CN104334112A

CN104334112A - 多端口手术机器人系统架构

Info

Publication number: CN104334112A
Application number: CN201380028484.4A
Authority: CN
Inventors: B·M·斯凯纳; R·L·迪万根佐; S·卢克; D·马丁; T·G·库珀; T·W·布朗
Original assignee: Intuitive Surgical Operations Inc
Current assignee: Intuitive Surgical Operations Inc
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2033-05-31
Also published as: CN108113755B; JP2015525095A; US20230107383A1; EP4070755A1; CN108113755A; KR20150023447A; KR102309822B1; CN104334112B; EP3620128A1; US20220151715A1; EP2854692A1; EP2854692B1; KR20240024323A; JP2018149303A; US9358074B2; JP6783910B2; US20130325033A1; US20220175476A1; JP2019213898A; JP2023001118A

Abstract

本发明涉及一种机器人手术系统，其包括定向平台、可移动地支承定向平台的支承联动装置、多个手术器械操纵器，和多个装配联动装置。操纵器中的每个均包括器械夹持器，并且可操作用来使器械夹持器围绕远程操纵中心(RC)旋转。操纵器中的至少一个包括再定向机构，该再定向机构当被致动时，通过将关联的RC维持在固定位置的运动来移动附连的操纵器。

Description

多端口手术机器人系统架构

相关文献的交叉参考

本申请要求2012年6月1日提交的美国临时专利申请第61/654,367号的利益，其全部内容通过参考的方式并入本文。

技术领域

背景技术

微创医疗技术旨在减少在诊断或手术程序期间受损的外部组织的量，从而缩短患者的恢复时间、减轻患者的不适并且减少有害的副作用。微创手术的一方面效果是例如缩短术后的住院恢复时间。因为标准手术的平均住院天数通常比类似的微创手术的平均住院天数明显更长，所以微创技术的增加的使用每年可以节约数百万美元的住院费用。尽管在美国每年执行的许多手术都可以潜在地以微创方式执行，但是由于微创手术器械和涉及掌控它们的附加手术训练的限制，仅有一部分当前手术使用这些有利的技术。

微创机器人手术或远程手术系统已经被开发出，用于增加外科医生的灵巧性并且避免常规微创技术的一些限制。在远程手术中，外科医生使用一些远程控制形式(例如，伺服机构等)来操纵手术器械运动，而不是直接用手握住并移动器械。在远程手术系统中，在手术工作台可以为外科医生提供有手术部位的图像。当外科医生在显示器上查看手术部位的二维图像或三维图像时，外科医生通过操纵主控制设备而对患者执行手术程序，主控设备反过来控制伺服机械操作器械的动作。

用于远程手术的伺服机构经常接收来自两个主控制器(一个用于外科医生的每只手)的输入，并且可以包括两个或更多机器人臂，其中手术器械安装在两个或更多机器人臂中的每个臂上。在主控制器与关联机器人臂和器械组件之间的有效通信通常通过控制系统实现。控制系统通常包括至少一个处理器，该处理器将来自主控制器的输入命令传递至关联的机器人臂和器械组件，并且在例如力反馈等的情况下，将输入命令从器械和臂组件传递回关联的主控制器。机器人手术系统的一个示例是可从加利福尼亚州Sunnyvale的直观外科公司(IntuitiveSurgical,Inc.)购买的DA系统。

在机器人手术期间，各种结构布置可以用于在手术部位支承手术器械。从动联动装置或“从动装置”经常称为机器人手术操纵器，并且在微创机器人手术期间用作机器人手术操纵器的示例性联动装置布置描述在美国专利US 7,594,912；US 6,758,843；US 6,246,200和US5,800,423中；其全部公开以参考的方式并入本文。这些联动装置经常利用平行四边形布置，以保持具有轴的器械。此类操纵器结构会约束器械的运动，使得器械围绕远程操纵中心转动，其中远程操纵中心位于沿着刚性轴的长度的空间中。通过将远程操纵中心与到内部手术部位的切口点对齐(例如，在腹腔镜手术期间，在腹壁使用套管针或套管)，可以通过使用操纵器联动装置来移动轴的近端，而安全地设置手术器械的末端执行器，而不会对腹壁施加潜在危险力。可替换的操纵器结构被描述在例如美国专利US7,763,015；US6,702,805；US6,679,669；US5,855,583；US5,808,665；US5,445,166和US5,184,601中；其全部公开以参考的方式并入本文。

在机器人手术期间，各种结构布置也可以被用来在手术部位支承并且设置机器人手术操纵器和手术器械。有时称为装配关节(set-upjoint)或装配关节臂的支承联动机构经常用于设置每个操纵器并且将其与患者体内的相应切口点对齐。支承联动机构利于手术操纵器与期望手术切口点和目标解剖结构的对齐。示例性的支承联动机构在美国专利US6,246,200和US6,788,018中描述，其全部公开以参考的方式并入本文。

尽管新的远程手术系统和设备已经被证明是高效且有利的，但进一步的改进仍是令人期望的。一般地，改进的微创机器人手术系统是令人期望的。如果这些改进的技术提高效率并且使机器人手术系统易于使用将是特别有益的。例如，增加可操控性、提高在手术室中的空间利用、提供更快且更简单的装配(set-up)、在使用期间抑制在机器人设备之间的碰撞和/或减少这些新的手术系统的机械复杂性和尺寸将是特别有益的。

发明内容

为提供本发明的基本理解，下文呈现了本发明的一些实施例的简化的总结。该总结不是本发明的广泛概述。这并不旨在确定本发明的关键/重要的要素，或描绘本发明的范围。它的唯一目的是，作为稍后呈现的更具体的说明的序言，以简化的形式呈现本发明的一些实施例。

本发明公开了用于在机器人手术系统中使用的改进的机器人手术系统和模块化操纵器支承件。改进的机器人手术系统包括用于支承多个装配联动装置的定向平台，多个装配联动装置中的每个支承一个关联的手术器械操纵器，或支承多个关联的手术器械操纵器。支承联动装置用于可移动地支承定向平台。支承联动装置中的一个或多个可以包括再定向机构，该机构可操作用来经由将关联的远程操纵中心(RC)维持在固定位置的运动重新设置操纵器，从而允许在未在切口位置处引起对患者的潜在危险力风险的情况下重新设置支承的操纵器。支承联动装置中的一个或多个也可以包括：可旋转地耦连到定向平台的第一连杆，可滑动地安装到第一连杆以相对于第一连杆水平滑动的第二连杆，可滑动地安装到第二连杆以相对于第二连杆垂直滑动的第三连杆，和可旋转地耦连到第三连杆以围绕垂直轴线相对于第三连杆旋转的第四连杆。支承联动装置可以包括可移动的地面支承的安装基座，和耦连到安装基座并且可移动地支承定向平台的可调节的联动装置。例如，通过直接附连到地面或其他固定结构，安装基座也可以是不动的。所公开的机器人手术系统和模块化操纵器支承件提高了可操控性、增加了在手术室中的空间利用、提供了更快且更容易的装配、在使用期间抑制了在机器人设备之间的碰撞，并且相对于具有可比性能的现有系统和支承件具有减小的机械复杂性。

因此，在一方面中，所公开的机器人手术系统包括定向平台，可移动地支承定向平台的支承联动装置，多个操纵器和多个装配联动装置。操纵器中的每个可以包括器械夹持器。操纵器中的每个可以被配置成支承安装到器械夹持器的关联的手术器械，通过关联的远程操纵中心(RC)将关联的手术器械沿着插入轴线插入到患者体内，使器械夹持器围绕与关联的RC相交的第一操纵器轴线旋转，并且使器械夹持器围绕与关联的RC相交的第二操纵器轴线旋转。第一操纵器轴线和第二操纵器轴线横向于插入轴线。第二操纵器轴线横向于第一操纵器轴线。装配联动装置中的每个将操纵器中的其中之一耦连到定向平台，并且可操作用来相对于定向平台重新设置关联的操纵器，并且相对于定向平台将关联的操纵器固定支承在选择位置。装配联动装置中的每个包括耦连到定向平台的近端连杆和耦连到关联的操纵器的远端连杆。装配联动装置中的至少一个包括再定向机构，当该再定向机构致动时，其通过使关联的RC相对于近端连杆维持在固定位置的运动，使远侧连杆相对于近端连杆移动。

在许多实施例中，再定向机构包括旋风(tornado)旋转关节和旋风连杆。旋风连杆具有耦连到旋风旋转关节的旋风连杆近端和连接到关联的操纵器的旋风连杆远端。旋风旋转关节的致动使旋风连杆围绕旋风轴线旋转，其中旋风轴线与RC相交并且与第一操纵器轴线和第二操纵器轴线中的任何一个都不对齐。旋风连杆被配置成，对于围绕旋风轴线的旋风连杆的所有取向，使关联的RC相对于近端连杆维持在固定位置。

在许多实施例中，操纵器中的至少一个被机械约束，从而在器械夹持器围绕第一操纵器轴线的旋转期间和器械夹持器围绕第二操纵器轴线的旋转期间，维持关联RC相对于远端连杆的固定位置。例如，操纵器中的至少一个可以被机械地配置成，响应于操纵器的第一关节的致动，通过被机械限于围绕第一操纵器轴线旋转的第一运动来移动器械夹持器，并且响应于操纵器的第二关节的致动，通过被机械限于围绕第二操纵器轴线旋转的第二运动来移动器械夹持器。

在许多实施例中，支承联动装置包括可移动的地面支承的安装基座、可滑动地安装到安装基座的柱、通过肩关节可旋转地耦连到柱的动臂基座构件；和通过动臂关节与动臂基座构件可滑动地耦连的可延伸的动臂构件。柱沿着垂直定向的第一支承轴线相对于安装基座可选择性地设置。肩关节可操作用来使动臂基座构件围绕垂直定向的第二支承轴线相对于柱选择性地定向。动臂关节可操作用来沿着水平定向的第三支承轴线相对于动臂基座构件选择性地设置可延伸的动臂构件。定向平台可旋转地耦连到可延伸的动臂构件。

在另一方面中，所公开的机器人手术系统包括定向平台、可移动地支承定向平台的支承联动装置，多个操纵器和多个装配联动装置。操纵器中的每个可移动地支承可插入到患者体内的关联的手术器械。装配联动装置中的每个将操纵器中的其中之一耦连到定向平台，并且可操作用来相对于定向平台重新设置关联的联动装置，并且相对于定向平台固定支承关联的操纵器。装配联动装置中的至少一个包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆。第一连杆具有通过第一装配联动装置关节可旋转地耦连到定向平台的第一连杆近端，其中第一装配联动装置关节可操作用来使第一连杆围绕第一装配联动装置轴线相对于定向平台选择性地定向。第二连杆通过第二装配联动装置关节可滑动地安装到第一连杆，其中第二装配联动装置关节可操作用来沿着水平定向的第二装配联动装置轴线相对于第一连杆选择性地重新设置第二连杆。第三连杆通过第三装配联动装置关节可滑动地安装到第二连杆，其中第三装配联动装置关节可操作用来沿着垂直定向的第三装配联动装置相对于第二连杆选择性地重新设置第三连杆。第四连杆通过第四装配联动装置关节可旋转地耦连到第三连杆，其中第四装配联动装置关节可操作用来使第四连杆围绕大体垂直定向的第四装配联动装置轴线相对于第三连杆选择性定向。关联的操纵器在第四连杆的远端并且由第四连杆支承。

在许多实施例中，操纵器中的至少一个可以包括被配置成支承关联的手术器械的器械夹持器。操纵器中的至少一个可以被配置成通过关联的远程操纵中心(RC)将关联的手术器械插入到患者体内，使器械夹持器围绕与关联的RC相交的第一操纵器轴线旋转，并且使器械夹持器围绕与关联的RC相交的第二操纵器轴线旋转。第二操纵器轴线横向于第一操纵器轴线。

在许多实施例中，装配联动装置中的至少一个包括耦连到第四连杆的再定向机构。再定向机构的致动通过使关联RC相对于第四连杆维持在固定位置的运动，使关联的操纵器相对于第四连杆移动。

在许多实施例中，再定向机构包括旋风旋转关节和旋风连杆。旋风连杆具有耦连到旋风旋转关节的旋风连杆近端和连接到关联操纵器的旋风连杆远端。旋风旋转关节的致动使旋风连杆围绕旋风轴线旋转，其中旋风轴线与RC相交并且与第一操纵器轴线和第二操纵器轴线中的任何一个都不对齐。旋风连杆被配置成，对于围绕旋风轴线的旋风连杆的所有取向，使关联的RC相对于第四连杆维持在固定位置。

在另一方面中，本发明公开了用于在机器人手术系统中使用的模块化操纵器支承件。机器人手术系统包括多个操纵器，操纵器包括用于移动关联的手术器械的从动连杆和关节。模块化操纵器支承件包括：可移动的地面支承的安装基座，与安装基座可滑动地耦连的柱，通过肩关节可旋转地耦连到柱的动臂基座构件，通过动臂关节可滑动地耦连到动臂基座构件的可延伸的动臂构件，通过腕关节可旋转地耦连到可延伸的动臂构件的定向平台，和多个装配联动装置。柱沿着垂直定向的第一支承轴线相对于安装基座可选择性设置。肩关节可操作用来使动臂基座构件围绕垂直定向的第二支承轴线相对于柱选择性定向。动臂关节可操作用来沿着水平定向的第三支承轴线相对于动臂基座构件选择性地设置可延伸的动臂构件。腕关节可操作用来使定向平台围绕垂直定向的第四支承轴线相对于可延伸的动臂构件选择性地定向。装配联动装置中的每个将操纵器中的其中之一耦连到定向平台，并且可操作用来相对于定向平台选择性设置关联的操纵器，并且相对于定向平台固定支承关联的操纵器。在许多实施例中，肩关节的角定向限于防止超出安装基座的预定稳定极限。

在许多实施例中，装配联动装置中的至少一个包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆。第一连杆具有通过第一装配联动装置关节可旋转地耦连到定向平台的第一连杆近端，其中第一装配联动装置关节可操作用来使第一连杆围绕第一装配联动装置轴线相对于定向平台选择性定向。第二连杆通过第二装配联动装置关节可滑动地安装到第一连杆，其中第二装配联动装置关节可操作用来沿着水平定向的第二装配联动装置轴线相对于第一连杆选择性地重新设置第二连杆。第三连杆通过第三装配联动装置关节可滑动地安装到第二连杆，其中第三装配联动装置关节可操作用来沿着垂直定向的第三装配联动装置相对于第二连杆选择性地重新设置第三连杆。第四连杆通过第四装配联动装置关节可旋转地耦连到第三连杆，其中第四装配联动装置关节可操作用来使第四连杆围绕垂直定向的第四装配联动装置轴线相对于第三连杆选择性定向。关联的操纵器在第四连杆的远端并且由第四连杆支承。在许多实施例中，第一连杆在水平方向上从第一装配联动装置关节向外伸展。

在许多实施例中，装配联动装置中的至少一个包括在第四连杆和关联的操纵器之间并且耦连到第四连杆和关联的操纵器的再定向机构。再定向机构的致动通过使关联的远程操纵中心RC相对于第四连杆维持在固定位置的运动，使关联的操纵器相对于第四连杆移动。

在许多实施例中，再定向机构包括旋风旋转关节和旋风连杆。旋风连杆具有耦连到旋风旋转关节的旋风连杆近端和耦连到关联的操纵器的旋风连杆远端。旋风旋转关节的致动使旋风连杆围绕旋风轴线旋转，其中旋风轴线与RC相交并且与第一操纵器轴线和第二操纵器轴线中的任何一个都不对齐。旋风连杆被配置成，对于围绕旋风轴线的旋风连杆的所有取向，相对于第四连杆将关联的RC维持在固定位置。

为更充分理解本发明的性质和优点，应参考随后的详细说明和附图。其他方面，从以下的附图和具体描述中，本发明的目的和优点将更显而易见。

附图说明

图1为依照许多实施例的用来执行手术的微创机器人手术系统的俯视图。

图2为依照许多实施例的用于机器人手术系统的外科医生的控制台的透视图。

图3为依照许多实施例的机器人手术系统电子设备推车的透视图。

图4示意性示出依照许多实施例的机器人手术系统。

图5A为依照许多实施例的机器人手术系统的患者侧推车(手术机器人)的部分视图。

图5B为依照许多实施例的机器人手术工具的正视图。

图6为依照许多实施例的机器人手术系统的透视示意图。

图7为依照许多实施例的另一个机器人手术系统的透视示意图。

图8示出与图7的示意图符合的依照许多实施例的机器人手术系统。

图9示出相对于图8的机器人手术系统的定向平台的装配联动装置的旋转定向极限。

图10示出依照许多实施例的与用于机器人手术系统的动臂(boom)组件的旋转极限相关联的重心图。

具体实施方式

在以下说明中，将描述本发明的各种实施例。为说明的目的，阐述了具体的配置和细节以便提供实施例的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员而言同样显而易见的是可以在没有具体细节的情况下实践本发明。此外，为使所描述的实施例不模糊，公知的特征可以被省略或简化。

微创机器人手术

现在参考附图，其中同样的标识数字贯穿若干视图代表同样的部件，图1为微创机器人手术(MIRS)系统10的俯视示图，该系统10通常用于对平躺在手术台14上的患者12执行微创诊断或手术程序。该系统可以包括用于在手术程序期间由外科医生18使用的外科医生的控制台16。一个或多个助手20也可以参与到手术程序中。MIRS系统10可以进一步包括患者侧推车22(手术机器人)和电子设备推车24。当外科医生18通过控制台16查看手术部位时，患者侧推车22可以通过在患者12身上的微创切口操纵至少一个可移除地耦连的工具组件26(在下文中简称为“工具”)。手术部位的图像可以通过诸如立体内窥镜的内窥镜28获得，内窥镜28可以由患者侧推车22操纵以对内窥镜28定向。电子设备推车24可以用来处理手术部位的图像，用于通过外科医生的控制台16随后显示给外科医生18。一次使用的手术工具26的数量除其他因素之外一般还取决于诊断或手术程序以及在手术室内的空间约束。如果有必要改变在程序期间所使用的工具26中的一个或多个，则助手20可以将工具26从患者侧推车22移除，并且将其用来自在手术室中的托盘30的另一个工具26取代。

图2为外科医生的控制台16的透视图。外科医生的控制台16包括左眼显示器32和右眼显示器34，用于将能够深度感知的手术部位的协调的立体图呈现给外科医生18。控制台16进一步包括一个或多个输入控制设备36，输入控制设备36又使患者侧推车22(在图1中示出)操纵一个或多个工具。输入控制设备36可以提供与其关联的工具26(在图1中示出)相同的自由度，从而给外科医生提供远程呈现，或者提供输入控制设备36与工具26成为一体的感知，使得外科医生具有直接控制工具26的强烈感觉。为此，位置、力和触觉反馈传感器(未示出)可以被用于通过输入控制设备36将位置、力和触觉感觉从工具26传输回至外科医生的手。

外科医生的控制台16通常位于和患者相同的房间内，以便外科医生可以直接监控程序，如果必要，外科医生可以亲自到场，并且直接与助手讲话而不是通过电话或其他通信介质。然而，外科医生可以位于和患者不同的房间内、完全不同的建筑物内或其他远程位置，从而允许远程手术程序。

图3为电子设备推车24的透视图。电子设备推车24可以与内窥镜28耦连，并且可以包括用于处理捕获的图像的处理器，捕获的图像用于随后在外科医生的控制台上或在位于本地和/或远程的另一台合适的显示器上诸如显示给外科医生。例如，在使用立体内窥镜的情况下，电子设备推车24可以处理捕获的图像，以将手术部位的协调的立体图像呈现给外科医生。此类协调可以包括在相对的图像之间的对齐，并且可以包括调整立体内窥镜的立体工作距离。作为另一个示例，图像处理可以包括使用预先确定的相机校准参数，以补偿图像捕获设备的成像误差，诸如光学像差。

图4示意性示出机器人手术系统50(诸如图1中的MIRS系统10)。如上所讨论的，外科医生的控制台52(诸如图1中的外科医生的控制台16)可以由外科医生使用，以在微创程序期间控制患者侧推车(手术机器人)54(诸如图1中的患者侧推车22)。患者侧推车54可以使用诸如立体内窥镜的成像设备，来捕获程序部位的图像并且将捕获的图像输出到电子设备推车56(诸如图1中的电子设备推车24)。如上所讨论的，在任何随后的显示之前，电子设备推车56能够以各种方式处理捕获的图像。例如，在经由外科医生的控制台52将组合图像显示给外科医生之前，电子设备推车56可以用虚拟控制界面覆盖捕获的图像。患者侧推车54可以输出捕获的图像，以便在电子设备推车56外部进行处理。例如，患者侧推车54可以将捕获的图像输出到处理器58，其中处理器58可以用于处理捕获的图像。该图像也可以通过电子设备推车56和处理器58的组合来处理，电子设备推车56和处理器58可以耦连在一起，以便共同、相继和/或结合处理捕获的图像。一个或多个单独的显示器60也可以与处理器58和/或电子设备推车56耦连，用于本地和/或远程显示图像，诸如程序部位的图像或其他相关图像。

图5A和图5B分别示出患者侧推车22和手术工具62。手术工具62是手术工具26的示例。所示的患者侧推车22提供对三个手术工具25和成像设备28的操纵，成像设备28诸如用于捕获程序部位图像的立体内窥镜。操纵由具有数个机器人关节的机器人机构提供。成像设备28和手术工具26可以通过在患者身上的切口设置和操纵，从而使得运动学远程中心维持在切口处，以使切口的尺寸最小化。当手术工具26的远端被设置在成像设备18的视野内时，手术部位的图像可以包括手术工具26的远端的图像。

机器人手术系统和模块化操纵器支承件

图6为依照许多实施例的机器人手术系统70的透视图。手术系统70包括安装基座72、支承联动装置74、定向平台76、多个外部装配联动装置78(示出两个)、多个内部装配联动装置80(示出两个)和多个手术器械操纵器(M)82。操纵器(M)82中的每个可操作用于选择性地铰接安装到操纵器82的手术器械，并且沿插入轴线可插入到患者体内。操纵器82中的每个被附连到装配联动装置78、80中的一个，并且由装配联动装置78、80中的一个支承。外部装配联动装置78中的每个通过第一装配联动装置关节84可旋转地耦连到定向平台76，并且由定向平台支承。内部装配联动装置80中的每个被固定地附连到定向平台76并且由定向平台76支承。定向平台76可旋转地耦连到支承联动装置74并且由支承联动装置74支承。并且支承联动装置74被固定地附连到安装基座72并且由安装基座72支承。

在许多实施例中，安装基座72是可移动且地面支承的，从而能够，例如在手术室内选择性重新设置整个手术系统70。安装基座72可以包括可操纵的轮组件和/或任何其他合适的支承部件，该支承部件提供选择性重新设置以及选择性防止安装基座72从选定位置移动。安装基座72也可以具有任何其他合适的配置，例如，天花板安装、固定的地面/底座安装、壁挂安装或任何其他合适的安装表面。

支承联动装置74可操作用来相对于安装基座72选择性放置定向平台76和/或对定向平台76进行定向。支承联动装置74包括柱形基座86、可转动(translatable)的柱形构件88、肩关节90、动臂基座构件92、动臂第一级构件94、动臂第二级构件96和腕关节98。柱形基座86被固定附连到安装基座72。可转动的柱形构件88被可滑动地耦连到柱形基座86，用于相对于柱形基座86平移。在许多实施例中，可转动的柱形构件88沿着竖直定向的轴线相对于柱形基座86平移。动臂基座构件92通过肩关节90被可旋转地耦连到可转动的柱形构件88。肩关节90可操作用来相对于可转动的柱形构件88在水平面内选择性地定向该动臂基座构件92，该可转动的柱形构件88相对于柱形基座86和安装基座72具有固定的角定向。动臂第一级构件94在水平方向上相对于动臂基座构件92选择性地可转动，在许多实施例中，水平方向与动臂基座构件92和动臂第一级构件94两者都对齐。动臂第二级构件96同样地在水平方向上相对于动臂第一级构件94选择性地可转动，在许多实施例中，水平方向与动臂第一级构件94和动臂第二级构件96两者都对齐。相应地，支承联动装置74可操作用来选择性地设定在肩关节90和动臂第二级构件96的远端之间的距离。腕关节98将动臂第二级构件96的远端可旋转地耦连到定向平台76。腕关节98可操作用来选择性地设定定向平台76相对于安装基座72的角定向。

装配联动装置78、80中的每个均可操作用来相对于定向平台76选择性放置关联的操纵器82和/或对关联的操纵器82进行定向。装配联动装置78、80中的每个均包括装配联动装置基座连杆100、装配联动装置延伸连杆102、装配联动装置平行四边形联动部分104、装配联动装置垂直连杆106、第二装配联动装置关节108和操纵器支承连杆110。经由第一装配联动装置关节84的操作，可相对于定向平台76选择性地定向外部装配联动装置78的装配联动装置基座连杆100中的每个。在所示的实施例中，内部装配联动装置80的装配联动装置基座连杆100中的每个均被固定地附连到定向平台76。与外部装配联动装置类似，经由附加的第一装配联动装置关节84，内部装配联动装置80的每个也能够被可旋转地附连到定向平台76。装配联动装置延伸连杆102的每个在水平方向上相对于关联的装配联动装置基座连杆100可转动，其中在许多实施例中，水平方向与关联的装配联动装置基座连杆和装配联动装置延伸连杆102对齐。装配联动装置平行四边形联动部分104中的每个配置并且可操作用来在垂直方向上选择性地平移装配联动装置垂直连杆106，同时使装配联动装置垂直连杆106保持垂直定向。在示例实施例中，装配联动装置平行四边形联动部分104中的每个均包括第一平行四边形关节112、联接关节114和第二平行四边形关节116。第一平行四边形关节112将联接关节114旋转耦连到装配联动装置延伸连杆102。第二平行四边形关节116将装配联动装置垂直关节106可旋转地耦连到联接关节114。第一平行四边形关节112被可旋转地系到第二平行四边形关节116，使得联接关节114相对于装配联动装置延伸连杆102的旋转由装配联动装置垂直关节106相对于联接关节114的相反旋转匹配，以便在装配联动装置垂直连杆106选择性垂直平移时，使装配联动装置垂直连杆106维持垂直定向。第二装配联动装置关节108可操作用来相对于装配联动装置垂直连杆106选择性定向操纵器支承连杆110，从而相对于装配联动装置垂直连杆106选择性定向关联的附连操纵器82。

图7为依照许多实施例的机器人手术系统120的透视示意图。因为手术系统120包括与图6的手术系统70的部件类似的部件，所以相同的参考标记用于类似的部件，并且以上阐述的类似部件的相应描述适用于手术系统120且在此省略以免重复。手术系统120包括安装基座72、支承联动装置122、定向平台124、多个装配联动装置126(未示出)和多个手术器械操纵器82。操纵器82中的每个可操作用来选择性地铰接安装到操纵器82的手术器械，并且可沿着插入轴线插入到患者体内。操纵器82中的每个均附连到装配联动装置126中的其中之一且由装配联动装置126中的其中之一支承。装联动装置126中的每个均通过第一装配联动装置关节84可旋转地耦连到定向平台124，并且由定向平台124支承。定向平台124被可旋转地耦连到支承联动装置122并且由支承联动装置122支承。并且支承联动装置122被固定附连到安装基座72且由安装基座72支承。

支承联动装置122可操作用来相对于安装基座72选择性地设置定向平台，和/或对定向平台124定向。支承联动装置122包括柱形基座86、可转动的柱形构件88、肩关节90、动臂基座构件92、动臂第一级构件94和腕关节98。支承联动装置122可操作用来选择性地设定在肩关节90和动臂第一级构件94的远端之间的距离。腕关节98将动臂第一级构件94的远端可旋转地耦连到定向平台124。腕关节98可操作用来相对于安装基座72选择性地设定定向平台124的角定向。

装配联动装置126中的每个可操作用来相对于定向平台124选择性地设置关联的操纵器82和/或对关联的操纵器82定向。装配联动装置126中的每个均包括装配联动装置基座连杆100、装配联动装置延伸连杆102、装配联动装置垂直连杆106、第二装配联动装置关节108、旋风机构支承连杆128和旋风机构(tornado mechanism)130。经由关联的第一装配联动装置关节84的操作，装配联动装置126的装配联动装置基座连杆100中的每个能够相对于定向平台124被选择性地定向。装配联动装置垂直连杆106中的每个相对于关联的装配联动装置延伸连杆102在垂直方向上选择性地可转动。第二装配联动装置关节108可操作用来相对于装配联动装置垂直连杆106选择性定向旋风机构支承连杆128。

旋风机构130中的每个均包括旋风关节132、联接连杆134和操纵器支承件136。联接连杆134将操纵器支承件136固定耦连到旋风关节132。旋风关节130可操作用来使操纵器支承件136相对于旋风机构支承件连杆128围绕旋风轴线136旋转。旋风机构128被配置成设置并且定向操纵器支承件134，从而使得操纵器82的远程操纵中心(RC)与旋风轴线136相交。相应地，旋风关节132的操作可以用于在没有相对于患者移动关联的远程操纵中心(RC)的情况下，相对于患者再定向关联的操纵器82。

图8为依照许多实施例的与图7的机器人手术系统120的示意图一致的机器人手术系统140的简化表示。因为手术系统140与图7的机器人手术系统120一致，所以同样的参考标记用于相似的部件，并且以上阐述的相似部件的相应描述适用于手术系统140并且在此省略以免重复。

支承联动装置122被配置成沿着多个装配结构轴线经由在支承联动装置122的连杆之间的相对运动，相对于安装基座72选择性地设置定向平台124并且对定向平台124定向。可转动的柱形构件88沿着第一装配结构(SUS)轴线142相对于柱形基座86选择性地重新设置，其中第一装配结构(SUS)轴线142在许多实施例中垂直定向。肩关节90可操作用来围绕第二SUS轴线144相对于可转动的柱形构件88选择性地定向动臂基座构件92，其中在许多实施例中，第二SUS轴线144水平定向。动臂第一级构件94沿着第三SUS轴线146相对于动臂基座构件92选择性地重新设置，其中在许多实施例中，第三SUS轴线146水平定向。并且腕关节98可操作用来围绕第四SUS轴线148相对于动臂第一级构件94对定向平台124选择性地定向，其中在许多实施例中，第四SUS轴线148垂直定向。

装配联动装置126中的每个被配置成沿着多个装配关节(SUJ)轴线经由在装配联动装置126的连杆之间的相对运动，相对于定向平台124选择性设置并且定向关联的操纵器82。第一装配联动装置关节84中的每个可操作用来围绕第一SUJ轴线150相对于定向平台124选择性地定向关联的装配联动装置基座连杆100，其中在许多实施例中，第一SUJ轴线150垂直定向。装配联动装置延伸连杆102中的每个可沿着第二SUJ轴线152相对于关联的装配联动装置基座连杆100选择性地重新设置，其中在许多实施例中，第二SUJ轴线152水平定向。装配联动装置垂直连杆106中的每个可以沿着第三SUJ轴线154相对于关联的装配联动装置延伸连杆102选择性地重新设置，其中在许多实施例中，第三SUJ轴线154垂直定向。第二装配联动装置关节108中的每个可操作用来围绕第三SUJ轴线154相对于装配联动装置垂直连杆106选择性定向旋风机构支承连杆128。旋风关节132中的每个可操作用来使关联的操纵器82围绕关联的旋风轴线138旋转。

图9依照许多实施例示出装配联动装置126相对于定向平台124的旋转定向极限。示出装配联动装置126中的每个相对于定向平台124在顺时针方向的极限定向。相应的逆时针极限定向由相对于垂直定向的镜平面的图9的镜像表示。如图所示，两个内部装配联动装置126中的每个可以从在一个方向上距离垂直参考156的5度到在相对方向上距离垂直参考156的75度定向。并且如图所示，两个外部装配联动装置中的每个可以在相应的方向上从距离垂直参考156的15度到95度定向。

图10示出依照许多实施例与用于机器人手术系统160的支承联动装置的旋转极限相关的重心图。在机器人手术系统160的部件被设置并且定向为最大程度地将机器人手术系统160的重心162相对于手术系统160的支承联动装置164转移至一侧的情况下，支承联动装置164的肩关节可以被配置成限制支承结构164围绕装配结构(SUS)肩关节轴线166的旋转，以防止超出安装基座的预定稳定性极限。

各种变化均在本发明的精神内。因此，尽管该发明易受各种修改和可替换构造的影响，但其某些说明性实施例在图中示出并且已经在以上详细描述。然而，应该清楚，并非旨在将该发明限制到具体的形式或所公开的形式，反而相反地，旨在覆盖属于随附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的全部修改、可替换构造和等效物。

除非在本文另外指出或由上下文清楚否认，否则在描述该发明的上下文中(尤其在随附权利要求的上下文中)，术语“一”、“一个”和“所述”和类似的指代对象的使用应解释为包括单数和复数两者。除非另有说明，否则术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”应解释为开放式术语(即，意味着“包括，但不限于”)。术语“连接的”应解释为部分或完全包含在内、附连到或结合在一起，即使有某物介入其间。除非在本文另外指出，否则在本文中对数值范围的描述仅旨在用作个别地涉及属于范围内的每个单独值的简写方法，并且每个单独值被并入到本说明书中，就如同在本文单独列举出一样。除非在本文另外指出或由上下文清楚否认，否则在本文描述的全部方法能够以任何合适的顺序执行。除非另外声明，否则在本文提供的任何和全部示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅仅旨在更好地说明该发明的实施例，并不造成对该发明范围的限制。在说明书中的语言均不应解释为将任何未要求保护的要素指定为对该发明的实践必不可少的要素。

在此描述了本发明的优选实施例，包括用于实施该发明的对发明人已知的最优模式。一旦阅读以上描述，这些优选实施例的变化对本领域的技术人员就变得显而易见。发明人期望技术人员视情况使用此类变化，并且发明人希望该发明不同于在此具体描述的方式实践。

因此，如由适用法律所允许的，本发明包括在所附权利要求中限定的主题的全部修改和等效物。此外，除非另外指出或由上下文另外清楚否认，否则在其全部可能变化中的上述要素的任何组合均由该发明包含。

在此引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请和专利，通过引用并入本申请，如同每个参考文献被单独且具体指出通过引用被并入，并且作为整体在此阐述。

Claims

1.一种机器人手术系统，其包括：

定向平台；

可移动地支承所述定向平台的支承联动装置；

多个操纵器；所述操纵器中的每个包括器械夹持器；所述操纵器中的每个被配置成支承安装到所述器械夹持器的关联的手术器械，通过关联的远程操纵中心即RC沿着插入轴线将所述关联的手术器械插入到患者体内，使所述器械夹持器围绕与所述关联的远程操纵中心相交的第一操纵器轴线旋转，并且使所述器械夹持器围绕与所述关联的远程操纵中心相交的第二操纵器轴线旋转，所述第一操纵器轴线和所述第二操纵器轴线中的每个均横向于所述插入轴线，所述第二操纵器轴线横向于所述第一操纵器轴线；以及

多个装配联动装置，所述装配联动装置中的每个均将所述操纵器中的其中一个耦连到所述定向平台，并且可操作用来相对于所述定向平台重新设置关联的操纵器，并且在选择的位置中相对于所述定位平台固定地支承所述关联的操纵器，所述装配联动装置中的每个包括耦连到所述定向平台的近端连杆和耦连到所述关联的操纵器的远端连杆，所述装配联动装置中的至少一个包括再定向机构，所述再定向机构当被致动时，通过使所述关联的远程操纵中心相对于所述近端连杆维持在固定位置的运动来使所述远端连杆相对于所述近端连杆移动。

2.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中所述再定向机构包括旋风旋转关节和旋风连杆，所述旋风连杆具有耦连到所述旋风旋转关节的旋风连杆近端与耦连到所述关联的操纵器的旋风连杆远端，所述旋风旋转关节的致动使所述旋风连杆围绕旋风轴线旋转，其中所述旋风轴线与所述关联的远程操纵中心相交并且与所述第一操纵器轴线和第二操纵器轴线中的任何一个都不对齐，所述旋风连杆被配置成响应于所述旋风旋转关节的致动，使所述关联的远程操纵中心相对于所述近端连杆维持在固定位置。

3.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中所述操纵器中的至少一个被机械约束，以在所述器械夹持器围绕所述第一操纵器轴线的旋转期间和在所述器械夹持器围绕所述第二操纵器轴线的旋转期间，维持所述关联的远程操纵中心相对于所述远端连杆的固定位置。

4.根据权利要求3所述的机器人手术系统，其中所述操纵器中的每个被机械约束，以在所述器械夹持器围绕所述第一操纵器轴线的旋转期间和在所述器械夹持器围绕所述第二操纵器轴线的旋转期间，维持所述关联的远程操纵中心相对于所述远端连杆的固定位置。

5.根据权利要求3所述的机器人手术系统，其中所述操纵器中的至少一个被机械配置成响应于所述操纵器的第一关节的致动，通过被机械限制为围绕所述第一轴线旋转的第一运动来移动所述器械夹持器，并且响应于所述操纵器的第二关节的致动，通过被机械限制为围绕所述第二轴线旋转的第二运动来移动所述器械夹持器。

6.根据权利要求4所述的机器人手术系统，其中所述操纵器中的每个被机械配置成响应于所述操纵器的第一关节的致动，通过被机械限制为围绕所述第一轴线旋转的第一运动来移动所述器械夹持器，并且响应于所述操纵器的第二关节的致动，通过被机械限制为围绕所述第二轴线旋转的第二运动来移动所述器械夹持器。

7.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中所述支承联动装置包括：

安装基座；

与所述安装基座可滑动地耦连并且沿着垂直定向的第一支承轴线相对于所述安装基座可选择性设置的柱；

通过肩关节可旋转地耦连到所述柱的动臂基座构件，其中所述肩关节可操作用来对所述动臂基座构件围绕垂直定向的第二支承轴线相对于柱形构件选择性地定向；

通过动臂关节与所述动臂基座构件可滑动地耦连的可延伸的动臂构件，其中所述动臂关节可操作用来沿着水平定向的第三支承轴线相对于所述动臂基座构件选择性地设置所述可延伸的动臂构件，所述定向平台可旋转地耦连到所述可延伸的动臂构件。

8.一种机器人手术系统，其包括：

定向平台；

可移动地支承所述定向平台的支承联动装置；

多个操纵器；所述操纵器中的每个可移动地支承可插入到患者体内的关联的手术器械；以及

多个装配联动装置，所述装配联动装置中的每个均将操纵器中的其中一个耦连到所述定向平台，并且可操作用来相对于所述定向平台重新设置关联的操纵器，并且相对于所述定向平台固定地支承所述关联的操纵器，所述装配联动装置中的至少一个包括：

具有第一连杆近端的第一连杆，其中第一连杆近端通过第一装配联动装置关节可旋转地耦连到所述定向平台，所述第一装配联动装置关节可操作用来使所述第一连杆围绕第一装配联动装置轴线相对于所述定向平台选择性定向，

通过第二装配联动装置关节可滑动地安装到所述第一连杆的第二连杆，其中所述第二装配联动装置关节可操作用来沿着水平定向的第二装配联动装置轴线相对于所述第一连杆选择性地重新设置所述第二连杆，

通过第三装配联动装置关节可滑动地安装到所述第二连杆的第三连杆，其中所述第三装配联动装置关节可操作用来沿着垂直定向的第三装配联动装置轴线相对于所述第二连杆选择性地重新设置所述第三连杆，以及

通过第四装配联动装置关节可旋转地耦连到所述第三连杆的第四连杆，其中所述第四装配联动装置关节可操作用来使所述第四连杆围绕垂直定向的第四装配联动装置轴线相对于所述第三连杆选择性定向，所述关联的操纵器在第四连杆的远端并且由所述第四连杆支承。

9.根据权利要求8所述的机器人手术系统，其中所述操纵器中的每个均包括被配置成支承所述关联的手术器械的器械夹持器，所述操纵器中的每个被配置成通过关联的远程操作中心即RC将所述关联的手术器械插入到所述患者体内，使所述器械夹持器围绕与所述关联的远程操纵中心相交的第一操纵器轴线旋转，并且使所述器械夹持器围绕与所述关联的远程操纵中心相交的第二操纵器轴线旋转，所述第二操纵器轴线横向于所述第一操纵器轴线。

10.根据权利要求9所述的机器人手术系统，其中所述装配联动装置中的至少一个包括耦连到所述第四连杆的再定向机构，所述再定向机构的致动通过使所述关联的远程操纵中心相对于所述第四连杆维持在固定位置的运动，来使所述关联的操纵器相对于所述第四连杆移动。

11.根据权利要求10所述的机器人手术系统，其中所述再定向机构包括旋风旋转关节和旋风连杆，所述旋风连杆具有耦连到所述旋风旋转关节的旋风连杆近端和耦连到所述关联的操纵器的旋风连杆远端，所述旋风旋转关节的致动使所述旋风连杆围绕旋风轴线旋转，其中所述旋风轴线与所述远程操纵中心相交并且与所述第一操纵器轴线和第二操纵器轴线中的任何一个都不对齐，所述旋风连杆被配置成对于围绕所述旋风轴线的所述旋风连杆的所有取向，使所述关联的远程操纵中心相对于所述第四连杆维持在固定位置。

12.用于在机器人手术系统中使用的模块化操纵器支承件，所述系统包括多个操纵器，所述多个操纵器包括用于移动关联的手术器械的从动连杆和关节，所述支承件包括：

可移动的地面支承的安装基座；

与所述安装基座可滑动地耦连并且沿着垂直定向的第一支承轴线相对于所述安装基座选择性设置的柱；

通过肩关节可旋转地耦连到所述柱的动臂基座构件，其中所述肩关节可操作用来使所述动臂基座构件围绕垂直定向的第二支承轴线相对于柱形构件选择性地定向；

通过动臂关节与所述动臂基座构件可滑动地耦连的可延伸动臂构件，其中所述动臂关节可操作用来沿着水平定向的第三支承轴线相对于所述动臂基座构件选择性设置所述可延伸动臂构件；

通过腕关节可旋转地耦连到所述可延伸动臂构件的定向平台，其中腕关节可操作用来使所述定向平台围绕垂直定向的第四支承轴线相对于所述可延伸动臂构件选择性地定向；以及

多个装配联动装置，所述装配联动装置中的每个将所述操纵器中的其中一个耦连到所述定向平台，并且可操作用来相对于所述定向平台选择性设置关联的操纵器并且相对于所述定向平台固定支承所述关联的操纵器。

13.根据权利要求12所述的模块化操纵器支承件，其中所述肩关节的角旋转限于防止超出所述安装基座的预定稳定极限。

14.根据权利要求12所述的模块化操纵器支承件，其中所述装配联动装置中的至少一个包括：

具有第一连杆近端的第一连杆，其中所述第一连杆近端通过第一装配联动装置关节可旋转地耦连到所述定向平台，所述第一装配联动装置关节可操作用来使所述第一连杆围绕第一装配联动装置轴线相对于所述定向平台选择性定向，

通过第四装配联动装置关节可旋转地耦连到所述第三连杆的第四连杆，其中所述第四装配联动装置关节可操作用来使所述第四连杆围绕垂直定向的第四装配联动装置轴线相对于所述第三连杆选择性地定向，所述关联的操纵器在第四连杆远端并且由所述第四连杆支承。

15.根据权利要求12所述的模块化操纵器支承件，其中所述第一连杆在水平方向上从所述第一装配联动装置关节向外伸展。

16.根据权利要求12所述的模块化操纵器支承件，其中所述装配联动装置中的至少一个包括耦连到所述第四连杆和所述关联的操纵器并且耦连在所述第四连杆和所述关联的操纵器之间的再定向机构，所述再定向机构的致动通过使关联的远程操纵中心即RC相对于所述第四连杆维持在固定位置的运动，使所述关联的操纵器相对于所述第四连杆移动。

17.根据权利要求16所述的模块化操纵器支承件，其中所述再定向机构包括旋风旋转关节和旋风连杆，所述旋风连杆具有耦连到所述旋风旋转关节的旋风连杆近端和耦连到所述关联的操纵器的旋风连杆远端，所述旋风旋转关节的致动使所述旋风连杆围绕旋风轴线旋转，其中所述旋风轴线与所述远程操纵中心相交，所述旋风连杆被配置成对于围绕所述旋风轴线的所述旋风连杆的所有取向，使所述关联的远程操纵中心相对于所述第四连杆维持在固定位置。

18.根据权利要求12所述的模块化操纵器支承件，其中所述装配联动装置中的每个均包括：

通过第二装配联动装置关节可滑动地安装到所述第一连杆的第二连杆，其中所述第二装配联动装置可操作用来沿着水平定向的第二装配联动装置轴线相对于所述第一连杆选择性地重新设置所述第二连杆，

通过第三装配联动装置关节可滑动地安装到所述第二连杆的第三连杆，其中所述第三装配联动装置可操作用来沿着垂直定向的第三装配联动装置轴线相对于所述第二连杆选择性地重新设置所述第三连杆，以及

通过第四装配联动装置关节可旋转地耦连到所述第三连杆的第四连杆，其中所述第四装配联动装置关节可操作用来使所述第四连杆围绕垂直定向的第四装配联动装置轴线相对于所述第三连杆选择性定向，所述关联的操纵器在所述第四连杆的远端并且由所述第四连杆支承。