硬件受限的遠(yuǎn)程中心機(jī)器人操縱器的冗余軸線和自由度的制作方法
【專利摘要】一種用在微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)中的遠(yuǎn)程中心操縱器，其包括相對(duì)于患者保持靜止的基座連桿、器械夾持器，以及將器械夾持器聯(lián)結(jié)到基座連桿的連桿機(jī)構(gòu)。連桿機(jī)構(gòu)的第一和第二連桿被聯(lián)接以限制第二連桿圍繞與遠(yuǎn)程操縱中心交叉的第一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。該連桿機(jī)構(gòu)的平行四邊形連桿結(jié)構(gòu)部分使器械夾持器圍繞與該遠(yuǎn)程操縱中心交叉的第二軸線俯仰。第二軸線不與第一軸線重合。該連桿機(jī)構(gòu)的第三和第四連桿被聯(lián)接以限制第四連桿圍繞與遠(yuǎn)程操縱中心交叉的第三軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。第三軸線不與第一和第二軸線中的任一個(gè)重合。公開了具有冗余機(jī)械自由度的機(jī)器人操縱器的硬件受限遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)中心的各種組合。
【專利說明】硬件受限的遠(yuǎn)程中心機(jī)器人操縱器的冗余軸線和自由度
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求（2012年6月1日）提交的美國專利申請(qǐng)No. 61/654414的優(yōu)先權(quán)，該 申請(qǐng)的全部內(nèi)容通過引用合并于此。

【背景技術(shù)】
[0003] 微創(chuàng)醫(yī)療技術(shù)的目的是在診斷或手術(shù)過程期間減少受損傷外部組織的量，從而減 少患者的恢復(fù)時(shí)間、不適和有害的副作用。微創(chuàng)外科手術(shù)的一種效果例如是減少手術(shù)后的 住院恢復(fù)時(shí)間。由于標(biāo)準(zhǔn)開放手術(shù)的平均住院時(shí)間通常比類似微創(chuàng)手術(shù)的平均逗留時(shí)間明 顯更長，增加微創(chuàng)技術(shù)的使用可以每年節(jié)省數(shù)百萬美元的住院成本。雖然在美國每年進(jìn)行 的許多手術(shù)可能通過微創(chuàng)的方式進(jìn)行，但由于微創(chuàng)手術(shù)器械和掌握微創(chuàng)手術(shù)涉及的額外手 術(shù)培訓(xùn)，目前只有一部分手術(shù)使用這些先進(jìn)技術(shù)。
[0004] 微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)或遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)已被開發(fā)以增加外科醫(yī)生的靈巧并避免傳統(tǒng)微 創(chuàng)技術(shù)的某些局限。在遠(yuǎn)程手術(shù)中，外科醫(yī)生使用某種形式的遠(yuǎn)程控制（例如，伺服機(jī)構(gòu) 等）操縱手術(shù)器械運(yùn)動(dòng)，而不是通過手直接握住器械并移動(dòng)器械。在遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)中，可以 在手術(shù)工作站向外科醫(yī)生提供手術(shù)部位的圖像。當(dāng)外科醫(yī)生可以在顯示器上觀看手術(shù)部位 的二維或三維圖像時(shí)，通過操縱主控制裝置，其進(jìn)而控制伺服機(jī)構(gòu)操作從器械的運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行 患者的手術(shù)過程。
[0005] 用于遠(yuǎn)程手術(shù)的伺服機(jī)構(gòu)往往接收兩個(gè)主控制器的輸入（其中每個(gè)對(duì)應(yīng)外科醫(yī) 生的每只手）并且可以包括兩個(gè)或更多個(gè)機(jī)器人臂，手術(shù)器械被安裝在所述兩個(gè)或更多個(gè) 機(jī)器人臂中的每個(gè)上。主控制器與關(guān)聯(lián)機(jī)器人臂以及器械組件之間的操作通信通常通過 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)通常包括至少一個(gè)處理器，其將來自主控制器的輸入命令中繼到 關(guān)聯(lián)的機(jī)器人臂和器械組件并在例如力反饋等的情況下，從器械和臂組件中返回到關(guān)聯(lián) 主控制器。機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的一個(gè)示例可以是通過加利福尼亞州桑尼維爾的Intuitive Surgical公司商購獲得的DA VMCI?系統(tǒng)。
[0006] 各種結(jié)構(gòu)布置被用于在機(jī)器人手術(shù)期間支撐手術(shù)部位的手術(shù)器械。從動(dòng)連桿機(jī) 構(gòu)（linkage)或"從動(dòng)裝置"往往被稱為機(jī)器人手術(shù)操縱器，并且在微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)期間用 作機(jī)器人手術(shù)操縱器的示例性連桿機(jī)構(gòu)布置在美國專利No. 7594912(2004年9月30日提 交）、6758843 (2002 年 4 月 26 日提交）、6246200 (1999 年 8 月 3 日提交）以及 5800423 (1995 年7月20日提交）中描述，上述全部公開通過引用被合并于此。這些連桿機(jī)構(gòu)往往操縱 器械夾持器，具有軸的器械被安裝在該器械夾持器上。這類操縱器結(jié)構(gòu)可以包括產(chǎn)生器械 夾持器運(yùn)動(dòng)的平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)部分，所述平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)部分被限制成圍繞與沿 器械軸的長度設(shè)置的遠(yuǎn)程操縱中心交叉的俯仰軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。這類操縱器結(jié)構(gòu)還可以包括產(chǎn)生 器械夾持器運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)/接頭，所述偏轉(zhuǎn)接頭被限制成圍繞與俯仰軸線垂直的偏轉(zhuǎn)軸 線轉(zhuǎn)動(dòng)并且該偏轉(zhuǎn)軸線也與遠(yuǎn)程操縱中心交叉。通過使遠(yuǎn)程操縱中心與內(nèi)部手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)的 切口點(diǎn)（例如，與在腹腔鏡手術(shù)期間在腹壁的套管針或插管）對(duì)準(zhǔn)，通過使用操縱器連桿 機(jī)構(gòu)來移動(dòng)軸的近端，手術(shù)器械的端部執(zhí)行器/受動(dòng)器可以被安全定位，而沒有對(duì)腹壁強(qiáng) 加潛在危害的力。替代操縱器結(jié)構(gòu)例如在美國專利No. 6702805(2000年11月9日提交）、 6676669 (2002 年 1 月 16 日提交），5855583 (1996 年 11 月 22 日提交）、5808665 (1996 年 9 月9日提交）、5445166 (1994年4月6日提交）以及5184601(1991年8月5日提交）中被 描述，上述全部公開通過引用被合并于此。
[0007] 雖然新的遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)和裝置已被證明是高效且有利的，但仍需進(jìn)一步的改進(jìn)。 一般來說，提供改進(jìn)的用于執(zhí)行微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)將是可取的。更為具體地，提 高這些系統(tǒng)的效率和易用性將是有益的。例如，改進(jìn)通過機(jī)器人手術(shù)操縱器提供的運(yùn)動(dòng)范 圍而不對(duì)腹壁強(qiáng)加潛在危害的力，這一點(diǎn)將是特別有利的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為提供對(duì)本發(fā)明的基本理解，下面給出本發(fā)明的一些實(shí)施例的簡要概述。本概述 不是本發(fā)明的廣泛綜述。本概述并不旨在識(shí)別本發(fā)明的關(guān)鍵/重要元素或描繪本發(fā)明的范 圍。其唯一目的是作為后面陳述的【具體實(shí)施方式】的前奏，以簡化方式陳述本發(fā)明的某些實(shí) 施例。
[0009] 公開了改進(jìn)的遠(yuǎn)程中心操縱器，在微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)期間，該遠(yuǎn)程中心操縱器支撐 手術(shù)器械并在器械的期望位置處提供遠(yuǎn)離任何軸承或機(jī)械支撐件的操縱中心。該遠(yuǎn)程中心 操縱器限制器械在遠(yuǎn)程操縱中心附近移動(dòng)，優(yōu)選地，該遠(yuǎn)程操縱中心與患者的進(jìn)入切口例 如患者的腹壁重合。在許多實(shí)施例中，操縱器連桿機(jī)構(gòu)包括（1)可轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接接頭，其產(chǎn)生用 于圍繞經(jīng)過遠(yuǎn)程操縱中心的第一軸線俯仰手術(shù)器械的平行四邊形運(yùn)動(dòng)，（2)可轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接連 桿，其產(chǎn)生用于圍繞經(jīng)過遠(yuǎn)程操縱中心的第二軸線滾動(dòng)手術(shù)器械的運(yùn)動(dòng)，以及（3)至少一 對(duì)附加連桿，其被聯(lián)接圍繞經(jīng)過遠(yuǎn)程操縱中心的關(guān)聯(lián)附加軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。除了經(jīng)過遠(yuǎn)程操縱中 心以外，關(guān)聯(lián)附加軸線不與第一軸線或第二軸線中的任一個(gè)重合，從而允許圍繞一個(gè)或更 多個(gè)附加軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)被用于改進(jìn)由機(jī)器人手術(shù)操縱器提供的運(yùn)動(dòng)范圍，而不對(duì)腹壁強(qiáng)加潛 在危害的力。
[0010] 因此，在一個(gè)方面，公開了在微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)期間用于限制手術(shù)器械的位置的遠(yuǎn) 程中心操縱器。手術(shù)器械包括細(xì)長軸。該軸具有遠(yuǎn)側(cè)作業(yè)端構(gòu)造，其經(jīng)配置通過遠(yuǎn)程操縱 中心沿插入軸線被插入到患者體腔中。該遠(yuǎn)程中心操縱器包括基座連桿，其經(jīng)配置被保持 在相對(duì)于患者的固定位置；器械夾持器，其經(jīng)配置與手術(shù)器械聯(lián)接；以及連桿機(jī)構(gòu)，其將器 械夾持器聯(lián)接到基座連桿。該連桿機(jī)構(gòu)的第一和第二連桿被聯(lián)接以限制第二連桿相對(duì)于第 一連桿圍繞與遠(yuǎn)程操縱中心交叉的第一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。該連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)一步包括三個(gè)可轉(zhuǎn) 動(dòng)聯(lián)接轉(zhuǎn)動(dòng)接頭，其經(jīng)配置產(chǎn)生連桿機(jī)構(gòu)的受限制平行四邊形運(yùn)動(dòng)，所述器械夾持器藉此 被限制圍繞與遠(yuǎn)程操縱中心交叉的第二軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。第二軸線不與第一軸線重合。該連桿機(jī) 構(gòu)的第三和第四連桿被聯(lián)接以限制第四連桿相對(duì)于第三連桿圍繞與遠(yuǎn)程操縱中心交叉的 第三軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。第三軸線不與第一和第二軸線中的任一個(gè)重合。
[0011] 在許多實(shí)施例中，第三與第四連桿之間的聯(lián)接被布置在基座連桿與第一和第二連 桿之間的聯(lián)接之間。在這類實(shí)施例中，第四連桿的運(yùn)動(dòng)用于重新定位連桿機(jī)構(gòu)的主要部分， 而不相對(duì)于患者移動(dòng)遠(yuǎn)程操縱中心。例如，第三連桿可以是基座連桿或相對(duì)于基座連桿至 少是固定的。第四連桿可以是第一連桿或相對(duì)于第一連桿至少是固定的。在許多實(shí)施例中， 第一軸線與第三軸線之間的角度在10度與30度之間。例如，第一軸線與第三軸線之間的 角度是大約15度。在許多實(shí)施例中，第一軸線與第三軸線是垂直或大致（即，在可接受公 差內(nèi)）垂直的。
[0012] 在許多實(shí)施例中，第一軸線與第二軸線是垂直或大致垂直的。這類構(gòu)造對(duì)器械夾 持器的移動(dòng)提供了很好的調(diào)節(jié)控制。
[0013] 在許多實(shí)施例中，連桿機(jī)構(gòu)包括中間錐形擺動(dòng)接頭。例如，在許多實(shí)施例中，連桿 機(jī)構(gòu)的連桿形成連桿的串聯(lián)連接組件。第三連桿可以被設(shè)置在連桿的串聯(lián)連接組件中的第 二連桿與器械夾持器之間。并且第四連桿可以相對(duì)于器械夾持器是固定的或是器械夾持器 中的至少一者。在許多實(shí)施例中，連桿機(jī)構(gòu)可操作相對(duì)于第三連桿定向第四連桿，以便手術(shù) 器械細(xì)長軸位于由第一軸線和第三軸線限定的平面中。
[0014] 在許多實(shí)施例中，遠(yuǎn)程中心操縱器包括正弦/余弦連桿，其可驅(qū)動(dòng)聯(lián)接三個(gè)可轉(zhuǎn) 動(dòng)聯(lián)接轉(zhuǎn)動(dòng)接頭中的至少一對(duì)，其中所述三個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接轉(zhuǎn)動(dòng)接頭經(jīng)配置產(chǎn)生連桿機(jī)構(gòu)的 受限平行四邊形運(yùn)動(dòng)。以及在許多實(shí)施例中，帶有定向撓曲的正弦/余弦連桿可驅(qū)動(dòng)地聯(lián) 接三個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接轉(zhuǎn)動(dòng)接頭中的至少一對(duì)，其中所述三個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接轉(zhuǎn)動(dòng)接頭經(jīng)配置產(chǎn)生 連桿機(jī)構(gòu)的受限平行四邊形運(yùn)動(dòng)。
[0015] 在另一方面，公開了在微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)期間用于限制手術(shù)器械的位置的遠(yuǎn)程中心 操縱器。手術(shù)器械包括細(xì)長軸。該軸具有遠(yuǎn)側(cè)作業(yè)端，其經(jīng)配置通過遠(yuǎn)程操縱中心插入到 患者體腔中。遠(yuǎn)程中心操縱器包括安裝基座、錐形擺動(dòng)連桿和第一到第四連桿。錐形擺動(dòng) 連桿具有錐形擺動(dòng)連桿近端和錐形擺動(dòng)連桿遠(yuǎn)端。錐形擺動(dòng)連桿近端被聯(lián)接到安裝基座， 用于圍繞與遠(yuǎn)程操縱中心交叉的第一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。第一連桿具有第一連桿近端和第一連桿遠(yuǎn) 端。第一連桿近端與錐形擺動(dòng)連桿遠(yuǎn)端聯(lián)接，用于圍繞與遠(yuǎn)程操縱中心交叉的第二軸線轉(zhuǎn) 動(dòng)。第二軸線不與第一軸線重合。第二連桿具有第二連桿近端和第二連桿遠(yuǎn)端。第二連桿 近端在第一平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)接頭處被可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到第一連桿遠(yuǎn)端。第三連桿具有第 三連桿近端和第三連桿遠(yuǎn)端。第三連桿近端在第二平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)接頭處被可轉(zhuǎn)動(dòng)地 聯(lián)接到第二連桿遠(yuǎn)端。第四連桿經(jīng)配置支撐手術(shù)器械。第四連桿通過第三平行四邊形連桿 機(jī)構(gòu)接頭被可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到第三連桿遠(yuǎn)端。第一、第二和第三平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)接頭被 可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接，使得第一平行四邊形接頭的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生第四連桿受限于圍繞與遠(yuǎn)程操縱中心 交叉的第三軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。第三軸線不與第一軸線或第三軸線中的任一個(gè)重合。
[0016] 在許多實(shí)施例中，第一軸線與第二軸線之間的角度在10度與30度之間。例如，第 一軸線與第二軸線之間的角度可以是大約15度。
[0017] 在許多實(shí)施例中，錐形擺動(dòng)連桿經(jīng)配置相對(duì)于扭轉(zhuǎn)和彎曲載荷是剛性的而沒有過 度重量。例如，在許多實(shí)施例中，錐形擺動(dòng)連桿具有將錐形擺動(dòng)連桿第一端連接到錐形擺動(dòng) 連桿第二端的錐形擺動(dòng)連桿體區(qū)段。在許多實(shí)施例中，錐形擺動(dòng)連桿體區(qū)段具有盒狀橫截 面構(gòu)造或管狀構(gòu)造。
[0018] 在許多實(shí)施例中，該操縱器進(jìn)一步包括錐形擺動(dòng)接頭，其將第四連桿可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián) 接到第三連桿遠(yuǎn)端，用于圍繞與遠(yuǎn)程操縱中心交叉的第四軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。第四軸線不與第一軸 線、第二軸線或第三軸線中的任一個(gè)重合。在許多實(shí)施例中，錐形擺動(dòng)接頭可操作相對(duì)于第 三連桿定向第四連桿，以便手術(shù)器械細(xì)長軸位于由第二軸線和第四軸線限定的平面中。
[0019] 在許多實(shí)施例中，操縱器包括正弦/余弦連桿，其可驅(qū)動(dòng)聯(lián)接第一、第二和第三平 行四邊形連桿機(jī)構(gòu)接頭中的至少一對(duì)。以及在許多實(shí)施例中，帶有定向撓曲的正弦/余弦 連桿可驅(qū)動(dòng)地聯(lián)接第一、第二和第三平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)接頭中的至少一對(duì)。
[0020] 在另一方面，公開了在微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)期間用于限制手術(shù)器械的位置的遠(yuǎn)程中心 操縱器。手術(shù)器械包括細(xì)長軸。該軸具有遠(yuǎn)側(cè)作業(yè)端，其經(jīng)配置通過遠(yuǎn)程操縱中心插入到患 者體腔中。遠(yuǎn)程中心操縱器包括安裝基座和第一到第五連桿。第一連桿與安裝基座聯(lián)接， 以便相對(duì)于安裝基座是可選擇性重新定位的。第一連桿相對(duì)于第二連桿的運(yùn)動(dòng)被限制成圍 繞與遠(yuǎn)程操縱中心交叉的第一軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。第二連桿具有第二連桿近端和第二連桿遠(yuǎn)端。 第二連桿近端被聯(lián)接到第一連桿，用于圍繞與遠(yuǎn)程操縱中心交叉的第二軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。第二軸 線不與第一軸線重合。第三連桿具有第三連桿近端和第三連桿遠(yuǎn)端。第三連桿近端在第一 平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)接頭處被可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到第二連桿遠(yuǎn)端。第四連桿具有第四連桿近端 和第四連桿遠(yuǎn)端。第四連桿近端在第二平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)接頭處被可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到第二 連桿遠(yuǎn)端。第五連桿經(jīng)配置支撐手術(shù)器械。第五連桿在第三平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)接頭處被 可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到第四連桿遠(yuǎn)端。第一、第二和第三平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)接頭被可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián) 接，使得第一平行四邊形接頭的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生第五連桿受限于圍繞與遠(yuǎn)程操縱中心交叉的第三 軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。第三軸線不與第一軸線或第二軸線中的任一個(gè)重合。
[0021] 在許多實(shí)施例中，安裝基座包括彎曲特征，第一連桿被連接到該彎曲特征，使得第 一連桿被限制成沿該彎曲特征移動(dòng)。該彎曲特征具有相對(duì)于遠(yuǎn)程操縱中心的恒定曲率半 徑。
[0022] 在許多實(shí)施例中，安裝基座包括閉環(huán)彎曲特征，其中第一連桿被連接到該閉環(huán)彎 曲特征。第一連桿被限制成沿該閉環(huán)彎曲特征移動(dòng)。
[0023] 在許多實(shí)施例中，操縱器包括正弦/余弦連桿，其可驅(qū)動(dòng)地聯(lián)接第一、第二和第三 平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)接頭中的至少一對(duì)。以及在許多實(shí)施例中，帶有定向撓曲的正弦/余 弦連桿可驅(qū)動(dòng)地聯(lián)接第一、第二和第三平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)接頭中的至少一對(duì)。
[0024] 為了更全面理解本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)確保參照【具體實(shí)施方式】和附圖。本發(fā)明 的其他方面、目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)下面的附圖和【具體實(shí)施方式】將變得顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1是根據(jù)許多實(shí)施例的用于進(jìn)行手術(shù)的微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的平面圖。
[0026] 圖2是根據(jù)許多實(shí)施例的用于機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的外科醫(yī)生的控制臺(tái)的透視圖。
[0027] 圖3是根據(jù)許多實(shí)施例的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)電子推車的透視圖。
[0028] 圖4概略示出根據(jù)許多實(shí)施例的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)。
[0029] 圖5A是根據(jù)許多實(shí)施例的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的患者側(cè)推車（手術(shù)機(jī)器人）的主視 圖/前視圖。
[0030] 圖5B是根據(jù)許多實(shí)施例的機(jī)器人手術(shù)工具的主視圖。
[0031] 圖6是根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器的透視示意圖，所述遠(yuǎn)程中心操縱器包 括可操作再定向器械夾持器而不移動(dòng)遠(yuǎn)程操縱中心的錐形擺動(dòng)接頭。
[0032] 圖7是根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器的透視示意圖，所述遠(yuǎn)程中心操縱器包 括可操作再定向操縱器的外側(cè)部分而不移動(dòng)遠(yuǎn)程操縱中心的錐形擺動(dòng)連桿。
[0033] 圖8是根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器的透視示意圖，所述遠(yuǎn)程中心操縱器包 括圖6的錐形擺動(dòng)接頭和圖7的錐形擺動(dòng)連桿。
[0034] 圖9是根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器的透視示意圖，所述遠(yuǎn)程中心操縱器包 括可操作再定向操縱器的外側(cè)部分而不移動(dòng)遠(yuǎn)程操縱中心的俯仰連桿機(jī)構(gòu)。
[0035] 圖10是根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器的透視示意圖，所述遠(yuǎn)程中心操縱器 包括圖6的錐形擺動(dòng)接頭、圖7的錐形擺動(dòng)連桿和圖9的俯仰連桿機(jī)構(gòu)。
[0036] 圖11示出根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器，所述遠(yuǎn)程中心操縱器包括可操作 再定向操縱器的連桿機(jī)構(gòu)組件而不移動(dòng)遠(yuǎn)程操縱中心的錐形擺動(dòng)連桿。
[0037] 圖12示出根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器，所述遠(yuǎn)程中心操縱器包括可操作 再定向器械夾持器而不移動(dòng)遠(yuǎn)程操縱中心的錐形擺動(dòng)接頭。
[0038] 圖13A、圖13B和圖13C示出器械夾持器在不同取向的情況下圖8的遠(yuǎn)程中心操縱 器。
[0039] 圖14A示出根據(jù)許多實(shí)施例的可以被用于可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接圖8中的遠(yuǎn)程中心操縱器 中的兩個(gè)平行四邊形接頭的正弦/余弦連桿。
[0040] 圖14B示出根據(jù)許多實(shí)施例的用于減輕連桿中角力引起載荷的定向撓曲，所述連 桿用于可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到遠(yuǎn)程中心操縱器中的兩個(gè)平行四邊形接頭。
[0041] 圖15示出根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器，所述遠(yuǎn)程中心操縱器包括彎曲特 征，該彎曲特征具有相對(duì)于遠(yuǎn)程操縱中心的固定曲率半徑，并且外側(cè)連桿機(jī)構(gòu)的基座連桿 可以沿著該彎曲特征被重新定位。
[0042] 圖16示出根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器，所述遠(yuǎn)程中心操縱器包括閉環(huán)曲 線特征，外側(cè)連桿機(jī)構(gòu)的基座連桿被連接到該閉環(huán)曲線特征，使得該基座連桿被限制成沿 著該閉環(huán)曲線特征移動(dòng)。
[0043] 圖17是根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器的透視示意圖，在該遠(yuǎn)程中心操縱器 中的器械夾持器圍繞通過遠(yuǎn)程中心的偏轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并圍繞通過遠(yuǎn)程中心的俯仰軸線轉(zhuǎn)動(dòng)， 所述偏轉(zhuǎn)軸線不與所述俯仰軸線垂直。
[0044] 圖18是根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器的透視示意圖，其中在圖17中的遠(yuǎn)程 中心操縱器進(jìn)一步包括圖9的俯仰連桿機(jī)構(gòu)。
[0045] 圖19是根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器的透視示意圖，其中在圖18中的遠(yuǎn)程 中心操縱器進(jìn)一步包括圖6的錐形擺動(dòng)接頭。
[0046] 圖20是根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器的側(cè)視圖。
[0047] 圖21是圖20的遠(yuǎn)程中心操縱器的俯視圖。
[0048] 圖22圖示說明通過歪斜俯仰軸線實(shí)現(xiàn)圖20的遠(yuǎn)程中心操縱器的操作空間包絡(luò)的 減少。
[0049] 圖23是根據(jù)許多實(shí)施例的圖20的遠(yuǎn)程中心操縱器在器械夾持器相對(duì)于遠(yuǎn)程操縱 中心實(shí)現(xiàn)最大俯仰返回構(gòu)造中的側(cè)視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0050] 在以下描述中，將描述本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例。出于解釋的目的，具體構(gòu)造和細(xì)節(jié)被 闡述以便提供對(duì)所述實(shí)施例的透徹理解。不過，本發(fā)明可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下 被實(shí)踐，這對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。而且，眾所周知的特征可以被省略或 簡化，以免模糊所描述的實(shí)施例。
[0051] 微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)
[0052] 現(xiàn)參照附圖，其中貫穿若干附圖，相同參考編號(hào)表示相同部件，圖1是微創(chuàng)機(jī)器人 手術(shù)（MIRS)系統(tǒng)10的平面視圖說明，所述MIRS系統(tǒng)10通常用于對(duì)躺在操作臺(tái)14上的患 者12進(jìn)行微創(chuàng)診斷或手術(shù)。該系統(tǒng)可包括在手術(shù)過程期間供外科醫(yī)生18使用的外科醫(yī)生 的控制臺(tái)16。一個(gè)或更多個(gè)助理20也可以參與該手術(shù)過程。MIRS系統(tǒng)10可以進(jìn)一步包 括患者側(cè)推車22(手術(shù)機(jī)器人）和電子推車24。患者側(cè)推車22可以操縱至少一個(gè)可拆卸 聯(lián)接的工具組合件26 (在下文中，被簡稱為"工具"），通過患者12體內(nèi)的微創(chuàng)切口，同時(shí)外 科醫(yī)生18通過控制臺(tái)16觀察手術(shù)部位的圖像。手術(shù)部位的圖像可通過內(nèi)窺鏡28 (例如立 體內(nèi)窺鏡）獲得，所述手術(shù)部位圖像可以通過患者側(cè)推車22操縱以定位和定向內(nèi)窺鏡28。 電子推車24可以被用于處理手術(shù)部位的圖像，用于隨后通過外科醫(yī)生的控制臺(tái)16向外科 醫(yī)生18顯示。一次使用手術(shù)工具26的數(shù)量通常取決于診斷或手術(shù)過程以及手術(shù)室內(nèi)的空 間限制以及其他因素。如果在手術(shù)過程期間有必要改變正在使用的一個(gè)或更多個(gè)工具26， 助理20可以從患者側(cè)推車22移走工具26并用手術(shù)室中來自托盤30的另一個(gè)工具26將 其替換。
[0053] 圖2示出外科醫(yī)生的控制臺(tái)16的透視圖。外科醫(yī)生的控制臺(tái)16包括左眼顯示器 32和右眼顯示器34,其用于向外科醫(yī)生18呈現(xiàn)能夠具有深度感知的手術(shù)部位的協(xié)同立體 視圖?？刂婆_(tái)16進(jìn)一步包括一個(gè)或更多個(gè)輸入控制裝置36,其進(jìn)而促使患者側(cè)推車22 (在 圖1中示出）操縱一個(gè)或更多個(gè)工具。輸入控制裝置36可以提供與其關(guān)聯(lián)的工具26 (在 圖1中示出）相同的自由度，以向外科醫(yī)生提供輸入控制裝置36與工具26 -體化的遠(yuǎn)程 呈現(xiàn)或感知，以便外科醫(yī)生具有直接控制工具26的強(qiáng)烈知覺。為此，位置、力和觸覺反饋傳 感器（未示出）可以通過輸入控制裝置36將位置、力和觸覺感覺從工具26傳輸向外科醫(yī) 生的手。每個(gè)單獨(dú)輸入控制裝置36作為控制相應(yīng)從手術(shù)工具以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作的人為控制 主控器。當(dāng)這種遠(yuǎn)程操作與以三維感知的手術(shù)部位的顯示組合并且外科醫(yī)生的手在主控器 上被定位在與手術(shù)部位處觀察的工具圖像對(duì)應(yīng)的位置處時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程呈現(xiàn)的感覺。
[0054] 外科醫(yī)生的控制臺(tái)16通常被設(shè)置在與患者相同的房間中，以便外科醫(yī)生可以直 接監(jiān)測(cè)手術(shù)過程，如果必要可以實(shí)際存在并直接與助理說話而不是通過電話或其他通信介 質(zhì)。不過，外科醫(yī)生可以位于不同房間、完全不同的建筑物或遠(yuǎn)離患者的其他位置，以允許 遠(yuǎn)程手術(shù)過程。
[0055] 圖3示出電子推車24的透視圖。電子推車24可以與內(nèi)窺鏡28聯(lián)接并且可以包 括處理捕捉圖像供隨后在外科醫(yī)生的控制臺(tái)或位于本地和/或遠(yuǎn)程的其他合適的顯示器 上向外科醫(yī)生顯示的處理器。例如，在使用立體內(nèi)窺鏡時(shí)，電子推車24可以處理捕捉圖像， 向外科醫(yī)生呈現(xiàn)手術(shù)部位的協(xié)同立體圖像。這類協(xié)同可以包括相對(duì)圖像之間的對(duì)齊并且可 以包括調(diào)整立體內(nèi)窺鏡的立體工作距離。作為另一個(gè)示例，圖像處理可以包括使用先前確 定的攝像頭校準(zhǔn)參數(shù)補(bǔ)償圖像捕捉裝置的成像誤差，例如光學(xué)像差。
[0056] 圖4概略示出機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)50 (例如圖1的MIRS系統(tǒng)10)。如上所述，外科醫(yī) 生的控制臺(tái)52(例如圖1中的外科醫(yī)生的控制臺(tái)16)可以在微創(chuàng)手術(shù)過程期間被外科醫(yī)生 用于控制患者側(cè)推車（手術(shù)機(jī)器人）54(例如圖1中的患者側(cè)推車22)?；颊邆?cè)推車54可 以使用諸如立體內(nèi)窺鏡的成像裝置捕捉手術(shù)部位的圖像并向電子推車56(例如圖1中的電 子推車24)輸出捕捉的圖像。如上所述，電子推車56可以在任何隨后顯示之前以各種方式 處理捕捉的圖像。例如，電子推車56可以在經(jīng)由外科醫(yī)生的控制臺(tái)52向外科醫(yī)生顯示組合 圖像之前用虛擬控制界面覆蓋捕捉的圖像。患者側(cè)推車54可以輸出供在電子推車56外部 處理的捕捉的圖像。例如，患者側(cè)推車54可以向處理器58輸出捕捉的圖像，處理器58可 以被用于處理捕捉的圖像。圖像還可以通過電子推車56和處理器58的組合進(jìn)行處理，電 子推車56和處理器58可以被聯(lián)接在一起共同、依次和/或組合處理捕捉的圖像。一個(gè)或 更多個(gè)單獨(dú)的顯示器60也可以與處理器58和/或電子推車56聯(lián)接在一起，用于圖像（例 如，手術(shù)部位的圖像或其他相關(guān)圖像）的本地和/或遠(yuǎn)程顯示。
[0057] 圖5A和5B分別示出患者側(cè)推車22和手術(shù)工具62。手術(shù)工具62是手術(shù)工具26 的示例。所示出的患者側(cè)推車22提供三個(gè)手術(shù)工具26和成像裝置28的操縱，該成像裝置 例如用于手術(shù)部位的圖像捕捉的立體內(nèi)窺鏡。操縱通過具有若干機(jī)器人接頭的機(jī)器人機(jī)構(gòu) 提供。成像裝置28和手術(shù)工具26可以通過患者內(nèi)部的切口安置和操縱，以便運(yùn)動(dòng)的遠(yuǎn)程 中心被保持在切口處，以將切口尺寸最小化。手術(shù)部位的圖像可以包括當(dāng)手術(shù)工具26被安 置在成像裝置28的視場(chǎng)內(nèi)時(shí)，手術(shù)工具26的遠(yuǎn)端的圖像。診斷或治療的端部執(zhí)行器63通 常在手術(shù)器械的長軸的遠(yuǎn)端處。
[0058] 硬件受限的遠(yuǎn)程中心操縱器
[0059] 圖6示出根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器70的透視示意圖。遠(yuǎn)程中心操縱器 70由安裝基座72支撐。遠(yuǎn)程中心操縱器70包括由安裝基座72支撐的基座連桿74、偏轉(zhuǎn)接 頭76、延伸連桿78、基座平行四邊形接頭80、第一平行四邊形連桿82、第一平行四邊形接頭 84、第二平行四邊形連桿86、第二平行四邊形接頭88、錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)90和器械夾持器92。 器械夾持器92經(jīng)配置支撐并沿插入軸線96平移手術(shù)器械94 ( S卩，器械夾持器92包括移入 和移出患者體壁處切口的或在沿插入軸線96的患者自然體孔處的手術(shù)器械94的至少一個(gè) 棱柱接頭）。手術(shù)端部執(zhí)行器95在手術(shù)器械94的遠(yuǎn)端處。端部執(zhí)行器可以用于任何手術(shù) 功能，其包括治療、診斷或成像手術(shù)裝置。端部執(zhí)行器可以以各種已知的方式完成滾動(dòng)。例 如，器械夾持器92或器械94自身可以包括允許器械軸圍繞插入軸線96滾動(dòng)的器械軸滾動(dòng) 能力。作為替代示例，軸可以保持靜止?jié)L動(dòng)，并且端部執(zhí)行器在器械軸的端部處滾動(dòng)。
[0060] 安裝基座72允許遠(yuǎn)程中心操縱器70通過推車底座的設(shè)定臂/接頭、頂板底座、地 板/柱腳底座或其他底座表面進(jìn)行安裝和支撐，以便基座在地面參考系（如通過地面符號(hào) 所表示的）中保持有效靜止。遠(yuǎn)程中心操縱器70經(jīng)配置成使得在手術(shù)器械94被操縱時(shí)， 遠(yuǎn)程操縱中心（RC)相對(duì)于安裝基座72不移動(dòng)。通過在相對(duì)于患者的固定位置和取向上支 撐安裝基座72,遠(yuǎn)程操縱中心（RC)相對(duì)于患者保持固定，從而為手術(shù)器械94提供切入點(diǎn)。 在遠(yuǎn)程操縱中心（RC)相對(duì)于患者被固定的情況下，可以實(shí)現(xiàn)手術(shù)器械94的操縱，而沒有在 手術(shù)器械94的切入位置處對(duì)患者細(xì)胞組織強(qiáng)加潛在危害力的危險(xiǎn)。在手術(shù)器械軸通過插 管的實(shí)施例中，遠(yuǎn)程操縱中心通常被定義在沿插管中心線的點(diǎn)，雖然在某些實(shí)施例中，插管 可以是可選的。
[0061] 偏轉(zhuǎn)接頭76將延伸連桿78的近端可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到基座連桿74的遠(yuǎn)端。偏轉(zhuǎn)接 頭76可操作產(chǎn)生延伸連桿78圍繞延伸通過遠(yuǎn)程操縱中心（RC)的偏轉(zhuǎn)軸線98的受控轉(zhuǎn)動(dòng) (滾動(dòng)）。因?yàn)槠餍祳A持器92經(jīng)由遠(yuǎn)程中心操縱器70的介入連桿機(jī)構(gòu)部件被聯(lián)接到延伸 連桿78,延伸連桿78圍繞偏轉(zhuǎn)軸線98的轉(zhuǎn)動(dòng)（滾動(dòng)）產(chǎn)生器械夾持器92圍繞偏轉(zhuǎn)軸線 98的相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而對(duì)于偏轉(zhuǎn)接頭76的所有角度取向保持遠(yuǎn)程操縱中心（RC)相對(duì)于安裝 基座72的位置和取向。術(shù)語"偏轉(zhuǎn)"是任意的，并且可以看出在該術(shù)語的情況下，遠(yuǎn)程操縱 中心（RC)靜止、圍繞偏轉(zhuǎn)軸線98的轉(zhuǎn)動(dòng)將促使手術(shù)器械94的遠(yuǎn)端以如偏轉(zhuǎn)所限定的方式 移動(dòng)。
[0062] 遠(yuǎn)程中心操縱器70的平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)部分100經(jīng)配置產(chǎn)生受限于圍繞俯仰 軸線102的轉(zhuǎn)動(dòng)的器械夾持器92的運(yùn)動(dòng)，其中俯仰軸線102與遠(yuǎn)程操縱中心（RC)交叉。通 過將器械夾持器92的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)限制圍繞俯仰軸線102的轉(zhuǎn)動(dòng)（俯仰），插入軸線96繼續(xù)與 遠(yuǎn)程操縱中心（RC)交叉，并且器械夾持器92與遠(yuǎn)程操縱中心（RC)之間的距離得以維持。 術(shù)語"俯仰"是任意的，并且可以看出在該術(shù)語的情況下，遠(yuǎn)程操縱中心（RC)靜止、圍繞俯 仰軸線102的轉(zhuǎn)動(dòng)將促使手術(shù)器械94的遠(yuǎn)端以如俯仰所限定的方式移動(dòng)。
[0063] 平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)部分100包括平行四邊形基座接頭80、第一平行四邊形連桿 82、第一平行四邊形接頭84、第二平行四邊形連桿86、第二平行四邊形接頭88、錐形擺動(dòng)機(jī) 構(gòu)90和器械夾持器92?；叫兴倪呅谓宇^80將第一平行四邊形連桿82可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接 到延伸連桿78的遠(yuǎn)端?；叫兴倪呅谓宇^80可操作產(chǎn)生第一平行四邊形連桿82圍繞 平行于俯仰軸線102的基座接頭軸線104的受控轉(zhuǎn)動(dòng)?；宇^軸線104的位置和取向相 對(duì)于延伸連桿78是固定的。第一平行四邊形接頭84將第二平行四邊形連桿86的近端可 轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接到第一平行四邊形連桿82的遠(yuǎn)端，用于第二平行四邊形連桿86圍繞平行于俯仰 軸線102的第一接頭軸線106轉(zhuǎn)動(dòng)。第一接頭軸線106的位置和取向相對(duì)于第一平行四邊 形連桿82是固定的。第二平行四邊形接頭88將錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)90的近端可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到 第二平行四邊形連桿86的遠(yuǎn)端，用于錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)90圍繞平行于俯仰軸線102的第二接 頭軸線108轉(zhuǎn)動(dòng)。第二接頭軸線108的位置和取向相對(duì)于第二平行四邊形連桿86是固定 的。因?yàn)槠餍祳A持器92被聯(lián)接到錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)90的遠(yuǎn)端，器械夾持器92被限制成圍繞第 二接頭軸線108轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0064] 第一和第二平行四邊形接頭84、88被可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到基座平行四邊形接頭80,以 便基座平行四邊形接頭80的致動(dòng)致動(dòng)平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)部分100,從而產(chǎn)生器械夾持器 92被限制成圍繞俯仰軸線102轉(zhuǎn)動(dòng)的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。任何合適的方案可以被用于可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián) 接基座平行四邊形接頭80、第一平行四邊形接頭84和第二平行四邊形接頭88。例如，基座 平行四邊形接頭80可以包括基座滑輪，其被可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定到延伸連桿78并被安裝以圍繞 基座接頭軸線104相對(duì)于第一平行四邊形連桿82轉(zhuǎn)動(dòng)。第一平行四邊形接頭84可以包括 第一滑輪，其被可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定到第二平行四邊形連桿86并被安裝以圍繞第一接頭軸線106 相對(duì)于第一平行四邊形連桿82轉(zhuǎn)動(dòng)。通過將第一滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)連接到第二滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，例如 通過一個(gè)或更多個(gè)驅(qū)動(dòng)帶或一個(gè)或更多個(gè)連桿，第二平行四邊形連桿86相對(duì)于第一平行 四邊形連桿82的轉(zhuǎn)動(dòng)可以通過第一平行四邊形連桿82相對(duì)于延伸連桿78的轉(zhuǎn)動(dòng)而被驅(qū) 動(dòng)，使得第二平行四邊形連桿86與延伸連桿78之間同一的相對(duì)取向在針對(duì)第一平行四邊 形連桿82相對(duì)于延伸連桿78的所有角度取向被保持。以同樣的方式，第一平行四邊形接 頭84可以包括第三滑輪，其被可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定到第一平行四邊形連桿82并被安裝以圍繞第 一接頭軸線106相對(duì)于第二平行四邊形連桿86轉(zhuǎn)動(dòng)。第二平行四邊形接頭88可以包括第 四滑輪，其被可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定到錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)90的近端并被安裝以圍繞第二接頭軸線108相 對(duì)于第二平行四邊形連桿86轉(zhuǎn)動(dòng)。通過將第三滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)連接到第四滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，例如通 過一個(gè)或更多個(gè)驅(qū)動(dòng)帶或一個(gè)或更多個(gè)連桿，錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)90相對(duì)于第二平行四邊形連 桿86的轉(zhuǎn)動(dòng)可以通過第二平行四邊形連桿86相對(duì)于第一平行四邊形連桿82的轉(zhuǎn)動(dòng)而被 驅(qū)動(dòng)，使得插入軸線96與第一平行四邊形連桿82之間同一的相對(duì)取向在針對(duì)第二平行四 邊形連桿86相對(duì)于第一平行四邊形連桿82的所有角度取向被保持。
[0065] 錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)90包括近側(cè)錐形擺動(dòng)連桿110和錐形擺動(dòng)接頭112。錐形擺動(dòng)接頭 112將器械夾持器92可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到近側(cè)錐形擺動(dòng)連桿110,使得錐形擺動(dòng)接頭112的致 動(dòng)圍繞與遠(yuǎn)程操縱中心（RC)交叉的錐形擺動(dòng)軸線114相對(duì)于近側(cè)錐形擺動(dòng)連桿110重新 定向器械夾持器92。錐形擺動(dòng)接頭112的轉(zhuǎn)動(dòng)促使手術(shù)器械94的軸沿中心在錐形擺動(dòng)軸 線114上并且在遠(yuǎn)程操縱中心（RC)處具有頂點(diǎn)的圓錐的表面擺動(dòng)。器械夾持器92圍繞錐 形擺動(dòng)軸線114的重新定向可以被用于任何合適目的，例如避免與毗鄰手術(shù)操縱器和/或 患者的碰撞，或用于在體壁處提供增加的空間以允許手術(shù)人員訪問器械進(jìn)入身體的無菌手 術(shù)區(qū)域。器械夾持器92圍繞錐形擺動(dòng)軸線114的重新定向還可以被用于延伸器械夾持器 92相對(duì)于患者的可用運(yùn)動(dòng)范圍。錐形擺動(dòng)軸線114提供一個(gè)冗余軸線，器械夾持器92可 以圍繞所述一個(gè)冗余軸線在遠(yuǎn)程操縱中心（RC)附近轉(zhuǎn)動(dòng)。錐形擺動(dòng)軸線114不與偏轉(zhuǎn)軸 線98、俯仰軸線102或插入軸線96中的任一個(gè)對(duì)齊。不過，在手術(shù)中，錐形擺動(dòng)軸線114與 偏轉(zhuǎn)軸線98之間的角度可以隨遠(yuǎn)程中心操縱器70被鉸接而改變。錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)90是可 選的，并且可以如本文所述被包括在各個(gè)操縱器實(shí)施例中或不被包括在各個(gè)操縱器實(shí)施例 中。出于本說明書的目的，錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)90可以被認(rèn)為是與更接近地處于操縱器中的其他 錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)區(qū)分的遠(yuǎn)側(cè)錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)（例如，參見圖8,其示出另一個(gè)"近側(cè)"錐形擺動(dòng)機(jī) 構(gòu)）。
[0066] 圖7是根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器120的透視示意圖。遠(yuǎn)程中心操縱器 120包括一些與圖6的遠(yuǎn)程中心操縱器70相同的部件。共享部件包括安裝基座72、基座連 桿74、偏轉(zhuǎn)接頭76、延伸連桿78、基座平行四邊形接頭80、第一平行四邊形連桿82、第一平 行四邊形接頭84、第二平行四邊形連桿86、第二平行四邊形接頭88和器械夾持器92。遠(yuǎn)程 中心操縱器120不包括錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)90。相反，第二平行四邊形接頭88將器械夾持器92 可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到第二平行四邊形連桿86,用于器械夾持器92圍繞第二接頭軸線108相對(duì)于 第二平行四邊形連桿86轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0067] 遠(yuǎn)程中心操縱器120進(jìn)一步包括錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)122。錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)122包括錐 形擺動(dòng)接頭124和通過錐形擺動(dòng)接頭124被可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到基座連桿74的錐形擺動(dòng)連桿 126。錐形擺動(dòng)接頭124可操作圍繞與遠(yuǎn)程操縱中心（RC)交叉的錐形擺動(dòng)軸線128選擇性 轉(zhuǎn)動(dòng)錐形擺動(dòng)連桿126。錐形擺動(dòng)連桿126的遠(yuǎn)端支撐偏轉(zhuǎn)接頭76。錐形擺動(dòng)連桿126經(jīng) 配置定位和定向偏轉(zhuǎn)接頭76,使得針對(duì)錐形擺動(dòng)連桿126圍繞錐形擺動(dòng)軸線128的所有取 向，偏轉(zhuǎn)軸線98與遠(yuǎn)程操縱中心（RC)交叉。錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)122可操作相對(duì)于安裝基座72 重新定向遠(yuǎn)程中心操縱器120的外側(cè)連桿機(jī)構(gòu)，同時(shí)保持遠(yuǎn)程操縱中心（RC)相對(duì)于安裝基 座72的位置。錐形擺動(dòng)接頭124的轉(zhuǎn)動(dòng)促使手術(shù)器械94的軸沿中心在錐形擺動(dòng)軸線128 上并且在遠(yuǎn)程操縱中心（RC)處具有頂點(diǎn)的圓錐的表面擺動(dòng)。錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)122可以以任 何合適的方式使用，例如被用于在手術(shù)過程之前定位/定向遠(yuǎn)程中心操縱器120的外側(cè)部 分且/或在手術(shù)過程期間用于主動(dòng)地定位/定向遠(yuǎn)程中心操縱器120的外側(cè)部分的設(shè)定接 頭。錐形擺動(dòng)軸線128提供冗余自由度軸線，器械夾持器92可以圍繞所述冗余自由度軸線 在遠(yuǎn)程操縱中心（RC)附近轉(zhuǎn)動(dòng)。錐形擺動(dòng)軸線128不與偏轉(zhuǎn)軸線92、俯仰軸線102或插 入軸線96中的任一個(gè)對(duì)齊。錐形擺動(dòng)軸線128可以距偏轉(zhuǎn)軸線98偏移任何合適角度（例 如，在一個(gè)實(shí)施例中是15度）。再次參照?qǐng)D6,錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)122是可選的，并且可以如本 文所述被包括在各個(gè)操縱器實(shí)施例中或不被包括在各個(gè)操縱器實(shí)施例中。出于本說明書的 目的，錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)122可以被認(rèn)為是與更遠(yuǎn)離處在操縱器中的其他錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)區(qū)分的 近側(cè)錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)（例如，參見圖8,其示出另一個(gè)"遠(yuǎn)側(cè)"錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)）。
[0068] 與錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)122關(guān)聯(lián)的接頭可以被驅(qū)動(dòng)或不被驅(qū)動(dòng)，并且如果被驅(qū)動(dòng)，則該 接頭可以作為在外科醫(yī)生的主動(dòng)控制下的遠(yuǎn)程操作功能的一部分或被手術(shù)室中的另一個(gè) 人被動(dòng)控制。如果非外科醫(yī)生的人被動(dòng)控制，錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)可以作為設(shè)定結(jié)構(gòu)的一部分以 在手術(shù)過程之前和/或手術(shù)過程期間針對(duì)手術(shù)正確地定位遠(yuǎn)程中心操縱器。在一些實(shí)施例 中，開關(guān)（按鈕，搖桿等）控制錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)122的運(yùn)動(dòng)，將操縱器的更遠(yuǎn)側(cè)部分移動(dòng)到期 望的位置。并且，錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)122可轉(zhuǎn)動(dòng)滿360度或更大，或其轉(zhuǎn)動(dòng)可以被限制小于360 度。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)動(dòng)被限制在大約180度、在直線上升（12點(diǎn)）位置到直線下 降（6點(diǎn)）位置之間的范圍內(nèi)。如果兩個(gè)或更多個(gè)類似配置的遠(yuǎn)程中心操縱器被定位彼此相 鄰，那么每個(gè)錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)122可以被限制轉(zhuǎn)動(dòng)相同弧度，以幫助消除碰撞/沖突。例如， 每個(gè)錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)122可以被限制轉(zhuǎn)動(dòng)到在從12點(diǎn)通過3點(diǎn)到6點(diǎn)的圓弧上的任何位置。 在其他實(shí)施例中，錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)122被設(shè)置有重心平衡補(bǔ)償特征（例如，通過使用電流根據(jù) 機(jī)械負(fù)載位置控制馬達(dá)轉(zhuǎn)矩，通過使用彈簧以平衡機(jī)械負(fù)載等），這使得在機(jī)械載荷有效失 重或低重量時(shí)手容易定位。在重心平衡補(bǔ)償實(shí)施例中，制動(dòng)器通常將操縱器保持就位直到 一個(gè)人將該操縱器移動(dòng)到期望位置的時(shí)間被釋放，并接著在新位置處重新施加制動(dòng)以保持 該操縱器。
[0069] 除了用于設(shè)定操作以外，錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)122還可以被連接到手術(shù)器械94的外科 醫(yī)生的主動(dòng)遠(yuǎn)程操作控件。因此，錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)可以作為外科醫(yī)生的控制輸入的結(jié) 果或作為例如避免與附近物體例如第二操縱器、患者或其他手術(shù)室設(shè)備碰撞的結(jié)果自動(dòng)發(fā) 生。
[0070] 本文公開的遠(yuǎn)程中心操縱器的各個(gè)方面可以以任何合適方式被組合。例如，圖8 是根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器130的透視示意圖，所述遠(yuǎn)程中心操縱器包括圖6的 遠(yuǎn)程中心操縱器70和圖7的遠(yuǎn)程中心操縱器120兩者的方面。具體地，遠(yuǎn)程中心操縱器 130包括錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)122、錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)90和平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)部分100。因此，遠(yuǎn)程 中心操縱器130具有兩個(gè)冗余自由度軸線，具體地，包括錐形擺動(dòng)軸線114和錐形擺動(dòng)軸線 128,器械夾持器92可以圍繞所述兩個(gè)冗余自由度軸線在遠(yuǎn)程操縱中心（RC)附近轉(zhuǎn)動(dòng)。錐 形擺動(dòng)軸線114與錐形擺動(dòng)軸線128中的每個(gè)不與偏轉(zhuǎn)軸線98、俯仰軸線102或插入軸線 96中的任一個(gè)對(duì)齊。
[0071] 由于在圖6-圖8中示出的遠(yuǎn)程中心操縱器實(shí)施例包括偏轉(zhuǎn)軸線以及一個(gè)或更多 個(gè)錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中每個(gè)錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)與錐形擺動(dòng)軸線關(guān)聯(lián)，并且這些轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線均與 遠(yuǎn)程操縱中心對(duì)齊，由此產(chǎn)生的冗余自由度允許器械軸在空間（即，在與基座72關(guān)聯(lián)的地 面參考系中）中保持靜止，如同遠(yuǎn)程中心操縱器被放置在各個(gè)不同構(gòu)造中一樣。進(jìn)一步地， 通過如上所述的器械端部執(zhí)行器滾動(dòng)，如果端部執(zhí)行器取向不與插入軸線96對(duì)齊，那么該 端部執(zhí)行器取向也可以在空間中保持靜止，如同遠(yuǎn)程中心操縱器被放置在各個(gè)不同構(gòu)造中 一樣。這類遠(yuǎn)程中心操縱器維護(hù)硬件受限機(jī)器人手術(shù)操縱器的患者安全利益，其中硬件構(gòu) 造防止遠(yuǎn)程操縱中心相對(duì)患者移動(dòng)，并且這類操縱器添加允許在不同位置的各個(gè)器械的不 同構(gòu)造的益處，避免與毗鄰操縱器、患者、其他設(shè)備和手術(shù)人員碰撞的有用特征，從而在操 縱器與患者之間提供增加的空隙，并且提供增加的對(duì)器械進(jìn)入患者的手術(shù)區(qū)的訪問。
[0072] 但是應(yīng)當(dāng)很容易地認(rèn)識(shí)到，如果平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)部分100安置不與軸線98垂 直的插入軸線96,那么隨著接頭76轉(zhuǎn)動(dòng)，器械94也沿中心在遠(yuǎn)程操縱中心處具有頂點(diǎn)的軸 線96上的圓錐的表面，以在如錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)以如上所述轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)類似于器械94運(yùn)動(dòng)的方式 擺動(dòng)。因此，這些特征提供所謂任意的冗余"偏轉(zhuǎn)類型"自由度，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)的軸線與遠(yuǎn) 程操縱中心交叉。但是，根據(jù)本發(fā)明的方面的硬件受限遠(yuǎn)程中心操縱器并不局限于偏轉(zhuǎn)類 型冗余自由度。
[0073] 圖9是根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器140的透視示意圖。遠(yuǎn)程中心操縱器 140包括一些與圖6的遠(yuǎn)程中心操縱器70相同的部件。共享部件包括安裝基座72、基座連 桿74、偏轉(zhuǎn)接頭76、延伸連桿78、基座平行四邊形接頭80、第一平行四邊形連桿82、第一平 行四邊形接頭84、第二平行四邊形連桿、第二平行四邊形接頭88和器械夾持器92。如圖 所示的遠(yuǎn)程中心操縱器140不包括錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)90。相反，第二平行四邊形接頭88將器 械夾持器92可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到第二平行四邊形連桿86,用于器械夾持器92圍繞第二接頭軸 線108相對(duì)于第二平行四邊形連桿86轉(zhuǎn)動(dòng)。遠(yuǎn)程中心操縱器140進(jìn)一步包括重新定向機(jī) 構(gòu)142,其可操作將遠(yuǎn)程中心操縱器140的外側(cè)部分圍繞與遠(yuǎn)程操縱中心（RC)交叉的軸線 144重新定向。重新定向機(jī)構(gòu)142包括基座146和與基座146聯(lián)接并可沿相對(duì)于遠(yuǎn)程操縱 中心（RC)具有恒定半徑的彎曲路徑相對(duì)于基座146重新定向的可移動(dòng)連桿148,從而將器 械夾持器92的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)限制成圍繞遠(yuǎn)程操縱中心（RC)轉(zhuǎn)動(dòng)。在所示出的實(shí)施例中，軸線 144與俯仰軸線102重合。因此，如圖所示，平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)部分和重新定向機(jī)構(gòu)142 中的每個(gè)在遠(yuǎn)程操縱中心（RC)處單獨(dú)在重合軸線102、144附近轉(zhuǎn)動(dòng)器械94,以提供冗余自 由度。并且，遠(yuǎn)程中心操縱器140的硬件設(shè)計(jì)物理上限制器械94在遠(yuǎn)程操縱中心（RC)處 轉(zhuǎn)動(dòng)。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，其他機(jī)械結(jié)構(gòu)可以被用于提供為重新定向機(jī)構(gòu)122示意性示出 和描述的功能。進(jìn)一步地，具有與重新定向機(jī)構(gòu)142類似功能的一個(gè)或更多個(gè)附加重新定 向機(jī)構(gòu)可以被插入到在基座72與器械夾持器92之間的鏈接中，以便遠(yuǎn)程中心操縱器140 具有附加的冗余自由度。
[0074] 重新定向機(jī)構(gòu)142還可以經(jīng)配置成使得軸線144不與俯仰軸線102對(duì)齊（不重 合）。例如，重新定向機(jī)構(gòu)142可以經(jīng)配置成使得軸線144與插入軸線96對(duì)齊，并可以經(jīng)配 置成使得軸線144相對(duì)于俯仰軸線102和/或插入軸線96處于任何合適的角度。
[0075] 與重新定向機(jī)構(gòu)142關(guān)聯(lián)的接頭可以被驅(qū)動(dòng)或不被驅(qū)動(dòng)，并且如果被驅(qū)動(dòng)，其可 以在外科醫(yī)生的主動(dòng)控制下或被手術(shù)室人員被動(dòng)控制。如果在被動(dòng)控制下，重新定向機(jī)構(gòu) 142可以在手術(shù)過程之前被用作設(shè)定接頭，以針對(duì)手術(shù)正確地定位遠(yuǎn)程中心操縱器140,且 /或在手術(shù)過程期間其可以被用于主動(dòng)重新定向外側(cè)連桿機(jī)構(gòu)，同時(shí)保持相對(duì)于安裝基座 72的遠(yuǎn)程操縱中心（RC)的位置并從而相對(duì)于患者以及器械94進(jìn)入患者的切口的位置。在 一些被動(dòng)控制實(shí)施例中，開關(guān)（例如，開/關(guān)按鈕，彈簧搖桿等）控制重新定向機(jī)構(gòu)142移 動(dòng)，以便人員操作控件將遠(yuǎn)程中心操縱器移動(dòng)到期望位置。在其他被動(dòng)控制實(shí)施例中，重新 定向機(jī)構(gòu)被配備有重心平衡補(bǔ)償特征（例如，根據(jù)機(jī)械負(fù)載位置控制馬達(dá)電流的補(bǔ)償），以 便感覺操縱器有效失重并且該操縱器容易被手移動(dòng)。例如，制動(dòng)器可以將重新定向機(jī)構(gòu)142 保持就位直到人員可以容易重定位重新定向機(jī)構(gòu)的點(diǎn)時(shí)被釋放，并接著再施加制動(dòng)器將該 操縱器保持就位。
[0076] 圖10是根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器150的透視示意圖。遠(yuǎn)程中心操縱器 150包括圖8的遠(yuǎn)程中心操縱器130和圖9的遠(yuǎn)程中心操縱器140二者的方面。具體地， 遠(yuǎn)程中心操縱器150包括重新定向機(jī)構(gòu)142、錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)122 (其任選地，可以不包括）、 錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)90(其任選地，可以不包括）和平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)部分100。因此，遠(yuǎn)程中 心操縱器150具有三個(gè)冗余自由度（如果所述錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)中的一個(gè)被去除，則會(huì)更少；如 果附加的錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)或重新定向機(jī)構(gòu)被添加，則會(huì)更多），并且這些自由度來自圍繞軸線 144 (通過重新定向機(jī)構(gòu)142驅(qū)動(dòng)的）、錐形擺動(dòng)軸線114 (通過錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)90驅(qū)動(dòng)的）和 錐形擺動(dòng)軸線128 (通過錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)122驅(qū)動(dòng)的）轉(zhuǎn)動(dòng)的能力。在軸線144不與遠(yuǎn)程中 心操縱器150中的俯仰軸線102重合時(shí)，軸線144可以在替代實(shí)施例中與俯仰軸線102重 合。
[0077] 重新定向機(jī)構(gòu)142和錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)122中的每一個(gè)可以在手術(shù)過程之前被用作設(shè) 定接頭且/或在手術(shù)過程期間被用于主動(dòng)重新定向外側(cè)連桿機(jī)構(gòu)，同時(shí)物理上限制遠(yuǎn)程操 縱中心（RC)相對(duì)于安裝基座72的位置，并因此保持遠(yuǎn)程操縱中心（RC)相對(duì)于患者的位 置。作為設(shè)定結(jié)構(gòu)的一部分的重新定向機(jī)構(gòu)142的使用如上被描述，并且錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)122 可以同樣被使用。
[0078] 需要指出，遠(yuǎn)程中心操縱器的各個(gè)實(shí)施例中的每個(gè)實(shí)施例某種程度上是窄的，以 便這些操縱器中的兩個(gè)或更多個(gè)可以在手術(shù)機(jī)器人上彼此相鄰定位，并且毗鄰操縱器之間 的空間可以被減少，以允許每個(gè)操縱器控制靠近另一個(gè)器械的器械，用于有效的手術(shù)器械 安置。
[0079] 圖11示出根據(jù)許多實(shí)施例的硬件受限遠(yuǎn)程中心操縱器160。操縱器160包括基座 連桿162、錐形擺動(dòng)連桿164、平行四邊形基座連桿166、平行四邊形第一連桿168、平行四邊 形第二連桿170、經(jīng)配置支持可拆卸手術(shù)器械（未示出；器械軸經(jīng)過被示出聯(lián)接在器械夾持 器172遠(yuǎn)端處的插管173)的器械夾持器172和錐形擺動(dòng)接頭174。在許多實(shí)施例中，基座 連桿162相對(duì)于經(jīng)由遠(yuǎn)程中心操縱器160在正被手術(shù)的患者被保持在固定位置。錐形擺動(dòng) 連桿164具有被安裝在基座連桿162的錐形擺動(dòng)連桿遠(yuǎn)端176,用于錐形擺動(dòng)連桿164圍 繞第一軸線178相對(duì)于基座連桿162轉(zhuǎn)動(dòng)，第一軸線178與遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)中心（RC)交叉，遠(yuǎn)程 運(yùn)動(dòng)中心（RC)由沿器械軸經(jīng)過的插管的中心線限定。錐形擺動(dòng)連桿164具有從第一軸線 178偏移的錐形擺動(dòng)連桿遠(yuǎn)端180,以及將錐形擺動(dòng)連桿近端176連接到錐形擺動(dòng)連桿遠(yuǎn)端 180的錐形擺動(dòng)連桿體區(qū)段182。
[0080] 錐形擺動(dòng)連桿164的操縱器160外側(cè)（遠(yuǎn)側(cè)）的連桿機(jī)構(gòu)經(jīng)配置提供器械夾持器 172的選擇性移動(dòng)，其被限制成器械夾持器172圍繞遠(yuǎn)程中心（RC)的二維轉(zhuǎn)動(dòng)（手術(shù)器械 未不出）。至于器械夾持器172圍繞遠(yuǎn)程中心（RC)轉(zhuǎn)動(dòng)的第一方向，該第一方向在本文被 稱為偏轉(zhuǎn)，平行四邊形基座連桿166具有被安裝在錐形擺動(dòng)連桿遠(yuǎn)端180的近端184,其用 于圍繞也與遠(yuǎn)程中心（RC)交叉的第二軸線186相對(duì)于錐形擺動(dòng)連桿遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)動(dòng)。通過相對(duì) 于錐形擺動(dòng)連桿遠(yuǎn)端180選擇性轉(zhuǎn)動(dòng)平行四邊形基座連桿166,平行四邊形基座連桿166的 操縱器160外側(cè)的連桿機(jī)構(gòu)也圍繞第二軸線186選擇性地轉(zhuǎn)動(dòng)，從而圍繞第二軸線186選 擇性地轉(zhuǎn)動(dòng)器械夾持器172。
[0081] 至于器械夾持器172圍繞遠(yuǎn)程中心（RC)轉(zhuǎn)動(dòng)的第二方向，該第二方向在本文也被 稱為俯仰，器械夾持器172和平行四邊形第一和第二連桿168、170被聯(lián)接，以便形成提供器 械夾持器172的移動(dòng)的平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，所述器械夾持器172被限制成圍繞遠(yuǎn)程中心 (RC)在軸線附近轉(zhuǎn)動(dòng)，所述軸線大致垂直于第二軸線186并且垂直于平行四邊形連桿機(jī)構(gòu) 的運(yùn)動(dòng)平面。平行四邊形第一連桿168具有經(jīng)由第一平行四邊形接頭192與平行四邊形基 座連桿166的遠(yuǎn)端190可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接的近端188。平行四邊形第二連桿170具有經(jīng)由第二 平行四邊形接頭198與平行四邊形第一連桿168的遠(yuǎn)端196可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接的近端194。器 械夾持器172經(jīng)由第三平行四邊形接頭202與平行四邊形第二連桿170的遠(yuǎn)端200聯(lián)接。 第二和第三平行四邊形接頭198、202被第一平行四邊形接頭192的轉(zhuǎn)動(dòng)可轉(zhuǎn)動(dòng)地驅(qū)動(dòng)，以 便第一平行四邊形連桿168、第二平行四邊形連桿170和器械夾持器172形成平行四邊形連 桿機(jī)構(gòu)。在所示位置中，第一平行四邊形連桿168限定在第一與第二平行四邊形接頭192、 198之間延伸的第一平行四邊形邊204,第二平行四邊形連桿170限定在第二與第三平行四 邊形接頭198、202之間延伸的第二平行四邊形邊206 ;以及器械夾持器172限定在第三平 行四邊形接頭202與遠(yuǎn)程中心（RC)之間延伸的第三平行四邊形邊208。為了說明平行四邊 形連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的第一平行四邊形邊204R被示出表示第一平行四邊形連桿168相 對(duì)于平行四邊形基座連桿166的相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)位置，以及重新定位的第二和第三平行四邊形邊 206R、208R被示出分別表示對(duì)應(yīng)于第一平行四邊形連桿168的轉(zhuǎn)動(dòng)位置的第二平行四邊形 連桿170和器械夾持器172的位置。如圖所示，第一平行四邊形連桿168相對(duì)于平行四邊 形基座連桿166的轉(zhuǎn)動(dòng)用于移動(dòng)器械夾持器172,以便第三平行四邊形邊208的遠(yuǎn)端保持 與遠(yuǎn)程操縱中心（RC)重合，從而使器械夾持器172圍繞大致垂直于第二軸線186的軸線俯 仰。
[0082] 當(dāng)操縱手術(shù)器械的軸沿第二軸線186 (偏轉(zhuǎn)軸線）在一條直線上時(shí)，錐形擺動(dòng)連桿 164的操縱器160外側(cè)的連桿機(jī)構(gòu)具有固有的奇異性。即使當(dāng)手術(shù)器械軸不沿第二軸線186 在一條直線上時(shí)，當(dāng)手術(shù)器械軸與第二軸線186之間的角度?。ɡ?，15度或更?。r(shí)，運(yùn) 動(dòng)學(xué)調(diào)節(jié)是很差的。將平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)延伸到手術(shù)器械軸與第二軸線86對(duì)齊所需程 度的另一個(gè)實(shí)踐限制是由此產(chǎn)生的操縱器160的長度對(duì)在手術(shù)室環(huán)境中的使用可能是不 良的長度。
[0083] 為了解決前述問題，平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)可以被限制，例如使得手術(shù)器械 軸相對(duì)于第二軸線186的角度被限制至少等于合適的角度（例如，大約15度）。不過，在這 類角度限制的情況下，對(duì)于第二軸線186的任何特定位置和取向，還存在手術(shù)器械尖端不 能到達(dá)的錐形體積。因此，錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)122提供重新定位且重新定向第二軸線186的方 式，以便將不可接近的錐形體積置于患者上的外科醫(yī)生不感興趣作業(yè)的地方。錐形擺動(dòng)機(jī) 構(gòu)122還可以作為器械夾持器172在第二軸線186附近替代被用于在第一軸線178附近轉(zhuǎn) 動(dòng)器械夾持器172。
[0084] 冗余軸線和硬件受限遠(yuǎn)程中心操縱器上的關(guān)聯(lián)冗余自由度允許操縱器使用不止 一個(gè)接頭角度的可能組合中的一個(gè)組合在獨(dú)特位置定位手術(shù)器械。因此，冗余軸線（提供 冗余自由度的接頭的軸線）可以被用于避免與毗鄰操縱器、患者解剖結(jié)構(gòu)或設(shè)備（例如手 術(shù)臺(tái)）的碰撞。當(dāng)冗余軸線被機(jī)械地限制經(jīng)過遠(yuǎn)程操縱中心（RC)時(shí)，該冗余軸線可以在手 術(shù)過程期間被重新定向，而沒有相對(duì)于患者移動(dòng)遠(yuǎn)程操縱中心（RC)的風(fēng)險(xiǎn)。
[0085] 錐形擺動(dòng)接頭174將第二平行四邊形連桿170的遠(yuǎn)端200聯(lián)接到器械夾持器172。 錐形擺動(dòng)接頭174可操作選擇性改變器械夾持器172圍繞與遠(yuǎn)程中心（RC)交叉的第三軸 線210相對(duì)于第二平行四邊形連桿170的取向。改變器械夾持器172相對(duì)于第二平行四邊 形連桿170的取向的能力可以被用于避免器械夾持器172與毗鄰操縱器之間的干擾，避免 器械夾持器172與患者之間的干擾，并且增加器械夾持器172的運(yùn)動(dòng)范圍。在所示出的實(shí) 施例中，第三軸線210與第三平行四邊形邊208重合，從而確保第三平行四邊形邊208響應(yīng) 于器械夾持器172圍繞第三軸線210的轉(zhuǎn)動(dòng)而不改變長度。
[0086] 圖12進(jìn)一步示出錐形擺動(dòng)接頭174。如圖所示，第三軸線210不與由器械夾持器 172支撐的手術(shù)器械（未示出）的中心線228對(duì)齊，手術(shù)器械沿著沿著第三軸線被插入和撤 回，并且手術(shù)器械軸在第三軸線附近滾動(dòng)。第三軸線210與中心線228之間的角偏移允許 錐形擺動(dòng)接頭174的轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)于遠(yuǎn)程中心（RC)重新定向手術(shù)器械，從而允許手術(shù)器械達(dá)到 患者體內(nèi)的不同區(qū)域。并且如上所述，與平行四邊形機(jī)構(gòu)的俯仰運(yùn)動(dòng)功能組合，錐形擺動(dòng)接 頭174的轉(zhuǎn)動(dòng)可以保持手術(shù)器械相對(duì)于運(yùn)動(dòng)的遠(yuǎn)程中心（RC)的位置和取向，允許重新定位 器械夾持器172以避免與毗鄰器械夾持器/手術(shù)器械干擾。
[0087] 圖13A、圖13B和圖13C示出錐形擺動(dòng)接頭174提供的運(yùn)動(dòng)范圍。在圖13A中，錐 形擺動(dòng)接頭174處于居中配置中，其中器械夾持器172與第二平行四邊形連桿170對(duì)齊。在 圖13B中，錐形擺動(dòng)接頭174被示出在一個(gè)方向充分轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在所示出的方向上定向器械 夾持器172。以及在圖13C中，錐形擺動(dòng)接頭174被示出在相反方向上充分轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在所 示出的相反方向上定向器械夾持器172。如圖所示，由錐形擺動(dòng)接頭174提供的器械夾持器 172的不同可能取向用作提供由器械夾持器172支撐的手術(shù)器械（未示出）的對(duì)應(yīng)不同插 入方向。同樣，錐形擺動(dòng)接頭174提供的冗余自由度允許在每個(gè)獨(dú)特器械位置的操縱器具 有一系列接頭位置。雖然未示出，可以看出在圖11中示出的近側(cè)錐形擺動(dòng)接頭提供類似功 能。以及此外，兩個(gè)錐形擺動(dòng)接頭在一起動(dòng)作可以將偏轉(zhuǎn)接頭和平行四邊形機(jī)構(gòu)偏移到一 側(cè)或另一側(cè)，而器械保持靜止。如上所述，隨著操縱器移動(dòng)，相對(duì)于器械主體滾動(dòng)端部執(zhí)行 器（例如，在軸上滾動(dòng)端部執(zhí)行器，或利用附接的端部執(zhí)行器滾動(dòng)整個(gè)軸）允許端部執(zhí)行器 在空間中保持靜止。因此，在遠(yuǎn)程手術(shù)期間，操縱器充分利用冗余自由度的優(yōu)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)對(duì)外 科醫(yī)生來說是透明的，外科醫(yī)生不會(huì)感覺到任何相應(yīng)手術(shù)端部執(zhí)行器的移動(dòng)。
[0088] 圖14A示出可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接一些實(shí)施例的操縱器160的第二平行四邊形接頭198和 第三平行四邊形接頭200的第一正弦/余弦連桿228和第二正弦/余弦連桿230。第一和 第二正弦/余弦連桿228、230之所以如此命名，是為了反映連桿228、230被聯(lián)接到平行四 邊形接頭198、200的方式。如在第二平行四邊形接頭198處所示，第一和第二正弦/余弦 連桿228、230與第二平行四邊形接頭198之間的連接偏移90度，第一和第二正弦/余弦連 桿228、230與第三平行四邊形接頭200之間的連接同樣配置。雖然90度的連接偏移是優(yōu) 選的，也可以使用其他偏移角度。所述連接偏移確保連桿228、230中的至少一個(gè)連桿總是 從經(jīng)過第一和第二平行四邊形接頭198、200兩者的中心線232偏移，以便總是具有在第二 和第三平行四邊形接頭198、200之間傳遞扭矩所需的偏移。通過以相同角度取向和徑向距 離連接第一和第二正弦/余弦連桿228、230中的每一個(gè)連桿的每端，第二與第三平行四邊 形接頭198、200之間的傳遞或轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)可以以可靠和平滑方式實(shí)現(xiàn)。
[0089] 在許多實(shí)施例中，第一和第二正弦/余弦連桿228、230的長度是可調(diào)節(jié)的，使聯(lián)接 點(diǎn)與第二和第三平行四邊形接頭198、200的長度更好匹配。因?yàn)檫B桿機(jī)構(gòu)是運(yùn)動(dòng)學(xué)受限 的，機(jī)械部件的幾何偏差（例如長度、角度或作業(yè)半徑）會(huì)在一些或全部部件中產(chǎn)生高力和 /或角力的形成。第一正弦/余弦連桿228包括第一連桿近側(cè)部分234和第一連桿遠(yuǎn)側(cè)部 分236,其在第一連桿接頭238處被固定在一起。同樣，第二正弦/余弦連桿230包括第二 連桿近側(cè)部分240和第二連桿遠(yuǎn)側(cè)部分242,其在第二連桿接頭244處被固定在一起。第一 連桿和第二連桿關(guān)節(jié)238、244經(jīng)配置成使得第一和第二正弦/余弦連桿228、230中的每一 個(gè)的長度可以被改變以匹配它們被安裝在其上的第二平行四邊形連桿170的指定長度。例 如，第一連桿近側(cè)部分234和第一連桿遠(yuǎn)側(cè)部分236可以首先被分別連接到第二平行四邊 形接頭198和連接到第三平行四邊形接頭200,并接著經(jīng)由第一連桿接頭238彼此聯(lián)接，以 匹配它們被安裝在其中的第二平行四邊形連桿170的指定長度。
[0090] 圖14B示出可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接操縱器160的第一平行四邊形接頭192和第二平行四邊 形接頭198的第三正弦/余弦連桿246和第四正弦/余弦連桿248。第三和第四正弦/余 弦連桿246、248類似于第一和第二正弦/余弦連桿228、230被配置并連接到平行四邊形關(guān) 節(jié)192、198,因此其相同描述將不在這里重復(fù)。圖14B示出定向撓曲250、252,其經(jīng)配置降 低第三和第四正弦/余弦連桿246、248的作業(yè)角力水平（并且可以被用于降低第一和第二 正弦/余弦連桿228、230的作業(yè)角力水平）。定向撓曲250、252中的每一個(gè)被配置為具有 剛性取向和依從取向的懸臂梁，在所述剛性取向中的定向撓曲與所附接的正弦/余弦連桿 對(duì)齊（如在第四正弦/余弦連桿248到第二平行四邊形關(guān)節(jié)198的連接處所示），在所述 依從取向中的定向撓曲被定向成垂直于所附接的正弦/余弦連桿（如在第三正弦/余弦連 桿246到第一平行四邊形關(guān)節(jié)192的連接所示）。定向撓曲250、252經(jīng)配置成使得當(dāng)所附 接的正弦/余弦連桿提供扭矩傳遞的最大機(jī)械優(yōu)勢(shì)時(shí)，所提供的負(fù)載路徑的剛性達(dá)到最大 值，當(dāng)所附接的正弦/余弦連桿提供扭矩傳遞的最小機(jī)械優(yōu)勢(shì)時(shí)，所提供的負(fù)載路徑的剛 性達(dá)到最小值。
[0091] 如同在圖14A和圖14B中示出的正弦/余弦連桿的使用是可選的，并且如上所述， 其他眾所周知的方式（例如，齒輪，皮帶等）存在以聯(lián)接平行四邊形連桿，以便所述平行四 邊機(jī)構(gòu)正確起作用。
[0092] 圖15示出用于經(jīng)過遠(yuǎn)程操縱中心（RC)的冗余軸線和關(guān)聯(lián)的冗余機(jī)械自由度的實(shí) 施方式的另一種方案。圖15示出根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器260,其包括安裝基座 262,安裝基座262包括相對(duì)于遠(yuǎn)程操縱中心（RC)具有恒定曲率半徑的彎曲特征264,并且 操縱器260的外側(cè)（近側(cè)）連桿機(jī)構(gòu)的基座連桿266可以沿著該彎曲特征被重新定位。外 側(cè)連桿機(jī)構(gòu)被安裝到基座連桿266,基座連桿266包括用于圍繞與遠(yuǎn)程操縱中心（RC)交叉 的第一軸線268轉(zhuǎn)動(dòng)的"偏轉(zhuǎn)"接頭特征?；B桿266與彎曲特征264連接，使得基座連 桿266被限制沿彎曲特征264選擇性地重新定位，從而保持遠(yuǎn)程操縱中心（RC)相對(duì)于安裝 基座262的位置，安裝基座262相對(duì)于患者被保持在固定位置。彎曲特征264經(jīng)配置成使 得基座連桿266的運(yùn)動(dòng)被限制成圍繞與遠(yuǎn)程操縱中心（RC)交叉的第二軸線270轉(zhuǎn)動(dòng)。通 過改變基座連桿266沿彎曲特征264的位置，操縱器260的外側(cè)連桿機(jī)構(gòu)相對(duì)于患者的取 向可以被改變，從而提供由遠(yuǎn)程中心操縱器260操縱的手術(shù)器械的增加運(yùn)動(dòng)范圍。平行四 邊形機(jī)構(gòu)272提供在軸線274附近的轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢钥闯觯S著整個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)在軸線268 附近轉(zhuǎn)動(dòng)，軸線270和274可以被重合。從與圖9所示的實(shí)施例的配置相似的圖15中示出 的實(shí)施例可以進(jìn)一步看出，平行四邊形機(jī)構(gòu)140和272是類似的，并且偏轉(zhuǎn)接頭76和266 是類似的。
[0093] 圖16示出用于冗余軸的實(shí)施方式的另一種方案，該冗余軸線經(jīng)過遠(yuǎn)程操縱中心 (RC)從而提供關(guān)聯(lián)的冗余自由度。圖16示出根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器280,其包 括安裝基座282,安裝基座282包括閉環(huán)彎曲特征284,操縱器280的外側(cè)（遠(yuǎn)側(cè)）連桿機(jī) 構(gòu)的基座連桿286可以在該閉環(huán)彎曲特征284內(nèi)側(cè)被重新定位。如圖所示，中心安裝元件 285在閉環(huán)彎曲特征284內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)?；B桿286被安裝在中心安裝元件285上，中心安裝 元件285某種程度上向內(nèi)朝向遠(yuǎn)程操縱中心定向。外側(cè)連桿機(jī)構(gòu)被安裝到基座連桿286,用 于圍繞與遠(yuǎn)程操縱中心（RC)交叉的第一軸線288轉(zhuǎn)動(dòng)。閉環(huán)彎曲特征284經(jīng)配置成使得 對(duì)于在彎曲特征284附近的基座連桿286的所有位置，遠(yuǎn)程操縱中心（RC)的位置相對(duì)于安 裝基座282保持固定，安裝基座282相對(duì)于患者保持固定。閉環(huán)彎曲特征284是圓形的，并 且圍繞與遠(yuǎn)程操縱中心（RC)交叉的第二軸線290是軸向?qū)ΨQ的。通過改變?cè)陂]環(huán)彎曲特 征284附近的基座連桿286的位置，操縱器280的外側(cè)連桿機(jī)構(gòu)相對(duì)于患者的取向可以被 改變，從而提供增加的運(yùn)動(dòng)范圍、避免臂與臂或臂與環(huán)境的碰撞和/或避免遠(yuǎn)程中心操縱 器280運(yùn)動(dòng)學(xué)奇異性。"部分圓"特征或安裝基座僅橫于圓的一部分的整圓特征也可以被使 用?？梢钥闯觯瑥澢卣?84及其關(guān)聯(lián)的中心安裝特征285起錐形擺動(dòng)接頭的作用。因此， 圖16所示的實(shí)施例與圖7中示出的實(shí)施例相似，錐形擺動(dòng)接頭122和284是類似的，并且 偏轉(zhuǎn)接頭76和286是類似的。
[0094] 圖17是根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器300的透視示意圖。遠(yuǎn)程中心操縱器 300包括一些與圖6的遠(yuǎn)程中心操縱器70相同的部件。共享部件包括安裝基座72、基座連 桿74、偏轉(zhuǎn)接頭76、基座平行四邊形接頭80、第一平行四邊形連桿82、第一平行四邊形接頭 84、第二平行四邊形連桿86、第二平行四邊形接頭88和器械夾持器92。遠(yuǎn)程中心操縱器 300還可以包括錐形擺動(dòng)組件90 (未示出）。遠(yuǎn)程中心操縱器300包括偏移延伸連桿302， 其使平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)部分100從偏轉(zhuǎn)軸線98偏移，從而定向不與偏轉(zhuǎn)軸線98垂直的 俯仰軸線102。平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)部分100從偏轉(zhuǎn)軸線98的偏移可以由遠(yuǎn)程中心操縱器 300通過偏轉(zhuǎn)接頭76在偏轉(zhuǎn)軸線98附近轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)減少其擺動(dòng)量，從而增加到患者的間隙且/ 或增加到毗鄰遠(yuǎn)程中心操縱器（多個(gè)操縱器）的間隙。作為非限制性示例，在一些實(shí)施例 中偏移角是2. 7度。雖然通過偏移所提供的附加間隙是很小的，但是在手術(shù)期間該間隙是 顯著的，這是由于若干個(gè)這類操縱器通常被接近定位以控制插入到患者中的器械。甚至更 顯著的，增加的距患者的間隙可以允許增加器械端部執(zhí)行器在患者內(nèi)的運(yùn)動(dòng)范圍，這允許 外科醫(yī)生在必要時(shí)進(jìn)一步達(dá)到用于治療目的的更遠(yuǎn)組織。
[0095] 圖18是根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器310的透視示意圖。遠(yuǎn)程中心操縱器 310包括圖17的遠(yuǎn)程中心操縱器300和圖9的遠(yuǎn)程中心操縱器140二者的方面。具體地， 遠(yuǎn)程中心操縱器310包括重新定向機(jī)構(gòu)142、偏移延伸連桿302和平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)部 分100。因此，遠(yuǎn)程中心操縱器310具有一個(gè)冗余軸線和關(guān)聯(lián)的自由度，具體地，具有軸線 144 (其可以在該實(shí)施例中被示出未與俯仰軸線102對(duì)齊），器械夾持器92可以圍繞所述冗 余軸線在遠(yuǎn)程操縱中心（RC)附近轉(zhuǎn)動(dòng)。重新定向機(jī)構(gòu)142可以在手術(shù)過程之前被用作設(shè) 定接頭且/或在手術(shù)過程期間被用于主動(dòng)重新定向外側(cè)（遠(yuǎn)側(cè)）連桿機(jī)構(gòu)，同時(shí)保持遠(yuǎn)程 操縱中心（RC)相對(duì)于安裝基座72的位置，并因此保持遠(yuǎn)程操縱中心（RC)相對(duì)于患者的位 置。
[0096] 本文公開的遠(yuǎn)程中心操縱器方面的任何合適的組合均可以被采用。例如，遠(yuǎn)程中 心操縱器可以包括重新定向機(jī)構(gòu)142、錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)122、偏移延伸連桿302和錐形擺動(dòng)機(jī) 構(gòu)90的任何合適的組合。圖19示出包括重新定向機(jī)構(gòu)142、偏移延伸連桿302、平行連桿 機(jī)構(gòu)部分100和錐形擺動(dòng)機(jī)構(gòu)90的遠(yuǎn)程中心操縱器312。
[0097] 圖20示出根據(jù)許多實(shí)施例的遠(yuǎn)程中心操縱器320。操縱器320包括經(jīng)配置可在現(xiàn) 場(chǎng)更換的五個(gè)單元。所述五個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可更換單元（FRU)包括偏轉(zhuǎn)/俯仰驅(qū)動(dòng)組件332、具有延 伸件近端326和延伸件遠(yuǎn)端328的延伸件324、具有第一連桿近端332和第一連桿遠(yuǎn)端334 的第一平行四邊形連桿330、具有第二連桿近端338和第二連桿遠(yuǎn)端340的第二平行四邊形 連桿336以及器械夾持器342。
[0098] 偏轉(zhuǎn)/俯仰驅(qū)動(dòng)組件322包括安裝基座344和與安裝基座344聯(lián)接的偏轉(zhuǎn)/俯 仰外殼346,以在與遠(yuǎn)程操縱中心（RC)交叉的偏轉(zhuǎn)軸線348附近轉(zhuǎn)動(dòng)，其中遠(yuǎn)程操縱中心 (RC)具有相對(duì)于安裝基座344的固定位置。安裝基座344允許遠(yuǎn)程中心操縱器320通過 推車底座的設(shè)定臂/接頭、頂板底座、底板/柱腳底座或其他安裝表面安裝和支持。通過在 相對(duì)于患者的固定位置和取向支撐安裝基座344,遠(yuǎn)程操縱中心（RC)相對(duì)于患者被保持固 定，從而為通過正被操縱的器械夾持器342保持的手術(shù)器械提供入口點(diǎn)，而不在手術(shù)器械 的入口位置處對(duì)患者組織施加潛在危害的力。偏轉(zhuǎn)/俯仰驅(qū)動(dòng)組件322可操作相對(duì)于安裝 基座344選擇性地轉(zhuǎn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)/俯仰外殼346,從而轉(zhuǎn)動(dòng)遠(yuǎn)程中心操縱器320的外側(cè)部分，使 得器械夾持器342在偏轉(zhuǎn)軸線348附近轉(zhuǎn)動(dòng)（偏轉(zhuǎn)）而沒有相對(duì)于安裝基座344移動(dòng)遠(yuǎn)程 操縱中心（RC)。
[0099] 延伸件324向遠(yuǎn)程中心操縱器320的平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)部分的基座接頭350提 供支撐。延伸件近端326被固定安裝到偏轉(zhuǎn)/俯仰外殼346。第一連桿近端332經(jīng)由基座 接頭350與延伸件遠(yuǎn)端328聯(lián)接，使得第一平行四邊形連桿330相對(duì)于延伸件324在第一 偏移俯仰軸線352附近轉(zhuǎn)動(dòng)。第一平行四邊形連桿330被偏移到延伸件324的一側(cè)，使得 第一平行四邊形連桿330在與延伸件324偏移的運(yùn)動(dòng)平面中移動(dòng)，并因此可以轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)和 經(jīng)過延伸件324而沒有干擾延伸件324。
[0100] 遠(yuǎn)程中心操縱器320的平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)部分包括第一平行四邊形連桿330、 第二平行四邊形連桿336和器械夾持器342。第二連桿近端338經(jīng)由第一中間接頭354與 第一連桿遠(yuǎn)端334聯(lián)接，使得第二平行四邊形連桿336在與第一偏移俯仰軸線352平行的 第二偏移俯仰軸線356附近相對(duì)于第一平行四邊形連桿330轉(zhuǎn)動(dòng)并相對(duì)于第一連桿遠(yuǎn)端 334被固定。第二平行四邊形連桿336被偏移到第一平行四邊形連桿330的一側(cè)，使得第 二平行四邊形連桿336在與第一平行四邊形連桿330偏移的運(yùn)動(dòng)平面中移動(dòng)，并因此可以 轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)和經(jīng)過第一平行四邊形連桿330而沒有干擾第一平行四邊形連桿330。器械夾持 器342經(jīng)由第二中間接頭358與第二連桿遠(yuǎn)端340聯(lián)接，使得器械夾持器342在與第一偏 移俯仰軸線352平行的第三偏移俯仰軸線360附近相對(duì)于第二平行四邊形連桿336轉(zhuǎn)動(dòng)并 相對(duì)于第二連桿遠(yuǎn)端340被固定。第一和第二中間接頭354、358中的每一個(gè)的轉(zhuǎn)動(dòng)被連接 到基座接頭350的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得第一平行四邊形連桿330、第二平行四邊形連桿336和器械夾 持器342被限制隨同平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)移動(dòng)，從而圍繞與遠(yuǎn)程操縱中心（RC)交叉的俯仰 軸線362轉(zhuǎn)動(dòng)（俯仰）。
[0101] 器械夾持器342包括手術(shù)器械被安裝在上面的滑座（carriage)組件364。器械夾 持器342包括可操作沿插入軸線366平移滑座組件364的插入驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而控制手術(shù)器 械通過遠(yuǎn)程操縱中心（RC)的插入。手術(shù)器械通常經(jīng)過插管368,插管368通常被安裝在器 械夾持器342的遠(yuǎn)端處，以及用于沿與軸線366重合的中心線限定手術(shù)器械的遠(yuǎn)程操縱中 心（RC)。
[0102] 圖21示出遠(yuǎn)程中心操縱器320的俯視圖。如圖所示，偏轉(zhuǎn)軸線348與俯仰軸線 366成角度偏移而不是90度的角度。在所示出的實(shí)施例中，偏轉(zhuǎn)軸線348與俯仰軸線366 成角度偏移87. 3度。通過偏轉(zhuǎn)軸線348與俯仰軸線366偏移不是90度的角度，遠(yuǎn)程中心 操縱器320圍繞偏轉(zhuǎn)軸線348轉(zhuǎn)動(dòng)的作業(yè)空間包絡(luò)（擺動(dòng)量）相對(duì)于使用偏轉(zhuǎn)軸線348與 俯仰軸線366之間90度的角度偏移是減少的。遠(yuǎn)程中心操縱器320圍繞偏轉(zhuǎn)軸線348轉(zhuǎn) 動(dòng)的擺動(dòng)量的這種減少在圖22中示出。對(duì)于所示出的實(shí)施例，87. 3度的角度偏移產(chǎn)生相對(duì) 更小的在基座接頭350處具有7. 95英寸直徑的擺動(dòng)量368。相比之下，當(dāng)使用與俯仰軸線 366具有90度角度偏移的偏轉(zhuǎn)軸線370時(shí)，其產(chǎn)生相對(duì)更大的在基座接頭350處具有8. 98 英寸直徑的擺動(dòng)量372。因此，使用87. 3度的角度偏移產(chǎn)生大約0. 5英寸的額外患者間隙， 如上所述，這對(duì)于手術(shù)性能可以有顯著影響。
[0103] 圖23是遠(yuǎn)程中心操縱器320的側(cè)視圖，其中，器械夾持器342被俯仰回到最大量。 在所示出的構(gòu)造中，第一平行四邊形連桿330已被擺動(dòng)到與延伸連桿324對(duì)齊的位置，并且 第二平行四邊形連桿336已被擺動(dòng)到剛與第一平行四邊形連桿330對(duì)齊的位置，從而將插 入軸線366定向?yàn)榕c偏轉(zhuǎn)軸線348從垂直374到75度的角度偏移。雖然遠(yuǎn)程中心操縱器 320能夠經(jīng)配置例如通過增加延伸連桿324的長度使得器械夾持器342不接觸到偏轉(zhuǎn)/俯 仰外殼346以實(shí)現(xiàn)甚至更大的最大俯仰回角，但是在給定遠(yuǎn)程中心操縱器320的運(yùn)動(dòng)學(xué)條 件下，即當(dāng)插入軸線366與偏轉(zhuǎn)軸線348之間的角度減少到低于15度，器械夾持器342相 對(duì)于遠(yuǎn)程操縱中心（RC)的偏轉(zhuǎn)逐漸變差時(shí)，所獲得的額外俯仰回角可能是不切實(shí)際的值。
[0104] 其他變體在本發(fā)明的精神范圍內(nèi)。因此，雖然本發(fā)明可以假設(shè)各種更改和替代結(jié) 構(gòu)，但是其特定實(shí)施例已在附圖中示出并在上面詳細(xì)描述。不過應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限 于所公開的具體形式或多種形式，恰恰相反，本發(fā)明覆蓋落入本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有 更改、替代和等效結(jié)構(gòu)，如隨附權(quán)利要求所限定的。
[0105] 在描述本發(fā)明的上下文（尤其是在隨附權(quán)利要求書的上下文中）中，術(shù)語"一"和 "一個(gè)"和"該"以及類似提及的使用應(yīng)當(dāng)被解釋為覆蓋單數(shù)和復(fù)數(shù)形式，除非本文另有指出 的或在上下文中明確否認(rèn)的。術(shù)語"包括"、"具有"、"包含"和"含有"應(yīng)被解釋為開放性的 術(shù)語（即，含義是"包括但不限于"），除非另有指出的。術(shù)語"被連接"應(yīng)當(dāng)被解釋為部分 或全部被包含在內(nèi)、被附接或被接合在一起，即使有某些東西介入中間。本文引用的值范圍 僅旨在起單獨(dú)提及落入范圍內(nèi)的每個(gè)單獨(dú)值的速記方法的作用，除非本文另有指出的，并 且每個(gè)單獨(dú)值被合并在本說明書中，如同其在本文中被單獨(dú)引用一樣。本文所述的所有方 法可以以任何合適的次序執(zhí)行，除非本文另有指出的或上下文中明確否認(rèn)的。本文提供的 任何和所有示例或示例性語言（例如，"例如"）旨在更好說明本發(fā)明的實(shí)施例，并不是對(duì)本 發(fā)明的范圍提出限制，除非以其他方式提出要求。本說明書中沒有語言應(yīng)當(dāng)被解釋為指示 實(shí)踐本發(fā)明所必需的任何未要求保護(hù)的元素。
[0106] 本文描述了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，包括用于執(zhí)行本發(fā)明的發(fā)明人已知的最佳模式。 在閱讀前面的描述后，那些優(yōu)選實(shí)施例的變體對(duì)于本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員來說是顯而易 見的。發(fā)明人希望技術(shù)人員在適當(dāng)時(shí)采用這類變體，并且發(fā)明人希望以與本文具體描述不 同的其他方式實(shí)踐本發(fā)明。因此，本發(fā)明包括適用法規(guī)允許的在權(quán)利要求中引用主題的所 有更改和等同物。而且，上述元素在所有可能變體中的任何組合均包含在本發(fā)明范圍內(nèi)，除 非本文另有指出的或在上下文中明確否認(rèn)的。
[0107] 本文引用的所有參考文獻(xiàn)（包括出版物、專利申請(qǐng)和專利）以相同程度被合并于 此，正如單獨(dú)和具體指出的每個(gè)參考文獻(xiàn)被合并于此供參考一樣。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于在微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)期間限制手術(shù)器械的位置的遠(yuǎn)程中心操縱器，所述手術(shù) 器械包括細(xì)長軸，所述軸具有遠(yuǎn)側(cè)作業(yè)端，所述遠(yuǎn)側(cè)作業(yè)端經(jīng)配置通過遠(yuǎn)程操縱中心插入 患者體腔內(nèi)，所述遠(yuǎn)程中心操縱器包括： 基座連桿，其經(jīng)配置相對(duì)于患者被保持在固定位置； 器械夾持器，其經(jīng)配置與所述手術(shù)器械聯(lián)接；和 連桿機(jī)構(gòu)，其將所述器械夾持器聯(lián)接到所述基座連桿，所述連桿機(jī)構(gòu)的第一和第二連 桿被聯(lián)接，以限制所述第二連桿相對(duì)于所述第一連桿圍繞與所述遠(yuǎn)程操縱中心交叉的第一 軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，所述連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)一步包括經(jīng)配置產(chǎn)生所述連桿機(jī)構(gòu)的受限平行四邊形運(yùn) 動(dòng)的三個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接轉(zhuǎn)動(dòng)接頭，所述器械夾持器的運(yùn)動(dòng)藉此被限制成圍繞與所述遠(yuǎn)程操縱 中心交叉的第二軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第二軸線不與所述第一軸線重合，并且所述連桿機(jī)構(gòu)的 第三和第四連桿被聯(lián)接以限制所述第四連桿相對(duì)于所述第三連桿圍繞與所述遠(yuǎn)程操縱中 心交叉的第三軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，所述第三軸線不與所述第一軸線和所述第二軸線中的任一 個(gè)重合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操縱器，其中： 所述第三連桿是相對(duì)于所述基座連桿被固定的或是所述基座連桿中的至少一者；以及 所述第四連桿是相對(duì)于所述第一連桿被固定的或是所述第一連桿中的至少一者。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的操縱器，其中在所述第一軸線與所述第三軸線之間的角度在 10度與30度之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的操縱器，其中在所述第一軸線與所述第三軸線之間的角度大 約是15度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的操縱器，其中所述第一軸線與所述第三軸線是大致垂直的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的操縱器，其中所述第一軸線與所述第三軸線是垂直的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操縱器，其中所述第一軸線與所述第二軸線是大致垂直的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的操縱器，其中所述第一軸線與所述第二軸線是垂直的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操縱器，其中： 所述連桿機(jī)構(gòu)的所述連桿形成連桿的串聯(lián)連接組件；并且 所述第三連桿被設(shè)置在連桿的所述串聯(lián)連接組件中的所述第二連桿與所述器械夾持 器之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的操縱器，其中所述第四連桿是相對(duì)于所述器械夾持器被固 定的或是所述器械夾持器中的至少一者。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的操縱器，其中所述連桿機(jī)構(gòu)可操作相對(duì)于所述第三連桿定 向所述第四連桿，以便所述手術(shù)器械細(xì)長軸位于在由所述第一軸線和所述第三軸線限定的 平面中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操縱器，其進(jìn)一步包括正弦/余弦連桿，其可驅(qū)動(dòng)地聯(lián)接所 述三個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接轉(zhuǎn)動(dòng)接頭中的至少一對(duì)，其中所述三個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接轉(zhuǎn)動(dòng)接頭經(jīng)配置產(chǎn)生 所述連桿機(jī)構(gòu)的受限平行四邊形運(yùn)動(dòng)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操縱器，其進(jìn)一步包括帶有定向撓曲的正弦/余弦連桿，所 述正弦/余弦連桿可驅(qū)動(dòng)地聯(lián)接所述三個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接轉(zhuǎn)動(dòng)接頭中的至少一對(duì)，其中所述三 個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接轉(zhuǎn)動(dòng)接頭經(jīng)配置產(chǎn)生所述連桿機(jī)構(gòu)的受限平行四邊形運(yùn)動(dòng)。
14. 一種用于在微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)期間限制手術(shù)器械的位置的遠(yuǎn)程中心操縱器，所述手 術(shù)器械包括細(xì)長軸，所述軸具有遠(yuǎn)側(cè)作業(yè)端，所述遠(yuǎn)側(cè)作業(yè)端經(jīng)配置通過遠(yuǎn)程操縱中心插 入患者體腔內(nèi)，所述遠(yuǎn)程中心操縱器包括： 安裝基座； 錐形擺動(dòng)連桿，其具有錐形擺動(dòng)連桿近端和錐形擺動(dòng)連桿遠(yuǎn)端，所述錐形擺動(dòng)連桿近 端被聯(lián)接到所述安裝基座，用于圍繞與所述遠(yuǎn)程操縱中心交叉的第一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)； 第一連桿，其具有第一連桿近端和第一連桿遠(yuǎn)端，所述第一連桿近端被聯(lián)接到所述錐 形擺動(dòng)連桿遠(yuǎn)端，用于圍繞與所述遠(yuǎn)程操縱中心交叉的第二軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第二軸線不與 所述第一軸線重合； 第二連桿，其具有第二連桿近端和第二連桿遠(yuǎn)端，所述第二連桿近端在第一平行四邊 形連桿機(jī)構(gòu)接頭處被可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到所述第一連桿遠(yuǎn)端； 第三連桿，其具有第三連桿近端和第三連桿遠(yuǎn)端，所述第三連桿近端在第二平行四邊 形連桿機(jī)構(gòu)接頭處被可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到所述第二連桿遠(yuǎn)端；和 第四連桿，其經(jīng)配置支撐所述手術(shù)器械，所述第四連桿通過第三平行四邊形連桿機(jī)構(gòu) 接頭被可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到所述第三連桿遠(yuǎn)端；所述第一、第二和第三平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)接 頭被可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接，使得所述第一平行四邊形接頭的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生所述第四連桿被限制成圍繞 與所述遠(yuǎn)程操縱中心交叉的第三軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，所述第三軸線不與所述第一軸線或所 述第三軸中的任一個(gè)重合。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的操縱器，其中在所述第一軸線與所述第二軸線之間的角度 在10度與30度之間。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的操縱器，其中在所述第一軸線與所述第二軸線之間的角度 大約是15度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的操縱器，其中所述錐形擺動(dòng)連桿具有將所述錐形擺動(dòng)連桿 第一端連接到所述錐形擺動(dòng)連桿第二端的錐形擺動(dòng)連桿體區(qū)段，所述錐形擺動(dòng)連桿體區(qū)段 具有封閉單元的橫截面構(gòu)造。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的操縱器，其進(jìn)一步包括錐形擺動(dòng)接頭，所述錐形擺動(dòng)接頭 將所述第四連桿可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到所述第三連桿遠(yuǎn)端，用于圍繞與所述遠(yuǎn)程操縱中心交叉的 第四軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第四軸線不與所述第一軸線、所述第二軸線或所述第三軸線中的任一 個(gè)重合。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的操縱器，其中所述錐形擺動(dòng)接頭可操作相對(duì)于所述第三連 桿定向所述第四連桿，以便所述手術(shù)器械細(xì)長軸位于由所述第二軸線和所述第四軸線限定 的平面中。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的操縱器，其進(jìn)一步包括正弦/余弦連桿，其可驅(qū)動(dòng)地聯(lián)接所 述第一、第二和第三平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)接頭中的至少一對(duì)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的操縱器，其進(jìn)一步包括帶有定向撓曲的正弦/余弦連桿，所 述正弦/余弦連桿可驅(qū)動(dòng)地聯(lián)接所述第一、第二和第三平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)接頭中的至少 一對(duì)。
22. -種用于在微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)期間限制手術(shù)器械的位置的遠(yuǎn)程中心操縱器，所述手 術(shù)器械包括細(xì)長軸，所述軸具有遠(yuǎn)側(cè)作業(yè)端，所述遠(yuǎn)側(cè)作業(yè)端經(jīng)配置通過遠(yuǎn)程操縱中心插 入患者體腔內(nèi)，所述遠(yuǎn)程中心操縱器包括： 安裝基座； 第一連桿，其與所述安裝基座聯(lián)接，以便相對(duì)于所述安裝基座是可選擇性重新定位的， 所述第一連桿相對(duì)于所述安裝基座的移動(dòng)被限制成圍繞與所述遠(yuǎn)程操縱中心交叉的第一 軸線轉(zhuǎn)動(dòng)； 第二連桿，其具有第二連桿近端和第二連桿遠(yuǎn)端，所述第二連桿近端被聯(lián)接到所述第 一連桿，用于圍繞與所述遠(yuǎn)程操縱中心交叉的第二軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第二軸線不與所述第一 軸線重合； 第三連桿，其具有第三連桿近端和第三連桿遠(yuǎn)端，所述第三連桿近端在第一平行四邊 形連桿機(jī)構(gòu)接頭處被可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到所述第二連桿遠(yuǎn)端； 第四連桿，其具有第四連桿近端和第四連桿遠(yuǎn)端，所述第四連桿近端在第二平行四邊 形連桿機(jī)構(gòu)接頭處被可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到所述第三連桿遠(yuǎn)端；和 第五連桿，其經(jīng)配置支撐所述手術(shù)器械，所述第五連桿在第三平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)接 頭處被可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到所述第四連桿遠(yuǎn)端；所述第一、第二和第三平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)接 頭被可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接，使得所述第一平行四邊形接頭的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生所述第五連桿被限制成圍繞 與所述遠(yuǎn)程操縱中心交叉的第三軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，所述第三軸線不與所述第一軸線或所 述第二軸線中的任一個(gè)重合。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的操縱器，其中所述安裝基座包括彎曲特征，所述第一連桿 被連接到所述彎曲特征，使得所述第一連桿被限制成沿所述彎曲特征移動(dòng)，所述彎曲特征 具有相對(duì)于所述遠(yuǎn)程操縱中心的恒定曲率半徑。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的操縱器，其中所述安裝基座包括閉環(huán)彎曲特征，所述第一 連桿被連接到所述閉環(huán)彎曲特征，使得所述第一連桿被限制成沿所述閉環(huán)彎曲特征移動(dòng)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的操縱器，其進(jìn)一步包括正弦/余弦連桿，其可驅(qū)動(dòng)地聯(lián)接所 述第一、第二和第三平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)接頭中的至少一對(duì)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的操縱器，其進(jìn)一步包括帶有定向撓曲的正弦/余弦連桿，所 述正弦/余弦連桿可驅(qū)動(dòng)地聯(lián)接所述第一、第二和第三平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)接頭中的至少 一對(duì)。
【文檔編號(hào)】A61B19/00GK104349742SQ201380028879
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月1日
【發(fā)明者】B·M·斯赫納, R·L·迪萬根佐, G·C·埃廷格, E·F·杜瓦爾, N·迪奧萊提, D·H·戈麥斯 申請(qǐng)人:直觀外科手術(shù)操作公司