CN115916092A - 用于机器人外科工具的器械插入托架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于机器人器械驱动器的机器人外科工具，该机器人外科工具包括：柄部，该柄部具有第一端部；至少一个花键，该至少一个花键可旋转地联接到该柄部并且从该第一端部朝近侧延伸；托架，该托架可移动地安装到该至少一个花键并且包括第一层和第二层，该第二层可操作地联接到该第一层。至少一个花键延伸穿过该第一层和该第二层中的至少一者的一部分，并且该托架沿着该至少一个花键平移。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，该轴具有布置在其远侧端部处的端部执行器；和激活机构，该激活机构联接到该第一层和该第二层中的一者或两者并且能够致动以操作该端部执行器的功能。

Description

用于机器人外科工具的器械插入托架

技术领域

本文所公开的系统和方法涉及机器人外科系统，并且更具体地涉及包括托架的机器人外科工具，该托架可移动地安装到该工具并且具有被构造成能够支撑至少一个激活机构以操作机器人工具的各种功能的分层架构。

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/或其他机械机构以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一种用于机器人器械驱动器的机器人外科工具，该机器人外科工具包括：柄部，该柄部具有第一端部；至少一个花键，该至少一个花键可旋转地联接到该柄部并且从该第一端部朝近侧延伸；托架，该托架可移动地安装到该至少一个花键并且包括第一层和第二层，该第二层可操作地联接到该第一层。至少一个花键延伸穿过该第一层和该第二层中的至少一者的一部分，并且该托架沿着该至少一个花键平移。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，该轴具有布置在其远侧端部处的端部执行器；和激活机构，该激活机构联接到该第一层和该第二层中的一者或两者并且能够致动以操作该端部执行器的功能。在进一步的实施方案中，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，使得该驱动输入件的旋转对应地使该至少一个花键旋转；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柄部配合，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。在另一个进一步的实施方案中，该至少一个花键形成多个花键的一部分，并且其中每个花键旋转地附接到该柄部的该第一端部并且被构造成能够与机器人器械驱动器的驱动输出件机械地连通，每个花键联接到单独的激活机构，并且其中该花键的旋转驱动该端部执行器的相关联功能。在另一个进一步的实施方案中，该激活机构包括驱动齿轮，该驱动齿轮联接到该至少一个花键或形成该至少一个花键的一部分，并且其中该至少一个花键的旋转对应地使该驱动齿轮旋转。在另一个进一步的实施方案中，该驱动齿轮限定在形状上与该至少一个花键的横截面互补的通道，并且其中该至少一个花键延伸穿过该通道。在另一个进一步的实施方案中，该激活机构包括驱动齿轮，该驱动齿轮布置成与该至少一个花键相邻并且与该至少一个花键滑动接触，并且其中相关联花键的旋转使该激活机构的该齿轮旋转。在另一个进一步的实施方案中，该驱动齿轮限定与由该至少一个花键限定的齿轮齿相互啮合的齿轮齿。在另一个进一步的实施方案中，该托架包括三个或更多个层。在另一个进一步的实施方案中，该机器人外科工具还包括从该第一端部朝近侧延伸的导轨和被限定在该托架中并且其尺寸被设定成接纳该导轨的一个或多个凹口。随着该托架沿着该至少一个花键移动，该导轨在该一个或多个凹口内滑动。在另一个进一步的实施方案中，该导轨承担该托架的扭转负载，从而使该托架相对于该柄部的旋转最小化。在另一个进一步的实施方案中，该一个或多个凹口被限定在该第一层和该第二层中的一者或两者的外周上。在另一个进一步的实施方案中，该一个或多个凹口包括第一凹口和第二凹口，并且其中该第一凹口和该第二凹口位于该托架的周向相对侧上。在另一个进一步的实施方案中，该机器人外科工具还包括从该第一端部延伸的导螺杆，其中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，并且其中该导螺杆的旋转使该托架和该托架螺母朝向和远离该第一端部轴向移动，从而使该端部执行器朝远侧或朝近侧移动。在另一个进一步的实施方案中，使用一个或多个机械紧固件将该第一层和该第二层可移除地彼此固定。在另一个进一步的实施方案中，该第一层和该第二层各自包括接纳该一个或多个机械紧固件的同轴对准孔。在另一个进一步的实施方案中，该端部执行器的该功能选自包括以下各项的组：该端部执行器的关节运动、该端部执行器的钳口的夹持、该端部执行器的切割元件的移位、该端部执行器的移位、以及它们的任意组合。在另一个进一步的实施方案中，该机器人外科工具还包括与该柄部的该第一端部相对的第二端部，其中该至少一个花键在该第一端部与该第二端部之间延伸，并且其中该托架被构造成能够在该第一端部与该第二端部之间平移。

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：柄部，该柄部具有第一端部；至少一个花键，该至少一个花键可旋转地联接到该柄部并且从该第一端部朝近侧延伸；托架，该托架可移动地安装到该至少一个花键并且包括第一层和第二层，该第二层可操作地联接到该第一层，其中该至少一个花键延伸穿过该第一层和该第二层中的至少一者的一部分；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，该激活机构联接到该第一层和该第二层中的一者或两者。该方法包括：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旋转；以及随着该至少一个花键旋转而致动该激活机构，从而操作该端部执行器的功能。在进一步的实施方案中，该方法还包括使用一个或多个机械紧固件将该第一层和该第二层可移除地彼此固定。在另一个进一步的实施方案中，该方法还包括沿着该至少一个花键朝远侧和朝近侧推进该托架。在另一个进一步的实施方案中，该方法还包括利用从第一端部延伸的至少一个导轨朝向和远离该第一端部引导该托架。

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：柄部，该柄部具有第一端部和与该第一端部相对的第二端部；外骨骼，该外骨骼在该第一端部与该第二端部之间延伸并且具有非圆形横截面；托架，该托架可移动地布置在该外骨骼内并且具有与该外骨骼的该非圆形横截面相容的非圆形横截面。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，该轴具有布置在其远侧端部处的端部执行器，该托架能够在该第一端部与该第二端部之间移动以相对于该柄部推进或回缩该端部执行器，其中该外骨骼在该第一端部与该第二端部之间引导该托架。在进一步的实施方案中，该外骨骼的远侧端部能够与该柄部的该第一端部配合。在另一个进一步的实施方案中，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，其中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，并且其中该导螺杆的旋转使该托架和该托架螺母在该外骨骼内在该第一端部与该第二端部之间轴向移动。在另一个进一步的实施方案中，该外科工具还包括花键，该花键可旋转地联接到该柄部的该第一端部并且在该第一端部与该第二端部之间延伸，其中该花键可操作地联接到该托架，以用于经由该花键的旋转来激活该外科工具的功能。在另一个进一步的实施方案中，该外科工具还包括至少一个紧固件孔，该至少一个紧固件孔设置在该外骨骼的侧壁上并且被构造成能够接纳用于将该外骨骼固定到该柄部的该第一端部的紧固件。在另一个进一步的实施方案中，该外科工具还包括可移除地附接到该柄部的该第二端部的顶盖。在另一个进一步的实施方案中，该外科工具还包括被限定在该外骨骼的外表面上的至少一个结构肋以向该外骨骼提供结构刚度。在另一个进一步的实施方案中，该外骨骼提供远侧端部和与该远侧端部相对的近侧端部，并且其中该至少一个结构肋至少部分地在该远侧端部与该近侧端部之间延伸。在另一个进一步的实施方案中，该外科工具还包括至少一个对准特征，该至少一个对准特征从该外骨骼的侧壁向外延伸；和对准凹坑，该对准凹坑被限定在该柄部的该第一端部中，该对准凹坑的尺寸被设定成接纳该至少一个对准特征。在另一个进一步的实施方案中，该外科工具还包括施加到该外骨骼的外表面的摩擦增强材料。在另一个进一步的实施方案中，该外骨骼的该横截面在形状上对称。在另一个进一步的实施方案中，该外骨骼的该横截面在形状上非对称。

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：柄部，该柄部具有第一端部和与该第一端部相对的第二端部；外骨骼，该外骨骼在该第一端部与该第二端部之间延伸并且具有非圆形横截面；和托架，该托架布置在该外骨骼内并且具有与该外骨骼的该非圆形横截面互补的非圆形横截面。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，该轴具有布置在其远侧端部处的端部执行器，该方法还包括使该托架在该第一端部与该第二端部之间移动，从而相对于该柄部推进或回缩该端部执行器；以及利用该外骨骼在该第一端部与该第二端部之间引导该托架。在进一步的实施方案中，该方法还包括利用该外骨骼承担随着该机器人外科工具操作而由该托架经受的扭转负载。在另一个进一步的实施方案中，该方法还包括利用至少一个紧固件将该外骨骼紧固到该柄部的该第一端部。在另一个进一步的实施方案中，该方法还包括利用施加到该外骨骼的外表面的涂层增强该外骨骼的抓握特性。在另一个进一步的实施方案中，该方法还包括通过将该外骨骼的对准特征与被限定在该柄部的该第一端部中的对准凹坑接合而将该外骨骼相对于该柄部对准。在另一个进一步的实施方案中，该外骨骼提供远侧端部和与该远侧端部相对的近侧端部，并且该方法还包括将顶盖附接到该外骨骼的该近侧端部。在另一个进一步的实施方案中，该方法还包括将该外骨骼的远侧端部与该柄部的该第一端部配合。在另一个进一步的实施方案中，该方法还包括将至少一个花键联接到该柄部并且使该至少一个花键在该外骨骼内在该第一端部与该第二端部之间延伸。

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：柄部，该柄部具有第一端部和第二端部；导螺杆，该导螺杆可旋转地联接到该柄部并且在该第一端部与该第二端部之间延伸；花键，该花键可旋转地联接到该柄部并且在该第一端部与该第二端部之间延伸；和托架，该托架可移动地安装到该导螺杆，以用于在该第一端部与该第二端部之间平移。该外科工具还包括至少一个激活机构，该至少一个激活机构由该托架支撑并且联接到该花键，其中该花键布置在距该导螺杆一定距离处，使得该导螺杆承担由该花键生成的扭转负载。在进一步的实施方案中，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，该轴具有布置在其远侧端部处的端部执行器，在另一个进一步的实施方案中，该导螺杆的刚度大于该花键的刚度。在另一个进一步的实施方案中，该花键是第一花键并且该距离是第一距离，该外科工具还包括第二花键，该第二花键可旋转地联接到该柄部并且在该第一端部与该第二端部之间延伸，该第二花键联接到由该托架支撑的至少一个激活机构，其中该第二花键布置在距该导螺杆第二距离处，使得该导螺杆承担由该第二花键生成的扭转负载。在另一个进一步的实施方案中，该第一花键具有比该第二花键大的扭转负载，并且距该导螺杆的该第一距离小于距该导螺杆的该第二距离。在另一个进一步的实施方案中，该第一花键在第一方向上旋转，并且该第二花键在与该第一方向相反的第二方向上旋转，并且其中由该第一花键施加的第一扭转负载基本上等于由该第二花键施加的第二扭转负载。在另一个进一步的实施方案中，该花键是多个花键中的一个花键，其中该多个花键中的每个花键的中心线的位置与该导螺杆相距一个半径，该半径由与每个花键相关联的输入扭矩确定，并且其中该多个花键中的给定花键的该输入扭矩越大，距该导螺杆的该半径越短。在另一个进一步的实施方案中，该多个花键包括具有至少两个不同的横截面积的花键。在另一个进一步的实施方案中，该多个花键中的每个花键包括不同的横截面积，并且每个花键的该横截面积基于与该花键相关联的该输入扭矩来确定。

本文所公开的实施方案还可包括机器人外科工具，该机器人外科工具包括：柄部，该柄部具有第一端部和第二端部；导螺杆，该导螺杆可旋转地联接到该柄部并且在该第一端部与该第二端部之间延伸；第一花键和第二花键，该第一花键和该第二花键可旋转地联接到该柄部并且在该第一端部与该第二端部之间延伸；和托架，该托架可移动地安装到该导螺杆，以用于在该第一端部与该第二端部之间平移。该机器人外科工具还包括由该托架支撑并且联接到该第一花键的第一激活机构和由该托架支撑并且联接到该第二花键的第二激活机构，其中由在第一方向上旋转的该第一花键生成的第一扭转负载与由在与该第一方向相反的第二方向上旋转的该第二花键生成的第二扭转负载平衡。在进一步的实施方案中，该第一花键布置在距该导螺杆第一距离处，并且该第二花键布置在距该导螺杆第二距离处，并且其中该导螺杆承担由该第一花键和该第二花键生成的扭转负载。在另一个进一步的实施方案中，该第一距离等于该第二距离。在另一个进一步的实施方案中，该第一距离不同于该第二距离。在另一个进一步的实施方案中，该第一花键生成第一扭转负载，该第一扭转负载大于由该第二花键生成的第二扭转负载，并且其中距该导螺杆的该第一距离小于该第二距离。在另一个进一步的实施方案中，该第一花键具有第一横截面积，并且该第二花键具有小于该第一横截面积的第二横截面积。在另一个进一步的实施方案中，该第一花键具有第一横截面积，并且该第二花键具有第二横截面积，该第一横截面积大约等于该第二横截面积。

本文所公开的实施方案还可包括一种方法，该方法包括致动机器人外科工具，该机器人外科工具包括：柄部，该柄部具有第一端部和第二端部；至少一个花键，该至少一个花键可旋转地联接到该柄部并且在该第一端部与该第二端部之间延伸；和导螺杆，该导螺杆可旋转地联接到该柄部并且在该第一端部与该第二端部之间延伸并且位于螺杆位置中，其中该导螺杆中的一个导螺杆和该至少一个花键中的一个花键包括负载平衡构件。托架可移动地安装到该导螺杆，并且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。该外科工具包括由该托架支撑的激活机构。该方法包括利用该负载平衡构件承担由该至少一个花键生成而作用在该托架上的扭转力。在进一步的实施方案中，该至少一个花键包括第一花键和第二花键，该方法还包括使该第一花键在第一方向上旋转并且同时使该第二花键在不同于该第一方向的第二方向上旋转。在另一个进一步的实施方案中，该至少一个花键包括多个花键，并且每个花键呈现出基于与每个花键相关联的输入扭矩来确定的不同的横截面积。在另一个进一步的实施方案中，该导螺杆是该负载平衡构件，并且该至少一个花键的中心线的位置与该导螺杆相距一个半径，该半径由与每个花键相关联的输入扭矩确定，并且其中该至少一个花键的该输入扭矩越大，距该导螺杆的该半径越短。

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16A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16B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16A的外科工具的等轴视图。

图17B提供了图17A的器械驱动器和图16A的外科工具的分开的等轴端视图。

图18是可结合本公开的一些或全部原理的示例性托架的等轴侧视图。

图19A示出了可结合本公开的一些或全部原理的联接到激活机构的示例性花键。

图19B示出了可结合本公开的一些或全部原理的联接到激活机构的另一个示例性花键。

图19C示出了可结合本公开的一些或全部原理的示例性花键。

图20示出了可结合本公开的一些或全部原理的联接到激活机构的示例性花键。

图21A示出了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示例性外科工具护罩。

图21B示出了图21A的外科工具护罩的顶视图。

图22A示出了可结合本公开的一些或全部原理的示例性托架和护罩的等轴侧视图。

图22B示出了可结合本公开的一些或全部原理的另一个示例性托架和护罩的等轴侧视图。

图23A示出了可结合本公开的一些或全部原理的安装到导螺杆的示例性托架的横截面视图。

图23B示出了可结合本公开的一些或全部原理的安装到导螺杆的另一个示例性托架的横截面视图。

图23C示出了可结合本公开的一些或全部原理的安装到导螺杆的另一个示例性托架的横截面视图。

图24A示出了可操作地联接到多个花键的示例性托架的顶视图。

图24B示出了可操作地联接到多个花键的另一个示例性托架的顶视图。

图25A示出了联接到多个花键的多个激活机构的顶视图。

图25B示出了可操作地联接到图25A的激活机构和花键的示例性托架的顶视图。

图25C示出了被构造成能够容纳图25B的托架的外科工具柄部和护罩的等轴视图。

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/或电力的支持。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力，从而避免在推车102中放置电力变压器和其他辅助电力部件，从而得到更小，更可移动的推车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提供电力，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、电源以及使得推车能够移动和/或固定的部件。例如，推车基部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所得的结石碎片。

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、电力、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“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测量的所得马达速度与期望速度进行比较，并且调制马达信号以生成期望扭矩。

对于需要无菌环境的规程，机器人系统可以结合驱动接口，诸如连接至无菌覆盖件的无菌适配器，其位于器械驱动器与医疗器械之间。无菌适配器的主要目的是将角运动从器械驱动器的驱动轴传递到器械的驱动输入部，同时保持驱动轴与驱动输入部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部配合的一系列旋转输入部和旋转输出部。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。此类腱的所得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。电力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。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机器人器械驱动器的机器人外科工具的结构考虑和技术。机器人外科工具可包括：柄部，该柄部具有第一端部；至少一个花键，该至少一个花键可旋转地联接到该柄部并且从该第一端部朝近侧延伸。该机器人外科工具包括分层托架架构。即，该托架可移动地安装到该至少一个花键，并且包括第一层和第二层，该第二层可操作地联接到该第一层。至少一个花键延伸穿过该第一层和该第二层中的至少一者的一部分，并且该托架沿着该至少一个花键平移。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，该轴具有布置在其远侧端部处的端部执行器；和激活机构，该激活机构联接到该第一层和该第二层中的一者或两者并且能够致动以操作该端部执行器的功能。

3.描述

图16A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16A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16A，外科工具1600可包括作为致动系统操作的驱动外壳或“柄部”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)。如下文更详细地描述的，柄部1614提供将外科工具1600可释放地联接到机器人外科系统的器械驱动器的各种联接特征。

柄部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16A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，柄部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。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，以帮助固定第一端部1618a与第二端部1618b之间的距离，向柄部1614提供结构稳定性，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。

柄部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，柄部1614包括第一花键1624a、第二花键1624b和第三花键1624c。虽然在柄部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的选择性旋转致使柄部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)。

柄部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16A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，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)将层1628a-e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并且从该托架穿过柄部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在穿过第一端部1618a限定的中心孔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)，从而能够相对于柄部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的外表面限定外螺旋状螺纹，并且托架螺母1634限定能够与导螺杆1622的外螺旋状螺纹配合的对应内螺旋状螺纹(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，并且对应地相对于柄部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，柄部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，柄部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，在柄部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1838a-c包括相互啮合的传动组件，这些传动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。

在一些实施方案中，柄部1614可以包括护罩1640，该护罩的尺寸被设定成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，其具有能够与柄部1614的第一端部1618a配合的第一端部1642a和能够与柄部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16B是根据一个或多个附加实施方案的外科工具1600的另一个示例性实施方案的等轴视图。图16B的外科工具1600基本上类似于图16A的外科工具1600，不同在于柄部1614仅具有第一端部或“远侧”端部1618a，导螺杆1622和一个或多个花键1624可旋转地安装到该第一端部或“远侧”端部并且从其纵向延伸。即，不存在同样允许花键1624和导螺杆1622可旋转地安装到其上的第二端部1618b。相反，花键1624和导螺杆1622以悬臂方式进入空气中，具有悬臂式近侧部分1625。

托架1626沿着导螺杆1622和花键1624a-c可移动地安装，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。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沿着纵向轴线A₁相对于导螺杆1622和花键1624a-c平移。托架1626可以从柄部的远侧端部1618a平移到悬臂式近侧部分1625。在没有第二端部1618b的附加质量的情况下，外科工具1600的质量分布相比于原来外科工具1600更多地朝向第一端部1618a进行优化。

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16A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能够与柄部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之间纵向穿过主体1704限定的中心孔1708来穿透器械驱动器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，该对准喷嘴从柄部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被定向成与器械驱动器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设置在柄部1614的第一端部1618a处。驱动接口1716和从动接口1718可以被构造成能够将柄部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柄部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结构1720(示出了三个)，该一个或多个联锁特征结构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以与设置在柄部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柄部1614的附加的驱动输入件(未示出)配合，以帮助承担外科工具1600的一个或多个附加功能。然而，在例示的实施方案中，柄部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)可以被包括在柄部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，联锁特征结构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结构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。

分层托架

图18是根据一个或多个实施方案的图16A的托架1626的示例性实施方案的放大侧视图。根据本公开的一些方面，托架1626被构造成能够容纳独立于插入功能(托架1626的z轴线平移)的各种器械特定功能。如以上所讨论的，托架1626可包括两个或更多个结构层，这两个或更多个结构层彼此串联地可操作地联接以用于协同的z轴线平移，其中每个层与外科工具1600的至少一个功能相关联。换句话讲，这两个或更多个结构层操作端部执行器1604(图16A)的功能，所述端部执行器从外科工具1600的插入轴线脱离并且能够沿着外科工具的插入轴线平移。

托架1626包括堆叠在一起以形成托架框架的结构层1628a-e。层1628a-e包含或容纳一个或多个激活机构，该一个或多个激活机构可操作地联接到延伸穿过层1628a-e的部分的对应花键，以用于执行朝远侧定位在工具轴上的端部执行器的单独功能。托架1626和结构层1628a-e能够使驱动花键在器械插入(z平移)期间轴向来回移动，而不影响端部执行器功能(例如，腕式运动、抓持等)。虽然例示的实施方案示出了五个结构层1628a-e，但是应当理解的是，层的数量是非限制性的，并且层的数量可以变化，例如，与相关联外科工具所期望的功能的数量有关。例如，层1628a-e的数量可以等于期望的工具功能的数量。

每个结构层1628a-e分别包括具有远侧表面和间隔开的近侧表面的层主体1829a-e。如图18的示例性实施方案中所示，每个层主体1829a-e包括基本上平坦的远侧表面和基本上平坦的近侧表面。例如，具有第二层主体1829b的第二结构层1628b包括基本上平坦的远侧表面1851d和与远侧表面1851d相对的基本上平坦的近侧表面1851p。第二层主体1829b具有长度Lb，该长度被定义为在两个间隔开的表面1851d、1851p之间、并且在外科工具的插入轴线的方向上的距离。在一些实施方案中，第二层主体1829b容纳对应的激活机构1638b或以其他方式帮助将该激活机构固定在长度Lb内。

每个层主体1829a-e的远侧表面和近侧表面有利于层1628a-e的堆叠布置。即，一个层的近侧表面(例如，层1628a的近侧表面1850p)在形状上与邻接相邻层1628b的远侧表面1851d互补。虽然在图18中示出了基本上平坦的平面表面，但是应当理解，可以采用其他互补的表面构型，例如，相邻的凸表面和凹表面。换句话讲，每个结构层被构造成能够邻接相邻层的至少一个表面。例如，第一结构层1628a包括近侧邻接表面1850p，该表面邻接相邻的第二结构层1628b的远侧邻接表面1851d。虽然未示出，但可以设想，垫片或垫圈可存在于相邻层的整个表面和/或表面的部分之间，例如，在表面1850p与1851d之间，其中这些层沿着外科工具的轴串联地且大致对准地布置。

如上文简要提及的，层1628a-e可使用一个或多个机械紧固件1630(三个可见)可移除地彼此串联地固定。由于每个层1628a-e容纳或帮助包含激活机构，该激活机构通常对应于相关联外科工具的特定功能，所以可以通过断开相关层和相关联激活机构的连接来禁用外科工具的功能。在需要禁用工具或某些功能的情况下，禁用特征可以是有利的。例如，如果机器人系统不能执行特定功能，则断开相关层的连接允许从器械驱动器移除器械。

在图18中，层1628a-e中的一些或全部层包括在每个层主体1829a-e中的同轴对准孔，这些孔被构造成能够接纳机械紧固件1630。机械紧固件1630可以通过延伸穿过每个层1628a-e中的同轴对准孔从而将两个或更多个层串联地联接在一起。以此方式，各个层1628a-e可以通过移除对应的紧固件1630从而与托架组件1626断开连接。在其他实施方案中，托架1626被构造成能够使得各个层1628a-e各自经由离散的紧固件机械地联接到相邻层。以此方式，各个层1628a-e可以分段地断开连接。机械紧固件1630可包括任何常规紧固件，包括但不限于螺钉、螺栓、螺母或卡扣配合连接器等。

如上文简要提及，托架1626可限定或以其他方式提供一个或多个凹口，该一个或多个凹口被构造成能够接合柄部1614的导轨1644(图16A)。每个导轨1644可包括细长结构，该细长结构沿着柄部1614的轴向长度以基本上纵向的方式延伸，并且可以被构造成能够帮助保持托架1626的角位置。在例示的实施方案中，导轨1644被接纳在分别被限定在第二层1628b和第三层1628c中的凹口1646b、1646c内。更具体地，凹口1646b和1646c分别被限定在第二结构层1628b和第三结构层1628c的主体1829b、1829c的外周中。凹口1646b、1646c在形状上与导轨1644的横截面互补，从而允许托架1626与导轨1644之间存在滑动关系。

在一些实施方案中，托架1626由被接纳在对应凹口内的至少两个托架轨道1644引导在柄部1614的长度上来回移动，这些凹口提供对由托架1626经受的扭转负载的抵抗。在一些情况下，单个层包括两个凹口，每个凹口被构造成能够接合单独的导轨。在其他情况下，至少一个层包括被构造成能够接合第一导轨的凹口，并且另一个连接层包括被构造成能够接合第二导轨的凹口，其中第二导轨与第一导轨相对。例如，第三层1628c包括能够接合第一导轨1644的凹口1646c，而另一个连接层(例如层1628a、1628b、1628d、1628e中的一个或多个层)包括在相对侧上的凹口(被托架1626遮挡)，该连接层被构造成能够可滑动地在第二导轨(未示出)上来回移动。

主体1829a-e被构造成能够固定并支撑一个或多个激活机构。本文所述的激活机构被通电或通过一个或多个驱动输出件的旋转而以其他方式致动，该激活机构对应地驱动外科工具的一个或多个机械功能。例如但不限于，激活机构可包括相互啮合的传动或缆线系统，该传动或缆线系统引起外科工具功能的致动。在图18的示例性实施方案中，激活机构被实施为与联接到驱动输出件的驱动花键一起旋转的相互啮合的传动装置，如上文大致描述的。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的旋转方向执行功能，诸如打开或闭合端部执行器1604(图16A)的钳口1610、1612(图16A)。

如图所示，第一花键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1821(仅一个可见)。驱动齿轮1838a可以与第一花键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。第一花键1624a可呈现出能够与延伸穿过驱动齿轮1838a的整个主体的对应内部形状通道(下文更详细地描述的)配合的横截面形状。第一花键1624a的旋转对应地驱动驱动齿轮1838a旋转。在此类实施方案中，随着托架1626沿着纵向轴线A₁(图16A)移动，驱动齿轮1838a将对应地沿着第一花键1624a的长度移动，如被捕获在第一层1628a与第二层1628b之间那样。然而，在其他实施方案中，第一花键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1838a以有利地减少组成部件的数量。

第一激活机构1638a可以包括至少一个附加齿轮，例如从动齿轮(下文描述为图20的从动齿轮2048)，并且驱动齿轮1838a可以定位在托架1626上以与从动齿轮接合或以其他方式相互啮合。因此，随着第一花键1624a旋转，驱动齿轮1838a能够驱动从动齿轮旋转，从而致动第一激活机构1638a。

根据本公开的另一方面，将器械柄部的驱动输入件可操作地联接到托架的激活机构的花键可以具有各种形状和构型，以便减小工具的质量并使摩擦最小化，同时拥有足够的刚度以有效地传递旋转。例如，图19A示出了体现为结构层1928a的花键驱动齿轮1938a的机械联接部件，该花键驱动齿轮可旋转地且可滑动地联接到花键1924a。花键齿轮1938a包括延伸穿过整个齿轮主体的通道1939a。在一些实施方案中，如图所示，通道1939a具有在形状上与相关联的花键1924a的横截面互补的形状。以此方式，花键1924a被构造成能够被接纳在花键齿轮1938a内并且允许花键齿轮1938a在z方向上沿着花键1924a的长度滑动，同时保持花键1924a在沿着花键1924a的长度的任何位置处将旋转扭矩传递到花键齿轮1938a的能力。在例示的实施方案中，花键1924a和通道1939a是星形的，即，每一者的横截面是六芒星。

在图19B的示例性实施方案中，花键1924b被成形为半圆形，即具有基本上圆形的部分1940和基本上平坦的边缘1941。花键齿轮1938b固定到结构层1928b或以其他方式被包括在结构层中。由于花键1924b和花键齿轮1938b的互补形状，使花键1924b旋转将对应地驱动花键齿轮1938b旋转。

虽然花键形状在图19A和图19B中示出为星形和半圆形，但是花键和互补的花键齿轮通道的形状不限于所示的示例。例如，花键和花键齿轮通道可以具有其他形状，包括但不限于图19C所示的那些形状，例如花键1924c具有矩形横截面、花键1924d具有正方形横截面以及花键1924e具有三角形横截面。此外，花键可以是实心的，如图19C所示，或者可以是中空的，如图19A和图19B所示，以便减小质量。花键质量的减小使花键的转动惯量减小并且有利于改变驱动组件(驱动输入件、驱动输出件、花键和花键齿轮)的旋转速度。

花键和互补的齿轮通道(例如，花键1924a、1924b和互补的通道1939a、1939b)的形状基于多种因素来选择。在一些实施方案中，当承载至少一个花键齿轮的托架沿着至少一个花键平移时，优选地减小花键与互补的齿轮通道之间的接触表面积以减小这两个部件之间的摩擦。在一些实施方案中，优选地具有非圆形横截面，这样在从花键向花键齿轮传递旋转期间二者不太可能分离或滑动。

花键可由具有足够刚度的任何合适的材料制成，以将扭矩从驱动输入件经由花键齿轮通道传递到花键齿轮(例如，花键齿轮1938a和通道1939a)。通常，花键越硬或越成脊状(即，几何形状复杂)，花键可传递的扭矩越大。在一些实施方案中，花键由金属材料构成，例如但不限于不锈钢。在其他实施方案中，花键由塑料材料构成。花键可由多种方法形成，包括但不限于机加工、挤出、注塑和3D打印。

在一些实施方案中，花键或花键通道(例如，花键1924a、花键通道1939a)经涂覆以减小摩擦。例如但不限于，花键的表面可以涂覆有减阻剂，包括但不限于聚合物涂层，诸如焙干Krytox^TM、聚四氟乙烯

图20示出了可结合本公开的一些或全部原理的联接到激活机构的示例性花键。更具体地，示出了花键2024、惰齿轮2038和从动齿轮2048。惰齿轮2038和从动齿轮2048可以可旋转地固定到结构层2028或以其他方式被容纳在结构层中。惰齿轮2038可操作地联接到相邻花键2024和相邻从动齿轮2048，以用于将旋转从花键2024传递到从动齿轮2048。更具体地，不包括滑动通过齿轮的互补形状的通道(例如，齿轮1938a、1938b的通道1939a、1939b)的驱动齿轮，而是惰齿轮2038限定与相邻花键2024的对应细长齿相互啮合的细长齿。惰齿轮2038能够沿着相邻花键2024的轴向长度滑动，同时保持在沿着花键2024的轴向长度的任何位置处响应于花键2024的旋转而旋转的能力。在一些情况下，惰齿轮2038可直接联接到工具轴。在其他情况下，惰齿轮2038的旋转可以对应地驱动从动齿轮2048，并且从动齿轮2048可以形成被构造成能够驱动外科工具1600(图16A)的机械功能的激活机构的一部分。

结构外骨骼

图21A和图21B分别是根据一个或多个实施方案的图16A的柄部1614的另选实施方案的分解等轴视图和端视图。如本文所述，柄部1614的护罩1640(图16A)可被构造成能够为外科工具1600(图16A)增添结构益处，包括但不限于托架引导和稳定性。如图21A所示，柄部1614在柄部1614的第一端部1618a处可操作地联接到器械驱动器2102。器械驱动器2102包括延伸穿过驱动接口以与设置在柄部1614的第一端部1618a处的驱动输入件2136a-d配合的一个或多个驱动输出件。驱动输入件2136a-d各自被构造成可操作地联接到对应花键(类似于图16A的花键1624a-c)，该对应花键沿着柄部1614的纵向轴线延伸，使得驱动输入件2136a-d的旋转对应地使相关联的花键旋转。如上所述，中心孔1632被构造成能够接纳外科工具1600的轴1602(图16A)。

图21A还示出了图16A的护罩1640的另选实施方案，在图21A中标记为2140。护罩2140被表征为具有连续外骨骼壁2141的刚性中空外骨骼，其尺寸被设定成接纳具有相容(例如，互补形状)横截面的托架2126(图21B)以及导螺杆和联接到驱动输入件2136a-d的花键。托架2126可以与图16A的托架1626类似或相同。在例示的实施方案中，护罩2140(在本文中另选地称为“外骨骼2140”)包括非圆形管状结构，其具有能够与柄部1614的第一端部1618a配合的远侧端部2142a和与远侧端部2142a相对的近侧端部2142b。

外骨骼2140具有非圆形横截面，其阻止被接纳在外骨骼2140内的互补形状的托架2126旋转。外骨骼2140可呈现出一个或多个非圆形特征，包括但不限于凹陷2145、边缘2146、拐角2147、隆起/叶瓣2148、腔室、凸面、凹面、突起、突起部、突出部以及它们的任意组合。此类非圆形特征可以证明其在帮助随着托架2126在远侧端部2142a与近侧端部2142b之间来回移动而引导类似形状的托架2126方面是有利的。更具体地，非圆形特征用于保持托架2126的角度取向，并且承担在操作期间施加到托架2126的任何扭转负载。另外，外骨骼2140的非圆形几何形状阻止工具在平坦表面上滚转。例如，如果将外科工具放置在平坦表面上，例如放置在其一侧的桌子上，则非圆形几何形状阻止外科工具滚转跨过平坦表面而潜在地掉落和损坏外科工具或伤害附近的物品/人员。

在一些实施方案中，外骨骼2140的非圆形几何形状可呈现出对称性，即，可以在形状上对称，包括但不限于轴对称。例如，外骨骼2140关于对称轴S呈现出对称性。即，对称轴将外骨骼2140的横截面分成两个相同的半部(左右对称)。虽然示出了一条对称轴S，但是可以设想，外骨骼可以具有关于其横截面的多条对称轴。然而，在其他实施方案中，非圆形横截面可以在形状上非对称，即不呈现出对称性。例如，这可以在图25B的外骨骼2540的非圆形横截面中看出。在一些实施方案中，非圆形横截面的形状被设计成使柄部1614的横截面积最小化，因此潜在地节省制造成本。在一些实施方案中，非圆形横截面包括与花键(下文更详细地讨论的)和/或托架2126的激活机构的位置和尺寸相关的凹陷2145和隆起2148。

如上所述，外骨骼2140的非圆形横截面帮助防止托架2126在操作期间承担扭转负载时在外骨骼2140内扭转或旋转。即，外骨骼2140的构型可以在功能上类似于上文关于图16和图18讨论的导轨1644。不包括提供基本上相同的功能的外骨骼2140和导轨1644两者，而是可通过仅使用外骨骼来降低外科工具的复杂性，从而节省成本、减轻重量并节约材料。一旦托架2126对准并且插入成形中空外骨骼2140中，随着托架在远侧端部2142a与近侧端部2142b之间推进和回缩，托架2126相对于外骨骼2140旋转地固定。

如上所述，托架2126可联接到具有端部执行器的轴。轴和端部执行器在某些方面可类似于图16A的轴1602和端部执行器1604，因此可参考其进行最佳理解。托架2126在外骨骼2140内的平移使端部执行器相对于柄部1614推进和回缩，并且由于外骨骼2140和托架2126的互补几何形状的性质而阻止轴和端部执行器的不期望的旋转。托架2126还可移动地安装到同样被容纳在外骨骼2140内的至少一个花键。在一些实施方案中，托架2126还可以可移动地安装到导螺杆(例如，图16A的导螺杆1622)。由花键和/或导螺杆的旋转而产生的扭转负载传递到外骨骼壁2141，该外骨骼壁在功能操作期间向端部执行器提供稳定性。

在一些实施方案中，外骨骼2140包括至少一个紧固件孔2150，该孔至少部分地在远侧端部2142a与近侧端部2142b之间延伸。紧固件孔2150被构造成能够接纳用于将外骨骼2140固定到柄部1614的第一端部的机械紧固件。在一些实施方案中，紧固件孔2150集成到外骨骼2140的外骨骼壁2141中或以其他方式由外骨骼壁限定。在其他实施方案中，并且如图21A的示例性实施方案中所示，紧固件孔2150包括轴向穿过外骨骼2140的对准特征2151限定的通孔。

更具体地，外骨骼2140可包括至少一个侧壁突起部2151，该突起部从外骨骼壁2141向外突起并且在远侧端部2142a与近侧端部2142b之间纵向延伸。在一些实施方案中，侧壁突起部2151可包括或以其他方式包括用于将外骨骼2140配合到柄部1614的第一端部1618a的物理对准特征。即，柄部1614的第一端部1618a包括在形状上与侧壁突起部2151互补的至少一个对准凹坑2152，使得当外骨骼2140配合到第一端部1618a时，对准特征2151嵌套在对准凹坑2152内。以此方式，外骨骼2140和其中容纳的托架2126可以与各种驱动输入件2136a、2136b适当地对准并联接，例如经由延伸柄部1614的长度的花键联接。在一些实施方案中，如图所示，外骨骼2140可包括多个对准特征2151，并且每个对准特征2151可被构造成能够配合到柄部1614的对应对准凹坑2152中。

继续参考图21A，外骨骼2140的近侧端部2142b可被构造成能够接纳顶盖2160。顶盖2160可以在形状上类似于外骨骼2140的横截面。在一些实施方案中，顶盖2160可以帮助在近侧端部2142b处提供密封界面，从而使外骨骼2140的内部容积V与外部环境基本上密封隔离，这还可阻止粉尘、碎屑和流体迁移到内部中并且潜在地损坏工具。在一些实施方案中，垫圈(未示出)，例如橡胶垫圈，可放置在顶盖2160与外骨骼2140之间以增强内部容积V的密封质量。顶盖2160还可以帮助阻止托架2126从外骨骼2140中移除。例如，如果工具翻倒，则有顶盖2160固定到近侧端部2142b将会阻止托架2126从中空外骨骼2140中掉出。

在一些实施方案中，顶盖2160可经由卡扣配合接合联接到外骨骼2140的近侧端部2142b。在其他实施方案中，或除此之外，顶盖2160可限定至少一个孔2162，该孔定位成与外骨骼2140的紧固件孔2150对准并且被构造成能够接纳机械紧固件。机械紧固件可用于将顶盖2160单独固定到外骨骼2140，或机械紧固件可延伸穿过孔2162和紧固件孔2150两者以将顶盖2160和外骨骼2140两者固定到柄部1614的第一端部1618a。

顶盖2160还可提供人体工程学特征以增强外科工具的抓握体验。例如，在一些实施方案中，顶盖2160可以限定或以其他方式提供圆化周边边缘2161。顶盖2160可包括其他特征(未示出)，诸如突起部或把手，其用于符合人体工程学地适应用户的手的放置。

外骨骼2140还可包括用于有利于抓握和/或增强结构完整性的结构和特征。如图21B中所描绘的，例如，外骨骼2140可限定或以其他方式提供从外骨骼壁2141向外延伸的多个结构肋2155。肋2155可至少部分地在远侧端部2142a与近侧端部2142b之间延伸和/或围绕非圆形横截面周向地延伸。在一些实施方案中，肋2155为外骨骼2140增添支撑和刚度。即，肋2155围绕外骨骼壁2141的周边放置允许外骨骼壁2141的厚度最小化(减轻重量并节约材料)，同时仍保持足够刚度以承受在外科工具功能的平移或激活期间施加到托架1614的扭转负载。

在一些实施方案中，外涂层2156可施加到外骨骼2140的外表面以增强外科工具的抓握特性。例如，外骨骼2140可涂覆有具有高摩擦系数的材料，其可帮助阻止在由操作者的手2190抓持时不期望的滑动。具有高摩擦系数的几种合适的材料可用于外涂层，例如硅氧烷弹性体。本文还预期将其他类型的涂层施加到外骨骼2140的外表面，包括但不限于疏水性涂层。

在一些实施方案中，外骨骼2140可包括施加到其内表面的涂层以增强托架1614与外骨骼2140之间的滑动关系。例如，外骨骼2140可在内部涂覆有具有低摩擦系数的材料。低摩擦材料允许托架1614沿着引导横截面平滑地滑动，从而阻止约束。

外骨骼2140可由合适的材料构成，所述材料赋予足够刚度以用于使经受与设计的外科工具功能的操作相关的变化方向的力的托架2126平移。在一些实施方案中，外骨骼2140由金属材料制成，诸如但不限于钢(例如，不锈钢)、铝、它们的任何合金或它们的任意组合。在其他实施方案中，外骨骼2140可由聚合物或塑料材料制成，诸如但不限于聚氨酯、聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)和聚乙烯，该聚合物或塑料材料可包括填充聚合物，包括但不限于玻璃或碳纤维。在其他实施方案中，外骨骼2140可由复合材料(诸如玻璃纤维或碳纤维)制成。

图22A和图22B示出了根据一个或多个附加实施方案的外科工具1600的柄部1614的另选实施方案。如图所示，柄部1614包括分层托架2226，其在某些方面类似于图16和图18的托架1626，并且托架2226可移动地联接到至少一个花键2222。外骨骼2240a(图22A)或外骨骼2240b(图22B)接纳或以其他方式环绕托架2226。外骨骼2240a、2240b可被构造成能够在托架2226沿着花键2222轴向移动时引导托架2226，并且在操作期间承担施加在托架上的扭转负载。此外，外骨骼2240a、2240b可被构造成能够在托架沿着花键2222平移时帮助维持托架2226的角度取向。

在图22A中，第一外骨骼2240a的横截面或几何形状为非圆形并且在形状上与托架2226的横截面或几何形状互补，如上文参考图21A至图21B大致描述的。在例示的实施方案中，例如，外骨骼2240a的几何形状包括从护罩2240a的中心线延伸的多个(四个)叶瓣，并且托架2226类似地限定或以其他方式提供多个(四个)叶瓣，这些叶瓣与外骨骼2240a的叶瓣匹配或以其他方式配合。外骨骼2240a的外骨骼壁2241的内表面可以与托架2226滑动接触，从而操作以吸收在操作期间由托架2226承担的任何扭转负载。

在图22B中，第二外骨骼2240b在形状上为大致圆形并且填充材料2243可沉积在托架2226与外骨骼2240b的内壁之间。在此类实施方案中，填充材料2243可以限定孔2245，该孔被构造成能够适应托架2226的大致横截面形状。因此，托架2226不与外骨骼2240b的外骨骼壁2241的内表面滑动接触，相反托架2226可接合填充材料2243并抵靠填充材料滑动。填充材料2243可包括多种刚性或半刚性材料。在一些实施方案中，例如，填充材料2243可包括但不限于聚合物材料，例如聚碳酸酯、聚氨酯、闭孔或开孔泡沫，例如聚氨酯、氯丁二烯橡胶、乙烯丙烯二烯单体、氯丁橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶或它们的任意组合。填充材料2243还可具有结构或框架，例如蜂窝。

驱动模式

图23A至图23C是根据一个或多个附加实施方案的图16A的柄部1614的另选实施方案的局部横截面侧视图。如本文所述，将托架安装到用于z轴线平移的导螺杆被构造成能够减少托架的旋转并且使对托架的约束最小化，同时增加托架稳定性。如图所示，柄部1614包括在某些方面类似于图16A的托架1626的托架2326。例如，托架2326能够沿着纵向轴线A₁(即，z轴线平移)在柄部1614的第一端部1618a与第二端部1618b之间移动，并且轴1602从托架2326朝远侧延伸。因此，随着托架2326沿着纵向轴线A₁移动，托架2326从而能够相对于柄部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16A的端部执行器1604)。

在例示的实施方案中，托架2326包括安装到类似于图16A的导螺杆1622的可旋转导螺杆2322的托架螺母2334。导螺杆2322的外表面限定螺旋状螺纹，并且托架螺母2334限定能够与导螺杆2322的外螺旋状螺纹配合的对应内螺旋状螺纹(未示出)。因此，导螺杆2322的旋转致使托架螺母2234沿着纵向轴线A₁推进或回缩托架2326，并且对应地相对于柄部1614推进或回缩托架2326和轴2302。

图23A示出了位于托架2326的远侧端部2327处或附近的单个托架螺母2334。在柄部1614的操作期间，诸如激活端部执行器1604(图16A)的各种功能期间，托架2326可以经受各种扭转和轴向力F，该扭转和轴向力F致使托架2326在方向R上旋转或移位。使托架2326在方向R上移位可以约束或抑制托架2326沿着柄部1614的移动。根据本公开的实施方案，通过使托架螺母2334的部分位于托架2326的远侧端部和近侧端部处或附近，可以使托架2326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2326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2326的实质长度安装到导螺杆2322，如下文更详细地描述的。

在图23B中，托架2326包括至少两个托架螺母，这些托架螺母被构造成能够增加托架2326的稳定性，即，使托架2326围绕导螺杆2322的扭转和旋转最小化。更具体地，托架2326可以包括第一托架螺母2334a和第二托架螺母2334b。第一托架螺母2334a可以定位在托架2326的远侧端部2327处或附近，并且第二托架螺母2334b定位在托架2326的近侧端部2329处或附近。托架螺母2334a、2334b各自安装到可旋转导螺杆2322上，并且各自由托架2326以间隔开的关系支撑，通常位于托架2326的相对端部上。

在托架2326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2322的旋转而平移。例如，在图23B中，托架2326包括四个堆叠层，描绘为第一层2328a、第二层2328b、第三层2328c和第四层2328d。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2326的层数可以多于或少于四层。第一层2328a可以另选地称为“远侧层2328a”，并且第四层2328d可以另选地称为“近侧层2328d”。在此类实施方案中，第一托架螺母2334a可以联接到远侧层2328a，并且第二托架螺母2334b可以联接到近侧层2328d。虽然未示出，但本文设想了包括联接到其他层(例如，第二层2328b和第三层2328c)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2334a可以联接到或以其他方式包围或横跨托架2326的两个或更多个层的部分。例如，在图23B中，第一托架螺母2334a联接到远侧层2328a，或以其他方式由远侧层支撑并且延伸到相邻的第二层2328b中。因此，在一些实施方案中，第一托架螺母2334a可以延伸跨过两个层2328a、2328b，并且第二托架螺母2334b可以固定到单个层2328d。

在图23C中，托架2326包括细长托架螺母2334，该细长托架螺母基本上从托架2326的远侧端部2327延伸到近侧端部2329。此外，托架2326包括支撑托架2326的其他层2328f-h的平台层2328e。在例示的实施方案中，平台层2328e的一部分大致在托架2326的远侧端部2327与近侧端部2329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2327与近侧端部2329之间的距离的一部分，或可以延伸得比远侧端部2327与近侧端部2329之间的距离更远。

托架螺母2334安装到平台层2328e，因此负责联接的托架层2328e-h沿着导螺杆2322的平移。在一些实施方案中，托架螺母2334可以沿着平台层2328e的整个轴向长度延伸，但可以另选地仅沿着平台层2328e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2334的细长托架螺母，该细长托架螺母具有近侧部分2334p和远侧部分2334d并且朝远侧支撑第一层且朝近侧支撑第三层。

图24A和图24B是根据本公开的一个或多个实施方案的外科工具1600的示例性实施方案的顶视图。根据本公开的另一个方面，高负载花键和激活机构的位置可以相对于托架和外骨骼进行优化，以减小扭转负载并且使柄部的横截面最小化。由结合在托架内的激活机构触发的相关联端部执行器的某些功能需要高扭转负载。例如，外科缝合器通常经受与击发和闭合功能相关联的高扭转负载。如以上关于图16A所描述的，位于护罩1640上的托架轨道1644可承担原本将不利地影响托架1612的稳定性的任何扭转负载。然而，将高扭转花键和/或激活机构放置在外科工具1600的负载平衡构件附近帮助减小扭转负载和滑动摩擦。即，花键的中心线被构造成能够使得高扭转负载花键中心线尽可能接近负载平衡构件，例如平移导螺杆中心线和/或轴的轴线，从而通过优化花键放置来减小系统上的净扭转力。

这种构型还可为外科工具1600提供更纤长的几何形状，从而使重量最小化并增强人体工程学抓握。通过将扭矩施加到位于高扭矩输入件附近的导螺杆、其他花键或撑条来管理托架的扭转负载。如下所述，这种构型可得到托架的非圆形横截面，该横截面平衡负载并且为外科装置提供更纤长的几何外观。

如图24A至图24B所示，托架2426a、2426b分别被接纳在外科工具1600内，并且每个托架2462a、2462b呈现出非圆形横截面。此外，每个托架2462a、2462b可移动地安装到由器械驱动器2402的输出件驱动的多个花键2424a-c。托架2426a、2426b和花键2424a-c可以在一些方面类似于图16A的托架1626和花键1624a-c，并且器械驱动器2402可以在一些方面分别类似于图11、图12和图17的器械驱动器1102、1200、1702，并且因此可以参考其进行最佳理解。轴1602联接到托架2426a、2426b，并且从该托架穿过柄部的第一端部朝远侧延伸。在例示的实施方案中，轴1602穿透器械驱动器2402的孔1708。托架2426a包括多个激活机构2428a-c，每个激活机构由托架2426a、2426b支撑并且每个激活机构与端部执行器的单独功能相关联。花键2424a-c各自可旋转地安装到柄部的第一端部并且在柄部端部之间延伸。每个花键2424a-c分别可操作地联接到激活机构2428a-c中的一个激活机构，以驱动端部执行器的相关联功能。

在图24A中，花键2424a-c布置成使得具有最高操作扭转负载的花键位于负载平衡构件2422附近。负载平衡构件2422包括在柄部的第一端部与第二端部之间延伸的细长结构，并且具有外径D。负载平衡构件2422具有足够刚度以使高负载功能的操作(诸如端部执行器的闭合和击发)期间托架2426a的扭转最小化。负载平衡构件2422可以是杆形的并且可以呈现出任何横截面构型。在一些实施方案中，负载平衡构件2422包括类似于图16A的撑条1620的撑条。花键2424a-c基于其扭矩相对于负载平衡构件2422的布置使得托架2426a的设计具有非圆形横截面。

布置在轴1602的远侧端部处的端部执行器1604(图16A)能够进行关节运动、击发和夹持，如上文大致描述的。第一激活机构2428a由第一花键2424a驱动以执行端部执行器1604的高扭转夹持功能。第二激活机构2428b由第二花键2424b驱动以执行端部执行器1604的高扭转击发功能。第三激活机构2428c由第三花键2424c驱动以使端部执行器1604进行关节运动，其中关节运动功能不需要与夹持功能或击发功能相关联的扭矩值，例如，关节运动功能的扭矩小于夹持和/或击发所需的扭矩。与高扭转操作相关联(分别经由激活机构2428a、2428b)的每个花键2428a、2428b放置在负载平衡构件2422附近，以使托架2426a在操作期间的扭转最小化。

在一些实施方案中，负载平衡构件2422包括导螺杆，该导螺杆在一些方面分别类似于图16、图22A至图22B和图23A至图23B的导螺杆1622、2222和2322。因此，负载平衡构件2422在本文中可另选地称为“导螺杆2422”，其有利于托架2426a沿着柄部的纵向轴线(“插入轴线”)(例如，在第一端部与第二端部之间)平移。在例示的实施方案中，轴1602占据或以其他方式位于器械驱动器2402的中心轴线以及托架2426a的中心处。在此，导螺杆2422相对于托架2426a和器械驱动器2402偏心地定位。导螺杆2422通常被构造成能够具有足够刚度以提供托架2426a的平移功能，其中刚度特性也可用以抵抗在端部执行器1604(图16A)的击发和/或夹持功能期间托架2426a的扭转。即，由于潜在地较大横截面尺寸和/或较硬材料(例如，导螺杆2422可以由坚硬金属如不锈钢构成)，将高扭转负载花键2428a、2428b放置成尽可能靠近负载平衡导螺杆2422帮助平衡托架2426a上的扭转负载，从而使托架2426a的不期望的旋转最小化。

在图24B中，负载平衡构件可体现为相邻花键。即，被构造成能够执行端部执行器1604(图16A)的高扭转夹持功能的第一花键2424a可位于负载平衡构件附近，该负载平衡构件在本文中被表征为并称为第二花键2422b，并且被构造成能够执行端部执行器1604的高扭转击发功能。在这些实施方案中，第一花键2424a可被构造成能够在第一方向(例如，顺时针方向)上旋转，并且负载平衡构件2424b可被构造成能够在与第一方向相反的第二方向(例如，逆时针方向)上旋转。即，花键2424a、2424b被构造成使得当一个或多个花键同时工作时，由一个花键施加的扭转负载与由另一个花键施加的扭转负载相等且相反。图24B中的负载平衡构件2422b的直径可以大于具有高操作扭转负载的第一花键2424a的直径。在其他实施方案中，负载平衡构件2422b的刚度大于具有最高操作扭转负载的花键的刚度。

图25A和图25B示出了根据一个或多个附加实施方案的外科工具1600的另一个实施方案的横截面顶视图。根据本公开的另一个方面，联接到托架的每个花键的尺寸以及位置可以进行优化以减小由托架经受的扭转负载并且使托架/柄部的横截面积最小化。不使花键基本上相同的直径的，相反花键的直径可以对应于该花键(联接到托架的激活机构)的相关联功能所需的扭矩值。执行功能所需的扭矩越大，花键的直径越大(赋予增加的耐久性/刚度)，并且执行功能所需的扭矩越小，花键的直径越小。花键的多种尺寸设计允许托架和激活机构的创造性紧凑设计并且提供工具柄部(例如，托架和护罩/外骨骼)的非圆形横截面。

如图所示，外科工具1600可包括分别与图16A的激活机构1638a-c和托架1626基本上类似的激活机构2528a-d和托架2526。每个激活机构2528a-d分别联接到由器械驱动器2402的输出件驱动的单独的花键2524a-d。花键2524a-d各自可旋转地安装到柄部(例如，图16A的柄部1614)的端部并且在柄部端部之间延伸，从而允许支撑驱动机构2528a-d的托架2526在柄部的长度上来回移动，同时相关联的端部执行器功能的激活与z轴线平移解耦。

每个激活机构2428a-d和一个或多个惰齿轮2504由托架2526支撑并且与端部执行器的单独功能相关联。在图25A至图25B的示例性实施方案中，外科工具1600是外科缝合器，并且第一花键2524a驱动第一激活机构2528a以执行相关联的端部执行器的高扭转夹持功能。第一花键2524a具有第一横截面积和直径C。第一激活机构2528a包括直接或间接联接到轴1602的驱动齿轮2538a。第二激活机构2528b由第二花键2524b驱动以执行端部执行器的高扭转击发功能。第二花键2524b具有第二横截面积和直径F。第二激活机构2528b包括驱动齿轮2538b，该驱动齿轮联接到第二花键2524b以用于将扭矩传输到第二激活机构。第三激活机构2528c由第三花键2524c驱动以使端部执行器进行关节运动，其中关节运动功能不需要与第一花键2528a和第二花键2528b相关联的扭矩值，例如，关节运动功能的扭矩小于夹持和/或击发所需的扭矩。第三花键2524c具有第三横截面积和直径A。第三激活机构2528c包括驱动齿轮2538c，该驱动齿轮联接到第三花键2524c以用于将扭矩传输到第三激活机构。第四激活机构2528d由第四花键2524d驱动以使托架2526轴向平移。第四花键2528d具有第四横截面积和直径T。第四激活机构2528d包括经由至少一个惰齿轮2504联接到轴1602的驱动齿轮2538d。

在一些实施方案中，花键2528a-d呈现出至少两个不同的横截面积和/或直径，例如，直径C、F、A、T。即，外科工具1600包括与高扭矩功能(例如，夹持)相关联的至少一个花键，其具有大的“高扭转”横截面(例如，对应于直径C或F)。外科工具1600还包括与低扭矩功能(例如，关节运动)相关联的至少一个花键，其具有低扭转横截面(例如，对应于直径A或T)。在这些实施方案中，与高扭矩功能相关联的花键的高扭转横截面的面积大于与低扭矩功能相关联的低扭转横截面花键的面积。以此方式，较高扭矩功能由具有较大横截面和/或直径的较硬花键驱动，而其他功能由具有较小横截面和/或较小直径的花键驱动。基于输入扭矩要求进行花键2528a-d的尺寸设计允许减小较小负载花键的旋转质量以及外科工具1600的总重量和横截面。

在一些实施方案中，具有优化花键尺寸的工具柄部的横截面可以是对称的，即，分别类似于图21A至图22B的外骨骼2140和2240a、2240b的非圆形横截面形状。在其他实施方案中，并且如图25A至图25B的示例性实施方案中所示，具有优化花键尺寸的外骨骼2540的非圆形横截面可以在形状上非对称。

在一些实施方案中，每个花键2524a-d具有与相关联的端部执行器功能的输入扭矩要求相关的不同的横截面积。例如，夹持所需的输入扭矩Tc大于击发所需的输入扭矩Tf，击发所需的输入扭矩Tf大于平移所需的输入扭矩Tt，平移所需的输入扭矩Tt大于端部执行器的关节运动所需的输入扭矩Ta。因此，Tc>Tf>Tt>Ta。类似地，与夹持相关联的第一花键2524a的横截面积/直径C大于与击发相关联的第二花键2524b的横截面积/直径F，F大于与平移相关联的第三花键2524c的横截面积/直径T，T大于与关节运动相关联的第四花键2524d的横截面积/直径A。因此，就直径而言，C>F>T>A。

在一些实施方案中，并且如图25A至图25B所示，多个花键2524a-d和/或相关联的激活机构2524a-b相对于轴1602以行星关系定位。换句话讲，每个花键2524a-d的中心位于距轴1602一定距离(半径)ra-rd处。在一些实施方案中，从轴到每个花键的中心的距离对于每个花键大致是相同的，诸如在图22A的示例性实施方案中所描绘的。在其他实施方案中，如图25B所示，从轴延伸到花键的中心的至少两个半径(例如，ra、rb)是不同的。在一些另外的实施方案中，从轴延伸到花键的中心的至少三个半径(例如，ra、rb、rc)是不同的。换句话讲，每个花键2524a-d的中心被构造成位于至少花键的半径加上轴1602的半径处。在又一些实施方案中，从轴1602到每个花键的中心的距离是不同的。在这些实施方案中的每个实施方案中，托架2526可呈现出对应于花键布置的大体形状的横截面形状。

在一些实施方案中，花键2524a-d可布置成使得外骨骼2540的外部横截面轮廓2541对应于内部花键2524a-d和/或激活机构2528a-d的放置和尺寸。即，外骨骼2540根据内部部件(即，托架2425、花键2524a-d和/或激活机构2528a-d)有组织地成形以减轻质量、提供托架引导、增加柄部刚度、使系统扭转最小化和/或为外科工具1600提供符合人体工程学的形状因子。虽然关于图25A至图25B明确地讨论了行星式布置，但是应当理解，其他实施方案也示出了行星式布置，包括但不限于图21B、图22A至图22B和图24A至图24B中示出的那些实施方案。

图25C示出了在有组织地成形的外骨骼内的图25B花键的托架2526的透明等轴视图。如上所述，花键2524a-d和相关联的激活机构2528a-d的尺寸和布置允许外骨骼2540的外部轮廓2541适形于其中容纳的部件的内部位置和尺寸设计。即，外骨骼2540的非圆形特征对应于且适应花键和激活机构的位置和尺寸设计。例如，隆起/叶瓣2548与第一花键2524a(图25A)和第一激活机构2528a(图25A)的尺寸和位置相关。此外，凹口2545对应于外科工具1600的一部分，其中内部部件已经进行优化以减小柄部的横截面面积。这些非圆形特征还用于保持托架2526的角度位置，从而承担原本将不利地影响托架的任何扭转负载。

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。

本文所用的标题旨在方便本申请及其任何所得专利的读者，而不旨在限制本公开的范围。

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35 U.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 (61)

1.一种用于机器人器械驱动器的外科工具，包括：

柄部，所述柄部具有第一端部；

至少一个花键，所述至少一个花键可旋转地联接到所述柄部并且从所述第一端部朝近侧延伸；

托架，所述托架可移动地安装到所述至少一个花键并且包括第一层和第二层，所述第二层可操作地联接到所述第一层，其中，所述至少一个花键延伸穿过所述第一层和所述第二层中的至少一者的一部分并且所述托架沿着所述至少一个花键平移；

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，所述激活机构联接到所述第一层和所述第二层中的一者或两者并且能够致动以操作所述端部执行器的功能。

2.根据权利要求1所述的外科工具，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柄部配合，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1所述的外科工具，其中，所述至少一个花键形成多个花键的一部分，并且其中，每个花键旋转地附接到所述柄部的所述第一端部并且被构造成能够与机器人器械驱动器的驱动输出件机械地连通，每个花键联接到单独的激活机构，并且其中，所述花键的旋转驱动所述端部执行器的相关联功能。

4.根据权利要求1所述的外科工具，其中，所述激活机构包括驱动齿轮，所述驱动齿轮联接到所述至少一个花键或形成所述至少一个花键的一部分，并且其中，所述至少一个花键的旋转对应地使所述驱动齿轮旋转。

5.根据权利要求4所述的外科工具，其中，所述驱动齿轮限定在形状上与所述至少一个花键的横截面互补的通道，并且其中，所述至少一个花键延伸穿过所述通道。

6.根据权利要求1所述的外科工具，其中，所述激活机构包括驱动齿轮，所述驱动齿轮布置成与所述至少一个花键相邻并且与所述至少一个花键滑动接触，并且其中，相关联花键的旋转使所述激活机构的所述齿轮旋转。

7.根据权利要求6所述的外科工具，其中，所述驱动齿轮限定与由所述至少一个花键限定的齿轮齿相互啮合的齿轮齿。

8.根据权利要求1所述的外科工具，其中，所述托架包括三个或更多个层。

9.根据权利要求1所述的外科工具，还包括：

导轨，所述导轨从所述第一端部朝近侧延伸；和

一个或多个凹口，所述一个或多个凹口被限定在所述托架中并且其尺寸被设定成接纳所述导轨，其中，随着所述托架沿着所述至少一个花键移动，所述导轨在所述一个或多个凹口内滑动。

10.根据权利要求9所述的外科工具，其中，所述导轨承担所述托架的扭转负载，从而使所述托架相对于所述柄部的旋转最小化。

11.根据权利要求9所述的外科工具，其中，所述一个或多个凹口被限定在所述第一层和所述第二层中的一者或两者的外周上。

12.根据权利要求9所述的外科工具，其中，所述一个或多个凹口包括第一凹口和第二凹口，并且其中，所述第一凹口和所述第二凹口位于所述托架的周向相对侧上。

13.根据权利要求1所述的外科工具，还包括从所述第一端部延伸的导螺杆，其中，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，所述导螺杆的旋转使所述托架和所述托架螺母朝向和远离所述第一端部轴向移动，从而使所述端部执行器朝远侧或朝近侧移动。

14.根据权利要求1所述的外科工具，其中，使用一个或多个机械紧固件将所述第一层和所述第二层可移除地彼此固定。

15.根据权利要求14所述的外科工具，其中，所述第一层和所述第二层各自包括接纳所述一个或多个机械紧固件的同轴对准孔。

16.根据权利要求1所述的外科工具，其中，所述端部执行器的功能选自包括以下各项的组：所述端部执行器的关节运动、所述端部执行器的钳口的夹持、所述端部执行器的切割元件的移位、所述端部执行器的移位、以及它们的任意组合。

17.根据权利要求1所述的外科工具，还包括与所述柄部的所述第一端部相对的第二端部，其中，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，并且其中，所述托架被构造成能够在所述第一端部与所述第二端部之间平移。

18.一种方法，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：

柄部，所述柄部具有第一端部；

至少一个花键，所述至少一个花键可旋转地联接到所述柄部并且从所述第一端部朝近侧延伸；

托架，所述托架可移动地安装到所述至少一个花键并且包括第一层和第二层，所述第二层可操作地联接到所述第一层，其中，所述至少一个花键延伸穿过所述第一层和所述第二层中的至少一者的一部分；

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，所述激活机构联接到所述第一层和所述第二层中的一者或两者；

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旋转；以及

随着所述至少一个花键旋转而致动所述激活机构，从而操作所述端部执行器的功能。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括使用一个或多个机械紧固件将所述第一层和所述第二层可移除地彼此固定。

20.根据权利要求18所述的方法，还包括沿着所述至少一个花键朝远侧和朝近侧推进所述托架。

21.根据权利要求18所述的方法，还包括利用从第一端部延伸的至少一个导轨朝向和远离所述第一端部引导所述托架。

22.一种外科工具，包括：

柄部，所述柄部具有第一端部和与所述第一端部相对的第二端部；

外骨骼，所述外骨骼在所述第一端部与所述第二端部之间延伸并且具有非圆形横截面；

托架，所述托架可移动地布置在所述外骨骼内并且具有与所述外骨骼的所述非圆形横截面相容的非圆形横截面；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，所述托架能够在所述第一端部与所述第二端部之间移动以相对于所述柄部推进或回缩所述端部执行器，并且其中，所述外骨骼在所述第一端部与所述第二端部之间引导所述托架。

23.根据权利要求22所述的外科工具，其中，所述外骨骼的远侧端部能够与所述柄部的所述第一端部配合。

24.根据权利要求22所述的外科工具，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，其中，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，所述导螺杆的旋转使所述托架和所述托架螺母在所述外骨骼内在所述第一端部与所述第二端部之间轴向移动。

25.根据权利要求22所述的外科工具，还包括花键，所述花键可旋转地联接到所述柄部的所述第一端部并且在所述第一端部与所述第二端部之间延伸，其中，所述花键可操作地联接到所述托架，以用于经由所述花键的旋转来激活所述外科工具的功能。

26.根据权利要求22所述的外科工具，还包括至少一个紧固件孔，所述至少一个紧固件孔设置在所述外骨骼的侧壁上并且被构造成能够接纳用于将所述外骨骼固定到所述柄部的所述第一端部的紧固件。

27.根据权利要求22所述的外科工具，还包括可移除地附接到所述柄部的所述第二端部的顶盖。

28.根据权利要求22所述的外科工具，还包括被限定在所述外骨骼的外表面上的至少一个结构肋，所述至少一个结构肋被构造成能够向所述外骨骼提供结构刚度。

29.根据权利要求28所述的外科工具，其中，所述外骨骼提供远侧端部和与所述远侧端部相对的近侧端部，并且其中，所述至少一个结构肋至少部分地在所述远侧端部与所述近侧端部之间延伸。

30.根据权利要求22所述的外科工具，还包括：

至少一个对准特征，所述至少一个对准特征从所述外骨骼的侧壁向外延伸；和

对准凹坑，所述对准凹坑被限定在所述柄部的所述第一端部中并且其尺寸被设定成接纳所述至少一个对准特征。

31.根据权利要求22所述的外科工具，还包括施加到所述外骨骼的外表面的摩擦增强材料。

32.根据权利要求22所述的外科工具，其中，所述外骨骼的所述横截面在形状上对称。

33.根据权利要求22所述的外科工具，其中，所述外骨骼的所述横截面在形状上非对称。

34.一种方法，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：

柄部，所述柄部具有第一端部和与所述第一端部相对的第二端部；

外骨骼，所述外骨骼在所述第一端部与所述第二端部之间延伸并且具有非圆形横截面；

托架，所述托架布置在所述外骨骼内并且具有与所述外骨骼的所述非圆形横截面互补的非圆形横截面；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；

使所述托架在所述第一端部与所述第二端部之间移动，从而相对于所述柄部推进或回缩所述端部执行器；以及

利用所述外骨骼在所述第一端部与所述第二端部之间引导所述托架。

35.根据权利要求34所述的方法，还包括利用所述外骨骼承担随着所述机器人外科工具操作而由所述托架经受的扭转负载。

36.根据权利要求34所述的方法，还包括利用至少一个紧固件将所述外骨骼紧固到所述柄部的所述第一端部。

37.根据权利要求34所述的方法，还包括利用施加到所述外骨骼的外表面的涂层增强所述外骨骼的抓握特性。

38.根据权利要求34所述的方法，还包括通过将所述外骨骼的对准特征与被限定在所述柄部的所述第一端部中的对准凹坑接合而将所述外骨骼相对于所述柄部对准。

39.根据权利要求34所述的方法，其中，所述外骨骼提供远侧端部和与所述远侧端部相对的近侧端部，并且所述方法还包括将顶盖附接到所述外骨骼的所述近侧端部。

40.根据权利要求34所述的方法，还包括将所述外骨骼的远侧端部与所述柄部的所述第一端部配合。

41.根据权利要求34所述的方法，还包括将至少一个花键联接到所述柄部并且使所述至少一个花键在所述外骨骼内在所述第一端部与所述第二端部之间延伸。

42.一种用于机器人器械驱动器的外科工具，包括：

柄部，所述柄部包括第一端部和第二端部；

导螺杆，所述导螺杆可旋转地联接到所述柄部并且在所述第一端部与所述第二端部之间延伸；

花键，所述花键可旋转地联接到所述柄部并且在所述第一端部与所述第二端部之间延伸；

托架，所述托架可移动地安装到所述导螺杆，以用于在所述第一端部与所述第二端部之间平移；和

至少一个激活机构，所述至少一个激活机构由所述托架支撑并且联接到所述花键，其中，所述花键布置在距所述导螺杆一定距离处，使得所述导螺杆承担由所述花键生成的扭转负载。

43.根据权利要求42所述的外科工具，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，所述轴具有布置在其远侧端部处的端部执行器。

44.根据权利要求42所述的外科工具，其中，所述导螺杆的刚度大于所述花键的刚度。

45.根据权利要求42所述的外科工具，其中，所述花键是第一花键并且所述距离是第一距离，所述外科工具还包括第二花键，所述第二花键可旋转地联接到所述柄部并且在所述第一端部与所述第二端部之间延伸，所述第二花键联接到由所述托架支撑的至少一个激活机构，其中，所述第二花键布置在距所述导螺杆第二距离处，使得所述导螺杆承担由所述第二花键生成的扭转负载。

46.根据权利要求45所述的外科工具，其中，所述第一花键具有比所述第二花键大的扭转负载，并且距所述导螺杆的所述第一距离小于距所述导螺杆的所述第二距离。

47.根据权利要求45所述的外科工具，其中，所述第一花键在第一方向上旋转，并且所述第二花键在与所述第一方向相反的第二方向上旋转，并且其中，由所述第一花键施加的第一扭转负载基本上等于由所述第二花键施加的第二扭转负载。

48.根据权利要求42所述的外科工具，其中，所述花键是多个花键中的一个花键，其中，所述多个花键中的每个花键的中心线的位置与所述导螺杆相距一个半径，所述半径由与每个花键相关联的输入扭矩确定，并且其中，所述多个花键中的给定花键的所述输入扭矩越大，距所述导螺杆的所述半径越短。

49.根据权利要求48所述的外科工具，其中，所述多个花键包括具有至少两个不同的横截面积的花键。

50.根据权利要求48所述的外科工具，其中，所述多个花键中的每个花键包括不同的横截面积，并且每个花键的所述横截面积基于与所述花键相关联的所述输入扭矩来确定。

51.一种用于机器人器械驱动器的外科工具，包括：

柄部，所述柄部包括第一端部和第二端部；

导螺杆，所述导螺杆可旋转地联接到所述柄部并且在所述第一端部与所述第二端部之间延伸；

第一花键和第二花键，所述第一花键和所述第二花键可旋转地联接到所述柄部并且在所述第一端部与所述第二端部之间延伸；

托架，所述托架可移动地安装到所述导螺杆，以用于在所述第一端部与所述第二端部之间平移；

第一激活机构，所述第一激活机构由所述托架支撑并且联接到所述第一花键；

第二激活机构，所述第二激活机构由所述托架支撑并且联接到所述第二花键，

其中，由在第一方向上旋转的所述第一花键生成的第一扭转负载与由在与所述第一方向相反的第二方向上旋转的所述第二花键生成的第二扭转负载平衡。

52.根据权利要求51所述的外科工具，其中，所述第一花键布置在距所述导螺杆第一距离处，并且所述第二花键布置在距所述导螺杆第二距离处，并且其中，所述导螺杆承担由所述第一花键和所述第二花键生成的扭转负载。

53.根据权利要求52所述的外科工具，其中，所述第一距离等于所述第二距离。

54.根据权利要求52所述的外科工具，其中，所述第一距离不同于所述第二距离。

55.根据权利要求52所述的外科工具，其中，所述第一花键生成第一扭转负载，所述第一扭转负载大于由所述第二花键生成的第二扭转负载，并且其中，距所述导螺杆的所述第一距离小于所述第二距离。

56.根据权利要求51所述的外科工具，其中，所述第一花键具有第一横截面积，并且所述第二花键具有小于所述第一横截面积的第二横截面积。

57.根据权利要求51所述的外科工具，其中，所述第一花键具有第一横截面积，并且所述第二花键具有第二横截面积，所述第一横截面积大约等于所述第二横截面积。

58.一种使机器人外科工具的部件上的扭转负载最小化的方法，包括：

致动所述机器人外科工具，所述机器人外科工具包括：

柄部，所述柄部包括第一端部和第二端部；

至少一个花键，所述至少一个花键可旋转地联接到所述柄部并且在所述第一端部与所述第二端部之间延伸；

导螺杆，所述导螺杆可旋转地联接到所述柄部并且在所述第一端部与所述第二端部之间延伸并且位于螺杆位置中，其中，所述导螺杆中的一个导螺杆和所述至少一个花键中的一个花键包括负载平衡构件；

托架，所述托架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，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，所述激活机构由所述托架支撑；以及

利用所述负载平衡构件承担由所述至少一个花键生成而作用在所述托架上的扭转力。

59.根据权利要求58所述的方法，其中，所述至少一个花键包括第一花键和第二花键，所述方法还包括：

使所述第一花键在第一方向上旋转；以及

同时使所述第二花键在不同于所述第一方向的第二方向上旋转。

60.根据权利要求58所述的方法，其中，所述至少一个花键包括多个花键，并且每个花键呈现出基于与每个花键相关联的输入扭矩来确定的不同的横截面积。

61.根据权利要求58所述的方法，其中，所述导螺杆是所述负载平衡构件，并且所述至少一个花键的中心线的位置与所述导螺杆相距一个半径，所述半径由与每个花键相关联的输入扭矩确定，并且

其中，所述至少一个花键的所述输入扭矩越大，距所述导螺杆的所述半径越短。

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