阅读说明：本技术 具有改进的机器人臂的外科机器人系统 (Surgical robotic system with improved robotic arm ) 是由 N·J·艾尔 A·C·希尔 S·韦曼 C·A·威尔逊 黄亚楠 J·T·威尔逊 D·S·明 于 2018-12-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种机器人外科系统,所述机器人外科系统可包括支撑一个或多个机器人臂的一个或多个可调式臂支撑件。所述可调式臂支撑件和/或机器人臂可被构造成从低安装位置例如从台的表面下方的位置展开。所述机器人臂可包括提供多个自由度的多个接头。所述接头可分组为近侧肩部、肘部和远侧腕部。所述机器人臂可包括一个或多个冗余自由度。可在所述机器人臂的远侧端部处提供插入机构,所述插入机构与所述机器人臂相关联并且被构造成提供器械沿着插入轴线的插入。(A robotic surgical system may include one or more adjustable arm supports supporting one or more robotic arms. The adjustable arm support and/or the robotic arm may be configured to deploy from a low mounting position, such as from a position below the surface of the table. The robotic arm may include a plurality of joints providing a plurality of degrees of freedom. The joints may be grouped into a proximal shoulder, elbow, and distal wrist. The robotic arm may include one or more redundant degrees of freedom. An insertion mechanism may be provided at a distal end of the robotic arm, the insertion mechanism being associated with the robotic arm and configured to provide insertion of an instrument along an insertion axis.)

具有改进的机器人臂的外科机器人系统

背景技术

技术领域

本说明书整体涉及外科或医疗机器人，并且具体地讲涉及能够被构造用于各种外科或医疗手术的机器人系统。

说明

机器人技术具有一系列应用。具体地，机器人臂帮助完成人类通常将执行的任务。例如，工厂使用机器人臂来制造汽车和消费电子产品。另外，科学设施使用机器人臂来使实验室手术诸如运输微板自动化。最近，医师已经开始使用机器人臂来帮助执行外科手术。例如，医师使用机器人臂来在患者体内控制外科器械。然而，包括机器人臂的现有医疗系统资本成本高，并且通常专用于执行有限类型的外科手术。因此，医师或他们的助手可能需要获得多个机器人臂系统以适应一系列外科手术。为每个外科手术手动重新构造机器人臂系统对于医师而言也是耗时耗力的。

发明内容

具有机器人臂的外科(或医疗)机器人系统能够被构造成执行多种外科(或医疗)手术。外科机器人系统可包括支撑一个或多个机器人臂的一个或多个可调式臂支撑件。所述可调式臂支撑件可被构造成附接到台、所述台的柱支撑件或所述台的基部以从所述台下方的位置展开所述可调式臂支撑件和所述机器人臂。在一些示例中，所述可调式臂支撑件包括允许调节所述机器人臂安装到的杆或导轨的位置的至少三个或四个自由度。所述自由度中的一个自由度可允许相对于所述台竖直地调节所述可调式臂支撑件。机器人外科系统可包括两个可调式臂支撑件，每个可调式臂支撑件支撑一个或多个机器人臂。可独立地调节所述两个可调式臂支撑件。例如，可将每个臂支撑件调节到相对于所述台的不同高度。

外科机器人系统还可包括一个或多个机器人臂。所述一个或多个机器人臂可被构造成安装到所述可调式臂支撑件。在一些实施方案中，机器人臂被构造成从低安装位置展开，例如从所述台的所述表面下方的位置展开，而在其他实施方案中，所述机器人臂可以从所述台的所述表面上方的位置展开。所述机器人臂可包括提供多个自由度的多个接头。在一些实施方案中，所述机器人臂可包括一个或多个冗余自由度。

在第一方面，系统可包括：台；台支撑件，所述台支撑件位于所述台下方；臂支撑件，所述臂支撑件耦接到所述台或所述台支撑件中的至少一者；以及第一机器人臂，所述第一机器人臂耦接到所述臂支撑件。所述第一机器人臂可包括近侧部分和远侧部分以及位于所述近侧部分和所述远侧部分之间的至少四个动力接头，其中所述接头中的每个接头都能够独立于其他接头被致动，其中所述第一机器人臂包括被构造成驱动外科器械的器械驱动机构。所述系统还可包括：***机构，所述***机构与所述第一机器人臂相关联以提供所述器械沿着***轴线的***；以及第二机器人臂，所述第二机器人臂耦接到所述臂支撑件。

所述系统还可以任何组合包括以下特征中的一个或多个：(a)其中所述第一机器人臂能够相对于所述第二机器人臂平移；(b)其中所述***机构独立于所述第一机器人臂而构建在所述器械本身内；(c)其中所述***机构构建在所述第一机器人臂内；(d)其中所述***机构被构造成使所述器械驱动机构相对于***主体外壳平移，以使所述器械沿着所述***轴线平移；(e)其中所述第一机器人臂能够具有至少七个自由度，其中所述自由度中的至少一个自由度是冗余的；以及/或者(f)其中所述第一机器人臂和所述第二机器人臂能够被收起在所述台下方。

在另一方面，系统包括：台；台支撑件，所述台支撑件位于所述台下方；臂支撑件，所述臂支撑件耦接到所述台或所述台支撑件中的至少一者；以及第一机器人臂，所述第一机器人臂耦接到所述臂支撑件，其中所述第一机器人臂包括近侧连杆和远侧连杆以及耦接到所述远侧连杆的远侧端部的至少三个接头，其中所述接头中的每个接头能够独立于其他接头被致动，其中所述第一机器人臂包括被构造成驱动外科器械的器械驱动机构。所述系统还可包括***机构，所述***机构与所述第一机器人臂相关联以提供所述器械沿着***轴线的***。

所述系统还可以任何组合包括以下特征中的一个或多个：(a)其中所述接头中的至少两个接头是旋转接头；(b)其中所述接头中的至少一个接头包括***轴线；(c)其中所述接头中的至少一个接头使所述器械围绕所述器械轴线滚动；(d)其中使所述器械围绕所述器械轴线滚动的所述至少一个接头是所述第一机器人臂的一部分或所述器械本身的一部分；(e)第二机器人臂，所述第二机器人臂耦接到所述臂支撑件；(f)其中所述第一机器人臂能够相对于所述第二机器人臂平移；以及/或者(g)其中所述第一机器人臂能够具有至少七个自由度，其中所述自由度中的至少一个自由度是冗余的。

在另一方面，系统包括：台；台支撑件，所述台支撑件用于支撑所述台；臂支撑件，所述臂支撑件耦接到所述台或所述台支撑件中的至少一者；以及第一机器人臂，所述第一机器人臂耦接到所述臂支撑件，所述第一机器人臂能够被收起在所述台下方并且能够升高。所述第一机器人臂包括近侧部分和远侧部分，其中所述近侧部分包括耦接到所述臂支撑件的基部，并且所述远侧部分包括具有多个马达的器械驱动机构，其中所述器械驱动机构被构造成驱动附接到所述器械驱动机构的外科器械。所述系统还包括多个动力接头，所述多个动力接头位于所述近侧部分与所述远侧部分之间，从而适应所述器械在多个自由度上的移动，其中所述接头中的每个接头能够独立于其他接头被致动；***机构，所述***机构与所述第一机器人臂相关联以提供所述器械沿着***轴线的***；以及第二机器人臂，所述第二机器人臂耦接到所述臂支撑件，所述第二机器人臂能够被收起在所述台下方并且能够升高。

所述系统还可以任何组合包括以下特征中的一个或多个：(a)其中所述***机构独立于所述第一机器人臂而构建在所述器械本身内；(b)其中所述第一机器人臂能够具有至少七个自由度，其中所述自由度中的至少一个自由度是冗余的；(c)其中所述第一机器人臂包括近侧连杆和远侧连杆，其中至少三个接头耦接到所述远侧连杆的远侧端部，并且其中所述接头中的耦接到所述远侧连杆的所述远侧端部的至少两个接头是旋转接头；以及/或者(d)其中所述外科器械包括内窥镜式器械。

在另一方面，系统可包括：台，所述台用于支撑定位在所述台上的患者；台支撑件，所述台支撑件位于所述台下方；以及臂支撑件，所述臂支撑件耦接到所述台或所述台支撑件中的至少一者。所述系统还可包括第一机器人臂，所述第一机器人臂耦接到所述臂支撑件，其中所述第一机器人臂包括近侧部分和远侧部分以及位于所述近侧部分和所述远侧部分之间的至少四个动力接头，其中所述接头中的每个接头都能够独立于其他接头被致动，其中所述第一机器人臂包括被构造成驱动外科器械的器械驱动机构。所述系统还可包括***机构，所述***机构与所述第一机器人臂相关联以提供所述器械沿着***轴线的***。所述系统可包括第二机器人臂，所述第二机器人臂耦接到所述臂支撑件。

所述系统可以任何组合包括以下特征中的一个或多个：(a)其中所述第一机器人臂能够相对于所述第二机器人臂平移；(b)其中所述***机构独立于所述第一机器人臂而构建在所述器械本身内；(c)其中所述***机构构建在所述第一机器人臂内；(d)其中所述***机构被构造成使所述器械驱动机构相对于***主体外壳平移，以使所述器械沿着所述***轴线平移；(e)其中所述第一机器人臂能够具有至少五个自由度；(f)其中所述第一机器人臂能够具有至少六个自由度；(g)其中所述第一机器人臂能够具有至少七个自由度；(h)其中所述七个自由度中的至少一个自由度是冗余的；(i)第二臂支撑件，其中所述臂支撑件和所述第二臂支撑件可具有高度差；(j)其中所述臂支撑件能够调节其倾斜角；(k)其中所述第一机器人臂和所述第二机器人臂能够被收起在所述台下方；(l)其中所述台支撑件包括基部，其中所述第一机器人臂和所述第二机器人臂能够被收起在所述基部中；(m)至少一个计算机可读存储器，所述至少一个计算机可读存储器具有存储在其上的可执行指令；以及至少一个处理器，所述至少一个处理器与所述至少一个计算机可读存储器通信并且被配置为执行所述指令以使所述系统将所述第一机器人臂和所述第二机器人臂从所述基部中的收起位置移动到与所述台相邻的竖直升高位置；(n)器械，所述器械具有附接到所述第一机器人臂的所述器械驱动机构的柄部；(o)其中辊设置在所述器械的所述柄部或所述器械驱动机构中；(p)其中所述第一机器人臂还包括第二器械驱动机构；以及/或者(q)其中所述臂支撑件能够相对于所述台竖直调节。

在另一方面，系统可包括：台；台支撑件，所述台支撑件用于支撑所述台；臂支撑件，所述臂支撑件耦接到所述台或所述台支撑件中的至少一者；以及第一机器人臂，所述第一机器人臂耦接到所述臂支撑件，所述第一机器人臂能够被收起在所述台下方并且能够升高。所述第一机器人臂可包括近侧部分和远侧部分，其中所述近侧部分包括耦接到所述臂支撑件的基部，并且所述远侧部分包括具有多个马达的器械驱动机构，其中所述器械驱动机构被构造成驱动附接到所述器械驱动机构的外科器械；以及多个动力接头，所述多个动力接头位于所述近侧部分与所述远侧部分之间，从而适应在多个自由度上的移动，其中所述接头中的每个接头能够独立于其他接头被致动。所述系统可包括***机构，所述***机构与所述第一机器人臂相关联以提供所述器械沿着***轴线的***。所述系统可包括第二机器人臂，所述第二机器人臂耦接到所述臂支撑件，所述第二机器人臂能够被收起在所述台下方并且能够升高。

所述系统可以任何组合包括以下特征中的一个或多个：(a)至少一个计算机可读存储器，所述至少一个计算机可读存储器具有存储在其上的可执行指令；以及至少一个处理器，所述至少一个处理器与所述至少一个计算机可读存储器通信并且被配置为执行所述指令以使所述系统至少将所述第一机器人臂和所述第二机器人臂从收起位置移动到与所述台相邻的竖直升高位置；(b)其中所述第一机器人臂能够使所述器械围绕其轴线滚动，使所述外科器械沿着其轴线***，并且使所述器械围绕沿着其轴线的点俯仰和偏转；(c)其中所述***机构独立于所述第一机器人臂而构建在所述器械本身内；(d)其中所述器械驱动机构是所述第一机器人臂的腕部的一部分；(e)其中所述腕部包括所述器械驱动机构和***主体外壳，其中所述***机构被构造成使所述器械驱动机构相对于所述***主体外壳平移，以使所述器械沿着所述***轴线平移；(f)其中所述第一机器人臂和所述第二机器人臂中的至少一者能够沿着所述臂支撑件平移；(g)其中所述第一机器人臂包括具有至少三个动力旋转接头的腕部，并且其中所述腕部能够俯仰和偏转；以及/或者(h)其中所述第一机器人臂和所述第二机器人臂中的至少一者保持相机。

在另一方面，提供了一种方法，所述方法可包括：将机器人臂从收起位置移动到活动位置，在所述收起位置中所述机器人臂位于患者支撑台的表面下方，在所述活动位置中所述机器人臂的至少远侧部分位于所述台的所述表面上方；其中，在所述活动位置中，耦接到所述机器人臂的所述远侧部分的器械的轴线与进入所述台的所述表面上的患者体内的端口对准。在一些实施方案中，所述机器人臂附接到所述台或定位在所述台下方的台支撑件中的至少一者。

在另一方面，提供了一种系统，所述系统可包括机器人臂，所述机器人臂包括：基部，所述基部被构造成安装到臂支撑件；近侧连杆，所述近侧连杆包括近侧端部和远侧端部，所述近侧连杆的所述近侧端部通过肩部连接到所述基部；远侧连杆，所述远侧连杆包括近侧端部和远侧端部，所述远侧连杆的所述近侧端部通过肘部连接到所述近侧连杆的所述远侧端部；以及腕部，所述腕部位于所述远侧连杆的所述远侧端部处。所述系统可包括：至少一个计算机可读存储器，所述至少一个计算机可读存储器具有存储在其上的可执行指令；以及至少一个处理器，所述至少一个处理器与所述至少一个计算机可读存储器通信并且被配置为执行所述指令以使所述系统至少将所述机器人臂从收起位置移动到活动位置，在所述收起位置中所述机器人臂位于被构造成支撑患者的台的表面下方，在所述活动位置中所述机器人臂的至少远侧部分位于所述台的所述表面上方。在一些实施方案中，在所述活动位置中，耦接到所述机器人臂的所述远侧部分的器械的轴线与进入所述台的所述表面上的患者体内的端口对准。在一些实施方案中，所述机器人臂附接到所述台或定位在所述台下方的台支撑件中的至少一者。

在另一方面，提供了一种方法，所述方法可包括：利用机器人臂将器械通过端口***患者体内，所述器械位于所述机器人臂的远侧端部处；利用所述机器人臂操纵所述器械相对于所述端口的俯仰、偏转或滚动中的至少一者；以及操纵所述机器人臂以调节所述机器人臂的近侧端部相对于所述端口的位置。

所述方法可以任何组合包括以下特征中的一个或多个：(a)其中利用所述机器人臂操纵所述器械和操纵所述机器人臂同时发生；以及/或者(b)其中进一步操纵所述机器人臂以所述调节机器人臂的所述近侧端部的所述位置不影响附接到所述机器人臂的所述远侧端部的所述器械的所述位置或取向。

在另一方面，提供了一种方法，所述方法可包括：利用机器人臂将器械通过端口***患者体内，所述器械位于所述机器人臂的远侧端部处；以及操纵所述机器人臂以调节所述机器人臂的近侧端部相对于所述端口的所述位置，而不影响所述器械的所述位置或取向。所述方法还可包括利用所述机器人臂操纵所述器械相对于所述端口的俯仰、偏转或滚动中的至少一者。

在另一方面，提供了一种系统，所述系统可包括耦接到所述臂支撑件的第一机器人臂，所述机器人臂包括：基部，所述基部被构造成安装到臂支撑件；近侧连杆，所述近侧连杆包括近侧端部和远侧端部，所述近侧连杆的所述近侧端部通过动力肩部连接到所述基部；远侧连杆，所述远侧连杆包括近侧端部和远侧端部，所述远侧连杆的所述近侧端部通过动力肘部连接到所述近侧连杆的所述远侧端部；动力腕部，所述动力腕部位于所述远侧连杆的所述远侧端部处；以及***机构，所述***机构位于所述机器人臂的远侧端部处并且被构造成提供器械沿着***轴线的***，所述***机构附接到所述腕部。所述系统还可包括端口，其中所述器械延伸穿过所述端口以有助于外科手术。

在一些实施方案中，所述系统可以任何组合包括以下特征中的一个或多个：(a)其中所述肩部、所述肘部或所述腕部中的至少一者是机动化的；(b)其中所述***机构包括构建在所述器械本身内的机构以提供所述器械沿着所述***轴线的***；(c)其中所述***机构包括所述器械的轴，所述轴沿着所述***轴线相对于所述器械的柄部移动；(d)其中所述***机构包括器械驱动机构，所述器械驱动机构被构造成沿着***主体外壳平移以提供所述器械沿着所述***轴线的***；(e)其中所述腕部包括至少两个自由度；(f)其中所述腕部能够俯仰和偏转；(g)其中所述肘部包括至少一个自由度；(h)其中所述肩部包括至少两个自由度；(i)其中所述肩部的所述至少两个自由度包括至少俯仰和偏转或俯仰和平移；(j)其中所述基部被构造成经由线性接头安装到所述臂支撑件，所述线性接头被构造成允许所述基部沿着所述臂支撑件的导轨平移；以及/或者(k)其中所述肩部、所述肘部和所述腕部被构造成提供至少六个自由度，以允许所述机器人臂将所述器械定位在远程中心处，并且控制所述器械围绕所述远程中心的至少俯仰、偏转和滚动。

在另一方面，提供了一种系统，所述系统可包括：台；臂支撑件，所述臂支撑件相对于所述台定位；以及机器人臂，所述机器人臂耦接到所述臂支撑件。所述机器人臂可包括基部，所述基部被构造成安装到臂支撑件；近侧连杆，所述近侧连杆包括近侧端部和远侧端部，所述近侧连杆的所述近侧端部通过动力肩部连接到所述基部；远侧连杆，所述远侧连杆包括近侧端部和远侧端部，所述远侧连杆的所述近侧端部通过动力肘部连接到所述近侧连杆的所述远侧端部；动力腕部，所述动力腕部位于所述远侧连杆的所述远侧端部处并且被构造成耦接到器械。在一些实施方案中，所述肩部、所述肘部和所述腕部被构造成提供至少六个自由度，以允许所述机器人臂将所述器械定位在远程中心处，并且控制所述器械围绕所述远程中心的至少俯仰、偏转和滚动，并且其中所述基部能够相对于所述臂支撑件平移。所述系统可包括***机构和端口，所述***机构位于所述机器人臂的远侧端部处并且被构造成提供器械沿着***轴线的***，其中所述器械延伸穿过所述端口以有助于外科手术。

所述系统可以任何组合包括以下特征中的一个或多个：(a)其中所述腕部包括接头，所述接头被构造成提供至少三个自由度以允许调节器械的至少俯仰、偏转和滚动；(b)其中所述腕部包括部分球形接头；(c)其中所述基部被构造成经由线性接头安装到臂支撑件，所述线性接头被构造成允许所述基部沿着所述臂支撑件的导轨平移，所述臂支撑件位于台的表面下方，并且所述台被构造成支撑患者；以及/或者(d)其中所述导轨位于所述台的所述表面下方。

在另一方面，提供了一种系统，所述系统可包括机器人臂，所述机器人臂包括：基部，所述基部被构造成安装到臂支撑件；近侧连杆，所述近侧连杆包括近侧端部和远侧端部，所述近侧连杆的所述近侧端部通过肩部连接到所述基部；远侧连杆，所述远侧连杆包括近侧端部和远侧端部，所述远侧连杆的所述近侧端部通过肘部连接到所述近侧连杆的所述远侧端部；以及腕部，所述腕部位于所述远侧连杆的所述远侧端部处。所述系统还可包括：至少一个计算机可读存储器，所述至少一个计算机可读存储器具有存储在其上的可执行指令；以及至少一个处理器，所述至少一个处理器与所述至少一个计算机可读存储器通信并且被配置为执行所述指令以使所述系统至少：致动所述腕部、所述肘部和所述肩部中的至少一者以调节所述机器人臂的位置；将器械与所述机器人臂一起定位，使得所述器械的轴线延伸穿过与患者体内的端口对准的远程中心；并且响应于接收到命令而致动所述腕部、所述肘部和所述肩部中的至少一者以根据所述命令操纵所述器械。

所述系统可以任何组合包括以下特征中的一个或多个：(a)其中所述指令在被执行时使得所述系统致动所述腕部、所述肘部和所述肩部中的至少一者，以调节所述机器人臂相对于患者、支撑所述患者的台、医学成像装置和附加机器人臂中的至少一者的位置；(b)其中所述附加机器人臂安装到所述臂支撑件；(c)臂支撑件，所述臂支撑件安装到支撑所述台的柱，所述臂支撑件包括导轨，所述机器人臂的所述基部经由线性机动接头安装到所述导轨；(d)其中所述指令在被执行时进一步使得所述至少一个处理器使所述系统致动至少所述线性机动接头以使所述基部沿着所述导轨平移；(e)其中所述导轨位于所述台的表面下方；以及/或者(f)其中所述指令在被执行时进一步使得所述系统响应于所述命令而致动至少所述线性接头以使所述基部沿着所述导轨平移，同时根据所述命令致动所述腕部、所述肘部和所述肩部中的至少一者以操纵所述器械。

附图说明

图1为根据一个实施方案的外科机器人系统的等轴视图。

图2A为根据一个实施方案的外科机器人系统的台的等轴视图。

图2B为根据一个实施方案的台的顶视图。

图2C为根据一个实施方案的台的旋转段的顶视图。

图2D为根据一个实施方案的台的旋转段的顶视图。

图2E为根据一个实施方案的旋转机构的部件的等轴分解图。

图2F为根据一个实施方案的图2E所示的旋转机构的剖视图。

图2G为根据一个实施方案的图2E所示的旋转机构的底视图。

图2H为根据一个实施方案的台的折叠段的等轴视图。

图2I为根据一个实施方案的台的折叠段的另一个等轴视图。

图2J为根据一个实施方案的台的活板门的等轴视图。

图2K为根据一个实施方案的台的枢轴的等轴视图。

图2L为根据一个实施方案的围绕俯仰轴线旋转的台的侧视图。

图2M为根据一个实施方案的围绕摇摆轴线旋转的台的等轴视图。

图3A为根据一个实施方案的外科机器人系统的柱的侧剖面图。

图3B为根据一个实施方案的柱的等轴剖面图。

图3C为根据一个实施方案的柱的顶视图。

图4A为根据一个实施方案的具有柱安装式机器人臂的外科机器人系统的等轴视图。

图4B为根据一个实施方案的具有柱安装式机器人臂的外科机器人系统的等轴视图。

图5A为根据一个实施方案的外科机器人系统的柱环的等轴视图。

图5B为根据一个实施方案的台下面的一组柱环的底视图。

图5C为根据一个实施方案的安装到柱的一组柱环的等轴视图。

图5D为根据一个实施方案的柱环的臂安装架的等轴剖面图。

图5E为根据一个实施方案的处于伸缩式套叠构型的臂安装架的等轴剖面图。

图6A为根据一个实施方案的外科机器人系统的机器人臂的等轴视图。

图6B为根据一个实施方案的机器人臂的臂段接头的等轴视图。

图6C为根据一个实施方案的机器人臂的另一个臂段接头的等轴视图。

图7A为根据一个实施方案的具有柱安装式臂的外科机器人系统的等轴视图，这些柱安装式臂被构造成接近患者的下半身区域。

图7B为根据一个实施方案的具有柱安装式臂的外科机器人系统的顶视图，这些柱安装式臂被构造成接近患者的下半身区域。

图7C为根据一个实施方案的成像装置和具有柱安装式臂的外科机器人系统的等轴视图，这些柱安装式臂被构造成接近患者的下半身区域。

图7D为根据一个实施方案的成像装置和具有柱安装式臂的外科机器人系统的顶视图，这些柱安装式臂被构造成接近患者的下半身区域。

图7E为根据一个实施方案的具有柱安装式臂的外科机器人系统的等轴视图，这些柱安装式臂被构造成接近患者的核心身体区域。

图7F为根据一个实施方案的具有柱安装式臂的外科机器人系统的等轴视图，这些柱安装式臂被构造成接近患者的上半身区域。

图8A为根据一个实施方案的外科机器人系统的基部的等轴视图。

图8B为根据一个实施方案的基部的开口面板的等轴视图。

图8C为根据一个实施方案的收起在外科机器人系统的基部内的机器人臂的等轴视图。

图8D为根据一个实施方案的收起在外科机器人系统的台下方的机器人臂的等轴视图。

图8E为根据一个实施方案的收起在外科机器人系统的基部上方的机器人臂的等轴视图。

图8F为根据一个实施方案的收起在外科机器人系统的基部上方的机器人臂的等轴视图。

图8G为根据一个实施方案的外科机器人系统的基部上的外伸支腿脚轮的等轴视图。

图8H为根据一个实施方案的外科机器人系统的基部上的外伸支腿脚轮的另一个等轴视图。

图8I为根据一个实施方案的处于移动构型的外伸支腿脚轮的侧视图。

图8J为根据一个实施方案的处于固定构型的外伸支腿脚轮的侧视图。

图9A为根据一个实施方案的具有一个导轨安装式机器人臂的外科机器人系统的等轴视图。

图9B为根据一个实施方案的具有多个导轨安装式机器人臂的外科机器人系统的等轴视图。

图10A为根据一个实施方案的外科机器人系统的基部导轨的等轴视图。

图10B为根据一个实施方案的基部导轨上的臂安装架的等轴视图。

图10C为根据一个实施方案的基部导轨上的臂安装架的等轴剖面图。

图10D为根据一个实施方案的基部导轨的剖视图。

图11为根据一个实施方案的具有柱安装式机器人臂和导轨安装式机器人臂的外科机器人系统的等轴视图。

图12为根据一个实施方案的外科机器人系统的等轴视图，其中柱安装式机器人臂位于与该外科机器人系统的台和基部分开的平台上。

图13A为根据一个实施方案的具有可调式臂支撑件的外科机器人系统的等轴视图。

图13B为图13A的具有可调式臂支撑件的外科机器人系统的端视图。

图14A为根据一个实施方案的具有安装在台的相对侧上的两个可调式臂支撑件的外科机器人系统的端视图。

图14B为根据一个实施方案的外科机器人系统的等轴视图，该外科机器人系统具有两个可调式臂支撑件和被构造用于腹腔镜式手术的多个机器人臂。

图14C为根据一个实施方案的外科机器人系统的等轴视图，该外科机器人系统具有两个可调式臂支撑件和被构造用于腹腔镜式手术的多个机器人臂。

图15A为根据一个实施方案的具有两个可调式臂支撑件的外科机器人系统的等轴视图，这些可调式臂支撑件被构造成平移以调节这些可调式臂支撑件的位置。

图15B为根据一个实施方案的外科机器人系统的等轴视图，该外科机器人系统具有被构造用于内窥镜式手术的可调式臂支撑件和机器人臂。

图16为根据一个实施方案的具有可调式臂支撑件的外科机器人系统的等轴视图，该可调式臂支撑件被构造成具有能够倾斜的导轨。

图17A为根据一个实施方案的具有可调式臂支撑件的外科机器人系统的等轴视图，这些可调式臂支撑件被定位以允许接近医学成像装置的C形臂。

图17B为根据另一个实施方案的具有可调式臂支撑件的图17A的外科机器人系统的等轴视图，这些可调式臂支撑件被定位以允许接近医学成像装置的C形臂。

图18A为根据一个实施方案的具有定位在展开构型中的可调式臂支撑件的外科机器人系统的等轴视图。

图18B为根据一个实施方案的具有定位在收起构型中的可调式臂支撑件的外科机器人系统的等轴视图。

图19为示出根据一个实施方案的用于操作具有可调式臂支撑件的外科机器人系统的方法的流程图。

图20为根据一个实施方案的具有可调式臂支撑件的外科机器人系统的框图。

图21为根据一个实施方案的机器人臂的等轴视图。

图22为根据一个实施方案的包括执行腹腔镜式手术的多个机器人臂的机器人外科系统的顶视图。

图23为根据一个实施方案的包括两个器械驱动机构的机器人臂的等轴视图。

图24为根据一个实施方案的器械的等轴视图，该器械具有附接到机器人臂的远侧端部的基于器械的***架构。

图25A为根据一个实施方案的具有以第一取向定位的***轴线主体的机器人臂的侧视图。

图25B为根据一个实施方案的具有以第二取向定位的***轴线主体的图25A的机器人臂的侧视图。

图26A为根据一个实施方案的被构造成具有附接插管的机器人臂的侧视图。

图26B为根据一个实施方案的被构造成具有分离的插管的机器人臂的侧视图。

图27A为根据一个实施方案的包括执行腹腔镜式手术的多个机器人臂的系统的等轴视图，其中这些臂中的一个被构造成具有附接插管。

图27B为根据一个实施方案的包括执行腹腔镜式手术的多个机器人臂的系统的等轴视图，其中这些臂中的一个被构造成具有分离的插管。

图28为根据一个实施方案的包括具有附加旋转接头的腕部的机器人臂的等轴视图。

图29A为根据一个实施方案的包括倾斜基部的机器人臂的等轴视图。

图29B为根据一个实施方案的图29A的机器人臂的侧视图。

图30为根据一个实施方案的具有伸缩式套叠连杆的机器人臂的等轴视图。

图31示出了根据一个实施方案的用于外科机器人系统的器械装置操纵器的透视图。

图32示出了根据一个实施方案的图31的器械装置操纵器的侧视图。

图33示出了根据一个实施方案的固定到图31的器械装置操纵器的示例性外科工具的前分解透视图。

图34示出了根据一个实施方案的固定到图31的器械装置操纵器的示例性外科工具的后分解透视图。

图35示出了根据一个实施方案的用于外科工具与外科工具架的接合和脱离接合的致动机构的放大透视图。

图36A和图36B示出了根据一个实施方案的使外科工具与无菌适配器接合和脱离接合的过程。

图37A和图37B示出了根据另外的实施方案的使外科工具与无菌适配器接合和脱离接合的过程。

图38A示出了根据一个实施方案的用于使外科工具架在器械装置操纵器内滚动的机构的透视图。

图38B示出了根据一个实施方案的器械装置操纵器的剖视图。

图38C和38D示出了根据一个实施方案的器械装置操纵器的内部部件及其某些电子部件的局部分解透视图。

图38E示出了根据一个实施方案的器械装置操纵器的用于使外科工具架进行滚动分度的电子部件的放大透视图。

图39示出了根据一个实施方案的具有基于器械的***架构的器械的侧视图。

图40示出了根据一个实施方案的用于致动端部执行器的第一致动机构的示意图。

图41示出了根据一个实施方案的图39的器械的第一致动机构的放大侧视图。

图42示出了根据一个实施方案的图39的器械的第一致动机构的放大透视图。

图43示出了根据一个实施方案的图39的器械的滑轮和缆线在致动滑轮之前的视图。

图44示出了根据一个实施方案的图39的器械的滑轮和缆线在致动滑轮之后的视图。

图45示出了根据一个实施方案的包括用于轴平移的卷轴的第二致动机构的侧视图。

图46示出了根据一个实施方案的使用单根缆线进行轴平移的另选卷轴的透视图。

图47示出了根据一个实施方案的使用多于一根缆线进行轴平移的另选卷轴的透视图。

图48示出了根据一个实施方案的包括图46的卷轴的柄部的前视图。

图49示出了显示根据一个实施方案的用于致动端部执行器和轴平移的另选架构的示意图。

图50A示出了根据一个实施方案的结合有图49的用于致动端部执行器和轴***的另选架构的器械的放大前视图。

图50B示出了根据一个实施方案的结合有图49的用于致动端部执行器和轴***的另选架构的器械的顶部透视图。

图51示出了根据一个实施方案的器械的柄部和轴的顶部透视图。

图52A示出了根据一个实施方案的利用图40所示的***架构的器械轴的横截面的示意图。

图52B示出了根据一个实施方案的利用图49所示的***架构的器械轴的横截面的示意图。

图53示出了显示根据一个实施方案的用于在血管闭合器中驱动刀的架构的示意图。

图54示出了显示根据一个实施方案的用于在血管闭合器中驱动刀的另选架构的示意图。

图55示出了显示根据一个实施方案的用于在血管闭合器中驱动刀的又一个另选架构的示意图。

图56示出了显示根据一个实施方案的用于使得刚性相机成为***器械的架构的示意图。

图57示出了根据一个实施方案的允许相机与***柄部分离的第一***架构。

图58和图59示出了根据一个实施方案的允许相机与***柄部分离的第二***架构。

图60示出了显示根据另一个实施方案的用于轴平移的另选架构的图。

图61示出了具有多个密封件以防止来自患者的空气泄漏的器械的侧剖视图。

图62示出了具有多个密封件的器械的前剖视图。

现在将具体地参考若干实施方案，其示例在附图中示出。应当指出的是，只要可行，相似或相同的参考标号可用于附图并且可表示相似或相同的功能。附图仅出于说明目的描绘了本文所述系统(或方法)的实施方案。本领域的技术人员将从以下描述容易地认识到可在不脱离本文所述原理的情况下采用本文所示的结构和方法的另选的实施方案。

具体实施方式

I.系统概述

图1为根据一个实施方案的外科机器人系统100的等轴视图。用户(例如，医师或助手)使用外科机器人系统100对患者执行机器人辅助的外科手术。外科机器人系统100包括物理地联接在一起的台101、柱102和基部103。尽管图1中未示出，但是台101、柱102和/或基部103可容纳、连接到或使用支持外科机器人系统100的功能的电子器件、射流装置、气动装置、抽吸装置或其他电气和机械部件。

台101为正在接受使用外科机器人系统100的外科手术的患者提供支撑。一般来讲，台101平行于地面，但台101可改变其取向和构型以有利于多种外科手术。在章节II.台中参考图2A至图2I进一步描述台101。

柱102的一个端部联接到台101并且另一端部联接到基部103。一般来讲，柱102为圆柱形状以适应联接到柱102的柱环，在章节V.柱环中参考图5A至图5E进一步描述这些柱环，然而，柱102可具有其他形状，诸如椭圆形或矩形。在章节III.柱中参考图3A至图3B进一步描述柱102。

基部103平行于地面并且为柱102和台101提供支撑。基部103可包括轮、踏板或定位或运输外科机器人系统100的其他装置。在章节VIII.基部中参考图8A至图8E进一步描述基部103。

包括上述部件的外科机器人系统100的另选视图和实施方案至少在2015年5月15日提交的美国临时申请62/162,486和2015年5月15日提交的美国临时申请62/162,467中进一步示出和描述。

II.台

图2A为根据一个实施方案的外科机器人系统100的台201A的等轴视图。台201A为图1中的台101的实施方案。台201A包括一组一个或多个段。一般来讲，用户通过构造该组段来改变台201A的构型。外科机器人系统100还可例如通过使用马达来自动构造这些段，以重新定位该组段中的某个段。一组示例性段在图2A中示出，并且包括旋转段210、中心段212、可折叠段214、可拆卸段216和台基部218。旋转段210、中心段212和可折叠段214联接到台基部218。图2A示出了与台基部218分开的可拆卸段216，但是该可拆卸段216也可联接到台基部218。在各种具体实施中，可使用附加的或更少的段。

构造台201A的一组段的优点是构造的台201A可使得更容易接近台201A上的患者。例如，外科机器人系统100对患者执行需要接近该患者腹股沟区域的外科手术。当患者面朝上躺在一般的手术床上时，相比于患者的腹股沟区域，更好接近患者的头部、手臂和腿部。由于腹股沟区域在患者身体的中心位置，因此腿部通常阻挡接近腹股沟区域。可从台201A拆卸可拆卸段216。没有可拆卸段216的台201A使得更容易接近躺在台201A上的患者的腹股沟区域，其中患者的头部朝向台201A的具有旋转段210的一侧。具体地讲，移除可拆卸段216打开更多空间，例如以将外科器械***腹股沟区域中。如果需要额外的空间来接近腹股沟区域，则可将可折叠段214远离患者向下折叠(在图2H中进一步描述)。中心段212包括切口部分220，该切口部分还使得更容易接近腹股沟区域。

旋转段210相对于台201A侧向枢转。旋转段210包括弓形边缘222，并且中心段212还包括弓形边缘224。由于这些弧形边缘，当旋转段210远离或朝向台201A枢转时，旋转段210与中心段212之间存在最小间隙。具有旋转段210远离台201A枢转的台201A的构型使得更容易接近腹股沟区域，因为台201A的其他段没有阻挡腹股沟区域。在章节VII.A.下半身外科手术中相对于图7C至图7D进一步描述该构型的示例。另外，旋转段210还包括切口部分226，该切口部分进一步使得更容易接近腹股沟区域。

图2B为根据一个实施方案的台201A的顶视图。具体地讲，图2B示出了台基部218的局部剖面图和旋转段210的一部分。旋转段210内的部件被暴露以用于说明的目的。台基部218包括双曲轨230，即两个弯曲的线性导轨(也被称为第一轴承子组件)。旋转段210还包括双曲轨232(也被称为第二轴承子组件)。联接到第二轴承组件的第一轴承组件可被称为轴承机构。台基部218的双曲轨230与旋转段210的双曲轨232接合。两条双曲轨均与虚圆234同心。旋转段210围绕穿过虚圆234的中心处的点236的轴线枢转，该轴线垂直于台基部218的平面。台基部218的双曲轨230包括第一滑架238和第二滑架240。类似地，旋转段210的双曲轨232包括第一滑架242和第二滑架244。这些滑架提供结构支撑并消除力矩负载，这使得双曲轨能够支撑高达至少500磅的高悬臂负载。例如，使患者远离台201A枢转在支撑患者重量的双曲轨上产生高悬臂负载。台基部218和旋转段210可包括附加的负载分担部件，诸如辊、凸轮从动件和轴承。在一些实施方案中，旋转段210和台基部218各自包括单曲轨而不是双曲轨。此外，每个曲轨可包括附加的或更少的滑架。

图2C为根据一个实施方案的台201A的旋转段210的顶视图。质心250示出了旋转段210的质心和躺在旋转段210上的患者(未示出)。旋转段210围绕轴线236以角度α枢转。与图2D所示的质心246相比，质心250更靠近台基部218(对应于图2D中的台基部218B)，即使图2C和图2D两者中的旋转段各自以相同的角度α枢转。保持质心250靠近台218有助于旋转段210支撑由于患者而带来的更大的悬臂负载，而不会使外科机器人系统翻倒。在一些实施方案中，可将旋转段210相对于台基部218旋转高达30度或45度的角度，同时将旋转段210的质心保持在台201A上方。

图2D为根据一个实施方案的台201B的旋转段210A的顶视图。具体地讲，台201B包括台基部218A和旋转段210A。台201B不包括双曲轨，而是包括旋转机构278，在下文中参考图2E至2G进一步描述该旋转机构。质心246示出了旋转段210A的质心和躺在旋转段210A上的患者(未示出)。旋转段210A围绕轴线248以角度α枢转。因此，质心246定位在台基部218A之外。

图2E为根据一个实施方案的台201B的旋转机构278(其也可被称为轴承机构)的部件的等轴分解图。旋转机构278包括联接到第二轴承子组件的第一轴承子组件。具体地讲，旋转机构278包括谐波驱动马达280、固定板281、垫片282、内轴承座圈283、轴承284、外轴承座圈夹板285、内轴承座圈支撑件286、固定环287、马达外壳安装架288、编码器条289、驱动板290、编码器传感器291和旋转***件292。马达外壳安装架288相对于台基部218A固定。谐波驱动马达280使旋转段210A围绕轴线248旋转。第一轴承子组件包括联接到台基部218A的上述部件。第二轴承子组件包括联接到旋转段210A的上述部件。

图2F为根据一个实施方案的图2E所示的旋转机构278的剖视图。谐波驱动马达280联接到马达外壳安装架288上。马达外壳安装架288联接到固定环287和固定板281。使用垫片282将固定板281联接到台基部218A，使得谐波驱动马达280也相对于台基部218A固定。

谐波驱动马达280包括联接到驱动面296的驱动轴294，使得驱动轴294和驱动面296一起旋转。驱动面296联接到驱动板290。驱动板290联接到内轴承座圈支撑件286。内轴承座圈支撑件286联接到旋转***件292和内轴承座圈夹板283。内轴承座圈支撑件286通过轴承284(例如，交叉滚柱轴承)可移动地联接到台基部218A。旋转***件292联接到旋转段210A，使得驱动轴294和驱动面296的旋转使旋转段210A沿相同方向旋转。尽管在图2F中未示出，但旋转机构278可包括在固定板281与内轴承座圈夹板283之间的附加部件，以提供附加的稳定性，例如以物理硬止动件的形式。此外，尽管图2F中未示出，但编码器传感器291通过编码器条289联接到马达外壳安装架288。编码器传感器291记录关于旋转段210A的旋转的信息，例如，旋转段210A的位置，其精度在0.01度分辨率下达0.1度。图2F示出了用于联接旋转机构的部件的若干螺钉(或螺栓)，但应当指出的是，这些部件可使用其他方法(例如，焊接、压力配合、胶粘等)来联接。

旋转机构278允许谐波驱动马达280在精确控制下使旋转段210A旋转，同时支撑例如来自躺在旋转段210A上的患者的高达500磅的负载。具体地讲，谐波驱动马达280可使旋转段210A围绕轴线248旋转，旋转速度高达10度/秒，并且在任一方向上旋转高达45度。此外，旋转段210A旋转，使得患者的质心的最大速度为100毫米/秒，并且达到最大速度的时间为0.5秒。在一些实施方案中，旋转机构的轴承中的一个轴承是交叉滚柱轴承(例如，具有轴承摩擦系数为大约0.0025的滚珠轴承)，其有助于进一步提供稳定性以允许旋转段210A的精确旋转，同时保持来自患者重量的悬臂负载。谐波驱动马达280可产生高达33牛顿米的扭矩，以使带有患者重量的旋转段210A旋转。在一些实施方案中，谐波驱动马达280包括保持扭矩为至少40牛顿米的内部制动器。

图2G为根据一个实施方案的图2E所示的旋转机构的底视图。谐波驱动马达280被暴露，使得例如来自外科机器人系统的柱的电线可联接到谐波驱动马达280，以向该谐波驱动马达280提供控制信号。

图2H为根据一个实施方案的台201C的可折叠段214C的等轴视图。台201C为图2A中的台201A的实施方案。台201C还包括联接到台基部218C的中心段212C。可折叠段214C使用轴承围绕平行于台基部218C的轴线252旋转。旋转可折叠段214C，使得该可折叠段214C与台基部218C和中心段212C正交。在其他实施方案中，可折叠段214C可相对于台基部218C和中心段212C旋转到其他角度。可折叠段214C包括切口部分254，例如使得更容易接近躺在台201C上的患者。在其他实施方案中，可折叠段214C不包括切口部分。

图2I为根据一个实施方案的台201D的可折叠段214D的另一个等轴视图。台201D为图2A中的台201A的实施方案。旋转可折叠段214D，使得该可折叠段214D和台基部218D相对于彼此成角度β定位。台201D包括用于可折叠段214D和中心段212D的机构，以保持旋转位置，同时将患者重量支撑在台201D上。例如，该机构是在可折叠段214D和中心段212D的接头处的摩擦制动器，该摩擦制动器将两个段保持在角度β。另选地，可折叠段214D使用轴围绕中心段212D旋转，并且该机构是锁定该轴并因此将两个段保持在固定位置的离合器。尽管在图2I中未示出，但台201D可包括马达或其他致动器，以自动将可折叠段214D相对于中心段212D旋转和锁定到特定角度。旋转可折叠段214D是有利的，例如，因为台201D的对应构型使得更容易接近躺在台201D上的患者的腹部周围的区域。

图2J为根据一个实施方案的台201E的活板门256的等轴视图。台201E为图2A中的台201A的实施方案。具体地讲，台201E包括活板门256和定位在活板门256下方的排污部件258。活板门256和排污部件258收集在外科手术期间由躺在台上的患者分泌或排放的废料，诸如流体(例如，尿液)、碎屑(例如，粪便)。容器(未示出)可定位在排污部件258下方以收集和存储废料。活板门256和排污部件258是有利的，因为它们防止废料弄脏设备或使设备处于有菌状态，该设备诸如外科机器人系统100的其他部件或与外科机器人系统100一起处于手术室中的其他外科工具。

图2K为根据一个实施方案的台201A的枢轴的等轴视图。具体地讲，台201A包括第一枢轴260和第二枢轴262。台201A围绕第一轴线264旋转。用户(例如，医师)可手动地或在外科机器人系统100的辅助下围绕第一轴线264或第二轴线266旋转台201A。外科机器人系统100还可例如通过使用控制信号来操作联接到第一枢轴260或第二枢轴262的马达，从而自动旋转台201A。马达280联接到第一枢轴260。台201A的旋转可在外科手术期间使得更容易接近躺在台201A上的患者的某些区域。具体地讲，台201A被构造成通过围绕第一轴线264旋转来将躺在台201A上的患者取向在特伦德伦伯卧位。在图2L至图2M中进一步描述台201A的旋转。

图2L为根据一个实施方案的围绕俯仰轴线264旋转的台201A的侧视图。具体地讲，台201A相对于平行于地面的平面268旋转到角度γ。

图2M为根据一个实施方案的围绕摇摆轴线266旋转的台201A的等轴视图。具体地讲，台201A相对于平行于地面的平面268旋转到角度δ。台201A被示出为透明的以暴露台201A下方的部件。该台包括一组导轨270。台201A可沿着平行于该组导轨270的轴线266侧向平移。外科机器人系统100使用例如马达或其他致动装置(未示出)侧向平移台201A。外科机器人系统100的用户也可手动平移台201A，或者在外科机器人系统100的辅助下平移。

包括上述部件的台201A的另选视图和实施方案至少在2015年9月30日提交的美国临时申请62/235,394中进一步示出和描述。

III.柱

图3A为根据一个实施方案的外科机器人系统100的柱102的侧剖面图。柱102包括用于执行外科机器人系统100的功能的电气的、机械的以及其他类型的部件。柱102包括俯仰旋转机构310、柱伸缩式套叠机构320、环伸缩式套叠机构330A和330B以及环旋转机构340A和340B。在图3B中进一步描述环旋转机构340A和340B。

外科机器人系统100使用俯仰旋转机构310使台101围绕俯仰轴线264(也在先前的图2K至图2L中示出)旋转。俯仰旋转机构310包括俯仰旋转马达312、直角齿轮箱314、俯仰旋转导螺杆316和俯仰旋转托架318。俯仰旋转马达312联接到直角齿轮箱314。俯仰旋转马达312与俯仰旋转导螺杆316正交。俯仰旋转导螺杆316可移动地联接到俯仰旋转托架318。直角齿轮箱314联接到俯仰旋转导螺杆316。俯仰旋转马达312的输出旋转使俯仰旋转导螺杆沿着轴线311平移运动。因此，俯仰旋转导螺杆318的平移运动使台101围绕俯仰轴线264旋转。

外科机器人系统100使用柱伸缩式套叠机构320竖直地平移台。柱伸缩式套叠机构320包括柱伸缩式套叠马达322、柱伸缩式套叠导螺杆324和柱伸缩式套叠导轨326。柱伸缩式套叠马达322联接到柱伸缩式套叠导螺杆324。柱伸缩式套叠马达322和柱伸缩式套叠导螺杆324相对于基部103固定。柱伸缩式套叠导螺杆324与柱伸缩式套叠导轨326接合。柱伸缩式套叠马达322的输出旋转使柱伸缩式套叠导轨326沿着沿柱伸缩式套叠导螺杆324的竖直轴线321平移。当柱伸缩式套叠导轨326沿着竖直轴线321在正方向上平移时，柱102和台101的高度增加。

柱102还包括下柱段350、中柱段352和上柱段354。下柱段350联接到基部103并且相对于基部103固定。中柱段352可移动地联接到下柱段350。上柱段354可移动地联接到中柱段352。在其他实施方案中，柱102可包括附加的或更少的柱段。

上柱段354和/或中柱段352也沿着竖直轴线321平移以延伸柱102的高度。类似地，当柱伸缩式套叠导轨326沿着竖直轴线321在负方向上平移时，柱102和台101的高度减小。此外，上柱段354和/或中柱段352也沿着竖直轴线321平移以套缩下柱段350。能够调节高度的台101是有利的，因为台101便于多种外科手术。具体地讲，一种外科手术需要将躺在台101上的患者定位在某一高度，该高度比另一种外科手术中躺在台101上的患者的高度低。在一些实施方案中，代替马达或除马达之外，柱伸缩式套叠机构320还使用其他致动装置，诸如液压或气动装置。

外科机器人系统100使用环伸缩式套叠机构330A和330B竖直地平移柱环305A和305B。环伸缩式套叠机构330A包括环伸缩式套叠马达332、环伸缩式套叠导螺杆334和环伸缩式套叠导轨336。在章节V.柱环中参考图5A至图5E进一步描述柱环。柱环305A和305B可移动地联接到柱102并沿着竖直轴线331平移。一般来讲，柱102包括用于柱102的每个柱环的环伸缩式套叠机构。具体地讲，柱102包括环伸缩式套叠机构330A和第二环伸缩式套叠机构330B。环伸缩式套叠马达332联接到环伸缩式套叠导螺杆334。环伸缩式套叠马达332和环伸缩式套叠导螺杆334相对于基部103固定。环伸缩式套叠导螺杆334与环伸缩式套叠导轨336接合。环伸缩式套叠导轨336联接到柱环305A。环伸缩式套叠马达332的输出旋转使环伸缩式套叠导轨336沿着竖直轴线331以及沿着环伸缩式套叠导螺杆334平移。当环伸缩式套叠导轨336沿着竖直轴线331在正方向或负方向上平移时，对应的柱环的高度分别增加或减小。

图3B为根据一个实施方案的柱102的等轴剖面图。柱102包括第一手风琴式面板360A和第二手风琴式面板360B。当外科机器人系统100沿着竖直轴线331分别在正方向或负方向上平移柱环305A和305B时，手风琴式面板360A和360B延伸或折叠。手风琴式面板360A和360B是有利的，因为它们保护柱102内的电气的、机械的以及其他类型的部件(例如，俯仰旋转机构310、柱伸缩式套叠机构320、环伸缩式套叠机构330A和330B以及环旋转机构340A和340B)不因流体废物和其他有害物质而弄脏或处于有菌状态。图3B示出了环旋转机构340A的等轴视图，同时环旋转机构340B被柱102遮挡。

外科机器人系统100分别使用环旋转机构340A和340B使柱环305A和305B旋转。环伸缩式套叠导轨336通过环旋转托架344联接到环旋转马达342。环旋转马达342联接到一组齿轮346。该组齿轮346包括主动齿轮346G。主动齿轮346G与柱环305A的柱环导轨348接合。环旋转马达342的输出旋转使该组齿轮346和主动齿轮346G旋转。因此，主动齿轮346G的旋转使柱环305A围绕与柱102同心的竖直轴线341旋转。柱102包括对应于柱环305B的另一个环旋转机构340B。一般来讲，环旋转机构340A和340B以及柱环305A和305B将基本上相同，然而在其他具体实施中，它们可使用不同的机构来构造。

图3C为根据一个实施方案的环旋转机构340A的顶视图。为清楚起见，图3C仅示出了环旋转机构340A的主动齿轮346G、柱环305A和柱环导轨348。在示例性使用情形中，外科机器人系统100顺时针旋转主动齿轮346G以使柱环导轨348(并因此使柱环305A)围绕竖直轴线341顺时针旋转。

包括上述部件的柱103的另选视图和实施方案至少在2015年5月15日提交的美国临时申请62/162,486和2015年5月15日提交的美国临时申请62/162,467中进一步示出和描述。

IV.柱安装式机器人臂

图4A为根据一个实施方案的具有柱安装式机器人臂470A的外科机器人系统400A的等轴视图。外科机器人系统400A包括一组机器人臂、一组柱环、台401A、柱402A和基部403A。外科机器人系统400A为图1所示的外科机器人系统100的实施方案。一般来讲，该组机器人臂包括一个或多个机器人臂，诸如机器人臂470A，其中这些机器人臂联接到一个或多个柱环，诸如柱环405A。在章节V.柱环中相对于图5A至图5E更详细描述柱环。在下文的章节VI.机器人臂中相对于图6A至图6C更详细描述机器人臂。柱环405A可移动地联接到柱402A。因此，附接到柱405A的机器人臂470A可被称为柱安装式机器人臂470A。如上所述，外科机器人系统400A使用机器人臂470A对躺在台401A上的患者执行外科手术。

图4B为根据一个实施方案的具有柱安装式机器人臂的外科机器人系统400B的等轴视图。外科机器人系统400B为图4A所示的外科机器人系统400A的实施方案。外科机器人系统400B包括多个机器人臂，即第一机器人臂470B、第二机器人臂470C、第三机器人臂470D和第四机器人臂470E，以及多个柱环，即第一柱环405B和第二柱环405C。在其他实施方案中，外科机器人系统400B可包括附加的或更少的机器人臂和/或柱环。此外，机器人臂可以各种构型联接到柱环。例如，三个机器人臂可联接到一个柱环。另外，外科机器人系统400B可包括各自联接到两个机器人臂的三个柱环。

包括上述部件的具有柱安装式机器人臂的外科机器人系统400B的另选视图和实施方案至少在2015年5月15日提交的美国临时申请62/162,486和2015年5月15日提交的美国临时申请62/162,467中进一步示出和描述。

V.柱环

图5A为根据一个实施方案的外科机器人系统(例如，外科机器人系统100、400A或400B)的柱环505的等轴视图。

柱环505包括柱环导轨510、臂安装枢轴512、臂安装基部514和一组臂安装架。该组臂安装架包括一个或多个臂安装架。具体地讲，图5A中的一组臂安装架包括第一臂安装架506A和第二臂安装架506B。一般来讲，该组臂安装架中的每个臂安装架和臂安装基部514均为圆柱形状。

第一臂安装架506A和第二臂安装架506B可移动地联接到臂安装基部514。第一臂安装架506A和第二臂安装架506B可围绕与臂安装基部514同心的轴线511一起或独立地旋转。例如，外科机器人系统400B使用臂安装基部514内或臂安装架内的马达或其他致动装置(未示出)来使第一臂安装架506A和第二臂安装架506B旋转。在一些实施方案中，第一臂安装架506A和第二臂安装架506B以预先确定的增量(例如，15度的增量)旋转。

臂安装基部514联接到臂安装枢轴512。臂安装枢轴512使用臂安装枢轴512内的马达或其他致动装置(未示出)来使臂安装基部514围绕与轴线511正交的轴线521旋转。臂安装枢轴512联接到柱环导轨510并且相对于该柱环导轨固定。旋转臂安装架514是有利的，因为联接到臂安装基部514的机器人臂(和臂安装架)可响应于台401B的旋转而重新取向。因此，联接到臂安装基部514的臂安装架的机器人臂更容易接近躺在台401B上的患者。

图5B为根据一个实施方案的图4B的台401B下方的一组柱环的底视图。该组柱环包括第一柱环405B和第二柱环405C。应当指出的是，图5B示出对准的第一柱环405B和第二柱环405C，使得臂安装架在台401B的相同侧上，而图4B示出第一柱环405B和第二柱环405C被定位，使得臂安装架在台401B的相对侧上。外科机器人系统400B可旋转柱环405B和405C以将臂安装架定位在其他构型中。例如，两个臂安装架定位在台401B的一侧上，两个臂安装架定位在台401B的相对侧上。通过使柱环围绕柱彼此独立地旋转，外科机器人系统400B可将臂安装架(以及因此安装到这些臂安装架的机器人臂)构造在更多可能的位置中。由于这种可构造性，外科机器人系统400B适应各种外科手术，因为机器人臂可接近躺在台401B上的患者的身体的任何区域(例如，上半身、身体核心或下半身)。在一些实施方案中，柱环的每个臂安装架包括凹口516，该凹口有利于将机器人臂附接到臂安装架。

图5C为根据一个实施方案的安装到图4B的柱402B的一组柱环的等轴视图。类似于图5B，图5C示出了在外科机器人系统400B的同一侧上对准的所有臂安装架。

图5D为根据一个实施方案的柱环的臂安装架506C的等轴剖面图。臂安装架506C包括臂安装架伸缩式套叠机构520和一组臂安装架段。臂安装架伸缩式套叠机构520包括臂安装架伸缩式套叠马达522、臂安装架伸缩式套叠导螺杆524和臂安装架伸缩式套叠导轨526。一般来讲，该组臂安装架段包括一个或多个臂安装架段。具体地讲，图5D中的一组臂安装架段包括下臂安装架段530、中臂安装架段532和上臂安装架段534。机器人臂段571(例如，图4B中的机器人臂470B的机器人臂段)联接到上臂安装架段534。中臂安装架段532和上臂安装架段534可移动地联接到下臂安装架段530。下臂安装架段530联接到臂安装基部(例如，图5A中的臂安装基部514)。

外科机器人系统400B使用臂安装架伸缩式套叠机构520沿着轴线531平移臂安装架506C。在图5D中，轴线531处于水平取向，但应当指出的是，在其他实施方案中，轴线531处于竖直或任何其他取向。臂安装架伸缩式套叠马达522联接到臂安装架伸缩式套叠导轨526。臂安装架伸缩式套叠导轨526与臂安装架伸缩式套叠导螺杆524接合。臂安装架伸缩式套叠导螺杆524相对于下臂安装架段530固定。臂安装架伸缩式套叠马达522的输出旋转使臂安装架伸缩式套叠导轨526沿着竖直轴线531平移。臂安装架506C的平移是有利的，因为如果臂安装架506C延伸，则安装到臂安装架506C的机器人臂在外科手术期间可更容易接近躺在台401B上的患者。

图5E为根据一个实施方案的处于伸缩式套叠构型的臂安装架506C的等轴剖面图。在该伸缩式套叠构型中，上臂安装架段534和中臂安装架段532在正轴线531方向上延伸以有利于臂安装架506C的延伸。

包括上述部件的柱环505的另选视图和实施方案至少在2015年5月15日提交的美国临时申请62/162,486和2015年5月15日提交的美国临时申请62/162,467中进一步示出和描述。

VI.机器人臂

图6A为根据一个实施方案的外科机器人系统(例如，外科机器人系统100、400A或400B)的机器人臂670的等轴视图。一般来讲，机器人臂670包括一组机器人臂段，诸如机器人臂段671、672、673、674、675、676和677。每个臂段在臂段接头处可移动地联接到至少一个其他臂段。具体地讲，第一臂段671可移动地联接到第二臂段672，第二臂段672可移动地联接到第三臂段673等等。第一臂段671可移动地联接到臂安装架(例如，图5A中的臂安装架506A)。第七臂段677(或包括不同于七个的多个臂段的一组臂段中的最后一个臂段)联接到外科器械。第七臂段677还可包括用于保持外科器械的机构，诸如夹具或机器人手指。机器人臂670使用机器人臂段内部的电气和机械部件，诸如马达、齿轮和传感器，以使这些臂段在臂段接头处旋转。

机器人臂670从例如容纳在图4B中的柱402B中的机器人臂控制系统接收控制信号。在一些实施方案中，机器人臂670从位于柱402B外部或与外科机器人系统400B分开的机器人臂控制系统接收控制信号。一般来讲，机器人臂670可包括向机器人臂控制系统提供传感器数据的传感器。具体地讲，压力传感器提供力反馈信号，并且编码器或电位差计提供对臂段的旋转的测量。机器人臂控制系统使用传感器数据来生成提供给机器人臂670的控制信号。由于每个臂段可相对于另一个相邻段旋转，因此每个臂段向机器人臂670的机械系统提供附加的自由度。通过旋转这些机器人臂段，外科机器人系统400B定位联接到机器人臂670的外科器械，使得该外科器械能够接近正在接受外科手术的患者。在章节VII.针对执行外科手术的系统取向中参考图7A至图7F进一步描述外科机器人系统400B的机器人臂的构型。

图6B为根据一个实施方案的机器人臂670的臂段接头610的等轴视图。第一臂段671A和第二臂段672A为图6A中的臂段中的任一臂段的实施方案。臂段671A和672A为圆柱形状并且在平面612处连接。第一臂段671A围绕垂直于平面612的轴线611相对于第二臂段672A旋转。此外，轴线611垂直于第二臂段672A的平面614并且垂直于第一臂段671A的平面616。即，轴线611相对于臂段671A和672A是纵向的。

图6C为根据一个实施方案的机器人臂670的另一个臂段接头620的等轴视图。臂段671B和672B在平面622处连接。与图6B所示的圆柱形状臂段不同，臂段671B和672B各自分别包括弯曲部分628和630。第一臂段671B围绕垂直于平面622的轴线621相对于第二臂段672B旋转。轴线621不垂直于臂段672B的平面624并且不垂直于臂段671B的平面626。在一些实施方案中，旋转轴线垂直于臂段接头的一个臂段的平面，但不垂直于该臂段接头的另一个臂段的平面。

包括上述部件的机器人臂670的另选视图和实施方案至少在2015年5月15日提交的美国临时申请62/162,486和2015年5月15日提交的美国临时申请62/162,467中进一步示出和描述。

VII.针对执行外科手术的系统取向

图4B中的外科机器人系统400B使用一组机器人臂中的柱安装式机器人臂执行各种外科手术。外科机器人系统400B构造柱安装式机器人臂以在外科手术之前、期间和/或之后接近躺在台401B上的患者的身体部位。这些柱安装式机器人臂接近患者腹股沟附近的部位以进行外科手术，诸如输尿管镜检查术、经皮肾镜取石术(PCNL)、结肠镜检查和荧光镜透视检查。这些柱安装式机器人臂接近患者的核心(例如，腹部)区域附近的部位以进行外科手术，诸如***切除术、结肠切除术、胆囊切除术和***。这些柱安装式机器人臂接近患者头部附近的部位以进行外科手术，诸如支气管镜检、内镜逆行胰胆管造影(ERCP)。

外科机器人系统400B自动重新构造柱安装式机器人臂、柱环、柱和台以执行不同的外科手术。外科机器人系统400B的每个子系统和部件的特征使得同一组机器人臂能够接近大的工作区域和多个工作区域(基于构型)，以对患者执行各种外科手术。具体地讲，如上所述，除了其他可能的构型之外，机器人臂还可被构造成处于第一构型以接近患者的腹股沟区域、处于第二构型以接近患者的腹部区域以及处于第三构型以接近患者的头部区域。由机器人臂的臂段、柱环、柱和台提供的自由度有助于广范围的构型。外科机器人系统400B包括将计算机程序指令存储在例如非暂态计算机可读存储介质(诸如永磁存储驱动器、固态驱动器等)内的计算机系统。当由该计算机系统的处理器执行时，这些指令使外科机器人系统400B的部件自动重新构造，而无需用户(例如，医师)的干预或干预最少。例如，基于这些指令，该计算机系统将电子控制信号发送到机器人臂的马达。响应于接收到该控制信号，这些马达使机器人臂的臂段旋转到某个位置。医师或另一个用户可通过创建指令并将这些指令提供给计算机系统来设计外科机器人系统的构型。例如，将这些指令上传到计算机系统的数据库。外科机器人系统400B的自动可构造性是有利的，因为该自动可构造性节省了资源。具体地讲，外科机器人系统400B减少了用户为外科手术设置外科机器人系统400B所花费的时间量。此外，通过将外科机器人系统400B用于各种外科手术，用户减少了他们需要购买、维护、存储和学习进行操作的外科设备的数量。

包括上述部件的具有柱安装式机器人臂的外科机器人系统400B的使用情形的另选视图和实施方案至少在2015年5月15日提交的美国临时申请62/162,486和2015年5月15日提交的美国临时申请62/162,467中进一步示出和描述。

VII.A.下半身外科手术

图7A为根据一个实施方案的具有柱安装式臂的外科机器人系统700A的等轴视图，这些柱安装式臂被构造成接近患者708的下半身区域。外科机器人系统700A为图4B中的外科机器人系统400B的实施方案(但包括比图4B中的该外科机器人系统更多的部件)。具体地讲，外科机器人系统700A包括一组机器人臂(总共包括五个机器人臂)和一组三个柱环。第一机器人臂770A和第二机器人臂770B联接到第一柱环705A。第三机器人臂770C和第四机器人臂770D联接到第二柱环705B。第五机器人臂770E联接到第三柱环705C。图7A示出了躺在台701上正在接受外科手术(例如，输尿管镜检查术)的患者708的线框图，该外科手术需要接近患者708的下半身区域。患者708的腿部未被示出，以便不遮挡外科机器人系统700A的多个部分。

外科机器人系统700A构造一组机器人臂以在患者708的下半身区域上执行外科手术。具体地讲，外科机器人系统700A构造该组机器人臂以操纵外科器械710。图7A示出了沿着虚拟导轨790将外科器械710***患者708的腹股沟区域中的一组机器人臂。一般来讲，虚拟导轨790为该组机器人臂沿着其平移外科器械(通常为伸缩式套叠器械)的同轴轨线。第二机器人臂770B、第三机器人臂770C和第五机器人臂770E联接到(例如，保持)外科器械710。第一机器人臂770A和第四机器人臂770D被收起在外科机器人系统的侧面，因为它们不一定是图7A所示的外科手术(或该外科手术的至少一部分)所需的。机器人臂被构造，使得它们从远离患者708的距离操纵外科器械710。这是有利的，例如因为通常更靠近患者身体的可用空间有限，或者在患者708周围存在无菌边界。此外，在外科设备周围还可存在无菌盖布。在外科手术期间，仅允许无菌物体通过无菌边界。因此，外科机器人系统700A仍然可使用定位在无菌边界之外并且覆盖有消毒盖布的机器人臂来执行外科手术。

在一个实施方案中，外科机器人系统700A构造一组机器人臂以对患者708执行内窥镜检查外科手术。该组机器人臂保持内窥镜，例如外科器械710。该组机器人臂经由患者708的腹股沟区域中的开口将内窥镜***该患者体内。该内窥镜为柔性且细长的管状器械，具有光学部件诸如相机和光缆。这些光学部件收集表示患者体内的部位的图像的数据。外科机器人系统700A的用户使用该数据来辅助执行内窥镜检查。

图7B为根据一个实施方案的具有柱安装式臂的外科机器人系统700A的顶视图，这些柱安装式臂被构造成接近患者708的下半身区域。

图7C为根据一个实施方案的成像装置740和具有柱安装式臂的外科机器人系统700B的等轴视图，这些柱安装式臂被构造成接近患者708的下半身区域。外科机器人系统700B为图4B所示的外科机器人系统400B的实施方案。外科机器人系统700B包括一对马镫部720，该对马镫部支撑患者708的腿部，从而暴露患者708的腹股沟区域。一般来讲，成像装置740捕获患者708体内的身体部分或其他对象的图像。成像装置740可为通常用于荧光镜透视类外科手术的C形臂(也被称为移动C形臂)或另一种类型的成像装置。C形臂包括生成器、检测器和成像系统(未示出)。该生成器联接到C形臂的底侧端部并且面朝上朝向患者708。该检测器联接到C形臂的顶侧端部并且面朝下朝向患者708。该生成器向患者708发射X射线波。这些X射线波穿透患者708并被检测器接收。基于所接收的X射线波，成像系统740生成患者708体内的身体部分或其他对象的图像。台401B的旋转段210侧向旋转，使得患者708的腹股沟区域在C形臂成像装置740的生成器与检测器之间对准。C形臂是体积较大的装置，具有需要安置在患者身体下方的覆盖区。具体地讲，C形臂的生成器需要位于患者的手术区域(例如，腹部区域)下方。在安装到柱的典型外科手术床中，柱妨碍C形臂生成器的定位，例如因为该柱也在手术区域下方。相比之下，由于旋转段210的可构造性，外科机器人系统700B可构造台401B，使得C形臂、机器人臂和用户(例如，医师)具有足够的空间来在患者身体的工作区域上执行外科手术。在一个示例性使用情形中，台401B沿着台401B的纵向轴线侧向平移，使得机器人臂可接近台401B上的患者的腹股沟或下腹部区域。在另一个示例性使用情形中，通过使旋转段210旋转远离柱402B，C形臂740的生成器可定位在患者708的腹股沟区域下方。旋转段210(其中患者躺在旋转段210上)可相对于台401B的纵向轴线旋转至少45度，而不会使外科机器人翻倒。具体地讲，外科机器人系统不会翻倒，因为该外科机器人系统的质心(例如，组合的至少台、床和基部的质心)定位在基部的覆盖区上方。在章节VIII.基部中参考图8G至图8J进一步描述的外伸支腿脚轮可提供进一步的稳定性，以防止外科机器人系统在旋转段旋转远离台时翻倒。

外科机器人系统700B使用一组柱安装式机器人臂来操纵外科器械710。这些机器人臂中的每个机器人臂联接到(例如，保持)外科器械710。外科机器人系统700B使用这些机器人臂来将外科器械710沿着虚拟导轨790***患者的腹股沟区域中。

图7D为根据一个实施方案的成像装置740和具有柱安装式臂的外科机器人系统700B的顶视图，这些柱安装式臂被构造成接近患者708的下半身区域。

VII.B.核心身体外科手术

图7E为根据一个实施方案的具有柱安装式臂的外科机器人系统700B(或400B)的等轴视图，这些柱安装式臂被构造成接近患者708的核心身体区域。外科机器人系统700B已经从图7C至图7D所示的构型(其中机器人臂接近患者708的下半身区域)重新构造。在台包括旋转段210的实施方案中，台的旋转段210与该台的其余部分同轴旋转。躺在台401B上的患者708正在接受外科手术(例如，***切除术或腹腔镜检查术)，该外科手术需要接近患者708的核心身体区域。每个机器人臂操纵外科器械以执行该外科手术。外科机器人系统700B将柱环405B和405C朝向台401B升高，使得机器人臂更容易接近患者708。此外，外科机器人系统700B旋转柱环，使得这些机器人臂中的两个机器人臂从台401B的一侧延伸，并且另外两个机器人臂从401B的相对侧延伸。因此，这些机器人臂在外科手术期间不太可能妨碍彼此(例如，一个机器人臂阻挡另一个机器人臂的运动)。

VII.C.上半身外科手术

图7F为根据一个实施方案的具有柱安装式臂的外科机器人系统700B(或400B)的等轴视图，这些柱安装式臂被构造成接近患者708的上半身区域。外科机器人系统700B已经从图7E所示的构型(其中机器人臂接近患者708的核心身体区域)重新构造。在台包括旋转段210的实施方案中，台的旋转段210与该台的其余部分同轴旋转。躺在台401B上的患者708正在接受外科手术(例如，支气管镜检)，该外科手术需要接近患者708的上半身区域，特别是患者708的头部。机器人臂470C和机器人臂470D沿着虚拟导轨790将外科器械710D(例如，支气管镜)***患者708的口中。机器人臂470B联接到(例如，保持)插管器750。插管器750为将支气管镜引导到患者708的口中的外科器械。具体地讲，支气管镜沿着虚拟导轨790的轨线开始为平行于患者708。插管器750恰好在支气管镜进入口中之前改变虚拟导轨790的角度。机器人臂470E(图7F中未示出)不用于外科手术，因此被收起来。

VIII.基部

图8A为根据一个实施方案的外科机器人系统800A的基部403A的等轴视图。外科机器人系统800A为图4B中的外科机器人系统400B的实施方案。当不使用机器人臂时，外科机器人系统800A将柱安装式机器人臂和/或柱环(未示出)存储在基部403B内。基部403B包括覆盖存储的机器人臂的第一面板820A和第二面板820B。第一面板820A和第二面板820B是有利的，因为它们防止废料使存储的机器人臂处于有菌状态或以其他方式污染存储的机器人臂。

图8B为根据一个实施方案的基部403B的开口面板的等轴视图。第一面板820A和第二面板820B枢转远离柱802A，使得柱安装式机器人臂进入基部403B的内部。第一面板820A包括切口830A，并且第二面板820B包括近侧切口830B。切口830A和830B适形于柱402B的形状，使得面板820A和820B在闭合时围绕柱402B形成密封。外科机器人系统800A可使用马达或其他致动装置来自动打开和闭合第一面板820A和第二面板820B。外科机器人系统800A的用户也可手动打开和闭合第一面板820A和第二面板820B。

图8C为根据一个实施方案的收起在外科机器人系统800B的基部403B内的机器人臂的等轴视图。外科机器人系统800B为图4B所示的外科机器人系统400B的实施方案。当不使用机器人臂时，外科机器人系统800B将柱安装式机器人臂470B和470D以及柱环405B和405C存储在基部403B内。基部403B包括覆盖存储的机器人臂和柱环的第一面板820A和第二面板820B。第一面板820A包括切口830C。第二面板820B也包括切口(由于被其他部件遮挡而未示出)。这些切口适形于柱402B的形状，使得面板820A和820B在闭合时围绕柱402B形成密封。

第一面板820A和第二面板820B侧向平移，以为机器人臂和柱环提供进入基部403B的通路。图8C示出了平移以形成开口的第一面板820A和第二面板820B。该开口可足够大以为机器人臂提供通路，但不会太大以便即使在面板打开时也仍然为机器人臂提供保护。机器人臂470D和柱环405C收起在基部403B内。机器人臂470B和柱环405B在基部403B之外，但它们也可收起在基部403B内。外科机器人系统800B可使用马达或其他致动装置来自动打开和闭合第一面板820A和第二面板820B。外科机器人系统800B的用户也可手动打开和闭合第一面板820A和第二面板820B。

图8D为根据一个实施方案的收起在外科机器人系统700A的台701下方的机器人臂的等轴视图。具体地讲，每个机器人臂的臂段旋转，使得该机器人臂处于用于收起的紧凑构型。外科机器人系统700A升高第一柱环705A和第二柱环705B，并且朝向柱702的中心降低第三柱环705C。这样，机器人臂在收起构型中具有足够的空间，而不会妨碍彼此。在一个实施方案中，柱702包括机器人臂上方的覆盖件(例如，类似于面板820A和820B)，以保护机器人臂免受污染或损坏。

图8E为根据一个实施方案的收起在外科机器人系统400B的基部403B上方的机器人臂的等轴视图。机器人臂470B、470C、470D和470E处于收起构型。具体地讲，每个机器人臂的臂段旋转，使得该机器人臂处于用于收起的紧凑构型。外科机器人系统400B沿着柱402B降低第一柱环405B和第二柱环405C，使得收起的机器人臂搁置在基部403B上并且远离台401B。覆盖件(未示出，诸如盖布或面板)可用于覆盖收起的机器人臂，以防止其处于有菌状态或受到其他污染。

图8F为根据一个实施方案的收起在外科机器人系统800C的基部403B上方的机器人臂的另一个等轴视图。机器人臂为导轨安装式而非柱安装式。在章节IX.导轨安装式机器人臂中参考图9A至图9B以及在章节X.导轨中参考图10A至图10D进一步描述导轨安装式机器人臂。外科机器人系统800C是在章节IX.导轨安装式机器人臂中参考图9B进一步描述的外科机器人系统900B的实施方案。机器人臂870C、870D、870E、870F、870G和870H处于收起构型。

图8G为根据一个实施方案的外科机器人系统的基部803上的外伸支腿脚轮的等轴视图。图8G所示的基部803包括四个外伸支腿脚轮840A、840B、840C和840D，每个外伸支腿脚轮基本上彼此相同并且定位在基部803的不同拐角处，但应当指出的是，在其他实施方案中，基部可包括定位在基部上的其他位置中的任何数量的外伸支腿脚轮。外伸支腿脚轮840A、840B、840C和840D各自处于移动构型，即脚轮物理地接触地面。因此，当不使用外科机器人系统时，该外科机器人系统的用户可使用脚轮将该其转移到例如存储区域。

图8H为根据一个实施方案的外科机器人系统的基部803上的外伸支腿脚轮840A、840B、840C和840D的另一个等轴视图。外伸支腿脚轮840A、840B、840C和840D各自处于固定构型，即外伸支腿脚轮旋转，使得脚轮不物理地接触地面。因此，外科机器人系统可在外科手术期间被稳定和固定。

图8I为根据一个实施方案的处于移动构型的外伸支腿脚轮840A的侧视图。外伸支腿脚轮840A包括可移动地联接到外伸支腿安装架844的脚轮842。外伸支腿安装架844与底座846连接。第一连杆848通过第一铰链850可移动地联接到外伸支腿安装架844。第二连杆852通过第二铰链854可移动地联接到外伸支腿安装架844。在移动构型中，脚轮842可旋转以沿着地面移动外伸支腿脚轮840。

图8J为根据一个实施方案的处于固定构型的外伸支腿脚轮840A的侧视图。在固定构型中，脚轮842可自由旋转，但是脚轮842不移动外伸支腿脚轮840A，因为脚轮842不与地面物理接触。外科机器人系统(或用户)旋转外伸支腿脚轮840A例如90度，以将外伸支腿脚轮840A从移动构型改变为固定构型。因此，底座846现在物理地接触地面，并且有助于防止外科机器人系统移动。底座846可具有比脚轮842更大的覆盖面，以在地面上提供附加的稳定性。连杆848和852被定位，使得它们不妨碍外伸支腿脚轮840A的旋转路径。与具有针对脚轮和稳定的单独机构相比，将脚轮842和底座846组合在外伸支腿脚轮840A中是有利的，例如因为外伸支腿脚轮840A允许外科机器人系统使用紧凑机构在移动构型与固定构型之间改变。此外，在包括旋转段的外科机器人系统的使用情形中，该旋转段使躺在该旋转段上的患者旋转远离对应的台(例如，如图7C至图7D所示)，而外伸支腿的底座(在固定构型中)有助于防止该外科机器人系统由于患者的质心延伸超过台基部而翻倒。

包括上述部件的基部403B的另选视图和实施方案至少在2015年8月11日提交的美国临时申请62/203,530中进一步示出和描述。

IX.导轨安装式机器人臂

图9A为根据一个实施方案的具有一个导轨安装式机器人臂的外科机器人系统900A的等轴视图。外科机器人系统900A包括一组机器人臂(包括至少臂470A)和一组基部导轨(包括至少基部导轨980A)。机器人臂470A联接到基部导轨980A。在下文的章节X.导轨中相对于图10A至图10D进一步描述基部导轨。基部导轨980A可移动地联接到基部103。因此，机器人臂470A可被称为导轨安装式机器人臂470A。

图9B为根据一个实施方案的具有多个导轨安装式机器人臂的外科机器人系统900B的等轴视图。外科机器人系统900B包括各自联接到第一基部导轨980B或第二基部导轨980C的机器人臂470B、470C、470D和470E。第一基部导轨980B和第二基部导轨980C可移动地联接到基部103。

在其他实施方案中，外科机器人系统900B可包括附加的或更少的机器人臂和/或基部导轨。此外，机器人臂可以各种构型联接到基部导轨。例如，三个机器人臂可联接到一个基部导轨。另外，外科机器人系统900B可包括各自联接到一个机器人臂的三个基部导轨。

外科机器人系统900B可通过相对于基部103平移基部导轨来平移安装到基部导轨的机器人臂。这些基部导轨可平移超过基部103的起始覆盖面，这允许机器人臂在更大的空间中操作。此外，外科机器人系统900B可通过相对于基部导轨平移机器人臂来使安装到基部导轨的机器人臂彼此独立地平移。这是有利的，例如因为外科机器人系统900B可将机器人臂定位在不同的构型中以执行各种外科手术。

包括上述部件的具有导轨安装式机器人臂的外科机器人系统900B的另选视图和实施方案至少在2015年7月17日提交的美国临时申请62/193,604和2015年8月5日提交的美国临时申请62/201,518中进一步示出和描述。

X.导轨

图10A为根据一个实施方案的外科机器人系统1000的基部导轨的等轴视图。基部导轨包括各自可移动地联接到该基部导轨的一组一个或多个臂安装架。此外，每个臂安装架为先前在章节V.柱环中参考图5A描述的臂安装架506A或506B的实施方案。具体地讲，基部导轨980B包括臂安装架1006A、1006B和1006C。

图10B为根据一个实施方案的基部导轨980B上的臂安装架的等轴视图。臂安装架1006A、1006B和1006C各自包括带和小齿轮组件。具体地讲，臂安装架1006A的带和小齿轮组件包括托架1012、马达1014、带1016和小齿轮1018。臂安装架1006B和1006C的带和小齿轮组件也类似地构造。

外科机器人系统1000使用带和小齿轮组件沿着基部导轨平移臂安装架，并且因此平移安装到该臂安装架的机器人臂。具体地讲，臂安装架1006A通过托架1012可移动地联接到基部导轨980B的通道1020。托架1012联接到马达1014、带1016和小齿轮1018。马达1014通过带1016联接到小齿轮1018。因此，马达1014的输出旋转使小齿轮1018旋转。小齿轮1018与基部导轨980B的导轨导螺杆1010接合。小齿轮1018的旋转使臂安装架1006A沿着基部导轨980B平行于导轨导螺杆1010平移。

图10C为根据一个实施方案的基部导轨980B上的臂安装架1006A的等轴剖面图。臂安装架1006A包括带和小齿轮组件。具体地讲，该带和小齿轮组件包括马达1014、带1016、小齿轮1018和轴承1022。外科机器人系统1000使用带和小齿轮组件沿着基部导轨980B平移臂安装架1006A，并且因此平移安装到臂安装架1006A的机器人臂。马达1014通过带1016联接到小齿轮1018。因此，马达1014的输出旋转使小齿轮1018旋转。小齿轮1018联接到轴承1022。在一些实施方案中，轴承1022与基部导轨980B形成齿条和小齿轮组件。具体地讲，轴承1022是齿轮(即，小齿轮)并且与基部导轨980B的齿条1024接合。小齿轮1018的旋转使轴承1022沿着基部导轨980B平行于齿条1024平移。因此，臂安装架1006A也沿着基部导轨980B平移。

图10D为根据一个实施方案的基部导轨980B的剖视图。剖视图1000A示出了基部导轨980B的一个实施方案的基本轮廓。剖视图1000B示出了基部导轨980B的一个实施方案的增强轮廓。增强轮廓的下段1030B的尺寸大于基本轮廓的下段1030A的尺寸。因此，增强轮廓是有利的，例如因为相比于基础轮廓，增强轮廓使得基部导轨980B能够承受更大的负载。基本轮廓和增强轮廓两者均具有T形狭槽附接件1040，该T形狭槽附接件与外科机器人系统的基部上的对应T形狭槽接合。

包括上述部件的基部导轨980A、980B和980C的另选视图和实施方案至少在2015年7月17日提交的美国临时申请62/193,604和2015年8月5日提交的美国临时申请62/201,518中进一步示出和描述。

XI.另选构型

XI.A混合构型

图11为根据一个实施方案的具有柱安装式机器人臂和导轨安装式机器人臂的外科机器人系统1100的等轴视图。由于包括柱安装式机器人臂和导轨安装式机器人臂两者的混合构型，相比于仅具有柱安装式机器人臂或仅具有导轨安装式机器人臂的外科机器人系统，外科机器人系统1100可将机器人臂构造在更多(或不同类型)的位置。此外，外科机器人系统1100利用使用柱环的机器人臂的旋转运动以及使用基部导轨的机器人臂的平移运动。

XI.B.基于推车的机器人臂柱

图12为根据一个实施方案的外科机器人系统1200的等轴视图，其中柱安装式机器人臂在柱402B上，该柱和基部403B(例如，作为独立的站立推车)与外科机器人系统1200的台101、柱102和基部103分开。外科机器人系统1200构造机器人臂以接近躺在台101上的患者708的下半身区域。在一个实施方案中，将机器人臂安装在包括与柱102(该柱联接到患者所在的台101)分开的柱402B的推车上是有利的。例如因为具有与台一起安装到同一柱的机器人臂的外科机器人系统至少在台延伸经过柱102的角度上受到限制，与之相比，外科机器人系统1200可将机器人臂构造在更多(或不同类型)的位置。此外，该推车可包括外伸支腿脚轮(例如，先前在章节VIII.基部中参考图8G至图8J描述的外伸支腿脚轮)，这些外伸支腿脚轮允许用户更容易地转移机器人臂或保持推车固定。单独安装机器人臂还可减少联接到患者所在的台的柱的部件数量和复杂性。

外科机器人系统1100、外科机器人系统1200和包括上述部件的其他外科机器人系统的另选视图和实施方案至少在下述申请中进一步示出和描述：2015年5月15日提交的美国临时申请62/162,486、2015年5月15日提交的美国临时申请62/162,467、2015年7月17日提交的美国临时申请62/193,604、2015年8月5日提交的美国临时申请62/201,518、2015年8月11日提交的美国临时申请62/203,530和2015年9月30日提交的美国临时申请62/235,394。

XII.可调式臂支撑件

机器人外科(或医疗)系统可包括如本章节所述的用于支撑一个或多个机器人臂的可调式臂支撑件。所述可调式臂支撑件可被构造成附接到台、所述台的柱支撑件或所述台的基部以从所述台下方的位置展开所述可调式臂支撑件和所述机器人臂。在一些实施方案中，可调式臂支撑件可附接到床(或台)或邻近床定位的推车。在一些示例中，可调式臂支撑件包括其上安装有一个或多个机器人臂的杆、轨道或导轨。在一些实施方案中，可调式臂支撑件包括允许调节杆、轨道或导轨的位置的至少三个或四个自由度。所述自由度中的一个自由度可允许相对于所述台竖直地调节所述可调式臂支撑件。将参考图13A至图20的示例详细描述可调式臂支撑件的这些特征和其他特征。

图13A和图13B分别为根据一个实施方案的包括可调式臂支撑件1305的外科机器人系统1300的等轴视图和端视图。可调式臂支撑件1305可被构造成相对于台1301支撑一个或多个机器人臂(参见例如图14A至图15B)。如下文将更详细地描述的，可调式臂支撑件1305可被构造，使得其可相对于台1301移动，以调节和/或改变可调式臂支撑件1305和/或安装到可调式臂支撑件1305的任何机器人臂相对于台1301的位置。例如，可调式臂支撑件1305可包括相对于台1301的一个或多个自由度，以允许调节可调式臂支撑件1305。尽管图13A和13B示出的系统1300仅包括单个可调式臂支撑件1305，但在一些实施方案中，系统可包括多个可调式臂支撑件(参见例如图14A的系统1400，其包括两个可调式臂支撑件1305A、1305B)。

包括如本章节所述的可调式臂支撑件1305的外科机器人系统可被设计来解决已知外科机器人系统的一个或多个问题。例如，一些外科机器人系统的一个问题是它们可能体积较大，占据大量空间。这通常是因为需要大型且精细的支撑结构来定位机器人臂以执行机器人外科手术。一些外科机器人系统包括机器人臂支撑结构，这些机器人臂支撑结构在机器人外科手术期间将多个机器人臂支撑在支撑患者的台上方。例如，一些外科机器人系统包括将一个或多个机器人臂悬置在台上方的支撑结构。这些支撑结构相当庞大，因为例如它们必须在台上方和台上延伸。

一些外科机器人系统的另一个问题是它们可能过于复杂。由于例如如上所述的一些外科机器人系统所需的庞大的支撑结构，这些系统不易移动，这可能是不利的。在外科手术之前和之后，可能期望快速且顺利地从外科手术区域清除机器人臂，以方便地将患者放到台上或从台上移开。已经证明这对于一些外科机器人系统是困难的，因为这些系统的支撑结构庞大且复杂。一些外科机器人系统不容易存储或移动。

此外，一些外科机器人系统的灵活性或多变性有限。即，一些外科机器人系统被设计用于特定的外科手术，并且因此不能很好地用于其他类型的外科手术。例如，被构造用于腹腔镜式外科手术的外科机器人系统可能不能很好地用于内窥镜式外科手术，反之亦然。在一些情况下，这是因为在不同类型的外科手术期间，在手术期间使用的机器人臂需要相对于患者和/或台定位在不同的位置，并且常规外科机器人系统的支撑结构不能适应机器人臂的不同位置。此外，如上所述，一些外科机器人系统包括将一个或多个机器人臂置在患者和台上方的支撑结构。可能难以在机器人臂安装在该位置的情况下执行某些医疗手术。

最后，一些外科机器人系统包括固定安装到对应的支撑结构的机器人臂和/或固定安装或定位的支撑结构本身。这些系统仅可依靠机器人臂的关节运动来调节机器人臂和/或安装到其上的外科工具的位置。因为臂和/或支撑件位置固定，这会极大地限制这些系统的总体灵活性。一些系统的机器人臂和/或支撑件的固定可进一步限制这些系统在外科手术期间避免臂与/或其他物体(例如，患者、台、其他设备等)之间的碰撞的能力。

例如，如图13A和图13B所示，包括可调式臂支撑件1305的系统1300以及本申请中描述的其他系统可被构造成解决(例如，减少或消除)与上述一些外科机器人系统相关联的问题中的一个或多个问题。例如，本文所述的系统可比一些系统体积小。本文所述的系统可占据比一些系统更少的物理空间。本文所述的系统可能没有一些系统那么复杂。例如，本文所述的系统可容易地移动和/或可被构造成快速且容易地存储臂支撑件和机器人臂，以方便接近患者和/或台。本文所述的系统可为高度灵活的并且被构造用于各种各样的外科手术中。例如，在一些实施方案中，这些系统被构造用于腹腔镜式手术和内窥镜式手术两者。本文所述的系统可被构造成减少各个机器人臂与手术室中的其他对象之间的碰撞。

在一些实施方案中，这些优点中的一个或多个优点可通过包括如本文所述的一个或多个可调式臂支撑件1305来实现。如上所述，可调式臂支撑件1305可被构造，使得其能够相对于台1301移动，以调节和/或改变可调式臂支撑件1305和/或安装到可调式臂支撑件1305的任何机器人臂相对于台1301的位置。例如，可调式臂支撑件1305可能够被收起(例如，在台1301下方)并随后被升高以供使用。在一些实施方案中，可调式臂支撑件1305可被收起在支撑台1301的基部中或附近。在一些实施方案中，可调式臂支撑件1305可被收起在沿着基部的中心纵向轴线形成的一个或多个凹槽中。在其他实施方案中，可调式臂支撑件1305可被收起在从基部的中心纵向轴线偏离的一个或多个凹槽中。在升高时，可调式臂支撑件1305可定位在患者附近，但在台1301下方(例如，在台1301的上表面下方)。在其他实施方案中，臂支撑件1305可升高到台1301上方(例如，台的上表面上方)。例如当可调式臂支撑件定位在侧躺的患者后面时，这种构型可为有用的。

在一些实施方案中，可调式臂支撑件1305通过提供若干自由度(例如，提升、侧向平移、倾斜等)的支撑结构附接到床。在图13A和图13B的例示的实施方案中，臂支撑件1305被构造成具有四个自由度，这些自由度在图13A中用箭头示出。第一自由度允许在z方向上(例如，Z提升)调节可调式臂支撑件。例如，如下文将描述的，可调式臂支撑件1305可包括滑架1309，该滑架被构造成沿着或相对于支撑台1301的柱1302向上或向下移动。第二自由度可允许可调式臂支撑件1305倾斜。例如，可调式臂支撑件1305可包括旋转接头，该旋转接头可例如允许臂支撑件1305在特伦德伦伯卧位与床对准。第三自由度可允许可调式臂支撑件向上枢转，如图所示。如下文将描述的，该自由度可用于调节台1301的侧面与可调式臂支撑件1305之间的距离。第四自由度可允许可调式臂支撑件1305沿着台的纵向长度平移。通过提供各种机器人臂可以附接到的高度可定位的支撑件，包括这些自由度中的一个或多个自由度的臂支撑件1305可解决与上述一些系统相关联的问题中的一个或多个问题。可调式臂支撑件1305可允许调节机器人臂相对于例如台1301的位置。在一些实施方案中，可连续地控制这些自由度，其中相继执行一个移动又一个动作。在其他实施方案中，可并行控制不同的自由度。例如，在一些实施方案中，一个或多个线性致动器可提供Z提升和倾斜两者。

现在将继续参考图13A和图13B更详细地描述可调式臂支撑件1305的这些自由度以及其他特征，图13A和图13B分别为根据一个实施方案的包括可调式臂支撑件1305的外科机器人系统1300的等轴视图和端视图。在例示的实施方案中，系统1300包括台1301。在一些实施方案中，台1301可类似于上述的台。在例示的实施方案中，台1301由安装到基部1303的柱1302支撑。基部1303可被构造成搁置在支撑表面诸如地板上。因此，基部1303和柱1302相对于支撑表面支撑台1301。图13B示出了支撑表面平面1331。在一些实施方案中，台1301可由一个或多个支撑件支撑，其中这些支撑件中的一个支撑件包括柱1302。例如，台1301可由包括多个平行致动器的斯图尔特机构支撑。

系统1300还可包括可调式臂支撑件1305。在例示的实施方案中，可调式臂支撑件1305安装到柱1302。在其他实施方案中，可调式臂支撑件1305可安装到台1301或基部1303。如上所述，可调式臂支撑件1305被构造，使得可相对于台1301调节可调式臂支撑件1305的位置。在一些实施方案中，还可相对于柱1302和/或基部1303调节可调式臂支撑件1305的位置。

可调式臂支撑件1305可包括滑架1309、杆或导轨连接件1311以及导轨1307。一个或多个机器人臂可安装到导轨1307，如例如图14A至图15B所示。例如，在一些实施方案中，一个、两个、三个或更多个机器人臂可安装到导轨1307。此外，在一些实施方案中，安装到导轨的机器人臂可被构造成沿着导轨1307移动(例如，平移)，使得可相对于彼此调节导轨1307上的机器人臂的位置，从而降低机器人臂之间碰撞的风险。这将在下文更详细地描述。在例示的实施方案中，导轨1307连接到杆或导轨连接件1311。杆或导轨连接件1311连接到滑架1309。该滑架连接到柱1302。其他布置是可能的。

柱1302可沿着第一轴线1323延伸。在一些实施方案中，第一轴线1323平行于z轴，如图所示。在一些实施方案中，第一轴线1323为竖直轴线。例如，第一轴线1323可垂直于系统1300搁置在其上的支撑表面或地板。

滑架1309可通过第一接头1313附接到柱1302。第一接头1313可被构造成允许滑架1309(以及因此可调式臂支撑件1305)相对于柱1302移动。在一些实施方案中，第一接头1313被构造成允许滑架1309沿着柱1302移动(例如，沿着柱1302上下移动)。在一些实施方案中，第一接头1313被构造成允许滑架1309沿着第一轴线1323移动(例如，沿着第一轴线1323来回移动)。第一接头1313可包括线性接头或棱柱接头。第一接头1313可包括动力接头，诸如电动接头或液压接头。第一接头1313可被构造成为可调式臂支撑件1305提供第一自由度(例如，Z提升)。

可调式臂支撑件1305可包括第二接头1315，如图所示。第二接头1315可被构造成为可调式臂支撑件1305提供第二自由度(倾斜)。第二接头1315可被构造成允许可调式臂支撑件1305围绕不同于第一轴线1323的第二轴线1325旋转。在一些实施方案中，第二轴线1325垂直于第一轴线1323。在一些实施方案中，第二轴线1325不需要相对于第一轴线1323垂直。例如，在一些实施方案中，第二轴线1325与第一轴线1323成锐角。在一些实施方案中，第二轴线1325在y方向上延伸。在一些实施方案中，第二轴线1325可位于平行于系统1300搁置在其上的支撑表面或地板的平面中。第二接头1315可包括旋转接头。第二接头1315可包括动力接头，诸如电动接头或液压接头。

在例示的实施方案中，第二接头1315形成于滑架1309与柱1302之间，使得滑架1309可相对于柱1302围绕第二轴线1325旋转。在其他实施方案中，第二接头1315可定位在其他位置。例如，第二接头1315可定位在滑架1309与导轨连接件1311之间，或导轨连接件1311与导轨1307之间。

如上所述，第二接头1315可被构造成允许可调式臂支撑件1305围绕第二轴线1325旋转以允许可调式臂支撑件1305的第二自由度(倾斜)。如下文将参考图16更详细地描述的，使可调式臂支撑件1305围绕第二轴线1325旋转可允许调节可调式臂支撑件1305的倾斜角。即，杆或导轨1307的倾斜角度可通过使可调式臂支撑件1305围绕第二轴线1325旋转来调节(参见图16)。

可调式臂支撑件1305可包括第三接头1317，如图所示。第三接头1317可被构造成为可调式臂支撑件1305提供第三自由度(向上枢转)。第三接头1317可被构造为旋转接头以允许导轨连接件1311围绕不同于第一轴线1323和第二轴线1325的第三轴线1327旋转。在一些实施方案中，第三轴线1327可垂直于第二轴线1325。在其他实施方案中，第三轴线1327不需要平行于第二轴线1325。例如，第三轴线1327可相对于第二轴线1325成锐角。在一些实施方案中，第三轴线1327在x方向上延伸。在一些实施方案中，第三轴线1327可位于平行于系统1300搁置在其上的支撑表面或地板的平面中。第三轴线1327可与第二轴线1325位于相同的平面或不同的平面中。当可调式臂支撑件1305如图13A和图13B所示定位时，第三轴线1327可垂直于第一轴线1323；然而，当可调式臂支撑件1305围绕第二接头1315旋转时，第一轴线1323与第三轴线1327之间的角度可改变。在一些实施方案中，第三轴线1327可平行于导轨1307。

当被构造为旋转接头时，第三接头1317可允许导轨连接件1311围绕第三轴线1327旋转。当导轨连接件1311围绕第三轴线1327旋转时，可调节台1301的边缘与导轨1307之间的距离(例如，沿着y方向测量)。例如，当导轨连接件1311从图13B所示的位置向下旋转时，台1301的边缘与导轨1307之间的距离将增加。因此，第三接头1317可被构造成提供自由度，该自由度允许沿着y方向调节导轨1307的定位。此外，当被构造为旋转接头时，第三接头1317还可允许沿着z方向另外调节导轨1307的位置。例如，当导轨连接件1311从图13B所示的位置向下旋转时，导轨1307的高度(沿着z方向)将减小。在一些实施方案中，第三接头1317可允许导轨1307以“肱二头肌弯曲”型方式从收起位置向上枢转到升高位置。

如图13B中最佳示出，在例示的实施方案中，第三接头1317定位在导轨连接件1311的第一端部上，该第三接头将导轨连接件1311连接到滑架。在导轨连接件1311的第二端部处可包括附加接头1319，该附加接头将导轨连接件1311连接到导轨1307。在一些实施方案中，第三接头1317和附加接头1319的位置可颠倒。在一些实施方案中，附加接头1319被机械地约束到第三接头1317，使得第三接头1317和附加接头1319一起旋转。例如，第三接头1317和附加接头1319可经由四连杆机构机械约束。用于机械约束的其他方法也是可能的。第三接头1317与附加接头1319之间的机械约束可被构造成当导轨连接件1311围绕第三轴线1327旋转时保持导轨1307的取向。例如，第三接头1317与附加接头1319之间的机械约束可被构造，使得当导轨连接件1311旋转时，导轨1307的上表面(一个或多个机器人臂可安装到其上)继续面向相同的方向。在图13A和图13B的例示的示例中，导轨1307的顶面朝上(在z方向上)。第三接头1317与附加接头1319之间的机械约束可被构造，使得当导轨连接件1311旋转时，导轨1307的顶面保持朝上(在z方向上)。在一些实施方案中，机械约束可替换为软件定义的约束。例如，第三接头1317和附加接头1319中的每一者可为动力接头，并且软件可用于将每个接头的旋转约束在一起。

在一些实施方案中，第三接头1317可包括线性接头或棱柱接头(代替上文所述和图中所示的旋转接头)，该线性接头或棱柱接头被构造成允许导轨1307朝向和远离柱1302(例如，沿着y方向)线性位移。

第三接头1317可包括动力接头。在一些实施方案中，第三接头1317可包括电动接头或液压接头。

可调式臂支撑件1305可包括第四接头1321，如图所示。第四接头1321可被构造成为可调式臂支撑件1305提供第四自由度(平移)。例如，第四接头1321可被构造成允许导轨1307相对于例如台1301、柱1302、滑架1309和/或导轨连接件1311来回平移。导轨1307可沿着第四轴线1329延伸。第四接头1321可被构造成允许导轨1307沿着第四轴线1329平移。在一些实施方案中，第四轴线1329可平行于第三轴线1327。在其他实施方案中，第四轴线1329可不平行于第三轴线1327(例如，与该第三轴线成锐角)。在一些实施方案中，第四轴线1329可垂直于第二轴线1325。在其他实施方案中，第四轴线1329可与第二轴线1325成非垂直的角度(例如，锐角)。当可调式臂支撑件1305如图13A和图13B所示定位时，第四轴线1329可垂直于第一轴线1323；然而，当可调式臂支撑件1305围绕第二接头1315旋转时，第一轴线1323与第四轴线1329之间的角度可改变。

第四接头1321可包括线性接头或棱柱接头。第四接头1321可包括动力接头，诸如电动接头或液压接头。在例示的实施方案中，第四接头1321定位在杆或导轨连接件1311与导轨1307之间。

如下文将参考图15A和图15B更详细地描述的，导轨1307的平移可被构造成为系统1300提供增大的纵向范围(例如，沿着x方向)。这可提高系统1300的灵活性，从而允许系统1300用于更多种外科手术中。

在一些实施方案中，可调式臂支撑件1305被构造成允许导轨1307相对于台1301的可变定位。在一些实施方案中，导轨1307的位置保持在与台1301的上表面平行的支撑表面平面1333下方。这可能是有利的，因为这可提高在医疗手术期间将无菌区域保持在台支撑表面平面1333上方的能力。在操作环境中，医护人员可能期望在台的表面上方保持无菌区域。因此，对于定位在台的表面上方的设备，可存在更高的要求或更严格的程序。例如，定位在台的表面上方的设备可能需要覆盖有盖布。因此，可能期望的是，并且一些医学人员可能更喜欢臂支撑件保持在台的表面下方。在一些情况下，当臂支撑件保持在台的表面下方时，其可不需要覆盖有盖布。然而，在其他实施方案中，可调式臂支撑件1305可调节导轨1307的位置，使得其定位在台支撑表面平面1333上方。

在一些实施方案中，可调式臂支撑件1305在台支撑件表面平面1333下方的位置处附接到基部1303、柱1302或台1301。如下文将参考图18A和图18B描述的，这可有利地允许可调式臂支撑件1305(以及任何附接的机器人臂)移动到收起构型，在该收起构型中，可调式臂支撑件1305(以及任何附接的机器人臂)收起在台1301下方(参见图18B)。当与先前已知的外科机器人系统相比时，这可有利地使系统1300体积较小和/或较不复杂。

可以若干方式控制和/或命令臂支撑件1305的移动(例如，第一接头1313、第二接头1315、第三接头1317或第四接头1321中的一者或多者的移动)。例如，系统1300可包括床(患者侧)或外科医生控制台上的控制器(例如，吊塔)。又如，按钮(或其他致动机构)可包括在可调式臂支撑件1305的部件中的一个或多个部件上(或所连接的机器人臂中的一个或多个机器人臂上)。又如，可由系统软件自动提供可调式臂支撑件1305的移动，例如，用于在机器人的零空间内进行调节(同时保持外科医生命令的工具尖端位置)。另外，当工具未***患者体内时，可在设置、展开、盖布或其他工作流程步骤期间由系统软件自动提供可调式臂支撑件1305的移动。其他示例也是可能的。

图13A和图13B示出了包括一个可调式臂支撑件1305的实施方案。如前所述，一些系统可包括多于一个可调式臂支撑件1305，每个可调式臂支撑件支撑一个或多个机器人臂。在此类系统中，每个可调式臂支撑件可如上所述进行构造。此外，在此类系统中，每个可调式臂支撑件可被独立地控制。

图14A为根据一个实施方案的具有安装在台1301的相对侧上的两个可调式臂支撑件1305A、1305B的外科机器人系统1400A的端视图。可调式臂支撑件1305A、1305B中的每一者可如上所述进行构造。在例示的实施方案中，第一可调式臂支撑件1305A定位在台1301的第一侧(例如，如图所示的右侧)，并且第二可调式臂支撑件1305B定位在台1301的第二侧(例如，如图所示的左侧)。第二侧可与第一侧相对。

此外，第一机器人臂1402A被示出为附接到第一可调式臂支撑件1305A的杆或导轨1307A，并且第二机器人臂1402B被示出为附接到第二可调式臂支撑件1305B的杆或导轨1307B。如图所示，第一机器人臂1402A包括附接到导轨1307A的基部1404A。第一机器人臂1402A的远侧端部包括器械驱动机构1406A。器械驱动机构1406A可被构造成附接到一个或多个机器人医疗器械或工具。类似地，第二机器人臂1402B包括附接到导轨1307B的基部1404B。第二机器人臂1402B的远侧端部包括器械驱动机构1406B。器械驱动机构1406B可被构造成附接到一个或多个机器人医疗器械或工具。下文在章节XIII中更详细地描述被构造用于与可调式臂支撑件1305一起使用的示例性机器人臂(参见图21至图30)。

图14A示出了可调式臂支撑件1305A、1305B可被独立地控制和定位。如图所示，第一可调式臂支撑件1305A沿着第一轴线1323定位在第一高度，并且第二可调式臂支撑件1305B沿着第一轴线1323定位在第二高度。在一些实施方案中，第二高度可与第一高度不同且与第一高度无关。在其他实施方案中，第二高度可基本上等于第一高度。

在图14A的实施方案中，第一可调式臂支撑件1305A的滑架1309A沿着第一轴线1323定位在第一高度，并且第二可调式臂支撑件1305B的滑架1309B沿着第一轴线1323定位在不同于第一高度的第二高度。因此，在第一可调式臂支撑件1305A的滑架1309A与第二可调式臂支撑件1305B的滑架1309B之间可存在高度差H1。在其他实施方案中，第一可调式臂支撑件1305A的滑架1309A与第二可调式臂支撑件1305B的滑架1309B可被定位在相同的高度。

此外，图14A示出了第一可调式臂支撑件1305A的杆或导轨连接件1311A和第二可调式臂支撑件1305B的杆或导轨连接件1311B的位置，这些杆或导轨连接件也可被独立地调节以具有不同的取向。例如，如图所示，第一可调式臂支撑件1305A的导轨连接件1311A向下旋转，并且第二可调式臂支撑件1305B的导轨连接件1311B向上旋转。第一可调式臂支撑件1305A的导轨1307A与第二可调式臂支撑件1305B的导轨1307B之间可存在高度差H2，如图所示。此外，在该位置，第一可调式臂支撑件1305A的导轨连接件1311A和第二可调式臂支撑件1305B的导轨连接件1311B中的每一者定位在距第一轴线1323不同的距离处。例如，第一可调式臂支撑件1305A的导轨连接件1311A定位在距第一轴线1323第一距离D1处，并且第二可调式臂支撑件1305B的导轨连接件1311B定位在距第一轴线1323第二距离D2处。该距离D1可不同于距离D2。在一些实施方案中，第一可调式臂支撑件1305A的导轨连接件1311A和第二可调式臂支撑件1305B的导轨连接件1311B可旋转到相同的程度，并且/或者距离D1可等于距离D2。

图14A示出了可调式臂支撑件1305A、1305B可各自独立地定位或调节，以提供支撑与其附接的机器人臂的不同位置。图14A仅示出了许多示例中的一个示例。可调式臂支撑件1305可具有连续移动(例如，竖直或纵向)，并且可根据外科医生或临床医生的期望在任何点处停止。这在例如臂支撑件之间形成高度差方面可能是有利的，这对于某些类型的外科手术而言可能是有利的，诸如当一组机器人臂需要达到低位并且另一组机器人臂需要到达患者上方时。例如，如图14A所示，具有附接的机器人臂1402B的第二可调式臂支撑件1305B高于具有附接的机器人臂1402A的第一可调式臂支撑件1305A。当患者侧身(例如，侧卧)时，诸如在肾切除术中，该位置可为尤其有用的，但本领域的技术人员将会理解，高度差异也可有益于其他手术。图14B和图14C提供了附加示例。

图14B为根据一个实施方案的外科机器人系统1400B的等轴视图，该外科机器人系统具有两个可调式臂支撑件1305A、1305B和被构造用于腹腔镜式手术的多个机器人臂1402A、1402B、1402C、1402D。在例示的实施方案中，第一可调式臂支撑件1305A支撑第一机器人臂1402A，并且第二可调式臂支撑件1305B支撑第二机器人臂1402B、第三机器人臂1402C和第四机器人臂1402D。

第一机器人臂1402A可被构造成沿着第一可调式臂支撑件1305A的导轨1307A来回平移。即，第一机器人臂1402A可被构造成沿着第四轴线1329A平移。这可允许相对于导轨1307A调节第一机器人臂1402A。类似地，第二机器人臂1402B、第三机器人臂1402C和第四机器人臂1402D可各自被构造成沿着第二可调式臂支撑件1305B的导轨1307B来回平移。即，第二机器人臂1402B、第三机器人臂1402C和第四机器人臂1402D可被构造成沿着第二可调式臂支撑件1305B的第四轴线1329B平移。这可允许相对于导轨1307B调节第二机器人臂1402B、第三机器人臂1402C和第四机器人臂1402D。此外，第二机器人臂1402B、第三机器人臂1402C和第四机器人臂1402D中的每一者可沿着导轨1307B独立地移动，使得可调节第二机器人臂1402B、第三机器人臂1402C和第四机器人臂1402D中的每一者之间的间距。除了别的以外，图14B示出了在一些实施方案中，可独立地控制和调节每个机器人臂1402沿着对应臂支撑件1305的对应导轨1307的位置。

此外，图14B示出了第一臂支撑件1305A和第二臂支撑件1305B之间的高度差的另一个示例。在例示的实施方案中，患者10在腹腔镜式手术期间被定位在他或她的一侧上。第一可调式臂支撑件1305A定位在高位置(但在台1301的表面下方)，使得第一机器人臂1402A可到达患者10上方。如图所示，第二可调式臂支撑件1305B定位在下部位置，使得第二机器人臂1402B、第三机器人臂1402C和第四机器人臂1402D可接近患者的前侧。

在一些实施方案中，机器人臂1402A、1402B、1402C、1402D中的一者或多者可操作腹腔镜式外科器械或工具，并且1402A、1402B、1402C、1402D中的另一者中的一者或多者可操作腹腔镜式***患者体内的相机。在一些实施方案中，一个或多个腹腔镜式外科器械和相机的尺寸和构造可被设置成延伸穿过患者体内的一个或多个腹腔镜式端口。

图14C为根据一个实施方案的外科机器人系统1400C的等轴视图，该外科机器人系统具有两个可调式臂支撑件1305A、1305B和被构造用于腹腔镜式手术的多个机器人臂1402A、1402B、1402C、1402D、1402E。在例示的实施方案中，第一可调式臂支撑件1305A支撑第一机器人臂1402A和第二机器人臂1402B，并且第二可调式臂支撑件1305B支撑第三机器人臂1402C、第四机器人臂1402D和第五机器人臂1402E。

在例示的实施方案中，支撑患者10的台1301相对于地板成角度定位。即，台表面平面1333相对于支撑表面平面1331成角度，而不是如例如图14B所示的平行的。定位在台1301下侧的第一可调式臂支撑件1305A可定位在低位置，使得第一机器人臂1402A和第二机器人臂1402B可接近患者10。如图所示，第二可调式臂支撑件1305B定位在较高位置(其可低于台支撑表面1333)，使得第三机器人臂1402C、第四机器人臂1402D和第五机器人臂1402E可到达患者10上方并接近该患者。

图15A为根据一个实施方案的具有两个可调式臂支撑件1305A、1305B的外科机器人系统的等轴视图，这些可调式臂支撑件被构造成平移以调节可调式臂支撑件1305A、1305B的位置。如前所述，可调式臂支撑件1305可包括第四接头1321，该第四接头被构造成允许导轨1307沿着第四轴线1329相对于基部1303、柱1302、台1301、滑架1309和/或导轨连接件1311平移。图15A示出了在包括两个可调式臂支撑件1305A、1305B的实施方案中，每个可调式臂支撑件1305A、1305B的导轨1307A、1307B可独立于另一个导轨沿着其对应的轴线1329A、1329B平移。例如，在图15A中，导轨1307A可独立于导轨1307B沿着轴线1329A来回平移，该导轨1307B也可沿着轴线1329B来回平移。

在其他实施方案中，导轨1307未被构造成沿着轴线1329平移。例如，在一些实施方案中，可使用较长的导轨1307来代替平移导轨。在一些实施方案中，导轨1307的平移允许使用较短的导轨1307，同时仍保持系统的整体多变性和灵活性。在一些实施方案中，较短的导轨1307(具有或不具有平移)可改善系统收起在台1301下方的能力(参见图18B)。

图15B为根据一个实施方案的外科机器人系统1500B的等轴视图，该外科机器人系统具有被构造用于内窥镜式手术的可调式臂支撑件1305和机器人臂1402。图15B示出了在一些实施方案中，包括可调式臂支撑件1305的系统可被构造成提供长纵向运动范围，该长纵向运动范围例如在内窥镜式手术诸如输尿管镜检查术中是有用的，其中内窥镜通过腹股沟区域***患者体内。例如，如图15B所示，导轨1307可一直朝台1301的底座平移。从那里，臂1402还可纵向延伸以将器械定位在患者10的腿部之间以用于接近腹股沟区域。尽管图15B中仅示出了一个机器人臂1402，但是在其他实施方案中，安装在同一可调式臂支撑件1305上或附加的臂支撑件1305上的多个机器人臂可被构造用于内窥镜式手术。图15B仅提供了内窥镜式手术一个示例。包括可调式臂支撑件1305的系统可用于例如其他类型的内窥镜式手术，诸如支气管镜检。

图16为根据一个实施方案的具有可调式臂支撑件1305的外科机器人系统1600的等轴视图，该可调式臂支撑件被构造成具有能够倾斜的导轨1307。如前所述，臂支撑件可包括被构造成允许臂支撑件1305倾斜的第二接头1315。在图16的例示的实施方案中，第二接头1315定位在滑架1309与导轨连接件1311之间，但如前所述，第二接头1315的其他位置也是可能的。第二接头1315可为旋转接头，该旋转接头被构造成围绕第二轴线1325旋转臂支撑件1305或提供对该臂支撑件的调节。如图16所示，通过围绕第二轴线1325旋转臂支撑件1305或提供对该臂支撑件的调节，可调节轴线1329的倾斜角1335。倾斜角1335可在例如(导轨1307的)轴线1329与x轴、支撑表面平面1331或台表面平面1333之间测量。

在一些实施方案中，第二接头1315允许导轨相对于台1301倾斜。在一些实施方案中，台1301也可枢转或倾斜(例如，到特伦德伦伯格氏卧位)，并且第二接头1315可允许可调式支撑件臂1315跟随台1301的枢转或倾斜。这可允许外科臂1402在台1301枢转或倾斜时相对于患者10和/或台1301保持在适当位置。这可为有利的，因为外科医生或临床医生可能期望在手术中枢转或倾斜台1301。在一些实施方案中，第二接头1315枢转或倾斜以允许导轨1307在台倾斜时保持与台1301平行。在一些实施方案中，导轨1307不需要保持与台1301平行。

图17A和图17B示出了包括可调式臂支撑件1305的系统可为医学成像装置提供改善的通路。如上所述，可调节可调式臂支撑件1305的位置，以便允许接近或适应医学成像装置，诸如C形臂。除了为医学成像装置提供改善的通路之外，可调式臂支撑件还为临床医生提供改善的通路。

图17A为根据一个实施方案的具有可调式臂支撑件1305A、1305B的外科机器人系统1700A的等轴视图，这些可调式臂支撑件被定位以允许接近医学成像装置1702的C形臂1704。如图所示，第二可调式臂支撑件1305B定位在地板附近，以便定位在医学成像装置的C形臂1704下方。第一可调式臂支撑件1305A定位在台1301附近，使得机器人臂可接近患者。

图17B为根据另一个实施方案的具有可调式臂支撑件1305A、1305B的外科机器人系统1700B的等轴视图，这些可调式臂支撑件被定位以允许接近医学成像装置1702的C形臂1704。在例示的实施方案中，第一可调式臂支撑件1305A定位在台1301附近，使得C形臂1704部分地围绕第一可调式臂支撑件1305A。

可调式臂支撑件1305的可调节性可有利地允许系统也与其他类型的医学成像装置一起工作。

图18A和图18B示出了包括可调式臂支撑件1305的系统可被构造成允许可调式臂支撑件1305和对应的机器人臂1402方便地收起在台1301下方。这可有利地提供与一些外科机器人系统相比体积较小且不那么复杂的系统。可调式臂支撑件1305可在收起构型(图18B)和展开构型(图18A)之间转变。

图18A为根据一个实施方案的具有定位在展开构型中的可调式臂支撑件1305的外科机器人系统1800A的等轴视图。如图所示，可调式臂支撑件1305已被调节，使得导轨1307定位在台1301的一侧附近，并且机器人臂1402已被展开以便接近患者10。图18A还示出了基部1303可包括凹槽1337。凹槽1337可被构造成在收起构型中接纳臂支撑件1305，如例如图18B所示。

图18B为根据一个实施方案的具有定位在收起构型中的可调式臂支撑件1305A、1305B的外科机器人系统1800B的等轴视图。如图所示，每个臂支撑件的杆或导轨1307A、1307B被接纳到基部1303中的凹槽1337中。在一些实施方案中，机器人臂1402A、1402B、1402C可折叠在臂支撑件1305A、1305B上，如图所示。例如臂支撑件1305A、1305B存储在台1301下方的凹槽1337中的收起构型(如图18B所示)可有利地使系统体积较小且不那么复杂。在其他实施方案中，臂支撑件和机器人臂均可存储在基部1303中的凹槽中。虽然本文所述的实施方案示出了相对于台处于低位置的臂支撑件，但在其他实施方案中，可从升高或悬置位置在台上方提供可调式臂支撑件。处于悬置位置的这些可调式臂支撑件可具有与定位得更低的那些类似的属性，包括独立的可调性、相对于彼此的高度差、倾斜和纵向平移。

在一些实施方案中，包括可调式臂支撑件1305的系统可被构造成活动的。例如，在一些实施方案中，基部1303可包括轮以易于重新定位系统(参见例如图14A)。例如，系统可具有单独的运输车，该运输车将其提离地面并将其移动。在一些实施方案中，系统未永久地附连在手术室中。

图19为示出根据一个实施方案的用于操作具有可调式臂支撑件的外科机器人系统的方法1900的流程图。例如，方法1900可用于操作上文参考图13A至图18B所述的系统中的任一个系统。在一些实施方案中，方法1900可被存储为存储在存储器中的计算机可读指令。处理器可访问该存储器并执行这些计算机可读指令以执行方法1900。

方法1900在涉及接收命令的框1902处开始。在一些实施方案中，从医师、护士、医师助理、外科医生人员等接收命令。该命令可涉及第一机器人臂、联接到该第一机器人臂的端部执行器的医疗器械和/或联接到该第一机器人臂的基部的臂支撑件中的至少一者的定位。在一些实施方案中，该命令可为用于收起或展开系统的命令。

在一些实施方案中，第一命令致动至少一个接头以沿着柱的竖直轴线调节该臂支撑件的位置，第二命令致动用于向上枢转该臂支撑件的第二接头，第三命令致动用于倾斜该臂支撑件的第三接头，并且第四命令使该臂支撑件的纵向平移。

在框1904处，方法1900涉及基于所接收的命令来致动可调式臂支撑件的至少一个接头，以调节该臂支撑件的杆或导轨的位置。例如，方法1900可致动第一接头、第二接头、第三接头和/或第四接头中的一者或多者。这可导致该臂支撑件在其一个或多个自由度上移动。

方法1900还可包括将臂支撑件、第一机器人臂和第二机器人臂从台下方的收起位置升高；将该臂支撑件、该第一机器人臂和该第二机器人臂邻近该台定位；经由第一命令、第二命令、第三命令或第四命令中的至少一者调节该臂支撑件相对于该台的位置，以及沿着支撑接头的导轨调节该第一机器人臂相对于该第二机器人臂的位置，以准备外科手术。在一些实施方案中，臂支撑件定位在台的上表面下方。

在一些实施方案中，方法1900由用于基于运动学模型执行一个或多个命令的控制器执行，其中一个或多个命令控制第一机器人臂、医疗器械和臂支撑件中的一者或多者的定位，该医疗器械耦接到第一机器人臂的端部执行器，该臂支撑件耦接到第一机器人臂的基部并且耦接到支撑患者支撑台的柱，其中所述臂支撑件包括至少一个接头和被构造成支撑所述第一机器人臂的导轨。

图20为根据一个实施方案的具有可调式臂支撑件1305A、1305B的外科机器人系统2000的框图。如图所示，系统2000包括与存储器2004通信的处理器2002。处理器2002和存储器2004可被构造成执行例如上述方法1900。

该系统还包括台1301。在例示的实施方案中，两个可调式臂支撑件1305A、1305B联接到台1301。可调式臂支撑件1305A、1305B可联接到台1301、支撑该台的柱1302或支撑该柱的基部1303。可调式臂支撑件1305A、1305B中的每一者与处理器2002通信，使得过程可调节可调式臂支撑件1305A、1305B的位置。

在例示的实施方案中，一组机器人臂附接到可调式臂支撑件1305A、1305B中的每一者。例如，机器人臂1402A、1402B联接到可调式臂支撑件1305A，并且机器人臂1402C、1402D联接到可调式臂支撑件1305B。在其他实施方案中，其他数量的机器人臂(例如，一个、三个、四个等)可联接到每个臂支撑件1305A、1305B。在下文的章节XIII中描述示例性机器人臂。在一些实施方案中，当臂支撑件支撑多个机器人臂时，可增加臂支撑件的刚度。当与多个臂一起使用时，这种刚度的增加增强了稳定性，因为这可以减少外科手术过程期间机器人臂的晃动。

在一些实施方案中，处理器2002被构造成响应于接收到命令而执行存储在存储器2004中的指令，以沿着第一轴线调节杆或导轨的位置。该命令可包括调节联接到机器人臂的机器人医疗工具的位置的命令，该机器人臂联接到臂支撑件。在一些实施方案中，处理器2002被进一步构造成响应于医师所选择的手术而执行指令，以使系统至少调节导轨或臂支撑件1305A、1305B的位置。在一些实施方案中，处理器2002被进一步构造成执行指令以使系统2000至少调节导轨的位置，以避免机器人臂与以下中的至少一者之间的碰撞：台、患者、另外的机器人臂和医学成像装置。系统2000还可被构造成避免与该系统的环境中的其他物品(诸如，吊塔、马镫部、夹在床栏杆上的物件、护士等)碰撞。除了避免碰撞之外，处理器2002还可被构造成调节臂支撑件1305A、1305B的位置以优化方位或改善机器人臂1402A、1402B、1402C、1402D的可操纵性。

XIII.与可调式臂支撑件相关联的机器人臂

上述可调式臂支撑件可被构造成安装到台、柱或基部，并且可为可调节的(可在各种自由度上移动)，以支撑定位在这些可调式臂支撑件上的机器人臂。由于根据一些实施方案，可调式臂支撑件可被构造成安装在台的表面下方，因此可能有利的是将某些类型的机器人臂与可调式臂支撑件一起使用。在一些实施方案中，臂支撑件和/或与其耦接的机器人臂可以至少部分地或完全地安装在台的表面上方。本章节概述了被构造用于与上述可调式臂支撑件一起使用的机器人臂的某些特征。

本章节所述的机器人臂可以针对相对于台面(例如，在台面下方)的低安装位置(其可能面临挑战，诸如与台面和其他机器人臂的碰撞)进行优化。然而，本领域技术人员将理解，本章节所述的机器人臂不限于低安装位置，并且包括当其附接到定位在台的表面上方或悬置在患者上方的臂支撑件时有益的特征。在一些实施方案中，机器人臂包括具有若干自由度(例如，七个自由度)，其中有至少一个冗余自由度以为机器人臂提供更大的灵活性。如本文所用，具有冗余自由度的机器人臂可以是包含比执行给定任务所需的自由度更多的自由度的机器人臂，并且其可以多种方式完成任务。例如，具有冗余自由度的机器人臂可包含比将端部执行器(例如，工具的端部)定位在患者体内的期望位置中所需的自由度更多的自由度，并且其可以多种方式实现端部执行器的期望位置。

本章节所述的机器人臂可进一步优化用于使具有端部执行器的工具围绕空间中的给定点(例如，如本文所用“远程中心”；远程中心可被视为医疗器械围绕其旋转的固定点，而没有机器人系统的物理旋转接头物理地位于远程中心处)旋转，同时在一些实施方案中工具由远程中心下方(例如，台面下方)的安装点支撑。机器人臂可优化为紧邻其他机器人臂(例如，在其限定的距离内)操作。

在一些实施方案中，本章节所述的机器人臂可解决(例如，减轻、解决或消除)在手术室中可能发生的一个或多个问题。例如，本申请中所述的机器人臂和系统被设计来解决的问题可包括在有限的空间中操作。具体地讲，对于具有来自台下方的机器人臂的系统，空间可能是有限的。本申请中所述的机器人臂和系统被设计来解决的问题可包括与其他机器人臂和/或环境中的其他对象(例如，台、患者、医生、医学成像设备等)碰撞。另外，本申请中所述的机器人臂和系统被设计来解决的问题可包括与来自台下方的系统相关联的挑战。此类系统可能需要额外的灵活性以执行其中定位在腹腔镜端口上方的机器人臂必须定位工具以便进入患者位置的特定外科手术(例如，腹疝手术)，例如以避免碰撞(例如，与台碰撞)。本文所述的机器人臂的特征和优点将通过以下对图21至图30的讨论而变得显而易见。

图21为根据一个实施方案的机器人臂2100的等轴视图。机器人臂2100可被构造用于与上述可调式臂支撑件1305一起使用。机器人臂2100在近侧部分2101与远侧部分2103之间延伸。近侧部分2101可被构造成安装或附接到可调式臂支撑件1305。例如，机器人臂2100的近侧部分2101可被构造成安装或附接到可调式臂支撑件1305的杆、轨道或导轨1307。如上所述，可调式臂支撑件1305可被构造成具有一个或多个自由度，以便相对于台定位机器人臂2100。在一些实施方案中，可调式臂支撑件1305和/或机器人臂2100被构造成在收起状态和展开状态之间转换。在收起状态下，可调式臂支撑件1305和机器人臂2100可定位在台下方(参见例如图18B)。在展开状态下，机器人臂2100的至少一部分可在台的表面上方延伸(参见例如图18A)。在展开状态下可调式臂支撑件1305可定位在台的表面下方。在一些实施方案中，在展开状态下可调式臂支撑件1305(或其杆或导轨1307)可定位在台的表面上方。

器械驱动器2115(也称为器械驱动机构(IDM))可定位在机器人臂2100的远侧部分2103处。器械驱动器2115可被构造成附接或连接到医疗器械。器械可为例如腹腔镜式器械、内窥镜式器械、相机等。器械驱动器2115可被构造成致动器械。例如，器械驱动器2115可包括被构造成致动器械的一个或多个马达、滑轮、绞盘或缆线。如下文将描述(参见章节XIV)，与机器人臂2100相关联的***机构可包括在机器人臂2100的远侧部分2103处，并且被构造成沿着轴线***(或回缩)器械的至少一部分。如下所述，***机构可被构造成作为机器人臂2100本身的一部分(例如，图21)或作为附接到器械驱动器2115的器械的一部分(例如，图24)。

机器人臂2100可包括串联布置的多个部件。这些部件可通过一个或多个接头(例如，电动接头或液压接头)连接，这些接头被构造成允许机器人臂2100的移动或关节运动。如图所示，对于一些实施方案，接头可被分组为肩部2117、肘部2119和腕部2121，如图21所示。即，在一些实施方案中，机器人臂2100包括肩部2117、肘部2119和腕部2121并且肩部2117、肘部2119和腕部2121中的一者或多者可包括多个接头。例如，在例示的示例中，肩部2117包括三个接头，肘部2119包括一个接头，并且腕部2121包括两个接头。换句话讲，在一些实施方案中，肩部2117、肘部2119或腕部2121中的一者或多者可为机器人臂2100提供多于一个自由度。例如，在例示的实施方案中，肩部2117被构造成提供三个自由度，肘部2119被构造成提供一个自由度，并且腕部2121被构造成提供两个自由度。在一些实施方案中，腕部可包括***自由度，使得根据一些实施方案，机器人臂2100可包括至少七个自由度。在其他实施方案中，肩部2117、肘部2119或腕部2121可被构造成具有其他数量的接头并/或提供其他数量的自由度。

肩部2117可通常位于机器人臂2100的近侧部分2101处。腕部2121可通常位于机器人臂2100的远侧部分2103处。肘部2119可通常位于近侧部分2101和远侧部分2103之间。在一些实施方案中，肘部2119位于近侧连杆2109和远侧连杆2111之间。在一些实施方案中，机器人臂2100可包括除图21所示的那些之外的其他接头或接头区域。例如，机器人臂211可包括在肘部2119与腕部2121之间和/或在肘部2110与肩部2117之间的第二肘部(包括一个或多个接头)。

图21的机器人臂2100的各种自由度以箭头示出。这些箭头旨在指示由每个自由度提供的运动。例示的实施方案包括以下自由度。并非所有自由度都需要包括在所有实施方案中，并且在其他实施方案中，可包括附加自由度。提供各种自由度的接头例如可以是动力接头，诸如电动接头或液压动力接头。

如图所示，机器人臂2100包括允许肩部平移的自由度2151。该自由度可允许机器人臂2100沿着臂支撑件1305移动。例如，该自由度可允许机器人臂2100沿着臂支撑件1305例如沿着臂支撑件的导轨1307线性移动。当多个机器人臂2100附接到臂支撑件1305时，平移有利地降低了不同臂之间碰撞的风险。

机器人臂2100还可包括允许肩部偏转的自由度2153。自由度2153可允许例如肩部外壳2107(以及相应地机器人臂2100的其余部分)相对于基部2105的旋转。

机器人臂2100还可包括允许肩部俯仰的自由度2155。该自由度2155可允许例如近侧连杆2109相对于肩部外壳2107的调节。例如，该自由度可用于调节近侧连杆2109的角度。

肩部2117可被构造成提供肩部偏转自由度2153和肩部俯仰自由度2155。例如，肩部2117可包括臂支撑件1305附近的一个或多个接头，该一个或多个接头可允许近侧连杆2109从臂2100的基部2105指向任何方向。在一些实施方案中，这些肩部自由度可被布置成使得近侧连杆和远侧连杆例如向内指向远程中心(参见例如图22)。

机器人臂2100还可包括允许肘部俯仰的自由度2157。该自由度2157可允许远侧连杆2111相对于近侧连杆2109的调节。例如，该自由度2157可允许调节远侧连杆2111与近侧连杆2109之间的角度。该自由度可由肘部2119提供。在一些实施方案中，该自由度由枢转接头提供，该枢转接头确保远侧连杆2111和近侧连杆2109保持对准(例如，在单个平面或平行平面内)。这种对准有利地降低了臂之间碰撞的风险，因为臂成扇形散开并保持彼此远离。此外，如下所述，由于腕部2121的增强的运动(例如，提供多个自由度)，肘部2119处的运动可最小化，其中机器人臂2100的最快运动发生在腕部2121处。

机器人臂2100还可包括允许腕部偏转的自由度2159。该自由度2159可允许连接到远侧连杆2111的部件相对于远侧连杆2111的调节。例如，该自由度2159可允许在***轴线主体2113或器械驱动器2115与远侧连杆2111之间进行调节。在一些实施方案中，该自由度2159用于调节附接到远侧连杆2111的部件相对于远侧连杆2111的旋转角度。旋转可例如围绕远侧连杆2111的轴线来测量。

机器人臂2100还可包括允许腕部俯仰的自由度2161。该自由度2161可允许连接到远侧连杆2111的部件相对于远侧连杆2111的附加调节。在一些实施方案中，该自由度2161允许调节连接到远侧连杆2111的部件与远侧连杆2111之间的倾斜角度。

机器人臂2100还可包括允许器械驱动器滚动的自由度2163。该自由度2163可被构造成允许附接到该器械驱动器的器械(或该器械驱动器本身)围绕其轴线滚动。

在一些实施方案中，腕部2121被构造成提供腕部偏转、腕部俯仰和器械驱动器滚动自由度。在一些实施方案中，腕部2121在一些实施方案中可包括部分球形接头或球形接头。腕部2121可允许机器人臂2100使与其连接的器械围绕远程中心俯仰和偏转，同时使机器人臂的其他连杆的移动最小化。换句话讲，腕部2121可允许在机器人臂2100的其他部分(诸如肘部2119)上使运动最小化。腕部2121可允许将器械或工具递送靠近患者，而不必移动整个机器人臂2100，从而降低机器人臂2100与环境中的其他物体之间碰撞的风险。

***自由度2165也可与机器人臂2100相关联。***自由度可被构造成允许沿着器械的轴线或器械驱动器2115的轴线***(或回缩)附接到该器械驱动器机构2115的器械(或工具)。该轴线(可称为***轴线)可与上述器械驱动器滚动自由度2163的旋转轴线同轴。在一些实施方案中，器械可经由***轴线***患者体内一定深度。器械可保持在器械驱动器2115中，并且器械驱动器2115可相对于***轴线主体2113平移。在一些实施方案中，***轴线(或***自由度)允许患者体内的***深度与工具轴的俯仰和偏转运动(例如，由腕部2121引起)脱离。即，在一些实施方案中，器械的***可在不需要臂2100的移动或关节运动的情况下完成。

如上所述，在一些实施方案中，***自由度可由机器人臂2100提供(例如，构建于其中)。图21的机器人臂2100示出了其中***自由度可由机器人臂2100提供(例如，构建于其中)的实施方案。如图所示，机器人臂2100包括(经由腕部2121的一个或多个接头)附接到远侧连杆2111的***轴线主体(或外壳)2113。***轴线主体2113可沿着轴线延伸。***轴线主体2113的轴线可平行于***轴线。器械驱动器2115可附接到***轴线主体2113。器械驱动器2115与***轴线主体2113之间的接头可被构造成允许器械驱动器2115沿着***轴线主体2113平移(例如，沿着***轴线主体2113来回平移)。当器械驱动器2115沿着***轴线主体2113平移时，附接到器械驱动器2115的器械可沿着***轴线***(或回缩)。

在一些实施方案中，腕部2121(定位在机器人臂2100的远侧部分2103上)与***自由度(也设置在机器人臂2100的远侧部分2103处)组合可提供独特的优点，特别是当结合上述可调式臂支撑件1305展开时。例如，该布置可提供一个或多个机器人臂2100，该一个或多个机器人臂可收起并随后以紧凑的方式展开。这可例如有助于避免碰撞，并且使机器人臂2100在端部执行器在切口上方的设置中更成功或有用。

在一些实施方案中，***自由度可由附接到机器人臂2100的器械提供(例如，构建于其中)。例如，器械可包括基于器械的***架构，该***架构允许器械的至少一部分沿着***轴线***。在该实施方案中，机器人臂失去一个自由度，因为***自由度构建在器械本身中。在此类实施方案中，器械驱动器2115可附接到(经由腕部2121的一个或多个接头)例如远侧连杆2111。器械可包括柄部和轴。器械柄部可附接到器械驱动器2115，并且器械可提供器械的至少一部分沿着器械轴线(例如，相对于柄部)的***。下文参考图24更详细地描述其中***自由度可由附接到机器人臂2100的器械提供(例如，构建于其中)的实施方案的例子。

在一些实施方案中，可能需要六个或更多个自由度(例如，七个或八个)以提供执行机器人医疗手术的足够的可操纵性。例如，可能期望存在机器人臂具有三个自由度，以将器械定位在三维空间中，例如定位在远程中心处，并且具有另外三个自由度以控制器械围绕远程中心的俯仰、偏转和滚动。在一些实施方案中，包括除了所需的六个自由度之外的附加自由度可能是有利的。这些自由度可称为冗余自由度。冗余自由度可能是有利的，例如在多臂设置中，用于优化臂姿势并避免碰撞。在一些实施方案中，冗余自由度可允许机器人臂重新定位，同时保持器械位置和基部位置静止。在一些实施方案中，机器人臂2100包括三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个自由度。在一些实施方案中，机器人臂2100包括一个、两个、三个、四个、五个或更多个冗余自由度。

除了具有上述用于适应所述多个自由度的机构的机器人臂2100之外，其上安装有机器人臂2100(并且也可安装有其他机器人臂)的臂支撑件1305还可提供如前述章节中所讨论的附加自由度。此外，在一些实施方案中，可提供多个可调式臂支撑件1305(例如，在台的相对侧上)，每个支撑件支撑一个或多个机器人臂2100。在这些实施方案的一些中，台的一侧上的所有机器人臂2100都安装在共用的平移杆、轨道或导轨1307上。这两个导轨1307(在床的每一侧上各有一个)可彼此独立地定位，并且可预知具有如上所述的三个自由度(例如，提升、侧向平移和倾斜)。将多个机器人臂2100放置在共用导轨1307上可减小系统所需的设置自由度，并且可提供到地面的良好刚度路径。

图22为根据一个实施方案的包括执行腹腔镜式的多个机器人臂2100A、2100B、2100C、2100D、2100E的机器人外科系统2200的顶视图。机器人臂2100A、2100B、2100C安装在第一可调式臂支撑件1305A上，并且机器人臂2100D、2100E安装在与第一可调式臂支撑件1305A相对定位的第二可调式臂支撑件1305B上。如图所示，机器人臂2100A、2100B、2100C、2100D、2100E保持腹腔镜式工具或器械。机器人臂2100A、2100B、2100C、2100D、2100E可通过腹腔镜式端口(例如，腹腔镜式端口2202A、2202C、2202D)***腹腔镜式工具得以进入患者体内的治疗部位。在一些实施方案中，对于每个机器人臂2100，对应的腹腔镜式端口2202可定位在机器人臂2100的远程中心处。即，机器人臂的***轴线可与远程中心对准并且延伸穿过远程中心。机器人臂2100可被构造成操纵器械围绕远程中心的俯仰、滚动和偏转。在本实施方案中，可调式臂支撑件1305A、1305B的尺寸和构造被设定成支撑多个臂。由于可调式臂支撑件1305A、1305B可具有支撑这些臂的厚度，因此可调式臂支撑件具有额外的稳定性以降低摇晃的风险。

图22还示出，在一些实施方案中，机器人臂2100可被构造成使得当从上方观察时，机器人臂的腕部2121和肩部基部2105可沿着基本上直线2250放置。这例如相对于机器人臂2100的腕部2121A和肩部基部2105A示出。在一些实施方案中，腕部2121、肘部2119和肩部2117可沿着基本上直线2250(从顶部往下观察)放置。在一些实施方案中，腕部2121、肘部2119和肩部2117可在垂直于台的平面中基本上对准。有利的是，通过在同一平面中基本上对准，机器人臂的平面在外科手术期间保持基本上垂直于台。该构型是期望的，因为其允许一个机器人臂与另一个彼此避开，并且该构型部分地由腕部构型启用。在一些实施方案中，机器人臂可被定位成使得腕部2121、肘部2119和肩部2117位于平面中，并且该平面不需要平行于台。例如，平面可相对于台成锐角。

图23为根据一个实施方案的包括两个器械驱动器2115A、2115B的另选机器人臂2300的等轴视图。在所示实施方案中，两个器械驱动器2115A、2115B定位在机器人臂2300的远侧部分2103处。器械驱动器2115A、2115B中的每个器械驱动器都可被构造成接收对应的器械。在一些实施方案中，器械为伸缩式套叠器械，其中一个器械定位在另一个器械的工作通道内。例如，一个器械可为内窥镜，并且另一个器械可为围绕内窥镜的外部护套。器械驱动器2115A、2115B可被构造成独立地驱动其对应的器械。在一些实施方案中，每个器械可沿着***轴线***。在一些实施方案中，这两个轴线是同轴的，诸如所示的***轴线2305。在例示的实施方案中，器械驱动器2115A、2115B中的一者或两者可被构造成沿着***轴线主体2113平移以提供器械的***或回缩。在其他实施方案中，工具的***由器械本身提供，如下所述。在一些实施方案中，器械驱动器中的一者或多者可移除。

图24为根据一个实施方案的器械2400的等轴视图，该器械具有附接到另选机器人臂2100的远侧端部的基于器械的***架构。如上所述，在一些实施方案中，器械2400本身具有允许其沿着***轴线平移器械2400的至少一部分的架构。这可使机器人臂2100在***期间的移动最小化。例如，在图21的实施方案中，***驱动机构2115沿着***轴线主体2113移动以提供沿着***轴线的***。相比之下，在图24的实施方案中，***驱动机构2415可保持在相同位置，而器械2400本身的架构使器械2400的至少一部分被***。

如图所示，器械可包括器械轴2406和附接到器械柄部(未示出)的插管2402。器械柄部可被构造成附接和耦接到器械驱动器2415。在一些实施方案中，器械轴2406可延伸穿过器械柄部和/或器械驱动器2415。器械驱动器2415可附接到位于机器人臂2100的远侧端部处的腕部2121。器械2400可具有内置架构，由此使器械轴2406相对于柄部平移。

在一些其他机器人系统中，机器人臂的一部分通常平移以便实现***(从而增加由机器人臂引起的摆动质量)。在图24的本实施方案中，器械2400本身具有适应***的架构。因此，在本实施方案和类似实施方案中，从机器人臂2100中消除了***轴线，并且可减小机器人臂2100的总体尺寸和运动。这可从机器人臂2100移除一个自由度，但不降低机器人2100的能力，因为自由度移动到器械2400本身而不是机器人臂2100。下面的章节XIV提供了此类基于器械的***架构的若干示例。如图24所示，在一些实施方案中可存在的附加优点是可减小腕部2121与器械滚动轴线或***轴线之间的偏移角度或距离。在一些实施方案中，这允许通过较短的连杆实现更大的可及范围，并且允许机器人臂2100的肘部运动更少。图24中的本实施方案的另一个优点是器械驱动器可位于腕部下方。这对于特定手术(诸如腹疝型手术)可能是有益的。

图25A和25B示出，在一些实施方案中，机器人臂2100可被构造成使得***轴线主体2113可被构造成通常可翻转的。在一些实施方案中，具有利用远离远程中心的器械驱动器2115操作机器人臂2100的能力可减轻臂碰撞。为了有利于此，机器人臂2100可被构造成使得插管可安装在***轴线外壳2113的任一侧2113A、2113B上。这可用于改变远程中心与腕部2121之间的分离距离。这可提供附加选项来控制改变机器人臂2100的位置。

图25A为根据一个实施方案的具有以第一取向定位的***轴线主体2113的机器人臂2500A的侧视图。如图所示，器械驱动器2115定位在***轴线主体2113的第一侧2113A上。另外，***轴线主体2113取向成使其远离远程中心定位。如图所示，这通常使腕部2121更靠近远程中心。

相比之下，图25B为根据一个实施方案的具有以第二取向定位的***轴线主体的机器人臂2500B的侧视图。如图所示，器械驱动器2115定位在***轴线主体2113的第二侧2113B上。另外，***轴线主体2113取向成使其朝向远程中心定位。如图所示，这通常使腕部2121移动远离远程中心。

在一些实施方案中，器械驱动器2115能够拆卸使得可将其移除并且附接到***轴线主体2113的任一侧2113A、2113B上。在一些实施方案中，为了从图25A所示的第一位置移动到图25B所示的第二位置，腕部2121在机器人臂的顶部上方枢转。在其他实施方案中，为了在第一位置和第二位置之间移动，腕部2121可围绕机器人臂旋转。在这些实施方案中，器械驱动器2115可移除和/或翻转，以便取向成相反方向，或者器械驱动器2115可为可翻转的使得器械可附接到器械驱动器2115的任一侧。

图26A和26B示出，在一些实施方案中，机器人臂2100可与分离的插管一起操作。在不包括***轴线主体的实施方案中，诸如包括如上文参考图24所讨论的提供***的器械的实施方案中，这可提供与上文所述的可翻转***轴线主体2113类似的功能(即，允许腕部2121相对于远程中心改变位置)。这可有效地赋予机器人臂211一个附加的零空间自由度，因为其允许腕部2121与插管之间的距离动态地改变，同时保持刀头静止。

图26A为根据一个实施方案的被构造成具有附接插管2602的机器人臂2600A的侧视图。如图所示，插管2602附接到器械驱动器2115。图26B为根据一个实施方案的被构造成具有分离的插管2602的机器人臂2600B的侧视图。如图所示，插管2602与器械驱动器2115分离。在该构型中，当器械***或回缩时，插管2602沿着***轴线自由移动。比较图26A和图26B，可以看出，通过分离插管2602，器械驱动器2115和/或腕部2121可相对于插管2602和/或刀头2604往回移动。

这在图27A(附接插管)和27B(分离的插管)中进一步示出。图27A为根据一个实施方案的包括执行腹腔镜式手术的多个机器人臂(例如，2701A、2702A)的系统的等轴视图，其中这些臂2701A中的一个臂被构造成具有附接插管。如图27A所示，在一些实施方案中，在没有分离的插管操作的情况下(即，在插管附接的情况下)，中臂2701A可具有有限的空间(由距离2703A示出)以在碰到相机臂2702A之前偏转。图27B为根据一个实施方案的包括执行腹腔镜式手术的多个机器人臂(例如，2701B、2702B)的系统的等轴视图，其中这些臂2701B中的一个被构造成具有分离的插管。如图27B所示，在一些实施方案中，在分离的插管操作的情况下，中臂2701B可具有更多空间(由距离2703B示出)在碰到相机臂2702B之前偏转。比较图27A和图27B，可看出距离2703B大于距离2703A。如这些图所示，当插管分离时，机器人臂的腕部可移动远离远程中心。这可以提供用于操纵机器人臂的附加移动。在其他实施方案中，插管可保持附接，并且远程中心可沿着插管的长度略微移动。在其他实施方案中，插管可被制成更长以允许远程中心甚至更远离腕部。

在一些情况下，机器人臂2100的性能可通过包括下文讨论的一个或多个特征来改善。例如，本发明人已确定，机器人臂2100(例如，如图21所示)在使用期间可经历若干奇点。奇点可表示性能降低的区域。例如，当机器人臂的不同轴线对准时，可发生奇点，从而失去自由度。其他示例中，已识别的奇点可包括：(i)基部偏转与球形腕部相交；(ii)过度延伸的臂(例如，肘部俯仰接近180度)；以及(iii)延伸不足的臂(例如，腕部接近正或负90度或肘部接近0度)。图28至图29B所示的特征中可解决这些奇点中的一个或多个。

图28为根据一个实施方案的包括具有附加旋转接头的腕部2821的机器人臂2800的等轴视图。与图21的机器人臂2100相比，机器人臂2800可包括类似的肩部2117和肘部2119。然而，机器人臂2800包括腕部2821处的附加轴线。例如，上述机器人臂2100包括提供两个自由度的腕部2121，而机器人臂2800包括提供四个自由度的腕部2821。在一些实施方案中，可能期望向腕部添加附加的旋转轴线。在一些实施方案中，该旋转轴线不需要高运动范围，但可由控制算法采用以帮助保持其他接头避免奇点。向腕部2821添加附加的冗余自由度可允许避免碰撞(尤其是在中线上紧密布置的端口周围)的附加可能性，同时还允许避免奇点。在一些实施方案中，由腕部2821提供的附加自由度可有助于使臂性能在整个臂的工作空间中更均匀，并且可减少实现期望的工具速度所需的峰值接头需求。在一些实施方案中，腕部可包括附加自由度，例如三个、四个、五个或更多个自由度。这些自由度可包括例如器械***自由度、器械滚动自由度和一个或多个旋转/枢转自由度。

图29A和图29B分别为根据一个实施方案的包括倾斜基部2905的机器人臂2900的等轴视图和侧视图。如图29B最佳所示，基部2905可倾斜角度2906。基部2905可倾斜以调节基部的偏转角。在一些实施方案中，这可通过增加基部偏转接头的轴线和腕部2121之间的有效距离来帮助解决当基部偏转与腕部2121相交时发生的奇点(如图29B所示)。在一些实施方案中，倾斜角2906可以是约5度、约10度、约15度、约20度、约25度、或约30度、35度、约40度、约45度、约50度、约55度、约60度、约65度、约70度、约75度、约80度或约85度。

图30为包括伸缩式套叠连杆3109的另选机器人臂3000的等轴视图。机器人臂3000与先前的实施方案共享许多特征，包括近侧部分3001和远侧部分3003。机器人臂3000包括在近侧部分3001和远侧部分3003之间串行布置的多个接头，包括肩部、肘部和腕部。另外，机器人臂3000包括至少近侧连杆3109和远侧连杆3111。

在一些实施方案中，近侧连杆3109和远侧连杆3111中的至少一者包括棱柱形伸缩式套叠接头。在所示实施方案中，近侧连杆3109包括棱柱形伸缩式套叠接头3120，由此使内部构件在外部构件内伸缩。通过提供伸缩式套叠接头3120，机器人臂3000有利地能够具有更大的可及范围，从而使其更易于在不同的外科方法中使用。此外，此类伸缩式套叠接头3120可使机器人臂3000适于与较大体型的患者一起使用。

本章节中所述的机器人臂可被构造成与前述章节中所述的可调式臂支撑件一起使用。当从台的表面下方的安装位置展开时，这些机器人臂可能是特别有利的。

一般来讲，为了避免与平行四边形远程中心机器人(通常用于腹腔镜式手术)碰撞，机器人臂被有利地设置成使得当从上方观察时，直线从臂基部穿过远程中心并进入工作空间。这三个点将驻留在基本上垂直于台或地板的平面中。如果工作空间没有照此对准，则臂必须向一侧大幅偏转，从而导致碰撞。常规机器人外科系统采用如上所述的顶置支撑结构以提供足够的灵活性，从而允许机器人臂进入大多数工作空间。然而，来自下方并沿着台边安装的臂，如安装到可调式臂支撑件的臂，可能需要不同的结构以根据需要起作用。

例如，在一些实施方案中，被构造用于与可调式臂支撑件一起使用的机器人臂不同于传统平行四边形远程中心机器人。在一个示例中，被构造用于与可调式臂支撑件一起使用的机器人臂可包括具有至少两个自由度的肩部、具有至少一个自由度的肘部以及具有至少两个自由度的腕部。与这种臂相关联的运动学允许臂基部相对于工作空间任意定位，从而允许对于安装在床旁边的平行四边形远程中心机器人而言具有挑战性的设置。

此外，在一些实施方案中，被构造用于与可调式臂支撑件一起使用的机器人臂可包括被构造具有至少三个自由度的腕部。在一些实施方案中，腕部可为半球形或球形。这种腕部可允许机器人臂滚动其腕部接头，使得定位在该机器人臂的远侧端部处的器械驱动器可在臂腕部下方。这可实现其中目标工作空间远高于端口的手术。

其他外科机器人臂包括没有冗余自由度的机械约束的远程中心。即，对于任何远程中心位置，与基部的距离均受到机械约束。与上述安装在可调式臂支撑件上的机器人臂的情况一样，来自床下方的机器人臂可受其安装结构的限制，并且不能达到最佳构型以使平行四边形机器人臂发挥优异表现。为了解决该问题，被构造用于与上述可调式臂支撑件一起使用的机器人臂可包括一个或多个冗余自由度。这些冗余自由度可允许臂在不移动工具尖端的情况下在其零空间内平稳行进，从而避免先前已知的外科机器人臂无法避免的术中碰撞。此外，当臂在其零空间内缓慢推进时，它们可有利地避免彼此之间的碰撞以及与床、患者、C臂等的碰撞。

XIV.基于器械的***架构

如上简述，可与上述机器人臂和器械驱动机构一起使用的一些器械可包括基于器械的***架构。当线性地***器械时，基于器械的***架构可降低对机器人臂的依赖。具体地，本章节中所述的系统、装置和方法提供了具有基于器械的线性***架构的器械的示例。本章节中所述的基于器械的***架构可用前述章节中所述的机器人臂和可调式臂支撑件来实现。

图31示出了根据一个实施方案的用于外科机器人系统的器械装置操纵器(IDM)4300的透视图，并且图32是根据一个实施方案的IDM 4300的侧视图。IDM 4300被配置为以允许外科工具围绕外科工具的轴线连续旋转或“滚动”的方式将外科工具或器械附接到机器人外科臂。IDM 4300包括基部4302和耦接到基部的外科工具架组件4304。外科工具架组件4304用作用于固持器械118的工具架。外科工具架组件4304还包括外部壳体4306、外科工具架4308、附接接口4310、通道4312和多个扭矩耦接器4314。在一些实施方案中，通道4312包括从IDM 4300的一个面延伸到IDM 4300的相背面的通孔。IDM 4300可与多种外科工具(图31未示出)一起使用，该多种外科工具可包括柄部和细长主体(例如，轴)并且可用于腹腔镜、内窥镜或其他类型的外科工具或器械的端部执行器。

基部4302将IDM 4300可移除地或固定地安装到外科机器人系统的外科机器人臂。在图31的实施方案中，基部4302固定地附接到外科工具架组件4304的外部壳体4306。在另选的实施方案中，基部4302可被构造为包括平台，该平台适于将外科工具架4308可旋转地接收在与附接接口4310相背的面上。平台可包括与通道4312对准的通道以接收外科工具的细长主体，以及在一些实施方案中，与第一外科工具或器械同轴安装的第二外科工具的另外的细长主体。

外科工具架组件4304被配置为将外科工具固定到IDM 4300并且使外科工具相对于基部4302旋转。提供从外科臂到基部4302然后到外科工具架组件4304的机械连接和电气连接，以使外科工具架4308相对于外部壳体4306旋转并且将功率和/或信号从外科臂操纵和/或递送到外科工具架4308并且最终到外科工具。信号可包括气动压力的信号、电功率的信号、电信号和/或光信号。

外部壳体4306相对于基部4302为外科工具架组件4304提供支撑。外部壳体4306固定地附接到基部4302，使得其相对于基部4302保持固定，同时允许外科工具架4308相对于外部壳体4306自由旋转。在图31的实施方案中，外部壳体4306在形状上是圆柱形的并且完全外接外科工具架4308。外部壳体4306可由刚性材料(例如，金属或硬塑料)构成。在另选的实施方案中，壳体的形状可变化。

外科工具架4308经由附接接口4310将外科工具固定到IDM 4300。外科工具架4308能够独立于外部壳体4306旋转。外科工具架4308围绕旋转轴线4316旋转，该旋转轴线与外科工具的细长主体同轴对准，使得外科工具与外科工具架4308一起旋转。

附接接口4310是外科工具架4308的附接到外科工具的面。附接接口4310包括附接机构的第一部分，该第一部分与附接机构的位于外科工具上的第二部分往复地配合，这将相对于图36A和图36B更详细地讨论。在一些实施方案中，附接接口4310包括多个扭矩耦接器4314，该多个扭矩耦接器从附接接口4310向外突出并且与外科工具上的相应器械输入端接合。在一些实施方案中，耦接到无菌适配器的外科盖布可用于在IDM 4300和外科工具之间形成无菌边界。在这些实施方案中，当外科工具固定到IDM4300时，无菌适配器可定位在附接接口4310和外科工具之间，使得外科盖布将外科工具和患者与IDM 4300和外科机器人系统分离。

通道4312被配置为当外科工具固定到附接接口4310时接收外科工具的细长主体。在图31的实施方案中，通道4312与外科工具的细长主体的纵向轴线和外科工具架4308的旋转轴线4316同轴对准。通道4312允许外科工具的细长主体在通道4312内自由旋转。这种构型允许外科工具围绕旋转轴线4316在任一方向上在极小约束下或无约束地连续旋转或滚动。

多个扭矩耦接器4314被配置为当外科工具固定到外科工具架4308时接合并且驱动外科工具的部件。每个扭矩耦接器4314***位于外科工具上的相应器械输入端中。多个扭矩耦接器4314还可用于保持外科工具和外科工具架4308之间的旋转对准。如图31所示，每个扭矩耦接器4314被成形为从附接接口4310向外突出的圆柱形突出部。凹口4318可沿圆柱形突出部的外表面区域布置。在一些实施方案中，凹口4318的布置形成花键接口。外科工具上的器械输入端被配置为具有与扭矩耦接器4314互补的几何形状。例如，虽然图31未示出，但是外科工具的器械输入端在形状上可以是圆柱形的并且具有多个脊，该多个脊与每个扭矩耦接器4314上的多个凹口4318往复地配合并且因此在凹口4318上施加扭矩。在另选的实施方案中，圆柱形突出部的顶面可包括多个凹口4318，该多个凹口被配置为与相应器械输入端中的多个脊配合。在这种构型中，每个扭矩耦接器4314与其相应器械输入端完全接合。

另外，每个扭矩耦接器4314可耦接到允许扭矩耦接器平移的弹簧。在图31的实施方案中，弹簧引起每个扭矩耦接器4314被偏置以背离附接接口4310向外弹开。弹簧被配置为在轴向方向上产生平移，即，背离附接接口4310伸出并且朝向外科工具架4308回缩。在一些实施方案中，每个扭矩耦接器4314能够部分地回缩到外科工具架4308中。在其他实施方案中，每个扭矩耦接器4314能够完全回缩到外科工具架4308中，使得每个扭矩耦接器的有效高度相对于附接接口4310为零。在图31的实施方案中，每个扭矩耦接器4314的平移由致动机构致动，这将相对于图35至图36更详细地描述。在各种实施方案中，每个扭矩耦接器4314可耦接到单个弹簧、多个弹簧或每个扭矩耦接器的相应弹簧。

此外，每个扭矩耦接器4314由相应致动器驱动，该相应致动器引起扭矩耦接器在任一方向上旋转。因此，一旦与器械输入端接合，每个扭矩耦接器4314就能够传输功率以收紧或松开外科工具内的拉线，从而操纵外科工具的端部执行器。在图31的实施方案中，IDM4300包括五个扭矩耦接器4314，但在其他实施方案中，数量可根据外科工具的端部执行器的期望数量的自由度变化。在一些实施方案中，耦接到无菌适配器的外科盖布可用于在IDM4300和外科工具之间形成无菌边界。在这些实施方案中，当外科工具固定到IDM 4300时，无菌适配器可定位在附接接口4310和外科工具之间，并且无菌适配器可被配置为将功率从每个扭矩耦接器4314传输到相应器械输入端。

图31所示的IDM 4300的实施方案可以各种构型与外科机器人系统一起使用。期望构型可取决于正对患者执行的外科手术的类型或在外科手术期间使用的外科工具的类型。例如，对于内窥镜式手术与腹腔镜式手术，IDM 4300的期望构型可不同。

在第一构型中，IDM 4300能够可移除地或固定地附接到外科臂，使得附接接口4310在外科手术期间在患者近侧。在这种构型(下文称为“前安装式构型”)中，外科工具在位于患者近侧的一侧上固定到IDM 4300。与前安装式构型一起使用的外科工具被构造成使得外科工具的细长主体从与外科工具的附接接口相背的一侧延伸。当将外科工具从呈前安装式构型的IDM 4300移除时，将在患者的近侧方向上移除外科工具。

在第二构型中，IDM 4300能够可移除地或固定地附接到外科臂，使得附接接口4310在外科手术期间在患者远侧。在这种构型(下文称为“后安装式构型”)中，外科工具在远离患者的一侧上固定到IDM 4300。与后安装式构型一起使用的外科工具被构造成使得外科工具的细长主体从外科工具的附接接口延伸。这种构型增加了患者在从IDM 4300移除工具期间的安全性。当将外科工具从呈后安装式构型的IDM 4300移除时，将在患者的远侧方向上移除外科工具。

在第三构型中，IDM 4300能够可移除地或固定地附接到外科臂，使得外科工具的至少一部分定位在IDM 4300上方。在这种构型(下文称为“顶部”或“贯通”构型)中，外科工具的轴向下延伸穿过IDM 4300。

外科工具的某些构型可被构造成使得外科工具可以前安装式构型或后安装式构型与IDM一起使用。在这些构型中，外科工具在外科工具的两个端部上包括附接接口。对于一些外科手术，医师可根据正在执行的外科手术的类型决定IDM的构型。例如，后安装式构型对于其中腹腔镜式工具相对于其他外科工具可能特别长的腹腔镜式手术可以是有益的。当外科臂在外科手术期间四处移动时，诸如当医师将外科工具的远侧端部引导到患者的远程位置(例如，肺或血管)时，腹腔镜式工具的增加的长度引起外科臂围绕更大的弧摆动。有益地，后安装式构型通过穿过通道4312接收细长主体的一部分来减小外科工具的有效工具长度，从而减小外科臂对外科工具进行定位所需的运动弧。

图33至图34示出了根据一个实施方案的固定到图31的器械装置操纵器4300的示例性外科工具4500的分解透视图。外科工具4500包括壳体4502、细长主体4504和多个器械输入端4600。如前所述，细长主体4504可以是腹腔镜、内窥镜或具有端部执行器的其他外科工具。如图所示，多个扭矩耦接器4314从附接接口4310向外突出以与外科工具的器械输入端4600接合。器械输入端4600的结构可见于图34中，其中器械输入端4600具有与扭矩耦接器4314对应的几何形状以确保固定的外科工具接合。

在外科手术期间，外科盖布可用于保持IDM 4300和外部环境(即，手术室)之间的无菌边界。在图33至图34的实施方案中，外科盖布包括无菌适配器4506、第一突出部4508和第二突出部4510。虽然在图33至图34中未示出，但是无菌片材连接到无菌适配器和第二突出部并披盖在IDM4300周围以形成无菌边界。

无菌适配器4506被配置为当固定到IDM 4300时在IDM 4300和外科工具4500之间形成无菌接口。在图33至图34的实施方案中，无菌适配器4506具有覆盖IDM 4300的附接接口4310的盘状几何形状。无菌适配器4506包括中心孔4508，该中心孔被配置为接收外科工具4500的细长主体4504。在这种构型中，当外科工具4500固定到IDM 4300时，无菌适配器4506定位在附接接口4310和外科工具4500之间，从而在外科工具4500和IDM 4300之间形成无菌边界并且允许细长主体4504穿过通道4312。在某些实施方案中，无菌适配器4506可能够与外科工具架4308一起旋转，将旋转扭矩从多个扭矩耦接器4314传输到外科工具4500，在IDM 4300和外科工具4500之间传递电信号，或它们的某种组合。

在图33至图34的实施方案中，无菌适配器4506还包括多个耦接器4512。耦接器4512的第一侧被配置为与相应扭矩耦接器4314接合，而耦接器4512的第二侧被配置为与相应器械输入端4600接合。

类似于多个扭矩耦接器4314的结构，每个耦接器4512被构造为包括多个凹口的圆柱形突出部。耦接器4512的每一侧具有互补的几何形状以与相应扭矩耦接器4314和相应器械输入端4600完全接合。在一些实施方案中，一个或多个器械输入端4600称为机械输入端。每个耦接器4512被配置为在顺时针或逆时针方向上与相应扭矩耦接器4314一起旋转。这种构型允许每个耦接器4512将旋转扭矩从IDM 4300的多个扭矩耦接器4314传送到外科工具4500的多个器械输入端4600，并且因此控制外科工具4500的端部执行器。

第一突出部4508和第二突出部4510被配置为穿过IDM 4300的通道4312并且在通道4312内彼此配合。每个突出部4508、4510被构造为允许细长主体4504穿过突出部并且因此穿过通道4312。第一突出部4508和第二突出部4510的连接在IDM 4300和外部环境(即，手术室)之间形成无菌边界。

图35示出了根据一个实施方案的用于外科工具4500与外科盖布的无菌适配器4506的接合和脱离接合的致动机构的放大透视图。由于如相对于图31所述的IDM 4300的构型，外科手术期间到患者体内的外科工具***的轴线与外科工具移除的轴线相同。为了确保患者在外科工具移除期间的安全性，可在移除外科工具4500之前使外科工具4500与无菌适配器4506和IDM 4300脱离铰接。在图35的实施方案中，多个耦接器4512被配置为在轴向方向上平移，即，背离无菌适配器4506伸出并且朝向无菌适配器4506回缩。多个耦接器4512的平移由致动机构致动，该致动机构通过使多个耦接器4512与相应器械输入端4600脱离接合来确保外科工具4500的脱离铰接。致动机构包括楔形件4702和推动板4704。

楔形件4702是在外科工具脱离接合的过程期间启动推动板4704的结构部件。在图35的实施方案中，楔形件4702沿外科工具4500的壳体4502的外周边位于壳体4502内。如图所示，楔形件4702被定向成使得如果外科工具4500的壳体4502相对于无菌适配器4506顺时针旋转，则与推动板4704的接触引起推动板4704下压到无菌适配器4506中。在另选的实施方案中，楔形件4702可被配置为使得外科工具4500的壳体4502逆时针而不是顺时针旋转。可采用除楔形之外的几何形状，诸如拱形斜坡，只要该结构能够在旋转时压下推动板即可。

推动板4704是使多个耦接器4512与外科工具4500脱离接合的致动器。类似于多个扭矩耦接器4314，耦接器4512中的每个耦接器可耦接到一个或多个弹簧，该一个或多个弹簧使每个耦接器4512偏置以背离无菌适配器4506向外弹开。多个耦接器4512进一步被配置为在轴向方向上平移，即，背离无菌适配器4506伸出并且回缩到无菌适配器4506中。推动板4704致动耦接器4512的平移移动。当推动板4704被楔形件4702压下时，推动板4704引起耦接到每个耦接器4512的一个或多个弹簧压缩，从而导致耦接器4512回缩到无菌适配器4506中。在图35的实施方案中，推动板4704被配置为引起多个耦接器4512同时回缩。另选的实施方案可使耦接器4512按特定序列或随机顺序回缩。在图35的实施方案中，推动板4704引起多个耦接器4512部分地回缩到无菌适配器4506中。这种构型允许在移除外科工具4500之前使外科工具4500与无菌适配器4506脱离铰接。这种构型还允许用户在任何期望的时间使外科工具4500与无菌适配器4506脱离铰接而无需移除外科工具4500。另选的实施方案可使多个耦接器4512完全回缩到无菌适配器4506中，使得所测量的每个耦接器4512的有效高度为零。在一些实施方案中，推动板4704可引起多个扭矩耦接器4314与多个相应耦接器4512同步回缩。

图36A和图36B示出了根据一个实施方案的使外科工具与无菌适配器接合和脱离接合的过程。图36A示出了在固定位置中的无菌适配器4506和外科工具4500，使得两个部件固定在一起并且多个耦接器4512与外科工具4500的相应的器械输入端4600完全接合。为了实现如图36A所示的固定位置，使外科工具4500的细长主体4504(未示出)穿过无菌适配器4506的中心孔4508(未示出)，直到外科工具4500和无菌适配器4506的配合表面接触为止，并且通过闭锁机构将外科工具4500和无菌适配器4506彼此固定。在图36A和图36B的实施方案中，闭锁机构包括横档4802和闩锁4804。

横档4802是在固定位置中固定闩锁4804的结构部件。在图36A的实施方案中，横档4802沿外科工具4500的壳体4502的外周边位于壳体4502内。如图36A所示，横档4802被定向成使得其搁置在闩锁4804上的突出部下方，从而防止闩锁4804并由此防止无菌适配器4506由于多个耦接器4512的上弹性质而远离外科工具4500拉动，如相对于图35所述。

闩锁4804是在固定位置中与横档4802配合的结构部件。在图36A的实施方案中，闩锁4804从无菌适配器4506的配合表面突出。闩锁4804包括突出部，该突出部被配置为当外科工具4500固定到无菌适配器4506时抵靠横档4802。在图36A的实施方案中，外科工具4500的壳体4502能够独立于外科工具4500的其余部分旋转。这种构型允许壳体4502相对于无菌适配器4506旋转，使得横档4802抵靠闩锁4804固定，从而将外科工具4500固定到无菌适配器4502。在图36A的实施方案中，壳体4502逆时针旋转以实现固定位置，但其他实施方案可被配置用于顺时针旋转。在另选的实施方案中，横档4802和闩锁4804可具有将无菌适配器4506和外科工具4500锁定在固定位置中的各种几何形状。

图36B示出了在解除固定位置中的无菌适配器4506和外科工具4500，在解除固定位置中，外科工具4500可从无菌适配器4506移除。如前所述，外科工具4500的壳体4502能够独立于外科工具4500的其余部分旋转。这种构型允许壳体4502旋转，即使在多个耦接器4512与外科工具4500的器械输入端4600接合时也是如此。为了从固定位置转变到解除固定位置，用户使外科工具4500的壳体4502相对于无菌适配器4506顺时针旋转。在此旋转期间，楔形件4702接触推动板4704并且随着推动板4704抵靠楔形件4702的成角度平面滑动而逐渐压下推动板4704，从而引起多个耦接器4512回缩到无菌适配器4506中并且与多个器械输入端4600脱离接合。进一步旋转引起闩锁4804接触轴向凸轮4806，该轴向凸轮的构造类似于楔形件4702。当闩锁4804在旋转期间接触轴向凸轮4806时，轴向凸轮4806引起闩锁4804背离外科工具4500向外挠曲，使得闩锁4804从横档4802移位。在图36B的实施方案中，在这个解除固定位置中，多个耦接器4512回缩，并且外科工具4500可从无菌适配器4506移除。在其他实施方案中，轴向凸轮4806可具有各种几何形状，使得旋转引起闩锁4804向外挠曲。

在另选的实施方案中，外科工具4500的壳体4502的旋转方向可被配置为逆时针旋转以使闩锁4804与横档4802解除固定。另外，另选的实施方案可包括类似的部件，但是部件的位置可在无菌适配器4506和外科工具4500之间切换。例如，横档4802可位于无菌适配器4506上，而闩锁4804可位于外科工具4500上。在其他实施方案中，无菌适配器4506的外部部分可能够相对于多个耦接器4512而不是外科工具4500的壳体4502旋转。另选的实施方案还可包括用于在壳体4502相对于器械输入端4600完全旋转时锁定外科工具4502的壳体4502的旋转的特征件。如果器械输入端4600已经与耦接器4512脱离铰接，则这种构型防止外科工具的旋转。在一些实施方案中，耦接器4512的回缩和伸出可与扭矩耦接器4314的相应回缩和伸出耦接，使得与扭矩耦接器4314接合的耦接器4512将一起平移。

图37A和图37B示出了根据另一个实施方案的外科工具与无菌适配器的外科工具接合和脱离接合的过程。在图37A和图37B的实施方案中，无菌适配器4900可包括将外科工具4904固定到无菌适配器4900的外带4902。如图37A和37B所示，外科工具4902在壳体4908的外表面上包括斜坡4906。斜坡4906包括凹口4910，该凹口被配置为接收圆形突出部4912，该圆形突出部定位在无菌适配器4900的外带4902的内表面上。外带4902能够独立于并且相对于无菌适配器4900和外科工具4904旋转。当外带4902在第一方向上旋转时，圆形突出部4912沿着斜坡4906的表面向上滑动，直到圆形突出部4912嵌套在凹口4910内，从而将无菌适配器4900和外科工具4904固定在一起。外带4902在第二方向上的旋转引起无菌适配器4900和外科工具4904与彼此解除固定。在某些实施方案中，这种机构可与无菌适配器4900上的多个耦接器4914的脱离铰接相结合，如相对于图35至图36所述。

外科工具脱离接合的另选的实施方案可包括另外的特征，诸如阻抗模式。利用阻抗模式，外科机器人系统可控制用户是否可将外科工具从无菌适配器移除。用户可通过旋转外科工具的壳体并且将外科工具与无菌适配器解除固定来开启脱离接合机构，但外科机器人系统可不会从器械输入端释放耦接器。只有当外科机器人系统已经转变到阻抗模式时，耦接器才被释放并且用户才可移除外科工具。保持外科工具接合的优点在于：外科机器人系统可在移除外科工具之前控制外科工具的端部执行器并且对端部执行器进行定位以用于工具移除，以使对外科工具的损坏最小化。为了启动阻抗模式，推动板4704可具有硬止动件，使得推动板可被压下至多一定距离。在一些实施方案中，推动板的硬止动件可以是可调节的，使得硬止动件与外科工具的壳体的最大旋转量重合。因此，一旦达到完全旋转，推动板也就遇到硬止动件。多个传感器可检测这些事件并且触发阻抗模式。

在可能不期望阻抗模式的外科手术期间，某些情况可能需要进行紧急工具移除。在一些实施方案中，推动板的硬止动件可具有顺应性，使得硬止动件在紧急情况下可屈曲。推动板的硬止挡件可耦接到弹簧，从而允许硬止动件响应于另外的力而屈曲。在其他实施方案中，推动板的硬止动件可以是刚性的，使得通过移除将外科工具固定到无菌适配器的闩锁来进行紧急工具移除。

图38A示出了根据一个实施方案的用于使外科工具架4308在器械装置操纵器4300内滚动的机构的透视图。如图38A所示，附接接口4310被移除以暴露滚动机构。这种机构允许外科工具架4308围绕旋转轴线4316在任一方向上连续旋转或“滚动”。滚动机构包括定子齿轮5002和转子齿轮5004。

定子齿轮5002是被配置为与转子齿轮5004配合的固定齿轮。在图38A的实施方案中，定子齿轮5002是沿环的内圆周包括齿轮齿的环形齿轮。定子齿轮5002在附接接口4310后面固定地附接到外部壳体4306。定子齿轮5002具有与转子齿轮5004相同的齿距，使得定子齿轮5002的齿轮齿被配置为与转子齿轮5004的齿轮齿配合。定子齿轮5002可由刚性材料(例如，金属或硬塑料)构成。

转子齿轮5004是被配置为引起外科工具架4308旋转的旋转齿轮。如图38A所示，转子齿轮5004是沿其外圆周包括齿轮齿的圆形齿轮。转子齿轮5004定位在附接接口4310后面且在定子齿轮5002的内圆周内，使得转子齿轮5004的齿轮齿与定子齿轮的齿轮齿配合。如前所述，转子齿轮5004和定子齿轮5002具有相同的齿距。在图38A的实施方案中，转子齿轮5004耦接到驱动机构(例如，马达)，该驱动机构引起转子齿轮5004在顺时针或逆时针方向上旋转。驱动机构可从外科工具架组件4304内的集成控制器接收信号。当驱动机构引起转子齿轮5004旋转时，转子齿轮5004沿定子齿轮5002的齿轮齿行进，从而引起外科工具架4308旋转。在这种构型中，转子齿轮5004能够在任一方向上连续旋转，并且因此允许外科工具架4308围绕旋转轴线4316实现无限滚动。另选的实施方案可使用类似的机构来允许无限滚动，诸如环形齿轮和小齿轮的构型。

图38B示出了根据一个实施方案的器械装置操纵器4300的剖视图。如图38B所示，滚动机构与多个轴承5006耦接。轴承是减小移动部分之间的摩擦并且有利于围绕固定轴线旋转的机械部件。当外科工具架4308在外部壳体4306内旋转时，一个轴承可单独地支撑径向或扭转载荷。在图38B的实施方案中，IDM 4300包括两个轴承5006a、5006b，它们固定地附接到外科工具架4308，使得轴承5006内的多个部件(诸如滚珠或滚筒)接触外部壳体4306。第一轴承5006a在第一端部处固定在附接接口4310后面，并且第二轴承5006b固定在第二端部处。这种构型改善了在外科工具架4308在外部壳体4306内旋转时外科工具架4308的第一端部和第二端部之间的刚性和支撑。另选的实施方案可包括另外的轴承，这些另外的轴承沿外科工具架的长度提供另外的支撑。

图38B还示出了根据一个实施方案的IDM 4300内的密封部件。IDM4300包括多个O形环5008和多个垫圈5010，该多个O形环和该多个垫圈被配置为密封两个表面之间的结合部，以防止流体进入该结合部。在图38B的实施方案中，IDM包括位于外部壳体的结合部之间的O形环5008a、5008b、5008c、5008d、5008e以及位于外科工具架4308内的结合部之间的垫圈5010a、5010b。这种构型帮助保持IDM 4300内的部件在外科手术期间的无菌性。垫圈和O形环通常由强弹性体材料(例如，橡胶)构成。

图38C示出了根据一个实施方案的器械装置操纵器的内部部件及其某些电子部件的局部分解透视图。外科工具架4308的内部部件包括多个致动器5102、马达、齿轮头(未示出)、扭矩传感器(未示出)、扭矩传感器放大器5110、滑环5112、多个编码器板5114、多个马达功率板5116和集成控制器5118。

多个致动器5102驱动多个扭矩耦接器4314中的每个扭矩耦接器的旋转。在图38C的实施方案中，致动器诸如5102a或5102b经由马达轴耦接到扭矩耦接器4314。马达轴可以是键合轴，使得其包括多个沟槽以允许马达轴固定地配合到扭矩耦接器4314。致动器5102引起马达轴在顺时针或逆时针方向上旋转，从而引起相应扭矩耦接器4314在该方向上旋转。在一些实施方案中，马达轴可以是扭转刚性的但弹簧顺应性的，从而允许马达轴并且因此允许扭矩耦接器4314旋转并在轴向方向上平移。这种构型可允许多个扭矩耦接器4314在外科工具架4308内回缩和伸出。每个致动器5102可从集成控制器5118接收指示使马达轴旋转的方向和量的电信号。在图38C的实施方案中，外科工具架4308包括五个扭矩耦接器4314并且因此包括五个致动器5102。

马达驱动外科工具架4308在外部壳体4306内的旋转。马达可在结构上等同于致动器中的一个致动器，不同的是马达耦接到转子齿轮5004和定子齿轮5002(参见图38A)以用于使外科工具架4308相对于外部壳体4306旋转。马达引起转子齿轮5004在顺时针或逆时针方向上旋转，从而引起转子齿轮5004围绕定子齿轮5002的齿轮齿行进。这种构型允许外科工具架4308连续滚动或旋转，而不受缆线或拉线的潜在绕起的阻碍。马达可从集成控制器5118接收指示使马达轴旋转的方向和量的电信号。

齿轮头控制递送到外科工具4500的扭矩量。例如，齿轮头可增加递送到外科工具4500的器械输入端4600的扭矩量。另选的实施方案可被配置为使得齿轮头减小递送到器械输入端4600的扭矩量。

扭矩传感器测量在旋转的外科工具架4308上产生的扭矩量。在图38C所示的实施方案中，扭矩传感器能够测量顺时针和逆时针方向上的扭矩。扭矩测量结果可用于保持外科工具的多根拉线中的特定张力量。例如，外科机器人系统的一些实施方案可具有自动张紧特征，其中在给外科机器人系统通电或使外科工具与IDM接合时，外科工具的拉线上将被预加载张力。每根拉线上的张力量可达到阈值量，使得拉线被张紧到刚好足以绷紧。扭矩传感器放大器5110包括用于放大测量在旋转的外科工具架4308上产生的扭矩量的信号的电路。在一些实施方案中，扭矩传感器安装到马达。

滑环5112使得能够将电功率和信号从固定结构传送到旋转结构。在图38C的实施方案中，滑环5112被构造为包括中心孔的环，该中心孔被配置为与外科工具架4308的通道4312对准，如也在图38D中的滑环5112的另外的透视图中所示。滑环5112的第一侧包括多个同心沟槽5120，而滑环5112的第二侧包括多个电气部件，该多个电气部件用于从外科臂和基部4302提供的电气连接，如相对于图31所述。滑环5112在距外部壳体4306的特定距离处固定到外科工具架4308的外部壳体4306，以为这些电气连接分配空间。多个同心沟槽5120被配置为与附接到集成控制器的多个电刷5122配合。沟槽5120和电刷5122之间的接触使得能够将电功率和信号从外科臂和基部传送到外科工具架。

多个编码器板5114读取并处理通过滑环从外科机器人系统接收的信号。从外科机器人系统接收的信号可包括指示外科工具的旋转量和旋转方向的信号、指示外科工具的端部执行器和/或腕部的旋转量和旋转方向的信号、操作外科工具上的光源的信号、操作外科工具上的视频或成像装置的信号、以及操作外科工具的各种功能的其他信号。编码器板5114的配置允许在外科工具架4308中完全执行整个信号处理。多个马达功率板5116各自包括用于向马达提供功率的电路。

集成控制器5118是外科工具架4308内的计算装置。在图38C的实施方案中，集成控制器5118被构造为包括中心孔的环，该中心孔被配置为与外科工具架4308的通道4312对准。集成控制器5118在集成控制器5118的第一侧上包括多个电刷5122。电刷5122接触滑环5112并且接收从外科机器人系统通过外科臂、基部4302并且最终通过滑环5112递送到集成控制器5118的信号。由于所接收的信号，集成控制器5118被配置为将各种信号发送到外科工具架4308内的相应部件。在一些实施方案中，编码器板5114和集成控制器5118的功能可以与本文所述不同的方式分布，使得编码器板5114和集成控制器5118可执行相同的功能或它们的某种组合。

图38D示出了根据一个实施方案的器械装置操纵器的内部部件及其某些电子部件的局部分解透视图。图38D的实施方案包括两个编码器板5114a和5114b、扭矩传感器放大器5110以及三个马达功率板5116a、5116b和5116c。这些部件固定到集成控制器5118并且向外突出，从而从集成控制器5118垂直延伸。这种构型为将多个致动器5102和马达定位在电路板内提供空间。

如相对于图38C所讨论的，滑环5112固定在距外部壳体4306的特定距离处。为了确保滑环5112和外部壳体4306之间用于从外科臂和基部4302到滑环5112的电气连接的正确空间分配，在图38D的实施方案中，滑环5112由多个对准销、多个螺旋弹簧和一个垫片支撑。滑环5112在滑环5112的中心孔的每一侧上包括孔5124，该孔被配置为在对准销的第二侧***外部壳体4306中的相应孔中时接受对准销的第一侧。对准销可由刚性材料(例如，金属或硬塑料)构成。多个螺旋弹簧围绕滑环5112的中心固定并且被配置为桥接滑环5112和外部壳体4306之间的空间并且保持它们之间的接触。螺旋弹簧可有益地吸收对IDM 4300的任何冲击。垫片是环形间隔件，其围绕滑环5112的中心孔定位以在滑环5112和外部壳体4306之间添加进一步的支撑。此外，当集成控制器5118上的多个电刷5122接触多个同心沟槽5120并且抵靠该多个同心沟槽旋转时，这些部件向滑环5112提供稳定性。在另选的实施方案中，对准销、螺旋弹簧和垫片的数量可发生变化，直到实现滑环5112和外部壳体4306之间的期望支撑。

图38E示出了根据一个实施方案的器械装置操纵器4300的用于使外科工具架4308进行滚动分度的电子部件的放大透视图。滚动分度监视外科工具架4308相对于外部壳体4306的位置，使得外科机器人系统不断了解外科工具4500的位置和取向。图38E的实施方案包括微动开关5202和凸出部5204。微动开关5202和凸出部5204固定在外科工具架4308内。凸出部5204是外部壳体4306上的结构，该结构被配置为在外科工具架4308旋转时接触微动开关5202，由此每当与凸出部5204接触时就启动微动开关。在图38E的实施方案中，存在一个凸出部5204，其用作用于微动开关5202的单个基准点。

各种工具或器械可附接到IDM 4300，包括用于腹腔镜式外科手术、内窥镜式外科手术和腔内外科手术的器械。本文所述的器械是特别新颖的，因为它们包括基于器械的***架构，这降低了***对机器人臂的依赖。换句话讲，器械的设计和架构可有利于器械的***(例如，朝向外科部位)。例如，在其中器械包括细长轴和柄部的一些实施方案中，器械的架构使得细长轴能够相对于柄部沿***轴线平移。

本文所述的器械结合了缓解许多问题的基于器械的***架构。未结合基于器械的***架构的器械依赖于机器人臂及其IDM进行***。在这种布置中，为了实现器械***，可能需要移入和移出IDM，因此需要另外的马达功率和臂连杆大小以用于以受控方式移动另外的质量。此外，较大的体积形成大得多的扫掠体积，这可导致操作期间的碰撞。通过结合基于器械的***架构，本文所述的器械通常具有减小的摆动质量，因为器械本身(例如，其轴)在较少依赖机器人臂的情况下沿***轴线移动。

本文所述的器械的一些实施方案可具有新颖的基于器械的***架构，这些基于器械的***架构不仅允许***器械，而且还允许不受干扰地致动器械的端部执行器。例如，在一些实施方案中，器械包括用于致动端部执行器的第一致动机构和用于引起器械的一部分(例如，轴)沿***轴线平移的第二致动机构。第一致动机构有利地与第二致动机构脱离，使得端部执行器的致动不受器械的***影响，并且反之亦然。

图39示出了根据一个实施方案的具有基于器械的***架构的器械的侧视图。器械5200的设计和架构使得器械(例如，其轴)能够在较少依赖于机器人臂的移动进行***的情况下沿***轴线平移。

器械5200包括细长轴5202、连接到轴5202的端部执行器5212和耦接到轴5202的柄部5220。细长轴5202包括管状构件，该管状构件具有近侧部分5204和远侧部分5206。细长轴5202沿其外表面包括一个或多个通道或沟槽5208。在轴5202的剖视图中最可见的沟槽5208被配置为接收穿过其中的一根或多根线材或缆线5230。因此，一根或多根缆线5230沿细长轴5202的外表面延伸。在其他实施方案中，缆线5230也可延伸穿过轴5202，如图49中的示意图所示。在一些实施方案中，延伸穿过轴5202的缆线5230未暴露。在一些实施方案中，这些缆线5230中的一根或多根缆线的操纵(例如，经由IDM 4300)导致端部执行器5212的致动。

端部执行器5212包括被设计成为向外科部位提供作用的一个或多个腹腔镜式部件、内窥镜式部件或腔内部件。例如，端部执行器5212可包括腕部、抓紧器、尖齿、夹钳、剪刀或夹具。在图39所示的本实施方案中，沿轴5202的外表面上的沟槽5208延伸的缆线5230中的一根或多根缆线致动端部执行器5212。一根或多根缆线5230从轴5202的近侧部分5204穿过柄部5220并且朝向轴5202的远侧部分5206延伸，在该远侧部分处，该一根或多根缆线致动端部执行器5212。

器械柄部5220(也可称为器械基部)通常可包括附接接口5222，该附接接口具有一个或多个机械输入端5224，例如插孔、滑轮或卷轴，该一个或多个机械输入端被设计成与(如图31所示的)IDM 4300的附接接口4310上的一个或多个扭矩耦接器4314往复地配合。附接接口5222能够通过前安装、后安装和/或顶安装附接到IDM 4300。当物理地连接、闩锁和/或耦接时，器械柄部5220的配合的机械输入端5224可与IDM 4300的扭矩耦接器4314共享旋转轴线，从而允许将扭矩从IDM 4300传送到器械柄部5220。在一些实施方案中，扭矩耦接器4314可包括被设计成与机械输入端上的插孔配合的花键。致动端部执行器5212的缆线5230接合柄部5220的插孔、滑轮或卷轴，使得扭矩从IDM 4300到器械柄部5220的传送导致端部执行器的致动。

器械5200的一些实施方案包括控制端部执行器5212的致动的第一致动机构。此类第一致动机构的实施方案在图40中示意性地示出。此外，器械5200包括使得轴5202能够相对于柄部5220沿***轴线平移的第二致动机构。此类第二致动机构的实施方案在图45中示出。有利地，第一致动机构与第二致动机构脱离，使得端部执行器5212的致动不受轴5202的平移影响，并且反之亦然。可结合到工具或器械5200中的第一致动机构和第二致动机构的实施方案在下文参考图40至图48更详细地描述。

图40示出了根据一个实施方案的用于致动端部执行器的第一致动机构的示意图。在一些实施方案中，第一致动机构提供N+1种腕部运动，其中N是由N+1根缆线提供的自由度的数量。用于致动端部执行器5212的第一致动机构包括延伸穿过至少一组滑轮5250的至少一根缆线或缆线段5230a。在本实施方案中，第一缆线或缆线段5230a延伸穿过滑轮构件5250a、5250b、5250c，而第二缆线或缆线段5230a延伸穿过滑轮构件5250d、5250e、5250f。至少一根缆线5230a在轴5202的近侧端部5205处或附近接地，然后延伸穿过至少一组滑轮5250(该至少一组滑轮位于柄部5220内)，然后端接在端部执行器5212处。通过使每根缆线5230a在轴5202的近侧端部5205处或附近接地来使缆线总路径长度保持恒定，并且通过使滑轮(例如，滑轮构件5250b和5250e)相对于彼此移动(参见箭头)来进行相对长度改变，从而实现端部执行器5212的致动。在一些实施方案中，滑轮可经由对应机械输入端5224的线性或旋转运动来移动。此第一致动机构有利地准许器械轴5202相对于致动滑轮5250自由移动(这将通过下文所述的第二致动机构实现)，从而允许包括另外的缆线以准许在端部执行器5212致动的同时***和回缩器械轴5202。

图41示出了根据一个实施方案的图39的器械的第一致动机构的放大侧视图。第一致动机构与图40所示的示意图相对应，并且被设计成引起端部执行器5212的致动，同时准许单独的第二致动机构使轴5202相对于柄部5220平移。如图41所示，柄部5220包括一组轴承、卷轴、滑轮或滑轮构件5250a、5250b、5250c、5250d、5250e(其中滑轮5250a、5250b、5250c对应于图40中的同一组滑轮)。缆线5230a延伸穿过滑轮5250a、5250d、5250b、5250e、5250c。机械输入端(在图41中识别为5224')的操纵引起滑轮5250d、5250b、5250e的旋转运动。滑轮5250d、5250b、5250e的旋转运动改变接收在柄部5220中的缆线5230的量，从而致动端部执行器。滑轮在缆线5230a上的旋转运动的作用在图43和图44中示出。根据旋转运动的方向，滑轮5250d、5250e可卷绕或“收起”柄部5220中的缆线5230，或者可退绕并“给出”柄部5220中的缆线5230a。无论哪种方式，缆线5230a的长度在柄部5220内改变，从而引起端部执行器5212的致动。虽然图41中的实施方案描绘了通过旋转运动修改的滑轮系统，但在其他实施方案中，滑轮系统可通过线性和/或旋转运动修改。此外，本领域的技术人员将会知道，柄部5220中的缆线5230a的量的长度变化还可改变缆线张力。

图42示出了根据一个实施方案的图39的器械的第一致动机构的放大透视图。从该视图可看到滑轮5250a-e的不同细节，包括滑轮5250a、5250c的卷轴。

图43和图44示出了根据一个实施方案的图39的器械的滑轮构件5250e和缆线在致动滑轮构件前后的前视图。在机械输入端5224'上施加扭矩使滑轮5250e、5250b和5250d旋转。如图43所示，在致动滑轮5250e之前，缆线5230a可沿滑轮5250e的一侧延伸。如图44所示，在致动滑轮5250e之后，缆线5230a接着由滑轮卷绕和收起，从而增加柄部5220内的缆线5230a的量以引起端部执行器的致动。

虽然图39至图44中的实施方案公开了安装在旋转轴线上以改变相对缆线长度的一个或多个滑轮，但是在其他实施方案中，将滑轮安装在基于杆件、齿轮或轨道的系统上以调节位置是另外的选择。此外，沿工具的长度行进的球形花键旋转轴也可用于以机械远程方式传输力。

图45示出了根据一个实施方案的包括用于轴平移的卷轴的第二致动机构的侧视图。第二致动机构被设计成使轴5202相对于柄部5220沿***轴线平移。与致动端部执行器5212的第一致动机构类似，第二致动机构也可结合在柄部5220内。

第二致动机构包括接合一组卷轴5270a、5270b、5270c、5270d的缆线或缆线段5230b。缆线5230b的一个端部可附接在轴5202的近侧端部5205处或附近，而缆线5230b的另一个端部可附接在轴5202的远侧端部5207处或附近。缆线5230b延伸穿过这组卷轴5270a、5270b、5270c，其中卷轴5270b是绞盘。使柄部5220的机械输入端旋转引起绞盘的旋转，从而驱动缆线5230b进出绞盘。当缆线5230b被驱动进出绞盘时，这引起轴5202相对于柄部5220平移。有利地，通过向附接在轴5202的近侧端部和远侧端部处的缆线5230b施加足够的预张力，可使用摩擦力来驱动缆线5230b进出，从而使轴5202相对于柄部5220移动而不会滑动。

在本实施方案中，绞盘5270b包括零游走绞盘。在其他实施方案中，诸如图46和图47所示，可将可允许缆线游走的绞盘结合到柄部5220中。零游走绞盘架构帮助管理缆线5230b围绕绞盘5270b的多次缠绕而在沟槽上无螺旋角以防止缆线跨绞盘5270b游走，这可能会影响总路径长度并且改变缆线中的张力。通过将另外的滑轮5270d放置在绞盘5270b旁边的斜面上，可实现重新定向到绞盘5270b上的平行路径，从而导致缆线5230b在绞盘5270b上无游走动作。

图46和图47呈现了图45所示的零游走绞盘的另选实施方案。在这些实施方案中，驱动轴***的绞盘是可结合到第二致动机构的架构中的放大的绞盘5270e。在足够大的驱动绞盘5270e和足够小的***行程的情况下，绞盘的旋转次数少。例如，在22mm驱动绞盘5270e和350mm***行程的情况下，用于实现完全***范围的绞盘5270e的旋转次数为5次旋转。如果缆线行进的距离与绞盘5270e的缆线游走范围相比足够大，则在***期间的缆线上的偏离角的量和路径长度变化小到足以忽略不计。在一些实施方案中，偏离角可介于+/-2度之间。

图46示出了根据一个实施方案的使用单根缆线进行轴平移的另选卷轴的透视图。另选卷轴包括由单根缆线5230b接合的放大的绞盘5270e。在该实施方案中，为了致动驱动轴***，单根缆线5230b具有足够大的包角以具有足够的绞盘摩擦来进行驱动。在一些实施方案中，单根缆线5230b是连续的并且围绕绞盘5270e缠绕多次(例如，3次、4次或更多次)以具有足够大的包角来驱动绞盘和***。

图47示出了根据一个实施方案的使用多于一根缆线进行轴平移的另选卷轴的透视图。另选卷轴包括由单根缆线5230b的两个单独分段5230b'、5230b”接合的放大的绞盘5270e。分段5230b'、5230b”中的每一者端接在绞盘5270e上。与图46中的实施方案不同，本实施方案并不依赖于绞盘摩擦来驱动轴***。在该实施方案中，缆线5230b螺旋连接到外部，然后在顶部和底部两者处端接到卷轴。图47所示的双端接方法的优点在于：它对于线缆张力的损失是有弹性的。由于双端接方法依赖于强制接合而不是摩擦，因此不会发生滑动。

图48示出了根据一个实施方案的包括图46的卷轴的柄部的前视图。从该视图可看到卷轴(例如，绞盘5270e)在柄部5220内的一个可能位置。有利地，另外的卷轴和滑轮可设置在柄部5220内以致动端部执行器5212。例如，如图40所表示的用于端部执行器致动的滑轮系统可结合到图48中的柄部中。因此，柄部5220可结合用于端部执行器致动和/或驱动***两者的多个机构。如图48所示，将缆线5230引导到绞盘5270e上的一个或多个滑轮跨柄部定位以增加缆线距离。如果缆线行进的距离与绞盘5270e的缆线游走范围相比足够大，则在***期间的缆线上的偏离角的量和路径长度变化小到足以忽略不计。在一些实施方案中，有可能具有传统的螺旋绞盘并且使长度变化和偏离角保持为最小值。

图49示出了显示根据一个实施方案的用于致动端部执行器和轴***的另选架构的示意图。该架构结合了用于致动端部执行器的第一致动机构和用于轴***的第二致动机构。与先前的实施方案类似，第一致动机构和第二致动机构脱离，使得端部执行器的致动不影响轴***，并且反之亦然。然而，在本实施方案中，第一致动机构包括用于致动端部执行器的一根或多根缆线，该一根或多根缆线端接在***卷轴(它也用作用于轴***的第二致动机构的一部分)处，而不是像在图40中的实施方案中那样端接在轴的近侧部分和远侧部分上。由于该架构，在经由第二致动机构的轴***期间，由***卷轴卷绕的一根或多根缆线基本上由通过***卷轴退绕的一根或多根缆线(在第一致动机构中用于致动端部执行器)的长度反向平衡。在经由第一致动机构的端部执行器致动期间，权衡脱离***卷轴的缆线的路径长度。

如图49所示，用于端部执行器致动和轴***的另选架构包括具有近侧部分5304和远侧部分5306的轴5502，端部执行器位于该远侧部分处。一个或多个卷轴5370a、5370b、5370c、5370d、5370e(它们是柄部的一部分)围绕轴5502定位。卷轴5370c包括***卷轴。***卷轴5370c在第一方向上的旋转引起相对于柄部在第一方向上(例如，在***方向上)的轴平移，而***卷轴5370c在第二方向上的旋转引起相对于柄部在第二方向上(例如，在回缩方向上)的轴平移。一根或多根缆线或缆线段5330a在一个端部上端接到端部执行器(例如，腕部)并且在另一个端部上端接到***卷轴。在端接在轴5502的远侧部分5306处、附近或朝向该远侧部分端接之前，一根或多根另外的缆线或缆线段5330b也在***卷轴5370c处开始。

在本实施方案中，提供了第一致动机构，其中经由线性或旋转移动对一个或多个卷轴(例如，卷轴5370a、5370d)的操纵引起柄部内的一根或多根缆线5330a的长度变化。在一些实施方案中，柄部内的一根或多根缆线5330a的长度变化可包括柄部内的一根或多根缆线或缆线段的路径长度的变化。在该第一致动机构中，一根或多根缆线5330a可被视为“端部执行器”缆线。引起端部执行器的致动的柄部中的一根或多根缆线5330a的任何长度变化由一根或多根缆线5330b的长度反向平衡。

在本实施方案中，提供了第二致动机构，其中经由线性或旋转移动对***卷轴5370c的操纵引起柄部内的一根或多根缆线5330b的长度变化。在该第二致动机构中，一根或多根缆线5330b可被视为“***”缆线。引起轴***或回缩的柄部中的一根或多根缆线5330b的任何长度变化由一根或多根缆线5330a的长度反向平衡。在***和回缩下，张力得以保持，因为在收起一根或多根***缆线5330b时，一根或多根端部执行器缆线5330a的相等量被放出。一根或多根端部执行器缆线5330a的相对路径长度保持不变，因此端部执行器在***下不移动。

图50A示出了根据一个实施方案的结合有图49的用于致动端部执行器和轴***的另选架构的器械的放大前视图。图50B示出了结合有图49的用于致动端部执行器和轴***的另选架构的器械的顶部透视图。器械5300结合有图49所示的第一致动机构和第二致动机构，并且包括柄部5320，该柄部包括一个或多个机械输入端5324，每个机械输入端对应于一个或多个卷轴5370a-5370e，其中卷轴中的至少一个卷轴(5370c)包括***卷轴。各自对应于单独的机械输入端5324的一根或多根缆线或缆线段5330a'、5330a”、5330a”'和5330a””端接在驱动卷轴5370c处。这些缆线5330a'、5330a”、5330a”'和5330a””中的每一者可类似于一根或多根缆线5330a(在图49中的示意图中示出)与一个或多个卷轴接合。在第一致动机构中，这些缆线可用作端部执行器缆线，使得对其对应机械输入端5324的操纵引起柄部内的缆线的长度变化。在一些实施方案中，柄部内的一根或多根缆线的长度变化可包括柄部内的一根或多根缆线或缆线段的路径长度的变化。在一些实施方案中，改变柄部内的缆线的路径长度。在一些情况下，致动端部执行器的柄部5320内的一根或多根缆线5330a'、5330a”、5330a”'和5330a””的长度变化由类似于图49中的类似参考缆线5330b的缆线5330b的长度反向平衡。在其他情况下，在纯粹的端部执行器致动下，柄部中的缆线5330b的长度不改变。在第二致动机构中，缆线5330b可用作***缆线，使得对其对应机械输入端5324的操纵引起缆线5330b围绕***卷轴5370c卷绕。引起轴***的围绕***卷轴5370c卷绕的缆线5330b的量由退绕的一根或多根缆线5330a'、5330a”、5330a”'和5330a””的长度反向平衡。

图51示出了根据一个实施方案的器械的柄部和轴的顶部透视图。轴5202可相对于柄部5220平移。从该视图可看到在旋转时致动端部执行器的一个或多个机械输入端5224。此外，可看到在旋转时允许轴5202相对于柄部5220沿***轴线平移的一个或多个机械输入端5324。附接接口5222包括一个或多个机械输入端5224、5324，例如插孔、滑轮或卷轴，该一个或多个机械输入端被设计成与(如图31所示的)IDM 4300的附接接口4310上的一个或多个扭矩耦接器4314往复地配合。

图52A示出了利用图40所示的***架构的器械轴的横截面的示意图，而图52B示出了利用图49所示的另选***架构的器械轴的横截面的示意图。虽然不可见，但是图52A和52B中的横截面中的每一者包括从中延伸穿过的开口或内腔。如图52A所示，图40的***架构产生延伸穿过沿轴5202的外表面延伸的沟槽或通道5208的一根或多根缆线5230。相比之下，如图52B所示，图49的***架构产生延伸穿过沿轴5202的外表面的较少沟槽或通道1308(此处为单个通道)的一根或多根缆线5330b。这是因为在图49的另选架构中，缆线更倾向于在轴5502的主体内延伸。例如，在轴5502的外部上不存在端部执行器缆线。在较少缆线在轴5502的外部上延伸的情况下，图49中的架构可产生具有在外表面上延伸的较少沟槽或通道的总体更光滑的轴表面。

上述架构(例如，在图40和图49中示出)可用于致动端部执行器并且适应器械***。此外，这些架构可结合到特定类型的器械中以有助于外科手术。

一种此类器械是血管闭合器。利用血管闭合器，可驱动刀或切割器穿过以切割组织。在一些实施方案中，刀的运动是旋转的。在其他实施方案中，刀的运动是平移的。图53至图55示出了可结合到血管闭合器器械中以驱动刀穿过血管闭合器的不同架构。这些附图中所示的架构类似于图40所示的架构和相关机构，但在其他实施方案中，架构可类似于图49所示的架构和相关机构。

图53至图55示出了显示用于在血管闭合器中驱动刀的不同架构的示意图。架构在缆线之间形成路径长度的差别，并且将该差别的路径长度变化转变成刀的线性运动。在图53和图54的实施方案中，两根缆线5430a、5430b被置于反向张力下，而在图55的实施方案中，单根缆线5430和弹簧5490用于反向张力。在其中两根缆线被置于反向张力下的实施方案中，通过在同一输入轴线上但在相反方向上具有两个差别(例如，一根是解绕缆线，而另一根是缠绕缆线)来实现刀的线性运动。双对置缆线方法还利用重新定向滑轮来封闭张力环，并且这可安装在轴的近侧端部处或附近或者安装在轴的远侧端部处或附近(分别在图53和图54中示出)。一旦具有被拉入和拉出的缆线，就可将刀耦接到缆线的部段以形成刀的进出运动。

图53示出了显示用于在血管闭合器5480中驱动刀5482的架构的示意图。该架构包括第一缆线5430a和第二缆线5430b，其中第一缆线5430a和第二缆线5430b在反向张力下。该架构还包括由第一缆线5430a接合的一个或多个卷轴或滑轮构件5470a、5470b、5470c，以及由第二缆线5430b接合的一个或多个卷轴或滑轮构件5470d、5470e、5470f，以及封闭张力环的重新定向卷轴或滑轮5470g。重新定向滑轮5470g定位在轴的近侧部分处或附近。在第一缆线5430a和第二缆线5430b彼此在反向张力下的情况下，可经由连接器诸如细长构件5484将刀5482耦接到缆线(例如，第一缆线5430a)的部段，从而形成刀5482相对于血管闭合器5480的进出运动。在一些实施方案中，细长构件5484包括推杆。在其他实施方案中，细长构件5484承受驱动压缩力而不屈曲。

图54示出了显示用于在血管闭合器中驱动刀的另选架构的示意图。该架构类似于图53所示的架构；然而，在本实施方案中，重新定向滑轮定位在轴的远侧部分处或附近。

图55示出了显示用于在血管闭合器中驱动刀的又一个另选架构的示意图。与图53和图54中的先前实施方案不同，本实施方案中的架构利用与弹簧5490在反向张力下的单根缆线5430。该架构还包括由第一缆线5430a接合的一个或多个卷轴或滑轮构件5470a、5470b、5470c。在缆线5430与弹簧5490在反向张力下的情况下，刀5482可耦接到缆线5430的部段，从而形成刀5482相对于血管闭合器5480的进出运动。

可用作***器械的另一个装置是相机。相机可用于内窥镜式外科手术。该架构可根据相机是刚性相机还是铰接相机而变化，对于该铰接相机，将必须提供用于铰接的致动。

图56示出了显示用于使刚性相机成为***器械的架构的示意图。相机5500包括通过轴5502连接到相机柄部5530的远侧图像有效载荷，该相机柄部具有接口按钮和从接口按钮伸出的缆线。缆线5530被接收在形成于轴5502的外部上的通道或沟槽中，而***柄部5520围绕轴5502定位。这实际上向内窥镜添加了第二柄部，从而实现***能力。缆线5530延伸穿过一个或多个卷轴5570a、5570b、5570c。在本实施方案中，卷轴5570b可以是绞盘。在一些实施方案中，绞盘可包括零游走绞盘(如图45所示)，而在其他实施方案中，绞盘可允许缆线游走(如图46和图47所示)。经由绞盘机构，相机能够沿***轴线平移。在一些实施方案中，核心有效载荷保持与刚性窥镜相同的密封架构，因此可预期用相同的方法来消毒。对于刚性窥镜，这意味着它可进行高压消毒。从消毒视角看，另外的***柄部5520也可看起来像器械，并且也可进行高压消毒。

虽然图56示出了用于使刚性相机成为***器械的架构，但是铰接相机存在另外的复杂性，因为将向相机添加机构以实现铰接。对于铰接相机，可提供一根或多根缆线(例如，致动缆线或腕部缆线)以适应铰接移动。相机也可容纳在密封区域中，使得如果要使一根或多根缆线在外部上延伸，则也可为不包括一根或多根缆线的相机形成密封隔室。在该架构的情况下，一些颗粒和碎片可能进入密封区域内的小空间中。在一些实施方案中，为了防止污染，一种解决方案可以是在密封相机区域内添加两个铰接马达，而不是依赖于IDM进行铰接运动。这通过从管的外部取出缆线并且将它们放入密封内部而大大简化了相机部件的清洁和密封。在密封相机内添加两个铰接马达的另一个有益效果在于：一将相机插接到视觉盒子中，就可控制相机的铰接。这实现像在安装或移除期间保持相机笔直并且在脱离机器人使用期间能够使相机从相机柄部铰接以环顾四周的特征。然后，从消毒视角看，这使得铰接相机看起来很像刚性相机，使得有可能进行高压消毒。

如果相机不能进行高压消毒，则可能需要使密封相机核心和***部段分离以用于清洁和***。这是因为期望对***柄部进行高压消毒以实现可靠的消毒。图57示出了允许相机与***柄部分离、从而允许更好地消毒的第一***架构，而图58和图59示出了允许相机与***柄部分离、从而允许更好地消毒的第二***架构。

图57示出了允许相机与***柄部分离的第一***架构。该架构具有可高压消毒的***柄部5620，该***柄部闩锁到IDM上并且可与相机核心1600分离。相机核心1600包括延伸穿过柄部5620的轴5602。柄部5620包括延伸穿过卷轴5670a、5670b、5670c、5670d的一根或多根线材5630a、5630b。在本实施方案中，卷轴5670b包括绞盘。在一些实施方案中，卷轴5670b包括导螺杆。在一些实施方案中，绞盘是零游走绞盘(如图45所示)，而在其他实施方案中，绞盘允许缆线游走。***柄部5620可经由连接器5640可移除地附接到相机核心5600。在一些实施方案中，连接器5640包括托架。在其他实施方案中，连接器5640包括相机所闩锁到的竖直板。当***柄部5620可移除地附接到相机核心1600时，它们各自能够分离以用于清洁。

图58和图59示出了允许相机与***柄部分离的第二架构。在本实施方案中，提供了外套管5780，该外套管具有与其附接的***缆线5730，并且可穿过该外套管装载相机5700以用于手术。图60示出了与外套管5780拆离和分离的相机5700，而图61示出了装载到外套管5780中的相机5700。为了将相机5700装载到外套管中，相机5700的远侧末端5706和轴5702穿过外套管5780。外套管5780连接到柄部5720，该柄部容纳呈绞盘形式的卷轴5770。该架构具有以下益处：如果需要，则保持相机5700与***柄部5720分离，使得可容易地清洁两个部件。此外，相机5700在使用中保持薄型，因为它将配合到外套管5780中。当***柄部5720可移除地附接到相机核心5700时，它们各自能够分离以用于清洁。

图60示出了显示根据另一个实施方案的用于轴平移的另选架构的图。在本实施方案，器械包括具有近侧部分5904和远侧部分5906的轴5902。轴5902的***可由齿条齿5912和小齿轮5914驱动，其中小齿轮5914的旋转导致齿条齿5912和耦接到齿条齿5912的轴5902的平移。在一些实施方案中，齿条齿5912定位在器械轴5902上，而小齿轮5914定位在器械柄部的壳体内。马达驱动器可用于使轴5902相对于柄部平移。在一些实施方案中，除了摆线针齿条齿廓之外，还可使用正齿轮。在一些实施方案中，齿条齿5912和小齿轮5914可单独用来引起轴5902的***或平移。在其他实施方案中，齿条齿5912和小齿轮5914可伴随并补充上述***机构中的任一种。齿条齿5912和小齿轮5914可与任何上述类型的器械一起用来提供器械轴相对于柄部的线性***。

当执行外科手术诸如腹腔镜式手术时，外科医生使用吹入法。这意味着***患者体内的插管抵靠外科工具轴密封以保持患者身体内部的正压。密封件可耦接到外科工具轴以防止空气从患者的身体泄漏。这些密封件通常被设计成适应具有圆形横截面的工具。可能难以将相同的密封件应用到具有非圆形形状且在轴的外表面上具有凹形特征的工具，因为由这些表面形成的通道可允许在工具密封件处释放空气压力。例如，具有基于器械的***架构的器械可具有带沟槽5208的横截面(如图52A所示)，在沟槽处，空气可从患者泄漏。

为了解决该挑战，可提供包括多个密封件的系统以防止患者体内的空气泄漏。具体地，可提供与具有圆形外部形状的插管密封件一起工作的新颖密封件，这对于具有圆形横截面的器械是惯常的。新颖密封件可穿过圆形插管密封件，从而提供一致的旋转密封。新颖密封件将有利地使任何旋转运动和线性运动离散以形成在那里形成密封的两个边界。通过具有中间工具密封件来实现离散化。

图61示出了具有多个密封件以防止来自患者的空气泄漏的器械的侧剖视图。图62示出了具有多个密封件的器械的前剖视图。器械5200***插管5050中，并且类似于图39所示的具有基于器械的***架构的器械。器械可包括可相对于柄部5220平移的轴5202。轴5202可具有沿其外表面延伸的一个或多个通道或沟槽5208，从而形成可允许空气从患者泄漏的通道。

为了防止空气泄漏，多密封件系统有利地耦接到器械。在一些实施方案中，多密封件系统包括第一密封件5810和第二密封件5820，它们可结合工作以降低空气泄漏的风险。在一些实施方案中，第一密封件5810和第二密封件5820是同轴的。如图60所示，第二密封件5820可被接收在第一密封件5810的内部中。第一密封件5810可具有带圆形外周边和圆形内周边的横截面，而第二密封件5820可具有带圆形外周边和内周边的横截面，该内周边具有内部突出部、突片或凸块5822，如图62所示。具有带内部突出部的第二密封件5820的优点在于：内部突出部可填充可沿器械轴5202的外部延伸的空隙，诸如沟槽5208，从而降低在外科手术期间空气从患者泄漏的风险。

多密封件有利地使旋转运动和线性运动离散以形成在那里形成密封的两个边界。第二密封件5820因其内部突出部5822而可沿器械轴5202的外部沟槽滑动，从而形成用于器械轴运动的滑动线性密封件。本领域的技术人员将会知道，虽然第二密封件5820被示出为具有倒圆并且围绕内周边基本上对称地间隔开的多个内部突出部，但是第二密封件5820的内部部分也可采取其他形状，只要模制工艺使第二密封件5820的内部与器械轴5202的外表面基本上匹配即可。当被接收在器械5200的沟槽5208中时，第二密封件5820的内凸块5822中的每一者形成旋转密封点5824。这些旋转密封点允许器械5200和第二密封件5820旋转地锁定并且在器械轴5202旋转时一起旋转。虽然本实施方案示出了具有双密封件的多密封件，但是在其他实施方案中，三个、四个或更多个密封件可一起工作以降低外科手术期间空气从患者泄漏的风险。

XV.软件

在一些实施方案中，可经由软件控制包括可调式臂支撑件和对应机器人臂的系统的一个或多个方面。例如，该系统可被设计，使得所有致动均由该系统机器人式控制，并且该系统知道所有端部执行器相对于台面的位置。这可提供现有机器人外科系统不具备的独特优点。此外，这可以允许有利的工作流程，包括：当臂和臂定位平台同步移动时，在手术中调节台面(例如，倾斜、特伦德伦伯卧位、高度、弯曲等)；移动机器人臂可移动远离操作区域以用于盖布或安放患者；在临床医生向系统告知手术的类型之后，机器人臂可移动到通常放置端口的位置附近的大概位置(外科医生可修改和设置针对他们想要如何进行外科手术的端口选择“预设”)；以及执行与端部执行器上的相机和插管上的视觉目标的“最后一英里”对接(端部执行器周围的其他非光学传感器可提供类似的功能)。

此外，机器人臂接头的一些实例可能需要向臂施加大的力以反向驱动马达和变速器。这可通过臂关节处的力矩传感器或端部执行器处的力传感器或操纵杆来减小，以允许机器人知道临床医生试图在何处推动它并相应地移动(导纳控制)以降低在输出处感觉到的反向驱动力。在一些实施方案中，这种反向驱动调节可在软件中实现。

XVI.附加考虑因素

在阅读本公开时，本领域的技术人员将通过本文所公开的原理来理解另外的另选结构和功能设计。因此，虽然已经例示并描述了特定实施方案和应用，但是应当理解，所公开的实施方案不限于本文所公开的精确构造和部件。对于本领域的技术人员将显而易见的是，可在不脱离所附权利要求中限定的实质和范围的情况下对本文所公开的方法和设备的布置、操作和细节进行各种修改、改变和变型。

如本文所用，对“一个实施方案”或“实施方案”的任何引用是指结合实施方案描述的特定元件、特征、结构或特性包括在至少一个实施方案中。在说明书中各处出现的短语“在一个实施方案中”并不一定全部是指相同的实施方案。

一些实施方案可使用表达“耦接”和“连接”连同其衍生词来描述。例如，一些实施方案可使用术语“耦接”来描述，以指示两个或更多个元件直接物理接触或电接触。然而，术语“耦接”还可意味着两个或更多个元件彼此不是直接接触，而是彼此配合或相互作用。除非另有明确说明，否则实施方案不限于此上下文。

如本文所用，术语“包括”(comprises、comprising、includes、including)、“具有”(has、having)或其任何其他变型均旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括一系列元件的过程、方法、制品或设备不一定仅限于那些元件，而是可包括此类过程、方法、制品或设备未明确列出或固有的其他元件。此外，除非明确地指明相反，否则“或”是指包括性的或而不是指排他性的或。例如，条件A或B由以下任一项满足：A为真(或存在)而B为假(或不存在)，A为假(或不存在)而B为真(或存在)，以及A和B均为真(或存在)。

此外，采用对“一个”或“一种”的使用来描述本文的实施方案的元件和部件。这样做仅出于方便的目的并且给出本发明的一般含义。该描述应理解为包括一个或至少一个，并且除非明显地另有所指，单数也包括复数。