CN115843233A - 手术机器人定位系统及相关装置和方法 - Google Patents

Abstract

本文中所公开的各种实施例涉及在手术程序期间辅助手术装置的粗略定位的手术机器人定位系统和装置。举例来说，一种用于机器人手术装置的粗略定位系统可包含：定位主体；横摆机构，其在横摆旋转关节处以可操作方式耦接到所述定位主体；俯仰机构，其在俯仰旋转关节处以可操作方式耦接到所述定位主体；以及插入机构，其以可操作方式耦接到所述俯仰机构，其中所述插入机构被配置成滑动且可耦接到所述机器人手术装置。

Description

手术机器人定位系统及相关装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2020年7月6日申请且标题为“手术机器人定位系统及相关装置和方法“(Surgical Robot Positioning System and Related Devicesand Methods)”的美国临时申请63/048,620的权益，所述美国临时申请特此以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本文中的各种实施例涉及机器人手术系统，并且更具体地，涉及在手术程序期间辅助手术装置的粗略定位的手术机器人定位系统和装置。粗略定位系统与体内手术装置的组合在不增加装置的大小的情况下促成体内装置的自由度的增加。

背景技术

当前用于机器人手术的已知定位系统是大的且繁琐的。举例来说，Da Vinci SPSurgical System^TM占据了手术室的相当大部分且在手术部位之上造成了拥挤空间，并且由早稻田大学创建的系统具有笨重的马达外壳，这产生比必要轮廓更大的轮廓。在另一实例中，Raven^TM通过插入单个工具来模拟当前腹腔镜技术(与上文所论述的其它两个系统中所使用的体内机器人系统形成对比)。

这些已知系统中的某些系统包含已知的通用球形机构，其可用于到达患者的腹腔的范围。“球形机构”是物理机构或软件应用程序，其可使所有末端执行器运动穿过单个点，由此允许手术系统使用通过充当单个枢轴点的切口执行程序的长刚性工具。作为实例，COBRASurge和Raven两者都具有机械球形机构，而达芬奇(Da Vinci)具有基于软件的球形机构。

本领域中需要改进的定位系统。

发明内容

本文中论述了用于例如体内手术装置等机器人手术装置的各种粗略定位系统。

在实例1中，一种用于机器人手术装置的粗略定位系统包括：定位主体；横摆机构，其在第一旋转关节处以可操作方式耦接到定位主体；俯仰机构，其在第二旋转关节处以可操作方式耦接到定位主体；以及插入机构，其以可滑动方式耦接到俯仰机构，使得插入机构可沿着插入轴的长度移动，其中插入机构被配置成可耦接到机器人手术装置。

实例2涉及根据实例1所述的粗略定位系统，其中横摆机构进一步包括马达，其与输出轴杆以可操作方式接合，所述输出轴杆被配置成使定位主体围绕第一旋转关节旋转。

实例3涉及根据实例2所述的粗略定位系统，其中横摆机构进一步包括：驱动齿轮，其耦接到马达；从动齿轮，其与驱动齿轮以可操作方式接合；螺杆，其耦接到从动齿轮；以及转轮，其耦接到输出轴杆，其中转轮与螺杆以可操作方式接合。

实例4涉及根据实例1所述的粗略定位系统，其中俯仰机构进一步包括马达，其与弯曲输出轨道以可操作方式接合，所述弯曲输出轨道被配置成使插入机构围绕第二旋转关节旋转。

实例5涉及根据实例4所述的粗略定位系统，其中俯仰机构进一步包括：螺杆，其耦接到马达；转轮，其与螺杆以可操作方式接合；以及可旋转齿轮，其以可操作方式耦接到转轮，其中可旋转齿轮与弯曲输出轨道以可操作方式接合。

实例6涉及根据实例1所述的粗略定位系统，其中插入机构进一步包括马达，其与细长输出轨道以可操作方式接合，所述细长输出轨道被配置成使插入机构沿着插入轴平移地移动。

实例7涉及根据实例1所述的粗略定位系统，其中插入机构进一步包括夹钳，其被配置成可耦接到机器人手术装置。

实例8涉及根据实例1所述的粗略定位系统，其中第一旋转关节的第一旋转轴、第二旋转关节的第二旋转轴和插入轴在单个相交点处相交。

实例9涉及根据实例8所述的粗略定位系统，其进一步包括两个或更多个激光器，其被配置成发射在单个相交点处相交的光束。

实例10涉及根据实例1所述的粗略定位系统，其进一步包括以可操作方式耦接到粗略定位系统和机器人手术装置的控制器，其中粗略定位系统和机器人手术装置被配置成一起操作以将机器人手术装置定位在患者的体腔内。

在实例11中，一种用于机器人手术装置的粗略定位系统包括：定位主体；横摆机构，其在第一旋转关节处以可操作方式耦接到定位主体；俯仰机构，其在第二旋转关节处以可操作方式耦接到定位主体；插入机构，其以可滑动方式耦接到俯仰机构，使得插入机构可沿着插入轴的长度移动，其中插入机构被配置成使机器人手术装置沿着插入轴的长度平移地移动；以及机器人手术装置，其以可操作方式耦接到插入机构，机器人手术装置包括装置主体和以可操作方式耦接到装置主体的臂，臂包括末端执行器，其中机器人手术装置可通过患者体内的插入点定位，使得臂以及装置主体的至少部分可定位在患者的体腔内。

实例12涉及根据实例11所述的粗略定位系统，其中第一旋转关节的第一旋转轴、第二旋转关节的第二旋转轴和插入轴在单个相交点处相交。

实例13涉及根据实例12所述的粗略定位系统，其中单个相交点安置在沿着机器人手术装置的部分的某一点处。

实例14涉及根据实例12所述的粗略定位系统，其中单个相交点安置在患者的插入点处，并且臂部分地通过单个相交点安置。

实例15涉及根据实例14所述的粗略定位系统，其中插入点包括切口或自然孔口。

在实例16中，一种用于内部机器人手术装置的外部粗略定位系统包括：支撑臂；定位主体，其以可操作方式耦接到支撑臂；横摆机构，其在第一旋转关节处以可操作方式耦接到定位主体；俯仰机构，其在第二旋转关节处以可操作方式耦接到定位主体；插入机构，其以可滑动方式耦接到俯仰机构，使得插入机构可沿着插入轴的长度移动，其中插入机构被配置成可耦接到内部机器人手术装置；以及第一旋转关节的旋转轴、第二旋转关节的旋转轴和插入轴的单个相交点。

实例17涉及根据实例16所述的外部粗略定位系统，其中支撑臂进一步包括：夹钳，其被配置成与床轨耦接；棒，其耦接到夹钳；第一细长臂，其在第三旋转关节处以可操作方式耦接到棒；以及第二细长臂，其在第四旋转关节处以可操作方式耦接到第一细长臂且在第五旋转关节处以可操作方式耦接到定位主体。

实例18涉及根据实例17所述的外部粗略定位系统，其中第三旋转关节、第四旋转关节和第五旋转关节各自被配置成围绕平行轴旋转。

实例19涉及根据实例16所述的外部粗略定位系统，其中机器人手术装置包括至少一个臂，其中外部粗略定位系统和机器人手术装置被配置成一起操作以将机器人手术装置定位在患者的体腔内。

实例20涉及根据实例19所述的外部粗略定位系统，其进一步包括：中央处理单元，其以可操作方式耦接到外部粗略定位系统和机器人手术装置，其中中央处理单元包括软件，其被配置成将控制指令传输到外部粗略定位系统和机器人手术装置；以及控制器，其以可操作方式耦接到中央处理单元。

在实例21中，一种用于执行手术的方法包括：使在第一旋转关节处以可操作方式耦接到定位主体的横摆机构在第一旋转关节处旋转；使在第二旋转关节处以可操作方式耦接到定位主体的俯仰机构在第二旋转关节处旋转；以及使以可操作方式耦接到俯仰机构的插入机构沿着插入轴的长度滑动，其中机器人手术装置被配置成与机器人手术装置一起沿着插入轴的长度滑动。

在实例22中，一种用于执行手术的方法包括：调整以可操作方式耦接到定位主体的支撑臂的第一臂；使在第一旋转关节处以可操作方式耦接到定位主体的横摆机构在第一旋转关节处旋转；使在第二旋转关节处以可操作方式耦接到定位主体的俯仰机构在第二旋转关节处旋转；使以可操作方式耦接到俯仰机构的插入机构沿着插入轴的长度滑动，其中机器人手术装置被配置成与机器人手术装置一起沿着插入轴的长度滑动；以及将机器人手术装置对准在第一旋转关节的旋转轴、第二旋转关节的旋转轴和插入轴的单个相交点处。

虽然公开了多个实施例，但对于本领域技术人员来说，根据展示和描述说明性实施例的以下详细理解，再其它实施例将变得显而易见。如将意识到，各种实施方案能够在各种明显的方面进行修改，所有这些都不脱离本公开的精神和范围。因此，附图和详细描述应被视为本质上是说明性的而非限制性的。

附图说明

图1是根据一个实施例的机器人手术系统。

图2A是根据一个实施例的耦接到体内机器人装置的机器人手术装置定位系统的透视图。

图2B是根据一个实施例的耦接到安置在患者的腔穴内的体内机器人装置的粗略定位系统的详细视图。

图3A是根据一个实施例的粗略定位系统的详细透视图。

图3B是根据一个实施例的粗略定位系统的另一详细透视图。

图4A是根据一个实施例的耦接到体内机器人装置的粗略定位系统的工作空间的详细透视图。

图4B是图4A的耦接到体内机器人装置的粗略定位系统的工作空间的横截面的详细侧视图。

图5是根据一个实施例的耦接到具有相机的体内机器人装置的粗略定位系统的详细侧视图。

图6A是根据一个实施例的粗略定位系统的横摆机构和支撑臂的透视图。

图6B是图6A的粗略定位系统的横摆机构的分解横截面视图。

图7A是根据一个实施例的粗略定位系统的横摆机构的透视图。

图7B是图7A的横摆机构的组件的详细视图。

图7C是图7A的横摆机构的侧横截面视图。

图7D是图7A的横摆机构的前横截面视图。

图8A是根据一个实施例的粗略定位系统的俯仰机构的透视图。

图8B是图8A的俯仰机构的组件的详细视图。

图8C是连接到插入机构的图8A的俯仰机构的轨道的详细视图。

图9A是根据一个实施例的粗略定位系统的插入机构的透视图。

图9B是图9A的插入机构的组件的详细视图。

图10是根据一个实施例的机器人手术装置定位系统。

图11A是根据一个实施例的处于解锁位置中的粗略定位系统的夹持机构的详细视图。

图11B是处于锁定位置中的图11A的夹持机构的详细视图。

图11C是处于锁定位置中的图11A的夹持机构以及粗略定位系统的支撑臂的详细视图。

图11D是处于锁定位置中的图11A的夹持机构的横截面视图。

图12是根据一个实施例的具有激光器的机器人手术装置定位系统。

图13A是根据一个实施例的粗略定位系统的俯仰机构的透视图。

图13B是根据一个实施例的粗略定位系统的插入机构的透视图。

图14A是根据一个实施例的粗略定位系统的透视图。

图14B是图14A的粗略定位系统的另一透视图。

图15A是根据一个实施例的粗略定位系统的插入机构的轨道的详细视图。

图15B是图15A的插入机构的轨道的另一详细视图。

图16是根据一个实施例的耦接到体内机器人装置的机器人手术装置定位系统的透视图。

图17A是根据一个实施例的粗略定位系统的详细透视图。

图17B是根据一个实施例的粗略定位系统的另一详细透视图。

图18A是根据一个实施例的耦接到体内机器人装置的粗略定位系统的工作空间的详细透视图。

图18B是图18A的耦接到体内机器人装置的粗略定位系统的工作空间的横截面的详细侧视图。

图19A是根据一个实施例的粗略定位系统的横摆机构和支撑臂的透视图。

图19B是图19A的粗略定位系统的横摆机构的分解横截面视图。

图20A是根据一个实施例的粗略定位系统的横摆机构的透视图。

图20B是图20A的横摆机构的组件的详细视图。

图20C是图20A的横摆机构的组件的详细视图。

图20D是图20A的横摆机构的侧横截面视图。

图21A是根据一个实施例的粗略定位系统的俯仰机构的透视图。

图21B是图21A的俯仰机构的组件的详细视图。

图21C是连接到插入机构的俯仰机构的轨道的详细视图。

图22A是根据一个实施例的粗略定位系统的插入机构的透视图。

图22B是图22A的插入机构的组件的详细视图。

图23是根据一个实施例的机器人手术装置定位系统。

图24A是根据一个实施例的粗略定位系统的夹持机构的透视图。

图24B是图24A的夹持机构的详细视图。

图25是根据一个实施例的具有激光器的机器人手术装置定位系统。

图26A是根据一个实施例的粗略定位系统的俯仰机构的透视图。

图26B是根据一个实施例的粗略定位系统的插入机构的透视图。

具体实施方式

本文中所公开或所涵盖的各种实施例涉及一种手术机器人定位系统，其包含被动支撑臂和粗略定位机器人装置。灵巧的体内手术机器人装置可耦接到粗略定位机器人装置，使得定位系统可用于手术机器人装置在患者的腔穴内的全局定向，如本文中进一步详细描述。

本文中所公开或所涵盖的各种粗略定位系统实施方案可用于自动粗略地将手术装置定位在患者的腔穴内部。如本文中所使用，“粗略定位”意欲意谓整个可移动手术装置的一般定位(与此类装置的具体组件(例如臂或末端执行器)的精确移动和放置形成对比)。在已知机器人手术系统中，在手术程序期间所述装置的粗略定位可为具有挑战性的任务。此外，微创手术程序(使用机器人或非机器人系统)频繁地需要手术技术员重新定位手术装备，例如腹腔镜。此类粗略重新定位花费时间和额外工作量。在一些情况下，手术技术员是未接受过全面腹腔镜检查培训的初级医学生。因此，来自外科医生的重新定位指令通常会导致手术部位的视场受阻和/或模糊，从而需要来自外科医生的额外认知资源。举例来说，Da

系统以及已知单切口手术装置通常需要及时手动地重新定位患者、机器人系统或两者，同时执行复杂的程序。

本文中所涵盖的各种粗略定位系统辅助在整个程序中手术装置的粗略重新定位，而无需来自手术人员的额外干预或手动重新定位。手术装置可包含例如任何手术装置，其具有被配置成通过切口定位的装置主体、棒或管以及耦接到装置主体或管或者通过装置主体或管定位的至少一个机器人臂，所述装置主体或管完全定位在患者的腔穴内。粗略定位系统实施例可控制包含自由度、方位角和仰角以及围绕包含机器人腹腔镜手术工具的腹腔镜手术工具的插入轴的滚转和平移。因此，本文中所公开和所涵盖的粗略定位系统实施例可通过切口、端口或孔口(包含自然孔口)将手术装置粗略地定位到例如腹腔等患者腔穴中，具有高可操控性，减少了手术时间和对手术人员造成的压力。外部粗略定位系统与内部手术装置系统的组合将允许内部系统的自由度在不增加手术机器人/装置的大小的情况下有效地增加。

在一个实施方案中，本文中所描述和所涵盖的各种系统和装置可用于具有可用外部定位固定件，例如突出主体、棒、管或磁性手柄的任何单部位手术装置或系统。此外，应理解，本文中所公开的定位系统的各种实施例可用于通过切口、端口或孔口(包含自然孔口)定位的任何其它已知医疗装置、系统和方法。举例来说，本文中所公开的各种实施例可用于以下美国专利中所公开的医疗装置和系统中的任一种：美国专利8,968,332(在2015年3月3日发布且标题为“可磁耦接机器人装置和相关方法(Magnetically Coupleable RoboticDevices and Related Methods)”)、美国专利8,834,488(在2014年9月16日发布且标题为“可磁耦接手术机器人装置和相关方法(Magnetically Coupleable Surgical RoboticDevices and Related Methods)”)、美国专利10,307,199(在2019年6月4日发布且标题为“机器人手术装置和相关方法(Robotic Surgical Devices and Related Methods)”)、美国专利9,579,088(在2017年2月28日发布且标题为“用于手术可视化和装置操控的方法、系统和装置(Methods,Systems,and Devices for Surgical Visualization and DeviceManipulation)”)、美国专利申请61/030,588(在2008年2月22日申请)、美国专利8,343,171(在2013年1月1日发布且标题为“机器人装置中的致动的方法和系统(Methods andSystems of Actuation in Robotic Devices)”)、美国专利8,828,024(在2014年9月9日发布且标题为“机器人装置中的致动的方法和系统(Methods and Systems of Actuation inRobotic Devices)”)、美国专利9,956,043(在2018年5月1日发布且标题为“机器人装置中的致动的方法和系统(Methods and Systems of Actuation in Robotic Devices)”)、美国专利申请15/966,606(在2018年4月30申请且标题为“用于手术获取和程序的方法、系统和装置(Methods,Systems,and Devices for Surgical Access and Procedures)”)、美国专利申请12/192,663(在2008年8月15日申请且标题为“医学扩张、附接和递送装置及相关方法(Medical Inflation,Attachment,and Delivery Devices and RelatedMethods)”)、美国专利申请15/018,530(在2016年2月8日申请且标题为“医学扩张、附接和递送装置及相关方法(Medical Inflation,Attachment,and Delivery Devices andRelated Methods)”)、美国专利8,974,440(在2015年3月10日发布且标题为“模块化和协作医疗装置及相关系统和方法(Modular and Cooperative Medical Devices and RelatedSystems and Methods)”)、美国专利8,679,096(在2014年3月25日发布且标题为“用于机器人装置的多功能操作组件(Multifunctional Operational Component for RoboticDevices)”)、美国专利9,179,981(在2015年11月10日发布且标题为“用于机器人装置的多功能操作组件(Multifunctional Operational Component for Robotic Devices)”)、美国专利9,883,911(在2018年2月6日发布且标题为“用于机器人装置的多功能操作组件(Multifunctional Operational Component for Robotic Devices)”)、美国专利申请15/888,723(在2018年2月5日申请且标题为“用于机器人装置的多功能操作组件(Multifunctional Operational Component for Robotic Devices)”)、美国专利8,894,633(在2014年11月25日发布且标题为“模块化和协作医疗装置及相关系统和方法(Modularand Cooperative Medical Devices and Related Systems and Methods)”)、美国专利8,968,267(在2015年3月3日发布且标题为“用于自然孔口手术的用于处置或递送材料的方法和系统(Methods and Systems for Handling or Delivering Materials for NaturalOrifice Surgery)”)、美国专利9,060,781(在2015年6月23日发布且标题为“与手术末端执行器相关的方法、系统和装置(Methods,Systems,and Devices Relating to SurgicalEnd Effectors)”)、美国专利9,757,187(在2017年9月12日发布且标题为“与手术末端执行器相关的方法、系统和装置(Methods,Systems,and Devices Relating to Surgical EndEffectors)”)、美国专利10,350,000(在2019年7月16日且标题为“与手术末端执行器相关的方法、系统和装置(Methods,Systems,and Devices Relating to Surgical EndEffectors)”)、美国专利申请16/512,510(在2019年7月16日申请且标题为“与手术末端执行器相关的方法、系统和装置(Methods,Systems,and Devices Relating to SurgicalEnd Effectors)”)、美国专利9,089,353(在2015年7月28日发布且标题为“机器人手术装置、系统和相关方法(Robotic Surgical Devices,Systems,and Related Methods)”)、美国专利10,111,711(在2018年10月30日发布且标题为“机器人手术装置、系统和相关方法(Robotic Surgical Devices,Systems,and Related Methods)”)、美国专利申请16/123,619(在2018年9月6日申请且标题为“机器人手术装置、系统和相关方法(Robotic SurgicalDevices,Systems,and Related Methods)”)、美国专利9,770,305(在2017年9月26日发布且标题为“机器人手术装置、系统和相关方法(Robotic Surgical Devices,Systems,andRelated Methods)”)、美国专利申请15/661,147(在2017年7月27日申请且标题为“具有机载控制的机器人装置及相关系统和装置(Robotic Devices with On Board Control&Related Systems&Devices)”)、美国专利申请13/833,605(在2013年3月15日申请且标题为“机器人手术装置、系统和相关方法(Robotic Surgical Devices,Systems,and RelatedMethods)”)、美国专利申请13/738,706(在2013年1月10日申请且标题为“用于手术获取和插入的方法、系统和装置(Methods,Systems,and Devices for Surgical Access andInsertion)”)、美国专利申请14/661,465(在2015年3月18日申请且标题为“用于手术获取和插入的方法、系统和装置(Methods,Systems,and Devices for Surgical Access andInsertion)”)、美国专利申请15/890,860(在2018年2月7日申请且标题为“用于手术获取和插入的方法、系统和装置(Methods,Systems,and Devices for Surgical Access andInsertion)”)、美国专利9,498,292(在2016年11月22日发布且标题为“单部位机器人装置及相关系统和方法(Single Site Robotic Devices and Related Systems andMethods)”)、美国专利10,219,870(在2019年3月5日发布且标题为“单部位机器人装置及相关系统和方法(Single Site Robotic Devices and Related Systems and Methods)”)、美国专利申请16/293,135(2019年3月3日申请且标题为“单部位机器人装置及相关系统和方法(Single Site Robotic Devices and Related Systems and Methods)”)、美国专利9,010,214(在2015年4月21日发布且标题为“局部控制机器人手术装置和相关方法(LocalControl Robotic Surgical Devices and Related Methods)”)、美国专利10,470,828(在2019年11月12日发布且标题为“局部控制机器人手术装置和相关方法(Local ControlRobotic Surgical Devices and Related Methods)”)、美国专利申请16/596,034(在2019年10月8日申请且标题为“局部控制机器人手术装置和相关方法(Local Control RoboticSurgical Devices and Related Methods)”)、美国专利9,743,987(在2017年8月29日发布且标题为“与机器人手术装置、末端执行器和控制器相关的方法、系统和装置(Methods,Systems,and Devices Relating to Robotic Surgical Devices,End Effectors,andControllers)”)、美国专利申请15/687,787(在2017年8月28日申请且标题为“与机器人手术装置、末端执行器和控制器相关的方法、系统和装置(Methods,Systems,and DevicesRelating to Robotic Surgical Devices,End Effectors,and Controllers)”)、美国专利9,888,966(在2018年2月13日发布且标题为“与力控制手术系统相关方法、系统和装置(Methods,Systems,and Devices Relating to Force Control Surgical Systems)”)、美国专利申请15/894,489(在2018年2月12日申请且标题为“与力控制手术系统相关方法、系统和装置(Methods,Systems,and Devices Relating to Force Control SurgicalSystems)”)、美国专利申请14/212,686(在2014年3月14日申请且标题为“机器人手术装置、系统和相关方法(Robotic Surgical Devices,Systems,and Related Methods)”)、美国专利申请14/334,383(在2014年7月17日申请且标题为“机器人手术装置、系统和相关方法(Robotic Surgical Devices,Systems,and Related Methods)”)、美国专利申请14/853,477(在2015年9月14日申请且标题为“快速释放末端执行器及相关系统和方法(Quick-Release End Effectors and Related Systems and Methods)”)、美国专利申请16/504,793(在2019年7月8日申请且标题为“快速释放末端执行器及相关系统和方法(Quick-Release End Effectors and Related Systems and Methods)”)、美国专利10、376,322(在2019年8月13日发布且标题为“具有紧密关节设计的机器人装置及相关系统和方法(Robotic Device with Compact Joint Design and Related Systems and Methods)”)、美国专利申请16/538,902(在2019年8月13日申请且标题为“具有紧密关节设计的机器人装置及相关系统和方法(Robotic Device with Compact Joint Design and RelatedSystems and Methods)”)、美国专利申请15/227,813(在2016年8月3日申请且标题为“机器人手术装置、系统和相关方法(Robotic Surgical Devices,System and RelatedMethods)”)、美国专利申请15/599,231(在2017年5月18日申请且标题为“机器人手术装置、系统和相关方法(Robotic Surgical Devices,System and Related Methods)”)、美国专利申请15/687,113(在2017年8月25日申请且标题为“快速释放末端执行器工具交接部(Quick-Release End Effector Tool Interface)”)、美国专利申请15/691,087(在2017年8月30日申请且标题为“具有紧密关节设计和额外自由度的机器人装置及相关系统和方法(Robotic Device with Compact Joint Design and an Additional Degree of Freedomand Related Systems and Methods)”)、美国专利申请15/826,166(在2017年11月29日申请且标题为“具有用户存在检测的用户控制器及相关系统和方法(User controller withuser presence detection and related systems and methods)”)、美国专利申请15/842、230(在2017年12月14日申请且标题为“用于耦接至医疗装置的可释放附接装置及相关系统和方法(Releasable Attachment Device for Coupling to Medical Devices andRelated Systems and Methods)”)、美国专利申请16/144,807(在2018年9月27日申请且标题为“具有追踪相机技术的机器人手术装置及相关系统和方法(Robotic SurgicalDevices with Tracking Camera Technology and Related”、美国专利申请16/241,263(在2019年1月7日申请且标题为“具有紧密关节设计的单操控器机器人装置及相关系统和方法(Single-Manipulator Robotic Device With Compact Joint Design and RelatedSystems and Methods)”、美国专利7、492,116(在2007年10月31日申请且标题为“用于手术应用的机器人(Robot for Surgical Applications)”)、美国专利7,772,796(在2007年4月3日申请且标题为用于手术应用的机器人(Robot for Surgical Applications)”)以及美国专利8,179,073(在2011年5月15日发布且标题为“具有药剂递送组件的机器人装置和相关方法(Robotic Devices with Agent Delivery Components and Related Methods)”，所有所述美国专利特此以全文引用的方式并入本文中。

上文所列的申请中所公开的某些装置和系统实施方案可定位在患者的体腔内，或装置的部分可放置在体腔内，与例如本文中所公开或所涵盖的实施例中的任一种的定位系统组合。如本文中所使用，“体内装置”意谓当定位在患者的体腔内时可由用户至少部分地定位、操作或控制的任何装置，包含耦接到支撑组件，例如棒、管、主体或通过体腔的开口或孔口安置的其它此类组件的任何装置，还包含大体上抵靠或邻近于患者的体腔的壁定位的任何装置，进一步包含内部地致动(不具有外部动力源)的任何此类装置，并且另外包含可在手术程序期间经腹腔镜或内窥镜使用的任何装置。如本文中所使用，术语“机器人”和“机器人装置”应指可自动地或响应于命令而执行任务的任何装置。

在某些实施方案中，可耦接到本文中所公开或所涵盖的各种定位系统实施例的任何机器人装置可通过插入端口定位。插入端口可为经腹部放置以密封和保护腹部切口的已知、可商购柔性膜(在本文中被称作“凝胶端口”)。此现成组件是以大体上相同的方式用于手辅式腹腔镜手术(HALS)中的相同装置或大体上相同装置。唯一的差异在于，根据本文中的各种实施例的机器人装置的臂是通过插入端口而非外科医生的手插入到腹腔中。当机器人装置主体、棒或管密封件通过插入端口定位时，所述机器人装置主体、棒或管密封件抵靠着所述插入端口，由此维持注气压力。端口是单次使用和一次性的。替代地，可使用任何已知端口。在另外替代方案中，可与本文中的各种定位系统实施例组合使用的各种装置可通过无端口的切口或通过自然孔口插入。

图1描绘具有若干组件的机器人手术系统10的一个实施例，所述组件将在下文另外详细描述。本文中所公开或所涵盖的各种定位系统实施方案的组件可用于包含外部控制台16和机器人手术装置12的完整手术系统10。根据图1的实施方案，机器人手术装置12展示为经由根据一个实施例的机器人定位系统20安装到手术台18(或其轨道)，如下文另外详细描述。机器人定位系统20具有被动支撑臂22和耦接到臂22的机器人定位装置24。支撑臂22耦接到手术台18，并且机器人装置12可耦接到机器人定位装置24。在某些实施方案中，系统10可由控制台16处的外科医生14和定位在手术台18处的一个手术助手26操作。也就是说，控制台16处的外科医生14可控制机器人装置12和粗略定位机器人装置24两者，并且手术助手26可控制其余系统10组件(例如，被动支撑臂22)。替代地，一个外科医生14可操作整个系统10。在另一替代方案中，三个或更多个人可参与系统10的操作。应进一步理解，外科医生(或用户)14可位于相对于手术台18的远程位置处，使得外科医生14可在与手术台18上的患者不同的城市或国家中或者不同的大陆上。控制台16可为如上文以引用的方式并入的各种专利和/或申请中的任一种中所公开的任何控制台。替代地，控制台16可为用于操作机器人手术系统或装置的任何已知控制台。

在此具体实施方案中，机器人装置12经由连接缆线30连接到接口舱和电外科单元28。此外，粗略定位机器人装置24也经由连接缆线30耦接到接口舱和电外科单元28。替代地，可使用任何有线或无线连接配置。此外，接口舱和电外科单元28如所展示耦接到控制台16(并且替代地，可经由任何已知的有线或无线连接耦接)。在某些实施方案中，系统10还可在使用期间与例如辅助监测器等其它装置交互。

根据各种实施例，定位系统20的粗略定位机器人装置24可与手术机器人装置12对接或以其它方式耦接，并且通过在手术程序期间支撑和移动手术机器人装置12来控制装置12的工作空间的位置。这允许外科医生14(和助手26)相对于目标手术区域(患者的目标腔穴)完全控制机器人装置12。

机器人手术装置定位系统40的一个实施例描绘在图2A和2B中。系统40包含被动支撑臂42和以可旋转方式耦接到臂42的粗略机器人定位装置44。此外，在此具体示例性实施方案中由如所展示的手术装置46表示的任何已知的机器人装置46可以可移除方式耦接到定位装置44，使得机器人手术装置46通过开口、孔口、切口或端口安置到患者的目标腔穴中。在此具体实施例中，机器人手术装置46通过端口48安置，如图2B中最佳展示。在某些实施例中，端口48是凝胶端口48。

在此实施方案中的粗略定位装置44，和如本文中所公开或所涵盖的各种其它实施例，是3自由度(“DOF”)机器人远程运动中心(RCM)机构。应理解，RCM是旋转关节围绕其旋转的点，并且应进一步理解，RCM机构是其中所有运动关节移动通过同一RCM点的装置。对于本文中的各种粗略定位装置(包含机器人定位装置44)，RCM点在机器人定位装置44的工作空间内，使得当机器人手术装置46的末端执行器仍可合乎需要地被操控时，存在相对于机构的其余部分无相对运动的点。更具体地，在许多实施方案中，在手术使用期间，RCM大致位于切口、端口或孔口处。举例来说，在如图2B中最佳展示的具体实施例中，RCM点50定位在端口48处。因而，在此患者-装置交接部处不存在可能对患者造成伤害的相对运动，同时仍允许机器人手术装置46完全接近目标手术部位(患者体内的腔穴)。

手术机器人装置46可经由连接夹钳52对接或以其它方式可移除地耦接到粗略定位装置44，如图2A-2B、3B和9B中最佳展示。在此特定实施例中，夹钳52可在机器人手术装置44上的具体位置处耦接到机器人定位装置44，所述机器人手术装置具有围绕装置44的外部表面的凹入区域54(例如，夹持凹槽)，使得夹钳52可容易地安置在凹入区域54内。举例来说，如图9B中所展示，类似夹钳256实施例具有闩锁机构257。替代地，可使用任何已知的耦接特征或机构。在此实施例中，当手术机器人装置46与粗略定位装置44对接时，所述手术机器人装置不相对于夹钳52移动或旋转。附接机构52在用户需要时容易地且快速地解除接合。

如上文所论述，如图2B中最佳展示的端口48可以各种形式出现。一个实施例将是包含凝胶状物质的凝胶端口，所述凝胶状物质将围绕机器人的圆周密封，以维持注气，同时仍允许机器人移动。另一端口将使用气流来维持患者注气。其它端口可能使用各种类型的机械密封件，例如隔膜、鸭嘴、O形环或其它类型的密封件或端口。可使用可维持流体密封的任何已知的端口。

根据如图3A和3B中所展示的粗略定位装置60的另一实施例，定位装置60具有三个关节：横摆(关节1)62、俯仰(关节2)64和插入(关节3)66。横摆62和俯仰64围绕RCM旋转，并且插入66移动通过RCM68。在此实施例中，每一关节完全解除耦接且独立地受控制。此外，在某些实施例中，马达和马达控制器(未展示)共置在每一关节62、64、66处。另外，应理解，每一关节62、64、66可为但不必为反向驱动的。

横摆关节62来源于粗略机器人定位装置60的主体70，并且更具体地，来源于横摆机构结构72。更具体地，可旋转横摆输出轴杆74从横摆机构结构72延伸且构成横摆关节62。因而，输出轴杆74的旋转产生围绕横摆关节62的横摆运动。横摆致动器88可为被致动以调整机器人定位装置60的横摆定向，例如，以向左或向右调整横摆机构结构72和主体70，如由箭头A所展示。也就是说，横摆致动器88可被致动以致使输出轴杆74旋转且由此致使结构72和主体70视需要在任一方向上旋转。另外，主体70的旋转还使俯仰机构76和插入机构82旋转。

俯仰关节64还来源于装置60的主体70，并且更具体地，来源于俯仰机构结构76。更具体地，输出轨道78经由可旋转轴承80(例如，带槽的可旋转轴承)以可操作方式耦接到俯仰机构结构76，使得输出轨道78相对于俯仰机构结构76的移动(如在下文详细描述)产生俯仰关节64。在一些实例中，可旋转轴承80与输出轨道78的边缘的对应几何形状接合。因而，致动输出轨道78以在一个方向上或沿着轴承80的另一方向上移动产生俯仰关节64处的俯仰。如图3B中最佳展示，俯仰致动器90可被致动以调整插入机构结构82的俯仰定向。也就是说，俯仰致动器90可被致动以致使输出轨道78在所要方向上移动以致使结构82视需要移动。

插入关节66来源于插入机构结构82，所述插入机构结构以可操作方式耦接到输出轨道78。更具体地，可延伸轨道84经由可旋转轴承86以可操作方式耦接到插入机构结构82(如下文根据图3B和9A-9B中的一个实例最佳展示)。在一些实例中，可旋转轴承86与可延伸轨道84的边缘的对应几何形状接合。因而，可延伸轨道84在远侧方向上的延伸产生插入关节66处的插入。插入致动器92可被致动以调整可延伸轨道84沿着插入关节的位置。也就是说，插入致动器92可被致动以致使可延伸轨道84在所要方向上移动以致使附接到其的任何装置视需要移动。因此，可延伸轨道84的移动还将使夹钳52和装置46(在对接的情况下)移动。

如图4A和4B中最佳展示，装置定位系统100的另一实施方案具有位于如至少部分地由弯曲轨道118限定的圆形俯仰弧的中心处的RCM 102。替代地，RCM 102可安置在相对于粗略定位装置106的任何已知的位置中。当机器人手术装置，例如装置104，对接(或以其它方式耦接)到粗略机器人定位装置106时，RCM 102安置在机器人手术装置104的细长主体(或管)108内且与其运动原点110大致共线，如所展示。图4A还描绘在机器人手术装置104的上下文中的机器人定位装置106的工作空间112。粗略定位装置106可用于移动运动原点110，并且因此，移动机器人手术装置104，使得末端执行器116可移动到工作空间112(例如，环面工作空间)内的任何位置。通过俯仰和插入决定的工作空间112的横截面是环形扇区114，如图4B中最佳展示。

返回到图4A，横摆关节(例如如上文关于图3A详细论述的输出轴杆74处的关节62)是旋转关节，并且可在至少165度的掠角之上铰接。在图4A的实施例中，工作空间112描绘以360度行程围绕输出轴杆74(横摆)的旋转，意谓根据某些实施例，粗略定位装置106可在任一方向上不断地旋转(当布线调整准许时)。俯仰关节(例如由如上文相对于图3A详细论述的轨道78产生的关节64)允许随着沿着输出俯仰轨道118的运动围绕RCM 102旋转。对于俯仰，根据某些实施方案，可穿越50度弧，其中与竖直方向的俯仰角大致在20度与70度之间。在一些替代实施例中，可穿越40度弧，其中与竖直方向的俯仰角大致在20度与60度之间。另外，根据各种实施例，插入关节(例如由如上文相对于图3A详细论述的轨道84产生的关节66)是平移关节，并且可平移至少100cm的总长度。

在图5中所描绘的机器人粗略定位装置120的实施例中，每一关节122(横摆)、124(俯仰)和126(插入)可独立地移动，并且它们可以任何组合且以任何速率一起移动。通常，机器人手术装置128相对于装置128上的相机132的视场130重新定位。因为在此实施方案中相机132是以机器人方式铰接的，所以其视场130可能不总是与RCM 134共轴。因此，有时关节122、124和126的组合必须铰接以视需要使机器人手术装置128在相机视场130中移动，如在所展示的实例中。

在某些实施例中，俯仰124和插入126关节可具有精确绝对位置控制，并且可在大多数手术情形中铰接由粗略机器人定位装置120配置允许的完整工作空间。应理解，绝对位置感测可通过用于驱动俯仰124和插入126级的马达(未展示)上的编码器(未展示)实现。替代地，读取驱动轨道上的标记的基于视觉的系统可用于绝对位置感测。在另一替代方案中，俯仰的绝对位置感测可使用一对惯性测量单元(IMU)来实现，其中一个IMU垂直于横摆机构结构136内的横摆关节122安装，并且第二IMU垂直于插入机构结构140内的插入关节126的平移轴安装。每一IMU可被配置成测量重力加速度向量相对于传感器的法向向量的方向。可接着通过计算两个IMU读数之间的差来确定(例如，实时地或延迟地)绝对俯仰角。对于沿着插入关节126的平移轴的绝对位置感测，条带142(例如，线性磁尺游标条带)可位于插入轨道144上或嵌入在所述插入轨道中。在一些情况下，可通过使用安装在插入机构结构140的内部上接近于条带142的一对各向异性磁阻传感器来确定此条带的位置。替代地，任何已知的传感器或机构可用于实现绝对位置控制。

图6A和6B描绘横摆机构150的一个示例性实施例，包含耦接到支撑臂152的连接轴杆154的输出轴杆160(类似于上文所论述的输出轴杆74)。图6A描绘耦接到连接轴杆154的输出轴杆160的透视图，而图6B展示耦接到连接轴杆154的输出轴杆160的横截面视图。在此具体实施方案中，根据一个实施例，输出轴杆160和连接轴杆154的耦接和断开耦接是在输出轴杆160处将粗略定位装置168附接到支撑臂152/从支撑臂152拆卸粗略定位装置168的相对快速且简单的方式。

如图6B中所展示，输出轴杆160具有凸燕尾特征162，其滑动到连接轴杆154的凹燕尾特征156中，直到负载弹簧的球形锁销158与输出轴杆160的中心钻孔164接合。此球形锁销158可预负载凸燕尾特征162和凹燕尾特征156的连接且将输出轴杆160与连接轴杆154共轴地对准。为了完成连接，套筒166在输出轴杆160和连接轴杆154的连接之上向下滑动以紧固连接且防止非所要解除耦接。连接支撑装置的重量且防止输出轴杆160与连接轴杆154之间的旋转运动，而套筒166防止相对平移。替代地，任何其它已知的快速连接机构(例如图19A和19B中所展示的机构)可用于粗略定位装置168到机器人支撑臂152的容易对接和断开对接，例如用于清洁和杀菌。

图7A-7D描绘根据一个实施例的横摆关节(类似于如上文所论述的关节62)180。更具体地，图7A描绘具有输出轴杆184的横摆机构结构182，所述输出轴杆从结构182以可旋转方式延伸，使得横摆关节180来源于输出轴杆184。在一个实施例中，结构182可具有马达外壳(或区段)216和传动系外壳(或区段)208。替代地，结构182仅具有一个区段或外壳。输出轴杆184可由横摆机构结构182旋转以致使粗略定位机器人(未展示)相对于机器人支撑臂(未展示)旋转。

在一个实施例中，如图7B-7D中最佳展示，结构182具有马达184，其经由一系列齿轮以可旋转方式耦接到输出轴杆184，使得马达184可使轴杆184旋转。如其中结构182的外壳未描绘的图7B中最佳展示，此示例性实施方案中的齿轮包含以旋转方式约束到马达186且以可旋转方式耦接到从动齿轮190的驱动齿轮188。从动齿轮190以旋转方式约束到蜗杆192，所述蜗杆以可螺接方式耦接到蜗轮194，使得从动齿轮190的旋转引起蜗杆192的旋转且因此引起蜗轮194的旋转。蜗轮194以旋转方式约束到输出轴杆184。因而，马达186的致动引起驱动齿轮188的旋转，所述驱动齿轮的旋转使从动齿轮190旋转，所述从动齿轮的旋转使蜗杆192旋转，所述蜗杆的旋转使蜗轮194旋转，所述蜗轮的旋转引起输出轴杆184的旋转。在一个实施方案中，齿轮可提供将高速马达输出转换成所需的低速和高转矩的总减速。替代地，其它已知的齿轮或旋转元件可用于引起输出轴杆184的旋转。

马达和传动系组件可经由各种已知的机构和特征支撑和定位在结构182内。因此，下文论述的具体轴承、垫圈、间隔件和其它组件是示例性的和非限制性的。举例来说，在此实施例中，输出轴杆184可由两个轴承196A、196B(例如，相对的角接触轴承)支撑，所述轴承可带凸缘或带盖以支撑系统的重量。另外，可提供保持环(未展示)，其将轴杆轴向地约束在轴承196A、196B上。转矩可例如通过键和键槽(未展示)从蜗轮192传输到转轮194到输出轴杆184。驱动齿轮188/从动齿轮190级可保护马达186免受轴向负载的影响，而中间平行轴杆200通过角接触轴承198A、198B支撑在蜗杆上以抵抗轴向推力。预负载可通过如所展示的圆盘弹簧206实现，但其它方法包含使用轴向波形部或弹簧垫圈(未展示)。精确间隔件202可用于将所有轴承和齿轮定位在轴杆上。

在一个实施例中，齿轮系安置在传动系外壳208内。蜗杆轴承盖210将蜗杆192、角接触轴承198、间隔件202和圆盘弹簧206保持在外壳208内。如图7C和7D中最佳展示，主体182可具有底板212，而传动系外壳208可具有顶板214。此外，马达186、马达控制器(未展示)和布线(未展示)可一起容纳在马达外壳216内。此外，横摆机构结构(或“外壳”)182可使用一对定位销(未展示)和低轮廓有肩螺杆(未展示)等来牢固地紧扣到俯仰机构结构(未展示)，以更好地传输转矩且使整个装置移动。

具体横摆机构结构182仅是具有可用于产生所要横摆移动的适当内部组件的适当结构的一个实例。任何其它已知结构和已知内部机构可并入本文中以实现相同移动。

图8A-8C描绘根据一个实施例的俯仰机构220(类似于如上文所论述的关节64)。机构220具有主体221和弯曲输出轨道222，所述弯曲输出轨道以可滑动方式耦接到主体221，使得俯仰由输出轨道222相对于主体221的移动产生。输出轨道222是根据一个实施例由圆弧的片段构成的细长弯曲结构222。此外，输出轨道222以可滑动方式耦接到俯仰机构主体221，如下文所描述，并且进一步在轨道222的一个末端处固定地耦接到插入外壳(如本文中其它地方所论述)，使得轨道222的移动引起插入外壳(和任何附接的机器人手术装置)围绕RCM(未展示)的旋转。轨道222可为杆体或任何其它细长弯曲结构。

在一个实施例中，输出轨道222经由可旋转轴承224和驱动滚轮226耦接到俯仰机构主体221。在如所展示的具体实施方案中，存在三个轴承224(例如，带槽的可旋转轴承)和驱动滚轮226(例如，带槽的摩擦驱动滚轮)，它们定位在轨道222的任一侧上，使得轨道222与轴承224和滚轮226中的每一个接触且被推动以通过驱动滚轮226相对于轴承224平移地移动。此外，如下文另外详细描述，轴承224A、224B中的两个彼此相对地定位在俯仰轨道222上方和下方。另外，第三轴承224C安装在以可拉伸方式耦接到主体221的片弹簧234的末端上，使得第三轴承224C定位在轨道222上方，与驱动滚轮226相对。当安装轨道222时，片弹簧234可偏转，这可产生由于片弹簧234而通过轨道222施加到滚轮226的垂直预负载力。由于此预负载力引起的滚轮226与俯仰轨道222之间的摩擦将滚轮226与俯仰轨道222(例如，轨道226的边缘)接合而不会滑移。替代地，任何可拉伸组件或其它机构可用于将足够的力施加到轨道226或驱动滚轮226以确保滚轮226接合轨道222而无任何滑移。此外，替代轴承224A-224C和驱动滚轮226的具体配置，可允许轨道222相对于主体221的移动的任何一个或多个已知组件可并入本文中以实现所要俯仰移动。

如图8B(其中主体221外壳未展示)中最佳展示，驱动滚轮226由马达228致动，所述马达经由一系列旋转元件以可旋转方式耦接到驱动滚轮226且因此以可旋转方式耦接到输出轨道222。应理解，关于此具体实施例描述的具体旋转元件是示例性的，并且可使用任何已知旋转元件或其其它机构和配置。在此示例性实施方案中，旋转元件包含驱动齿轮230，所述驱动齿轮是以旋转方式约束到马达228且以可螺接方式/以可旋转方式耦接到蜗轮232的蜗杆230。替代地，驱动齿轮230可为耦接到任何类型的转轮232或类似组件的任何类型的齿轮或组件。蜗轮232以旋转方式约束到滚轮226，所述滚轮以可旋转方式耦接到俯仰轨道222，如上文所描述。因此，马达228的致动引起驱动齿轮230的旋转，所述驱动齿轮的旋转引起蜗轮232的旋转，所述蜗轮的旋转引起滚轮226的旋转且因此引起轨道222的平移。在一个实施方案中，齿轮可提供将高速马达输出转换成所需的低速和高转矩的总减速。

在一个实施例中，含有蜗轮232和可旋转滚轮226的轴杆可由轴杆的相对末端上的两个轴承236支撑，所述轴承在蜗轮232的相对侧上。替代地，支撑组件可为用于支撑传动系中的齿轮集合的任何已知的组件或机构。轴杆可安置在主体221内。此外，在一个实施例中，马达228、齿轮系、马达控制器(未展示)和布线(未展示)也一起容纳在主体221中。此外，如下文详细论述，输出轨道222通过对准销238和螺杆240紧扣到插入外壳，如图8C中最佳展示。替代地，输出轨道222可经由任何已知的耦接机构或特征耦接到插入外壳。

图9A-9B描绘根据一个实施例的插入装置或机构(类似于如上文所论述的关节66)250。更具体地，图9A描绘具有输出轨道254的插入机构结构(或“主体”或“外壳”)252，所述输出轨道以可移动方式耦接到结构252，使得插入通过由于结构252致动轨道254移动而引起的输出轨道254相对于结构252的平移移动产生。输出轨道254是大体上笔直细长结构254，其以可移动方式耦接到插入机构外壳252，如下文所描述，并且进一步在轨道254的一个末端处固定地耦接到机器人附接夹钳256，使得轨道254的移动引起安置在夹钳256内的任何机器人装置(未展示)的移动，由此使机器人装置平移进出手术部位处的端口(或切口或开口)。轨道254可为杆体或任何其它细长结构。

在如图9B(其中主体252外壳未描绘)中最佳展示的一个实施例中，输出轨道254经由可旋转轴承258A、258B、258C(例如，三个带槽的轴承)和驱动滚轮260(例如，带槽的摩擦驱动滚轮)耦接到插入机构结构252。在如所展示的具体实施方案中，轴承258A-C定位在轨道254的任一侧上，使得轨道254与轴承258A-C中的每一个接触，并且可相对于轴承258A-C平移地移动。轴承258A、258B中的两个彼此相对地定位在轨道254的任一侧上在插入机构结构252的一个末端处。第三轴承258C耦接到片弹簧268，所述片弹簧以可拉伸方式耦接到主体221，与插入机构结构252的第二末端处的滚轮260相对。在一些情况下，当安装插入轨道254时可发生片弹簧268的偏转，这可由于片弹簧268而通过轨道254垂直地对滚轮260施加预负载力。在驱动滚轮260与插入轨道254之间产生的预负载力和摩擦力可使得驱动滚轮260能够与插入轨道254(例如，轨道254的边缘)接合而不会滑移。替代地，任何可拉伸组件或其它机构可用于将足够的力施加到轨道254或驱动滚轮260以确保滚轮260接合轨道254而无任何滑移。此外，替代轴承258A-258C和驱动滚轮260的具体配置，可允许轨道254相对于主体252的移动的任何一个或多个已知组件可并入本文中以实现所要插入移动。

如图9B中最佳展示，根据一个实施方案，驱动滚轮260由马达262致动，所述马达经由一系列旋转元件以可旋转方式耦接到驱动滚轮260且因此以可旋转方式耦接到输出轨道254。应理解，关于此具体实施例描述的具体旋转元件是示例性的，并且可使用任何已知旋转元件或其其它机构和配置。在此示例性实施方案中，旋转元件包含驱动齿轮264，所述驱动齿轮是以旋转方式约束到马达262(例如，在马达262的输出轴杆处)且以可螺接方式/以可旋转方式耦接到蜗轮266的蜗杆264。蜗轮266以旋转方式约束到滚轮260，所述滚轮通过摩擦耦接到插入轨道254的边缘。因此，马达262的致动引起驱动齿轮264的旋转，所述驱动齿轮的旋转引起蜗轮266的旋转，所述蜗轮的旋转引起滚轮260的旋转且因此引起轨道254的平移。替代地，还可使用与附接到插入轨道254的齿条接合的正齿轮来实现轨道254的致动。在某些实施方案中，齿轮可提供将高速马达输出转换成所需的低速和高转矩的总减速。

根据一个实施例，含有蜗轮266和滚轮260的轴杆可由轴杆的相对末端上的两个轴承270支撑，所述轴承在蜗轮266的相对侧上。替代地，支撑组件可为用于支撑传动系中的齿轮集合的任何已知的组件或机构。轴杆可安置在插入外壳252内。此外，在一个实施例中，马达262、齿轮系、马达控制器(未展示)和布线(未展示)也一起容纳在插入外壳252中。

应理解，这三个横摆、俯仰和插入关节的替代版本可使用除摩擦驱动滚轮之外的任何已知机构。举例来说，关节中的每一个可使用齿轮或由马达直接驱动。在另外替代方案中，沿着轨道的运动可不使用齿轮，而是可改为仅驱动支撑滚轮中的一个以产生沿着轨道的运动。另外，液压、气动或缆线驱动器可用于其它已知设计中以产生所要输出运动。

图10描绘机器人支撑臂280的一个实施例。在此实施方案中，支撑臂280具有：竖直(或“基柱”)棒282；第一细长臂284，其在第一可旋转关节288处以可旋转方式耦接到棒282；以及第二细长臂286，其在第二可旋转关节290处以可旋转方式耦接到第一臂284。第一关节288具有第一旋转轴288A且第二关节290具有第二旋转轴290A，使得两个旋转轴288A、290A竖直地平行。这允许粗略定位机器人装置292相对于患者的平面(X/Y方向)定位。另外，粗略定位机器人装置292的横摆轴294(类似于如上文所论述的横摆轴62)也竖直地平行于另外两个旋转轴288A、290A。

可使用夹钳296在床轨(未展示)处调整支撑臂280的竖直定位(Z方向)。竖直棒282可在夹钳附接到床轨之前或之后与夹钳296耦接。一旦已选择棒282的竖直放置，粗略定位机器人装置292就可对接或以其它方式附接到支撑臂280。接着，臂280可视需要水平地定位，包含贯穿机器人手术装置(未展示)插入过程。一旦已选择机器人手术装置(未展示)的最终位置，粗略定位机器人装置292就与机器人手术装置(未展示)对接。通常，这通过将RCM大致定位在端口/切口/开口处来实现。此时，可使用关节锁298、300将支撑臂280锁定到适当位置。

在一个实施例中，床轨夹钳310(例如，类似于夹钳296)描绘在图11A-11D中。当使用充当悬臂梁的安装在床上的支撑臂时，松散或柔性的床轨可能会出现大偏转。为了解决此问题，可使用床轨夹钳310将机器人支撑臂(例如臂280)紧扣到标准手术床轨上。夹钳310具有夹钳主体312，所述夹钳主体具有耦接至其的两个夹持轴杆环管320，其中在主体312的每一末端上具有一个环管320，使得夹钳主体312可接纳支撑臂(类似于臂280)的棒332，并且环管320可将棒332紧固至所述夹钳主体，如下文将详细地描述。此外，如图11D中最佳展示，夹钳310可经由附接到夹钳310的两个附接机构315、317牢固地附接到床轨336。第一或外附接机构315具有可致动螺栓324，所述可致动螺栓由第一手柄316致动且以可操作方式耦接到第一楔形件314和第二楔形件326。第一附接机构315可安置在轨道336与床334之间。第二或内附接机构317具有可致动螺栓319，所述可致动螺栓由第二手柄318致动且以可操作方式耦接到夹爪330。第二附接机构317邻近于轨道336安置在轨道的外面上(与第一附接机构315相对)。

在使用中，为了将床轨夹钳310紧固到床轨336，床轨夹钳310相对于轨道336定位，使得第一附接机构315定位在轨道336与床334之间，而第二附接机构317邻近于轨道336的外面定位。一旦安放在所要位置中，手柄316(例如，扩展夹钳凸轮手柄)就可被推动到向下锁定位置中(如图11B和11D中最佳展示)以向上推动可致动螺栓324，由此致使向上推动底部楔形件326，使得底部楔形件326的倾斜面与顶部楔形件314的倾斜面接合，使得横向地推动楔形件326、314两者。因而，底部楔形件326被推靠在床334上，而顶部楔形件314被推靠在轨道336的内面上，由此以可拉伸方式将夹钳310紧固到轨道336和床334。在手柄316处于锁定位置中之后，手柄318(例如，轨道夹钳凸轮手柄)可被推动到向下锁定位置中(如图11B和11D中最佳展示)以向上推动可致动螺栓319，由此致使夹爪330向上移动到与轨道336的底面接触，由此保护夹钳310免于因施加到竖直棒332的力导致的移位。

一旦床轨夹钳310牢固地安装到床334，棒332就可通过附接到床轨安装主体312的夹持轴杆环管320插入。如图11C中所展示，柱夹钳凸轮手柄322接合在锁定位置中以通过围绕棒332收紧环管320来将支撑柱紧固在所要高度处。这些柱夹钳凸轮手柄322可解除接合且重新接合以允许用户视需要手动地升高和降低支撑臂柱332。应理解，可使用用于升高和降低支撑臂柱的替代方法，例如使用手摇曲柄或马达来经由导螺杆机构调整柱的高度。

根据一个替代实施例，本文中的粗略定位机器人装置实施例中的任一个可具有额外特征，即激光器辅助定位。更具体地，如图12中所展示的一个粗略定位机器人装置340实施例具有三个线激光器342、344、352，其中一个激光器342安置在插入外壳346上，一个激光器344安置在俯仰外壳348上，并且一个激光器352安置在横摆外壳354上。激光器352可与横摆轴356共轴地安装。激光器342、344、352被定位且瞄准以致使来自每一激光器342、344、352的激光在RCM 350处相交。因此，在一个实施例中，激光器342、344、352可有助于粗略定位机器人装置340的容易对接和定位，并且如由激光器所展示的RCM 350可易于由用户定位在患者切口/端口/开口处。应理解，可使用替代数目个激光器(例如，如图25中所展示的两个激光器)。本文中所公开或所涵盖的各种激光器实施例可并入本文中所公开的任何粗略定位装置实施例中。

如图13A和13B中所展示，并且如上文相对于图8A和9B所论述，本文中的粗略定位装置实施例的各种实施方案还可包含拉伸机构，其提供施加到俯仰外壳和/或插入外壳的至少一个轴承的拉力以确保轴承与轨道的接触。更具体地，如图13A中所展示，俯仰外壳360的一个示例性实施例具有片弹簧362，其将力施加到轴承364，所述力推动轴承364与轨道366接触。

片弹簧362可手动地解除拉伸或以其它方式推离轨道366，从而使轴承364不接触轨道366。这允许轨道366与俯仰外壳360解除接合。另外或替代地，俯仰轨道376包含硬止挡件或“突出部”368。位于俯仰轨道366的末端处的可拨动突出部368可解除接合以允许轨道366与俯仰外壳360解除接合。接着，每一子组件视需要容易地拆卸以供清洁和杀菌。

类似地，如图13B中所展示，插入外壳370的一个示例性实施例具有片弹簧372，其将力施加到轴承374，所述力推动轴承374与轨道376接触。片弹簧372可手动地解除拉伸或以其它方式推离轨道376，从而使轴承374不接触轨道376。这允许轨道376与俯仰外壳370解除接合。另外或替代地，插入轨道376包含硬止挡件或“突出部”378。可拨动突出部378可解除接合以允许插入轨道376与俯仰外壳370解除接合。接着，每一子组件视需要容易地拆卸以供清洁和杀菌。应理解，可使用任何已知的拉伸机构代替片弹簧362、372，并且可使用任何已知的可拨动机构代替突出部368、378。

在另一替代实施例中，可在床侧处使用独立地驱动每一关节的本地接口，例如按钮(例如，致动器88、90、92)、操纵杆(未展示)、平板计算机或任何其它已知接口来控制如本文中所公开或所涵盖的任何粗略定位机器人装置。用户可通过接口个别地或同时点动每一关节。在插入机器人手术装置时，可将粗略定位机器人装置放在一旁，并且接着在需要此功能时容易地引入以进行对接。接口可为直观的，其中按钮或操纵杆的铰接方向对应于驱动方向。为了实现此，用户接口可定位在每一关节处或可居中定位。对于机器人提取，机器人手术装置可为非对接的，并且粗略定位机器人装置可被推到一边。

图14A和14B描绘本文中所公开或所涵盖的任何粗略定位机器人装置的另一替代特征：卷绕缆线380。在此实施例中，缆线380将俯仰外壳382耦接到插入外壳384，如所展示。缆线380被卷绕以允许通过在俯仰关节俯仰时自然地收缩和延伸来在没有缆线缠结的情况下实现整个俯仰角范围。在替代设计中，可在任何或所有关节上使用滑环或关节囊。这些设计可具有连续或非常大的运动范围。

图15A和15B描绘本文中所公开或所涵盖的任何粗略定位机器人装置上的任何轨道的另一替代特征：可拨动硬止挡件或“突出部”402。如所展示，硬止挡件400定位在俯仰输出轨道404上。可拨动硬止挡件402位于俯仰轨道404的末端处，并且可解除接合以允许轨道404与俯仰外壳解除接合。图15A展示硬止挡件402处于接合位置中，使得轨道404不可与俯仰外壳解除接合。图15B展示硬止挡件402从图15A拨动，并且硬止挡件402处于解除接合位置中，使得轨道404可与俯仰外壳解除接合。应理解，硬止挡件还可定位在插入输出轨道上，如上文在图13A中所展示。

机器人手术装置定位系统540的另一实施例描绘在图16中。应理解，如图16-23中所公开的各种实施例大体上类似于上文在图2A-15B中所公开或所涵盖的装置实施方案，具有大体上类似的组件、特征和功能，除本文中明确地论述外。

图16中的系统540包含被动支撑臂542和以可旋转方式耦接到臂542的粗略定位机器人装置544。此外，在此具体示例性实施方案中由如所展示的装置546表示的任何已知的机器人装置546可以可移除方式耦接到装置544，使得装置546通过开口、孔口、切口或端口安置到患者的目标腔穴中。

根据如图17A和17B中所展示的粗略定位机器人装置560的另一实施例，装置560具有三个关节：横摆(关节1)562、俯仰(关节2)564和插入(关节3)566。横摆562和俯仰564围绕RCM旋转，并且插入566移动通过RCM 568。在此实施例中，每一关节完全解除耦接且独立地受控制。此外，在某些实施例中，马达和马达控制器(未展示)共置在每一关节562、564、566处。另外，应理解，每一关节562、564、566可为但不必为反向驱动的。

横摆关节562来源于粗略定位装置560的主体570，并且更具体地，来源于横摆机构结构572。更具体地，可旋转横摆输出轴杆574从横摆机构结构572延伸且构成横摆关节562。因而，输出轴杆574的旋转产生横摆关节562处的横摆。

俯仰关节564还来源于装置560的主体570，并且更具体地，来源于俯仰机构结构576。更具体地，输出轨道578经由可旋转轴承580以可操作方式耦接到俯仰机构结构576，使得输出轨道578相对于俯仰机构结构576的移动(如在下文详细描述)产生俯仰关节564。因而，输出轨道578的致动产生俯仰关节564处的俯仰。

插入关节566来源于插入机构结构582，所述插入机构结构以可操作方式耦接到输出轨道578。更具体地，可延伸轨道584经由可旋转轴承586以可操作方式耦接到插入机构结构582(如下文根据图22A和22B中的一个实例最佳展示)。因而，可延伸轨道584的延伸产生插入关节566处的插入。

如图18A和18B中最佳展示，装置定位系统600的另一实施方案具有位于圆弧轨道614的中心处的RCM 602。替代地，RCM 602可安置在相对于粗略定位装置的任何已知的位置中。当机器人手术装置，例如装置604，对接(或以其它方式耦接)到粗略定位机器人装置606时，RCM 602在装置604的细长主体(或管)608内且与其运动原点610大致共线。图18A还描绘在机器人手术装置604的上下文中的粗略定位装置606的工作空间612。展示机器人装置604的运动原点610。粗略定位装置606可用于将运动原点610移动到环形工作空间612内的任何位置。通过俯仰和插入决定的工作空间612的横截面是环形扇区616，如图18B中最佳展示。

返回到图18A，横摆关节(例如如上文相对于图17A详细论述的关节562)是旋转关节，并且可在至少165度的掠角之上铰接。在图18A的实施例中，工作空间612描绘具有360度行程的横摆，意谓其可在任一方向上不断地旋转(当布线调整准许时)。俯仰关节(例如如上文相对于图17A详细论述的关节564)允许随着沿着输出轨道614的运动围绕RCM 602旋转。对于俯仰，根据某些实施方案，可穿越40度弧，其中与竖直方向的俯仰角大致在20度与60度之间。另外，根据各种实施例，插入关节(例如如上文相对于图17A详细论述的关节566)是平移关节，并且可平移至少100cm的总长度。

图19A和19B描绘横摆关节的输出轴杆640的一个示例性实施例。图19A描绘轴杆640的透视图，而图19B展示分解横截面视图。如图19A中最佳展示，输出轴杆640与机器人支撑臂642耦接。在此具体实施方案中，输出轴杆640是带螺纹的D形轴杆640。轴杆640的上部区段644具有凹连接开口646，所述凹连接开口具有限定在其中的螺纹648，所述螺纹可与下部区段652的凸连接突出部650耦接，所述凸连接突出部具有限定在其上的螺纹654。所耦接螺纹648、654支撑装置的重量。轴杆耦接器656围绕轴杆640安置，并且具有锁定定位螺杆658A、658B，所述锁定定位螺杆允许转矩的传输而不会旋开轴杆644的两个区段644、652。替代地，其它已知的快速连接机构可用于将粗略定位机器人装置660容易对接和断开对接到机器人支撑臂642，例如用于清洁和杀菌。

图20A-20D描绘根据一个实施例的横摆关节(例如如上文所论述的关节562)670的内部机构。更具体地，图20A描绘具有输出轴杆674的横摆机构结构672，所述输出轴杆从结构672以可旋转方式延伸，使得横摆关节670来源于输出轴杆674。输出轴杆674旋转以致使粗略定位机器人(未展示)相对于机器人支撑臂(未展示)旋转。

在一个实施例中，如图20B-20D中最佳展示，输出轴杆674由马达676致动，所述马达经由一系列旋转元件以可旋转方式耦接到输出轴杆674。齿轮包含以旋转方式约束到马达676且以可旋转方式耦接到从动齿轮680的驱动齿轮678。从动齿轮680以旋转方式约束到蜗杆682，所述蜗杆以可螺接方式耦接到蜗轮684，使得从动齿轮680的旋转引起蜗杆682的旋转且因此引起蜗轮684的旋转。在一个实施方案中，齿轮可提供5000:1的总减速，从而将高速马达输出转换成所需的低速和高转矩。输出轴杆674由两个轴承686、688支撑，所述轴承可带凸缘或带盖以支撑系统的重量。另外，可提供保持环690，其将轴杆轴向地约束在轴承686、688上。转矩通过键和键槽692从蜗轮682、684传输到输出轴杆674。驱动齿轮678/从动齿轮680级保护马达输出轴杆694免受轴向负载的影响，而中间平行轴杆696通过预负载角接触轴承698、700支撑在蜗杆上以抵抗轴向推力预负载可通过如所展示的轴向波形弹簧702实现，但其它方法包含使用弹簧垫圈或圆盘弹簧(未展示)。间隔件(未展示)可用于将所有轴承和齿轮定位在轴杆上。在一个实施例中，齿轮系安置在马达块704内。组装后的马达块704、马达控制器(未展示)和布线(未展示)可容纳在一起。此外，横摆机构结构(或“外壳”)672可使用有肩螺栓等牢固地紧扣到俯仰机构结构(未展示)以更好地传输转矩且移动整个装置。

图21A-21C描绘根据一个实施例的俯仰关节(例如如上文所论述的关节564)的内部机构。更具体地，图21A描绘具有输出轨道722的俯仰机构结构(或“外壳”)720，所述输出轨道以可滑动方式耦接到结构720，使得俯仰由输出轨道722相对于结构720的移动产生。输出轨道722是根据一个实施例由圆弧的片段构成的细长弯曲结构722。此外，输出轨道722以可滑动方式耦接到俯仰机构外壳720，如下文所描述，并且进一步在轨道722的一个末端处固定地耦接到插入外壳(未展示)，使得轨道722的移动引起插入外壳(和任何附接机器人手术装置)围绕RCM(未展示)的旋转。

在一个实施例中，输出轨道722经由可旋转轴承724耦接到俯仰机构结构720。在如所展示的具体实施方案中，存在两对轴承724，其定位在轨道722的任一侧上，使得轨道722与轴承724中的每一个接触且可相对于轴承724平移地移动。此外，如下文另外详细描述，轨道722以可螺接方式耦接到可旋转齿轮726。

如图21B中最佳展示，输出轨道722由马达728致动，所述马达经由一系列齿轮或其它旋转元件以可旋转方式耦接到输出轨道722。齿轮包含驱动齿轮730，所述驱动齿轮是以旋转方式约束到马达728且以可螺接方式/以可旋转方式耦接到蜗轮732的蜗杆730。蜗轮732以旋转方式约束到可旋转齿轮726，所述可旋转齿轮以可螺接方式耦接到轨道722的齿734，使得蜗轮732的旋转引起可旋转齿轮726的旋转且因此引起齿734(和因此轨道722)的平移。在一个实施方案中，齿轮可提供12900:1的总减速，从而将高速马达输出转换成所需的低速和高转矩。含有蜗轮732和可旋转齿轮726的轴杆由轴杆的相对末端上的两个轴承736支撑。在一个实施例中，马达728、齿轮系、马达控制器(未展示)和布线(未展示)一起容纳在俯仰外壳720中。此外，输出轨道722通过对准销738和螺杆740紧扣到插入外壳(下文论述)，如图21C中最佳展示。

图22A-22B描绘根据一个实施例的插入关节(例如如上文所论述的关节566)750。更具体地，图22A描绘具有输出轨道754的插入机构结构(或“外壳”)752，所述输出轨道以可滑动方式耦接到结构752，使得插入或滑动移动由输出轨道754相对于结构752的平移移动产生。输出轨道754是大体上笔直细长结构754，其以可移动方式耦接到插入机构外壳752，如下文所描述，并且进一步在轨道754的一个末端处固定地耦接到机器人附接夹钳756，使得轨道754的移动引起安置在夹钳756内的任何机器人装置(未展示)的移动，由此使机器人装置平移进出手术部位处的端口(或切口或开口)。

在一个实施例中，输出轨道754经由可旋转轴承758耦接到插入机构结构752。在如所展示的具体实施方案中，存在两对轴承758，其定位在轨道754的任一侧上，使得轨道754与轴承758中的每一个接触且可相对于轴承758平移地移动。此外，如下文另外详细描述，轨道754以可螺接方式耦接到可旋转齿轮760。

如图22B中最佳展示，输出轨道754由马达762致动，所述马达经由一系列齿轮或其它旋转元件以可旋转方式耦接到输出轨道754。齿轮包含驱动齿轮764，例如，蜗杆764或其它可旋转元件，其以旋转方式约束到马达762且以可螺接方式/以可旋转方式耦接到蜗轮766。蜗轮766以旋转方式约束到可旋转齿轮760，所述可旋转齿轮以可螺接方式耦接到轨道754的齿768，使得蜗轮766的旋转引起可旋转齿轮760的旋转且因此引起齿768(和因此轨道754)的平移。在一个实施方案中，齿轮可提供840:1的总减速，从而将高速马达输出转换成所需的低速和高转矩。含有蜗轮766和可旋转齿轮760的轴杆由轴杆的相对末端上的两个轴承770支撑。在一个实施例中，马达762、齿轮系、马达控制器(未展示)和布线(未展示)一起容纳在插入外壳752中。

应理解，这三个关节的替代版本可使用除齿轮之外的任何已知机构。举例来说，关节中的每一个可通过马达直接驱动。在另外替代方案中，沿着轨道的运动可不使用齿轮，而是可改为仅驱动支撑滚轮中的一个以产生沿着轨道的运动。另外，液压、气动或缆线驱动器可用于其它已知设计中以产生所要输出运动。

图23描绘机器人支撑臂780的一个实施例。在此实施方案中，支撑臂780具有：竖直(或“基柱”)棒782；第一细长臂784，其在第一可旋转关节788处以可旋转方式耦接到棒782；以及第二细长臂786，其在第二可旋转关节790处以可旋转方式耦接到第一臂784。第一关节788具有第一旋转轴788A且第二关节790具有第二旋转轴790A，使得两个旋转轴788A、790A竖直地平行。这允许粗略定位机器人装置792相对于患者的平面(X/Y方向)定位。另外，粗略定位机器人装置792的横摆轴794也竖直地平行于另外两个旋转轴788A、790A。

可使用夹钳796在床轨(未展示)处调整支撑臂780的竖直定位(Z方向)。一旦已选择竖直放置，粗略定位机器人装置792就可对接或以其它方式附接到支撑臂780。接着，臂780可视需要水平地定位，包含贯穿机器人手术装置(未展示)插入过程。一旦已选择机器人手术装置(未展示)的最终位置，粗略定位机器人装置792就与机器人手术装置(未展示)对接。通常，这通过将RCM大致定位在端口/切口/开口处来实现。此时，可使用关节锁798、800将支撑臂780锁定到适当位置。关节锁802用于支撑如上文所指出的粗略定位机器人装置792输出轴杆。

在一个实施例中，床轨夹钳810(类似于夹钳796)描绘在图24A-24B中。当使用充当悬臂梁的安装在床上的支撑臂时，松散或柔性的床轨可能会出现大偏转。为了解决此问题，可使用扩展夹钳810将机器人支撑臂(例如臂780)紧扣到标准手术床轨。夹钳810具有两个对准销812，其支撑背板814且充当线性轴承。使用四个定位螺杆818，将背板814推靠在床侧上，并且将前板816推靠在床轨上。这将床轨道安装螺栓820置于拉力中，从而限制任何可能的偏转。外壳搁置在床轨上且允许支撑臂(例如臂780)的高度调整。

根据一个替代实施例，本文中的粗略定位机器人装置实施例中的任一个可具有额外特征，即激光器辅助定位。更具体地，如图25中所展示的粗略定位机器人装置840实施例具有两个线激光器842、844，其中一个激光器842安置在插入外壳846上，并且一个激光器844安置在俯仰外壳848上。激光器842、844被定位且瞄准以致使来自每一激光器842、844的激光在RCM 850处相交。因此，激光器842、844可有助于粗略定位机器人装置840的容易对接和定位，并且如由激光器所展示的RCM 850可易于由用户定位在患者切口/端口/开口处。

如图26A和26B所论述，本文中的粗略定位装置实施例的各种实施方案还可包含拉伸机构，其提供施加到俯仰外壳和/或插入外壳的至少一个轴承的拉力以确保轴承与轨道的接触。更具体地，如图26A中所展示，俯仰外壳860的一个实施例具有片弹簧862，其将力施加到轴承864，所述力推动轴承864与轨道866接触。片弹簧862可手动地解除拉伸，从而使轴承864不接触轨道866。这允许轨道866与俯仰外壳860解除接合。接着，每一子组件视需要容易地拆卸以供清洁和杀菌。类似地，如图26B中所展示，插入外壳870的一个实施例具有片弹簧872，其将力施加到轴承874，所述力推动轴承874与轨道876接触。片弹簧872可手动地解除拉伸，从而使轴承874不接触轨道876。这允许轨道876与俯仰外壳870解除接合。接着，每一子组件视需要容易地拆卸以供清洁和杀菌。应理解，可使用任何已知的拉伸机构代替片弹簧。

在另一替代实施例中，可在床侧处使用独立地驱动每一关节的本地接口，例如按钮或操纵杆(未展示)来控制如本文中所公开或所涵盖的任何粗略定位机器人装置。用户可通过接口个别地或同时点动每一关节。在插入机器人手术装置时，可将粗略定位机器人装置放在一旁，并且接着在需要此功能时容易地引入以进行对接。接口可为直观的，其中按钮或操纵杆的铰接方向对应于驱动方向。为了实现此，用户接口可定位在每一关节处或可居中定位。对于机器人提取，机器人手术装置可为非对接的，并且粗略定位机器人装置可被推到一边。

虽然公开了多个实施例，但对于本领域技术人员来说，根据展示和描述说明性实施例的以下详细理解，再其它实施例将变得显而易见。如将意识到，各种实施方案能够在各种明显的方面进行修改，所有这些都不脱离本公开的精神和范围。因此，附图和详细描述应被视为本质上是说明性的而非限制性的。

虽然已参考优选实施方案描述各种实施例，但本领域技术人员应认识到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可在形式和细节上进行改变。

Claims (20)

1.一种用于机器人手术装置的粗略定位系统，所述系统包括：

(a)定位主体；

(b)横摆机构，其在第一旋转关节处以可操作方式耦接到所述定位主体；

(c)俯仰机构，其在第二旋转关节处以可操作方式耦接到所述定位主体；以及

(d)插入机构，其以可滑动方式耦接到所述俯仰机构，使得所述插入机构能够沿着插入轴的长度移动，其中所述插入机构被配置成能够耦接到所述机器人手术装置。

2.根据权利要求1所述的粗略定位系统，其中所述横摆机构进一步包括马达，其与输出轴杆以可操作方式接合，所述输出轴杆被配置成使所述定位主体围绕所述第一旋转关节旋转。

3.根据权利要求2所述的粗略定位系统，其中所述横摆机构进一步包括：

(a)驱动齿轮，其耦接到所述马达；

(b)从动齿轮，其与所述驱动齿轮以可操作方式接合；

(c)螺杆，其耦接到所述从动齿轮；以及

(d)转轮，其耦接到所述输出轴杆，其中所述转轮与所述螺杆以可操作方式接合。

4.根据权利要求1所述的粗略定位系统，其中所述俯仰机构进一步包括马达，其与弯曲输出轨道以可操作方式接合，所述弯曲输出轨道被配置成使所述插入机构围绕所述第二旋转关节旋转。

5.根据权利要求4所述的粗略定位系统，其中所述俯仰机构进一步包括：

(a)螺杆，其耦接到所述马达；

(b)转轮，其与所述螺杆以可操作方式接合；以及

(c)可旋转齿轮，其以可操作方式耦接到所述转轮，其中所述可旋转齿轮与所述弯曲输出轨道以可操作方式接合。

6.根据权利要求1所述的粗略定位系统，其中所述插入机构进一步包括马达，其与细长输出轨道以可操作方式接合，所述细长输出轨道被配置成使所述插入机构沿着所述插入轴平移地移动。

7.根据权利要求1所述的粗略定位系统，其中所述插入机构进一步包括被配置成能够耦接到所述机器人手术装置的夹钳。

8.根据权利要求1所述的粗略定位系统，其中所述第一旋转关节的第一旋转轴、所述第二旋转关节的第二旋转轴和所述插入轴在单个相交点处相交。

9.根据权利要求8所述的粗略定位系统，其进一步包括被配置成发射在所述单个相交点处相交的光束的两个或更多个激光器。

10.根据权利要求1所述的粗略定位系统，其进一步包括以可操作方式耦接到所述粗略定位系统和所述机器人手术装置的控制器，其中所述粗略定位系统和机器人手术装置被配置成一起操作以将所述机器人手术装置定位在患者的体腔内。

11.一种用于机器人手术装置的粗略定位系统，所述系统包括：

(a)定位主体；

(b)横摆机构，其在第一旋转关节处以可操作方式耦接到所述定位主体；

(c)俯仰机构，其在第二旋转关节处以可操作方式耦接到所述定位主体；

(d)插入机构，其以可滑动方式耦接到所述俯仰机构，使得所述插入机构能够沿着插入轴的长度移动，其中所述插入机构被配置成使所述机器人手术装置沿着所述插入轴的所述长度平移地移动；以及

(e)所述机器人手术装置，其以可操作方式耦接到所述插入机构，所述机器人手术装置包括：

(i)装置主体；以及

(ii)臂，其以可操作方式耦接到所述装置主体，所述臂包括末端执行器，

其中所述机器人手术装置能够通过患者体内的插入点定位，使得所述臂和所述装置主体的至少部分能够定位在所述患者的体腔内。

12.根据权利要求11所述的粗略定位系统，其中所述第一旋转关节的第一旋转轴、所述第二旋转关节的第二旋转轴和所述插入轴在单个相交点处相交。

13.根据权利要求12所述的粗略定位系统，其中所述单个相交点安置在沿着所述机器人手术装置的部分的某一点处。

14.根据权利要求12所述的粗略定位系统，其中所述单个相交点安置在患者的插入点处，并且所述臂部分地通过所述单个相交点安置。

15.根据权利要求14所述的粗略定位系统，其中所述插入点包括切口或自然孔口。

16.一种用于内部机器人手术装置的外部粗略定位系统，所述系统包括：

(a)支撑臂；

(b)定位主体，其以可操作方式耦接到所述支撑臂；

(c)横摆机构，其在第一旋转关节处以可操作方式耦接到所述定位主体；

(d)俯仰机构，其在第二旋转关节处以可操作方式耦接到所述定位主体；

(e)插入机构，其以可滑动方式耦接到所述俯仰机构，使得所述插入机构能够沿着插入轴的长度移动，其中所述插入机构被配置成能够耦接到所述内部机器人手术装置；以及

(f)所述第一旋转关节的旋转轴、所述第二旋转关节的旋转轴和所述插入轴的单个相交点。

17.根据权利要求16所述的外部粗略定位系统，其中所述支撑臂进一步包括：

(a)夹钳，其被配置成与床轨耦接；

(b)棒，其耦接到所述夹钳；

(c)第一细长臂，其在第三旋转关节处以可操作方式耦接到所述棒；以及

(d)第二细长臂，其在第四旋转关节处以可操作方式耦接到所述第一细长臂且在第五旋转关节处以可操作方式耦接到所述定位主体。

18.根据权利要求17所述的外部粗略定位系统，其中所述第三旋转关节、所述第四旋转关节和所述第五旋转关节各自被配置成围绕平行轴旋转。

19.根据权利要求16所述的外部粗略定位系统，其中所述机器人手术装置包括至少一个臂，其中所述外部粗略定位系统和机器人手术装置被配置成一起操作以将所述机器人手术装置定位在患者的体腔内。

20.根据权利要求19所述的外部粗略定位系统，其进一步包括：

(a)中央处理单元，其以可操作方式耦接到所述外部粗略定位系统和所述机器人手术装置，其中所述中央处理单元包括被配置成将控制指令传输到所述外部粗略定位系统和所述机器人手术装置的软件；以及

(b)控制器，其以可操作方式耦接到所述中央处理单元。

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