CN116322554A - 机器人手术器械底盘 - Google Patents

Abstract

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在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；以及用于驱动所述驱动元件的在所述轴的近端处的器械接口(302)，所述器械接口包括：单壳体底盘(501)；和布线滑轮部件(502)，所述布线滑轮部件由单壳体底盘容纳且可与所述单壳体底盘分离；其中所述器械接口被配置成通过以下方式组装：围绕所述布线滑轮部件的滑轮从所述轴布线所述驱动元件；将所述驱动元件固定到所述单壳体底盘；以及在布线和固定步骤之后，将所述布线滑轮部件放置到所述单壳体底盘中。

Description

机器人手术器械底盘

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。

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。

手术器械106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侧末端执行器110的轴。末端执行器参与手术程序。

在轴的另一端处，器械接口连接到臂的驱动组件接口，由此将器械连接到臂。机械驱动通过这些接口从臂的驱动组件传递到器械。通常，器械是线缆驱动的。因此，器械接口容纳线缆，所述线缆被供给通过轴以驱动铰接部的关节以便移动末端执行器。那些线缆由驱动组件驱动通过驱动组件/器械接口。

铰接部可包括数个关节，每个关节可由分离的线缆环驱动。因此，当制造所述器械时，需要将数个线缆环组装到器械接口中。为了实现这一点，已知使用两件式器械接口底盘。第一组线缆和布线部件组装在底盘的一个部分中，而另一组线缆和布线部件组装在底盘的另一部分中。然后将两个底盘组成部分组装在一起。除了笨拙的组装过程之外，底盘的两个组成部分在使用器械期间相对于彼此挠曲，由此降低从机器人臂到末端执行器的驱动传递的效率。

因此，需要一种器械接口，所述器械接口组装更简单且向末端执行器提供更高效的机械驱动。

发明内容

根据本发明的一方面，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在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；以及用于驱动所述驱动元件的在所述轴的近端处的器械接口，所述器械接口包括：单壳体底盘；和布线滑轮部件，所述布线滑轮部件由单壳体底盘容纳且可与所述单壳体底盘分离；其中所述器械接口被配置成通过以下方式组装：围绕所述布线滑轮部件的滑轮布线所述驱动元件；将所述驱动元件固定到所述单壳体底盘；以及将所述布线滑轮部件放置到所述单壳体底盘中。

布线滑轮部件和单壳体底盘可以被成形且设定尺寸使得布线滑轮部件推入配合到单壳体底盘中。

布线滑轮部件可以仅通过单个固定件固定到单壳体底盘。

布线滑轮部件可包括第一外表面，所述第一外表面包括用于约束第一驱动元件的第一组滑轮，其中铰接部的第一关节可由第一驱动元件驱动。

第一组滑轮可以在第一平面中对准，使得第一驱动元件位于第一平面中。

布线滑轮部件可包括第二外表面，所述第二外表面包括用于约束第二驱动元件的第二组滑轮，其中铰接部的第二关节可由第二驱动元件驱动。

第二组滑轮可以在第二平面中对准，使得第二驱动元件位于第二平面中。

布线滑轮部件可包括：第一部分，所述第一部分包括第一外表面；以及第二部分，所述第二部分包括第二外表面；其中所述第一部分和第二部分可彼此分离。

第一部分可包括与第一外表面相对的第一内表面；并且第二部分可包括与第二外表面相对的第二内表面；所述第一内表面和所述第二内表面可连接在一起以便提供用于约束第三驱动元件的第三组滑轮，其中铰接部的第三关节可由第三驱动元件驱动。

第三组滑轮可以在第三平面中对准，使得第三驱动元件位于第三平面中。

单壳体底盘可包括器械接口元件，每个器械接口元件在器械接口的外部处暴露以便可由器械接口外部的驱动组件驱动，每个驱动元件终止于对应的器械接口元件处。

对应于驱动元件的器械接口元件可以与约束所述驱动元件的一组滑轮位于同一平面中。

对于每个驱动元件，单壳体底盘可包括仅用于约束所述驱动元件的单个滑轮，所述单个滑轮可移动以便张紧所述驱动元件。

轴可以刚性地固定到单壳体底盘。

根据本发明的一方面，提供一种组装机器人手术器械的方法，所述机器人手术器械包括：轴；驱动元件；用于铰接末端执行器的在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；和用于驱动所述驱动元件的在所述轴的近端处的器械接口，所述器械接口包括单壳体底盘和可与所述单壳体底盘分离的布线滑轮部件，所述方法包括：围绕所述布线滑轮部件的滑轮布线所述驱动元件；将所述驱动元件固定到所述单壳体底盘；以及将所述布线滑轮部件放置到所述单壳体底盘中。

布线步骤可包括：围绕布线滑轮部件的第一外表面布线第一驱动元件；以及围绕布线滑轮部件的第二外表面布线第二驱动元件。

所述布线滑轮部件可包括第一部分和第二部分，所述第一部分包括所述第一外表面和与所述第一外表面相对的第一内表面，并且所述第二部分包括所述第二外表面和与所述第二外表面相对的第二内表面，其中所述第一部分和所述第二部分可彼此分离。所述布线步骤可包括：围绕第一部分的第一内表面布线第三驱动元件；以及通过将所述第二部分的所述第二内表面连接到所述第一部分的所述第一内表面而将所述第一部分和所述第二部分连接在一起，以便围绕由所述第一部分和所述第二部分的连接在一起提供的一组滑轮约束所述第三驱动元件。

将布线滑轮部件放置到单壳体底盘中可包括使布线部件推入配合到单壳体底盘中。

所述方法还可包括仅通过单个固定件将布线滑轮部件固定到单壳体底盘中。

对于每个驱动元件，单壳体底盘可包括仅用于约束该驱动元件的单个滑轮，且所述方法还可包括通过使单个滑轮位移而张紧每个驱动元件。

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5示出了示例性手术器械的近端处的器械接口；

图6示出了器械接口的单壳体底盘；

图7a和7b示出了器械接口的布线滑轮部件；

图8a和8b示出了器械接口；

图9示出了器械接口的横截面；以及

图10是示出组装器械接口的方法的流程图。

具体实施方式

下文描述了手术器械，并且特别地描述了手术器械连接到手术机器人臂的接口。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。

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刚性。在器械的近端处，轴301连接到器械接口302。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是相对的钳夹。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以其中钳夹邻接的闭合配置示出。

图4a和4b中所示的关节由数对驱动元件驱动。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张力。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5示出了附接到器械的轴301的手术器械的近端处的器械接口302。器械接口302包括单壳体底盘501和布线滑轮部件502。适当地，单壳体底盘501刚性地固定到器械的轴301。单壳体底盘501容纳器械接口元件902(在图9的横截面中可见)。器械接口元件在器械接口的外部处暴露以便接合机器人臂的对应驱动组件接口元件。每个器械接口元件固定到相应的驱动元件或一对驱动元件A1、A2、B1、B2、C1、C2。布线滑轮部件包括多组滑轮503、504、505。来自轴的驱动元件A1、A2、B1、B2、C1、C2围绕多组滑轮503、504、505被布线到器械接口元件。布线滑轮部件由此将每个驱动元件从其在轴中的位置布线以便与所述每个驱动元件固定到其上的其相应的器械接口元件对准。末端执行器的运动由此由铰接部304的关节的移动驱动，那些关节由驱动元件A1、A2、B1、B2、C1、C2的移动驱动，那些驱动元件通过轴并围绕布线滑轮部件502的滑轮到达器械接口元件，在器械接口元件处，那些驱动元件由器械接口元件的运动驱动，那些器械接口元件它们自身由机器人臂的驱动组件接口元件驱动。

图6示出了孤立的单壳体底盘501。单壳体底盘仅由单个部分形成。此单个部分将器械轴连接到器械接口元件。单壳体底盘可由例如铝的金属制成。替代地，单壳体底盘可由塑料制成。

单壳体底盘501具有用于接收布线滑轮部件的凹部601。凹部601被成形为以便将布线滑轮部件保持在适当位置。凹部601被成形为以便防止在器械接口的平面中的布线滑轮部件和单壳体底盘的相对横向移动，所述平面平行于轴的纵向轴线403或垂直于轴的纵向轴线403。

单壳体底盘501也具有凹部602a、b、c，每个凹部用于接收器械接口元件。每个凹部602a、b、c包括通道，其相应的器械接口元件当由单壳体底盘501容纳时可沿着所述通道位移。此通道平行于通过器械接口元件的驱动元件的线。该通道平行于轴的纵向轴线403。

单壳体底盘501还包括一组后滑轮506a、b、c可附接到其上的特征(例如，切口603a、b、c)，每个后滑轮用于约束驱动元件。不包括布线滑轮部件，适当的是，这些后滑轮是约束驱动元件的附接到单壳体底盘的仅有滑轮。这些特征及其相关联的滑轮位于器械接口的与轴相对的端部。每个后滑轮用于将其相关联的驱动元件从其固定到器械接口元件之处朝向轴引导。在所描绘的器械接口中，这经由从平行于轴的纵向轴线403远离轴到平行于纵向轴线403朝向轴的驱动元件的180°方向改变。对于驱动元件C1、C2，这在图9上容易看到。每个后滑轮可以是可移动的以便张紧它所约束的驱动元件。例如，后滑轮可以是可平行于纵向轴线403远离轴301位移的，以便张紧俘获的驱动元件。图9示出了用于此的机构，由此滑轮壳体507a、b、c可平行于纵向轴线403位移，由此位移包覆的后滑轮。在图9中，滑轮壳体507a、b、c可沿着轨901滑动。替代地，后滑轮的不同运动可以用于张紧其约束的驱动元件，例如旋转运动。

图7a和7b示出了孤立的布线滑轮部件502。布线滑轮部件502可与单壳体底盘501分离。布线滑轮部件502可由例如铝的金属制成。替代地，布线滑轮部件502可以由塑料制成。布线滑轮部件502包括两个相对的外表面701和702。

第一外表面701包括第一组滑轮504a、b、c、d安装到其上的第一组滑轮安装件703a、b、c、d。如图8a和8b中所示，一旦组装在器械接口中，这些滑轮504a、b、c、d就约束驱动元件B1和B2，在轴与器械接口元件902a之间引导它们。滑轮安装件703a、且因此滑轮504b与器械接口元件902a对准使得驱动元件B1在滑轮504b与器械接口元件902a之间平行于轴的纵向轴线403延伸。滑轮安装件703b、且因此滑轮504d与轴301对准使得驱动元件B1在滑轮504d与轴301之间平行于轴的纵向轴线403延伸。滑轮安装件703c、且因此滑轮504a与器械接口元件902a对准使得驱动元件B2在滑轮504a与器械接口元件902a之间平行于轴的纵向轴线403延伸。滑轮安装件703d、且因此滑轮504c与轴301对准使得驱动元件B2在滑轮504c与轴301之间平行于轴的纵向轴线403延伸。因此，第一外表面701用于在轴与器械接口元件902a之间布线驱动元件B1和B2。第一组滑轮安装件703a、b、c、d，且因此第一组滑轮504a、b、c、d在第一平面中对准。因此，驱动元件B1和B2也在该第一平面中对准。器械接口元件902a在同一第一平面中对准。另外，后滑轮506a在同一第一平面中对准。

第二外表面702包括第二组滑轮503a、b、c、d安装到其上的第二组滑轮安装件704a、b、c、d。一旦组装在器械接口中，这些滑轮503a、b、c、d就约束驱动元件A1和A2，在轴与器械接口元件902b之间引导它们。滑轮安装件704a、且因此滑轮503b与器械接口元件902b对准，使得驱动元件A1在滑轮503b与器械接口元件902b之间平行于轴的纵向轴线403延伸。滑轮安装件704b、且因此滑轮503d与轴301对准，使得驱动元件A1在滑轮503d与轴301之间平行于轴的纵向轴线403延伸。滑轮安装件704c、且因此滑轮503a与器械接口元件902b对准，使得驱动元件A2在滑轮503a与器械接口元件902b之间平行于轴的纵向轴线403延伸。滑轮安装件704d、且因此滑轮503c与轴301对准，使得驱动元件A2在滑轮503c与轴301之间平行于轴的纵向轴线403延伸。因此，第二外表面702用于在轴与器械接口元件902b之间布线驱动元件A1和A2。第二组滑轮安装件704a、b、c、d以及因此第二组滑轮503a、b、c、d在第二平面中对准。因此，驱动元件A1和A2也在该第二平面中对准。器械接口元件902b在同一第二平面中对准。另外，后滑轮506b在同一第二平面中对准。

布线滑轮部件可由两个可分离的部分705和706构成，这两个部分在组装器械接口期间连接在一起。第一部分705包括第一外表面701。第二部分706包括第二外表面702。第一部分705包括与第一外表面701相对的第一内表面。第二部分706包括与第二外表面702相对的第二内表面903。当第一部分705和第二部分706连接在一起时，第一内表面和第二内表面彼此接口连接。第一内表面和第二内表面中的一个或两个具有第三组滑轮安装件707a、b、c、d。在图7a和7b中，滑轮安装件707a是完全可见的。在第一外表面和第二外表面上，仅可见滑轮安装件707b、c、d的外侧。第三组滑轮505a、b、c、d安装到第三组滑轮安装件上。因此，一旦汇合在一起，就连接第一内表面和第二内表面以便提供第三组滑轮。

一旦组装在器械接口中，第三组滑轮505a、b、c、d就约束驱动元件C1和C2，在轴与器械接口元件902c之间引导它们。滑轮安装件707a、且因此滑轮505a与器械接口元件902c对准，使得驱动元件C1在滑轮505a和器械接口元件902c之间平行于轴的纵向轴线403延伸。滑轮安装件707b、且因此滑轮505b与轴301对准，使得驱动元件C1在滑轮505b与轴301之间平行于轴的纵向轴线403延伸。滑轮安装件707c、且因此滑轮505c与器械接口元件902c对准，使得驱动元件C2在滑轮505c和器械接口元件902c之间平行于轴的纵向轴线403延伸。滑轮安装件707d、且因此滑轮505d与轴301对准，使得驱动元件C2在滑轮505d与轴301之间平行于轴的纵向轴线403延伸。因此，布线滑轮部件的内表面用于在轴与器械接口元件902c之间布线驱动元件C1和C2。第三组滑轮安装件707a、b、c、d，且因此第三组滑轮505a、b、c、d在第三平面中对准。因此，驱动元件C1和C2也在该第三平面中对准。器械接口元件902c在同一第三平面中对准。另外，后滑轮506c在同一第三平面中对准。

替代地，布线滑轮部件可以是一体的。换句话说，布线滑轮部件可以具有单个主体。在这种情况下，布线滑轮部件的主体可以形成为具有中心凹部。此中心凹部使得第三组滑轮能够装配到主体，并且第三组驱动元件C1、C2能够围绕第三组滑轮被布线通过所述凹部。

在上述实例中，安装布线滑轮部件的滑轮使得每个驱动元件在器械轴与器械接口元件之间在平行于轴的纵向轴线的方向上延伸。约束该驱动元件的器械接口和器械接口元件的滑轮以及驱动元件自身都在器械接口中的同一平面中对准。在替代布置中，布线滑轮部件的滑轮可以安装成与轴的纵向轴线成一定角度。例如，它们可以安装成垂直于轴的纵向轴线。在此实例中，每个驱动元件在经由布线滑轮部件从轴被布线到器械接口元件时改变方向。因此，驱动元件的方向不保持平行于轴的纵向轴线。在这种情况下，约束该驱动元件的器械接口和器械接口元件的滑轮和驱动元件自身不在器械接口中的同一平面中对准。每个驱动元件不保持在单个平面中。

图5示出了处于组装状态的器械接口，其中布线滑轮部件502由单壳体底盘501容纳。图8a、8b和9也示出了当布线滑轮部件502由单壳体底盘501容纳时的器械接口。图9示出了器械接口的横截面。该横截面在平行于且与器械轴301的纵向轴线403相交的平面中被截取，使得布线滑轮部件502的第三组滑轮是可见的。

在图中所示的示例中，布线滑轮部件502和单壳体底盘501被成形且设定尺寸使得布线滑轮部件502推入配合到单壳体底盘501中。换句话说，布线滑轮部件502紧密配合到单壳体底盘501中使得在器械接口的平面中的横向移动最小化。为了实现这一点，附图的单壳体底盘包括邻接布线滑轮部件的若干部分的特征。例如，凸块604a和604b邻接第一外表面701和第二外表面702。作为另外实例，前保持壁605邻接布线滑轮部件的前表面708，前表面708横向于第一外表面701和第二外表面702。作为另外实例，后保持壁606邻接布线滑轮部件的后表面508，后表面508横向于第一外表面701和第二外表面702。

布线滑轮部件可以通过固定件固定到单壳体底盘。适当地，仅使用单个固定件将布线滑轮部件固定到单壳体底盘。例如，可以使用螺钉或螺母和螺栓801。如上所述，在布线滑轮部件推入配合到单壳体底盘中的情况下，单个固定件被定位成抵抗垂直于器械接口的平面的布线滑轮部件的竖直移动。如上所述，通过布线滑轮部件和单壳体底盘之间的紧密配合来抵抗器械接口的平面内的横向移动。另外地或替代地，围绕布线滑轮部件布线的驱动元件的张力保持布线滑轮部件压在单壳体底盘上。这用于抵抗布线滑轮部件和单壳体底盘的相对移动。

图10示出了组装本文所述的机器人手术器械的器械接口的方法。适当地，驱动元件围绕在器械的远端处的铰接部的关节和滑轮被约束，并且在图10的步骤之前通过轴供给到器械接口。替代地，可以首先组装器械接口，并且然后将驱动元件通过轴供给到铰接部，所述驱动元件在该铰接部处被约束。

在步骤1001，驱动元件围绕布线滑轮部件的滑轮被布线。参考图7和图8，这可以通过以下各项实施：(i)在布线滑轮部件的第一外表面上围绕第一组滑轮504a、b、c、d布线驱动元件B1和B2；(ii)在布线滑轮部件的第二外表面702上围绕第二组滑轮503a、b、c、d布线驱动元件A1和A2；以及(iii)围绕布线滑轮部件的第三组滑轮505a、b、c、d布线驱动元件C1和C2。

在布线滑轮部件由两个部分705和706形成的实例中，在第一部分705与第二部分706分开且第三组滑轮505a、b、c、d附接到第一部分和第二部分的内表面中的一个的情况下，步骤1001可以由以下实施：(i)围绕第三组滑轮505a、b、c、d布线驱动元件C1和C2；然后(ii)通过将第二部分的第二内表面连接到第一部分的第一内表面将第一部分和第二部分连接在一起以便在第一部分和第二部分之间围绕滑轮505a、b、c、d约束驱动元件C1和C2；然后(iii)如上所述围绕第一外表面和第二外表面的滑轮布线驱动元件A1和A2以及B1和B2。

在步骤1002处，将驱动元件固定到单壳体底盘。在图9所示的示例中，步骤1002可以通过以下方式相对于驱动元件C1实施：(i)通过用于保持器械接口元件902c的单壳体底盘中的凹部602c布线驱动元件C1；(ii)围绕后滑轮506c布线驱动元件C1；以及(iii)将驱动元件C1固定到器械接口元件902c。步骤1002可相对于驱动元件C2通过以下来实施：将驱动元件C2固定到器械接口元件902c。对于器械的其它驱动元件，可以执行对应的实施。

在步骤1003，将布线滑轮部件放置到单壳体底盘中。适当地，布线滑轮部件推入配合到单壳体底盘中。

组装方法还可包括通过单个固定件(例如如上所述的螺钉或螺母和螺栓801)将布线滑轮部件固定到单壳体底盘。

一旦布线滑轮部件被容纳在单壳体底盘中，所述组装方法还可包括通过移动围绕其约束该驱动元件的后滑轮506而张紧每个驱动元件。例如，后滑轮506可以远离所述轴位移以张紧驱动元件。如上所述，该位移可以平行于轴的纵向轴线403。替代地，后滑轮506可以旋转以卷绕驱动元件，从而张紧驱动元件。

一旦布线滑轮部件被容纳在单壳体底盘中且驱动元件张紧，那么可将壳体放置在单壳体底盘上方以完成器械接口的组装。

在上述组装方法中，步骤1002紧跟着步骤1001。然而，替代地，步骤1001可以紧跟着步骤1002，或者步骤1001和1002两者可以同时执行。在上述组装方法中，步骤1003在步骤1001和1002之后实施。步骤1003仅可在步骤1001之后执行。然而，在替代方法中，步骤1003可以在步骤1002之前执行。

上述器械接口使用单壳体底盘。换句话说，容纳驱动驱动元件的所有器械接口元件的主体由单个部分形成。与先前使用的两件式底盘相比，以单个部分形成的底盘以这种方式为器械接口提供另外的刚性。因此，底盘的挠曲显著减小，并且因此对末端执行器的机械驱动更高效且摩擦损失更小。刚性底盘抵抗使底盘变形的张力。此类变形促成驱动方向和轴方向的不对准。底盘变形还降低精度和对驱动元件的张力的控制。这是因为容纳一个驱动元件的底盘的那部分的变形可能影响附接到同一底盘的其它驱动元件的张力。通过使用单个部分底盘，显著减小了底盘变形。

通过最多单个固定固定件推入配合到单壳体底盘中的可分离的布线滑轮部件的使用简化了器械接口的组装。与两件式底盘的组装相比，将驱动元件供给通过布线滑轮部件并且然后将布线滑轮部件容纳到单壳体底盘中更快且更直接。

对于本文所述的设备，总体上存在较少的器械接口的组成部分。结合更简单的组装，这导致改进的DFMA(制造和组装的设计)。

如上所述，布线滑轮部件的每组滑轮优选地与其将相关联的驱动元件布线到其的器械接口元件安装在同一平面中。理想情况下，如果使用，单壳体底盘的后滑轮也安装在这个相同平面中。此对准减小了驱动元件在器械接口中的滑轮上摩擦引起的滑动摩擦和阻力。因此，这种对准提供了从器械接口元件到末端执行器的更高效的机械驱动传递。在布线滑轮部件的每组滑轮安装成与其将相关联的驱动元件布线到其上的器械接口元件成一定角度的上述替代实施例中，实现更紧凑的器械接口设计。换句话说，此实施例使得器械接口元件能够更靠近器械轴。

如上文所提及，单壳体底盘和布线滑轮部件中的每一个可由金属或塑料制成。特别是对于单壳体底盘，金属的使用改善了在使用器械之后的高压蒸汽循环期间的驱动元件的张紧。

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。驱动铰接部的关节的该对驱动元件可以是线缆环。例如，A1和A2可以是单个线缆环。在这种情况下，线缆环例如通过压接而附接到其所驱动的铰接部中的关节。替代地，驱动铰接部的关节的该对驱动元件可以是两个单独线缆。例如，A1可以是与A2分开的线缆。在这种情况下，每个线缆例如通过压接而单独地附接到其所驱动的铰接部中的关节。

本文所述的机器人可以用于除手术之外的目的。例如，端口可以是如汽车发动机的制造物品中的检查端口，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，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在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

用于驱动所述驱动元件的在所述轴的近端处的器械接口，所述器械接口包括：

单壳体底盘；以及

布线滑轮部件，所述布线滑轮部件由所述单壳体底盘容纳并且可与所述单壳体底盘分离；

其中所述器械接口被配置成通过以下方式组装：

围绕所述布线滑轮部件的滑轮布线所述驱动元件；

将所述驱动元件固定到所述单壳体底盘；以及

将所述布线滑轮部件放置到所述单壳体底盘中。

2.根据权利要求1所述的机器人手术器械，其中所述布线滑轮部件和单壳体底盘被成形并且设定尺寸使得所述布线滑轮部件推入配合到所述单壳体底盘中。

3.根据权利要求1或2所述的机器人手术器械，其中所述布线滑轮部件仅通过单个固定件固定到所述单壳体底盘。

4.根据任一前述权利要求所述的机器人手术器械，其中所述布线滑轮部件包括第一外表面，所述第一外表面包括用于约束第一驱动元件的第一组滑轮，其中所述铰接部的第一关节可由所述第一驱动元件驱动。

5.根据权利要求4所述的机器人手术器械，其中所述第一组滑轮在第一平面中对准，使得所述第一驱动元件位于所述第一平面中。

6.根据任一前述权利要求所述的机器人手术器械，其中所述布线滑轮部件包括第二外表面，所述第二外表面包括用于约束第二驱动元件的第二组滑轮，其中所述铰接部的第二关节可由所述第二驱动元件驱动。

7.根据权利要求6所述的机器人手术器械，其中所述第二组滑轮在第二平面中对准，使得所述第二驱动元件位于所述第二平面中。

8.根据从属于权利要求4或5时的权利要求6或7所述的机器人手术器械，其中所述布线滑轮部件包括：

第一部分，所述第一部分包括所述第一外表面；和

第二部分，所述第二部分包括所述第二外表面；

其中所述第一部分和所述第二部分可彼此分离。

9.根据权利要求8所述的机器人手术器械，其中：

所述第一部分包括与所述第一外表面相对的第一内表面；并且

所述第二部分包括与所述第二外表面相对的第二内表面；

所述第一内表面和所述第二内表面可连接在一起以便提供用于约束第三驱动元件的第三组滑轮，其中所述铰接部的第三关节可由所述第三驱动元件驱动。

10.根据权利要求9所述的机器人手术器械，其中所述第三组滑轮在第三平面中对准，使得所述第三驱动元件位于所述第三平面中。

11.根据任一前述权利要求所述的机器人手术器械，其中所述单壳体底盘包括器械接口元件，每个器械接口元件在所述器械接口的外部处暴露以便可由所述器械接口外部的驱动组件驱动，每个驱动元件终止于对应的器械接口元件处。

12.根据从属于权利要求4至10中任一项时的权利要求11所述的机器人手术器械，其中对应于驱动元件的所述器械接口元件与约束所述驱动元件的所述一组滑轮位于同一平面中。

13.根据任一前述权利要求所述的机器人手术器械，其中对于每个驱动元件，所述单壳体底盘包括仅用于约束所述驱动元件的单个滑轮，所述单个滑轮可移动以便张紧所述驱动元件。

14.根据任一前述权利要求所述的机器人手术器械，其中所述轴刚性地固定到所述单壳体底盘。

15.一种组装机器人手术器械的方法，所述机器人手术器械包括：轴；驱动元件；用于铰接末端执行器的在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；和用于驱动所述驱动元件的在所述轴的近端处的器械接口，所述器械接口包括单壳体底盘和可与所述单壳体底盘分离的布线滑轮部件，所述方法包括：

围绕所述布线滑轮部件的滑轮布线所述驱动元件；

将所述驱动元件固定到所述单壳体底盘；以及

将所述布线滑轮部件放置到所述单壳体底盘中。

16.根据权利要求15所述的组装机器人手术器械的方法，其中布线步骤包括：

围绕所述布线滑轮部件的第一外表面布线第一驱动元件；以及

围绕所述布线滑轮部件的第二外表面布线第二驱动元件。

17.根据权利要求16所述的组装机器人手术器械的方法，其中所述布线滑轮部件包括第一部分和第二部分，所述第一部分包括所述第一外表面和与所述第一外表面相对的第一内表面，并且所述第二部分包括所述第二外表面和与所述第二外表面相对的第二内表面，其中所述第一部分和所述第二部分可彼此分离，所述布线步骤包括：

围绕所述第一部分的所述第一内表面布线第三驱动元件；以及

通过将所述第二部分的所述第二内表面连接到所述第一部分的所述第一内表面而将所述第一部分和所述第二部分连接在一起，以便围绕由所述第一部分和所述第二部分的连接在一起提供的一组滑轮约束所述第三驱动元件。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的组装机器人手术器械的方法，其中将所述布线滑轮部件放置到所述单壳体底盘中包括将所述布线部件推入配合到所述单壳体底盘中。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的组装机器人手术器械的方法，还包括仅通过单个固定件将所述布线滑轮部件固定到所述单壳体底盘中。

20.根据权利要求15至19中任一项所述的组装机器人手术器械的方法，其中对于每个驱动元件，所述单壳体底盘包括仅用于约束所述驱动元件的单个滑轮，所述方法还包括通过位移所述单个滑轮来张紧每个驱动元件。

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