醫療操縱器的製作方法

2023-09-22 15:23:05 2

專利名稱：醫療操縱器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種例如用於腹腔鏡外科手術的醫療操縱器。
背景技術：
近年來人們開始關注腹腔鏡外科手術，相比於腹部外科手術，腹腔 鏡外科手術無 需打開腹腔即可進行闌尾和膽囊的切除。在腹腔鏡外科手術中，通常將四根套管針例如通 過腹壁插入腹腔，以通過從一根套管針插入的小型攝像機對腹腔進行監控，並操縱從其他 套管針插入的鉗子、剪刀、電外科手術刀等，從而在腹腔內的感染部分執行外科手術操作。申請人:已提出一種在這種腹腔鏡外科手術中使用的外科器械(醫療操縱器)。所 提出的外科器械包括長的器械主體和末端部分，末端部分能夠相對於長的器械主體轉動， 以使得位於末端部分的醫療工作單元在保持醫療工作單元靠近待外科治療的身體區域的 同時進入希望的位姿。具體細節可參照編號為3421117的日本專利。醫療操縱器需要允許外科醫生根據感染部分的位置和尺寸迅速地執行多種適當 的技術，以將感染部分去除、縫合和打結。根據編號為2002-102248和2004-301275的日本 專利公開，提出了能夠簡單地操作並具有高自由度的醫療操縱器。例如編號為3421117的日本專利中所公開的醫療操縱器允許操作者操縱轉動操 縱構件以直接地轉動末端部分上的醫療工作單元。希望醫療操縱器能夠更加容易地操作， 以根據感染部分的位置和尺寸迅速地執行適當的技術。

發明內容
本發明的一個總的目的是提供一種能夠更容易地操作的醫療操縱器。根據本發明的一種實施方式，提供一種醫療操縱器，該醫療操縱器包括包含端部 執行器的遠端工作單元、用於操作遠端工作單元的操作單元、將遠端工作單元和操作單元 互相連接的連接器、以及用於改變遠端工作單元的位姿的位姿改變機構，其中當操作者操 作操作單元時端部執行器由傳遞構件機械地操作，且位姿改變機構由當操作者操作操作單 元時被操作的致動器操作。通過上述結構，操作者以手動方式機械地打開、閉合、轉動和通過其他方式操作端 部執行器，且操作位姿改變機構的致動器改變遠端工作單元的位姿。因此，在可以容易地並 可靠地以希望的夾緊力操作端部執行器以治療感染區域的同時，致動器可以迅速地並容易 地改變端部執行器的位姿。因此可以增強醫療操縱器的可操作性。換句話說，可以容易地 操作醫療操縱器以打開、閉合、轉動和通過其他方式操作端部執行器，以及改變遠端工作單 元的位姿，從而增強醫療操縱器的可操作性。位姿改變機構可以包括用於彎曲連接器的一部分的彎曲機構以及用於使遠端工 作單元繞軸線轉動的轉動機構。當彎曲機構使得遠端工作單元彎曲至不與連接器的軸線平 行時，轉動機構能夠使遠端工作單元繞彎曲軸線轉動。如果連接器可拆卸地安裝在操作單元上，則根據端部執行器的類型可以在單個操作單元上替換遠端工作單元。同時，連接器和遠端工作單元可以在高溫下被消毒。由此可 以增加醫療操縱器的通用性和可維護性。如果操作單元包括可以被操作者角度運動以使得傳遞構件來回運動的手柄，則用 於打開和閉合端部執行器的醫療操縱器的可操作性得到提高。傳遞構件可以包括柔性構件以及柔性構件所繞著的圓柱形構件。柔性構件所繞著 的圓柱形構件可以提供允許改變位姿改變機構的位姿以使之不與端部執行器的狀態幹涉 的簡單而輕量化的結構。位姿改變機構可以包括轉動軸，其中轉動軸包含圓柱形構件，且傳遞構件可以包括柔性構件，其中柔性構件的一部分繞著圓柱形構件，由此傳遞構件通過柔性構件來操作 端部執行器。通過使用圓柱形構件作為轉動軸，繞著圓柱形構件的柔性構件提供一種通過 柔性構件來致動端部執行器以及改變位姿改變機構的位姿使之不與端部執行器的狀態幹 涉的簡單而輕量化的結構。根據結合附圖的下列說明，本發明的上述以及其他的目的、特徵和優點將更加清 楚，附圖中作為示例地示出了本發明的優選的實施方式。


圖1為根據本發明的一種實施方式的醫療操縱器的整體結構的側視圖；圖2為圖1所示的醫療操縱器的遠端部分的部分剖視放大側視圖；圖3為遠端部分的部分剖視放大側視圖，其中抓持器從圖2所示的狀態被打開；圖4為圖1所示的醫療操縱器的操作單元的部分剖視放大側視圖；圖5為操作單元的部分剖視放大側視圖，其中抓持器從圖4所示的狀態被打開；圖6為沿著圖2中VI-VI線截取的剖視圖；圖7為沿著圖5中VII-VII線截取的剖視圖；圖8為沿著圖4中箭頭VIII所示的方向觀看的部分省略的正視圖；圖9為示出用於彎曲連接器的可彎曲部分的彎曲機構的結構示例的分解透視圖；圖10為示出連接器的可彎曲部分的結構示例的一部分的分解透視圖；圖11為圖1所示的醫療操縱器在連接器處被拆分的側視圖；圖12為在連接器處被拆分的傳遞構件的線形主體的透視圖；圖13為圖1所示的醫療操縱器的另一種結構示例的側視圖；圖14為圖1所示的醫療操縱器的遠端部分的另一種結構示例的部分剖視放大側 視圖；圖15為根據本發明的另一種實施方式的醫療操縱器的側視圖；圖16為圖15所示的醫療操縱器的俯視圖；圖17為根據第一結構示例的遠端工作單元的側剖視圖；圖18為根據第一結構示例的遠端工作單元的俯視剖視圖；圖19為抓持器閉合的根據第一結構示例的遠端工作單元的側剖視圖；圖20為根據第一結構示例的遠端工作單元的分解透視圖；圖21為根據第一結構示例的遠端工作單元的結構示意圖；圖22為扳機杆處於未操作狀態的根據第一結構示例的遠端工作單元的側視示意圖；圖23為扳機杆被完全拉動的根據第一結構示例的遠端工作單元的側視示意圖；圖24為扳機杆被拉至中間位置的根據第一結構示例的遠端工作單元的側視示意圖；圖25為轉動軸線被朝向一個方向操作的根據第一結構示例的遠端工作單元的側 視示意圖；圖26為根據第一種變型的被動線(passive wire)的端部的連接部分的示意圖；圖27為根據第二種變型的被動線的端部的連接部分的示意圖；圖28為根據第三種變型的被動線的端部的連接部分的俯視示意圖；圖29為根據第三種變型的被動線的端部的連接部分的側剖視示意圖；圖30為根據第四種變型的被動線的端部的連接部分的俯剖視示意圖；圖31為根據第四種變型的被動線的端部的連接部分的側剖視示意圖；圖32為根據第二結構示例的遠端工作單元的結構示意圖；圖33為根據第三結構示例的遠端工作單元的側剖視圖；圖34為抓持器閉合的根據第三結構示例的遠端工作單元的側剖視圖；圖35為轉動軸線被朝向一個方向操作的根據第三結構示例的遠端工作單元的側 視示意圖；圖36為扳機杆被推出的根據第四結構示例的遠端工作單元的側視示意圖；圖37為扳機杆被完全拉回的根據第四結構示例的遠端工作單元的側視示意圖；圖38為根據第四結構示例的遠端工作單元的結構示意圖；圖39為根據第四結構示例的遠端工作單元的空轉輪和引導輪的放大透視圖；圖40為根據第一示例的驅動構件推進和縮回機構的示意圖；圖41為根據第二示例的驅動構件推進和縮回機構的示意圖；圖42為根據第三示例的驅動構件推進和縮回機構的示意圖；圖43為根據第四示例的驅動構件推進和縮回機構的示意圖；圖44為根據第五結構示例的遠端工作單元的側剖視圖；圖45為根據第五結構示例的遠端工作單元的俯剖視圖；圖46為抓持器閉合的根據第五結構示例的遠端工作單元的側剖視圖；圖47為根據第五結構示例的遠端工作單元的分解透視圖；圖48為扳機杆被推出的第二端部執行器驅動機構的部分剖切俯視圖；圖49為扳機杆被完全拉回的第二端部執行器驅動機構的部分剖切俯視圖；圖50為扳機杆被推出的第二端部執行器驅動機構的部分剖切側視圖；圖51為根據第五結構示例的遠端工作單元的結構示意圖；圖52為扳機被完全拉回的根據第五結構示例的遠端工作單元的側視示意圖；圖53為扳機被推出的根據第五結構示例的遠端工作單元的側視示意圖；圖54為根據第五結構示例的第一種變型的遠端工作單元的側剖視圖；圖55為根據第五結構示例的第二種變型的遠端工作單元的側剖視圖；圖56A為省略了抓持器連杆部分的遠端工作單元的側剖視示意圖；圖56B為省略了抓持器連杆部分且抓持器打開的遠端工作單元的側剖視示意圖；並且圖57為工作單元連接至機器人手臂的遠端的外科手術機器人系統的透視示意 圖。
具體實施例方式下面將參照附圖具體說明根據本發明的醫療操縱器的優選的實施方式。圖1為示出根據本發明的一種實施方式的醫療操縱器10的整體結構的側視圖。根 據該實施方式，將說明用作主要在腹腔鏡手術中使用的鉗子的醫療操縱器10。但是，本發明 適用於除鉗子外諸如鑷子和電外科手術刀的多種外科器械。在下述說明中，圖1所示的醫 療操縱器10的右手端被稱為近端，而左手端被稱為遠端，其他附圖中也一樣。醫療操縱器10包括遠端工作單元14、工作單元(主操縱器主體)1 5、操作單元16 和細長的傳遞構件18(見圖2)，其中，遠端工作單元14具有位於其遠端的作為在感染部分 執行外科手術操作的端部執行器的抓持器22，工作單元15包括與遠端工作單元14的近端 相聯接的細長的小直徑連接器12，操作單元16與連接器12的近端相聯接，且細長的傳遞構 件18延伸穿過連接器12並且將遠端工作單元14和操作單元16互相連接。用作驅動和控 制位於醫療操縱器10內的多個致動器的控制單元的控制器20與操作單元16連接。圖2為圖1所示的醫療操縱器10的遠端工作單元14的部分剖視的放大側視圖， 示出遠端工作單元14上的抓持器22閉合的狀態。圖3為抓持器22從圖2所示狀態打開 的部分剖視的放大例視圖。圖4為圖1所示的醫療操縱器的操作單元16的部分剖視的放 大側視圖，示出遠端工作單元14上的抓持器22閉合的狀態。圖5為抓持器22從圖4所示 狀態打開的部分剖視的放大側視圖。連接器12包括中空的細長的小直徑構件，構件內部形成有容納傳遞構件18等的 空間24。可轉動地與遠端工作單元14聯接的接頭(位姿改變機構、轉動機構)26被設置在 連接器12的遠端處(見圖1和圖2)。連接器12具有與操作單元16的主操作單元主體28 聯接的近端(見圖1和圖4)。連接器12的橫截面形狀(與其軸向方向垂直的截面形狀)可以是圓形、橢圓形、 多邊形或其它形狀，並且不限於任何特定的形狀。在本實施方式中，如圖6所示，連接器12 具有圓形的橫截面形狀，並且其外徑使得連接器能夠被插入套管針(未示出)中，例如外徑 在5mm至IOmm的範圍內。在本實施方式中，連接器12具有直的形狀，如圖1所示，但是連接器12也可以以 任何希望的形狀彎曲或彎折。連接器12具有至少一個可彎曲部分(位姿改變機構、彎曲機 構)30，該可彎曲部分30可以被彎曲(彎折)為希望的形狀(見圖1)，以增加可由抓持器 22進行外科手術治療的活體組織的範圍，並使得能夠以恰當的位姿進行外科手術治療。延伸穿過連接器12的傳遞構件18包括線形主體32、與線形主體32的近端聯接的 第一聯接構件34以及與線形主體32的遠端相聯接的杆狀第二聯接構件36。線形主體32 具有位於可拆卸接頭35附近的連接頭37 (見圖4和圖12)，其中連接器12和操作單元16 通過可拆卸接頭35可拆卸地互相接合。連接頭37允許遠端部分32a和近端部分32b可拆 卸地互相接合。遠端部分32a延伸進入遠端工作單元14，且近端部分32b延伸進入主操作 單元主體28 (見圖2和圖4)。
線形主體32應當優選地在其整個長度或部分長度、至少在對應於可彎曲部分30 的部分上是柔性的(可彎曲的)。線形主體32可以包括線，諸如由不鏽鋼、鎢、超彈性合 金或類似物製成的金屬線，鋼琴絲、繩子、鏈條或類似物，或由能夠承受相對高的張力的諸 如聚醯胺(全芳基聚醯胺)、聚酯、超高分子量聚乙烯、碳纖維(後文稱為高張力纖維)的聚 合物材料製成的纖維；或任何這類線束；或其他複合物。直的部分(不是對應於可彎曲部分 30的部分)可以包括剛性的非柔性主體。線束形式的線形主體32應當優選地由一根或多 根線(特別是金屬線)構成，其中一根或多根相同或不同類型的線可以(例如螺旋地)纏 繞在線上，且其中一個或多根相同或不同類型的線可以以與前述一根或多根線相反的方向 纏繞。由此，這樣構建的線形主體是有利的，其能夠優秀地執行操作單元16的拉動作，同時 當線形主體32旋轉時能夠抑制由於扭轉和彎曲引起的長度變化(變形)。根據本實施方 式，線形主體32的外徑不限於任何特定值，但是優選地在大約1. 0到2. 5mm的範圍內，特別 地在大約1. 0到1. 5mm的範圍內。如圖2和圖6所示，第二聯接構件36具有方形的橫截面形狀。接頭26包括突起 38，突起38的中央形成有通道40。第二聯接構件36可滑動地插入在通道40內。通道40 具有與第二聯接構件36基本同樣的橫截面形狀。如後文將說明的，第二聯接構件36的遠 端部分延伸進入遠端工作單元14，並且與滑動器44的近端連接或一體地結合。
除方形外，第二聯接構件36的橫截面形狀可以是諸如三角形、六邊形、半圓形、直 線形、十字形、L形或類似的非圓形的形狀，以防止第二聯接構件36相對於通道40旋轉。第 二聯接構件36可以由諸如鋁、銅、不鏽鋼、鎢、碳鋼、超彈性合金或類似的金屬材料製成，或 者由諸如聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、硬質聚氯乙烯、聚酯或類似的相對硬的樹脂製成，或前 述高張力纖維製成。如圖2和圖3所示，遠端工作單元14包括用作治療感染部分的端部執行器的抓持 器22，和用於致偏滑動器44使其向一個方向(朝著遠端)移動的螺旋彈簧46。抓持器22 用作用於夾持活體組織的鉗子機構並且包括其中一個構件是可動的一對可打開/可閉合 構件，即固定擠壓構件48和可相對於固定擠壓構件48成角度地運動的可動擠壓構件50。 可動擠壓構件50的近端通過銷52角度可動地安裝在主遠端主體54上。雖然在本實施方式 中抓持器22的擠壓構件中僅有一個是可打開的，但其兩個擠壓構件也可以均是可打開的。主遠端主體54具有形成於其下部(即如圖2所示的下部)的凹槽56。滑動器44 被設置在凹槽56中以在遠端工作單元14的縱向方向上是可滑動的。滑動器44具有在其 遠端處凸起的銷58，銷58插入形成於可動擠壓構件50的近端的下部中的長圓孔60中。當操作手柄單元62 (後文將描述)將傳遞構件18拉向近端從而將滑動器44定位 在凹槽56的近端部分中時，固定擠壓構件48和可動擠壓構件50處於閉合位置(見圖2)。 當減小或去除手柄單元62上的握緊力時，傳遞構件18朝向遠端移動，從而使得滑動器44 朝向凹槽56的遠端移動。銷58壓迫長圓孔60的內周表面，使得可動擠壓構件50繞著銷 52旋轉並打開(見圖3)。長圓孔60可以被省略，且隨著滑動器44的移動，滑動器44可以 變形以吸收圖2中銷58的豎直移動。螺旋彈簧46以受壓狀態容納在形成於主遠端主體54中的凹槽64和形成於滑動 器44中的凹槽66中。螺旋彈簧46包括致偏裝置，用於在其彈性力作用下將滑動器44朝 向遠端偏壓，即用於將可動擠壓構件50朝向打開方向偏壓。由於根據本發明的醫療操縱器10包括作為在遠端工作單元14中的致偏裝置的螺旋彈簧46，不需要例如在手柄單元62中 提供用於將可動手柄68朝向打開方向偏壓的板狀彈簧或類似物。由此，操作單元16具有 簡單的結構以實現更好的可操作性。如圖2和圖3所示，接頭26包括具有圓形的橫截面形狀的凹槽70，凹槽70與連接 器12中的空間24連通並且在連接器12的遠端面處是開放的。具有圓形的橫截面形狀的 突起38從主遠端主體54的近端伸出並且插入凹槽70中。突起38包括通道40，該通道40軸向地形成於突起38的中央並且具有與第二聯接 構件36的橫截面形狀基本相同的橫截面形狀。當第二聯接構件36插入通道40中時，傳遞 構件18的轉動力可以被傳遞至突起38和主遠端主體54。軸向地互相隔開預定的距離的兩個環形溝槽74形成於凹槽70的內周表面中。突 起38具有在分別與溝槽74相應的位置處周向延伸的兩個環形的凸面75。凸面75插入相 應的溝槽74中。凸面75不限於具有連續的環形形狀，而是可以在周向上間斷地設置。具有上述結構的接頭26允許遠端工作單元14相對於連接器12旋轉 (轉動)，但 是使得遠端工作單元14不能夠軸向移動。因此，接頭26能夠可靠地防止遠端工作單元14 脫出或顫動。接頭26可以具有轉動阻力減小裝置(未示出)，用於減小遠端工作單元14的 轉動阻力。根據一種特定的示例，轉動阻力減小裝置可以包括潤滑劑，諸如潤滑油或設置在 凹槽70和突起38之間的諸如聚四氟乙烯、矽樹脂、聚乙烯、聚縮醛或類似物的一層低摩擦 材料。轉動阻力減小裝置允許遠端工作單元14的轉動更加平滑。如圖1、圖4和圖5所示，操作單元16安裝在連接器12的近端上以遠程地使抓持 器22打開和關閉(轉動)、使遠端工作單元14在可彎曲部分30處彎曲、以及使遠端工作單 元14相對於連接器12轉動。操作單元16包括手柄單元62，手柄單元包括固定至主操作單元主體28或與主操 作單元主體28 —體地結合的固定手柄80、以及可以相對於固定手柄80打開和關閉(轉動) 的可動手柄68。可動手柄68具有上端，該上端通過軸構件82可角度運動地安裝在主操作 單元主體28上。限制器84從主操作單元主體28的下部的外表面伸出，用於與可動手柄68接合以 限制其可角度運動的範圍，從而防止當向手柄單元62施加過大的握緊力時傳遞構件18被 損壞。如圖13所示，固定手柄80和可動手柄68在位置上可以交換。根據這種變型，轉動 動作輸入單元86和彎曲動作輸入單元128 (後文將描述)可以被設置在主操作單元主體28 的近端的上部以實現更好的可操作性。操作單元16具有設置在主操作單元主體28的近端中的轉動動作機構88，轉動動 作機構88可以由安裝在固定手柄80上的碟狀的轉動動作輸入單元86(見圖8)的操作致動。轉動動作機構88包括諸如馬達的轉動驅動源(致動器)90、與轉動驅動源90的轉 動軸聯接的小直徑驅動齒輪92、與驅動齒輪92保持嚙合的大直徑被驅動齒輪94、以及將被 驅動齒輪94可旋轉地支撐在主操作單元主體28的近端處的軸承96。基於轉動動作輸入 單元86的操作，轉動驅動源90在控制器20的控制下被通電。被驅動齒輪94具有旋轉軸 98，旋轉軸98在其近端部分包括圓柱形部分98a，在其遠端部分包括稜柱形部分98b。圓柱 形部分98a由軸承96支撐。
主操作單元主體28內容納有轉換裝置100，用於將可動手柄68的角度運動轉換為傳遞構件18的縱向移動，以及將被驅動齒輪94的轉動所產生的轉動力傳遞至傳遞構件 18。轉換裝置100包括可轉動地支撐第一聯接構件34的支撐構件102，和用於將轉動力從 被驅動齒輪94傳遞至第一聯接構件34的轉動力傳遞機構104。線形主體32的近端部分32b通過銷106固定至第一聯接構件34的遠端部分。第 一聯接構件34包括空心的圓柱形構件，空心的圓柱形構件的中央形成有具有方形的橫截 面形狀的通道108 (見圖7)，被驅動齒輪94的轉動軸98的稜柱形部分98b插入通道108 中。第一聯接構件34在其近端處包括凸緣110，凸緣110與支撐構件102的近端面接合。支撐構件102中形成有帶圓形橫截面形狀的通孔112，第一聯接構件34插入通孔 112中。舌部116中形成有長圓孔114，舌部116從支撐構件102的下部伸出。支撐構件 102由設置在主操作單元主體28內的引導構件118、120支撐，使得傳遞構件18能夠在縱向 方向上滑動。舌部116經過形成於下部引導構件120中的狹縫122向下伸出。可動手柄68在其上部具有伸出構件124，伸出構件124插入主操作單元主體28 中。安裝在伸出構件124的上端的銷126插入舌部116的長圓孔114內(見圖4和圖7)。轉動力傳遞機構104由被驅動齒輪94的轉動軸98的稜柱形部分98b以及稜柱形 部分98b插入的通道108共同構成。稜柱形部分98b相對於通道108可軸向移動，但與稜 柱形部分98b插入通道108的深度無關，稜柱形部分98b不能夠相對於通道108轉動。因 此，被驅動齒輪94的轉動力通過稜柱形部分98b和通道108被傳遞至第一聯接構件34，從 而使得傳遞構件18整體轉動。除了方形形狀，稜柱形部分98b的橫截面形狀可以是諸如三角形、六邊形、半圓 形、直線形、十字形、L形或類似形狀的非圓形形狀，以防止稜柱形部分98b相對於通道108 轉動。轉動力傳遞構件104包括用於將轉動力從轉動驅動源90機械地傳遞至傳遞構件18 的機構。轉動力傳遞機構104可以由線、鏈條、正時皮帶、連杆、杆、齒輪或類似物致動。優選 地，轉動力傳遞機構104由在動力傳遞方向上沒有彈性的實體的形式的機械組件致動。雖 然線、鏈條或類似物在張力作用下不免輕微地伸長，但也可以被認為是沒有彈性的實體的 形式的機械組件。致動機構可以用於允許轉動動作機構88和遠端工作單元14以相反的方 向轉動，或以不同的速度轉動。操作單元16具有設置在主操作單元主體28的遠端上的彎曲動作機構130，彎曲動 作機構可以由彎曲動作輸入單元128的操作致動以使得可彎曲部分30彎曲。彎曲動作輸 入單元128安裝在固定手柄80上並且包括指向上、下(前、後)、左和右方向的四個三角形 按鈕。如圖4、圖5和圖9所示，彎曲動作機構130包括從主操作單元主體28的遠端面 伸出的兩個螺旋彈簧132、134 ；平行於螺旋彈簧132、134設置的樞轉軸(軸承滾珠)136 ；以 及與螺旋彈簧132、134的遠端聯接並且在主操作單元主體28的遠端面的對面隔開預定距 離的傾斜板(擺動板)138。傾斜板138的中央形成有孔138a，從主操作單元主體28的遠 端伸出並且基本為空心圓柱形狀的突起139插入孔138a中，且突起139與連接器12聯接。彎曲動作機構130還包括設置在主操作單元主體28內的兩個彎曲驅動源(致動 器)140、142，彎曲驅動源包括例如齒輪馬達。彎曲驅動源140、142分別具有連接有相應的 可軸向移動的螺釘140a、142a的驅動軸。可軸向移動的螺釘140a、142a分別旋入形成於主操作單元主體28的遠端中的螺紋孔144、146中，並且遠端分別保持抵靠傾斜板138的對角 處的兩個相應支承面148、150。彎曲動作機構130以下述方式進行操作當彎曲驅動源140、142在控制器20的控 制下通電，可軸向移動的螺釘140a、142a軸向移動以使得傾斜板138被螺旋彈簧132、134 彈性地支撐的同時，繞樞轉軸136的球形遠端面在希望的方向(如圖9中箭頭A、B所示的 方向)上傾斜希望的角度。因為其中一個支承面150在水平方向上是細長的，即使當傾斜 板138處於傾斜狀態時，軸向可移動的螺釘142a可靠地保持為抵靠支承面150且在另一個 軸向可移動的螺釘140a保持抵靠支承面148的同時傾斜板138能夠平滑地擺動。可以使 用包括用於使光學鏡擺動的通用結構的機構來使得彎曲動作機構130的傾斜板138傾斜。如圖所示，傾斜板138的孔138a包括形成於其上下左右方向上的四個狹縫152。 線154從孔138a的內周部分插入相應狹縫152中。線154在近端處分別具有大直徑部分 154a，大直徑部分154a與傾斜板138的近端面接合。線154分別延伸穿過軸向地形成於連 接器12中的四個相應的通孔156，並且伸到可彎曲部分30。圖10為連接器12的可彎曲部分30的結構示例的一部分的分解透視圖。可彎曲部 分30包括多個結環158，結環158接合在一起並且能夠互相相對地角度運動。在圖10中， 將以例如包括三個結環158的情況來說明可彎曲部分30。但是，可彎曲部分30不限於由三 個結環158構成，而是可以包括四到三十個結環158。每個結環158包括在其一個表面上形成的經過結環158的中心在直徑上相對的一 對V形槽160，和在另一個表面上設置的經過結環158的中心在直徑上相對的一對半圓柱形 脊162。半圓柱形脊162相對於槽160偏置90°角。兩個相鄰的結環158定向成它們的槽 160彼此偏置90°角。結環158接合，使得一個結環158的脊162插入另一個結環158的 相應的槽160中。每個結環158中在槽160和脊162處形成有通孔164。四根線154的大直徑部分 154a與傾斜板138接合，線154插入穿過結環158的相應的通孔164。線154的各自遠端 分別與設置在可彎曲部分30的遠端處的結環158相聯接(見圖2和圖3)。通過這種方式， 結環158被放置在一起並且基本一體地互相結合。當脊162插入槽160中時，在兩個相鄰的結環158之間形成空隙，從而允許脊162 在槽160中成角度地運動並且進一步允許相鄰結環158互相相對地成角度地運動。雖然成 對的相鄰結環158的可角度運動通過的角度很小，多個成對相鄰結環158的角度總和很大， 足以允許整個可彎曲部分30彎曲希望的角度(例如在從60°到120°的範圍內)，從而使 得能夠彎曲遠端工作單元14(抓持器22)，使其不與連接器12的縱向軸線平行。當彎曲動作輸入單元128被操作時，彎曲動作機構130在控制器20的控制下被 致動以使得傾斜板138傾斜希望的角度，並且使得線154軸向移動相應距離從而使得可彎 曲部分30在連接器12的橫截面平面上向上、向下(向前、向後)、向左、向右彎曲希望的 角度。具體說來，當傾斜板138通過線154拉動可彎曲部分30時，可彎曲部分30主動地 (actively)彎折或彎曲。可彎曲部分30的彎曲方向以及該方向的數量(自由度)不限於 任何特定的值。雖然未示出，每個結環158的外周面可以被有彈性或柔韌的材料層覆蓋。可彎曲部分30不限於具有示出的結構，而是可以包括波紋管或柔性管。連接器12 可以包括用作遠端部分的硬管以及用作近端部分的硬管，其中硬管由單個軸或多個軸可角度運動地連接以使得可彎曲部分30彎曲。替代地，可彎曲部分30可以包括具有樞轉軸的 彎曲機構。如圖11所示，在根據本實施方式的醫療操縱器10中，操作單元16和連接器12通 過可拆卸接頭35可拆卸地(可分離地)互相連接。具體來說，在將連接器12和操作單元 16可拆卸地互相接合的可拆卸的接頭35中，從操作單元16的遠端伸出的突起139插入形 成於連接器12的近端中的孔166中，且緊固螺釘168從連接器12的外周面朝向內周面地 抵靠突起139地固定，從而將連接器12和操作單元16固定到一起(見圖4和圖5)。為了將連接器12和操作單元16互相分離，因此線154從傾斜板138的狹縫152中 脫離，鬆開緊固螺釘168，並且將操作單元16的突起139從連接器12的孔166中拔出(見 圖11)。此時，當通過將遠端部分32a的近端處的T形杆170從近端部分32b的遠端處的T 形鉤172中釋放(見圖12)而使遠端部分32a和近端部分32b在連接頭37處互相分離時， 線形主體32可以容易地被分開。因此，遠端工作單元具有多種端部執行器的多種工作單元 15可以容易地被替換並且在單個操作單元16上使用，使得醫療操縱器10具有增強的通用 性並且成本低。因為工作單元15可以容易地與操作單元16分離，工作單元15 (遠端工作 單元14)可以容易地維護，從而進行替換、清潔、和/或高溫消毒。在這樣構建的醫療操縱器10中，因為單個傳遞構件18操作抓持器22(打開和關 閉或轉動角度)並轉動遠端工作單元14，傳遞構件18在連接器12內的安裝空間可以較小。 因此，連接器12可以較細，同時，遠端工作單元14和 操作單元16均可以具有較簡單的結 構。由此根據本實施方式的醫療操縱器10可以更適合地使用以執行腹腔鏡外科手術、腦外 科手術、胸腔鏡外科手術、泌尿外科手術或類似外科手術。下面將說明醫療操縱器10的操作。在初始狀態(未操作狀態)，抓持器22在螺旋彈簧46的偏壓作用下是打開的，且 可動手柄68是打開的(見圖1、圖3和圖5)。當操作者用手抓住手柄單元62，且使得可動 手柄68以圖1中箭頭所示的方向轉動時，伸出構件124繞著軸構件82順時針轉動，從而導 致銷126被壓迫抵靠長圓孔114的近端的內周表面，以使得舌部116和支撐構件102沿著 引導構件118、120移動(如圖4所示的狀態)。因為凸緣110與支撐構件102的近端接合， 第一聯接構件34以與支撐構件102相同的方向移動，從而將傳遞構件18向近端拉。因為 支撐構件102向近端移動，稜柱形部分98b的遠端相對深地插入通道108。當傳遞構件18被拉向近端時，滑動器44在凹槽56中克服螺旋彈簧46的偏壓朝 向其近端移動。因此，銷58壓迫長圓孔60的近端的內周表面，從而使得可動擠壓構件50 繞著銷52以圖2中的逆時針方向轉動，並從而使得可動擠壓構件50閉合(如圖2所示的 狀態)。當操作者的手鬆開手柄單元62或減小作用於手柄單元62的握力時，滑動器44在 螺旋彈簧46的偏壓作用下在凹槽56中朝向其遠端移動。因此，銷58壓迫長圓孔60的遠 端的內周面，使得可動擠壓構件50繞著銷52以圖3中的順時針方向轉動，並從而使得可動 擠壓構件50打開(如圖3所示的狀態)。隨著滑動器44朝向遠端移動，傳遞構件18也朝向同樣的方向移動。在傳遞構件 18的近端處，凸緣110壓迫支撐構件102，從而使得支撐構件102和舌部116沿著引導構件 118、120朝向遠端移動。長圓孔114的近端的內周面壓迫銷126，使得伸出構件124和可動手柄68繞著軸構件82以圖5中的順時針方向轉動。現在可動手柄68返回至原始的打開狀態(如圖5所示的狀態)。隨著支撐構件102朝向遠端方向移動，稜柱形部分98b的遠端 沿著其縱向方向大致移動到通道108的中央。當可動手柄68打開和閉合時，可動擠壓構件50與可動手柄68機械地(直接地) 聯動地打開和閉合。因此，當可動手柄68被手動地拉到一定程度時，如果抓持器22夾住物 體(外科器械或活體組織)，則抓持器22和滑動器44不能進一步運動，使得操作者能夠通 過手指尖感覺到物體已經被夾住。如果物體為硬質物體，例如外科器械，則可動手柄68在閉合方向上完全不能再運 動。因為操作者能夠將手操作力機械地、直接地而非通過電磁裝置傳遞至抓持器22，所以操 作者能夠感覺到硬質物體已經被夾住，並且可以以強力可靠地夾住物體。如果由馬達產生 與手操作力相等的夾緊力，則需要尺寸和重量都相當大的馬達，這樣的馬達無法輕易地容 納在主操作單元主體28內，且會使得醫療操縱器10更重。如果物體為軟質物體，例如活體組織或類似物，則取決於物體的彈性，可動手柄68 在閉合方向上能夠輕微地移動。因此，操作者可以感覺到軟質物體已經被夾住，同時能夠感 覺到該物體的柔軟程度，並且可以調整握住該物體的力度。當傳遞構件18或類似物被磨損或老化時，摩擦力增加並且摩擦力被傳遞至可動 手柄68，使得操作者可以感受到驅動系統狀態的改變或不正常狀態，由此，操作者可以判斷 更適當的維護時間。如上所述，因為當可動手柄68打開和閉合時可動擠壓構件50與可動手柄68機械 地(直接地)聯動地打開和閉合，所以固定擠壓構件48和可動擠壓構件50的打開(握緊) 力與固定手柄80和可動手柄68的打開(握緊)力相應。因此，操作者可以容易地以任何 希望的打開(握緊)力操作抓持器22。具體來說，可動手柄68的手動操作被機械地傳遞以打開和閉合抓持器22。傳遞構 件18、滑動器44等構成操作傳遞單元，操作傳遞單元用作在可動手柄68和抓持器22之間 機械地傳遞手動操作的裝置。如上文所述，這裡所使用的「機械地」這一術語表示通過線、鏈條、正時皮帶、連杆、 杆、齒輪或類似物來傳遞手動操作的系統，該系統主要由以在動力傳遞方向上的非彈性實 體形式的機械組件致動。雖然線、鏈條或類似物在張力作用下不免輕微延長，但仍然可以被 認為是非彈性實體形式的機械組件。例如，雖然傳遞構件18具有至少與可彎曲部分30相對 應的柔性部分，但傳遞構件18通過螺旋彈簧46被保持在適當的張力作用下。當抓持器22 閉合時，傳遞構件18被可動手柄68拉向操作單元16，且傳動構件18本質上沒有彈性變形， 或者僅在不影響操作的程度上不可避免地彈性變形，從而提供了機械連接裝置(機械傳遞 裝置)。當操作轉動動作輸入單元86以使得轉動驅動源90通電以旋轉被驅動齒輪94時， 與可動擠壓構件50是打開或者閉合無關地(與打開程度無關地)，轉動力依次被傳遞至轉 動軸98的稜柱形部分98b、通道108、第一聯接構件34、線形主體32、第二聯接構件36、通道 40、突起38和主遠端主體54，從而使得遠端工作單元14轉動。由此，轉動動作機構88和接 頭26起轉動機構的作用，以使得遠端工作單元14繞其自身的軸線轉動。被驅動齒輪94被 驅動的方向與遠端工作單元14轉動的方向一致。
當連接器12伸直、彎折或彎曲時，抓持器22可以打開和關閉，且遠端工作單元14 可以轉動。通過根據本實施方式的醫療操縱器10，因為可彎曲部分30不轉動而是僅有遠端 工作單元14轉動，即使當連接器12彎折或彎曲(即如圖1中的雙點劃線所示的狀態)時， 遠端工作單元14在轉動時不會繞從可彎曲部分30朝向近端延伸的軸線擺動。因此，可以 在抓持器22保持靠近待外科手術治療的區域的同時，改變抓持器22的位姿(夾持活體組 織的方向)。關於彎曲動作機構130，通過簡單地操作彎曲動作輸入單元128以使彎曲驅動源 140、142通電，與可動擠壓構件50打開或關閉無關地(與打開程度無關地)，能夠將傾斜板 138傾斜至任何希望的角度，從而容易地將連接器12在可彎曲部分30處彎曲至希望的角 度。具體來說，可彎曲部分30和彎曲動作機構130用作彎曲機構，用於使得抓持器22以橫 過連接器12軸向的方向彎曲，從而容易並快速地改變抓持器22的位姿。如上所述，通過根據本實施方式的醫療操縱器10，當操作者用手指尖操作位於操 作單元16上的彎曲動作輸入單元128和轉動動作輸入單元86時，在控制器20的控制下， 通過作為致動器的彎曲驅動源140、142和轉動驅動源90，可以容易並快速地由彎曲動作機 構130使得連接器12彎曲，使得可彎曲部分30和遠端工作單元14由轉動動作機構88轉 動。因此，醫療操縱器10具有高可操作性。具體來說，在醫療操縱器10中，使連接器12的 一部分(可彎曲部分30)彎曲的彎曲機構以及使遠端工作單元14轉動的轉動機構一起用 作位姿改變機構，用於改變遠端工作單元14的位姿，且該機構通過致動器操作。操作者手 動操作機械地(直接地)獨立於彎曲動作機構130等的操作的固定手柄80和可動手柄68， 以打開和閉合(角度運動)遠端工作單元14的抓持器22。因為可以操作抓持器22獲得 希望的夾緊力，操作者可以在感覺被夾物體的硬度的同時更適當地治療感染部分。具體來 說，通過機械地並直接地傳遞手動動作來操作端部執行器(抓持器22)是理想的。此外， 最好的方法是使用致動器(彎曲驅動源140、142和轉動驅動源90)簡化提供其他位姿軸線 的彎曲動作機構130、可彎曲部分30和轉動動作機構88的操作，即簡化位姿改變機構的操 作。換句話說，根據本發明，因為可以例如通過單個手指尖按壓按鈕來容易地改變遠端工作 單元14的位姿，位姿改變動作不與操作者的其他打開和閉合抓持器22以及通過手臂整體 移動醫療操縱器10的動作衝突，從而允許操作者更直觀地執行外科手術治療。圖14為圖1所示的醫療操縱器10的遠端部分的另一種結構示例的部分剖視放大 側視圖。如圖14所示，遠端工作單元180被布置為具有設置在遠端工作單元14附近的致 偏裝置，用於將可動擠壓構件50朝向打開方向偏壓。螺旋彈簧46容納在大直徑部分182 內，大直徑部分182的直徑比形成於連接器12的接頭26的近端附近的位置處的空間24的 直徑更大。在大直徑部分182中，第二聯接構件36延伸穿過螺旋彈簧46，且碟狀凸緣184 與從螺旋彈簧46朝向遠端延伸的第二聯接構件36的一部分固定或一體地結合。處於壓縮 狀態的螺旋彈簧46的近端被保持抵靠大直徑部分182的近端面，且處於壓縮狀態的螺旋彈 簧46的遠端被保持抵靠凸緣184並朝向遠端地偏壓第二聯接構件36。致偏裝置不限於螺旋彈簧46，而是可以包括諸如扭轉彈簧、片狀彈簧或類似的其他彈簧，或諸如橡膠的彈性材料，或永磁體或電磁體。致偏裝置可以被設置在操作單元16 的內部。
在外科手術過程中，可能需要在方向(剝離方向)上的大的剝離力以打開抓持器22進行組織剝離。如果以拉伸彈簧取代螺旋彈簧46，可動手柄68的推動作通過滑動器44 直接傳遞至抓持器22，則可以產生大的剝離力。在醫療操縱器10上，施加在抓持器22的打 開方向上的力被傳遞至可動手柄68。具體來說，當抓持器22被打開時刻抓持器22在其打 開方向上抵靠活體組織或外科器械時，可動手柄68停止在打開方向上運動。由此，操作者 可以感覺到抓持器22已抵靠某些物體。轉動動作機構88、彎曲動作機構130、接頭26、轉換裝置100、操作單元16、可拆卸 接頭35、連接頭37等並不限於上文示出的結構細節。在本實施方式中，外科操作裝置可以 包括可角度運動或者可以通過平移打開和關閉的一對打開和關閉構件。此外，外科操作裝 置可以包括可角度運動的單個構件，例如可彎曲鉗子、電外科手術刀、超聲刀或類似物。除電動馬達外，作為用於致動轉動動作機構88和彎曲動作機構130的致動器的轉 動驅動源90和彎曲驅動源140、142可以包括使用諸如氣體、液體或類似物的流體的流體壓 力致動器。除裝備在操作單元16上外，轉動動作輸入單元86和彎曲動作輸入單元128還可 以被構建為腳踏開關。在這種情況下，腳踏開關可以被放置在操作者的腳下以允許操作者 更平滑地執行人工技術。操作單元16上的可動手柄68、轉動動作輸入單元86、和彎曲動作輸入單元128並 不限於上述位置、形式和操作方法。轉動動作輸入單元86可以被操作滾輪、按鈕或操縱杆 替代。此外，可以選擇和設計允許更容易地操作操縱器的多種位置和方法。下面將參照圖15至圖57描述根據另一種實施方式的醫療操縱器1010。如圖15所示，根據本實施方式的醫療操縱器1010構成醫療操縱器系統的部分，並 且與控制器1045相連接。用於對醫療操縱器1010進行電控制的控制器1045通過連接頭連接至從握持手柄 1026的下端延伸的纜線1062。控制器1045可以對多個醫療操縱器1010進行互相獨立的 控制。當然，也可以使用控制單個醫療操縱器1010的控制器。醫療操縱器1010包括用於夾緊一部分活體組織的遠端工作單元1012和用於執行 指定的外科手術治療的彎針或類似物。醫療操縱器1010通常是指夾鉗或針驅動器(持針 器)O如圖15和圖16所示，醫療操縱器1010包括由手握持並操作的操作單元1014，和 固定至操作單元1014的工作單元1016。操作單元1014和工作單元1016—體地互相接合。 但是，根據情況，操作單元1014和工作單元1016可以是可互相分離的。在下述說明中，假設圖15和圖16中的橫向為X方向，豎向為Y方向且連接軸1048 的縱向方向為Z方向。在X方向中，從遠端看向右的方向為Xl方向，向左的方向為X2方向。 在Y方向中，向上的方向為Yl方向，向下的方向為Y2方向。在Z方向中，向前的方向為Zl 方向，向後的方向為Z2方向。除非另有說明，這些方向表示當醫療操縱器1010處於正常姿 態(neutral posture)時的方向。上述方向的定義僅用於圖示的目的。醫療操縱器1010 可以以任何多種不同的方向使用，例如可以上下顛倒使用。工作單元1016包括用於執行工作操作的遠端工作單元1012，和將遠端工作單元 1012和操作單元1014互相連接的細長中空連接軸(連接器)1048。遠端工作單元1012和連接軸1048具有小的直徑，並且可以通過安裝在患者腹部區域或類似區域處的中空圓柱 體形式的套管針1020插入體腔1022中。工作單元1012被組合輸入單元1034致動以執行 多種技術，從而在體腔1022內對患者身體的感染部分進行夾持、去除、縫合或打結。 操作單元1014包括被手握住的握持手柄1026、從握持手柄1026的上部延伸的橋 部1028、以及連接到橋部1028的遠端的致動器模塊1030和扳機杆(輸入單元)1032。如圖15所示，操作單元1014的握持手柄1026從橋部1028的端部向Y2方向延伸， 並且其長度適合手握。組合輸入單元1034設置在握持手柄1026上。連接至控制器1045的纜線1062設置在握持手柄1026的下端並且一體地連接至 握持手柄1026。握持手柄1026和纜線1062可以通過連接頭互相連接。組合輸入單元1034構成用於向遠端工作單元1012發出在轉動(軸轉動)和搖擺 (左和右)方向上的轉動指令的組合輸入裝置。例如，在橫向方向上操作的第一輸入裝置 1034a發出搖擺方向上的指令，而在軸轉動方向上操作的第二輸入裝置1034b發出轉動方 向上的指令。扳機杆1032包括用於向遠端工作單元1012的端部執行器1104(見圖15)發 出打開和閉合指令的輸入裝置。雖然端部執行器1104適於具有多種形式，但是醫療操縱器 1010採用可打開並可關閉的抓持器。組合輸入單元1034包括用於檢測控制變量並向控制器1045提供檢測操作信號 (例如模擬信號)的輸入傳感器。扳機杆1032包括設置在橋部1028下並且設置在能夠容易地由食指操作的位置處 的杆。扳機杆1032通過第一連杆1064和第二連杆1066連接至致動器模塊1030，並且能夠 朝向和遠離握持手柄1026地運動。第一連杆1064繞橋部1026的一部分擺動地樞轉，且扳 機杆1032安裝在第一連杆1064在Y2方向的端部上。第二連杆1066從致動器模塊1030 在Z2方向上伸出並且與形成於第一連杆1064中的長圓孔1064a相接合。當扳機杆1032 運動時，第二連杆1066可以在長圓孔1064a中在縱向方向上來回移動。第二連杆1066連接到線(驅動構件)1056的一端。當扳機杆1032被拉動時，線 1056也被一起拉動。因為線1056被用作連接到第二連杆1066的驅動構件(傳遞構件)， 所以能夠減少所使用的部件的數量，並且減少醫療操縱器1010的重量。除線1056外，連接至第二連杆1066的驅動構件可以包括例如剛性的線形可動杆 (或連杆)。因為杆通常比線更具有剛性，杆可以用作產生大夾緊力的線形可動構件。杆和 第二連杆1066可以一體地互相接合。連杆、齒輪等可以可操作地設置在第二連杆1066和線1056之間，用於調節操作者 的操作力和操作行程。致動器模塊1030中容納馬達(位姿軸致動器)1040、1041，馬達1040、1041分別對 應於三個自由度中的兩個的相應機構，並且所述相應機構結合在遠端工作單元1012中。馬 達1040、1041被布置為在連接軸1048的縱向方向上互相平行。馬達1040、1041對應於遠 端工作單元1012的轉動和搖擺方向上的運動，即位姿改變機構的運動，以改變遠端工作單 元1012的位姿。馬達1040、1041的尺寸和直徑較小，從而允許致動器模塊1030在形狀上 緊湊而扁平。基於操作單元1014的操作，馬達1040、1041可以在控制器1045的控制下被 通電以使得驅動軸轉動。馬達1040、1041與角度傳感器結合，用於檢測轉動角度並且將所 檢測的角度信號提供給控制器1045。角度傳感器可以包括例如轉動編碼器。除電動馬達之夕卜，致動器可以包括使用諸如氣體、液體或類似物的流體的流體壓力致動器。致動器模塊1030容納分別連接至馬達1040、1041的驅動軸的線輪1050a、1050b。線1052、1054分別繞在線輪1050a、1050b上，並且朝向遠端工作單元1012地延伸穿過連接軸1048中的空心區域1048a(見圖20)。線1052、1054 二者可以為相同的類型並
且具有相同的直徑。操作單元1014的組合輸入單元1034和扳機杆1032並不限於上文所描述並示出 的位置、形式和操作方法。例如，組合輸入單元1034可以被操作滾輪、按鈕或操縱杆取代。 此外，可以選擇和設計允許容易地操作操縱器的其它位置和方法。施加於扳機杆1032的手動操作被機械地傳遞以打開和閉合端部執行器1104。第 一連杆1064、第二連杆1066、線1056和端部執行器驅動機構1260 (後文將描述)用作在扳 機杆1032和端部執行器1104之間機械地傳遞手動動作的裝置(傳遞構件)，並且構成操作 傳遞單元。「機械地，，這一術語表示通過線、鏈條、正時皮帶、連杆、杆、齒輪或類似物來傳遞手 動操作的系統，該系統主要由非彈性實體形式的機械組件在動力傳遞方向上致動。雖然線、 鏈條或類似物在張力作用下不免輕微延伸，但仍然可以被認為是非彈性實體形式的機械組 件。下面將描述遠端工作單元1012的第一至第五結構示例1012a至1012e以及變型 1012fo如圖17、18、19、20和21所示，根據第一結構示例的遠端工作單元1012a包括線驅 動機構1100、組合機構1102和端部執行器1104。遠端工作單元1012中包括提供三個自由 度的機構。這些機構包括使得定位在沿Y方向延伸的第一轉動軸線Oy前方的遠端工作單 元1012的一部分繞第一轉動軸線Oy在搖擺方向上角度運動的具有第一自由度的機構、使 得遠端工作單元1012的一部分繞第二轉動軸線Or在轉動方向上角度運動的具有第二自由 度的機構、以及使得遠端工作單元1012的遠端上的端部執行器1104繞第三轉動軸線Og打 開和閉合的具有第三自由度的機構。具有第一自由度的機構的第一轉動軸線Oy可以角度運動至不與從連接軸1048的 近端向遠端延伸的軸線C平行。具有第二自由度的機構的第二轉動軸線Or可以繞沿著遠 端工作單元1012的遠端(端部執行器1104)延伸的方向的軸線角度運動，且其遠端部分可 以在轉動方向上轉動。具有第一自由度的機構(即在搖擺方向上可動的機構)包括例如具有+90°或更 大的可操作範圍的彎曲機構。具有第二自由度的機構(即在轉動方向上可動的機構)包括 例如具有士 180°或更大的可操作範圍的轉動機構。具有第三自由度的機構(即端部執行 器1104)可以例如打開40°或更大的角度。端部執行器1104包括在手術中用於執行實際工作的構件。第一轉動軸線Oy和第 二轉動軸線Or是用於改變端部執行器1104的位姿以幫助工作的位姿改變機構的位姿軸 線。一般來說，用於打開和閉合端部執行器1104的具有第三自由度的機構被稱為抓持器 (或抓持器軸)。用於在搖擺方向上擺動的具有第一自由度的機構被稱為擺動軸，而用於在 轉動方向上轉動的具有第二自由度的機構被稱為轉動軸。線驅動機構1100被設置在一對舌片1058之間並且用於將相應的線1052、1054的往復移動轉換為轉動，並且將該轉動傳遞至組合機構1102。線驅動機構1100包括插入軸孔1060a、1060a的軸1110和插入軸孔1060b、1060b的軸1112。軸1110、1112牢固地壓配合 或焊接至軸孔1060a、1060b。軸1112與第一轉動軸線Oy軸向對準。在Y方向上形狀對稱的齒輪主體1126、1130分別安裝在軸1112在Y方向上的兩 端上。齒輪主體1126包括管狀構件1132和同中心地設置在管狀構件1132的上部上的第 一齒輪1134。齒輪主體1130在形狀上與齒輪主體1126基本相同，並且在Y方向上與齒輪 主體1126對準。齒輪主體1130包括管狀構件1136和同中心地設置在管狀構件1136的下 部上的第二齒輪1138。齒輪1134、1138與齒輪主體1146的端面齒輪1165 (後文將描述) 的上端和下端保持嚙合。管狀構件1136在直徑和形狀上與管狀構件1132基本相同。線1052、1054繞在管 狀構件1132、1136上並且具有通過固定裝置固定至管狀構件1132、1136的部分。線1052、 1054在管狀構件1132、1136上繞1.5圈(540° )。當線1052、1054轉動時，齒輪主體1126、1130繞著軸1112轉動。當齒輪主體1126、 1130以同樣的速度和同樣的方向轉動時，齒輪主體1146相對於軸1112搖擺並且在搖擺方 向上運動。當齒輪主體1126、1130以同樣的速度和相反的方向轉動時，齒輪主體1146繞第 二轉動軸線Or轉動並且在轉動方向上運動。當齒輪主體1126、1130以不同的速度轉動時， 齒輪主體1146在搖擺和轉動方向上進行複合運動。齒輪主體1126、齒輪主體1130和齒輪 主體1146共同構成差速機構。空轉輪(圓柱形構件，傳遞構件)1140在軸1110的大致中央位置受到可轉動地支 撐。引導輪(圓柱形構件，傳遞構件)1142在軸1112的大致中央位置受到可轉動地支撐。 空轉輪1140用於保持被驅動線(柔性構件，傳遞構件)1252始終以恆定角度(在兩側上均 是大約180° )繞在引導輪1142上。取代使用空轉輪1140，被驅動線1252也可以在引導 輪1142上繞一圈或數圈。空轉輪1140和引導輪1142可以具有平滑的表面，並且可以由具 有小摩擦係數的材料製成，以減小被驅動線1252上的打滑和磨損(見圖22)。引導輪1142 圍繞位姿改變機構的搖擺軸線Oy設置。主軸1144可轉動地支撐在軸1112上，並位於齒輪主體1126和引導輪1142之間 以及位於引導輪1142和齒輪主體1130之間。主軸1144具有朝向組合機構1102伸出的套 筒。主軸1144中軸向地形成有方孔1144a。主軸1144包括設置在Z2方向上的端部處的兩 個輔助板1144b，用於在Y方向上保持引導輪1142的兩個表面。輔助板1144b分別具有使 軸1112延伸穿過的孔。輔助板1144b具有在Zl方向上逐漸變寬的V形形狀，用於防止諸 如線的外物進入其中。組合機構1102包括打開/閉合機構，用於打開和閉合端部執行器1104 ；及用於 改變端部執行器1104的位姿的位姿改變機構。組合機構1102包括可轉動地安裝在主軸1144的套筒的周向表面上的齒輪主體 1146 ；安裝在主軸1144的遠端上的螺帽1148 ；彈簧1150 ；具有方形的橫截面形狀並且在Z2 方向上的端部插入孔1144a中的杆(傳遞構件)1152 ；由銷1154可轉動地支撐在杆1152在 Z2方向上的端部上的被驅動輪(圓柱形構件、傳遞構件)1156 ；被驅動板(傳遞構件)1158 ； 和中空圓柱形罩1160。彈簧1150為壓縮彈簧。杆1152在Z2方向上的端部為通道形，用於 增加其相對於被驅動輪1156的可滑動性，且杆1152的端部在Z2方向上伸出很長。
由樹脂製成的止推軸承1144c設置在主軸1144抵靠齒輪主體1146的部分上。另 一個由樹脂製成的止推軸承1148a設置在螺帽1148抵靠齒輪主體1146的部分上。止推軸 承1144c和1148a具有低摩擦係數，用於減少抵靠部分的磨損和力矩，並且用於防止負載被 直接作用於端面齒輪1165。止推軸承1144c、1148a包括例如滑動軸承，但也可包括滾動軸 承，從而甚至當端部執行器1104強力地打開或閉合時，即甚至當齒輪主體1146牢固地抵靠 主軸1144時，允許醫療操縱器繞轉動軸線平滑地操作。齒輪主體1146為階梯形狀，包括在Z2方向上的大直徑部分1162、在Zl方向上的小直徑部分1164、和在Z2方向上的大直徑部分1162的端部上的端面齒輪1165。端面齒輪 1165保持與齒輪1134、1138嚙合。齒輪主體1146防止螺帽1148從主軸1144脫離。大直 徑部分1162具有帶外螺紋的外周表面。被驅動板1158具有在Z2方向上的凹槽1166、形成於凹槽1166的底部的接合腔 1168、分別設置在X方向上的兩個表面上的軸向肋1170、以及連杆孔1172。接合腔1168具 有可以與杆1152的遠端上的蘑菇型柄1174接合的形狀。當蘑菇型柄1174與接合腔1168 接合時，被驅動板1158和杆1152能夠繞轉動軸線互相相對轉動。被驅動板1158具有與罩 1160的內徑基本相等的寬度。罩1160的尺寸大到足以基本覆蓋組合機構1102的整體，並且用於防止外物(活 體組織、藥物、線等)進入組合機構1102和端部執行器1104。罩1160具有形成於其內周向 表面上並且互相直徑相對的兩個軸向溝槽1175。被驅動板1158的肋1170分別安裝在溝槽 1175中以軸向地引導被驅動板1158。因為柄1174與被驅動板1158的接合腔1168接合， 所以被驅動輪1156可以在孔1144a內與被驅動板1158和杆1152 —致地軸向地來回運動， 並且可以繞杆1152轉動。罩1160通過螺紋接合或通過壓配合接合或類似方式固定至齒輪 主體1146的大直徑部分1162。彈簧1150安裝在齒輪主體1146的階梯和被驅動板1158的凹槽1166之間，用於 在常態下致偏被驅動板1158，以使被驅動板1158向前運動成抵靠著限制器。端部執行器1104包括第一端部執行器構件1190、第二端部執行器構件1192和銷 1196。銷1196設置在第三轉動軸線Og上。第一端部執行器構件1190具有在側向上互相相對的一對側壁1200、分別形成於 側壁1200的遠端中的孔1200a、以及從側壁1200的遠端的下部在Z 1方向上伸出的第一 抓持器1202。孔1200a的直徑使得銷1196能夠壓配合進入孔1200a中。第一抓持器1202 在Zl方向上逐漸變窄，並且包括弓形的遠端部分。第一抓持器1202具有在其整個表面上 緊密地布置在一起的朝向Yl方向的多個圓錐形齒。第一端部執行器構件1190通過給定的 聯接裝置聯接至罩1160。例如，第一端部執行器構件1190和罩1160可以具有一體的結構， 以形成組合的管狀主體1230。罩1160在近側部分聯接至齒輪主體1146 (通過螺紋接合、壓配合接合、焊接或類 似方式)。當齒輪主體1146轉動時，罩1160和第一端部執行器構件1190繞著轉動軸線操作。第二端部執行器構件1192為L形，包括在Z方向上延伸的第二抓持器1212以及 相對於第二抓持器1212彎曲約60°的槓桿1214。第二端部執行器構件1192具有形成於L 形彎角處的孔1216，且槓桿1214中在靠近其端部處形成有孔1218。當銷1196插入孔1216中時，第二端部執行器構件1192可以繞著第三轉動軸線Og擺動。第二抓持器1212具有與第一抓持器1202相同的形狀，但以反向形式設置。當第二端部執行器構件1192繞著第三 轉動軸線Og角度運動時，第二端部執行器構件1192抵靠第一抓持器1202以夾住彎針或類 似物。槓桿1214和被驅動板1158通過兩個平行的抓持器連杆1220互相連接。具體來 說，銷1222插入孔1218和形成於各抓持器連杆1220端部的孔1220a中，而銷1124插入孔 1172和形成於各抓持器連杆1220其它端部的孔1220b中。可樞轉地支撐抓持器連杆1220的銷1124的位置相對於圖19中的中央軸線輕微 地偏移(從側向看)。但是，從側向上看，銷1124可以定位在中央軸線上。考慮作用力的平 衡、空間以及組裝部件的容易程度來確定銷1124的位置。銷可以與抓持器連杆1220 —體 地結合。兩個抓持器連杆1220互相平行地設置，以充分地平衡作用力，以及防止無意中施 加力矩負載。根據設計狀況，可以僅使用一個抓持器連杆。當被驅動輪1156、杆1152和被驅動板1158在Z2方向上運動時，槓桿1214也在 Z2方向上受拉，導致第二抓持器1212朝著第一抓持器1202運動以在二者之間夾住物體。 相反，當被驅動輪1156、杆1152和被驅動板1158由彈簧1150的作用在Zl方向上運動時， 槓桿1214也在Zl方向上受推，導致第二抓持器1212遠離第一抓持器1202運動並打開端 部執行器1104。由於被驅動板1158在常態被彈簧1150致偏以在Zl方向上運動，當醫療操 縱器不被手動操作時，第二抓持器1212與第一抓持器1202隔開從而打開端部執行器1104。 彈簧1150能夠保持線1056和被驅動線1252處於適當的張力下並防止它們鬆懈。由此防 止了各個部件之間的遊隙並且醫療操縱器能夠具有高響應性地夾住物體。為了簡練，下文將使用術語「端部執行器1104」來表示第一抓持器1202和第二抓 持器1212。如圖21所示，空轉輪1140包括互相同中心地對準的兩個平行的線輪，即第一層空 轉輪(第一層空轉圓柱形主體)1232和第二層空轉輪(第二層空轉圓柱形主體)1234。引 導輪1142包括互相同中心地對準的兩個平行的線輪，即第一層引導輪(第一層引導圓柱形 主體)1236和第二層引導輪(第二層引導圓柱形主體)1238。圖21中在Z2方向的端部處，將多段被驅動線1252中的一段以Xl和Zl方向保持 抵靠在第一層空轉輪1232的表面上，並且也以Z2和X2方向保持抵靠在第一層引導輪1236 的表面上，同時延伸至被驅動輪1156。圖21中在Z2方向的端部處，將另一段被驅動線1252保持以X2和Zl方向抵靠在 第二層空轉輪1234的表面上，並且也以Z2和Xl方向抵靠在第二層引導輪1238的表面上， 同時延伸至被驅動輪1156。當例如線1056 (見圖22)在Z2方向上受拉時，第一層空轉輪1232和第二層引導 輪1238在俯視圖的逆時針方向上轉動，且第二層空轉輪1234和第一層引導輪1236在俯視 圖的順時針方向上轉動。因為空轉輪1140和引導輪1142均包括兩個平行的同中心的線 輪，當保持與線輪抵靠的被驅動線1252移動時線輪可以在相反的方向上轉動，由此線輪平 滑地操作。如圖22所示，線1056在Zl方向上的端部通過接線端1250 (或者焊接、通孔等)連接至被驅動線(柔性構件)1252的兩端。被驅動線1252為環形的柔性構件，具有連接至線1056的部分，並且可以替代地包括繩子、樹脂線、鋼琴線、鏈條或類似物。「環形」這一術 語應當被廣義地理解。柔性構件不必要在其整個長度上是柔性的。也就是說，至少被驅動 線1252的繞每個線輪的部分可以是通過剛性構件連接至其直線部分的柔性構件。被驅動 線1252可以構成線1056的一部分。被驅動線1252從作為驅動構件的線1056經過、以Xl方向(第一側)沿著空轉輪 1140延伸並延伸至X2方向(第二側)，然後以X2方向沿著引導輪1142經過並以X2方向 延伸至被驅動輪1156的表面。然後被驅動線1252以Zl方向繞被驅動輪1156的表面半圈 並以Xl方向延伸至其表面，並且在朝向X2方向的同時，被驅動線1252以X2方向經過空轉 輪1140並且延伸至接線端1250。由此被驅動線1252經過循環路徑，其起點和終點均位於接線端1250處。被驅動 線1252經過空轉輪1140的兩側並且繞著被驅動輪1156，並且在空轉輪1140和引導輪1142 之間自身交叉，從而構成基本為8字型的配置。接線端1250和被驅動線1252通過線1056 機械地連接至扳機杆1032。「機械地」這一術語表示通過以在動力傳遞方向上非彈性實體形式的機械組件來 致動構件的系統。雖然線1056為柔性構件，其通過彈簧1150保持適當的張力。為了閉合 端部執行器1104，扳機杆1032在Z2方向上拉動線1056並且線1056基本沒有彈性變形或 不可避免的彈性變形僅為不影響操作的程度，從而提供機械連接裝置。被驅動線1252在從 俯視圖觀看時自身交叉。空轉輪1140、引導輪1142和被驅動輪1156具有基本同樣的直徑，該直徑是在布置 允許的情況下足夠大的直徑，使得被驅動線1252不會彎曲。接線端1250設置在與空轉輪 1140適當地隔開的位置處，使得被驅動線1252不會過分地彎曲。被驅動線1252的兩端在 接線端1250處構成銳角。因為彈簧1150(見圖18)致偏被驅動板1158，使其在Zl方向上 運動，所以被驅動輪1156和被驅動板1158受到Zl方向上的力。由此在張力作用的狀態下 被驅動線1252和線1056被合適地布置而不會鬆弛。空轉輪1140和引導輪1142之間的間 隙很小，例如，與被驅動線1252的寬度基本一樣。空轉輪1140、引導輪1142和被驅動輪1156在其上表面和下表面上可以具有凸緣， 或者可以具有凹的側面，以防止被驅動線1252掉落。為了說明，線1056、被驅動線1252、空轉輪1140、引導輪1142、被驅動輪1156和端 部執行器1104共同被稱為端部執行器驅動機構1260。在端部執行器驅動機構1260中，如 圖22所示，被驅動線1252、空轉輪1140、引導輪1142和被驅動輪1156沿著從近端到遠端 的中央線布置。端部執行器1104通過杆1152聯接至被驅動輪1156。下面將說明如此構建的醫療操縱器1010的操作。如圖22所示，當未接觸扳機杆1032時，端部執行器1104在彈簧1150的彈性的作 用下打開。在圖22、23、24、25、36、37、52、53和55中，X方向是相對於遠端工作單元1012a 表示的，且扳機杆1032的豎向對應於Y方向。如圖23所示，當用手將扳機杆1032完全拉動時，線1056拉動被驅動線1252，使 得被驅動輪1156和杆1152在Z2方向上運動的同時壓縮彈簧1150，從而使得端部執行器 1104閉合。換句話說，當包括線1056、被驅動線1252和被驅動輪1156的傳遞構件受拉時，端部執行器1104閉合。此時，扳機杆1032需要力以壓縮彈簧1150。為了打開端部執行器 1104，解除作用於扳機杆1032的力，從而允許杆1152在彈簧1150的復位力作用下被朝向 遠端推動，並且使得端部執行器1104返回到打開狀態。因為被驅動線1252是環形的，它形成左右兩段。因此，被施加以閉合端部執行器 1104的力被分為基本相等的力，分別用作在被驅動線1252的相應段上的張力。因此，被驅 動線1252可以具有小於線1056的直徑，並且可以具有足夠的柔性。如圖24所示，當用手將扳機杆1032拉至一定程度、端部執行器1104夾住物體 (外科器械、活體組織或類似物)W時，端部執行器1104、被驅動板1158、杆1152和被驅動輪 1156基本不再進一步運動或僅僅運動相應於被驅動線1252和其他組件的彈性變形以及物 體W的彈性變形的距離。被驅動線1252、線1056和扳機杆1032在Z2方向上不再進一步運 動，從而允許操作者通過手指尖感覺到端部執行器1104已經夾住物體W。如果物體W是諸如外科器械或類似物的硬質物體時，則扳機杆1032在Z2方向上 基本不能運動。因為操作者可以將手操作力機械地並直接地而非通過電磁裝置傳遞至端部 執行器1104，所以操作者可以感覺到端部執行器1104已經夾住了某些硬質物體，且端部執 行器1104可以在強力作用下可靠地夾住物體W。如果由馬達產生與該手操作力相等的夾緊 力，則馬達需要相當大且重，難以容易地容納在致動器模塊1030內，並且會使得醫療操縱 器1010更重。如果物體W是諸如活體組織或類似物的軟質物體，則取決於物體W的彈性，扳機杆 1032可以在Z2方向上輕微地移動。由此操作者可以感覺到端部執行器1104已經夾住了某 些軟質物體，並且可以感覺到物體W的柔軟程度並且調整夾住物體W的力。當線等被磨損或老化時，摩擦力增加並且被傳遞至扳機杆1032，允許操作者感覺 到驅動系統的狀態改變或異常狀態。因此，操作者可以判斷更適當的維護時間。如圖25所示，當繞著搖擺軸線操作端部執行器1104時，被驅動輪1156繞自身轉 動，同時以引導輪1142為中心轉動。因為被驅動輪1156和引導輪1142之間的距離保持不 變，所以杆1152不被相對地致動且沒有機械幹涉。當繞著轉動軸線操作端部執行器1104 時，因為杆1152被設置為經過轉動軸線的中央，所以杆1152不被致動並且沒有機械幹涉。 換句話說，端部執行器驅動機構1260提供無幹涉的構造。因為空轉輪1140和引導輪1142互相充分靠近，即使當繞著搖擺軸線將端部執行 器1104致動90°時，被驅動線1252繞著被驅動輪1156的角度保持基本不變，且基本不會 響應於握緊動作產生與搖擺和轉動軸線幹涉的轉矩。如果空轉輪1140和引導輪1142互相隔開一定距離，則當繞著轉動軸線大範圍操 作端部執行器1104時，被驅動線1252與引導輪1142的一個表面隔開。由此被驅動線1252 出現繞著搖擺軸線在X方向上的不平衡(幹涉狀態)，產生繞著搖擺軸線的幹涉轉矩。為了 使得繞搖擺軸線的操作範圍最大化，希望將空轉輪1140和引導輪1142互相足夠靠近地定 位。實際上，因為被驅動線1252經過空轉輪1140和引導輪142之間，所以它們之間需要一 定的間隙。同樣，被驅動線1252所繞著的這些線輪的部分(除了上、下表面上的凸緣)之 間的間隙可以是被驅動線1252的寬度的1到2倍。如果不需要增加繞著搖擺軸線的操作範圍，則空轉輪1140和引導輪1142可以適當地互相隔開。即使當搖擺軸線彎曲時，可以通過操作扳機杆1032導致被驅動線1252致動被驅動輪1156，從而打開和閉合端部執行器1104。因為搖擺軸線操作和轉動軸線操作不導致與端部執行器1104的打開和閉合操作 之間的機械幹涉，所以用於致動端部執行器1104的遠端工作單元1012a的驅動機構不需要 任何校正裝置來補償幹涉、或包括機構和致動器的任何其他類型的校正裝置(例如校正致 動器和輔助機構)。因此，醫療操縱器1010在結構上簡單且輕量化。施加於扳機杆1032的 操作力可以在不影響其他驅動系統的條件下被有效地傳遞至端部執行器1104。因此，端部 執行器1104可以產生強的夾緊(或剝離)力。因為醫療操縱器1010輕量化，可以減小操作 者支撐醫療操縱器1010所需要的力。因此醫療操縱器1010使得操作者能夠適應地在長時 間段內執行技術，也能夠更好地感覺到組織被縫合針穿刺的力以及來自組織的反作用力。因為可以通過扳機杆1032來手動地打開和閉合端部執行器1104，所以醫療操縱 器1010能夠節省能量。可以使用與上述連杆機構相反的連杆機構，使得當不被手操作時端部執行器1104 閉合。在這種情況下，當拉動扳機杆1032時端部執行器1104可以被打開。相反的連杆機 構可以使得端部執行器1104的閉合狀態、即例如如圖22所示的第二抓持器1212重疊在第 一抓持器1202上方的狀態是初始狀態。當在初始狀態下扳機杆1032受拉時，第二抓持器 1212逆時針轉動並且與第一抓 持器1202隔開，從而打開端部執行器1104。在外科手術過程中，可能需要在一個方向(剝離方向)上的大的剝離力以打開端 部執行器1104，從而剝離組織。如果扳機杆1032的拉動作通過相反的連杆結構被直接傳遞 至端部執行器1104，則可以產生大的剝離力。在這種情況下，使用該醫療操縱器1010，端部執行器1104打開方向上的力被傳遞 至扳機杆1032。換句話說，當端部執行器1104打開並且抵靠在打開方向上的活體組織、醫 療器械或類似物時，扳機杆1032不能夠在Zl方向上運動。由此操作者能夠感覺到端部執 行器1104抵靠某些物體。因為遠端工作單元1012的搖擺軸線和俯仰軸線之間的差別表示相對於操作單元 的初始位姿或相對位姿，所以搖擺軸線可以由俯仰軸線替代。因此，遠端工作單元1012可 以具有搖擺軸線和俯仰軸線。除線(柔性構件)和齒輪外，位姿軸線(相應於遠端工作單 元1012的搖擺軸線和俯仰軸線)可以由例如杆、連杆、轉矩管或類似物、或其任意的組合致動。空轉輪1140、引導輪1142和被驅動輪1156不必是線輪，而可以包括線能夠繞著 (如果允許柔性構件在上面滑動的話)的圓柱形主體(圓柱形構件)。圓柱形主體應當被 廣義地理解，並且包括空心的圓柱形主體和弧柱形主體。如果根據設計狀況線輪的角度操 作範圍太小，則線可以在線輪上繞小於一圈。在這種情況下，線輪可以是弧柱形主體。如果被驅動輪1156相對於銷1154不可以轉動(被驅動輪1156固定至杆1152)， 則由於被驅動線1252不與被驅動輪1156的更加靠近引導輪(在Z2方向上)的半弧形部 分抵靠，所以不需要被驅動輪1156的半弧形部分，因此被驅動輪1156可以是僅具有靠近其 遠端的半弧形部分的圓柱形主體的形式。類似地，如果返回輪1350具有不與被驅動線1252 抵靠的部分，則返回輪1350可以是部分弧柱形主體，從而使得組合機構1102的長度能夠減 少。下面將參照圖26至圖31說明被驅動線1252端部處(相應於接線端1250)的接合點的變型。 根據被驅動線1252端部處的接合點的第一種變型，如圖26所示，被驅動線1252 的兩端插入管(驅動構件)1400的遠端處的開口中，並且靠近遠端處的開口的部分1402被 壓迫以壓住被插入端。由此可以容易地將被驅動線1252固定就位。根據被驅動線1252的端部處的接合點的第二種變型，如圖27所示，管1406螺紋 裝配在杆(驅動構件)1404的遠端中。與圖26所示的管1400類似，管1406壓住被驅動線 1252的兩端。由此，通過這種布置，杆1404和管1406可拆卸地互相連接，以幫助組裝和維 護。這種螺紋接合允許管1406可調整地從杆1404伸出，以調整被驅動線1252的長度和張 力。管1406可以進一步地由雙螺帽結構固定。根據被驅動線1252的端部處的接合點的第三種變型，如圖28和圖29所示，被驅 動線1252通過形成於杆(驅動構件)1408的遠端中的孔1410插入。孔1410具有與被驅 動線1252接合的朝向Z2方向的弓形壁1410a。被驅動線1252抵靠弓形壁1410a滑動。當 在Z2方向上拉動杆1408時，被驅動線1252可以在良好的平衡下在X方向上受拉。包括單根線的被驅動線1252的兩端固定至固定構件1412，從而構成環形。固定構 件1412設置在除了與作為驅動構件的杆1408的接合點之外的位置處，並且允許調整被驅 動線1252的長度和張力。因此，第三種變型在結構上很簡單。根據被驅動線1252的端部處的接合點的第四種變型，如圖30和圖31所示，滾子 1416安裝在杆(驅動構件)1414的遠端部分1414a處，且被驅動線1252繞著滾子1416。滾 子1416可轉動地支撐在銷1418上。被驅動線1252在繞在滾子1416上的同時可以來回運 動。當在Z2方向上拉滾子1414時，即使搖擺軸線未彎曲，被驅動線1252可以在良好的平 衡下在X方向上受拉。遠端部分1414a螺紋裝配在杆1414中。根據第四種變型，在Y方向 上隔開的被驅動線1252的成對的兩段受到一致的張力以延長被驅動線1252的使用壽命， 並且使得被驅動線1252的成對的上、下兩段線互相平行。因為在Y方向上互相隔開的被驅動線1252的成對的兩段線互相平行，所以杆1414 可以被設置在靠近遠端工作單元1012a的位置，從而縮短被驅動線1252並減少被驅動線 1252的延長，從而提高其響應性。下面將描述根據第二結構示例的遠端工作單元1012b。遠端工作單元1012b (以及 遠端工作單元1012c至1012f)中與遠端工作單元1012a相同的部件將以相同的附圖標記 表示，並且這些特徵將不進行具體描述。如圖32所示，除了沒有使用空轉輪1140 (見圖21)外，遠端工作單元1012b具有 與遠端工作單元1012a類似的結構。在遠端工作單元1012b中，被驅動線1252從兩個方向 繞在引導輪1142上一圈或更多圈。具體來說，被驅動線1252從X2方向繞在第一層引導輪 1236上，並且從Xl方向繞在第二層引導輪1238上。遠端工作單元1012b以與遠端工作單 元1012a同樣的方式操作。當在Z2方向上拉動被驅動線1252時，引導輪1142和被驅動輪 1156受拉以操作端部執行器1104，並繞著軸1112在搖擺方向上操作端部執行器1104(見 圖32中的虛線)。如果繞著搖擺軸線的操作範圍是單側的(0°到90° )，則被驅動線1252 中僅有一段線繞在引導輪1142上一圈或更多圈。例如，在圖32中，為了僅在一個方向上 繞著搖擺軸線操作端部執行器1104，如箭頭A所示，不需要在Xl方向上繞著第一層引導輪 1236的被驅動線1252的繞圈1253。可以僅保持被驅動線1252抵靠第一層引導輪1236朝向X2方向的表面。因為不需要空轉輪1140，所以遠端工作單元1012b在結構上比遠端工作單元 1012a更簡單。另一方面，在遠端工作單元1012a中，為了提供更小的摩擦，繞在引導輪1142 上的被驅動線1252的長度較短，比遠端工作單元1012b中被驅動線1252的整體長度更短。 由於繞在引導輪1142上的圈數較少，引導輪1142可以更薄。可以根據設計狀況決定使用 遠端工作單元1012a或遠端工作單元1012b。如圖26至圖32所示的結構也可以適用於下文將描述的遠端工作單元1012c至 1012fo下面將說明根據第三結構示例的遠端工作單元1012c。如圖33所示，遠端工作單元1012c在端部執行器1104的結構上與遠端工作單元 1012a不同。遠端工作單元1012c包括具有雙側打開類型結構的端部執行器1300，端部執行 器1300上具有一對可動的抓持器1302。端部執行器1300包括與罩1160 —體地結合的抓 持器基座1304、可以關於安裝在抓持器基座1304上的銷1196運動的一對端部執行器構件 1308、以及一對抓持器連杆1220。每個端部執行器構件1308具有與第二端部執行器構件1192類似的L形的形狀， 包括在Zl方向上延伸的抓持器1302和從抓持器1302延伸並彎曲約35°的槓桿1310。L 形彎角中形成有孔1216，且銷1196插入孔1216中，使得端部執行器構件1308可以繞著第 三轉動軸線Og擺動。每個端部執行器構件1308通過單側抓持器連杆1220聯接至被驅動板1158上的 銷1224。被驅動板1158具有設置在相對於圖33中的Y方向對稱的位置處的兩個連杆孔 1172。抓持器連杆1220從側視方向看互相交叉。除了遠端工作單元1012c的端部執行器1300之外，線驅動機構1100和組合機構 1102的結構與前述遠端工作單元1012a的那些相同。因為抓持器1302設置在互相面對的位置，遠端工作單元1012c能夠產生很好地平 衡的力，而不會無意中施加轉矩負載。如圖33和圖34所示，端部執行器構件1308響應於杆1152的操作基本同步地被 致動。因此，端部執行器構件1308能夠相對於中央軸線對稱地打開和閉合。如圖35所示，當端部執行器1300繞搖擺軸線運動時，因為搖擺軸線機構和用於致 動端部執行器1300的機構保持互相不幹涉，所以不會改變端部執行器1300的打開程度。相 反，當端部執行器1300打開和閉合時，端部執行器1300不會繞搖擺軸線或轉動軸線運動。因為端部執行器1300機械地直接連接至扳機杆1032，端部執行器1300產生強的 夾緊力，其中作用於端部執行器1300的力被傳遞至扳機杆1032。下面將描述根據第四結構示例的遠端工作單元1012d。在上述遠端工作單元 1012a至1012c中，手操作力主動地拉扳機杆1032 (即使得抓持器打開/閉合)，且扳機杆 1032通過彈簧1150的力被動地返回，使得力被施加在一個方向上，僅僅用於打開/閉合抓 持器。在根據第四結構示例的遠端工作單元1012d(以及遠端工作單元1012e)中，以有源 方式施加手操作力以拉回扳機杆1032，其中力施加在兩個方向上。不使用用於產生力的彈 簧1150。遠端工作單元1012d可以被用作夾鉗和剝離鉗。
如圖36所示，遠端工作單元1012d包括對應於端部執行器驅動機構1260 (見圖 22)的兩個機構，即第一端部執行器驅動機構1320a和第二端部執行器驅動機構1320b。第 一端部執行器驅動機構1320a的組件由附圖標記加後綴「a」表示，而第二端部執行器驅動 機構1320b的組件由附圖標記加後綴「b」表示，以互相區分。為便於理解，在圖36和37中 (以及圖52和圖53中)示出在紙面上的第一端部執行器驅動機構1320a和第二端部執行器 驅動機構1320b互相平行。如果遠端工作單元1012d被結合到實際的醫療操縱器1010中， 則如圖38 (和圖51)所示，線輪軸向地(即在Y方向上)並置，使得空轉輪(圓柱形構件，傳 遞構件)1140a、1140b的轉動軸互相同軸地設置，且引導輪(圓柱形構件，傳遞構件)1142a、 1142b的轉動軸也互相同軸地設置。換句話說，空轉輪1140a、1140b共同支撐在軸1110上 (見圖38)，而引導輪1142a、1142b共同支撐在軸1112上。互相同軸的引導輪1142a、1142b 簡化了搖擺軸線操作機構。遠端工作單元1012d包括第一端部執行器驅動機構1320a、第二端部執行器驅動機構1320b、驅動聯接線(驅動聯接柔性構件，傳遞構件)1322、以及驅動聯接線1322所繞 著的驅動聯接輪(圓柱形構件，傳遞構件)1324。通過這種布置，第一端部執行器驅動機構 1320a和第二端部執行器驅動機構1320b可以反相地進行操作，以容易地在相反的方向上 移動驅動連杆(傳遞構件)1326a和驅動連杆(傳遞構件)1326b。雖然沒有示出，遠端工作單元1012d包括與遠端工作單元1012a中相同的線驅動 機構1100、組合機構1102和端部執行器1104。驅動聯接線1322的一端連接至第一端部執行器驅動機構1320a的驅動連杆1326a 的近端，而另一端連接至第二端部執行器驅動機構1320b的驅動連杆1326b的近端。驅動 連杆1326a、1326b對應於線1056並且分別在驅動線1252a、1252b的相應端部處連接至接 線端1250a、1250b。在遠端工作單元1012d中，驅動連杆1326a、1326b可以由線替代。在這 種情況下，驅動聯接線1322的兩端可以直接連接至接線端1250a、1250b。第二連杆1066 (見圖22)的一端連接至驅動連杆1326a，並且可以通過扳機杆 1032來回地運動。因為驅動聯接線1322和驅動連杆1326b繞著驅動聯接輪1324連接至驅 動連杆1326a，當第二連杆1066來回運動時，驅動連杆1326a和驅動連杆1326b在相反的方 向上來回運動。扳機杆1032可以通過齒條齒輪機構來致動驅動連杆1326a和驅動連杆1326b，該 齒條齒輪機構包括安裝在第二連杆1066上的齒條和安裝在驅動聯接輪1324上的小齒輪。 驅動聯接輪1324可以設置在遠端工作單元1012d中(即連接軸1048的遠端上)，或者可以 設置在操作單元1014中。遠端工作單元1012d還包括被驅動聯接線(被驅動連接柔性構件，傳遞構 件)1328，被驅動聯接線1328的一端連接至第一端部執行器驅動機構1320a的被驅動輪 (柔性構件，傳遞構件)1156a，另一端連接至第二端部執行器驅動機構1320b的被驅動輪 (柔性構件，傳遞構件)1156b ；和被驅動聯接線1328繞著的被驅動聯接輪(圓柱形構件，傳 遞構件)1330。在這種布置下，第一端部執行器驅動機構1320a和第二端部執行器驅動機構 1320b可以反相地被操作以使杆1152來回運動。被驅動輪1156a和被驅動輪1156b中的任意一個由杆1152可轉動地支撐。杆1152 可以固定至被驅動聯接線1328的線形部分。杆1152也可以通過齒條齒輪機構連接至被驅動聯接輪1330。換句話說，杆1152可以導致被驅動線1328或被驅動輪1156a，1156b的來
回運動。如果使得驅動聯接線1322和被驅動聯接線1328處於ON或更高的初始張力下並 使其不鬆弛，則可以防止遠端工作單元的多個部件具有遊隙，並且遠端工作單元可以通過 高響應的方式地夾住物體。如圖36所示，當手將扳機杆1032完全拉動時，驅動連杆1326a拉動被驅動線 1252a以使得被驅動輪1156a和杆1152向Z2方向運動，從而閉合端部執行器1104。換句 話說，通過拉動包括驅動連杆1326a、被驅動線1252a和被驅動輪1156a的傳遞構件可以閉 合端部執行器1104。在第二端部執行器驅動機構1320b中，因為驅動連杆1326被設置為被向外推出， 驅動連杆1326b不會妨礙杆1152的操作。因為被驅動線1252b僅產生張力(即被驅動線 1252b不傳遞壓縮力)，所以被驅動線1252b基本不參與動力的傳遞。
此時，當端部執行器1104夾住物體W時，被驅動線1252、驅動連杆1326和扳機杆 1032不能在Z2方向上進一步運動，從而使得操作者通過指尖感覺到端部執行器1104已經 夾住物體W。操作者也可以感覺到物體W的硬度。因為圖24所示的遠端工作單元1012a基 本等同於圖36所示的遠端工作單元1012d，雖然不使用第二端部執行器驅動機構1320b，參 照圖36和圖24還是可以容易地理解這些動作。如圖37所示，當手將扳機杆1032完全推出時，驅動聯接線1322在如圖37所示的 逆時針方向運動，並且驅動連杆1326b拉動被驅動線1252b以使得被驅動輪1156b向Z2方 向運動。被驅動聯接線1328在逆時針方向運動，且杆1152和被驅動輪1156a朝向遠端向 Zl方向運動，從而打開端部執行器1104。因為用手推出扳機杆1032的力通過第二端部執行器驅動機構1320b機械地並直 接地傳遞至端部執行器1104，所以可以在希望的強力作用下、而非諸如彈性主體所提供的 力的作用下打開端部執行器1104。因此，利用端部執行器1104的外側表面，遠端工作單元 可以適當地用於執行剝離活體組織或開孔的技術。當物體W與端部執行器1104的外側表面進行接觸時，被驅動線1252b、驅動連杆 1326b和扳機杆1032在Zl方向上不能再進一步運動，從而允許操作者通過指尖感覺到端部 執行器1104的外側表面已經接觸物體W。操作者也可以感覺到物體W的硬度。遠端工作單元1012d可以以與遠端工作單元1012a同樣的方式繞搖擺軸線和轉動 軸線操作。雖然沒有示出，當遠端工作單元1012d繞搖擺軸線操作時，比引導輪1142a和 1142b的軸(見圖38)更靠近遠端的組合機構1102和端部執行器1104繞著引導輪1142a 和1142b的軸在搖擺方向上擺動。因為遠端工作單元1012d構成與遠端工作單元1012a的 機構類似的無幹涉機構，當遠端工作單元1012d繞搖擺軸線操作時，端部執行器1104打開 的程度保持不變。相反地，當改變端部執行器1104的打開程度時，不操作搖擺軸線。端部 執行器1104和轉動軸線以同樣的方式互相相關。遠端工作單元1012d(以及遠端工作單元1012e)不需要彈簧1150。根據設計狀 況，可以提供彈簧1150以致偏杆1152，使其向遠端或近端移動。該布置使得能夠當未操作 扳機杆1032時保持端部執行器打開或閉合。如果遠端工作單元1012d中沒有足夠的空間， 則彈簧1150可以被設置在扳機杆1032中。
如圖38所示，在遠端工作單元1012d中，空轉輪1140a、1140b分別具有互相同軸 的外部第一層空轉輪1232a、1232b以及互相同軸的內部第二層空轉輪1234a、1234b。引導 輪1142a、1142b分別具有互相同軸的外部第一層引導輪1236a、1236b以及互相同軸的內部 第二層引導輪1238a、1238b。這一結構與圖21所示的結構類似，允許成對的線輪以相反的 方向轉動以實現平滑的操作。如圖39所示，內部兩個第二層空轉輪1234a、1234b可以互相一體地形成，共同構 成中央公用空轉輪1430。內部兩個第二層引導輪1238a、1238b可以互相一體地形成，共同 構成中央共用引導輪1432。具體來說，因為驅動連杆1326a和1326b在相反的方向上運動相同的距離，線如圖 39中箭頭所示地運動，從而使得第二層空轉輪1234a和第二層空轉輪1234b以相同的角度 和相同的方向(在圖39中順時針方向)轉動，同時也使得第二層引導輪1238a和第二層引 導輪1238b以相同的角度和相同的方向(在圖39中逆時針方向)轉動。因此，這些構件 不需要分離地設置，而是可以構成具有簡單結構的一體的中央公用空轉輪1430和一體的 中央共用引導輪1432。為便於理解，在圖39中，示出第二層引導輪1238a和第二層引導輪 1238b略微地互相隔開，也示出第二層空轉輪1234a和第二層空轉輪1234b略微地互相隔 開。但是，它們之間的距離可以基本為零。
下面將參照圖40至圖43描述根據第一至第四示例，用於將第一端部執行器驅動 機構1320a和第二端部執行器驅動機構1320b在相反的方向上運動基本相同的距離的驅動 構件推進和縮回機構1440a至1440d。如圖40所示，根據第一示例的驅動構件推進和縮回機構1440a包括可繞樞軸1442 轉動的臂1444、在Yl方向上與樞軸1442略微隔開的轉動接合構件1446a、以及在Y2方向 上與樞軸1442略微隔開的轉動接合構件1446b。從樞軸1442到兩個轉動接合構件1446a、 1446b的距離基本彼此相等。驅動連杆1326a的近端可轉動地接合轉動接合構件1446a。驅 動連杆1326b的近端可轉動地接合轉動接合構件1446b。臂1444對應於上述的第一連杆1064。扳機杆1032安裝在臂1444的下端。如圖41所示，與驅動構件推進和縮回機構1440a—樣，根據第二示例的驅動構件 推進和縮回機構1440b包括臂1444、樞軸1442和轉動接合構件1446a、1446b。線1448a連 接至轉動接合構件1446a，且線1448b連接至轉動接合構件1446b。線1448a的另一端通過 接線端1250a連接至被驅動線1252a (見圖36)，線1448b的另一端通過接線端1250b連接 至被驅動線1252b (見圖36)。如圖42所示，根據第三示例的驅動構件推進和縮回機構1440c包括臂1444、固定 至臂1444的轉動操作構件1450、繞在轉動操作構件1450上的線1452、將線1452的一部 分固定至轉動操作構件1450的固定構件1454、以及在轉動操作構件1450附近保持抵靠線 1452的一部分的空轉輪1456。轉動操作構件1450為薄圓柱形主體的形式並且作為線輪操 作。具體來說，線1452的一部分1452a保持與轉動操作構件1450的上部接觸，且另一部分 1452b保持與轉動操作構件1450朝向Y2方向的部分接觸。轉動操作構件1450與臂1444 一致地繞樞軸1442轉動。線1452從固定構件1454 開始的部分1452a通過接線端1250a連接至被驅動線1252a(見圖36)。線1452的另一部 分1452b通過接線端1250b連接至被驅動線1252b (見圖36)。
轉動操作構件1450具有適當的大的直徑，以能夠完全地拉動被驅動線1252a和被 驅動線1252b。固定構件1454設置在不防止線1452被拉入和送出的位置。空轉輪1456保持與線1452抵靠，從而限定線1452經過連接軸1048的中空區域 1048a的布置和路徑，以保持線1452的部分1452a、1452b互相靠近。空轉輪1456也可以用 作線1452的張緊器。如圖43所示，根據第四示例的驅動構件推進和縮回機構1440d包括臂1444、轉動 操作構件1450、線1460、固定構件1454和空轉輪1456。線1460的遠端連接至驅動連杆 1326a的近端，且線1460的近端部分繞著轉動操作構件1450的上部。近端通過固定構件 1454固定至轉動操作構件1450。空轉輪1456被設置為與線1460接合，用於限定線1460 和驅動連杆1326a的布置和路徑。驅動連杆1326b的近端可轉動地支撐在轉動操作構件1450的下部接合構件1464 上。臂1444中形成有長圓孔1064a，用於引導下部接合構件1464。驅動連杆1326a和驅動 連杆1326b由引導器1462a、1462b支撐，以在Z方向上來回運動。驅動構件推進和縮回機構1440a至1440d使得能夠在相反的方向上使第一端部執 行器驅動機構1320a和第二端部執行器驅動機構1320b運動基本相同的距離。如下文所述， 驅動構件推進和縮回機構1440a至1440d也可以適用於遠端工作單元1012e。下面將描述根據第五結構示例的遠端工作單元1012e。遠端工作單元1012e包括 第一端部執行器驅動機構1340a和第二端部執行器驅動機構1340b。如圖44、45、46和47所示，第一端部執行器驅動機構1340a本質上與前述的第一 端部執行器驅動機構1320a(見圖36) —樣。第二端部執行器驅動機構1340b與上述第二 端部執行器驅動機構1320b (見圖36)不同，不同之處在於增加了返回輪(圓柱形構件，傳 遞構件)1350，且不採用被驅動聯接線1328和被驅動聯接輪1330。被驅動輪1156a和被驅 動輪1156b同軸地布置。主軸1144中形成有沿直徑的孔1354，銷1352插入並固定在孔1354中。孔1354 延伸穿過主軸1144的套筒並經過孔1144a。杆(傳遞構件)1152中形成有軸向延伸並且寬度大到足以允許銷1352貫穿插入 的長圓孔1356。杆1152設置在相對於工作單元1016的軸線在Yl方向上略微偏移的位置。 遠端的柄1174設置在軸線上(見圖22)。但是，杆1152也可以設置在中央。與被驅動輪1156 (見圖20) —樣，被驅動輪1156a由杆1152在Z2方向上的端部上 的銷1154可轉動地支撐。銷1154延伸穿過杆1152並且在Y2方向上伸出，被驅動輪1156b 支撐在伸出的端部上。被驅動輪1156b的寬度大到足以支撐兩圈被驅動線1252b。孔1144a 的高度大到足以使得被驅動輪1156a、1156b和杆1152可以插入其中。被驅動輪1156a、 1156b由銷1154同中心地支撐在孔1144a中以允許獨立轉動。在孔1144a中，銷1352從Yl方向朝著Y2方向插入長圓孔1356和返回輪1350的 中央孔中，從而允許杆1152和被驅動輪1156a、1156b軸向地來回運動。返回輪1350由銷 1352可轉動地支撐並固定就位，並且具有的寬度大到足以支撐兩圈被驅動線1252b。如果 返回輪1350為雙層結構，則當打開和閉合端部執行器時，返回輪1350可以在相反的方向上 轉動以減小線和線輪之間的摩擦。如圖48、49和50所示，在第二端部執行器驅動機構1340b中，返回輪1350設置為比被驅動輪1156b更加靠近遠端，且被驅動線1252b繞著被驅動輪1156b和返回輪1350。 換句話說，被驅動線1252b從驅動構件的驅動連杆1326b的接線端1250b開始，經過空轉輪 1140b朝向Xl方向的一側，然後向X2方向延伸，經過引導輪1142b朝向X2方向的一側，並 延伸至被驅動輪1156b朝向X2方向的表面。被驅動線1252b在Zl方向上延伸至返回輪 1350朝向X2方向的表面，繞返回輪1350朝向Xl方向的表面半圈，然後返回Z2方向。被驅動線1252b繞被驅動輪1156b朝向Z2方向的表面半圈。被驅動線1252b經 過被驅動輪1145b朝向X2方向的一側並再一次朝向返回輪1350延伸。被驅動線1252b繞 返回輪1350朝向Zl方向的表面半圈並朝著X2方向返回。然後，被驅動線1252b從引導輪 1142b朝向Xl方向的一側延伸至空轉輪1140b朝向X2方向的一側，並且連接至驅動連杆 1326b的接線端1250b。接線端1250和被驅動線1252b通過驅動連杆1326b機械地連接至 扳機杆1032。在圖48、49和50中，空轉輪1140b的直徑比引導輪1142b更大，以防止鄰近引導 輪1142b設置的齒輪1134、1138 (見圖20)與軸1110幹涉，並且保持空轉輪1140b和引導 輪1142b互相靠近。為便於理解其結構，圖51示意性地示出了遠端工作單元1012e。如圖52所示，當手完全拉動扳機杆1032時，杆1152向Z2方向運 動以閉合端部執 行器1300。此時，遠端工作單元1012e的操作和優點與圖23和圖36所示的遠端工作單元 的那些相同，下文將不具體描述這些特徵。因為被驅動輪1156b與被驅動輪1156a同中心地布置，所以被驅動輪1156b與被 驅動輪1156a在Z2方向上一致地移動。因為驅動連杆1326b移動並被推出，被驅動線1252b 和驅動聯接線1322不會鬆弛。被驅動輪1156b和返回輪1350之間的距離由L表示。如圖53所示，當用手完全推出扳機杆1032時，驅動聯接線1322在如圖53所示的 逆時針方向運動，且驅動連杆1326b動作以拉動被驅動線1252b。因為被驅動線1252a的遠 端部分繞著固定就位的返回輪1350，被驅動線1252a並不整體運動，且被驅動輪1156b根據 驅動連杆1326b所運動的距離向Zl方向運動，使得距離L縮短。因為距離L縮短，由此被 驅動線1252a被朝向驅動連杆1326b送出，允許驅動連杆1326b運動。由此被驅動輪1156b 用作可動線輪，而返回輪1350用作固定線輪。因為被驅動輪1156a與被驅動輪1156b同軸，被驅動輪1156a與被驅動輪1156b 一致地在Zl方向上移動，從而在Zl方向上推動杆1152以打開端部執行器1300。因為用手推出扳機杆1032的力通過第二端部執行器驅動機構1320b機械地直接 傳遞至端部執行器1300，所以可以在希望的強力作用下、而非諸如彈性主體所提供的力的 作用下打開端部執行器1300。因此，利用端部執行器1300的外側表面，遠端工作單元可以 適當地用於執行剝離活體組織或開孔的技術。當物體W與端部執行器1300的外側表面進行接觸時，被驅動線1252b、驅動連杆 1326b和扳機杆1032在Zl方向上不能再進一步運動，從而允許操作者通過指尖感覺到端部 執行器1300的外側表面已經接觸物體W。操作者也可以感覺到物體W的硬度。遠端工作單元1012d、1012e可以以與遠端工作單元1012a同樣的方式繞搖擺軸 線和轉動軸線操作。雖然沒有示出，當遠端工作單元1012e繞搖擺軸線操作時，比引導輪 1142a和引導輪1142b的軸(見圖51)更靠近遠端的組合機構1102和端部執行器1300繞著引導輪1142a和引導輪1142b的軸在搖擺方向上擺動。因為遠端工作單元1012e與遠端工作單元1012a —樣是無幹涉的機構，當遠端工作單元1012e繞搖擺軸線操作時，端部執行 器1300打開的程度保持不變。相反地，當改變端部執行器1300的打開程度時，不操作搖擺 軸線。端部執行器1300和轉動軸線以同樣的方式互相相關。因為被驅動輪1156a、1156b在相同的方向上滑動相同的距離，它們可以互相同中 心地設置，使得能夠增加遠端工作單元1012e的容納率和空間利用率。此外，遠端工作單元 1012e由更少數量的部件構成，並且可以容易地組裝和維護。因為被驅動輪1156a、1156b互 相一致地滑動，僅需要一個滑動運動組件。但是，在遠端工作單元1012d中，因為被驅動輪 1156a、1156b以相反的方向滑動，需要兩個滑動運動組件。遠端工作單元1012e的所有的線輪，即空轉輪1140a、1140b、引導輪1142a、1142b、 被驅動輪1156a、1156b和返回輪1350的轉動軸互相平行(在Y方向上)，且高效地布置線 輪使其不存在死區。但是，遠端工作單元1012d的被驅動聯接輪1330的軸線與其他線輪的 軸線垂直。遠端工作單元1012e不需要裝備於遠端工作單元1012d中的被驅動聯接線1328 或線緊固裝置。因為不需要遠端工作單元1012d中的被驅動聯接輪1330，遠端工作單元 1012e的結構更加簡單。與遠端工作單元1012d —樣，在操作端部執行器1300以夾住和打開時，遠端工作 單元1012e的線傳動比為1 1，並且具有良好的平衡。在遠端工作單元1012e中，端面齒輪1165和齒輪1134、1138 —起構成差速齒輪。 根據第一種變型，如圖54所示，端面齒輪1165僅保持與齒輪1134嚙合，且對應於主軸1144 和齒輪主體1130 (見圖20)的部分可以為一體的結構。由此遠端工作單元基於線1052通 過齒輪1134的動作繞轉動軸線操作，並且基於線1052、1054的協作通過擺動主軸1144繞 搖擺軸線操作。如圖55所示，根據遠端工作單元1012e的第二種變型，使用具有返回輪1350的第 二端部執行器驅動機構1340b，並不需要使用第一端部執行器驅動機構1340a。根據該變 型，可以提供彈簧1150以補償未使用的第一端部執行器驅動機構1340a的動作。雖然在根 據第一結構示例的遠端工作單元1012a(見圖22)中彈簧1150是壓縮彈簧，但是根據第二 種變型，彈簧1150包括用於彈性地致偏端部執行器以使其閉合的拉伸彈簧。扳機杆1032 連接至驅動連杆1326a。根據圖55所示的變型，不需要使用空轉輪1140b。與根據第二結 構示例的遠端工作單元1012b(見圖32) —樣，被驅動線1252可以從至少一個方向繞引導 輪1142b —圈或更多圈。如果根據圖55所示的第二實施方式兩個遠端工作單元1012e互 相平行地結合，則當拉動和返回扳機杆1032時手操作力有源地工作，且產生兩個方向上的 力。因此不需要用於產生力的彈簧1150。遠端工作單元可以用作夾鉗和剝離鉗。雖然遠端工作單元1012e包括雙側打開類型的端部執行器1300，但是遠端工作單 元1012e也可以包括單側打開類型的端部執行器1104(見圖19)或其他類型的端部執行
器ο遠端工作單元1012a至1012e不限於上述結構，而是也可以包括多種其他的結構。例如，如圖56A所示，根據一種變型的遠端工作單元1012f不包括抓持器連杆 1220 (見圖19)，而是被驅動板1158和槓桿1214通過銷1222和長圓孔1360互相連接。銷1222固定至槓桿1214。根據該變型，在遠端工作單元1012f中，當銷1222在長圓孔1360 內滑動時，第二抓持器1212轉動以打開和閉合端部執行器(見圖56B)。因為不需要抓持器 連杆1220和銷1224(見圖19)，遠端工作單元1012f可以由更少數量的部件構成。遠端工作單元1012f包括線和線輪無幹涉機構(即組合機構1102)，其與遠端工 作單元1012f具有基本一樣的結構並且具有同樣的長度Ls。從形成抓持器軸線的銷1196 到遠端的長度Lg可以具有與圖19所示的遠端工作單元1012a同樣的尺寸。從被驅動板 1158的前表面到銷1196的連接頭長度Lx』可以遠小於遠端工作單元1012a的連接頭長度 Lx (見圖19)，從而導致遠端工作單元1012f的整體長度Lt減小。因此，即使體腔1022很 小，遠端工作單元1012f也能夠在體腔1022中通過彎曲搖擺軸線接頭容易地操作，並能夠 在更深和更小的空間內執行操作。遠端工作單元1012f可以用於諸如夾鉗的兩個抓持器打 開和閉合的結構。此外，杆1152的線性運動可以被轉化為齒輪的轉動以夾住物體。端部執 行器不限於抓持器類型，而是可以包括具有剪刀或打開和閉合單元的轉動電極或類似物。根據本實施方式的線和線輪無幹涉機構具有更廣的可操作範圍(例如士90° )和 包括對應於連接軸1048的彎曲部分和其他無幹涉機構的比傳統類型(例如軟式鏡結構) 更加緊湊的結構。因此，從對應於接頭的彎折或彎曲部分到遠端的距離可以縮短，從而端部 執行器能夠自由地且沒有限制地接近活體並且在小的空間內操作。
如上所述，根據本實施方式的醫療操縱器1010的端部執行器驅動機構1260、 1320a、1320b、1340a和1340b具有保持不與其他操作軸線幹涉的結構，從而能夠容易地構 建具有高自由度的遠端工作單元，並且實現強的握緊力(或剝離力)。機械地連接至手動 操作的輸入單元的傳遞構件(驅動構件，線1056等)允許操作者可靠地並容易地感覺到作 用於遠端工作單元1012的外力。此外，端部執行器驅動機構1260、1320a、1320b、1340a和 1340b由沒有齒輪的簡單結構構成。具體來說，在根據本實施方式的醫療操縱器1010中，涉及打開和閉合抓持器的傳 遞構件包括包含柔性構件的被驅動線1252、以及構成被驅動線1252圍繞的圓柱形構件的 引導輪1142和被驅動輪1156。柔性構件所圍繞的圓柱形構件由簡單輕質的結構構成，並且 能夠不與端部執行器的狀態幹涉地改變位姿改變機構的位姿。另外說明，在根據本實施方式的醫療操縱器1010中，構成圓柱形構件的引導輪 1142作為位姿改變機構中的轉動軸，且傳遞構件包括構成部分地繞著引導輪1142的柔性 構件的被驅動線1252、和可以通過被驅動線1252進行操作的端部執行器。因為使用了繞著 圓柱形構件的柔性構件，醫療操縱器的結構簡單並且輕量化，且可以通過柔性構件來致動 端部執行器。使用作為轉動軸的圓柱形構件可以不與端部執行器的狀態幹涉地改變位姿改 變機構的位姿。上述實施方式可以適用於例如圖57所示的外科手術機器人系統1700。外科手術機器人系統1700包括關節運動機器人手臂1702和控制臺1704，其中工 作單元1016連接至機器人手臂1702的遠端。機器人手臂1702的遠端包括與醫療操縱器 1010同樣進行操作的機構。機器人手臂1702可以使用用於移動工作單元1016的任何裝 置，並且不限於安裝的類型，而是可以是自主的可動類型。控制臺1704也可以是臺式、控制 面板式或類似形式的。機器人手臂1702優選地具有六個或更多個獨立的接頭(轉動軸、滑動軸等)，用於根據希望地設定工作單元1016的位置和定向。醫療操縱器1010與機器人手臂1702的遠 端1708 —體地結合。醫療操縱器1010包括馬達1042 (與可手動操作輸入單元聯動的致動 器)而非扳機杆1032 (見圖22)。馬達1042使得線1056 (見圖22)或驅動聯接輪1324 (見 圖36)致動。機器人手臂1702在控制臺1704的控制下操作，且可以根據程序自動致動，或由安 裝在控制臺1704上的操縱杆1706致動，或通過程序和操縱杆1706的組合致動。控制臺 1704包括控制器1045的功能。工作單元1016包括遠端工作單元1012 (1012a至1012f)。控制臺1704包括作為操作指揮器的兩個操縱杆1706以及監視器1710。雖然沒有 示出，兩個操縱杆1706能夠獨立地操作兩個機器人手臂1702。兩個操縱杆1706分別設置 在能夠由操作者的雙手容易地操作的位置處。監視器1710顯示諸如軟式鏡產生的圖像的 fn息ο操縱杆1706可以豎向地和水平地運動、扭轉和傾斜。機器人手臂17 02可以根據 操縱杆1706的運動而運動。操縱杆1706可以是主機器人手臂。機器人手臂1702和控制 臺之間的通信裝置包括有線系統、無線系統、網絡系統及其組合。操縱杆1706具有各自的可以被操作以使得馬達1042充電的扳機杆1302。醫療操縱器的類型不限於鉗子，也可以是剪刀，打結裝置，持針器，或諸如電外科 手術刀、超聲刀、雷射刀或類似的刀。醫療操縱器不限於執行腹腔鏡手術所使用的醫療操縱
ο根據本發明的醫療操縱器不限於上述實施方式，而是可以在不脫離本發明的要旨 的情況下包括任何多種額外的和/或變型的結構。
權利要求
一種醫療操縱器，包括遠端工作單元(14)，其包括端部執行器(22)；操作單元(16)，其用於操作所述遠端工作單元(14)；連接器(12)，其將所述遠端工作單元(14)與所述操作單元(16)互相連接；以及位姿改變機構(26)，其用於改變所述遠端工作單元(14)的位姿，其中，當操作者操作所述操作單元(16)時，所述端部執行器(22)由傳遞構件(16)機械地操作，且所述位姿改變機構(26)由致動器(90，140，142)操作，當操作者操作所述操作單元(16)時所述致動器(90，140，142)被操作。
2.如權利要求1所述的醫療操縱器，其中，所述位姿改變機構(26)包括彎曲機構，其用於使所述連接器(12)的一部分彎曲；以及轉動機構，其用於使所述遠端工作單元(14)繞軸線轉動，其中，當所述彎曲機構使得所述遠端工作單元(14)彎曲成不與所述連接器(12)的軸 線平行時，所述轉動機構能夠使得所述遠端工作單元(14)繞彎曲軸線轉動。
3.如權利要求1所述的醫療操縱器，其中，所述連接器(12)能夠可拆卸地安裝在所述 操作單元(16)上。
4.如權利要求1所述的醫療操縱器，其中，所述操作單元(16)包括手柄，所述手柄能夠 由操作者進行角度運動，以使得所述傳遞構件(16)來回運動。
5.如權利要求2所述的醫療操縱器，其中，當所述操作單元(16)被操作時，所述彎曲機 構的所述致動器(90，140，142)使得延伸穿過所述連接器(12)的線來回運動。
6.如權利要求2所述的醫療操縱器，其中，所述傳遞構件(16)延伸穿過所述連接器 (12)並且包括與所述連接器(12)的能夠由所述彎曲機構彎曲的一部分相對應的至少一個 柔性部分，且其中所述轉動機構的所述致動器(90，140，142)通過由所述操作單元(16)操 作的所述傳遞構件(16)使所述遠端工作單元(14)轉動。
7.如權利要求1所述的醫療操縱器，其中，所述傳遞構件(16)包括柔性構件和被所述 柔性構件繞著的圓柱形構件。
8.如權利要求1所述的醫療操縱器，其中，所述位姿改變機構(26)包括轉動軸，所述轉 動軸包括圓柱形構件，且所述傳遞構件(16)包括柔性構件，所述柔性構件的一部分繞著所 述圓柱形構件，由此所述傳遞構件(16)通過所述柔性構件操作所述端部執行器(22)。
全文摘要
一種醫療操縱器(10)，其包括具有作為端部執行器的抓持器(22)的遠端工作單元(14)、用於操作遠端工作單元(14)的操作單元(16)、將遠端工作單元(14)和操作單元(16)互相連接的連接器(12)、以及用於改變遠端工作單元(14)的位姿的位姿改變機構(26)。當操作者操作操作單元(16)時，端部執行器(22)由傳遞構件(16)機械地操作。位姿改變機構(26)由彎曲驅動源(140，142)和轉動驅動源(90)操作，當操作者操作操作單元(16)時彎曲驅動源(140，142)和轉動驅動源(90)進行操作。
文檔編號A61B17/00GK101820824SQ20088011097
公開日2010年9月1日 申請日期2008年6月16日 優先權日2007年10月31日
發明者上之原秀一, 大森繁, 神野誠 申請人:泰爾茂株式會社