CN113677285A - 松弛缆线消除绞盘 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种外科工具，该外科工具包括：驱动外壳；驱动输入装置和输入轴，该驱动输入装置和输入轴能够旋转地安装到驱动外壳；以及驱动组件，该驱动组件安装到输入轴，并且包括能够利用第一单向轴承旋转地安装到输入轴的上绞盘和能够利用第二单向轴承旋转地安装到输入轴的下绞盘。第一驱动缆线和第二驱动缆线联接到上绞盘和下绞盘并且延伸到外科工具的端部执行器。使输入轴沿第一角度方向旋转使下绞盘与输入轴旋转地脱离接合并且沿第一角度方向驱动上绞盘，并且使输入轴沿第二角度方向旋转使上绞盘与输入轴旋转地脱离接合并且沿第二角度方向驱动下绞盘。

Description

松弛缆线消除绞盘
背景技术
微创外科手术(MIS)器械由于术后恢复时间减少且瘢痕形成最小化而通常优于传统的开放式外科装置。腹腔镜式外科手术是一种类型的MIS手术，在该手术中，在患者的腹部中形成一个或多个小切口，并且通过切口插入套管针以形成进入腹腔的通路。通过套管针，可将多种器械和外科工具引入腹腔中。经由套管针引入腹腔中的器械和工具可用于以多种方式接合和/或处理组织以实现诊断或治疗效果。
近来已开发出各种机器人系统来辅助MIS手术，并且通过保持自然的眼-手轴线来有利于更为本能的手部运动。此类机器人系统还可通过在外科工具中包括形成更自然的手状关节运动的能够进行关节运动的“腕部”关节来实现更大程度的运动自由度。在此类系统中，定位在外科工具的远侧端部处的端部执行器可使用缆线驱动的运动系统进行关节运动(运动)，该缆线驱动的运动系统具有延伸穿过腕部关节的一条或多条驱动缆线(或其他细长构件)。用户(例如，外科医生)能够通过在空间中抓持和操纵一个或多个控制器来远程操作端部执行器，该一个或多个控制器与联接到外科器械的工具驱动器连通。用户输入由结合到机器人外科系统中的计算机系统处理，并且工具驱动器通过致动缆线驱动的运动系统并由此主动控制驱动缆线中的张力平衡来作出响应。使驱动缆线运动使端部执行器关节运动到期望的角位置和构型。
必须通过部件设计和组装来克服许多机械和制造障碍，以实现端部执行器及其相关联的缆线驱动的运动系统的一致且可预测的性能。
附图说明
以下附图包括在内以示出本公开的某些方面，并且不应被视为排他性实施方案。在不脱离本公开的范围的情况下，本发明所公开的主题能够具有形式和功能上的大量修改、改变、组合和等同物。
图1是可结合本公开的一些或全部原理的示例性机器人外科系统的框图。
图2是图1的主控制台中的一个主控制台的示例性实施方案。
图3示出了根据一个或多个实施方案的图1的机器人操纵器的一个示例。
图4是可结合本公开的一些或全部原理的示例性外科工具的等轴侧视图。
图5示出了其中图4的腕部可能够进行关节运动(枢转)的潜在自由度。
图6是图4的外科工具的远侧端部的放大等轴视图。
图7是图4的外科工具的驱动外壳的底视图。
图8是图6的外科工具的驱动外壳的内部的等轴暴露视图。
图9A和图9B是根据本公开的一个或多个实施方案的图8的驱动组件的放大等轴视图和分解视图。
图10是根据一个或多个实施方案的图8的驱动组件的一部分的分解等轴视图。
具体实施方式
本公开涉及机器人外科系统，并且更具体地涉及绞盘驱动组件，该绞盘驱动组件被设计成通过确保保持最小缆线张力来消除驱动缆线中的松弛。
本文所讨论的实施方案描述了外科工具，该外科工具包括驱动外壳和端部执行器，该驱动外壳具有从其延伸的细长轴，该端部执行器操作地联接到细长轴的远侧端部。驱动输入装置和输入轴能够旋转地安装到驱动外壳，并且驱动组件安装到输入轴并且包括能够利用第一单向轴承旋转地安装到输入轴的上绞盘和能够利用第二单向轴承旋转地安装到输入轴的下绞盘。第一驱动缆线联接到上绞盘并且延伸到端部执行器，并且第二驱动缆线联接到下绞盘并且延伸到端部执行器。使输入轴沿第一角度方向旋转使下绞盘与输入轴旋转地脱离接合，并且沿第一角度方向驱动上绞盘以沿第一线性方向牵拉第一驱动缆线。使输入轴沿与第一角度方向相反的第二角度方向旋转使上绞盘与输入轴旋转地脱离接合，并且沿第二角度方向驱动下绞盘以沿与第一线性方向相反的第二线性方向牵拉第二驱动缆线
图1至图3示出了示例性机器人外科系统及其相关联的部件的结构和操作。虽然可适用于机器人外科系统，但应当注意，在不脱离本公开的范围的情况下，本公开的原理可等同地或另选地适用于非机器人外科系统。
图1是可结合本公开的一些或全部原理的示例性机器人外科系统100的框图。如图所示，系统100可包括至少一个主控制台102a和至少一个机器人操纵器104。机器人操纵器104可机械地和/或电气地联接到一个或多个机器人臂106或以其他方式包括一个或多个机器人臂。在一些实施方案中，机器人操纵器104可安装到运输车(另选地称为“臂车”)，该运输车实现了机器人操纵器104和相关联的机器人臂106的运动性。每个机器人臂106可包括并且以其他方式提供工具驱动器，其中一个或多个外科器械或工具108可安装用于对患者110执行各种手术任务。机器人臂106、对应工具驱动器和相关联的工具108的操作可由临床医生112a(例如，外科医生)从用主控制台102a进行指导。
在一些实施方案中，由第二临床医生112b操作的第二主控制台102b(以虚线示出)还可与第一临床医生112a一起帮助指导机器人臂106和工具108的操作。在此类实施方案中，例如，每个临床医生112a、112b可控制不同的机器人臂106，或者在一些情况下，机器人臂106的完全控制可在临床医生112a、112b之间传递。在一些实施方案中，可在外科手术期间对患者110使用具有附加的机器人臂的附加机器人操纵器，并且这些附加机器人臂可由主控制台102a、102b中的一个或多个主控制台控制。
机器人操纵器104和主控制台102a、102b可经由通信链路114彼此通信，该通信链路可以是被配置成能够根据任何通信协议携载合适类型的信号(例如，电信号、光信号、红外信号等)的任何类型的有线或无线通信链路。通信链路114可以是实际物理链路，或者它可以是使用一个或多个实际物理链路的逻辑链路。当链路为逻辑链路时，物理链路的类型可以是数据链路、上行链路、下行链路、光纤链路、点对点链路，例如，如计算机网络领域中所熟知的用于指代连接网络节点的通信设施的那些。因此，临床医生112a、112b可能够经由通信链路114远程控制机器人臂106，因此使得临床医生112a、112b能够对患者110进行远程操作。
图2是可用于控制图1的机器人操纵器104的操作的主控制台102a的一个示例性实施方案。如图所示，主控制台102a可包括支撑件202，临床医生112a、112b(图1)可将他/她的前臂搁置在该支撑件上，同时抓持一个或多个用户输入装置(未示出)。用户输入装置可包括例如物理控制器，诸如但不限于操纵杆、外骨架手套、主操纵器等，并且可能够在多个自由度内运动以控制外科工具108(图1)的位置和操作。在一些实施方案中，主控制台102a还可包括一个或多个脚踏开关204，该一个或多个脚踏开关可由临床医生112a、112b接合以改变外科系统的构型和/或生成附加控制信号以控制外科工具108的操作。
当临床医生112a、112b(图1)经由视觉显示器206查看手术时，可操纵用户输入装置和/或脚踏开关204。在视觉显示器206上显示的图像可从内窥相机或“内窥镜”获得。在一些实施方案中，视觉显示器206可包括或以其他方式结合力反馈计或“力指示器”，该力反馈计或“力指示器”为临床医生112a、112b提供外科工具(即，切割器械或动态夹紧构件)所采取的力的量值以及采取该力所沿循方向的视觉指示。如将理解的，其他传感器布置可用于为主控制台102a提供其他外科工具度量的指示，诸如例如钉仓是否已加载到端部执行器中或者砧座是否在击发之前已运动到闭合位置。
图3示出了根据一个或多个实施方案的可用于操作多个外科工具108的机器人操纵器104的一个示例。如图所示，机器人操纵器104可包括支撑竖直延伸的柱304的基座302。多个机器人臂106(示出了三个)可在滑架306处操作地联接到柱304，该滑架可选择性地调节以改变机器人臂106相对于基座302的高度，如由箭头A所指示的。
机器人臂106可包括能够手动进行关节运动的连杆(另选地称为“装置关节”)。在例示的实施方案中，外科工具108安装到设置在每个机器人臂106上的对应工具驱动器308。每个工具驱动器308可包括用于与外科工具108的一个或多个对应驱动输入装置交互的一个或多个驱动器或马达，并且驱动输入装置的致动致使相关联的外科工具108进行操作。
外科工具108中的一个外科工具可包括图像捕获装置310，诸如内窥镜，其可包括例如腹腔镜、关节镜、宫腔镜，或者可另选地包括一些其他成像模态，诸如超声、红外、荧光镜透视检查、磁共振成像等。图像捕获装置310具有位于细长轴的远侧端部处的查看端部，这允许查看端部通过入口插入患者身体的内部手术部位中。图像捕获装置310可能够通信地联接到视觉显示器206(图2)，并且能够实时传输图像以显示在视觉显示器206上。
剩余的外科工具可能够通信地联接到由临床医生112a、112b(图1)在主控制台102a(图2)处握持的用户输入装置。机器人臂106和相关联的外科工具108的运动可由操纵用户输入装置的临床医生112a、112b来控制。如下文更详细地描述的，外科工具108可包括或以其他方式结合安装在对应的能够进行关节运动的腕部上的端部执行器，该腕部枢转地安装在相关联的细长轴的远侧端部上。细长轴允许端部执行器通过入口插入患者身体的内部手术部位中，并且用户输入装置还控制端部执行器的运动(致动)。
在使用时，将机器人操纵器104定位在需要外科手术的患者附近，并且然后通常致使其保持静止，直到已完成要执行的外科手术。机器人操纵器104通常具有轮子或脚轮以使其运动。机器人臂106的侧向和竖直定位可由临床医生112a、112b(图1)设定，以有利于将外科工具108的细长轴和图像捕获装置310通过入口传递到相对于手术部位的期望位置。当外科工具108和图像捕获装置310如此定位时，机器人臂106和滑架306可锁定在适当的位置。
图4是可结合本公开的一些或全部原理的示例性外科工具400的等轴侧视图。外科工具400可以与图1和图3的外科工具108相同或类似，并且因此可与机器人外科系统(诸如图1的机器人外科系统100)结合使用。因此，外科工具400可被设计成可释放地联接到包括在机器人外科系统100中的工具驱动器。然而，在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，外科工具400的各方面可适于以手动或用手操作的方式使用。
如图所示，外科工具400包括细长轴402、端部执行器404、将端部执行器404联接到轴402的远侧端部的腕部406(另选地称为“腕部关节”或“能够进行关节运动的腕部关节”)以及联接到轴402的近侧端部的驱动外壳408。在外科工具与机器人外科系统(例如，图1的机器人外科系统100)结合使用的应用中，驱动外壳408可包括将外科工具400可释放地联接到机器人外科系统的联接特征结构。
术语“近侧”和“远侧”在本文中相对于机器人外科系统定义，该机器人外科系统具有被配置成能够将外科工具400(例如，外壳408)机械地和电气地联接到机器人操纵器的接口。术语“近侧”是指元件的更靠近机器人操纵器的位置，并且术语“远侧”是指元件的更靠近端部执行器404并因此更远离机器人操纵器的位置。另选地，在手动或用手操作的应用中，术语“近侧”和“远侧”在本文中相对于用户诸如外科医生或临床医生来定义。术语“近侧”是指元件的更靠近用户的位置，并且术语“远侧”是指元件的更靠近端部执行器404并因此更远离用户的位置。此外，诸如上方、下方、上、下、向上、向下、左、右等的方向术语相对于示例性实施方案如它们在图中所示进行使用，向上或上方向朝向对应附图的顶部，向下或下方向朝向对应附图的底部。
在使用外科工具400期间，端部执行器404被配置成能够在腕部406处相对于轴402运动(枢转)，以将端部执行器404定位在相对于手术部位的期望取向和位置处。为了实现这一点，外壳408包括(包含)各种驱动输入装置和机构(例如，齿轮、致动器等)，这些驱动输入装置和机构被设计成控制与端部执行器404相关联的各种特征结构的操作(例如，夹紧、击发、旋转、关节运动、切割等)。在至少一些实施方案中，轴402以及因此联接到其的端部执行器404被配置成能够围绕轴402的纵向轴线A1旋转。在此类实施方案中，包括在外壳408中的驱动输入装置中的至少一个驱动输入装置被配置成能够控制轴402围绕纵向轴线A1的旋转运动。
外科工具400可具有能够执行至少一种外科功能的多种构型中的任一种。例如，外科工具400可以包括但不限于夹钳、抓紧器、针驱动器、剪刀、电烙工具、缝合器、施夹器、钩、刮刀、抽吸工具、冲洗工具、成像装置(例如，内窥镜或超声探头)或它们的任何组合。在一些实施方案中，外科工具400可被配置成能够向组织施加能量，诸如射频(RF)能量。在例示的实施方案中，端部执行器404包括组织抓紧器和脉管密封器，该组织抓紧器和脉管密封器包括相对的钳口410、412，该相对的钳口被配置成能够在打开位置和闭合位置之间运动(关节运动)。然而，如将理解的，相对的钳口410、412可另选地形成其他类型的端部执行器的一部分，诸如但不限于外科剪刀、施夹器、针驱动器、包括一对相对的抓紧钳口的babcock钳、双极钳口(例如，双极Maryland抓紧器、夹钳、有孔抓紧器等)等。钳口410、412中的一者或两者可被配置成能够枢转，以使端部执行器404在打开位置和闭合位置之间进行关节运动。
轴402是从外壳408朝远侧延伸的细长构件，并且具有沿其轴向长度延伸穿过其的至少一个管腔。在一些实施方案中，轴402可被固定到外壳408，但可另选地能够旋转地安装到外壳408，以允许轴402围绕纵向轴线A1旋转。在其他实施方案中，轴402可以可释放地联接到外壳408，这可允许单个外壳408能够适于具有不同端部执行器的各种轴。
图5示出了其中腕部406可能够进行关节运动(枢转)的潜在自由度。腕部406可具有多种构型中的任一种。通常，腕部406包括关节，该关节被配置成能够允许端部执行器404相对于轴402的枢转运动。腕部406的自由度由三个平移变量(即，进退、起伏和摇摆)以及三个旋转变量(即，欧拉角或滚转、俯仰和偏航)表示。平移和旋转变量描述了外科系统的部件(例如，端部执行器404)相对于给定参考笛卡尔坐标系的位置和取向。如图5所示，“进退”是指向前和向后的平移运动，“起伏”是指上下的平移运动，并且“摇摆”是指左右的平移运动。关于旋转术语，“滚转”是指左右倾斜，“俯仰”是指向前和向后倾斜，并且“偏航”是指左右转动。
枢转运动可包括围绕腕部406的第一轴线(例如，X轴线)的俯仰运动、围绕腕部406的第二轴线(例如，Y轴线)的偏航运动以及它们的组合，以允许端部执行器404围绕腕部406进行360°旋转运动。在其他应用中，枢转运动可被限于在单个平面中的运动，例如，仅围绕腕部406的第一轴线的俯仰运动或仅围绕腕部406的第二轴线的偏航运动，使得端部执行器404仅在单个平面中运动。
再次参见图4，外科工具400还可包括形成缆线驱动的运动系统的一部分的多条驱动缆线(在图4中被遮蔽)，该缆线驱动的运动系统被配置成能够有利于端部执行器404相对于轴402的运动和关节运动。使驱动缆线中的至少一些驱动缆线运动(致动)使端部执行器404在非关节运动位置和关节运动位置之间运动。端部执行器404在图4中示出为处于非关节运动位置，在该非关节运动位置，端部执行器404的纵向轴线A2与轴402的纵向轴线A1基本上对齐，使得端部执行器404相对于轴402成基本上为零的角度。在关节运动位置，纵向轴线A1、A2将彼此成角度地偏移，使得端部执行器404相对于轴402成非零角度。
在一些实施方案中，外科工具400可经由联接到外壳408的电力缆线414供应电力(电流)。在其他实施方案中，可省略电力缆线414，并且可经由内部电源(诸如一个或多个电池或燃料电池)向外科工具400供应电力。在此类实施方案中，外科工具400可另选地被表征为并且换句话讲在本文被称为能够向端部执行器404提供电能的“电外科器械”。
电力缆线414可将外科工具400放置成与发生器416连通，该发生器向外科工具400并且更具体地向端部执行器404供应能量(诸如电能(例如射频能量)、超声能量、微波能量、热能或它们的任何组合)以烧灼和/或凝结组织。因此，发生器416可包括射频(RF)源、超声源、直流电源和/或可被独立地或同时地激活的任何其他合适类型的电能来源。
图6是图4的外科工具400的远侧端部的放大等轴视图。更具体地，图6示出了端部执行器404和腕部406的放大视图，其中端部执行器404的钳口410、412处于打开位置。腕部406将端部执行器404操作地联接到轴402。然而，在一些实施方案中，轴适配器可直接联接到腕部406并以其他方式插置于轴402和腕部406之间。因此，腕部406可通过直接联接接合或间接联接接合操作地联接到轴402，在该直接联接接合中，腕部406直接联接到轴402的远侧端部，在该间接联接接合中，轴适配器插置于腕部406和轴402的远侧端部之间。如本文所用，术语“操作地联接”是指直接或间接联接接合。
为了将端部执行器404操作地联接到轴402，腕部406包括第一连杆或“远侧”连杆602a、第二连杆或“中间”连杆602b和第三连杆或“近侧”连杆602c。连杆602a至602c被配置成能够有利于端部执行器404相对于轴402进行关节运动，例如，使端部执行器404相对于轴402的纵向轴线A1(图4)成角度。在例示的实施方案中，经由连杆602a至602c的关节运动可限于仅俯仰、仅偏航或它们的组合。如图所示，远侧连杆602a可联接到端部执行器404，并且更具体地联接到下钳口412(或下钳口412的延伸部)。远侧连杆602a也可能够在第一轴件604a处旋转地联接到中间连杆602b，并且中间连杆602b可能够在第二轴件604b处旋转地联接到近侧连杆602c。近侧连杆602c可随后联接到轴402的远侧端部606(或者另选地联接到轴适配器)。
腕部406提供延伸穿过第一轴件604a的第一枢转轴线P1以及延伸穿过第二轴件604b的第二枢转轴线P2。第一枢转轴线P1基本上垂直于(正交于)端部执行器404的纵向轴线A2(图4)，并且第二枢转轴线P2基本上垂直于(正交于)纵向轴线A2和第一枢转轴线P1两者。围绕第一枢转轴线P1的运动提供端部执行器404的“偏航”关节运动，并且围绕第二枢转轴线P2的运动提供端部执行器404的“俯仰”关节运动。另选地，第一枢转轴线P1可被配置成能够提供“俯仰”关节运动，并且第二枢转轴线P2可被配置成能够提供“偏航”关节运动。
被示出为驱动缆线608a、608b、608c和608d的多条驱动缆线在由轴402(和/或轴适配器)限定的管腔610内纵向延伸并穿过腕部406以操作地联接到端部执行器404。如图所示，管腔610可以是单个管腔，或者可另选地包括多个独立的管腔，这些管腔各自接收驱动缆线608a至608d中的一条或多条驱动缆线。
驱动缆线608a至608d形成上文简述的缆线驱动的运动系统的一部分，并且可称为并且以其他方式表征为缆线、带、线、塞绳、线材、绳索、线丝、绞合线丝、细长构件等。驱动缆线608a至608d可由多种材料制成，包括但不限于金属(例如，钨、不锈钢等)、聚合物(例如，超高分子量聚乙烯)、合成纤维(例如，
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等)或它们的任何组合。虽然图6中示出了四条驱动缆线608a至608d，但在不脱离本公开的范围的情况下，可包括多于或少于四条驱动缆线608a至608d。
驱动缆线608a至608d从端部执行器404朝近侧延伸到驱动外壳408(图4)，在此它们操作地联接到容纳在其中的各个致动机构(例如，绞盘)或装置，以有利于驱动缆线608a至608d在管腔610内的纵向运动(平移)。驱动缆线608a至608d的全部或一部分的选择性致动致使端部执行器404相对于轴402进行关节运动(枢转)。更具体地，选择性致动致使对应驱动缆线608a至608d在管腔610内纵向平移，并由此引起端部执行器404在腕部406处的枢转运动。使驱动缆线608a至608d运动可以多种方式来实现，诸如通过触发操作地联接到驱动外壳408(图4)或容纳在该驱动外壳内的相关联的致动器或机构(例如，绞盘)来实现。使给定驱动缆线608a至608d运动构成向给定驱动缆线608a至608d沿近侧方向施加张力(即，拉力)，这致使给定驱动缆线608a至608d平移，并由致使端部执行器404相对于轴402运动(关节运动)。如将理解的，向一条驱动缆线608a至608d施加张力并使其运动可导致驱动缆线608a至608d与运动的驱动缆线608a至608d成角度地(或对角地)相对松弛。本公开的实施方案可被配置成能够减小此发生率。
驱动缆线608a至608d各自纵向延伸穿过第一连杆、第二连杆和第三连杆602a至602c并且终止于第一连杆602a处，因此将每个驱动缆线608a至608d操作地联接到端部执行器404，并且更具体地联接到下钳口412。在一些实施方案中，如图所示，每条驱动缆线608a至608d的远侧端部可包括球压接件612(仅示出一个)。在其他实施方案中，每条驱动缆线608a至608d的远侧端部可包括焊接件、粘合剂附接件、压配合件或前述的任何组合。
在一些实施方案中，电导体614可向端部执行器404，并且更具体地向包括在端部执行器404中的电极616供应电能。电导体614在管腔610内纵向延伸，穿过腕部406，并终止于电极616处。端部执行器404可被配置用于单极或双极操作。在例示的实施方案中，电极616安装到下钳口412或以其他方式形成该下钳口的一部分。然而，在其他实施方案中，电极616可形成上钳口410的一部分，或者可另选地联接到两个钳口410、412或形成两个钳口的一部分。在一些实施方案中，电导体614和电力缆线414(图4)可包括相同的结构。然而，在其他实施方案中，电导体614可电气地联接到电力缆线414。在其他实施方案中，电导体614可延伸到驱动外壳408，在该处电导体电气地联接到内部电源，诸如电池或燃料电池。
在例示的实施方案中，端部执行器404包括脉管密封器，该脉管密封器包括刀或“切割元件”618(大部分被闭塞)，该刀或“切割元件”被配置成能够在纵向限定在上钳口410和下钳口412中的一者或两者中的沟槽或狭槽620内推进和回缩。在示例性操作中，钳口410、412可被致动以闭合并抓持到组织上，之后切割元件618可沿狭槽620朝远侧推进以切割所抓持的组织。另选地，可在施加电能以横切凝结的组织之后部署切割元件618。
通过相对于下钳口412枢转上钳口410，钳口410、412可在闭合位置和打开位置之间运动。在例示的实施方案中，上钳口410可能够在钳口轴件622处旋转地联接(安装)到下钳口412。第三枢转轴线P3延伸穿过钳口轴件622，并且大致垂直(正交)于第一枢转轴线P1并平行于第二枢转轴线P2。中心滑轮624(部分可见)可安装到钳口轴件622，并且接收可被致动以选择性地打开和闭合钳口410、412的钳口缆线626。
类似于驱动缆线608a至608d，钳口缆线626在管腔610内纵向延伸并穿过腕部406。此外，钳口缆线626可形成本文所述的缆线驱动的运动系统的一部分，并且因此可从端部执行器404朝近侧延伸到驱动外壳408(图4)。在一些实施方案中，钳口缆线626包括连接在中心滑轮624处或附近并且朝近侧延伸到驱动外壳408的两条线或线材。然而，在其他实施方案中，钳口缆线626可包括环绕中心滑轮624的单条线或线材，并且钳口缆线626的相对的第一端部628a和第二端部628b朝近侧延伸到驱动外壳408。
图7是根据一个或多个实施方案的驱动外壳408的底视图。如图所示，驱动外壳408可包括工具安装接口702，其用于将驱动外壳408操作地联接到机器人操纵器(分别例如图3和图5的机器人操纵器306、502)的工具驱动器。工具安装接口702可以各种方式将驱动外壳408可释放地联接到工具驱动器，诸如通过夹紧到其上、夹到其上或与其可滑动地配合。工具安装接口702可包括电连接销阵列，其可联接到工具驱动器的安装表面上的电连接件。因此，工具安装接口702可将驱动外壳408机械地、磁性地和/或电气地联接到工具驱动器。
如图所示，接口702包括并支撑多个输入装置，如驱动输入装置704a、704b、704c、704d、704e和704f所示。每个驱动输入装置704a至704f可包括能够旋转的盘，该能够旋转的盘被配置成能够与给定工具驱动器的对应致动器对齐并联接。每个驱动输入装置704a至704f可提供或限定一个或多个表面特征结构706，该一个或多个表面特征结构被配置成能够与设置在给定致动器上的对应特征结构对齐和配合。表面特征结构706可包括例如有利于配合接合的各种突起部和/或凹陷部。驱动输入装置704a至704f中的每个驱动输入装置可基于传递到联接到接口702的工具驱动器的用户输入来致动，并且用户输入可经由结合到机器人外科系统中的计算机系统进行接收。
在一些实施方案中，第一驱动输入装置704a的致动可被配置成能够控制轴402围绕其纵向轴线A1的旋转。轴402可根据第一驱动输入装置704a的旋转方向而顺时针或逆时针旋转。在一些实施方案中，第二驱动输入装置704b的致动可被配置成能够推进或回缩切割元件618(图6)。在一些实施方案中，第三驱动输入装置704c和第四驱动输入装置704d的致动可被配置成能够打开和闭合钳口410、412(图4和图6)。更具体地，钳口缆线626(图6)的第一端部628a和第二端部628b(图6)可延伸到并且操作地联接到第三驱动输入装置704c和第四驱动输入装置704d中的对应驱动输入装置，使得第三驱动输入装置704c和第四驱动输入装置704d的协同致动致使钳口缆线626打开/闭合钳口410、412。
在一些实施方案中，第五驱动输入装置704e和第六驱动输入装置704f的致动可被配置成能够轴向平移驱动缆线608a至608d(图6)，并由此使端部执行器404(图4和图6)进行关节运动。更具体地，两个驱动缆线608a至608d可操作地联接到每个驱动输入装置704e、704f，使得第五驱动输入装置704e的致动致使两个驱动缆线608a至608d轴向平移，并且第六驱动输入装置704f的致动致使另外两个驱动缆线608a至608d轴向平移。在一个实施方案中，例如，第二驱动缆线608b和第三驱动缆线608c可通过第五驱动输入装置704e的致动来驱动，并且第一驱动缆线608a和第四驱动缆线608d可通过第六驱动输入装置704e的致动来驱动。
图8是根据一个或多个实施方案的驱动外壳408的内部的等轴暴露视图。将以其他方式包含在驱动外壳408内的若干组成部件未在图8中示出，以便于对所示的组成部件进行讨论。更具体地，图8示出了与第六驱动输入装置704f(图7)相关联的驱动组件800，并且若干孔802限定在驱动外壳408中，其中附加驱动组件(未示出)将以其他方式安装到驱动外壳408并且分别与第一驱动输入装置至第五驱动输入装置704a至704e相关联。
驱动组件800可包括或以其他方式安装到输入轴804。输入轴804操作地联接到第六驱动输入装置704f(图7)或以其他方式从该第六驱动输入装置延伸，使得第六驱动输入装置704f的致动对应地使输入轴804旋转。
驱动组件800还可包括第一或“上”绞盘组件806a和第二或“下”绞盘组件806b，并且每个绞盘组件806a、806b可能够旋转地安装到输入轴804。上绞盘组件806a包括第一或“上”绞盘808a，并且下绞盘组件806b包括第二或“下”绞盘808b。绞盘808a、808b中的每个绞盘可具有与其联接(即，围绕其缠绕)并且从其延伸的驱动缆线。在例示的实施方案中，第一驱动缆线608a(示出为虚线)联接到上绞盘808a，并且第四驱动缆线608d(示出为虚线)联接到下绞盘808a。每个驱动缆线608a、608d从对应绞盘808a、808b延伸并且延伸出驱动外壳408。如将理解的，在不脱离本公开的范围的情况下，第一驱动缆线608a和第四驱动缆线608d可另选地联接到相对绞盘808a、808b。此外，根据本公开，图6的驱动缆线608a至608d中的两个驱动缆线的任何组合可联接到绞盘808a、808b。
上绞盘808a可操作地联接到输入轴804，使得使输入轴804沿第一角度方向810a(例如，顺时针)旋转对应地沿第一角度方向810a驱动上绞盘808a，这致使第一驱动缆线608a沿第一线性方向812a(例如，朝近侧)被牵拉并且对应地围绕上绞盘808a缠绕。此外，使输入轴804沿第一角度方向810a旋转将使下绞盘808b与输入轴804旋转地脱离接合，并且允许输入轴804相对于下绞盘808b旋转。因此，当输入轴804沿第一角度方向810a旋转时，如果需要的话，可允许第四驱动缆线608d沿与第一线性方向812a相反的第二线性方向812b(例如，朝远侧)运动，并且可以其他方式从下绞盘808b退绕以帮助保持足够的拉伸载荷。在至少一个实施方案中，第一驱动缆线608a在输入轴804沿第一角度方向810a旋转时缠绕到上绞盘808a上的长度(线性距离)可以与第四驱动缆线608d从下绞盘808b退绕的长度(线性距离)基本上相同。
相反地，下绞盘808b可操作地联接到输入轴804，使得使输入轴804沿与第一角度方向810a相反的第二角度方向810b(例如逆时针)旋转对应地沿第二角度方向810a驱动下绞盘808b，这致使第四驱动缆线608d沿第二线性方向812b被牵拉并且对应地围绕下绞盘808b缠绕。此外，使输入轴804沿第二角度方向810b旋转将使上绞盘808a与输入轴804旋转地脱离接合，因此允许输入轴804相对于上绞盘808a旋转。因此，当输入轴804沿第二角度方向810b旋转时，如果需要的话，可允许第一驱动缆线608a沿第二线性方向812b运动，并且可以其他方式从上绞盘808a退绕以帮助保持足够的拉伸载荷。在至少一个实施方案中，第四驱动缆线608b在输入轴804沿第二角度方向810b旋转时缠绕到下绞盘808b上的长度(线性距离)可以与第一驱动缆线608a从上绞盘808a退绕的长度(线性距离)基本上相同。
图9A和图9B是根据本公开的一个或多个实施方案的驱动组件800的放大等轴视图和分解视图。如图所示，输入轴804包括大致细长主体，该大致细长主体具有第一端部或上端部902a和与上端部902a相反的第二端部或下端部902b。第六驱动输入装置704f可操作地联接到下端部902b。在一些实施方案中，例如，第六驱动输入装置704f可诸如利用螺钉等机械地紧固到下端部902b。另选地，输入轴804可形成第六驱动输入装置704f的整体延伸部。驱动组件800还可包括凸缘衬套904a，该凸缘衬套被配置成能够帮助将第六驱动输入装置704f能够旋转地安装到驱动外壳408(图4、图7和图8)。然而，凸缘衬套904a可以是可选的。
在例示的实施方案中，上绞盘组件806a可包括上绞盘808a、适配器或外壳906和第一单向轴承908a(在图9B中最佳所见)。如图所示，上绞盘808a包括第一螺旋沟槽910a，该第一螺旋沟槽围绕上绞盘808a的至少一部分的外圆周延伸。第一螺旋沟槽910a可被配置成能够接收驱动缆线，诸如第一驱动缆线608a(图6和图8)，如上所述。第一驱动缆线608a的端部可固定地附接到上绞盘808a，并且当上绞盘808a旋转时，第一驱动缆线608a可根据旋转方向放出(即，退绕)或拉入。
上绞盘808a可能够与适配器906配合。在一些实施方案中，如在图9B中最佳所见，上绞盘808a可提供或以其他方式限定第一配合结构912a，并且适配器906可提供或以其他方式限定可与第一配合结构912a配合的第二配合结构912b(在图9B中部分可见)。在适当地配合第一配合结构912a和第二配合结构912b时，上绞盘808a和适配器906将作为单个整体主体旋转。第一配合结构912a和第二配合结构912b可包括任何能够配合的接合，该能够配合的接合将上绞盘808a旋转地固定到适配器906，并且反之亦然。在例示的实施方案中，第一配合结构912a和第二配合结构912b是限定在每个组成部件上的能够配合的堞形部或堞形(联锁)特征结构。然而，在其他实施方案中，第一配合结构912a和第二配合结构912b可另选地包括燕尾形接合、榫槽接合、与配合孔接合的销或夹具、花键接合、过盈或收缩配合接合、焊接、粘合剂粘结或它们的任何组合。
在至少一个实施方案中，上绞盘组件806a还可包括凸缘衬套904b，该凸缘衬套可帮助上绞盘808a与适配器906配合。然而，在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，可省略凸缘衬套904b。凸缘衬套904b用作凸缘平面轴承以减小上绞盘808a和布置在驱动外壳408(图4)内以支撑上绞盘808a的框架结构(未示出)之间的摩擦。
适配器906可限定腔体914，该腔体被定尺寸成接收第一单向轴承908a。第一单向轴承908a可包括允许沿一个角度方向旋转但防止沿相反方向旋转的任何类型的轴承。第一单向轴承908a可包括例如单向离合器轴承、楔块型轴承、防反转轴承或它们的任何组合。在至少一个实施方案中，第一单向轴承908a可包括允许沿第一方向旋转但禁止沿第二方向旋转的棘轮机构。第一单向轴承908a可经由多种附接手段固定在腔体914内，这些附接手段包括但不限于过盈配合、机械附接、焊接、粘合剂或它们的任何组合。当上绞盘组件806a组装在输入轴704上时，第一单向轴承908a的内径向表面916可被定位成在上端部902a处或附近接合输入轴704的外径向表面。
因此，在至少一个实施方案中，上绞盘808a可能够经由适配器906和第一单向轴承908a旋转地安装到输入轴804。然而，在其他实施方案中，可从上绞盘组件806a中省略适配器906。在此类实施方案中，第一单向轴承908a可另选地固定到上绞盘808a。
在一些实施方案中，第一单向轴承908a可不能够沿第一角度方向810a旋转，但可允许沿第二角度方向810b旋转。因此，当输入轴804沿第一角度方向810a旋转时，第一单向轴承908a可抵靠着输入轴804受到束缚并将扭矩从输入轴804传递到上绞盘808a，并由此沿第一角度方向810a驱动上绞盘808a。如上所述，使上绞盘808a沿第一角度方向810a旋转可致使第一驱动缆线608a(图6和图8)围绕上绞盘808a缠绕。然而，当输入轴804沿第二角度方向810b旋转时，第一单向轴承908a可允许使上绞盘808a与输入轴804旋转地脱离接合并由此允许输入轴804相对于上绞盘808a旋转的自由运动。
下绞盘组件806b可包括下绞盘808b和第二单向轴承908b(在图9B中最佳所见)。如图所示，下绞盘808b包括第二螺旋沟槽910b，该第二螺旋沟槽围绕下绞盘808b的至少一部分的外圆周延伸。第二螺旋沟槽910b可被配置成能够接收驱动缆线，诸如第四驱动缆线608d(图6和图8)，如上所述。第四驱动缆线608d的端部可固定地附接到下绞盘808b，并且当下绞盘808b旋转时，第四驱动缆线608d可根据旋转方向放出(即，退绕)或拉入。
第二单向轴承908b可操作地联接到下绞盘808b。在一个实施方案中，例如，第二单向轴承908b可接收在由下绞盘808b限定的腔体(未示出)内，并且可经由过盈配合、机械附接、焊接、粘合剂或它们的任何组合固定在腔体内。当下绞盘组件806b组装在输入轴704上时，第二单向轴承908b的内径向表面918可被定位成在上端部902a处或附近接合输入轴704的外径向表面。
类似于第一单向轴承908a，第二单向轴承908b可包括允许沿一个角度方向旋转但防止沿相反方向旋转的任何类型的轴承。在至少一个实施方案中，第一单向轴承908a和第二单向轴承908b可以是相同类型的轴承，但是相反地安装成使得第一绞盘808a和第二绞盘808b交替地通过输入轴804的相反角度旋转来驱动。
因此，下绞盘808b可能够经由第二单向轴承908b旋转地安装到输入轴804。在一些实施方案中，第二单向轴承908b可不能够沿第二角度方向810b旋转，但可允许沿第一角度方向810a旋转。因此，当输入轴804沿第二角度方向810b旋转时，第二单向轴承908b可抵靠着输入轴804受到束缚并将扭矩从输入轴804传递到下绞盘808b，并由此沿第二角度方向810b驱动下绞盘808b。如上所述，使下绞盘808b沿第二角度方向810b旋转可致使第四驱动缆线608d(图6和图8)围绕下绞盘808b缠绕。然而，当输入轴804沿第一角度方向810a旋转时，第二单向轴承908b可允许使下绞盘808b与输入轴804旋转地脱离接合并允许输入轴804相对于下绞盘808b旋转的自由运动。
驱动组件800还可包括顺应性构件920(compliant member)，该顺应性构件操作地联接到上绞盘组件806a和下绞盘组件806b并且在上绞盘组件和下绞盘组件之间延伸。在例示的实施方案中，顺应性构件920包括卷簧，但是可另选地包括能够传递扭矩的任何其他类型的偏置装置。例如，顺应性构件920可另选地包括利用缆线附接到每个绞盘组件806a、806b的压缩弹簧。如图所示，顺应性构件920可具有可与上绞盘组件806a接合的第一端部或上端部922a以及可与下绞盘组件806b接合的第二端部或下端部922b。在一些实施方案中，上端部922a可被配置成能够与限定在适配器906上的接收特征结构(参见图10)配合。然而，在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，接收特征结构可另选地形成上绞盘808a的一部分。将上端部922a接收在接收特征结构内可允许顺应性构件920将扭矩传输到上绞盘组件806a，并且更具体地传输到上绞盘808a。
顺应性构件920的下端部922b可联接到下绞盘808b。更具体地，下端部922b可侧向延伸并且被接收在限定于下绞盘808b中的狭槽924内。在至少一个实施方案中，当组装驱动组件800时，上绞盘808a的底端部可帮助将下端部922b保持在狭槽924内。将下端部922b接收在狭槽924内可允许顺应性构件920将扭矩传输到下绞盘组件806b，并且更具体地传输到下绞盘808b。
图10是根据一个或多个实施方案的驱动组件800的一部分的分解等轴视图。更具体地讲，图10示出了适配器906的底部部分。如上所述，适配器906可限定第二配合结构912b，该第二配合结构可与上绞盘808a的第一配合结构912a配合。此外，适配器906可提供或限定接收器特征结构1002，该接收器特征结构被配置成能够接收顺应性构件920的上端部922a并以其他方式与之配合。如图所示，接收器特征结构1002可包括被定尺寸成接收上端部922a的孔或腔体，但可另选地包括狭槽等。然而，在省略适配器906的实施方案中，接收器特征结构1002可另选地设置在上绞盘808a上，或者顺应性构件920的上端部922a可以其他方式直接联接到上绞盘808a并且能够将扭力传递到上绞盘组件806a。
再次参见图9A至图9B，顺应性构件920可被配置成能够在上绞盘组件806a和下绞盘组件806b上提供恒定量的相反扭转载荷，以帮助减少可能在联接到其的驱动缆线中产生的缆线松弛量。顺应性构件920可在驱动组件800的组装期间被预张紧，这致使顺应性构件920沿相反的角度方向作用于上绞盘组件806a和下绞盘组件806b两者上，并由此迫使对应的上绞盘808a和下绞盘808b反向旋转。在一些实施方案中，由顺应性构件920提供的扭矩可被设定为等于或低于附接到上绞盘808a和下绞盘808b的缆线的预张力极限。因此，如果给定缆线中的张力下降到低于预张力值，则顺应性构件920将作用于对应的绞盘808a、808b上，并且致使绞盘808a、808b反向旋转并消除松弛。
在示例性操作期间，当上绞盘808a旋转以牵拉第一驱动缆线608a(图6和图8)时，如上所述，第四驱动缆线608d(图6和图8)上的张力可松弛。然而，由顺应性构件920提供在下绞盘808b上的扭转载荷可使下绞盘808b反向旋转，并由此帮助消除第四驱动缆线608d中的这种松弛。相反地，当下绞盘808b旋转以牵拉第四驱动缆线608d时，如上所述，第一驱动缆线608a上的张力可松弛，但是由顺应性构件920提供在上绞盘808a上的扭转载荷可使上绞盘808a反向旋转，并由此帮助消除在第一驱动缆线608a中产生的任何松弛。因此，这形成了在向缆线施加张力时非常刚性的系统，并且该系统因此能够抵抗在外科手术期间施加的外部载荷。
仍然参见图9A至图9B，在将上绞盘组件806a和下绞盘组件806b组装在输入轴804上之后，可在上端部902a处或附近将锁环926固定到输入轴804，以将绞盘组件806a、806b固定到输入轴804。在一些实施方案中，锁环926可被定尺寸成装配在限定于输入轴804的外表面上的环形沟槽928(图9B)内。如将理解的，在不脱离本公开的范围的情况下，锁环926可替换为可合适地保持安装到输入轴804的上绞盘组件806a和下绞盘组件806b的任何装置或机构。
本文所公开的实施方案包括：
A.一种外科工具，包括：驱动外壳，该驱动外壳具有从其延伸的细长轴；端部执行器，该端部执行器操作地联接到该细长轴的远侧端部；驱动输入装置和输入轴，该驱动输入装置和输入轴能够旋转地安装到该驱动外壳；驱动组件，该驱动组件安装到该输入轴，并且包括能够利用第一单向轴承旋转地安装到该输入轴的上绞盘和能够利用第二单向轴承旋转地安装到该输入轴的下绞盘；以及第一驱动缆线和第二驱动缆线，该第一驱动缆线联接到该上绞盘并且延伸到该端部执行器，该第二驱动缆线联接到该下绞盘并且延伸到该端部执行器，其中使该输入轴沿第一角度方向旋转使该下绞盘与该输入轴旋转地脱离接合，并且沿该第一角度方向驱动该上绞盘以沿第一线性方向牵拉该第一驱动缆线，并且其中使该输入轴沿与该第一角度方向相反的第二角度方向旋转使该上绞盘与该输入轴旋转地脱离接合，并且沿该第二角度方向驱动该下绞盘以沿与该第一线性方向相反的第二线性方向牵拉该第二驱动缆线。
B.一种操作外科工具的方法，包括：将该外科工具与患者相邻地定位以用于操作，该外科工具包括：驱动外壳和端部执行器，该驱动外壳具有从其延伸的细长轴，该端部执行器操作地联接到该细长轴的远侧端部；驱动输入装置和输入轴，该驱动输入装置和输入轴能够旋转地安装到该驱动外壳；驱动组件，该驱动组件安装到该输入轴，并且包括能够利用第一单向轴承旋转地安装到该输入轴的上绞盘和能够利用第二单向轴承旋转地安装到该输入轴的下绞盘；以及第一驱动缆线和第二驱动缆线，该第一驱动缆线联接到该上绞盘并且延伸到该端部执行器，该第二驱动缆线联接到该下绞盘并且延伸到该端部执行器。该方法还包括：致动该驱动输入装置以使该输入轴沿第一角度方向旋转，并由此沿该第一角度方向驱动该上绞盘以沿第一线性方向牵拉该第一驱动缆线；当该输入轴沿该第一角度方向旋转时，使该下绞盘与该输入轴旋转地脱离接合；致动该驱动输入装置以使该输入轴沿与该第一角度方向相反的第二角度方向旋转，并由此沿该第二角度方向驱动该下绞盘以沿与该第一线性方向相反的第二线性方向牵拉该第二驱动缆线；以及当该输入轴沿该第二角度方向旋转时，使该上绞盘与该输入轴旋转地脱离接合。
C.一种用于外科工具的驱动组件，包括：第一绞盘组件，该第一绞盘组件包括能够利用第一单向轴承可旋转地安装到该外科工具的输入轴的上绞盘；下绞盘组件，该下绞盘组件包括能够利用第二单向轴承可旋转地安装到该输入轴的下绞盘；顺应性构件，该顺应性构件操作地联接到该上绞盘组件和该下绞盘组件并且在该上绞盘组件和该下绞盘组件之间延伸，其中该顺应性构件在该上绞盘组件和该下绞盘组件上提供迫使该上绞盘和该下绞盘反向旋转的恒定相反扭转载荷；以及第一驱动缆线和第二驱动缆线，该第一驱动缆线能够固定到该上绞盘并且能够延伸到该外科工具的端部执行器，该第二驱动缆线能够固定到该下绞盘并且能够延伸到该端部执行器，其中使该输入轴沿第一角度方向旋转使该下绞盘与该输入轴旋转地脱离接合，并且沿该第一角度方向驱动该上绞盘以沿第一线性方向牵拉该第一驱动缆线，并且其中使该输入轴沿与该第一角度方向相反的第二角度方向旋转使该上绞盘与该输入轴旋转地脱离接合，并且沿该第二角度方向驱动该下绞盘以沿与该第一线性方向相反的第二线性方向牵拉该第二驱动缆线。
实施方案A、B和C中的每个实施方案可具有呈任何组合形式的以下附加要素中的一者或多者：要素1：其中，使该输入轴沿该第一角度方向旋转允许该第二驱动缆线从该下绞盘退绕并且沿该第二线性方向运动，并且其中使该输入轴沿该第二角度方向旋转允许该第一驱动缆线从该上绞盘退绕并且沿该第一线性方向运动。要素2：还包括顺应性构件，该顺应性构件操作地联接到该上绞盘和该下绞盘并且在该上绞盘和该下绞盘之间延伸，其中该顺应性构件在该上绞盘和该下绞盘上提供迫使该上绞盘和该下绞盘反向旋转的恒定相反扭转载荷。要素3：其中，该顺应性构件在组装期间被预张紧，以提供等于或低于该第一驱动缆线和该第二驱动缆线的预张力极限的扭矩。要素4：其中，该第一单向轴承固定到适配器，并且该适配器能够与该上绞盘配合，使得该适配器的旋转对应地使该上绞盘旋转。要素5：其中，该适配器和该上绞盘各自提供能够配合的联锁特征结构。要素6：其中，该适配器限定被定尺寸成接收该第一单向轴承的腔体。要素7：其中，该第一单向轴承固定到该上绞盘。要素8：其中，该第一单向轴承和该第二单向轴承选自由以下组成的组：单向离合器轴承、楔块型轴承、防反转轴承、棘轮机构以及它们的任何组合。
要素9：还包括：当该输入轴沿该第一角度方向旋转时，允许该第二驱动缆线从该下绞盘退绕并且沿该第二线性方向运动；以及当该输入轴沿该第二角度方向旋转时，允许该第一驱动缆线从该上绞盘退绕并且沿该第一线性方向运动。要素10：还包括当该输入轴沿该第一角度方向旋转时，将该第一驱动缆线的第一长度缠绕到该上绞盘上，并且同时使该第二驱动缆线的第二长度从该下绞盘退绕，其中该第一长度和该第二长度相同。要素11：还包括利用顺应性构件在该上绞盘和该下绞盘上提供恒定相反扭转载荷，该顺应性构件操作地联接到该上绞盘和该下绞盘并且在该上绞盘和该下绞盘之间延伸。要素12：还包括利用该顺应性构件迫使该上绞盘和该下绞盘反向旋转。要素13：还包括在组装期间预张紧该顺应性构件，并由此提供等于或低于该第一驱动缆线和该第二驱动缆线的预张力极限的扭矩。要素14：其中，沿该第一角度方向驱动该上绞盘还包括通过该顺应性构件作用于该下绞盘上来消除该第二驱动缆线中的松弛，并且其中沿该第二角度方向驱动该下绞盘还包括通过该顺应性构件作用于该上绞盘上来消除该第一驱动缆线中的松弛。
要素15：其中，使该输入轴沿该第一角度方向旋转允许该第二驱动缆线从该下绞盘退绕并且沿该第二线性方向运动，并且其中使该输入轴沿该第二角度方向旋转允许该第一驱动缆线从该上绞盘退绕并且沿该第一线性方向运动。要素16：其中，该第一绞盘组件还包括适配器，该适配器能够与该上绞盘配合，使得该适配器的旋转对应地使该上绞盘旋转，并且其中该第一单向轴承固定到该适配器。要素17：其中，该第一单向轴承和该第二单向轴承选自由以下组成的组：单向离合器轴承、楔块型轴承、防反转轴承、棘轮机构以及它们的任何组合。
作为非限制性示例，适用于A、B和C的示例性组合包括：要素2与要素3；要素4与要素5；要素4与要素6；要素9与要素10；要素11与要素12；要素11与要素13；以及要素11与要素14。
因此，本发明所公开的系统和方法非常适于获得所提到的结果和优点以及其中固有的结果和优点。上文所公开的具体实施方案仅是示例性的，因为本公开的教导内容可以受益于本文教导内容且对于本领域的技术人员而言显而易见的不同但等价的方式进行修改和实施。此外，除了在以下权利要求中描述的之外，对于本文所示的构造或设计的细节没有限制。因此显而易见的是，可改变、组合或修改上文所公开的具体示例性实施方案，并且所有这些改变都被视为在本公开的范围内。本文例示性地公开的系统和方法可适当地在缺少本文未具体公开的任何元件和/或本文公开的任何可选元件的情况下实施。虽然根据“包括”、“含有”或“包含”各种部件或步骤描述了组成和方法，但是该组成和方法也可“基本上由各种部件或步骤组成”或“由各种部件或步骤组成”。上文所公开的所有数值和范围可改变一些量。每当公开具有下限和上限的数值范围时，具体公开了落入该范围内的任何数值和任何包括的范围。具体地，本文所公开的每种值范围(形式为“约a至约b”或等效形式“大约a至b”或等效形式“从大约a-b”)应被理解为列出更广泛的值范围内涵盖的每个数值和范围。而且，权利要求中的术语具有其普通的一般含义，除非专利权人另有明确和清楚的定义。此外，权利要求中使用的不定冠词“一”或“一个”在本文中被定义为表示其引入的一个或多个元件而不是一个元件。如果本说明书中的词语或术语的使用与可以引用方式并入本文的一个或多个专利或其他文件存在任何冲突，则应采用与本说明书一致的定义。
如本文所用，在一系列项目(用术语“和”或“或”来隔开项目中的任一个)之前的短语“…中的至少一个”将整体修饰列表，而不是列表的每个成员(即，每个项目)。短语“…中的至少一个”允许意指包括项目中的任何一个的至少一个，和/或项目的任何组合中的至少一个，和/或项目中的每一个的至少一个。作为示例，短语“A、B和C中的至少一个”或“A、B或C中的至少一者”各自是指：仅A、仅B或仅C；A、B和C的任何组合；以及/或者A、B和C中的每一者的至少一者。

Claims (20)

1.一种外科工具，包括：
驱动外壳，所述驱动外壳具有从其延伸的细长轴；
端部执行器，所述端部执行器操作地联接到所述细长轴的远侧端部；驱动输入装置和输入轴，所述驱动输入装置和输入轴能够旋转地安装到所述驱动外壳；
驱动组件，所述驱动组件安装到所述输入轴，并且包括能够利用第一单向轴承旋转地安装到所述输入轴的上绞盘和能够利用第二单向轴承旋转地安装到所述输入轴的下绞盘；以及
第一驱动缆线和第二驱动缆线，所述第一驱动缆线联接到所述上绞盘并且延伸到所述端部执行器，所述第二驱动缆线联接到所述下绞盘并且延伸到所述端部执行器，
其中使所述输入轴沿第一角度方向旋转使所述下绞盘与所述输入轴旋转地脱离接合，并且沿所述第一角度方向驱动所述上绞盘以沿第一线性方向牵拉所述第一驱动缆线，并且
其中使所述输入轴沿与所述第一角度方向相反的第二角度方向旋转使所述上绞盘与所述输入轴旋转地脱离接合，并且沿所述第二角度方向驱动所述下绞盘以沿与所述第一线性方向相反的第二线性方向牵拉所述
第二驱动缆线。
2.根据权利要求1所述的外科工具，其中，使所述输入轴沿所述第一角度方向旋转允许所述第二驱动缆线从所述下绞盘退绕并且沿所述第二线性方向运动，并且其中使所述输入轴沿所述第二角度方向旋转允许所述第一驱动缆线从所述上绞盘退绕并且沿所述第一线性方向运动。
3.根据权利要求1所述的外科工具，还包括顺应性构件，所述顺应性构件操作地联接到所述上绞盘和所述下绞盘并且在所述上绞盘和所述下绞盘之间延伸，其中所述顺应性构件在所述上绞盘和所述下绞盘上提供迫使所述上绞盘和所述下绞盘反向旋转的恒定相反扭转载荷。
4.根据权利要求3所述的外科工具，其中，所述顺应性构件在组装期间被预张紧，以提供等于或低于所述第一驱动缆线和所述第二驱动缆线的预张力极限的扭矩。
5.根据权利要求1所述的外科工具，其中，所述第一单向轴承固定到适配器，并且所述适配器能够与所述上绞盘配合，使得所述适配器的旋转对应地使所述上绞盘旋转。
6.根据权利要求5所述的外科工具，其中，所述适配器和所述上绞盘各自提供能够配合的联锁特征结构。
7.根据权利要求5所述的外科工具，其中，所述适配器限定被定尺寸成接收所述第一单向轴承的腔体。
8.根据权利要求1所述的外科工具，其中，所述第一单向轴承固定到所述上绞盘。
9.根据权利要求1所述的外科工具，其中，所述第一单向轴承和所述第二单向轴承选自由以下组成的组：单向离合器轴承、楔块型轴承、防反转轴承、棘轮机构以及它们的任何组合。
10.一种操作外科工具的方法，包括：
将所述外科工具与患者相邻地定位以用于操作，所述外科工具包括：
驱动外壳和端部执行器，所述驱动外壳具有从其延伸的细长轴，所述端部执行器操作地联接到所述细长轴的远侧端部；
驱动输入装置和输入轴，所述驱动输入装置和输入轴能够旋转地安装到所述驱动外壳；
驱动组件，所述驱动组件安装到所述输入轴，并且包括能够利用第一单向轴承旋转地安装到所述输入轴的上绞盘和能够利用第二单向轴承旋转地安装到所述输入轴的下绞盘；以及
第一驱动缆线和第二驱动缆线，所述第一驱动缆线联接到所述上绞盘并且延伸到所述端部执行器，所述第二驱动缆线联接到所述下绞盘并且延伸到所述端部执行器；致动所述驱动输入装置以使所述输入轴沿第一角度方向旋转，并由此沿所述第一角度方向驱动所述上绞盘以沿第一线性方向牵拉所述第一驱动缆线；
当所述输入轴沿所述第一角度方向旋转时，使所述下绞盘与所述输入轴旋转地脱离接合；
致动所述驱动输入装置以使所述输入轴沿与所述第一角度方向相反的第二角度方向旋转，并由此沿所述第二角度方向驱动所述下绞盘以沿与所述第一线性方向相反的第二线性方向牵拉所述第二驱动缆线；以及
当所述输入轴沿所述第二角度方向旋转时，使所述上绞盘与所述输入轴旋转地脱离接合。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
当所述输入轴沿所述第一角度方向旋转时，允许所述第二驱动缆线从所述下绞盘退绕并且沿所述第二线性方向运动；以及
当所述输入轴沿所述第二角度方向旋转时，允许所述第一驱动缆线从所述上绞盘退绕并且沿所述第一线性方向运动。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括当所述输入轴沿所述第一角度方向旋转时，将所述第一驱动缆线的第一长度缠绕到所述上绞盘上，并且同时使所述第二驱动缆线的第二长度从所述下绞盘退绕，其中所述第一长度和所述第二长度相同。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括利用顺应性构件在所述上绞盘和所述下绞盘上提供恒定相反扭转载荷，所述顺应性构件操作地联接到所述上绞盘和所述下绞盘并且在所述上绞盘和所述下绞盘之间延伸。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括利用所述顺应性构件迫使所述上绞盘和所述下绞盘反向旋转。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括在组装期间预张紧所述顺应性构件，并由此提供等于或低于所述第一驱动缆线和所述第二驱动缆线的预张力极限的扭矩。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，沿所述第一角度方向驱动所述上绞盘还包括通过所述顺应性构件作用于所述下绞盘上来消除所述第二驱动缆线中的松弛，并且
其中沿所述第二角度方向驱动所述下绞盘还包括通过所述顺应性构件作用于所述上绞盘上来消除所述第一驱动缆线中的松弛。
17.一种用于外科工具的驱动组件，包括：
第一绞盘组件，所述第一绞盘组件包括能够利用第一单向轴承可旋转地安装到所述外科工具的输入轴的上绞盘；
下绞盘组件，所述下绞盘组件包括能够利用第二单向轴承可旋转地安装到所述输入轴的下绞盘；
顺应性构件，所述顺应性构件操作地联接到所述上绞盘组件和所述下绞盘组件并且在所述上绞盘组件和所述下绞盘组件之间延伸，其中所述顺应性构件在所述上绞盘组件和所述下绞盘组件上提供迫使所述上绞盘和所述下绞盘反向旋转的恒定相反扭转载荷；以及
第一驱动缆线和第二驱动缆线，所述第一驱动缆线能够固定到所述上绞盘并且能够延伸到所述外科工具的端部执行器，所述第二驱动缆线能够固定到所述下绞盘并且能够延伸到所述端部执行器，
其中使所述输入轴沿第一角度方向旋转使所述下绞盘与所述输入轴旋转地脱离接合，并且沿所述第一角度方向驱动所述上绞盘以沿第一线性方向牵拉所述第一驱动缆线，并且
其中使所述输入轴沿与所述第一角度方向相反的第二角度方向旋转使所述上绞盘与所述输入轴旋转地脱离接合，并且沿所述第二角度方向驱动所述下绞盘以沿与所述第一线性方向相反的第二线性方向牵拉所述第二驱动缆线。
18.根据权利要求17所述的驱动组件，其中，使所述输入轴沿所述第一角度方向旋转允许所述第二驱动缆线从所述下绞盘退绕并且沿所述第二线性方向运动，并且其中使所述输入轴沿所述第二角度方向旋转允许所述第一驱动缆线从所述上绞盘退绕并且沿所述第一线性方向运动。
19.根据权利要求17所述的外科工具，其中，所述第一绞盘组件还包括适配器，所述适配器能够与所述上绞盘配合，使得所述适配器的旋转对应地使所述上绞盘旋转，并且其中所述第一单向轴承固定到所述适配器。
20.根据权利要求17所述的驱动组件，其中，所述第一单向轴承和所述第二单向轴承选自由以下组成的组：单向离合器轴承、楔块型轴承、防反转轴承、棘轮机构以及它们的任何组合。
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