CN116322552A - 接口连接手术机器人臂和器械 - Google Patents

Abstract

一种机器人手术器械，其包括：轴(301)；延伸穿过所述轴的驱动元件(C1)；用于铰接末端执行器的所述轴的远端处的铰接部，所述铰接部可由所述驱动元件驱动；和所述轴的近端处的器械接口(302)，所述器械接口包括器械接口元件(502b)，每个器械接口元件被配置为：驱动所述驱动元件中的一个，并且当所述机器人手术器械接合手术机器人臂时，接合所述手术机器人臂的驱动组件接口的驱动组件接口元件(503b)，使得当接合时，所述器械接口元件和所述驱动组件接口元件两者都与所述驱动元件中的一个驱动元件的线相交。

Description

接口连接手术机器人臂和器械

背景技术

使用机器人来辅助和执行手术是已知的。图1示出了典型的手术机器人系统。手术机器人100由基座102、臂104和器械106组成。基座支撑机器人，并且本身可以刚性地附接到例如手术室地面、手术室天花板或推车。臂在基座与器械之间延伸。臂借助于沿其长度的多个柔性关节108而铰接，所述多个柔性关节用于将手术器械相对于患者定位在期望位置。手术器械附接到机器人臂的远端。手术器械在端口处穿透患者的身体，以便进入手术部位。手术器械包括通过关节铰接连接到远端末端执行器110的轴。末端执行器参与手术程序。在图1中，所示的末端执行器为一对钳口。

外科医生经由远程外科医生控制台112控制手术机器人100。外科医生控制台包括一个或多个外科医生输入装置114。这些可以采用手动控制器或脚踏板的形式。外科医生控制台还包括显示器116。

控制系统118将外科医生控制台112连接到手术机器人100。控制系统从外科医生输入装置114接收输入并且将这些输入转换成控制信号以移动机器人臂104和器械106的关节。控制系统将这些控制信号发送至机器人，其中相应关节相应地被驱动。

末端执行器110的一些移动(例如平移)仅通过铰接机器人臂104被实现。末端执行器110的其它移动，例如改变末端执行器的姿态或打开和关闭末端执行器的钳口，通过铰接所述器械的铰接部中的关节被实现。用于驱动器械的关节的机械驱动在两者之间的接口处从机器人臂传递到器械。

在手术程序过程期间典型地使用数种器械。期望的是，器械可从机器人臂容易地拆卸且可容易地附接到机器人臂以便促进在手术中在机器人臂上的器械的彼此交换。理想地，这种器械交换在不使用另外的工具的情况下被快速执行。

因此，需要一种机器人臂/器械接口，其以机械稳健的方式提供从机器人臂到器械的机械驱动，所述机械稳健的方式最大化力传递，同时使机器人臂和器械能够快速拆卸和附接。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种机器人手术器械，其包括：轴；延伸穿过所述轴的驱动元件；用于铰接末端执行器的所述轴的远端处的铰接部，所述铰接部可由驱动元件驱动；和所述轴的近端处的器械接口，所述器械接口包括器械接口元件，每个器械接口元件被配置为：驱动所述驱动元件中的一个，并且当所述机器人手术器械接合所述手术机器人臂时接合手术机器人臂的驱动组件接口的驱动组件接口元件，使得当接合时，所述器械接口元件和所述驱动组件接口元件两者都与所述驱动元件中的一个的线相交。

每个器械接口元件可以成形为使得当所述机器人手术器械接合所述手术机器人臂时，所述器械接口元件接收所述驱动组件接口元件。

每个器械接口元件可以具有被配置成接收插头形的驱动组件接口元件的插口形状。

机器人手术器械可包括三个器械接口元件，每个器械接口元件被配置为：驱动所述驱动元件中的相应一个；并且当机器人手术器械接合手术机器人臂时接合手术机器人臂的驱动组件接口的相应的驱动组件接口元件，使得当接合时，器械接口元件及其相应的驱动组件接口元件两者都与所述驱动元件中的相应一个的线相交。

三个器械接口元件可以是器械接口的仅有的器械接口元件。

每个器械接口元件可以是沿着平行于轴的纵向轴线的位移轴线线性地可位移的。

铰接部可包括用于铰接末端执行器的关节，每个关节可由驱动元件中的一个驱动。

根据本发明的一个方面，提供一种手术机器人臂，其包括：基座，其经由一系列中间关节连接到终端连杆，终端连杆包括驱动组件接口，驱动组件接口包括驱动组件接口元件，每个驱动组件接口元件被配置成：当手术机器人臂接合机器人手术器械时接合机器人手术器械的器械接口的器械接口元件，使得当接合时，器械接口元件和驱动组件接口元件两者都与由器械接口元件驱动的驱动元件的线相交以用于铰接末端执行器，以及驱动器械接口元件。

每个驱动组件接口元件可以成形为使得当机器人手术器械接合手术机器人臂时，驱动组件接口元件由器械接口元件接收。

每个驱动组件接口元件可具有被配置成由插口形器械接口元件接收的插头形状。

手术机器人臂可包括三个驱动组件接口元件，每个驱动组件接口元件被配置成：驱动相应的器械接口元件；并且当手术机器人臂接合机器人手术器械时接合机器人手术器械的器械接口的相应的器械接口元件，使得当接合时，驱动组件接口元件及其相应的器械接口元件两者都与由器械接口驱动的驱动元件的线相交。

三个驱动组件接口元件可以是驱动组件接口的仅有的驱动组件接口元件。

每个驱动组件接口元件可以沿着平行于终端连杆的纵向轴线的位移轴线线性地可位移。

每个驱动组件接口元件可具有：远端，其垂直于驱动组件接口元件的位移方向从驱动组件接口突出，所述远端用于与相应的器械接口元件接合；以及驱动组件接口中的近端，其中所述近端固定地附接到滑架，所述滑架可平行于驱动组件接口元件的位移方向线性地位移。

所述滑架可被配置成沿着平行于终端连杆的纵向轴线的轨道线性地滑动。

平行于终端连杆的纵向轴线的滑架的长度可以大于垂直于终端连杆的纵向轴线的驱动组件接口元件的长度。

根据本发明的一个方面，提供一种手术机器人，其包括：机器人手术器械，所述机器人手术器械包括：轴；延伸穿过所述轴的驱动元件；用于铰接末端执行器的所述轴的远端处的铰接部，所述铰接部可由驱动元件驱动；和所述轴的近端处的器械接口，所述器械接口包括器械接口元件，每个器械接口元件被配置成驱动所述驱动元件中的一个；和手术机器人臂，其包括：基座，其经由一系列中间关节连接到终端连杆，所述终端连杆包括驱动组件接口，所述驱动组件接口包括驱动组件接口元件，每个驱动组件接口元件被配置成：当手术机器人臂接合机器人手术器械时接合器械接口元件，使得当接合时，器械接口元件和驱动组件接口元件两者都与由器械接口元件驱动的驱动元件的线相交，以及驱动器械接口元件。

每个驱动组件接口元件可以沿着平行于终端连杆的纵向轴线的位移轴线线性地可位移。

所述轴可以具有纵向轴线，并且终端连杆可以具有纵向轴线，其中轴的纵向轴线平行于终端连杆的纵向轴线。

轴的纵向轴线可以与终端连杆的纵向轴线共线。

附图说明

现在将参考附图以举例的方式描述本发明。在附图中：

图1示出了用于执行手术程序的手术机器人系统；

图2示出了手术机器人；

图3示出了示例性手术器械；

图4a和4b示出了示例性手术器械的远端；

图5a和5b示出了示例性手术器械的近端处的器械接口；

图6a和6b示出了示例性手术机器人臂的远端处的驱动组件接口；以及

图7a和7b示出了与图6a和6b的驱动组件接口接合的图5a和5b的器械接口。

具体实施方式

下文描述了手术机器人臂与手术器械之间的接口。手术机器人臂和手术器械形成图1中所示的类型的手术机器人系统的一部分。

图2示出了示例机器人200。机器人包括基座201，当正在执行手术程序时，所述基座固定在适当位置。适当地，基座201安装到底盘。底盘可以是推车，例如用于以床高度安装机器人的床边推车。替代地，底盘可以是安装在天花板上的装置或安装在床上的装置。

机器人臂202从机器人的基座201延伸到终端连杆203，手术器械204可以附接到终端连杆。臂是柔性的。它借助于沿着其长度的多个柔性关节205来铰接。在关节之间是刚性臂连杆206。图2中的臂具有八个关节。该关节包括一个或多个滚动关节(其沿着臂构件的纵向方向在关节的任一侧上具有旋转轴线)、一个或多个俯仰关节(其具有横向于前一臂构件的纵向方向的旋转轴线)和一个或多个偏转关节(其还具有横向于前一臂构件的纵向方向并且还横向于共同定位的俯仰关节的旋转轴线)。在图2的例子中，关节205a、205c、205e和205h是滚动关节；关节205b、205d和205f是俯仰关节；并且关节205g是偏转关节。俯仰关节205f和偏转关节205g具有相交的旋转轴线。从基座201到机器人臂的终端连杆203的关节的顺序因此是：滚动、俯仰、滚动、俯仰、滚动、俯仰、偏转、滚动。然而，臂可以不同地连接。例如，臂可以具有少于八个或多于八个关节。臂可以包括允许除了在关节的相应侧之间旋转之外的运动的关节，例如伸缩关节。机器人包括一组驱动器207。每个驱动器207具有马达，该马达驱动关节205中的一个或多个。机器人臂的终端连杆203包括驱动组件，该驱动组件用于接口连接和驱动手术器械。驱动组件将在下文被更详细地描述。

图3示出了手术器械204。手术器械具有细长轮廓，其中轴301横跨在其近端和其远端之间，所述近端附接到机器人臂，所述远端接近患者体内的手术部位。适当地，轴是刚性的。轴可以是直的。手术器械的近端和器械轴可以相对于彼此刚性，并且在附接到机器人臂的远端时相对于机器人臂的远端是刚性的。在器械的近端处，轴301连接到器械接口302。如下面将更详细地描述的，器械接口与机器人臂的远端处的驱动组件接口接合。在手术器械的远端处，轴的远端通过铰接部304连接到末端执行器303。末端执行器303在手术部位处参与手术程序。末端执行器可以采用任何合适的形式。例如，末端执行器可以是一对弯曲剪刀，电外科器械，例如一对单极剪刀、针架、一对钳夹或开口抓握器。

图4a和4b示出了示例性器械的远端，该远端具有作为末端执行器303的一对钳夹。轴301通过铰接部304连接到末端执行器303。铰接部304包括数个关节。这些关节使得末端执行器的姿态能够相对于器械轴的方向改变。尽管图4a和4b中未示出，但末端执行器也可以包括关节。在图4a和4b的例子中，铰接部304包括俯仰关节401。俯仰关节401围绕俯仰轴线402旋转，该俯仰轴线垂直于轴301的纵向轴线403。俯仰关节401允许支撑体404(下文描述)且因此允许末端执行器303围绕俯仰轴线402相对于轴旋转。在图4a和4b的例子中，铰接部也包括第一偏转关节405和第二偏转关节407。第一偏转关节405围绕第一偏转轴线406旋转。第二偏转关节407围绕第二偏转轴线408旋转。偏转轴线406和408都垂直于俯仰轴线402。偏转轴线406和408可以是平行的。偏转轴线406和408可以是共线的。铰接部304包括支撑体404。在一端，支撑体404通过俯仰关节401连接到轴301。在其另一端，支撑体404通过偏转关节405和407连接到末端执行器303。为了便于图示，图4a省略了这种支撑体以便使得铰接部的其它结构能够被更容易地看到。

所示的末端执行器303包括两个末端执行器元件409、410。替代地，末端执行器可具有单个末端执行器元件。图4a和4b中所示的末端执行器元件409、410是相对的钳口。然而，末端执行器元件可以是任何类型的相对末端执行器元件。第一偏转关节405与第一末端执行器元件409固定并且允许第一末端执行器元件409围绕第一偏转轴线406相对于支撑体404和俯仰关节401旋转。第二偏转关节407与第二末端执行器元件410固定并且允许第二末端执行器元件410围绕第二偏转轴线408相对于支撑体404和俯仰关节401旋转。在图4a和4b中，末端执行器元件409、410以其中钳口邻接的闭合配置示出。

图4a和4b中所示的关节由成对的驱动元件驱动。驱动元件是细长的。它们在横向于纵向跨度上是柔性的。它们抵抗沿着其纵向跨度的压缩力和拉力。第一对驱动元件A1、A2被约束成围绕第一偏转关节405移动。驱动元件A1、A2驱动第一末端执行器元件409围绕第一偏转轴线406旋转。图4a和4b示出了第二对驱动元件B1、B2，其被约束成围绕第二偏转关节407移动。驱动元件B1、B2驱动第二末端执行器元件410围绕第二偏转轴线408旋转。图4a和4b也示出了第三对驱动元件C1、C2，其被约束成围绕俯仰关节401移动。驱动元件C1、C2驱动末端执行器303围绕俯仰轴线402旋转。通过将张力施加到驱动元件C1和/或C2，末端执行器303可以绕俯仰轴线402旋转。俯仰关节401和偏转关节405、407独立地由它们相应的驱动元件驱动。

图5a和5b示出了手术器械的近端处的器械接口302。图6a和6b示出了手术机器人臂200的远端处的驱动组件接口501。图7a和7b示出了当接合时的器械接口302和驱动组件接口501。在图7a和7b中，手术器械204附接到机器人臂200，并且器械接口302与驱动组件接口501接合。图5b示出了在平行于器械的轴301的纵向轴线403的平面中穿过器械接口的横截面。图6b示出了在平行于机器人臂的终端连杆的纵向轴线503的平面中穿过驱动组件接口的横截面。图7a示出了在平行于机器人臂的终端连杆203的纵向轴线503的平面中穿过机器人臂和器械的接合的接口的横截面。横截面的平面包括终端连杆203的纵向轴线503，并且垂直于器械接口和驱动组件接口接合的平面。图7b示出了在垂直于机器人臂的终端连杆203的纵向轴线503的平面中穿过接合的接口的横截面。此横截面也在垂直于器械的轴301的纵向轴线403的平面中。

器械接口302包括器械接口元件502a、502b、502c。每个器械接口元件502a、502b、502c固定到相应的驱动元件或一对驱动元件。换句话说，每个器械接口元件与相应的驱动元件或一对驱动元件紧固，使得器械接口元件的位移传递到所述驱动元件/一对驱动元件的位移。在仪器的远端如图4a和图4b所示的例子中，器械接口元件502a可以固定到一对驱动元件A1、A2，器械接口元件502b可以固定到一对驱动元件C1、C2，并且器械接口元件502c可以固定到一对驱动元件B1、B2。每个器械接口元件沿着位移轴线线性地可位移。在所示的图中，此位移轴线平行于器械轴301的纵向轴线403。因此，响应于自身被驱动，每个器械接口元件将所述驱动元件或一对驱动元件线性地驱动到平行于器械轴的纵向轴线被固定。替代地，每个器械接口元件可以沿着位移轴线位移，所述位移轴线与器械轴的纵向轴线成角度。器械接口中的另外结构，例如滑轮机构，可用于将驱动元件带入轴的近端使得驱动元件平行于轴的纵向轴线穿过轴。图5a、5b、7a和7b示出了三个器械接口元件。这三个器械接口元件可以是用于将机械驱动传递到器械关节的仅有的器械接口元件。替代地，可以存在多于三个或少于三个用于将机械驱动传递到器械关节的器械接口元件。

驱动元件向下穿过器械轴301，并且离开器械轴进入器械接口302。如果驱动元件固定到其上的器械接口元件在其离开轴时不与驱动元件成一直线，那么驱动元件被传送过器械接口以便与器械接口元件相遇。例如，如图5b所示，驱动元件可以被约束为围绕一组滑轮511移动以便使其与器械接口元件接触。

驱动元件可以是线缆。驱动元件可包括若干柔性部分和一个刚性部分。柔性部分接合器械铰接部和器械接口的部件，并且刚性部分延伸穿过器械轴的全部或部分。例如，柔性部分可以是线缆，并且刚性部分可以是辐条。其它刚性部分可以在器械接口或器械铰接部中。例如，齿条和小齿轮可以在器械接口或器械铰接部中。

驱动组件接口501包括驱动组件接口元件503a、503b、503c。每个驱动组件接口元件503a、503b、503c沿着位移轴线线性地可位移。在所示的附图中，此位移轴线平行于机器人臂的终端连杆203的纵向轴线503。每个驱动组件接口元件沿着其位移轴线由驱动组件中的马达线性地驱动。例如，如下文将更详细地描述的，每个驱动组件接口元件可以沿着线性轨道504由导螺杆505驱动，所述导螺杆由马达驱动旋转。每个驱动组件接口元件可以由不同的马达驱动到其他驱动组件接口元件。替代地，一个或多个驱动组件接口元件可以由同一马达驱动。图6a和7b示出了三个驱动组件接口元件。这三个驱动组件接口元件可以是用于将机械驱动传递到器械的仅有的驱动组件接口元件。替代地，可以存在多于三个或少于三个用于将机械驱动传递到器械的驱动组件接口元件。

器械接口和驱动组件接口相对于彼此成形使得当它们接合时，每个驱动组件接口元件接合相应的器械接口元件。在图5、6和7所示的例子中，器械接口元件502a接合驱动组件接口元件503a，器械接口元件502b接合驱动组件接口元件503b，并且器械接口元件502c接合驱动组件接口元件503c。

在图5、6和7所示的例子中，驱动组件接口元件503a、503b、503c从驱动组件的剩余轮廓突出，并且器械接口元件502a、502b、502c凹入到器械接口的剩余轮廓中。每个驱动组件接口元件的形状和位置与对应器械接口元件的形状和位置互补，使得当器械接口和驱动组件接口接合时，驱动组件接口元件被接收在器械接口元件中。图5a、5b、7a和7b示出了具有插口形状的器械接口元件和具有插头形状的驱动组件接口元件的远端。插口形器械接口元件被配置成接收插头形驱动组件接口元件。这可以是插入配合或紧贴配合。

在替代实施方案(未示出)中，器械接口元件从器械接口的剩余轮廓突出，并且驱动组件接口元件凹入到驱动组件接口的剩余轮廓中。每个驱动组件接口元件的形状和位置与对应器械接口元件的形状和位置互补，使得当器械接口和驱动组件接口接合时，器械接口元件被接收在驱动组件接口元件中。例如，驱动组件接口元件可以具有插口形状，并且器械接口元件的远端可以具有插头形状。在此例子中，插口形驱动组件接口元件被配置成接收插头形器械接口元件。这可以是插入配合或紧贴配合。

当手术器械接合机器人臂时，每个器械接口元件可以直接接触其对应的驱动组件接口元件。在这种情况下，器械接口元件和对应的驱动组件接口元件可以互补地成形，使得当接合时它们形成插入配合或紧贴配合。这种紧密配合减少了驱动组件接口元件和器械接口元件之间的滑移，由此增加了驱动从驱动组件接口元件传递到器械接口元件的效率。

替代地，无菌屏障可以位于器械接口元件与其对应的驱动组件接口元件之间。这种无菌屏障可以例如形成用于覆盖机器人臂的盖布的一部分。接受手术的患者仅暴露于无菌环境。所述器械新用于每个患者或在使用之间被灭菌。然而，机器人臂被视为非无菌的，因为它不能在使用之间被清洁到无菌程度。因此，机器人臂被覆盖在通常是盖布的无菌屏障中。为了维持完全无菌的环境，此无菌屏障在器械接口和驱动组件接口之间延伸，且因此在每一器械接口元件与其接合的驱动组件接口元件之间延伸。

因此，器械接口元件可以接触无菌屏障的一个面，并且驱动组件接口元件接触无菌屏障的相对面。驱动组件接口元件、无菌屏障和器械接口元件的组合整体来说是插入配合或紧贴配合。例如，驱动组件接口元件的插头形远端可以被接收在无菌屏障的插口形面中作为插入配合；并且无菌屏障的相对的插头形面可以被接收在器械接口元件的插口形面中作为插入配合。

当器械附接到机器人臂并且器械接口如上所述与驱动组件接口接合时，器械轴403的纵向轴线平行于终端连杆503的纵向轴线。如图7a和7b中所示，器械轴403的纵向轴线可以与终端连杆503的纵向轴线共线。因此，当每个驱动组件接口元件借助与对应的器械接口元件的接合沿着其位移轴线由驱动组件中的马达线性地驱动时，它平行于终端连杆的纵向轴线线性地驱动器械接口元件。因此，机器人臂按如下方式将机械驱动传递到末端执行器：驱动组件接口元件的移动使器械接口元件移动，器械接口元件使驱动元件移动，驱动元件使铰接部和/或末端执行器的一个或多个关节移动，这使末端执行器移动。

当每个驱动组件接口元件与其相应的器械接口元件接合时，驱动组件接口元件和器械接口元件两者都与驱动元件固定到器械接口元件的线相交。这在图7a上示出，其中接合的器械接口元件502b和驱动组件接口元件503b两者都与驱动元件C1固定到器械接口元件502b的线509相交。换句话说，器械接口元件502b和驱动组件接口元件503b两者都在驱动元件固定到器械接口元件502b附近与驱动元件C1的纵向轴线相交。

每个驱动组件接口元件与其对应的器械接口元件当接合时沿着驱动元件固定到器械接口元件的线相交，导致从驱动组件的马达到驱动元件的驱动的更高效传递。驱动在预期方向上传递，即沿着驱动元件的线向下。用来使器械接口元件在预期线性方向上移动的器械接口中的另外部件(例如导轨)是不必要的，这是由于驱动组件接口元件执行此功能。因此，不招致与器械接口元件和这种另外部件之间的接触相关联的摩擦损失。因此，驱动的传递更高效。

图6a、6b、7a和7b中所示的驱动组件接口元件各具有远端512，所述远端垂直于终端连杆的纵向轴线从驱动组件接口突出。正是驱动组件接口元件的远端512与其相应的器械接口元件接合。

驱动组件接口元件具有位于驱动组件接口中的近端513。近端513包括筒516，导螺杆505穿过所述筒。导螺杆505与筒516的带螺纹的内表面螺纹接合。近端513固定地附接到滑架514。滑架可平行于机器人臂的终端连杆的纵向轴线503线性地位移。在所示的例子中，滑架514被约束为沿着轨道504移动。轨道504平行于终端连杆的纵向轴线503延伸。滑架被约束为通过任何合适的手段沿着线性轨道移动。例如，滑架可包括用于沿着轨道滚动的滚子。替代地或另外地，轨道可包括用于促进滑架沿着轨道的移动的滚子。滑架可以采用外圆柱形结构的形式，其在呈圆柱形轨的形式的轨道上滑动。驱动组件接口元件因此借助其固定到滑架514被防止在导螺杆旋转时旋转，所述滑架不能旋转，而只能沿着轨道504线性地移动。

结果是，在导螺杆旋转时，旋转被传递到滑架沿着轨道的线性移动，并且因此与滑架514在相同方向上的驱动组件接口元件的线性运动。导螺杆在一个旋转方向上的旋转引起驱动组件接口元件，并且因此与其接合的器械接口元件向着末端执行器线性地位移。导螺杆在相反旋转方向上的旋转引起驱动组件接口元件，并且因此与其接合的器械接口元件远离末端执行器线性地位移。

滑架514在平行于终端连杆的纵向轴线的方向上具有的长度大于驱动组件接口元件在垂直于终端连杆的纵向轴线且垂直于器械接口和驱动组件接口接合的平面的方向上的长度。例如，滑架可以具有3.5与4cm之间的长度，而器械接口元件在其近端与远端之间的长度可以在2与3.5cm之间。在平行于终端连杆的纵向轴线的方向上的驱动组件接口元件的近端的长度可以宽于在平行于终端连杆的纵向轴线的方向上的驱动组件接口元件的远端的长度。例如，近端的长度可以在2与2.5cm之间，而远端的长度可以在0.2与1cm之间。

驱动组件接口元件的远端中的弯曲力矩由无菌屏障和/或器械接口元件502施加的驱动力和阻力引起。这些在导螺杆和驱动组件接口元件之间引起力矩。因此，在驱动组件接口元件的不期望的摇摆运动中可能损失一些能量。通过使驱动组件接口元件的近端宽于远端，并且滑架宽于远端，驱动组件接口元件的远端的摇摆减小。这提高了从机器人臂到器械的驱动传递的效率。理想地，在终端连杆的纵向轴线的方向上的滑架514的长度被最大化，从而最小化不期望的摇摆运动。

驱动组件接口元件513的近端可以在平行于终端连杆的纵向轴线503的方向上沿着滑架514的长度对称地固定到滑架514。替代地，驱动组件接口元件513的近端可以固定到滑架514，该近端比滑架的另一端更靠近滑架的一端。例如，驱动组件接口元件513的近端可以固定到滑架514，更靠近最靠近马达(即，最远离器械附接之处)的滑架的端部。驱动组件接口元件的中间可以位于从滑架的马达端沿着滑架的长度的30％与45％之间。例如，驱动组件接口元件的中间可以位于从滑架的马达端沿着滑架的长度的路径的40％。

阻力可以不对称地施加到驱动组件接口元件的远端。例如，如果驱动组件接口元件的远端，并且因此接合的器械接口元件在第一方向上的线性运动引起末端执行器的闭合运动，则这可能招致比引起末端执行器的打开运动的驱动组件接口元件的远端在第二相反方向上的线性运动更大的阻力。因此，驱动组件接口元件在第一方向上的运动对应于与驱动组件接口元件在第二方向上的运动相比的驱动组件接口元件的更大弯曲力矩。由于施加的弯曲力矩的这种已知的不对称，驱动组件接口元件可以沿着滑架的长度不对称地固定到滑架514。因此，对遭受较大摇摆幅度的方向提供对驱动组件接口元件的远端的摇摆的较大阻力。

滑架514支撑的力矩为零，因为滑架514沿着轨道504自由移动。如果驱动组件接口元件的近端513沿着滑架514的长度不对称地固定到滑架514，那么垂直于终端连杆的纵向轴线503的方向的较小的力将施加在滑架的端部上，所述滑架的端部从驱动组件接口元件的近端比滑架的其他端部更远地突出。因此，从驱动组件接口元件的近端更远地突出的滑架的端部可以位于驱动组件的一部分中，所述一部分弱于容纳滑架的其他端部的驱动组件的部分。

在驱动组件接口元件的近端513与远端512之间，驱动组件接口元件的主体是线性的且直的。合适的是，驱动组件接口元件是非常刚性的。例如，驱动组件接口元件的杨氏模量可以在100与300GPa之间。驱动组件接口元件的杨氏模量可以是200GPa。驱动组件接口元件可由经腐蚀处理的不锈钢，例如经腐蚀处理的17-4PH不锈钢制造。

通过使驱动组件接口元件非常刚性，远端512经受的弯曲力矩引起驱动组件接口元件的不显著弯曲。相反，所述力矩被传递到滑架514，在那里，它们作为垂直于滑架的纵向轴线的力被抵抗，它们对传动低效率的影响减小。

器械接口可以与驱动组件可释放地接合。器械可以手动地从机器人臂拆卸而不需要任何工具。这使得器械能够在操作期间快速地从驱动组件拆卸并附接另一器械。器械接口和驱动组件接口可以经由器械接口元件和驱动组件接口元件的接合而附接到彼此。这可以补充器械接口和驱动组件接口上的其它互补成形的表面特征，例如驱动组件接口上的突起和器械接口上的对应凹部。替代地，分离的接合机构可用于将器械接口锁定到驱动组件接口。

因此，本文所述的手术机器人臂与手术器械之间的接口以机械稳健的方式提供从机器人臂到器械的机械驱动，所述机械稳健的方式最大化力传递，同时使机器人臂和器械能够快速拆卸和附接。

本文所述的机器人可以用于除手术之外的目的。例如，端口可以是制造物品如汽车发动机中的检查端口，并且机器人可以控制观察工具以观察发动机内部。

申请人在此独立地公开了本文描述的每个单独的特征以及两个或更多个这种特征的任意组合，只要这些特征或组合能够基于本说明书作为一个整体根据本领域技术人员的公知常识来实施，而不管这些特征或特征的组合是否解决本文公开的任何问题，并且不限制权利要求的范围。申请人指出，本发明的各方面可以由任何这样的单个特征或特征组合组成。鉴于以上描述，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在本发明的范围内进行各种修改。

Claims (20)

1.一种机器人手术器械，其包括：

轴；

延伸穿过所述轴的驱动元件；

用来铰接末端执行器的所述轴的远端处的铰接部，所述铰接部可由所述驱动元件驱动；和

所述轴的近端处的器械接口，所述器械接口包括器械接口元件，每个器械接口元件被配置成：

驱动所述驱动元件中的一个驱动元件；以及

当所述机器人手术器械接合手术机器人臂时，接合所述手术机器人臂的驱动组件接口的驱动组件接口元件，使得当接合时，所述器械接口元件和所述驱动组件接口元件两者都与所述驱动元件中的所述一个驱动元件的线相交。

2.根据权利要求1所述的机器人手术器械，其中每个器械接口元件成形为使得当所述机器人手术器械接合所述手术机器人臂时，所述器械接口元件接收所述驱动组件接口元件。

3.根据权利要求2所述的机器人手术器械，其中每个器械接口元件具有被配置为接收插头形驱动组件接口元件的插口形状。

4.根据任一前述权利要求所述的机器人手术器械，其包括三个器械接口元件，每个器械接口元件被配置成：

驱动所述驱动元件中的相应的一个驱动元件；以及

当所述机器人手术器械接合手术机器人臂时，接合所述手术机器人臂的所述驱动组件接口的相应的驱动组件接口元件，使得当接合时，所述器械接口元件及其相应的驱动组件接口元件两者都与所述驱动元件中的所述相应的一个驱动元件的线相交。

5.根据权利要求4所述的机器人手术器械，其中所述三个器械接口元件是所述器械接口的仅有的器械接口元件。

6.根据任一前述权利要求所述的机器人手术器械，其中每个器械接口元件可沿着平行于所述轴的纵向轴线的位移轴线线性地位移。

7.根据任一前述权利要求所述的机器人手术器械，其中所述铰接部包括用于铰接所述末端执行器的关节，每个关节可由所述驱动元件中的一个驱动。

8.一种手术机器人臂，其包括：

经由一系列中间关节连接到终端连杆的基座，所述终端连杆包括驱动组件接口，所述驱动组件接口包括驱动组件接口元件，每个驱动组件接口元件被配置成：

当所述手术机器人臂接合机器人手术器械时，接合所述机器人手术器械的器械接口的器械接口元件，使得当接合时，所述器械接口元件和所述驱动组件接口元件两者都与由所述器械接口元件驱动的驱动元件的线相交以用于铰接末端执行器，以及

驱动所述器械接口元件。

9.根据权利要求8所述的手术机器人臂，其中每个驱动组件接口元件成形为使得当所述机器人手术器械接合所述手术机器人臂时，所述驱动组件接口元件被所述器械接口元件接收。

10.根据权利要求9所述的手术机器人臂，其中每个驱动组件接口元件具有配置成由插口形器械接口元件接收的插头形状。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的手术机器人臂，其包括三个驱动组件接口元件，每个驱动组件接口元件被配置成：

驱动相应的器械接口元件；以及

当所述手术机器人臂接合所述机器人手术器械时，接合所述机器人手术器械的所述器械接口的相应的器械接口元件，使得当接合时，所述驱动组件接口元件及其相应的器械接口元件两者都与由所述器械接口驱动的所述驱动元件的线相交。

12.根据权利要求11所述的手术机器人臂，其中所述三个驱动组件接口元件是所述驱动组件接口的仅有的驱动组件接口元件。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的手术机器人臂，其中每个驱动组件接口元件可沿着平行于所述终端连杆的纵向轴线的位移轴线线性地位移。

14.根据权利要求8至13中任一项所述的手术机器人臂，其中每个驱动组件接口元件具有：

垂直于所述驱动组件接口元件的位移方向从所述驱动组件接口突出的远端，所述远端用于与相应的器械接口元件接合；以及

所述驱动组件接口中的近端，其中所述近端固定地附接到滑架，所述滑架可平行于所述驱动组件接口元件的所述位移方向线性地位移。

15.根据权利要求14所述的手术机器人臂，其中所述滑架被配置成沿着平行于所述终端连杆的纵向轴线的轨道线性地滑动。

16.根据权利要求14或15所述的手术机器人臂，其中平行于所述终端连杆的纵向轴线的所述滑架的长度大于垂直于所述终端连杆的纵向轴线的所述驱动组件接口元件的长度。

17.一种手术机器人，其包括：

机器人手术器械，其包括：

轴；

延伸穿过所述轴的驱动元件；

用来铰接末端执行器的所述轴的远端处的铰接部，所述铰接部可由所述驱动元件驱动；和

所述轴的近端处的器械接口，所述器械接口包括器械接口元件，每个器械接口元件被配置成驱动所述驱动元件中的一个驱动元件；以及

手术机器人臂，其包括：

经由一系列中间关节连接到终端连杆的基座，所述终端连杆包括驱动组件接口，所述驱动组件接口包括驱动组件接口元件，每个驱动组件接口元件被配置成：

当所述手术机器人臂接合所述机器人手术器械时接合器械接口元件，使得当接合时，所述器械接口元件和所述驱动组件接口元件两者都与由所述器械接口元件驱动的所述驱动元件的线相交，以及

驱动所述器械接口元件。

18.根据权利要求17所述的手术机器人臂，其中每个驱动组件接口元件可沿着平行于所述终端连杆的纵向轴线的位移轴线线性地位移。

19.根据权利要求17或18所述的手术机器人，所述轴具有纵向轴线，并且所述终端连杆具有纵向轴线，其中所述轴的纵向轴线平行于所述终端连杆的纵向轴线。

20.根据权利要求19所述的手术机器人，其中所述轴的纵向轴线与所述终端连杆的纵向轴线共线。

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