CN115802974A - 机器人外科工具的关节运动机构 - Google Patents

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N·马克沃特
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B·D·迪克森
J·A·希尔
A·C·希尔
Y·黄
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Abstract

本发明提供了一种机器人外科工具，该机器人外科工具包括：驱动外壳，该驱动外壳具有第一端部和第二端部；至少一个花键，该至少一个花键在该第一端部与该第二端部之间延伸并且包括随着该花键的旋转而旋转的驱动齿轮；和托架，该托架可移动地安装到该花键。细长轴从该托架延伸并且穿过该第一端部，端部执行器布置在该细长轴的远侧端部处，并且腕部插置在该端部执行器与该轴的该远侧端部之间。激活机构被容纳在该托架中并且可操作地联接到该驱动齿轮，使得该驱动齿轮的旋转对应地致动该激活机构，从而致使该腕部使该端部执行器在至少一个平面中进行关节运动。

Description

机器人外科工具的关节运动机构
技术领域
本文所公开的系统和方法涉及机器人外科工具，并且更具体地涉及包括可移动地安装到导螺杆的托架和能够致动以操作机器人外科工具的各种功能的一个或多个花键的机器人外科工具。
背景技术
由于术后恢复时间减少且瘢痕形成最小化，因此微创外科手术(MIS)器械通常优于传统的开放式外科装置。最常见的MIS手术可以是内窥镜式手术，并且内窥镜式手术的最常见形式是腹腔镜式外科手术，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。套管针的插管和密封系统用于将各种器械和工具引入腹腔中，而且提供注气使腹壁升高到器官上方。器械可用于以多种方式接合和/或处理组织以达到诊断或治疗效果。
每个外科工具通常包括布置在其远侧端部处的端部执行器。示例性端部执行器包括夹钳、抓紧器、剪刀、缝合器、抽吸冲洗器、刀片(即RF)和针保持器，并且类似于在常规(开放式)外科手术中使用的那些，不同的是每个工具的端部执行器通过约12英寸长的轴与其柄部分离。通常还将相机或图像捕获装置诸如内窥镜引入腹腔中，以使外科医生能够在操作期间观察外科手术视野和端部执行器的操作。外科医生能够通过与图像捕获装置通信的视觉显示器实时观察手术。
最近已开发出各种机器人系统来辅助MIS手术。机器人系统可通过保持自然的手眼轴线来实现更直观的手部运动。机器人系统还可通过包括能形成更自然的手状关节运动的“腕部”接头来实现更大程度的运动自由度，并且允许进入难以触及的空间。该器械的端部执行器可使用形成计算机化运动系统的一部分的马达和致动器来进行关节运动(移动)。用户(例如，外科医生)能够通过在空间中抓持和操纵一个或多个控制器来远程操作器械的端部执行器，该一个或多个控制器与联接到外科器械的器械驱动器连通。用户输入由结合到机器人外科系统中的计算机系统处理，并且器械驱动器通过致动运动系统的马达和致动器来作出响应。移动驱动缆线和/或其他机械机构操纵端部执行器关节运动到期望的位置和构型。
对机器人使能的医疗系统的改进将向医生提供更有效且更容易地执行内窥镜检查和腹腔镜检查规程的能力。
发明内容
下文总结了本公开的各种细节以提供基本理解。本发明内容不是本公开的详尽概述，并且既不旨在识别本公开的某些元件，也不旨在描绘其范围。相反，本发明内容的主要目的是在下文呈现的更详细描述之前以简化形式呈现本公开的一些概念。
本文所公开的实施方案包括机器人外科工具，该机器人外科工具包括：驱动外壳，该驱动外壳具有第一端部和第二端部；至少一个花键，该至少一个花键在该第一端部与该第二端部之间延伸并且包括随着该至少一个花键的旋转而旋转的驱动齿轮；和托架，该托架可移动地安装到该至少一个花键。细长轴从该托架延伸并且穿过该第一端部，并且端部执行器布置在该细长轴的远侧端部处。腕部插置在该端部执行器与该轴的该远侧端部之间，并且激活机构被容纳在该托架中并且可操作地联接到该驱动齿轮，使得该驱动齿轮的旋转对应地致动该激活机构，从而致使该腕部使该端部执行器在至少一个平面中进行关节运动。在另外的实施方案中，该机器人外科工具还包括驱动输入件，该驱动输入件布置在该第一端部处并且可操作地联接到该至少一个花键，从而使得该驱动输入件的旋转对应地使该至少一个花键和该驱动齿轮旋转，并且其中该机器人外科工具能够接合器械驱动器，该器械驱动器布置在机器人臂的端部处并且能够在该第一端部处与该驱动外壳配合，该器械驱动器提供驱动输出件，该驱动输出件能够与该驱动输入件配合，使得该驱动输出件的旋转对应地使该驱动输入件旋转，从而致动该激活机构。在另一个另外的实施方案中，该轴经由被限定为纵向穿过该器械驱动器的中心孔而延伸穿过该器械驱动器。在另一个另外的实施方案中，该托架包括串联布置的至少第一层和第二层，并且其中该驱动齿轮布置在该第一层的部分与该第二层的部分之间并且围绕该至少一个第二花键可滑动地设置。在另一个另外的实施方案中，该激活机构包括：第一载体，该第一载体至少部分地围绕该轴延伸并且可操作地联接到延伸到该腕部的第一驱动构件；和第二载体，该第二载体至少部分地围绕该轴延伸并且可操作地联接到延伸到该腕部的第二驱动构件，其中该激活机构的致动致使该第一载体和该第一驱动构件沿着该轴在第一轴向方向上移动并且还致使该第二载体和该第二驱动构件沿着该轴在第二轴向方向上移动，其中该第一轴向方向和该第二轴向方向共线且相反。在另一个另外的实施方案中，该第一驱动构件的远侧端部和该第二驱动构件的远侧端部在该端部执行器处对抗地操作以使该端部执行器在该至少一个平面中进行关节运动。在另一个另外的实施方案中，该激活机构还包括：第一传动齿轮，该第一传动齿轮围绕该轴延伸并且限定内螺纹，该第一载体径向地插置在该轴与该第一传动齿轮之间并且限定能够与该第一传动齿轮的这些内螺纹配合的外螺纹；和第二传动齿轮，该第二传动齿轮围绕该轴延伸并且限定内螺纹，该第二载体径向地插置在该轴与该第二传动齿轮之间并且限定能够与该第二传动齿轮的这些内螺纹配合的外螺纹，其中该第一传动齿轮和该第二传动齿轮能够与该驱动齿轮配合，使得该驱动齿轮的旋转同时使该第一传动齿轮和该第二传动齿轮旋转，并且其中该第一传动齿轮的这些内螺纹和该第二传动齿轮的这些内螺纹的螺纹方向相反，使得使该第一传动齿轮和该第二传动齿轮的旋转致使该第一载体和该第二载体沿着该轴在共线但相反的轴向方向上移动。在另一个另外的实施方案中，在该第一载体与该第二载体之间设置有间隙，以允许该第一载体和该第二载体在该激活机构的致动期间朝向和远离彼此移动。在另一个另外的实施方案中，该激活机构还包括：关节运动筒，该关节运动筒围绕该轴可旋转地设置，该从动齿轮设置在该关节运动筒上，并且该第一载体和该第二载体径向地插置在该轴与该关节运动筒之间；第一凸轮轮廓和第二凸轮轮廓，该第一凸轮轮廓和该第二凸轮轮廓被限定在该关节运动筒中并且围绕该关节运动筒的圆周以相等但相反的角度延伸；第一从动销，该第一从动销延伸穿过该第一凸轮轮廓并且联接到该第一载体；和第二从动销，该第二从动销延伸穿过该第二凸轮轮廓并且联接到该第二载体，其中随着该驱动齿轮使该关节运动筒旋转，该第一从动销和该第二从动销分别被推压横穿该第一凸轮轮廓和该第二凸轮轮廓，从而在共线但相反的轴向方向上推压该第一载体和该第二载体。在另一个另外的实施方案中，该激活机构还包括：第一关节运动扭矩杆，该第一关节运动扭矩杆固定到该托架并且限定接纳该第一从动销的头部的第一狭槽；和第二关节运动扭矩杆，该第二关节运动扭矩杆固定到该托架并且限定接纳该第二从动销的头部的第二狭槽。在另一个另外的实施方案中，每个从动销包括：第一轴承，该第一轴承随着该关节运动筒的旋转而压靠在该第一凸轮轮廓或该第二凸轮轮廓的内壁上；和第二轴承，该第二轴承能够随着该关节运动筒的旋转而压靠在该第一狭槽或该第二狭槽的内壁上。在另一个另外的实施方案中，该第一凸轮轮廓和该第二凸轮轮廓中的至少一者沿着该第一凸轮轮廓和该第二凸轮轮廓的路径提供拐点。在另一个另外的实施方案中，该端部执行器选自：外科缝合器、组织抓紧器、外科剪、高级能量血管闭合器、施夹器、针驱动器、包括一对相对的抓持钳口的巴布科克钳、双极性钳口、抽吸冲洗器、内窥镜、腹腔镜、以及它们的任何组合。
本文所公开的实施方案还可包括一种方法，该方法包括将机器人外科工具定位在患者附近，该机器人外科工具包括：驱动外壳，该驱动外壳具有第一端部和第二端部；至少一个花键，该至少一个花键在该第一端部与该第二端部之间延伸并且包括随着该至少一个花键的旋转而旋转的驱动齿轮；托架，该托架可移动地安装到该至少一个花键；细长轴，该细长轴从该托架延伸并且穿透该第一端部；端部执行器，该端部执行器布置在该细长轴的远侧端部处；腕部，该腕部插置在该端部执行器与该轴的该远侧端部之间；和激活机构，该激活机构被容纳在该托架中并且可操作地联接到该驱动齿轮。该方法还可包括：通过致动布置在该第一端部处并且可操作地联接到该至少一个花键的驱动输入件而使该至少一个花键和该驱动齿轮旋转；以及随着该驱动齿轮的旋转而致动该激活机构，从而在该腕部处使该端部执行器在至少一个平面中进行关节运动。在另外的实施方案中，该方法还包括：将器械驱动器在该第一端部处与该驱动外壳配合，该器械驱动器布置在机器人臂的端部处；当该器械驱动器配合到该驱动外壳时，将该器械驱动器的驱动输出件与该驱动输入件配合；以及致动该驱动输出件以使该驱动输入件旋转，从而致动该激活机构。在另外的实施方案中，将该器械驱动器在该第一端部处与该驱动外壳配合包括使该轴、该端部执行器和该腕部延伸穿过被限定为纵向穿过该器械驱动器的中心孔。在另外的实施方案中，该激活机构包括：第一载体，该第一载体至少部分地围绕该轴延伸并且可操作地联接到延伸到该腕部的第一驱动构件；和第二载体，该第二载体至少部分地围绕该轴延伸并且可操作地联接到延伸到该腕部的第二驱动构件，并且其中致动该激活包括：致使该第一载体和该第一驱动构件沿着该轴在第一轴向方向上移动；以及致使该第二载体和该第二驱动构件沿着该轴在第二轴向方向上移动，其中该第一轴向方向和该第二轴向方向共线且相反。在另外的实施方案中，该方法还包括使该第一驱动构件的远侧端部和该第二驱动构件的远侧端部在该端部执行器处对抗地操作，从而使该端部执行器在该至少一个平面中进行关节运动。在另外的实施方案中，该激活机构还包括围绕该轴延伸并且限定内螺纹的第一传动齿轮，该第一载体径向地插置在该轴与该第一传动齿轮之间并且限定能够与该第一传动齿轮的这些内螺纹配合的外螺纹，和围绕该轴延伸并且限定内螺纹的第二传动齿轮，该第二载体径向地插置在该轴与该第二传动齿轮之间并且限定能够与该第二传动齿轮的这些内螺纹配合的外螺纹，该方法还包括：将该驱动齿轮与该第一传动齿轮和该第二传动齿轮配合；使该驱动齿轮旋转，从而同时使该第一传动齿轮和该第二传动齿轮旋转，其中该第一传动齿轮的这些内螺纹和该第二传动齿轮的这些内螺纹的螺纹方向相反；以及致使该第一载体和该第二载体随着该第一传动齿轮和该第二传动齿轮的旋转而沿着该轴在共线但相反的轴向方向上移动。在另外的实施方案中，该激活机构还包括：关节运动筒，该关节运动筒围绕该轴可旋转地设置，该从动齿轮设置在该关节运动筒上，并且该第一载体和该第二载体径向地插置在该轴与该关节运动筒之间；第一凸轮轮廓和第二凸轮轮廓，该第一凸轮轮廓和该第二凸轮轮廓被限定在该关节运动筒中并且围绕该关节运动筒的圆周以相等但相反的角度延伸；第一从动销，该第一从动销延伸穿过该第一凸轮轮廓并且联接到该第一载体；和第二从动销，该第二从动销延伸穿过该第二凸轮轮廓并且联接到该第二载体，该方法还包括：使该关节运动筒随着该驱动齿轮旋转；随着该关节运动筒的旋转而推压该第一从动销和该第二从动销，使其分别横穿该第一凸轮轮廓和该第二凸轮轮廓；以及随着该第一从动销和该第二从动销横穿该第一凸轮轮廓和该第二凸轮轮廓而推压该第一载体和该第二载体，使其沿着该轴在共线但相反的轴向方向上移动。
本文所公开的实施方案包括机器人外科工具，该机器人外科工具包括：驱动外壳，该驱动外壳具有第一端部和第二端部；至少一个花键，该至少一个花键在该第一端部与该第二端部之间延伸并且包括随着该至少一个花键的旋转而旋转的驱动齿轮；托架，该托架可移动地安装到该至少一个花键；细长轴，该细长轴从该托架延伸并且穿透该第一端部，该轴具有布置在其远侧端部处的端部执行器；和激活机构，该激活机构被容纳在该托架中。该激活机构包括：输入齿轮，该输入齿轮可操作地联接到该驱动齿轮，使得该驱动齿轮的旋转对应地使该输入齿轮旋转；和击发杆，该击发杆限定能够与该输入齿轮的内螺纹以螺纹方式接合的外螺纹，该击发杆可操作地联接到该端部执行器处的刀，从而使得该击发杆的纵向移动对应地使该刀在相同方向上移动，其中该驱动齿轮旋转以使该输入齿轮旋转，从而使该击发杆和该刀纵向移动。在另外的实施方案中，该机器人外科工具还包括：驱动输入件，该驱动输入件布置在该第一端部处并且可操作地联接到该至少一个花键，从而使得该驱动输入件的旋转对应地使该至少一个花键和该驱动齿轮旋转；和器械驱动器，该器械驱动器布置在机器人臂的端部处并且能够在该第一端部处与该驱动外壳配合，该器械驱动器提供驱动输出件，该驱动输出件能够与该驱动输入件配合，使得该驱动输出件的旋转对应地使该驱动输入件旋转，从而致动该激活机构。在另一个另外的实施方案中，该轴通过延伸穿过被限定为纵向穿过该器械驱动器的中心孔而穿透该器械驱动器。在另一个另外的实施方案中，该托架包括串联布置的至少第一层和第二层，并且其中该驱动齿轮布置在该第一层的部分与该第二层的部分之间并且围绕该至少一个第二花键可滑动地设置。在另一个另外的实施方案中，该激活机构还包括惰齿轮，该惰齿轮插置在该驱动齿轮与该输入齿轮之间，以经由相互啮合的传动装置将扭矩从该驱动齿轮传递到该输入齿轮。在另一个另外的实施方案中，该激活机构还包括：通道保持器，该通道保持器联接到该托架并且压靠在该输入齿轮的第一侧上；和一个或多个推力轴承，该一个或多个推力轴承被容纳在该托架内并且压靠在该输入齿轮的第二侧上，其中该通道保持器和该一个或多个推力轴承将该输入齿轮轴向固定在适当位置。在另一个另外的实施方案中，机器人外科工具还包括锁定机构，该锁定机构将该通道保持器轴向固定到该托架。在另一个另外的实施方案中，该输入齿轮的这些内螺纹被限定在从该输入齿轮延伸的细长圆柱形主体上，并且其中该击发杆在该细长圆柱形主体内延伸。在另一个另外的实施方案中，该激活机构还包括插置在该击发杆与该刀之间的击发构件。在另一个另外的实施方案中，该端部执行器选自：外科缝合器、组织抓紧器、外科剪、高级能量血管闭合器、施夹器、针驱动器、包括一对相对的抓持钳口的巴布科克钳、双极性钳口、抽吸冲洗器、内窥镜、腹腔镜、以及它们的任何组合。
本文所公开的实施方案还可包括一种方法，该方法包括将机器人外科工具定位在患者附近，该机器人外科工具包括：驱动外壳，该驱动外壳具有第一端部和第二端部；至少一个花键，该至少一个花键在该第一端部与该第二端部之间延伸并且包括随着该至少一个花键的旋转而旋转的驱动齿轮；托架，该托架可移动地安装到该至少一个花键；细长轴，该细长轴从该托架延伸并且穿透该第一端部，该轴具有布置在其远侧端部处的端部执行器；和激活机构，该激活机构被容纳在该托架中并且包括输入齿轮和击发杆，该输入齿轮可操作地联接到该驱动齿轮，使得该驱动齿轮的旋转对应地使该输入齿轮旋转，该击发杆限定能够与该输入齿轮的内螺纹以螺纹方式接合的外螺纹。该方法还包括：通过致动布置在该第一端部处并且可操作地联接到该至少一个花键的驱动输入件而使该至少一个花键和该驱动齿轮旋转；以及使该输入齿轮随着该驱动齿轮旋转，从而使该击发杆和位于该端部执行器处并且可操作地联接到该击发杆的刀纵向移动。在另外的实施方案中，该方法还包括：将器械驱动器在该第一端部处与该驱动外壳配合，该器械驱动器布置在机器人臂的端部处；当该器械驱动器配合到该驱动外壳时，将该器械驱动器的驱动输出件与该驱动输入件配合；以及致动该驱动输出件以使该驱动输入件旋转，从而致动该激活机构。在另一个另外的实施方案中，将该器械驱动器在该第一端部处与该驱动外壳配合包括使该轴和该端部执行器延伸穿过被限定为纵向穿过该器械驱动器的中心孔。在另一个另外的实施方案中，该激活机构还包括插置在该驱动齿轮与该输入齿轮之间的惰齿轮，并且该方法还包括经由该惰齿轮将扭矩从该驱动齿轮传递到该输入齿轮。在另一个另外的实施方案中，该激活机构还包括：通道保持器，该通道保持器联接到该托架并且压靠在该输入齿轮的第一侧上；和一个或多个推力轴承，该一个或多个推力轴承被容纳在该托架内并且压靠在该输入齿轮的第二侧上，该方法还包括将该输入齿轮轴向固定在该通道保持器与该一个或多个推力轴承之间。在另一个另外的实施方案中，该方法还包括利用锁定机构将该通道保持器轴向固定到该托架。在另一个另外的实施方案中，该方法还包括在该输入齿轮上施加轴向负载，以及在该击发杆纵向移动时减小该输入齿轮与该一个或多个推力轴承的旋转摩擦。在另一个另外的实施方案中，该输入齿轮的这些内螺纹被限定在从该输入齿轮延伸的细长圆柱形主体上，并且其中该击发杆在该细长圆柱形主体内延伸。在另一个另外的实施方案中，该激活机构还包括插置在该击发杆与该刀之间的击发构件。
本文所公开的实施方案包括机器人外科工具，该机器人外科工具包括：驱动外壳，该驱动外壳具有第一端部和第二端部；至少一个花键，该至少一个花键在该第一端部与该第二端部之间延伸并且包括随着该至少一个花键的旋转而旋转的驱动齿轮；托架，该托架可移动地安装到该至少一个花键；闭合管，该闭合管从该托架延伸并且延伸穿过该第一端部，该闭合管具有布置在该闭合管的远侧端部处的端部执行器；和激活机构，该激活机构被容纳在该托架中。该激活机构可包括：从动齿轮，该从动齿轮可操作地联接到该驱动齿轮，从而使得该驱动齿轮的旋转对应地使该从动齿轮旋转；和载体，该载体布置在该闭合管的近侧端部处并且可操作地联接到该从动齿轮，从而使得该从动齿轮的旋转对应地使该载体和该闭合管沿着该闭合管的纵向轴线轴向移动，其中使该闭合管沿着该纵向轴线轴向移动使该端部执行器的钳口闭合或打开。在另外的实施方案中，该机器人外科工具还包括：驱动输入件，该驱动输入件布置在该第一端部处并且可操作地联接到该至少一个花键，从而使得该驱动输入件的旋转对应地使该至少一个花键和该驱动齿轮旋转；和器械驱动器，该器械驱动器布置在机器人臂的端部处并且能够在该第一端部处与该驱动外壳配合，该器械驱动器提供驱动输出件，该驱动输出件能够与该驱动输入件配合，使得该驱动输出件的旋转对应地使该驱动输入件旋转，从而致动该激活机构。在另一个另外的实施方案中，该闭合管通过延伸穿过被限定为纵向穿过该器械驱动器的中心孔而延伸穿过该器械驱动器。在另一个另外的实施方案中，该托架包括串联布置的至少第一层和第二层，并且其中该驱动齿轮布置在该第一层的部分与该第二层的部分之间并且围绕该至少一个第二花键可滑动地设置。在另一个另外的实施方案中，该激活机构还包括：键，该键设置在该闭合管的外表面上；和狭槽，该狭槽被限定在该第一层中并且其尺寸被设定成能够接纳该键，其中随着该闭合管沿着该纵向轴线移动，该键在该狭槽内对应地平移以防止该闭合管旋转。在另一个另外的实施方案中，该从动齿轮包括环形结构，该环形结构围绕该闭合管延伸并且限定能够与由该载体限定的外螺纹以螺纹方式接合的内螺纹，并且其中使该从动齿轮的旋转致使该载体和该闭合管经由该从动齿轮与该载体之间的螺纹接合而沿着该纵向轴线移动。在另一个另外的实施方案中，该载体径向地插置在该闭合管的一部分与该从动齿轮之间，并且限定能够与该闭合管的该近侧端部接合的内径向肩部。在另一个另外的实施方案中，该激活机构还包括：闭合筒，该闭合筒围绕该闭合管和该载体延伸，其中该从动齿轮联接到该闭合筒，从而使得使该从动齿轮的旋转对应地使该闭合筒围绕该纵向轴线旋转；凸轮轮廓，该凸轮轮廓被限定在该闭合筒中；和从动销，该从动销延伸穿过该凸轮轮廓并且联接到该载体，从而使得随着该闭合筒旋转，该从动销横穿该凸轮轮廓并且对应地使该载体和该闭合管沿着该纵向轴线移动。在另一个另外的实施方案中，该从动销包括轴承，该轴承随着该闭合筒的旋转而压靠在该凸轮轮廓的内壁上。在另一个另外的实施方案中，该凸轮轮廓包括围绕该闭合筒的圆周以恒定角度螺旋延伸的直槽。在另一个另外的实施方案中，其中该凸轮轮廓包括狭槽，该狭槽以第一斜率延伸第一距离并且以不同于该第一斜率的第二斜率延伸第二距离。在另一个另外的实施方案中，该端部执行器选自：外科缝合器、组织抓紧器、外科剪、高级能量血管闭合器、施夹器、针驱动器、包括一对相对的抓持钳口的巴布科克钳、双极性钳口、抽吸冲洗器、内窥镜、腹腔镜、以及它们的任何组合。
本文所公开的实施方案还可包括一种方法，该方法包括将机器人外科工具定位在患者附近，该机器人外科工具包括：驱动外壳，该驱动外壳具有第一端部和第二端部；至少一个花键，该至少一个花键在该第一端部与该第二端部之间延伸并且包括随着该至少一个花键的旋转而旋转的驱动齿轮；托架，该托架可移动地安装到该至少一个花键；闭合管，该闭合管从该托架延伸并且穿透该第一端部，该闭合管具有布置在该闭合管的远侧端部处的端部执行器；和激活机构，该激活机构被容纳在该托架中并且包括可操作地联接到该驱动齿轮的从动齿轮，并且还包括布置在该闭合管的近侧端部处并且可操作地联接到该从动齿轮的载体。该方法还可包括：通过致动布置在该第一端部处并且可操作地联接到该至少一个花键的驱动输入件而使该至少一个花键和该驱动齿轮旋转；使该从动齿轮随着该驱动齿轮旋转，从而使该载体和该闭合管沿着该闭合管的纵向轴线轴向移动；以及随着该闭合管沿着该纵向轴线轴向移动，打开或闭合该端部执行器的钳口。在另外的实施方案中，该方法还包括：将器械驱动器在该第一端部处与该驱动外壳配合，该器械驱动器布置在机器人臂的端部处；当该器械驱动器配合到该驱动外壳时，将该器械驱动器的驱动输出件与该驱动输入件配合；以及致动该驱动输出件以使该驱动输入件旋转，从而致动该激活机构。在另一个另外的实施方案中，将该器械驱动器在该第一端部处与该驱动外壳配合包括使该闭合管和该端部执行器延伸穿过被限定为纵向穿过该器械驱动器的中心孔。在另一个另外的实施方案中，该托架包括串联布置的至少第一层和第二层，并且该激活机构还包括：键，该键设置在该闭合管的外表面上；和狭槽，该狭槽被限定在该第一层中并且其尺寸被设定成能够接纳该键，该方法还包括通过使该键随着该闭合管沿着该纵向轴线的轴向移动而在该狭槽内移动，来防止该闭合管围绕该纵向轴线旋转。在另一个另外的实施方案中，该从动齿轮包括环形结构，该环形结构围绕该闭合管延伸并且限定能够与由该载体限定的外螺纹以螺纹方式接合的内螺纹，并且其中使该从动齿轮随着该驱动齿轮的旋转还包括使该载体和该闭合管经由该从动齿轮与该载体之间的螺纹接合而沿着该纵向轴线移动。在另一个另外的实施方案中，该方法还包括改变该内螺纹的螺距和该外螺纹的螺距，从而改变施加在该闭合管上的最终轴向负载。在另一个另外的实施方案中，该激活机构还包括：闭合筒，该闭合筒围绕该闭合管和该载体延伸，该从动齿轮联接到该闭合筒；凸轮轮廓，该凸轮轮廓被限定在该闭合筒中；和从动销，该从动销延伸穿过该凸轮轮廓并且联接到该载体，并且其中使该从动齿轮随着该驱动齿轮的旋转还包括：使该闭合筒随着该驱动齿轮使该从动齿轮的旋转而围绕该纵向轴线旋转；使该从动销随着该闭合筒旋转而横穿该凸轮轮廓；以及使该载体和该闭合管随着该从动销横穿该凸轮轮廓而沿着该纵向轴线移动。在另一个另外的实施方案中，该凸轮轮廓包括狭槽，该狭槽以第一斜率延伸第一距离并且以不同于该第一斜率的第二斜率延伸第二距离，该方法还包括通过使该从动销从该第一斜率横穿到该第二斜率来改变该激活机构的机械优点。
本文所公开的实施方案包括机器人外科工具，该机器人外科工具包括：驱动外壳，该驱动外壳具有第一端部、第二端部和在该第一端部与该第二端部之间延伸的导螺杆；托架，该托架在固定到该托架的托架螺母处可移动地安装到该导螺杆；和细长轴，该细长轴从该托架延伸并且延伸穿过该第一端部，该轴具有布置在其远侧端部处的端部执行器，其中该导螺杆的旋转使该托架和该托架螺母在该第一端部与该第二端部之间轴向移动，从而使该端部执行器朝远侧或朝近侧移动。在另外的实施方案中，该机器人外科工具还包括：驱动输入件，该驱动输入件布置在该第一端部处并且可操作地联接到该导螺杆，从而使得该驱动输入件的旋转对应地使该导螺杆旋转；和器械驱动器，该器械驱动器布置在机器人臂的端部处并且能够在该第一端部处与该驱动外壳配合，该器械驱动器提供驱动输出件，该驱动输出件能够与该驱动输入件配合，使得该驱动输出件的旋转对应地使该驱动输入件旋转，从而使该导螺杆旋转。在另一个另外的实施方案中，该轴通过延伸穿过被限定为纵向穿过该器械驱动器的中心孔而延伸穿过该器械驱动器。在另一个另外的实施方案中，该导螺杆的外表面限定螺旋状外螺纹，并且该托架螺母限定能够与该螺旋状外螺纹配合的螺旋状内螺纹。在另一个另外的实施方案中，螺旋状外螺纹的节距沿着该导螺杆变化。在另一个另外的实施方案中，润滑涂层被施加到该螺旋状外螺纹，以减小抵靠该托架螺母的该螺旋状内螺纹的摩擦。在另一个另外的实施方案中，该托架包括串联布置的至少第一层和第二层，并且其中该托架螺母包括布置在该第一层的部分与该第二层的部分之间的单独的组成部件。在另一个另外的实施方案中，该托架螺母限定防旋转特征部，所述防旋转特征部能够与被限定在该第一层或该第二层上的对应特征部配合。在另一个另外的实施方案中，该托架包括至少一个层，该至少一个层限定包括该托架螺母的孔，并且其中该导螺杆延伸穿过该孔。在另一个另外的实施方案中，该托架螺母在该托架的近侧端部与远侧端部之间延伸。在另一个另外的实施方案中，该托架螺母包括可旋转地安装到该导螺杆的至少两个托架螺母。在另一个另外的实施方案中，该托架螺母包括位于该托架的远侧端部处的远侧螺母部分和位于该托架的近侧端部处的近侧螺母部分。
本文所公开的实施方案还可包括一种方法，该方法包括将机器人外科工具定位在患者附近，该机器人外科工具包括：驱动外壳，该驱动外壳具有第一端部、第二端部和在该第一端部与该第二端部之间延伸的导螺杆；托架，该托架在固定到该托架的托架螺母处可移动地安装到该导螺杆；和细长轴，该细长轴从该托架延伸并且延伸穿过该第一端部，该轴具有布置在其远侧端部处的端部执行器。该方法还可包括：通过致动布置在该第一端部处并且可操作地联接到该导螺杆的驱动输入件使该导螺杆旋转；以及使该托架和该托架螺母随着该导螺杆的旋转而在该第一端部与该第二端部之间轴向移动，从而使该端部执行器朝远侧或朝近侧移动。在另外的实施方案中，该方法还包括：将器械驱动器在该第一端部处与该驱动外壳配合，该器械驱动器布置在机器人臂的端部处；当该器械驱动器配合到该驱动外壳时，将该器械驱动器的驱动输出件与该驱动输入件配合；以及致动该驱动输出件以使该驱动输入件旋转，从而使该导螺杆旋转。在另一个另外的实施方案中，将该器械驱动器在该第一端部处与该驱动外壳配合包括使该轴、该端部执行器和该腕部延伸穿过被限定为纵向穿过该器械驱动器的中心孔。在另一个另外的实施方案中，该导螺杆的外表面限定螺旋状外螺纹，并且该托架螺母限定能够与该螺旋状外螺纹配合的螺纹螺旋状内螺纹，并且其中使该导螺杆旋转包括将该导螺杆的旋转负载转换成通过该螺旋状外螺纹和该螺旋状内螺纹的机械相互作用而施加到该托架的轴向负载。在另一个另外的实施方案中，该托架包括串联布置的至少第一层和第二层，并且其中该托架螺母包括布置在该第一层的部分与该第二层的部分之间的单独的组成部件。在另一个另外的实施方案中，该方法还包括通过将被限定在该托架螺母上的防旋转特征部与被限定在该第一层或该第二层上的对应特征部配合，来防止该托架螺母的旋转。在另一个另外的实施方案中，该托架包括至少一个层，该至少一个层限定包括该托架螺母的孔，并且其中该导螺杆延伸穿过该孔。在另一个另外的实施方案中，该方法还包括利用该托架螺母稳定该托架以防在该驱动外壳内扭转，该托架螺母具有布置在该托架的远侧端部和近侧端部处或该托架的远侧端部和近侧端部附近的部分。
本文所公开的实施方案包括一种机器人外科系统，该机器人外科系统包括外科工具，该外科工具包括：驱动外壳，该驱动外壳具有第一端部、第二端部和在该第一端部与该第二端部之间可移动地安装到该驱动外壳的托架；和细长轴，该细长轴从该托架延伸并且穿透该第一端部，该轴具有布置在其远侧端部处的端部执行器。该机器人外科系统还包括器械驱动器，该器械驱动器布置在机器人臂的端部处并且包括：主体，该主体具有近侧端部、远侧端部并且限定在该近侧端部与该远侧端部之间延伸的中心孔，其中该轴和该端部执行器通过延伸穿过该中心孔而穿透该器械驱动器；外部外壳，该外部外壳至少部分地在该近侧端部与该远侧端部之间延伸；工具驱动组件，该工具驱动组件设置在该近侧端部处并且延伸到该外部外壳中；和驱动马达，该驱动马达可操作地联接到该工具驱动组件并且能够操作，以致使该工具驱动组件围绕中心轴线相对于该外部外壳旋转。驱动外壳的第一端部可操作地联接到该工具驱动组件，由此该工具驱动组件的旋转对应地使该外科工具围绕该中心轴线在相同角度方向上旋转。在另外的实施方案中，该工具驱动组件提供一个或多个驱动输出件，该一个或多个驱动输出件能够与设置在该驱动外壳的该第一端部处的一个或多个驱动输入件配合，并且其中使该工具驱动组件和该一个或多个驱动输出件围绕该中心轴线旋转对应地使该一个或多个驱动输入件围绕该中心轴线旋转。在另一个另外的实施方案中，每个驱动输出件由对应的致动器驱动，该对应的致动器安装到该工具驱动组件并且能够随着该工具驱动组件的旋转而围绕该中心轴线旋转。在另一个另外的实施方案中，该外科工具还包括在该第一端部与该第二端部之间延伸的至少一个花键，并且该托架可移动地安装到该至少一个花键，并且其中该至少一个花键可操作地联接该一个或多个驱动输入件中的至少一个驱动输入件，使得该一个或多个驱动输入件中的该至少一个驱动输入件的旋转对应地使该至少一个花键旋转。在另一个另外的实施方案中，该外科工具还包括在该第一端部与该第二端部之间延伸的导螺杆，并且该托架在固定到该托架的托架螺母处可移动地安装到该导螺杆，并且其中该导螺杆在至少一个花键处可操作地联接到该一个或多个驱动输入件中的至少一个驱动输入件，使得该一个或多个驱动输入件中的该至少一个驱动输入件的旋转对应地使该导螺杆旋转。在另一个另外的实施方案中，该器械驱动器还包括联接到该外部外壳的滑环，以便于将电功率和信号从该机器人臂传递到该工具驱动组件以操作该外科工具。在另一个另外的实施方案中，该工具驱动组件提供一个或多个联锁特征部，该一个或多个联锁特征部能够与设置在该驱动外壳的该第一端部处的一个或多个形状互补的凹坑配合，以将该外科工具可操作地联接到该器械驱动器。在另一个另外的实施方案中，该器械驱动器还包括固定到该工具驱动组件的定子齿轮，和由该驱动马达驱动并且能够与该定子齿轮配合的转子齿轮，其中该转子齿轮的致动驱动该定子齿轮，从而使该工具驱动组件围绕该中心轴线旋转。在另一个另外的实施方案中，该器械驱动器还包括内导管，该内导管限定该中心孔并且联接到该工具驱动组件，从而使得该工具驱动组件的旋转对应地使该内导管围绕该中心轴线旋转。在另一个另外的实施方案中，其中该器械驱动器还包括多个轴承，该多个轴承布置在该工具驱动组件的部分与该外部外壳的部分之间，以允许该工具驱动组件相对于该外部外壳旋转。在另一个另外的实施方案中，其中该器械驱动器还包括：一个或多个密封件，该一个或多个密封件布置在该工具驱动组件与该外部外壳之间的对应的一个或多个径向界面处；和一个或多个垫圈，该一个或多个垫圈布置在该工具驱动组件与该外壳之间的对应的一个或多个轴向界面处。在另一个另外的实施方案中，该端部执行器选自：外科缝合器、组织抓紧器、外科剪、高级能量血管闭合器、施夹器、针驱动器、包括一对相对的抓持钳口的巴布科克钳、双极性钳口、抽吸冲洗器、内窥镜、腹腔镜、以及它们的任何组合。
本文所公开的实施方案还包括操作机器人外科系统的方法，该方法包括将器械驱动器定位在患者附近，该器械驱动器包括：主体，该主体具有近侧端部、远侧端部并且限定在该近侧端部与该远侧端部之间延伸的中心孔；外部外壳，该外部外壳至少部分地在该近侧端部与该远侧端部之间延伸；和工具驱动组件，该工具驱动组件设置在该近侧端部处并且延伸到该外部外壳中。该方法还可包括将外科工具联接到该器械驱动器，该外科工具包括：驱动外壳，该驱动外壳具有第一端部、第二端部和在该第一端部与该第二端部之间可移动地安装到该驱动外壳的托架，其中该驱动外壳的该第一端部可操作地联接到该工具驱动组件；和细长轴，该细长轴从该托架延伸并且穿透该第一端部，该轴具有布置在其远侧端部处的端部执行器，其中该轴和该端部执行器通过延伸穿过该中心孔而穿透该器械驱动器。该方法还可包括致动驱动马达，该驱动马达被包括在该器械驱动器中并且可操作地联接到该工具驱动组件，从而使该工具驱动组件围绕该中心轴线相对于该外部外壳旋转，以及使该外科工具在联接到该工具驱动组件时围绕该中心轴线旋转。在另外的实施方案中，该方法还包括：将该工具驱动组件的一个或多个驱动输出件与设置在该驱动外壳的该第一端部处的一个或多个驱动输入件配合；以及随着该工具驱动组件和该一个或多个驱动输出件围绕该中心轴线旋转，使该一个或多个驱动输入件围绕该中心轴线旋转。在另一个另外的实施方案中，该器械驱动器还包括致动器，该致动器安装到该工具驱动组件并且可操作地联接到该一个或多个驱动输出件中的一个驱动输出件，该方法还包括：操作该致动器以使该一个或多个驱动输出件中的该一个驱动输出件旋转，从而驱动该一个或多个驱动输入件中的对应的一个驱动输入件；以及使该致动器随着该工具驱动组件的旋转而围绕该中心轴线旋转。在另一个另外的实施方案中，该外科工具还包括在该第一端部与该第二端部之间延伸的至少一个花键，并且该托架可移动地安装到该至少一个花键，并且其中该至少一个花键可操作地联接到该一个或多个驱动输入件中的该对应的一个驱动输入件，该方法还包括使该一个或多个驱动输入件中的该对应的一个驱动输入件旋转，从而使该至少一个花键旋转。在另一个另外的实施方案中，该外科工具还包括在该第一端部与该第二端部之间延伸的导螺杆，并且该托架在固定到该托架的托架螺母处可移动地安装到该导螺杆，并且其中该导螺杆可操作地联接到该一个或多个驱动输入件中的该对应的一个驱动输入件，并且该方法还包括：使该一个或多个驱动输入件中的该对应的一个驱动输入件旋转，从而使该导螺杆旋转；以及使该托架和该托架螺母随着该导螺杆的旋转而在该第一端部与该第二端部之间轴向移动，从而使该端部执行器朝远侧或朝近侧移动。在另一个另外的实施方案中，该方法还包括利用联接到该外部外壳的滑环将电功率和信号从该机器人臂传递到该工具驱动组件。在另一个另外的实施方案中，将该外科工具联接到该器械驱动器还包括将设置在该工具驱动组件上的一个或多个联锁特征部与设置在该驱动外壳的该第一端部处的一个或多个形状互补的凹坑配合。在另一个另外的实施方案中，该器械驱动器还包括固定到该工具驱动组件的定子齿轮，和由该驱动马达驱动并且能够与该定子齿轮配合的转子齿轮，并且其中致动该驱动马达还包括：使该转子齿轮旋转；以及利用该转子齿轮驱动定子齿轮，从而使该工具驱动组件围绕该中心轴线相对于该外部外壳旋转。
本文所公开的实施方案包括机器人外科工具，该机器人外科工具包括：驱动外壳，该驱动外壳具有第一端部、第二端部和在该第一端部与该第二端部之间延伸的导螺杆；托架，该托架在固定到该托架的托架螺母处可移动地安装到该导螺杆；激活机构，该激活机构包括可旋转地安装到该托架并且能够旋转以致动该激活机构的驱动齿轮；和扭转缆线，该扭转缆线在该驱动齿轮与布置在该第一端部处的驱动输入件之间延伸，其中使该驱动输入件旋转的步骤使该扭转缆线旋转，从而沿着该扭转缆线将扭转负载传输到该驱动齿轮以致动该激活机构。在另外的实施方案中，该外科工具还包括器械驱动器，该器械驱动器布置在机器人臂的端部处并且能够在该第一端部处与该驱动外壳配合，该器械驱动器提供驱动输出件，该驱动输出件能够与该驱动输入件配合，使得该驱动输出件的旋转对应地使该驱动输入件旋转，从而使该扭转缆线旋转以致动该激活机构。在另一个另外的实施方案中，该驱动输入件是第一驱动输入件并且该驱动输出件是第一驱动输出件，该机器人外科系统还包括：第二驱动输入件，该第二驱动输入件布置在该第一端部处并且可操作地联接到该导螺杆，使得该第二驱动输入件的旋转对应地使该导螺杆旋转；和第二驱动输出件，该第二驱动输出件由该器械驱动器提供并且能够与该第二驱动输入件配合，使得该第二驱动输出件的旋转对应地使该第二驱动输入件旋转，从而使该导螺杆旋转。在另一个另外的实施方案中，该机器人外科工具还包括：细长轴，该细长轴从该托架延伸并且穿透该第一端部；端部执行器，该端部执行器布置在该轴的远侧端部处；和腕部，该腕部插置在该轴与该端部执行器之间，其中致动该激活机构致使以下情况中的至少一种情况发生：打开或闭合该端部执行器的钳口；使该端部执行器在该腕部处进行关节运动；以及推进或回缩该端部执行器处的刀。在另一个另外的实施方案中，该端部执行器选自：外科缝合器、组织抓紧器、外科剪、高级能量血管闭合器、施夹器、针驱动器、包括一对相对的抓持钳口的巴布科克钳、双极性钳口、抽吸冲洗器、内窥镜、腹腔镜、以及它们的任何组合。在另一个另外的实施方案中，该机器人外科工具还包括：细长轴，该细长轴从该托架延伸并且穿透该第一端部；和端部执行器，该端部执行器布置在该轴的远侧端部处，其中该激活机构还包括：从动齿轮，该从动齿轮可旋转地安装到该托架并且可操作地联接到该驱动齿轮，从而使得该驱动齿轮的旋转对应地使该从动齿轮旋转；和击发杆，该击发杆可操作地联接到该从动齿轮，从而使得该从动齿轮的旋转致使该击发杆沿着该轴轴向平移并致使该端部执行器处的刀移动。在另一个另外的实施方案中，该机器人外科工具还包括张紧系统，该张紧系统包括：张紧滑轮；锚定至该驱动外壳的固定滑轮，其中该扭转缆线布线穿过该张紧滑轮和该固定滑轮；锚定至该驱动外壳的一个或多个托架滑轮；和托架缆线，该托架缆线布线穿过该一个或多个托架滑轮并且在该托架与该张紧滑轮之间延伸，其中随着该托架在该导螺杆上来回移动，该张紧滑轮通过在与该托架相反的轴向方向上行进来保持该扭转缆线中的张力。在另一个另外的实施方案中，该激活机构还包括从动齿轮，该从动齿轮设置在该托架螺母的外周上并且可操作地联接到该驱动齿轮，从而使得该驱动齿轮的旋转对应地使该托架螺母相对于该导螺杆旋转，从而推压该托架使其沿着该导螺杆轴向移动。在另一个另外的实施方案中，该机器人外科工具还包括一个或多个惰齿轮，该一个或多个惰齿轮插置在该驱动齿轮与该从动齿轮之间，以将扭矩从该驱动齿轮传递到该从动齿轮。
本文所公开的实施方案还可包括一种操作机器人外科工具的方法，该方法包括将该机器人外科工具定位在患者附近，该机器人外科工具包括：驱动外壳，该驱动外壳具有第一端部、第二端部和在该第一端部与该第二端部之间延伸的导螺杆；托架，该托架在固定到该托架的托架螺母处可移动地安装到该导螺杆；激活机构，该激活机构包括可旋转地安装到该托架的驱动齿轮；和扭转缆线，该扭转缆线在该驱动齿轮与布置在该第一端部处的驱动输入件之间延伸。该方法还包括：使该驱动输入件旋转，从而使该扭转缆线旋转；以及随着该扭转缆线的旋转而沿着该扭转缆线将扭转负载传输到该驱动齿轮，从而致动该激活机构。在另外的实施方案中，布置在机器人臂的端部处的器械驱动器在该第一端部处与该驱动外壳配合，并且该器械驱动器提供能够与该驱动输入件配合的驱动输出件，该方法还包括使该驱动输出件旋转，从而使该驱动输入件和该扭转缆线旋转以致动该激活机构。在另一个另外的实施方案中，该驱动输入件是第一驱动输入件并且该驱动输出件是第一驱动输出件，该方法还包括：使由该器械驱动器提供的第二输出件旋转，从而使布置在该第一端部处并且可操作地联接到该导螺杆的第二驱动输入件旋转；使该导螺杆随着该第二驱动输入件旋转而旋转；以及使该托架随着该导螺杆的旋转而沿着该导螺杆移动。在另一个另外的实施方案中，该外科工具还包括：细长轴，该细长轴从该托架延伸并且穿透该第一端部；端部执行器，该端部执行器布置在该轴的远侧端部处；和腕部，该腕部插置在该轴与该端部执行器之间，并且其中致动该激活机构包括以下情况中的至少一种情况：打开或闭合该端部执行器的钳口；使该端部执行器在该腕部处进行关节运动；以及推进或回缩该端部执行器处的刀。在另一个另外的实施方案中，该外科工具还包括：细长轴，该细长轴从该托架延伸并且穿透该第一端部；端部执行器，该端部执行器布置在该轴的远侧端部处，该方法还包括：使该驱动齿轮随着该扭转缆线旋转，该驱动齿轮可操作地联接到可旋转地安装到该托架的从动齿轮，并且该从动齿轮可操作地联接到击发杆；使该从动齿轮随着该驱动齿轮的旋转而旋转，从而致使该击发杆沿着该轴轴向平移；以及使该端部执行器处的刀随着该击发杆轴向平移而移动。在另一个另外的实施方案中，该方法还包括利用张紧系统保持该扭转缆线中的张力，该张紧系统包括：张紧滑轮；锚定至该驱动外壳的固定滑轮，其中该扭转缆线布线穿过该张紧滑轮和该固定滑轮；锚定至该驱动外壳的一个或多个托架滑轮；和托架缆线，该托架缆线布线穿过该一个或多个托架滑轮并且在该托架与该张紧滑轮之间延伸。该方法还包括使该张紧滑轮随着该托架在该导螺杆上来回移动而在与该托架相反的轴向方向上移动。在另一个另外的实施方案中，该方法还包括：随着该张紧滑轮在该轴向方向上移动，通过该张紧滑轮和该固定滑轮馈送该扭转缆线；以及随着该托架在该导螺杆上来回移动，通过该一个或多个托架滑轮馈送该托架缆线。在另一个另外的实施方案中，该激活机构还包括从动齿轮，该从动齿轮设置在该托架螺母的外周上并且可操作地联接到该驱动齿轮，该方法还包括：使该驱动齿轮随着该扭转缆线旋转，从而使该从动齿轮旋转；以及使该托架螺母随着该从动齿轮的旋转而旋转，从而推压该托架使其沿着该导螺杆轴向移动。在另一个另外的实施方案中，该方法还包括一个或多个惰齿轮，该一个或多个惰齿轮插置在该驱动齿轮与该从动齿轮之间，以将扭矩从该驱动齿轮传递到该从动齿轮。
本文所公开的实施方案还可包括另一种机器人外科系统，该另一种机器人外科系统包括：驱动外壳，该驱动外壳具有第一端部、第二端部和在该第一端部与该第二端部之间延伸的导螺杆；托架，该托架在固定到该托架的托架螺母处可移动地安装到该导螺杆；细长轴，该细长轴从该托架延伸并且穿透该第一端部；和端部执行器，该端部执行器布置在该轴的远侧端部处；驱动齿轮，该驱动齿轮可旋转地安装到该托架；从动齿轮，该从动齿轮可旋转地安装到该托架并且可操作地联接到该驱动齿轮，从而使得该驱动齿轮的旋转对应地使该从动齿轮旋转；和击发杆，该击发杆可操作地联接到该从动齿轮，从而使得该从动齿轮的旋转致使该击发杆沿着该轴轴向平移并致使该端部执行器处的刀移动。在另外的实施方案中，该机器人外科工具还包括张紧系统，该张紧系统包括：张紧滑轮；锚定至该驱动外壳的固定滑轮，其中该扭转缆线布线穿过该张紧滑轮和该固定滑轮；锚定至该驱动外壳的一个或多个托架滑轮；和托架缆线，该托架缆线布线穿过该一个或多个托架滑轮并且在该托架与该张紧滑轮之间延伸，其中随着该托架在该导螺杆上来回移动，该张紧滑轮通过在与该托架相反的轴向方向上行进来保持该扭转缆线中的张力。
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3A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3B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4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5提供了图4的机器人系统的另选视图。
图6示出了被构造成能够收起机器人臂的示例性系统。
图7A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7B示出了被构造用于腹腔镜检查规程的基于台的机器人系统的实施方案。
图7C示出了图4至图7B的具有俯仰和倾斜调节的基于台的机器人系统的实施方案。
图8提供了图4至图7的台和基于台的机器人系统的柱之间的接口的详细图示。
图9A示出了基于台的机器人系统的另选实施方案。
图9B示出了图9A的基于台的机器人系统的端视图。
图9C示出了其上附接有机器人臂的基于台的机器人系统的端视图。
图10示出了示例性器械驱动器。
图11示出了具有成对器械驱动器的示例性医疗器械。
图12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13示出了具有基于器械的插入架构的器械。
图14示出了示例性控制器。
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7C的机器人系统的一个或多个元件的位置(诸如图11至图13的器械的位置)的定位系统。
图16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17A是根据一个或多个实施方案的可释放地联接到示例性器械驱动器的图16的外科工具的等轴视图。
图17B提供了图17A的器械驱动器和外科工具的分开的等轴端视图。
图18A和图18B分别是图16的托架和第二激活机构的放大等轴视图和侧视图。
图18C是根据一个或多个实施方案的图16的第二激活机构的等轴横截面侧视图。
图19是根据一个或多个实施方案的图16的端部执行器的放大视图和图16的腕部的暴露视图。
图20是图18A至图18C的第二激活机构的另一个实施方案的放大横截面侧视图。
图21A和图21B分别是根据一个或多个实施方案的示例性托架的放大等轴顶视图和底视图。
图22A和图22B分别是根据一个或多个实施方案的图21A至图21B的激活机构的一部分的等轴顶视图和底视图。
图23是图21A至图21B的托架的横截面侧视图。
图24是图16的托架的另一个放大等轴视图。
图25是图24的托架的近侧端部和第三激活机构的放大视图。
图26是根据一个或多个实施方案的图24和图25的第三激活机构的等轴横截面侧视图。
图27是根据一个或多个实施方案的图16的端部执行器的放大剖视图。
图28A是图16的托架的另一个实施方案的放大等轴视图。
图28B是根据一个或多个实施方案的图28A的第一激活机构的放大等轴视图。
图28C是图28A至图28B的第一激活机构的等轴横截面侧视图。
图29是根据一个或多个实施方案的图16的端部执行器和腕部的放大视图。
图30A是根据一个或多个附加实施方案的图21A和图21B的托架的另一个放大等轴顶视图。
图30B是根据一个或多个实施方案的图30A的激活机构的放大视图。
图30C是图30A至图30B的托架的一部分和图30A至图30B的激活机构的横截面侧视图。
图31是根据一个或多个实施方案的图30A至图30C的闭合筒的示例性实施方案的等轴视图。
图32是图16的托架的另一个放大等轴视图。
图33A和图33B是根据一个或多个示例性实施方案的图16和图32的托架螺母的等轴端视图。
图34A和图34B分别是根据一个或多个实施方案的图16的柄部的第一端部和第二端部的等轴视图。
图35是根据一个或多个附加实施方案的图16的柄部的另一个示例。
图36A是根据一个或多个实施方案的图17A和图17B的器械驱动器的透视图，并且图36B是根据一个或多个实施方案的可释放地联接到器械驱动器的图16的外科工具的等轴视图。
图37A是根据一个或多个实施方案的图36A至图36B的器械驱动器的示例性实施方案的示意图。
图37B是根据一个或多个实施方案的图37A的器械驱动器的剖视图。
图37C示出了根据一个或多个实施方案的图37A的器械驱动器的内部机械部件和内部电子部件的局部分解透视图。
图37D是根据一个或多个实施方案的图37A的器械驱动器的内部电子部件的局部分解透视图。
图38是根据一个或多个实施方案的图37A的器械驱动器的各种电子部件的放大透视图。
图39A和图39B是根据一个或多个附加实施方案的图16的柄部的另一个示例的局部横截面侧视图。
图40A和图40B是根据一个或多个附加实施方案的图16的柄部的另一个示例的局部横截面侧视图。
图40C是图40A至图40B的驱动外壳的另选实施方案。
图41A至图41C是根据一个或多个附加实施方案的图16的驱动外壳的另选实施方案的局部横截面侧视图。
具体实施方式
1.概述。
本公开的各方面可集成到机器人使能的医疗系统中，该机器人使能的医疗系统能够执行多种医疗规程，包括微创(例如腹腔镜检查)规程，以及非侵入(例如内窥镜检查)规程两者。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位置。另外，该系统可以为医师提供以改进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。
机器人使能的医疗系统可以按多种方式配置，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100的实施方案。对于支气管镜检查规程，机器人系统100可包括具有一个或多个机器人臂104(示出了三个)的推车102，以将医疗器械(另选地称为“外科工具”)(诸如可操纵内窥镜106(例如，用于支气管镜检查的手术特定支气管镜))递送到自然孔口进入点(即，患者的口腔)，以递送诊断和/或治疗工具。如图所示，推车102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，可致动机器人臂104以相对于进入点定位支气管镜。当利用胃镜(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。
一旦推车102正确定位在患者附近，机器人臂104就以机器人式、手动式或它们的组合将可操纵内窥镜106插入患者体内。可操纵内窥镜106可包括至少两个伸缩部件，诸如内引导件部分和外护套部分，其中每个部分联接到一组器械驱动器108中的单独的器械驱动器。如图所示，每个器械驱动器108联接到机器人臂104中的对应的一个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108的这种线性布置产生“虚拟轨道”110，该“虚拟轨道”可通过将机器人臂104操纵到不同角度和/或位置而在空间中被重新定位。器械驱动器108沿着虚拟轨道110的平移使内引导件部分相对于外护套部分伸缩，因此有效地使内窥镜106相对于患者推进或回缩。
如图所示，虚拟轨道110(和本文所述的其他虚拟轨道)在附图中使用虚线描绘，因此不构成系统100的任何物理结构。虚拟轨道110的角度可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110的角度和位置代表了在向医师提供到内窥镜106的通路同时使由内窥镜106弯曲到患者的口腔中引起的摩擦最小化之间的折衷。
在插入患者的口腔中之后，内窥镜106可使用来自机器人系统100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106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108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106可被引导以将活检针递送到目标，诸如例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106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。在识别出组织样本是恶性的之后，内窥镜106可通过内窥镜递送工具以切除潜在的癌组织。在一些情况下，诊断和治疗处理可在单独的规程中递送。在这些情况下，内窥镜106也可用于递送基准标记物以“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100还可包括可运动塔112，该可运动塔可经由支撑缆线连接到推车102以向推车102提供控制、电子、流体、光学、传感器和/或电功率的支持。将这样的功能放置在塔112中允许可由操作医师和他/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102。另外，在推车/台与支撑塔112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102可被定位成靠近患者，但是塔112可另选地在远程位置中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112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112中还是发生在推车102中，这些指令的执行都可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104的接头中的马达可将臂定位成特定姿势或角度取向。
塔112还可包括泵、流量计、阀控制器和/或流体通路中的一者或多者，以便向可通过内窥镜106部署的系统100提供受控的冲洗和抽吸能力。这些部件也可使用塔112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缆线直接递送到内窥镜106。
塔112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102提供经滤波和保护的电功率，从而避免在推车102中放置电功率变压器和其他辅助电功率部件，从而得到更小，更可移动的推车102。
塔112还可包括用于在整个机器人系统100中部署的传感器的支撑设备。例如，塔112可包括用于在整个机器人系统100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112中显示)。类似地，塔112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112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，安装到推车102的控制台)之外，塔112还可包括控制台114。控制台114可包括用于医师操作者的用户界面和显示屏(例如触摸屏)。系统100中的控制台通常被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106的导航和定位信息。当控制台114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114可以被容纳在主体中，与塔112分开。
塔112可通过一个或多个缆线116连接件联接到推车102和内窥镜106。在一些实施方案中，可通过延伸到推车102的单根缆线116提供来自塔112的支撑功能，因此简化手术室并消除手术室的混乱。在其他实施方案中，特定功能可联接在单独的布线和连接中。例如，尽管可通过单根缆线向推车102提供电功率，但也可通过一根或多根单独的缆线提供对控制、光学、流体和/或导航的支持。
图2提供了来自图1的基于推车的机器人使能的系统100的推车102的实施方案的详细图示。推车102通常包括细长支撑结构202(也称为“柱”)、推车基部204以及在柱202的顶部处的控制台206。柱202可包括一个或多个托架，诸如用于支持机器人臂104的部署的托架208(另选地为“臂支撑件”)。托架208可包括可单独配置的臂安装件，该臂安装件沿着垂直轴线旋转以调节机器人臂104的基部214，以相对于患者更好地定位。托架208还包括托架接口210，该托架接口允许托架208沿着柱202竖直地平移。
托架接口210通过狭槽诸如狭槽212连接到柱202，该狭槽被定位在柱202的相对侧上以引导托架208的竖直平移。狭槽212包括竖直平移接口以将托架208相对于推车基部204定位并保持在各种竖直高度处。托架208的竖直平移允许推车102调节机器人臂104的到达范围以满足多种台高度、患者尺寸和医师偏好。类似地，托架208上的可单独配置的臂安装件允许机器人臂104的基部214以多种构型成角度。
在一些实施方案中，狭槽212可补充有狭槽盖(未示出)，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208竖直平移时进入柱202的内部腔以及竖直平移接口。狭槽盖可通过被定位在狭槽212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208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208朝向卷轴平移时，卷轴的弹簧负载提供了将盖回缩到卷轴中的力，同时在托架208平移远离卷轴时也保持紧密密封。可使用例如托架接口210中的支架将盖连接到托架208，以确保在托架208平移时盖的适当延伸和回缩。
柱202可在内部包括机构诸如齿轮和马达，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206的输入)生成的控制信号来以机械化方式平移托架208。
机器人臂104通常可包括由一系列连杆218分开的机器人臂基部214和端部执行器216(示出了三个)，该一系列连杆由对应的一系列接头220连接，每个接头220包括独立的致动器，并且每个致动器包括可独立控制的马达。每个可独立控制的接头220表示对应的机器人臂104可用的独立自由度。在例示的实施方案中，每个臂104具有七个接头220，因此提供七个自由度。多个接头220导致多个自由度，从而允许“冗余”的自由度。冗余的自由度允许机器人臂104使用不同的连杆方位和接头角度将其相应的端部执行器216定位在空间中的特定方位、取向和轨迹处。这允许系统100从空间中的期望点定位和导向医疗器械，同时允许医师使臂接头220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204在地板上平衡柱202、托架208和臂104的重量。因此，推车基部204容纳较重的部件，诸如电子器件、马达、功率源以及使得推车能够移动和/或固定的部件。例如，推车基部204包括允许推车在规程之前容易地围绕房间移动的滚转脚轮222。在到达适当方位之后，脚轮222可使用轮锁固定，以在规程期间将推车102保持在适当方位。
被定位在柱202的竖直端部处的控制台206允许用于接收用户输入的用户界面和显示屏(或两用装置，诸如例如触摸屏224)两者向医师用户提供术前和术中数据两者。触摸屏224上的潜在术前数据可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。触摸屏224上的术中数据可包括从工具、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206可被定位和倾斜成允许医师从柱202的与托架208相对的侧面接近控制台。从该方位，医师可在从推车102后面操作控制台206的同时观察控制台206、机器人臂104和患者。如图所示，控制台206还包括用于帮助操纵和稳定推车102的柄部226。
图3A示出了被布置用于输尿管镜检查的图1的系统100的实施方案。在输尿管镜规程中，推车102可被定位成将输尿管镜302(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，可期望输尿管镜302直接与患者的尿道对准以减少敏感解剖结构上的摩擦和力。如图所示，推车102可在台的脚部处对准，以允许机器人臂104定位输尿管镜302，以用于直接线性进入患者的尿道。机器人臂104可从台的脚部沿着虚拟轨道304将输尿管镜302通过尿道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302可被导航到膀胱、输尿管和/或肾中以用于诊断和/或治疗应用。例如，可将输尿管镜302引导到输尿管和肾中以使用沿输尿管镜302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，可使用沿输尿管镜302的工作通道向下部署的篮移除最终的结石碎片。
图3B示出了被布置用于血管规程的图1的系统100的另一个实施方案。在血管规程中，系统100可被构造成使得推车102可将医疗器械306(诸如可操纵导管)递送到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102可被定位成朝向患者的腿部和下腹部，以允许机器人臂104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308。在插入动脉中之后，可通过平移器械驱动器108来引导和推进医疗器械306。另选地，推车102可被定位在患者的上腹部周围，以到达另选的血管进入点，诸如例如患者的肩部和腕部附近的颈动脉和臂动脉。
B.机器人系统–台。
机器人使能的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4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400的实施方案。如图所示，系统400包括用于将平台404(示出为“台”或“床”)支撑在地板上的支撑结构或柱402。与基于推车的系统非常相似，系统400的机器人臂406的端部执行器包括器械驱动器408，这些器械驱动器被设计成通过或沿着由器械驱动器408的线性对准形成的虚拟轨道412来操纵细长医疗器械，诸如支气管镜410。在实践中，用于提供荧光镜成像的C形臂可通过将发射器和检测器放置在台404周围而定位在患者的上腹部区域上方。
图5提供了用于讨论目的的没有患者和医疗器械的系统400的另选视图。如图所示，柱402可包括在系统400中示出为环形的一个或多个托架502，该一个或多个机器人臂406可基于该托架。托架502可沿着延伸柱402的长度(高度)的竖直柱接口504平移，以提供不同的有利点，机器人臂406可从这些有利点被定位以到达患者。托架502可使用被定位在柱402内的机械马达围绕柱402旋转，以允许机器人臂406进入台404的多个侧面，诸如患者的两侧。在具有多个托架502的实施方案中，托架502可被单独地定位在柱402上，并且可独立于其他托架502平移和/或旋转。虽然托架502不需要环绕柱402或甚至是圆形的，但如图所示的环形形状有利于托架502围绕柱402旋转，同时保持结构平衡。托架502的旋转和平移允许系统400将医疗器械诸如内窥镜和腹腔镜对准到患者上的不同进入点中。
在(下文相对于图9A更详细地讨论的)其他实施方案中，系统400可包括具有可调式臂支撑件的病人检查台或病床，该可调式臂支撑件呈在病人检查台或病床旁边延伸的杆或轨道的形式。一个或多个机器人臂406(例如，经由具有肘接头的肩部)可附接到可调式臂支撑件，该可调式臂支撑件可被竖直调节。通过提供竖直调节，机器人臂406有利地能够紧凑地存放在病人检查台或病床下方，并且随后在规程期间升高。
臂406可通过包括一系列接头的一组臂安装件506安装在托架502上，这些接头可单独地旋转和/或伸缩地延伸以向机器人臂406提供附加的可构造性。另外，臂安装件506可被定位在托架502上，使得当托架502适当地旋转时，臂安装件506可被定位在台404的同一侧上(如图5所示)、台404的相对侧上(如图7B所示)或台404的相邻侧上(未示出)。
柱402在结构上为台404提供支撑，并且为托架502的竖直平移提供路径。在内部，柱402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402还可将功率和控制信号传送到托架502和安装在其上的机器人臂406。
台基部508具有与图2所示的推车102的推车基部204类似的功能，容纳较重的部件以平衡台/床404、柱402、托架502和机器人臂406。台基部508还可结合刚性脚轮以在规程期间提供稳定性。从台基部508的底部部署的脚轮可在基部508的两侧沿相反方向延伸，并且当系统400需要运动时回缩。
在一些实施方案中，系统400还可包括塔(未示出)，该塔使系统400的功能在台与塔之间进行划分以减小台404的形状因子和体积。如在先前所公开的实施方案中，塔可向台404提供多种支持功能，诸如处理、计算和控制能力、电功率、流体和/或光学以及传感器处理。塔还可以是可运动的，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508中有更多的储存空间，以用于机器人臂406的潜在收起。塔架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，塔还可包括用于待用于注气的气罐的夹持器。
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6示出了被构造成能够在基于台的系统的实施方案中收起机器人臂的系统400的实施方案。在系统400中，一个或多个托架602(未示出)可竖直平移到基部604中以使一个或多个机器人臂606、一个或多个臂安装件608和该托架602收起在基部604内。基部盖610可平移和回缩打开以围绕柱612部署托架602、臂安装件608和臂606，并且闭合以收起该托架、臂安装件和臂，并且在不使用时保护它们。基部盖610可利用膜614沿着其开口的边缘密封，以防止在闭合时灰尘和流体进入。
图7A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400的实施方案。在输尿管镜检查中，台404可包括用于将患者定位成与柱402和台基部508成偏角的旋转部分702。旋转部分702可围绕枢转点(例如，位于患者的头部下方)旋转或枢转，以便将旋转部分702的底部部分定位成远离柱402。例如，旋转部分702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404下方的柱(未示出)竞争空间。通过围绕柱402旋转托架(未示出)，机器人臂406可沿着虚拟轨道706将输尿管镜704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708也可固定到台404的旋转部分702，以在规程期间支撑患者的腿部的位置，并且允许完全进入患者的腹股沟区域。
图7B示出了被布置用于腹腔镜检查规程的系统400的实施方案。在腹腔镜检查规程中，通过患者的腹壁中的一个或多个小切口，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内的解剖结构的细长刚性构件，诸如轴。在患者腹腔充气之后，可以引导器械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，器械可以包括镜，诸如腹腔镜。如图7B所示，系统400的托架502可被旋转并且竖直调节，以将成对的机器人臂406定位在台404的相对侧上，使得可使用臂安装件506将器械710定位成穿过患者两侧上的最小切口以到达他/她的腹腔。
为了适应腹腔镜检查规程，系统400还可将平台倾斜到期望的角度。图7C示出了具有俯仰或倾斜调节的系统400的实施方案。如图7C所示，系统400可适应台404的倾斜，以将台404的一部分定位在比另一部分距底板更远的距离处。另外，臂安装件506可以旋转以匹配倾斜，使得臂406与台404保持相同的平面关系。为了适应更陡的角度，柱402还可包括伸缩部分712，该伸缩部分允许柱402的竖直延伸以防止台404接触地板或与基部508碰撞。
图8提供了台404与柱402之间的接口的详细图示。俯仰旋转机构802可被构造成能够以多个自由度改变台404相对于柱402的俯仰角。俯仰旋转机构802可通过将正交轴线A和B定位在柱台接口处来实现，每条轴线由单独的马达804a和804b响应于电俯仰角命令而致动。沿着一个螺杆806a的旋转将使得能够在一个轴线A中进行倾斜调节，而沿着另一个螺杆806b的旋转将使得能够沿着另一个轴线B进行倾斜调节。在一些实施方案中，球接头可用于以多个自由度改变台404相对于柱402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。头低脚高位致使患者的内部器官通过重力滑向他/她的上腹部，从而清理出腹腔以使微创工具进入并且执行下腹部外科或医疗规程，诸如腹腔镜前列腺切除术。
图9A和图9B分别示出了基于台的外科机器人系统900的另选实施方案的等轴视图和端视图。外科机器人系统900包括可被构造成能够相对于台904支撑一个或多个机器人臂(参见例如图9C)的一个或多个可调式臂支撑件902。在例示的实施方案中，示出了单个可调式臂支撑件902，但是附加的臂支撑件可设置在台904的相对侧上。可调式臂支撑件902可被构造，使得其可相对于台904移动，以调节和/或改变可调式臂支撑件902和/或安装到该可调式臂支撑件的任何机器人臂相对于台904的方位。例如，可调式臂支撑件902可相对于台904以一个或多个自由度进行调节。可调式臂支撑件902为系统900提供高灵活性，包括容易地将该一个或多个可调式臂支撑件902和附接到其的任何机器人臂收起在台904下方的能力。可调式臂支撑件902可从收起方位升高到台904的上表面下方的方位。在其他实施方案中，可调式臂支撑件902可从收起方位升高到台904的上表面上方的方位。
可调式臂支撑件902可提供若干自由度，包括提升、侧向平移、倾斜等。在图9A和图9B的例示实施方案中，臂支撑件902被构造成具有四个自由度，这些自由度在图9A中用箭头示出。第一自由度允许在z方向上(“Z提升”)调节可调式臂支撑件902。例如，可调式臂支撑件902可包括托架906，该托架被构造成能够沿着或相对于支撑台904的柱908向上或向下移动。第二自由度可允许可调式臂支撑件902倾斜。例如，可调式臂支撑件902可包括旋转接头，该旋转接头可允许可调式臂支撑件902在头低脚高位与床对准。第三自由度可允许可调式臂支撑件902“向上枢转”，这可用于调节台904的一侧与可调式臂支撑件902之间的距离。第四自由度可允许可调式臂支撑件902沿着台的纵向长度平移。
图9A和图9B中的外科机器人系统900可包括由安装到基部910的柱908支撑的台904。基部910和柱908相对于支撑表面支撑台904。地板轴线912和支撑轴线914在图9B中示出。
可调式臂支撑件902可安装到柱908。在其他实施方案中，臂支撑件902可安装到台904或基部910。可调式臂支撑件902可包括托架906、杆或轨道连接件916以及杆或轨道918。在一些实施方案中，安装到轨道918的一个或多个机器人臂可相对于彼此平移和移动。
托架906可通过第一接头920附接到柱908，该第一接头允许托架906相对于柱908移动(例如，诸如沿第一轴线或竖直轴线922上下移动)。第一接头920可向可调式臂支撑件902提供第一自由度(“Z提升”)。可调式臂支撑件902可包括第二接头924，该第二接头为可调式臂支撑件902提供第二自由度(倾斜)。可调式臂支撑件902可包括第三接头926，该第三接头可为可调式臂支撑件902提供第三自由度(“向上枢转”)。可提供附加接头928(在图9B中示出)，该附加接头机械地约束第三接头926以当轨道连接件916围绕第三轴线930旋转时保持轨道918的取向。可调式臂支撑件902可包括第四接头932，该第四接头可沿着第四轴线934为可调式臂支撑件902提供第四自由度(平移)。
图9C示出了具有安装在台904的相对侧上的两个可调式臂支撑件902a和902b的外科机器人系统900的端视图。第一机器人臂936a附接到第一可调式臂支撑件902a的杆或轨道918a。第一机器人臂936a包括附接到第一轨道918a的基部938a。第一机器人臂936a的远侧端部包括可附接到一个或多个机器人医疗器械或工具的器械驱动机构或输入件940a。类似地，第二机器人臂936b包括附接到第二轨道918b的基部938a。第二机器人臂936b的远侧端部包括被构造成能够附接到一个或多个机器人医疗器械或工具的器械驱动机构或输入件940b。
在一些实施方案中，机器人臂936a、936b中的一者或多者包括具有七个或更多个自由度的臂。在一些实施方案中，机器人臂936a、936b中的一者或多者可包括八个自由度，包括插入轴线(包括插入的1个自由度)、腕部(包括腕部俯仰、偏航和滚转的3个自由度)、肘部(包括肘部俯仰的1个自由度)、肩部(包括肩部俯仰和偏航的2个自由度)以及基部938a、938b(包括平移的1个自由度)。在一些实施方案中，插入自由度可由机器人臂936a、936b提供，而在其他实施方案中，器械本身经由基于器械的插入架构提供插入。
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“工具驱动器”、“器械驱动机构”、“器械装置操纵器”和“驱动输入件”)，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灭菌的需要；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灭菌。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灭菌或处置。相比之下，器械驱动器不需要被改变或灭菌，并且可以被覆盖以便保护。
图10示出了根据一个或多个实施方案的示例性器械驱动器1000。定位在机器人臂的远侧端部处的器械驱动器1000包括一个或多个驱动输出件1002，其以平行轴线布置以经由对应的驱动轴1004向医疗器械提供受控扭矩。每个驱动输出件1002包括用于与器械相互作用的单独的驱动轴1004，用于将马达轴旋转转换成期望扭矩的齿轮头1006，用于生成驱动扭矩的马达1008，和用以测量马达轴的速度并且向控制电路1012提供反馈的编码器1010，该控制电路还可用于接收控制信号并且致动驱动输出件1002。每个驱动输出件1002被独立地控制和机动化，器械驱动器1000可向医疗器械提供多个(如图10所示为至少两个)独立的驱动输出件。在操作中，控制电路1012接收控制信号，将马达信号传输到马达1008，将由编码器1010测量的最终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件，同时保持驱动轴与驱动输入件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件配合的一系列旋转输入件和旋转输出件。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灭菌的区域(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灭菌的区域(即，无菌区)与患者对接。
D.医疗器械。
图11示出了具有成对器械驱动器1102的示例性医疗器械1100。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1100(另选地称为“外科工具”)包括细长轴1104(或细长主体)和器械基部1106。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1106通常可包括可旋转驱动输入件1108(例如，插孔、滑轮或卷轴)，这些驱动输入件被设计成与延伸穿过机器人臂1112的远侧端部处的器械驱动器1102上的驱动接口的驱动输出件1110配合。当物理连接、闩锁和/或联接时，器械基部1106的配合的驱动输入件1108可与器械驱动器1102中的驱动输出件1110共享旋转轴线，以允许扭矩从驱动输出件1110传递到驱动输入件1108。在一些实施方案中，驱动输出件1110可包括花键，其被设计成与驱动输入件1108上的插孔配合。
细长轴1104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1104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)，或者包含柔性部分和刚性部分两者的定制组合。当被设计用于腹腔镜检查时，轴1104的远侧端部可连接到端部执行器，该端部执行器从由具有至少一个自由度的连接叉形成的接头腕部和外科工具或医疗器械(诸如例如，抓握器或剪刀)延伸，当驱动输入件1008响应于从器械驱动器1102的驱动输出件1110接收到的扭矩而旋转时，该外科工具可基于来自腱的力来致动。当设计用于内窥镜检查时，柔性细长轴1104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1102的驱动输出件1110接收到的扭矩而进行关节运动和弯曲。
在一些实施方案中，来自器械驱动器1102的扭矩使用腱沿着轴1104向下传递到细长轴1104。这些单独的腱(例如，牵拉线)可单独地锚定至器械柄部1106内的单独的驱动输入件1108。从柄部1106，沿着细长轴1104的一个或多个牵拉腔向下导向腱并且将其锚定在细长轴1104的远侧部分处，或者锚定在细长轴的远侧部分处的腕部中。在外科规程诸如腹腔镜、内窥镜或混合规程期间，这些腱可联接到远侧安装的端部执行器，诸如腕部、抓握器或剪刀。在此类布置下，施加在驱动输入件1108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，腱可以致使接头围绕轴线旋转，从而致使端部执行器沿一个方向或另一个方向运动。另选地，腱可连接到细长轴1104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，腱可经由粘合剂、控制环或其他机械固定件联接到沿着细长轴1104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，施加在驱动输入件1108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，可平行于细长轴1104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1104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1104的远侧端部处的操作区域的工作通道。轴1104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，该光学组件可包括光学相机。轴1104也可容纳光纤，以将来自位于近侧的光源(诸如发光二极管)的光载送到轴的远侧端部。
在器械1100的远侧端部处，远侧末端还可包括用于将用于诊断和/或治疗、冲洗和抽吸的工具递送到手术部位的工作通道的开口。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11的示例中，驱动轴的轴线以及因此驱动输入件轴线与细长轴的轴线正交。然而，该布置使细长轴1104的滚转能力复杂化。沿着细长轴1104的轴线滚转该细长轴同时保持驱动输入件1108静止会引起当腱从驱动输入件1108延伸出去并且进入细长轴1104内的牵拉腔时，腱的不期望的缠结。此类腱的最终缠结可破坏旨在预测柔性细长轴在内窥镜式规程期间的运动的任何控制算法。
图12示出了圆形器械驱动器1200和对应的器械1202(另选地称为“外科工具”)的另选设计，其中驱动单元的轴线平行于器械1202的细长轴1206的轴线。如图所示，器械驱动器1200包括四个驱动单元，其中对应的驱动输出件1208在机器人臂1210的端部处平行对准。驱动单元和它们相应的驱动输出件1208被容纳在由组件1212内的驱动单元中的一个驱动单元驱动的器械驱动器1200的旋转组件1212中。响应于由旋转驱动单元提供的扭矩，旋转组件1212沿着圆形轴承旋转，该圆形轴承将旋转组件1212连接到器械驱动器1200的非旋转部分1214。电功率和控制信号可通过电触点从器械驱动器1200的非旋转部分1214传送到旋转组件1212，这些电触点通过由刷滑环连接件(未示出)的旋转来保持。在其他实施方案中，旋转组件1212可响应于集成到不可旋转部分1214中的单独的驱动单元，并且因此不平行于其他驱动单元。旋转组件1212允许器械驱动器1200允许驱动单元及其相应的驱动输出件1208作为单个单元围绕器械驱动器轴线1216旋转。
与先前所公开的实施方案类似，器械1202可包括细长轴1206和器械基部1218(以虚线示出)，该器械基部包括被构造成能够与器械驱动器1200的驱动输出件1208配合的多个驱动输入件1220(诸如插孔、滑轮和卷轴)。与先前公开的实施方案不同，器械轴1206从器械基部1218的中心延伸，该器械基部的轴线基本上平行于驱动输入件1220的轴线，而不是如图11的设计中那样正交。
当联接到器械驱动器1200的旋转组件1212时，包括器械基部1218和器械轴1206的医疗器械1202与旋转组件1212组合地围绕器械驱动器轴线1216旋转。由于器械轴1206被定位在器械基部1218的中心处，因此当附接时器械轴1206与器械驱动器轴线1216同轴。因此，旋转组件1212的旋转致使器械轴1206围绕其自身的纵向轴线旋转。此外，当器械基部1218与器械轴1206一起旋转时，连接到器械基部1218中的驱动输入件1220的任何腱在旋转期间都不缠结。因此，驱动输出件1208、驱动输入件1220和器械轴1206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。
图13示出了根据一些实施方案的具有基于器械的插入架构的医疗器械1300。器械1300(另选地称为“外科工具”)可联接到本文以上所讨论的器械驱动器中的任一器械驱动器，并且如图所示，可包括细长轴1302、连接到轴1302的端部执行器1304和联接到轴1302的柄部1306。细长轴1302包括管状构件，该管状构件具有近侧部分1308a和远侧部分1308b。细长轴1302包括沿着其外表面的并且被构造成能够接纳穿过其中的一根或多根线或缆线1312的一个或多个通道或沟槽1310。因此，一根或多根缆线1312沿着细长轴1302的外表面延伸。在其他实施方案中，缆线1312也可延伸穿过细长轴1302。缆线1312的操纵(例如，经由器械驱动器)引起端部执行器1304的致动。
器械柄部1306(也可称为器械基部)通常可包括附接接口1314，该附接接口具有一个或多个机械输入件1316，例如插孔、滑轮或卷轴，该一个或多个机械输入件被设计成与器械驱动器的附接表面上的一个或多个驱动输出件往复地配合。
在一些实施方案中，器械1300包括使得细长轴1302能够相对于柄部1306平移的一系列滑轮或缆线。换句话讲，器械1300本身包括基于器械的插入架构，该架构适应器械的插入，从而使对机器人臂的依赖最小化以提供器械1300的插入。在其他实施方案中，机器人臂可以很大程度上负责器械插入。
E.控制器。
本文所述的机器人系统中的任一个机器人系统可包括用于操纵附接到机器人臂的器械的输入装置或控制器。在一些实施方案中，控制器可与器械(例如，通信地、电子地、电气、无线地和/或机械地)耦合，使得控制器的操纵例如经由主从控制而致使器械对应操纵。
图14是控制器1400的实施方案的透视图。在本实施方案中，控制器1400包括可具有阻抗和导纳控制两者的混合控制器。在其他实施方案中，控制器1400可仅利用阻抗或被动控制。在其他实施方案中，控制器1400可仅利用导纳控制。通过作为混合控制器，控制器1400有利地在使用时可具有较低的感知惯性。
在例示的实施方案中，控制器1400被构造成能够允许操纵两个医疗器械，并且包括两个柄部1402。柄部1402中的每个柄部连接到万向支架1404，并且每个万向支架1404连接到定位平台1406。
如图14所示，每个定位平台1406包括通过棱柱接头1412联接到柱1410的选择顺应性装配机器人臂(SCARA)1408。棱柱接头1412被构造成能够沿着柱1410(例如，沿着轨道1414)平移，以允许柄部1402中的每个柄部在z方向上平移，从而提供第一自由度。SCARA臂1408被构造成能够允许柄部1402在x-y平面中移动，从而提供两个附加自由度。
在一些实施方案中，一个或多个负荷传感器被定位在控制器1400中。例如，在一些实施方案中，负荷传感器(未示出)被定位在万向支架1404中的每个万向支架的主体中。通过提供负荷传感器，控制器1400的部分能够在导纳控制下操作，从而在使用时有利地减小控制器1400的感知惯性。在一些实施方案中，定位平台1406被构造用于导纳控制，而万向支架1404被构造用于阻抗控制。在其他实施方案中，万向支架1404被配置用于导纳控制，而定位平台1406被配置用于阻抗控制。因此，对于一些实施方案，定位平台1406的平移自由度或方位自由度可依赖于导纳控制，而万向支架1404的旋转自由度依赖于阻抗控制。
F.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，以改进仅通过基于辐射的成像模态获得的信息。
图15是示出了根据示例性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1500的框图。定位系统1500可以是被构造成能够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，计算机装置可位于图1所示的塔112、图1至图3B所示的推车102、图4至图9所示的床等中。
如图15所示，定位系统1500可包括定位模块1502，该定位模块处理输入数据1504a、1504b、1504c和1504d以生成用于医疗器械的远侧末端的位置数据1506。位置数据1506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1504a-d。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，该三维图像被可视化，例如作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。可从CT图像确定和近似诸如中心线几何形状的技术，以形成患者解剖结构的三维体积，其被称为模型数据1504a(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14/523,760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，器械可配备有相机以提供视觉数据1504b。定位模块1502可处理视觉数据1504b以实现一个或多个基于视觉的位置跟踪。例如，术前模型数据可与视觉数据1504b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1504a，机器人系统可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，每个图像连接到模型内的位置。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1502的一些特征可识别术前模型数据1504a中的与解剖腔对应的圆形几何结构并且跟踪那些几何结构的变化以确定选择了哪个解剖腔，以及跟踪相机的相对旋转和/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)可分析视觉数据1504b中的视频序列中的图像像素的位移和平移以推断相机运动。光流技术的示例可以包括运动检测、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)的运动和位置。
定位模块1502可使用实时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1504c。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1504d也可由定位模块1502使用以提供用于机器人系统的方位数据1506。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。
图15所示，定位模块1502可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提供形状数据，定位模块1502可使用该形状数据来确定器械的位置和形状。
定位模块1502可组合地使用输入数据1504a-d。在一些情况下，这种组合可使用概率方法，其中定位模块1502将置信度权重分配给从输入数据1504a-d中的每一者确定的位置。因此，在EM数据1504c可能不可靠的情况下(可能是存在EM干扰的情况)，由EM数据1504c确定的位置的置信度可降低，并且定位模块1502可更严重地依赖于视觉数据1504b和/或机器人命令和运动学数据1504d。
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位置、解剖图等。
2.简介。
本公开的实施方案涉及用于使机器人外科工具的端部执行器进行关节运动的系统和技术。机器人外科工具可包括驱动外壳，该驱动外壳具有第一端部和至少一个花键，该至少一个花键从第一端部延伸并且包括随着该花键的旋转而旋转的驱动齿轮。托架可移动地安装到花键以用于z轴线平移，并且细长轴从托架延伸并且穿过第一端部。端部执行器可布置在细长轴的远侧端部处，并且可进行关节运动的腕部插置在端部执行器与轴的远侧端部之间。激活机构被容纳在托架中或以其他方式由托架承载，并且可操作地联接到驱动齿轮，使得驱动齿轮的旋转对应地致动激活机构。随着激活机构致动，腕部对应地使端部执行器在至少一个平面中进行关节运动。
3.描述。
图16是可结合本公开的一些或全部原理的示例性外科工具1600的等轴侧视图。外科工具1600在某些方面可类似于以上参照图11至图13所述的医疗器械中的任一个医疗器械，并且因此可与机器人外科系统(诸如图1至图13的机器人使能系统100、400和900)结合使用。如图所示，外科工具1600包括细长轴1602、布置在轴1602的远侧端部处的端部执行器1604、以及插置在端部执行器1604与轴1602的远侧端部之间并且将端部执行器联接到轴的远侧端部的可进行关节运动的腕部1606(另选地称为“腕部接头”)。
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构造成能够将外科工具1600以机械的方式和电的方式联接到机器人操纵器的接口。术语“近侧”是指元件的更靠近机器人操纵器的位置，并且术语“远侧”是指元件的更靠近端部执行器1604因此在操作期间更靠近患者的位置。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。
外科工具1600可具有能够执行一种或多种外科功能的多种构型中的任一种构型。在例示的实施方案中，端部执行器1604包括被构造成能够切割并缝合(紧固)组织的外科缝合器，另选地称为“直线切割器”。如图所示，端部执行器1604包括被构造成能够在打开位置与闭合位置之间移动(关节运动)的相对的钳口1610、1612。另选地，端部执行器1604可包括需要相对的钳口的其他类型的器械，诸如但不限于其他外科缝合器(例如，圆形缝合器和线性缝合器)、组织抓紧器、外科剪刀、高级能量血管闭合器、施夹器、针驱动器、包括一对相对的抓持钳口的巴布科克钳、双极性钳口(例如，双极性马里兰抓紧器、夹钳、有孔抓紧器等)等。在其他实施方案中，端部执行器1604可替代地包括能够与当前公开的机器人外科系统和方法结合操作的任何端部执行器或器械。此类端部执行器或器械包括但不限于抽吸冲洗器、内窥镜(例如，相机)或它们的任何组合。
钳口1610、1612中的一者或两者可被构造成能够枢转，以在打开位置与闭合位置之间致动端部执行器1604。在例示的示例中，第二钳口1612能够相对于第一钳口1610旋转(可枢转)以在打开、未夹紧位置与闭合、夹紧位置之间移动。然而，在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，第一钳口1610可相对于第二钳口1612移动(旋转)。在另一些其他实施方案中，两个钳口1610、1612都可移动以在打开位置与闭合位置之间致动端部执行器1604。
在例示的示例中，第一钳口1610称为“仓”或“通道”钳口，并且第二钳口1612称为“砧座”钳口。第一钳口1610可包括容纳或支撑钉仓的框架，并且第二钳口1612相对于第一钳口1610被枢转地支撑并且限定作为砧座操作的表面以在操作期间使从钉仓射出的钉变形。
腕部1606使得端部执行器1604能够相对于轴1602进行关节运动(枢转)，并从而将端部执行器1604定位在相对于外科部位的各种期望取向和位置处。在例示的实施方案中，腕部1606被设计成允许端部执行器1604相对于轴1602的纵向轴线A1左右枢转(旋转)。然而，在其他实施方案中，腕部1606可被设计成提供多个自由度，包括一个或多个平移变量(即，进退、升沉和摇摆)和/或一个或多个旋转变量(即，欧拉角或滚转、俯仰和偏航)。平移变量和旋转变量描述了外科系统的部件(例如，端部执行器1604)相对于给定参考笛卡尔坐标系的位置和取向。“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。
在例示的实施方案中，腕部1606处的枢转运动被限制为单个平面中的移动，例如，仅相对于纵向轴线A1的偏航移动。端部执行器1604在图16中被示出为处于非关节运动位置，在该位置，端部执行器1604的纵向轴线与轴1602的纵向轴线A1基本上对准，使得端部执行器1604相对于轴1602成基本上为零的角度。在关节运动位置，端部执行器1604的纵向轴线将与纵向轴线A1成角度地偏移，使得端部执行器1604将相对于轴1602以非零角度取向。
仍然参见图16，外科工具1600可包括容纳致动系统的驱动外壳1614，该致动系统被设计成有利于腕部1606的关节运动和端部执行器1604的致动(操作)(例如，夹持、击发、旋转、关节运动、能量递送等)。驱动外壳1614(另选地称为“塔板”)提供各种联接特征，这些联接特征将外科工具1600可释放地联接到机器人外科系统的器械驱动器，如下文更详细地描述的。
驱动外壳1614包括延伸到腕部1606和端部执行器1604的多个驱动构件(在图16中被遮挡)。驱动构件中的一个或多个驱动构件的选择性致动致使端部执行器1604在腕部1606处相对于轴1602进行关节运动(枢转)。一个或多个其他驱动构件的选择性致动致使端部执行器1604致动(操作)。致动端部执行器1604可包括闭合和/或打开钳口1610、1612，从而使得端部执行器1604能够抓持(夹持)到组织上。一旦组织被抓持或夹持在相对的钳口1610、1612之间，致动端部执行器1604还可包括“击发”端部执行器1604，这可指致使切割元件或刀(不可见)在限定于第一钳口1610中的狭槽1616内朝远侧推进。当其朝远侧移动时，切割元件横切抓持在相对的钳口1610、1612之间的任何组织。此外，随着切割元件朝远侧推进，包含在钉仓内(例如，被容纳在第一钳口1610内)的多个钉被推压(做凸轮运动)成与设置在第二钳口1612上的对应砧座表面(例如，凹坑)变形接触。所部署的钉可形成密封所横切的组织的相对侧的多行钉。
如图所示，驱动外壳1614具有第一端部或“远侧”端部1618a和与第一端部1618a相对的第二端部或“近侧”端部1618b。第一端部1618a也称为“柄部”。在一些实施方案中，一个或多个撑条1620(示出了两个)在第一端部1618a与第二端部1618b之间纵向延伸，以有助于固定第一端部1618a与第二端部1618b之间的距离，向驱动外壳1614提供有利的结构稳定性，并且将第一端部1618a固定到第二端部1618b。然而，在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，可省略撑条1620。
驱动外壳1614还可包括导螺杆1622和一个或多个花键1624，它们也在第一端部1618a与第二端部1618b之间纵向延伸。在例示的实施方案中，驱动外壳1614包括第一花键1624a、第二花键1624b和第三花键1624c。虽然在驱动外壳1614中仅示出了三个花键1624a-c，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可包括多于或少于三个花键。与撑条1620不同，导螺杆1622和花键1624a-c可旋转地安装到第一端部1618a和第二端部1618b。如下文更详细地描述的，导螺杆1622和花键1624a-c的选择性旋转致使驱动外壳1614的各种功能发生，诸如使端部执行器1604沿着纵向轴线A1平移(例如，z轴线平移)，从而致使端部执行器1604在腕部1606处进行关节运动(枢转)，致使钳口1610、1612打开和闭合，并且致使端部执行器1604击发(操作)。
驱动外壳1614还包括沿着导螺杆1622和花键1624a-c可移动地安装的托架1626，并且容纳被构造成能够引起端部执行器1604的特定功能操作的各种激活机构。托架1626可包括两个或更多个层，在图16中示出为第一层1628a、第二层1628b、第三层1628c、第四层1628d和第五层1628e。导螺杆1622和花键1624a-c各自延伸穿过层1628a-e中的一个或多个层的部分，以允许托架1626相对于导螺杆1622和花键1624a-c沿着纵向轴线A1平移。在一些实施方案中，层1628a-e可使用在第一层1628a与第五层1628e之间延伸并且穿过在层1628a-e中的一些层或全部层中限定的同轴对准孔的一个或多个机械紧固件1630(两个可见)来彼此串联地固定。虽然示出了五个层1628a-e，但是在不脱离本公开的范围的情况下，在托架1626中可包括多于或少于五个层。
轴1602联接到托架1626并且从该托架穿过驱动外壳1614的第一端部1618a朝远侧延伸。在例示的实施方案中，例如，轴1602在被限定为穿过第一端部1618a的中心孔1632处穿透第一端部1618a。托架1626可沿着纵向轴线A1在第一端部1618a与第二端部1618b之间移动(例如，z轴线平移)，从而能够相对于驱动外壳1614推进或回缩端部执行器1604，如箭头B所指示。更具体地，在一些实施方案中，托架1626包括安装到导螺杆1622并固定在第三层1628c与第四层1628d之间的托架螺母1634。导螺杆1622的外表面限定螺旋状外螺纹，并且托架螺母1634限定能够与导螺杆1622的螺旋状外螺纹配合的对应螺旋状内螺纹(未示出)。因此，导螺杆1622的旋转致使托架螺母1634沿着纵向轴线A1推进或回缩托架1626，并且对应地相对于驱动外壳1614推进或回缩端部执行器1604。
如所指示的那样，导螺杆1622和花键1624a-c可旋转地安装到第一端部1618a和第二端部1618b。更具体地，驱动外壳1614的第一端部1618a可包括一个或多个可旋转的驱动输入件，这些驱动输入件能够致动以独立地驱动(旋转)导螺杆1622和花键1624a-c。在例示的实施方案中，驱动外壳1614包括第一驱动输入件1636a、第二驱动输入件1636b、第三驱动输入件1636c(被轴1602遮挡，参见图17B)和第四驱动输入件1636d。如下所述，每个驱动输入件1636a-d可以能够与器械驱动器的对应驱动输出件配合，使得给定驱动输出件的移动(旋转)对应地使相关联的驱动输入件1636a-d移动(旋转)，从而使配合的导螺杆1622或花键1624a-c旋转。虽然仅示出了四个驱动输入件1636a-d，但是根据具体应用，在驱动外壳1614中可包括多于或少于四个驱动输入件。
第一驱动输入件1636a可以可操作地联接到导螺杆1622，使得第一驱动输入件1636a的旋转对应地使导螺杆1622旋转，这致使托架螺母1634和托架1626根据导螺杆1622的旋转方向沿着纵向轴线A1推进或回缩。如本文所用，短语“可操作地联接”是指直接或间接的联接接合，其中一个部件的移动引起另一个部件的对应移动。相对于可操作地联接到导螺杆1622的第一驱动输入件1636a，此类可操作联接可通过布置在第二端部1618a内的相互啮合的齿轮(未示出)来促进，但在不脱离本公开的范围的情况下，可另选地通过其他机械装置(诸如缆线、滑轮、驱动杆、直接联接件等)来促进。
第二驱动输入件1636b可以可操作地联接到第一花键1624a，使得第二驱动输入件1636b的旋转对应地使第一花键1624a旋转。在一些实施方案中，第一花键1624a可以可操作地联接到托架1626的第一激活机构1638a，并且第一激活机构1638a可以是可操作的以打开和闭合钳口1610、1612。因此，根据第一花键1624a的旋转方向，旋转第二驱动输入件1636b将对应地致动第一激活机构1638a，从而打开或闭合钳口1610、1612。
第三驱动输入件1636c可以可操作地联接到第二花键1624b，使得第三驱动输入件1636c的旋转对应地使第二花键1624b旋转。在一些实施方案中，第二花键1624b可以可操作地联接到托架1626的第二激活机构1638b，并且第二激活机构1638b可以是可操作的以使端部执行器1604在腕部1606处进行关节运动。因此，根据第二花键1624b的旋转方向，旋转第三驱动输入件1636c将对应地致动第二激活机构1638b，从而致使腕部1606以至少一个自由度进行关节运动。
第四驱动输入件1636d可以可操作地联接到第三花键1624c，使得第四驱动输入件1636d的旋转对应地使第三花键1624c旋转。在一些实施方案中，第三花键1624c可以可操作地联接到托架1626的第三激活机构1638c，并且第三激活机构1638c可以是可操作的以击发端部执行器1604处的切割元件(刀)。因此，根据第三花键1624c的旋转方向，使第四驱动输入件1636d旋转将对应地致动第三激活机构1638c，从而致使刀推进或回缩。
在例示的实施方案中，并且如下文更详细地描述的，激活机构1638a-c包括相互啮合的齿轮组件，该齿轮组件包括一个或多个驱动齿轮，该一个或多个驱动齿轮由对应花键1624a-c的旋转驱动并且被构造成能够驱动引起端部执行器1604的特定功能操作的一个或多个对应从动齿轮。然而，本文还设想了，激活机构1638a-c可通过其他类型的机械协作(诸如但不限于皮带或缆线)来操作。
在一些实施方案中，驱动外壳1614可以包括护罩1640，该护罩的尺寸被设定成能够接纳并且以其他方式环绕托架1626、导螺杆1622和花键1624a-c。在例示的实施方案中，护罩1640包括管状或圆柱形结构，其具有能够与驱动外壳1614的第一端部1618a配合的第一端部1642a和能够与驱动外壳1614的第二端部1618b配合的第二端部1642b。托架1626、导螺杆1622和花键1624a-c都可以被容纳在护罩1640的内部，并且托架1626可以接合固定到护罩1640的一个或多个轨道1644(以虚线示出)并且在该一个或多个轨道上来回移动(行驶)。轨道1644纵向延伸并且平行于导螺杆1622，并且其尺寸被设定成能够被接纳在对应凹口1646内，这些对应凹口被限定在托架1626的外周上，并且更具体地被限定在托架层1628a-e中的一个或多个托架层的外周上。随着托架1626沿着纵向轴线A1平移，轨道1644帮助保持托架1626的角度位置并且承担原本可能不利地影响托架1626的移动或操作的任何扭转负载。
图17A是根据一个或多个实施方案的可释放地联接到示例性器械驱动器1702的图16的外科工具1600的等轴视图。器械驱动器1702在一些方面可类似于图11和图12的器械驱动器1102、1200，因此可参考其进行最佳理解。类似于例如器械驱动器1102、1200，器械驱动器1702可安装到机器人臂(未示出)的端部或以其他方式定位在机器人臂的端部处，并且被设计成提供操作外科工具1600所需的原动力。然而，与器械驱动器1102、1200不同，外科工具1600的轴1602延伸穿过并穿透器械驱动器1702。
器械驱动器1702具有主体1704，该主体具有第一端部或“近侧”端部1706a和与第一端部1706a相对的第二端部或“远侧”端部1706b。在例示的实施方案中，器械驱动器1702的第一端部1706a能够与驱动外壳1614的第一端部1618a配合并且可释放地联接到驱动外壳的第一端部，并且外科工具1600的轴1602延伸穿过主体1704并且从第二端部1706b朝远侧延伸。
图17B描绘了图17A的器械驱动器1702和外科工具1600的分开的等轴端视图。在钳口1610、1612闭合的情况下，轴1602和端部执行器1604可以通过延伸穿过在第一端部1706a与第二端部1706b之间被限定为纵向穿过主体1704的中心孔1708而穿透器械驱动器1702。为了使外科工具1600与器械驱动器1702以适当的角度取向对准，一个或多个对准引导件1710可以被设置或以其他方式限定在中心孔1708内并且被构造成能够接合设置在外科工具1600上的一个或多个对应的对准特征1712。在例示的实施方案中，对准特征1712包括被限定在对准喷嘴1714上或以其他方式由该对准喷嘴提供的突出部或突起部，该对准喷嘴从驱动外壳1614的第一端部1618a朝远侧延伸。在一个或多个实施方案中，对准引导件1710可以包括弯曲的或弓形的肩部或唇部，该肩部或唇部被构造成能够随着对准喷嘴1714进入中心孔1708而接纳并引导对准特征1712。结果，随着对准喷嘴1714朝远侧推进穿过中心孔1708，外科工具1600被取向成与器械驱动器1702以适当的角度对准。在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，可省略对准喷嘴1714并且可另选地由在轴1602上设置对准特征1712。
如图所示，驱动接口1716设置在器械驱动器1702的第一端部1706a处，并且从动接口1718设置在驱动外壳1614的第一端部1618a处。驱动接口1716和从动接口1718可以被构造成将驱动外壳1614机械地、磁性地和/或电联接到器械驱动器1702。为了实现这一点，驱动接口1716和从动接口1718可以提供被构造成能够将驱动外壳1614固定到器械驱动器1702的一个或多个能够配合的定位特征。在例示的实施方案中，例如，驱动接口1716提供一个或多个联锁特征部1720(示出了三个)，该一个或多个联锁特征部被构造成能够定位设置在从动接口1718上的一个或多个形状互补的凹坑1722(示出了两个，一个被遮挡)并且与该一个或多个形状互补的凹坑配合。在一些实施方案中，特征1720可以被构造成能够例如经由过盈配合或卡扣配合接合与凹坑1722对准并配合。
器械驱动器1702还包括延伸穿过驱动接口1716以与设置在驱动外壳1614的第一端部1618a处的驱动输入件1636a-d配合的一个或多个驱动输出件。更具体地，器械驱动器1702包括能够与第一驱动输入件1636a配合的第一驱动输出件1724a、能够与第二驱动输入件1636b配合的第二驱动输出件1724b、能够与第三驱动输入件1636c配合的第三驱动输出件1724b、以及能够与第四驱动输入件1636d配合的第四驱动输出件1724d。在一些实施方案中，如图所示，驱动输出件1724a-d可以限定被设计成与驱动输入件1636a-d的对应的花键插孔配合的花键或特征。一旦适当地配合，驱动输入件1636a-d就将与对应的驱动输出件1724a-d共享旋转轴线，以允许旋转扭矩从驱动输出件1724a-d传递到对应的驱动输入件1636a-d。在一些实施方案中，每个驱动输出件1724a-d可以是弹簧加载的并且原本被偏压为远离驱动接口1716朝外弹开。每个驱动输出件1724a-d可以能够部分地或完全地回缩到驱动接口1716中。
在一些实施方案中，器械驱动器1702可以包括附加的驱动输出件，在图17B中描绘为第五驱动输出件1724e和第六驱动输出件1724f。第五驱动输出件1724e和第六驱动输出件1724f可以被构造成能够与驱动外壳1614的附加的驱动输入件(未示出)配合，以有助于承担外科工具1600的一个或多个附加功能。然而，在例示的实施方案中，驱动外壳1614不包括能够与第五驱动输出件1724e和第六驱动输出件1724f配合的附加的驱动输入件。相反，从动接口1718限定被构造成能够接纳第五驱动输出件1724e和第六驱动输出件1724f的对应凹槽1726。然而，在其他应用中，第五驱动输入件和/或第六驱动输入件(未示出)可以被包括在驱动外壳1614中以与第五驱动输出件1724e和第六驱动输出件1724f配合，或者外科工具1600可以被替换为另一外科工具，该另一外科工具具有将由第五驱动输出件1724e和/或第六驱动输出件1724f驱动的第五驱动输入件和/或第六驱动输入件。
虽然未示出，但是在一些实施方案中，器械无菌适配器(ISA)可以放置在器械驱动器1702与外科工具1600之间的接口处。在此类应用中，联锁特征部1720可以作为对准特征和可能的闩锁来操作以用于放置、稳定和固定ISA。ISA的稳定性可以通过由ISA提供并且延伸到器械驱动器1702的中心孔1708中的鼻锥特征来实现。闩锁可以与联锁特征部1720一起或在界面处的其他位置处发生。在一些情况下，ISA将提供帮助对准并便于将外科工具1600闩锁到ISA并同时闩锁到器械驱动器1702的装置。
关节运动机构
图18A是托架1626和第二激活机构1638b的实施方案的放大等轴视图。如上所述，第二花键1624b可以可操作地联接到第二激活机构1638b，使得(经由图16和图17B的第三驱动输入件1636c的旋转)使第二花键1624b旋转将对应地致动第二激活机构1638b，从而致使腕部1606(图16)进行关节运动。如图所示，第二花键1624b纵向延伸穿过被限定在托架1626的第二层1628b和第三层1628c中的同轴对准孔1802。在一些实施方案中，例如，每个孔1802可以被限定在由第二层1628b和第三层1628c中的每一层提供的对应凸角1804中。
驱动齿轮1806可以与第二花键1624b一起被包括并且位于第二层1628b与第三层1628c之间，并且更具体地位于每一层1628b、1628c的凸角1804之间。第二花键1624b可以呈现出能够与驱动齿轮1806配合的横截面形状，使得第二花键1624b的旋转对应地驱动驱动齿轮1806旋转。在一些实施方案中，驱动齿轮1806可以包括围绕第二花键1624b可滑动地设置的单独的组成部件。在此类实施方案中，随着托架1626沿着纵向轴线A1移动(图16)，驱动齿轮1806将沿着第二花键1624b的长度移动，如被捕获在第二层1628b和第三层1628c之间那样。然而，在其他实施方案中，第二花键1624b可以成形为驱动齿轮1806并且以其他方式被构造成能够作为驱动齿轮操作，以有利地减少组成部件的数量。
驱动齿轮1806可以定位在托架1626上以同时与第一或“远侧端部”传动齿轮1808a和第二或“近侧端部”传动齿轮1808b相互啮合。因此，随着花键1624b旋转，驱动齿轮1806同时驱动第一传动齿轮1808a和第二传动齿轮1808b。
图18B是托架1626和第二激活机构1638b的放大侧视图。在图18B中省略了托架1626的第二层1626b和第三层1626c(图18A)，以使得能够更全面地观察第二激活机构1638b。第一传动齿轮1808a和第二传动齿轮1808b可以包括围绕轴1602延伸的环形结构，并且更具体地围绕形成轴1602的一部分的内接地构件或轴1810延伸的环形结构。内接地轴1810在本文称为闭合管1812的轴1602的外部部分内同心地延伸。
第二激活机构1638b还可以包括第一或“远侧”载体1814a(部分可见)和第二或“近侧”载体1814b(以虚线示出)。第一载体1814a径向地插置在内接地轴1810与第一传动齿轮1808a的至少一部分之间，并且第二载体1814b径向地插置在内接地轴1810与第二传动齿轮1808b的至少一部分之间。第一传动齿轮1808a和第二传动齿轮1808b的内螺纹的方向相反(即，一个是左旋的，另一个是右旋的)，并且第一传动齿轮1808a可以能够以螺纹方式接合由第一载体1814a限定的外螺纹，而第二传动齿轮1808b可以能够以螺纹方式接合由第二载体1814b限定的外螺纹。
图18C是根据一个或多个实施方案的第二激活机构1638b的等轴横截面侧视图。如图所示，如上所述，第一载体1814a和第二载体1814b分别径向地插置在内接地轴1810与第一传动齿轮1808a和第二传动齿轮1808b。此外，第一载体1814a可以可操作地联接到第一驱动构件1816a或以其他方式与第一驱动构件配合，该第一驱动构件朝远侧延伸到腕部1606(图16)。如图所示，第一驱动构件1816a布置在被限定在内接地轴1810中的对应狭槽1818内，随着第一驱动构件延伸到腕部1606，该狭槽引导第一驱动构件1816a。类似地，第二载体1814b可以可操作地联接到第二驱动构件1816b或以其他方式与第二驱动构件配合，该第二驱动构件朝远侧延伸到腕部1606。第二驱动构件1816b同样布置在被限定在内接地轴1810中的对应狭槽1820内，随着第二驱动构件1816b延伸到腕部1606，该狭槽引导第二驱动构件。
第一传动齿轮1808a限定内螺纹1822a，该内螺纹能够与被限定在第一载体1814a的外表面上的外螺纹1824a配合，并且第二传动齿轮1808b类似地限定内螺纹1822b，该内螺纹能够与被限定在第二载体1814b的外表面上的外螺纹1824b配合。内螺纹1822a、1822b的螺纹方向相反；即，一个包括左旋螺纹，另一个包括右旋螺纹。因此，随着驱动齿轮1806旋转，该驱动齿轮同时驱动两个传动齿轮1808a、1808b旋转，由于内螺纹1822a、1822b的相反螺纹接合，这继而在共线但相反的轴向方向上同时驱动对应的载体1814a、1814b。根据驱动齿轮1806的旋转方向，载体1814a、1814b可以朝向彼此轴向拉近或远离彼此轴向移动。
第一载体1814a和第二载体1814b相对于内接地轴1810并沿着纵向轴线A1(图16)的相反轴向移动对应地使驱动构件1816a、1816b在相同的相反轴向方向上移动，从而使端部执行器1604(图16和图17B)进行关节运动。在至少一个实施方案中，第一载体1814a和第二载体1814b对抗地操作，使得载体1814a、1814b中的一个载体朝近侧拉动驱动构件1816a、1816b中的一个驱动构件，而另一个载体1814a、1814b类似地朝远侧推动另一个驱动构件1816a、1816b。沿着内接地轴1810设置在载体1814a、1814b之间的间隙1826允许载体1814a、1814b朝向和远离彼此移动，从而提供间隙以便于顺时针和逆时针关节运动。随着载体1814a、1814b朝向彼此轴向拉近，端部执行器1604将在第一方向上进行关节运动，并且随着载体1814a、1814b远离彼此轴向移动，端部执行器1604将在与第一方向相反的第二方向上进行关节运动。
参见图19，同时继续参见图18C，示出了根据一个或多个实施方案的端部执行器1604的放大视图和腕部1606的暴露视图。在图19中，内接地轴1810(图18B至图18C)已被移除以使得能够观察驱动构件1816a、1816b如何与端部执行器1604互连或以其他方式可操作地连接到该端部执行器。在例示的实施方案中，端部执行器1604安装到端部执行器安装件1902，该端部执行器安装件限定或以其他方式提供两个关节运动销1904，并且每个驱动构件1816a、1816b的远侧端部可旋转地安装到对应的一个关节运动销1904。驱动构件1816a、1816b还在远侧端部处经由远侧连杆1906互连以共同构成连杆，该连杆被构造成能够帮助使端部执行器安装件1902，因此使端部执行器1604在平行于纵向轴线A1的平面中进行关节运动。
在这种构造中，驱动构件1816a、1816b沿着纵向轴线A1对抗地且平行地平移，使得随着第一驱动构件1816a朝远侧移动，第二驱动构件1816b朝近侧移动，反之亦然。此外，第一驱动构件1816a的朝远侧移动和第二驱动构件1816b的同时朝近侧移动协同地作用在端部执行器安装件1902上，以致使端部执行器1604逆时针旋转，如箭头C1所指示。相反，第一驱动构件1816a的朝近侧移动和第二驱动构件1816b的同时朝远侧移动协同地作用在端部执行器安装件1902上，以致使端部执行器1604顺时针旋转，如箭头C2所指示。
图20是第二激活机构1638b的另一个实施方案的放大横截面侧视图。图20中所示的实施方案在某些方面类似于图18A至图18C的第二激活机构1638b的实施方案，因此可参考其进行最佳理解。类似于例如图18A至图18C的实施方案，图20的第二激活机构1638b包括分别径向地插置在内接地轴1810与第一传动齿轮1808a和第二传动齿轮1808b之间的第一载体1814a和第二载体1814b。此外，第一载体1814a可操作地联接到第一驱动构件1816a或以其他方式与第一驱动构件配合，并且第二载体1814b可操作地联接到第二驱动构件1816b或以其他方式与第二驱动构件配合，并且驱动构件1816a、1816b朝远侧延伸到腕部1606(图16和图19)。第一传动齿轮1808a的内螺纹1822a与第一载体1814a的外螺纹1824a配合，并且第二传动齿轮1808b的内螺纹1822b类似地与第二载体1814b的外螺纹1824b配合，并且内螺纹1822a、1822b的螺纹方向也相反。
然而，与图18A至图18C的第二激活机构1638b的实施方案不同，图20的实施方案包括两个花键和两个对应的驱动齿轮。更具体地，第一驱动齿轮2002a可以与第二花键1624b一起被包括，使得第二花键1624b的旋转对应地使第一驱动齿轮2002a旋转，并且第二驱动齿轮2002b可以与第四花键1624d一起被包括，使得第四花键1624d的旋转对应地使第二驱动齿轮2002b旋转。如上所述，第三驱动输出件1724b(图17B)可以驱动第三驱动输入件1636c(图16和图17B)以使第二花键1624b旋转。在一个或多个实施方案中，第四花键1624d可以在驱动外壳1614的第一端部1618a处(图16和图17B)可操作地联接到第五驱动输入件(未示出)并且由第五驱动输出件1724e或第六驱动输出件1724f(图17B)中的一者驱动。在此类实施方案中，第五驱动输出件1724e或第六驱动输出件1724f的致动将对应地致使第四花键1624d旋转从而使第二驱动齿轮2002b旋转。
两个驱动齿轮2002a、2002b可以位于第二1628b和第三层1628c之间。第一驱动齿轮2002a可以定位成与第一传动齿轮1808a相互啮合，并且第二驱动齿轮2002b可以定位成与第二传动齿轮1808b相互啮合。随着第一驱动齿轮2002a旋转，第一传动齿轮1808a对应地旋转并且由于相互啮合的内螺纹1822a和外螺纹1824a的螺纹接合而沿着纵向轴线A1轴向驱动第一载体1814a。类似地，随着第二驱动齿轮2002b旋转，第二传动齿轮1808b对应地旋转并且由于相互啮合的内螺纹1822b和外螺纹1824b的螺纹接合而沿着纵向轴线A1轴向驱动第二载体1814b。根据驱动齿轮2002a、2002b的旋转方向，载体1814a、1814b可以朝向或远离彼此轴向移动。
第一载体1814a和第二载体1814b沿着纵向轴线A1的轴向移动协同地致动驱动构件1816a、1816b，从而使端部执行器1604(图16和图19)进行关节运动。在至少一个实施方案中，第一载体1814a和第二载体1814b对抗地操作，使得载体1814a、1814b中的一个载体朝近侧拉动驱动构件1816a、1816b中的一个驱动构件，而另一个载体1814a、1814b朝远侧推动另一个驱动构件1816a、1816b。然而，在一些实施方案中，第一载体1814a和第二载体1814b可以独立地操作而另一者不进行操作(受影响)，因此在一个减小另一个的力效应的情况下对抗地操作。在对抗操作中，载体1814a、1814b中的一者用第一力朝近侧(或朝远侧)拉动(或推动)与其相关联的驱动构件1816a、1816b，而载体1814a、1814b中的另一者用第二力朝近侧(或朝远侧)拉动(或推动)与其相关联的驱动构件1816a、1816b，其中第一力大于第二力，使得第一力可以克服第二力，以及装置的内部损失(即，摩擦)和经由外部环境施加至端部执行器1604的负载。将会知道，这确保提供第一力的载体1814a、1814b朝近侧(或朝远侧)移动，而提供第二力的载体1815a、1815b朝远侧(或朝近侧)移动。
存储在计算机系统上的软件可被配置为控制驱动输出件1724b和1724e或1724f(图17B)，这些驱动输出件分别驱动第二花键1624b和第四花键1624d的旋转，从而使载体1814a、1814b以及对应的驱动构件1816a、1816b的致动(移动)同步。在一些实施方案中，软件还可被配置为减小载体1814a、1814b的移动的滞后或放松(迟缓)，这对应地减小端部执行器1604的关节运动的滞后或放松(迟缓)。在例如图20的实施方案中，一个驱动输出件1724b或1724e、1724f可以逆时针转动，而另一个驱动输出件1724b或1724e、1724f通过顺时针转动进行补偿。此外，一个驱动输出件1724b或1724e、1724f可以滞后于或先于另一个，这取决于机构滞后或发送。因此，此类控制算法可以用于补偿、减小滞后并且减小驱动输入件1636a-d(图16和图17B)中的一个或多个驱动输入件的迟缓。
再次参见图19，同时继续参见图20，为了使端部执行器1604顺时针C2进行关节运动，第一驱动构件1816a朝近侧移动并且第二驱动构件1816b朝远侧移动。在此类操作中，第一驱动构件1816a可以朝近侧移动比第二驱动构件1816b朝远侧移动更大的距离，这允许第二驱动构件1816b在其行进时保持小于第一驱动构件1816a的拉力，这有助于减少滞后和/或放松。为了使端部执行器1604逆时针C1进行关节运动，第二驱动构件1816b朝近侧移动并且第一驱动构件1816a朝远侧移动。在此类操作中，第二驱动构件1816b朝近侧移动比第一驱动构件1816a朝远侧移动更大的距离，这允许第一驱动构件1816a在其行进时保持小于第二驱动构件1816b的拉力，这同样有助于减小滞后和/或放松。
图21A和图21B分别是根据一个或多个实施方案的示例性托架2100的放大等轴顶视图和底视图。托架2100在一些方面可类似于图16和图18A至图18C的托架1626，因此可参考其进行最佳理解。在一些应用中，托架2100可以替代图16的驱动外壳1614中的托架1626。如图所示，托架可以包括两个或更多个层，在图21A至图21B中示出为第一层2102a、第二层2102b、第三层2102c和第四层2102d。虽然示出了四个层2102a-e，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可以在托架2100中包括多于或少于四个层。轴1602联接到托架2100并且从托架朝远侧延伸，并且通过使导螺杆1622上下移动(来回移动)，托架2100能够沿着纵向轴线A1平移，如以上参照图16大致描述的。随着托架2100沿着纵向轴线A1移动，端部执行器1604(图16)对应地推进或回缩。
在例示的实施方案中，托架2100包括可操作以使端部执行器1604在腕部1606(图16和图19)处进行关节运动的激活机构2104。激活机构2104可以在某些方面类似于第二激活机构1638b(图16和图18A至图18C)并且可以通过第二花键1624b的旋转而被致动。在例示的实施方案中，第二花键1624b可操作地联接到激活机构2104，使得(例如，经由图16和图17B的第三驱动输入件1636c的旋转)使第二花键1624b旋转对应地致动激活机构2104，从而致使腕部1606进行关节运动。更具体地，驱动齿轮1806与第二花键1624b一起被包括并且定位成与从动齿轮2106相互啮合，该从动齿轮联接到关节运动筒2108或以其他方式形成关节运动筒的一部分。随着花键1624b旋转，驱动齿轮1806驱动从动齿轮2106并且对应地使关节运动筒2108围绕纵向轴线A1旋转。
关节运动筒2108限定或以其他方式提供一个或多个凸轮槽或轮廓，在图21A至图21B中部分地示出为第一凸轮轮廓2110a(图21A)和第二凸轮轮廓2110b(图21B)。激活机构2104还包括第一从动销2112a(图21A)和第二从动销2112b(图21B)。第一从动销2112a延伸穿过第一凸轮轮廓2110a并且联接到第一载体2114a(图21A)，并且第二从动销2112b延伸穿过第二凸轮轮廓2110b并且联接到第二载体2114b(图21B)。每个凸轮轮廓2110a、2110b围绕关节运动筒2108的圆周(例如，以螺旋模式)延伸，但是这些轮廓以相反的角度限定。
随着驱动齿轮1806驱动从动齿轮2106，关节运动筒2108对应地围绕纵向轴线A1旋转，因此推压从动销2112a、2112b分别横穿成相反角度的凸轮轮廓2110a、2110b。随着从动销2112a、2112b横穿凸轮轮廓2110a、2110b，沿着纵向轴线A1在共线但相反的轴向方向上推压下方的载体2114a、2114b。根据驱动齿轮1806的旋转方向，载体1814a、1814b可以朝向彼此轴向拉近或远离彼此轴向移动。
在一些实施方案中，如图所示，激活机构2104还可以包括第一关节运动扭矩杆2116a(图21A)和第二关节运动扭矩杆2116b(图21B)。使用一个或多个机械紧固件2118(例如，螺杆、螺栓等)将关节运动扭矩杆2116a、2116b固定到托架2100。在例示的实施方案中，关节运动杆2116a、2116b在第二层2102b和第三层2102c之间延伸，并且可以在每个端部处固定到每一层2102b、2102c。每个关节运动扭矩杆2116a、2116b可以限定狭槽2120，该狭槽的尺寸被设定成能够接纳对应的从动销2112a、2112b的头部。在激活机构2104的致动/操作期间，关节运动扭矩杆2116a、2116b可以有助于保持对应的从动销2112a、2112b的轴向位置。更具体地，随着关节运动筒2108旋转，从动销2112a、2112b将随着它们横穿对应的凸轮轮廓2110a、2110b而同样具有旋转的倾向。将每个从动销2112a、2112b的头部接纳在每个固定关节运动扭矩杆2116a、2116b的狭槽2120内将帮助防止从动销2112a、2112b旋转，反而保持它们的轴向位置。
图22A和图22B分别为根据一个或多个实施方案的激活机构2104的一部分的等轴顶视图和底视图。在图22A至图22B中省略了托架2100的许多组成部件，以使得能够更全面地观察激活机构2104的各个部件。如图所示，关节运动筒2108可以包括围绕轴1602并且更具体地围绕内接地轴1810延伸的大致圆柱形结构。第一载体2114a和第二载体2114b插置在内接地轴1810与关节运动筒2108之间，并且能够沿着纵向轴线A1独立地移动。第一载体2114a可以可操作地联接到第一驱动构件1816a(图22A)，该第一驱动构件至少部分地在被限定在内接地轴1810中的狭槽1818内朝远侧延伸到腕部1606(图16)。此外，第二载体2114b可以可操作地联接到第二驱动构件1816b(图22B)，该第二驱动构件至少部分地在被限定在内接地轴1810中的狭槽1820内朝远侧延伸到腕部1606。
从动销2112a、2112b分别延伸穿过对应的凸轮轮廓2110a、2110b并且联接到相关联的载体2114a、2114b。在一些实施方案中，从动销2112a、2112b中的一者或两者可以由润滑材料制成或涂覆有润滑材料，这些从动销被构造成能够随着关节运动筒2108的旋转而压靠在凸轮轮廓2110a、2110b的内壁上，因此减小摩擦。然而，在其他实施方案中，并且如图所示，从动销2112a、2112b中的一者或两者可以包括一个或多个轴承，示出为第一轴承2202a和第二轴承2202b。在例示的实施方案中，第一轴承2202a和第二轴承2202b堆叠在彼此的顶部上，并且每个从动销2112a、2112b的轴延伸穿过第一轴承2202a和第二轴承2202b。第一轴承2202a可以被构造成能够随着关节运动筒2108旋转并且从动销2112a、2112b分别被推压横穿凸轮轮廓2110a、2110b而压靠在凸轮轮廓2110a、2110b的内壁上，因此减小摩擦。第二轴承2202b可以被构造成能够压靠在被限定在对应的扭矩关节运动杆2116a、2116b(图21A至图21B)中的狭槽2120(图21A至图21B)的内壁上，以防止从动销2112a、2112b随着关节运动筒2108旋转而旋转移动。
关节运动筒2108具有第一端部2204a和第二端部2204b，并且从动齿轮2106可被限定或以其他方式设置在第一端部2204a处或附近，但可另选地设置在第二端部2204b处或附近，或设置在第一端部2204a与第二端部2204b之间的任何其他位置处。当致动激活机构2104时，驱动齿轮1806驱动从动齿轮2106，从而使关节运动筒2108围绕纵向轴线A1旋转。随着关节运动筒2108旋转，沿着纵向轴线A1在共线但相反的轴向方向上推压从动销2112a、2112b，使其分别横穿凸轮轮廓2110a、2110b，并且对应地推压互连的载体2114a、2114b。随着载体2114a、2114b轴向移动，互连的驱动构件1816a、1816b同时在相同方向上移动，从而致使端部执行器1604(图16和图19)进行关节运动，如上所述。
在一些实施方案中，凸轮轮廓2110a、2110b可以包括围绕关节运动筒2108的圆周以恒定角度但以相反的角度方向延伸的直槽。例如，如果第一凸轮轮廓2110a相对于纵向轴线A1以正角度(例如，15°或75°)延伸，则第二凸轮轮廓2110b将相对于纵向轴线A1以相等但相反的负角度(例如，-15°或-75°)延伸。在凸轮轮廓2110a、2110b是直的实施方案中，在端部执行器1604(图16和图19)的关节运动期间施加到载体2114a、2114b和驱动构件1816a、1816b的移动和力将是恒定的。在此类实施方案中，凸轮轮廓2110a、2110b可以被表征为螺旋凸轮槽，并且从动销2112a、2112b可以被表征为线性凸轮从动件。
然而，在其他实施方案中，凸轮轮廓2110a、2110b中的一者或两者可以不是完全直的，而是可以另选地在沿着凸轮轮廓2110a、2110b的长度(路径)的一个或多个拐点处偏离。更具体地，根据拐点处的方向，凸轮轮廓2110a、2110b可以从直线偏离并且限定更尖锐或更平缓的路径2206(以虚线示出)。凸轮轮廓2110a、2110b的更高或更低的角度将改变随着从动销2112a、2112b分别横穿凸轮轮廓2110a、2110b并且作用在互连的载体2114a、2114b上而获得的机械优点。这也可以证明其在使系统更容易反向驱动并在停电情况下使端部执行器1604(图16和图19)返回与纵向轴线A1成一直线方面是有利的。
在一些实施方案中，凸轮轮廓2110a、2110b的端部可以被表征为或以其他方式操作为能够由与器械驱动器1702(图17A至图17B)相关联的各种输入扭矩传感器检测到的物理止挡件。在其他实施方案中，凸轮轮廓2110a、2110b的端部可以是位置受控的，这将提供额外的行进距离以补偿公差，因此使轻微过冲情况下(例如，没有负载的累积)的机构损伤最小化。
图23是托架2100的横截面侧视图。如图所示，第一载体2114a和第二载体2114b径向地插置在内接地轴1810与关节运动筒2108之间，如上所述。此外，第一载体2114a可操作地联接到第一驱动构件1816a或以其他方式与第一驱动构件配合，并且第二载体2114b可操作地联接到第二驱动构件1816b或以其他方式与第二驱动构件配合。从动销2112a、2112b分别延伸穿过关节运动扭矩杆2116a、2116b中的狭槽2120和对应的凸轮轮廓2110a、2110b，以联接到相关联的载体2114a、2114b。在一些实施方案中，从动销2112a、2112b可以以螺纹方式连接到对应的载体2114a、2114b，但可以另选地以其他方式固定到载体2114a、2114b，诸如通过过盈(冷缩)配合、焊接、粘合剂、卡扣配合或它们的任何组合。在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，从动销2112a、2112b可以仅被接纳在被限定在载体2114a、2114b中的对应孔内，而未必固定到载体。
如图所示，第一轴承2202a压靠在对应的凸轮轮廓2110a、2110b的内壁上，并且第二轴承2202b能够压靠在被限定在对应的扭矩关节运动杆2116a、2116b中的狭槽2120的内壁上。将从动销2112a、2112b的头部放置在狭槽2120中可以有助于确保随着从动销2112a、2112b分别横穿凸轮轮廓2110a、2110b，互连的载体2114a、2114b的所有运动是线性的而不是旋转的。因此，为了消除从动销2112a、2112b的侧向扭转，从动销2112a、2112b被接纳在狭槽2120内，这限制了从动销2112a、2112b的旋转移动。
当致动激活机构2104时，驱动齿轮1806(图21A至图21B、图22A至图22B)驱动从动齿轮2106，从而使关节运动筒2108围绕纵向轴线A1旋转。随着关节运动筒2108旋转，沿着纵向轴线A1在共线但相反的轴向方向上推压从动销2112a、2112b分别横穿凸轮轮廓2110a、2110b，并且由于成相反角度的凸轮轮廓2110a、2110b而推压对应的载体2114a、2114b。根据驱动齿轮1806的旋转方向，载体2114a、2114b可以朝向彼此轴向拉近或远离彼此轴向移动。
第一载体2114a和第二载体2114b相对于内接地轴1810的相反轴向移动对应地使驱动构件1816a、1816b在相同的相反轴向方向上移动，从而使端部执行器1604(图16和图17B)进行关节运动。在至少一个实施方案中，第一载体2114a和第二载体2114b对抗地操作，使得载体2114a、2114b中的一个载体朝近侧拉动驱动构件1816a、1816b中的一个驱动构件，而另一个载体2114a、2114b类似地朝远侧推动另一个驱动构件1816a、1816b。随着载体2114a、2114b朝向彼此轴向拉近，端部执行器1604将在第一方向上进行关节运动，并且随着载体2114a、2114b远离彼此轴向移动，端部执行器1604将在与第一方向相反的第二方向上进行关节运动。
平移系统上的击发机构
图24是图16的托架1626的另一个放大等轴视图，并且还提供了以上简要描述的第三激活机构1638c的放大视图。如上所述，第三花键1624c可以可操作地联接到第三激活机构1638c，使得(经由图16和图17B的第四驱动输入件1636d的旋转)使第三花键1624c旋转将对应地致动第三激活机构1638c，从而致使端部执行器1604(图16、图17B、图19)处的切割元件(刀)“击发”。如上所述，“击发”端部执行器1604是指根据第三花键1624c的旋转方向推进或回缩切割元件(刀)。
如图所示，第三花键1624c纵向延伸穿过被限定在托架1626的第四层1628d和第五层1628e中的同轴对准孔2402。驱动齿轮2404可以联接到第三花键1624c并且被构造成能够随着第三花键1624c旋转而旋转。如图所示，驱动齿轮2404可以位于第四层1628d与第五层1628e的相邻部分之间。在一些实施方案中，驱动齿轮2404可以包括围绕第三花键1624c设置并且能够随着托架1626沿着纵向轴线A1移动而沿着第三花键1624c平移(滑动)的单独的组成部件。然而，在其他实施方案中，第三花键1624c可以成形为驱动齿轮2404并且以其他方式被构造成能够作为驱动齿轮操作，以有利地减少组成部件的数量。
驱动齿轮2404可以被构造成能够驱动输入齿轮2406，该输入齿轮同样安装到托架1626并形成第三激活机构1638c的一部分。在一些实施方案中，驱动齿轮2404可以定位成与输入齿轮2406直接相互啮合，从而随着第三花键1624c旋转而直接驱动输入齿轮2406。然而，在其他实施方案中，惰齿轮2408可以插置在驱动齿轮2404与输入齿轮2406之间，并且可以以其他方式经由相互啮合的传动装置将扭矩从驱动齿轮2404传递到输入齿轮2406。
图25是托架1626的近侧端部和第三激活机构1638c的放大图。在图25中省略了托架1626的各种部件，诸如第五层1628e，以使得能够更全面地观察第三激活机构1638c。如图所示，驱动齿轮2404联接到第三花键1624c或形成第三花键的一部分，并且与惰齿轮2408相互啮合，该惰齿轮对应地与输入齿轮2406相互啮合。然而，在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，驱动齿轮2404可以另选地直接联接到并驱动输入齿轮2406。
如下面更详细地描述的，输入齿轮2406可以利用通道保持器2502(仅部分可见)可旋转地固定到托架1626，并且通道保持器2502可以利用锁定机构2504轴向固定到托架1626。在例示的实施方案中，锁定机构2504被描绘为c形环或e形环，但是可以另选地包括能够将通道保持器2502轴向固定到托架1626的任何其他装置或机构。
第三激活机构1638c还包括能够纵向延伸穿过托架1626的击发杆2506。在至少一个实施方案中，如图所示，击发杆2506还可以至少部分地延伸穿过输入齿轮2406。击发杆2506沿着纵向轴线A1(图24)朝向端部执行器1604(图16、图17B、图19)延伸并且可操作地联接到切割元件(刀)，使得击发杆2506的纵向移动对应地使刀沿相同方向移动。在一些实施方案中，击发杆2506延伸到端部执行器1604并直接联接到刀。然而，在其他实施方案中，击发杆2506在托架1626与端部执行器1604之间的某个点处联接到击发构件(未示出)，并且击发构件延伸到端部执行器1604以直接联接到刀。在任一情况下，根据第三花键1624c的旋转方向，第三激活机构1638c的致动致使刀“击发”，即推进或回缩。
图26是根据一个或多个实施方案的第三激活机构1638c的等轴横截面侧视图。如图所示，驱动齿轮2404与惰齿轮2408相互啮合，该惰齿轮对应地与输入齿轮2406相互啮合。另选地，如上所述，驱动齿轮2404可以直接与输入齿轮2406相互啮合。
输入齿轮2406可以包括或可以以其他方式联接到细长圆柱形主体2602，该主体具有第一端部或“远侧”端部2604a和与第一端部2604a相对的第二端部或“近侧”端部2604b。如图所示，输入齿轮2406位于第二端部2604b处或附近。细长圆柱形主体2602在轴1602内从输入齿轮2406朝远侧延伸，并且更具体地，在至少部分地布置在闭合管1812内的内接地轴1810内延伸。通道保持器2502同样在内接地轴1810内延伸，并且帮助将输入齿轮2406和细长圆柱形主体2602可旋转地固定到托架1626。如图所示，通道保持器2502可以包括圆柱形构件，其尺寸被设定成能够将细长圆柱形主体2602接纳在其内部。通道保持器2502可以利用锁定机构2504轴向固定到托架1626，该锁定机构可以被接纳在被限定在通道保持器2502的近侧端部上的沟槽2606内。
通道保持器2502可以提供或以其他方式限定内径向肩部2608，该内径向肩部被构造成能够接合细长圆柱形主体2602的第一端部2604a，从而防止细长圆柱形主体2602朝远侧移动。在细长圆柱形主体2602的第二端部2604b处，通道保持器2502压靠在输入齿轮2406的一个轴向侧(即，远侧端部)上，而一个或多个推力轴承2610(示出了三个)压靠在输入齿轮2406的相对轴向侧(即，近侧端部)上。在一个或多个实施方案中，推力轴承2610可以被接纳在被限定在第五层1628e中的凹坑2611内，并且随着第五层1628e联接到第四层1628d而固定在适当位置。因此，输入齿轮2406轴向固定在通道保持器2502与推力轴承2610之间的适当位置，但同时被允许围绕纵向轴线A1旋转。推力轴承2610可以被构造成能够承担当第三激活机构1638c被致动时输入齿轮2406上的轴向负载。推力轴承2610还可以证明其在减小当驱动(击发)击发杆2506时输入齿轮2406的旋转摩擦方面是有利的。
击发杆2506中的一些或全部可以提供或以其他方式限定外螺纹2612，这些外螺纹被构造成能够与设置在细长圆柱形主体2602的第一端部2604a处或附近的内螺纹2614以螺纹方式接合。在第三激活机构1638c的示例性操作中，第三花键1624c旋转(经由图16和图17B的第四驱动输入件1636d的旋转)并且驱动齿轮2404对应地旋转以(直接地或通过惰齿轮2408)驱动输入齿轮2406。使输入齿轮2406旋转对应地使细长圆柱形主体2602沿着相同角度方向旋转，这驱动主体2602的内螺纹2614压靠在击发杆2506的外螺纹2612上，从而沿着纵向轴线A1推进或回缩击发连杆2506，如箭头D所指示。击发杆2506的纵向移动对应地使端部执行器1604处的刀沿着相同方向移动(图16、图17B、图19)。
参见图27，同时继续参见图26，示出了根据一个或多个实施方案的端部执行器1604的放大剖视图。如上所述，端部执行器1604包括能够在打开位置与闭合位置之间运动的相对钳口1610、1612，并且在图27中描绘钳口1610、1612处于打开位置。端部执行器1604还可包括刀2702，该刀可以在限定在第二钳口1610中的狭槽1616内线性地移位以切割抓持在钳口1610、1612之间的组织。在刀2702在狭槽1616内朝远侧推进时，滑动件或凸轮楔形件2704同时接合包含在第一钳口1610内(例如，在钉仓内)的多个钉(未示出)，并且推压(凸轮运动)钉与设置在第二钳口1612上的相对砧座表面(例如，凹坑)变形接触。正确部署的钉有助于密封横切组织的相对侧。
如图所示，刀2702可操作地联接到朝近侧延伸(即，在图27中的右侧)的击发杆2706，并且在其近侧端部处操作地联接到图25至图26的击发构件2506。然而，在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，刀2702可以直接联接到击发杆2506。如上所述，击发杆2506的致动致使击发构件2706推进和回缩并对应地使刀2702推进和回缩，使得刀可以横切抓持在钳口1610、1612之间的组织。如上所述，击发构件2706的朝远侧移动还对应地使凸轮楔形件2704移动以部署钉。
在一些实施方案中，击发杆2506(图25至图26)沿着远侧方向的移动也可以致使钳口1610、1612闭合。更具体地，在一个或多个实施方案中，杆2506(或击发构件2706)或刀2702可以包括被构造成能够接合设置在上钳口1612上的砧座2708的特征或结构(未示出)。在此类实施方案中，随着击发杆2506朝远侧推进，该特征或结构将轴向接合砧座2708的成角度表面并迫使第二钳口1612闭合。这种方法通常被称为“基于刀的”闭合，并且在此类实施方案中，当刀2702完全回缩时，钳口1610、1612可以被弹簧偏压到打开位置。然而，在其他实施方案中，随着击发杆2506朝远侧推进，闭合管1812(图26)可以同时沿着相同方向推进以接合砧座2708并迫使第二钳口1612闭合。这种方法通常被称为“基于管的”闭合。
平移系统上的夹紧机构
图28A是图16的托架1626的另一个实施方案的放大等轴视图，并且还提供了以上简要描述的第一激活机构1638a的至少一个实施方案的放大视图。如本文所述，第一激活机构1638a可以被致动或以其他方式被激活以在端部执行器1604(图16和图17B)处打开或闭合钳口1610、1612(图16和图17B)。更具体地，第一花键1624a可以可操作地联接到第一激活机构1638a，使得(经由图16和图17B的第二驱动输入件1636b的旋转)使第一花键1624a旋转将对应地致动第一激活机构1638a，从而根据第一花键1624a的旋转方向打开或闭合钳口1610、1612。
如图所示，第一心轴1624a纵向延伸穿过被限定在托架1626的第一层1628a和第二层1628b中的同轴对准孔2802(仅一个可见)。驱动齿轮2804可以与第一心轴1624a一起被包括并且位于第一层1628a与第二层1628b的相邻部分之间。第一心轴1624a可以具有能够与驱动齿轮2804的对应内部形状配合的横截面形状，使得第一心轴1624a的旋转对应地驱动驱动齿轮2804旋转。在一些实施方案中，驱动齿轮2804可以包括围绕第一心轴1624a的外表面可滑动地设置的单独的组成部件。在此类实施方案中，随着托架1626沿着纵向轴线A1(图16)移动，驱动齿轮2804将对应地沿着第一心轴1624a的长度移动，如被捕获在第一层1628a与第二层1628b之间那样。在此类实施方案中，孔2802可以包括或以其他方式限定承载表面(例如，在驱动齿轮2804的面与层1628a、1628b之间和/或在驱动齿轮2804的外径套环与孔2820的内径之间)，以有助于在托架1626在第一心轴1624a上来回移动时减小摩擦。然而，在其他实施方案中，第一心轴1624a可以成形为驱动齿轮并且以其他方式被构造成能够作为驱动齿轮操作。在此类实施方案中，可以省略驱动齿轮2804以有利地减少组成部件的数量。
第一激活机构1638a可以包括从动齿轮2806，并且驱动齿轮2804可以定位在托架1626上以与从动齿轮2806接合或以其他方式相互啮合。然而，在其他实施方案中，一个或多个中间齿轮(例如，惰齿轮)可以插置在驱动齿轮2804与从动齿轮2806之间。因此，随着第一花键1624a旋转，驱动齿轮2804能够驱动从动齿轮2806旋转，从而致动第一激活机构1638a。如图所示，从动齿轮2806也可以位于托架1626的第一层1628a与第二层1628b的相邻部分之间。
第一激活机构1638a还可以包括键2808(以虚线示出)，该键被设置或以其他方式限定在轴1602的外表面上，并且更具体地被设置或以其他方式限定在轴1602的闭合管1812的外表面上。键2808可以被接纳在狭槽2810内，该狭槽被限定在托架1626中，并且更具体地被限定在第一层1628a中。在例示的实施方案中，键2808被描绘为细长构件或突出部，并且狭槽2810可以限定尺寸被设定成能够接纳键2808的开口。致动第一激活机构1638a致使闭合管1812沿着纵向轴线A1平移，这对应地致使键2808在狭槽2810内纵向平移。在键2808被容纳在狭槽2810内的情况下，防止闭合管1812在由第一激活机构1638a的致动引起的闭合管1812的纵向移动期间旋转。
图28B是根据一个或多个实施方案的第一激活机构1638a的放大等轴视图。在图28B中省略了托架1626的各种部件，包括第一层1626a和第二层1626b(图28A)，以使得能够更全面地观察第一激活机构1638a。如图所示，从动齿轮2806可以包括围绕轴1602的闭合管1812延伸的环形结构，并且键2808被描绘为联接到闭合管1812的外表面或以其他方式被限定在闭合管的外表面上。此外，当第一花键1624a旋转时，从动齿轮2806的齿轮齿与驱动齿轮2804的齿轮齿相互啮合以使得驱动齿轮2804能够使从动齿轮2806旋转。
第一激活机构1638a还可以包括布置在闭合管1812的近侧端部处的载体2812。从动齿轮2806具有内螺纹并且被构造成能够与由载体2812限定的外螺纹以螺纹方式接合。因此，随着驱动齿轮2804旋转，从动齿轮2806对应地旋转并且使闭合管1812经由从动齿轮2806与载体2812之间的螺纹接合沿着纵向轴线A1(图28A)移动。根据驱动齿轮2804的旋转方向，闭合管1812可以被朝远侧(即，向图28B中的左侧)或朝近侧(即，向图28B中的右侧)驱动。
在一些实施方案中，载体2812可以形成闭合管1812的整体部分，从而构成轴1602的近侧端部。在此类实施方案中，轴1602的近侧端部可以是带螺纹的以形成载体2812。然而，在其他实施方案中，载体2812可以包括布置在闭合管1812的近侧端部处的单独的组成部件。在此类实施方案中，载体2812可以被构造成能够接纳闭合管1812的近侧端部，并且可以径向地插置在闭合管1812的一部分与从动齿轮2806之间。在任一种情况下，载体2812沿着纵向轴线A1(图28A)的移动将对应地使闭合管1812在相同轴向方向上移动。
图28C是根据一个或多个实施方案的第一激活机构1638a的等轴横截面侧视图。在例示的实施方案中，载体2812包括布置在闭合管1812的近侧端部2814处的单独的组成部件，并且径向地插置在闭合管1812的一部分与从动齿轮2806之间。在此类实施方案中，载体2812可以限定能够与闭合管1812的近侧端部2814接合的内径向肩部2816。然而，如上所述，在不脱离本公开的范围的情况下，载体2812可以另选地在近侧端部2814处形成闭合管1812的整体部分。
从动齿轮2806限定内螺纹2818a，该内螺纹能够与被限定在载体2812的外表面上的外螺纹2818b配合。随着从动齿轮2806被驱动围绕纵向轴线A1旋转，内螺纹2818a与外螺纹2818b之间的螺纹接合致使载体2812沿着纵向轴线A1轴向推进或回缩，并且对应地使闭合管1812在相同轴向方向上推进或回缩。随着载体2812朝远侧(即，在图28C中向左)推进，内径向肩部2816压靠在闭合管1812的近侧端部2814上，从而沿着相同远侧方向推动闭合管1812。朝远侧推进闭合管1812迫使钳口1610、1612(图16和图17B)闭合，并且朝近侧(即，在图28C中向右)回缩闭合管1812允许钳口1610、1612打开。
在一些实施方案中，内螺纹2818a和外螺纹2818b的螺距和/或驱动齿轮2804与从动齿轮2806之间的齿轮比可以改变或以其他方式优化以改变使闭合管1812移动所需的负载和速度。这可以证明是有利的，因为钳口闭合通常具有两个功能：1)抓持组织以进行操纵，这可能需要更精确的移动(例如，低负载、速度控制、精度等)，以及2)应用组织压缩要求以横切组织并形成钉(例如，高负载)。随着组织中的流体被排出，压缩的最后阶段的速度对于组织的稳定是关键的，并且压缩对于缝合和横切是优化的。因此，压缩的速度应该慢，并且比在空气中进行钳口闭合的一般运动慢。此外，随着闭合管1812推进或回缩，键2808将可滑动地接合被限定在托架1626(图28A)的第一层1628a(图28A)中的狭槽2810(图28A)，从而防止闭合管1812在纵向移动时旋转。这可以是有利的，随着第一激活机构1638a被致动而仅允许闭合管1812的轴向平移。
参见图29，同时继续参见图28C，示出了根据一个或多个实施方案的端部执行器1604和腕部1606的放大视图。如图所示，腕部1606可以包括第一或“近侧”连接叉2902a、第二或“远侧”连接叉2902b和闭合连杆2904，该闭合连杆被构造成能够将近侧连接叉2902a和远侧连接叉2902b跨腕部1606可操作地联接。近侧连接叉2902a可以联接到闭合管1812的远侧端部或以其他方式形成闭合管的远侧端部的一部分，并且远侧连接叉2902b可以联接到闭合环2906或以其他方式形成闭合环的一部分。
如上所述，闭合管1812沿着纵向轴线A1的轴向移动对应地使近侧连接叉2902a在相同轴向方向上移动，并且闭合连杆2904被构造成能够通过(跨)腕部1606传输轴向负载以闭合端部执行器1604的钳口1610、1612。更具体地，闭合连杆2904限定一对突出部2908，该一对突出部被构造成能够与被限定在近侧连接叉2902a和远侧连接叉2902b中的每一者中的对应孔2910配合。闭合连杆2904可以将闭合管1812的闭合负载或平移从远侧连接叉2902b传输到近侧连接叉2902a，并且闭合环2906将对应地推动或拉动上钳口1612以打开或闭合上钳口1612。为了闭合上钳口1612，闭合环2906被迫压靠位于上钳口1612的后部处或附近的肩部2912，这推压上钳口1612向下枢转并到达闭合位置。为了打开上钳口1612，通过回缩闭合管1812而朝近侧回缩闭合环2906，并且闭合环2906帮助将上钳口1612朝向打开位置拉回。另选地，上钳口1612可以是弹簧加载的并且被偏压到打开位置，并且回缩闭合环2906移除肩部2912上的负载，这允许弹簧力使上钳口1612移动到打开位置。
图30A是根据一个或多个附加实施方案的图21A至图21B的托架2100的放大等轴顶视图。在例示的实施方案中，托架2100包括在某些方面类似于图28A至图28C的第一激活机构1638a的激活机构3002。类似于例如第一激活机构1638a，激活机构3002可以通过第一花键1624a的旋转而被致动，并且可操作以打开或闭合端部执行器1604(图16、图17B和图29)的钳口1610、1612(图16、图17B和图29)。更具体地，第一花键1624a可以可操作地联接到激活机构3002，使得(例如，经由图16和图17B的第二驱动输入件1636b的旋转)使第一花键1624a旋转对应地致动激活机构3002，从而致使轴1602的闭合管1812沿着纵向轴线A1推进或回缩。
激活机构3002包括从动齿轮3004，并且第一花键1624a的驱动齿轮2804可以定位成与从动齿轮3004相互啮合，使得驱动齿轮2804的旋转将对应地使从动齿轮3004在相同方向上旋转。如图所示，从动齿轮3004可以联接到闭合筒3006或以其他方式形成闭合筒的一部分。随着花键1624b旋转，驱动齿轮2804驱动从动齿轮3004并且致使闭合筒3006围绕纵向轴线A1旋转。
闭合筒3006可以定位在托架2100中第一层2102a与第二层2102b之间。一个或多个推力轴承可以布置在闭合筒3006的一个或两个轴向端部处，以有助于承担当激活机构3002操作时闭合筒3006上的轴向负载。在例示的实施方案中，一个或多个第一推力轴承3008a(示出了一个)布置在闭合筒3006的远侧端部处，并且可以插置在闭合筒3006与第一层2102a之间。在一个或多个实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，一个或多个附加推力轴承(未示出)可以布置在闭合筒3006的近侧端部处，并且插置在闭合筒3006与第二层2102b的一部分之间。随着闭合筒3006旋转，推力轴承3008a可以证明其在减小旋转摩擦方面是有利的。
激活机构3002还可以包括被设置或以其他方式限定在闭合管1812的外表面上的键2808(以虚线示出)。键2808可以被容纳在被限定在托架2100的第一层2102a中的狭槽3010内。致动激活机构3002致使闭合管1812沿着纵向轴线A1平移，这对应地致使键2808在狭槽3010内纵向平移，从而帮助防止闭合管1812在闭合管1812的纵向移动期间旋转。
图30B是根据一个或多个实施方案的激活机构3002的放大等轴视图。在图30B中省略了托架2100的各种组成部件，诸如第一层2102a(图30A)，以使得能够更全面地观察激活机构3002的各种部件。如图所示，闭合筒3006可以包括围绕轴1602并且更具体地围绕闭合管1812延伸的大致圆柱形结构。闭合筒3006限定或以其他方式提供一个或多个凸轮槽或轮廓，在图30B中示出为第一凸轮轮廓3014a和第二凸轮轮廓3014b。每个凸轮轮廓3014a、3014b围绕闭合筒3006的圆周(例如，以大致螺旋模式)延伸一段距离。虽然闭合筒3006提供了两个凸轮轮廓3014a、3014b，但在不脱离本公开的范围的情况下，本文设想了仅包括一个凸轮轮廓。
如图所示，激活机构3002还包括第一从动销3016a和第二从动销3016b。第一从动销3016a和第二从动销3016b分别延伸穿过第一凸轮轮廓3014a和第二凸轮轮廓3014b，并且(直接地或间接地)可操作地联接到闭合管1812的近侧端部。在例示的实施方案中，第一从动销3016a和第二从动销3016b各自联接到布置在闭合管1812的近侧端部处的载体3018。在一些实施方案中，载体3018可以形成闭合管1812的整体部分，从而构成闭合管1812的近侧端部。然而，在其他实施方案中，载体3018可以包括布置在闭合管1812的近侧端部处的单独的组成部件。在此类实施方案中，载体3018可以被构造成能够接纳闭合管1812的近侧端部，并且可以径向地插置在闭合管1812的一部分与闭合筒3006之间。在任一种情况下，载体3018沿着纵向轴线A1的移动将对应地使闭合管1812在相同轴向方向上移动。
随着驱动齿轮2804驱动从动齿轮3004，闭合筒3006对应地围绕纵向轴线A1旋转，因此推压从动销3016a、3016b分别横穿凸轮轮廓3014a、3014b。随着从动销3016a、3016b横穿凸轮轮廓3014a、3014b，载体3018沿着纵向轴线A1移动并且闭合管1812在相同轴向方向上被推压。根据驱动齿轮2804的旋转方向，载体3018和闭合管1812可以朝远侧(即，在图30B中向左)或朝近侧(即，在图30B中向右)移动，从而使端部执行器1604(图16、图17B和图29)的钳口1610、1612(图16、图17B和图29)闭合或打开。
在一些实施方案中，如图所示，从动销3016a、3016b中的一者或两者可以包括一个或多个轴承3020(一个可见)，并且每个从动销3016a、3016b的轴延伸穿过轴承3020。轴承3020可以被构造成能够随着闭合筒3006旋转并且从动销3016a、3016b分别横穿凸轮轮廓3014a、3014b而压靠在凸轮轮廓3014a、3014b的内壁上。轴承3020帮助减小致动期间的摩擦。另选地或除此之外，从动销3016a、3016b中的一者或两者可以呈现出表面光洁度或包括减小摩擦的涂层。例如，在至少一个实施方案中，从动销3016a、3016b中的一者或两者可以涂覆有润滑剂或润滑材料，诸如聚四氟乙烯(PTFE或
Figure BDA0004007048620000781
)或超高分子量(UMHL)聚合物。
图30C是托架2100的一部分和激活机构3002的横截面侧视图。如图所示，闭合筒3006定位在第一层2102a与第二层2102b之间。第一推力轴承3008a布置在闭合筒3006的远侧端部处并且插置在闭合筒3006与第一层2102a之间，并且一个或多个第二推力轴承3008b(示出了一个)可以布置在闭合筒3006的近侧端部处并且插置在闭合筒3006与第二层2102b的一部分之间。推力轴承3008a、3008b帮助承担当闭合筒3006旋转时闭合筒3006的轴向负载并且减小旋转摩擦。
在例示的实施方案中，载体3018包括布置在闭合管1812的近侧端部3022处的单独的组成部件，并且径向地插置在闭合管1812的一部分与闭合筒3006之间。在此类实施方案中，载体3018可以限定能够与闭合管1812的近侧端部3022接合的内径向肩部3024。然而，如上所述，载体3028可以另选地在近侧端部3022处形成闭合管1812的整体部分。
从动销3016a、3016b分别延伸穿过对应的凸轮轮廓3014a、3014b，以联接到载体3018。在一些实施方案中，从动销3016a、3016b可以以螺纹方式连接到对应的载体3018，但可以另选地以其他方式固定到载体3018，诸如通过过盈(冷缩)配合、焊接、粘合剂、卡扣配合或它们的任何组合。在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，从动销3016a、3016b可以仅被接纳在被限定在载体3018中的对应孔内，而未必固定到载体。如图所示，轴承3020能够压靠在对应的凸轮轮廓3014a、3014b的内壁上。
当致动激活机构3002时，驱动齿轮2804(图30A至图3B)驱动从动齿轮3004，从而使闭合筒3006围绕纵向轴线A1旋转。随着闭合筒3006旋转，从动销3016a、3016b分别横穿凸轮轮廓3014a、3014b，并且对应地推压载体3018和闭合管1812沿着纵向轴线A1轴向移动。根据驱动齿轮2804的旋转方向，载体3018和闭合管1812可以朝远侧(即，在图30C中向左)或朝近侧(即，在图30C中向右)移动，从而使端部执行器1604(图16、图17B和图29)的钳口1610、1612(图16、图17B和图29)闭合或打开。此外，随着闭合管1812推进或回缩，键2808将可滑动地接合被限定在托架2100的第一层2102a中的狭槽3010，从而防止闭合管1812旋转。这可以有利地在激活机构3002被致动时防止闭合管1812旋转，并且仅允许闭合管1812的轴向平移。
图31是根据一个或多个实施方案的闭合筒3006的示例性实施方案的等轴视图。每个凸轮轮廓3014a、3014b可以包括围绕闭合筒3006的圆周的一部分大致螺旋延伸的狭槽。因此，凸轮轮廓3014a、3014b可以被表征为螺旋凸轮槽并，且从动销3016a、3016b可以被表征为线性凸轮从动件。凸轮轮廓3014a、3014b可以证明其在使系统更容易反向驱动并根据需要手动地打开或闭合钳口1610、1612(图16、图17B和图29)方面是有利的。
在一些实施方案中，每个凸轮轮廓3014a、3014b可以包括围绕闭合筒3006的圆周以恒定角度或斜率螺旋延伸的直槽。在此类实施方案中，施加到载体3018并被转换成闭合管1812(图30A至图30C)上的轴向负载的移动和力在激活机构3002(图30A至图30C)的致动期间将是恒定的。
然而，在其他实施方案中，凸轮轮廓3014a、3014b中的一者或两者可以不是完全直的，而是可以另选地在沿着凸轮轮廓3014a、3014b的螺旋长度(路径)的一个或多个拐点3102处偏离。更具体地，在拐点3102处，凸轮轮廓3014a、3014b可以从围绕闭合筒3006的圆周以第一斜率3104a延伸第一距离改变到以第二斜率3104b延伸第二距离，其中第二斜率3104b包括与第一斜率3104a相比更尖锐或更平缓的路径。凸轮轮廓3014a、3014b的更高或更低的角度或斜率将对应地改变随着从动销3016a、3016b横穿凸轮轮廓3014a、3014b并且作用在互连的载体3018上而获得的机械优点。这可导致更高的轴向负载被施加到闭合管1812(图30A至图30B)，这允许钳口1610、1612(图16、图17B和图29)在需要时以增强的力夹紧。更具体地，并且如上所述，钳口闭合用于抓持组织以进行操纵，这可能需要更精确的运动，并且向组织施加压缩力，这需要更高的负载。根据需要，变化的斜率3104a、3104b可以有助于钳口1610、1612更有效地操作。
通过工具驱动器的平移
图32是图16的托架1626的另一个放大等轴视图。如参照图16所讨论的，轴1602联接到托架1626并且从托架朝远侧延伸，并且穿透驱动外壳1614(图16)的第一端部1618a(图16)。此外，托架1626能够沿着纵向轴线A1在第一端部1618a与第二端部1618b(图16)之间移动，以相对于驱动外壳1614推进或回缩端部执行器1604(图16)，如箭头B所指示(即，z轴线平移)。
在一个或多个实施方案中，如以上简要讨论的，托架1626的轴向平移可以通过导螺杆1622和托架螺母1634的使用及其机械相互作用来实现。如图所示，通过使导螺杆1622延伸穿过托架1626的一个或多个部分，诸如第三层1628c和第四层1628d的相邻部分，托架1626可以至少部分地安装到导螺杆1622。在例示的实施方案中，导螺杆1622延伸穿过被限定在第三层1628c和第四层1628d的相邻部分中的同轴对准孔3202(仅示出了一个)。
托架1626被构造成能够通过与托架螺母1634的机械相互作用而在导螺杆1622的轴向长度上来回移动。更具体地，导螺杆1622的外表面限定螺旋状外螺纹，并且托架螺母1634限定能够与导螺杆1622的螺旋状外螺纹配合的对应螺旋状内螺纹(未示出)。托架螺母1634不可移动地固定到托架1626，使得导螺杆1622的旋转致使托架螺母1634将导螺杆1622的旋转力转换成施加到托架1626的轴向负载。因此，托架螺母1634被推压在导螺杆1622的螺旋状外螺纹上来回移动，从而沿着纵向轴线A1在方向B上推进或回缩托架1626。随着托架1626沿着纵向轴线A1移动，端部执行器1604(图16)对应地相对于驱动外壳1614推进或回缩。根据导螺杆1622的旋转方向，托架1626和端部执行器1604可以朝远侧(即，向图32中的左侧)或朝近侧(即，向图32中的右侧)移动。
在一些实施方案中，导螺杆1622的螺旋状外螺纹沿着导螺杆1622的整个长度可以是均匀的(恒定的)。在此类实施方案中，螺旋状外螺纹将以单一共同节距设置(限定)在导螺杆1622的两个端部之间。然而，在其他实施方案中，螺旋状外螺纹的节距可以沿着导螺杆1622的部分变化。如图所示，例如，导螺杆1622的第一部分3204a可以提供以第一节距限定的螺旋状外螺纹，而导螺杆1622的第二部分3204b可以提供以不同于第一节距的第二节距限定的螺旋状外螺纹。在例示的实施方案中，被限定在第二部分3204b上的第二节距与被限定在第一部分3204a上的第一节距相比更尖锐。结果，当导螺杆1622以恒定速度旋转时，与在第一部分3204a上来回移动相比，当在第二部分3204b上来回移动时托架1626将以更快的速度沿着纵向轴线A1移动。这可以证明其在允许操作者沿着导螺杆1622的选定部分朝向外科部位更快地推进端部执行器(图16)方面是有利的。
导螺杆1622可以由多种刚性材料制成，包括但不限于塑料(例如，挤出聚合物)、金属(例如，铝、不锈钢、黄铜等)、复合材料(例如，碳纤维、玻璃纤维等)或它们的任何组合。导螺杆1622可以呈现出表面光洁度或包括涂层，该涂层减小当托架1626处于负载(即，扭转或压缩负载)下时抵靠托架螺母1634的摩擦。例如，在至少一个实施方案中，导螺杆1622的螺旋状外螺纹可以涂覆有润滑剂或润滑物质3205，诸如聚四氟乙烯(PTFE或
Figure BDA0004007048620000821
)，或者可以以其他方式包括阳极化表面。
在一些实施方案中，如图所示，托架螺母1634可以包括安装到导螺杆1622并且固定到托架1626(诸如在第三层1628c与第四层1628d的相邻部分之间)的单独的组成部件。在此类实施方案中，托架螺母1634可以提供或以其他方式限定防旋转特征部3206，该防旋转特征部能够与被限定在托架1626上的对应特征部3208配合。防旋转特征部3206可以被构造成能够通过导螺杆1622的旋转将由托架螺母1634承担的旋转负载传递到托架1626。结果，旋转负载可以被转换成帮助使托架1626沿着纵向轴线A1移动的轴向负载。在例示的实施方案中，防旋转特征部3206包括凸缘，并且特征3208包括被构造成能够接纳凸缘的凹坑或凹槽。
然而，在其他实施方案中，托架螺母1634可以形成托架1626的整体部分。在此类实施方案中，第三层1628c和第四层1628d中的一者或两者可以作为托架螺母1634操作。更具体地，托架螺母1634可以布置在同轴对准孔3202中的一个或两个内，如虚线框3210所指示。另选地，同轴对准孔3202中的一个或两个可以具有内螺纹，以与导螺杆1622的螺旋状外螺纹配合。在此类实施方案中，导螺杆1622的旋转将随着与螺纹孔3202以螺纹方式相互作用而对应地朝远侧或朝近侧驱动托架1626。
图33A和图33B是根据一个或多个实施方案的托架螺母1634的相对等轴端视图。如图所示，托架螺母1634提供大致圆柱形主体3302，该主体具有第一端部3304a和与第一端部3304a相对的第二端部3304b。中心导管3306可以被限定在主体3302中并且在第一端部3304a与第二端部3304b之间延伸。如图所示，内部螺旋状螺纹3308可以被限定在中心导管3306的内壁上，并且可以被构造成能够与被限定在导螺杆1622(图32)上的外部螺旋状螺纹以螺纹方式配合。
在一些实施方案中，端部3304a、3304b中的一者或两者可以提供或以其他方式限定防旋转特征部3206，该防旋转特征部被构造成能够防止托架螺母1634在导螺杆(图32)上来回移动时旋转。在例示的实施方案中，防旋转特征部3206设置在第二端部3304b处，但可以另选地设置在第一端部3304a处或两个端部3304a、3304b处。一旦防旋转特征部3206被接纳在被限定在托架1626(图32)上的对应特征部3208(图32)内，托架螺母1634就将被阻止相对于托架1626旋转，这允许将来自导螺杆1622的旋转力通过托架螺母1634以轴向负载的形式传递到托架1626，该轴向负载致使托架1626轴向移动。
图34A和图34B分别是根据一个或多个实施方案的图16的驱动外壳1614的第一端部1618a和第二端部1618b的等轴视图。导螺杆1622在驱动外壳1614的第一端部1618a与第二端部1618b之间延伸并且可旋转地安装到驱动外壳的第一端部和第二端部。更具体地，导螺杆1622的第一端部或“远侧”端部3402a(图34A)可旋转地安装到驱动外壳1614的第一端部1618a，并且导螺杆1622的第二端部或“近侧”端部3402b(图34B)可旋转地安装到驱动外壳1614的第二端部1618b。导螺杆1622的每个端部3402a、3402b分别被轴向支撑在第一端部1618a和第二端部1618b处，以有助于防止(最小化)导螺杆1622的线性移动，同时允许不受限制的旋转移动。
参见图34A，从动齿轮3404设置在导螺杆1622的远侧端部3402a处或以其他方式形成该远侧端部的一部分。从动齿轮3404布置成与可旋转地安装在驱动外壳1614的第一端部1618a处的驱动齿轮3406相互啮合。驱动齿轮3406可以形成第一驱动输入件1636a(图16和图17B)的一部分或可以以其他方式可操作地联接到第一驱动输入件，使得第一驱动输入件1636a的旋转(经由图17A至图17B的器械驱动器1702的第一驱动输出件1724a)对应地使从动齿轮3404旋转，这致使导螺杆1622的旋转。在其他实施方案中，从动齿轮3404可以由第一驱动输入件1636a和至少一个附加驱动输入件(未示出)的组合来驱动。如果扭转力很高并且可以在两个输入件之间分配，则可能需要使用附加的驱动输入件。在至少一个实施方案中，不同于齿轮的经布置的相互啮合，第一驱动输入件1636a可以包括对导螺杆1622的直接输入。
参见图34B，导螺杆1622的近侧端部3402b可旋转地安装到驱动外壳1614的第二端部1618a。在一些实施方案中，一个或多个推力轴承3408可以布置在导螺杆1622的近侧端部3402b处，以减小导螺杆1622在其旋转时的旋转摩擦。
图35是根据一个或多个附加实施方案的图16的驱动外壳1614的另一个示例。如图所示，驱动外壳1614包括第一端部1618a和第二端部1618b以及在第一端部1618a与第二端部1618b之间纵向延伸的花键1624a-c。托架1626可移动地安装到花键1624a-c，并且轴1602从托架1626朝远侧延伸穿过驱动外壳1614的第一端部1618a并且随后穿过器械驱动器1702的中心孔1708。驱动外壳1614可以通过使轴1602延伸穿过中心孔1708并且将器械驱动器1702的驱动接口1716与驱动外壳1614的从动接口1718配合而可释放地联接到器械驱动器1702，如上文大致所述。
托架1626能够沿着纵向轴线A1在第一端部1618a与第二端部1618b之间移动，从而能够相对于驱动外壳1614以z轴线平移推进或回缩端部执行器1604(图16和图17B)。在例示的实施方案中，托架1626的z轴线平移可以使用形成驱动外壳1614的一部分的圆柱形导螺杆3502来实现。如图所示，圆柱形导螺杆3502包括呈现出大致圆形横截面的中空圆柱体。圆柱形导螺杆3502可操作地联接到驱动外壳1614的第一端部1618a并且朝向第二端部1618b延伸。在一些实施方案中，如图所示，圆柱形导螺杆3502在未到达第二端部1618b处停止，但在不脱离本公开的范围的情况下，可以另选地在第二端部1618b处终止。
圆柱形导螺杆3502限定内部3504，其尺寸被设定成能够接纳花键1624a-c和托架1626。此外，一个或多个凸轮通道或轮廓3506(示出了三个)可以被限定在内部3504的内表面上并且被构造成接纳对应的从动销3508(两个可见)，这些从动销被提供或以其他方式限定在托架1626的外周上。在一些实施方案中，从动销3508可以包括从托架1626的外周径向向外延伸的突片或突出部。凸轮轮廓3506形成沿着内部3504的全部或一部分延伸的平行螺旋路径，并且从动销3508可以被构造成能够横穿凸轮轮廓3506，从而使托架1626以z轴线平移移动。更具体地，圆柱形导螺杆3502可以被构造成能够围绕纵向轴线A1相对于托架1626旋转，并且随着圆柱形导螺杆3502旋转，从动销3508将横穿对应的凸轮轮廓3506。凸轮轮廓3506的螺旋形状推压托架1626根据圆柱形导螺杆3502的旋转方向以z轴线平移朝近侧或朝远侧移动。
在例示的实施方案中，圆柱形导螺杆3502可以通过与驱动外壳1614相关联并且布置在第一端部1618a中的驱动输入件的致动而旋转。更具体地，驱动外壳1614可以包括能够与器械驱动器1702的第五驱动输出件1724e配合的第五驱动输入件1636e。一旦适当地配合，第五驱动输入件1636e就将与第五驱动输出件1724e共享旋转轴线，以允许旋转扭矩从第五驱动输出件1724e传递到第五驱动输入件1636e。驱动齿轮3510在从动接口1718处可旋转地安装到驱动外壳的1614第一端部1618a。驱动齿轮3510可以形成第五驱动输入件1636e的一部分或者可以以其他方式可操作地联接到第五驱动输入件，使得第五驱动输入件1636e的旋转经由第五驱动输出件1724e使驱动齿轮3510旋转。圆柱形导螺杆3502包括从动齿轮3512，该从动齿轮与驱动齿轮3512相互啮合，使得驱动齿轮3510的旋转对应地驱动从动齿轮3510，从而使圆柱形导螺杆3502围绕纵向轴线A1旋转。
在一些实施方案中，如图所示，从动齿轮3512可以包括被限定在圆柱形导螺杆3502的外表面上的环形齿轮。然而，在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，环形齿轮可以另选地被限定在内部3504中，并且驱动齿轮3510可以布置成与内部3504内的从动齿轮3512相互啮合。
在一些实施方案中，凸轮轮廓3506沿着圆柱形导螺杆3502的轴向长度可以是均匀的(恒定的)。在此类实施方案中，凸轮轮廓3506将以单一共同节距(斜率)被限定在圆柱形导螺杆3502的两个端部之间。然而，在其他实施方案中，凸轮轮廓3506的节距可以沿着圆柱形导螺杆3502的轴向长度变化。例如，凸轮轮廓3506的第一部分可以以第一节距限定，而凸轮轮廓3506的连续的第二部分可以以不同于第一节距的第二节距限定。例如，与第一节距相比，第二节距可以更尖锐。在此类实施方案中，在不改变圆柱形导螺杆3502的角速度的情况下，与在第一节距上来回移动相比，当在第二节距上来回移动时托架1626将以z轴线平移更快地移动。将会知道，这可以证明其在允许操作者沿着圆柱形导螺杆3502的部分朝向外科部位更快地推进端部执行器(图16)方面是有利的。更具体地，在插入和/或回缩行程结束时，轮廓3506可被设计(限定)成机械地减慢托架1626的速度，以防止当其接近硬止挡件时的超程损伤。此外，在回缩行程结束时，轮廓3506可被设计(限定)成增加托架1626的速度以减少轴反转时间。这将对应地增加延伸轴时的轴插入时间。
在例示的实施方案中，圆柱形导螺杆3502布置在护罩1640内，该护罩在驱动外壳1614的第一端部1618a与第二端部1618b之间延伸。然而，在至少一个实施方案中，护罩1640可以从驱动外壳1614中省略。在其他实施方案中，圆柱形导螺杆3502和护罩1640可以包括相同的结构。在此类实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，凸轮轮廓3506可以被限定在护罩1640的内表面上，并且护罩1640可以旋转以便于托架1626的z轴线平移。
虽然本文参照凸轮轮廓3506和从动销3508描述了圆柱形导螺杆3502，但在不脱离本公开的范围的情况下，本文设想了圆柱形导螺杆3502可以另选地包括滚珠丝杠系统。在此类实施方案中，圆柱形导螺杆3502可以包括低摩擦、滚珠轴承填充的导螺杆系统。
固定滚转插入引导结构
图36A是根据一个或多个实施方案的图17A和图17B的器械驱动器1702的透视图，并且图36B是可释放地联接到器械驱动器1702的图16的外科工具1600的等轴视图。如上文简要讨论的，器械驱动器1702被构造成能够将外科工具(诸如外科工具1600)附接到外科机器人臂(例如，本文所述的机器人臂104、406中的任一者)。更具体地，器械驱动器1702的第一端部1706a处的驱动接口1716能够与设置在驱动外壳1614的第一端部1618a处的从动接口1718(图17B)配合。端部执行器1604和轴1602可以通过延伸穿过被限定为纵向穿过器械驱动器1702的主体1704的中心孔1708而穿透器械驱动器1702，并且中心孔1708内的对准引导件1710帮助将外科工具1600成角度地取向到相对于器械驱动器1702的适当取向。
在一些实施方案中，通过将设置在驱动接口1716处的联锁特征部1720与设置在驱动外壳1614的从动接口1718(图17B)上的形状互补的凹坑1722(图17B)配合，驱动外壳1614可以机械地联接到器械驱动器1702。此外，器械驱动器1702包括能够与驱动外壳1614的驱动输入件1636a-d(图17B)配合的驱动输出件1724a-d，使得一旦适当地匹配，驱动输入件1636a-d就将与对应的驱动输出件1724a-d共享旋转轴线，以允许旋转扭矩从驱动输出件1724a-d传递到对应的驱动输入件1636a-d。
在例示的实施方案中，器械驱动器1702包括基部3602，该基部提供将器械驱动器1702可移除地安装到外科机器人系统的外科机器人臂的位置。将会知道，基部3602可以呈现出各种几何形状和尺寸以与机器人臂适当地匹配并安装到机器人臂。将机械连接和电连接从机器人臂提供到基部3602，然后提供到布置在器械驱动器1702内的各种机械和电子部件，以操纵来自机器人臂的功率和/或信号和/或将其传递到外科工具1600。信号可包括气动压力的信号、电功率的信号、电信号和/或光信号。
如图所示，器械驱动器1702的主体1704提供可以固定地附接到基部3602的外部外壳3604。外部外壳3604大致在器械驱动器1702的第一端部1706a与第二端部1706b之间延伸。在一些实施方案中，如图所示，外部外壳3604的形状可以是大致圆柱形。然而，在其他实施方案中，外部外壳3604的形状可以根据应用而变化。外部外壳3604可以由多种材料制成，包括但不限于金属、塑料、复合材料或它们的任何组合。
在一些实施方案中，器械驱动器1702还可以包括无菌适配器3606、3608，该无菌适配器可以用于在器械驱动器1702与外科工具1600之间创建无菌边界。无菌适配器3606、3608包括位于主体1704的相对端部的组成部件；位于第一端部1706a的无菌适配器3608被称为“器械无菌适配器”，并且位于第二端部1706b的无菌适配器3606被称为“套管无菌适配器”。无菌适配器3606、3608可以被构造成能够在外科工具1600固定到器械驱动器1702时将外科盖布(未示出)附接到器械驱动器1702，并且外科盖布操作以将外科工具1600和患者与器械驱动器1702和外科机器人系统隔开。无菌适配器3606可以包括基本上与外科工具1600一起旋转的两个层，并且外科盖布定位在这些层之间并且不与无菌适配器3606和外科工具1600一起滚转。
驱动接口1716、联锁特征部1720和驱动输出件1724a-d全部被包含在工具驱动组件3609内或以其他方式安装到工具驱动组件，该工具驱动组件设置在器械驱动器1702的第一端部1706a处并且部分地延伸到外部外壳3604中。如本文所述，工具驱动组件3609能够围绕旋转轴线3610独立于外部外壳3604旋转。当外科工具1600在工具驱动组件3609处安装到器械驱动器1702时，外科工具1600的纵向轴线A1与工具驱动组件3609的旋转轴线3610同轴对准。根据本公开的实施方案，工具驱动组件3609可以被致动而旋转，从而对应地使整个外科工具1600围绕其纵向轴线A1旋转或“滚转”，如箭头3612所指示(图36B)。因此，工具驱动组件3609的致动允许整个外科工具1600，其包括轴1602、端部执行器1604和驱动外壳1614，围绕纵向轴线A1相对于保持静止的基部3602和外部外壳3604在任一角度方向上(即，顺时针或逆时针)连续地滚转。与轴和端部执行器独立于外科工具的其余部分并且相对于外科工具的其余部分旋转的其他外科工具相比，轴1602、端部执行器1604和驱动外壳1614旋转固定，这使得整个外科工具1600能够作为单个整体单元旋转。
图37A是根据一个或多个实施方案的图36A至图36B的器械驱动器1702的示例性实施方案的示意图。与图36A至图36B中所描绘的器械驱动器1702不同，图37A的器械驱动器1702包括五个驱动输出件1724。此外，在图37A中省略了驱动接口1716(图36A)，以便能够观察工具驱动组件3609及其滚转机构的内部部件。如图所示，滚转机构包括定子齿轮3702和能够与定子齿轮3702配合的转子齿轮3704，并且齿轮3702、3704中的每一者定位在驱动接口1716(未示出)后面。工具驱动组件3609的致动致使转子齿轮3704驱动定子齿轮3702，从而使工具驱动组件3609围绕旋转轴线3610在任一角度方向上连续地旋转或“滚转”。
更具体地，如图所示，定子齿轮3702可以包括沿着内周限定齿轮齿的环形齿轮，并且转子齿轮3704可以包括定位在定子齿轮3702的内周内并且沿着外周限定齿轮齿的圆形齿轮。定子齿轮3702的齿轮齿具有与转子齿轮3704的齿轮齿相同的节距，使得这些齿轮齿能够配合。两个齿轮3702、3704可以由刚性材料制成，诸如金属或硬塑料。
定子齿轮3702固定地附接到工具驱动组件3609，并且转子齿轮3704能够致动(能够旋转)以引起定子齿轮3702的旋转，这继而对应地使工具驱动组件3609旋转，其包括驱动接口1716(图36A)、联锁特征部1720(图36A)、以及驱动输出件1724a-d(图36A)。更具体地，转子齿轮3704联接到被容纳在外部外壳3604内的驱动机构(例如，马达)，该驱动机构致使转子齿轮3704根据需要沿着顺时针或逆时针方向旋转。驱动机构可以从同样布置在外部外壳3604内的集成控制器接收信号。随着驱动机构致使转子齿轮3704旋转，转子齿轮3704沿着定子齿轮3702的齿轮齿行进，从而致使工具驱动组件3609旋转。在这种构型中，转子齿轮3704能够在任一方向上连续地旋转，因此允许工具驱动组件3609围绕旋转轴线3610实现无限滚转，从而同时致使外科工具1600(图36B)旋转或“滚转”。
图37B是根据一个或多个实施方案的图37A的工具驱动器1702的横截面侧视图。如图所示，工具驱动组件3609可操作地联接到或以其他方式限定内导管3706，该内导管限定中心孔1708，使得工具驱动组件3609的旋转同时使内导管3706围绕旋转轴线3610在相同方向上旋转。如上所述，中心孔1708接纳外科工具16(图36B)的轴1602(图36B)。这种构型允许外科工具1600围绕旋转轴线3610在任一方向上在极小约束下或无约束地连续地旋转或滚转。一个或多个致动器3708(示出了一个)，另选地称为“马达组”，围绕内导管3706布置并且能够随着工具驱动组件3609旋转而随其旋转。致动器3708被设计成驱动驱动输出件1724旋转。工具驱动组件3609还可以包括驱动马达3710，该驱动马达被构造成能够驱动工具驱动组件3609在外部外壳3604内旋转。
工具驱动组件3609还可以提供或以其他方式包括多个轴承3712。每个轴承3712包括被构造成能够减小相邻移动部件之间的摩擦并且便于围绕旋转轴线3610的旋转的机械部件。更具体地，轴承3712允许工具驱动组件3609围绕旋转轴线3610相对于外部外壳3604旋转，该外部外壳通常保持静止。随着工具驱动组件3609在外部外壳3604内旋转，一个轴承3712能够单独地支撑径向或扭转负载。在例示的实施方案中，器械驱动器1702包括至少两个轴承3712，它们固定地附接到工具驱动组件3609，使得轴承3712内的多个部件(诸如滚珠或滚筒)接触外部外壳3604。轴承3712中的一个轴承布置在器械驱动器1702的第一端部1706a处或附近，并且另一个轴承3712布置在第二端部1706b处或附近。这种构型改善了随着工具驱动组件3609在外部外壳3604内旋转工具驱动组件3609的第一端部与第二端部之间的刚性和支撑。另选实施方案可以包括沿着工具驱动组件3609的长度(诸如沿着内导管3706的长度)提供附加支撑的附加轴承。
工具驱动组件3609还可以包括多个密封件3714和垫圈3716，这些密封件和垫圈被构造成能够密封各种表面界面以防止流体在给定界面处进入外部外壳。密封件3714例如可以布置在外部外壳体3604与工具驱动组件3609之间的各种径向界面处，并且垫圈3716可以布置在外部外壳3604与工具驱动组件3609之间的各种轴向界面处。密封件3714和垫圈3716可以由强弹性体材料(例如，橡胶)制成。在一些实施方案中，密封件3714中的一个或多个密封件可以包括例如O形环，但可以另选地包括任何其他合适类型的密封元件。将会知道，密封件3714和垫圈3716的这种构型和放置帮助在外科规程过程中保持器械驱动器1702内的部件的无菌性。
图37C示出了根据一个或多个实施方案的器械驱动器1702的内部机械和电子部件的局部分解透视图。器械驱动器1702的内部机械和电子部件包括多个致动器3708、驱动马达3710(部分可见)、扭矩传感器(未示出)、扭矩传感器放大器3718、滑环3720、多个编码器板3722、多个马达功率板3724和集成控制器3726。
每个致动器3708可以经由驱动轴3728联接到对应的驱动输出件1724。在例示的实施方案中，器械驱动器1702包括五个驱动输出件1724，因此包括五个致动器3708。驱动轴3728可以是键合轴，使得其包括多个沟槽以允许驱动轴3728固定地配合到对应的驱动输出件1724。致动器3708致使驱动轴3728在顺时针或逆时针方向上旋转，从而致使相应的驱动输出件1724类似地旋转。在一些实施方案中，驱动轴3728可以是扭转刚性但弹簧柔性的，因此允许驱动轴3728和对应的驱动输出件1724旋转并且还允许在工具驱动组件3609内轴向回缩和伸出。每个致动器3708可以从集成控制器3726接收指示使驱动轴3728旋转的方向和量的电信号。
驱动马达3710被构造成能够驱动工具驱动组件3609在外部外壳3604内旋转。驱动马达3710可以在结构上等同于致动器3708中的一个致动器，不同在于驱动马达可操作地联接到转子齿轮3704并且被设计成驱动定子齿轮3702从而使工具驱动组件3609相对于外部外壳3604旋转，如以上大致描述的。驱动马达3710致使转子齿轮3704在顺时针或逆时针方向上旋转，从而致使转子齿轮3704围绕定子齿轮3702的齿轮齿行进。这种构型允许工具驱动组件3609连续地滚转或旋转，而不受缆线或拉线的潜在绕起的阻碍。驱动马达3710可以从集成控制器3726接收指示使转子齿轮3704旋转的方向和量的电信号。
扭矩传感器测量在旋转的工具驱动组件3609上产生的扭矩量。在一些实施方案中，扭矩传感器可以能够测量顺时针方向和逆时针方向两者上的扭矩。扭矩传感器放大器3718包括用于放大测量在旋转的工具驱动组件3609上产生的扭矩量的信号的电路。在一些实施方案中，扭矩传感器安装到驱动马达3710。
参见图37D，同时继续参见图37C，示出了根据一个或多个实施方案的器械驱动器1702的内部电子部件的局部分解透视图。滑环3720便于将电功率和信号从固定结构传送到旋转结构。更具体地，在例示的实施方案中，滑环3720被构造为包括中心孔的环，该中心孔被构造成能够与工具驱动组件3609的中心孔1708对准。滑环3720的第一侧包括多个同心沟槽3730，而滑环3720的相对第二侧包括多个电子部件，该多个电子部件用于从机器人臂和基部3602提供的电连接。
滑环3720在距工具驱动组件3609的部分特定距离处固定到外部外壳3604，以分配用于电连接和相互作用的空间。多个同心沟槽3730被构造成能够与附接到集成控制器3726的多个电刷3732配合，该集成控制器作为工具驱动组件3609内的计算装置操作。沟槽3730和电刷3732之间的接触使得电功率和信号能够从机器人臂传递到滑环3720，并且从滑环3720传递到集成控制器3726。由于所接收的信号，集成控制器3726然后被配置为将各种信号发送到工具驱动组件3609内的相应部件以引起外科工具1600(图36B)的操作。
多个编码器板3722读取并处理通过滑环3720从外科机器人系统接收的信号。从外科机器人系统接收的信号可以包括指示外科工具1600(图36B)的旋转量和旋转方向的信号、指示端部执行器1604(图36B)的旋转量和旋转方向的信号、操作外科工具1600上的光源的信号、操作外科工具1600上的视频或成像装置的信号、以及被设计成操作外科工具1600的各种功能的其他信号。编码器板3722的配置允许在工具驱动组件3609中完全执行整个信号处理。多个马达功率板3724各自包括用于向致动器3708提供功率的电路。在一些实施方案中，编码器板3722和集成控制器3726的功能可以与本文所述不同的方式分布，使得编码器板3722和集成控制器3726可执行相同的功能或它们的某种组合。
在例示的实施方案中，工具驱动组件3609包括两个编码器板3722、扭矩传感器放大器3718和三个马达功率板3724。这些部件固定到集成控制器3726并且从集成控制器3726垂直延伸。这种构型为致动器3708和驱动马达3710提供了空间以定位在工具驱动组件3609的界限内。
图38是根据一个或多个实施方案的器械驱动器1702的各种电子部件的放大透视图。更具体地，放大的放大视图描绘了便于工具驱动组件3609的滚转分度的组成部件。滚转分度监视工具驱动组件3609相对于外部外壳3604的角度位置，使得外科机器人系统可以实时了解外科工具1600(图36B)的位置和角度取向。如图所示，滚转分度机构包括微型开关3802和一个或多个凸台3804(示出了一个)。微动开关3802可以布置在工具驱动组件3609上，并且凸台3804可以定位在外部外壳3604上并且被构造成能够当工具驱动组件3609旋转并且使微动开关接近凸台3804时接触微动开关3802。一旦微动开关3802与一个或多个凸台3804之间发生接触，微动开关3802就记录时间和工具驱动组件3806的角度取向。每个凸台3804用作微动开关3802围绕外部外壳3604的内周的单个参考点。
在其他实施方案中，器械驱动器1702可以包括用于确定旋转位置的其他装置，诸如通过使用可操作地联接到旋转驱动马达3710(图37B至图37C)的专用伺服机构。另选地，绝对旋转位置可以通过使用圆环编码器来确定，如本领域技术人员通常已知的。
具有用于基于托架的架构的扭转缆线驱动器的机器人器械
图39A和图39B是根据一个或多个附加实施方案的图16的驱动外壳1614的另一个示例的局部横截面侧视图。如图所示，驱动外壳1614包括第一端部1618a和第二端部1618b，并且器械驱动器1702可以在第一端部1618a处可移除地联接到驱动外壳1614。导螺杆1622在第一端部1618a与第二端部1618b之间纵向延伸，并且托架1626在托架螺母1634处可移动地安装到导螺杆1622，以允许托架1626沿着纵向轴线A1在导螺杆1622上来回移动。轴1602从托架1626朝远侧延伸穿过驱动外壳1614的第一端部1618a并且随后穿过器械驱动器1702的中心孔1708(当被安装时)。驱动外壳1614可以通过使轴1602延伸穿过中心孔1708并且将器械驱动器1702的驱动接口1716与驱动外壳1614的从动接口1718配合而可释放地联接到器械驱动器1702，如上文大致所述。
在例示的实施方案中，驱动外壳1614的从动接口1718包括第一驱动输入件3902a和第二驱动输入件3902b，并且驱动接口1716包括第一驱动输出件3904a和第二驱动输出件3904b。驱动输入件3902a、3902b可以基本上类似于图16和图17B的驱动输入件1636a-d，并且驱动输出件3904a、3904b可以基本上类似于图17B的驱动输出件1724a-d。因此，驱动输入件3902a、3902b可以能够与驱动输出件3904a、3904b配合，使得给定驱动输出件3904a、3904b的移动(旋转)对应地使相关联的驱动输入件3902a、3902b移动(旋转)。虽然仅描绘了两个驱动输入件3902a、3902b和两个驱动输出件3904a、3904b，但是在不脱离本公开的范围的情况下，在驱动外壳1614中可以包括多于或少于两个。
第一驱动输入件3902a可操作地联接到导螺杆1622，使得第一驱动输入件3902a的旋转(经由第一驱动输出件3904a的旋转)对应地使导螺杆1622在相同角度方向上旋转。随着导螺杆1622旋转，托架螺母1634被推压在导螺杆1622上轴向来回移动并且同时根据导螺杆1622的旋转方向沿着纵向轴线A1推进或回缩托架1626。此外，随着托架1626推进或回缩，轴1602和布置在轴1602的远侧端部处的端部执行器1604(图16和图17A至图17B)对应地朝远侧或朝近侧移动(即，z轴线平移)。
在例示的实施方案中，激活机构3906被容纳在托架1626中或以其他方式形成托架的一部分，并且第二驱动输入件3902b可操作地联接到激活机构3906，使得第二驱动输入件3902b的旋转(经由第二驱动输出件3904b的旋转)致使激活机构3906致动(操作)。激活机构3906可以类似于本文参照图16和其他附图描述的激活机构1638a-c中的任一个。因此，激活机构3906可以是可操作的以执行端部执行器1604(图16和图17A至图17B)的一个或多个功能，诸如打开或闭合钳口1610、1612(图16和图17A至图17B)、使端部执行器1604在腕部1606(图16)处进行关节运动、或推进或回缩端部执行器1604处的刀2702(图27)。在例示的实施方案中，致动激活机构3906可以致使击发杆3908(类似于图25和图26的击发杆2506)沿着纵向轴线A1移动并且对应地使刀2702在相同方向上移动，从而致使刀2702“击发”。
如图所示，激活机构3906可以包括驱动齿轮3910，该驱动齿轮可旋转地安装到托架1626并且被构造成能够驱动从动齿轮3912，该从动齿轮同样可旋转地安装到托架1626。驱动齿轮3910和从动齿轮3912可以各自限定齿轮齿，并且在一些实施方案中，驱动齿轮3910可以定位成与从动齿轮3912直接相互啮合。然而，在其他实施方案中，一个或多个惰齿轮(未示出)插置在驱动齿轮3910与从动齿轮3912之间，并且可以以其他方式经由相互啮合的传动装置将扭矩从驱动齿轮3910传递到从动齿轮3912。从动齿轮3912可以可操作地联接到击发杆3908，使得从动齿轮3912的旋转(经由驱动齿轮3912的旋转)致使击发杆3908沿着纵向轴线A1平移，从而致使相关联的切割元件或刀击发。
为了将扭转(旋转)力或负载从第二驱动输入件3902b传输到激活机构3906，并且更具体地传输到驱动齿轮3910，驱动外壳1614还可以包括在第二驱动输入件3902b与驱动齿轮3910之间延伸的扭转缆线3914。扭转缆线3914可以包括柔性线或细丝，其具有联接到第二驱动输入件3902b的第一端部3916a和联接到驱动齿轮3910的第二端部3916b。当由第二驱动输入件3902b的旋转(致动)驱动时，扭转缆线3914可以能够将扭转负载从第一端部3916a传输到第二端部3916b，从而致使驱动齿轮3910旋转。
扭转缆线3914的基本示例是传统上用于车辆速度计或转速计系统中的这类缆线；柔性的但又足够强韧的缆线，该缆线即使在沿着非线性路径延伸时也将扭矩从一个端部传递到相对端部。扭转缆线3914可以由多种材料制成，包括但不限于不锈钢和钨。
扭转缆线3914具有固定长度，并且为了允许扭矩在第一端部1916a与第二端部1916b之间传输，扭转缆线3914在操作期间必须保持恒定张力。为了实现这一点，驱动外壳1614还可以包括恒定张力或张紧系统，该恒定张力或张紧系统包括张紧滑轮3918、固定滑轮3920、一个或多个托架滑轮3922和托架缆线3924。如图所示，固定滑轮3920在第一端部1618a处或附近联接到或锚定至驱动外壳1614，并且扭转缆线3914以大致为“S”曲线的路径/形状布线穿过张紧滑轮3918和固定滑轮3920。更具体地，扭转缆线3914联接到第二驱动输入件3902b并且从第二驱动输入件延伸，并且围绕张紧滑轮3918布线以朝向固定滑轮3920延伸。然后，扭转缆线3914围绕固定滑轮3920布线并且延伸到驱动齿轮3910，该扭转缆线在驱动齿轮处固定。扭转缆线3914在第一端部3916a处经由第二驱动输入件3902b的旋转(致动)承担的任何扭转负载将通过张紧滑轮3918和固定滑轮3920传输到扭转缆线3914的第二端部3916b，以使驱动齿轮3910旋转，从而致使激活机构3906致动(操作)；例如，以执行各种器械特定功能，诸如刀击发、钳口打开和闭合、能量激活、腕部运动等。
张紧滑轮3918悬挂在驱动外壳1614内的托架缆线3924上，以有助于在操作期间保持扭转缆线3914中的恒定张力。更具体地，托架缆线3924具有联接到张紧滑轮3918的第一端部3926a和联接到托架1626的第二端部3926b。托架缆线3924布线穿过托架滑轮3922，该托架滑轮可以诸如在第二端部1618b处或附近联接到或锚定至驱动外壳1614。在例示的实施方案中，存在两个托架滑轮3922，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可以另选地存在多于或少于两个托架滑轮3922。因为扭转缆线3914的第二端部3916b联接到托架1626并且与托架一起行进，所以托架缆线3914在托架1626与张紧滑轮3918之间的延伸迫使张紧滑轮3918和托架1626在相反的轴向方向上移动，同时帮助在操作期间保持扭转缆线3914中的张力。
现在继续参照图39A至图39B描述驱动外壳1614的示例性操作。在图39A中，导螺杆1622在第一角度方向3928a上旋转(经由第一驱动输入件3902a的操作)，这致使托架1626朝近侧移动，如箭头3930a所指示。随着托架1626朝近侧3930a移动，托架缆线3924馈送(布线)穿过托架滑轮3922并且允许张紧滑轮3918朝远侧下降，如箭头3930b所指示。由于扭转缆线3914的第二端部3916b联接到托架1626，所以随着托架1626朝近侧3930a移动，扭转缆线3914馈送(布线)穿过张紧滑轮3918和固定滑轮3920，并且随着托架朝远侧3930b移动时，张紧滑轮3918帮助扭转缆线3914保持恒定张力。因此，当托架1626朝近侧端部3930a移动时或当其保持静止时，在扭转缆线3914中保持恒定张力。因此，激活机构3906可以在驱动外壳1614的操作期间(诸如当托架1626移动或闲置时)一直运行。在一些实施方案中，通道或狭槽(未示出)可以被限定在驱动外壳1614的侧壁或其他部分内，以有助于引导张紧滑轮3918的平移方向。另外，可以添加轻质张力弹簧以协助张力滑轮3918的移动。
类似地，在图39B中，导螺杆1622在与第一角度方向3928a(图39A)相反的第二角度方向3928b上旋转(经由第一驱动输入件3902a的操作)，这致使托架1626朝远侧3930b移动。随着托架1626朝远侧3930b移动，托架缆线3924馈送(布线)穿过托架滑轮3922并且允许张紧滑轮3918朝近侧3930a上升。由于扭转缆线3914的第二端部3916b联接到托架1626，所以随着托架1626朝远侧3930b移动，扭转缆线3914馈送(布线)穿过张紧滑轮3918和固定滑轮3920，并且随着托架朝近侧3930a移动，张紧滑轮3918帮助扭转缆线3914保持恒定张力。因此，当托架1626朝远侧3930b移动时或当其保持静止时，在扭转缆线3914中保持恒定张力。此外，如上所述，通道或狭槽(未示出)可以被限定在驱动外壳1614的侧壁或其他部分内，以有助于引导张紧滑轮3918的平移方向。
图40A和图40B是根据一个或多个附加实施方案的图16的驱动外壳1614的另一个示例的局部横截面侧视图。图40A至图40B的驱动外壳1614在一些方面可类似于图39A至图39B所描绘的驱动外壳1614的实施方案，因此可参考其进行最佳理解，其中类似的数字对应于未再次描述的类似部件。如图所示，驱动外壳1614包括第一端部1618a和第二端部1618b，并且器械驱动器1702可以在第一端部1618a处可移除地联接到驱动外壳1614。导螺杆1622在第一端部1618a与第二端部1618b之间纵向延伸，并且托架1626在托架螺母1634处可移动地安装到导螺杆1622，以允许托架1626沿着纵向轴线A1在导螺杆1622上来回移动。轴1602从托架1626朝远侧延伸穿过驱动外壳1614的第一端部1618a并且随后穿过器械驱动器1702的中心孔1708(当被安装时)。驱动外壳1614可以通过使轴1602延伸穿过中心孔1708并且将器械驱动器1702的驱动接口1716与驱动外壳1614的从动接口1718配合而可释放地联接到器械驱动器1702，如上文大致所述。
在例示的实施方案中，驱动外壳1614的从动接口1718包括驱动输入件4002，并且驱动接口1716包括驱动输出件4004。驱动输入件4002可以基本上类似于图16和图17B的驱动输入件1636a-d，并且驱动输出件4004可以基本上类似于图17B的驱动输出件1724a-d。因此，驱动输入件4002可以能够与驱动输出件4004配合，使得驱动输出件4004的移动(旋转)对应地使相关联的驱动输入件4002移动(旋转)。
在例示的实施方案中，激活机构4006被容纳在托架1626中或以其他方式形成托架的一部分，并且驱动输入件4002可操作地联接到激活机构4006，使得驱动输入件4002的旋转(经由驱动输出件4004的旋转)致使激活机构4006致动(操作)。虽然激活机构4006可以类似于本文参照图16和其他附图所描述的激活机构1638a-c中的任一个，但是在例示的实施方案中，激活机构4006被构造成能够使导螺杆1622旋转，从而致使托架1626沿着纵向轴线A1轴向平移。
更具体地，激活机构4006包括驱动齿轮4008，该驱动齿轮可旋转地安装到托架1626并且被构造成能够驱动从动齿轮4010，该从动齿轮同样可旋转地安装到托架1626。在一些实施方案中，驱动齿轮4008可以定位成与从动齿轮4010直接相互啮合。然而，在其他实施方案中，一个或多个惰齿轮4012(示出了一个)插置在驱动齿轮4008与从动齿轮4010之间，并且可以以其他方式经由相互啮合的传动装置将扭矩从驱动齿轮4008传递到从动齿轮4010。在一些实施方案中，从动齿轮4010形成托架螺母1634的外周的一部分或以其他方式被限定在托架螺母的外周上，使得从动齿轮4010的旋转对应地使托架螺母1634相对于导螺杆1622旋转，该导螺杆保持静止。随着托架螺母1634旋转，托架1626被推压根据托架螺母1634的旋转方向沿着纵向轴线A1轴向移动。
为了将扭转(旋转)力或负载从驱动输入件4002传输到激活机构4006，并且更具体地传输到驱动齿轮4008，扭转缆线3914在驱动输入件4002与驱动齿轮4008之间延伸。此外，利用以上参照图39A至图39B所述的张紧系统将扭转缆线3914保持在恒定张力中。更具体地，扭转缆线3914联接到驱动输入件4002并且从第二驱动输入件延伸，并且围绕张紧滑轮3918布线以朝向固定滑轮3920延伸。然后，扭转缆线3914围绕固定滑轮3920布线并且延伸到驱动齿轮4008，该扭转缆线在驱动齿轮处固定。扭转缆线3914在其第一端部3916a处经由驱动输入件4002的旋转(致动)承担的任何扭转负载将通过张紧滑轮3918和固定滑轮3920传输到其第二端部3916b，以使驱动齿轮4008旋转，从而致使激活机构4006致动(操作)。
此外，张紧滑轮3918同样悬挂在驱动外壳1614内的托架缆线3924上，以有助于在操作期间保持扭转缆线3914中的恒定张力。更具体地，托架缆线3924从张紧滑轮3918延伸，穿过托架滑轮3922，并且延伸到托架1626。因为扭转缆线3914的第二端部3916b联接到托架1626并且与托架一起行进，所以托架缆线3914在托架1626与张紧滑轮3918之间的延伸迫使张紧滑轮3918和托架1626在相反的轴向方向上移动，同时帮助在操作期间保持扭转缆线3914中的张力。
现在继续参照图40A至图40B描述驱动外壳1614的示例性操作。在图40A中，扭转缆线3914在第一角度方向上旋转(经由驱动输入件4002的操作)，这致使驱动齿轮4008旋转，从而使从动齿轮4010旋转。旋转从动齿轮4010对应地相对于固定导螺杆1622旋转托架螺母1634，这推压托架1626沿着导螺杆1622朝近侧3930a移动。随着托架1626朝近侧3930a移动，托架缆线3924馈送(布线)穿过托架滑轮3922并且允许张紧滑轮3918朝远侧3930b下降。由于扭转缆线3914的第二端部3916b联接到托架1626，所以随着托架1626朝近侧3930a移动，扭转缆线3914馈送(布线)穿过张紧滑轮3918和固定滑轮3920，并且随着托架朝远侧3930b移动时，张紧滑轮3918帮助扭转缆线3914保持恒定张力。
类似地，在图40B中，扭转缆线3914在与第一角度方向相反的第二角度方向上旋转(经由驱动输入件4002的操作)，这致使驱动齿轮4008旋转，从而使从动齿轮4010旋转。旋转从动齿轮4010对应地相对于固定导螺杆1622旋转托架螺母1634，这推压托架1626沿着导螺杆1622朝远侧3930b移动。随着托架1626朝远侧3930b移动，托架缆线3924馈送(布线)穿过托架滑轮3922并且允许张紧滑轮3918朝近侧3930a上升。由于扭转缆线3914的第二端部3916b联接到托架1626，所以随着托架1626朝远侧3930b移动，扭转缆线3914馈送(布线)穿过张紧滑轮3918和固定滑轮3920，并且随着托架朝近侧3930a移动，张紧滑轮3918帮助扭转缆线3914保持恒定张力。
图40C是图40A至图40B的驱动外壳1614的另选实施方案，但在不脱离本公开的范围的情况下，可以另选地适用于图39A至图39B的驱动外壳1614。与图40A至图40B的实施方案一样，张紧滑轮3918悬挂在驱动外壳1614内的托架缆线3924的第一端部3926a处，以有助于在操作期间保持扭转缆线3914中的恒定张力。此外，托架缆线3924围绕托架滑轮3922布线。然而，与图40A至图40B的实施方案不同，托架缆线3924还围绕联接或固定到托架1626的安装滑轮4012布线，并且托架缆线3924的第二端部3926b诸如在其第二端部1618b处或附近固定到驱动外壳1614。包括安装滑轮4012导致托架缆线3924具有三个布线长度，其等于扭转缆线3914的三个布线长度。这帮助确保放出的长度与轴1602的轴向平移所消耗的长度相同。
图41A至图41C是根据一个或多个附加实施方案的图16的驱动外壳1614的另选实施方案的局部横截面侧视图。在例示的实施方案中，驱动外壳1614包括在某些方面类似于图16的托架1626的托架4102。例如，托架4102能够沿着纵向轴线A1(即，z轴线平移)在驱动外壳1614的第一端部1618a与第二端部1618b之间移动，并且轴1602从托架4102朝远侧延伸。因此，随着托架4102沿着纵向轴线A1移动，托架4102从而能够相对于驱动外壳1614推进或回缩附接到轴1602的远侧端部的端部执行器(例如，图16的端部执行器1604)。
在图41A中，托架4102包括可旋转地安装到导螺杆1622的托架螺母4104。托架螺母4104在一些方面可类似于图16的托架螺母1634。例如，托架螺母4104限定能够与导螺杆1622的螺旋状外螺纹配合的对应螺旋状内螺纹(未示出)，因此，导螺杆1622的旋转致使托架螺母4104在导螺杆1622上来回移动并且同时致使托架4102沿着纵向轴线A1推进或回缩，并且对应地使轴1602推进或回缩。
托架螺母4104位于托架4102的远侧端部4106处或附近。在驱动外壳1614的操作期间，诸如激活端部执行器1604(图16)的各种功能期间，托架4102可以经历各种扭转和轴向力F，该扭转和轴向力F致使托架4102在方向R上旋转或移位。使托架4102在方向R上移位可以约束或抑制托架4102沿着驱动外壳1614的移动。根据本公开的实施方案，通过使托架螺母4104的部分位于托架4102的远侧端部和近侧端部处或附近，可以使托架4102稳定并且使方向R上的旋转最小化或消除。在此类实施方案中，托架4102可以在两个或更多个间隔开的位置处或以其他方式横跨托架4102的实质长度安装到导螺杆1622，如下文更详细地描述的。
在图41B中，托架4102包括至少两个托架螺母，这些托架螺母可操作以增加托架4102的稳定性，即，使托架4102围绕导螺杆1622的扭转和旋转最小化。更具体地，托架4102可以包括第一托架螺母4104a和第二托架螺母4104b。第一托架螺母4104a可以定位在托架4102的远侧端部4106处或附近，并且第二托架螺母4104b定位在托架4102的近侧端部4108处或附近。托架螺母4104a、4104b各自安装到可旋转导螺杆1622上，并且各自由托架4102以间隔开的关系支撑，通常位于托架4102的相对端部上。
在托架4102由多个层组成的实施方案中，托架螺母可以存在于至少两个层上以便于托架响应于导螺杆1622的旋转而平移。例如，在图41B中，托架4102包括四个堆叠层，描绘为第一层4110a、第二层4110b、第三层4110c和第四层4110d。虽然示出了四个层，但是应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，托架4102的层数可以多于或少于四层。第一层4110a可以另选地称为“远侧层4110a”，并且第四层4110d可以另选地称为“近侧层4110d”。在此类实施方案中，第一托架螺母4104a可以联接到远侧层4110a，并且第二托架螺母4104b可以联接到近侧层4110d。虽然未示出，但本文设想了包括联接到其他层(例如，第二层4110b和第三层4110c)的附加的托架螺母。
在一些实施方案中，如图所示，第一托架螺母4104a可以联接到或以其他方式包围或横跨托架4102的两个或更多个层的部分。在图41B中，第一托架螺母4104a被描绘为联接到远侧层4110a，或以其他方式由远侧层支撑，但也延伸到相邻的第二层4110b中。因此，在一些实施方案中，第一托架螺母4104a可以延伸跨过两个层4110a、4110b，并且第二托架螺母4104b可以固定到单个层4110d。
在图41C中，托架4102包括支撑多个其他层(示出为层4110f、4110g和4110h)的平台层4110e。在例示的实施方案中，平台层4110e的一部分大致在托架4102的远侧端部4106与近侧端部4108之间延伸，但在不脱离本公开的范围的情况下，可以另选地仅延伸远侧端部4106与近侧端部4108之间的距离的一部分，或可以延伸得比远侧端部4106与近侧端部4108之间的距离更远。
在例示的实施方案中，托架4102包括细长托架螺母4104c，该细长托架螺母基本上从托架4102的远侧端部4106延伸到近侧端部4108。托架螺母4104c安装到平台层4110e，因此负责联接的托架层4110e-h沿着导螺杆1622的平移。在一些实施方案中，托架螺母4104可以沿着平台层4110e的整个轴向长度延伸，但可以另选地仅沿着平台层4110e的轴向长度的一部分延伸。尽管未示出，但设想了两个或更多个层的堆叠中的第二层可以结合类似于细长螺母4104的细长托架螺母，该细长托架螺母具有近侧部分4112a和远侧部分4112b并且朝远侧支撑第一层且朝近侧支撑第三层。
4.实施系统和术语。
本文公开的具体实施提供了用于与机器人系统一起使用的器械的系统、方法和设备。应当指出的是，如本文所用，术语“联接(couple)”、“联接(coupling)”、“联接(coupled)”或词语联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“联接”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“通常”和“基本上”旨在涵盖不显著影响由该术语修饰的元件或数量的目的的结构或数量修改。
为了帮助专利局和本申请的任何读者以及任何所得到的专利解释本文所附的权利要求，申请人不期望任何所附权利要求或权利要求元素援引35U.S.C.112(f)，除非在特定权利要求中明确地使用字词“用于……的装置”或“用于……的步骤”。
提供对所公开的具体实施的前述描述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、联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 (119)

1.一种机器人外科工具，包括：
驱动外壳，所述驱动外壳具有第一端部和第二端部；
至少一个花键，所述至少一个花键在所述第一端部与所述第二端部之间延伸并且包括随着所述至少一个花键的旋转而旋转的驱动齿轮；
托架，所述托架可移动地安装到所述至少一个花键；
细长轴，所述细长轴从所述托架延伸并且穿过所述第一端部；
端部执行器，所述端部执行器布置在所述细长轴的远侧端部处；
腕部，所述腕部插置在所述端部执行器与所述轴的所述远侧端部之间；和
激活机构，所述激活机构被容纳在所述托架中并且可操作地联接到所述驱动齿轮，使得所述驱动齿轮的旋转对应地致动所述激活机构，从而导致所述腕部使所述端部执行器在至少一个平面中进行关节运动。
2.根据权利要求1所述的机器人外科工具，还包括：
驱动输入件，所述驱动输入件布置在所述第一端部处并且可操作地联接到所述至少一个花键，使得所述驱动输入件的旋转对应地使所述至少一个花键和所述驱动齿轮旋转；并且
其中，所述机器人外科工具能够接合器械驱动器，所述器械驱动器布置在机器人臂的端部处并且能够在所述第一端部处与所述驱动外壳配合，所述器械驱动器提供驱动输出件，所述驱动输出件能够与所述驱动输入件配合，使得所述驱动输出件的旋转对应地使所述驱动输入件旋转，从而致动所述激活机构。
3.根据权利要求2所述的机器人外科工具，其中，所述轴经由被限定为纵向穿过所述器械驱动器的中心孔而延伸穿过所述器械驱动器。
4.根据权利要求1所述的机器人外科工具，其中，所述托架包括串联布置的至少第一层和第二层，并且其中所述驱动齿轮布置在所述第一层的部分与所述第二层的部分之间并且围绕至少一个第二花键可滑动地设置。
5.根据权利要求1所述的机器人外科工具，其中，所述激活机构包括：
第一载体，所述第一载体至少部分地围绕所述轴延伸并且可操作地联接到延伸到所述腕部的第一驱动构件；和
第二载体，所述第二载体至少部分地围绕所述轴延伸并且可操作地联接到延伸到所述腕部的第二驱动构件，
其中，所述激活机构的致动使所述第一载体和所述第一驱动构件沿着所述轴在第一轴向方向上移动并且还使所述第二载体和所述第二驱动构件沿着所述轴在第二轴向方向上移动，其中所述第一轴向方向和所述第二轴向方向共线且相反。
6.根据权利要求5所述的机器人外科工具，其中，所述第一驱动构件的远侧端部和所述第二驱动构件的远侧端部在所述端部执行器处对抗地操作以使所述端部执行器在所述至少一个平面中进行关节运动。
7.根据权利要求5所述的机器人外科工具，其中，所述激活机构还包括：
第一传动齿轮，所述第一传动齿轮围绕所述轴延伸并且限定内螺纹，所述第一载体径向地插置在所述轴与所述第一传动齿轮之间并且限定能够与所述第一传动齿轮的所述内螺纹配合的外螺纹；和
第二传动齿轮，所述第二传动齿轮围绕所述轴延伸并且限定内螺纹，所述第二载体径向地插置在所述轴与所述第二传动齿轮之间并且限定能够与所述第二传动齿轮的所述内螺纹配合的外螺纹，
其中，所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮能够与所述驱动齿轮配合，使得所述驱动齿轮的旋转同时使所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮旋转，并且
其中，所述第一传动齿轮的所述内螺纹和所述第二传动齿轮的所述内螺纹的螺纹方向相反，使得使所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮的旋转致使所述第一载体和所述第二载体沿着所述轴在共线但相反的轴向方向上移动。
8.根据权利要求7所述的机器人外科工具，其中，在所述第一载体和所述第二载体之间设置有间隙，以允许所述第一载体和所述第二载体在所述激活机构的致动期间朝向和远离彼此移动。
9.根据权利要求5所述的机器人外科工具，其中，所述激活机构还包括：
关节运动筒，所述关节运动筒围绕所述轴可旋转地设置，所述从动齿轮设置在所述关节运动筒上，并且所述第一载体和所述第二载体径向地插置在所述轴与所述关节运动筒之间；
第一凸轮轮廓和第二凸轮轮廓，所述第一凸轮轮廓和第二凸轮轮廓被限定在所述关节运动筒中并且围绕所述关节运动筒的圆周以相等但相反的角度延伸；
第一从动销，所述第一从动销延伸穿过所述第一凸轮轮廓并且联接到所述第一载体；和
第二从动销，所述第二从动销延伸穿过所述第二凸轮轮廓并且联接到所述第二载体，
其中，随着所述驱动齿轮使所述关节运动筒旋转，所述第一从动销和所述第二从动销分别被推压横穿所述第一凸轮轮廓和所述第二凸轮轮廓，从而在共线但相反的轴向方向上推压所述第一载体和所述第二载体。
10.根据权利要求9所述的机器人外科工具，其中，所述激活机构还包括：
第一关节运动扭矩杆，所述第一关节运动扭矩杆固定到所述托架并且限定接纳所述第一从动销的头部的第一狭槽；和
第二关节运动扭矩杆，所述第二关节运动扭矩杆固定到所述托架并且限定接纳所述第二从动销的头部的第二狭槽。
11.根据权利要求10所述的机器人外科工具，其中，每个从动销包括：
第一轴承，所述第一轴承随着所述关节运动筒的旋转而压靠在所述第一凸轮轮廓或所述第二凸轮轮廓的内壁上；和
第二轴承，所述第二轴承能够随着所述关节运动筒的旋转而压靠在所述第一狭槽或所述第二狭槽的内壁上。
12.根据权利要求9所述的机器人外科工具，其中，所述第一凸轮轮廓和所述第二凸轮轮廓中的至少一者沿着所述第一凸轮轮廓和所述第二凸轮轮廓的路径提供拐点。
13.根据权利要求1所述的机器人外科工具，其中，所述端部执行器选自：外科缝合器、组织抓紧器、外科剪、高级能量血管闭合器、施夹器、针驱动器、包括一对相对的抓持钳口的巴布科克钳、双极性钳口、抽吸冲洗器、内窥镜、腹腔镜、以及它们的任何组合。
14.一种方法，包括：
将机器人外科工具定位在患者附近，所述机器人外科工具包括：
驱动外壳，所述驱动外壳具有第一端部和第二端部；
至少一个花键，所述至少一个花键在所述第一端部与所述第二端部之间延伸并且包括随着所述至少一个花键的旋转而旋转的驱动齿轮；
托架，所述托架可移动地安装到所述至少一个花键；
细长轴，所述细长轴从所述托架延伸并且穿透所述第一端部；
端部执行器，所述端部执行器布置在所述细长轴的远侧端部处；
腕部，所述腕部插置在所述端部执行器与所述轴的所述远侧端部之间；和
激活机构，所述激活机构被容纳在所述托架中并且可操作地联接到所述驱动齿轮；
通过致动布置在所述第一端部处并且可操作地联接到所述至少一个花键的驱动输入件而使所述至少一个花键和所述驱动齿轮旋转；以及
随着所述驱动齿轮的旋转而致动所述激活机构，从而使所述端部执行器在所述腕部处在至少一个平面中进行关节运动。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
将器械驱动器在所述第一端部处与所述驱动外壳配合，所述器械驱动器布置在机器人臂的端部处；
当所述器械驱动器配合到所述驱动外壳时，将所述器械驱动器的驱动输出件与所述驱动输入件配合；以及
致动所述驱动输出件以使所述驱动输入件旋转，从而致动所述激活机构。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，将所述器械驱动器在所述第一端部处与所述驱动外壳配合包括使所述轴、所述端部执行器和所述腕部延伸穿过被限定为纵向穿过所述器械驱动器的中心孔。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述激活机构包括：第一载体，所述第一载体至少部分地围绕所述轴延伸并且可操作地联接到延伸到所述腕部的第一驱动构件；和第二载体，所述第二载体至少部分地围绕所述轴延伸并且可操作地联接到延伸到所述腕部的第二驱动构件，并且其中致动所述激活机构包括：
使所述第一载体和所述第一驱动构件沿着所述轴在第一轴向方向上移动；以及
使所述第二载体和所述第二驱动构件沿着所述轴在第二轴向方向上移动，其中所述第一轴向方向和所述第二轴向方向共线且相反。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括使所述第一驱动构件的远侧端部和所述第二驱动构件的远侧端部在所述端部执行器处对抗地操作，从而使所述端部执行器在所述至少一个平面中进行关节运动。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述激活机构还包括：第一传动齿轮，所述第一传动齿轮围绕所述轴延伸并且限定内螺纹，所述第一载体径向地插置在所述轴与所述第一传动齿轮之间并且限定能够与所述第一传动齿轮的所述内螺纹配合的外螺纹；和第二传动齿轮，所述第二传动齿轮围绕所述轴延伸并且限定内螺纹，所述第二载体径向地插置在所述轴与所述第二传动齿轮之间并且限定能够与所述第二传动齿轮的所述内螺纹配合的外螺纹，所述方法还包括：
将所述驱动齿轮与所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮配合；
使所述驱动齿轮旋转，从而同时使所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮旋转，其中所述第一传动齿轮的所述内螺纹和所述第二传动齿轮的所述内螺纹的螺纹方向相反；以及
致使所述第一载体和所述第二载体随着所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮的旋转而沿着所述轴在共线但相反的轴向方向上移动。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述激活机构还包括：关节运动筒，所述关节运动筒围绕所述轴可旋转地设置，所述从动齿轮设置在所述关节运动筒上，并且所述第一载体和所述第二载体径向地插置在所述轴与所述关节运动筒之间；第一凸轮轮廓和第二凸轮轮廓，所述第一凸轮轮廓和所述第二凸轮轮廓被限定在所述关节运动筒中并且围绕所述关节运动筒的圆周以相等但相反的角度延伸；第一从动销，所述第一从动销延伸穿过所述第一凸轮轮廓并且联接到所述第一载体；和第二从动销，所述第二从动销延伸穿过所述第二凸轮轮廓并且联接到所述第二载体，所述方法还包括：
使所述关节运动筒随着所述驱动齿轮旋转；
随着所述关节运动筒的旋转而推压所述第一从动销和所述第二从动销，使其分别横穿所述第一凸轮轮廓和所述第二凸轮轮廓；以及
随着所述第一从动销和所述第二从动销横穿所述第一凸轮轮廓和所述第二凸轮轮廓而推压所述第一载体和所述第二载体，使其沿着所述轴在共线但相反的轴向方向上移动。
21.一种机器人外科工具，包括：
驱动外壳，所述驱动外壳具有第一端部和第二端部；
至少一个花键，所述至少一个花键在所述第一端部与所述第二端部之间延伸并且包括随着所述至少一个花键的旋转而旋转的驱动齿轮；
托架，所述托架可移动地安装到所述至少一个花键；
细长轴，所述细长轴从所述托架延伸并且穿透所述第一端部，所述轴具有布置在其远侧端部处的端部执行器；和
激活机构，所述激活机构被容纳在所述托架中并且包括：
输入齿轮，所述输入齿轮可操作地联接到所述驱动齿轮，使得所述驱动齿轮的旋转对应地使所述输入齿轮旋转；和
击发杆，所述击发杆限定能够与所述输入齿轮的内螺纹以螺纹方式接合的外螺纹，所述击发杆可操作地联接到所述端部执行器处的刀，从而使得所述击发杆的纵向移动对应地使所述刀在相同方向上移动，
其中，所述驱动齿轮旋转以使所述输入齿轮旋转，从而使所述击发杆和所述刀纵向移动。
22.根据权利要求21所述的机器人外科工具，还包括：
驱动输入件，所述驱动输入件布置在所述第一端部处并且可操作地联接到所述至少一个花键，使得所述驱动输入件的旋转对应地使所述至少一个花键和所述驱动齿轮旋转；和
器械驱动器，所述器械驱动器布置在机器人臂的端部处并且能够在所述第一端部处与所述驱动外壳配合，所述器械驱动器提供驱动输出件，所述驱动输出件能够与所述驱动输入件配合，使得所述驱动输出件的旋转对应地使所述驱动输入件旋转，从而致动所述激活机构。
23.根据权利要求22所述的机器人外科工具，其中，所述轴通过延伸穿过被限定为纵向穿过所述器械驱动器的中心孔而穿透所述器械驱动器。
24.根据权利要求21所述的机器人外科工具，其中，所述托架包括串联布置的至少第一层和第二层，并且其中，所述驱动齿轮布置在所述第一层的部分与所述第二层的部分之间并且围绕至少一个第二花键可滑动地设置。
25.根据权利要求21所述的机器人外科工具，其中，所述激活机构还包括惰齿轮，所述惰齿轮插置在所述驱动齿轮与所述输入齿轮之间，以经由相互啮合的传动装置将扭矩从所述驱动齿轮传递到所述输入齿轮。
26.根据权利要求21所述的机器人外科工具，其中，所述激活机构还包括：
通道保持器，所述通道保持器联接到所述托架并且压靠在所述输入齿轮的第一侧上；和
一个或多个推力轴承，所述一个或多个推力轴承被容纳在所述托架内并且压靠在所述输入齿轮的第二侧上，
其中，所述通道保持器和所述一个或多个推力轴承将所述输入齿轮轴向固定在适当位置。
27.根据权利要求26所述的机器人外科工具，还包括锁定机构，所述锁定机构将所述通道保持器轴向固定到所述托架。
28.根据权利要求21所述的机器人外科工具，其中，所述输入齿轮的所述内螺纹被限定在从所述输入齿轮延伸的细长圆柱形主体上，并且其中所述击发杆在所述细长圆柱形主体内延伸。
29.根据权利要求21所述的机器人外科工具，其中，所述激活机构还包括插置在所述击发杆与所述刀之间的击发构件。
30.根据权利要求21所述的机器人外科工具，其中，所述端部执行器选自：外科缝合器、组织抓紧器、外科剪、高级能量血管闭合器、施夹器、针驱动器、包括一对相对的抓持钳口的巴布科克钳、双极性钳口、抽吸冲洗器、内窥镜、腹腔镜、以及它们的任何组合。
31.一种方法，包括：
将机器人外科工具定位在患者附近，所述机器人外科工具包括：
驱动外壳，所述驱动外壳具有第一端部和第二端部；
至少一个花键，所述至少一个花键在所述第一端部与所述第二端部之间延伸并且包括随着所述至少一个花键的旋转而旋转的驱动齿轮；
托架，所述托架可移动地安装到所述至少一个花键；
细长轴，所述细长轴从所述托架延伸并且穿透所述第一端部，所述轴具有布置在其远侧端部处的端部执行器；和
激活机构，所述激活机构被容纳在所述托架中并且包括输入齿轮和击发杆，所述输入齿轮可操作地联接到所述驱动齿轮，使得所述驱动齿轮的旋转对应地使所述输入齿轮旋转，所述击发杆限定能够与所述输入齿轮的内螺纹以螺纹方式接合的外螺纹；
通过致动布置在所述第一端部处并且可操作地联接到所述至少一个花键的驱动输入件而使所述至少一个花键和所述驱动齿轮旋转；以及
使所述输入齿轮随着所述驱动齿轮旋转，从而使所述击发杆和位于所述端部执行器处并且可操作地联接到所述击发杆的刀纵向移动。
32.根据权利要求31所述的方法，还包括：
将器械驱动器在所述第一端部处与所述驱动外壳配合，所述器械驱动器布置在机器人臂的端部处；
当所述器械驱动器配合到所述驱动外壳时，将所述器械驱动器的驱动输出件与所述驱动输入件配合；以及
致动所述驱动输出件以使所述驱动输入件旋转，从而致动所述激活机构。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，将所述器械驱动器在所述第一端部处与所述驱动外壳配合包括使所述轴和所述端部执行器延伸穿过被限定为纵向穿过所述器械驱动器的中心孔。
34.根据权利要求31所述的方法，其中，所述激活机构还包括插置在所述驱动齿轮与所述输入齿轮之间的惰齿轮，所述方法还包括经由所述惰齿轮将扭矩从所述驱动齿轮传递到所述输入齿轮。
35.根据权利要求31所述的方法，其中，所述激活机构还包括：通道保持器，所述通道保持器联接到所述托架并且压靠在所述输入齿轮的第一侧上；和一个或多个推力轴承，所述一个或多个推力轴承被容纳在所述托架内并且压靠在所述输入齿轮的第二侧上，所述方法还包括：
将所述输入齿轮轴向固定在所述通道保持器与所述一个或多个推力轴承之间。
36.根据权利要求35所述的方法，还包括利用锁定机构将所述通道保持器轴向固定到所述托架。
37.根据权利要求35所述的方法，还包括在所述输入齿轮上施加轴向负载，以及在所述击发杆纵向移动时减小所述输入齿轮与所述一个或多个推力轴承的旋转摩擦。
38.根据权利要求31所述的方法，其中，所述输入齿轮的所述内螺纹被限定在从所述输入齿轮延伸的细长圆柱形主体上，并且其中所述击发杆在所述细长圆柱形主体内延伸。
39.根据权利要求31所述的方法，其中，所述激活机构还包括插置在所述击发杆与所述刀之间的击发构件。
40.一种机器人外科工具，包括：
驱动外壳，所述驱动外壳具有第一端部和第二端部；
至少一个花键，所述至少一个花键在所述第一端部与所述第二端部之间延伸并且包括随着所述至少一个花键的旋转而旋转的驱动齿轮；
托架，所述托架可移动地安装到所述至少一个花键；
闭合管，所述闭合管从所述托架延伸并且延伸穿过所述第一端部，所述闭合管具有布置在所述闭合管的远侧端部处的端部执行器；和
激活机构，所述激活机构被容纳在所述托架中并且包括：
从动齿轮，所述从动齿轮可操作地联接到所述驱动齿轮，使得所述驱动齿轮的旋转对应地使所述从动齿轮旋转；和
载体，所述载体布置在所述闭合管的近侧端部处并且可操作地联接到所述从动齿轮，从而使得所述从动齿轮的旋转对应地使所述载体和所述闭合管沿着所述闭合管的纵向轴线轴向移动，
其中，使所述闭合管沿着所述纵向轴线轴向移动使所述端部执行器的钳口闭合或打开。
41.根据权利要求40所述的机器人外科工具，还包括：
驱动输入件，所述驱动输入件布置在所述第一端部处并且可操作地联接到所述至少一个花键，从而使得所述驱动输入件的旋转对应地使所述至少一个花键和所述驱动齿轮旋转；和
器械驱动器，所述器械驱动器布置在机器人臂的端部处并且能够在所述第一端部处与所述驱动外壳配合，所述器械驱动器提供驱动输出件，所述驱动输出件能够与所述驱动输入件配合，使得所述驱动输出件的旋转对应地使所述驱动输入件旋转，从而致动所述激活机构。
42.根据权利要求41所述的机器人外科工具，其中，所述闭合管通过延伸穿过被限定为纵向穿过所述器械驱动器的中心孔而延伸穿过所述器械驱动器。
43.根据权利要求40所述的机器人外科工具，其中，所述托架包括串联布置的至少第一层和第二层，并且其中，所述驱动齿轮布置在所述第一层的部分与所述第二层的部分之间并且围绕所述至少一个第二花键可滑动地设置。
44.根据权利要求43所述的机器人外科工具，其中，所述激活机构还包括：
键，所述键设置在所述闭合管的外表面上；和
狭槽，所述狭槽被限定在所述第一层中并且其尺寸被设定成能够接纳所述键，其中随着所述闭合管沿着所述纵向轴线移动，所述键在所述狭槽内对应地平移以防止所述闭合管旋转。
45.根据权利要求40所述的机器人外科工具，其中，所述从动齿轮包括环形结构，所述环形结构围绕所述闭合管延伸并且限定能够与由所述载体限定的外螺纹以螺纹方式接合的内螺纹，并且其中，使所述从动齿轮旋转致使所述载体和所述闭合管经由所述从动齿轮与所述载体之间的螺纹接合而沿着所述纵向轴线移动。
46.根据权利要求45所述的机器人外科工具，其中，所述载体径向地插置在所述闭合管的一部分与所述从动齿轮之间，并且限定能够与所述闭合管的所述近侧端部接合的内径向肩部。
47.根据权利要求40所述的机器人外科工具，其中，所述激活机构还包括：
闭合筒，所述闭合筒围绕所述闭合管和所述载体延伸，其中所述从动齿轮联接到所述闭合筒，从而使得所述从动齿轮的旋转对应地使所述闭合筒围绕所述纵向轴线旋转；
凸轮轮廓，所述凸轮轮廓被限定在所述闭合筒中；和
从动销，所述从动销延伸穿过所述凸轮轮廓并且联接到所述载体，从而使得随着所述闭合筒旋转，所述从动销横穿所述凸轮轮廓并且对应地使所述载体和所述闭合管沿着所述纵向轴线移动。
48.根据权利要求47所述的机器人外科工具，其中，所述从动销包括轴承，所述轴承随着所述闭合筒的旋转而压靠在所述凸轮轮廓的内壁上。
49.根据权利要求47所述的机器人外科工具，其中，所述凸轮轮廓包括围绕所述闭合筒的圆周以恒定角度螺旋延伸的直槽。
50.根据权利要求47所述的机器人外科工具，其中，所述凸轮轮廓包括狭槽，所述狭槽以第一斜率延伸第一距离并且以不同于所述第一斜率的第二斜率延伸第二距离。
51.根据权利要求40所述的机器人外科工具，其中，所述端部执行器选自：外科缝合器、组织抓紧器、外科剪、高级能量血管闭合器、施夹器、针驱动器、包括一对相对的抓持钳口的巴布科克钳、双极性钳口、抽吸冲洗器、内窥镜、腹腔镜、以及它们的任何组合。
52.一种方法，包括：
将机器人外科工具定位在患者附近，所述机器人外科工具包括：
驱动外壳，所述驱动外壳具有第一端部和第二端部；
至少一个花键，所述至少一个花键在所述第一端部与所述第二端部之间延伸并且包括随着所述至少一个花键的旋转而旋转的驱动齿轮；
托架，所述托架可移动地安装到所述至少一个花键；
闭合管，所述闭合管从所述托架延伸并且穿透所述第一端部，并且所述闭合管具有布置在所述闭合管的远侧端部处的端部执行器；和
激活机构，所述激活机构被容纳在所述托架中并且包括可操作地联接到所述驱动齿轮的从动齿轮，并且还包括布置在所述闭合管的近侧端部处并且可操作地联接到所述从动齿轮的载体；
通过致动布置在所述第一端部处并且可操作地联接到所述至少一个花键的驱动输入件而使所述至少一个花键和所述驱动齿轮旋转；
使所述从动齿轮随着所述驱动齿轮旋转，从而使所述载体和所述闭合管沿着所述闭合管的纵向轴线轴向移动；以及
随着所述闭合管沿着所述纵向轴线轴向移动，打开或闭合所述端部执行器的钳口。
53.根据权利要求52所述的方法，还包括：
将器械驱动器在所述第一端部处与所述驱动外壳配合，所述器械驱动器布置在机器人臂的端部处；
当所述器械驱动器配合到所述驱动外壳时，将所述器械驱动器的驱动输出件与所述驱动输入件配合；以及
致动所述驱动输出件以使所述驱动输入件旋转，从而致动所述激活机构。
54.根据权利要求53所述的方法，其中，将所述器械驱动器在所述第一端部处与所述驱动外壳配合包括使所述闭合管和所述端部执行器延伸穿过被限定为纵向穿过所述器械驱动器的中心孔。
55.根据权利要求54所述的方法，其中，所述托架包括串联布置的至少第一层和第二层，并且所述激活机构还包括：键，所述键设置在所述闭合管的外表面上；和狭槽，所述狭槽被限定在所述第一层中并且其尺寸被设定成接纳所述键，所述方法还包括：
通过使所述键随着所述闭合管沿着所述纵向轴线的轴向移动而在所述狭槽内移动，来防止所述闭合管围绕所述纵向轴线旋转。
56.根据权利要求54所述的方法，其中，所述从动齿轮包括环形结构，所述环形结构围绕所述闭合管延伸并且限定能够与由所述载体限定的外螺纹以螺纹方式接合的内螺纹，并且其中，使所述从动齿轮随着所述驱动齿轮旋转还包括使所述载体和所述闭合管经由所述从动齿轮与所述载体之间的螺纹接合而沿着所述纵向轴线移动。
57.根据权利要求17所述的方法，还包括改变所述内螺纹的螺距和所述外螺纹的螺距，从而改变施加在所述闭合管上的最终轴向负载。
58.根据权利要求54所述的方法，其中，所述激活机构还包括：闭合筒，所述闭合筒围绕所述闭合管和所述载体延伸，所述从动齿轮联接到所述闭合筒；凸轮轮廓，所述凸轮轮廓被限定在所述闭合筒中；和从动销，所述从动销延伸穿过所述凸轮轮廓并且联接到所述载体，并且其中，使所述从动齿轮随着所述驱动齿轮旋转还包括：
使所述闭合筒随着所述驱动齿轮使所述从动齿轮旋转而围绕所述纵向轴线旋转；
使所述从动销随着所述闭合筒旋转而横穿所述凸轮轮廓；以及
使所述载体和所述闭合管随着所述从动销横穿所述凸轮轮廓而沿着所述纵向轴线移动。
59.根据权利要求58所述的方法，其中，所述凸轮轮廓包括狭槽，所述狭槽以第一斜率延伸第一距离并且以不同于所述第一斜率的第二斜率延伸第二距离，所述方法还包括通过使所述从动销从所述第一斜率横穿到所述第二斜率来改变所述激活机构的机械优点。
60.一种机器人外科工具，包括：
驱动外壳，所述驱动外壳具有第一端部、第二端部和在所述第一端部与所述第二端部之间延伸的导螺杆；
托架，所述托架在固定到所述托架的托架螺母处可移动地安装到所述导螺杆；和
细长轴，所述细长轴从所述托架延伸并且延伸穿过所述第一端部，所述轴具有布置在其远侧端部处的端部执行器，
其中，所述导螺杆的旋转使所述托架和所述托架螺母在所述第一端部与所述第二端部之间轴向移动，从而使所述端部执行器朝远侧或朝近侧移动。
61.根据权利要求60所述的机器人外科工具，还包括：
驱动输入件，所述驱动输入件布置在所述第一端部处并且可操作地联接到所述导螺杆，从而使得所述驱动输入件的旋转对应地使所述导螺杆旋转；和
器械驱动器，所述器械驱动器布置在机器人臂的端部处并且能够在所述第一端部处与所述驱动外壳配合，所述器械驱动器提供驱动输出件，所述驱动输出件能够与所述驱动输入件配合，使得所述驱动输出件的旋转对应地使所述驱动输入件旋转，从而使所述导螺杆旋转。
62.根据权利要求61所述的机器人外科工具，其中，所述轴通过延伸穿过被限定为纵向穿过所述器械驱动器的中心孔而延伸穿过所述器械驱动器。
63.根据权利要求60所述的机器人外科工具，其中，所述导螺杆的外表面限定螺旋状外螺纹，并且所述托架螺母限定能够与所述螺旋状外螺纹配合的螺旋状内螺纹。
64.根据权利要求63所述的机器人外科工具，其中，所述螺旋状外螺纹的节距沿着所述导螺杆变化。
65.根据权利要求63所述的机器人外科工具，其中，润滑涂层被施加到所述螺旋状外螺纹，以减小抵靠所述托架螺母的所述螺旋状内螺纹的摩擦。
66.根据权利要求60所述的机器人外科工具，其中，所述托架包括串联布置的至少第一层和第二层，并且其中所述托架螺母包括布置在所述第一层的部分与所述第二层的部分之间的单独的组成部件。
67.根据权利要求66所述的机器人外科工具，其中，所述托架螺母限定防旋转特征部，所述防旋转特征部能够与被限定在所述第一层或所述第二层上的对应特征部配合。
68.根据权利要求67所述的机器人外科工具，其中，所述托架包括至少一个层，所述至少一个层限定包括所述托架螺母的孔，并且其中所述导螺杆延伸穿过所述孔。
69.根据权利要求60所述的机器人外科工具，其中，所述托架螺母在所述托架的近侧端部与远侧端部之间延伸。
70.根据权利要求60所述的机器人外科工具，其中，所述托架螺母包括可旋转地安装到所述导螺杆的至少两个托架螺母。
71.根据权利要求60所述的机器人外科工具，其中，所述托架螺母包括位于所述托架的远侧端部处的远侧螺母部分和位于所述托架的近侧端部处的近侧螺母部分。
72.一种方法，包括：
将机器人外科工具定位在患者附近，所述机器人外科工具包括：
驱动外壳，所述驱动外壳具有第一端部、第二端部和在所述第一端部与所述第二端部之间延伸的导螺杆；
托架，所述托架在固定到所述托架的托架螺母处可移动地安装到所述导螺杆；和
细长轴，所述细长轴从所述托架延伸并且延伸穿过所述第一端部，所述轴具有布置在其远侧端部处的端部执行器；通过致动布置在所述第一端部处并且可操作地联接到所述导螺杆的驱动输入件，使所述导螺杆旋转；以及
使所述托架和所述托架螺母随着所述导螺杆的旋转而在所述第一端部与所述第二端部之间轴向移动，从而使所述端部执行器朝远侧或朝近侧移动。
73.根据权利要求72所述的方法，还包括：
将器械驱动器在所述第一端部处与所述驱动外壳配合，所述器械驱动器布置在机器人臂的端部处；
当所述器械驱动器配合到所述驱动外壳时，将所述器械驱动器的驱动输出件与所述驱动输入件配合；以及
致动所述驱动输出件以使所述驱动输入件旋转，从而使所述导螺杆旋转。
74.根据权利要求73所述的方法，其中，将所述器械驱动器在所述第一端部处与所述驱动外壳配合包括使所述轴、所述端部执行器和所述腕部延伸穿过被限定为纵向穿过所述器械驱动器的中心孔。
75.根据权利要求72所述的方法，其中，所述导螺杆的外表面限定螺旋状外螺纹，并且所述托架螺母限定能够与所述螺旋状外螺纹配合的螺旋状内螺纹，并且其中，使所述导螺杆旋转包括将所述导螺杆的旋转负载转换成通过所述螺旋状外螺纹和所述螺旋状内螺纹的机械相互作用而施加到所述托架的轴向负载。
76.根据权利要求72所述的方法，其中，所述托架包括串联布置的至少第一层和第二层，并且其中，所述托架螺母包括布置在所述第一层的部分与所述第二层的部分之间的单独的组成部件。
77.根据权利要求76所述的方法，还包括通过将被限定在所述托架螺母上的防旋转特征部与被限定在所述第一层或所述第二层上的对应特征部配合，来防止所述托架螺母的旋转。
78.根据权利要求77所述的方法，其中，所述托架包括至少一个层，所述层限定包括所述托架螺母的孔，并且其中所述导螺杆延伸穿过所述孔。
79.根据权利要求72所述的方法，还包括利用所述托架螺母稳定所述托架以防在所述驱动外壳内扭转，所述托架螺母具有布置在所述托架的远侧端部和近侧端部处或所述托架的远侧端部和近侧端部附近的部分。
80.一种机器人外科系统，包括：
外科工具，所述外科工具包括：
驱动外壳，所述驱动外壳具有第一端部、第二端部和在所述第一端部与所述第二端部之间可移动地安装到所述驱动外壳的托架；和
细长轴，所述细长轴从所述托架延伸并且穿透所述第一端部，所述轴具有布置在其远侧端部处的端部执行器；和器械驱动器，所述器械驱动器布置在机器人臂的端部处并且包括：
主体，所述主体具有近侧端部、远侧端部并且限定在所述近侧端部与所述远侧端部之间延伸的中心孔，其中，所述轴和所述端部执行器通过延伸穿过所述中心孔而穿透所述器械驱动器；
外部外壳，所述外部外壳至少部分地在所述近侧端部与所述远侧端部之间延伸；
工具驱动组件，所述工具驱动组件设置在所述近侧端部处并且延伸到所述外部外壳中；和
驱动马达，所述驱动马达可操作地联接到所述工具驱动组件并且能够操作，以致使所述工具驱动组件围绕中心轴线相对于所述外部外壳旋转，
其中，所述驱动外壳的所述第一端部可操作地联接到所述工具驱动组件，由此所述工具驱动组件的旋转对应地使所述外科工具围绕所述中心轴线在相同角度方向上旋转。
81.根据权利要求80所述的机器人外科系统，其中，所述工具驱动组件提供一个或多个驱动输出件，所述一个或多个驱动输出件能够与设置在所述驱动外壳的所述第一端部处的一个或多个驱动输入件配合，并且其中，使所述工具驱动组件和所述一个或多个驱动输出件围绕所述中心轴线旋转对应地使所述一个或多个驱动输入件围绕所述中心轴线旋转。
82.根据权利要求81所述的机器人外科系统，其中，每个驱动输出件由对应的致动器驱动，所述对应的致动器安装到所述工具驱动组件并且能够随着所述工具驱动组件的旋转而围绕所述中心轴线旋转。
83.根据权利要求81所述的机器人外科系统，其中，所述外科工具还包括在所述第一端部与所述第二端部之间延伸的至少一个花键，并且所述托架可移动地安装到所述至少一个花键，并且其中，所述至少一个花键可操作地联接到所述一个或多个驱动输入件中的至少一个驱动输入件，使得所述一个或多个驱动输入件中的所述至少一个驱动输入件的旋转对应地使所述至少一个花键旋转。
84.根据权利要求81所述的机器人外科系统，其中，所述外科工具还包括在所述第一端部与所述第二端部之间延伸的导螺杆，并且所述托架在固定到所述托架的托架螺母处可移动地安装到所述导螺杆，并且其中，所述导螺杆在至少一个花键处可操作地联接到所述一个或多个驱动输入件中的至少一个驱动输入件，使得所述一个或多个驱动输入件中的所述至少一个驱动输入件的旋转对应地使所述导螺杆旋转。
85.根据权利要求80所述的机器人外科系统，其中，所述器械驱动器还包括联接到所述外部外壳的滑环，以便于将电功率和信号从所述机器人臂传递到所述工具驱动组件以操作所述外科工具。
86.根据权利要求80所述的机器人外科系统，其中，所述工具驱动组件提供一个或多个联锁特征部，所述一个或多个联锁特征部能够与设置在所述驱动外壳的所述第一端部处的一个或多个形状互补的凹坑配合，以将所述外科工具可操作地联接到所述器械驱动器。
87.根据权利要求80所述的机器人外科系统，其中，所述器械驱动器还包括：
定子齿轮，所述定子齿轮固定到所述工具驱动组件；和
转子齿轮，所述转子齿轮由所述驱动马达驱动并且能够与所述定子齿轮配合，其中，所述转子齿轮的致动驱动所述定子齿轮，从而使所述工具驱动组件围绕所述中心轴线旋转。
88.根据权利要求80所述的机器人外科系统，其中，所述器械驱动器还包括内导管，所述内导管限定所述中心孔并且联接到所述工具驱动组件，从而使得所述工具驱动组件的旋转对应地使所述内导管围绕所述中心轴线旋转。
89.根据权利要求80所述的机器人外科系统，其中，所述器械驱动器还包括多个轴承，所述多个轴承布置在所述工具驱动组件的部分与所述外部外壳的部分之间，以允许所述工具驱动组件相对于所述外部外壳旋转。
90.根据权利要求89所述的机器人外科系统，其中，所述器械驱动器还包括：
一个或多个密封件，所述一个或多个密封件布置在所述工具驱动组件与所述外部外壳之间的对应的一个或多个径向界面处；和
一个或多个垫圈，所述一个或多个垫圈布置在所述工具驱动组件与所述外部外壳之间的对应的一个或多个轴向界面处。
91.根据权利要求80所述的机器人外科系统，其中，所述端部执行器选自：外科缝合器、组织抓紧器、外科剪、高级能量血管闭合器、施夹器、针驱动器、包括一对相对的抓持钳口的巴布科克钳、双极性钳口、抽吸冲洗器、内窥镜、腹腔镜、以及它们的任何组合。
92.一种操作机器人外科系统的方法，包括：
将器械驱动器定位在患者附近，所述器械驱动器包括：
主体，所述主体具有近侧端部、远侧端部和在所述近侧端部与所述远侧端部之间延伸的中心孔；
外部外壳，所述外部外壳至少部分地在所述近侧端部与所述远侧端部之间延伸；和
工具驱动组件，所述工具驱动组件设置在所述近侧端部处并且延伸到所述外部外壳中；
将外科工具联接到所述器械驱动器，所述外科工具包括：
驱动外壳，所述驱动外壳具有第一端部、第二端部和在所述第一端部与所述第二端部之间可移动地安装到所述驱动外壳的托架，其中，所述驱动外壳的所述第一端部可操作地联接到所述工具驱动组件；和
细长轴，所述细长轴从所述托架延伸并且穿透所述第一端部，所述轴具有布置在其远侧端部处的端部执行器，其中，所述轴和所述端部执行器通过延伸穿过所述中心孔而穿透所述器械驱动器；
致动驱动马达，所述驱动马达被包括在所述器械驱动器中并且可操作地联接到所述工具驱动组件，从而使所述工具驱动组件围绕所述中心轴线相对于所述外部外壳旋转；以及
使所述外科工具在联接到所述工具驱动组件时围绕所述中心轴线旋转。
93.根据权利要求92所述的方法，还包括：
将所述工具驱动组件的一个或多个驱动输出件与设置在所述驱动外壳的所述第一端部处的一个或多个驱动输入件配合；以及
随着所述工具驱动组件和所述一个或多个驱动输出件围绕所述中心轴线旋转，使所述一个或多个驱动输入件围绕所述中心轴线旋转。
94.根据权利要求92所述的方法，其中，所述器械驱动器还包括致动器，所述致动器安装到所述工具驱动组件并且可操作地联接到所述一个或多个驱动输出件中的一个驱动输出件，所述方法还包括：
操作所述致动器以使所述一个或多个驱动输出件中的所述一个驱动输出件旋转，从而驱动所述一个或多个驱动输入件中的对应的一个驱动输入件；以及
使所述致动器随着所述工具驱动组件旋转而围绕所述中心轴线旋转。
95.根据权利要求92所述的方法，其中，所述外科工具还包括在所述第一端部与所述第二端部之间延伸的至少一个花键，并且所述托架可移动地安装到所述至少一个花键，并且其中，所述至少一个花键可操作地联接到所述一个或多个驱动输入件中的所述对应的一个驱动输入件，所述方法还包括使所述一个或多个驱动输入件中的所述对应的一个驱动输入件旋转，从而使所述至少一个花键旋转。
96.根据权利要求92所述的方法，其中，所述外科工具还包括在所述第一端部与所述第二端部之间延伸的导螺杆，并且所述托架在固定到所述托架的托架螺母处可移动地安装到所述导螺杆，并且其中，所述导螺杆可操作地联接到所述一个或多个驱动输入件中的所述对应的一个驱动输入件，所述方法还包括：
使所述一个或多个驱动输入件中的所述对应的一个驱动输入件旋转，从而使所述导螺杆旋转；以及
使所述托架和所述托架螺母随着所述导螺杆旋转而在所述第一端部与所述第二端部之间轴向移动，从而使所述端部执行器朝远侧或朝近侧移动。
97.根据权利要求92所述的方法，还包括利用联接到所述外部外壳的滑环将电功率和信号从所述机器人臂传递到所述工具驱动组件。
98.根据权利要求92所述的方法，其中，将所述外科工具联接到所述器械驱动器还包括将设置在所述工具驱动组件上的一个或多个联锁特征部与设置在所述驱动外壳的所述第一端部处的一个或多个形状互补的凹坑配合。
99.根据权利要求92所述的方法，其中，所述器械驱动器还包括固定到所述工具驱动组件的定子齿轮，和由所述驱动马达驱动并且能够与所述定子齿轮配合的转子齿轮，并且其中，致动所述驱动马达还包括：
使所述转子齿轮旋转；以及
利用所述转子齿轮驱动定子齿轮，从而使所述工具驱动组件围绕所述中心轴线相对于所述外部外壳旋转。
100.一种机器人外科工具，包括：
驱动外壳，所述驱动外壳具有第一端部、第二端部和在所述第一端部与所述第二端部之间延伸的导螺杆；
托架，所述托架在固定到所述托架的托架螺母处可移动地安装到所述导螺杆；
激活机构，所述激活机构包括可旋转地安装到所述托架并且能够旋转以致动所述激活机构的驱动齿轮；和
扭转缆线，所述扭转缆线在所述驱动齿轮与布置在所述第一端部处的驱动输入件之间延伸，其中，使所述驱动输入件旋转的步骤使所述扭转缆线旋转，从而沿着所述扭转缆线将扭转负载传输到所述驱动齿轮以致动所述激活机构。
101.根据权利要求100所述的机器人外科工具，还包括器械驱动器，所述器械驱动器布置在机器人臂的端部处并且能够在所述第一端部处与所述驱动外壳配合，所述器械驱动器提供驱动输出件，所述驱动输出件能够与所述驱动输入件配合，使得所述驱动输出件的旋转对应地使所述驱动输入件旋转，从而使所述扭转缆线旋转以致动所述激活机构。
102.根据权利要求101所述的机器人外科工具，其中，所述驱动输入件是第一驱动输入件并且所述驱动输出件是第一驱动输出件，所述机器人外科工具还包括：
第二驱动输入件，所述第二驱动输入件布置在所述第一端部处并且可操作地联接到所述导螺杆，使得所述第二驱动输入件的旋转对应地使所述导螺杆旋转；和
第二驱动输出件，所述第二驱动输出件由所述器械驱动器提供并且能够与所述第二驱动输入件配合，使得所述第二驱动输出件的旋转对应地使所述第二驱动输入件旋转，从而使所述导螺杆旋转。
103.根据权利要求100所述的机器人外科工具，还包括：
细长轴，所述细长轴从所述托架延伸并且穿透所述第一端部；
端部执行器，所述端部执行器布置在所述轴的远侧端部处；和
腕部，所述腕部插置在所述轴与所述端部执行器之间，其中致动所述激活机构致使以下情况中的至少一种情况发生：
打开或闭合所述端部执行器的钳口；
使所述端部执行器在所述腕部处进行关节运动；以及
推进或回缩所述端部执行器处的刀。
104.根据权利要求103所述的机器人外科工具，其中，所述端部执行器选自：外科缝合器、组织抓紧器、外科剪、高级能量血管闭合器、施夹器、针驱动器、包括一对相对的抓持钳口的巴布科克钳、双极性钳口、抽吸冲洗器、内窥镜、腹腔镜、以及它们的任何组合。
105.根据权利要求100所述的机器人外科工具，还包括：
细长轴，所述细长轴从所述托架延伸并且穿透所述第一端部；和
端部执行器，所述端部执行器布置在所述轴的远侧端部处，其中所述激活机构还包括：
从动齿轮，所述从动齿轮可旋转地安装到所述托架并且可操作地联接到所述驱动齿轮，从而使得所述驱动齿轮的旋转对应地使所述从动齿轮旋转；和
击发杆，所述击发杆可操作地联接到所述从动齿轮，从而使得所述从动齿轮的旋转致使所述击发杆沿着所述轴轴向平移并致使所述端部执行器处的刀移动。
106.根据权利要求100所述的机器人外科工具，还包括张紧系统，所述张紧系统包括：
张紧滑轮；
锚定至所述驱动外壳的固定滑轮，其中，所述扭转缆线布线穿过所述张紧滑轮和所述固定滑轮；
锚定至所述驱动外壳的一个或多个托架滑轮；和
托架缆线，所述托架缆线布线穿过所述一个或多个托架滑轮并且在所述托架与所述张紧滑轮之间延伸，
其中，随着所述托架在所述导螺杆上来回移动，所述张紧滑轮通过在与所述托架相反的轴向方向上行进来保持所述扭转缆线中的张力。
107.根据权利要求100所述的机器人外科工具，其中，所述激活机构还包括从动齿轮，所述从动齿轮设置在所述托架螺母的外周上并且可操作地联接到所述驱动齿轮，使得所述驱动齿轮的旋转对应地使所述托架螺母相对于所述导螺杆旋转，从而推压所述托架使其沿着所述导螺杆轴向移动。
108.根据权利要求107所述的机器人外科工具，还包括一个或多个惰齿轮，所述一个或多个惰齿轮插置在所述驱动齿轮与所述从动齿轮之间，以将扭矩从所述驱动齿轮传递到所述从动齿轮。
109.一种操作机器人外科工具的方法，包括：
将所述机器人外科工具定位在患者附近，所述机器人外科工具包括：
驱动外壳，所述驱动外壳具有第一端部、第二端部和在所述第一端部与所述第二端部之间延伸的导螺杆；
托架，所述托架在固定到所述托架的托架螺母处可移动地安装到所述导螺杆；
激活机构，所述激活机构包括可旋转地安装到所述托架的驱动齿轮；和
扭转缆线，所述扭转缆线在所述驱动齿轮与布置在所述第一端部处的驱动输入件之间延伸；
使所述驱动输入件旋转，从而使所述扭转缆线旋转；以及
随着所述扭转缆线的旋转而沿着所述扭转缆线将扭转负载传输到所述驱动齿轮，从而致动所述激活机构。
110.根据权利要求109所述的方法，其中，将布置在机器人臂的端部处的器械驱动器在所述第一端部处与所述驱动外壳配合，并且所述器械驱动器提供能够与所述驱动输入件配合的驱动输出件，所述方法还包括使所述驱动输出件旋转，从而使所述驱动输入件和所述扭转缆线旋转以致动所述激活机构。
111.根据权利要求110所述的方法，其中，所述驱动输入件是第一驱动输入件并且所述驱动输出件是第一驱动输出件，所述方法还包括：
使由所述器械驱动器提供的第二输出件旋转，从而使布置在所述第一端部处并且可操作地联接到所述导螺杆的第二驱动输入件旋转；
使所述导螺杆随着所述第二驱动输入件旋转而旋转；以及
使所述托架随着所述导螺杆旋转而沿着所述导螺杆移动。
112.根据权利要求109所述的方法，其中，所述外科工具还包括：细长轴，所述细长轴从所述托架延伸并且穿透所述第一端部；端部执行器，所述端部执行器布置在所述轴的远侧端部处；腕部，所述腕部插置在所述轴与所述端部执行器之间，并且其中致动所述激活机构包括以下情况中的至少一种情况：
打开或闭合所述端部执行器的钳口；
使所述端部执行器在所述腕部处进行关节运动；以及
推进或回缩所述端部执行器处的刀。
113.根据权利要求109所述的方法，其中，所述外科工具还包括：细长轴，所述细长轴从所述托架延伸并穿透所述第一端部；端部执行器，所述端部执行器布置在所述轴的远侧端部处，所述方法还包括：
使所述驱动齿轮随着所述扭转缆线旋转，所述驱动齿轮可操作地联接到可旋转地安装到所述托架的从动齿轮，并且所述从动齿轮可操作地联接到击发杆；
使所述从动齿轮随着所述驱动齿轮的旋转而旋转，从而使所述击发杆沿着所述轴轴向平移；以及
使所述端部执行器处的刀随着所述击发杆轴向平移而移动。
114.根据权利要求109所述的方法，还包括：
利用张紧系统保持所述扭转缆线中的张力，所述张紧系统包括：
张紧滑轮；
锚定至所述驱动外壳的固定滑轮，其中，所述扭转缆线布线穿过所述张紧滑轮和所述固定滑轮；
锚定至所述驱动外壳的一个或多个托架滑轮；和
托架缆线，所述托架缆线布线穿过所述一个或多个托架滑轮并且在所述托架与所述张紧滑轮之间延伸；以及使所述张紧滑轮随着所述托架在所述导螺杆上来回移动而在与所述托架相反的轴向方向上移动。
115.根据权利要求114所述的方法，还包括：
随着所述张紧滑轮在所述轴向方向上移动，通过所述张紧滑轮和所述固定滑轮馈送所述扭转缆线；以及
随着所述托架在所述导螺杆上来回移动，通过所述一个或多个托架滑轮馈送所述托架缆线。
116.根据权利要求109所述的方法，其中，所述激活机构还包括从动齿轮，所述从动齿轮设置在所述托架螺母的外周上并且可操作地联接到所述驱动齿轮，所述方法还包括：
使所述驱动齿轮随着所述扭转缆线旋转，从而使所述从动齿轮旋转；以及
使所述托架螺母随着所述从动齿轮旋转而旋转，从而推压所述托架使其沿着所述导螺杆轴向移动。
117.根据权利要求116所述的方法，还包括一个或多个惰齿轮，所述一个或多个惰齿轮插置在所述驱动齿轮与所述从动齿轮之间以将扭矩从所述驱动齿轮传递到所述从动齿轮。
118.一种机器人外科工具，包括：
驱动外壳，所述驱动外壳具有第一端部、第二端部和在所述第一端部与所述第二端部之间延伸的导螺杆；
托架，所述托架在固定到所述托架的托架螺母处可移动地安装到所述导螺杆；
细长轴，所述细长轴从所述托架延伸并且穿透所述第一端部，和端部执行器，所述端部执行器布置在所述轴的远侧端部处；
驱动齿轮，所述驱动齿轮可旋转地安装到所述托架；
从动齿轮，所述从动齿轮可旋转地安装到所述托架并且可操作地联接到所述驱动齿轮，从而使得所述驱动齿轮的旋转对应地使所述从动齿轮旋转；和
击发杆，所述击发杆可操作地联接到所述从动齿轮，从而使得所述从动齿轮的旋转致使所述击发杆沿着所述轴轴向平移并致使所述端部执行器处的刀移动。
119.根据权利要求118所述的机器人外科工具，还包括张紧系统，所述张紧系统包括：
张紧滑轮；
锚定至所述驱动外壳的固定滑轮，其中所述扭转缆线布线穿过所述张紧滑轮和所述固定滑轮；
锚定至所述驱动外壳的一个或多个托架滑轮；和
托架缆线，所述托架缆线布线穿过所述一个或多个托架滑轮并且在所述托架与所述张紧滑轮之间延伸，
其中，随着所述托架在所述导螺杆上来回移动，所述张紧滑轮通过在与所述托架相反的轴向方向上行进来保持所述扭转缆线中的张力。
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