CN110087558B - 包括线性驱动器械辊的机电手术系统 - Google Patents

Abstract

一种手术系统包括支撑件上的驱动单元。所述驱动单元包括电机或其它致动器和多个输出元件，所述多个输出元件布置成使得每个驱动单元的操作使所述输出元件的对应一者线性地平移。一种手术装置具有承载于轴的近侧端部处的输入子系统。所述输入子系统包括可线性平移的输入元件或活塞。所述输入元件和所述输出元件定位成使得致动器的操作使输出元件线性地平移，从而引起对应输入元件的线性平移。所述输入元件将线性运动传送至旋转转换系统，所述旋转转换系统将所述线性运动转换成旋转运动并且将所述旋转运动传送至所述手术装置的轴，从而引起所述手术装置或其远侧端部执行器的轴向滚动。一种无菌帷帘，所述无菌帷帘可定位于所述输入元件和所述输出元件之间。

Description

包括线性驱动器械辊的机电手术系统

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时申请No.62/322,529，No.62/322,539和No.62/322,585的权益，这些临时申请的每一者提交于2016年4月14日并且以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及手术系统领域，该手术系统利用机电驱动器来实现医疗器械在体腔内的移动。

背景技术

用于机器人协助手术或机器人手术的手术系统采用机电驱动器来驱动手术装置在体腔内的移动，通常在用户移动用户输入装置时响应于所生成的信号。手术装置可为具有端部执行器的手术器械，和/或它们可为适于接收此类手术器械的可转向管腔装置(或此类手术器械和管腔装置的组合)。手术装置包括致动元件(例如，线材、杆或缆线)，该致动元件当推动和/或拉动时引起手术装置的远侧端部处的有效弯曲或铰接，该手术装置设置于患者体内。由机电驱动器所产生的运动用于推动和/或拉动致动元件以产生这种弯曲或铰接。

在此类系统中，可期望的是避免对容纳电机和电子器件的部件进行灭菌的需求。相反，现有技术手术系统将驱动器(其容纳电机和一些电子器件)提供为在手术室中可覆盖有无菌帷帘的部件。待由驱动器来驱动的手术装置为独立无菌部件，该部件以允许无菌帷帘维持驱动器和手术装置之间的无菌阻隔件的方式可移除地安装至驱动器。特征提供用于将驱动器中的电机的机械输出传递至手术装置中的致动元件，使得电机的致动引起手术装置的远侧部分在患者的体腔内的期望移动。

在许多现有技术系统中，驱动器的机械输出特征采取使输出元件旋转的形式，诸如轴、盘状物或其它元件，这些其它元件当对驱动器中的电机供能时旋转。每个此类输出元件旋转地联接至手术装置上的对应可旋转输入元件，该手术装置在旋转时引起手术装置的致动元件的推动或拉动。为维持由手术帷帘(其设置于驱动器和手术装置之间)所提供的无菌边界，利用中间无菌旋转件(例如，旋转盘状物)将来自每个旋转输出元件的旋转运动传递至其对应可旋转输入元件，该中间无菌旋转件从驱动器的输出元件接收旋转运动并且将该旋转运动传递至手术装置的输入元件。

共同拥有的共同待审申请PCT/US15/55098('098申请)(提交于2015年10月12日，公布号为WO 2016/057989，其以引用方式并入)描述了一种手术系统，该手术系统克服了现有技术系统的挑战。该申请描述了一种包括支撑件上的驱动单元的系统。该驱动单元包括电机或其它致动器和多个输出元件，该多个输出元件布置成使得每个驱动单元的操作使输出元件的对应一者线性地平移。一种手术装置具有延伸通过细长轴至远侧铰接部段的致动元件，和承载于轴的近侧端部处的输入子系统。输入子系统的可线性平移输入元件或活塞各自与致动元件的对应一者相关联。输入元件和输出元件定位成使得致动器的操作使输出元件线性地平移，从而引起对应输入元件的线性平移和致动元件的接合。一种无菌帷帘可定位于输入元件和输出元件之间。因此，所描述系统允许无菌帷帘的使用，而不需要特定适配器以用于传递运动。由外科医生可操作的输入装置允许外科医生将输入提供至系统以用于驱动电机来移动手术装置。

机器人手术过程可通过将滚动能力添加至手术器械中的一者或多者来增强，从而允许端部执行器相对于器械轴的纵向轴线旋转(通过使器械的轴(其上具有顶端)在轴向上滚动，或通过使器械的顶端相对于轴滚动(诸如通过使顶部承载于其上的内部布线轴滚动))。本申请描述了用于利用线性机械输入件而实现器械滚动的机构，诸如利用'098申请中所描述类型的线性驱动系统所提供的机构。

本申请描述了一种机器人系统(适用于手术)，该机器人系统提供了线性致动器的阵列，任何类型的手术或非手术器械针对该阵列可附接并且利用与线性致动器中的一者或多者对准的线性输入件可以机电方式驱动。

附图简述

图1为手术装置和电机驱动组件的第一实施例的立体图，示出了彼此分离的手术装置和电机驱动器；

图2为图1的手术装置的立体图；

图3A示出了图1的电机驱动器和器械，其以驱动关系与输入元件和输出元件一起定位并且与由外壳支撑的电机驱动器一起定位，该外壳可由支撑臂来支撑；

图3B示出了图3A的安装至臂的外壳，其中四个电机驱动器和四个手术装置设置于该外壳中；

图4A类似于图1，但示出电机驱动器外壳的一部分被移除以示出电机在内部的存在；

图4B示出了电机和与输出元件相关联的导螺杆驱动器；

图5示出了手术装置的近侧部分，其中外壳的一部分被移除以暴露子系统的一部分；

图6示出了致动元件和输入元件系统；

图7示意性地示出了驱动系组件，包括手术装置子系统；

图8为手术装置的近侧部分的立体图；

图9示出了手术装置的近侧部分，其中外壳的一部分被移除以允许观察子系统；

图10至图14为手术装置的近侧端部的局部分解图；

图15A和图15B为转换组件的旋转部件的立体图；

图16为转换组件的修改型式的立体图；

图17为图16的组件的局部分解图；

图18示出了另选线性-旋转转换组件的接合输入元件的输出元件；

图19以图表描绘了图18的组件的输入元件随着时间的运动；

图20A至图20F为示出现有技术齿条和小齿轮组件的运动的一系列图；

图21A至图21D为示出适于用作线性-旋转和/或旋转-线性转换组件的修改齿条和小齿轮组件的运动的一系列图；

图22A和图22B为图21A至图21D的组件的分解图；

图23A和图23B为实现图22A所示类型的齿条和小齿轮组件的转换组件的立体图和俯视平面图；

图24为示出图23A组件响应于相关联轴的旋转的活塞动作的一系列图；

图25A和图25B示出了两个图23A组件的布置；

图26A和图26B为示出齿条和小齿轮的组件的立体图，该组件为图23A所示组件的替代形式；

图27和图28示出了转换组件的另选实施例；

图29以图表描绘了第三实施例的三个输出驱动元件随着时间的运动；

图30为图29的一部分的放大视图；

图31A至图31C为驱动组件的各种配置的立体图；

图32A至图32B示意性地示出了驱动组件的驱动销轴的阵列；

图33A示出了驱动组件、手术装置和辅助装置的组件；

图33B为图33A所示的辅助装置的后正视图；

图34示出了驱动组件、手术装置和辅助装置的组件的第二实施例。

具体实施方式

参考图1，示例性组件10包括手术装置12和驱动组件，所述驱动组件诸如电机驱动器14。手术装置12设计成插入通过切口(直接地或通过套管针或外套管)并且位于患者身体内以用于执行手术。其可为具有端部执行器23a的手术器械(参见图2)，或其可为适于可移除地接纳此类手术器械的可转向管腔装置。在一些情况下，存在第一手术装置以及第二手术装置；该第一手术装置为利用所公开原理来驱动的可转向管腔装置的形式；该第二手术装置为可插入通过该管腔并且还可利用所公开原理进行转向、铰接和/或致动(例如，卡爪打开和闭合)的手术器械的形式。在本申请中，所公开实施例示出了作为手术器械的手术装置。管腔装置形式的示例性手术装置见于'098申请中，该申请以引用方式并入。手术装置包括致动元件，该致动元件当被推动和/或拉动时引起患者体内的手术装置的远侧端部处的有效弯曲或铰接。致动元件延伸通过轴，并且定位成随着致动元件上张力的变化，产生对应可有效弯曲部段的有效弯曲/拉直，或接头或枢轴处的铰接。致动元件为细长元件(例如，线材、杆、缆线、细线、细丝等)，该细长元件具有锚定至轴的远侧部分和联接至致动机构的近侧部分，该致动机构改变致动元件上的力(张力或压缩力)或致动元件的位置。致动元件通常在近侧方向和远侧方向之间延伸。

可使用其它类型的致动元件(例如，可旋转元件、可膨胀元件)，并且致动元件可用于弯曲或铰接之外的运动类型(例如，旋转、卡爪或其它元件的打开/闭合、线性平移)。

在图中所示的实施例中，手术装置12包括细长轴16，细长轴16具有刚性近侧部分。朝向其远侧端部存在有一个以上可有效弯曲或“可转向”部段18a和/或部署部段18b；可转向部段18a响应于致动元件的移动而弯曲；部署部段18b将铰接或弯曲以将可转向部段18a定位成横向地远离细长轴16的纵向轴线。部署部段在手术装置在体腔内的定位期间为可用的，以允许多个器械朝向共同操作位点的三角测量。应当理解，术语“部署”不旨在表达，该部段可仅在手术装置在身体内的部署期间使用。部署部段可包括一个以上接头(该一个以上接头响应于对应致动元件的移动而铰接)，或其可有效弯曲而非铰接。所示实施例包括可转向部段18a和可转向部段18b(作为部署部段)两者；可转向部段18a利用终止于可转向部段的远侧端部处的转向致动元件(例如，三个或四个此类元件)可以两个自由度进行转向；可转向部段18b利用致动元件以至少一个自由度进行转向以使轴的远侧端部以一个自由度横向上向外或向内移动，并且可以第二自由度另外移动。在另一种配置中，部署部段可配置成形成S型弯部。可有效弯曲和结合的铰接部段、自由度和致动元件的数量和组合可在不偏离本发明的范围的情况下根据本文所示内容而改变。器械的可转向和铰接部段的各种设计在现有技术中为已知的，并且因此本文将不讨论这些部段的具体细节。

电机驱动器14容纳电机，该电机的输出用于驱动可转向和/或铰接部段的致动元件，如适用的话。电机驱动器14优选地利用支撑臂或替代支撑件支撑于手术室内。多个此类支撑臂可用于支撑多个电机驱动器，从而允许系统10的多个支撑臂可用于手术过程中，其中手术装置轴16延伸通过共同切口或独立切口。在其它实施例中，系统将包括两个以上此类电机驱动器14，其各自具有相关联手术装置12。在此类情况下，共同支撑臂可支撑两个以上电机驱动器，使得两个以上驱动手术装置12通过共同切口或通过多个切口可延伸至患者体内。在一些情况下，手术装置12中的一者可为用于观察过程的观察器。在图3A中，电机驱动器14示出为安装至外壳82，外壳82可用于将多个此类电机驱动器14和手术装置组件支撑于允许手术装置的轴16彼此平行延伸通过体腔中的共同切口的位置。此类布置中的手术装置的一者可为手术观察器，该手术观察器利用本文所描述的特征可在体腔内进行定位和取向(包括通过部署、有效弯曲或铰接)。外壳上的安装件84允许外壳连接至支撑臂。可用于该目的的支撑臂在本领域中为已知的。一种此类臂示出于美国公布No.2014/0107665中。在图3A中，臂100示出具有由其支撑的外壳82。该臂可由处于基部上的柱形物支撑，该基部定位于操作室的地面上，或其可安装至顶棚、患者支撑台或一些其它结构。该图示出了其中各自具有对应手术装置组件12的四个电机驱动器14位于外壳82之上或之中，其中手术装置的轴16定位成用于插入通过切口的配置。

外壳82上的特征、电机驱动器的外壳，和/或手术装置组件可用于以驱动关系支撑电机驱动器和手术装置组件。例如，再次参考图3A，支撑构件86可在其覆盖有无菌帷帘之前或之后安装至电机驱动器14的外壳，并且手术装置12的外壳44可安装至该支撑构件。如'098申请所描述，帷帘在电机驱动组件14和手术装置组件12之间形成了无菌阻隔件。

图4A示出了其中其外壳一部分移除的电机驱动器14。手术装置12示出为与电机驱动器14分开。电机驱动器14包括电机24和输出元件26，输出元件26在该实施例中采用销轴或柱的形式。当组装电机驱动器14和手术装置12时，每个此类输出元件26接触、联接至或接合手术装置12的对应输入元件28，或以其它方式定位以引起每个输入元件28根据其对应输出元件26移动。系统可设置成使得输出元件26响应于电机启动而推动输入元件28，和/或使得输出元件拉动输入元件28。该申请所描述的实施例主要集中于“推动”致动，但是应理解，这些实施例可操作成单独地或与推动启动(如'098申请所描述)组合地包括“拉动”启动，在每种情况下不脱离本文所描述的创新性理念的范围。

在大多数申请中，手术帷帘将在电机驱动器14和手术装置12之间延伸，并且将在输入元件28和输出元件26之间延伸以防止无菌手术装置12由于直接接触电机驱动器而失去无菌性。

一般来讲，电机驱动器14配置成将电机24的运动转变成输出元件26的线性运动。对于一些输出元件，导螺杆驱动器30用于该目的。因此，当电机24供能时，其对应输出元件26朝向电机线性地平移以从而拉动手术装置的相邻输入元件28(图1)，和/或其对应输出元件26线性地平移远离电机以从而推动手术装置的相关联输入元件28。

在所示实施例中，每个输入元件和其对应输出元件沿着共同轴线平移，但其它元件可使用非平行轴线、不同平行轴线，或其它类型的偏移轴线。输出元件26和输入元件28之间的接口以驱动关系(即，其中输出元件26的线性平移直接地引起输入元件28的线性平移的关系)放置输出元件26和输入元件28。该接口可采用各种形式，每一种形式可实现而不穿透在电机驱动器14和手术装置12之间延伸的帷帘的材料(即使该帷帘位于输出元件26和输入元件28之间)。

'098申请描述了连接类型，这些连接类型可用于允许输入元件以不损害在其间延伸的帷帘的方式捕获对应输出元件或由对应输出元件捕获，或允许接合输入元件和其对应输出元件。

在本文所示的实施例中，输入元件28和输出元件26不彼此连接，但简单地抵着彼此推动(其中帷帘D保持于其间，如图7示意性地所示)。例如，输入元件和输出元件可非常紧密地隔开(但对于帷帘，它们将触碰)，或可在其间存在非常小间隙(其中帷帘设置于该间隙内)。

手术装置12包括子系统38，子系统38将接收自电机驱动器14的输出元件26的线性运动传递至致动元件42(用于手术装置12的轴的转向和/或铰接)，传递至任何其它致动元件或组件(用于打开和/或闭合手术装置的远侧端部上的端部执行器的卡爪，或用于使端部执行器23轴向地滚动)。需注意，通过使支撑端部执行器的轴16轴向地滚动或通过使端部执行器相对于轴16滚动(通过使内轴(轴16的内部)旋转，端部执行器安装于该内轴上)，或通过其它手段，可执行使端部执行器滚动。接收自输出元件26的线性运动利用枢转、线性或旋转手段(包括采用滑轮的旋转手段)可传递至致动元件。

如在图7的示意图中可看出，每个输入元件可通过刚性链接件80连接至对应致动元件42，对应致动元件在手术装置的轴内延伸至锚定点。在该实施例中，致动元件包括海波管，但可使用其它类型的元件。海波管沿着轴的长度延伸至其在手术装置轴16内的锚定点，或仅致动元件的近侧部分可由海波管制成，其中远侧部分由缆线、线材、细丝等制成。在该实施例中，电机的启动使输出元件26前进，这推动了帷帘D的另一侧上的输入元件28。

参考图5，所示实施例的子系统38包括输入元件28、链接件80和致动元件42。子系统38包封于外壳44内，其中输入元件28通过外壳中的开口46暴露，输入元件28在该外壳中通过电机驱动器14的输出元件26起作用。

某些输入元件28各自与致动元件42的不同一个操作性地相关联。所示实施例对于端部执行器的定位使用六个致动元件42(例如，四个用于可有效弯曲部段以2自由度的移动并且两个用于部署部段以1自由度的移动)。其它实施例可使用少至一个致动元件42，而一些实施例可使用六个以上(根据所需自由度)，并且元件可分布成以任何期望方式唯一地控制自由度(3个元件用于2DOF运动，2个元件用于2DOF运动(在元件布置成有效地推动和拉动的情况下，等))。在手术装置14为具有卡爪的手术器械的情况下，额外致动元件(或，在其它实施例中，两个)可用于如下文参考图8所描述的卡爪的打开和闭合，手术装置14的实施例包括多组输入元件28。在该实施例中，标记为28a的输入元件对致动元件进行操作，该致动元件的致动导致部段18a以两个自由度的转向。示出了与四个致动元件相关联的四个此类输入元件，但应当理解，两个或三个输入元件和对应致动元件可替代地用于以两个自由度进行转向。标记为28b的两个输入元件对致动元件进行操作，该致动元件的致动导致部署部段18b以一个自由度的转向。如果在部段18b处或沿着轴的某处需要第二自由度，那么可添加额外输入元件28b。

标记为28c,28c'的输入元件与卡爪23a的打开和闭合相关联。这些输入元件为致动组件的一部分，该致动组件锚定至致动元件42c的近侧部分，如图12和图13所示。致动元件42c的远侧部分在图中未示出，但其操作性地连接至U形夹机构或连接至卡爪的其它系统以使卡爪有效地打开或闭合。此类机构在本领域中为众所周知的。

外壳44内的枢轴构件40具有连接至输入元件28c的第一端部和连接至另一输入元件28c'的第二端部。枢轴构件40在中心轴线A上枢转，使得输入元件28c,28c'中的一者在一个方向上的移动引起另一输入元件在相对方向上移动。例如，如果将输入元件28c,28c'中的一者按压朝向外壳，那么枢轴构件40在远离外壳44的方向上推动另一输入元件。因此，当推动输入元件28c(其在图13中为朝向右侧的方向)时，致动元件42c被拉动至右侧以打开或闭合卡爪，并且输入元件28c'在与销轴28c相对的方向上移动。当将输入元件28c'推动至右侧时，枢轴构件40将输入元件28c推动至左侧，从而引起致动元件42c移动至左侧，从而将卡爪移动至相反配置(从闭合配置移动至打开配置，或从打开配置移动至闭合配置)。需注意，在一些实施例中，仅需要输入元件28c。在这些实施例中，输入元件通过对应电机驱动的驱动元件26来有效地移动(例如，推动)以有效地打开或闭合如上文所描述的卡爪，但是一旦通过对应驱动元件26施加至弹簧28c的力被释放，则弹簧28c用于将输入元件28c恢复至其偏置位置。

如'098申请所讨论的，用于控制手术装置的转向/铰接/部署/卡爪致动和滚动的控制系统可从荷重传感器、旋转编码器和/或其它传感器接收反馈，该荷重传感器与输出轴26或驱动活塞的每一者(或多者)相关联以生成表示施加至输出轴26(或驱动活塞)的力的信号，该旋转编码器确定电机的旋转位置，该其它传感器定位成检测驱动组件的部件的线性位移。这些还示意性地示出于图7中。此类传感器的信号可由控制系统单独地或组合地使用以控制移动和以从而优化移动精确度。

额外传感器可定位成感测形成于输出轴26和输入轴28或活塞之间的间隙，以检测对应输入活塞和输出活塞之间的间隙是否接近其中输入活塞可远远超出输出活塞的范围的点，以通过输出活塞进行控制。

当电机驱动器14和手术器械以图3A和图3B所示的驱动关系放置时，输入元件和输出元件定位于如图7所示的帷帘的相对侧上。当电机供能以将输出元件轴向地推进朝向其对应输入元件时，该电机将输入元件推动朝向手术装置外壳，从而引起联接至该输入元件的致动元件被拉动。

通过实例的方式，设想到，其中致动元件负责轴的有效弯曲的手术装置锚定于隔开90度的四个位置处。为使轴在向上方向上弯曲，第一电机可供能以引起对应第一输入元件28被推动，从而导致相关联第一致动元件的拉动并且引起轴向上弯曲。然后，为使轴向下弯曲，第二电机供能以引起另一第二输入元件28被推动，从而导致与第一致动元件以180度锚定的第二致动元件的拉动，从而引起轴向下弯曲。随着轴在向上配置和向下配置之间移动，第一输入元件28由于轴16的形状变化而向外移动，并且第一电机同时供能以使第一输出元件26回缩相应的量。

利用例如用于轴的有效弯曲的三个致动元件的其它配置将推动输入元件28的适当组合以实现期望移动。

需注意，尽管该申请示出了可用于执行该功能的示例性子系统，但是可在不偏离本发明范围的情况下使用替代子系统。

电机驱动器安装或可安装至支撑件，诸如用于手术系统类型的支撑臂。安装可为直接的或经由中间结构的。手术装置直接地或通过至电机驱动器外壳或至手术装置和支撑件之间的另一结构的连接部的方式安装至支撑件，使得电机驱动器外壳和手术装置(例如，轴16的刚性近侧部分，或外壳14)的相对位置在手术过程期间保持固定。这在该过程将输入轴和输出轴维持为驱动关系。

用于覆盖电机装置14的帷帘系统可包括适应输出元件26和输入元件28之间的接口处的(推动或拉动)移动而不撕裂帷帘的特征。此类特征可包括多个预成形波纹管或凹坑，其各自定位于输出元件26中的一者上，或它们可包括相比于周围帷帘材料更具弹性的材料区域。另选地，如果帷帘的弹性足以使输出元件相对移动而不会使帷帘穿孔，则可以在没有任何此类特征的情况下提供帷帘。另选帷帘设计可包括附接至帷帘的机械特征以有助于输出元件26和输入元件28之间运动的联接。

用于手术装置的滚动运动的组件

在手术中期望的是能够使手术装置的轴或器械顶端相对于轴的纵向轴线旋转。本节段描述了线性-旋转转换组件的各种实施例，该线性-旋转转换组件可用于将电机驱动器所发送的横穿无菌阻隔件/帷帘的线性运动转换成特征(其为滑轮、齿轮、凸轮、皮带驱动器等)的旋转运动，其中该特征可用于驱动手术装置或端部执行器的滚动。这些实施例允许旋转运动为可逆的，意味着该旋转运动可在顺时针方向和逆时针方向上驱动。在一些实施例中，旋转运动也可为连续的。

再次参考图8，标记为28d的输入元件用于实现端部执行器23a的轴向滚动。这可通过使轴16自身滚动或(如所示)通过使内轴17滚动来实现，内轴17延伸通过轴16并且支撑端部执行器23a。输入元件28d定位于手术装置上以对接中心旋转部件50。旋转部件50具有由如图所示的外部定位搁板形成的凸轮表面52，或者内部切割的凸轮通道。在所示实施例中，凸轮表面为连续弯曲表面，该连续弯曲表面环绕轴并且具有第一顶点部段和第二顶点部段，该第一顶点部段相比于第二顶点端部更靠近于自由端部(该端部在端部执行器的方向上延伸)。第一顶点部段和第二顶点部段可围绕着轴分开180度，如图所示。

输入元件28d对接凸轮通道/搁板，使得当一个输入元件向前平移时，该凸轮通道/搁板引起旋转部件在一个方向上的旋转并且根据凸轮表面52的形状迫使其它输入元件28d的平移。根据有效驱动(通过其对应的一个驱动元件26)的输入元件，旋转的方向在任何时间可逆转。在其中销轴由其对应驱动元件26推动的序列对于多个旋转在相同方向上持续的情况下，运动还可为连续的。

输入元件28d和旋转部件50之间的接口还可包括滚动构件54，如图16和图17所示。

再次参考图1，用于驱动滚动运动的驱动元件26d在标记为26d的圆形区域中延伸自电机驱动外壳。如同其它驱动元件，这些驱动元件26d的每一者接触、联接至或接合对应输入元件28d，或以其它方式定位以引起每个输入元件28d根据其对应输出元件26d而移动。电机驱动器14可包括用于驱动元件26d的每一者的独立驱动电机，或者齿轮可用于允许两个或更多个驱动元件由共同电机来驱动。在一种配置中，电机可配置成驱动类似于旋转部件50的旋转部件，并且驱动元件26d可由旋转部件50以类似于其中输入元件28d驱动旋转部件50的方式进行驱动。

尽管附图示出了使用四个输入元件28d，但是可替代地使用三个输入元件，或四个以上的输入元件。如果输入元件和驱动元件配置成使得驱动元件可推动和拉动输入元件28d，那么可使用两个输入元件28d。

图18示出了组件的另选实施例，该组件用于将从驱动元件26传递至输入元件28的线性输入转换成旋转以用于使手术装置或器械顶端滚动。在该实施例中，利用仅两个销轴/活塞的帷帘接口处的线性平移，所产生的旋转可为连续的和可逆的。该理念与上述理念不同之处在于，该理念设计用于其中驱动元件在帷帘处推动和拉动输入元件的系统。利用重叠机械特征(诸如图18所示的钩状物特征)或通过利用磁性接合来抵抗拉开，或利用其它特征(包括'098申请所描述的那些)，驱动元件和输入元件之间的接合可进行。

线性输入件以它们异相90度进行操作的方式彼此连接。其随着时间的运动以图19所示的图表示出。在该配置中，一个输入元件可被推动或拉动，同时另一者处于其不确定的位置。这可以往复式齿条和小齿轮辊机构(如结合第三实施例所描述)或以简单活塞/曲柄机构来进行。该实施例有利之处在于，其利用穿过帷帘的两个线性平移输入件来驱动连续和可逆辊。这将减少用于滚动所需电机的数量。

用于将输入线性平移转换成手术器械的轴向滚动的第三实施例提供了轴的连续可逆旋转。其在其中输出元件仅推动输入元件的系统情景中进行描述，但其还可用于其中使用拉动和推动两者的情景中。机构可包括一组齿条和小齿轮，该组齿条和小齿轮设计成使得齿条以得自小齿轮的恒定旋转输入而往复运动。通过使小齿轮旋转方向逆转，该运动可逆转(即，齿条的瞬时方向)。小齿轮还可由齿条驱动，使得一个齿条/小齿轮组可驱动匹配齿条小齿轮组。该系统相比于将旋转运动转换为线性运动的其它方法的优点为，当齿条/小齿轮接合时，机械效益为恒定的。这将减少(或消除)旋转轴中的转矩波动。

现有往复式齿条和小齿轮机构遇到这样的问题：在齿条行程的端部处，小齿轮(对于力矩)整体地与齿条脱离。事实上，该设计的要求为，在没有齿轮齿接合齿条轮齿的情况下存在力矩，并且小齿轮自由地旋转直至其接合相对齿条上的轮齿。在无该间隙的情况下，随着齿条试图切换方向，机构将绑定。这使机构能够起作用，但如果在拐点处对齿条运动有任何障碍则会引起问题。如果不允许齿条自由地移动(即，存在保持齿条自由地行进的一些摩擦力或力)，那么机构将堵塞或跳过轮齿，在这种情况下，该机构在下一次齿条到达行程的端部时将堵塞。

图20A至图20F示出了上文所描述的各种状态。在这些图中，小齿轮P逆时针旋转并且齿条R从右侧行进至左侧。

第三实施例利用器械组件中的齿条和小齿轮来将施加至齿条的平移运动转换成小齿轮P的旋转运动，但修改了齿条和小齿轮配置以克服参考图20A至图20F所描述的困难。在该实施例中，为在当切换方向时将力施加至齿条的情况下保持齿条60和小齿轮62绑定，添加辅助凸轮/从动件布置。凸轮/从动件布置的一个实例示于图21A、图22A和图22B中。该布置可为单个凸轮/从动件或两者的组合，如所示。参考图21A、图22A和图22B，齿条60包括成形凸台64，并且小齿轮62包括与小齿轮62的轮齿隔开的弧形构件68上的销轴66。小齿轮上的销轴66接合齿条上的凸台64并且在小齿轮轮齿已与齿条脱离之后持续推动齿条。图21A至图21D示出了与参考图20A至图20F所描述相同的状态的示例性销轴/凸台配置。在这些图中，小齿轮逆时针旋转并且齿条从右侧移动至左侧。

图23A和图23B示出了以将线性运动转换成旋转运动和将旋转运动转换成线性运动的方式布置的上文所描述类型的齿条和小齿轮组件。三个齿条/小齿轮组件布置有其安装于共同轴70上的小齿轮。每个小齿轮处于其旋转不同相位，使得其对应齿条处于沿着其行程的不同点，如图23A最佳所示。在该特定配置中，每个小齿轮与相邻齿条的小齿轮异相120度。

为将旋转运动转换成线性运动，驱动轴70，其中轴70(和安装至其的小齿轮)的旋转导致齿条的平移。用于驱动轴70的电机轴可直接地连接至轴70或与之成一体，或其运动可通过齿轮联接至轴。在该实施例中，轴70具有第一齿轮72。电机驱动第二轴74(图23A和图23B中未示出，但参见图24)，第二轴74具有连接至其的第二齿轮76。

为将线性运动转换成旋转运动，在小齿轮的每一者的一个端部处将线性力施加至活塞导致轴70的旋转。该旋转运动可传递至另一轴，诸如轴74。

图24的(a)-(f)为原型系统的一系列照片，示出了三个齿条的活塞78随着轴74手动地旋转的一系列运动。

所公开齿条和小齿轮组件可并入驱动侧中以将旋转运动转换成线性运动以用于传递横穿无菌阻隔件(诸如帷帘)，和/或可并入手术装置中以将横穿无菌阻隔件所接收的线性运动转换成旋转运动，该旋转运动可用于使手术装置的一部分滚动。

为将齿条和小齿轮组件并入上文所描述的手术系统中，齿条和小齿轮组件的第一组件可设置于手术装置外壳(例如，图8的外壳4)中，其中齿条的活塞78取代(和用作)手术装置的输入元件28d并且轴74为装置轴16或内轴，该内轴延伸通过装置轴16并且支撑端部执行器。

齿条和小齿轮组件的第二组件可设置于电机驱动器中，其中电机定位成直接地或经由如上文所讨论的居间齿轮组件来驱动轴70。

需注意，尽管描述了将齿条和小齿轮组件并入系统的驱动(电机驱动器)侧和从动(手术装置)侧，但这不是必要条件。一个实施例可使用手术装置侧上的齿条和小齿轮组件，和另选组件以用于使驱动系统上的输出元件平移。作为一个实例，每个输出元件可由独立电机来控制。

另一实施例可使用电机驱动器侧上的齿条和小齿轮组件，和手术装置侧上的另选组件以用于接收线性运动和将该线性运动转换成用以实现器械滚动的旋转运动。

还需注意，第三实施例的附图示出了工作台原型，并且因此，一旦组件并入手术系统的电机驱动组件和手术装置中，则封装配置可不同。

参考图25A和图25B所示的原型系统，假定右侧的系统80并入其中电机将轴74驱动的电机驱动器中，并且左侧的系统80a并入手术装置中，其中手术装置轴(如上文所讨论的外轴或内轴)为轴74a。覆盖电机驱动组件的手术帷帘D定位于系统80,80a的活塞之间，并且组件80a的活塞(其为手术装置的输入构件以用于滚动功能)与组件80的活塞(其为电机驱动器的输出/驱动构件以用于滚动功能)对准，其中帷帘D夹置与它们之间，如图25B所示。需注意，尽管齿条的相对端部(相对于帷帘)处的活塞在附图中为可视的，但是当系统并入电机驱动组件和手术装置中时，这些额外活塞无需暴露。

当与轴74相关联的电机在第一方向上旋转时，组件80的三个活塞的往复式异相运动产生组件80a的三个活塞的相应的往复式异相运动，从而引起轴74a的连续滚动。当电机逆转以使轴74在相对方向上旋转时，轴74a的旋转方向类似地逆转。

在第三实施例的一种实施方式中，电机驱动器布置成利用三个电机来线性地驱动三个输出驱动元件。在该实施方式中，电机配置成一次驱动一个输出驱动元件(销轴/活塞)。图29以图表示出了三个输出驱动元件随着时间的移动，并且示出了它们如何彼此异相移动。线(1)为1器械销轴采用的路径。线(2)、线(3)和线(4)分别为电机驱动销轴1,2和3的路径。路径相对于弧度中的期望辊角度(x轴线)进行绘制。每个电机销轴利用相同功能，但具有0度、120度和240度的相偏移。

用于控制电机的算法有助于系统避免齿条和小齿轮组件的绑定。在波形的顶部可看出，引起电机销轴在器械销轴的顶端之前1.3265mm距离处停止移动，以允许器械辊机构的其它部件将该销轴移动通过其“周转”区域。另外，算法构造成保证器械销轴在波形的底部不绑定。为此，将第四阶多项(四次)波形添加至底部以使电机销轴平滑地移开(其底部位置低于器械销轴三角形波形的底部0.25mm)。为确保两个销轴不同时推动(可引起绑定的动作)，其中从线性部段过渡至多项曲线的“脱离”点设计成与其它销轴的“平坦”区域重叠数度以确保电机销轴3在电机销轴1移动远离器械销轴时在其“平坦”区域仍为静止的。参见图30所示的图表的放大部段，其中黑色线标记了机电销轴1与器械销轴脱离的点。该小量的“死区”(其中没有电机向前驱动销轴)确保，仅一个销轴立即有效地驱动该机构。四次函数设计成将销轴更迅速地(相比于利用第二阶多项(四次)曲线可实现的)平稳地向后移动至其最小位置。

应当指出的是，尽管图23A至图25B示出了安装至共同轴的齿条的小齿轮(其中每个小齿轮与其它小齿轮异相以实现小齿轮轴的连续旋转)，但是在另选实施例中，每个齿条的小齿轮无需共享共同轴。

图26A和图26B示出了其中每个小齿轮162具有其自身轴线(示出了三个小齿轮)的实施例。每个小齿轮162包括与小齿轮整体地移动的正齿轮163。小齿轮经由这些正齿轮彼此对接。其中小齿轮162在齿条160内移动的方式类似于上文所描述的方式。

在组件用于从动侧上的情况下(作为手术装置组件12的一部分)，小齿轮中的一者具有联接至其旋转运动件的其它输出组件的皮带滑轮，使得皮带使该机构的旋转平移至输出轴174以用于端部执行器旋转。在组件用于驱动侧上的情况下(作为电机驱动组件的一部分)，轴174为从电机接收旋转运动的输入轴，从而引起延伸自小齿轮的活塞的线性运动，其往复式活塞因此可以上文所描述的方式将线性运动传送通过帷帘。

还应当注意，尽管上文所示的实施例利用三个或更多个销轴以用于实现旋转(一种当仅推动在驱动销轴和从动销轴之间执行时特别可用的配置，相对于推动和拉动两者)。虽然这些实施例可用于利用驱动侧销轴和从动侧销轴之间的推动和拉动两者的系统中，但是推动/拉动系统还可利用少至两个销轴，这两个销轴可彼此异相90度。

用于将线性运动转换成旋转运动的组件的第四实施例示出于图27中。该配置可并入手术装置中，使得从电机驱动器的输出元件所传递的线性运动(横穿帷帘)得以接收并转换成旋转运动以用于使手术装置轴滚动。第四实施例利用两个平行导螺杆，这两个平行导螺杆隔开使得模制或切割成导螺杆螺母的齿轮同步。导螺杆必须以键固定，使得它们不旋转。当导螺杆平移时，其迫使其对应螺母的旋转。该旋转螺母上的齿轮迫使相邻螺母在相对方向上的旋转。相邻螺母的旋转迫使相邻导螺杆的平移。因此，向前推动一个导螺杆导致相邻导螺杆的逆向平移。

在该实施例中，导螺杆螺母还具有模制或加工成其外径的定时皮带滑轮。该螺母的旋转驱动皮带和另一滑轮以执行期望动作——在这种情况下，该动作为器械旋转。该系统要求转矩和旋转量的平衡——该平衡可基于导螺杆选择和皮带驱动器上的齿轮传动比而进行优化。

用于将线性运动转换成旋转运动的组件的第五实施例示出于图28中。该实施例包括两个活塞，每个活塞接合两个半圆锥齿轮“齿条”。将一个活塞向前平移使两个锥齿轮在一个方向上倾斜，并且使相邻活塞在同等和相对方向上平移。

锥齿轮齿条定位成对接居中定位的局部锥齿轮。齿轮齿定时对于该理念是至关重要的。局部锥齿轮仅一次对接齿条的一侧。当齿条在一个方向上或另一方向上倾斜时，锥齿轮在与齿条倾斜对应的方向上旋转。

在齿条的行程的端部，局部锥齿轮设计成跳跃至相邻轨道，使得使齿条在另一方向上向后倾斜实际上导致锥齿轮的相同旋转方向。在局部锥齿轮从齿条跳跃至活塞冲程的端部处的齿条的情况下，这实现了锥齿轮的连续旋转。

第六实施例类似于图16实施例。其可以3个或更多个活塞(等距(或不等距)并且具有平行轴线(或不具有))进行操作。每个活塞对接中间部分，该中间部分有助于补偿角度在两个方向上的变化。该部分可成形为“T形”，使得“T形”的主要腿部旋转地连接至每个活塞。这允许“T形”部分在垂直于活塞轴线的轴线上旋转。“T形”的顶部部分旋转地连接至摇摆板，使得其在移动期间可提供额外旋转度。

摇摆板绕着居中定位枢轴来回切换。随着其来回切换，其对接具有两个直径的居中定位轴。第一直径为主要旋转轴线，并且第一直径和第二直径之间的搁板相对于轴轴线成角度。摇摆板与成角度搁板进行交互，使得推动摇摆板迫使居中定位轴的旋转。通过使活塞移动的方向逆转，该旋转可逆转。

该理念用于轴向引擎设计。在其中驱动元件配置成推动和拉动输入元件(相对于仅推动它们)的实施例中，该实施例可修改以将活塞的数量减少至两个活塞，这两个活塞彼此异相操作(90度异相下效率最高)。

第七实施例为滑块曲柄实施例，其利用两个或更多个活塞，其中这些活塞彼此异相操作。这些活塞通过中间连杆而对接旋转部件。这些活塞可取向成使得它们具有同等和相对平移，或它们可异相操作使得其平移为非同等和相对的。

每个活塞具有连接于活塞的顶部处的连杆，每个连杆的另一端部连接至轮(或曲柄)。将活塞向前平移引起轮的旋转。轮的旋转迫使相邻活塞也移动。

该理念可以两个以上的活塞来操作，并且如果驱动/输出元件配置成推动和拉动输入元件，那么两个活塞可用于产生轮的连续和可逆旋转，从而假定两个活塞彼此异相操作。当第一活塞处于其中间位置时，这允许第二活塞仍生成旋转。

本文所描述的电机驱动器和手术装置为手术系统的部件，该手术系统包括由外科医生使用的用户输入装置以将关于手术装置的期望移动或致动的指令输入给外科医生。手术系统还包括控制系统，该控制系统包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器从用户输入装置和系统的传感器接收信号并且生成用于驱动电机的命令以根据用户的输入引起手术装置的有效弯曲、部署、致动等。用于显示获得自体腔内的观察器(例如，如本文所描述定位和操纵的观察器)的图像的显示器通常定位于用户输入装置的附近，从而允许外科医生在她/他操作用户输入装置的同时观察过程的图像。用于机器人手术系统的用户输入装置和控制系统，和腹腔镜/内窥镜图像显示器对于本领域的技术人员为已知的，并且因此，在此未提供此类系统的细节。

为使用该系统，医院员工将无菌帷帘定位于电机驱动单元上，其中无菌帷帘材料在输出元件上延伸。该步骤可以安装至支撑件的电机驱动器来执行。手术装置安装至系统来以与其对应输出轴的驱动关系定位输入元件，其中无菌帷帘设置于输入元件和输出元件之间。在系统的使用期间，外科医生操作输入装置，同时在显示器上观察过程。控制系统响应于用户输入而操作电机，以根据用户指令铰接、部署、滚动和致动手术器械。

在所公开实施例的任一者中，用于驱动的电机可以其它类型的驱动器来取代，包括不限于液压式或气动式驱动器。借助于传动通过帷帘而不穿透帷帘的液压式致动，机械连通是可能的。

开放式机器人操纵器平台和可附接工具

在'098申请所描述类型的系统中，机器人系统包括提供暴露输出元件226的驱动组件/电机组件214(其可类似于上文所描述的电机驱动组件14)，暴露输出组件226诸如上文所描述的具有线性位移的销轴/活塞，该线性位移可精确地控制。电机224和对应销轴226可以各种图案/阵列进行布置以形成销轴/活塞的整体配置，包括'098申请所描述的配置以及图31A至图31C所示的那些配置。

该类型的手术机器人系统可提供开放平台，该开放平台可用于各种类型的器械，这些器械具有利用线性输入来致动的功能(器械滚动、一个或多个自由度铰接、卡爪致动，等等)，而不要求特定驱动销轴226用于致动特定类型的功能。换句话说，特定驱动销轴当一个手术装置安装至电机驱动组件时可致动一种功能(例如，轴铰接或弯曲)；但当不同手术装置安装至该电机驱动组件时，致动不同功能(例如，器械滚动)。这允许任何数量的电机的阵列或图案的形成，器械针对该阵列或图案可组装于无菌帷帘上。

电机阵列和对应销轴布置可具有任何数量的不同布置。出于该描述的目的，驱动销轴226以如图32A至图32E所示的2×6布置进行布置。这可通过以图31C所示的矩形配置来布置电机224而实现。如根据图32A至图32E的描述将理解，驱动系统允许单个驱动器阵列与各种可互换器械一起使用，而不要求驱动器阵列的特定销轴仅专用于单种手术装置功能。

参考图32A，所示圆圈表示驱动器销轴/活塞226a,226b,226c,226d。在示例性系统中，每个此类驱动器销轴能够以相同精度和载荷移动0mm至20mm。各种器械可设计于这些输入件周围以实现任何数量的特征组。

例如，图32A的图案(下文从左侧至右侧读取)描述了一种器械，该器械具有专用于铰接的六个销轴(销轴226a)、专用于器械滚动的三个销轴(销轴226b)和专用于卡爪致动的两个销轴(226c)。其余销轴226d未用于该特定器械。

在图32B所示的另一实例中，第一6个销轴226a专用于铰接，下一列销轴226b用于器械滚动，并且右侧的两列销轴226c可用于铰接手术器械的端部执行器或致动腕部机构。

在图32C所示的第三实例中，第一列两个销轴26a可实现器械滚动，而下一列六个销轴226b允许铰接，并且最后销轴226c不用于该特定器械。

又一实例可为抽吸/冲洗应用，其中多于一个的手术装置可以单个电机阵列来定位。参考图32D，作为此类布置的一个实例，前三列的六个销轴226a可实现如前所述的铰接，其次两列的销轴226b未使用，最后两个销轴226c(最右列)用于操作阀机构以在三个位置之间进行切换：(1)关闭，(2)抽吸启用和(3)冲洗流。在这种情况下，阀机构可以可移除方式附接至铰接装置，该铰接装置具有流体在任意方向上可穿过的通道。

所有的上述实例利用六个销轴以用于致动手术装置的铰接。然而，任何数量的销轴可驱动任何数量的机构以提供端部执行器的运动。例如，图32E布置可用于具有用于顶端定位的八个致动器(对应于销轴226a)、用于执行滚动的两个致动器(对应于销轴226b)和用于执行卡爪致动的两个致动器(对应于销轴226c)的器械。

以上示例仅提供了该特定电机阵列可能的一小子组。其它形状的阵列为可能的，包括3行×4列阵列、如上文所描述的圆柱形阵列，或甚至不均匀阵列(如果此类电机阵列出于空间或设计原因而需要的话)。利用十二个致动销轴的电机驱动器可用于致动对于简单和复杂手术装置两者所需的功能，包括手术缝合器和先进能量装置。

利用这种类型的驱动系统，可提供机电手术系统，该机电手术系统包括均匀电机阵列，其中每个驱动器配置成具有相同行程范围、精度、速度和力。这使得器械能够设计成所期望的任何自由度串级。

下述描述涉及其中手术装置212为机器人控制可转向开放管腔器械的配置，该开放管腔器械可具有可利用驱动组件的第一子组的可用销轴如'098申请所描述进行驱动的功能(例如，弯曲/铰接)，并且其它辅助装置213可导接至该开放管腔器械并且具有其经由驱动组件的第二子组的销轴通过机器人系统的驱动组件214来致动的功能。因此，通过共同驱动组件上的销轴致动器，手术装置2121和辅助装置可经由机器人用户界面来驱动或致动。

图33A和图33B所示的实施例包括手术装置212，手术装置212包括器械外壳和具有可转向远侧端部的轴。手术装置的输入销轴224a从驱动组件214的输出销轴226a接收线性运动以控制该转向功能，如'098申请所描述。器械轴为可用于使流体或导管、手术器具或材料穿过的开放管腔(引导至或引导自手术位点的期望位置)。器械外壳224和/或驱动组件框架允许辅助装置213的导接，所以它们可在使用期间进行支撑。

驱动组件214上的驱动销轴226b将运动传送至辅助器械上的驱动销轴224b以致动其功能。例如，导接至可转向开放管腔器械的辅助器械213可为流体地联接至开放管腔的抽吸冲洗工具，使得抽吸冲洗器可通过开放管腔给予流体，或可用于通过开放管腔从手术位点排空流体。驱动组件的驱动销轴226b驱动抽吸冲洗工具的销轴224b，销轴224b与抽吸冲洗工具213内的阀系统的功能操作性地相关联。因此，销轴224b的移动使阀系统致动以基于通过外科医生或手术员工对机器人系统所给出的输入(例如，利用外科医生控制台处的外科医生输入装置)而选择性地递送/终止冲洗流体的给予和/或抽吸。

参考图34，辅助装置213的另一实例为活检工具，该活检工具向下穿过开放管腔器械的轴。活检卡爪213a的移动通过如先前所描述的将运动从驱动销轴226b传送至输入件224b来致动，而器械212的轴的转向通过如上文所讨论的不同子组的驱动销轴来致动。

在图33A和图34实施例的修改方案中，辅助装置可为诊断装置(诸如多光谱光纤工具)，该诊断装置可向下穿过器械的开放管腔并且可转向至其中光纤器具可用于执行组织分析的地方(通过可转向手术装置的运动)。

本文所描述的开放平台机器人手术系统可用于允许一次性手术器械以该一次性器械可绕着腹腔转向并且可致动以执行特定手术任务的方式附接至可重复使用或寿命有限的可转向器械。

虽然某些实施例已在上文进行描述，但是应当理解，这些实施例通过实例并非限制的方式呈现。对于相关领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种变化。按照可在以后得以发展的相关领域内的技术和术语，这尤为如此。此外，各种所公开实施例的特征可以各种方式进行组合以产生各种额外实施例。

上文所引用的出于优先权的目的而包括的任何和所有专利、专利申请和印刷出版物以引用方式并入本文。

Claims (12)

1.一种手术系统，包括：

支撑件上的驱动单元，所述驱动单元包括多个致动器和多个输出元件，每个致动器可操作以使所述输出元件中的对应一者线性地平移；

手术装置，所述手术装置包括：

细长装置轴，

承载于所述细长装置轴的近侧端部处的输入子系统，所述输入子系统包括各自与线性-旋转转换组件操作性地相关联的多个输入元件，每个输入元件为可线性平移的；

其中所述手术装置相对于支撑件可移除地安装来以与对应输入元件的驱动关系来定位每个输出元件；和

其中致动器的操作使输出元件线性地平移，从而引起对应输入元件的线性平移和所述细长装置轴的轴向旋转；并且

其中所述转换组件包括具有套环的轴，所述套环从所述轴的外表面向外延伸，所述套环具有限定凸轮表面的面，所述输入元件的每一者联接至所述细长装置轴，使得所述输入元件中的第一输入元件抵着所述凸轮表面的平移引起所述轴的在第一方向上的旋转，并且，使得所述输入元件中的第二输入元件抵着所述凸轮表面的平移引起所述轴的在第二方向上的旋转，所述第二方向与所述第一方向相反，所述轴和所述细长装置轴布置成使得所述轴的旋转导致所述细长装置轴的旋转。

2.根据权利要求1所述的手术系统，其中每个输出元件和其对应输入元件沿着共同轴线为可线性平移的。

3.根据权利要求1所述的手术系统，其中每个输入元件机械地接合至其对应输出元件。

4.根据权利要求1所述的手术系统，其中每个输入元件磁性地对接其对应输出元件。

5.根据权利要求1所述的手术系统，其中所述细长装置轴为外轴或延伸通过外轴的内轴。

6.根据权利要求1所述的手术系统，其中每个输入元件非机械地附接至其对应输出元件。

7.根据权利要求1所述的手术系统，还包括可位于所述输入元件和所述输出元件之间的无菌帷帘。

8.根据权利要求7所述的手术系统，其中所述输入元件和所述输出元件不穿透所述无菌帷帘。

9.根据权利要求1所述的手术系统，其中所述轴具有第一端部，并且其中所述凸轮表面的波状面为连续弯曲表面，所述连续弯曲表面环绕所述轴并且具有包括第一顶点部段和第二顶点部段的至少两个顶点部段，所述第一顶点部段相比于所述第二顶点部段更靠近于所述第一端部。

10.根据权利要求9所述的手术系统，其中所述第一顶点部段和所述第二顶点部段绕着所述轴分开180度。

11.一种手术系统，包括：

支撑件上的驱动单元，所述驱动单元包括多个致动器和多个输出元件，每个致动器可操作以使所述输出元件中的对应一者线性地平移；

手术装置，所述手术装置包括：

细长装置轴，

承载于所述细长装置轴的近侧端部处的输入子系统，所述输入子系统包括各自与线性-旋转转换组件操作性地相关联的多个输入元件，每个输入元件为可线性平移的；

其中所述手术装置相对于支撑件可移除地安装来以与对应输入元件的驱动关系来定位每个输出元件；并且

其中致动器的操作使输出元件线性地平移，从而引起对应输入元件的线性平移和所述细长装置轴的轴向旋转，其中所述转换组件包括轴和多个齿条和小齿轮组件，每个齿条和小齿轮组件包括

安装至所述轴的小齿轮，和

齿条，所述齿条接合所述小齿轮使得所述齿条的线性平移产生所述小齿轮的旋转，并且包括所述输入元件中的一者，

其中每个齿条相对于其对应小齿轮定位使得所述齿条相对于所述轴线性地移动，每个齿条的线性运动与其它齿条的线性运动异相使得所述齿条的集体运动引起所述轴的连续旋转，并且其中所述轴和所述细长装置轴布置成使得所述轴的旋转导致所述细长装置轴的旋转，并且

其中每个齿条和小齿轮组件还包括设置于所述齿条上的凸轮表面和由所述小齿轮所承载的从动件，所述凸轮表面和所述从动件成形为使得当所述齿条和所述小齿轮的轮齿在所述齿条相对于所述小齿轮在第一方向上的线性行进期间脱离时，所述凸轮和所述从动件之间的接触引起所述齿条和所述小齿轮的相对运动在所述第一方向上继续而无论所述轮齿是否脱离。

12.根据权利要求11所述的手术系统，还包括可位于所述输入元件和所述输出元件之间的无菌帷帘，其中所述输入元件和所述输出元件不穿透所述无菌帷帘。

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