CN107735044B - 耦合器械驱动单元和机器人手术器械 - Google Patents
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Abstract
一种用于选择性连接到机械臂的手术系统包含器械驱动单元和可拆卸地耦合到所述器械驱动单元的手术器械。所述器械驱动单元包含第一致动器、具有相对的第一部分和第二部分的连杆部件，和驱动部件。所述连杆部件的所述第一部分可操作地耦合到所述第一致动器，以使得所述第一致动器的致动沿第一方向移动所述第一部分且沿与所述第一方向相反的第二方向移动所述第二部分。所述驱动部件可操作地耦合到所述连杆部件的所述第二部分。所述手术器械包含可操作地与所述器械驱动单元的所述驱动部件相关联的从动部件和可操作地与所述从动部件耦合的末端执行器，其中所述从动部件的平移实现所述末端执行器的第一功能。
Description
相关申请的交叉引用
本申请主张2015年5月11日提交的美国临时专利申请第62/159,417号的权益和优先权，所述申请的全部公开内容以引用的方式并入本文中。
背景技术
用于微创医疗程序中的机器人手术系统包含支撑机械臂的控制台或手推车和具有末端执行器的手术器械，所述末端执行器可以包含(例如)钳子、钉合器或抓握工具。机械臂向手术器械提供机械动力以用于其操作和移动。每个机械臂可以支撑可操作地连接或能连接到手术器械的器械驱动单元。
在使用机器人系统之前或在使用机器人系统期间，选择手术器械并且连接到负载于机械臂上的器械驱动单元。对于待完成的恰当的安装来说，手术器械的某些连接构件必须以配合方式接合到器械驱动单元的对应的连接构件。一旦这些构件以配合方式接合，器械驱动单元就可以驱动手术器械的致动。然而，将手术器械连接到器械驱动单元以及从器械驱动单元移除手术器械可能是困难的。
因此，可靠的以及能够易于且高效地附接和移除手术器械的新型机器人装置、系统和方法将是合乎需要的。
发明内容
本公开描述了展示满足性能要求并克服与器械附接和移除相关联的可用性难题的实用方法的机器人装置、系统和方法。一般来说，本公开描述了包含器械驱动单元和耦合到所述器械驱动单元的手术器械支架的机器人手术系统。手术器械包含响应于对器械驱动单元中的致动器的遥控操作而可控制以进行手术的末端执行器。
根据本公开的一个实施例，提供用于选择性连接到机械臂的手术系统。手术系统包含器械驱动单元和可拆卸地耦合到所述器械驱动单元的手术器械。器械驱动单元包含第一致动器、具有相对的第一部分和第二部分的连杆部件，和可操作地耦合到所述连杆部件的所述第二部分的驱动部件。器械驱动单元的第一致动器可以通过遥控操作来控制。器械驱动单元可以从由机械臂限定的纵向轴线偏移。
连杆部件的第一部分可操作地耦合到第一致动器，以使得所述第一致动器的致动沿第一方向移动所述第一部分且沿与所述第一方向相反的第二方向移动第二部分。手术器械包含可操作地与器械驱动单元的驱动部件相关联的从动部件和可操作地与所述从动部件耦合的末端执行器，其中所述从动部件的平移实现所述末端执行器的第一功能。
在实施例中，连杆部件围绕设置在第一部分与第二部分之间的枢轴被枢转地支撑。
器械驱动单元可包含第一细长部件，其具有可平移地安装在所述第一细长部件上的第一套筒。第一套筒可以可操作地与连杆部件的第一部分相关联，以使得第一细长部件的旋转围绕枢轴枢转连杆部件。另外，第一套筒可以可螺接方式安装在第一细长部件上。
在实施例中，第一套筒具有第一凸轮销，并且连杆部件的第一部分限定被配置成可滑动地容纳第一套筒的第一凸轮销的第一槽孔，借此第一套筒的平移引起在第一槽孔内的第一凸轮销的相对移动。第一细长部件可包含可操作地耦合到第一致动器的滑轮，其中第一致动器的致动引起第一细长部件的旋转。
器械驱动单元可包含第二细长部件，其具有可平移地安装在所述第二细长部件上的第二套筒。第二套筒可以可操作地与连杆部件的第二部分相关联。具体来说，第二套筒可具有第二凸轮销，并且连杆部件的第二部分可限定被配置成可滑动地容纳第二套筒的第二凸轮销的第二槽孔，借此第二套筒的平移引起在第二槽孔内的第二销的相对移动。
在实施例中，手术器械包含第一线缆，其具有耦合到手术器械的从动部件的第一端和可操作地与末端执行器相关联的第二端。
器械驱动单元可包含第二致动器和可操作地与第二致动器耦合的可旋转部件。手术器械可包含齿轮部件，其被配置成可操作地接合器械驱动单元的可旋转部件和末端执行器以用于与所述末端执行器同时旋转。在实施例中，第一致动器和第二致动器可独立地致动。
手术器械可包含从从动组合件向远端延伸的细长部件。所述细长部件可支撑在细长部件的远端处的末端执行器。
根据本公开的另一个方面，提供机器人手术组合件，其包含具有安装架的机械臂、安装在所述机械臂的安装架上的器械驱动单元和可拆卸地耦合到器械驱动单元的手术器械。器械驱动单元包含多个致动器、多个连杆部件和多个驱动部件。每个连杆部件具有相对的第一部分和第二部分。所述第一部分可操作地耦合到多个致动器中的相应一个，以使得多个致动器中的相应一个的致动沿第一方向移动第一部分且沿与第一方向相反的第二方向移动第二部分。多个驱动部件中的每一个可操作地耦合到多个连杆部件中的相应一个的第二部分。手术器械包含多个从动部件和可操作地与多个从动部件耦合的末端执行器。多个从动部件中的每一个可操作地与器械驱动单元的多个驱动部件中的相应一个相关联，其中多个从动部件中的至少一个的平移实现末端执行器的第一功能。
在本公开的又一方面中，提供用于选择性连接到机械臂的手术系统。手术系统包含器械驱动单元和手术器械。
在本公开的再一方面中，机器人手术组合件包含机械臂、器械驱动单元和手术器械。
器械驱动单元具有主体，其限定完全延伸通过所述主体的通道。所述主体支撑可相对于主体移动的轴杆，并且所述轴杆支撑驱动凸出部。驱动凸出部可沿轴杆移动且具有从其延伸的臂。
手术器械可定位在器械驱动单元的通道内且包含器械凸出部。器械凸出部限定被定位成容纳驱动凸出部的臂的凹槽以将器械凸出部和驱动凸出部耦合在一起。器械凸出部响应于驱动凸出部相对于器械驱动单元的轴杆的移动而可相对于手术器械移动。在实施例中，器械凸出部包含间隔开的第一凸缘和第二凸缘。器械凸出部的凹槽形成于器械凸出部的第一凸缘与第二凸缘之间。第一凸缘被布置成在手术器械朝向器械驱动单元移动时将器械凸出部与驱动凸出部对准，以将手术器械与器械驱动单元耦合在一起。手术器械可包含从其径向向外延伸的一对支脚。
在实施例中，器械驱动单元在其中限定一或多个底切。所述一或多个底切被定位成容纳所述一对支脚以使手术器械与器械驱动单元保持固定关系。
器械驱动单元的驱动凸出部可包含从其延伸的第二臂，并且手术器械的器械凸出部可限定第二凹槽。第二凹槽被定位成容纳第二臂。
在实施例中，手术器械在手术器械的外表面中限定了槽道。器械凸出部可通过所述槽道以可滑动方式移动。手术器械可以在其外表面中限定多个槽道。所述槽道支撑多个器械凸出部。器械驱动单元包含多个驱动凸出部。驱动凸出部被定位成耦合到器械凸出部。驱动凸出部中的第一个可以独立于驱动凸出部中的第二个而可移动。
驱动凸出部可以螺纹方式接合到轴杆，其中轴杆的旋转沿轴杆轴向地平移驱动凸出部。轴杆可以可操作地耦合到电动机。所述电动机可致动以旋转轴杆。
手术器械可在其前端上支撑末端执行器且可包含将器械凸出部耦合到末端执行器的连接部件。器械凸出部的移动相对于末端执行器平移连接部件以操作所述末端执行器。
在实施例中，手术器械在其后端包含手柄以便于将手术器械插入到器械驱动单元的通道中。
根据另一个方面，本公开涉及一种用于选择性地将手术器械耦合到自动控制的器械驱动单元的方法。
所述方法包括将手术器械推进到器械驱动单元中。器械驱动单元限定在器械驱动单元的前端与后端之间延伸的纵向轴线。所述方法还涉及围绕器械驱动单元的纵向轴线相对于器械驱动单元旋转手术器械，以相对于器械驱动单元沿纵向轴线选择性地将手术器械定位在预定位置处。所述方法进一步包含在手术器械相对于器械驱动单元旋转时将器械驱动单元的驱动凸出部与手术器械的器械凸出部对准，以使得驱动凸出部能够在驱动凸出部相对于器械驱动单元移动时将力传递到器械凸出部，同时将手术器械定位在预定位置中。
其它方面、特征和优点将从描述、图式和所附权利要求书而变得显而易见。
附图说明
并入在本说明书中且构成本说明书的部分的附图说明本公开的实施例，且与上文所给出的本公开的一般描述和下文所给出的实施例的详细描述一起用以阐释本公开的原理，其中：
图1是根据本公开的机器人手术系统的示意性说明；
图2是具有安装于其上的手术组合件的机械臂的透视图；
图3是图2的机械臂和手术组合件的正视图；
图4是以体模展示致动器和驱动系统的图2的手术组合件的器械驱动单元的透视图；
图5是图4的致动器和驱动系统的侧视图；
图6是展示从从动组合件拆卸的器械接口的图2的手术器械的透视图；
图7是移除了外壳部分的图6的从动组合件的透视图；
图8是用于与图2的机械臂一起使用的扭矩传感器组合件的透视图；
图9是具有安装于其上的另一手术组合件的另一机械臂的透视图；
图10是图9的手术组合件的另一手术器械的透视图；
图11是为了清晰起见移除了其部分的展示于图9中的指定细节区域的放大透视图；
图12A是图10的手术器械的器械凸出部的放大正视图；
图12B是图12A的器械凸出部的放大俯视图；并且
图13A到13C是说明图10的手术器械耦合到图9的手术组合件的器械驱动单元的渐进性视图。
具体实施方式
参考图式详细地描述本公开的实施例，其中在若干视图中的每一个中，相同附图标号指定相同或对应元件。如本文中所使用，术语“远侧”是指装置的较远离于用户的那个部分，而术语“近侧”是指装置的较接近于用户的那个部分。
参考图1，提供了机器人手术系统1，其包含：多个机械臂2、3；控制装置4；以及与控制装置4耦合的操作控制台5。操作控制台5包含显示装置6和手工输入装置7、8，借助于此人员(未示出，例如，外科医生)能够遥控操作机械臂2、3。
多个机械臂2、3中的每一个包含通过接头连接的多个部件。机器人手术系统1还包含连接到机械臂2、3中的每一个的远端的手术组合件100。手术组合件100包含器械驱动单元300和可拆卸地耦合到器械驱动单元300的手术器械200。手术器械200包含末端执行器230。
机械臂2、3可以由连接到控制装置4的电驱动器(未示出)驱动。具体借助于计算机程序，设置控制装置4(例如，计算机)以激活驱动器，以使得相应机械臂2、3的手术组合件100根据由手工输入装置7、8限定的移动执行所需移动。还可以设置控制装置4使得其调节机械臂2、3和/或驱动器的移动。
继续参考图1，机器人手术系统1被配置成用于借助于末端执行器230对放置在患者检查台12上的患者13进行微创手术。机器人手术系统1可包含多于两个机械臂2、3。额外机械臂也可以连接到控制装置4且可以借助于操作控制台5遥控操作。一或多个额外手术组合件100和/或手术器械200也可以附接到额外机械臂。
控制装置4可以控制多个电动机(电动机1……n)，其中每个电动机被配置成驱动耦合到手术器械200的末端执行器230的一或多个线缆的推动或牵引。虽然示出并描述了线缆，但是预期线缆可以用杆或类似物替换。在使用中，当推动和/或牵引这些线缆时，线缆实现手术器械200的末端执行器230的操作和/或移动。预期控制装置4协调各种电动机(电动机1……n)的激活以协调一或多个线缆的推动或牵引运动，以便协调一或多个末端执行器230的操作和/或移动。在实施例中，除了一或多个线缆以外或代替一或多个线缆，每个电动机可被配置成致动驱动杆或杠杆臂以实现末端执行器230的操作和/或移动。
控制装置4可包含适于执行计算和/或根据一组指令而操作的任何合适的逻辑控制电路。控制装置4可被配置成通过无线(例如，Wi-FiTM、
LTETM等)和/或有线连接与远程系统“RS”通信。远程系统“RS”可包含与机器人手术系统1的各种组件、算法和/或操作相关的数据、指令和/或信息。远程系统“RS”可包含任何合适电子服务、数据库、平台、云“C”或类似物。控制装置4可包含可操作地连接到存储器的中央处理单元。存储器可包含暂时性类型存储器(例如，RAM)和/或非暂时性类型存储器(例如，闪存媒体、磁盘媒体等)。在一些实施例中，存储器是远程系统“RS”的部分，和/或可操作地耦合到远程系统“RS”。
控制装置4可包含与机器人手术系统1的组件介接(例如，通过驱动器电路)的多个输入和输出。控制装置4可被配置成接收输入信号和/或产生输出信号以控制机器人手术系统1的各种组件(例如，一或多个电动机)中的一或多个。输出信号可包含算法指令和/或可基于算法指令，所述算法指令可由用户预编程和/或输入。控制装置4可被配置成从用户接口(例如，操作控制台5的开关、按钮、触摸屏等)接收多个用户输入，所述用户接口可以耦合到远程系统“RS”。
数据库14可直接地和/或间接地耦合到控制装置4。数据库14可被配置成存储来自活体和/或解剖图谱的手术前数据。数据库14可包含可为远程系统“RS”的部分和/或可操作地耦合到远程系统“RS”的存储器。可参考2011年11月3日提交的题目为“医疗工作站(Medical Workstation)”的美国专利公开案第2012/0116416号，所述公开案的全部内容以引入的方式并入本文中，以供对机器人手术系统1的构造和操作进行详细讨论。
现在转向图2和图3，手术组合件100包含耦合到机械臂2的安装架5(图3)的器械驱动单元300和可拆卸地耦合到器械驱动单元300的手术器械200。现在参考图4，器械驱动单元300包含具有致动外壳302的主体312和从致动外壳302横向延伸的适配器部分304。致动外壳302包含环形轮缘306，其被配置成牢固地在其中支撑适配器部分304的至少一部分。适配器部分304具有圆形横截面，其被配置成延伸穿过机械臂2的安装架5。适配器部分304包含接合表面304a，其被配置成可操作地接合手术器械200的接触表面204(图6)的一部分。
现在参考图4和图5，致动外壳302支撑多个致动器或电动机314a到314f。适配器部分304包含驱动系统350，其具有多个可枢转地支撑的连杆部件352、多个带螺纹部件380(只有一个展示于图5中)和多个细长部件或轴杆382(只有一个展示于图5中)。所述多个可枢转地支撑的连杆部件352被配置成围绕共同枢轴“X”枢转。多个可枢转地支撑的连杆部件352中的每一个包含相对的第一部分和第二部分352a、352b。所述多个带螺纹部件380中的每一个包含以可螺接方式与带螺纹部件380耦合的套筒或螺母358b。所述多个细长部件382中的每一个包含套筒358a，其被配置成沿相应细长部件382可滑动地平移。
连杆部件352的第一部分352a和第二部分352b中的每一个分别限定槽孔354a、354b。每个槽孔354a、354b被配置成分别可滑动地容纳套筒358a的凸轮销356a和套筒358b的凸轮销356b。在此配置下，带螺纹部件380的旋转引起套筒358b沿相应带螺纹部件380的平移。套筒358b沿带螺纹部件380的平移引起凸轮销356b与槽孔354b之间和凸轮销356a与槽孔354a之间的相对移动，以使得相对的第一部分352a和第二部分352b沿相反方向以跷板的方式移动，如由箭头“D”、“U”(图5)所示。多个套管358a中的每一个连接到多个线性驱动器385中的相应一个。
继续参考图4和图5，致动器或电动机314a到314d中的每一个包含第一滑轮360，并且多个带螺纹部件380中的每一个包含第二滑轮362。第一滑轮360与第二滑轮362由驱动带364可操作地耦合，以使得第一滑轮360的旋转向第二滑轮362传递旋转。第二滑轮362的旋转向带螺纹部件380传递伴随旋转，其又引起套筒358b沿带螺纹部件380的平移。套筒358b沿(例如)箭头“U”的方向的平移引起套筒358a沿相反的方向(即，沿箭头“D”的方向)的平移以驱动线性驱动器385。
具体参考回到图4，适配器部分304的接合表面304a限定多个槽孔309，所述槽孔被配置成在其中容纳相应线性驱动器385。每个线性驱动器385在相应槽孔309内可滑动且延伸穿过相应槽孔309，以使得每个线性驱动器385接合手术器械200的相应从动部件262a到262d(图7)，如在下文中将描述。另外，接合表面304a进一步限定被配置成分别容纳齿轮333、335的孔口311a、311b。
具体参考图5，致动器或电动机314e耦合到通过驱动带357可操作地耦合到滑轮353的滑轮351。滑轮353固定到细长轴杆355以用于与其同时旋转。滑轮383也固定到细长轴杆355以用于与其同时旋转。滑轮383通过第二驱动带359可操作地耦合到齿轮335。在此配置下，致动器或电动机314e的致动引起齿轮335的旋转。齿轮335的至少一部分延伸穿过孔口311b(图4)，以使得齿轮335啮合器械接口220的齿轮227c(图6)，如将在下文中所论述。
另外，致动器或电动机314f可操作地耦合到滑轮399，所述滑轮通过驱动带391耦合到齿轮333。在此配置下，致动器或电动机314f的致动引起齿轮333的旋转。齿轮333的至少一部分延伸穿过孔口311a(图4)以用于与器械接口220的齿轮227b(图6)啮合。
现在参考图6和图7，手术器械200包含器械接口220、从动组合件240和细长部件250，以及支撑在细长部件250的远端处的末端执行器230(图1)。从动组合件240包含支撑面板242，所述支撑面板限定沿支撑面板242的长度的多个槽孔244和孔口246a、246b。从动组合件240进一步包含多个从动部件262a到262d。所述多个从动部件262a到262d中的每一个的一部分延伸穿过相应槽孔244且在其内可平移。从动组合件240进一步包含齿轮272、274。每个齿轮272、274的至少一部分延伸穿过相应孔口246a、246b。齿轮274用细长部件250来固定以用于与其同时旋转。
现在具体参考图6，器械接口220包含被配置成可操作地安装在从动组合件240上的主体面板222。主体面板222限定多个孔口224a到224c和多个槽孔226。所述多个孔口224a到224c被配置成容纳穿过其的相应齿轮227a到227c的至少一部分。所述多个槽孔226中的每一个与从动组合件240的支撑面板242的相应槽孔244对准，以使得所述从动组合件240的多个从动部件262a到262d中的每一个的一部分延伸穿过器械接口220的相应槽孔226。从动组合件240的多个从动部件262a到262d中的每一个的所述部分可操作地接合器械致动驱动器300的相应线性驱动器385。在此配置下，致动器或电动机314a到314d的致动引起从动组合件240的相应从动部件262a到262d的平移。
多个从动部件262a到262d中的每一个耦合到可操作地与末端执行器230相关联的线缆或杆(未示出)以实现末端执行器230的功能。具体来说，每个线缆可耦合到末端执行器230以使得每个线缆或其组合的致动执行末端执行器230的功能。线缆中的一或多个的纵向平移可传递末端执行器230或其部分上的移动(例如，旋转、枢转、铰接、纵向/横向平移等)。举例来说，于2014年4月21日提交的且名称为“用于互连电动机械式手术装置和手术装载单元以及其手术系统的具有平衡环的适配器组合件(Adapter Assembly with Gimbal forInterconnecting Electromechanical Surgical devices and Surgical LoadingUnits,and Surgical Systems Thereof)”的美国专利申请第14/257,063号(其全部内容以引用的方式并入本文中)描述了具有末端执行器的手术缝合装置，所述末端执行器支撑可操作地耦合到可旋转导螺杆以发射手术缝合钉的能够向远端推进的滑板。细长部件250尺寸经设定以容纳多个线缆且使得多个线缆中的每一个能够线性平移穿过其。
继续参考图6和图7，器械接口220的齿轮227c被配置成与从动组合件240的齿轮274对准并啮合所述齿轮274。器械致动装置300的齿轮335被配置成啮合器械接口220的齿轮227c，以使得致动器或电动机314e的致动旋转齿轮335(图5)，其又旋转器械接口220的齿轮227c和从动组合件240的齿轮274。从动组合件240的齿轮274的旋转引起细长部件250的伴随旋转，其向末端执行器230传递旋转。
具体参考图6，器械接口220进一步包含具有第一端221a和第二端221b的可旋转轴杆221。第一端221a和第二端221b分别包含齿轮227a、227b，以用于与可旋转轴杆221同时旋转。齿轮227b的一部分延伸穿过限定在主体面板222中的孔口224b并啮合器械驱动单元300的齿轮333。在此配置下，致动器或电动机314f的致动引起齿轮333的旋转，其又向齿轮227b传递旋转。齿轮227b的旋转向齿轮227a传递伴随旋转。器械接口220的齿轮227a啮合从动组合件240的齿轮272。齿轮272可以可操作地与末端执行器230耦合以实现末端执行器230的功能。
现在参考图8，机械臂2支撑通过驱动带500耦合到一起的可旋转扭矩传感器300和电动机组合件400。扭矩传感器300支撑被配置成与控制装置4通信以提供(例如)扭矩反馈数据的电子组件(例如，电阻器、电线等)。电动机组合件400包含电动机410和谐波齿轮箱412，所述电动机和谐波齿轮箱协作以通过驱动带500在扭矩传感器300上传递旋转，以实现器械驱动单元300的旋转。
在操作中，参考图4到图7，器械驱动单元300安装在机械臂2的安装架5上，并且手术器械200可拆卸地耦合到器械驱动单元300。器械驱动单元300的每个线性驱动器385接合手术器械200的从动组合件240的相应从动部件262a到262d。此外，器械驱动部件300的齿轮333啮合手术器械200的器械接口220的齿轮227b。另外，器械驱动单元300的齿轮335啮合手术器械200的器械接口220的齿轮227c。随着手术器械200可操作地耦合到器械驱动单元300，多个致动器或电动机314a到314d中的一或多个被激活以旋转带螺纹部件380中的一或多个，其又引起器械驱动单元300的一或多个线性驱动器385的平移。一或多个线性驱动器385的致动引起从动部件262a到262d在手术器械200的支撑面板242的槽孔244内的平移。从动部件262a到262d的平移平移相应线缆。线缆或其组合的平移使末端执行器230或部分末端执行器230移动(例如，旋转、枢转、铰接、纵向/横向平移等)。
另外，致动器或电动机314e的致动引起齿轮335的旋转，其又向器械接口220的齿轮227c传递旋转。齿轮227c的旋转引起齿轮274的旋转，其又向细长部件250传递伴随旋转。细长部件250的旋转引起末端执行器230的伴随旋转。另外，致动器或电动机314f的致动引起器械驱动单元300的齿轮333的旋转，其接合器械接口220的齿轮227b并引起齿轮227b的旋转。齿轮227b向器械接口220的齿轮227a传递伴随旋转。齿轮227a啮合从动组合件240的齿轮272。在此配置下，器械接口220的齿轮227a的旋转引起从动组合件240的齿轮272的旋转。齿轮272可以可操作地与末端执行器230耦合以实现末端执行器230的额外功能。
现在转向图9，机器人手术系统1(图1)的一个实施例包含可拆卸地连接到机械臂3的安装架3a的手术组合件600。手术组合件600包含手术器械700和容纳穿过其的手术器械700的器械驱动单元800。
参看图10，手术器械700限定在其前端与后端之间延伸的纵向轴线“X1”。手术器械700包含具有手柄部分712的主体710、主体710的后端710a，以及从手柄部分712向远端延伸到主体710的前端710b的管状部分714。主体710进一步限定在其中支撑细长轴杆720的穿过其的中心通道710c。手柄部分712可包含从主体710径向向外延伸以便于抓握的单个和/或多个夹持凸缘712a、712b。多个支脚或凸出部716a、716b从管状部分714的外表面径向向外延伸以便于与器械驱动单元800接合，如下文更详细地描述。在一些实施例中，管状部分714可包含单个支脚。
管状部分714的外表面限定围绕管状部分714在相对于彼此间隔开的位置处径向设置的多个槽道718。举例来说，所述多个槽道718可包含围绕管状部分714设置预定位置的四个槽道。多个槽道718中的每一个被配置成可滑动地容纳多个器械凸出部740a到740d(图11)的一个器械凸出部740，并且每个槽道718在主体710的后端与前端710a、710b之间沿管状部分714的外表面纵向延伸，以使得每个器械凸出部740能够沿管状部分714的外表面滑动。多个槽道718中的每一个可包含任何合适的横截面轮廓，例如T形轮廓和/或L形横截面轮廓。
细长轴杆720从主体710的前端710b向远端延伸到在细长轴杆720的远端或前端处的末端执行器730。细长轴杆720容纳一或多个连接部件722。连接部件722可以包含杆和/或线缆。每个连接部件722在其后端处的多个器械凸出部740中的一个与其前端处的末端执行器730之间延伸，并且耦合到多个器械凸出部中的所述一个以及所述末端执行器。末端执行器730可以具有任何合适的构形且可包含一对对置的夹爪部件732、734，所述夹爪部件被定位成相对于手术器械700的纵向轴线“X1-X1”枢转、转动和/或铰接。末端执行器730可适于响应于一或多个连接部件722的移动而执行一或多个合适的功能(例如，紧固、密封、切割、抓握等)，如下文更详细地描述。
参考图11到12B，多个器械凸出部740a到740d的每个器械凸出部740包含具有外表面742a和内表面742b的基底部分742。延伸部分744从基底部分742的外表面742a向外伸出，且包含多个间隔开的凸缘或肩状突起744a到744d，其限定邻近于基底部分742的第一凹槽746a和第二凹槽746b。
安装部分748从基底部分742的内表面742b沿与延伸部分744相反的方向向外伸出。安装部分748可具有任何合适的构形，例如对应于手术器械700的多个槽道718中的一或多个的轮廓的T形和/或L形横截面轮廓。安装部分748使得器械凸出部740能够牢固地容纳在手术器械700的多个槽道718中的一个内，且使得器械凸出部740能够相对于手术器械700可滑动地移动。举例来说，如图11中所见，器械凸出部740a容纳在手术器械700的槽道718a内，并且器械凸出部740b容纳在手术器械700的槽道718b内。类似地，器械凸出部740c、740d也容纳在与槽道718a、718b相邻定位的手术器械700的对应槽道内。
参考图11，器械驱动单元800包含主体810，所述主体限定完全穿过其延伸的被配置成在其中容纳手术器械700的通道810a。器械驱动单元800包含由多个紧固件814固定到主体810的盖812。盖812限定穿过其的多个孔口812a、812b、812c和在其中容纳主体710的支脚716a、716b的一或多个底切812d，以使得能够相对于器械驱动单元800(例如)以卡口型布置选择性地纵向固定手术器械700，如下文更详细地描述。
一或多个轴杆816支撑在主体810内(为了清晰起见只有一个展示于图11中)，其中每个轴杆816被定位成延伸穿过盖812的多个孔口812a到812c中的对应一个。每个轴杆816螺纹地支撑驱动凸出部818。每个轴杆816可旋转地耦合到定位于主体810内的电动机820中的一个，其可以电子控制和/或自动控制。驱动凸出部818被定位成响应于轴杆816的旋转而沿轴杆816轴向移动，如下文更详细地描述。驱动凸出部818包含第一臂818a和第二臂818b，其从驱动凸出部向外伸出且被配置成容纳在手术器械700的对应器械凸出部740的第一凹槽746a和第二凹槽746b内。
现在转向图13A到13C，手术器械700的细长轴杆720被推进到器械驱动单元800的通道810a中，如由箭头“I”指示，直到手术器械700的支脚716a、716b与器械驱动单元800的一或多个底切812d对准为止。在使手术器械700的支脚716a、716b与器械驱动单元800的一或多个底切812d对准时，手术器械700的每个器械凸出部740的凸缘744a、744c接合器械驱动单元800的对应驱动凸出部818的第一臂818a和第二臂818b，以对准相应器械凸出部740和驱动凸出部818。
接着围绕轴“X1”相对于器械驱动单元800旋转手术器械700的手柄部分714，如由箭头“R”指示，以使得支脚716a、716b被锁紧在器械驱动单元800的底切812d下方和/或在所述底切内，以相对于器械驱动单元800的主体810轴向固定手术器械700的主体710。随着手术器械700相对于器械驱动单元800旋转，器械驱动单元800的驱动凸出部818的第一臂818a和第二臂818b容纳在手术器械700的对应器械凸出部740的第一凹槽746a和第二凹槽746b内，以将对应器械凸出部740和驱动凸出部818耦合在一起。
手术器械700的驱动凸出部740和器械驱动单元800的驱动凸出部818之间的接合将手术器械700的驱动凸出部740中的一或多个沿手术器械700定位在一或多个预定位置处。在实施例中，手术器械700的两个或更多个驱动凸出部740可以相对于彼此纵向对准。当设置在一或多个预定位置中时，末端执行器730可以预定定向设置(例如，与手术器械700的细长轴杆720共轴对准)，以便于(例如)插入到接入装置(未示出)的开口中。
在使用中，在器械驱动单元800的主体810内的一或多个电动机820(图11)电子激活和/或自动激活，以旋转器械驱动单元800的对应轴杆816中的一或多个，如由箭头A1(图13C)指示。随着轴杆816旋转，沿/相对于轴杆816轴向向上和/或向下(取决于旋转的方向)驱动/旋拧对应驱动凸出部818，如由箭头“A2”指示。器械驱动单元800的驱动凸出部818的轴向移动向手术器械700的对应器械凸出部740传递轴向力，以相对于手术器械700的主体710移动器械凸出部740。一或多个器械凸出部740和/或驱动凸出部818(和对应轴杆816)可以独立于和/或依赖于另一器械凸出740部和/或驱动凸出部818中的一或多个而可移动。随着器械凸出部740轴向向上和/或向下移动，连接部件722(图10)将移动传递到末端执行器730上以实现其操作。
当需要器械交换和/或完成手术时，手术器械700可以通过手柄部分714沿与方向“R”相反的方向旋转，以将手术器械700的支脚716a、716b从器械驱动单元800的底切812d移除。随着移除支脚716a、716a，手术器械700可以从器械驱动单元800抽出并再插入或替换成类似于上文按需要所描述的手术器械的另一或不同手术器械700。举例来说，不同的手术器械可具有以与原始手术器械不同的方式起作用的不同末端执行器730(例如，密封的器械与紧固的器械)，以实现手术过程的不同方面。
所属领域的技术人员将理解，本文中所特定描述且附图中所展示的结构和方法是非限制性示范性实施例，且应将描述、公开和图式仅仅认作示范特定实施例。因此，应理解，本发明不限于所描述的精确实施例，且所属领域的技术人员可在不脱离本公开的范围或精神的情况下实现各种其它改变和修改。另外，可在不脱离本公开的范围的情况下将结合某些实施例所示出或描述的元件和特征与某些其它实施例的元件和特征组合，且此类修改和变化也包含在本公开的范围内。因此，本公开的主题并不受到已具体示出和描述的内容限制。
Claims (26)
1.一种用于选择性连接到机械臂的手术系统，所述手术系统包括：
器械驱动单元，包含：
第一致动器；
具有相对的第一部分和第二部分的连杆部件，所述第一部分可操作地耦合到所述第一致动器，以使得所述第一致动器的致动沿第一方向移动所述第一部分且沿与所述第一方向相反的第二方向移动所述第二部分；以及
可操作地耦合到所述连杆部件的所述第二部分的驱动部件；以及手术器械，可拆卸地耦合到所述器械驱动单元，所述手术器械包含：
可操作地与所述器械驱动单元的所述驱动部件相关联的从动部件；
可操作地与所述从动部件耦合的末端执行器，其中所述从动部件的平移实现所述末端执行器的第一功能；以及
第一线缆，其具有耦合到所述手术器械的所述从动部件的第一端和可操作地与所述末端执行器相关联的第二端。
2.根据权利要求1所述的手术系统，其中所述连杆部件围绕设置在所述第一部分与第二部分之间的枢轴被枢转地支撑。
3.根据权利要求2所述的手术系统，其中所述器械驱动单元包含第一细长部件，其具有可平移地安装在所述第一细长部件上的第一套筒，所述第一套筒可操作地与所述连杆部件的所述第一部分相关联，以使得所述第一细长部件的旋转围绕所述枢轴枢转所述连杆部件。
4.根据权利要求3所述的手术系统，其中所述第一套筒以可螺接方式安装在所述第一细长部件上。
5.根据权利要求4所述的手术系统，其中所述第一套筒具有第一凸轮销，并且所述连杆部件的所述第一部分限定被配置成可滑动地容纳所述第一套筒的所述第一凸轮销的第一槽孔，借此所述第一套筒的平移引起在所述第一槽孔内的所述第一凸轮销的相对移动。
6.根据权利要求3所述的手术系统，其中所述第一细长部件包含可操作地耦合到所述第一致动器的滑轮，其中所述第一致动器的致动引起所述第一细长部件的旋转。
7.根据权利要求3所述的手术系统，其中所述器械驱动单元进一步包含第二细长部件，其具有可平移地安装在所述第二细长部件上的第二套筒，所述第二套筒可操作地与所述连杆部件的所述第二部分相关联。
8.根据权利要求7所述的手术系统，其中所述第二套筒具有第二凸轮销，并且所述连杆部件的所述第二部分限定被配置成可滑动地容纳所述第二套筒的所述第二凸轮销的第二槽孔，借此所述第二套筒的平移引起在所述第二槽孔内的所述第二凸轮销的相对移动。
9.根据权利要求1所述的手术系统，其中所述器械驱动单元的所述第一致动器通过遥控操作来控制。
10.根据权利要求1所述的手术系统，其中所述器械驱动单元进一步包含第二致动器和可操作地与所述第二致动器耦合的可旋转部件，并且所述手术器械进一步包含齿轮部件，其被配置成可操作地接合所述器械驱动单元的所述可旋转部件和所述末端执行器以用于与所述末端执行器同时旋转。
11.根据权利要求10所述的手术系统，其中所述第一致动器和第二致动器能够独立地致动。
12.根据权利要求1所述的手术系统，其中所述器械驱动单元从由所述机械臂限定的纵向轴线偏移。
13.根据权利要求1所述的手术系统，其中所述手术器械包含从所述从动组合件向远端延伸的细长部件，所述细长部件支撑在所述细长部件的远端处的所述末端执行器。
14.一种机器人手术组合件，包括：
具有安装架的机械臂；
安装在所述机械臂的所述安装架上的器械驱动单元，所述器械驱动单元包含：
多个第一致动器；
多个连杆部件，每个连杆部件具有相对的第一部分和第二部分，所述第一部分可操作地耦合到所述多个第一致动器中的相应一个，以使得所述多个第一致动器中的所述相应一个的致动沿第一方向移动所述第一部分且沿与所述第一方向相反的第二方向移动所述第二部分；以及
多个驱动部件，所述多个驱动部件中的每一个可操作地耦合到所述多个连杆部件中的相应一个的所述第二部分；以及
手术器械，可拆卸地耦合到所述器械驱动单元，所述手术器械包含：
多个从动部件，所述多个从动部件中的每一个可操作地与所述器械驱动单元的所述多个驱动部件中的相应一个相关联；
末端执行器，可操作地与所述多个从动部件耦合，其中所述多个从动部件中的至少一个的平移实现所述末端执行器的第一功能；以及
多个线缆，每个线缆具有耦合所述手术器械的所述多个从动部件中的一个的第一端和可操作地与所述末端执行器相关联的第二端。
15.根据权利要求14所述的机器人手术组合件，其中所述多个连杆部件中的每一个围绕设置在所述第一部分与第二部分之间的枢轴被枢转地支撑。
16.根据权利要求15所述的机器人手术组合件，其中所述器械驱动单元包含多个第一细长部件，所述多个第一细长部件中的每一个具有可平移地安装于其上的第一套筒，所述第一套筒可操作地与所述多个连杆部件中的所述相应一个的所述第一部分相关联，以使得所述第一细长部件的旋转围绕所述枢轴枢转所述多个连杆部件中的所述相应一个。
17.根据权利要求16所述的机器人手术组合件，其中每个第一套筒以可螺接方式安装在所述相应第一细长部件上。
18.根据权利要求16所述的机器人手术组合件，其中所述第一套筒具有第一凸轮销，并且所述相应连杆部件的所述第一部分限定被配置成可滑动地容纳所述第一凸轮销的第一槽孔，借此所述第一套筒沿所述第一细长部件的平移引起在所述第一槽孔内的所述第一凸轮销的相对移动。
19.根据权利要求14所述的机器人手术组合件，其中每个第一细长部件包含可操作地耦合到所述第一致动器的滑轮，其中所述第一致动器的致动引起所述第一细长部件的旋转。
20.根据权利要求18所述的机器人手术组合件，其中所述器械驱动单元进一步包含多个第二细长部件，所述多个第二细长部件中的每一个具有可平移地安装在所述第二细长部件上的第二套筒，所述第二套筒可操作地与所述相应连杆部件的所述第二部分相关联。
21.根据权利要求20所述的机器人手术组合件，其中所述第二套筒具有第二凸轮销，并且所述相应连杆部件的所述第二部分限定被配置成可滑动地容纳所述第二凸轮销的第二槽孔，借此所述第二套筒的平移引起在所述第二槽孔内的所述第二凸轮销的相对移动。
22.根据权利要求14所述的机器人手术组合件，其中所述器械驱动单元进一步包含第二致动器和与所述第二致动器耦合的可旋转部件，并且所述手术器械进一步包含齿轮部件，其被配置成可操作地接合所述器械驱动单元的所述可旋转部件，所述齿轮部件与所述末端执行器耦合以用于与所述末端执行器同时旋转。
23.根据权利要求22所述的机器人手术组合件，其中所述器械驱动单元的所述第一致动器通过遥控操作来控制。
24.根据权利要求14所述的机器人手术组合件，其中所述第一致动器和第二致动器能够独立地致动。
25.根据权利要求14所述的机器人手术组合件，其中所述手术器械包含从所述从动组合件向远端延伸的细长部件，所述细长部件支撑在所述细长部件的远端处的所述末端执行器。
26.根据权利要求14所述的机器人手术组合件，其中所述机械臂的所述安装架插入在所述器械驱动单元与所述手术器械之间。
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