CN109688960A - 多线缆医疗器械 - Google Patents

Abstract

一种医疗器械包括分别围绕输入主轴缠绕并连接以致动器械轴结构的自由度的线缆对。这些线缆可以被连接以使得旋转输入主轴将致动相应的自由度。器械中的第一滑轮可以接收来自输入主轴的第一线缆并使第一线缆朝向器械轴重新定向，并且第二滑轮可以接收来自输入主轴的第二线缆并使第二线缆朝向器械轴重新定向。在一种配置中，第一和第二滑轮分别安装在第一和第二水平面上，并且第二滑轮使第二线缆重新定向为通过第一水平面。附加地或替代地，一个水平面的线缆可以交叉，而另一水平面的线缆不交叉。

Description

多线缆医疗器械

相关申请

本专利申请要求2016年7月14日提交的题为“MULTI-CABLE MEDICAL INSTRUMENT”的美国临时专利申请第62/362,431号的优先权和申请日权益，该临时专利申请通过引用以其整体并入本文。

背景技术

诸如用于微创医疗程序的机器人控制的器械通常在延伸的器械杆的远端处使用工具或末端执行器或其他操纵元件。(如本文所用，术语“机器人”或“自动地”等包括遥控操作或遥控机器人方面。)器械轴和远侧工具一般具有小直径，通常小于1厘米，以最小化插入器械所需的切口或自然孔口的大小。因此，远侧工具通常经由在远侧工具和传动装置(有时被称为器械的后端机构)之间延伸的细驱动构件(例如，肌腱或杆)远程操作或致动。可更换器械的后端机构一般被配置成可移除地耦接到机器人的对接端口中的致动器(例如，马达组)。然后，机器人可以控制致动器并通过后端机构将力施加到驱动构件并且通过驱动构件将力施加到器械的远侧工具。

具有多个运动自由度的医疗器械通常需要许多驱动构件，并且适应从机器人的对接端口的布局到器械轴中的驱动构件的布局的过渡的后端机构可能是复杂且难以组装的。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种医疗器械可以提供致动线缆的有效布线和用于复杂医疗器械的相对简单的组装过程。

一种具体实施方式提供一种医疗器械，其包括底架、安装在底架中的输入主轴、围绕输入主轴缠绕的上部线缆和下部线缆，以及从底架延伸并包括提供多个运动自由度的机械结构的器械轴。上部线缆和下部线缆可以连接到机械结构，使得输入主轴的旋转致动相应的自由度。下滑轮可以安装在第一水平面处，以接收来自输入主轴的下部线缆，并使下部线缆朝向器械轴重新定向。上滑轮可以安装在第二水平面处，以接收来自输入主轴的上部线缆，并使上部线缆通过第一水平面并朝向器械轴重新定向。

另一具体实施方式是一种用于组装医疗器械的方法。该方法可以包括：将下滑轮安装在医疗器械的底架的第一部件上；从医疗器械的器械轴经过下滑轮供应下部线缆；将底架的第二部件附接到第一部件，使得下部线缆的至少一些部分位于下滑轮和第二部件之间；将上滑轮安装就位以使得第二部件位于上滑轮和下滑轮之间；以及从器械轴经过上滑轮供应上部线缆。

又一个具体实施方式是一种医疗器械，其包括输入主轴、分别围绕输入主轴缠绕的下部线缆、分别围绕输入主轴缠绕的上部线缆，以及从输入主轴安装于其中的底架延伸的器械轴。器械轴上的机械结构具有多个运动自由度，并且上部线缆和下部线缆连接到该结构，使得输入主轴的旋转分别致动自由度。下部线缆或上部线缆可以在输入主轴和器械轴之间延伸而不交叉，并且其他上部线缆或下部线缆的路径在输入主轴和器械轴之间交叉。在一组线缆中的交叉可以允许围绕相同输入主轴缠绕的上部线缆和下部线缆被更有效地朝向器械轴的中心轴线的相对侧上的位置定向，这可以提高机械结构的致动的机械效率。

附图说明

图1示出了采用可移除器械的医疗系统的实施方式。

图2A和图2B示出了医疗器械的示例实施方式的侧视图和俯视图。

图3示出了医疗器械的后端机构的示例实施方式中的线缆布线。

图4是示出相对于医疗器械的后端机构的示例实施方式中的底架和其他结构的线缆布线的横截面图。

图5是包括具有多件式底架的后端机构的医疗器械的实施方式的展开图。

图6A、图6B和图6C示出了在用于后端机构的组装过程中产生的滑轮结构，该后端机构在医疗器械的器械杆和一组输入主轴之间引导线缆，这些线缆围绕该组输入主轴缠绕。

图6D示出了后端机构的示例性实施方式的一部分的横截面，并且示出了底架的多个部件可以如何靠近滑轮配合以防止线缆脱轨。

附图示出了用于解释目的的示例，而不是本发明本身。在不同附图中使用相同的附图标记来指示相似或相同的项目。

具体实施方式

机器人控制的医疗器械的后端机构将线缆从多个输入主轴引导至器械的器械轴，并采用允许使用少量组件(component)进行简单组装的布线。器械中的线缆和相关联的滑轮可以特别地按照相对于器械轴的水平面或高度来分组，并且下部线缆可以配合在安装于下部底架部件中的滑轮，然后下一个较高的底架部件和用于上部线缆的滑轮被附接到下部底架部件。两级系统在自对抗系统中特别有效，其中每个输入主轴具有一对两条相关联的线缆，这两条线缆沿相反的方向在不同的高度处围绕输入主轴缠绕，使得随着主轴旋转，一条线缆沿一个方向缠入(pay in)并且另一条线缆沿相反方向松开(pay out)。线缆布线为医疗器械的后端的其他组件留出空间，例如，以允许控制或致动将后端机构附接到机器人的器械轴辊、夹持驱动器、电连接器和闩锁机构。线缆布线还可以对在器械轴中相对配对的线缆进行定位，使得成对的线缆可以有效地致动器械的自由度的相反运动方向。

图1示出了使用可更换医疗器械110的医疗系统100的示例。系统100(例如可以是由直观外科手术公司商售的da手术系统)可以特别采用多个手术器械110，每个手术器械110可移除地安装在机器人140的操纵器臂130上的对接端口120中。包括用于器械110的帷帘和适配器的无菌屏障(未示出)可以在器械110和机器人140之间，使得包括操纵器臂130和对接端口120的机器人140在用于患者的无菌环境之外。因此，在医疗程序之间可能不需要对机器人140进行消毒。相反，可以在无菌环境中使用并可以接触患者的器械110是紧凑的和可移除的，使得可以在使用系统100执行的医疗程序之间对器械110进行消毒或更换。

器械110可以在结构和目的上变化，但仍然可以是可互换的，使得安装在机器人140的对接端口120中的器械110可以在医疗程序期间被选择用于特定的医疗程序或者被改变以提供所需的临床功能。每个器械110通常包括末端执行器或远侧工具112、器械轴114和后端机构116。远侧工具112可以具有不同的设计以实现许多不同的功能。例如，用于不同器械110的远侧工具112可以具有许多不同的形状或尺寸，并且可以包括钳子、抓紧器，手术刀，剪刀，烧灼工具或针驱动器，仅例举几个可能性，并且具有不同远侧工具112的器械110可以被安装在机器人140的不同臂130上并且可以在同一工作部位协同工作。内窥镜摄像机(例如，立体摄像机)也可以被安装在臂上，以提供器械110的远侧工具112可在其中操作的工作部位的视觉信息，尤其是图像。

对接端口120可以包括提供用于致动器械110中的机械结构的机械动力的致动器(例如，驱动马达)，将致动器连接到器械110的输入端的驱动耦接器，以及用于在器械110和医疗系统100的其余部分之间建立和维持无菌屏障的系统。对接端口120可以另外包括电接口，以便向器械110提供电力或用于与器械110通信，例如识别对接端口120中的器械110的类型，访问器械110的参数，或者从器械110中的传感器接收信息。例如，电接口可以向机器人140传送测量结果，诸如器械110的远侧工具112和器械轴114的位置、取向或姿势的测量结果。可连接到机器人140或作为其一部分并连接到用户接口设备(未示出)的计算机系统可以从器械110接收测量结果并从外科医生或其他医务人员接收用户命令，并且可以执行软件，该软件根据需要控制臂130和对接端口120中的驱动马达，以根据用户命令操作器械110。

图2A和图2B示出了医疗器械110的示例实施方式。图2A具体示出了在器械杆114的远端处具有工具112的实施方式的透视图并且示出了从后端机构116延伸的器械轴114。在所示的实施方式中，远侧工具112和器械轴114相对于后端机构116具有六个运动自由度。特别地，六个自由度对应于：工具112的远侧部分围绕与第一关节机构211(也被称为“第一关节211”)相关联的两个相应垂直轴线201和202的俯仰和偏航旋转；钳口213相对于与第二关节机构212(也被称为“第二关节212”；关节211、212有时被称为“腕”)相关联的两个相应垂直轴线203和204的俯仰和偏航旋转或运动；用于“抓握”致动的钳口213的打开或关闭运动205；器械轴114围绕其中心长度轴线206的“滚动”旋转。其他器械可能具有更多、更少或不同的运动自由度。

后端机构116如图2B所示具有六个输入主轴221至226，其具有接合特征件，所述接合特征件被成形和定位成接合机器人的对接端口中的致动器，例如驱动马达。通常，每个输入主轴221至226可以被耦接以便致动器械的不同运动自由度，使得机器人可以识别并使用正确的一个或多个致动器来旋转运用期望的运动自由度的一个或多个主轴。为输入主轴221至226分配相应的自由度必须是机器人已知的，但是可以以其他方式通过任意标准或惯例来定义。在示例性实施方式中，输入主轴226可以耦接到滚动机构，该滚动机构连接到器械轴114的近端，以便在输入主轴226旋转时使器械轴114围绕其长度轴线206旋转。输入主轴221至225可以耦接到驱动构件(未示出)，诸如通过器械轴114延伸到远侧工具112的线缆或杆，使得机器人中的致动器可以旋转输入主轴221至225以控制包括关节211和212和钳口213的远侧机构。更具体地，在示例性实施方式中，输入主轴221的旋转可以控制工具112的远侧部分围绕轴线201的旋转或致动。输入主轴222的旋转可以控制围绕轴线202的旋转。输入主轴223的旋转可以控制围绕轴线203的旋转以用于钳口213的偏航致动，并且输入主轴224的旋转可以控制围绕轴线204的旋转以用于钳口213的俯仰致动。在一些实施方式中，输入主轴221至226的旋转可以对应于与结构围绕轴线的简单旋转不同或比其更复杂的运动。例如，输入主轴225可以通过推拉杆耦接到钳口213以便致动用钳口213进行的夹持。而且，在特定实施方式中，工具112中的机构可以将关节212的近侧部分耦接到关节211的远侧部分以用于平行四边形运动，而关节212的远侧部分可以独立地移动。

图3示出了图2A和图2B的后端机构116的实施方式中的所选元件，并且特别示出了穿过器械轴114并连接到关节211和212的线缆在后端机构116中的布线。术语“线缆”在本文中以广义使用以包括任何类似肌腱的结构。特别地，医疗器械中的一段线缆可以包括不同材料或不同特征的节段。线缆可以包括例如需要线缆中的柔性的绞合节段(例如，线缆围绕主轴、绞盘或滑轮缠绕的地方)并且可以包括更刚性的节段(例如，管或杆)以限制拉伸需要线缆的较少弯曲的地方。图3未示出后端机构116的元件，其可用于致动与器械轴114的旋转相关的自由度或用于钳口213的打开和闭合。共同提交的题为“GEARED ROLL DRIVE FORMEDICAL INSTRUMENT”的美国专利申请第62/362,340号(2016年7月14日提交)和题为“GEARED GRIP ACTUATION FOR MEDICAL INSTRUMENTS”的美国专利申请第62/362,365号(2016年7月14日提交)公开了这种机构的特定实施方式的各个方面，并且其全部内容通过引用合并于此。

如上所述，输入主轴221、222、223和224用于致动与相应轴线201、202、203和204相关联的自由度，并且每个输入主轴221、222、223和224包括一对驱动线缆缠绕在其上的一对绞盘。例如，如图3所示，上绞盘231A和下绞盘231B可以被固定在输入主轴221的轮轴上，使得两个绞盘231A和231B随着输入主轴221的旋转而旋转。(这里使用术语“上”和“下”来区分水平面，并且可以仅在器械轴114如图3所示指向大致向下的方向时从字面上适用。)线缆241A围绕绞盘231A沿一个方向(例如，顺时针或逆时针)缠绕，并且线缆241B围绕绞盘231B沿相反方向(例如，逆时针或顺时针)缠绕。线缆241A从上绞盘231A延伸到上滑轮251，上滑轮251朝向器械轴114引导线缆241A。类似地，线缆241B从下绞盘231B延伸到下滑轮261，下滑轮261朝向器械轴114引导线缆241B。线缆241A和241B从相应的滑轮251和261延伸穿过引导件280到器械轴114中，并穿过器械轴114连接到被致动的关节机构211，使得拉动线缆241A或242B将使机构211的远侧部分(以及工具112的远侧部分)围绕轴线201旋转。滑轮251和261的位置以及引导件280的形状可以将线缆241A和241B定位在器械轴114的中心或长度轴线206的相对侧上，这可以允许线缆241A有效地驱动机构211围绕轴线201在一个方向或某种程度上的运动，并且还允许线缆241B有效地驱动机构211围绕轴线201在相反方向或某种程度上的运动。

每个输入主轴222、223或224类似地包括穿过一对绞盘232A和232B、233A和233B或234A和234B的轮轴，一对线缆242A和242B、243A和243B或244A和244B围绕所述绞盘在相反的方向上缠绕，并且线缆242A、242B、243A、243B、244A和244B经过相应的滑轮252、262、253、263、254和264并穿过引导件280和器械轴114。在示例性实施方式中，线缆242A和242B连接到关节机构211，并且线缆243A、243B、244A和244B连接到关节机构212。

如上所述的每对线缆242A和242B、243A和243B以及244A和244B包括围绕输入主轴221、222、223或224在一个方向上(例如，顺时针)缠绕的一个线缆以及围绕输入主轴221、222、223或224在另一方向上(例如，逆时针)缠绕的另一线缆，使得输入主轴221、222、223或224的旋转拉动一个线缆，同时松开另一线缆。因此，器械110可以采用自对抗致动，其中每对线缆241A和241B、242A和242B、243A和243B或244A和244B控制器械的相应运动自由度，例如围绕轴线201、202、203或204的旋转。在一些实施例中可以使用非对抗性线缆致动(例如，每个主轴一根线缆)。

在所示系统中，机构211和212是腕部或关节，每个腕部或关节提供两个运动自由度。许多其他机构可以提供一个或更多个运动自由度，并且可以连接成使得一对或更多对线缆可以分别致动一个或更多个自由度。例如，被致动的机构可以包括具有可绕枢轴旋转的连杆的机械联动装置，并且一对线缆可以被连接以使连杆相对于枢轴沿相反方向旋转。可替代地，被致动的机构可以是能够沿相反方向被移动/致动的任何结构，例如联动装置、滑动件或挠性件。对于每对线缆，拉动一根线缆可以在一个方向或某种程度上驱动相应自由度的致动，并且拉动该对线缆中的另一线缆可以在相反方向或某种程度上驱动相应自由度的致动。

线缆241A、242A、243A和244A的布线采用上滑轮251、252、253和254接收来自上绞盘231A、232A、233A和234A的线缆241A、242A、243A和244A，并采用下滑轮261、262、263和264接收来自相应的下绞盘231B、232B、233B和234B的线缆241B、242B、243B和244B。上滑轮251、252、253和254可以全部定位在大约相同的共同高度处，而下滑轮261、262、263和264可以全部定位在与上滑轮251、252、253和254的共同高度不同的另一共同高度处。这允许滑轮被捕获在堆叠的块体或底架部件中，如下面进一步描述的。

上滑轮251、252、253和254以及下滑轮261、262、263和264的布置也可以通过将滑轮配对以在共用轮轴上独立自旋而被简化。使用共用轮轴的滑轮可以允许更快的组装，因为可以通过附接单个轮轴将多个滑轮添加到结构中。在图3的实施方式中，输入主轴221、222、223和224被布置成矩形阵列，例如，以行和列布置，并且从同一行中的输入主轴到器械轴114上方的位置的线缆路径大致平行。因此，引导从输入主轴221和223以相同的高度和基本相同的方向延伸的线缆241A和243A的滑轮251和253可以被安装在公共轮轴271上。类似地，引导从输入主轴222和224以基本相同的高度和方向出现的线缆242A和244A的上滑轮252和254可以被安装在共用轮轴272上。引导从输入主轴222和224以大致相同的高度和方向出现的线缆242B和244B的下滑轮262和264可以被安装在另一共用轮轴(图3中不可见)上，并且引导从输入主轴222和224以基本相同的路径和方向出现的线缆241B和243B的下滑轮261和263可以被安装在另一共用轮轴274上。

滑轮轮轴271至274也可以根据来自输入主轴221至224的线缆的离开方向并且相对于器械轴114的中心轴线206成角度。例如，轮轴271可以绕第一轴线(例如，平行于输入主轴221至224的轮轴的轴线)转动，以使来自输入主轴221和223的线缆241A和243A在滑轮251和253处的偏角(fleet angle)最小化。轮轴271可以绕第二轴线(例如，大致平行于滑轮251和253与绞盘231A和233A之间的线缆241A和243A的部分的轴线)转动，使得线缆241A和243A在滑轮251和253与引导件280之间的部分朝向引导件280和器械轴114会聚。轮轴271至274的倾斜/成角度(angling)可以减小用于线缆从上滑轮和下滑轮进入和离开的平均偏角，从而减小摩擦和磨损。

轮轴271至274可以进一步相对于输入主轴221至224和器械轴114定位，以最小化横跨滑轮上的滑动表面的包角(wrap angle)。可以根据离开引导件280的期望线缆路径进一步细化滑轮的位置。特别地，穿过引导件280的任何线缆的重新定向应该仅引起导引件280的弹性表面(例如，金属部分)上的摩擦而不导致导引件280的较软表面(例如，塑料部分)上的摩擦。横跨引导件280的包角也应该很小，使得任何线缆对引导件280的摩擦和锯切作用都很小。线缆路径应该进一步被相对定向(direct)，使得绞合线缆的长度不会对相应的输入主轴和致动机构之间的传动系的整体刚度产生负面影响。通常，线缆的绞合节段比在一些实施例中使用的刚性海波管节段更容易拉伸。

输入主轴221至224之间的间隔可以显著大于需要将线缆定向于其中的器械轴114的直径。因此，线缆的路径需要在输入主轴221至225与器械轴114之间会聚。线缆也不应相互摩擦或与后端机构116中的任何其他结构摩擦。为了避免线缆干扰，对所示实施方式中的线缆241A、241B、242A、242B、243A、243B、244A和244B围绕输入主轴的缠绕方向进行选择，使得处于一个水平面的线缆(例如，下部线缆241B，242B、243B和244B)从输入主轴221至224的阵列内部出现，并且处于其他水平面的线缆(例如，上部线缆241A、242A、243A和244A)从输入主轴的阵列的外边缘出现。从输入主轴阵列的区域内部出现的下部线缆241B、242B、243B和244B可以以相对小的角度朝向器械轴114直接会聚，而不会彼此干扰或者与其他结构(诸如，输入主轴223或224)摩擦。从输入主轴221至224的外边缘出现的上部线缆241A、242A、243A和244A具有交叉路径，这增加了会聚角度。特别地，从输入主轴221和223出现的上部线缆241A和243A跨过从输入主轴222和224出现的上部线缆242A和244A。对于交叉模式，与上滑轮252和254处于同一水平组内的上滑轮251和253虽然具有大致共同的高度，但可以在高度上交错(例如，使得线缆241A和243A可以跨过线缆242A和244A而没有摩擦)。由交叉模式提供的较大会聚角允许线缆241A和242A从输入主轴221和222的外边缘穿过输入主轴223和224之间的间隙。相比于滑轮261和263远离滑轮262和264的情况，交叉模式还允许接收线缆241A和243A的滑轮251和253更远离接收线缆242A和244A的滑轮252和254。上滑轮251至254的较宽间隔允许朝向器械轴114引导线缆241A至244A而不受下滑轮261至264或线缆241B至244B的干扰。以这种方式使一个水平面的线缆交叉还允许对围绕相同输入主轴缠绕的线缆进行定位并且因此配对，以用于在器械轴114中相反地致动相同的自由度，这可以允许线缆对至致动机构的有效连接。

图3的实施方式中的线缆布线可以提供若干优点。特别地，上滑轮251至254的水平分离与下滑轮261至264的水平分离的差异可以允许上滑轮251至254更靠近下滑轮261至264竖直定位，例如，具有小于滑轮251至254和261至264的直径的竖直分离。而且，上滑轮251至254和下滑轮261至264可以与最近的输入主轴223和224处于相同的距离。由于一组滑轮不需要更靠近输入主轴，因此所有滑轮可以与输入主轴相距较长的距离，这可以使致动线缆的张开角度最小化。交叉线缆模式可以进一步减小容纳期望张开量(splay)所需的空间。线缆布线可以定位滑轮，使得线缆不会相互摩擦或在相邻的输入主轴上摩擦，并且不需要额外的中间惰轮。

图4示出了后端机构116的示例实施方式中的内部结构的剖视图。如图所示，后端机构116可以包括具有中心支撑结构410的底架500，中心支撑结构410在输入主轴221、222、223和224的行之间延伸。线缆241A至244A或241B至244B的布线允许使用中心支撑结构410来加强底架500而不干扰线缆241A至244A或241B至244B。线缆布线还使得线缆241A至244A或241B至244B充分地会聚以在输入主轴225和226之间通过，穿过用于致动钳口213的联动装置420中的开口并且穿过用于致动围绕器械轴轴线206的旋转的联动装置430中的开口。在后端机构116的中心处具有支撑结构410的这种配置打开了从底架500的周界周围到输入主轴221、222、223和224的通道，例如用以在后端机构116的组装期间将线缆241A至244A或241B至244B附接并缠绕在绞盘231A至234A和231B至234B上并拧紧绞盘夹紧螺丝。一旦输入主轴221、222、223和224被安装在底架500中并且绞盘231A至234A和231B至234B被缠绕和夹紧，则输入主轴221、222、223和224周围的空间可用于其他结构，例如结构440，以便将后端机构锁定到机器人上的对接端口。

图5示出了具有用于后端机构116的多件式底架500的医疗器械的实施方式中的一些组件的展开图。底架500包括可以在组装过程中卡合在一起的部件510、520、530、540、550和560。在组装过程中，器械轴114的近端可以插入底架部件510中的轴承系统中，此时附接至器械的远侧工具的线缆(例如，线缆241A至244A和241B至244B)从器械轴114延伸。然后可以将线缆供送通过引导件280中的期望位置，并且底架部件520可以被附接到底架部件510，使得引导件280被捕获在底架部件510和520之间。耦接到输入主轴225或226的全部或部分夹持或滚动齿轮或机构也可以在底架部件510和520卡合在一起之前组装到底架部件510和520上，并且可以通过底架部件510和520保持就位。底架部件520的上部还包括中心支撑结构410，中心支撑结构410在上面进行描述并且包括成形为保持将要被安装在输入主轴221至224上的下绞盘231B至234B的特征件524。

然后，组装过程可以将底架部件530连接到底架部件520。底架部件530和520是分开的，以允许联动装置420的组装，该联动装置420耦接到输入主轴525并且在示例性实施方式中用于抓握致动。

底架部件530具有上部，该上部被成形为保持用于下滑轮的轮轴273和274，下滑轮引导致动线缆并使致动线缆朝向器械轴重新定向。如图6A所示，轮轴273上的下滑轮263和261可以被安装在形成于底架部件530中的槽中。类似地，轮轴274上的下滑轮262和264被安装在底架部件530中的另一组槽中。从器械轴114延伸的下部线缆241B、242B、243B和244B可以安置在相应的下滑轮261、262、263和264上的凹槽中并穿过底架部件530中的开口，使得下部线缆241B、242B，243B和244B的近端靠近特征件524，其中输入主轴221至224将驻留在特征件524处。

接下来，组装过程可以将底架部件540连接到底架部件530，如图6B所示。底架部件530和540可以被成形为在底架部件540和滑轮261至264之间提供紧密配合，使得线缆241B、242B、243B和244B不容易脱轨。轮轴272上的上滑轮251和253以及轮轴271上的上滑轮252和254可以安装在由底架部件530和540的组合形成的槽中。轮轴271装配于其中的槽可以与轮轴272装配于其中的槽处于略微不同的水平面上，使得上部线缆可以如上所述那样交叉。上部线缆241A、242A、243A和244A可以被安放在相应的上滑轮251、252、253和254上并穿过底架500中的开口，使得上部线缆241A、242A、243A和244A的近端也靠近特征件524。底架部件550如图6C所示连接到底架部件530和540，并且可以成形为提供与上滑轮251至254的紧密配合，使得上部线缆241A、242A、243A和244A不容易脱轨。图6D特别示出了剖视图，其说明了当安装在部件530和540上时底架部件550可以如何紧密配合到滑轮251，使得底架部件550与滑轮251之间的间隙545比滑轮251上的线缆241A的厚度更窄。结果，线缆241A装配到滑轮251中的沟槽中并且不会滑过间隙545。

返回到图5，底架部件560卡扣到或以其他方式连接到底架部件520、530和550中的一个或更多个。底架部件560的顶部被成形为适配机器人的对接端口，并且包括特征件564，特征件564被成形和定位成保持器械的输入主轴221至224的接合特征件。当底架部件560附接到包括部件510、520、530、540和550的组装件时，底架500可以捕获底架部件560上的特征件564与底架部件520上的特征件524之间的输入主轴221至224。每个输入主轴可以包括轮轴和一对绞盘，例如上绞盘231A至234A和下绞盘231B至234B，它们最初相对于彼此自由旋转。靠近特征件524的致动线缆的松散近端可以被附接到绞盘231A至234A或231B至234B中的相应一个。然后可以独立地旋转每个绞盘以在期望的方向上缠绕附接的线缆并且消除松弛并在附接的线缆中提供期望的预张力。一旦围绕输入主轴缠绕的两个线缆都具有期望的线缆张紧，就可以将绞盘夹紧或锁定在输入主轴的轮轴上的适当位置，例如通过拧紧夹紧螺丝。诸如包括图4的结构440的释放柄的其他结构可以围绕致动结构和线缆的外部缠绕，并且可以在输入主轴的组装和线缆的布线之后进行安装。共同提交的标题为“INSTRUMENTRELEASE”的美国专利申请第62/362,454号(2016年7月14日提交)更详细地描述了诸如包括结构440的释放柄的结构，并且其全部内容通过引用合并于此。

与器械的复杂性相比，图5和图6A至图6D所示的器械组装和线缆布线过程可能是相对简单的。特别地，实现期望的线缆布线不需要同时使线缆穿过并围绕复杂的结构序列，其中线缆可能从这些结构序列滑动。相反，组装可以在一系列简单步骤中进行，其中线缆在每个步骤之后处于稳固配置。此外，底架的形状提供了对用于线缆连接的输入主轴的良好访问。

尽管已经公开了特定实施方式，但是这些实施方式仅是示例，并且不应被视为限制。所公开的实施方式的各种调适和特征组合都在随附权利要求的范围内。例如，虽然已经描述了采用旋转主轴的实施例，但是可以使用控制线缆运动的其他装置。这些装置包括例如滑动凸片、杠杆、万向节和诸如此类。

Claims (21)

1.一种医疗器械，包括：

多个输入主轴；

多个第一线缆，每个第一线缆围绕所述多个输入主轴中的相应输入主轴缠绕；

多个第二线缆，每个第二线缆围绕所述多个输入主轴中的相应输入主轴缠绕；

底架，在其中安装所述多个输入主轴；

器械轴，其包括第一端和第二端，所述器械轴在所述第一端处从所述底架延伸；

机械结构，其耦接到所述器械轴的所述第二端，所述机械结构具有多个运动自由度，所述多个第一线缆和所述多个第二线缆连接到所述机械结构，使得所述多个输入主轴的旋转致动所述自由度；

多个第一滑轮，其安装在所述底架上的第一水平面处，所述多个第一滑轮接收来自所述多个输入主轴的所述多个第一线缆并且使所述多个第一线缆朝向所述器械轴重新定向；以及

多个第二滑轮，其安装在所述底架上不同于所述第一水平面的第二水平面处，所述多个第二滑轮接收来自所述多个输入主轴的所述第二线缆并且使所述第二线缆通过所述第一水平面并朝向所述器械轴重新定向。

2.根据权利要求1所述的器械，其中所述底架包括：

第一部件，在其上安装所述多个第一滑轮；以及

第二部件，其安装在所述第一部件上方，使得所述多个第一滑轮位于所述第一部件和所述第二部件之间，所述第二部件位于所述多个第一滑轮和所述多个第二滑轮之间。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的器械，其中：

所述多个第一线缆在所述多个输入主轴和所述多个第一滑轮之间延伸而不交叉；并且

所述多个第二线缆中的第一组与所述多个第二线缆中的第二组在所述多个输入主轴和所述多个第二滑轮之间交叉。

4.根据权利要求3所述的器械，其中：

对于所述多个输入主轴中的每个单独主轴，围绕所述单独输入主轴缠绕的所述第一线缆和所述第二线缆被定向成朝向所述器械轴的中心轴线的相对侧上的位置。

5.根据权利要求3所述的器械，其中：

所述多个输入主轴被布置成阵列；

所述多个第一线缆中的每个第一线缆沿一个方向围绕相应的输入主轴缠绕，使得从相应的输入主轴到所述多个第一滑轮的所述第一线缆的路径在所述阵列内出现；以及

所述多个第二线缆中的每个第二线缆沿一个方向围绕相应的输入主轴缠绕，使得从相应的输入主轴到所述多个第二滑轮的所述第二线缆的路径从所述阵列的周边出现。

6.根据权利要求1或权利要求2所述的器械，其中：

对于所述多个输入主轴中的每个相应的输入主轴，所述第一线缆沿第一方向围绕相应的输入主轴缠绕，并且所述第二线缆沿与所述第一方向相反的第二方向围绕相应的输入主轴缠绕。

7.一种用于组装医疗器械的方法，包括：

将多个第一滑轮安装在所述医疗器械的底架的第一部件上；

从所述医疗器械的器械轴经过所述多个第一滑轮供给多个第一线缆；

将所述底架的第二部件附接到所述第一部件上，使得所述多个第一线缆的至少一部分位于所述多个第一滑轮和所述第二部件之间；

在所述底架上将多个第二滑轮安装就位，使得所述第二部件位于所述多个第二滑轮和所述多个第一滑轮之间；以及

从所述器械轴经过所述多个第二滑轮供给多个第二线缆。

8.根据权利要求7所述的方法，其中：

所述第二部件与所述多个第一滑轮之间的间隙窄于所述多个第一线缆的宽度。

9.根据权利要求7所述的方法，还包括：

将所述底架的第三部件附接到所述第一部件和所述第二部件，使得所述多个第二线缆的至少一部分位于所述多个第二滑轮和所述第三部件之间。

10.根据权利要求7或权利要求8或权利要求9所述的方法，还包括：

围绕输入主轴的下部缠绕所述多个第一线缆中的第一线缆；以及

围绕所述输入主轴的上部缠绕所述多个第二线缆中的第二线缆，其中所述第二线缆和所述第一线缆沿相反方向缠绕所述输入主轴。

11.根据权利要求10所述的方法，其中围绕所述输入主轴缠绕所述第一线缆包括：

将所述第一线缆缠绕在第一绞盘上，直到所述第一线缆具有期望的张力，以及

将所述第一绞盘固定在所述输入主轴上。

12.一种医疗器械，包括：

多个输入主轴；

多个第一线缆，每个第一线缆围绕所述多个输入主轴的相应输入主轴缠绕；

多个第二线缆，每个第二线缆围绕所述多个输入主轴的相应输入主轴缠绕；

底架，在其中安装所述多个输入主轴；

从所述底架延伸的器械轴；

在所述器械轴上的结构，所述结构具有多个运动自由度，所述多个第一线缆和所述多个第二线缆连接到所述结构，使得所述多个输入主轴的旋转致动所述自由度；

安装在所述底架上的多个第一滑轮，其中所述多个第一线缆在所述多个输入主轴和所述多个第一滑轮之间延伸而不交叉，并且其中所述多个第一滑轮使所述多个第一线缆朝向所述器械轴定向；以及

安装在所述底架上的多个第二滑轮，所述多个第二滑轮从所述多个输入主轴接收所述多个第二线缆并使所述多个第二线缆朝向所述器械轴重新定向，其中所述多个第二线缆中的第一组线缆在所述多个输入主轴和所述多个第二滑轮之间与所述多个第二线缆中的第二组线缆交叉。

13.根据权利要求12所述的器械，其中：

对于所述多个输入主轴中的每个相应的输入主轴，围绕相应的输入主轴缠绕的所述第一线缆和所述第二线缆被定向成朝向所述器械轴的中心轴线的相对侧上的位置。

14.根据权利要求12所述的器械，其中：

所述多个输入主轴被布置成阵列；

所述多个第一线缆沿一些方向围绕所述多个输入主轴缠绕，使得从所述多个输入主轴通向所述多个第一滑轮的所述多个第一线缆的路径在所述阵列内出现；以及

所述多个第二线缆沿一些方向围绕所述多个输入主轴缠绕，使得从所述多个输入主轴通向所述多个第二滑轮的所述多个第二线缆的路径从所述阵列的周边出现。

15.一种医疗器械，包括：

底架，包括第一部件和位于所述第一部件上方的第二部件，所述底架的所述第一部件包括第一滑轮，所述底架的所述第二部件包括第二滑轮；

包括第一端和第二端的轴，所述轴的所述第一端耦接到所述底架；

耦接到所述轴的所述第二端的关节机构，所述关节机构具有机械自由度；

用于拉动第一线缆的装置，所述第一线缆从所述用于拉动所述第一线缆的装置延伸、跨过所述第一滑轮、穿过所述轴并到达所述关节机构；以及

用于拉动第二线缆的装置，所述第二线缆从所述用于拉动所述第二线缆的装置延伸、跨过所述第二滑轮、穿过所述轴并到达所述关节机构；

其中所述第一线缆和所述第二线缆致动所述关节机构的所述机械自由度。

16.根据权利要求15所述的医疗器械，其中：

所述底架的所述第一部件包括第三滑轮；

所述底架的所述第二部件包括第四滑轮；

所述关节机构具有第二机械自由度；以及

所述医疗器械还包括：

用于拉动第三线缆的装置，所述第三线缆从所述用于拉动所述第三线缆的装置延伸、跨过所述第三滑轮、穿过所述轴并达到所述关节机构；

用于拉动第四线缆的装置，所述第四线缆从所述用于拉动所述第四线缆的装置延伸、跨过所述第四滑轮、穿过所述轴并到达所述关节机构；

其中所述第三线缆和所述第四线缆致动所述关节机构的所述第二机械自由度。

17.根据权利要求16所述的医疗器械，其中：

所述第二线缆在所述用于拉动所述第二线缆的装置和所述第二滑轮之间与所述第一线缆交叉。

18.根据权利要求16所述的医疗器械，其中：

所述第二线缆在所述用于拉动所述第二线缆的装置和所述第二滑轮之间与所述第一线缆和所述第四线缆交叉。

19.根据权利要求16所述的医疗器械，其中：

所述第二线缆在所述用于拉动所述第二线缆的装置和所述第二滑轮之间与所述第一线缆和所述第四线缆交叉；并且

所述第四线缆在所述用于拉动所述第四线缆的装置和所述第四滑轮之间与所述第二线缆和所述第三线缆交叉。

20.根据权利要求15或16所述的医疗器械：

其中所述用于拉动所述第一线缆的装置和所述用于拉动所述第二线缆的装置是主轴，所述第一线缆沿第一方向围绕所述主轴缠绕，并且所述第二线缆沿与所述第一方向相反的第二方向围绕所述主轴缠绕。

21.根据权利要求15或16所述的医疗器械：

其中所述用于拉动所述第一线缆的装置包括第一主轴，所述第一线缆围绕所述第一主轴缠绕；并且

其中所述用于拉动所述第二线缆的装置包括第二主轴，所述第二线缆围绕所述第二主轴缠绕。