CN111655186B - 用于驱动由手术机器人系统引导的工具的末端执行器和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于驱动由手术机器人系统引导的工具的末端执行器和方法。工具具有接口和工作端。该末端执行器具有附装到手术机器人的安装座和配置为产生扭矩的致动器。具有齿轮系的驱动组件将来自致动器的旋转转换成绕轴线支撑的驱动导管的旋转。可操作地附装到驱动导管的旋转锁定器可释放地固定工具以绕轴线同时旋转，而轴向锁定器可释放地固定工具以沿由手术机器人保持的轨迹与驱动导管同时平移。轴向锁定器可以在释放配置和锁定配置之间操作，在该释放配置中允许在驱动组件和工具之间沿轴线的相对运动，而在锁定配置中限制在驱动组件和工具之间沿轴线的相对运动。

Description

用于驱动由手术机器人系统引导的工具的末端执行器和方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2018年1月26日提交的美国临时专利申请第62/622,306号和于2018年10月12日提交的美国临时专利申请第62/744,878号的优先权和所有权益，其每个公开内容都通过引用整体并入本申请。
背景技术
手术机器人系统经常用于协助医疗专业人员执行各种类型的手术过程。为此，外科医生可以在手术期间使用手术机器人来引导、定位、移动、致动或操纵各种工具、部件、假体等。
应当理解，手术机器人可以用于协助外科医生执行多种不同类型的手术过程。作为说明，手术机器人通常用于涉及对患者身体的一个或多个部位的校正、稳定、切除或复位手术，例如以帮助改善患者的活动能力，减轻疼痛，减少后续伤害或损坏。
举例来说，在许多类型的脊柱手术中(例如，后腰椎椎间融合器“PLIF”)，机器人系统有利于帮助方便地在患者脊椎的不连续位置处正确安装椎弓根螺钉。椎弓根螺钉充当锚固件，并且通常与其他固定硬件(例如，稳定杆)配合使用，以限制锚固椎骨之间的移动，进而帮助确保布置于相邻椎骨之间的骨移植物能够成功融合在一起。
当患者需要进行涉及放置椎弓根螺钉的手术时，外科医生通常会利用术前成像和/或术中成像来帮助可视化患者的解剖结构(例如，患者脊柱的椎骨)。外科医生通常基于例如利用获取患者解剖结构的图像、根据图像创建的3D模型等的术前成像来计划将椎弓根螺钉放置在何处。计划包括例如通过在术前图像和/或3D模型中识别期望的姿势来确定每个椎弓根螺钉相对于将要放置在其中的特定椎骨的期望的位置和定向(即姿势)。设置完成后，计划将转移至机器人系统中执行。
通常，机器人系统包括具有机械臂的手术机器人，该机械臂将工具引导器沿与要放置的椎弓根螺钉的期望定向对准的期望轨迹定位在患者身体上方。机器人系统还包括导航系统，用于确定工具引导器相对于患者解剖结构的位置，以便机械臂可以根据外科医生的计划沿期望轨迹定位工具引导器。在某些情况下，导航系统包括附装到手术机器人和患者身体的跟踪设备，以便机器人系统可以在手术过程期间通过根据需要动态移动工具引导器以保持期望轨迹来监视并响应移动。
在微创手术技术中，一旦将工具引导器对准期望的轨迹，外科医生通常会通过工具引导器定位套管，该套管会延伸到形成患者体内邻近手术部位处的一个切口。然后，外科医生将钻头附装到手持式钻孔器上，将钻头插入套管中，并致动钻孔器以形成椎弓根螺钉的导向孔。然后，外科医生取下钻头，接着用手持式驱动器将椎弓根螺钉驱动到导向孔中的适当位置，以将椎弓根螺钉安装到椎骨中。
在上述类型的脊柱手术技术中，机械臂在某种程度上未得到充分利用，并且在实际钻制导向孔或安装椎弓根螺钉方面几乎没有作用。此外，虽然手术系统具有保持轨迹的能力，但传统的微创技术通常需要在安装单个椎弓根螺钉时多次将机械臂重新定位。重新定位的频率和程度取决于使用的手术技术的具体类型、外科医生的喜好以及椎弓根螺钉、引导工具、钻孔器和手术机器人本身的配置。
此外，由于通常在一次手术期间会安装多个椎弓根螺钉(例如，在两根相邻椎骨的双边椎体融合术中通常使用总共四个椎弓根螺钉)，因此可能很难在不同的轨迹之间有效地铰接机械臂而不会给外科医生的行动带来不便。此外，在某些情况下，当无法在不同的轨迹之间实现机械臂的必要铰接和/或为了沿每条轨迹向外科医生提供一致的行动时，可能必须相对于患者身体重新定位手术机器人本身。
因此，在本领域中仍然需要解决这些缺陷中的一个或多个。
发明内容
本公开提供了一种末端执行器，用于沿由手术机器人保持的轨迹在手术部位处驱动工具。该末端执行器包括：安装座，其适合于附装到手术机器人上；旋转器械，其联接到该安装座并包括致动器，该致动器配置为产生绕第一轴线的旋转扭矩。该末端执行器还包括：驱动组件，其具有用以将来自旋转器械的旋转转换成绕不同于第一轴线的第二轴线的旋转的齿轮系，以及配置为可释放地固定工具以绕第二轴线旋转的连接器。该末端执行器还包括触发器组件，该触发器组件具有用于支撑用户手部的握柄，以及与旋转器械连通的输入触发器。输入触发器布置成由用户接合以驱动旋转器械并使工具绕第二轴线旋转。该末端执行器还包括用于与驱动组件连通的手动接口。手动接口布置成接收来自用户的施加力并将其转换成旋转扭矩，以使工具绕第二轴线旋转。
本公开还提供了一种末端执行器，用于沿由手术机器人选择性地保持的不同轨迹在手术部位处驱动工具。该末端执行器包括：安装座，其适合于附装到手术机器人上；以及旋转器械，其联接到安装座并包括致动器，该致动器配置为产生绕第一轴线的旋转扭矩。该末端执行器还包括：驱动组件，其具有用以将来自旋转器械的旋转转换成绕不同于第一轴线的第二轴线的旋转的齿轮系以及配置为可释放地固定工具以绕第二轴线旋转的连接器。联轴器可操作地附装到旋转器械并且被配置为以多个定向将驱动组件可释放地固定到旋转器械，以沿由手术机器人选择性地保持的不同轨迹相对于旋转器械选择性地定位第二轴线。
本公开还提供了一种末端执行器，用于沿由手术机器人保持的轨迹在手术部位处驱动工具，该工具具有接口端和工作端。该末端执行器包括：安装座，其适合于附装到手术机器人上；以及致动器，其联接到安装座并配置为产生绕第一轴线的旋转扭矩。该末端执行器还包括：驱动组件，该驱动组件包括齿轮系，以将来自致动器的绕第一轴线的旋转转换成绕第二轴线的旋转；驱动导管，其被支撑为绕第二轴线旋转；第一旋转锁定器，其可操作地附装到驱动导管，以可释放地固定工具以使其绕第二轴线同时旋转；以及轴向锁定器，用以可释放地固定工具以沿由手术机器人保持的轨迹与驱动导管同时平移。该轴向锁定器可以在释放配置和锁定配置之间操作，在该释放配置中允许驱动组件和工具之间沿第二轴线的相对运动，而在锁定配置中限制驱动组件和工具之间沿第二轴线的相对运动。
本公开还提供了一种末端执行器，用于沿由手术机器人保持的轨迹相对于手术部位引导工具，该工具包括第一工具和不同于第一工具的第二工具。该末端执行器包括：安装座，其适合于附装到手术机器人上；以及旋转器械，其联接到所述安装座并包括致动器，所述致动器配置为产生绕第一轴线的旋转扭矩。该末端执行器还包括：驱动组件，其具有：齿轮系，其将来自旋转器械的绕第一轴线的旋转转换成绕第二轴线的旋转；第一旋转锁定器，其布置成与齿轮系旋转连通，以可释放地固定第一工具以便于以第一传动比绕第二轴线同时旋转；第二旋转锁定器，其布置成与所述齿轮系连通，以可释放地固定第二工具以便于以与第一传动比不同的第二传动比绕第二轴线同时旋转；以及轴向锁定器，用以可释放地固定第一工具和第二工具中的一个，以便沿由手术机器人保持的轨迹与驱动组件同时平移。该轴向锁定器可以在释放配置和锁定配置之间操作，在该释放配置中允许驱动组件和工具之间沿第二轴线的相对运动，而在锁定配置中沿第二轴线限制驱动组件和工具之间的相对运动。
本公开还提供了一种末端执行器，用于沿由手术机器人保持的轨迹在手术部位处驱动工具，该工具包括第一工具和不同于第一工具的第二工具。该末端执行器包括：安装座，其适合于附装到手术机器人上；以及旋转器械，其联接到安装座并包括致动器，所述致动器配置为产生绕第一轴线的旋转扭矩。该末端执行器还包括：驱动组件，其具有：齿轮系，用以将来自旋转器械的旋转转换成绕不同于第一轴线的第二轴线的旋转；连接器，其配置为可释放地固定第一工具和第二工具中的一个以便绕第二轴线旋转；以及变速器，其旋转连通地介于旋转器械与连接器之间。变速器包括第一齿轮组、第二齿轮组以及布置成便于在第一套环位置与第二套环位置之间移动的变速套环，在第一套环位置上变速套环与第一齿轮组接合，来以第一传动比转换在旋转器械与连接器之间的旋转，而在第二套环位置上变速套环接合在第二齿轮组上，来以不同于第一传动比的第二传动比转换在旋转器械与连接器之间的旋转。
本公开还提供一种沿由手术机器人保持的轨迹在手术部位处形成导向孔的方法。该方法包括将末端执行器附装到手术机器人上，该末端执行器支撑致动器、驱动组件、手动接口和触发器组件。该方法还包括：沿第二轴线将旋转切割工具附装到驱动组件；使第二轴线与轨迹对准，以将旋转切割工具定位在手术部位处；并且接合触发器组件以利用致动器产生绕第一轴线的旋转扭矩，且通过驱动组件传递来自致动器的绕第一轴线的扭矩，以使旋转切割工具绕第二轴线旋转。该方法还包括：在手术部位处沿轨迹将旋转切割工具推进至第一深度；中断绕第一轴线的旋转；定位触发器组件以呈现手动接口；向手动接口施加力以绕第二轴线旋转该旋转切割工具；并且在手术部位处沿轨迹将旋转切割工具推进到大于第一深度的第二深度。
本公开还提供了一种沿由手术机器人保持的轨迹在手术部位处安装锚固件的方法。该方法包括将末端执行器附装到手术机器人上，该末端执行器支撑致动器、驱动组件、手动接口和触发器组件。该方法还包括：沿第二轴线将工具附装到驱动组件；将锚固件附装到工具；使第二轴线与轨迹对准，以将锚固件定位在手术部位附近；并且接合触发器组件以利用致动器产生绕第一轴线的旋转扭矩，且通过驱动组件传递来自致动器的绕第一轴线的扭矩，以使工具和锚固件绕第二轴线旋转。该方法还包括：在手术部位处沿轨迹将工具和锚固件推进至第一深度；中断绕第一轴线的旋转；定位触发器组件以呈现手动接口；向手动接口施加力以绕第二轴线旋转工具和锚固件；并且在手术部位处沿轨迹推进锚固件至大于第一深度的第二深度。
本公开还提供了一种沿由手术机器人保持的相应第一和第二轨迹在手术部位处安装第一和第二锚固件的方法。该方法包括将末端执行器附装到手术机器人上，该末端执行器支撑致动器、驱动组件、手动接口和触发器组件。该方法还包括：沿第二轴线将工具附装到驱动组件；将第一锚固件附装到工具；将第二轴线与第一轨迹对准以将第一锚固件定位在手术部位附近；并且接合触发器组件以利用致动器产生绕第一轴线的旋转扭矩，并通过驱动组件传递来自致动器的绕第一轴线的扭矩，以使工具和第一锚固件绕第二轴线旋转。该方法还包括：在手术部位处沿第一轨迹将工具和第一锚固件推进至第一深度；中断绕第一轴线的旋转；定位触发器组件以呈现手动接口；向手动接口施加力以使工具和第一锚固件绕第二轴线旋转；并且在手术部位处沿第一轨迹将工具和第一锚固件推进到大于第一深度的第二深度。该方法还包括：从工具释放第一锚固件；将第二锚固件附装到工具；使第二轴线与第二轨迹对准以将第二锚固件定位在手术部位附近；接合触发器组件以利用致动器产生绕第一轴线的旋转扭矩；并且通过驱动组件传递来自致动器的绕第一轴线的扭矩，以使驱动器和第二锚固件绕第二轴线旋转。该方法还包括：在手术部位处沿第二轨迹将工具和第二锚固件推进至第三深度；中断绕第一轴线的旋转；定位触发器组件以呈现手动接口；向手动接口施加力以使工具和第二锚固件绕第二轴线旋转；并且在手术部位处沿第二轨迹将工具和第二锚固件推进到大于第三深度的第四深度。
在阅读了结合附图进行的后续描述之后，将因为更好地理解了本公开而容易理解本公开的实施例的其他特征和优点。
附图说明
图1是根据本公开的第一实施例的包括手术机器人的手术系统的透视图，该手术机器人具有支撑末端执行器的机械臂，将工具在患者身体上的手术部位附近沿一轨迹固定至该机械臂。
图2A是图1的末端执行器、工具和患者身体的一部分的透视图，其中沿第一轨迹支撑所示工具。
图2B是图2A的末端执行器、工具和患者身体的一部分的另一透视图，其中沿第二轨迹支撑所示工具。
图2C是图2A-2B的末端执行器、工具和患者身体的一部分的另一透视图，其中沿第三轨迹支撑所示工具。
图3是图1-2C的末端执行器的透视图，所示末端执行器包括：安装座，该安装座支撑旋转器械以产生绕第一轴线的扭矩并具有联轴器；驱动组件，其附装到旋转器械的联轴器并支撑工具以绕第二轴线旋转；触发器组件，其具有握柄以及输入触发器，该输入触发器被布置成由用户接合以驱动旋转器械；手动接口，用以接收力来使工具绕第二轴线旋转；以及手柄组件，用于接合手动接口。
图4是图3的末端执行器的局部分解透视图，示出有在手柄组件下方与旋转器械间隔开并且与配置为可释放地附装到驱动组件的两件工具间隔开的驱动组件，其中一件工具被示出为带有钻头的旋转切割工具，而另一件工具被示出为支撑锚固件的旋转驱动工具。
图5A是结合使用图1-4的手术系统执行的微创脊柱融合术横向穿过患者的椎骨截取的手术部位的示意图，描绘了相对于棘突布置在两侧并延伸通过相应椎弓根进入到在骨孔和脊髓相对侧上的椎体中的第一和第二轨迹，并且示出有沿第一轨迹安装的锚固件以及沿邻近椎骨定位的第二轨迹引导的钻头。
图5B是图5A的手术部位的另一示意图，其中钻头被示出为沿第二轨迹刺穿椎骨以在第一深度处形成导向孔，该导向孔延伸通过椎弓根进入椎体内。
图5C是图5A-5B的手术部位的另一示意图，其中钻头被示出为沿轨迹进一步推进以在更进入椎体内的第二深度处形成导向孔。
图5D是图5A-5C的手术部位的另一示意图，其中钻头被示出为从导向孔中移除，而锚固件被示出为由沿邻近椎骨定位的第二轨迹引导的旋转驱动工具支撑。
图5E是图5A-5D的手术部位的另一示意图，其中锚固件被示出为沿第二轨迹安装在椎骨中至第三深度。
图5F是图5A-5E的手术部位的另一示意图，其中锚固件被示出为沿第二轨迹安装在椎骨中至第四深度。
图5G是图5A-5F的手术部位的另一示意图，其中锚固件被示出为沿相应轨迹安装在椎骨中。
图6是支撑图1-5F的锚固件的工具的透视图。
图7是支撑图1-6的锚固件的工具的俯视平面图。
图8是沿图7的线8-8截取的截面图。
图9是与图1-8的锚固件间隔开的所示工具的分解透视图。
图10A是图1-4的末端执行器的透视图，其中触发器组件被示出为布置在第一触发器组件位置上，其握柄和输入触发器布置在与驱动组件相邻的手动接口上方。
图10B是图10A的末端执行器的另一透视图，其中触发器组件被示出为布置在第二触发器组件位置上，其握柄和输入触发器被移动以呈现用于由手柄组件接合的手动接口。
图11A是图10A-10B的末端执行器的前视平面图，其中触发器组件被示出为布置在第一触发器组件位置上，而联轴器沿第一定向支撑驱动组件。
图11B是图11A的末端执行器的另一前视平面图，其中触发器组件被示出为布置在第二触发器组件位置上，联轴器沿第一定向支撑驱动组件，而手柄组件布置成邻近到手动接口。
图11C是图11A-11B的末端执行器的另一前视平面图，其中触发器组件被示出为布置在第二触发器组件位置上，联轴器沿第一定向支撑驱动组件，而手柄组件被布置成与手动接口接合。
图11D是图11A-11C的末端执行器的另一前视平面图，其中触发器组件被示出为布置在第一触发器组件位置上，而联轴器沿第二定向支撑驱动组件。
图11E是图11A-11D的末端执行器的另一前侧平面图，其中触发器组件被示出为布置在第一触发器组件位置上，而联轴器沿第三定向支撑驱动组件。
图11F是图11A-11E的末端执行器的另一前视平面图，其中触发器组件被示出为布置在第三触发器组件位置上，而联轴器沿第三定向支撑驱动组件。
图12是图1-4的末端执行器的安装座、旋转器械、触发器组件以及联轴器的俯视平面图。
图13是沿图12的沿线13-13截取的偏置截面图。
图14是沿图13的标记14截取的放大截面图。
图15是沿图13的标记15截取的放大截面图。
图16是图12的末端执行器的安装座、旋转器械、触发器组件和联轴器的透视图。
图17是图16的末端执行器的局部分解透视图，其中触发器组件、安装座和保持器每个都被示出为与旋转器械间隔开。
图18是图16的末端执行器的另一局部分解透视图，示出有均与旋转器械间隔开的保持器和触发器组件的各个部分。
图19A是图11A-18的末端执行器的保持器和触发器组件的各个部分的透视图，其中触发器组件被示出为布置在第一触发器组件位置上，输入触发器布置在第一输入位置上，并且图中以虚线示出了触发器组件的各个部分。
图19B是图19A的末端执行器的保持器和触发器组件的各个部分的另一透视图，其中触发器组件被示出为布置在第一触发器组件位置上，触发器布置在第二输入位置上，并且图中以虚线示出了触发器组件的各个部分。
图19C是图19A-19B的末端执行器的保持器和触发器组件的各个部分的另一透视图，其中触发器组件被示出为布置在第三触发器组件位置上，触发器布置在第一输入位置上，并且图中以虚线示出了触发器组件的各个部分。
图20A是图17的保持器的透视图，其中示出了布置在锁定位置上以限制触发器组件相对于旋转器械在触发器组件位置之间移动的柱塞。
图20B是图20A的保持器的另一透视图，其中示出了布置在解锁位置上以允许触发器组件相对于旋转器械在触发器组件位置之间移动的柱塞。
图21是图1-4的驱动组件的透视图，其中手动接口和连接器被示出为沿第二轴线布置。
图22是图21的驱动组件的俯视平面图。
图23A是沿图22的线23-23截取的截面图，其中驱动组件被示出为包括：齿轮系，用以其将扭矩从旋转器械向连接器传递，以使工具旋转；以及离合器机构，其介于手动接口和齿轮系之间，其中离合器机构以第一模式操作，以经由来自旋转器械的扭矩实现连接器的旋转，而无需旋转手动接口。
图23B是描绘图23A的驱动组件的齿轮系、离合器机构和连接器的另一截面图，其中该离合器机构被示出为以第二模式操作以使连接器根据施加到手动接口上的力实现旋转。
图24是图21-23B的驱动组件的分解透视图。
图25A是根据本公开的第二实施例的末端执行器的透视图，该末端执行器同样配置为与图1的手术系统一起使用，所示末端执行器包括：安装座，其支撑旋转器械以产生绕第一轴线的扭矩；触发器组件，其布置在第一触发器组件位置上；驱动组件，其具有连接器以支撑用于绕第二轴线旋转的工具；以及防护罩，其布置在第一防护位置上。
图25B是图25A的末端执行器的另一透视图，其中触发器组件被示出为布置在第二触发器组件位置上，而防护罩布置在第二防护位置以促进对手动接口的接近。
图26是图25A-25B的末端执行器的分解透视图，其中触发器组件被示出为在驱动组件和旋转器械之间间隔开。
图27A是图25A-26的触发器组件的截面透视图，其被描绘为大致纵向剖开，并且示出了布置在第一输入位置上的输入触发器。
图27B是图27A的触发器组件的另一截面透视图，其中输入触发器被示出为布置在第二输入位置上。
图28是图25A-26的驱动组件的截面透视图，其被描绘为大致纵向剖开。
图29A是根据本公开的第三实施例的末端执行器的透视图，该末端执行器同样被配置为与图1的手术系统一起使用，所示末端执行器包括：安装座，其支撑旋转器械以产生绕第一轴线的扭矩；驱动组件，其具有连接器，以支撑用于绕第二轴线旋转的工具；以及触发器组件，其布置在第一触发器组件位置上并示出有第一框架主体和第二框架主体，其中第二框架主体布置在第一握柄位置上以限制对手动接口的接近。
图29B是图29A的末端执行器的另一透视图，其中第二框架主体被示出为布置在第二握柄位置上以促进对手动接口的接近。
图30是图29A-29B的末端执行器的分解透视图，其中驱动组件被示出为与旋转器械和触发器组件间隔开，并且示出了配置用于可释放地附装到驱动组件的两件工具，其中一件工具被显示为带有钻头的旋转切割工具，而另一件工具被显示为支撑锚固件的旋转驱动工具。
图31A是图30的驱动组件和旋转驱动工具的一部分的截面透视图，其被描绘成大致纵向剖开，其中具有变速套环的变速器被示出为布置在第一套环位置上以接合变速器的第一齿轮组。
图31B是图30的驱动组件和旋转切割工具的一部分的截面透视图，其被描绘成大致纵向剖开，其中具有变速套环的变速器被示出为布置在第二套环位置上以接合变速器的第二齿轮组，而旋转切割工具的一部分布置成与可操作地附装到变速套环的选择器接合。
图32是根据本公开的第四实施例的末端执行器的透视图，该末端执行器同样被配置为与图1的手术系统一起使用，所示末端执行器包括：安装座，其支撑旋转器械以产生绕第一轴线的扭矩；驱动组件，其具有连接器以支撑用于绕第二轴线旋转的工具；差速器组件；一对销子；以及支撑在坞中的手柄组件。
图33是图32的末端执行器的分解透视图，其中驱动组件被示出为与旋转器械、销子和手柄组件间隔开，并且示出了配置为可释放地附装到驱动组件的两件工具，其中一件工具被示出为带有钻头的旋转切割工具，而另一件工具被示出为支撑锚固件的旋转驱动工具。
图34A是图33的驱动组件的截面透视图，被描绘成大致纵向剖开，其中差速器组件被示出为与驱动组件的第一和第二旋转锁定器连通。
图34B是图34A的驱动组件的另一截面透视图，其中图33所示的旋转切割工具的一部分被示出为布置成与驱动组件的第一旋转锁定器接合以绕第二轴线旋转，并且以销子中的一个被示出为接合差速器组件的一部分。
图34C是图34A-34B的驱动组件的另一截面透视图，其中图33所示的旋转驱动工具的一部分被示出为布置成与驱动组件的第二旋转锁定器接合以绕第二轴线旋转，并且另一销子被示出为接合差速器组件的另一部分。
图35是根据本公开的第五实施例的末端执行器的透视图，该末端执行器同样被配置为与图1的手术系统一起使用，所示末端执行器包括：安装座，其支撑旋转器械以产生绕第一轴线的扭矩；以及驱动组件，具有支撑用于绕第二轴线旋转的工具的驱动导管，该工具被描绘为具有钻头的旋转切割工具。
图36是图35的末端执行器的分解透视图，其中驱动组件被示出为与旋转工具和旋转切割工具间隔开，并且被示出为与描绘成用于驱动锚固件的旋转驱动工具的另一工具间隔开。
图37A是图36的驱动组件的截面透视图，其被描绘为大致纵向剖开，其中具有第一和第二齿轮组的变速器被示出为布置成与驱动导管旋转连通。
图37B是图37A的驱动组件的另一截面透视图，其局部地描绘了图36中被固定到驱动导管中并接合可操作地附装到变速器的变速套环的选择器的旋转驱动工具的各个部分，其中变速套环被示出为布置在第一套环位置以接合第一齿轮组。
图37C是图37A的驱动组件的另一截面透视图，其局部地描绘了图35-36中固定到驱动导管中并接合可操作地附装到变速器的变速套环的选择器的旋转切割工具的各个部分，其中变速套环被示出为布置在第二套环位置上以接合第二齿轮组。
图38A是图35-37C的驱动组件的透视图，其中变速器的选择器被示出为布置成如图37B所示。
图38B是图35-37C的驱动组件的透视图，其中变速器的选择器被示出为布置成如图37C所示。
图39A是根据本公开的第六实施例的末端执行器的透视图，该末端执行器同样配置为与图1的手术系统一起使用，所示末端执行器包括：安装座，支撑旋转器械以产生绕第一轴线的扭矩；驱动组件，其具有支撑用于绕第二轴线旋转的工具的驱动导管；以及触发器组件，该触发器组件布置在第一触发器组件位置上并显示为具有第一框架主体和第二框架主体，其中第二框架主体布置在第一握柄位置上以限制接近由工具限定的手动接口。
图39B是图39A的末端执行器的另一透视图，其中第二框架主体被示出为布置在第二握柄位置上以促进接近由工具限定的手动接口。
图39C是图39A-39B的末端执行器的另一透视图，其中触发器组件被示出为布置在第二触发器组件位置上，并且第二框架主体布置在第二握柄位置上。
图40是图39A-39C的末端执行器的分解透视图，其中触发器组件和驱动组件与旋转器械间隔开，并且示出了配置用于可释放地附装到驱动组件的驱动导管的两件工具，其中一件工具显示为旋转驱动工具，用于支撑由旋转器械沿由手术机器人保持的轨迹驱动的锚固件，而另一件工具显示为要沿由手术机器人保持的轨迹引导的解剖器工具。
图41是图39A-40的触发器组件的局部截面透视图，被描绘为大致纵向剖开。
图42A是图39A-40的末端执行器的侧视平面图，示出有可操作地附装到触发器组件的一部分的光源，其中触发器组件布置成如图39A所示，并且所示光源沿第二轴线朝向手术部位发射光。
图42B是图39A-40的末端执行器的侧视平面图，示出有包括支撑在驱动组件的驱动导管中的光源的工具，其中触发器组件布置成如图39B所示，而所示光源沿第二轴线朝向手术部位发射光。
图43A是图39A-40的驱动组件的局部分解的截面透视图，其被描绘为大致纵向剖开，并且示出有轴向锁定器以可释放地固定图40的旋转驱动工具。
图43B是图43A的驱动组件的截面透视图，其中图40的解剖器工具被示出为布置在驱动导管中。
图43C是图43A-43B的驱动组件的截面透视图，其中图40的旋转驱动工具被示出为通过轴向锁定器和旋转锁定器而固定到驱动导管上。
图43D是图43C的驱动组件、旋转驱动工具和旋转锁定器的另一截面透视图，其描绘为沿一平面(未示出)剖开，该平面绕第二轴线布置并相对于绕第一轴线布置的纵向平面(未示出)成锐角布置。
图44A是图43C-43D的驱动组件、旋转驱动工具和旋转锁定器的另一截面透视图，其被描绘为沿一平面(未示出)剖开，该平面垂直于第二轴线并穿过布置成锁定配置的所示轴向锁定器布置。
图44B是图44A的驱动组件、旋转驱动工具和旋转锁定器的另一截面透视图，其中轴向锁定器被示出为布置成释放配置。
图45是根据本公开的第七实施例的末端执行器的透视图，该末端执行器同样被配置为与图1的手术系统一起使用，所示末端执行器包括：安装座，其支撑旋转器械以产生绕第一轴线的扭矩；驱动组件，其具有支撑用于绕第二轴线旋转的工具的驱动导管；以及触发器组件。
图46是图45的末端执行器的分解透视图，其中驱动组件被示出为与旋转器械和触发器组件间隔开，并且示出有配置为可释放地附装到驱动组件的驱动导管的两件工具，其中一件工具被示出为旋转切割工具，其具有要由旋转器械沿由手术机器人保持的轨迹驱动的钻头，而另一件工具被示出为要沿由手术机器人保持的轨迹引导的手术刀工具。
图47A是图45-46的驱动组件的截面透视图，其被描绘成大致纵切剖开，并且驱动导管被示出为包括夹头机构，该夹头机构具有布置成锁定配置的夹头张紧器。
图47B是图47A的驱动组件的另一截面透视图，其中夹头张紧器被示出为布置成释放配置。
图47C是图47A的驱动组件的另一截面透视图，其中夹头张紧器被示出为布置成锁定配置，以固定图46的旋转切割工具的一部分以绕第二轴线旋转。
图48A是图45-48的驱动组件的透视图，其中夹头张紧器被示出为布置成如图47A所示。
图48B是图45-48的驱动组件的透视图，其中夹头张紧器被示出为布置成如图47B所示。
图49A是根据本公开的第八实施例的末端执行器的透视图，该末端执行器同样被配置为与图1的手术系统一起使用，所示末端执行器包括：安装座，其支撑旋转器械以产生绕第一轴线的扭矩；驱动组件，其具有驱动导管以支撑用于绕与第一轴线重合的第二轴线旋转的工具；触发器组件，其联接到驱动组件；以及保持机构，其具有布置在第一防护位置上的防护罩。
图49B是图49A的末端执行器的另一透视图，其中防护罩被示出为布置在第二防护位置上，并且末端执行器布置成邻近配置为可释放地附装到驱动组件的两件工具，其中一件工具被示出为带有钻头的旋转切割工具，而另一件工具被示出为支撑锚固件的旋转驱动工具。
图50是图49A-49B的末端执行器的分解透视图，其中保持机构和触发器组件的各个部分被示出为与安装座和致动器子组件间隔开。
图51是图50的致动器子组件的一部分的分解透视图。
图52是图50的触发器组件的分解透视图，示出有与第二触发器子组件间隔开的第一触发器子组件。
图53A是图52的第二触发器子组件的分解透视图。
图53B是图53A的第二触发器子组件的另一分解透视图。
图54是图53A-53B的第二触发器子组件的局部截面透视图，其被描绘为大致纵向剖开。
图55是图52的第一触发器子组件的分解透视图，示出有用于固定图49A-50的保持机构的防护罩锁定子组件。
图56A是图49A-50的末端执行器的局部透视图，其中保持机构的防护罩被示出为通过图55的防护罩锁定子组件固定到第一防护位置。
图56B是图56A的末端执行器的另一局部透视图，其中保持机构的各个部分被示出为接合防护罩锁定子组件的各个部分。
图56C是图49A-50的末端执行器的局部透视图，其中保持机构的防护罩布置在第一防护位置上但从图55的防护罩锁定子组件脱离。
图56D是图56C的末端执行器的另一局部透视图，其中保持机构的各个部分被示出为与防护罩锁定子组件的各个部分脱离但相邻。
图57是图49A-50的末端执行器的局部截面透视图，其被描绘成大致纵向剖开，其中保持机构的防护罩被示出为布置在如图49B所示的第二防护位置上。
图58A是沿图57的标记58截取的放大局部截面透视图。
图58B是图58A的末端执行器的另一放大局部截面透视图，其中图49B的旋转驱动工具的各个部分被示出为支撑在驱动组件的驱动导管中。
图58C是图58B的末端执行器和旋转驱动工具的另一放大局部截面透视图，其中保持机构的防护罩被示出为布置成如图56C-56D所示。
图58D是图58C的末端执行器和旋转驱动工具的另一放大局部截面透视图，其中保持机构的防护罩被示出为布置在如图56A-56B所示的第一防护位置上。
图59A是沿图57的标记59截取的放大局部截面透视图。
图59B是图59A的末端执行器的另一放大局部截面透视图，其中图49B的旋转驱动工具的各个部分被示出为支撑在驱动组件的驱动导管中。
图60是图49B的旋转驱动工具和锚固件的分解透视图，所示旋转驱动工具具有锁定子组件。
图61A是图60的旋转驱动工具的局部截面透视图，其被描绘为大致纵向剖开，其中锁定子组件布置成驱动器锁定配置。
图61B是图61A的旋转驱动工具的另一局部截面透视图，其中锁定子组件被示出为布置成驱动器解锁配置。
图62A是图60的旋转驱动工具的局部截面透视图，其被描绘为沿一平面(未示出)剖开，该平面绕第二轴线布置并且设置成垂直于同样绕第二轴线布置的纵向平面(未示出)，其中锁定子组件被示出为布置成驱动器锁定配置。
图62B是图61B的旋转驱动工具的另一局部截面透视图，其中锁定子组件被示出为布置成驱动器解锁配置。
图63A是图49A-50的末端执行器的局部透视图，其中保持机构的防护罩被示出为布置在第一防护位置上，示出为布置成邻近图61A-62B的旋转驱动工具，其中锁定子组件布置成驱动器锁定配置以驱动锚固件。
图63B是图63A的末端执行器、旋转驱动工具和锚固件的另一局部透视图，其中旋转驱动工具被示出为支撑在如图58B所示的驱动组件的驱动导管中，并且锚固件被示出为沿轨迹布置。
图63C是图63B的末端执行器、旋转驱动工具和锚固件的另一局部透视图，其中保持机构的防护罩被示出为布置在如图58D所示第二防护位置上。
图63D是图63C的末端执行器、旋转驱动工具和锚固件的另一局部透视图，其中保持机构的防护罩被示出为布置在第一防护位置上，旋转驱动工具的锁定子组件被示出为布置成驱动器锁定配置，而锚固件被示出为沿轨迹推进。
图63E是图63D的末端执行器、旋转驱动工具和锚固件的另一局部透视图，其中旋转驱动工具的锁定子组件布置成驱动器锁定配置。
图63F是图63E的末端执行器、旋转驱动工具和锚固件的另一局部透视图，其中旋转驱动工具被示出为从末端执行器的驱动组件中移除并从锚固件释放，并且锚固件被示出为沿与末端执行器和旋转驱动工具间隔开的轨迹布置。
应当理解，出于说明性目的，整个附图所描绘的一个或多个实施例可能移除、示意性描绘和/或以虚线示出某些部件、结构特征和/或组件。
具体实施方式
现在参考附图，其中在所有附图中相同的附图标记表示相同或相对应的部件，图1中示出了包括手术机器人32的手术系统30。手术机器人32具有基座34、机械臂36和联接器38。如下面更详细地描述那样，机械臂36由基座34支撑并且被配置为在使用期间相对于基座34移动、引导、驱动、保持或控制联接器38的位置和/或定向。联接器38适合于可释放地固定末端执行器40，该末端执行器又被配置为如以下将更详细描述那样，沿一条或多条轨迹T在患者身体B上的手术部位ST处驱动总体上以附图标记42表示的工具。因此，手术机器人32经由机械臂36使末端执行器40移动，以便于尤其在精确控制末端执行器40和工具42的移动和定位的情况下协助医疗专业人员执行各种类型的手术过程。在标题为“SurgicalRobotic arm Capable of Controlling a Surgical Instrument in Multiple Modes”的美国专利第9,119,655号中描述了机械臂36的一种示例性布置，该专利的公开内容通过引用整体并入本申请。应当理解，机械臂36和手术机器人32的其他部分可以布置成替代配置。
手术系统30被配置为帮助用户(例如，外科医生)沿由手术机器人32保持的轨迹T在手术部位ST处和/或相对于手术部位ST引导、定位和/或安置一种或多种类型的工具42。从下面对本公开的各种实施例的后续描述中将认识到，工具42可以由末端执行器40支撑，以便于尤其允许外科医生相对于由手术机器人32保持的轨迹T以很高的控制水平靠近并操纵患者身体B在手术部位ST处的解剖结构。上面介绍的手术系统30的每个部件都会在下面更详细地描述。
本领域普通技术人员应该理解，常规手术通常涉及使用多种不同类型的工具42。这里，某些类型的工具42在被配置为由末端执行器40驱动同时沿轨迹T被支撑时可以被表征为“有源的”(例如但不限于诸如钻孔器和锉子之类的旋转切割工具)。另一方面，某些类型的工具42在被配置为由末端执行器40引导(但不一定由末端执行器40驱动)同时至少局部地沿轨迹T被支撑时可以被表征为“无源的”(例如但不限于解剖器和手术刀)。另外，从下面的后续描述中将认识到，一些类型的工具42根据使用方式而被表征为“有源的”和“无源的”。
虽然本公开考虑了多种不同类型的“有源”工具42，但是本申请结合图4-5F只描述了两种示例性“有源”工具42：旋转切割工具44(例如，具有钻头的旋转切割器械)，用以在手术部位ST处沿轨迹T形成导向孔46；以及旋转驱动工具48(例如，锚固件驱动器械)，其被配置为可释放地固定锚固件50(例如，多轴螺钉)，该锚固件50适合于沿轨迹T安装在手术部位ST处。
本申请描述并结合末端执行器40的第一实施例示出的末端执行器40和工具42的代表性实施例总体上被配置为协助外科医生执行各种类型的微创脊柱手术，例如患者身体B中的两根或多根椎骨的后体间脊柱融合术。然而，从下面的后续描述中可以理解，手术系统30可以与多种不同类型的有利于限制工具42绕轴向轨迹T的转动以及沿轴向轨迹T的平移运动的手术过程结合，与诸如由末端执行器40驱动的“有源”工具42和/或由末端执行器40引导的“无源”工具42一起使用。这里，术语“驱动”总体上对应于工具42绕轨迹T的旋转。然而，应当理解，由被手术机器人32引导的末端执行器40所支撑的工具42可以以多种不同的方式(包括但不限于：振荡、往复移动、平移、旋转或其组合)绕和/或相对于轨迹T和/或手术部位ST而驱动。
如上所述，所示手术系统30可以有利于与诸如后椎体间脊柱融合术之类的微创脊柱手术结合使用。在该说明性示例中，旋转切割工具44可以用于在不同的椎骨中形成导向孔46，并且旋转驱动工具48可以用于将实现为椎弓根螺钉的锚固件50安装到相应导向孔46中。然后，可以将稳定杆(未示出)安装在固定到患者身体B中的两根或多根椎骨的椎弓根中的锚固件50之间，以限制这些椎骨之间的相对运动，从而帮助促进骨骼生长以使椎骨融合在一起。应当理解，上述示例是说明性的，可以设想其他类型的手术过程。
除了为多轴椎弓根螺钉型锚固件50形成导向孔46之外，在一些实施例中，旋转切割工具44还可以为其他类型的固定硬件(例如，销子、螺钉、托架、板、杆等)、假体部件(例如，人工关节、骨笼、植入物等)和/或医疗设备(例如，导丝、仪器、传感器、跟踪器等)形成孔。此外，在一些实施例中，旋转切割工具44还可被配置为帮助移除椎骨和/或相邻组织(例如，作为在椎板切除术或椎间盘切除术期间使用的锉子)或其他骨骼的各个部分(例如，以便于移植取自髂嵴的骨骼)。因此，工具42可被实现为用于在手术部位处切割、移除、操纵或治疗组织的多种不同类型的手术工具，而末端执行器40可以用于有利于限制工具42绕由手术机器人32保持的轨迹T旋转和沿其平移的运动的任何合适类型的手术过程。可以如上所述那样构想其他配置。
手术系统30能够通过使用各种类型的跟踪器(例如，多自由度光学、惯性和/或超声传感设备)、导航系统(例如，机器视觉系统、电荷耦合设备摄像头、跟踪器传感器、表面扫描仪和/或测距仪)、解剖学计算机模型(例如，脊柱下部腰椎区域的磁共振成像扫描)、来自先前手术过程和/或先前执行的手术技术的数据(例如，在形成随后用于方便安装锚固件50的导向孔46的同时由手术机器人32所记录的数据)等，监视、跟踪和/或确定手术机器人32、机械臂36、末端执行器40和/或工具42的一个或多个部件以及患者身体各种部位在公共坐标系内的相对位置和/或定向的变化。为此，如图1中示意性地描绘的那样，手术系统30总体上包括控制系统52和导航系统54，它们协作以允许手术机器人32保持工具42沿轨迹T对准。控制系统52包括臂控制器56，而导航系统54包括导航控制器58。控制器56、58可以被实现为计算机、处理器、控制单元等，既可以是分立的部件，也可以是集成的和/或可以以其他方式共享硬件。
手术系统30采用控制系统52以尤其铰接机械臂36，便于驱动工具42等。这里，控制系统52的臂控制器56被配置为通过驱动布置在机械臂36的关节(未示出)处的各种致动器、马达等来铰接机械臂36。臂控制器56还从诸如沿机械臂36(未示出)安置的编码器之类的各种传感器收集传感器数据。因为手术机器人、末端执行器40和工具42的每个部件的具体几何形状是已知的，所以臂控制器56可以使用这些传感器数据来可靠地调整工具42在操纵器坐标系MNPL中的位置和/或定向(参见图1)。操纵器坐标系MNPL具有原点，该原点相对于机械臂36安置。在先前引用的标题为“urgical Robotic Arm Capable of Controlling aSurgical Instrument in Multiple Modes”的美国专利第9,119,655号中描述了这种类型的操纵器坐标系MNPL的一个示例。
手术系统30采用导航系统54，尤其用于跟踪诸如工具42和患者身体B的各个部位(例如，位于手术部位ST处的椎骨)之类的各种对象的移动。为此，导航系统54包括定位器60，其被配置为感测固定到定位器坐标系LCLZ内的对象的跟踪器62的位置和/或定向。导航控制器58被布置成与定位器60通信，并且在定位器坐标系LCLZ中收集由定位器60感测到的每个跟踪器62的位置和/或定向数据。
应当理解，定位器60可以感测多个跟踪器62的位置和/或定向，以在定位器坐标系LCLZ内相应地跟踪多个对象。举例来说，如图1所示，跟踪器62可以包括指针跟踪器62P、工具跟踪器62T、第一患者跟踪器62A和/或第二患者跟踪器62B，以及其他患者跟踪器、用于其他医疗和/或手术工具的跟踪器等。在图1中，工具跟踪器62T被牢固地固定到末端执行器40，第一患者跟踪器62A被牢固地固定到手术部位ST处的一根椎骨(例如，骶骨的S1)上，而第二患者跟踪器62B被牢固地固定到不同椎骨(例如，腰椎的L5)上。工具跟踪器62T可以以不同的方式(诸如通过在制造期间集成到末端执行器40中或者通过可释放地附装到末端执行器40)固定到末端执行器40。患者跟踪器62A、62B例如通过螺纹接合、夹紧或其他技术牢固地固定到患者身体B中的不同骨骼上。应当理解，各种跟踪器62可以以多种不同方式牢固地固定到不同类型的被跟踪对象(例如，分立的骨骼、工具、指针等)。
跟踪器62相对于其所附装到的解剖结构的位置可以通过已知的配准技术(例如基于点的配准，其中指针跟踪器62P(例如，导航指针)用于在骨骼上引发骨界标或横穿骨骼引发多个点以进行基于表面的配准)来确定。可以采用传统的配准技术来将跟踪器62的姿势与患者的解剖结构(例如，每根相应椎骨)相关联。其他类型的配准也是可行的，例如通过使用具有机械夹具的跟踪器62，该夹具附装到椎骨的棘突上并具有触觉传感器(未示出)，以确定夹具所附装到的棘突的形状。然后，可以将棘突的形状与棘突的3D模型进行匹配以进行配准。触觉传感器与跟踪器62上的三个或更多个标记之间的已知关系可以由导航控制器58输入或以其他方式已知。基于这种已知的关系，可以确定标记相对于患者解剖结构的位置。
位置和/或定向数据可以由导航控制器58使用常规配准/导航技术来收集、确定或处理，以确定每个跟踪器62在定位器坐标系LCLZ内的坐标。这些坐标被传送到控制系统52以如下文更详细地描述那样，便于机械臂36的铰接。
在图1所示的代表性实施例中，臂控制器56可操作地附装到手术机器人32上，并且导航控制器58和定位器60均被支撑在可相对于手术机器人32的基座34移动的移动推车64上。移动推车64还支撑总体上用附图标记66表示的用户界面，以通过向外科医生或其他用户显示信息和/或从其接收信息来方便手术系统30的操作。用户界面66被布置为与导航系统54和/或控制系统52通信，并且可以包括：一个或多个输出设备68(例如，监视器、指示器、显示屏等)，用以将信息(例如，图像、视频、数据、图形、可导航菜单等)呈现给外科医生；以及一个或多个输入设备70(例如，按钮、触摸屏、键盘、鼠标、基于手势或语音的输入设备等)。在标题为“Surgery System”的美国专利第7,725,162号中描述了一种类型的移动推车64和用户界面66，该专利全部内容通过引用合并于此。
因为手术机器人32的移动推车64和基座34可以相对于彼此并且还相对于患者身体B而定位，所以手术系统30将每个跟踪器62的坐标从定位器坐标系LCLZ变换到操纵器坐标系MNPL，反之亦然，以便可以至少部分地基于每个跟踪器62在单一公共坐标系(操纵器坐标系MNPL或定位器坐标统LCLZ)中的相对位置和定向来执行机械臂36的铰接)。应当理解，可以使用多种不同的常规坐标系变换技术来将定位器坐标系LCLZ内的坐标变换为操纵器坐标系MNPL内的坐标，反之亦然。
在所示实施例中，定位器60是光学定位器，并且包括具有一个或多个光学位置传感器74的摄像单元72。导航系统54采用摄像单元72的光学位置传感器74来感测跟踪器62在定位器坐标系LCLZ内的位置和/或定向。在此处所示的代表性实施例中，跟踪器62均采用有源标记76(例如，发光二极管“LED”)，其发射由摄像单元72的光学位置传感器74感测到的光。在标题为“Navigation System Including Optical and Non-Optical Sensors”的美国专利第9,008,757号中描述了这种类型的导航系统54的一个示例，该专利的公开内容通过引用整体并入本申请。在其他实施例中，跟踪器62可以具有无源标记，例如反射从相机单元72发出的光的反射器。应当理解，可以利用此处未具体描述的其他合适的跟踪系统和方法(例如，超声、电磁、射频等)。
在一些实施例中，手术系统30能够向手术系统30的外科医生或其他用户显示被跟踪对象的相对位置和定向的虚拟表示，例如将椎骨和工具42的图像和/或图形表示呈现在一个或多个输出设备68(例如，显示屏)上。臂控制器56和/或导航控制器58还可以利用用户界面66来显示指令或请求信息，使得外科医生或其他用户可以与控制系统52进行交互以便于机械臂36的铰接。可以设想其他配置。
应当理解，控制系统52和导航系统54可以协作以便于以不同方式控制工具42的位置和/或定向。举例来说，在一些实施例中，臂控制器56被配置为控制机械臂36(例如，通过驱动关节马达)以经由机械臂36向外科医生提供触觉反馈。这里，触觉反馈帮助约束或禁止外科医生将末端执行器40和/或工具42手动移动到与手术过程相关联的预定虚拟边界之外(例如，以保持工具42沿轨迹T对准)。限定虚拟边界的一种类型的触觉反馈系统和相关联的触觉对象描述于例标题为“Haptic Guidance System and Method”的美国专利第8,010,180号中，该专利的公开内容通过引用整体并入本申请。在一个实施例中，手术系统30是由美国佛罗里达州劳德代尔堡的MAKO手术公司制造的RIOTM机械臂交互式骨科系统。
现在参考图1-11F，如上所述，手术系统30采用末端执行器40沿由手术机器人32保持的不同轨迹T在手术部位ST处驱动工具42，以协助外科医生在精确控制工具42相对于患者身体B的相对位置和定向的情况下进行各种类型的手术过程。
如图3-4中最佳地示出，末端执行器40总体上包括安装座78，该安装座78适合于附装到手术机器人32的机械臂36的联接器38，以与之同时移动(参见图1)。总体上以附图标记80表示的旋转器械联接到安装座78，并且被配置为如下面更详细地描述那样选择性地产生绕第一轴线A1的旋转扭矩。驱动组件82设置有齿轮系84，用以将来自旋转器械80的绕第一轴线A1的旋转转换成绕不同于第一轴线A1的第二轴线A2的旋转。在结合末端执行器40的第一实施例示出的代表性实施例中，第二轴线A2与第一轴线A1相交并且基本垂直于第一轴线A1。然而，应当理解，可以设想轴线A1、A2的其他布置。驱动组件82还设置有总体上以附图标记86表示的连接器，该连接器配置为可释放地固定不同类型的工具42以绕第二轴线A2旋转。总体上以附图标记88表示的触发器组件设有：握柄90，用于支撑用户的手(例如，外科医生的手)；以及输入触发器92，其与旋转器械80连通。输入触发器92布置成由用户选择性地接合以驱动旋转器械80并以不同的转速绕第二轴线A2旋转工具42。末端执行器40还包括总体上以附图标记94表示的手动接口，用以与驱动组件82连通，并接收来自用户的施加力并将其转换成旋转扭矩以使工具42绕第二轴线A2旋转。为此，如图3、4、10B和11B-11C所示，在所示实施例中提供手动手柄组件96，用于可释放地附装到手动接口94。手动接口94和手柄组件96使外科医生能够结合动力驱动的操作(例如，动力钻孔、螺丝驱动等)经由旋转器械80的扭矩来执行手动驱动的操作(例如，手动钻孔、螺丝驱动等)。因此，根据所执行的特定过程、在该过程中使用的工具42的类型、外科医生的喜好等，可以经由旋转器械80为手术过程的某些步骤提供动力，而其他步骤可以经由手柄组件96手动进行。上面介绍的末端执行器40以及与末端执行器40一起使用的每个部件将在下面更详细地描述。
微创脊柱融合术(以及其他类型的手术过程)总体上包括在手术部位ST的两根或多根椎骨中安装多个锚固件50。例如，在两根相邻椎骨的后腰椎椎间融合术中(例如，骶骨的S1与腰椎的L5的融合)，通常将锚固件50双向地安装到要融合的每根椎骨的棘突两侧上的椎弓根中，以支撑相应双边稳定杆。因此，融合两根相邻椎骨通常涉及安装至少四个锚固件50，并且要融合的每根其他椎骨通常涉及安装另外两个双边锚固件50(例如，骶骨的S1与腰椎的L5的融合和腰椎的L5与腰椎的L4的融合的组合)。此外，本领域普通技术人员应该理解，锚固件50必须相对于脊髓、神经根等小心地安装到椎骨中，例如以便从相邻的椎板完全延伸通过相应椎弓根进入椎体，而不穿过骨孔。因此，如图2A-2C所示那样每个锚固件50都沿不同的轨迹T安装。
图5A-5G分别横向描绘了一根椎骨(例如，腰椎的L5)，并依次图示了如何使用由末端执行器40支撑的工具42以便于经由旋转器械80以及手动接口94(在一些实施例中)安装锚固件50。在图5A中，示出了相对于棘突布置在两侧的第一轨迹T1和第二轨迹T2，每条轨迹延伸通过相应椎弓根进入在骨孔和脊髓的相对侧上的椎体内。示出了已经沿第一轨迹T1安装的一个锚固件50，并且示出了旋转切割工具44的邻近于手术部位ST的远端切割端44D(例如，钻头尖端)。这里，旋转切割工具44被支撑为绕第二轴线A2旋转，并且手术机器人32保持第二轴线A2与第二轨迹T2对准。
图5B示出了沿第二轨迹T2推进通过椎弓根以将远端切割端44D以第一深度D1定位到手术部位ST处的椎骨中的旋转切割工具44，而图5C示出了更进一步沿第二轨迹T2推进以将远端切割端44D定位在大于第一深度D1的第二深度D2处的旋转切割工具44。
图5D示出了由旋转切割工具44形成的导向孔46，该导向孔46沿第二轨迹T2延伸到椎骨中至第二深度D2。图5D还示出了定位成与手术部位ST相邻以安装在导向孔46中的另一锚固件50的远端尖端50D。这里，锚固件50由旋转驱动工具48支撑以绕第二轴线A2旋转(参见图3-4)，并且手术机器人32类似地保持第二轴线A2与第二轨迹T2对准。
图5E示出了在经由旋转驱动工具48绕第二轴线A2的旋转而被“拧入”导向孔46中之后沿第二轨迹T2推进的锚固件50。这里，在图5E中，锚固件50的远端尖端50D以第三深度D3定位进入椎骨中，虽然该第三深度D3在该示例中大于第二深度D2，但是可以等于或小于第二深度D2。
在图5F中，示出了锚固件50沿第二轨迹T2更进一步推进以将远端尖端50D定位在大于第三深度D3的第四深度D4处。这里，第四深度D4代表所安装的锚固件50的预期最终位置FP，并且在图5G中示出了两个双侧锚固件的最终位置FP，其中每个锚固件50均与其相应轨迹T1、T2对准。
继续参考图5A-5G，应当理解，外科医生可以以多种不同方式沿第二轨迹T2推进旋转切割工具44或旋转驱动工具48。由于所示旋转切割工具44和旋转驱动工具48的配置方式，工具42绕第二轴线A2的旋转趋向于响应于与骨骼的接合而沿第二轨迹T2推进远端切割端44D和/或远端尖端50D。不管这种趋势如何，外科医生通常通过在触觉模式下操作手术机器人32以禁止机械臂36的移动或铰接(否则这种移动或铰接可能会使第二轴线A2不与第二轨迹T2对准)的同时，向触发器组件88的握柄90施加力来使工具42沿第二轨迹T2推进。
在一些实施例中，手术系统30被配置为在接近或达到深度D1、D2、D3、D4中的一个或多个时以不同的方式操作。例如，手术系统30可以配置为允许外科医生抓握输入触发器92以驱动旋转器械80使旋转切割工具44绕第二轴线A2旋转，直到达到第一深度D1为止(参见图5B)。一旦达到第一深度D1，手术系统30就可以中断旋转，以尤其允许外科医生经由手柄组件96与手动接口94的接合而手动(例如，而无需来自旋转器械80的扭矩)从第一深度D1推进到第二深度D2(参见图5C)。
手术系统30可以在安装锚固件50时(例如当远端尖端50D达到第三深度D3(参见图5E)时)类似地中断旋转，以便外科医生可以经由手柄组件96与手动接口94的接合来手动完成从第三深度D3到第四深度D4的安装(参见图5F)。除了中断预定深度处的旋转之外，手术系统30还可以在接近某些深度时减慢旋转、限制沿第二轨迹T2的平移速度或者以其他方式提供对工具42的旋转和/或平移的可变控制。
图5A-5G中所示的安装顺序旨在作为示例而非限制，并且深度D1、D2、D3、D4旨在作为任意参考点，以帮助描述如何利用工具42，但是也可以代表进入椎骨的实际深度(例如，根据术前计划确定和设置的深度)。此外，虽然结合图5A-5G对深度D1、D2、D3、D4的前述讨论总体上区分了用旋转器械80旋转工具42，直到在用手动接口94旋转工具42到最终深度(例如，D2或D4)之前达到一个深度(例如，D1或D3)，但可以设想在一些实施例中旋转工具80或手动接口94单独用于将工具42旋转到最终深度(例如，D2或D4)。通过说明性示例，可以使用旋转器械80来驱动旋转切割工具44以一直形成导向孔到第二深度D2(并且可以减慢从第一深度D1到第二深度D2的旋转)，在该第二深度D2处手术系统30可能会中断旋转器械80的旋转，以提示外科医生切换到旋转驱动工具48以安装锚固件50。然后可以在不使用来自旋转器械80的扭矩的情况下经由手动接口94将旋转驱动工具48一直自动旋转到第四深度D4。换句话说，可以设想某些工具42可以仅通过由旋转器械80产生的转矩，仅通过手动施加到手动接口94的转矩或者依次从旋转器械80和手动接口94两者施加的转矩旋转。可以设想其他配置。
应当理解，与锚固件50的安装相关联的工作流程尤其可以基于所执行的特定手术过程、锚固件50的配置等而不同于此处所描述的示例性实施例。通过非限制性示例，代替形成导向孔46以帮助方便在整个附图中示出的锚固件50的安装，可以设想锚固件50可以配置为方便不必要求形成导向孔46的“单程”工作流程，例如使用“自攻”或配置为无需预先形成的导向孔46即可安装的锚固件50。可以设想其他配置。
现在参考图6-9，更详细地示出了旋转驱动工具48和锚固件50。如上所述，所示的锚固件50被实现为被配置为以微创手术技术安装到椎骨中的椎弓根螺钉植入物，并且具有由叶片102可拆卸地固定到的多轴头100支撑的螺纹体98。这种类型的锚固件50的构造的示例性实施例描述在标题为“Percutaneous Posterior Spinal Fusion ImplantConstruction and Method”的美国专利第9,408,716号中，该专利的公开内容通过引用整体并入本申请。在一些实施例中，手术系统30可以如标题为“Neural Monitor-BasedDynamic Haptics”的美国专利第9,801,686和/或标题为“Power Pedicle Screwdriver”的美国专利申请公开号US 2018/0042650A1(它们的公开内容通过引用整体并入本申请)中描述的那样，便于安装这种或其他类型的锚固件50。应当理解，本公开设想了锚固件50的其他类型和配置及其相关安装方式。
如图9最佳地示出，旋转驱动工具48总体上包括驱动轴104，该驱动轴可旋转地支撑在支撑管106内。独特轮廓主体108联接到支撑管106以同时旋转，并且被配置为由外科医生抓握，以尤其有助于将旋转驱动工具48附装到锚固件50。独特轮廓主体108选择性地接合锁定子组件110，以经由总体上以附图标记112表示的花键接合体同时旋转。
锁定子组件110被配置为选择性地限制驱动轴104相对于支撑管106的轴向移动。为此，锁定子组件110包括锁定主体114，该锁定主体114支撑滑块116，以使滑块116横向于驱动轴104移动。在所示的实施例中，滑块116被弹簧118偏置并且经由销子119相对于锁定主体114保持。支撑管106包括外螺纹120，该外螺纹120接合形成在锚固件50的叶片102中的相应内螺纹122，并且驱动轴104的远端包括驱动器键124，该驱动器键124接合形成在锚固件50的螺纹体98的与多轴头100相邻的近侧的相应形状的从动键126。因此，旋转驱动工具48经由驱动器键124和从动键126之间的接合以及经由外螺纹120和内螺纹122之间的接合可释放地附装到锚固件50。在标题为“System and Method for Spinal ImplantPlacement”的美国专利第8,002,798号中描述了这种类型的旋转驱动工具48和锚固件50的一个示例性实施例，该专利的公开内容通过引用整体并入本申请。
总体上以附图标记128表示的钻头接口联接到驱动轴104的与锁定子组件110相邻的近侧。钻头接口128被配置为可释放地附装到末端执行器40的驱动组件82的连接器86，并且包括轴向保持器130和旋转保持器132，它们与连接器86接合以如下文更详细描述那样分别限制旋转驱动工具48相对于连接器86的平移和旋转。如图8最佳地示出，将锚固件50的螺纹体98以及旋转驱动工具48的驱动轴104和钻头接口128套上套管以尤其允许导丝GW(例如，“K-Wire”)延伸通过其中(未详细显示)。
现在参考图1-24，如上所述，末端执行器40配置为便于当手术机器人32保持将第二轴线A2与轨迹T对准并且允许末端执行器40和工具42同时沿第二轴线A2平移时，例如响应于外科医生施加到触发器组件88的握柄90上的力，经由来自旋转器械80或手动接口94的扭矩使工具42绕第二轴线A2旋转。如在图10A至图12中最佳描绘的那样，安装座78被配置为支撑末端执行器40的各种其他部件，以有利于相对于机械臂36的联接器38(参见图1)定位第二轴线A2，以尤其提高末端执行器40的刚度和硬度，同时还提供与手术系统30的可用性、稳定性和准确性相关的优势。
在结合末端执行器40的第一实施例示出的触发器组件88的代表性实施例中，握柄90具有大致圆柱形的外形并且被配置为用于大致旋前或旋后手抓握。因此，当外科医生正在致动触发器组件88以利用旋转器械80产生扭矩时，外科医生的手位于驱动组件82上方，使得第二轴线A2大致延伸通过握柄90(参见图10A和11A)。这有利于允许正在接合触发器组件88的同时，沿轨迹T定位外科医生的手，这可以帮助外科医生沿与轨迹T大致对准的方向向末端执行器40施加力，以使工具42推进。此外，这种配置允许外科医生在基本上不妨碍外科医生对驱动组件82、工具42或手术部位ST的视线的情况下接合握柄90。然而，应当理解，触发器组件88和/或握柄90可以以其他方式配置，例如握柄90被成形并布置成用于大致中立(相对于旋前或旋后)手抓握，并且可以布置成在被接合来驱动旋转器械80时，与轨迹T成一直或偏离轨迹T。可以设想其他配置。
虽然在整个附图中描绘的触发器组件88的图示实施例在如上所述那样接合握柄90以驱动旋转器械80时，有利于沿轨迹T定位外科医生的手(参见图10A和11A)，但是应该理解，该配置必须以至少局部地禁止对手动接口94的接近的方式来定位握柄90。为了促进对手动接口94的接近，触发器组件88包括总体上用附图标记134表示的框架，该框架支撑握柄90和输入触发器92，以相对于旋转器械80在多个触发器组件位置之间相对运动，所述多个触发器组件位置包括第一触发器组件位置P1(其中握柄90和输入触发器92布置成由外科医生抓握，以驱动旋转器械80使工具42绕第二轴线A2旋转(参见图10A、11D、11E和19A-图19B))以及第二触发器组件位置P2(其中握柄90和输入触发器92被定位为促进对手动接口94的接近)，从而该手动接口94被布置成接收来自用户的施加力以使工具42绕第二轴线A2旋转(参见图10B和11B-11C)。如下面更详细描述那样，可以设想其他触发器组件位置。
如在图15、17和19A-19C中最佳描绘的那样，触发器组件88包括总体上用附图标记136表示的保持器，该保持器可操作地联接到框架134以同时移动。在所示的实施例中，保持器136形成为与框架134分离的部件，以方便末端执行器40的组装，但是在其他实施例中可以与框架134一体形成。
保持器136被配置为阻止触发器组件88的握柄90相对于旋转器械80意外移动。为此，保持器136包括柱塞138，其可选择性地在锁定位置138L(参见图20A；也见图15)和解锁位置138U(参见图20B)之间移动。总体上用附图标记140表示的抓件可操作地附装到旋转器械80上(例如，通过紧固件)，并具有多个插座141，每个插座141成形为在锁定位置138L上接纳保持器136的柱塞138，以限定触发器组件位置P1、P2中的一个。如图19A-19C最佳地示出，抓件140具有大致环状外形，并且每个插座141都具有大致圆柱状外形且围绕抓件140彼此径向隔开。应当理解，保持器136和抓件140的布置可以互换，使得柱塞可以相对于旋转器械80保持静止，而不是与触发器组件88同时移动。
现在参考图15和20A-20B，保持器136包括与柱塞138连通的释放杆142。释放杆142布置成由外科医生或其他用户抓握，以便于柱塞138在锁定位置138L(参见图20A)和解锁位置(参见图20B)之间移动。柱塞138被支撑为沿形成在保持器136中的柱塞孔144移动，并且经由杠杆引导销子146联接到释放杆142，该杠杆引导销子146又被支撑为沿形成在保持器136中的保持器槽148(在图20A-20B中以虚线示出)平移。诸如压缩弹簧之类的柱塞偏置元件150(参见图15)被插入在柱塞138和保持器136之间，以将柱塞138推到锁定位置138L。为了将柱塞138移动到解锁位置138U，释放杆142支撑卡扣元件152，该卡扣元件152可以选择性地定位到形成于保持器136中的相应形状的卡扣容器154中。卡扣元件152经由卡扣销子156附装到释放杆142。
为了将柱塞138移动到解锁位置138U，外科医生或其他用户可以在杠杆引导销子146沿保持器槽148平移时沿大致远离抓件140的方向向释放杆142施加力以压缩柱塞偏置元件150，直到卡扣元件152被放入卡扣容器154中。卡扣元件152和卡扣容器154的相应形状将柱塞138保持在解锁位置138U，直到外科医生或其他用户随后沿大致朝向抓件140的方向向释放杆142施加力以从卡扣容器154中移除卡扣元件152，然后存储在柱塞偏置元件150中的能量使柱塞138返回到锁定位置138L。应当理解，可以设想保持器136、柱塞138和抓件140的其他配置。
如图17所示，旋转器械80包括总体上用附图标记158表示的轴颈，并且触发器组件88包括可操作地附装到框架134的轴承表面160，该轴承表面布置成与轴颈158接合，使得触发器组件88可相对于旋转器械80在触发器组件位置P1(参见图10A、11A和19A-19B)、P2(参见图10B和11B-11C)、P3(参见图11F和19C)之间绕触发器轴线A3(参见图19A-19C)选择性地移动。换句话说，在所示的实施例中，框架134支撑触发器组件88，以在触发器组件位置P1、P2、P3之间相对于旋转器械80转动。如图17所示，轴承表面160由经由紧固件附装到框架134的罩状元件162以及框架134的与罩状元件162相邻的那部分限定。可以在沿旋转器械80和触发器组件88的其他位置分别设置其他轴颈和轴承表面，以促进它们之间(例如，邻近于保持器136)的平滑转动。虽然所示的实施例是针对触发器组件88在第一触发器组件位置P1和第二触发器组件位置P2之间的转动，但是应当理解，可以设想其他类型的移动。通过说明性示例，在一些实施例中可以利用枢转移动、滑动移动、平移和/或其组合。
如上所述，触发器组件88的握柄90在所示实施例中布置成当外科医生抓握输入触发器92来驱动旋转器械80时沿轨迹T支撑外科医生的手。在一个实施例中，第二轴线A2在第一触发器组件位置P1处与触发器组件88的至少一部分相交(参见图10A)。此外，如图11A所示，当触发器组件88处于第一触发器组件位置P1时，握柄90大致垂直于第二轴线A2。相反，如图11B所示，当触发器组件88处于第二触发器组件位置P2时，握柄90大致平行于第二轴线A2(并且偏离第二轴线A2)。因此，在所示实施例中，从第一触发器组件位置P1到第二触发器组件位置P2的移动包括使触发器组件88相对于旋转器械80旋转大约90度。因此，如图19A-19C所示，限定第一触发器组件位置P1和第二触发器组件位置P2的抓件140的插座141相对于触发器轴线A3彼此间隔90度布置。此外，提供了额外的插座141以限定其他触发器组件位置，例如在第一触发器组件位置P1和第二触发器组件位置P2之间的第三触发器组件位置P3(参见图11F和图19C)。应当理解，可以提供任何合适数量的插座141以限定以多种不同方式彼此间隔开的对应数量的分立触发器组件位置。
如在图16中示意性地描绘的那样，在一个实施例中，末端执行器40设置有总体上以附图标记164表示的组件传感器装置，该组件传感器装置介于旋转器械80和触发器组件88之间，以确定触发器组件88相对于旋转器械80在触发器组件位置P1，P2，P3之间的位置(参见图11A、11B和11F)。组件传感器装置164可以具有足以在位置之间进行区分的任何合适的配置(例如，编码器、传感器/发射器装置等)，并且可以与控制系统52通信以尤其允许根据触发器组件88相对于旋转器械80的不同定位方式来控制旋转器械80。可以设想其他配置和布置。
如上所述，触发器组件88的输入触发器92布置成由外科医生抓握以便于驱动旋转器械80。总体上如图13所示，旋转器械80包括致动器166(例如电动机)，该致动器166被支撑在器械壳体168内，该器械壳体又限定了轴颈158并牢固地附装到安装座78上。致动器166布置成与总体上用附图标记170表示的致动驱动器(例如，支撑在印刷电路板上的马达控制器)连通，该致动驱动器又经由总体上用附图标记172表示的致动器接口(例如，连接至臂控制器56的线束)与控制系统52连通。本领域普通技术人员应该理解，致动器166、致动驱动器170和/或致动器接口172可以以多种不同方式来布置或配置，以便足以开启、控制或启动旋转器械80来响应于输入触发器92的接合而选择性地产生绕第一轴线A1的旋转扭矩。此外，如将从下面的后续描述中理解的那样，结合末端执行器40的第一实施例示出并在此处描述的末端执行器40的某些实施例被配置为使得旋转器械80具有大致模块化配置(例如，可从驱动组件82的一个或多个部分中移除)，而末端执行器40的其他实施例的模块化程度很低(例如，与驱动组件82的一个或多个部分集成)。因此，除非另外指出，否则术语“致动器166”和“旋转器械80”可以互换使用。
现在参考图13-19C，触发器组件88的输入触发器92布置成与致动驱动器170连通，以便于致动器166产生旋转扭矩。为此，将输入触发器92布置成相对于握柄90在第一输入位置I1(参见图19A)和第二输入位置I2(参见图19B)之间移动，以控制由旋转器械80产生的旋转扭矩。在所示的实施例中，第一输入位置I1对应于不与输入触发器92接合，而第二输入位置I2对应于与输入触发器92完全接合。应当理解，输入触发器92也可移动到第一输入位置I1和第二输入位置I2之间的其他输入位置，以便于对致动器166的变速控制。
为了将输入触发器92在第一输入位置I1和第二输入位置I2之间的物理位置传递至致动驱动器170，触发器组件88包括布置成与输入触发器92连通的触发发射器174(参见图17-19C)，而旋转器械80包括布置成与致动驱动器170连通的触发器检测器176(参见图17至图18；示意性地示出)以确定触发发射器174对应于输入触发器92在第一输入位置I1和第二输入位置I2之间的移动的位置。在一个实施例中，触发发射器174进一步被限定为磁体，而触发器检测器176响应于由磁体产生的磁场的预定变化以确定触发发射器174的相对位置。在该说明性示例中，触发器检测器176可以是足以感测并响应磁场变化的任何合适类型。此外，可以设想触发发射器174可以由铁基材料制成，而触发器检测器176可以是霍尔效应传感器，该霍尔效应传感器响应于由于触发发射器174的铁基材料的交互而引起的磁场变化。因此，可以设想触发发射器174也可以被实现为亚铁搪瓷、涂层、油漆等。可以设想其他配置。
现在参考图17-19C，将联动装置178介于输入触发器92和触发发射器174之间，以将输入触发器92在第一输入位置I1和第二输入位置I2之间的移动转换成触发发射器174的可以由触发器检测器176感测到的相应移动。联动装置178总体上包括凸轮构件180、活塞182、支承架184、叉状件186和叉状件引导器188。输入触发器92又包括触发器手柄190、一对引导轴192和延伸构件194。引导轴192从触发器手柄190伸出并且被支撑为在布置在握柄90中的相应套筒196内滑动。延伸构件194类似地从触发器手柄190远离引导轴192延伸到凹口端198。凸轮构件180介于活塞182与输入触发器92的凹口端198之间，并且绕联接到框架134的支撑轴200枢转。凸轮构件180在支撑轴200的相对侧上具有邻接活塞182的接合面202以及延伸销子206在其中行进的开槽式突起204。延伸销子206附装到延伸构件194的凹口端198，以随着输入触发器92移动而使凸轮构件180绕支撑轴200枢转。
活塞182可滑动地支撑在附装到框架134的活塞套筒208中。活塞182除了接触凸轮构件180的接合面202之外，还接触叉状件引导器188的叉状件引导轴210，该叉状件引导轴210又在一对垫圈214和保持器216(参见图18)之间支撑触发器偏置元件212。保持器216附装到叉状件引导轴210并且接合垫圈214中的一个以将触发器偏置元件212保持在垫圈214之间。垫圈214帮助方便叉状件引导轴210响应于活塞182的移动而平移。这里，触发器偏置元件212被布置为在输入触发器从第一输入位置I1移动到第二输入位置I2时在垫圈214中的一个与框架134之间压缩，并且存储在触发器偏置元件212中的能量推动输入触发器朝向第一输入位置I1。
叉状件引导器188与叉状件186同时移动，在所示实施例中，叉状件186布置在保持器136内，以当输入触发器92在第一输入位置I1和第二输入位置I2之间移动时，沿第一轴线A1平移(比较图19A与图19B)。如图17所示，保持器136被成形为当触发器组件88在第一触发器组件位置P1和第二触发器组件位置P2之间移动时，与叉状件186同时绕第一轴线A1旋转。
支承架184可操作地附装到触发发射器174或以其他方式支撑触发发射器174以同时移动，并且限定了外滑动接触表面218(参见图18)和一对外阻挡表面220。叉状件186又限定了内滑动接触表面222和一对内阻挡表面224。支承架184的外滑动接触表面218接合叉状件186的内滑动接触表面222以允许叉状件186绕第一轴线A1旋转而不移动支承架184，并且支承架184的外阻挡表面220接合叉状件186的内阻挡表面224以便于叉状件186和支承架184沿第一轴线A1同时平移(比较图19A-19C)。如图18所示，旋转器械80的器械壳体168限定狭槽226，该狭槽226邻近触发器检测器176布置(在图18中示意性地示出)。支承架184包括凸台228，凸台228沿狭槽226被支撑为响应于由输入触发器92在第一输入位置I1和第二输入位置I2之间的移动而导致的叉状件186沿第一轴线A1的相应平移而平移。应当理解，对于联动装置178和/或触发器组件88的各种部件，可以构想除图中所示之外的其他配置。
再次参考图1-24，末端执行器40采用可操作地附装到旋转器械80的联轴器230。联轴器230被配置为以多种定向将驱动组件82可释放地固定至旋转器械80，以沿由手术机器人32保持的不同轨迹相对于旋转器械80选择性地定位第二轴线A2。该功能为外科医生沿每个分立轨迹T提供了更一致的靠近，因为无论第二轴线A2相对于旋转器械80并且因此相对于该末端执行器40的安装座78如何定向，握柄90通常都可以类似地定位(比较图2A-2C)。
通过比较第二轴线A2的定向与安装座78的定向，在图11A-11F中进一步整体示出了上述功能。这里，安装座78具有总体上用附图标记232表示的基准部分，在该示例性示例中，该基准部分被实现为由邻接机械臂36的联接器38的安装座78的大致平坦面限定的竖直线。然而，应当理解，基准部分232可以由末端执行器40的相对于安装座78保持固定的其他部件限定，或者可以以其他方式来限定(例如，靠重力相对于环境垂直地进行限定)。
在图11A-11C中，驱动组件82沿基准定向OR布置，该基准定向OR限定在第二轴线A2与安装座78的基准部分232之间。因此，第二轴线A2当处于基准方向OR上时与基准部分232平行。然而，在图11D中，驱动组件82沿不同的第一定向O1布置，该第一定向O1由驱动组件82相对于旋转器械80绕第一轴线A1沿第一旋转方向R1的旋转而限定。此外，在图11E和11F中，驱动组件82布置在第二定向O2上，该第二定向O2由驱动组件82相对于旋转器械80绕第一轴线A1沿相反的第二旋转方向R2旋转而限定。
从图11A-11F所示的角度来看，第一旋转方向R1是逆时针方向，而第二旋转方向R2是顺时针方向。因此，驱动组件82当处于图11D所示的第一定向O1上时，已经相对于基准部分232绕第一轴线A1逆时针旋转了+45度。驱动组件82当处于图11E-11F所示的第二定向O2上时，已经相对于基准部分232绕第一轴线A1顺时针旋转了-45度。因此，第一定向O1和第二定向O2之间存在90度的差异。然而，应当理解，可以以多种不同的方式来限定第一定向O1和第二定向O2，以便于握柄90的一致定位。此外，应当理解，联轴器230可以沿其他定向支撑驱动组件82。
现在参考图13，在此处示出的代表性实施例中，联轴器230包括多个联接元件234(例如，滚珠)，所述多个联接元件被支撑为沿形成在支承架环238中的相应联接容器236相对于第一轴线A1径向移动。联轴器230还包括具有与联接元件234接触的内斜坡表面242的锁定套环240。锁定套环240被布置为经由外科医生施加到其上的力绕第一轴线A1选择性地旋转。支承架环238被配置为响应于锁定套环240相对于器械壳体168的旋转而相对于旋转器械80轴向地平移，诸如经由锁定套环240与支承架环238之间的螺纹接合(螺纹接合未详细显示)。
当锁定套环240沿第二旋转方向R2绕第一轴线A1旋转时，支承架环238与联接元件234同时沿第一轴线A1朝向致动器166平移。由于内斜坡表面242的形状与联接元件234接触，朝向致动器166的平移推动联接元件234径向向内朝向第一轴线A1以压靠驱动组件82，从而保持驱动组件82相对于安装座78的定向。相反，当锁定套环240沿第一旋转方向R1绕第一轴线A1旋转时，支承架环238与联接元件234同时沿第一轴线A1远离致动器166平移，然后使联接元件234能够沿它们相应的联接容器236远离第一轴线A1径向移动。应当理解，可以设想联轴器230的其他配置。此外，联轴器230可配置为沿任何数量的不同定向或仅沿预定定向(例如，经由锁定或定位机构)将驱动组件82固定到旋转器械80。
应当理解，联轴器230有效地在手术机器人32的基座34和工具42之间形成其他接头。为了转移驱动组件82相对于安装座78的定向，如在图4中用附图标记244示意性所示地在旋转器械80和驱动组件82之间插入定向传感器装置，以确定驱动组件82相对于旋转器械80的定向。为此，定向传感器装置244包括：定向发射器246，其可操作地附装到驱动组件82；以及定向检测器248，其可操作地附装到旋转器械80以确定定向发射器246相对于旋转器械80的位置。这里，定向传感器装置244也可以具有多种不同的类型、配置和/或布置。可替代地，可以例如经由用户界面66(参见图1)的输入设备70将所选的定向手动输入到手术系统30中。
现在参考图21-24，如上所述，采用驱动组件82来通过齿轮系84将旋转器械80或手动接口94的旋转传递至附装到连接器86的工具42。为此，驱动组件82包括大致L形驱动器主体250，如下面更详细地描述那样，其沿第一轴线A1支撑驱动器输入轴252(参见图23A)，并且还沿第二轴线A2支撑手动输入轴254、保持轴255和中间轴256。驱动器输入轴252包括驱动器联轴器258，该驱动器联轴器258被成形为与联接到致动器166的相应致动器联轴器260(参见图13)接合以同时旋转(例如，作为干涉型“爪形离合器”)。驱动器输入轴252、手动输入轴254、保持轴255和中间轴256通常分别经由一个或多个轴承262(例如，密封滚珠)、垫圈264、保持器266和/或弹簧垫片268支撑以相对于驱动器主体250旋转(布置大致示出在图23A-23B和24中，但是没有详细描述)。驱动组件82还包括密封件270，该密封件270布置成邻近驱动器输入轴252、手动输入轴254和保持轴255中的每一个的暴露端。
为了将绕第一轴线A1的旋转转换成绕第二轴线A2的旋转，齿轮系84包括至少一个总体上用附图标记272表示的锥齿轮组，该锥齿轮组旋转连通地介于旋转器械80与连接器86之间。锥齿轮组272包括输入齿轮274和输出齿轮276。输入齿轮274通过总体上以附图标记278表示的键和键槽布置与驱动器输入轴252同时旋转。如下面更详细地描述那样，输入齿轮274布置成与输出齿轮276(参见图23A)啮合。输出齿轮276经由总体上用280表示的花键式布置与中间轴256同时旋转。这里，如下面更详细地描述那样，中间轴256包括外花键282，这些外花键282接合输出齿轮276的相应内花键284。
在所示的实施例中，驱动组件82的齿轮系84包括至少一个总体上用附图标记286表示的减速齿轮组，该减速齿轮组旋转连通地介于旋转器械80和连接器86之间，使得旋转器械80的致动器166的旋转以与附装到连接器86的工具42的旋转不同(例如，更高或更低)的速度发生。更具体地，减速齿轮组286旋转连通地介于锥齿轮组272与连接器86之间，并且被布置成使得中间轴256(其可以经由旋转工具80或手动接口94旋转)以比保持轴255(其与工具42同时绕第二轴线A2旋转)更高的速度旋转。虽然在末端执行器40的第一实施例中，致动器166绕第一轴线A1的旋转以比工具42绕第二轴线A2的旋转更高的速度发生，但是可以设想其他配置，并且除非另外特别指出，否则此处使用的术语“减速齿轮组”可以指转速的减小(随着扭矩的增大)或转矩的减小(随着转速的增大)。
现在参考图23A-24，在所示实施例中，减速齿轮组286包括复合行星减速齿轮组，该复合行星减速齿轮组具有形成在驱动器主体250中的固定环形齿轮288(参见图23A-23B)，该固定环形齿轮288布置成与第一组行星齿轮290A、第二组行星齿轮290B和第三组行星齿轮290C啮合地接合，而第一组行星齿轮290A、第二组行星齿轮290B和第三组行星齿轮290C各自分别与第一恒星齿轮292A、第二恒星齿轮292B和第三恒星齿轮292C啮合地接合。第一销子294A、第二组销子294B和第三组销子294C与第一组套筒296A、第二组套筒296B和第三组套筒296C配合以可旋转地支撑相应行星齿轮组290A、290B、290C中的行星齿轮以便旋转。多组销子294A、294B、294C分别固定到相应第一支承架298A、第二支承架298B和第三支承架298C。第一支承架298A由保持轴255限定或可操作地附装到保持轴255，并且承载第一组行星齿轮290A，该行星齿轮组290A也布置成与第一恒星齿轮292A啮合地接合。第一恒星齿轮292A联接到第二支承架298B以同时旋转，并且第二支承架298B承载第二组行星齿轮290B，其也布置成与第二恒星齿轮292B啮合地接合。第二恒星齿轮292B联接到第三支承架298C以同时旋转，并且第三支承架298C承载第三组行星齿轮290C，该第三组行星齿轮290C也布置成与第三恒星齿轮292C啮合地接合。第三恒星齿轮292C联接到中间轴256以同时旋转。垫圈264可以邻近于一个或多个支承架298A、298B、298C设置，以帮助减少与相邻组的行星齿轮290A、290B、290C的摩擦。本领域普通技术人员应该理解，减速齿轮组286可以以许多不同的方式来布置或配置，诸如具有少于或多于三个的行星减速器，或者没有任何行星减速器。可以设想其他配置。
继续参考图23A-24，为了方便可释放地附装到工具42的钻头接口128，驱动组件82的连接器86总体上包括连接器主体300、凸缘构件302、连接器偏置元件304、一对轴向连接器元件306和旋转连接器元件308。连接器主体300可操作地附装到驱动器主体250(例如，经由螺纹接合)并且容纳轴承262，该轴承262绕第二轴线A2可旋转地支撑保持轴255。保持轴255包括连接器元件容器310，其每个容纳轴向连接器元件306中的一个，以倚靠工具42的钻头接口128的轴向保持器130接合，以禁止工具42和保持轴255之间的相对轴向移动。
为了释放工具42，将凸缘构件302布置成沿第二轴线A2平移，并且可以响应于外科医生施加的力而沿连接器主体300滑动。凸缘构件302包括与轴向连接器元件306接触的轴向斜坡表面312。连接器偏置元件304介于连接器主体300和凸缘构件302之间，以推动凸缘构件302轴向远离连接器主体300。阻止凸缘构件302经由联接到保持轴255的密封件270的阶梯状表面314从连接器主体脱离。由于轴向连接器元件306和凸缘构件302的轴向斜坡表面312之间的接合，所以由连接器偏置元件304提供的偏置推动轴向连接器元件306径向向内朝向第二轴线A2并与工具42的钻头接口128的轴向保持器130接合，其实现了工具42相对于驱动组件82的轴向保持。在所示的实施例中，连接器86的旋转连接器元件308形成在保持轴255的远侧，并且成形为邻接工具42的钻头接口128的旋转保持器132，这实现了工具42和保持轴255的同时旋转。可以设想连接器86的其他配置。
继续参考图23A-24，驱动组件82包括总体上用附图标记316表示的离合器机构，该离合器机构介于手动接口94和齿轮系84之间。离合器机构316可以在第一模式316A(参见图23A)和第二模式316B(参见图23B)之间操作。在第一模式316A中，通过齿轮系84传递由旋转器械80的致动器166产生的旋转扭矩，以使工具42绕第二轴线A2旋转，而不旋转手动接口94。在第二模式316B中，施加到手动接口94的力通过齿轮系84转换为扭矩，以使工具42绕第二轴线S2旋转。如下面更详细地描述那样，离合器机构316响应于施加到手动接口94的力而从第一模式316A移动到第二模式316B，并且包括离合器偏置元件318，该离合器偏置元件318被布置成从第二模式316B推动离合器机构朝向第一模式316A。
如图23A-23B最佳地示出，离合器偏置元件318支撑在离合器容器320中，该容器形成在中间轴256中，与外部花键282相邻。离合器偏置元件318也布置成与齿轮系84的锥齿轮组272的输出齿轮276接合。因为输出齿轮276采用内花键284接合中间轴256的外花键282并且没有轴向固定到中间轴256上，所以离合器偏置元件318沿第二轴线A2推动输出齿轮276啮合地接合输入齿轮274，以便于在第一模式316A下操作离合器机构316(参见图23A)。
为了便于与第二轴线A2对准，中间轴256的近侧包括与外花键282相邻的引导轴区域322，该引导轴区域322可滑动地接纳在形成于手动接口94的手动输入轴254中的相应形状的导向孔324内(参见图23A-23B)。手动输入轴254还在其远端处包括闲置孔326，并且联动花键布置328轴向地布置在闲置孔326和导向孔324之间。手动输入轴254的外表面由轴承262可旋转地支撑，轴承262又容纳在附装到驱动器主体250的底座330中。手动输入轴254延伸通过也附装到驱动器主体250的上罩332，使得手动输入轴254的近侧如下面更详细地描述那样可以用手柄组件96接合。
当离合器机构316处于第一模式316A(参见图23A)时，手动输入轴254的闲置孔326接触但不随中间轴256的外花键282一起旋转。而且，由于闲置孔326和联动花键布置328的定位方式，当离合器机构316处于第一模式316A时，中间轴256的旋转不传递至手动输入轴254，并且锥齿轮组272的齿轮274、276保持啮合状态，以便驱动器输入轴252的旋转传递至中间轴256。然而，当轴向地向手动接口94施加力时，手动输入轴254与输出齿轮276同时沿第二轴线A2向连接器86平移。如图23B所示，这导致输出齿轮276脱离与输入齿轮274的啮合接合状态，从而中断轴线A1、A2之间的旋转，并且还使手动输入轴254的联动花键布置328与中间轴256的外花键282啮合，从而便于手动输入轴254和中间轴256同时旋转。
因此，施加到手动接口94的轴向力将离合器机构316从第一模式316A(参见图23A)移动到第二模式316B(参见图23B)。该配置有效地阻止了旋转扭矩在旋转器械80和手动接口94之间的转换。换句话说，当离合器机构316处于第一模式316A时，驱动旋转器械80将不会使手动接口94旋转，而施加力来旋转手动接口94将不会反向驱动旋转器械80。除了结合末端执行器40的第一实施例示出并在此处描述的那些配置以外，还可以设想离合器机构316的其他配置。
如图23A至图23B所示，驱动组件82和手动接口94的所示实施例协作以限定总体上以附图标记334表示的引导孔，该引导孔从手动接口94沿第二轴线A2延伸并通过驱动组件82的各个部件到达连接器86。这里，类似于套管式锚固件50和旋转驱动工具48，导丝GW(例如，“K-丝”)可以延伸通过引导孔334(未详细示出，但是在现有技术中通常是已知的)。
现在参考图11B-11C，如上所述，采用手柄组件96附装到手动接口94，以尤其使工具42绕第二轴线A2手动旋转，并响应于外科医生施加到手柄组件96的力而使手动输入轴254沿第二轴线A2平移。为此，手动接口94包括布置为绕第二轴线A2旋转的头部336，并且手柄组件96总体上包括驱动器338和手柄主体340。头部336被布置在手动输入轴254的近侧，而驱动器338的形状被成形为接纳头部336，以响应于外科医生施加到手柄主体340的力而绕第二轴线A2同时旋转。如在图11B-11C中示意性地描绘的那样，手柄组件96可以包括棘轮机构342，该棘轮机构介于手柄主体340和驱动器338之间，以允许手柄主体340和驱动器338沿第三旋转方向R3绕第二轴线A2的同时旋转，并中断驱动器338相对于手柄主体340沿与第三旋转方向R3相反的第四旋转方向R4绕第二轴线A2的旋转。应当理解，棘轮机构342可以具有多种不同的类型和配置(例如，具有棘轮和棘爪布置，具有一个或多个弹性柔性构件等)。此外，虽然在所示的实施例中手柄组件96可释放地附装到手动接口94，但是可以设想手柄组件96可以永久地固定到手动接口94上(例如，利用可折叠的或可铰接的手柄主体340)。
本公开还涉及一种沿由手术机器人32保持的轨迹T在手术部位ST处形成导向孔46的方法。该方法包括不同的步骤，包括将末端执行器40附装到手术机器人32上，其中末端执行器40支撑旋转器械80、驱动组件82、手动接口94和触发器组件88。该方法还包括：沿第二轴线A2将旋转切割工具44附装到驱动组件82；将第二轴线A2与轨迹T对准以将旋转切割工具44定位在手术部位；并且接合触发器组件88以利用旋转器械80产生绕第一轴线A1的旋转扭矩，并通过驱动组件82传递旋转器械80绕第一轴线A1的扭矩，以使旋转切割工具44绕第二轴线A2旋转。该方法还包括：在手术部位ST处沿轨迹T将旋转切割工具44推进到第一深度D1；并且中断绕第一轴线A1的旋转。该方法还包括：定位触发器组件88以呈现或促进对手动接口94的接近；向手动接口94施加力以使旋转切割工具44绕第二轴线A2旋转；并且使旋转切割工具44在手术部位ST处沿轨迹T推进到大于第一深度D1的第二深度D2。
本公开还涉及一种沿由手术机器人32保持的轨迹T将锚固件50安装在手术部位ST处的方法。该方法包括不同的步骤，包括将末端执行器40附装到手术机器人32上，其中末端执行器40支撑旋转器械80、驱动组件82、手动接口94和触发器组件88。该方法还包括：沿第二轴线A2将工具42附装到驱动组件82；将锚固件50附装到工具42；并且使第二轴线A2与轨迹对准以将锚固件50定位在手术部位ST附近。该方法还包括接合触发器组件88，以利用旋转器械80产生绕第一轴线A1的旋转扭矩，并通过驱动组件82传递旋转器械80的绕第一轴线A1的扭矩，以绕第二轴线A2旋转工具42和锚固件50。该方法还包括：在手术部位ST处沿轨迹将工具42和锚固件50推进到第一深度D1；中断绕第一轴线A1的旋转；并且定位触发器组件88以呈现或促进对手动接口94的接近。该方法还包括：向手动接口94施加力以使工具42和锚固件50绕第二轴线A2旋转；并且在手术部位ST处沿轨迹将锚固件50推进到大于第一深度D1的第二深度D2。
本公开还涉及一种沿由手术机器人32保持的相应第一轨迹T1和第二轨迹T2在手术部位ST处安装第一和第二锚固件50的方法。该方法包括不同的步骤，包括将末端执行器40附装到手术机器人32上，其中末端执行器40支撑旋转器械80、驱动组件82、手动接口94和触发器组件88。该方法还包括：沿第二轴线A2将工具42附装到驱动组件82；将第一锚固件50附装到工具42；使第二轴线A2与第一轨迹对准以将第一锚固件50定位在手术部位ST附近；并且接合触发器组件88，以利用旋转器械80产生绕第一轴线A1的旋转扭矩，并通过驱动组件82传递来自旋转器械80的绕第一轴线A1的扭矩，以绕第二轴线A2旋转工具42和第一锚固件50。该方法还包括：在手术部位ST处沿第一轨迹将工具42和第一锚固件50推进到第一深度D1；中断绕第一轴线A1的旋转；并且定位触发器组件88以呈现或促进接近该手动接口94。该方法还包括：向手动接口94施加力以使工具42和第一锚固件50绕第二轴线A2旋转：将工具42和第一锚固件50在手术部位ST处沿第一轨迹推进到大于第一深度D1的第二深度D2；并且从工具42释放第一锚固件50。该方法还包括：将第二锚固件50附装到工具42；使第二轴线A2与第二轨迹对准，以将第二锚固件50定位在手术部位ST附近；并且接合触发器组件88以利用旋转器械80产生绕第一轴线A1的旋转扭矩。该方法还包括：通过驱动组件82传递来自旋转器械80的绕第一轴线A1的扭矩，以绕第二轴线A2旋转工具42和第二锚固件50；使工具42和第二锚固件50在手术部位ST处沿第二轨迹推进到第三深度D3；中断绕第一轴线A1的旋转；并且定位触发器组件88以呈现或促进对手动接口94的接近。该方法还包括：向手动接口94施加力以绕第二轴线A2旋转工具42和第二锚固件50；并且在手术部位ST沿第二轨迹将工具42和第二锚固件50推进到大于第三深度D3的第四深度D4。
如上所述，在图25A-28中示出了手术系统30的末端执行器的第二实施例。在下面的描述中，第二实施例的与末端执行器40的第一实施例的结构和部件相同或相对应的结构和部件设置有增加了2000的相同附图标记。因为末端执行器2040的第二实施例的许多部件和特征与上述末端执行器40的第一实施例的部件和特征大致相似，所以出于清楚、一致和简洁的目的，下面将仅仅描述末端执行器2040的第二实施例和上述末端执行器40的第一实施例之间存在的某些特定差异，而将仅在此处讨论并在附图中描绘这些实施例之间共有的一些部件和特征。因此，除非在下面另外指出，否则对末端执行器40的第一实施例的描述可以在没有任何限制的情况下通过引用并入关于末端执行器2040的第二实施例的描述中。
现在参考图25A-28，其总体上示出了末端执行器2040的第二实施例，其包括安装座2078、旋转器械2080及其致动器2166(示意性地示出)以及驱动组件2082。当与上述第一实施例相比时，末端执行器2040的第二实施例总体上采用都将在下面分别详细描述的不同地配置的旋转器械2080、驱动组件2082和触发器组件2088。
如图25A-26最佳地示出，在第二实施例中，旋转器械2080和驱动组件2082被配置为使得第二轴线A2相对于第一轴线A1固定。换句话说，在该实施例中，驱动组件2082的驱动器主体2250未布置成相对于旋转器械2080移动。这里，联轴器2230可操作地附装到驱动组件2082，以沿第二轴线A2可释放地固定总体上以附图标记2344表示的驱动器子组件。如图28最佳地示出，驱动器子组件2344包括减速齿轮组2286，该齿轮组类似地具有行星齿轮结构，并介于连接器2086和连接到第三恒星齿轮2292C的驱动器子组件联接器2346之间。当驱动器子组件2344可操作地附装到联轴器2230时，驱动器子组件联接器2346与联接到驱动组件2082的中间轴2256的中间输出联接器2348接合，该中间输出联接器在该实施例中还用作手动输入轴2254。虽然在末端执行器2040的第二实施例的附图中未示出，但是应当理解，驱动器子组件2344的连接器2086可以以与以上结合末端执行器40的第一实施例所述的连接器86相同的方式可释放地固定不同类型的工具。
这里，在第二实施例中，驱动组件2082的中间轴2256限定了手动接口2094的头部2336，并且联接到齿轮系2084的锥齿轮组2272的输出齿轮2276。手动接口2094的头部2336同样被布置成接纳来自用户的施加力并将其转换成用于使工具(图25A-28中未示出)绕第二轴线A2旋转的旋转扭矩。如下面更详细地描述那样，末端执行器2040的第二实施例的触发器组件2088没有被配置为限制在任何一个触发器组件位置P1、P2上接近手动接口2094。相反在该实施例中，末端执行器2040还包括总体上用附图标记2350表示的防护罩，该防护罩可操作地附装到驱动组件2082，并且布置成相对于第二轴线A2在第一防护位置U1(参见图25A)和第二防护位置U2(参见图25B)之间移动。
在第一防护位置U1上，第二轴线A2与防护罩2350的至少一部分相交，以限制对手动接口2094的接近(参见图25A)。在第二防护位置U2上，防护罩2350与第二轴线A2间隔开，以促进对手动接口2094的接近(参见图25B)。为此，如图25A-25B和28最佳地示出，防护罩2350包括防护主体2352，防护主体2352限定防护容器2354，在第一防护位置U1上，该防护容器2354成形为容纳或以其他方式禁止对手动接口2094的接近的至少一部分。防护主体2352设置有防护铰链2356，该防护铰链2356可操作地附装到驱动组件2082，以在第一防护位置U1(参见图25A)和第二防护位置U2(参见图25B)之间绕防护轴线UA枢转移动。在所示的实施例中，防护轴线UA被布置为大致垂直于第一轴线A1和第二轴线A2两者。
应当理解，防护罩2350的利用允许末端执行器2040限制或禁止对手动接口2094的接近，而不必依赖触发器组件2088的移动。因此，在第二实施例中，虽然触发器组件2088仍然被布置成与保持器2136一起在第一触发器组件位置P1(参见图25A)和第二触发器组件位置P2(参见图25B)之间移动，但是触发器组件2088的任何部分都不限制或禁止在触发器组件位置P1、P2中的任何一个上对手动接口2094的接近。
触发器组件2088的握柄2090具有大致圆柱状外形，并且被配置为当处于第一触发器组件位置P1时用于大致中立手抓握(参见图25A)，而当处于第二触发器组件位置P2(参见图25B)中时用于大致旋前或旋后手抓握。同样在此实施例中，触发器组件2088布置成与保持器2136同时移动，使得输入触发器2092可以在第一输入位置I1(参见图27A)和第二输入位置I2(参见图27B)之间移动，而不论触发器组件2088是布置在第一触发器组件位置P1(参见图25A)还是第二触发器组件位置P2(参见图25B)。
现在参考图26-27B，该实施例中的触发器组件2088被类似地配置为使得输入触发器2092的移动实现活塞2182(参见图27A-28B)的相应移动，而该移动又接合并移动保持器2136的叉状件引导器2188(参见图26)。如图27A-27B所示，该实施例中的联动装置2178包括滑动构件2358，该滑动构件2358支撑在手柄2090内，以与输入触发器2092在第一输入位置I1和第二输入位置I2之间同时移动。这里，滑动构件2358限定两个滑动斜坡2360，其与支撑在活塞2182和输入触发器2092的延伸构件2194上的相应轴承2262接合，以实现从输入触发器2092到活塞2182的移动转移(比较图27A-27B)。虽然未示出，但是应当理解，联动装置2178可以包括其他部件(例如，偏置元件、套筒、紧固件、密封件等)。可以设想其他配置。
如上所述，手术系统30的末端执行器的第三实施例示出在图29A-31B中。在下面的描述中，第三实施例的与末端执行器40的第一实施例的结构和部件相同或相对应的结构和部件设置有增加了3000的相同附图标记。因为末端执行器3040的第三实施例的许多部件和特征与上述末端执行器40的第一实施例的部件和特征大致相似，所以出于清楚、一致和简洁的目的，下面将仅仅描述末端执行器3040的第三实施例和末端执行器40的第一实施例之间的某些特定的区别，并且在此处仅讨论并在附图中描绘这些实施例之间共有的一些部件和特征。因此，除非在下面另外指出，否则末端执行器40的第一实施例的描述可以在没有任何限制的情况下通过引用并入关于末端执行器3040的第三实施例的描述中。
现在参考图29A-31B，其总体上示出了末端执行器3040的第三实施例，其包括安装座3078、旋转器械3080及其致动器3166(示意性地示出)以及驱动组件3082。当与上述第一实施例相比较时，末端执行器3040的第三实施例总体上采用不同配置型触发器组件3088和驱动组件3082，并且被配置为固定具有不同类型的钻头接口3128的工具3042，这些部件都将在下面更详细地描述。
如在图29A-30中最佳地示出，在第三实施例中，驱动组件3082类似地配置为用于经由联轴器3230可释放地附装到旋转器械3080，使得第二轴线A2可以通过绕第一轴线A1以不同的方式定位驱动组件3082而相对于第一轴线A1移动第二轴线A2。第三实施例中的触发器组件3088采用握柄3090和输入触发器3092，其结构与上述触发器组件2088的第二实施例相似。然而，在第三实施例中，触发器组件3088的框架3134总体上包括：第一框架主体3362，其联接到保持器3136，以在多个触发器组件位置(图29A-29B中所示的第一触发器组件位置P1)之间同时移动；第二框架主体3364，其支撑握柄3090和输入触发器3092，以相对于第一框架主体3362在多个握柄位置之间移动，该多个握柄位置包括第一握柄位置G1(参见图29A)和第二握柄位置G2(参见图29B)。
当处于如图29A所示的第一握柄位置G1时，第二框架主体3364的至少一部分限制对手动接口3094的接近，而输入触发器3092被布置成由用户接合以驱动旋转器械3080来如下文中更详细描述的那样，绕第二轴线A2旋转固定至连接器3086的任何工具3042。然而，当处于如图29B所示的第二握柄位置G2时，第二框架主体3364相对于手动接口3094以间隔开的关系布置，以便于从用户接收施加的力以使工具3042绕第二轴线A2旋转。虽然未结合第三实施例示出，但是第二框架主体3364也被布置为与第一框架主体3362在多个触发器组件位置(图29A-29B中所示的第一触发器组件位置P1)之间同时移动，而与多个握柄位置(例如，第一握柄位置G1和第二握柄位置G2)之间的移动无关。
在末端执行器3040的第三实施例中，第二框架主体3364布置成在第一握柄位置G1和第二握柄位置G2之间平移移动，该移动大致平行于第一轴线A1。为此，第二框架主体3364包括滑架3366，该滑架被支撑为沿限定在第一框架主体3362中的轨道3368滑动。应当理解，该配置是示例性的，并且第一框架主体3362和第二框架主体3364可以以多种不同方式来配置，只要这些方式足以允许第二框架主体3364相对于第一框架主体3362移动以选择性地禁止和/或促进对手动接口3094的接近即可。通过说明性示例，第一握柄位置G1和第二握柄位置G2之间的移动可以由其他类型的平移移动(例如，沿弯曲路径或沿与第一轴线A1不平行的方向上滑动)、转动或其他类型的移动来限定。可以设想其他配置。
现在参考图30-31B，如上所述，末端执行器3040的第三实施例配置为经由连接器3086固定具有不同类型的钻头接口3128的工具3042。图30描绘了实现为旋转切割工具3044(例如，钻头)和支撑锚固件3050(例如，多轴螺钉)的旋转驱动工具3048(例如，多轴螺丝刀)的两个代表性工具3042。虽然旋转驱动工具3048的钻头接口3128以与用于末端执行器40的第一实施例的钻头接口128相同的方式配置，但是所示的旋转切割工具3044的钻头接口3128包括远离轴向保持器3130和旋转保持器3132而延伸的延伸部分3370。如以下更详细地描述那样，在第三实施例中，旋转切割工具3044的钻头接口3128的延伸部分3370与驱动组件3082的变速器(总体上以附图标记3372表示)协作，以便于以不同的传动比操作驱动组件3082的齿轮系3084。
如图31A-31B中最佳地示出，对于末端执行器3040的第三实施例的驱动组件3082，驱动器输入轴3252由轴承3262支撑，轴承3242安置在输入主体3374中，该输入主体3374可操作地附装到驱动器主体3250(例如，经由紧固件)。这里，锥齿轮组3272的输入齿轮3274也联接到驱动器输入轴3252，并且布置成绕第一轴线A1旋转。然而，在该实施例中，锥齿轮组3272的输出齿轮3276联接到惰轮轴3376。这里，惰轮轴3376由轴承3262支撑，该轴承3262安置在上罩3332中，并且安置在布置于上罩3332与驱动器主体3250之间的中间主体3378中。惰轮轴3376绕惰轮轴线IA旋转，该惰轮轴线IA大致平行于第二轴线A2并与第二轴线A2间隔开。驱动组件3082的中间轴3256(在该实施例中还用作手动输入轴3254)类似地由安置在上罩3332和中间主体3378中的轴承3262支撑，绕第二轴线A2旋转，并且联接到减速齿轮组3286的第三恒星齿轮3292C。总体上用附图标记3380表示的带轮分别支撑在中间轴2256和惰轮轴3376上，并经由环形带3382相互连接，以使得中间轴3256和惰轮轴3376同时旋转。虽然在所示实施例中带轮3380具有彼此相同的配置，但是应当理解，在一些实施例中可以使用不同尺寸的带轮，例如以提供中间轴3256和惰轮轴3376之间的转速或扭矩的增加。此外，虽然在本申请中未示出，但是应当理解，在一些实施例中，驱动组件3082可以采用张紧器以消除环形带3382中的松弛。此外，在其他实施例中，可以设想的是，可以使用链和链轮布置代替图示的环形带3382和带轮3380布置。可以设想其他配置。
虽然末端执行器3040的第三实施例的驱动组件3082类似地采用行星齿轮配置作为减速齿轮组3286，但各种部件被布置成实现变速器3372的操作。为此，第一组行星齿轮3290A、第二组行星齿轮3290B和第三组行星齿轮3290C不是被布置成分别与环形齿轮3288啮合地接合，而是被布置成分别与变速器3372的变速套环3386的内齿3384啮合地接合。如下面更详细地描述那样，变速套环3386的内齿3384还布置成以花键式接合方式选择性地接合中间轴3256的轴齿3388，并且变速套环3386还包括布置成以花键式接合方式选择性地接合环形齿轮3288的外齿3390。而且，在该实施例中，环形齿轮3288被形成为分立的部件，其被支撑在驱动器主体3250内的一对套筒3196之间。
继续参考图31A-31B，驱动组件3082的变速器3372通常被配置为旋转连通地介于旋转器械3080(参见图29A-30)和连接器3086之间，并且包括第一齿轮组GS1、第二齿轮组GS2和变速套环3386。这里，变速套环3386被布置为沿第二轴线A2在第一套环位置CP1(参见图31A)和第二套环位置CP2(参见图31B)之间移动。
在第一套环位置CP1上，变速套环3386与第一齿轮组GS1接合，从而以第一传动比DR1在旋转器械3080和连接器3086之间转换旋转。在该实施例中，第一齿轮组GS1由环形齿轮3288与变速套环3386的外齿3390之间的花键式接合而限定，使得变速套环3386被有效地“固定”到驱动器主体3250上(参见图31A)。因此，在第一套环位置CP1上，由经由旋转器械3080产生的扭矩或施加到手动接口3094的头部3336的力引起的中间轴3256的旋转通过行星减速齿轮组3286传递至连接器3086的保持轴3255。
在第二套环位置CP2上，变速套环3386与第二齿轮组GS2接合，从而以不同于第一传动比DR1的第二传动比DR2在旋转器械3080和连接器3086之间转换旋转。在该实施例中，第二齿轮组GS2由变速套环3386的内齿3384和中间轴3256的轴齿3388之间的花键式接合限定，使得变速套环3386与中间轴3256在驱动器主体3250内同时绕第二轴线A2旋转(参见图31B)。因此，在第二套环位置CP2上，中间轴3256的由经由旋转器械3080产生的扭矩或施加到手动接口3094的头部3336的力引起的旋转有效地绕过了行星减速齿轮组3286，并且通过变速套环3386直接传递至连接器3086的保持轴3255。换句话说，在第二套环位置CP2上，中间轴3256以与连接器3086(因而与固定工具3042)相同的速度旋转。
在所示的实施例中，变速器3372包括总体上以附图标记3392指示的变速器联动装置，该变速器联动装置可操作地附装到变速套环3386，以在第一套环位置CP1和第二套环位置CP2之间同时移动。这里，在该实施例中，变速器联动装置3392包括选择器3394，该选择器3394由可操作地附装到连接器3086的保持轴3255的支架3396支撑以使其移动。选择器3394被成形并布置成沿支架3396滑动，在该实施例中，支架3396又分别支撑减速齿轮组3286的第一组销子3294A中的销子。
如图31B中最佳地示出，选择器3394还布置成与旋转切割工具3044的钻头接口3128的延伸部分3370接合，以在旋转切割工具3044固定到驱动组件3082的连接器3086上时将变速套环3386移动到第二套环位置CP2。相反，如图31A所示，与图31B中描绘的旋转切割工具3044的钻头接口3128的延伸部分3370不同，因为旋转驱动工具3048的钻头接口3128的任何部分都没有接合选择器3394，所以选择器3394布置成当旋转驱动工具3048固定到驱动组件3082的连接器3086上时，将变速套环3386移动到第一套环位置CP1。在所示的实施例中，变速器3372还包括联动装置偏置元件3398(例如，压缩弹簧、一个或多个弹簧垫圈等)，该联动装置偏置元件3398布置成将变速套环3386朝向第一套环位置CP1推动(参见图31A)。
应当理解，由变速器3372提供的功能允许驱动组件3082根据延伸部分3370的存在与否以第一传动比DR1或第二传动比DR2驱动工具3042。这样，工具3042可以尤其基于其在使用期间的预期转速范围而设计成具有或不具有延伸部分3370。此外，该配置有利于允许变速器3372基于固定工具3042的配置而在齿轮组GS1、GS2之间“自动”“变速”，而不需要将工具3042固定到连接器3086上的额外用户交互(例如，以“手动”变速或选择齿轮组)。
虽然变速器3372提供齿轮组GS1、GS2之间的“自动”变速，以便于以不同的传动比DR1、DR2来驱动不同的工具3042，但是应当理解，驱动组件3082可以配置为便于以不同的传动比DR1、DR2驱动，而不必如以下结合其他实施例更详细地描述那样利用变速器3372。此外，虽然上述的变速器3372配置为经由选择器3394与工具3042的延伸部分3370之间的接合来促进变速套环3386的移动，但是应当理解，选择器3394可以配置为接合工具3042的除了图30和31B中所示的延伸部分3370外的不同部分。可以设想其他配置。
如上所述，手术系统30的末端执行器的第四实施例示出在图32-34C中。在下面的描述中，第四实施例的与末端执行器40的第一实施例的结构和部件相同或相对应的结构和部件设置有增加了4000的相同附图标记。因为末端执行器4040的第四实施例的许多部件和特征与上述末端执行器40的第一实施例的部件和特征大致相似，所以出于清楚、一致和简洁的目的，下面将仅仅描述末端执行器4040的第四实施例和末端执行器40的第一实施例之间存在的某些特定差异，并且仅在此处讨论并在附图中描述实施例之间共有的一些部件和特征。
因此，除非在下面另外指出，否则对末端执行器40的第一实施例的描述可以在没有任何限制的情况下通过引用并入关于末端执行器4040的第四实施例的描述中。同样，末端执行器4040的第四实施例的与先前描述的实施例的相应部件和特征相似的某些部件和特征可以参考设置有增加了1000加上对于每个中间实施例的另一个1000的相同附图标记的附图(例如，对于第四实施例，结合第三实施例描述过的部件将增加1000，而结合第二实施例描述过的部件将增加2000)或在这些附图中描绘。
现在参考图32-34C，其总体上示出了末端执行器4040的第四实施例，其包括安装座4078、旋转器械4080及其致动器4166(示意性地示出)以及驱动组件4082。当与上述第一实施例相比时，末端执行器4040的第四实施例总体上采用不同配置的触发器组件4088和驱动组件4082，与配置不同配置的手柄组件4096交互，并配置为用不同类型的钻头接口4128固定工具4042，所涉部件将在下面更详细地描述。
如图32-33中最佳地示出，在第四实施例中，驱动组件4082类似地配置为用于经由联轴器4230可释放地附装到旋转器械4080，使得第二轴线A2可以通过以不同的方式绕第一轴线A1定位驱动组件4082来相对于第一轴线A1移动。第三实施例中的触发器组件4088采用具有独特轮廓的手柄4090和与上述触发器组件2088的第二实施例结构相似的输入触发器4092。从下面的后续描述中可以理解，图32-33中所示的触发器组件4088在第四实施例中是示例性的，并且驱动组件4082可以与多种不同类型的触发器组件4088一起使用，该触发器组件可以被配置为可移动以限制和/或促进对手动接口4094的接近(该移动在第四实施例中未示出)。
继续参考图32-33，第四实施例中的手柄组件4096具有与结合第一实施例描述的手柄组件96不同的配置。具体地，手柄组件4096具有更对称外形，并且通常配置为选择性地可旋转地并轴向地锁定到手动接口4094的头部4336(未示出锁定)。在该实施例中，驱动组件4082还包括介于旋转器械4080、连接器4086和手动接口4094之间的差速器组件4400。如下面更详细地描述那样，差速器组件4400可以在触觉扭矩模式4400H下操作(参见图34A；未详细示出)，在该触觉扭矩模式下作为向用户提供触觉扭矩反馈的一种方式，在经由旋转器械4080驱动工具4042时用户可以抓握手柄组件4096。当不被使用时(例如，当末端执行器4040被重新定位时)，手柄组件4096可被收放在形成在驱动组件4082的驱动器主体4250上的停靠位4402中(参见图32)。
除了允许用户在触觉扭矩模式4400H下通过手柄组件4096在手动接口4094处感测触觉扭矩反馈之外，差速器组件4400还提供类似于上文结合末端执行器40的第一实施例所描述的离合器机构316的功能。具体地，差速器组件4400也可以在第一中断模式4400A(参见图34B；未详细示出)和第二中断模式4400B(参见图34C；未详细示出)之间操作。在第一中断模式4400A下，旋转器械4080产生的旋转扭矩通过差速器组件4400传递至连接器4086，以使工具4042绕第二轴线A2旋转，而不将旋转扭矩传递至手动接口4094的头部4336。在第二中断模式4400B下，当力施加到手动接口4094的头部4336时产生的旋转扭矩通过差速器组件4400传递至连接器4086以旋转工具4042，而不将旋转扭矩传递至旋转器械4080。
差速器组件4400在第一中断模式4400A中的操作是通过经由第一销子4404将手动输入轴4254选择性地锁定到驱动组件4082的上罩4332上来实现的(参见图34B；未详细示出)。类似地，通过经由第二销子4406将差速器组件4400选择性地锁定到驱动组件4082的上罩4332上来实现差速器组件4400在第二中断模式4400B下的操作(参见图34C；未详细示出)。此外，通过以下方式来实现差速器组件4400在触觉扭矩模式4400H下的操作：从驱动组件4082的上罩4332(参见图34A；未详细示出)中有选择地移除第一销子4404和第二销子4406并将手柄组件4096连接到手动接口4094的头部4336，以在驱动旋转工具4080以使工具4042绕第二轴线A2旋转时阻止头部4336绕第二轴线A2旋转。
现在参考图34A-34C，驱动组件4082的差速器组件4400总体上包括：接口侧齿轮4408，其布置成与手动接口4094旋转连通地布置；连接器侧齿轮4410，其布置成与连接器4086旋转连通；差速器箱4412，其布置成与旋转器械4080旋转连通；小齿轮轴4414，可操作地附装到差速器箱4412以同时移动；以及一对小齿轮4416，每个小齿轮4416均由小齿轮轴4414支撑并布置成与接口侧齿轮4408和连接器侧齿轮4410啮合地接合。可操作地附装到驱动组件4082的差速器壳体4418限定差速器腔室4420，该差速器腔室4420成形为在其中容纳差速器组件4400的差速器箱4412的至少一部分。上面介绍的差速器组件4400的每个部件将在下面更详细地描述。
同样在末端执行器4040的第四实施例中，驱动组件4082的齿轮系4084类似地采用行星减速齿轮组4286和锥齿轮组4272。然而，在该实施例中，减速齿轮组4286以旋转连通的方式介于旋转器械4080(参见图32-33)和锥齿轮组4272之间。更具体地，行星减速齿轮组4286的部件被支撑在输入主体4374中，并且通常绕第一轴线A1布置在驱动器输入轴4252和支承架轴4422之间。这里，锥齿轮组4272的输入齿轮4274联接到支承架轴4422，以绕第一轴线A1同时旋转，而锥齿轮组4272的输出齿轮4276联接到差速器箱4412，以绕第二轴线A2同时旋转。
差速器箱4412由布置在驱动器主体4250、差速器箱4418和上罩4332中的轴承4262可旋转地支撑，并且具有由肋(未详细示出)支撑的环形毂4424，其设有多个毂孔4426，这些毂孔被成形为在与形成在上罩4332中的径向罩孔4428对准时接纳第二销子4406，以便于在第二中断模式4400B下操作。手动输入轴4254类似地由布置在上罩4332和差速器箱4412中的轴承4262支撑，联接到接口侧齿轮4408，并且设置有接口孔4430，该接口孔4430被成形为在与形成在上罩4332中的横向罩孔4432对准时接纳第一销子4404，以便于在第一中断模式4400A下操作。如上所述，小齿轮轴4414由差速器箱4412支承，并且可旋转地支撑小齿轮4416，而小齿轮4416与接口侧齿轮4408和连接器侧齿轮4410啮合地接合。这里，连接器侧齿轮4410联接到中间轴4256，在该实施例中，中间轴4256由布置在差速器箱4412中的轴承4262可旋转地支撑。
差速器组件4400的差速器壳体4418限定差速器轴线DA，在所示的实施例中，该差速器轴线DA与第二轴线A2重合。这里，当处于第一中断模式4400A时，允许差速器箱4412相对于差速器壳体4418旋转。相反，当处于第二中断模式4400B时，禁止差速器箱4412相对于差速器壳体4418的旋转。此外，当处于第二中断模式4400B时，允许接口侧齿轮4408和连接器侧齿轮4410两者绕差速器轴线DA旋转。然而，当处于第一中断模式4400A时，允许连接器侧齿轮4410绕差速器轴线DA旋转，但是禁止接口侧齿轮4408绕差速器轴线DA旋转。此外，小齿轮轴4414限定小齿轮轴线PA，允许小齿轮4416绕小齿轮轴线PA以第一中断模式4400A、第二中断模式4400B和触觉扭矩模式4400H旋转。在所示的实施例中，小齿轮轴线PA基本垂直于差速器轴线DA。
如上所述，当在手柄组件4096连接到手动接口4094的头部4336的情况下以触觉扭矩模式4400H操作时，用户可以抓住手柄组件4096以阻止在驱动旋转器械4080以使工具4042绕第二轴线A2旋转时，该头部4336绕第二轴线A2旋转。当由致动器4166驱动时，手动输入轴4254和中间轴4256都体验到相同量的扭矩，但是可以以不同的速度旋转。
因此，因为差速器组件4400作为齿轮系4084的一部分介于旋转器械4080和工具4042之间，所以如果用户通过抓住手柄组件4096来阻止手动输入轴4254绕第二轴线A2旋转，则将触觉(或“触感”)扭矩反馈传递至用户的手。即使手柄组件4096在抓住时不旋转，用户仍然会体验到大致等同于施加到工具4042的扭矩量的扭矩反馈。因此，如果从动工具4042包括具有锚固件4050的旋转驱动工具4048，则用户将“感觉”手柄组件4096中的扭矩，该扭矩等于锚固件4050中的扭矩。该扭矩反馈有利于为用户提供对在使用旋转器械4080驱动锚固件4050时由锚固件4050所体验到的旋转的相对阻力感。
继续参考图34A-34C，在末端执行器4040的第四实施例中，齿轮系4084还包括总体上用附图标记4434表示的辅助齿轮组，该辅助齿轮组介于中间轴4256和连接器4086之间。辅助齿轮组4434布置在用紧固件固定至驱动器主体4250的辅助壳体4436内，并且在它们之间布置有辅助环形齿轮4438。总共四个辅助行星齿轮4440布置成与辅助环形齿轮4438以及与辅助恒星齿轮4442啮合地接合。辅助行星齿轮4440经由紧固件固定到辅助支承架4444和第一接口主体4446，该第一接口主体4446又由分别布置在驱动器主体4250和辅助壳体4436中的轴承4262支撑。
如下面更详细地描述那样，第一接口主体4446包括十字凹槽4448，该十字凹槽限定旋转锁定器，该旋转锁定器被成形为与图33所示的旋转驱动工具4048的钻头接口4128接合。第二接口主体4450联接到辅助恒星齿轮4442，并由布置在辅助支承架4444和第一接口主体4446中的轴承4262支撑。如下面更详细地描述那样，栓钉4452可操作地附装到第二接口主体4450，并且限定另一旋转锁定器，该另一旋转锁定器被成形为与图33所示的旋转切割工具4044的钻头接口4128接合。
在此处所示的代表性实施例中，栓钉4452限定第一旋转锁定器RL1(参见图34B)，而十字凹槽4448限定第二旋转锁定器RL2。这里，第一旋转锁定器RL1的栓钉4452比第二旋转锁定器RL2的十字凹槽4448更靠近手动接口4094。该布置对应于图33所示的旋转驱动工具4048和旋转切割工具4044的钻头接口4128的配置。图33所示的钻头接口4128每个都使用轴向保持器4130，该轴向保持器类似于先前结合末端执行器40的第一实施例使用的钻头接口128所描述的那些轴向保持器。然而，在第四实施例中，旋转保持器4132彼此不同并且与第一实施例也不同。更具体地，在第四实施例中，旋转切割工具4044的钻头接口4128包括成形为接合第一旋转锁定器RL1(参见图34B)的凹口元件4454，而旋转驱动工具4048的钻头接口4128包括键元件4456，该键元件4456配置为接合第二旋转锁定器RL2(参见图34C)。键元件4456具有圆形的大致矩状外形，其被成形为接合在十字凹槽4448中，使得旋转驱动工具4048在固定至连接器4086(参见图34C)时与辅助齿轮组4344的第一接口主体4446同时绕第二轴线A2旋转。凹口元件4454设置有被配置为在接合在栓钉4452的相对侧上之前通过十字凹槽4448，使得旋转切割工具4044当固定到连接器4086上时(参见图34B)与第二接口主体4450同时绕第二轴线A2旋转。
虽然在第四实施例中驱动组件4082包括第一旋转锁定器RL1和第二旋转锁定器RL2，但是应当理解，本申请所述的其他实施例可以仅采用第一旋转锁定器RL1。此外，旋转锁定器可以具有多种不同的配置，例如包括类似于形成在上文结合末端执行器40的第一实施例所述的驱动组件82的连接器86的保持轴255中的旋转连接器元件308。可以设想其他配置。
这里，在第四实施例中，利用轴向锁定器AL实现固定至连接器4086的工具4042的轴向保持，该轴向锁定器AL配置为可释放地固定旋转切割工具4044、旋转驱动工具4048或另一工具4042中的一个以沿由手术机器人32保持的轨迹T(参见图1)与驱动组件4082同时平移。为此，轴向锁定器AL可在释放配置ACR(参见图34A)和锁定配置ACL(参见图34B-34C)之间操作。当轴向锁定器AL在图34A所示的释放配置ACR下操作时，沿第二轴线A2允许驱动组件4082和固定至第一旋转锁定器RL1和第二旋转锁定器RL2中的任何一个的工具4042(图34A中未示出工具4042)之间的相对运动。当轴向锁定器AL在如图34B-34C所示的锁定配置ACL下操作时，沿第二轴线A2限制驱动组件4082和固定到第一旋转锁定器RL1(参见图34B)或第二旋转锁定器RL2(参见图34C)中的任何一个的工具4042之间的相对运动。
在第四实施例中，轴向锁定器AL由大致球形轴向连接器元件4306来实现，该球形轴向连接器元件形成连接器4086的一部分并且以与末端执行器40的第一实施例基本相同的方式操作。然而，这里，连接器4086的保持轴4255由轴承4262支撑，该轴承4262布置在连接器主体4300中，并且还布置在与凸缘构件4302同时移动的滑架主体4458中。当处于锁定配置ACL时，轴向连接器元件4306由轴承4262支撑，并且还与旋转切割工具4044和旋转驱动工具4048的钻头接口4128的轴向保持器4130接合，以限制它们在其间沿第二轴线A2的相对运动。当用户抓握连接器4086的凸缘构件4302以移动到释放配置ACR时，凸缘构件4302沿第二轴线A2的移动使轴向连接器元件4306脱离与轴向保持器4130的接合并且不再用轴承4262支撑。这种布置当在锁定配置ACL下固定到轴向锁定器AL时，允许保持轴4255和工具4042的钻头接口4128同时旋转，而当从连接器4086中移除工具4042时，允许保持轴4255独立于第一旋转锁定器RL1和第二旋转锁定器RL2旋转。
在此也应理解，轴向锁定器可以具有多种不同的配置，包括例如类似于轴向连接器元件306的配置，该轴向连接器元件306布置在连接器元件容器310中，该连接器元件容器310形成于以上结合末端执行器40的第一实施例描述的驱动组件82的连接器86的保持轴255中。可以设想其他配置。
在末端执行器4040的第四实施例中，辅助齿轮组4434有效地用作中间轴4256与第二接口主体4450之间的增速器，使得第一旋转锁定器RL1的栓钉4452以第一传动比DR1被驱动，而第二旋转锁定器RL2的十字凹槽4448以第二传动比DR2被驱动并且与中间轴4256同时旋转。这里，中间轴4256的旋转通过中间联接器4460传递至辅助支承架4444。辅助支承架4444的旋转使辅助行星齿轮4440绕第二轴线A2旋转并绕其自身的轴线旋转，同时保持与辅助环形齿轮4438和辅助恒星齿轮4442啮合地接合，使得辅助恒星齿轮4442比辅助支承架4444更快地绕第二轴线A2旋转。因此，如上所述，不同的工具4042可以由驱动组件4082以不同的预定传动比来驱动，而不必要求变速器在不同齿轮组之间“变速”。
如上所述，手术系统30的末端执行器的第五实施例示出在图35-38B中。在下面的描述中，第五实施例的与末端执行器40的第一实施例的结构和部件相同或相对应的结构和部件设置有增加了5000的相同附图标记。因为末端执行器5040的第五实施例的许多部件和特征与上述末端执行器40的第一实施例的部件和特征大致相似，所以为了清楚、一致和简洁起见，下面将仅仅描述末端执行器5040的第五实施例和末端执行器40的第一实施例之间的某些特定差异，并且仅在此处讨论并在附图中描绘实施例之间共有的一些部件和特征。
因此，除非在下面另外指出，否则对末端执行器40的第一实施例的描述可以在没有任何限制的情况下通过引用并入关于末端执行器5040的第五实施例的描述中。同样，末端执行器5040的第五实施例的与先前描述的实施例的相应部件和特征相似的某些部件和特征可以参考设置有增加了1000加上对于每个中间实施例的另一个1000的相同附图标记的附图(例如，对于第五实施例，结合第四实施例描述了的部件将增加1000，结合第三实施例描述了的部件将增加2000，而结合第二实施例描述了的部件将增加3000)或在这些附图中描绘。
现在参考图35-38B，其总体上示出了末端执行器5040的第五实施例，其包括安装座5078、旋转器械5080及其致动器5166(示意性地示出)以及驱动组件5082。当与上述第一实施例相比时，末端执行器5040的第五实施例总体上采用不同配置的触发器组件5088和驱动组件5082，并且被配置为通过驱动导管5462以“顶部装载”方式固定工具5042，该驱动导管5462形成齿轮系5084的一部分。这些部件的每一个都将在下面更详细地描述。
如图35-36最佳地示出，末端执行器5040的第五实施例提供了与上述结合末端执行器2040的第二实施例所描述的那些部件相同的触发器组件5088、握柄5090和输入触发器5092。同样类似于上述第二实施例，在末端执行器5040的第五实施例中，旋转器械5080和驱动组件5082被配置为使得第二轴线A2相对于第一轴线A1固定。换句话说，同样在此实施例中，驱动组件5082的驱动器主体5250未布置成相对于旋转器械5080移动。然而，如从下面的后续描述中将会理解的，驱动组件5082和/或旋转器械5080可以被不同地配置，诸如以类似于末端执行器40的第一实施例的方式允许绕第一轴线A1的相对定位。可以设想其他配置。
如上所述和下面更详细地描述，因为末端执行器5040的第五实施例的驱动组件5082设置有驱动导管5462以便于不同类型的工具5042的“顶部装载”，所以第五实施例的手动接口5094通过将任一件工具5042固定至驱动组件5082而不是将其固定为驱动组件5082本身的一部分的钻头接口5128来实现。然而，该配置是示例性的，并且如从下面的后续描述中将会理解的那样，末端执行器5040可以设置有单独的手动接口5094，该手动接口5094形成驱动组件5082的一部分，同时仍然利用驱动导管5462来允许工具5042的“顶部装载”。可以设想其他配置。
现在参考图36-38B，在末端执行器5040的第五实施例中，驱动组件5082的驱动导管5462被支撑为绕第二轴线A2旋转，并且可操作地附装到锥齿轮组5272的输出齿轮5276。因此，这里同样在该实施例中，第一轴线A1不同于第二轴线A2(也参见图35)。更具体地，在该实施例中，第一轴线A1基本垂直于第二轴线A2。然而，如从下面描述的第八实施例中将会理解的，可以设想的是，第一轴线A1可以不同地进行布置，诸如平行于第二轴线A2或者甚至与第二轴线A2重合。可以设想其他配置。在第五实施例中，锥齿轮组5272还因为输出齿轮5276的结构与输入齿轮5274的结构不同而提供了减速。因此，在该实施例中，除了将绕第一轴线A1的旋转转换成绕第二轴线A2的旋转之外，锥齿轮组5272还调节第一轴线A1和第二轴线A2之间的旋转扭矩。
类似于上述末端执行器4040的第四实施例，第五实施例中的齿轮系5084还采用了沿第一轴线A1布置的行星减速齿轮组5286。此处，减速齿轮组5286以旋转连通的方式介于旋转器械5080的致动器(参见图35；未详细示出致动器)与驱动组件5082的驱动导管5462之间，使得以与第一旋转锁定器RL1绕第二轴线A2旋转的速度不同(例如更高)的速度发生绕第一轴线A1的旋转。此外，类似于上述末端执行器3040的第三实施例，提供变速器5372以方便在第一齿轮组GS1和第二齿轮组GS2之间“变速”，以便以相应不同的传动比DR1、DR2来驱动不同类型的工具5042。将在下面更详细地描述这些部件中的每一个的具体布置。
末端执行器5040的第五实施例的驱动组件5082采用第一旋转锁定器RL1和轴向锁定器AL以便于绕第二轴线A2固定工具5042。第一旋转锁定器RL1可操作地附装到驱动导管5462，以绕第二轴线A2同时旋转。提供轴向锁定器AL来可释放地固定工具5042，以沿由手术机器人32(参见图1)保持的轨迹T与驱动导管5462同时平移，并且可在释放配置ACR与锁定配置ACL之间操作，在该释放配置ACR下允许沿第二轴线A2在驱动组件5082和工具5042之间的相对运动(参见图37A；工具5042未示出)，而在该锁定配置ACL下限制沿第二轴线A2在驱动组件5082和工具5042之间的相对运动(参见图37B-37C)。下面将更详细地描述第五实施例中的轴向锁定器AL的配置。
在第五实施例中，第一旋转锁定器RL1包括键孔，该键孔具有大致“方形”外形，其成形为与形成在布置于每件工具5042的接口端5468和工作端5470之间的工具主体5466中的相应形状的导管旋转保持器5464接合(参见图36)。从下面的后续描述中可以理解，工具主体5466可以由接口端5468和工作端5470之间的任何合适数量的部件来限定。类似地，应当理解，接口端5468和/或工作端5470可以被限定为工具主体5466本身的一部分、可操作地附装到工具主体5466的分立部件和/或可释放地附装到工具5042的部件(例如，锚固件、手柄组件等)。可以设想其他配置。在每件工具5042的工具主体5466中还形成有布置在接口端5468和工作端5470之间的导管轴向保持器5472，该导管轴向保持器5472在锁定配置ACL下由轴向锁定器AL接合(参见图37B-37C)。在该实施例中，旋转切割工具5044的工作端5470总体上对应于远端切割端5044D，而旋转驱动工具5048的工作端5470总体上对应于固定到其上的锚固件5050的远端尖端5050D(参见图36；未示出固定)。此外，在该实施例中，接口端5468总体上对应于旋转切割工具5044、旋转驱动工具5048或固定至驱动组件5082以便于绕第二轴线A2旋转的其他类型的工具5042的钻头接口5128。
虽然配置相似，但是应当理解，工具主体5466的导管旋转保持器5464和导管轴向保持器5472不同于钻头接口5128的旋转保持器5132和轴向保持器5130。具体地，在第五实施例中，钻头接口5128的旋转保持器5132和轴向保持器5130形成手动接口5094的一部分以可释放地固定到手柄组件(在该实施例中未示出)，而工具主体5466的导管旋转保持器5464和导管轴向保持器5472经由与第一旋转锁定器RL1和轴向锁定器AL的接合而方便工具5042可释放地附装到驱动组件5082，在本实施例中，第一旋转锁定器RL1和轴向锁定器AL的接合有效地用作连接器。此外，在第五实施例中，每件工具5042被配置为接合所述第一旋转锁定器RL1和所述轴向锁定器AL。
为了方便与变速器5372协作以便在第一齿轮组GS1和第二齿轮组GS2之间“变速”，如上所述以及如以下更详细地描述那样，旋转驱动工具5048的工具主体5466包括第一轴部5474，而旋转切割工具5044的工具主体5466包括第二轴部5476。第一轴部5474和第二轴部5476均布置在工具主体5466的接口端5468和工作端5470之间(更具体地，在本实施例中，在导管轴向保持器5472和导管旋转保持器5464之间)。第一轴部5474和第二轴部5476均被成形并布置成邻接、接合或接触变速器5372的变速器联动装置5392的选择器5394的至少一部分。如下面更详细地描述那样，选择器5394具有大致管状外形，其具有沿第二轴线A2布置的阶梯状外形和圆柱形内形。因为第二轴部5476比第一轴部5474更向工作端5470倾斜(比较图37B-37C)，所以如下面更详细地描述那样，变速器5372的选择器5394和第一轴部5474之间的邻接便于第一齿轮组GS1的接合(参见图37B)，而选择器5394与第二轴部5476之间的邻接便于第二齿轮组GS2的接合(参见图37C)。
现在参考图35-37C，驱动组件5082的驱动导管5462限定总体上用附图标记5478表示的驱动孔，该驱动孔被成形为接纳通过其中并且沿第二轴线A2的工具5042的工作端5470。换句话说，驱动孔5478的尺寸大于旋转驱动工具5048的驱动器键5124或旋转切割工具5044的远端切割端5044D。这里，驱动组件5082总体上限定近侧入口5480和相对的远侧出口5482，其中当轴向锁定器AL处于释放配置ACR下时，驱动导管5462连通地介于近侧入口5480和远侧出口5482之间以允许工具5042的工作端5470沿第二轴线A2插入近侧入口5480并且通过驱动孔5478推进而从远侧出口5482朝向手术部位ST(参见图1)伸出。如在图37A中最佳描绘的那样，在该实施例中，驱动导管5462限定了驱动孔5478的远侧出口5482，但是近侧入口5480如下文更详细地描述那样由驱动组件5082的其他部分限定。然而，可以构想其他配置，并且应当理解，在一些实施例中，驱动导管5462可以可替代地限定近侧入口5480或甚至整个驱动孔4478。
在第五实施例中，驱动孔5478的邻近远侧出口5482布置的至少一部分限定了第一旋转锁定器RL1，该第一旋转锁定器RL1被成形为当轴向锁定器AL处于锁定配置ACL以使得工具5042的工作端5470布置在驱动孔5478的远侧出口5482的远侧时，接合工具5042在接口端5468和工作端5470之间的至少一部分(在此为导管旋转保持器5464)。同样在这里，工具5042的接口端5468布置成当轴向锁定器AL处于锁定配置ACL中时，接近驱动孔5478的近侧入口5480。
如上所述，末端执行器5040的第五实施例中的驱动组件5082的齿轮系5084设置有变速器5372，该变速器5372以旋转连通的方式介于旋转器械5080的致动器(参见图35；致动器未详细示出)和驱动导管5462之间。同样在这里，变速器5372包括第一齿轮组GS1、第二齿轮组GS2和变速套环5386，变速套环5386类似地布置成在第一套环位置CP1(参见图37B)和第二套环位置CP2(参见图37C)之间移动。在图37B所示的第一套环位置CP1上，变速套环5386接合第一齿轮组GS1以在旋转器械5080的致动器(参见图35；未详细示出致动器)与驱动导管5462之间以第一传动比DR1转换旋转。在图37C所示的第二套环位置CP2上，变速套环5386接合第二齿轮组GS2以在旋转器械5080的致动器(参见图35；未详细示出致动器)与驱动导管5462之间以第二传动比DR2转换旋转。
如在图37A-37C中最佳地示出，类似于上述第三实施例，同样在末端执行器5040的第五实施例中，第一行星齿轮5290A、第二行星齿轮5290B和第三组行星齿轮5290A不是被布置成与环形齿轮5288啮合地接合，而是都分别被布置成与变速器5372的变速套环5386的内齿5384啮合地接合。然而，在该实施例中，变速套环5386的内齿5384还布置成当变速套环5386处于第二套环位置CP2时，以花键式接合方式选择性地接合驱动器输入轴5252的轴齿5388(参见图37C)，而在第三实施例中，轴齿3388形成在中间轴3256上。驱动器输入轴5252的由布置在输入主体5374中的轴承5262促进的旋转，与第三恒星齿轮5292C同时发生。同样在该实施例中，变速套环5386的外齿5390类似地布置成当变速套环5386处于第一套环位置CP1时选择性地以花键式接合方式接合环形齿轮5288(参见图37A-37B)。
在该实施例中，环形齿轮5288形成在中间主体5378上，并且变速套环5386的移动大致沿第一轴线A1发生在中间主体5378内(比较图37B-37C)。为此，选择器引导器5484邻接变速套环5386并与变速套环5386同时移动，并且类似地成形以允许支架5396从中通过并为第一组销子5294A提供支撑。在该实施例中，支撑第一组销子5294A的支架5396形成在支承架轴5422上，而不是如结合末端执行器3040的第三实施例所述地形成在保持轴3255上。在该实施例中，联动偏置元件5398布置在中间主体5378内，并且邻接变速套环5386以当轴向锁定器AL处于释放配置ACL(参见图37A)时或当工具5042不是被布置在驱动导管5462内时，沿第一轴线A1朝向第一套环位置CP1推动变速套环5386。
锥齿轮组5272的输入齿轮5274联接到支承架轴5422，而支承架轴5422又由轴承5262支撑以便旋转，该轴承5262布置在支承架支撑主体5486中，该支承架支撑主体5486可操作地附装到驱动器主体5250和中间主体5378。支承架轴5422限定支承架孔5488，选择器引导器5484的一部分布置在支承架孔5488中，并且活塞元件5490沿第一轴线A1延伸通过该支承架孔5488。在该实施例中，活塞元件5490像选择器引导器5484一样形成变速器联动装置5392的一部分。活塞元件5490由布置在支承架孔5488和选择器引导器5484中的轴承5262支撑，并且与选择器引导器5484和变速套环5386同时在第一套环位置CP1和第二套环位置CP2之间移动。
现在参考图37A-38B，为了促进活塞元件5490和选择器引导器5484响应于选择器5394沿第二轴线A2的相应移动而沿第一轴线A1同时移动，变速器联动装置5392还包括活塞联动构件5492，其通过活塞销子5494枢转地联接到活塞元件5490。活塞联动构件5492总体上布置在驱动器主体5250内并且以“叉骨形”布置围绕选择器5394延伸。活塞联动构件5492通过联动销子5498可枢转地连接到相应的凸轮联动构件5496，并且凸轮联动构件5496通过凸轮销子5502可枢转地联接到枢转安装座5500。枢轴安装座5500经由紧固件联接到驱动器主体5250，并且成形为使得凸轮销子5502总体上布置成比联动销子5498更靠近输出齿轮5276。凸轮联动构件5496各自限定相应的凸轮联动表面5504(参见图38A-38B)，该凸轮联动表面5504布置成与由轴承底座5508限定的相应轴承底座表面5506接合并沿其滑动。这里，轴承底座5508绕第二轴线A2支撑轴承5262，其又支撑选择器5394。
如上所述，在第五实施例中，选择器5394具有阶梯状外形以及大致圆柱形内形。更具体地，选择器5394包括在近侧选择器端5512和远侧选择器端5514之间延伸的选择器孔5510，从近侧选择器端5512延伸至选择器阶梯5518的第一外部5516，以及从选择器阶梯5518延伸到远侧选择器端5514的第二外部5520。这里，第二外部5520延伸通过布置在轴承底座5508上的轴承5262，而选择器阶梯5518布置成与轴承5262邻接。
选择器5394的第二外部5520具有大致圆柱状外形并且被成形为被接纳在布置在第一旋转锁定器RL1上方的驱动孔5478的第二圆柱形区域5522内。如上所述，在该实施例中，驱动孔5478和第一旋转锁定器RL1都由输出齿轮5276限定。输出齿轮5276由布置在下罩5524中的轴承5262可旋转地支撑，该下罩可操作地附装到驱动器主体5250。当变速套环5386处于套环位置CP1、CP2中的任一个时，选择器5394的第二外部5520的至少一部分保持布置在由输出齿轮5276限定的圆柱形区域5522内(参见图38A-38C)。虽然在所示的实施例中选择器5394没有特别地布置成与输出齿轮5276同时旋转，但是应当理解，选择器孔5510可以被认为是驱动孔5478的有效延伸，因为它类似地成形为以“顶部装载”方式沿第二轴线A2接纳工具5042的一部分。在此也应理解，在末端执行器5040的第五实施例中，选择器5394可被认为是驱动导管5462的有效延伸。
选择器5394的第一外部5516也具有大致圆柱状外形，并且被成形为接纳在保持轴5255的第一圆柱形区域5526内，在该实施例中，该保持轴5255又由布置在驱动器主体5250中的轴承5262可旋转地支撑，并用作轴向锁定器AL的一部分以接合形成在工具5042的工具主体5466中的导管轴向保持器5472。在此实施例中，保持轴5255的第一圆柱形区域5526限定了驱动组件5082的近侧入口5480，并且像选择器孔5510一样，可以认为是驱动孔5478的有效延伸，因为它是类似地成形为以“顶部装载”方式沿第二轴线A2接纳工具5042的一部分。在这里，也应当理解，在末端执行器5040的第五实施例中，保持轴5255可以被认为是驱动导管5462的有效延伸。
如图37A-37C所示，在该实施例中，连接器元件容器5310形成在与近侧入口5480相邻的保持轴5255中，并且成形为在其中容纳轴向连接器元件5306。轴向连接器元件5306设置有大致球形的配置，并且响应于凸缘构件5302沿第二轴线A2的移动而关于第二轴线A2径向移动(比较图37A-37C)。在此实施例中，轴向斜坡表面5312由斜坡构件5528限定，该斜坡构件5528成形为与凸缘构件5302分离的部件，并由轴承5262支撑以相对于其旋转。斜坡构件5528与凸缘构件5302同时移动，使得轴向斜坡表面5312相对于保持轴5255的移动引起轴向连接器元件5306关于第二轴线A2径向移动。在末端执行器5040的第五实施例中，凸缘构件5302、斜坡构件5528、保持轴5255和轴向连接器元件5306协作以限定轴向锁定器AL，由此轴向连接器元件5306移动成当处于锁定配置ACL时与工具5042的导管轴向定位器5472接合(参见图37B-37C)，并且远离第二轴线A2移动以便当处于释放配置ACR时与导管轴向定位器5472脱离接合(参见图37A；工具5042未示出)。
现在参考图36-38B，如上所述，导管旋转保持器5464和导管轴向保持器5472以对于两件工具5042(此处为旋转切割工具5044和旋转驱动工具5048)相同的方式以及与驱动组件5082的轴向锁定器AL和第一旋转锁定器RL1之间的相对间距相对应的方式，沿工具主体5466彼此间隔开。然而，因为旋转驱动工具5048的第一轴部5474和旋转切割工具5044的第二轴部5476沿相应工具5042的工具主体5466以不同的方式在导管旋转保持器5464和导管轴向保持器5472之间延伸，所以与近侧选择器端5512的接合，使得选择器5394沿第二轴线A2移动到不同的位置，这取决于哪件工具5042被固定到轴向锁定器AL(比较图37A-37C)。在所示的实施例中，因为第二轴部5476布置成比第一轴部5474更靠近导管旋转保持器5464(参见图36)，所以当将旋转切割工具5044固定到轴向锁定器AL时与当将旋转驱动工具5048固定到轴向锁定器AL时相比较(比较图37C与图37B)，选择器5394移动得更靠近第一旋转锁定器RL1。
因为选择器5394沿第二轴线A2的移动经由变速器联动装置5392导致变速套环5386沿第一轴线A1的相应移动，所以应当理解，第五实施例中的变速器5372类似地基于工具5042的配置在齿轮组GS1、GS2之间“自动变速”，而无需用户对该变速器5372进行“手动变速”。相反，选择器5394沿第二轴线A2的移动也使轴承底座5508移动，这使得当凸轮联动表面5504倚靠轴承底座表面5506滑动时，凸轮联动构件5496绕固定到枢轴座5500的凸轮销子5502枢转(比较图38A-38B)。凸轮联动构件5496的该移动使活塞联动构件5492绕联接到凸轮联动构件5496的联动销子5498枢转，这又使活塞元件5490经由通过活塞销子5494提供的连接而在支承架轴5422的支承架孔5488内移动。结果，活塞元件5490与选择器引导器5484和变速套环5386同时在第一套环位置CP1和第二套环位置CP2之间移动(比较图38B-38C)。
如上所述，驱动组件5082的驱动导管5462配置为以“顶部装载”方式可释放地固定不同类型的工具5042。这种配置尤其是基于经由机械臂36可用的相对于基座34和/或相对于手术部位ST的铰接量(参见图1)提供了关于某些类型的手术过程和/或有关某些类型的工具5042的显著优势。更具体地，“顶部装载”可有利于不期望或不切实际地移动末端执行器或重新定位末端执行器以提供相对于手术部位ST的足够间隙以便移除一件工具和/或随后附装另一件工具的场景，或外科医生使用的方法导致机械臂36已经以对于一种类型的工具来说是足够的，但对于另一种类型的工具却可能不期望或不可行的方式，相对于基座34进行了铰接的场景。换句话说，可以设想，与以“底部装载”的方式附装相比较，某些类型的工具可能需要更少的机械臂36的整体移动来便于以“顶部装载”的方式附装，并且可以设想，“顶部装载”方式与可以以“底部装载”方式利用机械臂36相对于基座34和手术部位ST的铰接范围相比，可以提供利用机械臂36相对于基座34和手术部位ST的铰接范围的改进机会。
应当理解，上述示例是说明性的而非限制性的，并且结合第一、第二、第三和第四实施例描述过的“底部装载”方式也可以与在手术过程期间依次利用的不同工具一起使用，并且在某些情况下甚至可能比“顶部装载”方式更好。类似地，应当理解，在某些情况下，可能发生或者甚至期望末端执行器沿轨迹T的移动以便于在工具之间进行切换，这无论对于配置为以“底部装载”方式固定工具的末端执行器还是配置为以“顶部装载”方式固定工具的末端执行器都是如此。然而，由末端执行器5040的第五实施例提供的“顶部装载”方式可能特别有利于以下情形：不同的依次使用的工具5042的长度差异足够大，以至于将需要沿轨迹T的不期望移动量以完全移除一件工具5042并提供足够的间隙以便以“底部装载”方式附装另一件工具5042。
如上所述，手术系统30的末端执行器的第六实施例示出在图39A-44B中。在下面的描述中，第六实施例的与末端执行器40的第一实施例的结构和部件相同或相对应的结构和部件设置有增加了6000的相同附图标记。因为末端执行器6040的第六实施例的许多部件和特征与上述末端执行器40的第一实施例的部件和特征大致相似，所以出于清楚、一致和简洁的目的，下面将仅仅描述末端执行器6040的第六实施例和末端执行器40的第一实施例之间的某些特定差异，并且仅在这里讨论并在附图中描述这些实施例之间共有的一些部件和特征。
因此，除非在下面另外指出，否则对末端执行器40的第一实施例的描述可以在没有任何限制的情况下通过引用并入关于末端执行器6040的第六实施例的描述中。同样，末端执行器6040的第六实施例的某些与先前描述的实施例的相应部件和特征相似的部件和特征可以参考设置有增加了1000加上对于每个中间实施例的另一个1000的相同附图标记的附图(例如，对于第六实施例，结合第五实施例描述过的部件将增加1000，结合第四实施例描述过的部件将增加2000，结合第三实施例描述过的部件将增加3000，结合第二实施例描述过的部件将增加4000)或在这些附图中描绘。
现在参考图39A-44B，其总体上示出了末端执行器6040的第六实施例，其包括安装座6078、旋转器械6080及其致动器6166(示意性地示出)以及驱动组件6082。当与上述第一实施例相比时，末端执行器6040的第六实施例总体上采用不同配置的触发器组件6088和驱动组件6082，并且被配置为通过驱动导管6462按照类似于第五实施例的方法以“顶部装载”方式固定工具6042。这些部件都将在下面更详细地描述。
如图39A-40中最佳地示出，在第六实施例中，驱动组件6082类似地配置为用于经由联轴器6230可释放地附装到旋转器械6080，使得第二轴线A2可以通过绕第一轴线A1以不同的方式定位驱动组件6082来相对于第一轴线A1移动第二轴线A2。第六实施例中的触发器组件6088采用握柄6090和输入触发器6092，其结构与上述触发器组件3088的第三实施例相似。同样在这里，触发器组件6088的框架6134也设置有第一框架主体6362和第二框架主体6364。第一框架主体6362类似地联接到保持器6136，以在包括第一触发器组件位置P1(参见图39A-39B)和第二触发器组件位置P2(参见图39C)的多个触发器组件位置之间同时移动。此外，第二框架主体6364同样支撑握柄6090和输入触发器6092，以相对于第一框架主体6362在包括第一握柄位置G1(参见图39A)和第二握柄位置G2(参见图39B-39C)多个握柄位置之间移动。然而，在该实施例中，第二框架主体6364被布置为相对于第一框架主体6362在第一握柄位置G1和第二握柄位置G2之间枢转移动，这与结合第三实施例描述和示出的平移移动相反。
当如图39A所示那样处于第一握柄位置G1时，第二框架主体6364的至少一部分限制了对手动接口6094的接近，这与上述第五实施例一样，在该实施例中，它是通过以“顶部装载”方式固定到驱动导管6462的工具6042的钻头接口6128实现的。此外，如下面更详细地描述，当处于第一握柄位置G1时，输入触发器6092类似地布置成由用户接合以驱动旋转器械6080来使固定至驱动导管6462的任何工具6042绕第二轴线A2旋转。然而，当如图39B所示那样处于第二握柄位置G2时，第二框架主体6364被布置成相对于手动接口6094间隔开，以便于从用户接收施加的力以使工具6042绕第二轴线A2旋转。第二框架主体6364还布置成与第一框架主体6362在多个触发器组件位置P1、P2之间同时移动，而与多个握柄位置G1、G2之间的移动无关(比较图39A-39C)。
在末端执行器6040的第六实施例中，第二框架主体6364被布置成在第一握柄位置G1(参见图39A)和第二握柄位置G2(参见图39B)之间枢转移动，该枢转移动沿枢转轴线VA发生，而该枢转轴线VA被布置成大致垂直于第一轴线A1和第二轴线A2。为此，如图41中最佳地示出，枢转销子6530将第一框架主体6362和第二框架主体6364枢转地联接在一起，并且可操作地附装到第一框架主体6362的张紧器6532延伸到形成在第二框架主体6364中的张紧器狭槽6534中，以限制第二框架主体6364相对于第一框架主体6362的移动。在这里，张紧器狭槽6534具有弧形外形，该弧形外形有效地限定了第一握柄位置G1和第二握柄位置G2，并且还可以用于提供可调节量的抵抗绕枢转轴线VA旋转的阻力，或者将第二框架主体6364相对于第一框架主体6362“锁定”在第一握柄位置G1和第二握柄位置G2上或它们之间。
如图41所示，在第六实施例中，触发器组件6088的联动装置6178采用总体上用附图标记6536表示的线缆布置，以响应于输入触发器6092在第一输入位置I1(图41所示的第一输入位置I1)和第二输入位置I2之间的相应移动而促进活塞6182的移动。为此，线缆布置6536包括柔性导管6538，该柔性导管在一对张紧器组件6540之间延伸，所述一对张紧器组件分别联接到第一框架主体6362和第二框架主体6364。线6542(在图41中示意性地示出)联接到输入触发器6092和活塞6182，并且延伸通过张紧器组件6540和柔性导管6538，使得输入触发器6092的移动导致活塞6182的相应移动，活塞6182又与旋转器械6080的叉状件引导器6188接合并移动该叉状件引导器6188(参见图40)。这种配置促进第二框架主体6364相对于第一框架主体6362的枢转移动，同时确保输入触发器6092可以在第一握柄位置G1(参见图39A)、第二握柄位置G2(参见图39B)或它们之间的任何其他握柄位置中的任何一个上在第一输入位置I1和第二输入位置I2之间移动。
现在参考图40和42B，结合末端执行器6040的第六实施例描绘总共三种不同的示例性类型的工具6042，每种工具都类似于上述末端执行器5040的第五实施例，被配置为沿第二轴线A2“顶部装载”到驱动组件6082的驱动导管6462中。更具体地，图40示出了解剖器工具6544和用于驱动锚固件6050的旋转驱动工具6048的一种形式，而图42B示意性地示出了对准工具6546。如下面更详细地描述那样，旋转驱动工具6048与先前描述的实施例相比具有结构上的差异，但是仍然被配置为以“顶部装载”方式可释放地附装到驱动组件6082的第一旋转锁定器RL1和轴向锁定器AL，以便延伸通过驱动导管6462，并经由旋转器械6080绕第二轴线A2驱动。解剖器工具6544和对准工具6546虽然仍配置为沿第二轴线A2接纳在驱动导管6462内，但在所示的实施例中，未配置为附装到第一旋转锁定器RL1或轴向锁定器AL。这里，解剖器工具6544和对准工具6546被实现为“无源”工具6042，因为它们可以沿第二轴线A2插入驱动导管6462中，并由手术机器人32相对于手术部位ST定位(参见图1)，而不像旋转驱动工具6048那样由旋转器械6080作为“有源”工具6042来驱动。除了上面介绍的工具以外，本公开还设想了其他类型的“有源”和/或“无源”工具6042。
在结合第六实施例示出的代表性示例中，允许诸如解剖器工具6544和对准工具6546之类的“无源”工具6042绕第二轴线A2自由地独立于驱动导管6462旋转，并且可以沿第二轴线A2远离驱动导管6462平移。换句话说，在该实施例中，“无源”工具6042既不与第一旋转锁定器RL1也不与轴向锁定器AL接合，但是仍可以沿第二轴线A2插入驱动导管6462中，并且可以从驱动导管6462中移除，而无需用户与轴向锁定器AL交互。与“无源”工具6042相反，“有源”工具6042确实既接合第一旋转锁定器RL1又接合轴向锁定器AL，与驱动导管6462同时绕第二轴线A2旋转，并且需要用户与轴向锁定器AL交互以便于从驱动导管6462中移除。
虽然结合第六实施例示出的“无源”工具6042被配置为沿第二轴线A2被接纳在驱动导管6462内而没有接合第一旋转锁定器RL1或轴向锁定器AL，但是可以设想，某些类型的“无源”工具6042可以被配置为接合轴向锁定器AL但不接合第一旋转锁定器RL1，使得将允许绕第二轴线A2自由旋转，但是将禁止沿第二轴线A2的平移。
如图40和43B最佳地示出，解剖器工具6544总体上包括解剖轴6548和解剖套管6550。解剖轴6548被成形为在布置在接口端6468处的旋钮6552与布置在工作端6470处的尖端6554之间延伸通过解剖套管6550。解剖套管6550又包括引导主体6556，其从止动元件6558延伸到齿形端6560，并具有大致圆柱状外形，其由邻近止动元件6558的第一锥形阶梯6562和邻近齿形端6560的第二锥形阶梯6564描绘。这里，解剖套管6550的引导主体6556用作工具主体6466，并且可以沿第二轴线A2插入驱动导管6462中，直到止动元件6558和驱动组件6082之间的邻接限制了沿第二轴线A2的进一步平移移动为止。解剖套管6550可以在驱动导管6462内自由旋转。解剖轴6548可沿第二轴线A2插入解剖套管6550中，直到解剖轴6548的尖端6554延伸超过引导主体6556的齿形端6560为止。同样在这里，解剖轴6548也可以在解剖套管6550内绕第二轴线A2自由旋转。解剖轴6548的旋钮6552被成形并布置成由用户接合，例如以便于通过解剖套管6550推进或缩回解剖轴6548。还可以设想，旋钮6552例如在各种类型的“触觉”或“自由”模式下，可以用于促进末端执行器6040相对于手术机器人32的基座34(参见图1)移动或定位，而这些模式响应于作用在末端执行器6040上的施加力而允许机械臂36进行铰接，这可以在手术过程的某些步骤期间用于允许相对于手术部位ST的移动(例如，沿轨迹T或基于各种类型的虚拟边界)。因此，当手术机器人32(参见图1)以一种或多种“触觉”或“自由”模式操作时，用户可以抓住旋钮6552并沿某些方向施加力以移动末端执行器6040。
现在参考图42B，将对准工具6546示意性地描绘为布置在驱动组件6082的驱动导管6462内。在该说明性实施例中，对准工具6546的引导主体6556类似于工具主体6466，并且当止动元件6558邻接驱动组件6082时，其从止动元件6558延伸到模块端6566，该模块端6566沿第二轴线A2布置在驱动导管6462的远侧。然而，从下面的后续描述中将会理解，模块端6566可以不同地进行布置，诸如被布置在驱动孔6478内，而不脱离本公开的范围。
在所示实施例中，总体上用附图标记6568表示的光源联接到邻近对准工具6556的模块端6566的引导主体6556。光源6568被配置为当沿第二轴线A2将对准工具6546插入到驱动组件6082的驱动导管6462中时，沿大致与第二轴线A2(因而与轨迹T)对准的光路LP向手术部位ST发射光L。这里，可以将与止动元件6558联接的激活按钮6570布置成与光源6568电连通，以便于在由用户致动时有选择地发射光L。可以将电池或其他类型的电源(未示出)布置在引导主体6556内以为光源6568供电。在一些实施例中，光源6568可以被配置为激光二极管。根据光源6568的具体配置，发射的光L可以可视化为沿投影到手术部位ST上的轨迹T对准的“点”，并且在一些实施例中还可以可视化为沿光路LP(因而沿轨迹T)对准的“光束”。应当理解，光源6568可以被配置为以足以以任何合适的方式可视化的任何合适的波长发射光L。作为非限制性示例，光L可以直接可视化(例如，在可见光谱内)和/或间接可视化(例如，利用在显示屏上呈现的摄像头馈送)。
此外，应该理解，除了在整个附图中示出并且在本申请中描述的光源6568之外或代替该光源6568，还可以利用各种不同类型的光源6568。通过非限制性示例，可以提供光源以大致朝向手术部位ST引导或发射光L，例如用于一般照明目的。在一些实施例中，光源6568可以类似于在标题为“Surgical Tool for Selectively Illuminating a SurgicalVolume”的美国专利申请公开第US 2013/0053648A1号中所描述那样配置，其公开内容通过引用整体并入本申请。应当理解，本公开设想了其他类型和配置的锚固件50及其相关安装方法。此外，应当理解，在一些实施例中可以采用其他类型的光学设备(例如，摄像头)。可以设想其他配置。
因为对准工具6546被配置为可移除地附装到驱动组件6082的驱动导管6462，所以光源6568和/或整个对准工具6546可以被配置为“一次性使用”部件，其在手术过程后被丢弃以进行回收或再处理。替代地，光源6568和/或对准工具6546可以被配置为在手术过程之后被消毒的“多次使用”部件。可以设想其他配置。
在图42A所示的代表性实施例中，光源6568未配置为可移除地附装到驱动组件6082的驱动导管6462。相反，在该实施例中，光源6568和激活按钮6570联接到触发器组件6088的第二框架主体6364，以相对于第一框架主体6362同时移动。这里，当如图42A所示那样将第二框架主体6364布置在第一握柄位置G1时，光源L可以沿与第二轴线A2(因而与轨迹T)对准的光路LP通过驱动导管6462朝向手术部位ST发射光L。利用这种配置，当从驱动导管6462移除工具6042时以及当沿第二轴线A2被套管(例如，以接纳引导丝GW；在该实施例中未示出)的工具6042位于驱动导管6462内时，都可以利用光源6568。此外，类似于以上结合图42B所述，光源6568可以具有其他类型、配置等，并且可以包括各种不同的光学设备(例如，摄像头、用于一般照明的灯等)。可以设想其他配置。
如图43A-43C所示，驱动组件6082的齿轮系6084类似地采用第六实施例中的锥齿轮组6272，以将绕第一轴线A1的旋转转换成绕第二轴线A2的旋转。为此，将输入齿轮6274联接到支承架轴6422以绕第一轴线A1同时旋转，并且将输出齿轮6276联接到驱动导管6462以绕第二轴线A2同时旋转，其中驱动导管6462由布置在驱动器主体6250中的轴承6262支撑以便旋转。类似于上述末端执行器5040的第五实施例，锥齿轮组6272也提供输入齿轮6274和输出齿轮6276之间的减速，并且利用沿第一轴线A1布置的行星式减速齿轮组6286。这里，通过布置在输入主体6374中的轴承6262促进的驱动器输入轴6252的旋转与第三恒星齿轮6292C同时发生。支承架轴6422由布置在中间主体6378中的轴承6262支撑以绕第一轴线A1旋转，并且可操作地附装到第一组销子6294A。第一组行星齿轮6290A、第二组行星齿轮6290B和第三组行星齿轮6290C都被布置成与环形齿轮6288啮合地接合，而环形齿轮6288在本实施例中形成在输入主体6374中。
现在参考图40和43A-44B，在末端执行器6040的第六实施例中，第一旋转锁定器RL1被实现为由形成在驱动导管6462中的驱动器花键6572限定的花键式孔，该驱动器花键6572邻近于驱动孔6478的近侧入口6480地形成在驱动导管6462中。驱动器花键6572可释放地接合过渡齿轮6576的对应外过渡花键6574，所述外过渡花键6574被配置为可释放地附装到轴向锁定器AL，以便于保持“有源”工具6042(如下文更详细地描述)。过渡齿轮6576还包括内过渡花键6578，其可释放地接合形成在“有源”工具6042的工具主体6466中的对应工具花键6580。形成在驱动导管6462中的驱动器花键6572具有大致截头圆锥状外形，其相对于第二轴线A2向内朝向远侧出口6482逐渐变细。过渡齿轮6576的外过渡花键6574被成形为与驱动器花键6572互补，以布置成与其啮合地接合(参见图43C-43D)。内过渡花键6578也具有大致截头圆锥状外形，但是相对于第二轴线A2向内朝向近侧入口6480逐渐变细，而不是像驱动器花键6572那样朝向远侧出口6482逐渐变细。同样在这里，形成在“有源”工具6042的工具主体6466中的工具花键6580被成形为与过渡齿轮6576的内过渡花键6578互补，以布置成与其啮合地接合(参见图43C-43D)。
驱动器花键6572被布置为靠近形成在驱动导管6462中的驱动器架6582。驱动器架6582具有平坦的环形外形，其背向远侧出口6482，并且被成形并布置成与形成在经由轴向锁定器AL固定的“有源”工具6042的工具主体6466上的邻接面6584接合(如下详述)。当轴向锁定器AL处于锁定配置ACL时，此配置帮助确保通过限制工具主体6466可以推进到驱动孔6478的距离，来相对于驱动导管6462沿第二轴线A2正确定位工具主体6466。
如在图43C-43D中最佳地示出，第六实施例中的“有源”工具6042的工具主体6466还包括布置在邻接面6584和工具花键6580之间的接合凸缘6586。接合凸缘6586限定了背离邻接面6584的凸缘面6588。这里，凸缘面6588被成形并布置成倚靠过渡齿轮6576的过渡面6590接合。过渡齿轮6576还包括从过渡面6590延伸到操控面6594的操控部分6592，并且限定沿第二轴线A2在操控面6594和过渡面6590之间延伸的过渡孔6596，其中内过渡花键6578形成在过渡孔6596中或由过渡孔6596限定。布置在过渡齿轮6576的操纵部分6592和外过渡花键6574之间的过渡凹口6598，被设置成当轴向锁定器AL处于锁定配置ACL以固定工具6042来与驱动导管6462绕第二轴线A2同时旋转时，方便限制与驱动导管6462和“有源”工具6042的工具主体6466以及其间的相对运动。
虽然在第六实施例中没有成形为工具6042的一部分，但是过渡凹口6598经由与形成锁定组件(其总体上以附图标记6600表示)的一部分的一对轴向连接器元件6306的接合而用作导管轴向保持器6472。如在图43A和43D-44B中最佳地示出，锁定组件6600包括锁定壳体6602，其可操作地附装到驱动导管6462，以同时绕第二轴线A2旋转。锁定壳体6602有效地限定了驱动孔6478的近侧入口6480，并且同样地成形为沿第二轴线A2接纳从中通过的工具6042的工作端6470。锁定壳体6602设置有滑块狭槽6604，滑块元件6606支撑在滑块狭槽6604中，以沿基本垂直于第二轴线A2的方向移动。轴向连接器元件6306可操作地附装到滑块元件6606，以相对于锁定壳体6602同时移动，并且经由与过渡凹口6598的接合而协作以限定轴向锁定器AL。
如在图44A-44B中最佳地示出，滑块元件6606限定了引导狭槽6608，在引导狭槽6608中设置有可操作地附装到锁定壳体6602的引导销子6610。这里，引导狭槽6608和引导销子6610之间的协作将滑块元件6606保持在滑块狭槽6604内，以相对于第二轴线A2在与释放配置ACR相关联的第一滑块元件位置SL1(参见图44B)和与锁定配置ACL相关联的第二滑块位置SL2(参见图44A)之间移动。当处于第二滑块元件位置SL2时，与处于第一滑块元件位置SL1相比，联接到滑块元件6606的轴向连接器元件6306被布置为更靠近第二轴线A2。布置在滑块狭槽6604内并介于滑块元件6606和锁定壳体6602之间的滑块偏置元件6612将滑块元件6606推向第二滑块元件位置SL2。滑块接合按钮6614与滑块元件6606一体地形成，并且布置成由用户接合以从第二滑块元件位置SL2移动到第一滑块元件位置SL1。滑块接合按钮6614布置成大致垂直于由锁定壳体6602限定的止动面6616，其用作驱动组件6082的与“无源”工具6042的止动元件6558邻接的那部分(参见图43B)。
现在参考图43C-44B，为了便于将“有源”工具6042附装到驱动组件6082的驱动导管6462，可以将工作端6470插入驱动孔6478的近侧入口6480中并沿第二轴线A2推进以移出远侧出口6482，在第六实施例中，该远侧出口由下盖6618限定，该下盖6618可操作地邻近下罩6524附装到驱动导管6462。这里，工具主体6466可以推进到驱动孔6478中，直到工具6042的邻接面6584变成与驱动导管6462的驱动器架6582接合为止。接下来，用户可以抓住过渡齿轮6576的操纵部分6592以使工具6042的接口端6468穿过过渡孔6596，并使过渡齿轮6576沿第二轴线A2推进以使过渡面6590朝向工具主体6466的凸缘面6588并与其邻接。替代地，用户可以在将工作端6470插入驱动孔6478的近侧入口6480之前，将过渡齿轮6576“安置”在工具6042上，以使内过渡花键6578与工具花键6580啮合地接合。驱动器花键6572与外过渡花键6574接合并啮合，而内过渡花键6578与工具花键6580接合并啮合，以便限定第一旋转锁定器RL1，使得驱动导管6462、过渡齿轮6576、工具6042绕第二轴线A2同时旋转。此外，当过渡齿轮6576的过渡面6590邻接工具6042的接合凸缘6586时，轴向锁定器AL移动成锁定配置ACL，该锁定配置ACL由在滑块元件6606支承的轴向连接器元件6306与形成在过渡齿轮6576中的过渡凹口6598之间的接合限定，以阻止在工具6042、过渡齿轮6576和驱动导管6462之间沿第二轴线A2相对运动。
如上所述，手术系统30的末端执行器的第七实施例示出在图45-48B中。在下面的描述中，第七实施例的与末端执行器40的第一实施例的结构和部件相同或相对应的结构和部件设置有增加了7000的相同附图标记。因为末端执行器7040的第七实施例的许多部件和特征与上述末端执行器40的第一实施例的部件和特征大致相似，所以出于清楚、一致和简洁的目的，下面将仅描述末端执行器7040的第七实施例和末端执行器40的第一实施例之间的某些特定差异，并且仅在这里讨论并在附图中描述这些实施例之间共有的一些部件和特征。
因此，除非在下面另外指出，否则对末端执行器40的第一实施例的描述可以在没有任何限制的情况下通过引用并入关于末端执行器7040的第七实施例的描述中。同样，末端执行器7040的第七实施例的某些与先前描述的实施例的相应部件和特征相似的部件和特征可以参考设置有增加了1000加上对于每个中间实施例的另一个1000的相同附图标记的附图(例如，对于第七实施例，结合第六实施例描述过的部件将增加1000，结合第五实施例描述过的部件将增加2000，结合第四实施例描述过的部件将增加3000，结合第三实施例描述过的部件将增加4000，而结合第二实施例描述过的部件将增加5000)。
现在参考图45-48B，其总体上示出了末端执行器7040的第七实施例，其包括安装座7078、旋转器械7080及其致动器7166(示意性地示出)以及驱动组件7082。当与上述第一实施例相比时，末端执行器7040的第七实施例总体上采用相同类型的触发器组件7088，并且其驱动组件7082被配置为通过驱动导管7462按照类似于第五和第六实施例的方式以“顶部装载”方式固定工具7042，如以下更详细描述。
在第七实施例中，图46中描绘了两种示例性类型的工具7042，包括不同配置的旋转切割工具7044和手术刀工具7620。这里，旋转切割工具7044被实现为“有源”工具7042，其适合于绕第二轴线A2与驱动导管7462同时旋转，而手术刀工具7620被实现为“无源”工具7042。类似于上文结合末端执行器6040的第六实施例所述的解剖器工具6544，所示的手术刀工具7620和旋转切割工具7044类似地采用布置在工具主体7466的接口端7468上的旋钮7552。然而，如图47C所示，旋转切割工具7044的旋钮7552被布置为经由可操作地附装到接口端7468上的轴承7262相对于工具主体7466独立旋转。这里，在该实施例中，所示的旋转切割工具7044不包括任何类型的手动接口，并且在由驱动组件7082的第一旋转锁定器RL1和轴向锁定器AL(都将下面更详细地描述)保持的同时，经由与驱动导管7462的接合而绕第二轴线A2旋转。换句话说，在本实施例中，旋转切割工具7044没有被配置为由用户绕第二轴线A2“手动”旋转，而是利用旋钮7552，这里，旋钮7552可以由用户抓住，同时旋转器械7080用于使工作端7470绕第二轴线A2旋转，而不会将旋转传递回用户的手。然而，应当理解，可以构想其他配置，并且可以为一个或多件工具7042提供与结合先前的实施例示出和描述过的那些手动接口相似的手动接口。
现在参考图47A-48B，在末端执行器7040的第七实施例中，驱动组件7082同样利用驱动导管7462来促进工具7042的“顶部装载”经由旋转器械7080所产生的扭矩来绕第二轴线A2驱动。同样在这里，齿轮系7084包括介于驱动器输入轴7252和支承架轴7422之间的行星式减速齿轮组7286，并且锥齿轮组7272因为输入齿轮7274和输出齿轮7276具有彼此不同的配置而提供了额外的减速。当输入齿轮7274联接到支承架轴7422时，输出齿轮7276联接到锥形导管7622，该锥形导管形成夹头机构7624的一部分，该夹头机构被配置为便于“有源”工具7042的轴向和旋转保持并在第七实施例中用作第一旋转锁定器RL1和轴向锁定器AL。这里，锥形导管7622经由布置在驱动组件7082的驱动器主体7250中的轴承7262支撑为绕第二轴线A2旋转，并绕第二轴线A2与下盖7618和上盖7626同时旋转(参见图47A-47C)。锥形导管7622具有锥形孔7628，锥形孔7628具有大致截头圆锥状外形，该截头圆锥状外形相对于第二轴线A2的半径沿远离近侧入口7480并且朝向远侧出口7482的方向增大。相应形状的夹头7630被布置在锥形孔7628内，在该实施例中大致限定驱动导管7462，并且具有弹性的夹头主体7632，该弹性夹头主体7632从近侧夹头端7634延伸到远侧夹头端7636。
如图47A最佳地示出，弹性夹头主体7632被实现为具有“ER夹头”配置的整体式一件式部件，并且限定了具有大致圆柱形外形的夹头孔7638，而该大致圆柱形外形又限定驱动孔7478。如下面更详细地描述那样，弹性夹头主体7632被配置为至少局部地向第二轴线A2径向向内偏转，以便于经由与工具主体7466的接合来保持工具7042。夹头7630还包括：近侧夹头部分7640，其被成形为接纳在锥形导管7622的锥形孔7628内；远侧夹头部分7642，其类似地具有大致截头圆锥状外形，该截头圆锥状外形相对于第二轴线A2的半径沿远离近侧入口7480并且朝向远侧出口7482的方向减小；以及夹头凹口7644，其布置在近侧夹头部分7640和远侧夹头部分7642之间。
夹头凹口7644接纳夹头旋钮7648的夹头保持器7646，该夹头旋钮7648布置成由用户接合。此处，夹头旋钮7648形成夹头机构7624的夹头张紧器7650的一部分，该夹头张紧器7650联接到夹头7630，并且被布置成在第一张紧器位置TP1(参见图47B和48B)和第二张紧器位置TP2(参见图47A和48A)之间移动。第一张紧器位置TP1与轴向锁定器AL的释放配置ACR(其中在工具7042和夹头7630之间允许相对运动)相关联，而第二张紧器位置TP2与轴向锁定器AL的锁定配置ACL(其中工具7042和夹头7630之间的相对运动受到限制)相关。
如在图47A和48A-48B中最佳示出，夹头张紧器7650的夹头旋钮7648经由延伸通过形成在夹头旋钮7648中的旋钮狭槽7654的一对旋钮引导器7652(例如，紧固件)可操作地附装到驱动组件7082的下盖7618。旋钮狭槽7654设置有大致螺旋状外形，其中第一旋钮狭槽端部7656和第二旋钮狭槽端部7658被成形为保持旋钮引导器7652从而分别限定夹头张紧器7650的第一张紧器位置TP1和第二张紧器位置TP2。介于夹头旋钮7648和下盖7618之间的旋钮偏置元件7660将夹头张紧器7650朝向第一张紧器位置TP1推动(参见图47B和48B)。这种配置允许旋钮引导器7652“定位”到第一旋钮狭槽端部7656和第二旋钮狭槽端部7658中并保持安置在其中，直到用户相对于下盖7618旋转夹头旋钮7648为止。换句话说，用户可以旋转夹头旋钮7648，以在释放配置ACR(参见图47B和48B)和锁定配置ACL(参见图47A和48A)之间移动轴向锁定器AL。
由于上述旋钮狭槽7654的配置，夹头旋钮7648经由用户施加的力的旋转也导致夹头旋钮7648沿第二轴线A2平移。此外，由于夹头旋钮7648的夹头保持器7646和夹头7630的夹头凹口7644之间的接合，夹头旋钮7648的旋转还导致夹头7630在锥形导管7622的锥形孔7628内沿第二轴线A2平移。这里，当用户抓握夹头旋钮7648以将夹头张紧器7650从第一张紧器位置TP1(参见图47B和48B)移动到第二张紧器位置TP2(参见图47A、47C和48A)时，夹头7630经由近侧夹头部分7640和锥形孔7628之间的接合而朝向近侧入口7480移动并朝向第二轴线A2径向向内压缩。当将工具7042的工具主体7466布置在由夹头孔7638限定的驱动孔7478内时，该压缩将倚靠工具主体7466推动弹性夹头主体7632的至少一部分，以将工具7042“夹紧”到驱动导管7462上，从而实现用于“有源”工具7042的第一旋转锁定器RL1和轴向锁定器AL两者的操作。对于诸如手术刀工具7620之类的“无源”工具，夹头张紧器7650在第一张紧器位置TP1中使用，并且不移动到第二张紧器位置TP2。
在末端执行器7040的第七实施例中，“有源”和“无源”工具7042都可以沿第二轴线A2以“顶部装载”的方式插入驱动导管7462和从驱动导管7462中移除。为此，当夹头张紧器7650处于第一张紧器位置TP1时(参见图47B)，工作端7470可被放置在近侧入口7480中，并沿第二轴线A2推进到夹头孔7638(其在该实施例中限定了驱动孔7478)中并且从远侧出口7482(其在该实施例中由夹头旋钮7648限定)退出。如图48C所示，某些类型的工具7042可以在接口端7468上包括止动件安装座7662，其成形并布置成邻接止动面7616(其在该实施例中由上盖7626限定)，从而阻止工具7042沿第二轴线A2进一步推进到驱动孔7478中。然而，应当理解，可以构想其他配置，并且可以以其他方式相对于驱动导管7462限制工具7042沿第二轴线A2的位置。如果工具7042为“有源”配置，则可将夹头张紧器7650从第一张紧器位置TP1移动至第二张紧器位置TP2，以便于经由旋转器械7080绕第二轴线A2驱动工具7042。然而，如果工具为“无源”配置，则如上所述，夹头张紧器7650可保持在第一张紧器位置TP1上。
如上所述，手术系统30的末端执行器的第八实施例示出在图49A-63F中。在下面的描述中，第八实施例的与末端执行器40的第一实施例的结构和部件相同或相对应的结构和部件设置有增加了8000的相同附图标记。因为末端执行器8040的第八实施例的许多部件和特征与上述末端执行器40的第一实施例的部件和特征大致相似，所以出于清楚、一致和简洁的目的，下面将仅仅描述末端执行器8040的第八实施例和末端执行器40的第一实施例之间的某些特定差异，并且仅在这里讨论并在附图中描绘这些实施例之间共有的一些部件和特征。
因此，除非在下面另外指出，否则对末端执行器40的第一实施例的描述可以在没有任何限制的情况下通过引用并入关于末端执行器8040的第八实施例的描述中。同样，末端执行器8040的第八实施例的某些与先前描述的实施例的相应部件和特征相似的部件和特征可以参考设置有增加了1000加上对于每个中间实施例的另一个1000的相同附图标记的附图(例如，对于第八实施例，结合第七实施例描述过的部件将增加1000，结合第六实施例描述过的部件将增加2000，结合第五实施例描述过的部件将增加3000，结合第四实施例描述过的部件将增加4000，结合第三实施例描述过的部件将增加5000，而结合第二实施例描述过的部件将增加6000)。
现在参考图49A-63F，其总体上示出了末端执行器8040的第八实施例，其包括安装座8078、旋转器械8080及其致动器8166以及驱动组件8082。当与上述其他实施例相比时，末端执行器8040的第八实施例被配置为使得旋转器械8080和驱动组件8082一体地形成。换句话说，在第八实施例中，驱动组件8082未布置成相对于致动器8166移动。此外，如下面更详细地描述那样，末端执行器8040的第八实施例还被配置为使得第一轴线A1与第二轴线A2重合，而不是类似于本申请先前描述的实施例那样与第二轴线A2不同(例如，垂直)。更具体地，虽然第八实施例与前述实施例相似之处在于，第一轴线A1仍然由致动器8166产生的旋转扭矩限定，并且第二轴线A2仍然由固定至驱动组件8082的工具8042的旋转限定，但在该实施例中轴线A1、A2相同。此外，当与上述其他实施例相比时，末端执行器8040的第八实施例采用了配置不同的触发器组件8088、驱动组件8082、第一旋转锁定器RL1和第二旋转锁定器RL2以及轴向锁定器AL，它们协作以按照类似于第五、第六和第七实施例的方式通过驱动导管8462以“顶部负载”的方式固定工具8042(如下面更详细描述那样)。
现在参考图49A-49B，因为在如上所述的末端执行器8040的第八实施例中一体地形成了驱动组件8082和旋转器械8080的致动器8166，所以器械壳体8168和驱动器主体8250用相同的部件(以下称为驱动器主体8250)实现。安装座8078可操作地附装到驱动器主体8250或成形为驱动器主体8250的一部分，并且类似地适合于可释放地附装到手术机器人32的机械臂36的联接器38(参见图1)。除了安装座8078，触发器组件8088和保持机构8664也可操作地附装到驱动器主体8250。此外，在末端执行器8040的第八实施例中，驱动器主体8250在其中容纳致动器子组件8666(参见图50)，该致动器子组件8666用作或限定旋转器械8080及其致动器8166、减速齿轮组8286和驱动导管8462。如下面结合图56A-59B更详细地描述那样，保持机构8664包括防护罩8350，并且配置为便于将工具8042沿第二轴线A2保持到驱动导管8462上。
如图50最佳地示出，致动器子组件8666总体上包括转子子组件8668和定子子组件8670。转子子组件8668配置为向远侧接纳到定子子组件8670中，并且经由下罩8524保持在驱动器主体8250中。定子子组件8670向近侧接纳到驱动器主体8250中，并经由致动器端板8672保持，而该致动器端板又被布置成与驱动器主体8250螺纹接合(也参见图57)。定子子组件8670包括定子8674(笼统地描述)和马达传感器8676，这些马达传感器尤其用于实现致动器8166的换向，而在此处所示的典型实施例中，该致动器8166实现为形成为转子组件8668的一部分的带转子8678的转轮内无刷直流电动机。
更具体地说，如图51所示，转子组件8668包括转子8678、减速齿轮组8286和驱动导管8462。这里，转子8678具有大致管状外形，并且被安置在形成于支承架轴8422中的架子8680上，使得支承架轴8422(在该实施例中也具有大致管状外形)延伸通过转子8768。致动器环形夹子8862经由螺纹接合将转子8678固定到支承架轴8422，而支承架轴8422由布置在驱动器主体8250中的轴承8262支撑，使得转子8868和减速齿轮组8286的支承架轴8422绕第二轴线A2(在本实施例中还包括第一轴线A1)同时旋转。在第八实施例中，支承架轴8422还限定了减速齿轮组8286的第二支承架8298B以及如下面更详细地描述的第二旋转锁定器RL2和驱动组件8082的驱动孔8478的近侧入口8480。
现在参考图51和57，驱动导管8462沿第二轴线A2在近侧导管端部8684和远侧导管端部8866之间延伸，从而在其间形成驱动组件8082的驱动孔8478的一部分。如下面更详细地描述那样，第一旋转锁定器RL1被实现为形成在驱动导管8462的近侧导管端部8684处的第一凹口8688，并且被配置为可旋转地固定某些工具8042以绕第二轴线A2旋转。减速齿轮组8286的第一恒星齿轮8292A经由一个或多个保持销子8690(参见图59A-59B)固定到远侧导管端部8866上，以与驱动导管8462同时旋转。第一恒星齿轮8292A与第一组行星齿轮8290A啮合地接合，而第一组行星齿轮8290A又被布置成与环形齿轮8288啮合地接合。第一组行星齿轮8290A由第一支承架8298A支撑，而该第一支承架8298A与由支承架轴8422限定的第二支承架8298B一样，当联接到第二恒星齿轮8292B时具有大致管状外形，驱动导管8462延伸通过该第二恒星齿轮8292B。这里，第一组行星齿轮8290A由轴承8262支撑，而轴承8262又由与第一支承架8298A联接的第一组销子8294A支撑。
第二恒星齿轮8292B经由一个或多个保持销子8690固定到第一支承架8298A(参见图57)，并被布置成与第二组行星齿轮8290B啮合地接合，而第二组行星齿轮8290B又被布置成与第二组行星齿轮8290B啮合地接合并由支承架轴8422所限定的第二支承架8298B支撑。更具体地，在该实施例中，支承架轴8422在远侧支承架端8692和近侧支承架端8694之间延伸，并且减速齿轮组8286的第二支承架8298B布置成与远侧支承架端8692相邻。这里，第二组行星齿轮8290B由轴承8262支撑，而轴承8262又由第二组销子8294B支撑，该第二组销子8294B联接到第二支承架8298B。如下文更详细地描述，第二旋转锁定器RL2与第一旋转锁定器RL1不同，被实现为形成在支承架轴8422的近侧支承架端8694上的第二凹口8696，并且被配置为可旋转地固定某些工具8042以绕第二轴线A2旋转，而与第一旋转锁定器RL1的旋转无关。
在末端执行器8040的第八实施例中，减速齿轮组8286采用两级行星齿轮配置，其在由形成在支承架轴8422(如上所述，其与致动器8166的转子8678同时旋转)上的第二凹口8696限定的第二旋转锁定器RL2与由形成在驱动组件8082的驱动导管8462中的第一凹口8688限定第一旋转锁定器RL1之间提供扭矩减小(并且增加速度)。换句话说，在第八实施例中，驱动导管8462(和第一旋转锁定器RL1)以比致动器8166(和第二旋转锁定器RL2)更高的速度旋转。此外，在第八实施例中，第二旋转锁定器RL2绕第二轴线A2的旋转相对于致动器8166绕第一轴线A1(在该实施例中与第二轴线A2重合)的旋转以1：1的比率发生。经由支撑在第一支承架8298A上并支撑在支承架轴8422中的轴承8262，促进驱动导管8462和支承架轴8422之间的相对旋转(参见图57)。如下面更详细描述那样，无论工具8042是接合第一旋转锁定器RL1以与驱动导管8462同时旋转还是接合第二旋转锁定器RL2以与致动器8166同时旋转，工具主体8466的至少一部分当工具8042固定到末端执行器8040时，沿第二轴线A2延伸通过驱动导管8462。
如上所述，末端执行器8040的第八实施例设置有不同配置的触发器组件8088和输入触发器8092，该输入触发器8092布置成由用户接合，以促进经由致动器8166所产生的旋转扭矩来驱动工具8042。如图50中最佳地示出，触发器组件8088总体上包括第一触发器子组件8698和第二触发器子组件8700，该第二触发器子组件8700例如经由一个或多个紧固件可操作地附装到第一触发器子组件8698(参见图57)。更具体地，第一触发器子组件8698包括上安装板8702和第二触发器子组件8698附装到其的握柄安装座8704。如以下更详细地描述那样，保持机构8664可操作地邻近上安装板8702附装，并且上安装板8702还支撑一对总体上用附图标记8706表示的指示器壳体。而且，握柄安装座8704包括防护罩锁定子组件8708，其配置为可释放地固定保持机构8664的防护罩8350，如下面更详细地描述那样。
除了致动器端板8672之外，电路板8710和中间安装板8712还介于第一触发器子组件8698的定子子组件8670和上安装板8702之间。这里，致动器端板8672经由螺纹接合固定至驱动器主体8250，并且电路板8710经由一个或多个紧固件固定至致动器端板8672。类似地，中间安装板8712经由一个或多个紧固件固定至驱动器主体8250，并且上安装板8702经由一个或多个紧固件固定至中间安装板8712。中间安装板8712支撑各种密封件8270和紧固件(例如，螺栓、弹性套环等)，并且总体上提升了末端执行器8040的易组装性。
在所示的实施例中，定子子组件8670包括分度片8714，其远离下罩8524延伸并且穿过形成在致动器端板8672中的板孔8716以及形成在电路板8710中的板孔8718。这种配置帮助促进定子组件8670相对于驱动器主体8250和支撑在其中的马达传感器8676(在图示的实施例中，它们被布置成与安装到电路板8710的板控制器8720电连通(示意性地示出；电连接未示出))的对准。这里，板控制器8720可以用于尤其与手术系统30的其他部件进行通信，促进致动器8166的换向和/或操作，并控制末端执行器8040的各种输入(例如，附加传感器)和/或输出(例如指示器)，如下面更详细描述那样。
现在参考图52-54，第二触发器子组件8700例如通过一个或多个紧固件可操作地附装到第一触发器子组件8698的握柄安装座8704。第二触发器子组件8700总体上包括握柄8090、输入触发器8092和安置在输入触发器8092中的触发器偏置元件8212(参见图54)。这里，在末端执行器8040的第八实施例中，输入触发器8092在第一输入位置I1和第二输入位置I2之间的移动经由支撑在固定到握柄8090上的触发器传感器保持器8724中的触发器传感器8722确定(参见图53A-53B)，并且经由销子和狭槽布置(未详细显示)来相对于握柄8090保持输入触发器8092。
触发传感器8722被布置成与安装在电路板8710上的板控制器8720电连通(参见图50；电连接未示出)，并且响应于联接到输入触发器8092的第一触发发射器8726和第二触发发射器8728的移动以在第一输入位置I1和第二输入位置I2之间同时移动(参见图54)。为此，输入触发器8092被配置为使得第一触发发射器8726被布置为当处于第一输入位置I1上时，与触发器传感器8722相邻，而第二触发器8728被布置为当处于第二输入位置I2上时，与触发器传感器8722相邻。触发传感器保持器8724还支撑输入按钮8730，该输入按钮8730同样布置成与板控制器8720电连通(参见图50；电连接未示出)，并且布置成由用户接合。输入按钮8730被安置在形成于经由紧固件固定至握柄8090的握柄罩8734中的罩孔8732内，并且布置成由用户接合以便于对手术系统30的额外控制。应当理解，输入按钮8730可以被配置为促进对末端执行器8040的多个不同方面的控制(例如，切换到触觉模式)。可以设想其他配置。
除了输入触发器8092和输入按钮8730之外，第二触发器子组件8700还包括输入开关8736，该输入开关由开关轴8738支撑，该开关轴8738用于经由用户的抓握而相对于握柄8090在左右开关位置(在图中未示出细节)之间枢转移动。这里，布置成与板控制器8720电连通的开关传感器8740被安置于握柄8090中(参见图50；电连接未示出)。开关传感器8740响应于联接到输入开关8736的开关发射器8742的移动，以相对于握柄8090同时移动。在所示的实施例中，提供总体上用附图标记8744表示的开关定位装置，以在用户未抓握的情况下将输入开关8736保持在左右开关位置中的一个上。虽然未详细示出，但是开关发射器8742被布置成在由开关定位装置8744保持的左右开关位置中的一个上与开关传感器8740相邻，并且在所述左右开关位置中的另一位置上与开关传感器8740间隔开，使得板控制器8720可以在它们之间进行区分。类似于上述输入按钮8730，可以利用输入开关8736的移动来促进对手术系统30的额外控制。通过非限制性示例，输入开关8736在上述左右开关位置之间的移动可以对应于致动器8166沿相应的“向前”和“向后”方向的操作，以例如绕第二轴线A2沿顺时针和逆时针方向旋转工具8042。可以设想其他配置。
现在参考图55-57，第一触发器子组件8698配置为便于将保持机构8664的防护罩8350可释放地固定在第一防护位置U1上，这在第八实施例中，确保工具8042可旋转地通过第一旋转锁定器RL1和第二旋转锁定器RL2中的一个并且还通过轴向锁定器AL保持。此处，从下面对保持机构8664的后续描述中可以理解，第一防护位置U1还限定了轴向锁定器AL在锁定配置ACL下的操作，并且与上述末端执行器2040的第二实施例不同，它促进对手动接口8094的接近。
为了使轴向锁定器AL保持在锁定配置ACL上操作，第一触发器子组件8698的防护罩锁定子组件8708有选择地禁止保持机构8664的防护罩8350相对于握柄安装座8704移动。为此，如图55中最佳示出，防护罩锁定子组件8708包括防护罩杠杆8746，该防护罩杠杆8746被支撑为用于经由将保持器安装架8750固定到握柄安装座8704的紧固件限定的杠杆紧固件柄8748而相对于握柄安装座8704的枢转移动。防护罩杠杆8746布置在支撑在杆杆紧固件柄8748上的一对垫圈8214之间，并且包括杠杆棘爪8752，该杠杆棘爪8752如在下面更详细地描述那样，被布置成经由杠杆偏置元件8756与保持机构8764的棘爪止动构件8754接合。保持器安装架8750还支撑杠杆传感器8758，该杠杆传感器8758响应于联接到防护罩杠杆8746的杠杆发射器8760的移动，以在锁定配置ACL和释放配置ACR之间同时移动。防护罩锁定子组件8708还包括联接到保持器安装座8750的上竖直止动件8762，以及均联接到握柄安装座8704的下竖直止动件8764和横向止动件8766。如以下更详细地描述那样，在锁定配置ACL中，棘爪止动构件8754被布置成接合在杠杆棘爪8752和侧向止动件8766之间，并且上竖直止动件8762和下竖直止动件8764分别接合均联接到保持机构8664的上竖直构件8768和下竖直构件8770(参见图56C)。
继续参考图55，第一触发器子组件8698的防护罩锁定子组件8708还包括防护罩传感器8772，该防护罩传感器8772支撑在握柄安装座8704中，与下竖直止动件8764相邻。防护罩传感器8772响应于联接到保持机构8664的防护罩发射器8774(参见图56B和56D)的位置变化。防护罩传感器8772和杠杆传感器8758均与板控制器8720电连通(参见图50；电连接未示出)，并如以下更详细描述的那样，协作确定轴向锁定器AL在锁定配置ACL和释放配置ACR之间的操作。此外，联接到第一触发器子组件8698的上安装板8702的指示器壳体8706每个都包括一对指示器模块8776(例如，发光二极管)，它们类似地布置成与板控制器8720电连通(参见图50；电连接未示出)，并可以采用来通过响应于末端执行器8040所属的和/或与末端执行器8040相关联的各种相应或预定配置或操作参数而改变颜色、状态、亮度等，向用户提供视觉反馈。作为非限制性示例，指示器模块8776可以在轴向锁定器AL处于释放配置ACR下时发出红色光，并且可以在轴向锁定器AL处于锁定配置ACL中时发出绿色光。可以设想其他配置。
应当理解，可以以多种不同的方式()促进可操作地附装到第一触发器子组件8698和第二触发器子组件8700的各种电部件与板控制器8720和/或安装在电路板8710上的其他部件之间的电通信，包括但不限于有线连接、无线通信等。此外，虽然在末端执行器8040的第八实施例中触发器组件8088通常不布置成相对于驱动器主体8250移动，但是应当理解，在某些实施例中，触发器组件8088的全部或一部分可以配置为由用户移动或由用户选择性地定位。通过非限制性示例，握柄8090的全部或一部分可以是可移动的(例如，可旋转的)，使得一个或多个传感器、按钮等与握柄8090同时相对于电路板8710和/或驱动器主体8250移动。在这样的实施例中，可以像诸如于2018年5月3日提交的标题为“Rotating SwitchSensor for a Robotic System”的美国临时专利申请第62/678,838号(其公开内容通过引用整体并入本申请)中所描述的那样来促进电通信。可以设想其他配置。
现在参考图49B，其示出了两种类型的工具8042，其配置为用于以“顶部装载”方式向末端执行器8040的驱动导管8462附装：旋转切割工具8044和具有锚固件8050的旋转驱动工具8048。这里，工具8042各自包括形成在接口端8468和工作端8470之间的工具主体8466上的轴承元件8778。轴承元件8778被成形并布置成接合轴承8262，该轴承8262限定了被限定成邻近远侧出口8482的驱动孔8478的一部分(参见图59B)。这种配置帮助提升工具8042的对准以绕第二轴线A2旋转。每件工具8042还包括布置在工具主体8466的接口端8468处的近侧键主体8780。图49B中所示的每个代表性工具8042的近侧键主体8780彼此不同，但是每个限定了基本垂直于第二轴线A2的近侧键面8782。具有圆柱形外形的近侧键元件8784从近侧键面8782沿背向工具主体8466的工作端8470的方向延伸。近侧键面8782和近侧键元件8784与保持机构8664协作，以便于轴向锁定器AL的操作，如下文更详细所述。
在第八实施例中，所示类型的每一件工具8042都具有介于近侧键元件8784和轴承元件8778之间的不同配置的导管旋转保持器8464。更具体地，旋转切割工具8044包括第一底座元件8786，其带有第一凹口元件8788和限定第一底座面8972的第一底座凸缘8790，而旋转驱动工具8048包括第二底座元件8974，其带有第二凹口元件8796和限定第二底座面8800的第二底座凸缘8798。第一底座元件8786被成形并布置成被布置在驱动导管8462内，其中第一凹口元件8788布置在第一凹口8688中，而第一底座面8792邻接驱动导管8462的近侧导管端部8684以限定第一旋转锁定器RL1(参见图58A-58D)。第二底座元件8794又被成形并布置为被布置在支承架轴8422内，其中第二凹口元件8796布置在第二凹口8696中，而第二底座面8800邻接支承架轴8422的近侧支承架端8694以限定第二旋转锁定器RL2(参见图63A-63E；未详细示出)。
现在参考图56A-57，如上所述，在末端执行器8040的第八实施例中，保持机构8664限定了轴向锁定器AL并且包括防护罩8350。这里，防护罩8350类似地可从第一防护位置U1(参见图56A-56D)移动至第二防护位置U2(参见图57)，以便于以“顶部装载”方式将工具8042插入驱动导管8462和从驱动导管8462中移除。此外，轴向锁定器AL可以在锁定配置ACL(参见图56A-56B)和释放配置ACR(参见图56C-56D)之间移动成与防护罩锁定子组件8708接合和脱离接合。这里，在末端执行器8040的第八实施例中，在轴向锁定器AL可以移动到锁定配置ACL之前，需要将防护罩8350布置在第一防护位置U1中，这同时限制了经由保持机构8664的驱动导管8462而在固定工具8042与驱动导管8462之间的相对运动，还限制了经由防护罩锁定子组件8708而在防护罩8350和驱动器主体8250之间的相对运动。为此，最好如图56B和57所示，防护罩8350的防护主体8352包括旋钮引导狭槽8802，联接到防护罩旋钮8806的旋钮保持器8804沿该旋钮引导狭槽骑行。如下面更详细地描述那样，旋钮保持器8804在其上支撑轴承8262，并且随着防护罩旋钮8806旋转而沿轴向锁定器槽8802行进以便于轴向锁定器AL的操作。
防护罩旋钮8806经由一个或多个紧固件(例如，环、卡簧等)和旋钮保持器8808阻止与防护主体8352分离，该旋钮保持器8808支撑布置成与防护罩旋钮8806接合的防护罩旋钮偏置元件8810。以推动防护罩旋钮8806远离防护主体8352。该配置当接合防护罩旋钮8806以将轴向锁定器AL从锁定配置ACL(参见图56A-56B和58D)移动到释放配置ACR(参见图56C-56D和58C)时，为用户提供触觉反馈，并且当用户旋转防护罩旋钮8806以随着旋钮保持器8804沿旋钮引导狭槽8802骑行而从释放配置ACR移动到锁定配置ACL时，还导致压缩防护罩旋钮偏置元件8810。
现在参考图56A-58D，保持机构8664还包括可操作地附装到防护罩旋钮8806的键毂8812和键套环8814。轴承8262可旋转地支撑键毂8812以相对于防护罩旋钮8806旋转，并且当轴向锁定器AL在释放配置ACR与锁定配置ACL之间移动时，键推力轴承8816帮助阻止键毂8812与防护罩旋钮8806之间的结合。键套环8814包括键套环狭槽8818，在其中布置与键毂8812联接的键销子8820以便移动。该配置促进键套环8814相对于键毂8812的受限移动，同时又保持了键套环8814。介于键毂8812和键套环8814之间的键套环偏置元件8822推动键毂8814总体上远离键毂8812。当有一件工具8042已经插过驱动导管8462时并且当防护罩8350已经如图58C所示那样被移动到第一防护位置U1时，键毂8812和键套环8814都与工具8042的近侧键元件8784间隔开。这里，键套环8814布置成比键毂8812更靠近近侧键元件8784，直到防护罩旋钮8806的旋转使键套环8814随着轴向锁定器AL朝向锁定配置ACL移动(这又压缩键套环偏置元件8822)而与工具主体8466的近侧键面8782邻接为止。如图58D所示，键毂8812被成形为当处于锁定配置ACL时将工具8042的近侧键元件8784接纳在其中，其中键毂8812和键套环8814的各个部分被布置成与近侧键面8782邻接。这种配置帮助将近侧键元件8784引导到键毂8812中，这又帮助促进工具8042绕第二轴线A2对准。
键套环8814和键毂8812均具有大致圆柱形的内形，其被布置成当防护罩8350处于第一防护位置U1时，与邻近近侧入口8480的驱动孔8478连通。此外，防护罩8350设置有大致圆柱形的旋钮孔8824，该旋钮孔8824布置成与键套环8814和键毂8812的内形连通。这种配置为用户提供了通过旋钮孔8824接近手动接口8094的能力，在末端执行器8040的第八实施例中，该旋钮孔8824被实现为下面结合图60-62B更详细地描述的旋转驱动工具8048的一部分。
如图56C最佳地示出，当防护罩8350处于第一防护位置U1时，下竖直构件8770联接到防护主体8352上，并邻接联接到握柄安装座8704的下竖直止动件8764。上竖直构件8768、棘爪止动构件8754和防护罩发射器8774(参见图56D)均联接到防护罩旋钮8806，以相对于防护主体8352同时移动。当防护罩旋钮8806旋转以使轴向锁定器AL从图56C-56D所示的释放配置ACR到达图56A-56B所示的锁定配置ACL时，棘爪止动构件8754首先与防护罩杠杆8746的杠杆棘爪8752接触，该杠杆棘爪8752使防护罩杠杆8746枢转，直到防护罩旋钮8806的继续旋转使棘爪止动构件8754与横向止动件8766邻接为止。在这里，在图56A-56B所示的锁定配置ACL中，杠杆偏置元件8756将防护罩杠杆8746压迫在棘爪止动构件8754上，而该棘爪止动构件8754又被布置成与侧向止动件8766邻接。同样在这里，上竖直构件8768也与上竖直止动件8762邻接。这样，在锁定配置ACL中，禁止防护罩旋钮8806相对于防护主体8352和握柄安装座8704的移动，直到用户抓握防护罩杠杆8746以释放棘爪止动构件8754为止。如上所述，联接到握柄安装座8704的防护罩传感器8772响应于联接到防护罩旋钮8806的防护罩发射器8774的移动，使得板控制器8720可以确定轴向锁定器AL在锁定配置ACL和释放配置ACR之间的移动。类似地，联接到握柄安装座8704的杠杆传感器8758响应于联接到防护杠杆8746的杠杆发射器8760的移动，使得板控制器8720可确定防护杠杆8746的移动。
现在参考图60-62B，如上所述，当与以上结合末端执行器40的第一实施例所述的旋转驱动工具48相比时，所示的旋转驱动工具8048适合于以“顶部装载”方式可释放地附装到末端执行器8040的第八实施例，继而被配置为使用不同配置的锁定子组件8810来可释放地附装到锚固件8050。这里，在第八实施例中，如图60最佳地示出，支撑管8106总体上限定了工具主体8466，并在邻近工作端8470的外螺纹8120与邻近接口端8468的独特轮廓主体8108之间延伸，而轴承元件8778布置在其间。同样布置成可旋转地支撑在支撑管8106内的驱动轴8104在邻近工作端8470的驱动器键8124和邻近接口端8468的六角形部分8826之间延伸。形成在六角形部分8826中的锁定元件定位器8828被成形为接纳驱动轴锁定元件8830，以便于在下面更详细描述的某些条件下促进驱动轴8104和支撑管8106的同时旋转。
第二底座元件8794被成形为与支撑管8106分离的部件，并且被布置成与独特轮廓主体8108相邻。这里，一对紧固件将第二底座元件8794固定到滑架8832上，以便同时绕第二轴线A2平移和旋转。滑架8832总体上包括：滑架环8834，其通常固定到第二底座元件8974；滑架桥8388；以及一对滑架臂8388，其在滑架环8834和滑架桥8836之间延伸并与滑架环8834和滑架桥8836合并。滑架桥8836限定了第一滑架面8840和相对的第二滑架面8842。这里，近侧键主体8780和近侧键元件8784从第一滑架面8840延伸，使得近侧键面8782与第一滑架面8840间隔开并且大致平行于第一滑架面8840。滑架导向件8844从第二滑架面8842朝向滑架环8834延伸，并且包括一对锁定元件容器8846，所述一对锁定元件容器成形为在其中支撑驱动轴锁定元件8830。滑架导向件8844还包括穿过其延伸(并从近侧键元件8784中伸出)的六角孔8848，该六角孔成形为接纳驱动轴8104的六角部分8826。同样在第八实施例中，六角孔8848也用作手动接口8094，并且可通过旋钮孔8824沿第二轴线A2接近(参见图58D)。虽然在该实施例中未示出，但是应当理解，手动接口8094可以经由相应成形的手柄组件接合，以使滑架8832绕第二轴线A2旋转。
继续参考图60-62B，旋转驱动工具8048的锁定子组件8810还包括锁定主体8114，其布置在独特轮廓主体8108和滑架8832之间，并且当锁定子组件8810在驱动器锁定配置DL下操作时(参见图61A和62A)可以经由具有独特轮廓主体8108的花键式接合件8112而与支撑管8106同时旋转。然而，当锁定子组件8810在驱动器解锁配置DU(其中花键式接合件8112在独特轮廓主体8108和锁定主体8114之间中断)下操作时，支撑管8106可以独立于驱动轴8104旋转(参见图61B和62B)。这里，由形成在锁定主体8114上的锁定底座8852支撑的锁定主体偏置元件8850布置在独特轮廓主体8108内，并将锁定子组件8810推向驱动器解锁配置DU。
锁定主体8114还包括：解除容器8854，其布置在与花键式接合件8112轴向相邻的锁定底座8852中(参见图61A-62B)；以及桥形凹口8856，其被成形为在其中接纳滑架8832的滑架桥8836，以使得在驱动器锁定配置DL和驱动器解锁配置DU下都禁止滑架8832与锁定主体8114之间的相对旋转。解除容器8854形成在锁定主体8114的内部，并且布置成当锁定子组件8810处于驱动器锁定配置DL时容纳驱动轴锁定元件8830(参见图62A)。该配置允许驱动轴8104相对于滑架8832沿第二轴线A2推进，例如以便于在将工具8042装载到驱动导管8462中之前附装锚固件8050。相反，当处于驱动器解锁状态DU(参见图62B)时，驱动轴锁定元件8830与解除容器8854间隔开，并且总体上布置在锁定底座8852内，以禁止驱动轴8104相对于滑架8832轴向移动。这种配置还允许支撑管8106相对于驱动轴8104旋转，例如促进通过使支撑管8106的外螺纹8120与锚固件8050的内螺纹8122脱离而移除锚固件8050。
为了有选择地将锁定子组件8110保持在驱动器锁定配置DL或驱动器解锁配置DU下，锁定子组件8810还包括滑架锁定杠杆8858，其被安置在锁定主体8114的阶梯区域8860内。滑架锁定杠杆8858被支撑为用于经由销子8119相对于锁定主体8114的枢转移动，经由弹簧8118偏置，并限定第一杠杆面8862和相对的第二杠杆面8864。这里，在驱动器解锁配置DU下，第一杠杆面8862邻接第一滑架面8840(参见图61B)，而在驱动器锁定配置DL下，第二杠杆面8864邻接第二滑架面8842(参见图61A；未详细示出)。这里，用户可以接合滑架锁定杠杆8858并使它绕销子8119枢转到锁定主体8114的阶梯区域8860中，以允许锁定主体8114在第一杠杆面8862与第一滑架面8840之间或第二杠杆面8864与第二滑架面8842之间不存在邻接的情况下相对于滑架8832沿第二轴线A2移动。
现在参考图63A-63F，其依次示出了利用旋转驱动工具8048在末端执行器8040的第八实施例中将锚固件8050固定到手术部位ST的某些示例性步骤。从图63A开始，示出了示意性描绘的手术部位ST，其具有已经沿轨迹T形成的导向孔8046。旋转驱动工具8048被示出为固定至锚固件8050并且与末端执行器8040间隔开。此处，保持机构8664的防护罩8350位于第二防护位置U2，以露出驱动组件8082的驱动孔8478的近侧入口8480。
在图63B中，用户已经通过将工具8042的工作端8470(这里由锚固件8050的远端尖端8050D限定)插入到驱动孔8478的近侧入口4808中来以“顶部装载”方式将工具8042装载到驱动导管8462中，并且沿第二轴线A2推进通过驱动导管8462并从驱动孔8478的远侧出口8482朝向手术部位ST伸出。当防护罩8350布置在第二防护位置U2中时，由保持机构8664限定的轴向锁定器AL保持在释放配置ACR下，这允许将工具8042沿处于背离手术部位ST的方向上的第二轴线A2从驱动导管8462中自由移除。然而，通过工具主体8466的第二底座元件8794与支承架轴8422的近侧支承架端8694之间的接合来禁止沿第二轴线A2相对于驱动导管8462朝向手术部位ST的进一步移动。同样在这里，旋转驱动工具8048的第二凹口元件8796与支承架轴8422的第二凹口8696的接合(参见图51和57)限定第二旋转锁定器RL2，使得旋转驱动工具8048和支承架轴8422同时绕第二轴线A2旋转。
在图63C中，保持机构8664的防护罩8350已经枢转至第一防护位置U1，并且防护罩旋钮8806已经旋转成将轴向锁定器AL从释放配置ACR(参见图58C)移动至锁定配置ACL(参见图58D)。这里，限制驱动组件8082和旋转驱动工具8048之间沿第二轴线A2的相对运动，并且用户可以经由触发器组件8088来驱动工具8042，以使用旋转器械8080的致动器8166将锚固件8050沿轨迹T推进到手术部位ST的导向孔8046中。同样在这里，用户也可以在没有致动器8166的情况下，例如利用通过旋钮孔8824插入到旋转驱动工具8048的六角孔8848中的手柄组件，向手动接口8094施加力以沿轨迹T驱动工具8042(参见图61A-62B)。
在图63D中，用户已经完成了锚固件8050沿轨迹T在手术部位ST处的安装。这里，保持机构8664的防护罩8350已移回到第二防护位置U2，并且轴向锁定器AL处于释放配置ACR下。此外，旋转驱动工具8048的锁定子组件8810被布置成处于驱动器锁定配置DL下。然而，在图63E中，锁定子组件8810已移动到驱动器解锁配置DU，以使得旋转驱动工具8048可以从锚固件8050释放，然后从末端执行器8040的驱动导管8462中移除，如图63F所示。
再次参考图63D，为了在用户已经完成锚固件8050沿轨迹T在手术部位ST处的安装之后，从旋转驱动工具8084释放锚固件8050，致动器8166(或末端执行器8050的其他部件)可被置于限制或阻止驱动导管8462沿两个方向旋转(例如，通过驱动致动器8166以保持就位而不旋转)或沿单个方向旋转(例如，通过驱动致动器8166以阻止沿与用于安装锚固件8050的旋转方向相反的方向旋转)的模式。为此，应当理解，致动器8166本身可以以各种方式来驱动，并且可以采用其他部件和/或锁定特征来例如禁止或限制驱动导管8462相对于驱动器主体8250或末端执行器8040的其他部分的旋转。这里，禁止驱动导管8462的旋转也会禁止第二底座元件8794经由第二旋转锁定器RL2的旋转。因此，当锁定子组件8810处于如图63E所示的驱动器解锁配置DU时，支撑管8106可以相对于驱动轴8104(因而相对于锚固件8050)旋转(并且轴向平移)，以便于将支撑管8106的外螺纹8120与锚固件8050的内螺纹8122脱离(参见图60)，从而便于如图63F所示那样移除锚固件8050。
本申请所述的手术系统30、末端执行器和方法的实施例提供了与大量医学和/或手术过程相结合的优点，包括例如在诸如脊柱融合之类的微创手术过程中利用手术机器人32的情况。具体地，应当理解，本申请中描述和示出的末端执行器的实施例被配置为经由来自旋转器械的致动器的绕第一轴线A1的旋转而促进不同类型的工具沿第二轴线A2的旋转，该第一轴线A1可以如上所述那样与第二轴线A2相同，也可以不同于第二轴线A2。此外，应当理解，手动接口使外科医生能够经由通过旋转器械的致动器产生的扭矩和/或经由向手柄组件手动施加力来使工具绕第二轴线A2旋转。此外，触发器组件的布置允许外科医生将力施加到末端执行器，以在同时抓握输入触发器以驱动旋转器械时沿与第二轴线A2成一直线的轨迹T推进工具，同时还在移动到第二触发器组件位置P2或呈现手动接口之后向外科医生提供对手动接口的无障碍接近。
本领域普通技术人员应该理解，本申请描述和示出的实施例的各方面可以互换或组合。
将进一步理解，术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”、“设置有”以及“设置”等具有相同的含义。此外，应当理解，诸如“第一”、“第二”、“第三”之类的术语在本申请中用于区分某些结构特征和部件，是为了清楚和一致的非限制性说明性目的。
在前面的描述中已经讨论了几种配置。然而，本申请所讨论的配置并非旨在穷举或将本发明限制为任何特定形式。已经使用的术语旨在具有描述的词语性质，而不是限制性的。根据以上教导，许多修改和变型都是可能的，并且本发明可以以不同于具体描述的方式实践。

Claims (24)

1.一种末端执行器，其用于沿由手术机器人保持的轨迹在手术部位处驱动工具，该工具具有接口端和工作端，所述末端执行器包括：
安装座，其适合于附装到手术机器人上；
致动器，其联接到所述安装座并被配置为产生绕第一轴线的旋转扭矩；以及
驱动组件，其包括：齿轮系，用以将来自所述致动器的绕所述第一轴线的旋转转换成绕第二轴线的旋转；驱动导管，其被支撑为绕所述第二轴线旋转，所述驱动组件的所述驱动导管限定驱动孔，其成形为沿所述第二轴线接纳所述工具的工作端；第一旋转锁定器，其可操作地附装到所述驱动导管，以可释放地固定所述工具以用于绕所述第二轴线同时旋转；以及轴向锁定器，用以可释放地固定所述工具，以便沿由所述手术机器人保持的轨迹与所述驱动导管同时平移，所述轴向锁定器能在以下两种配置之间操作：
释放配置，其中允许所述驱动组件与所述工具之间沿所述第二轴线的相对运动；以及
锁定配置，其中限制所述驱动组件与所述工具之间沿所述第二轴线的相对运动，以及
其中所述驱动组件限定近侧入口和相对的远侧出口，当所述轴向锁定器处于所述释放配置中时，所述驱动导管连通地介于所述近侧入口和所述远侧出口之间以允许将该工具的工作端沿所述第二轴线插入所述近侧入口并且通过所述驱动孔推进而从所述远侧出口朝向所述手术部位伸出。
2.根据权利要求1所述的末端执行器，其中所述驱动导管的所述驱动孔的至少一部分限定所述第一旋转锁定器。
3.根据权利要求2所述的末端执行器，其中所述驱动组件的所述第一旋转锁定器成形为当所述轴向锁定器处于所述锁定配置中时，接合所述工具在所述接口端与所述工作端之间的至少一部分，从而使得该工具的接口端布置在所述驱动孔近侧，而该工具的工作端布置在所述驱动孔远侧。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的末端执行器，其中所述第一轴线与所述第二轴线不同。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的末端执行器，其中所述第一轴线大致垂直于所述第二轴线。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的末端执行器，其中所述第一轴线与所述第二轴线重合。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的末端执行器，其中所述驱动组件的所述齿轮系包括至少一个减速齿轮组，所述减速齿轮组旋转连通地介于所述致动器和所述驱动导管之间，使得所述致动器绕所述第一轴线的旋转以与所述第一旋转锁定器绕所述第二轴线的旋转不同的速度发生。
8.根据权利要求7所述的末端执行器，其中所述驱动组件还包括与所述第一旋转锁定器不同的第二旋转锁定器，所述第二旋转锁定器可操作地附装到所述驱动导管，以可释放地固定第二工具，以便绕所述第二轴线同时旋转，其中所述第二旋转锁定器布置成与所述齿轮系旋转连通，使得所述第二旋转锁定器绕所述第二轴线的旋转以不同于所述第一旋转锁定器绕所述第二轴线的旋转的速度发生。
9.根据权利要求8所述的末端执行器，其中所述第二旋转锁定器绕所述第二轴线的旋转关于所述致动器绕所述第一轴线的旋转以1：1的比率发生。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的末端执行器，其中所述驱动组件的所述齿轮系包括变速器，所述变速器旋转连通地介于所述致动器和所述驱动导管之间，所述变速器包括第一齿轮组、第二齿轮组和变速套环，其被布置成在以下位置之间移动：
第一套环位置，其中所述变速套环与所述第一齿轮组接合，以便以第一传动比在所述致动器和所述驱动导管之间转换旋转；以及
第二套环位置，其中所述变速套环与所述第二齿轮组接合，以便以不同于所述第一传动比的第二传动比在所述致动器和所述驱动导管之间转换旋转。
11.根据权利要求10所述的末端执行器，其中所述变速器还包括：变速器联动装置，其可操作地附装到所述变速套环以便在所述第一套环位置和所述第二套环位置之间同时移动，所述变速器联动装置限定选择器，所述选择器布置成接合所述工具的至少一部分以当所述轴向锁定器处于所述锁定配置时将所述变速套环移动到所述第二套环位置。
12.根据权利要求11所述的末端执行器，其中所述变速器还包括联动装置偏置元件，所述联动装置偏置元件布置成当所述轴向锁定器从所述锁定配置移动到所述释放配置时将所述变速套环朝向所述第一套环位置推动。
13.根据权利要求1-3中任一项所述的末端执行器，其中所述第一旋转锁定器包括键孔。
14.根据权利要求1-3中任一项所述的末端执行器，其中所述第一旋转锁定器包括花键式孔。
15.根据权利要求1-3中任一项所述的末端执行器，其中所述第一旋转锁定器包括凹口。
16.根据权利要求1-3中任一项所述的末端执行器，其中所述轴向锁定器包括球形元件。
17.根据权利要求1-3中任一项所述的末端执行器，其中所述轴向锁定器包括滑块元件，所述滑块元件被布置成相对于所述第二轴线在以下位置之间移动：
第一滑块元件位置，其与所述释放配置相关联；以及
第二滑块元件位置，其与所述锁定配置相关联。
18.根据权利要求17所述的末端执行器，其中所述滑块元件布置成在所述第二滑块元件位置上比在所述第一滑块元件位置上更靠近所述第二轴线。
19.根据权利要求1-3中任一项所述的末端执行器，其中所述轴向锁定器包括夹头机构，所述夹头机构包括：
夹头，其被布置为通过其沿所述第二轴线接纳所述工具；以及
夹头张紧器，其联接到所述夹头并布置成用于在与所述释放配置相关联的第一张紧器位置和与所述锁定配置相关联的第二张紧器位置之间移动，其中在所述释放配置中允许在所述工具与所述夹头之间的相对运动，而在所述锁定配置中限制在所述工具与所述夹头之间的相对运动。
20.根据权利要求19所述的末端执行器，其中所述夹头张紧器从所述第一张紧器位置到所述第二张紧器位置的移动将所述夹头的至少一部分径向向内推向所述第二轴线。
21.根据权利要求1所述的末端执行器，还包括光源，所述光源可操作地附装到所述安装座并且被配置为朝向所述手术部位发射光。
22.根据权利要求21所述的末端执行器，其中所述光源包括激光二极管。
23.根据权利要求21或22所述的末端执行器，其中所述光源还被配置为沿与所述第二轴线基本对准的光路发射光。
24.根据权利要求21或22所述的末端执行器，其中所述光源被配置为用于可移除地附装到所述驱动组件的所述驱动导管。
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