CN110678143B - 机器人显微手术组件 - Google Patents
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Abstract
机器人手术组件(1)，包括从操作手(3)、可与所述从操作手(3)相连的手术器械(70)，所述手术器械(70)包括关节型子组件(5)，其中，所述关节型子组件(5)至少包括第一连接件(6)、第二连接件(7)和第三连接件(8)；所述第一连接件(6)和所述第二连接件(7)在第一关节(14)相关联，在所述第一连接件(6)和所述第二连接件(7)之间提供自由度；所述第二连接件(7)和所述第三连接件(8)在第二关节(17)相关联，在所述第二连接件(7)和所述第三连接件(8)之间提供自由度；所述手术器械(70)包括至少一个用于移动自由度的肌腱(19)；所述肌腱(19)包括固定至所述第三连接件(8)的肌腱远端部(27)；所述第一连接件(6)和所述第二连接件(7)中的至少一者包括至少一个肌腱接触表面(18)，所述肌腱(19)在与所述至少一个肌腱接触表面(18)保持接触的同时在所述至少一个肌腱接触表面(18)上滑动，在所述至少一个肌腱接触表面(18)上限定一个或多个滑动路径(65)；全部滑动路径(65)的总和限定总缠绕角度；在所述关节型子组件(5)的至少一种构型中，所述总缠绕角度(α+β)等于或大于120°。
Description
技术领域
本发明的目的在于提供一种机器人手术组件。
具体而言，本发明涉及一种机器人显微手术组件。
本发明涉及包括主工具操作手和手术器械的类型的机器人显微手术组件。
本发明还涉及一种从组件以及一种手术器械。
背景技术
包括终端接有手术器械的多关节型机械臂的用于外科手术或显微外科手术的机器人组件在本领域是已知的。例如，文献US-7155316公开了一种用于在MRI(磁共振成像)指导下进行脑显微外科手术的机器人组件，包括基于MRI的图像采集系统和两条多关节型臂，每条臂具有三个具有纵轴的旋转关节以避免直接重力载荷(如文献US 7155316的图7所示)，每个旋转关节与其各自的末端执行器相连，该些末端执行器被赋予内部运动自由度以进行抓握。
还值得注意的是，执行主要的手术原语(例如，组织张紧和吻合口缝合)需要使手术器械尖端沿较大空间椎方向定向及使器械绕其纵轴旋转(侧倾)的能力，例如，以与人手在腕关节和肘关节处接合的类似方式用针保持器械的尖端引导针穿过组织。
为了简化手术器械的小型化，文献WO-2010-009221指出了将与三个自由度相关联的致动肌腱终端的数量从6个减少到4个的有利机会，利用终止在偏转或垂摇连接件上的线缆施加在俯仰或纵摇连接件上的转矩的致动(参见所引用文献的图4-A)，为此需要借助于包括多个齿轮的运动机构选择性地拉动和释放这些线缆。此外，此专利文献中所述的驱动系统要求致动肌腱的每个端部都要附接到绞盘上，绞盘选择性地缠绕肌腱，从而引起拉动操作。众所周知，所述绞盘和所述齿之类的机械部件的存在容易受到空转的影响，导致难以驱动微型关节，这是因为驱动系统中的空转会在关节处转化为角游隙，该角游隙会随着关节型装置变小而增大。所述驱动系统也不适于在致动线缆上保持较低的预载荷以进一步限制摩擦和磨损。
此外，该专利文献所述的用于肌腱末端的技术方案包括用于将肌腱捕获在一些区段中的曲折路径。这种技术方案需要使用足以耐受此类捕获的线缆，例如，钢缆或直径大于其他技术所要求的线缆。
肌腱近端部(例如，比同一肌腱的与结构件或连接件接触的中间部更向近端延伸的近端部)上的近端张力以及与所述结构件接触的所述肌腱的中间部上的张力，每当肌腱被拉动时，都与绞盘方程(capstan equation)有关。随着肌腱被拉动并被定义为正，所述肌腱通过所述结构件或连接件后所述肌腱上的张力由于肌腱与结构件表面之间的滑动摩擦而减小与肌腱材料和结构件材料之间的滑动摩擦系数与肌腱和结构件之间的缠绕角的乘积呈指数相关的因数。
绞盘方程也适用于其沿总缠绕角度积分的微分形式。因此，通过对缠绕角应用因与结构件的接触引起的沿肌腱方向的总变化，该绞盘方程对于任意形状的缠绕表面也成立。未被绞盘方程考虑在内的明显的另一滑动摩擦存在于肌腱和结构件之间的任一尖角接触中，因此对其应避免以使摩擦最小化。
多种腕部设计通过利用惰轮来围绕连接件布设肌腱而完全避免了肌腱上的滑动摩擦，例如，WO-2014-151952和US-6676684。它们的小型化受到所述惰轮最小可行直径的限制。
具体而言，US-6676684公开了用于驱动围绕惰轮(附图标记68)缠绕的连接件的驱动线缆，所述惰轮可旋转地连接至所述连接件。因此，致动线缆避免了滑动至相应惰轮的表面上，而是，惰轮滚动，相应的致动线缆相当于惰轮表面局部固定。此外，远端连接件包括圆形的末端表面(附图标记58.6)，致动线缆围绕该圆形末端表面缠绕并牢固地固定，以移动远端连接件。
US-6840938公开了一种三连接件式腕组件及在第三连接件终止的偏转线缆，该第三连接件由惰轮绕行，该些惰轮可旋转地连接至第一连接件和第二连接件，该技术避免了滑动至相应惰轮的表面上，而是，惰轮滚动，相应的致动线缆相当于惰轮表面局部固定。换句话说，偏转线缆避免了在任一滑动接触表面上接触第一连接件和第二连接件。
US-2002-120252公开了其它类似例子，在该专利文献中，致动线缆围绕滑轮固定缠绕，该滑轮可旋转地连接至相应的连接件以将运动传递给所述连接件，并且，致动线缆的末端牢固地固定至所述连接件以被移动，这要求线缆末端相当于所述连接件保持固定不动。
为了使腕部子组件小型化，多种腕部设计使肌腱与中间连接件的结构体接触并在其上滑动以移动更远端的连接件，例如，US-2015-0127045、WO-03-001986、WO-2010-009221、US-2017-0020615和US-2016-0051274。
在所有这些情况下，设计者都是确保他/她通过使连接件结构体上肌腱缠绕角或围包角最小化来将滑动摩擦限制在最小水平。具体而言，在所有的这些设计中，肌腱都是沿着穿过连接件的结构体的纵向孔或通道来布设的。结果导致，在上述设计中，当腕部处于其平直构型时，肌腱在中间连接件的结构体上几乎具有零缠绕角；而当腕部弯到近90度时，附接到最远端连接件上的肌腱的总缠绕角度接近90度。
这种不可避免的在连接件的结构体中制造孔或导向通道并将所述肌腱送入所述孔或导向通道的需求严重限制了这种设计的小型化。应该注意到，这种孔在限制肌腱可以与腕部子组件保持得很近上起到了至关重要的作用。事实上，当腕部子组件呈现其不同构型时，肌腱会被必须完全包围它的孔表面的不同侧面所约束。换句话说，在所提到的所有文献中，通过孔布设肌腱是设计的必要特征。
多种腕部设计(例如，US-2003-0135204所公开的)既避免了使用惰轮，也避免了使用中间连接件结构体中的孔或导向通道。所述设计采用了圆柱突起，肌腱在这些圆柱突起上滑动，以引导肌腱到达最远端连接件。当腕部处于其平直构型时，肌腱在结构连接件上的缠绕角仍保持在最小水平，从图中估计大约在10度左右。事实上，这种肌腱被所述圆柱突起朝着所述连接件的中心偏转。这种设计仍然是利用了基础连接件结构体中的孔来约束肌腱以在远端连接件(以偏转运动)弯曲时使其保持在连接构件的直径内。在基础(第一)连接件结构体中制造孔仍然是小型化的限制因素。
因此，亟需提供这样一种用于医疗器械的肌腱或致动线缆，其具有使其极端小型化而不损害其使用抗力或可靠性的特性。
此外，亟需提供这样一种用于医疗器械的肌腱，其适于在所述器械的至少一部分上滑动并且相对于已知技术方案在摩擦方向具有改进的性能。
此外，亟需提供一种用于从手术器械的肌腱，其专门用于在施加在其末端的张力负载下作业，而不包括可能导致肌腱路径偏转而降低其阻力的技术方案。
亟需减小肌腱和所述肌腱在其上滑动的表面之间的摩擦，同时更需要使用于机器人手术的手术器械小型化。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已知技术方案的缺陷，同时提供一种满足上述需求的技术方案。
本发明的该目的和其他目的可通过权利要求1所述的机器人手术组件实现。
一些优选实施方式为从属权利要求的主题。
附图说明
通过下文中参照附图对优选实施例进行的描述，本发明的其他特征和优点将变得明显，这些优选实施例是以示例的方式给出的，并不旨在对本发明进行任何限制，附图中：
图1为一实施例中的机器人手术组件的立体图，其中草图示出的是患者和外科医生；
图2为一实施例中的机器人手术组件的立体图，其中草图示出的是患者；
图3A为一实施例中的机器人手术组件的方框图；
图3B为一实施例中的机器人手术组件的方框图；
图3C为一实施例中的机器人手术组件的方框图；
图4为一实施例中的与手术器械相连的从机械手的一部分的立体图；
图5为一实施例中的与手术器械相连的从机械手的一部分的平面图；
图6为一实施例中的与手术器械断开的从操作手的一部分的立体图；
图7为一实施例中的从操作手和手术器械的一部分的剖面示意图；
图8为一实施例中的关节型子组件的立体图，其中，为清楚起见部分部件以剖视形式示出；
图9为一实施例中的关节型子组件的立体图；
图10为一实施例中的关节型子组件的立体图；
图11为一实施例中的关节型子组件的一部分的立体图；
图12为一实施例中的连接件的立体图；
图13A为一实施例中的连接件的立体图；
图13B为一实施例中的连接件的立体图；
图14为一实施例中的连接件的立体图；
图15为一实施例中的连接件的立体图；
图16为一实施例中的关节型子组件的立体图，其中，未示出肌腱；
图17为一实施例中的关节型子组件的一部分的平面示意图，其中，示出了肌腱；
图18为一实施例中的关节型子组件的立体图；
图19为一实施例中的关节型子组件的立体图，其中，示出了双关节型关节；
图20为一实施例中的关节型子组件的立体图；
图21为图20中关节型子组件的分解图，其中，为清楚起见未示出肌腱和销；
图22为一实施例中的关节型子组件的关节的立体图；
图23为一实施例中的关节型子组件的关节的立体图；
图24为一实施例中的关节型子组件的立体图；
图25为图24中关节型子组件的一部分的立体图，其中，为清楚起见未示出肌腱；
图26为一实施例中的关节型子组件的立体图；
图27为一实施例中的关节型子组件的平面图，其示出了关节型子组件的3种构型；
图28为一实施例中的关节型子组件的平面图，其示出了关节型子组件的3种构型；
图29为一实施例中的关节型子组件的平面图，其示出了关节型子组件的3种构型；
图30、图31和图32是一些实施例中的关节型子组件的立体图；
图33为一实施例中的肌腱的一部分和连接件的立体图；
图34是从图33中箭头XXXIV所示角度示出的图3中连接件和肌腱的立体图；
图35为一实施例中的连接件的立体图；
图36和图37为一些实施例中的具有至少一个肌腱和清楚起见具有透明部件的关节型子组件的平面图；
图38和图39为一些实施例中的具有肌腱和清楚起见具有透明部件的关节型子组件的平面图；
图40和图41为一些实施例中的具有至少一个肌腱和清楚起见具有透明部件的关节型子组件的平面图；
图42为一实施例中的关节型子组件的一种构型的平面示意图，其中，肌腱示出了总缠绕角；
图43为一实施例中的关节型子组件的一种构型的平面示意图，其中，肌腱示出了总缠绕角；
图44为一实施例中的关节型子组件的一种构型的平面示意图，其中，肌腱示出了总缠绕角；
图45为一实施例中的关节型子组件的一种构型的平面示意图，其中，肌腱示出了总缠绕角；
图46为一实施例中的连接件的剖面示意图，其中，肌腱示出了局部缠绕角；
图47为一实施例中的连接件的剖面示意图，其中，肌腱示出了局部缠绕角。
具体实施方式
根据一般实施例，机器人手术组件1包括从操作手3、可连接至所述从操作手3的手术器械70。
所述手术器械70包括关节型子组件5。
所述关节型子组件5至少包括第一连接件6、第二连接件7和第三连接件8。
根据一实施例，机器人显微手术组件1包括至少一个适于检测人工指令的主工具2、至少一个从操作手3和至少一个手术器械70及至少一个控制单元4，控制单元4配置成至少接收包括关于所述人工指令的信息的第一指令信号59并将第二指令信号60发送给所述从操作手3中的至少一个执行器25，以控制所述手术器械70。
根据一实施例，所述手术器械70为从手术器械70。根据一实施例，所述手术器械70为医疗器械70。
所述手术器械70包括关节型子组件5，所述关节型子组件5至少包括第一连接件6、第二连接件7和第三连接件8。
所述第一连接件6和所述第二连接件7在第一关节14相关联，所述第一关节14提供所述第一连接件6和所述第二连接件7之间的自由度。
所述第二连接件7和所述第三连接件8在第二关节17相关联，所述第二关节17提供所述第二连接件7和所述第三连接件8之间的自由度。
所述手术器械70包括至少一个用于移动自由度的肌腱19。
所述至少一个肌腱19适于相对于至少所述第二连接件7移动所述第三连接件8。根据一实施例，所述手术器械70包括至少一对用于移动自由度的肌腱19、20。根据一实施例，该对肌腱19、20适于相对于至少所述第二连接件7移动所述第三连接件8。
根据一优选实施例，所述肌腱19包括适于与至少一个执行器25相关联的肌腱近端部26、固定至所述第三连接件8的肌腱远端部27、及在所述肌腱近端部26和所述肌腱远端部27之间延伸的肌腱中间部28，所述执行器25优选位于所述关节型子组件5内。例如，所述至少一个执行器25位于关节型子组件5上游的所述从操作手3的执行器室69部中。
所述第一连接件6和所述第二连接件7中至少一个包括至少一个肌腱接触表面18，所述肌腱19、优选所述肌腱中间部28与所述至少一个肌腱接触表面18保持接触地在所述肌腱接触表面18上滑动，在所述至少一个肌腱接触表面18上限定一个或多个滑动路径65。这样，所述至少一个肌腱接触表面18为肌腱滑动表面66。
根据一优选实施例，所述第一连接件6或所述第二连接件7的所述至少一个肌腱滑动表面66为光滑表面，其具有不存在锋利边缘的表面轮廓。
根据一优选实施例，所述第一连接件6或所述第二连接件7的所述至少一个肌腱接触表面18是光滑表面，其具有不存在锋利边缘的表面轮廓。
根据一优选实施例，所述第一连接件6或所述第二连接件7的所述至少一个肌腱接触表面18是肌腱滑动表面66，在其上滑动的所述肌腱19与所述至少一个肌腱滑动表面66具有局部相对运动，同时与所述至少一个肌腱接触表面18保持接触。换句话说，根据一实施例，所述肌腱中间部在其上滑动的所述至少一个肌腱接触表面18为肌腱滑动表面66。换句话说，根据一个实施例，当关节型装置构型从第一构型变化成第二构型时，局部相对滑动运动发生在所述肌腱和所述至少一个肌腱接触表面18之间。换句话说，根据一个实施例，在关节型装置运动过程中，局部滑动摩擦力产生于所述肌腱和所述至少一个肌腱接触表面18之间。
根据一个实施例，术语“滑动”是指具有局部相对滑动运动的接触。根据一个实施例，术语“滑动”是指产生局部滑动摩擦力的接触。根据一个实施例，术语“滑动”不指不存在局部相对滑动运动的接触，例如，肌腱与惰轮之间的接触、以及肌腱与所述肌腱在其上终止并缠绕的表面之间的接触。
根据一优选实施例，所述第一连接件6或所述第二连接件7的所述至少一个肌腱接触表面18为肌腱滑动表面66，所述肌腱19与所述至少一个肌腱滑动表面66保持接触地在所述肌腱滑动表面66上滑动。换句话说，根据一实施例，所述肌腱中间部在其上滑动的所述至少一个肌腱接触表面18是肌腱滑动表面66。根据一实施例，所述第三连接件8包括至少一个肌腱接触表面18，且所述肌腱接触所述第三连接件8的所述肌腱接触表面18，避免在其上滑动。根据一实施例，所述肌腱远端部27不适于在肌腱接触表面18上滑动。
根据一实施例，所述滑动路径65具有基本上占主导地位的纵向延伸。根据一实施例，所述滑动路径65是肌腱19在所述肌腱滑动表面66上限定的印记。根据一优选实施例，所述一个或多个滑动路径65中的每一个是连续路径。根据一实施例，所述肌腱19和所述肌腱滑动表面66因局部相对运动交换局部摩擦力。根据一实施例，所述肌腱沿着或者平行于其纵向延伸方向T-T或肌腱纵向路径T-T在所述至少一个肌腱接触表面18上滑动。根据一实施例，所述肌腱避免在所述至少一个肌腱接触表面18上沿着横向于肌腱纵向路径T-T的方向滑动。根据一实施例，所述肌腱纵向路径T-T随时间变化保持固定不动。根据一实施例，所述一个或多个滑动路径65与所述肌腱纵向路径T-T的一部分重合或平行。
根据一实施例，所述滑动路径65包括近端或初始滑动路径端和远端或最终滑动路径端，所述近端或初始滑动路径端的特征是紧接在所述初始滑动路径端之前的初始肌腱路径方向，所述远端或最终滑动路径端的特征是紧接在所述最终滑动路径端之后的最终肌腱路径方向。根据一实施例，所述肌腱中间部28被所述第一连接件6和所述第二连接件7中至少一者偏转。根据一实施例，所述肌腱中间部28被所述第一连接件6和所述第二连接件7中至少一者自初始肌腱路径方向至最终肌腱路径方向偏转。根据一实施例，所述肌腱中间部被所述第一连接件6和所述第二连接件7中至少一者偏转肌腱偏转角度。根据一实施例，所述肌腱偏转角度作为所述初始肌腱路径方向和所述最终肌腱路径方向之间的角度予以测度。根据一实施例，所述肌腱中间部被所述第一连接件6和所述第二连接件7中至少一者偏转一个或多个肌腱偏转角度。根据一实施例，总偏转角度是全部所述肌腱偏转角度之和。根据一实施例，在所述关节型子组件5的至少一种构型中，所述总偏转角度α+β等于或大于120°。根据一实施例，所述关节型子组件的平直构型中，所述第二连接件和第三连接件位于它们关节运动范围的中心处。根据一实施例，在所述关节型子组件5的所述平直构型中，所述总偏转角度α+β等于或大于90°。
根据一优选实施例，所述总肌腱偏转角度α+β是所述的总缠绕角度α+β。
根据一优选实施例，所述至少一个肌腱纵向路径T-T在所述初始滑动路径端与所述第一连接件6或所述第二连接件7的所述至少一个肌腱滑动表面66相切。根据一优选实施例，所述至少一个肌腱纵向路径T-T在所述最终滑动路径端与所述第一连接件6或所述第二连接件7的所述至少一个肌腱滑动表面66相切。根据一优选实施例，对于关节型组件的每个构型，所述至少一个肌腱纵向路径T-T是不具有角度的光滑连续曲线。
有利地，所述第一连接件6和所述第二连接件7的全部肌腱滑动表面66的全部滑动路径65的总和限定总缠绕角度α+β。
根据一优选实施例，全部肌腱滑动表面66的全部滑动路径65的总和限定总缠绕角度α+β。
根据一实施例，全部肌腱滑动表面66的全部滑动路径65的总和掠过总缠绕角度α+β。根据一实施例，全部肌腱滑动表面66的全部滑动路径65的总和由总缠绕角度α+β覆盖。
根据一实施例，所述第一连接件7和所述第二连接件8中一个连接件的肌腱滑动表面66的单个滑动路径限定局部缠绕角度α或β。根据一实施例，全部所述局部缠绕角度的总和限定所述总缠绕角度α+β。根据一实施例，所述第一连接件7和所述第二连接件8中一个连接件的肌腱滑动表面66的单个滑动路径65限定第一局部缠绕角度α。根据一实施例，所述第一连接件7和所述第二连接件8中一个连接件的肌腱接触表面18的单个滑动路径65限定第二局部缠绕角度β。
根据一实施例，所述缠绕角度和所述总缠绕角度是指在所述肌腱与所述第一连接件7和所述第二连接件8中至少一个连接件之间产生局部滑动摩擦力的接触。根据一实施例，所述缠绕角度和总缠绕角度是指在所述肌腱与所述第一连接件7和所述第二连接件8中至少一个连接件之间产生随所述缠绕角度增大的局部滑动摩擦力的接触。
有利地，在所述关节型子组件5的至少一种构型中，所述总缠绕角度α+β等于或大于120°。
根据一实施例，当所述关节型子组件5处于其平直构型时，所述总缠绕角度(α+β)等于或大于90°。
根据一实施例，术语“构型”是指所述关节型子组件5的空间几何定位。根据一实施例，术语“构型”是指形成所述关节型子组件5的连接件6、7、8的相对空间定位和定向。根据一实施例，术语“平直构型”是指由所述关节型子组件5形成的运动链基本上未折叠和/或延伸至其最大伸长度。
根据一实施例，所述第一连接件6和所述第二连接件7中一者包括至少两个肌腱接触表面18，所述肌腱19、优选所述肌腱中间部28与所述至少两个肌腱滑动表面66保持接触地在所述至少两个肌腱接触表面18上滑动，在所述至少两个肌腱接触表面18上限定所述一个或多个滑动路径65。
根据一实施例，所述第一连接件7包括至少一个肌腱接触表面18，所述肌腱19、优选所述肌腱中间部28与所述至少一个肌腱滑动表面66保持接触地在所述至少一个肌腱接触表面18上滑动，在所述至少一个肌腱滑动表面66上限定所述一个或多个滑动路径65；并且，所述第二连接件8包括至少一个另一肌腱接触表面18，所述肌腱19、优选所述肌腱中间部28与所述至少一个另一肌腱滑动表面66保持接触地在所述至少一个另一肌腱接触表面18上滑动，在所述至少一个另一肌腱滑动表面66上限定所述一个或多个滑动路径65。
根据一实施例，所述关节型子组件5包括至少两个为所述肌腱滑动表面66的肌腱接触表面18，所述肌腱19、优选所述肌腱中间部28与所述至少两个肌腱滑动表面66保持接触地在所述至少两个肌腱接触表面18上滑动，在所述至少两个肌腱滑动表面66上限定所述一个或多个滑动路径65。
根据一实施例，所述第三连接件8包括至少一个肌腱接触表面18，其不适于所述肌腱19、优选所述肌腱远端部27在其上滑动。
根据一实施例，所述局部缠绕角度中的每一个被定义为对着所述肌腱滑动表面66的角度。根据一实施例，所述总缠绕角度α+β被定义为全部所述局部缠绕角度的总和。
根据一实施例，所述局部缠绕角度中的每一个被定义为与沿着所述肌腱纵向路径T-T指向的所述肌腱正交的两条线形成的角度，并且所述局部缠绕角度中的每一个被定义在所述肌腱的在所述肌腱滑动表面66上界定接触路径65的部分上。
根据一实施例，所述局部缠绕角度中的每一个被定义为由两个肌腱纵向路径T-T方向形成的角度，并且被定义在所述肌腱的在所述肌腱滑动表面66上界定接触路径65的部分上。
根据一实施例，所述至少一个肌腱滑动表面66包括近端接触表面边界67和远端接触表面边界68，它们沿着所述肌腱纵向路径T-T界定所述肌腱接触表面18，其中，所述近端接触表面边界67相对于所述远端接触表面边界68位于靠近端侧。根据一实施例，所述局部缠绕角度中的每一个被定义为与紧接在所述近端接触表面边界67之前的所述肌腱纵向路径T-T和紧接在所述远端接触表面边界68之后的所述肌腱纵向路径T-T正交的两条线形成的角度。
根据一实施例，所述至少一个肌腱接触表面18包括近端接触表面边界67和远端接触表面边界68，它们沿着所述肌腱纵向路径T-T界定所述肌腱滑动表面66，其中，所述近端接触表面边界67相对于所述远端接触表面边界68位于靠近端侧。根据一实施例，所述局部缠绕角度中的每一个被定义为由紧接在所述近端接触表面边界67之前的所述肌腱纵向路径T-T方向和紧接在所述远端接触表面边界68之后的所述肌腱纵向路径T-T方向形成的角度。
根据一实施例，每个局部缠绕角度α或β被限定在所述肌腱在与其保持接触的同时在其上滑动的表面上，即使所述表面不连续或具有尖角。
根据一实施例，相对于单个肌腱滑动表面66的密切圆的中心测度每个局部缠绕角度α或β。
根据一实施例，连接件单个肌腱滑动表面18的全部接触点以限定局部缠绕角α或β的方式包围所述连接件的一部分。
根据一实施例，所述总缠绕角度α+β为60°～300°。
根据一实施例，所述总缠绕角度α+β为90°～270°。
根据一实施例，每个连接件6、7、8具有连接件障碍部。根据一实施例，所述至少一个肌腱接触表面18至少部分地界定连接件的所述连接件障碍部。
根据一实施例，所述肌腱接触表面18呈圆柱形。根据一实施例，所述肌腱滑动表面66是圆柱表面的一部分。
根据一优选实施例，所述肌腱由聚合物材料制成。
根据一实施例，所述肌腱由选自于由聚乙烯、超高分子量聚乙烯或UHMWPE、
聚苯并二恶唑(polybenzobisoxazole)、碳纤维及其组合组成的群组中的材料制成。
根据一优选实施例，所述肌腱中间部28由聚合物材料制成。这样，可以提供给所述肌腱中间部28较少的摩擦、在整个使用寿命内更少的磨损，由此对其进行更少的保养，并且，可以使肌腱中间部28比其它材料的肌腱具有更小的直径。
根据一实施例，所述肌腱中间部28由选自于由聚乙烯、超高分子量聚乙烯或UHMWPE、聚苯并二恶唑(polybenzobisoxazole)、碳纤维及其组合组成的群组中的材料制成。
根据一实施例，所述至少一个肌腱接触表面18由选自于由钢、陶瓷、碳化物、钛、液态金属及其组合组成的群组中的材料制成。
根据一实施例，所述至少一个肌腱滑动表面66由选自于由钢、陶瓷、碳化物、钛、液态金属及其组合组成的群组中的材料制成。
根据一优选实施例，所述肌腱中间部28由超高分子量聚乙烯制成，且所述至少一个肌腱滑动表面66由合金钢制成。根据一优选实施例，所述肌腱由超高分子量聚乙烯制成，且所述至少一个肌腱滑动表面66由钢制成。这样，可以获得位于0.04～0.08范围内的摩擦系数。由此避免了肌腱中间部28的静摩擦。
根据一实施例，所述肌腱滑动表面66和所述肌腱中间部28之间的干滑动摩擦具有等于或低于0.1的摩擦系数。例如，此肌腱中间部28在此肌腱滑动表面66上的干滑动摩擦比金属肌腱中间部在金属肌腱滑动表面上限定的干滑动摩擦小五倍以上，后一种情况将使摩擦系数基本上等于0.5。
根据一优选实施例，所述摩擦系数低于0.1。
根据一实施例，所述总缠绕角度基本上等于360°。值得注意的是，肌腱在肌腱滑动表面上滑动通过缠绕角度的总摩擦与肌腱张力乘以摩擦系数与缠绕角度之间的乘积的指数成正比。因此，摩擦系数减小允许采用成比例地更大的缠绕角度。能够采用更大的绕组线缆使得可以在连接件结构体上布线，从而避免了使用难以小型化的肌腱导向元件。
根据一实施例，所述连接件6、7、8的障碍部沿横向于所述关节型子组件5的纵向延伸的方向具有等于或小于8mm的最大延伸部，其优选等于或小于5mm，并且优选测得范围为2mm～5mm。
根据一实施例，所述关节型子组件5整体上适于直径为2mm～5mm的圆柱形体积。
根据一优选实施例，所述肌腱中间部28的直径等于或小于0.5mm，优选包括在0.005mm～0.5mm范围内。
根据一实施例，所述肌腱具有基本上呈圆形的横截面。根据一实施例，所述肌腱的直径在所述肌腱的不同部分是可变的。根据一实施例，所述肌腱的机械性能在所述肌腱的不同部分是可变的。根据一实施例，所述肌腱通过结合具有不同性能的肌腱部分而获得。根据一实施例，所述肌腱在伸入轴中空芯内的平直段连接至加劲杆件。根据一实施例，所述肌腱通过结合具有不同特性的肌腱部分而获得。
根据一实施例，所述至少一个肌腱滑动表面66由选自于由钢、陶瓷、钛、碳化物及其组合组成的群组中的材料制成。根据一实施例，所述结构体连接件中的至少一个由微注射成型制造而成。根据一实施例，所述结构体连接件中的至少一个由液态金属微注射成型制造而成，实现最佳的最终尺寸公差，如本领域现有技术已知的，最大尺寸在5mm以下的没有孔。根据一实施例，所述结构体连接件中的至少一个由液态金属微注射成型制造而成，实现最佳的机械性能，特别是回弹性和不具有脆弱点。
根据一优选实施例，所述肌腱中间部28由超高分子量聚乙烯制成，所述至少一个肌腱滑动表面66由钢制成。根据一优选实施例，所述肌腱由超高分子量聚乙烯制成，所述至少一个肌腱滑动表面66由钢制成。这样，可以获得等于或小于0.04的摩擦系数。由此可以避免肌腱中间部28的静摩擦。
根据一实施例，所述肌腱滑动表面66和所述肌腱中间部28之间的干滑动摩擦具有等于或小于0.1的摩擦系数。根据一实施例，所述肌腱滑动表面66和所述肌腱19之间的干滑动摩擦具有等于或小于0.1的摩擦系数。
根据一优选实施例，所述摩擦系数小于0.1。
根据一实施例，所述总缠绕角度基本等于360°。例如，此肌腱中间部28在此肌腱接触表面18上的干滑动摩擦小于在金属肌腱滑动表面上滑动且具有90度的总缠绕角度的金属肌腱中间部限定的干滑动摩擦，后一种情况将具有基本等于0.5的摩擦系数。
根据一实施例，所述连接件6、7、8的障碍部沿横向于所述关节型子组件5的纵向延伸的方向具有等于或小于8mm的最大延伸部，其优选等于或小于5mm，并且优选包括在2mm～5mm的范围内。
根据一实施例，所述关节型子组件5整体上适于直径为2mm～5mm的圆柱形体积。
根据一优选实施例，所述肌腱19、优选所述肌腱中间部28具有等于或小于0.5mm的直径，并且优选包括在0.005mm～0.5mm的范围内。
根据一实施例，所述肌腱具有基本呈圆形的横截面。根据一实施例，所述肌腱的直径在所述肌腱的不同部分上是可变的。根据一实施例，所述肌腱的机械性能在所述肌腱的不同部分上是可变的。根据一实施例，所述肌腱通过结合具有不同性能的肌腱部分获得。
根据一实施例，所述控制单元4与执行器驱动单元58相连，执行器驱动单元58适于向所述至少一个执行器25发送所述第二指令信号。根据一实施例，所述至少一个控制单元4包括CPU。根据一实施例，所述至少一个控制单元4包括至少一个处理器单元。根据一实施例，所述至少一个控制单元4基于检测系统获取的信息提供反馈控制电路，所述检测系统适于检测所述至少一个执行器25的动作，例如其提供的位移和/或施加的力。根据一实施例，所述主工具2设计成由外科医生30操纵。根据一实施例，所述手术器械70的至少一部分设计成对患者29的身体结构进行手术。
根据一实施例，所述手术器械70包括至少一个关节型子组件5。
根据一实施例，术语“关节型子组件”是指通过关节彼此相连的一系列连接件，适于支撑和/或定向和/或定位和/或影响所述手术器械70的末端执行器的位置。根据一实施例，从功能角度来看，所述关节型子组件可以是机器人或机电结构的腕关节、肘关节或肩关节。
根据一实施例，所述关节型子组件5包括连接件。
根据一优选实施例，所述关节型子组件5至少包括第一连接件6、第二连接件7和第三连接件8。这样，所述关节型子组件5包括至少三个连接件6、7、8。
根据一实施例，所述第一连接件6由第一连接件结构体9构成，所述第一连接件结构体9为单件。
根据一优选实施例，术语“单件”是指于操作条件下，在单个连接件结构体中避免任何自由度。根据一实施例，术语“单件”表示连接件结构体可以包括两个或更多个结合在一起的零件，使得避免单个连接件结构体中的任何自由度。
根据一实施例，术语“单件”还表示连接件结构体可以包括两个或更多个结合在一起的零件，使得在操作条件下所述两个或更多个零件的相对空间定向被牢固地锁定。
根据一实施例，术语“单件”还表示连接件结构体是整体式的。
根据一实施例，所述第二连接件7由第二连接件结构体10构成，所述第二连接件结构体10为单件。
根据一实施例，所述第三连接件8由第三连接件结构体11构成，所述第三连接件结构体11为单件。
根据一实施例，每个连接件由连接件结构体构成。
根据一实施例，所述第一连接件结构体9包括形成第一关节近端部的第一连接件远端部12，并且，所述第二连接件结构体10包括形成第一关节远端部的第二连接件近端部13。根据一实施例，所述第一连接件结构体9的所述第一连接件远端部12包括两个U形接头叉头(clevis prongs)，使得其适于形成U形接头关节(clevisjoint)。根据一实施例，所述第二连接件近端部13包括两个U形接头叉头，使得其适于形成U形接头关节。
根据一实施例，所述第一连接件远端部12和所述第二连接件近端部13配合以至少部分地形成第一关节14，所述第一关节14在所述第一连接件6和所述第二连接件7之间提供单一自由度。根据一优选实施例，所述第一连接件6和所述第二连接件7之间的所述单一自由度是围绕第一关节轴X-X的旋转平移自由度，并且，优选地，所述旋转平移自由度是围绕所述第一关节轴X-X的旋转自由度。
根据一实施例，所述第二连接件结构体10还包括形成第二关节近端部的第二连接件远端部15，并且，所述第三连接件结构体11包括形成第二关节远端部的第三连接件近端部16。根据一实施例，所述第二连接件远端部15包括两个U形接头叉头，使得适于形成U形接头关节。根据一实施例，所述第三连接件近端部16包括两个U形接头叉头，使得适于形成U形接头关节。
根据一实施例，所述第二连接件远端部15和所述第三连接件近端部16配合以至少部分地形成第二关节17，所述第二关节17在所述第二连接件7和所述第三连接件8之间提供单一的自由度。根据一优选实施例，所述第二连接件7和所述第三连接件8之间的所述单一自由度是围绕第二关节轴Y-Y的旋转平移自由度，并且，优选地，所述旋转平移自由度是围绕所述第二关节轴Y-Y的旋转自由度。
根据一实施例，所述第一关节14和所述第二关节17都适于提供单个自由度。
根据一实施例，所述第一关节14适于锁定所述第一连接件6和所述第二连接件7之间的除绕第一关节轴X-X相对转动外的全部方向上的相对运动。根据一实施例，所述第二关节17适于锁定所述第二连接件7和所述第三连接件8之间的除绕第二关节轴Y-Y转动外的全部方向上的相对运动。
根据一实施例，所述第一连接件结构体9、所述第二连接件结构体10和所述第三连接件结构体11形成运动链。根据一实施例，所述第一连接件结构体9、所述第二连接件结构体10和所述第三连接件结构体11直接串联连接形成运动链。
根据一实施例，所述第一连接件6相对于所述第二连接件7为相邻连接件，在运动链上没有中间介入连接件。根据一实施例，所述第二连接件7相对于所述第一连接件6和所述第三连接件8为相邻连接件。根据一实施例，所述第三连接件8相对于所述第二连接件7为相邻连接件。根据一实施例，所述第一连接件结构体9相对于所述第二连接件结构体10为相邻连接件结构体。根据一实施例，所述第二连接件结构体10相对于所述第一连接件结构体9和所述第三连接件结构体11是相邻连接件。根据一实施例，所述第三连接件结构体11相对于所述第二连接件结构体10是相邻连接件结构体。
根据一实施例，所述运动链可包括运动链的两个或更多个分支。根据一实施例，所述两个或更多个分支自单个关节延伸，例如，自所述第二关节17延伸。根据一实施例，运动链的所述两个或更多个分支共享至少一个连接件。根据一实施例，运动链的所述两个或更多个分支共享关节型子组件的三个连接件中的至少两个连接件。
根据一实施例，所述第一关节14和所述第二关节17中的每一个是指适于提供相对于运动链中的相邻连接件绕关节轴具有旋转自由度的运动链中的连接件。根据一实施例，所述关节轴X-X、Y-Y中的每一个是两个相邻连接件共享的关节轴，使得所述两个相邻连接件能够相对于彼此绕所述共同的关节轴旋转。根据一实施例，所述第一关节14限定第一关节轴X-X，其中，所述第一关节轴X-X是所述第一连接件6和所述第二连接件7所共享的共同的关节轴，使得这两个相邻连接件能够相对于彼此绕所述共同的关节轴旋转。根据一实施例，所述第二关节17限定第二关节轴Y-Y，其中，所述第二关节轴Y-Y是所述第二连接件7和所述第三连接件8所共享的共同的关节轴，使得这两个相邻连接件能够相对于彼此绕所述共同的关节轴旋转。
根据一实施例，由所述至少三个连接件6、7、8形成的运动链具有两个自由度。
根据一实施例，由所述至少三个连接件6、7、8形成的运动链具有恰好两个自由度。换句话说，根据一实施例，由所述至少三个连接件6、7、8形成的运动链的总自由度数为2。根据一实施例，由所述第一连接件6、所述第二连接件7和所述第三连接件8形成的运动链具有恰好两个自由度。换句话说，根据一实施例，由所述第一连接件6、所述第二连接件7和所述第三连接件8形成的运动链的总自由度数为2。
根据一实施例，所述关节型子组件5避免包括执行器。根据一实施例，所述关节型子组件5避免包括位于所述运动链中的执行器。根据一实施例，在所述连接件当中不设置执行器。
根据一实施例，所述第一连接件结构体9、所述第二连接件结构体10和所述第三连接件结构体11中的至少两个包括至少一个肌腱滑动表面66，避免所述至少一个肌腱滑动表面66为孔表面。换句话说，所述至少一个肌腱接触表面18避免在连接件结构体9或10或11中界定通孔。根据一实施例，所述至少一个肌腱滑动表面66的法线或正交线避免与包括所述至少一个肌腱滑动表面66的结构体相交。根据一实施例，所述肌腱滑动表面66避免面向自身。根据一实施例，所述肌腱接触表面18促使所述肌腱中间部28远离包括所述肌腱滑动表面66的连接件结构体。
根据一实施例，所述肌腱接触表面18在等于或小于180°的角度上围绕所述肌腱中的一个。根据一实施例，所述肌腱接触表面18是所述连接件结构体9、10、11之一的外表面。根据一实施例，所述肌腱接触表面18至少部分地界定所述连接件结构体6、10、11之一的障碍部(encumber)。根据一实施例，每个肌腱包括第一纵向侧和相对的第二纵向侧，其中，所述第一纵向侧和所述第二纵向侧中之一与所述连接件中的至少一者接触。换句话说，当所述第一纵向侧与给定连接件接触时，所述第一纵向侧背对所述给定连接件。根据一实施例，所述第一纵向侧和相对的所述第二纵向侧中的每一个在所述肌腱上覆盖基本180°的角，同时保持彼此不相交。
根据一实施例，所述手术器械70包括肌腱19、20、21、22、23、24、31、32。根据一实施例，所述肌腱用作致动线缆，适于仅在牵引中作业。
根据一实施例，所述手术器械70包括至少三个肌腱。所述至少三个肌腱中的每个肌腱包括与所述至少一个执行器25相关联的肌腱近端部26、固定至所述第二连接件7或所述第三连接件8上的肌腱远端部27、在所述肌腱近端部26和所述肌腱远端部27之间延伸的肌腱中间部28。
根据一实施例，所述手术器械70包括另一肌腱以包括至少四个肌腱，其中，所述至少四个肌腱中的每一个的所述至少一个中间部28只在所述至少一个肌腱滑动表面66上接触所述关节型子组件5。
根据一实施例，一对肌腱的肌腱远端部27固定在同一连接件上，以作为拮抗肌腱工作。换句话说，一对肌腱固定在同一连接件上，以作为拮抗肌腱工作。根据一实施例，一对肌腱共用其肌腱远端部27，以作为拮抗肌腱工作。根据一实施例，作为拮抗肌腱工作的一对肌腱为单件。根据一实施例，所述肌腱19、20、21、22、23、24、31、32包括第一对肌腱19、20，其适于作为拮抗肌腱工作。根据一实施例，所述肌腱19、20、21、22、23、24、31、32包括第二对肌腱21、22，其适于作为拮抗肌腱工作。
根据一实施例，一对肌腱的肌腱远端部27固定至同一连接件，以作为一个肌腱工作。换句话说，一对肌腱固定至同一连接件，以作为单个肌腱并行工作。根据一实施例，一对肌腱共用其肌腱远端部27，以作为单个肌腱并行工作。根据一实施例，作为单个肌腱工作的一对肌腱为单件。根据一实施例，所述肌腱19、20、21、22、23、24、31、32包括第一对肌腱19、20，其适于作为单个肌腱工作。根据一实施例，所述肌腱19、20、21、22、23、24、31、32包括第二对肌腱21、22，其适于作为单个肌腱工作。根据一实施例，所述肌腱19、20、21、22、23、24、31、32包括第三对肌腱23、24，其适于作为拮抗肌腱工作。根据一实施例，所述肌腱19、20、21、22、23、24、31、32包括第四对肌腱31、32，其适于作为拮抗肌腱工作。
根据一实施例，所述第二连接件7和所述第三连接件8中至少一者包括至少一个肌腱固定部49，其适于接收所述肌腱远端部27。根据一实施例，所述第二连接件7和所述第三连接件8中至少一者包括两个肌腱固定部49，其适于接收作为拮抗肌腱工作的两个肌腱的所述肌腱远端部27。例如，如图35所示，所述肌腱19和20作为单个肌腱并行工作。
根据一实施例，每个肌腱的所述肌腱中间部28仅在所述第一连接件结构体9、所述第二连接件结构体10和所述第三连接件结构体11中至少两者的所述至少一个肌腱滑动表面66上接触所述关节型子组件5。这样就避免了使用任何其它用于布设肌腱的部件的需求，使部件数量和组装难度最小化。这样还避免了肌腱与关节型子组件的进一步接触而引起的不必要的肌腱摩擦和磨损。
根据一优选实施例，这样避免了每个肌腱的所述肌腱中间部28接触所述关节型子组件5的任何其它部分。根据一实施例，每个肌腱的所述肌腱中间部28只在所述至少一个肌腱滑动表面66上接触所述关节型子组件。
有利地，由于手术器械70的特性，可以使所述关节型子组件5的尺寸微型化。
根据一实施例，所述第一连接件结构体9、所述第二连接件结构体10和所述第三连接件结构体11中的每一个包括至少一个肌腱接触表面18。
根据一实施例，所述至少一个肌腱滑动表面66为凹槽表面。换句话说，根据一实施例，所述肌腱滑动表面至少部分地界定形成在至少一个连接件上的凹槽。
根据一实施例，所述连接件结构体中的至少一个连接件结构体可与相对于所述连接件结构体成分开的零件的附件相关联，例如，滑轮，如，惰轮，即，可旋转地连接至连接件的滑轮，但所述附件避免为所述肌腱中间部28中任意一个提供接触表面。
根据一实施例，所述第一连接件远端部12和所述第二连接件近端部13以几何联接方式协作，以形成所述第一关节14。根据一实施例，所述第二连接件远端部15和所述第三连接件近端部16以几何联接方式协作，以形成所述第二关节17。
根据一实施例，所述第一关节14和所述第二关节17中的至少一个是枢轴关节(pivot joint)。根据一实施例，所述枢轴关节是旋转关节(rotationaljoint)，其为关节轴X-X或Y-Y提供机械枢轴。
根据一实施例，所述第一关节14和所述第二关节17中的至少一个是滚动关节
(rollingjoint)。根据一个实施例，所述滚动关节在相应滚动表面上在一连接件的连接件结构体与相邻连接件的连接件结构体之间提供滚动接触，使得围绕固定关节轴X-X或Y-Y发生滚动运动。
根据一实施例，所述第一关节14和所述第二关节17中的至少一个是销关节(pinjoint)。
根据一实施例，所述销关节包括至少一个销33和至少一个销座34，所述销座34适于接收所述至少一个销33。根据一实施例，所述销33主要沿纵向延伸。
根据一实施例，所述至少一个销33的直径小于容置所述至少一个销33的所述至少一个销座34的直径，使得其间的间隙可使所述销33和所述销座34联接。
根据一实施例，所述销座34为通孔，该通孔由所述连接件结构体9、10、11中至少一者界定。
根据一实施例，所述销座34为空腔，该空腔由所述连接件结构体9、10、11中至少一者界定。
根据一实施例，所述销座34为空腔，该空腔的腔口40比所述至少一个销33窄，并且所述腔口40不适于接收所述销33。此种空腔可防止销33沿横向于所述销33的纵向延伸的方向离开销座34。
根据一实施例，所述销座34由面向所述销座34的销座边界35界定。优选地，所述销座边界35适于面向容置在所述销座34中的销33。
根据一实施例，所述第一连接件结构体9的所述第一连接件远端部12、所述第二连接件结构体10的所述第二连接件近端部13、所述第二连接件结构体10的所述第二连接件远端部15、以及所述第三连接件结构体11的所述第三连接件近端部16中的至少一者包括所述销座边界35，其界定用于容置销33的所述销座34。
根据一实施例，所述销座边界35基本呈圆形。根据一实施例，所述销座边界35包括圆周的弧。根据一实施例，所述销座边界35呈现抛物面轮廓。根据一实施例，所述销座边界35呈现凸轮轮廓，适于与所述销33配合形成凸轮-从动件机构。
根据一实施例，所述第一关节14和所述第二关节17中的至少一者是凸轮关节(camjoint)。
根据一实施例，所述第一关节14和所述第二关节17中的至少一者是U形接头关节(clevisjoint)。根据一实施例，所述U形接头关节由一连接件的连接件结构体的两个U形接头叉头50形成，该连接件包围相邻连接件的连接件结构体的一部分，优选圆柱形配合部分。
根据一实施例，所述销33相对于所述第一连接件6和所述第二连接件7以分离件的形式实现，并且与至少两个销座34相关联，所述销座分别由所述第一连接件远端部12和所述第二连接件近端部13界定，以形成所述第一关节14。
根据一实施例，所述销33相对于所述第二连接件7和所述第三连接件8以分离件的形式实现，并且与至少两个销座34相关联，所述销座分别由所述第二连接件远端部15和所述第三连接件近端部16界定，以形成所述第二关节17。
根据一实施例，所述销33与连接件6或7或8为单件。
根据一实施例，所述销33与连接件结构体9或10或11为单件。
根据一实施例，所述至少一个销33与所述第一连接件结构体9为单件，并且从所述第一连接件远端部12悬臂突出。根据一实施例，所述至少一个销33与所述第二连接件结构体10为单件，并且从所述第二连接件近端部13悬臂突出。根据一实施例，所述至少一个销33与所述第二连接件结构体10为单件，并且自所述第二连接件远端部15悬臂突出。根据一实施例，所述至少一个销33与所述第三连接件结构体11为单件，并且从所述第三连接件近端部16悬臂突出。
根据一实施例，例如，如图19所示，所述第一关节和所述第二关节中的至少一个是双关节型关节36。基于此种双关节型关节36，可以在两个相邻连接件之间提供单个自由度，如US-5710870中所述。根据一实施例，所述双关节型关节36包括至少一个与两个连接件结构体相连的铰链支柱(hinge strut)37。根据一优选实施例，所述双关节型关节36包括两个相对的铰链支柱37。
根据一个实施例，所述双关节型关节36由通过一对铰接支柱37彼此附接的连接件和相邻连接件构成。根据一个实施例，所述连接件和所述相邻连接件绕第一枢轴和第二枢轴枢转，其中，一约束部件约束所述连接件和所述相邻连接件以相对于彼此旋转。例如，所述约束部件可以是啮合在一起的固定正齿轮或适当布线的致动线缆。根据一实施例，所述约束部件是所述至少一个铰接支柱37。
根据一实施例，例如，如图24和图25所示，所述第一关节14和所述第二关节17中的至少一个由彼此啮合的相对关节部分形成。根据一实施例，所述第一连接件远端部12界定至少一个关节近端槽38，所述第一连接件远端部13包括至少一个关节远端齿39，所述关节远端齿39与所述关节近端槽38配合以形成所述第一关节14。根据一实施例，所述第二连接件远端部15界定至少一个关节近端槽38，所述第二连接件远端部16包括至少一个关节远端齿39，所述关节远端齿39与所述关节近端槽38配合以形成所述第二关节17。根据一实施例，所述关节近端槽38和所述关节远端齿39大致平行于关节轴延伸。
根据一实施例，所述连接件中的至少一者，优选所述第三连接件8，包括C形保持部41，适于接收末端元件42。例如，所述末端元件42可以是激光纤维、冲洗管、吸入管或组织传感探头。
根据一实施例，所述关节型子组件5形成所述手术器械70的末端执行器的至少一部分。
根据一实施例，所述关节型子组件5是腕部子组件，其中，所述第一关节14基本正交于所述第二关节17。根据一实施例，所述关节型子组件5是腕部子组件，其中，所述第一关节轴X-X基本正交于所述第二关节轴Y-Y。
根据一实施例，所述关节型子组件5是肘部子组件，其中，所述第一关节14基本平行于所述第二关节17。根据一实施例，所述关节型子组件5是肘部子组件，其中，所述第一关节轴X-X基本平行于所述第二关节轴Y-Y。
根据一实施例，所述关节型子组件5包括另一第三连接件43，其由另一第三连接件结构体44构成，所述另一第三连接件结构体44为单件。
根据一实施例，所述另一第三连接件43的所述另一第三连接件结构体44包括另一第三连接件关节部45，所述另一第三连接件关节部45与所述第二连接件7的所述第二连接件结构体10的所述第二连接件远端部15配合以形成在所述第二连接件7和所述另一第三连接件43之间提供单个自由度的所述第二关节17的一部分。这样，所述第二关节17在所述第二连接件7和所述第三连接件8之间提供单个自由度，在所述第二连接件和所述另一第三连接件43之间提供单个自由度，并由此在所述第三连接件8和所述另一第三连接件43之间提供单个自由度。
根据一实施例，所述第三连接件8形成所述运动链的第一分支，所述另一第三连接件43形成所述运动链的第二分支，其中，所述第一分支和所述第二分支在所述第二关节17结合。这样以来，所述运动链是支化型运动链。
根据一实施例，所述第三连接件8和所述另一第三连接件43形成所述手术器械70的器械尖端46。根据一实施例，所述器械尖端46具有内部抓握自由度。根据一实施例，所述器械尖端46相对于所述第二连接件7具有至少一个垂摇(yaw)自由度。
根据一实施例，所述关节型子组件5包括至少一个另外的连接件47。根据一实施例，所述至少一个另外的连接件47由另外的连接件结构体48构成。根据一实施例，所述另外的连接件结构体48与相邻连接件结合形成另外的关节。例如，所述另外的连接件结构体48可以与所述第三连接件结构体11的一部分形成另外的关节。根据一实施例，所述另外的连接件结构体48与相邻的还一另外的连接件结构体结合形成关节。
根据一实施例，所述至少一个肌腱接触表面18是由多条直线形成的直纹面。根据一实施例，每个肌腱接触表面18是由多条直线形成的直纹面。根据一实施例，所述多条直线全部平行于关节轴X-X或Y-Y。优选地，所述多条直线全部平行于更靠近所述至少一个肌腱接触表面18定位的关节轴X-X或Y-Y。
根据一实施例，所述至少一个肌腱接触表面18为凸面。
根据一实施例，所述第一结构体9、所述第二结构体10和所述第三结构体11中的至少一个连接件结构体包括一个以上肌腱接触表面18。
根据一实施例，全部所述一个以上肌腱接触表面18是凸面，该些凸面以其延伸部限定单个凸体。根据一实施例，“凸体”是指对于在所述凸体内选择的一对点，它们之间较短的直线连接整体上位于凸体内。这样避免了在滑轮上设置用于引导肌腱的凹槽或通道，从而允许进一步使连接件结构体和关节型子组件5的尺寸微型化。根据一实施例，所述连接件中至少一者的所述连接件结构体的全部所述一个以上肌腱接触表面18以其延伸部限定所述连接件结构体的连接件凸包(convex hull)。根据一实施例，所述连接件凸包被限定为包括在包裹所述连接件之一的膜内的体积。
根据一实施例，所述手术器械70包括轴51。
根据一优选实施例，所述第一连接件6直接与所述轴51相连。
根据一实施例，所述手术器械70包括至少一个框52，其适于可拆卸地连接至所述从操作手3的一部分。根据一实施例，所述手术器械70包括至少一个框架52，其适于可拆卸地连接至所述从操作手3的执行器室，所述执行器室容置所述至少一个执行器25，限定电机室69或电机箱69。根据一实施例，所述至少一个执行器25容置在所述从操作手3的一部分内。
根据一实施例，所述手术器械70可拆卸地与所述从操作手3关联。
根据一实施例，所述手术器械70以可逆的方式与所述从操作手3关联。
根据一实施例，所述轴51在所述框架52和所述关节型子组件5之间延伸。
根据一实施例，所述轴51为刚性轴。根据一实施例，所述轴51具有允许肌腱通过的中空芯。
根据一实施例，所述轴51为柔性轴。根据一实施例，所述轴51包括用于引导至少一个所述肌腱的通道。
根据一实施例，所述轴51在近端与所述框架52相连，在远端与所述关节型子组件5的所述第一连接件6相连，形成管状元件连接件61。根据一实施例，所述管状元件连接件61为刚性连接件，避免在所述轴51和所述第一连接件6之间提供任何自由度。根据一实施例，所述管状元件连接件61包括至少两个管状元件销62，其插入管状元件销座63中，该些管状元件销座63优选孔。优选地，所述管状元件销座63的数量至少为2个，用于提供刚性连接。根据一实施例，所述轴在远端连接至所述第一连接件6，所述连接包括焊料。
根据一实施例，所述轴51限定纵向轴线r-r，其与所述轴51的纵向延伸轴线基本重合。根据一实施例，所述轴51适于绕所述纵向轴线r-r旋转以提供给关节型子组件侧倾运动，从而提供所述关节型子组件5围绕所述纵向轴线r-r的进一步滚动自由度。
根据一实施例，所述第一连接件结构体9、所述第二连接件结构体10和所述第三连接件结构体11均包括有效载荷通孔，其中，全部所述有效载荷通孔基本上彼此对准，从而适于接收单个有效载荷元件64，其优选大致沿所述运动链延伸。根据一实施例，所述有效载荷元件64为冲洗管、激光纤维、烧灼线、一对烧灼线、弯曲传感元件之一，避免所述有效载荷元件64为肌腱和/或用作致动线缆。
根据一实施例，所述肌腱远端部27包括凸台。根据一实施例，所述肌腱远端部27包括环。根据一实施例，所述肌腱远端部27包括结。根据一实施例，所述肌腱远端部27包括粘到所述关节型子组件5的一部分上的部分。根据一实施例，所述肌腱远端部27包括绕连接件6、7、8的一部分缠绕多次的部分。根据一实施例，所述部分以基本等于肌腱直径的曲率半径缠绕。
根据一实施例，所述肌腱近端部26粘到所述框架52的一部分上。根据一实施例，所述肌腱在其第一肌腱近端部26周围解开成股，以使粘贴表面最大化。
根据一实施例，所述肌腱中的至少一个，优选所述肌腱中的每一个，仅适于在施加在肌腱近端部26和肌腱远端部27上的拉伸载荷下工作，避免所述肌腱被夹住、在通道中被导引或包含护套。
根据一实施例，所述肌腱中的至少一个，优选地所述肌腱中的每一个适于以包括至少两个实体负载的负载循环被预加长，所述实体负载等于所述肌腱拉伸断裂强度的至少一半。
根据一实施例，所述从操作手3包括至少一个微型操作手，适于提供所述手术器械70三个Cartesian自由度。
根据一实施例，所述至少一个执行器25包括至少一个推动元件53，所述手术器械70在其近端框架52包括至少一个与肌腱相关联的柱塞54，其中，每当所述手术器械70与所述从操作手3连接时，所述推动元件53适于推抵所述柱塞54以确定所述柱塞54使与其相关联的肌腱的肌腱近端部26发生偏转，并获得与所述肌腱的肌腱远端部相关联的连接件的运动。
根据一实施例，无菌屏障55插在所述从操作手3和所述手术器械70之间。根据一实施例，无菌屏障55插在所述从操作手3的所述至少一个推动元件53和所述手术器械70的所述至少一个柱塞54之间。根据一实施例，所述至少一个柱塞与弹性元件56相关联，所述弹性元件56适于将柱塞偏压在与其相关联的所述肌腱近端部26上。根据一实施例，所述柱塞54包括肌腱接触部57，其接触所述肌腱近端部26。根据一实施例，所述柱塞54的所述肌腱接触部57包括导向轮。根据一实施例，所述肌腱近端部26被多个滑轮引导。
根据一般实施例，提供根据前述任一实施例所述的手术器械70。
根据一般实施例，提供包括至少一个根据前述任一实施例所述的从操作手3和至少一个根据前述任一实施例所述的手术器械70的从组件。
通过上述在特定实施例中适当情况下单独或组合提供的特征，可以满足上述有时截然不同的需求，获得前述优势，特别是以下优势：
-提供了从手术器械的微型化；
-在不使用惰轮，并且不使用穿过三个连接件的任一结构体的孔或导向通道的情况下，可以实现关节型子组件的横向直径小于5mm的极端微型化；
-实现了在关节型子组件(例如，腕部子组件)已处于其平直构型时，肌腱在中间连接件的结构体上滑动以致动更远侧的连接件并围绕中间连接件结构体缠绕90度；虽然因其产生的滑动摩擦的增加，该技术与现有技术的教导相背离，但是，在上面公开的一些实施例中，90°缠绕允许肌腱在连接件的外表面上滑动，而不是使它们通过孔或通道，以在远端连接件弯曲时将肌腱限制在连接件的直径内；
-肌腱可在连接件的所述外表面上处于平衡状态，找到由其张力和表面摩擦力引起的最小能量路径，完全避免急转弯，由此，肌腱材料或外层材料可以使用比钢更强并且在金属基体(例如，钢)上具有更小摩擦的聚合物肌腱(例如，聚乙烯、UHMWPE)，因为，不同于钢肌腱或其它聚合物肌腱，由聚乙烯或UHMWPE制成的所述聚合物肌腱会遭受因在尖锐边缘或侧壁上滑动而引起的磨损，因此，将肌腱布设在连接件的外表面上使它们在所述外表面上保持平衡允许聚合物肌腱在所述外表面上变平并使其磨损最小化；
-肌腱与连接件之间的总摩擦可被大大降低，而不是增大，这是因为绞盘方程中较大缠绕角或包角的增大(增加90°，约等于1.5弧度)被摩擦系数的减小有效抵消，其中，摩擦系数从钢线缆在钢上的0.5减小到聚乙烯在钢合金上的0.04～0.08。
在不脱离权利要求的范围的情况下，本领域技术人员可以对上述实施例作出许多改变和修改，或者用其它功能上等同的元件代替上述元件以满足可能的需求。
附图标记列表
1-机器人显微手术组件；2-主工具；3-从手或从操作手；4-控制单元；
5-关节型子组件；6-第一连接件；7-第二连接件；8-第三连接件；
9-第一连接件结构体或所述第一连接件的结构体；
10-第二连接件结构体或所述第二连接件的结构体；
11-第三连接件结构体或所述第三连接件的结构体；
12-所述第一连接件结构体的第一连接件远端部；
13-所述第二连接件结构体的第二连接件近端部；
14-第一关节；15-所述第二连接件结构体的第二连接件远端部；
16-所述第三连接件结构体的第三连接件近端部；17-第二关节；18-肌腱接触表面；
19、20、21、22、23、24、30、31-肌腱；
25-执行器；26-肌腱近端部；27-肌腱远端部；28-肌腱中间部；29-患者；
30-外科医生；33-销；34-销座；35-销座边界；36-双关节型关节；37-铰链支柱；
38-关节近端槽；39-关节远端齿；40-腔口；41-C形保持部；42-末端元件；
43-另一第三连接件；44-另一第三连接件结构体；45-另一第三连接件关节部；
46-器械尖端；47-另外的连接件；48-另外的连接件结构体；49肌腱固定部；
50-U形接头叉头；51-轴；52-框架；53-推动装置；54-柱塞；55-无菌屏障；
56-弹性装置；57-柱塞的肌腱接触部；58-执行器驱动单元；59-第一指令信号；
60-第二指令信号；61-管状元件连接件；
62-管状元件销；63-管状元件销座；64-有效载荷元件；65-滑动路径；66-肌腱滑动表面；
67-近端接触表面边界；68-远端接触表面边界；69-电机箱或电机室；
70-医疗器械或手术器械或器械；
X-X-第一关节轴；
Y-Y第二关节轴；
r-r轴的纵向；
T-T-肌腱纵向路径；
α-局部缠绕角或第一局部缠绕角；
β-局部缠绕角或第二局部缠绕角；
α+β-总缠绕角
Claims (13)
1.机器人手术组件（1），包括从操作手（3）、可与所述从操作手（3）相连的手术器械（70），所述手术器械（70）包括关节型子组件（5），其中，所述关节型子组件（5）至少包括第一连接件（6）、第二连接件（7）和第三连接件（8）；
所述第一连接件（6）和所述第二连接件（7）在第一关节（14）相关联，在所述第一连接件（6）和所述第二连接件（7）之间提供自由度；
所述第二连接件（7）和所述第三连接件（8）在第二关节（17）相关联，在所述第二连接件（7）和所述第三连接件（8）之间提供自由度；
所述手术器械（70）包括至少一个用于移动自由度的肌腱（19）；其中，所述肌腱（19）包括适于与至少一个执行器（25）相关联的肌腱近端部（26）、固定至所述第三连接件（8）的肌腱远端部（27）和在所述肌腱近端部（26）和所述肌腱远端部（27）之间延伸的肌腱中间部（28）；
所述第一连接件（6）和所述第二连接件（7）中的至少一者包括至少一个肌腱接触表面（18），所述肌腱（19）的所述肌腱中间部（28）在与所述至少一个肌腱接触表面（18）保持接触的同时在所述至少一个肌腱接触表面（18）上滑动，与所述至少一个肌腱接触表面（18）具有局部相对运动，限定肌腱滑动表面（66），其在所述至少一个肌腱接触表面（18）上限定一个或多个滑动路径（65）；
所述第一连接件（6）和所述第二连接件（7）的全部肌腱滑动表面（66）的全部滑动路径（65）的总和限定总缠绕角度（α+ß）；
在所述关节型子组件（5）的至少一种构型中，所述总缠绕角度（α+ß）等于或大于120º。
2.根据权利要求1所述的机器人手术组件（1），其中，所述肌腱由聚合物材料制成。
3.根据权利要求1所述的机器人手术组件（1），其中，所述肌腱（19）由选自以下的材料制成：聚乙烯、Kevlar®、Vectran®、Zylon®、聚苯并二恶唑、碳纤维及其组合。
4.根据权利要求1所述的机器人手术组件（1），其中，所述至少一个肌腱接触表面（18）由选自以下的材料制成：钢、碳化物、钛、液态金属、陶瓷及其组合。
5.根据权利要求1所述的机器人手术组件（1），其中，所述肌腱（19）由超高分子量聚乙烯制成，所述至少一个肌腱接触表面（18）由钢制成。
6.根据权利要求1所述的机器人手术组件（1），其中，所述肌腱接触表面（18）和所述肌腱（19）之间的干滑动摩擦的摩擦系数等于或小于0.1。
7.根据权利要求1所述的机器人手术组件（1），其中，所述第一连接件（6）、所述第二连接件（7）和所述第三连接件（8）中的每一个的障碍部沿横向于所述关节型子组件（5）的纵向延伸的方向具有等于或小于8mm的最大延伸。
8.根据权利要求1所述的机器人手术组件（1），其中，所述肌腱（19）的直径等于或小于0.5mm。
9.根据权利要求1所述的机器人手术组件（1），其中，所述肌腱（19）和所述肌腱接触表面（18）因局部相对运动交换局部摩擦力。
10.根据权利要求1所述的机器人手术组件（1），其中，所述肌腱远端部（27）不适于在肌腱接触表面（18）上滑动。
11.根据权利要求7所述的机器人手术组件（1），其中，所述第一连接件（6）、所述第二连接件（7）和所述第三连接件（8）中的每一个的障碍部沿横向于所述关节型子组件（5）的纵向延伸的方向具有的最大延伸等于或小于5mm。
12.根据权利要求7所述的机器人手术组件（1），其中，所述第一连接件（6）、所述第二连接件（7）和所述第三连接件（8）中的每一个的障碍部沿横向于所述关节型子组件（5）的纵向延伸的方向具有的最大延伸包括在2mm~5mm的范围内。
13.根据权利要求8所述的机器人手术组件（1），其中，所述肌腱（19）的直径包括在0.005mm~0.5mm之间。
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