CN112135578A - 手术器械致动系统 - Google Patents

Abstract

描述了用于使用机器人技术的计算机辅助系统的系统和方法。例如，本公开描述了可用于诸如但不限于使用机器人技术的微创计算机辅助式远程操作型手术的各种背景下的系统和方法。本公开描述了用于致动和控制这样的器械的运动的器械和机构。器械和致动器机构可用于医疗操作和非医疗操作。

Description

手术器械致动系统

版权声明

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相关申请的交叉引用

本申请是2018年3月29日提交的美国临时专利申请号62/650,109(其全部内容通过引用并入本文)的非临时申请并且要求其优先权。

技术领域

本公开涉及可在各种背景下使用的系统和方法，诸如但不限于使用机器人技术的微创计算机辅助式远程操作手术。例如，本公开涉及用于致动和控制这样的器械的运动的器械和机构。器械和致动器机构可用于医疗操作和非医疗操作。

背景技术

机器人系统和计算机辅助装置通常包括多个机器人臂或可动臂，以操纵用于在工作场地执行任务的器械；以及至少一个机器人臂或可动臂，用于支撑捕获工作场地的图像的图像捕获装置。机器人臂包括通过一个或多个主动控制的关节(joints)耦接在一起的多个链节(links)。在许多实施方式中，可提供多个主动控制的关节。机器人臂还可包括一个或多个被动关节，该被动关节不是主动控制的，而是遵循主动控制的关节的运动的。这样的主动和被动关节可是旋转关节或棱柱关节。然后，可通过关节的位置以及链节的结构和耦接的知识来确定机器人臂的构型。

正在开发用于手术的微创远程手术系统，以增加外科医生的灵巧性并允许外科医生从远程位置对患者进行手术。远程手术是手术系统的通用术语，其中外科医生使用某种形式的远程控制(例如，伺服机构等)来操纵手术器械移动，而不是直接用手握住和移动器械。在这样的远程手术系统中，外科医生在远程位置处被提供有手术部位的图像。当在合适的观察器或显示器上典型地观看手术部位的立体和/或三维图像时，外科医生通过操纵主控输入装置，该主控输入装置转而控制手术器械的运动，来对患者执行手术程序。手术器械可被配置以通过小的微创的手术孔插入，以治疗患者体内手术部位处的组织，通常减少与开放手术的进入相关的创伤。这些机器人系统能够以充分的灵巧性，通常是通过使器械的轴在微创孔处枢转、轴向地使轴滑动通过孔、使轴在孔内旋转、和/或类似操作，使手术器械的工作末端或端部执行器移动来执行相当复杂的手术任务。

发明内容

以下发明内容介绍了本发明主题的某些方面，以提供基本的理解。本发明方面不是本发明主题的广泛概述，也不旨在确定关键或重要的元素或描绘本发明主题的范围。尽管本发明内容包含与发明主题的各个方面和实施方式有关的信息，但其唯一目的是以一般形式呈现一些方面和实施方式，作为下面更详细描述的序言。

本公开提供了用于计算机辅助医疗操作和非医疗操作的系统和方法。例如，本公开提供了用于辅助微创计算机辅助式远程操作手术(在本文中也称为“机器人手术”和“计算机辅助手术”)的系统和方法。例如，本公开提供了用于在各种医疗操作和非医疗操作中致动和控制器械的运动的器械以及系统和机构。

一方面，本公开描述了手术器械致动机构。这样的手术器械致动机构包括花键轴和与花键轴滑动地配合的轴环。轴环被配置以响应于花键轴的旋转而将驱动力从花键轴传输到手术器械驱动输入件。

这样的手术器械致动机构可任选地包括以下特征中的一个或多个。手术器械致动机构还可包括关于花键轴平移的托架(carriage)。轴环可耦接到托架。轴环的至少部分可响应于花键轴的旋转而相对于托架旋转。托架可被配置以与手术器械可释放地耦接。手术器械致动机构还可包括螺纹耦接到托架的丝杠。手术器械致动机构还可包括被接合以可旋转地驱动花键轴的第一马达，并且可具有被接合以可旋转地驱动丝杠的第二马达。花键轴可以是与手术器械驱动输入件啮合的伸长正齿轮。手术器械致动机构还可包括与伸长正齿轮的端部相邻并具有锥形形状的引入构件。锥形形状的至少部分可对应于伸长正齿轮的横截面形状。伸长正齿轮的端部可在直径上成锥形。轴环可包括与手术器械驱动输入件啮合的锥齿轮。手术器械致动机构还可包括转动驱动马达(roll drive motor)。转动驱动马达可驱动整个手术器械致动机构绕其纵向轴线的旋转。

另一方面，本公开涉及手术器械致动机构，其包括花键轴、与花键轴滑动地配合的轴环、以及耦接到轴环的锥齿轮。锥齿轮被定位成与手术器械驱动输入件接合，并且被配置以响应于花键轴的旋转而将扭矩从花键轴传输到手术器械驱动输入件。

这样的手术器械致动机构可任选地包括以下特征中的一个或多个。花键轴可以是第一花键轴，轴环可以是第一轴环，锥齿轮可以是第一锥齿轮，手术器械驱动输入件可以是第一手术器械驱动输入件，并且手术器械致动机构也可包括：第二花键轴；与第二花键轴滑动地配合的第二轴环；以及耦接到第二轴环的第二锥齿轮。第二锥齿轮可被定位成与第二手术器械驱动输入件接合，并被配置以响应于第二花键轴的旋转而将扭矩从第二花键轴传输到第二手术器械驱动输入件。轴环可包括沿花键轴滑动的滚珠花键轴承或轴套。手术器械致动机构还可包括托架。花键轴可延伸通过托架。托架可沿花键轴平移。手术器械致动机构还可包括丝杠，该丝杠被螺纹耦接到托架，使得丝杠的旋转驱动托架沿花键轴的平移。手术器械致动机构还可包括被接合以可旋转地驱动花键轴的第一马达，以及被接合以可旋转地驱动丝杠的第二马达。轴环的至少部分关于托架可旋转。轴环的至少部分可关于托架固定。托架可包括手术器械固定件。手术器械致动机构还可包括转动驱动马达。转动驱动马达可驱动整个手术器械致动机构绕其纵向轴线的旋转。

另一方面，本公开涉及手术器械致动机构，包括：花键轴，被定位成与手术器械的正齿轮驱动输入件啮合；以及轴环，与花键轴滑动地配合。花键轴可响应于花键轴的旋转而将扭矩传输到手术器械的正齿轮驱动输入件。

这样的手术器械致动机构可任选地包括以下特征中的一个或多个。花键轴的外围可包括沿花键轴的多个横截面上的齿轮齿。花键轴可包括具有伸长齿宽(face width)的正齿轮。轴环可包括与正齿轮啮合的内齿轮。手术器械致动机构还可包括与花键轴的端部邻近并且具有锥形形状的引入构件。锥形形状的至少部分可对应于花键轴的横截面形状。花键轴的端部可在直径上成锥形。花键轴可以是第一花键轴，轴环可以是第一轴环，手术器械的正齿轮驱动输入件可以是手术器械的第一正齿轮驱动输入件，并且手术器械致动机构还可包括：第二花键轴，被定位成与手术器械的第二正齿轮驱动输入件啮合；以及与第二花键轴滑动地配合的第二轴环。第二花键轴可响应于第二花键轴的旋转而将扭矩传输到手术器械的第二正齿轮驱动输入件。手术器械致动机构还可包括托架。花键轴可延伸通过托架。托架可沿花键轴平移。手术器械致动机构还可包括丝杠，该丝杠螺纹地耦接到托架，使得丝杠的旋转驱动托架沿花键轴的平移。手术器械致动机构还可包括被接合以可旋转地驱动花键轴的第一马达，以及被接合以可旋转地驱动丝杠的第二马达。轴环的至少部分可关于托架旋转。轴环的至少部分可关于托架固定。托架可包括手术器械固定件。手术器械致动机构还可包括转动驱动马达。转动驱动马达可驱动整个手术器械致动机构绕其纵向轴线的旋转。

另一方面，本公开涉及用于远程手术系统的手术器械。这样的手术器械包括近端部分；器械轴，从近端部分延伸并且具有与近端部分相对的远端部分；被安装到远端部分的端部执行器，端部执行器具有第一自由度以及第二自由度，凭借第一自由度端部执行器可相对于器械轴移动，凭借第二自由度端部执行器可相对于器械轴移动；第一张紧构件，耦接到端部执行器并沿器械轴延伸，第一张紧构件终止于第一器械驱动输入件，第一器械驱动输入件可移动地耦接到近端部分；第二张紧构件，耦接到端部执行器并沿器械轴延伸，第二张紧构件终止于第二器械驱动输入件，第二器械驱动输入件可移动地耦接到近端部分。第一器械驱动输入件是第一锥齿轮，而第二器械驱动输入件是第二锥齿轮。

这样的手术器械可任选地包括以下特征中的一个或多个。第一锥齿轮与端部执行器相距第一距离，第二锥齿轮与端部执行器相距第二距离，并且第一距离可与第二距离不同。器械轴限定纵向轴线，第一锥齿轮沿纵向轴线与端部执行器相距第一距离，第二锥齿轮沿纵向轴线与端部执行器相距第二距离，并且第一距离可与第二距离不同。第一锥齿轮的旋转可使端部执行器沿第一自由度移动。第二锥齿轮的旋转可使端部执行器沿第二自由度移动。第一锥齿轮可耦接到第一绞盘。第一张紧构件可包括缠绕第一绞盘的第一缆线。第二锥齿轮可耦接到第二绞盘。第二张紧构件可包括缠绕第二绞盘的第二缆线。手术器械还可包括耦接到端部执行器并且沿器械轴延伸的第三张紧构件。第三张紧构件可终止于第三器械驱动输入件处。第三器械驱动输入件可以可移动地耦接到近端部分。第三器械驱动输入件可以是第三锥齿轮。手术器械可包括闩锁机构，该闩锁机构可移动地耦接到近端部分，并且被配置用于将手术器械可释放地闭锁到远程手术系统的器械致动器。

另一方面，本公开涉及用于远程手术系统的手术器械。手术器械包括：近端部分；器械轴，从近端部分沿纵向轴线延伸并且具有与近端部分相对的远端部分；被安装到远端部分的端部执行器，端部执行器具有第一自由度以及第二自由度，凭借第一自由度端部执行器可相对于器械轴移动，以及凭借第二自由度端部执行器可相对于器械轴移动；第一张紧构件，耦接到端部执行器并沿器械轴延伸，第一张紧构件终止于第一器械驱动输入件，第一器械驱动输入件可移动地耦接到近端部分；以及第二张紧构件，耦接到端部执行器并沿器械轴延伸，第二张紧构件终止于第二器械驱动输入件，第二器械驱动输入件可移动地耦接到近端部分。第一器械驱动输入件是第一正齿轮，而第二器械驱动输入件是第二正齿轮。

这样的手术器械可任选地包括以下特征中的一个或多个。第一正齿轮和第二正齿轮包括在相邻的成对的齿之间限定的齿和谷(valleys)，并且齿和谷可平行于器械轴的纵向轴线延伸。第一正齿轮的旋转可使端部执行器沿第一自由度移动。第二正齿轮的旋转可使端部执行器沿第二自由度移动。第一正齿轮可耦接到第一绞盘。第一张紧构件可包括缠绕第一绞盘的第一缆线。第二正齿轮可耦接到第二绞盘。第二张紧构件可包括缠绕第二绞盘的第二缆线。手术器械还可包括第一弹簧，该第一弹簧耦接到第一绞盘并施加弹簧弹力以张紧第一线缆。手术器械还可包括第二弹簧，该第二弹簧耦接到第二绞盘并施加弹簧弹力以张紧第二线缆。

另一方面，本公开涉及用于远程手术系统的手术器械。手术器械包括：近端部分；器械轴，从近端部分延伸并且具有与近端部分相对的远端部分；被安装到远端部分的端部执行器，端部执行器具有至少第一自由度，凭借至少第一自由度端部执行器可相对于器械轴移动；第一张紧构件，耦接到端部执行器并且沿器械轴延伸，第一张紧构件终止于第一器械驱动输入件，第一器械驱动输入件滑动地耦接到近端部分；以及第二张紧构件，耦接到端部执行器并且沿器械轴延伸。第二张紧构件终止于第二器械驱动输入件。第二器械驱动输入件滑动地耦接到近端部分。将第一器械驱动输入件向近侧移动使第二器械驱动输入件向远侧移动，并且使端部执行器相对于器械轴以第一方式移动。第一方式包括由第一自由度促进的移动。将第二器械驱动输入件向近侧移动使第一器械驱动输入件向远侧移动，并且使端部执行器相对于器械轴以第二方式移动。第二方式可由第一自由度促进，并且与第一方式相反。

这样的手术器械可任选地包括以下特征中的一个或多个。手术器械还可包括一个或多个预载张紧构件，该预载张紧构件张紧第一张紧构件和第二张紧构件。一个或多个预载张紧构件各自包括弹簧。当第一张紧构件的第一张力大于第二张紧构件的第二张力时，端部执行器可以以第一方式相对于器械轴移动。当第二张力大于第一张力时，端部执行器可以以与第一方式相反的第二方式移动。端部执行器可具有至少第二自由度。手术器械还可包括：耦接到端部执行器并沿器械轴延伸的第三张紧构件，第三张紧构件终止于第三器械驱动输入件，第三器械驱动输入件滑动地耦接到近端部分；以及耦接到端部执行器并沿器械轴延伸的第四张紧构件，第四张紧构件终止于第四器械驱动输入件，第四器械驱动输入件滑动地耦接到近端部分。将第三器械驱动输入件向近侧移动使第四器械驱动输入件向远端移动，并且使端部执行器相对于器械轴以第三方式移动。第三方式包括由第二自由度促进的移动。将第四器械驱动输入件向近侧移动可使第三器械驱动输入件向远侧移动，并且使端部执行器相对于器械轴以第四方式移动。第四方式可由第二自由度促进，并且与第三方式相反。

另一方面，本公开涉及手术器械致动机构。这样的手术器械致动机构包括：小齿轮轴；小齿轮轴上的小齿轮；耦接到小齿轮的蜗轮；第一花键轴；第一轴环，与第一花键轴滑动地配合并且包括与蜗轮啮合的蜗杆；第二花键轴；和第二轴环，其与第二花键轴滑动地配合并且包括螺纹地耦接到小齿轮轴的螺杆。

这样的手术器械致动机构可任选地包括以下特征中的一个或多个。第一轴环、第二轴环、蜗杆和螺杆可沿手术器械致动机构的纵向方向定向。小齿轮轴可沿与纵向方向正交的横向方向定向。手术器械致动机构还可包括与小齿轮啮合的第一齿条和与小齿轮啮合的第二齿条。第一齿条和第二齿条可响应于小齿轮的旋转而沿相反的方向平移。第一齿条和第二齿条可各自平行于手术器械致动机构的纵向方向平移。第一齿条和第二齿条可各自包括手术器械驱动输入件接合部件。手术器械致动机构还可包括第一托架和与第一托架螺纹耦接的第一丝杆。第一丝杠可平行于手术器械致动机构的纵向方向延伸。第一托架可响应于第一丝杠的旋转而沿纵向方向平移。第一托架可包括手术器械固定件。手术器械致动机构还可包括第二托架。小齿轮轴可从第二托架延伸。第二托架可螺纹耦接到第二轴环的螺杆。手术器械致动机构还可包括第一力传感器，该第一力传感器被布置以检测第一托架和第二托架之间的力。手术器械致动机构还可包括与小齿轮啮合的第一齿条和与小齿轮啮合的第二齿条。第一齿条和第二齿条可在安装到第一托架的滑道(slides)上滑动地平移。第一托架可包括：第一平台构件；以及以间隔开的布置固定地耦接到第一平台构件的第二平台构件。第一花键轴、第二花键轴和第一丝杠可延伸通过第一平台构件和第二平台构件。第二平台构件可通过滑道固定地耦接到第一平台构件，第一齿条和第二齿条在滑道上滑动地平移。手术器械致动机构还可包括三个马达。每个马达均可被接合以可旋转地驱动第一花键轴、第二花键轴和第一丝杠中的相应的一个。手术器械致动机构还可包括与第一托架螺纹耦接的第二丝杆。单个丝杆驱动齿轮可同时驱动第一丝杆和第二丝杆。手术器械致动机构还可包括转动驱动马达。转动驱动马达可驱动整个手术器械致动机构绕其纵向轴线的旋转。手术器械致动机构可以可释放地耦接到远程操作型手术系统的操纵器臂。小齿轮轴可以是第一小齿轮轴。小齿轮可以是第一小齿轮。蜗轮可以是第一蜗轮。蜗杆可以是第一蜗杆。螺杆可以是第一螺杆。手术器械致动机构还可包括：第二小齿轮轴；第二小齿轮轴上的第二小齿轮；耦接到第二小齿轮的第二蜗轮；第三花键轴；第三轴环，与第三花键轴滑动地配合并且包括与第二蜗轮啮合的第二蜗杆；第四花键轴；以及第四轴环，与第四花键轴滑动地配合并且包括耦接到第二小齿轮轴的第二螺杆。

另一方面，本公开涉及一种手术器械致动机构。这样的手术器械致动机构包括第一花键轴；第二花键轴；可沿第一和第二花键轴平移的托架；以及轴环，滑动地与第二花键轴配合并与托架螺纹耦接。

这样的手术器械致动机构可任选地包括以下特征中的一个或多个。手术器械致动机构还可包括从托架延伸的小齿轮轴，以及可旋转地耦接到小齿轮轴的小齿轮。轴环可以是第二轴环，手术器械致动机构还可包括与第一花键轴滑动地配合的第一轴环，并且第一轴环可包括与蜗轮啮合的蜗杆，该蜗轮耦接到小齿轮。第一轴环、第二轴环、第一花键轴和第二花键轴可各自被平行于手术器械致动机构的纵向轴线地定向。小齿轮轴可沿与纵向轴线正交的横向方向定向。手术器械致动机构还可包括与小齿轮啮合的第一齿条和与小齿轮啮合的第二齿条。第一齿条和第二齿条可在小齿轮的直径上相对的侧面与小齿轮啮合。轴环、第一花键轴和第二花键轴可各自被平行于手术器械致动机构的纵向轴线地定向。小齿轮轴可沿与纵向轴线正交的横向方向定向。托架可以是第二托架，并且手术器械致动机构还可包括第一托架和与第一托架螺纹耦接的第一丝杆。第一丝杠可平行于手术器械致动机构的纵向轴线延伸，并且第一托架可响应于第一丝杠的旋转而沿纵向轴线平移。第一托架可包括手术器械固定件。第一托架可包括第一平台构件和以间隔开的布置固定地耦接到第一平台构件的第二平台构件。第二托架可被布置在第一平台构件和第二平台构件之间。手术器械致动机构还可包括与小齿轮啮合的第一齿条和与小齿轮啮合的第二齿条。第二平台构件可通过滑道固定地耦接到第一平台构件，第一齿条和第二齿条在滑道上滑动地平移。手术器械致动机构还可包括三个马达。每个马达均可被接合以可旋转地驱动第一花键轴、第二花键轴和第一丝杠中的相应的一个。手术器械致动机构还可包括与第一托架螺纹耦接的第二丝杆。单个丝杆驱动齿轮可同时驱动第一丝杆和第二丝杆两者。手术器械致动机构还可包括转动驱动马达。转动驱动马达可驱动整个手术器械致动机构绕其纵向轴线的旋转。

另一方面，本公开涉及手术器械致动机构。这样的手术器械致动机构包括第一花键轴；第二花键轴；第一齿条；第二齿条，其中第一齿条和第二齿条各自包括用于驱动对应的手术器械驱动输入件的装置；响应于第一花键轴的旋转而使第一和第二齿条沿相反方向平移的装置；以及响应于第二花键轴的旋转而使第一和第二齿条沿相同方向平移的装置。

这样的手术器械致动机构可任选地包括以下特征中的一个或多个。响应于第一花键轴的旋转而使第一和第二齿条沿相反方向平移的装置可包括用于使与第一和第二齿条啮合的小齿轮旋转的装置。用于使与第一和第二齿条啮合的小齿轮旋转的装置可包括蜗轮，该蜗轮耦接到小齿轮并与蜗杆啮合。用于使与第一和第二齿条啮合的小齿轮旋转的装置可进一步包括用于使蜗杆旋转的装置。手术器械致动机构还可包括滑动地配合到第一花键轴并且包括蜗杆的第一轴环。用于使蜗杆旋转的装置可包括第一轴环和第一花键轴。响应于第二花键轴的旋转而使第一和第二齿条沿相同方向平移的装置可包括用于使与第一和第二齿条啮合的小齿轮平移的装置。用于使与第一和第二齿条啮合的小齿轮平移的装置可包括小齿轮轴，小齿轮可旋转地耦接到小齿轮轴。响应于第二花键轴的旋转而使第一和第二齿条沿相同方向平移的装置可进一步包括用于使小齿轮轴平移的装置。手术器械致动机构可包括第二轴环，该第二轴环与第二花键轴滑动地配合并且与小齿轮轴螺纹地耦接。用于使小齿轮轴平移的装置可包括第二轴环和第二花键轴。

另一方面，本公开涉及手术系统，其包括器械操纵器和包括手柄的手术器械。器械操纵器包括外壳和在外壳中的器械容器(receptacle)。外壳围绕纵向轴线延伸。外壳的近侧部分限定围绕纵向轴线的近侧外壳边界。外壳的远侧部分限定远侧外壳边界。外壳的远侧部分具有沿纵向轴线延伸的截断体积(cutout volume)。手术器械的手柄的径向延伸部完全在截断体积内，而手术器械被接收在器械操纵器的器械容器中。

这样的手术系统可任选地包括以下特征中的一个或多个。截断体积可平行于纵向轴线延伸。外壳的远侧部分可具有包括曲线形壁部分和平坦壁部分的D形横截面。截断体积可限定在平坦壁部分与在平坦壁部分径向向外的曲线形壁部分的延伸部之间。曲线形壁部分的横截面形状可以是弓形或圆形节段壁部分。截断体积可具有D形横截面形状。外壳的近侧部分可具有比外壳的远侧部分更小的外轮廓。手柄的径向延伸部可径向地延伸超过近侧外壳边界，而手术器械被接收在器械操纵器的器械容器中。

另一方面，本公开涉及手术系统，其包括手术器械致动机构，该手术器械致动机构包括限定外围的壳体；以及手术器械，该手术器械可释放地与手术器械致动机构耦接并且包括手柄。当手术器械与手术器械致动机构耦接时，手柄在壳体的最大外围的半径内并且从壳体的最小外围的半径径向向外延伸。

这样的手术系统可任选地包括以下特征中的一个或多个。壳体的最大外围可以是壳体的远侧部分，并且壳体的最小外围可以是壳体的近侧部分。壳体的最大外围可以是D形截面形状的曲线形部分。手柄可从D形横截面形状的平坦壁径向向外延伸。D形截面形状的曲线形部分可以是弓形的。

另一方面，本公开涉及手术系统，其包括手术器械致动机构和手术器械。手术器械致动机构包括壳体和托架，该托架被布置在壳体内并且被配置以在壳体的近端和壳体的远端之间平移。手术器械可释放地与托架耦接。手术器械包括从壳体的纵向轴线径向远离地延伸的手柄。当手术器械与托架耦接时：(i)手柄比壳体径向向外延伸得更远，而托架处于壳体的近端处；(ii)壳体比手柄径向向外延伸得更远，同时托架在壳体的远端处。

这样的手术系统可任选地包括以下特征中的一个或多个。壳体的远端可具有D形横截面形状。D形截面形状可包括弓形部分和平坦部分。手柄可以比平坦部分径向向外延伸得更远。弓形部分壳体可以比手柄径向向外延伸得更远。截断体积可限定在平坦部分与在平坦部分径向向外的弓形部分的延伸部之间。截断体积可具有D形的横截面形状并且平行于壳体的纵向轴线延伸。在一些实施方式中，手柄不径向延伸超过截断体积。手术器械可使用弹簧加载的闩锁机构可释放地与托架耦接。

本文描述的一些或所有实施方式可提供以下优点中的一个或多个。首先，本文所述的器械致动系统和机构有利地被构造成紧凑的并且具有相对低的质量和惯性。另外，质量分布是基本恒定的，使得惯性是基本恒定的，因此是可预测的并且非常适合建模。

第二，在一些实施方式中，本文所述的器械致动系统和机构有利地被构造成以易于拆卸的方式与手术器械对接(interface)。例如，在一些实施方式中，仅通过致动闩锁机构并将器械向近侧缩回，与驱动系统分离，就可将手术器械与器械驱动系统分离。手术器械与器械驱动系统之间的这样的易于拆卸的接口可提供诸如在紧急情况下快速移除器械以及在将一种手术器械更换为另一种的一般更换过程中的用户便利性的优点。

第三，在一些实施方式中，本文所述的器械致动系统和机构设计有花键驱动轴和其它机械传输部件，这些花键驱动轴和其它机械传输部件可有利地减少器械致动系统和机构所需的零件数量。这样的简化的设计通常可提供高可靠性并易于维护。

一个或多个实施方式的细节在附图和以下描述中阐述。根据说明书和附图以及根据权利要求书，其它特征、目的和优点将是显而易见的。

附图说明

图1是计算机辅助式远程操作型手术系统或机器人手术系统的示例性性外科医生控制台的正视图。

图2是示例性手术台的立体图，在该手术台上安装了用于计算机辅助式远程操作的手术或机器人手术系统的患者侧操纵器系统和手术器械。

图3是示例性手术器械的远端部分的立体图。

图4是另一示例性手术器械的远端部分的立体图。

图5是另一示例性手术器械的远端部分的立体图。

图6是根据一些实施方式的示例性器械的立体图。

图7是示例性性操纵器臂、器械致动器和图6的器械的立体图。

图8是根据一些实施方式的示例性花键轴和轴环的分解立体图。

图9是处于耦接布置的图8的花键轴和轴环的立体图。

图10是根据一些实施方式的所使用的另一示例性花键轴的立体图。

图11是根据一些实施方式的所使用的另一示例性花键轴的立体图。

图12是根据一些实施方式的所使用的另一示例性花键轴的立体图。

图13是根据一些实施方式的所使用的另一示例性花键轴的横截面图。

图14是根据一些实施方式的所使用的另一示例性花键轴的横截面图。

图15是根据一些实施方式的所使用的另一示例性花键轴的横截面图。

图16是处于耦接布置的图8的花键轴和轴环的立体图。

图17是处于耦接布置的图8的花键轴和轴环的立体图。

图18是与包括正齿轮的示例性轴环耦接的图8的花键轴的立体图。

图19是与包括锥齿轮的示例性轴环耦接的图8的花键轴的立体图。

图20示意性示例了根据一些实施方式的利用花键轴和轴环的示例性机构。

图21示意性示例了根据一些实施方式的利用花键轴和轴环的示例性器械致动器机构。

图22是包括花键轴和轴环机构的示例性性器械致动器的立体图。

图23是图22的器械致动器的局部俯视图。

图24是被配置用于与图22的器械致动器可释放地耦接的器械的立体图。

图25示意性示例了根据一些实施方式的利用花键轴和轴环的另一示例性器械致动器机构。

图26是根据一些实施方式的与示例性器械耦接的图25器械致动器机构的正视图。

图27是根据一些实施方式的另一示例性器械的俯视图。

图28是图27的器械的近端部分的立体图。

图29是根据一些实施方式的与示例性器械致动器耦接的图27器械的俯视图。

图30是图29的器械致动器的一些机构的正视图。

图31是图29的器械致动器的花键轴的横截面图。

图32是图29的布置的正视图，显示了与图29和30的器械致动器耦接的图27的器械。

图33示意性示例了根据一些实施方式的利用花键轴和轴环的另一示例性机构。

图34示意性示例了根据一些实施方式的利用花键轴和轴环的另一示例性器械致动器机构。

图35示意性示例了根据一些实施方式的利用花键轴和轴环的另一示例性器械致动器机构。

图36是根据一些实施方式的示例性操纵器臂和器械致动器的纵向横截面立体图。

图37是图36的器械致动器的部分的放大图。

图38是图36的操纵器臂和器械致动器的横切横截面图。

图39是根据一些实施方式的示例性器械的近端部分的立体图。

图40是根据一些实施方式的示例性器械的近端部分的另一立体图。

图41是根据一些实施方式的与示例性器械耦接的示例性器械致动器的立体图。

图42是图41的耦接的器械致动器和器械的近端部分的立体图，其中透明地显示了器械致动器的壳体。

各个附图中相同的参考符号指示相同的元件。

具体实施方式

示例了发明方面、实施方式、实施方案或应用的本说明书和附图不应被视为是限制性的，权利要求书限定了受保护的发明。在不脱离本说明书和权利要求书的精神和范围的情况下，可进行各种机械、组成、结构、电学和操作上的改变。在某些情况下，未详细显示或描述公知的电路、结构或技术，以免使本发明费解。在两个或更多个图中，相同的数字代表相同或相似的元件。

此外，选择特定词语来描述一个或多个实施方式，并且任选的元件或特征的不意图限制本发明。例如，空间上相对性术语——诸如“在...下方”、“在...以下”、“下方”、“上方”、“上面”、“近侧”、“远侧”等——可用于描述附图中示例的一个元件或特征的与另一元件或特征的关系。这些在空间上相对的术语除了附图中所示的位置和定向之外，还意图涵盖装置在使用或操作时的不同位置(即平移放置)和定向(即旋转放置)。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为在其它元件或特征“以下”或“下方”的元件将在其它元件或特征“上方”或“之上”。因此，示例性术语“在...以下”可涵盖上方和下方两者的位置和定向。可以其它方式使装置定向(例如，旋转90度或处于其它定向)并相应的地解释本文所使用的空间上相对性描述语。同样，沿(平移)和围绕(旋转)各种轴的移动的描述包括各种特殊的装置位置和定向。身体的位置和定向的组合限定了身体的姿势。

类似地，除非上下文另外指出，否则诸如“平行”、“垂直”、“圆形”或“正方形”之类的几何术语并不意图要求绝对的数学精度。相反，这样的几何术语允许由于制造或等效功能而引起的变型。例如，如果一个元件被描述为“圆形”或“大体上圆形”，则此描述仍涵盖不完全圆形的部件(例如，略微椭圆形的部件或多个边的多边形部件)。词语“包括”或“具有”是指包括但不限于。

应当理解，尽管使本说明书足够清楚、简洁和准确，但是严谨和详尽的语言精确度并非总是可能的或并非总是期望的，因为说明书应保持合理的长度，并且有技能的读者会理解背景和相关技术。例如，考虑到视频信号，有技能的读者会理解，被描述为显示信号的示波器本身并不显示信号，而是作为信号的表示，并且被描述为显示信号的视频监视器并不显示信号本身，而显示信号承载的视频信息。

另外，单数形式的“一”、“一个”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文另有说明。并且，术语“包含”、“包括”、“具有”等规定了所陈述的特征、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或组的添加的存在。并且，除非另外说明，否则一个或多个单独列出的项目中的一个或每一个都应被视为是任选的，使得描述了项目的各种组合而不去详尽列出每种可能的组合。辅助动词可以同样暗示特征、步骤、操作、元件、或部件是可选的。

无论何时实践，参考一个实施方式、实施方案或应用所详细描述的元件都可包括在并未对其具体显示和描述的其它实施方式、实施方案或应用中。例如，如果参考一个实施方式详细描述了元件而未参考第二实施方式进行描述，则仍然可要求该元件包括在第二实施方式中。因此，为了避免在以下描述中不必要的重复，除非另外具体说明，否则关于一个实施方式、实施方案或应用所显示和描述的一个或多个元件都可并入到其它实施方式、实施方案或方面中，除非一个或多个元件会使实施方式或实施方案不起作用，或者除非这些元件中的两个或更多个提供了冲突的功能。

被描述为耦接的元件可以是直接电耦接或机械耦接的，或者它们可经由一个或多个中间部件间接耦接。

与诸如机械结构、部件或部件组合件之类的零件有关的术语“柔性”应该被广义地解释。本质上，该术语是指零件可反复弯曲并恢复到原始形状而不会损坏零件。由于材料特性，许多“刚性”物体具有轻微的固有弹性“弯曲度(bendiness)”，但在本文中使用该术语时，这些物体并不被认为是“柔性的”。柔性零件可具有无限的自由度(DOF)。此类零件的示例包括封闭的可弯曲管(由例如镍钛诺、聚合物、软橡胶等制成)、螺旋形线圈弹簧等，它们可弯曲成各种简单的或复合的曲线，通常没有明显的横截面形变。通过使用一系列紧密间隔的部件，其它柔性零件可近似于这样的无限自由度零件，这些零件类似于蛇形的“椎骨”布置。“在这样的椎骨布置中，每个部件都是运动链中的短链节，并且每个链节之间的可移动机械约束(例如，销铰链、球窝结构(cup and ball)、活动铰链等)可允许链节之间一个(例如，俯仰)或两个(例如，俯仰和偏航)DOF的相对运动。短的柔性零件可充当和被建模为单个机械约束(关节)，单个机械约束(关节)提供了运动链中两个链节之间的一个或多个DOF，但是该柔性零件本身可以是由若干耦接的链节制成的运动链。有知识的人会理解，零件的柔性可以就其刚度来表示。

除非在本说明书中另有说明，否则诸如机械结构、部件或部件组合件之类的柔性零件可以是主动柔性或被动柔性的。主动柔性零件可通过使用与零件本身固有地相关联的力来弯曲。例如，一个或多个腱可沿该零件纵向地设置(routed)并且偏离该零件的纵向轴线，使得一个或多个腱上的张力使该零件或该零件的一部分弯曲。主动地使主动柔性零件弯曲的其它方式包括但不限于使用气动或液压动力、齿轮、电活性聚合物(更一般地，“人造肌肉”)等。通过使用零件外部的力(例如，施加的机械力或电磁力)来弯曲被动柔性零件。被动柔性零件可保持其弯曲形状直到再次弯曲，或者它可具有固有特性，该特性倾向于将零件恢复到原始形状。具有固有刚度的被动柔性零件的一个示例是塑料棒或弹性橡胶管。主动柔性零件在不被其固有地相关联的力致动时可以是被动柔性的。单个零件可由一个或多个串联的主动和被动柔性的零件制成。

可就使用da

手术系统(由加利福尼亚州桑尼维尔市的直观外科公司商业化)的实施方案来描述本发明的各方面。这样的手术系统的示例是da

Xi^TM手术系统(IS4000型)和da

Si^TMHD^TM手术系统(IS3000型)。然而，有知识的人将理解，可以以各种方式，包括计算机辅助式、非计算机辅助式以及手动和计算机辅助式实施方式和实施方案的混合组合来体现和实施本文公开的发明方面。有关da

手术系统的实施方案(例如，IS4000型、IS3000型、IS2000型、IS1200型)仅是示例性的，并且不应被视为是对本文公开的发明方面的范围的限制。正如所适用的，发明方面可在相对小的手持式手动操作的装置和具有另外的机械支撑物的相对大的系统两者中体现和实施。

应当理解的是，所公开的结构和机构的小规模产生了独特的机械条件，并且在这些结构和机构的构造中遇到了困难，这与以较大规模构造的类似结构和机构中所发现的情况不同，因为材料的力和强度不以与这些机构的大小相同的比率扩展(scale)。例如，由于机械特性、材料特性和制造考虑，轴直径为8mm的手术器械无法简单地缩小到5mm的轴直径。同样，轴直径为5mm的装置无法简单地缩小成轴直径为3mm的装置。在物理尺寸减小时，存在重大的机械问题。

计算机是遵循编程指令以对输入信息执行数学或逻辑功能以产生处理后的输出信息的机器。计算机包括执行数学或逻辑功能的逻辑单元，以及存储编程的指令、输入信息和输出信息的存储器。术语“计算机”和类似的术语，诸如“处理器”或“控制器”，涵盖单一位置实施方案和分布式实施方案两者。

本公开提供了改进的手术和机器人装置、系统和方法。本发明构思对于与手术机器人系统一起使用是特别有利的，在手术机器人系统中，在手术程序期间，多个手术工具或器械将被安装在相关联的多个机器人操纵器上并由这些机器人操纵器移动。机器人系统将通常但非排他地包括远程机器人系统、远程手术系统和/或远程呈现系统，这些系统包括被配置为主从控制器的处理器。通过提供采用处理器的机器人系统，该处理器被适当地配置以使具有相对大量自由度的铰接式联动装置的操纵器组合件移动，能够调节联动装置的运动以通过微创进入部位进行工作。在本申请中，“联动装置”用于指示单个链节，并指示包括多个链节(和一个或多个关节)的系统(正如所适用的)。大量的自由度还可允许处理器将操纵器定位，以抑制这些移动结构之间的干扰或碰撞等。

本文所述的操纵器组合件或系统将通常包括操纵器和安装在其上的工具(该工具通常包括手术版本的治疗、诊断或成像器械)，但是术语“操纵器系统”也将涵盖操纵器上未安装该工具的操纵器。术语“工具”包括通用工具或工业工具以及专门的手术器械，这些后来的结构通常包括适于组织操纵、组织治疗、组织成像等的端部执行器。工具/操纵器接口通常将是快速断开的工具保持器或耦接器，从而允许用替代工具实现工具的快速拆卸和更换。操纵器组合件通常将具有基座，或者附接到诸如手术台的结构元件，该结构元件在手术程序的至少部分期间可在空间上静止，并且操纵器组合件可包括在基座和工具的端部执行器之间的多个自由度。端部执行器的致动(例如，打开或闭合握持装置的钳口、对电手术桨(electrosurgical paddle)通电等)通常会与这些操纵器组合件的自由度分开，并且不止与这些操纵器组合件的自由度分开。

端部执行器通常会在工作空间中以两个和六个之间的自由度移动。如本文所用，术语“位置”涵盖位置和定向。因此，端部执行器的位置的改变(例如)可涉及端部执行器从第一位置到第二位置的平移、端部执行器从第一定向到第二定向的旋转、或这两者的组合。

当用于微创机器人手术时，操纵器组合件的移动可由系统的一个或多个处理器(或简称为“处理器”)控制，使得工具或器械的轴或中间部分被约束为通过微创手术进入部位或其它孔的安全运动。这样的运动可包括，例如，轴穿过孔部位的轴向插入、轴围绕其轴线的旋转、以及轴围绕邻近进入部位的枢轴点的枢转运动，但通常会阻止轴的过度横向运动，否则可能会撕裂邻近孔的组织或无意中使进入部位扩大。可使用禁止不当运动的机械操纵器关节联动装置来对进入部位处的操纵器运动施加这样的约束中的某些或全部，或者可使用机器人数据处理和控制技术来部分或全部施加这样的约束。因此，在一些实施方式中，操纵器组合件的这样的微创孔约束的运动可采用操纵器组合件的零个和四个之间的自由度(插入、转动(roll)、俯仰和偏航)。

与在手术部位内定位和移动端部执行器所需的自由度相比，本文所述的许多示例性操纵器组合件将具有更多的自由度。例如，可用六个自由度在内部手术部位处定位通过微创孔位的手术端部执行器在一些实施方式中可具有九个自由度(六个端部执行器自由度——三个用于定位，三个用于定向——加上三个自由度用来符合进入部位的限制)，但通常会有十个或更多个自由度。具有比给定的端部执行器位置所需的自由度更多的高度可配置的操纵器组合件可被描述为具有或提供足够的自由度，以允许工作空间中的端部执行器位置的一系列关节状态。例如，对于给定的端部执行器位置，操纵器组合件可占据一系列可选的操纵器联动装置位置中的任意一个(并在这些位置之间被驱动)。类似地，对于给定的端部执行器速度矢量，操纵器组合件可具有针对操纵器组合件的各个关节的一系列不同的关节移动速度。应当注意，可使用力控制、或阻抗控制、或导纳控制、或上述任意组合来潜在地控制主动地位置受控的任意自由度。

参考图1和图2，使用机器人技术的计算机辅助系统(诸如所描绘的计算机辅助式微创手术系统)可包括用户控制系统(诸如外科医生控制台40)、一个或多个操纵器(诸如操纵器系统160和170)以及用于执行任务的一个或多个器械(不可见)。在非限制性描绘的手术实施方案中，操纵器系统160和170通过可调节的支撑结构172安装到手术台10。在一些实施方案中，操纵器被安装到可搁置(rest)在地板上的基底上。可选地，操纵器可附接到其它稳定的结构，如框架、天花板等。

在所描绘的非限制性手术背景下，可将可机械操纵的手术器械插入通过小的微创手术孔以治疗患者体内手术部位处的组织，从而避免与直视手术进入有关的创伤。这些机器人系统能够以充分的灵巧性使手术器械的工作末端移动来执行相当复杂的手术任务，通常是通过使器械的轴在微创孔处枢转、轴向地使轴滑动通过孔、使轴在孔内旋转和/或类似操作。

在所描绘的实施方式中，外科医生控制台40包括立体视觉显示器45，使得用户可从患者侧系统158的立体照相机所捕获的图像中以立体视觉观看手术工作部位。左目镜46和右目镜47被提供在立体视觉显示器45中，使得用户可通过用户的左眼和右眼分别观看显示器45内的左显示屏和右显示屏。当通常在适合的指示器或显示器上观看手术部位的图像时，外科医生通过操纵主控输入装置(该主控输入装置转而利用手术系统的处理器(一个或多个)控制机器人器械的运动)对患者执行手术程序。

外科医生控制台40还包括左输入装置41和右输入装置42，用户可用他/她的左手和右手分别抓住左输入装置41和右输入装置42，以优选地以六个自由度(“DOF”)来操纵由操纵器系统160和170保持的装置(例如，手术器械)。具有脚趾和脚跟控制的脚踏板44被提供在外科医生控制台40上，因此用户可控制与脚踏板相关联的装置的移动和/或致动。

处理器43被提供在外科医生控制台40中以用于控制和其它目的。处理器43在计算机辅助式微创手术系统中执行各种功能。处理器43执行的一项功能是翻译和传递输入装置41、42的机械运动，以致动其相关联的操纵器系统160和170中的它们各自的关节，使得外科医生可有效地操纵诸如手术器械的装置。处理器43的另一功能是实施本文描述的方法、交叉耦接控制逻辑和控制器。

尽管在以上示例中描述了外科医生控制台40，但是应当理解，操作员控制台可以是未设计成以外科医生作为主要用户的控制台。例如，操作员控制台可针对手术团队的作为主要用户的另一位成员(麻醉师、助手等)来设计、供外科医生在同一时间或不同时间与手术团队的其它成员(一位或多位)一起使用、或供手术团队的任何成员通用。另外，在其它在实施方式中，操作员控制台可被设计用于非手术医学用途或用于非医学用途。

尽管被描述为处理器，但是应当理解，可通过硬件、软件和固件的任意组合来实施处理器43(以及本文所述的其它“处理器”)。另外，本文描述的处理器功能可由一个单元执行或在多个子单元中划分，每个子单元转而可由硬件、软件和固件的任意组合来实现。此外，尽管显示为外科医生控制台40的部分或在物理上与之相邻，但是处理器43也可使用机器人技术，在整个计算机辅助系统中作为子单元分布。

处理器43(以及本文所述的其它手术系统的处理器)可执行来自非暂时性机器可读介质的机器可读指令，该指令激活处理器43以执行与指令相对应的动作。因此，应当理解，本文的计算机辅助式手术技术和方法的公开内容包括含有相应的机器可读指令的非暂时性机器可读介质的伴随公开内容。

在所描绘的实施方案中，操纵器系统160和170包括操纵器臂和器械致动器。例如，操纵器系统170包括操纵器臂174和器械致动器176(其可以是如所描绘的示例中的手术器械致动器或用于其它用途的另一类型的器械)。操纵器臂174附接到支撑结构172并从支撑结构172延伸。器械致动器176附接到操纵器臂174。操纵器臂174可调节器械致动器176的位置。器械致动器176(和操纵器臂174)可调节安装在其上的手术器械的位置。可响应于对用户控制系统(例如，外科医生控制台40)的输入来进行这样的位置调节。尽管所描绘的实施方案包括两个操纵器系统160和170，但是在一些实施方案中，在单一计算机辅助式微创手术系统中包括一个、三个、四个、五个、六个或多于六个的操纵器系统。

还参考图3-图5，各种可选器械，诸如不同类型的手术器械和不同的端部执行器230可与本文描述的器械致动器结合使用。在某些情况下，在手术程序期间，操纵器中的至少一些的器械被移除和替换。这些端部执行器中的若干个，包括例如DeBakey钳56i、微型钳56ii和Potts剪刀56iii，包括第一端部执行器元件56a和第二端部执行器元件56b，它们彼此相对枢转以限定一对端部执行器钳口。其它端部执行器，包括手术刀、图像检测器和电灸探针，可具有在某些示例中可操纵的单个端部执行器元件。对于具有端部执行器钳口的器械，通常会通过紧握输入装置41、42的握持部件来致动钳口。

伸长轴220允许端部执行器230和轴220的远端部分通过微创孔(本文中是通过图2所示套管180)，通常是通过腹壁等，向远侧插入到手术工作部位中。可以给手术工作部位吹气，并且端部执行器230在患者体内的移动通常会至少部分地通过使器械绕轴220穿过微创孔的位置枢转来实现。换句话说，操纵器系统160和170将在患者体外来移动手术器械致动器(例如，器械致动器176)，使得轴220延伸通过微创孔位置，以有助于提供端部执行器230的期望的移动。因此，在程序期间，操纵器系统160和170经常会将在患者体外驱动器械致动器的显著运动。

还参考图6和图7，如上所述，示例性操纵器系统170包括操纵器臂174和器械致动器176。器械致动器176可释放地附接到操纵器臂174，并且被配置以可释放地接收诸如所描绘的示例性手术器械200之类的器械并与之接合。例如，器械致动器176可以滑动地接收轴220并且可与器械200的近端部分210耦接。如下文进一步所述，近端部分210可包括与器械致动器176的相应的元件接合的多个接合构件，以控制端部执行器230的运动和动作。

操纵器臂174可调节器械致动器176的位置(以及与器械致动器176接合的器械的位置)。例如，操纵器臂174可沿弓形平移运动路径来驱动器械致动器176，如箭头171所示。另外，操纵器臂174可旋转以使器械致动器176枢转，如箭头173所示。这样的运动可以以远程运动中心181为中心，远程运动中心181例如可以是与套管180重合的点。

除了由操纵器臂174驱动的运动171和173之外，器械致动器176本身还可驱动与器械致动器176接合的器械的各种运动。例如，器械致动器176可驱动手术器械200沿器械200的纵向轴线201的运动，如箭头175所示。沿器械200的纵向轴线201的这样的运动(如箭头175所示)可被称为，例如，插入运动和缩回运动或撤回运动。即，器械致动器176可驱动器械200沿器械200的纵向轴线201插入(向远侧移动)或撤回(向近侧移动)。因此，器械200的纵向轴线201也可被称为插入轴线。器械致动器176还可关于操纵器臂174旋转，如箭头177所示。箭头177指示的运动使器械200绕其纵向轴线201旋转(例如，转动、自转(spin)或旋转(rotate))。

在随后的附图中将描述用于驱动器械(例如，手术器械200)的运动的器械致动器(例如，器械致动器176)的新型机构。本文所述的各种器械致动器机构的共同特征之一是花键轴的使用，如下文进一步所述。

参考图8和图9，在一些实施方式中，本文所述的器械致动器可包括花键轴，如花键轴300所示例的。轴环310可与花键轴300滑动地耦接或配合。总体上，花键轴(诸如花键轴300)包括作为脊或齿的一个或多个花键。然而，花键轴几乎可使用任意的非圆形横截面。例如，花键轴可具有卵形横截面形状(以及许多其它横截面形状)，如下文进一步所述。

轴环310(也可被描述为轴套、套筒、螺母、毂等)限定了内部空间，该内部空间对应于花键轴300的横截面形状的外轮廓。因此，轴环310可沿花键轴300纵向滑动，如箭头301所示，但不能绕花键轴300旋转。在一些实施方式中，轴环310可在使用在由花键轴300的外轮廓限定的相应的凹槽中延伸(run)的一个或多个承载轴承(例如，滚珠轴承)的情况下沿花键轴300滑动。这样的布置可被称为滚珠花键轴承。滚珠花键轴承允许几乎无摩擦的线性运动，同时还允许扭矩传输。

在一些实施方式中，轴环310可包括滑轮(如所描绘的)、滑车轮、绞盘、齿轮等。在一些这样的实施方式中，轴环310因此非常适于传输被输入到花键轴300的扭矩，同时定位在沿花键轴300的长度的任意位置，如下面进一步描述的。

参考图10-图15，花键轴可具有各种不同的横截面形状。应当理解，所示的花键轴是在本公开的范围内设想的不同类型的花键轴的非限制性示例。即，许多其它花键轴设计(未显示)也是可能的，并且是在本公开的范围内所设想的。

图10示例了四边形截面形状。图11示例了五边形的多边形横截面形状。图12示例了六边形的多边形横截面形状。图13示例了多点星形截面形状。图14示例了具有六个花键部分的设计。图15示例了限定键槽的截面形状。应当理解，由这些设计示例的花键轴的所有其它变化、修改、扩展、组合和排列也包括在本公开的范围内。

参考图16和图17，花键轴与轴环的组合可用于以各种不同的相对布置来传输扭矩。例如，施加在花键轴300上或由花键轴300施加的扭矩(如箭头303表示)可从轴环310传输，同时轴环310处于第一位置中(如图16所描绘的；其中所传输的扭矩由箭头305a表示)，和/或同时轴环310处于第二位置中(如图17所描绘的；其中所传输的扭矩由箭头305b表示)。因此，应当理解，轴环310可从花键轴300传输扭矩，同时轴环310处于沿花键轴300的任意位置中。

参考图18和图19，在某些情况下，花键轴上的轴环具有诸如但不限于齿轮的形状会是有益的。各种类型的齿轮都可用作轴环。例如，在一些实施方式中，花键轴轴环可包括如图18所示的渐开线正齿轮轴环320。在另一示例中，花键轴轴环可包括如图18所示的锥齿轮轴环330。在本公开的范围内，还设想了包括各种其它类型的齿轮(例如，螺旋齿轮、双螺旋齿轮、小齿轮、平面齿轮、蜗轮、蜗杆等)的花键轴轴环。渐开线正齿轮轴环320可响应于如箭头303表示的对花键轴300的扭矩而传输箭头307表示的扭矩。锥齿轮轴环330可响应于如箭头303表示的对花键轴300的扭矩而传输箭头309表示的扭矩。齿轮轴环320和330可沿花键轴300滑动，如箭头301所示，并且可沿花键轴300从任意位置传输扭矩。

参考图20，花键轴和轴环(如上所述)可有利地与各种机构中的其它机械和机电部件结合。例如，所示例的组合件包括两个花键轴300a-b、两个相应的轴环310a-b、托架340和丝杆350。丝杆350与托架340螺纹耦接。花键轴300a-b滑动地耦接到托架340。因此，如箭头341所表示的丝杠350的旋转使托架340沿花键轴300a-b平移。

在所描绘的布置中，轴环310a-b滑动地配合到花键轴330a-b，同时耦接到托架340，使得轴环310a-b与托架340一起沿丝杠350线性移动(如箭头301所表示的)。轴环310a-b中的每一个的至少部分可关于托架旋转。因此，花键轴330a-b的旋转引起相应的轴环310a/b关于托架340的相应的旋转。简而言之，轴环310a-b可沿花键轴300a-b平移，并且可关于托架340旋转。轴环310a-b的这样的旋转和线性移动可顺序地和/或同时发生。

参考图21，图20中示例的示例性机构可以以各种方式进一步修饰，诸如在所描绘的示例中的方式。在此，花键轴300a由驱动马达360a可旋转地驱动，而花键轴300b由驱动马达360b可旋转地驱动。此外，丝杠350由驱动马达370可旋转地驱动。如图所示，驱动马达与从动构件之间的耦接器在某些情况下可包括一个或多个传输部件，如齿轮或其它动力传输部件。

所示例的机构还包括器械驱动输出件312a-b。器械驱动输出件312a-b由相应的轴环310a/b可旋转地驱动。在所描绘的实施方式中，器械驱动输出件312a-b和轴环310a-b使用皮带可旋转地耦接。然而，可使用任意适合的驱动耦接技术，诸如但不限于缆线、齿轮等。当激活驱动马达360a-b中的一个或多个时，将导致相应的器械驱动输出件(一个或多个)312a/b的旋转。如图所示，在一些实施方式中，器械驱动输出件312a-b可被定位在托架340上，使得具有相应的驱动输入件耦接器的器械可耦接到托架340，使得器械可从器械驱动输出件312a-b接收旋转驱动运动。

所示例的机构可以各种有益的布置和构型来实施。此外，花键轴/轴环和/或丝杆的数量可以变化，以满足特定实施方案的需要，同时仍在本公开的范围内。

图22和图23示例了使用上述花键轴/轴环和丝杠机构概念的示例器械致动器360。器械致动器360可例如在上述器械致动器176的背景下实施(参见，例如，图2和图7)，以用于利用机器人技术的计算机辅助手术系统，以及用于其它用途。器械致动器360可例如与操纵器臂(如操纵器臂174)耦接。图23显示了器械致动器360的上部的俯视图。

总体上，器械致动器360包括壳体362，壳体362包围(封装，encloses)多个驱动马达(不可见)，该驱动马达机械地耦接以单独地驱动相应的花键轴300a-e或丝杠350a-b。套管180可释放地耦接到壳体362。托架340可移动地耦接到壳体362，并且螺纹耦接到丝杆350a-b，使得可通过丝杆350a-b沿器械致动器360的纵向轴线361(插入轴线)的旋转来驱动托架340。

多个器械驱动输出件312a-e可旋转地耦接到托架340。器械驱动输出件312a-e各自由相应的花键轴300a-e(经由相应的轴环，不可见)单独驱动，花键轴300a-e转而由壳体362内相应的驱动马达驱动。

还参考图24，器械驱动输出件312a-e被定位在托架340上，以便在器械400耦接到托架340的情况下与器械400的相应的驱动输入件耦接器412a-e耦接是可实现的(accessible)。也就是说，当器械400的近端部分410抵靠托架340时，托架340上的器械驱动输出件312a-e可各自与器械400的相应的驱动输入件耦接器412a-e可释放地耦接。以这样的方式，来自驱动花键轴300a-e的驱动马达的旋转运动被传递到器械400，以致动器械400的端部执行器430的各种不同的运动/动作。尽管所描绘的实施方式包括五个器械驱动输出件312a-e和相应的器械驱动输入件412a-e，但是在一些实施方式中，包括一个、两个、三个、四个、六个、七个、八个或多于八个的器械驱动输出件/输入件的组合。

在一些实施方式中，器械400的近端部分410包括闩锁机构，使得器械可被牢固地但可移除地附接到托架340。因此，当托架340由丝杠350a-b驱动以沿轴线361平移时，附接的器械400也将沿轴线361向近侧和/或向远侧平移。在这样的布置中，器械400的轴420滑动地延伸通过由套管180限定的腔。

图25示例了使用花键轴、轴环、丝杠和托架的另一类型的示例性机构500。在此，三个花键轴500a-c各自与相应的轴环510a-c滑动地配合。三个花键轴500a-c各自由相应的驱动马达560a-c可旋转地驱动。轴环510a-c单独地可旋转地耦接到托架540。

在所描绘的示例性实施方式中，轴环510a-c各自包括锥齿轮。在一些实施方式中，轴环510a-c包括沿花键轴500a-c滑动的滚珠花键轴承或轴套。在一些实施方式中，轴环510a-c的一部分相对于托架540是固定的，而轴环510a-c的另一部分相对于托架540是可旋转的。托架540与丝杠550螺纹耦接，丝杠550由驱动马达570可旋转地驱动。

图26示意性显示了机构500和/或与其相关联的概念如何能够作为器械致动器(例如，手术器械致动器)来实施。如图所示，示例性器械600能够可释放地与器械致动器机构500耦接。

示例性器械600包括近端部分610、伸长轴620和端部执行器630。伸长轴620的近端附接到近端部分610并从近端部分610向远侧延伸。端部执行器630附接到伸长轴620的远端并且从伸长轴620的远端向远侧延伸。

在一些实施方式中，器械600的近端部分610包括闩锁机构，使得器械可被牢固地但可移除地附接到托架540。近端部分610还可包括一个或多个器械驱动输入件。例如，在所描绘的实施方式中，近端部分610包括第一器械驱动输入件612a、第二器械驱动输入件612b(不可见)和第三器械驱动输入件612c。在此实施方式中，器械驱动输入件612a-c包括锥齿轮，该锥齿轮单独地与轴环510a-c的相应的锥齿轮啮合(可释放地耦接)。尽管所描绘的实施方式包括三个器械驱动输出件510a-c和相应的器械驱动输入件612a-c，但是在一些实施方式中，包括一个、两个、四个、五个、六个、七个、八个或多于八个的器械驱动输出件/输入件的组合。

在所描绘的实施方式中，器械驱动输入件612a-c的锥齿轮和轴环510a-c的锥齿轮分别距托架540的距离是不同的。例如，可以看出，器械驱动输入件612a和轴环510a的锥齿轮比器械驱动输入件612c和轴环510c的锥齿轮距托架540更远。这样的布置在一些实施方式中会是有益的，以便防止与近端部分610内的器械驱动输入件612a-c相关联的机构之间的物理干扰。例如，在一些实施方式中，器械驱动输入件612a-c耦接到近端部分610内的绞盘。一根或多根缆线可缠绕在绞盘周围，并可从那里延伸到端部执行器630。因此，由器械驱动输入件612a-c驱动的绞盘/缆线可用于驱动端部执行器630的各种自由度的调节。在器械驱动输入件612a-c和轴环510a-c的锥齿轮分别距托架540的距离有所不同的情况下，为绞盘提供了近端部分610内部的更多空间。

参考图27和28，另一示例性器械700(其在一些实施方案中可用作手术器械，而在其它实施方案中可用作非手术器械)可包括含有齿轮的器械驱动输入件712a-d。具体地，所描绘的器械700的实施方式包括器械驱动输入件712a-d，器械驱动输入件712a-d单独地包括相应的正齿轮(例如，渐开线正齿轮)。这样的正齿轮包括多对相邻的齿轮齿，在这些齿轮齿之间限定了谷。正齿轮器械驱动输入件712a-d的齿和谷平行于器械的轴720的纵向轴线延伸。尽管所描绘的实施方式将正齿轮用于器械驱动输入件712a-d，但是在一些实施方式中，可使用其它类型的齿轮，如锥齿轮。

器械驱动输入件712a-d中的每一个可例如驱动绞盘和缆线布置，该绞盘和缆线布置可调节/控制轴720的远端处的端部执行器(未显示)的自由度。尽管所描绘的实施方式包括四个器械驱动输入件712a-d，但是在一些实施方式中，包括一个、两个、三个、五个、六个、七个、八个或多于八个的器械驱动输入件的组合。在一些实施方式中，器械驱动输入件712a-d中的一些或全部可包括扭力弹簧，该扭力弹簧张紧缆线(一根或多根)以防止缆线松弛。在一些实施方式中，缆线(一根或多根)被预张紧。尽管器械驱动输入件712a-d中的一些使用绞盘来驱动一根或多根缆线，但是器械驱动输入件712a-d中的一个或多个可驱动诸如手术缝合器(stapler)之类的工具的直接激活器(例如，轴)。

所描绘的器械700的实施方式包括具有手柄的近端部分710，该手柄包括用于与器械致动器的托架可释放地耦接的闩锁机构711。尽管所描绘的实施方式的手柄包括环(hoop)，但是在一些实施方式中，不包括这样的环。器械驱动输入件712a-d各自被配置以单独地与器械致动器的驱动输出件可释放地耦接(如下文进一步描述的)。从这个意义上讲，可释放的耦接包括驱动齿轮和从动齿轮的啮合。

图29以俯视图显示了器械700如何与示例性器械致动器800可操作地耦接。在此示例中，器械致动器800包括壳体862，壳体862包围花键轴810a-d。在所描绘的实施方式中，花键轴810a-d具有齿轮形的横截面轮廓。换句话说，花键轴810a-d是伸长的正齿轮，和/或类似的正齿轮棒形轧材。因此，沿齿轮形花键轴810a-d的长度，齿轮形花键轴810a-d可与器械驱动输入件712a-d啮合(直接耦接)，同时允许它们之间的滑动接触。

示例性器械致动器800包括驱动马达860a-d，每个驱动马达860a-d以上述的参考类似机构的方式驱动花键轴810a-d中的相应的一个。器械致动器800还包括第一丝杠850a和第二丝杠850b，第一丝杠850a和第二丝杠850b各自与托架(不可见)螺纹耦接，器械700可释放地耦接到该托架。驱动马达870可旋转地耦接到丝杠850a-b中的每一个，如下面进一步描述的。因此，驱动马达870可驱动托架(以及耦接到托架的器械700)沿器械700的插入轴线向远侧和向近侧的平移运动。器械致动器800还包括驱动马达880，驱动马达880驱动器械致动器800(以及耦接到器械致动器800的器械700)关于器械致动器800所附接的操纵器臂的旋转。这样的旋转可被称为“转动”。

图30显示了不具有壳体862的示例性器械致动器800的立面图。在这里，我们可以看到可旋转地耦接到丝杠850a-b中的每一个的驱动马达870。在一些实施方式中，环形齿轮871、皮带、同步皮带、齿轮系等可用于将单个驱动马达870可旋转地耦接到丝杠850a-b中的每一个。丝杠850a-b使用带螺纹的轴环或螺母841a-b螺纹耦接到托架840。托架840借助于轴环811a-b沿花键轴810a-d滑动，轴环811a-b可以是滚珠花键轴承、轴套等。

图31显示了花键轴810a-d的横截面轮廓是正齿轮形状。

图32示意性显示了与器械致动器800耦接的器械700的立面图。这里省略了丝杠850a-b，以增强某些其它部件的清楚性。驱动器械致动器800(以及与之耦接的器械700)关于器械致动器800所附接的操纵器臂的旋转的驱动马达880是可见的。在一些实施方式中，驱动马达880固定地耦接到壳体862并且驱动小齿轮881，小齿轮881与固定地耦接到操纵器臂(未显示)的环形齿轮882啮合。因此，驱动马达880的旋转将导致整个器械致动器800和器械700组合件相对于操纵器臂旋转或转动。

在所描绘的器械致动器800的实施方式中，包括了两层的托架。也就是说，托架包括第一托架平台840a和间隔开的第二托架平台840b。器械驱动输入件712a-d和器械驱动输出件(即花键轴810a-d)之间的耦接器的位置在第一托架平台840a和第二托架平台840b之间。这样的布置可通过抑制花键轴810a-d的偏转来帮助确保器械驱动输出件/输入件之间的稳固的耦接(啮合)。

在所描绘的器械致动器800的实施方式中，引入槽864a、864b、864c(不可见)和864d(不可见)被包括在壳体862的顶部(近端部分)上或附近。引入槽864a-d可有助于在器械700与器械致动器800耦接期间促进器械驱动输入件712a-d的齿与花键轴810a-d的谷适当对准。在一些实施方式中，当器械700与器械致动器800不接合时，花键轴810a-d自动地“停放”成与引入槽864a-d对准。因此，利用引入槽864a-d所提供的相对于花键轴810a-d的对准，可促进将器械700容易地插入器械致动器800中。此外，在一些实施方式中，最接近花键轴810a-d的引入槽864a-d的端部可被斜切，以促进容易地从器械致动器800移除器械700。更进一步，在一些实施方式中，花键轴810a-d的近端部分可以是锥形的，以易于相对于器械致动器800来插入和/或移除器械700。

现在参考图33，可以使用和扩展上述的涉及花键轴/轴环等的概念，以进一步获得可在器械致动器领域中使用的各种另外的创新设计。例如，所描绘的机构900a包括花键轴910a₁，花键轴910a₁由驱动马达960a₁可旋转地驱动，如箭头911表示的。

示例性机构900a还包括轴环(包括蜗杆920a和子悬挂架(副悬挂架，sub-carrier)922a)，该轴环滑动地耦接到花键轴910a₁，如箭头921表示的。子悬挂架922a也可被视为是托架。花键轴910a₁的旋转引起蜗杆920a的旋转，而非子悬挂架922a的旋转。蜗杆920a和子悬挂架922a可自由地沿花键轴910a₁平移。

示例性机构900a还包括蜗轮930a，蜗轮930a利用附贴到(affixed to)子悬挂架922a的小齿轮轴924a/在小齿轮轴924a上可旋转地耦接到子悬挂架922a。小齿轮轴924a沿与限定花键轴910a₁的纵向方向正交并且与如箭头921表示的子悬挂架922a的运动正交的横向方向，从子悬挂架922a延伸。

蜗轮930a与蜗杆920a啮合。当蜗杆920a由于花键轴910a₁的旋转而旋转时，蜗杆920a驱动蜗轮930a绕小齿轮轴924a旋转，如箭头931表示的。小齿轮940a固定地附接到蜗轮930a，并且关于小齿轮轴924a也可旋转。因此，当蜗轮930a旋转时，小齿轮940a将与蜗轮930a一起旋转。

示例性机构900a还包括两个相对的齿条：第一齿条950a₁和第二齿条950a₂，这两个齿条与小齿轮940a啮合。因此，当小齿轮940a旋转时，小齿轮940a驱动相对的齿条950a_1-2，以相对于彼此在相反的方向上平移，如箭头951a₁和951b₂表示的。齿条950a_1-2沿与限定花键轴910a₁的纵向方向平行的路径平移。

参考图34，上述机构900a可作为子组合件包括在所示的更加扩展的机构1000中。在一些实施方式中，机构1000可作为器械致动器(例如，手术器械致动器)，或作为器械致动器的部分来实施。

在所描绘的机构1000中，子组合件机构900a被布置在两层托架990内。在一些实施方式中，两层托架990包括器械固定件，如手术器械固定件。两层托架990与第一丝杠970和第二丝杠972螺纹耦接。丝杠970和丝杠972限定机构1000的纵向方向。例如，在将机构1000用作手术器械致动器的情况下，丝杠970和972的纵向轴线限定与机构1000耦接的手术器械的平行插入轴线。

丝杠970和972由驱动环形齿轮982的驱动马达980可旋转地驱动。环形齿轮982与耦接到丝杠970和972的齿轮啮合。因此，当驱动马达980旋转时，环形齿轮982旋转，并且丝杠970和丝杠972也旋转。丝杆970和972的旋转导致两层托架990和子组合件机构900a沿丝杆970和972的轴线平移。在一些实施方式中，皮带、同步皮带、缆线(一根或多根)、链条等可用作环形齿轮982的替代方案，或者除了环形齿轮982之外，还可以使用皮带、同步皮带、缆线(一根或多根)、链条。

当驱动马达980使两层托架990沿丝杠970和972的轴线驱动时，两层托架990和机构900a沿花键轴910a₁和910a₂滑动地平移。

机构1000还包括花键轴910a₂。花键轴910a₂由驱动马达960a₂可旋转地驱动。与花键轴910a₂滑动地配合的轴环包括两层托架990和螺杆926a。螺杆926a耦接到两层托架990(例如，被捕获在两层托架990的层之间)，同时仍绕其纵向轴线自由旋转。螺杆926a螺纹地耦接到子悬挂架922a(并且由于小齿轮轴924a附贴到子悬挂架922a，因此实际上，螺杆926a螺纹地耦接到小齿轮轴924a)。因此，当驱动马达960a₂驱动花键轴910a₂的旋转时，使螺杆926a旋转，从而驱动子悬挂架922a沿螺杆926a的轴线的平移。当子悬挂架922a响应于螺杆926a的旋转而平移时，蜗杆920a、蜗轮930a、小齿轮940a以及齿条950a_1-2也平移。

在所描绘的实施方式中，齿条950a_1-2各自沿在两层托架990的层之间延伸的相应的轴或滑道954a_1-2平移。在一些实施方式中，滑道954a_1-2将两层托架990的两个平台构件固定地耦接在一起。滑道954a_1-2平行于丝杠970和972延伸。齿条950a_1-2中的每一个均滑动地耦接到相应的滑道954a_1/2。

齿条950a_1-2中的每一个包括相应的器械驱动输入件接合构件952a_1-2。器械驱动输入件接合构件952a_1-2被定位并配置以与可释放地耦接到机构1000的器械的相应的器械驱动输入件可释放地耦接，如下文进一步描述的。在一些实施方式中，器械驱动输入件接合构件952a_1-2是突出部、凹部、套环(cups)、锁销(detents)等。

在一些实施方式中，可包括一个或多个负载传感器(力传感器)作为机构1000的部分。例如，在一些实施方式中，一个或多个力传感器可位于螺杆926a和托架900之间。在一些实施方式中，一个或多个力传感器可被布置以测量施加到器械驱动输入件接合构件952a_1-2的负载。

参考图35，如上所述的机构1000及其相关概念可并入到如图所示的更加扩展的机构1100中。在一些实施方式中，机构1100可作为器械致动器(例如，手术器械致动器)，或者作为器械致动器的部分来实施。

所描绘的机构1100的实施方式包括机构1000的部件。对机构1000的部件增加了第三丝杠974和第二子组合件机构900b。第三丝杠974可与丝杠970和972联接在一起并以与丝杠970和972相同的方式被驱动。第二子组合件机构900b可包括相同类型的部件，并且可被配置成与子组合件机构900a相同。

如图35所示，第一子组合件机构900a和第二子组合件900b是独立可调节/可控制的。例如，通过以比第一子悬挂架922a更高的高度示例的第二子悬挂架922b来示例该概念。另外，齿条950b_1-2以相对于彼此而不同的高度显示，而齿条950a_1-2以相对于彼此基本相等的高度显示。第一子组合件机构900a相对于第二子组合件900b的这样的单独的可调节性在控制耦接到机构1100的器械的多个自由度的背景下是有益的。

尽管机构1100包括子组合件机构900a和900b中的两个，但是在一些实施方式中，三个、四个、五个、六个或多于六个的这样的子组合件机构900a-b被包括在被配置成类似机构1100的单个机构中。子组合件机构中的每一个都可单独地调节/控制。

尽管在先前的附图中已经示意性示例了一些机构和相关概念，但是在下面的图36-42中，以容易实施的设计形式显示了机构和相关概念。相同的参考数字用于指示部件和机构的相关性。因此，以上描述适用于以下附图中相同编号的部件和机构。

图36-图42的机构和相关概念可在使用机器人技术的计算机辅助系统的背景下实施。在一些这样的背景下，使用机器人技术的计算机辅助系统可在手术环境中使用，诸如用于微创远程操作型手术系统。在一些这样的背景下，使用机器人技术的计算机辅助系统可在非手术环境中用于其它用途，诸如工业用途。

参考图36和图37，在此以纵向横截面显示了如先前附图(例如，图2和图7)中描述的示例性操纵器臂174和器械致动器176。为了使器械致动器176的内部机构可见，未显示器械致动器176的壳体。另外，透明地显示了操纵器臂174和器械致动器176的一些部件，以增强其它附近部件的可见性。在一些实施方式中，整个器械致动器176可被马达驱动，以围绕与器械致动器176耦接的器械(未显示，参考图7)的插入轴线关于操纵器臂174旋转(转动)。

机构1100显示其具有两层托架990。两层托架990可包括器械固定件，如手术器械固定件。两层托架990与第一丝杠970以及在一些实施方式中，一个或多个其它丝杠(不可见)螺纹耦接。丝杆(一个或多个)970限定机构1100的纵向方向。例如，在当机构1100用作手术器械致动器的情况下，丝杆(一个或多个)970的纵向轴线限定耦接到机构1100的手术器械的平行插入轴线。

第一子组合件机构900a在两层托架990的层之间的空间内。相邻的第二子组合件机构的部分也是可见的(例如，相邻的第二子组合件机构的花键轴910b₁、子悬挂架922b和蜗杆920b是可见的)。

子组合件机构900a包括第一花键轴910a₁和第二花键轴910a₂，它们单独地由各自的驱动马达(不可见)可旋转地驱动。子组合件机构900a还包括轴环，该轴环包括蜗杆920a(不可见)、子悬挂架922a和螺杆926a。子悬挂架922a、蜗杆920a和螺杆926a滑动地耦接到花键轴910a_1-2。

子悬挂架922a和蜗杆920a自由地沿花键轴910a₁平移。子悬挂架922a和螺杆926a自由地沿花键轴910a₂平移。花键轴910a₁的旋转引起蜗杆920a的旋转，而非子悬挂架922a的旋转。花键轴910a₂的旋转引起螺杆926a的旋转，而非子悬挂架922a的旋转。花键轴910a₂的旋转引起子悬挂架922a的平移，因为螺杆926a与子悬挂架922a螺纹耦接。

子组合件机构900a包括蜗轮930a，蜗轮930a利用附贴到子悬挂架922a的小齿轮轴924a/在小齿轮轴924a上可旋转地耦接到子悬挂架922a。小齿轮轴924a沿与限定花键轴910a₁的纵向方向正交并且与子悬挂架922a相对于两层托架990的平移运动正交的横向方向，从子悬挂架922a延伸。蜗轮930a与蜗杆920a啮合。当蜗杆920a由于花键轴910a₁的旋转而旋转时，蜗杆920a驱动蜗轮930a围绕小齿轮轴924a的旋转。小齿轮940a固定地附接到蜗轮930a，并且关于小齿轮轴924a也可旋转。因此，当蜗轮930a旋转时，小齿轮940a将与蜗轮930a一起旋转。

示例性机构900a还包括两个相对的齿条：第一齿条950a₁和第二齿条950a₂，它们与小齿轮940a啮合。因此，当小齿轮940a旋转时，小齿轮940a驱动相对的齿条950a_1-2，以相对于彼此沿相反的方向平移。因为齿条950a_1-2沿平行于花键轴910a_1-2布置的滑道952a_1-2平移，所以齿条950a_1-2沿平行于限定花键轴910a_1-2的纵向方向的路径平移。

齿条950a_1-2中的每一个包括相应的器械驱动输入件接合构件952a_1-2。器械驱动输入件接合构件952a_1-2被定位并配置以与可释放地耦接到机构1100的器械的相应的器械驱动输入件可释放地耦接，如下文进一步描述的。器械驱动输入件接合构件952a_1-2沿相反方向平移的事实可用于驱动器械的端部执行器的运动，该端部执行器可释放地耦接到机构1100。

机构1100还包括螺杆926a。螺杆926a耦接到两层托架990(例如，被捕获在两层托架990的层之间)，同时仍绕其纵向轴线自由旋转。螺杆926a螺纹耦接到子悬挂架922a(并且由于小齿轮轴924a附贴到子悬挂架922a，因此实际上，螺杆926a螺纹耦接到小齿轮轴924a)。因此，当驱动马达960a₂驱动花键轴910a₂的旋转时，使螺杆926a旋转，从而驱动子悬挂架922a沿螺杆926a的轴线的平移。当子悬挂架922a响应于螺杆926a的旋转而平移时，蜗杆920a、蜗轮930a、小齿轮940a以及齿条950a_1-2也平移。

齿条950a_1-2的平移(作为花键轴910a₂的旋转的结果)是沿相同的方向并且距离相同。当然，对于固定到齿条950a_1-2的器械驱动输入件接合构件952a_1-2也是如此。器械驱动输入件接合构件952a_1-2沿相同方向并以相同距离同时平移的事实可用于张紧器械的缆线(例如，在器械驱动输入件和器械的端部执行器之间延伸的缆线)。

在一些实施方式中，可包括一个或多个负载传感器(力传感器)作为机构1100的部分。例如，在一些实施方式中，一个或多个力传感器可位于螺杆926a和两层托架990的层之间。在一些实施方式中，一个或多个力传感器可被布置以测量施加到器械驱动输入件接合构件952a_1-2的负载。这样的负载可对应于在器械的驱动输入件和器械的端部执行器之间延伸的缆线所施加的张力。

图38显示了沿图7所示的横截面线37-37截取的具有接合的器械200的器械致动器176的横截面俯视图。横截面恰好位于两层托架990的上层下方。因此，三个子组合件机构900a、900b和900c以及两层托架990的下层是可见的。

在此横截面图中，我们可以看到子组合件机构900a的以下标记的部件：花键轴910a_1-2、驱动马达960a_1-2、蜗杆920a、螺杆926a、蜗轮930a、子悬挂架922a、齿条950a_1-2和器械驱动输入件接合构件952a_1-2。其它两个子组合件机构900b和900c具有类似的部件。

器械驱动输入件接合构件952a_1-2(从视野中遮挡)与器械200的相应的器械驱动输入件可释放地接合。例如，器械200可包括一对器械驱动输入件240a和204b，如图39所示。器械驱动输入件240a和204b可包括与器械致动器176的器械驱动输入件接合构件952a_1-2可释放地配合的结构(例如，凹部、突出部、锁销等)。

在一些实施方式中，器械驱动输入件240a和204b可与器械200的近端部分210滑动地耦接，从而可沿平行于伸长轴220的轴线的路径平移。在一些实施方式中，器械驱动输入件240a和240b耦接到缆线，该缆线从器械驱动输入件240a和240b延伸通过伸长轴220到达端部执行器。

当器械驱动输入件240a和204b各自沿相同方向，向近侧或远侧(例如，通过花键轴910a₂和螺杆926a的旋转)平移时，缆线中的张力分别增大或减小。当器械驱动输入件240a和204b相对于彼此沿相反方向(例如，通过花键轴910a₁和蜗杆920a的旋转)平移时，器械200的端部执行器的自由度被相应地调节。

仍参考图38，器械致动器176的子组合件机构900b和900c还可包括与器械200的相应的器械驱动输入件接合的器械驱动输入件接合构件。因此，器械致动器176被配置以驱动所接合的器械200的端部执行器的至少三个不同的自由度，并控制缆线的张力。

器械致动器176还包括在所描绘的实施方式中驱动三个丝杠970、972和974的驱动马达980。当由驱动马达980驱动时，丝杠970、972和974使两层托架990沿器械200的插入轴线平移。耦接到两层托架990的器械200还将响应于驱动马达980的致动而向远侧和/或向近侧平移。

器械致动器176还包括驱动马达994，驱动马达994在被致动时使器械致动器176和器械200围绕器械200的插入轴线，相对于操纵器臂174旋转或转动。在一些实施方式中，整个器械致动器176响应于驱动马达994的致动而围绕插入轴线转动。

在一些实施方式中，器械致动器176还包括驱动马达，该驱动马达可双向地驱动器械200的另一自由度。例如，在所描绘的实施方式中，器械致动器176包括驱动马达996，驱动马达996可驱动齿轮系，该齿轮系可用于各种目的，诸如但不限于射钉(staple firing)、刀具射出(knife firing)、以及器械200的端部执行器的其它操作。因此，在一些实施方式中，器械200可包括含有齿轮250的器械驱动输入件，如图40所示，齿轮250可与由驱动马达996驱动的齿轮系啮合。

参考图41和42，在一些实施方式中，可与器械致动器176可释放地耦接的器械260包括具有紧凑轮廓的手柄270。紧凑的手柄270会是有利的，因为在使用过程中，器械260和器械致动器176会四处移动，并且在某些情况下较大的手柄可能会阻塞。

器械致动器176包括外壳，该外壳包括外壳的近侧部分178a和外壳的远侧部分178b。外壳部分178a-b围绕并沿器械260的纵向轴线271(插入轴线)延伸。

外壳的近侧部分178a限定围绕纵向轴线271的外边界/外围。外壳的近侧部分178a的外边界/外围基本上是圆柱形的。

外壳的远侧部分178b还限定了围绕纵向轴线271的外边界/外围。外壳的远侧部分178b的外边界/外围限定了器械致动器176的最大外围。外壳的远侧部分178b的外边界/外围不是圆柱形的。相反，外壳的远侧部分178b的外边界/外围的横截面形状大致是D形的。因此，在外壳的远侧部分178b的平坦侧壁179与外壳的远侧部分178b的平坦侧壁179径向向外的曲线形(例如，辐射形(radiused)、弓形或圆形节段)壁部分的延伸部所限定的圆柱形边界/外围之间限定了截断体积。在所描绘的实施方式中，截断体积具有D形的横截面形状。

在一些实施方式中，如所描绘的实施方式，手柄270的从外边界/外围器械致动器176径向突出的部分在外壳的远侧部分178b的截断体积内。即，手柄270不径向延伸超过截断体积。相比之下，手柄270确实径向延伸超过外壳的近侧部分178a的外边界/外围。

外壳的近侧部分178a限定了从轴线271起的半径。手柄270从轴线271延伸的距离大于外壳的近侧部分178a的半径。外壳的远侧部分178b限定了从轴线271起(从轴线271到外壳的圆柱形部分178b的外表面起)的半径。手柄270从轴线271延伸的距离小于外壳的远侧部分178b的半径。

尽管本说明书包含许多特定的实施方案细节，但是这些细节不应解释为对任意发明或可要求保护的范围的限制，而应解释为是对具体发明的具体实施方式而言特异的特征的描述。本说明书中在单独的实施方式的背景下所描述的某些特征也可在单一实施方式中以组合方式实施。反过来，在单一实施方式的背景下所描述的各种特征也可单独地在多个实施方式中实施或以任意适合的子组合来实施。此外，尽管本文可将特征描述为以某些组合方式起作用，甚至最初也是这样要求保护的，但是在某些情况下，可从所要求保护的组合中剔除该组合中的一个或多个特征，并且所要求保护的组合可涉及子组合或子组合的变型。

类似地，尽管在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应被理解为要求以所示的具体次序或以顺序性次序执行这样的操作，或是要求这样执行所有示例的操作，以获得期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可以是有利的。此外，本文描述的实施方式中的各种系统模块和部件的分离不应被理解为在所有实施方式中都需要这样的分离，并且应当理解，所描述的程序部件和系统通常可在单个产品中集成在一起或被包装成多个产品。

已经描述了本主题的具体实施方式。其它实施方式也在所附权利要求的范围内。例如，权利要求中限定的动作可以以不同的次序执行并且仍然实现期望的结果。作为一个示例，附图中描绘的过程不一定需要所示的具体次序，或顺序性次序来实现期望的结果。在某些实施方案中，多任务和并行处理可以是有利的。

Claims (36)

1.手术器械致动机构，其包括：

花键轴；和

轴环，其与所述花键轴滑动地配合并被配置以响应于所述花键轴的旋转而将驱动力从所述花键轴传输到手术器械驱动输入件。

2.根据权利要求1所述的手术器械致动机构，其还包括关于所述花键轴平移的托架。

3.根据权利要求2所述的手术器械致动机构，其中所述轴环被耦接到所述托架。

4.根据权利要求3所述的手术器械致动机构，其中所述轴环的至少部分响应于所述花键轴的旋转而相对于所述托架旋转。

5.根据权利要求2所述的手术器械致动机构，其中所述托架被配置以与手术器械可释放地耦接。

6.根据权利要求2所述的手术器械致动机构，其还包括螺纹耦接到所述托架的丝杠。

7.根据权利要求6所述的手术器械致动机构，其还包括：

被接合以可旋转地驱动所述花键轴的第一马达；和

被接合以可旋转地驱动所述丝杠的第二马达。

8.根据权利要求1所述的手术器械致动机构，其中所述花键轴是与所述手术器械驱动输入件啮合的伸长正齿轮。

9.根据权利要求8所述的手术器械致动机构，其还包括与所述伸长正齿轮的端部相邻并具有锥形形状的引入构件，所述锥形形状的至少部分对应于所述伸长正齿轮的横截面形状。

10.根据权利要求8所述的手术器械致动机构，其中所述伸长正齿轮的端部在直径上成锥形。

11.根据权利要求1所述的手术器械致动机构，其中所述轴环包括与所述手术器械驱动输入件啮合的锥齿轮。

12.根据权利要求1所述的手术器械致动机构，其还包括转动驱动马达，并且其中所述转动驱动马达驱动整个所述手术器械致动机构绕其纵向轴线的旋转。

13.手术器械致动机构，其包括：

花键轴；

与所述花键轴滑动地配合的轴环；和

耦接到所述轴环的锥齿轮，所述锥齿轮被定位成与手术器械驱动输入件接合，并且被配置以响应于所述花键轴的旋转而将扭矩从所述花键轴传输到所述手术器械驱动输入件。

14.根据权利要求13所述的手术器械致动机构，其中：

所述花键轴是第一花键轴，

所述轴环是第一轴环，

所述锥齿轮是第一锥齿轮，

所述手术器械驱动输入件是第一手术器械驱动输入件，

并且其中所述手术器械致动机构还包括：

第二花键轴；

与所述第二花键轴滑动地配合的第二轴环；和

耦接到所述第二轴环的第二锥齿轮，所述第二锥齿轮被定位成与第二手术器械驱动输入件接合，并且被配置以响应于所述第二花键轴的旋转而将扭矩从所述第二花键轴传输到所述第二手术器械驱动输入件。

15.根据权利要求13所述的手术器械致动机构，其中所述轴环包括沿所述花键轴滑动的滚珠花键轴承或轴套。

16.根据权利要求13所述的手术器械致动机构，其还包括托架，其中所述花键轴延伸通过所述托架，并且其中所述托架可沿所述花键轴平移。

17.根据权利要求16所述的手术器械致动机构，其还包括丝杠，所述丝杠被螺纹耦接到所述托架，使得所述丝杠的旋转驱动所述托架沿所述花键轴的平移。

18.根据权利要求17所述的手术器械致动机构，其还包括：

被接合以可旋转地驱动所述花键轴的第一马达；和

被接合以可旋转地驱动所述丝杠的第二马达。

19.根据权利要求17所述的手术器械致动机构，其中所述轴环的至少部分可关于所述托架旋转。

20.根据权利要求17所述的手术器械致动机构，其中所述轴环的至少部分关于所述托架被固定。

21.根据权利要求17所述的手术器械致动机构，其中所述托架包括手术器械固定件。

22.根据权利要求13所述的手术器械致动机构，其还包括转动驱动马达，并且其中所述转动驱动马达驱动整个所述手术器械致动机构绕其纵向轴线的旋转。

23.手术器械致动机构，其包括：

花键轴，其被定位成与手术器械的正齿轮驱动输入件啮合；和

轴环，其与所述花键轴滑动地配合，其中所述花键轴响应于所述花键轴的旋转而将扭矩传输到所述手术器械的正齿轮驱动输入件。

24.根据权利要求23所述的手术器械致动机构，其中所述花键轴的外围包括沿所述花键轴在多个横截面上的齿轮齿。

25.根据权利要求23所述的手术器械致动机构，其中所述花键轴包括具有伸长齿宽的正齿轮。

26.根据权利要求23所述的手术器械致动机构，其中所述轴环包括与所述正齿轮啮合的内齿轮。

27.根据权利要求23所述的手术器械致动机构，其还包括与所述花键轴的端部邻近并且具有锥形形状的引入构件，所述锥形形状的至少部分对应于所述花键轴的横截面形状。

28.根据权利要求23所述的手术器械致动机构，其中所述花键轴的端部在直径上成锥形。

29.根据权利要求23所述的手术器械致动机构，其中：

所述花键轴是第一花键轴，

所述轴环是第一轴环，

所述手术器械的正齿轮驱动输入件是所述手术器械的第一正齿轮驱动输入件，

并且其中所述手术器械致动机构还包括：

第二花键轴，其被定位成与所述手术器械的第二正齿轮驱动输入件啮合；和

与所述第二花键轴滑动地配合的第二轴环，其中所述第二花键轴响应于所述第二花键轴的旋转而将扭矩传输到所述手术器械的第二正齿轮驱动输入件。

30.根据权利要求23所述的手术器械致动机构，其还包括托架，其中所述花键轴延伸通过所述托架，并且其中所述托架可沿所述花键轴平移。

31.根据权利要求30所述的手术器械致动机构，其还包括丝杠，所述丝杠被螺纹耦接到所述托架，使得所述丝杠的旋转驱动所述托架沿所述花键轴的平移。

32.根据权利要求31所述的手术器械致动机构，其还包括：

被接合以可旋转地驱动所述花键轴的第一马达；和

被接合以可旋转地驱动所述丝杠的第二马达。

33.根据权利要求31所述的手术器械致动机构，其中所述轴环的至少部分可关于所述托架旋转。

34.根据权利要求31所述的手术器械致动机构，其中所述轴环的至少部分关于所述托架被固定。

35.根据权利要求31所述的手术器械致动机构，其中所述托架包括手术器械固定件。

36.根据权利要求23所述的手术器械致动机构，其还包括转动驱动马达，并且其中所述转动驱动马达驱动整个所述手术器械致动机构绕其纵向轴线的旋转。

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