用於操縱工具的致動器和驅動器的製作方法

2023-09-17 20:13:05 1

發明背景

1.發明領域

本發明涉及機械手，更具體地涉及用於操縱工具的致動器和驅動器。

2.

背景技術：

機器人式致動的工具可用於操作人員的操作空間受限的應用中。機器人式致動的工具可以被插入到操作空間受限的區域中，並且操作人員可以通過通常放置在有限的操作空間區域之外的一個或多個致動器和驅動器遠程地操縱工具。然而，儘管致動器和驅動器可以布置在受限的操作空間區域之外，但是其總體上仍可能受到約束。因此，仍然需要適用於各種機器人式致動工具(例如在腹腔鏡手術中使用的工具)的致動器和驅動器。

發明概述

根據一個公開的方面，提供了一種工具設備，該工具設備包括致動器殼體和細長工具操縱器，該操縱器從致動器殼體向外延伸並且具有沿工具操縱器的長度延伸的多個控制連杆。這些控制連杆可操作以響應於這些控制連杆在與該工具操縱器的長度大致對準的致動方向上的運動來引起該工具操縱器的遠端的運動。該設備還包括多個致動器以及多個聯動裝置，每個致動器與控制連杆中的至少一個相關聯並且安裝在致動器殼體中，以促成沿與致動方向基本上正交的橫向方向上的行程範圍。每個聯動裝置與控制連杆中的一個相關聯並且在該控制連杆和對應的致動器之間延伸，並且可操作以在致動器和控制連杆之間傳遞驅動力。

每個聯動裝置可以包括相應的控制連杆的柔性長度，並且致動器殼體可以包括與每個聯動裝置相關聯的引導件，該引導件使得控制連杆的柔性長度通過工具操縱器和相應致動器之間的大致圓弧而彎曲。

該引導件可以包括弧形通道。

該設備可以包括覆蓋布置在該通道內的控制連杆的柔性長度的護套，該護套可操作以減少控制連杆和通道之間的摩擦。

每個聯動裝置還可以包括沿著與致動方向大致對準的方向延伸的過渡長度，每個聯動裝置的過渡長度被選擇成使得多個致動器中的相繼的致動器沿致動器殼體遠離細長工具操縱器。

該引導件可以包括滑輪。

每個聯動裝置可以包括聯接在相關聯的控制連杆和對應的致動器之間的槓桿，該槓桿可操作地配置成響應於致動器的運動而樞轉以引起控制連杆的運動。

該工具操縱器可以包括剛性軸部分和鉸接式工具定位器，其可操作地配置成引起工具操縱器的遠端的運動，並且控制連杆可以包括沿著剛性軸部分延伸的基本上非柔性的部分、以及延伸通過鉸接式工具定位器的柔性部分。

該致動器殼體可以包括多個平行軌道，每個致動器被接收在這些平行軌道之一上，用於引導致動器以提供沿橫向方向的行進。

致動器殼體可以包括驅動面，並且每個致動器可以包括用於接收用於使致動器運動的驅動力的至少一個驅動接合部分，所述至少一個驅動接合部分暴露在驅動面上，以便於將致動器聯接至可操作以提供驅動力的驅動設備。

該驅動面可以包括在該致動器殼體的一側上的第一驅動面，並且還可以包括布置在致動器殼體的相反側上的第二驅動面，並且每個致動器可以包括暴露在第一驅動面上的第一驅動接合部分和暴露在第二驅動面上的第二驅動接合部分，第一和第二驅動面可操作以允許致動器設備從致動器殼體的任一側聯接到驅動設備。

工具操縱器可以從致動器殼體的靠近致動器殼體的邊緣的部分向外延伸，這樣使得工具操縱器的長度大致與該殼體的邊緣對準。

每個致動器和對應的聯動裝置可以被配置成，當致動器布置在致動器殼體內的以行程範圍的小比例偏離致動器行程範圍的中心的位置時，將相關聯的控制連杆置於鬆弛狀態。

控制連杆可以包括與工具操縱器的遠端在公共平面內在相反方向上的運動相關聯的至少一對控制連杆，並且與這對控制連杆相關聯的致動器可以布置在致動器殼體內的相鄰位置。

該設備可以包括連接到該工具操縱器的遠端的至少一個工具，該至少一個工具提供由沿著該工具操縱器延伸的至少一個工具控制連杆所控制的功能，並且該致動器殼體還可包括用於控制該至少一個工具控制連杆的至少一個工具致動器。

該工具控制連杆可以包括至少一個在致動方向上可運動的用於致動鉗具器械的控制連杆，並且該多個致動器和聯動裝置可以包括用於在致動方向上移動控制連杆的至少一個致動器和對應的聯動裝置、以及用於使該工具圍繞工具操縱器的遠端旋轉的工具控制軸，並且該多個致動器和連杆可以包括用於將致動器的線性運動轉換成軸的旋轉運動的至少一個致動器和對應的聯動裝置。

該工具可以被配置為響應於接收到電致動信號而操作，並且該致動器殼體還可以包括用於接收電致動信號的至少一個輸入端、和延伸穿過該殼體的用於接收電纜的導線管，該電纜用於在該輸入端與該工具之間連接電信號。

根據另一公開的方面，提供了一種用於向上述工具設備的致動器提供驅動力的驅動設備。該驅動設備包括底架、用於接收該工具設備的安裝接口以及並排安裝在該底架中的多個驅動器，每個驅動器對應於所述多個致動器之一併且具有驅動聯接件，該驅動聯接件可操作以在該橫向方向上運動，用於當該工具設備被接收在該安裝接口處時將驅動力傳遞至該多個致動器之一。

該工具設備的每個致動器可以包括至少一個驅動接合部分，並且每個驅動器的驅動聯接件可以暴露在安裝接口上並且被布置成使得當工具設備被接收在該安裝接口處時工具設備上的驅動接合部分與對應的驅動聯接件互連。

該工具設備的每個致動器和對應的聯動裝置可以被配置成，當致動器布置在致動器殼體內的以行程範圍的小比例偏離致動器行程範圍的中心的位置時，將相關聯的控制連杆置於鬆弛狀態，並且每個驅動器的驅動聯接件可以被布置成使得工具設備的每個相應的驅動接合部分從行程範圍的中心移位，以便當工具設備被接收在該安裝接口處時將這些相關聯的控制連杆置於預應力條件下。

安裝接口可以包括滑動接口，該滑動接口被配置成允許通過沿與致動方向大致對準的方向滑動該致動器接口使其與底架接合來接收該工具設備，該驅動接合部分與對應的驅動聯接件對準以允許驅動接合部分滑動以與相應的驅動聯接件互連。

所述多個驅動器的每個驅動聯接件可以包括突出部分和狹槽中的一者，並且所述多個致動器的每個驅動接合部分可以包括突出部分和狹槽中的另一者。

該滑動接口可以可操作地配置成在橫向方向上提供足夠的保持力，以防止在傳遞驅動力時工具設備的脫位，該保持力由以下各項中的至少一項提供：通過與對應的驅動聯接件互連的驅動接合部分之間的接觸力而提供的靜摩擦；至少一個驅動器的致動導致相關聯的驅動聯接件的運動，使得多個驅動聯接件不再對準，從而防止工具設備的脫位；棘爪的接合，該棘爪可操作以在致動方向上提供足夠的保持力以防止工具設備滑動脫離與安裝接口的接合；以及緊固件，該緊固件可操作以在致動方向上提供足夠的保持力以防止工具設備滑動脫離與安裝接口的接合。

每個驅動器可以包括可操作地配置成用於在橫向方向上運動的橫向元件、以及聯接到橫向元件並且可操作以使得橫向元件沿橫向方向運動的旋轉元件。

該旋轉元件可以包括絲槓，並且該橫向元件可以包括聯接到該橫向元件的絲槓螺母，該絲槓螺母被接收在該絲槓上。

該設備可以包括聯接到該旋轉元件的馬達，該馬達用於提供旋轉驅動力。

該馬達可以向這些驅動器中的至少兩個的旋轉元件提供旋轉驅動力，並且該至少兩個驅動器的橫向元件可以被配置成用於在相反的橫向方向上運動，以向該工具設備的相應的致動器提供相反的驅動力，這些相反的驅動力可操作以同時引起這些控制連杆中的一個的推動以及這些控制連杆中的另一個的拉動。

該馬達可以相對於該工具操縱器安裝在底架的遠側。

在該驅動設備失電的情況下，每個驅動器可以被可操作地配置成將驅動聯接件相對於底架保持在大致靜止的位置，以防止工具操縱器的遠端的意外運動。

該安裝接口可以包括覆蓋底架和多個驅動器的可移除的屏障，該屏障具有多個中間聯接件，這些中間聯接件可在橫向方向上運動並且可操作以在驅動設備的驅動聯接件與工具設備的相應的驅動接合部分之間傳遞驅動力。

該可拆卸的屏障可以被配置成用於接收用於遮蓋驅動設備的無菌蓋布。

根據另一公開的方面，提供了一種用於致動工具設備的方法，該工具設備包括細長工具操縱器，該細長工具操縱器從致動器殼體向外延伸並且具有沿該工具操縱器的長度延伸的多個控制連杆，這些控制連杆可操作以響應於這些控制連杆在與該工具操縱器的長度大致對準的致動方向上的運動來引起該工具操縱器的遠端的運動。該方法涉及在多個致動器處接收驅動力，該多個致動器安裝在致動器殼體中以促成沿與致動方向基本上正交的橫向方向上的行程範圍。該方法還涉及通過多個聯動裝置傳遞驅動力，每個聯動裝置在這些致動器之一與相關聯的控制連杆之間延伸，所傳遞的驅動力使相關聯的控制連杆在致動方向上運動。

接收驅動力可以包括從並排安裝在底架中的多個驅動器接收驅動力，每個驅動器對應於多個致動器之一併且具有驅動聯接件，該驅動聯接件可操作以沿橫向方向運動用於將驅動力傳遞至相應的致動器。

該底架可以包括安裝接口，並且該方法可以涉及在與致動方向大致對準的方向上將致動器可滑動地接收在安裝接口中，這些驅動接合部分和對應的驅動聯接件對準，以允許驅動接合部分滑動以與相應的驅動聯接件互連。

結合附圖閱讀本發明的具體實施方案的以下描述，本發明的其他方面和特徵對於本領域普通技術人員將變得顯而易見。

附圖簡要說明

在說明本發明實施例的附圖中，

圖1是根據第一實施例的工具設備的透視圖；

圖2是圖1所示的工具設備的一部分的放大透視圖；

圖3是在圖1和圖2所示的工具設備中使用的多個致動器之一和相關聯的聯動裝置的透視圖；

圖4是替代性聯動裝置實施例的透視圖；

圖5是從不同的透視視角來觀察圖1所示的工具設備的視圖；

圖6是與圖1所示的工具設備一起使用的驅動設備的透視圖；

圖7是圖6所示的驅動設備的底架的透視圖；

圖8是圖7所示的一對驅動器的透視圖；

圖9是示出根據一個實施例的圖1所示的工具設備與圖7所示的驅動設備之間的接合的透視圖；

圖10是從不同的透視視角來觀察圖6所示的驅動設備的安裝接口的視圖；

圖11是圖10所示的安裝接口的中間聯接件的後部的視圖；

圖12是示出根據另一個實施例的圖1所示的工具設備與圖7所示的驅動設備之間的接合的透視圖；並且

圖13a-13c是一系列的透視圖，描繪了將圖1所示的工具設備接合在圖6所示的驅動設備中的安裝過程。

詳細說明

工具設備

參考圖1，根據本發明第一實施例的工具設備總體上以100表示。工具設備100包括致動器殼體102和從該致動器殼體向外延伸的細長工具操縱器104。工具操縱器104包括多個控制連杆106，在該工具操縱器上的局部剖視中示出。多個控制連杆106沿著工具操縱器104的長度延伸，並且可操作以響應於控制連杆沿致動方向的運動來引起工具操縱器的遠端108的運動。致動方向通常與工具操縱器的長度對準，並由箭頭110表示。在一個實施例中，控制連杆106可以各自是能夠以約200n被拉伸或壓縮而不會永久變形並且能夠經受高達約4％的應變的單一柔性鎳鈦諾線。鎳鈦諾是具有形狀記憶和超彈性的鎳和鈦的合金，並且其支撐張力和壓縮的能力允許以相似的力選擇性地推動或拉動控制連杆106而不會永久變形。

在所示的實施例中，工具操縱器104包括剛性軸部分112和包括多個聯接引導件116的鉸接式工具定位器114。響應於控制連杆106的推動和/或拉動使得遠端108呈現各種位置和取向，多個聯接引導件116可操作以相對於彼此運動。在共同擁有的題為「工具定位器和使用該工具定位器的系統(articulatedtoolpositionerandsystememployingsame)」的專利申請pct/ca2013/001076中詳細描述了一種鉸接式工具定位器。工具操縱器104被配置成用於接收工具118，例如可能在腹腔鏡手術中常用的工具。

如上所述，多個控制連杆106可以使用諸如鎳鈦諾之類的柔性線來實現。然而，在其他實施例中，控制連杆106可以包括沿著剛性軸部分112的非柔性部分，因為不需要沿著剛性軸的控制連杆的柔性，該剛性軸在操作期間不會顯著彎曲。在這種情況下，控制連杆106可以包括延伸穿過剛性軸部分112的非柔性部分和在剛性軸部分112之間延伸並穿過鉸接的工具定位器114延伸到遠端108的柔性部分。柔性和非柔性部分可以被壓接、鍛造或焊接在一起以形成控制連杆106。

圖2中詳細示出了致動器殼體102和一部分的工具操縱器104。參考圖2，致動器殼體102包括蓋板120，其被示出為部分切除的。工具設備100包括多個致動器130。在該實施例中，該多個致動器130包括用於定位細長工具操縱器104的遠端108的八個相鄰布置的致動器132-146。在該實施例中，致動器132-146中的每個致動器與該多個控制連杆106中相應的控制連杆相關聯，並且安裝在致動器殼體102中以促成在橫向方向上的行程範圍。橫向方向基本上與致動方向110正交並由箭頭148表示。在所示的實施例中，每個致動器132-146被接收在沿橫向方向148延伸的多個相鄰定位的平行軌道150之一上。平行導軌150引導相應的致動器132-146以在橫向方向148上運動。在其他實施例中，取決於操縱工具操縱器104的遠端108的要求，該多個致動器130可以包括多於或少於圖2所示的八個致動器132-146。

在其他實施例中，單個致動器可以被配置成用於致動兩個控制連杆。例如，兩個連接的控制連杆部分可以圍繞滑輪環繞，使得致動器的運動引起一個控制連杆部分的拉動運動和另一控制連杆部分的推動運動。

該多個致動器130可以包括用來控制工具118的功能的進一步的致動器152和154。例如，工具118可以是手術剪刀、鑷子或其他鉗具器械，該工具由沿著工具操縱器104的長度延伸並由致動器152或154之一致動的工具控制連杆操作。工具118的鉗爪響應於控制連杆的運動被打開和關閉。另外，工具118還可以圍繞遠端108旋轉，並且致動器152和154之一可以用於通過諸如沿工具操縱器104的長度延伸的工具控制連杆的旋轉來致動工具的旋轉。在該實施例中，與工具控制致動器相關聯的連杆可以被配置成用於將致動器的線性運動轉換成工具控制軸的旋轉運動。

在其他實施例中，可以根據需要提供額外的致動器來操作工具118。在一些實施例中，工具操縱器104可以攜帶諸如外科手術燒灼器的工具，該工具被配置成用於響應於接收到電致動信號而操作。工具操縱器104可以具有延伸穿過致動器殼體102的用於接收電纜的導線管，並且還可以包括用於通過電纜將電致動信號連接到工具的輸入連接器。工具操縱器104可以包括用於在殼體與工具之間承載電纜的對應的導線管。或者，可以省略穿過該軸的導線管，並且電纜可以延伸穿過該軸的中心。在該軸包括導電材料的其他實施例中，該軸可以用作第一電導體，與沿著工具操縱器延伸的第二電導體一起提供用於電致動信號的信號線或地迴路。在其他情況下，可以通過患者的組織提供地迴路，並且該導電軸可以足以將電致動信號聯接到工具118。

工具設備100還包括多個聯動裝置，其中聯動裝置160和162在圖2中是可見的。在所示的實施例中，這些聯動裝置由控制連杆106之一的柔性長度提供。例如，聯動裝置160包括這些控制連杆106中的一個的長度並且與致動器138相關聯。聯動裝置162包括這些控制連杆106中的另一個的柔性長度並且與致動器134相關聯。如上所述，在一些實施例中，控制連杆106可以由諸如鎳鈦諾的柔性材料製成，在這種情況下，聯動裝置160和162將由柔性材料的長度提供。在其他實施例中，控制連杆106可以具有一些柔性的部分和一些非柔性的部分，並且聯動裝置160和162可以通過連接到控制連杆的另一柔性長度來提供。致動器殼體102還包括通道164和166，用於接收和引導用作聯動裝置的控制連杆的相應長度。通道164和166各自包括弓形部分，該弓形部分引導控制連杆106在致動器和工具操縱器104之間穿過大致圓弧。通道還包括在致動方向110上延伸穿過致動器殼體102的直線部分。因此，聯動裝置160和162各自被接收在相應的通道內並且在控制連杆106中的一個控制連杆與該多個致動器130中的一個相應致動器之間延伸。其他控制連杆106通過在致動器殼體102(圖2中未示出)的相反側上的相應弓形通道連接到致動器132、136和140。這些聯動裝置可操作以在相關聯的致動器與控制連杆之間傳遞力。

通道164和166的尺寸和公差被確定成引導相應的聯動裝置160和162而不會明顯地限制它們在通道內的運動。與該多個致動器130中的每個聯動裝置和致動器相關聯的控制連杆106具有連續更長的長度，該長度被選擇為使得相繼的致動器沿著致動器殼體102遠離工具操縱器104間隔開。用於該多個致動器130中的更遠離工具操縱器104間隔開的致動器的控制連杆106的附加長度不會引起明顯的附加摩擦，因為附加長度由通道164和166的直線部分引導。

參考圖3，單獨地示出了該多個致動器130中的一個(即致動器134)和相關的聯動裝置160。致動器138包括具有開口172的主體170，該主體用於被接收在軌道150上。主體170還包括開口174，用於接收和固定與致動器134相關聯的控制連杆106的端部176。聯動裝置160由控制連杆106的長度178提供，該長度通過大致圓弧彎曲並終止在開口174中。在該實施例中，聯動裝置160還包括護套180，該護套覆蓋布置在通道164(圖2所示)內的長度178的至少一部分。護套180可以是諸如聚四氟乙烯(ptfe)的材料，該護套可操作以減少聯動裝置160和通道164之間的摩擦。

參考圖4，總體上由200表示由致動器134致動的替代聯動裝置實施例。聯動裝置200包括接收在致動器殼體102內的臂202和槓桿204。槓桿204安裝在樞轉點206處，並且控制連杆106附接至該槓桿。臂202在致動器134與槓桿204之間延伸。當致動器134在橫向方向148上沿軌道150運動時，臂202使槓桿204繞樞轉點206樞轉並且力被傳遞到控制連杆106。在致動器殼體102的用於致動器132的相反側上將提供與聯動裝置200類似的聯動裝置。在其他實施例中，可以使用滑輪來實現聯動裝置，該滑輪用於通過橫向方向148與致動方向110之間的圓弧來引導控制連杆106。

返回參考圖3，致動器134的主體170包括驅動接合部分。驅動接合部分182從主體170突出並且可操作以接收用於沿著軌道150移動主體170的驅動力。返回參考圖2，致動器130各自包括類似於驅動接合部分182的相應的驅動接合部分190。驅動接合部分190向外突出超過蓋板120並且因此被暴露以在致動器殼體102上提供驅動面192。驅動面192便於將工具設備100的該多個致動器130聯接到可操作以提供驅動力的驅動設備。驅動設備的實施例在下文中描述。

參考圖5，示出了工具設備100的取向，其中驅動面192被遮擋，並且在該實施例中，工具設備具有布置在致動器殼體102的與驅動面192相反側的第二驅動面230。返回參考圖3，主體170包括從主體170的與驅動接合部分182的相反側延伸的第二驅動接合部分194。再次參考圖5，驅動面230包括第二多個驅動接合部分232，該第二多個驅動接合部分包括與致動器134相關聯的第二驅動接合部分194。第一驅動面192和第二驅動面230基本相同，並允許工具設備100經由第一或第二驅動面而被驅動。工具操縱器104還從致動器殼體102的靠近致動器殼體的邊緣236的部分234向外延伸，使得工具操縱器104的長度大致與邊緣對準。與基本上相同的驅動面192和230一起，將細長工具操縱器104安裝在致動器殼體102的邊緣附近，提供了用於以不同取向安裝工具設備100的選擇，如下文所述。

返回參考圖2，在所示的實施例中，該多個致動器130和相關聯的聯動裝置160被配置成，當這些致動器布置在該致動器殼體102內以距離d偏離該致動器行程範圍(由線196指示)的中心的位置時，將工具操縱器104的控制連杆106置於鬆弛狀態。如本文稍後所述，在加載工具設備100的過程中，致動器130可以隨後從偏移位置移位以與線196對準，使得致動器沿著線196對準，並且將控制連杆106置於預應力張緊狀態。在一個實施例中，偏移量d被選擇為致動器130的行程範圍的小比例(約0.5mm)。

驅動設備

參考圖6，用於向工具設備100(圖1所示)的致動器130提供驅動力的驅動設備總體上以250表示。驅動設備250包括底架252和用於接收工具設備100的安裝接口254。在圖7中示出了底架252，其中移除了安裝接口254。參考圖7，驅動設備250包括並排安裝在底架252中的多個驅動器256。該多個驅動器256中的每個驅動器對應於工具設備100上的該多個致動器130之一。該多個驅動器256中的兩個示例性驅動器在圖7中的258和260處表示，並且分別對應於工具設備100上的致動器132和134。驅動器258和260各自包括相應的驅動聯接件262、264，這兩個驅動聯接件可操作以在橫向方向上運動，以便當將工具設備接收在安裝接口254中時將驅動力傳遞到致動器130的驅動接合部分232和234。

該多個驅動器256中的每個驅動器包括呈沿橫向方向148延伸的絲槓266、268形式的旋轉元件。在該實施例中，驅動設備250還包括用於每對驅動器的驅動軸(在圖7中，驅動軸270與驅動器對258、260相關聯)。在圖8中示出了從該底架移除的驅動器對258和260的部件。參考圖8，驅動器258和260各自包括接收在相應導軌304和306上的橫向元件300和302。導軌304、306在橫向方向148上延伸並且允許橫向元件300和302沿橫向方向運動。絲槓266、268螺紋連接到絲槓螺母308和310，所述絲槓螺母聯接到相應的橫向元件300和302。絲槓266的旋轉導致橫向元件300沿軌道304的運動，並且絲槓268的旋轉導致橫向元件302沿軌道306的運動。驅動軸270聯接到馬達312以提供旋轉驅動力。在該實施例中，馬達312包括用於控制馬達的旋轉運動的編碼器314。驅動軸270還包括布置成與絲槓266上的對應的齒輪318接合以驅動絲槓的蝸輪316。絲槓266上的齒輪318與對應的齒輪320嚙合，並將旋轉驅動傳遞到絲槓268。因此，施加到絲槓266的旋轉驅動與施加到絲槓268的旋轉驅動方向相反，使得橫向元件300和302沿著軌道304和306沿不同的橫向方向運動。因此，馬達312向這些驅動器中的至少兩個驅動器的旋轉元件提供旋轉驅動力，這些旋轉元件被配置成在相反的橫向方向上運動。提供給工具設備100的相鄰定位的致動器130的相反的驅動力可操作以同時引起控制連杆106中的一個控制連杆的推動和另一個控制連杆的拉動。

在圖8所示的實施例中，馬達312被安裝成使其相對於工具操縱器104位於底架252的遠側。安裝離開底架252的後部延伸的馬達312具有的優點是從工具操縱器104附近移除了元件，以便不遮擋最靠近外科手術部位的設備的部分。

在驅動設備250失電的情況下，與齒輪和驅動器258和260的其他元件相關聯的摩擦將傾向於使驅動聯接件262固定在底架252內。因此，工具操縱器104的遠端108也將被固定，防止細長工具操縱器104的遠端108的意外運動，並且從而防止工具118傷害患者。

返回參考圖7，在所示的實施例中，與驅動器對258、260相鄰的多個驅動器256中的六個驅動器各自與另一個驅動器配對並聯接到軸272、274和276之一，這些軸進而聯接到相應的馬達(圖7中未示出)。在本實施例中，旋轉驅動由四個馬達提供，每個馬達驅動該多個驅動器256中的一對驅動器。定位得離驅動器258和260最遠的其餘兩個驅動器與驅動致動器152和154相關聯，用於控制工具118的功能，並且可以按照安裝在工具操縱器104上的工具所需的被配置。

圖7所示的構型適用於致動具有控制連杆106對的工具操縱器104，這些控制連杆對與工具操縱器的遠端108在公共平面內相反方向上的運動相關聯。例如，參考圖1，在一個實施例中，遠端108的側向運動(side-to-sidemovement)可以與推動一對控制連杆106中的一個連杆同時拉動該對控制連杆中的另一個連杆相關聯。一對控制連杆的推/拉致動通過施加兩個分開的致動力來移動鉸接式工具定位器114而提供平穩的運動。多對控制連杆的推/拉致動還提供一些冗餘度，以防一個控制連杆在操作期間失效，因為受致動的單個連杆足以引起遠端108和鉸接式工具定位器114的運動，例如上述側向運動。

因此，通過致動器130聯接到相應的控制連杆對的驅動器的相反的橫向運動可以致動該側向運動。在本實施例中，相反的運動由驅動設備250提供，從而簡化了工具設備100。在使用中，機器人外科手術設備可以包括用於同時驅動工具設備100的兩個或更多個單元的驅動設備250的兩個或更多個單元。然而，在手術過程中可以使用具有不同工具118的幾種不同地配置的工具設備100，並且因此將相反的驅動設備移動至驅動設備250降低整個系統的複雜性。或者，在另一實施例(未示出)中，相反的運動可以設置在工具設備100內。

在其它實施例中，通過僅拉動一個控制連杆來致動向一側的運動，同時向另一側的運動與拉動另一個控制連杆相關聯。或者，單個連杆可以被實現為：通過拉動控制連杆引起向一側的運動並且通過推動控制連杆引起向另一側的運動。

在圖7所示的實施例中，多個驅動器256各自包括狹槽，其中兩個狹槽280和282被示出。狹槽280和282的尺寸被設計成接收工具設備100上的致動器130的驅動接合部分182或194。參考圖9，驅動器260的橫向元件302和致動器134的主體170被示出處於接合狀態。致動器134的第二驅動接合部分194接合驅動器260的驅動聯接件264中的狹槽282。驅動聯接件264在橫向方向148上的運動給第二驅動接合部分194提供驅動力，從而使致動器134運動。狹槽282的尺寸被設計成在傳遞驅動力時在驅動接合部分194與狹槽282之間提供充分的接合。在替代實施例(未示出)中，突出部分可以在驅動器260上，並且槽可以在致動器134上。

從圖10中的不同的透視示出了安裝接口254(圖6所示)。參考圖10，在所示的實施例中，安裝接口254包括多個中間聯接件350，包括中間聯接件352和354。中間聯接件350被接收在安裝接口254中的相應狹槽356和358中。該多個中間聯接件350中的每一個的形狀總體上對應於驅動聯接件(即，圖7所示的驅動聯接件262和264)的形狀。參考圖11，中間聯接件354在後視圖中示出，並且包括接收在狹槽358內的滑動部分370。中間聯接件354還包括成形為用於接收驅動聯接件264的插座部分372。參考圖12，中間聯接件354被示出為在驅動器260的橫向元件302與致動器134的主體170之間接合。中間聯接件354包括驅動聯接件，該驅動聯接件包括狹槽374，該狹槽被成形為用於接收致動器134的主體170上的第二驅動接合部分194。

在操作中，中間聯接件354在橫向方向148上在狹槽358之中滑動，從而在驅動器260和致動器134之間提供附加的接口。多個中間聯接件350與安裝接口254一起作為驅動設備250與工具設備100之間的無菌屏障的一部分。在一個實施例中，安裝接口254設置為可移除的屏障，當為外科手術而進行設置時，該屏障可固定至底架252。該可移除的屏障可以設置在無菌包裝中，用於單次使用或滅菌後再次使用。在其他實施例中，無菌蓋布368可以圍繞安裝接口254的周邊安裝。該無菌蓋布用於覆蓋驅動設備250的底架252和該驅動設備連接的外科手術設備的其它部分。

返回參考圖10，安裝接口254包括第一狹槽360和第二狹槽362。狹槽360和362具有大致圓柱形的輪廓並且被配置成提供用於接收工具設備100的對應部分的滑動接口。返回參考圖5，在所示的實施例中，工具設備100包括對應於第一狹槽360的大致圓柱形部分198和對應於第二狹槽362的另一個大致圓柱形部分199。狹槽360、362和圓柱形部分198、199有助於將工具設備100安裝在驅動設備250的安裝接口254上，而當工具設備滑入接合時同時接合狹槽中的這些圓柱形部分。

參照圖13a、13b和13c進一步描述接合過程。參考圖13a，最初，工具設備100與驅動設備250對準，使得部分198和199與相應的狹槽360和362對準(如圖10所示，在圖13a中未示出狹槽362，因為它被工具操縱器104遮擋)。驅動設備250的該多個驅動器256(未示出)被致動，各自與該多個中間聯接件350中的每個中間聯接件在其相應的沿橫向方向148的行程範圍的中心處排齊。驅動器對準可以由與驅動設備250相關聯的計算機控制器(未示出)啟動。然後，工具設備100滑動成與驅動設備250的安裝接口254接合。

參考圖13b，當工具設備100與安裝接口254接合時，致動器130的驅動接合部分190連續地滑動穿過該多個中間聯接件350的相應狹槽(圖11中的374)。如上面結合圖2所指出的，致動器130可以位於從行程196的中心偏移的位置197處，並且當致動器130的驅動接合部分190依次滑過致動器狹槽時，每個致動器偏移距離d，將控制連杆106置於張緊狀態中。由於驅動器256和中間聯接件350已經與中心線196對準，所以工具設備100能夠在相對小的外力下沿著狹槽360、362滑動，同時張緊該多個控制連杆106。

參考圖13c，安裝接口254包括止動板400，當工具設備100的該多個致動器130各自與該多個中間聯接件350中對應的一個對準時，該止動板接合致動器殼體102的一部分402(如圖13b所示)。在這種情況下，該多個致動器130的驅動接合部分190(如圖2所示)與對應的該多個中間聯接件350互連。在所示的實施例中，致動器殼體102具有螺紋開口406(圖13b)，並且止動板400具有對應的開口用於接收用於將工具設備100保持在安裝接口254中的保持螺釘(未示出)。

與狹槽360、362和對應部分198和199(如圖10所示)提供的滑動接合相關聯的一個優點是，工具設備100被牢固地安裝以承受橫向方向148上的操作力。因此，安裝接口254的滑動接口在橫向方向148上提供足夠的保持力，以在將驅動力傳遞到多個控制連杆106的同時防止該工具設備脫位。在操作期間在工具設備100上的致動方向110上的力將是最小的，並且工具設備將被充分地約束，而不需要外部保持設備。驅動設備250還包括防止工具設備100與安裝接口254滑動脫離接合的固有特徵。當工具設備100的致動器130被致動並且細長的工具操縱器104被鉸接時，在方向148上將存在足夠的接觸力以引起靜摩擦，該靜摩擦將阻止設備在致動方向110(圖13c)上的運動。此外，當致動器130中的任何一個被致動到遠離中心線196(圖13a所示)的位置並且因此不彼此對準時，該致動器將用作物理止擋件，防止器械的容易使工具設備100脫位的在致動方向110上的運動。結果，當從驅動設備250卸載工具設備100時，需要將驅動器256和中間聯接件350定位成與中心線196對準以允許工具設備被移除。對準功能可以由與驅動設備250相關聯的計算機控制器提供，使驅動器256被對準以用於工具設備的移除。此外，計算機控制器還可以在移除工具設備之前記錄和保存驅動器位置，使得當插入新的工具設備時，控制器可以致動驅動器以將新工具的遠端108放置在與被移除的工具相同的大致位置中。

此外，工具設備100還可以通過接收在開口404和406中的保持螺釘被進一步約束。保持螺釘在致動方向110上提供額外的保持力，以防止工具設備100滑動脫離與安裝接口254的接合。在其他實施例中，可以省略保持螺釘開口以方便替代性保持機構，例如棘爪。

在一些情況下，可以在進行外科手術所需的外科手術程序中更換工具設備100。因此，驅動設備250可以已經被定向，以便接近患者的手術部位，並且工具操縱器104的遠端108可以在手術部位內操作。驅動設備250中的工具設備100的滑動接合具有便於將工具設備向後遠離手術部位抽出的優點。類似地，當插入新的工具設備100時，遠端108和工具操縱器104沿著與之前工具設備移除的相同路徑被送進手術部位。因此，安裝接口254的滑動接口為工具設備100的同時加載、接合和固定提供了條件，除了固定保持螺釘(如果提供的話)之外不需要與加載相關的二次動作。

與工具設備100相關聯的另一個優點是，從工具設備以及驅動設備250的底架252上部件的位置移除驅動部件和複雜性。因此，工具設備100可以更容易消毒，並且可以將工具設備的多個單元並排放置在用於高壓滅菌器中滅菌的託盤中。滅菌後的工具設備100的無菌儲存也被簡化。此外，基本上相同的驅動面192和230允許工具設備100用作左手側工具或右手側工具。因此，需要拿在手上的工具清單減至最少。

相對於工具操縱器104延伸離開底架252的馬達312的安裝以及靠近致動器殼體102的邊緣236的工具操縱器104的安裝，還允許兩個工具操縱器104被並排並且彼此靠近地操作。

雖然已經描述和示出了本發明的具體實施例，但是這些實施例應當僅被認為是對本發明的說明，而不是限制根據所附權利要求書解釋的本發明。