自1980年以來，開放手術(shù)大部分被內(nèi)窺鏡方法替代，由此長軸器械通過套管針插入氣體延伸的腹部中。因其確認(rèn)的較短的住院時間、較少的術(shù)后疼痛以及較早的恢復(fù)的益處而出名的這種腹腔鏡手術(shù)對外科醫(yī)生提出了更多的要求。

內(nèi)窺鏡手術(shù)的缺點是靈活性降低。這主要是因為支點效應(yīng)和在器械頂端處缺少腕狀移動。對該缺點的意識隨著進(jìn)行特征為器械的“劍斗”的更復(fù)雜的內(nèi)窺鏡程序和單孔手術(shù)而增加。

支點效應(yīng)涉及長軸器械在插入腹部中的套管針(樞軸點)的水平處的樞轉(zhuǎn)。把手向左邊的移動被轉(zhuǎn)化為在執(zhí)行器(例如，一把剪刀)處的向右邊的移動，且反之亦然。外科醫(yī)生能夠快速適應(yīng)這些反向移動。

缺少腕狀移動更難克服。最新技術(shù)水平的解決方案由達(dá)芬奇機器人(直覺外科公司(Intuitive Surgical))提供，其中外科醫(yī)生的手在控制臺的移動轉(zhuǎn)移為器械頂端處的流暢的移動。該解決方案是昂貴的，從而導(dǎo)致帶有全方向的鉸接頂端的更便宜的手用器械的研發(fā)。

許多手術(shù)挑戰(zhàn)歸因于靈活性降低。常規(guī)的剛性腹腔鏡器械僅提供4個自由度(旋轉(zhuǎn)、上/下成角、左/右成角、內(nèi)/外運動)。為了克服運動的這種限制，已經(jīng)研發(fā)了用于能轉(zhuǎn)向器械的各種設(shè)計：

1.在其最簡單的形式中，鉸接的器械包括預(yù)先彎曲的柔性管，其可滑動地從剛性直管拔出。該頂端可以僅在一個方向(單向鉸接器械)上彎曲，且可以僅承受有限量的側(cè)向力。

2.更先進(jìn)的替換方案為這樣的器械：其允許頂端在一個平面上的彎曲移動，例如，左到右，且反之亦然。由于構(gòu)造的性質(zhì)，創(chuàng)建大部分穩(wěn)定的頂端。這些雙向器械需要通過向一個方向彎曲且然后通過圍繞其自身的軸線轉(zhuǎn)動整個器械而導(dǎo)航到興趣點。這缺少直覺。

3.真實的腕部移動僅在全方向系統(tǒng)的情況下是可能的。全方向的鉸接器械主要由近端端部和遠(yuǎn)端端部、遠(yuǎn)端彎曲部分、從遠(yuǎn)端彎曲部分延伸的軸區(qū)域以及可選的近端彎曲部分組成。近端端部的移動被轉(zhuǎn)移為遠(yuǎn)端端部處的移動。在美國專利號7,410,483(圖11)和美國專利號8,105,350(圖15)中描述了實例。

類似于機器人手術(shù)，全方向的鉸接器械提供了多達(dá)7個自由度(頂端在兩個平面中的軸向旋轉(zhuǎn)和偏移添加到常規(guī)的剛性器械的4個DOF)。近端側(cè)處的上/下運動以及左/右運動的組合允許將到達(dá)遠(yuǎn)端執(zhí)行器側(cè)處的任一點而不需要圍繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)。然而，增加的機動性是以頂端穩(wěn)定性的顯著下降為代價。為了解決該問題，諸如系統(tǒng)(泰爾茂株式會社(Terumo))和系統(tǒng)(遠(yuǎn)藤控制(EndoControl))等混合解決方案通過使用強大的電氣伺服馬達(dá)恢復(fù)頂端穩(wěn)定性來補償。

相比機器人系統(tǒng)，全方向的鉸接器械提供了低成本和觸覺反饋的優(yōu)點。

外科手術(shù)鉸接器械的腕部必須是穩(wěn)定的，即呈現(xiàn)出對外力的施加的足夠的阻力。近來Chang Wook Jeong對其進(jìn)行了研究(Chang等人，用于腹腔內(nèi)窺鏡單部位手術(shù)的第一代鉸接器械的不足的接頭力，外科創(chuàng)新2012)。他計算出器械的腕部理想上承受20N的最小側(cè)向力將是有效的。

該穩(wěn)定性可以通過增加器械的直徑、增加轉(zhuǎn)向線的數(shù)量、截面、減少腕部的長度或通過使用較硬的材料來實現(xiàn)。然而，在對侵入性降低的期望需要最小化直徑的情況下，利用現(xiàn)有技術(shù)需要妥協(xié)。

在手術(shù)中，也許最重要的特征是旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。將旋轉(zhuǎn)運動從器械腕部上方的軸朝向端部執(zhí)行器傳輸?shù)哪芰?。比如，在反手切割位置中投擲縫線的移動需要這樣的器械：該器械彎曲約70°，且仍允許針托的旋轉(zhuǎn)移動利用圓針使組織突出。

如果使用軸的定向作為參考，可彎曲遠(yuǎn)端部分可以在完全的錐角內(nèi)自由移動，則外科器械被認(rèn)為是全方向的。通常使用球窩接頭。這是3DOF接頭，其允許諸如俯仰(上-下)、滾動(左-右)和偏轉(zhuǎn)(旋轉(zhuǎn))等運動。為了允許傳輸旋轉(zhuǎn)運動，理想上比如使用銷和凹槽限制接頭中的旋轉(zhuǎn)運動。弧形凹槽設(shè)置在窩中并且在通常穿過球的中心的平面上延伸，并且接收銷，該銷樞轉(zhuǎn)地連接至球的鄰近側(cè)。另一方法是刻面球窩的使用?？堂婧瓦呑钃踺S向旋轉(zhuǎn)，然而它們減少一些側(cè)向定向的成角。

存在可以組裝旋轉(zhuǎn)接頭的串接以模仿球窩接頭的行為的許多方法。比如，萬向接頭像球窩接頭，除了其受一個旋轉(zhuǎn)自由度的限制。兩個叉軸通過十字形物連接在一起，十字形物使這些軸保持90度，所以如果轉(zhuǎn)矩施加到軸1，軸2將旋轉(zhuǎn)。萬向接頭相當(dāng)于鉸鏈-2接頭，其中鉸鏈-2的軸彼此垂直，且在適當(dāng)位置中帶有完全剛性的連接。在鉸接的外科器械或鉸接的內(nèi)窺鏡導(dǎo)管中，萬向接頭通常通過彼此90°定向的柔性鉸鏈的串接而實現(xiàn)。

全方向運動可以使用運動鏈來實現(xiàn)，運動鏈?zhǔn)谴?lián)布置的鏈節(jié)(link)的組件。鏈節(jié)為剛性主體，其具有用于附接到其它鏈節(jié)的點。在人體生理學(xué)中，鏈節(jié)可以被視為盤、椎骨或骨頭。接頭為鏈節(jié)之間的連接。運動副是其間有接頭的兩個鏈節(jié)的組合。運動鏈?zhǔn)擎湽?jié)和接頭的組件。器械的腕部是軸和端部執(zhí)行器之間的運動鏈。

有趣的觀察結(jié)果是，盡管兩個鏈節(jié)之間的旋轉(zhuǎn)自由受限，包括這種鏈節(jié)的運動鏈可以被迫進(jìn)入配置中，使得第一鏈節(jié)和最后鏈節(jié)相對于彼此旋轉(zhuǎn)。當(dāng)所有的鏈節(jié)和接頭保持在一條線上時，旋轉(zhuǎn)運動被傳輸而沒有松弛，且第一和最后鏈節(jié)保持相同的定向。然而，當(dāng)運動鏈遵循螺旋形路徑時，第一和最后鏈節(jié)之間可發(fā)生明顯的旋轉(zhuǎn)?；?柔性的)旋轉(zhuǎn)接頭的串接的全方向器械也容易出現(xiàn)這種現(xiàn)象。在外科器械的情況下，這導(dǎo)致軸和端部可彎曲遠(yuǎn)端部分之間的旋轉(zhuǎn)。在手術(shù)中，旋轉(zhuǎn)傳輸?shù)倪@種損失是極不期望的。

在本領(lǐng)域中減少‘螺旋形運動鏈效果’的一個解決方案是減少鏈節(jié)的數(shù)量。US 2012/0220831描述了僅帶有5個鏈節(jié)和4個接頭的多盤腕接頭。他們聲稱該工具在滾動、俯仰或偏轉(zhuǎn)中沒有奇異性。所以運動是平滑的。這對于每個接頭可以單獨控制的機器人應(yīng)用來說是真實的。此外，通過在計算機控制器中實施的適當(dāng)?shù)哪孢\動學(xué)容易進(jìn)行校正。使用手控制的器械，接頭難以控制，特別是如果單獨的接頭需要彎曲超過45°。當(dāng)以極限角操作時它們變?yōu)椤坝袖忼X狀的”且難以轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明的目標(biāo)是提供克服現(xiàn)有技術(shù)中的一個或多個問題的用于能轉(zhuǎn)向器械的機械傳輸系統(tǒng)。

發(fā)明的一些實施例

根據(jù)第一實施例，本發(fā)明涉及用于能轉(zhuǎn)向工具(500)的機械傳輸系統(tǒng)MTS(100)，所述能轉(zhuǎn)向工具(500)具有近端端部(20)和遠(yuǎn)端端部(40)并且包括軸區(qū)域(532)、能全方向運動的可彎曲近端部分BPP(534)以及能全方向運動并響應(yīng)于BPP(534)的運動而運動的可彎曲遠(yuǎn)端部分BDP(530)，所述MTS(100)包括圍繞虛構(gòu)管(120)在縱向方向上布置的各自具有近端端部(20)和遠(yuǎn)端端部(40)的多個縱向構(gòu)件LM(110)，并且具有對應(yīng)的傳輸軸區(qū)域TSR(132)、傳輸可彎曲近端部分TBPP(134)和傳輸可彎曲遠(yuǎn)端部分TBDP(130)，其中至少一個LM(110)的平面截面(114)呈現(xiàn)各向異性的慣性面積矩，且大多數(shù)LM(110)中的每個LM在沿TBDP(130)或沿TSR(132)的一個或多個約束點處受到軸向旋轉(zhuǎn)限制，其中LM相對于每個離散的約束點能縱向滑動，且MTS(100)被配置成使得BDP(530)的頂端通過BPP(534)的互補旋轉(zhuǎn)在彎曲位置中可軸向旋轉(zhuǎn)。

沿TSR(132)設(shè)置的至少一個約束點可設(shè)置在TSR(132)的遠(yuǎn)端半部中，優(yōu)選在TSR(132)的遠(yuǎn)端端部處設(shè)置在TSR(132)的總長度的10％中，且沿TSR(132)設(shè)置的至少一個其它約束點可設(shè)置在TSR(132)的近端半部中，優(yōu)選在TSR(132)的近端端部處設(shè)置在TSR(132)的總長度的10％中。所述大多數(shù)LM(110)中的每個LM可在沿TBPP(134)的一個或多個約束點處進(jìn)一步受到軸向旋轉(zhuǎn)限制。MTS(100)還可設(shè)有一個或多個LM引導(dǎo)件(300、305、350)，每個被配置成使所述大多數(shù)LM(110)在約束點處受到軸向旋轉(zhuǎn)限制。每個LM引導(dǎo)件還可被配置成使所述大多數(shù)LM(110)在約束點處保持于虛構(gòu)管(120)上基本恒定的圓周位置處。MTS(100)在TBDP(130)中可設(shè)有至少兩個LM引導(dǎo)件(300、305、350)且在TBPP(134)中設(shè)有至少兩個LM引導(dǎo)件。LM引導(dǎo)件(300、305、350)可包括設(shè)有圍繞虛構(gòu)管(320、120)布置的多個離散通道(310)的主體，這些離散通道被配置成使所述大多數(shù)LM(110)在約束點處受到軸向旋轉(zhuǎn)限制，并且使LM(110)在約束點處保持在虛構(gòu)管(120)上基本恒定的圓周位置處。被配置成軸向旋轉(zhuǎn)地限制TBDP或TBPP中的LM(110)的通道(310)包括補充LM的平面截面(114)的橫截面輪廓。TDBP(130)和TDPP(134)中的LM引導(dǎo)件(300)可為鉸接的LM引導(dǎo)件(305、305’、305”)，它們相應(yīng)地串聯(lián)布置并相互鉸接，從而相應(yīng)地支撐DBP(130)和PBP(134)中的LM(110)的彎曲。鉸接的LM引導(dǎo)件(305、305’、305”)可通過包括球窩接頭的樞轉(zhuǎn)接頭而成對地相互接觸。鄰近的鉸接的LM引導(dǎo)件之間的偏轉(zhuǎn)可受限以提供沿虛構(gòu)管的離散的約束點的基本固定的相互旋轉(zhuǎn)對齊。TSR(132)中的LM引導(dǎo)件(300)可為固定的LM引導(dǎo)件(350、350’、350”)且相對于彼此旋轉(zhuǎn)固定以相比TBDP(130)或TBPP(134)的柔性減少TSR(132)的柔性。LM的平面截面可為矩形、字母“I”或圓弧段輪廓，可選地，其中輪廓的角部中的一個或多個是尖的或圓角的。BDP(530)和BPP(534)可以是至少部分地能彎曲的。根據(jù)第二實施例，本發(fā)明涉及包括如本文所限定的MTS(100)的能轉(zhuǎn)向工具(500)。

本發(fā)明的另一實施例涉及用于能轉(zhuǎn)向工具(500)的機械傳輸系統(tǒng)MTS(100)，所述能轉(zhuǎn)向工具(500)具有近端端部(20)和遠(yuǎn)端端部(40)，并且包括響應(yīng)于近端端部(20)處MTS(100)的致動而全方向運動的可彎曲遠(yuǎn)端部分BDP(530)，所述MTS(100)包括圍繞虛構(gòu)管(120)在縱向方向上布置的各自具有近端端部(20)和遠(yuǎn)端端部(40)的多個縱向構(gòu)件LM(110)，并且具有對應(yīng)的傳輸可彎曲遠(yuǎn)端部分TBDP(130)，其中至少一個LM(110)，可選的每一個LM(110)的平面截面呈現(xiàn)各向異性的慣性面積矩，且多個LM(110)中的大多數(shù)LM，優(yōu)選所有LM，各自在傳輸可彎曲遠(yuǎn)端部分(130)中受到軸向旋轉(zhuǎn)限制。

各向異性可以是關(guān)于相交于LM(110)的平面截面(114)的形心的相互垂直的軸線(116、118)，且其中軸線(116)定向在朝向虛構(gòu)管(120)的中心軸線(A-A’)的方向上，LM(110)繞軸線(116)具有較高的慣性面積矩。軸線(116)可與虛構(gòu)管(120)的中心軸線(A-A’)相交，或通過采取相比在中心軸線(A-A’)和平面截面的形心(111)之間所畫的假設(shè)線(115)高達(dá)60度的角(α)而偏離虛構(gòu)管(120)的中心軸線(A-A’)。平面截面(114)可存在于傳輸可彎曲遠(yuǎn)端部分(130)中。LM(110)的數(shù)量可為至少三個或四個。LM的平面截面(114)可具有矩形、字母“I”或圓弧段輪廓，可選地，其中輪廓的角部中的一個或多個為尖的或圓角的。

MTS(100)還可設(shè)有一個或多個LM引導(dǎo)件(300、350)，引導(dǎo)件被配置成使LM(110)保持在虛構(gòu)管(120)上基本恒定的圓周位置處，且軸向旋轉(zhuǎn)地限制TBDP(130)中的所述大多數(shù)LM(110)。LM引導(dǎo)件(300、305、350)可包括設(shè)有圍繞虛構(gòu)管(320、120)布置的多個離散通道(310)的主體，這些離散通道被配置成使LM(110)保持在虛構(gòu)管(120)上基本恒定的圓周位置處，并且軸向旋轉(zhuǎn)地限制TBDP(130)中的所述大多數(shù)LM(110)。被配置成軸向旋轉(zhuǎn)地限制TBDP中的LM(110)的通道(310)可包括補充LM的平面截面(114)的橫截面輪廓。一些LM引導(dǎo)件(300)可為鉸接的LM引導(dǎo)件(305、305’、305”)，它們串聯(lián)布置在TBDP(130)中并相互鉸接，從而支撐DBP(130)中的LM(110)的彎曲。鉸接的LM引導(dǎo)件(305、305’、305”)可通過樞轉(zhuǎn)接頭而成對地相互接觸。一些LM引導(dǎo)件(300)可為固定的LM引導(dǎo)件(350、350’、350”)，其布置在傳輸軸區(qū)域TSR(132)中，鄰近TDBP(130)，且相對于彼此旋轉(zhuǎn)固定。MTS(100)還可包括傳輸可彎曲近端部分TBPP(134)，用于由使用者全方向致動，而引起TBDP(130)的全方向運動響應(yīng)。

本發(fā)明的另一實施例涉及能轉(zhuǎn)向工具(500)，其包括如本文所限定的MTS(100)。BDP(530)可被配置用于響應(yīng)于近端端部(20)處MTS(100)的致動而在至少兩個不同的相交平面上運動，其中能轉(zhuǎn)向工具(500)在BDP(530)的遠(yuǎn)端端部處還設(shè)有端部執(zhí)行器(540)，且MTS(100)被配置成使得端部執(zhí)行器(540)相對于BDP(530)旋轉(zhuǎn)固定，并且當(dāng)BDP(530)通過近端彎曲部分(202)的互補旋轉(zhuǎn)處于彎曲位置時，端部執(zhí)行器可旋轉(zhuǎn)。端部執(zhí)行器可通過可鎖定元件相對于BDP旋轉(zhuǎn)固定，可鎖定元件被配置成允許旋轉(zhuǎn)調(diào)整與BDP(530)成旋轉(zhuǎn)關(guān)系的端部執(zhí)行器(540)，并且旋轉(zhuǎn)固定該端部執(zhí)行器。

附圖的簡要說明

圖1描繪了線性配置中隔離的本發(fā)明的機械傳輸系統(tǒng)(MTS)的等距視圖。

圖2描繪了圖1的MTS，其中傳輸可彎曲遠(yuǎn)端部分(TBDP)是彎曲的，且傳輸軸區(qū)域(TSR)保持在相同的筆直配置中。

圖3描繪了平面截面上的兩個相交軸線，該平面截面是圖1中的位置112處的縱向構(gòu)件(LM)的平面橫截面，所述橫截面具有“I”型輪廓。

圖4描繪了設(shè)置有多個固定的LM引導(dǎo)件和多個鉸接的LM引導(dǎo)件的本發(fā)明的MTS的外部視圖。

圖5描繪了圖4的MTS，其中TBPP通過彎曲致動，運動傳輸?shù)絋BDP。

圖6描繪了LM的半圓形橫截面(即，平面截面)。

圖7描繪了LM的矩形橫截面(即，平面截面)。

圖8描繪了LM的“I”形橫截面(即，平面截面)。

圖9描繪了LM的圓形邊緣的矩形橫截面(即，平面截面)。

圖10描繪了LM的跑道形橫截面(即，平面截面)。

圖11描繪了非本發(fā)明的機械傳輸裝置的側(cè)視圖，其中縱向構(gòu)件中的每個縱向構(gòu)件具有圓形平面截面。

圖12描繪了本發(fā)明的MTS的側(cè)視圖，其中LM中的每個LM具有“I”型平面截面。

圖13為非本發(fā)明的機械傳輸裝置的等距視圖，其呈現(xiàn)縱向構(gòu)件的不期望的扭轉(zhuǎn)，其中縱向構(gòu)件中的每個縱向構(gòu)件具有圓形平面截面。

圖14為圖11的且本發(fā)明的MTS的等距視圖，其呈現(xiàn)TBDP中的LM的明顯較少的扭轉(zhuǎn)，其中LM中的每個LM具有“I”型平面截面。

圖15為圖14的且本發(fā)明的MTS的側(cè)視圖，其示出了隔離的單一LM。

圖16為MTS的側(cè)視圖，其示出了設(shè)置在MTS的TBDP中的LM的不同的彎曲半徑。

圖17為圓盤型的LM引導(dǎo)件的平面圖。

圖18為LM引導(dǎo)件的側(cè)視圖，該引導(dǎo)件為鉸接的LM引導(dǎo)件。

圖19示出了結(jié)合本發(fā)明的MTS的能轉(zhuǎn)向工具的等距視圖。

圖20為設(shè)有保持在徑向位置中的4個LM并帶有多個固定的和鉸接的LM引導(dǎo)件的本發(fā)明的MTS 100的等距視圖。

圖21A示出了設(shè)置有圓形輪廓的縱向構(gòu)件的非本發(fā)明的機械傳輸裝置的可彎曲遠(yuǎn)端部分。

圖21B示出了處于不期望的且穩(wěn)定的螺旋形運動鏈狀態(tài)中的圖21A的且并非本發(fā)明的機械傳輸裝置的可彎曲遠(yuǎn)端部分。

圖22示出了LM引導(dǎo)通道和其中存在的LM的兩個示例性定向。

圖22A和圖22B示出了存在于LM引導(dǎo)通道中的LM的兩個示例性定向。

圖23示出了沿虛構(gòu)管基本固定的相互旋轉(zhuǎn)對齊的離散的約束點。

發(fā)明的具體描述

在描述本發(fā)明中使用的本方法之前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所描述的特定的方法、部件或設(shè)備，因為這種方法、部件和設(shè)備當(dāng)然可變化。還應(yīng)當(dāng)理解，本文所用的術(shù)語不旨在為限制性的，因為本發(fā)明的范圍將僅受所附權(quán)利要求書的限制。

如本文所用的單數(shù)形式“一個/一種”以及“該”均包括單數(shù)和復(fù)數(shù)指示物，除非上下文另外清楚地指示。

如本文所用的術(shù)語“包括(comprising)”、“包括(comprises)”和“由…組成(comprised of)”與“包含(including)”、“包含(includes)”或“含有(containing)”、“含有(contains)”同義且是包括性的或開放式的，并且不排除額外的、非陳述的構(gòu)件、元件或方法步驟。術(shù)語“包括(comprising)”、“包括(comprises)”和“由…組成(comprised of)”還包括術(shù)語“由…組成(consisting of)”。

由端點描述的數(shù)值范圍包括相應(yīng)范圍內(nèi)所包含的所有數(shù)字和分?jǐn)?shù)，以及所述端點。

當(dāng)指代諸如參數(shù)、數(shù)量、時距等可測值時，如本文所用的術(shù)語“大約”意在包括來自指定值的且是指定值的+/-10％或更少的變化，優(yōu)選+/-5％或更少，更優(yōu)選+/-1％或更少，且仍更優(yōu)選+/-0.1％或更少，只要這種變化適于在公開的本發(fā)明中實行。應(yīng)當(dāng)理解，還具體地且優(yōu)選地公開了修飾語“大約”所修飾的值其本身。

除非另外限定，公開本發(fā)明所用的所有術(shù)語，包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語，具有如本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常所理解的意思。通過進(jìn)一步的指導(dǎo)，說明書中所用的術(shù)語的定義被包括以更好地理解本發(fā)明的教導(dǎo)。本文所引用的所有出版物通過參考的方式并入到本文。如本文所引用的所有美國專利和專利申請以其全部內(nèi)容(包括附圖)通過參考的方式并入本文。

貫穿該說明書參考“一個實施例”或“一種實施例”意味著結(jié)合該實施例描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)或特點包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。因此，貫穿該說明書各個位置中出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”或“在一種實施例中”不一定全指代相同的實施例，但可能指代相同的實施例。此外，特定的特征、結(jié)構(gòu)或特點可以如本領(lǐng)域技術(shù)人員從本公開將顯而易見的任何合適的方式結(jié)合在一個或多個實施例中。此外，雖然本文所述的一些實施例包括其它實施例中所包括的一些特征但不包括其它特征，不同實施例的特征的組合意在落入本發(fā)明的范圍內(nèi)，并形成不同的實施例，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣。例如，在下面的權(quán)利要求書中，要求保護(hù)的實施例中的任一個可以用在任一組合中。

術(shù)語“遠(yuǎn)端的(distal)”和“近端的(proximal)”貫穿本說明書使用，且是本領(lǐng)域中通常理解意為朝向(近端的)裝置的外科醫(yī)生側(cè)或遠(yuǎn)離(遠(yuǎn)端的)外科醫(yī)生側(cè)的術(shù)語。因此，“近端的”意為朝向外科醫(yī)生側(cè)，且因此遠(yuǎn)離患者側(cè)。相反地，“遠(yuǎn)端的”意為朝向患者側(cè)，且因此遠(yuǎn)離外科醫(yī)生側(cè)。

本發(fā)明涉及用于能轉(zhuǎn)向工具的機械傳輸系統(tǒng)(MTS)。能轉(zhuǎn)向工具優(yōu)選為縱向的，意味著其在一個方向上較長。它不一定暗示能轉(zhuǎn)向工具是線性的，盡管線性的(筆直的)能轉(zhuǎn)向工具落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。能轉(zhuǎn)向工具可為筆直的或彎曲的，比如，具有C型或S型軸區(qū)域。

通常，能轉(zhuǎn)向工具具有近端端部和遠(yuǎn)端端部，并且包括響應(yīng)于近端處MTS的致動而移動的可彎曲遠(yuǎn)端部分(BDP)，有時稱之為腕部。近端端部處MTS的致動引起B(yǎng)DP的運動響應(yīng)。能轉(zhuǎn)向工具還設(shè)有軸區(qū)域(SR)，其可基本為剛性的或半剛性的，其一端設(shè)置有BDP。軸區(qū)域是縱向的，意味著其在一個方向上較長。它不一定暗示軸區(qū)域是線性的，盡管線性的(筆直的)軸落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。軸區(qū)域可為筆直的或彎曲的，比如具有C或S形狀。為了控制BDP，在MTS中使用轉(zhuǎn)向線，其稱為縱向構(gòu)件(LM)。它們通過拉動或推動來控制BDP。MTS包括在縱向方向上圍繞虛構(gòu)管布置的各自具有近端端部和遠(yuǎn)端端部的多個縱向構(gòu)件(LM)。LM中的至少一個LM包括這樣的區(qū)域，在所述區(qū)域中其平面截面相對于兩個相交軸線具有各向異性的第二慣性矩。BDP的頂端(遠(yuǎn)端終端)應(yīng)該能夠同樣容易在任何方向上移動，即，沒有奇異性。運動響應(yīng)與致動程度成比例。

軸區(qū)域(SR)優(yōu)選為基本剛性或半剛性的，或可為柔性的并且當(dāng)與剛性或半剛性的外部管或外管配合時變成剛性或半剛性的。軸區(qū)域鄰近BDP。軸區(qū)域可接觸BDP。能轉(zhuǎn)向工具在能轉(zhuǎn)向工具的近端端部處還可設(shè)有可彎曲近端部分(BPP)。BPP鄰近于軸區(qū)域，即，軸區(qū)域設(shè)置在BDP和BPP之間。軸區(qū)域可接觸BPP。在近端端部處BPP的運動致動MTS并引起B(yǎng)DP的運動響應(yīng)。BPP在不同的徑向方向上且在不同的彎曲程度上的運動使用MTS傳輸?shù)紹DP，并且導(dǎo)致BDP的徑向方向和/或彎曲程度的對應(yīng)的變化。能轉(zhuǎn)向工具可使用直接連接至MTS(比如，連接至LM中的兩個或更多，或每一個LM)的機電設(shè)備在近端端部處被致動。通常，軸區(qū)域中的LM會被致動。在這種情況下，工具可沒有BPP。可替換地，機器人控制可通過使用機電設(shè)備致動BPP來實現(xiàn)。機電可為比如伺服馬達(dá)。耦接到機電設(shè)備會促進(jìn)直接集成到外科手術(shù)機器人中。

BDP的運動響應(yīng)可為：

-在平行于并接觸軸區(qū)域的中心縱向軸線且從軸區(qū)域延伸的平面內(nèi)彎曲程度的變化，

-在垂直于并接觸軸區(qū)域的中心縱向軸線且從軸區(qū)域延伸的平面內(nèi)彎曲方向的變化。

能轉(zhuǎn)向工具所允許的運動的組合通常會促進(jìn)軸區(qū)域的旋轉(zhuǎn)，其可傳輸?shù)紹DP頂端處的BDP，同時BDP處于彎曲位置。然而，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，BDP的頂端不與軸區(qū)域同步旋轉(zhuǎn)。存在“死區(qū)”、側(cè)隙或游隙，其中近端端部處施加的且通過軸區(qū)域傳輸?shù)霓D(zhuǎn)矩不會導(dǎo)致BDP頂端旋轉(zhuǎn)，尤其當(dāng)它處于彎曲位置時。

能轉(zhuǎn)向工具可為外科器械，比如，腹腔鏡器械或血管內(nèi)導(dǎo)管。本發(fā)明可以用在鉸接器械中，諸如但不限于血管內(nèi)應(yīng)用、外科器械、機器人遙控醫(yī)療機器人或手持式外科工具以及工業(yè)應(yīng)用。

BDP被配置成全方向移動，即在任一徑向方向上移動。BDP優(yōu)選被配置成在任一徑向方向上(相對于軸區(qū)域的中心縱向軸線(A’-A)大約360°)移動。BDP優(yōu)選被配置成在平行于軸區(qū)域的中心縱向軸線(A’-A)設(shè)置并接觸中心縱向軸線的至少兩個不同的平面(例如，3、4、5、6、7、8或更多)上移動。優(yōu)選地，BDP被配置成在平行于軸區(qū)域的中心縱向軸線(A’-A)設(shè)置并接觸中心縱向軸線的無限數(shù)量的不同的平面上移動。BDP彎曲通常至少部分是曲線，即，BDP是可彎曲的。關(guān)于曲線，它是指存在平滑的彎曲而不是有角的彎曲，如本領(lǐng)域通常所理解的那樣。相比通常比如在鉸鏈接頭處呈現(xiàn)出恒定的梯度或梯度的離散且單一的變化的有角彎曲，對于曲線長度的至少一部分，曲線通常包括連續(xù)變化的(例如，遞增或遞減的)梯度。應(yīng)當(dāng)理解，BDP可在筆直配置中偏斜，且致動在其中引起彎曲?？商鎿Q地，BDP可在曲線中偏斜，且致動在其中引起額外的或較少的彎曲。

類似地，BPP，如果存在的話，被配置成全方向移動，即在任一徑向方向上移動。BPP優(yōu)選被配置成在任一徑向方向上(相對于軸區(qū)域的中心縱向軸線(A’-A)大約360°)移動。MTS優(yōu)選被配置成在至少8個不同的方向上移動BPP。BPP優(yōu)選被配置成在平行于軸區(qū)域的中心縱向軸線(A’-A)設(shè)置并接觸中心縱向軸線的至少兩個不同的平面(例如，3、4、5、6、7、8或更多)上移動。優(yōu)選地，BPP被配置成在平行于軸區(qū)域的中心縱向軸線設(shè)置并接觸中心縱向軸線的無限數(shù)量的不同平面上移動。BPP彎曲通常至少部分是曲線，即，BPP是可彎曲的。關(guān)于曲線，它是指存在平滑的彎曲而不是有角的彎曲，如本領(lǐng)域通常所理解的那樣。相比通常比如在鉸鏈接頭處呈現(xiàn)出恒定的梯度或梯度的離散的且單一的變化的有角彎曲，對于曲線長度的至少一部分，曲線通常包括連續(xù)變化的(例如，遞增或遞減的)梯度。應(yīng)當(dāng)理解，BPP可在筆直配置中偏斜，且致動在其中引起彎曲?？商鎿Q地，BPP可在曲線中偏斜，且致動在其中引起額外的或較少的彎曲。

能轉(zhuǎn)向工具可設(shè)有端部執(zhí)行器，諸如夾子、鉗子、切割剪刀等。端部執(zhí)行器設(shè)置在能轉(zhuǎn)向工具的遠(yuǎn)端端部處。

此外，可能能夠使器械的遠(yuǎn)端頂端圍繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)，即，甚至在軸向上處于彎曲狀態(tài)中。因此，MTS可被配置成使得BDP(或TBDP)頂端通過BPP(或TBPP)的互補旋轉(zhuǎn)在彎曲位置中可軸向旋轉(zhuǎn)。能轉(zhuǎn)向工具在BDP的遠(yuǎn)端端部處可設(shè)有端部執(zhí)行器，其中MTS被配置成使得端部執(zhí)行器相對于BDP旋轉(zhuǎn)固定，且當(dāng)BDP處于彎曲位置時通過BPP的互補旋轉(zhuǎn)使得端部執(zhí)行器可旋轉(zhuǎn)。端部執(zhí)行器可通過可鎖定元件相對于BDP旋轉(zhuǎn)固定，可鎖定元件被配置成允許旋轉(zhuǎn)調(diào)整與BDP成旋轉(zhuǎn)關(guān)系的端部執(zhí)行器，并且旋轉(zhuǎn)固定該端部執(zhí)行器。

如本文所述的MTS具有近端端部和遠(yuǎn)端端部。遠(yuǎn)端端部設(shè)有傳輸可彎曲遠(yuǎn)端部分(TBDP)，它響應(yīng)于近端端部處MTS的致動而運動，并且它使能轉(zhuǎn)向工具的BDP運動。TBDP在位置上與BDP對應(yīng)。近端端部可設(shè)有傳輸可彎曲近端部分(TBPP)。由能轉(zhuǎn)向工具的BPP的使用者的運動被轉(zhuǎn)移到TBPP。TBDP在位置上與BPP對應(yīng)。在近端端部處TBPP致動MTS并引起轉(zhuǎn)移到能轉(zhuǎn)向工具的BDP的TBDP的運動響應(yīng)。

MTS還設(shè)有待設(shè)置在能轉(zhuǎn)向工具的對應(yīng)的軸區(qū)域內(nèi)的傳輸軸區(qū)域(TSR)。TSR優(yōu)選為基本剛性或半剛性的，或當(dāng)與剛性或半剛性的外部管或外管配合時可變成剛性或半剛性的。

MTS可使用直接連接至MTS(比如，連接至LM中的兩個或更多，或每一個LM)的機電設(shè)備在近端端部處被致動。通常，LM軸區(qū)域中的LM會被致動。在這種情況下，工具可沒有TBPP。可替換地，機器人控制可通過使用機電設(shè)備致動BPP來實現(xiàn)。機電設(shè)備可為比如伺服馬達(dá)。這會促進(jìn)直接集成到外科手術(shù)機器人中。

MTS優(yōu)選被配置成使BDP全方向移動。MTS優(yōu)選被配置成在任一方向(相對于TSR的中心縱向軸線(A’-A)大約360°)上移動BDP。MTS優(yōu)選被配置成在至少8個不同的方向上移動BDP。MTS可被配置成在平行于TSR的中心縱向軸線(A’-A)設(shè)置并接觸中心縱向軸線的至少兩個不同的平面(例如，3、4、5、6、7、8或更多)上移動BDP。優(yōu)選地，MTS被配置成在平行于傳輸軸區(qū)域的中心縱向軸線(A’-A)設(shè)置并接觸中心縱向軸線的無限數(shù)量的不同平面上移動BDP。

TBDP被配置成全方向移動，即在任一徑向方向上移動。TBDP優(yōu)選被配置成在任一徑向方向上(相對于軸區(qū)域的中心縱向軸線(A’-A)大約360°)移動。TBDP優(yōu)選被配置成在平行于軸區(qū)域的中心縱向軸線(A’-A)設(shè)置并接觸中心縱向軸線的至少兩個不同的平面(例如，3、4、5、6、7、8或更多)上移動。優(yōu)選地，TBDP被配置成在平行于軸區(qū)域的中心縱向軸線(A’-A)設(shè)置并接觸中心縱向軸線的無限數(shù)量的不同平面上移動。TBDP彎曲通常至少部分為曲線，即，TBDP是可彎曲的。關(guān)于曲線，它是指存在平滑的彎曲而不是有角的彎曲，如本領(lǐng)域通常所理解的那樣。相比通常比如在鉸鏈接頭處展示出恒定的梯度或梯度的離散的且單一的變化的有角彎曲，對于曲線長度的至少一部分，曲線通常包括連續(xù)變化的(例如，遞增或遞減的)梯度。應(yīng)當(dāng)理解，TBDP可在筆直配置中偏斜，且致動在其中引起彎曲?？商鎿Q地，TBDP可在曲線中偏斜，且致動在其中引起額外的或較少的彎曲。

TBPP被配置成全方向移動，即在任一徑向方向上移動。TBPP優(yōu)選被配置成在任一徑向方向上(相對于軸區(qū)域的中心縱向軸線(A’-A)大約360°)移動。TBPP優(yōu)選被配置成在平行于軸區(qū)域的中心縱向軸線(A’-A)設(shè)置并接觸中心縱向軸線的至少兩個不同的平面(例如，3、4、5、6、7、8或更多)上移動。優(yōu)選地，TBPP被配置成在平行于軸區(qū)域的中心縱向軸線(A’-A)設(shè)置并接觸中心縱向軸線的無限數(shù)量的不同平面上移動。TBPP彎曲通常至少部分為曲線，即，TBPP是可彎曲的。關(guān)于曲線，它是指存在平滑的彎曲而不是有角的彎曲，如本領(lǐng)域通常所理解的那樣。相比通常比如在鉸鏈接頭處呈現(xiàn)出恒定的梯度或梯度的離散的且單一的變化的有角彎曲，對于曲線長度的至少一部分，曲線通常包括連續(xù)變化的(例如，遞增或遞減的)梯度。應(yīng)當(dāng)理解，TBPP可在筆直配置中偏斜，且致動在其中引起彎曲。可替換地，TBPP可在曲線中偏斜，且致動在其中引起額外的或較少的彎曲。

此外，可能能夠使器械的遠(yuǎn)端頂端圍繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)，甚至是處于彎曲狀態(tài)中。MTS在TBDP的遠(yuǎn)端端部可設(shè)有端部執(zhí)行器，其中MTS被配置成使得端部執(zhí)行器相對于TBDP旋轉(zhuǎn)固定，且當(dāng)TBDP處于彎曲位置時端部執(zhí)行器通過TBPP的互補旋轉(zhuǎn)而可旋轉(zhuǎn)。端部執(zhí)行器可通過可鎖定元件相對于TBDP旋轉(zhuǎn)固定，可鎖定元件被配置成允許旋轉(zhuǎn)調(diào)整與TBDP成旋轉(zhuǎn)關(guān)系的端部執(zhí)行器，并且旋轉(zhuǎn)固定該端部執(zhí)行器。

MTS包括在縱向方向上圍繞虛構(gòu)管布置的多個縱向構(gòu)件(LM)，每個縱向構(gòu)件具有近端端部和遠(yuǎn)端端部。虛構(gòu)管為幾何形狀，LM圍繞虛構(gòu)管對齊。它優(yōu)選為縱向的。它優(yōu)選具有圓形橫截面，橫截面基本垂直于縱向軸線。虛構(gòu)管的中心軸線(A’-A)優(yōu)選與能轉(zhuǎn)向工具的中心軸線共軸。虛構(gòu)管優(yōu)選為圓柱形的。虛構(gòu)管的直徑小于對應(yīng)位置處的能轉(zhuǎn)向工具的直徑。

如本文所述的LM具有近端端部和遠(yuǎn)端端部。遠(yuǎn)端端部設(shè)有待設(shè)置在MTS的TBDP中的LM可彎曲遠(yuǎn)端部分(LMBDP)。LM設(shè)有待設(shè)置在MTS的對應(yīng)的TSR中的LM軸區(qū)域(LMSR)。LMSR在LMBDP近端并鄰近LMBDP。近端端部可設(shè)有待設(shè)置在MTS的TBPP中的LM可彎曲近端部分(LMBPP)。

在MTS中LM的遠(yuǎn)端端部保持彼此固定的關(guān)系。LM的遠(yuǎn)端端部，更優(yōu)選LM的遠(yuǎn)端終端，可連接至遠(yuǎn)端LM固定元件。優(yōu)選地，遠(yuǎn)端LM固定元件使LM保持在它們相應(yīng)的圓周位置處，比如，它可使LM的遠(yuǎn)端終端保持在環(huán)形圈中。遠(yuǎn)端LM固定元件可為比如設(shè)置在MTS的遠(yuǎn)端端部處的圓盤或環(huán)。

類似地，在MTS中LM的近端端部，更優(yōu)選LM的近端終端，可保持彼此固定的關(guān)系。LM的近端端部可連接到近端LM固定元件。優(yōu)選地，近端LM固定元件使LM保持在它們相應(yīng)的圓周位置處，比如，它可使LM的近端終端保持在環(huán)形圈中。近端LM固定元件可為設(shè)置在MTS的近端端部處的圓盤或環(huán)。

LM能相對于彼此滑動，到達(dá)運動受所述LM固定元件限制的程度。在MTS的近端端部處所施加的力(推動和/或拉動)經(jīng)由LM沿LMSR傳輸?shù)絃MBDP，這反過來引起TBPP的運動，例如通過拉動或推動上述一個或多個固定元件。MTS中LM的數(shù)量可為至少兩個，比如，2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、13、14、15、16、17、18、19或20，或更多。對于全方向轉(zhuǎn)向，優(yōu)選的是，存在至少4個，更優(yōu)選至少6個或8個LM。

LM的尺寸可以取決于最終的能轉(zhuǎn)向工具的直徑和長度，并且取決于所用的LM的數(shù)量。作為一般的引導(dǎo)，LM在一個方向上可具有40μm、50μm、60μm、80μm、100μm、200μm、200μm、400μm或500μm，或上述值中的任意兩個之間的范圍內(nèi)的值的厚度。LM可具有80μm、100μm、120μm、140μm、160μm、180μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm、1100μm、1200μm、1300μm、1400μm或1500μm或上述值中的任意兩個之間的范圍內(nèi)的值的寬度。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解如何根據(jù)MTS的直徑選擇合適的厚度和寬度。對于10mm直徑的MTS，優(yōu)選的厚度為280μm至320μm，優(yōu)選約300μm，且在LMBDP、LMSR和可選的LMBPP中，優(yōu)選的寬度為480μm至520μm，優(yōu)選寬度約500μm。MTS的長度將取決于能轉(zhuǎn)向工具的長度及其應(yīng)用。上述優(yōu)選的尺寸適用于長度為37-40cm的MTS。

LM可由具有適當(dāng)?shù)睦旌蛪嚎s特性的任何合適的材料制成并且可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員推導(dǎo)出。實例包括不銹鋼或鎳鈦諾、貝塔鈦、彈簧鋼或聚合物。

LM可由單股材料制成，例如單個不銹鋼帶材?？商鎿Q地，它可由多股串聯(lián)連接的材料制成。

LM圍繞虛構(gòu)管縱向布置。LM可圍繞虛構(gòu)管均勻地分布，例如，鄰近的LM之間的距離可基本相同。LM可圍繞虛構(gòu)管對稱分布，例如，可存在關(guān)于虛構(gòu)管的縱向橫截面的對稱平面。LM可圍繞虛構(gòu)管不均勻地分布，例如，至少兩對鄰近的LM之間的距離可不同。

LM優(yōu)選基本沿MTS的長度以及能轉(zhuǎn)向工具的長度設(shè)置。它跨越TBDP并延伸到TSR和TBPP(如果存在的話)內(nèi)。

LM優(yōu)選被布置成使得它們的縱向軸線相互平行。LM優(yōu)選被布置成使得它們的縱向軸線平行于虛構(gòu)管的縱向軸線(A-A’)。LM優(yōu)選被布置成使得它們的縱向軸線平行于縱向能轉(zhuǎn)向工具的縱向軸線。

LM的至少一個平面截面呈現(xiàn)各項異性的慣性面積矩。平面截面通常為垂直于LM的縱向中心(z)軸線的橫截面(參見圖3)。各向異性是關(guān)于相交于平面截面的形心的相互垂直的軸線(x、y)，且所述軸線形成平行于平面截面并位于平面截面上的平面。形心被理解為平面截面的幾何中心，更具體地平面截面的外部輪廓的幾何中心。當(dāng)平面截面具有基本矩形的輪廓時，x軸線和y軸線平行于矩形的直邊對齊，x軸線對齊以使得關(guān)于x軸線的慣性面積矩是最大的。當(dāng)平面截面具有不規(guī)則的輪廓時，x軸線對齊以使得相對于x軸線的慣性面積矩是最大的。優(yōu)選地，慣性面積矩(I_r)關(guān)于相交于LM的平面截面的形心的x軸線(I_x)和y軸線(I_y)的比率(I_x/I_y)大于1，或約為1.1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20或更多，或上述值中的任意兩個之間的范圍內(nèi)的值。作為一般引導(dǎo)，Ir可在1.1和4之間，優(yōu)選在2和3之間以用于侵入性的外科器械，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所述侵入性的外科器械提供了抗轉(zhuǎn)矩性的穩(wěn)定的TDBP，同時經(jīng)得起彎曲，并且仍避免了不期望的螺旋形運動鏈狀態(tài)。

至少一個平面截面可在LMBDP中。優(yōu)選地，LMBDP在多個平面截面處，優(yōu)選在沿LMBDP的長度的大多數(shù)位置或基本所有位置處，呈現(xiàn)各向異性的特性。優(yōu)選地，LMBPP在多個平面截面處，優(yōu)選在沿LMBPP的長度的大多數(shù)位置或基本所有位置處，呈現(xiàn)各向異性的特性。優(yōu)選地，LMSR在多個平面截面處，優(yōu)選在沿LMSR的長度的大多數(shù)位置或基本所有位置處，呈現(xiàn)各向異性的特性。根據(jù)一方面，LMBDP以及TSR距離其遠(yuǎn)端端部的長度的1至10％在其中的大多數(shù)平面截面或基本所有平面截面處呈現(xiàn)各向異性的特性。如果在LMBPP中也存在的話，LMBDP以及TSR距離其遠(yuǎn)端端部的長度的1至10％、LMBPP以及TSR距離其近端端部的長度的1至10％在其中的大多數(shù)平面截面或基本所有平面截面處呈現(xiàn)各向異性的特性。

LM優(yōu)選在MTS或能轉(zhuǎn)向工具中定向以使得具有較高的慣性面積矩的軸線(通常為x軸線)朝向MTS或能轉(zhuǎn)向工具的虛構(gòu)管的中心(A-A’)軸線延伸。雖然這種軸線朝向中心(A-A’)軸線延伸，它可與中心A-A’軸線相交或可不與中心軸線相交。它可偏離中心軸線，比如，相比在MTS的虛構(gòu)管的中心(A-A’)軸線和平面截面的形心之間所畫的假設(shè)線，x軸線可采取用10度、20度或30度、高達(dá)60度的角(α)(參見圖22)。換句話說，LM優(yōu)選被定向成使得具有較低的慣性面積矩的軸線(通常為y軸線)基本上面向MTS或能轉(zhuǎn)向工具的虛構(gòu)圓的中心(A-A’)軸線。

展示上述各向異性的慣性面積矩的平面橫截面的示例性輪廓(外部形狀)包括矩形、字母“I”、圓弧段(例如，半圓、四分之一的圓等)。輪廓的角部中的一個或多個，優(yōu)選是所有的，可為尖的(例如，正方形)或圓角的。在矩形LM的情況下，邊的半徑可高達(dá)至矩形的較短邊的長度的10％、20％、30％、40％或50％。通常，它將為10μm、20μm或30μm或更多，比如在10μm和200μm之間。

慣性面積矩也稱之為第二慣性矩、平面面積的慣性矩、極面積矩或第二面積矩。對于均勻材料的LM，各項異性的特性基本通過平面截面的外部形狀確定。它可以使用本領(lǐng)域中公知的技術(shù)從平面截面的幾何結(jié)構(gòu)中計算出。比如，l_x和l_y可以使用方程式1和方程式2計算出，其中x和y是dA的微元的坐標(biāo)，并且A是平面截面的面積，x軸線和y軸線相交于平面截面的形心。

I_x＝∫y²dA [方程式1]

I_y＝∫x²dA [方程式2]

具有各項同性的慣性面積矩的LM將促進(jìn)TBDP和TBPP處全方向的運動，因為LM需要能夠在所有方向上彎曲，不僅關(guān)于施加在TBDP處彎曲的拉力或推力的圓周相對的致動的LM(前面或后面的LM)，而且關(guān)于布置在致動的LM之間的那些LM，即側(cè)向LM。具有各項同性的慣性面積矩的LM將減少對這些側(cè)向LM的彎曲的阻力，且因此在本領(lǐng)域中是優(yōu)選的。與此相反，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，MTS容許具有各項異性的慣性面積矩并需要更多的力使TBDP和TBPP中的側(cè)向LM彎曲的LM，因為相比位于彎曲的內(nèi)部上的LM，它們在較大的半徑上彎曲(參見圖16)。

此外，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用具有各向異性的慣性面積矩的LM時，TSR的軸向旋轉(zhuǎn)同步傳輸?shù)絋BDP。這樣的情形在使用具有各向同性的慣性面積矩的LM時是較少的，在使用具有各向同性的慣性面積矩的LM時在運動傳輸?shù)絋BDP的頂端之前這可以導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)延遲，也稱之為側(cè)隙或游隙。比如，在機械傳輸裝置包括具有圓形橫向輪廓的縱向構(gòu)件的情況下，端部執(zhí)行器關(guān)于軸的軸向旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致個體縱向構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)，這反過來意味著一端處施加到能轉(zhuǎn)向工具的轉(zhuǎn)矩沒有被傳輸?shù)搅硪欢?，因為所述轉(zhuǎn)矩被所述圓形輪廓的縱向構(gòu)件吸收(參見比如圖13)。反轉(zhuǎn)矩力被引起，其與扭轉(zhuǎn)長度線性地成反比。在帶有20mm的遠(yuǎn)端可彎曲部分和400mm的軸區(qū)域的能轉(zhuǎn)向工具的情況下，圓形輪廓的縱向構(gòu)件的45°扭轉(zhuǎn)將遍布在420mm的距離上，從而允許明顯的側(cè)隙或游隙。在松弛被收緊之前，外科醫(yī)生必須施加額外的轉(zhuǎn)矩。

對于相同的機械傳輸系統(tǒng)，但在使用各向異性的LM的情況下，在個體LM中存在減少的扭轉(zhuǎn)，因為各向異性為每個LM提供了增強的抗扭轉(zhuǎn)性。當(dāng)結(jié)合下面提到的LM引導(dǎo)件時，該效果增強，所述LM引導(dǎo)件限制每個LM以阻止或減少軸向旋轉(zhuǎn)。因此，側(cè)隙量減少。

在一個優(yōu)選方面，多個LM中的大多數(shù)LM(優(yōu)選所有LM)中的每個LM軸向旋轉(zhuǎn)地被限制在沿MTS的虛構(gòu)管的縱向軸線的一個或多個約束點(或區(qū)域)處。

優(yōu)選地，沿TBDP或沿TSR存在至少1個約束點。沿TSR設(shè)置的該至少一個約束點可設(shè)置在TSR的遠(yuǎn)端半部中，優(yōu)選設(shè)置在位于TSR的遠(yuǎn)端端部處的TSR總長度的25％或10％中，可選地在TSR的遠(yuǎn)端頂端處。沿TSR設(shè)置的一個約束點或多個約束點可局限于TSR的遠(yuǎn)端半部，優(yōu)選在位于TSR的遠(yuǎn)端端部處的TSR總長度的25％或10％中，可選地在TSR的遠(yuǎn)端頂端處。優(yōu)選地，存在至少2個約束點，至少1個沿TSR設(shè)置，且至少1個、2個、3個或4個沿TBDP設(shè)置。

優(yōu)選地，沿TBPP或沿TSR存在至少1個約束點。沿TSR設(shè)置的該至少1個約束點可設(shè)置在TSR的近端半部中，優(yōu)選設(shè)置在位于TSR的近端端部處的TSR總長度的25％或10％中，可選地在TSR的近端頂端處。沿TSR設(shè)置的一個約束點或多個約束點可局限于TSR的近端半部，優(yōu)選在位于TSR的近端端部處的TSR總長度的25％或10％中，可選地在TSR的近端頂端處。優(yōu)選地，存在至少2個約束點，至少1個沿TSR設(shè)置且至少1個、2個、3個或4個沿TBPP設(shè)置。

可存在至少4個約束點，至少1個沿TBDP設(shè)置，至少1個沿TSR設(shè)置在TSR的遠(yuǎn)端半部中，優(yōu)選在位于TSR的遠(yuǎn)端端部處的TSR總長度的25％或10％中，可選地在TSR的遠(yuǎn)端頂端處，至少1個沿TBPP設(shè)置，且至少1個沿TSR設(shè)置在TSR的近端半部中，優(yōu)選在位于TSR的近端端部處的TSR總長度的25％或10％中，可選地在TSR的近端頂端處。

在TBDP或BDP(或TBPP或BPP)中，約束點是離散的。離散是指它們在虛構(gòu)管的中心縱向(A-A’)軸線的方向上空間分離。在TBDP或BDP或TBPP(或BPP，如果存在的話)中，離散的約束點在虛構(gòu)管的中心縱向(A-A’)軸線的方向上空間分離。

在TSR或SR中，約束點可為離散的或可不為離散的。當(dāng)不是離散的時，在TSR或SR中它們可設(shè)置為比如在虛構(gòu)管的中心縱向(A-A’)軸線的方向上的連續(xù)的縱向通道。

應(yīng)當(dāng)理解，上述限制不同于由LM固定元件所提供的任何限制效果；LM固定元件固定LM的位置，且不允許LM相對于彼此滑動(例如，圖12，遠(yuǎn)端LM固定元件113)。

對于多個LM，其允許LM在所述約束點中的每個處可相對于彼此滑動。如稍后在下面所述，約束點可由LM引導(dǎo)件提供，尤其是TBDP或BDP中(且如果存在的話，TBDP或BDP中)的鉸接的LM引導(dǎo)件或SR或TSR中的固定的LM引導(dǎo)件。

另外的方面是，約束點可基本固定的相互旋轉(zhuǎn)對齊；它們沿虛構(gòu)管基本相互固定的軸向旋轉(zhuǎn)對齊。關(guān)于基本相互固定的旋轉(zhuǎn)對齊或基本固定的相互軸向旋轉(zhuǎn)對齊，是指沿虛構(gòu)管的鄰近的(相鄰的)約束點之間的軸向(A-A’)旋轉(zhuǎn)角基本固定或受限。對于沿虛構(gòu)管縱向布置的多個約束點，在致動或未致動狀態(tài)下，LM相對于虛構(gòu)管的中心縱向軸線(A-A’)的徑向角在每個約束點處保持相同。當(dāng)沒有工作負(fù)荷施加到MTS或施加到能轉(zhuǎn)向工具時，約束點可基本固定對齊。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，約束點基本固定的相互旋轉(zhuǎn)對齊，這樣使得與TBDP的遠(yuǎn)端終端處的離散的約束點相交的徑向線，沿虛構(gòu)管的縱向軸線相比于與TBDP的近端終端處的或遠(yuǎn)端端部處TSR中的約束點相交的徑向線，示出了不超過30度的偏移角ε，優(yōu)選25度(參見圖23，例如I-A與I-E相比)。徑向線從虛構(gòu)管的中心縱向軸線(A-A’)發(fā)射并垂直于中心縱向軸線。對于所討論的約束點(例如，通道)，相交點是相同的以能夠比較。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，約束點基本固定的相互旋轉(zhuǎn)對齊，這樣使得與TBPP的近端終端處的離散的約束點相交的徑向線，沿虛構(gòu)管的縱向軸線相比于與TBPP的遠(yuǎn)端終端處的或近端端部處TSR中的約束點相交的徑向線，示出了不超過30度的偏移角ε，優(yōu)選25度。徑向線從虛構(gòu)管的中心縱向軸線(A-A’)發(fā)射并垂直于中心縱向軸線。對于所討論的約束點(例如，通道)，相交點是相同的以能夠比較。

根據(jù)另一方面，與一個離散的限制點相交的徑向線，相比于與沿虛構(gòu)管的縱向軸線的鄰近的(最相鄰的)離散的限制點相交的徑向線，示出了不超過10度的偏移角ε，優(yōu)選5度(例如，圖23，I-C與I-D相比)。徑向線從虛構(gòu)管的中心縱向軸線(A-A’)發(fā)射并垂直于中心縱向軸線。在鄰近的離散的約束點(例如，通道)之間，相交點是相同的以能夠比較。除TBDP或BDP(且如果存在的話，TBPP或BPP)中的離散的約束點沿虛構(gòu)管相互基本軸向旋轉(zhuǎn)固定外，它們可相對于SR或TSR中的約束點基本軸向旋轉(zhuǎn)固定。

TBDP或BDP中(且如果存在的話，TBPP或BPP中)基本固定的相互旋轉(zhuǎn)對齊可比如通過限制鄰近的LM引導(dǎo)件之間的旋轉(zhuǎn)量的LM的存在而提供。

TBDP或BDP中(且如果存在的話，TBPP或BPP中)基本固定的相互旋轉(zhuǎn)對齊可比如通過鉸接的LM引導(dǎo)件而提供，其中鄰近的鉸接的LM引導(dǎo)件之間的偏轉(zhuǎn)受限制或被阻止，如稍后在下面所述。

SR或TSR中基本固定的相互旋轉(zhuǎn)對齊比如通過固定的LM引導(dǎo)件而提供，其中鄰近的固定的LM引導(dǎo)件之間的偏轉(zhuǎn)受限制或被阻止，如稍后在下面所述。

TBDP或BDP(且如果存在的話，TBPP或BPP)中的離散約束點基本固定的相互旋轉(zhuǎn)對齊還可有助于側(cè)隙的減小。

DBP中獲得的接頭剛度主要取決于LM的各向異性的慣性面積矩(Iy)。其它因素可以影響剛度，包括彈性模量、剪切模量、LM的數(shù)量、LM到MTS的中心軸線的距離、LM截面的長度、極慣性矩。

反作用力與慣性面積矩(I)成比例。慣性與LM的平面截面的長邊的長度的三次冪有關(guān)。這解釋了比如帶有長邊和短邊的“I”型輪廓LM的使用為什么是有利的。相比用于相同的橫截面積的標(biāo)準(zhǔn)圓形轉(zhuǎn)向線，平面截面的長邊產(chǎn)生較高的慣性面積矩。我們將這稱為“直尺”效果。這種直尺可以容易在一個方向上彎曲。然而，在其它方向上，其極其剛硬。正是這種剛性用于阻擋軸向旋轉(zhuǎn)變形并且減少系統(tǒng)中的側(cè)隙。

由于LM的輪廓，其不可以在約束點處自由旋轉(zhuǎn)；一旦LM接觸通道的壁(例如，圖22B)，阻止旋轉(zhuǎn)且第二效果發(fā)揮作用，即，帶材圍繞z軸線扭轉(zhuǎn)(參見圖3)。扭曲常數(shù)(抗扭曲性的量度)被稱為極慣性矩，并且等于lx和ly的總和(第二慣性矩，抗彎曲性的量度)。當(dāng)僅x方向上的LM碰撞LM引導(dǎo)件的壁時，第三效果出現(xiàn)(圖22A，LM比如移動到左邊，所有其觸碰LM引導(dǎo)件的壁)。當(dāng)LM引導(dǎo)件以更大于LM的厚度的徑向距離定位在器械的外表面附近時，非常快地滿足該條件。LM引導(dǎo)件在其最抗彎曲側(cè)上彎曲(各向異性的慣性矩)(參見圖14，110)。用于該效果的扭曲常數(shù)取決于：ly、器械的半徑(LM的中心到器械的中心軸線的距離)的平方，以及LM的長度(2個約束點之間的距離)的平方的反比。因為約束點之間的距離相比器械的半徑具有相同的量級，且因為ly由于各向異性而高，并且因為相比LM的橫截面的尺寸半徑大，第三效果是非常重要的。它趨于更大于第二效果，這解釋了LM的各向異性特征的優(yōu)點。

帶有300μm厚度和530μm寬度的矩形輪廓的LM比如具有與直徑為437μm的圓線相同的橫截面積。然而，矩形條的細(xì)長邊(平行于器械的圓周定向)上的慣性面積矩是圓線的慣性面積矩的兩倍，從而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)剛度TBPP或BPP的雙倍增加(300×530＝π×218²)(l530＝300×530³/12)(l437＝437 ⁴×π/64)。

各向異性的慣性面積矩不僅減少軸向旋轉(zhuǎn)且因此減少側(cè)隙，它還減少LMBDP(且因此TBDP和BDP)內(nèi)或LMBPP(且因此TBPP和BPP)內(nèi)的螺旋形運動鏈的形成。螺旋形運動鏈在LMBDP或LMBPP中是不期望的配置，在LMBDP或LMBPP中，鉸接的LM引導(dǎo)件盡管受到相互旋轉(zhuǎn)約束，但采取機械穩(wěn)定的配置，在所述機械穩(wěn)定的配置中最近端的LM引導(dǎo)件相比最遠(yuǎn)端的LM引導(dǎo)件旋轉(zhuǎn)地偏移(參見圖21A和圖21B)。當(dāng)LM引導(dǎo)件組成遵循螺旋形路徑的運動鏈時，實現(xiàn)了這種穩(wěn)定的配置?；阢q接的LM引導(dǎo)件的串接的全方向器械均出現(xiàn)這種現(xiàn)象。在外科器械的情況下，這導(dǎo)致軸與端部可彎曲遠(yuǎn)端部分之間的旋轉(zhuǎn)。在手術(shù)中，旋轉(zhuǎn)傳輸?shù)倪@種損失是極不期望的。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有各向異性的慣性面積矩的LM避免了該穩(wěn)定配置的形成。當(dāng)SR(TSR)和TBDP(BDP)(且如果存在的話，TBDP或BDP)中的約束點基本固定的相互旋轉(zhuǎn)對齊時，該效果增強。

在彎曲的TBPP或BPP的轉(zhuǎn)向部分的內(nèi)側(cè)和外側(cè)處的LM，并且它們是力傳輸所涉及的主要的LM，它們以最小的慣性面積矩在軸線上彎曲。力傳輸中沒有直接涉及的側(cè)面設(shè)置的或側(cè)向的LM必須在較硬的軸線上彎曲(參見圖12)。在10mm直徑的TBPP或BPP以90°偏移彎曲情況下，內(nèi)部彎曲半徑可以為5mm，但中間的彎曲半徑將為10mm。因此，各向異性的LM的細(xì)長邊上的不利彎曲可以通過增加的彎曲半徑來補償。

MTS可設(shè)有多個(例如，2至30個，3至20個)LM引導(dǎo)件，這些引導(dǎo)件被配置成支撐并保持LM圍繞虛構(gòu)管的布置。特別地，多個LM引導(dǎo)件使大多數(shù)LM，優(yōu)選所有的LM保持在虛構(gòu)管上的恒定圓周位置處。關(guān)于保持恒定圓周位置，是指由LM所采取的相對于虛構(gòu)管的中心縱向軸線(A-A’)的徑向角基本恒定，且LM距離虛構(gòu)管的中心縱向軸線(A-A’)的徑向距離基本恒定。LM引導(dǎo)件被配置成在致動或未致動狀態(tài)中保持基本恒定的圓周位置。

特別地，多個LM引導(dǎo)件可使大多數(shù)LM，優(yōu)選所有的LM，軸向旋轉(zhuǎn)地限制于尤其TBDP(且如果存在的話，TBPP)處，而且在TSR處。關(guān)于軸向旋轉(zhuǎn)地限制LM，是指LM圍繞其縱向(軸向)軸線的旋轉(zhuǎn)在比如約束點處被限制。LM引導(dǎo)件被配置成在致動或未致動狀態(tài)中保持基本恒定的軸向旋轉(zhuǎn)角。軸向旋轉(zhuǎn)角β(參見圖22A和圖22B)指比如在約束點內(nèi)LM的平面截面所采取的角。平面截面通常為垂直于LM的縱向中心(z)軸線的橫截面(參見圖22A和圖22B)。軸向旋轉(zhuǎn)角β是相對于相交于平面截面的形心的相互垂直的軸線(x、y)的x軸線而言，且該軸線形成平行于平面截面并位于平面截面上的平面。形心被理解為平面截面的幾何中心，更具體地是平面截面的外部輪廓的幾何中心。當(dāng)平面截面具有基本矩形的輪廓時，x和y軸線平行于矩形的直邊對齊，x軸線對齊以使得關(guān)于x軸線的慣性面積矩是最大的。當(dāng)平面截面具有不規(guī)則的輪廓時，x軸線對齊以使得相對于x軸線的慣性面積矩是最大的。β是x軸線的角的變化(例如，在圖22B中相比x的x’)。對于基本恒定的軸向旋轉(zhuǎn)角，即在軸向旋轉(zhuǎn)地限制LM的情況下，β通常具有±45度之間的偏移。

BDP/TBDP(且如果存在的話，BPP/TBPP)中的LM引導(dǎo)件包括用于LM的上述離散的約束點以軸向旋轉(zhuǎn)地限制LM且進(jìn)一步使LM保持在虛構(gòu)管上的基本恒定的圓周位置處，其中LM相對于每個離散的約束點可縱向滑動。對于多個LM，其允許LM在所述離散的約束點中的每個處相對于彼此可滑動。

類似地，軸區(qū)域或TSR中的LM引導(dǎo)件包括用于LM的上述離散的約束點以軸向旋轉(zhuǎn)地限制LM并進(jìn)一步使LM保持在虛構(gòu)管上的基本恒定的圓周位置處，其中LM相對于每個離散的約束點可縱向滑動。對于多個LM，其允許LM在所述離散約束點中的每個處相對于彼此可滑動。

一些LM引導(dǎo)件(此處為“鉸接的LM引導(dǎo)件”)可相對于彼此鉸接，尤其相互樞轉(zhuǎn)，從而支撐LM的彎曲，類似于腕接頭。鉸接的LM引導(dǎo)件可設(shè)置在TBDP中和TBPP中(如果存在的話)，對應(yīng)于能轉(zhuǎn)向工具的BDP和BPP。鉸接的LM引導(dǎo)件可在一側(cè)或兩側(cè)處鉸接。

一個或多個LM引導(dǎo)件(此處為“固定的LM引導(dǎo)件”)可相對于彼此旋轉(zhuǎn)固定，從而保持LM的固定的(非彎曲的)路徑。它們可相對于彼此旋轉(zhuǎn)固定以相比TBDP的柔性減少TSR的柔性。旋轉(zhuǎn)固定阻止在三個軸線(例如，滾動、俯仰和偏轉(zhuǎn))中的任一個上相互旋轉(zhuǎn)。固定的LM引導(dǎo)件可設(shè)置在TSR中，對應(yīng)于能轉(zhuǎn)向工具的SR，從而產(chǎn)生基本剛性或半剛性的TSR。

如上所提到，當(dāng)與剛性或半剛性的外部管或外管配合時TSR可變成剛性或半剛性的。換句話說，TSR可為柔性的。剛性可通過將TSR插入剛性或半剛性的管中或通過圍繞TSR夾緊剛性的或半剛性的管來應(yīng)用。因此，鉸接的LM引導(dǎo)件可設(shè)置在TSR中，對應(yīng)于能轉(zhuǎn)向工具的SR。

LM引導(dǎo)件包括具有遠(yuǎn)側(cè)和近側(cè)的主體，以及連接遠(yuǎn)側(cè)和近側(cè)的外邊緣或表面。

對于鉸接的LM引導(dǎo)件，主體優(yōu)選為基本圓盤型的，如同比如圖18中所示。圓盤在遠(yuǎn)側(cè)處可設(shè)置有窩且在近側(cè)處設(shè)置有突出部(例如，球)以用于與鄰近的LM引導(dǎo)件的窩接合。因此，鄰近的鉸接的LM引導(dǎo)件形成球窩接頭以用于相互樞轉(zhuǎn)。作為用于諸如外科器械等器械的一般引導(dǎo)，圓盤可具有0.1cm、0.2cm、0.3cm、0.4cm、0.5cm、0.6cm、0.8cm、1cm、1.2cm、1.4cm、1.6cm、1.8cm、2cm或更大的直徑，或上述值中的任意兩個之間的值的直徑，優(yōu)選在0.2cm和1.6cm之間。不包括突出部的圓盤可具有0.02mm、0.15cm、0.2cm、0.4cm或上述值中的任意兩個之間的值的厚度，優(yōu)選在0.1mm和0.2mm之間。

對于固定的LM引導(dǎo)件，主體優(yōu)選為基本圓柱形的，圓柱體的端部為遠(yuǎn)側(cè)和近側(cè)。作為對諸如外科器械等器械的一般指導(dǎo)，圓柱體可具有0.1cm、0.2cm、0.3cm、0.4cm、0.5cm、0.6cm、0.8cm、1cm、1.2cm、1.4cm、1.6cm、1.8cm、2cm或更大的直徑，或上述值中的任意兩個之間的值的直徑，優(yōu)選在0.2cm和1.6cm之間。鉸接的LM引導(dǎo)件和固定的LM引導(dǎo)件的直徑可相同。

圓柱體的長度可為比如0.5cm、0.6cm、0.8cm、1cm、2cm、3cm或更多，或上述值中的任意兩個之間的值，優(yōu)選在1cm和3cm之間。雖然優(yōu)選的是，存在多個串聯(lián)布置的固定的LM引導(dǎo)件，但是單一的、長的固定的LM引導(dǎo)件設(shè)置在TSR中，對應(yīng)于能轉(zhuǎn)向工具的SR也落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，鉸接的或固定的LM引導(dǎo)件的主體是單件式元件，例如通過模制或機器加工為一件式而形成，從而避免多個元件的組裝。

主體設(shè)有兩個或更多(例如，2、3、4、5)通道的布置。通道的數(shù)量可以取決于器械的尺寸；可預(yù)見18至40個通道或更多。通道包括鉸接的LM引導(dǎo)件的主體中的孔隙空間。通道從主體的遠(yuǎn)側(cè)穿到近測。通道優(yōu)選具有從主體的遠(yuǎn)側(cè)到近測的中心軸線，其平行于LM引導(dǎo)件的中心軸線。通道可以容納一個、兩個或更多LM，優(yōu)選僅一個LM。通道充當(dāng)約束點。通道被制定尺寸以限制LM，尤其阻止相對于主體的中心軸線的徑向運動。通道被制定尺寸以限制LM，尤其阻止軸向旋轉(zhuǎn)，即圍繞LM中心(z)軸線的軸向旋轉(zhuǎn)。每個通道還被配置成使LM保持在虛構(gòu)管上基本恒定的圓周位置處。通道被制定尺寸以促進(jìn)LM通過其的縱向可滑動的運動。通道可圍繞虛構(gòu)管布置。所述虛構(gòu)管對應(yīng)于MTS的虛構(gòu)管。多個通道相互空間分離。通道可包括補充待容納的LM的輪廓的橫向輪廓。橫向輪廓垂直于通道的中心軸線。比如，在LM具有矩形輪廓的情況下，通道可包括矩形輪廓。應(yīng)當(dāng)理解，通道輪廓不需要精確地反映LM的輪廓，比如跑道形LM輪廓可通過矩形通道封閉。

多個LM引導(dǎo)件串聯(lián)布置，即，一個LM引導(dǎo)件的遠(yuǎn)側(cè)面向鄰近的LM引導(dǎo)件的近側(cè)。串聯(lián)布置的鉸接的LM引導(dǎo)件的實例在圖20中示出。鉸接的LM引導(dǎo)件的串聯(lián)布置用于使LM限制在沿MTS的虛構(gòu)管的縱向軸線的若干離散的約束位置處?？捎?個或更多(例如，3、4、5、6、7、8、9或10或更多)串聯(lián)布置的鉸接的LM引導(dǎo)件提供兩個或更多(例如，3、4、5、6、7、8、9或10或更多)離散的約束點。優(yōu)選地，有7個或更多串聯(lián)布置的鉸接的LM引導(dǎo)件提供7個或更多離散的約束點。

多個鉸接的LM引導(dǎo)件相互(成對)鉸接。優(yōu)選地，多個鉸接的LM引導(dǎo)件相互(成對)接觸。優(yōu)選的是，鄰近的鉸接的LM引導(dǎo)件的相對旋轉(zhuǎn)(即，鄰近的鉸接的LM引導(dǎo)件之間的偏轉(zhuǎn)或軸向旋轉(zhuǎn))受阻止或限制。阻止或限制偏轉(zhuǎn)允許離散的約束點沿虛構(gòu)管基本固定的相互旋轉(zhuǎn)對齊。根據(jù)一方面，與一個鉸接的LM引導(dǎo)件的離散的約束點(例如，通道)相交的徑向線，相比與鄰近的鉸接的LM引導(dǎo)件的離散的約束點相交的徑向線，示出不超過10度的偏移角ε，優(yōu)選5度(參見圖23)。徑向線從虛構(gòu)管的中心縱向軸線(A-A’)發(fā)射并垂直于中心縱向軸線。在鄰近的LM引導(dǎo)件之間，與離散的約束點(即，通道)的相交點是相同的以能夠比較。

優(yōu)選地，鉸接的LM引導(dǎo)件使用樞轉(zhuǎn)接頭，諸如球窩型接頭，接觸鄰近的(相鄰的)LM引導(dǎo)件。每對鉸接的LM引導(dǎo)件可有一個球窩型接頭。樞轉(zhuǎn)接頭允許鉸接的LM引導(dǎo)件相對于鄰近的鉸接的LM引導(dǎo)件樞轉(zhuǎn)。樞轉(zhuǎn)接頭可允許相對于鄰近的鉸接的LM引導(dǎo)件運動兩個自由度，即，滾動和俯仰。樞轉(zhuǎn)接頭可允許鄰近的鉸接的LM引導(dǎo)件的某種相對旋轉(zhuǎn)(即，鄰近的鉸接的LM引導(dǎo)件之間的偏轉(zhuǎn)或軸向旋轉(zhuǎn))。優(yōu)選阻止或限制偏轉(zhuǎn)，但鑒于具有各向異性的慣性面積矩的LM的使用阻止如之前所提到的旋轉(zhuǎn)松弛，阻止或限制偏轉(zhuǎn)不一定是必需的，然而，其也落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。優(yōu)選的是，樞轉(zhuǎn)接頭可不允許鄰近的鉸接的LM引導(dǎo)件的相對旋轉(zhuǎn)(即，鄰近的鉸接的LM引導(dǎo)件之間的偏轉(zhuǎn)或軸向旋轉(zhuǎn))。阻止或限制偏轉(zhuǎn)可以比如使用旋轉(zhuǎn)限制器來實現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)限制器可為固定在一個鉸接的LM引導(dǎo)件的主體上的突出部，該突出部被固定在鄰近的鉸接的LM引導(dǎo)件的主體上的凹口接收(如比如圖18所示)；耦接阻止一個LM引導(dǎo)件相對于鄰近的LM引導(dǎo)件的軸向旋轉(zhuǎn)。

多個固定的LM引導(dǎo)件相互(成對)成固定關(guān)系。它們優(yōu)選成固定的旋轉(zhuǎn)關(guān)系。它們優(yōu)選成固定的距離關(guān)系。優(yōu)選地，多個固定的LM引導(dǎo)件相互(成對)接觸。多個固定的LM引導(dǎo)件被配置成相比TBDP的柔性減少TSR的柔性。

由于利用鄰近的鉸接的LM引導(dǎo)件，阻止了鄰近的固定的LM引導(dǎo)件的相對旋轉(zhuǎn)(即，鄰近的固定的LM引導(dǎo)件之間的偏轉(zhuǎn)或軸向旋轉(zhuǎn))。阻止偏轉(zhuǎn)允許離散的約束點沿虛構(gòu)管基本固定的相互旋轉(zhuǎn)對齊。

多個LM引導(dǎo)件串聯(lián)布置，使得圓形布置的通道對齊，且每個可以接收一個(或可選的兩個或更多)LM。

優(yōu)選地，鉸接的LM引導(dǎo)件為基本圓盤型的，設(shè)有10-20個通道，每個被配置成僅容納一個LM，每個通道包括矩形輪廓，矩形的長邊被定向成面向LM引導(dǎo)件的中心軸線，通道圍繞假想圓布置。

優(yōu)選地，固定的LM引導(dǎo)件為基本圓柱形的，設(shè)有10-20個通道，每個被配置成僅容納一個LM，每個通道包括矩形輪廓，矩形的長邊被定向成面向LM引導(dǎo)件的中心軸線，通道圍繞假想圓布置。

每個通道被配置成限制LM以減少或阻止軸向旋轉(zhuǎn)，并保持其相對于中心LM引導(dǎo)件軸線(A-A’)的徑向位置。

MTS可設(shè)有端部執(zhí)行器，并且被配置成使得端部執(zhí)行器相對于LMBDP旋轉(zhuǎn)固定，且當(dāng)LMBDP處于彎曲位置時端部執(zhí)行器通過LMBPP的互補旋轉(zhuǎn)而可旋轉(zhuǎn)。因此，能轉(zhuǎn)向工具可被配置成使得端部執(zhí)行器相對于BDP旋轉(zhuǎn)固定，且當(dāng)BDP處于彎曲位置時端部執(zhí)行器通過BPP的互補旋轉(zhuǎn)而可旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)固定的執(zhí)行器端部可通過永久附接到LMBDP或BDP的頂端來實現(xiàn)，比如焊接或粘合劑?？商鎿Q地，旋轉(zhuǎn)固定的端部執(zhí)行器可通過可鎖定地旋轉(zhuǎn)附接到LMBDP或BDP的頂端來實現(xiàn)，其中當(dāng)端部執(zhí)行器鎖定在適當(dāng)位置中時端部執(zhí)行器是相對旋轉(zhuǎn)固定的。

下面的描述將參考舉例說明本發(fā)明的特定實施例的附圖；它們根本不旨在為限制性的。應(yīng)當(dāng)理解，技術(shù)人員可根據(jù)技術(shù)人員的一般實踐調(diào)適設(shè)備并替換部件和特征。

圖1描繪了隔離示出的具有近端端部20和遠(yuǎn)端端部40以及中心縱向軸線A-A’的本發(fā)明的機械傳輸系統(tǒng)(MTS)100。MTS 100包括縱向布置且圍繞具有圓柱形形狀的虛構(gòu)縱向管120均勻分散的多個(即，4個)縱向構(gòu)件(LM)110。MTS 110包括傳輸可彎曲遠(yuǎn)端部分(TBDP)130和在能轉(zhuǎn)向工具的軸區(qū)域中為基本剛性或半剛性的或在能轉(zhuǎn)向工具的軸區(qū)域中通過與外部管配合保持剛性或半剛性的傳輸軸區(qū)域(TSR)132。

圖2描繪了圖1的MTS 100，其中TBDP 130是彎曲的，并且TSR132保持在相同的筆直配置中。

圖3描繪了平面截面114上的兩個相交軸線116(x軸線)、118(y軸線)，平面截面114是圖1中的位置112處的LM 110的平面橫截面，所述橫截面具有“I”型輪廓。軸線相交于點111處，點111是平面橫截面114的輪廓(外部形狀)的形心。軸線116、118相互垂直。軸線116(x軸線，116)被定向成使得其基本徑向于MTS的中心(A-A’)軸線，LM在軸線116周圍具有較高的慣性面積矩。還示出與x軸線116和y軸線118兩者垂直的z軸線119。

圖4描繪了具有近端端部20和遠(yuǎn)端端部40、傳輸可彎曲遠(yuǎn)端部分(TBDP)130、傳輸軸區(qū)域(TSR)132以及傳輸可彎曲近端部分(TBPP)134的本發(fā)明的MTS 100的外部視圖。傳輸軸區(qū)域(TSR)132設(shè)置有多個固定的LM引導(dǎo)件350、350’、350”，每個固定的LM引導(dǎo)件為LM的軸向旋轉(zhuǎn)提供了約束點，其中每個LM可相對于每個LM引導(dǎo)件350、350’、350”縱向滑動。TBDP 130和TBPP 134設(shè)置有多個鉸接的LM引導(dǎo)件305、305’、305”、305a、305a’、305a”，每個鉸接的LM引導(dǎo)件為LM的軸向旋轉(zhuǎn)提供了離散的約束點，其中每個LM可相對于每個LM引導(dǎo)件305、305’、305”、305a、305a’、305a”縱向滑動。

圖5描繪了圖4的MTS 100，其中TBPP 134通過彎曲被致動，運動通過MTS沿TSR 132傳輸?shù)絋BDP 130，所述TBDP 130響應(yīng)地彎曲。

圖6描繪了LM的半圓形橫截面(即，平面截面114)和相交的x軸線和y軸線，圍繞所述x軸線和y軸線測量慣性矩，所述軸線以點111為中心，點111是橫截面的形心。比率l_x/l_y＝3.57，其根據(jù)方程式1和方程式2計算出。

圖7描繪了LM的矩形橫截面(即，平面截面114)和相交的x軸線和y軸線，圍繞所述x軸線和y軸線測量慣性矩，所述軸線以點111為中心，點111是橫截面的形心。比率l_x/l_y＝4，其根據(jù)方程式1和方程式2計算出。

圖8描繪了LM的“I”橫截面(即，平面截面114)和相交的x軸線和y軸線，圍繞所述x軸線和y軸線測量慣性矩，所述軸線以點111為中心，點111是橫截面的形心。比率l_x/l_y＝9.2，其根據(jù)方程式1和方程式2計算出。

圖9描繪了LM的圓形邊緣的矩形橫截面(即，平面截面114)和相交的x軸線和y軸線，圍繞所述x軸線和y軸線測量慣性矩，所述軸線以點111為中心，點111是橫截面的形心。比率l_x/l_y＝4，其根據(jù)方程式1和方程式2計算出。

圖10描繪了LM的跑道形橫截面(即，平面截面114)和相交的x軸線和y軸線，圍繞所述x軸線和y軸線測量慣性矩，所述軸線以點111為中心，點111是橫截面的形心。比率l_x/l_y＝4，其根據(jù)方程式1和方程式2計算出。

圖11描繪了非本發(fā)明的機械傳輸裝置50的側(cè)視圖，該機械傳輸裝置具有近端端部20和遠(yuǎn)端端部40，并且利用在遠(yuǎn)端端部處連接到遠(yuǎn)端縱向構(gòu)件固定元件55的縱向構(gòu)件52、52’、52”形成。傳輸軸區(qū)域設(shè)有固定的縱向構(gòu)件引導(dǎo)件64?？v向構(gòu)件52、52’、52”的橫截面中的每個橫截面被描繪為具有圓形平面截面56、56’、56”?？v向構(gòu)件52、52’、52”中的每個的彎曲顯然通過具有各向同性的慣性面積矩的圓形輪廓的縱向構(gòu)件促進(jìn)，尤其是關(guān)于在致動彎曲運動的縱向構(gòu)件52’、52”外圍的那些縱向構(gòu)件，例如52。因此，所有的縱向構(gòu)件52、52’、52”以相等的阻力彎曲，盡管每個縱向構(gòu)件例如52、52’、52”在不同的相對方向(相比定向標(biāo)記60、60’、60”，參見箭頭58、58’、58”的方向)上彎曲。

圖12描繪了本發(fā)明的MTS 100的側(cè)視圖，MTS具有近端端部20和遠(yuǎn)端端部40，并且利用在遠(yuǎn)端端部處連接到遠(yuǎn)端LM固定元件113的LM 110、110、110”形成。傳輸軸區(qū)域(TSR)設(shè)有固定的LM引導(dǎo)件350。LM 110、110’、110”的平面截面114、114’、114”被描繪為具有“I”型輪廓。令人驚奇地，LM 110、110、110”中的每個的彎曲不受具有平面截面的帶有各向異性慣性面積矩的“I”型輪廓的LM的阻礙，尤其是關(guān)于在致動彎曲運動的縱向構(gòu)件110’、110”外圍的那些LM，例如110。因此，所有縱向構(gòu)件110、110’、110”彎曲而不屈曲或扭轉(zhuǎn)，盡管每個縱向構(gòu)件例如110、110’、110”在不同的相對方向(箭頭158、158’、158”的方向)上彎曲，且盡管外圍的縱向構(gòu)件例如110在具有較大的慣性面積矩的方向上彎曲。

圖13是圖11的且非本發(fā)明的機械傳輸裝置50的示意圖，其呈現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)矩62施加到軸區(qū)域66時遠(yuǎn)端可彎曲部分64中的縱向構(gòu)件52、52’、52”的扭轉(zhuǎn)?？v向構(gòu)件52、52’、52”中的每個具有圓形輪廓，且因此具有各向同性的慣性面積矩。因此，使用圓形縱向構(gòu)件在通過軸區(qū)域66到可彎曲遠(yuǎn)端部分64的轉(zhuǎn)矩傳輸中引入側(cè)隙。

圖14是圖11的且本發(fā)明的MTS 100的示意圖，其呈現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)矩162施加到TSR 132時傳輸可彎曲遠(yuǎn)端部分(TBDP)130中的LM 110、110’、110”的明顯較少的扭轉(zhuǎn)?？v向構(gòu)件110、110’、110”中的每個具有“I”型平面截面，且因此具有各向異性的慣性面積矩。因此，使用“I”型LM在通過LM軸區(qū)域132到TBDP 130的轉(zhuǎn)矩傳輸中減少或免除側(cè)隙。

圖15是圖14的且本發(fā)明的MTS 100的示意圖，其示出了隔離的單一LM 110。它示出了向LM 110施加力(164)及其抗彎曲性，這歸因于各向異性的慣性面積矩。

圖16示出了在TBDP 130中設(shè)置在MTS 100中的前面的LM 110”、后面的LM 110’和側(cè)面的LM 110的不同的彎曲半徑。相比側(cè)面的LM 110的彎曲半徑117b，對于位于彎曲內(nèi)部上的前面的LM 110”來說，彎曲半徑117a較小，由于LM 110的各向異性的慣性面積矩，所述側(cè)面的LM 110在彎曲方向上較剛硬。

圖17是圓盤型的LM引導(dǎo)件300的平面圖。LM引導(dǎo)件300具有設(shè)置有圍繞虛構(gòu)管320布置的4個獨立通道310的主體302。虛構(gòu)管320與圖1中的虛構(gòu)管120對應(yīng)。每個通道310限制LM 110。每個通道被認(rèn)為是離散的約束點。

圖18是LM引導(dǎo)件300的側(cè)視圖，LM引導(dǎo)件是具有圓盤形狀以及遠(yuǎn)側(cè)40和近側(cè)20的鉸接的LM引導(dǎo)件305。鉸接的LM引導(dǎo)件300具有主體302，該主體在遠(yuǎn)側(cè)40處包括形成樞轉(zhuǎn)接頭的一對部件中的一個部件，其是圓頂突出部330，類似于球窩接頭的球。它在近側(cè)20處還包括形成樞轉(zhuǎn)接頭的一對部件的另一部件，其是往復(fù)式凹口340，類似于球窩接頭的窩。還示出固定連接到圓頂突出部330的一對旋轉(zhuǎn)限制器(332、332’)，旋轉(zhuǎn)限制器是來自所述圓頂突出部330的徑向突出部。它們與固定連接到鄰近的鉸接的LM引導(dǎo)件(未示出)的接收凹口340的一對往復(fù)式狹槽340、340’耦接，從而阻止鄰近的鉸接的LM引導(dǎo)件的相互軸向旋轉(zhuǎn)。每個鉸接的LM引導(dǎo)件包括離散的約束點(即，通道)，且一對旋轉(zhuǎn)限制器提供了離散的約束點沿虛構(gòu)管基本固定的相互旋轉(zhuǎn)對齊。圖19示出結(jié)合本發(fā)明的MTS的能轉(zhuǎn)向工具500。能轉(zhuǎn)向工具500具有近端端部20和遠(yuǎn)端端部40。遠(yuǎn)端端部40設(shè)有端部執(zhí)行器(540)，其為夾持器，而近端端部20設(shè)有把手550以操縱管并控制夾持器。還示出可彎曲遠(yuǎn)端部分(BDP)530、軸區(qū)域(SR)532和可彎曲近端部分(BPP)534。

圖20是本發(fā)明的MTS 100的示意圖，MTS具有近端端部20和遠(yuǎn)端端部40，設(shè)有圍繞虛構(gòu)管布置的、保持在適當(dāng)位置中的4個LM 110，與在TBDP 130中的多個鉸接的LM引導(dǎo)件305、305’、305”，每個鉸接的LM引導(dǎo)件設(shè)有多個對齊的通道。樞轉(zhuǎn)接頭的互補的一對元件中的一個(圓頂突出部330)在最遠(yuǎn)端LM引導(dǎo)件300”中示出。TSR 132包括使LM 110的位置保持在TSR 130中的多個串聯(lián)布置的固定的LM引導(dǎo)件350、350’、350”。

圖21A示出了具有近端端部20和遠(yuǎn)端端部40的非本發(fā)明的機械傳輸裝置50的可彎曲遠(yuǎn)端部分。機械傳輸裝置50設(shè)置有圓形輪廓的縱向構(gòu)件52、52’、52”，每個具有各向同性的第二慣性面積矩，所述縱向構(gòu)件52、52’、52”通過多個鉸接的縱向構(gòu)件引導(dǎo)件54、54’、54”被限制在徑向和圓周位置中。阻止鄰近的鉸接的縱向構(gòu)件引導(dǎo)件54、54’、54”由于每個縱向構(gòu)件引導(dǎo)件54、54’、54”上出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)限制器(未示出)而相互軸向旋轉(zhuǎn)。

圖21B示出了圖21A的且非本發(fā)明的機械傳輸裝置50的可彎曲遠(yuǎn)端部分，其已進(jìn)入不期望的且穩(wěn)定的螺旋形運動鏈狀態(tài)，由此近端端部20處的圓形輪廓的縱向構(gòu)件52、52’、52”相對于遠(yuǎn)端端部40扭轉(zhuǎn)，盡管存在旋轉(zhuǎn)限制器。

圖22示出了LM引導(dǎo)通道310或310’中存在的縱向構(gòu)件110a、110b的兩個示例性定向，其中一個縱向構(gòu)件110b的平面截面114的x軸線被示出為當(dāng)受限于LM引導(dǎo)通道310’時以角α偏離在中心(A-A’)軸線和平面截面114的形心111之間所畫的假設(shè)線115。另一縱向構(gòu)件110a示出沒有這種偏離，即當(dāng)受限于LM引導(dǎo)通道310時α為0。

圖22A和圖22B示出了角β，其是LM 110的軸向旋轉(zhuǎn)角的變化。圖22A表示軸線(x)的開始定向，且圖22B表示通道310內(nèi)其中一個旋轉(zhuǎn)限制處的軸線(x')。對于LM 110的基本恒定的軸向旋轉(zhuǎn)角，即，在LM軸向旋轉(zhuǎn)地被限制在離散的約束點處的情況下，角β在某些限制之間偏移。

圖23I和II示出了設(shè)置有多個鉸接的LM引導(dǎo)件(305B至E)和虛構(gòu)管的中心縱向軸線(A-A’)的TDBP(130)以及設(shè)置有固定的LM引導(dǎo)件(305A)的TSR(132)。在I中，TDBP(130)是筆直的(未致動的)，且在II中，TDBP(130)是彎曲的(致動的)。圖23Y和X示出了獨立的LM引導(dǎo)件的示意性平面圖以示出偏移角ε。圖23A示出了從虛構(gòu)管的中心縱向軸線(A-A’)突出并與其通道310X相交的一個LM引導(dǎo)件(305X)的徑向線(312X)，圖23Y示出了與其通道310X相交的另一LM引導(dǎo)件(305X)的徑向線(312Y)。X和Y是LM引導(dǎo)件，將在它們之間測量ε。比如，在ε是兩個鄰近的鉸接的LM引導(dǎo)件的偏移角的量度的情況下，X可為I-C且Y可為I-D。在ε是TBDP(130)中的最近端的鉸接的LM引導(dǎo)件和最遠(yuǎn)端的鉸接的LM引導(dǎo)件之間的偏移角的量度的情況下，X可為I-B且Y可為I-E。在ε是TSR(132)中的固定的LM引導(dǎo)件和最遠(yuǎn)端的鉸接的LM引導(dǎo)件之間的偏移角的量度的情況下，X可為I-A且Y可為I-E。

這些相應(yīng)的LM引導(dǎo)件的徑向線(312A和312X)之間的角度差，偏移角示出為ε。圖23I-A至I-E是圖23的且當(dāng)TDBP(130)是筆直(未致動的)時的獨立的LM引導(dǎo)件的示意性平面圖，其中鄰近的LM引導(dǎo)件之間沒有偏移(ε為0)。圖23II-A至II-E是圖23-II的且當(dāng)TDBP(130)是曲線(彎曲)時的獨立的LM引導(dǎo)件的示意性平面圖，其中鄰近的LM引導(dǎo)件之間沒有偏移(ε為0)。