CN108697477A - 机器人外科手术组合件 - Google Patents

Abstract

一种器械驱动单元包含毂、电动机组和安置在所述毂与所述电动机组之间的环形构件。所述毂和电动机组各自具有表面特征。所述电动机组可旋转地联接到所述毂。所述环形构件限定上环形通道和下环形通道。所述环形构件具有形成在所述上环形通道和所述下环形通道中的每一个中的止动件。在所述电动机组实现了相对于所述毂旋转的阈值量时，所述电动机组的所述表面特征抵靠所述下环形通道的所述止动件以使所述环形构件旋转。在所述环形构件实现了相对于所述毂旋转的阈值量时，所述上环形通道的所述止动件抵靠所述毂的所述表面特征，从而阻止所述电动机组进一步旋转。

Description

机器人外科手术组合件

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年3月4日提交的美国临时专利申请序列号62/303,574的权益和优先权，所述申请的全部内容通过引用结合在此。

背景技术

已经在微创医疗手术中使用机器人外科手术系统。一些机器人外科手术系统包含支撑外科手术机器人臂的控制台和具有安装到机器人臂的至少一个末端执行器(例如，钳子或抓握工具)的外科手术器械。机器人臂为外科手术器械提供用于其操作和移动的机械动力。

手动操作的外科手术器械通常包含用于致动外科手术器械的功能的手柄组合件。然而，当使用机器人外科手术系统时，通常不存在用于致动末端执行器的功能的手柄组合件。因此，为了将每个独特的外科手术器械与机器人外科手术系统一起使用，器械驱动单元用于与所选择的外科手术器械接口连接以驱动外科手术器械操作。

通常，旋转器械驱动单元的内部部件以使外科手术器械绕其纵向轴线旋转。使器械驱动单元能够旋转提供了更简化的外科手术器械，所述外科手术器械包含吻合器、电外科手术器械和笔直器械。然而，在不对器械驱动单元和外科手术器械的内部部件造成损坏的情况下，存在对所述器械驱动单元和所述外科手术器械可以旋转的量的限制。

因此，需要一种监测和/或控制器械驱动单元和/或外科手术器械旋转的量的方法。

发明内容

根据本公开的一方面，提供了一种用于与机器人臂一起使用的器械驱动单元。所述器械驱动单元包含外壳和内壳，所述内壳被可移除地接纳在所述外壳内。所述外壳被配置成选择性地联接到机器人臂。所述内壳包含毂、电动机组和环形构件。所述毂被不可旋转地接纳在所述外壳内并且具有向远侧延伸的表面特征。所述电动机组包含可旋转地联接到所述毂的近端和从其所述近端向近侧延伸的表面特征。所述环形构件限定上环形通道和下环形通道。所述上环形通道具有接纳在其中的所述毂的所述表面特征。所述下环形通道具有接纳在其中的所述电动机组的所述表面特征。所述环形构件具有形成在所述上环形通道和所述下环形通道中的每一个中的止动件。在所述电动机组实现了相对于所述毂旋转的阈值量时，所述电动机组的所述表面特征抵靠所述下环形通道的所述止动件以使所述环形构件相对于所述毂旋转。在所述环形构件实现了相对于所述毂旋转的阈值量时，所述上环形通道的所述止动件抵靠所述毂的所述表面特征，从而阻止所述电动机组进一步旋转。

在一些实施例中，所述电动机组的所述近端、所述环形构件和所述毂中的每一个可以具有传感器，所述传感器彼此连通并且被配置成感测彼此的相对旋转位置。所述电动机组的所述传感器可以被安置成邻近其所述表面特征。所述环形构件的所述传感器可以被安置成邻近所述上环形通道或所述下环形通道的所述止动件。所述毂的所述传感器可以被安置成邻近其所述表面特征。所述电动机组、所述环形构件和所述毂中的每一个的所述传感器可以是霍尔效应传感器、旋转可变差动变压器、可变磁阻传感器、电位计、电容式旋转位置传感器、光学编码器或激光表面测速仪。

设想所述电动机组相对于所述毂旋转的所述阈值量可以为大约1度到360度，所述环形构件相对于所述毂旋转的所述阈值量可以为大约1度到360度，使得所述电动机组被配置成相对于所述外壳旋转大约2度到720度。

设想所述环形构件可以是具有H形横截面轮廓的中空环。

在本公开的一些方面，所述电动机组的所述表面特征可以是可滑动地接纳在所述环形构件的所述下环形通道内的弯曲的突起。所述毂的所述表面特征可以是可滑动地接纳在所述环形构件的所述上环形通道内的弯曲的突起。

在本公开的另一方面，提供了一种外科手术组合件，所述外科手术组合件用于与机器人臂一起使用并且用于选择性地连接到所述机器人臂。所述外科手术组合件包含器械驱动单元。所述器械驱动单元包含毂、电动机组和环形构件。所述毂具有表面特征。所述电动机组具有表面特征并且被可旋转地联接到所述毂。所述环形构件被安置在所述毂与所述电动机组之间。所述环形构件限定上环形通道和下环形通道。所述环形构件具有形成在所述上环形通道和所述下环形通道中的每一个中的止动件。在所述电动机组实现了相对于所述毂旋转的阈值量时，所述电动机组的所述表面特征抵靠所述下环形通道的所述止动件以使所述环形构件旋转。在所述环形构件实现了相对于所述毂旋转的阈值量时，所述上环形通道的所述止动件抵靠所述毂的所述表面特征，从而阻止所述电动机组进一步旋转。

在一些实施例中，所述器械驱动单元可以进一步包含外壳。所述毂可以被不可旋转地接纳在所述外壳内。所述器械驱动单元可以进一步包含外科手术器械固持器，所述外科手术器械固持器包含托架壳体和安置在所述托架壳体内的电动机。所述托架壳体可以具有第一侧和第二侧，所述第一侧被配置成能够移动地接合到外科手术机器人臂，所述第二侧被配置成不可旋转地支撑所述器械驱动单元的所述外壳。所述电动机可以被配置成实现所述器械驱动单元的所述电动机组的旋转。

设想所述外科手术器械固持器可以进一步包含控制电路，所述控制电路被安置在所述托架壳体内并且与所述电动机和所述电动机组、所述环形构件和所述毂中的每一个的传感器连通。所述控制电路被配置成在邻近所述毂的所述表面特征安置所述上环形通道的所述止动件时停止所述电动机的操作。

设想所述毂的所述表面特征可以从所述毂向远侧延伸，并且所述电动机组的所述表面特征可以从其所述近端向近侧延伸。所述电动机组可以具有可旋转地联接到所述毂的近端。

在本公开的一些方面，所述电动机组可以具有远端，所述远端被配置成不可旋转地联接到机电器械的近端。所述器械驱动单元的所述电动机组可以被配置成致动所述机电器械的功能。所述机电器械可以随着所述器械驱动单元的所述电动机组的旋转而旋转。

在本公开的又另一方面，提供了一种用于与机器人臂一起使用的器械驱动单元，并且所述器械驱动单元包含被配置成联接到机器人臂的外壳、驱动电动机、接口以及驱动电动机输出端。所述驱动电动机能够选择性地绕中心轴线在所述外壳内的轨道中移动。所述接口被联接到所述外壳并且被配置成能够选择性地联接到外科手术器械。所述驱动电动机输出端被联接到所述驱动电动机并且被配置成当所述接口联接到外科手术器械的接口时联接到外科手术器械的输入端。

在一些实施例中，所述驱动电动机可以被包封在所述外壳内。

设想当所述驱动电动机选择性地在所述轨道中移动时，所述外壳可以保持静止。所述驱动电动机可以是多个驱动电动机，所述多个驱动电动机能够选择性地作为一组在所述外壳内的所述轨道中移动。所述驱动电动机中的每一个可以具有驱动电动机输出端，所述驱动电动机输出端被配置成联接到外科手术器械的对应输入端。所述器械驱动单元可以被配置成当所述器械驱动单元的所述接口选择性地联接到所述外科手术器械的接口时使所述外科手术器械绕所述中心轴线旋转。

设想所述器械驱动单元可以进一步包含机电致动器，所述机电致动器被联接到所述驱动电动机中的至少一个。所述机电致动器被配置成当所述外科手术器械的所述接口选择性地联接到所述器械驱动单元的所述接口时使外科手术器械绕所述中心轴线旋转，同时使所述外科手术器械的所述驱动电动机、所述驱动电动机输出端以及所述对应的输入端在所述外壳内的所述轨道中移动。

在本公开的又另一方面，提供了用于与机器人臂一起使用的器械驱动单元的另一个实施例。所述器械驱动单元包含被配置成选择性地联接到机器人臂的外壳和可移除地接纳在所述外壳内的内壳。所述内壳包含毂、电动机组以及第一环形构件和第二环形构件。所述毂被不可旋转地接纳在所述外壳内并且具有向远侧延伸的表面特征。所述电动机组包含可旋转地联接到所述毂的近端和从其所述近端向近侧延伸的表面特征。所述第一环形构件限定上环形通道，所述上环形通道具有接纳在其中的所述毂的所述表面特征。所述第一环形构件具有形成在其所述上通道中的止动件。所述第二环形构件与所述第一环形构件相关联并且限定下环形通道。所述第二环形构件具有形成在其所述下环形通道中的止动件。在所述电动机组实现了相对于所述毂旋转的阈值量时，所述电动机组的所述表面特征抵靠所述第二环形构件的所述下环形通道的所述止动件以使所述第二环形构件相对于所述毂旋转。在所述第一环形构件实现了相对于所述毂旋转的阈值量时，所述第一环形构件的所述上环形通道的所述止动件抵靠所述毂的所述表面特征，从而阻止所述电动机组进一步旋转。

在一些实施例中，所述器械驱动单元可以包含第三环形构件，所述第三环形构件被插置在所述第一环形构件与所述第二环形构件之间。

下文参照附图更详细地说明本公开的示例性实施例的另外的细节和方面。

如本文所使用的，术语平行和垂直应理解为包含与真实平行和真实垂直相差约+或-10度的基本上平行和基本上垂直的相对配置。

附图说明

在本文中参照附图对本公开的实施例进行描述，在所述附图中：

图1是根据本公开的包含外科手术组合件的机器人外科手术系统的示意图示；

图2A是图1的外科手术组合件的前透视图，所述外科手术组合件包含滑块、外科手术器械固持器、器械驱动单元和外科手术器械；

图2B是图1的外科手术组合件的后透视图，所述外科手术组合件包含滑块、外科手术器械固持器、器械驱动单元和外科手术器械；

图3是图1的器械驱动单元的透视图，所述器械驱动单元包含外壳和内壳；

图4是图3的根据本公开的实施例的包含旋转位置感测系统的器械驱动单元的纵向截面视图；

图5是图4的部分相分离的旋转位置感测系统的顶透视图；

图6是图5的旋转位置感测系统的环形构件的底视图；

图7是与图1的器械驱动单元一起使用的旋转位置感测系统的另一个实施例的一系列环形构件的透视图；并且

图8是图7的一系列环形构件中的一个的底视图。

具体实施方式

参考附图详细描述了当前公开的包含用于驱动机电器械的操作的器械驱动单元、旋转位置感测系统及其方法的外科手术组合件的实施例，其中在若干视图中的每个视图中，相同的附图标记指代相同或相应的元件。如本文所使用的，术语“远侧”是指距患者最近的机器人外科手术系统、外科手术组合件或其部件的部分，而术语“近侧”是指距患者较远的机器人外科手术系统、外科手术组合件或其部件的部分。

如下文将详细描述的，提供了一种外科手术组合件，所述外科手术组合件被配置成附接到外科手术机器人臂。外科手术组合件包含器械驱动单元，所述器械驱动单元被配置成使外科手术器械绕其纵向轴线旋转。器械驱动单元包含旋转位置感测系统，所述旋转位置感测系统被配置成确定和调节外科手术器械绕其纵向轴线旋转的程度。

首先参考图1和2，外科手术系统，如例如机器人外科手术系统1，通常包含：多个外科手术机器人臂2、3，所述外科手术机器人臂具有器械驱动单元100和可移除地附接到其上的机电器械10；控制装置4；以及与控制装置4联接的操作控制台5。

如本领域技术人员原则上已知的，操作控制台5包含：显示装置6，所述显示装置被具体地设置成显示三维图像；和手动输入装置7、8，通过能够远程操纵机器人臂2、3的人(未示出)，例如外科医生，在第一操作模式下操作所述手动输入装置。机器人臂2、3中的每一个可以由通过接头连接的多个构件构成。机器人臂2、3可以由连接到控制装置4的电驱动器(未示出)来驱动。控制装置4(例如，计算机)被设置成激活驱动器，具体地讲通过计算机程序，其方式使得机器人臂2、3、附接的器械驱动单元100以及因此机电器械10根据通过手动输入装置7、8限定的移动来执行期望的移动。控制装置4还可以被设置成使得其调节机器人臂2、3和/或驱动器的移动。

机器人外科手术系统1被配置成用于躺在外科手术台“ST”上的有待通过外科手术器械例如机电器械10以微创方式进行治疗的患者“P”。机器人外科手术系统1还可以包含多于两个机器人臂2、3，附加的机器人臂同样连接到控制装置4并且通过操作控制台5远程操纵。外科手术器械，例如机电外科手术器械10(包含机电末端执行器(未示出))，还可以被附接到附加的机器人臂。

控制装置4可以控制多个电动机，例如电动机(电动机1……n)，每个电动机被配置成驱动机器人臂2、3朝多个方向移动。进一步地，如下文将详细描述的，控制装置4可以控制器械驱动单元100的电动机组122(图3)驱动外科手术器械10的各种操作，并且可以控制器械驱动单元100的电动机组122旋转以最终使机电器械10沿着其纵向轴线“X”旋转。电动机组122包含多个驱动电动机125a、125b，所述多个驱动电动机具有对应的驱动电动机输出端127a、127b，所述驱动电动机输出端被配置成联接到外科手术器械10的对应输入端。在实施例中，电动机组122的每个驱动电动机125a、125b可以被配置成致动驱动杆或杠杆臂以实现机电器械10的每个机电末端执行器(未示出)的操作和/或移动。在一些实施例中，器械驱动单元100的电动机组122可以用于驱动机电外科手术器械10的导螺杆(未明确示出)。

为了详细说明机器人外科手术系统的构造和操作，可以参考于2011年11月3日提交的题为“医疗工作站(Medical Workstation)”的美国专利申请公开号2012/0116416，所述申请的全部内容通过引用结合在此。

继续参考图1和2，机器人外科手术系统1包含外科手术组合件30，所述外科手术组合件包含与机器人臂2联接或联接到所述机器人臂的外科手术器械固持器102、联接到外科手术器械固持器102的器械驱动单元100以及联接到器械驱动单元100的机电器械10。外科手术组合件30的外科手术器械固持器102固持器械驱动单元100和外科手术器械10并且将器械驱动单元100可操作地联接到机器人臂2。外科手术器械固持器102包含接口面板或托架104和从托架104的端部垂直延伸的外壳体部分108。托架104支撑或容纳电动机“M”，所述电动机从控制装置4接收控制和动力。托架104具有第一侧104a和第二侧104b。托架104的第一侧104a被可滑动地安装到机器人臂2的导轨40上。托架104可以经由电动机驱动的链条或皮带(未示出)等沿着导轨40移动。外科手术器械固持器102的托架104的第二侧104b被配置成不可旋转地附接器械驱动单元100的外壳110。

外科手术器械固持器102的外壳体部分108限定穿过其中的通路(未示出)，所述通路被配置成接纳器械驱动单元100的电动机组122的远端或接口122b。如此，当器械驱动单元100被附接到外科手术器械固持器102时，器械驱动单元100的外壳110被不可旋转地连接到托架104的第二侧104b，并且器械驱动单元100的电动机组122的远端或接口122b被可旋转地接纳在外科手术器械固持器102的外壳体部分108的通路内。

外科手术器械固持器102进一步包含安置在托架104内的控制电路109。控制电路109与机电致动器如例如电动机“M”连通以控制电动机“M”的操作。电动机“M”被配置成可操作地联接到器械驱动单元100的电动机组122以驱动电动机组122旋转。在一些实施例中，控制电路109可以被安置在外科手术组合件30的任何部件内。

参考图3和4，器械驱动单元100将动力和致动力从其电动机(图4)传递到机电器械10(图2)的从动构件(未示出)以最终驱动机电器械10的末端执行器(未示出)的部件移动，例如刀片(未示出)移动和/或末端执行器的钳口构件(未示出)闭合和打开。器械驱动单元100通常包含外壳110和安置在外壳110内的内壳120。

器械驱动单元100的外壳110包围器械驱动单元100的内部部件以在器械驱动单元100的内部与外部环境之间形成无菌屏障。外壳110可以是一次性的、可重复使用的(在消毒时)和/或透明的。外壳110限定其中的用于可移除地接纳器械驱动单元100的内壳120的腔(未示出)。外壳具有总体上U形的部分110a和从U形部分110a向远侧延伸的圆柱形主体110b。外壳110的U形部分110a具有盖子112，所述盖子在移除或插入外壳110内的内壳120期间选择性地打开。

器械驱动单元100的内壳120被可移除地接纳在器械驱动单元100的外壳110内。器械驱动单元100的内壳120包含毂124和电动机组122，所述电动机组可旋转地联接到毂124并且从所述毂向远侧延伸。内壳120的毂124具有与外壳110的U形部分110a相对应的形状，使得毂124被不可旋转地接纳在外壳110的U形部分110a内。内壳120的毂124具有从其远端向远侧延伸的表面特征126。如下文将详细描述的，表面特征126被固定到毂124并且被可滑动地接纳在环形构件140的上通道140a内。表面特征126是弯曲的突起，但是设想表面特征126可以是呈现各种各样形状的突片或块，如例如三角形、弓形、多边形、均匀、不均匀、锥形等。

器械驱动单元100的内壳120的毂124进一步包含传感器s126(图5)，所述传感器被安置成邻近其表面特征126或安置在所述表面特征上。如下文将详细描述的，毂124的传感器s126与外科手术器械固持器102的控制电路109(图2)连通以将其位置传送给控制电路109。

继续参考图3和4，器械驱动单元100的内壳120的电动机组122具有与器械驱动单元100的外壳110的圆柱形主体110b相对应的形状，使得电动机组122能够可旋转地接纳在器械驱动单元100的外壳110的圆柱形主体110b内。内壳120的电动机组122具有近端122a，所述近端可旋转地联接到内壳110的毂124。电动机组122具有从其近端122a向近侧延伸的表面特征128(图5)。电动机组122的表面特征128被固定到其近端122a并且被可滑动地接纳在环形构件140的下通道140b内。电动机组122的表面特征128是弯曲的突起，但是设想表面特征128可以是呈现各种各样形状的突片或块，如例如三角形、弓形、多边形、均匀、不均匀、锥形等。

电动机组122进一步包含传感器s122(图5)，所述传感器被安置成邻近其表面特征128或安置在所述表面特征上。电动机组122的传感器s122与外科手术器械固持器102的控制电路109(图2)以及毂124的传感器s126连通以将其相对于毂124的传感器s126的位置(例如，角度位置)传送给控制电路109。

电动机组122通过任何合适的驱动机构例如滑轮系统可操作地联接到外科手术器械固持器102的电动机“M”(图2)。如此，内壳120的电动机组122通过外科手术器械固持器102的电动机“M”的致动在外壳110内并且相对于内壳120的毂124旋转。电动机组122可以包含四个电动机，所述四个电动机被布置成矩形结构，使得其对应的驱动轴(未示出)全部彼此平行并且全部朝共同方向延伸。每个电动机的驱动轴可以与外科手术器械10的对应的从动轴可操作地介接以独立地致动外科手术器械10的从动轴。

参考图4到图6，器械驱动单元100包含旋转位置传感器系统130，所述旋转位置传感器系统被配置成确定并且指示电动机组122以及因此外科手术器械10绕纵向轴线“X”旋转的程度。设想传感器系统130可以被配置成计算/确定和显示外科手术器械10相对于器械驱动单元100的外壳110(图3)绕纵向轴线“X”的一个或多个旋转量，使得临床医生可以在其使用期间确定外科手术器械10的精确旋转位置。

传感器系统130包含外科手术器械固持器102的控制电路109(图2)、毂124和电动机组122对应的传感器s126、s122以及环形构件140。环形构件140被可旋转地安置在器械驱动单元100的毂124与器械驱动单元100的电动机组122之间。环形构件140是中空环，并且限定上环形通道140a和下环形通道140b。如此，环形构件140具有H形横截面轮廓。上环形通道140a被配置成在其中可滑动地接纳器械驱动单元100的毂124的表面特征126。下环形通道140b被设置成在其中可滑动地接纳器械驱动单元100的电动机组122的表面特征128。上环形通道140a和下环形通道140b各自至少沿环形构件140的实质圆周延伸。

环形构件140具有形成在上环形通道140a中的第一对止动件142a、144a和形成在下环形通道140b中的第二对止动件142b、144b。在一些实施例中，代替具有安置在每个通道140a、140b中的一对止动件的环形构件140，环形构件140可以仅具有安置在上环形通道140a内的一个止动件和安置在下环形通道140b内的一个止动件。止动件142a、144a、142b、144b通常是正方形的，但可以呈现各种各样的形状，如例如三角形、弓形、多边形、均匀、不均匀、锥形等。止动件142a、144a、142b、144b和/或表面特征126、128可以由润滑(套管)材料制成，如例如PEEK、DELRIN、黄铜、UHMW等。

环形构件140的下环形通道140b的第二对止动件142b、144b与器械驱动单元100的电动机组122的表面特征128圆周对齐(即，共圆周)。如此，在使电动机组122旋转一定阈值量或程度(例如，沿顺时针或逆时针方向约180°到约360°)时，电动机组122的表面特征128抵靠或接合环形构件140的下环形通道140b的第二对止动件142b、144b中的一个。在实施例中，旋转的阈值量可以为约1°到约360°。环形构件140的上环形通道140a的第一对止动件142a、144a与器械驱动单元100的毂124的表面特征126圆周对齐(即，共圆周)。如此，在使环形构件140旋转一定阈值量或程度(例如，沿顺时针或逆时针方向约180°到约360°)时，由于毂124被旋转地固定在外壳110的U形部分110a内，因此环形构件140的第一对止动件142a、144a中的一个抵靠或接合器械驱动单元100的毂124的表面特征126，从而使电动机组122的旋转停止。在实施例中，旋转的阈值量可以为约1°到约360°。

上环形通道140a的第一对止动件142a、144a彼此周向间隔开以在它们之间限定间隙146a。下环形通道140b的第二对止动件142b、144b也彼此周向间隔开以在它们之间限定间隙146b。环形构件140包含第一传感器s140a和第二传感器s140b，所述第一传感器被安置在上环形通道140a的间隙146a内，所述第二传感器被安置在下环形构件140b的间隙146b内。在一些实施例中，传感器s140a、s140b可以被定位在环形构件140上或内的任何合适的位置处，所述环形构件邻近对应的止动件142a、144a、142b、144b。环形构件140的传感器s140a、s140b、器械驱动单元100的毂124的传感器s126以及器械驱动单元100的电动机组122的传感器s122各自彼此连通并且与外科手术器械固持器102的控制电路109(图2)连通并且被配置成感测彼此的相对旋转或角度位置。传感器s122、s126、s140a、s140b中的每一个可以是霍尔效应传感器、旋转可变差动变压器、可变磁阻传感器、电位计、电容式旋转位置传感器、光学编码器和/或激光表面测速仪。

在操作中，可以监测外科手术器械10的旋转位置和/或可以停止外科手术器械10的旋转例如以防止外科手术组合件30的部件受到外科手术器械10的过度旋转的潜在损坏。致动外科手术器械固持器102的电动机“M”，这以上文所描述的方式实现内壳120的电动机组122相对于内壳120的毂124的旋转。在电动机组122的整个旋转过程中，电动机组122的传感器s122和环形构件140的下环形通道140b的传感器s140b相对于彼此感测彼此的位置，并且将所感测的相对位置传送给外科手术器械固持器102的控制电路109。如此，控制电路109已知电动机组122和外科手术器械10相对于毂124的旋转位置，当电动机组122实现存储在存储器(未示出)中的预设旋转量时，所述控制电路可以停止致动电动机“M”。此外，控制电路109可以将电动机组122的已知相对旋转位置从其起始位置传送给显示器6(图1)。

在电动机组122实现相对于毂124旋转的第一阈值量或程度(例如，约180°到约360°)之后，电动机组122的表面特征128抵靠环形构件140的下环形通道140b的第二对止动件142b、144b中的一个(取决于电动机组122的旋转方向)。在实施例中，旋转的阈值量可以为约1°到约360°。在电动机组122的表面特征128与下环形通道140b的第二对止动件142b、144b中的一个抵靠时，电动机组122的继续旋转使环形构件140开始旋转。

在环形构件140相对于毂124旋转期间，环形构件140的上环形通道140a的传感器s140a和毂124的传感器s126相对于彼此感测彼此的位置，并且将所感测的相对位置传送给外科手术器械固持器102的控制电路109。如此，电动机组122和外科手术器械10相对于毂124的旋转位置是已知的。在环形构件140实现相对于毂124旋转的第二阈值量或程度(例如，约180°到约360°)之后，由于电动机组122的继续旋转，环形构件140的上环形通道140a的第一对止动件142a、144a中的一个抵靠器械驱动单元100的毂124的表面特征126，从而使环形构件140和电动机组122与外科手术器械10一起停止旋转。以此方式，外科手术器械固持器102的“M”的继续致动将不能引起电动机组122旋转，从而防止由于电动机组122的过度旋转而对外科手术组合件30的任何部件造成任何损坏。在实施例中，旋转的阈值量可以为约1°到约360°。

电动机组122沿相反方向的旋转将重复上文所描述的过程，直到器械驱动单元100的毂124的表面特征126或器械驱动单元100的毂124的另一个表面特征(未示出)阻止电动机组122旋转。设想在执行外科手术之前，可以检查器械驱动单元100以确定其能够在两个旋转方向上实现其完全旋转。具体地讲，电动机组122将沿第一方向(例如，顺时针方向)旋转直到其被停止，并且电动机组122然后将沿第二方向(例如，逆时针方向)旋转直到其被停止。在这个过程期间可以检查器械驱动单元100的电动机编码器(未示出)，例如增量型。在电动机组122旋转到其两个停止点之后，将其重新定位在两个停止点之间。

设想，基于止动件142a、144a、142b、144b被放置在它们对应的上环形通道140a和下环形通道140b内的位置来设定电动机组122旋转的阈值量或程度。在一些实施例中，旋转的阈值量或程度可以大于或小于180°或360°，并且可以为约360°到约720°。在实施例中，旋转的阈值量可以为约2°到约720°。

设想根据本公开的实施例，控制电路109可以结合具有约0.05ohm的极低电阻的高公差的电阻器“R”(未示出)，所述电阻器被添加到负责驱动外科手术器械固持器102的电动机“M”的H桥的低侧。在操作中，控制电路109测量电阻器“R”两端的电压“V”降。通过测量电阻器“R”两端的电压“V”降，控制电路109可以使用欧姆定律计算流过电阻器“R”的电流“I”的量：

V＝IR

在直流电动机中，电动机“M”可以被构造成电流“I”与通过使用关系例如转矩常数(Km)产生的转矩“τ”的量直接相关。因此，控制电路109可以根据以下等式计算施加到电动机“M”的转矩“τ”的量：

τ＝(Km)(I)

为了详细说明被配置成计算施加到电动机的转矩量的控制电路的示例性实施例，可以参考于2011年3月3日提交的美国专利号8,517,241，所述专利的全部内容通过引用结合在此。

在外科手术器械10的正常旋转期间，预期通过控制电路109看到某些或预先确定的力曲线，例如，电流相对于时间曲线(未示出)或电流相对于距离曲线(未示出)。在使用中，电动机“M”的致动实现如上文所描述的器械驱动单元100的电动机组122的旋转。电动机组122的旋转最终使电动机组122的表面特征128与环形构件140的下环形通道140b的第二对止动件142b、144b中的一个接合。在电动机组122的表面特征128与环形构件140的第二对止动件142b、144b中的一个接合或接触时，环形构件140的静态惯性必须通过由电动机“M”提供的添加的转矩的某个阈值量来克服。开始使环形构件140旋转所需的附加转矩改变电动机“M”的状况，这改变递送到电动机“M”的电流“I”，与存储在控制电路109中的预期力曲线相比，所述电流是不同的电流量。

由控制电路109记录电流“I”或电流尖峰的这种增加，并且控制电路109可以合理地假设外科手术器械10已经从其原始位置旋转阈值量。具体地讲，电流尖峰指示电动机组122已经从其原始旋转位置旋转了预定阈值(例如，约180°)。由于外科手术器械10与电动机组122一起旋转，因此由控制电路109记录的电动机组122旋转的阈值量与外科手术器械10绕其纵向轴线“X”行进的相同旋转阈值量相关。显示器6(图1)可以被设置成以一定度数的形式指示外科手术器械10的旋转量。

外科手术器械10的继续旋转最终使环形构件140的上环形通道140a的第一对止动件142a、144a中的一个抵靠或接合毂124的表面特征126，这导致另一个电流尖峰和停止向电动机“M”递送电流的指令，由此停止电动机组122旋转以及因此外科手术器械10旋转。可以设想，毂124的表面特征126可以物理地抵抗或防止电动机组122进一步旋转。

在一些实施例中，器械驱动单元100可以包含单个环形构件或两个或更多个具有任何合适数量的不同间隔的表面特征或突片的环形构件。可以进一步设想，器械驱动单元100可以包含一个或多个毂和对应于每个毂的环形构件。

参考图7和8，器械驱动单元100(图3)可以包含堆叠构型的多个环形构件140、240、340。具有多于一个环形构件允许电动机组122相对于毂124旋转的量增加。在一些实施例中，可以提供多于三个环形构件。在实施例中，电动机组122可以旋转超过720°。第二环形构件240和第三环形构件340类似于第一环形构件140，并且因此将仅以认为必要的细节水平进行描述。

第二环形构件240限定下环形通道242并且包含形成在下环形通道242中的一对止动件242a、242b。止动件242a、242b周向地彼此间隔开以在它们之间限定间隙246。第二环形构件240包含安置在间隙246内的传感器s240。第二环形构件240的传感器s240与器械驱动单元100的毂124的传感器s126和器械驱动单元100的电动机组122的传感器s122连通。在实施例中，第二环形构件240的传感器s240可以与环形构件140的下环形通道140b的传感器s140b(图6)连通。

第三环形构件340被安置在第一环形构件140与第二环形构件240之间。虽然未明确展示，但是第三环形构件340如同第一环形构件140和第二环形构件240一样可以限定上环形通道和下环形通道，并且可以包含在其通道中的每一个中的止动件和传感器。

在操作中，由于传感器与每个环形构件相关联，因此环形构件140、240、340中每一个能够相对于彼此感测它们的旋转位置。另外，由于环形构件140、240、340的各种止动件的相互作用，因此电动机组122旋转的阈值量引起第二环形构件240旋转，第二环形构件240旋转的阈值量引起第三环形构件340旋转，并且第三环形构件340旋转的阈值量引起第一环形构件140旋转。

如上文所描述的，在第一环形构件140实现相对于毂124旋转的阈值量或程度(例如，约180°到约360°)之后，由于电动机组122的继续旋转，环形构件140的上环形通道140a的第一对止动件142a、144a中的一个抵靠器械驱动单元100的毂124的表面特征126，从而使环形构件140和电动机组122与外科手术器械10一起停止旋转。以此方式，外科手术器械固持器102的电动机“M”的继续致动将不能引起电动机组122旋转，从而防止由于电动机组122的过度旋转而对外科手术组合件30的任何部件造成任何损坏。

应理解，可以对本文公开的实施例作出各种修改。因此，以上说明不应该被解释为限制性的，但是仅作为各个实施例的例证。本领域的技术人员将构想出在所附权利要求的范围和精神内的其它修改。

Claims (28)

1.一种用于与机器人臂一起使用的器械驱动单元，所述器械驱动单元包括：

外壳，其被配置成选择性地联接到机器人臂；和

内壳，其被可移除地接纳在所述外壳内并且包含：

毂，其被不可旋转地接纳在所述外壳内并且具有向远侧延伸的表面特征；

电动机组，其包含可旋转地联接到所述毂的近端和从其所述近端向近侧延伸的表面特征；以及

至少一个环形构件，其限定：

上环形通道，其具有接纳在其中的所述毂的所述表面特征；和

下环形通道，其具有接纳在其中的所述电动机组的所述表面特征，所述至少一个环形构件具有形成在所述上环形通道和所述下环形通道中的每一个中的止动件，其中在所述电动机组实现了相对于所述毂旋转的阈值量时，所述电动机组的所述表面特征抵靠所述下环形通道的所述止动件以使所述至少一个环形构件相对于所述毂旋转，并且其中在所述至少一个环形构件实现了相对于所述毂旋转的阈值量时，所述上环形通道的所述止动件抵靠所述毂的所述表面特征，从而阻止所述电动机组进一步旋转。

2.根据权利要求1所述的器械驱动单元，其中所述电动机组的所述近端、所述至少一个环形构件和所述毂中的每一个具有传感器，所述传感器彼此连通并且被配置成感测彼此的相对旋转位置。

3.根据权利要求2所述的器械驱动单元，其中所述电动机组的所述传感器邻近其所述表面特征安置，所述至少一个环形构件的所述传感器邻近所述上环形通道或所述下环形通道的所述止动件安置，并且所述毂的所述传感器邻近其所述表面特征安置。

4.根据权利要求2所述的器械驱动单元，其中所述电动机组、所述至少一个环形构件和所述毂中的每一个的所述传感器中的至少一个是霍尔效应传感器、旋转可变差动变压器、可变磁阻传感器、电位计、电容式旋转位置传感器、光学编码器或激光表面测速仪中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的器械驱动单元，其中所述电动机组相对于所述毂旋转的所述阈值量大约为1度到360度，并且所述至少一个环形构件相对于所述毂旋转的所述阈值量大约为1度到360度，使得所述电动机组被配置成相对于所述外壳旋转大约2度到720度。

6.根据权利要求1所述的器械驱动单元，其中所述至少一个环形构件是具有H形横截面轮廓的中空环。

7.根据权利要求1所述的器械驱动单元，其中所述电动机组的所述表面特征是可滑动地接纳在所述至少一个环形构件的所述下环形通道内的弯曲的突起，并且其中所述毂的所述表面特征是可滑动地接纳在所述至少一个环形构件的所述上环形通道内的弯曲的突起。

8.一种外科手术组合件，其用于与机器人臂一起使用并且用于选择性地连接到所述机器人臂，所述外科手术组合件包括：

器械驱动单元，其包含：

毂，其具有表面特征；

电动机组，其具有表面特征并且被可旋转地联接到所述毂；以及

至少一个环形构件，其被安置在所述毂与所述电动机组之间，所述至少一个环形构件限定：

上环形通道；和

下环形通道，所述至少一个环形构件具有形成在所述上环形通道和所述下环形通道中的每一个中的止动件，其中在所述电动机组实现了相对于所述毂旋转的阈值量时，所述电动机组的所述表面特征抵靠所述下环形通道的所述止动件以使所述至少一个环形构件旋转，并且其中在所述至少一个环形构件实现了相对于所述毂旋转的阈值量时，所述上环形通道的所述止动件抵靠所述毂的所述表面特征，从而阻止所述电动机组进一步旋转。

9.根据权利要求8所述的外科手术组合件，其中所述器械驱动单元进一步包含外壳，其中所述毂被不可旋转地接纳在所述外壳内，所述电动机组具有可旋转地联接到所述毂的近端。

10.根据权利要求9所述的外科手术组合件，其中所述毂的所述表面特征从所述毂向远侧延伸，并且所述电动机组的所述表面特征从其所述近端向近侧延伸。

11.根据权利要求9所述的外科手术组合件，其进一步包括外科手术器械固持器，所述外科手术器械固持器包含：

具有第一侧和第二侧的托架壳体，所述第一侧被配置成能够移动地接合到外科手术机器人臂，所述第二侧被配置成不可旋转地支撑所述器械驱动单元的所述外壳；和

电动机，其被安置在所述托架壳体内并且被配置成实现所述器械驱动单元的所述电动机组的旋转。

12.根据权利要求11所述的外科手术组合件，其中所述外科手术器械固持器进一步包含控制电路，所述控制电路被安置在所述托架壳体内并且与所述电动机和所述电动机组、所述至少一个环形构件和所述毂中的每一个的传感器连通，所述控制电路被配置成在邻近所述毂的所述表面特征安置所述上环形通道的所述止动件时停止所述电动机的操作。

13.根据权利要求8所述的外科手术组合件，其中所述电动机组、所述至少一个环形构件和所述毂中的每一个具有传感器，所述传感器彼此连通并且被配置成感测彼此的相对旋转位置。

14.根据权利要求13所述的外科手术组合件，其中所述电动机组的所述传感器邻近其所述表面特征安置，所述至少一个环形构件的所述传感器邻近所述上环形通道或所述下环形通道的所述止动件安置，并且所述毂的所述传感器邻近其所述表面特征安置。

15.根据权利要求13所述的外科手术组合件，其中所述电动机组、所述至少一个环形构件和所述毂中的每一个的所述传感器中的至少一个是霍尔效应传感器、旋转可变差动变压器、可变磁阻传感器、电位计、电容式旋转位置传感器、光学编码器或激光表面测速仪中的至少一个。

16.根据权利要求8所述的外科手术组合件，其中所述电动机组相对于所述毂旋转的所述阈值量大约为1度到360度，并且所述至少一个环形构件相对于所述毂旋转的所述阈值量大约为1度到360度，使得所述电动机组被配置成相对于所述外壳旋转大约2度到720度。

17.根据权利要求8所述的外科手术组合件，其中所述至少一个环形构件是具有H形横截面轮廓的中空环。

18.根据权利要求8所述的外科手术组合件，其中所述电动机组的所述表面特征是可滑动地接纳在所述至少一个环形构件的所述下环形通道内的弯曲的突起，并且其中所述毂的所述表面特征是可滑动地接纳在所述至少一个环形构件的所述上环形通道内的弯曲的突起。

19.根据权利要求8所述的外科手术组合件，其中所述电动机组具有远端，所述远端被配置成不可旋转地联接到机电器械的近端。

20.根据权利要求19所述的外科手术组合件，其中所述器械驱动单元的所述电动机组被配置成致动所述机电器械的功能，并且其中所述机电器械随着所述器械驱动单元的所述电动机组的旋转而旋转。

21.一种用于与机器人臂一起使用的器械驱动单元，所述器械驱动单元包括：

外壳，其被配置成联接到机器人臂；

驱动电动机，其能够选择性地绕中心轴线在所述外壳内的轨道中移动；

接口，其被联接到所述外壳并且被配置成能够选择性地联接到外科手术器械；以及

驱动电动机输出端，其被联接到所述驱动电动机并且被配置成当所述接口联接到外科手术器械的接口时联接到外科手术器械的输入端。

22.根据权利要求21所述的器械驱动单元，其中所述驱动电动机被包封在所述外壳内。

23.根据权利要求21所述的器械驱动单元，其中当所述驱动电动机选择性地在所述轨道中移动时，所述外壳保持静止。

24.根据权利要求23所述的器械驱动单元，其中所述驱动电动机是多个驱动电动机，所述多个驱动电动机能够选择性地作为一组在所述外壳内的所述轨道中移动，所述多个驱动电动机中的每一个具有驱动电动机输出端，所述驱动电动机输出端被配置成联接到外科手术器械的对应输入端。

25.根据权利要求24所述的器械驱动单元，其中所述器械驱动单元被配置成当所述器械驱动单元的所述接口选择性地联接到所述外科手术器械的接口时使所述外科手术器械绕所述中心轴线旋转。

26.根据权利要求24所述的器械驱动单元，其进一步包括机电致动器，所述机电致动器被联接到所述驱动电动机中的至少一个，所述机电致动器被配置成当所述外科手术器械的所述接口选择性地联接到所述器械驱动单元的所述接口时使外科手术器械绕所述中心轴线旋转，同时使所述外科手术器械的所述驱动电动机、所述驱动电动机输出端以及所述对应的输入端在所述外壳内的所述轨道中移动。

27.一种用于与机器人臂一起使用的器械驱动单元，所述器械驱动单元包括：

外壳，其被配置成选择性地联接到机器人臂；和

内壳，其被可移除地接纳在所述外壳内并且包含：

毂，其被不可旋转地接纳在所述外壳内并且具有向远侧延伸的表面特征；

电动机组，其包含可旋转地联接到所述毂的近端和从其所述近端向近侧延伸的表面特征；

第一环形构件，其限定上环形通道，所述上环形通道具有接纳在其中的所述毂的所述表面特征，所述第一环形构件具有形成在其所述上通道中的止动件；以及

第二环形构件，其与所述第一环形构件相关联并且限定下环形通道，所述第二环形构件具有形成在其所述下环形通道中的止动件，其中在所述电动机组实现了相对于所述毂旋转的阈值量时，所述电动机组的所述表面特征抵靠所述第二环形构件的所述下环形通道的所述止动件以使所述第二环形构件相对于所述毂旋转，并且其中在所述第一环形构件实现了相对于所述毂旋转的阈值量时，所述第一环形构件的所述上环形通道的所述止动件抵靠所述毂的所述表面特征，从而阻止所述电动机组进一步旋转。

28.根据权利要求27所述的器械驱动单元，其进一步包括第三环形构件，所述第三环形构件被插置在所述第一环形构件与所述第二环形构件之间。