專利名稱：機(jī)器人手術(shù)的模塊化機(jī)械手支架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及醫(yī)療、手術(shù)和/或機(jī)器人裝置及系統(tǒng)。在示例性實(shí)施例中，本發(fā)明提供了具有支承和校準(zhǔn)機(jī)械手的改進(jìn)結(jié)構(gòu)的微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，例如在病人體內(nèi)所需手術(shù)位置移動(dòng)手術(shù)器械、內(nèi)窺鏡或其他圖像捕捉裝置的機(jī)械手。
背景技術(shù)：
微創(chuàng)醫(yī)療技術(shù)的目的是要減少診斷或手術(shù)過(guò)程中無(wú)關(guān)組織受損，從而減少病人的恢復(fù)時(shí)間、不適以及有害的副作用。例如，微創(chuàng)手術(shù)的影響之一是手術(shù)后住院恢復(fù)時(shí)間的減少。由于標(biāo)準(zhǔn)開放手術(shù)的平均住院時(shí)間一般比類似的微創(chuàng)手術(shù)平均住院時(shí)間長(zhǎng)的多，所以增加使用微創(chuàng)技術(shù)每年可節(jié)約上百萬(wàn)美元的醫(yī)院費(fèi)用。盡管美國(guó)每年進(jìn)行的許多手術(shù)可以微創(chuàng)方式進(jìn)行，但由于受限于掌握微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)所需的微創(chuàng)手術(shù)器械以及額外手術(shù)培訓(xùn)， 目前僅部分手術(shù)使用了該先進(jìn)技術(shù)。微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)或遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)已被開發(fā)，以增加外科醫(yī)生的技巧并避免傳統(tǒng)微創(chuàng)技術(shù)的一些限制。在遠(yuǎn)程手術(shù)中，外科醫(yī)生使用伺服機(jī)構(gòu)等某種形式的遙控器操縱手術(shù)器械的移動(dòng)，而不是直接手持并移動(dòng)器械。在遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)中，手術(shù)工作站可為外科醫(yī)生提供手術(shù)位置的圖像。觀察顯示器上手術(shù)位置的二維或三維圖像的同時(shí)，外科醫(yī)生通過(guò)操縱主控制裝置對(duì)病人執(zhí)行手術(shù)程序，主控制裝置又控制伺服機(jī)構(gòu)手術(shù)器械的移動(dòng)。遠(yuǎn)程手術(shù)使用的伺服機(jī)構(gòu)通常接收兩個(gè)主控制器(外科醫(yī)生一只手一個(gè))的輸入，并包括安裝于手術(shù)器械的兩個(gè)機(jī)器人手臂。手術(shù)支承連桿機(jī)構(gòu)見美國(guó)專利第6，246, 200 和6，788，018全文公開所述，其全文結(jié)合于此以供參考。控制系統(tǒng)一般包括至少一處理器，從主控制器傳遞輸入指令至相關(guān)機(jī)器人手臂和器械組件，有力反饋等時(shí)從器械和手臂組件回傳至主控制器。手的動(dòng)作至圖像捕捉裝置顯示圖像的映射有助于外科醫(yī)生更多地控制手術(shù)器械的移動(dòng)。機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的示例之一見加利福尼亞州桑尼維爾市^tuitive Surgical 公司的 DA VINCI 系統(tǒng)。伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的連桿結(jié)構(gòu)也稱為機(jī)器人手術(shù)機(jī)械手。微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)中用作機(jī)器人手術(shù)機(jī)械手的示例性連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)見美國(guó)專利申請(qǐng)第10/957,077號(hào)和美國(guó)專利 6，758，843號(hào)和第5，800, 423號(hào)所述，其全文結(jié)合于此以供參考。該連桿機(jī)構(gòu)使用平行四邊形結(jié)構(gòu)固定具有軸的器械。該機(jī)械手結(jié)構(gòu)可機(jī)械限制器械的移動(dòng)使器械繞沿剛性軸長(zhǎng)度上空間中的球面旋轉(zhuǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)校準(zhǔn)樞軸點(diǎn)與切口點(diǎn)至內(nèi)手術(shù)位置(如腹腔鏡手術(shù)期間腹壁處使用套管針或套管)，不向腹壁施加危險(xiǎn)的力就可移動(dòng)手術(shù)器械的末端執(zhí)行器。其它機(jī)械手結(jié)構(gòu)見如美國(guó)專利第6，702，805號(hào)、第6，676，699號(hào)、第5，808，665號(hào)、第5，445，166 號(hào)以及第5，184，601號(hào)所述，其全文結(jié)合于此以供參考。也可使用多種結(jié)構(gòu)配置在機(jī)器人手術(shù)中支承、定位機(jī)器人手術(shù)機(jī)械手和手術(shù)器械于手術(shù)位置。支承連桿機(jī)構(gòu)，也稱為裝配接合支臂，常常用于定位并校準(zhǔn)各機(jī)械手于病人體內(nèi)的各切口點(diǎn)。支承連桿機(jī)構(gòu)有利于校準(zhǔn)手術(shù)機(jī)械手于所需手術(shù)切口點(diǎn)。示例性支承連桿機(jī)構(gòu)見美國(guó)專利第6，246, 200號(hào)和第6，788，018號(hào)全文公開所述，其全文結(jié)合于此以供參考。盡管新遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)和裝置已被證實(shí)高效且有益，但仍需要進(jìn)一步改進(jìn)。總體而言，需要提供改進(jìn)的微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)。提高機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的效率和使用方便的改進(jìn)技術(shù)將是特別有利的。例如，提高機(jī)動(dòng)性、改進(jìn)手術(shù)室的空間應(yīng)用、提供更快速便捷的裝配、 使用中抑制機(jī)器人裝置之間的碰撞和/或減少新手術(shù)系統(tǒng)的機(jī)械復(fù)雜性及尺寸將是特別有利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基本涉及醫(yī)療、手術(shù)和/或機(jī)器人裝置及系統(tǒng)。在許多實(shí)施例中，本發(fā)明提供了具有支承和校準(zhǔn)機(jī)械手的改進(jìn)結(jié)構(gòu)的微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，例如在病人體內(nèi)所需手術(shù)位置移動(dòng)手術(shù)器械、內(nèi)窺鏡或其他圖像捕捉裝置的機(jī)械手。改進(jìn)的模塊化機(jī)械手支架可提供幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括增加機(jī)動(dòng)性、改進(jìn)手術(shù)室的空間應(yīng)用、更快速便捷的裝配、使用中機(jī)器人裝置間的碰撞抑制和/或減少新手術(shù)系統(tǒng)的機(jī)械復(fù)雜性與尺寸。這些優(yōu)點(diǎn)又提高了該機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的效率與使用方便。在本發(fā)明的第一方面，機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)包括安裝基座、多個(gè)手術(shù)器械以及聯(lián)接支架組件。各器械可通過(guò)相關(guān)微創(chuàng)孔插入病人至所需內(nèi)部手術(shù)位置。聯(lián)接支架組件相對(duì)基座可移動(dòng)支承器械。支架一般包括定向平臺(tái)、相對(duì)基座可移動(dòng)支承定向平臺(tái)的平臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)以及安裝于定向平臺(tái)的多個(gè)機(jī)械手，其中各機(jī)械手可移動(dòng)支承相關(guān)器械。安裝基座優(yōu)選包括天花板支承結(jié)構(gòu)，以允許聯(lián)接支架組件從基座基本向下延伸。 天花板安裝的聯(lián)接支架組件有利于改進(jìn)手術(shù)室的空間應(yīng)用，特別是清除手術(shù)臺(tái)附近人員和 /或其它手術(shù)設(shè)備的間隔，并減少地板上的機(jī)器人設(shè)備和布線。另外，天花板安裝的聯(lián)接支架組件減少了手術(shù)過(guò)程中與其它相鄰機(jī)械手碰撞或空間沖突的可能性，并便于機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)不使用時(shí)的存儲(chǔ)。平臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)選包括線性導(dǎo)軌、可連于導(dǎo)軌的滑動(dòng)架車以及近端可旋轉(zhuǎn)連于架車、遠(yuǎn)端可旋轉(zhuǎn)連于定向平臺(tái)的至少一個(gè)支臂。通過(guò)允許定向平臺(tái)在至少三維中平移并允許定向平臺(tái)繞一軸旋轉(zhuǎn)，平臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)有利于增強(qiáng)聯(lián)接支架組件的機(jī)動(dòng)性。定向平臺(tái)增加的移動(dòng)范圍允許從病人身體上方更大范圍接近切口位置。這在執(zhí)行如結(jié)腸手術(shù)、多血管冠狀動(dòng)脈旁路移植程序、心臟手術(shù)、胃旁路術(shù)等復(fù)雜且過(guò)長(zhǎng)程序時(shí)通過(guò)促進(jìn)機(jī)械手手術(shù)中快速重新定位至其它手術(shù)位置而特別有利。機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)還包括可連于定向平臺(tái)的多個(gè)可配置裝配接合支臂。各支臂可移動(dòng)支承相關(guān)機(jī)械手，并具有可預(yù)配置的可釋放地固定的連桿和接頭。在許多實(shí)施例中，定向平臺(tái)上安裝有三個(gè)或三個(gè)以上的機(jī)械手，通常為四個(gè)或四個(gè)以上的機(jī)械手，各機(jī)械手與獨(dú)立切口位置相關(guān)。四個(gè)或四個(gè)以上的切口位置各自直徑約為7-15毫米，可被看作點(diǎn)，通常位于腹部或靠近胸腔中肋骨的腹壁中點(diǎn)位置。定向平臺(tái)優(yōu)選包括可旋轉(zhuǎn)連于多個(gè)支臂的四個(gè)軸轂，以及可連于平臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)的第五軸轂，其中第五軸轂與樞軸點(diǎn)對(duì)齊，優(yōu)選與內(nèi)窺鏡切口位置重合。第五軸轂允許定向平臺(tái)繞內(nèi)窺鏡機(jī)械手樞軸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，使得多個(gè)裝配支臂指向?qū)⑦M(jìn)行手術(shù)程序的方向。一般來(lái)說(shuō)，定向平臺(tái)支承可移動(dòng)支承器械機(jī)械手的三個(gè)裝配接合支臂和可移動(dòng)支承圖像捕捉裝置機(jī)械手的一個(gè)裝配接合支臂。使用定向平臺(tái)來(lái)支承可獨(dú)立定位的裝配支臂及其相關(guān)機(jī)械手有利于獲得機(jī)械復(fù)雜性較低、相對(duì)較小且較為緊湊的機(jī)械手支架結(jié)構(gòu)。例如，單個(gè)定向平臺(tái)由于避免了獨(dú)立配置各裝配支臂導(dǎo)致的延遲與復(fù)雜性使得裝配更快捷便利。因僅有四自由度而簡(jiǎn)化了各裝配接合支臂。一般，各支臂允許可固定連桿和接頭在一維中平移，并允許可固定連桿和接頭繞兩個(gè)或三個(gè)軸旋轉(zhuǎn)。至少一裝配接合支臂包括至少一個(gè)延伸于相鄰兩個(gè)可固定旋轉(zhuǎn)接頭間的平衡、可固定、接合平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)。接合平行四邊形結(jié)構(gòu)允許在大致豎直方向上移動(dòng)，相鄰旋轉(zhuǎn)接頭允許繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)。系統(tǒng)還可包括連于聯(lián)接支架組件的制動(dòng)系統(tǒng)。制動(dòng)系統(tǒng)可釋放抑制在至少基本固定結(jié)構(gòu)中先前配置的可固定連桿與接頭的聯(lián)接。制動(dòng)系統(tǒng)被偏壓至固定結(jié)構(gòu)，并包括釋放可固定連桿與接頭至可固定連桿與接頭可聯(lián)接的可重新定位結(jié)構(gòu)的制動(dòng)釋放傳動(dòng)器。系統(tǒng)還可包括連接多個(gè)可固定連桿和接頭至伺服機(jī)構(gòu)的接頭傳感器系統(tǒng)。傳感器系統(tǒng)產(chǎn)生接頭結(jié)構(gòu)信號(hào)。伺服機(jī)構(gòu)包括計(jì)算機(jī)，接頭傳感器系統(tǒng)發(fā)射接頭結(jié)構(gòu)信號(hào)至計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)使用接頭結(jié)構(gòu)信號(hào)計(jì)算相對(duì)安裝基座與器械所附參照坐標(biāo)系間坐標(biāo)系變換。至少一機(jī)械手機(jī)械受限使得機(jī)械手基座與水平面成固定角。裝配接合支臂支承的至少一機(jī)械手與水平面成角度偏移，角度處于40度至約60度角范圍內(nèi)，處于約45度至約 50度范圍較佳。裝配接合輔助支臂支承的至少一機(jī)械手與水平面成角度偏移，角度處于0 度至約20度角范圍內(nèi)，約15度較佳。裝配接合中心支臂支承的至少一機(jī)械手與水平面成角度偏移，角度處于40度至約90度角范圍內(nèi)，處于約65度至約75度范圍較佳。至少一機(jī)械手優(yōu)選包括限制器械繞空間中樞軸點(diǎn)的球面轉(zhuǎn)動(dòng)的偏移遠(yuǎn)心連桿機(jī)構(gòu)，其中裝配接合支臂的可固定連桿和接頭的傳動(dòng)可移動(dòng)樞軸點(diǎn)。令人^(訝地是，由于偏移遠(yuǎn)心機(jī)械手提供的運(yùn)動(dòng)范圍的增大，裝配支臂可被簡(jiǎn)化(如僅有四自由度)。這使得裝配接合支臂的預(yù)配置減少，系統(tǒng)平臺(tái)更加簡(jiǎn)化。這樣，較少或沒有專門培訓(xùn)的手術(shù)室人員可快速安排并為手術(shù)準(zhǔn)備機(jī)器人系統(tǒng)?？蓽p少裝配支臂機(jī)械復(fù)雜性的示例性偏移遠(yuǎn)心機(jī)械手見美國(guó)專利申請(qǐng)第10/957,077號(hào)進(jìn)一步詳述。在一實(shí)施例中，偏移遠(yuǎn)心機(jī)械手一般包括聯(lián)接連桿機(jī)構(gòu)組件，具有機(jī)械手基座、平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)基座、多個(gè)驅(qū)動(dòng)連桿和接頭以及器械架。機(jī)械手基座可旋轉(zhuǎn)連于平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)基座以繞第一軸旋轉(zhuǎn)。平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)基座通過(guò)多個(gè)驅(qū)動(dòng)連桿和接頭連于器械架。驅(qū)動(dòng)連桿和接頭形成平行四邊形，器械被安裝于器械架且軸至少一自由度移動(dòng)時(shí)，可相對(duì)樞軸點(diǎn)限制器械的長(zhǎng)軸。與平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)基座相鄰的平行四邊形第一軸和第一側(cè)與軸在樞軸點(diǎn)處相交，平行四邊形的第一側(cè)與第一軸成角度偏移。在本發(fā)明的另一方面，提供了用于機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的模塊化機(jī)械手支架。系統(tǒng)包括安裝基座、多個(gè)手術(shù)器械以及具有驅(qū)動(dòng)連桿和接頭、用于移動(dòng)相關(guān)器械對(duì)組織進(jìn)行操作的多個(gè)機(jī)械手。相對(duì)基座可移動(dòng)支承并定位機(jī)械手的支架包括連于安裝基座的定向平臺(tái)以及連于定向平臺(tái)的多個(gè)支臂。各支臂可移動(dòng)支承相關(guān)機(jī)械手，并具有可預(yù)配置的可釋放地固定的連桿和接頭。支架還可包括交互式監(jiān)視器等顯示器，可連于定向平臺(tái)。顯示器可被用于裝配、器械更換和/或人員觀察程序等目的。
在本發(fā)明的又一方面，機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)包括天花板高度的安裝基座、多個(gè)手術(shù)器械以及相對(duì)基座可移動(dòng)支承器械的聯(lián)接支架組件。組件包括定向平臺(tái)和多個(gè)機(jī)械手相關(guān)的多個(gè)支臂。定向平臺(tái)可連于基座，以允許聯(lián)接支架組件從基座基本向下延伸。多個(gè)支臂可連于定向平臺(tái)，其中各支臂具有可預(yù)配置的可釋放地固定的連桿和接頭。多個(gè)機(jī)械手可連于支臂，各機(jī)械手具有移動(dòng)器械對(duì)組織進(jìn)行操作的驅(qū)動(dòng)連桿和接頭。
在本發(fā)明的又一方面，提供了具有安裝基座、多個(gè)手術(shù)器械以及相對(duì)基座可移動(dòng)支承器械的聯(lián)接支架組件的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的準(zhǔn)備方法。方法之一包括通過(guò)聯(lián)接相對(duì)基座可移動(dòng)支承定向平臺(tái)的平臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)而移動(dòng)定向平臺(tái)預(yù)定位多個(gè)安裝于定向平臺(tái)的多個(gè)機(jī)械手使得機(jī)械手支架的手術(shù)器械指向相關(guān)微創(chuàng)孔。定向平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)可包括在三維中平移定向平臺(tái)和/或繞一軸轉(zhuǎn)動(dòng)定向平臺(tái)。可通過(guò)聯(lián)接可連于定向平臺(tái)的多個(gè)支臂移動(dòng)多個(gè)機(jī)械手。制動(dòng)系統(tǒng)可限制平臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)、定向平臺(tái)和/或支臂以阻止其進(jìn)一步聯(lián)接。參照本說(shuō)明的剩余部分及附圖，可進(jìn)一步理解本發(fā)明的性質(zhì)與優(yōu)點(diǎn)。


應(yīng)參照詳細(xì)說(shuō)明閱讀以下附圖。不同附圖中的相同數(shù)字指相同元件。附圖不必成比例，僅說(shuō)明性示出本發(fā)明的實(shí)施例，并非要限制本發(fā)明的范圍。圖1是手術(shù)室的部分示意性平面圖，示出了機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，包括輸入手術(shù)程序的主外科醫(yī)生控制臺(tái)或工作臺(tái)和機(jī)器移動(dòng)在手術(shù)位置處具有手術(shù)末端執(zhí)行器的手術(shù)器械的機(jī)器人病人側(cè)推車。圖2是機(jī)器人病人側(cè)推車或臺(tái)的透視圖，包括定位連桿機(jī)構(gòu)，可預(yù)配置兩個(gè)病人側(cè)機(jī)器人機(jī)械手和一個(gè)內(nèi)窺鏡攝像機(jī)機(jī)器人機(jī)械手。圖3A和;3B分別是圖2所示機(jī)器人機(jī)械手的連桿機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖和正視圖。圖4是用于圖1所示系統(tǒng)的聯(lián)接手術(shù)器械的透視圖。圖5A和5B是根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的示例性模塊化機(jī)械手支架的透視圖。圖6A和6B分別是圖5A所示機(jī)械手支架的裝配接合支臂和裝配接合輔助支臂的透視圖。圖7A至7D是從上方和下方所見圖5A所示機(jī)械手支架的定向平臺(tái)的透視圖。圖8A和8B是從下方和上方所見用于可移動(dòng)支承圖5A所示機(jī)械手支架的平臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)的透視圖。圖9A至9G示出了支承并定位內(nèi)窺鏡攝像機(jī)機(jī)器人機(jī)械手的裝配接合中心支臂的透視圖和俯視圖。圖IOA至IOH示出了支承并定位病人側(cè)機(jī)器人機(jī)械手的裝配接合支臂的透視圖和俯視圖。圖IlA至IlD示出了支承并定位病人側(cè)機(jī)器人機(jī)械手的裝配接合輔助支臂的透視圖和俯視圖。圖12A至12C示出了從上方所見多自由度行動(dòng)的四個(gè)裝配接合支臂的透視圖。
具體實(shí)施例方式圖1至4示出了美國(guó)專利第6，246, 200號(hào)更詳細(xì)說(shuō)明的執(zhí)行微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)1。手術(shù)員0(—般為外科醫(yī)生)對(duì)躺在手術(shù)臺(tái)T上的病人P執(zhí)行微創(chuàng)手術(shù)程序，手術(shù)員0在外科醫(yī)生控制臺(tái)3處操作一個(gè)或多個(gè)輸入裝置或主控裝置2?？刂婆_(tái)3的計(jì)算機(jī)處理器4響應(yīng)于外科醫(yī)生的輸入引導(dǎo)內(nèi)窺鏡手術(shù)器械或工具5的移動(dòng)，經(jīng)機(jī)器人病人側(cè)系統(tǒng)6 (本示例中為安裝于推車的系統(tǒng))使器械的伺服機(jī)構(gòu)移動(dòng)?！?，病人側(cè)系統(tǒng)或推車6包括至少三個(gè)機(jī)器人機(jī)械手支臂。(本示例中安裝于推車6的側(cè)面的)兩個(gè)裝配接合支臂或連桿機(jī)構(gòu)7支承并定位驅(qū)動(dòng)手術(shù)工具5的伺服機(jī)械手 8 ；(本示例中安裝于推車6的中心的)一個(gè)裝配接合支臂或連桿機(jī)構(gòu)9支承并定位控制捕捉內(nèi)部手術(shù)位置圖像(優(yōu)選為體視圖像)的內(nèi)窺鏡攝像機(jī)探頭11移動(dòng)的伺服機(jī)械手10。內(nèi)部手術(shù)位置的圖像通過(guò)外科醫(yī)生控制臺(tái)3的體視顯示器觀測(cè)儀12向外科醫(yī)生或手術(shù)員0顯示，并同時(shí)通過(guò)助手顯示器14向助手A顯示。助手A使用裝配連桿支臂7和 9輔助機(jī)械手8和10相對(duì)病人P的定位、輔助一個(gè)或多個(gè)手術(shù)機(jī)械手8 (和/或10)中備用手術(shù)工具或器械5’和工具5的調(diào)換、并輔助相關(guān)非機(jī)器人醫(yī)療器械和設(shè)備的操作等?？傮w而言，支臂或連桿機(jī)構(gòu)7和9包括病人側(cè)系統(tǒng)6的定位連桿或裝配支臂部分， 對(duì)組織進(jìn)行操作時(shí)通常保持于固定配置，機(jī)械手8和10包括在外科醫(yī)生控制臺(tái)3的引導(dǎo)下有效聯(lián)接的驅(qū)動(dòng)部分。機(jī)械手8和10主要用于主/從組織操作，而裝配支臂7和9在重新定位病人、手術(shù)臺(tái)、切口點(diǎn)等時(shí)用于在使用前定位和/或配置機(jī)械手8和10。為了術(shù)語(yǔ)使用方便，傳動(dòng)組織損傷手術(shù)工具的機(jī)械手如8可被稱為PSM(病人側(cè)機(jī)械手)，控制內(nèi)窺鏡11等圖像捕捉或數(shù)據(jù)采集裝置的機(jī)械手如10可被稱為ECM(內(nèi)窺鏡攝像機(jī)機(jī)械手)，注意這些遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人機(jī)械手可選擇傳動(dòng)、操縱并控制手術(shù)中使用的多種器械、工具和裝置。圖2示出了圖1所示安裝于推車的遠(yuǎn)程手術(shù)病人側(cè)系統(tǒng)6的透視圖，包括兩個(gè)PSM 8和一個(gè)ECM 10。推車系統(tǒng)6包括安裝有三個(gè)定位連桿機(jī)構(gòu)或裝配支臂的支柱15，包括各支承一個(gè)PSM 8的兩個(gè)PSM裝配支臂7以及支承ECM 10的一個(gè)ECM裝配支臂9。PSM裝配支臂7各具有六自由度，并各安裝于中心安裝的ECM裝配支臂9的一側(cè)。所示ECM裝配支臂9小于六自由度，ECM 10可不包括聯(lián)接手術(shù)器械的所有工具傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如PSM 8中通常所包括的工具傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。各PSM8可釋放安裝(虛線示出的)手術(shù)工具5，ECM 10 可釋放安裝(虛線示出的)內(nèi)窺鏡探頭11。圖3A和;3B分別是圖2所示具有遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)的機(jī)器人手術(shù)機(jī)械手或PSM 8的連桿機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖與正視圖。PSM 8是現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)械手示例，可由推車座6、天花板座或地板/臺(tái)座安裝并支承。示例中，PSM 8優(yōu)選包括限制工具接口外殼21與安裝的器械或工具5移動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)20。更具體地，連桿機(jī)構(gòu)20包括通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭連接在平行四邊形結(jié)構(gòu)中的剛性連桿，使得外殼21和工具5繞空間中一點(diǎn)22旋轉(zhuǎn)，如已出版的美國(guó)專利第6，758，843 號(hào)更充分所述。連桿機(jī)構(gòu)20的平行四邊形結(jié)構(gòu)限制了如圖3A箭頭2 所指繞垂直紙面并經(jīng)過(guò)樞軸點(diǎn)22的軸也稱為俯仰軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。支承平行四邊形連桿結(jié)構(gòu)的連桿可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于裝配接合臂(圖2所示7)，使得工具5進(jìn)一步繞軸22b (圖3B)也稱為偏航軸轉(zhuǎn)動(dòng)。俯仰軸和偏航軸在工具5的軸23上的遠(yuǎn)心22處相交。由于由機(jī)械手支承，工具5有更多驅(qū)動(dòng)自由度，包括沿插入軸22c工具5滑動(dòng)移動(dòng)。工具5包括安裝于機(jī)械手接口外殼21的近端外殼M。 接口外殼21可使工具5沿軸22c移動(dòng)，也用于從PSM 8的末端執(zhí)行器傳動(dòng)器伺服機(jī)構(gòu)傳輸傳動(dòng)器輸入至工具5。在遠(yuǎn)心系統(tǒng)的示例中，平行四邊形結(jié)構(gòu)20連于工具5，從而機(jī)械限制工具軸23，伺服機(jī)構(gòu)根據(jù)外科醫(yī)生的控制輸入傳動(dòng)工具移動(dòng)時(shí)，使其繞樞軸點(diǎn)22旋轉(zhuǎn)。工具5沿軸22c相對(duì)機(jī)械手8滑動(dòng)時(shí)，遠(yuǎn)心22相對(duì)機(jī)械手8的安裝基座25 (安裝點(diǎn)至裝配支臂7)保持固定。因而，整個(gè)機(jī)械手8被移動(dòng)，重新定位遠(yuǎn)心22。機(jī)械手8的連桿機(jī)構(gòu)20由一系列電機(jī)沈(圖3A)驅(qū)動(dòng)。電機(jī)響應(yīng)于處理器(圖1所示4)的指令有效移動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)20。電機(jī)沈還連于工具5以繞軸22c旋轉(zhuǎn)工具，并聯(lián)接工具5遠(yuǎn)端的銷軸(圖 4所示29)，約至少一、通常二自由度。另外，電機(jī)沈可用于傳動(dòng)工具的可聯(lián)接末端執(zhí)行器， 將組織夾在鑷子等的夾鉗中。電機(jī)26可使用纜線連于工具5的至少一些接頭，如美國(guó)專利第5，792，135號(hào)更充分所述，其公開全文以參考方式并入本文。如該參考文獻(xiàn)所述，機(jī)械手 8通常包括從驅(qū)動(dòng)部件傳輸運(yùn)動(dòng)至手術(shù)工具5的柔性構(gòu)件。對(duì)內(nèi)窺鏡程序，機(jī)械手8通常包括套管27?？舍尫胚B于機(jī)械手的套管27支承工具5，優(yōu)選允許工具經(jīng)套管27的中心孔軸向旋轉(zhuǎn)并移動(dòng)。圖4示出了圖1所示系統(tǒng)使用的聯(lián)接手術(shù)工具或器械5與近端外殼M的分解透視圖。工具5包括相對(duì)近端外殼M支承末端執(zhí)行器觀的長(zhǎng)軸23。近端外殼M可釋放安裝、連接器械5至機(jī)械手(如圖1、2、3A和;3B所示PSM 8)，并在機(jī)械手與末端執(zhí)行器觀之間傳輸驅(qū)動(dòng)信號(hào)和/或運(yùn)動(dòng)。聯(lián)接銷軸機(jī)構(gòu)四可提供末端執(zhí)行器觀和軸23之間的二自由度運(yùn)動(dòng)，軸23可相對(duì)近端外殼M旋轉(zhuǎn)，可在病人體內(nèi)為末端執(zhí)行器觀提供基本定向的三自由度?，F(xiàn)參照?qǐng)D5A和5B，示出了從上所見根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的示例性模塊化機(jī)械手支架組件的透視圖。模塊化機(jī)械手支架30校準(zhǔn)并支承機(jī)器人機(jī)械手，如病人側(cè)機(jī)械手32或內(nèi)窺鏡攝像機(jī)機(jī)械手34，與病人體內(nèi)一組所需手術(shù)切口位置對(duì)齊。模塊化機(jī)械手支架組件 30—般包括定向平臺(tái)36、連于定向平臺(tái)36的多個(gè)可配置裝配接合支臂38、40、42、44。各支臂38、40、42、44可移動(dòng)支承相關(guān)機(jī)械手32、34，機(jī)械手32、34又可移動(dòng)支承相關(guān)器械?？梢岳斫猓陨纤鰞H為說(shuō)明性目的，不必反映模塊化機(jī)械手支架組件30的實(shí)際形狀、尺寸或維度。這適用于本文以下所有說(shuō)明。定向平臺(tái)36 —般支承兩個(gè)裝配接合支臂40、42 (右側(cè)的SJAl和左側(cè)的SJA2)以及一個(gè)可選輔助支臂44 (SJX)，可移動(dòng)支承相關(guān)病人側(cè)機(jī)械手32。通常，各支臂允許病人側(cè)機(jī)械手在三維(x、y、z)中平移，并允許病人側(cè)機(jī)械手繞一縱軸(方位角)旋轉(zhuǎn)。裝配接合右支臂40和裝配接合輔助支臂44的其它透視圖分布見圖6A和6B。一般，右支臂40和左支臂42支承相應(yīng)外科醫(yī)生控制器的右、左機(jī)械手，而輔助或從屬支臂44為機(jī)械手的定位提供了更多變化，這在心臟手術(shù)等復(fù)雜手術(shù)中特別有利。定向平臺(tái)36還支承可移動(dòng)支承內(nèi)窺鏡攝像機(jī)機(jī)械手34的一個(gè)裝配接合中心支臂38 (SJC)。可以理解，裝配支臂38、40、42和 44可互換支承、定位器械機(jī)械手32或攝像機(jī)機(jī)械手34。使用定向平臺(tái)36來(lái)支承可獨(dú)立定位的裝配支臂38、40、42和44及其相關(guān)機(jī)械手32、34有利于獲得相對(duì)尺寸較小且較緊湊的簡(jiǎn)化的單個(gè)支架單元。例如，單個(gè)定向平臺(tái)36避免了通?；靵y且麻煩獨(dú)立配置、安裝各裝配支臂38、40、42和44至安裝基座的需要。這使得裝配更快捷便利。參照?qǐng)D6A、6B和9A，各裝配接合支臂38、40、42和44具有可預(yù)配置的可釋放地固定的連桿和接頭。在優(yōu)選實(shí)施例中，各裝配接合支臂38、40、42和44包括至少一個(gè)延伸于相鄰兩個(gè)可固定旋轉(zhuǎn)接頭48、50間的平衡、可固定、接合平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)46。接合平行四邊形結(jié)構(gòu)46允許在大致豎直方向上移動(dòng)，相鄰旋轉(zhuǎn)接頭48、50允許繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)， 如下文詳述。一個(gè)或多個(gè)直線或彎曲的滑動(dòng)軸可替代任何或所有旋轉(zhuǎn)部件。各平行四邊形結(jié)構(gòu)46可具有基本相同的結(jié)構(gòu)，在本示例中，包括長(zhǎng)度不定的連桿52、近端架車M和遠(yuǎn)端架車56。連桿52以豎直定向平面平行四邊形結(jié)構(gòu)分別可轉(zhuǎn)動(dòng)接合于近端和遠(yuǎn)端架車M、 56。這允許連桿52在豎直平面中轉(zhuǎn)動(dòng)，而在平行四邊形46接合轉(zhuǎn)動(dòng)使48、50變形時(shí)限制架車M、56相互保持基本平行。如圖6A所示，裝配接合支臂40、42可有另一連桿58，由另一樞軸60可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。裝配接合輔助支臂44可有長(zhǎng)度更長(zhǎng)的另一輔助連桿62，由另一輔助樞軸64可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。如圖9A所示，裝配接合中心支臂38可包括主要形成平行四邊形結(jié)構(gòu)46的相對(duì)較小、較硬的支臂38。裝配接合支臂38、40、42和44可由重量、張力彈簧、氣壓彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧、壓縮彈簧、氣壓或液壓缸、轉(zhuǎn)矩電機(jī)或其組合等多種機(jī)構(gòu)平衡。因機(jī)械手32、34提供的移動(dòng)范圍的改進(jìn)，各裝配接合支臂38、40、42和44具有令人驚訝的簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)學(xué)(如僅有四自由度)。通常，支臂允許可固定連桿和接頭在基本豎直方向平移，如圖5A所示支臂38的箭頭SJC3、圖6A所示支臂40的箭頭SJA13以及圖6B所示支臂44的箭頭SJX3所指。支臂也允許可固定連桿和接頭繞兩個(gè)或三個(gè)豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖6A所示，箭頭SJA11、SJA12和SJA14分布示出了裝配接合支臂40的旋轉(zhuǎn)接頭60、48和 50。左裝配接合支臂42 (SJA》的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)軸與圖6A所示右支臂40 (SJAl)的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)軸相同。圖6B分別用箭頭SJX1、SJX2和SJX4指出了裝配接合輔助支臂44的旋轉(zhuǎn)接頭 64、48、50。圖5A中箭頭SJC2和SJC4分別示出了裝配接合中心支臂38的旋轉(zhuǎn)接頭48、50。 支臂38、40、42和44可為機(jī)動(dòng)、計(jì)算機(jī)控制、手動(dòng)預(yù)配置或其組合。裝配接合支臂40、42與輔助支臂44的接頭SJA11、SJA21與SJXl優(yōu)選為機(jī)動(dòng)，而其它接頭與裝配接合中心支臂38 優(yōu)選為手動(dòng)定位。電機(jī)可位于多個(gè)可固定連桿或定向平臺(tái)內(nèi)以驅(qū)動(dòng)滑輪和傳動(dòng)帶機(jī)構(gòu)。裝配支臂38、40、42和44的可固定接頭48、50、62和64 —般包括可制動(dòng)系統(tǒng)，適當(dāng)配置支臂后可鎖定接頭到位。制動(dòng)系統(tǒng)可釋放抑制至少基本固定結(jié)構(gòu)中先前配置的可固定連桿52、58、62和接頭48、50、62、64的聯(lián)接。制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)選被偏壓至固定結(jié)構(gòu)，包括釋放可固定連桿52、58、62和接頭48、50、62、64至可固定連桿和接頭可聯(lián)接的可重新定位結(jié)構(gòu)的制動(dòng)釋放傳動(dòng)器。系統(tǒng)還可包括接頭傳感器系統(tǒng)，連接多個(gè)可固定連桿52、58、62和接頭 48、50、62、64至伺服機(jī)構(gòu)。傳感器系統(tǒng)產(chǎn)生接頭結(jié)構(gòu)信號(hào)。伺服機(jī)構(gòu)包括計(jì)算機(jī)，接頭傳感器系統(tǒng)發(fā)射接頭結(jié)構(gòu)信號(hào)至計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)使用接頭結(jié)構(gòu)信號(hào)計(jì)算相對(duì)安裝基座和器械所附參照坐標(biāo)系間的坐標(biāo)系變換。再次參照?qǐng)D6A、6B和9A，機(jī)械手32、34機(jī)械受限，使得機(jī)械手基座66相對(duì)水平面成固定角。如圖6A所示，裝配接合支臂40支承的機(jī)械手32與水平面成角度偏移，角度處于40度至約60度角范圍內(nèi)，處于約45度至約50度范圍較佳。如圖6B所示，裝配接合輔助支臂44支承的機(jī)械手32與水平面成角度偏移，角度處于0度至約20度角范圍內(nèi)，約15 度較佳。如圖9A所示，裝配接合中心支臂38支承的機(jī)械手34與水平面成角度偏移，角度處于40度至約90度角范圍內(nèi)，處于約65度至約75度范圍較佳。機(jī)械手32、34優(yōu)選包括限制器械繞空間中樞軸點(diǎn)球面轉(zhuǎn)動(dòng)的偏移遠(yuǎn)心連桿機(jī)構(gòu)， 其中裝配接合支臂38、40、42、44的可固定連桿52、58、62和接頭48、50、62、64的傳動(dòng)可移動(dòng)樞軸點(diǎn)。如上所述，由于系統(tǒng)移動(dòng)范圍的改進(jìn)，機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的總體復(fù)雜性可減少。具體地，裝配接合支臂38、40、42和44的自由度數(shù)量被減少(如小于六自由度)。這使得系統(tǒng)平臺(tái)得以簡(jiǎn)化，減少對(duì)裝配接合支臂38、40、42和44的預(yù)配置的要求。這樣，較少或沒有專業(yè)培訓(xùn)的手術(shù)室人員可快速安排并準(zhǔn)備機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行手術(shù)。可減少裝配支臂38、40、42 和44機(jī)械復(fù)雜性的示例性偏移遠(yuǎn)心機(jī)械手32、34見美國(guó)專利申請(qǐng)第10/957，077號(hào)進(jìn)一步詳述。在圖6A、6B和9A所示實(shí)施例中，偏移遠(yuǎn)心機(jī)械手32、34 —般包括機(jī)械手基座66， 平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)基座68、多個(gè)驅(qū)動(dòng)連桿和接頭70、72以及器械架74。機(jī)械手基座66 可旋轉(zhuǎn)連于平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)基座68以繞也稱為偏航軸的第一軸旋轉(zhuǎn)。平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)基座68通過(guò)由轉(zhuǎn)動(dòng)樞軸接頭連接的剛性連桿70、72連于器械架74。驅(qū)動(dòng)連桿和接頭70、72形成平行四邊形，器械被安裝于器械架74且軸沿平行四邊形的平面移動(dòng)時(shí)，可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心(樞軸點(diǎn))限制器械或套管76的長(zhǎng)軸。與平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)基座68相鄰的平行四邊形第一軸和第一側(cè)與軸在轉(zhuǎn)動(dòng)中心76處相交，其中平行四邊形的第一側(cè)與第一軸成角度偏移。手術(shù)機(jī)械手32、34的機(jī)械手基座66由裝配支臂38、40、42和44安裝并以恒定仰角支承，如上詳細(xì)所述。本實(shí)施例中的機(jī)械手基座66通過(guò)螺釘或螺栓固定至裝配支臂38、 40、42和44的機(jī)械手基座支架80。盡管示例性裝配支臂38、40、42和44使機(jī)械手基座支架80與遠(yuǎn)心機(jī)械手32、34的幾何形狀相符，但機(jī)械手基座支架80可采用多種備用支架結(jié)構(gòu)以符合其它遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)械手。例如，機(jī)械手基座支架可用于支承其它遠(yuǎn)心機(jī)械手、自然中心機(jī)械手、計(jì)算中心機(jī)械手、軟件中心機(jī)械手以及使用其工作原理組合的機(jī)械手。另外，如上所述，裝配支臂38、40、42和44的機(jī)械手基座支架80可互換支承、定位器械機(jī)械手32或攝像機(jī)機(jī)械手34?，F(xiàn)參照?qǐng)D7A至7D，示出了從上方和下方所見定向平臺(tái)36的其它透視圖。定向平臺(tái)36包括基本水平的大鋼琴形狀平臺(tái)，具有分別可轉(zhuǎn)動(dòng)連于多個(gè)支臂38、40、42和44的四個(gè)軸轂82、84、86和88，如圖7B和7C從下方所見。特別地，支承內(nèi)窺鏡攝像機(jī)機(jī)械手34的裝配接合中心支臂38的旋轉(zhuǎn)接頭48可旋轉(zhuǎn)連于向定向平臺(tái)36側(cè)偏移的軸轂82。支承病人側(cè)機(jī)械手32的右、左裝配接合支臂40、42的旋轉(zhuǎn)接頭60分別可旋轉(zhuǎn)連于定向平臺(tái)36的軸轂84、86。最后，支承病人側(cè)機(jī)械手32的裝配接合輔助支臂44的旋轉(zhuǎn)接頭64可旋轉(zhuǎn)連于軸轂88。軸轂88處于定向平臺(tái)36的中線上，使得輔助支臂44在左側(cè)或右側(cè)均可使用。 五個(gè)裝配接合支臂支架情況下，一軸轂可位于中心的各側(cè)，與軸轂84和86的定位相同，具有右側(cè)輔助支臂和另一左側(cè)輔助支臂。定向平臺(tái)36的形狀以及軸轂82、84、86、88、90的相對(duì)位置對(duì)于增加系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性以及抑制支臂和/或機(jī)械手之間的碰撞更加有利。如圖7A和7D所示，第五軸轂90連于平臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)92，如下文參照?qǐng)D8A和8B更詳細(xì)所述。第五軸轂90與裝配接合中心支臂38的樞軸點(diǎn)78對(duì)齊，優(yōu)選與內(nèi)窺鏡切口位置重合。第五軸轂90允許定向平臺(tái)36繞圖5A所示箭頭SJCl所指縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)。定向平臺(tái)36 繞對(duì)齊手術(shù)切口的內(nèi)窺鏡機(jī)械手34樞軸點(diǎn)78的轉(zhuǎn)動(dòng)有利于增加定向平臺(tái)36和相關(guān)裝配支臂38、40、42、44在手術(shù)程序?qū)⑦M(jìn)行方向的機(jī)動(dòng)性。由于僅通過(guò)繞第五軸轂90轉(zhuǎn)動(dòng)定向平臺(tái)36即可在手術(shù)中改變機(jī)械手32、34的定位，這在復(fù)雜手術(shù)中特別有利。一般，為安全目的，在轉(zhuǎn)動(dòng)之前器械將被收回。對(duì)于定向平臺(tái)36的小幅轉(zhuǎn)動(dòng)或手術(shù)臺(tái)的傾斜，移動(dòng)時(shí)連于套管的低摩擦平衡支臂40、42、44可懸置，由來(lái)自切口的力推動(dòng)。定向平臺(tái)36繞軸轂90的轉(zhuǎn)動(dòng)(SJCl)、裝配接合支臂40、42繞軸轂84、86的轉(zhuǎn)動(dòng)(SJAll)以及裝配接合輔助支臂44繞軸轂88的轉(zhuǎn)動(dòng)(SJXl)優(yōu)選為機(jī)動(dòng)，但也可為手動(dòng)或計(jì)算機(jī)控制。為定向平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)(SJCl)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)帶和滑輪機(jī)構(gòu)94的電機(jī)位于定向平臺(tái)內(nèi)， 如圖7C所示。也可包括制動(dòng)系統(tǒng)，將定向平臺(tái)36鎖定到位。為右、左和輔助裝配支臂轉(zhuǎn)動(dòng) (SJA1USJX1)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)帶和滑輪機(jī)構(gòu)96、98、100的電機(jī)也位于定向平臺(tái)36內(nèi)，如圖7D所示。圖7C和7D還示出了各相關(guān)裝配支臂38、40、42、44的電子模塊化控制器102。定向平臺(tái)36還可包括交互式監(jiān)視器等顯示器104，如圖7A和7B所示。顯示器104可被用于裝配、 器械更換和/或人員觀察程序等目的。顯示器104優(yōu)選與平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)106可調(diào)節(jié)安裝于定向平臺(tái)36，使得人員可觀察所需方向的監(jiān)視器。現(xiàn)參照8A和8B，示出了從下方和上方所見軸轂90處可移動(dòng)支承定向平臺(tái)36的平臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)92的透視圖。平臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)92 —般包括線性導(dǎo)軌108、可連于導(dǎo)軌108的滑動(dòng)架車110以及近端14可旋轉(zhuǎn)連于架車110、遠(yuǎn)端116經(jīng)軸轂90可旋轉(zhuǎn)連于定向平臺(tái)36的至少一個(gè)支臂112。通過(guò)允許定向平臺(tái)36在至少三維(χ、y、ζ)中平移，平臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)92 有利于增強(qiáng)聯(lián)接模塊化機(jī)械手支架30的機(jī)動(dòng)性。定向平臺(tái)在基本水平方向的移動(dòng)由箭頭 OPl指出。定向平臺(tái)在基本豎直方向的移動(dòng)由箭頭0Ρ2出。定向平臺(tái)在進(jìn)出紙面方向的移動(dòng)由接頭120的轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，如箭頭0Ρ3所指。平臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)92還允許定向平臺(tái)36繞一縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)，如箭頭SJCl所指。支臂112優(yōu)選包括延伸于相鄰兩個(gè)接頭120、122間四桿平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)118?？梢岳斫獗M管第五軸轂90允許定向平臺(tái)36轉(zhuǎn)動(dòng)(SJCl)系統(tǒng)也可設(shè)計(jì)為第五軸轂90可旋轉(zhuǎn)連于平臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)92使得平臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)允許定向平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)。因平臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)92，定向平臺(tái)36增加的運(yùn)動(dòng)范圍允許從病人身體上方更大范圍接近切口位置。執(zhí)行復(fù)雜且過(guò)長(zhǎng)程序時(shí)因手術(shù)中機(jī)械手32、34可快速重新定位至其它手術(shù)位置而特別有利。一般，為安全目的，在定向平臺(tái)36平移或轉(zhuǎn)動(dòng)之前，器械將被收回。平臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)92優(yōu)選為機(jī)動(dòng)，但也可為手動(dòng)或計(jì)算機(jī)控制。電機(jī)可位于平臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)92或定向平臺(tái)36內(nèi)，以驅(qū)動(dòng)滑輪和傳動(dòng)帶機(jī)構(gòu)。例如，為定向平臺(tái)繞軸轂90轉(zhuǎn)動(dòng)(SJCl)用諧波傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)帶和滑輪機(jī)構(gòu)94的電機(jī)位于定向平臺(tái)內(nèi)，如圖7C所示。也可包括制動(dòng)系統(tǒng)以鎖定平臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)92到位。如圖8Β所示，平臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)92優(yōu)選經(jīng)螺栓和架車124或其它便利的緊固件裝置安裝于安裝基座。安裝基座優(yōu)選包括天花板高度支架結(jié)構(gòu)，以允許機(jī)械手支架組件92、30 從基座基本向下延伸。天花板高度安裝的機(jī)械手支架組件有利于改進(jìn)手術(shù)室的空間應(yīng)用， 特別是清除手術(shù)臺(tái)附近人員和/或其它手術(shù)設(shè)備的間隔，并減少地板上的機(jī)器人設(shè)備和布線。另外，天花板安裝的機(jī)械手支架組件減少了手術(shù)過(guò)程中與其他相鄰機(jī)械手碰撞或空間沖突的可能性，并便于機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)不使用時(shí)的存儲(chǔ)。術(shù)語(yǔ)“天花高度支架結(jié)構(gòu)”包括位于、鄰近手術(shù)室天花板或手術(shù)室天花板內(nèi)的支架結(jié)構(gòu)，并包括基本低于實(shí)際天花板高度的支架結(jié)構(gòu)，尤其在手術(shù)室天花板高于一般手術(shù)室天花板情況下。安裝基座允許機(jī)械手支架組件92、30通過(guò)逆著墻壁拉動(dòng)使用接頭而存儲(chǔ)， 如圖8Α和8Β所示。安裝基座可包括現(xiàn)有建筑元件，如原始或加固結(jié)構(gòu)元件、接頭或橫梁。 另外，安裝基座可由足夠剛性堅(jiān)硬材料制成，以抑制振動(dòng)?；蛘撸承曰驈椥宰枘崞鞯葻o(wú)源裝置或伺服機(jī)構(gòu)等有源裝置也可用于消除振動(dòng)或醫(yī)院建筑在豎直和/或水平方向的地板間運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)參照?qǐng)D9Α和9Β，示出了支承內(nèi)窺鏡攝像機(jī)機(jī)器人機(jī)械手34的裝配接合中心支CN 102415915 A
說(shuō)明書
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臂38的斜視圖。圖9C示出了俯視圖。如上所述，裝配接合中心支臂38包括相對(duì)較短、幾乎豎直的剛性支臂，主要形成平行四邊形結(jié)構(gòu)46。裝配接合中心支臂38的平行四邊形連桿52與其他三個(gè)支臂40、42、44相比較短。裝配接合中心支臂38具有一般手動(dòng)定位的三自由度(SJC2、SJC3、SJC4)。裝配接合中心支臂38沒用任何多余接頭，方向角由定向平臺(tái) 36的轉(zhuǎn)動(dòng)控制。圖9D和9E示出了裝配接合中心支臂38如箭頭SJC3所指方向的平移。圖 9F和9G示出了裝配接合中心支臂38如箭頭SJC4所指方向的轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)參照?qǐng)DIOA和10B，示出了支承病人側(cè)機(jī)器人機(jī)械手32的裝配接合支臂40的斜視圖和俯視圖。如上所述，裝配接合支臂40具有四自由度(SJA11、SJA12、SJA13、SJA14)， 其中SJAll接頭為機(jī)動(dòng)，其他接頭為手動(dòng)定位。圖IOC和IOD示出了如箭頭SJA12所指方向裝配接合支臂40的轉(zhuǎn)動(dòng)。圖IOE和IOF示出了箭頭SJA13所指方向裝配接合支臂40的平移。圖IOG和IOH示出了如箭頭SJA13和SJA14所指方向裝配接合支臂40的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)。左裝配接合支臂42 (SJA》的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)軸與右支臂40 (SJAl)的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)軸相同。現(xiàn)參照?qǐng)DIlA和11B，示出了支承病人側(cè)機(jī)器人機(jī)械手32的裝配接合輔助支臂44 的斜視圖和俯視圖。如上所述，裝配接合輔助支臂44運(yùn)動(dòng)學(xué)上與裝配接合支臂40相同，但因其軸轂88位于定向平臺(tái)36的一端，其長(zhǎng)度更長(zhǎng)，角度更窄。裝配接合輔助支臂44具有四自由度(SJX1、SJX2、SJX3、SJX4)，其中SJXl接頭為機(jī)動(dòng)，其他接頭為手動(dòng)定位。圖IlC 和IlD示出了裝配接合輔助支臂44如箭頭SJX4所指方向的轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)參照?qǐng)D12A、12B和12C，示出了從上方所見沒有定向平臺(tái)36的四個(gè)裝配接頭 38、40、42、44的透視圖。圖中示出了改變方向角、移動(dòng)病人側(cè)機(jī)械手32離內(nèi)窺鏡攝像機(jī)機(jī)械手34更遠(yuǎn)或更近的多自由度的行動(dòng)。手術(shù)中，通常一旦設(shè)置機(jī)動(dòng)的接頭位置SJA11、 SJA21和SJXl為預(yù)設(shè)值，用戶僅需對(duì)齊病人側(cè)機(jī)械手的各遠(yuǎn)心和各切口。這可通過(guò)連接各病人側(cè)機(jī)械手至已位于切口內(nèi)的相關(guān)導(dǎo)管完成。這自動(dòng)設(shè)置了裝配接頭位置，因?yàn)闆]有剩余。三個(gè)接頭的低摩擦與平衡允許病人側(cè)機(jī)械手懸置，使得機(jī)械手可通過(guò)在一點(diǎn)把握而控制。連接套管后，設(shè)置機(jī)動(dòng)點(diǎn)至不同位置將導(dǎo)致病人側(cè)機(jī)械手的不同方向角。換句話說(shuō)，多種機(jī)動(dòng)點(diǎn)的功能是允許病人側(cè)機(jī)械手離另一病人側(cè)機(jī)械手和內(nèi)窺鏡機(jī)械手更遠(yuǎn)或更近?；蛘?，連接套管后，方向角可通過(guò)操縱電機(jī)而調(diào)整，同時(shí)釋放裝配接頭制動(dòng)裝置，套管保持位于切口處。盡管為理解清晰作為示例已詳細(xì)說(shuō)明了一些示例性實(shí)施例和方法，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)上述公開很明顯可對(duì)這些實(shí)施例和方法做出變化、修改、改動(dòng)以及調(diào)整而不脫離本發(fā)明的實(shí)際精神和范圍。因此，上述說(shuō)明不能認(rèn)為是限制由所附權(quán)利要求確定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)中的模塊化機(jī)械手支架，所述系統(tǒng)包括安裝基座，多個(gè)手術(shù)器械以及具有驅(qū)動(dòng)連桿和接頭、用于移動(dòng)相關(guān)器械對(duì)組織進(jìn)行操作的多個(gè)機(jī)械手，相對(duì)于所述基座可移動(dòng)地支承并定位機(jī)械手的所述支架包括連接于所述安裝基座的定向平臺(tái)；以及可連于所述定向平臺(tái)的多個(gè)支臂，各支臂可移動(dòng)地支承相關(guān)機(jī)械手，并具有可預(yù)配置的可釋放地固定的連桿和接頭。
2.如權(quán)利要求1所述的模塊化機(jī)械手支架，所述定向平臺(tái)可旋轉(zhuǎn)連接于所述安裝基座。
3.如權(quán)利要求1所述的模塊化機(jī)械手支架，所述定向平臺(tái)相對(duì)于所述安裝基座線性平移。
4.如權(quán)利要求2所述的模塊化機(jī)械手支架，其中所述定向平臺(tái)包括四個(gè)軸轂，所述四個(gè)軸轂可旋轉(zhuǎn)連接于所述多個(gè)支臂，以及連接于所述安裝基座的第五軸轂，其中所述第五軸轂與樞軸點(diǎn)對(duì)齊，并允許所述定向平臺(tái)繞所述樞軸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求1所述的模塊化機(jī)械手支架，其中至少一支臂包括至少一個(gè)延伸于相鄰一對(duì)可固定旋轉(zhuǎn)接頭間的平衡、可固定、結(jié)合平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)，該接合平行四邊形結(jié)構(gòu)允許在大致豎直方向移動(dòng)，所述相鄰旋轉(zhuǎn)接頭允許繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
6.如權(quán)利要求1所述的模塊化機(jī)械手支架，進(jìn)一步包括制動(dòng)系統(tǒng)，該制動(dòng)系統(tǒng)可釋放地抑制在基本固定結(jié)構(gòu)中先前配置的可固定連桿與接頭的聯(lián)接，其中所述制動(dòng)系統(tǒng)被偏壓至所述固定結(jié)構(gòu)，所述制動(dòng)系統(tǒng)包括釋放所述可固定連桿與接頭至所述可固定連桿與接頭可聯(lián)接的可重新定位結(jié)構(gòu)的制動(dòng)釋放傳動(dòng)器。
7.如權(quán)利要求1所述的模塊化機(jī)械手支架，還包括聯(lián)接多個(gè)可固定連桿和接頭至伺服機(jī)構(gòu)的接頭傳感器系統(tǒng)，該傳感器系統(tǒng)產(chǎn)生接頭結(jié)構(gòu)信號(hào)，其中所述伺服結(jié)構(gòu)包括計(jì)算機(jī)， 并且其中所述接頭傳感器系統(tǒng)發(fā)射接頭結(jié)構(gòu)信號(hào)至所述計(jì)算機(jī)。
8.如權(quán)利要求1所述的模塊化機(jī)械手支架，其中所述至少一個(gè)機(jī)械手包括限制所述器械繞空間中樞軸點(diǎn)的球面轉(zhuǎn)動(dòng)的偏移遠(yuǎn)心連桿機(jī)構(gòu)。
9.一種機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，包括 天花板高度的安裝基座； 多個(gè)手術(shù)器械；相對(duì)所述基座可移動(dòng)支承所述器械的聯(lián)接支架組件，該組件包括 可連于所述基座以允許所述聯(lián)接支架組件從所述基座基本向下延伸的定向平臺(tái)； 可連接于所述定向平臺(tái)的多個(gè)支臂，各支臂具有可預(yù)配置的可釋放地固定的連桿和接頭；以及可連于所述支臂的多個(gè)機(jī)械手，各機(jī)械手具有移動(dòng)所述器械對(duì)組織進(jìn)行操作的驅(qū)動(dòng)連桿和接頭。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，所述定向平臺(tái)可旋轉(zhuǎn)連接于所述基座。
11.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，所述定向平臺(tái)相對(duì)于所述基座線性平移。
12.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述定向平臺(tái)包括四個(gè)軸轂，所述四個(gè)軸轂可旋轉(zhuǎn)連接于所述多個(gè)支臂，以及連接于所述安裝基座的第五軸轂，其中所述第五軸轂與樞軸點(diǎn)對(duì)齊，并允許所述定向平臺(tái)繞所述樞軸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。
13.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中至少一支臂包括至少一個(gè)延伸于相鄰一對(duì)可固定旋轉(zhuǎn)接頭間的平衡、可固定、接合平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)，該接合平行四邊形結(jié)構(gòu)允許在大致豎直方向移動(dòng)，所述相鄰旋轉(zhuǎn)接頭允許繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
14.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括制動(dòng)系統(tǒng)，該制動(dòng)系統(tǒng)可釋放地抑制在基本固定結(jié)構(gòu)中先前配置的可固定連桿與接頭的聯(lián)接，其中所述制動(dòng)系統(tǒng)被偏壓至所述固定結(jié)構(gòu)，所述制動(dòng)系統(tǒng)包括釋放所述可固定連桿與接頭至所述可固定連桿與接頭可聯(lián)接的可重新定位結(jié)構(gòu)的制動(dòng)釋放傳動(dòng)器。
15.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，還包括聯(lián)接多個(gè)可固定連桿和接頭至伺服機(jī)構(gòu)的接頭傳感器系統(tǒng)，該傳感器系統(tǒng)產(chǎn)生接頭結(jié)構(gòu)信號(hào)，其中所述伺服結(jié)構(gòu)包括計(jì)算機(jī)，并且其中所述接頭傳感器系統(tǒng)發(fā)射接頭結(jié)構(gòu)信號(hào)至所述計(jì)算機(jī)。
16.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)機(jī)械手包括限制所述器械繞空間中樞軸點(diǎn)的球面轉(zhuǎn)動(dòng)的偏移遠(yuǎn)心連桿機(jī)構(gòu)。
全文摘要
機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)包括安裝基座、多個(gè)手術(shù)器械以及聯(lián)接支架組件。各器械可通過(guò)相關(guān)微創(chuàng)孔插入病人至所需內(nèi)部手術(shù)位置。聯(lián)接支架組件相對(duì)基座可移動(dòng)支承器械。支架一般包括定向平臺(tái)、相對(duì)基座可移動(dòng)支承定向平臺(tái)的平臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)以及安裝于定向平臺(tái)的多個(gè)機(jī)械手，其中各機(jī)械手可移動(dòng)支承相關(guān)器械。
文檔編號(hào)A61B19/00GK102415915SQ201110271360
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2006年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月24日
發(fā)明者D·羅莎, G·S·古薩特, S·J·布魯門克蘭斯, T·庫(kù)珀 申請(qǐng)人:直觀外科手術(shù)操作公司