CN109069138B - 长度守恒的手术器械 - Google Patents

Abstract

描述了一种手术器械，该手术器械包括手术执行器，该手术执行器以N个自由度移动以用于手术程序期间在手术部位处操纵物体。N个自由度通过N+1个输入控制器和多个线缆来操纵，控制器和线缆联接至手术执行器并且构造成改变手术执行器在被致动时关于N个自由度的取向。在一些实施方式中，N+1个输入控制器和多个线缆还联接至放缩机构，放缩机构构造成当输入控制器和线缆被致动时以往复方式移动到手术执行器。

Description

长度守恒的手术器械

技术领域

本说明书总体上涉及手术机器人，并且特别地涉及具有主动张紧功能的手术腕部。

背景技术

机器人技术具有一系列应用。特别地，机械臂有助于完成人类通常会执行的任务。例如，工厂使用机械臂来制造汽车和消费电子产品。另外，科学设施使用机械臂来使实验室程序比如运输微孔板自动化。近来，医生已经开始使用机械臂来帮助执行手术程序。例如，医生使用机械臂来对手术器械比如腹腔镜进行控制。

具有可移动稍端的腹腔镜有助于以微创的方式执行手术程序。可移动稍端可以被引导穿过腹部壁到达患者的更远的部位，比如肠部或胃部。机器人控制的腹腔镜中的可移动稍端具有若干自由度，其模拟常规手术操作中的医师腕部。这些可移动稍端——也称为机器人腕部或简称为腕部——已经随着技术的发展而进步并且包含了用于产生关于尽可能多的自由度而使用最少数量的马达的运动的各种技术。

许多这种机器人腕部使用预张紧的线缆环。这使得器械相对于通过用于每个线缆的马达进行张紧的器械可以用最少的马达来驱动。这种“闭环”布线系统使得将马达扭矩映射到线缆张力会更加困难。这部分地由于系统中的预加载，并且部分地由于预加载所引起的摩擦。预张紧器械的寿命终止通常是由于线缆由于机械磨损、清洁化学品的影响和线缆拉伸的组合而随时间松弛。

发明内容

本说明书涉及具有三个自由度(DOF)的机器人手术腕部，其对在整个手术操作中对那些DOF进行控制的线缆的长度和张力进行保持。

对腕部进行控制的手术机器人系统使用主/从系统，其中，主设备对从设备在远程位置的运动进行控制。通常，从设备为机器人手术器械，其近似于用于手术操作的经典手术用具，例如腹腔镜检查中的钳。

在一个实施方式中，从手术器械具有手术执行器，该手术执行器用于在手术部位处以三个运动自由度，俯仰角、第一偏转角和第二偏转角，执行手术操作。另外，手术执行器具有“第四自由度”，其是手术执行器中的相应的偏转角和其相应的线缆的张力的测量值。手术执行器还具有由外部臂控制的沿操作轴线的平移自由度以及由外部器械设备操纵器控制的绕操作轴线的旋转自由度。

为了对手术执行器的自由度进行控制，手术器械具有一组四个输入控制器、四个线缆、往复式放缩机构、线缆轴和手术执行器。线缆中的两个线缆经由手术执行器将两对输入控制器联接，使得其致动例如绕线或放线操纵线缆区段的长度以产生手术执行器关于自由度的运动。其他两个线缆将两对输入控制器联接至往复式放缩机构，使得产生了手术执行器的运动的致动在往复式放缩机构中产生往复运动。通过使往复式放缩机构旋转，往复式放缩机构保持了线缆在每对输入控制器之间的恒定长度。

手术腕部可以由计算机程序进行控制，该计算机程序设计成将用户的运动解析成在手术部位处的手术操作。该计算机程序对用户运动进行解析并产生一组指令以用于经由使输入控制器绕线和放线来对四个线缆进行适当地操纵以将用户运动转换成手术执行器的运动。

附图说明

所公开的实施方式具有其他优点和特征，这些优点和特征在结合附图时通过对本发明的以下详细描述和所附权利要求将更易于理解，在附图中：

图1示出了手术机器人系统的示例性表示。

图2示出了主/从手术机器人系统中的从设备的示例性表示。

图3示出了联接至主/从手术系统中的手术器械的机械臂的端部的示例性表示。

图4示出了主/从手术系统中的手术器械的示例性表示。

图5示出了展示其组成部件的示例性支承支架的等距视图。

图6A示出了手术器械的往复式放缩机构的示例性表示。

图6B示出了主/从手术系统中的手术器械的往复式放缩机构的拉伸状态的示例性表示。

图6C示出了主/从手术系统中的手术器械的不同拉伸状态的示例性表示。

图7A示出了手术执行器的示例性表示。

图7B示出了移除了执行器壳体的手术执行器的示例性表示。

图8示出了输入控制器至主/从手术系统中的手术器械的手术执行器的示例联接。

图9A示出了手术执行器处于中立状态的示例。

图9B示出了正增大的手术执行器的第一偏转角和第二偏转角。

图9C示出了手术执行器处于中立状态的不同示例。

图9D示出了正增大的手术执行器的俯仰角。

图10A示出了带有所有的线缆连接的手术器械的示例。

图10B示出了当第一偏转角增大时手术器械中的往复运动的示例。

图10C示出了当第一俯仰角增大时手术器械中的往复运动的示例。

图11示出了用于腕部的示例性替代布线。

具体实施方式

I、手术机器人系统

图1示出了由主设备110和从设备150构成的主/从手术机器人系统100的示例性表示。通常，主设备为用于手术机器人系统100的命令控制台。主设备110包括控制台基座112，显示模块114、例如监视器，和控制模块、例如键盘116和操纵杆118。在一些实施方式中，主设备110功能中的一种或更多种主设备功能可以被集成到手术机器人系统100的从设备150中或者被集成到通信地耦接至手术机器人系统100的另一系统中。用户120、例如医生使用主设备110从人体工程学的位置对手术机器人系统100进行远程控制。

从设备150具有用以对手术工作台154进行支承的工作台基座152，患者156被定位在手术工作台154上以便在手术部位158处进行手术程序。安装至至少一个可定位基座162以用于对手术执行器164进行操纵的至少一个机械臂160靠近工作台基座152和手术工作台154定位。在不具有独立且能够移动的可定位基座162的情况下，机械臂160也可以联接至工作台基座152。工作台基座152和手术工作台154可以包括马达、致动器或用于改变手术工作台的取向的其他机械装置或电气装置。在一些实施方式中，工作台基座152和手术工作台154可以构造成改变患者156和手术工作台的取向以用于不同手术部位处的不同类型的手术程序。

从设备150可以包括中央处理单元、存储单元、数据总线和相关联的数据通信端口，它们负责对信号比如相机图像进行解析和处理并且对例如来自机器人操纵器的传感器数据进行跟踪。控制台基座112可以包括中央处理单元、存储单元、数据总线和相关联的数据通信端口，它们负责对信号比如相机影像进行解析和处理并且对例如来自从设备的传感器数据进行跟踪。在一些实施方式中，控制台基座112和从设备150两者执行用于负载平衡的信号处理。

控制台基座112还可以通过控制模块116和118对由用户120提供的命令和指令进行处理。除了图1中示出的键盘116和操纵杆118之外，控制模块可以包括其他装置，例如，计算机鼠标、触控板、跟踪球、控制板、视频游戏控制器和对手部姿势和手指姿势进行捕捉的传感器(例如，运动传感器或相机)。

用户120可以使用主设备110以速度模式或位置控制模式对联接至从设备150的手术执行器164进行控制。在速度模式中，用户120使用控制模块基于直接手动控制对手术器械的俯仰运动和偏转运动直接进行控制。例如，操纵杆118上的运动可以映射到手术执行器164的偏转运动和俯仰运动。操纵杆118可以向用户120提供触觉反馈。例如，操纵杆118振动以指示手术执行器164无法沿某一方向进一步平移或旋转。命令控制台112还可以提供视觉反馈(例如，弹出消息)和/或音频反馈(例如，蜂鸣声)以指示手术执行器164已经达到最大平移或旋转。

在位置控制模式中，命令控制台112使用患者的三维(3D)映射和患者的预定计算机模型来对从设备150进行控制。命令控制台112向手术机器人系统100的机械臂160提供控制信号以将手术执行器操纵到手术部位158。由于对3D映射的依赖，位置控制模式要求对患者的解剖结构的准确映射。

在一些实施方式中，用户120可以手动操纵手术机器人系统100的机械臂160而无需使用主设备110。在手术操作室中的设置期间，用户120可以移动机械臂160、手术执行器164和其他手术设备以接触病人。手术机器人系统100可以依靠来自用户120的力反馈和惯性控制来确定机械臂160和设备的适当构型。

显示模块114可以包括电子监视器、虚拟现实观看装置，例如，护目镜或眼镜，和/或显示装置的其他器件。在一些实施方式中，显示模块114与控制模块集成，例如，作为具有触摸屏的平板装置。此外，用户120使用集成的显示模块114和控制模块既可以查看数据又可以向手术机器人系统100输入命令。

显示模块114可以使用立体装置(例如，护目罩或护目镜)来显示3D图像。3D影像提供了“手术视图”，“手术视图”为示出了患者在手术部位158处的解剖结构的计算机3D模型。“手术视图”提供了患者内部的虚拟环境和手术执行器164在患者体内的预期位置。用户120将“手术视图”模型与由相机捕捉的实际图像进行比较，以帮助在心理上定向和确认手术执行器164位于患者体内的正确位置或近似正确的位置。“手术视图”提供了关于手术部位周围的解剖结构、例如患者的肠或结肠的形状的信息。显示模块114可以同时显示手术部位处的解剖结构的3D模型和计算机断层(CT)扫描。此外，显示模块114可以在3D模型和CT扫描上覆盖手术执行器164的预定最佳导航路径。

在一些实施方式中，手术执行器的模型与3D模型一起显示以帮助指示手术程序的状态。例如，对解剖结构中可能需要缝合的区域进行扫描识别。在手术期间，显示模块114可以示出由手术执行器164捕获的参照图像，该参照图像与手术执行器在手术部位158处的当前位置相对应。显示模块202可以根据用户设定和特定手术程序自动显示内窥镜的模型的不同视图。例如，当手术端部执行器接近患者的手术区域时，显示模块202示出了手术端部执行器在导航步骤期间的顶部荧光透视图。

II、从机器人设备

图2示出了根据一个实施方式的来自于手术机器人系统100的从机器人设备200。从设备200包括联接至一个或更多个机械臂、例如机械臂204的从基座202。从基座202通信地耦接至主设备110。从基座202可以被定位成使得机械臂204可以对患者执行手术程序，同时用户比如医生可以通过主设备对手术机器人系统100进行控制。在一些实施方式中，从基座202可以联接至用于对患者进行支承的手术操作台。尽管为清楚起见在图1中未示出，但从基座202可以包括子系统比如控制电子装置、气动装置、动力源、光源等。机械臂204包括在接头208处联接的多个臂区段206，多个臂区段206为机械臂202提供了多个自由度。从基座202可以包括动力源210、气动压力212和控制及传感器电子装置214——包括诸如中央处理单元、数据总线、控制电路和存储器之类的部件——以及相关的致动器比如马达，以使机械臂204移动。从基座202中的电子装置214还可以对从命令控制台传送的控制信号进行处理和传递。

在一些实施方式中，从基座202包括用以运送从机器人设备150的轮216。从机器人设备150的移动性有助于适应手术操作室中的空间限制以及便于手术设备的适当定位和运动。此外，移动性允许机械臂204被构造成使得机械臂204不与患者、医生、麻醉师或任何其他设备相干涉。在手术程序期间，用户可以使用控制装置比如主设备来对机械臂204进行控制。

在一些实施方式中，机械臂204包括使用制动器和平衡件的组合来保持机械臂204的位置的组装接头。平衡件可以包括气弹簧或螺旋弹簧。制动器、例如故障安全制动器可以包括机械部件和/或电气部件。此外，机械臂204可以是重力辅助的被动支承型机械臂。

机械臂可以联接至手术器械、例如腹腔镜220，其中，机械臂将手术器械定位在手术部位处。机械臂可以用特别设计的连接装置230联接至手术器械，连接装置230允许在手术器械与基座之间进行通信，基座构造成经由机械臂对手术器械进行控制。

III、器械设备操纵器

图3示出了主/从手术系统中的机械臂300的端部的实施方式。在每个机械臂的端部处，机构变换器接口(MCI)310可以将器械设备操纵器(IDM)320联接至机械臂。MCI 310可以为固定螺钉或基座板连接器。MCI 310包括用以将气动压力、电源、电信号和光信号从机械臂转移到IDM 320的连接器。

MCI 310将IDM 320以可移除的方式或固定地安装到手术机器人系统的手术机械臂。IDM构造成将手术用具的连接装置230以允许手术用具绕手术用具的轴线连续旋转或“转动”的方式(例如，经由如下面在图4中描述的支承支架和安装支架)附接至机器人手术臂。IDM 320可以与各种手术用具(图3中未示出)一起使用，IDM 320可以包括壳体和长形本体，并且IDM 320可以用于腹腔镜、内窥镜或手术器械的其他类型的端部执行器。

IV、手术器械

图4示出了主/从手术系统400中的手术器械的示例性表示。手术器械经由支承支架410和安装支架450联接至IDM 320。支承支架410和安装支架450是盘形的，其中，线缆轴420居中地位于支承支架的盘上，并且垂直于支承支架410的与安装支架450相反的平面沿操作轴线430向外延伸。线缆轴420将手术执行器440联接至支承支架410，从而允许由从基座经由机械臂和IDM对手术执行器进行控制。

V、支承支架

图5示出了展示了其组成部件的支承支架的实施方式的等距视图，其中安装支架未示出。支承支架410包括支承基座510，该支承基座510为大致盘形的，其中，至少一个连接通孔512联接至盘的外边缘，以帮助将支承支架联接至安装支架。在一些实施方式中，不存在用于将支承支架联接至安装支架的连接通孔。在其他实施方式中，不存在安装支架，并且支承支架直接联接至IDM。支承基座的一个面，下文中为联接面514，用作用于输入控制器520、导引滑轮530和往复式放缩机构540的支承结构。支承基座510的相反面，下文中为操作面516(未明显示出)，用作用于线缆轴420的支承结构。

在支承基座的中央中，为沿操作轴线430从联接面514穿过支承基座510而至操作面516的操作通孔518，以用于将输入控制器520经由线缆轴420联接至手术执行器440。操作通孔518的直径大到足以允许至少四个线缆560段从联接面514无阻碍地穿过支承基座510而至操作面516。

沿操作通孔的外边缘是一组四个导引滑轮530，两个外部导引滑轮530a、530d和两个内部导引滑轮530b、530c，其至少部分地凹入联接面的平面下方。每个导引滑轮530的平面与联接面514的平面正交，其中，滑轮的平面为滑轮的盘的平面。滑轮定位成使得每个导引滑轮的平面与操作通孔518的边缘垂直，其中，导引滑轮的至少一部分延伸到操作通孔中。导引滑轮530联接至支承基座510并且构造成绕与支承基座510的平面共面的中央导引轴线旋转。在一个实施方式中，导引滑轮530经由轴承连接至支承基座510。导引滑轮允许线缆560移动通过操作通孔518而不会使线缆560彼此缠绕或者撞击(chaffing)操作通孔的边缘。

从操作轴线430沿导引滑轮的平面向外的线形成一组四个线缆轴线550，两个外部轴线550a、550d和两个内部轴线550b、532c。导引滑轮530定位成使得外部线缆轴线550a、550d形成沿支承支架直径的线，外部线缆轴线(例如550a)与最近的内部线缆轴线(例如550b)之间的角度为0与90度之间的非零角度，在图5中，该非零角度的示例被示出为大约60度。类似地，两个内部线缆轴线(例如550b和550c)之间的角度为0与90度之间的角度，其示例被示出为大约60度。

VI、线缆轴

线缆轴420将手术执行器440联接至支承支架410，从而允许由从基座经由机械臂和IDM对手术执行器进行控制。在一个实施方式中，线缆轴为具有动作端和驱动端的长中空筒体，动作端联接至手术执行器440并且驱动端联接至支承支架510的操作面516。线缆轴联接至支承支架510，使得线缆轴420从支承支架沿操作轴线430正交地延伸。线缆轴420容置将输入控制器520联接至手术执行器440的线缆560。

VII、输入控制器

两个外部输入控制器520a、520d和两个内部输入控制器520b、520c联接至支承基座并从联接面514正交地向外延伸。输入控制器520沿围绕操作轴线430的同心半环定位，其中，每个输入控制器沿线缆轴线550中的一个线缆轴线与操作轴线在径向上等距。输入控制器520可以是与倒置的层叠式筒形金字塔类似的形状，其中，半径增加的筒体在顶上彼此联接。输入控制器520的联接的筒体沿与特定输入控制器相关联的绕线轴线556居中地对准，该特定输入控制器与联接面514正交并与操作轴线430平行。输入控制器定位成使得外部输入控制器520a、520d的两个绕线轴线556以与两个外部线缆轴线类似的方式沿支承支架的直径形成线，并且相应地，与其最接近的相应内部输入控制器相对于操作轴线430形成类似的角度。如上所述，类似于两个内部电缆轴，两个内部输入控制器类似地位于相对于彼此成一定角度的位置。

支承基座510包括四个以圆形方式定形的旋转接头570。旋转接头570构造成允许每个输入控制器绕其绕线轴线比如556旋转。旋转接头570形成为使得每个旋转接头的顶部与支承基座510的联接面514基本上齐平或从支承基座510的联接面514略微凹入。旋转接头570类似地定位至输入控制器520，其中，每个输入控制器联接至旋转接头的中央，使得旋转接头的旋转轴线与相关联的输入控制器的绕线轴线556同轴。在一个实施方式中，旋转接头为轴承。

虽然图5中未绘出，支承支架还经由输入控制器联接至安装支架450。安装支架联接至输入控制器使得输入控制器的顶部穿过安装支架，并且输入控制器的顶部与安装支架的顶部基本上齐平。安装支架还构造有与支承支架的旋转接头类似的且同轴的一组旋转接头，该组旋转接头允许输入控制器旋转。输入控制器520和安装支架450构造成联接至IDM并致动线缆560以对手术执行器440的运动进行控制，这将在后面的部分中详细描述。线缆560联接至输入控制器520，使得线缆绕输入控制器至少部分地缠绕，并且线缆在控制器绕绕线轴线旋转时可以绕控制器绕线或放线。每个输入控制器联接至单个线缆。

VIII、往复式放缩机构

往复式放缩机构540是包括有多个物理部件的物理结构，由于其被构造成在部分X和XI中所讨论的以往复的方式向手术执行器移动而被命名为往复式放缩机构540。因此，往复式放缩机构允许作为整体的手术器械、具体地腕部、并且更具体地腕部内的线缆是长度守恒的(conservative)。线缆使用常规技术比如固定夹具或绕筒体绕线来收紧，随着时间的推移经过正常磨损，线缆会变松(不大张紧)。虽然线缆磨损可能导致线缆总长度的变化，但这种变化通过IDM、机械臂以及控制计算机保持长度守恒系统来进行补偿。往复式放缩机构还构造成在不受输入控制器和IDM的控制时例如当手术器械从从手术设备拆下时保持手术器械中的线缆的长度。

往复式放缩机构具有两种操作模式：附接模式和拆卸模式，在附接模式中，手术器械附接至IDM和机械臂，使得IDM和机械臂能够致动输入控制器并对手术执行器的运动进行控制；在拆卸模式中，手术器械被从IDM和机械臂拆下，使得往复式放缩机构和输入控制器被动地保持手术执行器的手术线缆的长度，从而防止其变松/脱落。

VIII-A、往复式放缩机构结构

往复式放缩机构540在联接面514的与内部输入控制器524相反的半部分上联接至支承基座510。用图6中的放大图示出的往复式放缩机构540包括两个联接的差速器、旋转轴和电枢。旋转轴从联接面514正交地向外延伸，其中，旋转轴的中心轴线、下文中为往复轴线558与操作轴线430平行。旋转轴定位在远离操作轴线430的一径向距离处。另外，外部绕线轴线556、操作轴线430与往复轴线558之间的角度为大约90度，但是在其他实施方式中，其可以呈不同的角度。

图6A为示例性往复式放缩机构540的等距视图。往复式放缩机构由将两个差速器610a与610b联接的电枢620构成。第一差速器610a将一对滑轮联接，第一滑轮为具有两个凹槽的往复式腕部滑轮612a，并且第二滑轮为具有一个凹槽的往复式构件滑轮614a。第二差速器610b类似地构造有腕部滑轮612b和构件滑轮614b。在另一实施方式中，往复式腕部滑轮612a和612b可以包括两个单独的同轴的单个凹槽滑轮或单个滑轮，其中，单个凹槽大到足以允许用于两根线缆。电枢620将差速器610a与610b彼此联接，使得往复式腕部滑轮612a与612b彼此同轴并且与往复轴线558同轴。另外，电枢620将每个差速器的往复式构件滑轮614a与614b联接距往复式腕部滑轮612a和612b的距离相等。电枢620还将往复式构件滑轮614a与614b联接成使得其位于绕往复轴线558远离彼此的非零角度。在其他实施方式中，往复式构件滑轮612远离往复式腕部滑轮614的距离不同。往复式构件滑轮614绕拉伸轴线630旋转，拉伸轴线相对于往复轴线558形成锐角。

VIII-B、往复式放缩机构的布线

在每个差速器610内，往复式腕部滑轮612和往复式构件滑轮614还通过线缆560联接。为便于论述，线缆可以被描述为具有进入区段616a和离开区段616b，其中，进入区段从往复轴线558朝向拉伸轴线630延伸并且离开区段从拉伸轴线朝向往复轴线延伸。当线缆在使用期间移动时，区段定义是任意的，并且为清楚起见此处相对于滑轮进行定义，而不是在线缆本身上的固定位置处进行定义。

在进入区段616a上，线缆在其第一凹槽中至少部分地绕往复式腕部滑轮612环绕。线缆然后至少部分地绕往复式构件滑轮614环绕，将往复式构件滑轮联接至往复式腕部滑轮612，从而过渡到离开区段。在离开区段616b上，线缆然后进一步地至少部分地绕往复式构件滑轮614环绕，从而使线缆的方向反向，之后其被引导远离拉伸轴线630。线缆的离开区段至少部分地绕往复式构件腕部滑轮612的第二凹槽环绕，之后其被引导远离往复轴线558。

VIII-C、往复式放缩机构的运动

图6B示出了输入控制器如何联接至约束放缩机构的示例。每个输入控制器520的顶层，即距支承支架的联接面最远的筒体，构造成将输入控制器以可移除的方式附接至IDM的对应的致动器，使得IDM可以对输入控制器绕其独立绕线轴线556a、556b、556c、556d的旋转进行操纵。另外，输入控制器520中的每对输入控制器通过线缆560联接至往复式放缩机构540的差速器610中的一个差速器，使得线缆的进入区段和离开区段将输入控制器对的第一输入控制器联接至输入控制器对的第二输入控制器。在示出的实施方式中，外部输入控制器520a和内部输入控制器520b通过第一线缆配对，并且内部输入控制器520c和外部输入控制器520d通过第二线缆配对，但是本领域技术人员将认识到任何两个输入控制器可以配对在一起。

当腹腔镜用具附接至IDM以在手术部位处执行手术时，往复式放缩机构处于附接模式。当处于附接模式时，往复式放缩机构的差速器保持联接每对输入控制器的线缆中的每根线缆的恒定长度。线缆的总长度通过与给定线缆相关联的输入控制器对的绕线及放线的相互作用以及通过约束放缩机构绕往复轴线的旋转来操纵。为了保持线缆的长度，差速器中的滑轮和电枢绕往复轴线和拉伸轴线旋转以产生相等且相反的加长(或缩短)，以补偿由输入控制器绕其绕线轴线进行绕线或放线所产生的缩短(或加长)。

图6B和图6C示出了该过程，并且以下段落进一步详述了进入线缆区段与离开线缆区段、往复式放缩机构与输入控制器对之间的相互作用。为清楚起见，下文中，第一差速器内的第一线缆的进入区段为第一区段660a，第一差速器内的第一线缆的离开区段为第二区段660b，第二差速器内的第二线缆的进入区段为第三区段660c，第二差速器内的第二线缆的离开区段为第四区段660d。

另外，第一控制器对的第一输入控制器对第一区段660a的长度进行控制；第一控制器对的第二输入控制器对第二区段660b的长度进行控制；第二控制器对的第一输入控制器对第三区段660c的长度进行控制；并且，第二控制器对的第二输入控制器对第四区段660d的长度进行控制。以上介绍的任意线缆区段对可以根据在该时刻在该对的输入控制器的一个输入控制器上执行的绕线/放线而被描述为进入/离开区段对。在示出的实施方式中，内部输入控制器和外部输入控制器(例如520a和520b)是成对的，但本领域技术人员可以理解的是，输入控制器可以以不同的配对构造。

在示出的实施方式中，在用于通过差速器联接的输入控制器对的给定线缆的附接模式中存在五种可能的状态。在第一状态中，输入控制器对使第一区段的长度减小并同时使第二区段的长度增加。在第二状态中，输入控制器对使第二区段的长度增加并同时使第一区段的长度减小。在第三状态中，输入控制器对使第一区段和第二区段同时放线，从而导致往复式放缩机构绕往复轴线的补偿旋转，以使线缆长度守恒。在第四状态中，输入控制器对使第一区段和第二区段同时绕线，从而导致往复式放缩机构绕往复轴线的补偿旋转，以使线缆长度守恒。在第五“中立”状态中，输入控制器不对线缆区段进行操纵。在所有可能的状态中，从输入控制器对的第一输入控制器到输入控制器对的第二控制器的线缆的长度守恒。

图6B为支承支架的平面图，其示出了在用于与第一区段660a和第二区段660b相关联的线缆的第一状态中的输入控制器和往复式放缩机构。第一输入控制器520a使线缆放线，从而增加了第一区段660a中的长度670a(如箭头示出的)，而第二输入控制器520b使相同的线缆绕线，从而减小了第二区段660b的长度670b。这导致往复式构件滑轮614绕拉伸轴线630旋转、往复式腕部滑轮612不绕往复轴线554旋转、电枢620不绕往复轴线614旋转以及线缆在操作通孔518中往复运动。在该第一状态的实施方式中，与往复式腕部滑轮相接触的线缆的接触区域640a不变。第二状态与第一状态类似，其中，第一输入控制器和第二输入控制器是反过来的。

图6C为支承支架的平面图，其示出了处于第三拉伸状态的输入控制器和往复式放缩机构。输入控制器对的第一输入控制器例如外部输入控制器520a绕其绕线轴线556a绕线(试图减小第一区段660a的长度680a)，而输入控制器对的第二输入控制器例如内部输入控制器520b绕其绕线轴线556b绕线(试图减小第三区段660b的长度680a)。这导致往复式构件滑轮614绕拉伸轴线630旋转、往复式腕部滑轮绕往复轴线558旋转以及差速器绕往复轴线558旋转。在该第三状态的实施方式中，差速器绕往复轴线558旋转690一定量，该一定量补偿了线缆区段绕输入控制器对的绕线，使得线缆与往复式腕部滑轮的接触区域640b减小，并且放缩机构中的线缆的总长度得以保持。第四状态与第三状态类似，其中，第一输入控制器和第二输入控制器使第一区段和第二区段同时放线，其中该放线通过差速器绕往复轴线的旋转来抵消。

IX、手术执行器

图7A示出了主/从手术系统中的用于腹腔镜检查的手术执行器的实施方式。手术执行器由两个工作构件710、手术腕部720和执行器壳体730构成。图7B为移除了执行器壳体的手术执行器的图示。

IX-A、手术执行器结构

两个工作构件710可以被设计为用于执行手术操作的现有手术用具的机器人变体，例如图7A和图7B示出的小型机器人钳。每个工作构件由具有单个凹槽和钳半部714的构件滑轮712构成。构件滑轮具有外部面和内部面并且能够绕与内部面和外部面正交的、居中定位的旋转轴线下文中为构件轴线740旋转。构件滑轮可以具有居中定位的构件孔716，该构件孔716与构件轴线同轴，从内部面穿过而至外部面，并且与操作轴线430正交。

每个钳半部714具有大致平坦侧部和圆形侧部，该平坦侧部用于在手术操作中与组织相互作用。大致平坦侧部可以被纹理化，以便在手术操作中更易于与组织相互作用。在另一实施方式中，钳被构造成在手术操作中与针相互作用。每个钳半部714独立地联接至构件滑轮712，使得钳半部与构件滑轮的边缘垂直，并且在构件滑轮712的平面内远离构件轴线740径向延伸。构件滑轮712还联接至钳半部714，使得钳半部也绕构件轴线740旋转。

工作构件710联接成使得构件滑轮的内部面基本上齐平，使得构件孔716和构件轴线740是同轴的。工作构件710还联接成使得每个钳半部的平坦侧部彼此面对并且可以共面。

手术腕部是具有四个凹槽的一组两个腕部滑轮。第一腕部滑轮722的半径可以比第二腕部滑轮724的半径大。腕部滑轮具有前部面和后部面，并且能够绕与前部面和后部面正交的、居中定位的旋转轴线下文中为腕部轴线742旋转。本文中，腕部滑轮的四个凹槽从后侧部到前侧部将依次称为一到四。腕部滑轮720可以具有居中定位的腕部孔726，腕部孔726与腕部轴线742同轴并从腕部滑轮的前部面穿过而至腕部滑轮的后部面。每个腕部滑轮的腕部轴线742彼此平行，与构件轴线740正交并与操作轴线420正交，使得这三种类型的轴线为正交组744。腕部滑轮定位成使得前部面是共面的，其中，第一腕部滑轮722沿操作轴线430比第二腕部滑轮724更靠近线缆轴420的动作端。

执行器壳体730可以为筒形保护金属护套，筒形保护金属护套将腕部滑轮720联接至构件滑轮712，同时允许线缆的560穿过护套的运动。在一些实施方式中，执行器壳体可以包括近端U形夹730b和远端U形夹730c，近端U形夹通过连接销联接至远端U形夹。第一腕部滑轮720和第二腕部滑轮722通过独立的固定螺钉732联接至执行器壳体730，固定螺钉732从壳体的一个侧部沿腕部轴线742穿过腕部滑轮720中的腕部孔726而至壳体的另一侧部。构件滑轮712通过单个固定螺钉734联接至执行器壳体，固定螺钉734从壳体的一个侧部沿同轴的构件轴线740穿过构件滑轮712中的中央构件孔716而至壳体的另一侧部。构件滑轮712还联接至执行器壳体，其中，钳半部714沿操作轴线430朝向线缆轴420的动作端远离执行器壳体延伸。壳体将腕部滑轮720与构件滑轮712联接成使得构件滑轮沿操作轴线430比腕部滑轮更靠近线缆轴720的动作端。执行器壳体730将腕部滑轮720与构件滑轮714联接成保持操作轴线430、构件轴线740和平行的腕部轴线742的正交组，即构件滑轮712的外部面、腕部滑轮720的前部面和操作轴线430是正交组744。

IX-B、手术执行器布线

在壳体内，腕部滑轮720与构件滑轮714还通过两个线缆联接。在一些实施方式中，执行器壳体内的线缆与将输入控制器联接至往复式放缩机构的两个线缆不同，为清楚起见下文中称为第三线缆和第四线缆。为了便于论述，线缆可以被描述为具有进入区段和离开区段，其中，进入区段从线缆轴内的驱动端延伸到线缆轴内的动作端，并且离开区段从线缆轴内的动作端延伸到线缆轴内的驱动端。

下文中，第三线缆的进入区段为第五区段750a，并且第三线缆的离开区段为第六区段750b。根据一种可能的布线方案，在进入区段650a上，线缆至少部分地绕第二腕部滑轮在其第一凹槽中环绕。第五区段650a然后至少部分地绕第一腕部滑轮722的第一凹槽环绕，从而将第一腕部滑轮联接至第二腕部滑轮。进入区段然后至少部分地绕第一构件滑轮712的第一凹槽环绕，从而将第一腕部滑轮联接至构件滑轮。至少部分地绕第一构件滑轮712环绕的进入区段750a使线缆的方向远离动作端反转并且开始离开区段650b。在离开区段650b上，线缆至少部分地绕第一腕部滑轮722的第三凹槽环绕。离开区段650b然后至少部分地绕第二腕部滑轮724的第三凹槽环绕。

类似地，第四线缆的进入区段为第七区段750c，并且第四线缆的离开区段为第八区段750d。继续以上相同的布线方案，进入区段750c至少部分地绕腕部滑轮720在进入路径上的第二凹槽环绕、至少部分地绕第二构件滑轮712环绕从而使方向反转以开始离开区段750d，并且至少部分地绕腕部滑轮的第四凹槽环绕。

在示出的实施方式中，进入线缆至少部分地环绕第二腕部滑轮中的一个半部和第一腕部滑轮中的相反半部。对于本领域技术人员而言明显的是，这些半部可以被反过来。

在示出的实施方式中，第三缆线至少部分地绕腕部滑轮在进入路径上的第一凹槽中和离开路径上的第三凹槽中环绕，而第四缆线至少部分地绕腕部滑轮在进入路径上的第二凹槽中和离开路径上的第四凹槽中环绕。对于本领域技术人员来说明显的是，用于第三线缆和第四线缆的进入路径和离开路径的凹槽可以以不同的方式构造。

图8示出了输入控制器520如何联接至手术执行器440。每个输入控制器520的底层联接至支承支架410上的旋转接头570。每个内部输入控制器和外部输入控制器对(例如520a和520b)通过穿过操作通孔518的线缆联接至手术执行器440，使得外部输入控制器的进入区段第五区段750a经由手术执行器440联接至内部输入控制器的离开第六区段750b。在替代构型中，进入区段和离开区段以及成对的输入控制器是可互换的。IX-C、手术执行器的自由度

在所描述的构型中，手术执行器具有三个可控自由度：图9A至图9D中示出的第一偏转角910、第二偏转角920和俯仰角930。

如图9A和图9B中示出的，第一自由度为第一钳半部714的运动，因为第一构件滑轮712绕构件轴线740即偏转轴线旋转912，使钳半部714在第一构件滑轮的平面内移动，使得钳半部与操作轴线430产生第一偏转角910。

类似地，第二自由度为第二钳半部714的运动，因为第二构件滑轮712绕构件轴线710即偏转轴线旋转，使第二钳半部在第二构件滑轮的平面内移动，使得钳半部与操作轴线430产生第二偏转角920。

如图9C和图9D中示出的，第三自由度为工作构件的运动，因为第一腕部滑轮绕第一腕部轴线742即俯仰轴线旋转922，使工作构件在第一腕部滑轮722的平面内移动，使得工作构件与操作轴线430产生第一偏转角920。

在所描述的实施方式中，第一偏转角和第二偏转角是共面的，并且俯仰角的平面与偏转角的平面正交。在其他实施方式中，第一偏转角、第二偏转角和俯仰角可以具有与操作轴线不同的取向。在又一其他实施方式中，第一偏转角和第二偏转角可以不共面。

手术执行器还可以以两个其他自由度移动：旋转角和平移距离。旋转角通过IDM和MCI绕操作轴线的旋转来产生。平移距离通过机械臂的运动来产生，使得线缆轴沿操作轴线平移。

IX、手术执行器的运动

绕该系统中的这三个自由度的运动通过构件滑轮714和腕部滑轮720绕其相应轴线的旋转来产生。滑轮绕其轴线的旋转由输入控制器使线缆绕线或放线以对线缆的长度进行控制而引起。

图9A至图9D还展示了用于通过对线缆的长度进行控制而引起手术执行器绕三个可控自由度运动的方法。在该实施方式中，每个输入控制器联接至手术执行器中的第三线缆的输入区段或输出区段或者手术执行器中的第四线缆的输入区段或输出区段。第一控制器对的第一输入控制器对第五区段750a的长度进行控制；第一控制器对的第二输入控制器对第六区段750b的长度进行控制；第二控制器对的第一输入控制器对第七区段750c的长度进行控制；并且，第二控制器对的第二输入控制器对第八区段750d的长度进行控制。

图9A示出了处于示例性“中立”状态——即第一偏转角910、第二偏转角920和俯仰角930没有相对于操作轴线430偏移，其中，线缆区段的长度未被改变——的手术执行器。第一偏转角910通过对第四线缆的长度进行控制来操纵，使得第七区段的长度增加920而第八区段的长度减小922。该构型导致了第四线缆的移动，其又导致第一构件滑轮绕偏转轴线740旋转，使得半部钳714与操作轴线430之间的第一偏转角度910增大。在往复构型中，第一偏转角910可以通过使第七区段的长度减小并使第八区段的长度增加来减小。在两种构型中，保持了手术线缆的总长度。

类似地，第二偏转角通过对第三线缆的长度进行控制来操纵，使得第五区段750a的长度增加而第六区段750b的长度减小。该构型导致了第四线缆的移动，其又导致第二构件滑轮绕偏转轴线740旋转，使得半部钳与操作轴线430之间的第二偏转角度920增大。在往复构型中，第三线缆移动使得偏转角可以通过使第八区段的长度增加并使第七区段的长度减小来减小。另外，钳半部绕偏转轴线的运动可以在构件滑轮的平面中沿远离操作轴线的任一方向进行。在两种构型中，保持了手术线缆的总长度。

在一些实施方式中，对线缆的区段长度的操纵产生了其他“自由度”，比如握力。在这些实施方式中，关于第一自由度和第二自由度的运动可以彼此限制，即由于其他钳半部的位置和偏转角920，一个钳半部不能改变其偏转角910。这可能是例如由于物体保持在钳半部之间而产生的。当第一自由度和第二自由度彼此限制时在系统中测量的电负载量提供了对握力的测量。

图9C示出了处于中立状态——即第一偏转角910、第二偏转角920和俯仰角930没有相对于操作轴线430偏移，其中，线缆区段没有被输入控制器操纵——的手术执行器。俯仰角930通过对第三线缆和第四线缆的长度进行控制来操纵。第五区段和第六区段的长度增加924，而第七区段和第八区段的长度减小926，导致第一腕部滑轮绕俯仰轴线旋转914。该构型导致第三线缆和第四线缆的移动，这增大了第一腕部滑轮722的平面中的、工作构件710与操作轴线430之间的俯仰角。执行器绕俯仰角的旋转补偿了区段的长度的增加和减小，使得第一线缆和第二线缆为长度守恒的。在往复构型中，俯仰角可以通过使第五区段和第六区段的长度减小而使第七区段和第八区段的长度增加来减小。在所有构型中，手术线缆的长度守恒。另外，工作构件绕俯仰轴线的运动可以在腕部滑轮的平面中沿远离操作轴线的任一方向进行。

以上描述是对自由度进行控制的构型，其中每个运动是异步的且是独立控制的，例如首先打开一个钳半部并且然后使腕部俯仰等。然而，在大多数机器人手术操作中，自由度是同时改变的，例如，使钳打开而同时使其取向在手术部位处旋转。本领域技术人员将注意到，关于三个可控自由度的同时运动是通过用于使输入控制器绕线和放线以对四个线缆和区段长度进行控制的更复杂的控制方案来实现的。

在一个实施方式中，该控制方案是在主设备的控制基座上运行的计算机程序，其被配置成将用户的运动解析成手术执行器在手术部位处的对应动作。计算机程序可以配置成对使输入控制器旋转以计算线缆区段的长度和/或运动所需的电负载进行测量。计算机程序还可以配置成通过使改变线缆区段的长度所需的输入控制器的旋转量增加/减少来补偿线缆弹性的变化(例如，在线缆为聚合物的情况下)。张力可以通过使所有输入控制器的旋转协调地增加或减少来调节。张力可以通过同时增加旋转来增加，并且张力可以通过同时减少旋转来减小。计算机程序还可以被配置成保持线缆中的最小张力水平。如果线缆中的任何线缆中的张力被感测到下降到低于下限最小张力阈值，则计算机程序可以使所有输入控制器的旋转协调地增加，直到所有线缆中的线缆张力高于下限最小张力阈值为止。如果所有线缆中的张力被感测到上升到超过上限最小张力阈值，则计算机程序可以使所有输入控制器的旋转协调地减少，直到线缆中的任何线缆中的张力低于上限最小张力阈值为止。计算机程序还可以被配置成：特别是在工作构件保持在物体上或被压在一起的情况下，基于致动联接至线缆区段的输入控制器的马达的负载来识别操作者的握力。更一般地，计算机程序还可以被配置成经由机械臂和IDM对手术器械的平移和旋转进行进一步控制。X、往复运动

往复式放缩机构构造成以往复的方式模拟手术执行器的运动。图10A至图10C示出了手术器械中的往复运动的示例。

图10A示出了处于中立状态的从设备腹腔镜的示例性布线。第一输入控制器对的外部输入控制器520a和内部输入控制器520b通过第一线缆和第三线缆联接，并且对线缆区段的绕线和放线进行控制。第一线缆经由第一线缆区段660a和第二线缆区段660b将输入控制器对联接在往复式放缩机构540内。第三线缆经由第五区段750a和第六区段750b将输入控制器对联接在手术执行器440内。第一线缆区段和第二线缆区段的长度通过使外部输入控制器520a和内部输入控制器520b分别绕其绕线轴线524旋转来控制。该旋转以往复的方式分别使第五线缆区段和第六线缆区段的长度同时改变，例如，使第一区段750的长度增加使得第五区段662的长度减小，从而使输入控制器之间的总线缆长度守恒。

第二输入控制器对的内部输入控制器和外部输入控制器通过第二线缆和第四线缆联接，并且对线缆区段的绕线和放线进行控制。第一输入控制器对的内部输入控制器520c和外部输入控制器520d通过第二线缆和第四线缆联接，并且对区段长度进行控制。第二线缆经由第三线缆区段660c和第四线缆区段660d将输入控制器对联接在往复式放缩机构540内。第四线缆经由第七区段750c和第八区段750d将输入控制器对联接在手术执行器440内。第三线缆区段和第四线缆区段的长度通过使内部输入控制器520c和外部输入控制器520d分别绕其绕线轴线524旋转来控制。该旋转以往复的方式分别使第七线缆区段和第八线缆区段的长度同时改变，例如，使第三区段的长度增加使得第七区段的长度减小。

图10B示出了第一实施方式，其中，手术执行器440的第一偏转角910被增大。偏转角通过使第一输入控制器对520a和520b绕线和放线来控制，使得第五区段的长度减小1000而第六区段的长度增加1002。由于偏转角增大，第一区段的长度增加1004而第二区段的长度减小1006，使得在约束放缩机构内，构件滑轮绕拉伸轴线旋转。在该构型中，第三线缆的总长度保持在往复式放缩机构540中，并且第一线缆的长度保持在手术执行器和线缆轴中。第二偏转角可以通过类似地使第二对输入控制器绕线来操纵以对第三线缆和第四线缆的区段的长度进行操纵。任一偏转角可以通过用输入控制器以相反的方式对区段长度进行操纵来减小。

图10C示出了其中手术执行器440的俯仰角930被增大的实施方式。手术执行器的俯仰角通过下述方式来控制：使第一线缆放线，使得第五区段的长度1010和第六区段的长度1012试图增加，同时使第二线缆绕线，使得第七区段的长度1020和第八区段的长度1022试图减小。手术执行器中的俯仰角的改变补偿了线缆的绕线和放线，使得第一线缆和第二线缆是长度守恒的。由于俯仰角930增大，第一区段的长度1014和第二区段的长度1016增加，而第三区段的长度1024和第四区段的长度1026减小，使得在约束放缩机构内，腕部滑轮和电枢绕往复轴线1030旋转。在该构型中，如前所述，第三线缆的总长度保持在往复式放缩机构中。俯仰角可以通过用输入控制器以相反的方式对线缆的区段长度进行操纵来减小。

XI、拆卸模式

当在手术部位处执行手术操作时，往复式放缩机构和输入控制器以附接模式进行操作，并且输入控制器对手术执行器的自由度进行操纵。

输入控制器和往复式放缩机构还可以以拆卸模式进行操作，在拆卸模式中，输入控制器构造成将线缆的长度保持在约束放缩机构中。这在将手术器械附接IDM和机械臂或从IDM和机械臂拆卸时是有用的。为了将手术器械从IDM和机械臂移除，可以对线缆进行操纵以实现特定长度，该特定长度将在手术器械的使用之间的一段时间内被保持。

在另一实施方式中，第一线缆至第四线缆的长度在拆卸模式期间被控制以经由不用于输入控制器的机构的致动来实现期望的结果；例如，该机构可以为开关、按钮、杠杆、销或类似物。在一些实施方式中，替代机构的致动可以从执行器释放任何保持物体；使线缆位置朝向中立位置移动；或者，将执行器移动到中立位置以用于移除等。

XII、替代性实施方式

在与图6类似地构造的、附接模式操作的替代性实施方式中，约束放缩机构可以绕往复轴线物理地旋转，使得可以对手术执行器的一个自由度进行操纵。所操纵的自由度取决于输入控制器对如何被联接。

图11示出了具有标记为750a至750d的第五线缆区段至第八线缆区段的手术执行器。输入控制器通过差速器和手术执行器联接成两对。对于四个线缆区段，存在用于手术执行器中的两个线缆的三种不同的配对可能性：(1)第五区段和第六区段配对第一输入控制器对，并且第七区段和第八区段配对第二输入控制器对，(2)第五区段和第七区段配对第一输入控制器对，并且第六区段和第八区段配对第二输入控制器对，以及(3)第五区段和第八区段配对第一输入控制器对，并且第六区段和第七区段配对第二输入控制器对。

手术器械构造成使得往复式放缩机构的旋转使与一个输入控制器对配对线缆区段绕线及放线，从而同时使另一输入控制器对往复地放线及绕线。利用该构型，往复式放缩机构的旋转根据输入控制器配对产生了手术执行器的三种不同的运动：第一种可能的配对导致对俯仰角的操纵，第二种可能的配对导致在相同方向上对两个偏转角进行同时操纵，并且第三种可能的配对导致在相反方向上对两个偏转角进行同时操纵。

这些配对组合可以结合到用具中，以用于手术器械在特定情况下例如紧急释放、动力故障等情况下的潜在机械超控。例如，第三配对允许紧急命令以使手术执行器自动释放被保持的物体，从而允许在紧急情况下手术器械的更快速的移除。

XIII、其他注意事项

在阅读本公开内容时，本领域技术人员将通过本文中所公开的原理理解其他替代性的结构和功能设计。因此，虽然已经示出并描述了特定实施方式和应用，但是应当理解的是，所公开的实施方式不限于本文中所公开的具体构造和部件。对本领域技术人员而言将明显的是，在不脱离所附权利要求中限定的精神和范围的情况下，可以对本文中所公开的方法和装置的布置、操作和细节进行各种修改、改变和变化。

如本文中所使用的，对“一个实施方式”或“实施方式”的任何引用意味着结合该实施方式所描述的特定元件、特征、结构或特性被包括在至少一个实施方式中。在说明书中的各处中出现的短语“在一个实施方式中”不一定全都指代同一实施方式。

可以使用表述“联接”和“连接”连同其派生词一起对一些实施方式进行描述。例如，可以使用用以指示两个或更多个元件直接物理或电接触的术语“联接”来对一些实施方式进行描述。然而，术语“联接”还可以指两个或更多个元件彼此不直接接触，但仍然彼此协作或相互作用。除非另外明确说明，否则实施方式在该上下文中并不受限制。

如本文中所使用的，术语“包括”、“包括有”、“包含”、“包含有”、“有”、“具有”或其任何其他的变型意在涵盖非排他性的包含。例如，包括一列元件的过程、方法、物品或装置不一定仅限于那些元件，而是可以包括未明确列出或者对于这种过程、方法、物品或装置固有的其他元件。此外，除非明确说明是相反的，否则“或”是指包含性的或，而不是排他性的或。例如，条件A或B由以下中的任一者满足：A为真(或存在)且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)且B为真(或存在)，以及A和B均为真(或存在)。

另外，“一”或“一个”的使用被用于对本文中的实施方式的元件和部件进行描述。这仅是为了方便并且给出本发明的一般意义。除非另外有明显的含义，否则该描述应当被理解为包括一个或至少一个，并且单数也包括复数。

Claims (20)

1.一种手术器械，包括：

手术执行器，所述手术执行器具有N个自由度，所述手术执行器用于在手术部位处操纵物体；

N+1个可独立操作的输入控制器，所述输入控制器构造成对所述手术执行器进行控制；

放缩机构，所述放缩机构包括至少一个差速器；以及

多个线缆，所述多个线缆构造成使得所述输入控制器的致动操纵所述线缆，所述线缆还构造成使得：

至少一个线缆将至少一个输入控制器联接至所述手术执行器，使得通过所述至少一个输入控制器进行的对所述至少一个线缆的操纵使所述手术执行器移动；

至少一个线缆将所述放缩机构联接至所述输入控制器中的至少一个输入控制器，使得通过所述至少一个输入控制器进行的对所述至少一个线缆的操纵使所述放缩机构移动。

2.根据权利要求1所述的手术器械，其中，所述N个自由度包括俯仰和偏转中的至少一者与抓握的组合。

3.根据权利要求1或2所述的手术器械，其中，所述输入控制器还构造成使得所述输入控制器的致动使所述输入控制器绕旋转轴线旋转，所述输入控制器的旋转使所述线缆绕所述输入控制器绕线或放线。

4.根据权利要求3所述的手术器械，其中，所述输入控制器的致动导致所述手术执行器的运动并在所述放缩机构中产生往复运动。

5.根据权利要求3所述的手术器械，其中，所述放缩机构还构造成使得所述线缆的运动产生所述放缩机构的反向运动。

6.根据权利要求1或2所述的手术器械，其中，所述输入控制器的致动没有改变所述线缆的长度。

7.根据权利要求1或2所述的手术器械，还包括线缆轴，所述线缆轴将所述手术执行器与所述N+1个输入控制器沿操作轴线分开。

8.根据权利要求7所述的手术器械，还包括用于安装所述输入控制器、所述放缩机构和所述线缆轴的支承支架。

9.根据权利要求8所述的手术器械，还包括操纵器，其中，所述操纵器包括用于对所述N+1个输入控制器进行控制的N+1个马达。

10.根据权利要求9所述的手术器械，其中，所述放缩机构构造成在所述支承支架没有附接至所述操纵器时保持所述线缆的状态。

11.根据权利要求9或10所述的手术器械，其中，所述支承支架能够以可移除的方式附接至所述操纵器。

12.一种手术腕部，所述手术腕部以N个自由度移动，其中，N+1个手术线缆中的至少一个手术线缆联接至N+1个可独立操作的输入控制器、放缩机构和所述手术腕部中的每一者，所述输入控制器构造成对所述手术腕部在被致动时的运动进行控制，使得发生所述放缩机构的反向运动以使所述手术线缆的长度守恒。

13.根据权利要求12所述的手术腕部，其中，所述N个自由度包括俯仰和偏转中的至少一者与抓握的组合。

14.根据权利要求12或13所述的手术腕部，其中，所述输入控制器的致动使所述输入控制器绕旋转轴线旋转，所述输入控制器的旋转使所述手术线缆绕所述输入控制器绕线或放线。

15.根据权利要求14所述的手术腕部，其中，使所述手术线缆绕所述输入控制器绕线或放线产生所述手术腕部的运动。

16.根据权利要求12或13所述的手术腕部，其中，所述放缩机构还包括至少一个差速器，所述差速器构造成绕操作轴线旋转以保持手术线缆的长度。

17.根据权利要求12或13所述的手术腕部，还包括用于安装所述输入控制器和所述手术腕部的支承支架。

18.根据权利要求17所述的手术腕部，还包括操纵器，其中，所述操纵器包括用于对所述N+1个输入控制器进行控制的N+1个马达，所述操纵器能够以可移除的方式附接至所述支承支架。

19.根据权利要求18所述的手术腕部，其中，所述放缩机构联接至所述手术线缆中的至少一个手术线缆和所述输入控制器中的至少一个输入控制器，所述放缩机构构造成在所述手术腕部没有附接至所述操纵器时保持所述手术线缆的恒定长度。

20.一种长度守恒的手术腕部，所述腕部以N个自由度移动，所述手术腕部通过N+1个手术线缆联接至N+1个可独立操作的输入控制器，所述输入控制器构造成对所述手术腕部在被致动时的运动进行控制。

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