CN116744874A - 具有基于工具的平移的外科工具及其锁定 - Google Patents
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Abstract
一种外科工具，该外科工具包括：外科端部执行器，该外科端部执行器包括相对的钳口；细长轴，该细长轴朝远侧延伸到外科端部执行器；和壳体，该壳体限定穿过其的通道，其中细长轴延伸穿过通道。外科工具还包括致动机构，该致动机构被构造成能够使壳体相对于外科端部执行器沿着细长轴选择性地运动。致动机构包括滑轮、与滑轮接合的缆线、以及被构造成能够相对于细长轴可释放地锁定壳体的锁定布置。锁定布置包括围绕细长轴定位的垫圈。缆线与垫圈接合。滑轮的致动被构造成能够向缆线施加张力以使垫圈相对于细长轴从锁定取向枢转到解锁取向。
Description
背景技术
本公开涉及机器人外科系统。机器人外科系统可包括中央控制单元、外科医生的命令控制台以及具有一个或多个机械臂的机器人。机器人工具可以可释放地安装到机器人臂上。机器人工具的数量和类型可以取决于外科规程的类型。在某些情况下，机器人外科系统可以在外科规程期间与一个或多个显示器和/或一个或多个手持式外科器械结合使用。
发明内容
在一个方面，本公开提供了一种外科工具，该外壳工具包括：外科端部执行器，该外科端部执行器包括相对的钳口；细长轴，该细长轴朝远侧延伸到外科端部执行器；和壳体，该壳体限定穿过其的通道，其中细长轴延伸穿过通道。外科工具还包括致动机构，该致动机构被构造成能够使壳体相对于外科端部执行器沿着细长轴选择性地运动。致动机构包括滑轮、与滑轮接合的缆线、以及被构造成能够相对于细长轴可释放地锁定壳体的锁定布置。锁定布置包括围绕细长轴定位的垫圈。缆线与垫圈接合。滑轮的致动被构造成能够向缆线施加张力以使垫圈相对于细长轴从锁定取向枢转到解锁取向。
在另一个方面，本公开提供了一种外科工具，该外科工具包括外科端部执行器、朝远侧延伸到外科端部执行器的细长轴、以及限定穿过其的通道的壳体，其中细长轴延伸穿过通道。外科工具还包括致动机构，该致动机构被构造成能够使壳体相对于外科端部执行器沿着细长轴选择性地运动。致动机构包括滑轮、绞盘以及与滑轮和绞盘接合的缆线。致动机构还包括锁定布置，该锁定布置被构造成能够相对于细长轴可释放地锁定壳体。锁定布置包括围绕细长轴定位的第一垫圈。缆线的第一端部与第一垫圈接合。第一垫圈被构造成能够相对于细长轴在锁定取向与解锁取向之间枢转。锁定布置还包括围绕细长轴定位的第二垫圈。缆线的第二端部与第二垫圈接合。第二垫圈被构造成能够相对于细长轴在锁定取向与解锁取向之间枢转。锁定布置还包括位于第一垫圈与第二垫圈之间的弹簧，其中弹簧被构造成能够将第一垫圈的一部分远离第二垫圈的一部分偏置，以将第一垫圈和第二垫圈枢转到锁定取向中。绞盘的旋转被构造成能够向缆线施加张力以将第一垫圈和第二垫圈枢转到第一垫圈和第二垫圈的解锁取向。
在另一个方面，本公开提供了一种外科工具，该外科工具包括细长轴以及限定穿过其的通道的壳体，其中细长轴延伸穿过通道。外科工具还包括致动机构，该致动机构被构造成能够使壳体沿着细长轴选择性地运动。致动机构包括滑轮布置和锁定布置，该锁定布置被构造成能够相对于细长轴可释放地锁定壳体。锁定布置包括围绕细长轴定位的锁。滑轮布置的致动被构造成能够使锁从锁定取向运动到解锁取向。
附图说明
各种方面的新型特征在随附权利要求书中具体阐述。然而，关于组织和操作方法两者的所述方面可通过结合附图参照以下描述最好地理解，其中：
图1是示出根据本公开的至少一个方面的包括机器人外科系统的手术室的示意图，该机器人外科系统具有多个机器人臂。
图2是根据本公开的至少一个方面的包括工具驱动器的机器人臂的透视图，并且还示出安装到工具驱动器的机器人工具。
图3是根据本公开的至少一个方面的图2的工具驱动器和安装到工具驱动器的图2的机器人工具的近侧工具基部的透视图。
图4是根据本公开的至少一个方面的图2的工具驱动器的透视图，该工具驱动器不具有安装到其上的机器人工具基部。
图5是根据本公开的至少一个方面的机器人工具的近侧部分的平面图。
图6是根据本公开的至少一个方面的外科缝合工具的透视图。
图6A是根据本公开的至少一个方面的图6的外科缝合工具的一部分的详细透视图，其示出近侧工具基部和容纳在其中的旋转驱动器，其中为清楚起见从近侧工具基部移除了某些部件。
图6B是根据本公开的至少一个方面的图6A的近侧工具基部的一部分的详细透视图，并且为清楚起见移除了某些部件。
图7是根据本公开的至少一个方面的用于图6的外科缝合工具的旋转驱动系统的透视图，其中旋转驱动系统包括可滑动地定位在高扭矩齿轮组件与高速齿轮组件之间的过渡螺母。
图8是根据本公开的至少一个方面的图7的旋转驱动系统的剖面透视图，其中为清楚起见移除了高速齿轮组件的部分。
图9是根据本公开的至少一个方面的处于高速操作状态的图7的旋转驱动系统的正视图，并且过渡螺母被示出为透明的以露出隐藏在其中的部件。
图10是根据本公开的至少一个方面的处于过渡状态的图7的旋转驱动系统的正视图，并且其中高扭矩齿轮的部分被示出为透明的以露出内部倾斜凹槽阵列。
图11是根据本公开的至少一个方面的处于高扭矩操作状态的图7的旋转驱动系统的正视图，并且其中高扭矩齿轮的部分被示出为透明的以露出内部倾斜凹槽阵列。
图12是根据本公开的至少一个方面的实现交叉检查规程的机器人外科工具的双驱动布置的示意图。
图13是根据本公开的至少一个方面的图12的交叉检查规程随时间推移的角位移和扭矩的图形表示。
图14是根据本公开的至少一个方面的与图12的驱动布置一起使用的控制电路的示意图。
图15和图16是根据本公开的至少一个方面的实现交叉检查规程的图12的双驱动布置的示意图。
图17是根据本公开的至少一个方面的图15和图16的交叉检查规程随时间推移的角位移和扭矩的图形表示。
图18是根据本公开的至少一个方面的交叉检查规程随时间推移的角位移的图形表示。
图19是根据本公开的至少一个方面的图18的交叉检查规程随时间推移的扭矩的图形表示。
图20是根据本公开的至少一个方面的图18和图19的交叉检查规程的图19的扭矩相对于图18的角位移的图形表示。
图21是根据本公开的至少一个方面的机器人外科工具的正视图，该机器人外科工具包括驱动壳体、外科端部执行器以及位于驱动壳体与外科端部执行器之间的关节运动接头。
图22是根据本公开的至少一个方面的与图21的两个关节运动输入驱动器一起使用的控制电路的示意图。
图23是根据本公开的至少一个方面的机器人外科工具的软缓冲关节运动控制方法的控制示意图。
图24是根据本公开的至少一个方面的机器人外科工具的一部分的正视图，该机器人外科工具包括驱动壳体、外科端部执行器以及位于驱动壳体与外科端部执行器之间的关节运动接头，其中为清楚起见并且为了露出驱动壳体的内部而从机器人外科工具移除了某些特征部。
图25是根据本公开的至少一个方面的沿图24所示的平面截取的图24的驱动壳体的剖视图。
图26是根据本公开的至少一个方面的机器人外科工具的部分的正视图，该机器人外科工具包括内轴、关节运动接头、外科端部执行器以及包括关节运动轭的关节运动系统。
图27是根据本公开的至少一个方面的包括关节运动轭的关节运动系统的近侧部分和图26的机器人外科工具的内轴的一部分的透视图。
图28是根据本公开的至少一个方面的机器人外科工具的关节运动系统的轧制元件垫的分解透视图。
图29是描述根据本公开的至少一个方面的在外科成像系统的视觉显示器上显示叠加特征的方法的流程图。
图30A至图30D是根据本公开的至少一个方面的用于外科成像系统的视觉显示器的正视图，其示出在外科手术期间机器人外科工具的部分，这些视图示出在视觉显示器中用端部执行器叠加特征向临床医生传送信息的过程。
图31是根据本公开的至少一个方面的机器人外科系统的示意图。
图32是根据本公开的至少一个方面的外科机器人的透视图。
图33是根据本公开的至少一个方面的图31的机器人外科系统的工具驱动器和图32的外科机器人的透视图。
图34是根据本公开的至少一个方面的与图33的工具驱动器一起使用的外科工具的正视图。
图35是根据本公开的至少一个方面的用于致动图34的外科工具的端部执行器的致动机构的平面图。
图36是根据本公开的至少一个方面的用于使图34的外科工具相对于图33的工具驱动器平移的致动机构的正视图。
图37是根据本公开的至少一个方面的外科工具的包括致动机构的一部分的剖面正视图，该致动机构用于使外科工具相对于工具驱动器平移。
图38是示出根据本公开的至少一个方面的外科工具的横切操作的流程图。
图39是根据本公开的至少一个方面的用于实现横切操作的控制电路图。
在若干视图中，对应的参考符号指示对应的零件。本文所述的范例以一种形式示出了本发明的某些实施方案，并且这种范例不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
本申请的申请人还拥有与本申请同日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每一篇全文以引用方式并入本文：
●名称为“ROBOTIC SURGICAL TOOLS HAVING DUALARTICULATION DRIVES”的美国专利申请，代理人案卷号END9300USNP1/200834；
●名称为“TORQUE-BASED TRANSITION BETWEEN OPERATINGGEARS”的美国专利申请，代理人案卷号END9301USNP1/200835；和
●名称为“DUAL DRIVING PINION CROSSCHECK”的美国专利申请，代理人案卷号END9306USNP1/200836。
本申请的申请人还拥有2019年8月28日提交的名称为“ARTICULATING INCLUDINGANTAGONISTIC CONTROLS FOR ARTICULATION AND CALIBRATION”的美国专利申请16/553,725，该专利申请全文以引用方式并入本文。
本申请的申请人还拥有2017年12月28日提交的名称为“ROBOT ASSISTEDSURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请62/611,339，该专利申请全文以引用方式并入本文。
本申请的申请人还拥有2018年3月29日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每一项全文以引用方式并入本文：
●名称为“DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTEDSURGICAL PLATFORMS”的美国专利申请15/940,627；
●名称为“AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTS FOR ROBOT-
ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”的美国专利申请15/940,676；和
●名称为“SENSING ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTEDSURGICAL PLATFORMS”的美国专利申请15/940,711。
在详细说明机器人外科平台的各个方面之前，应当指出，例示性示例在应用或使用上不限于附图和说明书中所示出的部件的构造和布置的细节。例示性示例可在其他方面、变型和修改中实现或并入，并且可以各种方式实践或执行。此外，除非另外指明，否则本文所用的术语和表达是为了方便读者而对例示性示例进行描述而所选的，并非为了限制性的目的。而且，应当理解，以下描述的方面、方面的表达和/或示例中的一者或多者可与其他以下描述的方面、方面的表达和/或示例中的任何一者或多者组合。
微创外科手术(MIS)诸如腹腔镜手术通常涉及旨在在外科规程期间减少组织损伤的技术。例如，腹腔镜规程可涉及在患者体内(例如，在腹部)形成多个小切口，并通过切口将一个或多个外科工具(例如，端部执行器和内窥镜)引入患者体内。然后可使用引入的外科工具执行外科规程，其中可视化辅助由例如内窥镜提供。在以下参考文献中进一步描述了示例性外科可视化系统，这些参考文献各自的全文以引用方式并入本文：
●2020年1月16日公布的名称为“SURGICAL VISUALIZATIONPLATFORM”的美国专利申请公布2020/0015923A1；
●2020年1月16日公布的名称为“SURGICAL VISUALIZATIONCONTROLS”的美国专利申请公布2020/0015904A1；
●2020年1月16日公布的名称为“CONTROLLING AN EMITTERASSEMBLY PULSESEQUENCE”的美国专利申请公布2020/0015900A1；
●2020年1月16日公布的名称为“SINGULAR EMR SOURCEEMITTER ASSEMBLY”的美国专利申请公布2020/0015668A1；●2020年1月16日公布的名称为“COMBINATION EMITTERANDCAMERA ASSEMBLY”的美国专利申请公布2020/0015925A1；●2020年1月16日公布的名称为“SURGICAL VISUALIZATIONWITH PROXIMITY TRACKING FEATURES”的美国专利申请公布2020/0015899A1；
●2020年1月16日公布的名称为“SURGICAL VISUALIZATIONOF MULTIPLETARGETS”的美国专利申请公布2020/0015903
A1；
●2020年10月6日公布的名称为“VISUALIZATION OFSURGICAL DEVICES”的美国专利10,792,034；
●2020年1月16日公布的名称为“OPERATIVECOMMUNICATION OF LIGHT”的美国专利申请公布2020/0015897A1；
●2020年1月16日公布的名称为“ROBOTIC LIGHT PROJECTIONTOOLS”的美国专利申请公布2020/0015924A1；
●2020年1月16日公布的名称为“SURGICAL VISUALIZATIONFEEDBACK SYSTEM”的美国专利申请公布2020/0015898A1；
●2020年1月16日公布的名称为“SURGICAL VISUALIZATIONAND MONITORING”的美国专利申请公布2020/0015906A1；
●2020年1月16日公布的名称为“INTEGRATION OF IMAGINGDATA”的美国专利申请公布2020/0015907A1；
●2020年1月16日公布的名称为“ROBOTICALLY-ASSISTEDSURGICAL SUTURINGSYSTEMS”的美国专利申请公布2020/0015806A1；
●2020年1月16日公布的名称为“SAFETY LOGIC FORSURGICAL SUTURINGSYSTEMS”的美国专利申请公布2020/0015901A1；
●2020年1月16日公布的名称为“ROBOTIC SYSTEMS WITHSEPARATEPHOTOACOUSTIC RECEIVERS”的美国专利申请公布2020/0015914A1；以及
●2020年1月16日公布的名称为“FORCE SENSOR THROUGHSTRUCTURED LIGHTDEFLECTION”的美国专利申请公布2020/0015902A1。
MIS可提供一定有益效果，诸如减少患者疤痕、减轻患者疼痛、缩短患者恢复期和/或降低与患者恢复相关联的医疗费用。最近的技术发展允许机器人系统执行更多的MIS规程。机器人系统通常包括一个或多个机器人臂，所述机器人臂用于基于来自远程操作者(例如，外科医生/临床医生)的命令来操纵外科工具。机器人臂可以例如在其远侧端部处支撑各种外科装置，诸如外科端部执行器、成像装置以及用于提供进入患者的体腔和器官的通路的插管。
现有的机器人辅助外科系统通常由外科医生控制台和患者侧推车组成，其中一个或多个交互式机器人臂从控制台控制。例如，一个机器人臂可以支撑相机，并且其他机器人臂可以支撑机器人工具，诸如外科手术刀、剪刀、抓持器和缝合器。本文进一步描述了各种示例性机器人工具。
本文所公开的机器人外科系统可以是被设计用于外科医生执行MIS规程的软件控制的机电系统。机器人外科系统可与内窥镜、兼容的内窥镜器械和附件一起使用。该系统可由受过训练的医师在手术室环境中使用，以帮助在机器人辅助的泌尿外科手术、妇科外科手术、胃外科手术和其他腹腔镜式外科手术期间准确控制兼容的内窥镜式器械。与外科系统一起使用的兼容的内窥镜式器械和附件旨在用于对组织进行内窥镜式操纵，包括例如缝扎、抓持、切割、钝性解剖和锐性解剖、拉近、连接、电灼和缝合。
图1中示出了示例性手术室环境。机器人外科系统100被示出处于手术室中，并且机器人外科系统100包括用户控制台110、控制塔130和具有安装在外科平台124(例如，桌子或床)上的一个或多个机器人外科臂122的外科机器人120。临床医生可将具有端部执行器的外科工具安装到机器人臂122的远侧端部以执行外科规程。机器人臂122是台式安装的，但在其他构型中，机器人臂可安装到推车、地板、天花板、侧壁或其他合适的支承表面。在各种情况下，机器人臂可由具有基部和/或立柱的自立式机器人支撑，如2019年8月28日提交的名称为“ARTICULATING INCLUDING ANTAGONISTIC CONTROLS FOR ARTICULATION ANDCALIBRATION”的美国专利申请16/553,725中进一步描述。2019年8月28日提交的名称为“ARTICULATING INCLUDING ANTAGONISTIC CONTROLS FOR ARTICULATION ANDCALIBRATION”的美国专利申请16/553,725的全文以引用方式并入本文。
一般来讲，用户(诸如外科医生或其他操作员)位于用户控制台110处以经由远程操作远程操纵机器人臂122和/或外科器械。用户控制台110可位于与机器人系统100相同的手术室中，如图1所示。在其他环境中，用户控制台110可位于相邻或附近的房间中，或者从不同建筑物、城市或国家的远程位置进行远程操作。用户控制台110可包括座椅112、踏板114、一个或多个手持用户接口装置(UID)116和显示器118，该显示器被配置成能够显示例如患者体内的外科部位的视图。如示例性用户控制台110所示，坐在座椅112中并查看开放式显示器118的外科医生可操纵踏板114和/或手持式用户接口装置116以远程控制机器人臂122和/或安装到臂122的远侧端部的外科器械。在以下参考文献中进一步描述了示例性机器人输入装置和/或传感器布置，这些参考文献各自的全文以引用方式并入本文：
●2020年9月17日公布的名称为“INPUT CONTROLS FORROBOTIC SURGERY”的美国专利申请公布2020/0289219A1；
●2020年9月17日公布的名称为“DUAL MODE CONTROLS FORROBOTIC SURGERY”的美国专利申请公布2020/0289228A1；
●2020年9月17日公布的名称为“MOTION CAPTURECONTROLS FOR ROBOTICSURGERY”的美国专利申请公布2020/0289216A1；
●2020年9月17日公布的名称为“ROBOTIC SURGICALCONTROLS HAVING FEEDBACKCAPABILITIES”的美国专利申请公布2020/0289229A1；
●2020年9月17日公布的名称为“ROBOTIC SURGICALCONTROLS WITH FORCEFEEDBACK”的美国专利申请公布2020/0289230A1；
●2020年9月17日公布的名称为“JAW COORDINATION OFROBOTIC SURGICALCONTROLS”的美国专利申请公布2020/0289217A1；
●2020年9月17日公布的名称为“ROBOTIC SURGICALSYSTEMS WITH MECHANISMSFOR SCALING SURGICALTOOL MOTION ACCORDING TO TISSUE PROXIMITY”的美国专利申请公布2020/0289220A1；
●2020年9月17日公布的名称为“ROBOTIC SURGICALSYSTEMS WITH MECHANISMSFOR SCALING CAMERAMAGNIFICATION ACCORDING TO PROXIMITY OF SURGICALTOOL TOTISSUE”的美国专利申请公布2020/0289205A1；
●2020年9月17日公布的名称为“ROBOTIC SURGICALSYSTEMS WITH SELECTIVELYLOCKABLE ENDEFFECTORS”的美国专利申请公布2020/0289221A1；
●2020年9月17日公布的名称为“SELECTABLE VARIABLERESPONSE OF SHAFTMOTION OF SURGICAL ROBOTICSYSTEMS”的美国专利申请公布2020/0289222A1；以及
●2020年9月17日公布的名称为“SEGMENTED CONTROLINPUTS FOR SURGICALROBOTIC SYSTEMS”的美国专利申请公布2020/0289223A1。
在一些变型中，用户还可以“床上”(OTB)模式操作机器人外科系统100，其中用户位于患者一侧并且同时操纵附接至其的机器人驱动的工具/端部执行器(例如，用一只手握持的手持式用户接口装置116)和手动腹腔镜工具。例如，用户的左手可操纵手持式用户接口装置116以控制机器人外科部件，而用户的右手可操纵手动腹腔镜工具。在这些变型中，用户可以对患者执行机器人辅助的MIS和手动腹腔镜手术两者。
在一些方面，外科机器人120与用户控制台110之间的通信可通过控制塔130进行，该控制塔可将来自用户控制台110的用户输入转换成机器人控制命令并将该控制命令传输到外科机器人120。控制塔130还可将状态和反馈从机器人120传输回用户控制台110。外科机器人120、用户控制台110和控制塔130之间的连接可为有线连接和/或无线连接，并且可以是专有的并且/或者使用多种数据通信协议中的任一种数据通信协议来执行。任何有线连接都可以内置于手术室的地板和/或墙壁或天花板中。机器人外科系统100可向一个或多个显示器提供视频输出，包括手术室内的显示器以及经由互联网或其他网络访问的远程显示器。还可加密视频输出或馈送以确保隐私，并且视频输出的全部或部分可保存到服务器或电子保健记录系统。
机器人外科系统100可以在每个工具(内窥镜和/或外科工具)附接到其臂122上时唯一地识别每个工具，并且可以在用户控制台110处的显示器118上和/或在控制塔130上的触摸屏显示器上显示工具类型和臂位置。可启用对应的工具功能并且使用主UID 116和脚踏板114将其激活。患者侧助手可在整个规程中根据需要附接和拆卸工具。坐在用户控制台110处的外科医生可使用由两个主UID 116和脚踏板114控制的工具开始进行外科手术。系统通过主UID 116将外科医生的手部运动、腕部运动和/或手指运动转换成外科工具的精确实时运动。因此，系统会持续监控外科医生的每次外科手术操作，并且如果系统无法精确反映外科医生的手部运动，则可暂停器械运动。
图2中示出了机器人臂200。机器人臂200可结合到外科机器人120(图1)中。例如，机器人臂200可对应于外科机器人120的机器人臂122(图1)中的一个机器人臂。机器人臂200包括工具驱动器220和插管221。机器人外科工具250安装到器械驱动器220并且安装在插管221中。机器人臂200包括连杆(例如，连杆201、202、203、204、205、206、207、208A、208B)和用于使多个连杆相对于彼此致动的致动接头模块(例如，接头211、212、213、214、215、216、217)。接头模块可包括各种类型，诸如俯仰接头或滚动接头，其可基本上约束相邻连杆围绕某些轴线相对于其他轴线的运动。工具驱动器220附接到机器人臂200的远侧端部并且包括从其朝远侧延伸的套筒或插管221。插管221被构造成能够接纳外科工具250并将其引导到患者体内。机器人工具250还包括关节运动接头或腕部256和设置在远侧端部处的端部执行器258(图2)。机器人臂200的接头模块211、212、213、214、215、216、217可被致动以定位和定向工具驱动器220，该工具驱动器致动机器人腕部256和端部执行器258以进行机器人外科手术。
图3示出了其上安装有外科工具250的工具驱动器220，并且图4示出了其上未安装外科工具的工具驱动器22。工具驱动器220包括具有纵向轨道223的细长基部(或“层板”)222和与纵向轨道223滑动接合的工具滑架224。层板222可被构造成能够联接到机器人臂200的远侧端部，使得机器人臂200的关节运动将工具驱动器220定位和/或定向在适当位置。另外，工具滑架224被构造成能够接纳机器人工具250的工具基部252。机器人工具250还包括从工具基部252延伸并穿过插管221的工具轴254。
一般来讲，工具滑架224为联接到工具滑架224的机器人工具250提供各种自由度。例如，工具滑架224沿着纵向轨道223的纵向运动为外科工具250提供沿着工具轴线的平移自由度。本文进一步描述了另选的平移自由度(例如，沿着插入轴线)。
另外，工具滑架224为外科工具250围绕工具轴线的旋转提供旋转自由度，并且为外科工具的端部执行器的致动或关节运动(例如，抓持或切割)提供各种自由度。例如，工具滑架224包括一个或多个马达驱动器(例如，线性轴线驱动器或旋转轴线驱动器)，其输出可联接到外科工具的输入驱动机构。第一马达驱动器可致动第一自由度，第二马达驱动器可致动第二自由度，对于工具滑架中的所有附加马达驱动器依此类推。例如，至少一个马达驱动器可沿第一方向(例如，顺时针方向)致动工具轴的旋转，并且另一马达驱动器可沿与第一方向相反的第二方向(例如，逆时针方向)以对抗的方式致动工具轴的旋转。另选地，至少一个马达驱动器可沿两个方向(例如，顺时针方向和逆时针方向)致动工具轴的旋转。工具的这种致动可涉及例如工具中的缆线驱动机构或机构组，其联接到工具滑架中的马达驱动器的输出。下面进一步描述了工具滑架的示例性变型。
工具滑架224被构造成能够通过由致动驱动器操纵和控制的齿轮、轴、缆线和/或线的系统来致动机器人腕部256和端部执行器258的一组关节运动。参见图4，工具滑架224包括六个马达和六个对应的旋转驱动器260、262、264、266、268和270，它们是机器人工具的旋转输入件。旋转驱动器260、262、264、266、268和270被布置成两排并且沿着基部纵向延伸。图4中的旋转驱动器260、262、264、266、268和270略微交错以减小工具滑架224的总宽度，使得工具滑架224更紧凑。旋转驱动器260、264和268被布置在第一排中，并且旋转驱动器262、266和270被布置在与第一排略微纵向偏移的第二排中。具有六个旋转驱动器的工具滑架在例如2020年5月7日公布的名称为“ROBOTIC SURGICAL SYSTEM”的美国专利申请公布2020/0138534和2019年8月28日提交的名称为“ARTICULATING INCLUDING ANTAGONISTICCONTROLS FOR ARTICULATION AND CALIBRATION”的美国专利申请16/553,725中进一步描述。2020年5月7日公布的名称为“ROBOTIC SURGICAL SYSTEM”的美国专利申请公布2020/0138534和2019年8月28日提交的名称为“ARTICULATING INCLUDING ANTAGONISTICCONTROLS FOR ARTICULATION AND CALIBRATION”的美国专利申请16/553,725各自的全文以引用方式并入本文。
在其他情况下，工具滑架224可包括致动驱动器的不同构型。例如，2019年7月4日公布的名称为“DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOTIC-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”的美国专利申请公布2019/0201111描述了具有各种驱动布置的工具滑架。2015年7月7日公布的名称为“SURGICAL STAPLING INSTRUMENTS WITH ROTATABLE STAPLE DEPLOYMENTARRANGEMENTS”的美国专利9,072,535也描述了具有各种驱动布置的工具滑架。2015年7月7日公布的名称为“SURGICAL STAPLING INSTRUMENTS WITH ROTATABLE STAPLE DEPLOYMENTARRANGEMENTS”的美国专利9,072,535和2019年7月4日公布的名称为“DRIVE ARRANGEMENTSFOR ROBOTIC-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”的美国专利申请公布2019/0201111各自的全文以引用方式并入本文。本文进一步描述了另选的驱动布置。
现在参见图5，示出了机器人工具350的近侧部分。机器人工具350在许多方面可类似于机器人工具250(图2和图3)，并且可适于与例如工具驱动器220(图2至图4)和外科机器人120(图1)一起使用。机器人工具350的近侧部分包括工具基部352；细长轴354从基部352朝向端部执行器朝远侧延伸。基部352包括六个旋转驱动器360、362、364、366、368和370，它们被构造成能够与工具滑架上的六个旋转马达驱动的输入件配合，诸如工具滑架224上的旋转驱动器260、262、264、266、268和270(图4)。在各种情况下，每个旋转驱动器360、362、364、366、368和370可与机器人工具350的自由度相关联。在其他情况下，一个或多个旋转驱动器可经由传动装置对应于多个自由度。机器人工具的示例性驱动布置在2019年7月4日公布的名称为“DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOTIC-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”的美国专利申请公布2019/0201111中进一步描述，该专利申请公布全文以引用方式并入本文。
每个旋转驱动器360、362、364、366、368和370包括可旋转盘或圆盘，该可旋转盘或圆盘被构造成能够与对应的旋转驱动器260、262、264、266、268和270(图4)对准并配合。例如，旋转驱动器260、262、264、266、268和270以及旋转驱动器360、362、364、366、368和370分别包括一个或多个可配合表面特征部240(图4)和340(图5)，所述可配合表面特征部被构造成能够便于相对的表面特征部240、340之间的配合接合，使得给定旋转驱动器260、262、264、266、268和270的运动(即，旋转)相应地使相关联的旋转驱动器360、362、364、366、368和370运动(即，旋转)。
工具滑架224可包括扭矩传感器和旋转编码器，它们可结合到旋转驱动器260、262、264、266、268和270中的一些或全部旋转驱动器的马达中。扭矩传感器可被配置成能够测量马达上的实时扭矩负载，其对应于由旋转驱动器260、262、264、266、268和270和/或与其联接的机器人工具350中的旋转驱动器360、362、364、366、368和370呈现的扭矩负载。旋转编码器可以测量马达的旋转运动或输出，其对应于旋转驱动器260、262、264、266、268和270和/或旋转驱动器360、362、364、366、368和370的旋转运动。监测马达的扭矩负载和旋转运动可以帮助确定外科工具350是否根据控制塔130所提供的命令来操作。除此之外或另选地，扭矩传感器和/或旋转编码器可以可操作地联接到机器人工具350中的旋转驱动器360、362、364、366、368和370中的一个或多个旋转驱动器。
再次参见图5，工具基部352中的旋转驱动器360、362、364、366、368和370可以实现机器人工具350的各种自由度。例如，旋转驱动器360可对应于机器人工具350的俯仰运动，旋转驱动器362可对应于机器人工具350的滚转运动，旋转驱动器364可对应于机器人工具350的第一偏航运动，旋转驱动器366可对应于机器人工具350在与第一偏航运动相反的方向上的第二偏航运动，例如，旋转驱动器368可对应于机器人工具350的夹持运动(例如，钳口的闭合)，并且旋转驱动器370可对应于机器人工具350的击发运动(例如，组织的切割和缝合)。在此类情况下，联接到工具滑架中的单个旋转输入件的单个旋转驱动器被构造成能够闭合钳口。
与每个马达和对应的旋转输入件专用于单个自由度的布置相比，传动装置可允许更大量的自由度。在某些情况下，为了实现更高的扭矩状态—诸如当将击发构件击发穿过厚的和/或坚韧的组织时，这需要高扭矩输入，工具滑架上的多于一个旋转输入件可被驱动地联接到一个自由度。这样的驱动布置在2019年7月4日公布的名称为“DRIVEARRANGEMENTS FOR ROBOTIC-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS”的美国专利申请公布2019/0201111中有所描述，该专利申请公布全文以引用方式并入本文。在其他情况下，如本文进一步所述，基部352中的单个旋转驱动器可经由扭矩转变构件在高速模式与高扭矩模式之间选择性地切换。
机器人工具350可以是被构造成能够夹持、切割和缝合组织的缝合工具。现在参见图6，示出了外科缝合工具450。外科工具450在许多方面类似于外科工具350，并且因此可以与机器人外科系统诸如机器人外科系统100(图1)以及与机器人臂200(图2)和工具驱动器220(图2和图3)结合使用。外科缝合工具450包括在许多方面类似于工具基部352(图5)的工具基部或近侧壳体452，并且包括类似于例如旋转驱动器360、362、364、366、368和370(图5)的六个旋转驱动器460、462、464、466、468和470(图6A和图6B)。细长轴454从工具基部452朝远侧延伸。远侧端部执行器456在关节运动接头或腕部接头458处联接到细长轴454的远侧端部。远侧端部执行器456包括第一钳口480和第二钳口482。第一钳口480和第二钳口482被构造成能够将组织夹持在两者间。例如，第一钳口480是可移动砧座，并且第二钳口482被构造成能够在其中支撑紧固件仓。
在其他情况下，远侧端部执行器456可包括固定砧座和可移动紧固件仓。在其他情况下，两个钳口480、482均能够在打开构型与夹持构型之间枢转或以其他方式运动以夹持组织。
然而，相对的钳口480、482可形成其他类型的具有钳口的端部执行器的一部分，诸如但不限于组织抓持器、外科剪刀、高级能量血管密封器、施夹器、针驱动器、包括一对相对的抓持钳口的babcock钳、双极钳口(例如，双极Maryland抓持器、夹钳、有孔20抓持器等)等。钳口480、482中的一者或两者可被构造成能够枢转，以在打开位置与闭合位置之间致动端部执行器456。
关节运动接头458使得端部执行器456能够相对于轴454进行关节运动或枢转，并且由此将端部执行器456定位在相对于外科部位的期望取向和位置处。一般来讲，关节运动接头458包括被构造成能够允许端部执行器456相对于轴454的枢转运动的接头。腕部458的自由度可以由三个平移变量(即，进退、起伏和摇摆)以及三个旋转变量(即，欧拉角或滚转、俯仰和偏航)表示。平移变量和旋转变量描述了外科系统的部件(例如，端部执行器456)相对于给定参考笛卡尔坐标系的位置和取向。“进退”可指向前和向后的平移运动，“起伏”可指上下的平移运动，并且“摇摆”可指左右的平移运动。关于旋转术语，“滚转”可指左右倾斜，“俯仰”可指向前和向后倾斜，并且“偏航”可指左右转动。
枢转运动可包括围绕关节运动接头458的第一轴线(例如，X轴线)的俯仰运动、围绕关节运动接头458的第二轴线(例如，Y轴线)的偏航运动以及它们的组合，以允许端部执行器456围绕关节运动接头458的360°旋转运动。在其他应用中，关节运动接头458处的枢转运动可被限于在单个平面中的运动，例如，仅围绕关节运动接头458的第一轴线的俯仰运动或仅围绕关节运动接头458的第二轴线的偏航运动，使得端部执行器456仅在单个平面中运动。
外科工具450包括形成致动系统的一部分的驱动构件，该致动系统被构造成能够有利于关节运动接头458的关节运动和端部执行器456的致动(操作)(例如，夹持、击发、旋转、关节运动、能量递送等)。一些驱动构件可延伸到关节运动接头458，并且这些驱动构件的选择性致动致使端部执行器456在关节运动接头458处相对于轴454进行关节运动。端部执行器456在图6中被示出为处于非关节运动位置，在该位置，端部执行器456的纵向轴线A2与轴454的纵向轴线A1基本上对准，使得端部执行器456相对于轴454成基本上为零的角度。在关节运动位置，纵向轴线A1、A2将彼此成角度地偏移，使得端部执行器456相对于轴454成非零角度。
其他驱动构件可延伸到端部执行器456，并且这些驱动构件的选择性致动可致使端部执行器456致动、操作或实现外科功能。在例示的实施方案中，致动端部执行器456可包括相对于第一钳口482闭合和/或打开第二钳口480(或反之亦然)，从而使得端部执行器456能够抓持或夹持到组织上。此外，一旦组织被抓持或夹持在相对的钳口480、482之间，致动端部执行器456还可包括“击发”端部执行器456，这可指致使切割元件或刀在限定于第二钳口482中的狭槽484内朝远侧推进。随着切割元件朝远侧运动，它可以横切抓持在相对的钳口480、482之间的任何组织。此外，随着切割元件朝远侧推进，包含在钉仓内(例如，容纳在第一钳口482内)的多个钉可被推压或做凸轮运动以与设置在第二钳口480上的对应砧座表面(例如，钉成形凹坑)变形接触。所部属的钉可形成多排钉，这些钉密封可用刀或其他切割元件横切的组织的相对侧。
在本公开的一些方面，外科工具450可被构造成能够向组织施加能量，诸如射频(RF)能量。在此类情况下，致动端部执行器456还可包括向抓持或夹持在两个相对的钳口之间的组织施加能量以例如烧灼或密封所捕获的组织。
在本公开的一些方面，外科工具450还可包括用户能够在工具基部或驱动壳体452的外部触及的手动闭合装置486。手动闭合装置486包括临床医生可抓持和致动的旋钮。手动闭合装置486可操作地联接到驱动壳体452内的各种齿轮和/或驱动构件，以允许临床医生手动打开和闭合钳口480、482。在一些情况下，临床医生能够用手动闭合装置486完全夹持和完全松开钳口480、482。手动闭合装置在例如2019年8月28日提交的名称为“ARTICULATING INCLUDING ANTAGONISTIC CONTROLS FOR ARTICULATION ANDCALIBRATION”的美国专利申请16/553,725中进一步描述。
参见图6A和图6B，该视图中省略了驱动壳体452的上部部分以露出各种内部工作部件和零件。为清楚起见，还省略了原本将包括在驱动壳体452内的若干部件。旋转驱动器460、462、464、466、468和470被容纳在工具基部452中并且驱动地联接到工具驱动器(例如，工具驱动器220)上的旋转驱动器。图6A和图6B中的驱动布置被构造成能够将旋转运动从旋转驱动器460、462、464、466、468和470沿着轴454传递到关节运动接头458和/或端部执行器456。这些驱动布置仅仅是示例性的；还设想了用于将力和运动从旋转驱动器460、462、464、466、468和470朝向端部执行器456传送的另选驱动布置。
在各种情况下，对于需要高速和高扭矩的应用，期望使用单个旋转驱动器。例如，期望在某些情况下使来自旋转驱动器的速度输出最大化，并且在其他情况下使来自旋转驱动器的扭矩输出最大化。齿轮系可以提高旋转驱动器的速度；然而，这种齿轮系可以相应地减小旋转驱动器经由齿轮系传递的最大扭矩。在某些情况下，第一旋转驱动器可用于高扭矩自由度(例如，组织的夹持)，并且第二旋转驱动器可用于高速自由度(例如，组织的抓持)。2019年7月4日公布的名称为“DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOTIC-ASSISTED SURGICALPLATFORMS”的美国专利申请公布2019/0201111描述了其中第一旋转驱动器对应于“高力”自由度并且第二旋转驱动器对应于“低力”自由度的驱动布置。对两个旋转驱动器的依赖使得这两个旋转驱动器不可用于其他同时致动和/或自由度。因此，少一个旋转驱动器可用于其他自由度，诸如用于端部执行器的关节运动。
工具驱动器中的驱动旋转驱动器的马达可被限制到每秒最大转数。例如，机器人工具的马达可以每秒四转或240RPM的最大速度旋转。某些机器人缝合工具利用驱动螺杆来闭合钳口并且/或者从钳口击发紧固件。当使用这种驱动螺杆时，可能需要驱动螺杆的八至十次旋转来闭合钳口。在此类情况下，完成这些旋转并完全闭合钳口可能需要两到三秒。类似地，完成这些旋转并完全打开钳口也可能需要两到三秒。采用齿轮系可以提高输出速度，并且因此减少打开和闭合钳口所需的时间；然而，这种齿轮系也会降低最大扭矩输出，这对于某些外科功能来说可能是有问题的，诸如夹持、切割厚的和/或坚韧的组织和/或将钉击发到厚的和/或坚韧的组织中。前述最大马达速度、驱动螺杆旋转的估计数量以及打开/闭合钳口的时间是示例性的。在其他情况下，可利用具有不同马达速度和/或不同驱动螺杆布置的马达。
在某些情况下，旋转驱动器可以在高扭矩操作状态与高速操作状态之间切换，以选择性地传递更高的速度或更高的扭矩。例如，在用端部执行器钳口闭合或抓持期间可使用更高的速度，并且在夹持或击发端部执行器期间可使用更高的扭矩。机器人工具的近侧壳体中的扭矩转变构件可在第一侧上的高速传动装置与第二侧上的高扭矩传动装置之间切换旋转驱动器。在各种情况下，施加到扭矩转变构件的阈值扭矩可实现转变。例如，在达到阈值扭矩时，转变构件的弹簧致动的倾斜凸轮表面可以从高速传动装置朝向高扭矩传动装置移位以将旋转驱动器驱动地联接到高扭矩传动装置，并且因此将高的最大扭矩传递到输出齿轮。
例如，与机器人外科系统一起使用的外科工具可被构造成能够接收来自机器人外科系统的旋转输入，并且外科工具可包括：远侧端部执行器，该远侧端部执行器包括用于将组织夹持在其间的钳口；中间轴部分，该中间轴部分联接到远侧端部执行器；以及近侧壳体，该近侧壳体联接到中间轴部分，近侧壳体包括旋转驱动器的布置，所述旋转驱动器包括第一旋转驱动器。第一旋转驱动器可包括：输入轴，该输入轴被构造成能够接收来自机器人外科系统的旋转输入；过渡螺母，该过渡螺母可滑动地定位在输入轴上；输出齿轮；高速齿轮，该高速齿轮被构造成能够选择性地驱动输出齿轮；高扭矩齿轮，该高扭矩齿轮被构造成能够选择性地驱动输出齿轮；以及弹簧布置，该弹簧布置被构造成能够在获得阈值扭矩时沿着输入轴将过渡螺母从高速操作状态偏置到高扭矩操作状态，在高速操作状态中过渡螺母与高速齿轮驱动接合，在高扭矩操作状态中过渡螺母与高扭矩齿轮驱动接合。
前述布置利用单个旋转驱动器以在第一操作状态期间实现较高速度并且在第二操作状态期间实现较高扭矩。因此，其他旋转驱动器可以自由地用于关节运动或其他外科功能。机器人工具还可以实现快速或更高速度的闭合或抓持，而不需要例如钳口中的用于加快钳口闭合的快速抓持机构。另外，扭矩转变特征部可以在接收到阈值扭矩时实现高速操作状态与高扭矩操作状态之间的转变。不需要复杂的编程或机构来实现转变，这可允许钳口快速地打开和闭合以操纵或抓持组织，同时还递送足够的扭矩以例如夹持和/或切割组织。由于机器人缝合工具通常需要高速以将钳口夹到组织上并且需要高扭矩以击发钉并且/或者切割组织，因此工具基部中的扭矩转变特征部可在操作状态之间无缝且自动地切换以满足两种情况下的必要扭矩和速度要求。
参见图7至图11，示出了旋转驱动系统500。旋转驱动系统500定位在机器人工具的工具基部或近侧壳体中，诸如机器人工具350的工具基部352(图5)或机器人缝合工具450的工具基部452(图6)。工具基部包括框架590，该框架支持旋转驱动系统500的部件的旋转运动。在此类情况下，旋转驱动系统500是工具基部中的旋转驱动器之一，并且选择性地联接到工具驱动器220的滑架224中的旋转驱动器260、262、264、266、268和270之一(图4)。例如，旋转驱动系统500可对应于基部352(图5)中的旋转驱动器360、362、364、366、368和370之一，并且滑架224中的马达被构造成能够在使用期间将旋转运动传递到旋转驱动系统500。
如本文进一步所述，机器人工具的工具基部可包括例如不同数量的旋转驱动器。此外，旋转驱动系统500可结合到例如具有一个或多个不同外科功能的不同机器人工具的各种近侧壳体和/或工具基部中。
旋转驱动系统500被构造成能够驱动输出轴502。在某些情况下，输出轴502被构造成能够驱动旋转驱动螺杆。旋转驱动螺杆的旋转可实现钳口480、482(图6)的打开和闭合运动，以抓持并夹紧其间的组织。旋转驱动螺杆在2020年7月28日提交的名称为“SURGICALINSTRUMENTS WITH TORSION SPINE DRIVE ARRANGEMENTS”的美国临时专利申请63/057,430中进一步描述。旋转驱动轴在2014年1月2日公布的名称为“FIRING SYSTEM LOCKOUTARRANGEMENTS FOR SURGICAL INSTRUMENTS”的美国专利申请公布2014/0001231中有所描述。2020年7月28日提交的名称为“SURGICAL INSTRUMENTS WITH TORSION SPINE DRIVEARRANGEMENTS”的美国临时专利申请63/057,430和2014年1月2日公布的名称为“FIRINGSYSTEM LOCKOUT ARRANGEMENTS FOR SURGICAL INSTRUMENTS”的美国专利申请公布2014/0001231各自的全文以引用方式并入本文。
旋转驱动系统500包括输入轴504，该输入轴被构造成能够接收来自机器人外科系统的旋转输入。例如，滑架224中的马达被构造成能够在机器人工具被安装到工具驱动器220(图3)时驱动输入轴504的旋转。旋转驱动系统500包括可滑动地定位在输入轴504上的过渡螺母506。如本文进一步所述，过渡螺母506基于施加到过渡螺母506的扭矩使旋转驱动系统500在高速操作状态(图9)与高扭矩操作状态(图11)之间过渡。旋转驱动系统500还包括弹簧布置，该弹簧布置被构造成能够沿着输入轴504将过渡螺母506从高速操作状态偏置到高扭矩操作状态。在高速操作状态下，过渡螺母506与高速齿轮系521驱动接合。在高扭矩操作状态下，过渡螺母506与高扭矩齿轮530驱动接合。
主要参见图8和图9，弹簧布置包括偏置弹簧528，该偏置弹簧在过渡螺母506上施加力并且朝向高速齿轮系521推动过渡螺母506。偏置弹簧528是容纳在框架590与过渡螺母506之间的内部腔体中的螺旋压缩弹簧。例如，偏置弹簧528与输入轴线AI纵向对齐。偏置弹簧528的第一端部邻接过渡螺母506的第二部分560，并且偏置弹簧528的第二端部邻接框架590。偏置弹簧528被定位成将过渡螺母506朝向高速操作状态偏置。可以设想另选的弹簧布置和几何形状。
在所示的布置中，高速齿轮系521包括抓持齿轮510。抓持齿轮510上的一排斜齿512朝向过渡螺母506延伸，如本文进一步所述。
高速齿轮系521和高扭矩齿轮530被构造成能够选择性地驱动输出齿轮501。高速齿轮系521包括高速齿轮520以及附加齿轮(例如，齿轮524)。齿轮520和524形成齿轮系521，该齿轮系被构造成能够提高向输出齿轮501的最大输出速度并且因此提高向输出轴502的最大输出速度。输出轴502与输出轴线AO纵向对齐。在其他情况下，齿轮系521可包括不同数量和/或布置的齿轮，这可类似地减小齿轮系521可传递到输出齿轮501的最大扭矩并增大最大速度。例如，齿轮系521可限定大于一的速度比率和小于一的扭矩比率。第一锥齿轮532将齿轮系521及其高速齿轮520联接到输出齿轮501。第二锥齿轮534将高扭矩齿轮530联接到输出齿轮501。
输入轴504驱动过渡螺母506围绕输入轴线AI旋转。过渡螺母506通过高速齿轮520或高扭矩齿轮530中的一者将其旋转传递到输出齿轮501。例如，过渡螺母506包括第一部分550和通过弹簧570沿着输入轴线AI与第一部分550柔性地或非刚性地间隔开的第二部分560。例如，当过渡螺母滑入/滑出与齿轮齿512的接合时，弹簧570提供柔韧性和弹性。第一部分550包括与高扭矩齿轮530相邻的第一端部552。第二部分560包括与齿轮系521及其抓持齿轮510相邻的第二端部562。
在第一部分550中，过渡螺母506包括围绕其周边的倾斜齿554的阵列。倾斜齿554延伸到第一端部552。倾斜齿554是螺旋脊或外螺纹。例如，倾斜齿554由成对的倾斜表面或成角度表面限定，这些表面相对于过渡螺母506的旋转轴线(输入轴线AI)成角度。例如，每个倾斜齿554包括底部斜坡、沿其长度基本上平行于底部斜坡或与底部斜坡等距离的顶部斜坡、以及位于底部斜坡与顶部斜坡之间的顶部表面。
当过渡螺母506处于高扭矩操作状态时，倾斜齿554接合高扭矩齿轮530中的倾斜插孔536。倾斜插孔536限定与倾斜齿554互补的几何形状，使得每个倾斜插孔536紧密地接纳倾斜齿554之一。此外，互补的倾斜几何形状起到螺钉的作用，即倾斜齿554是外螺纹并且倾斜插孔536是内螺纹，使得倾斜齿554向倾斜插孔536中的“拧紧”旋转沿着输入轴线AI拉动过渡螺母506并且进一步与高扭矩齿轮530接合。更具体地，在倾斜特征部554、536接合时，互补几何形状被构造成能够沿着输入轴504和输入轴线AI朝向高扭矩齿轮530进一步驱动过渡螺母506，使得倾斜齿554被完全接纳在倾斜插孔536中并且被拉动成与高扭矩齿轮530驱动接合。此外，当过渡螺母506的旋转方向反转时，互补的倾斜几何形状可再次用作螺钉，使得倾斜齿554相对于倾斜插孔536的“拧松”旋转沿着输入轴线AI将过渡螺母506远离高扭矩齿轮530并且朝向高速齿轮520拉动。
在其他情况下，例如，高扭矩齿轮530可包括倾斜齿或外螺纹，并且过渡螺母506的第一部分550可包括倾斜插孔或内螺纹。
过渡螺母506包括围绕第二部分560的周边的齿564的阵列。齿564延伸到第二端部562。齿564限定大致锯齿形的几何形状，并且每个齿564的顶部比底部窄。例如，每个倾斜齿564包括第一倾斜表面、朝向第一倾斜表面延伸的第二倾斜表面、以及位于第一表面与第二倾斜表面之间的顶部表面。在此类情况下，齿例如是截顶的三棱柱。可以设想另选的齿几何形状。
当过渡螺母506处于高速操作状态时，齿564接合抓持齿轮510中的对应齿512。例如，每个齿512上的倾斜表面被构造成能够沿着齿512上的互补倾斜表面滑动，以使齿564、512在接合位置与脱离位置之间运动。偏置弹簧528被构造成能够将齿564偏置成与齿512接合。例如，在齿564和512在运动至接合时未精确对准的情况下，弹簧570可以使不同操作状态之间的转变变得容易。在各种情况下，弹簧528还可以使操作状态之间的转变变得容易，例如当角方向被马达反转以使驱动螺杆的旋转方向反转并使击发构件回缩时，并且例如基于扭矩的过渡螺母506使高扭矩齿轮530脱离并运动至与高速齿轮520接合。
旋转驱动系统500的转变操作示于图9至图11中。图9示出了旋转驱动系统500的高速操作状态。尽管该操作状态被称为高速操作状态，但读者将会理解，最大速度取决于多个因素，诸如马达的特性。然而，高速操作状态可被设计和优化成向输出齿轮501输出比高扭矩操作状态更高的最大速度。换句话讲，最高速度可以是相对于高扭矩操作状态下的最大速度的“高速”。
图11示出了旋转驱动系统500的高扭矩操作状态。在高扭矩操作状态期间输出到输出齿轮501的扭矩还取决于多个因素，包括例如马达的特性。然而，高扭矩操作状态可被设计和优化成向输出齿轮501输出比高速操作状态更高的最大扭矩。换句话讲，最大扭矩可以是相对于高速操作状态下的最大扭矩的“高扭矩”。
图10示出了高速操作状态与高扭矩操作状态之间的转变。
再次参见图9，弹簧528已将过渡螺母506偏置成与高速齿轮系520接合。具体地，偏置弹簧528沿着输入轴线AI并且在高速传动装置的方向上(即，朝向齿轮系521的抓持齿轮510)在过渡螺母506上施加力。第二部分560上的齿564的阵列与抓持齿轮510上的齿512的阵列啮合。
在这种布置中，输入轴504的旋转运动(例如，由工具驱动器中的马达提供)被传递到过渡螺母506，该过渡螺母使抓持齿轮510旋转以实现齿轮系521的旋转。齿轮系521被构造成能够提高最大速度，使得经由第一锥齿轮532递送到输出齿轮501的最大速度被优化用于高速应用。例如，高速输出可用于闭合钳口以抓持和操纵组织。图9中包括示出过渡螺母506、夹持齿轮510、齿轮系521齿轮和输出齿轮501的示例性旋转方向的箭头。
现在参见图10，当施加到过渡螺母506的扭矩超过阈值时，扭矩至少部分地克服弹簧布置的弹簧力。过渡螺母506的第二部分560上的齿564的阵列被构造成能够在过渡螺母506旋转并沿着输入轴线AI朝向高扭矩齿轮装置(即，高扭矩齿轮530)运动时沿着抓持齿轮510上的齿512的阵列的互补倾斜表面骑行或滑动。当扭矩达到阈值时，偏置弹簧528的压缩使过渡螺母506从与抓持齿轮510的接合中移位。此外，当抓持齿轮510将过渡螺母506从啮合或驱动接合中释放时，过渡螺母506的第一部分550上的倾斜齿554的阵列接合高扭矩齿轮530中的倾斜插孔536。在接合时，倾斜插孔536可“抓持”或“抓取”过渡螺母506以将齿554进一步拉入插孔536中而形成图11所示的布置，其中过渡螺母506与抓持齿轮510完全脱离并且与高扭矩齿轮完全接合。
在图11的高扭矩操作状态下，输入轴504的旋转运动(例如，由工具驱动器中的马达提供)被传递到过渡螺母506，该过渡螺母使高扭矩齿轮530旋转。高扭矩齿轮530被构造成能够优化经由第二锥齿轮534递送到输出齿轮501的扭矩。具体地，扭矩被优化用于高扭矩应用，诸如通过端部执行器夹持组织。图11中包括示出过渡螺母506、高扭矩齿轮530和输出齿轮501的示例性旋转方向的箭头。
在击发行程结束时，驱动布置被构造成能够使击发构件反向。例如，驱动布置可反转过渡螺母506的角方向以使击发构件回缩。过渡螺母506的反向可对应于过渡螺母506的“拧松”旋转，使得过渡螺母506沿着输入轴线AI远离高扭矩齿轮530位移。在这种布置中，击发构件的返回行程以及过渡螺母506和输出齿轮501的相关联的反向可自动地将驱动布置转变到高速操作状态。
由于高扭矩齿轮530和第二锥齿轮534的几何形状，高扭矩操作状态可以将供应到输出齿轮501的扭矩增加到高速操作状态下的扭矩的八倍。在其他情况下，扭矩输出可以例如增加到双倍或四倍。高扭矩齿轮530与输出齿轮501之间的齿轮的数量、尺寸和布置的变化可以进一步增加扭矩输出。
由于齿轮系521和第一锥齿轮532的几何形状，高速操作状态可以将供应到输出齿轮501的速度增加到高扭矩操作状态下的速度的四倍。在其他情况下，扭矩输出可以例如增加到双倍或八倍。例如，齿轮系521中的附加速度齿轮可以进一步增加速度输出。高速齿轮520与输出齿轮501之间的齿轮的数量、尺寸和布置的变化可以进一步增加速度输出。
在各种情况下，机器人工具依赖于结合到机器人外科系统的操作系统和处理器中的软件来减轻风险并避免故障。冗余系统和/或交叉检查可以控制执行高严重程度任务的某些机器人工具以减轻与这些任务相关联的风险。例如，夹持可能是高严重程度任务，因为在某些情况下，不充分的夹持可能导致钉变形的增加的可能性和/或更大的发生率，并且因此导致不充分的组织密封。例如，夹持和/或切割组织的机器人缝合工具可依赖于冗余系统(例如，机械和电闭锁)和各种交叉检查以确保闭合运动、夹持力和击发行程满足预定标准和/或阈值。各种交叉检查可能会增加系统的成本和/或复杂性，并且可能需要随时间推移的额外维护和用户支持。在某些情况下，不给系统增加不必要的成本和复杂性的用于外科工具和/或外科功能的交叉检查可能是有益的。
某些机器人工具利用多个马达实现某些外科功能。例如，机器人缝合工具可利用双马达来推进闭合构件、执行闭合行程和/或夹持组织。例如，依赖于双马达闭合系统来创建交叉检查算法的交叉检查可以减轻风险并且避免与高严重程度夹持错误相关的故障。
例如，机器人外科系统可包括闭合系统，该闭合系统包括驱动地联接到第一马达的第一小齿轮、驱动地联接到第二马达的第二小齿轮、以及由第一小齿轮和第二小齿轮选择性地驱动的闭合齿轮。机器人外科系统还可包括被配置成能够实现马达交叉检查操作的控制电路，其中控制电路被配置成能够接收指示由第一马达产生的第一扭矩的第一参数，接收指示由第二马达产生的第二扭矩的第二参数，将第一参数与第二参数进行比较，以及向通信装置传输信号，其中该信号基于所述比较并且指示闭合系统的状态。
在各种情况下，这种机器人外科系统的控制电路还可被配置成能够确定闭合系统在马达交叉检查操作中何时达到稳态，并且在闭合系统达到稳态之后将第一参数与第二参数进行比较。
马达交叉检查操作可以在归位(homing)操作之后和/或夹持事件之后进行。
这种机器人外科系统可以减轻某些风险并且避免与高严重程度夹持错误相关的故障。此外，这种交叉检查可以改进外科工具的操作，而不需要例如冗余的马达控制并且/或者不需要专用的安全处理单元。
图12示出了示例性驱动布置800。驱动布置800用于夹持端部执行器的钳口，诸如端部执行器456(图6)的钳口480和482。在其他情况下，机器人外科系统可利用驱动布置实现附加的和另选的外科功能，诸如将紧固件击发到组织中和/或切断组织。驱动布置800包括第一小齿轮802和第二小齿轮804。马达和对应的旋转驱动器被构造成能够驱动小齿轮802、804。例如，在本公开的某些方面，驱动小齿轮802和804中的每一者可由所述马达中的一个马达和工具驱动器220(图4)中的对应旋转驱动器260、262、264、266、268和270中的一者驱动。
小齿轮802和804驱动闭合齿轮806，该闭合齿轮实现端部执行器的闭合运动。例如，小齿轮802和804上的扭矩以及在某些情况下施加到闭合齿轮806上的扭矩可以在交叉检查规程期间进行监测和比较，以确定驱动布置800是否正常运行或处于故障状态。机器人外科系统可在机器人工具的使用寿命和/或使用周期期间的不同时间实现交叉检查规程。例如，每当机器人工具被安装到机器人臂上的工具驱动器时，可实现一个或多个交叉检查规程。除此之外或另选地，在某些情况下，机器人外科系统可在归位操作和/或每个闭合事件(例如，闭合行程)完成时实现交叉检查。例如，当机器人工具被安装到工具驱动器时，机器人系统可经历归位操作，其中各种部件的位置被确定并记录以确定系统的各种极限。归位操作在例如2019年8月28日提交的名称为“ARTICULATING INCLUDING ANTAGONISTICCONTROLS FOR ARTICULATION AND CALIBRATION”的美国专利申请16/553,725中进一步描述。在某些情况下，临床医生可以选择性地实现交叉检查和/或超越建议的交叉检查操作。
在一个示例中，为了对机器人工具进行交叉检查规程，第一驱动小齿轮802沿着由箭头808指示的第一方向(图12的视图中的顺时针方向)旋转，并且第二驱动小齿轮804沿着由箭头810指示的第二方向(图12的视图中的逆时针方向)旋转。第一方向与第二方向相反。由于驱动小齿轮802和804相对于闭合齿轮806的布置，当驱动小齿轮802、804沿着相反或相对的方向旋转时，闭合齿轮806可在由齿轮齿限定的齿隙内摇动、摇摆或以其他方式运动。例如，闭合齿轮806在被接触时可能会由于齿轮齿所允许的齿隙而发出咔嗒声。
驱动布置800随时间推移的扭矩和角位移的图形表示820示于图13中。从时间t0到t1，闭合齿轮806可在由齿轮齿限定的齿隙内移位或发出咔嗒声。当驱动小齿轮802、804没有齿隙时，它们在时间t1处在彼此上输入扭矩并且通过动态区822继续在彼此上施加相反施加的扭矩，在该动态区期间，绝对扭矩值波动/摇摆。在动态区822之后，驱动布置800在时间t2处进入稳态区824，在此期间，由驱动小齿轮802、804测量的扭矩可以基本上平稳并且随时间推移限定更少的波动。可利用一个或多个量度来确定和/或计算驱动小齿轮802和804何时达到稳态状态并且进入稳态区。
每个驱动小齿轮802和804的扭矩可以在交叉检查规程期间进行监测。例如，控制电路可以监测和比较整个稳态区824中的扭矩。如果相反扭矩的大小彼此接近，即在某个预定义阈值内，则控制电路可以推断扭矩值是可信的。然而，如果相反扭矩的大小彼此明显不接近，即在预定义阈值差异之外，则机器人外科系统可进入错误或故障状态。例如，机器人外科系统可确定机器人工具处于故障状态。机器人外科系统可警告用户错误/故障状态，并且/或者可在进入错误/故障状态时实现一个或多个闭锁(绝对和/或任意)。在某些情况下，错误/故障状态可能需要重新校准和/或重新检查机器人工具。
用于双驱动小齿轮布置诸如驱动布置800(图12)的控制电路828例如示于图14中。控制电路828包括与存储器842和通信装置844信号通信的处理器840。第一驱动系统850和第二驱动系统852与处理器840信号通信。第一驱动系统850包括马达854、联接到马达854的输入驱动器856、扭矩传感器830和旋转编码器/位置传感器834。输入驱动器856可对应于例如驱动布置800中的第一小齿轮802(图12)。第二驱动系统852包括马达858、联接到马达858的输入驱动器860、扭矩传感器832和旋转编码器/位置传感器836。输入驱动器860可对应于例如驱动布置800中的第二小齿轮804(图12)。在此类情况下，扭矩传感器830和832分别确定第一驱动小齿轮802和第二驱动小齿轮804上的扭矩。此外，位置传感器834和836分别确定第一驱动小齿轮802和第二驱动小齿轮804的角位置。
控制电路828还包括输出驱动器862、扭矩传感器864和旋转编码器/位置传感器866。输出驱动器862可对应于例如驱动布置800中的闭合齿轮806(图12)。在此类情况下，扭矩传感器864确定施加到闭合齿轮806的输出扭矩，并且位置传感器866确定闭合齿轮806的角位置。
在交叉检查规程期间，扭矩传感器830、832和位置传感器834、836被构造成能够将指示输入驱动器856、860的扭矩和角位置的信号传输到处理器840。扭矩传感器864和位置传感器866还可以与处理器840信号通信并且被构造成能够向其传输指示输出驱动器862的扭矩和角位置的信号。由扭矩传感器830、832和864检测并传输到处理器840的扭矩随时间进行监测并且可记录在存储器842中。
在各种情况下，处理器840被配置成能够确定双驱动小齿轮系统何时达到稳态，并且在稳态操作状态下比较由扭矩传感器832和834检测到的输入扭矩。如果由扭矩传感器832和834确定的绝对扭矩之间的比较超过阈值，则控制电路828被配置成能够进入故障状态。故障状态的操作被存储在存储器842中并且由处理器840实现，并且包括例如向临床医生或向具有通信装置844的另一外科系统提供输出信号并且/或者实现一个或多个闭锁以保护机器人工具的完整性和患者的安全性。
用于机器人工具的另一交叉检查操作示于图15至图17中。在各种情况下，图15至图17的交叉检查操作可以与驱动布置800和控制电路828一起使用。为了进行该交叉检查操作，第一驱动小齿轮802沿着由箭头908指示的第一方向(图15的视图中的逆时针方向)旋转，并且第二驱动小齿轮804也沿着由箭头910指示的第一方向(图15的视图中的逆时针方向)旋转。由于驱动小齿轮802和804相对于闭合齿轮806的布置，驱动小齿轮802、804沿第一方向的旋转也被构造成能够使闭合齿轮806也沿第一方向(图15的视图中的逆时针方向)旋转，例如如箭头912所示。在此类情况下，驱动小齿轮802和804一起工作以旋转闭合齿轮，直到闭合齿轮完成整个闭合行程。完全闭合行程通常例如在夹持组织时或“归位”操作期间完成。
现在主要参见图16，驱动小齿轮802和804上的扭矩然后在达到最低点状态时被释放。此后，一个驱动小齿轮可被构造成能够在交叉检查操作期间保持其位置，而另一个小齿轮通过输出齿轮806抵靠它驱动。例如，第一小齿轮802可以试图沿着由箭头908'指示的第二方向(图16的视图中的顺时针方向)旋转，该第二方向与图15中的箭头908的第一方向相反，而第二小齿轮804抵抗旋转。在此类情况下，第一小齿轮802运动通过限定在啮合的齿轮齿之间的齿隙区域，然后，小齿轮802和804具有相反的扭矩，这可以在交叉检查操作期间进行监测和比较。
图15和图16所示的驱动布置800和交叉检查序列随时间推移的扭矩和角位移的图形表示920示于图17中。在时间t1处，启动闭合行程，在该闭合行程期间驱动小齿轮802和804协作地驱动闭合齿轮806通过闭合区926。在闭合区926中，小齿轮802、804和闭合齿轮806的扭矩和角位移增加。在时间t2处，闭合行程完成，并且闭合齿轮806上的扭矩被释放。
驱动扭矩被释放，并且在时间t2处，第一小齿轮802反转方向(图16)，并且然后在区928期间运动通过由啮合齿轮齿限定的齿隙。对于交叉检查操作，动态区922之后是稳态区924，例如分别类似于动态区822和稳态区824(图13)。在图17的交叉检查操作中，第一小齿轮802上的扭矩继续至非零绝对扭矩。当第一小齿轮802产生非零绝对扭矩时，第二小齿轮804在时间t3处产生相反的扭矩，这标志着动态区922的开始。在动态区922中，处于相反方向的第一小齿轮802和第二小齿轮804的绝对扭矩值增加。当在时间t4处达到稳态区924时，驱动小齿轮802和804上的绝对扭矩保持彼此相反的基本上恒定的值。在时间t5处，稳态区924结束，并且交叉检查规程完成。
每个驱动小齿轮802和804的相反扭矩可以在图15至图17的交叉检查规程期间进行监测。例如，可以在稳态区924期间监测和比较扭矩。如果相反扭矩的大小彼此接近，即在某个预定义阈值内，则控制电路可以推断扭矩值是可信的。然而，如果相反扭矩的大小彼此明显不接近，则机器人外科系统可进入错误或故障状态。例如，机器人外科系统可确定机器人工具处于故障状态。机器人外科系统可警告用户错误/故障状态，并且/或者可实现一个或多个闭锁(绝对和/或任意)。在某些情况下，故障状态可能需要重新校准和/或重新检查机器人工具。
除此之外或另选地，交叉检查规程可以监测小齿轮802、804从时间t2处的闭合行程的结束到时间t4处的稳态区924的开始的角行程。角行程是指示第一驱动小齿轮802的角位移的第一平台期与指示第一驱动小齿轮802的角位移的第二平台期之间的差值。换句话讲，第一驱动小齿轮802从闭合行程926结束时的第一位置旋转到稳态区924开始时的第二位置，并且角位置的差值可以与所存储的齿隙值进行比较。例如，齿隙值可在制造期间测量并存储在机器人工具和/或机器人外科系统的存储器中。如果第一驱动小齿轮802的角行程与所存储的齿隙值不匹配(在某个阈值内)，则处理器可以发出错误或故障状态的信号。相反，如果角行程足够接近所存储的齿隙值，则处理器可以发送指示机器人工具已通过检查的信号。
在各种情况下，可重复前述序列，其中第二小齿轮804切换旋转方向，而第一小齿轮802试图维持恒定的角位置。在“归位”操作期间，第二驱动小齿轮804的相反扭矩值和角行程可以进行监测和比较，例如如本文相对于第一驱动小齿轮802进一步所述。
用于外科工具的另一交叉检查操作示于图18至图20中。在各种情况下，图18至图20的交叉检查操作可以与驱动布置800和控制电路828一起使用。在图20中，驱动小齿轮802、804中的一者的刚度可以与存储的刚度值进行比较，以确定驱动小齿轮802、804是否通过交叉检查。图20中以图形表示绘制的刚度1006分别反映了图18和图19中的角位置和扭矩测量结果。
更具体地，驱动小齿轮802、804和闭合齿轮806(图15)随时间推移的角位置示于图18的图形表示1000中。驱动小齿轮802、804上随时间推移的扭矩示于图19的图形表示1002中。最初，如本文参照图15所述，驱动小齿轮802和804一起工作以共同旋转闭合齿轮806，直到闭合齿轮在时间t1处完成整个闭合行程。此后，闭合齿轮806可降至最低点，使得在时间t1之后阻止闭合齿轮806的进一步旋转。为了进行交叉检查操作，驱动小齿轮802、804中的一者可以将另外的扭矩施加到最低点的闭合齿轮806，而另一个驱动小齿轮在齿轮齿的齿隙区域内浮动或盘旋。在图18和图19的示例中，第一小齿轮802在时间t2处继续向闭合齿轮806施加扭矩，同时允许第二小齿轮804运动或移位通过齿隙。
在这种布置中，闭合齿轮806不能进一步旋转；然而，当第一驱动小齿轮802继续向闭合齿轮806施加扭矩时，第一驱动小齿轮802在向闭合齿轮806施加扭矩时的刚度1006(图20)可基于时间t2之后的扭矩和位置测量结果来计算。图形表示1004中的刚度1006相对于二维刚度阈值1008的绘图传达了在交叉检查操作中进行的比较。例如，如果刚度1006落在刚度阈值1008之外，则系统可以指示错误或故障状态。
在各种情况下，例如，刚度阈值1008可由扭矩的刚度相对于角位移的斜率加上或减去与阈值量、百分比和/或标准偏差对应的值来限定。
在各种情况下，可重复上述顺序，其中第二小齿轮804继续向闭合齿轮806施加扭矩，而第一小齿轮802自由旋转。可将第二小齿轮804的刚度与阈值刚度进行比较以确定第二小齿轮804的错误或故障状态。
在各种情况下，各种交叉检查规程中的一种或多种交叉检查规程可在双马达闭合系统的归位操作和/或夹持事件之后实现。交叉检查规程可检查系统及其马达的完整性，而不需要例如冗余的马达控制器或专用的安全处理单元。在此类情况下，双马达闭合系统可被交叉检查，而不会增加额外的成本和/或复杂性。读者将进一步理解，在某些情况下，这种交叉检查规程可以相对于机器人外科工具的其他双马达系统来执行。
在某些情况下，具有关节运动接头的机器人外科工具可限定关节运动范围，其中在关节运动范围的端部处具有硬止动件或机械极限。例如，在机械极限处的干涉可以防止超过机械极限和在关节运动范围之外的进一步运动。当到达关节运动范围的端部时，关节运动接头可达到机械极限。在某些情况下，在关节运动范围的端部处抵抗机械极限驱动机器人外科工具的关节运动可能会随时间推移而损坏机器人外科工具和/或其关节运动系统。例如，对机器人外科工具的损坏可以是旋转驱动输入件的冲击力、速度和/或扭矩的函数。
在某些情况下，为了避免碰触机械极限，控制电路可控制关节运动系统，使得关节运动接头被限制为在比完整关节运动范围更窄的运动范围内运动。例如，关节运动范围的机械极限可存储在存储器中并且/或者在归位操作期间获得。关节运动系统可有效地将关节运动接头的操作范围减小到小于完整关节运动范围，以保持远离机械极限的安全区域或运动范围。例如，安全区域可被构造成能够考虑到在归位操作期间关节运动接头中的测量误差和/或接头随时间推移的变化。安全区域减小了关节运动接头的可用运动范围，并且因此在某些情况下可能不适当地限制机器人外科工具的关节运动范围。
另选地，在某些情况下可能有利的是，最大化关节运动范围并且使关节运动接头在完整关节运动范围内运动直到机械极限，同时最小化对机器人外科工具或其关节运动机构的损坏。此类关节运动驱动机构可足够稳健以驱动关节运动接头通过其整个运动范围直到机械极限。例如，关节运动驱动系统可被构造成能够检测关节运动范围中的装置接近机械极限的区域和远离机械极限的区域。另外，关节运动驱动机构可在更接近机械极限的区域中不同地操作关节运动接头，以避免损坏关节运动机构，同时仍完全且高效地起作用。例如，当关节运动接头角度处于远离机械极限的运动范围内时，关节运动接头可在完全速度和/或扭矩下操作。当关节运动接头角度处于更接近机械极限的运动范围内时，关节运动接头可在有限的速度和/或有限的扭矩下操作。有限的速度和/或扭矩可允许关节运动接头接近机械极限并且轻柔地或平缓地碰触该极限以避免损坏关节运动机构。换句话讲，关节运动接头可轻柔地碰触关节运动接头的机械极限，并且因此使例如由于接触而对驱动机构和/或对关节运动接头的磨损和/或损坏最小化。
在本公开的一个方面，与机器人外科系统一起使用的控制电路可被配置成能够接收指示关节运动马达的旋转位置的参数，所述关节运动马达被构造成能够驱动机器人外科工具的关节运动接头。关节运动马达可被构造成能够运动通过第一位置范围和第二位置范围。第一位置范围和第二位置范围可以是非重叠范围。控制电路还可被配置成能够实现第一操作状态，并且在参数对应于关节运动马达从第一位置范围到第二位置范围的转变时实现第二操作状态。第二操作状态可以不同于第一操作状态。控制电路还可被配置成能够在参数对应于关节运动马达从第二位置范围以阈值防抖动角度返回到第一位置范围时重新实现第一操作状态。
在某些情况下，前述关节运动驱动机构可提供比关节运动系统更大的运动范围，在所述关节运动系统中，关节运动被限制在安全区之外，该安全区被限定于与机械极限相邻的区域中。这种关节运动驱动机构可减少在显著速度和/或扭矩下撞到机械极限的发生率，这避免产生例如可能损坏关节运动系统和/或机器人外科工具的高冲击负载。
参见图21，示出了机器人外科工具3100。机器人外科工具3100可由控制电路3020(图22)控制，并且可与机器人外科系统诸如机器人外科系统100(图1)以及与机器人臂200(图2)和工具驱动器220(图2和图3)结合使用。机器人外科工具3100包括在许多方面类似于工具基部352(图5)的工具基部或近侧壳体3102，并且包括类似于例如工具基部352(图5)的旋转驱动器360、362、364、366、368和370的六个旋转驱动器3160、3162、3164、3166、3168和3170。与工具基部352的旋转驱动器一样，工具基部3102的旋转驱动器被构造成能够与工具滑架上的六个马达驱动的旋转输入件或驱动器配合，诸如工具滑架224上的旋转驱动器260、262、264、266、268和270(图4)。在各种情况下，每个旋转驱动器3160、3162、3164、3166、3168和3170可与机器人外科工具3100的自由度相关联。
控制电路例如控制电路3020(图22)可以与一个或多个扭矩传感器和/或一个或多个旋转编码器诸如扭矩传感器3030、3032和位置传感器3034、3036通信。扭矩传感器和/或旋转编码器可以是监测装置，其被配置成能够监测机器人外科工具3100的操作参数。扭矩传感器例如可被配置成能够监测扭矩，并且旋转编码器可被配置成能够监测运动(旋转或线性)。扭矩传感器和旋转编码器可结合到驱动器260、262、264、266、268和270(图5)中的一些或全部驱动器的马达中。除此之外或另选地，扭矩传感器和/或旋转编码器可以可操作地联接到工具基部3102上的旋转输入驱动器3160、3162、3164、3166、3168和3170中的一个或多个旋转输入驱动器。扭矩传感器可被配置成能够测量马达上的实时扭矩负载，其在各种情况下对应于驱动器260、262、264、266、268和270和/或驱动输入件3160、3162、3164、3166、3168和3170的扭矩负载。旋转编码器可以测量马达的旋转运动或输出，其对应于驱动器260、262、264、266、268和270和/或驱动输入件3160、3162、3164、3166、3168和3170的旋转运动。监测马达的扭矩负载和旋转运动可以帮助确定机器人外科工具3100是否根据控制电路所提供的命令来操作。
参见图22，用于控制驱动关节运动接头的两个马达诸如驱动器264和266(图5)的控制电路3020示于图22中。控制电路3020包括与存储器3042和通信装置3044信号通信的处理器3040。第一驱动系统3050和第二驱动系统3052与处理器3040信号通信。第一驱动系统3050包括马达3054、联接到马达3054的输入驱动器3056、扭矩传感器3030和旋转编码器/位置传感器3034。例如，输入驱动器3056可对应于驱动输入件3164，并且马达3054可对应于驱动器264。在本公开的其他方面，不同的驱动器和驱动输入件可对应于马达3054和输入驱动器3056。
第二驱动系统3052包括马达3058、联接到马达3058的输入驱动器3060、扭矩传感器3032和旋转编码器/位置传感器3036。例如，输入驱动器3060可对应于驱动输入件3166，并且马达3058可对应于驱动器266。在其他方面，不同的驱动器和驱动输入件可对应于马达3058和输入驱动器3060。在此类情况下，扭矩传感器3030和3032分别确定马达3054和马达3058上的扭矩。例如，扭矩传感器3030和3032可以确定驱动器264和266上的扭矩。此外，位置传感器3034和3036分别确定马达3054和马达3058的角位置。例如，位置传感器3034和3036可以确定驱动器264和266上的角位置。
控制电路3020还包括输出驱动器3062、扭矩传感器3064和旋转编码器/位置传感器3066。输出驱动器3062可对应于例如关节运动接头3108(图21)。在此类情况下，扭矩传感器3064确定施加到关节运动接头3108的输出扭矩，并且位置传感器3066确定关节运动接头3108的角位置。
主要参见图21，细长轴3104从工具基部3102朝远侧延伸；细长轴3104包括近侧端部3110和远侧端部3112。远侧端部执行器3106在关节运动接头或腕部接头3108处联接到细长轴3104的远侧端部3112。在本公开的某些方面，关节运动接头3108类似于关节运动接头458(图6)。
关节运动接头3108使得端部执行器3106能够相对于轴3104进行关节运动或枢转，并且由此将端部执行器3106定位在相对于外科部位的期望取向和位置处。例如，旋转驱动器3164和旋转驱动器3166的旋转可致使关节运动接头3108旋转。具体地，旋转驱动器3164在方向3122上的旋转以及旋转驱动器3166在方向3124上的旋转可致使关节运动接头3108在方向3120上旋转。在本公开的其他方面，不同的旋转方向和/或旋转驱动器可实现关节运动接头3108的关节运动。
参见图23，示出了机器人外科工具的软缓冲关节运动控制过程3000。软缓冲关节运动控制过程3000被配置成能够控制联接到旋转驱动器的关节运动马达，所述旋转驱动器驱动机器人外科工具中的关节运动系统。例如，软缓冲关节运动控制过程3000被配置成能够在各种情况下控制机器人外科工具3100的关节运动接头3108的关节运动。软缓冲关节运动控制过程3000被配置成能够允许关节运动机构运动通过完整关节运动范围。当达到接头的机械极限时，完整关节运动范围通过机械接头极限处的软缓冲达到机械接头极限。在此类情况下，接头可缓慢且轻柔地撞击机械极限而不损坏机器人外科工具3100。该软缓冲关节运动控制过程3000允许关节运动接头3108被驱动到其完整关节运动范围内的任何位置。
在利用外科机器人和机器人外科工具3100开始远程操作之前，可将机器人外科工具3100附接到外科机器人，并且可执行机器人外科工具的归位操作。例如，当机器人外科工具被安装到工具驱动器时，机器人系统可经历归位操作，其中各种部件的位置被确定并记录以确定外科系统的各种极限。例如，附接到机器人外科工具的旋转驱动器的旋转输入件的起始位置可由归位过程确定。机器人外科工具中的接头诸如关节运动接头3108的机械极限例如也可在归位过程期间确定。
在其他情况下，机器人外科系统可以不执行归位过程，并且机械极限和/或当前接头位置可存储在存储器中并且在机器人外科工具附接到外科机器人时从存储器中调用。
如果在高速和/或高扭矩下达到机械极限，则高冲击负载可能会损坏机器人外科工具或其关节运动驱动系统。工具的关节运动范围的减小可为约1％、2％、5％、10％或更高，以确保接头位置的测量误差不会导致在高速和/或高扭矩下接触接头的机械极限。
图23描述了用于两个马达的软缓冲关节运动控制过程3000，所述两个马达驱动关节运动接头并且不具有从最大操作范围的减小。在某些情况下，软缓冲关节运动控制过程3000可适于仅具有一个马达，并且在其他情况下，具有多于两个马达来驱动关节运动。
仍然参见图23，在软缓冲关节运动控制过程3000中的步骤3002处，远程操作开始并且控制电路3020开始正常关节运动控制模式3006(或第一操作状态)。在正常关节运动控制模式3006期间，控制关节运动接头的马达诸如驱动与旋转驱动器3164、3166配合的旋转驱动器264、266(图4)的马达例如在正常或标准速度和扭矩下操作。另外，在正常关节运动控制模式3006下，驱动关节运动接头的马达以期望的输入反向运动学被驱动并且在正常速度和扭矩下操作。可监测两个输入马达角度。换句话讲，可在第一操作状态期间监测指示每个关节运动马达的旋转位置的参数。另外，可在第一操作状态期间监测指示关节运动接头的位置的参数。
如果任一马达角度超过阈值旋转角度，则控制电路3020从正常关节运动控制模式3006转变为上关节运动缓冲控制模式3004(或第二操作状态)或下关节运动缓冲控制模式3008(或第三操作状态)，如本文进一步所述。换句话讲，控制电路3020在位置范围内以第一操作状态(例如，正常关节运动控制模式3006)操作关节运动马达，并且在不同的位置范围内转变为第二操作状态(例如，上关节运动缓冲控制模式3004或下关节运动缓冲控制模式3008)。
当第一关节运动马达的角度超过上关节运动缓冲阈值角度时，控制电路3020沿循路径3010从正常关节运动控制模式3006转变为上关节运动缓冲控制模式3004。换句话讲，当第一关节运动马达的旋转位置处于第一位置范围内时，控制电路3020在第一操作状态(例如，正常关节运动控制模式3006)下操作第一关节运动马达和第二关节运动马达。当第一关节运动马达的旋转位置处于第二位置范围内时，控制电路3020在第二操作状态(例如，上关节运动缓冲控制模式3004)下操作第一关节运动马达和第二关节运动马达。在某些情况下，第一位置范围和第二位置范围是非重叠的。在某些情况下，第一位置范围和第二位置范围是连续的。当第一关节运动马达的旋转位置从第一位置范围运动到第二位置范围时，控制电路3020将第一关节运动马达和第二关节运动马达从第一操作状态转变为第二操作状态。在某些情况下，第一关节运动马达和第二关节运动马达可以是驱动旋转驱动器3164和3166的马达，反之亦然。
在某些情况下，上关节运动缓冲阈值角度可以是对应于关节运动接头的机械上限的1％、2％、5％、10％、或15％内的任何关节运动角度的马达旋转角度。除此之外或另选地，上关节运动缓冲阈值可以是确保在正常关节运动控制模式3006中不达到机械上限的任何马达旋转角度。
在上关节运动缓冲控制模式3004期间，可监测两个输入马达角度和关节运动接头角度。换句话讲，可在第二操作状态期间监测指示输入马达和关节运动接头的位置的参数。如果关节运动接头角度在上关节运动缓冲控制模式3004中增大(即，朝向机械上限运动)，则关节运动马达可以期望的反向运动学被驱动并且在有限速度和/或有限扭矩下操作。马达扭矩和/或马达速度可被限制为小于在正常关节运动控制模式3006期间允许的标准扭矩和/或速度，这可允许关节运动接头3108达到其机械上限而不会引起关节运动系统或机器人外科工具3100上的高冲击负载。换句话讲，当第一关节运动马达和第二关节运动马达处于第二操作状态并且第一关节运动马达的旋转位置正在远离第一位置范围运动时，则第一关节运动马达和第二关节运动马达的最大允许速度和最大允许扭矩低于第一操作状态下的最大允许速度和最大允许扭矩。
在各种情况下，如果关节运动接头角度在上关节运动缓冲控制模式3004中减小(即，远离机械上限运动)，则两个关节运动马达以期望的反向运动学被驱动并且可在正常速度和扭矩下操作。换句话讲，当第一关节运动马达和第二关节运动马达处于第二操作状态并且第一关节运动马达的旋转位置正在朝向第一位置范围运动时，第一关节运动马达和第二关节运动马达的最大允许速度和最大允许扭矩例如可以与第一操作状态下的最大允许速度和最大允许扭矩相同。一旦第一关节运动马达角度减小超过上关节运动缓冲阈值角度和附加的防抖动角度，控制电路3020就沿循路径3012从上关节运动缓冲控制模式3004转换回正常关节运动控制模式3006。换句话讲，当第一关节运动马达的旋转位置从第二位置范围以阈值防抖动角度返回到第一位置范围时，控制电路3020针对第一关节运动马达和第二关节运动马达从第二操作状态重新实现第一操作状态。附加的防抖动角度是允许上关节运动缓冲控制模式3004与正常关节运动控制模式3006之间的平滑过渡的小角度。在某些情况下，防抖动角度是小于十度的角度，并且可以是例如一或二度。在某些情况下，防抖动角度为零。
当第二关节运动马达的角度超过下关节运动缓冲阈值角度时，控制电路3020沿循路径3014从正常关节运动控制模式3006转变为下关节运动缓冲控制模式3008。换句话讲，当第二关节运动马达的旋转位置处于第三位置范围内时，控制电路3020在第一操作状态(例如，正常关节运动控制模式3006)下操作第一关节运动马达和第二关节运动马达。当第二关节运动马达的旋转位置处于第四位置范围内时，控制电路3020在第三操作状态(例如，下关节运动缓冲控制模式3008)下操作第一关节运动马达和第二关节运动马达。在某些情况下，第三位置范围和第四位置范围是非重叠的。在某些情况下，第三位置范围和第四位置范围是连续的。当第二关节运动马达的旋转位置从第三位置范围运动到第四位置范围时，控制电路3020将第一关节运动马达和第二关节运动马达从第一操作状态转变为第三操作状态。在某些情况下，第一关节运动马达和第二关节运动马达可以是驱动旋转驱动器3164和3166的马达，反之亦然。
在某些情况下，下关节运动缓冲阈值角度可以是对应于关节运动接头的机械下限的1％、2％、5％、10％、或15％内的任何关节运动角度的马达旋转角度。除此之外或另选地，下关节运动缓冲阈值可以是确保在正常关节运动操作模式3006中的机械下限的任何马达旋转角度。
在下关节运动缓冲控制模式3008期间，可监测两个输入马达角度和关节运动接头角度。换句话讲，可在第三操作状态期间监测指示输入马达和关节运动接头的位置的参数。如果关节运动接头角度在下关节运动缓冲控制模式3008中减小(即，朝向机械下限运动)，则关节运动马达以期望的反向运动学被驱动并且在有限速度和/或有限扭矩下操作。关节运动输入马达扭矩和速度被限制以允许关节运动接头达到关节运动接头的机械下限而不会引起高冲击负载。换句话讲，当第一关节运动马达和第二关节运动马达处于第三操作状态并且第二关节运动马达的旋转位置正在远离第三位置范围运动时，则第一关节运动马达和第二关节运动马达的最大允许速度和最大允许扭矩低于第一操作状态下的最大允许速度和最大允许扭矩。
在各种情况下，如果关节运动接头角度在下关节运动缓冲控制模式3008中增大(即，远离机械下限运动)，则两个关节运动马达以期望的反向运动学被驱动并且在正常速度和扭矩下操作。换句话讲，当第一关节运动马达和第二关节运动马达处于第三操作状态并且第二关节运动马达的旋转位置正在朝向第三位置范围运动时，第一关节运动马达和第二关节运动马达的最大允许速度和最大允许扭矩例如可以与第一操作状态下的最大允许速度和最大允许扭矩相同。一旦第二关节运动马达角度增大超过下关节运动缓冲阈值角度和附加的防抖动角度，控制电路3020就沿循路径3016从下关节运动缓冲控制模式3008转换回正常关节运动控制模式3006。换句话讲，当第二关节运动马达的旋转位置从第四位置范围以阈值防抖动角度返回到第三位置范围时，控制电路3020针对第一关节运动马达和第二关节运动马达从第三操作状态重新实现第一操作状态。
附加的防抖动角度是允许下关节运动缓冲控制模式3008与正常关节运动控制模式3006之间的平滑过渡的小角度。在某些情况下，防抖动角度是小于十度的角度，并且可以是例如一或二度。在某些情况下，防抖动角度可为零。
控制电路3020可被实现为存储计算机可读指令的非暂态计算机可读介质。因此，非暂态计算机可读介质包括适于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或传输电子指令或信息的任何类型的有形机器可读介质，所述机器可实现操作状态和模式3004、3006和/或3008之间的转变。
在各种情况下，软缓冲关节运动控制过程3000可用于控制机器人外科工具上的其他接头，其中接头被构造成能够在其运动范围期间碰触机械接头极限。
现在参见图24，示出了机器人外科工具3200的一部分。机器人外科工具3200在许多方面类似于机器人外科工具3100。机器人外科工具3200包括工具基部或近侧壳体3202，其在许多方面类似于工具基部3102并且包括六个旋转驱动器3260、3262、3264、3266、3268和3270。近侧壳体3202的某些部分从图24中的机器人外科工具3200移除以露出近侧壳体3202的内部部分以及容纳在其中的关节运动系统的部件，所述内部部分包括六个旋转驱动器3260、3262、3264、3266、3268和3270。
细长轴3204从工具基部3202朝远侧延伸；细长轴3204包括远侧端部3210和远侧端部3212。远侧端部执行器3206在关节运动接头或腕部接头3208处联接到细长轴3204的远侧端部3212。在本公开的许多方面，关节运动接头3208类似于关节运动接头3108。关节运动接头3208使得端部执行器3206能够相对于细长轴3204进行关节运动或枢转，并且由此将端部执行器3206定位在相对于外科部位的期望取向和位置处。
仍然参见图24，旋转驱动器3264驱动第一驱动齿条3240。旋转驱动器3264的旋转运动对应于第一驱动齿条3240根据旋转驱动器3264的旋转方向在方向3222或方向3232上的线性运动。第一驱动齿条3240包括可与第一关节运动轭3244配合的第一叉3242。更具体地，第一叉3242被构造成能够被接纳在限定于第一关节运动轭3244中的环形狭槽3246内。第一叉3242与环形狭槽3246之间的接合允许第一驱动齿条3240沿着内轴3280在方向3222或方向3232上线性地驱动第一关节运动轭3244。内轴3280在位置3218处从工具基部3202内延伸穿过细长轴3204到达关节运动接头3208。
第一关节运动轭3244联接到第一关节运动带3248，该第一关节运动带朝远侧延伸到关节运动接头3208。如图所示，第一关节运动带3248被布置在限定于内轴3280中的对应狭槽内，使得内轴3280在第一关节运动带3248朝远侧延伸到关节运动接头3208时引导第一关节运动带。第一关节运动轭3244沿着平行于内轴3280的纵向轴线的轴向运动相应地使第一关节运动带3248运动，这对应于关节运动接头3208的关节运动。在某些情况下，第一关节运动轭3244在方向3232上的运动可致使例如关节运动接头3208使端部执行器3206在方向3230上进行关节运动和运动。在某些情况下，第一关节运动轭3244在方向3222上的运动可致使例如关节运动接头3208使端部执行器3206在方向3220上进行关节运动和运动。
仍然参见图24，旋转驱动器3266驱动第二驱动齿条3250。旋转驱动器3266的旋转运动对应于第二驱动齿条3250根据旋转驱动器3266的旋转方向在方向3224或方向3234上的线性运动。第二驱动齿条3250包括可与第二关节运动轭3254配合的第二叉3252。更具体地，第二叉3252被构造成能够被接纳在限定于第二关节运动轭3254中的环形狭槽3256内。此外，第二叉3252与环形狭槽3246之间的接合允许第二驱动齿条3250沿着内轴3280在方向3224或方向3234上线性地驱动第二关节运动轭3254。
第二关节运动轭3254可联接到第二关节运动带3258，该第二关节运动带朝远侧延伸到关节运动接头3208。如图所示，第二关节运动带3258被布置在限定于内轴3280中的对应狭槽内，使得内轴3280在第二关节运动带3258朝远侧延伸到关节运动接头3208时引导第二关节运动带。第二关节运动轭3254沿着平行于内轴3280的纵向轴线的轴向运动相应地使第二关节运动带3258运动，这致使关节运动接头3208进行关节运动。在某些情况下，第二关节运动轭3254在方向3234上的运动可致使例如关节运动接头3208使端部执行器3206在方向3230上进行关节运动和运动。在某些情况下，第二关节运动轭3254在方向3224上的运动可致使例如关节运动接头3208使端部执行器3206在方向3220上进行关节运动和运动。
第一关节运动轭3244和第二关节运动轭3254的轴向运动可协作地致动第一关节运动带3248和第二关节运动带3258，并且由此使端部执行器3206进行关节运动，如本文进一步所述。第一关节运动轭3244在方向3232上的运动和第二关节运动轭3254在方向3234上的运动对应于端部执行器3206在方向3230上的关节运动。换句话讲，第一关节运动轭3244和第二关节运动轭3254远离彼此的运动对应于端部执行器3206在方向3230上的关节运动。另外，第一关节运动轭3244在方向3222上的运动和第二关节运动轭3254在方向3224上的运动对应于端部执行器3206在方向3220上的关节运动。换句话讲，第一关节运动轭3244和第二关节运动轭3254朝向彼此的运动对应于端部执行器3206在方向3220上的关节运动。在本公开的至少一个方面，第一关节运动轭3244和第二关节运动轭3254主导地操作，使得关节运动轭3244、3254中的一者朝近侧拉动关节运动带3248、3258中的一者，而另一个关节运动轭3244、3254朝远侧推动另一个关节运动带3248、3258。
在其他方面，第一关节运动轭3244和第二关节运动轭3254可独立地操作，而无需另一个操作(影响)。在某些情况下，第一关节运动轭3244和第二关节运动轭3254可对抗地操作，其中一个减小另一个的力作用。在对抗操作中，关节运动轭3244、3254中的一者用第一力朝近侧(或朝远侧)拉动(或推动)与其相关联的关节运动带3248、3258，而关节运动轭3244、3254中的另一者用第二力朝近侧(或朝远侧)拉动(或推动)与其相关联的关节运动带3248、3258。当第一力大于第二力时，第一力可克服第二力以及装置的内部损失(即，摩擦)和经由外部环境施加在端部执行器3206上的负载，使得提供第一力的关节运动轭3244、3254朝近侧(或朝远侧)运动，同时提供第二力的关节运动轭3244、3254朝远侧(或朝近侧)运动。
仍主要参见图24，内轴3280在细长轴3204内朝远侧延伸并且连接到关节运动接头3208。关节运动带3248、3258在限定于内轴3280内的对应狭槽内朝向关节运动接头3208朝远侧延伸。对应的狭槽可设置在内轴3280的相对侧上，或者可以在其他情况下围绕内轴3280限定于其他位置。
图25是沿图24所示的平面截取的近侧壳体3202的剖视图。关节运动带3248、3258位于内轴3280的任一侧上的狭槽内。内轴3280延伸穿过第二关节运动轭3254。第二关节运动带3258附接到第二关节运动轭3254。第一关节运动带3248沿着内轴3280中的狭槽延伸并穿过第二关节运动轭3254。第二驱动齿条3250在第二叉3252处附接到第二关节运动轭3254。
在各种情况下，关节运动轭3244、3254沿着内轴3280的滑动可产生摩擦和相应的内部损失。为了实现关节运动，关节运动轭3244、3254必须克服摩擦损失并且沿着内轴3280运动。包括被构造成能够沿着内部支撑底盘滑动的关节运动轭的关节运动系统(如图24和图25所示的那些)在2019年8月28日提交的名称为“ARTICULATING INCLUDINGANTAGONISTIC CONTROLS FOR ARTICULATION AND CALIBRATION”的美国专利申请16/553,725中进一步描述，该美国专利申请全文以引用方式并入本文。
沿着彼此平移以使端部执行器进行关节运动的内部移动部件产生摩擦。例如，沿着图24所示的机器人外科工具3200的内轴3280运动的关节运动轭3244、3254在关节运动期间产生摩擦。在某些情况下，端部执行器的关节运动可在正常加载条件期间在内部平移部件之间引起显著的摩擦力。这种摩擦力需要驱动机构提供更多的输入扭矩以克服摩擦。在各种情况下，高摩擦可导致类似制动器的效应，这需要与平移部件相互作用的各种子系统的额外输入扭矩以便克服摩擦。在各种情况下，在关节运动期间减小机器人外科工具的移动部件上的摩擦可以是有利的。
机械地减小某些平移部件之间的摩擦的关节运动驱动系统在某些情况下可能是有利的。这种关节运动驱动系统可足够稳健以使端部执行器进行关节运动，而不需要由于沿平移表面的摩擦损失而导致的额外扭矩输入。例如，在某些平移部件之间结合滚动元件(例如，旋转线性滚珠轴承)可减小其间的摩擦力和损失。
在本公开的一个方面，机器人外科工具可包括壳体、端部执行器和从壳体朝远侧延伸到端部执行器的细长轴。机器人外科工具还可包括：关节运动接头，该关节运动接头被构造成能够在关节运动期间使端部执行器相对于细长轴进行关节运动；内轴，该内轴从壳体朝远侧延伸穿过细长轴；以及关节运动驱动系统。关节运动驱动系统可包括联接到内轴的关节运动轭、联接到关节运动轭并沿着内轴朝远侧延伸到关节运动接头的关节运动带、以及位于内轴与关节运动轭中间的滚动元件。关节运动轭可被构造成能够在关节运动期间沿着滚动元件滚动。
在某些情况下，前述布置可减小关节运动驱动系统的某些平移部件之间的摩擦损失。此外，减小的摩擦可改善负载处理并且需要更小的输入扭矩。在某些情况下，在相邻子系统上也可存在较小的诱导摩擦。
参见图26和图27，示出了机器人外科工具3300的部分。机器人外科工具3300在许多方面类似于机器人外科工具3200。例如，机器人外科工具3300包括内轴3380、关节运动接头3308、外科端部执行器3306和包括关节运动轭3344、3354的关节运动系统。关节运动轭3344、3354在许多方面类似于关节运动轭3244、3254(图24)。与机器人外科工具3200不同，机器人外科工具3300还包括在关节运动轭3344、3354与内轴3380之间围绕内轴3380的滚动元件垫3382。滚动元件垫3382包括旋转线性元件(例如，在连续环形轨道内的滚珠)，其可减小由关节运动轭3344、3354沿着内轴3380的运动引起的摩擦。
内轴3380朝远侧延伸并且在内轴3380的远侧端部处联接到关节运动接头或腕部接头3308。在各种情况下，工具轴可围绕内轴3380并且还围绕在近侧壳体与端部执行器3306之间延伸的关节运动系统的部件。内轴3380可以是用于工具轴和在近侧壳体与端部执行器之间延伸的其他部件的底盘或支撑件。例如，内轴3380可支撑击发构件。
关节运动接头3308在许多方面类似于关节运动接头3208。关节运动接头3308使得端部执行器3306能够相对于内轴3380进行关节运动或枢转，并且由此将端部执行器3306定位在相对于外科部位的期望取向和位置处。
仍参见图26和图27，第一驱动齿条3340附接到第一关节运动轭3344，其中第一叉3242可配合到第一关节运动轭3344。更具体地，第一叉3342被构造成能够被接纳在限定于第一关节运动轭3344中的环形狭槽3346内。此外，第一叉3342与环形狭槽3346之间的接合允许第一驱动齿条3340沿着内轴3380在方向3322或方向3332上线性地驱动第一关节运动轭3344。第一关节运动轭3344沿着内轴3380在方向3322或方向3332上的运动对应于端部执行器3306在方向3320或方向3330上的关节运动。关节运动轭止动件3374防止第一关节运动轭3344在内轴3380上朝近侧移动太远，即在方向3332上运动太远。
第二驱动齿条3350附接到第二关节运动轭3354，其中第二叉3352可配合到第二关节运动轭3354。更具体地，第二叉3352被构造成能够被接纳在限定于第二关节运动轭3354中的环形狭槽3356内。此外，第二叉3352与环形狭槽3356之间的接合允许第二驱动齿条3350沿着内轴3380在方向3324或方向3334上线性地驱动第二关节运动轭3354。第二关节运动轭3354沿着内轴3380在方向3324或方向3334上的运动对应于端部执行器3306在方向3320或方向3330上的关节运动。
因此，第一关节运动轭3344和第二关节运动轭3354的轴向运动协作地致动第一关节运动带3348和第二关节运动带3358，并且由此使端部执行器3306进行关节运动，如本文进一步所述。第一关节运动轭3344在方向3332上的运动和第二关节运动轭3354在方向3334上的运动对应于端部执行器3306在方向3330上的关节运动。换句话讲，第一关节运动轭3344和第二关节运动轭3354远离彼此的运动对应于端部执行器3306在方向3330上的关节运动。另外，第一关节运动轭3244在方向3222上的运动和第二关节运动轭3254在方向3224上的运动对应于端部执行器3206在方向3220上的关节运动。换句话讲，第一关节运动轭3244和第二关节运动轭3254朝向彼此的运动对应于端部执行器3206在方向3220上的关节运动。
关节运动轭3344、3354被构造成能够沿着设置在内轴3380中的多个滚动元件垫3382滑动。在某些情况下，滚动元件垫3382可压配合到内轴3380中的凹陷部或腔体中。在各种情况下，可围绕内轴3380的圆周设置两个、四个或八个滚动元件垫3382。内轴3380包括围绕其圆周的四个滚动元件垫3382。读者将会理解，围绕内轴3380的圆周可存在其他合适数量的滚动元件垫3382，并且滚动元件垫3382可被定位成覆盖关节运动轭3344、3354沿着内轴3380运动所沿的区域。
现在参见图28，示出了滚动元件垫3382的放大视图。每个滚动元件垫3382包括滚动元件保持器3384、滚动元件或滚珠3386以及滚动元件基部3390。每个滚动元件垫3382中的滚动元件3386被分成两组滚动元件3386，这两组滚动元件位于分开且独立的连续环形轨道3392中。连续环形轨道3392被限定在滚动元件保持器3384与滚动元件基部3390之间。滚动元件3386可以围绕它们的连续环形轨道3392滚动，这允许滚动元件3386在关节运动轭3344、3354相对于内轴3380运动时运动和滚动。在此类情况下，滚动元件垫3382包括用于关节运动轭3344、3354的旋转线性轴承。滚动元件保持器3384中的狭缝或窗口3388允许滚动元件3386与滚动元件保持器3384外部的物体(诸如关节运动轭3344、3354)相互作用。滚动元件3386伸出超过狭缝3388，使得关节运动轭3344、3354由滚动元件3386支撑并位于其上，并且不直接在滚动元件保持器3384上滑动。
主要参见图28，每个滚动元件垫3382的滚动元件3386由滚动元件保持器3384保持在连续环形轨道3392(图28)中。在关节运动轭3344、3354沿着内轴3380线性运动期间，关节运动轭3344、3354(图26和图27)在滚动元件3386上滑动。关节运动轭3344、3354不直接在滚动元件保持器3384上滑动，而是在径向突出超过保持器3384的滚动元件3386上滑动。滚动元件3386在关节运动轭3344、3354的运动期间沿着连续环形轨道3392滚动。
在图28中，每个滚动元件垫3382具有两个连续环轨道3392，并且每个关节运动轭3344、3354位于不同的连续环轨道3392的滚动元件3386上。在此类情况下，与每个关节运动轭3344、3354相关联的滚动元件3386(图26和图27)可以在与对应的关节运动轭3344、3354相同的方向上行进。如本文所述，关节运动轭3344、3354可相对于彼此轴向运动(朝向彼此/一起和远离彼此/分开)，并且因此，同一滚动元件垫3382的连续环形轨道3392中的滚动元件3386可同时或同步沿不同方向滚动。
滚动元件3386的滚动被构造成能够减小由关节运动轭3344、3354的运动引起的摩擦。这种摩擦的减小可允许更好地操纵关节运动接头3308，并且需要更少的输入扭矩来使端部执行器3306相对于机器人外科工具3300的细长轴进行关节运动。此外，在相邻子系统(诸如机器人外科工具的闭合件和轴滚动子系统)上可存在较小的诱导摩擦。
在各种情况下，临床医生可能难以在外科规程期间可视化机器人外科工具的取向。例如，可能难以使工具相对于受限解剖结构的取向可视化，在受限解剖结构中仅端部执行器或其一部分在相机视图中可见。
在某些情况下，可以向用户示出机器人外科工具的增强呈现以展示工具的取向。增强呈现可示出在视野之外/相机外的机器人外科工具的接头。期望将这种信息传送给临床医生，而不会过度分散临床医生的注意力。例如，可以在归位操作完成与远程操作开始之间的过渡状态下在显示器上示出取向。然后，机器人外科工具的增强呈现可被最小化或以其他方式运动到显示屏上的远程和/或不显眼的位置，以便不分散临床医生的注意力。
在某些情况下，用于外科成像系统的端部执行器叠加特征可告知临床医生机器人外科工具的功能和取向，而不使临床医生从外科手术分散注意力。在各种情况下，机器人外科工具相对于相机的位置已经由机器人外科系统计算以用于工具映射目的。
外科规程期间机器人外科工具3530的外科相机视图示于图30A至图30D的一系列视图中，其中机器人外科工具3530的取向在相机视图3500中用端部执行器叠加特征传送给临床医生。在各种情况下，这样的特征可利用机器人外科工具3530的归位操作的完成与远程操作的开始之间的状态来叠加、展示和最小化远侧端部执行器的增强呈现，以实现临床医生的益处和便利。
在各种情况下，控制系统诸如控制塔130(图1)可以完成归位操作，并且然后等待临床医生手动地将机器人外科工具3530延伸到外科视野中。控制系统可跟踪机器人外科工具3530相对于相机的取向和位置，并监测相机视图3500。在各种情况下，控制系统可等待机器人外科工具3530的最小量的端部执行器出现在视野内，如图30A所示。然后，控制系统可以在显示屏上的实际端部执行器图像的顶部上叠加端部执行器的增强呈现3520。虽然增强呈现3520可以在显示屏上的端部执行器上，但增强呈现也可以是透明的和/或骨架/虚线描绘，使得端部执行器也可以被临床医生看到。
图29是示出在相机视图3500上显示增强呈现3520的过程的流程图3400。在步骤3410中，相机视图具有在相机视图3500的不显眼位置中的外科工具3530的抽象增强3510，并且外科工具3530还未在相机视图3500中。在步骤3420处，外科工具3530进入相机视图3500。当足够的外科工具进入相机视图3500时，步骤3430开始。在步骤3430处，增强呈现3520被叠加在相机视图3500上。接下来，在步骤3440处，向临床医生示出外科工具3530的接头取向。在步骤3450处，通过向抽象增强3510平移和缩放增强呈现3520来移除增强呈现3520。在步骤3460处，增强呈现3430已到达抽象增强3510并且从显示屏的主要和/或中心部分消失。
增强呈现3520是反映机器人外科工具3530的钳口的锥形取向的锥形示意图。在其他情况下，增强呈现可以是不同的三维形状，诸如球体或棱柱。在各种情况下，增强呈现3520的形状可对应于机器人外科工具3530的一般形状。读者将会理解，另选的机器人外科工具(例如，电外科装置、手术刀、施夹器、夹具和/或超声工具)可采用本文所述的端部执行器叠加特征。
在各种情况下，增强呈现3520可示出外科工具3530的接头取向(图29的步骤3440)。在一个示例中，通过将增强呈现3520留在外科工具3530上一段时间来示出接头取向。一旦该时间段已结束，增强呈现3520可以在比例上被减小并且从实际机器人外科工具3530运动到临床上较不显眼的位置。例如，增强呈现3520可被运动到相机视图3500的侧边栏或角落。当机器人外科工具3530在远程操作期间运动时，增强呈现3520然后可以相应地运动，这可以帮助机器人外科工具的可视化。
通过在增强呈现3520上旋转机器人外科工具3530的接头，增强呈现3520可示出机器人外科工具3530的取向和功能。例如，增强呈现3520在其远侧端部处包括标记3522、3524。标记3522、3524可被构造成能够围绕纵向轴线(即，滚动轴线)旋转，以示出机器人外科工具3530的滚动功能。在某些情况下，例如，标记3522、3524可作为如图30A所示的增强呈现3520的线类型的变型和/或作为不同的颜色被传送给临床医生。标记3522、3524还可通过其他信号来实现，这些信号允许以简化且易于识别的方式将功能(例如，围绕纵向轴线的旋转)传送给临床医生。标记3522、3524还可以在描绘增强呈现3520的线中具有中断的情况下被传送。
机器人外科工具3530的抽象增强3510被示出在相机视图3500的不显眼的位置中。在图30A至图30D中，不显眼的位置是相机视图3500的左上角。另选位置也是可能的，诸如侧边栏上或相机视图3500的任一角落处。抽象增强3510示出机器人外科工具3530的呈现，该呈现示出包括不在相机视图3500中的接头的整个机器人外科工具3530的取向。这些取向对于临床医生在典型视图中理解可能是具有挑战性的，在典型视图中，机器人外科工具3530的细长轴的大部分未在相机视图中示出。例如，在图30A至图30D的抽象增强3510中示出了关节运动接头位置标示3512和滚动位置标示3514。抽象增强3510上的呈现可以在机器人外科工具3530运动时运动，这向临床医生提供关于机器人外科工具3530的接头的总体取向的反馈和信息。
图30A至图30D示出了从图30A中的完全叠加到图30D中的抽象增强3510的增强呈现3520的四个动画阶段。图30A示出了处于完全叠加状态的增强呈现3520。图30B和图30C是向抽象增强3510平移和缩放的增强呈现3520的过渡帧。图30D示出了仅在左上角具有抽象增强3510的叠加后场景。完全叠加阶段(图30A)与纯抽象增强3510阶段(图30D)之间的过渡在实现中可以是平滑的。增强呈现3520平移和缩放以变成抽象增强3510的一部分。
在各种情况下，例如，围绕纵向轴线的旋转由滚动位置标示3514示出，并且围绕关节运动接头的旋转由关节运动位置标示3512示出。滚动位置标示3514和/或关节运动位置标示3512可包括标记，这些标记可对应于增强呈现3520上的标记。例如，标记可包括相同的信号和/或颜色以将对应关系传送给临床医生。
增强呈现3520可被配置成能够通过在机器人外科工具3530上保持一段时间来示出外科工具3530的取向(图29的步骤3440)。在本公开的某些方面，一旦该时间段结束，增强呈现3520可以从机器人外科工具3530运动到抽象增强3510。例如，增强呈现3520可平移和缩放到位于不显眼位置中的抽象增强3510。
在某些情况下，增强呈现3520可通过保持叠加在机器人外科工具3530上来示出外科工具3530的取向(图29的步骤3440)，直到机器人外科工具3530进入远程操作模式并且实现最小量的滚动和/或关节运动。在此类情况下，增强呈现3520与机器人外科工具3530一起运动，这允许临床医生观察增强呈现3520的运动。一旦观察到最小量的行进或运动，增强呈现3520就可以平移和缩放到位于不显眼位置中的抽象增强3510。
在其他情况下，增强呈现3520可被配置成能够通过使增强呈现3520自动地振荡机器人外科工具3530的接头来示出外科工具3530的取向(图29的步骤3440)。该过程可用于吸引临床医生的注意。例如，滚动接头和/或关节运动接头最初可以轻微地振荡以向临床医生警告它们的位置。在这种振荡之后，增强呈现3520可返回以匹配机器人外科工具的取向，并且然后平移和缩放到位于不显眼位置中的抽象增强3510。
需注意，可以有其他方法来利用增强呈现3520和抽象增强3510执行图29的步骤3440。可以使用利用增强呈现3520和抽象增强3510来示出外科工具3530的接头取向的任何方法。
机器人外科系统2100示于图31中。机器人外科系统2100的各个方面在例如2019年11月12日公布的名称为“SYSTEM AND METHODS FOR INSTRUMENT BASED INSERTIONARCHITECTURES”的美国专利10,470,830中进一步描述。2019年11月12日公布的名称为“SYSTEM AND METHODS FOR INSTRUMENT BASED INSERTION ARCHITECTURES”的美国专利10,470,830的全文以引用方式并入本文。
机器人外科系统2100包括基部2101，该基部联接到一个或多个机器人臂，例如图31的机器人臂2102。基部2101可通信地联接到命令控制台或用户控制台，这在例如2019年11月12日公布的名称为“SYSTEM AND METHODS FOR INSTRUMENT BASED INSERTIONARCHITECTURES”的美国专利10,470,830中进一步描述。在各种情况下，机器人外科系统2100的命令控制台在许多方面类似于用户控制台110(图1)。基部2101可被定位成使得机器人臂2102能够进入以对患者执行外科规程，而用户诸如临床医生或外科医生可根据命令控制台的舒适度来控制机器人外科系统2100。在一些情况下，基部2101可联接到外科手术台或床以用于支撑患者。在其他情况下，机器人臂可例如由具有基部和/或柱的自立式机器人支撑，如例如2019年8月28日提交的名称为“ARTICULATING INCLUDING ANTAGONISTICCONTROLS FOR ARTICULATION AND CALIBRATION”的美国专利申请16/553,725进一步所述。
在一些情况下，基部2101可包括子系统，诸如控制电子器件、气动装置、电源、光源等。机器人臂2102包括在接头2111处联接的多个臂段2110，这为机器人臂2102提供多个自由度，例如对应于七个臂段的七个自由度。基部2101可包含电源2112、气动压力装置2113以及控制和传感器电子器件2114(包括诸如中央处理单元、数据总线、控制电路和存储器的部件)以及诸如马达的相关致动器以使机器人臂2102运动。基部2101中的电子器件2114还可处理和传输从命令控制台传送的控制信号。基部2101还包括轮子2115以运送机器人外科系统100。
在本公开的一些方面，机器人臂2102包括使用制动器和反向平衡装置的组合来维持机器人臂2102的位置的装配接头。反向平衡装置可包括气弹簧或螺旋弹簧。制动器(在某些情况下是故障保险制动器)可包括机械部件和/或电子部件。此外，机器人臂2102可以是重力辅助被动支撑型机器人臂。
每个机器人臂2102可使用变换接口2116联接到工具驱动器2117，该工具驱动器在本文中也被称为器械装置操纵器(IDM)。工具驱动器2117可用作工具架。在一些情况下，工具驱动器2117可以是可移除的，使得工具驱动器2117可以用不同类型的工具驱动器来替换。例如，在某些情况下，机器人外科系统100(图1)的工具驱动器220(图2至图4)可与工具驱动器2117(图31)互换。例如，操纵内窥镜的第一类型的工具驱动器可以用操纵腹腔镜的第二类型的工具驱动器替换。变换接口2116包括用于将气动压力、电功率、电信号和光信号从机器人臂2102传递到工具驱动器2117的连接器。变换接口2116可以是固定螺钉或基板连接器。工具驱动器2117使用包括直接驱动、谐波驱动、齿轮驱动、皮带和滑轮、磁驱动等的技术来操纵外科工具，诸如外科工具2118。变换接口2116可基于工具驱动器2117的类型互换，并且可针对某种类型的外科规程进行定制。在各种情况下，机器人臂2102可包括接头水平扭矩感测和在远侧端部处的腕部。
外科工具2118可以是例如腹腔镜式工具、内窥镜式工具和/或腔内工具，其能够在外科部位处对患者执行手术。在本公开的一些方面，外科工具2118包括腹腔镜式工具，其可被插入患者的切口中。腹腔镜式工具可包括刚性轴、半刚性轴或柔性轴。当设计用于腹腔镜手术时，轴的远侧端部可连接到端部执行器，该端部执行器可包括例如腕部、抓持器、剪刀、钉或其他外科装置。本文进一步描述了用于切割和紧固组织的示例性端部执行器。
在本公开的一些方面，外科工具2118包括内窥镜式外科工具，该内窥镜式外科工具插入患者的解剖结构中以捕获解剖结构(例如，身体组织)的图像。内窥镜工具或内窥镜可包括管状且柔性的轴。内窥镜包括捕获外科部位处的图像的一个或多个成像装置(例如，相机或传感器)。成像装置可包括一个或多个光学部件，诸如光纤、纤维阵列或透镜。光学部件与外科工具2118的末端一起运动，使得外科工具2118的末端的运动导致由成像装置捕获的图像的变化。本文进一步描述了示例性成像装置和可视化系统。
在其他情况下，外科工具2118包括可穿过患者的自然孔口插入的腔内工具，诸如支气管镜或尿道镜。腔内工具也可包括管状且柔性的轴。当设计用于腔内外科手术时，轴的远侧端部可连接到端部执行器，该端部执行器可包括例如腕部、抓持器、剪刀或其他外科装置。
机器人外科系统2100的机器人臂2102可使用细长移动构件来操纵外科工具2118。细长移动构件可包括拉线(也称为推拉线)、缆线、纤维或柔性轴。例如，机器人臂2102被构造成能够致动联接到器械2118的多根拉线以使外科工具2118的末端偏转、关节运动和/或旋转。拉线可包括金属材料和非金属材料两者，诸如不锈钢、Kevlar、钨、碳纤维等。在本公开的一些方面，外科工具2118可响应于由细长移动构件施加的力而表现出非线性行为。该非线性行为可基于工具2118的刚度和可压缩性，以及不同细长移动构件之间的松弛度或刚度的变化性。
仍参见图31，机器人外科系统2100还包括控制器2120，其可以是例如计算机处理器。控制器2120包括校准模块2125、图像配准模块2130和校准存储装置2135。校准模块2125可使用具有分段线性响应的模型连同诸如斜率、滞后和盲区值的参数来表征工具的非线性行为。机器人外科系统2100可通过确定参数的准确值来更准确地控制外科工具2118。在一些情况下，控制器2120的一些或全部功能在机器人外科系统2100外部执行。例如，某些功能可以在通信地联接到机器人外科系统2100的另一计算机系统或服务器上执行。
另一个外科机器人2200示于图32中。外科机器人2200的各个方面在例如2019年11月12日公布的名称为“SYSTEM AND METHODS FOR INSTRUMENT BASED INSERTIONARCHITECTURES”的美国专利10,470,830中进一步描述。
在本公开的某些方面，外科机器人2200可结合到图31的机器人外科系统2100中。外科机器人2200包括一个或多个机器人臂2202，每个机器人臂具有工具驱动器2217和附接到其上的外科工具2218。在图32中，机器人臂2202附接到可调节导轨2250，该可调节导轨联接到呈床形式的患者平台2260。在外科机器人2200中，三个机器人臂2202附接到患者平台2260的第一侧上的可调节导轨2250，而两个机器人臂2202附接到患者平台2260的第二侧上的可调节导轨2250，从而提供具有双侧臂的系统。外科机器人2200还可包括例如类似控制器2120(图31)的控制器，并且可通信地联接到命令控制台，使得外科医生在命令控制台处的输入可通过外科机器人2200经由控制器实现。
图33示出了工具驱动器2300的透视图，其在本文中也被称为IDM。工具驱动器2300的各个方面在例如2019年11月12日公布的名称为“SYSTEM AND METHODS FOR INSTRUMENTBASED INSERTION ARCHITECTURES”的美国专利10,470,830中进一步描述。
工具驱动器2300可与例如机器人外科系统2100和外科机器人2200一起使用。工具驱动器2300被构造成能够以允许外科工具围绕外科工具的纵向轴线连续旋转或“滚动”的方式将外科工具附接到机器人臂。工具驱动器2300包括基部2302和联接到基部2302的外科工具架组件2304。外科工具架组件2304用作用于保持外科工具诸如外科工具2118(图31)或外科工具2218(图32)的工具架。
外科工具架组件2304还包括外部壳体2306、外科工具架2308、附接接口2310、通道2312和多个具有花键2318的扭矩联接器2314。通道2312包括沿着轴线2316从工具驱动器2300的一个面延伸到工具驱动器2300的相对面的通孔。工具驱动器2300可与多种外科工具一起使用，所述外科工具可包括柄部或壳体以及细长主体或轴，并且可用于腹腔镜、内窥镜或其他类型的外科工具。例如，示例性外科工具2400示于图34中。
基部2302将工具驱动器2300可移除地或固定地安装到机器人外科系统的机器人外科臂。在图33中，基部2302固定地附接到外科工具架组件2304的外部壳体2306。在另选的实例中，基部2302被构造为包括平台，该平台适于将外科工具架2308可旋转地接纳在与附接接口2310相背的面上。平台可包括与通道2312对准的通道以接纳外科工具的细长主体，以及在一些实施方案中，与第一外科工具同轴安装的第二外科工具的附加细长主体。一个或多个马达可容纳在基部2302中。例如，外科工具架2308可包括多个马达，所述多个马达被构造成能够以例如可由控制器控制的扭矩和旋转速度驱动(即，旋转)扭矩驱动器2314。
外科工具架组件2304被构造成能够将外科工具固定到工具驱动器2300并且使外科工具相对于基部2302旋转。提供从外科臂到基部2302并且然后到外科工具架组件2304的机械连接和电气连接，以使外科工具架2308相对于外部壳体2306旋转并且将功率和/或信号从外科臂操纵和/或递送到外科工具架2308并且最终到外科工具。信号可包括气动压力的信号、电功率的信号、电信号和/或光信号。
附接接口2310是外科工具架2308的附接到外科工具的面。附接接口2310包括附接机构的第一部分，该第一部分与附接机构的位于外科工具上的第二部分往复地配合。附接接口2310在例如2019年11月12日公布的名称为“SYSTEM AND METHODS FOR INSTRUMENTBASED INSERTION ARCHITECTURES”的美国专利10,470,830中进一步描述。
各种工具可附接到工具驱动器2300，包括用于腹腔镜式外科手术、内窥镜式外科手术和腔内外科手术的工具。工具可包括基于工具的插入架构，其减少了对用于插入的机器人臂的依赖。换句话讲，外科工具的设计和架构可有利于外科工具的插入(例如，朝向外科部位)。例如，在其中工具包括细长轴和柄部的一些情况下，工具的架构使得细长轴能够相对于柄部沿着插入轴线纵向平移。基于工具的插入架构的各种优点在2019年11月12日公布的名称为“SYSTEM AND METHODS FOR INSTRUMENT BASED INSERTION ARCHITECTURES”的美国专利10,470,830中进一步描述，该专利全文以引用方式并入本文。
具有基于工具的插入架构的外科工具2400示于图34中。外科工具2400的各个方面在例如2019年11月12日公布的名称为“SYSTEM AND METHODS FOR INSTRUMENT BASEDINSERTION ARCHITECTURES”的美国专利10,470,830中进一步描述。
外科工具2400使得外科工具2400能够沿着插入轴线平移(例如，其轴2402和端部执行器2412相对于工具驱动器和/或机器人臂的远侧端部平移)。在此类情况下，外科工具2400可以沿着插入轴线运动，而不依赖于或较少依赖于机器人臂的运动。外科工具2400包括细长轴2402、连接到轴2402的端部执行器2412和联接到轴2402的柄部2420，该柄部也可被称为器械壳体或基部。细长轴2402包括管状构件，该管状构件具有近侧部分2404和远侧部分2406。细长轴2402沿着其外表面包括一个或多个通道或凹槽。凹槽被构造成能够接纳穿过其的一根或多根线材或缆线2430。缆线2430沿着细长轴2402的外表面延伸。在本公开的其他方面，某些缆线2430可穿过轴2402并且可不露出。缆线2430的操纵(例如，经由工具驱动器2300)引起例如端部执行器2412的致动。
端部执行器2412包括例如腹腔镜式部件、内窥镜式部件或腔内部件，并且可被设计成向外科部位提供效果。例如，端部执行器2412可包括腕部、抓持器、尖齿、夹钳、剪刀、夹具、刀和/或紧固件。本文进一步描述了示例性外科端部执行器。沿着轴2402的外表面上的凹槽延伸的缆线2430可致动端部执行器2412。缆线2430从轴2402的近侧部分2404穿过柄部2420并朝向轴2402的远侧部分2406延伸，在该远侧部分处，该缆线致动端部执行器2412。
器械柄部2420包括附接接口2422，该附接接口具有一个或多个机械输入件2424(例如，插孔、滑轮或卷轴)，所述一个或多个机械输入件被设计成与工具驱动器2300的附接接口2310上的一个或多个扭矩联接器2314(图33)往复地配合。附接接口2422能够经由前安装、后安装和/或顶安装而附接到工具驱动器2300。当物理地连接、闩锁和/或联接在一起时，器械柄部2420的配合的机械输入件2424可与工具驱动器2300的扭矩联接器2314共享旋转轴线，从而允许将扭矩从工具驱动器2300中的马达传递到器械柄部2420。在一些情况下，扭矩联接器2314可包括被设计成与机械输入件上的插孔配合的花键。致动端部执行器2412的缆线2430接合柄部2420的插孔、滑轮或卷轴，使得扭矩从工具驱动器2300到器械柄部2420的传递导致端部执行器2412的致动。
外科工具2400可包括控制端部执行器2412的致动的第一致动机构2450(图35)。工具2400还可包括第二致动机构，该第二致动机构使得轴2402能够沿着插入轴线A相对于柄部2420平移。在各种情况下，第一致动机构2450可与第二致动机构分离，使得端部执行器2412的致动不受轴2402的平移的影响，并且反之亦然。
在各种情况下，致动机构可包括安装在旋转轴线上以改变相对缆线长度的一个或多个滑轮，并且在其他情况下，将滑轮安装在基于杠杆、齿轮或轨道的系统上以调整其位置。除此之外或另选地，沿工具的长度行进的球形花键旋转轴也可用于以机械远程方式传输力。各种致动机构在例如2019年11月12日公布的名称为“SYSTEM AND METHODS FORINSTRUMENT BASED INSERTION ARCHITECTURES”的美国专利10,470,830中进一步描述。
参见图35，第一致动机构2450可提供N+1种腕部运动，其中N为由N+1根缆线提供的自由度的数量。用于致动端部执行器2412的第一致动机构2450包括延伸穿过至少一组滑轮的至少一个缆线段2430。在图35的致动机构中，第一缆线或缆线段延伸穿过滑轮构件2450a、2450b、2450c，而第二缆线或缆线段延伸穿过滑轮构件2450d、2450e、2450f。缆线2430在轴2402的远侧端部2404(图34)处或附近接地，然后延伸穿过位于壳体2420内的一组滑轮2450a、2450b、2450c、2450d、2450e、2450f，然后终止于端部执行器2412处或附近。通过使每根缆线2430在轴2402的近侧端部2404处或附近接地来使缆线总路径长度保持恒定，并且通过使一个或多个滑轮(例如，滑轮构件2450b和2450e)如图35中的箭头所示相对于彼此运动来进行相对长度改变，从而实现端部执行器2412的致动。在一些情况下，滑轮可经由对应机械输入件2424的线性或旋转运动来运动。第一致动机构2450可准许器械轴2402相对于致动滑轮2450a、2450b、2450c、2450d、2450e、2450f自由运动，从而允许包括另外的缆线以准许在端部执行器1212致动的同时插入和回缩器械轴1202。
具有基于工具的插入架构的机器人外科工具(诸如图34所示的外科工具2400)例如可在某些外科致动或外科功能期间经受高负载。例如，当夹持某些类型的组织和/或当击发紧固件时，用于夹持、切割、缝合和/或紧固组织的外科工具可能会经受高夹持和击发负载。在某些情况下，外科工具上的夹持和击发负载可超过例如300lbf。这种外科工具的壳体中的基于工具的插入架构应被构造成能够承受这种负载。在某些情况下，导螺杆可用于使工具壳体沿着细长轴平移，该细长轴可能会承受高夹持和击发负载。然而，在某些情况下，导螺杆布置可能是庞大的和/或昂贵的。
另选地，在某些情况下，轻型、灵巧和/或比导螺杆更便宜的平移机构可能是有利的。这种平移机构可以足够稳健以在使用期间承受显著的力，诸如在夹持和/或击发期间传递的高的力。例如，滑轮和缆线布置可以与一个或多个枢转锁组合使用，所述枢转锁被构造成能够抵抗高夹持力和/或击发力。
在本公开的一个方面，外科工具可包括：外科端部执行器，该外科端部执行器包括相对的钳口；细长轴，该细长轴朝远侧延伸到外科端部执行器；以及壳体，该壳体限定穿过其的通道，其中细长轴延伸穿过通道。外科工具还可包括致动机构，该致动机构被构造成能够使壳体相对于外科端部执行器沿着细长轴选择性地运动，其中致动机构包括滑轮、与滑轮接合的缆线和锁定布置，该锁定布置被构造成能够相对于细长轴可释放地锁定壳体。锁定布置可包括围绕细长轴定位的垫圈，其中缆线与垫圈接合，并且其中垫圈被构造成能够相对于细长轴在锁定取向与解锁取向之间枢转。此外，滑轮的致动可向缆线施加张力以使垫圈枢转到解锁取向。
在各种情况下，这种锁定布置还可包括围绕细长轴定位的第二垫圈，其中缆线的相对端部与第二垫圈接合，并且其中第二垫圈被构造成能够相对于细长轴在锁定取向与解锁取向之间枢转。
在某些情况下，前述布置能够可靠地促进外科工具壳体沿着外科工具的细长轴的平移，而不需要高机械效益的线性运动，诸如利用导螺杆实现的线性运动。此外，用于实现基于工具的平移的致动机构可以是例如灵巧且轻型的。
现在参见图36，示出了外科工具2500。外科工具2500包括：壳体2520，该壳体在本文中也被称为柄部或工具基部；细长轴2530，该细长轴可滑动地穿过壳体2520的一部分定位；和远侧端部执行器2512。壳体2520在许多方面可类似于壳体2420(图34)。例如，壳体2520可包括附接接口，该附接接口具有一个或多个机械输入件(诸如插孔、滑轮和/或卷轴)，所述一个或多个机械输入件被设计成与工具驱动器2300的附接接口2310上的一个或多个扭矩联接器2314(图33)往复地配合并且接收来自机器人系统的致动运动。一个或多个致动机构诸如致动机构2550例如可定位在壳体2520中，并且被构造成能够实现一个或多个外科致动，诸如端部执行器2512的关节运动、夹持和/或击发。
端部执行器2512的平移可利用致动机构2570实现，该致动机构包括滑轮布置2572和锁定布置2584。滑轮布置2572包括滑轮2574、绞盘2576和从第一端部2580延伸到第二端部2582的缆线2578。缆线2578终止于第一端部2580和第二端部2582处。第一端部2580和第二端部2582被安装到壳体2520中的特征部，这将在本文中进一步描述。图36中的缆线2578不是连续的环。相反，缆线2578包括具有端部2580、2582的一段缆线，该端部被构造成能够在某些情况下相对于彼此运动以改变缆线环的长度。滑轮布置2572的致动被构造成能够向缆线2578施加张力以沿着细长轴2530的长度在壳体2520上施加拉力。例如，绞盘2576的旋转向缆线2578施加张力。当致动机构2570解锁时，如本文进一步所述，缆线2578上的拉力被构造成能够沿着细长轴2530的长度拉动壳体2520，使得端部执行器2512沿着外科工具2500的纵向轴线A位移。
细长轴2530在其近侧端部2532处接地到外科机器人的部件2502，诸如机器人臂的远侧端部，该机器人臂在许多方面类似于例如机器人臂2102(图31)和机器人臂2202(图32)。类似地，细长轴2530的远侧端部2534接地到外科工具2500的远侧部分。更具体地说，远侧端部2534被固定到安装在端部执行器2512上的托架2514。壳体2520被构造成能够沿着细长轴2530在部件2502与托架2514之间运动。
致动机构2570还包括与滑轮布置2572组合的锁定布置2584。锁定布置2584在图36中示意性地示出。锁定布置2584被构造成能够将壳体2520可释放地锁定到细长轴2530，使得在某些外科致动和/或功能(例如，夹持和/或击发)期间施加到细长轴2530的力不影响壳体2520相对于细长轴2530的纵向位移并且不会使端部执行器2512沿着插入轴线A运动。
一般来讲，在夹持和/或击发致动期间，端部执行器2512不会沿着插入轴线或细长轴2530的纵向轴线前进或回缩。更具体地，例如，当组织被夹持、切割和/或缝合时，端部执行器2512的纵向位置通常是固定的，这在某些情况下可避免损坏和/或损伤组织。为此，锁定布置2584可被构造成能够在夹持和/或击发致动期间锁定壳体2520在细长轴2530上的纵向位置。当处于锁定构型时，在壳体2520与轴2530之间传递的任何力可被锁定布置2584抵抗，以便保持端部执行器2512相对于例如被夹持、横切和/或缝合的组织固定。
现在参见图37，示出了外科工具2600。为清楚起见，外科工具2600的某些部分从图37中移除。例如，壳体2620的某些部分从图37中移除。外科工具2600在许多方面可类似于外科工具2500。例如，外科工具2600包括：壳体2620，该壳体在本文中也被称为柄部或工具基部；细长轴2630，该细长轴可滑动地穿过壳体2620定位；以及远侧端部执行器2612。壳体2620在许多方面可类似于壳体2420(图34)。壳体2620可包括附接接口，该附接接口具有一个或多个机械输入件(诸如插孔、滑轮和/或卷轴)，所述一个或多个机械输入件被设计成与工具驱动器2300的附接接口2310上的一个或多个扭矩联接器2314(图33)往复地配合，并且被构造成能够接收来自机器人系统的致动运动。壳体2620中的一个或多个致动机构可被构造成能够实现一个或多个外科致动，诸如端部执行器2612的关节运动、夹持和/或击发。例如，壳体2620可围绕细长轴2630构建。
细长轴2630从外科机器人延伸到端部执行器2612。例如，细长轴2630的远侧端部2632被安装到机器人外科系统的机器人臂2602，并且细长轴2630的远侧端部2634被安装到端部执行器2612的远侧凸缘2614。壳体2620围绕细长轴2630可滑动地定位在远侧端部2632与远侧端部2634之间。
外科工具2600包括致动机构2670，该致动机构包括滑轮布置2672和锁定布置2684。滑轮布置2672在许多方面类似于滑轮布置2572(图36)并且包括安装到机器人臂2602的滑轮2674、安装到凸缘2614的绞盘2676以及与滑轮2674和绞盘2676接合并且在其间延伸的缆线2678。缆线2678经由锁定布置2684安装到壳体2620。此外，滑轮布置2672、更具体地其缆线2678被构造成能够使锁定布置2684在解锁构型与锁定构型之间运动。
锁定布置2684被构造成能够相对于细长轴2630可释放地锁定壳体2620。锁定布置2684包括第一锁2686和第二锁2688。锁2686、2688是垫圈形的并且具有中心孔或通孔，该中心孔或通孔被构造成能够接纳穿过其的细长轴2630。换句话讲，第一锁2686和第二锁2688围绕细长轴2630定位在壳体2620内。缆线2678的第一端部2636与第一锁2686接合，并且缆线2678的第二端部2638与第二锁2688接合。锁2686、2688被构造成能够在它们在锁定取向与解锁取向之间运动时相对于细长轴2630枢转。更具体地，滑轮布置2672的致动(例如，绞盘2767的旋转)被构造成能够向缆线2678施加张力以拉动端部2636、2638并且使锁2686、2688枢转到解锁构型。
在锁定构造中，第一锁2686和第二锁2688相对于由细长轴2630限定的纵向轴线以倾斜角度取向。更具体地，延伸穿过每个锁2686、2688中的中心孔的轴线相对于细长轴2630的纵向轴线倾斜地取向。在解锁构型中，第一锁2686和第二锁2688被构造成能够朝向平行取向枢转，其中锁2686、2688彼此平行或几乎平行。当锁2686、2688朝向解锁构型枢转时，延伸穿过每个锁2686、2688中的中心孔的轴线被构造成能够运动成与细长轴2630的纵向轴线轴向对齐。在某些情况下，第一锁2686和第二锁2688可被称为屏蔽门锁，或者统称为相对的屏蔽门锁。
锁定布置2684包括定位在第一锁2686与第二锁2688之间的弹簧2690。弹簧2690将第一锁2686的一部分远离第二锁2688的一部分偏置，使得锁2686、2688相对于细长轴2630枢转到成角度的取向中。在各种情况下，由滑轮布置2672的致动施加的张力被构造成能够克服弹簧2690的偏置力以使第一锁2686和第二锁2688从第一锁和第二锁的锁定构型运动到第一锁和第二锁的解锁构型，并且因此解锁其致动机构2670和锁定布置2684。在这种布置中，缆线2678中的张力首先克服锁定布置2684，并且然后拉动细长轴2630以实现沿着插入轴线A的位移。
仍参见图37，壳体2620包括具有内部腔体2626的主体部分2622，该内部腔体接纳锁2686、2688的至少一部分和细长轴2630的一部分。主体部分2622包括限定内部腔体的一部分的内壁2624。滑轮布置2672的致动被构造成能够抵靠内壁2624推动第一锁2686的一部分以沿着细长轴2630抽拉或拉动壳体2620。在各种情况下，当缆线2678中的张力被释放时，弹簧2690被构造成能够使锁2686、2688返回到它们的锁定构型，其中涉及细长轴2630的夹持和击发负载被锁定布置2684抵抗。
在各种情况下，锁定布置2684可结合到外科工具2500(图36)中。例如，锁定布置2584(图36)可包括锁定布置2684或其部件。
现在参见图38中的流程图，示出了横切操作2800。本文描述了包括用于横切组织的端部执行器的各种外科工具，并且这些各种外科工具和/或机器人外科系统可利用横切操作2800来切割组织和/或击发紧固件。读者将会理解，可利用各种控制电路来实现横切操作2800，包括例如位于控制器2120(图31)和/或控制塔130(图1)中的控制电路、控制器、计算机处理器。
用于实现横切操作2800(图38)的示例控制电路2728示于例如图39中。控制电路2728包括与存储器2742、通信装置2744、驱动系统2752和输入件2780、2782信号通信的处理器2740。处理器2740包括时钟或计时器2741，其被配置成能够对横切操作2800(图38)中的各个阶段或子阶段进行计时，如本文进一步所述。
存储器2742存储程序指令，所述程序指令被配置成能够实现各种外科手术，包括夹持操作2840和横切操作2800(图38)或它们的各个阶段。存储器2742还存储与横切操作2800中的各阶段之间的过渡有关的各种阈值参数，诸如应急阈值参数。本文进一步描述了存储在存储器2742中的附加参数。
通信装置2744被配置成能够将信息从处理器2740传送到外部装置，诸如图形用户接口(GUI)2790。本文进一步描述了向GUI 2790的各种输出。
驱动系统2752包括马达2758、联接到马达2758的输入驱动器2760、扭矩传感器2732、旋转编码器/位置传感器2736和速度传感器2738。驱动系统2752对应于工具架或工具驱动器中的旋转驱动器，如本文进一步所述。驱动系统2752被构造成能够向外科工具提供旋转输入以实现外科功能。更具体地，驱动系统2752对应于击发驱动系统，该击发驱动系统被构造成能够实现外科工具的击发运动。在各种情况下，输入驱动器2760可对应于图33中的扭矩联接器2314之一。例如，来自马达2758的输出可被传递到扭矩联接器2314，并且最终传递到外科工具以实现外科功能。更具体地，扭矩联接器2314之一被构造成能够将输出运动从击发马达2758传递到外科工具以实现击发行程。扭矩传感器2732可检测例如来自击发马达2758和/或与其联接的输入驱动器2760的扭矩，位置传感器2736可检测例如输入驱动器2760的旋转位置，并且速度传感器2738可检测例如输入驱动器2760的旋转速度。
控制电路2728还包括输入件2780、2782，所述输入件被配置成能够向处理器2740传送指示来自位于命令控制台处的外科医生和/或临床医生的输入的信号。在各种情况下，输入件2780可对应于横切输入件(例如，命令控制台处的横切踏板)的活动/非活动状态，并且输入件2782可对应于夹持输入件(例如，命令控制台处的夹持踏板)的活动/非活动状态。
再次参见图38，横切操作2800包括应急检测、图形用户界面(GUI)提示和/或警告、失速检测以及各种安全故障，如本文进一步所述。横切操作2800可利用速度、扭矩和/或位置传感器在状态之间转变并通过转变操作2800继续进行。机器人和/或外科工具中的各种传感器可被配置成能够检测输入部件(例如，输入致动器和/或踏板)、旋转驱动构件(例如，工具驱动器和/或工具基部中的马达和/或旋转驱动器)和输出部件(例如，击发构件和/或切割刃)的速度、扭矩和/或位置。
在各种情况下，横切操作2800可以在夹持步骤或夹持操作2840之后。在正常的、不间断的横切期间，横切操作2800可以从夹持操作2840前进至开始状态2802、预锁定区域状态2804、锁定区域状态2808、横切状态2816、横切完成状态2818、回缩状态2830，并且最终前进至横切结束状态2834。然而，控制电路被配置成能够在横切操作2800期间监测各种参数，并且某些阶段的某些参数可以触发由正常的、不间断的横切操作2800发生的变化。例如，击发构件的扭矩和/或速度可致使操作2800从上文概述的开始状态2802与横切结束状态2834之间的流程绕过。操作2800中的附加状态可包括例如预锁定暂停状态2806、锁定暂停状态2810、锁定检测状态2812、锁定损坏状态2814、横切取消状态2820、横切暂停状态2822、损坏状态2824、横切失速状态2826、失速限制状态2828、回缩失速状态2832、应急尝试状态2836和/或不可恢复状态2838。
在各种情况下，横切操作2800涉及临床医生启动横切输入(例如，踏板)以横切或切割夹持在端部执行器钳口之间的组织。切割组织通常依赖于使刀或切割刃朝远侧延伸穿过夹持的组织。在本发明的各个方面，组织的横切伴随着几乎同时的组织缝合。例如，切割刃可以在组织缝合之后直接切断组织。
在各种情况下，当外科工具被安装到机器人臂时，外科机器人可最初实现归位操作，其中扭矩联接器和/或旋转输入件的角位置在外科工具的运动范围内的各种极限或“凸块”处进行测量并记录在控制电路的存储器(例如，存储器2742)中。归位操作在本文中和例如2019年8月28日提交的名称为“ARTICULATING INCLUDING ANTAGONISTIC CONTROLS FORARTICULATION AND CALIBRATION”的美国专利申请16/553,725中进一步描述。
在归位和夹持之后，横切操作2800可以开始进入开始状态2802。在进入开始状态2802时，控制电路(例如，控制电路2728)可检查条件A，条件A对应于外科系统和/或外科工具的未来击发的禁用值(DV)。当存储在存储器(例如，存储器2742)中的DV为假/负时，满足条件A，这指示外科系统和/或外科工具的未来击发尚未被禁用。如果满足条件A，则横切操作2800从开始状态2802前进至预锁定区域状态2804。另选地，如果DV为真/正，使得条件A不被满足，则未来击发已被禁用并且操作2800不从开始状态2802进行。在各种情况下，如果DV为真/正，那么控制电路可例如经由GUI(例如，GUI 2790)将禁用状态传送给用户。在各种情况下，可在整个操作2800中更新GUI。例如，击发构件和/或切割刃延伸功能件可在整个操作2800中向GUI发送关于切割刃的位置和/或状态的更新信号(例如，在锁定区域之前、在锁定区域中、在横切区域中、在末端横切位置处等)。
在进入预锁定区域状态2804时，来自位置传感器(例如，位置传感器2736)的击发马达角度(FMA)、来自速度传感器(例如，速度传感器2738)的击发马达速度(FMV)和来自扭矩传感器(例如，扭矩传感器2732)的击发马达扭矩(FMT)由控制电路(例如，控制电路2728)设定或作为目标。目标FMA对应于末端横切角度(TTA)，在该末端横切角度处击发构件已到达端部执行器内的末端或最远侧位置。目标FMV对应于存储在存储器(例如，存储器2742)中的预锁定区域速度。与击发致动相关联的马达(例如，击发马达2758)被构造成能够递送目标FMT。在预锁定区域状态2804中，目标FMT对应于存储在存储器(例如，存储器2742)中的预锁定区域操作扭矩。在预锁定区域状态2804中，如果来自位置传感器(例如，位置传感器2736)的FMA超过与击发构件位置相关联的防止钳口松开或打开的阈值非打开角度，则非打开代码(NOC)被设定为正/真。阈值非打开角度可以例如在归位操作期间记录，并存储在存储器(例如，存储器2742)中。NOC对应于不能打开钳口。在各种情况下，NOC可以保持正/真，直到操作2800前进至横切结束状态2834。
在预锁定区域状态2804中，控制电路(例如，控制电路2728)可检查条件B和C。条件B对应于来自位置传感器(例如，位置传感器2736)的FMA等于或大于存储在存储器(例如，存储器2742)中的最小仓锁定角度。在此类情况下，FMA可指示击发构件已延伸到锁定区域中。如果在预锁定区域状态2804期间满足条件B，则操作2800前进至锁定区域状态2808，这将在本文中进一步描述。
条件C对应于横切踏板(例如，输入件2780)的非活动状态。如果在预锁定区域状态2804期间满足条件C，即横切踏板变为不活动的，则操作2800前进至预锁定暂停状态2806，这将在本文中进一步描述。
在正常的、不间断的横切期间，击发构件可从预锁定区域推进到锁定区域中(例如，满足条件B)而不发生事故。因此，操作2800前进至锁定区域状态2808，在此期间，击发构件可例如穿过仓锁定件。锁定区域可对应于钉仓中空的、用过的和/或缺失的仓锁定件定位在其中的区域。在各种情况下，仓锁定件包括在端部执行器和/或仓的近侧部分中的机械特征部，该机械特征部防止击发构件上的切割刃在仓(或不存在仓)将不充分地紧固待横切组织时朝远侧推进到组织中。
在进入锁定区域状态2808时，FMA、FMV和FMT由控制电路(例如，控制电路2728)设定或作为目标。目标FMA可再次对应于末端横切角度(TTA)。目标FMV对应于存储在存储器(例如，存储器2742)中的锁定区域速度，其可以不同于预锁定区域速度。此外，目标FMT对应于也存储在存储器(例如，存储器2742)中的锁定区域操作扭矩。在锁定区域状态2808中，如果来自位置传感器(例如，位置传感器2736)的FMA超过与防止钳口松开或打开的位置相关联的阈值非打开角度，则NOC(与不能打开钳夹相关联)被设定为正/真。
在锁定区域状态2808中，控制电路(例如，控制电路2728)可检查条件G、H、I和J。条件G对应于来自位置传感器(例如，位置传感器2736)的FMA等于或大于最大仓锁定角度，该最大仓锁定角度可例如在归位操作期间确定并存储在存储器(例如，存储器2742)中。在此类情况下，击发马达角度可指示击发构件已延伸超过锁定区域。如果在锁定区域状态2808期间满足条件G，则操作2800前进至横切状态2816，这将在本文中进一步描述。
条件H对应于(A)来自扭矩传感器(例如，扭矩传感器2732)的FMT等于或大于锁定区域操作扭矩，以及(B)来自速度传感器(例如，速度传感器2738)的FMV在超过存储在存储器(例如，存储器2742)中的锁定阈值时间的一段时间内等于或小于锁定区域速度。例如，当锁定件阻塞击发路径时，来自马达并被施加到击发构件的高扭矩可导致击发构件的最小位移或无位移，以便例如防止未缝合的组织的横切。条件H指示已发生仓锁定。如果在锁定区域状态2808期间满足条件H，则操作2800前进至锁定检测状态2812，这将在本文中进一步描述。
条件I对应于来自扭矩传感器(例如，扭矩传感器2732)的FMT等于或大于损坏-锁定阈值扭矩，该损坏-锁定阈值扭矩存储在存储器(例如，存储器2742)中并且可指示仓锁定件已损坏。在各种情况下，损坏-锁定阈值扭矩可大于锁定区域操作扭矩。如果在锁定区域状态2808期间满足条件I，则操作2800前进至锁定损坏状态2814。
条件J对应于横切踏板(例如，输入件2780)的非活动状态。如果在锁定区域状态2808期间满足条件J，即横切踏板变为不活动的，则横切操作2800前进至锁定暂停状态2810，这将在本文中进一步描述。
在正常的、不间断的横切期间，击发构件可从锁定区域推进到横切区域中(满足条件G)而不发生事故。因此，操作2800前进至横切状态2816。在进入横切状态2816时，存储在控制电路的存储器(例如，控制电路2728的存储器2742)中的横切计数递增一。此外，横切状态2816的FMA、FMV和FMT被设定或作为目标。目标FMA可再次对应于末端横切角度(TTA)，并且目标FMV可对应于存储在存储器(例如，存储器2742)中的横切区域速度。在各种情况下，横切区域速度可不同于预锁定区域速度和/或锁定区域速度。目标FMT对应于存储在存储器(例如，存储器2742)中的横切操作扭矩。
在横切状态2816中，控制电路(例如，控制电路2728)可检查条件N、O、P、Q和R，条件N对应于横切踏板(例如，输入件2780)的非活动状态。如果在横切状态2816期间满足条件N，即横切踏板变为不活动的，则操作2800前进至横切暂停状态2822，这将在本文中进一步描述。
条件O对应于来自扭矩传感器(例如，扭矩传感器2732)的FMT等于或大于最大横切扭矩，该最大横切扭矩被存储在存储器(例如，存储器2742)中并且指示击发构件(例如，刀/切割刃)在横切状态2816期间已经受高扭矩并且可能被损坏。如果在横切状态2816期间满足条件O，则操作2800前进至损坏状态2824，这将在本文中进一步描述。
条件P对应于(A)来自扭矩传感器(例如，扭矩传感器2732)的FMT等于或大于横切操作扭矩，以及(B)来自速度传感器(例如，速度传感器2738)的FMV等于或低于失速阈值速度，其中(A)和(B)两者在超过存储在存储器(例如，存储器2742)中的失速阈值时间(STT)的时间段内均为真。条件P可指示击发构件或刀在横切状态2816期间已失速。条件Q对应于击发构件失速的次数等于或小于存储在存储器(例如，存储器2742)中的击发构件失速的最大次数。如果满足条件P和Q，则操作2800前进至横切失速状态2826，这将在本文中进一步描述。如果满足条件P但不满足条件Q，则操作2800前进至失速限制状态2828，这将在本文中进一步描述并且指示外科装置已超过失速限制。
条件R对应于来自位置传感器(例如，位置传感器2736)的FMA达到末端横切角度(TTA)，该末端横切角度指示例如击发构件已行进到横切或切割线的端部。如果满足条件R，则操作2800前进至横切完成状态2818。
在正常的、不间断的横切期间，击发构件可被推进到横切区域的端部(满足条件R)而不发生事故。因此，操作2800前进至横切完成状态2818。在进入横切完成状态2818时，控制电路(例如，控制电路2728)被配置成能够向GUI(例如，GUI 2790)发出指示横切或击发行程完成的GUI反馈，因此准备好转变到回缩状态2830。
在正常的、不间断的横切期间，击发构件从横切完成状态2818前进至回缩状态2830而不发生事故。在进入回缩状态2830时，FMA、FMV、FMT由控制电路(例如，控制电路2728)设定或作为目标。目标FMA可对应于归位后击发角度，其存储在存储器(例如，存储器2742)中，并且目标FMV可对应于回缩速度，其也存储在存储器(例如，存储器2742)中。目标FMT可对应于存储在存储器(例如，存储器2742)中的回缩操作扭矩。在回缩状态2830中，控制电路(例如，控制电路2728)可检查条件Y和Z。
条件Y对应于(A)来自扭矩传感器(例如，扭矩传感器2732)的FMT等于或大于回缩操作扭矩，以及(B)来自速度传感器(例如，速度传感器2738)的FMV等于或小于回缩速度两者，其中(A)和(B)两者在等于或大于存储在存储器(例如，存储器2742)中的失速阈值时间(STT)的时间段内均为真。条件Y指示击发构件在回缩期间已失速。如果在回缩状态2830期间满足条件Y，则操作2800前进至回缩失速状态2832。
条件Z对应于来自位置传感器(例如，位置传感器2736)的FMA达到归位后触发角度。条件Z可指示击发构件已返回到其归位后、击发前行程角度。如果在回缩状态2830期间满足条件Z，则操作2800前进至横切结束状态2834。
在进入横切结束状态2834时，存储在存储器(例如，存储器2742)中的NOC(与不能打开钳口相关联)被设定为负/假，这指示击发构件已被充分回缩以允许打开或松开钳口。然后操作2800前进至夹持操作2840。
在各种情况下，操作2800可以从预锁定区域状态2804绕行到预锁定暂停状态2806。从预锁定暂停状态2806，操作2800可返回到预锁定暂停状态2806，或者可前进至横切取消状态2020或应急尝试状态2036。在进入预锁定暂停状态2806时，控制电路(例如，控制电路2728)被配置成能够存储来自位置传感器(例如，位置传感器2736)的对应于预锁定暂停角度的FMA。控制电路被配置成能够在预锁定暂停状态2806期间以预锁定暂停角度为目标。例如，在预锁定暂停状态2806期间，可保持或维持预锁定暂停角度。
在预锁定暂停状态2806中，控制电路(例如，控制电路2728)可检查条件D、E和F。条件D对应于横切踏板(例如，输入件2780)的活动状态。如果在预锁定暂停状态2806期间满足条件D，即横切踏板变为活动的，则操作2800返回到预锁定区域状态2804，这将在本文中进一步描述。
条件E对应于夹持踏板(例如，输入件2782)的活动状态。如果在预锁定暂停状态2806期间满足条件E，即夹持踏板变为活动的，则操作2800前进至横切取消状态2820，这将在本文中进一步描述。
条件F对应于(A)来自扭矩传感器(例如，扭矩传感器2732)的FMT等于或大于应急检测扭矩，以及(B)来自速度传感器(例如，速度传感器2738)的FMV等于或小于应急检测速度，其中(A)和(B)两者在等于或大于存储在存储器(例如，存储器2742)中的应急检测时间的时间段内均为真。条件F可指示当击发构件运动穿过预锁定区域时，外科医生或临床医生正在尝试和/或实现应急步骤。例如，在外科规程期间，外科医生或临床医生可经由外科工具的壳体上的应急杆或致动器手动地操纵击发构件，这可涉及例如使击发构件与击发马达脱离以及手动地回缩击发构件。如果在预锁定暂停状态2806期间满足条件F，则横切操作2800前进至应急尝试状态2836，这将在本文中进一步描述。
在各种情况下，操作2800可以从锁定区域状态2808绕行到锁定暂停状态2810。从锁定暂停状态2810，操作2800可返回到锁定区域状态2808，或者可前进至横切取消状态2020或应急尝试状态2036。在进入锁定暂停状态2810时，控制电路(例如，控制电路2728)被配置成能够存储对应于锁定暂停角度的FMA。控制电路被配置成能够在锁定暂停状态2810期间以锁定暂停角度为目标。例如，在锁定暂停状态2810期间，可保持或维持FMA。
在锁定暂停状态2810中，控制电路(例如，控制电路2728)可检查条件K、L和M。条件K对应于横切踏板(例如，输入件2780)的活动状态。如果在锁定暂停状态2810期间满足条件K，即横切踏板变为活动的，则操作2800返回到锁定区域状态2808，这将在本文中进一步描述。
条件L对应于夹持踏板(例如，输入件2782)的活动状态。如果在锁定暂停状态2810期间满足条件L，即夹持踏板变为活动的，则操作2800前进至横切取消状态2820，这将在本文中进一步描述。
条件M对应于(A)来自扭矩传感器(例如，扭矩传感器2732)的FMT等于或大于应急检测扭矩，以及(B)来自速度传感器(例如，速度传感器2738)的FMV等于或小于应急检测速度，其中(A)和(B)两者在等于或大于应急检测时间的时间段内均为真。在预锁定暂停状态2806中，应急检测扭矩、应急检测速度和应急检测时间是相同的阈值。例如，条件M可以与条件F相同。在其他情况下，在预锁定暂停状态2806和锁定暂停状态2810期间可以应用不同的应急阈值。条件M可指示当击发构件运动穿过锁定区域时，外科医生或临床医生正在尝试和/或实现应急步骤。例如，在外科规程期间，外科医生或临床医生可手动地操纵击发构件，这可涉及例如使击发构件与击发马达脱离以及手动地回缩击发构件。如果在锁定暂停状态2810期间满足条件M，则横切操作2800前进至应急尝试状态2836，这将在本文中进一步描述。
在各种情况下，操作2800可以从锁定区域状态2808绕行到锁定检测状态2812，然后绕行到回缩状态2830。在进入锁定检测状态2812时，控制电路(例如，控制电路2728)被配置成能够例如经由GUI(例如，GUI 2790)向临床医生传送锁定和已锁定状态的确定。例如，控制电路可以发出错误消息，告知临床医生仓缺失和/或安装的仓是空的/用完的。从锁定检测状态2812，操作2800可前进至回缩状态2830，这将在本文中进一步描述。
在各种情况下，操作2800可以从锁定区域状态2808绕行到锁定损坏状态2814，然后绕行到回缩状态2830。在进入锁定-损坏状态2814时，控制电路(例如，控制电路2728)被配置成能够向临床医生传送指示已检测到损坏并且外科工具可能损坏或以其他方式不可操作的消息。例如，控制电路可经由GUI(例如，GUI 2790)发出错误消息。此外，控制电路可将DV更新为真/正，这指示外科系统和/或外科工具的未来击发已被禁用。如本文进一步所述，当DV为真/正时，条件A不被满足，并且后续操作2800将不从开始状态2802进行。从锁定-损坏状态2814，操作2800可前进至回缩状态2830，这将在本文中进一步描述。
在各种情况下，操作2800可以从各种状态绕行到横切取消状态2820，然后绕行到回缩状态2830。例如，横切操作2800可被取消，并且因此直接从预锁定暂停状态2806(条件E)、锁定暂停状态2810(条件L)、横切暂停状态2822(条件T)或横切失速状态2826(条件V)绕行到横切取消状态2820。例如，夹持操作的致动(例如，夹持踏板或其他输入件的致动)可以取消操作2800，并且该操作可以直接前进至横切取消状态2820。在进入横切取消状态2820时，控制电路(例如，控制电路2728)被配置成能够向临床医生传送指示已取消横切操作2800的消息。例如，控制电路可经由GUI(例如，GUI 2790)发出错误消息。从横切取消状态2820，操作2800可前进至回缩状态2830，这将在本文中进一步描述。
在各种情况下，操作2800可以从横切状态2816绕行到横切暂停状态2822。例如，在横切状态2816期间夹持踏板或其他输入件的停用可以暂停横切操作2800。在进入横切暂停状态2822时，控制电路(例如，控制电路2728)被配置成能够存储对应于横切暂停角度的FMA。控制电路被配置成能够在横切暂停状态2822期间以横切暂停角度为目标。例如，在横切暂停状态2822期间，可保持或维持横切暂停角度。
在横切暂停状态2822中，控制电路(例如，控制电路2728)可检查条件S、T和U。条件S对应于横切踏板(例如，输入件2780)的活动状态。如果在横切暂停状态2822期间满足条件S，即横切踏板变为活动的，则操作2800返回到横切状态2816，这将在本文中进一步描述。
条件T对应于夹持踏板(例如，输入件2782)的活动状态。如果在横切暂停状态2822期间满足条件T，即夹持踏板变为活动的，则操作2800前进至横切取消状态2820，这将在本文中进一步描述。
条件U对应于(A)来自扭矩传感器(例如，扭矩传感器2732)的FMT等于或大于应急检测扭矩，以及(B)来自速度传感器(例如，速度传感器2738)的FMV等于或小于应急检测速度，其中(A)和(B)两者在等于或大于应急检测时间的时间段内均为真。在预锁定暂停前状态2806和锁定暂停状态2810中，应急检测扭矩、应急检测速度和应急检测时间是相同的阈值。在其他情况下，在预锁定暂停状态2806、锁定暂停状态2810和/或横切暂停状态2822期间可以应用不同的应急阈值。例如，条件U可以与条件F和/或条件M相同。在其他示例中，在横切暂停状态2822期间可以应用不同的应急阈值。条件U可指示外科医生或临床医生在组织横切步骤期间正在尝试和/或实现应急步骤。例如，在外科规程期间，外科医生或临床医生可手动地操纵击发构件，这可涉及例如使击发构件与击发马达脱离以及手动地回缩击发构件。如果在横切暂停状态2822期间满足条件U，则横切操作2800前进至应急尝试状态2836，这将在本文中进一步描述。
在各种情况下，操作2800可以从横切状态2816绕行到损坏状态2824，然后绕行到回缩状态2830。在横切状态期间检测到击发马达和/或击发构件上的高扭矩(其与外科装置的损坏相关联)(例如，条件O)可触发绕行到损坏状态2824。在进入损坏状态2824时，控制电路(例如，控制电路2728)被配置成能够向临床医生传送指示已怀疑损坏并且外科工具可能损坏或以其他方式不可操作的消息。例如，控制电路可经由GUI(例如，GUI 2790)发出错误消息。此外，控制电路可将存储在存储器(例如，存储器2742)中的DV更新为真/正，这指示外科系统和/或外科工具的未来击发已被禁用。如本文进一步所述，当DV为真/正时，条件A不被满足，并且后续操作2800将不从开始状态2802进行。从损坏状态2824，操作2800可前进至回缩状态2830，这将在本文中进一步描述。
在各种情况下，操作2800可以从横切状态2816绕行到横切失速状态2826。例如，如果某些监测参数(例如，FMV和FMT)指示击发构件已在横切状态期间失速并且击发构件失速的总次数小于最大阈值，则操作2800可进入横切失速状态2826。
在进入横切失速状态2826时，存储在控制电路的存储器(例如，控制电路2728的存储器2742)中的横切失速计数递增一。如本文进一步所述，将横切失速计数与存储在存储器中用于横切状态2816下的条件Q的击发构件失速最大阈值次数进行比较。此外，控制电路被配置成能够向临床医生传送或传递失速以及在某些情况下横切失速计数。例如，控制电路可经由GUI(例如，GUI 2790)发出指示操作2800已失速并且因此进入横切失速状态2826的GUI反馈。
在进入横切失速状态2826时，控制电路(例如，控制电路2728)还被配置成能够存储来自位置传感器(例如，位置传感器2736)的对应于失速角度的FMA，并且将计时器和/或内部时钟(例如，时钟2741)的时间参数设定为当前时间，即，开始横切失速状态2826的时间。此外，FMA、MFV和FMT由控制电路设定或作为目标。在各种情况下，目标FMA角度可对应于后退角度，并且目标FMV可再次对应于横切区域速度，其是与在横切状态2816期间相同的目标FMV。在各种情况下，目标FMT对应于横切操作扭矩，其是与横切状态2816期间相同的目标FMT。
在横切失速状态2826中，控制电路(例如，控制电路2728)可检查条件V、W和X。条件V对应于夹持踏板(例如，输入件2782)的活动状态。如果在横切失速状态2826期间满足条件V，即夹持踏板变为活动的，则操作2800前进至横切取消状态2820，这将在本文中进一步描述。
条件W对应于(A)当前时间减去记录时间参数等于或大于横切后退时间，以及(B)横切踏板状态(例如，输入件2780的状态)从不活动的变为活动的。条件W对应于失速的持续时间小于存储在存储器(例如，存储器2742)中的阈值时间段，并且横切踏板返回到活动状态。在此类情况下，满足条件W，并且操作返回到横切状态2816。
条件X对应于(A)来自扭矩传感器(例如，扭矩传感器2732)的FMT开始等于或大于应急检测扭矩，以及(B)来自速度传感器(例如，速度传感器2738)的FMV等于或小于应急检测速度，其中(A)和(B)在等于或大于应急检测时间的时间段内均为真。在预锁定暂停状态2806、锁定暂停状态2810、横切暂停状态2822和/或横切失速状态2826中，应急检测扭矩、应急检测速度和应急检测时间是相同的阈值。例如，条件X可以与条件F、条件M和/或条件U相同。在其他情况下，在横切暂停状态2826期间可以应用不同的应急阈值。
条件X可指示当击发构件运动穿过锁定区域时，外科医生或临床医生正在尝试和/或实现应急步骤。例如，在外科规程期间，外科医生或临床医生可手动地操纵击发构件，这可涉及例如使击发构件与击发马达脱离以及手动地回缩击发构件。如果在横切失速状态2826期间满足条件X，则横切操作2800前进至应急尝试状态2836，这将在本文中进一步描述。
在各种情况下，操作2800可以从横切状态2816绕行到失速限制状态2828，并且然后绕行到横切取消状态2820。例如，如果用于进入横切失速状态2826的各个参数被满足，则操作2800可前进至失速限制状态2828；然而，外科工具已超过击发构件失速的最大阈值次数。换句话讲，外科工具已经比合理的和/或预期的更多次失速。在进入失速限制状态2828时，控制电路(例如，控制电路2728)被配置成能够例如经由GUI(例如，GUI 2790)向临床医生传送关于失速限制的确定。在各种情况下，控制电路可以向GUI发出错误消息，告知临床医生已达到失速限制和/或失速限制状态2828已开始。从失速限制状态2828，操作2800可前进至回缩状态2830，这将在本文中进一步描述。
在各种情况下，操作可以从回缩状态2830绕行到回缩失速状态2832。例如，击发构件可在回缩状态2830期间被马达(例如，击发马达2758)卡住或以其他方式不可操作。在进入回缩失速状态2832时，控制电路(例如，控制电路2728)可以向临床医生或用户发出消息和/或传送外科工具的状态。例如，控制电路可以向GUI(例如，GUI 2790)传送指示临床医生的一个或多个故障排除步骤的信号。故障排除步骤可被配置成能够补救机械束缚的外科工具和/或其击发系统。控制电路还可将存储在存储器(例如，存储器2742)中的DV更新为真/正，这指示外科系统和/或外科工具的未来击发已被禁用。如本文进一步所述，当DV为真/正时，条件A不被满足，并且后续操作2800将不从开始状态2802进行。从回缩失速状态2832，操作2800可前进至不可恢复状态2838，这将在本文中进一步描述。
在各种情况下，操作2800可以从预锁定暂停状态2806、锁定暂停状态2810、横切暂停状态2822和/或横切失速状态2826进入应急尝试状态2836。与击发构件的典型推进和回缩期间相比，应急尝试状态2836可对应于来自扭矩传感器(例如，扭矩传感器2732)的较高FMT和来自速度传感器(例如，速度传感器2738)的较低FMV，如本文进一步所述。在进入应急尝试状态2836时，控制电路(例如，控制电路2728)向临床医生提供关于如何应急救助外科装置的反馈。例如，控制电路可向GUI(例如，GUI 2790)发出指示关于如何手动地回缩外科装置(例如，手动地回缩击发构件，使得钳口可释放夹持在其间的任何组织)的指令(口头的和/或视觉的)的信号。从应急尝试状态2836，操作可前进至不可恢复状态2838。
例如，操作2800可以从应急尝试状态2836和/或回缩失速状态2832进入不可恢复状态2838。在进入不可恢复状态2838时，外科装置可以是不可恢复的。在各种情况下，控制电路(例如，控制电路2728)可以向GUI(例如，GUI 2790)提供关于外科工具的不可恢复状况的信号。在此类情况下，可阻止新的夹持操作2840和/或新的横切操作2800。在某些情况下，外科工具可退回和/或返回到制造商以进行检查和/或维修。
实施例
本文所述主题的各个方面在以下编号的实施例中陈述。
实施例1-一种外科工具，该外科工具被构造成能够接收来自机器人外科系统的旋转输入。外科工具包括：远侧端部执行器，该远侧端部执行器包括用于将组织夹持在其间的钳口；中间轴部分，该中间轴部分联接到远侧端部执行器；和近侧壳体，该近侧壳体联接到中间轴部分。近侧壳体包括旋转驱动器布置，该旋转驱动器布置包括第一旋转驱动器。第一旋转驱动器包括：输入轴，该输入轴被构造成能够接收来自机器人外科系统的旋转输入；过渡螺母，该过渡螺母可滑动地定位在输入轴上；和输出齿轮。第一旋转驱动器还包括：高速齿轮，该高速齿轮被构造成能够选择性地驱动输出齿轮；高扭矩齿轮，该高扭矩齿轮被构造成能够选择性地驱动输出齿轮；和弹簧布置，该弹簧布置被构造成能够在获得阈值扭矩时沿着输入轴将过渡螺母从高速操作状态偏置到高扭矩操作状态，在高速操作状态中过渡螺母与高速齿轮驱动接合，在高扭矩操作状态中过渡螺母与高扭矩齿轮驱动接合。
实施例2-根据实施例1所述的外科工具，其中，过渡螺母包括周边、第一端部和围绕周边延伸到第一端部的倾斜齿阵列。
实施例3-根据实施例2所述的外科工具，其中，高扭矩齿轮包括互补倾斜插孔阵列，该互补倾斜插孔阵列被构造成能够在过渡螺母处于高扭矩操作状态时接纳倾斜齿阵列。
实施例4-根据实施例1、2或3所述的外科工具，其中，过渡螺母还包括第二端部和围绕周边延伸到第二端部的第一齿阵列。
实施例5-根据实施例4所述的外科工具，还包括与高速齿轮驱动地接合的抓持齿轮，其中抓持齿轮包括第二齿阵列，该第二齿阵列被构造成能够在过渡螺母处于高速操作状态时接纳第一齿阵列。
实施例6-根据实施例5所述的外科工具，其中，弹簧布置包括第一弹簧，该第一弹簧被构造成能够将第一齿阵列朝向第二齿阵列偏置。
实施例7-根据实施例1、2、3、4、5或6所述的外科工具，其中，弹簧布置还包括第二弹簧，该第二弹簧被构造成能够将过渡螺母的第一端部远离过渡螺母的第二端部偏置。
实施例8-根据实施例1、2、3、4、5、6或7所述的外科工具，还包括驱动地联接到输出齿轮的输出轴，其中输出轴被构造成能够驱动旋转驱动螺杆以实现钳口的闭合。
实施例9-根据实施例1、2、3、4、5、6、7或8所述的外科工具，其中，第一旋转驱动器还包括齿轮系，该齿轮系包括高速齿轮，并且其中齿轮系具有大于一的速度比率。
实施例10-一种用于机器人外科系统的外科工具。外科工具包括：远侧端部执行器，该远侧端部执行器包括用于将组织夹持在其间的钳口；中间轴部分，该中间轴部分联接到远侧端部执行器；和近侧壳体，该近侧壳体联接到中间轴部分。近侧壳体包括：输入轴，该输入轴被构造成能够接收来自机器人外科系统的旋转输入；过渡螺母，该过渡螺母可滑动地定位在输入轴上；和输出齿轮。近侧壳体还包括：第一旋转驱动器，该第一旋转驱动器被构造成能够选择性地驱动输出齿轮；第二旋转驱动器，该第二旋转驱动器被构造成能够选择性地驱动输出齿轮；和弹簧布置，该弹簧布置被构造成能够基于施加到过渡螺母的阈值扭矩沿着输入轴偏置过渡螺母以将输入轴与第一旋转驱动器或第二旋转驱动器联接。
实施例11-根据实施例10所述的外科工具，其中，过渡螺母与输入轴一起旋转。
实施例12-根据实施例10或11所述的外科工具，其中，弹簧布置包括第一弹簧，该第一弹簧被构造成能够在超过阈值扭矩时将过渡螺母偏置成与第二旋转驱动器脱离接合并且与第一旋转驱动器接合。
实施例13-根据实施例10、11或12所述的外科工具，其中，过渡螺母包括周边、第一端部和围绕周边延伸到第一端部的倾斜齿阵列。过渡螺母还包括第二端部、围绕周边延伸到第二端部的第一齿阵列、以及被构造成能够将第一端部远离第二端部偏置的第二弹簧。
实施例14-根据实施例13所述的外科工具，其中，第一旋转驱动器包括高扭矩齿轮，该高扭矩齿轮包括互补倾斜插孔，该互补倾斜插孔被构造成能够在输入轴与第一旋转驱动器接合时接纳倾斜齿阵列，并且其中外科工具在第一旋转驱动器与输入轴接合时处于高扭矩操作状态。
实施例15-根据实施例13或14所述的外科工具，其中第二旋转驱动器包括高速齿轮和与高速齿轮驱动地接合的抓持齿轮，其中抓持齿轮包括第二齿阵列，该第二齿阵列被构造成能够在输入轴与第二旋转驱动器接合时接纳第一齿阵列，并且其中外科工具在第二旋转驱动器与输入轴接合时处于高速操作状态。
实施例16-根据实施例10、11、12、13、14或15所述的外科工具，其中，第二旋转驱动器还包括齿轮系，该齿轮系包括高速齿轮，并且其中齿轮系具有大于一的速度比率。
实施例17-根据实施例10、11、12、13、14、15或16所述的外科工具，还包括驱动地联接到输出齿轮的输出轴，其中输出轴被构造成能够驱动旋转驱动螺杆以实现钳口的闭合。
实施例18-一种旋转驱动系统，该旋转驱动系统用于旋转机器人外科工具中的驱动螺杆。旋转驱动系统包括：输入轴，该输入轴被构造成能够接收来自机器人外科系统的旋转输入；过渡螺母，该过渡螺母可滑动地定位在输入轴上；和输出齿轮，该输出齿轮驱动地联接到输出轴。旋转驱动系统还包括：第一旋转驱动器，该第一旋转驱动器被构造成能够选择性地驱动输出齿轮；第二旋转驱动器，该第二旋转驱动器被构造成能够选择性地驱动输出齿轮；和弹簧布置，该弹簧布置被构造成能够基于施加到过渡螺母的阈值扭矩沿着输入轴将过渡螺母偏置成与第一旋转驱动器或第二旋转驱动器接合。
实施例19-根据实施例18所述的旋转驱动系统，其中，第一旋转驱动器包括高扭矩齿轮，该高扭矩齿轮包括互补倾斜插孔，该互补倾斜插孔被构造成能够在输入轴与第一旋转驱动器接合时接纳过渡螺母上的倾斜齿阵列。
实施例20-根据实施例18或19所述的旋转驱动系统，其中，第二旋转驱动器包括高速齿轮和与高速齿轮驱动地接合的抓持齿轮，其中抓持齿轮包括齿阵列，该齿阵列被构造成能够在输入轴与第二旋转驱动器接合时接合过渡螺母。
实施例21-一种机器人外科系统，该机器人外科系统包括闭合系统。该闭合系统包括驱动地联接到第一马达的第一小齿轮、驱动地联接到第二马达的第二小齿轮、以及由该第一小齿轮和该第二小齿轮选择性地驱动的闭合齿轮。该机器人外科系统还包括控制电路，该控制电路被配置成能够实现马达交叉检查操作。该控制电路被配置成能够接收指示由该第一马达产生的第一扭矩的第一参数，接收指示由该第二马达产生的第二扭矩的第二参数，将该第一参数与该第二参数进行比较，以及向通信装置传输信号，其中该信号基于该比较并且指示该闭合系统的状态。
实施例22-根据实施例21所述的机器人外科系统，其中，控制电路被配置成能够确定闭合系统在马达交叉检查操作中何时达到稳态，并且在闭合系统达到稳态之后将第一参数与第二参数进行比较。
实施例23-根据实施例21或22所述的机器人外科系统，其中，第一小齿轮和第二小齿轮同时驱动闭合齿轮以实现闭合行程。
实施例24-根据实施例21、22或23所述的机器人外科系统，其中，当第一参数与第二参数的比较超过阈值时，由控制电路传输的状态对应于故障状态。
实施例25-根据实施例24所述的机器人外科系统，其中，机器人外科系统被构造成能够在状态对应于故障状态时实现锁定。
实施例26-根据实施例21、22、23、24或25所述的机器人外科系统，其中，为了实现马达交叉检查操作，第一马达被构造成能够沿第一方向驱动闭合齿轮，并且其中第二马达被构造成能够沿与第一方向相反的第二方向驱动闭合齿轮。
实施例27-根据实施例21、22、23、24、25或26所述的机器人外科系统，其中，第一马达被构造成能够将扭矩传递到第二小齿轮。
实施例28-根据实施例21、22、23、24、25、26或27所述的机器人外科系统，其中，第二马达被构造成能够将扭矩传递到第一小齿轮。
实施例29-根据实施例21、22、23、24、25、26、27或28所述的机器人外科系统，其中，第二小齿轮被构造成能够在闭合系统达到稳态之前运动通过齿隙区域。
实施例30-根据实施例29所述的机器人外科系统，其中，控制电路被进一步配置成能够记录齿隙区域的持续时间并且将该持续时间获得为存储值。
实施例31-一种存储计算机可读指令的非暂态计算机可读介质，这些计算机可读指令在被执行时致使机器接收指示由闭合系统的第一马达产生的第一扭矩的第一参数，接收指示由闭合系统的第二马达产生的第二扭矩的第二参数，以及实现马达交叉检查。该第一马达和该第二马达被构造成能够同时驱动闭合齿轮。该马达交叉检查包括将该第一参数与该第二参数进行比较，以及向通信装置传输信号，其中该信号基于该比较并且指示该闭合系统的状态。
实施例32-根据实施例31所述的存储计算机可读指令的非暂态计算机可读介质，这些计算机可读指令在被执行时还致使机器确定闭合系统何时达到稳态，并且在闭合系统达到稳态之后将第一参数与第二参数进行比较。
实施例33-根据实施例31或32所述的存储计算机可读指令的非暂态计算机可读介质，这些计算机可读指令在被执行时还致使机器在第一参数与第二参数的比较超过阈值时进入故障状态。
实施例34-根据实施例33所述的存储计算机可读指令的非暂态计算机可读介质，这些计算机可读指令在被执行时还致使机器在状态对应于故障状态时实现锁定状态。
实施例35-一种机器人外科系统，该机器人外科系统包括闭合系统。该闭合系统包括驱动地联接到第一马达的第一小齿轮、驱动地联接到第二马达的第二小齿轮、以及由该第一小齿轮和该第二小齿轮选择性地驱动的闭合齿轮。该闭合系统还包括处理器和联接到该处理器的存储器。该存储器存储指令，这些指令能够由该处理器执行以从该第一马达接收指示第一扭矩的第一参数，从该第二马达接收指示第二扭矩的第二参数，以及接收指示该第一马达的第一角位移的第三参数。该存储器还存储指令，这些指令能够由该处理器执行以接收指示该第二马达的第二角位移的第四参数，以及基于该第一参数、该第二参数、该第三参数和该第四参数确定该闭合系统的状态。该存储器还存储指令，这些指令能够由该处理器执行以将指示该闭合系统的该状态的信号传输到通信装置。
实施例36-根据实施例35所述的机器人外科系统，其中，存储器还存储指令，这些指令能够由处理器执行以实现其中第一小齿轮和第二小齿轮沿相反方向旋转的马达交叉检查。
实施例37-根据实施例35所述的机器人外科系统，其中，存储器还存储指令，这些指令能够由处理器执行以实现其中第一小齿轮由第一马达驱动并且第二小齿轮不由第二马达驱动的马达交叉检查。
实施例38-根据实施例35、36或37所述的机器人外科系统，其中，存储器还存储指令，这些指令能够由处理器执行以在马达交叉检查期间测量齿隙角度，并且将该齿隙角度与存储在存储器中的齿隙值进行比较。
实施例39-根据实施例35、36、37或38所述的机器人外科系统，其中，存储器还存储指令，这些指令能够由处理器执行以实现其中由第一扭矩和第一角位移计算第一小齿轮的刚度并且将该刚度与阈值进行比较的马达交叉检查。
实施例40-根据实施例35、36、37、38或39所述的机器人外科系统，其中，存储器存储指令，这些指令能够由处理器执行以在闭合系统的归位操作或夹持事件中的至少一者之后实现马达交叉检查。
实施例41-一种与机器人外科系统一起使用的控制电路。该控制电路被配置成能够接收指示关节运动马达的旋转位置的参数。关节运动马达被构造成能够驱动机器人外科工具的关节运动接头，其中关节运动马达被构造成能够运动通过第一位置范围和第二位置范围。第一位置范围和第二位置范围是非重叠的。控制电路被进一步配置成能够实现第一操作状态，并且在参数对应于关节运动马达从第一位置范围向第二位置范围的转变时实现第二操作状态。第二操作状态不同于第一操作状态。控制电路被进一步配置成能够在参数对应于关节运动马达从第二位置范围以阈值防抖动角度返回到第一位置范围时重新实现第一操作状态。
实施例42-根据实施例41所述的控制电路，其中，第一位置范围和第二位置范围是连续的。
实施例43-根据实施例41或42所述的控制电路，其中，第二位置范围包括关节运动接头的机械上限。
实施例44-根据实施例41、42或43所述的控制电路，其中，当参数正在远离第一位置范围运动时，关节运动马达的最大允许速度在第二操作状态下比在第一操作状态下小。
实施例45-根据实施例41、42、43或44所述的控制电路，其中，当参数正在远离第一位置范围运动时，关节运动马达的最大允许扭矩在第二操作状态下比在第一操作状态下小。
实施例46-根据实施例41、42或43所述的控制电路，其中，当参数正在远离第一位置范围运动时，关节运动马达的最大允许速度和最大允许扭矩在第二操作状态下比在第一操作状态下小。
实施例47-根据实施例41、42、43、44、45或46所述的控制电路，其中，参数包括指示第一关节运动马达的旋转位置的第一参数，并且其中控制电路被进一步配置成能够接收指示第二关节运动马达的第二旋转位置的第二参数，其中第二关节运动马达被构造成能够驱动机器人外科工具的关节运动接头，其中第二关节运动马达被构造成能够运动通过第三位置范围和第四位置范围，并且其中第三位置范围和第四位置范围是非重叠的。
实施例48-根据实施例47所述的控制电路，其中，控制电路被进一步配置成能够在第二参数对应于第二关节运动马达从第三位置范围向第四位置范围的转变时实现第三操作状态，其中第三操作状态不同于第一操作状态。控制电路被进一步配置成能够在第二参数对应于第二关节运动马达从第四位置范围以阈值防抖动角度返回到第三位置范围时重新实现第一操作状态。
实施例49-根据实施例47或48所述的控制电路，其中，第四位置范围包括关节运动接头的机械下限。
实施例50-一种存储计算机可读指令的非暂态计算机可读介质，这些计算机可读指令在被执行时致使机器接收指示第一关节运动马达的旋转位置的第一参数，接收指示第二关节运动马达的旋转位置的第二参数，以及实现第一操作状态。非暂态计算机可读介质存储计算机可读指令，该计算机可读指令在被执行时还致使机器在第一参数对应于第一关节运动马达从第一位置范围转变到上部位置范围时从第一操作状态转变到第二操作状态，其中第二操作状态不同于第一操作状态。非暂态计算机可读介质存储计算机可读指令，该计算机可读指令在被执行时还致使机器在第一参数对应于第一关节运动马达从上部位置范围以第一防抖动角度返回到第一位置范围时从第二操作状态返回到第一操作状态。非暂态计算机可读介质存储计算机可读指令，该计算机可读指令在被执行时还致使机器在第二参数对应于第二关节运动马达从第二位置范围转变到下部位置范围时实现第三操作状态，其中第三操作状态不同于第一操作状态。非暂态计算机可读介质存储计算机可读指令，该计算机可读指令在被执行时还致使机器在第二参数对应于第二关节运动马达从下部位置范围以第二防抖动角度返回到第二位置范围时从第三操作状态返回到第一操作状态。
实施例51-一种机器人外科工具，该机器人外科工具包括壳体、端部执行器和从壳体朝远侧延伸到端部执行器的细长轴。机器人外科工具还包括：关节运动接头，该关节运动接头被构造成能够在关节运动期间使端部执行器相对于细长轴进行关节运动；内轴，该内轴从壳体朝远侧延伸穿过细长轴；和关节运动驱动系统。关节运动驱动系统包括联接到内轴的关节运动轭、联接到关节运动轭并沿着内轴朝远侧延伸到关节运动接头的关节运动带、以及位于内轴与关节运动轭中间的滚动元件，其中关节运动轭被构造成能够在关节运动期间沿着滚动元件滚动。
实施例52-根据实施例51所述的机器人外科工具，其中，滚动元件围绕内轴的圆周定位。
实施例53-根据实施例51或52所述的机器人外科工具，还包括滚动元件垫。滚动元件垫包括固定到内轴的基部、固定到基部的保持器，其中基部和保持器在两者间形成连续环形轨道。滚动元件垫还包括滚动元件，其中滚动元件包括定位在连续环形轨道中的球体。
实施例54-根据实施例53所述的机器人外科工具，其中，保持器包括窗口，并且其中一组滚动元件突出穿过窗口并且接触关节运动轭。
实施例55-根据实施例53或54所述的机器人外科工具，其中，滚动元件垫压配合到内轴中的凹陷部中。
实施例56-根据实施例53、54或55所述的机器人外科工具，其中，连续环形轨道包括第一连续环形轨道，并且其中基部和保持器形成第二连续环形轨道，该第二连续环形轨道被构造成能够在其中接纳多个滚动元件。
实施例57-根据实施例56所述的机器人外科工具，其中，关节运动轭包括第一关节运动轭，该第一关节运动轭被构造成能够在关节运动期间可滑动地接合定位在第一连续环形轨道中的滚动元件，其中关节运动驱动系统还包括第二关节运动轭，该第二关节运动轭在远离第一关节运动轭的位置处联接到内轴，并且其中第二关节运动轭被构造成能够在关节运动期间可滑动地接合定位在第二连续环形轨道中的滚动元件。
实施例58-根据实施例57所述的机器人外科工具，其中，关节运动带包括附接到第一关节运动轭并且沿着内轴延伸到关节运动接头的第一关节运动带，并且其中关节运动驱动系统还包括附接到第二关节运动轭并且沿着内轴延伸到关节运动接头的第二关节运动带。
实施例59-根据实施例57或58所述的机器人外科工具，其中，关节运动驱动系统被构造成能够使第一关节运动轭和第二关节运动轭相对于彼此并且沿着内轴运动以实现关节运动。
实施例60-一种外科工具，该外科工具包括：外科端部执行器，该外科端部执行器包括相对的钳口；细长轴，该细长轴朝远侧延伸到外科端部执行器；和壳体，该壳体限定穿过其的通道，其中细长轴延伸穿过通道。外科工具还包括致动机构，该致动机构被构造成能够使壳体相对于外科端部执行器沿着细长轴选择性地运动。致动机构包括滑轮、与滑轮接合的缆线、以及被构造成能够相对于细长轴可释放地锁定壳体的锁定布置。锁定布置包括围绕细长轴定位的垫圈。缆线与垫圈接合。滑轮的致动被构造成能够向缆线施加张力以使垫圈相对于细长轴从锁定取向枢转到解锁取向。
实施例61-根据实施例60所述的外科工具，其中，垫圈包括第一垫圈，其中锁定布置还包括围绕细长轴定位的第二垫圈，其中缆线与第二垫圈接合，并且其中第二垫圈被构造成能够相对于细长轴在锁定取向与解锁取向之间枢转。
实施例62-根据实施例61所述的外科工具，其中，在其锁定取向中，第一垫圈和第二垫圈相对于细长轴的纵向轴线倾斜地取向，并且其中第一垫圈和第二垫圈被构造成当第一垫圈和第二垫圈运动到其解锁取向时能够朝向平行取向枢转。
实施例63-根据实施例61或62所述的外科工具，其中，锁定布置还包括位于第一垫圈与第二垫圈之间的弹簧，并且其中弹簧将第一垫圈的一部分远离第二垫圈的一部分偏置。
实施例64-根据实施例63所述的外科工具，其中，通过滑轮的致动而施加的张力被构造成能够克服弹簧的偏置力以使第一垫圈和第二垫圈从第一垫圈和第二垫圈运的锁定取向运动到第一垫圈和第二垫圈运的解锁取向。
实施例65-根据实施例61、62、63或64所述的外科工具，其中，通过滑轮的致动而施加在缆线中的张力被构造成能够将第一垫圈和第二垫圈枢转到解锁取向，并且然后拉动细长轴以使壳体沿着细长轴运动。
实施例66-根据实施例60、61、62、63、64或65所述的外科工具，其中，壳体包括具有内壁的主体，其中内壁限定主体中的内部腔体的一部分，并且其中垫圈至少部分地延伸到内部腔体中。
实施例67-根据实施例68所述的外科工具，其中，滑轮的致动被构造成能够将垫圈抵靠内壁推动以沿着细长轴拉动壳体。
实施例68-根据实施例60、61、62、63、64、65、66或67所述的外科工具，其中，外科端部执行器还包括击发构件，该击发构件被构造成能够切割定位在相对的钳口之间的组织。
实施例69-根据实施例60、61、62、63、64、65、66、67或68所述的外科工具，其中，外科端部执行器还包括钉仓，该钉仓包括钉。
实施例70-一种外科工具，该外科工具包括外科端部执行器、朝远侧延伸到外科端部执行器的细长轴、以及限定穿过其的通道的壳体，其中细长轴延伸穿过通道。外科工具还包括致动机构，该致动机构被构造成能够使壳体相对于外科端部执行器沿着细长轴选择性地运动。致动机构包括滑轮、绞盘以及与滑轮和绞盘接合的缆线。致动机构还包括锁定布置，该锁定布置被构造成能够相对于细长轴可释放地锁定壳体。锁定布置包括围绕细长轴定位的第一垫圈。缆线的第一端部与第一垫圈接合。第一垫圈被构造成能够相对于细长轴在锁定取向与解锁取向之间枢转。锁定布置还包括围绕细长轴定位的第二垫圈。缆线的第二端部与第二垫圈接合。第二垫圈被构造成能够相对于细长轴在锁定取向与解锁取向之间枢转。锁定布置还包括位于第一垫圈与第二垫圈之间的弹簧，其中弹簧被构造成能够将第一垫圈的一部分远离第二垫圈的一部分偏置，以将第一垫圈和第二垫圈枢转到锁定取向中。绞盘的旋转被构造成能够向缆线施加张力以将第一垫圈和第二垫圈枢转到第一垫圈和第二垫圈的解锁取向。
实施例71-根据实施例70所述的外科工具，其中，在锁定取向中，第一垫圈和第二垫圈相对于细长轴的纵向轴线倾斜地取向，并且其中第一垫圈和第二垫圈被构造成能够从第一垫圈和第二垫圈的锁定取向朝向平行枢转到第一垫圈和第二垫圈的解锁取向。
实施例72-根据实施例70或71所述的外科工具，其中，通过绞盘的旋转而施加的张力被构造成能够克服弹簧的偏置力以使第一垫圈和第二垫圈从第一垫圈和第二垫圈的锁定取向运动到第一垫圈和第二垫圈的解锁取向。
实施例73-根据实施例70、71或72所述的外科工具，其中，壳体包括具有内壁的主体，其中内壁限定主体中的内部腔体的一部分，并且其中第一垫圈至少部分地延伸到内部腔体中。
实施例74-根据实施例73所述的外科工具，其中，绞盘的旋转被构造成能够将第一垫圈抵靠内壁推动以沿着细长轴拉动壳体。
实施例75-根据实施例70、71、72、73或74所述的外科工具，其中，通过绞盘的旋转而施加在缆线中的张力被构造成能够将第一垫圈和第二垫圈枢转到第一垫圈和第二垫圈的解锁取向并且沿着细长轴拉动壳体。
实施例76-一种外科工具，该外科工具包括细长轴以及限定穿过其的通道的壳体，其中细长轴延伸穿过通道。外科工具还包括致动机构，该致动机构被构造成能够使壳体沿着细长轴选择性地运动。致动机构包括滑轮布置和锁定布置，该锁定布置被构造成能够相对于细长轴可释放地锁定壳体。锁定布置包括围绕细长轴定位的锁。滑轮布置的致动被构造成能够使锁从锁定取向运动到解锁取向。
实施例77-根据实施例76所述的外科工具，其中，锁被构造成能够从锁定取向枢转到解锁取向。
实施例78-根据实施例76或77所述的外科工具，其中，在锁定取向中，锁相对于细长轴的纵向轴线倾斜地取向。
实施例79-根据实施例76、77或78所述的外科工具，其中，锁定布置还包括弹簧，该弹簧被构造成能够将锁朝向锁定取向偏置。
尽管已举例说明和描述了多个形式，但是申请人的意图并非将所附权利要求的范围约束或限制在此类细节中。在不脱离本公开的范围的情况下，可实现对这些形式的许多修改、变型、改变、替换、组合和等同物，并且本领域技术人员将想到这些形式的许多修改、变型、改变、替换、组合和等同物。此外，另选地，可将与所描述的形式相关联的每个元件的结构描述为用于提供由所述元件执行的功能的器件。另外，在公开了用于某些部件的材料的情况下，也可使用其他材料。因此，应当理解，上述具体实施方式和所附权利要求旨在涵盖属于本发明所公开的形式范围内的所有此类修改、组合和变型。所附权利要求旨在涵盖所有此类修改、变型、改变、替换、修改和等同物。
上述具体实施方式已经由使用框图、流程图和/或示例阐述了装置和/或方法的各种形式。只要此类框图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作，本领域的技术人员就要将其理解为此类框图、流程图和/或示例中的每个功能和/或操作都可以单独和/或共同地通过多种硬件、软件、固件或实际上它们的任何组合来实施。本领域的技术人员将会认识到，本文公开的形式中的一些方面可作为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，作为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)，作为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，作为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，作为固件，或作为实际上它们的任何组合全部或部分地在集成电路中等效地实现，并且根据本公开，设计电路系统和/或编写软件和/或硬件的代码将在本领域技术人员的技术范围内。另外，本领域的技术人员将会认识到，本文所述主题的机制能够作为多种形式的一个或多个程序产品进行分布，并且本文所述主题的例示性形式适用，而不管用于实际进行分布的信号承载介质的具体类型是什么。
用于编程逻辑以执行各种所公开的方面的指令可存储在系统中的存储器内，诸如动态随机存取存储器(DRAM)、高速缓存、闪存存储器或其他存储器。此外，指令可经由网络或通过其他计算机可读介质来分发。因此，机器可读介质可包括用于存储或传输以机器(例如，计算机)可读形式的信息的任何机构，但不限于软盘、光学盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、和磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁卡或光卡、闪存存储器、或经由电信号、光学信号、声学信号或其他形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)在因特网上传输信息时使用的有形的、机器可读存储装置。因此，非暂态计算机可读介质包括适于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或传输电子指令或信息的任何类型的有形机器可读介质。
如本文任一方面所用，术语“控制电路”可指例如硬连线电路系统、可编程电路系统(例如，计算机处理器，该计算机处理器包括一个或多个单独指令处理内核、处理单元，处理器、微控制器、微控制器单元、控制器、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑装置(PLD)、可编程逻辑阵列(PLA)、场可编程门阵列(FPGA))、状态机电路系统、存储由可编程电路系统执行的指令的固件、以及它们的任何组合。控制电路可以集体地或单独地实现为形成更大系统的一部分的电路系统，例如集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)、台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、服务器、智能电话等。因此，如本文所用，“控制电路”包括但不限于具有至少一个离散电路的电子电路、具有至少一个集成电路的电子电路、具有至少一个专用集成电路的电子电路、形成由计算机程序配置的通用计算设备的电子电路(如，至少部分地实施本文所述的方法和/或设备的由计算机程序配置的通用计算机，或至少部分地实施本文所述的方法和/或设备的由计算机程序配置的微处理器)、形成存储器设备(如，形成随机存取存储器)的电子电路，和/或形成通信设备(如，调节解调器、通信开关或光电设备)的电子电路。本领域的技术人员将会认识到，可以模拟或数字方式或它们的一些组合实施本文所述的主题。
如本文的任何方面所用，术语“逻辑”可指被配置成能够执行前述操作中的任一者的应用程序、软件、固件和/或电路系统。软件可体现为记录在非暂态计算机可读存储介质上的软件包、代码、指令、指令集和/或数据。固件可体现为在存储器装置中硬编码(例如，非易失性)的代码、指令或指令集和/或数据。
如本文任一方面所用，术语“部件”、“系统”、“模块”等可指计算机相关实体、硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件。
如本文任一方面中所用，“算法”是指导致所期望结果的有条理的步骤序列，其中“步骤”是指物理量和/或逻辑状态的操纵，物理量和/或逻辑状态可(但不一定)采用能被存储、转移、组合、比较和以其他方式操纵的电或磁信号的形式。常用于指这些信号，如位、值、元素、符号、字符、术语、数字等。这些和类似的术语可与适当的物理量相关联并且仅仅是应用于这些量和/或状态的方便的标签。
网络可包括分组交换网络。通信装置可能够使用所选择的分组交换网络通信协议来彼此通信。一个示例性通信协议可包括可能够允许使用传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)进行通信的以太网通信协议。以太网协议可符合或兼容电气和电子工程师学会(IEEE)于2008年12月发布的标题为“IEEE 802.3Standard”的以太网标准和/或本标准的更高版本。另选地或附加地，通信装置可能够使用X.25通信协议彼此通信。X.25通信协议可符合或兼容由国际电信联盟电信标准化部门(ITU-T)发布的标准。另选地或附加地，通信装置可能够使用帧中继通信协议彼此通信。帧中继通信协议可符合或兼容由国际电报电话咨询委员会(CCITT)和/或美国国家标准学会(ANSI)发布的标准。另选地或附加地，收发器可能够使用异步传输模式(ATM)通信协议彼此通信。ATM通信协议可符合或兼容ATM论坛于2001年8月发布的名为“ATM-MPLS Network Interworking 2.0”的ATM标准和/或该标准的更高版本。当然，本文同样设想了不同的和/或之后开发的连接取向的网络通信协议。
除非上述公开中另外明确指明，否则可以理解的是，在上述公开中，使用术语如“处理”、“估算”、“计算”、“确定”、“显示”的讨论是指计算机系统或类似的电子计算装置的动作和进程，其操纵表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据并将其转换成相似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其他此类信息存储、传输或显示装置内的物理量的其他数据。
一个或多个部件在本文中可被称为“被配置成能够”、“可配置成能够”、“可操作/可操作地”、“适于/可适于”、“能够”、“可适形/适形于”等。本领域的技术人员将会认识到，除非上下文另有所指，否则“被配置成能够”通常可涵盖活动状态的部件和/或未活动状态的部件和/或待机状态的部件。
术语“近侧”和“远侧”在本文中是相对于操纵外科器械的柄部部分的临床医生来使用的。术语“近侧”是指最靠近临床医生的部分，术语“远侧”是指远离临床医生定位的部分。还应当理解，为简洁和清楚起见，本文可结合附图使用诸如“竖直”、“水平”、“上”和“下”等空间术语。然而，外科器械在许多取向和方位中使用，并且这些术语并非是限制性的和/或绝对的。
本领域的技术人员将认识到，一般而言，本文、以及特别是所附权利要求(例如，所附权利要求的正文)中所使用的术语通常旨在为“开放”术语(例如，术语“包括”应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包含”应解释为“包含但不限于”等)。本领域的技术人员还应当理解，如果所引入权利要求表述的具体数目为预期的，则此类意图将在权利要求中明确表述，并且在不存在此类叙述的情况下，不存在此类意图。例如，为有助于理解，下述所附权利要求可含有对介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求。然而，对此类短语的使用不应视为暗示通过不定冠词“一个”或“一种”引入权利要求表述将含有此类引入权利要求表述的任何特定权利要求限制在含有仅一个这样的表述的权利要求中，甚至当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和诸如“一个”或“一种”(例如，“一个”和/或“一种”通常应解释为意指“至少一个”或“一个或多个”)的不定冠词时；这也适用于对用于引入权利要求表述的定冠词的使用。
另外，即使明确叙述引入权利要求叙述的特定数目，本领域的技术人员应当认识到，此种叙述通常应解释为意指至少所叙述的数目(例如，在没有其他修饰语的情况下，对“两个叙述”的裸叙述通常意指至少两个叙述、或两个或更多个叙述)。此外，在其中使用类似于“A、B和C中的至少一者等”的惯例的那些情况下，一般而言，此类构造意在具有本领域的技术人员将理解所述惯例的意义(例如，“具有A、B和C中的至少一者的系统”将包括但不限于具有仅A、仅B、仅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起等的系统)。在其中使用类似于“A、B或C中的至少一者等”的惯例的那些情况下，一般而言，此类构造意在具有本领域的技术人员将理解所述惯例的意义(例如，“具有A、B或C中的至少一者的系统”应当包括但不限于具有仅A、仅B、仅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起等的系统)。本领域的技术人员还应当理解，通常，除非上下文另有指示，否则无论在具体实施方式、权利要求或附图中呈现两个或更多个替代术语的转折性词语和/或短语应理解为涵盖包括所述术语中的一者、所述术语中的任一个或这两个术语的可能性。例如，短语“A或B”通常将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
对于所附的权利要求，本领域的技术人员将会理解，其中表述的操作通常可以任何顺序进行。另外，尽管以一个或多个序列出了各种操作流程图，但应当理解，可以不同于所示顺序的其他顺序执行各种操作，或者可同时执行所述各种操作。除非上下文另有规定，否则此类替代排序的示例可包括重叠、交错、中断、重新排序、增量、预备、补充、同时、反向，或其他改变的排序。此外，除非上下文另有规定，否则像“响应于”、“相关”这样的术语或其他过去式的形容词通常不旨在排除此类变体。
值得一提的是，任何对“一个方面”、“一方面”、“一范例”、“一个范例”的提及均意指结合所述方面所述的具体特征部、结构或特征包括在至少一个方面中。因此，在整个说明书的各种位置出现的短语“在一个方面”、“在一方面”、“在一范例中”、“在一个范例中”不一定都指同一方面。此外，具体特征部、结构或特征可在一个或多个方面中以任何合适的方式组合。
本说明书提及和/或在任何申请数据表中列出的任何专利申请，专利，非专利公布或其他公开材料均以引用方式并入本文，只要所并入的材料在此不一致。因此，并且在必要的程度下，本文明确列出的公开内容代替以引用方式并入本文的任何冲突材料。据称以引用方式并入本文但与本文列出的现有定义、陈述或其他公开材料相冲突的任何材料或其部分，将仅在所并入的材料与现有的公开材料之间不产生冲突的程度下并入。
概括地说，已经描述了由采用本文所述的概念产生的许多有益效果。为了举例说明和描述的目的，已经提供了一个或多个形式的上述具体实施方式。这些具体实施方式并非意图为详尽的或限定到本发明所公开的精确形式。可以按照上述教导内容对本发明进行修改或变型。选择和描述的一个或多个形式是为了说明原理和实际应用，从而使本领域的普通技术人员能够利用适用于预期的特定用途的各种形式和各种修改。与此一同提交的权利要求书旨在限定完整范围。
Claims (20)
1.一种外科工具，包括：
外科端部执行器，所述外科端部执行器包括相对的钳口；
细长轴，所述细长轴朝远侧延伸到所述外科端部执行器；
壳体，所述壳体限定穿过其的通道，其中所述细长轴延伸穿过所述通道；和
致动机构，所述致动机构被构造成能够使所述壳体相对于所述外科端部执行器沿着所述细长轴选择性地运动，其中所述致动机构包括：
滑轮；
与所述滑轮接合的缆线；和
锁定布置，所述锁定布置被构造成能够相对于所述细长轴可释放地锁定所述壳体，其中所述锁定布置包括围绕所述细长轴定位的垫圈，其中所述缆线与所述垫圈接合，并且其中所述滑轮的致动被构造成能够向所述缆线施加张力以使所述垫圈相对于所述细长轴从锁定取向枢转到解锁取向。
2.根据权利要求1所述的外科工具，其中，所述垫圈包括第一垫圈，其中所述锁定布置还包括围绕所述细长轴定位的第二垫圈，其中所述缆线与所述第二垫圈接合，并且其中所述第二垫圈被构造成能够相对于所述细长轴在锁定取向与解锁取向之间枢转。
3.根据权利要求2所述的外科工具，其中，在其锁定取向中，所述第一垫圈和所述第二垫圈相对于所述细长轴的纵向轴线倾斜地取向，并且其中所述第一垫圈和所述第二垫圈被构造成当所述第一垫圈和所述第二垫圈运动到其解锁取向时能够朝向平行取向枢转。
4.根据权利要求2所述的外科工具，其中，所述锁定布置还包括位于所述第一垫圈与所述第二垫圈之间的弹簧，并且其中所述弹簧将所述第一垫圈的一部分远离所述第二垫圈的一部分偏置。
5.根据权利要求4所述的外科工具，其中，通过所述滑轮的所述致动而施加的所述张力被构造成能够克服所述弹簧的偏置力以使所述第一垫圈和所述第二垫圈从所述第一垫圈和所述第二垫圈的锁定取向运动到所述第一垫圈和所述第二垫圈的解锁取向。
6.根据权利要求2所述的外科工具，其中，通过所述滑轮的所述致动而施加在所述缆线中的所述张力被构造成能够将所述第一垫圈和所述第二垫圈枢转到所述解锁取向，并且然后拉动所述细长轴以使所述壳体沿着所述细长轴运动。
7.根据权利要求1所述的外科工具，其中，所述壳体包括具有内壁的主体，其中所述内壁限定所述主体中的内部腔体的一部分，并且其中所述垫圈至少部分地延伸到所述内部腔体中。
8.根据权利要求7所述的外科工具，其中，所述滑轮的所述致动被构造成能够将所述垫圈抵靠所述内壁推动以沿着所述细长轴拉动所述壳体。
9.根据权利要求1所述的外科工具，其中，所述外科端部执行器还包括击发构件，所述击发构件被构造成能够切割定位在所述相对的钳口之间的组织。
10.根据权利要求1所述的外科工具，其中，所述外科端部执行器还包括钉仓，所述钉仓包括钉。
11.一种外科工具，包括：
外科端部执行器；
细长轴，所述细长轴朝远侧延伸到所述外科端部执行器；
壳体，所述壳体限定穿过其的通道，其中所述细长轴延伸穿过所述通道；和
致动机构，所述致动机构被构造成能够使所述壳体相对于所述外科端部执行器沿着所述细长轴选择性地运动，其中所述致动机构包括：
滑轮；
绞盘；
与所述滑轮和所述绞盘接合的缆线；和
锁定布置，所述锁定布置被构造成能够相对于所述细长轴可释放地锁定所述壳体，所述锁定布置包括：
围绕所述细长轴定位的第一垫圈，其中所述缆线的第一端部与所述第一垫圈接合，并且其中所述第一垫圈被构造成能够相对于所述细长轴在锁定取向与解锁取向之间枢转；
围绕所述细长轴定位的第二垫圈，其中所述缆线的第二端部与所述第二垫圈接合，并且其中所述第二垫圈被构造成能够相对于所述细长轴在锁定取向与解锁取向之间枢转；和
位于所述第一垫圈与所述第二垫圈之间的弹簧，其中所述弹簧被构造成能够将所述第一垫圈的一部分远离所述第二垫圈的一部分偏置，以将所述第一垫圈和所述第二垫圈枢转到所述锁定取向中；
其中所述绞盘的旋转被构造成能够向所述缆线施加张力以将所述第一垫圈和所述第二垫圈枢转到所述第一垫圈和所述第二垫圈的解锁取向。
12.根据权利要求11所述的外科工具，其中，在所述锁定取向中，所述第一垫圈和所述第二垫圈相对于所述细长轴的纵向轴线倾斜地取向，并且其中所述第一垫圈和所述第二垫圈被构造成能够从所述第一垫圈和所述第二垫圈的锁定取向朝向平行枢转到所述第一垫圈和所述第二垫圈的解锁取向。
13.根据权利要求11所述的外科工具，其中，通过所述绞盘的旋转而施加的张力被构造成能够克服所述弹簧的所述偏置力以使所述第一垫圈和所述第二垫圈从所述第一垫圈和所述第二垫圈的锁定取向运动到所述第一垫圈和所述第二垫圈的解锁取向。
14.根据权利要求11所述的外科工具，其中，所述壳体包括具有内壁的主体，其中所述内壁限定所述主体中的内部腔体的一部分，并且其中所述第一垫圈至少部分地延伸到所述内部腔体中。
15.根据权利要求14所述的外科工具，其中，所述绞盘的旋转被构造成能够将所述第一垫圈抵靠所述内壁推动以沿着所述细长轴拉动所述壳体。
16.根据权利要求11所述的外科工具，其中，通过所述绞盘的旋转而施加在所述缆线中的所述张力被构造成能够将所述第一垫圈和所述第二垫圈枢转到所述第一垫圈和所述第二垫圈的解锁取向并且沿着所述细长轴拉动所述壳体。
17.一种外科工具，包括：
细长轴；
壳体，所述壳体限定穿过其的通道，其中所述细长轴延伸穿过所述通道；和
致动机构，所述致动机构被构造成能够使所述壳体沿着所述细长轴选择性地运动，其中所述致动机构包括：
滑轮布置；和
锁定布置，所述锁定布置被构造成能够相对于所述细长轴可释放地锁定所述壳体，其中所述锁定布置包括围绕所述细长轴定位的锁，其中所述滑轮布置的致动被构造成能够使所述锁从锁定取向运动到解锁取向。
18.根据权利要求17所述的外科工具，其中，所述锁被构造成能够从所述锁定取向枢转到所述解锁取向。
19.根据权利要求18所述的外科工具，其中，在所述锁定取向中，所述锁相对于所述细长轴的纵向轴线倾斜地取向。
20.根据权利要求17所述的外科工具，其中，所述锁定布置还包括弹簧，所述弹簧被构造成能够将所述锁朝向所述锁定取向偏置。
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