CN111278382A - 用于机器人外科工具的改进的缆线驱动的运动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种外科工具，所述外科工具包括：驱动外壳，所述驱动外壳具有布置在其中用于旋转的输入轴；细长轴，所述细长轴从驱动外壳延伸；以及端部执行器，所述端部执行器操作地联接到该细长轴的远侧端部。缆线带联接到输入轴并且将输入轴操作地联接到延伸至端部执行器的驱动缆线。输入驱动装置的旋转相应地使缆线带运动，从而控制驱动缆线的纵向运动以使端部执行器进行关节运动。

Description

用于机器人外科工具的改进的缆线驱动的运动系统
背景技术
微创外科手术(MIS)器械由于术后恢复时间减少且瘢痕形成最小化而通常优于传统的开放式外科装置。内窥镜式外科手术是一种类型的MIS手术，在该手术中，将细长的柔性轴通过自然孔口引入患者的身体内。腹腔镜式外科手术是另一种类型的MIS手术，在该手术中，在患者的腹部中形成一个或多个小切口，并且通过切口插入套管针以形成进入腹腔的通路。通过套管针，可将多种器械和外科工具引入腹腔中。套管针还有助于促进吹气以提升器官上方的腹壁。经由套管针引入腹腔的器械和工具可用于以多种方式接合和/或处理组织以实现诊断或治疗效果。
最近已开发出多种机器人系统来辅助MIS手术。机器人系统可通过保持自然的手眼轴来实现更直观的手部运动。机器人系统还可通过包括能形成更自然的手状关节运动的“腕”关节来实现更大程度的运动自由度。仪器的端部执行器可使用缆线驱动的运动系统进行关节运动(移动)，该运动系统具有一条或多条延伸穿过腕关节的驱动缆线。
微创外科手术(MIS)器械由于术后恢复时间减少且瘢痕形成最小化而通常优于传统的开放式外科装置。内窥镜式外科手术是一种类型的MIS手术，在该手术中，将细长的柔性轴通过自然孔口引入患者的身体内。腹腔镜式外科手术是另一种类型的MIS手术，在该手术中，在患者的腹部中形成一个或多个小切口，并且通过切口插入套管针以形成进入腹腔的通路。通过套管针，可将多种器械和外科工具引入腹腔中。套管针还有助于促进吹气以提升器官上方的腹壁。经由套管针引入腹腔的器械和工具可用于以多种方式接合和/或处理组织以实现诊断或治疗效果。
最近已开发出多种机器人系统来辅助MIS手术。机器人系统可通过保持自然的手眼轴来实现更直观的手部运动。机器人系统还可通过包括能形成更自然的手状关节运动的“腕”关节来实现更大程度的运动自由度。仪器的端部执行器可使用缆线驱动的运动系统进行关节运动(移动)，该运动系统具有一条或多条延伸穿过腕关节的驱动缆线。
用户(例如，外科医生)能够通过在空间中抓持和操纵一个或多个控制器来远程操作器械的端部执行器，该控制器与联接到外科器械的工具驱动器通信。用户输入由结合到机器人外科系统中的计算机系统处理，并且工具驱动器通过致动缆线驱动的运动系统(并且更具体地，驱动缆线)来作出响应。移动驱动缆线使端部执行器关节运动到期望的位置和构型。必须通过部件设计和组装来克服许多机械和制造障碍，以实现端部执行器及其相关联的缆线驱动的运动系统的一致且可预测的性能。
附图说明
以下附图包括在内以示出本公开的某些方面，并且不应被视为排他性实施方案。在不脱离本公开的范围的情况下，本发明所公开的主题能够具有形式和功能上的大量修改、改变、组合和等同物。
图1是可结合本公开的一些或全部原理的示例性机器人外科系统的框图。
图2是图1的主控制器的示例性实施方案，该主控制器可用于操作机器人臂从动车。
图3描绘了图1的机器人臂车的示例性实施方案，该机器人臂车用于致动多个外科器械。
图4是图3的机器人操纵器的示例性实施方案的侧视示意图。
图5是另选的示例性机器人操纵器的透视图。
图6是可结合本公开的一些或全部原理的示例性外科工具的侧视图。
图7示出了其中图1的腕能够进行关节运动(枢转)的潜在自由度。
图8是图1的外科工具的远侧端部的放大等轴视图。
图9是图6的外科工具的驱动外壳的底视图。
图10是图6的外科工具的驱动外壳的内部的等距展示图。
图11A和图11B是协同布置用于操作的第一输入轴、第一缆线带和第一惰轮的相对的等轴侧视图。
图12A和图12B是协同布置用于操作的第一输入轴、第一缆线带和第一惰轮的另一个实施方案的相对等轴侧视图。
具体实施方式
本公开涉及机器人外科系统，并且更具体地涉及减轻驱动缆线脱落风险并提供恒定的扭矩阻力以防止驱动缆线松弛的改进的缆线驱动的运动系统。
本文所讨论的实施方案描述了外科工具，该外科工具包括：驱动外壳，该驱动外壳具有布置在其中用于旋转的输入轴；细长轴，该细长轴从驱动外壳延伸；以及端部执行器，该端部执行器操作地联接到该细长轴的远侧端部。缆线带联接到输入轴并且将输入轴操作地联接到延伸至端部执行器的驱动缆线。输入驱动装置的旋转相应地使缆线带运动，从而控制驱动缆线的纵向运动以使端部执行器进行关节运动。使用缆线带避免了驱动缆线脱落或移位的风险。代替驱动缆线围绕输入轴缠绕，缆线带缠绕在输入轴周围。缆线带的几何形状几乎不存在或不存在从输入轴和/或可用于重新导向缆线带的任何惰轮脱落的风险。此外，缆线带还可以是有助于保持驱动缆线上的最小水平的力(阻力)的恒力弹簧的类型，这有助于防止驱动缆线在操作期间松弛。
图1至图5示出了示例性机器人外科系统及其部件的结构和操作。图1是可结合本公开的一些或全部原理的示例性机器人外科系统100的框图。如图所示，系统100可包括至少一个主控制器102a和至少一个臂车104。臂车104可机械联接和/或电联接到一个或多个机器人臂106，另选地称为“工具驱动器”。每个机器人臂106可包括并换句话讲安装有一个或多个外科工具或器械108，以对患者110执行各种手术任务。包括臂106和器械108的臂车104操作可由临床医生112a(例如，外科医生)从主控制器102a进行指导。
在一些实施方案中，由第二临床医生112b操作的第二主控制器102b(以虚线示出)还可以与第一临床医生112a一起指导臂车104的操作。在这样的实施方案中，例如，每个临床医生112a、112b可控制臂车104的不同臂106，或者在一些情况下，臂车104的完全控制可以在临床医生112a、112b之间传递。在一些实施方案中，可对患者110使用另外的臂车(未示出)，并且这些另外的臂车可以由主控制器102a、102b中的一个或多个主控制器控制。
臂车104和主控制器102a、102b可经由通信链路114彼此通信，该通信链路可以是被配置成能够根据任何通信协议传递合适类型的信号(例如，电信号、光信号、红外信号等)的任何类型的有线或无线通信链路。通信链路114可以是实际物理链路，或者它可以是使用一个或多个实际物理链路的逻辑链路。当链路为逻辑链路时，物理链路的类型可以是数据链路、上行链路、下行链路、光纤链路、点对点链路，例如，如计算机网络领域中所熟知的用于指代连接网络节点的通信设施的那些。机器人外科系统诸如系统100的示例性具体实施在美国专利7,524,320中有所公开，该专利的内容以引用方式并入本文。因此，除了理解本文所公开的机器人外科设备、系统和方法的各种实施方案和形式可能所必需的那些以外，本文将不详细描述此类装置的各种特性。
图2是主控制器102a的示例性实施方案，其可用于操作机器人臂从动车，诸如图1的臂车104。主控制器102a和与其相关联的臂车104以及它们各自的部件和控制系统在本文中统称为“机器人外科系统”。此类系统和装置的示例在美国专利7,524,320中有所公开，因此，除了理解本发明的各种实施方案和形式可能必需的那些以外，不会在本文中详细描述。
主控制器102a通常包括一个或多个控制器202，所述控制器可由外科医生(例如，图1的临床医生112a)抓持并且在外科医生经由立体显示器204观察手术时在空间中操纵。主控制器202大体包括手动输入装置，该手动输入装置被设计成以多个自由度运动，并且通常进一步具有用于致动外科器械(例如，图1的外科器械108)的可致动柄部，例如用于打开和闭合相对钳口、向电极施加电势(电流)等。
在所示的示例中，主控制器102a还包括任选的反馈计206，其可由外科医生经由显示器204看到，以向外科医生提供施加到外科器械(即，切割器械或动态夹紧构件)的力的量的视觉指示。其他传感器布置可用于为主控制器102a提供其他外科器械度量的指示，例如钉仓是否已加载到端部执行器中、砧座是否在击发之前已运动至闭合位置等。
图3描绘了用于致动多个外科器械108(另选地称为“外科工具”)的机器人臂车104的示例性实施方案。使用主控制器和机器人臂车布置的各种机器人外科系统和方法在美国专利6,132,368中有所描述，该专利的内容据此以引用方式并入。如图所示，机器人臂车104可包括支撑三个外科器械108的基座302，并且外科器械108各自由一系列可手动进行关节运动的连杆(通常称为装置接合部304)和机器人操纵器306支撑。本文示出的这些结构具有在机械连杆的大部分之上延伸的护盖。这些护盖可以是任选的，并且可在尺寸上有所限制或在一些实施方案中完全消除，以使用于操纵此类装置的伺服机构遇到的惯性最小化、限制运动部件的体积以避免碰撞、并且限制车104的总重量。
车104将通常具有适于在手术室之间传送车104的尺寸。车104可被配置成能够通常适于穿过标准的手术室门并放置到标准的医院电梯上。在一些实施方案中，车104可包括轮系统(或其他传送系统)，该轮系统允许车104被单个维护人员邻近手术台定位。在各种实施方案中，包括基座部分的自动重新加载系统可在策略上位于机器人臂车104的工作包壳308内。
图4是机器人操纵器306的示例性实施方案的侧视示意图。如图所示，机器人操纵器306可包括连杆402，该连杆约束与其联接的外科器械108的运动。连杆402包括通过采用平行四边形布置的旋转接合部联接的刚性连接件，使得外科器械108围绕空间中的点404旋转。
平行四边形布置方式将旋转约束为围绕第一轴线406a(有时称为俯仰轴)枢转。支撑平行四边形连杆402的连接件以枢转方式安装到装置接合部304(图3)上，使得外科器械108围绕第二轴线406b(称为偏航轴)进一步旋转。俯仰轴406a和偏航轴406b在远程中心408处相交，该远程中心沿外科器械108的轴410对齐。
当由机器人操纵器306支撑时，外科器械108可具有另外的从动自由度，包括外科器械108沿纵向工具轴线“LT-LT”的滑动运动。当外科器械108相对于工具驱动器306沿纵向工具轴线LT-LT滑动(平移)时(箭头412)，远程中心408相对于工具驱动器306的基座414保持固定。因此，整个工具驱动器306通常发生运动，从而使远程中心408重新定位。
工具驱动器306的连杆402由一系列马达416驱动。这些马达416响应于控制系统的处理器的命令而主动移动连杆402。还可采用马达416来操纵外科器械108。
图5是另选的示例性机器人操纵器502的透视图，其与类似于图4所述的机器人操纵器306的两个机器人操纵器结合使用。如图所示，外科器械108由机器人操纵器502支撑在上面概述的两个机器人操纵器306之间。本领域的普通技术人员将会知道，本发明的各种实施方案可包括多种另选的机器人结构，包括美国专利5,878,193中所述的那些结构，该专利的内容据此以引用方式并入。另外，虽然结合外科器械108与主控制器102a之间的通信(图2)在本文中初步描述了机器人部件与机器人外科系统的处理器之间的数据通信，但应当理解，类似的通信可发生在机器人操纵器、装置接合部、内窥镜或其他图像捕获装置等的电路与机器人外科系统的处理器之间，所述机器人外科系统的处理器用于部件兼容性确认、部件类型识别、部件校正(例如，偏移等)通信、部件与机器人外科系统的联接确认等。
图6是可结合本公开的一些或全部原理的示例性外科工具600的侧视图。外科工具600可以与图1和图3至图5的外科器械108相同或类似，因此，可以与机器人外科系统例如图1的机器人外科系统100结合使用。因此，外科工具600可被设计成可释放地联接到包括在机器人外科系统100中的工具驱动器。
如图所示，外科工具600包括细长轴602、端部执行器604、将端部执行器604联接到轴602的远侧端部的腕606(另选地称为“腕关节”)以及联接到轴602的近侧端部的驱动外壳608。在外科工具与机器人外科系统(例如，图1的机器人外科系统100)结合使用的应用中，驱动外壳608可包括将外科工具600可释放地联接到机器人外科系统的联接特征部。然而，应当理解，本公开的原理同样适用于非机器人的并且以其他方式能够手动操纵的外科工具。
术语“近侧”和“远侧”在本文中相对于机器人外科系统定义，该机器人外科系统具有被配置成能够将外科工具600(例如，外壳608)以机械的方式和电的方式联接到机器人操纵器的接口。术语“近侧”是指元件的更靠近机器人操纵器的位置，并且术语“远侧”是指元件的更靠近端部执行器604且因此更远离机器人操纵器的位置。此外，诸如上方、下方、上、下、向上、向下、左、右等方向术语的使用相对于例示性实施方案如它们在图中所示进行使用，向上或上方向朝向对应附图的顶部，并且向下或下方向朝向对应附图的底部。
在使用外科工具600期间，端部执行器604被配置成能够在腕606处相对于轴602移动(枢转)，以将端部执行器604定位在相对于手术部位的期望取向和位置处。外壳608包括(包含)各种机构，这些机构被设计成控制与端部执行器604相关联的各种特征部的操作(例如，夹紧、击发、旋转、关节运动、能量递送等)。在至少一些实施方案中，轴602以及因此联接到其上的端部执行器604被配置成能够围绕轴602的纵向轴线A1旋转。在此类实施方案中，包括(容纳)在外壳608中的机构中的至少一个被配置成能够控制轴602围绕纵向轴线A1的旋转运动。
外科工具600可具有能够执行至少一种外科功能的各种构型中的任一种。例如，外科工具600可包括但不限于夹钳、抓紧器、针驱动器、剪刀、电烙工具、缝合器、施夹器、抽吸工具、冲洗工具、成像装置(例如，内窥镜或超声探头)，或它们的任何组合。在一些实施方案中，外科工具600可被配置成向组织施加能量，诸如射频(RF)能量。
轴602是从外壳608朝远侧延伸的细长构件，并且具有沿其轴向长度延伸穿过其的至少一个管腔。在一些实施方案中，轴602可被固定到外壳608，但可另选地可旋转地方式安装到外壳608上，以允许轴602围绕纵向轴线A1旋转。在其他实施方案中，轴602可以可释放地联接到外壳608，这可以允许单个外壳608适于具有不同端部执行器的各种轴。
端部执行器604可具有多种尺寸、形状和构型。在例示的实施方案中，端部执行器604包括相对的钳口610、612，所述钳口被配置成能够在打开位置和闭合位置之间移动(关节运动)。因此，端部执行器604可包括但不限于组织抓紧器、施夹器、剪刀、针驱动器、包括一对相对的抓握钳口的婴儿车等。钳口610、612中的一者或两者可被配置成在腕606处枢转以使端部执行器604在打开位置和闭合位置之间进行关节运动。
图7示出了其中腕606能够进行关节运动(枢转)的潜在自由度。腕部606可具有多种构型中的任一种。通常，腕606包括接合部，该接合部被配置成能够允许端部执行器604相对于轴602的枢转运动。腕606的自由度由三个平移变量(即，进退、升沉和摇摆)以及三个旋转变量(即，欧拉角或滚转、俯仰和偏航)表示。平移和旋转变量描述了外科系统的部件(例如，端部执行器604)相对于给定参考笛卡尔坐标系的位置和取向。如图7所示，“进退”是指向前和向后的平移运动，“升沉”是指上下的平移运动，并且“摇摆”是指左右的平移运动。关于旋转术语，“滚转”是指左右倾斜，“俯仰”是指向前和向后倾斜，并且“偏航”是指左右转动。
枢转运动可包括围绕腕606的第一轴线(例如，X轴线)的俯仰运动、围绕腕606的第二轴线的偏航运动(例如，Y轴线)以及它们的组合，以允许端部执行器604围绕腕606的360°旋转运动。在其他应用中，枢转运动可被限于在单个平面中的运动，例如，仅围绕腕606的第一轴线的俯仰运动或仅围绕腕606的第二轴线的偏航运动，使得端部执行器604仅在单个平面上移动。
再次参见图6，外科工具600包括形成缆线驱动的运动系统的一部分的多条驱动缆线(在图6中被遮蔽)，该缆线驱动的运动系统的一部分被配置成能够便于端部执行器604相对于轴602的运动(关节运动)。移动驱动缆线使端部执行器604在非关节运动位置与关节运动位置之间移动。端部执行器604在图6中示出为处于非关节运动位置，在该位置，端部执行器604的纵向轴线A2与轴602的纵向轴线A1基本上对齐，使得端部执行器604相对于轴602成大致为零的角度。由于诸如制造公差和测量装置的精度之类的因素，端部执行器604在非关节运动位置可能并非相对于轴602成精确的零角度，但是仍被认为与其“基本上对齐”。在关节运动位置中，纵向轴线A1、A2将彼此成角度地偏移，使得端部执行器604相对于轴602成非零角度。
图8是图6的外科工具600的远侧端部的放大等轴视图。更具体地，图8描绘了端部执行器604和腕606的放大视图，其中端部执行器604处于非关节运动位置，在该位置，钳口610、612是闭合的。腕606将端部执行器604操作地联接到轴602。为此，腕606包括远侧连接叉802a和近侧连接叉802b。端部执行器604(即，钳口610、612)在第一轴件804a处可旋转地安装到远侧连接叉802a，远侧连接叉802a在第二轴件804b处可旋转地安装到近侧连接叉802b，并且近侧连接叉802b联接到轴602的远侧端部806。
腕606提供延伸穿过第一轴件804a的第一枢转轴线P1以及延伸穿过第二轴件804b的第二枢转轴线P2。第一枢转轴线P1基本上垂直于(正交于)端部执行器604的纵向轴线A2，并且第二枢转轴线P2基本上垂直于(正交于)纵向轴线A2和第一枢转轴线P1。围绕第一枢转轴线P1的运动提供端部执行器604的“偏航”关节运动，并且围绕第二枢转轴线P2的运动提供端部执行器604的“俯仰”关节运动。在例示的实施方案中，钳口610、612安装在第一枢转轴线P1处，从而允许钳口610、612相对于彼此枢转以打开和闭合端部执行器604，或者另选地一前一后枢转以使端部执行器604的取向进行关节运动。
被示出为驱动缆线808a、808b、808c和808d的多条驱动缆线在由轴602限定的管腔810内纵向延伸并穿过腕606以操作地联接到端部执行器604。驱动缆线808a-808d形成上文简述的缆线驱动的运动系统的一部分，并且可被称为并且以其他方式表征为缆线、带、线、塞绳、线材、绳索、线丝、绞合线丝、细长构件等。驱动缆线808a-808d可以由多种材料制成，包括但不限于金属(例如，钨、不锈钢等)或聚合物。示例性驱动缆线在名称为“CompactRobotic Wrist”的美国专利公布2015/0209965和名称为“Hyperdexterous SurgicalSystem”的美国专利公布2015/0025549中有所描述，所述专利公布的内容据此以引用方式并入。如图所示，管腔810可以是单个管腔，或者可另选地包括多个独立的管腔，每个管腔接收一条或多条驱动缆线808a-808d。
驱动缆线808a-808d从端部执行器604朝近侧延伸到驱动外壳608(图6)，在此它们操作地联接到容纳(包含)在其中的各个致动机构或装置，以便于驱动缆线808a-808d在管腔810内的纵向运动(平移)。驱动缆线808a-808d中的全部或一部分的选择性致动致使端部执行器604(例如，钳口610、612中的一者或两者)相对于轴602进行关节运动(枢转)。更具体地，选择性致动致使对应的驱动缆线808a-808d在管腔810内纵向平移，从而引起端部执行器604的枢转运动。一条或多条驱动缆线808a-808d例如可以纵向平移以使端部执行器604进行关节运动(例如，钳口610、612两者在相同方向上成角度)，以使端部执行器604打开(例如，钳口610、612中的一者或两者远离另一个移动)，或者使端部执行器604闭合(例如，钳口610、612中的一者或两者朝向另一个移动)。
移动驱动缆线808a-808d可以各种方式来实现，例如通过触发操作地联接到驱动外壳608或容纳在该驱动外壳内的相关致动器或机构来实现(图6)。移动给定的驱动缆线808a-808d构成向给定驱动缆线808a-808d沿近侧方向施加张力(即，拉力)，这致使给定的驱动缆线808a-808d平移，从而使端部执行器604相对于轴602移动(关节运动)。
腕606包括第一多个滑轮812a和第二多个滑轮812b，每个滑轮被配置成能够与驱动缆线808a-808d相互作用并将驱动缆线重定向以与端部执行器604接合。第一多个滑轮812a在第二轴件804b处安装到近侧连接叉802b上，并且第二多个滑轮812b也安装到近侧连接叉802b上，但是安装在第二轴件804b近侧的第三轴件804c处。在驱动缆线808a-808d操作地联接到端部执行器604之前，第一个滑轮812a和第二多个滑轮812b协作地将驱动缆线808a-808d重定向通过“S”形路径。
在至少一个实施方案中，一对驱动缆线808a-808d操作地联接到每个钳口610、612，并被配置成能够“对抗地”操作对应的钳口610、612。在例示的实施方案中，例如，第一驱动缆线808a和第二驱动缆线808b可在第一钳口610处联接，并且第三和第四驱动缆线808c、808d可在第二钳口612处联接。第一驱动缆线808a的致动作用于第一钳口610，并且使第一钳口610围绕第一枢转轴线P1朝向打开位置枢转。相比之下，第二驱动缆线808b的致动也作用于第一钳口610，并且使第一钳口610围绕第一枢转轴线P1沿相反方向并朝向闭合位置枢转。类似地，第三驱动缆线808c的致动作用于第二钳口612，并且使第二钳口612围绕第一枢转轴线P1朝向打开位置枢转，而第四驱动缆线808d的致动也作用于第二钳口612，但使第二钳口612围绕第一枢转轴线P1沿相反方向并朝向闭合位置枢转。
因此，驱动缆线808a-808d可被表征为或以其他方式被称为“对抗”缆线，它们协作地(但对抗地)操作以引起第一钳口610和第二钳口612的相对或串联运动。当第一驱动缆线808a被致动(移动)时，由于联接到第一驱动缆线808a，所以第二驱动缆线808b自然地跟随，反之亦然。类似地，当第三驱动缆线808c被致动时，由于联接到第三驱动缆线808c，所以第四驱动缆线808d自然地跟随，反之亦然。
此外，驱动缆线808a-808d的协调致动也可使端部执行器604围绕第二枢转轴线P2进行关节运动。因此，端部执行器604可通过围绕第一枢转轴线P1进行关节运动而以多个自由度(例如，一个自由度)进行关节运动，并且通过围绕第二枢转轴线P2进行关节运动而以另一个自由度进行关节运动。在该实施方案中，腕606可在单个平面中(例如，在俯仰和偏转中的一个中)围绕第二枢转轴线P2枢转，并且端部执行器604可在单个不同的平面中(例如，俯仰和偏航中的另一个)围绕第一枢转轴线P1枢转。
图9是根据一个或多个实施方案的驱动外壳608的底视图。如图所示，驱动外壳608(另选地称为“冰球”)可包括工具安装部分902，其用于将驱动外壳608操作地联接到机器人操纵器(分别例如图3和图5的机器人操纵器306、502)的工具驱动器。工具安装部分902可以各种方式将驱动外壳608可释放地联接到工具驱动器，诸如通过夹紧到其上、夹到其上或与其可滑动地配合。在一些实施方案中，工具安装部分902可包括电连接销阵列，其可联接到工具驱动器的安装表面上的电连接件。虽然在本文中结合机械联接元件、电联接元件和磁力耦合元件对工具安装部分902进行了描述，但应当理解，可使用多种遥测形式，包括红外、感应耦合等。
工具安装部分902包括并以其他方式提供接口904，该接口被配置成能够将驱动外壳608机械联接、磁耦合和/或电联接到工具驱动器。如图所示，接口904包括并支撑多个输入装置，如驱动输入装置906a、906b、906c、906d、906e和906f所示。在至少一个实施方案中，每个驱动输入装置906a-906f包括可旋转盘，该可旋转盘被配置成能够与给定工具驱动器的对应致动器对齐并联接。此外，每个驱动输入装置906a-906f提供或限定一个或多个表面特征部908，所述表面特征部被配置成与设置在对应致动器上的配合表面特征部对齐。表面特征部908可包括例如便于配合接合的各种突起部和/或凹陷部。在一些实施方案中，驱动输入装置906a-f中的一些或全部可包括一个表面特征部908，所述表面特征部被定位成比其他表面特征部908更靠近相联的驱动输入装置906a-f的旋转轴线。这可以有助于确保每个驱动输入装置906a-f的正向角对齐。
在一些实施方案中，第一驱动输入装置906a的致动可被配置成能够控制细长轴602围绕其纵向轴线A1的旋转。细长轴602可根据第一驱动输入装置906a的旋转致动而顺时针或逆时针旋转。在一些实施方案中，第二驱动输入装置906b的致动可被配置成控制闭锁件机构(另选地称为锁闩)，该闭锁件机构将端部执行器604(图6和图8)锁定在预定姿势或位置。在一些实施方案中，第三驱动输入装置906c、第四驱动输入装置906d、第五驱动输入装置906e和第六驱动输入装置906f的致动可被配置成能够分别操作驱动缆线808a-808d(图8)的运动(轴向平移)，这导致端部执行器604的关节运动。驱动输入装置906a-f中的每一个可基于传递到联接到接口904的工具驱动器的用户输入来致动，并且用户输入可经由结合到机器人外科系统中的计算机系统进行接收。
图10是根据一个或多个实施方案的驱动外壳608的内部的等距展示图。可以其他方式包含在驱动外壳608内的若干组成部件未在图10中示出，以便于对所示出的组成部件进行讨论。如图所示，第一绞盘1002a和第二绞盘1002b包含(容纳)在驱动外壳608内。第一绞盘1002a可以操作地联接到第一驱动输入装置906a或从第一驱动输入装置延伸(图9)，并且第二绞盘1002b可以操作地联接到第二驱动输入装置906b或从第二驱动输入装置延伸(图9)。因此，第一驱动输入装置906a的致动引起第一绞盘1002a的旋转，并且第二驱动输入装置906b的致动引起第二绞盘1002b的旋转。
螺旋蜗轮驱动齿轮1004联接到第一绞盘1002a或形成第一绞盘的一部分。螺旋蜗轮驱动齿轮1004可被配置成与固定在驱动外壳608内并操作地联接到轴602的从动齿轮1006啮合并相互作用，使得从动齿轮1006的旋转相应地使轴602旋转。因此，螺旋蜗轮驱动齿轮1004的旋转(经由图9的第一驱动输入装置906a的致动)将驱动从动齿轮1006，从而控制细长轴602围绕纵向轴线A1的旋转。
在一些实施方案中，第二绞盘1002b可具有联接到其上并且被配置成能够与包含在驱动外壳608内的齿条(未示出)啮合和相互作用的小齿轮1008。齿条可以操作地联接到闭锁件机构(未示出)，该闭锁件机构可移动以将端部执行器604(图6和图8)锁定在预定姿势或位置。因此，小齿轮1008的旋转(经由图9的第二驱动输入装置906b的致动)将控制闭锁件机构，从而根据需要锁定和解锁端部执行器604。
驱动外壳608还包含或容纳第一输入轴1010a、第二输入轴1010b、第三输入轴1010c和第四输入轴1010d。在例示的实施方案中，第一输入轴1010a操作地联接到第三驱动输入装置906c(图9)或从第三驱动输入装置906c延伸，第二驱动输入轴1010b操作地联接到第四驱动输入装置906d(图9)或从第四驱动输入装置906d延伸，第三驱动输入轴1010c操作地联接到第五驱动输入装置906e(图9)或从第五驱动输入装置906e延伸，并且第四驱动输入轴1010d操作地联接到第六驱动输入装置906f(图9)或从第六驱动输入装置906f延伸。因此，第三驱动输入装置906c的致动引起第一输入轴1010a的旋转，第四驱动输入装置906d的致动引起第二输入轴1010b的旋转，第五驱动输入装置906e的致动引起第三输入轴1010c的旋转，并且第六驱动输入装置906f的致动引起第四输入轴1010d的旋转。虽然图10中示出了四个输入轴1010a-1010d，但在不脱离本公开范围的情况下，本文可以设想包括多于或少于四个输入轴。
每个输入轴1010a-1010d操作地联接到驱动缆线808a-808d中的相应一条驱动缆线。更具体地，第一缆线带1012a在第一输入轴1010a和第一驱动缆线808a之间延伸并且操作地联接第一输入轴1010a和第一驱动缆线808a，第二缆线带1012b在第二输入轴1010b和第二驱动缆线808a之间延伸并且操作地联接第二输入轴1010b和第二驱动缆线808a，第三缆线带1012c在第一输入轴1010a和第一驱动缆线808a之间延伸并且操作地联接第一输入轴1010a和第一驱动缆线808a，并且第四缆线带1012d在第一输入轴1010a和第一驱动缆线808a之间延伸并且操作地联接第一输入轴1010a和第一驱动缆线808a。在示例性操作中，第一输入轴1010a的旋转(经由图9的第三驱动输入装置906c的致动)将相应地经由第一缆线带1012a控制第一驱动缆线808a的运动；第二输入轴1010b的旋转(经由图9的第四驱动输入装置906d的致动)将相应地经由第二缆线带1012b控制第二驱动缆线808b的运动；第三输入轴1010c的旋转(经由图9的第五驱动输入装置906e的致动)将相应地经由第三缆线带1012c控制第三驱动缆线808c的运动；并且第四输入轴1010d的旋转(经由图9的第六驱动输入装置906f的致动)将相应地经由第四缆线带1012d控制第四驱动缆线808d的运动。
如本文所用，术语“操作地联接”可指两个结构组成部件之间的直接或间接联接接合。在至少一个实施方案中，例如，缆线带1012a-1012d可不直接联接到对应的驱动缆线808a-808d。相反，在一些实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，每个缆线带1012a-1012d可直接联接到对应的海波管(或另一种类型的刚性或半刚性细长构件)，该海波管将缆线带1012a-1012d间接地联接到相关联的驱动缆线808a-808d。因此，说明缆线带1012a-1012d在给定输入轴1010a-1010d之间延伸并且将给定输入轴1010a-1010d操作地联接到对应的驱动缆线808a-808d可以1)是指缆线带1012a-1012d直接联接到对应的驱动缆线808a-808d，或者2)是指海波管或直接联接到对应的驱动缆线808a-808d的类似结构。因此，在不脱离本公开的范围的情况下，图10中参考的驱动缆线808a-808d可另选地被参考为连接到驱动缆线808a-808d的海波管。
如下文更详细地讨论，每个缆线带1012a-1012d的高度可包括表现出大于其横截面厚度的材料带或材料条。在一些实施方案中，每个缆线带1012a-1012d的端部围绕相关联的输入轴1010a-1012d缠绕一次或多次，并且每个缆线带1012a-1012d的另一端部经由连接器1014联接到对应的驱动缆线808a-808d。
在一些实施方案中，每个缆线带1012a-1012d可包括恒力弹簧，该恒力弹簧在其运动范围内施加已知且恒定的扭矩阻力。例如，每个缆线带1012可包括当其完全卷起时放松的轧制的弹簧钢带。在其他实施方案中，缆线带1012中的一个或多个可包括由铝、钛、聚合物、弹性体、纤维网或上述的任何组合制成的材料带或材料条。当缆线带1012a-1012d在操作期间从相关联的输入轴1010a-1010d展开时，缆线带1012a-1012d可提供有助于防止驱动缆线808a-808d变松(松弛)的恒定扭矩力。由于缆线带1012a-1012d的几何结构在缆线带1012a-1012d展开时几乎保持恒定，因此所得的阻力几乎或完全恒定。这与典型的扭转弹簧形成对比，典型的扭转弹簧在其运动范围内趋于增加阻力。
在一些实施方案中，缆线带1012a-1012d中的一个或多个可被布线成至少部分地围绕可旋转地安装在驱动外壳608内的惰轮。更具体地，当第一缆线带1012a在第一输入轴1010a和第一驱动缆线808a之间延伸时，其可围绕第一惰轮1016a穿行；当第二缆线带1012b在第二输入轴1010b和第二驱动缆线808b之间延伸时，其可围绕第二惰轮1016b穿行；当第三缆线带1012c在第三输入轴1010c和第三驱动缆线808c之间延伸时，其可围绕第三惰轮1016c穿行；并且当第四缆线带1012d在第四输入轴1010d和第四驱动缆线808d之间延伸时，其可围绕第四惰轮1016d穿行。每个惰轮1016a-1016d可被布置在驱动外壳608内，使得对应的缆线带1012a-1012d将连接的驱动缆线808a-808d直接馈送到细长轴602中。然而，在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，可采用一个或多个附加惰轮来重定向缆线带1012a-1012d和/或驱动缆线808a-808d。
缆线带1012a-1012d可证明有利于减轻或避免驱动缆线脱落或移位的风险。在其他外科工具中，驱动缆线本身通常围绕输入轴(例如，驱动缆线绞盘)缠绕多次，有时螺旋地缠绕，使得驱动缆线的位置随着其围绕输入轴的圆周延伸而改变高度。驱动缆线还通常围绕相邻的惰轮缠绕，有时缠绕多次。此类外科工具存在多个位置，这些位置在操作期间存在驱动缆线的脱落或移位的风险。相比之下，形成带或材料条状结构的本发明所公开的缆线带1012a-1012d的几何形状几乎不存在或不存在从对应的输入轴1010a-1010d和/或惰轮1016a-1016d出轨的风险。缆线带1012a-1012d的材料带或材料条表现出保持在单个平面内的刚度。
缆线带1012a-1012d还可证明有利于帮助保持对应的驱动缆线808a-808d上的最小水平的力(阻力)，这有助于防止对应的驱动缆线808a-808d在操作期间松弛。更具体地，在缆线带1012a-1012d包括恒力弹簧的实施方案中，缆线带1012a-1012d所表现出的任何扭矩阻力将被传递到对应的驱动缆线808a-808d并换句话讲由对应的驱动缆线808a-d承担。当致动每个输入轴1010a-1010d以使对应的驱动缆线808a-808d运动时，相关联的缆线带1012a-1012d从相关联的输入轴1010a-1010d展开或回缩回到相关联的输入轴1010a-1010d上，并且同时在其沿任一方向的整个运动范围内提供已知且恒定的扭矩阻力。如果在操作期间(或在清洁工具时)在驱动缆线808a-808d中形成任何松弛，则当对应的缆线带1012a-1012d被连续偏压到相关联的输入轴1010a-1010d时，对应的缆线带的几何形状不断地移除这种松弛。因此，对应的驱动缆线808a-808d承担恒定扭矩，这有助于在操作期间始终保持对应的驱动缆线808a-808d拉紧。
图11A和图11B是根据一个或多个实施方案的协同布置用于操作的第一输入轴1010a、第一缆线带1012a和第一惰轮1016a的相对的等轴侧视图。在讨论第一输入轴1010a、第一缆线带1012a和第一惰轮1016a的具体内容和细节时，以下描述同样适用于在本文参考图10描述的输入轴1010a-1010d、缆线带1012a-1012d以及惰轮1016a-1016d中的任一个。因此，以下讨论同样分别适用于第二输入轴1010b、第三输入轴1010c和第四输入轴1010d，缆线带1012b、1012c、1012d和惰轮1016b、1016c、1016d的操作。
如上所述，第一输入轴1010a操作地联接到第三驱动输入装置906c或从第三驱动输入装置906c延伸，并且第三驱动输入装置906c的致动相应地使第一输入轴1010a旋转。此外，同样如上所述，第一缆线带1012a在第一驱动缆线808a和第一输入轴1010a之间延伸并操作地联接第一驱动缆线808a和第一输入轴1010a。如图所示，第一缆线带1012a也可以至少部分地绕第一惰轮1016a穿行。致动第三驱动输入装置906c使第一输入轴1010a旋转，该第一输入轴相应地使第一缆线带1012a运动，从而控制第一驱动缆线808a在任一纵向上的纵向运动。
第一缆线带1012a可表现出高度1102(图11A)和厚度1104(图11A)，其中高度1102远大于厚度1104。在一些实施方案中，高度1102可为约0.5英寸，并且厚度1104可为约0.003英寸或更大。然而，此类尺寸在本文中被阐明为仅是示例。本领域的技术人员将容易理解，在不脱离本公开的范围的情况下，高度1102和厚度1104的量值可呈现多种尺寸。如图所示，第一缆线带1012a可包括材料带或材料条。用于第一缆线带1012a的合适材料包括但不限于钢(例如弹簧钢)、塑料、弹性体、织造结构、复合材料、层合材料或它们的任何组合。
第一缆线带1012a可证明有利于减轻或消除驱动缆线脱落或移位的风险。由于第一驱动缆线808a不围绕第一输入轴1010a或第一惰轮1016a缠绕或者接合两者，因此有效地消除了驱动缆线脱落或移位的风险。相反，第一缆线带1012a的平面性质有助于减轻或避免第一缆线带1012a从第一输入轴1010a或第一惰轮1016a的脱落。
第一惰轮1016a包括用于从第一输入轴1010a接收第一缆线带1012a并将其重定向的自由旋转结构。在一些实施方案中，如图所示，第一惰轮1016a可包括上凸缘1106a和下凸缘1106b以及在上凸缘1106a和下凸缘1106b之间延伸的槽1108。第一缆线带1012a可被接收在槽1108内，并且上凸缘1106a和下凸缘1106b可有助于在操作期间将第一缆线带1012a保持在槽1108内。
连接器1014可用于将第一缆线带1012a联接到第一驱动缆线808a，使得第一缆线带1012a的运动相应地使第一驱动缆线808a运动。然而，如上所述，本文还设想到，图11A和图11B中参考的第一驱动缆线808a替换为海波管，该海波管在海波管的远侧端部处联接到第一驱动缆线。因此，在此类实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，连接器1014可用于将第一缆线带1012a联接到海波管，该海波管在海波管的远侧端部处直接联接到第一驱动缆线808a。
连接器1014的合适形式包括但不限于一个或多个机械紧固件、第一缆线带1012a的相对端部与第一驱动缆线808a之间的卡扣配合接合、将第一缆线带1012a焊接或粘附性地附接到第一驱动缆线808a、以及它们的任何组合。
在所示的实施方案中，连接器1014包括固定(例如，卷曲)到第一驱动缆线808a的端部的鱼眼连接器1110、机械紧固件1112和螺母1114。本实施方案中的机械紧固件1112包括具有螺纹端的螺钉或螺栓。为了组装连接器1014从而将第一缆线带1012a联接到第一驱动缆线808a，机械紧固件1112(例如，螺钉或螺栓)可延伸穿过由鱼眼连接器1110限定的孔(被遮挡)。在一些实施方案中，机械紧固件1112还可以延伸穿过限定在第一缆线带1012a的端部中的孔(被遮挡)。然而，在其他实施方案中，在第一缆线带1012a的一部分上拧紧连接件1114可以提供足够的连接力。然后，螺母1114可以螺纹连接到机械紧固件1112的端部上并拧紧。
应当理解，连接器1014的上述说明仅为连接器104的一个示例，并且仅出于示例性目的示出。因此，连接器1014的上述描述不应视为限制于本公开。实际上，在不脱离本公开的范围的情况下，连接器1014可在将第一缆线带1012a联接到第一驱动缆线808a时呈现多种形式和设计。
在第一缆线带1012a包括恒力弹簧的实施方案中，第一缆线带1012a还可证明有利于帮助保持第一驱动缆线808a上的恒定扭矩阻力，这有助于防止第一驱动缆线808a松弛(例如，松弛)。更具体地，当第一输入轴1010a旋转时，第一缆线带1012a从第一输入轴1010a展开或回缩回到第一输入轴1010a上，从而在其在任一角度旋转方向上的整个运动范围内提供已知的恒定扭矩阻力。由第一驱动缆线808a承担该恒定的扭矩阻力，以在操作期间始终保持第一驱动缆线808a拉紧。
由第一缆线带1012a提供的恒定阻力对于机器人外科器械诸如图6的外科工具600而言尤其有利。因为第一缆线带1012a在其位移上提供恒定扭矩，所以不需要改变机器人工具驱动器(例如，图3的工具驱动器306)所需的力进行调节以改变扭矩阻力。相比之下，其他外科工具使用扭转弹簧来抵消驱动缆线运动。此类扭转弹簧表现出随角位移而变化很大的扭矩值，并且以其他方式在其运动范围内提供增大的阻力。这需要机器人工具驱动器以改变操作期间使驱动缆线移动所需的力，以解决扭矩阻力的持续变化。
在一些实施方案中，由第一缆线带1012a提供的恒定阻力可通过改变第一缆线带1012a的厚度1104而改变和以其他方式优化。第一缆线带1012a-1012d的材料(例如，金属)越厚，第一缆线带1012a能够提供的扭矩阻力越大。
在其他实施方案中，由第一缆线带1012a提供的恒定阻力可通过更紧密地或更松散地围绕第一输入轴1012a缠绕第一缆线带1012a来改变。更紧密的包裹物将导致增加的恒定扭矩力，并且更松散的包裹物将导致减小的恒定扭矩力。
在其他实施方案中，由第一缆线带1012a提供的阻力可通过包括一个或多个另外的缆线带而改变或优化。将第二缆线带(未示出)联接到第一输入轴1010a允许将恒定的扭矩阻力分解到两个承载带中。在一些应用中，这可有助于在缆线带的整个运动范围内提供真实的(更均匀的)恒力。
因此，第一缆线带1012a可有助于保持第一驱动缆线808a上的最小水平的力，并防止第一驱动缆线808a松弛。与随着位移而增加阻力的常规扭转弹簧相比，当第一输入轴1010a旋转时，第一缆线带1012a的扭矩阻力保持恒定。
图12A和图12B是根据一个或多个实施方案的协同布置用于操作的第一输入轴1010a、第一缆线带1012a和第一惰轮1016a的另一个实施方案的相对的等轴侧视图。更具体地，图12A和图12B示出了用于将第一缆线带1012a联接到第一驱动缆线808a的连接器1014的另选实施方案。如图11A和图11B所示，在讨论第一输入轴1010a、第一缆线带1012a和第一惰轮1016a的具体内容和细节时，以下描述同样适用于在本文参考图10描述的输入轴1010a-1010d、缆线带1012a-1012d、以及惰轮1016a-1016d中的任一个。
在所示的实施方案中，连接器1014包括固定到第一驱动缆线808a的端部的鱼眼连接器1110、以及铆钉接头形式的机械紧固件1112。为了组装连接器1014并由此将第一缆线带1012a联接到第一驱动缆线808a，机械紧固件1112可铆接穿过由鱼眼连接器1110限定的孔(被遮挡)和限定在第一缆线带1012a的端部中的对齐孔(被遮挡)。
本文所公开的实施方案包括：
A.一种外科工具，所述外科工具包括：驱动外壳，所述驱动外壳具有布置在其中用于旋转的输入轴；细长轴，所述细长轴从所述驱动外壳延伸；端部执行器，所述端部执行器操作地联接到所述细长轴的远侧端部；以及缆线带，所述缆线带联接到所述输入轴并且将所述输入轴操作地联接到延伸至所述端部执行器的驱动缆线；其中输入驱动装置的旋转相应地使缆线带运动，从而控制驱动缆线的纵向运动以使端部执行器进行关节运动。
B.一种操作外科工具的方法，所述方法包括将所述外科工具与患者相邻定位以用于操作，所述外科工具包括：驱动外壳，所述驱动外壳具有布置在其中用于旋转的输入轴；细长轴，所述细长轴从所述驱动外壳延伸；端部执行器，所述端部执行器操作地联接到所述细长轴的远侧端部；以及缆线带，所述缆线带联接到所述输入轴并且将所述输入轴操作地联接到延伸至所述端部执行器的驱动缆线。所述方法还包括致动联接到所述输入轴的驱动输入装置，从而使所述输入轴旋转；以及当所述输入驱动装置旋转时使所述缆线带运动，从而相应地控制所述驱动缆线的纵向运动以使所述端部执行器进行关节运动。
实施方案A和B中的每个可以任何组合具有以下附加要素中的一个或多个：要素1：其中所述缆线带的高度大于所述缆线带的横截面厚度。要素2：其中所述缆线带包括围绕所述输入轴缠绕多次的恒力弹簧，并且提供防止所述驱动缆线松弛的恒定扭矩力。要素3：其中所述恒定扭矩力在所述缆线带的整个运动范围内保持恒定。要素4：其中所述恒力弹簧包括材料带或材料条。要素5：其中所述缆线带被布线成至少部分地围绕可旋转地安装在所述驱动外壳内的惰轮。要素6：其中所述惰轮被布置在所述驱动外壳内，使得所述缆线带将所述驱动缆线直接馈送到所述细长轴中。要素7：其中所述惰轮包括上凸缘、下凸缘以及在所述上凸缘和所述下凸缘之间延伸的槽，并且其中所述缆线带被接收在所述槽内，并且所述上凸缘和所述下凸缘有助于将所述缆线带保持在所述槽内。要素8：其中所述缆线带直接联接到所述驱动缆线。要素9：其中所述缆线带直接联接到海波管，所述海波管将所述缆线带操作地联接到所述驱动缆线。要素10：还包括连接器，所述连接器将所述缆线带联接到所述驱动缆线。要素11：其中所述连接器包括：鱼眼连接器，所述鱼眼连接器固定到所述驱动缆线的端部；机械紧固件，所述机械紧固件能够延伸穿过由所述鱼眼连接器限定的孔；以及螺母，所述螺母能够螺纹连接到所述机械紧固件以将所述驱动缆线固定到所述缆线带。要素12：其中所述连接器包括：鱼眼连接器，所述鱼眼连接器固定到所述驱动缆线的端部；铆钉接头，所述铆钉接头能够延伸穿过由所述鱼眼连接器限定的孔以将所述驱动缆线固定到所述缆线带。
要素13：其中所述缆线带包括围绕所述输入轴缠绕多次的恒力弹簧，所述方法还包括当所述输入轴旋转时由所述恒力弹簧提供恒定扭矩力，从而防止所述驱动缆线松弛。要素14：还包括通过调节所述恒力弹簧的厚度来调节所述恒定扭矩力。要素15：还包括通过更紧密地或更松散地将所述缆线带围绕所述输入轴缠绕来调节所述恒定扭矩力。要素16：其中所述缆线带被布线成至少部分地围绕可旋转地安装在所述驱动外壳内的惰轮，所述方法还包括将所述惰轮定位成使得所述缆线带将所述驱动缆线直接馈送到所述细长轴中。要素17：其中所述惰轮包括上凸缘、下凸缘以及在所述上凸缘和所述下凸缘之间延伸的槽，所述方法还包括将所述缆线带接收在所述槽内并且有助于利用所述上凸缘和所述下凸缘将所述缆线带保持在所述槽内。
作为非限制性示例，适用于A和B的示例性组合包括：要素2与要素3；要素2与要素4；要素5与要素6；要素5与要素7；要素10与要素11；要素10与要素12；要素13与要素14；要素13与要素15；以及要素16与要素17。
因此，本发明所公开的系统和方法非常适于获得所提到的结果和优点以及其中固有的结果和优点。上文所公开的具体实施方案仅是例示性的，因为本公开的教导内容可以受益于本文教导内容且对于本领域的技术人员而言显而易见的不同但等价的方式进行修改和实施。此外，除了在以下权利要求中描述的之外，对于本文所示的构造或设计的细节没有限制。因此显而易见的是，可改变、组合或修改上文所公开的具体例示性实施方案，并且所有此类改变都被视为在本公开的范围内。本文例示性地公开的系统和方法可适当地在缺少本文未具体公开的任何元件和/或本文所公开的任何任选元件的情况下实施。虽然根据“包括”、“含有”或“包含”各种部件或步骤描述了组合物和方法，但是该组合物和方法也可“基本上由各种部件或步骤组成”或“由各种部件或步骤组成”。上文所公开的所有数值和范围可变化一些量。每当公开具有下限和上限的数值范围时，具体公开了落入该范围内的任何数值和任何包括的范围。具体地，本文所公开的每种值范围(形式为“约a至约b”或等效形式“大约a至b”或等效形式“从大约a-b”)应被理解为列出更广泛的值范围内涵盖的每个数值和范围。而且，权利要求中的术语具有其普通的一般含义，除非专利权人另有明确和清楚的定义。此外，权利要求中使用的不定冠词“一个”或“一种”在本文中被定义为表示其引入的一个(种)或多个(种)元件而不是一个(种)元件。如果本说明书中的词语或术语的使用与可以引用方式并入本文的一个或多个专利或其他文件存在任何冲突，则应采用与本说明书一致的定义。
如本文所用，在一系列项目(用术语“和”或“或”来隔开项目中的任一个)之前的短语“……中的至少一个”将整体修饰列表，而不是列表的每个成员(即，每个项目)。短语“……中的至少一个”允许意指包括项目中的任何一个的至少一个，和/或项目的任何组合中的至少一个，和/或项目中的每一个的至少一个。作为示例，短语“A、B和C中的至少一者”或“A、B或C中的至少一者”各自是指：仅A、仅B或仅C；A、B和C的任何组合；以及/或者A、B和C中的每一者的至少一个。

Claims (19)

1.一种外科工具，包括：
驱动外壳，所述驱动外壳具有布置在其中用于旋转的输入轴；
细长轴，所述细长轴从所述驱动外壳延伸；
端部执行器，所述端部执行器操作地联接到所述细长轴的远侧端部；以及
缆线带，所述缆线带联接到所述输入轴并且将所述输入轴操作地联接到延伸至所述端部执行器的驱动缆线，其中输入驱动装置的旋转相应地使所述缆线带运动，从而控制所述驱动缆线的纵向运动以使所述端部执行器进行关节运动。
2.根据权利要求1所述的外科工具，其中，所述缆线带的高度大于所述缆线带的横截面厚度。
3.根据权利要求1所述的外科工具，其中，所述缆线带包括围绕所述输入轴缠绕多次的恒力弹簧，并且提供防止所述驱动缆线松弛的恒定扭矩力。
4.根据权利要求3所述的外科工具，其中，所述恒定扭矩力在所述缆线带的整个运动范围内保持恒定。
5.根据权利要求3所述的外科工具，其中，所述恒力弹簧包括材料带或材料条。
6.根据权利要求1所述的外科工具，其中，所述缆线带被布线成至少部分地围绕可旋转地安装在所述驱动外壳内的惰轮。
7.根据权利要求6所述的外科工具，其中，所述惰轮被布置在所述驱动外壳内，使得所述缆线带将所述驱动缆线直接馈送到所述细长轴中。
8.根据权利要求6所述的外科工具，其中，所述惰轮包括上凸缘、下凸缘以及在所述上凸缘和所述下凸缘之间延伸的槽，并且其中所述缆线带被接收在所述槽内，并且所述上凸缘和所述下凸缘有助于将所述缆线带保持在所述槽内。
9.根据权利要求1所述的外科工具，其中，所述缆线带直接联接到所述驱动缆线。
10.根据权利要求1所述的外科工具，其中，所述缆线带直接联接到海波管，所述海波管将所述缆线带操作地联接到所述驱动缆线。
11.根据权利要求1所述的外科工具，还包括连接器，所述连接器将所述缆线带联接到所述驱动缆线。
12.根据权利要求11所述的外科工具，其中，所述连接器包括：
鱼眼连接器，所述鱼眼连接器固定到所述驱动缆线的端部；
机械紧固件，所述机械紧固件能够延伸穿过由所述鱼眼连接器限定的孔；以及
螺母，所述螺母能够螺纹连接到所述机械紧固件以将所述驱动缆线固定到所述缆线带。
13.根据权利要求11所述的外科工具，其中，所述连接器包括：
鱼眼连接器，所述鱼眼连接器固定到所述驱动缆线的端部；以及
铆钉接头，所述铆钉接头能够延伸穿过由所述鱼眼连接器限定的孔以将所述驱动缆线固定到所述缆线带。
14.一种操作外科工具的方法，包括：
将所述外科工具与患者相邻定位以用于操作，所述外科工具包括：
驱动外壳，所述驱动外壳具有布置在其中用于旋转的输入轴；
细长轴，所述细长轴从所述驱动外壳延伸；
端部执行器，所述端部执行器操作地联接到所述细长轴的远侧端部；以及
缆线带，所述缆线带联接到所述输入轴并且将所述输入轴操作地联接到延伸至所述端部执行器的驱动缆线；
致动联接到所述输入轴的驱动输入装置，从而使所述输入轴旋转；并且
当所述输入驱动装置旋转时使所述缆线带运动，从而相应地控制所述驱动缆线的纵向运动以使所述端部执行器进行关节运动。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述缆线带包括围绕所述输入轴缠绕多次的恒力弹簧，所述方法还包括当所述输入轴旋转时由所述恒力弹簧提供恒定扭矩力，从而防止所述驱动缆线松弛。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括通过调节所述恒力弹簧的厚度来调节所述恒定扭矩力。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括通过更紧密地或更松散地将所述缆线带围绕所述输入轴缠绕来调节所述恒定扭矩力。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述缆线带被布线成至少部分地围绕可旋转地安装在所述驱动外壳内的惰轮，所述方法还包括将所述惰轮定位成使得所述缆线带将所述驱动缆线直接馈送到所述细长轴中。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述惰轮包括上凸缘、下凸缘以及在所述上凸缘和所述下凸缘之间延伸的槽，所述方法还包括将所述缆线带接收在所述槽内并且有助于利用所述上凸缘和所述下凸缘将所述缆线带保持在所述槽内。
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