CN116322537A - 提供无限制滚动的手柄组件 - Google Patents

Abstract

示例性滚动手柄组件包括手柄本体、滚动本体、闭合本体和梭状件本体。滚动本体联接到手柄本体，并且具有相对于手柄本体围绕滚动轴线的旋转自由度。滚动本体相对于手柄本体沿着滚动轴线的平移被约束。闭合本体联接到手柄本体，并且具有相对于手柄本体的一个或多个运动自由度。梭状件本体联接到滚动本体和闭合本体，并且具有相对于滚动本体沿着滚动轴线的平移自由度。梭状件本体相对于滚动本体围绕滚动轴线的旋转被约束，并且具有相对于闭合本体围绕滚动轴线的旋转自由度。

Description

提供无限制滚动的手柄组件

相关申请的交叉引用

本申请是于2018年4月2日提交的标题为“HANDLE MECHANISM PROVIDINGUNLIMITED ROLL(提供无限制滚动的手柄机构)”的序列号为15/943,689的美国专利申请的部分继续申请，其内容通过引用整体并入本文。序列号为15/943,689的美国专利申请是于2016年10月3日提交的标题为“HANDLE MECHANISM PROVIDING UNLIMITED ROLL(提供无限制滚动的手柄机构)”的序列号为15/284,345的美国专利申请且现在的美国专利第9,814,451号的继续申请，其内容通过引用整体并入本文。美国专利第9,814,451号要求于2015年10月2日提交的申请号为62/236,835的美国临时专利申请的优先权，其内容通过引用整体并入本文。

本申请还可涉及于2016年4月15日提交的标题为“ATTACHMENT APPARATUS FORREMOTE ACCESS TOOLS(用于远程访问工具的附接设备)”的序列号为No.15/130,915的美国专利申请，该美国专利申请要求于2015年4月15日提交的标题为“FOREARM ATTACHMENTAPPARATUS FOR REMOTE ACCESS TOOLS(用于远程访问工具的前臂附接设备)”的美国临时专利申请第62/147,998号、以及于2015年10月2日提交的标题为“FOREARM ATTACHMENTAPPARATUS FOR REMOTE ACCESS TOOLS(用于远程访问工具的前臂附接设备)”的美国临时专利申请第62/236,805号的优先权。本申请还可涉及于2016年2月25日提交的标题为“PARALLEL KINEMATIC MECHANISMS WITH DECOUPLED ROTATIONAL MOTIONS(具有分离的旋转运动的平行运动机构)”的序列号为15/054,068的美国专利申请，该美国专利申请作为部分继续申请要求于2014年1月28日提交的标题为“MINIMAL ACCESS TOOL(小型访问工具)”的序列号为14/166,503的美国专利申请、公开号为US-2014-0142595-A1的优先权，该申请为于2009年4月13日提交的标题为“MINIMUM ACCESS TOOL(最小访问工具)”的序列号为12/937,523的美国专利申请、现专利号为第8,668,702号的继续申请，该专利要求于2008年4月11日提交的标题为“MINIMALLY INVASIVE SURGICAL TOOL(微创手术工具)”的美国临时专利申请第61/044,168号的优先权。这些专利和专利申请中的每个都通过引用整体并入本文。

通过引用并入

在本说明书中提及的所有出版物和专利申请通过引用整体并入本文，其程度与每个单独的出版物或专利申请被具体和单独地指示通过引用并入的程度相同。

技术领域

本文描述了手柄组件，以及使用手柄组件的设备和应用。例如，本文描述了具有能够无限制旋转的机构的手柄组件(“无限制滚动手柄组件”)、以及使用手柄组件的用于微创手术工具和远程访问工具的设备。

背景技术

已知有多种远程访问工具和微创外科手术工具，这些工具包括具有无限制(或无穷)旋转功能的手柄组件，例如，国际专利申请公开WO2007/146894A2中所述。本申请描述了腹腔镜工具，其主要由近侧手柄、工具框架/工具轴和远侧端部执行器(EE)组成。在这些腹腔镜装置中的一些中，为了使端部执行器围绕工具轴轴线旋转(即，为了提供端部执行器的滚动旋转)，使用者可能必须使手柄围绕工具轴轴线旋转。尽管在标称状态下(即，在任何滚动旋转之前)，手柄可适配或顺应使用者的手、手掌和/或手指，但是在滚动旋转期间和之后，它可能不再继续适配/顺应使用者的手。事实上，在这种旋转期间，手柄可能开始与手的握持该装置的区域碰撞，通常限制了滚动旋转的量和/或需要手柄在外科医生的手中重新定位以在端部执行器处实现最大滚动旋转。因此，这些装置中的许多可能需要多于一只手来操作，或者在操作期间可能需要装置在使用者的手中重新定位，以便继续在单个方向上滚动得超过有限量的滚动。此外，要被重新定位以继续滚动旋转的装置通常不符合人体工程学，并且由于工具框架/工具轴之间的输入接头/机构的访问损失而更难以操作。已经尝试通过在手柄组件中在标称状态下通常由使用者的手和手掌(并且可能由手指和/或拇指)握住的手柄的静止部分与通常由使用者的手指和/或拇指相对于静止部分围绕其中心轴线旋转的滚动部分(例如，拨轮、手柄拨轮、旋转拨轮等)之间提供旋转接头来解决有限制旋转和降低的人体工学的挑战；这些尝试对于满足该挑战而言仅取得了有限的成功，部分原因是因为当使滚动部分(例如，拨轮、手柄拨轮、旋转拨轮等)相对于静止部分滚动时，以这种方式使装置滚动可能导致内部传输构件的缠绕。就滚动旋转运动而言，手柄的静止部分被限定为是静止的。通常，该静止部分相对于使用者的手掌是“静止的”。该静止部分可以与使用者的手一起移动以提供其他自由度(例如，关节式腹腔镜装置中的俯仰和偏转旋转)。

在手柄组件中包含静止部分和滚动部分的这些装置可以是关节式的或非关节式的。在一些非关节式装置中，手柄组件和工具轴可以刚性地连接，并且整个手柄组件的旋转可以驱动工具轴和端部执行器的旋转。在其他非关节式装置中，手柄组件和工具轴可以刚性地连接，并且手柄可以配备有拨轮，其中，拨轮连接到端部执行器并且经由穿过工具轴的滚动传输构件来驱动端部执行器的旋转。此外，腹腔镜装置变得更加复杂并且迎合具有挑战性的腹腔镜手术。腹腔镜工具现在可以包括能够由工具轴与手柄组件之间的输入关节接头驱动的关节式端部执行器。关节式端部执行器使外科医生能够通过使手柄组件相对于工具轴围绕输入关节接头(这里也被称为输入接头或关节输入接头)进行关节运动(articulating)来改变端部执行器的滚动旋转轴线。这种装置中的手柄组件不是刚性地连接到工具轴，而是经由输入接头连接，该输入接头通常允许两个关节运动自由度(例如，偏转旋转和俯仰旋转)并且约束并因此传输滚动旋转。在一些关节式装置中，端部执行器的旋转可以由手柄组件的拨轮部分的旋转来驱动，这经由工具轴的旋转进一步将滚动传输到端部执行器。这里，工具轴经由输入关节接头连接到手柄组件，该输入关节接头提供偏转自由度和俯仰自由度，但将滚动旋转从手柄组件传输到工具轴。类似地，工具轴的滚动旋转经由输出关节接头传输到端部执行器。这种装置配置的示例是Novare^TM的关节式装置(国际专利申请公开WO2007/146894A2)。在其他关节式装置中，关节传输装置和滚动传输装置是分离的，使得滚动从手柄组件的拨轮部分的旋转经由单独的滚动传输构件被直接传输到端部执行器，而不经由相对于输入关节接头、工具轴和输出关节接头(这里也被称为输出接头或关节运动输出接头)的滚动约束度(DoC)。该滚动传输构件应在扭转方面具有足够的刚性以传输滚动旋转。该滚动传输构件可以通过或可以不通过输入关节接头或工具框架/工具轴。这种装置配置的示例是由Covidien^TM销售的关节式装置(美国专利No.8,603,135)。

通常，这些关节式工具提供的增强的灵巧性伴随着对手柄组件的滚动部分的滚动旋转的增加的阻力的折衷。当端部执行器进行关节运动时，对滚动旋转的该阻力进一步增加。当手柄输入(例如，手柄组件内的杠杆)被接合时，该阻力可以进一步增加，这导致端部执行器致动(例如，端部执行器的移动部分相对于端部执行器的参考部分的打开和闭合)。在同时执行端部执行器关节运动和端部执行器致动时，对滚动的阻力可能相当大。用于致动在工具轴的端部处具有钳口的端部执行器的打开/闭合的手柄输入(例如，手柄输入杠杆)的接合通常导致在相互接合(interface)以允许旋转的由使用者握持的手柄组件的静止部分与手柄组件的可旋转部分(例如，拨轮)之间产生高载荷。这些独立本体之间的高载荷的结果通常是对于滚动旋转的摩擦阻力增加，这限制了外科医生使用手柄组件处的精细旋转输入部来精确地控制端部执行器滚动旋转的能力。高钳口(打开/闭合)致动载荷通常通过传输构件(诸如钢缆、钢丝、单丝钢、镍钛诺杆或钨缆线等)从手柄输入部传输。这些类型的传输构件很好地用于将载荷从器械的输入位置传递到输出或远程部分。由于向此类装置中的端部执行器同时传输和提供滚动、关节运动和致动功能的复杂性，以及在紧凑体积内工作以包含满足这些功能的特征的限制，包含满足结构和接合要求的组件、机构、接头和本体以能够提供上述功能是具有挑战性的。

本文描述了包括具有可以解决这些问题的无限制滚动机构的手柄组件的设备(例如，机构、装置、工具、机器、系统等)。

发明内容

本文描述的是可以包括手柄组件的设备(包括机构、器械、装置、工具、系统等)，提供手柄组件的一部分相对于手柄组件的另一部分的无限制(例如，“无穷”)滚动，并且可以以有利的方式将该滚动传输到端部执行器。本文描述的无限制滚动机构可以是包括手柄组件、工具框架(其可以是工具轴或可以包括工具轴)和端部执行器组件的设备的一部分。在一些变型中，该设备可以包括端部执行器组件(或简称为端部执行器)，该端部执行器组件可以经由位于装置远端处的端部执行器关节接头相对于工具框架进行关节运动；端部执行器的关节运动可以由位于装置近端处的输入关节接头(输入接头)控制，输入关节接头包括在手柄组件与工具框架之间。在这些设备中的任何一个中，工具框架可以经由臂附接件(例如，前臂附接件)与使用者的手臂(例如，手腕、前臂等)接合，而使用者的手(手掌、手指、拇指等)与手柄组件接合。臂附接件可以通过接头(例如，轴承)连接到工具框架，该接头允许使用者的臂与工具框架之间的一个或多个自由度(例如，俯仰、偏转、滚动)。在这些设备中的任何一个中，端部执行器可以具有可由手柄组件上的输入控制部致动(例如，打开/闭合)的至少一个移动部分(例如，移动钳口)，该输入控制部经由端部执行器钳口致动构件引起端部执行器的输出致动。在这些设备的一些中，钳口致动传输构件可以是可由手柄组件中的输入控制部拉动以引起端部执行器致动(例如，钳口闭合致动)的拉伸/压缩构件。可以使用相同或不同的钳口致动传输构件或拉伸/压缩构件，以引起端部执行器致动(例如，钳口打开致动)，从而撤销先前的致动。这可能引起作为端部执行器致动的一部分的拉动(第一致动)-拉动(第二致动)操作或者拉动(第一致动)-推动(第二致动)操作或者推动(第一致动)-拉动(第二致动)操作。

通常，本文所述的无限制滚动手柄组件也可以被称为无限制旋转手柄组件、或无限制旋转手柄设备、或无限制滚动手柄设备等。通常，手柄组件的静止部分也可以被称为手柄壳体、或人体工程学手柄壳体、或手柄本体、或手柄组件的第一部分等。通常，手柄组件的旋转部分也可以被称为旋转部分、或旋转拨轮、或旋转的部分、或拨轮、或手柄组件的第二部分等。通常，手柄组件中的输入控制部也可以被称为控制部、或输入杠杆、或端部执行器控制部、或输入杠杆控制部等。

这些无限制滚动手柄组件可以使用包括缆线(钢、钨等)、钢丝等、或者单丝钢或镍钛诺杆等的端部执行器致动传输构件通过手柄组件的第一部分(例如，手柄本体)上的输入控制部来允许远端执行器的致动(例如，端部执行器钳口的打开和闭合)，以从手柄组件传输致动而不束缚或破坏端部执行器致动。该致动可以独立地或平行地发生，或者与其他运动(诸如端部执行器关节运动和端部执行器滚动旋转)无关。

例如，当端部执行器是钳口组件时，它可以包括能相对于基部端部执行器部分(第一端部执行器部分)移动的一个或两个移动钳口。所述一个或多个移动钳口是指第二、第三等端部执行器部分。在一些变型中，钳口组件的钳口中的一个可以是基部端部执行器部分的一部分(或刚性地附接到基部端部执行器部分)。一个或多个可移动钳口可以通过与手柄组件的梭状件部分连接的钳口致动传输构件而移动。端部执行器组件中的钳口的该打开/闭合动作可以由端部执行器控制器控制，该端部执行器控制器可以是手柄组件中的移动本体(诸如杠杆、按钮、滑块等)。因此，本文公开的是无限制滚动手柄组件，其可以是包括端部执行器组件的对应旋转的设备的一部分，同时能够将来自手柄组件的控制输入传输到端部执行器的致动(例如，打开/闭合运动)。

本文描述的设备可以被配置为用于任何应用，包括但不限于医疗装置(例如，包括诸如腹腔镜、内窥镜等微创装置的手术装置)等。例如，所描述的关节式无限制滚动手柄组件可以用作远程访问工具的一部分，该远程访问工具需要围绕工具杆轴线的精细旋转以及工具轴和/或端部执行器的操纵或关节运动。通常，本文描述的设备可以用于各种目的。

如本文将更详细描述的，这些设备中的任何一个可以包括手柄组件，该手柄组件具有多个部分或本体或部件，所述多个部分或本体或部件联接在一起以相对于彼此提供特定的旋转和/或平移自由度，从而提供可以保持在使用者手中的参考或基准部分(在本文中也被称为手掌握持部、手掌握持部分、手柄本体、手柄壳体等)，并提供可以被握住所述手掌握持部的同一只手的手指(包括拇指)操作的旋转部分(在本文中被称为旋钮、拨轮、手指拨轮、旋转拨轮等)。在一些变型中，手柄组件可以被称为手柄、手柄机构、无限制滚动手柄组件、无限制滚动手柄等。在一些变型中，手柄组件包括四个互连的部件(或本体)和端部执行器控制输入部(有时也被称为闭合输入部)，诸如杠杆、按钮、拨轮或其他控制部，以致动(例如，打开/闭合)端部执行器。作为手柄组件的一部分的四个互连本体可以包括第一手柄部分(例如，手掌握持部)、第二手柄部分(例如，手指拨轮)、推杆(通常在第一手柄部分的内部)和梭状件本体(通常在第二手柄部分的内部)。推杆通常是刚性构件，并且可以替代地被称为拉杆。梭状件本体通常连接到(或包括)端部执行器致动传输构件的一部分，诸如传输缆线，以用于将端部执行器控制输入部的致动传输到端部执行器。当这里用于描述自由度时，轴线是指空间中的特定线。本体可以相对于(w.r.t.)另一本体围绕某一轴线旋转。本体可以相对于另一本体沿着某一方向平移。方向不由特定轴线限定，而是通常由多个平行轴线限定。因此，X轴线是在图中限定和示出的特定轴线，而X方向是指该X轴线的方向。多个不同但平行的X轴线具有相同的X方向。方向在空间中仅具有定向而不具有位置。

例如，被配置为无限制滚动手柄组件的手柄组件可以包括第一手柄部分，该第一手柄部分是被配置为手掌握持部的外部近侧本体。通常，该本体可以被称为手柄本体A(“H.Body A”)，也被称为“手柄壳体”。手柄组件还可以包括第二手柄部分，该第二手柄部分被配置为外部远侧本体，该外部远侧本体通常可以被称为手柄本体B(“H.Body B”)。这两个本体可以被认为是具有已建立的接头的独立本体，其中可以存在附加特征。在这两个本体之间的接头内，可能存在特定的几何特征，诸如肋、表面、边缘、垫圈、衬套、轴承、润滑剂等，其可以用于提供一些自由度同时约束其他自由度。外部本体之间的该接头也可以由第二对本体在内部横穿。这些第二本体中的一部分位于H.Body A与H.Body B之间的接头的近侧或远侧。第二本体中的一个在本文中可以一般性地称为手柄本体C(“H.Body C”)并且可以是例如近侧推杆，该近侧推杆的一部分连接到H.Body A。第二本体中的另一个在本文中可以一般性地称为手柄本体D(“H.Body D”)并且可以是例如远侧梭状件，该远侧梭状件的一部分连接到H.Body B。类似地，内部第二本体中的任一个之间相对于彼此和相对于外部两个本体之间的接头还可以包括特定的几何特征，诸如肋、表面、边缘、垫圈、衬套、轴承、润滑剂等，其可以用于提供一些自由度同时约束其他自由度。图1中示出了该四本体结构的一般描述，其示出了约束度和自由度。例如，诸如图1中一般示出的四本体无限制滚动手柄组件可以被包含作为关节式腹腔镜器械的一部分。使用者(诸如医师、医生、外科医生等)可以握住手柄组件并通过手柄组件远侧或近侧的接头施加关节运动输入(引起俯仰/偏转运动)。该关节运动输入接头(俯仰/偏转)可以将手柄组件连接到工具框架/工具轴。该关节运动输入可以经由一个或多个关节运动传输构件传输到器械远端处的关节运动输出接头(俯仰/偏转)。该关节运动输出接头可以将工具轴/工具框架连接到端部执行器组件。该传输构件连接到关节运动输入接头和关节运动输出接头(在端部执行器组件的近侧)。然后，外科医生可以通过第二部分或拨轮本体(H.Body B)相对于手柄组件的第一部分或近侧外部本体(H.Body A)围绕其中心轴线(轴线1)的旋转而使端部执行器围绕其中心/滚动轴线(轴线2)旋转。在他/她的手掌中握持(基准)近侧外部本体(H.Body A，例如手掌握持部)时，使用者可以用拇指与食指之间的精细捻转运动来旋转远侧外部本体(例如，H.Body B，例如，旋转拨轮)以驱动旋转。图1中呈现的H.Body A(第一部分)与H.Body B(第二部分)之间的旋转接头可以用于减少摩擦并减轻使用者的剧烈阻力，该剧烈阻力可能在使用者也选择致动钳口闭合时产生，例如，通过将沿着第一轴线方向(例如，图2中的轴线1)的平移从H.Body C传输到H.Body D并在手柄组件的拉伸/压缩(钳口闭合/打开)传输构件中产生力。如下面将更详细地描述和示出的，当使用者致动手柄组件处的端部执行器输入控制部时，该运动经由手柄组件中的传输机构被传输为H.Body C相对于H.Body A沿着第一轴线方向的平移。H.BodyC的平移被进一步传输为H.Body D的平移，该平移经由端部执行器致动传输构件被传输到端部执行器。当传输发生时，外科医生还可以顺时针或逆时针地无穷地旋转手柄组件上的旋转拨轮(H.Body B)，而不会由于H.Body B与H.Body D之间的键合或约束接头而扭转端部执行器致动传输构件。

在手柄组件与关节接头(诸如手柄组件与工具轴之间的接头)一起使用的变型中，关节运动输入接头可以是平行运动(P-K)接头(例如，根据美国专利申请公开2013/0012958或美国专利No.8,668,702)、或虚拟中心(VC)接头(例如，根据美国专利No.5,908,436)、或平行运动虚拟中心接头(例如，根据美国专利No.8,668,702)、或连续运动(S-K)接头(例如，根据美国专利No.8,465,475或美国专利No.5,713,505)、或连续运动和平行运动接头的组合。本文描述的无限制滚动手柄组件可以特别适用于例如在手柄组件与工具框架(例如，工具轴)之间具有关节运动输入接头的关节式设备。这里，传输缆线(其在压缩、扭转和弯曲方面是柔性的，诸如绳索、编结缆线等)可以是有效的端部执行器致动传输构件和/或端部执行器关节运动构件。这些高顺应性传输构件可以能够弯曲通过紧密的弯曲半径并提供有效的传输。具有扭转刚性但在弯曲方面顺应的线也可以用于两个上述传输装置中的任一个和/或用于端部执行器旋转传输装置。关节运动传输构件、滚动传输构件和端部执行器致动传输构件可以是分立的本体，或者它们可以以一对或三个组合成一个本体以执行预期的传输。传输构件可以布置为穿过不同的路径以连接它们相应的接头。例如，关节运动传输构件可以布置为穿过工具框架(例如，工具轴)的本体，或者它可以布置到工具轴的本体的外部。

如上所述，本文描述的任何设备可以包括无限制滚动手柄组件和臂附接件(例如，前臂附接件)，使得设备的近端区域可以连接到使用者的臂/前臂。当设备刚性地联接到使用者的手臂(例如，在设备与使用者的手臂之间没有自由度)时，这些设备可以允许改进的对设备的控制，但是在臂附接件允许工具框架与使用者的手臂之间的一个或多个自由度(诸如滚动、俯仰和/或偏转自由度中的一个或多个)的情况下可能特别有用。

例如，本文描述了包括医疗装置的设备，该设备包括：长形工具框架，该长形工具框架在近端处具有前臂附接部分，该长形框架具有工具轴线；端部执行器，该端部执行器位于长形工具框架的远端处；手柄组件，该手柄组件向端部执行器提供不受限制的滚动，其中，手柄组件包括：第一手柄部分；第二手柄部分，该第二手柄部分联接到第一手柄部分，使得第二手柄部分在第一轴线上相对于第一手柄部分具有一个旋转自由度，但是沿着第一轴线方向相对于第一手柄部分的平移被约束；推杆，该推杆完全或部分地位于第一手柄部分内并且联接到第一手柄部分，使得推杆相对于第一手柄部分沿着第一轴线方向具有一个平移自由度，但是相对于第一手柄部分围绕第一轴线的旋转被约束；梭状件本体，该梭状件本体完全或部分地位于第二手柄部分内，其中，梭状件本体联接到推杆，使得其相对于推杆具有围绕第一轴线的一个旋转自由度，但是相对于推杆沿着第一轴线方向的平移被约束，此外，其中，梭状件本体联接到第二手柄部分，使得其相对于第二手柄部分沿第一轴线方向具有一个平移自由度；以及端部执行器控制输入部，该端部执行器控制输入部位于第一手柄部分上，经由机构或其他传输系统联接到推杆，并且被配置为沿着第一轴线方向平移推杆，其中，第二手柄部分围绕第一轴线的旋转被传输到端部执行器，使得端部执行器由于第二手柄部分的旋转而围绕其中心轴线旋转；以及腕套，该腕套具有穿过其中的通道，该通道被配置为容纳使用者的手腕或前臂，其中，腕套被配置为联接到工具框架的前臂附接部分。在一些情况下，梭状件本体可以完全在第二手柄部分外部。

前臂附接部分和/或腕套可以被配置为允许腕套(其通常刚性地附接到使用者的臂)与前臂附接部分之间的一个或多个自由度。例如，该装置可以包括位于工具框架的前臂附接部分与腕套之间的接头，其中，接头被配置为在腕套与工具框架的前臂附接部分之间提供一个或多个旋转自由度。接头可以是轴承(例如，将相对运动约束为一个或多个期望运动(诸如俯仰、滚动或偏转)并且可以减少移动部件之间的摩擦的机器元件)。例如，该装置可以包括位于工具框架的前臂附接部分与腕套之间的一个或多个接头，其中，一个或多个接头被配置为提供以下自由度中的一个或多个：相对于工具轴线的滚动自由度、在腕套与工具框架的前臂附接部分之间的俯仰自由度、或在腕套与工具框架的前臂附接部分之间的偏转自由度。

通常，腕套可以包括带和/或固定件，使得其可以牢固地附接到使用者的手臂(例如，前臂)，并且可以从工具框架的前臂附接部分移除，使得其可以附接到使用者的前臂，然后卡扣配合到或以其他方式附接到工具框架的前臂附接部分。

通常，第二手柄部分与第一手柄部分之间的无限制滚动可以被传输到端部执行器。如上所述，第二手柄部分与第一手柄部分之间的滚动可以由与工具框架分离并且可围绕或穿过工具框架布置的传输构件传输。例如，第二手柄部分的旋转可以通过在第二手柄部分与端部执行器之间延伸的旋转传动装置传输到端部执行器。可替代地，在一些变型中，工具轴在第二手柄部分与第一手柄部分之间传输滚动；例如，第二手柄部分或第一手柄部分可以刚性地连接到工具轴，使得第二手柄部分与第一手柄部分之间的滚动通过工具框架传输到设备远端处的端部执行器。通常，因为第二手柄部分与第一手柄部分之间的无限制滚动在两者之间是相对的，所以用于该滚动的传输构件可以连接到第二手柄部分或第一手柄部分，尽管本文主要示出为联接到第二手柄部分(例如，在手柄的远侧区域处的旋钮或拨轮)。例如，因为长形工具框架联接到第二手柄部分，使得长形工具框架相对于第二手柄部分的旋转被约束，并且端部执行器联接到长形工具框架，使得端部执行器相对于长形工具框架的旋转被约束，所以第二手柄部分(例如，旋钮或拨轮)的旋转可以被传输到端部执行器。

如上所述，本文描述的任何设备可以包括手柄组件与工具框架之间的输入接头。例如，这些设备中的任何一个可以包括输入接头，其中，输入接头提供手柄组件与工具之间围绕俯仰旋转轴线的俯仰自由度以及手柄组件与工具之间围绕偏转旋转轴线的偏转自由度。该输入接头可以是平行运动输入接头或连续运动输入接头或平行和连续运动输入接头的组合。例如，这些装置中的任何一个可以包括手柄组件与工具框架之间的输入接头以及工具框架与端部执行器之间的输出接头(即，关节运动输出接头)，其中，输入接头包括俯仰运动路径和偏转运动路径，此外，其中，俯仰运动路径和偏转运动路径是独立的，并且在手柄与工具框架之间平行地(in parallel，并行地，并联地)联接(形成平行运动输入接头)，其中，俯仰运动路径捕获手柄组件相对于工具框架的俯仰运动以传输到输出接头，但不捕获手柄组件相对于工具框架的偏转运动以传输到输出接头，并且其中，偏转运动路径捕获手柄组件相对于工具框架的偏转运动以传输到输出接头，但不捕获手柄组件相对于工具框架的俯仰运动以传输到输出接头。可替代地，俯仰运动路径和偏转运动路径可以连续地(inseries，串联地)布置(作为连续运动输入接头)。然而，如本文将描述的，包括具有多于一个自由度旋转轴线(例如，俯仰和偏转、俯仰和滚动、偏转和滚动等)的输入接头的任何装置可以被配置为使得两个或更多个旋转轴线在定位在手柄组件后面(近侧)的旋转中心(例如，虚拟旋转中心)处相交，包括当使用者操作装置时将位于使用者手腕内的虚拟旋转中心处。例如，俯仰旋转轴线和偏转旋转轴线可以在手柄组件近侧的旋转中心处相交。

在包括具有多个自由度(例如，俯仰和偏转)的输入接头的任何变型中，可以包括一个或多个传输构件以将运动(例如，俯仰运动、偏转运动)传输到输出接头并因此传输到端部执行器。例如，装置可以包括从输入接头延伸到输出接头的俯仰传输构件和偏转传输构件，其中，俯仰传输构件传输俯仰旋转，并且偏转传输构件将输入接头的偏转旋转传输为输出接头的相应旋转。

如上所述，可以使用任何适当的端部执行器。端部执行器可以具有或可以不具有可移动或可不移动的抓握钳口(或简称为钳口)。例如，端部执行器可以具有用于展开脆弱组织的软端(例如，解剖器)或相机或激光指示器。因此，端部执行器组件也可以被称为端部执行器等。端部执行器还可以具有一个或多个移动钳口、一个或多个静止钳口(相对于移动钳口静止)或端部执行器致动所需的其他本体。在一些示例中，端部执行器可以被配置为包括打开和闭合的钳口的钳口组件。手柄组件上的端部执行器控制输入部可以例如由使用者的握持手柄组件的同一只手的一个或多个手指(包括使用者的拇指)致动。例如，这些装置中的任何一个可以包括端部执行器组件，该端部执行器组件被配置为钳口组件，使得端部执行器控制输入部的致动打开或闭合钳口组件。端部执行器控制输入部可以被操作以保持钳口打开或闭合(例如，通过继续致动端部执行器控制输入部)。例如，当端部执行器控制输入部是手柄组件上的触发器或杠杆时，保持住触发器或杠杆可以保持钳口闭合，而释放触发器或杠杆可以释放/打开钳口。

端部执行器通常可以被配置为具有多个部分的组件，所述多个部分联接在一起以允许部件之间的相对运动。例如，端部执行器可以包括可移动地联接到第一端部执行器部分的第二端部执行器部分；并且设备(例如，装置)还可以包括将梭状件本体连接到第二端部执行器部分的传输缆线，使得当第二手柄部分相对于第一手柄部分围绕第一轴线处于任何旋转位置时，手柄组件上的端部执行器控制输入部的致动使第二端部执行器部分相对于第一端部执行器部分移动。如上所述，传输缆线可以是在压缩、扭转和弯曲时顺应的绳索或编结材料。

端部执行器控制输入部可以是任何适当的控制部，包括但不限于触发器、杠杆或按钮，其通常定位在第一手柄部分上并且被配置为由使用者的手指或拇指中的一个或多个致动。该端部执行器控制输入部可以经由输入传输机构连接到推杆(H.Body C)，该输入传输机构从端部执行器控制输入部获取输入并沿着第一轴线方向输出推杆(H.Body C)的平移。

例如，具有无限制滚动手柄组件的医疗装置可以包括：长形工具框架，其在近端处具有前臂附接部分，该长形框架具有工具轴线；端部执行器，该端部执行器位于长形工具框架的远端处；手柄组件，该手柄组件向端部执行器提供无限制滚动，其中，手柄组件包括：第一手柄部分；第二手柄部分，该第二手柄部分联接到第一手柄部分，使得第二手柄部分具有相对于第一手柄部分围绕第一轴线的一个旋转自由度，但是沿着第一轴线方向相对于第一手柄部分的平移被约束；推杆，该推杆在第一手柄部分内并且联接到第一手柄部分，使得推杆具有相对于第一手柄部分沿着第一轴线方向的一个平移自由度，但是相对于第一手柄部分围绕第一轴线的旋转被约束；梭状件本体，该梭状件本体在第二手柄部分内，其中，梭状件本体联接到推杆，使得该梭状件本体具有相对于推杆围绕第一轴线的一个旋转自由度，但是相对于推杆沿着第一轴线方向的平移被约束，此外，其中，梭状件本体联接到第二手柄部分，使得梭状件本体具有相对于第二手柄部分沿着第一轴线方向的一个平移自由度，但是相对于第二手柄部分围绕第一轴线的旋转被约束，其中，第二手柄部分的旋转被传输到端部执行器，使得端部执行器与第二手柄部分一起旋转，并且第一手柄部分上的端部执行器控制输入部联接到推杆并且被配置为沿着第一轴线方向平移推杆；以及腕套，该腕套具有穿过其中的通道，该通道被配置为容纳使用者的手腕或前臂；以及在工具框架的前臂附接部分与腕套之间的接头，其中，接头在腕套与工具框架的前臂附接部分之间提供滚动自由度、俯仰自由度或偏转自由度中的一个或多个，并且其中，当第二手柄部分相对于第一手柄部分围绕第一轴线处于任何旋转位置时，手柄组件上的端部执行器控制输入部的致动致动端部执行器。

通常，这些设备中的任何一个可以包括无限制滚动手柄组件，其中手柄组件的梭状件本体部分键合到手柄(例如，第二手柄部分)的旋钮/拨轮部分。因此，梭状件本体可以联接到第二手柄部分，使得其具有相对于第二手柄部分沿着第一轴线方向的一个平移自由度，但是相对于第二手柄部分围绕第一轴线的旋转被约束。如上所述，梭状件包括联接到传输构件的结构，该传输构件将端部执行器控制输入部(诸如端部执行器致动传输装置)传输到端部执行器。

本文还描述了包括无限制滚动手柄组件的设备，其中该设备被配置为在具有或不具有臂附接件的情况下关节连接在例如手柄组件与工具轴之间。例如，本文描述了医疗装置，其包括：端部执行器，该端部执行器在长形工具框架的远端处；手柄组件，该手柄组件向端部执行器提供无限制滚动，其中，手柄组件包括：第一手柄部分；第二手柄部分，该第二手柄部分联接到第一手柄部分，使得第二手柄本体具有相对于第一手柄部分沿第一轴线的一个旋转自由度，但是沿着第一轴线方向相对于第一手柄部分的平移被约束；推杆，该推杆在第一手柄部分内并且联接到第一手柄部分，使得推杆具有相对于第一手柄部分沿着第一轴线方向的一个平移自由度，但是相对于第一手柄部分围绕第一轴线的旋转被约束；梭状件本体，该梭状件本体在第二手柄部分内，其中，梭状件本体联接到推杆，使得该梭状件本体具有相对于推杆围绕第一轴线的一个旋转自由度，但是相对于推杆沿着第一轴线方向的平移被约束，此外，其中，梭状件本体联接到第二手柄部分，使得梭状件本体具有相对于第二手柄部分沿着第一轴线方向的一个平移自由度，但是相对于第二手柄部分围绕第一轴线的旋转被约束；以及端部执行器控制输入部，其位于第一手柄部分上，联接到推杆并且被配置为沿着第一轴线方向平移推杆，其中，第二手柄部分的旋转被传输到端部执行器，使得端部执行器与第二手柄部分一起旋转；以及在手柄组件与工具框架之间的输入接头，该输入接头被配置为捕获手柄相对于工具框架围绕俯仰旋转轴线的运动以传输到输出接头，并且还被配置为捕获手柄相对于工具框架围绕偏转旋转轴线的运动以传输到输出接头，其中，俯仰旋转轴线和偏转旋转轴线在旋转中心相交；其中，端部执行器通过输出接头联接到工具框架。通常，当第二手柄部分相对于第一手柄部分处于任何旋转位置时，手柄组件上的端部执行器控制输入部的致动可以致动端部执行器。

如上所述，旋转中心可以在手柄组件的后面，并且可以是例如当使用者握持设备时位于使用者的手臂或手腕内的虚拟旋转中心。这些设备中的任何一个还可以包括臂(例如，前臂)附件。例如，这些设备中的任何一个可以包括在工具框架的近端处的前臂附接部分和具有穿过其中的通道的腕套，该通道被配置为容纳使用者的手腕或前臂，其中腕套被配置为联接到工具框架的前臂附接部分。前臂附接件可以包括在工具框架的前臂附接部分与腕套之间的接头，其中，接头构被配置为提供腕套与工具框架的前臂附接部分之间的一个或多个旋转自由度。

如上所述，手柄组件与工具框架/工具轴之间的输入接头在本文中可以被称为俯仰和偏转输入接头，并且可以包括俯仰运动路径和偏转运动路径。例如，俯仰运动路径和偏转运动路径可以是独立的并且平行地联接在手柄组件与工具框架之间，其中，俯仰运动路径捕获手柄组件相对于工具框架的俯仰运动以传输到输出接头，但是不捕获手柄组件相对于工具框架的偏转运动以传输到输出接头，并且其中，偏转运动路径捕获手柄组件相对于工具框架的偏转运动以传输到输出接头，但是不捕获手柄组件相对于工具框架的俯仰运动以传输到输出接头。

例如，医疗装置可以包括：端部执行器，该端部执行器在长形工具框架的远端处；手柄组件，该手柄组件向端部执行器提供无限制滚动，其中，手柄包括：第一手柄部分；第二手柄部分，该第二手柄部分联接到第一手柄部分，使得第二手柄部分具有相对于第一手柄部分沿第一轴线的一个旋转自由度，但是沿着第一轴线方向相对于第一手柄部分的平移被约束；推杆，该推杆在第一手柄部分内并且联接到第一手柄部分，使得推杆具有相对于第一手柄部分沿着第一轴线方向的一个平移自由度，但是相对于第一手柄部分围绕第一轴线的旋转被约束；梭状件本体，该梭状件本体在第二手柄部分内，其中，梭状件本体联接到推杆，使得该梭状件本体具有相对于推杆围绕第一轴线的一个旋转自由度，但是相对于推杆沿着第一轴线方向的平移被约束，此外，其中，梭状件本体联接到第二手柄部分，使得梭状件本体具有相对于第二手柄部分沿着第一轴线方向的一个平移自由度，但是相对于第二手柄部分围绕第一轴线的旋转被约束；以及端部执行器控制输入部，其位于第一手柄部分上，联接到推杆并且被配置为沿着第一轴线方向平移推杆，其中，第二手柄部分的旋转被传输到端部执行器，使得端部执行器与第二手柄部分一起旋转；以及在手柄组件与工具框架之间的输入接头，所述输入接头包括俯仰运动路径和偏转运动路径，此外，其中，俯仰运动路径和偏转运动路径是独立的并且平行联接在手柄组件与工具框架之间，其中，俯仰运动路径捕获手柄相对于工具框架围绕俯仰旋转轴线的俯仰运动以用于传输到输出接头，但是不捕获手柄组件相对于工具框架的偏转运动以用于传输到输出接头，并且其中，偏转运动路径捕获手柄组件相对于工具框架围绕偏转旋转轴线的偏转运动以传输到输出接头，但是不捕获手柄组件相对于工具框架的俯仰运动以传输到输出接头，其中，俯仰旋转轴线和偏转旋转轴线在手柄近侧的旋转中心相交；其中，端部执行器通过输出接头联接到工具框架。

这些设备中的任何一个可以包括无限制滚动手柄组件和端部执行器，该端部执行器被配置为具有或不具有臂(例如，前臂)附接件的钳口组件，和/或被配置为关节式装置(例如，包括输入接头，诸如俯仰和偏转输入接头)。例如，本文描述了医疗装置，其包括：端部执行器，该端部执行器在长形工具框架的远端处；手柄组件，该手柄组件向端部执行器提供无限制滚动，其中，手柄组件包括：第一手柄部分；第二手柄部分，该第二手柄部分联接到第一手柄部分，使得第二手柄部分具有相对于第一手柄部分沿第一轴线的一个旋转自由度，但是沿着第一轴线方向相对于第一手柄部分的平移被约束；推杆，该推杆在第一手柄部分内并且联接到第一手柄部分，使得推杆具有相对于第一手柄部分沿着第一轴线方向的一个平移自由度，但是相对于第一手柄部分围绕第一轴线的旋转被约束；梭状件本体，该梭状件本体在第二手柄部分内，其中，梭状件本体联接到推杆，使得该梭状件本体具有相对于推杆围绕第一轴线的一个旋转自由度，但是相对于推杆沿着第一轴线方向的平移被约束，此外，其中，梭状件本体联接到第二手柄部分，使得梭状件本体具有相对于第二手柄部分沿着第一轴线方向的一个平移自由度，但是相对于第二手柄部分围绕第一轴线的旋转被约束；以及端部执行器控制输入部，其位于第一手柄部分上，联接到推杆并且被配置为沿着第一轴线方向平移推杆，其中，第二手柄部分的旋转被传输到端部执行器，使得端部执行器与第二手柄部分一起旋转；其中，端部执行器包括可移动地联接到第一端部执行器部分的第二端部执行器部分；以及传输缆线，该传输缆线将梭状件本体连接到第二端部执行器部分，使得当第二手柄部分相对于第一手柄部分关于第一轴线处于任何旋转位置时，端部执行器控制输入部的致动使第二端部执行器部分相对于第一端部执行器部分运动。如上所述，端部执行器可以是钳口组件，该钳口组件被配置为使得端部执行器控制输入部的致动打开或闭合钳口组件。例如，第二端部执行器部分可以包括枢转地铰接到第一端部执行器部分的钳口构件。钳口组件还可以包括第三端部执行器部分，该第三端部执行器部分枢转地铰接到第一端部执行器部分并且联接到传输缆线。第二端部执行器部分还联接到第三端部执行器部分，使得手柄上的端部执行器控制输入部的致动使第二端部执行器部分和第三端部执行器部分相对于第一端部执行器部分运动。

如上所述，这些设备中的任何一个可以包括在工具框架的近端处的前臂附接部分和具有穿过其中的通道的腕套，该通道被配置为容纳使用者的手腕或前臂，其中，腕套被配置为联接到工具框架的前臂附接部分；设备还可以包括在工具框架的前臂附接部分与腕套之间的接头，其中，接头被配置为提供腕套与工具框架的前臂附接部分之间的一个或多个旋转自由度。

例如，医疗装置可以包括：端部执行器，该端部执行器在长形工具框架的远端处；手柄组件，该手柄组件向端部执行器提供无限制滚动，其中，手柄组件包括：第一手柄部分；第二手柄部分，该第二手柄部分联接到第一手柄部分，使得第二手柄部分具有相对于第一手柄部分沿第一轴线的一个旋转自由度，但是沿着第一轴线方向相对于第一手柄部分的平移被约束；推杆，该推杆在第一手柄部分内并且联接到第一手柄部分，使得推杆具有相对于第一手柄部分沿着第一轴线方向的一个平移自由度，但是相对于第一手柄部分围绕第一轴线的旋转被约束；梭状件本体，该梭状件本体在第二手柄部分内，其中，梭状件本体联接到推杆，使得该梭状件本体具有相对于推杆围绕第一轴线的一个旋转自由度，但是相对于推杆沿着第一轴线方向的平移被约束，此外，其中，梭状件本体联接到第二手柄部分，使得梭状件本体具有相对于第二手柄部分沿着第一轴线方向的一个平移自由度，但是相对于第二手柄部分围绕第一轴线的旋转被约束；以及端部执行器控制输入部，其位于第一手柄部分上，联接到推杆并且被配置为沿着第一轴线方向平移推杆，其中，第二手柄部分的旋转被传输到端部执行器，使得端部执行器与第二手柄部分一起旋转；其中，端部执行器包括钳口组件，该钳口组件包括可移动地联接到第二端部执行器部分的第一端部执行器部分，其中，第二端部执行器部分包括钳口构件；以及传输缆线，该传输缆线将梭状件本体连接到第二端部执行器部分，使得当第二手柄部分相对于第一手柄部分关于第一轴线处于任何旋转位置时，端部执行器控制输入部的致动使第二端部执行器部分相对于第一端部执行器部分移动，以打开或闭合端部执行器的钳口组件。

本文描述了包括具有无限制滚动机构的手柄组件的设备(例如，机构、装置、工具、机器、系统等)，该无限制滚动机构可以在手柄组件中的本体之间和/或端部执行器组件中的本体之间包含一定的自由度和约束度，使得存在关节运动(俯仰/偏转)、滚动以及端部执行器致动的有效传输。这些设备还可以通过利用独立的传输构件在手柄组件中的本体之间和/或端部执行器组件中的本体之间包含一定的自由度和约束度。这些传输构件可以是端部执行器关节运动传输构件、端部执行器滚动传输构件和/或端部执行器致动传输构件。这些传输构件可以是独立的，或者如果有助于各种功能的有效传输，则两个或更多个独立的传输构件可以组合以像单个传输构件一样起作用。

手柄组件的各种实施例基于美国专利No.9,814,451的图1(本专利申请中的图24A)中呈现的约束映射图。这些实施例中的某些实施例可以由部件(即，手柄本体、拨轮、推杆和梭状件)组成。该约束映射图表示手柄组件的结构构造。约束映射图提供了一个种类，基于该种类可以生成若干个种类或实施例。图24A中所示的约束映射图在图24B中扩展。映射到来自图24B的约束映射图的手柄组件可以包含两个附加部件，即，闭合输入部和滚动输入部。描述这些附加实施例的一个目的是呈现手柄组件的替代形式。

图31A-图31B中呈现了基于新约束映射图的手柄组件的各种实施例。所述约束映射图不同于美国专利No.9,814,451的图1的约束映射图(以及本申请的图24A-图24B的约束映射图)，并且包括四个部件/本体，即，手柄本体、闭合输入、滚动输入和梭状件。这些实施例呈现了存在于闭合输入部与手柄本体之间的提供至少一个自由度的各种接头/机构。

图39中呈现了基于约束映射图的手柄组件的各种实施例。除了图24A-图24B的约束映射图之外，图39的约束映射还示出了在手柄组件内存在关节运动输入接头，使得在手柄本体与关节滚动输入部之间存在三个自由度(3DoF)(俯仰、偏转和滚动)接头。

在一实施例中，滚动手柄组件可以包括手柄本体、滚动本体、闭合本体和梭状件本体。滚动本体联接到手柄本体。滚动本体具有相对于手柄本体围绕滚动轴线的旋转自由度。滚动本体相对于手柄本体沿着滚动轴线的平移被约束。闭合本体联接到手柄本体。闭合本体具有相对于手柄本体的一个或多个运动自由度。梭状件本体联接到滚动本体并且联接到闭合本体。梭状件本体具有相对于滚动本体沿着滚动轴线的平移自由度。梭状件本体相对于滚动本体围绕滚动轴线的旋转被约束。梭状件本体具有相对于闭合本体围绕滚动轴线的旋转自由度。

在一实施例中，滚动手柄组件可以包括手柄组件、框架和输入接头。手柄组件可以包括手柄本体、滚动本体和梭状件本体。滚动本体联接到手柄本体。滚动本体具有相对于手柄本体围绕滚动轴线的旋转自由度，并且相对于手柄本体沿着滚动轴线的平移被约束。梭状件本体联接到滚动本体并且具有相对于滚动本体沿着滚动轴线的平移自由度。梭状件本体相对于滚动本体围绕滚动轴线的旋转被约束。输入接头在手柄组件与框架之间提供俯仰旋转和偏转旋转。

附图说明

在权利要求中阐述了本公开的新颖特征。通过参考阐述了利用本公开原理的说明性实施例的如下具体实施方式和附图可以获得对特征的更好理解，在附图中：

图1是具有四个部分的无限制滚动手柄组件(手柄组件)的约束映射图，示出了联接部件之间的自由度和约束度。

图2是无限制滚动手柄组件的概念模型的示意图，示出了形成手柄组件的四个本体的每个接合部的属性。

图3A示出了示例性无限制滚动手柄组件的两个本体(例如，H.Body A和H.Body C)之间的接合部的示例，其被示出为方形狭槽和方形键特征。

图3B示出了示例性无限制滚动手柄组件的两个本体(例如，H.Body A和H.Body C)之间的接合部的示例，在本体之间具有导致旋转约束的最小的键合表面。

图3C是示出为D形轴和对应的狭槽特征部的示例性无限制滚动手柄组件的两个本体(例如，H.Body A和H.Body C)之间的接合部的示例。

图3D是用作无限制滚动手柄组件的两个本体(例如，H.Body A和H.Body B)之间的接合部的推力轴承的示例。

图3E示出了无限制滚动手柄组件的一部分的示例，该滚动手柄组件包括具有用作H.Body A与H.Body B之间的接合部的侧部垫圈的推力轴承。

图3F示出了在无限制滚动手柄组件的一个示例中用作H.Body A与H.Body B之间的接合部的垫圈的示例。

图3G示出了用作无限制滚动手柄组件的H.Body A与H.Body B之间的接合部的衬套。

图3H示出了在拉伸载荷下的示例性H.Body A和H.Body B，其中H.Body A和H.BodyB之间的推力轴承用作无限制滚动(例如，滚动)手柄组件的部件。

图3I.1至3I.4分别示出了滚针推力轴承、滚柱推力轴承、滚柱轴承和角接触滚柱轴承，其中的每个都可以用作无限制滚动手柄组件的一部分。

图3J示出了可以用作无限制滚动手柄组件的一部分的圆锥滚柱轴承的示例。

图3K示出了可以用作无限制滚动手柄组件的一部分的径向轴承。

图3L示出了施加在无限制滚动手柄组件的不同本体上的示例性载荷条件。

图4A示出了如本文所述的无限制(“无穷”)手柄的示例，其是图1中所示的约束映射图作为人体工程学手柄的一种实现。

图4B是图4A的无限制滚动手柄组件的分解图，其中第一手柄部分被配置为手掌握持部(H.Body A)，第二手柄部分被配置为拨轮(H.Body B)，推杆(H.Body C)在手掌握持部内，并且梭状件(H.Body D)在第二手柄部分内。端部执行器控制输入(例如，手柄杠杆)可以附接到手掌握持部以致动端部执行器。

图5示出了医疗装置(例如，腹腔镜装置)的一个示例，该医疗装置包括诸如图4A-图4B中所示和本文所述的无限制滚动手柄组件。该医疗装置是处于β配置的工具设备的实施例。

图6示出了腕套的示例，该腕套可以与包括无限制滚动(滚动)手柄组件的医疗装置的工具轴的前臂附接部分联接。腕套包括穿过其中的通道，该通道被配置为容纳使用者的手腕或前臂，其中，腕套被配置为联接到工具框架的前臂附接部分。

图7示出了医疗装置的另一示例，该医疗装置具有无限制滚动手柄组件和钳口组件端部执行器，诸如图5中所示但处于闭合钳口配置的钳口组件端部执行器。该医疗装置是处于β配置的工具设备的实施例。

图8是医疗装置的另一视图，该医疗装置具有无限制滚动手柄组件和被配置为钳口组件的远端执行器，其中，远端执行器被示出处于关节位置，其中闭合的钳口夹紧在针状物体上，并且无限制滚动手柄组件类似于图4A-图4B中所示的无限制滚动手柄组件。该医疗装置是处于β配置的工具设备的实施例。

图9示出了具有无限制滚动手柄组件和被配置为钳口组件的远端执行器的医疗装置的另一示例，示出了将旋转拨轮(H.Body B)连接到端部执行器的端部执行器传输装置。该医疗装置是处于α配置的工具设备的实施例。

图10示出了包括无限制滚动手柄组件和被配置为钳口组件的远端执行器的另一设备的示例，其中，该设备是非关节式“直杆”腹腔镜装置。

图11示出了使用诸如图4A-图4B中所示的无限制滚动手柄组件的另一关节式医疗装置的示例。

图12是替代的无限制滚动手柄组件的示例，其中手掌握持部/手柄壳体(H.BodyA)在旋转拨轮(H.Body B)的远侧。

图13示出了棘轮机构的使用，该棘轮机构用于提供无限制滚动手柄组件的相关联的旋转拨轮的离散旋转定位。

图14示出了使用无限制滚动手柄组件的设备的另一实施例。

图15是联接到被配置为钳口组件的端部执行器的无限制滚动手柄组件的另一示例。

图16是包含无限制滚动手柄组件和臂(前臂)附接件的示例性手术装置的前立体图。该手术装置是处于α配置的工具设备的实施例。

图17是包含无限制滚动手柄组件和输入接头的示例性手术装置的侧立体图，该输入接头通过平行运动机构捕获俯仰和偏转关节运动，该平行运动机构将俯仰和偏转运动传输到位于工具框架与端部执行器(示出为被配置为钳口组件)之间的输出接头。该手术装置是处于β配置的工具设备的实施例。

图18A至图18D分别示出了医疗装置的前立体图、左侧立体图、后立体图和右侧立体图，该医疗装置包括无限制滚动手柄组件、被配置为钳口组件的端部执行器组件、工具轴、工具框架、近侧前臂附接件以及提供手柄组件相对于工具框架的俯仰和偏转关节运动的输入接头，输入接头的俯仰和偏转关节运动被传输到使端部执行器进行关节运动的输出接头。输入接头具有位于俯仰轴线和偏转轴线相交之处的旋转中心，当设备附接到使用者时，该旋转中心提供大致位于使用者手腕内的虚拟旋转中心。该医疗装置是处于β配置的工具设备的实施例。

图19A示出了与图18A-图18D中所示的医疗装置相对应的医疗装置的一部分的侧视图，该医疗装置联接到使用者的前臂，其中无限制滚动手柄组件握持在使用者的手中。该医疗装置是处于β配置的工具设备的实施例。

图19B示出了图19A的装置的略微放大视图。

图19C示出了图19A的装置，其中使用者使手柄组件相对于工具框架进行俯仰和偏转关节运动，示出了端部执行器组件跟踪手柄定向，其中工具框架相对于图19A和图19B中所示的定向旋转。

图20A是图18A-图18D中所示的设备的约束映射图，该设备包括无限制滚动手柄组件、输入接头、输出接头和被配置为钳口组件的端部执行器。

图20B示出了本文描述的另一设备的替代约束映射图。

图21A-图21B描绘了处于β配置的工具设备(A)中使用的端部执行器组件的类型和处于α配置的工具设备(B)中使用的端部执行器组件的类型。

图22A-图22B描绘了(A)处于α配置的工具设备和(B)处于β配置的工具设备。

图23描绘了处于β配置的工具设备的实施例。

图24A-图24B描绘了手柄组件的约束映射图A和约束映射图B。

图25A-图25C描绘了包含无限制滚动手柄组件的工具设备的可能配置映射图。

图26描绘了由作为闭合输入机构的齿条和小齿轮组构成的手柄组件。

图27描绘了由作为闭合输入机构的螺旋机构组成的手柄组件。

图28A-图28C描绘了由作为闭合输入机构的柔性连接构件组成的手柄组件(A)；枢转链的实施例(B)；以及由作为闭合输入机构的枢转链组成的手柄组件(C)。

图29A-图28B描绘了由作为滚动输入机构的锥齿轮组构成的手柄组件：(A)是前视图，(B)是放大视图。

图30A-图30E描绘了由顺应性(线性位移)机构组成的手柄组件(A)；在梭状件与拨轮之间的顺应性线性轴承接合部(B)；梭状件与拨轮之间的正交平面轴承接合部(C)；两个本体之间的简单顺应机构的实施例(D)；以及两个本体之间的顺应的基于梁的棱柱形接头(E)。

图31A-图31B描绘了表示手柄组件的约束映射图C，该手柄组件包括闭合本体、手柄本体、旋转输入、梭状件和这些本体之间的接头/机构(A)；以及扩展约束映射图C，其还包括闭合输入部和滚动输入部(B)。

图32A-图32B描绘了由闭合本体与梭状件之间的球和叉尖接合部组成的手柄组件-等距截面图(A)；以及由闭合本体与梭状件之间的球和叉尖接合部组成的手柄组件-截面图(B)。

图33描绘了由闭合本体与梭状件之间的螺旋机构组成的手柄组件。

图34A-图34C描绘了膜片弹簧的实施例(A)；由闭合本体(其为膜片弹簧)组成的手柄组件-等距剖视图(B)；以及由闭合本体(其为膜片弹簧)组成的手柄组件-截面图(C)。

图35A-图35C描绘了逆时针棘轮(A)；顺时针棘轮(B)；以及示出了部段1和部段2位置的拨轮-梭状件示意图(C)。

图36A-图36D描绘了示出了用于离散拨轮旋转的锁定杠杆的手柄组件-正视图(A)；示出了用于离散拨轮旋转的锁定杠杆的手柄组件-等距视图(B)；示出了用于离散拨轮旋转的锁定杠杆的手柄组件-具有透明杠杆的等距视图(C)；以及锁定杠杆和手柄本体上的配合狭槽特征部的分离横截面。

图37A-图37B描绘了由拨轮和手柄本体组成的离散二元或双稳态旋转机构(其可以是手柄组件的一部分)(A)；以及说明性双稳态顺应机构(B)。

图38A-图38B示出了包括手柄本体、拨轮和连续/离散拨轮旋转状态切换的示意图(A)；包括手柄本体、拨轮和连续/离散拨轮旋转状态切换的设备的示例(B)。

图39描绘了约束映射图D，其包括关节滚动输入部与手柄本体之间的关节运动自由度。

图40描绘了示出本体“关节滚动输入部”与“手柄本体”之间的连续输入接头的实施例。

图41描绘了示出基于球的关节滚动输入部以及接收关节运动输入的编码器的实施例。

图42描绘了示出关节滚动输入部与手柄本体之间的基于换能器的关节运动输入接头的实施例。

具体实施方式

本文描述了包括无限制滚动手柄组件的装置。尽管本文描述的无限制滚动手柄组件可以被结合到任何设备(例如，装置、工具、系统、机器等)中，但是本文特别描述的是在长形工具框架(例如，工具轴或包括工具轴)的近侧区域处包括无限制滚动手柄组件的设备，在该工具框架的远端处具有端部执行器。该设备可以包括在近端处的前臂附接件；当使用者的手握持无限制滚动手柄组件时，前臂附接件可以允许使用者的前臂与工具框架之间的一个或多个自由度。该设备可以是关节式的；例如，工具框架可以包括位于无限制滚动手柄组件与工具框架之间的输入接头，该输入接头可以捕获手柄组件与工具框架之间的运动(例如，俯仰和偏转运动)，以传输到位于工具框架与端部执行器之间的输出接头，使得端部执行器可以随着手柄组件移动而移动。尽管可以使用任何适当的端部执行器，但是在一些变型中，端部执行器是包括至少一对钳口(端部执行器部分)的钳口组件，当由装置的手柄组件上的端部执行器控制输入部致动时，钳口移动以打开和/或闭合钳口。

通常，本文所述的无限制滚动手柄组件可以被配置为具有四个(尽管在一些情况下仅三个)或更多个部件，这些部件一起相互作用以提供手柄组件的旋钮或拨轮部分相对于手柄组件的手掌握持部分围绕中心轴线的无限制旋转，同时仍然允许端部执行器控制输入部的致动以从拨轮部分相对于手掌握持部的任何旋转位置致动端部执行器。设备的旋钮或拨轮部分的旋转引起端部执行器的旋转，并且在一些情况下，还引起工具框架的旋转。

图1中示出了无限制滚动手柄组件或手柄组件的约束映射图，示出了各种本体之间的相对自由度(DoF)和约束度(DoC)的概念模型。通常，两个本体之间的自由度(DoF)是指允许这两个本体之间在特定方向上的特定相对运动。两个本体之间的约束度(DoC)是指这两个本体之间的特定方向上的特定运动被约束并因此被传输。手柄组件通常包括刚性本体，该刚性本体一般被称为：H.Body A 101、H.Body B 102、H.Body C 103和H.Body D104。H.Body A 101可以被称为参考基准，因为所有其他本体的运动都可以相对于H.Body A 101进行描述。例如，H.Body A 101可以是手掌握持部。通常，这些本体中的任何其他本体都可以用作参考基准来描述其余本体的运动。在高水平上，手柄组件的功能与采用哪个本体作为参考基准无关。

使用H.Body A 101作为参考基准，H.Body C 103具有沿着第一轴线方向(例如，轴线1)相对于H.Body A 101的单个平移自由度(DoF)105’，并且具有围绕轴线1相对于H.BodyA 101的旋转约束(DoC)105”。这意味着在H.Body C 103与H.Body A 101之间允许沿着轴线1方向的相对平移。然而，在两者之间不允许围绕轴线1的相对旋转，因此旋转从一者传输到另一者，反之亦然。H.Body B 102具有围绕轴线1相对于H.Body A 101的旋转DoF 106’，并且具有沿着轴线1方向相对于H.Body A 101的平移约束(DoC)106”。H.Body D 104具有沿着轴线1方向相对于H.Body B 102的单个平移DoF 107’和围绕轴线1相对于H.Body B 102的旋转DoC约束107”。H.Body D 104具有围绕轴线1相对于H.Body C 103的旋转DoF 108’和沿着轴线1方向相对于H.Body C 103的平移约束(DoC)108”。

图2示出了符合图1所示的约束映射图的无限制滚动手柄组件的一个示例。尽管图2示出了H.Body A 101和H.Body B 102在形状上将是圆柱形的，但是图2的示意图没有描绘每个本体的实际几何特征，并且这些本体可以是任何一般形状，只要它们满足如上所述的各种本体之间的接合条件/约束即可。

图1的约束映射图导致手柄组件的以下功能：使用H.Body A 101作为参考(即，假设它是静止的)，该机构允许H.Body B 102相对于H.Body A101围绕轴线1 111独立旋转。当这种情况发生时，H.Body D 104与H.Body B 102一起也围绕轴线1 111旋转，并且由于H.Body C 103的旋转与H.Body A 101的旋转相联系，因此H.Body C 103不旋转。同时，即使当H.Body B 102和H.Body D 104围绕轴线1 111旋转时，非旋转的H.Body C 103相对于静止的H.Body A 101沿着轴线1 111方向的任何轴向平移也都被传输到H.Body D 104。

无限制滚动手柄组件内的本体之间的接头通常包括允许或防止相对于彼此旋转的接合几何形状。而且，这些接头通常包括允许或防止相对于彼此平移的接合几何形状。对于能够使一个本体相对于另一个本体旋转的那些接头，该接头可以包括一个或多个圆柱形表面，并且这些表面可以通过使摩擦阻力最小化的轴承、衬套或润滑表面处理来实现。对于平移接头，这些表面还可以包括线性轴承或润滑表面处理。作为整体机构，对平移和旋转两者减小摩擦阻力意味着在H.Body C 103仅平移而H.Body B 102仅旋转时H.Body D 104能够同时进行旋转运动和平移运动，所有这些都相对于H.Body A 101。因此，描述该约束映射图的功能的另一种方式是将H.Body B 102的旋转和H.Body C 103的平移传输到H.Body D104。反过来考虑这一点：H.Body D104相对于H.Body A 101具有两个DoF，沿着轴线1 111方向的平移和围绕轴线1 111的旋转。这两个运动的任何任意组合都可以被分成仅在H.BodyC103处的平移和仅在H.Body B 102处的旋转。

本文描述的任何接头可以被获得以传输到输出部(例如，输出接头)。传输可以机械地、电气地或以其他方式完成。例如，传感器可以被定位在这两个本体处，例如，H.Body C103上的线性位移传感器和H.Body B 102上的旋转传感器可以给出施加在H.Body D 104处的旋转和平移的任意组合的离散/单独值。然后，这些电信号可以经由有线或无线方式传输到机电、机器人、电子或计算机控制的系统。这些传感器可以使用各种类型的编码技术(例如，电学、光学等)。可替代地，取代传感器，可以将致动器放置在这些位置处，例如，在H.Body A 101与H.Body C 103之间的线性平移致动器以及在H.Body A 101与H.Body B102之间的旋转致动器。在这两个本体处的任何任意的离散/单独运动输入被添加到H.BodyD 104处相对于H.Body A 101的组合运动中。

通常，自由度(DoF)是指允许在特定方向上的两个本体之间的特定相对运动，约束度(DoC)是指在特定方向上的两个本体之间的特定相对运动被约束并因此被传输。图1中的所有运动均相对于轴线1 111(未示出)限定，该轴线是手柄拨轮(对应于H.Body B 102)相对于手柄壳体(对应于H.Body A 101)的旋转轴线。未明确提及的任何运动方向都可以是DoF或DoC。

如这里用于描述自由度，轴线是指空间中的特定线。本体可以相对于(w.r.t.)另一本体围绕某一轴线旋转。本体可以沿着某一方向相对于另一本体平移。方向不由特定轴线限定，而是通常由多个平行轴线限定。因此，X轴线是在图中限定和示出的特定轴线，而X方向是指该X轴线的方向。多个不同但平行的X轴线可以具有相同的X方向。方向在空间中仅具有定向而不具有位置。

在图1中，H.Body C 103被示出为具有相对于H.Body A 101沿着轴线1 111(未示出)方向的单个平移DoF 105’，反之亦然。H.Body C 103还具有相对于H.Body A 101围绕轴线1 111的旋转约束(DoC)105”，反之亦然。在H.Body A 101与H.Body C 103之间的这种类型的接头可以通过各种实施例来实现。在一个实施例中，接合的本体在它们之间具有键合特征部，该键合特征部限制围绕轴线1 111的相对旋转并且同时允许沿着轴线1 111方向的相对平移。图3A示意性地描述了可能存在于H.Body A 101与H.Body C103之间的接头。参考图3A，具有方形纵向狭槽的外部本体可以对应于H.Body A 101、301，而内部方形键可以对应于H.Body C 103、303。考虑到H.Body A 101、301固定到参考基准，H.Body C 103、303将会由于方形横截面接头造成的干涉而被允许沿着轴线1 111、311方向平移，同时不能围绕轴线1 111、311旋转。可以认为该接头也可以具有矩形横截面，其能够提供相同的单个轴线(轴线1 111、311)旋转约束和单个轴线(轴线1 111、311)平移DoF。

该接头的功能方面是在H.Body A 101、301与H.Body C 103、303之间沿着轴线1111、311方向的低摩擦相对滑动运动。为了实现这一点，两个本体(H.Body A 101、301和H.Body C 103、303)之间的表面接触可能需要最小，以避免H.Body A 101、301与H.Body C103、303的表面之间的大摩擦接触。因此，实现H.Body A 101、301与H.Body C 103、303之间具有较少摩擦接触的相同接头的一种方式是使两个本体之间的接触表面积最小化。图3B示出了通过将H.Body C 103、303的辐条(spoke)与H.Body A 101、301中的对应狭槽接合来减少H.Body A 101、301与H.Body C 103、303之间的表面接触的一种方式。

图3A和图3B示出了实现H.Body A 101、301与H.Body C 103、303之间的约束和DoF的示例，但是它们可以具有不同的几何形状，只要满足约束和DoF即可。例如，图3C示出了通过经由D-轴303(H.Body C 103、303)的平整端部基本上提供键合表面320来实现该接头的一种方式，该键合表面与H.Body A 101、301中存在的对应狭槽接合。

H.Body B 102、302和H.Body D 104、304具有围绕轴线1 111、311的旋转DoC 107”和沿着轴线1 111、311方向的单个平移DoF 107’。这是存在于H.Body A 101、301与H.BodyC 103、303之间的相同类型的旋转DoC 105”和平移DoF 105’。因此，获得H.Body A 101、301与H.Body C 103、303之间的接头的每种方式也适用于H.Body B 102、302与H.Body D 104、304之间的接头；只要满足约束和DoF要求即可。

在H.Body A 101、301与H.Body C 103、303之间以及在H.Body B 102、302与H.Body D 104、304之间的任何接头均可包括或需要本体之间的低摩擦表面接触。这与围绕轴线1 111、311的单个旋转约束(DoC)105”、107”以及沿着轴线1 111、311方向的单个平移DoF 105’、107’一起可以完全限定这些本体之间的接头。类似地，单个DoC、单个DoF和功能要求限定了H.Body A 101、301与H.Body B 102、302之间以及H.Body C 103、303与H.BodyD 104、304之间的接头。H.Body A 101、301和H.Body B 102、302可以具有围绕轴线1 111、311相对于彼此的单个旋转DoF 106’和沿着轴线1 111、311方向的单个平移约束(DoC)106”。H.Body A 101、301和H.Body B 102、302还可以具有在它们围绕轴线1 111、311相对于彼此旋转的同时在它们之间提供低摩擦接头的功能要求。该功能要求来自以下事实：成对的H.Body A 101、301和H.Body B 102、302或H.Body C 103、303和H.Body D 104、304中的任一对可以处于压缩或拉伸载荷下，同时满足围绕轴线1 111、311的旋转DoF 106’、108’和沿着轴线1 111、311方向的平移约束(DoC)106”、108”。

例如，如果H.Body A 101、301和H.Body B 102、302被放置成使得它们的正交于轴线1 111、311的表面处于压缩下，则它们需要克服作用在每个本体的表面上的法向力以提供围绕轴线1 111、311的旋转DoF 106’。因此，为了提供围绕轴线1 111、311的旋转DoF106’和沿着轴线1 111、311方向的平移约束106”，H.Body A 101、301和H.Body B 102、302的表面可能需要提供低摩擦接触，使得本体可以围绕轴线1 111、311相对于彼此旋转。图3D示出了通过提供低摩擦表面接触来获得期望的旋转DoF 106’和平移约束(DoC)106”的一种方式。在该示例中，推力轴承330用于通过保持两个本体之间的推力载荷而在维持H.Body A101、301和H.Body B 102、302的表面之间的低摩擦接触的同时提供旋转DoF 106’。类似地，该功能可以以满足旋转DoF 106’和平移约束106”要求的许多其他方式实现。例如，在H.Body 101、301与H.Body B 102、302之间也可以使用角接触滚珠轴承或滚柱滚珠轴承，每个都能够保持所需的径向和推力载荷。可替代地，两个本体之间的衬套可用于提供径向支撑以及承受推力载荷的能力。图3E示出了其中通过在H.Body A 101、301与H.Body B 102、302之间具有推力轴承333以及在轴承333的每一侧上具有垫圈334、335而能够支撑推力载荷的一种方式。图3F示出了通过在H.Body A 101、301与H.Body B 102、302之间使用由具有低摩擦系数的材料(如Teflon(PTFE)、尼龙等)制成的单个垫圈340在提供围绕轴线1 111、311的旋转DoF 106’的同时支撑推力载荷的另一种方式。在另一替代实施例中，图3G示出了放置在H.Body A 101、301与H.Body B 102、302的接合表面之间的衬套345，使得其能够保持推力载荷，从而沿着轴线1 111、311方向提供平移约束(DoC)106”。

当在H.Body A 101、301与H.Body B 102、302之间存在与压缩载荷相反的拉伸载荷时，如图3D、图3E和图3F所示的具有承载推力载荷并提供围绕轴线1 111、311的旋转DoF106’以及提供沿着轴线1 111、311方向的平移约束(DoC)106”的中间构件的两个本体的相同系统也可以很好地工作。图3H中示出了与图3D中所示的实施例类似的一个实施例，其中推力轴承347位于H.Body A 101、301与H.Body B 102、302之间，正交地面向轴线1 111、311。H.Body A 101、301与H.Body B 102、302之间的推力轴承347可以是各种类型的，例如，推力滚针轴承、推力滚柱轴承、滚柱轴承、圆锥滚柱轴承、角接触轴承等，其中一些在图3I.1至图3I.4中示出。例如，图3H示出了用作H.Body A 101、301与H.Body B 102、302之间的接头的推力滚柱轴承347。而且，H.Body C 103、303和H.Body D 104、304可以具有与H.Body A101、301和H.Body B 102、302相同类型的接头，并且符合本部分中提及的所有上述接头类型。

如图3I.1至3I.4以及图3J和图3K所示，可以使用其他类型的轴承作为上述推力轴承330、333、347的替代或与其组合，例如，圆锥滚柱轴承349、径向滚珠轴承394等。

因此，H.Body A 101、301和H.Body B 102、302可以处于沿着轴线1 111、311的压缩或拉伸载荷下。类似地，H.Body C 103、303和H.Body D 104、304也可以处于沿着轴线1111、311方向的压缩或拉伸载荷下。这给出了图1中示意图所示的整个系统的两种可能组合(要处于拉伸载荷或压缩载荷下)。两个本体(H.Body A 101、301和H.Body B 102、302，或H.Body C 103、303和H.Body D 104、304)的系统中的任一个都可以处于拉伸或压缩载荷下。如图1所示，当H.Body A 101、301用作参考基准时，H.Body B 102、302可以相对于H.Body A 101、301处于拉伸下或处于压缩下。然而，H.Body C 103、303相对于H.Body A101、301沿着轴线1 111、311方向自由移动，并且具有相对于H.Body A 101、301围绕轴线1111、311的旋转约束。H.Body C 103、303可以相对于H.Body D 104、304处于压缩或拉伸下，并且H.Body D 104、304相对于H.Body B 102、302沿着轴线1 111、311方向自由平移，并且具有相对于H.Body B 102、302围绕轴线1 111、311的旋转约束。图3L示出了一种配置，其中H.Body B 102、302相对于H.Body A 101、301处于压缩载荷下，并且H.Body C 103、303相对于H.Body D 104、304处于拉伸载荷下。在该示例中，在H.Body A 101、301与H.Body B 102、302之间使用角接触轴承351。这考虑了H.Body A 101、301与H.Body B 102、302之间的接头，其提供了上述相关联的平移约束(DoC)106”和旋转DoF 106’要求，以及在彼此接触的表面之间提供低摩擦的功能要求。类似地，在H.Body C 103、303与H.Body D 104、304之间可以使用推力轴承330、333、347、349、394、351。这考虑了H.Body C 103、303与H.Body D 104、304之间的接头，其提供了上述相关联的平移约束(DoC)108”和旋转DoF 108’要求，以及提供低摩擦表面接触的功能要求。

在这些示例的一些中，尽管本体已经在形状上被示出为圆柱形，但约束映射图(图1)并不意味着对这些本体的几何形状的任何限制，只要满足功能性、DOF和约束即可。

图4A和图4B示出了利用图3L中所示的涉及压缩和拉伸载荷状态的机构的人体工程学手柄组件400(无限制旋转手柄组件)的示例。该手柄组件400是图1中所示的约束映射图的实施例。经由接头491，旋转拨轮402(H.Body B 102、402)相对于手柄壳体401(H.BodyA 101、401)处于围绕轴线1 111、411的旋转自由度(DoF)106’和沿着轴线1 111、411方向的平移约束(DoC)106”下。旋转拨轮402将围绕轴线1 111、411的该旋转传输到H.Body D 104、404，其也被称为梭状件404。这是可能的，因为梭状件404(H.Body D 104、404)相对于旋转拨轮402(H.Body B 102、402)处于围绕轴线1 111、411的旋转约束(DoC)107”下，并且因此没有围绕轴线1 111、411的相对旋转。梭状件404(H.Body D 104、404)还经由接头455与H.Body C 103、403(被称为推杆或拉杆，即，推/拉杆403)接合，该接头允许围绕轴线1 111、411的旋转DoF 108’和沿着轴线1 111、411方向的平移约束(DoC)108”。梭状件404(H.BodyD 104、404)沿着轴线1111、411方向的平移经由端部执行器传输装置471被进一步传输到端部执行器的移动钳口。当端部执行器被配置为钳口组件时，后者可以替代地被称为钳口闭合传输构件471或钳口闭合致动传输构件471。在一些变型中，它可以简称为传输缆线(例如，当它是顺应缆线时)。该钳口闭合致动传输构件471可以是刚性或非刚性本体，或者是刚性构件和非刚性构件的组合。例如，传输构件可以是设备的(例如，腹腔镜器械的)轴或从轴内部穿过的杆，或者可以是在腹腔镜器械的远端处连接到端部执行器的处于拉伸下的缆线，或者可以是非刚性本体和刚性本体的组合(例如，杆连同处于拉伸下的缆线)。推/拉杆403(H.Body C 103、403)和梭状件404(H.Body D 104、404)处于拉伸载荷下，并且旋转拨轮402(H.Body B 102、402)处于压缩载荷下并且后者不相对于手柄壳体401(H.Body A 101、401)沿着轴线1 111、411方向平移。推/拉杆403(H.Body C 103、403)由使用者通过操作手柄杠杆413来致动，该手柄杠杆是推/拉杆403(H.Body C 103、403)经由传输机构的机械延伸部，该传输机构可以包括连杆、凸轮、弹簧等。

图4A和图4B中所示的人体工程学手柄组件400的另一变型可以经由基于挠曲的设计来构造，该设计也被称为顺应机构，其通过在本体H.Body A101、H.Body B 102、H.Body C103和H.Body D 104之间使用顺应或挠曲接头以实现必要的约束实现图1的约束映射图。

在图5、图7和图8中示出了包含图4A和图4B中所示的无限制滚动手柄组件的设备，其作为医疗装置(特别是腹腔镜装置)的一部分。这些实施例描绘了β配置(稍后定义)中的设备。更具体地，图5、图7和图8示出了具有被配置为钳口组件的端部执行器的腹腔镜手术器械；其中，在图5中，钳口是打开的，在图7中，钳口被示出为闭合的，并且在图8中，钳口被闭合在针状物体上，并且端部执行器组件是关节式的。

参考图5至图8，β配置(稍后定义)的示例性装置500包括工具框架525，后者包括工具轴526和在工具框架525的近端528处的前臂附接部分527。图6示出了手腕腕套605的示例，该手腕腕套具有穿过其中的通道，该手腕腕套被配置为容纳使用者的手腕607或前臂608，并且可以联接到前臂附接部分520、527。例如，在一些实施例中，手腕腕套605经由其间的轴承可操作地联接到工具框架525的前臂附接部分520、527，该轴承允许手腕腕套605滑动或滚动，使得在工具框架525与手腕腕套605之间存在围绕工具轴线515(轴线3 515)的滚动旋转自由度。例如，如图4A和图4B所示，近侧无限制滚动手柄组件400可以通过输入接头529连接到工具框架525，后者可以被配置为捕获工具框架525与无限制滚动手柄组件400之间的运动，如图5、图7和图8所示。在该示例中，输入接头529包括一对传输带533、534，其通过对应的相关联的铰链接头530连接在无限制滚动手柄组件400与前臂附接部分527之间，并且可以平行地连接到相应的枢转接头(未示出)，以便提供用于单独地接收无限制滚动手柄组件400相对于工具框架525的俯仰和偏转旋转。端部执行器565与工具轴526之间的输出接头583(示出为端部执行器关节运动输出接头)从输入接头529接收传输输入(俯仰和偏转运动)以使端部执行器565进行关节运动。

在该示例中，无限制滚动手柄组件400包括连接到旋转拨轮102、502的人体工程学手掌握持部分101、501(手柄壳体501)，其包围内部推杆和梭状件(不可见)，其中，这四个元件根据图1所示的约束映射图被约束。无限制滚动手柄组件400还包括端部执行器控制输入部，诸如手柄杠杆549和相关联的闭合致动器549’(参见图5)。该控制输入部(即，手柄杠杆549)是内部推杆的机械延伸部(例如，经由机构)。在替代配置中，手柄杠杆549经由传输机构联接到推杆，该传输机构可以包括连杆、凸轮、弹簧等。传输缆线566连接到梭状件并且用作从梭状件延伸并穿过工具轴526到达端部执行器565的钳口闭合致动传输构件471。该传输缆线566可以由保护和/或支撑护套或盖或导管包围其长度的一些或整个部分。端部执行器565本身是包括第一端部执行器部分569(基准)的钳口组件，在该示例中，包括固定钳口569，枢转的第二端部执行器部分(移动钳口568)附接到该固定钳口。传输缆线566可以在端部执行器闭合输出端577处联接到移动钳口568。

在图5中，当使用者的前臂608安放到工具框架525的近端528并且手掌握持部分101、501握在使用者的手609中以使得使用者可以在拇指与手指之间使旋转拨轮102、502旋转时，无限制滚动手柄组件400的拨轮部分102、502的旋转使整个工具框架525旋转，并且因此使经由端部执行器输出关节接头583附接到工具框架525的远端578的端部执行器565旋转。因此，手柄壳体101、501可以围绕被称为手柄关节滚动轴线511(轴线1)的第一轴线111、511旋转，以使工具轴526围绕被称为工具轴滚动轴线515(轴线3)的第三轴线515旋转，这进而使端部执行器565围绕被称为端部执行器关节滚动轴线513(轴线2)的第二轴线513滚动。

如图5所示的旋转拨轮102、502(H.Body B)围绕轴线1 111、511旋转。H.Body B102、502的旋转经由传输带533、534(因为它们约束H.Body B 102、502与工具框架525之间的旋转DoF)导致工具框架525的旋转，这进而引起可操作地联接到工具框架525的工具轴526(围绕轴线3 515)的旋转，以及可操作地联接到工具轴526的端部执行器565(围绕轴线2513)的旋转。当手柄壳体101、501使用输入关节接头529进行关节运动时，端部执行器565经由端部执行器输出关节接头583进行关节运动，其中，端部执行器关节滚动轴线513(轴线2)不同于工具轴滚动轴线515(轴线3)。

当设备或是不附接到前臂608或是经由滚动接头附接到前臂608，使得无限制滚动手柄组件400的拨轮部分102、502的旋转经由传输带533、534(因为它们约束滚动旋转)引起前臂附接设备600围绕手腕607的滚动旋转，从而引起工具框架525、工具轴526以及最终引起端部执行器565的旋转时，以上描述在描述所述设备时也相关。图6示出了包括3轴万向节组件的前臂附接设备600的实施例的示例，该万向节组件包括手腕腕套605，该手腕腕套牢固地附接到使用者的手腕607/前臂608，让使用者的手609自由移动(例如，握持手柄壳体101、501并操纵旋转拨轮102、502以及致动端部执行器控制输入部549)。在该实施例中，前臂附接设备600允许俯仰、偏转和滚动自由度；手腕腕套605利用第一对销610枢转地附接到偏离环514，该第一对销提供围绕弯曲/延伸旋转轴线516的旋转。偏离环514又利用第二对销611枢转地附接到滑动件(sled)518，该第二对销提供围绕偏离旋转轴线521的旋转，其中，滑动件518被配置为在外引导环520的突起的内轨道519内围绕对应的滚动旋转轴线531滚动。因此，前臂附接设备600在联接到设备500的工具框架525时提供手腕腕套605与工具框架525之间的俯仰、偏转和滚动自由度。例如，在一组实施例中，外引导环可以形成为设备500的前臂附接部分527的一部分，或者它可以附接到其上。手腕腕套605可以经由卡扣配合联接件540或一些其他类型的联接件可释放地联接到偏离环514中。

图8示出了图5-图7的β配置(稍后限定)腹腔镜器械的另一视图，其中端部执行器565处于关节运动位置并且保持可用于缝合组织的针。端部执行器固定钳口569(基准)和端部执行器移动钳口568可以围绕端部执行器关节滚动轴线513(轴线2)旋转，使得工具轴526/工具框架525围绕工具轴滚动轴线515(轴线3)旋转，同时手柄组件围绕手柄关节滚动轴线511(轴线1)旋转；所有这些同时通过经由连接到无限制滚动手柄组件400内的H.BodyD 104、404的钳口闭合致动传输构件471朝向端部执行器固定钳口(基准)569压迫端部执行器移动钳口568来牢固地保持针。图5-图8中所示的设备500可以适合诸如图20A中所示的约束映射图。

图9中示出了包含图4A和图4B中所示的无限制滚动手柄组件的设备的另一变型，其符合图1中所示的约束映射图。图9示出了处于α配置的工具设备。在该示例中，旋转拨轮102、902(H.Body B)围绕轴线1 111、911的旋转引起相关联的端部执行器组件965(这里示出为包括移动钳口968和固定钳口969的钳口组件)围绕轴线2 913的旋转。这里，当旋转拨轮(H.Body B)相对于手柄壳体(H.Body A)围绕轴线1旋转时，包括工具轴926的工具框架925不围绕其相关联的轴线(轴线3 915)旋转。工具框架925仍然可以经由前臂附接设备600连接到安放在使用者的前臂608上的手腕腕套605，该前臂附接装置可以提供俯仰和/或偏转旋转DoF，如上所述。端部执行器组件965具有相对于相关联的端部执行器关节运动输出接头928的远端927围绕轴线2 913的旋转DoF(类似于H.Body A 101、901和H.Body B 102、902之间围绕轴线1 111、911的旋转DoF)，并且端部执行器旋转传输构件950经由扭转刚性端部执行器旋转传输构件950将H.Body B 102、902直接连接到端部执行器组件965。这也可以是钳口闭合致动传输构件471，或者可以容纳并因此供柔性钳口闭合致动传输构件471通过，例如，中空柔性轴(端部执行器旋转传输构件950)，其是扭转刚性的，能够将旋转从一端传输到另一端，并将弯曲柔性的缆线(钳口闭合致动传输构件471)容纳在其内部。

图10中示出了包含上述图4A和图4B的无限制滚动手柄组件400的设备1000的另一示例。该设备1000被配置为具有非关节式端部执行器1065的直杆装置。例如，如美国专利No.4,712,545、美国专利No.5,626,608和美国专利No.5,735,874中描述了其他直杆设备，这样的设备可以受益于包含无限制滚动手柄组件，例如，图4A和图4B中所示的无限制滚动手柄组件400。图10示出了外科器械的示例，该外科器械包括无限制滚动手柄组件400(包括手掌握持部分101、1001和拨轮部分102、1002)、工具轴1026和被配置为钳口组件的非关节式端部执行器1065，其中，例如，在非关节式端部执行器1065的移动钳口1068与固定钳口1069之间存在旋转接头1067。非关节式端部执行器1065经由钳口闭合致动传输构件(图10中不可见)连接到旋转拨轮102、1002(H.Body D)。该设备1000通过使移动钳口1068相对于固定钳口1069移动来提供闭合和打开非关节式端部执行器1065的功能。设备1000还可以提供非关节式端部执行器1065围绕手柄轴线1011(轴线1 111)的旋转，其中，轴轴线(shaftaxis)1015(轴线3)在H.Body B 102、1002、工具轴1026和附接到其上的非关节式端部执行器1065的旋转下保持平行于手柄轴线1011(轴线1 111)。

参考图11，根据包含图4A和图4B中所示的无限制滚动手柄组件400的另一组实施例，经由连续运动输入关节接头或平行运动输入关节接头来捕获输入接头529处的关节运动。例如，图11示出了关节式腹腔镜装置1100。这样的装置包括手柄壳体101、1101、手柄杠杆1153、手柄拨轮102、1102、梭状件104、1104、拉/推杆103、1103、钳口闭合致动传输构件1139、工具轴1126和关节端部执行器1165。与上述非关节式腹腔镜装置1000类似，关节式腹腔镜装置1100还包含在移动钳口1168与固定钳口1169之间操作的端部执行器旋转接头1067(打开/闭合功能)，并且除了该打开/闭合端部执行器旋转接头1067之外，还包含用于端部执行器关节运动的输出关节接头1143和对应的相关联的输入关节接头1142。输入关节接头1142可以被实现为连续运动(S-K)输入接头或平行运动(P-K)输入接头。由连续运动(S-K)输入接头(诸如图11中所示的输入接头)组成的一些关节式器械可以在例如美国专利No.8,465,475、美国专利No.5,713,505、美国专利No.5,908,436、美国申请序列号No.11/787,607和美国专利No.8,029,531中找到。包含平行运动(P-K)输入接头的关节式器械的示例可以在例如美国专利申请公布No.2013/0012958中找到。在这样的装置中，尽管端部执行器可以是钳口组件并且可以被示出为处于打开钳口状态，但是相关联的关节式器械也可以在端部执行器旋转接头处于闭合钳口状态或输出关节接头处于关节运动状态的情况下执行旋转。

图12和图13示出了遵循图1所示的约束映射图的其他无限制滚动手柄组件变型。这些手柄组件变型可以与本文描述的任何其他设备部件一起使用(包括与其他装置架构和/或约束映射图一起使用)。例如，在图12中，旋转拨轮102、1202在手掌握持部/手柄壳体部分101、1201的近侧。该设备可以包括轴1226和端部执行器1265，并且可以包括与上述相同的轴线(第一轴线111、1211、第二轴线1213和第三轴线1215)。如图1的约束映射图所示，H.Body A 101、1201和H.Body C 103(手柄杠杆1203是H.Body C103的机械延伸部)之间的接头特性(DoF和DoC)与H.Body B 102、1202和H.Body D 104(图12中未示出)之间的接头特性相同。而且，H.Body A101、1201和H.Body B 102、1202之间的接头特性(DoF和DoC)与H.Body C 103和H.Body D之间的接头特性相同。这四个本体中的任何一个都可以被称为参考基准。在图12中，当映射到图1的约束映射图时，H.Body B 102、1202远离工具轴1226并朝向手609的近端定位。H.Body A 101、1201朝向工具轴1226的近端定位。H.Body B 102、1202相对于H.Body A 101、1201围绕轴线1 1211、111旋转。这里，H.Body C 103相对于H.Body D104旋转。解释该实施例(如图12所示)的另一种方式是手柄组件的旋转拨轮现在被放置在手柄组件的近端处。

本文描述的任何设备可以包括旋转锁定/棘轮机构，如图13所示。这里示出的手柄组件遵循图1的约束映射图，并且由H.Body A 101、1301与H.Body B 102、1302之间的接头1317组成，该接头提供围绕轴线1 111的旋转DoF。通过在H.Body A 101、1301与H.Body B102、1302之间应用棘轮特征部1319，可以使该旋转更加可触知。H.Body A 101、1301与H.Body B 102、1302之间的棘轮可以在围绕轴线1旋转的同时提供离散旋转步进的感觉。图13示出了棘轮机构1319以及位于手掌握持部/手柄壳体101、1301和旋转拨轮102、1302之间的推力轴承1317(其提供旋转DoF 106’和平移DoC 106”)。梭状件104、1304和推杆103、1303根据图1的约束图和图4的手柄组件400以其他方式进行操作。

本文描述的无限制滚动手柄组件还可以与被配置为在端部执行器处提供啄动(pecking)运动的设备一起使用。例如，参考图14，图4的无限制滚动手柄组件400的其他实施例(适合图1的约束映射图)可以通过径向按压旋转拨轮102、1402(H.Body B)而提供直接触发的端部执行器钳口的打开和闭合。例如，图14中所示的实施例包括握持在使用者的手609中的手柄壳体101、1401(H.Body A)，并且可以包括能相对于手柄壳体101、1401(H.BodyA)围绕轴线1 111、1411旋转的旋转拨轮102、1402(H.Body B)。当被径向按压时，旋转拨轮104、1404(H.Body B)根据梭状件104、1404(H.Body D)相对于旋转拨轮104、1404(H.BodyB)沿着轴线1 111、1411的平移DoF而沿着轴线1 111、1411方向推动梭状件104、1404(H.Body D)。这闭合了可刚性地连接到旋转拨轮102、1402(H.Body B)的组合的轴和端部执行器1432，如图14所示。表示组合的轴和端部执行器1432的本体的柔性性质引导梭状件104、1404(H.Body D)作为套筒1404’在组合的轴和端部执行器1432上的移动。该套筒1404’/梭状件104、1404(H.Body D)控制相关联的端部执行器1432’的打开和闭合，后者用作双作用钳口，其可以在例如眼睛手术中或在微创手术中的开放式手术中具有各种应用。推/拉杆(H.Body C，其在图14中不可见)可以键合到手柄壳体101、1401(H.Body A)的内部并且经由弹簧附接，使得在推/拉杆(H.Body C)相对于手柄壳体101、1401(H.Body A)移动之后，它借助于弹簧缩回到其原始位置。因此，当通过径向按压旋转拨轮104、1404(H.BodyB)沿着轴线1方向推动梭状件104、1404(H.Body D)时，这提供了推/拉杆(H.Body C)和梭状件104、1404(H.Body D)沿着轴线1 111、1411方向的运动，并且此后提供了梭状件104、1404(H.Body D)和推/拉杆(H.Body C)两者缩回到其原始位置。因此，对于该实施例，组合的端部执行器1432可以围绕轴线1(111、1411)旋转，并且相关联的端部执行器1432’可以用于通过啄动梭状件104、1404(H.Body D)来抓取或夹紧外部本体，这使端部执行器1432’闭合，然后可以用于通过释放梭状件104、1404(H.Body D)来释放外部本体，这打开端部执行器1432’。

参考图15，根据另一实施例，利用用于钳口闭合传输的拉动-拉动配置的设备1500包含诸如图4A中所示的无限制滚动手柄组件400，包括键合到H.Body B 102、402的梭状件104、404(H.Body D)。相关联的钳口闭合(打开/闭合)致动传输构件1530首先被拉动以使端部执行器移动钳口1567相对于对应的端部执行器固定钳口1568闭合，并且然后随后被释放以使端部执行器移动钳口1567相对于端部执行器固定钳口1568打开。钳口闭合(打开/闭合)致动传输构件1530附接到H.Body D 104、404，其中H.Body D可以由于沿着轴线1 111、411方向的平移DoF 107’而相对于H.Body B 102、402平移，但是具有相对于H.Body C 103、403的平移约束(DoC)108”。一旦H.Body D 104、404沿着轴线1 111、411方向运动以拉动钳口闭合(打开/闭合)致动传输构件1530以闭合钳口1567、1568(即，将端部执行器移动钳口1567和端部执行器固定钳口1568带到一起)，则拉动第二钳口闭合(打开/闭合)致动传输构件1532以打开端部执行器移动钳口1567。为了打开钳口1567、1568，可以拉动第二钳口闭合致动传输构件1532。在一个实施例中，可使用拉动弹簧1513来拉动第二钳口闭合致动传输构件1532，该拉动弹簧在被称为“弹簧参考基准1512”的参考框架处作为基准(grounded)。取决于滚动传输构件在整个组件中如何布置，“弹簧参考基准1512”可以出现在组件中的不同位置处，如下：(1)如果滚动传输是借助于输入关节接头529、工具框架/工具轴1526和输出关节接头583，则“弹簧参考基准1512”可以出现在H.Body B 102、402处或工具框架/工具轴1526处或端部执行器固定钳口1568处；(2)如果滚动传输是借助于独立的滚动传输构件，该独立的滚动传输构件横穿输入关节接头529、穿过工具框架/工具轴1526并且穿过输出关节接头583(给定输出接头远端与端部执行器基部之间的额外滚动DoF)布置，则“弹簧参考基准1512”可以出现在H.Body B 102、402处或端部执行器固定钳口1568处。

在一些变型中，无限制滚动手柄组件通常被配置为包括前臂附接设备600。无限制滚动手柄设备1600可以提供相对于H.Body A 101同时将滚动和闭合动作传输到H.Body D104的能力。上文在图5-图8中描述了包括提供附加自由度(DoF)的前臂附接设备600的这种变型，并且在图16中示出了另一示例。图16示出了处于α配置(稍后定义)的工具设备实施例。在该示例中，被称为前臂附接设备1611的(一个)接头存在于手腕附接件/手腕腕套1609与工具框架1625之间。前臂附接设备1611(类似于图6中所示的600)可以用于将手腕附接件/手腕腕套1609联接到工具框架1625，从而取决于前臂附接设备1611的性质而允许使用者的前臂与无限制滚动手柄设备1600之间的零个或一个或多个自由度。前臂附接设备600可以与关节式装置或非关节式装置一起使用。例如，一个实施例可以通过在手腕附接件/手腕腕套1609与工具框架1625之间提供滚动旋转接头1611’而包括滚动DoF。该接头可以使用“滑动件518”(例如，如图6所示)，该滑动件可以提供围绕滚动轴线111、531或臂轴线612的滚动旋转DoF。另一实施例可以通过提供旋转接头以允许围绕弯曲/延伸旋转轴线516旋转来提供俯仰DoF。另一实施例可以通过提供旋转接头以允许围绕偏离旋转轴线521旋转来提供偏转DoF。另一实施例可以通过提供一个或多个旋转接头来提供俯仰和偏转DoF两者，该一个或多个旋转接头例如通过包含被称为偏离环514(例如，如图6所示)的中间本体而允许分别围绕弯曲/延伸旋转轴线516旋转和围绕偏离旋转轴线521旋转。另一实施例可以提供滚动(围绕臂轴线612)、俯仰(围绕弯曲/延伸旋转轴线516)和偏转(围绕偏离旋转轴线521)自由度(DoF)。而且，如图16所示，在工具框架1625与工具轴1626之间存在接头(被称为轴框架接头1685)，其可以具有零DoF接头(即，工具轴1626与工具框架1625之间的刚性连接)，对于本文所公开的实施例，该接头是默认配置。图16中所示的装置1600包括手柄手掌握持部101、1601(H.Body A)、旋转拨轮102、1602(H.Body B)、端部执行器输入部1612(例如手柄杠杆549)、轴-框架接头1685、在工具轴1626的远端1627处的端部执行器1668，为其限定了相关联的手柄轴线111(轴线1)、相关联的工具轴轴线1615(轴线3)和相关联的端部执行器轴线1613(轴线2)。

安放在前臂上并且包含图4A和图4B的无限制滚动手柄组件400的非关节式器械1600的一些变型可以包括单独的工具框架1625和单独的工具轴1626。在一个这样的配置中，工具框架1625和手腕附接件/手腕腕套1609可以刚性地附接(即，0DOF)。在这种情况下，如果工具轴1626刚性地连接到旋转拨轮102、1602(H.Body B)，则装置1600可以被配置为使得在工具轴1626与工具框架1625之间存在至少一个滚动旋转DoF。此外，轴-框架接头1685可以具有滚动DoF、俯仰DoF和/或偏转DoF。

包含本文所述的无限制滚动手柄组件的任何设备还可以包括与输入关节接头相关联的虚拟中心(VC)1721，例如，如图17所示。该装置1700可以具有连续或平行运动输入接头，其中相关联的接头轴线在虚拟中心(VC)1721处相交。该装置1700类似于图5、图7和图8中所示的装置，但是明确地示出了虚拟中心(VC)1721。装置1700还包括也被配置为钳口组件的端部执行器组件1765。

示例：医疗装置

图18A-图18D示出了被配置为腹腔镜设备的医疗装置1800的一个示例，该腹腔镜设备包括：无限制滚动手柄组件400(类似于图4A和图4B中所示的)；长形工具框架525；前臂附接设备600(类似于图6中所示的)，其在使用者的手臂与工具框架525之间具有多个自由度；端部执行器组件1765，被配置为钳口组件；以及输入接头1801，该输入接头捕获无限制滚动手柄组件400的俯仰和偏转旋转以传递到输出接头583(例如，端部执行器输出关节接头583’)，使得端部执行器组件1765可以在与无限制滚动手柄组件400相同的方向上进行关节运动，例如，如图19A-图19C所示。在图20A中示出了图18A-图18D中所示的医疗装置1800的示意性约束图，其对应于β配置(稍后定义)。图20B中示出了如本文所述的医疗装置1800的替代约束图，其对应于α配置(稍后定义)。

再次参考图18A-图18D，整个医疗装置1800包括：滑轮组1805、包括工具轴526的工具框架525(工具轴526可以被认为是工具框架525的一部分)，所有这些都彼此刚性地互连。滑轮组1805用作前臂附接接头1807的外环1805，该前臂附接接头经由手腕腕套1803与使用者的前臂远端608’接合，如上所述。

在该示例中，手腕腕套1803和外环1805都是前臂附接接头1807(对应于图6的前臂附接设备600)的一部分。前臂附接接头1807包括外环1805、滑动件518、偏离环514和手腕腕套1803(全部连续地连接)，如图6所示和上文所述，并且在手腕腕套1803与外环1805之间提供三个旋转自由度(DoF)，即，滚动、俯仰和偏转。滚动是围绕外环1805的轴线的旋转方向，其与工具轴526的轴线相同。俯仰和偏转分别是围绕俯仰轴线1833和偏转轴线1831的正交旋转，如图18C所示。这些轴线可以呈现任何定向，并且这些定向中的一个可以与传输滑轮轴线对准。在该特定定向中，俯仰旋转轴线(1833)与传输滑轮1813.1的旋转轴线对准，并且偏转旋转轴线与传输滑轮1813.2的旋转轴线对准。这些轴线(即，传输滑轮旋转轴线1833.2和传输滑轮旋转轴线1831.2)在图18C中示出。当医疗装置1800安放在前臂608上(即，手腕腕套1803附接到使用者的前臂608/手腕607)时，前臂附接接头1807在工具框架525和使用者/外科医生的前臂608之间提供上述三个旋转自由度。

工具框架525从外环1805/滑轮组1805延伸，并且在支撑无限制滚动手柄组件400的同时围绕无限制滚动手柄组件400成形，以容纳使用者的手609(在其整个关节运动范围上)。工具框架525刚性地连接到工具轴526，该工具轴进一步沿远侧方向(即，远离前臂附接接头1807和使用者)延伸。双DoF关节接头(也被称为输出接头583/端部执行器关节接头583’)位于工具轴526的端部(也被称为医疗装置1800的输出)处。这两个自由度是俯仰旋转和偏转旋转，其通过使无限制滚动手柄组件400与滑轮组1805之间的输入接头1801(下面讨论)进行关节运动而被控制/致动。另外，端部执行器组件1765配备有一对钳口1756，其可以响应于无限制滚动手柄组件400的手柄杠杆549而打开和闭合。

输入接头1801位于医疗装置1800的近端528处的无限制滚动手柄组件400与滑轮组1805之间，并且在其间提供两个旋转自由度(DoF)(俯仰旋转和偏转旋转)。输入接头1801是平行运动机构，其包括两个挠曲传输带533、534和两个传输滑轮1813.1、1813.2(俯仰滑轮1813.1和偏转滑轮1813.2，如图18C所示)。当外推时，滑轮1813.1、1813.2的轴线在空间中在虚拟中心(VC)1821处相交。为此，医疗装置1800的平行运动输入接头1801’也被称为虚拟中心机构1801’或虚拟中心输入接头1801’。当医疗装置1800经由前臂附接接头1807安放在使用者的前臂608上并且使用者的手609握住无限制滚动手柄组件400的手柄壳体101、501时，医疗装置1800的整体几何形状使得由平行运动输入接头1801’产生的虚拟中心(VC)1821与使用者的手腕关节607的旋转中心大致重合。这确保了在使用医疗装置1800时外科医生的手腕607的自然、舒适、不受限制的关节运动。

鉴于医疗装置1800的以上配置，使用者的手腕607相对于他/她的前臂608的偏转和俯仰旋转被转换成无限制滚动手柄组件400相对于滑轮组1805/工具框架525的对应旋转。虚拟中心机构1801’的平行运动设计使得手柄壳体101、501相对于滑轮组1805的两个旋转分量(俯仰和偏转)被机械地分离/过滤成在俯仰滑轮1813.1处的仅俯仰旋转和在偏转滑轮1813.2处的仅偏转旋转。俯仰滑轮1813.1和偏转滑轮1813.2相对于滑轮组1805分别围绕对应的相关联的俯仰旋转轴线1833和偏转旋转轴线1831分别枢转(并安装)。因此，在俯仰传输滑轮1813.1和偏转传输滑轮1813.2处捕获的无限制滚动手柄组件400(以及因此外科医生的手腕607)的俯仰和偏转旋转然后经由缆线被传输为端部执行器关节接头583的对应旋转，该缆线在传输滑轮1813.1、1813.2处起始并经过滑轮组1805、工具框架525和工具轴526一直延伸到端部执行器组件1765。这些缆线可以是连续的，也可以不是连续的。

除了由输入接头1801提供的偏转和俯仰旋转自由度(DoF)之外，输入接头还提供/允许沿着滚动轴线111、1835的轴向平移自由度，这提供/允许医疗装置1800适应一定范围的使用者手609的尺寸，并确保自由且不受限制的手609/手腕607关节运动。

此外，挠曲传输带533、534在围绕滚动轴线111、1835扭转时是刚性的，这确保了输入接头1801约束(并因此传输)从无限制滚动手柄组件400的远端(即，拨轮)经由挠曲传输带533、534到滑轮组1805的滚动旋转。注意，滑轮组1805用作前臂附接接头1807的外环1805，其相对于手腕腕套1803提供围绕滚动轴线111、1835的明确限定的低阻力旋转，如图18C中所示的。这意味着当使用者将手柄壳体101、501保持在他/她的手掌中时，他/她可以在任何期望的偏转和俯仰方向上使手柄壳体101、501进行关节运动，从而导致端部执行器组件1765的对应关节运动。然后，他/她可以在保持无限制滚动手柄组件400的关节运动固定的同时，用他/她的拇指和手指(通常是食指)捻转无限制滚动手柄组件400的拨轮部分102、502(即，旋转拨轮102、502)。旋转拨轮102、502的捻转(即，滚动旋转)经由平行运动输入接头1801’(即，经由虚拟中心机构1801’的挠曲传输带533、534)被传输到滑轮组1805/外环1805。滑轮组1805然后相对于手腕腕套1803围绕滚动轴线111、1835旋转，该手腕腕套附接到使用者的前臂608。结果，整个工具框架525相对于使用者的前臂608围绕滚动轴线111、1835旋转。由于工具轴526刚性地连接到工具框架525，因此工具轴526也围绕滚动轴线111、1835旋转。工具轴526的滚动旋转也经由输出接头583(即，经由端部执行器关节接头583’)被传输到端部执行器组件1765。因为端部执行器组件1765(在输出接头583处)的关节运动由无限制滚动手柄组件400的对应关节运动(围绕输入接头1801)控制，所以如果后者保持固定，则前者也保持固定，同时滚动旋转从外科医生的手指的捻转运动一直传输到端部执行器组件1765。操作医疗装置1800的该特定模式被称为关节滚动。

除了经由外科医生的拇指和手指的捻转(导致旋转拨轮102、502相对于手柄壳体101、501的旋转)产生端部执行器滚动之外，产生该滚动的另一种方式是外科医生通过使他/她的手609和前臂608旋前(pronating)和旋后(supinating)来(围绕滚动轴线111、1835)旋转整个无限制滚动手柄组件400。该滚动运动也经由虚拟中心机构1801’的挠曲传输带533、534和滑轮组1805被传输到工具框架525，并且随后经由工具轴526传输到端部执行器组件1765。然而，以这种方式实现的滚动运动量受到使用者(即，外科医生)的手609/前臂608所允许的旋前/旋后范围的限制。

另一方面，通过在无限制滚动手柄组件400中具有两个不同的部件：手柄壳体101、501和旋转拨轮102、502，克服了该限制。保持固定在使用者的手609中的手柄壳体101、501的滚动角度确实受到使用者的手609/前臂608的旋前/旋后极限的限制。然而，使用者可以经由他/她的手指相对于手柄壳体101、501无尽地或无穷地滚动旋转旋转拨轮102、502。然后，如上所述，该无穷滚动旋转被传输到端部执行器组件1765。该无限制滚动能力在复杂的外科手术中(诸如当缝合、打结等时)为外科医生提供了重要且独特的功能。

如已经指出的，无限制滚动手柄组件400包括旋转拨轮102、502和手柄壳体101、501，它们通过它们之间的旋转接头连接，该旋转接头具有围绕滚动轴线111、1835的单个旋转DoF。另外，无限制滚动手柄组件400还容纳由手柄杠杆549致动的端部执行器致动机构，其中，当手柄杠杆549相对于手柄壳体101、501(通过使用者的手指，通常是中指、无名指和小拇指)被压下时，端部执行器致动机构将该动作转换成端部执行器传输装置471的传输缆线566的拉动动作。该拉动动作经由旋转拨轮102、502和工具框架525之间的柔性导管内的传输缆线566被传输通过手柄壳体101、501和旋转拨轮102、502之间的旋转接合部/接头到达到端部执行器组件1765，然后通过工具轴526，并且最终经由端部执行器关节接头583到达端部执行器组件1765的端部执行器钳口1756。端部执行器组件1765中的钳口闭合机构响应于传输缆线566的拉动动作而闭合端部执行器钳口1756，如操作剪刀、抓紧器、持针器等所需的那样。

由输入接头1801提供的虚拟中心(VC)1721与操作医疗装置1800的使用者的手腕关节607的旋转中心重合。此外，由前臂附接接头1807提供的对应的三个旋转自由度的三个旋转轴线(偏转轴线1831、俯仰轴线1833和滚动轴线1835)可以全部在一个点处相交，该点被称为前臂附接接头1807的旋转中心。前臂附接接头1807的该旋转中心可以与输入接头1801的旋转中心(即，无限制滚动手柄组件400相对于滑轮组1805的虚拟旋转中心(VC)1721)重合。

因此，当医疗装置1800安放在使用者的前臂608上时，前臂附接接头1807的旋转中心也可以与使用者的手腕关节607的旋转中心重合。

特别地，当使用者的手腕607未进行关节运动(即，处于标称位置)时，前臂轴线应与外环1805的轴线重合，该外环的轴线应与工具轴526的轴线重合，该工具轴的轴线应与端部执行器组件1765的轴线重合。这是当无限制滚动手柄组件400未相对于滑轮组1805进行关节运动(即，是标称的)并且因此端部执行器组件1765未相对于工具轴526进行关节运动时的情况。

为了便于容易地执行医疗装置1800的无限制滚动，医疗装置1800的总重量可以分布成使得其重心靠近医疗装置1800的滚动轴线111、1835，这确保了当使用者滚动医疗装置1800(如上所述)时，他/她不与重力配合或对抗重力工作。在医疗装置1800的重量支撑在使用者的前臂608和患者身体上的套管针上的情况下，将医疗装置1800的重心定位在滚动轴线111、1835上使得较为轻松地驱动滚动旋转，因为重力不再对滚动旋转产生影响。

除了上面提到的所有功能之外，医疗装置1800的整体设计和构造还有助于滤除手部抖动并防止它们到达端部执行器组件1765。在医疗装置1800中，手柄组件400(并且因此外科医生的手609)借助于挠曲传输带533、534与滑轮组1805/工具框架525/工具轴526隔离，挠曲传输带由于其材料和/或构造而防止任何手部抖动到达工具轴526和端部执行器组件1765。工具框架525经由前臂附接接头1807安放在前臂608上。因此，连接到工具框架525的工具轴526由外科医生的前臂608控制。这不仅有助于驱动动力运动(使轴的尖端在三个方向上平移)，而且与手609相比，前臂608具有更少的抖动，因此轴也将经历更少的抖动。

因此，挠曲传输带533、534可以有助于分离出手柄壳体101、501(和手柄组件400)相对于滑轮组1805的旋转的偏转和俯仰旋转分量(等效地，手609相对于前臂608的偏转和俯仰旋转)，并且将这些旋转分量单独地传输到对应的俯仰传输滑轮1813.1和偏转传输滑轮1813.2，后者安装在滑轮组1805上。挠曲传输带533、534还有助于将滚动旋转从无限制滚动手柄组件400传输到滑轮组1805、工具框架525、工具轴526，一直传输到端部执行器组件1765，并且还有助于滤除手部抖动或阻止手部抖动到达滑轮组1805、因此还有助于阻止手部抖动到达工具框架525，并且因此还有助于阻止手部抖动到达工具轴526，并且因此最终还有助于阻止手部抖动到达端部执行器组件1765。

由于能够将自然的、符合人体工程学的和直观的运动从外科医生的手609/手腕607/前臂608传递到端部执行器组件1765，无限制滚动手柄组件400的使用使得外科医生能够在手术期间更好地控制外科手术器械。虚拟中心机构1801’(即，输入接头)允许外科医生的手腕607的俯仰和偏转旋转被映射并直观地且流畅地传递到端部执行器关节接头583的对应旋转。在没有无限制滚动手柄组件400执行端部执行器组件1765的滚动的益处的情况下，外科医生会以其他方式受限于他/她的前臂608的旋前和旋后，这在其滚动旋转范围负面会固有地在生物力学上受到限制。

然而，在添加无限制滚动手柄组件400的情况下，本文所述的外科手术器械能够直观地且符合人体工程学地为端部执行器组件1765提供直接继承(inherit)或接收医疗装置1800的输入的偏转、俯仰和滚动。除了由外科医生的前臂608/手腕607的旋前和旋后引起的滚动之外，还通过外科医生的拇指/手指滚动旋转拨轮102、502来实现滚动。从这两个源产生的滚动被转移或传输到端部执行器组件1765。当外科医生使他的手腕607进行关节运动时(即，他的手609相对于他/她的前臂608处于关节位置时)，由外科医生的手保持的手柄壳体101、501相对于工具框架处于关节位置(这种关节运动由输入关节接头提供)。该输入接头的关节运动导致输出接头的关节运动。这意味着端部执行器组件1765的轴线(即，轴线2)不再与工具轴526的轴线(即，轴线3)对准。在端部执行器组件1765的这种关节运动配置中(例如，图18B中所示)，外科医生能够通过将他的手腕607保持在固定的关节运动定向上并且用他/她的拇指/手指将旋转拨轮102、502滚动无限量来符合人体工程学地执行关节运动滚动。这使得能够在手腕607的任何和每个定向上进行关节运动滚动。端部执行器组件1765的滚动不再受外科医生在其前臂608/手腕607的旋前和旋后方面的生物力学限制所限。通过由他的拇指/手指从旋转拨轮102、502控制器械的端部执行器组件1765的滚动，外科医生能够执行无限量的滚动，同时仍然能够使用端部执行器致动机构的手柄杠杆549的致动在他的手腕607的任何关节运动定向上控制端部执行器组件1765的打开/闭合致动。

此外，本文描述的无限制滚动手柄组件使得能够利用人体工程学接合部同时且可预测地控制所有最小访问工具的高级特征。该手柄的特征在于关节运动的力量运动、精细运动和直觉控制。这三种动作单独地与使用者的手609的最佳区域对准。力量运动(诸如握持手柄本体和杠杆以闭合端部执行器钳口组件)由手掌和手指(特别是中指、无名指和小拇指)提供。精细运动(诸如旋转旋转拨轮102、502)由拇指和食指提供(尽管中指也可以有助于该动作)。将力量动作和精细动作分离到手609的这些区域使得使用者疲劳最小化。这也减少了使用者的认知负担，减少了他们的精神疲劳。类似于使用计算机操纵杆，通过使用者手腕607进行关节运动将保持在使用者手609中的手柄组件引导到期望的角度来控制关节运动。

此外，本文描述的无限制滚动手柄组件能够实现打开/闭合、滚动旋转和关节运动(或任何组合)的同时动作。像自己的手609一样，运动是流畅且自然的。与使用其他缝合器械相比，通过在连续方向上旋转该旋转拨轮102、502而无需松开、解锁或其他中间步骤来执行“连续缝合”是新颖的。这可以通过围绕工具轴轴线(例如，轴线3)对器械进行重量平衡并简化器械旋转机构来实现，如本文所述。当无限制滚动手柄组件400上的旋转拨轮102、502旋转时，整个器械围绕使用者的手腕607在相同方向上旋转或盘旋。在该过程期间，框架也旋转，但是与输入接头相关联的虚拟中心保持位于使用者手腕607的中心处。因此，即使在如关节滚动旋转的复杂运动期间，性能也是一致且可预测的。

如使用者所感知的，本文描述的无限制滚动手柄组件使得能够在接合端部执行器闭合机构和端部执行器关节运动的同时实现相关联的无限制滚动手柄组件的精细滚动。最初，如前所述的无限制滚动手柄组件包括在机构内的各个本体之间的优化轴承。当钳口闭合杠杆接合或脱离时，外科医生通过手柄组件的各个本体之间的轴承注意到旋转阻力的最小或非常小的差异。通过手柄组件内的旋转接头和多个键合特征能够实现无限制滚动手柄组件的无穷旋转，这防止了钳口闭合缆线在旋转期间自身扭转。

在使用期间，这些基于无限制滚动手柄的组件可以允许外科医生在舒适地保持手柄壳体101、501和手柄杠杆549的同时，通过使他们自己的手腕607进行关节运动来执行整个医疗装置1800的端部执行器组件1765的关节运动。无限制滚动手柄组件的关节运动利用旋转拨轮102、502的远端来驱动(即，旋转)挠曲传输带533、534及其相关联的传输滑轮1813.1、1813.2，其轴线以外科医生的手腕607为中心，据此也称为虚拟中心机构1801’。两个传输滑轮1813.1、1813.2的旋转驱动框架内的相关联的关节运动缆线，以便控制端部执行器组件1765围绕端部执行器输出关节接头583’的对应关节运动。一旦建立了关节运动位置，外科医生可以通过致动手柄组件400上的手柄杠杆549来选择闭合钳口。用针缝合的过程需要外科医生围绕其关节轴线滚动旋转端部执行器组件1765，从而驱动针围绕其曲率轴线穿过各种组织平面。这些基于无限制滚动手柄的组件可以(结合本文描述的其他特征)为外科医生提供对旋转拨轮102、502的容易接近，该旋转拨轮提供相关联的挠曲传输带533、534和相关联的传输滑轮1813.1、1813.2围绕外科医生的手腕607的旋转，如通过相关联的三轴手腕万向节(即，前臂附接接头1807)所实现的。三轴手腕万向节约束医疗装置1800并使其以外科医生的手腕607为中心，使得旋转拨轮102、502和虚拟中心机构1801’的旋转驱动滑轮组1805、工具框架525、工具轴526和端部执行器组件1765围绕外科医生的手腕607的可预测的同心旋转。

这些装置提供了精细的旋转控制，其在无限制滚动手柄组件内(经由轴承解决)且在手腕万向节处(通过最小化的接触表面和低摩擦塑料材料解决)具有相对低的旋转阻力，具有装置的整体平衡(通过在旋转轴线上建立重心并在整个装置中重新分配重量来解决)，并且使用在围绕滚动轴线111、1835的扭转/扭曲方面提供很小的顺应性的挠曲传输带533、534。

此外，现在为本文使用的某些术语提供基本定义。

机构和接头—在术语“机构”与“接头”之间存在某些的等同物。“接头”也可以替代地称为“连接件”或“约束件”。所有这些都可以被视为允许两个本体之间沿着某些自由度(DoF)的某些运动并约束其余的运动。机构通常包括多个接头和刚性本体。通常，接头具有更简单的构造，而机构更复杂，因为它可以包括多个接头。但是什么是简单的和什么是复杂的取决于背景。在一更大的机构或机器的背景下，所考虑的机构可能看起来简单或小，在这种情况下，所考虑的具体机构可以被称为接头。因此，被视为机构的东西也可以被视为接头。还要注意，这里的“接头”是指允许运动的机械连接，而不是固定接头(诸如焊接、螺栓连接、螺钉连接或胶合)。在后一种情况下，两个本体彼此结合，并且在运动意义上被认为是同一个(因为不允许相对运动或没有自由度)。术语“固定接头”在本文中用于指示两个本体之间的这种接头。当提及术语“接头”时，它是指允许某些运动的连接，例如销接头、枢转接头、万向接头、球和承窝接头等。因此，我们在此提及的接头在运动意义上使一个本体与另一个本体接合。

轴线和方向—轴线是指空间中的特定线。本体可以相对于(w.r.t.)另一本体围绕某一轴线旋转。可替代地，本体可以相对于另一本体在某一方向上平移。方向不由特定轴线限定，而是通常由多个平行轴线限定。因此，X轴线是在图中限定和示出的特定轴线，而X方向是指该X轴线的方向。多个不同但平行的X轴线可以具有相同的X方向。方向在空间中仅具有定向而不具有位置。在这个意义上，“轴线”更精确，“方向”更普遍。如果指定轴线，则限定了方向，因为轴线具有方向。如果指定方向，则不需要限定任何轴线。这里，进一步限定了轴线1和方向1，其用于限定所描述的系统的运动和约束。

自由度(DoF)—如已经指出的，接头或机构允许两个本体之间的某些运动并约束其余运动。“自由度”是捕获或传递这些“运动”的技术术语。当两个刚性本体之间没有接头时，它们之间可能存在总共六个独立的自由度：三个平移和三个旋转。接头将允许两个本体之间的0个至6个DoF之间的任何位置。对于接头允许0个DoF的情况，这事实上成为上述“固定接头”，其中两个本体刚性地结合或彼此连接。从运动意义上来说，两个本体是同一个。对于接头允许6个DoF的情况，这事实上意味着没有接头，或者接头实际上不约束两个本体之间的任何运动，诸如当两个本体经由弹簧或在所有方向上顺应的构件连接时。任何实际的接头均允许两个刚性本体之间的1个、或2个、或3个、或4个、或5个DoF。如果它允许一个DoF，则其余的5个可能的运动受到接头的约束。如果它允许2个DoF，则其余的4个可能的运动受到接头的约束，依此类推。

约束度(DoC)—约束度是指在两个本体之间相对运动被约束所沿的方向。由于相对运动受到约束，因此这些方向是可以从一个本体传输到另一个本体的运动所沿的方向。由于接头不允许两个本体之间在DoC方向上的相对运动，因此如果一个本体在DoC方向上运动，则它也沿着该方向一起驱动另一个刚性本体。换言之，载荷(例如，力或扭矩)和运动在DoC方向上从一个刚性本体传输到另一个刚性本体。

局部基准—在包括多个本体和接头的本体组件(或多本体系统、或机构)的背景中，一个或多个本体可以被称为“参考”或“基准”或“局部基准”或“参考基准”。被称为局部基准的本体不一定是绝对基准(即，附接或螺栓连接到实际基准)。相反，被选择为局部基准的本体仅用作机械参考，所有其他本体的运动相对于该机械参考进行描述或研究。而且，选择组件/多本体系统/机构中的本体作为局部基准并不限制组件/多本体系统/机构的功能。例如，在这里描述的手柄组件的情况下，手柄本体可以被选择为局部基准，并且其他本体的运动可以相对于手柄本体限定(即，假设手柄本体保持静止)。然而，这并不意味着手柄组件仅在手柄本体保持静止时才起作用。相反，在高水平上，手柄组件的功能与哪个本体被假定为局部基准无关。

本体—本体是作为组件的一部分的分立部件，可能通过接头或机构互连。该分立部件是刚性的，从而便于刚性本体运动传输。这意味着当力沿着DoC行进穿过本体时，传输没有损失。在某些情况下，本体可以是顺应性的(而非刚性的)。在这种情况下，本文将具体提及基线定义的例外。在某些情况下，术语本体可以用于本体的组件。在描述本体时，将指定与讨论相关的本体的具体特征。而且，本体用作描述作为组件或机构的一部分的分立部件的常用术语。如进一步描述的，用于形成组件或子组件的结构部件是术语“本体”。术语“本体”和“部件”在整个说明书中可以互换使用并且具有相同的含义。

传输构件—传输构件是将运动从一个本体传输到另一个本体的刚性/顺应性本体。传输构件可以是顺应性线/缆线/缆线组件、柔性轴等。

使用者界面—使用者界面充当输入界面，使用者与该输入界面交互以在机器或器械或机构的另一端产生某些输出。使用者界面通常是本体上的人体工程学特征，其是由使用者触发的器械的一部分。例如，使用者可以旋转汽车仪表板上的旋钮以增加/减小扬声器的音量。在该示例中，旋钮以及具体地旋钮的滚花外周(特征)是使用者界面。

手柄组件术语—为了清楚起见，在美国专利No.9,814,451B2中命名的部件(本申请中的图1)在本申请中被赋予可替代的等同名称。“H.Body A”被称为“手柄本体”，“H.BodyB”被称为“拨轮”，“H.Body C”被称为“推杆”，并且“H.Body D”被称为“梭状件”。

轴线1—轴线1是指拨轮围绕其相对于手柄本体旋转的轴线。该轴线也被定义为推杆围绕其相对于梭状件具有旋转DoF的轴线。

方向1—这是梭状件沿着其相对于拨轮平移的方向。这也是推杆沿着其相对于手柄本体平移的方向。

手柄本体—手柄本体是指手柄组件中的本体，其在描述手柄组件和相关联的机构时被认为是局部基准。手柄本体由使用者握持，而手柄组件内的其他本体相对于(w.r.t.)手柄本体运动。本文描述的手柄本体也可以被称为“手掌握持部”、“手掌握持部分”或“手柄壳体”。

闭合本体—闭合本体是指手柄组件中具有相对于手柄本体的至少1个运动自由度并且在某些实施例中在相对于手柄本体围绕轴线1旋转方面被约束(DoC)的本体。闭合本体还可以与被称为闭合输入部的另一本体接合。一旦闭合输入部相对于手柄本体被致动，它可以引起闭合本体相对于手柄本体沿着方向1的平移。当闭合本体沿着轴线1相对于手柄本体具有平移自由度时，该闭合本体被称为推杆。在专利No.9,814,451B2中也描述了推杆。

梭状件—梭状件是指手柄组件中相对于推杆围绕轴线1旋转并且相对于拨轮沿着方向1平移的本体。梭状件相对于拨轮围绕轴线1的旋转被约束。

滚动本体—滚动本体是指手柄组件中相对于手柄本体具有旋转DoF的本体。在某些手柄组件实施例中，滚动本体可以是手柄组件的可见(使用者可接近的外部部件)部件。除了在专利No.9,814,451B2中描述的拨轮的功能和结构之外，滚动本体还可以与被称为滚动输入部的另一本体接合。一旦滚动输入部相对于手柄本体围绕其滚动轴线旋转，它可以引起滚动本体相对于手柄本体围绕轴线1旋转。术语“拨轮”或“旋钮”可互换地用于术语滚动本体。

工具框架—工具框架是指作为工具设备的一部分的结构本体。在某些工具设备中，它可以连接到手柄组件和/或长形工具轴。术语“工具框架”和“框架”在整个文件中可以互换使用。

EE(端部执行器)组件—一般参考图21A和图21B，EE组件2010或端部执行器组件或钳口组件存在于长形工具轴2011的远端处。EE组件可以包含一个或多个钳口(或EE钳口)。存在两种类型的EE组件2010。第一种类型的EE组件2010由两个EE钳口组成，即“移动钳口”2012和“固定钳口”2014。还存在对于移动钳口2012和EE组件2010内的任何其他移动本体用作局部参考基准的“EE框架”2016。在该组件中，移动钳口2012通过围绕枢轴销2018旋转而相对于EE框架2016移动，如图21A中所示。移动钳口2012相对于EE框架2016的该运动被称为“钳口闭合运动”。钳口闭合运动和“钳口打开/闭合运动”在整个说明书中可互换使用。在图21A中，固定钳口2014也联接到EE框架2016，使得它是EE框架2016的刚性延伸部。在描述图21A中所示的该EE组件2010时，固定钳口2014被视为局部参考，像EE框架2016那样。这是因为在该EE组件2010中固定钳口2014是EE框架2016的刚性延伸部。在其他EE组件中，固定钳口2014可以具有相对于EE框架2016的一个或多个DoF接头。在EE组件2010是提供关节运动功能的工具设备的一部分的情况下，EE框架2016还经由输出关节接头2020联接到工具轴2011。

“EE滚动运动”是EE组件2010处的第二输出运动。EE滚动运动可以指EE组件2010围绕不同轴线的两个独立旋转。围绕轴线2的旋转是指EE组件2010围绕EE组件的滚动轴线的旋转。围绕轴线3的旋转是指EE组件2010围绕工具轴2011滚动轴线的旋转。在图21A所示的EE组件2010的情况下，在包括手柄组件2022和工具轴2011的整个工具设备围绕轴线3旋转时，EE组件2010也围绕轴线3旋转。然而，通过拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转产生的滚动运动引起工具轴2011围绕轴线3的旋转和EE组件2010围绕轴线2的旋转。这在说明书中介绍各种工具设备配置的同时被进一步描述。

第二种类型的EE组件2010由两个EE钳口组成，即“移动钳口”2012和“固定钳口”2014。该组件还包含EE框架2016。在该组件中，移动钳口2012通过围绕图21B所示的枢轴销2018旋转而相对于EE框架2016移动。固定钳口2014也联接到EE框架2016，使得它是EE框架2016的刚性延伸部。在描述图21B中所示的该EE组件2010时，固定钳口2014被视为局部参考，像EE框架2016一样。这是因为在该EE组件2010中固定钳口2014是EE框架2016的刚性延伸部。该组件还包括在EE组件近侧的被称为“EE基部”2028的本体/部件。EE基部2028具有到EE框架2016的1DoF旋转接头。该旋转接头提供围绕轴线2的滚动DoF。该接头可以由推力轴承、滚动轴承、滑动轴承(plain bearing，普通轴承)等形成。图21B示出了EE框架2016与EE基部2028之间的推力轴承2030。EE基部2028经由关节运动输出接头2020联接到工具轴2011。在第二种类型的EE组件2010的情况下，固定钳口2014/EE框架2016相对于EE基部2028的旋转不会引起输出关节接头2020的旋转，从而不会引起工具轴2011围绕轴线3的旋转。而在第一种类型的EE组件2010中，固定钳口2014/EE框架2016的旋转涉及输出关节接头2020的旋转。在第一种类型的EE组件2010中，输出关节接头2020在固定钳口2014/EE框架2016与工具轴2011轴线2之间提供滚动旋转DoC，以传输滚动运动。

在图21B所示的EE组件2010的情况下，在包括手柄组件2022和工具轴2011的整个工具设备围绕轴线3旋转时，EE组件2010也围绕轴线3旋转。然而，通过拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转产生的滚动运动引起EE框架2016/固定钳口2014和移动钳口2012围绕轴线2的旋转。它不会引起工具轴2011围绕轴线3的旋转。这对应于α配置，其在说明书中介绍各种工具设备配置时被进一步描述。

而且，整个EE组件2010可以相对于EE基部2028围绕其滚动轴线(被称为“EE滚动轴线”或“轴线2”)旋转。EE组件2010在本文件中可以互换地被称为“钳口组件”或“端部执行器组件”。

滚动输入部—“滚动输入部”或“旋转输入部”是指作为手柄组件2022的一部分的本体，其被旋转或激活以产生EE组件2010围绕轴线2(EE滚动轴线)的旋转。这里，手柄组件2022和EE组件2010两者都是工具设备的一部分，其中手柄组件2022在使用者的近侧且EE组件2010在使用者的远侧。滚动输入部在其最简单的形式中是作为手柄组件2022的一部分的拨轮2024。在另一种情况下，滚动输入部可以是可由使用者可见或从外部可接近的外部滚动输入部本体组成的组件。在这种情况下，滚动输入部用作使用者界面。该组件还可以由拨轮2024组成，该拨轮与梭状件配合，使得梭状件具有相对于拨轮2024围绕轴线1的旋转DoC并且具有相对于拨轮2024沿着方向1的平移DoF。拨轮2024还具有相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转DoF。在滚动输入部是一组件的情况下，外部滚动输入部的旋转可以经由滚动传输机构而传输到拨轮2024。该机构可以包括机械传输部件，包括但不限于连杆、滑轮、顺应性机构/构件、缆线、螺纹螺杆、气动装置和/或齿轮。该机构可以是机电传输机构，其可以包括传感器(旋转/位置/力)、致动器(旋转马达、线性马达、螺线管)和/或换能器。

闭合输入部—这是指作为手柄组件2022的一部分的本体，该本体被触发或激活以引起EE组件2010的构件的致动。闭合输入部在其最简单的形式中是推杆，该推杆是手柄组件2022的一部分。这是第一种情况，其中闭合输入部是推杆本身。在第二种情况中，闭合输入部可以是包括使用者可见或从外部可接近的外部闭合输入部的组件。在这种情况下，闭合输入部用作使用者界面。该组件还可以包括推杆，该推杆与梭状件配合，使得梭状件具有相对于推杆围绕轴线1的旋转DoF并且具有相对于推杆沿着方向1的平移DoC。因此，推杆的平移引起梭状件的平移。在闭合输入部是组件的情况下，外部闭合输入部相对于手柄本体2026的1个DoF运动经由闭合传输机构被传输到推杆。该机构可以是机械传输机构，其可以使用连杆、滑轮、顺应性机构/构件、缆线、螺纹螺杆、气动装置和/或齿轮。该机构可以是机电传输机构，其可以包括传感器(旋转/位置/力)、致动器(旋转马达、线性马达、螺线管)和/或换能器。经由遵循图31B中所示的约束映射图的各种实施例示出了该第二种情况。

在第三种情况中，闭合输入部可以仅仅是外部闭合输入部件。在这种情况下，闭合输入部具有相对于手柄本体2026的至少1个DoF，并且与梭状件接合，使得梭状件具有相对于拨轮沿着方向1的平移DoF并且具有相对于拨轮围绕轴线1的旋转DoC。外部闭合输入部的运动可以经由闭合机构被传输到梭状件。该机构可以是机械传输机构，其可以使用连杆、滑轮、顺应性机构/构件、缆线、螺纹螺杆、气动装置和/或齿轮。该机构可以是机电传输机构，其可以包括传感器(旋转/位置/力)、致动器(旋转马达、线性马达、螺线管)和/或换能器。经由遵循图31中所示的约束映射图的各种实施例示出了该第三种情况。

钳口闭合传输构件(TM)-该传输构件/本体有助于将梭状件相对于拨轮2024沿着方向1的平移传输到EE组件2010内的钳口闭合运动。传输构件可以是机械部件，例如，实心线(有时也被称为钢琴线)或柔性编结缆线。该构件沿其质心轴线可以是扭转刚性的。例如，镍钛诺线，其对抗扭转载荷是刚性的，但对抗弯曲载荷是柔性的。而对于由单独的钢单丝制成的编结钢缆线来说，在弯曲方面是柔性的，在扭转上不是刚性的，并且在围绕其质心轴线旋转时可以缠绕在其自身上。“钳口闭合传输构件”和“钳口闭合致动传输构件”在本文中可以互换使用。

滚动传输构件(TM)—该传输构件有助于传输旋转输入部或拨轮2024相对于手柄本体2026的旋转以产生EE滚动运动。

关节运动传输构件—该传输构件有助于将关节运动(俯仰和偏转运动)从可存在于手柄组件2022与工具轴2011之间的关节运动输入接头传输到关节运动输出接头2020(存在于工具轴2011与EE组件2010之间)。通常，这些关节运动传输构件可以包括缆线、压接件、滑轮等。

钳口闭合传输组件—钳口闭合传输组件是指存在于手柄组件2022与EE组件2010之间并且有利于钳口闭合运动的本体、接头、机构和/或钳口闭合传输构件。具体地，手柄组件2022内的产生输出运动的本体(例如，梭状件)联接到作为钳口闭合传输组件的一部分的近侧本体。类似地，EE组件2010内的移动钳口联接到作为钳口闭合传输组件的一部分的最远侧本体。术语“钳口闭合传输组件”和“钳口致动传输组件”在整个说明书中可以互换使用。

EE滚动传输组件—EE滚动传输组件是指存在于手柄组件2022与EE组件2010之间并且有利于EE滚动运动的本体、接头、机构和/或滚动传输构件。

关节传输组件—关节传输组件是指有助于经由输入关节接头将使用者产生的输入运动(俯仰和偏转旋转运动)传输到输出关节接头2020的本体、接头、机构和/或关节运动传输构件。具体地，与工具设备内的接收来自使用者的输入的本体联接的本体是关节传输组件的近侧本体。类似地，取决于所考虑的EE组件2010的类型与EE框架2016或EE基部2028联接的本体是关节传输组件内的最远侧本体。

工具设备、其功能及其配置(图22A和图22B)

本文描述的手柄组件2022可以是工具设备的一部分，该工具设备可以包括手柄组件2022、工具框架2032、作为工具框架2032的刚性延伸部的长形工具轴2011、以及位于工具轴2011的远端处的EE组件2010。工具设备可以提供对应于以下输出运动的各种功能：i)EE组件2010处的钳口闭合运动；ii)EE组件2010的关节运动(俯仰和偏转旋转)；iii)工具轴2011和EE组件2010的刚性本体运动；以及iv)EE组件2010(或其部分)的关节滚动运动。

该设备可以具有不同的配置。在本文中用于描述工具设备功能的两种配置在图22A-图22B中示出。在这两种配置中，手柄组件2022至少由闭合输入部2048、手柄本体2026和拨轮2024组成。在拨轮2024与框架2032之间存在闭合致动传输接合部2036。该闭合致动传输接合部2036包括钳口闭合传输构件2038和位于拨轮与框架之间的钳口闭合传输构件导管2039(例如，柔性护套或导管，也在图23中示出)，该钳口闭合传输构件导管引导钳口闭合传输构件2038。钳口闭合传输构件导管2039可以在其远端上联接到(例如刚性地连接到或安置成抵靠)框架2032，并且在其近端上联接到(例如刚性地连接到或安置成抵靠)手柄本体2026。可替代地，在其近端上，钳口闭合传输构件导管2039可以经由接合部联接到拨轮2024，该接合部将导管的近端轴向地安置成抵靠拨轮2024，但允许两者之间的相对滚动旋转。钳口闭合传输构件2038有利于将闭合输入部2048相对于手柄本体2026的相对运动传输到EE组件2010。该相对运动引起移动钳口2012相对于固定钳口2014围绕枢轴销2018(具有轴线4)的运动以产生钳口闭合运动。在某些工具设备配置中，钳口闭合传输构件2038在工具设备的远端处的平移运动需要被转换成移动钳口2012相对于固定钳口2014围绕轴线4的旋转。因此，可以存在本体(例如齿条-小齿轮传输组件、滑轮、齿轮、连杆、凸轮、销等)以将钳口闭合传输构件2038的平移运动转换成移动钳口2012相对于固定钳口2014的旋转运动。

工具设备的关节功能是在工具设备的远端处的EE组件2010处产生俯仰和偏转旋转(即，输出运动)的功能。这些输出运动由手柄组件2022的俯仰和偏转旋转输入运动产生。存在2-DoF输出关节接头2020，其存在于轴2011(也被称为工具轴)与EE组件2010之间。还存在2-DoF输入关节接头2040，其存在于手柄组件2022与框架2032之间。手柄组件2022相对于框架2032的关节运动经由各种中间接头、机构和/或传输构件(即，关节运动传输构件)被传输到EE组件2010相对于工具轴2011的关节运动。对于图22A-图22B中所示的工具设备，可以存在两种不同的配置。

图22A示出了一种工具设备配置和实施例，其中输入关节接头2040存在于手柄本体2026与框架2032之间。而且，EE组件2010类似于图21B中所示的EE组件，在这种情况下，EE组件2010由本体(即，EE基部2028、移动钳口2012和固定钳口2014)组成。在图21A-图21B和图22A-图22B中，固定钳口2014被示出为EE框架2016的刚性延伸部。在其他情况下，固定钳口204可以是联接到EE框架2016的单独本体。在EE组件2010的近侧部分(在该实施例中为EE基部2028)与轴2011的远端之间存在输出关节接头2020。在以下段落中描述EE滚动运动时，讨论了对EE基部2028以及EE基部2028与EE框架2016之间的1-DoF滚动旋转接头的需要。该配置被称为“α配置”。在图22A所示的实施例中还描绘了两个传输接合部–滚动传输接合部2037和闭合致动传输接合部2036。与这两个传输接合部相关联的是两个相应的传输构件，即，滚动传输构件2042和钳口闭合传输构件2038。尽管示出为两个单独的传输接合部并因此示出为两个单独的传输构件，但是在一些情况下，可以使用单个传输接合部和单个相关联的传输构件。在这种情况下，单个传输构件具有足够的轴向和扭转刚度，可用于将滚动旋转以及钳口闭合致动两者从手柄组件传输到端部执行器组件。

图22B示出了可替代的工具设备配置和实施例，其中输入关节接头2040存在于拨轮2024与框架2032之间。而且，EE组件2010类似于图21A中所示的EE组件。在该配置中，EE组件2010由本体(即，移动钳口2012和固定钳口2014)组成。再次，这里示出的固定钳口2014是EE框架2016的刚性延伸部，但是在其他情况下，这两者可以是彼此联接的单独的本体。在EE组件2010的近侧部分与轴2011的远侧部分之间存在输出关节接头2020。在该实施例中，EE组件2010的近侧部分是EE框架2016。该配置被称为“β配置”。

2-DoF输入关节接头2040和输出关节接头2020中的每者分别可以是平行运动输入接头或连续运动输入接头。在美国专利No.8,668,702、美国专利申请公开No.2013/0012958和美国专利No.10,405,936中示出了具有平行运动输入接头的工具设备的示例。具有连续运动输入接头的工具设备的示例是美国专利No.5,908,436；美国专利号No.6,994,716；和美国申请序列号No.11/787,607。输入关节接头2040的旋转中心可以位于手柄组件2022的近侧或远侧。这里，“远侧”表示端部执行器组件相对于工具轴/工具框架所处的方向，并且“近侧”表示手柄组件相对于工具轴/工具框架所处的方向。

在所示的两种配置和实施例中，框架2032相对于外部参考基准(诸如患者的床或身体)的运动被传输到工具轴2011和EE组件2010。因此，轴2011具有相对于参考基准的3个平移DoF(沿着X、Y和Z轴线方向)和3个旋转DoF(俯仰、偏转和滚动旋转)。器械轴2011与患者身体之间的接合部(例如，经由套管针或插管)消除了这6个DoF中的一些。当EE组件2010未进行关节运动时，EE组件2010和工具轴2011的滚动旋转围绕轴线3发生。在这种情况下，轴线1、轴线2和轴线3都是共线的。在EE组件2010进行关节运动的另一种情况下，EE组件2010的滚动旋转围绕轴线2发生，而轴2011的滚动旋转围绕轴线3发生，并且拨轮2024的滚动旋转围绕轴线1发生。在工具设备的这种关节运动状况或情况中，轴线1、轴线2和轴线3不再共线。端部执行器在其进行关节运动时的该滚动旋转功能被称为“关节滚动”。

在图22A和图22B中所示的两种工具设备配置中，该图的右下方的图例指示，被示出为具有“交叉影线图案填充”的任何本体或部件响应于拨轮2024的滚动旋转而在相应的轴线(轴线1、轴线2或轴线3)上滚动旋转，而被示出为没有“交叉影线图案填充”的任何本体或部件不与拨轮2024一起旋转。在α配置的情况下，手柄本体2026相对于外部参考基准围绕轴线1的滚动旋转引起框架2032和工具轴2011围绕轴线3的刚性本体滚动运动，以及EE组件2010围绕轴线2的刚性本体滚动运动。在该配置中，输入关节接头2040以及输出关节接头2020两者都传输滚动。换言之，滚动旋转是用于这两个接头的约束度(DoC)。独立地，拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1的滚动旋转引起仅EE框架2016(及其延伸固定钳口2014)相对于EE基部2028围绕轴线2的旋转，而轴2011和框架2032的其余部分不相对于手柄本体2026滚动。EE框架2016(以及因此固定钳口2014)相对于EE基部2028的该旋转是可能的，因为在EE框架2016与EE基部2028之间存在1滚动DoF接头，其提供EE框架2016(连同EE组件2010的近侧部分的其余部分)围绕轴线2的滚动运动。引起EE框架2016旋转的拨轮2024的该旋转经由滚动传输接合部2037被传输，该滚动传输接合部包括滚动传输构件2042。当EE组件2010未进行关节运动时，轴线2与轴线3共线。当手柄本体2026相对于框架2032进行关节运动以及因此EE组件2010相对于轴20111进行关节运动时，因此轴线2不再与轴线3共线。在该关节运动状态下，当拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1旋转时，这引起EE框架2016相对于EE基部2028围绕不再与轴线3共线的轴线2的旋转。该运动被称为“关节滚动”。

因此，在α配置的情况下，存在两个滚动传输组件。为了产生框架2032、工具轴2011和EE基部2028的旋转，整个手柄组件2022(包括手柄本体2026)相对于外部参考基准围绕轴线1旋转。该滚动旋转经由输入关节接头2040被传输到刚性本体(即，框架2032和工具轴2011)，并且进一步经由输出关节接头2020一直被传输到EE基部2028。输入关节接头2040和输出关节接头2020在滚动旋转方向上提供DoC，以便将滚动运动传输到EE组件2010。所有这些输入关节接头和输出关节接头以及工具框架和轴刚性本体都是第一滚动传输组件的一部分。这里，不管EE组件2010是否相对于工具轴2011进行关节运动，其均围绕工具轴滚动轴线或轴线3(而不是围绕其自身的滚动轴线(轴线2))旋转。

在α配置中，为了产生EE框架2016相对于EE基部2028围绕轴线2的相对滚动运动，拨轮2024可以相对于手柄本体2026围绕轴线1旋转。这经由第二滚动传输组件来实现，该第二滚动传输组件由与拨轮2024(或滚动本体)联接的近侧本体(例如，图25C中所示)组成，其为手柄组件2022的一部分。该近侧本体与滚动传输构件2042的近端一体形成或联接，该近端可以被引导通过作为滚动传输接合部2037的一部分的滚动传输构件导管2035(参见图22A)。当采用滚动传输构件导管时，滚动传输构件导管2035可以在其远端上联接到框架2032并且在其近端上联接到手柄本体2026。可替代地，滚动闭合传输构件导管2035在其近端上可以经由接合部联接到拨轮2024，该接合部允许两者之间的相对滚动旋转。在一些情况下，可以根本不采用滚动传输构件导管。滚动传输构件2042还可以穿过工具框架2032的一部分、工具轴2011、穿过输出关节接头2020并且穿过EE基部2028。该滚动传输构件2042的远侧部分终止于EE框架2016处并与其联接。当拨轮2024相对于手柄本体26围绕轴线1(在手柄组件2022相对于框架2032的任何关节运动定向上)旋转时，拨轮的该滚动旋转经由第二滚动传输组件被传输到端部执行器组件2010，使得EE框架2016相对于EE基部2028围绕轴线2旋转。因此，在α配置中存在两个不同的滚动传输组件。可以存在α配置的一种型式，其中仅存在一个滚动传输组件，例如第二滚动传输组件。在α配置的该型式中，或者输入关节接头2040不提供关于滚动旋转的DoC，或者输出关节接头2020不提供关于滚动旋转的DoC，或者两者都不提供关于滚动旋转的DoC。因此，滚动旋转不再可能经由第一滚动传输组件来传输，并且只有功能性滚动传输组件是上述第二滚动传输组件。

在β配置的情况下(图22B)，拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转引起整个框架2032、工具轴2011和EE框架2016的刚性本体滚动旋转。EE框架2016总是围绕轴线2旋转。当EE组件2010未相对于轴2011进行关节运动时，轴线2与轴线3共线。当EE组件2010处于关节运动位置中时，轴线2相对于轴线3处于关节运动角度。该滚动旋转从拨轮2024经由输入关节接头2040、刚性本体(即，框架2032和工具轴2011)和输出关节接头2020被传输。在这种情况下，输入关节接头2040和输出关节接头2020都在滚动旋转方向上提供DoC，以将滚动运动从拨轮2024传输到EE框架2016。当手柄组件2022相对于框架2032进行关节运动以及由此EE组件2010相对于轴2011进行关节运动时，拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转引起EE框架2016围绕轴线2的滚动旋转。EE框架2016的滚动旋转引起整个EE组件2010(其包括移动钳口2012和固定钳口2014)围绕轴线2的滚动旋转。在该关节运动配置中，轴线2和轴线3不再共线。

在β配置中，EE滚动运动经由单个滚动传输组件而被传输，该单个滚动传输组件由经由框架和轴的刚性本体滚动旋转以及经由输入关节接头和输出关节接头的滚动运动传输组成。然而，在α配置中，EE滚动运动传输可以经由两个滚动传输组件发生，如上所述。

图23示出了包括平行运动输入关节接头的工具设备的实施例，该平行运动输入关节接头具有在手柄组件2022的近侧的旋转中心(虚拟中心)。该工具设备实施例基于上面已经讨论的β配置。在该工具设备内存在手柄组件2022以及框架2032、工具轴2011和EE组件2010。作为该工具设备的一部分的手柄组件2022在下面的部分中进行详细讨论。

手柄约束映射图A和B

图24A表示被称为“约束映射图A”的约束映射图，其用于描述构成手柄组件2022的各种本体之间的关系。手柄组件2022可以由四个本体组成，即，手柄本体2026、拨轮2024、推杆2044和梭状件2046。在映射到图24A所示的约束映射图的手柄组件的实施例中，手柄本体2026可以被认为是局部基准。

闭合本体(即，推杆)2044具有相对于手柄本体2026沿着方向1的1-DoF平移接头。推杆2044还具有相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转DoC。换言之，推杆2044相对于手柄本体2026在旋转方面被约束(例如，被键合)，并且如果手柄本体2026围绕轴线1旋转，则它使推杆2044与其自身一起旋转。滚动本体(即，拨轮)2024具有相对于手柄本体2026的1DoF旋转接头。拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1旋转。拨轮2024还具有相对于手柄本体2026沿着方向1的1个平移DoC。因此，手柄本体2026沿着方向1的平移也引起拨轮2024的平移。梭状件2046具有相对于推杆2044的1个DoF旋转接头，即，梭状件2046可以相对于推杆2044围绕轴线1旋转。梭状件2046还具有相对于推杆2044沿着方向1的平移DoC。因此，沿着方向1，推杆2044的平移被传输到梭状件2046。梭状件2046具有相对于拨轮2024沿着方向1的1个DoF平移接头。梭状件2046还具有相对于拨轮2024围绕轴线1的1个旋转DoC。因此，由于在梭状件2046与拨轮2024之间存在旋转DoC，因此拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转引起梭状件2046围绕轴线1的旋转。

如图24B所示，其示出了“约束映射图B”，手柄组件2022还可以包括附加本体，诸如闭合输入部2048和滚动输入部2050。闭合输入部2048可以经由直接结构连接件而联接到推杆2044或经由闭合输入机构而联接到推杆，该闭合输入机构将闭合输入部2048相对于手柄本体2026的输入运动传输为推杆2044相对于手柄本体2026沿着方向1的平移,。在前一种情况下，其中闭合输入部2048具有与推杆2044的直接结构连接件，推杆2044本身用作闭合输入部2048。这里，闭合输入部2048与推杆2044一体形成或是其延伸部。然而，在其他情况下，闭合输入部2048可以经由闭合输入机构(下一部分中其经由各种实施例示出)联接到推杆2044。闭合输入部装置2048的致动可以由使用者手动完成，或者通过使用机电致动器、或气动致动器、或液压致动器、或另一致动器来完成。可以在致动器与闭合输入部2048之间使用附加的机械传输部件(诸如齿轮、滑轮、杠杆、张紧缆线等)。这样的机械传输部件也可以被包括在闭合输入机构中。

滚动输入部2050可以经由直接结构连接件联接到拨轮2024或经由滚动输入机构联接到拨轮，该滚动输入机构将滚动输入部2050相对于手柄本体2026的输入运动传输为拨轮相对于手柄本体2026围绕拨轮2024的轴线1的旋转。在前一种限制情况下，其中滚动输入部2050具有与拨轮2024的直接结构连接件，拨轮2024本身用作滚动输入部2050。滚动输入部2050与拨轮2024一体形成或是其延伸部。然而，在更一般的情况下，滚动输入部2050经由滚动输入机构(稍后将详细描述)联接到拨轮2024。滚动输入部2050的致动可以由使用者手动地完成，或者通过使用机电致动器、或气动致动器、或液压致动器、或另一致动器来完成。在这种致动器与滚动输入部2050之间和/或在滚动输入机构内可以使用机械传输部件和系统(即，齿轮、滑轮、杠杆、张紧缆线等)。

在闭合输入部2048处接收的输入引起梭状件2046相对于手柄本体2026沿着方向1的平移。在滚动输入部2050处接收的输入引起梭状件2046相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转。这些输入可以同时由图24A-图24B中所示的手柄系统接收，以产生梭状件2046的组合或同时的平移和旋转。

工具设备配置映射

当在工具设备中采用图24B的手柄组件时，在闭合输入部2048和滚动输入部2050处接收的输入分别引起EE组件2010处的钳口闭合运动和EE滚动运动。基于由使用者在闭合输入部2048处向手柄组件2022提供的输入，手柄组件2022的输出运动是梭状件2046相对于拨轮2024以及相对于手柄本体2026沿着方向1的平移。基于由使用者在滚动输入部2050处向手柄组件2022提供的输入，手柄组件2022的输出运动是梭状件2046相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转。因此，手柄组件2022使得两个单独且独立的输入在单个本体(即，梭状件2046)处引起组合的平移和旋转输出运动。向手柄组件2022提供独立输入的主要益处是能够独立地优化作为滚动传输组件和钳口闭合传输组件的一部分的本体、接头、机构和传输构件。

图23中所示的β配置的工具设备包括遵循图24B中所示的约束映射图的手柄组件2022、在手柄组件2022远侧的长形工具轴2011、以及存在于工具轴2011的远端处的EE组件2010。梭状件2046(例如，在图4A和图4B中示出为梭状件104、404)相对于拨轮2024(例如，在图4A和图4B中示出为旋转拨轮102、402)沿着方向1的平移引起移动钳口2012相对于固定钳口2014(例如，在图21A中示出)的打开/闭合致动。作为钳口闭合传输组件的一部分，存在传输梭状件2046的平移以在端部执行器组件2010处产生钳口闭合运动的钳口闭合传输构件2038(穿过钳口闭合传输构件导管2039布置)。该钳口闭合传输构件2038沿着方向1在其与梭状件联接的位置处必须具有足够的刚度，并且更一般地沿着其整个长度具有足够的刚度，以捕获并传输梭状件2046的平移。该钳口闭合传输构件2038可以是柔性的(可弯曲的)实心线(例如，钢琴线、镍钛诺线)，其在围绕其质心轴线旋转时可以是或可以不是扭转刚性的；它可以是实心杆，在弯曲和/或扭转方面可能不是柔性的；它可以是编结缆线组件，在弯曲和/或扭转方面是柔性的，或者它可以是具有这些属性的组合的构件。所有这些传输构件沿着它们相应的长度提供较高的轴向刚度。

此外，拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转引起梭状件2046围绕轴线1的旋转。在这种情况下(类似于图22B的β配置)，滚动传输组件由刚性本体(框架2032、工具轴2011)以及输入关节接头2040和输出关节接头2020组成。

在这种情况下，钳口闭合传输组件和滚动传输组件是独立的，因此可以被独立地分析、设计和优化。例如，属于钳口闭合传输组件的本体、接头和机构可以独立地针对机械优势、力、所用材料、效率等进行优化，而不会影响滚动旋转传输。类似地，属于滚动传输组件的本体、接头和机构可以被独立地优化以有效地传输滚动而不影响钳口闭合传输。

作为映射到约束映射图A和B的手柄组件的一部分，梭状件2046被推杆(或闭合本体)2044朝向手柄组件2022(在图4A和图4B中也示为400)的近端拉动。闭合输入部2048可以是推杆2044的刚性延伸部，在这种情况下，闭合输入部2048可以相对于手柄本体2026沿着方向1平移。在其他情况下，闭合输入部2048可以经由闭合输入机构联接到推杆2044。在这些情况下，闭合输入部2048相对于手柄本体2026的运动可以引起推杆2044相对于手柄本体2026沿着方向1的平移。这在EE组件2010中引起移动钳口2012相对于固定钳口2014的致动。

在一些工具设备的情况下，由于两个钳口之间的高夹持载荷的需要或者由于钳口闭合传输组件内的本体之间的高损耗和/或阻力，相对于固定钳口2014致动移动钳口2012可能需要大量的力。这意味着推杆2044需要沿着方向1以高的力拉动梭状件2046。如果在梭状件2046与推杆2044之间没有明确限定的和有目的的载荷轴承接合部，则在推杆2044与梭状件2046之间的接合部处于高载荷(由于上述各种原因)的同时相对于推杆2044旋转梭状件2046可能由于高阻力而变得难以执行而且低效。

在遵循图24A-图24B中所示的约束映射图的手柄组件2022的情况下，在梭状件2046与推杆2044之间存在明确限定的轴承接合部，其使得两个本体在存在高轴向载荷的情况下具有相对旋转。该明确限定的载荷轴承接合部可以由推力轴承、滚柱轴承或润滑滑动轴承(例如，图3D、图3E、图3F)组成，其有助于减轻高轴向载荷对梭状件2046相对于推杆2044的旋转的影响，并且在移动钳口2012相对于固定钳口2014被致动时有助于减轻最终对EE组件2010的滚动旋转的影响。因此，在手柄组件2022内存在明确限定的轴承接合部以使得滚动传输有效而不影响钳口闭合传输是有效器械/设备的功能需求。

图25A示出了包含基于图24B的约束映射图B的手柄组件2022的工具设备配置映射图(即，示意图)。该工具设备配置映射图与图22B中呈现的工具设备的β配置相关。在该配置中，存在两个独立的传输组件，即，钳口闭合传输组件和滚动传输组件。闭合输入部2048相对于手柄本体2026的致动引起闭合本体或推杆2044沿着方向1的平移。由于梭状件2046具有相对于推杆2044沿着方向1的平移DoC，因此推杆相对于手柄本体的平移引起梭状件2046相对于手柄沿着方向1的平移。图25A-图25C右下方的图例指示以下内容：单线表示在本体、部件或子组件之间提供至少1个DoF的接头或机构(例如，输入关节接头、输出关节接头等)；双线表示将运动从一个本体/部件/子组件传输到另一个本体/部件/子组件的传输构件(例如，缆线)；三线表示接合部，该接合部可以是两个本体/部件/子组件之间的刚性/直接联接，或者是在两个本体/部件/子组件之间提供至少1个DoF的接头/机构；并且虚线单线表示子组件。

参考图25A，作为钳口闭合传输组件的一部分的近侧本体联接到梭状件2046并因此与其一起平移，从而将运动传输到与近侧本体附接或联接的钳口闭合传输构件2038。钳口闭合传输构件2038位于远端处。在其远端上，钳口闭合传输构件联接到远侧本体，该远侧本体进而直接地或经由机构联接到端部执行器组件2010中的移动钳口2012，该机构将远侧本体的平移转换成移动钳口2012相对于框架2016(和固定钳口2014)围绕枢转轴线4的旋转以产生钳口闭合运动。近侧本体、钳口闭合传输构件和各种中间本体(例如，中间本体1和中间本体2)都是钳口闭合传输组件的一部分。近侧本体可以经由刚性/直接联接或经由接头/机构联接到梭状件，如由三线表示的。类似地，远侧本体可以经由直接/刚性联接或经由接头/机构联接到移动钳口。图25A示出了“中间本体1”和“中间本体2”以及它们之间的接头/机构，以描绘钳口闭合传输组件内可以存在的各种类型的部件。在传输组件内可以存在多于两个的中间本体、接头/机构和传输构件。

在映射到图25A所示的配置映射图的工具设备中，通过滚动输入部2050相对于手柄本体2026的旋转来产生EE滚动运动。该配置映射图与图22B中呈现的工具设备的β配置相关。上面描述了用于该β配置的EE滚动运动从手柄组件2022到EE组件2010的传输。在输入端处，梭状件2046具有相对于拨轮2024围绕轴线1的滚动DoC。因此，当使用者旋转拨轮2024时，梭状件2046也旋转。在推杆2044与梭状件2046之间还存在围绕轴线1的滚动DoF，使得梭状件2046可以相对自由地旋转，而不受也源自手柄组件2022内(在闭合输入部2048处)的钳口闭合传输的影响。手柄组件2022内的梭状件2046(离散本体)的存在保持了钳口闭合传输组件与滚动传输组件之间的独立性。

在现有技术中，存在遵循图25B中所示的另一工具设备配置映射图的工具设备，其在手柄组件2022内缺少梭状件2046。该配置映射图不包含基于图24A或图24B的约束映射图的手柄组件。除了梭状件之外，图25B中所示的手柄组件2022内的所有其他本体和相关联的接头均对应于图24B中所示的手柄组件约束映射图。钳口闭合运动通过闭合输入部2048的致动而从工具设备的近端传输到EE组件2010，引起推杆2044相对于手柄本体2026沿着方向1的平移。闭合本体或推杆2044还通过近侧本体连接到钳口闭合传输构件2038。传输构件的该近侧本体或近端具有相对于推杆2044沿着方向1的平移DoC。因此，推杆2044的平移被传输到近侧本体和/或传输构件的近端，这两者都存在于钳口闭合传输组件内。近侧本体刚性地连接或联接到钳口闭合传输构件2038的近端。可替代地，近侧本体可以简单地为钳口闭合传输构件2038的相对刚性端部近端。在钳口闭合传输组件内，可以存在刚性地联接到钳口闭合传输构件2038的远端的远侧本体，或者存在本身是钳口闭合传输构件2038的远端的远侧本体。此外，如在图25A的情况下，该远侧本体可以直接地或经由机构联接到EE组件2010的移动钳口2012，该机构将钳口闭合传输构件2038(以及因此远侧本体)的平移转换成移动钳口2012相对于EE框架/固定钳口的旋转。该机构可以包含连杆、齿条和小齿轮组件、滑轮、凸轮、销等。

在图25B的某些情况下，远侧本体或钳口闭合传输构件2038的远端可具有相对于移动钳口2012围绕轴线2的滚动DoC(例如，经由键合特征或销)，使得移动钳口2012围绕轴线2的旋转引起远侧本体或钳口闭合传输构件2038的远端的旋转。EE滚动运动是通过滚动输入部2050(或直接是拨轮2024)相对于手柄本体2026的旋转产生的。该配置映射图(图25B)也与图22B中呈现的工具设备的β配置对准。对于该β配置，以上描述了滚动输入部2050(拨轮2024)相对于手柄本体2016(手柄组件2022的所有部分)的EE滚动旋转经由输入关节接头2040到工具框架2032和轴2011的传输，并且进一步经由输出关节接头2020到EE组件2010的传输。最终，EE组件2010的滚动旋转引起EE框架2016、固定钳口2014和移动钳口2012也围绕轴线2滚动旋转。

如上所述，由于围绕轴线2的滚动DoC的存在，移动钳口2012围绕轴线2的旋转也可以引起远侧本体或钳口闭合传输构件2038的远端的旋转。尽管在该配置中钳口闭合传输构件2038不传输滚动旋转，但由于EE滚动运动其围绕其质心轴线旋转。在器械的远端处开始的钳口闭合传输构件2038的旋转应该理想地在其与近端本体接合的近端处具有对应的匹配旋转。在远端的旋转在近端上不具有匹配旋转的情况下，可能导致不必要的能量存储和浪费以及其他功能性问题，诸如由于钳口闭合传输构件2038的扭转而导致的卡住，并且因此可能影响EE滚动运动和钳口闭合运动。这突出了在图25A的配置映射图中存在而在图25B中不存在的分立梭状件部件的重要性。

对于图25B的工具设备配置映射图，钳口闭合传输构件2038(并且更一般地，钳口闭合传输组件)必须具有某些设计特性。即使它不传输滚动旋转，它也必须围绕其质心轴线是扭转刚性的以及是轴向刚性的。在它与闭合本体或推杆2044接合之前，它还必须沿着轴在其整个长度上具有低摩擦或无摩擦的接合部。它还必须在其近端处具有相对于推杆2044围绕轴线1的滚动DoF。该滚动DoF接头有助于允许近侧本体(或钳口闭合传输构件2038的近端)的旋转与远侧本体(或钳口闭合传输构件2038的远端)的旋转相同。

因此，只有当近侧本体(或钳口闭合传输构件2038的近端)相对于推杆2044之间存在有效的滚动DoF接头，并且钳口闭合传输构件2038(以及钳口闭合传输组件)在扭转(即，围绕其质心轴线或滚动旋转轴线)中具有足够的刚度时，缺少梭状件2046(如在现有技术的情况下)才是可接受的。必须要确保钳口闭合传输构件能够自由旋转而不围绕其质心轴线扭转并且不影响EE滚动运动或钳口致动。梭状件2046以及梭状件2046与拨轮2024之间围绕轴线1的滚动DoC的存在提供了有效的解决方案，并且减轻了对上述设计特征(即，钳口闭合传输构件2038的高扭转刚度和轴向刚度)的需要。这意味着具有轴向刚性但不具有扭转刚性的缆线可以用作β配置的工具设备中的钳口闭合传输构件。使用这种钳口闭合传输构件的优点在于其在弯曲方面也是柔性的，这允许在输出关节接头2020处具有紧密的弯曲半径和大范围的关节运动。

与图25A中所示的工具设备配置映射图相反，存在基于另一配置映射图(图25C)的工具设备，其中手柄组件2022不包括梭状件2046。在图25C中，除了梭状件之外，手柄组件2022内的所有其他本体和相关联的接头均被映射到图24B中所示的约束映射图。图25C的该工具设备配置符合图22A中所示的工具设备的α配置。如在α配置的描述中所述，可以存在两个传输接合部和相关联的传输组件和传输构件：一个用于钳口闭合传输，一个用于滚动旋转传输。这两个传输接合部和相关联的传输构件可以是不同的或组合的。换言之，相同的传输构件可以用作钳口闭合传输构件以及滚动旋转传输构件。后一种情况在图25C的工具设备配置映射图中示出。这里，作为“组合的滚动旋转和钳口闭合传输组件”的一部分的近侧本体或是刚性地连接/联接到“组合的滚动旋转和钳口闭合传输”构件的远端。滚动输入部2050的滚动旋转经由滚动输入机构(稍后描述)传输到拨轮2024。滚动旋转经由接头从拨轮2024传输为滚动到近侧本体(或组合的滚动旋转和钳口闭合传输构件的近端)，该接头提供相对于拨轮2024围绕轴线1的滚动DoC和沿着方向1的平移DoF。此外，该近侧本体(或组合的滚动旋转和钳口闭合传输构件的近端)经由接头连接到闭合本体或推杆2044，该接头提供沿着轴线1的平移DoC和围绕轴线1的旋转DoF。作为组合的滚动旋转和钳口闭合传输组件的一部分的远侧本体(或组合的滚动旋转和钳口闭合传输构件的远端)经由接头/机构联接到EE组件2010(具体地EE框架2016和移动钳口2012)。该机构允许远侧本体相对于EE框架2016的相对平移(即，沿着轴线2的DoF)，但是约束并因此传输两者之间的滚动(即，例如经由键合特征围绕轴线2的DoC)。该机构还将远侧本体(或组合的滚动旋转和钳口闭合传输构件的远端)联接到移动钳口2012，以将前者的平移转换成后者(即，移动钳口2012)相对于EE框架/固定钳口围绕枢转轴线4的旋转，以产生钳口闭合运动。该机构可以包含连杆、齿条和小齿轮组件、滑轮、凸轮、销、齿轮、缆线等。

该功能可能要求组合的滚动和钳口闭合传输构件具有某些设计特性。该近侧本体或该传输构件的近端应具有相对于闭合本体或推杆2044的至少1个DoF(滚动旋转)的接头。该接头可以使用推力轴承、润滑滑动轴承等经由近侧本体(或传输构件的近端)与推杆2044之间的轴承接合部来实现。该传输构件还必须围绕其质心轴线具有扭转刚性以及具有轴向刚性的(在张紧和压缩下)，以分别传输滚动旋转和钳口闭合致动。扭转刚度必须是高的，不仅为了传输滚动，而且还使得推杆/闭合本体2024与近侧本体(或传输构件的近端)之间的接头(该接头应提供围绕轴线1的旋转DoF和沿着轴线1的平移DoC)处的任何摩擦不会导致传输构件扭转(即，扭转卷绕)，特别是当经由传输构件施加钳口闭合致动力时。大轴向刚度和扭转刚度的这些设计特征也影响传输构件的弯曲能力，这限制了工具设备在输出关节接头2020处提供大范围关节运动和紧密弯曲半径的能力。例如，具有小直径的编结缆线(虽然在可弯曲性方面是理想的)对于该传输构件不是理想的，因为这样的缆线在压缩时既不是关于其质心轴线具有扭转刚性的，也不是轴向刚性的。较刚性的传输构件(例如，实心线、单丝或具有大直径的粗编结缆线)提供期望的高轴向刚度(在拉伸和压缩时)和扭转刚度，在弯曲时其端部也太硬，从而使得在输出关节接头处难以实现大关节运动和紧密弯曲半径。这示出了基于图25C的工具设备配置映射图的缺少分立的梭状件本体/部件的现有技术工具设备的局限性。在没有梭状件及其相关联的明确限定和适当设计的相对于滚动本体和闭合本体的相应接头的情况下，组合的钳口闭合传输构件必须满足上述高轴向刚性和扭转刚性的要求。这些要求不利地影响该传输构件的可弯曲性，从而限制输出关节接头的关节运动范围和紧密弯曲半径。

在该配置(图25C)中，没有在推杆/闭合本体2044与近侧本体(或传输构件的近端)之间提供围绕轴线1的滚动DoF的明确限定的轴承接合部。这种明确限定和适当设计的轴承接合部隔离了高钳口闭合传输载荷(例如轴向张紧或力)对传输构件的影响。然而，由于在该配置中在手柄组件2022内缺少梭状件本体，因此组合的滚动和钳口闭合传输构件需要上述设计特性(例如，足够高的扭转刚度)，这限制了关节运动性能。

手柄组件实施例—映射到约束映射图A和B

图26示出了手柄组件2022的实施例，其包括手柄本体2026、闭合输入部2048、推杆2044、拨轮2024和梭状件2046。该手柄组件2022是遵循图24A-图24B中所示的约束映射图的实施例。滚动输入部2050以其最简单的形式表示为拨轮2024本身。这里，拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转引起梭状件2046围绕轴线1的旋转。在拨轮2024与手柄本体2026之间存在由润滑材料(例如，Delrin、Teflon、PEEK、PTFE涂覆的铝)制成的滑动轴承2052。在梭状件2046与推杆2044之间存在推力轴承2054。在拨轮2024与梭状件2046之间存在围绕方向1的滚动DoC接头。在闭合输入部2048与推杆2044之间存在闭合输入机构2056，使得闭合输入部2048的致动引起推杆2044沿着方向1的平移，同时推杆2044具有相对于手柄本体2026围绕方向1的滚动DoC接头。因此，在推杆2044与手柄本体2026之间存在棱柱形接头2058。如果不存在该滚动DoC接头，则推杆2044与梭状件2046之间的滚动摩擦将导致推杆2044将摩擦滚动扭矩传输到闭合输入部2048。由于在闭合输入部2048与手柄本体2026之间的枢转接头处引入反作用载荷，这可能导致对于致动闭合输入部2048的高的力需求。在推杆2044与梭状件2046之间的低滚动摩擦的情况下，可能不需要该滚动DoC。

在图26所示的实施例中，闭合输入机构2056由齿条和小齿轮组2060传输组件表示。这里，闭合输入部2048是具有一体形成的小齿轮的手柄杠杆，而推杆2044具有一体形成到其中的齿条。当闭合输入部2048围绕其枢转轴线相对于手柄本体2026旋转时，齿条可以沿着方向1来回移动。此外，棱柱形接头2062的存在提供了相对于手柄本体2026沿着方向1的平移DoF。

图27示出了手柄组件2022的另一实施例，其包括手柄本体2026、拨轮2024、推杆2044、闭合输入部2048和梭状件2046。该手柄组件2022是遵循图24A-图24B中所示的约束映射图的实施例。滚动输入部2050以其最简单的形式表示为拨轮2024本身。这里，拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转引起梭状件2046围绕轴线1的旋转。在拨轮2024与手柄本体2026之间存在由润滑材料(例如，Delrin、Teflon、PEEK、PTFE涂覆的铝)制成的滑动轴承2064。在梭状件2046与推杆2044之间存在推力轴承2066。当拨轮2024用作滚动输入部2050时，在拨轮2024与梭状件2046之间存在围绕轴线1的滚动DoC接头。在闭合输入部2048与推杆2044之间存在闭合输入机构2056，使得其引起推杆2044沿着方向1的平移，同时推杆2044具有相对于手柄本体2026围绕轴线1的滚动DoC接头。因此，在推杆2044与手柄本体2026之间存在棱柱形接头2068。闭合输入机构2056由存在于闭合输入部2048与推杆2044之间的螺旋机构2070组成。

在图27所示的实施例中，作为该螺旋机构2070的一部分，闭合输入部2048用作螺杆，而推杆2044用作螺母。闭合输入部2048具有相对于手柄本体2026沿着方向1的平移DoC接头和相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转DoF。螺杆(这里是闭合输入部2048)的螺纹与螺母(推杆2044)匹配。推杆2044具有相对于手柄本体2026沿着方向1的平移DoF和相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转DoC。因此，螺杆的旋转引起推杆2044的平移。该闭合输入部2048(螺杆)可以由使用者通过转动螺杆的近端或经由致动器(例如，步进或伺服马达)来操作。此外，取决于包含该手柄组件2022的应用的其他要求，这里示出的螺杆可以是导螺杆或滚珠螺杆。尽管图27示出了远侧上的闭合输入部2048与手柄本体2026之间的轴承，但可能存在其中在近侧上可能需要闭合输入部2048与手柄本体2026之间的轴承接合部的应用。类似地，尽管梭状件2046与推杆2044之间的轴承被示出在近侧上，但是可能存在其中在远侧上可能需要闭合输入部2048与手柄本体2026之间的轴承接合部的应用。

图28A示出了手柄组件2022，其包括手柄本体2026、推杆2044、闭合输入部2048、拨轮2024和梭状件2046。该手柄组件2022是遵循图24A-图24B中所示的约束映射图的实施例。滚动输入部2050以其最简单的形式表示为拨轮2024本身。这里，拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1’的旋转引起梭状件2046围绕轴线1’的旋转。在拨轮2024与手柄本体2026之间存在由润滑材料(例如，Delrin、Teflon、PEEK、PTFE涂覆的铝)制成的滑动轴承(例如衬套)或滚珠轴承。在梭状件2046与推杆2044之间存在推力轴承2072。梭状件2046也相对于拨轮2024沿着方向1’平移，并且因此具有相对于拨轮2024的棱柱形接头2074。当拨轮2024用作滚动输入部2050时，在拨轮2024与梭状件2046之间存在滚动DoC接头。在闭合输入部2048与推杆2044之间存在闭合输入机构2056，使得其引起推杆2044沿着与方向1不同的路径平移。而且，推杆2044具有相对于手柄本体2026围绕轴线1的滚动DoC接头。

在图28A所示的实施例中，该闭合输入机构2056包括柔性构件2076(例如，柔性线)，该柔性构件能够沿着一定角度θ(这里为90度)弯曲并沿着其质心轴线方向平移。该轴线被定义为轴线1’。因此，该柔性线具有相对于手柄本体2026沿着轴线1’方向的平移DoF，并且通过手柄本体2026的全部围绕线存在的引导特征被限制为沿着该轴线方向运动。线的柔性提供了弯曲的能力，但是线沿着其质心轴线需要是刚性的，使得其将运动从闭合输入部2048传输到推杆2044。该线可以是镍钛诺线、包括刚性构件(如弹簧钢和弹性体树脂)的聚合物复合物等。

该闭合输入机构2056可以包括柔性线，该柔性线是柔性的以弯曲但沿着其质心轴线是刚性的，或者如图28B所示，该柔性线可以是围绕轴线1”的单个DoF枢转接头的串联链，其中轴线1”垂直于轴线1和轴线1’两者。图28B中示出了一实施例，示出具有这种枢转接头的枢转链2078。图28C示出了枢转链2078的使用，其中闭合输入机构2056由枢转接头的串联链2078组成，这些枢转接头由存在于手柄本体2026内的狭槽特征引导。在它们的两端处，柔性线或接头的串联链可以分别刚性地连接到闭合输入部2048和推杆2044。

图29A-图29B示出了手柄组件2022，其包括手柄本体2026、推杆2044、拨轮2024、滚动输入部2050和梭状件2046。手柄组件2022是遵循图24A-图24B中所示的约束映射图的实施例。在拨轮2024与手柄本体2026之间存在滚珠轴承2080。在梭状件2046与推杆2044之间存在推力轴承2082。存在滚动输入部2050，其是经由滚动输入传输与拨轮2024接合的分立部件。滚动输入部2050相对于手柄本体2026围绕垂直于轴线1的轴线1’的旋转经由锥齿轮组件2084被传输到拨轮2024。滚动输入部2050和拨轮2024用作锥齿轮组，使得滚动输入部2050围绕轴线1’的旋转被传输到拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转。这里，这些齿轮将滚动输入部2050的旋转传输到拨轮2024，其中滚动输入部2050和拨轮2024的相应轴线(轴线1)之间的角度为90°。这些齿轮可以被设计成在轴线1与轴线1’之间以其他角度接合。拨轮2024的该旋转引起梭状件2046围绕轴线1的旋转。梭状件2046还相对于拨轮2024沿着方向1方向平移。闭合输入部2048以其最简单形式的推杆2044的形式存在。在推杆2044与手柄本体2026之间存在沿着方向1的平移DoF。尽管图29示出了推杆2044与手柄本体2026之间在远侧上的轴承，但是可能具有在闭合输入部2048与手柄本体2026之间的轴承接合部可能在远侧上被需要的应用。

图30A-图30B(分别为前视图和等距视图)示出了手柄组件2022，其包括手柄本体2026、推杆2044、拨轮2024和梭状件2046。该手柄组件2022是遵循图24A中所示的约束映射图的实施例。这里，拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转引起梭状件2046围绕轴线1的旋转。滚动输入部2050以其最简单的形式表示为拨轮2024本身。当拨轮2024用作滚动输入部2050时，在拨轮2024与梭状件2046之间存在滚动DoC接头。该图未示出闭合输入部2048和闭合输入机构2056。该实施例将拨轮-梭状件接合部示出为允许梭状件2046沿着方向1平移的顺应机构2086。而且，手柄本体-推杆接合部由顺应机构2088组成，在推杆2044具有相对于手柄本体2026围绕轴线1的滚动DoC接头的同时，该顺应机构允许推杆2044沿着方向1的平移。该顺应机构(2086、2088)可以由径向连接在手柄本体2026与推杆2044之间、以及径向连接在拨轮-梭状件之间的2个平行梁组成。而且，在推杆2044与梭状件2046之间存在围绕轴线1的滚动DoF和沿着方向1的平移DoC。

图30C、图30D和图30E示出了提供沿着方向1的1DoF平移的挠曲或顺应轴承的实施例。这种挠曲轴承可以用作拨轮2024与梭状件2046和/或手柄本体2026与推杆2044之间的接合部。图30C示出了线性1-DoF线性挠曲轴承2090。图30D示出了正交平面弹簧2092。当内环沿着轴线1被推动时，正交平面弹簧2092有助于内环相对于外环的线性运动。这里，外环可以与拨轮2024一体形成，而内环可以连接到梭状件2046。类似地，外环可以与手柄本体2026一体形成，而内环可以在结构上连接到推杆2044。

手柄组件约束映射图C

图31A呈现了示出四本体系统的约束映射图，该四本体系统包括闭合本体2044、手柄本体2026、滚动输入部2050和梭状件2046。在闭合本体2044与手柄本体2026之间存在至少1-DoF接头或机构。在滚动输入部2050与手柄本体2026之间存在提供围绕轴线1的旋转的1-DoF旋转接头和沿着方向1的1平移DoC。在梭状件2046与滚动输入部2050之间还存在沿着方向1的1-DoF平移接头和约束围绕轴线1的旋转的1旋转DoC接头。因此，存在于闭合本体2044与手柄本体2026之间的1-DoF接头/机构的输出被传输到梭状件2046相对于滚动输入部2050的1DoF平移。该传输可以经由传输构件或通过可存在于梭状件2046与闭合本体2044之间的一个或多个DoF接头发生。该手柄组件2022可以是由长形工具轴2011组成的设备/器械的一部分，该长形工具轴在其远端处具有EE组件2010(如图23所示)。长形工具轴2011可以位于手柄组件2022的远侧。如前所述，EE组件2010可以由移动钳口2012和固定钳口2014组成。梭状件2046相对于滚动输入部2050沿着方向1的平移可以引起移动钳口2012相对于固定钳口2014的相对运动。而且，滚动输入部2050的旋转可以引起EE组件2010围绕其滚动轴线的旋转。

图31B呈现了示出六本体系统的扩展约束映射图，该六本体系统包括闭合本体2044、手柄本体2026、滚动本体2024、梭状件2046、闭合输入部2048和滚动输入部2050。在闭合本体2044与手柄本体2026之间存在至少1-DoF接头或机构。该约束映射图C'是图31A中所示的约束映射图C的扩展。在闭合输入部2048与闭合本体2044之间存在闭合输入机构2056，使得平移输入可以经由闭合输入部2048被传输。在滚动输入部2050与滚动本体2024之间还存在滚动输入机构2094，使得旋转输入可以经由滚动输入部2050被传输。这两个机构中的每个都通过在闭合输入部2048与闭合本体2044之间以及在滚动输入部2050与滚动本体2024之间提供DoC而有助于传输运动。在以下部分中示出的实施例映射到约束映射图C。由于约束映射图B是约束映射图A的扩展，类似地，约束映射图C’是约束映射图C的扩展。

手柄组件实施例—映射到约束映射图C

图32A-图32B表示手柄组件2022，其包括手柄本体2026、闭合本体2044、滚动输入部2050和梭状件2046。该实施例映射到图31中所示的约束映射图。这里，滚动输入部2050当以其最简单的形式存在时可以被称为滚动输入部2050。滚动输入部2050相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转引起梭状件2046围绕轴线1的旋转。而且，梭状件2046可以相对于滚动输入部2050沿着方向1平移。因此，梭状件2046相对于滚动输入部2050具有棱柱形接头2096。梭状件2046是朝向近端延伸的长形构件，使得其具有与闭合本体2044接合的球形/椭圆形端部。闭合本体2044被示出为具有相对于手柄本体2026的1-DoF旋转接头的杠杆。使用者在枢轴的一端上触发该输入，这引起其另一端围绕枢转轴线旋转。该另一端与梭状件2046接合。因此，梭状件2046的球形端部与闭合本体2044接合。闭合本体2044具有两个叉尖或叉骨状或狭槽特征，其可以通过拉动梭状件2046的球形端部来拉动梭状件2046。闭合本体2044上的该特征可以具有拉动梭状件的近端和/或推动梭状件2046的近端的特征。

当闭合本体2044围绕枢轴旋转时，其两个叉尖端部围绕枢转接头轴线旋转。该端部产生梭状件的近端沿着方向1的平移。梭状件2046的近端的平移引起与滚动输入部2050接合的梭状件2046的远端的平移。因此，当闭合本体2044(杠杆)围绕其枢转轴线旋转时，梭状件2046与闭合本体2044之间的接合部使得梭状件2046的近端相对于闭合本体2044平移，以产生相对于滚动输入部2050沿着方向1的平移。图32A和图32B示出了梭状件2046的球形/椭圆形端部。该端部可以是圆锥形的或锚状的或可以与闭合本体2044接合的任何其他特征，以产生梭状件2046沿着方向1的平移。而且，该平移可以朝向近端和/或朝向远端。

图33示出了手柄组件2022，其包括手柄本体2026、滚动输入部2050、闭合本体2044和梭状件2046。该实施例映射到图31中所示的约束映射图。这里，滚动输入部2050当以其最简单的形式存在时被称为滚动输入部2050。滚动输入部2050相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转引起梭状件2046围绕轴线1的旋转。而且，梭状件2046可以相对于滚动输入部2050沿着方向1平移。因此，梭状件2046具有相对于滚动输入部2050的棱柱形接头2098。在闭合本体2044与手柄本体2026之间存在螺旋机构3010。闭合本体2044用作螺杆，并且手柄本体2026用作螺母。手柄本体2026由使用者保持静止，而闭合本体2044(螺杆)由使用者致动。因此，闭合本体2044通过围绕轴线1旋转以及沿着方向1平移而相对于手柄本体2026运动。这里，手柄本体2026用作局部基准。在闭合本体2044的远端处，在闭合本体2044与梭状件2046之间存在球形接头，使得梭状件2046可以相对于闭合本体2044围绕轴线1旋转。而且，由于该球形接头的存在，闭合本体2044(螺杆)的远端相对于手柄本体2026的旋转不会引起旋转传输到梭状件2046。闭合本体2044的远端的平移引起平移传输到梭状件2046。因此，梭状件2046相对于滚动输入部2050沿着方向1平移。这里，可以通过使用者手动地或使用机械致动器或经由机电致动器(例如，线性马达)旋转闭合本体2044的近端来进行螺杆的致动。

图34A示出了通常在汽车应用中用作离合器组件的一部分的膜片弹簧3012。膜片弹簧3012被预弯曲并且朝向一个方向偏置。当弹簧3012沿相反方向偏转时，它倾向于回到其预弯曲配置。

图34B和图34C(相同组件的不同视图)示出了手柄组件2022，其包括手柄本体2026、闭合本体2044、滚动本体2024和梭状件2046。该实施例映射到图31中所示的约束映射图。这里，滚动本体2024当以其最简单的形式存在时可以被称为滚动输入部2050。滚动输入部2050相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转引起梭状件2046围绕轴线1的旋转。而且，梭状件2046可以相对于滚动输入部2050沿着方向1平移。因此，梭状件2046具有相对于滚动输入部2050的棱柱形接头3014。存在与膜片弹簧3012接合的闭合本体2044。如图34A所示，该弹簧3012用于与梭状件2046接合，使得其产生梭状件2046相对于滚动输入部2050沿着方向1的平移。因此，闭合本体2044相对于手柄本体2026产生1DoF(如图31中所示的约束映射图C中所提及的)。弹簧3012由外环组成，该外环相对于手柄本体2026被约束并且具有内孔口。顺应的径向梁位于外环与内孔口之间，该径向梁可以偏转以产生内孔口的位移。闭合本体2044可以具有长形构件(闭合输入部2048，如图34B-图34C所示)，使用者可以致动并偏转上述径向梁。

梭状件2046是长形构件，其在经由棱柱形接头3014与滚动输入部2050配合的特征的近侧伸长。梭状件2046的近端可以是球形端部或椭圆形端部或可以被约束到膜片弹簧3012的内孔口的类似特征。一旦梭状件2046与该孔口配合，膜片弹簧3012相对于手柄本体2026的偏转就会经由拉动梭状件2046的近端而引起梭状件2046的平移。弹簧3012的该偏转可以经由围绕内孔口拉动的缆线或经由如图34A-图34B所示的延伸到手柄组件2022外部的长形刚性构件发生。

如上所述，弹簧3012的偏转可以经由拉动缆线或膜片弹簧3012的刚性延伸来执行。在使用缆线的情况下，缆线可以相对于手柄组件2022沿着方向1被约束。这里提到的缆线构成闭合输入机构2056。该闭合输入机构2056也可以由编结缆线或镍钛诺线或连杆机构或其他类似的传输装置组成。在滚动输入部2050旋转时，梭状件2046的球形端部将相对于膜片弹簧3012围绕轴线1旋转。球的该滑动可能需要相对于闭合本体2044的推力轴承或滚珠轴承接合部的存在。或者球可以由润滑材料(例如，POM/乙缩醛、PEEK、PTFE等)制成，以防止由于在该接合部处与闭合本体2044的摩擦而对滚动的影响。

手柄组件实施例—离散拨轮旋转(旋转阻力构件)

图35A-图35C示出了滚动输入部2050和梭状件2046的配置，其可以是映射到图24A、图24B或图31中所示的任何一个约束映射图的手柄组件2022的一部分。这里，滚动输入部2050当以其最简单的形式存在时可以被称为拨轮2024。拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转引起梭状件2046围绕轴线1的旋转。而且，梭状件2046可以相对于拨轮2024沿着方向1平移。因此，梭状件2046具有相对于拨轮2024的棱柱形接头。

在该实施例中，拨轮2024和梭状件2046接合部形成两个单向棘轮。存在棘轮的一个益处是在拨轮2024围绕轴线1顺时针(CW)或逆时针(CCW)旋转时提供离散的运动反馈。图35A示出了其中拨轮2024围绕轴线1的CCW旋转在拨轮2024与梭状件2046之间产生相对运动的配置。在拨轮2024与梭状件2046之间存在顺应离合器机构，使得当拨轮2024CCW旋转时，拨轮2024的用作棘爪的顺应部分偏转并跳过梭状件2046上存在的成角度的齿轮廓。然而，当拨轮2024CW旋转时，它引起梭状件2046的旋转以及其自身围绕轴线1的旋转。在图35A中示出的该实施例被称为逆时针棘轮。

图35B示出了其中拨轮2024围绕轴线1的CW旋转在拨轮2024与梭状件2046之间产生相对运动的配置。在拨轮2024与梭状件2046之间存在顺应离合器机构，使得当拨轮2024CW旋转时，拨轮2024的用作棘爪的顺应部分偏转并跳过梭状件2046上存在的成角度的齿轮廓。而当拨轮2024CCW旋转时，它引起梭状件2046的旋转以及其自身围绕轴线1的旋转。在图35B中示出的该实施例被称为顺时针棘轮。

图35C示出了将图35A和图35B中所示的离合器机构示出为单个组件的一部分的实施例，其中来自图35A的梭状件2046使用公共轴和公共轴线(轴线1)联接到来自图35B的梭状件2046。而且，来自图35A的拨轮2024联接到来自图35B的拨轮2024，它们在沿着轴线1轴向间隔开的同时合并。图35C示出了拨轮-梭状件接合部的配置，其中拨轮2024围绕轴线1的CCW旋转将在部段1处产生拨轮2024与梭状件2046之间的相对运动，并且拨轮2024围绕轴线1的CW旋转将在部段2处产生拨轮2024与梭状件2046之间的相对运动。因此，在拨轮2024围绕轴线1的CCW旋转期间，将经由部段1中存在的棘轮系统实现离散的旋转反馈，并且在拨轮2024围绕轴线1的CW旋转期间，将经由部段2中存在的棘轮系统实现离散的旋转反馈。这样，使用者可以在旋转拨轮2024的同时接收触觉和/或音频和/或视觉反馈。而且，当拨轮2024以高的每分钟转数(rpm)旋转时，与没有棘轮的拨轮-梭状件配置相比，它将相对快速地停止。

图36A-图36C示出了手柄本体2026和拨轮2024，其可以是手柄组件2022的一部分，该手柄组件可以映射到图24A-图24B或图31中所示的约束映射图。这里，滚动输入部2050当以其最简单的形式存在时可以被称为拨轮2024。拨轮2024相对于手柄本体2026的旋转可以被控制，使得拨轮2024的角度定向可以经由锁定杠杆3016相对于手柄本体2026被锁定。

在该实施例中，位置锁定杠杆3016是在拨轮2024上枢转的I类杠杆。这些杠杆3016可以是单个或多个(例如，以一百二十度(120°)偏移定位的三个锁定杠杆，其可以由使用者的食指、中指和/或拇指操作)。这些杠杆3016也可以是弹簧加载的(例如，经由每个锁定杠杆的旋转枢轴处的扭转弹簧)，使得其总是朝向锁定状态被偏置。每个杠杆3016可以具有位于手柄本体2026上存在的许多狭槽中的一个的栓。

图36D示出了锁定杠杆3016和与锁定杠杆接合的手柄本体2026特征的分离横截面。一旦被按压，这些杠杆就升高到手柄本体2026上方，使得在拨轮2024围绕轴线1旋转时锁定杠杆可以旋转。当使用者释放这些杠杆时，杠杆位于手柄本体2026上的相应狭槽中，并锁定拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转。该机构提供了拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1的离散旋转，其中节距取决于手柄本体2026上与锁定杠杆接合的狭槽的节距。

图37A示出了双稳态旋转机构实施例(其可以是手柄组件的一部分)，示出了手柄本体2026与拨轮2024之间的接合部，使得拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转本质上是二元的。这些本体可以是手柄组件2202的一部分，该手柄组件可以映射到图24A-图24B或图31中所示的约束映射图。拨轮2024可以CW旋转一个离散角度，并且拨轮2024可以CCW旋转一个离散角度。这是可能的，因为存在图37B中单独示出的双稳态顺应机构3018，其存在于拨轮2024与手柄本体2026之间。双稳态顺应机构3018包括在一端连接到手柄本体并且在另一端连接到拨轮的平行梁的多个实例，随后是在一端附接到拨轮并且在另一端附接到手柄本体的平行梁的附加多个实例。这在手柄本体与拨轮之间形成相对的平行梁组的多个实例。

在图37A中，拨轮2024从给定配置(图37B中所示的双稳态顺应机构3018的稳定状态1)的CCW旋转将引起拨轮2024旋转一定角度。一旦双稳态顺应机构3018发现其另一个独特的稳定状态，它将停止拨轮2024的旋转。这使双稳态顺应机构3018中的每个进入稳定状态2，也在图37B中示出。类似地，拨轮2024从新配置CW旋转将使双稳态顺应机构3018回到其原始稳定配置，即，稳定状态1。在拨轮2024与手柄本体2026之间可以存在一个或多个这样的双稳态顺应机构3018。而且，拨轮2024相对于手柄本体2026在任一侧上围绕轴线1的旋转量可以取决于作为双稳态顺应机构3018的一部分的平行梁的长度。

图38A示出了由手柄本体2026和拨轮2024组成的实施例。该实施例可以包含在映射到图24A-图24B或图31中所示的约束映射图的手柄组件2202中。在该实施例中，存在容纳在框架3022中的棘爪弹簧3020。该棘爪弹簧3020位于拨轮2024上的棘爪特征中，该棘爪特征以一定节距围绕拨轮2024的周向定位。用于棘爪弹簧3020的框架3022可以被放置在轨道上，使得它可以相对于手柄本体2026沿着方向1平移。可以由使用者使框架3022相对于手柄本体2026运动，以使拨轮2024相对于手柄本体2026的旋转在离散或连续状态之间进行切换。

在离散状态下，拨轮2024可以相对于手柄本体2026旋转，使得其基于拨轮2024上的棘爪特征的节距而离散地旋转。在连续状态下，拨轮2024可以相对于手柄本体2026自由地旋转。也可以使用推动-推动按钮3024使框架3022相对于手柄组件2202在离散或连续状态被锁定。推动-推动按钮3024要求框架3022沿着方向1朝向手柄本体2026运动，以推动按钮，从而将框架3022锁定在连续的拨轮2024旋转状态。为了将其重置回离散旋转状态，可能需要沿着方向1朝向手柄本体2026的另一推动。取代推动-推动按钮3024，可以存在其他机构，诸如用于创建两种状态的双稳态弹簧，或者用在许多圆珠笔中的旋转推动-推动按钮机构等。

图38B示出了与图38A中所示的实施例类似的实施例的示例。这里，计算机鼠标的部件可以被认为是手柄本体2026、拨轮2024和有助于在离散与连续的拨轮2024旋转状态之间进行切换的开关。按压按钮将棘爪或齿轮与拨轮2024的外表面接合。拨轮2024的外表面具有狭槽或锯齿或齿轮齿特征。这样，拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转在每个特定角度旋转(取决于拨轮2024上的锯齿/狭槽的节距)上提供触觉反馈。

手柄组件约束映射图D

图39示出了表示手柄本体2026与“3DOF接头”之间的DoF和DoC约束映射图。该“关节滚动输入部(Art-roll Input)”可以替换图24A-图24B或图31中所示的约束映射图中的滚动输入部2050和/或拨轮2024，以产生手柄组件2022，该手柄组件包括关节运动输入接头以及现有功能，即，滚动输入部2050的旋转引起端部执行器的旋转，并且闭合输入部2048的致动引起移动钳口2012相对于固定钳口2014的闭合。这里，“关节滚动输入部”可以被描述为包括两个部件(即，“滚动输入”(如上所述)和“关节拨轮”)的组件。关节拨轮相对于滚动输入部2050或手柄本体2026具有2-DoF接头，通过分别围绕俯仰轴线和偏转轴线旋转而产生俯仰运动和偏转运动。该2-DoF接头/机构被称为关节输入机构。

该手柄组件2022可以是包括长形工具轴2011和位于工具轴2011的远端处的EE组件2010的设备的一部分。在工具轴2011与EE组件2010之间还可以存在关节运动输出接头2020。关节输入机构可以是连续的或平行的运动机构，其将俯仰和偏转旋转作为输入，并且可以将其传输到存在于工具轴2011与EE组件2010之间的输出关节接头2020，从而分别产生端部执行器的俯仰和偏转运动输出运动。

手柄组件实施例-映射到约束映射图D

图40至图42示出了手柄组件2022，特别是仅示出了称为手柄本体2026和关节滚动输入部的部件。这些图中的一些还可以包含滚动传输构件3026，其在滚动输入部2050与EE组件2010之间传输滚动运动以产生旋转。这些图中的一些还可以包含关节运动传输构件，该关节运动传输构件将关节运动(俯仰和偏转运动)从关节输入机构传输到关节输出机构。而且，在这些实施例中，“滚动输入”以其最简单的形式存在，如拨轮2024。术语，即“滚动输入”、“拨轮”和“滚动拨轮”可以在说明书中互换使用。

在图40中，在关节拨轮3028与手柄本体2026之间存在2-DoF俯仰和偏转旋转接头。此外，在滚动拨轮2024与关节拨轮3028之间存在1-DoF旋转接头3030。存在刚性地安装到关节拨轮3028的俯仰运动传输构件和偏转运动传输构件，使得它们分别捕获俯仰运动和偏转运动。这些构件在图40中被称为缆线。这些缆线可以是由镍钛诺、凯夫拉(Kevlar)、编结不锈钢/钨组件或柔性聚合物或这些材料的组合制成的柔性线。每个缆线或一对缆线可以传输由于关节拨轮3028相对于手柄本体2026的相应俯仰运动(或偏转运动)而导致的俯仰运动(或偏转运动)。使关节拨轮3028移动以产生俯仰运动在俯仰缆线上产生拉力。类似地，使关节拨轮3028运动以产生偏转运动在偏转缆线上产生拉力。组合这些运动以产生由关节拨轮3028的俯仰和偏转运动组成的复合运动在俯仰和偏转缆线上产生拉力。

可以存在由工具框架、刚性地附接到工具框架的长形工具轴和位于工具轴的远端处的EE组件组成的设备。在工具轴与EE组件之间可以存在2-DoF输出关节接头。2-DoF关节运动输出接头经由俯仰和偏转传输构件连接到2-DoF关节运动输入接头。在该布置中，俯仰缆线和偏转缆线连接到输出关节接头，并且可以被布置穿过工具框架和/或工具轴。而且，EE组件可以相对于参考基准或工具轴旋转。在该布置中，滚动拨轮刚性地附接到滚动传输构件，使得滚动拨轮的旋转可以经由滚动传输构件引起EE组件围绕工具轴线的旋转。2-DoF弹簧接头可以使用螺旋弹簧、柔性螺旋弹簧或柔性聚合物组件来构造。它可以由这些材料的组合形成。

图41示出了由手柄本体2026、滚动拨轮2024和关节拨轮3028组成的手柄组件2022。这里，手柄本体2026用作参考基准，并且滚动拨轮2024具有相对于手柄本体2026围绕轴线1的1旋转DoF。在关节拨轮3028与滚动拨轮2024之间存在2DoF关节接头，使得关节拨轮3028相对于滚动拨轮2024的俯仰和偏转运动分别由俯仰编码器3032和偏转编码器3034编码。俯仰编码器3032和偏转编码器3034分别围绕俯仰轴线和偏转轴线旋转。关节拨轮3028被表示为球形球，其最终旋转两个辊，即，俯仰辊和偏转辊。这些辊在此被描述为“编码器”。由相应的编码器3032、3034编码的俯仰和偏转旋转数据可以被传输到工具轴2011与端部执行器之间的2-DoF输出关节接头。此外，滚动拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转可以被机械地编码或传输，从而引起端部执行器的旋转。滚动拨轮2024的旋转的机械传输可以经由刚性地安装到滚动拨轮2024的滚动传输构件发生。

图42示出了由手柄本体2026、滚动拨轮2024和关节拨轮3028组成的手柄组件2022。这里，手柄本体2026用作参考基准，并且滚动拨轮2024具有相对于手柄本体2026围绕轴线1的1旋转DoF。在关节拨轮3028与滚动拨轮2024之间存在2-DoF关节接头，使得关节拨轮3028相对于滚动拨轮2024的俯仰和偏转运动分别通过捕获俯仰和偏转换能器3036、3038中产生的应变来捕获。这些换能器3036、3038可以是压电条/板或智能记忆合金或其他应变换能器。由换能器3036、3038捕获的该应变被转换成电信号，该电信号可以被传输到工具轴2011与EE组件2010之间的2-DoF输出关节接头。此外，滚动拨轮2024相对于手柄本体2026围绕轴线1的旋转可以被机械地编码或传输，从而引起端部执行器的旋转。滚动拨轮2024的旋转的机械传输可以经由刚性地安装到滚动拨轮2024的滚动传输构件发生。

当特征或元件在本文中被称为在另一特征或元件“上”时，它可以直接在另一特征或元件上，或者也可能存在中间特征和/或其他元件。相反，当特征或元件被称为“直接在”另一特征或元件“上”时，不存在中间特征或元件。还应当理解，当特征或元件被称为“连接”、“附接”或“联接”到另一特征或元件时，它可以直接连接、附接或联接到另一特征或元件，或者可能存在中间特征或其他元件。相反，当特征或元件被称为“直接连接”、“直接附接”或“直接联接”到另一特征或元件时，不存在中间特征或元件。尽管关于一个实施例进行了描述或示出，但是如此描述或示出的特征和元件可以应用于其他实施例。本领域技术人员还将理解，提及与另一特征“相邻”设置的结构或特征以具有与相邻特征交叠或位于相邻特征之下的部分。

本文使用的术语仅用于描述实施例的目的，并不旨在限制本发明。例如，如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或其组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合，并且可以缩写为“/”。

为了便于描述，本文可以使用诸如“下方”、“下面”、“下”、“上方”、“上”等空间相对术语来描述如图所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。应当理解，除了图中所示的定向之外，空间相对术语还旨在涵盖装置在使用或操作中的不同定向。例如，如果图中的装置被倒置，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件将被定向为在其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方两者的定向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或处于其他定向)，并且相应地解释本文使用的空间相对描述语。类似地，除非另有明确说明，否则术语“向上”、“向下”、“竖直”、“水平”等在本文中仅用于解释的目的。

尽管本文可以使用术语“第一”和“第二”来描述各种特征/元件(包括步骤)，但是除非上下文另有说明，否则这些特征/元件不应受这些术语的限制。这些术语可以用于将一个特征/元件与另一特征/元件区分开。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一特征/元件可以被称为第二特征/元件，并且类似地，下面讨论的第二特征/元件可以被称为第一特征/元件。

在整个说明书和随后的权利要求书中，除非上下文另有要求，否则词语“包括”以及诸如“包含”和“含有”的变型意味着可以在方法和物品(例如，包括装置和方法的组成和设备)中共同采用各种部件。例如，术语“包括”将被理解为意味着包括任何所述元件或步骤，但不排除任何其他元件或步骤。

通常，本文描述的任何设备和方法应该被理解为包括性的，但是部件和/或步骤的全部或子集可以替代地是排他性的，并且可以表示为“由各种部件、步骤、子部件或子步骤组成”或替代地“基本上由各种部件、步骤、子部件或子步骤组成”。

尽管上面描述了各种说明性实施例，但是在不脱离由权利要求描述的本发明的范围的情况下，可以对各种实施例进行若干改变中的任何改变。例如，在替代实施例中，可以经常改变执行各种所描述的方法步骤的顺序，并且在其他替代实施例中，可以完全跳过一个或多个方法步骤。各种装置和系统实施例的可选特征可以包括在一些实施例中而不包括在其他实施例中。因此，前面的描述主要是为了示例性目的而提供的，并且不应被解释为限制权利要求中所阐述的本发明的范围。

如本文在说明书和权利要求书中所使用的，包括如在示例中所使用的，并且除非另有明确说明，否则所有数字可以被解读为好像以词语“约”或“大约”开头，即使该术语没有明确出现。当描述量级和/或位置以指示所描述的值和/或位置在值和/或位置的合理预期范围内时，可以使用词语“约”或“大约”。例如，数值可以具有所述值(或值的范围)的+/-0.1％、所述值(或值的范围)的+/-1％、所述值(或值的范围)的+/-2％、所述值(或值的范围)的+/-5％、所述值(或值的范围)的+/-10％等的值。除非上下文另有说明，否则本文给出的任何数值也应理解为包括约或大约该值。例如，如果公开了值“10”，则也公开了“约10”。本文所述的任何数值范围旨在包括其中包含的所有子范围。还应理解，当公开了一个值时，也公开了“小于或等于”该值、“大于或等于该值”、以及值之间的可能范围，如本领域技术人员适当理解的。例如，如果公开了值“X”，则还公开了“小于或等于X”以及“大于或等于X”(例如，其中X是数值)。还应当理解，在整个申请中，数据以多种不同的格式提供，并且该数据表示端点和起点，以及数据点的任何组合的范围。例如，如果公开了特定数据点“10”和特定数据点“15”，则应理解，大于、大于或等于、小于、小于或等于以及等于10和15也被认为是公开在10与15之间。还应理解，还公开了两个特定单元之间的每个单元。例如，如果公开了10和15，则也公开了11、12、13和14。

本文包括的示例和图示通过说明而非限制的方式示出了可以实践主题的具体实施例。如上所述，可以利用并从中得出其他实施例，使得可以在不脱离本公开的范围的情况下进行结构和逻辑替换和改变。本发明主题的这些实施例在本文中可以单独地或共同地由术语“发明”来指代，这仅仅是为了方便，并且如果实际上公开了多于一个发明或发明构思，则不旨在将本申请的范围自愿地限制于任何单个发明或发明构思。因此，尽管本文已经示出和描述了具体实施例，但是被计算为实现相同目的的任何布置可以代替所示的具体实施例。本公开旨在涵盖各种实施例的任何和所有修改或变型。在阅读以上描述之后，以上实施例的组合以及本文中未具体描述的其他实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

虽然已经示出和描述了本发明的实施例，但是并不意味着这些实施例示出和描述了本发明的所有可能的形式。应当理解，可以组合各种实现实施例的特征以形成本发明的另外的实施例。说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。

本文包括的示例和图示通过说明而非限制的方式示出了可以实践主题的具体实施例。这些实施例由本体组成，所述本体在它们之间具有各种类型的接头和/或机构，即，棱柱形、回转形、圆柱形等。这些接头和/或机构可以由离散的元件/本体/部件组成，或者这些接头/机构可以由其他本体和/或组件的顺应性延伸部形成。

Claims (28)

1.一种滚动手柄组件，包括：

手柄本体；

滚动本体，联接到所述手柄本体，所述滚动本体具有相对于所述手柄本体围绕滚动轴线的旋转自由度，并且相对于所述手柄本体沿着所述滚动轴线的平移被约束；

闭合本体，联接到所述手柄本体，所述闭合本体具有相对于所述手柄本体的至少一个运动自由度；以及

梭状件本体，联接到所述滚动本体并且联接到所述闭合本体，所述梭状件本体具有相对于所述滚动本体沿着所述滚动轴线的平移自由度，并且相对于所述滚动本体围绕所述滚动轴线的旋转被约束，所述梭状件本体具有相对于所述闭合本体围绕所述滚动轴线的旋转自由度。

2.根据权利要求1所述的滚动手柄组件，其中，所述闭合本体相对于所述手柄本体关于所述至少一个运动自由度的移动实现所述梭状件本体相对于所述滚动本体沿着所述滚动轴线关于所述平移自由度的移动。

3.根据权利要求1所述的滚动手柄组件，其中，所述闭合本体的所述至少一个运动自由度是相对于所述手柄本体沿着所述滚动轴线的平移自由度，所述闭合本体相对于所述手柄本体围绕所述滚动轴线的旋转被约束。

4.根据权利要求1所述的滚动手柄组件，还包括闭合输入部和闭合输入机构，所述闭合输入部具有相对于所述手柄本体的至少一个运动自由度，其中，所述闭合输入部关于所述至少一个运动自由度的移动实现所述闭合本体相对于所述手柄本体关于所述至少一个运动自由度的移动，所述闭合输入机构跨越在所述闭合本体与所述闭合输入部之间，所述闭合输入机构将所述闭合输入部相对于所述手柄本体关于所述至少一个运动自由度的移动传输为所述闭合本体相对于所述手柄本体关于所述至少一个运动自由度的移动。

5.根据权利要求1所述的滚动手柄组件，还包括滚动输入部和滚动输入机构，其中，所述滚动输入部的移动实现所述滚动本体相对于所述手柄本体围绕所述滚动轴线关于所述旋转自由度的移动，所述滚动输入机构跨越在所述滚动本体与所述滚动输入部之间，所述滚动输入机构将所述滚动输入部的移动传输为所述滚动本体相对于所述手柄本体围绕所述滚动轴线关于所述旋转自由度的移动。

6.根据权利要求1所述的滚动手柄组件，还包括旋转阻力构件，所述旋转阻力构件与所述滚动本体相互作用并且将所述滚动本体保持在相对于所述手柄本体围绕所述滚动轴线的能选择的旋转位置处。

7.根据权利要求6所述的滚动手柄组件，其中，所述旋转阻力构件是摩擦构件、棘轮、棘爪或双稳态构件中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的滚动手柄组件，还包括关节运动输入接头，所述关节运动输入接头与所述滚动本体相邻，所述关节运动输入接头具有相对于所述手柄本体的两个关节自由度，以在所述关节运动输入接头处实现相对于所述手柄本体的俯仰运动和偏转运动。

9.根据权利要求8所述的滚动手柄组件，其中，所述关节运动输入接头包括与所述滚动本体联接的关节拨轮。

10.根据权利要求1所述的滚动手柄组件，还包括从所述滚动手柄组件向远侧延伸的轴，并且包括位于所述轴的远端处的端部执行器，使得所述滚动本体相对于所述手柄本体围绕所述滚动轴线的旋转实现所述端部执行器相对于所述手柄本体的旋转。

11.根据权利要求10所述的滚动手柄组件，其中，所述端部执行器包括钳口组件，所述钳口组件的打开移动和闭合移动通过所述闭合本体相对于所述手柄本体关于所述至少一个运动自由度的移动来实现。

12.根据权利要求10所述的滚动手柄组件，其中，所述端部执行器包括钳口组件，所述钳口组件经由钳口闭合传输组件联接到所述梭状件本体，所述钳口组件的打开移动和闭合移动通过所述梭状件本体相对于所述滚动本体沿着所述滚动轴线关于所述平移自由度的移动来实现。

13.根据权利要求1所述的滚动手柄组件，其中，所述闭合本体包括触发器、杠杆、按钮、推杆或将杠杆联接到推杆的机构。

14.一种手术工具，包括根据权利要求1所述的滚动手柄组件。

15.一种滚动手柄组件，包括：

手柄组件，包括：

手柄本体；

滚动本体，联接到所述手柄本体，所述滚动本体具有相对于所述手柄本体围绕滚动轴线的旋转自由度，并且相对于所述手柄本体沿着所述滚动轴线的平移被约束；及

梭状件本体，联接到所述滚动本体，所述梭状件本体具有相对于所述滚动本体沿着所述滚动轴线的平移自由度，并且相对于所述滚动本体围绕所述滚动轴线的旋转被约束；

框架；以及

输入接头，在所述手柄组件与所述框架之间提供俯仰旋转和偏转旋转。

16.根据权利要求15所述的滚动手柄组件，其中，所述输入接头具有俯仰运动路径和偏转运动路径，所述俯仰运动路径传输所述手柄组件相对于所述框架围绕俯仰旋转轴线的俯仰运动，所述偏转运动路径传输所述手柄组件相对于所述框架围绕偏转旋转轴线的偏转运动，并且所述输入接头是平行运动输入接头，其中所述俯仰运动路径和所述偏转运动路径彼此平行布置。

17.根据权利要求16所述的滚动手柄组件，其中，所述俯仰旋转轴线和所述偏转旋转轴线位于所述手柄组件的近侧。

18.根据权利要求15所述的滚动手柄组件，其中，所述手柄本体和所述框架经由所述输入接头连接在一起。

19.根据权利要求15所述的滚动手柄组件，其中，所述滚动本体和所述框架经由所述输入接头连接在一起，所述输入接头约束所述滚动本体与所述框架之间的旋转，所述滚动本体相对于所述手柄本体围绕所述滚动轴线的旋转实现所述框架相对于所述手柄本体的旋转。

20.根据权利要求15所述的滚动手柄组件，其中，所述手柄组件还包括闭合本体，所述闭合本体联接到所述手柄本体并且具有相对于所述手柄本体的至少一个运动自由度，所述梭状件本体联接到所述闭合本体并且具有相对于所述闭合本体围绕所述滚动轴线的旋转自由度。

21.根据权利要求20所述的滚动手柄组件，还包括从所述框架延伸的轴，并且包括位于所述轴的远端处的端部执行器，使得所述滚动本体相对于所述手柄本体围绕所述滚动轴线的旋转实现所述端部执行器相对于所述手柄本体的旋转。

22.根据权利要求21所述的滚动手柄组件，其中，所述端部执行器包括钳口组件，所述钳口组件的打开移动和闭合移动通过所述闭合本体相对于所述手柄本体关于所述至少一个运动自由度的移动来实现。

23.根据权利要求22所述的滚动手柄组件，其中，所述钳口组件经由钳口闭合传输组件联接到所述梭状件本体，所述钳口组件的打开移动和闭合移动通过所述梭状件本体相对于所述滚动本体沿着所述滚动轴线关于所述平移自由度的移动来实现。

24.根据权利要求21所述的滚动手柄组件，还包括位于所述轴与所述端部执行器之间的输出接头，所述俯仰运动路径将所述手柄组件相对于所述框架的俯仰运动传输到所述输出接头，并且所述偏转运动路径将所述手柄组件相对于所述框架的偏转运动传输到所述输出接头。

25.根据权利要求24所述的滚动手柄组件，其中，所述滚动本体和所述框架经由所述输入接头连接在一起。

26.根据权利要求25所述的滚动手柄组件，其中，所述输入接头约束所述滚动本体与所述框架之间的旋转，对于所述输入接头的任何俯仰旋转和偏转旋转，所述滚动本体相对于所述手柄本体围绕所述滚动轴线的旋转实现所述框架、所述轴和所述端部执行器相对于所述手柄本体的旋转。

27.根据权利要求24所述的滚动手柄组件，其中，所述手柄本体和所述框架经由所述输入接头连接在一起。

28.根据权利要求27所述的滚动手柄组件，其中，所述输入接头约束所述手柄本体与所述框架之间的旋转，对于所述输入接头的任何俯仰旋转和偏转旋转，所述滚动本体相对于所述手柄本体围绕所述滚动轴线的旋转实现所述端部执行器相对于所述手柄本体围绕第二滚动轴线的旋转。

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