CN102256555A - 具有松开启动器的末端执行器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种末端执行器，该末端执行器包括工具，该工具包括构造成耦接到用于接合工件的接合构件并驱动该接合构件的驱动，和构造成被移位以使接合构件能够从驱动脱开的松开构件。该末端执行器还包括构造成容纳工具的至少一部分的外壳和至少部分地设在外壳外侧且耦接到外壳以允许在第一位置与第二位置之间的移动来使松开构件移位以便使接合构件能够从驱动脱开的松开致动器。

Description

具有松开启动器的末端执行器
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2008年12月23日提交的美国临时专利申请序列号61/203,475的优先权，由此其通过引用全部并入本文。
背景技术
发明领域
本发明公开一般涉及工具或末端执行器。更确切地来说，本发明公开涉及一种允许将接合构件(如工具端头)从工具或末端执行器的驱动选择性松开的机构。
相关背景的描述
工具或(更确切地来说)末端执行器可以是电动的装置，该电动装置配备有适用于调整末端执行器的目标用途的工具端头。例如，末端执行器可以包括如磨锥、钻头和/或锯片的工具端头。这种末端执行器可以用于多种应用中，包括用于实施某些外科手术的手术工具。当在外科手术设置中使用时，末端执行器可以用于微创手术中以选择性地除去硬组织或软组织的小部分或分离组织的多个部分。
末端执行器包括耦接到工具端头并构造成驱动工具端头的电动机。电动机与工具端头之间的耦接常常是可拆卸的，以便在磨损时或在另一个工具端头可能更适合于作业时能够更换该工具端头。为了利于实现可拆卸的耦接，可以提供如卡盘或钳夹的松开机构以便相对于电动机以可松开方式固定工具端头。此类松开机构可能需要单独的工具(例如，扳手、卡盘钥匙等)以便绕着工具端头松开或拧紧该机构，可能需要对末端执行器进行某种拆卸才能触及松开机构，和/或可能构造成用手来松开和拧紧。在构造成用手启动的松开机构的情况中，松开机构可能相对较小并且用户难以抓取，尤其是在手术医生可能正带着外科手术产生的体液所覆盖的手套的手术设置中。
概述
本发明的实施方案涉及一种末端执行器，其包括工具，该工具包括构造成耦接到用于接合工件的接合构件并驱动接合构件的驱动，和构造成被移位以使接合构件能够从驱动脱开的松开构件。该末端执行器还包括构造成容纳工具的至少一部分的外壳和至少部分地设在外壳外侧且耦接到外壳以允许在第一位置与第二位置之间的移动来使松开构件移位以便使接合构件能够从驱动脱开的松开启动器。
本发明的另一个实施方案涉及一种工具，该工具包括构造成至少部分地容纳驱动的外壳，该驱动具有松开构件，该松开构件构造成被移位以使接合构件能够从驱动脱开。该工具还包括至少部分地设在外壳外侧且绕着第一枢轴耦接到外壳的第一控制杆，该第一枢轴限定允许在第一位置与第二位置之间的移动以激活驱动的第一旋转轴。该工具还包括至少部分地设在外壳外侧且绕着第二枢轴耦接到外壳的第二控制杆，该第二枢轴限定允许在第三位置与第四位置之间的移动以使松开构件移位以便使接合构件能够从驱动脱开的第二旋转轴。该第二旋转轴与第一旋转轴基本平行。
本发明的另一个实施方案涉及一种手术工具，该手术工具包括外壳、驱动、松开构件和松开启动器，该驱动构造成耦接到用于接合工件的接合构件并驱动接合构件，该松开构件构造成被移位以使接合构件能够从驱动脱开，该松开启动器至少部分地设在外壳外侧且耦接到外壳以允许在第一位置和第二位置之间的移动来使松开构件移位以便使接合构件能够从驱动脱开。
附图说明
结合本说明书并构成其一部分的附图图示了本发明的多个实施方案，以及连同描述用于解释本发明的多个方面。
图1是作为末端执行器装配体的根据示范实施方案示出的工具的透视图。
图2是耦接到手术机器人的关节臂的图1的末端执行器的透视图。
图3是图1的末端执行器装配体的分解透视图。
图4是末端执行器装配体处于关位置时的图1所示的末端执行器装配体的横截面视图。
图5是末端执行器装配体处于开位置时的图1所示的末端执行器装配体的横截面视图。
图6是图1的末端执行器装配体的安装布置的局部细节视图。
图7是示出内部部件的图1的末端执行器装配体的横截面视图。
图8是根据示范实施方案的以可拆卸方式将工具端头耦接到驱动的第一连接机构的透视图。
图9是从驱动拆卸的工具端头的分解透视图。
图10是图1的末端执行器装配体的后部透视图，其中示出根据示范实施方案的松开启动器处于启动位置。
图11是图1的末端执行器装配体的侧视图，其具有切掉部分以便示出处于锁定位置时松开启动器的定位。
图12是图1的末端执行器装配体的侧视图，其具有切掉部分以便示出处于启动位置时松开启动器的定位。
图13是图1的末端执行器装配体的详细透视图，其中示出设在松开启动器上的阻挡功能部件(blocking feature)。
图14是图1的末端执行器装配体的横截面侧视图，其中示出当松开启动器处于启动位置时阻挡功能部件与手开关之间的互动。
图15是根据示范实施方案的示出具有可拆卸长度调整装置的图1的末端执行器装配体的透视图。
图16是示出具有可拆卸调整装置的图1的末端执行器装配体的另一个透视图。
详细描述
这些附图中图示了本发明的当前优选实施方案。在这些附图中尽可能使用相同或相似的引用数字来指代相同或相似的部分。
本发明涉及一种工具或末端执行器，为了解释的简化，下文仅称为末端执行器。在机器人手术系统中，末端执行器能够特别有优势。虽然本说明书是在机器人手术系统的环境中描述末端执行器，但是应该理解，该末端执行器可应用于其他类型的机器人系统中，包括用于外科手术应用和非外科手术应用的那些机器人系统，以及还可应用于非机器人系统或应用。本发明并不局限于本文描述中提出的或附图中图示的细节或方法。
机器人手术系统的概述
图2图示能够使用根据本发明的末端执行器100的机器人手术系统20的示例。机器人手术系统20优选地包括主体22，在主体22上安装具有关节的机器人手臂24，手术医生能够以交互方式使用具有关节的机器人手臂24来对患者实施外科手术。在优选实施方案中，机器人手术系统20是佛罗里达劳德代尔堡的MAKO Surgical公司制造的
Figure BDA0000069381090000041
机器人手臂交互整形外科系统。机器人手臂24优选地是与计算机辅助导航系统(未示出)和跟踪系统(未示出)组合来工作的触觉装置。例如，正如2006年2月21日提交的美国专利申请序列号11/357,197(公开号US 2006/0142657)(其由此通过引用完整地并入本文)中描述的，工具端头400(如切割钻、钻子、钳子、手术刀、激光器或其他工具端头)耦接到机器人手臂24。手术医生以手动方式移动机器人手臂24以操控工具端头400来对患者实施手术作业，如关节置换手术的切骨。在手术医生操控工具端头400时，机器人手臂能够提供触觉(或力)反馈以限制手术医生移动工具端头400超出预限定的虚拟切除边界以外的可能，从而实现高度精确且可重复的骨骼切割。机器人手臂24能够以被动方式工作，并仅在手术医生尝试切割虚拟切割边界以外的骨骼时才提供触觉反馈。触觉反馈可以由机器人手臂中的一个或多个启动器(例如，电动机，未示出)来产生，并通过柔性传动(未示出，如拉力元件传动)将其传送给手术医生。当机器人手臂24不在提供触觉反馈时，移动机器人手臂24则是可被手术医生自由地移动的。
机器人手臂24优选地包括第一段26，第一段26耦接到主体22且可相对于主体22绕着第一关节组件28进行操纵。机器人手臂24还能够包括第二段30，第二段30耦接到第一段26且可相对于第一段26绕着第二关节组件32进行操纵。末端执行器100能够绕着第三关节组件33安装于第二段30。关节组件28、32、33的其中一些或全部优选地包括多个关节，这些关节组合以提供六个自由度的移动，这样可以使手术医生能够通过微创切开(例如，长度适当小于4至6英尺)以手术介入难以触及的骨骼结构。
工具或末端执行器
参考图1，在图示的实施方案中，末端执行器100是要在实施外科手术中使用的手术工具。应该理解，虽然本发明将在本文中参考末端执行器以及具体参考用作手术器械的末端执行器来进行详细描述，但是本发明可以应用于其他类型的工具(包括但不限于手持手术器械、手动工具(例如，钻子、锯子、刳刨器等)、独立电源工具等)并在这些其他类型的工具中找到实用性。因此，本发明的范围并不局限于用于外科手术的末端执行器。
末端执行器100优选地包括耦接到松开启动器300(例如控制杆等)的外壳或外壳200。松开启动器300至少部分地设在外壳200外侧并且构造成相对于外壳200选择性地在第一位置(如图1所示)与第二位置(如图2所示)之间移动。如电动机500的驱动(例如如图7-9所示)至少部分地封装或套装在外壳200内。电动机500驱动用于接合工件的接合构件(例如，实施、连接、器具等)，图示为工具端头400。末端执行器100包括位于外壳200内用于以可拆卸方式将工具端头400连接到电动机500的第一连接机构。第一连接机构包括松开构件，该松开构件构造成相对于电动机500和/或外壳200沿着轴的方向选择性地移动。为了从电动机500松开或以其他方式脱开工具端头400，操作者选择性地将松开启动器300移动到第二位置，从而将第一连接机构的松开构件轴向移位以使工具端头400能够脱开。一旦将工具端头400脱开，就能够从末端执行器100拆卸工具端头400。松开启动器300的尺寸、定位、形状和/或移动可以向末端执行器100的操作者提供高效且容易地使用用于外科手术期间将工具端头400从电动机500脱开的装置。
图3至图16更详细地图示末端执行器100的功能部件。参考图3至图5，示出根据示范实施方案的外壳200。外壳200包括第一部分，示出为主体202，以及第二部分(例如安装部位等)，示出为支座204。根据示范实施方案，主体202在形状上一般是圆柱形，并限定构造成容纳驱动(如电驱动的电动机500)的腔室或空腔206。为了容放电动机500，主体202在后端208包括开口，经此开口能够将电动机500插入到外壳中。主体202还示出为在外壳的前端具有颈部210，外壳的前端具有相对于后端208缩小的直径。根据图示的实施方案，主体202的外周或外形在人体功能学上构形成适于典型操作者(例如手术医生等)的手掌，以使操作者能够在外科手术期间在末端执行器100一直安装于机器人手臂24时有效地抓取末端执行器100来引导机器人手臂24。
支座204刚性地耦接到主体202的下部并在主体202的下部提供。根据示范实施方案，支座204与主体202整体形成以便提供单件一体的外壳。根据多种备选实施方案，支座204可以是耦接到主体202或以其他方式支撑主体202的单独部件。将支座204紧固到支架214，支架214在机器人手臂24的第二段30的端部提供。通过任何适合的耦接机构将支座204紧固到支架214。根据图示的实施方案，耦接机构是半运动耦接，其包括从支架214伸出的第一半圆柱形凸起部216和第二半圆柱形凸起部218。第一和第二表面220、222形成第一半圆柱形凸起部216的V形容纳区域。第三表面224形成第二圆柱形凸起部218的平容纳区域。使用一个或多个紧固器(例如，螺栓等)将支架214和支座204夹固在一起，一个或多个紧固器延伸到支座204中的容纳口226(如图1所示)中。
根据示范实施方案，相对于支座204成一定角度支撑主体202。例如，根据图示的实施方案，主体202在后端208和颈部210之间相对于支座204成约30度的角度向下倾斜。这种配置可以帮助在将末端执行器100安装到机器人手臂24之后将工具端头400于工件对齐。根据多种备选实施方案，可以相对于支座204成任何角度地支撑主体202。根据又一些备选实施方案，可以取消支座204，以及外壳200可以仅包括主体202。
参考图6，可以在支座204上的第一夹固面230与支架214上的第二夹固面232之间设置覆盖或护罩单元228。根据示范实施方案，护罩单元228具有相对弹性(例如，塑料等)并且不会实质性地影响半运动耦接的精度。护罩单元228可以用作消毒帘，消毒帘构造成保护末端执行器100或机器人手臂免于灰尘、污垢或其他污染物污染。护罩单元228可以完全包围支座204，或可以仅部分地包围支座204。
再次参考图4和图5，电动机500至少部分地被容纳于主体202的空腔206内。根据图示的实施方案，主体202将电动机500完全封装。电动机500可以构造成以例如单一速度或多个不同速度运转。用于末端执行器100内对电动机500供电的电力可以来自机器人手术系统20或任何其他适合的电源。例如，可以使用机器人手术系统20响应操作者发起的命令来选择性地对末端执行器100供电，并且还可以监视末端执行器100的操作。
电动机500的开/关操作和/或速度优选地由耦接到外壳200的主体202的驱动启动器或用户接口(例如，扳机、控制杆、按钮、拨动开关等)来控制，图中将用户接口示出为手动开关502。根据示范实施方案，在电动机500与机器人手术系统20之间连接电缆(未示出)以提供用于末端执行器100与机器人手术系统20之间交换的信号的传导路径。这些信号可以包括末端执行器100响应手动开关502的状态生成的信号和/或为激活电动机500而发送的信号。根据多种备选实施方案，末端执行器100可以构造成使得末端执行器100与机器人手术系统20之间不交换信号。根据又一些备选实施方案，末端执行器100可以不装配用于启动电动机500的用户接口。相反，电动机500的开/关状态和/或电动机速度可以由远离末端执行器100的接口的启动来控制(例如，该接口可以是脚踏开关装配体的一个或多个踏板)。
根据示范实施方案，手动开关502可以采用控制臂的形式，该控制臂沿着主体202的长度向前延伸。手动开关502具有第一端504和第二端506，第一端504构造成预定为操作者所用，以及第二端506在后端208耦接到主体202的上表面。第二端506绕着枢轴508耦接到主体202，枢轴508限定与主体202的纵向轴或中心轴基本垂直的旋转轴。手动开关502构造成绕着枢轴508在图4所示的第一位置(例如关位置等)与图5所示的第二位置(例如开位置等)之间旋转。在主体202与第二端506之间设有偏置单元(例如弹簧等)，图中示出为压缩弹簧510，该偏置单元构造成将手动开关502偏置以便在常态下使第一端504远离主体202枢转。示出为磁铁512的第一传感器单元耦接到手动开关502的下侧。由第二传感器单元(例如，霍尔效应传感器等)监视磁铁512的位置，从而监视手动开关502的位置，第二传感器单元在主体202上提供。根据示范实施方案，将第二传感器并入电动机500中。
为了激活电动机500，操作者以足够克服压缩弹簧510的偏置力的力按下手动开关502的第一端504。将手动开关502绕着枢轴508向下转动直到磁铁512足够靠近第二传感器单元使得第二传感器单元将检测到磁铁512的接近。当第二传感器单元检测到磁铁512时，激活用于对电动机500通电的控制电路。根据示范实施方案，在电动机500能够以多个速度运转的情况中，手动开关502相对于主体202的选择性定位可以指示期望的电动机速度(例如，按下手动开关502越多(手动开关502越靠近主体202)，电动机速度越大，等等)。在此类配置中，就能够使用磁铁512相对于第二传感器单元的接近来提供电动机500的期望运转速度的指示。根据图示的实施方案，手动开关502在第一位置(如图4所示)与第二位置(如图5所示)之间的总角位移相对较小(例如约20度等)，以使操作者能够以一只手控制其定位。此外，手动开关502的第一端504可以包括横向凸起部504A(参见图10)。凸起部504A通过提供增高的表面区域供操作者按压(例如，以拇指或一个或多个手指)来启动手动开关502，有助于操作者更易于启动手动开关502。
根据示范实施方案，电动机500包括驱动转轴或机械轴514，驱动转轴或机械轴514构造成在电动机500启动时旋转。工具端头400构造成耦接到驱动机械轴514以便与驱动机械轴514一起旋转。工具端头400构造成是可互换的，并且因此，在工具端头400与驱动机械轴514之间提供可松开的耦接。根据图示的实施方案，工具端头400采用切割钻的形式，其具有构造成接合工件(例如，骨骼等)的第一端402和构造成固定到驱动机械轴514的第二端404。第一端402包括在外科手术期间对工件整形的操作端头或头406。虽然操作头406示出形状上是基本球形，但是工具端头400可以具有多种形状的任何一种(例如，圆柱形、梯形等)。而且，根据多种备选实施方案，工具端头400可以是多种器具的任何一种，包括但不限于，钻头、锯片、手术刀、钳子等。工具端头400的第二端404包括构造成被容纳于驱动转轴514内的底部或柄。
对于某些应用，可能期望在操作头406变钝或其他方面磨损的情况下拆卸和/或更换工具端头400。还可能期望将工具端头400与不同尺寸和/或配置的工具端头互换。为了有助于将工具端头400可拆卸地耦接到电动机500，提供第一连接机构516(例如耦接器)。参考图7至图9，第一连接机构516在电动机500的前端或操作端处提供，并且包括松开构件(例如，松开螺母、磨锥松开螺母、套筒等)，图中示出为套环518。套环518设为环绕电动机500的前部外壳520，并且是相对于前部外壳520沿着轴的方向在第一或锁定位置(例如，最朝前的位置)与第二或松开位置(例如，最朝后的位置)之间可选择性地移动的。套环518示出为具有基本圆形横截面的管状构件。在套环518与前部外壳520之间设有偏置单元(例如，盘簧等)以使套环518向前朝锁定位置偏置。在锁定位置中，工具端头400的第二端404处的杆部被锁定于电动机500，并且无法掉落。要松开和/或将工具端头400再次连接到电动机500，克服偏置单元的偏置力沿着前部外壳520轴向往后滑动套环518。适合的电动机和第一连接机构的例子是PalmBeach Gardens，Florida的The Anspach
Figure BDA0000069381090000091
有限公司制造的eMax Plus电力驱动系统的电动机和连接机构。
为了有助于操作者将套环518在锁定位置和松开位置之间移动，从而允许操作者更改工具端头400，提供了松开启动器300。参考图10至图12，示出根据示范实施方案的松开启动器300。松开启动器300至少部分地设在外壳200外侧并且构造成相对于外壳200在第一位置(如图11所示)与第二位置(如图2所示)之间选择性地移动。当松开启动器300处于第一位置时，套环518处于锁定位置，并且工具端头400被耦接到电动机500。当松开启动器300处于第二位置时，套环518处于松开位置，并且工具端头400从电动机500脱开。
根据示范实施方案，松开启动器300采用控制杆的形式，此控制杆以枢转方式耦接到主体202，并且构造成操作者将其在第一位置与第二位置之间转动。松开启动器300示出为包括第一部分(例如，控制杆、支柱等)和第二部分(例如，控制杆、支柱等)的基本对称的构件，第一部分(例如，控制杆、支柱等)在主体202的第一横向侧上提供，图中示出为第一臂302，第二部分(例如，控制杆、支柱等)在主体202的相对的第二横向侧上提供，图中示出为第二臂304。第一臂302和第二臂304沿着主体202的长度延伸并在松开启动器300处于第一位置时限定外壳200的外表面。第一臂302和第二臂304包括基本与主体202的外表面对应的外形。根据图示的实施方案，第一臂302和第二臂304具有基本与主体202的圆形横截面匹配的弧形内表面。
第一臂302和第二臂304各具有第一或前端306，第一或前端306绕着枢轴308耦接到主体202，枢轴308限定与主体202的纵向轴或中心轴基本垂直和与手动开关502的旋转轴基本平行的旋转轴。第一臂302和第二臂304构造成在松开启动器300在第一位置与第二位置之间转动时绕着枢轴308旋转。枢轴308设为与枢轴508相间隔，以使松开启动器300和手动开关502相对于主体202按相反方向转动。例如，枢轴308较靠近主体202的颈部210，而枢轴508较靠近后端208。
第一臂302和第二臂304通过横支撑部分310在松开启动器300的后端处彼此耦接，横支撑部分310在第一臂302和第二壁304之间横向延伸。第一臂302和第二臂304还可以通过另一个横支撑部分(未示出)在松开启动器300的前端处彼此耦接，该另一个横支撑部分在第一臂302和第二壁304之间横向延伸。横支撑部分310包括孔313，孔313容纳从主体202后部向外凸起的柱销315，以将松开启动器300固定于第一位置(参见图4)。(例如通过弹簧等)将柱销315偏置以向外凸起。横支撑部分310还包括凸起部，图中示出为翼片312，翼片312从松开启动器300沿着向后的方向向外延伸。翼片312是松开启动器300中构造成当松开启动器300从第一位置移到第二位置时被操作者抓取或以其他方式预定为操作者使用的部分。松开启动器300处于第一位置的情况下，操作者向上拉或推翼片312以使松开启动器300绕着枢轴308转动。随着松开启动器300开始转动，柱销315被松开启动器300的内侧部分压下，以使柱销315部分地缩进到主体202中，并由此使孔313脱离以允许松开启动器300旋进第二位置中(参见图10)。一旦横支撑部分310离开主体202的后部，则柱销315返回其向外偏置的位置。相反地，当松开启动器300从第二位置转回第一位置时，松开启动器300的内侧部分接触柱销315，它轻微地压下柱销315。当松开启动器300继续向第一位置移动，以及柱销315遇到孔313时，柱销315因其向外的偏置而接合孔313。
根据示范实施方案，松开启动器300叠盖住手动开关502，以便将松开启动器300向下转动到手动开关502上方。这种配置可以允许松开启动器300和手动开关502占据主体202上基本相同的占用空间。为了容放手动开关502，将第一臂302和第二臂304彼此横向相间隔设置以限定用于容纳手动开关502的狭长间隙或槽314(如图1所示)。槽314的尺寸设为提供足够的净空以便在松开启动器300处于第一位置时手动开关502能够在其第一和第二位置之间被启动。
松开启动器300还包括构造成接合套环518以用于在松开启动器300从第一位置移到第二位置时将套环518移位的一个或多个构件。此类构件可以构造成直接或间接地接合套环518。根据示范实施方案，这些构件采用一对凸轮316的形式，其包括设在主体202的相对两侧的第一凸轮316和第二凸轮316。第一凸轮316耦接到第一臂302的前端306，而第二凸轮316耦接到第二臂304的前端。第一凸轮316和第二凸轮316分别从第一臂302和第二臂304向下延伸，并位于主体202内。将第一凸轮316和第二凸轮316的前边缘和下边缘弯曲以提供净空并允许这些凸轮在主体202内的旋转移动。根据图示的实施方案，第一凸轮316和第二凸轮316分别与第一臂302和第二臂304整体形成，但是或者第一凸轮316和第二凸轮316可以作为后来连接到第一臂302和第二臂304的单独部件来提供。
根据示范实施方案，第一凸轮316和第二凸轮316定位于主体202内套环518的前边，并且包括凸轮表面320，凸轮表面320构造成在松开启动器300处于第一位置时定位于与套环518相邻。图11中示出这种定位的例子。当松开启动器300绕着枢轴308从第一位置转动到第二位置时，第一凸轮316和第二凸轮316沿着向后的方向移动，从而促使凸轮表面320与套环518接合。参考图12，当松开启动器300继续向上转动时，凸轮表面320沿着轴的方向相对于前部外壳520向后推动套环518，直到工具端头400从电动机500脱开为止。
为了减少松开启动器300处于第二位置以及工具端头400从电动机500脱开时无意中开启电动机500的可能性，松开启动器300包括停止机构，该停止机构的目的在于限制手动开关502朝手动开关502的第二位置(即，开位置)移动。参考图13，松开启动器300的第一臂302包括向内延伸到槽314中的端壁或凸起部322。凸起部322示出为基本矩形构件，但是或者可以作为多种形状的任何一种(例如，圆柱形、梯形、三角形等)来提供。根据示范实施方案，在第一臂302和第二臂304上提供凸起部322，但是或者可以仅在臂302、304的其中之一上提供凸起部322。
图14示出具有凸起部322的末端执行器100的横截面视图。正如可见到的，在松开启动器300处于第二位置的情况下，手动开关502将接合凸起部322，之后才能绕着枢轴508向下转动到磁铁512足够靠近第二传感器单元以便第二传感器单元检测磁铁512接近的位置。因此，可以使用松开启动器300阻挡手动开关502移动到完全压下的位置。以此方式，凸起部322可以起保护功能部件的作用，该保护功能部件减少在松开启动器300处于第二位置时电动机500将被启动的可能性。
根据示范实施方案，套环518的尺寸相对较小，并且可能对于操作者来说难以抓取，尤其是在操作者带着外科手术产生体液中所覆盖的手套的情况下。因此，包括松开启动器300使操作者能够启动套环518而无需以物理方式抓取或直接接合套环。而是，松开启动器300使操作者能够以相对向上且短距离提升运动来启动套环518。而且，因为松开启动器300至少部分地设在外壳200外侧，所以操作者能够将工具端头400从电动机500脱开而无需从外壳200拆卸电动机500或以其他方式拆装末端执行器100。此类功能部件可以提供更高效且精确的过程来用于从装置脱开附件。
为了定位、支撑和/或保护工具端头400，末端执行器100还可以包括至少部分地围绕工具端头400的附属装置(例如，套筒、护罩等)，图中示出为支撑管522。在电动机500与工具端头400的操作头406之间存在相当大距离的应用中支撑管522尤其有用。支撑管522遮住或以其他方式隐蔽工具端头400的中心部分。在外科手术应用中，支撑管522有利地防止工具端头400的旋转的中心部分接触并由此潜在地损伤患者的解剖体。支撑管522耦接到外壳200的主体202，并且在第一端524与第二端526之间延伸，第一端524构造成以可拆卸方式耦接到电动机500，以及第二端526构造成到工具端头400的操作头406为止。支撑管522构造成以可拆卸方式耦接到末端执行器100。
为了将支撑管522固定到主体202，末端执行器100包括第二连接机构528。根据示范实施方案，第二连接机构528包括用于将支撑管522固定到主体202的套环530和套环螺母532。套环螺母532包括至少部分地在颈部210处容纳于主体202的前部开口内的第一端536以及由颈部210向前提供的第二端538。第一端536包括一个或多个外螺纹，外螺纹构造成与沿着颈部210的内表面提供的一个或多个内螺纹接合。第二端538限定构造成预定为操作者使用的抓取表面。
为了将支撑管522固定于主体202，将支撑管522插入套环530和套环螺母532限定的中心孔径534中，此后，通过旋转第二端538在主体202的螺纹端上将套环螺母532拧紧。在主体202的螺纹端上将套环螺母532拧紧时，套环530被压缩在套环螺母532与支撑管522的外表面之间。套环530是开槽的且具有锥形端，以使套管530被压缩在套管螺母532与支撑管522之间时，套环530被径向压缩，从而使得套环530的中心孔径紧密地贴在支撑管522的外表面周围。要从末端执行器100拆除支撑管522，拧松套环螺母532，直到能够从套环530的中心孔径拆卸支撑管522为止。根据图示的实施方案，套环螺母532构造成用手拧紧和拧松而无需额外工具。而且，套环螺母532的抓取表面具有使它相对较容易被操作者抓取的尺寸和外形。
参考图15和图16，末端执行器100还可以包括能够被操作者用于将工具端头400相对于外壳200设置在期望的长度处的导引机构(例如，长度调整工具等)。在某些应用中，需要控制工具端头400相对于外壳200的长度以便确保操作头406的几何形状是已知。根据示范实施方案，导引机构是构造成可选择性地连接到外壳200的托臂600。
托臂600包括沿着工具端头400的纵向在第一端和第二端之间延伸的第一部分602。从第一端向下延伸的是第二部分604，第二部分604构造成以可拆卸方式耦接到外壳200。第二部分604包括一对接合叉606，一对接合叉606构造成被容纳于主体202的颈部210中提供的凹槽234中(如图1所示)。从第一部分602的第二端向下延伸的是第三部分610，第三部分610起工具端头400的止挡的作用。第三部分610向下延伸足够的距离，使得工具端头400从外壳200延伸时使工具端头400接触第三部分610。第二部分604与第三部分610之间的距离指示工具端头400将从外壳200延伸的长度。此距离可以根据应用和/或正在使用的附件的类型有所不同。托臂600还示出为包括从第一部分602向下延伸于第二部分606与第三部分610之间的第四部分612。第四部分612构造成在支撑管522上支承以在耦接到末端执行器100时帮助支撑托臂600。
要设置工具端头400的长度，在套环螺母532拧松的情况下，将电动机500、支撑管522和工具端头400插入到末端执行器100中，以使支撑管522和工具端头400能够沿着轴方向相对自由地滑动。在插入了电动机500、支撑管522和工具端头400的情况下，通过将叉608插入凹槽234中以将托臂600加装到末端执行器100。然后统一地移动电动机500、支撑管522和工具端头400，以使工具端头400相对于外壳200向外延伸适合的距离，即，直到操作头406接触第三部分610为止。在此点上，拧紧套环螺母532，并能够从末端执行器100拆除托臂600。
作为重点要记住的是，本文使用的术语应是广义术语并且不是限制的术语。出于本文公开的目的，术语“耦接”应表示两个构件直接或间接地彼此联接。这种联接可以是本质上固定的或本质上可移动的。这种联接可以通过将两个构件彼此或将两个构件和任何附加的中间构件彼此作为单一体来整体形成或将两个构件彼此或将两个构件和任何附加中间构件彼此连接来实现。这种联接可以在本质上是永久性的或可以在本质上是可拆卸或可松开的。这种联接可以涉及两个部件之间的机械和/或电关系。
作为重点还要注意的是，如示范实施方案中所示出的末端执行器的单元的构造和布置仅是说明性的。虽然本文公开中详细地描述了本发明的几个实施方案，但是审阅本文献的本领域技术人员将容易地认识到，在不实质性背离权利要求中引述的创新原理和发明主题的优点的前提下，许多修改是可能的(例如，各种单元的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料、颜色、朝向等的改变)。因此，所有此类修改应包括在所附权利要求的范围内。
根据备选实施方案，可以更改任何过程或方法步骤的次序或顺序或对其重新排序。在不背离所附权利要求中表述的本发明精神的前提下可以对优选示范实施方案和其他示范实施方案的设计、操作状态和布置进行其他替换、修改、更改和/或省略。

Claims (27)

1.一种末端执行器，包括
工具，其包括构造成耦接到用于接合工件的接合构件并驱动所述接合构件的驱动，和构造成被移位以使所述接合构件能够从所述驱动脱开的松开构件；
外壳，其构造成容纳所述工具的至少一部分；
松开启动器，其至少部分地设在所述外壳外侧并耦接到所述外壳以允许在第一位置与第二位置之间的移动来使所述松开构件移位以便使所述接合构件能够从所述驱动脱开。
2.根据权利要求1所述的末端执行器，其中所述工具是外科手术工具。
3.根据权利要求1所述的末端执行器，其中所述松开构件被容纳于所述外壳内。
4.根据权利要求1所述的末端执行器，其中所述松开构件构造成被所述松开启动器沿着所述工具的至少一部分轴向移位，以使所述接合构件能够从所述驱动脱开。
5.根据权利要求1所述的末端执行器，其中所述外壳包括固定构件，所述固定构件构造成沿着所述工具的轴方向以可调整方式相对于所述外壳固定所述工具的位置。
6.根据权利要求1所述的末端执行器，其中所述松开启动器包括可移动部分，所述可移动部分至少部分地延伸到所述外壳的外侧并构造成相对于所述外壳被移动。
7.根据权利要求6所述的末端执行器，其中所述可移动部分包括控制杆，所述控制杆构造成相对于所述外壳绕着旋转轴转动并在所述旋转轴处耦接到所述外壳。
8.根据权利要求7所述的末端执行器，其中旋转轴与所述外壳的中心轴基本垂直。
9.根据权利要求6所述的末端执行器，其中所述松开启动器还包括构造成响应所述可移动部分的移动相对于所述外壳被移动。
10.根据权利要求9所述的末端执行器，其中所述构件包括第一凸轮，所述第一凸轮构造成响应所述可移动部分的移动相对于所述外壳通过旋转来移动。
11.根据权利要求10所述的末端执行器，其中所述构件还包括第二凸轮，所述第二凸轮设在所述工具的与所述第一凸轮相对的一侧上且构造成响应所述可移动部分的移动相对于所述外壳通过旋转来移动。
12.根据权利要求1所述的末端执行器，还包括：
用于启动所述驱动的驱动启动器，
其中所述驱动启动器构造成是可相对于所述外壳在未启动位置与启动位置之间移动的。
13.根据权利要求12所述的末端执行器，其中所述松开启动器构造成在所述松开启动器处于所述第二位置时，阻止所述驱动启动器移到所述启动位置。
14.根据权利要求13所述的末端执行器，其中所述松开启动器包括所述驱动启动器的至少一部分突起穿过的开口，以及所述松开启动器构造成使得所述驱动启动器接合所述开口的端壁以在所述松开启动器处于所述第二位置时阻止所述驱动启动器移到所述启动位置。
15.根据权利要求1所述的末端执行器，还包括构造成连接到联接件的基座部分。
16.根据权利要求15所述的末端执行器，其中所述末端执行器构造成在所述基座部分连接到所述联接件时，至少部分地绕着第一旋转轴和至少部分地绕着第二旋转轴转动。
17.根据权利要求12所述的末端执行器，其中所述外壳、松开启动器和驱动启动器具有构造成同时被用户一只手抓取的形状。
18.一种工具，包括：
外壳，其构造成至少部分地容纳驱动，所述驱动具有松开构件，所述松开构件构造成被移位以使接合构件能够从所述驱动脱开；
第一控制杆，其至少部分地设在所述外壳外侧且绕着第一枢轴耦接到所述外壳，所述第一枢轴限定允许在第一位置与第二位置之间的移动以激活所述驱动的第一旋转轴；以及
第二控制杆，其至少部分地设在所述外壳外侧且绕着第二枢轴耦接到所述外壳，所述第二枢轴限定允许在第三位置与第四位置之间的移动以使所述松开构件移位以便使所述接合构件能够从所述驱动脱开的第二旋转轴，所述第二旋转轴与所述第一旋转轴基本平行。
19.根据权利要求18所述的工具，其中较靠近所述外壳的后端来提供所述第一枢轴，以及较靠近所述外壳的前端来提供所述第二枢轴。
20.根据权利要求18所述的工具，其中所述第一控制杆按照与所述第二控制杆在所述第三位置与所述第四位置之间移动时转动的方向相反的方向在所述第一位置和所述第二位置之间转动。
21.根据权利要求20所述的工具，其中将所述第一控制杆至少部分地容纳于所述第二控制杆限定的孔径内。
22.根据权利要求18所述的工具，其中所述工具是末端执行器。
23.根据权利要求22所述的工具，其中所述末端执行器是手术末端执行器。
24.根据权利要求18所述的工具，其中所述第二控制杆包括被容纳于所述外壳内的构件，以及其中所述构件包括第一凸轮，所述第一凸轮构造成响应所述第二控制杆的移动绕着所述第二枢轴通过旋转来移动。
25.根据权利要求24所述的工具，其中所述第一凸轮构造成接合所述松开构件并使所述松开构件相对于所述驱动轴向移位以使所述接合构件能够从所述驱动脱开。
26.根据权利要求24所述的工具，其中所述构件还包括第二凸轮，所述第二凸轮设在所述工具的与所述第一凸轮相对的一侧上且构造成响应所述第二控制杆的移动绕着所述第二枢轴通过旋转来移动。
27.一种手术工具，包括：
外壳；
驱动，其构造成耦接到用于接合工件的接合构件并驱动所述接合构件；
松开构件，其构造成被移位以使所述接合构件能够从所述驱动脱开；
松开驱动器，其至少部分地设在所述外壳外侧并耦接到所述外壳以允许在第一位置与第二位置之间的移动来使所述松开构件移位以便使所述接合构件能够从所述驱动脱开。
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