CN112384121A - 用于医疗器械的对准系统和附接系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种医疗器械，所述医疗器械可包括用于将所述医疗器械与另一个装置诸如器械驱动机构上的适配器对准并附接的对准机构和附接机构。例如，医疗系统可包括具有器械柄部和细长主体的医疗器械。所述系统可包括对准机构，所述对准机构被构造成提供所述医疗器械与适配器之间的旋转对准。所述系统还可包括附接机构，所述附接机构被构造成将所述医疗器械固定到所述适配器。所述附接机构可包括围绕轴线周向定位的至少三个锁定元件。

Description

用于医疗器械的对准系统和附接系统

技术领域

本申请涉及用于医疗器械的对准和附接系统及方法。在一些实施方案中，对准和附接系统及方法可与机器人医疗系统和器械一起使用。

背景技术

医疗规程诸如腹腔镜手术可涉及进入患者的内部区域并使该患者的内部区域可视化。在腹腔镜式规程中，医疗器械可通过腹腔镜式入口插入该内部区域中。

在某些规程中，机器人使能医疗系统可用于控制医疗器械的插入和/或操纵。机器人使能医疗系统可包括机器人臂，或医疗器械可附接的其他器械定位装置。

发明内容

本文描述了用于医疗器械的对准系统和附接系统。在一些实施方案中，对准系统被构造成将医疗器械与对应的适配器对准，并且附接系统被构造成将医疗器械附接到适配器。适配器可定位在器械驱动机构上。器械驱动机构可定位在机器人臂上。

在第一方面，医疗系统可包括医疗器械，该医疗器械包括器械柄部和细长主体，其中器械柄部被构造成附接到器械驱动机构上的适配器。该系统还可包括对准机构，该对准机构被构造成提供医疗器械与适配器之间的旋转对准。

医疗系统可以任何组合包括以下特征中的一个或多个特征：(a)其中对准机构延伸穿过器械柄部的纵向轴线；(b)其中对准机构包括位于细长主体上的对准结构；(c)其中对准结构包括位于细长主体上的螺旋表面；(d)其中当器械柄部附接到适配器时，器械柄部上的远侧表面与适配器上的近侧表面相对；(e)其中器械驱动机构定位在机器人臂上；(f)其中机器人臂从床或推车延伸；(g)其中旋转对准导致至少一个锁定元件与对应凹坑对准并插入该对应凹坑中；(h)其中锁定元件定位在适配器上，并且凹坑定位在柄部上；(i)其中锁定元件包括滚珠轴承；和/或(j)其中旋转对准是被动的。

在另一方面，医疗系统可包括医疗器械，该医疗器械被构造用于在机器人使能的医疗规程期间使用。医疗器械可包括：细长主体，该细长主体在远侧端部与近侧端部之间延伸，该远侧端部被构造成在机器人使能的医疗规程期间插入患者体内；以及器械柄部，该器械柄部包括近侧面和远侧面，其中细长主体延伸穿过近侧面和远侧面。远侧面可被构造成附接到器械驱动机构上的适配器。医疗系统还可包括对准机构，该对准机构被构造成提供医疗器械与适配器之间的旋转对准。对准机构可包括位于医疗器械上的第一对准结构和位于适配器上的第二对准结构。当医疗器械附接到适配器时，第一对准结构可接合第二对准结构以提供旋转对准。

医疗系统可以任何组合包括以下特征中的一个或多个特征：(a)其中当器械柄部附接到适配器时，对准机构延伸穿过器械柄部的纵向轴线；(b)其中第一对准结构包括位于细长主体上的螺旋表面，并且第二附接结构包括位于适配器的开口内的轴承表面；(c)其中轴承表面包括滚珠轴承；(d)其中器械驱动机构定位在机器人臂上；(e)其中机器人臂从床或推车延伸；(f)其中旋转对准导致至少一个锁定元件与对应凹坑对准并插入该对应凹坑中；(g)其中锁定元件定位在适配器上，并且凹坑定位在柄部上；(h)其中锁定元件定位在柄部上，并且凹坑定位在适配器上；(i)其中锁定元件包括滚珠轴承；和/或(j)其中旋转对准是被动的。

在另一方面，机器人系统可包括：医疗器械，该医疗器械包括器械柄部和细长主体，其中器械柄部被构造成附接到器械驱动机构上的适配器；以及附接机构，该附接机构被构造成将器械柄部固定到适配器，其中当器械柄部固定到适配器时，医疗器械的细长主体延伸穿过适配器中的开口。

机器人系统可以任何组合包括以下特征中的一个或多个特征：(a)其中附接机构包括围绕器械柄部周向定位的至少三个锁定元件；(b)其中附接机构包括定位在器械柄部上的至少一个锁定元件，该至少一个锁定元件被构造成延伸到适配器上的凹坑中；(c)其中附接机构包括定位在适配器上的至少一个锁定元件，该至少一个锁定元件被构造成延伸到器械柄部上的凹坑中；(d)其中锁定元件包括突起构件；(e)其中突起构件包括滚珠轴承；(f)其中突起构件包括钩；(g)其中突起构件接合凹坑中的弹簧加载表面；和/或(h)其中器械柄部被构造成顶部加载到适配器上，使得器械的细长主体延伸穿过适配器中的开口。

在另一方面，医疗系统可包括医疗器械，该医疗器械被构造用于在机器人使能的医疗规程期间使用，该医疗器械包括：细长主体，该细长主体在远侧端部与近侧端部之间延伸，该远侧端部被构造成在机器人使能的医疗规程期间插入患者体内；以及器械柄部，该器械柄部包括近侧面和远侧面，其中细长主体延伸穿过近侧面和远侧面，并且其中远侧面被构造成附接到器械驱动机构上的适配器。医疗系统还可包括附接机构，该附接机构被构造成将医疗器械固定到适配器，其中当器械柄部固定到适配器时，医疗器械的细长主体沿着轴线从远侧面延伸穿过适配器中的开口，其中附接机构包括围绕轴线周向定位的至少三个锁定元件。

医疗系统可以任何组合包括以下特征中的一个或多个特征：(a)其中锁定元件中的至少一个锁定元件包括突起构件；(b)其中突起构件包括滚珠轴承；(c)其中突起构件包括钩；和/或(d)其中突起构件接合凹坑中的弹簧加载表面。

在另一方面，一种方法包括将医疗器械的细长主体插入穿过附接到器械驱动机构的适配器的开口；将医疗器械的柄部朝向适配器推进，使得对准机构提供医疗器械与适配器之间的旋转对准；以及将医疗器械的柄部附接到适配器。

医疗系统可以任何组合包括以下特征中的一个或多个特征：(a)其中医疗器械包括位于细长主体上的螺旋表面，并且适配器包括位于适配器中的轴承表面，并且其中当轴承表面接触螺旋表面时发生旋转对准；(b)其中将医疗器械的柄部附接到适配器包括在柄部与适配器之间接合附接机构；(c)其中接合附接机构包括将附接机构的突起构件接纳在附接机构的凹坑中；(d)其中突起构件位于柄部上，并且凹坑位于适配器上；(e)其中突起构件包括滚珠轴承；(f)其中突起构件包括钩；和/或(g)其中突起构件接合凹坑中的弹簧加载表面。

附图说明

下文将结合附图描述所公开的方面，该附图被提供以说明而非限制所公开的方面，其中类似的标号表示类似的元件。

图1示出了被布置用于诊断和/或治疗支气管镜检查规程的基于推车的机器人系统的实施方案。

图2描绘了图1的机器人系统的另外方面。

图3示出了被布置用于输尿管镜检查的图1的机器人系统的实施方案。

图4示出了被布置用于血管规程的图1的机器人系统的实施方案。

图5示出了被布置用于支气管镜检查规程的基于台的机器人系统的实施方案。

图6提供了图5的机器人系统的替代视图。

图7示出了被构造成收起机器人臂的示例性系统。

图8示出了被构造用于输尿管镜检查规程的基于台的机器人系统的实施方案。

图9示出了被构造用于腹腔镜式规程的基于台的机器人系统的实施方案。

图10示出了图5至图9的具有俯仰或倾斜调节的基于台的机器人系统的实施方案。

图11提供了图5至图10的台与基于台的机器人系统的柱之间的接口的详细图示。

图12示出了示例性器械驱动器。

图13示出了具有成对器械驱动器的示例性医疗器械。

图14示出了器械驱动器和器械的另选设计，其中驱动单元的轴线平行于器械的细长轴的轴线。

图15描绘了根据示例性实施方案的框图，该框图示出了估计图1至图10的机器人系统的一个或多个元件的位置(诸如图13和图14的器械的位置)的定位系统。

图16A示出了医疗器械的实施方案，该医疗器械包括用于将医疗器械与器械驱动机构上的适配器对准并将医疗器械附接到该适配器的对准机构和附接机构。

图16B示出了定位在从床延伸的机器人臂的远侧端部上的器械驱动机构的实施方案。

图17A至图17D提供了用于将医疗器械与器械驱动机构上的适配器对准并将医疗器械附接到该适配器的对准机构的实施方案和附接机构的实施方案的详细视图。

图17A是处于未附接构型的医疗器械和驱动机构上的适配器的透视图，并且示出了对准机构和附接机构。

图17B是适配器的近侧面的透视图，并且示出了适配器上的对准机构的第一对准结构的实施方案和适配器上的附接机构的锁定元件的实施方案。

图17C是医疗器械的柄部的远侧面的透视图，并且示出了医疗器械上的对准机构的第二对准结构以及被构造成与锁定元件接合的附接机构的凹坑的实施方案。

图17D示出了医疗器械的柄部的远侧面的视图。

图18A至图18C提供了在附接过程的各个阶段期间的附接机构的实施方案的视图。

图18A示出了处于未附接构型的附接机构的锁定元件和凹坑。

图18B示出了处于未附接构型与附接构型之间的中间方位的锁定元件和凹坑。

图18C示出了处于附接构型的锁定元件和凹坑。

图19A至图19C提供了示出包括滚珠轴承的锁定元件的实施方案的视图。

图19A是适配器的局部分解透视图。

图19B是适配器的透视图，示出了处于组装构型的锁定元件。

图19C是适配器的剖视图，示出了处于组装构型的锁定元件。

图20示出了包括弹簧加载的夹紧杆件的附接机构的另一个实施方案。

图21示出了包括悬臂钩的附接机构的另一个实施方案。

图22为适配器的实施方案的近侧面的透视图，并且示出了适配器释放机构可定位在近侧面上。

具体实施方式

1.综述。

本公开的各方面可集成到机器人使能医疗系统中，该机器人使能医疗系统能够执行各种医疗规程，包括微创规程诸如腹腔镜检查，以及非侵入规程诸如内窥镜检查两者。在内窥镜检查规程中，系统可能能够执行支气管镜检查、输尿管镜检查、胃镜检查等。

除了执行广泛的规程之外，系统可以提供附加的益处，诸如增强的成像和指导以帮助医师。另外，该系统可以为医师提供从人体工程学方位执行规程的能力，而不需要笨拙的臂运动和方位。另外，该系统可以为医师提供以改善的易用性执行规程的能力，使得系统的器械中的一个或多个器械可由单个用户控制。

出于说明的目的，下文将结合附图描述各种实施方案。应当理解，所公开的概念的许多其他具体实施是可能的，并且利用所公开的具体实施可实现各种优点。标题包括在本文中以供参考并且有助于定位各个节段。这些标题并非旨在限制相对于其所述的概念的范围。此类概念可在整个说明书中具有适用性。

A.机器人系统–推车。

机器人使能医疗系统可以以多种方式构造，这取决于特定规程。图1示出了被布置用于诊断和/或治疗支气管镜检查规程的基于推车的机器人使能系统10的实施方案。在支气管镜检查期间，系统10可包括推车11，该推车具有一个或多个机器人臂12，以将医疗器械诸如可操纵内窥镜13(其可以是用于支气管镜检查的规程特定的支气管镜)递送至自然孔口进入点(即，在本示例中定位在台上的患者的口)，以递送诊断和/或治疗工具。如图所示，推车11可被定位在患者的上躯干附近，以便提供到进入点的通路。类似地，可以致动机器人臂12以相对于进入点定位支气管镜。当用胃镜(用于胃肠道(GI)规程的专用内窥镜)执行GI规程时，也可利用图1中的布置。图2更详细地描绘了推车的示例性实施方案。

继续参考图1，一旦推车11被正确定位，机器人臂12就可以机器人地、手动地或以其组合将可操纵内窥镜13插入到患者体内。如图所示，可操纵内窥镜13可包括至少两个伸缩部分，诸如内引导件部分和外护套部分，每个部分耦接到来自一组器械驱动器28的单独的器械驱动器，每个器械驱动器耦接到单独的机器人臂的远侧端部。有利于将引导件部分与护套部分同轴对准的器械驱动器28的这种线性布置产生“虚拟轨道”29，该“虚拟轨道”可以通过将一个或多个机器人臂12操纵到不同角度和/或方位而在空间中被重新定位。本文所述的虚拟轨道在附图中使用虚线描绘，并且因此虚线未描绘系统的任何物理结构。器械驱动器28沿着虚拟轨道29的平移使内引导件部分相对于外护套部分伸缩，或者使内窥镜13从患者推进或回缩。虚拟轨道29的角度可以基于临床应用或医师偏好来调节、平移和枢转。例如，在支气管镜检查中，如图所示的虚拟轨道29的角度和方位代表了在向医师提供到内窥镜13的通路同时使由内窥镜13弯曲到患者的口中引起的摩擦最小化之间的折衷。

在插入之后，内窥镜13可以使用来自机器人系统的精确命令向下导向患者的气管和肺，直到到达目标目的地或手术部位。为了增强通过患者的肺网络的导航和/或到达期望的目标，内窥镜13可被操纵以从外部护套部分伸缩地延伸内引导件部分，以获得增强的关节运动和更大的弯曲半径。使用单独的器械驱动器28还允许引导件部分和护套部分彼此独立地被驱动。

例如，内窥镜13可被导向以将活检针递送到目标，诸如患者肺内的病变或结节。针可沿工作通道向下部署，该工作通道延伸内窥镜的长度以获得待由病理学家分析的组织样本。根据病理结果，可沿内窥镜的工作通道向下部署附加工具以用于附加活检。在识别出结节是恶性的之后，内窥镜13可以通过内窥镜递送工具以切除潜在的癌组织。在一些情况下，诊断和治疗处理可能需要在单独的规程中递送。在这些情况下，内窥镜13也可用于递送基准以“标记”目标结节的位置。在其他情况下，诊断和治疗处理可在相同的规程期间递送。

系统10还可包括可移动塔30，该可移动塔可经由支撑线缆连接到推车11以向推车11提供控制、电子、流体、光学、传感器和/或电力的支持。将这样的功能放置在塔30中允许可以由操作医师和他/她的工作人员更容易地调节和/或重新定位的更小形状因子的推车11。另外，在推车/台和支撑塔30之间划分功能减少了手术室混乱并且有利于改善临床工作流程。虽然推车11可被定位成靠近患者，但是塔30可以在远程位置被收起以在规程过程期间不挡道。

为了支持上述机器人系统，塔30可包括基于计算机的控制系统的部件，该基于计算机的控制系统将计算机程序指令存储在例如非暂态计算机可读存储介质诸如永磁存储驱动器、固态驱动器等内。无论执行是发生在塔30中还是发生在推车11中，这些指令的执行都可以控制整个系统或其子系统。例如，当由计算机系统的处理器执行时，指令可致使机器人系统的部件致动相关托架和臂安装件，致动机器人臂，并且控制医疗器械。例如，响应于接收到控制信号，机器人臂的关节中的马达可将臂定位成特定姿势。

塔30还可包括泵、流量计、阀控制器和/或流体通路，以便向可通过内窥镜13部署的系统提供受控的冲洗和抽吸能力。这些部件也可使用塔30的计算机系统来控制。在一些实施方案中，冲洗和抽吸能力可通过单独的线缆直接递送到内窥镜13。

塔30可包括电压和浪涌保护器，该电压和浪涌保护器被设计成向推车11提供经滤波和保护的电力，从而避免在推车11中放置电力变压器和其他辅助电力部件，从而得到更小、更可移动的推车11。

塔30还可包括用于在整个机器人系统10中部署的传感器的支撑设备。例如，塔30可包括用于在整个机器人系统10中检测、接收和处理从光学传感器或相机接收的数据的光电设备。结合控制系统，此类光电设备可用于生成实时图像，以用于在整个系统中部署的任何数量的控制台中显示(包括在塔30中显示)。类似地，塔30还可包括用于接收和处理从部署的电磁(EM)传感器接收的信号的电子子系统。塔30还可用于容纳和定位EM场发生器，以便由医疗器械中或医疗器械上的EM传感器进行检测。

除了系统的其余部分中可用的其他控制台(例如，安装在推车顶部上的控制台)之外，塔30还可包括控制台31。控制台31可包括用于医师操作者的用户界面和显示屏，诸如触摸屏。系统10中的控制台通常设计成提供机器人控制以及规程的术前信息和实时信息两者，诸如内窥镜13的导航和定位信息。当控制台31不是医师可用的唯一控制台时，其可由第二操作者(诸如护士)使用以监测患者的健康或生命体征和系统的操作，以及提供规程特定的数据，诸如导航和定位信息。在其他实施方案中，控制台30容纳在与塔30分离的主体中。

塔30可通过一个或多个线缆或连接件(未示出)耦接到推车11和内窥镜13。在一些实施方案中，可通过单个线缆向推车11提供来自塔30的支撑功能，从而简化手术室并消除手术室的混乱。在其他实施方案中，特定功能可耦接在单独的布线和连接中。例如，尽管可以通过单个线缆向推车提供电力，但也可以通过单独的线缆提供对控制、光学、流体和/或导航的支持。

图2提供了来自图1所示的基于推车的机器人使能系统的推车的实施方案的详细图示。推车11通常包括细长支撑结构14(通常称为“柱”)、推车基部15以及在柱14的顶部处的控制台16。柱14可包括一个或多个托架，诸如用于支持一个或多个机器人臂12(图2中示出三个)的部署的托架17(另选地为“臂支撑件”)。托架17可包括可单独构造的臂安装件，该臂安装件沿着垂直轴线旋转以调节机器人臂12的基部，以相对于患者更好地定位。托架17还包括托架接口19，该托架接口允许托架17沿着柱14竖直地平移。

托架接口19通过狭槽诸如狭槽20连接到柱14，该狭槽定位在柱14的相对侧上以引导托架17的竖直平移。狭槽20包含竖直平移接口以将托架相对于推车基部15定位并保持在各种竖直高度处。托架17的竖直平移允许推车11调节机器人臂12的到达范围以满足各种台高度、患者尺寸和医师偏好。类似地，托架17上的可单独构造的臂安装件允许机器人臂12的机器人臂基部21以多种构型成角度。

在一些实施方案中，狭槽20可补充有狭槽盖，该狭槽盖与狭槽表面齐平且平行，以防止灰尘和流体在托架17竖直平移时进入柱14的内部腔以及竖直平移接口。狭槽盖可通过定位在狭槽20的竖直顶部和底部附近的成对弹簧卷轴部署。盖在卷轴内盘绕，直到在托架17竖直地上下平移时被部署成从盖的盘绕状态延伸和回缩。当托架17朝向卷轴平移时，卷轴的弹簧加载提供了将盖回缩到卷轴中的力，同时在托架17平移远离卷轴时也保持紧密密封。可使用例如托架接口19中的支架将盖连接到托架17，以确保在托架17平移时盖的适当延伸和回缩。

柱14可在内部包括诸如齿轮和马达之类的机构，其被设计成使用竖直对准的导螺杆以响应于响应用户输入(例如，来自控制台16的输入)生成的控制信号来以机械化方式平移托架17。

机器人臂12通常可包括由一系列连杆23分开的机器人臂基部21和端部执行器22，该一系列连杆由一系列关节24连接，每个关节包括独立的致动器，每个致动器包括可独立控的马达。每个可独立控制的关节表示机器人臂可用的独立自由度。臂12中的每个臂具有七个关节，并且因此提供七个自由度。多个关节导致多个自由度，从而允许“冗余”的自由度。冗余自由度允许机器人臂12使用不同的连杆方位和关节角度将其相应的端部执行器22定位在空间中的特定方位、取向和轨迹处。这允许系统从空间中的期望点定位和导向医疗器械，同时允许医师将臂关节移动到远离患者的临床有利方位，以产生更大的接近，同时避免臂碰撞。

推车基部15在地板上平衡柱14、托架17和臂12的重量。因此，推车基部15容纳较重的部件，诸如电子器件、马达、电源以及使得推车能够移动和/或固定的部件。例如，推车基部15包括允许推车在规程之前容易地围绕房间移动的可滚动的轮形脚轮25。在到达适当方位之后，脚轮25可以使用轮锁固定，以在规程期间将推车11保持在适当方位。

定位在柱14的竖直端部处的控制台16允许用于接收用户输入的用户界面和显示屏(或两用装置，诸如触摸屏26)两者向医师用户提供术前和术中数据两者。触摸屏26上的潜在术前数据可以包括从术前计算机化断层摄影(CT)扫描导出的术前计划、导航和标测数据和/或来自术前患者面谈的记录。显示器上的术中数据可以包括从工具、传感器提供的光学信息和来自传感器的坐标信息以及重要的患者统计，诸如呼吸、心率和/或脉搏。控制台16可以被定位和倾斜成允许医师从柱14的与托架17相对的侧面接近控制台。从该方位，医师可以在从推车11后面操作控制台16的同时观察控制台16、机器人臂12和患者。如图所示，控制台16还包括用以帮助操纵和稳定推车11的柄部27。

图3示出了被布置用于输尿管镜检查的机器人使能系统10的实施方案。在输尿管镜规程中，推车11可被定位成将输尿管镜32(被设计成横穿患者的尿道和输尿管的规程特定的内窥镜)递送到患者的下腹部区域。在输尿管镜检查中，可以期望输尿管镜32直接与患者的尿道对准以减少该区域中的敏感解剖结构上的摩擦和力。如图所示，推车11可以在台的脚部处对准，以允许机器人臂12定位输尿管镜32，以用于直接线性进入患者的尿道。机器人臂12可从手术台的脚部沿着虚拟导轨33通过尿道将输尿管镜32直接插入患者的下腹部中。

在插入尿道中之后，使用与支气管镜检查中类似的控制技术，输尿管镜32可以被导航到膀胱、输尿管和/或肾中以用于诊断和/或治疗应用。例如，可以将输尿管镜32引导到输尿管和肾中以使用沿输尿管镜32的工作通道向下部署的激光或超声碎石装置来打碎积聚的肾结石。在碎石完成之后，可以使用沿输尿管镜32向下部署的篮移除所得的结石碎片。

图4示出了类似地布置用于血管规程的机器人使能系统的实施方案。在血管规程中，系统10可以被构造成使得推车11可将医疗器械34(诸如可操纵导管)递送至患者的腿部的股动脉中的进入点。股动脉呈现用于导航的较大直径以及到患者的心脏的相对较少的迂回且曲折的路径两者，这简化了导航。如在输尿管镜规程中，推车11可以被定位成朝向患者的腿和下腹部，以允许机器人臂12提供直接线性进入患者的大腿/髋部区域中的股动脉进入点的虚拟轨道35。在插入动脉中之后，可通过平移器械驱动器28来导向和插入医疗器械34。另选地，推车可以被定位在患者的上腹部周围，以到达另选的血管进入点，诸如肩部和腕部附近的颈动脉和臂动脉。

B.机器人系统–台。

机器人使能医疗系统的实施方案还可结合患者的台。结合台通过移除推车减少了手术室内的资本设备的量，这允许更多地接近患者。图5示出了被布置用于支气管镜检查规程的这样的机器人使能系统的实施方案。系统36包括用于将平台38(示出为“台”或“床”)支撑在地板上的支撑结构或柱37。与基于推车的系统非常相似，系统36的机器人臂39的端部执行器包括器械驱动器42，其被设计成通过或沿着由器械驱动器42的线性对准形成的虚拟轨道41来操纵细长医疗器械，诸如图5中的支气管镜40。在实践中，用于提供荧光镜成像的C形臂可以通过将发射器和检测器放置在台38周围而定位在患者的上腹部区域上方。

图6提供了用于讨论目的的没有患者和医疗器械的系统36的另选视图。如图所示，柱37可包括在系统36中示出为环形的一个或多个托架43，一个或多个机器人臂39可基于该托架。托架43可以沿着沿柱37的长度延伸的竖直柱接口44平移，以提供不同的有利点，机器人臂39可以从这些有利点被定位以到达患者。托架43可以使用定位在柱37内的机械马达绕柱37旋转，以允许机器人臂39进入台38的多个侧面，诸如患者的两侧。在具有多个托架的实施方案中，托架可单独地定位在柱上，并且可独立于其他托架平移和/或旋转。虽然托架43不需要围绕柱37或甚至是圆形的，但如图所示的环形形状有利于托架43围绕柱37旋转，同时保持结构平衡。托架43的旋转和平移允许系统将医疗器械诸如内窥镜和腹腔镜对准到患者身上的不同进入点中。在其他实施方案(未示出)中，系统36可包括具有可调节臂支撑件的患者手术台或手术床，该可调节臂支撑件呈沿其延伸的杆或导轨的形式。一个或多个机器人臂39(例如，经由具有肘关节的肩部)可附接到可调节臂支撑件，该可调节臂支撑件可被竖直调节。通过提供竖直调节，机器人臂39有利地能够紧凑地收起在手术台或手术床下方，并且随后在规程期间升高。

臂39可通过包括一系列关节的一组臂安装件45安装在托架上，该关节可单独地旋转和/或伸缩地延伸以向机器人臂39提供附加的可构造性。另外，臂安装架45可定位在托架43上，使得当托架43适当地旋转时，臂安装架45可定位在台38的同一侧上(如图6所示)、台38的相对侧上(如图9所示)或台38的相邻侧上(未示出)。

柱37在结构上为台38提供支撑，并且为托架的竖直平移提供路径。在内部，柱37可配备有用于引导托架的竖直平移的导螺杆，以及用以机械化基于导螺杆的所述托架的平移的马达。柱37还可将功率和控制信号传送到托架43和安装在其上的机器人臂39。

台基部46具有与图2所示的推车11中的推车基部15类似的功能，容纳较重的部件以平衡台/床38、柱37、托架43和机器人臂39。台面基部46还可结合刚性脚轮以在规程期间提供稳定性。从台基部46的底部部署的脚轮可以在基部46的两侧沿相反方向延伸，并且当系统36需要移动时回缩。

继续图6，系统36还可以包括塔(未示出)，该塔使系统36的功能在台与塔之间进行划分以减小台的形状因子和体积。如在先前所公开的实施方案中，塔可以向台提供各种支持功能，诸如处理、计算和控制能力、电力、流体和/或光学以及传感器处理。塔还可以是可移动的，以远离患者定位，从而改善医师的接近并且消除手术室的混乱。另外，将部件放置在塔中允许在台基部中有更多的储存空间，以用于机器人臂的潜在收起。塔还可包括主控制器或控制台，该主控制器或控制台提供用于用户输入的用户界面诸如键盘和/或吊塔，以及用于术前和术中信息诸如实时成像、导航和跟踪信息的显示屏(或触摸屏)。在一些实施方案中，塔还可包含用于将用于注气的气罐的保持器。

在一些实施方案中，台基部可以在不使用时收起和储存机器人臂。图7示出了在基于台的系统的实施方案中收起机器人臂的系统47。在系统47中，托架48可以竖直平移到基部49中以使机器人臂50、臂安装件51和托架48收起在基部49内。基部盖52可以平移和回缩打开以围绕柱53部署托架48、臂安装件51和臂50，并且关闭以收起托架48、臂安装件51和臂50，以便在不使用时保护它们。基部盖52可以用膜54沿着其开口的边缘密封，以防止在关闭时灰尘和流体进入。

图8示出了被构造用于输尿管镜检查规程的机器人使能的基于台的系统的实施方案。在输尿管镜检查中，台38可以包括用于将患者定位成与柱37和台基部46成偏角的旋转部分55。旋转部分55可以绕枢转点(例如，位于患者的头部下方)旋转或枢转，以便将旋转部分55的底部部分定位成远离柱37。例如，旋转部分55的枢转允许C形臂(未示出)定位在患者的下腹部上方，而不与台38下方的柱(未示出)竞争空间。通过绕柱37旋转托架35(未示出)，机器人臂39可以沿着虚拟轨道57将输尿管镜56直接插入患者的腹股沟区域中以到达尿道。在输尿管镜检查中，镫58也可以固定至台38的旋转部分55，以在规程期间支撑患者的腿的方位，并且允许完全通向患者的腹股沟区域。

在腹腔镜式规程中，通过患者腹壁中的小切口，可将微创器械插入患者的解剖结构中。在一些实施方案中，微创器械包括用于进入患者体内解剖结构的细长刚性构件，例如轴。在患者腹腔充气之后，器械可被引导以执行外科或医疗任务，诸如抓握、切割、消融、缝合等。在一些实施方案中，器械可包括探测镜，例如腹腔镜。图9示出了被配置用于腹腔镜式规程的机器人使能的基于手术台的系统的实施方案。如图9所示，系统36的滑架43可旋转并竖直地调节以将成对的机器人臂39定位在手术台38的相对侧上，使得器械59可使用臂安装件45定位成穿过患者两侧上的最小切口以到达他/她的腹腔。

为了适应腹腔镜式规程，机器人使能台系统还可将平台倾斜到期望的角度。图10示出了具有俯仰或倾斜调节的机器人使能医疗系统的实施方案。如图10所示，系统36可以适应台38的倾斜，以将台的一部分定位在比另一部分距地面更远的距离处。另外，臂安装件45可以旋转以匹配倾斜，使得臂39与台38保持相同的平面关系。为了适应更陡的角度，柱37还可以包括伸缩部分60，该伸缩部分允许柱37的竖直延伸以防止台38接触地板或与基部46碰撞。

图11提供了台38与柱37之间的接口的详细图示。俯仰旋转机构61可以被构造成以多个自由度改变台38相对于柱37的俯仰角。俯仰旋转机构61可以通过将正交轴线1、2定位在柱台接口处来实现，每条轴线由单独的马达3、4响应于电俯仰角命令而致动。沿着一个螺钉5的旋转将使得能够在一条轴线1中进行倾斜调节，而沿着另一个螺钉6的旋转将使得能够沿着另一个轴线2进行倾斜调节。在一些实施方案中，球形接头可用于在多个自由度上改变手术台38相对于柱37的俯仰角。

例如，当试图将台定位在特伦德伦伯格卧位(即，将患者的下腹部定位在比患者的下腹部距地板更高的方位)以用于下腹部手术时，俯仰调节特别有用。特伦德伦伯格卧位使得患者的内部器官通过重力朝他/她的上腹部滑动，从而清除腹腔以用于微创工具进入和执行下腹部外科规程或医疗规程，诸如腹腔镜式前列腺切除术。

C.器械驱动器和接口。

系统的机器人臂的端部执行器包括(i)器械驱动器(另选地称为“器械驱动机构”或“器械装置操纵器”)，该器械驱动器结合用于致动医疗器械的机电装置，以及(ii)可移除或可拆卸的医疗器械，该医疗器械可不含任何机电部件，诸如马达。该二分法可能是由以下所驱动的：对医疗规程中使用的医疗器械进行消毒的需要；以及由于昂贵的资本设备的复杂机械组件和敏感电子器件而不能对昂贵的资本设备进行充分消毒。因此，医疗器械可以被设计成从器械驱动器(以及因此从系统)拆卸、移除和互换，以便由医师或医师的工作人员单独消毒或处置。相比之下，器械驱动器不需要被改变或消毒，并且可以被覆盖以便保护。

图12示出了示例性器械驱动器。定位在机器人臂的远侧端部处的器械驱动器62包括一个或多个驱动单元63，其以平行轴线布置以经由驱动轴64向医疗器械提供受控扭矩。每个驱动单元63包括用于与器械相互作用的单独的驱动轴64，用于将马达轴旋转转换成期望扭矩的齿轮头65，用于生成驱动扭矩的马达66，用以测量马达轴的速度并且向控制电路提供反馈的编码器67，以及用于接收控制信号并且致动驱动单元的控制电路68。每个驱动单元63被独立地控制和机动化，器械驱动器62可以向医疗器械提供多个(如图12所示为四个)独立的驱动输出。在操作中，控制电路68将接收控制信号，将马达信号传输至马达66，将由编码器67测量的所得马达速度与期望速度进行比较，并且调制马达信号以生成期望扭矩。

对于需要无菌环境的规程，机器人系统可以结合驱动接口，诸如连接至无菌覆盖件的无菌适配器，其位于器械驱动器与医疗器械之间。无菌适配器的主要目的是将角运动从器械驱动器的驱动轴传递到器械的驱动输入，同时保持驱动轴与驱动输入之间的物理分离并且因此保持无菌。因此，示例性无菌适配器可以包括旨在与器械驱动器的驱动轴和器械上的驱动输入配合的一系列旋转输入和输出。连接到无菌适配器的由薄的柔性材料(诸如透明或半透明塑料)组成的无菌覆盖件被设计成覆盖资本设备，诸如器械驱动器、机器人臂和推车(在基于推车的系统中)或台(在基于台的系统中)。覆盖件的使用将允许资本设备被定位在患者附近，同时仍然位于不需要消毒的区域(即，非无菌区)。在无菌覆盖件的另一侧上，医疗器械可以在需要消毒的区域(即，无菌区)与患者对接。

D.医疗器械。

图13示出了具有成对器械驱动器的示例性医疗器械。与被设计成与机器人系统一起使用的其他器械类似，医疗器械70包括细长轴71(或细长主体)和器械基部72。由于其用于由医师进行的手动交互的预期设计而也被称为“器械柄部”的器械基部72通常可以包括可旋转驱动输入73(例如，插座、滑轮或卷轴)，该驱动输入被设计成与延伸通过机器人臂76的远侧端部处的器械驱动器75上的驱动接口的驱动输出74配合。当物理连接、闩锁和/或耦接时，器械基部72的配合的驱动输入73可以与器械驱动器75中的驱动输出74共享旋转轴线，以允许扭矩从驱动输出74传递到驱动输入73。在一些实施方案中，驱动输出74可以包括花键，其被设计成与驱动输入73上的插座配合。

细长轴71被设计成通过解剖开口或内腔(例如，如在内窥镜检查中)或通过微创切口(例如，如在腹腔镜检查中)递送。细长轴71可以是柔性的(例如，具有类似于内窥镜的特性)或刚性的(例如，具有类似于腹腔镜的特性)，或者包括柔性部分和刚性部分两者的定制组合。当设计用于腹腔镜检查时，刚性细长轴的远侧端部可连接到端部执行器，该端部执行器从连接的腕部件延伸，该连接的腕部件由具有至少一个自由度的连接叉和外科工具或医疗器械诸如抓握器或剪刀形成，当驱动输入件响应于从器械驱动器75的驱动输出件74接收的扭矩而旋转时，该抓握器或剪刀可基于来自腱的力而被致动。当设计用于内窥镜检查时，柔性细长轴的远侧端部可包括可操纵或可控制的弯曲节段，该弯曲节段以基于从器械驱动器75的驱动输出74接收到的扭矩而进行关节运动和弯曲。

来自器械驱动器75的扭矩使用腱沿着轴71向下传递到细长轴71。这些单独的腱(例如，拉线)可以单独地锚定至器械柄部72内的单独的驱动输入73。腱沿着细长轴71从柄部72向下引导一个或多个牵拉内腔，并且锚固在细长轴71的远侧部分处，或者锚固在细长轴的远侧部分处的腕中。在外科规程期间，诸如腹腔镜式、内窥镜式或混合规程，这些腱可联接到远侧安装的端部执行器，诸如腕部件、抓握器或剪刀。在这样的布置下，施加在驱动输入73上的扭矩将张力传递到腱，从而致使端部执行器以某种方式致动。在一些实施方案中，在外科规程期间，腱可导致关节围绕轴线旋转，从而使得端部执行器沿一个方向或另一个方向移动。另选地，腱可以连接到细长轴71的远侧端部处的抓握器的一个或多个钳口，其中来自腱的张力致使抓握器闭合。

在内窥镜检查中，腱可以经由粘合剂、控制环或其他机械固定件耦接到沿着细长轴71定位(例如，在远侧端部处)的弯曲或关节运动节段。当固定地附接到弯曲节段的远侧端部时，施加在驱动输入73上的扭矩将沿腱向下传递，从而致使较软的弯曲节段(有时称为可关节运动节段或区域)弯曲或进行关节运动。沿着不弯曲节段，可以有利的是，使单独的牵拉腔螺旋或盘旋，该牵拉腔沿着内窥镜轴的壁(或在内部)导向单独的腱，以平衡由牵拉线中的张力引起的径向力。为了特定目的，可以改变或设计螺旋的角度和/或其间的间隔，其中更紧的螺旋在负载力下呈现较小的轴压缩，而较低的螺旋量在负载力下引起更大的轴压缩，但也呈现限制弯曲。在另一种情况下，可以平行于细长轴71的纵向轴线来导向牵拉腔以允许在期望的弯曲或可关节运动节段中进行受控关节运动。

在内窥镜检查中，细长轴71容纳多个部件以辅助机器人规程。轴可包括用于将外科工具(或医疗器械)、冲洗件和/或抽吸件部署到轴71的远侧端部处的操作区域的工作通道。轴71还可以容纳线和/或光纤以向远侧末端处的光学组件/从远侧末端处的光学组件传递信号，该光学组件可以包括光学相机。轴71也可以容纳光纤，以将来自位于近侧的光源(例如，发光二极管)的光载送到轴的远侧端部。

在器械70的远侧端部处，远侧末端还可以包括用于递送用于诊断和/或治疗的工具、对手术部位进行冲洗和抽吸的工作通道的开口。远侧末端还可以包括用于相机(诸如纤维镜或数码相机)的端口，以捕获内部解剖空间的图像。相关地，远侧末端还可以包括用于光源的端口，该光源用于在使用相机时照亮解剖空间。

在图13的示例中，驱动轴轴线以及因此驱动输入轴线与细长轴的轴线正交。然而，该布置使细长轴71的滚动能力复杂化。沿着其轴线滚动细长轴71同时保持驱动输入件73静止使得腱不期望地缠结，因为腱延伸离开驱动输入件73并进入细长轴71内的牵拉内腔。此类腱的所得缠结可破坏旨在预测柔性细长轴在内窥镜规程期间的运动的任何控制算法。

图14示出了器械驱动器和器械的另选设计，其中驱动单元的轴线平行于器械的细长轴的轴线。如图所示，圆形器械驱动器80包括四个驱动单元，其驱动输出81在机器人臂82的端部处平行对准。驱动单元和它们各自的驱动输出81容纳在由组件83内的驱动单元中的一个驱动单元驱动的器械驱动器80的旋转组件83中。响应于由旋转驱动单元提供的扭矩，旋转组件83沿着圆形轴承旋转，该圆形轴承将旋转组件83连接到器械驱动器的非旋转部分84。可以通过电接触将电力和控制信号从器械驱动器80的非旋转部分84传送至旋转组件83，该电接触可以通过电刷滑环连接(未示出)的旋转来维持。在其他实施方案中，旋转组件83可以响应于集成到不可旋转部分84中的单独的驱动单元，并且因此不平行于其他驱动单元。旋转机构83允许器械驱动器80允许驱动单元及其相应的驱动输出81作为单个单元围绕器械驱动器轴线85旋转。

与先前公开的实施方案类似，器械86可包括细长轴部分88和器械基部87(出于讨论的目的，以透明外皮示出)，该器械基部包括被配置为接纳器械驱动器80中的驱动输出件81的多个驱动输入件89(诸如插孔、滑轮和卷轴)。与先前公开的实施方案不同，器械轴88从器械基部87的中心延伸，该器械基部的轴线基本上平行于驱动输入89的轴线，而不是如图13的设计中那样正交。

当耦接到器械驱动器80的旋转组件83时，包括器械基部87和器械轴88的医疗器械86与旋转组件83组合地围绕器械驱动器轴线85旋转。由于器械轴88被定位在器械基部87的中心处，因此当附接时器械轴88与器械驱动器轴线85同轴。因此，旋转组件83的旋转致使器械轴88围绕其自身的纵向轴线旋转。此外，当器械基部87与器械轴88一起旋转时，连接到器械基部87中的驱动输入89的任何腱在旋转期间都不缠结。因此，驱动输出81、驱动输入89和器械轴88的轴线的平行允许轴在不会使任何控制腱缠结的情况下旋转。

E.导航和控制。

传统的内窥镜检查可以涉及使用荧光透视(例如，如可以通过C形臂递送的)和其他形式的基于辐射的成像模态，以向操作医师提供腔内指导。相比之下，本公开所设想的机器人系统可以提供基于非辐射的导航和定位装置，以减少医师暴露于辐射并且减少手术室内的设备的量。如本文所用，术语“定位”可以指确定和/或监测对象在参考坐标系中的方位。诸如术前标测、计算机视觉、实时EM跟踪和机器人命令数据的技术可以单独地或组合地使用以实现无辐射操作环境。在仍使用基于辐射的成像模态的其他情况下，可以单独地或组合地使用术前标测、计算机视觉、实时EM跟踪和机器人命令数据，以改善仅通过基于辐射的成像模态获得的信息。

图15是示出根据示例实施方案的估计机器人系统的一个或多个元件的位置(诸如器械的位置)的定位系统90的框图。定位系统90可以是被配置成执行一个或多个指令的一组一个或多个计算机装置。计算机装置可以由上文讨论的一个或多个部件中的处理器(或多个处理器)和计算机可读存储器来体现。通过示例而非限制，计算机装置可以位于图1所示的塔30、图1至图4所示的推车、图5至图10所示的床等中。

如图15所示，定位系统90可以包括定位模块95，该定位模块处理输入数据91-94以生成用于医疗器械的远侧末端的位置数据96。位置数据96可以是表示器械的远侧端部相对于参考系的位置和/或取向的数据或逻辑。参考系可以是相对于患者解剖结构或已知对象(诸如EM场发生器)的参考系(参见下文对于EM场发生器的讨论)。

现在更详细地描述各种输入数据91-94。术前标测可以通过使用低剂量ct扫描的集合来完成。术前CT扫描被重建为三维图像，所述三维图像被可视化，例如，被可视化为患者的内部解剖结构的剖面图的“切片”。当总体上分析时，可以生成用于患者的解剖结构(诸如患者肺网络)的解剖腔、空间和结构的基于图像的模型。技术诸如中心线几何形状可以从CT图像确定和近似，以形成患者解剖结构的三维体积，称为模型数据91(当仅使用术前CT扫描生成时，也称为“术前模型数据”)。中心线几何形状的使用在美国专利申请14/523760号中有所讨论，其内容全文并入本文中。网络拓扑模型也可以从CT图像中导出，并且特别适合于支气管镜检查。

在一些实施方案中，器械可以配备有相机以提供视觉数据92。定位模块95可处理视觉数据以实现一个或多个基于视觉的位置跟踪。例如，术前模型数据可以与视觉数据92结合使用，以实现对医疗器械(例如，内窥镜或推进通过内窥镜的工作通道的器械)的基于计算机视觉的跟踪。例如，使用术前模型数据91，机器人系统可以基于内窥镜的行进预期路径根据模型生成预期内窥镜图像的库，每个图像链接到模型内的位置。在操作中，机器人系统可以参考该库，以便将在摄像相机(例如，在内窥镜的远侧端部处的相机)处捕获的实时图像与图像库中的那些图像进行比较，以辅助定位。

其他基于计算机视觉的跟踪技术使用特征跟踪来确定相机的运动，并且因此确定内窥镜的运动。定位模块95的一些特征部可识别术前模型数据91中对应于解剖内腔的圆形几何形状，并且跟踪这些几何形状的变化以确定选择了哪个解剖内腔，以及相机的相对旋转和/或平移运动。拓扑图的使用可以进一步增强基于视觉的算法或技术。

光流(另一种基于计算机视觉的技术)可以分析视觉数据92中的视频序列中的图像像素的位移和平移以推断相机移动。光流技术的示例可包括运动检测、对象分割计算、亮度、运动补偿编码、立体视差测量等。通过多次迭代的多帧比较，可以确定相机(以及因此内窥镜)的移动和位置。

定位模块95可以使用实时EM跟踪来生成内窥镜在全局坐标系中的实时位置，该全局坐标系可以被配准到由术前模型表示的患者的解剖结构。在EM跟踪中，包括嵌入在医疗器械(例如，内窥镜工具)中的一个或多个位置和取向中的一个或多个传感器线圈的EM传感器(或跟踪器)测量由定位在已知位置处的一个或多个静态EM场发生器产生的EM场的变化。由EM传感器检测的位置信息被存储为EM数据93。EM场发生器(或发射器)可以靠近患者放置，以产生嵌入式传感器可以检测到的低强度磁场。磁场在EM传感器的传感器线圈中感应出小电流，可以对该小电流进行分析以确定EM传感器与EM场发生器之间的距离和角度。这些距离和取向可以在手术中“配准”到患者解剖结构(例如，手术前模型)，以确定将坐标系中的单个位置与患者的解剖结构的手术前模型中的方位对准的几何变换。一旦配准，医疗器械的一个或多个方位(例如，内窥镜的远侧末端)中的嵌入式EM跟踪器可以提供医疗器械通过患者的解剖结构的进展的实时指示。

机器人命令和运动学数据94也可以由定位模块95使用以提供用于机器人系统的方位数据96。可以在术前校准期间确定从关节运动命令得到的装置俯仰和偏航。在手术中，这些校准测量可以与已知的插入深度信息结合使用，以估计器械的方位。另选地，这些计算可以结合EM、视觉和/或拓扑建模进行分析，以估计医疗器械在网络内的方位。

如图15所示，定位模块95可以使用多个其他输入数据。例如，尽管在图15中未示出，但是利用形状感测纤维的器械可以提供定位模块95可以用来确定器械的位置和形状的形状数据。

定位模块95可以组合地使用输入数据91-94。在一些情况下，这样的组合可以使用概率方法，其中定位模块95向根据输入数据91-94中的每个输入数据确定的位置分配置信度权重。因此，在EM数据可能不可靠(如可能存在EM干扰的情况)的情况下，由EM数据93确定的位置的置信度可能降低，并且定位模块95可能更重地依赖于视觉数据92和/或机器人命令和运动学数据94。

如上所讨论的，本文讨论的机器人系统可以被设计成结合以上技术中的一种或多种技术的组合。位于塔、床和/或推车中的机器人系统的基于计算机的控制系统可以将计算机程序指令存储在例如非暂态计算机可读存储介质(诸如永久性磁存储驱动器、固态驱动器等)内，该计算机程序指令在执行时致使系统接收并且分析传感器数据和用户命令，生成整个系统的控制信号并且显示导航和定位数据，诸如器械在全局坐标系内的方位、解剖图等。

2.用于医疗器械的对准机构和附接机构

医疗器械诸如上文所述的那些可包括如本节所述的对准机构和附接机构。在一些实施方案中，对准机构和附接机构提供了用于将器械(参见例如图16A)与机器人臂(参见例如图16B)对准并附接的新颖且有效的机构。在一些实施方案中，器械能够直接附接到机器人臂的器械驱动机构，而在其他实施方案中，器械柄部能够附接到用作器械驱动机构与器械之间的接口的适配器。在一些实施方案中，适配器有助于在无菌规程中保持无菌状态。

对准机构可被构造成有利于将医疗器械正确地取向到医疗器械将附接的部件。例如，对准机构可在医疗器械与器械驱动机构和/或适配器之间提供适当的旋转对准。在一些实施方案中，对准机构还提供适当的平移对准。器械与器械驱动机构和/或适配器之间的适当对准可有利于附接机构的连接。例如，适当对准可有利于器械上的附接机构的锁定特征部与器械驱动机构和/或适配器上的附接机构的对应锁定特征部之间的适当接合。

附接机构可被构造成在医疗器械与器械驱动机构和/或适配器之间提供牢固且稳定的连接。如将在下文中参考附图所示的某些示例性实施方案更详细地描述，附接机构可提供具有多个连接点的周向锁定。例如，在一些实施方案中，附接机构包括可围绕器械、器械驱动机构和/或适配器的轴线周向定位的两个、三个、四个、五个或更多个锁定特征部。在一些实施方案中，器械包括贯穿加载的器械，该贯穿加载的器械包括细长主体，该细长主体沿着穿过器械驱动机构和/或适配器中的通道、孔或其他开口贯穿加载的轴线延伸。附接机构可包括围绕细长主体的轴线周向定位在器械的柄部上的锁定特征部。附接机构还可包括围绕通道、孔或其他开口周向定位在器械驱动机构和/或适配器上的对应锁定特征部。

通过以下描述将变得更加显而易见的是，在一些实施方案中，本文所述的对准机构和附接机构的优点在于，机构为器械提供改善的或增加的附接强度。在一些实施方案中，本文所述的机构使得器械非常牢固地附接并且附接是稳定的和/或刚性的。另外，在一些实施方案中，机构被构造成使用有限数量或最小数量的加工部件和金属部件来提供该稳定附接。这可降低制造成本并简化制造过程。

此外，在一些实施方案中，当需要时，本文所述的对准机构和附接机构可有利地需要相对低的力以将器械附接到器械驱动机构或适配器并且/或者将器械从器械驱动机构或适配器释放。例如，在一些实施方案中，器械可有利地用一只手移除或附接。在一些实施方案中，当机器人臂处于任何方位或取向时，器械可有利地被移除或附接。因此，可以受控和/或人体工程学方式执行器械的附接和拆卸。

在本文所述的许多示例中，对准机构和附接机构被描述为提供医疗器械与适配器之间的对准和附接。然而，在一些实施方案中，可省略适配器，并且对准机构和附接机构可例如在没有中间适配器的情况下直接提供医疗器械与器械驱动机构之间的对准和附接。另外，在一些实施方案中，对准机构和附接机构可被构造成提供医疗器械(或甚至其他非医疗器械)与器械可附接的任何其他部件之间的对准和附接。因此，所示和所述的实施方案应当被理解为仅提供某些非限制性示例。

图16A示出了医疗器械100的实施方案。图16B示出了医疗系统120的实施方案，该医疗系统包括机器人臂122，该机器人臂具有器械驱动机构124和定位在其上的适配器126。如图16A和图16B所示，医疗器械100和医疗系统120包括对准机构140和附接机构160。对准机构140被构造成在医疗器械100与器械驱动机构124和适配器126之间提供适当的取向，并且附接机构160被构造成在医疗器械100与器械驱动机构124和适配器126之间提供牢固的连接。

图16A示出了器械100的侧视图。在例示的实施方案中，器械100包括细长主体102和柄部104。细长主体102在远侧端部103与近侧端部105之间延伸。如本文所用，术语远侧是指朝向在规程期间插入患者体内或以其他方式与患者交互的器械的端部定位的位置或方位，并且术语近侧是指沿相反方向远离插入患者体内的器械的端部定位的位置或方位。

如图所示，端部执行器108(其在例示的实施方案中被构造为抓紧器)可定位在细长主体102的远侧端部103处。在其他实施方案中，器械可包括其他类型的端部执行器，诸如剪刀、钳子、结扎工具、烧灼工具、篮状工具等。在一些实施方案中，例如，如图所示，端部执行器108通过腕部106连接到细长主体102的远侧端部。腕部106可被构造成允许器械100的一个或多个自由度。例如，腕部106可以是双自由度腕部。例如，双自由度腕部可允许端部执行器108围绕俯仰轴和偏航轴枢转或旋转。在一些实施方案中，腕部106可以是固定的，以便提供零自由度。在一些实施方案中，腕部106可允许一个、两个、三个或更多个自由度。

如图16A所示，器械100包括柄部104。该柄部104可被构造成连接到图16B所示的器械驱动机构124或适配器126。如先前所提及，器械100可包括在端部执行器108与柄部104之间沿着细长主体102延伸(例如，穿过细长主体或在细长主体上延伸)的一个或多个腱、线缆或拉线。柄部104可包括一个或多个驱动输入件，该一个或多个驱动输入件被构造成接合器械驱动机构(参见图14)上的允许器械驱动机构致动(例如，张紧或牵拉)拉线的一个或多个驱动输出件。致动拉线可引起端部执行器108的运动，以允许端部执行器108的远程操纵和控制。例如，在一些实施方案中，拉线的致动可被构造成致使端部执行器108的钳口打开和闭合并且/或者允许端部执行器108围绕俯仰轴或偏航轴旋转。如上所述，器械驱动机构可定位在机器人臂122上(参见图16B)。在一些实施方案中，机器人臂122可被控制以定位、滚动、推进和/或回缩器械100。

细长主体102可延伸穿过柄部104，如图16A所示。在一些此类实施方案中，细长主体102可被构造成相对于柄部104推进或回缩，但并非总是如此。在一些实施方案中，器械驱动机构124被构造成致使细长主体102相对于柄部104推进或回缩。这可允许例如当细长主体102和端部执行器108在规程期间推进到患者体内时，柄部104保持静止。在一些实施方案中，细长主体102的近侧端部附接到柄部104，使得细长主体102仅在端部执行器108与柄部104之间延伸。

如图16A所示，柄部104可包括远侧面109。在一些实施方案中，对准机构140包括从远侧面109延伸的部件。这些部件可与适配器126上的对准机构140的对应部件相互作用或接合，以在器械100附接到适配器126时提供器械100与适配器126之间的对准。在一些实施方案中，附接机构160包括定位在柄部104的远侧面109上的部件。这些部件可与适配器126上的附接机构160的对应部件相互作用或接合，以提供器械100与适配器126之间的连接。在图17A至图17D所示的实施方案中更详细地示出了对准机构140和附接机构160，该对准机构和附接机构将在下文更详细地描述。

如上所述，图16B示出了医疗系统120的实施方案的视图。在例示的实施方案中，医疗系统120包括多个机器人臂122。机器人臂122中的每个机器人臂包括定位在远侧端部上的器械驱动机构124。如图所示，器械驱动机构124包括远侧面128和近侧面130。同样，术语远侧用于指朝向患者的方向或方位，并且术语近侧用于指远离患者的方向或方位。

在一些实施方案中，器械100被构造成贯穿加载到器械驱动机构124上。例如，器械驱动机构124可包括从近侧面130穿过器械驱动机构124延伸到远侧面128的通道、孔或其他开口(不可见)，并且通过将细长主体102的远侧端部103插入穿过近侧面130、穿过通道并穿过远侧面128离开，器械可贯穿加载(或顶部加载)到器械驱动机构上。然后器械100可朝远侧移动，直到柄部104的远侧面109与器械驱动机构124的近侧面130接触并接合。在一些实施方案中，系统120包括定位在器械驱动机构124的近侧面130上的适配器126。在此类实施方案中，柄部104的远侧面109可与适配器126接触并接合。如前所述，适配器126可以是无菌适配器，该无菌适配器被构造成保持器械100与器械驱动机构124之间的无菌状态。以这种方式对器械100进行贯穿加载或顶部加载有利地允许通过牵拉器械100远离患者而使器械100沿近侧方向与器械驱动机构124分离。这可有利地改善患者安全性，因为可沿远离患者的方向移除器械100。

另外，如下所述，当器械贯穿加载到器械驱动机构124上时，器械100上的对准机构140与适配器126和/或器械驱动机构124可提供对准。例如，当器械100通过器械驱动机构124朝远侧降低时，器械100上的对准特征部与适配器126或器械驱动机构124上的对准特征部接合。这些特征部可自动地使器械100旋转成与适配器126或器械驱动机构124正确旋转对准。在一些实施方案中，对准自动地发生。在一些实施方案中，对准被动地发生。被动对准可包括当器械100和适配器126或器械驱动机构124被放在一起时自然发生的对准。在一些实施方案中，对准机构140还提供器械100与适配器126或器械驱动机构124之间的平移对准。例如，对准机构140可将器械100的轴线与适配器126或器械驱动机构124的轴线同轴对准。

由对准机构140提供的对准可有利于附接机构160的适当取向。例如，对准可确保器械100的远侧面109上的附接机构160的锁定特征部与适配器126或器械驱动机构124的近侧面130上的附接机构160的对应锁定特征部对准，使得当远侧面109与近侧面130接触时，这些特征部可以接合。在一些实施方案中，这些特征部的接合可自动或被动地发生。如上所述，下文将参考图17A至图17D更详细地描述对准机构140和附接机构160的更详细的示例。

在图16B所示的实施方案中，系统120包括由柱134或其他支撑件和基部136从下方支撑的患者平台132或床。如图所示，在一些实施方案中，机器人臂122可以在患者平台132下方的方位处附接到柱134或基部136。在一些实施方案中，机器人臂122可附接到可调节臂支撑件138，并且可调节臂支撑件138可以在患者平台132下方的方位处附接到柱134或基部136。该构型允许机器人臂122从患者平台132下方的方位部署。在一些实施方案中，本文所述的对准机构140和附接机构160在这些类型的系统中是特别有利的(例如，如图16B所示)。例如，在系统120的一些实施方案中，器械驱动机构124允许附接的器械100经由器械驱动机构124中的马达具有无限辊，该马达应当由附接机构160容纳。此外，器械100应当能够与机器人臂122快速附接和分离。

图17A至图17D提供了对准机构140的实施方案和附接机构160的实施方案的详细视图。图17A是处于未附接构型的医疗器械100和驱动机构124上的适配器126的透视图。图17B是适配器126的近侧面130的透视图。图17C是医疗器械100的柄部104的远侧面109的透视图。图17D示出了医疗器械100的柄部104的远侧面109的视图。示例性对准机构140和附接机构160将在以下章节中参考这些附图进行描述。

B.示例性对准机构

如图17A至图17D所示，器械柄部104和适配器126包括对准机构140。例如，如图所示，对准机构140可包括位于器械100上的第一对准结构142(参见图17A和图17C)和位于适配器126上的第二对准结构144(参见图17B)。如下所述，第一对准结构142可被构造成在器械100贯穿加载到器械驱动机构124上时接合或接触第二对准结构144。

如图17A和图17C最佳所示，在例示的实施方案中，第一对准结构142包括从柄部104的远侧面109延伸的轴146。器械100的细长主体102可延伸穿过轴146(图17C)。轴146可具有从远侧面109延伸一定距离的长度，该距离允许轴146延伸到适配器126(和/或器械驱动机构124)的通道148中，如图17A所示。在一些实施方案中，轴146足够长，使得其完全延伸穿过器械驱动机构124。在一些实施方案中，轴146部分地延伸穿过器械驱动机构124。

第一对准结构142还包括形成在轴146的外表面上的对准表面149。如下所述，当器械100贯穿加载到器械驱动机构124上以提供对准时，对准表面149接合并接触第二对准结构144。在一些实施方案中，对准表面149被构造为成角表面。该成角表面可形成为位于不与轴146的纵向轴线正交的平面中的表面。在一些实施方案中，对准表面149被构造为螺旋表面。该螺旋表面可以盘旋或螺旋方式围绕轴146的纵向轴线螺旋。

在例示的实施方案中，第一对准结构142还包括对准沟槽150。对准沟槽150还被构造成与第二对准结构144接触并接合，以提供器械100与适配器126或器械驱动机构124之间的对准。对准沟槽150可沿着轴146的外表面延伸并且形成到该外表面中。在一些实施方案中，对准沟槽150可从对准表面149的最远点(即，沿着对准表面149的最靠近柄部104的点)开始沿着轴146朝向柄部104延伸。例如，在一些实施方案中，对准表面149相对于轴146的纵向轴线成角度，使得对准表面149的第一部分相对于对准表面149的朝远侧定位的第二部分朝近侧定位。沟槽150可从对准表面149的第二部分朝向柄部104延伸。

如图17B所示，适配器126包括第二对准结构144。第二对准结构144可包括从通道148的内壁延伸的突起部152。在一些实施方案中，突起部152可与通道148的内壁一体形成。在一些实施方案中，突起部152可形成为附接到通道148的内壁或延伸穿过该内壁的单独件。在一些实施方案中，突起部152包括滚珠轴承的延伸穿过通道148的内壁的一部分。当器械100贯穿加载到适配器126上以提供器械100与适配器126之间的对准时，突起部152与对准表面149和对准沟槽150接触并相互作用。

例如，适配器126可附接到器械驱动机构124的近侧面。器械100的细长主体102的远侧端部103可通过适配器中的近侧面130插入通道148中。器械100在远侧方向上移动，使得柄部104的远侧面109朝向适配器126的近侧面130。最终，第一对准结构142的轴146进入通道148。将第一对准结构142的轴146插入通道148中可提供器械100与适配器126之间的平移对准；然而，在该阶段，器械100可能不与适配器126适当地旋转对准。当器械100在远侧方向上进一步移动时，第二对准结构144的突起部152与第一对准结构142的对准表面149接触。突起部152沿着对准表面149行进，使得器械100旋转到正确的取向。在一些实施方案中，导致被动、自动或自然对准。突起部152最终到达对准表面149的远侧最低点。此时，器械100处于正确的旋转对准方位。这允许突起部152进入对准沟槽150。对准沟槽150足够窄，使得器械100的进一步旋转受到限制或抑制。然后，器械100可在远侧方向上一直移动，直到柄部104的远侧面109接触适配器的近侧面130。

在对准方位，器械柄部104的各种特征部与适配器126(和/或器械驱动机构124)的对应特征部对准。这些特征部可包括例如下文更详细地描述的附接机构160的对应锁定特征部。对准的特征部还可包括例如适配器126或器械驱动机构124上的驱动输出件156(参见图17A和图17B)，该驱动输出件被构造成与器械柄部104上的对应驱动输入件158(参见图17C和图17D)接合。驱动输出件156可接合驱动输入件以控制器械100，如上文参考图13至图14所述。在一些实施方案中，驱动输出件156和驱动输入件158被构造成具有包括一些拔模部的形状(例如，锥状形状)以有利于对准和接合。在图17A至图17C所示的实施方案中，器械柄部104和适配器126包括五个驱动输出件156和五个对应的驱动输入件158。图17D所示的实施方案包括六个驱动输入件158。

对准特征部还可包括例如器械100上的计算机可读标签诸如RFID标签161(参见图17D)和适配器126或器械驱动机构124上的对应读取器162(参见图17A)。在一些实施方案中，RFID标签161包括在通道、凹陷部或凹坑内的器械柄部104上。RFID标签161可被构造成向系统120提供器械100的无线识别。它可向系统120提供参数，并且可允许器械100的认证和跟踪。读取器162可被构造成突起到通道中以访问和读取RFID标签161。此外，对准机构140可包括一个或多个传感器164(图17C)。传感器164可被构造成检测细长主体102的对准并使用器械100的无限辊将其正确对准。

在一些实施方案中，第一对准结构142和第二对准结构144可反向。例如，对准表面149和对准沟槽150可包括在适配器126上的通道148内，并且突起部152可包括在器械柄部104的轴146上。其他合适的对准结构也是可能的。例如，其他合适的对准传感器可包括键突片，该键突片可以是或可以不是无源的，但仅在正确对准时才会接合。

如本文所述，器械柄部104可包括对准机构140，以使器械柄部104能够快速附接到适配器126，从而对准附接机构160和其他部件。对准机构140可呈形成在器械轴上的螺旋对准的形式。在一些实施方案中，对准机构140呈双螺旋的形式。对准机构140可快速地将器械柄部104与适配器126对准，从而提供快速连接特征部，该快速连接特征部允许容易地在机器人臂122上更换器械100。

B.示例性附接机构

如图17A至图17D所示，器械柄部104和适配器126包括附接机构160。例如，如图所示，附接机构160可包括位于适配器126或器械驱动机构124上的锁定元件166(参见图17A和图17C)和位于器械100上的对应凹坑168(参见图17C和图17D)。如下所述，锁定元件166被构造成被接纳在凹坑168内并与凹坑接合，以将器械柄部104附接到适配器126。如上所述，对准机构140被构造成有利于这些特征部的对准。

如图17A所示，适配器126(或器械驱动机构124)可包括多个锁定元件166。在例示的实施方案中，适配器126包括三个锁定元件166，但在其他实施方案中可使用其他数量的锁定元件166。例如，适配器126可包括两个、三个、四个、五个、六个或更多个锁定元件166。锁定元件166可从适配器126的近侧面130向外延伸或突出。

有利的是，锁定元件166可围绕适配器126的纵向轴线周向定位。例如，锁定元件166可围绕通道148周向定位。当周向布置时，锁定元件166可提供围绕适配器126的周边的锁定。与仅包括单个锁定元件或仅位于装置的单侧上的锁定元件的实施方案相比，这可提供具有改善的稳定性的连接。在一些实施方案中，周向定位的锁定元件166可均匀地间隔开。在一些实施方案中，间距不需要是均匀的。

在一些实施方案中，适配器126的锁定元件166包括径向锁定元件。例如，锁定元件166可从适配器的近侧表面向外突起，并且可被构造成在被接纳在凹坑168中之前接合弹簧加载表面。锁定元件166与凹坑之间的接合可包括保持连接的径向力。

在图17A至图17D所示的实施方案中，锁定元件166包括滚珠轴承。这些实施方案更详细地示于图18A至图19C中，这将在下文进行描述。然而，锁定元件166可以是形成联锁装置的任何类型的径向锁定元件。在一些实施方案中，锁定元件可以呈弹簧突片的形式。这样的实施方案示于下文所述的图20中。在一些实施方案中，锁定元件166可以呈悬臂钩的形式。这样的实施方案示于下文所述的图21中。

如图17C和图17D所示，器械柄部104的远侧面109包括被构造成接纳锁定元件166并与锁定元件接合的凹坑168。在例示的实施方案中，器械柄部104包括三个凹坑168，以便与图17A所示的三个锁定元件166接合。当然，其他实施方案可包括其他数量的凹坑168，以便与适配器126上使用的锁定元件的数量对应。

在一些实施方案中，附接机构160不仅允许器械柄部104与适配器126之间的快速连接，而且还允许简单地通过牵拉器械柄部104远离适配器126来容易地分离或移除。如上所述，柄部104沿近侧方向(远离患者)被拉离适配器126，这可能是有利的，因为患者几乎没有或没有被尖锐器械意外刺伤的可能性。

虽然上述实施方案示出适配器126具有从其突起的锁定元件166和形成在器械柄部104上的凹坑168，但在其他实施方案中，这些特征部可反向。例如，器械柄部104可包括突起的锁定元件166，并且适配器126可包括凹坑。在一些实施方案中，器械柄部104和适配器126中的每一者包括锁定元件166和凹坑168两者。

图18A至图18C提供了图17A至图17D所示的附接机构160的锁定元件166和凹坑168的附加详细视图。在该实施方案中，锁定元件166包括滚珠轴承172，该滚珠轴承保持在从适配器126延伸的凸缘170内。下文所述的图19A至图19C示出了可如何制造具有保持在凸缘170内的滚珠轴承172的实施方案。

如图18A至图18C所示，凹坑168可包括保持表面174。保持表面174可被构造成在径向方向上(沿图18A至图18C所示的取向上下)移动或平移。保持表面174可具有被构造成对应于滚珠轴承172的形状的轮廓。保持表面174可在径向向外(例如，相对于附图的取向向下)方向上偏置。偏置可例如通过使用弹簧(未示出)来实现。

凹坑168还可包括衬圈176。衬圈176可包括斜坡或倾斜的表面178，如图所示。衬圈176可能够在近侧方向和远侧方向上(例如，相对于附图的取向向右和向左)移动。衬圈176可例如通过弹簧(未示出)在远侧方向上(例如，朝向附图中的右侧)偏置。滚珠轴承172、保持表面174和衬圈176的相互作用可允许锁定元件166与凹坑168的连接和断开联接。

示例性附接将参考图18A至图18C进行描述。图18A示出了处于未附接构型的附接机构160的锁定元件166和凹坑168。图18B示出了处于未附接构型与附接构型之间的中间方位的锁定元件166和凹坑168。并且，图18C示出了处于附接构型的锁定元件166和凹坑168。如图所示，当器械柄部104被插入适配器126上时，弹簧加载的内衬圈176被朝近侧推动到器械柄部104的壳体或外壳内部(图19B)。当锁定元件166的滚珠轴承172与保持表面174上的杯特征部对准时，滚珠轴承172移动到杯中并且衬圈176向下滑动(图19C)。在该方位(图18C)，锁定元件166被固定在凹坑168内。

若要分离，可同时朝近侧牵拉衬圈176和器械柄部104。当衬圈176回缩足够远以使衬圈176的倾斜或斜坡表面178允许滚珠轴承172从保持表面174的杯特征部逸出时，锁定元件166与凹坑168脱离接合，从而允许器械100平滑地断开连接。

图19A至图19C提供了锁定元件166的示例性组件的多个视图，但其他实施方案也是可能的。图19A至图19C的示例性组件包括位于适配器126上的锁定元件166，该锁定元件包括滚珠轴承172和凸缘170。在该实施方案中，滚珠轴承172被捕获在凸缘170内的适配器126的两个层或堆叠板的部件之间。图19A是适配器126的局部分解透视图。图19B是适配器126的透视图，示出了处于组装构型的锁定元件166。图19C是适配器126的剖视图，示出了处于组装构型的锁定元件166。

如图19A所示，适配器126可包括堆叠板构造，该堆叠板构造包括近侧板191和远侧板192。凸缘170可从近侧板191延伸。凸缘170包括延伸穿过其中以接纳滚珠轴承172的孔或孔洞。在例示的实施方案中，滚珠轴承172可从凸缘170的径向外侧插入凸缘170中。突起部195防止滚珠轴承172被一直推动穿过凸缘。如图19C的剖视图所示，突起部195使穿过凸缘170的孔洞的直径变窄，使得滚珠轴承172不能穿过凸缘的径向内侧。

远侧板192可包括形成为从远侧板192延伸的突出部的止回件193。当组装时，如图19B所示，止回件193延伸穿过近侧板191中的对应开口194(如图19A所示)。在该方位，止回件193可将滚珠轴承172保持在凸缘170内。

图20示出了附接机构160的另一个实施方案。在该实施方案中，器械柄部104包括夹紧杆件180。夹紧杆件180可通过铰链182附接到器械柄部104，夹紧杆件可围绕该铰链枢转。弹簧元件185可被定位成将夹紧杆件偏置到径向向外的方位，在该方位，夹紧杆件180的钩状端部184接合从适配器126延伸的悬臂钩186。

为了接合附接机构160，器械柄部朝向适配器126移动。悬臂钩186的外表面使夹紧杆件180向内偏转，从而允许钩状端部184穿过并接合悬臂钩186。为了脱离接合，可向内按压夹紧杆件180，使得钩状端部184摆脱悬臂钩186而移动。

图21示出了附接机构160的另一个实施方案，该附接机构包括牢固地附接到适配器126的冲压金属元件188。器械柄部104包括与冲压金属元件188中的开口接合的悬臂钩187。冲压金属元件可被构造成被悬臂钩撬进或撬出以允许附接。

图22为适配器126的实施方案的近侧面130的透视图，并且示出了在一些实施方案中，适配器释放机构190可定位在近侧面130上。适配器释放机构190可被构造成致动以从器械驱动机构124释放适配器126。适配器释放机构190可以是例如按钮或滑动拴扣。在近侧面130上包括适配器释放机构190可防止适配器126的意外移除，因为当器械100附接到适配器126时，适配器释放机构190是不可触及的。在其他实施方案中，适配器释放机构190可包括在适配器126的其他部分上，包括当器械100附接到适配器时可触及的部分。

3.实施系统和术语。

本文所公开的具体实施提供了用于机器人使能医疗系统的系统、方法和装置。本文所述的各种具体实施包括具有高力器械的机器人使能医疗系统。

应当指出的是，如本文所用，术语“耦接(couple)”、“耦接(coupling)”、“耦接(coupled)”或词语耦接的其他变型形式可以指示间接连接或直接连接。例如，如果第一部件“耦接”到第二部件，则第一部件可经由另一个部件间接连接到第二部件或直接连接到第二部件。

本文所述的方位估计和机器人运动致动功能可作为一个或多个指令存储在处理器可读或计算机可读介质上。术语“计算机可读介质”是指可由计算机或处理器访问的任何可用介质。通过示例而非限制，这样的介质可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪存储器、致密盘只读存储器(CD-ROM)或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储装置，或可以用于存储呈指令或数据结构的形式的期望的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。应当指出的是，计算机可读介质可为有形的和非暂态的。如本文所用，术语“代码”可以指可由计算装置或处理器执行的软件、指令、代码或数据。

本文所公开的方法包括用于实现所述方法的一个或多个步骤或动作。在不脱离权利要求的范围的情况下，方法步骤和/或动作可彼此互换。换句话讲，除非正在描述的方法的正确操作需要步骤或动作的特定顺序，否则可以在不脱离权利要求的范围的情况下修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。

如本文所用，术语“多个”表示两个或更多个。例如，多个部件指示两个或更多个部件。术语“确定”涵盖多种动作，并且因此，“确定”可包括计算、运算、处理、导出、调查、查找(例如，在表格、数据库或另一种数据结构中查找)、查明等。另外，“确定”可包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等。另外，“确定”可包括解析、选择、挑选、建立等。

除非另有明确指明，否则短语“基于”并不意味着“仅基于”。换句话讲，短语“基于”描述“仅基于”和“至少基于”两者。

如本文所用，术语“大约”或“约”是指长度、厚度、数量、时间段或其他可测量值的测量范围。此类测量范围涵盖指定值的+/-10％或更小、优选地+/-5％或更小、更优选地+/-1％或更小、并且还更优选地+/-0.1％或更小的变化，只要此类变化是适当的以便在所公开的设备、系统和技术中发挥功能即可。

提供对所公开的具体实施的前述具体实施方式以使得本领域的任何技术人员能够制作或使用本发明。对这些具体实施的各种修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的，并且在不脱离本发明的范围的情况下，本文所定义的一般原理可应用于其他具体实施。例如，应当理解，本领域的普通技术人员将能够采用多个对应的替代和等同的结构细节，诸如紧固、安装、耦接或接合工具部件的等同方式、用于产生特定致动运动的等同机构、以及用于递送电能的等同机构。因此，本发明并非旨在限于本文所示的具体实施，而是被赋予符合本文所公开的原理和新颖特征的最广范围。

Claims (44)

1. 一种医疗系统，包括：

医疗器械，所述医疗器械包括器械柄部和细长主体，其中所述器械柄部被构造成附接到器械驱动机构上的适配器；以及

对准机构，所述对准机构被构造成提供所述医疗器械与所述适配器之间的旋转对准。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述对准机构沿着所述器械柄部的纵向轴线延伸。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述对准机构包括位于所述细长主体上的对准结构。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述对准结构包括位于所述细长主体上的螺旋表面。

5.根据权利要求1所述的系统，其中当所述器械柄部附接到所述适配器时，所述器械柄部上的远侧表面与所述适配器上的近侧表面相对。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述器械驱动机构定位在机器人臂上。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述机器人臂从床或推车延伸。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述旋转对准导致至少一个锁定元件与对应凹坑对准并插入所述对应凹坑中。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述锁定元件定位在所述适配器上，并且所述凹坑定位在所述柄部上。

10.根据权利要求8所述的系统，其中所述锁定元件包括滚珠轴承。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述旋转对准是被动的。

12.一种医疗系统，包括：

医疗器械，所述医疗器械被构造用于在机器人使能的医疗规程期间使用，所述医疗器械包括：

细长主体，所述细长主体在远侧端部与近侧端部之间延伸，所述远侧端部被构造成在机器人使能的医疗规程期间插入患者体内，以及

器械柄部，所述器械柄部包括近侧面和远侧面，其中所述细长主体延伸穿过所述近侧面和所述远侧面，并且其中所述远侧面被构造成附接到器械驱动机构上的适配器；以及

对准机构，所述对准机构被构造成提供所述医疗器械与所述适配器之间的旋转对准，所述对准机构包括：

第一对准结构，所述第一对准结构位于所述医疗器械上，以及

第二对准结构，所述第二对准结构位于所述适配器上，

其中当所述医疗器械附接到所述适配器时，所述第一对准结构接合所述第二对准结构以提供所述旋转对准。

13.根据权利要求12所述的系统，其中当所述器械柄部附接到所述适配器时，所述对准机构沿着所述器械柄部的纵向轴线延伸。

14.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一对准结构包括位于所述细长主体上的螺旋表面，并且第二附接结构包括位于适配器的开口内的轴承表面。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述轴承表面包括滚珠轴承。

16.根据权利要求12所述的系统，其中所述器械驱动机构定位在机器人臂上。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述机器人臂从床或推车延伸。

18.根据权利要求12所述的系统，其中所述旋转对准导致至少一个锁定元件与对应凹坑对准并插入所述对应凹坑中。

19.根据权利要求18所述的系统，其中所述锁定元件定位在所述适配器上，并且所述凹坑定位在所述柄部上。

20.根据权利要求18所述的系统，其中所述锁定元件定位在所述柄部上，并且所述凹坑定位在所述适配器上。

21.根据权利要求18所述的系统，其中所述锁定元件包括滚珠轴承。

22.根据权利要求12所述的系统，其中所述旋转对准是被动的。

23.一种机器人系统，包括：

医疗器械，所述医疗器械包括器械柄部和细长主体，其中所述器械柄部被构造成附接到器械驱动机构上的适配器；

附接机构，所述附接机构被构造成将所述器械柄部固定到所述适配器，其中当所述器械柄部固定到所述适配器时，所述医疗器械的所述细长主体延伸穿过所述适配器中的开口。

24.根据权利要求23所述的系统，其中所述附接机构包括围绕所述器械柄部周向定位的至少三个锁定元件。

25.根据权利要求23所述的系统，其中所述附接机构包括定位在所述器械柄部上的至少一个锁定元件，所述至少一个锁定元件被构造成延伸到所述适配器上的凹坑中。

26.根据权利要求23所述的系统，其中所述附接机构包括定位在所述适配器上的至少一个锁定元件，所述至少一个锁定元件被构造成延伸到所述器械柄部上的凹坑中。

27.根据权利要求26所述的系统，其中所述锁定元件包括突起构件。

28.根据权利要求27所述的系统，其中所述突起构件包括滚珠轴承。

29.根据权利要求27所述的系统，其中所述突起构件包括钩。

30.根据权利要求27所述的系统，其中所述突起构件接合凹坑中的弹簧加载表面。

31.根据权利要求23所述的系统，其中所述器械柄部被构造成顶部加载到所述适配器上，使得所述器械的所述细长主体延伸穿过所述适配器中的所述开口。

32.一种医疗系统，包括：

医疗器械，所述医疗器械被构造用于在机器人使能的医疗规程期间使用，所述医疗器械包括：

细长主体，所述细长主体在远侧端部与近侧端部之间延伸，所述远侧端部被构造成在机器人使能的医疗规程期间插入患者体内，以及

器械柄部，所述器械柄部包括近侧面和远侧面，其中所述细长主体延伸穿过所述近侧面和所述远侧面，并且其中所述远侧面被构造成附接到器械驱动机构上的适配器；以及

附接机构，所述附接机构被构造成将所述医疗器械固定到所述适配器，其中当所述器械柄部固定到所述适配器时，所述医疗器械的所述细长主体沿着轴线从所述远侧面延伸穿过所述适配器中的开口，其中所述附接机构包括围绕所述轴线周向定位的至少三个锁定元件。

33.根据权利要求32所述的系统，其中所述锁定元件中的至少一个锁定元件包括突起构件。

34.根据权利要求33所述的系统，其中所述突起构件包括滚珠轴承。

35.根据权利要求33所述的系统，其中所述突起构件包括钩。

36.根据权利要求33所述的系统，其中所述突起构件接合凹坑中的弹簧加载表面。

37.一种方法，包括：

将医疗器械的细长主体插入穿过附接到器械驱动机构的适配器的开口；

将所述医疗器械的柄部朝向所述适配器推进，使得对准机构提供所述医疗器械与所述适配器之间的旋转对准；以及

将所述医疗器械的所述柄部附接到所述适配器。

38.根据权利要求37所述的方法，其中所述医疗器械包括位于所述细长主体上的螺旋表面，并且所述适配器包括位于所述适配器中的轴承表面，并且其中当所述轴承表面接触所述螺旋表面时发生所述旋转对准。

39.根据权利要求37所述的方法，其中将所述医疗器械的所述柄部附接到所述适配器包括在所述柄部与所述适配器之间接合附接机构。

40.根据权利要求39所述的方法，其中接合附接机构包括将所述附接机构的突起构件接纳在所述附接机构的凹坑中。

41.根据权利要求40所述的方法，其中所述突起构件位于所述柄部上，并且所述凹坑位于所述适配器上。

42.根据权利要求40所述的方法，其中所述突起构件包括滚珠轴承。

43.根据权利要求40所述的方法，其中所述突起构件包括钩。

44.根据权利要求40所述的方法，其中所述突起构件接合所述凹坑中的弹簧加载表面。

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