CN108024836A - 手术机器人组合件和其器械适配器 - Google Patents

手术机器人组合件和其器械适配器 Download PDF

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Abstract

一种器械适配器，包含壳体、驱动构件、螺母和轴组合件。所述螺母以螺纹方式连接到所述驱动构件且相对所述驱动构件轴向地可移动。所述轴组合件包含轴和连杆。所述轴从所述壳体向远端延伸且配置成可操作地连接到末端执行器。所述连杆具有可移动地连接到所述螺母的近侧末端以及配置成将所述末端执行器选择性地锁定到所述轴组合件的远侧末端。所述连杆在近端非锁定位置与远端锁定位置之间可移动。所述螺母沿所述驱动构件在第一位置与第二位置之间可移动，在所述第一位置中，所述螺母阻止所述连杆从所述远端位置到所述近端位置的近端移动，在所述第二位置中，所述螺母并不阻止所述连杆从所述远端位置到所述近端位置的近端移动。

Description

手术机器人组合件和其器械适配器
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年9月25日提交的第62/232,518号美国临时专利申请的权益和优先级，所述全部公开内容以引用的方式并入本文中。
背景技术
机器人手术系统已经用于微创医疗程序中。一些机器人手术系统包含控制台，所述控制台支撑手术机器人臂和手术器械、具有至少一个末端执行器(例如钳或抓握工具)、安装到机器人臂。机器人臂为手术器械提供机械功率以用于其操作和移动。
机器人手术系统通过使得这些末端执行器在手术过程期间能够容易更换来支撑配置成连接到多种类型的末端执行器的手术器械。通常，末端执行器的这一更换通过将末端执行器从手术器械的其余部分手动地拆离而不将器械驱动单元从手术器械拆离来执行。这通常意味着末端执行器可能由临床医生无意地碰到错误的按钮或开关而从手术器械拆离。
需要在手术器械上更换末端执行器而同时防止在末端执行器更换过程期间末端执行器从手术器械无意地移除。
发明内容
根据本公开的一方面，提供器械适配器。器械适配器配置成将驱动机构与末端执行器互连。器械适配器将驱动力从驱动机构传递到末端执行器以用于致动末端执行器。器械适配器包含壳体、驱动构件、螺母和轴组合件。驱动构件安置在壳体内，且螺母以螺纹方式连接到驱动构件且相对所述驱动构件轴向地可移动。轴组合件包含轴和连杆。轴具有连接到壳体的近侧末端以及配置成可操作地连接到末端执行器的远侧末端。连杆具有可移动地连接到螺母的近侧末端以及配置成将末端执行器选择性地锁定到轴组合件的远侧末端。连杆在近端非锁定位置与远端锁定位置与之间可移动。螺母沿驱动构件在第一位置与第二位置之间可移动。在第一位置中，螺母阻止连杆从远端位置到近端位置的近端移动。在第二位置中，螺母并不阻止连杆从远端位置到近端位置的近端移动。
在一些实施例中，连杆的近侧末端可包含形成于其中的纵向狭槽。螺母可具有安置在连杆的纵向狭槽内的突起以使得当螺母处于第一位置时，螺母的突起与纵向狭槽的远侧末端表面相接合。当螺母处于第二位置时，螺母的突起可安置为邻近于纵向狭槽的近侧末端表面。
预期所述螺母沿驱动构件可移动到位于第一位置和第二位置的近端处的第三位置。螺母可影响连杆的近端移动以用于在螺母移动到第三位置时使末端执行器卸荷。
设想螺母可键合到壳体以使得驱动构件的旋转使螺母沿驱动构件在第一位置与第二位置之间移动。
在一些方面，连杆可朝向远端位置弹性地偏置。
在一些实施例中，连杆的远侧末端可包含延伸部分，所述延伸部分配置成用于在手术装载单元插入和旋转到轴组合件中时使用手术装载单元的凸耳锁定接合。轴的远侧末端可包含限定切口的盖帽，所述切口配置成用于在连杆处于远端位置时容纳连杆的延伸部分。在远端位置中，连杆的延伸部分和盖帽的切口可协作地限定罩壳以固持手术装载单元的凸耳。
预期壳体可进一步包含不可旋转地连接到驱动构件的近侧末端的输入驱动连接器。输入驱动连接器可配置成通过驱动机构的电动机旋转。
设想壳体可限定其中的窗口。螺母可包含安置为邻近于窗口的凸台以用于将螺母手动移动到第二位置。
在本公开的另一方面中，提供用于连接到驱动机构的机电手术器械。机电手术器械包含手术装载单元和器械适配器。手术装载单元包含具有近侧末端和远侧末端的细长部分，以及从细长部分的远侧末端延伸的末端执行器。器械适配器包含壳体、驱动构件、螺母和轴组合件。驱动构件安置在壳体内，且螺母以螺纹方式连接到驱动构件且相对所述驱动构件轴向地可移动。轴组合件从壳体向远端延伸且包含轴和连杆。轴具有连接到壳体的近侧末端以及配置成可操作地连接到手术装载单元的细长部分的近侧末端的远侧末端。连杆具有可移动地连接到螺母的近侧末端以及配置成将手术装载单元选择性地锁定到轴组合件的远侧末端。连杆在近端非锁定位置与远端锁定位置与之间可移动。螺母沿驱动构件在第一位置与第二位置之间可移动。在第一位置中，螺母阻止连杆从远端位置到近端位置的近端移动。在第二位置中，螺母并不阻止连杆从远端位置到近端位置的近端移动。
在本公开的另一方面中，提供机器人手术组合件。机器人手术组合件包含手术机器人臂、手术装载单元以及器械适配器。手术机器人臂支撑包含电动机的驱动机构。手术装载单元包含具有近侧末端和远侧末端的细长部分，以及从细长部分的远侧末端延伸的末端执行器。器械适配器包含壳体、驱动构件、螺母和轴组合件。壳体配置成连接到手术机器人臂。驱动构件安置在壳体内，且螺母以螺纹方式连接到驱动构件且相对所述驱动构件轴向地可移动。轴组合件包含轴和连杆。轴具有连接到壳体的近侧末端以及配置成可操作地连接到手术装载单元的细长部分的近侧末端的远侧末端。连杆具有可移动地连接到螺母的近侧末端以及配置成将手术装载单元选择性地锁定到轴组合件的远侧末端。连杆在近端非锁定位置与远端锁定位置与之间可移动。螺母沿驱动构件在第一位置与第二位置之间可移动。在第一位置中，螺母阻止连杆从远端位置到近端位置的近端移动。在第二位置中，螺母并不阻止连杆从远端位置到近端位置的近端移动。
在一些实施例中，驱动机构可配置成在末端执行器安置为邻近于患者时自动地将螺母从第二位置移动到第一位置。
根据本公开的另一方面，提供可以可拆离方式可连接到器械驱动单元和末端执行器的器械适配器。器械适配器包含：驱动构件，其在器械适配器连接到器械驱动单元时连接到器械驱动单元的输出端；轴，具有与末端执行器的所述连接接口相对应的连接接口；连杆，其在连杆防止末端执行器通过连接接口附接到所述轴或从所述轴拆离的阻断位置与连杆并不防止附接或拆离的解阻断位置之间可移动；以及锁定件，由驱动构件来驱动且连接到连杆。
锁定件可驱动为多种状态，包含：第一状态，其中连杆驱动到解阻断位置；第二状态，其中锁定件驱动到连杆沿阻断位置与解阻断位置之间的至少一个方向手动地可移动的位置；以及第三状态，其中连杆驱动到阻断位置。
在一些实施例中，器械适配器可以可拆离方式可连接到器械驱动单元和末端执行器。器械适配器可包含配置成连接到器械驱动单元的输出端的驱动构件。器械适配器也可包含具有配置成连接到末端执行器的远侧末端的轴。器械适配器也可包含在阻断位置与解阻断位置之间可移动的连杆，在所述阻断位置中，连杆防止末端执行器附接到所述轴的远侧末端或从所述轴的远侧末端拆离；在所述解阻断位置中，连杆并不防止末端执行器附接到所述轴的远侧末端或从所述轴的远侧末端拆离。器械适配器也可包含由驱动构件驱动且连接到连杆的锁定件。锁定件可由驱动构件驱动到不同位置或状态。第一状态可以是连杆处于解阻断位置的那种状态。第二状态可以是锁定件和/或连杆处于连杆沿阻断位置与解阻断位置之间的至少一个方向手动地可移动的位置的那种状态，且第三状态是连杆处于阻断位置。
参考随附图式来更详细地描述本公开的示范性实施例的其它细节和方面。
如本文中所使用，术语平行和垂直理解为包含距真实平行和真实垂直高达约+10度或-10度的基本上平行和基本上垂直的相对构形。
附图说明
在本文中参考随附图式来描述本公开的实施例，其中：
图1是包含根据本公开的机器人手术组合件的机器人手术系统的示意性说明；
图2是说明机电手术器械和附接到手术机器人臂上的驱动机构的图1的机器人手术组合件的手术机器人臂的透视图；
图3是包含具有连接到其的手术装载单元的器械适配器的图2的机电手术器械的透视图；
图4是包含连接到轴组合件的壳体的图3的器械适配器的放大视图；
图5是图3和图4的器械适配器的壳体内部部件以及轴组合件的透视图(有部件移除)；
图6A是说明处于沿驱动构件的锁定位置中的器械适配器的螺母的图4的器械适配器的截面视图(沿直线6A-6A截得)；
图6B是说明处于沿驱动构件的非锁定位置中的器械适配器的螺母的图4的器械适配器的截面视图(沿直线6A-6A截得)；
图7A是说明在用于使用器械适配器装载手术装载单元的近端非锁定位置中的器械适配器的连杆的图4的器械适配器的远侧末端(连接到手术装载单元)的透视图；且
图7B是说明在用于将手术装载单元装载到器械适配器的远端锁定位置中的器械适配器的连杆的图4的器械适配器的远侧末端(连接到手术装载单元)的透视图。
具体实施方式
本发明所公开的机器人手术系统的实施例包含用于使驱动机构与具有末端执行器的手术装载单元互连的器械适配器，和其方法，参考图式来详细地描述，在所述图式中，相同参考标号指代在若干视图中的每一个中的相同或对应元件。如本文中所使用，术语“远端”指机器人手术系统、器械适配器、手术装载单元或其更远离用户的组件的那个部分，而术语“近端”指机器人手术系统、器械适配器、手术装载单元或其更接近用户的组件的那个部分。
首先参考图1和图2，例如机器人手术系统1的手术系统大体上包含具有以可移除地附接到其的机电手术器械10的多个手术机器人臂2、3；控制装置4；以及与控制装置4连接的操作控制台5。
继续参考图1，操作控制台5包含显示装置6，其设定为(尤其)显示三维图像；以及手动输入装置7、8，人(图中未示)(例如外科医生)借助于所述手动输入装置能够以第一操作模式远距离操控机器人臂2、3，如原则上为所属领域的普通技术人员所已知。器人臂2、3中的每一个可包括通过接合点相连接的多个构件。器人臂2、3可由连接到控制装置4的电驱动器(图中未示)来驱动。控制装置4(例如计算机)设定为启动驱动器(具体地说借助于计算机程序)，以此方式使得机器人臂2、3，其驱动机构20以及(因此)机电手术器械10(包含末端执行器210)根据借助于手动输入装置7、8所限定的移动来执行所需移动。控制装置4也可以此方式设定使得其调节机器人臂2、3和/或驱动器的移动。
机器人手术系统1配置成对躺在手术台“ST”上待借助于手术器械(例如机电手术器械10)以微创方式治疗的患者“P”使用。机器人手术系统1还可包含多于两个机器人臂2、3，额外机器人臂类似地连接到控制装置4且借助于操作控制台5远距离操控。手术器械(例如机电手术器械10(包含末端执行器210))也可附接到额外机器人臂上。
控制装置4可控制多个电动机(电动机1…n)，其中每一电动机配置成驱动机电手术器械10的器械适配器100(图2到图7B)的驱动构件的相对旋转以影响机电手术器械10的每一末端执行器210的操作和/或移动。预期为了协调对应末端执行器210的操作和/或移动，控制装置4协调各种电动机(电动机1…n)的启动以协调驱动机构22的驱动构件(图中未示)的顺时针或逆时针旋转。在实施例中，每一电动机可配置成致动驱动杆或杠杆臂以影响机电手术器械10的每一末端执行器210的操作和/或移动。
对于机器人手术系统的建构和操作的详述论述，可作出对2011年11月3日提交的名为“《医疗工作站(Medical Workstation)》”的第2012/0116416号美国专利申请公开案的参考，其全部内容以引用的方式并入本文中。
特别参考图2，机器人手术系统1包含手术组合件30，所述手术组合件30包含机器人臂2、配置成与机器人臂2相耦合或连接到机器人臂2的机电手术器械10，以及配置成连接到机电手术器械10的驱动机构或器械驱动单元22。器械驱动单元22配置成用于为机电手术器械10供电。器械驱动单元22将功率和致动力从其电动机传递到机电手术器械10的器械适配器100，从而最终驱动末端执行器210的组件的移动，例如刀片(未展示)的移动，所述刀片影响末端执行器210的夹钳构件214a、214b的闭合与开放。器械驱动单元22包含附接到对应电动机(图中未示)上的多个驱动构件(图中未示)以使得驱动构件相对彼此独立地可旋转。
参考图3和图4，如上文所提及，机电手术器械10大体上包含器械适配器100和从器械适配器100向远端延伸的手术装载单元200。器械适配器100配置成使器械驱动单元22(图2)与手术装载单元200互连以将由器械驱动单元22所产生的致动力传递到手术装载单元200的末端执行器210。器械适配器100包含壳体102和从壳体102内向远端延伸的轴组合件120。器械适配器100的壳体102具有大体上圆柱形构形且包含近侧末端102a和远侧末端102b。在实施例中，壳体102可以是适用于容纳于机器人臂2的远侧末端2a(图2)中或附接到远侧末端2a的任何形状。壳体102限定其中容纳器械适配器100的各种组件的腔体(未明确地展示)。壳体102限定其侧表面中的窗口106。螺母126安置为邻近于窗口106且临床医生可通过所述窗口106出入以手动地操控螺母126，如下文将更详细地描述。
器械适配器100的壳体102的近侧末端102a支撑分别配置成以可拆离方式、不可旋转地连接到器械驱动单元22的一个对应驱动构件(图中未示)的第一、第二和第三输入驱动连接器108a、108b、108c。壳体102包含第一、第二和第三驱动构件112、114、116，每一所述驱动构件安置在壳体102内且在壳体102的近侧末端102a与远侧末端102b之间延伸。在一些实施例中，壳体102可包含少于或多于三个驱动构件。
第一驱动构件112的近侧末端112a不可旋转地连接到第一输入驱动连接器108a，且第一驱动构件112的远侧末端112b操作性地连接到铰接连杆170以致动末端执行器210的铰接。第二驱动构件114的近侧末端114a不可旋转地连接到第二输入驱动连接器108b，且第二驱动构件114的远侧末端(图中未示)操作性地连接到的启动杆124，其配置成致动手术装载单元200的刀片(图中未示)的移动和(例如)夹钳构件214a、214b的移动。第三驱动构件116的近侧末端116a不可旋转地连接到第三输入驱动连接器108c，且第三驱动构件116的远侧末端116b经由锁定螺母126操作性地连接到锁定连杆150以用于将手术装载单元200选择性地锁定到器械适配器100，如将在下文详细地描述。如此，在致动器械驱动单元22的电动机(图中未示)时，器械驱动单元22的驱动构件(图中未示)旋转，经由壳体102的对应第一、第二和第三输入驱动连接器108a、108b、108c分别导致器械适配器100的第一、第二和第三驱动构件112、114、116的伴随旋转。
参考图5到图6B，器械适配器100的壳体进一步包含一对护罩、锁定件或类似物，例如锁定螺母126和螺母174。锁定螺母126以螺纹方式连接到第三驱动构件116且相对其轴向地可移动。螺母126具有限定自其纵向穿过的内腔130的主体128，所述内腔130配置成用以容纳第三驱动构件116的带螺纹部分。内腔130的内部表面带螺纹。螺母126的外部表面键合到壳体102的内部架构(例如纵向延伸的狭槽或沟道)以使得第三驱动构件116的旋转影响螺母126沿驱动构件116的近端或远端移动。螺母126的主体128具有限定在其中的狭缝132以用于容纳且紧固锁定连杆150的近侧末端150a。螺母126具有横向地延伸穿过狭缝132且至少延伸到锁定连杆150的近侧末端150a中的突起或杆134，以将锁定连杆150固持在螺母126的狭缝132内。杆134可移动地安置在于连杆150的近侧末端150a中形成的纵向狭槽156内，如下文将更详细地描述。螺母126进一步包含从其主体128横向延伸的凸台136。凸台136安置为邻近于壳体102的窗口106以用于由临床医生(如果需要)手动移动螺母126，如下文将更详细地描述。螺母174与螺母126类似。螺母174以螺纹方式连接到第一驱动构件112且在第一驱动构件112旋转时沿其可滑动。
参考图3、图4和图5，如上文所提及，器械适配器100包含轴组合件120。轴组合件120从壳体102向远端延伸，至少部分地安置在壳体102内，且使用手术装载单元200使器械适配器100的驱动构件112、114、116操作性地互连。轴组合件120大体上包含轴或外部管件122，其中安置启动杆或致动杆124、锁定连杆150以及铰接连杆170。轴122具有近侧末端122a和远侧末端122b。轴122的近侧末端122a连接到壳体102且在壳体102内延伸。轴122的远侧末端122b配置成可操作地连接到手术装载单元200的细长部分202。
简要参考图7A和图7B，轴122的远侧末端122b包含配置成用以容纳手术装载单元200的近侧末端202a的盖帽144。盖帽144将切口146限定在其近侧末端中。切口146配置成用以容纳锁定连杆150的延伸部分160，如下文将更详细地描述。切口146具有配置成用以安置手术装载单元200的凸耳206的内部凹槽148。
参考图5、图6A和图6B，器械适配器100的轴组合件120的锁定连杆150在位于近端非锁定位置或解阻断位置与远端锁定位置或阻断位置之间的轴组合件120的轴122内纵向地可移动。锁定连杆150通过偏置构件或弹簧而朝向远端锁定位置弹性地偏置。锁定连杆150具有近侧末端150a和远侧末端150b(图7A和图7B)。锁定连杆150的近侧末端150a安置在壳体102内，且锁定连杆150的远侧末端150b安置在轴122内。连杆150的近侧末端150a具有可移动地安置在螺母126的狭缝132内的横向延伸翼形部154。锁定连杆150的近侧末端150a的翼形部154包含形成于其中的纵向狭槽156。如上文简要地描述，螺母126的杆134安置在锁定连杆150的纵向狭槽156内且在锁定连杆150相对于螺母126向近端或远端纵向移动时在纵向狭槽156内滑动。
锁定连杆150的纵向狭槽156具有近侧末端表面156a和远侧末端表面156b。如此，当螺母126处于第一远端位置(如图6A中所示)时，螺母126的杆134与锁定连杆150的纵向狭槽156的远侧末端表面156b相接合以阻止或防止锁定连杆150沿近端方向从远端锁定位置移动到近端非锁定位置。当螺母126处于第二近端位置时，如图6B中所示，螺母126的杆134从锁定连杆150的纵向狭槽156的远侧末端表面156b脱离，以便不再阻止锁定连杆150沿近端方向从远端锁定位置移动到近端非锁定位置。
简要参考图7A和图7B，器械适配器100的锁定连杆150的远侧末端150b安置在轴122的盖帽144的切口146内以用于将手术装载单元200选择性地锁定到器械适配器100，如下文将更详细地描述。锁定连杆150的远侧末端150b包含延伸部分160，所述延伸部分160配置成用于在手术装载单元200轴向插入和旋转到轴组合件120中时使用手术装载单元200的凸耳206锁定接合，如下文将更详细地描述。如图7A中所示，当锁定连杆150处于近端非锁定位置或解阻断位置时，锁定连杆150的延伸部分160与远端盖帽144的末端表面147向近端隔开以使得手术装载单元200的凸耳206可插入在远端盖帽144的切口146内且在其中旋转。当锁定连杆150处于远端锁定位置或阻断位置(如图7B中所示)时，锁定连杆150的延伸部分160接合到远端盖帽144的末端表面147，从而使得锁定连杆150的延伸部分160和盖帽144的切口146协作地限定罩壳149以用于将凸耳126固持在其中以使手术装载单元200与器械适配器100相锁定。
继续参考图5、图6A和图6B，如上文所提及，轴组合件120进一步包含铰接连杆170。铰接连杆170具有近侧末端170a和远侧末端(图中未示)。铰接连杆170的近侧末端170a安置在轴组合件120的轴122内且使用器械适配器100的螺母174来固定。如此，在第一驱动构件112旋转时，第一螺母174沿第一驱动构件112向近端或远端移动以影响铰接连杆170的相应纵向移动。铰接连杆170的远侧末端可钉扎到末端执行器210的近侧末端以使末端执行器210相对于手术装载单元200的管件202的远侧末端202b铰接。
启动杆124经由多个相互啮合的齿轮117操作性地连接到第二驱动构件114的远侧末端(图中未示)。齿轮117连接到启动杆124以使得齿轮117的旋转导致启动杆124相对其轴向平移。如此，第二驱动构件114的旋转使启动杆124轴向地平移以影响末端执行器210的致动。
参考图3、图7A和图7B，如上文所提及，机电手术器械10包含可选择性地附接到器械适配器100且可由器械适配器100驱动的手术装载单元200。手术装载单元200可以是可弃式的单次使用装载单元，或可除菌以用于重复使用的多次使用装载单元。手术装载单元200大体上包含细长部分202和末端执行器210。细长部分202可以是管状的且具有配置成连接到器械适配器100的轴122的远侧末端122b的近侧末端202a，以及具有附接到其的末端执行器210远侧末端202b。细长部分202的近侧末端202a具有由其横向延伸的突起或凸耳206(图7A和图7B)。细长部分202的凸耳206配置成轴向地穿过器械适配器100的轴122的远端盖帽144而到达远端盖帽144的切口146中，且旋转到切口146的内部凹槽148中以选择性地以锁定方式使手术装载单元200与器械适配器100相连接。
手术装载单元200的末端执行器210从手术装载单元200的细长部分202的远侧末端202b延伸。预期末端执行器210可直接连接到器械适配器100，而不是直接连接到手术装载单元200的细长部分202。末端执行器210大体上包含一对对置的夹钳构件214a、214b。末端执行器210可通过器械适配器100的启动杆124从其中组织(图中未示)容纳在夹钳构件214a与214b之间的开放构形和其中组织固定在夹钳构件214a与214b之间且由夹钳构件214a、214b处理的闭合构形移出。
在使用中，参考图6A、图6B、图7A和图7B，为了将手术装载单元200装载到器械适配器100上，将器械适配器100切换(手动或自动地)到装载状态，其中器械适配器100的锁定连杆150从远端锁定位置自由移动到近端非锁定位置。具体地说，器械驱动单元22的第三驱动构件(图中未示)手动或自动地启动以经由第三输入驱动连接器108c来驱动器械适配器100的第三驱动构件116的旋转。第三驱动构件116的旋转使螺母126沿第三驱动构件116从图6A中所展示的远端位置向近端纵向移动到图6B中所展示的近端位置。随着螺母126沿第三驱动构件116向近端移动，螺母126的杆134纵向移动通过锁定连杆150的近侧末端150a的纵向狭槽156以从锁定连杆150的纵向狭槽156的远侧末端表面156b脱离。
在螺母126处于近端位置中且螺母126的杆134脱离与锁定连杆150的纵向狭槽156的远侧末端表面156b的接合的情况下，螺母126的杆134不再阻止锁定连杆150的近端纵向移动。如此，通过手术装载单元200的凸耳206沿近端方向(由图7A中的箭头“A”所指示)将力施加在锁定连杆150的延伸部分160上，影响锁定连杆150的近端纵向移动以使锁定连杆150从图7B中所展示的远端锁定位置移动到图7A中所展示的近端非锁定位置。
为了以锁定方式连接手术装载单元200与器械适配器100，随后手术装载单元200沿由图7B中的箭头“B”所指示的方向旋转以将手术装载单元200的凸耳206定位在轴组合件120的盖帽144的内部凹槽148内。在手术装载单元200的凸耳206旋转到内部凹槽148中时，锁定连杆150的远端弹性偏压导致锁定连杆150相对于轴122向远端移动以将锁定连杆150定位在远端锁定位置中，在所述远端锁定位置中，锁定连杆150的延伸部分160防止凸耳206旋转到罩壳149之外。如此，手术装载单元200以锁定方式连接到器械适配器100且准备使用。
一旦手术装载单元200连接到器械适配器100，那么防止手术装载单元200从器械适配器100中无意移除可能是有利的。为了防止这种情况，可将器械适配器100从装载状态切换到锁定状态。在一些实施例中，在将手术装载单元200成功地连接到器械适配器100时，临床医生可启动器械驱动单元22以将器械适配器100切换到锁定状态。替代地，设想计算机(例如控制装置4(图1))可被编程以自动地启动器械驱动单元22，从而在控制装置4检测到手术装载单元200成功地连接到器械适配器100时将器械适配器100切换到锁定状态。进一步预期手术系统1可配置成在检测到末端执行器210安置为邻近于患者时或在末端执行器210进入提供对患者体内的手术部位的接入的接入端口(图中未示)时自动地将开关器械适配器100到锁定状态。在一些实施例中，手术系统1可配置成抑制末端执行器200的夹钳构件214a、214b到接入端口(图中未示)中或通过接入端口的通路，除非手术装载单元200完全且恰当地连接到和/或锁定轴组合件120。具体地说，如果锁定件或连接开关(图中未示)在手术装载单元200连接到轴组合件120期间未由锁定连杆150启动，和/或如果铰接连杆170在手术装载单元200不完全连接到轴组合件120时被防止移动到装载位置，那么手术系统1可抑制或防止机电手术器械10，且因此可抑制或防止末端执行器200的夹钳构件214a、214b前进到接入端口中或通过接入端口。
为了将器械适配器100切换到锁定状态进而锁定其手术装载单元200，将器械适配器100的螺母126移动到远端锁定位置(图6A)。在远端锁定位置中，螺母126阻止锁定连杆150从远端锁定位置(图7B)向近端纵向移动到近端非锁定位置(图7A)，在所述近端非锁定位置中，手术装载单元200可能无意地从器械适配器100移除。在这种情况下，螺母126通过防止连杆150移动且进而防止手术装载单元200从器械适配器100中移除来充当锁定件。为了使螺母126移动到远端锁定位置，器械驱动单元22的第三驱动构件(图中未示)启动(手动或自动地)以经由第三输入驱动连接器108c来驱动器械适配器100的第三驱动构件116的旋转。第三驱动构件116的旋转使螺母126向远端沿第三驱动构件116从图6B中所展示的近端位置纵向地移动到图6A中所展示的远端位置。随着螺母126沿第三驱动构件116向近端移动，螺母126的杆134纵向移动通过锁定连杆150的近侧末端150a的纵向狭槽156且与锁定连杆150的纵向狭槽156的远侧末端表面156b相接合。
在螺母126处于远端位置中且螺母126的杆134与锁定连杆150的纵向狭槽156的远侧末端表面156b相接合的情况下，螺母126的杆134阻止锁定连杆150的近端纵向移动。如此，沿由图7A中的箭头“A”所指示的近端方向将力无意地施加在锁定连杆150上将并不使锁定连杆150移动到图7B中所展示的远端锁定位置之外，且进入图7A中所展示的近端非锁定位置中。
为了将手术装载单元200从器械适配器100中移除，器械适配器100从锁定状态切换到卸荷状态。在卸荷状态中，螺母126沿第三驱动构件116安置在位于上述螺母126的第一位置和第二位置的近端处的第三位置中。为了使螺母126移动到第三位置，器械驱动单元22的第三驱动构件(图中未示)启动(手动或自动地)以经由第三输入驱动连接器108c来驱动器械适配器100的第三驱动构件116的旋转。第三驱动构件116的旋转使螺母126沿第三驱动构件116从图6A中所展示的远端位置向近端纵向移动到第三位置(图中未示)，所述第三位置位于图6A中所展示的远端位置的近端。随着螺母126沿第三驱动构件116向近端移动，螺母126的杆134纵向移动通过锁定连杆150的近侧末端150a的纵向狭槽156以最终与锁定连杆150的纵向狭槽156的近侧末端表面156a相接合。在螺母126沿第三驱动构件116向近端持续移动时，螺母126的杆134驱动锁定连杆150从图7B的远端锁定位置向近端移动到图7A的近端非锁定位置。
在锁定连杆150处于近端非锁定位置(如图7A中所示)的情况下，可将手术装载单元200从器械适配器100拆离，这是由于手术装载单元200的凸耳206不再在盖帽144的内部凹槽148与锁定连杆150的延伸部分160之间捕获。为了将手术装载单元200从器械适配器100移除，手术装载单元200沿由图7B中的箭头“C”所指示的方向旋转以将手术装载单元200的凸耳206定位在轴组合件120的盖帽144的内部凹槽148之外。手术装载单元200随后沿远端方向轴向地移动直到脱离与器械适配器100的接合。如此，可清洗手术装载单元200以用于重复使用，或可更换另一手术装载单元。
在一些实施例中，当手术系统1检测到手术装载单元200的末端执行器210不再安置在接入端口内时或当末端执行器210与患者相距预定距离时，螺母126可自动地移动到第三位置。
在一些实施例中，可能出现一种情况，其中器械驱动单元22并不能够将器械适配器100从锁定状态切换到卸荷状态，从而使得手术装载单元200不可经由器械驱动单元22从器械适配器100移除且必须手动地进行。在这种情况下，为了将手术装载单元200从器械适配器100移除，首先将器械驱动单元22从器械适配器100的壳体102拆离。临床医生可随后沿近端方向通过将阈值量的力施加到凸台136而手动地移动螺母126的凸台136。可了解，因为螺母126以螺纹方式接合到驱动构件116，所以其不可在不旋转的情况下沿驱动构件移动。然而，在器械驱动单元22并未接合到壳体102时，驱动构件116相对于壳体102沿近端方向轴向地可移动。相应地，当临床医生将近端定向的力施加在螺母126上时，驱动构件116使用螺母126沿近端方向移动以允许螺母126被手动地移动到近端非锁定位置。
随着沿近端方向手动地移动螺母126，螺母126的杆134接合锁定连杆150的纵向狭槽156的近侧末端表面156a，使锁定连杆150沿近端方向移动到近端非锁定位置中。在锁定连杆150处于近端非锁定位置的情况下，手术装载单元200可通过使手术装载单元200沿由图7B中的箭头“C”所指示的方向旋转，且随后使手术装载单元200沿远端方向移动到器械适配器100的盖帽144之外来移除。
通过为手术系统1提供使用器械适配器100选择性地锁定手术装载单元200的能力，去除剥离或丢弃手术装载单元200的任何可能性。器械适配器100的锁定状态也可于手术系统1在连接其手术装载单元200之前正在校正器械适配器100时使用，以防止用户在校正中将手术装载单元200装载到器械适配器100中且导致手术系统1不当地校正。
在一些实施例中，可在使用之前校正器械适配器100的各种组件。举例来说，为了校正器械适配器100的锁定连杆150，使锁定连杆150向远端移动直到锁定连杆150的狭槽156的近侧末端表面156a接合螺母126的杆134，以使得锁定连杆150处于其最远端位置处。锁定连杆150随后向近端移动额定距离(例如大约0.005英寸)到达返回位置。装载连杆150随后从返回位置向近端移动到近端非锁定位置，如图7A中所示。在使锁定连杆150移动到近端非锁定位置时，器械适配器100可监测到由器械驱动单元22的电动机所施加的非预期量的力矩(例如抗扭组元的值中的尖峰或过载)，所述非预期量的力矩将指示锁定连杆150的校正失败。在锁定连杆150移动到近端非锁定位置之后，锁定连杆150随后向远端移动回到返回位置且保持在返回位置中以校正启动杆124和铰接连杆170，如下文将描述。
在器械适配器100的使用期间，锁定连杆150将使用定位控制来致动，且将在运动期间不断地监测力矩以检测要求移动锁定连杆150的力矩超出阈值量(例如抗扭组元的值中的尖峰或过载)的故障状态。
如上文所详细描述，器械适配器100的铰接连杆170影响末端执行器210相对于手术装载单元20的细长部分202的铰接。为了校正器械适配器100的铰接连杆170，同时使锁定连杆150保持在返回位置中，铰接连杆170向近端移动到铰接连杆170到达硬停点的最近端位置。在铰接连杆170到达硬停点时，获得由器械驱动单元22的电动机所施加的力矩的测量值，且将所述测量值与器械驱动单元22的电动机的一般操作力矩进行比较。铰接连杆170随后向远端移动已知距离到达对应于末端执行器210与手术装载单元200的细长部分202相对准(即平行)的非铰接位置。在铰接连杆170移动通过非铰接位置时，获得由器械驱动单元22的电动机所施加的力矩的测量值。
也可校正器械适配器100的致动杆124。如上文所详细描述，致动杆124影响刀片(未明确地展示)的纵向移动以及末端执行器210夹钳构件214a、214b的闭合。为了校正致动杆124，致动杆124向近端移动直到致动杆124到达硬停点，且因此不可进一步向近端移动。在致动杆124到达硬停点时，获得由器械驱动单元22的电动机所施加的力矩的测量值，且将所述测量值与器械驱动单元22的电动机的一般操作力矩进行比较。在致动杆124到达硬停点之后，致动杆124从硬停点向远端移动约1.38mm到达返回位置。
根据本公开，在整个校正顺序期间，锁定连杆150已保持在图7B中所展示的远端锁定位置中。
在已执行上文所提到的校正顺序之后，器械适配器100准备使用。
在一些实施例中，灯的阵列可提供手术机器人组合件30的组件中的任一个或全部，所述组件例如手术机器人臂2、器械驱动单元22和/或器械适配器100。这些灯可指示手术器械的状态，例如：机器人臂无误差地位于患者体内(准备好收回以用于更换手术装载单元)；机器人臂有误差地位于患者体内(不可收回手术装载单元)；或机器人臂在患者体外且在解锁定状态、锁定状态、等待手术装载单元的装载状态、已成功地装载手术装载单元的装载状态或已误装载手术装载单元的未装载状态中。
将理解，可对本文中所公开的实施例作出各种修改。因此，上文的描述不应解释为限制性的，而仅仅是作为各种实施例的范例。所属领域的技术人员将设想在本文所附的权利要求书的范围和精神内的其它修改。

Claims (23)

1.一种用于使驱动机构与末端执行器互连的器械适配器，其中所述器械适配器将驱动力从所述驱动机构传递到所述末端执行器以用于致动所述末端执行器，所述器械适配器包括：
壳体；
驱动构件，安置在所述壳体内；
螺母，以螺纹方式连接到所述驱动构件且相对其轴向地可移动；以及
轴组合件，包含：
轴，具有连接到所述壳体的近侧末端以及配置成可操作地连接到所述末端执行器的远侧末端；以及
连杆，具有可移动地连接到所述螺母的近侧末端以及配置成将所述末端执行器选择性地锁定到所述轴组合件的远侧末端，所述连杆在近端非锁定位置与远端锁定位置之间可移动，其中所述螺母在沿所述驱动构件的第一位置与沿所述驱动构件的第二位置之间可移动，在所述第一位置中，所述螺母阻止所述连杆从所述远端位置到所述近端位置的近端移动，在所述第二位置中，所述螺母并不阻止所述连杆从所述远端位置到所述近端位置的近端移动。
2.根据权利要求1所述的器械适配器，其中所述连杆的所述近侧末端包含形成于其中的纵向狭槽，具有突起的所述螺母安置在所述连杆的所述纵向狭槽内以使得在所述螺母处于所述第一位置时，所述螺母的所述突起与所述纵向狭槽的远侧末端表面相接合，且在所述螺母处于所述第二位置时，所述螺母的所述突起安置为邻近于所述纵向狭槽的近侧末端表面。
3.根据权利要求1所述的器械适配器，其中所述螺母沿所述驱动构件可移动到位于所述第一位置和所述第二位置的近端的第三位置，其中所述螺母影响所述连杆的近端移动以用于在所述螺母移动到所述第三位置时使所述末端执行器卸荷。
4.根据权利要求1所述的器械适配器，其中所述螺母键合到所述壳体以使得所述驱动构件的旋转使所述螺母沿所述驱动构件在所述第一位置与所述第二位置之间移动。
5.根据权利要求1所述的器械适配器，其中所述连杆朝向所述远端位置弹性地偏置。
6.根据权利要求1所述的器械适配器，其中所述连杆的所述远侧末端包含延伸部分，所述延伸部分配置成用于在手术装载单元插入和旋转到所述轴组合件中时使用所述手术装载单元的凸耳锁定接合。
7.根据权利要求6所述的器械适配器，其中所述轴的所述远侧末端包含限定切口的盖帽，所述切口配置成用于在所述连杆处于所述远端位置时容纳所述连杆的所述延伸部分，在所述远端位置中，所述连杆的所述延伸部分和所述盖帽的所述切口协作地限定罩壳以固持所述手术装载单元的所述凸耳。
8.根据权利要求1所述的器械适配器，其中所述壳体进一步包含不可旋转地连接到所述驱动构件的近侧末端的输入驱动连接器，所述输入驱动连接器配置成通过所述驱动机构的电动机旋转。
9.根据权利要求1所述的器械适配器，其中所述壳体限定其中的窗口，且所述螺母包含安置为邻近于所述窗口的凸台以用于将所述螺母手动移动到所述第二位置。
10.一种用于连接到驱动机构的机电手术器械，所述机电手术器械包括：
手术装载单元，包含：
细长部分，具有近侧末端和远侧末端；和
末端执行器，从所述细长部分的所述远侧末端延伸；以及
器械适配器，包含：
壳体；
驱动构件，安置在所述壳体内；
螺母，以螺纹方式连接到所述驱动构件且相对其轴向地可移动；以及
轴组合件，从所述壳体向远端延伸，所述轴组合件包含：
轴，具有连接到所述壳体的近侧末端以及配置成可操作地连接到所述手术装载单元的所述细长部分的所述近侧末端的远侧末端；以及
连杆，具有可移动地连接到所述螺母的近侧末端以及配置成将所述手术装载单元选择性地锁定到所述轴组合件的远侧末端，所述连杆在近端非锁定位置与远端锁定位置之间可移动，其中所述螺母在沿所述驱动构件的第一位置与沿所述驱动构件的第二位置之间可移动，在所述第一位置中，所述螺母阻止所述连杆从所述远端位置到所述近端位置的近端移动，在所述第二位置中，所述螺母并不阻止所述连杆从所述远端位置到所述近端位置的近端移动。
11.根据权利要求10所述的机电手术器械，其中所述器械适配器的所述连杆的所述近侧末端包含形成于其中的纵向狭槽，具有突起的所述螺母安置在所述连杆的所述纵向狭槽内以使得在所述螺母处于所述第一位置时，所述螺母的所述突起与所述纵向狭槽的远侧末端表面相接合，且在所述螺母处于所述第二位置时，所述螺母的所述突起安置为邻近于所述纵向狭槽的近侧末端表面。
12.根据权利要求10所述的机电手术器械，其中所述器械适配器的所述螺母沿所述驱动构件可移动到位于所述第一位置和所述第二位置的近端的第三位置，其中所述螺母影响所述连杆的近端移动以用于在所述螺母移动到所述第三位置时使所述末端执行器卸荷。
13.根据权利要求10所述的机电手术器械，其中所述器械适配器的所述螺母键合到所述壳体以使得所述驱动构件的旋转使所述螺母沿所述驱动构件在所述第一位置与所述第二位置之间轴向地移动。
14.根据权利要求10所述的机电手术器械，其中所述器械适配器的所述连杆朝向所述远端位置弹性地偏置。
15.根据权利要求10所述的机电手术器械，其中所述器械适配器的所述连杆的所述远侧末端包含延伸部分，所述延伸部分配置成用于在所述手术装载单元插入和旋转到所述轴组合件中时使用所述手术装载单元的凸耳锁定接合。
16.根据权利要求15所述的机电手术器械，其中所述器械适配器的所述轴的所述远侧末端包含限定切口的盖帽，所述切口配置成用于在所述连杆处于所述远端位置时容纳所述连杆的所述延伸部分，在所述远端位置中，所述连杆的所述延伸部分和所述盖帽的所述切口协作地限定罩壳以固持所述手术装载单元的所述凸耳。
17.根据权利要求10所述的机电手术器械，其中所述器械适配器的所述壳体进一步包含不可旋转地连接到所述驱动构件的近侧末端的输入驱动连接器，所述输入驱动连接器配置成通过驱动机构的电动机旋转。
18.根据权利要求10所述的机电手术器械，其中所述器械适配器的所述壳体限定其中的窗口，且所述螺母包含安置为邻近于所述窗口的凸台以用于将所述螺母手动移动到所述第二位置。
19.一种机器人手术组合件，包括：
手术机器人臂，支撑包含电动机的驱动机构；
手术装载单元，包含：
细长部分，具有近侧末端和远侧末端；和
末端执行器，从所述细长部分的所述远侧末端延伸；以及
器械适配器，包含：
壳体，配置成连接到所述手术机器人臂；
驱动构件，安置在所述壳体内；
螺母，以螺纹方式连接到所述驱动构件且相对其轴向地可移动；以及
轴组合件，包含：
轴，具有连接到所述壳体的近侧末端以及配置成可操作地连接到所述手术装载单元的所述细长部分的所述近侧末端的远侧末端；以及
连杆，具有可移动地连接到所述螺母的近侧末端和配置成将手术装载单元选择性地锁定到所述轴组合件的远侧末端，所述连杆在近端非锁定位置与远端锁定位置之间可移动，其中所述螺母在沿所述驱动构件的第一位置与沿所述驱动构件的第二位置之间可移动，在所述第一位置中，所述螺母阻止所述连杆从所述远端位置到所述近端位置的近端移动，在所述第二位置中，所述螺母并不阻止所述连杆从所述远端位置到所述近端位置的近端移动。
20.根据权利要求19所述的机器人手术组合件，其中所述器械适配器的所述连杆的所述近侧末端包含形成于其中的纵向狭槽，具有突起的所述螺母安置在所述连杆的所述纵向狭槽内以使得在所述螺母处于所述第一位置时，所述螺母的所述突起与所述纵向狭槽的远侧末端表面相接合，且在所述螺母处于所述第二位置时，所述螺母的所述突起安置为邻近于所述纵向狭槽的近侧末端表面。
21.根据权利要求19所述的机器人手术组合件，其中所述驱动机构配置成在所述末端执行器安置为邻近于患者时自动地将所述螺母从所述第二位置移动到所述第一位置。
22.一种以可拆离方式可连接到器械驱动单元和末端执行器的器械适配器，所述器械适配器包括：
驱动构件，在所述器械适配器连接到所述器械驱动单元时连接到所述器械驱动单元的输出端；
轴，具有与所述末端执行器的连接接口相对应的连接接口；
连杆，在阻断位置与解阻断位置之间可移动，在所述阻断位置中，所述连杆防止所述末端执行器通过所述连接接口附接到所述轴或从所述轴拆离，在所述解阻断位置中，所述连杆并不防止所述附接或拆离；以及
锁定件，由所述驱动构件来驱动且连接到所述连杆，所述锁定件可驱动为多种状态，所述多种状态包含：
第一状态，其中所述连杆驱动到所述解阻断位置；
第二状态，其中所述锁定件驱动到所述连杆手动地沿所述阻断位置与解阻断位置之间的至少一个方向可移动的位置；以及
第三状态，其中所述连杆驱动到所述阻断位置。
23.一种以可拆离方式可连接到器械驱动单元和末端执行器的器械适配器，所述器械适配器包括：
驱动构件，配置成连接到器械驱动单元的输出端；
轴，具有配置成连接到末端执行器的远侧末端；
连杆，在阻断位置与解阻断位置之间可移动，在所述阻断位置中，所述连杆防止末端执行器附接到所述轴的所述远侧末端或从所述轴的所述远侧末端拆离，在所述解阻断位置中，所述连杆并不防止末端执行器附接到所述轴的所述远侧末端或从所述轴的所述远侧末端拆离；以及
锁定件，由所述驱动构件来驱动且连接到所述连杆，所述锁定件可由在多种状态之间的所述驱动构件来驱动，所述多种状态包含：第一状态，其中所述连杆处于所述解阻断位置；第二状态，其中所述锁定件处于所述连杆手动地沿所述阻断位置与解阻断位置之间的至少一个方向可移动的位置；以及第三状态，其中所述连杆处于所述阻断位置。
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Application publication date: 20180511

Assignee: Kehui Co., Ltd

Assignor: Ke Hui LP Co.

Contract record no.: X2020990000364

Denomination of invention: SURGICAL ROBOTIC ASSEMBLIES AND INSTRUMENT ADAPTERS THEREOF

License type: Common License

Record date: 20200722

GR01 Patent grant
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