本申請(qǐng)是于2012年8月15日提交的名稱為“帶有軟爪和/或柔性腕機(jī)構(gòu)的醫(yī)療器械”的中國專利申請(qǐng)201280039613.5(pct/us2012/050988)的分案申請(qǐng)。

相關(guān)申請(qǐng)

本申請(qǐng)要求在2011年8月15日提交的美國專利申請(qǐng)?zhí)?3/210142，以及在2011年8月15日提交的美國專利申請(qǐng)?zhí)?3/210196的優(yōu)先權(quán)，這些申請(qǐng)通過引用以其整體并入本文。

本發(fā)明一般涉及醫(yī)療器械，更具體地涉及帶有夾爪的醫(yī)療器械和/或用于保持以不同位置和取向附連至其中的機(jī)構(gòu)的醫(yī)療器械組件。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代的工具和操縱器械，尤其是用于執(zhí)行例如切割、抓取和保持等外科手術(shù)的帶有夾爪的器械，提供了增強(qiáng)的功能性和強(qiáng)度水平，以支持包括微創(chuàng)和顯微手術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)代需求。期望的是進(jìn)一步減小這些器械的直徑，以減小切口尺寸和手術(shù)后的疼痛和疤痕，以及解決在兒科、脈管和神經(jīng)手術(shù)，以及在諸如眼科手術(shù)等顯微手術(shù)中的較小解剖結(jié)構(gòu)。然而，可用于為較小操縱器械的夾爪定位和定向的機(jī)構(gòu)效率不高并且時(shí)常缺少準(zhǔn)確性。

可用的工具通常在準(zhǔn)確應(yīng)用正確的力量或者準(zhǔn)確定位方面效率不高。隨著手術(shù)器械尺寸的減小，具有夾爪的機(jī)構(gòu)，例如鉗子、抓緊器以及剪刀等出現(xiàn)若干問題。

新的手術(shù)技術(shù)已形成創(chuàng)傷較少的手術(shù)程序，例如微創(chuàng)手術(shù)(mis)和機(jī)器人mis，這樣造成需要較小直徑的器械。對(duì)小型器械的需求是出于患者對(duì)具有較少或者無疤痕的美容愈合以及與術(shù)后疼痛有關(guān)的較小切口尺寸的關(guān)注。

較小創(chuàng)傷醫(yī)療器械的發(fā)展還由外科醫(yī)生推動(dòng)，外科醫(yī)生需要用較小的器械處理較小的解剖結(jié)構(gòu)，例如小血管和神經(jīng)再吻合手術(shù)、眼科手術(shù)、輸精管結(jié)扎等。發(fā)展微創(chuàng)醫(yī)療器械和手術(shù)程序的另一個(gè)外科醫(yī)生動(dòng)機(jī)是想要使患者對(duì)不太明顯的疤痕、較少的術(shù)后疼痛以及更快愈合感到滿意。

生產(chǎn)這些微創(chuàng)醫(yī)療器械的一個(gè)技術(shù)障礙是從機(jī)械致動(dòng)器到另一端上的器械夾爪或者末端執(zhí)行器的力傳輸。過多或過少的力傳遞都會(huì)在手術(shù)中為外科醫(yī)生帶來另外不必要的并發(fā)癥。

另一個(gè)困難是精確定位和移動(dòng)醫(yī)療器械夾鉗或末端執(zhí)行器。通過連桿系統(tǒng)提供精確的控制是困難的。組合的連桿具有被稱為“滯后”的固有移動(dòng)誤差，這有效地被認(rèn)為是無效運(yùn)動(dòng)/滯后運(yùn)動(dòng)(lostmotion)或者浪費(fèi)能源。醫(yī)療器械的滯后是由活動(dòng)部件之間的摩擦以及互連部件的拉伸所致。

用于夾爪致動(dòng)的滑輪組樣式的機(jī)構(gòu)能夠?yàn)橹聞?dòng)纜線提供較大的機(jī)械優(yōu)勢(shì)，但增加了部件數(shù)量、裝配成本以及機(jī)械摩擦。

在使用銷件或者軸的纜線致動(dòng)的鉸接機(jī)構(gòu)中，其中部分鉸鏈在銷件或者軸上轉(zhuǎn)動(dòng)，纜線力增加了對(duì)抗鉸鏈旋轉(zhuǎn)的樞銷摩擦。樞銷摩擦將抵制移動(dòng)直到施加充分的致動(dòng)力以克服摩擦。這意味著必須施加大于所需力的致動(dòng)力以啟動(dòng)鉸鏈旋轉(zhuǎn)。這種不期望的情況在一旦開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，因摩擦力極大地減小而造成過度運(yùn)動(dòng)。

因?yàn)楸挥行У卣J(rèn)為是無效運(yùn)動(dòng)/滯后運(yùn)動(dòng)或者浪費(fèi)能源的任何機(jī)構(gòu)的滯后隨機(jī)構(gòu)摩擦乘以其傳動(dòng)系統(tǒng)順應(yīng)性的乘積而變化，所以對(duì)于給定類型的鉸鏈機(jī)構(gòu)，在例如夾持器等器械的橫截面直徑減小時(shí)，這些摩擦和順應(yīng)性增加的組合效應(yīng)大大增加了腕運(yùn)動(dòng)滯后。這在存在具有較高起動(dòng)摩擦的滑動(dòng)摩擦?xí)r尤為有害，導(dǎo)致有時(shí)被稱為靜摩擦的不均勻或者不可預(yù)知的運(yùn)動(dòng)效應(yīng)。因此，為了能夠有運(yùn)行順暢的較小手術(shù)器械腕，同樣期望的是具有較低摩擦的新的腕機(jī)構(gòu)。

降低成本、提高效率和性能以及滿足競(jìng)爭(zhēng)壓力的需要也增加了找出這些問題的答案的絕對(duì)必要性的甚至更大的急迫性。已長期找尋這些問題的解決方案，但是在此之前的發(fā)展沒有教導(dǎo)或者建議任何解決方案，因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員長期逃避這些問題的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一些實(shí)施例提供一種醫(yī)療器械，其包括：一體夾爪結(jié)構(gòu)，其具有連接器部分、與連接器部分柔性整體形成的第一夾爪部分、與第一夾爪部分整體形成的第一臂部分，以及與第一臂部分柔性整體形成的致動(dòng)器部分，用于在致動(dòng)器部分線性運(yùn)動(dòng)時(shí)造成第一夾爪部分旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明的一些實(shí)施例還提供一種醫(yī)療器械，其包括一體腕結(jié)構(gòu)，一體腕結(jié)構(gòu)具有：第一連接器部分，其具有下部停止表面；與第一連接器部分整體形成的緊湊型撓曲件；以及與緊湊型撓曲件整體形成的第二連接器部分，其中第二連接器部分具有上部停止表面，所述上部停止表面在所述下部停止表面下方與緊湊型撓曲件整體形成并且與所述下部停止表面形成角度。

除了上述步驟或元件之外或取代上述步驟或元件，本發(fā)明的某些實(shí)施例還具有其它的步驟或元件。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過參考附圖閱讀以下的具體實(shí)施方式可以明白所述步驟或元件。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中具有一體夾爪結(jié)構(gòu)的醫(yī)療器械。

圖2是一體夾爪結(jié)構(gòu)的放大詳細(xì)等距視圖。

圖3是一體夾爪結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)剖切等距視圖。

圖4是一體夾爪結(jié)構(gòu)打開的示例性視圖。

圖5是一體夾爪結(jié)構(gòu)閉合的示例性視圖。

圖6是第一實(shí)施例中的一體腕結(jié)構(gòu)的放大的細(xì)節(jié)等距視圖。

圖7是第一實(shí)施例中的一體腕結(jié)構(gòu)的放大的正視圖。

圖8是第一實(shí)施例中的一體腕結(jié)構(gòu)的放大的側(cè)視圖。

圖9是部分向前撓曲的第一實(shí)施例中的一體腕結(jié)構(gòu)的放大側(cè)視圖。

圖10是部分向前撓曲并且部分向左撓曲的第一實(shí)施例中的一體腕結(jié)構(gòu)的放大側(cè)視圖。

圖11是第二實(shí)施例中的一體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的放大細(xì)節(jié)等距視圖。

圖12是第二實(shí)施例中的一體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的正視圖。

圖13是第二實(shí)施例中處于完全撓曲位置的一體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的正視圖。

圖14是第二實(shí)施例中的一體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。

圖15是第三實(shí)施例中的一體腕結(jié)構(gòu)的放大細(xì)節(jié)等距視圖。

圖16是第三實(shí)施例中的一體腕結(jié)構(gòu)的放大正視圖。

圖17是第三實(shí)施例中的一體腕結(jié)構(gòu)的放大側(cè)視圖。

圖18是部分向前撓曲的第三實(shí)施例中的一體腕結(jié)構(gòu)的放大側(cè)視圖。

圖19是部分向前撓曲并且部分向右撓曲的第三實(shí)施例中的一體腕結(jié)構(gòu)的放大側(cè)視圖。

圖20是本發(fā)明示例性實(shí)施例中的緊湊型撓曲結(jié)構(gòu)的放大等距視圖。

圖21示出被安裝至一體腕結(jié)構(gòu)實(shí)施例的一體夾爪結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

充分詳述以下實(shí)施例以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能做出及使用本發(fā)明。應(yīng)了解，基于本公開，其它實(shí)施例是顯然的，并且可以得出系統(tǒng)、方法或機(jī)械改變而不脫離本發(fā)明范圍。

在以下的說明中，給出許多特定細(xì)節(jié)，以便提供對(duì)本發(fā)明的徹底理解。不過，顯然在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下仍可以實(shí)施本發(fā)明。為了避免混淆本發(fā)明，不詳細(xì)公開一些眾所周知的裝置、器械配置和過程步驟。

為了說明的目的，此處所用術(shù)語“水平”被定義為當(dāng)觀看由附圖標(biāo)識(shí)“圖”所指代的附圖時(shí)看到的水平方向。術(shù)語“豎直”指的是與方才定義的水平方向垂直的方向。諸如“上方/之上”、“下方/之下”、“底部”、“頂部”、“側(cè)”(如在“側(cè)壁”中)、“較高”、“較低/下部”、“上部”、“以上”和“以下”的術(shù)語是相對(duì)于水平而定義的，如附圖所示。術(shù)語“在……上”意味著所描述的元件之間直接接觸。一般，能夠按任何取向操作本發(fā)明。

同樣地，在以下描述中，連接和耦合用于描述兩構(gòu)件之間的關(guān)系。術(shù)語“連接”表示兩構(gòu)件物理地并且直接地彼此接合。

不同的構(gòu)件能夠以多種方式連接。例如，不同的構(gòu)件能夠通過諸如經(jīng)模塑或者雕刻被形成為彼此相鄰而連接。同樣地，例如，不同的構(gòu)件能夠通過諸如經(jīng)粘合劑、緊固件、焊接或者釬焊被附連在一起而連接。術(shù)語“腕”表示通過能夠同時(shí)在不止一個(gè)方向上彎曲而能夠有兩個(gè)自由度的結(jié)構(gòu)。術(shù)語“關(guān)節(jié)”表示通過能夠在分開180度的兩個(gè)方向上彎曲而能夠有一個(gè)自由度的結(jié)構(gòu)。

術(shù)語“耦合”表示兩個(gè)構(gòu)件通過一個(gè)或更多其他構(gòu)件被物理地聯(lián)接。短語“往復(fù)運(yùn)動(dòng)”和“往復(fù)移動(dòng)”定義成用于描述重復(fù)的上下或者后前線性運(yùn)動(dòng)或者成角度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。短語“遠(yuǎn)側(cè)”和“近側(cè)”定義成分別指示由圖1中的有關(guān)箭頭所指示的方向，或者沿器械耦合至機(jī)器人臂(近側(cè))的點(diǎn)和接觸手術(shù)患者組織(遠(yuǎn)側(cè))的器械尖端之間的連接路徑的方向。

示出系統(tǒng)實(shí)施例的附圖為半圖解式并且不按比例繪制，特別是，圖中有些尺寸為了展示清楚而在附圖中被放大。類似地，盡管附圖中的視圖為了便于描述一般以相同的取向示出，然而大部分是用任意的方式描繪附圖。一般，能夠按任何取向操作本發(fā)明。

可用的手術(shù)器械通常在施加正確的夾爪抓力的量或者精確地定位夾爪方面效率不高。隨著手術(shù)器械尺寸的減小，具有夾爪(例如鉗子、抓緊器和剪刀)的機(jī)構(gòu)出現(xiàn)若干問題。

由于夾爪長度與夾爪致動(dòng)杠桿長度的比例增加，所以致動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械優(yōu)勢(shì)減少。因此，為了期望的夾爪閉合力，隨著手術(shù)器械直徑減小，多數(shù)致動(dòng)系統(tǒng)纜線和滑輪要求由致動(dòng)纜線施加相對(duì)較大的力。

在使用銷件或者軸的夾爪系統(tǒng)中，其中各個(gè)夾爪繞銷件或者軸轉(zhuǎn)動(dòng)，較大纜線力增加了對(duì)抗夾爪旋轉(zhuǎn)的樞銷摩擦。這意味著必須對(duì)夾爪致動(dòng)施加比所需要的致動(dòng)力更大的致動(dòng)力。

較高纜線力還要求支撐夾爪的樞銷的橫截剪切面的相應(yīng)增加，因此需要較大樞銷直徑以防止失效。由于滑輪尺寸減小和銷件尺寸增加，因此致動(dòng)器滑輪直徑與樞銷直徑的比例減小，這進(jìn)一步增加了對(duì)抗夾爪旋轉(zhuǎn)的摩擦扭矩以及進(jìn)一步增加了用于實(shí)現(xiàn)給定夾爪力的致動(dòng)纜線力。

較高摩擦力和較低機(jī)械優(yōu)勢(shì)增加了纜線軸向偏轉(zhuǎn)或者拉伸，以便對(duì)于預(yù)定量的夾爪旋轉(zhuǎn)和力，需要致動(dòng)纜線近端比所需移動(dòng)更大的移動(dòng)，這意味著有效的傳動(dòng)系統(tǒng)順應(yīng)性增加。

因?yàn)槿魏螜C(jī)構(gòu)的滯后隨機(jī)構(gòu)摩擦乘以其傳動(dòng)系統(tǒng)順應(yīng)性的乘積變化，所以對(duì)于給定類型的夾爪機(jī)構(gòu)，在諸如夾持器的器械的橫截面直徑減小時(shí)，這些摩擦和順應(yīng)性增加的組合效應(yīng)大大增加了滯后。這在存在具有較高起動(dòng)摩擦的滑動(dòng)摩擦?xí)r尤為有害，導(dǎo)致有時(shí)被稱為靜摩擦或者粘著滑動(dòng)的不均勻或者不可預(yù)知的運(yùn)動(dòng)效應(yīng)。

因此，為了能夠有運(yùn)行順暢的較小手術(shù)器械，期望的是具有較低摩擦、較大夾爪杠桿機(jī)械優(yōu)勢(shì)以及較低有效傳動(dòng)系統(tǒng)順應(yīng)性的新的夾爪機(jī)構(gòu)。

其他人已通過提供具有較高軸向剛度(較低順應(yīng)性)的重型實(shí)心致動(dòng)桿解決這些問題。但是，大的實(shí)心夾爪致動(dòng)桿干擾了柔性或者阻止用于為夾爪定位和定向的鉸接式腕的使用，并且可能在高循環(huán)壽命使用中還易受彎曲應(yīng)力疲勞失效的影響。因此，重型實(shí)心桿致動(dòng)構(gòu)件最適于不含腕的手動(dòng)腹腔鏡手術(shù)器械，而不適于具有鉸接式腕的機(jī)器人腹腔鏡手術(shù)器械。

現(xiàn)在參考圖1，其示出本發(fā)明實(shí)施例中具有一體夾爪結(jié)構(gòu)110的醫(yī)療器械100。醫(yī)療器械100具有近端102和遠(yuǎn)端104。

醫(yī)療器械100能夠包括遠(yuǎn)端104處的一體夾爪結(jié)構(gòu)110、具有致動(dòng)構(gòu)件114的管子112以及近端102處的致動(dòng)器系統(tǒng)118。本發(fā)明實(shí)施例中的一體(unitary)夾爪結(jié)構(gòu)110類似于人手。術(shù)語“一體”意為單個(gè)材料單元的結(jié)構(gòu)。能夠由單個(gè)材料將一體夾爪結(jié)構(gòu)110制成為單個(gè)單元。

醫(yī)療器械100能夠包括腕機(jī)構(gòu)124，類似于人的手腕，其附連至一體夾爪結(jié)構(gòu)110或者與一體夾爪結(jié)構(gòu)110整體形成。腕機(jī)構(gòu)124能夠使用粘合劑或者機(jī)械緊固件連接至一體夾爪結(jié)構(gòu)110，或者其還可以被焊接或者釬焊。在可替換實(shí)施例中，一體夾爪結(jié)構(gòu)110和腕機(jī)構(gòu)124能夠一起由單個(gè)材料制成為單個(gè)單元。

一體夾爪結(jié)構(gòu)110能夠由單個(gè)材料單元(諸如塑料或者金屬合金)雕刻或者成形。例如，一體夾爪結(jié)構(gòu)110能夠通過切割和雕刻聚丙烯塑料或者金屬合金形成，或者能夠通過使用電火花線加工(wireedm)工藝和(例如當(dāng)被用于塑造鎳鈦合金時(shí))用于移除表面層重新熔融的后處理而形成。

一體夾爪結(jié)構(gòu)110還能夠被模壓成形。例如，一體夾爪結(jié)構(gòu)110能夠是模制塑料或者鑄造金屬。一體夾爪結(jié)構(gòu)110還能夠按照諸如纖維增強(qiáng)聚醚醚酮(peek)的聚合物的單次注塑而形成，或者通過對(duì)具有連續(xù)腔體的沖模或者模具的金屬注塑(mim)而形成。

示出具有朝向遠(yuǎn)端104變窄的錐形的圓柱形配置的一體夾爪結(jié)構(gòu)110。錐形允許一體夾爪結(jié)構(gòu)110突出到狹小的空間內(nèi)，并且在諸如器官或者血管等障礙物之間移動(dòng)。

一體夾爪結(jié)構(gòu)110提供改進(jìn)的制造操作，其具有因其為一體結(jié)構(gòu)而無需裝配操作的優(yōu)勢(shì)。由于降低的成本，可行的是使一體夾爪結(jié)構(gòu)110用于一次性使用應(yīng)用。一次性使用工具避免對(duì)用后清潔和重新消毒有關(guān)的操作和處理的需要，以及對(duì)用于重新消毒的某些器械設(shè)計(jì)要求的需要，諸如能夠承受高壓滅菌。

管子112在空間內(nèi)的某位置處保持一體夾爪結(jié)構(gòu)110和一體腕結(jié)構(gòu)124。例如，管子112能夠是醫(yī)療器械的直管。

為了說明的目的，示出管子112為空心圓柱構(gòu)件，將致動(dòng)構(gòu)件114包在管子112內(nèi)。然而，應(yīng)理解管子112能夠是不同的，并且具有各種橫截面形狀，或者可以是實(shí)心的并且具有外部版本的致動(dòng)構(gòu)件114。

一體夾爪結(jié)構(gòu)110被附連至管子112遠(yuǎn)端104處的一體腕結(jié)構(gòu)124以及近端102處的致動(dòng)器系統(tǒng)118。通常，一體夾爪結(jié)構(gòu)110是較遠(yuǎn)側(cè)部分，腕機(jī)構(gòu)124是較近側(cè)部分。

腕機(jī)構(gòu)124是彎曲或者提供多軸運(yùn)動(dòng)以改變一體夾爪結(jié)構(gòu)110的相對(duì)位置和取向的構(gòu)件。例如，腕機(jī)構(gòu)124能夠是球窩或者可具有一個(gè)以上彼此成直角的銷接鉸鏈/轉(zhuǎn)軸(hinge)。

同樣地，例如，腕機(jī)構(gòu)124能夠是由單個(gè)材料制成為單個(gè)單元的柔性機(jī)構(gòu)，該柔性機(jī)構(gòu)能夠移動(dòng)從而允許醫(yī)療器械100定位一體夾爪結(jié)構(gòu)110。腕機(jī)構(gòu)124能夠是在沒有分立的轉(zhuǎn)動(dòng)銷關(guān)節(jié)的情況下能夠彎曲的柔性構(gòu)件。腕機(jī)構(gòu)124由管子112支撐。

在一個(gè)實(shí)施例中，一體夾爪結(jié)構(gòu)110具有被描繪為dj的直徑，腕機(jī)構(gòu)124具有在圖1中描繪的直徑dw。在一個(gè)實(shí)施例中，dw等于dj，以便一體夾爪結(jié)構(gòu)110的兩個(gè)部分能夠在微創(chuàng)手術(shù)程序期間通過相同的套管輕松地進(jìn)入切口。

致動(dòng)器系統(tǒng)118施加由致動(dòng)構(gòu)件114所耦合的力，從而彎曲腕機(jī)構(gòu)124并且致動(dòng)一體夾爪結(jié)構(gòu)110。例如，致動(dòng)構(gòu)件114能夠是桿、纜線或者纜線滑輪系統(tǒng)，其被推動(dòng)或者拉動(dòng)以沿作用力的方向使腕機(jī)構(gòu)124彎曲。致動(dòng)器系統(tǒng)118也能夠通過致動(dòng)構(gòu)件114耦合以傳送力，從而造成一體夾爪結(jié)構(gòu)110的旋轉(zhuǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

致動(dòng)器系統(tǒng)118可以包括或者可以被耦合至電動(dòng)、液壓或者氣動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)以產(chǎn)生作用力。控制系統(tǒng)120能夠被耦合至致動(dòng)器系統(tǒng)118，用于控制一體夾爪結(jié)構(gòu)110和腕機(jī)構(gòu)124的作用力的量和運(yùn)動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)120是能夠控制一體夾爪結(jié)構(gòu)110的操作的機(jī)構(gòu)。例如，控制系統(tǒng)120能夠是計(jì)算機(jī)和電動(dòng)機(jī)裝配件或者是手柄、齒輪和杠桿的裝配件。

現(xiàn)在參照?qǐng)D2，其中示出一體夾爪結(jié)構(gòu)110的放大詳細(xì)等距視圖。一體夾爪結(jié)構(gòu)110包括第一夾爪部分202、致動(dòng)器部分204、連接器部分206和第二夾爪部分208。

一體夾爪結(jié)構(gòu)110沿正交于中心線214的平面具有第一橫向尺寸210和第二橫向尺寸212。第一橫向尺寸210和第二橫向尺寸212示出為相同的但并不需要是相同的，并且基于一體夾爪結(jié)構(gòu)110的幾何形狀可以被調(diào)整。在它們相等的情況下，一體夾爪結(jié)構(gòu)110可以如圖2所示為圓形橫截面。

第一夾爪部分202是與第二夾爪部分208徑向?qū)ΨQ的一體夾爪結(jié)構(gòu)110部分。第一夾爪部分202、第二夾爪部分208或者它們的組合能夠被用于抓取、操縱、切割或者執(zhí)行操作的組合。第一夾爪部分202和第二夾爪部分208能夠以相反方向同時(shí)沿著分別以第一柔性鉸鏈/轉(zhuǎn)軸216和第二柔性鉸鏈/轉(zhuǎn)軸218為中心的圓弧旋轉(zhuǎn)相等的距離。

第一夾爪部分202能夠遠(yuǎn)離連接器部分206延伸。第一夾爪部分202能夠具有各種形狀。例如，第一夾爪部分202能夠是梯形、矩形或者是遠(yuǎn)離連接器部分延伸的橢圓形狀。同樣地，例如，第一夾爪部分202能夠具有平坦的外表面或者圓形外表面。

第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218是耦合其他兩個(gè)相對(duì)剛性構(gòu)件的柔性構(gòu)件，也被稱為撓曲件。例如，第一柔性鉸鏈216能夠耦合第一夾爪部分202和連接器部分206。同樣地，例如，第二柔性鉸鏈218能夠耦合第二夾爪部分208和連接器部分206。

第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218能夠具有鉸鏈長度224和鉸鏈厚度226。鉸鏈長度224能夠是第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218的長度，其能夠沿平行于中心線214的方向測(cè)量。鉸鏈厚度226能夠是第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218的厚度，其能夠沿平行于第二橫向尺寸212的方向測(cè)量。

鉸鏈厚度226能夠充分小于鉸鏈長度224，這樣在耦合的剛性部件之間提供彎曲順應(yīng)性，從而允許一個(gè)剛性構(gòu)件相對(duì)于另一個(gè)圍繞垂直于鉸鏈長度224和鉸鏈厚度226的軸線旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸線在撓曲件變直時(shí)能夠位于鉸鏈長度224和鉸鏈厚度226的中點(diǎn)處。

鉸鏈長度224和鉸鏈厚度226能夠具有長度與厚度比，從而使得撓曲件中的彎曲應(yīng)變和合成應(yīng)力基于其材料屬性在限制范圍內(nèi)，其材料屬性諸如屈服強(qiáng)度或疲勞強(qiáng)度限制、運(yùn)動(dòng)角范圍以及所需的撓性運(yùn)動(dòng)循環(huán)。第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218可以剛性地至少沿兩耦合構(gòu)件之間的鉸鏈長度224傳遞力。有利地，在移動(dòng)時(shí)，第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218僅具有低的材料內(nèi)部滯后損耗，也被稱為等效摩擦，其明顯低于類似加載的銷接鉸鏈中的相應(yīng)的實(shí)際摩擦損耗。滯后損耗是因其物理性質(zhì)所引起的機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)或能量的損耗。

第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218能夠是緊湊型撓曲鉸鏈。緊湊型撓曲鉸鏈?zhǔn)莾?yōu)選由塑料材料制成的撓曲件，其中塑料材料諸如注塑聚丙烯或者超高分子量聚乙烯(uhmw-pe)，其材料性質(zhì)允許短撓曲件長度同時(shí)允許大量的撓性運(yùn)動(dòng)周期。例如，撓曲件長度能夠小于兩倍的鉸鏈厚度226或者當(dāng)量厚度，諸如當(dāng)鉸鏈具有凹形時(shí)頂點(diǎn)處的厚度。緊湊型撓曲鉸鏈會(huì)受凹形曲面約束。

緊湊型撓曲鉸鏈的撓曲壽命，即緊湊型撓曲鉸鏈能夠可靠地?fù)锨蛘邚澢拇螖?shù)，能夠通過以下條件被增強(qiáng)，即在模具填充時(shí)，熔化的塑料從一個(gè)耦合的剛性構(gòu)件朝向另一個(gè)構(gòu)件流經(jīng)鉸鏈，并且從模具中取出后立即在兩個(gè)方向上完全撓曲鉸鏈實(shí)現(xiàn)。

同樣有利地，緊湊型撓曲鉸鏈可以通過消除多個(gè)獨(dú)立的組件和有關(guān)的裝配勞動(dòng)，以及通過使用低成本材料而減少成本。緊湊型撓曲鉸鏈有益于夾爪鉸鏈在撓曲件厚度方向上的剛性。

因?yàn)橄鄬?duì)于其厚度減少的長度，第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218當(dāng)被配置為緊湊型撓曲鉸鏈時(shí)與常規(guī)的細(xì)長撓曲件相比，相對(duì)于在鉸鏈厚度226方向上的耦合構(gòu)件之間的力，有利地提供相對(duì)更大的剛度。

除了塑料或者金屬注塑或者經(jīng)過加工方法切割塑料或者金屬(包括通過電火花線加工(wireedm)切割金屬)之外，第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218還通過將柔性鉸鏈定向在電鍍層的平面內(nèi)，允許采用平面光刻金屬合金電鍍工藝，從而能夠有1毫米或更小直徑的一體結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明能夠制造出前所未有的較小尺寸的功能性醫(yī)療器械夾爪，并且還允許對(duì)相應(yīng)較小解剖結(jié)構(gòu)的手術(shù)，諸如小血管和神經(jīng)的再次吻合術(shù)，或者眼睛內(nèi)結(jié)構(gòu)的處理和修復(fù)。

第一夾爪部分202能夠通過第一柔性鉸鏈216與連接器部分206柔性整體形成。第二夾爪部分202還能夠通過第二柔性鉸鏈218與連接器部分206柔性整體形成。

為了說明的目的，已示出具有相同形狀和尺寸，并且具有統(tǒng)一厚度的第一柔性鉸鏈216與第二柔性鉸鏈218。然而，應(yīng)理解兩個(gè)鉸鏈能夠是不同的。例如，兩個(gè)鉸鏈能夠具有不同的形狀、尺寸或者其組合，鉸鏈厚度226能夠沿鉸鏈長度224和/或沿垂直于鉸鏈長度224的方向變化。還應(yīng)理解在可替換實(shí)施例中，一個(gè)夾爪部分可以是靜止的，而另一個(gè)具有往復(fù)運(yùn)動(dòng)以抓取對(duì)象。

第一夾爪部分202和第二夾爪部分208能夠具有用于緊固任務(wù)適配器222的適配器220以用于特定任務(wù)。適配器220是孔或者緊固機(jī)構(gòu)，用于附連任務(wù)適配器。例如，適配器220能夠是孔或者機(jī)械緊固件，用于諸如通過配合或者緊固，而使任務(wù)適配器222適應(yīng)于第一夾爪部分202、第二夾爪部分208或者其組合。

任務(wù)適配器222能夠是用于適合一體夾爪結(jié)構(gòu)110的墊或者機(jī)構(gòu)以用于特定任務(wù)。例如，任務(wù)適配器222能夠是用于非滑動(dòng)抓取的鋸齒狀的墊或者是用于包圍和抓取圓柱形對(duì)象(諸如血管)的具有半圓形壓痕的墊。

此外，應(yīng)理解第一夾爪部分202和第二夾爪部分208能夠是不同的。例如，第一夾爪部分202和第二夾爪部分208能夠在形狀上彼此不同。同樣地，例如，第一夾爪部分202能夠是矩形的，具有遍及第一夾爪部分202的恒定的第一橫向尺寸210以提供較寬的夾緊面。

致動(dòng)器部分204是一體夾爪結(jié)構(gòu)110的一部分，其引起一個(gè)或兩個(gè)夾爪部分的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。致動(dòng)器部分204能夠是能夠移動(dòng)的實(shí)心構(gòu)件，諸如棒或者線。

致動(dòng)器部分204能夠具有桿或者柱形部分。圖1的一個(gè)致動(dòng)構(gòu)件114能夠在沒有腕機(jī)構(gòu)的情況下或者通過圖1中的腕機(jī)構(gòu)124連接或者耦合至致動(dòng)器部分204的桿部分或者柱形部分，以相對(duì)于連接器部分206移動(dòng)致動(dòng)器部分204。

例如，在醫(yī)療器械100的近端102處拉動(dòng)一個(gè)致動(dòng)構(gòu)件114會(huì)造成第一夾爪部分202和第二夾爪部分208閉合。在無拉力或者推力作用在致動(dòng)構(gòu)件114上的情況下，致動(dòng)構(gòu)件114的釋放能夠造成一體夾爪結(jié)構(gòu)110打開到這樣的位置，即其中第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218變直。類似地，推力可以通過致動(dòng)構(gòu)件114被施加至致動(dòng)器部分204，從而在需要時(shí)迫使一個(gè)或者兩個(gè)夾爪部分更完全地打開。

在可替換實(shí)施例中，致動(dòng)器部分204僅能夠耦合至第一夾爪部分202，以便致動(dòng)器部分204的移動(dòng)能夠造成僅第一夾爪部分202的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。

鉸鏈部分能夠是彈性的。因此，在無拉力或者推力作用在致動(dòng)器部分204上的情況下，致動(dòng)構(gòu)件114的釋放能夠造成第一夾爪部分202、第二夾爪部分208或者兩者移動(dòng)至這樣的位置，其中第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218均處于定義的中間位置，諸如大體彼此平行。

連接器部分206能夠被連接至腕機(jī)構(gòu)124的遠(yuǎn)側(cè)部件，其轉(zhuǎn)而被連接至管子112。連接器部分206還能夠被直接連接至管子112或者能夠通過可替換結(jié)構(gòu)被耦合。

在一個(gè)方面，第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218為低等效摩擦結(jié)構(gòu)，諸如彈性結(jié)構(gòu)，以便允許第一夾爪部分202和第二夾爪部分208相對(duì)于連接器部分206移動(dòng)。

在可替換實(shí)施例中，第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218能夠是具有所有伴隨優(yōu)勢(shì)的緊湊型撓曲鉸鏈。以下，剖面線3-3示出下面的圖3橫截面圖的位置和方向。

現(xiàn)在參考圖3，示出一體夾爪結(jié)構(gòu)110的詳細(xì)剖切等距視圖。一體夾爪結(jié)構(gòu)110能夠包括遠(yuǎn)端104處的柔性夾爪機(jī)構(gòu)308以及近端102處的連接器部分206。柔性夾爪機(jī)構(gòu)308包括第一夾爪部分202、第二夾爪部分208和致動(dòng)器部分204。柔性夾爪機(jī)構(gòu)308包括分別與第一夾爪部分202和致動(dòng)器部分204整體形成的第一臂部分302和第一臂鉸鏈部分304。致動(dòng)器部分204還能夠具有橫梁部分306，其垂直連接至桿或者柱形部分，并且還耦合至第一夾爪部分202、第二夾爪部分208或者其組合。

其中第二夾爪部分208是可移動(dòng)的，類似地，其具有分別與第二夾爪部分208和致動(dòng)器部分204整體形成的第二臂部分和第二臂鉸鏈部分。

第一臂部分302的一端從中心線214向外延伸至第二夾爪部分208的外周邊，第一臂部分302的另一端在第一柔性鉸鏈216處與第一夾爪部分202整體形成。這使得第一臂部分302的長度最大，從而使移動(dòng)第一夾爪部分202的機(jī)械優(yōu)勢(shì)最大。應(yīng)理解第一臂部分302的最大長度受到寬度310的限制，所述寬度是沿一體夾爪結(jié)構(gòu)110的連接器部分206的第二橫向尺寸212邊到邊測(cè)量。在一體夾爪結(jié)構(gòu)110具有圓形橫截面的事件中，寬度310可以是圓形橫截面的直徑310。作為示例，從第一柔性鉸鏈216到第一臂鉸鏈部分304的第一臂部分302長度與第一夾爪部分202長度的比例能夠是設(shè)計(jì)的比例的大約兩倍，在設(shè)計(jì)中，夾爪繞與夾爪裝配件的中心線214相交的鉸鏈銷轉(zhuǎn)動(dòng)。

已發(fā)現(xiàn)，從夾爪觀看時(shí)，與第一夾爪部分202的長度比較時(shí)，第一臂部分302、第一柔性鉸鏈216以及第一臂鉸鏈部分304的布置提供了圖1的致動(dòng)構(gòu)件114較高的機(jī)械優(yōu)勢(shì)和較低的有效順應(yīng)性，從而減少了夾爪運(yùn)動(dòng)的滯后。與傳統(tǒng)銷接合鉸鏈相比，該滯后減少結(jié)合了由柔性鉸鏈的低等效摩擦所獲得的改進(jìn)。

第一臂鉸鏈部分304是耦合兩個(gè)其他相對(duì)剛性構(gòu)件的撓曲件或者柔性構(gòu)件。第一臂鉸鏈部分304能夠類似于第一柔性鉸鏈216、第二柔性鉸鏈218或者其組合。例如，諸如長度和厚度的尺寸能夠類似于第一和第二柔性鉸鏈優(yōu)化。同樣地，例如，第一臂鉸鏈部分304能夠是緊湊型撓曲鉸鏈。第一臂鉸鏈部分304能夠耦合致動(dòng)器部分204的橫梁部分306和第一臂部分302。

通過柔性夾爪機(jī)構(gòu)308消除樞銷摩擦能夠減少滯后，以及增加第一夾爪部分202和第二夾爪部分208的最大適用力。一體夾爪結(jié)構(gòu)110的整體尺寸能夠隨抓力的較少減少而減小。所得到的尺寸減小能夠提供通過較小切口進(jìn)入較小和較緊的空隙的改善進(jìn)入性，這能夠減少因微創(chuàng)手術(shù)程序所致的患者創(chuàng)傷。

醫(yī)療器械100能夠具有耦合至圖1的管子112的一體夾爪結(jié)構(gòu)110的連接器部分206。連接器部分206和管子112能夠通過圖1的腕機(jī)構(gòu)124直接連接或者間接耦合。醫(yī)療器械100能夠移動(dòng)腕機(jī)構(gòu)124、管子112或者其組合，以便為連接器部分206定位和定向，從而為一體夾爪結(jié)構(gòu)110定位和定向。相對(duì)于致動(dòng)器部分204的運(yùn)動(dòng)，管子112能夠使連接器部分206保持靜止。

現(xiàn)在參考圖4，其示出一體夾爪結(jié)構(gòu)110打開的示例性視圖。第二夾爪部分208與第二臂部分402整體形成，該第二臂部分402與第二臂鉸鏈部分404整體形成，而第二臂鉸鏈部分404與致動(dòng)器部分204整體形成。第二臂部分402的形狀能夠類似于第一臂部分302。第二臂鉸鏈部分404的形狀還能夠類似于圖3的第一臂鉸鏈部分304。

在第一臂部分302嚙合致動(dòng)器部分204的相對(duì)位置處，第二臂部分402能夠嚙合致動(dòng)器部分204。

致動(dòng)器部分204能夠沿方向406向上移動(dòng)，從而造成第一夾爪部分202具有向外移動(dòng)408，第二夾爪部分208具有向外移動(dòng)410，以便一體夾爪結(jié)構(gòu)110的柔性夾爪機(jī)構(gòu)308打開。第一夾爪部分202繞第一柔性鉸鏈216以弧形移動(dòng)，第二夾爪部分208繞第二柔性鉸鏈218以弧形移動(dòng)。為了該移動(dòng)，致動(dòng)器部分204能夠被連接至是圖1中的一個(gè)致動(dòng)構(gòu)件114的桿或者是部分桿，該致動(dòng)構(gòu)件可以是能夠施加推力的桿或者其他組件，諸如鮑登纜線。

現(xiàn)在參考圖5，其示出一體夾爪結(jié)構(gòu)110閉合的示例性視圖。致動(dòng)器部分204能夠沿方向502向下移動(dòng)，從而造成第一夾爪部分202具有向內(nèi)移動(dòng)504，第二夾爪部分208具有向內(nèi)移動(dòng)506，以便一體夾爪結(jié)構(gòu)110的柔性夾爪機(jī)構(gòu)308閉合。第一夾爪部分202繞第一柔性鉸鏈216以弧形移動(dòng)，第二夾爪部分208繞第二柔性鉸鏈218以弧形移動(dòng)。為了該移動(dòng)，致動(dòng)器部分204能夠被連接至是圖1的一個(gè)致動(dòng)構(gòu)件114的桿或者是部分桿。因?yàn)閮H包括拉動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以致動(dòng)器部分204能夠被連接至是致動(dòng)構(gòu)件114中的一個(gè)的金屬線或者纜線。

第一夾爪部分202和第二夾爪部分208分別通過圖3的第一臂鉸鏈部分304以及圖4和圖5的第二臂鉸鏈部分404彈性耦合至致動(dòng)器部分204，第一夾爪部分202和第二夾爪部分208通過第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218彈性耦合至連接器部分206，這在柔性夾爪機(jī)構(gòu)308如圖4所示打開并且無力被施加至致動(dòng)器部分204的條件下，會(huì)造成向內(nèi)移動(dòng)504和向內(nèi)移動(dòng)506。

例如，用于在第一臂鉸鏈部分304和第二臂鉸鏈部分404處伸直的機(jī)械彈簧偏置，即第一臂鉸鏈部分304的機(jī)械屬性，施加偏置力，其造成第一夾爪部分202和第二夾爪部分208在向內(nèi)移動(dòng)504和向內(nèi)移動(dòng)506下朝圖2的配置閉合。

伴隨豎直往復(fù)運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器部分204的上下移動(dòng)造成第一夾爪部分202和第二夾爪部分208分別繞第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218旋轉(zhuǎn)往復(fù)移動(dòng)。

總之，柔性夾爪機(jī)構(gòu)308的第一夾爪部分202和第二夾爪部分208分別被安裝在第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218上，其偏移到中心線214的與每個(gè)相應(yīng)的夾爪部分相同的側(cè)，而不是像當(dāng)今整個(gè)手術(shù)器械行業(yè)那樣，繞與中心線214相交的軸或者銷件轉(zhuǎn)動(dòng)。

另外，每個(gè)相應(yīng)的第一夾爪部分202和第二夾爪部分208的第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218位于實(shí)際盡可能遠(yuǎn)離中心線214，同時(shí)夾爪部分致動(dòng)力被施加到第一臂部分302和第二臂部分402的遠(yuǎn)端，其與相應(yīng)的第一夾爪部分202和第二夾爪部分208整體形成，并且實(shí)際盡可能遠(yuǎn)地延伸到中心線214的相對(duì)側(cè)。另外，第一臂鉸鏈部分304和第二臂鉸鏈部分404將第一臂部分302和第二臂部分402連接至致動(dòng)器部分204的公用橫梁，這通過致動(dòng)機(jī)構(gòu)114中的一個(gè)致動(dòng)，所述致動(dòng)機(jī)構(gòu)114中的一個(gè)被緊固至在中心線214上或者附近的梁中點(diǎn)處的致動(dòng)器部分204。因此，致動(dòng)器部分204致動(dòng)第一夾爪部分202和第二夾爪部分208，使其同樣地朝向或者遠(yuǎn)離彼此。

第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218極大地消除夾爪樞銷摩擦扭矩。較長的杠桿臂極大地增加了用于致動(dòng)構(gòu)件114的夾爪運(yùn)動(dòng)的有效軸向剛度，其中致動(dòng)構(gòu)件114被連接至致動(dòng)器部分204。組合效應(yīng)極大地減少了表現(xiàn)為一體夾爪結(jié)構(gòu)110的損耗或者不可預(yù)測(cè)的運(yùn)動(dòng)的滯后。

已發(fā)現(xiàn)設(shè)置在連接器部分206的外周邊處的第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218提供較長的杠桿臂，這樣減少了滯后，否則該滯后將表現(xiàn)為一體夾爪結(jié)構(gòu)110的損耗或者不可預(yù)測(cè)的運(yùn)動(dòng)。撓曲鉸鏈(諸如第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218)的摩擦的減小允許在圖1的一體夾爪結(jié)構(gòu)110和管子112的近側(cè)位置處的夾爪抓力感測(cè)。如示例，可在致動(dòng)器系統(tǒng)118將力施加至致動(dòng)構(gòu)件114的地方感測(cè)基于低摩擦撓曲的夾爪機(jī)構(gòu)中的夾爪力，其中致動(dòng)構(gòu)件114被連接至致動(dòng)器部分204而不是在第一夾爪部分202和第二夾爪部分208上，這有實(shí)際的差異。在另一方面，在低摩擦夾爪機(jī)構(gòu)中，夾爪力感測(cè)可以基于例如施加至電動(dòng)機(jī)的電流或者施加至液壓或氣動(dòng)致動(dòng)器的壓力。

還發(fā)現(xiàn)第一臂鉸鏈部分304和第二臂鉸鏈部分404也減少了滯后，否則該滯后將表現(xiàn)為一體夾爪結(jié)構(gòu)110的無效運(yùn)動(dòng)或者不可預(yù)知的運(yùn)動(dòng)，這允許在致動(dòng)器部分204和致動(dòng)器系統(tǒng)118處感測(cè)到基于低摩擦撓曲的夾爪機(jī)構(gòu)中的夾爪力。在致動(dòng)器部分204處感測(cè)的方法能夠與上述關(guān)于第一柔性鉸鏈216和第二柔性鉸鏈218的方法類似。

進(jìn)一步還發(fā)現(xiàn)第一臂鉸鏈部分304和第二臂鉸鏈部分404在沒有額外感測(cè)機(jī)構(gòu)的情況下，能夠被設(shè)計(jì)為限制最大可用的夾爪力，其中第一臂鉸鏈部分304和第二臂鉸鏈部分404在張力下操作和撓曲，從而閉合第一夾爪部分202和第二夾爪部分208。例如，基于具有非線性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的材料，諸如鎳鈦合金，能夠選定第一臂鉸鏈部分304和第二臂鉸鏈部分404的橫截面面積，從而使得構(gòu)件僅在到達(dá)力的閾值量時(shí)傳遞，并且當(dāng)所施加的力達(dá)到基于該合金的應(yīng)力-應(yīng)變平頂?shù)拈撝底畲笾禃r(shí)，在不增加力的情況下通過變長而變形。

圖2的緊湊型撓曲鉸鏈216被設(shè)計(jì)成當(dāng)橫向力被施加至緊湊型撓曲件時(shí)，提供大體相等的剪切和s彎曲位移或者剪切為主的位移，如在通過夾爪202和208或者任務(wù)適配器222施加至患者組織或者縫針等的力的反作用下所出現(xiàn)的。在受到橫向力時(shí)，緊湊型撓曲鉸鏈216的特性是由s彎曲分量所致的偏轉(zhuǎn)不超過由橫向力所造成的剪切位移的兩倍。

已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例減少了柔性夾爪機(jī)構(gòu)308中的部件數(shù)量，從一些較大分立組件夾爪機(jī)構(gòu)中的六件或者一些較小分立組件夾爪機(jī)構(gòu)中的十一件減少為單個(gè)集成部件，所述部件能夠以較少機(jī)械加工步驟被制造，諸如電火花加工或者其他實(shí)際減法制造工藝。

已發(fā)現(xiàn)通過加法工藝，諸如由塑料或者纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料的注塑、金屬注塑之后燒結(jié)或者平面光刻金屬電鍍，還能夠?qū)⑷嵝詩A爪機(jī)構(gòu)308制成單件，因此減少了部件成本和裝配時(shí)間。夾爪部分柔性鉸鏈可以由允許高應(yīng)力的合金，諸如硬化的不銹鋼、鈦或者鋁合金制成，或者由鎳鈦合金或者具有甚至更高的允許應(yīng)變的其他高級(jí)的形狀記憶合金制造，或者由金屬玻璃材料制造。

每個(gè)夾爪部分的工作表面根據(jù)應(yīng)用可以是母體夾爪材料或者是圖2的任務(wù)適配器222，其由較高硬度的合金、碳化鎢、增韌陶瓷或者最終由合適的粘附涂層(諸如金屬鍍層、粘合的硬質(zhì)砂或者其他沉積物)制成。

一體腕機(jī)構(gòu)

當(dāng)器械直徑減小時(shí)，鉸鏈旋轉(zhuǎn)滑輪直徑或者鉸鏈杠桿臂長度也會(huì)減少，而所需的纜線力進(jìn)一步增加。較高摩擦力和較低機(jī)械優(yōu)勢(shì)增加了纜線軸向偏轉(zhuǎn)或者拉伸，這樣預(yù)定量的遠(yuǎn)側(cè)鉸鏈旋轉(zhuǎn)需要致動(dòng)纜線近端比所需移動(dòng)更大地移動(dòng)，這意味著增加了有效的傳動(dòng)系統(tǒng)順應(yīng)性。

因?yàn)楸挥行У卣J(rèn)為是無效運(yùn)動(dòng)或者浪費(fèi)能源的任何機(jī)構(gòu)的滯后隨機(jī)構(gòu)摩擦乘以其傳動(dòng)系統(tǒng)順應(yīng)性的乘積變化，所以對(duì)于給定類型的鉸鏈機(jī)構(gòu)，在諸如夾持器的器械的橫截面直徑減小時(shí)，這些摩擦和順應(yīng)性增加的組合效應(yīng)大大增加了腕運(yùn)動(dòng)滯后。這在存在具有較高啟動(dòng)摩擦的滑動(dòng)摩擦?xí)r尤為有害，導(dǎo)致有時(shí)被稱為靜摩擦的不均勻或者不可預(yù)知的運(yùn)動(dòng)效應(yīng)。

再次參考圖1，其示出本發(fā)明第一實(shí)施例中具有一體腕結(jié)構(gòu)124的醫(yī)療器械100。一體腕結(jié)構(gòu)124是連續(xù)構(gòu)件，其彎曲或者提供多軸線移動(dòng)，從而改變了附連至其上的構(gòu)件的相對(duì)位置和取向。術(shù)語“一體”表示單個(gè)材料單元制成的結(jié)構(gòu)。一體腕結(jié)構(gòu)124是在沒有分立的轉(zhuǎn)動(dòng)銷關(guān)節(jié)的情況下能夠彎曲的柔性構(gòu)件。一體腕結(jié)構(gòu)124還由附連至其上的另一構(gòu)件支撐。

例如，一體腕結(jié)構(gòu)124能夠在一側(cè)上被連接至靜止構(gòu)件，而在相對(duì)側(cè)上連接至可移動(dòng)構(gòu)件。靜止構(gòu)件能夠使一體腕結(jié)構(gòu)124保持在適當(dāng)位置，并且一體腕結(jié)構(gòu)124能夠被操縱為定位和定向該可移動(dòng)構(gòu)件。

對(duì)于更具體的示例，一體腕結(jié)構(gòu)124能夠具有附連至一側(cè)的機(jī)械臂和另一側(cè)上的攝像機(jī)、夾持器或者其他末端執(zhí)行器。機(jī)械臂能夠定位一體腕結(jié)構(gòu)124并且使末端執(zhí)行器處于適當(dāng)位置。一體腕結(jié)構(gòu)124能夠被操縱以從給定位置為照相機(jī)呈現(xiàn)不同的角度、取向和視圖。

一體腕結(jié)構(gòu)124能夠由單個(gè)材料單元(諸如塑料或者金屬合金)雕刻或者成形。例如，一體腕結(jié)構(gòu)124能夠通過切割和雕刻聚丙烯塑料或者金屬合金形成，或者能夠通過使用電火花線加工(wireedm)工藝和(例如當(dāng)被用于塑造鎳鈦合金時(shí))用于移除表面層重新熔融的后處理而形成。

一體腕結(jié)構(gòu)124還能夠被模壓成型。例如，一體腕結(jié)構(gòu)124能夠是模制塑料或者鑄造或電鍍金屬。一體腕結(jié)構(gòu)124還能夠按照聚丙烯的單次注塑或者通過對(duì)具有連續(xù)腔體的沖?；蛘吣＞叩慕饘僮⑺?mim)而形成。

醫(yī)療器械100具有近端102和遠(yuǎn)端104。醫(yī)療器械100能夠包括接近遠(yuǎn)端104的一體腕結(jié)構(gòu)124、具有致動(dòng)構(gòu)件114的管子112以及近端102處的致動(dòng)器系統(tǒng)118。醫(yī)療器械100能夠包括遠(yuǎn)端處的夾爪機(jī)構(gòu)110。

夾爪機(jī)構(gòu)110能夠處于醫(yī)療器械100的遠(yuǎn)端104處。一體腕結(jié)構(gòu)124能夠被連接至夾爪機(jī)構(gòu)110。一體腕結(jié)構(gòu)124能夠具有附連在另一側(cè)上的管子112。一體腕結(jié)構(gòu)124還能夠通過致動(dòng)構(gòu)件114耦合至致動(dòng)器系統(tǒng)118。夾爪機(jī)構(gòu)110能夠類似于人手，一體腕結(jié)構(gòu)124能夠類似于人的手腕。

夾爪機(jī)構(gòu)110能夠是機(jī)械裝配件，諸如夾持器或者切割器，或者是由單個(gè)材料制成為單個(gè)單元的柔性一體化結(jié)構(gòu)。在可替換實(shí)施例中，夾爪機(jī)構(gòu)110和一體腕結(jié)構(gòu)124能夠共同是連續(xù)和一體化的。夾爪機(jī)構(gòu)110和一體腕結(jié)構(gòu)124均能夠由單個(gè)材料制成作為單個(gè)單元。

示出一體腕結(jié)構(gòu)124具有圓柱形配置。圓柱形配置消除了鋒利邊緣，并且允許一體腕結(jié)構(gòu)124和夾爪機(jī)構(gòu)110突出至狹小空間內(nèi)并且在諸如器官或者血管的障礙物之間移動(dòng)。

已發(fā)現(xiàn)一體腕結(jié)構(gòu)124提供了被改進(jìn)的制造操作，具有因其為一件式結(jié)構(gòu)而免除裝配操作的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)闇p少的成本，可行的是使一體腕結(jié)構(gòu)124適于一次性應(yīng)用。一次性使用工具避免對(duì)用后與清潔和重新消毒有關(guān)的操作和處理的需要，以及避免對(duì)適于重新消毒的某些器械設(shè)計(jì)要求(諸如能夠承受高壓滅菌)的需要。

現(xiàn)在參考圖6，其示出第一實(shí)施例中的一體腕結(jié)構(gòu)124的放大細(xì)節(jié)等距視圖。一體腕結(jié)構(gòu)124具有沿與中心線624正交的平面的第一橫向尺寸620和第二橫向尺寸622。

第一橫向尺寸620和第二橫向尺寸622示出為相同的但不必是相同的，并且可以基于一體腕結(jié)構(gòu)124的幾何形狀來調(diào)整。在它們相等的情況下，一體腕結(jié)構(gòu)124可以如圖6所示為圓形橫截面。作為示例，第一橫向尺寸620和第二橫向尺寸622示出為沿相互垂直的方向但不必要求是垂直的。

一體腕結(jié)構(gòu)124包括第一連接器部分632、第二連接器部分634和第三連接器部分636、第四連接器部分638以及第五連接器部分640。在第一連接器部分632和第二連接器部分634之間能夠是第一對(duì)柔性鉸鏈642。在第二連接器部分634和第三連接器部分636之間能夠是第二對(duì)柔性鉸鏈644。在第三連接器部分636和第四連接器部分638之間能夠是第三對(duì)柔性鉸鏈646。在第四連接器部分638和第五連接器部分640之間能夠是第四對(duì)柔性鉸鏈648。第五連接器部分640能夠被連接至圖1中的管子112。

柔性鉸鏈對(duì)642-648中的兩對(duì)能夠被放置為與柔性鉸鏈對(duì)642-648中的其他兩對(duì)成直角，從而允許第一連接器部分632在所有方向上彎曲或者從第五連接器部分640全向彎曲。此外，鉸鏈對(duì)能夠被布置為以便最外面的鉸鏈即第一對(duì)柔性鉸鏈642和第四對(duì)柔性鉸鏈648的彎曲軸線均彼此平行。最里面的鉸鏈即第二對(duì)柔性鉸鏈644和第三對(duì)柔性鉸鏈646的彎曲軸線能夠彼此平行。按此方式配置的一體腕結(jié)構(gòu)124被稱為abba配置。

一體腕結(jié)構(gòu)124示出具有笛卡爾“偏航-俯仰-俯仰-偏航”或者abba配置。該配置基于如上所述鉸鏈的彎曲軸線的取向的組合。術(shù)語“偏航”和“俯仰”為任意術(shù)語，使用“偏航”和“俯仰”描述正交方向上的移動(dòng)。在(2002年6月28日提交的)美國專利號(hào)6817974中更加詳細(xì)地描述了abba配置的“恒定速度”優(yōu)勢(shì)，其內(nèi)容通過引用并入本文。

柔性鉸鏈對(duì)642-648能夠具有撓曲件寬度650和撓曲件厚度652。撓曲件寬度650是沿每對(duì)柔性鉸鏈的彎曲軸線測(cè)量的柔性鉸鏈對(duì)642-648的寬度。

例如，如圖6所示，第一對(duì)柔性鉸鏈642和第四對(duì)柔性鉸鏈648的彎曲軸線均平行于第二橫向尺寸622。第一對(duì)柔性鉸鏈642和第四對(duì)柔性鉸鏈648的撓曲件寬度650能夠沿著平行于第二橫向尺寸622的線測(cè)量。類似地，第二對(duì)柔性鉸鏈644和第三對(duì)柔性鉸鏈646的撓曲件寬度650能夠沿著平行于第一橫向尺寸620的線測(cè)量。

撓曲件厚度652是柔性鉸鏈對(duì)642-648的厚度的測(cè)量值。撓曲件厚度652能夠是在柔性鉸鏈對(duì)642-648最薄點(diǎn)處的測(cè)量值。例如，如果柔性鉸鏈對(duì)642-648具有如圖6所示的彼此相對(duì)的兩橢圓形凹面，撓曲件厚度652能夠是每個(gè)凹面的頂點(diǎn)或者中點(diǎn)之間的測(cè)量值。

撓曲件厚度652還能夠沿與每對(duì)柔性鉸鏈642-648的彎曲軸線和中心線624垂直的線測(cè)量。例如，如圖6所示，第一對(duì)柔性鉸鏈642和第四對(duì)柔性鉸鏈648的彎曲軸線均平行于第二橫向尺寸622。因此，第一對(duì)柔性鉸鏈642和第四對(duì)柔性鉸鏈648的撓曲件厚度652能夠沿平行于第一橫向尺寸620的線測(cè)量。

類似地，第二對(duì)柔性鉸鏈644和第三對(duì)柔性鉸鏈646的撓曲件厚度652能夠沿平行于第二橫向尺寸622的線測(cè)量。

柔性鉸鏈對(duì)642-648還能夠具有撓曲件長度654。撓曲件長度654是柔性鉸鏈對(duì)642-648沿平行于中心線624的方向的長度或者高度的測(cè)量值。當(dāng)柔性鉸鏈對(duì)642-648處于圖6所示的中間位置時(shí)能夠測(cè)量撓曲件長度654。撓曲件長度654能夠是柔性鉸鏈對(duì)642-648與鄰接的連接器部分632-640整體形成的點(diǎn)之間的距離。

如圖6所示的柔性鉸鏈對(duì)通常是柔性鉸鏈和緊湊型撓曲件。撓曲件或者柔性鉸鏈被定義為耦合其他兩個(gè)相對(duì)剛性構(gòu)件的柔性構(gòu)件。柔性鉸鏈對(duì)642-648能夠是耦合連接器部分632-640的柔性構(gòu)件，該連接器部分632-640是相對(duì)剛性的構(gòu)件。

柔性鉸鏈對(duì)642-648能夠具有大體上少于撓曲件長度654的撓曲件厚度652，以在耦合的剛性構(gòu)件之間提供彎曲順應(yīng)性，從而允許一個(gè)剛性構(gòu)件相對(duì)于其他圍繞沿?fù)锨挾?50的軸線旋轉(zhuǎn)。彎曲軸線位于撓曲件變直時(shí)撓曲件長度654和撓曲件厚度652的中點(diǎn)。

撓曲件長度654和撓曲件厚度652能夠具有長度與厚度的比例，從而使得撓曲件的彎曲應(yīng)變和合成應(yīng)力基于其材料屬性位于限制內(nèi)，其材料屬性諸如屈服強(qiáng)度或疲勞強(qiáng)度、其運(yùn)動(dòng)的角范圍以及所需的撓性運(yùn)動(dòng)周期。柔性鉸鏈對(duì)642-648可以至少沿兩個(gè)耦合構(gòu)件之間的撓曲件寬度650和撓曲件長度654剛性地傳遞力。

已發(fā)現(xiàn)柔性鉸鏈對(duì)642-648在移動(dòng)時(shí)僅具有材料的低內(nèi)部滯后損耗，也被稱為等效摩擦，其明顯低于類似加載的銷接鉸鏈的相應(yīng)的實(shí)際摩擦損耗。滯后損耗是因其中的材料屬性和機(jī)械配置所導(dǎo)致的機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)或者能量的損耗。

柔性鉸鏈對(duì)642-648還能夠是緊湊型撓曲件。緊湊型撓曲件是由塑料材料制成的撓曲件，所述塑料材料諸如注塑聚丙烯或者超高分子量聚乙烯(uhmw-pe)，其材料屬性允許短撓曲件長度同時(shí)允許大量的撓性運(yùn)動(dòng)周期。例如，撓曲件長度654能夠小于撓曲件厚度652的兩倍。

撓曲壽命被定義成柔性鉸鏈642-648能夠可靠地?fù)锨蛘邚澢粩嗔训拇螖?shù)。緊湊型撓曲件對(duì)642-648的撓曲壽命能夠通過以下方式被增強(qiáng)，即在模具填充時(shí)，通過提供熔化的塑料從一個(gè)耦合的剛性構(gòu)件朝向另一個(gè)構(gòu)件流經(jīng)鉸鏈，以及從模具中取出后通過立即在兩個(gè)方向上完全地?fù)锨q鏈實(shí)現(xiàn)。由于相對(duì)于撓曲件厚度652減少撓曲件長度654，所以相對(duì)于撓曲件厚度652方向上的耦合的構(gòu)件之間的力，緊湊型撓曲件對(duì)642-648有利地提供比常規(guī)撓曲件相對(duì)更大的剛度，這可能發(fā)生在沿著撓曲件厚度652方向的橫向載荷或者圍繞中心線624的扭轉(zhuǎn)載荷被施加在耦合的構(gòu)件632至640的鄰近對(duì)之間時(shí)。同樣有利地，模制的塑料緊湊型撓曲件，通過消除多個(gè)獨(dú)立的組件和有關(guān)的裝配勞動(dòng)以及通過使用低成本材料，可以降低成本。

除了塑料或金屬注塑或者通過加工方法切割塑料或金屬(包括通過電火花線加工(wireedm)的金屬切割)之外，柔性鉸鏈對(duì)642-648還可以配有足夠的長度和均勻的厚度，從而允許通過在電鍍層平面內(nèi)定向柔性鉸鏈而采用平面光刻電鍍金屬合金制造工藝，以實(shí)現(xiàn)1mm直徑或者更小直徑的一體結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明能夠制造出前所未有的較小尺寸的功能性醫(yī)療柔性鉸鏈腕器械，并且還能夠用于相應(yīng)較小解剖結(jié)構(gòu)的手術(shù)中，例如小血管和神經(jīng)的再次吻合術(shù)，或者眼睛內(nèi)結(jié)構(gòu)的處理和修復(fù)。

柔性鉸鏈部分能夠有彈性。因此，圖1中的致動(dòng)構(gòu)件114在連接器部分632-640上無拉力或者推力的情況下，該致動(dòng)構(gòu)件114的釋放能夠造成連接器部分632-640移動(dòng)至這樣的位置，其中柔性鉸鏈對(duì)642-648處于所定義的中間位置。例如，柔性鉸鏈對(duì)642-648能夠被偏置為返回至基本彼此平行的大體筆直和延長的形態(tài)，或者返回至預(yù)定的彎曲形狀。

第一連接器部分632、第二連接器部分634、第三連接器部分636、第四連接器部分638和第五連接器部分640均具有多個(gè)致動(dòng)器孔660，其在每個(gè)連接器部分的周邊內(nèi)，并且平行于中心線624延伸。

示出致動(dòng)器孔660圍繞一體腕結(jié)構(gòu)124的周邊。致動(dòng)器孔660對(duì)齊通過一體腕結(jié)構(gòu)124。在一方面中，致動(dòng)器孔660通過每個(gè)連接器部分。在另一方面中，一些致動(dòng)器孔660僅可穿過一些連接器部分。在一個(gè)示例中，一些致動(dòng)器孔660可以在其僅用于致動(dòng)構(gòu)件以相對(duì)于第五連接器部分640移動(dòng)連接器部分638和636時(shí)僅穿過連接器部分640、638和636。

圖1的致動(dòng)構(gòu)件114通過致動(dòng)器孔660穿過一體腕結(jié)構(gòu)124到每個(gè)連接器部分，其中致動(dòng)構(gòu)件114用于以控制線或者微型纏繞或編織的線纜或繩索的方式控制一體腕結(jié)構(gòu)124。致動(dòng)構(gòu)件114上的張力能夠造成一體腕結(jié)構(gòu)124在柔性鉸鏈對(duì)處彎曲?；谕罂刂凭€在致動(dòng)器孔660內(nèi)的布置以及致動(dòng)構(gòu)件114的相對(duì)位移，一體腕結(jié)構(gòu)124能夠以2-4個(gè)自由度彎曲，盡管在優(yōu)選情況中是兩個(gè)自由度。

中心通道662沿一體腕結(jié)構(gòu)124的中心線624延伸，用作致動(dòng)構(gòu)件114中一個(gè)構(gòu)件的通路，以致動(dòng)連接至一體腕結(jié)構(gòu)124的夾爪機(jī)構(gòu)110。

現(xiàn)在參考圖7，其中示出第一實(shí)施例中的一體腕結(jié)構(gòu)124的放大正視圖。連接器部分632-638能夠具有在其下部部分上的下部凹口/緩沖間隙(reliefclearance)702。連接器部分634-640能夠具有在其上部部分上的上部凹口間隙704。

柔性鉸鏈對(duì)642-648能夠在鄰近的連接器部分之間。例如，第一對(duì)柔性鉸鏈642能夠與第一連接器部分632的下部部分上的下部凹口間隙702整體形成。第一對(duì)柔性鉸鏈642還能夠與第二連接器部分634的上部部分上的上部凹口間隙704整體形成。柔性鉸鏈對(duì)644-648能夠類似地提供連接器部分634-640之間的整體連接。

為了說明的目的，示出柔性鉸鏈對(duì)642-648被連接至每個(gè)鉸鏈上端處的下部凹口間隙302和每個(gè)鉸鏈下端處的上部凹口間隙704。然而，應(yīng)理解一體腕結(jié)構(gòu)124能夠具有不同取向，從而改變下部凹口間隙702和上部凹口間隙704以及鉸鏈的相對(duì)位置。

下部凹口間隙702和上部凹口間隙704是每個(gè)連接器部分632-640和每個(gè)柔性鉸鏈對(duì)642-648之間接合處的連接器部分632-640中的缺口。例如，下部凹口間隙702能夠是與第一連接器部分632接合處的第一對(duì)柔性鉸鏈642的半徑。

繼續(xù)該示例，下部凹口間隙702和上部凹口間隙704能夠是圍繞橢圓長軸線上頂點(diǎn)的部分橢圓，而撓曲件中點(diǎn)處于橢圓短軸線上的共同頂點(diǎn)。如更具體的示例，下部凹口間隙702和上部凹口間隙704，連同每個(gè)鉸鏈上的表面能夠形成具有橢圓形橫截面的圓柱部分。下部凹口間隙702和上部凹口間隙704允許一體腕結(jié)構(gòu)124的垂直高度減小。下部凹口間隙702和上部凹口間隙704在橢圓橫截面長軸線端部處能夠與柔性鉸鏈對(duì)642-648整體形成。用于劃分鉸鏈和間隙部分的點(diǎn)能夠是橢圓橫截面的頂點(diǎn)。此外，每個(gè)鉸鏈的撓曲件長度654能夠是橢圓橫截面長軸線的長度，其沿著平行于圖6的中心線624的線從一個(gè)頂點(diǎn)到另一個(gè)頂點(diǎn)測(cè)量。

連接器部分632-638能夠具有在其下部部分上的下部停止表面706。連接器部分634-640能夠具有在其上部部分上的上部停止表面708。下部凹口間隙702能夠鄰近下部停止表面706，上部凹口間隙704能夠鄰近上部停止表面708。下部停止表面706為連接器部分632-638的下部部分上的平面表面，用于約束連接器部分632-638的移動(dòng)以及柔性鉸鏈對(duì)642-648的彎曲。上部停止表面708是連接器部分632-638的上部部分上的平面表面，用于約束連接器部分634-640的移動(dòng)以及柔性鉸鏈對(duì)642-648的彎曲。

為了說明的目的，示出下部停止表面706作為連接器部分632-638的下表面，并且上部停止表面708在連接器部分634-640的上表面上。然而，應(yīng)理解一體腕結(jié)構(gòu)124能夠以不同位置定向，從而改變下部停止表面706和上部停止表面708的相對(duì)位置。

第一連接器部分632可以僅具有一對(duì)下部停止表面706。第五連接器部分640可以僅具有一對(duì)上部停止表面708。連接器部分634-638能夠具有一對(duì)下部停止表面706和一對(duì)上部停止表面708。

對(duì)于第二連接器部分634、第三連接器部分636和第四連接器部分638，其每個(gè)均能夠具有上部停止表面708和下部停止表面706，其上部停止表面708和下部停止表面706設(shè)置在彼此之上并且圍繞中心線624偏移90度或者偏移不同的角度。例如，在當(dāng)前的實(shí)施例中示出第二連接器部分634具有在第二連接器部分634的左側(cè)和右側(cè)上的上部停止表面708。示出下部停止表面706被布置為以90度偏移并且被設(shè)置在前側(cè)和后側(cè)上。

繼續(xù)該示例，示出第三連接器部分636具有被直接布置在彼此之上但圍繞中心線624無角度偏移的上部停止表面708和下部停止表面706。示出上部停止表面708被設(shè)置在一體腕結(jié)構(gòu)124的前側(cè)和后側(cè)上(未示出)。

一個(gè)連接器部分的下部停止表面706能夠直接在下方的連接器部分的上部停止表面708之上、上方、面對(duì)或者反射該上部停止表面。例如，第一連接器部分632的下部停止表面706能夠直接在第二連接器部分634的上部停止表面708之上和上方，以及反射該上部停止表面。同樣地，例如，第二連接器部分634能夠具有直接在第三連接器部分636的上部停止表面708之上并且反射該上部停止表面708的下部停止表面706。

下部停止表面706和上部停止表面708能夠遠(yuǎn)離水平面成角度，用于約束連接器部分632-638的移動(dòng)和柔性鉸鏈對(duì)642-648的彎曲。下部停止表面706能夠連接至柔性鉸鏈對(duì)642-648的下部凹口間隙702，并且向上和遠(yuǎn)離柔性鉸鏈對(duì)642-648成預(yù)定角度延伸。上部停止表面708能夠連接至柔性鉸鏈對(duì)642-648的上部凹口間隙704，并且向下和遠(yuǎn)離柔性鉸鏈對(duì)642-648成預(yù)定角度延伸。

現(xiàn)在參考圖8，其示出第一實(shí)施例中的一體腕結(jié)構(gòu)124的放大側(cè)視圖。一體腕結(jié)構(gòu)124在前后之間和左右之間具有相同的形狀。

為了討論的目的，在圖8-10中面向左側(cè)，討論圖7所示的一體腕結(jié)構(gòu)124。也就是，圖8-圖10將討論圖7所示一體腕結(jié)構(gòu)124的右側(cè)。然而，應(yīng)理解圖8能夠是一體腕結(jié)構(gòu)124的左側(cè)或右側(cè)。

現(xiàn)在參考圖9，其示出部分向前撓曲的第一實(shí)施例中的一體腕結(jié)構(gòu)124的放大側(cè)視圖。示出一體腕結(jié)構(gòu)124具有完全向前撓曲的第二對(duì)柔性鉸鏈644。

示出第一連接器部分632和第二連接器部分634向前傾。連接器部分636-640具有如圖8所示的相同的中間取向。

示出一體腕結(jié)構(gòu)124具有在第二連接器部分634前側(cè)上的下部停止表面706，其鄰接第三連接器部分636前側(cè)上的上部停止表面708。兩個(gè)鄰接表面能夠互相重疊并且覆蓋整個(gè)表面。兩個(gè)鄰接表面使第二對(duì)柔性鉸鏈644停止進(jìn)一步向前彎曲。一體腕結(jié)構(gòu)124能夠通過使第三對(duì)柔性鉸鏈646類似地向前彎曲而以類似的方式完全向前撓曲。圖1中的醫(yī)療器械100能夠使用圖1的致動(dòng)構(gòu)件114使一體腕結(jié)構(gòu)124撓曲。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)下部停止表面706和上部停止表面708的斜面能夠用于在沒有其他設(shè)備或者限制機(jī)構(gòu)的情況下限制一體腕結(jié)構(gòu)124的彎曲量。下部停止表面706和上部停止表面708的斜面能夠因此消除外部限制器(諸如齒輪機(jī)構(gòu)或者軟件限制特征)和內(nèi)部限制器(諸如凸起或者止動(dòng)器)，以及簡(jiǎn)化制造復(fù)雜性和減少制造成本。

下部凹口間隙702和上部凹口間隙704能夠形成具有橢圓橫截面的圓柱，如在第二對(duì)柔性鉸鏈644前側(cè)上所示的。例如，下部凹口間隙702和上部凹口間隙704能夠打開或者增大第二對(duì)柔性鉸鏈644背面上的下部凹口間隙702和上部凹口間隙704的圓弧部分。

當(dāng)?shù)诙?duì)柔性鉸鏈644向前彎曲時(shí)，第二對(duì)柔性鉸鏈644前側(cè)的材料壓縮。當(dāng)?shù)诙?duì)柔性鉸鏈644向前彎曲時(shí)，第二對(duì)柔性鉸鏈644背面的材料伸展。

上部停止表面708和下部停止表面706的鄰接對(duì)的斜面能夠限制柔性鉸鏈對(duì)的彎曲。例如，上部停止表面708遠(yuǎn)離水平面的角度大小能夠與下部停止表面706遠(yuǎn)離水平面的角度大小相加。組合角度能夠是給定的柔性鉸鏈對(duì)的最大彎曲量。

現(xiàn)在參照?qǐng)D10，其中示出部分地向前撓曲和部分地向右撓曲的第一實(shí)施例中的一體腕結(jié)構(gòu)124的放大的側(cè)視圖。示出一體腕結(jié)構(gòu)124如上所述的向前撓曲。如從圖7的坐標(biāo)系的前部觀看，示出一體腕結(jié)構(gòu)124也被類似地部分向右撓曲。

第二連接器部分634具有如圖9所示的相同位置。連接器部分636-640具有如圖8所示的相同的中間位置。示出第一連接器部分632向其左邊旋轉(zhuǎn)。

圖7中的第一連接器部分632左側(cè)上的下部停止表面706能夠鄰接圖7中的第二連接器部分634左側(cè)上的上部停止表面708。第一對(duì)柔性鉸鏈642能夠向左撓曲和彎曲，類似于如上所述的第二對(duì)柔性鉸鏈644。

現(xiàn)在參考圖11，其示出第二實(shí)施例中的一體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1100的放大細(xì)節(jié)等距視圖。第一連接器部分1102類似于圖6中的第一連接器部分632，第二連接器部分1104類似于圖6中的第五連接器部分640。第一連接器部分1102能夠連接至圖1中的夾爪機(jī)構(gòu)110或者與其整體形成，第二連接器部分1104能夠被連接至圖1的管子112。

第一連接器部分1102和第二連接器部分1104之間是柔性鉸鏈對(duì)1106。柔性鉸鏈對(duì)1106類似于圖6中的第一對(duì)柔性鉸鏈642。

圖1中的致動(dòng)構(gòu)件114能夠沿線1110滑過第二致動(dòng)器孔1108并且能夠被固定在第一致動(dòng)器孔1112內(nèi)。通過拉動(dòng)柔性鉸鏈對(duì)1106一側(cè)上或者另一側(cè)上的致動(dòng)構(gòu)件1114，一體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1100將在一個(gè)方向或者另一方向上彎曲。該原理在較大程度上也同樣適用于圖6中的一體腕結(jié)構(gòu)124。

現(xiàn)在參考圖12，其示出第二實(shí)施例中的一體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1100的前視圖。柔性鉸鏈對(duì)1106連接第一連接器部分1102和第二連接器部分1104。

第一連接器部分1102能夠具有在其下部部分上的下部凹口間隙802。第二連接器部分1104能夠具有在其上部部分上的上部凹口間隙1204。

柔性鉸鏈對(duì)1106能夠被連接至一端處的下部凹口間隙1202，以及相對(duì)端處的上部凹口間隙1204。下部凹口間隙1202和上部凹口間隙1204能夠類似于圖7中的下部凹口間隙702和上部凹口間隙704。下部凹口間隙1202和上部凹口間隙1204通過使組合的連接器部分和柔性鉸鏈適配在較小的總高度，允許一體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1100的垂直高度的減少。

現(xiàn)在參考圖13，其示出處于完全撓曲位置的第二實(shí)施例中的一體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1100的正視圖。第一連接器部分1102能夠具有在其下部部分上的下部停止表面1302，第二連接器部分1104能夠具有在其上部部分上的上部停止表面1304。在完全撓曲的位置中，第一連接器部分1102的下部停止表面1302鄰接第二連接器部分1104的上部停止表面1304。

下部停止表面1302能夠類似于圖7中的下部停止表面706。上部停止表面1304能夠類似于圖7中的上部停止表面708。下部停止表面1302和上部停止表面1304成角度以限制柔性鉸鏈對(duì)1106和一體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1100的彎曲量。

已發(fā)現(xiàn)具有停止表面保證柔性鉸鏈對(duì)1106保持在設(shè)計(jì)參數(shù)內(nèi)，從而保證柔性鉸鏈對(duì)1106的足夠的壽命。當(dāng)停止表面被用于圖1中的一體腕結(jié)構(gòu)124中時(shí)，還發(fā)現(xiàn)防止致動(dòng)構(gòu)件114在致動(dòng)器孔660的孔口處過度彎曲以及造成過度摩擦和磨損。

柔性鉸鏈對(duì)1106能夠在中間部分彎曲或拉伸以適應(yīng)撓曲位置。例如，柔性鉸鏈對(duì)1106的中間部分能夠在一側(cè)上拉伸而在另一側(cè)上壓縮。圖12中的下部凹口間隙1202、圖12中的上部凹口間隙1204以及柔性鉸鏈對(duì)1106的拉伸表面能夠形成形狀像數(shù)字“3”的橫截面或者能夠形成橢圓形橫截面。在相對(duì)側(cè)上，下部凹口間隙1202、上部凹口間隙1204以及柔性鉸鏈對(duì)1106的壓縮表面能夠形成三角形的或者心形的橫截面。同樣地，例如，柔性鉸鏈對(duì)1106能夠均勻地拉伸或者壓縮并且使整體保持橢圓形，如附圖9和10圖解的。

現(xiàn)在參考圖14，其示出第二實(shí)施例中的一體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1100的側(cè)視圖。示出上部停止表面1304直接在下部停止表面1302下方并且反射該表面。

現(xiàn)在參考圖15，其示出第三實(shí)施例中的一體腕結(jié)構(gòu)1500的放大細(xì)節(jié)等距視圖。一體夾爪結(jié)構(gòu)1500具有沿正交于中心線1524的平面的第一橫向尺寸1520和第二橫向尺寸1522。示出第一橫向尺寸1520和第二橫向尺寸1522相同但并非必須相同，并且可以基于一體夾爪結(jié)構(gòu)1500的幾何形狀來調(diào)整。在它們相等的情況下，一體夾爪結(jié)構(gòu)1500可以是圓形橫截面，如圖15所示。

一體腕結(jié)構(gòu)1500包括第一連接器部分1532、第二連接器部分1534、以及第三連接器部分1536、第四連接器部分1538以及第五連接器部分1540。在第一連接器部分1532和第二連接器部分1534之間是第一對(duì)柔性鉸鏈1542。在第二連接器部分1534和第三連接器部分1536之間是第二對(duì)柔性鉸鏈1544。在第三連接器部分1536和第四連接器部分1538之間是第三對(duì)柔性鉸鏈1546。在第四連接器部分1538和第五連接器部分1540之間是第四對(duì)柔性鉸鏈1548。第五連接器部分1540可連接至圖1中的管子112。

兩對(duì)柔性鉸鏈能夠與兩對(duì)其他柔性鉸鏈成直角放置，從而允許第一連接器部分1532在所有方向上彎曲或者從第五連接器部分1540在全向上彎曲。此外，柔性鉸鏈對(duì)能夠被布置為交替成90度，以便第一對(duì)柔性鉸鏈1542和第三對(duì)柔性鉸鏈1546的彎曲軸線均彼此平行。第二對(duì)柔性鉸鏈1544和第四對(duì)柔性鉸鏈1548的彎曲軸線能夠彼此平行。按此方式配置的一體腕結(jié)構(gòu)1500被稱為abab配置。

一體腕結(jié)構(gòu)1500示出具有笛卡爾“偏航-俯仰-偏航-俯仰”或者abab配置。該配置基于如上所述鉸鏈的彎曲軸線的取向的組合。術(shù)語偏“偏航”和“俯仰”為任意術(shù)語，使用“偏航”和“俯仰”描述正交方向上的移動(dòng)。

通過該替換，進(jìn)一步嵌套結(jié)構(gòu)特征允許減小長度與直徑的比例l/d，從abba情況中的l/d＝2減小到一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的abab情況中的l/d＝1.8。在abab實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谖暹B接器部分1540圍繞中心線1524旋轉(zhuǎn)并且第一連接器部分1532維持固定指向方向時(shí)，出現(xiàn)第一連接器部分1532相對(duì)于第五連接器部分1540的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差。這就是所謂的腕滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。第一連接器部分1532的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差可以通過運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算補(bǔ)償。

柔性鉸鏈對(duì)1542-1548能夠具有撓曲件寬度1550和撓曲件厚度1552。撓曲件寬度1550是沿每對(duì)柔性鉸鏈的彎曲軸線的柔性鉸鏈對(duì)1542-1548的寬度測(cè)量值。

例如，如圖15所示，第一對(duì)柔性鉸鏈1542和第三對(duì)柔性鉸鏈1546的彎曲軸線均平行于第一橫向尺寸1520。第一對(duì)柔性鉸鏈1542和第三對(duì)柔性鉸鏈1546的撓曲件寬度1550能夠沿平行于第一橫向尺寸1520的線測(cè)量。類似地，第二對(duì)柔性鉸鏈1544和第四對(duì)柔性鉸鏈1548的撓曲件寬度1550能夠沿平行于第二橫向尺寸1522的線測(cè)量。

撓曲件厚度1552是柔性鉸鏈對(duì)1542-1548厚度的測(cè)量值。撓曲件厚度1552能夠是柔性鉸鏈對(duì)1542-1548最薄點(diǎn)處的測(cè)量。例如，如果柔性鉸鏈對(duì)1542-1548具有如圖15所示的彼此相對(duì)的兩凹面，撓曲件厚度1552能夠是每個(gè)凹面頂點(diǎn)的測(cè)量。

撓曲件厚度1552還能夠沿垂直于每對(duì)柔性鉸鏈1542-1548的彎曲軸線和中心線1524的線測(cè)量。例如，如圖15所示，第一對(duì)柔性鉸鏈1542和第三對(duì)柔性鉸鏈1546的彎曲軸線均平行于第一橫向尺寸1520。因此，第一對(duì)柔性鉸鏈1542和第三對(duì)柔性鉸鏈1546的撓曲件厚度1552能夠沿平行于第二橫向尺寸1522的線測(cè)量。類似地，第二對(duì)柔性鉸鏈1544和第四對(duì)柔性鉸鏈1548的撓曲件厚度1552能夠沿平行于第一橫向尺寸1520的線測(cè)量。

柔性鉸鏈對(duì)1542-1548還能夠具有撓曲件長度1554。撓曲件長度1554是沿平行于中心線1524的方向測(cè)量的柔性鉸鏈對(duì)1542-1548的長度或者高度。撓曲件長度1554能夠在柔性鉸鏈對(duì)1542-1548處于圖15所示的中間位置時(shí)測(cè)量。撓曲件長度1554能夠是柔性鉸鏈對(duì)1542-1548與鄰接的連接器部分1532-1540整體形成的點(diǎn)之間的距離。

圖15所示的柔性鉸鏈對(duì)通常是柔性鉸鏈和緊湊型撓曲件。撓曲件或者柔性鉸鏈被定義為耦合其他兩個(gè)相對(duì)剛性構(gòu)件的柔性構(gòu)件。柔性鉸鏈對(duì)1542-1548能夠是耦合連接器部分1532-1540的柔性鉸鏈，其中所述連接器部分1532-1540是相對(duì)剛性的構(gòu)件。

柔性鉸鏈對(duì)1542-1548均能夠具有足夠小于撓曲件長度1554的撓曲件厚度1552，以便在耦合的剛性構(gòu)件之間提供彎曲順應(yīng)性，從而允許一個(gè)剛性構(gòu)件相對(duì)于其他剛性構(gòu)件圍繞平行于撓曲件寬度1550的軸線旋轉(zhuǎn)。彎曲軸線能夠位于撓曲件變直時(shí)撓曲件厚度1552的中點(diǎn)處。

撓曲件長度1554和撓曲件厚度1552能夠具有長度與厚度的比例，從而使得撓曲件的彎曲應(yīng)變和合成應(yīng)力基于其材料屬性位于限制內(nèi)，材料屬性諸如屈服強(qiáng)度或疲勞強(qiáng)度限制、其運(yùn)動(dòng)的角范圍以及所需的撓性運(yùn)動(dòng)周期。柔性鉸鏈對(duì)1542-1548可以沿兩個(gè)耦合構(gòu)件之間的至少撓曲件寬度1550和優(yōu)選沿?fù)锨穸?552和撓曲件長度1554剛性地傳輸力。

已發(fā)現(xiàn)柔性鉸鏈對(duì)1542-1548在移動(dòng)時(shí)僅具有低的材料內(nèi)部滯后損耗，也被稱為等效摩擦，其明顯低于類似加載的銷接鉸鏈的相應(yīng)實(shí)際摩擦損耗。滯后損耗是因其材料屬性和機(jī)械配置所致的機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)或者能量的損耗。

柔性鉸鏈對(duì)1542-1548還能夠是緊湊型撓曲件。緊湊型撓曲件是由塑料材料制成的撓曲件，所述塑料材料諸如注塑的聚丙烯或者超高分子量聚乙烯(uhmw-pe)，其材料屬性允許短撓曲件長度同時(shí)允許大量的撓性運(yùn)動(dòng)周期。例如，撓曲件長度1554能夠小于撓曲件厚度1552的兩倍。

撓曲鉸鏈對(duì)1542-1548的撓曲壽命能夠通過以下方式被增強(qiáng)，即在模具被填充時(shí)，通過提供熔化的塑料從一個(gè)耦合的剛性構(gòu)件朝向另一個(gè)剛性構(gòu)件流經(jīng)鉸鏈，以及通過從模具中取出后立即在兩個(gè)方向上完全撓曲鉸鏈實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橄鄬?duì)于撓曲件厚度減少長度，相對(duì)于撓曲件厚度方向上的耦合的構(gòu)件之間的力以及相對(duì)于圍繞中心線1524的扭矩，柔性鉸鏈對(duì)1542-1548有利地提供比常規(guī)撓曲件相對(duì)更大的剛度。同樣有利地，緊湊型撓曲件通過消除多個(gè)獨(dú)立的組件和相關(guān)裝配勞動(dòng)以及通過使用低成本的材料，可以降低成本。

除了塑料或者金屬注塑，或者通過加工方法切割塑料或者金屬(包括通過電火花線加工的金屬切割)之外，柔性鉸鏈對(duì)1542-1548可以配置為具有較大的長度和均勻的厚度，以允許通過在電鍍層平面內(nèi)定向柔性鉸鏈而采用平面光刻電鍍金屬合金制造工藝，從而允許1mm直徑或者更小直徑的一體結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明能夠制造出前所未有的較小尺寸的功能性醫(yī)療柔性鉸鏈腕器械，并且還能夠用于相應(yīng)較小解剖結(jié)構(gòu)的手術(shù)中，諸如小血管和神經(jīng)的再次吻合術(shù)，或者眼睛內(nèi)結(jié)構(gòu)的處理和修復(fù)。

第一連接器部分1532、第二連接器部分1534、第三連接器部分1536、第四連接器部分1538以及第五連接器部分1540均具有多個(gè)致動(dòng)器孔1560，其在每個(gè)連接器部分的周邊內(nèi)，并且平行于中心線1524延伸。

示出致動(dòng)器孔1560圍繞一體腕結(jié)構(gòu)1500的周邊。致動(dòng)器孔1560通過一體腕結(jié)構(gòu)1500對(duì)齊。在一方面中，致動(dòng)器孔1560通過每個(gè)連接器部分。在另一方面中，一些致動(dòng)器孔1560僅可以通過一些連接器部分。在一個(gè)示例中，一些致動(dòng)器孔1560可以在其僅用于致動(dòng)構(gòu)件以相對(duì)于第五連接器部分1540移動(dòng)連接器部分1538和1536時(shí)，僅穿過連接器部分1540、1538和1536。

圖1的致動(dòng)構(gòu)件114通過致動(dòng)器孔1560穿過一體腕結(jié)構(gòu)1500到達(dá)每個(gè)連接器部分，其中致動(dòng)構(gòu)件114用于以控制線或者微型纏繞或編織的線纜或繩索的方式控制一體腕結(jié)構(gòu)1500。致動(dòng)構(gòu)件114上的張力能夠使一體腕結(jié)構(gòu)1500在柔性鉸鏈對(duì)處彎曲?；谕罂刂凭€在致動(dòng)器孔1560內(nèi)的放置以及致動(dòng)構(gòu)件114的相對(duì)位移，一體腕結(jié)構(gòu)1500能夠以二至四個(gè)自由度彎曲，盡管在優(yōu)選情況中是兩個(gè)自由度。

中心通道1562沿一體腕結(jié)構(gòu)1500的中心線1524延伸用作致動(dòng)構(gòu)件114中的一個(gè)致動(dòng)構(gòu)件的通路，以致動(dòng)連接至一體腕結(jié)構(gòu)1500的夾爪機(jī)構(gòu)110。

現(xiàn)在參考圖16，其示出第三實(shí)施例中的一體腕結(jié)構(gòu)的放大前視圖。連接器部分1532-1538能夠具有在其下部部分上的下部凹口間隙1602。連接器部分1534-1540能夠具有在其上部部分上的上部凹口間隙1604。

柔性鉸鏈對(duì)1542-1548還能夠在鄰近的連接器部分之間。例如，第一對(duì)柔性鉸鏈1542能夠與第一連接器部分1532的下部部分上的下部凹口間隙1602整體形成。第一對(duì)柔性鉸鏈1542還能夠與第二連接器部分1534的上部部分上的上部凹口間隙1604整體形成。柔性鉸鏈對(duì)1544-1548能夠類似地提供連接器部分1534-1540之間的整體連接。

為了說明的目的，示出柔性鉸鏈對(duì)1542-1528連接至每個(gè)鉸鏈上端處的下部凹口間隙1602和每個(gè)鉸鏈下端處的上部凹口間隙1604。然而，應(yīng)理解一體腕結(jié)構(gòu)1500能夠具有不同的取向，從而改變下部凹口間隙1602和上部凹口間隙1604以及鉸鏈的相對(duì)位置。下部凹口間隙1602和上部凹口間隙1604是每個(gè)連接器部分1532-1540和每個(gè)柔性鉸鏈對(duì)1542-1548之間的接合處的連接器部分1532-1540中的缺口。例如，下部凹口間隙1602能夠是在與第一對(duì)柔性鉸鏈1542接合處的第一連接器部分1532中的圓弧或者一部分圓形缺口或者凹陷部。

繼續(xù)該示例，下部凹口間隙1602和上部凹口間隙1604能夠是與相對(duì)成對(duì)的連接器部分1532-1540的表面整體形成的圓弧或者一部分圓形缺口部分或者凹陷部。下部凹口間隙1602和上部凹口間隙1604，連同每個(gè)鉸鏈表面能夠形成具有圓形橫截面的連續(xù)部分圓柱。

下部凹口間隙1602和上部凹口間隙1604能夠在圓形截面上與圖15的中心線1524平行的直徑的端部處與柔性鉸鏈對(duì)1542-1548整體形成。劃分鉸鏈和間隙部分的點(diǎn)能夠位于與圓形橫截面上的中心線平行的直徑的端部處。此外，每個(gè)鉸鏈的撓曲件長度1554能夠是圓形橫截面的直徑。

下部凹口間隙1602和上部凹口間隙1604能夠被連接至下部停止表面1606和上部停止表面1608。下部凹口間隙1602能夠被連接至下部停止表面1606，上部凹口間隙1604能夠被連接至上部停止表面1608。

下部停止表面1606是連接器部分1532-1538下部部分上的平面表面，用于約束連接器部分1532-1538的移動(dòng)以及柔性鉸鏈對(duì)1542-1548的彎曲。上部停止表面1608是連接器部分1534-1540上部部分上的平面表面，并且反射下部停止表面1606，用于鄰接下部停止表面1606以約束連接器部分1532-1538的移動(dòng)和柔性鉸鏈對(duì)1542-1548的彎曲。

為了說明的目的，示出下部停止表面1606為連接器部分1532-1538的下部部分，以及上部停止表面1608為連接器部分1534-1540的上部部分。然而，應(yīng)理解一體腕結(jié)構(gòu)1500能夠被不同地定向，從而改變下部停止表面1606和上部停止表面1608、連接器部分1532-1540以及鉸鏈的相對(duì)位置。

第一連接器部分1532能夠僅具有一對(duì)下部停止表面1606。第五連接器部分1540能夠僅具有一對(duì)上部停止表面1608。連接器部分1534-1538能夠具有一對(duì)下部停止表面1606和一對(duì)上部停止表面1608。

對(duì)于第二連接器部分1534、第三連接器部分1536以及第四連接器部分1538，其每個(gè)均能夠具有上部停止表面1608，上部停止表面1608繞中心線1524與下部停止表面1606旋轉(zhuǎn)地偏移90度或者偏移不同的角度。例如，在當(dāng)前的實(shí)施例中，示出第二連接器部分1534在第二連接器部分1534的前和后(未示出)側(cè)上具有上部停止表面1608。示出下部停止表面1606被布置成以90度偏移并且被設(shè)置在左側(cè)和右側(cè)上。

一個(gè)連接器部分的下部停止表面1606能夠直接地在下方的連接器部分的上部停止表面1608之上、上方，或者面對(duì)或反射該上部停止表面1608。例如，第一連接器部分1532的下部停止表面1606能夠直接在第二連接器部分1534的上部停止表面1608之上和上方，還能夠反射該上部停止表面1608。同樣地，例如，第二連接器部分1534能夠具有直接在第三連接器部分1536的上部停止表面1608之上和上方的下部停止表面1606，其中兩組表面彼此反射。

下部停止表面1606和上部停止表面1608能夠遠(yuǎn)離水平面成角度，以便約束連接器部分1532-1538的移動(dòng)以及柔性鉸鏈對(duì)1542-1548的彎曲。下部停止表面1606能夠連接至柔性鉸鏈對(duì)1542-1548的下部凹口間隙1602，并且向上和遠(yuǎn)離柔性鉸鏈對(duì)1542-1548成預(yù)定角度延伸。

現(xiàn)在參考圖17，其示出第三實(shí)施例中的一體腕結(jié)構(gòu)的放大側(cè)視圖。一體腕結(jié)構(gòu)1500在前后以及左右之間能夠具有相同的形狀。

為了討論的目的，將按照?qǐng)D17-19中的面朝左討論圖16所示的一體腕結(jié)構(gòu)1500。也就是，圖17-圖19將討論圖16所示的一體腕結(jié)構(gòu)1500的右側(cè)。然而，應(yīng)理解圖17能夠是一體腕結(jié)構(gòu)1500的左或右側(cè)。

現(xiàn)在參考圖18，其示出部分向前撓曲的第三實(shí)施例中的一體腕結(jié)構(gòu)的放大側(cè)視圖。示出一體腕結(jié)構(gòu)1500具有完全向前撓曲的第一對(duì)柔性鉸鏈1542。

示出第一連接器部分1532向前旋轉(zhuǎn)。圖15的連接器部分1534-1538具有如圖16的相同中間取向。

示出一體腕結(jié)構(gòu)1500具有在第一連接器部分1532前側(cè)上的下部停止表面1606，其中第一連接器部分1532前側(cè)上的下部停止表面1606鄰接第二連接器部分1534前側(cè)上的上部停止表面1608。兩個(gè)鄰接表面阻止了第一對(duì)柔性鉸鏈1542進(jìn)一步向前彎曲。通過使圖16的第三對(duì)柔性鉸鏈1546類似地向前彎曲，一體腕結(jié)構(gòu)1500能夠以類似的方式向前完全撓曲。圖1的醫(yī)療器械100能夠使用圖1的致動(dòng)構(gòu)件114撓曲一體腕結(jié)構(gòu)1500。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)下部停止表面1606和上部停止表面1608的斜面能夠用于在無其他設(shè)備或者限制機(jī)構(gòu)的情況下限制一體腕結(jié)構(gòu)1500的彎曲量。下部停止表面1606和上部停止表面1608的斜面能夠因此消除外部限制器(諸如齒輪機(jī)構(gòu)或者軟件限制特征)和內(nèi)部限制器(諸如凸起或者止動(dòng)器)，并且簡(jiǎn)化制造復(fù)雜性和降低制造成本。

下部凹口間隙1602和上部凹口間隙1604能夠在第一對(duì)柔性鉸鏈1542前側(cè)形成具有圓形橫截面的圓柱。下部凹口間隙1602和上部凹口間隙1604能夠伸展以在第一對(duì)柔性鉸鏈1542后側(cè)上形成具有橢圓橫截面或者形狀類似于數(shù)字“3”的橫截面的一部分圓柱。

當(dāng)?shù)谝粚?duì)柔性鉸鏈1542向前彎曲時(shí)，第一對(duì)柔性鉸鏈1542前側(cè)材料壓縮。當(dāng)?shù)谝粚?duì)柔性鉸鏈1542向前彎曲時(shí)，第一對(duì)柔性鉸鏈1542后側(cè)材料伸展。

上部停止表面1608和下部停止表面1606的鄰接對(duì)的斜面能夠限制柔性鉸鏈對(duì)的彎曲。例如，上部停止表面1608遠(yuǎn)離水平面的角的大小能夠與下部停止表面1606遠(yuǎn)離水平面的角的大小相加。組合的角度能夠是給定柔性鉸鏈對(duì)的最大彎曲量。

現(xiàn)在參考圖19，其示出部分向前撓曲以及部分向右撓曲的第三實(shí)施例中的一體腕結(jié)構(gòu)的放大側(cè)視圖。示出一體腕結(jié)構(gòu)1500如上所述向前撓曲。示出一體腕結(jié)構(gòu)1500也類似地部分向左撓曲。

第一連接器部分1532具有圖18所示的相對(duì)于第二連接器部分1534的相同位置。圖15所示連接器部分1536-1540具有與圖16所示相同的中間位置。示出第一連接器部分1532和第二連接器部分1534向左旋轉(zhuǎn)。

第一連接器部分1532左側(cè)上的圖16的下部停止表面1606能夠鄰接第二連接器部分1534左側(cè)上的圖16的上部停止表面1608。第一對(duì)柔性鉸鏈1542能夠向左撓曲和彎曲，類似于如上所述的第二對(duì)柔性鉸鏈1544。

圖6中的柔性鉸鏈642-648、圖11中的柔性鉸鏈1106以及圖15中的柔性鉸鏈1542-1548極大地消除了樞銷摩擦扭矩。組合效應(yīng)極大減少滯后，所述滯后表現(xiàn)為一體腕結(jié)構(gòu)124和1500以及一體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1100中的無效運(yùn)動(dòng)或者不可預(yù)知的運(yùn)動(dòng)。

現(xiàn)在參考圖20，其示出本發(fā)明示例性實(shí)施例中的緊湊型撓曲結(jié)構(gòu)2000的放大等距視圖。緊湊型撓曲結(jié)構(gòu)2000的放大等距視圖示出具有連接在其中的緊湊型撓曲件2006的第一連接部分2002和第二連接部分2004。假想線2010指示第一連接部分2002的初始位置，其在施加橫向力或扭矩之前具有圍繞圖6的軸線624、圖11的軸線1124或者圖15的軸線1524的靜止中心線2012。

緊湊型撓曲件2006是這樣的柔性鉸鏈，其被設(shè)計(jì)為在橫向力或者扭矩被施加至緊湊型撓曲件2006的應(yīng)用(諸如圖1的一體腕結(jié)構(gòu)124)時(shí)，提供基本相等的剪切和s彎曲位移或者剪切為主的位移。緊湊型撓曲件2006在經(jīng)受橫向力或扭矩時(shí)的特性是由于s彎曲分量2016引起的偏轉(zhuǎn)不超過兩倍的剪切位移，其中剪切位移由橫向力或者扭矩導(dǎo)致。

緊湊型撓曲件2006特征在于具有表現(xiàn)圖6的撓曲件長度654一半的梁長2008，以及具有撓曲件厚度652和撓曲件寬度650。從第一連接部分2002或者第二連接部分2004的梁長2008的測(cè)量識(shí)別緊湊型撓曲件2006的中平面2014。中平面2014代表偏轉(zhuǎn)的s彎曲分量2016的拐點(diǎn)位置，所述偏轉(zhuǎn)是在第一連接部分2002或者第二連接部分2004其中任一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)橫向移動(dòng)時(shí)它們之間的形變。

緊湊型撓曲件2006代表圖6的柔性鉸鏈642-648、圖11的柔性鉸鏈1106以及圖15的柔性鉸鏈1542-1548的設(shè)計(jì)原理，所述柔性鉸鏈?zhǔn)怯上鄬?duì)的凹面而不是平坦表面限定。梁長2008和撓曲件厚度652的尺寸被設(shè)計(jì)為提供大體相等的剪切和s彎曲偏轉(zhuǎn)或者較少的s彎曲偏轉(zhuǎn)。減少的s彎曲偏轉(zhuǎn)組分是必要的，以便使圖1的醫(yī)療器械100的圖1的一體腕結(jié)構(gòu)124的扭轉(zhuǎn)的和橫向的順應(yīng)性最小化，同時(shí)允許腕的有意彎曲。偏轉(zhuǎn)距離被定義為在橫向力被施加在緊湊型撓曲件2006上時(shí)因剪切和s彎曲引起的緊湊型撓曲件2006移動(dòng)的距離的和，如圖20所示?？梢酝ㄟ^下列方程計(jì)算偏轉(zhuǎn)距離：

其中δ是偏轉(zhuǎn)2018的一半，是彎曲所造成的距離和剪切力所造成的距離的和。在彎曲偏轉(zhuǎn)距離項(xiàng)中：

p＝施加至構(gòu)件的載荷力

l＝如圖20所示的梁長2008

e＝楊氏模量

i＝慣性矩

在剪切偏轉(zhuǎn)距離項(xiàng)中：

p＝施加至構(gòu)件的載荷力

l＝如圖20所示的梁長2008

k＝剪切力＝矩形的梁橫截面的5/6

a＝橫截面面積

g＝剪切模量

此外，

e＝2*g(l+v)其中v＝泊松比

i＝b*h^3/12，其中b是梁的寬度250，h是梁的厚度252。

a＝b*h

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解通過使上述s彎曲偏轉(zhuǎn)項(xiàng)和剪切偏轉(zhuǎn)項(xiàng)相等，以及除去類似因素，最后得出的撓曲梁長度與厚度的簡(jiǎn)化關(guān)系被得到。

l＝h*√(3(1+ν)/5)(2)

已發(fā)現(xiàn)因?yàn)榫o湊型撓曲件1606的長度和厚度成比例以具有這樣的特性，即因s彎曲導(dǎo)致的偏轉(zhuǎn)基本等于或者少于因剪切力所致的偏轉(zhuǎn)，這是因?yàn)閲@圖6的軸線624施加至一體腕結(jié)構(gòu)124、圍繞圖11的軸線1124施加至一體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1100或者圍繞軸線1524施加至一體腕結(jié)構(gòu)1500的扭矩將產(chǎn)生極大減小的s彎曲所致。s彎曲位移和剪切位移之間的這種平衡使現(xiàn)有柔性鉸鏈腕中所呈現(xiàn)的過度的旋轉(zhuǎn)順應(yīng)性和橫向順應(yīng)性最小化。

通過示例的方式，由具有泊松比v＝.42的聚丙烯所形成的緊湊型撓曲件2006在撓曲件梁長2008等于撓曲件厚度652的0.92倍時(shí)，能夠具有相等的剪切和彎曲位移組分。應(yīng)明白，梁長2008是圖6整個(gè)撓曲件長度654的一半。緊湊型撓曲件2006具有不到撓曲件厚度652兩倍的撓曲件長度654。對(duì)于如圖6至圖19的具有凹形撓曲件2006表面的實(shí)施例，期望的減少s彎曲偏轉(zhuǎn)基本等于或小于兩倍的剪切偏轉(zhuǎn)的緊湊型撓曲件2006的撓曲件長度與厚度比可以有一定程度的改變。

圖21示出根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例附連至一體腕結(jié)構(gòu)124的實(shí)施例的一體夾爪結(jié)構(gòu)110的實(shí)施例。如上所述，一體夾爪結(jié)構(gòu)110能夠通過切割或雕刻聚丙烯塑料或者金屬合金形成，或者能夠通過使用電火花線加工(edm)工藝以及(諸如當(dāng)被用于模壓鎳鈦合金時(shí))用于移除表面層重新熔融的后處理而形成。一體夾爪結(jié)構(gòu)110能夠是模制塑料或者鑄造金屬。一體夾爪結(jié)構(gòu)110還能夠按諸如纖維增強(qiáng)聚醚醚酮(peek)的聚合物的單次注塑，或者通過對(duì)具有連續(xù)腔體的沖?；蛘吣＞叩慕饘僮⑺?mim)而形成。柔性夾爪機(jī)構(gòu)308還能夠通過塑料或者纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料的注塑，金屬注塑之后燒結(jié)或者平面光刻金屬電鍍，而形成。夾爪部分柔性鉸鏈可以由允許高應(yīng)力的合金制成，諸如硬化的不銹鋼、鈦或者鋁合金，或者由鎳鈦合金或者具有甚至更高容許應(yīng)變的其他更高級(jí)的形狀記憶合金制成，或者由金屬玻璃材料制成。

一體腕結(jié)構(gòu)124還能夠由單個(gè)單元材料(諸如塑料或者金屬合金)雕刻或者成形。例如，一體腕結(jié)構(gòu)124能夠通過切割和雕刻聚丙烯塑料或者金屬合金形成，或者能夠通過使用edm工藝，以及(例如當(dāng)被用于模壓鎳鈦合金時(shí))用于移除表面層重新熔融的后處理而形成。一體腕結(jié)構(gòu)124還能夠是模制塑料或者鑄造或電鍍金屬。一體腕結(jié)構(gòu)124還能夠按照聚丙烯的單次注塑，或者通過對(duì)具有連續(xù)腔體的沖?；蛘吣＞叩慕饘僮⑺?mim)而形成。如上所述，在從模具中取出聚丙烯的一體腕結(jié)構(gòu)124后，鉸鏈642-648能夠立即被撓曲，以增強(qiáng)一體腕結(jié)構(gòu)124的撓曲壽命。

如圖21所示，一體腕結(jié)構(gòu)124和一體夾爪結(jié)構(gòu)110接合。通路2102允許致動(dòng)構(gòu)件114從致動(dòng)器孔660進(jìn)入一體夾爪機(jī)構(gòu)110。通路2102可在內(nèi)部形成，或者可以形成為一體夾爪機(jī)構(gòu)110一側(cè)內(nèi)的凹槽，從而允許致動(dòng)構(gòu)件114穿過如上所述的成對(duì)的致動(dòng)器孔660。

能夠按若干方式接合一體夾爪結(jié)構(gòu)110和一體腕結(jié)構(gòu)124。例如，一體夾爪結(jié)構(gòu)110和一體腕結(jié)構(gòu)124能夠由如上所述的單件材料形成。一體夾爪結(jié)構(gòu)110和一體腕結(jié)構(gòu)124能夠通過注塑或者鑄造而形成為如上所述的單件?？商鎿Q地，例如通過在一體夾爪結(jié)構(gòu)124上形成唇狀物(lip)，一體夾爪機(jī)構(gòu)110和一體腕結(jié)構(gòu)124能夠被分開形成和被組合，其中唇狀物接收一體夾爪機(jī)構(gòu)110的相應(yīng)件，以便兩者咬合在一起。此外，一體夾爪機(jī)構(gòu)110能夠被分開形成，并且一體腕結(jié)構(gòu)124通過注塑與已在適當(dāng)位置的一體夾爪機(jī)構(gòu)110一起形成，其中一體夾爪機(jī)構(gòu)包括在其周圍注塑一部分一體腕結(jié)構(gòu)124的結(jié)構(gòu)。另外，一體夾爪結(jié)構(gòu)110能夠被結(jié)合至一體腕結(jié)構(gòu)124。

本發(fā)明實(shí)施例已發(fā)現(xiàn)將柔性腕機(jī)構(gòu)中的部件數(shù)量減少至單個(gè)整體部件，該單個(gè)整體部件能夠通過較少加工步驟制造，例如電火花加工或者其他實(shí)用的減法制造工藝。

已發(fā)現(xiàn)通過加法工藝，諸如由塑料或者纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料的注塑、金屬注塑之后燒結(jié)或者平面光刻金屬電鍍，還能夠?qū)⒁惑w腕結(jié)構(gòu)124和1500以及一體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)1100制成單件，從而減少部件成本和裝配時(shí)間。柔性鉸鏈可以由允許高應(yīng)力的合金，諸如硬化的不銹鋼、鈦或者鋁合金制成，或者由鎳鈦合金或者具有甚至更高的容許應(yīng)變的其他更高級(jí)的形狀記憶合金制造，或者由金屬玻璃材料制造。

所得到的方法、過程、設(shè)備、裝置、產(chǎn)品和/或系統(tǒng)簡(jiǎn)單易懂、有成本效益、不復(fù)雜、高度通用、準(zhǔn)確、敏感并且有效，并且可以通過修改已知材料和工藝來實(shí)行，用于容易、有效及經(jīng)濟(jì)性的制造、應(yīng)用及使用。

本發(fā)明的另一重要方面在于有價(jià)值地支持及實(shí)現(xiàn)降低成本、簡(jiǎn)化系統(tǒng)及提高性能的歷史趨勢(shì)。

本發(fā)明這些以及其它有價(jià)值的方面因此可以促進(jìn)技術(shù)狀態(tài)至少發(fā)展到下一個(gè)階段。

盡管已結(jié)合特定的最佳模式來描述本發(fā)明，應(yīng)理解在上述說明基礎(chǔ)上許多替代、修改及變體對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯然的。因此，意在包括落入隨附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有此類替代、修改及變體。所有至此在本文及附圖中提到或示出的事項(xiàng)應(yīng)被解釋成示例說明而無限制意思。