曲套管能模型化为虚拟旋转接头，并且弯曲半径L_s能用来标准化

与串联机械手相关联的分量。

在一些实施例中，眼睛能模型化为仅允许绕着其中心旋转运动的受约束器官。这能用来将器官的扭转的简化模型产生为在公式47中表示的三维向量。机械手臂端部执行器相对于在视网膜上的目标点t_i的相对线速度和角速度由公式48和公式49给出，它们能组合来产生每个臂的端部执行器和目标点之间的相对扭转(公式50)，其中

而公式40中串联机械手端部执行器的五维受约束扭转被简化为公式51。而且，对于具有眼睛的整个系统的总体雅可比公式简化为公式52。

${\stackrel{\·}{x}}_e={[\stackrel{\·}{\mathrm{\α}},\stackrel{\·}{\mathrm{\β}},\stackrel{\·}{\mathrm{\γ}}]}^t---\left(47\right)$

$v_{g_i/t_i}=[I_{3\×3},0_{3\×3}]J_{h_i}{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}-T_i{\stackrel{\·}{x}}_e---\left(48\right)$

${\mathrm{\ω}}_{g_i/e}=[0_{3\×3},I_{3\×3}]J_{h_i}{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}-{\stackrel{\·}{x}}_e---\left(49\right)$

${\stackrel{\·}{x}}_{g_i/t_i}=J_{h_i}{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}-D_i{\stackrel{\·}{x}}_e---\left(50\right)$

${\widetilde{\stackrel{\·}{x}}}_{g_i/t_i}+K_i{D}_i{\stackrel{\·}{x}}_e=K_i{J}_{h_i}{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}---\left(51\right)$

在一些实施例中，至少四种操作模式能由用于外科手术的机械手系统执行：器官内操纵和器官的稳定化；在受约束的器官内运动的情况下的器官操纵(例如眼睛的操纵，同时维持眼睛内的部件相对于眼睛内目标点的相对位置)；在不受约束的器官内运动的情况下的器官操纵(例如眼睛操纵，而不管眼睛内的部件和眼睛之间的相对运动)；以及同时的器官操纵和器官内操作。

而且，前述四个模型中的每个模型都能用来提供灵活性评估。例如，具有器官稳定化的器官内操作能用来检查眼内灵活性，度量这个系统能如何好地用其两个臂之一执行眼内的特定外科任务。而且，例如，受约束的器官内运动的情况下的器官操纵能用来评估眼眶灵活性，度量这两个臂能如何好地大致操纵眼睛的旋转位置，同时考虑切割点处的运动学约束且维持钳子相对于视网膜的零速度。另外，例如，不受约束的器官内运动的情况下的器官操纵能用来评估眼眶灵活性，而不约束钳子相对于视网膜的零速度。另外，例如，同时进行的器官操纵和器官内操作能用来在旋转眼睛和执行眼内外科任务的同时测量眼内和眼眶灵活性。

将理解到，对于下面的分析，两个机械手臂都置于眼球侧。两个切割点能由角度[π/3，π/3]^t和[π/3，π]^t来规定。前述外科任务的四个模型都能基于这个设置。

利用矩阵M和N改写公式52，能获得公式53，其中

和

规定

公式53简化为公式54，并且其物理意义能是眼睛的角速度为零。公式54表示在约束眼睛时眼内操纵的数学模型。

类似地，规定

公式53能简化为公式55。在物理上这表示通过规定串联机械手端部执行器相对于眼睛的相对速度为零，公式55表示眼眶操纵的数学模型。

$M{\stackrel{\·}{q}}_h=N_1{\widetilde{\stackrel{\·}{x}}}_{g/t}+N_2{\stackrel{\·}{x}}_e---\left(53\right)$

$M{\stackrel{\·}{q}}_h=N_1{\widetilde{\stackrel{\·}{x}}}_{g/t}---\left(54\right)$

$M{\stackrel{\·}{q}}_h=N_2{\stackrel{\·}{x}}_e---\left(55\right)$

对于器官稳定化情况下的器官内操作，可以考虑两个模块化构造。在第一构造中，机械手臂能使用不具有远端灵活性的标准眼科器具(例如能绕着其自身纵向轴线旋转的直套管)。这产生了七自由度的机械手臂。用于七自由度机械手臂的雅可比矩阵能为

如同公式56和公式57中。在第二构造中，机械手臂采用串联机械手，因此运动学模型能用公式34表示。眼内灵活性评估能用于比较这两个构造中的系统性能(例如具有或不具有串联机械手)。

使用多个特征长度来标准化总体雅可比行列式的方法能用于性能评估的目的。对于具有器官稳定化的器官内操作，分开评估平移和旋转灵活性能通过调查

和

的上和下三行来完成。公式56和58能给出用于7自由度和8自由度机械手平移运动的标准化的子雅可比行列式，而公式57和59能给出用于7自由度和8自由度机械手旋转运动的标准化的子雅可比行列式。

$J_{7\mathrm{DoF}\_t}=[I_{3\×3},0_{3\×3}][B_i{A}_i{J}_{P_i}^{-1},\begin{array}{c}{0}_{3\×1}\\ {\hat{z}}_{Q_i}\end{array}]\left[\begin{array}{cc}{I}_{6\×6}& 0_{6\×1}\\ 0_{1\×6}& 1/L_s\end{array}\right]---\left(56\right)$

$J_{7\mathrm{DoF}\_r}=[0_{3\×3},I_{3\×3}][B_i{A}_i{J}_{P_i}^{-1},\begin{array}{c}{0}_{3\×1}\\ {\hat{z}}_{Q_i}\end{array}]\left[\begin{array}{cc}{I}_P{I}_{6\×6}& 0_{6\×1}\\ 0_{1\×6}& 1\end{array}\right]---\left(57\right)$

$J_{8\mathrm{DoF}\_t}=[I_{3\×3},0_{3\×3}]J_{h_i}\left[\begin{array}{cc}{I}_{6\×6}& 0_{6\×2}\\ 0_{2\×6}& I_{2\×2}/L_s\end{array}\right]---\left(58\right)$

$J_{8\mathrm{DoF}\_r}=[0_{3\×3},I_{3\×3}]J_{h_i}\left[\begin{array}{cc}{L_{P}I}_{6\×6}& 0_{6\×2}\\ 0_{2\×6}& I_{2\×2}\end{array}\right]---\left(59\right)$

具有受约束器官内运动的器官操纵能用来评估在同时利用两个臂旋转眼球时的眼眶灵活性。评估能设计来解决医生在显微镜下旋转眼睛以获得视网膜周边区域视图的需求。

这两个臂能预定为靠近视网膜上的目标点。机械手端部执行器相对于目标点的相对位置和定向保持不变。视网膜上的目标点能选择为[5π/6，0]^t，定义于眼睛中并且与坐标系统{E}相关。框架{E}能类似地定义为器官坐标系统{O}并且能表示眼睛相对于{W}的相对旋转。这能引起在操纵期间目标点与眼睛一起旋转。

为了验证推导的准确性，能规定眼睛绕着y轴线10度/秒的期望旋转速度并且能通过雅可比矩阵的反转计算输入接合致动速度。为了通过将端部执行器固定至目标点来旋转眼睛，两个串联机械手(例如眼内灵活性机械手)和眼球形成不允许其间具有相对运动的刚性体。串联机械手接合的速度能期望为零。

对于具有不受约束眼内运动的器官操纵，没有约束施加于

上。于是，不是必须对点g_i相对于选定目标点t_i的速度进行限制。而且，将公式51插入公式53产生：

$M{\stackrel{\·}{q}}_h=N_1{O}_1{\stackrel{\·}{q}}_h+N_1{O}_2{\stackrel{\·}{x}}_e+N_2{\stackrel{\·}{x}}_e---\left(60\right)$

其中 $O_1=\left[\begin{array}{cc}{K}_1{J}_{h_1}& 0_{5\×8}\\ 0_{5\×8}& K_2{J}_{h_2}\end{array}\right]$ 和 $O_2=\left[\begin{array}{c}-K_1{D}_1\\ -K_2{D}_2\end{array}\right].$

$(M-N_1{O}_1){\stackrel{\·}{q}}_h=(N_1{O}_2+N_2){\stackrel{\·}{x}}_e---\left(61\right)$

对于同时的器官操纵和眼内操作，两个臂配合来操纵眼球。而且，一个臂还沿着指定路径在眼睛内操作。能评估利用这个组合运动的机械手的总体灵活性。将理解到，假定眼睛能绕着y轴线旋转10°，那么机械手系统的一个臂能独立地扫描视网膜，这意味着这个臂和眼睛之间能有规定的相对运动。假定通过端口[π/3，π]^t插入的臂相对于眼睛保持位置和朝向固定，那么通过端口[π/3，π/3]^t插入的臂能与前述臂配合来使眼睛绕着y轴线旋转10°，但是其也能沿着纬度圆θ＝5π/6扫描视网膜60°。

将线速度和角速度从平行机械手平台中心转换至框架{Q_i}，结果是：

$v_{Q_i}=v_{P_i}+{\mathrm{\ω}}_{P_i}\×\left(\stackrel{\→}{p_i{q}_i}\right)---\left(62\right)$

${\mathrm{\ω}}_{Q_i}={\mathrm{\ω}}_{P_i}---\left(63\right)$

而且，将公式62和公式63写为矩阵形式得到连接联杆的远端q_i的扭转：

${\stackrel{\·}{x}}_{Q_i}=A_i{\stackrel{\·}{x}}_{P_i}---\left(64\right)$

其中

能是扭转变换矩阵。

而且，具有

和

能计算由平行机械手平台提供的点g_i的扭转。通过结合串联机械手的两个串联自由度，能获得点g_i的扭转：

${\stackrel{\·}{x}}_{G_i}=C_i{B}_i{\stackrel{\·}{x}}_{Q_i}+C_i\left[\begin{array}{c}0\\ {\hat{z}}_{Q_i}\end{array}\right]{\stackrel{\·}{q}}_{s_{i}1}+\left[\begin{array}{c}r{\hat{z}}_{G_i}\\ {\hat{y}}_{N_i}\end{array}\right]{\stackrel{\·}{q}}_{s_{i}2}---\left(65\right)$

产生串联机械手的雅可比行列式

为：

${\stackrel{\·}{x}}_{G_i}=C_i{B}_i{\stackrel{\·}{x}}_{Q_i}+J_{s_i}{\stackrel{\·}{q}}_{s_i}---\left(66\right)$

其中 $J_{s_i}=\left[\begin{array}{cc}[(-\stackrel{\→}{n_i{g}_i})\×]{\hat{z}}_{Q_i}& r{\hat{z}}_{G_i}\\ {\hat{z}}_{Q_i}& {\hat{y}}_{N_i}\end{array}\right]$ 能包括绕着串联机械手管道轴线的旋转速度和预弯曲NiTi套管的弯曲。与点g_i的扭转和一个臂的所有8个输入有关的混合雅可比矩阵能获得为公式34，其中

和 ${\stackrel{\·}{q}}_{h_i}={[{{\stackrel{\·}{q}}_{P_i}}^t,{{\stackrel{\·}{q}}_{s_i}}^t]}^t.$

而且，期望第i端部执行器速度的5×1欧拉角参数化

能通过退化矩阵K_i设计第i机械手端部执行器的总体扭转

矩阵能利用将笛卡尔角速度与欧拉角速度相关联的关系推导：

${[{\mathrm{\ω}}_x,{\mathrm{\ω}}_y,{\mathrm{\ω}}_z]}^t=R_i{[\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}},\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}},\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}}]}^t---\left(67\right)$

其中 $R_i=\left[\begin{array}{ccc}0& -\sin \left({\mathrm{\φ}}_i\right)& \cos \left({\mathrm{\φ}}_i\right)\sin \left({\mathrm{\θ}}_i\right)\\ 0& \cos \left({\mathrm{\φ}}_i\right)& \sin \left({\mathrm{\φ}}_i\right)\sin \left({\mathrm{\θ}}_i\right)\\ 1& 0& \cos \left({\mathrm{\θ}}_i\right)\end{array}\right]$

利用上述关系，系统的总体扭转

能与6×1欧拉角扭转

相关，如下：

${[\stackrel{\·}{x},\stackrel{\·}{y},\stackrel{\·}{z},\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}},\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}},\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}}]}^t=S_i\stackrel{\·}{x}---\left(68\right)$

其中 $S_i=\left[\begin{array}{cc}I& 0\\ 0& R_i^{-1}\end{array}\right].$

前述路径规划公式中使用的5×1欧拉角参数化能通过将5×6退化矩阵应用至6×1欧拉角扭转来推导如下：

$\widetilde{\stackrel{\·}{x}}=[I_{5\×5},0_{5\×1}]{[\stackrel{\·}{x},\stackrel{\·}{y},\stackrel{\·}{z},\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}},\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}},\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}}]}^t---\left(69\right)$

替代上述总体扭转和6×1欧拉角扭转之间的关系产生矩阵K_i如下：

$\widetilde{\stackrel{\·}{x}}=K_i\stackrel{\·}{x}---\left(70\right)$

其中K_i＝[I_5×5，O_5×1]S_i。

如上规定的，每个插入臂在插入点处仅以与器官表面该点处的速度加上沿着插针的任何速度相等的速度移动的约束能推导如下。为了辅助这个约束的发展，点mi能定义在器官表面上的插入点处，并且m′_i能定义为插针上瞬间与m_i重合的点。在垂直于针轴线的平面中，m′_i的速度必须等于点m_i的速度：

$v_{m_i^{\′}\⊥}=v_{m_i\⊥}---\left(71\right)$

在方向

和

上获得点积产生了两个独立的约束公式：

${\hat{x}}_{Q_i}^t{v}_{m_i^{\′}}{=\hat{x}}_{Q_i}^t{v}_{m_i---\left(72\right)}$

${\hat{y}}_{Q_i}^t{v}_{m_i^{\′}}{=\hat{y}}_{Q_i}^t{v}_{m_i---\left(73\right)}$

这些约束能通过将点m_i和m′_i的速度与机械手和器官坐标系统相联系就接合角度和器官速度进行表达。点m′_i的速度能与框架{Q_i}的速度相关联如下：

$v_{m_i^{\′}}=v_{Q_i}+{\mathrm{\ω}}_{Q_i}\×\stackrel{\→}{q_i{m}_i}---\left(74\right)$

通过替代框架{Q_i}的扭转，公式74变为：

$v_{m_i^{\′}}=[I_{3\×3},0_{3\×3}]{\stackrel{\·}{x}}_{Q_i}+E_i[0_{3\×3},I_{3\×3}]{\stackrel{\·}{x}}_{Q_i}---\left(75\right)$

其中 $E_i=[(-\stackrel{\→}{q_i{m}_i})\×].$

而且，插入公式64和公式33并就混合接合参数

书写从而产生：

$v_{m_i^{\′}}=F_i{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}---\left(76\right)$

其中 $F_i=\left(\right[I_{3\×3},0_{3\×3}]+E_i[0_{3\×3},I_{3\×3}\left]\right)A_i{J}_{p_i}^{-1}[I_{6\×6},0_{6\×2}].$

插入点m_i的速度的表达能与期望器官速度相关，产生：

$v_{m_i}={{\stackrel{\·}{x}}_{\mathrm{ol}}+M}_i{\stackrel{\·}{x}}_{\mathrm{oa}}---\left(77\right)$

其中 $M_i=[(-\stackrel{\→}{o{m}_i}\×).$

而且，将公式76和公式77替代入公式72和公式73产生对器官-机械手系统的刚性体运动的约束公式：

${\hat{x}}_{Q_i}^t{F}_i{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}={\hat{x}}_{Q_i}^t\left({{\stackrel{\·}{x}}_{\mathrm{ol}}+M}_i{\stackrel{\·}{x}}_{\mathrm{oa}}\right)---\left(78\right)$

${\hat{y}}_{Q_i}^t{F}_i{\stackrel{\·}{q}}_{h_i}={\hat{y}}_{Q_i}^t\left({{\stackrel{\·}{x}}_{\mathrm{ol}}+M}_i{\stackrel{\·}{x}}_{\mathrm{oa}}\right)---\left(79\right)$

向量

和

能以矩阵形式放置为

并且矩阵P_i能用来表示P_i＝[I_3×3，M_i]。

上述构想的其它实施例、扩展和变型是充分理解的并且应当处于本领域技术人员在阅读本公开之上可达到的范围内。于是，所公开主题的范围在各个方面不应当受到上述例子的限制。所公开主题的各个方面以及所公开主题的全部内容应当视为允许在本公开范围内的这种设计变型和进一步发展。所公开主题仅由权利要求限制。

Claims (22)

1.一种用于进行眼睛外科手术的远程机械手显微外科手术系统，包括：

远程主机械手和从属混合机械手；

所述远程主机械手具有至少两个由用户控制的主从接口；

所述从属混合机械手具有附接至框架的至少两个机械手臂，所述框架能释放地附接至患者头部；并且

其中所述至少两个机械手臂均具有串联机械手和平行机械手，所述平行机械手与所述串联机械手连接。

2.根据权利要求1的系统，其中所述串联机械手包括绕着其纵向轴线的一个旋转自由度和使端部执行器弯曲的一个弯曲自由度。

3.根据权利要求2的系统，其中所述端部执行器包括套管和管道。

4.根据权利要求3的系统，其中所述套管是在该套管移动到所述管道外面时弯曲的NiTi套管。

5.根据权利要求3的系统，其中所述套管是用于提供眼睛内操纵的无反冲超弹性NiTi套管。

6.根据权利要求4的系统，其中所述NiTi套管具有用于药物输送、吸气、光线输送以及微钳、镊子和微型刀中的至少一种的输送中的至少一种的结构设计。

7.根据权利要求1的系统，其中所述串联机械手在所述机械手臂中的每个移动时对眼睛进行操纵和使眼睛稳定。

8.根据权利要求1的系统，其中所述从属混合机械手具有一种结构构造，该结构构造具有工具替换、眼睛内能控制的视觉化、能控制的光源、药物输送和吸气构造中的至少一种。

9.根据权利要求1的系统，其中所述远程机械手显微外科手术系统包括一种用于眼内灵活性、眼睛内的双臂式灵活操纵、力反馈、能控制的照明、吸气和药物输送中的至少一种以及眼睛的稳定和操纵的结构。

10.根据权利要求1的系统，其中所述框架与闭锁咬合板和冠状条带中的至少一个能释放地附接。

11.根据权利要求1的系统，其中所述串联机械手能释放地附接至所述平行机械手。

12.根据权利要求1的系统，其中所述至少两个机械手臂被布置成用于稳定眼睛和操纵眼睛中的至少一种。

13.根据权利要求1的系统，其中所述至少两个机械手臂包括用于在系统初始设置时调节就位的能调节结构。

14.一种用于进行眼睛外科手术的远程机械手显微外科手术系统，包括：

框架、第一机械手臂、第二机械手臂以及远程主机械手；

所述框架能够能释放地附接至要对其进行操作的对象；

所述第一机械手臂和所述第二机械手臂均包括平行机械手和串联机械手；

所述远程主机械手包括主从用户控制接口；以及

所述串联机械手包括管道和套管。

15.根据权利要求14的系统，其中所述管道和所述套管中的至少一个将力施加到眼睛上，用于对眼睛进行稳定、定位和操纵中的至少一种。

16.根据权利要求15的系统，其中所述套管包括预弯曲的NiTi套管，并且所述套管从所述管道延伸。

17.根据权利要求16的系统，其中所述套管被设计用于药物输送、吸气、光线输送中的至少一种，以及用于输送微钳、镊子和微型刀中的至少一种。

18.根据权利要求16的系统，其中所述管道和所述预弯曲NiTi套管中的至少一个绕着所述管道和所述预弯曲NiTi套管中的所述至少一个的纵向轴线旋转。

19.一种用于在解剖学上悬浮的中空器官上进行外科手术的远程机械手显微外科手术系统，包括：

远程主机械手和从属混合机械手；

所述远程主机械手包括至少一个由用户控制的主从接口；

所述从属混合机械手包括附接至框架的至少一个机械手臂，所述框架能释放地附接至患者；以及

所述至少一个机械手臂包括平行机械手和串联机械手。

20.根据权利要求19的系统，所述串联机械手还包括管道和NiTi套管，所述NiTi套管在其移动到所述管道外面时弯曲。

21.根据权利要求20的系统，其中所述管道和所述套管中的至少一个绕着所述管道和所述套管中的所述至少一个的纵向轴线旋转。

22.一种用于在解剖学上悬浮的中空器官上进行外科手术的从属混合机械手，包括：

能够能释放地附接至患者的框架，并且至少一个机械手臂能释放地附接至所述框架；

所述至少一个机械手臂包括平行机械手和串联机械手；

所述串联机械手包括用于输送预弯曲NiTi套管的管道；

所述管道和所述预弯曲NiTi套管中的至少一个能绕着所述管道和所述预弯曲NiTi套管中的所述至少一个的纵向轴线旋转；以及

所述预弯曲NiTi套管在从所述管道延伸时弯曲。

Images