專利名稱：：用于實(shí)施微創(chuàng)醫(yī)療手術(shù)的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域并且更具體地涉及用于實(shí)施《斂創(chuàng)醫(yī)療手術(shù)、特別是腹腔鏡手術(shù)的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：眾所周知，不同于剖腹手術(shù)，微創(chuàng)醫(yī)療手術(shù)具有在診斷或外科手術(shù)過(guò)程中減少外部組織損傷的優(yōu)點(diǎn)。該優(yōu)點(diǎn)產(chǎn)生較短的患者恢復(fù)周期、更少的不舒適及有害副作用，以及更少住院費(fèi)用。目前，在普通外科、泌尿科、婦科及心臟科，由諸如腹腔鏡手術(shù)的微創(chuàng)技術(shù)完成的手術(shù)"t喿作的數(shù)量有所上漲。然而，一般的微創(chuàng)技術(shù)并且特別是腹腔鏡手術(shù)確實(shí)對(duì)外科醫(yī)生實(shí)施手術(shù)提出了更高的要求。外科醫(yī)生以不舒適且易疲勞的姿勢(shì)、有限的視野、受限制的運(yùn)動(dòng)自由度及差的觸覺(jué)感受進(jìn)行操作。對(duì)于這些問(wèn)題增加了一個(gè)事實(shí)，即外科醫(yī)生經(jīng)常必須每天完成幾個(gè)連續(xù)介入手術(shù)，每個(gè)介入手術(shù)持續(xù)例如從30分鐘到幾個(gè)小時(shí)。盡管有這些困難，由于人口老齡化及醫(yī)療領(lǐng)域花費(fèi)的壓力，微創(chuàng)手術(shù)的趨勢(shì)大概將在未來(lái)幾年顯著增加。在腹腔鏡手術(shù)中，顯然要求外科醫(yī)生的動(dòng)作與在剖腹手術(shù)中一樣精確。用在器械入口端的支點(diǎn)、即在患者體內(nèi)的切口處周圍減少到四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)自由度操作長(zhǎng)桿器械不會(huì)減輕該任務(wù)。所需姿勢(shì)相當(dāng)容易疲勞并且減少了已被限制的對(duì)器械和組織間作用力的感知這一事實(shí)尤其會(huì)引發(fā)并發(fā)癥。例如，當(dāng)外科醫(yī)生站在患者旁邊時(shí)，他必須舉起并保持伸長(zhǎng)他的一個(gè)手臂以保持在患者另一側(cè)插入的器械。結(jié)果，通常20-30分鐘后外科醫(yī)生的活動(dòng)能力衰減了，從而除此之外還出現(xiàn)發(fā)抖、缺乏精確性并缺乏觸覺(jué)感知，導(dǎo)致對(duì)患者產(chǎn)生危險(xiǎn)。因而，出現(xiàn)了諸如機(jī)器人輔助腹腔鏡手術(shù)的新技術(shù)，它們的目標(biāo)在于提高介入手術(shù)的效率、質(zhì)量及安全性。鑒于上述情況，機(jī)器人輔助的腹腔鏡手術(shù)自從九十年代早期已顯著發(fā)展。兩種代表性的可商業(yè)獲得的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)為由加利福利亞的桑尼維爾市的IntuitiveSurgical有限公司開(kāi)發(fā)的商標(biāo)名為"DAVINCI"的手術(shù)系統(tǒng)，及最初由加利福利亞的戈拉塔市的ComputerMotion有限公司開(kāi)發(fā)的商標(biāo)名為"ZEUS"的手術(shù)系統(tǒng)。除此之外，名為"DAVINCI"的手術(shù)系統(tǒng)已被Moll等人公開(kāi)在US6659939、US6837883及其他具有相同受讓人的專利文件中。名為"ZEUS"的手術(shù)系統(tǒng)已被Wang等人/^開(kāi)在US6102850、US5855583、US5762458、US5515478及其他屬于加利福利亞的Goleta的ComputerMotion有限公司的專利文件中。使用控制臺(tái)上的可視反饋，這些遠(yuǎn)程操作的機(jī)器人系統(tǒng)允許從手術(shù)室直接或從遠(yuǎn)處控制手術(shù)插入。在其他情形中，消除了外科醫(yī)生易疲勞的姿勢(shì)。這兩種系統(tǒng)均為心臟手術(shù)專門(mén):&計(jì)，其中拓樸解剖恒定，工作空間小，并且因而僅在有限空間內(nèi)要求準(zhǔn)確的器械移動(dòng)及靈敏性。為了提高在該有限空間內(nèi)的能達(dá)到性及靈敏性，已經(jīng)設(shè)計(jì)了大量在器械尖端提供一個(gè)或多個(gè)附加自由度的特定專用器械，分別用于這些系統(tǒng)。關(guān)于這些專用的復(fù)雜器械，它們的高購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用及由于消毒引起的短壽命增加了整體維護(hù)費(fèi)用。根據(jù)有經(jīng)驗(yàn)的腹腔鏡手術(shù)醫(yī)生，有關(guān)節(jié)的器械對(duì)大部分手術(shù)來(lái)說(shuō)不是必須的，并且標(biāo)準(zhǔn)器械的使用將帶來(lái)，除其他外，維護(hù)費(fèi)用的明顯降低。
發(fā)明內(nèi)容因此，在此提出的本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于實(shí)施微創(chuàng)醫(yī)療手術(shù)的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，其包括機(jī)器人操作器，該4喿作器構(gòu)造為使其允許使用為傳統(tǒng)人工手術(shù)設(shè)計(jì)的可獲得標(biāo)準(zhǔn)腹腔鏡器械。為了實(shí)現(xiàn)該目的，如下文所公開(kāi)的，提供了一種用于實(shí)施微創(chuàng)醫(yī)療手術(shù)的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，其包括機(jī)器人操作器，用于機(jī)器人輔助操作腹腔鏡器械，機(jī)器人操作器具有操作器臂部、由操作器臂部支撐的操作器腕部及由操作器腕部支撐的效應(yīng)器單元。依照本發(fā)明一個(gè)方面，操作器臂部通過(guò)第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)及第三關(guān)節(jié)提供三個(gè)自由度，每個(gè)關(guān)節(jié)具有相關(guān)聯(lián)的作動(dòng)器用于機(jī)械地定位腕部。操作器腕部通過(guò)第四關(guān)節(jié)和第五關(guān)節(jié)提供兩相對(duì)于操作器臂部機(jī)器人地設(shè)置效應(yīng)器單元的偏航角及俯仰角。效應(yīng)器單元包括腹腔鏡手術(shù)器械作動(dòng)器并通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)的第六關(guān)節(jié)提供一個(gè)自由度，該7第六關(guān)節(jié)具有相關(guān)聯(lián)的作動(dòng)器用于機(jī)械地設(shè)置腹腔鏡手術(shù)器械作動(dòng)器的滾動(dòng)角。換句話說(shuō)，作動(dòng)的第六轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)不僅允許旋轉(zhuǎn)器械，還旋轉(zhuǎn)效應(yīng)器的整個(gè)器械作動(dòng)器部分。此外，依照本發(fā)明另一方面，腹腔鏡手術(shù)器械作動(dòng)器包括一個(gè)底座，具有相關(guān)的耦合或鎖定機(jī)構(gòu)用于將器械桿適配器裝配到效應(yīng)器單元上，以及與器械桿適配器配合的作動(dòng)機(jī)構(gòu)用于作動(dòng)連接在適配器上的腹腔鏡器械，優(yōu)選地通過(guò)線性驅(qū)動(dòng)。效應(yīng)器單元構(gòu)造為使轉(zhuǎn)動(dòng)的第六關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸與腹腔鏡手術(shù)器械的縱軸一致，腹腔鏡手術(shù)器械通過(guò)器械桿適配器裝配在效應(yīng)器單元上，且效應(yīng)器單元包括具有6個(gè)自由度(DOF)的力/扭矩傳感器及6個(gè)自由度的加速度計(jì)的傳感器組件。該傳感器組件將腹腔鏡手術(shù)器械作動(dòng)器機(jī)械地連接到第六轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)節(jié)上。換句話說(shuō)，傳感器組件布置在腹腔鏡器械作動(dòng)器及第六轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)側(cè)之間，使得其和腹腔鏡器械作動(dòng)器一起旋轉(zhuǎn)。這首先適合人工操作模式，其中使用傳感器組件作為輸入設(shè)備控制作動(dòng)機(jī)器人操作器的六個(gè)關(guān)節(jié)而手動(dòng)定位并定向整個(gè)腹腔鏡手術(shù)器械作動(dòng)器。由于機(jī)器人地作動(dòng)的6個(gè)自由度用于操作器械，機(jī)器人操作器在裝配的腹腔鏡手術(shù)器械上提供可以與外科醫(yī)生的手相比的一定程度的靈活性，而不需要任何多余關(guān)節(jié)。通過(guò)設(shè)計(jì)作為器械桿適配器的底座和耦合機(jī)構(gòu)，腹腔鏡器械作動(dòng)器提供通用接口用于各種設(shè)計(jì)用于手動(dòng)腹腔鏡手術(shù)的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)型腹腔鏡手術(shù)器械。另外，傳感器組件，布置在機(jī)器人操作器連接的器械和第六關(guān)節(jié)之間，在外科醫(yī)生控制臺(tái)上的觸摸界面上提供精確的力反饋從而向外科醫(yī)生提供相應(yīng)于器械的手工操作的知覺(jué)感知。將會(huì)意識(shí)到的是，使用線性和角加速度計(jì)以補(bǔ)償對(duì)力-扭矩傳感器的重力和加速度影響。這些特征允許將相對(duì)不貴的標(biāo)準(zhǔn)型器械(例如抓取器、解剖器、剪刀、凝結(jié)器、夾子、填充器、持針器、電手術(shù)刀、吸引/沖洗器械等等)可使用在在此描述的機(jī)器人操作器上。將會(huì)意識(shí)到的是，該系統(tǒng)用最少數(shù)目的關(guān)節(jié)提供所需要的靈活性，即僅用6個(gè)關(guān)節(jié)提供6個(gè)自由度。不提供其他多余關(guān)節(jié)。特別地，不需要具有鉸接的器械末端的特殊器械。另外，所有關(guān)節(jié)是作動(dòng)關(guān)節(jié)就是說(shuō)在機(jī)器人操作器中不存在被動(dòng)或自由旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，借此顯著改善了機(jī)器人控制。通常在現(xiàn)有系統(tǒng)中使用的用于避免套管應(yīng)力的多余被動(dòng)關(guān)節(jié)的消除，除了別的以外，是通過(guò)在第六關(guān)節(jié)和腹腔鏡手術(shù)器械作動(dòng)器之間的接口處提供傳感器組件而實(shí)現(xiàn)的。傳感器組件的這種布置使力的測(cè)量和約束限制不僅在器械尖端的水平而且在套管針的水平。事實(shí)上，將發(fā)現(xiàn)的另外一個(gè)特性，其中腕部和效應(yīng)器單元的關(guān)節(jié)為全旋轉(zhuǎn)，即在這些部分不提供棱柱關(guān)節(jié)。許多現(xiàn)有醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)缺乏力反饋因而使外科醫(yī)生不能感知施加在患者組織上的力。因此，外科醫(yī)生只能依賴于他移動(dòng)的視覺(jué)反饋以限制器械在組織中的插入。事實(shí)上，在使用機(jī)器人用于外科腹腔鏡手術(shù)時(shí)，力反饋明顯有利于提高安全性。此外，觸覺(jué)感受與觸診器官有關(guān)，用于使用非內(nèi)窺鏡領(lǐng)域的一個(gè)器械固定粘滯性器官，用于施加適當(dāng)張力至縫合處并避免線斷裂，用于檢測(cè)施加到器官的多余外力并因而停止或限制移動(dòng)，用于限制施加到套管切口上的力等等。在由B.Kiibler,U.Seibold和G.Hirzinger于2004年10月8-9日在德國(guó)慕尼黑的JahrestagungderDeutschenGesellschaftftirComputer-undRobotemssistierteChirurgie(CURAC)上4是出的"Developmentofactuatedandsensorintegratedforcepsforminimallyinvasiveroboticsurgery";已經(jīng)介紹了安裝在在器械尖端的小型化6DOF力/扭矩傳感器。這個(gè)概念有一些缺點(diǎn)，其中包括增加器械成本、缺乏消毒強(qiáng)度以及在與電動(dòng)器械一起使用時(shí)的EMI防護(hù)問(wèn)題。不能由安裝在器械桿上的傳感器處理的另外一個(gè)問(wèn)題是測(cè)量施加到形成患者切口處的工具入口的套管針上的外力。事實(shí)上，這些力磨損切口并使套管針的連接變松。因此有時(shí)在介入手術(shù)期間套管針意外地從切口拉出。眾所周知，這種事故除了有害于患者組織外還導(dǎo)致腹腔氣壓的缺失并且由于需要恢復(fù)該情況因而增加了介入手術(shù)時(shí)間。借助于在效應(yīng)器單元上的力/扭矩傳感器，可實(shí)現(xiàn)用于避免套管針脫離的自動(dòng)過(guò)程。在R.Bauernschmitt,E.U.Schirmbeck等于2005年9月發(fā)表在Int.J.MedicalRoboticsandComputerassistedSurgery的文章"Towardsroboticheartsurgery:Introductionofautonomuousproceduresintoanexperimentalsurgicaltelemanipulatorsystem"中,(可從www.roboticpublications.com獲得)，作者認(rèn)為缺少力傳感及力反饋能力是目前可獲得系統(tǒng)的主要缺陷。該文章中公開(kāi)的系統(tǒng)包括工業(yè)機(jī)器人，從IntuitiveSurgical有限公司獲得的設(shè)計(jì)用于"DAVINCI"系統(tǒng)的器械裝配在該機(jī)器人上。為了提供力感測(cè)，改變了該器械。其在器械桿上靠近遠(yuǎn)端處裝配有變形測(cè)量器傳感器。該系統(tǒng)，與當(dāng)前公開(kāi)的系統(tǒng)相反，僅允許在垂直于器械軸的平面測(cè)量力并要求使用昂貴的設(shè)計(jì)用于機(jī)器人系統(tǒng)的并且在遠(yuǎn)端提供另外三個(gè)自由度的專用器械。另一個(gè)相關(guān)的方面是醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)的多功能性?，F(xiàn)有醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)用于特定類型的介入手術(shù)。例如"DAVINCI"和"ZEUS"系統(tǒng)特別設(shè)計(jì)用于心臟手術(shù)。因此，如上所述，這些系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于特殊的關(guān)節(jié)器械。此外，由于在心臟介入手術(shù)中的有限空間，器械移動(dòng)通常根據(jù)外科醫(yī)生在這些系統(tǒng)的觸覺(jué)接口處的命令比例縮減。在普通腹腔鏡手術(shù)中(包括婦科、泌尿科和普通外科手術(shù))，操作空間比心臟手術(shù)大，解剖結(jié)構(gòu)拓樸可變(甚至有時(shí)不可預(yù)知)，并且組織和器官的機(jī)械特性是不同的。更大的空間意味著更大的器械移動(dòng)包絡(luò)且需要l:l的移動(dòng)比例。作為結(jié)果，在普通腹腔鏡手術(shù)中，需要增加的移動(dòng)動(dòng)力學(xué)以精確地跟隨外科醫(yī)生手的移動(dòng)。從實(shí)驗(yàn)測(cè)試中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)外科醫(yī)生的手在小空間產(chǎn)生高速度，并且因此產(chǎn)生相當(dāng)高的加速度。速度沿著樞軸螺旋俯仰(pitch)和偏航(yaw)軸可達(dá)到100°/s,及穿刺方向上200mm/s。以1:1移動(dòng)比例及在已提到的狀況中，上述系統(tǒng)顯示了振動(dòng)、擺動(dòng)及損失精確性。下面將更詳細(xì)描述的機(jī)器人操作器，設(shè)計(jì)用于減少這些問(wèn)題并且從而適合用于普通腹腔鏡外科手術(shù)的各種介入手術(shù)。關(guān)于特定有關(guān)節(jié)腹腔鏡器械的另一個(gè)缺陷是基于鉸接器械尖端的控制的遠(yuǎn)程操作顯示比有經(jīng)驗(yàn)的腹腔鏡外科醫(yī)生所期望的更不直觀。另外，許多現(xiàn)有系統(tǒng)除了內(nèi)窺鏡的操作器外僅具有兩個(gè)用于手術(shù)器械本身的操作器。這導(dǎo)致由于頻繁及復(fù)雜的器械更換程序而增加介入手術(shù)的時(shí)間。在典型的介入手術(shù)中，外科醫(yī)生使用5-7個(gè)不同種類的工具并經(jīng)常需要更換它們幾十次。通常，器械更換需要5到10秒，取決于外科醫(yī)生助手的技能，并且這些更換操作實(shí)質(zhì)地占有了總體插入時(shí)間(大約為10-20%)。許多現(xiàn)有機(jī)器人系統(tǒng)還不易于適用于要求三或四個(gè)器械入口的傳統(tǒng)介入手術(shù)。其他系統(tǒng)限制用于通常短時(shí)間(約20分鐘)并且經(jīng)常不在意機(jī)器人系統(tǒng)的費(fèi)用的診斷介入手術(shù)。理想地，機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)模塊化并具有管理多至四個(gè)器械入口及一個(gè)內(nèi)窺鏡入口的能力。關(guān)于適當(dāng)操作器的設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的約束是一些入口可以僅僅相隔幾厘米，并且各工具可能需要定位為近似平行或者一個(gè)在另一個(gè)的上面。另外，希望操作器不過(guò)分地限制外科醫(yī)生關(guān)于患者身體及入口的視野。通過(guò)下面描述的各種其他特征并考慮發(fā)明本身，醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)首先解決了后者的問(wèn)題。在機(jī)器人操作器的優(yōu)選實(shí)施例中，效應(yīng)器單元構(gòu)造為使6DOF力/扭矩傳感器的諸如法向軸的一個(gè)傳感器軸，及6DOF加速度計(jì)的諸如法向軸的一個(gè)傳感器軸與第六關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸一致。該測(cè)量有利于力反饋計(jì)算。優(yōu)選地，當(dāng)腹腔鏡器械作動(dòng)器包括具有底座布置在其中的接近表面及將殼連接到傳感器組件的接口凸緣的殼時(shí)，其還包括將接近表面連接到接口凸緣用于加強(qiáng)殼連接到接口凸緣上的剛度的逐步加固肋。因而，即使腹腔鏡手術(shù)器械作動(dòng)器的橫截面比傳感器安裝盤(pán)的橫截面小得多，扭矩和力更準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)移到傳感器組件上。為了提高人機(jī)工效，外殼通過(guò)具有與優(yōu)選地基本平的接近表面相反的基本半圓柱狀的表面而為半圓柱狀。半圓柱狀表面優(yōu)選地與50-135mm的圓柱狀包絡(luò)面符合，優(yōu)選地為約90mm的直徑并且與第六關(guān)節(jié)的;5走轉(zhuǎn)軸同軸。在該實(shí)施例中，進(jìn)一步優(yōu)選地，殼、凸緣、加固肋及傳感器組件尺寸設(shè)置為適合于該圓柱狀包絡(luò)面。此外，分段適配的(stepadapted)器械優(yōu)選地設(shè)計(jì)為在裝配到4喿作器上時(shí)適合于相同包絡(luò)面。在優(yōu)選的構(gòu)造中，腹腔鏡器械作動(dòng)器的底座包括細(xì)長(zhǎng)的基本為半圓柱狀凹槽，該凹槽基本與第六關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸同軸地布置在腹腔鏡器械作動(dòng)器的接近表面，底座和耦合或鎖定機(jī)構(gòu)構(gòu)造為通過(guò)繞平面中的支點(diǎn)的樞軸運(yùn)動(dòng)而用于裝配并移除器械桿適配器，該平面基本垂直于器械桿，即關(guān)于第六關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸的徑向上。半圓柱狀凹槽在適配器連接時(shí)向其提供自動(dòng)定心。另外，該構(gòu)造，結(jié)合手動(dòng)作動(dòng)第六關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的能力及在通常狀況下結(jié)合用于移動(dòng)器械靠近入口的自動(dòng)程序，使器械能夠側(cè)面安裝和移除并且因而消除在穿刺方向上相對(duì)于患者的插入及拔出運(yùn)動(dòng)。另外，為外科醫(yī)生助手改善了人機(jī)工效并相對(duì)于現(xiàn)有系統(tǒng)減少了器械更換時(shí)間。在耦合機(jī)構(gòu)的優(yōu)選實(shí)施例中，耦合機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)^茲性裝置，例如電磁或永磁體或兩者的結(jié)合，各自布置在半圓柱狀凹槽的每個(gè)側(cè)面。磁性裝置，優(yōu)選地設(shè)置在接近表面并與其齊平，能通過(guò)^t力吸引將器械桿適配器緊固在腹腔鏡器械作動(dòng)器上。該耦合機(jī)構(gòu)減少了在介入手術(shù)期間損壞包裹腹腔鏡器械作動(dòng)器的無(wú)菌包裹的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)楹笳咴谶@種情況下不需要消毒。在另一個(gè)簡(jiǎn)單并可靠的實(shí)施例中為能夠側(cè)面裝配并移除器械，底座包括徑向加深半圓柱狀凹槽的縱向槽用于接收布置在器械桿適配器側(cè)面的耦合件，并且其中耦合機(jī)構(gòu)構(gòu)造為包括布置在縱向槽中用于嚙合耦合件的可滑動(dòng)閂的閂鎖機(jī)構(gòu)。這種類型的底座和鎖定機(jī)構(gòu)協(xié)同相應(yīng)的適配器，提供機(jī)械簡(jiǎn)單、直觀的并可靠的快速耦合連接。有利地，用于諸如抓取器或解剖鉗、剪刀等被作動(dòng)器械的作動(dòng)機(jī)構(gòu)包括構(gòu)造為用于嚙合地接收并用于線性地滑動(dòng)裝配在效應(yīng)器單元上的器械桿適配器的滑塊銷的滑座。如果底座沿著第六關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸延伸，滑座優(yōu)選地布置在底座的側(cè)面，即與軸向延長(zhǎng)部分相反地在底座的側(cè)面。因此，可實(shí)現(xiàn)效應(yīng)器單元長(zhǎng)度的減少。另外，作動(dòng)機(jī)構(gòu)有利地包括力傳感器，其將滑座連接到驅(qū)動(dòng)件上。這種力傳感器允許測(cè)量滑座施加或施加在其上的力。在優(yōu)選實(shí)施例中，腹腔鏡器械作動(dòng)器進(jìn)一步包括存在檢測(cè)器用于檢測(cè)器械桿適配器是否正確地裝配在效應(yīng)器單元上。優(yōu)選地，腹腔鏡手術(shù)作動(dòng)器包括多個(gè)感應(yīng)存在傳感器用于通過(guò)在器械桿適配器上提供的感應(yīng)識(shí)別材料模式而識(shí)別裝配在效應(yīng)器單元上的器械。在優(yōu)選實(shí)施例中，機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)構(gòu)造為在手動(dòng)模式下操作，其中腹腔鏡器械作動(dòng)器可由機(jī)器人操作器使用傳感器組件的6DOF力/扭矩傳感器讀出的信息進(jìn)行定位及定向，并進(jìn)一步包括布置在腹腔鏡器械作動(dòng)器上用于將系統(tǒng)切換為這種手動(dòng)模式的開(kāi)關(guān)件。所要求的發(fā)明的另一方面關(guān)于前述腹腔鏡器械桿適配器，用于將任何可獲得的手動(dòng)腹腔鏡器械的桿裝配到如在此描述的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)中的機(jī)器人操作器上。該適配器包括具有布置在前端的桿連接器的延長(zhǎng)罩及耦合件或布置在罩側(cè)面的部件。該桿連接器與手動(dòng)腹腔鏡器械的桿的插座配合并且構(gòu)造為可使該處的連接分開(kāi)。耦合件依次與機(jī)器人操作器的腹腔鏡器械作動(dòng)器的底座配合。為了手動(dòng)介入手術(shù)，可獲得許多不同腹腔鏡器械用于多種用途。大部分這種器械可分成設(shè)想可由外科醫(yī)生操作的手柄部分及桿部分，即一端具有器械本身而另一端具有連接至手柄的插座的細(xì)長(zhǎng)腹腔鏡管或軸。如在此描述的提供有相應(yīng)的連接器的適配器允許在如上述機(jī)器人操作器上使用任何類型的這種器械的桿部分。適配器具有非常簡(jiǎn)單的不貴的且堅(jiān)固的設(shè)計(jì)。因而，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)不貴的器械，該器械桿適配器減少了與上述機(jī)器人系統(tǒng)聯(lián)合使用的醫(yī)療工具的購(gòu)買(mǎi)及維護(hù)費(fèi)用。在桿適配器的優(yōu)選實(shí)施例中，它的耦合件包括半圓柱狀表面，或替換地，整個(gè)罩可具有基本圓柱狀的形狀，可能具有與桿連接器相對(duì)的圓形端部。在兩種情況下，形狀或表面與上述機(jī)器人操作器的腹腔鏡器械作動(dòng)器中底座的半圓柱狀凹槽一致。這允許將器械桿適配器的中心定在第六關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸上。對(duì)于具有驅(qū)動(dòng)桿的腹腔鏡器械，例如抓取器或解剖鉗、剪刀等，腹腔鏡器械桿適配器優(yōu)選地包括內(nèi)部圓柱形中空部分，作為用于手動(dòng)腹腔鏡器械的活塞的導(dǎo)桿，該手動(dòng)腹腔鏡器械的活塞布置為在導(dǎo)桿中滑動(dòng)。其進(jìn)一步優(yōu)選地包括通孔用于使滑塊銷橫向連接到活塞上并從罩上突出用以操作活塞。該滑塊銷構(gòu)造為嚙合腹腔鏡器械作動(dòng)器的滑座并且活塞配合連接到適配器的腹腔鏡器械的內(nèi)驅(qū)動(dòng)桿用于操作腹腔鏡器械尖端的工具。適配器和相應(yīng)腹腔鏡器械作動(dòng)器的這種構(gòu)造提供簡(jiǎn)單并可靠的運(yùn)動(dòng)傳遞并此外還消除了用于當(dāng)將器械安裝到效應(yīng)器單元或從其上移除時(shí)建立運(yùn)動(dòng)傳遞的附加手動(dòng)步驟。通過(guò)適配器的和相應(yīng)耦合在機(jī)器人操作器的設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，減少了器械交換時(shí)間，其有助于減少整體介入手術(shù)時(shí)間。為了通過(guò)磁性裝置產(chǎn)生的磁力吸引而將器械桿適配器緊固到腹腔鏡器械作動(dòng)器上，優(yōu)選地耦合件包括布置在罩任一側(cè)的至少一個(gè)鐵^磁元件，該鐵磁元件分別配合相應(yīng)的腹腔鏡器械作動(dòng)器上耦合機(jī)構(gòu)的磁性裝置。在該實(shí)施例中，器械桿適配器優(yōu)選地進(jìn)一步包括用于將適配器從腹腔鏡器械作動(dòng)器上分離的杠桿。為了允許使用前述感應(yīng)存在傳感器而識(shí)別器械，適配器可包括提供在器械桿上的可感應(yīng)識(shí)別模式。此外，適配器可包括相對(duì)于所述耦合件布置的電連接器用于將電力傳輸?shù)竭B接到所述桿連接器的器械連接器。參考附圖，根據(jù)對(duì)非限制性實(shí)施例的下列描述，本發(fā)明的上述方面及其他方面和目的將變得更顯然，其中圖1是用于手術(shù)室中普通腹腔鏡手術(shù)的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)的透視圖，其中在患者躺在其上的手術(shù)臺(tái)周圍放置了三個(gè)機(jī)器人操作器；圖2是用于具有五個(gè)機(jī)器人操作器的普通手術(shù)腹腔鏡的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)的透視圖3是圖1和圖2中醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)器人操作器的透視圖，示出主坐標(biāo)系；圖4是部分分解成其主要部分的圖3中機(jī)器人操作器的透視圖；圖5是包括關(guān)節(jié)Jl至J6的圖3的機(jī)器人操作器運(yùn)動(dòng)構(gòu)造的示意圖；圖6是具有五個(gè)機(jī)器人操作器的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的頂視圖，示出包圍操作器元件的2D碰撞檢測(cè)箱；圖7是基于圖3的機(jī)器人操作器底部的透視圖8是醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)的頂視圖，示出基于2D激光的檢測(cè)以檢測(cè)外科醫(yī)生助手關(guān)于機(jī)器人操作器的遠(yuǎn)近；圖9是圖3中機(jī)器人操作器的關(guān)節(jié)J1、J2以及J3的內(nèi)部元件的透視圖；圖IO是圖3中機(jī)器人才乘作器的關(guān)節(jié)J2的內(nèi)部元件的透視圖；圖11是包括關(guān)節(jié)J4和J5的操作器腕部的內(nèi)部元件的第一透視圖；圖12是包括關(guān)節(jié)J4和J5的操作器腕部的內(nèi)部元件的第二透視圖；圖13是包括關(guān)節(jié)J4和J5的操作器腕部的內(nèi)部元件的第三透視圖；圖14是示出圖3中機(jī)器人操作器的效應(yīng)器單元及將連接到效應(yīng)器單元的合適器械的透視圖15是圖14中效應(yīng)器單元的主要內(nèi)部元件的透視圖；圖16是支點(diǎn)參考系的透視圖17是器械桿適配器(ISA)及相應(yīng)器械桿的透視圖18是如圖14所示的腹腔鏡器械作動(dòng)器(LIA)的放大透視圖19是在圖18的LIA中的驅(qū)動(dòng)組件的透視圖20是示出圖18中所示LIA的其他內(nèi)部元件的底部透視圖21是示出圖18中所示LIA的其他內(nèi)部元件的上部透^^圖22是示出用于圖18所示的LIA中的耦合機(jī)構(gòu)的透視圖23是依照?qǐng)D3具有變化的操作器腕部的機(jī)器人操作器的透視圖24是用于具有四個(gè)依照?qǐng)D23的機(jī)器人才喿作器及一個(gè)依照?qǐng)D3的機(jī)器人操作器的普通手術(shù)腹腔鏡的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)的透視圖25是用于圖14所示的效應(yīng)器單元的腹腔鏡器械作動(dòng)器(LIA)的替換實(shí)施例的透^f見(jiàn)圖26是圖24中LIA的透視圖，其中器械桿適配器(ISA)的備選實(shí)施例連接在LIA上；圖27是用于圖24中LIA的替換驅(qū)動(dòng)組件的透視圖；圖28是圖26所示的ISA的另一透視圖；圖29是如圖26和圖28所示的ISA的局部分解透視圖；圖30是具有不同器械連接到適配器上的如圖26和圖28所示的ISA的另一局部分解透視圖。在這些圖中，同樣的參考數(shù)字記始終用于標(biāo)識(shí)相同部分。具體實(shí)施例方式圖1示出用于普通手術(shù)腹腔鏡的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，通常由附圖標(biāo)記IO標(biāo)識(shí)。覆蓋著消毒被單的患者P躺在手術(shù)臺(tái)12上，圍繞手術(shù)臺(tái)12布置了多個(gè)機(jī)器人操作器14。在圖1的范例中，醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)IO設(shè)置用于骨盆區(qū)域的介入手術(shù)。外科醫(yī)生S操作手術(shù)主控制臺(tái)15,而外科醫(yī)生助手A靠近手術(shù)臺(tái)12站立，并靠近具有一套適合的腹腔鏡器械18的盤(pán)子16。機(jī)器人操作器14設(shè)計(jì)用于定位并定向效應(yīng)器單元，其支撐并可能作動(dòng)各種腹腔鏡器械18。在手術(shù)期間，機(jī)器人操作器14由一個(gè)或多個(gè)外科醫(yī)生S通過(guò)一個(gè)或多個(gè)連接到控制單元(未示出)的手術(shù)主控制臺(tái)15遠(yuǎn)程操作。將會(huì)意識(shí)到的是，醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)IO為模塊化并且可依照外科介入手術(shù)的類型而構(gòu)造，通常具有上至5個(gè)操作器且一般最小的構(gòu)造為2個(gè)操作器。具有5個(gè)操作器14的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)IO，的構(gòu)造例如在圖2中示出。圖1中所示的系統(tǒng)10裝配有位于每個(gè)機(jī)器人操作器14底部的激光測(cè)距掃描器22。激光測(cè)距掃描器22用于確保手術(shù)輔助人員在手術(shù)室的安全。圖3為形成機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)10的一個(gè)機(jī)械單元的機(jī)器人操作器14的三維示圖。機(jī)器人操作器14裝配在底部24上，該底部24可連接到手術(shù)室地板上并且在未連接時(shí)可移動(dòng)。三個(gè)坐標(biāo)系同樣在圖3中示出，即底部、工具凸緣(TF)及腹腔鏡器械尖端(LIT)坐標(biāo)系。如圖3所示，機(jī)器人^t喿作器14包括才乘作器的臂部26及操作器腕部28。圖4中示出機(jī)器人操作器14的主要部分。臂26具有基本垂直部分27及基本水平部分29。臂26在垂直部分27上的第一端將連接到底部24，而腕部28將連接到臂26的第二端，即水平部分29的末端。用于適當(dāng)?shù)母骨荤R器械18的效應(yīng)器單元30將連接到腕部28的工具凸緣32。如圖3中箭頭所指示，臂26具有三個(gè)自由度(DOF)而腕部28具有兩個(gè)DOF。相應(yīng)地，機(jī)器人操作器14基本上為5DOF的機(jī)器人操作器。用于使裝配在效應(yīng)器單元30上的腹腔鏡器械18繞它的縱軸旋轉(zhuǎn)的輔助DOF由效應(yīng)器單元30提供。機(jī)器人操作器14的DOF及效應(yīng)器單元30的布置從下面對(duì)圖5的描述將變得更顯然。如圖5的幾何模型最佳所示，臂26通過(guò)為滑移動(dòng)(P)關(guān)節(jié)(或直線棱柱關(guān)節(jié))的第一關(guān)節(jié)Jl而關(guān)節(jié)連接到底部24。第一關(guān)節(jié)Jl通過(guò)底部連結(jié)L0連接到底部24并沿著基本垂直的軸提供平移DOF。該第一關(guān)節(jié)Jl因而允許垂直定位第一基本垂直的連結(jié)Ll及后續(xù)元件相對(duì)于底部24及連結(jié)L0連接到后者。換句話說(shuō)，關(guān)節(jié)Jl確定了垂直部分27的高度。第二關(guān)節(jié)J2為轉(zhuǎn)動(dòng)(R)關(guān)節(jié)，將第一連結(jié)Ll連接到臂26的第二基本水平的連結(jié)L2。轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J2的旋轉(zhuǎn)軸基本垂直。關(guān)節(jié)J2允許設(shè)置連結(jié)L2和其在水平面的初始角位置之間的相對(duì)角度。第三棱柱滑動(dòng)(P)關(guān)節(jié)J3將連結(jié)L2連接到第三基本水平的連結(jié)L3。關(guān)節(jié)(P)J3沿著基本水平的軸提供平移自由度并允許通過(guò)相對(duì)于連結(jié)L2水平移動(dòng)連結(jié)L3而調(diào)整臂26、更精確地為水平部分29的臂長(zhǎng)或范圍。連結(jié)L2和L3連同(P)關(guān)節(jié)J3形成機(jī)器人操作器14的基本水平的可擴(kuò)展臂(jib)或可伸支臂(boom)。由于兩個(gè)(P)關(guān)節(jié)和一個(gè)(R)關(guān)節(jié)如圖5所示布置，臂26具有一個(gè)關(guān)于基本垂直的軸可旋轉(zhuǎn)DOF,并在該處耳關(guān)合兩個(gè)沿著兩個(gè)垂直軸的平移DOF。相應(yīng)地，機(jī)器人操作器14的臂26具有圓柱狀構(gòu)造，即操作器14的運(yùn)動(dòng)構(gòu)型屬于PRP(移動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)-移動(dòng))型圓柱狀機(jī)器人的分類。更精確地，在前三個(gè)J1、J2及J3中的每個(gè)關(guān)節(jié)各自符合圓柱坐標(biāo)(z,p,r):z為海拔(或高度)坐標(biāo)，p為旋轉(zhuǎn)(或方位)坐標(biāo)，而r為徑向伸長(zhǎng)(或徑向)坐標(biāo)。圖5進(jìn)一步示出，腕部28包括兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J4、J5,而效應(yīng)器單元30包括一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J6。轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J2、J4、J5、J6各自確定連接到效應(yīng)器單元30的適當(dāng)?shù)母骨荤R器械18的方向。轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J4將連結(jié)L3連接到連結(jié)因此，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J4允許與關(guān)節(jié)J2的實(shí)際設(shè)置結(jié)合設(shè)置效應(yīng)器單元30的偏航角。應(yīng)當(dāng)注意轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J4的旋轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J2的旋轉(zhuǎn)軸及棱柱關(guān)節(jié)J3的平移軸形成的面共面。轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J5將連結(jié)L4連接到工具凸緣32并允許沿著垂直于關(guān)節(jié)J4的旋轉(zhuǎn)軸的基本水平的軸旋轉(zhuǎn)工具凸緣32及后繼部分。因此，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J5允許設(shè)置效應(yīng)器單元30的俯仰角。效應(yīng)器單元30通過(guò)連結(jié)L5連接到工具凸緣32。轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J6的旋轉(zhuǎn)軸基本垂直于關(guān)節(jié)J5的旋轉(zhuǎn)軸并將連結(jié)L5連接到連結(jié)L6。轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J6的旋轉(zhuǎn)軸與連結(jié)L6對(duì)齊并確定連結(jié)L6關(guān)于它初始角位置的相對(duì)角。適當(dāng)?shù)母骨荤R器械18連接到連結(jié)L6。由連結(jié)L7表示的器械18與連結(jié)L6對(duì)齊。連結(jié)L7的端點(diǎn)表示器械尖端17。操作器26的圓柱狀PRP運(yùn)動(dòng)構(gòu)型具有多種的優(yōu)點(diǎn)，其中操作器結(jié)構(gòu)在手術(shù)臺(tái)上占用相對(duì)小的容納空間；這一事實(shí)操作器底部離手術(shù)臺(tái)足夠遠(yuǎn)(由于水平部分29的最小連結(jié)偏移量為800m)以有利于外科醫(yī)生接近手術(shù)臺(tái)以及患者從手術(shù)臺(tái)或向手術(shù)臺(tái)轉(zhuǎn)移；簡(jiǎn)單且快速的操作器內(nèi)的碰撞檢測(cè)計(jì)算。通過(guò)下面的段落，這些及其他方面將變得更顯然。機(jī)器人操作器的臂部26的所選PRP運(yùn)動(dòng)構(gòu)型帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)在于簡(jiǎn)化多個(gè)操作器14之間的碰撞檢測(cè)的計(jì)算，所述多個(gè)操作器14具有交叉空間地布置在手術(shù)臺(tái)12的周圍(圖1和2)。由于圓柱狀構(gòu)造，機(jī)器人操作器14在二維(2-D)水平面上可近似于簡(jiǎn)單平面幾何形狀。如圖6最佳所示，臂26的機(jī)械連結(jié)可由矩形矩形包絡(luò)的寬度由機(jī)械連結(jié)幾何形狀加上由，其例如取決于使機(jī)器人從最高速度減速至停止的所需空間加上安全閾值來(lái)決定的邊緣余量。矩形包絡(luò)的每個(gè)側(cè)邊的邊緣余量可依照移動(dòng)的方向及速度動(dòng)態(tài)改變大小，例如，包絡(luò)側(cè)方向上的速度越高，該包絡(luò)側(cè)的邊緣余量越大。腕部28近似為矩形，其包絡(luò)連結(jié)L4的主體及部分連結(jié)L5，并具有由關(guān)節(jié)J4的當(dāng)前角位置給定的可變平面方向。相似地，效應(yīng)器單元30可近似于矩形，其包絡(luò)它在2-D水平面上的投影，其中投影角對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)J5的當(dāng)其角位置。相同的原理應(yīng)用到連接在效應(yīng)器單元30的器械18的桿上。這種簡(jiǎn)單幾何二維結(jié)構(gòu)允許建立用于基于它們的線交叉的碰撞檢測(cè)的簡(jiǎn)單且高效的算法。在第一階段，碰撞檢測(cè)方法包括檢測(cè)在2-D水平投影中的碰撞。只有當(dāng)這些2-D圖中任一個(gè)與來(lái)自不同的機(jī)器人操作器14的圖沖突時(shí)，那么隨后通過(guò)包括第三維度核實(shí)出真正碰撞的實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)。將會(huì)意識(shí)到的是，因此僅僅是機(jī)器人操作器14的相關(guān)部分的交叉?zhèn)刃枰獔?zhí)行3-D計(jì)算。在這種簡(jiǎn)化的3-D計(jì)算中，例如以三角模型包絡(luò)相關(guān)部分。作為結(jié)果，可容易地實(shí)現(xiàn)快速插入方向的運(yùn)算，例如，那些在由Moller發(fā)表在1997年的JournalofGraphicsTool，2(2)上的"AFastTriangle-TriangleIntersectionTest"中所建議的。在實(shí)踐中，器械18的桿之間的碰撞檢測(cè)尤其與保護(hù)內(nèi)窺鏡免受電動(dòng)器械的傷害相關(guān)。為了獲得機(jī)器人操作器14之間碰撞檢測(cè)的精確結(jié)果，在手術(shù)室中定位機(jī)器人操作器14之后，通過(guò)校準(zhǔn)程序確定所有機(jī)器人操作器14關(guān)于共同參考坐標(biāo)系的位置和方向。從功能性的角度來(lái)看，在碰撞風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)后，控制系統(tǒng)必須中斷相關(guān)的操作器14并且通過(guò)主控制臺(tái)15上的適當(dāng)顯示信息和/或排斥力反饋警告外科醫(yī)生S。然后外科醫(yī)生S可通過(guò)在安全方向上遠(yuǎn)程操作操作器中的一個(gè)而簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)恢復(fù)。在進(jìn)一步改進(jìn)中，通過(guò)使用具有用于諸如臂26、腕部28、效應(yīng)器單元30和/或器械18的部分的組中每個(gè)的不同邊緣余量的至少兩個(gè)包絡(luò)而實(shí)現(xiàn)幾個(gè)碰撞安全級(jí)別。使用更突出的包絡(luò)檢測(cè)碰撞風(fēng)險(xiǎn)后，外科醫(yī)生S命令的在碰撞方向上的移動(dòng)在邊緣余量區(qū)域中的穿刺功能急速按比例減小。關(guān)于臂26構(gòu)造的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是關(guān)于提高結(jié)合在關(guān)節(jié)Jl、J2、J3上的作動(dòng)器的可控性。當(dāng)與其他類的機(jī)器人(例如球形或關(guān)節(jié)機(jī)器人)相比時(shí)，并且作為臂構(gòu)造的結(jié)果，由于J1、J2、J3和J4不承受變化的重力負(fù)載并且由于J1、J3和J5不具有變化的慣性負(fù)載，這些作動(dòng)器的控制得到改善。這能簡(jiǎn)化地優(yōu)化控制循環(huán)(例如具有前饋的PID)并實(shí)現(xiàn)例如僅少數(shù)電動(dòng)機(jī)編碼器計(jì)數(shù)的非常低的位置動(dòng)態(tài)循跡誤差。除了已述的優(yōu)勢(shì)，機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮連結(jié)L2和L3使用剛性但重量輕的結(jié)構(gòu)以在關(guān)節(jié)Jl和/或J2進(jìn)行突然移動(dòng)時(shí)限制它們的偏轉(zhuǎn)和擺動(dòng)。應(yīng)當(dāng)注意機(jī)器人操作器14的幾何形狀的另外兩個(gè)優(yōu)勢(shì)。第一，操作器底部24位于離手術(shù)臺(tái)12足夠遠(yuǎn)的地方(例如至少600mm遠(yuǎn))并且臂26設(shè)計(jì)為使其可用手繞關(guān)節(jié)J2轉(zhuǎn)動(dòng)(其中制動(dòng)器釋放)到停止位，外科醫(yī)生S可容易并快速接近手術(shù)臺(tái)12用于諸如注氣、解剖器官移除、最終縫合等的手動(dòng)任務(wù)。另外，可迅速將患者P轉(zhuǎn)移到手術(shù)臺(tái)12上或者從其上面移走。第二，與SCARA幾何形狀相比其用于例如現(xiàn)有的商品名為ZEUS的操作器的臂部中、具有連接兩個(gè)長(zhǎng)度相同的共面連結(jié)以達(dá)到一定的水平位置的肘部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，操作器14的圓柱狀構(gòu)造具有單一徑向伸長(zhǎng)關(guān)節(jié)J3,其相當(dāng)大程度地減少將腕部28放置在患者P身體上方所需的空間。如圖2所示，如果腕部和效應(yīng)器單元的尺寸足夠小，即在患者身體上方的可利用空間占用足夠的包含空間，那么該特征允許將五個(gè)操作器14和更多的操作器定位在手術(shù)臺(tái)12上。下面的段落將參考圖7-15對(duì)機(jī)器人操作器14的結(jié)構(gòu)進(jìn)行更詳細(xì)的描述。圖7示出底部24的幾個(gè)特征。底部24包括主底盤(pán)40并且通過(guò)安裝在主盤(pán)40的角落處的開(kāi)口中的四個(gè)輪子42布置成可移動(dòng)結(jié)構(gòu)。每個(gè)輪子42裝在殼43中，該殼43具有一個(gè)開(kāi)口，用于作為拔出或縮回輪子42的柄的通路。當(dāng)輪子42縮回時(shí)，底部24通過(guò)輪子42的襯墊支撐(未示出)穩(wěn)定地安置在手術(shù)室地板上。拔出輪子42后，包括機(jī)器人操作器14的底部24可由手移動(dòng)。在不同的設(shè)計(jì)中，底部24可裝配在可移動(dòng)或固定的線性軌軸上或者裝配在設(shè)計(jì)用于支撐幾個(gè)底部24及關(guān)聯(lián)的操作器14的手推車上。主底盤(pán)40設(shè)計(jì)為使其在需要時(shí)可固定在地板上，例如通過(guò)使用孔44進(jìn)行螺紋連接，以便于向機(jī)器人操作器14提供附加穩(wěn)定性。機(jī)器人操作器14通過(guò)螺紋孔45中的螺釘連接到底部24。在底盤(pán)40中，加工了幾個(gè)高精度孔46。這些孔46用于支撐光學(xué)校準(zhǔn)反射器，其用于通過(guò)光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)確定底部24的位置和方向，所述光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)如由R.Bernbardt及S.Albright于1993年在ed.Chapman&Ha11上發(fā)表的"Robotcalibration"中所描述。應(yīng)當(dāng)注式。此外底部包括外殼48,用于供電及伺服驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電動(dòng)機(jī)、信號(hào)調(diào)節(jié)裝置、用于安裝有臂傳感器的局部處理裝置及通向遠(yuǎn)程系統(tǒng)控制單元的通信通道。如圖1所示并且最佳參見(jiàn)圖8，2D激光測(cè)距掃描器22安裝在底部24上，更精確地安裝在外殼48上，以在連結(jié)L2和L3周圍的安全周界內(nèi)進(jìn)行例如助手A的進(jìn)入4企測(cè)。應(yīng)當(dāng)注意通常在醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)10中使用兩種不同類型的機(jī)器人操作器14。盡管兩種類型的機(jī)器人操作器14基本具有相同幾何形狀及運(yùn)動(dòng)學(xué)PRP構(gòu)造的臂26,第一種類型優(yōu)選地特別布置為操作用于可視化的內(nèi)窺鏡而第二種類型布置為操作用于手術(shù)本身的任何不同種類的適合的腹腔鏡器械18。對(duì)于腹腔鏡手術(shù)，通常使用一個(gè)第一種類型的機(jī)器人操作器14,而使用幾個(gè)第二種類型的機(jī)器人操作器14。在醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)10中，這兩種類型的機(jī)器人操作器14之間的主要區(qū)別在于由于關(guān)節(jié)J3要求繞它的入口360°旋轉(zhuǎn)(通常為了檢測(cè)的目的)，關(guān)節(jié)J3的路徑比內(nèi)窺鏡操作器(大約750mm)長(zhǎng)。由于關(guān)節(jié)J4要求繞它的入口360°旋轉(zhuǎn)，關(guān)節(jié)J4的路徑對(duì)于內(nèi)窺鏡操作器是無(wú)限的。這通過(guò)使用J4軸上的信號(hào)收集器而實(shí)現(xiàn)。內(nèi)窺鏡操作器不需要關(guān)節(jié)J6，即內(nèi)窺鏡可直接連接到關(guān)節(jié)J5上。內(nèi)窺鏡操作器的效應(yīng)器單元30通常包括內(nèi)窺鏡及力/扭矩傳感器以才全測(cè)外力。由于僅僅需要定位內(nèi)窺鏡的能力，對(duì)于內(nèi)窺鏡操作器來(lái)說(shuō)所有關(guān)節(jié)對(duì)速度/加速度的要求至少降低60%?？紤]到這些差別，本描述的重點(diǎn)在于第二種類型的機(jī)器人操作器14，因?yàn)楹笳呔哂懈鼑?yán)格的設(shè)計(jì)要求。下面參考圖9給出關(guān)于操作器的臂部26的關(guān)節(jié)Jl至J3,包括它們各自的作動(dòng)器的構(gòu)造細(xì)節(jié)。如相關(guān)的線性作動(dòng)器，用于臂升高的(P)關(guān)節(jié)Jl包括滾珠絲桿線性軸50(例如由德國(guó)奧芬堡&英國(guó)普爾的ParkerHannifin、ElectromechanicalDivision生產(chǎn)的ET系列的合適型號(hào))。滾珠絲桿線性軸50由裝配有增量電動(dòng)機(jī)位置編碼器及制動(dòng)器的無(wú)刷伺服電動(dòng)機(jī)51驅(qū)動(dòng)。線性軸50另外還提供有位于輸出級(jí)的額外的絕對(duì)線性位置傳感器(未示出)，限位開(kāi)關(guān)和機(jī)械行程端緩沖器(未示出)。垂直線性導(dǎo)向52操作地與線性軸50關(guān)聯(lián)從而保證軸線性及扭矩強(qiáng)度。線性軸50連接到托架53上用于將臂26裝配在底部24上。引導(dǎo)信號(hào)及電線進(jìn)入關(guān)節(jié)Jl的殼內(nèi)的垂直電纜軌道中(未示出)。如圖3最佳所示，外殼54包圍平移(P)關(guān)節(jié)J1的元件。可注意到關(guān)于關(guān)節(jié)Jl的作動(dòng)器組件，設(shè)置電動(dòng)機(jī)/負(fù)載的減速比率從而使得在電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器未接合或當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)51不供電時(shí)阻止水平部分29的不希望的下降。此外，緊急停止按鈕(未示出)設(shè)置在外殼54上，其用于在緊急時(shí)停止所有機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。如圖9所示，操作器的臂部26的前述元件組成它基本垂直的部分27。圖9還示出形成臂26的肩關(guān)節(jié)的(R)關(guān)節(jié)J2。如圖IO最佳所示，關(guān)動(dòng)負(fù)載。所述無(wú)刷電動(dòng)機(jī)61裝配有位置編碼器及故障安全制動(dòng)器。另外，作動(dòng)器組件包括另一個(gè)由連接到齒輪62的輸出級(jí)的帶66驅(qū)動(dòng)的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)位置傳感器65,以及機(jī)械行程終端緩沖器和限位開(kāi)關(guān)(未示出)。按鍵開(kāi)關(guān)(未示出)提供在殼64上，這允許在關(guān)節(jié)J2、J3、J4、J5和J6各自的電動(dòng)機(jī)停止供電時(shí)釋放它們的制動(dòng)器。這允許用手將臂26及效應(yīng)器單元30移動(dòng)進(jìn)入停止位。來(lái)自下游關(guān)節(jié)J3-J6及效應(yīng)器單元30的信號(hào)及電力電纜通過(guò)在殼64內(nèi)通過(guò)的柔性電纜導(dǎo)管(未示出)從J3引到Jl。可選地，可例如通過(guò)合適的齒輪和電動(dòng)機(jī)組件的空心軸引導(dǎo)這種電纜。圖9還示出包括(P)關(guān)節(jié)J3的臂26的水平部分29的設(shè)計(jì)，所述(P)關(guān)節(jié)J3用于設(shè)置徑向延伸，即水平部分29的范圍。關(guān)節(jié)J3包括例如滾珠絲桿線性軸的線性圓柱軸70,作為關(guān)聯(lián)的線性作動(dòng)器。例如，由前述的公司生產(chǎn)的ET型號(hào)作動(dòng)器，由裝配有電動(dòng)機(jī)位置編碼器的無(wú)刷伺服電動(dòng)機(jī)71驅(qū)動(dòng)并且使用故障安全制動(dòng)器。線性圓柱軸70的桿移動(dòng)構(gòu)造為矩形管并裝配在線性引導(dǎo)73的臺(tái)車上的橫梁72。這種結(jié)構(gòu)允許減少線性偏轉(zhuǎn)。線性圓柱軸70在輸出級(jí)附加地提供其他絕對(duì)線性位置傳感器，提供限位開(kāi)關(guān)和行程終止機(jī)械緩沖器(未示出)。信號(hào)和電線引導(dǎo)進(jìn)入水平放置的電纜鏈。罩74固定在形成第二連結(jié)L2的部分并包周(P)關(guān)節(jié)J3的元件，尤其是線性作動(dòng)器70和線性導(dǎo)向73。如圖9所示，形成連結(jié)L3部分的橫梁72構(gòu)造用于分別伸縮進(jìn)出罩74。因此臂26提供縮小到極端的水平部分29,其僅需要有限量的患者P上方空間。另外，優(yōu)選地在罩74的后上方提供燈以可視地指示供電及驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。下面通過(guò)參考圖11-13將具體的描述腕部28、尤其是關(guān)節(jié)J4和J5的構(gòu)造。圖11-13所示的(R)關(guān)節(jié)J4的機(jī)械和作動(dòng)設(shè)計(jì)包括支承盤(pán)80，其上垂直裝配有無(wú)刷伺服電動(dòng)機(jī)81。該伺服電動(dòng)機(jī)81在電動(dòng)機(jī)軸上提供有位置編碼器82及霍爾傳感器。作為伺服電動(dòng)機(jī)81,例如使用瑞士Sachseln的MAXONMOTORA.G.的EC電動(dòng)機(jī)系列的適合型號(hào)。(R)關(guān)節(jié)J4還包括傳送機(jī)構(gòu)，通過(guò)耦合在伺服電動(dòng)機(jī)81的齒輪83和通過(guò)傳動(dòng)帶84及帶輪85系統(tǒng)以驅(qū)動(dòng)耦合在連接凸緣87上的負(fù)載軸帶輪86。附加的絕對(duì)單圈傳感器88連接到帶輪89上，其同樣由傳動(dòng)帶84驅(qū)動(dòng)并連接到支承盤(pán)80的底側(cè)。為了容易將電纜從J5引到J4，包括負(fù)載軸帶輪86及連接凸緣87的組件，具有空心軸及連接凸緣87上的側(cè)窗。支承盤(pán)80通過(guò)兩個(gè)裝配盤(pán)90牢固地連接在橫梁72上。如圖14所示，殼92用于保護(hù)關(guān)節(jié)J4的部分。殼內(nèi)，來(lái)自效應(yīng)器單元30、關(guān)節(jié)J5和J4的的電纜提供有連接器以為了維護(hù)的目的使腕部28可分離。緊急停止按鈕提供在關(guān)節(jié)J4的殼92上。故障安全制動(dòng)器優(yōu)選地裝配在伺服電動(dòng)機(jī)81的軸上。為了減少側(cè)向偏移Ol，其在多才幾器人的構(gòu)造中可構(gòu)成一個(gè)限制因素，電動(dòng)機(jī)可同樣與負(fù)載軸帶輪86及傳感器88的軸對(duì)齊。在這種情況下，支承盤(pán)80優(yōu)選地具有圍繞負(fù)載軸帶輪86的圓形邊界。(R)關(guān)節(jié)J5的機(jī)械和驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)同樣在圖11-13中更詳細(xì)地示出。基本L形的支撐件100將關(guān)節(jié)J5連結(jié)到關(guān)節(jié)J4，其中水平部分連接到關(guān)節(jié)J4而垂直部分作為關(guān)節(jié)J5的固定框架。其包括例如為MAXONMOTORA.G.的合適的EC型號(hào)的無(wú)刷伺服電動(dòng)機(jī)101，在電動(dòng)機(jī)軸上具有位置編碼器102及霍爾傳感器。如圖13所示，伺服電動(dòng)機(jī)101橫向裝配在支撐件100上。如圖12和13所示，(R)關(guān)節(jié)J5進(jìn)一步包括傳送機(jī)構(gòu)，通過(guò)耦合在電動(dòng)機(jī)101上的齒輪103及通過(guò)傳動(dòng)帶104以及帶輪105系統(tǒng)以驅(qū)動(dòng)負(fù)載軸帶輪106。附加絕對(duì)單圈傳感器108連接在帶輪109上，帶輪109同樣由傳動(dòng)帶104驅(qū)動(dòng)，并連接在支撐件100的內(nèi)側(cè)。為了易于將電纜從效應(yīng)器單元30傳送到關(guān)節(jié)J4上，包括多個(gè)特征。具有支撐件100中提供兩個(gè)孔110和112、帶輪106及工具凸緣32中的中空的中心通道114、及用于帶輪106的電纜引導(dǎo)支撐件116。L形支撐件IOO具有側(cè)面加固件以提供用于通過(guò)工具凸緣32支撐效應(yīng)器單元30的堅(jiān)固結(jié)構(gòu)。如果需要，(R)關(guān)節(jié)J5優(yōu)選地包括限位開(kāi)關(guān)及故障安全制動(dòng)器(未示出)。當(dāng)提供的時(shí)候，后者優(yōu)選地裝配在由傳動(dòng)帶104驅(qū)動(dòng)的帶輪上從而減少側(cè)向偏移02，其可在多機(jī)器人構(gòu)型中制定限制因素。圖14和15示出效應(yīng)器單元30,設(shè)計(jì)用于連"l妻到關(guān)節(jié)J5的工具凸桑彖32，具有三個(gè)主要部分腹腔鏡器械作動(dòng)器120、包括6DOF力/扭矩傳感器及6DOF線性/角度加速度計(jì)的傳感器組件122，以及用于關(guān)節(jié)J6的殼124。關(guān)節(jié)J6連接到傳感器組件122。腹腔鏡器械作動(dòng)器120提供有用于將適合的腹腔鏡器械18裝配到機(jī)器人操作器14上的底座130。為了緩和，腹腔鏡器械作動(dòng)器120和包括力、扭矩及加速度測(cè)量傳感器的傳感器組件122分別由首寫(xiě)字母的縮寫(xiě)LIA和FTAS表示。效應(yīng)器單元30的元件排列成這樣的方式，關(guān)節(jié)J6使適合的腹腔鏡器械18繞后者的對(duì)稱縱軸旋轉(zhuǎn)，從而該軸與FTAS122的法向(normal)Z軸一致。選才奪效應(yīng)器單元30相對(duì)于(R)關(guān)節(jié)J5的旋轉(zhuǎn)軸的位置位于效應(yīng)器單元30的平衡點(diǎn)從而當(dāng)關(guān)節(jié)J5停止或不供能時(shí)防止發(fā)生傾斜。因此，連接到腕部28的效應(yīng)器單元30的主支撐22框架140,構(gòu)造為使組裝的效應(yīng)器單元30在(R)關(guān)節(jié)J5的旋轉(zhuǎn)軸上平衡。對(duì)關(guān)節(jié)J5的電動(dòng)機(jī)/負(fù)載的減速比同樣對(duì)傾斜阻力產(chǎn)生作用。圖15示出關(guān)節(jié)J6的構(gòu)造。在主支撐框架140(將連接到工具凸緣32)上裝配具有增量編碼器142及齒輪組件143的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)141。連接到電動(dòng)機(jī)141上的電動(dòng)機(jī)帶輪145通過(guò)帶144耦合到負(fù)載帶輪146。負(fù)載帶輪146提供關(guān)節(jié)J6的旋轉(zhuǎn)DOF。附加的絕對(duì)位置傳感器148裝配在負(fù)載帶輪146的軸上，與(R)關(guān)節(jié)J6的軸一致。位置編碼器148具有用于傳遞LIA120及FTAS122的信號(hào)和供電線到"滑環(huán)"或滑動(dòng)接觸型的旋轉(zhuǎn)收集器150的中空軸?；h(huán)150使關(guān)節(jié)J6能進(jìn)行無(wú)限軸旋轉(zhuǎn)。負(fù)載帶輪146通過(guò)連接凸緣152連接到FTAS122。用于LIA120及FTAS122的供電和信號(hào)線的電纜通過(guò)連接凸緣152中的中空通道引導(dǎo)進(jìn)入殼124內(nèi)。將會(huì)意識(shí)到的是，機(jī)器人操作器14作為整體提供有內(nèi)部通道中以確保例如關(guān)節(jié)J1-J6和諸如LIA120和FTAS122的效應(yīng)器單元30元件的所有信號(hào)和電線的受保護(hù)引導(dǎo)。在又一改進(jìn)(未示出)中，關(guān)節(jié)J6構(gòu)造實(shí)現(xiàn)下面兩個(gè)更改第一，通過(guò)將電動(dòng)機(jī)-齒4侖-帶4侖組件141、143、144、145定位成與圖15所示的方向成-90度而減少偏移03。第二，通過(guò)配置電動(dòng)才幾-齒4侖組件141、143以定位更靠近LIA120而減少偏移04。將會(huì)意識(shí)到的是，在當(dāng)前實(shí)施例中關(guān)節(jié)J4、J5及J6的旋轉(zhuǎn)軸相交在空間的同一點(diǎn)。因此消除了連結(jié)L5產(chǎn)生的潛在偏移。如圖23和圖24所示，替代i殳計(jì)無(wú)論如何都由于連結(jié)L5而存在偏移05，例如，以便于防止兩個(gè)適當(dāng)?shù)母骨荤R器械18插入到靠近布置的套管針(入口20)時(shí)提高可操作性。例如，圖23和24示出的特殊設(shè)計(jì)提供具有由于連結(jié)L5引起的負(fù)偏移05的修改的操作器腕部28，。該負(fù)偏移05允許將第一機(jī)器人操作器14的效應(yīng)器單元30放置在第二機(jī)器人操作器14的效應(yīng)器單元30上方而腕部28，之間沒(méi)有沖突。然而這種修改的構(gòu)造要求關(guān)節(jié)J3具有增加的延伸及關(guān)節(jié)J2、J3和J4具有更高的速度與加速度能力。正如從圖24所意識(shí)到的，腕部28，的構(gòu)造有利于在多個(gè)靠近布置的入口20(套管針200)處操作。應(yīng)當(dāng)理解如圖23所示的J6和J4旋轉(zhuǎn)軸之間的偏移05的優(yōu)選值大約為L(zhǎng)IA120在其最大橫截面處的直徑。關(guān)于機(jī)器人操作器14和它的元件的設(shè)計(jì)的一些其他方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面具體介紹。關(guān)于用于腕部28和效應(yīng)器單元30的傳送和電動(dòng)機(jī)的所述構(gòu)造，同樣可使用其他構(gòu)造，例如，作為傳動(dòng)手段的電纜和帶輪或具有扭矩電動(dòng)機(jī)的小型齒輪-電動(dòng)機(jī)-制動(dòng)器組件。然而作為傳送手段的電纜和帶輪更難實(shí)施及維護(hù)，同時(shí)基于扭矩電動(dòng)機(jī)的組件通常不那么緊湊。為了所述系統(tǒng)的安全，選擇伺服作動(dòng)器具有"動(dòng)態(tài)制動(dòng)器"功能以在緊急停止的情況下允許停止電動(dòng)機(jī)51、61、71、81、101、141。機(jī)器人操作器14的外殼由適合的可清潔塑料材料射成并可能部分為鋁，但所有外部傳導(dǎo)部分連接到電性地。所有內(nèi)部元件屏蔽關(guān)于接收和發(fā)射的EMI。關(guān)于手術(shù)室中的消毒，通常使用無(wú)菌塑料袋完全覆蓋機(jī)器人操作器14，即從效應(yīng)器單元30到底部24。關(guān)于作動(dòng)，上述機(jī)器人操作器14的設(shè)計(jì)顯示了兩個(gè)其他優(yōu)勢(shì)第一，機(jī)器人操作器14的關(guān)節(jié)可手動(dòng)驅(qū)動(dòng)，除了關(guān)節(jié)Jl因?yàn)樗哂懈叩撵o摩擦力反向慣性。換句話說(shuō)，當(dāng)釋放所有的制動(dòng)器時(shí)，在凸緣32上裝配在腕部28的效應(yīng)器單元30可通過(guò)僅用少于5kg的推力(在水平方向)手動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)J2、J3、J4、J5和J6而由手移動(dòng)。第二，通過(guò)知覺(jué)冗余增加系統(tǒng)安全性。如上所述，關(guān)節(jié)Jl-J6中每一個(gè)具有位于電動(dòng)機(jī)軸上的位置編碼器及測(cè)量各自關(guān)節(jié)有效運(yùn)動(dòng)輸出的附加位置傳感器(例如65、88、108、148)。實(shí)際上，這種知覺(jué)冗余用于檢測(cè)故障(例如，電動(dòng)機(jī)導(dǎo)線的、帶的或者伺服作動(dòng)器的故障)。此外，該設(shè)計(jì)避免關(guān)節(jié)Jl-J6中每一個(gè)發(fā)生運(yùn)行到頭(end-of-motion)的情形。當(dāng)一個(gè)關(guān)節(jié)跑到它的運(yùn)動(dòng)限制之外時(shí)發(fā)生運(yùn)行到頭，并且特別在遠(yuǎn)程操作的機(jī)器人手術(shù)中屬于關(guān)鍵狀況，因?yàn)閷?duì)于外科醫(yī)生S來(lái)說(shuō)在器械18插入到患者P體內(nèi)時(shí)獲得恢復(fù)是困難并且麻煩的。為了避免運(yùn)行到頭的情形，臂26的棱柱關(guān)節(jié)J1、J3設(shè)計(jì)為具有足夠的行程并且效應(yīng)器單元30的滾動(dòng)關(guān)節(jié)J6設(shè)計(jì)用于無(wú)限旋轉(zhuǎn)。作為結(jié)果，運(yùn)行到頭情形的避免僅要求期望的某些預(yù)先確定的初始構(gòu)造和期望的設(shè)置條件。圖16示意性地示出套管針200及它在患者P體外的工作空間202。通過(guò)z軸大約平行于重力方向向上的笛卡爾坐標(biāo)系(x,y，z)，在圖16中同樣示出支點(diǎn)參照系FRF。套管針200通常通過(guò)一個(gè)在204處標(biāo)識(shí)的患者P的腹部的小的切口進(jìn)入腹腔。套管針200與切口一起形成如圖1和2中所示的入口20。為了到達(dá)其中將要執(zhí)行手術(shù)的器官或區(qū)域，由z，標(biāo)識(shí)的套管針200的縱軸在工作空間202中繞FRF的原點(diǎn)、即轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)206樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。換句話說(shuō)，該原點(diǎn)確定了套管針200的支點(diǎn)。該支點(diǎn)優(yōu)選地確定在患者P的腹壁和皮膚之間，在最小傾斜阻力的位置，以便于減少拉出套管針200的風(fēng)險(xiǎn)。下面最大的力和扭矩范圍實(shí)驗(yàn)性地記錄在放置在修改后的腹腔器械手柄處的6DOF力/扭矩傳感器上(參見(jiàn)由J.Rosen等發(fā)表的"Surgeon-ToolForce/TorqueSignatures-EvaluationofSurgicalSkillsinMinimallyInvasiveSurgery"-ProceedingsofMedicineMeetsVirtualReality,MMVR-7,IOSPress,加利福利亞舊金山，1999年1月)力Fx，F(xiàn)y=±10N;Fz=±30N;'力矩Mx，My=±lNm;Mz=±0.1Nm。此處Fi表示沿著相應(yīng)軸i=x,y或z的力，而Mi表示關(guān)于圖16中FRF的相應(yīng)軸i二x，y或z的力矩。FTAS122中的力-扭矩傳感器的操作范圍應(yīng)當(dāng)考慮這些值加上LIA120的重量、運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)負(fù)載及施加在套管針200上的樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)和穿刺阻力。實(shí)際上，F(xiàn)TAS122中的力-扭矩傳感器用于力/扭矩反射，即力/扭矩反饋到由外科醫(yī)生S才喿作的觸覺(jué)界面，用于采用FTAS122作為操縱桿而手動(dòng)驅(qū)動(dòng)效應(yīng)器單元30，并用于監(jiān)控與連接到效應(yīng)器單元30上的器械18的相互作用的力/扭矩，例如位于器械18尖端或位于圖4中樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)206的力/扭矩。FTAS122中的線性和徑向加速度計(jì)用于補(bǔ)償對(duì)力/扭矩傳感器信息的重力和加速度影響。FTAS122中的加速度計(jì)和力/扭矩傳感器的測(cè)量軸幾何上一致。在手術(shù)期間，腹腔鏡器械18通過(guò)套管針200插入。對(duì)于大多數(shù)手術(shù)程序，外科醫(yī)生S在下面繞圖16的FRF的角度工作空間和速度的最大范圍內(nèi)操作器械18:表1支點(diǎn)最大行程最大速度偏4元支點(diǎn)+/-70°1007s俯仰支點(diǎn)[+10。-80"607s穿刺3007s在一些現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)器人操作器的設(shè)計(jì)和構(gòu)造中，套管針200的轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)在腕部安裝后將保持固定，這是因?yàn)橥蠼Y(jié)構(gòu)繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)置(例如參見(jiàn)由Taylor等發(fā)表的"Remotecenterofmotionrobot"-美國(guó)專利號(hào)No.5667323-1995年5月)。其他現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)具有沿著轉(zhuǎn)動(dòng)軸的機(jī)械順從性以便于限制施加在套管針上的力(例如參見(jiàn)由Wang等發(fā)表的"Medicalroboticsystem"-美國(guó)專利號(hào)No.6102850,2000年8月)。與之相反，在此才是出的機(jī)器人操作器14設(shè)計(jì)為既沒(méi)有機(jī)械順從性也沒(méi)有運(yùn)動(dòng)中心，而是依靠繞由特定程序確定的支點(diǎn)206的精確絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，及對(duì)依靠對(duì)施加在效應(yīng)器單元30上的力和扭矩的實(shí)時(shí)控制，從而優(yōu)化支點(diǎn)206的位置。此外，該特征在外科醫(yī)生S需要時(shí)可提供柔性以平移支點(diǎn)206以1更于提高腹內(nèi)工作空間。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為適應(yīng)例如由于腹腔壓減少時(shí)而引起的支點(diǎn)206的絕對(duì)4立置變化的能力。顯然，機(jī)器人操作器14應(yīng)當(dāng)具有一定的運(yùn)動(dòng)能力以向效應(yīng)起單元30提供可以與外科醫(yī)生手動(dòng)處理腹腔鏡器械相比的靈巧性?；诒?給出的運(yùn)動(dòng)狀況，已發(fā)現(xiàn)的用于該特定實(shí)施例中的關(guān)節(jié)Jl-J6的優(yōu)選運(yùn)動(dòng)能力總結(jié)在表2中。滾動(dòng)、傾斜及偏航角度可相對(duì)于絕對(duì)參考系確定，例如，在支點(diǎn)上。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>根據(jù)各個(gè)關(guān)節(jié)的速度和加速度能力，表1給出的值相對(duì)較高從而要求牢固的作動(dòng)器、臂26和腕部28的堅(jiān)固結(jié)構(gòu)及通過(guò)底部24的適當(dāng)?shù)牡匕骞潭?。顯然，可選擇導(dǎo)致較少要求的較低的值，但這是以在轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)206的動(dòng)力學(xué)減少作為代價(jià)的。另一相關(guān)方面，尤其在具有力反射的遠(yuǎn)程操作的機(jī)器人手術(shù)中，是才喿作器14的精確度要求。足夠的精確度有助于減少套管針切口處的應(yīng)力，并允許執(zhí)行精確的力/扭矩補(bǔ)償。在選擇的設(shè)計(jì)中，操作器14在與效應(yīng)器單元30連接處的靜態(tài)精確性，即在工具凸緣32處(見(jiàn)圖4),對(duì)于定位應(yīng)當(dāng)優(yōu)于士2mm而對(duì)于在FRF(見(jiàn)圖16)處的定向優(yōu)于±0.1°。此處假設(shè)在連接的腹腔鏡器械18的尖端具有1.5kg的外部負(fù)載，并假設(shè)FRF在離關(guān)節(jié)J5的軸280mm處。動(dòng)態(tài)精確度對(duì)于定位應(yīng)當(dāng)優(yōu)于士4mm而對(duì)于在FRF處的定向優(yōu)于士0.5。。這些特征首先是通過(guò)零件結(jié)構(gòu)的精確機(jī)械加工、連結(jié)L1-L6和關(guān)節(jié)Jl-J6的剛度、位置傳感器的足夠分辨率、PID電動(dòng)機(jī)控制環(huán)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整、操作器的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)等獲得的。在本文中，提供在關(guān)節(jié)Jl-J6中每個(gè)的出口處的前述絕對(duì)位置傳感器(例如65、88、108、148)具有下面優(yōu)點(diǎn):.歸位機(jī)器人操作器14的關(guān)節(jié)Jl-J6而不驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)；這意味著用于控制電動(dòng)機(jī)的增量傳感器的初始值由絕對(duì)傳感器提供。如果不能獲得絕對(duì)傳感器，可執(zhí)行歸位程序而在給定方向移動(dòng)每個(gè)關(guān)節(jié)以尋找參考信號(hào)。在啟動(dòng)時(shí)沒(méi)有為了歸位的自動(dòng)移動(dòng)確?？焖俳M織程序并提高安全性。*實(shí)時(shí)確定效應(yīng)器單元30的位置和方向避免由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)引起的關(guān)節(jié)彈性誤差；.監(jiān)控機(jī)器人操作器14從FRF的偏移；.通過(guò)使用在每個(gè)關(guān)節(jié)Jl-J6提供的各個(gè)電動(dòng)機(jī)編碼器顯示的位置而監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一致性以;險(xiǎn)測(cè)關(guān)節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障(例如帶斷裂)或者其他硬件故障。機(jī)器人技術(shù)的另一個(gè)方面為用于控制機(jī)器人操作器14的數(shù)學(xué)模型。與機(jī)器人操作器14的理論模型不同，有效且精確的"具體"模型，必須在標(biāo)定過(guò)程中確定包括諸如動(dòng)力學(xué)布置的偏移量、關(guān)節(jié)J1-J6的彈性、連結(jié)L1-L7的彈性、作動(dòng)器無(wú)效行程(backlash)及其他線性誤差的參數(shù)。使用已確定的"具體"操作器模式用于三個(gè)目的第一，使用具有實(shí)時(shí)關(guān)節(jié)偏移量和連結(jié)長(zhǎng)度的運(yùn)動(dòng)控制器(其簡(jiǎn)化了逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算)中的理論模型提高機(jī)器人操作器14的精確性；第二，實(shí)時(shí)通過(guò)前向公式精確地計(jì)算6-DOFFTAS122以及已經(jīng)連接的負(fù)載的位置和方向，(這些值要求補(bǔ)償重力和加速度負(fù)載)；第三，實(shí)時(shí)通過(guò)前向公式確定器械尖端的位置和方向并推出力反射(例如器械18的穿刺)需要的參數(shù)。下面的段落給出腹腔鏡器械作動(dòng)器(LIA)120的更詳細(xì)的描述。如圖14和15所示，LIA120形成效應(yīng)器單元30的部分。LIA120提供一般驅(qū)動(dòng)界面用于由機(jī)器人操作器14使用諸如抓取器/解剖鉗、剪刀、吸引/沖洗工具等標(biāo)準(zhǔn)腹腔鏡器械。因此，LIA120形成揭:作器14的末端并且作為它的把手部分，因?yàn)樗７峦饪漆t(yī)生的手部動(dòng)作。LIA120包括外殼154,其后端形成用于連接到FTAS122的接口凸纟彖156,而其前端形成機(jī)器人才喿作器14的末端。在效應(yīng)器單元的一個(gè)不同構(gòu)造中，LIA可包括關(guān)節(jié)J6。然而該構(gòu)造要求器械適配器的更復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)，其應(yīng)當(dāng)包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及開(kāi)-關(guān)機(jī)構(gòu)和電力傳輸。另外，即便具有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)也應(yīng)當(dāng)保持無(wú)菌區(qū)域。圖14-15和圖18-22所示的LIA120適合與任何標(biāo)準(zhǔn)腹腔鏡器械一起使用，所述腹腔鏡器械可分成位于一側(cè)的手柄及位于另一側(cè)的桿。此處桿定義為相對(duì)細(xì)長(zhǎng)的管，在其尖端具有例如力/剪刀爪插入物、吸引/沖洗件、諸如刀的基本工具或電燒灼/切割裝置。與尖端相對(duì)的末端包括設(shè)計(jì)用于將桿連接到外科醫(yī)生的手柄上的窩。通過(guò)LIA120的設(shè)計(jì)和相應(yīng)器械桿適配器的設(shè)計(jì)獲得機(jī)器人操作器14與標(biāo)準(zhǔn)器械的兼容性，在下面由手寫(xiě)字母縮寫(xiě)ISA標(biāo)識(shí)，其中圖17的局部剖視圖示出其一個(gè)實(shí)施例。圖17示出器械桿302能連接在其上的ISA(器械力干適配器)300。ISA300通過(guò)將其裝配在圖15所示的底座130中而可連接到LIA120。為此目的，ISA300包括具有基本圓柱狀外表面的殼303。如圖17所示，ISA300設(shè)計(jì)為常規(guī)(腹腔鏡)器械的器械桿302和LIA120之間的耦合件。為此目的，ISA300在其前端包括桿連接器304。桿連接器304"^殳計(jì)用于連接到桿302的特定類型的插座306,其取決于實(shí)際器械。最初，插座306設(shè)計(jì)用于連接到腹腔鏡器械手柄(未示出)。如圖17所示，桿連接器304再現(xiàn)了桿302設(shè)計(jì)用于的原始手柄的連接器。ISA300還包括耦合裝置，耦合件308用于固定連接到LIA120上。耦合件308側(cè)向布置在殼303上并徑向從那里突出從而當(dāng)ISA300裝配在LIA120上時(shí)阻止它的旋轉(zhuǎn)。在耦合件308中包括小金屬塊的金屬4全測(cè)表面。線性可滑動(dòng)活塞310布置在ISA300內(nèi)部的圓柱狀導(dǎo)向312中。圓柱狀滑塊銷314橫向連接在活塞310上并且從殼303向外突出用于操作活塞310。活塞310的滑動(dòng)操作作動(dòng)器械桿302中的棒用于操作器械桿302尖端的工具。將會(huì)意識(shí)到的是，ISA300再現(xiàn)原先連接在桿302上的手柄關(guān)于操作器械桿302的功能，同時(shí)將連接界面與LIA120—起提供到機(jī)器人操作器14。應(yīng)當(dāng)理解圖17中示出的ISA300的特定實(shí)施例設(shè)計(jì)用于要求機(jī)械作動(dòng)的器械，諸如用于器械尖端開(kāi)/關(guān)功能，例如，具有或不具有單極或雙才及電力傳輸?shù)募舻逗妥ト∑?。本公開(kāi)同樣包含多種其他類型的模擬適配器，每個(gè)適配器適合特定類型的腹腔鏡器械，即，特定類型的桿(例如302),其將連接到LIA120。相應(yīng)地，根據(jù)器械的要求，ISA包括例如用于作動(dòng)器械的爪的線性滑塊銷314、例如用于單極或雙極燒灼電源等的一個(gè)或多個(gè)連接器318，以及/或者例如用于沖洗或吸引器械的一個(gè)或多個(gè)管道連接器。盡管圖17中示出具有電連接器318，應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于純機(jī)械器械18,不需要提供形成電連接器18的ISA300的部分(圖17中的細(xì)線寬度畫(huà)出)。應(yīng)注意任何類型的ISA的組成材料應(yīng)當(dāng)選擇使其可例如通過(guò)蒸氣高溫滅菌器而碎皮消毒。實(shí)際上，由于LIA120的i殳計(jì)，ISA是醫(yī)療才iL器人系統(tǒng)10中需要消毒的唯一部分(當(dāng)然除了器械桿)。在才喿作期間，LIA120的外殼154及效應(yīng)器單元30的其他部分裝入無(wú)菌塑料罩中。盡管沒(méi)有示出，顯然的是，對(duì)于諸如電手術(shù)刀或電刀的非機(jī)械作動(dòng)但電供能的器械，ISA不需要具有滑塊銷314及關(guān)聯(lián)的機(jī)械傳輸。對(duì)于諸如沖洗或抽吸管道的器械，ISA裝配有兩個(gè)由機(jī)器人控制系統(tǒng)通過(guò)電閥電作動(dòng)而遠(yuǎn)程支配的兩個(gè)導(dǎo)管。圖18中示出的LIA120設(shè)計(jì)為較輕(例如不到800g的總重量)并且使其適合進(jìn)入直徑大約90mm或優(yōu)選為75mm的相對(duì)較小的圓柱狀包絡(luò)以增加具有鄰近入口20的兩個(gè)相鄰工具之間的可用工作空間。LIA120的總長(zhǎng)度(在特定實(shí)施例中約130mm)主要由ISA300長(zhǎng)度確定。使LIA120的長(zhǎng)度最小化從而限制關(guān)節(jié)J5的旋轉(zhuǎn)軸和FRF的支點(diǎn)206之間的距離(見(jiàn)圖17)。事實(shí)上，距離偏移量確定所有操作器關(guān)節(jié)Jl-J5的行程范圍和速度/加速度能力。然而建議LIA120的長(zhǎng)度至少為6cm,人而允許在手動(dòng)才莫式中用手4爪住LIA120(即用連接到FTAS122上的外殼154作為"操縱桿")。如圖18所示，外殼154的外表面具有光滑的邊緣。其由容易清潔、重量輕并且非導(dǎo)電材料制成。此外，LIA120具有關(guān)于采用ISA300裝配的適當(dāng)?shù)钠餍?8的桿302而局部旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的i殳計(jì)。當(dāng)ISA300正確地連4妻到LIA120上時(shí)，桿302的軸與關(guān)節(jié)J6的滾動(dòng)軸及FTAS122的垂直軸一致。進(jìn)一步如圖18所示，如將在下面詳細(xì)描述的，LIA120的外殼154包括線性作動(dòng)機(jī)構(gòu)400用于作動(dòng)通過(guò)ISA300裝配的器才成18。底座130在LIA120的接近表面401構(gòu)成凹入的細(xì)長(zhǎng)半圓柱狀凹進(jìn)處以便于ISA300的插入和拔出。用于4妻收ISA300的底座130與關(guān)節(jié)J6的旋轉(zhuǎn)軸近似同軸并沿著外殼154的中心軸延伸。將會(huì)意識(shí)到的是，ISA300關(guān)于LIA120的裝配和移除方向徑向相對(duì)于關(guān)節(jié)J6的i走轉(zhuǎn)軸。LIA120構(gòu)造為^f吏乂人接近表面401上方的整個(gè)半平面可到達(dá)底座130。如圖18所示，底座130包括加深底座130徑向進(jìn)入LIA120的體內(nèi)的縱向槽402。附加槽402構(gòu)造用于接收ISA300的耦合件308。與底座130相關(guān)的鎖定機(jī)構(gòu)406的嚙合部分布置在槽402中并與耦合件308配合。底座130形成為與ISA300的殼303的外圓柱形狀一致的具有圓形末端部分的半圓柱狀凹進(jìn)處。存在檢測(cè)器404,例如感應(yīng)存在的開(kāi)關(guān)，布置在底座130中用于通過(guò)感應(yīng)機(jī)械塊309(見(jiàn)圖17)進(jìn)行ISA300的存在檢測(cè)。安全停止(dead-man)開(kāi)關(guān)按鈕408允許將才幾器人操作器14的控制系統(tǒng)切換為手動(dòng)模式。在手動(dòng)模式中，LIA120(以及，如果連接的話，器械18)通過(guò)機(jī)器人操作器14使用由助手處理LIA120的外殼154產(chǎn)生并由FTAS122讀出的信息進(jìn)行定位及定向。手動(dòng)模式尤其對(duì)通過(guò)套管針插入或拔出器械有用。線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)400的細(xì)節(jié)最佳參見(jiàn)圖20。驅(qū)動(dòng)才幾構(gòu)400包4舌通過(guò)變速箱412及帶輪414、416連接到滾珠絲桿420的微型無(wú)刷電動(dòng)機(jī)411，帶輪414、416由帶418耦合。該滾珠絲桿420與布置在其上的螺母422配合從而將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為線性運(yùn)動(dòng)，如圖19所示。螺母422由線性導(dǎo)向424引導(dǎo)乂人而減少滾J朱絲桿420上的4黃向作用力。感應(yīng)限位開(kāi)關(guān)426和428放置在螺母422的行程末端處并連接到用于限制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)400行程的控制單元。如圖19所示，作動(dòng)機(jī)構(gòu)400將線性運(yùn)動(dòng)傳達(dá)給LIA120的滑座430，如下面將要詳細(xì)描述的。在優(yōu)選實(shí)施例中，下面參數(shù)選擇用于作動(dòng)機(jī)構(gòu)400:*滑座430的最大機(jī)械行程7mm(通常5mm足夠用于標(biāo)準(zhǔn)器械，但已發(fā)現(xiàn)相同類型的幾個(gè)桿可具有上至2mm的行程長(zhǎng)度變化)；.行程速度范圍lmm/秒至20mm/秒；.最大驅(qū)動(dòng)力200N;優(yōu)選地避免在LIA120中使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生的振動(dòng)將是FTAS122的相當(dāng)大的噪聲源。因此，使用微型的裝配有軸位置編碼器的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)411。這種電動(dòng)機(jī)例如可/人德國(guó)Schoenaich的FaulhaberGmbH獲得。然而不排除其他諸如電纜-驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)的不振動(dòng)的線性運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖20示出用于電動(dòng)機(jī)411的供能及控制單元440，該電動(dòng)機(jī)411嵌入在LIA120的外殼154中并且供應(yīng)例如24VDC的電能。為了進(jìn)一步減少外殼154的直徑，供能及控制單元440可放置在附加外殼中，附加外殼或者在凸緣156與FTAS122之間，或者在FTAS122及關(guān)節(jié)J6(未示出)的連接凸緣之間，或者在關(guān)節(jié)J6的罩124內(nèi)，例如，在靠近電動(dòng)機(jī)141的滑環(huán)連4妄器80后。供能及控制單元440設(shè)計(jì)尤其用于以對(duì)應(yīng)于接收到的位置指令的給定速度剖面作動(dòng)滑座430、用于根據(jù)用戶需求限制電動(dòng)機(jī)電流、用于管理基于來(lái)自限位開(kāi)關(guān)426、428的信號(hào)的運(yùn)動(dòng)、用于使用限位開(kāi)關(guān)使電動(dòng)機(jī)歸位，以及用于監(jiān)控外殼154上的存在檢測(cè)器404。其他安全性功能，例如緊急停止功能，同樣使用電動(dòng)機(jī)411的伺服誤差以及電動(dòng)機(jī)411的熱防護(hù)實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)411的伺服誤差即目標(biāo)位置減去有效位置。為了減少LIA120需要的空間，線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)400不配備絕對(duì)位置傳感器。然而，通過(guò)使用限位開(kāi)關(guān)426、428作為內(nèi)部傳感器確保自動(dòng)歸位程序。在手術(shù)期間，滑座430的絕對(duì)位置可周期地記錄在例如機(jī)器人控制系統(tǒng)中的適當(dāng)內(nèi)存中，用于在停電或發(fā)生故障后快速恢復(fù)系統(tǒng)。ISA300的存在，即無(wú)論它是否正確地裝配在LIA120上，將通過(guò)布置在底座130中的感應(yīng)存在的開(kāi)關(guān)404(見(jiàn)圖18)感測(cè)。感應(yīng)存在的開(kāi)關(guān)404的輸出供應(yīng)給控制單元440的可用的輸入。最好參見(jiàn)圖17和19，作動(dòng)機(jī)構(gòu)400的滑座430適合接收ISA300的滑塊銷314。通過(guò)電動(dòng)機(jī)411的作用，滑座430被重新定位從而驅(qū)動(dòng)已連接的ISA300的滑塊銷314?；瑝K銷314依次作動(dòng)活塞310以4喿作桿302(未示出)尖端的例如爪開(kāi)/關(guān)一幾構(gòu)的工作件或工具。換句話說(shuō)，線性驅(qū)動(dòng)才幾構(gòu)400和ISA300的結(jié)合模擬手柄的作用，該手柄已從桿302移除并被ISA300代替。由于傾斜的引導(dǎo)表面434，滑塊銷314便于插入到滑座430中。圖21和22更詳細(xì)地示出在圖18中僅僅部分示出的LIA120鎖定機(jī)構(gòu)406的構(gòu)造。鎖定機(jī)構(gòu)406構(gòu)造為閂鎖并且包括布置在底座130的槽402(圖18所示)中的可滑動(dòng)閂450。應(yīng)當(dāng)理解閂450由槽402中合適的裝置引導(dǎo)。槽402，與可滑動(dòng)閂450—起，構(gòu)造用于嚙合地接受圖17中所示的ISA300的耦合件308。閂450包括用于嚙合兩個(gè)突出316的兩個(gè)前端452,所述突出由耦合件308中的槽形成(見(jiàn)圖17)。耦合件308的邊緣為圓形的以容易插入到槽402中并從其中移除。閂450的設(shè)計(jì)最好參見(jiàn)圖22。彈簧454彈性地將閂405推向FTAS122。線性導(dǎo)向的旋鈕456允許旋轉(zhuǎn)耦合在線性引導(dǎo)閂450上的樞軸458以當(dāng)31ISA300將被移除時(shí)手動(dòng)將閂450從耦合件308上脫離。閂450的前端450倒角從而允許僅僅通過(guò)推動(dòng)而插入ISA300。根據(jù)相配輪廓，前端452及突出316的嚙合部分為圓形以限制對(duì)用于覆蓋LIA120的無(wú)菌塑料罩的損傷。應(yīng)當(dāng)理解，可同樣使用其他等效的耦合或鎖定機(jī)構(gòu)，例如使用使用金屬盤(pán)安裝在LIA中的永磁體及裝配在ISA上基于凸輪的杠桿以代替閂鎖機(jī)構(gòu)。優(yōu)選地，例如鎖定機(jī)構(gòu)406和耦合件308的固定機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)為確保ISA300在其裝配到LIA120上時(shí)可抵抗下.述的力和力矩而不從LIA120上脫離...100N的牽引力和壓縮力；.對(duì)應(yīng)于在器械尖端的15N徑向力的扭轉(zhuǎn)力矩；'上至5Nm的彎曲力矩。將會(huì)意識(shí)到的是，LIA120和每個(gè)配合ISA(例如300)設(shè)計(jì)為能由外科醫(yī)生助手A快速并容易手動(dòng)安裝及移除適合的腹腔鏡器械18，即與ISA(例如300)組裝的桿(例如302)。上述基本圓柱狀的ISA300外形、它的耦合件308、底座130、槽402及鎖定機(jī)構(gòu)406提供ISA300到LIA120上的引導(dǎo)插入及簡(jiǎn)單連接程序。該設(shè)計(jì)確保在通過(guò)少數(shù)幾次手動(dòng)移動(dòng)的ISA插入及拔出程序時(shí)需要的剛度。通過(guò)該設(shè)計(jì)，可基本用與手動(dòng)手術(shù)程序相同的速度完成適合的腹腔鏡器械18.(即桿和ISA)的插入和拔出，其中助手在大約6-9秒中為外科醫(yī)生替換傳統(tǒng)器械。應(yīng)當(dāng)注意，包括ISA(例如300)和桿(例如302)的適合的腹腔鏡器械18的插入和移除可在兩種情況下安全完成當(dāng)器械在患者P體外時(shí)或者當(dāng)器械插入在患者P內(nèi)體時(shí)。當(dāng)滑塊銷314被驅(qū)動(dòng)時(shí)同樣可能完成移除。將適合的工具裝配到LIA120.上之前，應(yīng)當(dāng)符合多個(gè)初步條件。第一，如果器械部分插入到套管針(不超過(guò)套管針長(zhǎng)度)，LIA120應(yīng)當(dāng)預(yù)先通過(guò)才喿作器14定位及定向到教導(dǎo)的位置，其將效應(yīng)器單元30(關(guān)節(jié)J6)的旋轉(zhuǎn)軸與套管針對(duì)齊。第二，滑座430應(yīng)當(dāng)由機(jī)器人控制系統(tǒng)放置在"插入?yún)⒖嘉恢?，例如，最靠近接口凸緣156的位置。當(dāng)移除ISA(例如300)時(shí)，滑座430應(yīng)當(dāng)由機(jī)器人控制系統(tǒng)自動(dòng)移入到該"插入?yún)⒖嘉恢?，，。如上所述，ISA的存在、缺席或者不正常釋放可由存在檢測(cè)器404檢測(cè)。第三并且如果存在，ISA(例如300)的滑塊銷(例如314)應(yīng)當(dāng)在對(duì)應(yīng)于滑座430的"插入?yún)⒖嘉恢?的"插入?yún)⒖嘉恢?。滑塊銷314的該位置優(yōu)選地確定為使器械處于"閉合，，構(gòu)造，例如，鑷子/剪刀器械的爪松馳地、但足以在該位置閉合。最佳如圖14所示，包括ISA(例如300)和桿(例如302)的適合的腹腔鏡器械18的插入程序可通過(guò)根據(jù)箭頭460的僅一次手動(dòng)移動(dòng)而實(shí)現(xiàn)，所述移動(dòng)包括將ISA(例如300)放置在底座130上并包括在ISA上沿著相同的方向輕輕推動(dòng)以將耦合件308和鎖定機(jī)構(gòu)406嚙合。存在檢測(cè)器404在耦合件308正確安裝在槽402中時(shí)給出表示肯定的輸出。在插入程序的期間，如果已經(jīng)符合前述條件，滑座430嚙合滑塊銷314而不需要進(jìn)一步測(cè)量。當(dāng)外科醫(yī)生S通過(guò)他的主控制臺(tái)15要求器械更換時(shí)，通常由機(jī)器人控制系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行四個(gè)程序。第一，機(jī)器人控制系統(tǒng)控制器械18以釋放任何組織。第二，其移動(dòng)器械沿著器械軸線方向靠近套管針入口。第三，使例如器械爪的工具尖端成為避免鉤住套管針上的尖端的構(gòu)型。第四，其釋放關(guān)節(jié)J6的電動(dòng)機(jī)從而使外科醫(yī)生助手A能自由地旋轉(zhuǎn)LIA120以便于將器械從LIA120上移除。在這些操作之后，適合的腹腔鏡器械18的移除可在任何時(shí)候以兩個(gè)簡(jiǎn)單移動(dòng)安全地完成。第一拔出移動(dòng)包括推動(dòng)旋鈕456以使鎖定結(jié)構(gòu)406解鎖。第二拔出移動(dòng)包括通過(guò)繞垂直于桿軸的軸旋轉(zhuǎn)而繞桿的尖端轉(zhuǎn)動(dòng)ISA(例如300)及桿(例如302)，從而將兩者從底座130上移除，并且隨后，如果仍然插入，使桿(例如302)從患者P體內(nèi)拔出。從上述插入和移除程序顯而易見(jiàn)的是，即使在適合的腹腔鏡器械18的桿(例如302)仍然通過(guò)套管針200(見(jiàn)圖16)而部分插入在患者P體內(nèi)時(shí)，LIA120和ISA(例如300)的設(shè)計(jì)使器械能插入或拔出。將會(huì)意識(shí)到的是，拔出所需要的移動(dòng)不在關(guān)于患者P的穿刺方向上，因?yàn)樗鼈儼ù怪庇诘鬃?30縱軸的樞軸移動(dòng)及隨后的拔出移動(dòng)。另外，為了防止在給定樞軸方向上的移動(dòng)會(huì)傷害患者，該方向可通過(guò)由手LIA穿過(guò)關(guān)節(jié)J6旋轉(zhuǎn)LIA120而改變。此外，如果出現(xiàn)供電故障，ISA(例如300)與其桿(例如302)一起可手動(dòng)釋放及拔出。關(guān)于上述的LIA120，將會(huì)意識(shí)到的是，許多現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)腹腔鏡器械可通過(guò)簡(jiǎn)單的器械桿適配器(ISA)(例如300)用于機(jī)器人系統(tǒng)10中。LIA120結(jié)合相應(yīng)的ISA代替給定腹腔鏡器械的手柄部分而不損失驅(qū)動(dòng)或供電能力。LIA120是一般性地設(shè)計(jì)的，即獨(dú)立于將要耦合到機(jī)器人操作器14的器械類型。因此，只有ISA(例如300)需要根據(jù)器械要求而特定設(shè)計(jì)。如上所述，LIA120能提供尤其下列功能.使用線性作動(dòng)機(jī)構(gòu)400對(duì)例如器械爪的器械工具尖端的"開(kāi)/關(guān)"作動(dòng)；*使適應(yīng)每種類型的器械所要求的"開(kāi)/關(guān)"行程長(zhǎng)度；.通過(guò)機(jī)器人操作器14的動(dòng)作操:作諸如手術(shù)刀的非作動(dòng)器械。另外，由于一些因素，LIA120允許機(jī)器人腹腔鏡中有益的成本效果。第一，與由于器械和關(guān)聯(lián)的作動(dòng)器組裝為單一外殼中的單一單元因而每個(gè)操作器要求幾個(gè)作動(dòng)器的現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備相反，每個(gè)操作器14只需要一個(gè)LIA120。這允許節(jié)省尤其在作動(dòng)器上的費(fèi)用。第二，通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)腹腔鏡器械的桿(例如302)和簡(jiǎn)單構(gòu)造的相應(yīng)器械桿適配器(例如300)而減少了器械費(fèi)用。因此，用于LIA120的適合的器械18的費(fèi)用幾乎與標(biāo)準(zhǔn)手動(dòng)腹腔鏡器械(即包括手柄)的費(fèi)用相同。第三，器械維護(hù)費(fèi)用基本與那些標(biāo)準(zhǔn)腹腔鏡器械相同，因?yàn)镮SA(例如300)的設(shè)計(jì)對(duì)于消毒循環(huán)是堅(jiān)固(robust)的?；氐綀D25,將描述LIA120的替換實(shí)施例。由于在此描述的LIA的許多方面和優(yōu)點(diǎn)同才羊可應(yīng)用于LIA1120,下面只詳細(xì)介紹主要特;f正和區(qū)別。圖25所示的LIA1120具有半圓柱狀的外殼154，其具有上部基本平的接近表面1401，用于便于ISA的裝配到LIA1120上和從其上移除。外殼1154的相對(duì)的表面1155為與和J6的旋轉(zhuǎn)軸同軸的圓柱狀包絡(luò)一致的半圓柱狀。選擇半圓柱狀表面1155的直徑符合人體工程學(xué)允許由人類操作者操作，例如在50-135mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地為約90mm，尤其用于在上述手動(dòng)才莫式中支配機(jī)器人操作器14。由于半圓柱狀外殼具有基本小于接口凸緣156的橫截面，LIA1120通過(guò)該凸緣連接到FTAS122上，外殼1154還包括逐步加固肋1157。該加固肋具有從接近表面1401直到接口凸緣156的上邊緣逐步即平穩(wěn)地增長(zhǎng)的形狀。該加固肋1157還進(jìn)一步彎曲以符合半圓柱狀表面1155的圓柱狀包絡(luò)。力。固肋1157將接近表面1401連接到接口凸緣156并且因而加強(qiáng)及增加外殼1154連接到接口凸緣156上的剛度。因此，加固肋1157確保將力和扭矩更精確地/人ISA經(jīng)過(guò)LIA1120傳動(dòng)到FTAS122。應(yīng)當(dāng)注意相似的加固肋同樣提供在圖14的LIA120中。圖25進(jìn)一步示出用于將器械桿適配器裝配到LIA1120上并從而裝配到效應(yīng)器單元30上的替換耦合機(jī)構(gòu)。在LIA1120中，如在LIA120中一樣，底座1130構(gòu)成為在LIA120的接近表面1401中凹入的細(xì)長(zhǎng)半圓柱狀凹進(jìn)處，以提供適配器在J6的旋轉(zhuǎn)軸上的自定心。另外，耦合機(jī)構(gòu)包括多個(gè)磁性裝置1423，兩個(gè)位于滑座1430的側(cè)面且一個(gè)位于底座1130的另一側(cè)，后者布置在離開(kāi)接近表面1401的高處1425。高處1425提供在裝配的適配器的軸方向上的附加保持約束并允許通過(guò)朝接近表面1401的傾斜而在適配器的軸方向上進(jìn)行自調(diào)整定位。應(yīng)當(dāng)理解，可以是電f茲體、永》茲體或兩者的結(jié)合的磁性裝置1423,確保通過(guò)磁性吸引使相應(yīng)設(shè)計(jì)的ISA緊固。機(jī)械扣入連接的避免消除了對(duì)用于包圍操作器14或至少效應(yīng)器單元30的無(wú)菌塑料罩損傷的風(fēng)險(xiǎn)。圖25示出多個(gè)感應(yīng)存在傳感器1431，用于通過(guò)在ISA上提供的感應(yīng)可識(shí)別材料模式(pattern)識(shí)別裝配在效應(yīng)器單元30上的器械。在使用二進(jìn)制碼(4位字節(jié))時(shí)，基于面對(duì)感應(yīng)存在傳感器1431的ISA上一行相應(yīng)位置的感應(yīng)材料的存在或缺席，四個(gè)感應(yīng)存在傳感器1431排列成行并允許辨別和識(shí)別16個(gè)器械類型。另外，如果對(duì)應(yīng)于缺席器械的模式編碼(4位字節(jié))用于該目的，即當(dāng)沒(méi)有感應(yīng)材料面對(duì)任何感應(yīng)傳感器1431時(shí)，感應(yīng)存在傳感器1431同樣允許存在才企測(cè)。嚙合件1433單獨(dú)地在圖25中示出。嚙合件1433是包括滑座1430的作動(dòng)機(jī)構(gòu)的一部分并具有傾斜的抓取表面1434，其引入用于嚙合ISA的滑塊銷314的縫。傾斜的表面1434便于ISA的滑塊銷314插入。將會(huì)意識(shí)到的是，嚙合件1433可從滑座1430上脫離并由消毒兼容材料制成。嚙合件因而可僅僅在無(wú)菌罩蓋在LIA1120后就可安裝在滑座1430上。由于限制了滑座1430的運(yùn)動(dòng)范圍，不會(huì)出現(xiàn)對(duì)無(wú)菌罩的損傷。圖26示出裝配在圖25的LIA1120上的ISA1300的替換實(shí)施例。該ISA1300設(shè)計(jì)為與LIA1120的替換設(shè)計(jì)一致并且將在下文中詳細(xì)介紹。ISA1300的尺寸設(shè)置為使它的底部限制在接近表面1401。ISA1300的功能與圖17示出的ISA300的功能相同，也是提供接口允許在機(jī)器人操作器14上使用標(biāo)準(zhǔn)手動(dòng)腹腔鏡器械的桿302，而不損失任何在手動(dòng)插入中可用的功能。圖26還示出提供在LIA1120上的開(kāi)關(guān)按鈕408,用于將系統(tǒng)切換到手動(dòng)模式。ISA1300提供有杠桿1301，用于筒單的手動(dòng)拆卸，即將ISA1300與LIA1120分開(kāi)。ISA1300同樣具有電連接器1308用于將電動(dòng)器械(即凝固或切割器械)直接連接到電源上而不需要經(jīng)過(guò)LIA1120的電線。從圖25和26顯而易見(jiàn)的是，該設(shè)計(jì)使包括外殼1154、凸緣156、加固肋1157、FTAS122傳感器組件的LIA1120的所有元件，，及包括杠桿1301的裝配的ISA1300的所有部分，位于由半圓柱狀表面1155確定的圓柱狀包絡(luò)中。這減少了當(dāng)LIA1120被J6旋轉(zhuǎn)時(shí)碰撞和損傷的風(fēng)險(xiǎn)。不同于圖19的機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，圖27示出替換的作動(dòng)機(jī)構(gòu)1400用于將線性運(yùn)動(dòng)傳輸?shù)交?430。其包括通過(guò)變速箱1412及滾J朱絲桿或蝸輪1430連接到螺母件1422的孩l型無(wú)刷電動(dòng)機(jī)1411?；?430通過(guò)力傳感器1427的々某介而固定在螺母件1422上。力傳感器1427允許測(cè)量由滑座1430施加在滑塊銷314上的力，反之亦然。同樣將會(huì)意識(shí)到的是，通過(guò)將滑座1430裝配到縱向底座1130的側(cè)面帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，電動(dòng)機(jī)1411和連4妄的齒4侖可平行于ISA1300和桿302的縱軸布置。這允許使LIA1120的總長(zhǎng)度最小化，由此減少了對(duì)一些關(guān)節(jié)(例如J4)的作動(dòng)器動(dòng)力學(xué)要求。另外，將會(huì)意識(shí)到的是，這種作動(dòng)機(jī)構(gòu)1400在產(chǎn)生有害振動(dòng)方面得以最優(yōu)化。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1400的其他方面和優(yōu)勢(shì)類似于在此之前描述的才幾構(gòu)400。圖28示出當(dāng)圖26的ISA1300從LIA1120脫離時(shí)的其底側(cè)。ISA1300包括在其前端(見(jiàn)圖30)具有桿連接器1304的細(xì)長(zhǎng)殼1303。桿連接器1304允許在提供任何類型的可分離連接時(shí)，可移動(dòng)連接至固定在標(biāo)準(zhǔn)手動(dòng)腹腔鏡器械的桿302(僅部分示出)上典型的插座306。當(dāng)然，連接器和插座可分別定位在桿及ISA上。類似于殼303，殼1303在其底側(cè)具有半圓柱狀表面，用于與底座1330配合。如圖28所示，側(cè)翼1305從殼1303的任一側(cè)突出。側(cè)翼1305具有平的較低表面，與LIA1200上的接近表面1401(例如，同樣與高處1425)成對(duì)。在滑塊銷314上的一個(gè)翼1305中提供切除空間1307用于4是供可見(jiàn)性和接近性，例如當(dāng)ISA1300耦合到LIA1120上時(shí)用于手動(dòng)移動(dòng)滑塊銷314。圖28同樣示出平板鐵磁件1311,布置在位于殼1303任一側(cè)上的每個(gè)翼1305中。4失石茲件1311形成分別與如圖25所示的LIA1120上相應(yīng)的磁性裝置1423配合的耦合裝置。在區(qū)域1313,在ISA1300上提供感應(yīng)識(shí)別模式，用于通過(guò)圖25所示的感應(yīng)傳感器1431識(shí)別使用的器械。在圖25所示的該實(shí)施例中，全金屬盤(pán)對(duì)應(yīng)于給定的4位字節(jié)(例如1111或OOOO),而在其他適配器空間中可才是供空間，例如通過(guò)在面對(duì)感應(yīng)傳感器1431的一個(gè)或多個(gè)位置鉆孔而給出不同位字節(jié)用于識(shí)別。圖29示出圖28所示的ISA的局部剖視圖。如圖29所示，ISA1300具有內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)，作為一些手動(dòng)腹腔鏡器械的活塞310的圓柱狀引導(dǎo)1312。活塞310典型地用于手動(dòng)器械用于將運(yùn)動(dòng)從器械手柄傳輸?shù)皆跅U302中引導(dǎo)的軸。將會(huì)意識(shí)到的是，現(xiàn)有的手動(dòng)器械的活塞可布置為在引導(dǎo)1312中滑動(dòng)。如圖28所示，橢圓形通孔1315提供在殼1303中以允許橫向連接到活塞310的滑塊銷314從殼1303上突出，并在殼1303的軸方向上向前及向后移動(dòng)用以操作活塞310。圖29所示的活塞310為手動(dòng)雙極器械的原始部分，用于提供雙極電力給器械并用于鎖定/解鎖器械。圖30示出可使用相同類型的適配器以適應(yīng)不同類型的商業(yè)可獲得的用于手動(dòng)插入的腹腔鏡器械的不同活塞，例如如圖30所示的用于單極手動(dòng)器械的活塞1310。因而可以得出結(jié)論，諸如ISA1300(或ISA300)的適配器允許任何可商業(yè)獲得的相對(duì)不貴的手動(dòng)器械的基本部分用在機(jī)器人操作器14上。圖29同樣示出杠桿1301的兩個(gè)凸榫1317中的一個(gè)及在其上面轉(zhuǎn)動(dòng)的軸1319。通過(guò)向下推動(dòng)杠桿1301，凸榫1317舉起ISA1300的較低的表面，尤其是鐵磁件1311,離開(kāi)ISA1120的接近表面1401從而可在垂直于J6旋轉(zhuǎn)軸、即器械桿的軸的方向手動(dòng)移動(dòng)ISA1300。除了上面描述的方面，醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)IO還呈現(xiàn)下面特征-利用它們的設(shè)計(jì)，機(jī)器人操作器14可容易且快速地縮回以允許外科醫(yī)生S靠近手術(shù)臺(tái)12或允許安裝放射設(shè)備；-利用它們的設(shè)計(jì)并使用來(lái)自外部傳感器的信息，機(jī)器人操作器14可在插入期間容易地適應(yīng)手術(shù)臺(tái)12的角度變化，而插入時(shí)間沒(méi)有明顯增加，用于患者的(反)特倫德倫堡體位(-/+20-35度)或者側(cè)面體位；-利用它們的設(shè)計(jì)并使用來(lái)自外部傳感器的信息，機(jī)器人操作器14可容易地處理由于腹內(nèi)壓的變化引起的套管針位置的變化；-醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)10允許減少器械更換的時(shí)間>夂人而使整個(gè)介入手術(shù)時(shí)間最小化，LIA120、1120及機(jī)器人操作器14的設(shè)計(jì)使器械更換時(shí)間基本與手動(dòng)腹腔鏡手術(shù)中的時(shí)間一樣短(范圍為6至9秒)，當(dāng)與內(nèi)窺鏡一起使用時(shí)，機(jī)器人操作器14的設(shè)計(jì)同樣使能夠?qū)崿F(xiàn)快速內(nèi)窺鏡拔出及重新插入，例如為了清潔光學(xué)系統(tǒng)；-醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)10允許快速和簡(jiǎn)單設(shè)置系統(tǒng)，包括圍繞在手術(shù)臺(tái)12的多個(gè)機(jī)器人操作器14的構(gòu)造；-機(jī)器人4喿作器14設(shè)計(jì)為通用的從而適合諸如微創(chuàng)手術(shù)、整形外科、或活組織切片檢查、經(jīng)皮治療、皮膚切割、超聲診斷等多種應(yīng)用。雖然提交的本專利申請(qǐng)?jiān)瓌t上涉及如隨附的權(quán)利要求所確定的發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解本專利申請(qǐng)包含對(duì)其他發(fā)明的定義的支持，其可例如要求作為本申請(qǐng)的修改權(quán)利要求的主題或作為在分案申請(qǐng)和/或繼續(xù)申請(qǐng)中的主題。這種主題可由在此公開(kāi)的任何特征或特征的結(jié)合而確定。權(quán)利要求1、用于實(shí)施微創(chuàng)醫(yī)療手術(shù)的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，包括用于機(jī)器人輔助操作腹腔鏡器械(18)的機(jī)器人操作器(14)，所述機(jī)器人操作器具有操作器的臂部(26)，由所述操作器的臂部支撐的操作器腕部(28)及由所述操作器腕部支撐的效應(yīng)器單元(30)，其中所述操作器的臂部(26)通過(guò)第一關(guān)節(jié)(J1)、第二關(guān)節(jié)(J2)和第三關(guān)節(jié)(J3)提供三個(gè)自由度，每個(gè)關(guān)節(jié)具有關(guān)聯(lián)的作動(dòng)器(51、61、71)，用于機(jī)器人地定位所述腕部；所述操作器腕部(28)通過(guò)第四關(guān)節(jié)(J4)和第五關(guān)節(jié)(J5)提供兩個(gè)自由度，所述第四和第五關(guān)節(jié)為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)并具有關(guān)聯(lián)的作動(dòng)器(81、101)，用于分別機(jī)器人地設(shè)置所述效應(yīng)器單元的偏航角及俯仰角；所述效應(yīng)器單元(30)包括腹腔鏡器械作動(dòng)器(120、1120)并通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)的第六關(guān)節(jié)(J6)提供一個(gè)自由度，所述第六關(guān)節(jié)具有關(guān)聯(lián)的作動(dòng)器(141)用于機(jī)器人地設(shè)置所述腹腔鏡器械作動(dòng)器的滾動(dòng)角；所述腹腔鏡器械作動(dòng)器包括底座(130、1130)，具有用于將器械桿適配器(300、1300)裝配到所述效應(yīng)器單元上的關(guān)聯(lián)的耦合機(jī)構(gòu)(406、1423)，以及與所述器械桿適配器配合的用于作動(dòng)連接在所述適配器上的腹腔鏡器械的作動(dòng)機(jī)構(gòu)(400、1400)；所述效應(yīng)器單元(30)構(gòu)造為當(dāng)通過(guò)所述器械桿適配器裝配在所述效應(yīng)器單元上時(shí)，使腹腔鏡器械的縱軸與所述轉(zhuǎn)動(dòng)的第六關(guān)節(jié)(J6)的旋轉(zhuǎn)軸一致；及所述效應(yīng)器單元包括具有六個(gè)自由度的力/扭矩傳感器和六個(gè)自由度的加速度計(jì)的傳感器組件(122)，所述傳感器組件(122)將所述腹腔鏡器械作動(dòng)器(120、1120)連接到所述第六轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(J6)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述效應(yīng)器單元(30)構(gòu)造為使所述6DOF力/扭矩傳感器(122)的一個(gè)傳感器軸及6DOF加速度計(jì)(122)的一個(gè)傳感器軸與所述第六關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸一致。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述腹腔鏡器械作動(dòng)器(120、1120)包括具有所述底座(130、1130)布置在其中的接近表面(401、1401)的外殼(154、1154)，將所述外殼連接到所述傳感器組件(122)上的接口凸緣(156)以及將所述接近表面連接到所述接口凸緣用于加固所述外殼連接在所述接口凸緣上的剛度的逐步加固肋(1157)。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述外殼(1154)為半圓柱狀，具有相對(duì)于所述接近表面(1401)的基本半圓柱狀表面(1155),所述半圓柱狀表面與直徑為50-135mm，優(yōu)選地為約90mm且與所述第六關(guān)節(jié)(J6)的旋轉(zhuǎn)軸同軸的圓柱狀包絡(luò)一致。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述外殼(1154)、所述凸緣(156)、所述加固肋(1157)及所述傳感器組件(122)尺寸設(shè)置為適合所述圓柱狀包絡(luò)。6、根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述底座包括細(xì)長(zhǎng)的基本半圓柱狀凹進(jìn)(130、1130),其基本與所述第六關(guān)節(jié)(J6)的旋轉(zhuǎn)軸共軸布置在所述腹腔鏡器械作動(dòng)器(120、1120)的接近表面(401、1401),所述底座和所述耦合機(jī)構(gòu)構(gòu)造為用于通過(guò)垂直于所述第六關(guān)節(jié)(J6)的旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)而裝配和移除器械桿適配器(300、1300)。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述耦合機(jī)構(gòu)包括分別布置在所述半圓柱狀凹進(jìn)(1130)的任一側(cè)上的至少一個(gè)磁性裝置(1423),用于通過(guò)磁性吸引將器械桿適配器(1130)緊固到所述腹腔鏡器械作動(dòng)器。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述磁性裝置(1423)包4舌7JOf茲體和/或電》茲體。9、根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述作動(dòng)機(jī)構(gòu)(400、1400)包括滑座(430、1430)，其構(gòu)造用于嚙合地4妄受并線性滑動(dòng)裝配在所述效應(yīng)器單元上的器械桿適配器(300、1300)的滑塊銷(314)。10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述底座(130、1130)沿著所述第六關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸延伸，并且所述滑座(430、1430)布置在所述底座側(cè)部。11、根據(jù)權(quán)利要求9或IO所述的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述作動(dòng)機(jī)構(gòu)(400、1400)包括力傳感器(1427)，其將所述滑座(430、1430)連接到驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，用于測(cè)量由所述滑座施加或施加在其上的力。12、根據(jù)權(quán)利要求9、10或11所述的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述滑座(1430)包括可從所述滑座脫離的嚙合件(1433)，并具有傾斜的抓取表面(1434)用于嚙合所述滑塊銷(314)。13、根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述腹腔鏡器械作動(dòng)器(120、1120)包括存在檢測(cè)器(404、1431)用于檢測(cè)器械桿適配器(300、1300)是否正確地裝配在所述效應(yīng)器單元上。14、根據(jù)權(quán)利要求13所述的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述腹腔鏡器械作動(dòng)器(1120)包括多個(gè)感應(yīng)存在傳感器(1431)用于通過(guò)提供在器械桿適配器上的可感應(yīng)識(shí)別模式(1313)識(shí)別裝配在所述效應(yīng)器單元(30)上的器械。15、根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)構(gòu)造為在手動(dòng)模式中操作，其中可通過(guò)所述機(jī)器人操作器使用從6DOF力/扭矩傳感器讀出的信息定位及定向所述腹腔鏡器械作動(dòng)器，并且所述系統(tǒng)還包括布置在所述腹腔鏡器械作動(dòng)器(120、1120)上的開(kāi)關(guān)件(408)用于將所述系統(tǒng)切換為手動(dòng)模式。16、裝配在如權(quán)利要求1至15任一項(xiàng)所述的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的機(jī)器人操作器(14)上的腹腔鏡器械桿適配器(130、1130)，用于使用所述機(jī)器人操作器上的手動(dòng)腹腔鏡器械的桿(302),所述適配器包括具有布置在前端的桿連接器(304、1304)的細(xì)長(zhǎng)殼(303、1303)以及布置在所述殼的側(cè)部的耦合件(308、1311)，所述桿連接器(304、1304)構(gòu)造用于可脫離連接至手動(dòng)腹腔鏡器械的桿(302),并且所述耦合件(308、1311)與所述機(jī)器人操作器的腹腔鏡器械作動(dòng)器上的耦合機(jī)構(gòu)(406、1423)配合。17、根據(jù)權(quán)利要求16所述的腹腔鏡器械桿適配器，其中所述耦合件(308、1311)包括半圓柱狀表面，所述表面與所述機(jī)器人操作器的腹腔鏡器械作動(dòng)器(120、1120)中的底座(130、1130)的半圓柱狀凹進(jìn)一致，用于將器械桿適配器(300、1300)定心在所述第六關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸上。18、根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的腹腔鏡器械桿適配器，包括圓柱狀內(nèi)部中空部分作為用于手動(dòng)腹腔鏡器械的活塞(310、1310)的引導(dǎo)(312、1303)，所述活塞可布置為在所述引導(dǎo)中滑動(dòng)，以及通孔(1315)用于將滑塊銷(314)橫向連接到所述活塞并從所述殼上突出用以操作活塞。19、根據(jù)權(quán)利要求16至18中一項(xiàng)所述的腹腔鏡器械桿適配器，其中所述耦合件包括至少一個(gè)布置在所述殼(1303)任一側(cè)的鐵^磁件(1311),所述鐵磁件分別與相應(yīng)的在所述腹腔鏡器械作動(dòng)器上的耦合機(jī)構(gòu)的磁性裝置(1423)配合，用于通過(guò)磁性吸引將所述器械桿適配器緊固到所述腹腔鏡器械作動(dòng)器上。20、根據(jù)權(quán)利要求19所述的腹腔鏡器械桿適配器，進(jìn)一步包括用于將所述適配器(1300)從所述腹腔鏡器械作動(dòng)器上分離的杠桿(1301)。21、根據(jù)權(quán)利要求16至20中一項(xiàng)所述的腹腔鏡器械桿適配器，進(jìn)一步包括提供在器械桿適配器上的感應(yīng)可識(shí)別模式(1313)，用于識(shí)別裝配在所述適配器上的器械。22、根據(jù)權(quán)利要求16至21中一項(xiàng)所述的腹腔鏡器械桿適配器，進(jìn)一步包括相對(duì)于所述耦合件布置的電連接器(308、1308),用于將電能傳輸?shù)竭B接在所述桿連接器上的器械。全文摘要一種用于實(shí)施微創(chuàng)醫(yī)療程序的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)(10)，該系統(tǒng)包括用于腹腔鏡器械(18)的機(jī)器人操作器(14)。所述操作器具有操作器的臂部(26)，由臂部支撐的操作器腕部(28)及由腕部支撐的效應(yīng)器單元(30)。所述操作器的臂部提供三個(gè)自由度(DOF)用于定位所述腕部。所述腕部提供兩個(gè)DOF。所述效應(yīng)器單元(30)包括腹腔鏡器械作動(dòng)器(LIA120、1120)并通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)的第六關(guān)節(jié)(J6)提供一個(gè)自由度，用于設(shè)置LIA的滾動(dòng)角。所述LIA包括用于將器械桿適配器(300、1300)裝配到所述效應(yīng)器單元上的底座(130、1130)，以及與所述器械桿適配器配合的用于作動(dòng)連接在所述適配器上的腹腔鏡器械的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(400、1400)。所述效應(yīng)器單元包括6DOF的力/扭矩傳感器和6DOF的加速度計(jì)。文檔編號(hào)B25J9/04GK101443162SQ200780011739公開(kāi)日2009年5月27日申請(qǐng)日期2007年2月2日優(yōu)先權(quán)日2006年2月3日發(fā)明者伊米莉奧·魯伊斯莫拉萊斯申請(qǐng)人:歐洲原子能共同體由歐洲委員會(huì)代表