CN102421570A - 具有电力增强系统的手动铰接装置 - Google Patents

Abstract

一种铰接装置元件及其操作方法，该铰接装置元件包括用于补偿当被操作时由该装置承受的任何有害摩擦力和/或其它这种阻力的补偿力增强装置。本发明的方面可在制造、构造、组装管线、危险材料的处理和处置、水下操作、处理高温材料、或者使用者可远离正被操作的物体或在当操作机械装置时使用者可能经受疲劳的任何其它环境中使用。

Description

具有电力增强系统的手动铰接装置

技术领域

本发明涉及手动铰接装置，其中，该装置包括电力增强系统。本发明的一个方面涉及一种用于在微创外科手术中使用的手动铰接手术器械，其中，该器械中包括电力增强系统。

背景技术

腹腔镜手术在本领域中是公知的。但是，当前的腹腔镜手术器械通常具有直的本体，该直的本体使用起来是相当笨拙的。尽管这种现有的腹腔镜手术器械可执行侵入式外科手术，但是该器械对于在拐角及其它的这种难以触及的位置周围进行操作是较为困难的。另外，现有腹腔镜手术器械通常使用推杆、缆材和液压管线来操作该器械的手术尖端。当缩小现有腹腔镜手术器械的尺寸时，其中使用的液压管线也在尺寸方面被缩小。但是，当缩小液压管线的尺寸时，手动地促使液压流体通过液压管线变得更为难以实现。此外，在外科医生正在从与患者相距远距离或远程位置控制体内的手术器械的情况下，液压管线是相对长的，其中，手动促使液体通过液压管线变得难以实现。此外，在移动手术器械时会出现摩擦力或有害阻力，从而限制了由外科医生感觉到的触觉反馈。

由此，在延长的外科手术期间，或者在外科医生相对于该器械和患者处于远程位置处的情况下，外科医生通常经历手部疲劳。此外，在操作该手术器械的同时产生的摩擦力会遮掩住或显著限制由外科医生感觉到的触觉反馈。

由此，在本领域中对于下述手动铰接装置存在一种需要，该手动铰接装置易于使用、补偿摩擦力或其它运动阻力，并且降低使用者所经历的手部疲劳。此外，在本领域中对于下述手动铰接装置存在一种需要，该手动铰接装置能够在拐角和其它的这种难以触及的地方周围易于操作。

发明内容

尽管处于说明的目的，本发明随后所讨论的方面用于外科手术，但是应该理解的是，本发明的环境并不限于外科手术，而是可以在多种其它的环境中使用。例如，本发明的方面可以在制造、构造、组装管线、危险材料的处理和处置、水下操纵、处理高温材料或使用者可以远离正操作的物体或者在操作机械装置时会经受疲劳的任何其它环境中使用。

本发明的方面通过为手动铰接手术器械提供电力增强而有助于使用者，例如，外科医生或其它这种医疗从业人员操纵手动铰接手术器械。该电力增强补偿由患者体内的手动铰接手术器械的运动的起动或力输入产生的摩擦力和有害阻力。本发明的其它方面提供手动铰接手术器械，其能够在拐角周围进行操作并且在难以触及的位置中起作用。

在本发明的一个方面，外科医生将力输入至本发明的手术器械，从而导致该手术器械在输入的力的方向上移动。感测装置检测本发明的手术器械的运动和/或力已经被起动并且将检测到的运动信号传输至电气元件。该电气元件将电力增强提供至本发明的手术器械，通过补偿在正被操作时由该器械承受的任何有害摩擦力和/或这种阻力、例如通过提供在患者体内以与输入相同的方向作用的补偿力来有助于该运动。

在本发明的另一方面，可使用控制装置。当感测元件检测到运动已经被起动时，感测装置将信号发送至控制装置，该控制装置将控制信号传输至电气元件。该电气元件将在与输入相同的方向上作用的补偿力发出至本发明的手术器械，该手术器械处于患者体内并且通过补偿在患者体内被操作时由器械承受的任何有害摩擦力和/或其它这种阻力来有助于本发明的手术器械的运动。

本发明的方面提供了益处和优点，该益处和优点包括补偿当操作患者体内的手术器械时所产生的摩擦力和有害阻力的能力。由此，操作患者体内的手术器械更为容易实现，并且减少了外科医生所经受的疲劳。此外，对于器械的运动的有害阻力进行的补偿增加了外科医生在操作该手术器械时所感觉到的触觉反馈。另外，本发明对于由外科医生输入的运动形成了平稳的力增强响应。

本发明的方面有助于外科医生沿与由外科医生输入的运动的方向上操纵该手术器械。此外，本发明能够实现高铰接度，由此在拐角周围易于操作，并且在难以触及的位置中起作用。

与本发明有关的其它优点和新颖的特征将在随后的说明中进行阐述，并且本领域技术人员一旦对下列内容进行分析或者一旦通过实践本发明的方面进行学习，这些优点和特征对他们将部分变得更为明白。

附图说明

通过于此在下面给出的详细说明和附图将会充分理解本发明，这些附图仅作为实例和示例给出，并由此并不就本发明的方面进行限定，其中：

图1是根据本发明的一方面的具有电力增强系统的手动铰接手术器械的示意图；

图2是根据本发明的一方面的具有旋转性能的控制手柄的侧视图；

图3是根据本发明的一方面的联接于电力增强系统的、具有旋转性能的控制手柄的侧视图；

图4是与本发明一起使用的应变仪式感测元件的示意图；

图5是与本发明一起使用的开关式感测元件的示意图；

图6是根据本发明的一方面的旋转感测元件和旋转电气元件的侧视图。

具体实施方式

现将在下文中参照附图，更为充分地描述本发明的方面，附图中示出了本发明的改型和方面。但是，本发明的方面可以许多不同的形式实现并且不应被理解为被限定于此处所述的改型；相反，提供改型以使得该公开在说明性的实现方式方面将是详尽而完整的，并且将对所属领域技术人员充分传达其范围。

除非以其它方式作出限定，于此使用的所有技术术语和科学术语具有与本发明所属领域中的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。于此提供的方法和示例仅是说明性的且并不意欲进行限定。

现转向图1，示出了根据本发明的一方面的手动铰接装置1。该装置1包括增强系统122，其接收一个或更多个使用者输入以指示从动系统124执行工作。该增强系统122包括诸如轴之类的输入接收器102，其接收来自使用者的输入120。增强系统122还包括电气元件106，其通过提供电力增强来有助于将使用者输入传递至从动系统124，该电力增强补偿由运动的起动和/或系统的力产生的摩擦力和有害阻力。在一方面，电力增强可以是沿与输入相同的方向作用的补偿力，其有助于系统的运动并且补偿由系统产生的摩擦力和有害阻力。应该理解的是，由系统执行的工作可以由通过输入接收器102的机械传递产生。增强系统122还包括感测元件104，其通过在使用者已经起动运动和/或力时进行检测以有助于利用适量的动力在适当的方向上致动电气元件106。另外，增强系统122包括控制电路108，其有助于将使用者输入传递至电气元件106。

轴102可包括、但不限于被构造成用于接收一个或更多个使用者输入，并且用于将使用者输入的全部或某些部分或者其表示传输至感测元件104和/或电气元件106的任何装置或机构。同样，轴102利用布置在轴102的近端与电动元件106的近端之间的感应元件104可操作地连接于电动元件106。例如，轴102可具有一个或更多个输入机构，以接收来自装置1的使用者的手动输入或手指致动输入。在其它方面，轴102可包括输入机构，以接收来自使用者的脚致动输入、臂致动输入或身体致动输入等。在其它方面，轴102可包括输入机构，以接收来自使用者的声音致动输入或音频致动输入或眼致动输入。该输入机构可包括、但不限于例如操纵杆、跟踪球、旋钮、编码器或操纵传输器、以及除此之外的其它输入机构中的一个或更多个。图2中示出了输入机构的示例。

感测元件104检测轴102的由使用者起动的运动的起动。应该理解的是，感测元件104例如可以是、但不限于被定位在轴102的顶部、下方、被定位成遮盖或环绕轴102。另外，感测元件104可直接或间接地连接于轴102。感测元件104可以是、但不限于例如应变仪、小位移的双极开关、单极开关、两个单极开关、闸刀开关、检测压缩或拉伸的元件、检测扭转的元件、检测弯曲的元件、检测响应于力120而改变的阻力值的元件、检测光响应于力120的传输中的偏转或改变的光学系统、或者是可检测运动起动和/或施加于轴102的力的任何其它适当的感测元件。感测元件104将带有检测到的轴102的力和/或运动的信号传输至电气元件106。

电气元件106可串联或并联于轴102和感测元件104。此外，电气元件106可直接或间接地连接于轴102。电气元件106可以是、但不限于例如线性马达或线性音圈、回转马达、旋转音圈、或快速响应于运动并且可具有高频响应的任何其它装置。另外，控制电路108可直接或间接地连接于感测元件104和电气元件106。控制电路108可接收来自感测装置的信号并且将控制信号传输至电气元件106。控制信号可包括、但不限于例如用以基于使用者输入激励电气元件106的电流。应该理解的是，电流可以是能够基于使用者输入而变化的，例如，增大和/或减小。另外，控制电路108可以是、但不限于一系列不可编程的元件、一个或更多个硬接线元件、计算机或处理器，以及除此之外的其它类似物。控制电路108也可以在操作之前定期执行自检验和/或系统检验，用于确定系统是否正在适当地运行，例如，确定电气元件106是否正在提供大小恰当的力以补偿该系统的摩擦力。如果控制电路108确定电气元件106并未提供大小恰当的力，那么控制电路108可更改供应至电气元件106的电流的大小，以增大和/或减小由电气元件106提供的力的大小。

可选择地，在一方面，增强系统122也可包括输出传感器130，例如运动或力传感器，其可操作地连接于装置和/或工件以及控制电路108。例如，如果输出传感器130确定电气元件106正在提供的力的大小和/或运动的量已经下降到低于被确定用于补偿摩擦力的量时，那么输出传感器130可发送信号至控制电路以增大供应至电气元件106的电流，从而增大该补偿力。作为选择，如果输出传感器130确定正由电气元件106提供的力的大小和/或运动的量高于被确定用于补偿摩擦力的量，那么输出传感器130可发送信号至控制电路108，该控制电路108又减小供应至电气元件106的电流，从而减小该补偿力。由此，输出传感器130可基于实际输出计量正由电气元件106提供的力的大小和/或运动的量并且有助于改变供应至电气元件106的电流，例如，提高和/或降低供应至电气元件106的电流的大小，以基于反馈改变补偿力。

另外，应该理解的是，可将其它传感器用于帮助控制供应至电气元件106的电流。传感器可包括、但不限于例如速度传感器、加速度传感器、偏转量传感器、温度传感器、角度传感器、压力传感器、质量传感器、重量传感器或位置传感器、以及除此之外的任何其它类似物。在一方面，加速传感器可被控制电路108用于获知外科医生的手部运动的特征，以便调节提供至电气元件106的电力的提高和/或降低。在另一方面，角度传感器可被控制电路108用于确定装置的角位置或姿态并且响应以调节电流。

此外，从动系统124可操作地连接于轴102的远端。从动系统124可以是被构造成用于接收来自轴102的一个或更多个诸如使用者输入或其表示之类的输入，并且产生对应的输出用于以与原始使用者输入120成比例或者作为该原始使用者输入120的函数的方式控制功能端118的任何装置或机构。例如，在一方面，从动系统124包括、但不限于双动式闭环液压系统，其包括控制缸110，该控制缸110通过液压控制管线114和116可操作地连接于从动缸112。另外，功能端118可操作地连接于从动缸112的远端。在该方面，闭环双动液压管路是用于将力传递至装置1的远端、例如从动系统124的基本机械元件。例如，控制缸110接收诸如使用者输入或者其表示的全部或部分之类的输入，并且将该输入经由液压控制管线114或116传递至从动缸112，该从动缸112产生用于驱动从动系统124的功能端118的输出。在这些方面，闭环双动液压系统具有与美国专利No.6,607,475中公开的功能相同或类似的功能，该美国专利以参引的方式被全部结合于此。在另一方面，从动系统124和增强系统122可被集成为单个系统。在替代方面，从动缸112和控制缸110可被可操作地连接于轴102的远端和功能端118的近端的机械元件所代替。该机械元件可以是、但不限于例如联动齿轮、凸轮、一系列U形接头、推拉式线材或缆材、缆材/滑轮系统、缆材齿轮移位系统、推拉式链条、推拉式旋转链条、导螺杆、推拉式柔性条带、柔性钢带、或者这些机械元件(例如，一系列U形接头和推拉式链条)的任意组合，以及除此以外的在使用者操纵机械元件时会造成疲劳的任何其它机械元件。

功能端118接收来自对应的从动系统124的输出作为输入，并且响应执行某项工作，该某项工作作为由轴102接收的原始使用者输入120中的一或更多个的函数而受到控制。同样，功能端118可包括或者可连接于被构造成用于执行任意类型工作的装置或机构中的任意一个或其组合。在本发明的一方面，功能端118可包括或可被连接于多种工具。例如，功能端118可包括或者可被连接于手术工具、手术器械、剪刀、小刀、螺丝刀、夹具、或钳子、以及除此之外的其它工具，但是不限于此。

另外，轴102可具有、但不限于诸如实心、中空或“C”形之类的结构。在轴102是实心的情况下，液压管线或者电子线路可被连接于轴102的外部。在轴102是中空的情况下，液压管线或者电子线路可处于轴102的内部，穿过内腔。此外，在轴102是“C”形的情况下，在轴上可具有纵向狭缝或其它形状的孔口，这使液压管线和电子线路能够穿过轴102的内部和外部。

在一个改型中，增强系统122定位在患者身体的外侧，例如，连接于手术室手术台并且由该手术室手术台支承。在其它方面，增强系统122可定位成远离从动系统124，例如，定位在另一房间或位置中。在增强系统122与从动系统124之间可形成适当的有线和/或无线连接。

在手术中，使用者的手、臂和/或手指例如可通过将力120施加于轴102的近端来引导装置1的移动。力120被传递至轴102，从而在与力120的方向相对应的方向上移动轴102。例如，如果使用者输入线性推力，则补偿力辅助机械负载(例如，线性方向上的轴)的移动。用于一个或更多个摩擦力的力补偿通过在力120的方向上移动轴102来产生。例如，摩擦力可包括由在使流体移动通过液压控制管线114和116中的阻力所导致的摩擦力128。

在一方面，用来确定用于补偿力的设定点的等式可包括：

(1)F_c＝C·F_p，式中

C≤1，并且

F_c是电补偿力，例如，由电气元件106提供的力；F_p是寄生系统力，例如，通过移动该系统所产生的摩擦力和/或有害阻力；以及C是通常被设定成低于寄生系统力F_p的补偿力。例如，如果C＝0.9，则所提供的电补偿力会是寄生系统力的90％，例如，F_c＝(0.9)(F_p)。

另外，如果不将如上就等式(1)所讨论的补偿力应用于由使用者输入的力，则由使用者输入的力可利用下列等式进行计算：

(2)F_i＝F_p+F_r，

式中，F_i是由使用者输入的力，例如，力120；F_p是寄生系统力；并且F_r是由目标所施加的反作用力。由此，当不将补偿力应用于使用者的输入时，在将力施加于该装置时，使用者既感觉到由目标所施加的反作用力又感觉到系统的摩擦力。

但是，如果由使用者输入的力包括如上就等式(1)所讨论的补偿力，则由使用者输入的力可利用下列等式进行计算：

(3)F_i＝F_p-F_c+F_r，

式中，F_i是由使用者输入的力，例如，力120；F_p是寄生系统力；F_c是电补偿力，如上就等式(1)计算出的那样；以及F_r是由目标所施加的反作用力。由此，当将补偿力施加于使用者的输入时，使用者感觉到对于正被执行的工作的阻力而并不感觉到系统的摩擦力，例如，使液压流体移动通过该系统。

补偿力可以是预置因数(例如，在工厂、或者在手术室中、以及除此之外的其它位置处)，或者补偿力可以是通过测量移动轴的阻力获得的自获得因数。在一方面，该预置因数可以被设定成高于或低于与移动轴102或其某一部分相关联的摩擦力128。应该理解的是，轴102的运动可以是例如，推、拉、旋转、向左移动、向右移动、向上移动、向下移动、弯曲、旋压、对角移动或者装置1移动所需的任何其它方向。此外，在替代方案中，使用者可将力120施加于输入机构，该输入机构并未示出，其可操作地连接于轴102。

现在参照图2，示出了控制手柄输入机构902的示例，其可接收来自使用者的输入并且将该输入传递至装置1(图1)。该控制手柄902围绕第一轴线904旋转并且可操作地连接于第一摆动齿轮906。由围绕第一轴线904旋转控制手柄902起动的运动和/或力导致第一摆动齿轮906例如在围绕第一轴线904的摆动运动中旋转。该第一摆动齿轮906的摆动运动使中间齿轮908旋转。该中间齿轮908被布置在第一摆动齿轮906与第二摆动齿轮910之间。中间齿轮908的旋转导致第二摆动齿轮910在围绕第二轴线918的摆动运动中旋转，第二摆动齿轮910可操作地连接于第二轴线918，其中，第二轴线918由导螺杆912限定。第二摆动齿轮910的摆动运动导致该导螺杆912围绕第二轴线918旋转。在导螺杆912与液压缸916之间布置有导螺帽914并且该导螺帽914可操作地连接于导螺杆912和液压缸916。由旋转导螺杆912起动的运动和/或力导致液压缸916的轴沿着第二轴线移动。在一方面，液压缸916可操作地连接于导螺帽914，其中，导螺杆912的运动产生输入至导螺帽914的力120。应该理解的是，输入机构902仅是能与装置1一起操作的输入机构的一个非限定性示例。还应该理解的是，导螺帽914可操作地连接于增强系统122(图1)，如在图3中所示。

现在转回图1，感测元件104检测轴102的运动的起动。感测元件104可以是、但不限于例如，应变仪、小位移的双极开关、单极开关、闸刀开关、检测压缩或拉伸的元件、检测响应于力120而改变的阻力值的元件、检测光响应于力120的传输中的偏转或改变的光学系统、或者是可检测运动起动和/或施加于轴102的力的任何其它适当的感测元件。感测元件104将带有检测到的轴102的力和/或运动的信号传输至控制电路108，从而沿适当方向致动该电气元件106。另外，在一方面，可将来自感测元件104的输出传输至控制电路108，用于适当地改变到达电气元件106的电流。例如，控制电路108可基于来自感测元件104的检测到的力和/或运动确定电气元件106应当多快地移动，例如，基于使用者输入120提高和/或降低电气元件106的运动。由此，由电气元件106提供的力的大小可以是能够基于使用者输入的力和/或速度改变的。应该理解的是，该电气元件106可以是音圈、线性马达或快速响应运动的起动和/或力输入并且可具有高频响应的任何其它装置，以及除此之外的任何其它类似装置，但不限于这些。

电气元件106通过沿与力120相同的方向将力发出至轴102来响应从感测元件104传输的信号。该力帮助使用者沿力120的方向移动轴102。例如，如果使用者想向左移动轴102，则感测元件104检测运动的起动和/或输入至轴102的力，并且致动电气元件106以发出有助于使用者向左移动轴102的力。用于摩擦力128的力补偿通过移动轴102产生，从而使使用者能够感觉到反作用力126并且感觉不到摩擦力128。在本发明的一方面，感测元件104将带有检测到的轴102的运动的信号传输至控制电路108。

控制电路108可以是、但不限于一系列不可编程的元件、一或更多个硬接线元件、计算机或处理器，以及除此之外的其它控制电路。控制电路108将诸如动力信号之类的信号传递至电气元件106，从而使电气元件106在与力120相同的方向上发出力。用于摩擦力128的该力补偿通过移动轴102产生，从而使得使用者能够感觉到反作用力126而感觉不到诸如摩擦力128之类的摩擦力。应该理解的是，由电气元件106产生的力约等于轴102在力120的方向上的运动阻力，例如，摩擦力。阻力可以是能够基于以下因素改变的，例如，但不限于，患者的温度、装置1的位置、进入和离开手术口的装置1、液压管线的润滑、液压管线的状态、例如，直的或围绕弯曲处盘绕的、运动的轴线、针被执行的手术程序的类型、手术室的温度、时间和会导致摩擦力128改变的任何其它因素。

此外，应该理解的是，由电气元件106发出的力可以是接近装置1的运动阻力的预置因数。在一方面，该预置因数可以被设定成高于或低于轴102或者其某一部分的摩擦力128。例如，如果用于移动机械负载(例如沿与力120的方向对应的方向移动轴102)的摩擦力128等于1磅(lb)，则该预置因数可以被设定为0.9，从而产生0.9lb的补偿力。应该理解的是，如果将预置因数设定为高于摩擦力，则使用者可能需要控制和/或抑制该系统，以防止来自轴102的意外运动。例如，该预置因数的值可由制造商来设定，或者由将该预置因数的值调节到使用者的具体舒适程度的使用者来设定，或者该预置因数的值可以是自获得的。应当理解的是，当使用者正调节该预置因数的值时，他们可例如在使用者正在使用的输入装置上具有电位计、或者控制面板。由此，如果使用者具有可操作地连接于轴102的控制手柄，则控制面板/手柄可具有电位计，使用者使用该电位计调节用于例如由电气元件106产生的力的预置因数的值。根据本发明的一方面，一旦设定由电气元件106产生的力的值，则该力的值可以是基本上不变的。

应该理解的是，当预置因数可以例如在系统自确定预置因数的起动过程期间是自获得的时，可以增大供应至电气元件106的电流，直到轴102移动如由传感器130检测到的增量距离，并且控制电路108可由此获知需要多少电流来使轴102移动。此外，控制电路108可以是处理器，例如，用于将预置因数设定成低于在电气元件106移动轴102时获知的电流强度。一旦已经设定该预置因数，控制电路108就指示电气元件106在该预置因数下在轴102上产生与力120的方向相同的力。

根据本发明的另一方面，由电气元件106产生的力可以是饲服函数，其响应于由使用者施加的力120而增大由电气元件106产生的力。由此，电气元件106产生的力的值响应于力120而改变。

通过将力120传递至控制缸110，轴102控制该机械装置1的对应于力120的方向的运动。例如，如果使用者推、拉、旋转、向左移动、向右移动、向上移动、向下移动、弯曲他们的手腕或手指、或旋压可操作地连接于轴102的输入装置，则控制缸110沿相同的方向移动。应该理解的是，控制缸110、从动缸112、液压控制管114和116、以及功能端118可以被包含在闭合回路双作用液压管路124中。该闭合回路双作用液压管路124是用于将力传递至患者体内的手术器械的远端的基本机械元件。此外，在一方面，该闭合回路双作用液压管路124可具有与美国专利No.6,607,475中公开的基本相同的功能，该美国专利以参引的方式被全部结合于此。

通过使流体移动通过液压控制管线114和116，控制缸110将力120传递至从动缸112。应该理解的是，流体可以是已知的或稍后研发的任何适当的液压流体，但是优选地为水或盐水。功能端118可操作地连接于从动缸112的远端。从动缸112致动功能端118在力120的方向上的运动。应该理解的是，功能端118可以是手术工具、手术器械、或者可在手术中使用的任何其它装置。在一方面，功能端118可以是多种工具或者可以连接于多种工具。例如，工具可以是扳手、剪刀、螺丝刀、夹具、小刀、钳子、或切刀，以及除此之外的其它工具。

现在参照图3，示出了装置2，其中控制手柄902(图2)可操作地联接于根据本发明的一方面的示例增强系统122(图1)。应该理解的是，控制手柄902和增强系统122具有与就图2所述的控制手柄和就图1所述的增强系统122类似的功能和附图标记。

在这一点上，在导螺杆912与感测元件104(图1)之间布置有导螺帽914，并且导螺帽914可操作地连接于导螺杆912与感测元件104。由此，由围绕第一轴线904旋转控制手柄902起动的运动和/或力导致导螺杆912的运动并且将输入力120的功能传递至导螺帽914。感测元件104检测导螺帽914的运动的起动并且将带有检测到的导螺帽914的运动和/或力的信号传输至可操作地连接于感测元件104的电气元件106，从而在适当的方向上致动电气元件106。该电气元件106通过在与力120(图1)相同的方向将力发出至液压缸110来响应从感测元件104传输的信号。由此，由电气元件106提供的补偿力有助于使用者在输入力120的方向上移动装置2。

参照图4，根据本发明的一方面，感测元件104(图1)可以是应变仪式传感器204。例如，应变仪式传感器204可以可操作地连接于轴102的远端。应变仪式传感器204检测轴102上的力120，例如，轴102的压缩或拉伸。例如，如果使用者推动轴102，则应变仪式传感器204检测到轴102压缩。由此，应变仪式传感器204基于由使用者提供的力的大小和输入的速率，例如，使用者正施加力的速度来提供可变的输出。

应该理解的是，应变仪式传感器204检测使用者可移动轴102的其它方向。例如，使用者可通过拉、旋转、向左移动、向右移动、向上移动、向下移动、弯曲、旋压、对角移动或者装置1移动所需的任何其它方向移动轴102。此外，应该理解的是，如上参照图1所讨论的那样，可以在本发明的该方面使用控制电路，但该控制电路并不是必须的。

参照图5，根据本发明的另一方面，感测装置104可包括开关式感测元件304。应该理解的是，开关304例如可以是低行程的双极开关。该开关式感测元件304在轴102的近端与电气元件106的近端之间可操作地连接于轴102。在另一方面，开关式感测元件304可以可操作地连接于轴102的上方、下方或环绕该轴102。开关式感测元件304通过连接一个极或另一个极来检测轴102上的力120。由此，开关式感测元件304依据连接的哪个极来发送电流到电气元件106，从而在适当方向上致动电气元件106。此外，可以存在电位计或类似装置，以设定由电气元件106产生的补偿力的值。应该理解的是，在本发明的该方面中，可以使用如上参照图1所讨论的控制电路，但该控制电路并不是必须的。

参照图5，可选择地，所述方面可进一步包括在输入端318与输出端320之间具有一定柔度的轴102，以补偿起动系统的运动所需的力。换言之，当起动提供输入120时，为避免使用者感觉到系统1(图1)中的有害摩擦力和/或其它阻力128(图1)，该可选择的方面使轴102的输入端318能够相对于输出端320移动，直到可激励增强系统122(图1)以克服该有害摩擦力和/或其它阻力128(图1)。这避免了使用者施加额外的输入来克服系统的有害摩擦力和/或其它阻力，并且避免在增强系统122(图1)致动时将有害摩擦力和/或其它阻力突然移除。

如图5中所示，感测元件304的中心极308可朝向极306的方向向前并朝向极310的方向向后，例如，在中间位置314、向前位置312与向后位置316之间移动。在一方面，轴102用于分别在中间位置314与向前位置312之间或者在中间位置314与向后位置316之间改变中心极308所移动的距离分别对应于轴102的向前柔量324或向后柔量322。例如，在使用者输入120处于向前方向中的情况下，当轴102与感测元件304初始接触时，中心极308可在与极306在前向位置312处相接触之前向前行进短距离。所述方面可在轴102中提供一定的柔量，以补偿使轴102在极306的方向上移动所必需的力的大小，同时使系统能够定时激励。例如，所述方面可允许感测元件304在从动系统124(图1)的运动开始之前或同时，起动该电气元件106(图1)，以使该使用者并不感觉到移动该系统所需的力，并且由此，为装置1提供激励时间并且帮助使用者补偿由系统的运动的启动和/或力所产生的摩擦力和有害阻力。应该理解的是，这是在系统中提供柔量的一个非限定性示例，并且本发明的多种方面可需要对该柔量进行补偿。

参照图6，根据本发明的一方面，感测装置104可以是扭力感测元件604，并且电气元件106可以是旋转电气元件606。扭力感测元件604可以可操作地连接于输入机构602和旋转电气元件606。在一个非限定性示例中，旋转电气元件606可与轴线608是同心的并且与扭力感测元件604串联。例如，在一方面的操作中，使用者的手、臂和/或手指例如可通过将力120施加、例如旋转和/或转动至输入机构602来引导输入机构602的运动。扭力感测元件604检测输入机构602上的力120并且在适当的方向上和/或以适当的大小致动该旋转电气元件606。例如，如果使用者旋转或转动该输入机构602，则扭力感测元件604检测旋转方向，从而在力120的适当方向上致动该旋转电气元件606。应该理解的是，在本发明的该方面中，可使用如上参照图1所讨论的控制电路，但该控制电路并不是必须的。

本发明的一个改型可包括使用者控制多个感测元件和电气元件，用于产生不同的运动。例如，可以存在单独的系统用于推、拉、旋转、向左移动、向右移动、向上移动、向下移动、弯曲、旋压、对角移动、以及除此之外的其它系统。这些单独的系统通过对适当的使用者手部运动起反作用来致动。此外，根据由特定系统执行的运动，每个单独的系统可补偿不同的摩擦特性。

本发明的另一改型可包括使用机械真空压力和/或压力辅助装置，来代替如上所述的电气元件。例如，使用者操作双作用膜片和阀。由此，当使用者向前移动该手术器械时，阀将真空导入膜片的一侧，从而帮助使用者向前移动。另外，如果使用者拉回该手术器械，则阀反向并且帮助使用者拉回该手术器械。

尽管已经参照本发明的多个方面和关于手术器械的示例描述了本发明，但是结合或使用任何适当的机械装置处于本发明的精神和范围内。此外，尽管已经参照外科医生描述了本发明，但是取决于本发明所使用的环境，本发明可由另一使用者使用。由此，应当理解的是，在不脱离本发明的精神的情况下可作出多种的且不同的改型。

Claims (24)

1.一种铰接装置，包括：

输入接收器，所述输入接收器能够接收输入；

从动系统，所述从动系统联接于所述输入接收器，所述从动系统能够操作以接收来自所述输入接收器的所述输入并且产生对应的输出，其中，所述从动系统包括第一从动端和第二从动端，所述第一从动端联接于所述输入接收器；

功能端，所述功能端联接于所述第二从动端，其中，所述功能端执行所述输出；

感测元件，所述感测元件联接于所述输入接收器并且能够操作以检测在所述输入接收器上接收到的所述输入；以及

联接于所述感测元件和所述输入接收器并且能够操作以将检测到的所述输入的功能从所述感测元件传递至所述从动系统的元件；

其中，所述元件还提供补偿力，所述补偿力补偿在移动所述铰接装置过程中的阻力。

2.根据权利要求1所述的铰接装置，还包括：

控制电路，所述控制电路联接于所述感测元件和所述元件，所述控制电路能够操作用于将控制信号传递至所述元件，从而指示所述元件在与所述输入相同的方向上发出所述补偿力。

3.根据权利要求2所述的铰接装置，其中，所述控制电路还能够操作以计算由所述铰接装置产生的阻力并且将所述控制信号供给至所述元件，以基于计算出的所述阻力发出所述补偿力。

4.根据权利要求2所述的铰接装置，其中，传输至所述元件的所述控制信号包括用于激励所述元件的电流，其中，所述电流是能够基于所述输入的力变化的。

5.根据权利要求2所述的铰接装置，其中，所述控制电路还能够操作以诊断所述铰接装置是否正适当地运行。

6.根据权利要求1所述的铰接装置，其中，所述补偿力是由所述铰接装置产生的所述阻力的百分率。

7.根据权利要求1所述的铰接装置，其中，所述补偿力由使用者设定。

8.根据权利要求1所述的铰接装置，其中，所述补偿力通过在移动所述输入接收器时测量阻力而自获得。

9.根据权利要求1所述的铰接装置，其中，所述补偿力是能够基于所述输入的速度和力变化的。

10.根据权利要求1所述的铰接装置，其中，所述从动系统包括闭合回路双作用液压系统。

11.根据权利要求1所述的铰接装置，其中，所述从动系统包括机械元件。

12.根据权利要求11所述的铰接装置，其中，所述机械元件包括连杆、齿轮、凸轮、一系列U形接头、推拉式链条、导螺杆、缆线-滑轮系统或柔性钢带中的至少一个。

13.根据权利要求1所述的铰接装置，其中，所述功能端包括手术工具、手术器械、剪刀、小刀、螺丝刀、夹具或钳子中的一个。

14.根据权利要求1所述的铰接装置，其中，所述感测元件是应变仪、双极开关、闸刀开关、或光学系统中的一个。

15.根据权利要求1所述的铰接装置，其中，所述元件是音圈或线性马达中的一个。

16.根据权利要求1所述的铰接装置，其中，所述元件串联联接于所述输入接收器和所述感测元件。

17.根据权利要求1所述的铰接装置，其中，所述元件并联联接于所述输入接收器和所述感测元件。

18.根据权利要求1所述的铰接装置，其中，所述元件是电气元件。

19.一种装置，包括：

机械系统，所述机械系统能够接收输入；

传感器，所述传感器联接于所述机械系统，所述传感器能够操作以检测接收到的所述输入；

力增强元件，所述力增强元件联接于所述机械系统，所述力增强元件能够操作以将检测到的所述输入的功能传递至所述机械系统；以及

控制元件，所述控制元件联接于所述传感器和所述力增强元件，其中，所述控制元件能够操作以在接收到的所述输入的方向上激励所述力增强元件。

20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述传感器与所述机械系统串联。

21.根据权利要求19所述的装置，其中，所述传感器与所述机械系统并联。

22.根据权利要求19所述的装置，其中，所述力增强元件与所述机械系统串联。

23.根据权利要求19所述的装置，其中，所述力增强元件与所述机械系统并联。

24.一种方法，包括：

经由传感器检测在输入接收器上的输入力；

将补偿力提供至检测到的所述输入，所述输入补偿阻力；

将检测到的所述输入的功能传输至从动系统，所述输入包括所述补偿力，所述从动系统联接于所述输入接收器；以及

在所述从动系统处产生与检测到的所述输入相对应的输出。

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