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CN111031950B - 用于机器人外科系统的包括腕组件和单极工具的末端执行器 - Google Patents

用于机器人外科系统的包括腕组件和单极工具的末端执行器 Download PDF

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CN111031950B CN201880053171.7A CN201880053171A CN111031950B CN 111031950 B CN111031950 B CN 111031950B CN 201880053171 A CN201880053171 A CN 201880053171A CN 111031950 B CN111031950 B CN 111031950B
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Abstract

提供了一种用于与机器人外科系统一起使用并且连接至机器人外科系统的机器人手臂的末端执行器,其包括近侧毂、远侧毂和支撑毂。所述远侧毂绕第一枢转轴线枢转地联接至所述近侧毂的两个相对的直立支撑件。所述支撑毂绕第二枢转轴线枢转地联接至所述远侧毂的两个相对的直立支撑件。第一驱动构件和第二驱动构件联接至支撑毂的相对侧并且第三驱动构件联接至远侧毂。所述第一驱动构件和所述第二驱动构件的同时向近侧平移引起所述远侧毂绕所述第一枢转轴线枢转,并且所述第一驱动构件或所述第二驱动构件中的仅一个的向近侧平移引起所述支撑毂绕所述第二枢转轴线枢转。

Description

用于机器人外科系统的包括腕组件和单极工具的末端执行器
背景技术
机器人外科系统已经被用于微创医疗程序中。一些机器人外科系统包括支撑外科机器人手臂和外科器械的控制台,该外科器械具有安装在机器人手臂上的至少一个末端执行器(例如,钳夹或抓握工具)。机器人手臂为外科器械提供机械动力用于其操作和运动。每个机器人手臂可包括可操作地连接至外科器械的器械驱动单元。
缆线从机器人控制台延伸,穿过机器人手臂,并连接到腕组件和/或末端执行器。在某些情况下,缆线借助由处理系统控制的电机来致动,该处理系统包括用于用户接口,以便外科医生或临床医生能够控制包括机器人手臂、腕组件和/或末端执行器的机器人外科系统。
在某些情况下,通过使用联接至末端执行器的不同部件的四根缆线或与联接至末端执行器的部件的滑轮系统结合使用的两根缆线,腕组件配置用于末端执行器的关节式运动。每根缆线将由至少一个电机控制。在这样的构造中,末端执行器的部件内的空间被缆线占据,而机器人手臂内的空间被电机占据。甚至更多的空间占据是从机器人手臂延伸到末端执行器各部分的电缆。
随着对具有更大的可操纵性和更大的外科能力的较小的外科工具的需求增加,存在对可以与动力电外科器械一起使用的末端执行器的需求。另外,存在对具有需要较少的缆线、电机和部件的关节式运动机构的末端执行器的需求,从而使这些工具的横截面积、最终产品的成本、装配成本等最小化。
发明内容
根据本公开的一方面,提供了一种用于与机器人系统一起使用的末端执行器。所述末端执行器包括近侧毂、远侧毂和支撑毂。所述远侧毂绕第一枢转轴线联接至所述近侧毂的所述两个相对的直立支撑件。所述支撑毂绕横向于所述第一枢转轴线的第二枢转轴线联接至所述远侧毂的两个相对的直立支撑件。第一驱动构件和第二驱动构件联接至所述支撑毂的相对侧并且第三驱动构件联接至所述远侧毂。
在本公开的一方面中,所述第一驱动构件和所述第二驱动构件的同时向近侧平移引起所述远侧毂绕所述第一枢转轴线枢转。在一些实施例中,所述第一驱动构件或所述第二驱动构件中的仅一个的向近侧平移引起所述支撑毂绕所述第二枢转轴线枢转。
另外地,所述第一驱动构件和所述第二驱动构件的同时向近侧平移引起所述远侧毂绕所述第一枢转轴线沿第一方向枢转,并且所述第三驱动构件的向近侧平移引起所述远侧毂绕所述第一枢转轴线沿与所述第一方向相反的第二方向枢转。另外地,所述第一驱动构件的向近侧平移和所述第二驱动构件的向远侧平移可引起所述支撑毂绕所述第二枢转轴线沿第一方向枢转,并且所述第一驱动构件的向远侧平移和所述第二驱动构件的向近侧平移可引起所述支撑毂绕所述第二枢转轴线沿与所述第一方向相反的第二方向枢转。
所述支撑毂可构造成接纳单极工具。例如,所述支撑毂可具有用于在其中接纳单极工具的开口。另外地,所述末端执行器可包括单极工具。所述单极工具可构造成经由电力电缆联接至电外科发生器。
所述末端执行器可进一步包括滑轮系统。所述滑轮系统可包括第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮和第四滑轮。所述第一滑轮、所述第二滑轮、所述第三滑轮和所述第四滑轮中的每个能够经由近侧滑轮销操作性地联接至所述近侧毂并且能沿着所述第一枢转轴线旋转。所述第一驱动构件可缠绕所述第一滑轮的至少一部分,所述第二驱动构件可缠绕所述第二滑轮的至少一部分,所述第三驱动构件可缠绕所述第三滑轮的至少一部分,并且所述电力电缆可缠绕所述第四滑轮的至少一部分。
另外地,或者可选地,所述末端执行器的所述滑轮系统还可包括第五滑轮、第六滑轮和第七滑轮。所述第五滑轮、所述第六滑轮和所述第七滑轮中的每个可经由远侧滑轮销操作性地联接至所述近侧毂。所述第一驱动构件可缠绕所述第五滑轮的至少一部分,所述第二驱动构件可缠绕所述第六滑轮的至少一部分,且所述电力电缆可缠绕所述第七滑轮的至少一部分。
根据本公开的另一方面,提供了一种用于与机器人外科系统一起使用的机电外科器械。所述机电外科器械包括可包括位于其近侧部上的驱动组件和位于其远侧部上的末端执行器。所述驱动组件可包括:第一驱动螺杆,其具有第一螺纹轴部和螺纹地联接至所述第一螺纹轴部的第一螺母;第二驱动螺杆,其具有第二螺纹轴部和螺纹地联接至所述第二螺纹轴部的第二螺母;以及第三驱动螺杆,其具有第三螺纹轴部和螺纹地联接至所述第三螺纹轴部的第三螺母。所述第一驱动螺杆、所述第二驱动螺杆和所述第三驱动螺杆中的每个可连接至相应的电机用于旋转相应的驱动螺杆。所述末端执行器可包括近侧毂、远侧毂和支撑毂。所述远侧毂绕第一枢转轴线联接至所述近侧毂的两个相对的直立支撑件。所述支撑毂绕横向于所述第一枢转轴线的第二枢转轴线联接至所述远侧毂的两个相对的直立支撑件。
所述机电外科器械可进一步包括将末端执行器的各部分联接至驱动组件的各部分的第一驱动构件、第二驱动构件以及第三驱动构件。在本公开的一方面中,所述第一驱动构件的近侧部联接至第一驱动螺母并且所述第一驱动构件的远侧部联接至所述支撑毂。另外地,所述第二驱动构件的近侧部联接至第二驱动螺母并且所述第二驱动构件的远侧部联接至所述支撑毂。另外地,所述第三驱动构件的近侧部联接至第三驱动螺母并且所述第三驱动构件的远侧部联接至所述远侧毂。
所述第一驱动构件和所述第二驱动构件的同时向近侧平移可引起所述远侧毂绕所述第一枢转轴线枢转。在一些实施例中,所述第一驱动构件或所述第二驱动构件中的仅一个的向近侧平移引起所述支撑毂绕所述第二枢转轴线枢转。
在本公开的一方面中,所述第一驱动构件和所述第二驱动构件的同时向近侧平移引起所述远侧毂绕所述第一枢转轴线沿第一方向枢转,并且所述第三驱动构件的向近侧平移引起所述远侧毂绕所述第一枢转轴线沿与所述第一方向相反的第二方向枢转。另外地,所述第一驱动构件的向近侧平移和所述第二驱动构件的向远侧平移可引起所述支撑毂绕所述第二枢转轴线沿第一方向枢转,并且所述第一驱动构件的向远侧平移和所述第二驱动构件的向近侧平移可引起所述支撑毂绕所述第二枢转轴线沿与所述第一方向相反的第二方向枢转。
所述支撑毂可构造成接纳单极工具。例如,所述支撑毂可具有用于在其中接纳单极工具的开口。另外地,所述末端执行器可包括单极工具。所述单极工具可构造成经由电力电缆联接至电外科发生器。
所述末端执行器可进一步包括滑轮系统。所述滑轮系统可包括第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮和第四滑轮。所述第一滑轮、所述第二滑轮、所述第三滑轮和所述第四滑轮中的每个能够经由近侧滑轮销操作性地联接至所述近侧毂并且能沿着所述第一枢转轴线旋转。所述第一驱动构件可缠绕所述第一滑轮的至少一部分,所述第二驱动构件可缠绕所述第二滑轮的至少一部分,所述第三驱动构件可缠绕所述第三滑轮的至少一部分,并且所述电力电缆可缠绕所述第四滑轮的至少一部分。
另外地,或者可选地,所述末端执行器的所述滑轮系统还可包括第五滑轮、第六滑轮和第七滑轮。所述第五滑轮、所述第六滑轮和所述第七滑轮中的每个可经由远侧滑轮销操作性地联接至所述近侧毂。所述第一驱动构件可缠绕所述第五滑轮的至少一部分,所述第二驱动构件可缠绕所述第六滑轮的至少一部分,且所述电力电缆可缠绕所述第七滑轮的至少一部分。
根据本公开的另一方面,提供了一种机器人电外科系统,并且该机器人电外科系统包括电外科发生器和机电外科器械,所述机电外科器械具有构造成电联接至所述电外科发生器的单极工具。
机器人外科系统的所述机电外科器械可包括位于其近侧部上的驱动组件和位于其远侧部上的末端执行器。所述驱动组件可包括:第一驱动螺杆,其具有第一螺纹轴部和螺纹地联接至所述第一螺纹轴部的第一螺母;第二驱动螺杆,其具有第二螺纹轴部和螺纹地联接至所述第二螺纹轴部的第二螺母;以及第三驱动螺杆,其具有第三螺纹轴部和螺纹地联接至所述第三螺纹轴部的第三螺母。所述第一驱动螺杆、所述第二驱动螺杆和所述第三驱动螺杆中的每个可联接至相应的电机用于旋转相应的驱动螺杆。所述末端执行器可包括近侧毂、远侧毂和支撑毂。所述远侧毂绕第一枢转轴线联接至所述近侧毂的两个相对的直立支撑件。所述支撑毂绕横向于所述第一枢转轴线的第二枢转轴线联接至所述远侧毂的两个相对的直立支撑件。
所述机电外科器械可进一步包括将末端执行器的各部分联接至驱动组件的各部分的第一驱动构件、第二驱动构件以及第三驱动构件。在本公开的一方面中,所述第一驱动构件的近侧部联接至第一驱动螺母并且所述第一驱动构件的远侧部联接至所述支撑毂。另外地,所述第二驱动构件的近侧部联接至第二驱动螺母并且所述第二驱动构件的远侧部联接至所述支撑毂。另外地,所述第三驱动构件的近侧部联接至第三驱动螺母并且所述第三驱动构件的远侧部联接至所述远侧毂。
所述机器人电外科系统可进一步包括电机和控制装置,所述控制装置配置成控制末端执行器或其各部分的关节式运动。例如,所述控制装置可控制联接至相应的驱动构件的相应的电机。所述控制装置可配置成通过在沿与第一方向相反的第二方向致动第二电机时沿所述第一方向致动第一电机来将对所述第一电机的控制与对所述第二电机的控制进行协调。另外地,所述控制装置可配置成通过在沿与第一方向相反的第二方向致动第三电机时沿所述第一方向致动所述第一电机和所述第二电机来将对所述第一电机和所述第二电机的控制与对所述第三电机的控制进行协调。
所述控制装置可配置成引起所述第一驱动构件和所述第二驱动构件的同时向近侧平移,这引起所述远侧毂绕所述第一枢转轴线枢转。在一些实施例中,所述第一驱动构件或所述第二驱动构件中的仅一个的向近侧平移引起所述支撑毂绕所述第二枢转轴线枢转。
另外地,所述控制装置可配置成引起所述第一驱动构件和所述第二驱动构件的同时向近侧平移,这引起所述远侧毂绕所述第一枢转轴线沿第一方向枢转,所述控制装置可配置成引起所述第三驱动构件的向近侧平移,这引起所述远侧毂绕所述第一枢转轴线沿与所述第一方向相反的第二方向枢转。另外地,所述第一驱动构件的向近侧平移和所述第二驱动构件的向远侧平移可引起所述支撑毂绕所述第二枢转轴线沿第一方向枢转,并且所述第一驱动构件的向远侧平移和所述第二驱动构件的向近侧平移可引起所述支撑毂绕所述第二枢转轴线沿与所述第一方向相反的第二方向枢转。
所述支撑毂可具有用于在其中接纳单极工具的开口。所述单极工具可构造成经由电力电缆联接至电外科发生器。
所述末端执行器可进一步包括滑轮系统。所述滑轮系统可包括第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮和第四滑轮。所述第一滑轮、所述第二滑轮、所述第三滑轮和所述第四滑轮中的每个能够经由近侧滑轮销操作性地联接至所述近侧毂并且能沿着所述第一枢转轴线旋转。所述第一驱动构件可缠绕所述第一滑轮的至少一部分,所述第二驱动构件可缠绕所述第二滑轮的至少一部分,所述第三驱动构件可缠绕所述第三滑轮的至少一部分,并且所述电力电缆可缠绕所述第四滑轮的至少一部分。
另外地,或者可选地,所述末端执行器的所述滑轮系统还可包括第五滑轮、第六滑轮和第七滑轮。所述第五滑轮、所述第六滑轮和所述第七滑轮中的每个可经由远侧滑轮销操作性地联接至所述近侧毂。所述第一驱动构件可缠绕所述第五滑轮的至少一部分,所述第二驱动构件可缠绕所述第六滑轮的至少一部分,且所述电力电缆可缠绕所述第七滑轮的至少一部分。
附图说明
在此参考附图描述本公开的实施例,其中:
图1是根据本公开的包括机器人外科组件的机器人外科系统的示意图;
图2A是根据本公开的实施例的机器人外科组件和机电外科器械的立体图;
图2B是图2A中所示的机器人外科组件和机电外科器械在部件分离时的立体图;
图3是与图2A和图2B的机器人外科组件一起使用的机电外科器械的后视立体图;
图4是图3的机电外科器械的驱动组件的立体图;
图5是沿图3的5-5截取的剖视图;
图6是根据本公开的实施例的、用于在图1的机器人外科系统中使用的末端执行器的俯视立体图,该末端执行器包括单极工具;
图7是图6的末端执行器的侧视立体图;
图8是图6的末端执行器的另一侧视立体图;
图9是图6的末端执行器在移除了部件时的另一侧视立体图;
图10是图6的末端执行器在移除了部件时的仰视立体图;
图11是图6的末端执行器在部件分离时的立体图;
图12是图6的末端执行器的支撑毂的立体图;
图13是图6的末端执行器的远侧毂和滑轮系统的立体图;
图14是图6的末端执行器的远侧毂的立体图;
图15是图6的末端执行器的远侧毂的另一立体图;
图16是图6的末端执行器的远侧毂的又一立体图;
图17是图6的末端执行器在移除了部件时并图示出其滑轮系统的侧视立体图;
图18是图6的末端执行器在移除了部件时并图示出其滑轮系统的侧视立体图;
图19是图6的末端执行器的后视立体图,其中部件被移除,图示出了其滑轮系统并且图示出了处于关节式运动状态的其腕组件;
图20是图6的末端执行器的后视立体图,其中部件被移除,图示出了其滑轮系统并且图示出了处于关节式运动状态的其腕组件;
图21是图6的末端执行器的侧视立体图,其中部件被移除,图示出了处于另一种关节式运动状态的其腕组件;
图22是图6的末端执行器的侧视立体图,其中部件被移除,图示出了其滑轮系统并且图示出了处于又一关节式运动状态的其腕组件;以及
图23是图6的末端执行器的侧视立体图,其中部件被移除,图示出了其滑轮系统并且示出了处于又一关节式运动状态的其腕组件。
具体实施方式
参考附图详细描述了包括用于驱动机电外科器械的操作的器械驱动单元的本公开外科组件及其方法的实施例,其中在若干视图的每一个中,相同的附图标记表示相同或相应的元件。如本文中所使用的,术语“远侧”是指机器人外科系统、外科组件或其部件的较靠近患者的那部分,而术语“近侧”是指机器人外科系统、外科组件或其部件的较远离患者的那部分。如本文中所使用的,术语“平行”和“垂直”应理解为包括相对于真正的平行和真正的垂直大致平行和大致垂直至约±10度的相对配置。
如本文所使用的,术语“临床医生”是指医生、护士或其他护理提供者并且可以包括辅助人员。在下面的描述中,没有详细描述公知的功能或构造,以避免在不必要的细节上使本公开模糊。
如下面将详细描述的,提供了一种构造成附接到外科机器人手臂的外科组件。该外科组件包括器械驱动单元,该器械驱动单元具有例如但不限于配置成使机电器械绕其纵向轴线旋转的电机。在一些实施例中,电机可以是空芯电机。另外,提供了一种配置成判定并调节机电器械绕其纵向轴线的旋转程度的反馈组件。机电器械的旋转可以经由传动装置(齿轮、皮带和/或缆线)、经由气动和/或经由液压通过空芯电机、罐式电机(无刷或有刷)来实现。机电器械的旋转轴线可以与器械驱动单元或机器人手臂集成。
首先参考图1,一种外科系统,诸如以机器人外科系统1为例,通常包括一个或多个外科机器人手臂2、3,控制装置4以及与控制装置4联接的手术控制台5。任何外科机器人手臂2、3可与机器人外科组件100以及机电外科器械200联接。机电外科器械200包括布置在其远侧部的末端执行器1000。在一些实施例中,机器人外科组件100可以被可移除地附接到外科机器人手臂2、3之一的滑轨40。在某些实施例中,机器人外科组件100可以被固定地附接到外科机器人手臂2、3之一的滑轨40。
手术控制台5包括显示装置6以及手动输入装置7、8,该显示装置6被设立以显示三维图像;借助手动输入装置7、8,临床医生(未示出)能够以第一手术模式远距离操纵机器人手臂2、3,这是本领域技术人员原则上已知的。每个机器人手臂2、3可以由任意数量的构件组成,这些构件可以通过关节连接。机器人手臂2、3可由连接到控制装置4的电驱动器(未示出)驱动。控制装置4(例如,计算机)被设立为例如借助计算机程序如如下方式来激活驱动器:机器人手臂2、3,所附接的机器人外科组件100以及因此的机电外科器械200(包括末端执行器1000)根据通过手动输入装置7、8定义的移动执行期望的移动。控制装置4也可以以其调节机器人手臂2、3和/或驱动器的移动的方式来设立。
机器人外科系统1被配置用于在置于(例如,躺在)手术台“ST”上以待借助例如机电外科器械200并且更具体地为机电外科器械200的末端执行器1000的外科器械来以微创方式进行治疗的患者“P”上使用。机器人外科系统1还可以包括两个以上的机器人手臂2、3,另外的机器人手臂同样地连接至控制装置4并且可借助手术控制台5进行远距离操纵。外科器械,例如机电外科器械200(包括其末端执行器1000),也可以附接到任何另外的机器人手臂。
控制装置4可以控制一个或多个电机,例如电动机(未示出),每个电机被配置为驱动机器人手臂2、3沿任意数量的方向运动。此外,控制装置4可以控制器械驱动单元110,该器械驱动单元110包括布置在机器人外科组件100的无菌屏障壳体130内的电机组50的电机52a、52b和52c。电机组50的电机52a、52b和52c驱动机电外科器械200的末端执行器1000的各种操作。电机52a、52b和52c可包括旋转电机,诸如以罐式电机为例。电机52a、52b和52c中的一个或多个(或另一电机,未示出)可以被配置为驱动机电外科器械200或其部件沿其纵向轴线的相对旋转。在一些实施例中,电机组50的每个电机52a、52b和52c可以被配置成致动(例如旋转)相应的驱动螺杆340a、340b、340c(图4)(或者例如线性驱动器、绞盘等),驱动螺杆可操作地连接至驱动杆或杠杆臂,以实现机电外科器械200的机电末端执行器1000的操作和/或运动。
继续参考图1,机器人外科系统1包括与机器人手臂2或3联接或联接至机器人手臂2或3的机器人外科组件100以及联接至机器人外科组件100的机电外科器械200。机器人外科组件100将动力和致动力从其电机传递到机电外科器械200的从动构件以最终驱动机电外科器械200的末端执行器1000的部件的运动,例如末端执行器1000的关节式运动/旋转/俯仰/左右摇摆。机器人外科组件100还可以配置为激活或击发基于电外科能量的器械等(例如缆线驱动器、滑轮、摩擦轮、齿条和小齿轮装置等)。
如上所述,机器人外科组件100的器械驱动单元110包括电机组50和无菌屏障壳体130。电机组50包括用于控制机电外科器械200的末端执行器1000的各种操作的电机52a、52b、52c。机电外科器械200被可移除地联接至器械驱动单元110,并且器械驱动单元110能够可移除地联接或固定地联接至外科机器人手臂2、3之一的滑轨40(图1)。
如以下更详细地描述,在使用中,当电机组50的电机52a、52b、52c被致动时,电机52a、52b、52c的驱动轴54a、54b、54c的旋转分别被传递到机电外科器械200的驱动组件300a、300b、300c(图3)的各个近侧联接器310a、310b、310c。
现在转到图3至图5,示出并将描述机电外科器械200的近侧部。机电外科器械200可具有稳固至或可稳固至其远侧端的外科器械或末端执行器1000(图6至图23)。机电外科器械200被配置为将由机器人外科组件100(例如,经由电机组50的电机52a、52b、52c)提供的旋转力/运动传递成驱动构件380a、380b、380c的纵向运动或平移以实现末端执行器1000的各种功能。
机电外科器械200包括壳体组件210,该壳体组件210包括在其中限定至少一个腔或孔212a、212b、212c、212d的壳体212,该腔或孔212a、212b、212c、212d被构造成在其中接纳相应的驱动组件300a、300b、300c和电力电缆118。根据本公开,壳体212的每个孔212a、212b、212c被构造成在其中可操作地支撑相应的驱动组件300a、300b和300c,并且孔212d被构造成在其中可操作地支撑电力电缆118。
如图3至图5中图示出的,壳体212的每个孔212a、212b、212c在其中限定了各自的纵向延伸的沟槽或通道213a、213b、213c。每个通道213a、213b、213c被配置为滑动地接受从相应的驱动组件300a、300b、300c的相应的驱动螺母350a、350b、350c径向延伸的轨道或凸起353a、353b、353c,这将在下面更详细地描述。
当机电外科器械200完全连接到机器人外科组件100时,机电外科器械200的驱动组件300a、300b、300c的近侧联接器310a、310b、310c与器械驱动单元110内的相应的驱动轴54a、54b、54c对准并连接(图2A和2B)以将相应的驱动组件300a、300b、300b联接到机器人外科组件100的相应的电机52a、52b、52c。
机电外科器械200的壳体组件210的壳体212支撑电连接器220(图3),该电连接器220构造成用于选择性地连接至机器人外科组件100的器械驱动单元110的插头140(图2A和图2B)。机电外科器械200可以包括电子设备,包括但不限于存储器(用于存储标识信息、使用信息等)、有线或无线通信电路(用于从机电外科器械200接收数据或信息以及向机电外科器械200发送数据或信息、从控制装置4接收数据或信息以及向控制装置4发送数据或信息,和/或从远程中央处理系统接收数据或信息以及向远程中央处理系统发送数据或信息)。机器人外科组件100可以被构造成允许专用电灼电缆(例如,缆线118)等通过或布线,以用于使用和连接到基于电外科的机电外科器械(例如,用于消融、凝结、密封等)。电连接器220可以包括但不限于导电连接器、磁性连接器、电阻性连接器、电容性连接器、霍尔传感器、簧片开关等。
继续参考图3至图5,机电外科器械200的壳体组件210容纳多个驱动组件,其被示出为驱动组件300a、300b、300c。在所图示出的实施例中,机电外科器械200包括三个驱动组件300a、300b、300c;然而,在不脱离本公开的范围的情况下,机电外科器械200可包括更多(例如,四个、五个或六个)或更少(例如,两个)驱动组件。
每个驱动组件300a、300b、300c包括各自的近侧联接器310a、310b、310,近侧轴承320a、320b、320c,驱动螺杆340a、340b、340c,驱动螺母350a、350b、350c,偏置元件370a、370b、370c和驱动构件(例如,驱动杆或驱动缆线)380a、380b、380c。每个驱动组件300a、300b、300c的近侧联接器310a、310b、310c构造成以啮合方式与联接至机器人外科组件100的各个电机的各个驱动器联接器(未示出)接合。在操作中,电机52a、52b、52c的驱动传递轴54a、54b、54c的旋转导致相应的驱动组件300a、300b、300c的相应的近侧联接器310a、310b、310c的相应旋转。
每个驱动组件300a、300b、300c的近侧联接器310a、310b、310c被键接到或以其他方式不可旋转地连接到相应的驱动螺杆340a、340b、340c的近侧端。因此,近侧联接器310a、310b、310c的旋转导致相应的驱动螺杆340a、340b、340c的对应旋转。
每个近侧轴承320a、320b、320c关于相应的驱动螺杆340a、340b、340c的近侧部邻近壳体组件210的壳体212的近侧端布置。每个驱动螺杆340a、340b、340c的远侧端或尖端可以可旋转地布置或支撑在限定在壳体212的远侧端中的相应的凹槽214a、214b、214c中(参见图5)。
每个驱动螺杆340a、340b、340c包括螺纹体或轴部341a、341b、341c,并且限定了延伸穿过其径向中心的纵向轴线“L-L”(参见图4)。在使用中,如上所述的近侧联接器310a、310b、310c的旋转导致相应的驱动螺杆340a、340b、340c绕纵向轴线“L-L”以相应的方向和旋转速率旋转。
每个驱动螺母350a、350b、350c(或绞盘)均包括沿纵向延伸穿过其中的螺纹孔351a、351b、351c,该螺纹孔被构造成与各个驱动螺杆340a、340b、340c的螺纹轴部341a、341b、341c机械地接合。每个驱动螺母350a、350b、350c构造成以如下这种方式定位在相应的驱动螺杆340a、340b、340c上:使得驱动螺杆340a、340b、340c的旋转引起相应的驱动螺母350a、350b、350c的纵向移动或平移。而且,近侧联接器310a、310b、310c沿第一方向(例如,顺时针方向)的旋转引起相应的驱动螺母350a、350b、350c沿着相应的驱动螺杆340a、340b、340c在第一纵向方向上(例如,向近侧地)移动,并且近侧联接器310a、310b、310c沿第二方向(例如,逆时针方向)的旋转引起相应的驱动螺母350a、350b、350c相对于相应的驱动螺杆340a、340b、340c在第二纵向方向上(例如,向远侧地)移动。
每个驱动螺母350a、350b、350c包括在形成于其中的接合凸起352a、352b、352c中形成的保持袋,该保持袋邻近其螺纹孔351a、351b、351c布置。每个保持袋被构造成保持相应的驱动构件380a、380b、380c的近侧端380ap、380bp、380cp,如下面进一步详细讨论的。
每个驱动螺母350a、350c、350c包括从其外表面径向延伸并沿其外表面纵向延伸的凸起353a、353b、353c。每个驱动螺母350a、350b、350c的凸起353a、353b、353c被构造成可滑动地布置在形成于壳体212的孔212a、212b、212c中的相应的纵向延伸通道213a、213b、213c中。每个驱动螺母350a、350b、350c的凸起353a、353b、353c与壳体212的孔212a、212b、212c的相应通道213a、213b、213c配合,以抑制或防止每个驱动螺母350a、350b、350c在每个驱动螺杆340a、340b、340c旋转时绕纵向轴线“L-L”旋转。
每个驱动螺母350a、350b、350c包括邻近其径向向内表面布置的接合部352a、352b、352c,该接合部352a、352b、352c被构造成机械地接合或保持各个驱动构件380a、380b、380c的近侧部380ap、380bp、380cp。在操作中,当驱动螺母350a、350b、350c沿着驱动螺杆340a、340b、340c轴向移位时,驱动螺母350a、350b、350c将伴随的轴向平移传递到驱动构件380a、380b、380c。
偏置元件370a、370b、370c(例如压缩弹簧)被构造成径向地围绕每个驱动螺杆340a、340b、340c的螺纹轴部341a、341b、341c的相应的远侧部。每个偏置元件370a、370b、370c介于相应的驱动螺母350a、350b、350c与壳体组件210的壳体212的远侧表面之间。
每个驱动构件380a、380b、380c从各自的驱动螺母350a、350b、350c朝远侧延伸穿过壳体组件210的壳体212的相应的中心孔或通道212a、212b、212c,并且被构造成机械地接合机电外科器械200的外科器械的一部分,例如末端执行器1000的一部分或部件,如将在下面参考图6至图23更详细地描述的。另外,电力电缆118向远侧延伸穿过壳体组件210的壳体212的中心孔或通道212d,并且被构造成电联接至末端执行器1000的单极工具150。
在操作中,至少一个驱动构件380a、380b、380c的纵向平移被构造成驱动机电外科器械200的末端执行器1000的功能。例如,驱动构件380c的向近侧平移可以被构造成使末端执行器1000或末端执行器1000的一部分沿第一方向关节式运动。可以预见,在驱动构件380c沿近侧方向平移时,驱动螺母350a和350b沿远侧方向平移,以实现相应的驱动构件380a和380b沿远侧方向的相应平移,这将在下面更详细地描述。另外,例如,机电外科器械200的驱动构件380a和380b的向近侧平移可被构造成使末端执行器1000或末端执行器1000的一部分沿第二方向关节式运动。可以预见,在驱动构件380a和380b沿近侧方向平移时,驱动螺母350c沿远侧方向平移以实现驱动构件380c沿远侧方向的相应平移,这将在下面更详细地描述。
根据本公开,驱动构件380a、380b、380c中的至少一个的远侧部可包括柔性部,而驱动构件380a、380b、380c的近侧部是刚性的,使得柔性远侧部可遵循穿过电机械外科器械200的特定路径。因此,偏置构件370a、370b、370c可起到维持驱动构件380a、380b、380c处于张紧状态以防止松弛或减小在驱动构件380a、380b、380c的柔性远侧部中的松弛量的作用。
在使用机电外科器械200期间(例如,当机器人外科组件100的电机52a、52b、52c或其他动力驱动器用于旋转近侧联接器310a、310b、310c中的一个或多个时),近侧联接器310a、310b、310c的旋转导致各自的驱动螺杆340a、340b、340c的相应旋转。由于驱动螺杆340a、340b、340c的螺纹部341a、341b、341c与驱动螺母350a、350b、350c的螺纹孔351a、315b、315c之间的接合,驱动螺杆340a、340b、340c的旋转引起各自的驱动螺母350a、350b、350c的纵向平移。如上所述,驱动螺母350a、350b、350c的纵向平移的方向由近侧联接器310a、310b、310c的旋转方向以及因此各自的驱动螺杆340a、340b、340c的旋转方向来确定。例如,驱动螺杆340a的顺时针方向旋转导致与驱动螺杆340a接合的驱动构件380a的相应的向近侧平移,驱动螺杆340b的顺时针方向旋转导致与驱动螺杆340b接合的驱动构件380b的相应的向近侧平移,并且驱动螺杆340c的顺时针方向旋转导致与驱动螺杆340c接合的驱动构件380c的相应的向近侧平移。另外,例如,驱动螺杆340a的逆时针方向旋转导致与驱动螺杆340a接合的驱动构件380a的相应的向远侧平移,驱动螺杆340b的逆时针方向旋转导致与驱动螺杆340b接合的驱动构件380b的相应的向远侧平移,并且驱动螺杆340c的逆时针方向旋转导致与驱动螺杆340c接合的驱动构件380c的相应的向远侧平移。
另外,在一方面,当来自第一驱动组件300a、300b、300c的一个驱动螺母350a、350b、350c沿第一纵向方向(例如,向近侧地)移动时,可以预见到迫使来自不同的驱动组件300a、300b、300c的不同的驱动螺母350a、350b、350c沿相反的第二纵向方向(例如,向远侧地)相应地移动。这样的功能可以通过彼此之间的各个驱动组件300a、300b、300c之间的物理相互作用或者经由对各个电机52a、52b和52c的控制来实现,这将在下面将更详细地描述。这样的构造用于例如补偿驱动构件380a、380b、380c中的任何松弛或在驱动构件380a、380b、380c中产生松弛。可以想到并且根据本公开,每个驱动螺母350a、350b、350c可以被独立地驱动。
如上所述,当驱动构件380a、380b或380c中的另一个驱动构件(例如,相对的驱动构件)沿相反方向平移时,电机52a、52b和52c中的每个电机可以以对应的方式被控制以消除在驱动构件380a、380b、380c中的任何一个中的松弛形成。另外,当驱动构件380a、380b或380c中的另一个驱动构件(例如,相对的驱动构件)沿相反方向平移时,电机52a、52b和52c中的每个电机可以以对应的方式被控制以在驱动构件380a、380b、380c中的任何一个中产生松弛。对电机52a、52b、52c的这种相应控制确保了驱动构件380a、380b或380c中的任何一个的向近侧平移都不会被相对的驱动构件380a、380b或380c的固定位置所阻碍。例如,当电机52c被致动以引起驱动螺母350c的向近侧平移(从而使驱动构件380c沿向近侧方向平移)时,电机52a和52b与电机52c配合以沿相反方向致动以引起各个驱动螺母350a和350b的向远侧平移(从而使得在被驱动构件380c的反作用力有效地沿向远侧方向拉动时,驱动构件380a和380b能够沿向远侧方向移动)。另外,例如,当致动电机52a和52b以引起各个驱动螺母350a和350b的向近侧平移(从而使各个驱动构件380a和380b沿向近侧方向平移)时,电机52c与电机52a和52b配合以在相反方向上致动而引起驱动螺母350c的向远侧平移(从而使得在被驱动构件380c的反作用力有效地沿向远侧方向拉动时,驱动构件380c能够沿向远侧方向移动)。另外,例如,当致动电机52a以引起驱动螺母350a的向近侧平移(从而使驱动构件380a沿向近侧方向平移)时,电机52b可与电机52a配合以沿相反方向致动而引起驱动螺母350b的向远侧平移(从而使得在被驱动构件380a的反作用力有效地沿向远侧方向拉动时,驱动构件380b能够沿向远侧方向移动),反之亦然。
关于医疗工作站1的构造和操作的详细讨论,可以参考2011年11月3日提交的题为“Medical Workstation(医疗工作站)”的美国专利第8,828,023号,其全部内容通过引用合并于此。另外地,关于与机电外科器械200一起使用或与之连接的末端执行器的构造和操作的示意性实例的详细讨论,可以参考2014年10月20日提交的题为“Wrist and JawAssemblies for Robotic Surgical Systems(用于机器人外科系统的腕组件和钳夹组件)”的共同拥有的国际专利申请第PCT/US14/61329号,其全部内容通过引用合并于此。
现在参考图6至图23,用于连接至机器人手臂2、3并由控制装置4操纵的机电外科器械200的末端执行器将被描述并且通常被表示为末端执行器1000。如上所述,末端执行器1000布置在机电外科器械200的远侧部。在一方面中,末端执行器1000可以被可移除地联接至机电外科器械200的远侧部,使得各种可互换的末端执行器可以与机电外科器械200一起使用。在另一方面中,末端执行器1000是固定的并且不可从机电外科器械的远侧部移除。
末端执行器1000由腕组件1100和医疗器械或手术工具“T”组成。腕组件1100构造成关节式运动,使得器械或手术工具“T”可通过控制装置4(图1)定位或运动。手术工具“T”可以是经由电力电缆118电联接至电外科发生器10(图1)的单极电外科装置(例如,单极工具150)。在某些配置中,可能需要返回垫(未示出),其将患者台“ST”或患者“P”的一部分联接至电外科发生器10,从而形成至电外科发生器10的返回路径。
电外科发生器10被配置为产生电外科射频能量,并且将所产生的电外科射频能量经由电力电缆118传输到末端执行器1000的单极工具150用于治疗组织。可以想到的是,诸如柯惠(Covidien)(美敦力公司(Medtronic)的一个部门)出售的那些的发生器可以用作电外科能量源(电外科发生器10),例如
Figure BDA0002384137560000151
发生器,FORCE
Figure BDA0002384137560000152
电外科发生器,FORCE
Figure BDA0002384137560000153
电外科发生器,FORCE 1CTM、FORCE 2TM发生器,
Figure BDA0002384137560000154
II、
Figure BDA0002384137560000155
VALLEYLABTMFT10能量平台以及FORCETRIADTM能量平台电外科发生器或其他设想的发生器,它们可以执行不同或增强的功能。于1997年4月9日提交的题为“ELECTROSURGICALGENERATOR WITH ADAPTIVE POWER CONTROL(具有自适应功率控制的电外科发生器)”的共同拥有的美国专利第6,033,399号中描述了一种这种系统,其全部内容通过引用合并于此。关于电外科发生器10的更多细节也可以在2006年3月21日提交的题为“SYSTEM AND METHODFOR GENERATING RADIO FREQUENCY ENERGY(用于产生射频能量的系统和方法)”的美国专利第7,648,499号中找到,其全部内容通过引用合并于此。
末端执行器1000的腕组件1110包括近侧毂112,其呈向远侧延伸的U形夹的形式、限定了第一纵向轴线“X1-X1”。近侧毂112限定了被定向为正交于第一纵向轴线“X1-X1”的第一枢转轴线“A-A”。在实施例中,第一枢转轴线“A-A”可延伸穿过第一纵向轴线“X1-X1”。呈U形夹的形式的近侧毂112包括一对间隔开的相对的直立支撑件112a、112b,近侧滑轮销112c以及第一枢转轴线“A-A”延伸穿过的远侧滑轮销112d。
简要地具体参考图19,在一种构造中,近侧毂112限定了通道112e、112f、112g、112h,用于使各个驱动构件380a、380b、380c和电力电缆118穿过其中。例如,驱动构件380a可以穿过近侧毂112的通道112h,驱动构件380b可以穿过近侧毂112的通道112g,驱动构件380c可以穿过近侧毂112的通道112f,并且电力电缆118可以穿过近侧毂112的通道112e。
腕组件1100还包括经由远侧滑轮销112d枢转地连接至近侧毂112的直立支撑件112a、112b的远侧毂114。特别地,远侧毂114的近侧部经由远侧滑轮销112d枢转地联接至近侧毂112的相对的直立支撑件112a、112b。在这方面,远侧毂114可以相对于近侧毂112绕第一枢转轴线“A-A”枢转。远侧毂114可以呈向远侧延伸的U形夹的形式,并且限定第二纵向轴线“X2-X2”。远侧毂114限定正交于第二纵向轴线“X2-X2”定向的第二枢转轴线“B-B”。在实施例中,当第一纵向轴线“X1-X1”与第二纵向轴线“X2-X2”平行时(例如,机电外科器械200处于轴向对准定向),第二枢转轴线“B-B”可以延伸穿过第一纵向轴线“X1-X1”和第二纵向轴线“X2-X2”。呈U形夹的形式的远侧毂114包括一对间隔开的、相对的直立支撑件114a、114b以及第二枢转轴线“B-B”延伸穿过的远侧毂销114c。
腕组件1100还包括支撑毂116,该支撑毂116经由远侧毂销114c枢转地连接至远侧毂114的直立支撑件114a、114b。特别地,支撑毂116的近侧部经由远侧毂销114c枢转地联接至远侧毂114的相对的直立支撑件114a、114b。支撑毂116限定第三纵向轴线“X3-X3”并且绕由远侧毂114限定的第二枢转轴线“B-B”枢转。
支撑毂116被构造成联接至单极工具150。在一方面中,支撑毂116包括单极工具150。在另一方面中,支撑毂116包括用于将单极工具150选择性地联接至支撑毂116的开口116a。支撑毂116还可包括与开口116a相邻的垫环117以在其中支撑单极工具150。电力电缆118穿过支撑毂116以将单极工具150电联接至电外科发生器10(图1)。
支撑毂116可以另外地用作保护性热屏障,以将单极工具150与末端执行器1000的其余部件热分离。为此,保护末端执行器1000的远侧毂114和其他部件在单极工具150激活和使用期间免于热损坏。在一方面中,支撑毂116可以由不导电的高温材料(例如陶瓷)制成,以将单极工具150与末端执行器1000的其他部件(诸如远侧毂114和/或近侧毂112)分离开。这样的配置将弧形点移离末端执行器1000的近侧部件一段距离,从而限制了在单极工具150的使用或放电期间潜在的热损坏量。
垫环117可另外地充当保护性热屏障,以将单极工具150与末端执行器1000的其余部件热分离。为此,保护末端执行器1000的支撑毂116和其他部件在单极工具150激活和使用期间免于热损坏。在一方面中,垫环117可以由不导电的高温材料(例如陶瓷)制成,以将单极工具150与末端执行器1000的其他部件(诸如支撑毂116、远侧毂114和/或近侧毂112)分离开。这样的配置将弧形点移离末端执行器1000的近侧部件一段距离,从而限制了在单极工具150的使用或放电期间潜在的热损坏量。
单极工具150可以是电动电极或非电动器械。在某些实施例中,单极工具150呈具有至少一个尖锐边缘的刀片的形式。可选地,单极工具150可具有倒圆边缘和倒圆远侧末端,以帮助促进组织的无创伤移动。
在单极工具150是电极的配置中,单极工具150可用于凝结、切割和/或密封组织。单极工具150电极是导电元件,其可以是细长的并且可以呈具有尖端或倒圆远侧端的薄扁平刀片的形式。可选地,电极可以包括具有平坦的、圆形的、尖的或倾斜的远侧端的细长的窄圆柱形针,其是实心的或空心的。单极工具150可以被构造成传输由电外科发生器10(图1)产生的射频能量。
继续参考图6至图23,末端执行器1000的腕组件1100包括滑轮系统400。滑轮系统400包括布置在近侧毂112的直立支撑件112a、112b之间的滑轮411、413、415、417、419、421、423。特别地,在装配后的构造中,滑轮411、413、415、417经由近侧滑轮销112c联接至近侧毂112的直立支撑件112a、112b,使得滑轮411、413、415、417可以绕近侧滑轮销112c旋转。在一种构造中,滑轮411、413布置在远侧毂114的近侧部的一侧,并且滑轮415、417布置在远侧毂114的近侧部的另一侧。另外,滑轮419、421、423经由远侧滑轮销112d联接至近侧毂112的直立支撑件112a、112b,使得滑轮419、421、423可绕远侧滑轮销112d旋转。在一种构造中,滑轮419、421布置在远侧毂114的近侧部的一侧,并且滑轮423布置在远侧毂114的近侧部的另一侧。
将单极工具150电联接至电外科发生器10(图1)的电力电缆118穿过近侧毂112的通道112e,围绕着滑轮413的一部分,围绕着滑轮421的一部分,并且穿过支撑毂116延伸以电联接至单极工具150。在一方面中,电力电缆118的远侧部永久地联接到单极工具150。例如,单极工具150可以在其近侧端中钻有孔,并且电力电缆118的远侧端可插入到孔中并永久地联接到单极工具150。这种永久性联接可通过例如激光焊接来实现。电力电缆118和单极工具150之间的这种连接可以在支撑毂116的装配之前实现。为此,电力电缆118可以通过开口116a并通过末端执行器1000的其余部件向近侧进给到支撑毂116中。
可选地,在可互换构造中,电力电缆118可以被可移除地联接到单极工具150,使得不同的单极工具150可以互换地使用。例如,电力电缆118的远侧部可以包括构造成与单极工具150的近侧部对应地匹配的联接结构,由此实现可互换的单极工具150的选择性联接和移除。
电力电缆118的近侧部包括用于将电力电缆118连接至发生器10的连接器(未示出)。该连接器可以包括标识元件(例如,RFID标签、条形码、或只读或读/写存储芯片),其可以由发生器10读取以提供单极工具150的类型的标识信息和/或单极工具150的使用详情。
为了在末端执行器1000的运动和关节式运动期间防止施加在电力电缆118上的机械应力并管理电力电缆118在末端执行器1000的部件内的位置,电力电缆118可能会有松弛。电力电缆118的松弛可以例如经由与复位弹簧结合使用的维修回路来被动地管理。
驱动构件380c从机电外科器械200的近侧部延伸到末端执行器1000。如上所述,驱动构件380c的近侧端380cp(图4)可操作地联接到驱动螺母350c。驱动构件380c穿过近侧毂112的通道112f,围绕滑轮415的一部分并且围绕远侧毂114的突出表面114g(图14)延伸。突出表面114g与滑轮419、421、423和远侧滑轮销112d轴向对准。驱动构件380c的远侧端380cd联接到远侧毂114的一部分使得驱动构件380c的向近侧移动引起远侧毂114绕轴线“A-A”的相应旋转。驱动构件380c的远侧端380cd在位于远侧滑轮销112d的远侧的点处联接至远侧毂114,以实现远侧毂114绕轴线“A-A”的旋转。在一种构造中,驱动构件380c的远侧端380cd穿过在远侧毂114中形成的孔。驱动构件380c的远侧端380cd可以通过粘合剂、胶水、焊接、卡扣配合或任何其他可接受的方式联接至远侧毂114。
参考图11、17和18,现在将讨论驱动构件380a和380b。驱动构件380a和驱动构件380b从机电外科器械200的近侧部延伸到末端执行器1000。如上所述,驱动构件380a的近侧端380ap(图4)可操作地联接到驱动螺母350a,并且驱动构件380b的近侧端380bp可操作地联接到驱动螺母350b。驱动构件380a的远侧端380ad经由接合构件383连接到驱动构件380b的远侧端380bd。
驱动构件380a穿过近侧毂112的通道112h,围绕滑轮417的一部分,围绕滑轮423的一部分并且围绕支撑毂116的突出表面116g(图12)的第一侧延伸。同时,驱动构件380b穿过近侧毂112的通道112g,围绕滑轮411的一部分,围绕滑轮419的一部分,并且围绕支撑毂116的突出表面116g的第二侧(图12)延伸。各个驱动构件380a、380b的远侧端380ad、380bd经由接合构件383联接至支撑毂116的一部分。在一种构造中,接合构件383固定至支撑毂116的凹口116n,使得驱动构件380a和/或驱动构件380b的运动引起支撑毂116的相应运动。
尽管驱动构件380a和驱动构件380b被图示并描述为两个单独的驱动构件,但驱动构件380a可以是一体式驱动构件的第一半或第一侧,并且驱动构件380b可以是同一一体式驱动构件的第二半或第二侧。即,在一种构造中,驱动构件380a和380b形成至少部分地缠绕在支撑毂116的突出表面116g上并稳固至其至少一点的单根缆线,或者可以以绞盘的方式至少一次缠绕在支撑毂116的突出表面116g或任何部分上的单根缆线。在驱动构件380a和驱动构件380b是单根一体式缆线的两侧的构造中,单根一体式缆线向远侧地穿过近侧毂112的通道112g,围绕滑轮411的一部分,围绕滑轮419的一部分,围绕支撑毂116的突出表面116g的一部分并向近侧地围绕滑轮423的一部分,围绕滑轮417的一部分,并穿过近侧毂112的通道112h延伸。单根一体式缆线的近侧端被可操作地联接至驱动螺母350a(图5)并且单根一体式缆线的远侧端被可操作地联接至驱动螺母350b(图5)。除了缠绕在突出表面116g上之外,单根一体式缆线经由接合构件383在单根一体式缆线的中点处联接至支撑毂116,使得单根一体式缆线的一侧或两侧的运动引起支撑毂116的相应运动。
在操作中,如图19至图23中图示出的,机电外科器械200的末端执行器1000经由驱动构件380a、380b、380c中的一些或全部在向近侧或远侧方向上的运动而绕第一枢转轴线“A-A”(图19)和/或第二枢转轴线“B-B”(图21至图23)枢转。简要地回到图2和图3,每个驱动构件380a、380b、380c经由各自的电机52a、52b、52c的激活而被向近侧拉动或向远侧推进。例如,电机52a的致动引起驱动螺杆340a的相应旋转,并且驱动螺杆340a的旋转引起驱动螺母350a沿着由驱动螺杆340a限定的纵向轴线的相应的纵向运动或平移。当驱动构件380a的近侧端380ap联接至驱动螺杆350a时,驱动螺杆350a的纵向运动引起驱动构件380a的相应的纵向运动。另外,例如,电机52b的协调致动引起驱动螺杆340b的相应旋转,并且驱动螺杆340b的旋转引起驱动螺母350b沿着由驱动螺杆340b限定的纵向轴线的相应的纵向运动或平移。当驱动构件380b的近侧端380bp联接至驱动螺杆350b时,驱动螺杆350b的纵向运动引起驱动构件380b的相应的纵向运动。另外,例如,电机52c的协调致动引起驱动螺杆340c的相应旋转,并且驱动螺杆340c的旋转引起驱动螺母350c沿着由驱动螺杆340c限定的纵向轴线的相应的纵向运动或平移。当驱动构件380c的近侧端380cp联接至驱动螺杆350c时,驱动螺杆350c的纵向运动引起驱动构件380c的相应的纵向运动。
在操作中,如图19至图23中图示出的,为了使机电外科器械200的末端执行器1000绕腕组件1100的第一枢转轴线“A-A”沿箭头“A1”的方向枢转,可以想到的是,由于来自控制装置4的输入用于在相同的旋转方向上激活电机52a和电机52b两者(图2B),驱动构件380a的近侧端380ap和驱动构件380b的近侧端380bp沿向近侧方向被拉动。近侧端380ap经由驱动组件300a可操作地联接至的电机52a与近侧端380bp经由驱动组件300b可操作地联接至的电机52b在同一方向上的同时或协调激活引起驱动构件380a和驱动构件380b的向近侧运动,因此引起远侧毂114和支撑毂116都绕轴线“A-A”沿箭头“A1”的方向关节式运动。除了经由电机52a和52b两者在相同的旋转方向的同时激活而向近侧拉动驱动构件380a和驱动构件380b两者之外,驱动构件380c经由电机52c的协调激活而被向远侧推进,驱动构件380c的近侧端380cp经由驱动组件300c可操作地联接到该电机52c。
具体地参考图21,为了使机电外科器械200的末端执行器1000绕腕组件1100的第一枢转轴线“A-A”沿箭头“A2”的方向(其与箭头“A1”的方向相反)枢转,可以想到的是,由于来自控制装置4的输入用于激活驱动构件380c经由驱动组件300c所连接至的电机52c,驱动构件380c的近侧端380cp沿向近侧方向被拉动。除了经由电机52c的协调激活向近侧拉动驱动构件380c之外,驱动构件380a和380b都经由电机52a和电机52b在相同方向上的同时协调激活而被向远侧推进,驱动构件380a经由驱动组件300a联接至电机52a,驱动构件380b经由驱动组件300c联接至电机52b。
另外,在操作中,如图22和图22中图示出的,为了使末端执行器1000的支撑毂116绕腕组件1100的第二枢转轴线“B-B”枢转,可以想到的是,由于来自控制装置4的输入用于在一个方向上激活电机52a并在相反方向上激活电机52b,驱动构件380a和驱动构件380b中的一个被沿相反方向拉动。即,为了使支撑毂116绕枢转轴线“B-B”沿箭头“B1”的方向枢转,(图22)驱动构件380a经由电机52a的激活而被向近侧拉动,而驱动构件380b经由电机52b在相反方向上的同时协调激活而被向远侧推进。另外,为了使支撑毂116绕枢转轴线“B-B”沿箭头“B2”的方向枢转,(图23)驱动构件380a经由电机52a的激活而被向远侧推进,而同时驱动构件380b经由电机52b在相反方向上的同时协调激活而被向近侧拉动。
将理解的是,可以对本文公开的实施例进行各种修改。例如,尽管本文中公开的缆线已经示出并描述为连接至远侧毂和支撑毂的特定部分,但是可以想到并且在本公开的范围内的是,缆线可操作地连接至毂或支撑件的任何部分。由此,以上描述不应被解释为限制性的,而仅仅是作为各种实施例的范例。本领域技术人员将想到在所附权利要求的范围和精神内的其他修改。

Claims (17)

1.一种用于与机器人系统一起使用的末端执行器,所述末端执行器包括:
近侧毂,其包括两个相对的直立支撑件;
远侧毂,其绕第一枢转轴线枢转地联接至所述近侧毂的所述两个相对的直立支撑件,所述远侧毂包括两个相对的直立支撑件;
支撑毂,其绕横向于所述第一枢转轴线的第二枢转轴线枢转地联接至所述远侧毂的所述两个相对的直立支撑件,所述支撑毂构造成联接至单极工具;
第一驱动构件和第二驱动构件,操作性地联接至所述支撑毂;以及
第三驱动构件,其操作性地联接至所述远侧毂,其中:
所述第一驱动构件和所述第二驱动构件的同时向近侧平移引起所述远侧毂绕所述第一枢转轴线枢转;并且
所述第一驱动构件或所述第二驱动构件中的仅一个的向近侧平移引起所述支撑毂绕所述第二枢转轴线枢转。
2.根据权利要求1所述的末端执行器,其中:
所述第一驱动构件和所述第二驱动构件的同时向近侧平移引起所述远侧毂绕所述第一枢转轴线沿第一方向枢转;并且
所述第三驱动构件的向近侧平移引起所述远侧毂绕所述第一枢转轴线沿与所述第一方向相反的第二方向枢转。
3.根据权利要求1所述的末端执行器,其中:
所述第一驱动构件的向近侧平移和所述第二驱动构件的向远侧平移引起所述支撑毂绕所述第二枢转轴线沿第一方向枢转;并且
所述第一驱动构件的向远侧平移和所述第二驱动构件的向近侧平移引起所述支撑毂绕所述第二枢转轴线沿与所述第一方向相反的第二方向枢转。
4.根据权利要求1所述的末端执行器,进一步包括:
单极工具,其被接纳在由所述支撑毂限定的开口内;以及
电力电缆,其电联接至所述单极工具并构造成将所述单极工具电联接至电外科发生器。
5.根据权利要求1所述的末端执行器,进一步包括:
单极工具,其联接至所述支撑毂;
电力电缆,其电联接至所述单极工具并构造成将所述单极工具电联接至电外科发生器;以及
第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮和第四滑轮,所述第一滑轮、所述第二滑轮、所述第三滑轮和所述第四滑轮中的每个经由近侧滑轮销操作性地联接至所述近侧毂并且能沿着所述第一枢转轴线旋转,其中所述第一驱动构件缠绕所述第一滑轮的至少一部分,所述第二驱动构件缠绕所述第二滑轮的至少一部分,所述第三驱动构件缠绕所述第三滑轮的至少一部分,并且所述电力电缆缠绕所述第四滑轮的至少一部分。
6.根据权利要求5所述的末端执行器,进一步包括:
第五滑轮、第六滑轮和第七滑轮,所述第五滑轮、所述第六滑轮和所述第七滑轮中的每个经由远侧滑轮销操作性地联接至所述近侧毂,其中所述第一驱动构件缠绕所述第五滑轮的至少一部分,所述第二驱动构件缠绕所述第六滑轮的至少一部分,且所述电力电缆缠绕所述第七滑轮的至少一部分。
7.一种用于与机器人系统一起使用的机电外科器械,所述机电外科器械包括:
驱动组件,其包括:
第一驱动螺杆,其具有第一螺纹轴部和螺纹地联接至所述第一螺纹轴部的第一螺母,所述第一驱动螺杆构造成由第一电机旋转;
第二驱动螺杆,其具有第二螺纹轴部和螺纹地联接至所述第二螺纹轴部的第二螺母,所述第二驱动螺杆构造成由第二电机旋转;以及
第三驱动螺杆,其具有第三螺纹轴部和螺纹地联接至所述第三螺纹轴部的第三螺母,所述第三驱动螺杆构造成由第三电机旋转;以及末端执行器,其操作性地联接至所述驱动组件,所述末端执行器包括:
近侧毂,其包括两个相对的直立支撑件;
远侧毂,其绕第一枢转轴线枢转地联接至所述近侧毂的所述两个相对的直立支撑件,所述远侧毂包括两个相对的直立支撑件;
支撑毂,其绕横向于所述第一枢转轴线的第二枢转轴线枢转地联接至所述远侧毂的所述两个相对的直立支撑件,所述支撑毂构造成联接至单极工具;
第一驱动构件,其中所述第一驱动构件的近侧部联接至第一驱动螺母并且所述第一驱动构件的远侧部联接至所述支撑毂;
第二驱动构件,其中所述第二驱动构件的近侧部联接至第二驱动螺母并且所述第二驱动构件的远侧部联接至所述支撑毂;以及
第三驱动构件,其中所述第三驱动构件的近侧部联接至第三驱动螺母并且所述第三驱动构件的远侧部联接至所述远侧毂;其中:
所述第一驱动构件和所述第二驱动构件的同时向近侧平移引起所述远侧毂绕所述第一枢转轴线枢转;并且
所述第一驱动构件或所述第二驱动构件中的仅一个的向近侧平移引起所述支撑毂绕所述第二枢转轴线枢转。
8.根据权利要求7所述的机电外科器械,其中:
所述第一驱动构件和所述第二驱动构件的同时向近侧平移引起所述远侧毂绕所述第一枢转轴线沿第一方向枢转;并且
所述第三驱动构件的向近侧平移引起所述远侧毂绕所述第一枢转轴线沿与所述第一方向相反的第二方向枢转。
9.根据权利要求7所述的机电外科器械,其中:
所述第一驱动构件的向近侧平移和所述第二驱动构件的向远侧平移引起所述支撑毂绕所述第二枢转轴线沿第一方向枢转;并且
所述第一驱动构件的向远侧平移和所述第二驱动构件的向近侧平移引起所述支撑毂绕所述第二枢转轴线沿与所述第一方向相反的第二方向枢转。
10.根据权利要求7所述的机电外科器械,进一步包括:
单极工具,其被接纳在由所述支撑毂限定的开口内;以及
电力电缆,其电联接至所述单极工具并构造成将所述单极工具电联接至电外科发生器。
11.根据权利要求7所述的机电外科器械,进一步包括:
单极工具,其联接至所述支撑毂;
电力电缆,其电联接至所述单极工具并构造成将所述单极工具电联接至电外科发生器;以及
第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮和第四滑轮,所述第一滑轮、所述第二滑轮、所述第三滑轮和所述第四滑轮中的每个经由近侧滑轮销操作性地联接至所述近侧毂并且能沿着所述第一枢转轴线旋转,其中所述第一驱动构件缠绕所述第一滑轮的至少一部分,所述第二驱动构件缠绕所述第二滑轮的至少一部分,所述第三驱动构件缠绕所述第三滑轮的至少一部分,并且所述电力电缆缠绕所述第四滑轮的至少一部分。
12.根据权利要求7所述的机电外科器械,进一步包括:
第五滑轮、第六滑轮和第七滑轮,所述第五滑轮、所述第六滑轮和所述第七滑轮中的每个经由远侧滑轮销操作性地联接至所述近侧毂,其中所述第一驱动构件缠绕所述第五滑轮的至少一部分,所述第二驱动构件缠绕所述第六滑轮的至少一部分,且电力电缆缠绕所述第七滑轮的至少一部分。
13.一种机器人电外科系统,其包括:
电外科发生器,其构造成产生电外科能量;以及
机电外科器械,其具有构造成联接至所述电外科发生器并且传输产生的所述电外科能量的单极工具,所述机电外科器械包括:
驱动组件,其包括:
第一驱动螺杆,其具有第一螺纹轴部和螺纹地联接至所述第一螺纹轴部的第一螺母,所述第一驱动螺杆构造成由第一电机旋转;
第二驱动螺杆,其具有第二螺纹轴部和螺纹地联接至所述第二螺纹轴部的第二螺母,所述第二驱动螺杆构造成由第二电机旋转;以及
第三驱动螺杆,其具有第三螺纹轴部和螺纹地联接至所述第三螺纹轴部的第三螺母,所述第三驱动螺杆构造成由第三电机旋转;以及
末端执行器,其操作性地联接至所述驱动组件,所述末端执行器包括:
近侧毂,其包括两个相对的直立支撑件;
远侧毂,其绕第一枢转轴线枢转地联接至所述近侧毂的所述两个相对的直立支撑件,所述远侧毂包括两个相对的直立支撑件;
支撑毂,其绕横向于所述第一枢转轴线的第二枢转轴线枢转地联接至所述远侧毂的所述两个相对的直立支撑件,所述支撑毂构造成联接至所述单极工具;
第一驱动构件,其中所述第一驱动构件的近侧部联接至第一驱动螺母并且所述第一驱动构件的远侧部联接至所述支撑毂;
第二驱动构件,其中所述第二驱动构件的近侧部联接至第二驱动螺母并且所述第二驱动构件的远侧部联接至所述支撑毂;以及
第三驱动构件,其中所述第三驱动构件的近侧部联接至第三驱动螺母并且所述第三驱动构件的远侧部联接至所述远侧毂;
所述机器人电外科系统进一步包括:
第一电机,其操作性地联接至所述第一驱动螺杆;
第二电机,其操作性地联接至所述第二驱动螺杆;
第三电机,其操作性地联接至所述第三驱动螺杆;以及
控制装置,其配置成控制所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机中的至少一个的致动;
其中,所述控制装置配置成通过在沿与第一方向相反的第二方向致动所述第二电机时沿所述第一方向致动所述第一电机来将对所述第一电机的控制与对所述第二电机的控制进行协调。
14.根据权利要求13所述的机器人电外科系统,其中,所述控制装置配置成通过在沿与第一方向相反的第二方向致动所述第三电机时沿所述第一方向致动所述第一电机和所述第二电机来将对所述第一电机和所述第二电机的控制与对所述第三电机的控制进行协调。
15.根据权利要求13所述的机器人电外科系统,其中:
所述第一驱动构件和所述第二驱动构件的同时向近侧平移引起所述远侧毂绕所述第一枢转轴线枢转;并且
所述第一驱动构件或所述第二驱动构件中的仅一个的向近侧平移引起所述支撑毂绕所述第二枢转轴线枢转。
16.根据权利要求13所述的机器人电外科系统,其中:
所述第一驱动构件和所述第二驱动构件的同时向近侧平移引起所述远侧毂绕所述第一枢转轴线沿第一方向枢转;并且
所述第三驱动构件的向近侧平移引起所述远侧毂绕所述第一枢转轴线沿与所述第一方向相反的第二方向枢转。
17.根据权利要求13所述的机器人电外科系统,进一步包括:
电力电缆,其将所述单极工具电联接至所述电外科发生器;以及
第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮和第四滑轮,所述第一滑轮、所述第二滑轮、所述第三滑轮和所述第四滑轮中的每个经由近侧滑轮销操作性地联接至所述近侧毂并且能沿着所述第一枢转轴线旋转,其中所述第一驱动构件缠绕所述第一滑轮的至少一部分,所述第二驱动构件缠绕所述第二滑轮的至少一部分,所述第三驱动构件缠绕所述第三滑轮的至少一部分,并且所述电力电缆缠绕所述第四滑轮的至少一部分。
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