CN117119987A - 机器人手持式手术器械系统和方法 - Google Patents

Abstract

本教导主要包括用于支撑手术工具的手持式手术机器人系统，该手持式手术机器人系统包括：手持部分；被可移动地联接到手持部分的工具支撑件，所述工具支撑件被配置成支撑所述手术工具；操作性地互连所述工具支撑件和所述手持部分的多个致动器，所述多个致动器被配置成使所述工具支撑件相对于所述手持部分在多个自由度中移动；与所述多个致动器通信的控制器；以及柔性电路，所述柔性电路将所述控制器与所述多个致动器中的每一个连接，使得所述柔性电路被布置成在所述工具支撑件被相对于所述手持部分在多个自由度中移动时保持所述控制器与所述多个致动器和/或输入模块之间的连接。

Description

机器人手持式手术器械系统和方法

背景技术

导航系统(也被称为追踪系统)可用于正确对齐和固定夹具以及追踪用于从患者身上切除组织的手术工具的位置和/或取向。追踪系统通常采用与工具和正被切除的组织相关联的一个或更多个追踪器。然后，用户可以查看显示器以确定工具相对于待去除组织的预期切割路径的当前位置。显示器可被以要求用户将目光从组织和手术部位移开以使工具的进程可视化的方式来布置。这会分散用户对手术部位的注意力。此外，用户可能难以以预期的方式放置该工具。

机器人辅助的手术通常依赖于具有可在六个自由度(DOF)中移动的机械臂的大型机器人。这些大型机器人在手术室中操作和操纵可能是很麻烦的。

对于一种用以解决这些难题中的一个或更多个的系统和方法存在需要。

发明内容

本教导主要包括一种用于支撑手术工具的手持式手术机器人系统，该手持式手术机器人系统包括：手持部分；被可移动地联接到手持部分的锯片支撑件，该锯片支撑件被配置成支撑锯片；多个致动器，其将锯片支撑件和手持部分操作性地互连，这多个致动器被配置成使锯片支撑件相对于手持部分在多个自由度中移动；锯片支撑件上的控制器，该控制器与多个致动器通信；以及多个柔性电路，这多个柔性电路将控制器连接到多个致动器中的每一个，使得柔性电路被配置成在锯片支撑件被相对于手持部分在这多个自由度中移动的同时保持控制器与多个致动器之间的连接。

本教导的另一方面包括一种器械，该器械包括：用于由用户握持的手持部分；被联接到手持部分的工具支撑件，该工具支撑件包括：用于驱动工具运动的工具驱动马达；致动器组件，其将工具支撑件和手持部分操作性地互连以移动工具支撑件，从而使工具在多个自由度中相对于手持部分移动以对准该工具，该致动器组件包括：多个致动器，每个致动器包括马达和位置传感器；与工具支撑件连接的控制器，该控制器与工具驱动马达和多个致动器中的每个致动器通信；被设置在手持部分内的输入模块，该输入模块包括：触发器；传感器，其输出表示触发器相对于传感器的距离或位置的信号，从而将输出信号发送到控制器；以及将控制器连接到多个致动器和输入模块的多个柔性电路，这多个柔性电路被配置成在工具支撑件被相对于手持部分在多个自由度中移动时保持控制器和多个致动器与输入模块之间的连接；其中，与输入模块连接的对应柔性电路由张紧组件引导，该张紧组件包括偏置构件，以在工具支撑件相对于手持部分在这多个自由度中移动时将张力施加到该柔性电路。

在另一方面，提供了一种手持式机器人手术器械，其用于与工具一起使用以实施手术，该机器人器械包括向传感器提供磁隔离的部件。机器人器械可以包括：用于由用户握持的手持部分；被联接到手持部分的工具支撑件，该工具支撑件包括用于驱动工具运动的工具驱动马达，该工具驱动马达被安装到工具支撑件；以及用于使工具支撑件相对于手持部分在多个自由度中移动的致动器组件。致动器组件可以包括多个致动器，其中，多个致动器中的每个致动器包括：致动器壳体；被可移动地联接到致动器壳体的导螺杆，致动器壳体和导螺杆中的一个包括磁体，并且致动器壳体和导螺杆中的另一个包括用于检测致动器的位置的致动器传感器。该器械可以包括将工具支撑件和手持部分操作性地互连的连杆机构，其中，该连杆机构的至少一个部件由铁磁材料形成。该器械还可以包括被安装到手持部分的输入模块，该输入模块包括可相对于手持部分移动的触发器；其中，手持部分和触发器中的一个包括触发磁体，而手持部分和触发器中的另一个包括被配置成输出表示触发器位置的信号的触发传感器。

在另一方面，提供了一种保持手持式机器人器械的两个部件之间的电连接的方法。机器人器械可以包括：用于由用户握持的手持部分；被联接到手持部分的工具支撑件；用以使工具支撑件相对于手持部分在多个自由度中移动的致动器组件，该致动器组件包括：多个致动器；被安装到工具支撑件或手持部分的控制器；输出信号的传感器，该传感器被联接到手持部分和工具支撑件中的另一个(与控制器相对)，该传感器被使用柔性导体连接到控制器；以及包括偏置构件的张紧组件，该方法包括利用多个致动器使工具支撑件在多个自由度中的至少一个中相对于手持部分移动；当致动器组件在多个自由度中的至少一个中移动时，利用张紧组件张紧柔性导体。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，本公开的优点将很容易得到理解。

图1是机器人系统的透视图。

图2是用于在股骨和胫骨上切割出一个或更多个平面以接收全膝关节植入物的机器人器械的透视图。

图3A-3C是机器人器械的多个俯仰取向的示意图。

图4A-4C是机器人器械的多个翻转取向的示意图。

图5A-5C是机器人器械的多个z轴平移位置的示意图。

图6是机器人器械的主视透视图，其示出了工具支撑件相对于手持部分的一个特定姿态。

图7是控制系统的框图，并且也示出了多种软件模块。

图8是机器人器械的后侧透视图。

图9是一幅分解图，其示出了工具支撑件的主体和与多个致动器相关联的关节连接件。

图10示出了使用机器人器械的各个区域。

图11是器械的局部横截面视图。

图12和图13是带有柔性电路组件的机器人器械的透视图。

图14和图15是来自图12和图13的机器人器械的柔性电路的透视图。

图16是柔性电路支撑件的透视图。

图17是被布置在机器人器械上的柔性电路组件的侧视图。

图18和图19显示了致动器柔性电路的布置情形。

图20和图21是带有柔性电路组件的机器人器械的另一示例的透视图。

图22和图23示出了来自图20和图21的机器人器械的柔性电路的透视图。

图24和图25示出了致动器组件和致动器柔性电路的一部分。

图26是从工具支撑件到致动器的柔性电路路径的透视图。

图27示出了带有柔性电路的工具支撑件的仰视图。

图28示出了带有柔性电路的工具支撑件的局部仰视图。

图29示出了带有柔性电路的工具支撑件的局部仰视图。

图30和图31示出了柔性引导件的上部部分和下部部分。

图32示出了柔性引导件的前视图。

图33示出了柔性电路组件的透视图。

图34A和图34B示出了输入引导组件和致动器组件的一部分。

图35A示出了输入装置柔性引导组件。

图35B示出了输入装置柔性引导组件的分解图。

图36和图37是致动器组件和柔性电路组件的透视图，该柔性电路组件包括输入装置组件。

图38示出了输入装置柔性电路的一个节段。

图39和图40示出了输入装置组件和张紧组件。

图41示出了张紧组件。

图42示出了张紧组件的一个示例。

图43示出了该器械内的图42的张紧组件的局部横截面。

图44示出了图40和图41的张紧组件的分解图。

图45为摇臂的横截面视图。

图46示出了枢转销。

图47示出了在该器械的一部分中的图40的张紧组件的局部示意图。

图48示出了图40的张紧组件，其中，该器械上具有输入装置。

图49A和图49B示出了图42的张紧组件的透视图，其中，该器械上具有输入装置。

图50A-50E示出了图42的张紧组件的不同横截面视图，该张紧组件被集成到带有柔性电路的器械中。

图51和图52描绘了根据本文教导的机器人器械的一种配置。

图53描绘了根据本文教导的机器人器械的一种配置。

图54描绘了根据本文教导的输入装置组件的一种配置。

具体实施方式

概述

参考图1，示出了机器人系统10。机器人系统10被示出为对患者12实施全膝关节置换术以切除患者12的股骨F和胫骨T的多个部分，使得患者12可以接收全膝关节植入物IM。机器人系统10可用于实施其他类型的手术，包括涉及硬/软组织去除的手术或其他形式的治疗。例如，治疗可以包括切割组织、凝固组织、消融组织、缝合组织等。在一些示例中，该手术涉及膝关节手术、髋关节手术、肩部手术、脊椎手术和/或踝关节手术，并且可能涉及去除用于由手术植入物(例如膝关节植入物、髋关节植入物、肩部植入物、脊椎植入物和/或踝关节植入物)替换的组织。机器人系统10和本文公开的技术可用于实施其他(外科或非外科)手术，并且可用在工业应用或利用机器人系统的其他应用中。

参考图1和图2，机器人系统10包括器械14。在一些示例中，用户手动握持并支撑器械14(如图1所示)。在一些示例中，在该器械至少部分或完全由辅助装置支撑时，用户可以手动地握持该器械14，该辅助装置例如是被动臂(例如，具有锁定关节的连杆臂、重量平衡臂)、主动臂等。如图1和图2中最佳所示，器械14包括手持部分16，其用于由用户和/或辅助装置手动地握持和/或支撑。

器械14可由用户自由移动和支撑，而无需引导臂的帮助，例如，被配置成由人类用户握持，同时实现材料的物理去除，使得在该手术过程中仅由用户的手支撑工具的重量。换言之，器械14可被配置成被握持，使得用户的手抵抗重力来支撑该器械14。器械14的重量可为8磅或更小、6磅或更小、5磅或更小、乃至3磅或更小。器械14可以具有对应于ANSI/AAMIHE75:2009的重量。器械14还包括用于接收工具20的工具支撑件18。在一些示例中，当工具20是锯片302时，工具支撑件18可被称为锯片支撑件。用于操作器械14的方法可以包括用户在没有来自被动臂或机械臂的任何辅助的情况下悬挂器械14的重量。作为选择，器械14的重量可以通过使用配重的被动臂、辅助装置或主动机械臂来支撑，使得用户不必支撑该器械的整个重量。在这种情况下，用户仍然可以握持住手持部分16，以便与器械14相互作用和/或引导该器械14。被动臂和授予Kang等人的美国专利No.9,060,794的内容被通过引用结合于此。此外，在一些示例中，机器人系统10可以不受具有串联的不止一个关节的机械臂的影响。

工具20联接到工具支撑件18，以在下文进一步描述的机器人系统10的某些操作中与解剖结构相互作用。工具20也可被称为端部执行器。工具20可以是可从工具支撑件18上去除的，使得当需要时可以附接新的/不同的工具20。工具20也可以被永久地固定到工具支撑件18。工具20可以包括被设计成接触患者12的组织的能量施加器。在一些示例中，工具20可以是锯片，如图1和图2所示，或者其他类型的切割附件。在这种情况下，该工具支撑件可被称为锯片支撑件。应该理解的是，在提及锯片支撑件的任何情况下，它都可被以术语“工具支撑件”进行替代，反之亦然。然而，可以设想到其他工具，例如授予Bozung的美国专利No.9,707,043的内容，该美国专利被通过引用结合于此。在一些示例中，工具20可以是钻头、致动器、超声波振动尖端、钻头、缝合器等。工具20可包括锯片组件和用以引起锯片的振荡运动的驱动马达，如授予Walen等人的美国专利No.9,820,753或美国专利No.10,687,823所示，这些美国专利被通过引用结合于此。可以设想到替代的旋转驱动马达。这种驱动部件可以包括变速器TM，该变速器TM被联接到驱动马达DM以将来自驱动马达DM的旋转运动转换成工具20的振荡运动。

在2020年7月15日提交的题为“机器人手持式手术器械系统和方法(RoboticHandheld Surgical Instrument Systems and Methods)”的PCT/US2020/042128中描述的系统和方法也被通过引用结合于此。

包括一个或更多个致动器21、22、23的致动器组件400使工具支撑件18相对于手持部分16在三个自由度中移动，以提供机器人运动，该机器人运动有助于在用户握持住手持部分16时将工具20放置于预期位置和/或取向(例如，在切除过程中相对于股骨F和/或胫骨T处于预期姿态)。致动器组件400可以包括致动器21、22、23，这些致动器被并联、串联或其组合布置。在一些示例中，致动器21、22、23使工具支撑件18相对于手持部分16在三个或更多个自由度中移动。在一些示例中，致动器组件400被配置成使工具支撑件18相对于手持部分16在至少两个自由度(例如俯仰和z轴平移)中移动。在一些示例中，例如本文所示，致动器21、22、23使工具支撑件18及其相关的工具支撑件坐标系TCS相对于手持部分16及其相关的基础坐标系BCS仅在三个自由度中移动。例如，工具支撑件18及其工具支撑件坐标系TCS可以：围绕其y轴旋转以提供俯仰运动；围绕其x轴旋转以提供翻转运动；并且沿着与基本坐标系BCS的z轴重合的轴Z平移以提供z轴平移运动。俯仰、翻转和z轴平移中的允许运动分别由图2中的箭头示出并且分别在图3A-3C、图4A-4C和图5A-5C的示意图中示出。图6提供了工具支撑件18的姿态和手持部分16在器械14的运动范围内的姿态的一个示例。在图中未示出的一些示例中，致动器可使工具支撑件18相对于手持部分16在四个或更多个自由度中移动。

返回参考图2，具有被动连杆机构26的约束组件24可用于约束工具支撑件18相对于手持部分16在一个或更多个自由度中的运动。约束组件24可包括任何适用的连杆(例如，具有任何适用形状或构造的一个或更多个连杆)以约束本文所述的运动。在图2所示的示例中，约束组件24通过以下方式限制工具支撑件坐标系TCS的运动：约束围绕基本坐标系BCS的z轴的旋转以约束横摆运动；约束在基本坐标系BCS的x轴方向上的平移以约束x轴平移；以及约束在基本坐标系BCS的y轴方向上的平移以约束y轴平移。在下文进一步描述的某些情况下，致动器21、22、23和约束组件24被控制成有效地模仿物理切割引导件的功能，例如物理锯切引导件。

参考图7，设置控制器28或其他类型的控制单元，以控制器械14的一个或更多个方面。器械控制器28可以包括一个或更多个计算机或任何其他适用形式的控制器，该控制器指导器械14的操作和工具支撑件18(和工具20)相对于手持部分16的运动。控制器28可具有中央处理单元(CPU)和/或其他处理器、存储器和储存器(未示出)。控制器28加载有如下所述的软件。处理器可包括一个或更多个处理器以控制器械14的操作。处理器可以是任何类型的微处理器、多处理器和/或多核处理系统。器械控制器28可以另外或作为选择包括一个或更多个微控制器、现场可编程门阵列、片上系统、分立电路和/或能够执行本文所述功能的其他适用的硬件、软件或固件。术语处理器并非旨在将任何实施例限制于单个处理器。器械14还可包括具有一个或更多个显示器和/或输入装置(例如，触发器、按钮、脚踏开关、键盘、鼠标、麦克风(语音激活)、手势控制器、触屏等)的用户界面UI。

控制系统60还包括一个或更多个软件程序和软件模块。软件模块可以是在导航控制器36、器械控制器28或两者上操作以处理数据来辅助控制机器人系统10的一个或更多个程序的一部分。软件程序和/或模块包括被存储在导航控制器36、器械控制器28或两者上的非暂时性存储器64中的计算机可读指令，以由控制器28、36的一个或更多个处理器70执行。存储器64可以是任何适用的存储器配置，例如RAM、非易失性存储器等，并且可以在本地或从远程数据库实现。此外，用于提示用户和/或与用户通信的软件模块可以形成这一个或更多个程序的一部分，并且可以包括被存储在导航控制器36、器械控制器28或两者上的存储器64中的指令。用户可以与导航用户界面UI或其他用户界面UI的任何输入装置交互以与软件模块通信。用户界面软件可以在与导航控制器36和/或器械控制器28分离开的装置上运行。

器械控制器28例如通过控制提供给工具20(例如，提供给工具20的控制切割运动的驱动马达DM)的功率和/或(例如，通过控制致动器21、22、23)控制工具支撑件18相对于手持部分16的运动来控制工具20的操作的一个或更多个方面。器械控制器28或系统的其他方面控制工具支撑件18和工具20相对于手持部分16的状态(例如，位置和/或取向)。器械控制器28或系统的其他方面可以控制由致动器21、22、23所引起的工具20相对于手持部分16和/或相对于解剖结构的运动的速度(线性或角度)、加速度或其他衍生物。

如图2所示，器械控制器28可包括安装于工具支撑件18和/或手持部分16或其组合的控制壳体29，其中，该控制壳体29内设置有一个或更多个控制板31(例如，一个或更多个印刷电路板和相关的电子部件)。控制板31可包括微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、致动器、存储器、传感器或用于控制致动器21、22、23和驱动马达DM(例如，经由马达控制器)的其他电子部件。该系统还可以包括与控制板31/器械控制器28进行数据和功率通信的板外控制台33。本文描述的传感器S、致动器21、22、23和/或驱动马达DM可以将信号馈送到控制板31或器械控制器28，控制板31或器械控制器28将数据信号发送到控制台33以进行处理，并且控制台33可以将控制命令(例如电流命令、扭矩命令、速度命令、角度命令、位置命令或其组合以及多种控制和配置参数)反馈回到控制板31/器械控制器，以便为致动器21、22、23和/或驱动马达M供电并对其进行控制。所设想到的是，该处理也可以在控制壳体的控制板上执行。在一些示例中，控制算法的处理可被分布在控制台与控制壳体之间。在一个示例中，位置控制器和速度控制器计算可以在控制台中，而电流控制器可以在位于控制壳体中的现场可编程门阵列中。当然，所设想到的是，不需要单独的控制壳体，和/或可以在任何数量的不同位置中执行该处理。

在一些型式中，控制台33可包括用于为致动器21、22、23供电并对其进行控制的一个控制台和用于为驱动马达M供电并对其进行控制的单独的控制台。一个用于为驱动马达DM供电并对其进行控制的这种控制台可以类似于2004年9月30日提交的题为“连接有电动手术机头的控制台，该控制台被配置成同时为不止一个和少于所有的机头供电(ControlConsole to which Powered Surgical Handpieces are Connected,the ConsoleConfigured to Simultaneously Energize more than one and less than all of theHandpieces)”的美国专利No.7,422,582中所描述的控制台，该美国专利被通过引用结合于此。被示为柔性电路FC(也被称为柔性电路)的柔性导体可以将致动器21、22、23和/或其他部件与器械控制器28互连。例如，柔性电路FC可被设置在致动器21、22、23与控制板31之间。其他形式的有线或无线连接件可另外或作为选择存在于部件之间。

简要回顾图1，机器人系统10还包括导航系统32。导航系统32的一个示例被在2013年9月24日提交的题为“包括光学和非光学传感器的导航系统(Navigation SystemIncluding Optical and Non-Optical Sensors)”的美国专利No.9,008,757中进行了描述，该美国专利被通过引用结合于此。导航系统32追踪各个对象的移动。这种对象包括例如器械14、工具20和解剖结构(例如，股骨F和胫骨T)。导航系统32追踪这些对象以收集每个对象相对于(导航)定位器坐标系LCLZ的状态信息。如本文所使用的那样，对象的状态包括但不限于定义被追踪对象的位置和/或取向(例如，其坐标系)或该位置和/或取向的等价物/衍生物的数据。例如，该状态可以是对象的姿态，和/或可以包括线速度数据、角速度数据等。

导航系统32可以包括容纳导航控制器36和/或其他类型的控制单元的推车组件34。导航用户界面UI与导航控制器36进行操作通信。导航用户界面UI包括一个或更多个显示器38。导航系统32能够使用这一个或更多个显示器38向用户显示被追踪对象的相对状态的图形表示。导航用户界面UI还包括一个或更多个输入装置，用于将信息输入到导航控制器36中或以其它方式选择/控制导航控制器36的某些方面。这种输入装置包括交互式触屏显示器。然而，输入装置可以包括按钮、指针、脚踏开关、键盘、鼠标、麦克风(语音激活)、手势控制器等中的任一种或更多种。在一些示例中，用户可以使用位于指针上的按钮来导航通过用户界面UI的图标和菜单以进行选择，从而配置机器人系统10和/或推进工作流程。

导航系统32还包括联接于导航控制器36的定位器44。在一个示例中，定位器44是光学定位器并且包括摄像头单元46。摄像头单元46具有外部机壳48，该外部机壳48容纳一个或更多个光学传感器50。定位器44可以包括其自身的定位器控制器49，并且可还包括摄像机VC。

导航系统32包括一个或更多个追踪器。在一些示例中，追踪器包括指针追踪器PT、工具追踪器52、第一患者追踪器54和第二患者追踪器56。在图1所示的示例中，工具追踪器52被牢固地附接到器械14，第一患者追踪器54被牢固地连附于患者12的股骨F，第二患者追踪器56被牢固地连附于患者12的胫骨T。在该示例中，患者追踪器54、56被牢固地连附到骨段。追踪器52、54、56和指针追踪器被手动地、自动地或其组合配准到它们各自的对象(例如骨、工具)和导航系统32。在一些示例中，指针追踪器PT被牢固地连附于指针57，并且用于将解剖结构配准到一个或更多个坐标系(包括定位器坐标系LCLZ)和/或用于其他校准和/或配准功能。在一个示例中，指针57可用于将患者追踪器54、56分别配准到追踪器54、56所附接的骨，以及将工具追踪器52(以及可选择地53)配准到工具支撑件18、工具20、手持部分16或其组合。在一些示例中，指针追踪器PT可以用于将器械14的TCP相对于追踪器坐标系配准到追踪器52。这样，如果将定位器44从一个位置移动到另一位置，则器械14的配准被相对于工具追踪器52定位。然而，追踪器52、54、56的其他配准方式也是可以设想到的，并且可以与指针追踪器PT一起或单独地实现。也可以设想到其他追踪器位置。

遍及整个描述，描述了多种变换，例如‘骨到追踪器’或‘器械TCP到追踪器’，即，相对于‘追踪器坐标系’而不是相对于LCTZ坐标系进行描述。定位器坐标系可在配准和骨骼准备的过程中被用作中间坐标系，因为所有被追踪的对象都是被相对于LCTZ测量的。在配准过程中，最终将多种参考定位器的姿态进行数学组合，并存储‘相对于追踪器’的配准结果，使得在摄像头(即，LCTZ)移动的情况下，配准仍然有效。

工具追踪器52可被连附于器械14的任何适用的部件，并且在一些型式中可被附接到手持部分16、工具支撑件18、直接附接到工具20或其组合。追踪器52、54、56、PT可被以任何适用的方式(例如通过紧固件、夹具等)固定到它们相应的部件。例如，追踪器52、54、56、PT可以是刚性固定的、柔性连接的(光纤)或根本不物理连接的(超声波)，只要存在适用的(补充的)方式来确定相应追踪器与相关对象的关系(测量)。追踪器52、54、56、PT中的任一个或更多个可以包括有源标记58。有源标记58可以包括发光二极管(LED)。作为选择，追踪器52、54、56、PT可以具有无源标记(例如反射器)，其反射从摄像头单元46发射的光。也可以使用印制标记或本文未具体描述的其他适用的标记。

出于追踪物体的目的，可以采用多种坐标系。例如，坐标系可以包括定位器坐标系LCLZ、工具支撑件坐标系TCS、基础坐标系BCS、与追踪器52、54、56、PT中的每一个相关联的坐标系、与解剖结构相关联的一个或更多个坐标系、与解剖结构的术前和/或术中图像(例如，CT图像、MRI图像等)和/或模型(例如，2D或3D模型)相关联的一个或更多个坐标系——例如植入物坐标系和TCP(工具中心点)坐标系。在一些示例中，机器人系统10并不依赖于术前和/或术中成像来创建目标骨的2D或3D模型。相反，机器人系统可被用在无图像系统中，该无图像系统使用指针追踪器PT来配准目标解剖结构，捕获多种解剖标志，然后由控制系统60处理这些解剖标志以平稳变换标称骨模型来匹配捕获到的数据。在其他示例中，术前和术中成像被用于对患者的目标区域成像，然后将2D和/或3D图像转换成目标骨的3D模型。同样设想到的是，机器人系统10可以在创建目标手术区域的3D模型时使用成像过程和无图像过程的组合。在美国专利No.8,617,174中描述了一个示例性系统，该美国专利被通过引用结合于此。一旦在坐标系之间例如经由配准、校准、几何关系、测量等建立关系，就可以使用变换将多种坐标系中的坐标转换到其他坐标系。

如图2所示，在一些示例中，TCP是在工具20的远端定义的TCP坐标系的预定参考点或原点。工具20的几何形状可被相对于TCP坐标系和/或相对于工具支撑件坐标系TCS来定义。工具20可以包括一个或更多个几何特征，例如，周长、圆周长、半径、直径、宽度、长度、高度、体积、面积、表面/平面、运动包络线的范围(沿着任一个或更多个轴线)等，其被相对于TCP坐标系和/或相对于工具支撑件坐标系TCS定义并被存储在器械14、导航系统32、器械控制器28或其组合的控制壳体29中的控制板31的非易失性存储器中。在一个示例中，工具中心点(TCP)是在工具20处定义的预定参考点和相应的坐标系。TCP相对于其他坐标系具有已知的或能够计算的(即，不一定是静态的)姿态。TCP坐标系包括原点和定义TCP的姿态的一组轴线(例如，x轴、y轴、z轴)。通过追踪TCP(或知道TCP的姿态)，机器人系统10可以基于TCP的姿态以及TCP与器械14的特征之间的已知位置关系来计算器械14的位置和取向。在一些示例中，工具20具有(例如，用于锯片的)锯片平面，为了便于说明，将对其进行描述，但并不旨在将工具20限制为任何特定形式。点、其他图元、网格、其他3D模型等可用于虚拟地表示工具20。TCP坐标系的原点可被定位于工具20的钻头25的球形中心或锯片27的远端，使得相对于工具200的远侧尖端上的原点追踪TCP坐标系。作为选择，可以使用多个被追踪的点来追踪TCP。TCP可被根据工具20的配置以多种方式定义。该器械可以采用关节/马达编码器或任何其他非编码器位置感测方法，因此控制系统60可以确定TCP相对于手持部分16和BCS的姿态和/或位置。工具支撑件18可以使用关节测量来确定TCP姿态和/或可以使用直接测量TCP姿态的技术。对于工具20的控制并不限于中心点。例如，任何适用的图元、网格等都可被用来表示工具20。应当理解的是，TCP可以作为选择被定义为点，而不是坐标系。一旦已经确定了锯片或其他工具的姿态，TCP坐标系就允许计算该工具的任何所需的参考点或几何方面。

TCP坐标系、工具支撑件坐标系TCS和工具追踪器52的坐标系可被根据工具20的配置以多种方式定义。例如，指针57可被与工具支撑件18和/或工具20中的校准凹口CD一起使用，用于：配准(校准)工具支撑件坐标系TCS相对于工具追踪器52的坐标系的姿态；确定TCP坐标系相对于工具追踪器52的坐标系的姿态；和/或确定TCP坐标系相对于工具支撑件坐标系TCS的姿态。可以使用其他技术来直接测量TCP坐标系的姿态，例如通过将一个或更多个附加追踪器/标记直接附接和固定到工具20。在一些型式中，追踪器/标记器也可被附接并固定到手持部分16、工具支撑件18或两者。在手持部分包括追踪器的情况下，可以直接测量手持部分相对于定位器坐标系LCTZ的姿态。在其他替代方案中，可以使用中间工具支撑件坐标系TCS相对于工具追踪器来定义TCP。

由于工具支撑件18可经由致动器21、22、23相对于手持部分16在多个自由度中移动，因此器械14可采用致动器传感器，例如编码器、霍尔效应传感器(具有模拟或数字输出)、换能器和/或任何其他位置感测方法，以测量TCP坐标系和/或工具支撑件坐标系TCS相对于基础坐标系BCS的姿态。在一个示例性配置中，器械14可以使用来自致动器传感器的测量值，这些致动器传感器测量致动器21、22、23的致动，以确定TCP坐标系和/或工具支撑件坐标系TCS相对于基础坐标系BCS的姿态，如下文进一步描述的那样。作为致动器传感器的替代，该装置的一个或更多个关节可以包括编码器以确定一个或更多个关节角度。这些‘关节传感器’可以产生‘关节角度’，可以使用一个或更多个柔性电路以与所述致动器传感器类似的方式联接到控制器。关节角度可以有助于确定如关于致动器传感器所描述的TCP坐标系和基础坐标系BCS及工具支撑件坐标系TCS的姿态。

定位器44监测追踪器52、54、56、PT(例如，其坐标系)，以确定追踪器52、54、56、PT中的每一个的状态，其分别对应于分别附接在其上的对象的状态。定位器44可以执行已知技术来确定追踪器52、54、56、PT和相关对象(例如工具、患者、工具支撑件和手持部分)的状态。定位器44向导航控制器36提供追踪器52、54、56、PT的状态。在一些示例中，导航控制器36确定追踪器52、54、56、PT的状态并将其传送到器械控制器28或控制台。

导航控制器36可以包括一个或更多个计算机或任何其他适用形式的控制器。导航控制器36具有中央处理单元(CPU)和/或其他处理器、存储器和储存器(未示出)。处理器可以是任何类型的处理器、微处理器或多处理器系统。导航控制器36加载有软件。例如，该软件将从定位器44接收到的信号转换成表示正被追踪的对象的位置和/或取向的数据。导航控制器36可以另外或作为选择包括一个或更多个微控制器、现场可编程门阵列、片上系统、分立电路和/或能够执行本文所述功能的其他适用的硬件、软件或固件。术语处理器并不旨在将任何实施例限制为单个处理器。

尽管将导航系统32的一个示例示出为确定对象状态，但导航系统32可以具有用于追踪器械14、工具20和/或患者12的任何其他适用的配置。在另一示例中，导航系统32和/或定位器44是基于超声波的。例如，导航系统32可以包括被耦合到导航控制器36的超声成像装置。超声成像装置对任一前述对象(例如，器械14、工具20和/或患者12)成像，并基于超声图像生成发送到导航控制器36的状态信号。超声图像可以是2D、3D或两者的组合。导航控制器36可以近乎实时地处理图像以确定对象的状态。超声成像装置可以具有任何适用的配置，并且可以不同于如图1所示的摄像头单元46。

在另一示例中，导航系统32和/或定位器44是基于射频(RF)的。例如，导航系统32可以包括耦合到导航控制器36的RF收发器。器械14、工具20和/或患者12可以包括附接到其上的RF发射器或转发器。RF发射器或转发器可以是无源的或有源供电的。RF收发器发送RF追踪信号，并基于从RF发射器接收到的RF信号生成发送到导航控制器36的状态信号。导航控制器36可以分析接收到的RF信号以将相对状态与其相关联。RF信号可以具有任何适用的频率。RF收发器可被定位在任何适用的位置以有效地使用RF信号来追踪对象。此外，RF发射器或转发器可以具有任何适用的结构配置，其可能与图1中所示的追踪器52、54、56、PT大不相同。

在又一示例中，导航系统32和/或定位器44是基于电磁的。例如，导航系统32可以包括耦合到导航控制器36的EM收发器。器械14、工具20和/或患者12可以包括附接到其上的EM部件，例如任何适用的磁追踪器、电磁追踪器、感应追踪器等。追踪器可以是无源的或有源供电的。EM收发器产生EM场并基于从追踪器接收到的EM信号生成发送到导航控制器36的状态信号。导航控制器36可以分析接收到的EM信号以将相对状态与其相关联。同样，这种导航系统32的示例可以具有不同于图1中所示的导航系统32的配置的结构配置。

导航系统32可以具有本文未具体列举的任何其他适用的部件或结构。此外，上文关于所示导航系统32所描述的任何技术、方法和/或部件可被实现或提供以用于本文所描述的导航系统32的任何其它示例。例如，导航系统32可以仅使用惯性追踪或追踪技术的任何组合，并且可以另外或作为选择包括基于光纤的追踪、机器视觉追踪等。

参考图7，机器人系统10包括控制系统29、60，该控制系统包括器械控制器28和导航控制器36等部件。控制系统60还包括一个或更多个软件程序和软件模块。软件模块可以是在器械控制器28、导航控制器36或其组合上操作以处理数据来辅助对于机器人系统10的控制的一个或更多个程序的一部分。软件程序和/或模块包括被存储在器械控制器28、导航控制器36或其组合上的存储器64中的计算机可读指令，以由控制器28的一个或更多个处理器70执行。存储器64可以具有任何适用的存储器配置，例如非暂时性存储器、RAM、非易失性存储器等，并且可以在本地或从远程数据库实现。此外，用于提示用户和/或与用户通信的软件模块可以形成这一个或更多个程序的一部分，并且可以包括被存储在器械控制器28、导航控制器36或其组合上的存储器64中的指令。用户可以与导航用户界面UI或其他用户界面UI的任何输入装置交互以与软件模块通信。用户界面软件可以在与器械控制器28和/或导航控制器36分离的装置上运行。器械14可以经由功率/数据连接与器械控制器28通信。功率/数据连接可以为输入和输出提供一条路径，用于基于由导航系统32生成并传输到器械控制器28的位置和取向数据来控制器械14，如图7中的BUS/COMM连接37所示。所设想到的是，通篇描述的每个处理步骤可被在控制台、器械控制器或导航控制器上执行，或者可被分布通过这些可能的位置中的每个位置。在进一步的配置中，可以在其他位置处(例如在远程服务器上)提供通篇描述的任何处理。

控制系统60可包括适用于执行本文所述功能和方法的输入、输出和处理装置的任何适用配置。控制系统60可以包括器械控制器28、导航控制器36或其组合，和/或可以仅包括这些控制器中的一个或附加控制器。控制器可以经由有线总线或通信网络(如在图7中的一个示例中被示出为BUS/COMM连接37)、经由无线通信或其他方式进行通信。控制系统60也可被称为控制器。控制系统60可以包括一个或更多个微控制器、现场可编程门阵列、芯片上系统、分立电路、传感器、显示器、用户界面、指示器和/或能够执行本文所述功能的其他适用的硬件、软件或固件。

器械

在一个示例性配置中，器械14最佳示于图8和图9中。器械14包括：用于由用户握持的手持部分16；工具支撑件18，其被可移动地联接到手持部分16以支撑工具20；具有多个致动器21、22、23的致动器组件400，这多个致动器21、22、23将工具支撑件18和手持部分16操作性地互连以使工具支撑件18相对于手持部分16在至少三个自由度中移动；和约束组件24，其具有将工具支撑件18和手持部分16操作性地互连的连杆机构26。在一些情况下，连杆机构26被称为被动连杆，但在所有设想到的配置中并不必然是被动的。

手持部分16包括用于由用户握持的手柄72，使得用户能够操纵、引导和/或握持器械14。手持部分16可配置有符合人体工程学的特征，例如用于由用户的手握持的手柄、用于防止用户的手在潮湿和/或流血时滑动的纹理或混合材料涂层。手持部分16可以包括锥形部以适合于手部尺寸不同的用户，并且该锥形部的轮廓被确定成与用户的手和/或手指的轮廓相匹配。手持部分16还包括基座74，手柄72通过一个或更多个紧固件、粘合剂、焊接等附接到基座74。在所示型式中，基座74包括呈大致中空的圆筒形的套筒76。关节支撑件77、78、79从套筒76延伸。致动器21、22、23可被经由下文进一步描述的关节在关节支撑件77、78、79处可移动地联接到基座74。

工具支撑件18包括工具支撑件主体80，工具追踪器52可被经由固定于该工具支撑件18的一个或更多个追踪器安装件固定到或可拆卸地安装到一个或更多个安装位置82。在一个示例中，工具追踪器52与工具支撑件18集成在一起。在另一示例中，工具追踪器52被可拆卸地安装在一个或更多个安装位置82。在所示型式中，工具20被可拆卸地联接到工具支撑件18。特别地，工具支撑件18包括工具联接器，例如安装有工具20的头部84，如授予Walen等人的美国专利No.9,820,753中所述，该美国专利被通过引用结合于此。头部84可被配置成使用摆动式锯片以及矢状式锯片。驱动工具20操作的驱动马达DM被设置在工具支撑件主体80中(例如，在一些型式中用于驱动锯片的振荡)。工具20可被以授予Walen等人的美国专利No.9,820,753中公开的方式附接到头部84并从头部84释放，该美国专利被通过引用结合于此。如图9最佳所示，工具支撑件18还包括多个致动器安装件86、88、90，致动器21、22、23将被经由关节可移动地联接到工具支撑件18，如下进一步所述。致动器安装件86、88、90可以包括支架等，其适于安装致动器21、22、23，使得工具支撑件18能够相对于手持部分16在至少三个自由度中移动。

在所示型式中，致动器21、22、23包括在基座74与工具支撑件主体80之间延伸的电动线性致动器。当被致动时，致动器21、22、23的有效长度改变，以沿着致动器21、22、23的相应轴线改变工具支撑件主体80与基座74之间的距离。因此，控制系统60命令致动器21、22、23以协调的方式工作，从而响应于由控制系统60分别给予每个致动器21、22、23的各个输入，改变它们的有效长度，并使工具支撑件18相对于手持部分16在至少三个自由度中移动成目标姿态。在所示型式中，设置了三个致动器21、22、23，并且其可被称为第一致动器21、第二致动器22和第三致动器23，或者前致动器21、前致动器22和后致动器23。第一致动器21、第二致动器22和第三致动器23的有效长度是可沿着第一活动轴线AA1、第二活动轴线AA2和第三活动轴线AA3调节的(参见图9)。第一致动器21、第二致动器22和第三致动器23的有效长度是可单独调节的，以调节工具支撑件18相对于手持部分16的俯仰取向、翻转取向和z轴平移位置中的一个或更多个，如前所述。在一些示例中，可以设置更多个致动器。在一些示例中，致动器可以包括旋转致动器。致动器21、22、23可以包括具有一根或更多根连杆的连杆机构，这一根或更多根连杆具有任何适用的尺寸或形状。致动器21、22、23可以具有适于使工具支撑件18能够相对于手持部分16在两个或更多个自由度中移动的任何配置。例如，在一些型式中，可能存在一个前致动器和两个后致动器，或者具有致动器的一些其他布置。

在该型式中，致动器21、22、23经由多个活动关节联接至基座74和工具支撑件主体80。活动关节包括一组第一活动关节92，其在致动器安装件86、88、90处将致动器21、22、23联接到工具支撑件主体80。在一个型式中，如图9所示，第一活动关节92包括主动U形关节。U形关节包括第一枢转销94和关节块96。第一枢转销94经由关节块96中的通孔98将关节块96枢转地连接到致动器安装件86、88、90。固定螺钉100可以将第一枢转销94固定到致动器安装件86、88、90。U形关节还可以包括第二枢转销104。关节块96具有用于接收第二枢转销104的交叉孔102。第二枢转销104具有通孔103以接收第一枢转销94，使得第一枢转销94、关节块96和第二枢转销104形成U形关节的十字。每个U形关节的第一枢转销94和第二枢转销104限定相交的枢转轴线PA。第二枢转销104将致动器21、22、23的枢转轭106枢转地连接到关节块96。因此，致动器21、22、23能够相对于工具支撑件主体80在两个自由度中移动。也可以设想到其他类型的活动关节，例如包括球的活动球形关节，该球具有接收销的槽口。

参考图9，活动关节还包括一组第二活动关节108，其将前两个致动器21、22联接到手持部分16的基座74。在所示型式中，第二活动关节108被支撑在关节支撑件77、78处。每个第二活动关节108包括回转轭110，该回转轭被设置成相对于手持部分16的基座74围绕回转轴线SA回转。每个回转轭具有回转头112和支柱114，该支柱114从回转头112延伸以在关节支撑件77、78中的一个处枢转地接合基座74。螺母115螺纹连接到支柱114的一端以将支柱114捕获在基座74中，同时允许相应的回转轭110在其相应的关节支撑件77、78内自由旋转。

每个第二活动关节108都包括枢转地连接到回转轭110中的一个上的托架116。托架116具有内螺纹通孔117，以接收两个前致动器21、22的导螺杆150，如下面进一步所述。每个托架116还包括相对的耳轴118，这些耳轴允许托架116通过被安置在回转轭110中的凹部(pocket)中而相对于回转轭110围绕枢转轴线PA枢转(参见图9)。在一些型式中，对于每个第二活动关节108，回转轴线SA与枢转轴线PA相交以限定单个顶点，致动器21、22围绕该单个顶点在两个自由度中移动。

盖子被固定于回转头112并限定其中一个凹部，而回转头112限定另一个凹部。在组装过程中，首先定位托架，其中，一个耳轴被放置在回转头112的凹部中，然后将盖子紧固在另一耳轴的上方，使得托架被捕获在盖子与回转头112之间，并且能够经由耳轴和凹部相对于回转轭110枢转。由于回转轭110和相关联的托架的配置，即托架能够围绕回转轴线SA回转并围绕枢转轴线PA枢转，第二活动关节108允许两个前致动器21、22相对于基座74进行两个自由度的运动。在两个前致动器21、22与基座74之间的其它关节布置也是可能的。

活动关节还包括第三活动关节124，该第三活动关节124将后(第三)致动器23联接到手持部分16的基座74。在所示型式中，第三活动关节124被支撑于关节支撑件79。第三活动关节124包括枢转壳体126，该枢转壳体126被固定到基座74的关节支撑件79。

第三活动关节124包括托架，该托架被经由耳轴枢转地联接到枢转壳体126。具有凹部的紧固件经由通孔附接到枢转壳体126的任一侧以接合耳轴。紧固件被布置成使得托架能够在组装之后经由被定位在凹部中的耳轴枢转。托架具有内螺纹通孔以接收后致动器23的导螺杆150，如下文进一步所述。由于枢转壳体126和相关联的托架的配置(即，相关联的托架仅围绕枢转轴线PA枢转(例如，并且不回转)的能力)，第三活动关节124仅允许后致动器23相对于基座74进行一个自由度的运动。在后致动器23与基座74之间的其它关节布置也是可能的。

参考图11，每个致动器21、22、23都包括壳体134。壳体134包括罐136和与罐136螺纹连接的帽138。形成第一活动关节92的一部分的枢转轭106被固定到壳体134，使得壳体134和枢转轭106能够经由第一活动关节92相对于工具支撑件18一起移动。帽138捕获枢转轭106的环形肩部140以将该枢转轭106固定到罐136。

在一些型式中，枢转轭106和罐136包括一个或更多个对准特征，以在预定的相对取向中将每个枢转轭106与其相应的罐136对准。这种对准特征可以包括配合部分、键/键槽等。在组装过程中，枢转轭106可以首先以其预定的相对取向固定到罐136，然后帽138可被(例如，经由配合的外螺纹和内螺纹)螺纹连接到罐136上，以将枢转轭106在预定的相对取向下捕获到罐136。这种预定关系可以有助于铺设(route)和/或排列柔性电路FC，防止枢转轭106相对于罐136翻转，和/或用于其他目的。

致动器21、22、23中的每一个还包括被布置在每个壳体134中的致动器马达142。致动器马达142具有设置在壳体134中的机壳144和设置在机壳144内的马达绕组组件146。马达绕组组件146也可以被例如经由定位螺钉SS(参见图11)或其他对准特征(例如上述对准特征)相对于罐136在预定的相对取向中对准。每个致动器马达142还具有被固定到导螺杆150的转子148。导螺杆150由一个或更多个衬套和/或轴承151支撑以在壳体134中旋转。转子148和相关联的导螺杆150被配置成一旦选择性地为致动器马达142通电就相对于壳体134旋转。导螺杆150具有小螺距和导程角以防止反向驱动(即，它们是自锁定的)。结果，放置在工具20上的负载不容易反向驱动该致动器马达142。在一些示例中，导螺杆150具有3级8-36螺纹，这些螺纹导致0.02至0.03英寸/转的导程。也可以采用其他螺纹类型/尺寸。

每个致动器21、22、23可由单独的马达控制器控制。马达控制器可以分别单独地线连接到致动器21、22、23，以将每个致动器21、22、23各自引导到给定的目标位置。在一些示例中，马达控制器是比例积分微分(PID)控制器。在一些示例中，马达控制器可以与器械控制器28集成或形成器械控制器28的一部分。为了便于说明，马达控制器在本文中将被描述为器械控制器28的一部分。

电源经由控制台33向致动器马达142提供例如32VDC功率信号。32VDC信号被通过器械控制器28施加到致动器马达142。器械控制器28选择性地向每个致动器马达142提供功率信号以选择性地激活致动器马达142。致动器马达142的这种选择性激活是定位工具20的原因。致动器马达142可以是任何适用类型的马达，包括无刷DC伺服马达、其他形式的DC马达等。电源还向器械控制器28供电，以便为器械控制器28内部的部件供电。应当理解，电源可以提供其他类型的功率信号，例如，12VDC、24VDC、40VDC等。

一个或更多个致动器传感器AS(参见图11)将信号传输回器械控制器28，由此器械控制器28可以确定相关致动器21、22、23的当前位置(即，测量位置)，或者这可以在控制台33处完成。一个或更多个传感器AS可以是位置传感器。这些信号的电平可以作为相关转子148的旋转位置的函数而变化。在一个实施方案中，致动器传感器AS可以高分辨率解析转子148在给定转内的旋转位置。这些致动器传感器AS可以是霍尔效应传感器，其基于来自转子148或来自被放置在导螺杆150上的其他磁体(例如，参见图11中的双极磁体AM)的感测到的磁场输出模拟和/或数字信号。用于为霍尔效应传感器供电的低电压信号(例如，5VDC)可以从与霍尔效应传感器所关联的致动器马达142相关联的马达控制器供应。在一些示例中，两个霍尔效应传感器被设置在壳体134中，并在转子148的周围彼此间隔90度，以感测转子位置，使得器械控制器28或控制台能够确定转子148的位置并计数转子148的增量转数(图11中示出了一个这种致动器传感器AS和致动器磁体AM)。在某些型式中，霍尔效应传感器输出表示增量计数的数字信号。多种类型的马达和传感器布置是可能的。在一些示例中，致动器马达142是无刷DC伺服马达，并且两个或更多个内部霍尔效应传感器可以围绕转子148彼此间隔90度、120度或任何其他适用的间距。致动器传感器AS还可以包括绝对或增量编码器，其可被用于检测转子148的旋转位置并计数转子148的转数。其他类型的编码器也可被用作一个或更多个传感器。传感器可被放置在致动器及其周围部件上的任何适用的位置，该位置适合于在调节每个致动器时确定每个致动器例如在壳体、螺母、螺钉等上的位置。在另一种配置中，可以使用无传感器马达控制。在这种实施方案中，每个转子的位置可被通过测量马达的反电动势和/或电感来确定。一个适用的示例可见于美国专利No.7,422,582中，该美国专利被通过引用全部结合于此。

在一些示例中，来自霍尔效应传感器的输出信号被发送到器械控制器28或控制台。器械控制器28监测接收到的信号的电平变化。基于这些信号，器械控制器28确定转子位置。转子位置可被认为是转子148相对于初始位置或原始位置的旋转度。转子148可以经历多次360°旋转。因此，转子位置可能超过360°。被称为计数的标量值表示相对于原始位置的转子位置。转子148既沿着顺时针方向和又沿着逆时针方向旋转。每当多个信号(模拟或数字)的信号电平经历定义的状态变化时，器械控制器28递增或递减计数以指示转子位置的变化。对于转子148每一次完整的360°旋转，器械控制器28将计数的值递增或递减固定数量的计数。在一些示例中，转子148每旋转360度，计数就在100和3,000之间递增或递减。在一些示例中，例如当增量编码器用于监测转子位置时，转子148的每次360度回转均具有1,024个位置(计数)。位于器械控制器28的内部的是与每个致动器21、22、23相关联的计数器。计数器存储的值等于递增或递减的累计数量的计数。计数值可以是正的、零或负的。在一些型式中，计数值定义了转子148的增量运动。因此，致动器21、22、23的转子148可以首先被移动到已知位置(其被称为它们的初始位置(在下文中进一步描述))，其中，计数值随后被用于定义转子148的当前位置。

如前所述，托架116具有内螺纹通孔117以螺纹地接收导螺杆150，使得每个导螺杆150可以相对于托架116中的相应一个旋转，以调节多个致动器21、22、23中的相应的一个的有效长度并由此改变由器械控制器28测量到的计数。壳体134和相应的托架116中的每一个都被阻止在至少一个自由度中进行相对运动，以允许导螺杆150相对于托架116旋转。更具体地，导螺杆150能够相对于托架116旋转，这是由于：枢转轭106不能围绕相关联的活动轴线AA1、AA2、AA3旋转(即，枢转轭106由于第一活动关节92的配置而被阻止进行这种旋转运动)；并且托架116不能围绕相关联的活动轴线AA1、AA2、AA3旋转(即，托架116由于第二活动关节108和第三活动关节124的配置而被阻止进行这种旋转运动)。

止动件152(例如被形成在导螺杆150上的螺纹紧固件和肩部)被固定到导螺杆150。止动件152的尺寸被设置成在每个导螺杆150的行程末端抵靠托架116。

如前所述，致动器21、22、23的有效长度是可主动调节的，以使工具支撑件18能够相对于手持部分16移动。该有效长度的一个示例在图11中的第三致动器23上被标记为“EL”。这里，有效长度EL是从相关联的托架116的中心到相关联的第一活动关节92的中心测量到的。当调节每个致动器21、22、23时，有效长度EL通过改变导螺杆150已经旋入或旋出其相关联的托架116的距离而改变，并由此改变从相关联的托架116的中心到相关联的第一活动关节92的中心的距离。致动器21、22、23可在有效长度EL的最小值和最大值之间进行调节。每个致动器21、22、23的有效长度EL可被以任何适用的方式表示/测量，以表示工具支撑件18与手持部分16之间沿着活动轴线AA1、AA2的距离，该距离改变以引起工具支撑件18相对于手持部分16的多种运动。

约束组件24与致动器21、22、23协同工作，以约束由致动器21、22、23提供的运动。致动器21、22、23提供在三个自由度中的运动，而约束组件24约束在三个自由度中的运动。在所示型式中，约束组件24包括被动连杆机构26以及将被动连杆机构26联接到工具支撑件18的被动连杆机构关节156。

在一个型式中，如图14和图16所示，被动连杆机构关节156包括被动连杆机构U形关节。U形关节包括第一枢转销158和关节块160。第一枢转销158经由关节块160中的通孔164将关节块160枢转地连接到工具支撑件主体80的被动连杆机构安装件162。固定螺钉166可以将第一枢转销158固定到被动连杆机构安装件162。U形关节还包括第二枢转销170。关节块160具有用于接收第二枢转销170的横孔168。第二枢转销170将被动连杆机构26的被动连杆机构枢转轭172枢转地连接到关节块160。第二枢转销170具有通孔171以接收第一枢转销158，使得第一枢转销158、关节块160和第二枢转销170形成U形关节的十字。第一枢转销158和第二枢转销170限定了相交的枢转轴线PA(参见图11)。结果，被动连杆机构26能够相对于工具支撑件主体80在两个自由度中移动。也可设想到其他类型的被动连杆机构关节，例如被动连杆机构球形关节107，其包括带有接收销钉的槽口的球(例如，参见图20和图21)。

被动连杆机构26包括固定于被动连杆机构枢转轭172的轴174。被动连杆机构26还包括基座74的套筒76，该套筒76被配置成沿着约束轴线CA接收轴74。被动连杆机构26被配置成允许轴174相对于套筒76沿着约束轴线CA轴向地滑动，并且在致动器21、22、23中的一个或更多个的致动过程中约束轴174相对于约束轴线CA的径向移动。

被动连杆机构26还包括键176，用于约束轴174相对于套筒76围绕约束轴线CA的旋转。键176在图11中最佳示出。键176装配在轴174和套筒76中的相对的键槽178、180中，从而将轴174锁定到套筒76以使两者之间不能相对旋转。也可以设想到用于防止轴174和套筒76的相对旋转的其他布置，例如一体式键/槽布置等。被动连杆机构26独立于致动器21、22、23将工具支撑件18和手持部分16操作性地互连。在致动器21、22、23中的一个或更多个的致动过程中，被动连杆机构的沿着约束轴线CA的有效长度EL是被动可调的。套筒76、轴174和键176表示用于被动连杆机构26的连杆的一个组合。以任何适用的方式连接的具有其他尺寸、形状和数量的连杆可被用于被动连杆机构26。

在所示型式中，被动连杆机构关节156能够相对于工具支撑件18围绕两个枢转轴线PA枢转。其他配置也是可能的。

此外，在所示型式中，第一活动关节92和被动连杆机构关节156限定了被设置在公共平面上的枢转轴线PA。非平行枢转轴线PA、设置在不同平面上的平行枢转轴线PA及其组合和/或其他配置也是可以设想到的。

在一些型式中，工具支撑件18的头部84被布置成使得当工具20被联接到工具支撑件18时，工具20被定位在平行于公共平面的工具平面TP(例如，锯片平面)上。在一些示例中，工具平面TP与公共平面CP间隔开2.0英寸或更小、1.0英寸或更小、0.8英寸或更小或0.5英寸或更小。

在所示型式中，致动器21、22、23被布置成使得活动轴线AA1、AA2、AA3在致动器21、22、23的所有位置(包括在处于其原始位置中时)相对于约束轴线CA均处于倾斜配置中。轴线AA1、AA2、AA3的倾斜通常以允许更薄和更为紧凑的基座74和相关联的手柄72的方式使致动器布置变细。可以设想到其他配置，其包括活动轴线AA1、AA2、AA3并不处于相对于约束轴线CA倾斜的配置中的那些配置。这种配置可以包括致动器轴线AA1、AA2、AA3在它们的原始位置中彼此平行的那些配置。

致动器、活动关节和约束组件的其他配置是可能的。所设想到的是，所描述的控制技术可被应用于未提及的其他机械配置，特别是用于在一个或更多个自由度中相对于手持部分控制工具或锯片的那些机械配置。在一些型式中，约束组件可能不存在，并且器械14的工具支撑件18可以能够相对于手持部分16在附加自由度中移动。例如，器械可以包括线性致动器、旋转致动器或其组合。该器械可以包括2个、3个、4个、5个、6个或更多个并联或串联布置的不同致动器。

柔性电路

如上所述，柔性电路FC将致动器21、22、23和/或其他部件与器械控制器28互连。例如，图12和图13被示出为在致动器21、22、23与控制壳体29中的控制板31之间设置有柔性电路FC。如上所述，控制板31与器械控制器28连接并且是器械控制器28的一部分。柔性电路FC被配置成是柔性的，以便在工具支撑件18相对于手持部分16在多个自由度中移动时保持致动器21、22、23与控制板31之间的连接。

在一个示例中，柔性电路FC的铺设如图12-18所示。图14和图15示出了与器械14的其余部分隔离开的柔性电路FC和控制壳体29(保持控制板31)。如图14和图15中所示，柔性电路FC形成柔性电路组件210的一部分。柔性电路组件210可以包括多个柔性细长部分(或支腿)，其被形成为单件或被形成为可被附接在一起的分离部分。柔性细长部分可以包括一个或更多个柔性塑料基板，例如聚酰亚胺、透明导电聚酯膜等。

柔性电路组件210包括被安装和/或嵌置在柔性塑料基板中的导体。柔性电路FC可以包括用于在视觉指示器201、202、203与器械控制器之间传输数据和/或功率的一个或更多个导体。柔性电路还可以包括用于在致动器21、22、23与器械控制器28之间传输数据和/或功率的一个或更多个导体。特别地，柔性细长部分形成致动器柔性电路230、232、234。如在图14和图15中可见，电路引线240设置在致动器柔性电路230、232、234的端部上，用于分别连接至致动器21、22、23。致动器柔性电路230、232、234可以包括用于将功率从器械控制器28传输到相应致动器21、22、23的致动器马达142的导体。致动器柔性电路230、232、234还可以包括用于在致动器传感器AS与器械控制器28之间传输数据和/或功率的一个或更多个导体。此外，柔性电路可包括用于在诸如触发器(下面进一步描述)之类的输入装置与器械控制器28之间传输数据和/或功率的一个或更多个导体。

每个柔性电路可以各自独立地呈现不同的厚度和宽度。每个柔性电路的尺寸可以彼此相同或不同。在一些示例中，每个柔性电路FC的宽度比柔性电路FC的厚度大得多。宽度可以是柔性电路的厚度的至少三倍、至少五倍、至少八倍、乃至至少十倍。与沿着柔性电路的宽度弯曲相反，柔性电路的厚度与宽度的比率导致沿着柔性电路的长度弯曲的趋势。此外，厚度与宽度之比可以提供朝向围绕z轴旋转和/或扭转的趋势。

参考图16-18，柔性电路支撑件212被经由一个或更多个附接构件214安装到工具支撑件18，以将柔性电路组件210的延伸到致动器21、22的致动器柔性电路230、232中的一个或更多个(即，柔性电路中的一个或更多个)附接到工具支撑件18。特别地，两个致动器柔性电路230、232在柔性引导件250处被通过附接构件214连接到柔性电路支撑件212。附接构件214用于将致动器柔性电路230、232约束在柔性引导件250的表面上或邻近柔性引导件250的表面。附接构件214可以包括紧固件(例如，螺钉、粘合剂等)或者任何其他适用形式的附接构件，以将致动器柔性电路230、232保持在所示位置。在另一示例中，柔性电路组件210可被通过替代的固定装置(例如粘合剂)附接到柔性电路支撑件212、柔性引导件250、工具支撑件18、手持部分16或其组合。

在一个示例中，如图16和图17所示，柔性电路支撑件212包括主体，该主体限定了一个或更多个安装位置216，用于接收附接构件214。由附接构件214捕获的致动器柔性电路230、232包括开口220，附接构件214穿过开口220将致动器柔性电路230、232固定到主体(参见图14中所示的开口220)。柔性引导件250还限定了一对凹口218，这对凹口218的尺寸被设置成接收柔性电路组件210的致动器柔性电路230、232，以随着致动器21、22在操作过程中移动而降低致动器柔性电路上的应力的方式引导那些致动器柔性电路230、232。

如上文参考图9和图11所述，在本教导中，致动器21、22、23被布置和组装成，使得致动器21、22、23的壳体134在致动器安装件86、88、90处被经由枢转轭106连接到工具支撑件18。如上所述，每个致动器21、22、23包括被布置在相应壳体134内的致动器马达142。致动器马达142与导螺杆150连接并且使导螺杆150旋转。导螺杆150在第二活动关节108(对应于致动器21、22)和第三活动关节124(对应于致动器23)处与手持部分16连接。导螺杆150相对于壳体134和致动器马达142旋转，从而分别旋入和旋出第二活动关节和第三活动关节，由此有利于工具支撑件18相对于手持部分16的移动。由于致动器21、22、23被通过由壳体134的帽138形成的枢转轭106附接到致动器安装件86、88、90，因此致动器21、22、23仅相对于工具支撑件18的致动器安装件86、88、90在两个自由度(俯仰和翻转)中移动。因此，特别是在图12-19中所见的柔性电路FC在连接点238处被沿着每个致动器21、22、23的壳体134连接，使得致动器柔性电路230、232只需要在工具支撑件18的柔性引导件250与每个致动器21、22之间具有足够的材料长度，以随着致动器21、22、23相对于工具支撑件18移动而在相同的两个自由度(例如俯仰和翻转)中移动。致动器21、22的壳体134将它们各自的柔性电路连接件238设置在致动器21、22与基座74之间。同样，柔性电路组件210的致动器柔性电路234仅需要在工具支撑件18与致动器23之间具有足够的材料长度，以随着致动器21、22、23相对于工具支撑件18移动而在相同的两个自由度(例如俯仰和翻转)中移动。与致动器21、22一样，致动器23的柔性电路连接件238设置在致动器23与基座74之间。换句话说，致动器柔性连接件238面向基座74。

在一些示例中，例如图12-19中所示，柔性电路支撑件212被配置成将致动器柔性电路230、232的节段236定位在柔性引导件250与致动器柔性连接件238之间，以帮助促进柔性电路组件210移动通过工具支撑件18相对于致动器21、22和手持部分16的运动范围，而并不影响柔性电路230、232的连接和/或撕裂柔性电路230、232。参见图17-19，柔性电路支撑件212可以有利地沿着致动器21、22的枢转轴线PA定位柔性引导件250，从而将致动器柔性电路230、232沿着纵向轴线LA分别与致动器21、22的枢转轴线PA的中心点轴向对准，以控制致动器柔性电路230、232在翻转自由度、俯仰自由度或两者中的变形。更具体地，柔性引导件250以这种方式的定位将柔性电路230、232的翻转自由度和俯仰自由度的变化分布在更大的长度上，以避免出现可能损害柔性电路的完整性的急剧弯曲。

此外，致动器柔性电路230、232可在位于柔性引导件250与连接于致动器21、22的连接件238之间的节段236中包括额外的材料，以在工具支撑件18相对于手持部分16移动时，帮助保持柔性电路230、232在工具支撑件18与致动器21、22之间的连接。致动器柔性电路230、232的节段236通过柔性引导件250被铺设到致动器柔性连接件238，并且可被形成为弧形的弯曲件。当工具支撑件18被相对于手持部分16移动时，柔性引导件250支撑致动器柔性电路230、232通过该运动范围，特别是在至少翻转方向和俯仰方向上的运动范围。

同样，柔性电路组件210的致动器柔性电路234延伸到第三致动器23并与之连接。如图14、图15和图17所示，致动器柔性电路234被从控制壳体29和工具支撑件18上的控制板31铺设至第三致动器23。如上所述，致动器23的柔性电路连接件238被设置在致动器23与基座74之间。致动器柔性电路234被铺设成最小化在工具支撑件的铰接过程中避免柔性电路的系结(binding)所需的材料量，同时优化长度以允许致动器柔性电路234在工具支撑件18被相对于手持部分16移动时移动通过该运动范围，而不会对柔性电路234造成损坏。

致动器柔性电路234可以包括围绕致动器23的周界的缠绕部分，从而形成柔性电路圈244。柔性电路圈244可以为致动器柔性电路234提供足够的长度，以在工具支撑件18被相对于手持部分16在多个自由度中移动时保持与致动器23的连接，而不会产生系结和断裂。柔性电路圈244可以在致动器23处于原始位置时与致动器23的纵向轴线轴向对准。在一些示例中，如图12-14、图18和图20所示，柔性电路圈244被围绕致动器23旋转至少270度。在其他示例中，致动器柔性电路234的缠绕部分被以围绕致动器23旋转至少一又四分之三圈的方式铺设。可以设想到将致动器柔性电路234围绕致动器23缠绕的其他示例。通过围绕致动器23的壳体134而不是围绕导螺杆150定位该圈，柔性电路234与致动器23之间的干扰被最小化。

图20至图40示出了具有柔性电路组件310的替代配置的器械14的替代配置。替代配置可以基本上类似于上文中描述的配置。图20和图21显示了器械14的透视图。在该配置中，输入装置298被定位在手持部分16上。在该描述中，输入装置298被配置为触发器组件。该配置中的输入装置298被定位在手柄72上，以允许用户选择性地向器械控制器28发送致动信号。

图20和图21显示了包括替代柔性电路组件310的器械14的透视图。如上所述，电路FC将致动器21、22、23和/或其他部件与器械控制器28互连。例如，图24-26被示出为在致动器21、22、23与控制壳体29中的控制板31之间设置有柔性电路FC。柔性电路FC被配置成在工具支撑件18被相对于手持部分16在多个自由度中移动时保持致动器21、22、23与控制板31之间的连接。

在一个示例中的柔性电路FC的铺设被示于图22-29中。图22-25示出了与器械14的其余部分隔离开的柔性电路FC和控制壳体29(保持控制板31)。如图22-23所示，柔性电路FC形成柔性电路组件310的一部分。柔性电路组件310可包括多个致动器柔性电路(或支腿)330、332、334，其被形成为单件或被形成为可被附接在一起的分离部分。致动器柔性电路330、332、334可以包括一个或更多个柔性塑料基板，例如聚酰亚胺、透明导电聚酯膜等。

柔性电路组件310包括被安装和/或嵌置在柔性塑料基板中的导体。导体可以包括用于在致动器21、22、23与一个或更多个控制板31之间传输数据和/或功率的一个或更多个电路。电路引线(未示出)被设置在柔性致动器柔性电路330、332、334的端部上，用于分别连接到致动器21、22、23。导体还可以包括用于在致动器传感器AS与一个或更多个控制板31(或致动器传感器AS可被认为是致动器21、22、23的一部分)和/或该器械中所使用的其他传感器(例如触发传感器)之间传输数据和/或功率的一个或更多个电路。导体可以包括一个或更多个电路，用于在诸如触发器组件(下面进一步描述)之类的输入装置298之间传输数据和/或功率。

应该理解，柔性电路可以在柔性电路的延伸到每个致动器的马达的第一部分与延伸到每个致动器的编码器/传感器的另一部分之间被分离开，其中，第一部分和第二部分被可选择地连结在一起，作为返回到一个或更多个控制器/控制板的主柔性件。部分地分开的柔性电路配置可被用于所有不同的致动器柔性电路和/或用于遍及整个器械使用的其他柔性电路，例如延伸到输入装置/触发器组件的柔性电路。

参考图24-32，柔性电路组件310遍及整个工具支撑件18被铺设至致动器21、22、23和输入装置298。延伸到致动器21、22的柔性电路组件310的致动器柔性电路330、332被通过柔性引导件350铺设。在一个示例中，如图24-26所示，柔性引导件350被安装于工具支撑件18，并被配置成相对于致动器21、22有利地定位致动器柔性电路330、332，以便在工具支撑件18被相对于手持部分16移动时最小化在两个或多个自由度中的变形。

如上所述，特别是在图24-26和图36-37中所示的柔性电路FC被沿着每个致动器21、22、23的壳体134连接于柔性连接件338处，使得柔性电路组件310的致动器柔性电路330、332只需要在工具支撑件18的柔性引导件350与每个致动器21、22之间具有足够的材料长度，以在致动器21、22、23相对于工具支撑件18移动时在相同的两个自由度(例如俯仰和翻转)中移动。致动器21、22将它们各自的柔性电路连接件238设置在致动器21、22与基座74之间。同样，柔性电路组件310的致动器柔性电路334在工具支撑件18与致动器23之间需要足够的材料长度，以在致动器21、22、23相对于工具支撑件18移动时在相同的两个自由度(例如俯仰和翻转)中移动。与致动器21、22一样，致动器23的柔性电路连接件338被设置在致动器23与基座74之间。换句话说，致动器柔性连接件338面向基座74。

柔性引导件350被配置成以在致动器21、22于操作过程中移动时减小柔性致动器柔性电路上的应力的方式铺设那些柔性致动器柔性电路330、332。图26-29示了通过柔性引导件350捕获的致动器柔性电路330、332。在一些示例中，如图20-29所示，柔性引导件350被以相对于致动器21、22相对倾斜的方式定位。柔性引导件350被配置成将致动器柔性电路330、332的节段336定位在柔性引导件350与致动器柔性连接件338之间以有助于促进使柔性电路组件310移动通过工具支撑件18相对于致动器21、22和手持部分16的运动范围，而不会断开连接和/或撕裂柔性电路FC。参见图28-30，柔性引导件350可被相对于致动器21、22的枢转轴线PA倾斜定位，从而将致动器柔性电路330、332分别与致动器21、22的枢转轴线PA的中心点对准，以最小化致动器柔性电路330、332在翻转自由度、俯仰自由度或两者中的变形。

转向图31和图32，一个或更多个柔性引导件350各自包括轮廓，该轮廓限定了柔性电路组件310的柔性致动器柔性电路330、332在俯仰和翻转运动过程中的旋转跨度。该轮廓可以被配置成比致动器柔性电路330、332的宽度更宽，使得当工具支撑件18被相对于手持部分16移动时，柔性引导件350在致动器柔性电路330、332的宽度上提供支撑。柔性引导件350各自在顶表面358与底表面360之间形成通道356。顶表面358和底表面360两者可以具有相同的轮廓或不同的轮廓。通道356的轮廓可以包括在通道356的不同区段处的变化的高度。例如，在图32中，通道356被成形为具有突起362和突起364，该突起362从顶表面358延伸，该突起364从底表面360延伸。每个突起362、364形成从突起362、364到通道356的每一侧的倾斜表面。从突起362、364中的每一个开始，通道356的高度随着沿着该倾斜表面向任一侧横向移动而增加。例如，第一高度H1可以是第一突起362与第二突起364之间的高度，第二高度H2可以是通道356的顶表面358与底表面360之间的距离，使得在操作过程中，当手持部分16具有最大运动范围时(例如当致动器21、22、23处于它们各自的原始位置时)，致动器柔性电路330、332可以接触第一高度H1。致动器柔性电路330、332被配置成在工具支撑件18被相对于手持部分16移动时围绕突起362、364枢转，从而在致动器柔性电路330、332的宽度上提供支撑，由此在保持电连接的同时防止撕裂或撕开。柔性致动器柔性电路330、332的厚度小于通道356的顶部突起362与底部突起364之间的距离，从而允许致动器柔性电路330、332穿过柔性引导件350的通道356。

如图30-32中最佳所见，柔性引导件350可被配置成两件式设计，具有基座352和盖子354。基座352可以与工具支撑件18连接，并且盖子354可以被配置成与基座352连接。在一些示例中，盖子354可以卡扣配合连接的方式与基座连接。在其他配置中，盖子354可以摩擦配合连接、压配合连接、滑动配合连接或任何其他类型的机械附接连接的方式与基座352连接。如图26、图27和图33中所见，柔性引导件的基座352和盖子354被配置成环绕并引导柔性致动器柔性电路330、332，从而将致动器柔性电路330、332以理想关系定位在工具支撑件18与致动器21、22之间。在一些示例中，基座352和盖子354各自具有它们自己的轮廓，当基座352与盖子354连接时，该轮廓限定了柔性引导件350的轮廓和通道356。

致动器柔性电路330、332可在柔性引导件350与连接到致动器21、22的连接件338之间的节段336中包括额外材料，以在工具支撑件18被相对于手持部分16移动时帮助保持工具支撑件18与致动器21、22之间的柔性电路FC的连接。柔性致动器柔性电路330、332的节段336通过柔性引导件350被铺设到致动器柔性连接件338，并且可以被形成为弧形弯曲件。当工具支撑件18被相对于手持部分16移动时，柔性引导件350支撑致动器柔性电路330、332通过运动范围，特别是通过在至少翻转方向和俯仰方向上的运动范围。

转向图34A-35B，输入装置柔性电路370被从输入柔性引导组件340铺设。当工具支撑件18被相对于手持部分16移动时，输入柔性引导组件340引导柔性电路370，并且当多个致动器21、22、23被致动时，张紧组件266、410进行调节。输入柔性引导组件340可被键接并固定到被动连杆机构安装件162。输入柔性引导组件340可起到使输入装置柔性电路370能够与刚好位于枢转轴线PA的下方的手持部分的中平面对准的作用。输入柔性引导组件340引导和铺设输入装置柔性电路370，使得张紧组件266、410对升高和俯仰进行补偿(下文将进一步描述)。此外，当工具支撑件18被相对于手持部分16翻转时，输入柔性引导组件340有利于圈372的角度和/或紧密性。应当理解的是，输入柔性引导组件可被独立于张紧组件使用，反之亦然。

图35A和图35B示出了输入柔性引导组件340的增强视图。图35A示出了与工具支撑件18隔离开的输入柔性引导组件340，并以虚线示出了输入装置柔性电路370。输入装置柔性电路370被铺设在柔性引导件基座341的下方和输入柔性引导件铺设构件342的上方。输入柔性引导组件340在柔性引导件基座341的安装区段343处与被动连杆机构安装件162连接。

同样，柔性电路FC的致动器柔性电路334延伸到第三致动器23并与之连接。如图22和图26-29所示，致动器柔性电路334被从控制壳体29和工具支撑件18上的控制板31铺设至第三致动器23。如上所述，致动器23的柔性电路连接件338被设置在致动器23与基座(未示出)之间。柔性电路组件310的致动器柔性电路334被铺设成最小化所需的材料量，同时对长度进行优化以使致动器柔性电路344能够在工具支撑件18被相对于手持部分16移动时移动通过该运动范围。

致动器柔性电路334可以包括围绕致动器23的周界的缠绕部分，从而形成柔性电路圈344。柔性电路圈344可以为致动器柔性电路334提供足够的长度，以在工具支撑件18被相对于手持部分16在多个自由度中移动时保持与致动器23的连接，而不会系结和断开。柔性电路圈344可以与致动器23轴向对准。在一些示例中，如图26和图27中最佳所见，柔性电路圈344被以围绕致动器23旋转至少四分之三圈的方式缠绕。在其他示例中，致动器柔性电路334的缠绕部分被以围绕致动器23至少旋转四分之三圈的方式铺设。可以设想到将致动器柔性电路334缠绕在致动器23的周围的其他示例。

现在转到图33，柔性电路组件310包括柔性电路组件310的输入装置柔性电路370(也被称为输入装置部分)。在一些示例中，如图22-25和图36-37中，输入装置柔性电路370从器械控制器28的c部分(在本示例中为位于控制壳体29中的控制板31)延伸到输入装置298(例如触发器组件)。与连接于致动器21、22、23并且主要在两个自由度(俯仰和翻转)中移动的致动器柔性电路330、332、334不同，当工具支撑件18被相对于手持部分16移动时，输入装置柔性电路370必须调节三个或更多个自由度，例如，俯仰方向、翻转方向以及z轴平移方向(相对于手持部分16升高)。

输入装置柔性电路370利用调节圈372来补偿工具支撑件18相对于手持部分16的翻转运动。如图23-25、图33和图39中最佳所见，调节圈被在原始位置处(例如，当致动器21、22、23具有最大行程时)围绕工具支撑件18的纵向枢转轴线PA布置。调节圈372被配置成随着工具支撑件18被相对于手持部分16在翻转自由度中移动而扩张和收缩。在一些示例中，为了有利于该运动范围，调节圈372可以是具有一定长度的柔性电路，当每个致动器处于它们的原始位置(即，围绕导螺杆150的中间位置)时，该柔性电路圈绕工具支撑件18的纵向枢转轴线旋转至少一又四分之三圈。在其他示例中，调节圈372可以围绕工具支撑件18的纵向枢转轴线缠绕四分之三圈到整三圈。然而，也可以设想到其他布置方式。

调节圈372被通过一个或更多个肘弯区段(例如第一肘弯区段374和第二肘弯区段376)与输入装置柔性电路370的其余部分连接。转到图33-38，第一肘弯区段374将调节圈372与柔性电路组件310的输入装置柔性电路370的从工具支撑件18向下延伸到调节圈372的节段378连接。第二肘弯区段376将调节圈372与柔性电路组件310的输入装置柔性电路370的从手持部分16向上延伸到调节圈372的节段380连接。每个肘弯区段374、376以90度角与调节圈372连接，从而形成两个平面节段。然而，肘弯区段374、376可以具有可设想的其他角度和配置，例如角度介于70度到130度之间的弯曲部。一些示例可以包括两个或更多个平面肘弯区段374、376。肘弯区段374、376可以被配置成控制柔性电路的变形的位置，以便在工具支撑件18被相对于手持部分16以俯仰运动移动时保持输入装置298与工具支撑件18之间的连接，从而使输入装置柔性电路370能够在不断开和保持与触发器组件298或其他输入装置的连接的情况下挠曲。

图39-41示出了与输入模块组件260连接的输入装置柔性电路370，该输入模块组件260包括输入装置298，其在此处被示出为触发器组件。输入模块与柔性电路组件310的输入装置柔性电路370连接，该输入装置柔性电路370被穿过输入模块组件260铺设并被通过一个或更多个紧固件382固定到基座74。输入模块组件260被定位在手持部分16内，然而，出于说明的目的，图36-42中隐藏了手持部分16和手柄72的大部分。

图36和图37以及图39和图40示出了输入模块组件260(可互换的触发器组件)。在一些示例中，输入模块组件260包括输入装置298(被示出为触发器)和相关部件，例如偏置构件300、磁体TM和传感器S。触发器298被定位成使得输入模块组件260的触发传感器TS能够确定触发器298相对于传感器的相对位置，使得用户的输入可被发送到控制板31和器械控制器28以选择性地致动该工具20。

输入模块组件260包括与触发传感器TS通信的触发器298。触发传感器TS与柔性电路组件310的输入装置柔性电路370连接，以将磁体TM的呈电信号的形式的位置信息发送到控制板31。输入模块组件260包括一个或更多个与输入装置柔性电路370操作性地连接的触发传感器TS，用于(经由触发磁体TM)监测触发器298的与一个或更多个触发传感器TS相关的该部分。在一些示例中，如图39和图40所示，输入模块组件260包括具有触发磁体TM的触发器298，该触发磁体TM被配置成由触发传感器TS感测。触发传感器TS可被配置成霍尔效应传感器，然而，也可以设想到其他类型的传感器和感测方法。此外，虽然设想到输入装置在一些实施方案中可以包括触发器，并且因此被称为包括触发传感器和触发磁体，但是在一些实施方案中，另一可移动部件可以替代该触发器，并且可以利用关于触发器和触发传感器所描述的磁体和传感器。

手持部分16可包括张紧组件266、410，用于根据工具支撑件18相对于手持部分16的可变位置选择性地调节输入装置柔性电路370的被设置在手持部分16与工具支撑件之间的长度。当该器械被在多个自由度中移动时，张紧组件引导该输入装置柔性电路370，从而保持输入装置柔性电路370与输入模块组件260的连接。换言之，张紧组件266、410可用于在工具支撑件18和手持部分16被通过多个致动器相对于彼此移动时，控制输入装置柔性电路370的输入装置部分380的在手持部分16与工具支撑件18之间可用的长度。张紧组件266通过接触将力施加在输入装置柔性电路370的输入装置部分380上，使得任何松弛都被在输入装置柔性电路370中收紧(take up)，以避免在该器械移动通过其运动范围时扭结和挤压。此外，当工具支撑件18被相对于手持部分16移动并且需要更多可用的柔性电路长度380时，张紧组件266、410使输入装置柔性电路370的输入装置部分380穿过，从而为器械14的整个运动范围提供附加长度。如上所述，输入柔性引导组件340引导该输入装置柔性电路370并将其铺设到张紧组件266、410。当工具支撑件18被移动以补偿在张紧组件266、410调节输入装置柔性电路370的可用长度时的升高和俯仰时，输入柔性引导组件340为输入装置柔性电路370提供支撑。如在图39-40和图42-43中可见，张紧组件266、410可被设置在壳体264、412内。还设想到了替代位置，例如工具支撑件上的位置。

在图39-41中所见的一个示例中，张紧组件266包括铺设构件268和偏置构件270。偏置构件270也可被称为张紧构件。在一些示例中，铺设构件268是固定的或被固定在偏置构件上，从而使柔性电路组件310的输入装置柔性电路370能够围绕铺设构件268的周界滑动。在其他示例中，铺设构件268被配置成辊构件，使得输入装置柔性电路370围绕铺设构件268滑移。

如图41中最佳所见，张紧组件266的偏置构件270用于对输入装置柔性电路370施加力，使得当工具支撑件18被在朝向手持部分16的方向上移动时，偏置构件270将力施加到输入装置柔性电路370上，将输入装置柔性电路370的围绕铺设构件268的多余材料推入到钻孔272中，从而收紧输入装置柔性电路370的部分380的松弛。当工具支撑件18被远离手持部分16移动时，输入装置细长部分380施加比偏置构件270的力大的力，从而压下偏置构件270并围绕铺设构件268翻转以使输入装置柔性电路370的额外长度能够补偿工具支撑件18相对于手持部分16的z轴平移。在该配置中，铺设构件被布置成形成非线性路径，柔性导体或柔性电路被围绕该非线性路径铺设。

在某些情况下，张紧组件266可用于器械14的其他部件所用的柔性电路FC。例如，在某些实施方案中，张紧组件266可用于致动器柔性电路330、332、334，用于除触发器之外的输入装置，以及用于感测除致动器或触发器的位置之外的器械特性的传感器，例如力传感器、陀螺仪、位移传感器、温度传感器、惯性传感器等。

张紧组件410的另一示例示于图42-50E中。输入模块组件260包括张紧组件410。张紧组件410包括壳体412，壳体412具有与偏置构件416连接的摇臂424，该偏置构件416被定位在摇臂424与壳体412之间。张紧组件410可用于在器械14在多个自由度中移动时，将张紧力施加到柔性电路370的输入装置部分380上。张紧组件410可以用于在工具支撑件18和手持部分16处于不需要输入装置柔性电路370的输入部分380的全长的姿态时，收紧输入装置柔性电路370的被设置在手持部分16与工具支撑件18之间的输入部分380的附加长度。

张紧组件410的壳体412用于保持张紧组件410的移动元件，并提供被形成到壳体中的区域430、432，用于将输入装置柔性电路370铺设到输入装置传感器S。壳体412可被形成为两部分，并被使用紧固件428固定在一起。如图44中最佳所见，张紧组件410被在分解视图中示出。壳体412形成有安装区域419、420，这些安装区域419、420被成形为分别接受偏置构件416和引导构件418。为了使摇臂424能够在工具移动过程中移动以帮助管理该输入装置柔性电路370，壳体412形成与摇臂424的运动范围相对应的孔隙426，该孔隙426与摇臂427的安装位置436相对。

摇臂424被通过枢转销422(枢转连接件)与张紧组件410的壳体412枢转地连接。摇臂424与偏置构件416连通，偏置构件416在摇臂上提供力，以在工具支撑件18的移动过程中张紧该输入装置柔性电路370。摇臂424也可被称为张紧构件。摇臂424包括铺设构件414，该铺设构件414被通过辊销415联接到摇臂424，其中，铺设构件被布置在摇臂的与枢转连接件相反的端部上。辊销415在辊轴安装件434处被连接到摇臂424。当铺设构件414与输入装置柔性电路370相互作用时，摇臂424围绕枢转销422沿着壳体412的孔隙426移动。

铺设构件414与摇臂424的一端连接。在一些配置中，如图42-45和图47-50E所示，当张紧组件410在器械移动过程中增加和减少输入装置柔性电路370的输入装置部分380的可用长度时，铺设构件414可围绕辊销415旋转，以减小对该输入装置柔性电路370的拉拽。在其他示例中，铺设构件414可以是相对于摇臂424固定的。输入装置柔性电路370被围绕铺设构件414铺设，使得摇臂424通过铺设构件414将力施加到该输入装置柔性电路370上。

张紧组件410包括位于壳体412内的引导构件418。引导构件418具有与摇臂424的运动和壳体412中的孔隙426的形状同心的曲率。例如，摇臂424附接在枢转销422处，该枢转销422形成半径对应于摇臂424的长度的圆的至少一部分的中心点。引导构件418被定位成使得摇臂424的一部分沿着引导构件418行进(ride)。引导构件418具有与摇臂424在围绕枢转销422枢转时形成的半径同心的形状，使得摇臂424在壳体412内沿着引导构件418行进。在一些示例中，引导构件418在引导安装件420处被保持在壳体412中。至少如图43和图44中所见，摇臂424被围绕引导构件418设置，引导构件418为偏置构件416在壳体412与摇臂424之间提供路径。偏置构件416被定位在壳体412与张紧组件410的摇臂424之间。偏置构件416可以用于将力施加到摇臂424上，以将力施加在输入装置柔性电路370的输入装置部分380上，从而使输入装置部分380的长度能够变化并且减少在工具在多个自由度中移动的过程中在输入装置柔性电路370的输入装置部分380中存在的任何松弛。在一些示例中，偏置构件416可以在摇臂424的整个运动范围内被至少部分地压缩。偏置构件416被示出为螺旋弹簧，然而也可以设想到其他适用的偏置构件，例如扭转弹簧。

在一些示例中，张紧组件410在手持部分16中被连接到器械14，从而附接到约束组件24并邻近输入传感器TS(图47)。图48和图49A-49B示出了输入装置柔性电路370穿过张紧组件410的铺设情况。输入装置柔性电路370被穿过壳体412的顶部、围绕铺设构件414，沿着壳体412的连接到传感器S的铺设区域430、432铺设。在其他示例中，张紧组件410可被连接到工具支撑件18。换句话说，张紧组件410被连接到工具支撑件18或手持部分16，并且器械控制器28被定位在工具支撑件18或手持部分16中的另一个上。

转向图50A-50E，张紧组件410被示出为在工具支撑件18被相对于手持部分16移动通过多个自由度时调节柔性电路370的张力。图50A示出了升高的工具支撑件18，其中，致动器21、23被远离手持部分16调节，从而以足够的力向上拉动该输入装置柔性电路370以克服偏置构件416。摇臂424在与致动器21、23相同的方向上被拉动。在图50A-50E所示的示例中，尽管未示出，但致动器22被呈现为与致动器21处于同一位置，其中，两个致动器21、22彼此协同工作。换言之，图48A-48E并未描绘工具支撑件18的翻转状态。

图50B显示了相对于手持部分16处于上仰状况的工具支撑件18。由于前致动器21是基本上延伸的，因此该输入装置柔性电路370被沿着同一方向拉动，从而克服偏置构件416的力，沿着同一方向拉动该摇臂424。

图50C示出了处于俯冲配置中的工具支撑件18，从而使致动器21靠近手持部分16，而致动器23被远离手持部分16延伸，从而致使该输入装置柔性电路370的输入装置部分380增加柔性电路部分380的可用长度，以适应于工具支撑件18的移动。在该姿态中，偏置构件416被部分地压缩并且对摇臂424施加力以将张紧力施加到该输入装置柔性电路370上，使得任何松弛都被在该输入装置柔性电路370中收紧以避免扭结和挤压。

同样，图50D描绘了处于具有最大运动范围的位置中的工具支撑件18，其中，致动器21、23处于其各自的原始位置。在该姿态中，偏置构件416处于部分压缩状态，并且摇臂424正将张力施加到该输入装置柔性电路370。

图50E示出了靠近手持部分16的工具支撑件18，其中，致动器21、23被塌缩。在该姿态中，摇臂424在偏置构件416处于伸展状态中的情况下被完全伸展。如在图50A-50E中可见，当张紧组件410调节并铺设输入装置柔性电路370时，随着工具支撑件18被相对于手持部分16移动，输入装置柔性电路370沿着非线性路径行进。

转向图51-54，可设想到输入装置布置398、498的替代配置。在图51和图52所示的示例中，输入装置398被配置成与手持部分16可拆卸地连接的组件。输入装置398包括触发器和手动开关组件402内的相应传感器/编码器(未示出)，用于监测该输入装置398的位置。在一些示例中，手动开关组件402被配置成是可消毒的。在其他示例中，手动开关组件402被配置成是一次性的。手动开关组件402可以包括用于将手动开关组件固定到手持部分16的一个或更多个锁定构件。在一些示例中，手动开关组件402可能需要释放按钮以将手动开关组件402从器械14上去除。

手动开关组件402滑过手持部分16并包括连接缆线404，该连接缆线404与控制壳体29、控制台33或两者连接。通过直接与控制壳体29、控制台33或两者连接，不需要从工具支撑件到手持部分16的柔性电路来监测输入装置398的位置。

在一个示例中，如图55所示，器械被例如以如前所述的方式配置，然而，连接缆线504可被铺设在器械14的外部、介于工具支撑件18与手持部分16之间，以避免出现在内部与铺设导线和/或柔性电路FC相关的间隙问题。连接缆线504可被与控制壳体29、控制台33或两者连接。

在另一种配置中，如图54所示，手动开关组件502被示出为外部传感器TS，该外部传感器TS用于监测被集成在手持部分16内的输入装置398的移动。外部编码器(触发传感器)TS读取位于触发器的端部上的触发磁体TM的位置，并将信号发送到控制板31、控制台33或两者。在一些示例中，手动开关组件可被配置为一次性部件。可以设想到的是，可以向外部装置添加额外的按钮和功能。例如，按钮或开关可被配置成在操作模式之间循环。

再次参考图11和图37，所设想到的是，使用由铁磁材料形成的连杆机构可以为在手持式机器人器械中使用的多种传感器(特别是触发传感器)提供有利的磁隔离。由于控制器利用由触发传感器提供的输入信号来控制驱动马达以移动工具(例如手术锯)，因此触发传感器的无意激活可能导致驱动马达的无意激活，这导致工具的意外运动。工具的这种意外运动可能会是有问题的。通常，触发传感器是由磁场的存在触发的霍尔效应传感器。由于该器械可以包括作为若干部件的一部分的若干磁体，因此来自除触发器之外的部件的磁场可能影响用作触发传感器的霍尔效应传感器。器械的可以产生磁场的一些部件包括但不限于在致动器组件中使用的多个致动器、可拆卸地附接到手持部分和/或工具支撑件的一个或更多个可拆卸附件506。

除了为触发传感器提供有利的磁隔离之外，器械的结构还可以为器械中所包括的其他传感器(例如用于确定致动器的位置的致动器传感器)提供磁隔离。例如，所设想到的是，由被包括在除特定致动器之外的部件中的磁体产生的磁场的存在可能影响该致动器传感器。这些部件可以是被作为触发器组件的一部分所包括的磁体、包括一个或更多个磁体的其他致动器或者被可拆卸地附接到手持部分和/或工具支撑件的一个或更多个可拆卸附件506。

更具体地说，连杆机构可以包括多个部件，其中连杆机构的至少一个部件由铁磁材料形成。如参照图11所述，连杆机构26可包括轴174和套筒76，该套筒76被配置成沿着轴线接收轴174。连杆机构被配置成使轴174能够相对于套筒76沿着轴线轴向滑动。在某些配置中，连杆机构被配置成在致动多个致动器中的一个或更多个的过程中约束该轴相对于该约束轴线的径向运动。更一般地说，连杆机构可被以被配置成约束工具支撑件相对于手持部分在至少一个自由度(例如一个、两个或三个自由度)上的运动的方式联接到工具支撑件和手持部分。

连杆机构的部件的铁磁材料的饱和磁化强度大于0.5特斯拉。作为选择，被动连杆机构的部件的铁磁材料的饱和磁化强度可以大于0.6、0.7、0.8或0.9特斯拉。这种饱和磁化强度水平提供了在不饱和的情况下吸收杂散磁场的能力。作为选择或者除了饱和磁化特性之外，连杆机构的部件的铁磁材料的最大相对磁导率大于100。作为选择，连杆机构的部件的铁磁材料的最大相对磁导率可大于300、500、1000、1500或2000。在一种配置中，在连杆机构包括轴和被配置成接收该轴的套筒76的情况下，轴由饱和磁化强度大于0.5特斯拉且最大相对磁导率大于100的磁性材料形成。示例性的铁磁材料是17-4不锈钢、纯铁、非晶钢、纳米晶体钢、Mu金属、坡莫合金或珀德曼合金。因此，所设想到的是，轴由17-4不锈钢形成。套筒76可以不必由铁磁材料形成，但在某些实施例中可以由铁磁材料形成。在一种配置中，套筒76可以由铝硅青铜合金642形成。连杆机构中的铁磁材料形成从工具支撑件延伸到手持部分的磁通路径，从而提供了有利的磁隔离。

所设想到的是，致动器组件的多个致动器中的一个或更多个的结构可以为器械中包括的一个或更多个传感器提供进一步的磁隔离。在这种实施方案中，致动器壳体的至少一个部件由铁磁材料形成。再次参考图11，每个致动器都包括壳体134。该壳体可以包括罐136和被螺纹连接到罐136的帽138。帽138可以捕获枢转轭的环形肩部，以将枢转轭固定到罐，但是帽可被以替代的方式配置而成。导螺杆150被可移动地联接到壳体134。罐136可以由铁磁材料形成，而导螺杆150和帽138无需由铁磁材料形成。例如，罐136可以由17-4沉淀硬化不锈钢(铁磁材料)形成，而帽138可以由303不锈钢(非磁性)形成，并且导螺杆可以由高强度不锈钢(Nitronic)60(非磁性不锈钢合金)形成。罐136可以由饱和磁化强度大于0.5特斯拉和/或相对最大磁导率大于100的铁磁材料形成。

如图55所示，手持式机器人器械可包括一个或更多个可拆卸附件506，其被使用磁场可拆卸地固定到手持部分16或工具支撑件18中的一者。可拆卸附件506可以是平面对准装置，其用于促进器械相对于计划的虚拟对象的定位。可拆卸附件506可包括磁体508或铁磁构件510，并且手持部分16和/或工具支撑件18可包括铁磁构件510或磁体508，所应理解的是，可拆卸附件506和器械中的至少一者将包括磁体508。在没有提供磁隔离的所述技术的情况下，通过使用可拆卸附件506而存在的附加磁场可能具有进一步影响上述传感器的趋势。

应该理解，物体的位置和取向的组合被称为物体的姿态。遍及本公开，所设想到的是，术语“姿态”可被用一个或更多个自由度中的位置和/或取向来替代，反之亦然，以获得本文所述概念的适用的替代方案。换言之，术语“姿态”的任何使用都可被用位置来进行替代，并且术语“位置”的任何使用都可被用姿态来进行替代。

柔性电路和/或柔性导体可以采用不同的形式。在某些配置中，柔性导体可以是由多个导体构成的导线或带。在其他配置中，柔性导体可以采用印刷柔性电路板的形式。应当理解，通篇描述的柔性电路可以各自独立地包括一个或更多个刚性部分，例如刚性面板。因此，遍及本公开，柔性电路的任何实例都被设想为用柔性导体替代。

柔性电路可以包括塑料基板(例如聚酰亚胺、PEEK、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺、透明导电聚酯、含氟聚合物或其混合物)上的一个或更多个电子器件。柔性电路可被使用光刻技术来制造。柔性电路结构可以更轻且更小，从而有助于实现更紧凑且更轻的手持式机器人器械。柔性电路可以是单面的，也可以是双面的。柔性电路可以包括金属箔，其中电路路径被蚀刻。

在前面描述中已经描述了若干实施例。然而，本文所讨论的实施例并非旨在是穷举的或将本发明限制于任何特定形式。所使用的术语旨在具有描述性词语的性质，而不是限制性的。根据上述教导，许多修改和变化是可能的，并且本发明可以不同于具体描述的方式来实践。

I.一种用于支撑手术工具的手持式手术机器人系统，所述手持式手术机器人系统包括：手持部分；工具支撑件，所述工具支撑件被可移动地联接到所述手持部分，所述工具支撑件被配置成支撑所述手术工具并且还包括工具驱动马达；多个致动器，所述多个致动器将所述工具支撑件和所述手持部分操作性地互连，所述多个致动器被配置成使所述工具支撑件在一个或更多个自由度中相对于所述手持部分移动；在所述工具支撑件上的控制器，所述控制器与所述工具驱动马达和所述多个致动器中的每个致动器通信；以及多个柔性电路，所述多个柔性电路将所述器械控制器与所述多个致动器中的每个致动器连接，其中，所述多个柔性电路在所述工具支撑件被相对于所述手持部分在所述多个自由度中移动的同时保持所述器械控制器与所述多个致动器之间的连接。

II.根据条款I所述的系统，其中，所述多个柔性电路中的每个柔性电路具有宽度和厚度，所述宽度是所述厚度的至少八倍。

III.根据前述条款中的任一项所述的系统，其中，所述多个柔性电路中的至少一个具有纵向轴线，并且所述多个柔性电路中的所述至少一个从所述多个致动器中的一个上的联接点延伸并且接合所述工具支撑件和所述手持部分中的一个上的柔性引导件以最小化所述至少一个柔性电路在一个或更多个自由度中的变形，并且可选择地，所述多个致动器中的至少一个在枢转轴线处被联接到所述工具支撑件，其中，所述柔性引导件被定位成使得所述至少一个柔性电路的纵向轴线与所述枢转轴线的中心点对准。

IV.根据前述条款中的任一项所述的系统，其中，所述多个柔性电路在所述致动器中的每一个的与所述工具支撑件连接的一部分处与所述多个致动器连接。

V.根据条款IV所述的系统，其中，所述多个柔性电路包括第一柔性电路，并且所述多个致动器包括第一致动器，所述第一致动器包括导螺杆、马达和壳体，所述马达被设置在所述壳体内，所述导螺杆被连接到所述手持部分，并且所述壳体被连接到所述工具支撑件，其中，所述第一柔性电路从所述壳体延伸到所述器械控制器。

VI.根据条款V所述的系统，其中，所述第一致动器的壳体包括连接器，并且所述第一柔性电路被铺设到所述壳体并被利用所述连接器联接到所述壳体。

VII.根据条款VI所述的系统，其中，所述第一柔性电路包括围绕所述第一致动器的周界缠绕的长度，所述第一柔性电路的长度缠绕至少四分之三圈，缠绕在所述第一致动器的周界上的长度为所述第一柔性电路提供了足够的长度，以在所述工具支撑件被相对于所述手持部分在所述多个自由度中移动而没有系结和卡扣的同时保持与所述第一致动器的连接。

VIII.根据条款VII所述的系统，其中，所述第一柔性电路被围绕所述第一致动器的周界缠绕至少一又四分之三圈。

IX.根据条款VII所述的系统，其中，所述第一柔性电路包括两个或更多个平面肘弯。

X.根据条款VII所述的系统，其中，由所述第一柔性电路形成的圈与所述第一致动器轴向对准。

XI.根据前述条款中的任一项所述的系统，其中，所述多个柔性电路被布置在所述工具支撑件与所述多个致动器之间，使得所述柔性电路的翻转运动与所述工具支撑件的运动隔离开。

XII.一种手持式机器人器械，包括被配置成由用户握持的手持部分和被联接到所述手持部分的工具支撑件，所述工具支撑件包括：工具驱动马达，其被配置成驱动工具的运动；致动器组件，其操作性地互连所述工具支撑件和所述手持部分以移动所述工具支撑件，从而使所述工具相对于所述手持部分在多个自由度中移动以对准所述工具，所述致动器组件包括多个致动器，每个致动器包括马达和位置传感器，所述多个致动器包括第一致动器和第二致动器；控制器，其被安装到所述工具支撑件，所述控制器与所述工具驱动马达和所述多个致动器中的每个致动器通信；以及多个柔性电路，所述多个柔性电路包括从所述第一致动器延伸到所述控制器的第一柔性电路和从所述第二致动器延伸到所述控制器的第二柔性电路，其中，所述工具支撑件包括柔性引导件，所述柔性电路中的至少一个被连接到所述柔性引导件，以在所述工具支撑件在所述多个自由度中移动时引导和铺设所述至少一个柔性电路。

XIII.根据条款XXII所述的器械，其中，所述多个柔性电路中的至少一个具有宽度和厚度，所述宽度是所述厚度的至少十倍。

XIV.根据条款XXII或XXIII所述的器械，其中，所述多个柔性电路中的至少一个具有纵向轴线，并且所述多个柔性电路中的所述至少一个从所述多个致动器中的一个上的联接点延伸并接合所述工具支撑件上的柔性引导件，并且，可选择地，所述多个致动器中的至少一个在枢转轴线处被联接到所述工具支撑件，其中，所述柔性引导件被定位成使得所述至少一个柔性电路的纵向轴线与所述枢转轴线的中心点对准，以最小化所述至少一个柔性电路在翻转自由度、俯仰自由度或两者中的变形。

XV.根据条款XXIII或XIV所述的器械，其中，所述柔性引导件限定通道，所述通道包括顶表面和底表面。

XVI.根据条款XV所述的器械，其中，所述柔性引导件形成有轮廓，所述轮廓限定了所述柔性电路在俯仰和翻转运动过程中的旋转跨度。

XVII.根据条款XVI所述的器械，其中，所述多个柔性电路的宽度比所述柔性引导件的宽度窄得多，使得所述柔性引导件在移动过程中在所述柔性电路的整个宽度上提供支撑。

XVIII.根据条款XVII所述的器械，其中，所述柔性引导件限定通道，所述通道包括顶表面和底表面，所述顶表面和所述底表面形成所述柔性引导件的轮廓，所述轮廓限定所述柔性电路的旋转跨度。

XIX.根据条款XVIII所述的器械，其中，所述顶表面和所述底表面具有相同的轮廓。

XX.根据条款XVIII或XIX所述的器械，其中，所述顶表面和所述底表面具有不同的轮廓。

XXI.根据条款XX所述的器械，其中，所述轮廓包括具有第一高度和第二高度的部分，所述第一高度不同于所述第二高度，当所述手持部分处于最大移动范围时，所述第一高度接合所述柔性电路。

XXII.根据条款XVIII-XXI中的任一项所述的器械，其中，所述顶表面和所述底表面各自具有延伸所述通道的长度的突起，所述突起形成从所述突起到所述通道的每一侧的倾斜表面，所述突出从所述底表面朝向所述顶表面延伸并且从所述顶表面朝向所述底表面延伸。

XXIII.根据条款XXII所述的器械，其中，所述柔性电路的厚度小于所述通道的所述顶表面的突起与所述底表面的突起之间的距离，以使所述柔性电路能够穿过所述通道。

XXIV.根据条款XXIII所述的器械，其中，当所述工具支撑件被在所述多个自由度中移动时，所述柔性电路的中心区段围绕所述顶表面的突起和所述底表面的突起枢转。

XXV.一种用于与工具一起使用以实施手术的手持式机器人器械，所述机器人器械包括：由用户握持的手持部分；被联接到所述手持部分的工具支撑件，所述工具支撑件包括：工具驱动马达，其用于驱动工具运动；致动器组件，其将所述工具支撑件与所述手持部分操作性地互连，所述致动器组件被配置成使所述工具支撑件相对于所述手持部分在多个自由度中移动以对准所述工具，所述致动器组件包括至少一个致动器，每个致动器包括马达和位置传感器；控制器，所述控制器被安装到所述工具支撑件，所述控制器与所述工具驱动马达和每个致动器电气通信；传感器，其被配置成输出信号，所述传感器被安装到所述手持部分，所述传感器使用柔性导体连接到所述控制器；以及包括偏置构件的张紧组件，所述张紧组件被配置成在所述致动器组件使所述工具支撑件相对于所述手持部分在所述多个自由度中的至少一个中移动的同时向所述柔性导体施加张力。

XXVI.一种用于保持手持式机器人器械的两个部件之间的电连接的方法，所述机器人器械包括：用于由用户握持的手持部分；被联接到所述手持部分的工具支撑件；致动器组件，其用于使所述工具支撑件相对于所述手持部分在多个自由度中移动，所述致动器组件包括多个致动器，并且所述多个致动器中的至少一个将所述工具支撑件与所述手持部分操作性地互连；安装到所述工具支撑件的控制器；输出信号的传感器，所述传感器被安装到所述手持部分，所述传感器被使用柔性导体连接到所述控制器；以及包括偏置构件的张紧组件，所述方法包括：利用所述多个致动器使所述工具支撑件在所述多个自由度中的至少一个中相对于所述手持部分移动；当所述致动器组件在所述多个自由度中的所述至少一个中移动时，利用所述张紧组件张紧所述柔性导体。

XXVII.一种用于与工具一起使用以实施手术的手持式机器人器械，所述机器人器械包括：用于由用户握持的手持部分；工具支撑件，其被联接到所述手持部分；致动器组件，其用于使所述工具支撑件相对于所述手持部分在多个自由度中移动，所述致动器组件包括多个致动器，每个致动器包括马达和位置传感器；控制器，其被安装到所述手持部分，所述控制器使用柔性导体与所述多个致动器中的每个通信；工具驱动马达，其用于驱动工具的运动，所述工具驱动马达被安装到所述工具支撑件，所述工具驱动马达被使用柔性导体连接到所述控制器；以及包括偏置构件的张紧组件，所述张紧组件被配置成在所述致动器组件相对于所述手持部分在所述多个自由度中的至少一个中移动所述工具支撑件的同时将张力施加到所述驱动马达的所述柔性导体或所述致动器中的一个或更多个。

XXVIII.一种用于与工具一起使用以实施手术的手持式机器人器械，所述机器人器械包括：用于由用户握持的手持部分；工具支撑件，其被联接到所述手持部分；致动器组件，其将所述工具支撑件和所述手持部分操作性地互连，以使所述工具支撑件相对于所述手持部分在多个自由度中移动，所述致动器组件包括多个致动器，每个致动器包括马达；控制器，其与所述多个致动器中的每个致动器通信，所述控制器被安装到所述手持部分或所述工具支撑件；输出信号的传感器，所述传感器被使用柔性导体连接到所述控制器，所述传感器被安装到所述手持部分或所述工具支撑件中的另一个；以及包括偏置构件的张紧组件，所述张紧组件被配置成在所述致动器组件相对于所述手持部分在所述多个自由度中的至少一个中移动所述工具支撑件的同时向所述柔性导体施加张力。

XXIX.根据条款XXVIII所述的器械，其中，所述传感器被安装于所述工具支撑件，并且控制器被安装于所述手持部分。

XXX.根据条款XXIX所述的器械，其中，所述传感器被安装于所述手持部分，所述控制器被安装于所述工具支撑件，并且所述传感器被配置成感测输入信号。

XXXI.根据条款XXVIII所述的器械，其中，所述张紧组件被联接到所述手持部分。

XXXII.一种用于支撑手术工具的手持式手术机器人系统，所述手持式手术机器人包括：手持部分；工具支撑件，其被可移动地联接到所述手持部分，所述工具支撑件被配置成支撑所述手术工具并且还包括工具驱动马达；多个致动器，其将所述工具支撑件和所述手持部分操作性地互连，所述多个致动器被配置成使所述工具支撑件相对于所述手持部分在多个自由度中移动；被设置在所述手持部分上的控制器，所述控制器与所述工具驱动马达和所述多个致动器中的每一个致动器通信；以及多个柔性电路，所述多个柔性电路将所述器械控制器与所述多个致动器中的每一个联接，其中，当所述工具支撑件被相对于所述手持部分在所述多个自由度中移动时，所述多个柔性电路保持所述控制器与所述多个致动器之间的连接，其中，所述多个柔性电路中的至少一个具有纵向轴线，并且所述多个柔性电路中的至少一个从所述多个柔性电路中的至少一个多个致动器中的一个上的联接点延伸并且接合所述工具支撑件或所述手持部分上的柔性引导件，以最小化所述至少一个柔性电路在一个或更多个自由度中的变形。

XXXIII.一种保持手持式机器人器械的两个部件之间的电连接的方法，所述机器人器械包括：用于由用户握持的手持部分；被联接到所述手持部分的工具支撑件；致动器组件，其用于使所述工具支撑件相对于所述手持部分在多个自由度中移动，所述致动器组件包括：多个致动器；被安装到所述工具支撑件或所述手持部分的控制器；输出信号的传感器，所述传感器被联接到所述手持部分和所述工具支撑件中的另一个(与所述控制相对)，所述传感器被使用柔性导体连接到所述控制器；以及包括偏置构件的张紧组件，所述方法包括：利用所述多个致动器使所述工具支撑件在所述多个自由度中的至少一个中相对于所述手持部分移动；当所述致动器组件在所述多个自由度中的至少一个中移动时，利用所述张紧组件张紧所述柔性导体。

Claims (40)

1.一种机器人手持式手术器械，包括：

用于由用户握持的手持部分；

工具支撑件，所述工具支撑件被联接到所述手持部分；

致动器组件，所述致动器组件将所述工具支撑件和所述手持部分操作性地互连以移动所述工具支撑件，从而使所述工具相对于所述手持部分在多个自由度中移动以对准所述工具，所述致动器组件包括多个致动器，每个致动器包括马达；

控制器，所述控制器被安装到所述工具支撑件，所述控制器与所述工具驱动马达通信；

所述手持部分包括输入模块，所述输入模块包括：

触发器；和

传感器，所述传感器输出表示触发器位置的信号，所述传感器与所述控制器通信；和

柔性电路，所述柔性电路将所述控制器连接到所述输入模块，

包括偏置构件的张紧组件，所述张紧组件被配置成向所述柔性电路施加张力，其中，所述柔性电路与所述输入模块连接，使得所述柔性电路由所述张紧组件引导，所述偏置构件被配置成在所述工具支撑件被相对于所述手持部分在所述多个自由度中移动时，向所述柔性电路施加张力。

2.如权利要求1所述的机器人器械，其中，所述张紧组件包括铺设构件。

3.如权利要求2所述的机器人器械，其中，所述铺设构件是相对于所述张紧组件固定的。

4.如权利要求1-3中的任一项所述的机器人器械，其中，所述铺设构件是辊构件。

5.如权利要求1-4中的任一项所述的机器人器械，其中，所述柔性电路是印刷电路。

6.如权利要求1-5中的任一项所述的机器人器械，其中，所述偏置构件对所述柔性电路施加力，使得当工具支撑件被在朝向所述手持部分的方向上移动时，所述张紧组件收紧所述柔性电路中的松弛，并且当所述工具支撑件被远离所述手持部分移动时，所述柔性电路施加的力大于所述偏置构件的力，使得所述柔性电路具有更大的可用长度以行进。

7.如权利要求3中的任一项所述的机器人器械，其中，所述柔性电路被围绕所述铺设构件铺设，并且被放置成与所述偏置构件接触。

8.如权利要求1-7中的任一项所述的机器人器械，其中，所述传感器是霍尔效应传感器。

9.如权利要求1-8中的任一项所述的机器人器械，其中，被与所述输入模块连接的所述柔性电路包括调节圈，所述调节圈将所述柔性电路围绕所述工具支撑件的纵向枢转轴线布置于原始位置，所述调节圈被配置成随着所述工具支撑件被相对于所述手持部分在俯仰自由度中移动而扩张和收缩。

10.一种用于与工具一起使用以实施手术的手持式机器人手术器械，所述机器人器械包括：

用于由用户握持的手持部分；

被联接到所述手持部分的工具支撑件，所述工具支撑件包括用以驱动所述工具的运动的工具驱动马达，

致动器组件，所述致动器组件用以移动所述工具支撑件以使所述工具相对于所述手持部分在多个自由度中移动，所述致动器组件包括多个致动器，其中至少一个致动器将所述工具支撑件与所述手持部分互连，每个致动器包括马达；

控制器，所述控制器被安装到所述工具支撑件，所述控制器与所述工具驱动马达和所述多个致动器中的每个马达通信；

输入模块，所述输入模块被安装到所述手持部分，所述输入模块包括：

触发器，所述触发器能够相对于所述手持部分移动；

触发传感器，所述触发传感器输出表示触发器位置的信号；和柔性导体，所述柔性导体从所述控制器延伸到所述触发传感器，

包括偏置构件的张紧组件，所述张紧组件被定位成在所述工具支撑件相对于所述手持部分在所述多个自由度中移动时控制施加在所述柔性导体上的张力，以减少所述手持部分与所述工具支撑件之间的所述柔性导线中的松弛。

11.如权利要求10所述的机器人器械，其中，所述柔性导体是包括多个电路引线的柔性电路。

12.如权利要求11所述的机器人器械，其中，所述张紧组件对所述柔性电路施加力，使得当所述工具支撑件的一部分被在朝向所述手持部分的方向上移动时，所述张紧组件张紧所述柔性电路，并且当所述工具支撑件被远离所述手持部分移动时，所述致动器组件施加的力大于所述偏置构件的力，使得所述柔性电路具有更大的可用长度以行进。

13.如权利要求11所述的机器人器械，其中，所述张紧组件包括壳体和被可移动地联接到所述壳体的张紧构件，所述张紧构件被配置成通过接触所述工具支撑件与所述触发传感器之间的所述柔性电路来将负载施加到所述柔性电路的一部分。

14.如权利要求13所述的机器人器械，其中，所述张紧构件是摇臂，所述摇臂包括第一端和第二端，所述第一端与所述壳体可枢转地连接。

15.如权利要求14所述的机器人器械，其中，所述偏置构件被定位在所述壳体与所述摇臂之间。

16.如权利要求14或15所述的机器人器械，其中，所述摇臂在所述第二端处包括铺设构件，所述铺设构件被与所述摇臂的枢转连接件相对地定位。

17.如权利要求16所述的机器人器械，其中，所述铺设构件能够相对于所述摇臂旋转，以减少对柔性电路的拉拽。

18.如权利要求16或17中的任一项所述的机器人器械，其中，所述柔性导体被围绕所述铺设构件铺设，使得所述偏置构件通过所述摇臂将力施加到所述柔性导线上。

19.如权利要求18所述的机器人器械，其中，所述张紧组件包括所述壳体内的引导构件，所述引导构件具有与所述摇臂的运动同心的曲率。

20.如权利要求19所述的机器人器械，其中，所述偏置构件被围绕所述引导构件设置，以在所述摇臂的运动过程中引导所述偏置构件。

21.如权利要求16-20中的任一项所述的机器人器械，其中，所述张紧组件包括多个铺设构件，所述多个铺设构件包括至少一个固定的铺设构件和被联接到所述偏置构件的至少一个张紧构件。

22.如权利要求21所述的机器人器械，其中，所述多个铺设构件形成所述柔性导体铺设所围绕的非线性路径。

23.如权利要求22所述的机器人器械，其中，所述非线性路径在于所述多个自由度之间移动时被改变。

24.如权利要求22-23中的任一项所述的机器人器械，其中，所述至少一个固定的铺设构件是辊构件，所述辊构件围绕轴线旋转以减少对所述柔性导体的拉拽。

25.如权利要求10-24中的任一项所述的机器人器械，其中，所述传感器是霍尔效应传感器。

26.如权利要求10-25中的任一项所述的机器人器械，其中，所述柔性导体包括调节圈，所述调节圈将所述柔性导体围绕所述工具支撑件的纵向枢转轴线布置于原始位置，所述调节圈被配置成当所述工具支撑件被相对于所述手持部分在俯仰自由度中移动时扩张和收缩。

27.一种用于与工具一起使用以实施手术的手持式机器人手术器械，所述机器人器械包括向传感器提供磁隔离的部件，所述机器人器械包括：

用于由用户握持的手持部分；

工具支撑件，所述工具支撑件被联接到所述手持部分，所述工具支撑件包括用于驱动工具的运动的工具驱动马达，所述工具驱动马达被安装到所述工具支撑件，和

致动器组件，所述致动器组件用以使所述工具支撑件相对于所述手持部分在多个自由度中移动，所述致动器组件包括多个致动器，其中，所述多个致动器中的每个致动器包括：致动器壳体；被可移动地联接到所述致动器壳体的导螺杆，所述致动器壳体和所述导螺杆中的一个包括磁体，并且所述致动器壳体和所述导螺杆中的另一个包括用于检测所述致动器的位置的致动器传感器；

连杆机构，所述连杆机构将所述工具支撑件与所述手持部分操作性地互连，其中，所述连杆机构的至少一个部件由铁磁材料形成；

输入模块，所述输入模块被安装到所述手持部分，所述输入模块包括：

触发器，所述触发器能够相对于所述手持部分移动；

其中，所述手持部分和所述触发器中的一个包括触发磁体，而所述手持部分和所述触发器中的另一个包括被配置成输出表示触发器位置的信号的触发传感器。

28.如权利要求27所述的机器人器械，其中，所述连杆机构的铁磁材料具有大于0.5特斯拉的饱和磁化强度和大于100的最大相对磁导率。

29.如权利要求27所述的机器人器械，其中，所述连杆机构包括轴和套筒，所述套筒被配置成接收所述轴，所述连杆机构被配置成使所述轴能够相对于所述套筒轴向地滑动，所述轴由具有大于0.5特斯拉的饱和磁化强度和大于100的最大相对磁导率的铁磁材料形成。

30.如权利要求27-29中的任一项所述的机器人器械，其中，所述连杆机构被以被配置成约束所述工具支撑件相对于所述手持部分在至少一个自由度中移动的方式联接到所述工具支撑件和所述手持部分。

31.如权利要求27-30中的任一项所述的机器人器械，其中，所述致动器壳体的至少一个部件由铁磁材料形成。

32.如权利要求31所述的机器人器械，其中，所述致动器壳体包括罐和被联接到所述罐的帽，所述罐由铁磁材料形成。

33.如权利要求32所述的机器人器械，其中，所述罐的铁磁材料具有大于0.5特斯拉的饱和磁化强度和大于100的相对最大磁导率。

34.如权利要求33所述的机器人器械，其中，所述致动器传感器是霍尔效应传感器。

35.如权利要求27-34中的任一项所述的机器人器械，其中，所述机器人器械还包括可拆卸附件，所述可拆卸附件被使用磁场联接到所述工具支撑件和所述手持部分中的一者。

36.如权利要求35所述的机器人器械，其中，所述可拆卸附件是平面对准装置。

37.如权利要求27所述的机器人器械，其中，所述多个致动器中的至少一个的一部分位于所述连杆机构的远侧，并且所述多个致动器中的至少一个的一部分位于所述连杆机构的近侧。

38.如权利要求27所述的机器人器械，其中，所述触发器包括所述触发磁体，并且所述手持部分包括所述触发传感器。

39.如权利要求27所述的机器人器械，其中，所述触发传感器是霍尔效应传感器。

40.如权利要求27-39中的任一项所述的机器人器械，其中，所述机器人器械还包括控制器，所述控制器与所述多个致动器中的每个致动器传感器、所述工具驱动马达和所述触发传感器通信。