CN107072684A - 用于远程访问工具的附接装置 - Google Patents

Abstract

用于将最小访问工具附接到使用者的身体(例如，腕部或前臂)使得使用者的前臂、腕部、手和手指的移动可以控制最小访问工具的远端处的移动的装置和方法。特别地，本文描述的是前臂附接设备(其可以与最小访问工具一起使用或集成至该最小访问工具中)，该最小访问工具包括配置成固定至使用者的前臂的套圈和配置成将该套圈连接至框架使得该套圈可以相对于该框架移动1个和4个之间的自由度的联接接头。

Description

用于远程访问工具的附接装置

相关申请的交叉引用

该申请要求于2015年4月15日提交(且题为“FOREARM ATTACHMENT APPARATUS FORREMOTE ACCESS TOOLS”)的美国临时专利申请第62/147,998号、和于2015年10月2日提交(题为“FOREARM ATTACHMENT APPARATUS FOR REMOTE ACCESS TOOLS”)的美国临时专利申请第62/236,805号的优先权。

该申请可能涉及于2016年2月25日提交的且题为“PARALLEL KINEMATICMECHANISMS WITH DECOUPLED ROTATIONAL MOTIONS”的美国专利申请第15/054,068号，其要求作为于2014年1月28日提交的且题为“MINIMAL ACCESS TOOL”的公布号为US-2014-0142595-A1的美国专利申请第14/166,503号的CIP的优先权，该美国专利申请第14/166,503号为于2009年4月13日提交的现在专利号为8,668,702的美国专利申请第12/937,523号的延续，该美国专利申请第12/937,523号要求于2008年4月11日提交的美国临时专利申请第61/044,168号的优先权。这些专利和专利申请中的每一个在此通过引用以其整体被并入。

通过引用并入

本说明书中提及的所有公布和专利申请通过引用以其整体并入本文，其程度如同每个单独的公布或专利申请特别地且单独地表示为通过引用并入一样。

领域

用于将最小访问工具(minimal access tool)附接到使用者的手臂(例如，腕部和/或前臂)使得工具轴轴线穿过使用者腕部的中心并且使用者的手和手指的移动可以单独地控制最小访问工具的远端处的移动的装置和方法。

背景

可以由使用者的手控制的多个最小访问工具是已知的，例如，诸如美国专利第8,668,702号和美国申请第14/166,503号。这些设备可以包括框架、在手柄和框架之间提供两个正交旋转的输入接头、连接到框架的工具轴、在工具轴和末端执行器之间提供两个正交旋转的输出接头，以及用于将输入接头的两个正交旋转传递到输出接头的装置(例如，传递系统)。这些装置特别有用，并且可以允许连接到长形轴的端部处的输出接头的工具的高度灵巧的控制(例如，关节式运动)。一般来说，例如那些在美国专利第8,668,702号中描述的设备通常将框架直接固定至使用者的手臂，且更一般地，该框架通常被附接至使用者的前臂。在美国专利第8,668,702号中教导的装置的示例被示出在图1-3中。

在这些示例中，该框架可以是一端刚性地连接至工具轴且另一端刚性地连接至前臂附接构件的延伸结构。前臂附接构件使用各种装置(包括尼龙搭扣、带条，等)与前臂接合。前臂附接部可以舒适地但牢固地连接即约束并因此传递前臂和前臂附接构件之间的所有DoF或运动。还可以允许一些相对运动以确保舒适。如本文所使用的，“前臂”可以指手臂的远端，例如，远离肘部且恰好在腕部关节之前，如在图4中示出的。

这种类型的布置可以从在前臂处可用的四个DoF中分开与腕部相关的两个旋转DoF(俯仰和横摆)和与拇指/手指相关的一个打开/闭合DoF：三个平移和1个滚动旋转。图5示出在前臂处的三个正交平移。图6A-6C示出前臂的滚动旋转(内旋/外旋)。与腕关节相关的剩余的两个旋转也在下面示出在图7A-7B和图8A-8B中。图7A和图7B示出腕关节的俯仰旋转(例如，径向和尺骨偏斜)。图8A和图8B示出腕关节的横摆旋转(弯曲/伸展)。图9示出与前臂和腕关节相关的旋转运动的另外的图示。

在这些示例中，注意，DoF是累积的；即，在前臂处有四个可用的DoF；腕关节提供另外两个；因此，在手(手掌)处，有6个DoF。存在与手指/拇指相关的另外的DOF。这些包括打开/闭合运动，这在美国专利第8,668,702号中讨论。这些还可以包括其它的运动，例如，回转和啄动，这将在下面被另外地讨论。

在美国专利第8,668,702号中描述的前臂附接部将在前臂处的4个DoF(三个平移)和一个滚动旋转传递至仪器轴远端，独立于腕部旋转和手指/拇指闭合运动。由于前臂通过前臂附接构件被附接至框架且因此在前臂处的四个运动被平移至框架且然后被平移至轴并平移至轴的远端，因此这可以被实现。独立地，输入接头，其可以被配置为虚拟中心(VC)机构，并且可以被使用以捕获使用者的腕关节的两个旋转。这两个旋转然后经由包括缆线的机械传递装置传递，该缆线经由输入接头和输出接头(端部执行器关节式运动接头)的公共基底(common ground)(即，框架和工具轴)被设置路线。如在美国专利第8,668,702号中描述的，传递系统可以是任何普通的传递系统，而不是简单地基于缆线的传递系统。

这样的方案可以允许从使用者(例如，外科医生)的运动输入到远程末端执行器的对应输出运动的一对一(1：1)运动映射。图10示出在这种类型的系统中的使用者输入运动到设备输出运动的映射。然而，通过将框架刚性地附接到使用者的前臂，使得框架是前臂的刚性延伸部，仪器的轴线(具体地，轴的轴线)变得相对于前臂的轴线刚性地固定(或不可调整)。在当工具轴必须指向某个方向并且在使用期间可能需要相对于前臂的离散的重新调整时的情况下，这可能证明对于使用者是不舒服的。仪器轴线与前臂的刚性或不可调整的对准可能人体工程学上不利于使用者的前臂和肩部。在图11(示出侧视图)的一个示例性视图中，由于“刚性”或锁定的前臂套圈附件部，两个几乎水平的线1101和1103(装置的轴线和前臂的轴线)彼此对准。如果仪器/设备(例如，其轴)需要指向一些应用(例如，外科手术)可能需要的某个方向(由线1105示出)，则前臂还将必须遵循相同的延伸线，这对于使用者的上臂和肩部可能是不舒服的。为了对此进行校正，必须手动调整该设备(如果可能)以修改装置相对于使用者身体的角度。所需要的是可以在使用中对装置的对准进行连续的调节的设备。如本文描述的，将身体部分通过允许预定的自由度(尽管约束其它自由度)的一个或多个联接接头连接至设备的框架可以允许连续的调节。

如在图12的俯视图中可见的，类似的限制可能在其它的平面中出现。如在图12中示出的，由于刚性(或锁定)前臂套圈附接部，两个线1201、1203(例如，设备的轴线和前臂的轴线)彼此对准。如果仪器/设备/工具(例如，其轴)需要指向一些应用(例如，外科手术)需要的某个方向(例如，由线1205示出的方向)，则前臂还将必须遵循相同的延伸线，这对于使用者可能是不舒服的。

另外，将框架刚性地附接至前臂可能限制传递与使用者的手指相关的某些运动或DoF的能力，特别是在图13A-13C和图14A-14B中示出的回转运动和啄动运动。例如，图13A-13C示出用物体(例如，笔)进行回转运动的手。在该示例中，前臂和腕关节不移动，而手指/拇指产生回转运动。图14A-14B示出啄动运动。当进行啄动运动时，前臂和腕关节不移动，而手指/拇指产生前后啄动运动。手指/拇指的这些运动可以相对于腕关节和前臂发生，但是当框架(并因此工具轴)刚性地附接到前臂时，这些运动不直接传递到框架，例如，包括工具轴远端的工具轴。这些运动可以以间接方式被捕获和传递，例如，当使用穿过工具框架和轴设置路线的传递系统时，如美国专利第8,668,702号中所描述的，其中，两个腕部运动和手指/拇指打开/闭合运动被捕获并且传递到在工具轴的远端处的端部执行器的对应的输出运动。类似地，手指/拇指的啄动运动可以转换为手柄和工具框架之间的类似运动(当使用者将手柄保持在他的手、手指和拇指中时)；手柄和工具框架之间的这种相对运动可以经由传递系统(例如，在工具轴的远端和框架之间的缆线或其它传递系统)被捕获并且被传递到端部执行器和工具轴的远端之间的对应的运动。对于回转运动也可以设想类似的传递。然而，当工具框架经由前臂附接构件固定到前臂时，手/腕部的横摆和俯仰旋转或手指/拇指/手的回转和啄动运动并不直接传递到工具轴远端。如本文所使用的，“直接”传递是指可以通过几何延伸而实现的传递，而不是经由包括相对于彼此移动的多个部件的“传递系统”。

本文描述的是可以解决上面讨论的问题和目标的方法和装置。特别地，本文描述的是腕部和/或前臂附接设备，和/或例如包括这些前臂附接设备的工具和系统的装置，其可以允许例如啄动和回转运动的另外的运动的直接传递。

本文描述的方法和装置可以通过提供在身体部分(例如，腕部和/或前臂)和框架之间的联接部，使得身体部分可以通过相对于框架的一部分的一个或多个自由度被移动来实现这些优点。

公开的概述

本文描述了一种装置，其包括在框架(例如，最小访问工具的框架)和装置的附接区域(例如，将装置联接到身体部位的套圈)之间提供一个或多个自由度(DoF)的设备、系统以及工具。特别地，本文描述的是例如最小访问工具的工具，该最小访问工具联接至使用者的腕部和/或前臂以允许使用者的腕部和/或前臂相对于工具的框架移动一个或多个自由度。

本文描述的装置中的任一个可以配置成安装至使用者的身体，且特别地，安装至使用者的附肢，例如手臂或腿。特别地，这些装置中的任一个可以配置成安装至使用者的手臂，例如，使用者的腕部和/或前臂。具体地，本文描述的装置可以配置成安装至使用者的身体(例如，腕部或前臂)，使得工具可以围绕延伸穿过(例如，相交)使用者的腕部、前臂和/或上臂的滚动轴线滚动。工具的滚动轴线可以是最小访问工具的轴线。例如，该最小访问工具可以包括工具轴线，该工具轴线可以对应于长形构件(例如从框架的其余部分延伸的工具轴)的长轴线(例如，远端到近端)。该工具轴通常是笔直的，但是可以是弯曲的或弯的。该工具轴线通常从工具轴的远端延伸至近端区域。

本文描述的装置中的任一个可以是最小访问工具，该最小访问工具配置成当安装在使用者的身体(例如，手臂)上时围绕工具轴线旋转。当操作在工具轴的远端处的远端执行器时，这样的装置可以增强工具的操纵性。因此，在使用者手臂处的旋转可以转换成围绕工具轴线的滚动，允许在远端执行器处滚动而不扫掠工具轴。为了方便起见，术语装置可以指设备、系统或工具。术语“工具”、“仪器”和“设备”在本申请中可以被互换地使用。

例如，本文描述的是最小访问工具，其通常包括：具有长形工具轴的框架，该长形工具轴具有工具轴线；配置成附接至使用者的腕部或前臂的套圈；以及在该套圈和框架之间的联接接头，使得在套圈和框架之间围绕工具轴线存在滚动旋转自由度，当该套圈被附接至使用者的腕部或前臂时，该工具轴线穿过使用者腕部的中心区域。

尽管本文描述的身体附接组件中的许多可以允许框架相对于套圈围绕工具轴线的旋转(例如，滚动旋转)，但是一些可以仅仅以俯仰、横摆、或俯仰和横摆方式旋转，且不可以允许滚动。

框架的示例在本文被描述。框架通常可以是其它的结构被附接并支撑至其的刚性结构。其它的结构可以包括控制器(例如，手柄，等)，传递装置(例如，缆线、滑轮、编码器、线路等)、致动器、端部执行器(例如，夹具、抓紧器、螺丝刀、缝线穿引器，等)和类似物。该框架可以由金属、聚合物或其它材料形成，并且可以是相对轻质的。通常，本文描述的框架包括长形工具轴。工具轴以及实际上框架的任何区域可以是中空的并且可以包含、保护和/或支撑其它部件。框架可以使得其形状和几何形状可以被调整并且潜在地被锁定以适应使用者的偏好和需要。

套圈通常可以指用于使用者的附肢的保持器或座。套圈可以成形为接纳并保持臂(例如，手腕、前臂、上臂，等)或腿(例如，踝、小腿、大腿，等)。套圈可以是管状或半管状，包括C形(例如，具有C形轮廓)。套圈可以配置成符合其将被附接到的使用者的解剖结构的部分。该套圈可以包括用于保持身体部分的内部基座区域。该套圈可以是刚性的、柔软的、柔性的或弹性的。套圈可以包括联接至框架的柔性带。套圈可以是装置的分离的或可分离的(例如，可移除的)部分，或者它可以集成到本文所述的装置的另一部分(包括联接接头)中并形成其一部分。本文更详细地描述分离的和整体的两者套圈的示例。

联接接头通常指用于连接机械的部分形成两个刚性主体(例如，诸如框架和套圈)之间的接头的元件。如下面将要被更加详细地描述的，联接接头可以是可以用于在被联接的结构之间提供一个或多个运动自由度的联接接头。例如，联接接头可以包括万向节构件、轴承(例如，滑动轴承，例如滑板(shed)、轴衬、径向轴承、套筒轴承、步枪轴承；滚动元件轴承，例如球轴承和滚子轴承；宝石轴承；流体轴承；磁性轴承；和挠曲轴承)，等。

通常，其中套圈和框架通过联接接头(例如，诸如滑动轴承或滚动元件轴承的轴承)联接的最小访问工具可以允许围绕工具轴线旋转(因此工具轴线是滚动轴线)，并且该装置可以被配置成使得工具轴线总是延伸穿过套圈的使用者的手臂(或其他身体部分，例如，使用者的手腕或前臂)将被保持的套圈区域。因此，即使当使用者的手臂保持在套圈中并且装置围绕工具轴滚动时，工具轴线(滚动轴线)穿过套圈，并穿过诸如保持在套圈内的使用者的手腕或前臂的使用者的身体的区域。因此，这些装置配置成使得用于装置的附接部位(诸如套圈)与框架之间的滚动自由度(DoF)是滚动轴线取向与保持在套圈内的身体的相同部分相交的特定情况。

在这些装置中的任一个中，除了套圈和框架之间的滚动自由度(DoF)之外，在套圈和框架之间可以包括另外的自由度，包括例如俯仰和横摆的另外的旋转DoF。例如，本文描述的最小访问工具可以包括：具有从其延伸的长形工具轴的框架，该长形工具轴具有工具轴线；套圈，其配置成附接至使用者的腕部或前臂使得该套圈与使用者的腕部或前臂一起移动；以及联接接头，其将该套圈联接至该框架，使得在套圈和框架之间围绕工具轴线存在滚动旋转自由度，其中，该套圈和框架通过第一联接接头或第二联接接头被另外地旋转地联接，使得在套圈和框架之间围绕第二轴线存在俯仰或横摆旋转自由度，另外地其中，当该套圈被附接至使用者的腕部或前臂时，该工具轴线穿过使用者的手腕的中心区域。通常，由于本文描述的最小访问工具可以用于作用于在工具轴的端部处远离使用者的物体上，因此本文描述的最小访问工具还可以称为远程访问工具。尽管本文所述的大多数装置是外科手术工具，但是它们不限于此；并且可以用于其中期望通过长形工具轴远程操作端部执行器的非手术应用，包括工业应用，家庭使用等。

因此，在这些装置中的任一个中，装置可以配置为使得用于每个另外旋转自由度的旋转轴线也穿过套圈的区域内的相同点，使得当身体部分被保持在轴套内时，这些旋转轴线的相交点将在相同的大致位置处在使用者的身体部分内(例如，手腕和/或前臂)相交。

在本文描述的装置的任一个中，其中，框架和套圈之间的联接接头配置成允许滚动，该装置可以配置成允许框架相对于使用者的腕部或前臂的连续滚动旋转。因此，例如，使用者的从套圈延伸的手可以用于以顺时针和/或逆时针旋转连续地相对于套圈围绕滚动(例如，工具)轴线滚动框架，允许在工具轴的远端处的端部执行器的连续旋转，而不会扫掠工具轴的远端。在这种情况下，使用者的手通过经由输入接头连接至框架的手柄驱动整个设备的滚动旋转(例如，通过拇指/手指的回转运动或手掌的滚动运动)。该输入接头可以具有一个或多个自由度(在手柄和框架之间)，但是约束(并因此传递)从手柄到框架的滚动。因此，设备的滚动(即，框架和工具轴围绕滚动(例如，工具)轴线)可以被直接完成，而不是通过机械传递或机电传递间接完成。

在装置中的这些装置中的任一个中，其中，该联接接头可以包括一个或多个轴承(例如，配置为滑板或滚动元件轴承的滑动轴承)，该一个或多个轴承配置成滑动和/或滚动以提供滚动旋转自由度。如果该联接接头是例如滑动轴承或滚动元件轴承的轴承，该轴承可以在轨道中滑动或滚动。该轨道可以形成在套圈、框架上，或形成在另一个元件上(例如，万向节)。例如，该一个或多个轴承可以包括配置为滑板的滑动轴承。

在本文描述的变体中的任一个中，工具且特别地但不限于套圈可以包括固定装置，该固定装置配置成将使用者的身体部分(例如，使用者的腕部、前臂或上臂)保持在套圈内。该固定装置可以有助于将使用者的身体部分固定在套圈中，使得该套圈与使用者的身体部分一起移动。在一些变体中，另外的、单独的固定装置是不必要的；例如，该套圈可以由使得其围绕身体部分紧密地固定而不需要另外的结构的材料形成。在一些变体中，该固定装置是套圈的一部分，或与套圈是一体的。在一些变体中，该固定装置被附接至套圈(例如，围绕身体部分靠近套圈)。例如，套圈可以包括配置成将使用者的腕部或前臂保持在套圈内的固定装置且该固定装置包括以下中的至少一个：带条、卡扣、带子、弹性件、闩锁和钩连接器、系带或夹具。

本文描述的装置中的任一个可以包括诸如手柄的控制器，其可以由套圈的附接部位的远侧的使用者身体的一部分操纵。例如，装置可以包括通过具有至少一个自由度(例如，具有两个或多个自由度)的输入接头联接至框架的手柄。手柄可以通过具有至少两个自由度的并行运动学输入接头(例如，具有至少两个旋转自由度的并行运动学输入接头)联接到框架，其中，该并行运动学输入接头约束滚动，使得滚动从手柄传递到框架。通常，可以使用与运动输入(例如，输入接头)和传递装置(例如，缆线传递装置)兼容的用于将运动输入从控制器传递到端部执行器的任何适当的输入机构或控制器，例如手柄，踏板等。

例如，具有两个自由度的并行运动学输入接头可以包括：用于传递将手柄联接至工具框架的运动的至少两个独立的路径，其中，该至少两个独立的路径包括第一路径和第二路径；在第一路径中的第一中间主体，其通过第一连接器连接至工具框架并通过第三连接器连接至手柄；以及在第二路径中的第二中间主体，其通过第二连接器连接至框架并通过第四连接器连接至手柄；其中，第一连接器和第四连接器均允许在第一旋转方向上旋转并限制在第二旋转方向上旋转，另外地其中，第二和第三连接器允许在第二旋转方向上旋转并限制在第一旋转方向上旋转。

在该示例中，其在美国专利申请第15/054,068号中被更加详细地描述，该申请于2016年2月25日提交，且题为“PARALLEL KINEMATIC MECHANISMS WITH DECOUPLEDROTATIONAL MOTIONS”(其全部内容通过引用在先前并入)，约束运动(例如，滚动、俯仰、横摆)自由度的接头(例如，联接接头、连接器，等)在其连接的刚性主体之间传递该运动。因此，例如，这些装置中的任一个可以包括通过具有至少一个旋转自由度的输入接头联接至框架的手柄，其中，该输入接头约束滚动旋转，使得该滚动从手柄传递至框架。

这些装置中的任一个可以包括通过输出接头联接至框架的端部执行器。该输出接头可以是柔性的蛇状输出接头。例如，该输出接头可以包括以使得每个元件的挠曲方向交替的方式附接的柔性盘。该输出接头可以通过推动或拉动盘导致其侧面的膨胀和收缩而被驱动。因此，输入接头的运动可以通过诸如机械传递装置(例如，缆线驱动传递器)的传递装置传递到输出接头。可选地，输出接头可以包括与交替的旋转轴线串联连接的串联连接杆或盘。

除了适于提供围绕工具轴线的滚动旋转的滚动旋转的联接接头(例如，轴承)之外，在套圈和框架之间的一个或多个另外的联接接头可以被配置为使得在套圈和框架之间围绕第二轴线存在旋转自由度。该另外的旋转自由度可以是俯仰、横摆、或俯仰和横摆。例如，该联接接头还可以被旋转地联接，使得在套圈和框架之间围绕第二轴线存在俯仰或横摆旋转自由度。如上面提到的，第二(或在一些情况下第三)旋转轴线可以在保持在套圈内的使用者的身体部分的一部分内与工具轴线(滚动轴线)相交。

在本文描述的装置的任一个中，该相同的联接接头可以配置成提供一个以上的旋转和/或平移自由度。例如，该相同的联接接头可以配置为万向节接头(例如，围绕固定的轴线旋转)和轴承(例如，诸如滑板的滑动轴承)两者以提供滚动。可选地或另外地，第二或第三(或更多)联接接头可以被包括，其在套圈和框架之间提供另外的自由度。在这些情况中的任一个中，联接接头可以被嵌套或顺序地布置，使得当联接接头联接在框架和套圈之间时，它们间接地联接到框架和套圈中的任一个或两者。例如，第一联接接头可以直接联接到框架并且通过第二联接接头间接地联接到套圈，而第二联接接头可以通过第一联接接头间接联接到框架并且直接联接到套圈。回想一下，在一些变体中，套圈与联接接头中的一个是一体的，使得套圈是联接接头本身的一部分。

例如，配置用于围绕工具轴线滚动旋转的工具可以包括在套圈和框架之间的第二联接接头，使得在套圈和框架之间围绕第二轴线具有俯仰旋转自由度，并且该工具还可以包括在套圈和框架之间的第三联接接头，使得在套圈和框架之间围绕第三轴线具有横摆旋转自由度，其中，联接接头、第二联接接头和第三联接接头串联连接在套圈和框架之间。该联接接头可以以任何顺序串联连接。

在另一个示例中，配置用于围绕工具轴线滚动旋转的工具可以包括在套圈和框架之间的第二联接接头，使得在套圈和框架之间围绕第二轴线具有俯仰旋转自由度，并且另外地其中，该联接接头还被旋转地联接，使得在套圈和框架之间围绕第三轴线具有横摆旋转自由度，其中，联接接头和第二联接接头串联连接在套圈和框架之间。

配置用于围绕工具轴线滚动旋转的装置的另一个示例可以包括在套圈和框架之间的第二联接接头，使得在套圈和框架之间围绕第二轴线具有俯仰旋转自由度，该工具还包括在套圈和框架之间的第三联接接头，使得在套圈和框架之间围绕第三轴线具有横摆旋转自由度，其中，当套圈被附接至使用者的腕部或前臂时，第二轴线和第三轴线与穿过使用者的腕部的中心区域的工具轴线相交。

本文描述的联接接头中的任一个可以被更具体地配置为万向节(例如，万向节的一部分)。如本文所使用的，万向节指可以形成万向节组件的枢转支架中的每一个。万向节可以包括完全围绕中心区域或部分地(例如，一半)围绕中心区域延伸的万向节框架。万向节框架可以是但不必须是环或弧。每个万向节可以包括从万向节框架延伸的一个枢转点(或者框架可以接纳一个或一对枢转点)；当包括一对枢转点(例如，枢转销或用于接纳枢转销的孔)时，它们围绕中心区域分离180度。万向节组件可以包括多个万向节，这些万向节被布置(通常，但不是必需的，使得它们各自的旋转轴线彼此偏移90度)。

例如，配置用于围绕工具臂的工具轴线滚动旋转的装置(例如，工具)可以进一步包括在套圈和框架之间的第二联接接头，其中，第二联接接头被配置为旋转地联接至框架以提供围绕第二轴线的俯仰或横摆旋转的第一万向节，其中，当套圈附接到使用者的腕部或前臂时，第二轴线与穿过使用者的腕部的中心区域的工具轴线相交。在一些变体中，装置可以包括在套圈和框架之间的第二联接接头，该第二联接接头包括旋转地联接在套圈和框架之间以提供围绕第二轴线的俯仰旋转的第一万向节，和在套圈和框架之间的第三联接接头，该第三联接接头包括旋转地联接在套圈和框架之间以提供围绕第三轴线的横摆旋转的第二万向节，其中，当套圈被附接至使用者的腕部或前臂时，第二轴线和第三轴线与穿过使用者的腕部的中心区域的工具轴线相交。

本文还描述最小访问工具，其安装至使用者的腕部或前臂，使得该工具可以围绕与使用者的腕部或前臂相交(例如，延伸穿过)的滚动轴线滚动。例如，工具可以包括：框架，其包括具有工具轴线的长形工具轴；套圈，其配置成附接至使用者的腕部或前臂；第一万向节，其旋转地联接在框架和套圈之间，使得围绕第一轴线在框架和套圈之间存在第一旋转自由度；轴承，其位于框架和套圈之间并配置成相对于框架或第一万向节滑动，使得围绕工具轴线在框架和套圈之间存在滚动旋转自由度，其中，当套圈被附接至使用者的腕部或前臂时，工具轴线和第二轴线在使用者的腕部或前臂内相交。

一种最小访问工具，其安装至使用者的腕部或前臂，使得该工具可以围绕与使用者的腕部或前臂相交的滚动轴线滚动，该最小访问工具可以包括：框架，其包括具有工具轴线的长形工具轴；套圈，其具有穿过其的配置成保持使用者的腕部或前臂的通道；第一万向节，其旋转地联接在框架和套圈之间，使得围绕第一轴线在框架和套圈之间存在第一旋转自由度；轴承，其位于框架和套圈之间并配置成滑动，使得围绕工具轴线在框架和套圈之间存在滚动旋转自由度，其中，当套圈被附接至使用者的腕部或前臂时，工具轴线和第一轴线在穿过套圈的通道内相交；和固定装置，其配置成将使用者的腕部或前臂保持在套圈中，使得该套圈与使用者的腕部或前臂一起移动。

一种最小访问工具，其安装至使用者的腕部或前臂，使得该工具可以围绕延伸穿过使用者的腕部或前臂的滚动轴线滚动，该工具包括：框架，其包括具有工具轴线的长形工具轴；套圈，其配置成附接至使用者的腕部或前臂；第一万向节，其旋转地联接在框架和套圈之间，使得围绕第一轴线在套圈和框架之间存在俯仰旋转自由度；第二万向节，其旋转地联接在套圈和框架之间，使得围绕第二轴线在框架和套圈之间存在横摆旋转自由度；轴承，其位于套圈和框架之间，并配置成滑动，使得围绕工具轴线在框架和套圈之间存在滚动旋转自由度，其中，当套圈被附接至使用者的腕部或前臂时，工具轴线、第一轴线以及第二轴线相交于使用者的腕部或前臂内的点；和固定装置，其配置成将使用者的腕部或前臂保持在套圈中，使得使用者的手延伸穿过该第一万向节和第二万向节，且套圈与使用者的腕部或前臂一起移动。

如上面提到的，特别是对于最小访问工具(该最小访问工具安装到使用者的腕部或前臂，使得当使用多个联接接头(例如，轴承和/或万向节)时，工具可以围绕与使用者的腕部或前臂相交的滚动轴线滚动，并且包括一个或多个另外的自由度)，联接接头可以以任何顺序串联连接。例如，该第一万向节和轴承可以被串联连接在套圈和框架之间。在具有轴承和两个万向节的变体中，第一万向节、第二万向节和轴承可以以任何顺序串联连接在套圈和框架之间。例如，第一万向节可以可旋转地联接到框架，并且轴承可以可滑动地联接到第一万向节。轴承可以可滑动地联接到框架，且第一万向节旋转地联接到轴承。

在一些变体中，工具还包括可旋转地联接在框架和套圈之间的第二万向节，使得在围绕第二轴线在框架和套圈之间具有第二旋转自由度，其中，当套圈附接到使用者的腕部或前臂时，工具轴线、第一轴线以及第二轴线相交于在使用者的腕部或前臂内的点。

如已经提到的，套圈可以是第一万向节的一部分。在本文描述的装置的任一个中，套圈可以配置成可移除地附接在第一万向节内。可选地或另外地，第一万向节可以配置成可移除地附接至工具。如下面将被更详细地描述的，这可以允许套圈附接到臂且然后连接到工具，或允许附接到套圈的臂在从套圈移除臂之前从工具移除。

在本文描述的装置的任一个中，轴承可以是第一万向节的一部分。该轴承可以配置成允许框架相对于使用者的腕部或前臂的连续滚动旋转。该轴承可以是配置为围绕套圈在环中延伸的滑板的滑动轴承，或围绕套圈在环圈中延伸的滚动元件轴承。

本文还描绘使用本文描述的任何装置的方法。例如，本文描述的是操作最小访问工具的方法，其中，该最小访问工具包括框架，该框架包括具有工具轴线的长形工具轴，该方法包括：将使用者的前臂或腕部固定在套圈内，使得使用者的腕部或前臂延伸穿过第一万向节并保持在该套圈中，其中，通过滑动的轴承在套圈和框架之间具有围绕工具轴线的滚动旋转自由度，且其中，通过该第一万向节在套圈和框架之间具有第二旋转自由度；当使用者移动使用者的手臂时，对使用者的腕部或前臂相对于工具轴线的角度或滚动位置中任一个或两个进行改变，通过以下中的一项或两项：围绕第二旋转轴线旋转第一万向节，和滑动该轴承以围绕工具轴线滚动，其中，第二旋转轴线和工具轴线相交于使用者的腕部或前臂内的相交点。

通常，在使用过程中，该套圈可以被附接至使用者的前臂，而框架向最小或远程访问设备提供延伸的参考基底。这种类型的布置在最小/远程访问可操纵设备中可能是有用的，该最小/远程访问可操纵设备旨在将来自使用者的前臂、腕部、手以及手指的运动输入转换成远程位置处的端部执行器的相应运动输出。

固定使用者的腕部或前臂的步骤可以包括利用固定装置固定使用者的前臂或腕部，该固定装置包括以下中的一个或多个：带条、卡扣、带子、闩锁和钩连接器、系带或夹具。

这些方法中的任何一种可以包括将长形工具轴的远侧区域联接到安装件。在微创外科手术应用中，该安装件可以是套针、套管或用作支点的其它点。例如，该方法可以包括将长形工具轴的远侧区域联接到安装件，其中，改变使用者的腕部或前臂相对于工具轴线的角度或滚动位置中的任一者或两者包括当使用者的腕部或前臂相对于长形工具轴的角度和滚动位置中的任一者或两者改变时，使长形构件的区域的远端保持联接到安装件。

这些方法中的任一个可以包括操纵通过输入接头联接至工具轴的手柄，以通过输出接头接合联接至工具框架的长形构件的远端的端部执行器。

该方法可以包括操纵以俯仰、横摆或俯仰和横摆旋转方式联接到工具框架的手柄，其中，手柄通过并行运动学输入接头连接到工具框架，该并行运动学输入接头通过输出接头的相应旋转传递俯仰和横摆旋转，该输出接头包括多连杆端部执行器接头。

本文还描述最小访问工具，其包括附接到框架的前臂附接部以提供可以可选地包括滚动(例如，围绕工具轴线滚动)的俯仰和横摆的旋转。

例如，本文描述的是最小访问工具，其包括：框架，其具有长形工具轴，该长形工具轴具有工具轴线；套圈，其配置成附接至使用者的腕部或前臂；联接接头，其联接在套圈和框架之间，使得围绕第一轴线在套圈和框架之间具有第一旋转自由度；其中，当套圈被附接至使用者的腕部或前臂时，该第一轴线穿过使用者的腕部或前臂的中心区域，且另外地其中，该工具轴线与第一轴线在使用者的腕部或前臂的中心区域处相交；和固定装置，其配置成将使用者的腕部或前臂保持在套圈中，使得使用者的手伸出该套圈，且使得套圈与使用者的前臂一起移动。通常，这些装置中的任一个可以配置成使得当使用者的腕部或手臂保持在套圈中时，多个旋转轴线(例如，第一旋转轴线和第二旋转轴线)相交在使用者的腕部或手臂内的点处。在这些变体的任一个中，该第一、第二或第三轴线可以是俯仰轴线或横摆轴线。

用于安装至使用者的腕部或前臂的最小访问工具可以包括，该工具包括：框架，其具有长形工具轴，该长形工具轴具有工具轴线；套圈，其配置成将使用者的腕部或前臂保持在其中；第一联接接头，其位于套圈和框架之间，其中，该第一联接接头配置成围绕第一轴线旋转；第二联接接头，其位于套圈和框架之间，其中，该第二联接接头配置成围绕第二轴线旋转，其中，该第一轴线和第二轴线相交于相交点；以及固定装置，其配置成将使用者的腕部或前臂保持在套圈中，使得使用者的手延伸穿过该套圈且套圈与使用者的腕部或前臂一起移动，且另外地其中，该相交点在使用者的腕部或前臂内。该装置可以包括联接在套圈和框架之间的第三联接接头，其中，该第三联接接头配置成围绕第三轴线旋转。在这些变体的任一个中，该第一轴线可以是工具轴线。

用于安装至使用者的手臂的最小访问工具可以包括：框架，其具有长形工具轴；套圈，其配置成附接至使用者的腕部或前臂；联接接头，其位于套圈和框架之间，其在套圈和框架之间提供至少一个旋转或平移运动；手柄，其配置成接纳使用者的手，该手柄通过输入接头被连接至框架，其中，该输入接头是提供至少一个自由度的并行运动学输入接头；端部执行器，其通过输出接头连接至工具轴；以及传递系统，其用于将输入接头的至少一个自由度传递至输出接头的对应的至少一个自由度。

这些装置(例如，工具)中的任一个可以被配置，使得第一联接接头包括轴承，该轴承配置成滑动使得围绕工具轴线在框架和套圈之间具有滚动旋转自由度。在一些变体中，第一联接接头包括第一万向节，其旋转地联接在套圈和框架之间使得围绕第一轴线在框架和套圈之间具有第一旋转自由度。例如，第二联接接头可以包括第二万向节，其旋转地联接在套圈和框架之间使得围绕第二轴线在框架和套圈之间具有第二旋转自由度；或该第二联接接头可以包括轴承，该轴承配置成滑动使得围绕工具轴线在框架和套圈之间具有滚动旋转自由度。该第一联接接头可以是旋转地联接至框架的第一万向节，且该第二联接接头是旋转地联接至第一万向节的第二万向节。

本文还描述操作具有框架和从其延伸的工具轴的最小访问工具。例如，方法可包括：将使用者的腕部或前臂固定在最小访问工具的万向节组件内，使得使用者的腕部或前臂延伸穿过万向节组件且使用者的手超出万向节组件且可以独立于万向节组件移动，其中，万向节组件包括第一联接接头和第二联接接头，其中，第一联接接头旋转地联接至框架以围绕第一轴线旋转，且第二联接接头旋转地联接至第一联接接头以围绕第二轴线旋转；当使用者移动使用者的腕部或前臂时，通过以下中的一项或多项改变使用者的腕部或前臂相对于工具轴的角度：围绕第一轴线旋转第一联接接头和围绕第二轴线旋转第二联接接头，其中，第一轴线和第二轴线相交于使用者的腕部或前臂内的相交点。

固定使用者的腕部或前臂的步骤可以包括利用固定装置固定使用者的前臂或腕部，该固定装置包括以下中的一个或多个：带条、卡扣、带子、闩锁和钩连接器、系带或夹具。

这些方法中的任一个可以包括将长形工具轴的远侧区域联接至安装件。例如，这些方法中的任一个可以包括将长形工具轴的远侧区域联接到安装件，其中，改变使用者的腕部或前臂相对于工具轴线的角度或滚动位置中的任一者或两者包括当使用者的腕部或前臂相对于长形工具轴的角度和滚动位置中的一个或两个改变时，使长形构件的区域的远端保持联接到安装件。

该方法可以包括通过输入接头操纵联接至工具轴的手柄，以致动或控制联接至工具框架的长形构件的远端的端部执行器接头。

该方法可以包括操纵以俯仰、横摆或俯仰和横摆旋转方式联接到工具框架的手柄，其中，手柄通过并行运动学输入接头联接到工具框架，该并行运动学输入接头通过在端部执行器处的输出接头传递俯仰和横摆旋转。该输出接头可以是允许关节式运动的多连杆接头。

本文还描述最小访问工具，其包括上面描述的身体附接元件、具有工具轴的框架，以及在该工具轴的端部处的输出接头，该输出接头通过例如，联接至具有两个或更多的自由度的并行运动学输入接头的手柄致动。例如，本文描述的是最小访问工具，包括：框架，其包括具有工具轴线的长形工具轴；套圈，其具有穿过该套圈的配置成保持使用者的腕部或前臂的通道；第一万向节，其位于套圈和框架之间，使得围绕第一轴线在框架和套圈之间具有俯仰旋转自由度；第二万向节，其位于套圈和框架之间，使得围绕第二轴线在框架和套圈之间具有横摆旋转自由度；轴承，其位于套圈和框架之间，该轴承配置成滑动或滚动，使得围绕工具轴线在套圈和框架之间具有滚动旋转自由度，其中，第一万向节、第二万向节以及第三万向节被串联连接在套圈和框架之间，且另外地其中，工具轴线、第一轴线以及第二轴线全部相交在穿过套圈的通道内的一点；和固定装置，其配置成将使用者的腕部或前臂保持在套圈中，使得使用者的手延伸穿过第一万向节和第二万向节，且该套圈与使用者的腕部或前臂一起移动；手柄，其通过具有至少一个自由度的输入接头被联接至框架；以及端部执行器，其通过输出接头连接至工具轴；以及传递系统，其用于将输入接头的至少一个自由度传递至输出接头的对应的一个或多个自由度。

如上面提到的，在包括上面描述的工具的这些装置中的任一个中，第一万向节可以嵌套在第二万向节内。套圈可以集成至第一万向节。

在这些变体的任一个中，该输入接头可以包括并行运动学输入接头，包括具有以下的并行运动学输入接头：用于传递将手柄联接至工具框架的运动的至少两个独立的路径，其中，该至少两个独立的路径包括第一路径和第二路径；在第一路径中的第一中间主体，其通过第一连接器连接至工具框架并通过第三连接器连接至手柄；以及在第二路径中的第二中间主体，其通过第二连接器连接至框架并通过第四连接器连接至手柄；其中，第一连接器和第四连接器均允许在第一旋转方向上旋转并限制在第二旋转方向上旋转，另外地其中，第二和第三连接器允许在第二旋转方向上旋转并限制在第一旋转方向上旋转。

该套圈可以在穿过第一万向节的通道内；可选地或另外地，该套圈可以由第一万向节形成(例如，集成至第一万向节)。该套圈可以配置成可移除地附接在第一万向节内。根据权利要求1所述的工具，其中，该轴承可以配置成允许该框架相对于使用者的腕部或前臂的连续的滚动旋转。例如，该轴承可以是围绕套圈在轨道内滑动的滑板。该第一万向节可以配置成可移除地附接至该工具。

通常，本文描述的装置中的任一个可以有利地包括套圈(其可以是诸如万向节的联接接头的一部分)，该套圈可以被可移除地联接至该工具中或离开该工具。如上面简单地提到的，这可以允许使用者将套圈容易地附接至他们的身体(例如，他们的腕部和/或前臂)，并然后将套圈附接至工具，例如，通过卡扣到工具中使得其然后可以如本文所描述和示出的那样操作。类似地，为了移除工具(例如，或在具有不同的端部执行器的工具之间切换)，使用者可以从工具分开该套圈(和/或包括套圈的联接接头)。这些实施方案可以被并入至本文描述的装置的任一个中，但是在包括万向节作为一个或多个联接接头的变体中尤其有效，特别是在套圈由输入接头(例如，万向节)中的一个形成的情况下。

例如，用于最小访问工具的前臂附接设备可以包括：框架，其包括具有工具轴线的长形工具轴；旋转地联接至该框架的外部万向节，以及旋转地联接或可联接至该外部万向节的内部万向节，其中，当联接至该外部万向节时，该内部万向节配置成围绕包含将内部万向节联接至外部万向节的至少一个可释放附接部的第一旋转轴线旋转，且其中，该外部万向节配置成围绕第二旋转轴线旋转，且其中，该第一旋转轴线和该第二旋转轴线相交于相交点；和套圈，其在内部万向节内，其配置成将使用者的手臂保持在其中，使得该相交点在使用者的手臂内；以及固定装置，其配置成将使用者的手臂固定在套圈中使得该套圈与使用者的手臂一起移动。

该可释放联接部可以是任何合适的可释放连接部，但是特别地，可以配置成当联接/分开时，提供触觉和/或听觉反馈。例如，该内部万向节可以配置成可释放地卡扣到该外部万向节中。

该内部万向节可以包括从内部万向节延伸且配置成可释放地匹配外部万向节的至少一个突出部(例如，销，还称为枢转销)。可选地或另外地，该内部万向节可以包括位于内部万向节的外表面上的至少一个突出部接纳器，该至少一个突出部接纳器配置成接纳并可释放地匹配来自外部万向节的突出部(例如，销)。该内部万向节可以包括在内部万向节的外表面上的至少一个突出部(例如，销)或突出部接纳器，该至少一个突出部(例如，销)或突出部接纳器配置成匹配在外部万向节上的突出部或突出部接纳器，其中，该至少一个突出部或突出部接纳器在第一旋转轴线中。

套圈和/或保持该套圈的联接接头(例如，万向节)可以配置成包括来自工具的释放器。例如，当该套圈是可释放地联接至外部万向节和/或框架的内部万向节的一部分时，该内部万向节可以配置成被压缩以从外部万向节分开。可选地或另外地，可以包括释放控制器(按钮、开关、滑动器，等)。当万向节被一个或两个枢转销附接时，例如，枢转销中的一个或两者可以是弹簧加载的。

在本文描述的装置的任一个中，除了套圈，该装置可以包括套筒。该套筒可以联接至套圈中，且可以在联接至套圈之前由使用者施加以增强舒适性和/或适配性。例如，该装置可以包括套筒，其配置成刚性地附接在由内部万向节(例如，套圈)形成的开口内，另外地其中，该套筒配置成将使用者的腕部或前臂联接至套圈。

在包括可释放的套圈部分的工具的任一个中，该装置可以配置用于滚动旋转，且可以包括在套圈和框架之间的轴承，该轴承配置成滑动使得围绕工具轴的长轴线在框架和套圈之间具有滚动旋转自由度。

本文还描绘使用这些可释放套圈装置的方法。例如，将最小访问工具附接至使用者的手臂的方法可以包括：将使用者的腕部或前臂固定在从最小访问工具分开的套圈内，使得使用者的手伸出该套圈，同时使用者的腕部或前臂固定在该套圈内；将套圈附接至该最小访问工具的框架中，其中，该套圈是第一联接接头的一部分或联接至第一联接接头，该第一联接接头可以相对于框架围绕第一旋转轴线旋转；当使用者移动使用者的腕部或前臂时，围绕第一旋转轴线相对于套圈旋转该框架；以及当使用者移动使用者的腕部或前臂时，围绕第二旋转轴线相对于套圈旋转框架，其中，该第一旋转轴线和该第二旋转轴线相交于使用者的腕部或前臂内的相交点。

如上面讨论的，第一联接接头可以是可移除的，用于将使用者的手臂插入到套圈中，或该套圈可以是可移除的并且插入到其刚性地附接到其上的第一联接接头中。如本文描述的，该第一联接接头可以是轴承和/或万向节。第一旋转运动可以是俯仰、横摆或滚动，且第二旋转运动可以由第二联接接头(例如，轴承或万向节)或相同的第一联接接头执行。

例如，将最小访问工具附接至使用者的手臂的方法可以包括：将使用者的前臂固定在内部万向节内，使得使用者的前臂延伸穿过内部万向节；其中，该内部万向节构件形成包括内部万向节、框架以及外部万向节的万向节组件的一部分，其中，该外部万向节旋转地联接至框架且该内部万向节旋转地联接至该外部万向节；当使用者移动使用者的前臂时，围绕万向节组件的第一旋转轴线旋转该内部万向节；以及当使用者移动使用者的前臂时，围绕万向节组件的第二旋转轴线旋转该外部万向节，其中，该第一旋转轴线和该第二旋转轴线相交于使用者的前臂内的相交点。

该方法还可以包括将内部万向节构件附接至万向节组件内，使得该内部万向节可以在将使用者的前臂固定在内部万向节内之后围绕第一旋转轴线旋转。例如，该方法还可以包括将内部万向节构件卡扣到万向节组件中，使得该内部万向节可以在将使用者的前臂固定在内部万向节内之后围绕第一旋转轴线旋转。

方法还可以包括通过使内部万向节的外表面上的突出部或突出部接纳器与外部万向节的内表面上的互补的突出部或突出部接纳器匹配来将该内部万向节构件附接至万向节组件中，使得该内部万向节可以在将使用者的前臂固定在该内部万向节内之后围绕穿过突出部或突出部接纳器的第一旋转轴线旋转。

这些方法中的任一个可以包括在将使用者的前臂固定在该内部万向节内之后，通过压缩该内部万向节使得其适配至该外部万向节构件中，并且释放压缩以使内部万向节与外部万向节匹配使得内部万向节可以围绕第一旋转轴线旋转而将内部万向节构件附接至万向节组件中。通常，该方法可以包括将使用者的前臂固定在内部万向节内，使得该内部万向节与使用者的手臂一起移动。

套圈可以至少部分地围绕使用者的前臂被固定，使得该套圈与使用者的前臂一起移动，其中，将使用者的前臂放置在内部万向节内包括将该套圈固定在内部万向节内，使得该内部万向节与使用者的前臂一起移动。例如，将使用者的前臂固定在内部万向节内包括将使用者的前臂放置到内部万向节内的套圈内并使用固定装置将使用者的前臂固定在套圈中。

围绕第一旋转轴线旋转内部万向节的步骤可以包括围绕横摆轴线旋转该内部万向节。围绕第二旋转轴线旋转该外部万向节可以包括围绕俯仰轴线滚动该外部万向节。

例如，将最小访问工具附接至使用者的前臂的方法可以包括：将内部万向节构件联接至使用者的前臂，使得使用者的前臂穿过内部万向节；将联接至使用者的前臂的内部万向节构件附接至包括框架和外部万向节的万向节组件中，其中，该外部万向节旋转地联接至框架，使得该内部万向节旋转地联接至该外部万向节；围绕第一旋转轴线旋转该内部万向节；以及围绕第二旋转轴线旋转该外部万向节，其中，该第一旋转轴线和该第二旋转轴线相交于使用者的前臂内的相交点。

附图简述

本发明的新颖特征在随后的权利要求中具体阐述。通过参考以下详细描述以及附图将获得对本发明的特征和优点的更好理解，所述详细描述阐述了利用本发明的原理的说明性实施方案，其中：

图1、图2以及图3示出现有技术的微创/远程访问工具。

图4、图5、图6A-6C、图7A、图7B、图8A、图8B以及图9示出在使用者的手臂(手腕、前臂和手指)上的不同的自由度。

图10示出使用最小访问工具(例如，远程访问工具)的臂运动的平移。

图11和图12示出通过现有技术设备(例如，那些在图1-3中示出的)可能难以实现的最小访问工具的取向。

图13A-13C和图14A-14B示出使用现有技术最小访问工具(例如，那些在图1-3中示出的)可能难以实现或不可能实现的手臂运动。

图15、图16、图17以及图18示意性地示出包括前臂附接组件的最小访问工具，其可以允许在前臂附接部分(例如，套圈)与框架之间具有1个以上的自由度。

图19和图20示出可以与本文描述的最小访问工具一起使用的前臂附接组件(部件)的第一实施方案。图19示出包括两个万向节和一个轴承的联接接头的组件的一个变体，其可以在套圈(集成至内部万向节中)和允许以俯仰、横摆以及滚动方式旋转的框架之间提供联接，其中，该框架可以配置(如示出在图21A中的)用于围绕工具轴线滚动。图20示出包括多个滚子的轴承。

图21A示出集成至最小访问工具中的前臂附接组件的另一个示例，其示出3个旋转(俯仰、横摆、滚动)轴线。

图21B-21G示意性地示出在通用套圈和框架之间的六个不同的自由度。图21B-21D示出平移DoF：轴向(图21B)、水平(图21C)以及竖直(图21D)。图21E-21G示出旋转DoF：滚动(图21E)、俯仰(图21F)以及横摆(图21G)。

图22、图23、图24A-24B、图25、图26、图27、图28以及图29全部示出包括可以与最小访问工具一起使用的前臂附接组件的最小访问工具的另一个示例。

图30是可以与最小访问工具一起使用的前臂附接组件的另一个示例。

图31A-31B是可以与最小访问工具一起使用的前臂附接组件的另一个示例。

图32、图33、图34、图35以及图36示出可以与最小访问工具一起使用的前臂附接组件的示例。

图37和图38示出可以与最小访问工具一起使用的前臂附接组件的另一个示例。

图39示意性地示出可以与最小访问工具一起使用的前臂附接组件的示例。

图40A-40B示出现有技术附接装置和本文描述的具有一个或多个自由度的前臂附接组件之间的对比。

图41示意性地示出可以与最小访问工具一起使用的前臂附接组件的另一个示例。

图42示意性地示出除了使用者的腕部、前臂和手之外可以与最小访问工具一起使用的前臂附接组件的一个实施方案。

图43示出多个万向节，示出为组成可以与最小访问工具一起使用的前臂附接组件的一个实施方案的环和轴线。

图44示意性地示出组成前臂附接组件的一个实施方案的多个环以及可以与最小访问工具一起使用的各种部件的组装顺序。

图45示意性地示出用于将套圈保持在偏斜环内的一种机构的方法，其可以在可以与最小访问工具一起使用的前臂附接组件的一个实施方案中找到。

图46示出套圈和各种部件的一个实施方案的透视图，该各种部件包括用于在使用中利用最小访问工具将套圈附连至使用者的前臂的装配带条。在该示例中，该套圈形成为万向节的一部分，且包括用于在使用中利用最小访问工具将套圈附连至使用者的前臂的装配带条。

图47示出具有安装用作最小访问工具的前臂附接装置的特定实施例的整个腹腔镜仪器(分解图)。

图48示出前臂附接组件的一个变体的横截面视图。

图49示出组件的滚环部件。

图50示出轴2相对于轴3的平移以展示部件之间的结合源。

图51示出三轴万向节类型布置可以被使用者用于控制远程访问工具中的远程端部执行器(例如，外科手术工具)。

图52A-52G示出包括如本文所述的身体(例如，前臂)附接组件的示例性最小访问工具，其具有如本文所述的俯仰、横摆和滚动旋转。该示例包括具有两个DoF并行运动学输入接头。

图53A-53D示出集成至联接接头(在该实例中配置为万向节)中的套圈的另一个变体，该套圈从工具(例如，最小访问工具)是可移除可附接/可拆卸的。图53A和图53B分别示出万向节的前部和侧部轮廓，该万向节包括套圈开口和一对弹簧加载销，该一对弹簧加载销将该万向节固定至另一个万向节中(如在图53D中示出的)使得该万向节可以围绕旋转轴线旋转。图53C示出弹簧加载销可以被插入至其中的第二万向节的剖视图。

图54A和54B示出前臂附接组件的另一个变体。在该示例中，该前臂附接组件包括由固定的但是柔顺的构件串联连接的一对万向节；因此整个组件可以由单件(例如，通过模制、注射模制等)形成。可以基于连接区域(凸舌)的柔顺度允许围绕第一和第二(例如，俯仰和横摆)轴线的枢转。

图55示出包括固定装置的另一个腕部套圈。

图56示出最小访问设备的一个变体，其具有包括在配置成保持手臂的套圈和包括(或附接至)具有工具轴线的长形工具轴的框架之间的身体(例如，前臂)附接组件。该设备还包括并行运动学2DoF输入接头。前臂附接组件的旋转轴线(联接接头的横摆轴线和联接接头的俯仰轴线，以及工具轴的滚动轴线)全部在使用者的腕部或前臂内的交点处相交；并行运动学输入接头的两个旋转轴线还在该相同的点处相交。

详细说明

通常，本文描述的是包括前臂附接组件的身体附接装置(例如，设备、系统、组件、工具，等)，该前臂附接组件可以与最小访问工具(最小访问工具)一起使用(和/或集成至最小访问工具中)以在身体附接部(例如，可以是前臂附接组件的一部分的套圈)和工具的框架之间提供达到四个自由度，例如，三个旋转和一个平移。这些自由度(DoF)可以通过套圈和框架之间的连接部(其可以被称为接头和/或机构)实现。该连接部在本文还可以称为“联接接头”。剩余的两个平移运动可以被约束并因此在套圈和框架之间直接传递。为了方便起见，尽管本文所述的身体附接组件可以适于用在其他身体区域中，包括腿(小腿、脚踝、大腿)，或手臂的其他部分(腕部、前臂，上臂)，但是本文所述的身体附接组件可以被称为“手臂附接组件”或“前臂附接组件”。在本文的通常使用中，除非上下文另有明确说明，否则“前臂附接组件”可附接到腕部或前臂。

尽管本文描述四个自由度变体，但是这些身体附接装置的另外的变体以及因此包含这些身体附接装置的最小访问工具的另外的变体可以代替地提供少于四个DoF。例如，本文描述的最小访问工具可以包括三个旋转自由度(横摆、俯仰以及滚动)，或两个旋转自由度(例如，横摆和滚动、俯仰和滚动，或横摆和俯仰)。在一些变体中，仅仅提供一个旋转(例如，滚动)自由度。

如提到的，通常，前臂附接组件可以用作例如最小远程访问工具的装置的一部分。通常，最小远程访问工具可以包括轴，该轴可以被集成至框架和/或刚性地连接至框架。该框架可以被认为是装置机械基底。可选地，在一些变体中，轴可以通过接头(例如，万向接头)被连接至框架。

本文描述的可能特别有用的装置的一些变体配置成使得工具轴与框架是一体的或刚性地连接至框架且具有长形(长的)工具轴线。这样变体可以包括身体(例如，前臂)附接组件，其配置成允许套圈和工具轴之间的滚动，使得滚动轴线与工具轴线相同，且该轴线穿过套圈(例如，当操作该装置时，穿过使用者的腕部和/或前臂的中心区域)。在一些变体中，该前臂附接组件还允许围绕一个或多个另外的轴线旋转(例如，俯仰或横摆)。这些另外的轴线还可以在使用者的腕部和/或前臂内的位置处与滚动轴线相交。可选地，在一些变体中，该滚动轴线与使用者的腕部和/或前臂相交，但是另外的俯仰和/或横摆轴线不与使用者的腕部和/或前臂相交。因此，尽管框架和套圈之间的俯仰和横摆旋转DoF已经被描述成在使用者的腕部处与滚动轴线相交，但是在可选的实施方案中，这两个旋转轴线可以位于与使用者的腕部分离的位置。例如，最小访问工具可以配置成使得滚动旋转围绕穿过使用者的腕部区域的工具轴线，但是俯仰和横摆自由度可以在工具框架和工具轴之间，或在沿工具框架或工具轴的范围的任何其它位置。在这样的情况中，滚动、俯仰以及横摆轴线将不再相交于位于使用者的腕部区域中的一个位置处。

套圈可以是身体附接组件的一部分，或套圈可以是分离的并可附接至该身体附接组件。例如，当套圈是连结至最小访问工具的前臂附接组件的一部分时，该套圈可以被牢固地附接至使用者的前臂，从而允许在使用者的前臂和最小访问工具的框架之间达到4个DoF。形成工具的前臂附接组件部分的一个或多个联接接头可以配置成使得两个旋转DoF(俯仰和横摆)集中在使用者的腕部关节处，第三旋转DoF(滚动)以框架(例如，附接至该框架的工具轴)的某期望的轴线为中心，且平移DoF沿着框架的某期望轴线(例如，附接至框架的工具轴)。两个平移DoF被约束在前臂处的朝上/朝下运动和在前臂处的从一侧到另一侧的运动。

如上面描述的，参考图4-9，当其涉及本文的装置时，前臂可以被界定为使用者的手臂的远端区域，其沿着手臂轴线一直通向腕部关节但不包括腕部关节。前臂可以在空间中不受约束，并且提供4个DoF，通过旋转式内旋和外旋以及向前/反向平移、朝上/朝下平移和侧/侧平移完成围绕手臂轴线的旋转(如上图所示)。该手臂轴线在使用者的腕部关节处与手轴线相交。该腕部关节被界定为使用者的前臂和手之间的铰接关节，且允许使用者通过弯曲/伸展和偏斜(deviation)来实现相对于前臂的2个旋转DoF。手被界定为刚好在腕部关节的远侧但不包括腕部关节的使用者的手臂的构件。手轴线由手腕关节处的关节式运动控制，同时与手臂轴线相交。

通常，包括最小访问工具的装置的框架可以是刚性长形延伸部，其从使用者的前臂悬臂(即，延伸)并且经由身体附接装置的联接接头与前臂接合，并且可以用作各种其它部件的基底基准，例如，远程可操纵工具中的子系统、接头或类似物。框架有助于直接传递来自使用者在前臂和手处的输入的某些DoF。例如，由使用者的前臂驱动的两个平移运动(在图5中编号2和3)可以通过框架被直接传递至远程位置。

该联接接头充当框架和套圈之间的接口。该联接接头可以提供达到3个旋转DoF和一个轴向平移DoF，并约束剩余的平移运动。约束平移运动的能力能够借助于套圈将这些特定的运动直接从前臂传递至框架。

通常，该套圈是连接机构和使用者的前臂之间的接口。该套圈是向使用者的前臂提供牢固且舒适的适配并捕获前臂的所有运动的半刚性主体。套圈系至前臂，使得其不阻碍在使用者的腕部关节处发生的关节式运动，同时保证联接接头的所有旋转DoF的旋转轴线穿过使用者的腕部关节。

相比于先前描述的附接机构(例如，美国专利第8,668,702号)，本文描述的前臂附接部通常包括套圈组件(联接接头)，其配置成附接至前臂并在框架和前臂之间提供一个或多个自由度，使得前臂的可能的运动(DoF)中的仅仅一些被传递至框架，且反之亦然，如本文描述的。

例如，对比图16(一般性地描绘了本文描述的附接机构)和上面的图1。在图1中，该框架通过前臂套圈被牢固地且刚性地附接至前臂。相比之下，在图16中，框架通过联接接头被连接至前臂。该联接接头是套圈(其被牢固地但舒适地附接至前臂)和框架之间的接头。图16中的套圈类似于图1中的前臂套圈/附接构件。如现有技术专利和上述背景中所解释的整个远程/最小访问工具的所有其它结构和相关联的功能以及基本原理在图1和图16之间保持相同。

因此，通常，本文描述的装置包括套圈和具有一个或多个(例如，在一个和四个之间)自由度的一个或多个联接接头1601，使得套圈(或者，当套圈被附接至使用者的前臂，前臂连接至套圈时)可以相对于框架以至少一个自由度移动。具体地，在一些变体中，联接接头可以包括万向节、枢轴、轴承(例如，滑动器、导轨、轨道)或任何其它可移动元件，以允许套圈(和/或套圈中的前臂)相对于轨道在一个或多个方向(例如，轴线)上移动。该联接接头可以在一个或多个方向上阻止移动的传递，并因此传递这些移动。在一些变体中，该联接接头可以包括允许套圈(和/或前臂)相对于框架的限制性移动的弹性材料。以下提供的示例示出了可以与最小访问工具一起使用或并入最小访问工具中的套圈装置(其可以具有一个或多个自由度)的各种实施方案。

通常，本文描述的套圈装置修改框架如何附接到前臂，并且可以克服上面描述的限制。例如，本文描述的联接接头可以具有与关节式运动(俯仰和横摆)相关联的多达两个旋转自由度。该联接接头可以保证这两个旋转与使用者的腕部关节的关节式运动重合。换言之，这两个关节式运动DoF的旋转轴线可以穿过使用者的腕部关节。如下面在图17中示出的(在侧视图中)，在联接接头1601处的俯仰旋转DoF可以允许框架相对于前臂俯仰旋转。这反过来允许工具轴轴线1703(黄色)相对于前臂轴线1709(红色)保持一定的角度。因此，使用者可以在应用(例如，外科手术)所需的方向上定向工具轴，同时保持他的前臂处于舒适的取向。

在图18中，在俯视图中，在联接接头处的横摆旋转DoF允许框架相对于前臂横摆旋转。这反过来允许工具轴轴线1805(黄色)相对于前臂轴线1803(红色)保持一定的角度。因此，使用者可以在应用(例如，外科手术)所需的方向上定向工具轴，同时保持他的前臂处于舒适的取向。

另外，该联接接头可以另外地具有围绕框架的轴线(或工具轴线或设备轴线)的旋转DoF。与工具输入接头(虚拟中心机构或VC机构)结合考虑这种联接接头，该工具输入接头在手柄和框架之间不具有类似的滚动旋转DoF。换言之，该输入接头将滚动旋转DoF从手柄传递至框架。当这样的设备与使用者接合时，即，设备的框架经由联接接头连接到前臂，并且使用者的手握住手柄或接合手柄时，则对于使用者腕部的任何给定取向(标称的或铰接的)和前臂的位置和取向(标称的或移位的)，如果使用者回转他的手指而不产生任何其它运动，则该回转通过输入接头从手柄传递到框架。由于框架相对于套圈具有滚动DoF，该套圈反过来被附接至前臂，因此框架相对于前臂呈现围绕框架轴线的滚动旋转。

这种布置可以提供围绕工具轴线的显著的量的滚动旋转(达到360度，即，完全旋转)。该滚动旋转来自于两个来源或具有两个分量。首先，由于该套圈被附接至前臂，因此前臂的任何内旋和外旋在套圈处产生滚动旋转。即使框架具有相对于套圈的滚动旋转DoF，但是由于在联接接头处的摩擦力，因此该框架与套圈一起移动。其次，当使用者达到其内旋/外旋的极限时，他可以通过简单地回转他的手指来继续围绕工具轴线滚动框架。现在，该框架相对于套圈围绕工具/设备/框架轴线滚动。

在使用过程中，使用者可以选择使用一个或两个(以任何优选的组合)滚动分量以实现期望的应用目的(例如，在外科手术中)。由于两个滚动分量发生在工具框架处，因此这些分量被直接传递并且表现为在工具轴远端处的端部执行器处围绕工具轴线的滚动旋转。

重要的是要注意，通过框架和套圈之间的滚动DoF和手柄和框架之间的滚动约束(即，传递能力)的特定组合来产生这种期望的增强的滚动功能。

类似地，该联接接头可以另外地具有沿框架的轴线(或工具轴线或设备轴线)的平移DoF。与工具输入接头(VC机构)结合考虑这种联接接头，该工具输入接头在手柄和框架之间不具有类似的平移DoF。换言之，该输入接头沿工具轴线将平移DoF从手柄传递至框架。当这样的设备与使用者接合时，即，设备的框架经由联接接头连接到前臂，并且使用者的手握住手柄或接合手柄时，则对于使用者腕部的任何给定取向(标称的或铰接的)和前臂的位置和取向(标称的或移位的)，如果使用者用他的手指啄动而不产生任何其它运动，则该啄动运动通过输入接头从手柄传递到框架。由于框架相对于套圈具有平移DoF，套圈反过来被附接至前臂，因此框架相对于前臂呈现围绕框架轴线的平移运动。

该布置沿工具轴线提供另外的量的轴向平移。该轴向平移来自于两个来源或具有两个分量。首先，由于套圈被附接至前臂，因此前臂的任何进和出运动(图5中的方向1)在套圈处产生轴向平移(由于套圈被固定至前臂)。即使框架具有相对于套圈的平移DoF，但是由于在联接接头处的摩擦力，因此该框架与套圈一起移动。其次，除了移动他的前臂进和出，使用者可以通过用他的手指啄动同时握住手柄来继续沿工具轴线轴向平移框架。现在，该框架相对于套圈沿工具/设备/框架轴线轴向平移。

在使用过程中，使用者可以选择使用轴向平移的一个或两个(以任何优选的组合)分量以实现期望的应用目的(例如，在外科手术中)。由于轴向平移的两个分量发生在工具框架处，因此这些分量被直接传递并且表现为在工具轴远端处的端部执行器处沿工具轴线轴向平移。

重要的是要注意，通过框架和套圈之间的平移DoF和手柄和框架之间的轴向平移约束(即，传递能力)的特定组合来产生这种期望的增强的轴向平移功能。

有必要观察到，尽管这两个可以期望地一起使用，但是本文描述的输入接头(即，其可以是虚拟中心机构)和前臂附接组件的联接接头之间存在明显的差别。由输入接头提供的俯仰和横摆旋转的轴线通过虚拟中心机构与使用者的腕部关节重合。由前臂附接组件(即联接接头)实现的两个旋转(俯仰和横摆)的轴线也可以与使用者的腕部关节重合。例如，这示出在图56中。在该示例中，当使用者的手相对于使用者的前臂围绕使用者的腕部关节旋转以在俯仰和横摆方向上提供输入关节式运动时，示出的并行运动学装置的虚拟中心机构有必要驱动输出接头(即，相对于工具轴在俯仰和横摆旋转方向上关节式运动的端部执行器)。该输入接头是手柄和框架之间的连接部，而联接接头是套圈和框架之间的连接部。两个接头共享作为公共参考基底的框架。

在该示例中，该并行运动学输入接头具有两个自由度(俯仰和横摆)并包括用于传递将手柄5603联接至工具框架5601的运动的两个独立的路径，其中，该至少两个独立的路径5605、5605'包括第一路径和第二路径。第一中间主体可以出现在第一路径中，该第一路径通过第一连接器被连接至工具框架并通过第三连接器被连接至手柄；且第二中间主体在第二路径中，该第二路径通过第二连接器被连接至框架并通过第四连接器被连接至手柄；其中，第一连接器和第四连接器均允许在第一旋转方向上旋转并限制在第二旋转方向上的旋转。另外地，其中第二和第三连接器允许在第二旋转方向上的旋转并限制在第一旋转方向上的旋转。

在该示例中，由于VC机构允许围绕两个正交轴线输入的2个DoF，因此该第三旋转轴线(即，滚动)被约束并允许驱动端部执行器围绕工具轴轴线旋转。该工具轴的旋转是VC机构使工具框架围绕相同的轴线旋转的能力的直接结果。前臂装置的联接接头通过使前臂轴线从工具框架轴线脱开并且允许手围绕已知的工具/框架轴线旋转驱动工具轴和框架的工具手柄来实现该属性。为此，输入接头和联接接头共享相同的公共基底，即工具框架，并且当考虑整体设备功能时，它们是分离的实体，虽然是共生的。与联接接头相关的另一关键设计方面不仅是输入接头和联接接头的俯仰和横摆轴线彼此重合以及相对于使用者的腕部关节重合，而且联接接头的滚动DoF的轴线相对于设备的框架/工具轴线同轴。该特定特征对于实现围绕该轴线的一致和可预测的旋转是关键的，使得可以根据外科医生的需要来操纵端部执行器。当这些轴线不同心而是偏心时，一个轴线围绕另一个轴线旋转，并且导致工具轴和端部执行器的不可预测的“突然倾斜”。

概括上述两点，一般来说，设备可以具有联接接头，其提供这四个DoF(以使用者的腕部关节为中心的两个关节式旋转DoF(俯仰和横摆)、围绕工具/设备轴线的旋转滚动DoF、沿设备/工具轴线的轴向平移DoF)的任意组合。未提供为DoF的任何运动都受到约束。例如，如果提供了所有这四个DoF，则前臂处的两个平移DoF(由图5中的方向2和3指示)被约束，并且因此经由联接接头从前臂传递到框架。使用者的输入运动到设备端部执行器(工具输出)处的相应输出运动的一对一映射的总体理论被更有效地保持并实现。

在腕部关节处提供的任何DoF或运动可以通过非常良好地界定的接头(例如枢轴、销、滑块、狭槽等)实现，或者可以简单地使用一些软/弹性附接部(例如带、弹力尼龙搭扣等)通过缺乏约束被提供。

该联接接头的各种实施方案在下面被描述，具有示出的DoF的不同的组合和实现这些DoF的不同方式。

实施方案1

图19示出三轴万向节(3DoF)，且图20示出可以与该变体一起使用的球形滚子轴承(3DoF)。

如先前描述的前臂附接组件包括框架、连接机构以及套圈。提供3个DoF的一个实施方案在上面被示出。该装置在仪器接口(10)处接合框架并且牢固地刚性附接到框架。在该装置内，前臂围绕臂轴线的旋转和围绕手轴线的旋转通过旋转轴线(12)实现。这在一个实施方案中实现，但不限于键控轨道系统，在键控轨道系统中，一个表面以最小阻力滑过另一个表面，并且由键控系统(在这种情况下为T形槽)限制到该一个旋转轴线。在该装置内，由(14)和(16)标识的轴线类似于腕部本身的两个轴线。这些轴线在腕部弯曲/伸展(14)以及腕部偏斜(16)期间提供不受阻旋转。这在一个实施方案中实现，但不限于沿着其允许旋转的轴线被钉住的同心环。最内的环被识别为套圈，其充当使用者的前臂和连接机构之间的半刚性接口。该套圈旨在被舒适地穿着，并且提供用于不同腕部尺寸的牢固配合。通过压缩或束缚系统，该套圈旨在当使用者期望通过连接机构和虚拟中心机构控制可操纵设备并传递输入时临时保持使用者的前臂。

由于其涉及最小访问工具，因此具有3个DoF的装置使得使用者能够被平移地约束到建立在腕关节处的基底参考处的公共基底，并且在所有旋转度方面不受约束。这种在腕部关节处的新建立的基底参考允许使用者向工具手柄施加力并且独立于框架控制端部执行器的运动。腕关节的基底参考允许使用者在施加用于输入的运动力时使手柄抵靠由前臂保持恒定的基底来利用手柄。由于其减少或消除了先前可能已经从框架传递到外部基底(例如，套针套管和最终患者)的力，在手柄和前臂之间产生的内力反馈回路对于任何最小访问工具设备是有利的。通过减小这些力，该设备在特别缝合密集MIS手术过程中可以给患者造成较少的创伤。

实施方案2

图21A示出了具有框架2101的通用最小访问工具，框架2101包括具有工具轴线2102的长形工具轴2100。套圈2108形成为内部万向节2106的一部分。内部万向节2106和外部万向节2104以及轴承(示出为配置为滑块2112的滑动轴承)连接在框架2101和套圈2106之间。在该示例中，该内部万向节形成套圈的座并通过一对销被枢转地连接至外部万向节。该外部万向节通过一对销被枢转地连接至轴承(滑块2112)且该轴承在由框架形成的轨道中滑动以允许滚动旋转。可选地，可以使用不同类型的轴承(例如，图20的滚子轴承)。因此，在该示例中，身体(例如，前臂)附接部被配置用于俯仰、横摆以及滚动DoF，并布置成使得滚动轴线与工具轴线相同。工具轴线(滚动轴线)、俯仰旋转轴线以及横摆旋转轴线全部相交于开口内的一点，该开口形成在该套圈中用于保持使用者的腕部或前臂。

图21B-21G一般地示出套圈2156和框架2151之间的自由度。在该实例中存在六个总的自由度、三个平移以及三个旋转。图21B示出在套圈2156和框架2151之间的轴向平移2180。图21C示出在套圈2156和框架2151之间的水平平移2182。图21D示出在套圈2156和框架2151之间的轴向平移2184。图21E示出在套圈2156和框架2151之间的滚动旋转2186。图21F示出在套圈2156和框架2151之间的俯仰滚动旋转2188。图21G示出在套圈2156和框架2151之间的横摆旋转2190。

实施方案3

示出在图22和图23中的前臂附接组件提供2个DoF且类似于先前在实施方案2中描述的设备，然而，其不能够使腕部(16)偏斜旋转。在该实施方案中，还存在键控轨道系统，然而，其利用轨道内球系统(ball-in-track system)，其中，2个DoF发生在与先前示例中的同心环的堆叠相反的相同情况处。一个DoF的这种丢失不一定是对设备的损害，但它确实限制了使用者可能需要的一些运动。限制一个DoF并不意味着该偏斜旋转轴线可以是唯一要约束的轴线。当其应用于本文所描述的最小访问工具设备时，通常围绕偏斜轴线发生的旋转是最小的，大约5-10度。当该轴线被约束时，该设备可以由一只手在空间中被操纵并且被完全支撑。这是有利的，因为外科医生可以选择在不用他们的另一只手支撑(承托)的情况下从套针套管引入和移除工具轴。由于工具框架可能围绕该轴线落下，直到其通过套针套管或外科医生的相反的手被沿工具轴的第二点承托，因此这不容易用先前描述的设备(3DoF装置)实现。

在该实施方案中，套圈是半刚性主体，其通过束缚系统(例如，尼龙搭扣带条或腕部表带式封闭件)舒适且牢固地安装到腕部。套圈保持旋转轴线和手腕中心相对于前臂、腕关节和手的位置。套圈让使用者能够“卡扣”到环或轨道系统中，其中，当该环或轨道系统穿过腕部时位于轴线的相对端处的两个球充当将使用者的腕部键式连接(key)到轨道的销，并且还变成关节式旋转表面。为了脱开套圈，使用者简单地克服半刚性套圈的朝外弹簧力以从环“卡扣”出来。套圈的朝外弹簧力保持套圈并且使用者的腕部在适当位置中为连接机构提供先前描述的属性。

图24A和图24B示出使用尼龙搭扣带条安装在前臂上的腕部套圈。图25示出装置(包括上面描述的套圈和联接接头)，其中，套圈从框架(和附接的环)分离。图26示出在与使用者接合(即，安装/保持)之前的设备。最后，图27示出具有安装并与使用者接合的套圈的设备。图28示出联接接头如何使工具轴线能够位于相比于前臂轴线的不同取向处。图29示出联接接头如何使工具轴线能够位于相比于前臂轴线的不同取向处。该联接接头使工具轴线位于相比于前臂轴线的不同取向处。

实施方案4

图30示出与上面实施方案3类似的变体，但是具有如示出在图30中的由联接接头提供的另外的轴向平移DoF。线性导引件、狭槽或轴承(18，在下面的附图中)提供轴向平移DoF。在该变体中，联接接头301是万向节，其允许由于分开180度的一对销(在图30中不可见)而在第一轴线14上旋转。这些销还被配置为可在框架上的轨道内滑动或滚动的轴承，以提供混合联接接头的滚动旋转12。套圈(未示出)可以形成在万向节内或套圈可以被刚性地附接至万向节。

实施方案5

在示出在图31A和图31B中的变体中，该前臂附接组件提供一个DoF并类似于先前描述的两个设备，然而，其不能够对腕部进行弯曲/伸展(14)或偏斜(16)。限制到2个自由度并不意味着这些是唯一要约束的2个轴。该实施例利用键控T形槽系统，其中，内环滑过外环并界定围绕一个轴线的旋转。此选项限制使用者可能需要的一些动作。

实施方案6

前臂附接组件(例如，前臂附接组件)的另一个示例示出在图54A-54B中，其配置成允许在套圈(在该示例中，内部万向节5401的一部分)和框架5405之间的俯仰和横摆旋转移动；还可以包括轴承(例如，在套圈和内部万向节5407之间，或在框架5405和外部万向节5409之间)。在该示例中，由于套圈和万向节框架之间的连接部凸舌5411、5413的柔顺度，因此对于联接接头实现了俯仰和横摆旋转。由于这两个旋转不需要是连续的，因此可以使用柔顺/挠性接头而不是销接头，如图所示。

在图54B中，示出俯仰5422和横摆5421平移。2轴线(俯仰和横摆)万向节组件的变体包括遵从提供俯仰和横摆旋转自由度的柔顺构件。套圈/内部万向节和外部万向节中的每一个之间和外部万向节以及万向节框架之间的柔顺构件提供旋转轴线并通过最小的部件实现设计。一体的套圈/内部万向节5401和外部万向节5409通过提供横摆旋转的一对柔顺构件5411(在内部万向节和外部万向节之间沿横摆轴线)被连接。类似地，在外部万向节和万向节框架之间的一对柔顺构件5413(沿俯仰轴线)提供俯仰旋转。这些柔顺构件可以由弹性或塑料或橡胶材料制成，其可以在各自的取向上扭转和顺应。基于柔顺构件的不同设计，俯仰旋转轴线可以由内部万向节和外部万向节之间的柔顺构件形成，且横摆旋转轴线可以由外部万向节和万向节框架之间的柔顺构件形成。

图32和图33示出可以被认为是单点弹性系绳的套圈的变体。在该示例中，附件部使用硅树脂带并提供与上面描述的单点弹性系绳类似的约束。

图34和图35示出单点系绳的另一个示例。在该示例中，附件部是尼龙搭扣手表带样式套圈，其施加与上面描述的单点系绳类似的约束。

图36示出基于联接接头的单点系绳可如何使工具轴线能够位于相比于前臂轴线的不同取向处。

实施方案7

图37-38示出另一个变体。在该实施方案中，框架配备有环，该环围绕前臂但是不通过套圈与前臂接合。这似乎看起来在框架和前臂之间没有接头或连接部。然而，环的内径在使用过程中接触前臂的外围并抵着前臂的外围骑乘，并且可以提供在前臂和框架之间的朝上/朝下平移和从一侧到另一侧的平移的必要传递。类似地，空气间隙和前臂与框架之间的偶然接触允许框架相对于前臂围绕框架/设备轴线滚动旋转。环的内径可以用合适的材料填充，以使得与前臂的接口(当发生时)舒适并且最小化在框架环和前臂之间的相对滑动过程中的任何摩擦。

实施方案8

另一个变体可类似于上面的实施方案1(图19和图20)，其中，通过球窝接头而不是实施方案1中所示的三个独立的旋转接头来产生三个旋转。该联接接头可以简单地是球窝接头。这种设计的局限性将在于，使得与球窝接头相关联的所有三个旋转轴线都在使用者的腕关节处居中是棘手的。

实施方案9

图39示出另一个设计，其中，该前臂附接组件可能与其它种类的最小访问(外科手术的或其它)设备相关。考虑图15的基本概念和框架、套圈以及联接接头的所有相关属性。为了除了对于美国专利第8,668,702号的关节式运动最小访问设备所描述的之外的目的，框架可以充当基底基准。

在图39中，装置包括具有控制器(例如，用于操作端部执行器的开关、按钮或类似物)的手柄。在该示例中，更恰当地，考虑在输入接头处不具有任何关节式运动(俯仰和横摆旋转)并且仅具有必须从使用者的手指/拇指传递到工具端部执行器打开/闭合运动的打开/闭合运动的设备。

在该示例中，该工具可以不包括输入接头。相反，手柄配备有产生打开/闭合运动的装置，例如，剪刀夹、或按压拇指杆、或按压手指杆等。这种闭合动作可以经由柔性缆线管道系统传递到端部执行器的相应的闭合运动，该柔性缆线管道系统从手柄延伸到工具框架或轴上的某个点，且然后通过框架和轴设置路线到端部执行器。再次参考图39。

在典型的非关节式运动式最小访问设备(例如，腹腔镜手术仪器)中，与手相关的震颤在端部执行器处被放大，产生次优的手术结果。通常，相比于前臂，在手/手指/拇指处的自然的震颤更大。然而，利用所提出的布置，工具框架通过前臂附接组件稳定在前臂上，同时保持手/手指/拇指自由用于任何其它独立动作。这确保了较低的震动被传递到在工具轴的远端处的端部执行器。在这种情况下，手/手指/拇指的一种可能的独立动作可以是经由拇指/手指闭合在手柄处的杆的动作。手/手指/拇指仅通过柔性缆线管道连接到框架的事实导致这样的事实，即，与手/手指/拇指相关的震颤不会传递到框架，因此不会传递到端部执行器，例如，见图40A-40B。

图40A示出在传统腹腔镜仪器中的前臂和手的震颤传递(摆动/小线的数目表示震颤的质量大小)。图40B示出在所提出的布置中的前臂和手的震颤传递(摆动数/小线表示震颤的定性大小)。除了最小化手颤抖的传输之外，这种布置还有助于将使用者的手的运动与框架隔离，因此它们不会在工具轴或框架上施加力。许多可操纵的和不可操纵的仪器具有通常位于手柄上的按钮、杆、触发器或其它激活开关。使用者将施加力以抓紧手柄和/或激活这些开关。在典型的仪器中，这些力被传递到整个工具主体(轴和端部执行器)并影响端部执行器的位置和移动，从而损害外科手术的精确性。所提出的布置通过将使用者的手的运动与工具框架/轴的运动隔离或分开来帮助克服这个挑战。

即使在上图中框架/工具轴线和前臂轴线被示出为对准，注意如先前描述的，联接接头可以具有两个旋转DoF(俯仰和横摆)，其将允许使用者在不同于前臂轴线的方向上对框架/工具轴线进行定向。在这种情况下，由于滚动旋转不从手柄传递到框架(假设没有输入接头)，因此手指的回转将不会传递到框架并且因此传递到端部执行器。

实施方案10

图41示意性示出一个实施方案，其中，该前臂附接组件可能与其它种类的最小访问(外科手术的或其它)设备相关。例如，这些设备可以不包括工具轴线，但是可以代替地保持或支撑具有工具轴线的工具。例如，该框架可以包括工具可以适配至其上的安装件(例如，孔、开口等)，该框架可以固定在该安装件内。考虑图15的基本概念和框架、套圈以及联接接头的所有相关属性。为了除对于美国专利第8,668,702号的关节式最小访问设备所描述的之外的目的，框架可以充当基底基准。

更确切地，考虑在输入接头处不具有任何关节式运动(俯仰和横摆旋转)并且仅具有必须从使用者的手指/拇指传递到工具端部执行器打开/闭合运动的打开/闭合运动的设备。该工具具有带轴线的轴和与轴刚性连接的手柄。

图15的框架(其通过先前描述的联接接头连接到前臂)现在充当用于工具轴的延伸的基底支撑件以帮助稳定工具轴。在框架和工具轴之间具有轴向滑动接头。该轴向滑动接头保证工具轴线与框架轴线彼此对准，且该工具可以相对于框架轴向平移。这种布置与现有布置(例如，图16)的不同之处在于，该工具轴直接附接到手柄而不是附接到框架。

另外地，手柄可配备有产生打开/闭合运动的装置，例如，剪刀夹、或按压拇指杆、或按压手指杆等。这种闭合动作可以经由传递系统传递到端部执行器的相应的闭合运动，该传递系统通过工具轴从手柄延伸到端部执行器。例如，参考图41。

即使在图41中框架/工具轴线和前臂轴线被示出为对准，注意如先前描述的，联接接头可以具有两个旋转DoF(俯仰和横摆)，其将允许使用者在不同于前臂轴线的方向上对框架/工具轴线进行定向。在这种情况下，由于工具轴直接连接到手柄，所以手指/拇指的任何回转或啄动运动都直接传递到工具轴和在工具轴远端处的端部执行器。该联接接头不需要具有超过俯仰和横摆旋转的任何另外的DoF。

参考图42和图43，前臂附接组件的另一个实施方案，即，实施方案1的变体被示出。与先前描述的装置非常类似，其提供了在腕部套圈处相对于共同基底(即，工具框架)的3个自由度(DoF)。该装置可以包括外部导引环，其被理解成刚性地粘附至工具框架。该外部导引环是具有上升的内部轨道的刚性主体，该上升的内部轨道充当后续环之间的支承表面。外部环的上升的轨道引导并约束(键控)作为滚环的随后的环。外部环的上升的轨道进一步提供低摩擦或润滑的支承表面，用于使围绕外部环界定的轴线(在图44中轴线3)的旋转不受限制。当该前臂附接组件附接到使用者的前臂时，如先前所描述的，外部环轴线与工具轴线(如图17所示)相同，该工具轴线是相同的轴线，使用者将围绕该相同的轴线通过内旋、外旋或在指尖处发生的任何扭曲驱动该框架的滚动旋转。

在轴承的一个实施方式中，轴承是滚环(见图49)。在该示例中，在滚环上的滑板(sled)的外部狭槽和外部环的上升的内部轨道之间可以存在轻微的朝外的压缩配合(如图44所示)。这两个环之间的接口使得仅在线接触(见图48)上形成线，其中，任何DoF相对于每个环被约束，从而减少环之间的摩擦阻力。应理解，这些接触也可以是表面接触或多点接触，使得部件之间的摩擦阻力最小。滚环(见图49和图44)可以包括一个或多个主要构件(也称为滑板)，其骑乘在外部导引环上的上升的内部轨道的相对壁上。这些构件包含与外部导引环的上升的内部轨道相应地配合的外部狭槽。每一个滑板构件可以支撑滑板销(图48、图50、图43)，其中，任何给定的一对径向相对的滑板销界定与旋转轴线(轴线3)相交的轴线(轴线2)，旋转轴线(轴线3)由滚环围绕外部导引环的旋转界定。如示出在图43中的，该滚环可以包括由连接主要的滑板构件的一个或多个连续的环构成的二级构件。图44示出仅仅一个这样的环。支撑滑板的一个或多个连续环有助于将滑板构件约束为在相同方向(CW或CCW)上绕轴线3的旋转速率相等，并且防止轴线2的任何不期望的平移，使得其不再与轴线3相交(见图50)。当滑块构件不通过连续环连接时，存在以不同速率围绕轴线3旋转和/或平移的可能趋势，这可能导致外部环和滑板环之间的结合。滑块的平移和不相等的旋转速度被该连续的环阻止，这是由于该环被外部导引环径向约束。

由支撑在滚环内的两个销(在图43中称为滑板销)界定的轴线2是用于被称为偏斜环的后续环的旋转轴线。在使用中，当前臂附接组件附接到使用者前臂时，轴线2将大致与使用者在其腕关节处的偏斜轴线重合(如图42和43所示)。偏斜环是刚性主体，其围绕由滑板销界定的轴线2自由旋转。在滑板销和偏斜环内的接纳孔之间以及在滑板销和滚环之间存在适当的配合，使得偏斜环相对于滚环围绕由滑板销建立的轴线2自由旋转。图44示出了每个环内的位置，即滑板销被约束并由此建立旋转轴线(轴线2)。偏斜环包含两个略大于半圆形的切口5404，其界定与由滑板销界定的轴线正交的轴线，如图45所示。偏斜环上的切口5404示出一种用于从偏斜环快速安装和移除后续的套圈的方法。该偏斜环可以由各种塑料材料制造。略大于半圆形的几何形状5404和各种塑料材料的弹性特性在套圈的卡扣配合销(在图45、图46中称为卡扣配合销)和偏斜环上的接纳孔之间实现卡扣配合机构，其提供对旋转的低摩擦阻力的足够的保持度。套圈的卡扣配合销设计可以包括从套圈延伸以界定轴线1的按压销或一体的圆柱主体。在卡扣配合销已经卡扣到偏斜环上的接纳特征中之后，该接口充当围绕轴线1的旋转接头(见图44和图46)。由于该前臂附接组件支撑附接到共同的基底/工具框架/外部环的任何设备或仪器的总重量，并且克服工具框架/外部环和附接到使用者的前臂的腕部套圈之间的阻力，因此在该机构内适当地保持对应的销是必要的。每个半圆形切口5404之前可以是V形切口，当使用者对准销并将随后的套圈固定到偏斜环时，该V形切口充当用于对应的卡扣配合销的导引斜面。本文描述的保持结构仅仅是用于保持的一个示例。保持结构包括但不限于轨道内球、弹簧销/通孔、扣钩型、卡扣型、轴向对齐的磁体对或其它磁体布置，或可以沿旋转轴线提供仅仅1个旋转DoF和潜在的1个平移DoF，同时约束所有其它DoF的任何其它结构。该保持结构可以采用许多其它的形式而不脱离本公开的范围。

由卡扣到偏斜环中的两个卡扣配合销界定的轴线1是用于称为腕部套圈的后续环的旋转轴线。在使用中，当前臂附接组件附接到使用者前臂时，轴线1将大致与使用者在其腕关节处的弯曲/伸展轴线重合(如图42和43所示)。该腕部套圈是刚性主体，当它们被约束到偏斜环上的其对应切口时，该刚性体相对于偏斜环围绕由从其曲率的相对端突出的两个销限定的轴线1自由旋转。腕部套圈和偏斜环两者的特定几何形状允许使用者将他们的手插入偏斜环并将腕部套圈安装到保持机构中，从而将使用者的腕部约束到前臂附接组件的3个轴的交点。腕部套圈的意图是尽可能舒适且牢固地与使用者的腕部接合。这些要求可以通过编织带来满足，编织带粘附到套圈的外表面并且通过两个通道继续到腕部套圈的内部(见图46)。编织带在每端上终止于特定长度，它可以通过钩和环(尼龙搭扣)闭合机构通过分别重叠钩和环的阳性部分和阴性部分而被固定而不会超过任何腕部尺寸。该编织带在轻微的张力下缠绕在先前界定的使用者的前臂周围以提供牢固配合。每个使用者的牢固配合可以通过选择包括衬垫的适当尺寸的带条来确定。该衬垫包括但不限于基于测量腕部宽度和广度的人体测量数据的三种尺寸：小、中和大。该衬垫不仅充当用于使用者的腕部的垫子，其主要功能是充当垫片并且将各种腕部尺寸对准套圈的中心，最终保持使用者腕部、前臂和手的中心轴线与腕部附接装置的轴线的交点重合。具有钩环闭合部的编织带和本文所述的衬垫仅仅是用于将使用者的前臂固定到套圈的一个实例。存在许多用于将使用者的前臂固定到套圈的附接选项，包括但不限于编织带、模制硅树脂带、金属链带或具有任何钩扣、叉、压配合或卡扣配合类型的机构、棘轮机构等的弹性带的任何组合，其可适应各种腕部尺寸，同时向腕部提供足够的束缚。见图46，示出包括一体的固定装置(卡扣)的套圈。

如上面提到的，将上面描述的万向节联接到框架和/或其它联接接头(例如，其它万向节)的销可以允许从工具移除联接接头(例如，万向节)，使得例如，使用者可以将套圈放在手上并放到腕部或前臂上，使得套圈可以附接到其上。一旦附接，套圈可以被插入工具中，例如，卡扣到框架或其它联接接头中。图53A-53D示出形成套圈(例如，具有一体的套圈的万向节)的联接接头的另一个示例，该联接接头可以从工具(例如，从外部万向节)被可释放地附接/拆下。在该示例中，刚性套圈沿旋转轴线形成到具有一对弹簧加载销5302、5302'的C形万向节主体上。具有套圈的该万向节可以被牢固地放置在使用者的前臂上。这之后可以沿前臂轴线将套圈(现在坐落在前臂上)插入至外部万向节上的斜面特征5306中，使得两个弹簧加载销通过在该斜面特征上运行变得被按压。当套圈沿着前臂轴线进一步平移时，被来自内部万向节的反作用力压缩回到其标称位置的销固定套圈，使得穿过两个销的中心的轴线(套圈上的旋转轴线)与穿过外部万向节上的两个狭槽/孔的中心的轴线(内部万向节上的旋转轴线)重合，以在套圈和外部万向节之间形成共同的旋转轴线。这提供了套圈与外部万向节的适当的固定，并且仍然保持围绕第一旋转轴线的旋转DOF。为了使套圈从外部万向节脱开，使用者通过在其中压缩弹簧并然后沿相同的前臂轴线平移回套圈来按压销。

外部万向节设计的另一个可选的实施方案可以包括凹进的内部轨道，滚环在该凹进的内部轨道内被约束为围绕上面描述的轴线的仅仅一个旋转度。还参考图44，我们看到从外部导引环到腕部套圈的部件的顺序布置，其顺序地产生轴线3、轴线2和轴线1。然而，可以设想不同的部件顺序，其将导致外部环和腕部套圈之间的这三个轴线的不同顺序。例如，轴线顺序可以是轴线3、轴线1、轴线2或轴线2、轴线1、轴线3，等。

现在参考图47，这些附图示出与外科手术工具/仪器结合的前臂附接组件。在使用中，外科医生将把腕部套圈绑到他的前臂。然后他将把他的手穿过偏斜环(其已经与滚环组装在一起，滚环已经与外部环组装在一起)插入，并且将把腕部套圈的卡扣配合销卡扣至偏斜环中的对应的接纳特征中。该外部环被刚性地联接/附接至工具框架，工具框架反过来被联接/附接至工具轴。外科医生的手/手掌保持该工具手柄。一旦工具以这种方式与使用者接合，则工具轴轴线可以相对于使用者的前臂轴线在任何方向上被定向(见图17和18)。另外，当外科医生握住手柄并且使用他的前臂的内旋/外旋动作或他的手指的回转动作围绕他的前臂轴线(图17中的1709)或手轴线(图17中的1707)旋转手柄时，这种旋转通过输入接头(在这种情况下为VC机构)从手柄传递到工具框架/外部环。工具框架围绕工具轴线的这种旋转通过外部环和滚环之间的旋转滑动接头(围绕轴线3)导引。因此，工具轴线和轴线3变为重合。由前臂附接组件提供的轴线3接头允许整个工具框架围绕使用者的手和前臂的平滑的、界定的和低摩擦/阻力滚动旋转。图52A-52G还示出具有外科工具/仪器(例如，包括端部执行器、蛇形输出接头和为并行运动学2DOF输入接头的输入接头的外科手术工具)的前臂附接组件的许多变体。

本发明的另一方面涉及整个工具且特别是框架和外环的适当的重量分布，使得重心(CG)位于或接近工具轴线(即轴线3)。这确保了当外科医生围绕轴线3滚动整个工具，用他的手驱动该滚动时，他感觉到由于重力而产生的尽可能小的抗滚动性。如果CG确实是离轴的，则在滚动的某些片段/部分期间，外科医生将试图抵抗重力提升整个工具的重量，而在其它片段/部分期间，当滚动时工具将在其自身重量下落下。此外，当CG在竖直向上条件下横移时，将存在夸大的下降感(其可能分散外科医生的注意力)。因此，整个工具的重要设计目标和性能度量是我们设计总体工具，使得重量平衡，即，CG处于或接近工具轴线，即轴线3。这可以决定外部环和工具框架的设计/尺寸/形状/几何形状。

前臂安装装置实现的设备级功能的另一方面是，它有助于从前臂运动(三个平移，加前臂内旋/外旋，即滚动旋转)分离外科医生的腕部关节式运动(两个旋转)和回转运动。前者对应于更精细和更微小的运动，而后者对应于有力的移动。精细/微小运动和粗糙/有力运动的这种分离对于同时执行复杂程序的外科医生是非常有帮助的。

在图42和图43的前臂附接装置实施方案的还有的另一个应用/使用(不同于图47)中，三轴万向节类型结构可以由使用者用于控制远程访问工具(例如，外科手术工具)中的远程端部执行器(见图51)。

腕部套圈可以被附接至使用者的前臂，且因此该框架具有相对于使用者的腕部和前臂的3个旋转DoF。使用者可以相对于该框架关节式运动并旋转他的前臂以在前臂附接接头中产生围绕它们各自的轴线的三个旋转。该装置的这些旋转/DoF(围绕轴线1、轴线2以及轴线3)中的一些或所有三个可以被机械地或电气地捕获，并且被传递到远程端部执行器处的对应的旋转/DoF。见图51。

注意，在这种情况下，前臂附接接头用作远程访问工具的输入接头，并且在工具框架和保持在手中的工具手柄之间没有另外的输入接头(如图47中的情况)。另外，注意，这是串联运动学(S-K)输入接头的示例。

然而，S-K输入接头的这种布置的关键独特功能是它使手自由保持任何其它设备，而所有旋转/DoF由前臂的动作产生。另外，前臂与手柄相比具有更低的震颤，并且能够产生更高的驱动力。

即使在本文描述的所有实施方案中，套圈被附接到前臂，并且因此套圈、联接接头和框架可以由前臂承载，但是还可以使用套圈在手处被附接(即，在相对于腕关节远侧的位置处)或附接在使用者的腕关节处的其它的实施方案。

当特征或元件在本文中被称为在另一个特征或元件“上”时，其可以直接在其它特征或元件上或介于其间的特征和/或元件也可以存在。相比之下，当特征或元件被称作“直接”在另一个特征或元件“上”时，不存在介于其间的特征或元件。还应当理解的是，当特征或元件被称为“连接”、“附接”或“联接”到另一个特征或元件时，其可以直接连接、附接或联接到其它的特征或元件，或介于其间的特征或元件可以存在。相比之下，当特征或元件被称作“直接连接”、“直接附接”或“直接联接”到另一特征或元件时，不存在介于其间的特征或元件。虽然相对于一个实施方案描述或示出，但是如此描述和示出的特征和元件可以应用到其它实施方案。本领域技术人员还应理解，对“相邻”另一特征布置的结构或特征的引用可以具有重叠相邻特征或构成相邻特征的基础的部分。

本文所用的术语仅是为了描述具体实施方案的目的，而不意在限制本发明。例如，如本文所使用的，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指明。还应理解的是，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”在本说明书中使用时指定所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的所列的项中的一个或多个的任意组合和所有组合，并且可以缩写为“/”。

诸如“之下(under)”、“下方(below)”、“下(lower)”、“之上(over)”、“上(upper)”及类似术语的空间相对术语在这里可为了便于描述而使用，以描述附图中所示的一个元件或特征与另一个(多个)元件或特征的关系。应理解的是，空间相对术语意在包含该装置在使用中或操作中的除了附图中描述的方向之外的不同方向。例如，如果附图中的装置被翻转，则描述为在其它元件或特征“之下”或“下面”的元件于是将被定向为在其它元件或特征“之上”。因此，示例性术语“之下”可以涵盖上方和下方两种方向。该装置可被另外定向(旋转90度或者以其它定向旋转)并且本文使用的空间相对描述符相应地被解释。类似地，术语“向上”、“向下”、“垂直”、“水平”及类似术语在本文中仅用于解释说明的目的，除非特别地另有说明。

虽然术语“第一”和“第二”在这里可以用于描述各种特征/元件(包括步骤)，但是这些特征/元件不应受这些术语的限制，除非上下文另有说明。这些术语可以用于将一个特征/元件与另一个特征/元件区分。因此，下面讨论的第一特征/元件可以被称为第二特征/元件，同样，下面所讨论的第二特征/元件可以被称为第一特征/元件，而不脱离本发明的教导。

贯穿本说明书和随后的权利要求书，除非上下文另有要求，否则词语“包括(comprise)”及其变体例如“包含(comprises)”和“包括(comprising)”是指可以在方法和物品中共同使用的各种部件(例如，组合物以及装置，包括设备和方法)。例如，术语“包括(comprising)”将被理解为暗示包括任何所述元件或步骤，但不排除任何其它元件或步骤。

如本文在说明书和权利要求中使用的，包括如在示例中使用的，并且除非另有明确说明，所有数字可以如同前面加上单词“大约”或“近似”地来理解，即使该术语没有明确地出现。当描述大小和/或位置以表示所描述的值和/或位置在值和/或位置的合理预期范围之内时，可以使用短语“大约”或“近似”。例如，数值可以具有为所陈述的值(或值的范围)的+/-0.1％、所陈述的值(或值的范围)的+/-1％、所陈述的值(或值的范围)的+/-2％、所陈述的值(或值的范围)的+/-5％、所陈述的值(或值的范围)的+/-10％等的值。本文陈述的任何数字范围旨在包括被包括在其中的所有子范围。

虽然以上描述了各种说明性实施方案，但是可以对各种实施方案进行许多变化中的任一种，而不脱离权利要求所描述的本发明的范围。例如，执行各种所描述的方法步骤的顺序可以经常在可选择实施方案中变化，并且在其它可选择实施方案中，一个或多个方法步骤可以全部跳过。各种装置和系统的实施方案的可选择特征可以在一些实施方案中包括，并且在其他实施方案中不包括。因此，提供前面的描述主要是用于示例性的目的，而不应被解释为限制权利要求中陈述的本发明的范围。

本文包括的示例和例证通过说明的方式而不是限制的方式示出了本主题可以实施的具体实施方案。正如所提到的，其他实施方案可以被利用并从其衍生，使得可以进行结构的和逻辑的替换和改变而不脱离本公开的范围。本发明主题的这些实施方案可在本文被单独地或共同地称为术语“发明”，其仅仅是为了方便并且不意在主动将该申请的范围限制到任何单个的发明或发明构思，如果事实上公开了一个以上的发明或发明构思的话。因此，虽然已经在本文说明和描述了具体的实施方案，但是打算实现相同目的的任何布置可替代所示的特定实施方案。本公开意在覆盖不同实施方案的任何和全部改编或变化。本领域技术人员在回顾以上描述时，上述实施方案的组合和未在此确切地描述的其他实施方案将对本领域技术人员是明显的。

Claims (114)

1.一种最小访问工具，包括：

框架，其具有长形工具轴，所述长形工具轴具有工具轴线；

套圈，其配置成附接至使用者的腕部或前臂；

联接接头，其位于所述套圈和所述框架之间，使得具有在所述套圈和所述框架之间的围绕所述工具轴线的滚动旋转自由度，

其中，当所述套圈被附接至使用者的腕部或前臂时，所述工具轴线穿过使用者的腕部或前臂的中心区域。

2.一种最小访问工具，包括：

框架，其具有从所述框架延伸的长形工具轴，所述长形工具轴具有工具轴线；

套圈，其配置成附接至使用者的腕部或前臂，使得所述套圈与使用者的腕部或前臂一起移动；和

联接接头，其将所述套圈联接至所述框架，使得具有在所述套圈和所述框架之间的围绕所述工具轴线的滚动旋转自由度；

其中，所述套圈和所述框架还通过所述第一联接接头和第二联接接头被旋转联接，使得具有围绕第二轴线在所述套圈和所述框架之间的俯仰或横摆旋转自由度，

另外地其中，当所述套圈被附接至使用者的腕部或前臂时，所述工具轴线穿过使用者的腕部或前臂。

3.根据权利要求1或2所述的工具，其中，所述联接接头配置成允许所述框架相对于使用者的腕部或前臂的连续滚动旋转。

4.根据权利要求1或2所述的工具，其中，所述联接接头包括配置成滑动或滚动以提供所述滚动旋转自由度的一个或多个轴承。

5.根据权利要求4所述的工具，其中，所述一个或多个轴承包括配置为滑板或配置为滚动元件轴承的滑动轴承。

6.根据权利要求1或2所述的工具，其中，所述套圈包括联接至所述框架的柔性带。

7.根据权利要求1或2所述的工具，其中，所述套圈包括C形构件。

8.根据权利要求1或2所述的工具，其中，所述套圈包括环。

9.根据权利要求1或2所述的工具，其中，所述套圈包括固定装置，所述固定装置配置成将使用者的腕部或前臂保持在所述套圈内，使得所述套圈与使用者的手臂或前臂一起移动。

10.根据权利要求1或2所述的工具，其中，所述套圈包括固定装置，所述固定装置配置成将使用者的腕部或前臂保持在所述套圈内，使得所述套圈与使用者的手臂或前臂一起移动，另外地其中，所述固定装置包括以下中的至少一个：带条、卡扣、带子、闩锁和钩连接器、系带或夹具。

11.根据权利要求1或2所述的工具，还包括通过具有至少一个自由度的输入接头联接至所述框架的手柄。

12.根据权利要求1或2所述的工具，还包括通过具有至少两个自由度的输入接头联接至所述框架的手柄。

13.根据权利要求1或2所述的工具，还包括通过具有至少两个自由度的并行运动学输入接头联接至所述框架的手柄。

14.根据权利要求1或2所述的工具，还包括通过具有至少两个旋转自由度的并行运动学输入接头联接至所述框架的手柄，其中，所述并行运动学输入接头约束滚动，使得滚动从所述手柄传递至所述框架。

15.根据权利要求1或2所述的工具，还包括通过具有至少一个旋转自由度的输入接头联接至所述框架的手柄，其中，所述输入接头约束滚动旋转，使得滚动从手柄传递至框架。

16.根据权利要求1或2所述的工具，还包括通过输出接头联接至所述框架的端部执行器。

17.根据权利要求1所述的工具，还包括在所述套圈和所述框架之间的第二联接接头，使得具有围绕第二轴线在所述套圈和所述框架之间的俯仰或横摆旋转自由度。

18.根据权利要求1所述的工具，其中，所述联接接头还被旋转地联接，使得具有围绕第二轴线在所述套圈和所述框架之间的俯仰或横摆旋转自由度。

19.根据权利要求1所述的工具，还包括在所述套圈和所述框架之间的第二联接接头，使得具有围绕第二轴线在所述套圈和所述框架之间的俯仰旋转自由度，所述工具还包括在所述套圈和所述框架之间的第三联接接头，使得具有围绕第三轴线在所述套圈和所述框架之间的横摆旋转自由度，其中，所述联接接头、所述第二联接接头和所述第三联接接头以任何顺序串联连接在所述套圈和所述框架之间。

20.根据权利要求1所述的工具，还包括在所述套圈和所述框架之间的第二联接接头，使得具有在所述套圈和所述框架之间围绕第二轴线的第一旋转自由度，并且另外地其中，所述联接接头还被旋转地联接，使得具有在所述套圈和所述框架之间围绕第三轴线的第二旋转自由度，其中，所述联接接头和所述第二联接接头以任何顺序串联连接在所述套圈和所述框架之间。

21.根据权利要求1所述的工具，还包括在所述套圈和所述框架之间的第二联接接头，使得具有在所述套圈和所述框架之间围绕第二轴线的俯仰旋转自由度，所述工具还包括在所述套圈和所述框架之间的第三联接接头，使得具有在所述套圈和所述框架之间的围绕第三轴线的横摆旋转自由度，其中，当所述套圈被附接至使用者的腕部或前臂时，所述第二轴线和所述第三轴线与穿过使用者的腕部的中心区域的所述工具轴线相交。

22.根据权利要求1所述的工具，还包括在所述套圈和所述框架之间的第二联接接头，所述第二联接接头包括第一万向节，所述第一万向节旋转地联接至所述框架以提供围绕第二轴线的俯仰或横摆旋转，其中，当所述套圈附接到使用者的腕部或前臂时，所述第二轴线与穿过使用者的腕部的中心区域的所述工具轴线相交。

23.根据权利要求1所述的工具，还包括在所述套圈和所述框架之间的第二联接接头和在所述套圈和所述框架之间的第三联接接头，所述第二联接接头包括旋转地联接在所述套圈和所述框架之间以提供围绕第二轴线的俯仰旋转的第一万向节，所述第三联接接头包括旋转地联接在所述套圈和所述框架之间以提供围绕第三轴线的横摆旋转的第二万向节，其中，当所述套圈被附接至使用者的腕部或前臂时，所述第二轴线和第三轴线与穿过使用者的腕部的中心区域的所述工具轴线相交。

24.根据权利要求2所述的工具，其中，当所述套圈被附接至使用者的腕部或前臂时，所述第二轴线在使用者的腕部的中心区域处与所述工具轴线相交。

25.一种最小访问工具，其安装至使用者，使得所述工具能够围绕使用者的前臂滚动，所述工具包括：

框架，其包括具有工具轴线的长形工具轴；

套圈，其配置成附接至使用者的腕部或前臂；

第一万向节，其旋转地联接在所述框架和所述套圈之间，使得具有在所述框架和所述套圈之间的围绕第一轴线的第一旋转自由度；以及

轴承，其位于所述框架和所述套圈之间并配置成相对于所述框架或所述第一万向节滑动或滚动，使得具有在所述框架和所述套圈之间的围绕所述工具轴线的滚动旋转自由度；

其中，当所述套圈被附接至使用者的腕部或前臂时，所述工具轴线和所述第二轴线在使用者的腕部或前臂内相交。

26.一种最小访问工具，其安装至使用者，使得所述工具能够围绕使用者的前臂滚动，所述工具包括：

框架，其包括具有工具轴线的长形工具轴；

套圈，其具有穿过其的配置成保持使用者的腕部或前臂的通道；

第一万向节，其旋转地联接在所述框架和所述套圈之间，使得具有在所述框架和所述套圈之间的围绕第一轴线的第一旋转自由度；

轴承，其在所述框架和所述套圈之间并配置成滑动或滚动，使得具有在所述框架和所述套圈之间的围绕所述工具轴线的滚动旋转自由度；

其中，当所述套圈被附接至使用者的腕部或前臂时，所述工具轴线和所述第一轴线在穿过所述套圈的所述通道内相交；以及

固定装置，其配置成将使用者的腕部或前臂保持在所述套圈中，使得所述套圈与使用者的腕部或前臂一起移动。

27.一种最小访问工具，其安装至使用者，使得所述工具能够围绕使用者的前臂滚动，所述工具包括：

框架，其包括具有工具轴线的长形工具轴；

套圈，其配置成附接至使用者的腕部或前臂；

第一万向节，其旋转地联接在所述框架和所述套圈之间，使得具有在所述框架和所述套圈之间的围绕第一轴线的俯仰旋转自由度；

第二万向节，其旋转地联接在所述套圈和所述框架之间，使得具有围绕第二轴线在所述框架和所述套圈之间的横摆旋转自由度；

轴承，其位于所述套圈和所述框架之间并配置成滑动或滚动，使得具有在所述框架和所述套圈之间的围绕所述工具轴线的滚动旋转自由度，

其中，当所述套圈被附接至使用者的腕部或前臂时，所述工具轴线、所述第一轴线以及所述第二轴线相交于使用者的腕部或前臂内的点；以及

固定装置，其配置成将使用者的腕部或前臂保持在所述套圈中，使得使用者的手延伸穿过所述第一万向节和所述第二万向节，且所述套圈与使用者的腕部或前臂一起移动。

28.根据权利要求25或26所述的工具，其中，所述第一万向节和所述轴承以任何顺序串联连接在所述套圈和所述框架之间。

29.根据权利要求27所述的工具，其中，所述第一万向节、所述第二万向节和所述轴承以任何顺序串联连接在所述套圈和所述框架之间。

30.根据权利要求22、26或27所述的工具，其中，所述第一万向节旋转地连接至所述框架且所述轴承滑动地联接至所述第一万向节。

31.根据权利要求25、26或27所述的工具，还包括通过输出接头联接至所述工具轴的端部执行器，其中，围绕所述工具轴线的滚动旋转和围绕所述第一轴线的第一旋转中的一个或多个被传递至所述输出接头的对应的旋转。

32.根据权利要求22、26或27所述的工具，其中，所述轴承滑动地联接至所述框架，且所述第一万向节旋转地联接至所述轴承。

33.根据权利要求25或26所述的工具，还包括可旋转地联接在所述框架和所述套圈之间的第二万向节，使得具有围绕第二轴线在所述框架和所述套圈之间的第二旋转自由度，其中，当所述套圈附接到使用者的腕部或前臂时，所述工具轴线、所述第一轴线以及所述第二轴线相交于使用者的腕部或前臂内的点。

34.根据权利要求25、26或27所述的工具，其中，所述套圈是所述第一万向节的一部分。

35.根据权利要求25、26或27所述的工具，其中，所述套圈配置成可移除地附接在所述第一万向节内。

36.根据权利要求25、26或27所述的工具，其中，所述轴承是所述第一万向节的一部分。

37.根据权利要求25、26或27所述的工具，其中，所述轴承配置成允许所述框架相对于使用者的腕部或前臂的连续滚动旋转。

38.根据权利要求25、26或27所述的工具，其中，所述轴承包括配置为围绕所述套圈以环延伸的滑板的滑动轴承。

39.根据权利要求25、26或27所述的工具，其中，所述套圈包括C形构件。

40.根据权利要求25所述的工具，还包括固定装置，所述固定装置配置成将使用者的腕部或前臂保持在所述套圈中，使得所述套圈与使用者的腕部或前臂一起移动。

41.根据权利要求25所述的工具，还包括固定装置，所述固定装置配置成将使用者的腕部或前臂保持在所述套圈中，使得使用者的手延伸穿过所述第一万向节，且所述套圈与使用者的腕部或前臂一起移动。

42.根据权利要求25所述的工具，还包括固定装置，所述固定装置配置成将使用者的腕部或前臂保持在所述套圈内，使得所述套圈与使用者的手臂或前臂一起移动，另外地其中，所述固定装置包括以下中的至少一个：带条、卡扣、带子、闩锁和钩连接器、系带或夹具。

43.根据权利要求25、26或27所述的工具，还包括通过具有至少一个自由度的输入接头联接至所述框架的手柄。

44.根据权利要求25、26或27所述的工具，还包括通过具有至少两个自由度的输入接头联接至所述框架的手柄。

45.根据权利要求25、26或27所述的工具，还包括通过具有至少两个自由度的并行运动学输入接头联接至所述框架的手柄。

46.根据权利要求25、26或27所述的工具，还包括通过具有至少两个旋转自由度的并行运动学输入接头联接至所述框架的手柄，其中，所述并行运动学输入接头约束所述手柄相对于所述框架的滚动，使得滚动从所述手柄传递至所述框架。

47.根据权利要求25、26或27所述的工具，还包括通过输出接头联接至所述框架的端部执行器接头。

48.根据权利要求25、26或27所述的工具，其中，所述第一万向节配置成可移除地附接至工具。

49.一种操作最小访问工具的方法，其中，所述最小访问工具包括框架，所述框架包括具有工具轴线的长形工具轴，所述方法包括：

将使用者的前臂或腕部固定在套圈内，使得使用者的腕部或前臂延伸穿过第一万向节并保持在所述套圈中，其中，通过滑动的轴承具有在所述套圈和所述框架之间围绕所述工具轴线的滚动旋转自由度，且其中，通过所述第一万向节具有在所述套圈和所述框架之间的第二旋转自由度；

当使用者移动使用者的手臂时，通过以下中的一个或两个来对使用者的腕部或前臂相对于所述工具轴线的角度或滚动位置中的任一者或两者进行改变：围绕第二旋转轴线旋转所述第一万向节，和滑动所述轴承以围绕所述工具轴线滚动，

其中，所述第二旋转轴线和所述工具轴线相交于使用者的腕部或前臂内的相交点。

50.根据权利要求49所述的方法，其中，固定使用者的腕部或前臂包括通过固定装置固定使用者的前臂或腕部，所述固定装置包括以下中的一个或多个：带条、卡扣、带子、闩锁和钩连接器、系带或夹具。

51.根据权利要求49所述的方法，还包括将所述长形工具轴的远侧区域联接至安装件。

52.根据权利要求49所述的方法，还包括将所述长形工具轴的远侧区域联接到安装件，其中，改变使用者的腕部或前臂相对于所述工具轴线的所述角度或滚动位置中的任一者或两者包括当使用者的腕部或前臂的所述角度和滚动位置中的任一者或两者相对于所述长形工具轴改变时，使所述长形构件的区域的远端保持联接到所述安装件。

53.根据权利要求49所述的方法，还包括操纵通过输入接头联接至所述工具轴的手柄，以使经由输出接头联接至所述工具框架的所述长形构件的远端的端部执行器进行关节式运动。

54.根据权利要求49所述的方法，还包括操纵以俯仰、横摆或俯仰和横摆旋转方式联接到所述工具框架的手柄，其中，所述手柄通过并行运动学输入接头联接到所述工具框架，所述并行运动学输入接头通过输出接头的对应旋转传递俯仰和横摆旋转，所述输出接头包括多连杆端部执行器接头。

55.一种最小访问工具，包括：

框架，其具有长形工具轴，所述长形工具轴具有工具轴线；

套圈，其配置成附接至使用者的腕部或前臂；

联接接头，其联接在所述套圈和所述框架之间，使得具有在所述套圈和所述框架之间的围绕第一轴线的第一旋转自由度；

其中，当所述套圈被附接至使用者的腕部或前臂时，所述第一轴线穿过使用者的腕部或前臂的中心区域，且另外地其中，所述工具轴线与所述第一轴线在使用者的腕部或前臂的中心区域处相交；和

固定装置，其配置成将使用者的腕部或前臂保持在所述套圈中，使得使用者的手伸出所述套圈，且使得所述套圈与使用者的前臂一起移动。

56.一种用于安装至使用者的腕部或前臂的最小访问工具，所述工具包括：

框架，其具有长形工具轴，所述长形工具轴具有工具轴线；

套圈，其配置成将使用者的腕部或前臂保持在其中；

第一联接接头，其在所述套圈和所述框架之间，其中，所述第一联接接头配置成围绕第一轴线旋转；

第二联接接头，其在所述套圈和所述框架之间，其中，所述第二联接接头配置成围绕第二轴线旋转，

其中，所述第一轴线和所述第二轴线相交于相交点处；以及

固定装置，其配置成将使用者的腕部或前臂保持在所述套圈中，使得使用者的手延伸穿过所述套圈且套圈与使用者的腕部或前臂一起移动，且另外地其中，所述相交点在使用者的腕部或前臂内。

57.一种用于安装至使用者的手臂的最小访问工具，包括：

框架，其具有长形工具轴；

套圈，其配置成附接至使用者的腕部或前臂；

联接接头，其在所述套圈和所述框架之间，所述联接接头提供在所述套圈和所述框架之间的至少一个旋转或平移运动；

手柄，其配置成接纳使用者的手，所述手柄通过输入接头被连接至所述框架，其中，所述输入接头是提供至少一个自由度的并行运动学输入接头；

端部执行器，其通过输出接头连接至所述工具轴；以及

传递系统，其用于将所述输入接头的所述至少一个自由度传递至所述输出接头的对应的至少一个自由度。

58.根据权利要求56所述的工具，其中，所述第一联接接头包括轴承，所述轴承配置成滑动，使得具有在所述框架和所述套圈之间的围绕所述工具轴线的滚动旋转自由度。

59.根据权利要求56所述的工具，其中，所述第一联接接头包括第一万向节，所述第一万向节旋转地联接在所述套圈和所述框架之间使得具有在所述框架和所述套圈之间围绕所述第一轴线的第一旋转自由度。

60.根据权利要求59所述的工具，其中，所述第二联接接头包括第二万向节，所述第二万向节旋转地联接在所述套圈和所述框架之间，使得具有围绕所述第二轴线在所述框架和所述套圈之间的第二旋转自由度。

61.根据权利要求59所述的工具，其中，所述第二联接接头包括轴承，所述轴承配置成滑动，使得具有在所述框架和所述套圈之间的围绕所述工具轴线的滚动旋转自由度。

62.根据权利要求56所述的工具，其中，所述第一联接接头是旋转地联接至所述框架的第一万向节，且所述第二联接接头是旋转地联接至所述第一万向节的第二万向节。

63.根据权利要求55或56所述的工具，其中，所述套圈包括联接至所述框架的带。

64.根据权利要求55或56所述的工具，其中，所述套圈包括C形构件。

65.根据权利要求55或56所述的工具，其中，所述固定装置包括以下中的至少一个：带条、卡扣、带子、闩锁和钩连接器、系带或夹具。

66.根据权利要求55或56所述的工具，还包括通过具有至少一个自由度的输入接头联接至所述框架的手柄。

67.根据权利要求55或56所述的工具，还包括通过具有至少两个自由度的输入接头联接至所述框架的手柄。

68.根据权利要求55或56所述的工具，还包括通过具有至少两个自由度的并行运动学输入接头联接至所述框架的手柄。

69.根据权利要求55或56所述的工具，还包括通过具有至少两个旋转自由度的并行运动学输入接头联接至所述框架的手柄，其中，所述并行运动学输入接头约束滚动，使得滚动从所述手柄传递至所述框架。

70.根据权利要求55或56所述的工具，还包括通过输出接头联接至所述框架的端部执行器接头。

71.根据权利要求56所述的工具，还包括联接在所述套圈和所述框架之间的第三联接接头，其中，所述第三联接接头配置成围绕第三轴线旋转。

72.根据权利要求55或56所述的工具，其中，所述第一轴线是所述工具轴线。

73.一种操作具有框架和从所述框架延伸的工具轴的最小访问工具的方法，所述方法包括：

将使用者的腕部或前臂固定在所述最小访问工具的万向节组件内，使得使用者的腕部或前臂延伸穿过所述万向节组件且使用者的手超出所述万向节组件且能够独立于所述万向节组件移动，其中，所述万向节组件包括第一联接接头和第二联接接头，其中，所述第一联接接头旋转地联接至所述框架以围绕第一轴线旋转，且所述第二联接接头旋转地联接至所述第一联接接头以围绕第二轴线旋转；

当使用者移动使用者的腕部或前臂时，通过以下中的一个或多个改变使用者的腕部或前臂相对于所述工具轴的角度：围绕所述第一轴线旋转所述第一联接接头和围绕所述第二轴线旋转所述第二联接接头，

其中，所述第一轴线和所述第二轴线相交于使用者的腕部或前臂内的相交点。

74.根据权利要求73所述的方法，其中，固定使用者的腕部或前臂包括利用固定装置固定使用者的前臂或腕部，所述固定装置包括以下中的一个或多个：带条、卡扣、带子、闩锁和钩连接器、系带或夹具。

75.根据权利要求73所述的方法，还包括将所述长形工具轴的远侧区域联接至安装件。

76.根据权利要求73所述的方法，还包括将所述长形工具轴的远侧区域联接到安装件，其中，改变使用者的腕部或前臂相对于所述工具轴线的所述角度或滚动位置中的任一者或两者包括当使用者的腕部或前臂的所述角度和滚动位置中的任一者或两者相对于所述长形工具轴改变时，使所述长形构件的区域的远端保持联接到所述安装件。

77.根据权利要求73所述的方法，还包括操纵通过输入接头联接至所述工具轴的手柄，以修改联接至所述工具框架的所述长形构件的远端的端部执行器接头。

78.根据权利要求73所述的方法，还包括操纵以俯仰、横摆或俯仰和横摆旋转方式联接到所述工具框架的手柄，其中，所述手柄通过并行运动学输入接头联接到所述工具框架，所述并行运动学输入接头通过输出接头传递俯仰和横摆旋转，所述输出接头包括多连杆端部执行器接头。

79.一种最小访问工具，所述工具包括：

框架，其包括具有工具轴线的长形工具轴；

套圈，其具有穿过其的配置成保持使用者的腕部或前臂的通道；

第一万向节，其在所述套圈和所述框架之间，使得具有围绕第一轴线在所述框架和所述套圈之间的俯仰旋转自由度；

第二万向节，其在所述套圈和所述框架之间，使得具有围绕第二轴线在所述框架和所述套圈之间的横摆旋转自由度；

轴承，其在所述套圈和所述框架之间，所述轴承配置成滑动，使得具有在所述套圈和所述框架之间的围绕所述工具轴线的滚动旋转自由度，

其中，所述第一万向节、所述第二万向节以及所述第三万向节以任何顺序被串联连接在所述套圈和所述框架之间，且另外地其中，所述工具轴线、所述第一轴线以及所述第二轴线全部相交在穿过所述套圈的通道内的点处；和

固定装置，其配置成将使用者的腕部或前臂保持在所述套圈中，使得使用者的手延伸穿过所述第一万向节和所述第二万向节，且所述套圈与使用者的腕部或前臂一起移动；

手柄，其通过具有两个或更多个自由度的输入接头被联接至所述框架；和

端部执行器，其通过输出接头连接至所述工具轴；以及

传递系统，其用于将所述输入接头的至少一个自由度传递至所述输出接头的对应的两个或更多个自由度。

80.根据权利要求79所述的工具，其中，所述第一万向节嵌套在所述第二万向节内。

81.根据权利要求79所述的工具，其中，所述套圈被集成至所述第一万向节。

82.根据权利要求79所述的工具，其中，所述输入接头包括并行运动学输入接头。

83.根据权利要求82所述的工具，其中，所述并行运动学输入接头包括：

至少两个独立的路径，其用于传递将所述手柄联接至所述工具框架的运动，其中，所述至少两个独立的路径包括第一路径和第二路径；

在所述第一路径中的第一中间主体，其通过第一连接器连接至所述工具框架并通过第三连接器连接至所述手柄；以及

在所述第二路径中的第二中间主体，其通过第二连接器连接至所述框架并通过第四连接器连接至所述手柄；

其中，所述第一连接器和所述第四连接器均允许在第一旋转方向上旋转并限制在第二旋转方向上旋转；

另外地其中，所述第二连接器和所述第三连接器允许在所述第二旋转方向上旋转并限制在所述第一旋转方向上旋转。

84.根据权利要求79所述的工具，其中，所述套圈在穿过所述第一万向节的通道内。

85.根据权利要求79所述的工具，其中，所述套圈被集成至所述第一万向节。

86.根据权利要求79所述的工具，其中，所述套圈配置成可移除地附接在所述第一万向节内。

87.根据权利要求79所述的工具，其中，所述滑板配置成允许所述框架相对于使用者的腕部或前臂的连续滚动旋转。

88.根据权利要求79所述的工具，其中，所述轴承包括围绕所述套圈在轨道内滑动的滑板。

89.根据权利要求79所述的工具，其中，所述套圈包括C形构件。

90.根据权利要求79所述的工具，其中，所述固定装置包括以下中的至少一个：带条、卡扣、带子、闩锁和钩连接器、系带或夹具。

91.根据权利要求79所述的工具，其中，所述第一万向节配置成可移除地附接至所述工具。

92.一种用于最小访问工具的前臂附接设备，所述设备包括：

框架，其包括具有工具轴线的长形工具轴；

外部万向节，其旋转地联接至所述框架，以及

内部万向节，其旋转地联接至所述外部万向节或是可联接至所述外部万向节的，

其中，当联接至所述外部万向节时，所述内部万向节配置成围绕第一旋转轴线旋转，包含将所述内部万向节联接至所述外部万向节的至少一个可释放附接部，且其中，所述外部万向节配置成围绕第二旋转轴线旋转，且其中，所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线相交于相交点；

套圈，其在所述内部万向节内，所述套圈配置成将使用者的手臂保持在其中，使得所述相交点在使用者的手臂内；以及

固定装置，其配置成将使用者的手臂固定在所述套圈中，使得所述套圈与使用者的手臂一起移动。

93.根据权利要求92所述的设备，其中，所述内部万向节配置成可释放地卡扣到所述外部万向节中。

94.根据权利要求92所述的设备，其中，所述内部万向节包括从所述内部万向节延伸并配置成可释放地匹配所述外部万向节的至少一个突出部。

95.根据权利要求92所述的设备，其中，所述内部万向节包括在所述内部万向节的外表面上的至少一个突出部接纳器，所述至少一个突出部接纳器配置成接纳并可释放地匹配来自所述外部万向节的突出部。

96.根据权利要求92所述的设备，其中，所述内部万向节包括在所述内部万向节的外表面上的至少一个突出部或至少一个突出部接纳器，所述至少一个突出部或至少一个突出部接纳器配置成匹配在所述外部万向节上的突出部或突出部接纳器，其中，所述至少一个突出部或所述至少一个突出部接纳器在所述第一旋转轴线中。

97.根据权利要求92所述的设备，其中，所述内部万向节配置成被压缩以从所述外部万向节分开。

98.根据权利要求92所述的设备，其中，所述套圈是所述内部万向节的一部分。

99.根据权利要求92所述的设备，其中，所述套圈是C形的。

100.根据权利要求92所述的设备，还包括套筒，所述套筒配置成刚性地附接在由所述内部万向节形成的开口内，另外地其中，所述套筒配置成将使用者的腕部或前臂联接至所述套圈。

101.根据权利要求92所述的设备，还包括在所述套圈和所述框架之间的轴承，所述轴承配置成滑动使得具有在所述框架和所述套圈之间的围绕所述工具轴的长轴线的滚动旋转自由度。

102.一种将最小访问工具附接至使用者的手臂的方法，所述方法包括：

将使用者的腕部或前臂固定在从所述最小访问工具分开的套圈内，使得使用者的手伸出所述套圈，同时使用者的腕部或前臂被固定在所述套圈内；

将所述套圈附接至所述最小访问工具的框架中，其中，所述套圈是第一联接接头的一部分或联接至第一联接接头，所述第一联接接头能够相对于所述框架围绕第一旋转轴线旋转；

当使用者移动使用者的腕部或前臂时，使所述框架围绕所述第一旋转轴线相对于所述套圈旋转；以及

当使用者移动使用者的腕部或前臂时，使所述框架围绕第二旋转轴线相对于所述套圈旋转，

其中，所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线相交于使用者的腕部或前臂内的相交点。

103.一种将最小访问工具附接至使用者的手臂的方法，所述方法包括：

将使用者的腕部或前臂固定在内部万向节内，使得使用者的腕部或前臂延伸穿过所述内部万向节；

其中，所述内部万向节构件形成包括所述内部万向节、框架以及外部万向节的万向节组件的一部分，其中，所述外部万向节旋转地联接至所述框架且所述内部万向节旋转地联接至所述外部万向节；

当使用者移动使用者的腕部或前臂时，使所述内部万向节围绕所述万向节组件的第一旋转轴线旋转；以及

当使用者移动使用者的腕部或前臂时，使所述外部万向节围绕所述万向节组件的第二旋转轴线旋转，

其中，所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线相交于使用者的腕部或前臂内的相交点。

104.根据权利要求103所述的方法，还包括将所述内部万向节构件附接至所述万向节组件内，使得在将使用者的前臂固定在所述内部万向节内之后所述内部万向节能够围绕所述第一旋转轴线旋转。

105.根据权利要求103所述的方法，还包括将所述内部万向节构件卡扣至所述万向节组件内，使得在将使用者的前臂固定在所述内部万向节内之后所述内部万向节能够围绕所述第一旋转轴线旋转。

106.根据权利要求103所述的方法，还包括通过使所述内部万向节的外表面上的突出部或突出部接纳器与所述外部万向节的内表面上的互补的突出部或突出部接纳器匹配来将所述内部万向节构件附接至所述万向节组件中，使得在将使用者的前臂固定在所述内部万向节内之后所述内部万向节能够围绕穿过所述突出部或突出部接纳器的所述第一旋转轴线旋转。

107.根据权利要求103所述的方法，还包括在将使用者的前臂固定在所述内部万向节内之后，通过压缩所述内部万向节使得其适配至所述外部万向节构件中并且释放所述压缩以使所述内部万向节与所述外部万向节匹配从而使得所述内部万向节能够围绕所述第一旋转轴线旋转而将所述内部万向节构件附接至所述万向节组件中。

108.根据权利要求103所述的方法，还包括将使用者的前臂固定在所述内部万向节内，使得所述内部万向节与使用者的手臂一起移动。

109.根据权利要求103所述的方法，还包括至少部分地围绕使用者的前臂固定套圈，使得所述套圈与使用者的前臂一起移动，其中，将使用者的前臂放置在所述内部万向节内包括将所述套圈固定在所述内部万向节内，使得所述内部万向节与使用者的前臂一起移动。

110.根据权利要求103所述的方法，其中，将使用者的前臂固定在所述内部万向节内包括将使用者的前臂放置到所述内部万向节内的套圈内并使用固定装置将使用者的前臂固定在所述套圈中。

111.根据权利要求103所述的方法，其中，使所述内部万向节围绕所述第一旋转轴线旋转包括围绕横摆轴线滚动所述内部万向节。

112.根据权利要求103所述的方法，其中，围绕所述第二旋转轴线旋转所述外部万向节包括围绕俯仰轴线滚动所述外部万向节。

113.根据权利要求103所述的方法，还包括旋转所述框架和所述内部万向节之间的轴承，所述轴承配置成允许所述框架围绕使用者的前臂滚动。

114.一种将最小访问工具附接至使用者的腕部或前臂的方法，所述方法包括：

将内部万向节构件联接至使用者的腕部或前臂，使得使用者的前臂穿过所述内部万向节，其中，所述内部万向节构件从所述最小访问工具分开；

将联接至使用者的腕部或前臂的所述内部万向节构件附接至包括框架和外部万向节的万向节组件中，其中，所述外部万向节旋转地联接至所述框架，使得所述内部万向节旋转地联接至所述外部万向节；

围绕第一旋转轴线旋转所述内部万向节以及

围绕第二旋转轴线旋转所述外部万向节，

其中，所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线相交于使用者的腕部或前臂内的相交点。