硬件受限的遠程中心機器人操縱器的冗余軸線和自由度的制作方法
【專利摘要】一種用在微創機器人手術中的遠程中心操縱器，其包括相對于患者保持靜止的基座連桿、器械夾持器，以及將器械夾持器聯結到基座連桿的連桿機構。連桿機構的第一和第二連桿被聯接以限制第二連桿圍繞與遠程操縱中心交叉的第一軸線轉動的運動。該連桿機構的平行四邊形連桿結構部分使器械夾持器圍繞與該遠程操縱中心交叉的第二軸線俯仰。第二軸線不與第一軸線重合。該連桿機構的第三和第四連桿被聯接以限制第四連桿圍繞與遠程操縱中心交叉的第三軸線轉動的運動。第三軸線不與第一和第二軸線中的任一個重合。公開了具有冗余機械自由度的機器人操縱器的硬件受限遠程運動中心的各種組合。
【專利說明】硬件受限的遠程中心機器人操縱器的冗余軸線和自由度
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求（2012年6月1日）提交的美國專利申請No. 61/654414的優先權，該 申請的全部內容通過引用合并于此。

【背景技術】
[0003] 微創醫療技術的目的是在診斷或手術過程期間減少受損傷外部組織的量，從而減 少患者的恢復時間、不適和有害的副作用。微創外科手術的一種效果例如是減少手術后的 住院恢復時間。由于標準開放手術的平均住院時間通常比類似微創手術的平均逗留時間明 顯更長，增加微創技術的使用可以每年節省數百萬美元的住院成本。雖然在美國每年進行 的許多手術可能通過微創的方式進行，但由于微創手術器械和掌握微創手術涉及的額外手 術培訓，目前只有一部分手術使用這些先進技術。
[0004] 微創機器人手術或遠程手術系統已被開發以增加外科醫生的靈巧并避免傳統微 創技術的某些局限。在遠程手術中，外科醫生使用某種形式的遠程控制（例如，伺服機構 等）操縱手術器械運動，而不是通過手直接握住器械并移動器械。在遠程手術系統中，可以 在手術工作站向外科醫生提供手術部位的圖像。當外科醫生可以在顯示器上觀看手術部位 的二維或三維圖像時，通過操縱主控制裝置，其進而控制伺服機構操作從器械的運動，執行 患者的手術過程。
[0005] 用于遠程手術的伺服機構往往接收兩個主控制器的輸入（其中每個對應外科醫 生的每只手）并且可以包括兩個或更多個機器人臂，手術器械被安裝在所述兩個或更多個 機器人臂中的每個上。主控制器與關聯機器人臂以及器械組件之間的操作通信通常通過 控制系統實現。控制系統通常包括至少一個處理器，其將來自主控制器的輸入命令中繼到 關聯的機器人臂和器械組件并在例如力反饋等的情況下，從器械和臂組件中返回到關聯 主控制器。機器人手術系統的一個示例可以是通過加利福尼亞州桑尼維爾的Intuitive Surgical公司商購獲得的DA VMCI?系統。
[0006] 各種結構布置被用于在機器人手術期間支撐手術部位的手術器械。從動連桿機 構（linkage)或"從動裝置"往往被稱為機器人手術操縱器，并且在微創機器人手術期間用 作機器人手術操縱器的示例性連桿機構布置在美國專利No. 7594912(2004年9月30日提 交）、6758843 (2002 年 4 月 26 日提交）、6246200 (1999 年 8 月 3 日提交）以及 5800423 (1995 年7月20日提交）中描述，上述全部公開通過引用被合并于此。這些連桿機構往往操縱 器械夾持器，具有軸的器械被安裝在該器械夾持器上。這類操縱器結構可以包括產生器械 夾持器運動的平行四邊形連桿機構部分，所述平行四邊形連桿機構部分被限制成圍繞與沿 器械軸的長度設置的遠程操縱中心交叉的俯仰軸線轉動。這類操縱器結構還可以包括產生 器械夾持器運動的偏轉關節/接頭，所述偏轉接頭被限制成圍繞與俯仰軸線垂直的偏轉軸 線轉動并且該偏轉軸線也與遠程操縱中心交叉。通過使遠程操縱中心與內部手術現場的 切口點（例如，與在腹腔鏡手術期間在腹壁的套管針或插管）對準，通過使用操縱器連桿 機構來移動軸的近端，手術器械的端部執行器/受動器可以被安全定位，而沒有對腹壁強 加潛在危害的力。替代操縱器結構例如在美國專利No. 6702805(2000年11月9日提交）、 6676669 (2002 年 1 月 16 日提交），5855583 (1996 年 11 月 22 日提交）、5808665 (1996 年 9 月9日提交）、5445166 (1994年4月6日提交）以及5184601(1991年8月5日提交）中被 描述，上述全部公開通過引用被合并于此。
[0007] 雖然新的遠程手術系統和裝置已被證明是高效且有利的，但仍需進一步的改進。 一般來說，提供改進的用于執行微創機器人手術的結構和系統將是可取的。更為具體地，提 高這些系統的效率和易用性將是有益的。例如，改進通過機器人手術操縱器提供的運動范 圍而不對腹壁強加潛在危害的力，這一點將是特別有利的。


【發明內容】

[0008] 為提供對本發明的基本理解，下面給出本發明的一些實施例的簡要概述。本概述 不是本發明的廣泛綜述。本概述并不旨在識別本發明的關鍵/重要元素或描繪本發明的范 圍。其唯一目的是作為后面陳述的【具體實施方式】的前奏，以簡化方式陳述本發明的某些實 施例。
[0009] 公開了改進的遠程中心操縱器，在微創機器人手術期間，該遠程中心操縱器支撐 手術器械并在器械的期望位置處提供遠離任何軸承或機械支撐件的操縱中心。該遠程中心 操縱器限制器械在遠程操縱中心附近移動，優選地，該遠程操縱中心與患者的進入切口例 如患者的腹壁重合。在許多實施例中，操縱器連桿機構包括（1)可轉動聯接接頭，其產生用 于圍繞經過遠程操縱中心的第一軸線俯仰手術器械的平行四邊形運動，（2)可轉動聯接連 桿，其產生用于圍繞經過遠程操縱中心的第二軸線滾動手術器械的運動，以及（3)至少一 對附加連桿，其被聯接圍繞經過遠程操縱中心的關聯附加軸線轉動。除了經過遠程操縱中 心以外，關聯附加軸線不與第一軸線或第二軸線中的任一個重合，從而允許圍繞一個或更 多個附加軸線的轉動被用于改進由機器人手術操縱器提供的運動范圍，而不對腹壁強加潛 在危害的力。
[0010] 因此，在一個方面，公開了在微創機器人手術期間用于限制手術器械的位置的遠 程中心操縱器。手術器械包括細長軸。該軸具有遠側作業端構造，其經配置通過遠程操縱 中心沿插入軸線被插入到患者體腔中。該遠程中心操縱器包括基座連桿，其經配置被保持 在相對于患者的固定位置；器械夾持器，其經配置與手術器械聯接；以及連桿機構，其將器 械夾持器聯接到基座連桿。該連桿機構的第一和第二連桿被聯接以限制第二連桿相對于第 一連桿圍繞與遠程操縱中心交叉的第一軸線轉動的運動。該連桿機構進一步包括三個可轉 動聯接轉動接頭，其經配置產生連桿機構的受限制平行四邊形運動，所述器械夾持器藉此 被限制圍繞與遠程操縱中心交叉的第二軸線轉動。第二軸線不與第一軸線重合。該連桿機 構的第三和第四連桿被聯接以限制第四連桿相對于第三連桿圍繞與遠程操縱中心交叉的 第三軸線轉動的運動。第三軸線不與第一和第二軸線中的任一個重合。
[0011] 在許多實施例中，第三與第四連桿之間的聯接被布置在基座連桿與第一和第二連 桿之間的聯接之間。在這類實施例中，第四連桿的運動用于重新定位連桿機構的主要部分， 而不相對于患者移動遠程操縱中心。例如，第三連桿可以是基座連桿或相對于基座連桿至 少是固定的。第四連桿可以是第一連桿或相對于第一連桿至少是固定的。在許多實施例中， 第一軸線與第三軸線之間的角度在10度與30度之間。例如，第一軸線與第三軸線之間的 角度是大約15度。在許多實施例中，第一軸線與第三軸線是垂直或大致（即，在可接受公 差內）垂直的。
[0012] 在許多實施例中，第一軸線與第二軸線是垂直或大致垂直的。這類構造對器械夾 持器的移動提供了很好的調節控制。
[0013] 在許多實施例中，連桿機構包括中間錐形擺動接頭。例如，在許多實施例中，連桿 機構的連桿形成連桿的串聯連接組件。第三連桿可以被設置在連桿的串聯連接組件中的第 二連桿與器械夾持器之間。并且第四連桿可以相對于器械夾持器是固定的或是器械夾持器 中的至少一者。在許多實施例中，連桿機構可操作相對于第三連桿定向第四連桿，以便手術 器械細長軸位于由第一軸線和第三軸線限定的平面中。
[0014] 在許多實施例中，遠程中心操縱器包括正弦/余弦連桿，其可驅動聯接三個可轉 動聯接轉動接頭中的至少一對，其中所述三個可轉動聯接轉動接頭經配置產生連桿機構的 受限平行四邊形運動。以及在許多實施例中，帶有定向撓曲的正弦/余弦連桿可驅動地聯 接三個可轉動聯接轉動接頭中的至少一對，其中所述三個可轉動聯接轉動接頭經配置產生 連桿機構的受限平行四邊形運動。
[0015] 在另一方面，公開了在微創機器人手術期間用于限制手術器械的位置的遠程中心 操縱器。手術器械包括細長軸。該軸具有遠側作業端，其經配置通過遠程操縱中心插入到 患者體腔中。遠程中心操縱器包括安裝基座、錐形擺動連桿和第一到第四連桿。錐形擺動 連桿具有錐形擺動連桿近端和錐形擺動連桿遠端。錐形擺動連桿近端被聯接到安裝基座， 用于圍繞與遠程操縱中心交叉的第一軸線轉動。第一連桿具有第一連桿近端和第一連桿遠 端。第一連桿近端與錐形擺動連桿遠端聯接，用于圍繞與遠程操縱中心交叉的第二軸線轉 動。第二軸線不與第一軸線重合。第二連桿具有第二連桿近端和第二連桿遠端。第二連桿 近端在第一平行四邊形連桿機構接頭處被可轉動地聯接到第一連桿遠端。第三連桿具有第 三連桿近端和第三連桿遠端。第三連桿近端在第二平行四邊形連桿機構接頭處被可轉動地 聯接到第二連桿遠端。第四連桿經配置支撐手術器械。第四連桿通過第三平行四邊形連桿 機構接頭被可轉動地聯接到第三連桿遠端。第一、第二和第三平行四邊形連桿機構接頭被 可轉動地聯接，使得第一平行四邊形接頭的轉動產生第四連桿受限于圍繞與遠程操縱中心 交叉的第三軸線轉動的運動。第三軸線不與第一軸線或第三軸線中的任一個重合。
[0016] 在許多實施例中，第一軸線與第二軸線之間的角度在10度與30度之間。例如，第 一軸線與第二軸線之間的角度可以是大約15度。
[0017] 在許多實施例中，錐形擺動連桿經配置相對于扭轉和彎曲載荷是剛性的而沒有過 度重量。例如，在許多實施例中，錐形擺動連桿具有將錐形擺動連桿第一端連接到錐形擺動 連桿第二端的錐形擺動連桿體區段。在許多實施例中，錐形擺動連桿體區段具有盒狀橫截 面構造或管狀構造。
[0018] 在許多實施例中，該操縱器進一步包括錐形擺動接頭，其將第四連桿可轉動地聯 接到第三連桿遠端，用于圍繞與遠程操縱中心交叉的第四軸線轉動。第四軸線不與第一軸 線、第二軸線或第三軸線中的任一個重合。在許多實施例中，錐形擺動接頭可操作相對于第 三連桿定向第四連桿，以便手術器械細長軸位于由第二軸線和第四軸線限定的平面中。
[0019] 在許多實施例中，操縱器包括正弦/余弦連桿，其可驅動聯接第一、第二和第三平 行四邊形連桿機構接頭中的至少一對。以及在許多實施例中，帶有定向撓曲的正弦/余弦 連桿可驅動地聯接第一、第二和第三平行四邊形連桿機構接頭中的至少一對。
[0020] 在另一方面，公開了在微創機器人手術期間用于限制手術器械的位置的遠程中心 操縱器。手術器械包括細長軸。該軸具有遠側作業端，其經配置通過遠程操縱中心插入到患 者體腔中。遠程中心操縱器包括安裝基座和第一到第五連桿。第一連桿與安裝基座聯接， 以便相對于安裝基座是可選擇性重新定位的。第一連桿相對于第二連桿的運動被限制成圍 繞與遠程操縱中心交叉的第一軸線的轉動。第二連桿具有第二連桿近端和第二連桿遠端。 第二連桿近端被聯接到第一連桿，用于圍繞與遠程操縱中心交叉的第二軸線轉動。第二軸 線不與第一軸線重合。第三連桿具有第三連桿近端和第三連桿遠端。第三連桿近端在第一 平行四邊形連桿機構接頭處被可轉動地聯接到第二連桿遠端。第四連桿具有第四連桿近端 和第四連桿遠端。第四連桿近端在第二平行四邊形連桿機構接頭處被可轉動地聯接到第二 連桿遠端。第五連桿經配置支撐手術器械。第五連桿在第三平行四邊形連桿機構接頭處被 可轉動地聯接到第四連桿遠端。第一、第二和第三平行四邊形連桿機構接頭被可轉動地聯 接，使得第一平行四邊形接頭的轉動產生第五連桿受限于圍繞與遠程操縱中心交叉的第三 軸線轉動的運動。第三軸線不與第一軸線或第二軸線中的任一個重合。
[0021] 在許多實施例中，安裝基座包括彎曲特征，第一連桿被連接到該彎曲特征，使得第 一連桿被限制成沿該彎曲特征移動。該彎曲特征具有相對于遠程操縱中心的恒定曲率半 徑。
[0022] 在許多實施例中，安裝基座包括閉環彎曲特征，其中第一連桿被連接到該閉環彎 曲特征。第一連桿被限制成沿該閉環彎曲特征移動。
[0023] 在許多實施例中，操縱器包括正弦/余弦連桿，其可驅動地聯接第一、第二和第三 平行四邊形連桿機構接頭中的至少一對。以及在許多實施例中，帶有定向撓曲的正弦/余 弦連桿可驅動地聯接第一、第二和第三平行四邊形連桿機構接頭中的至少一對。
[0024] 為了更全面理解本發明的本質和優點，應確保參照【具體實施方式】和附圖。本發明 的其他方面、目標和優點根據下面的附圖和【具體實施方式】將變得顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1是根據許多實施例的用于進行手術的微創機器人手術系統的平面圖。
[0026] 圖2是根據許多實施例的用于機器人手術系統的外科醫生的控制臺的透視圖。
[0027] 圖3是根據許多實施例的機器人手術系統電子推車的透視圖。
[0028] 圖4概略示出根據許多實施例的機器人手術系統。
[0029] 圖5A是根據許多實施例的機器人手術系統的患者側推車（手術機器人）的主視 圖/前視圖。
[0030] 圖5B是根據許多實施例的機器人手術工具的主視圖。
[0031] 圖6是根據許多實施例的遠程中心操縱器的透視示意圖，所述遠程中心操縱器包 括可操作再定向器械夾持器而不移動遠程操縱中心的錐形擺動接頭。
[0032] 圖7是根據許多實施例的遠程中心操縱器的透視示意圖，所述遠程中心操縱器包 括可操作再定向操縱器的外側部分而不移動遠程操縱中心的錐形擺動連桿。
[0033] 圖8是根據許多實施例的遠程中心操縱器的透視示意圖，所述遠程中心操縱器包 括圖6的錐形擺動接頭和圖7的錐形擺動連桿。
[0034] 圖9是根據許多實施例的遠程中心操縱器的透視示意圖，所述遠程中心操縱器包 括可操作再定向操縱器的外側部分而不移動遠程操縱中心的俯仰連桿機構。
[0035] 圖10是根據許多實施例的遠程中心操縱器的透視示意圖，所述遠程中心操縱器 包括圖6的錐形擺動接頭、圖7的錐形擺動連桿和圖9的俯仰連桿機構。
[0036] 圖11示出根據許多實施例的遠程中心操縱器，所述遠程中心操縱器包括可操作 再定向操縱器的連桿機構組件而不移動遠程操縱中心的錐形擺動連桿。
[0037] 圖12示出根據許多實施例的遠程中心操縱器，所述遠程中心操縱器包括可操作 再定向器械夾持器而不移動遠程操縱中心的錐形擺動接頭。
[0038] 圖13A、圖13B和圖13C示出器械夾持器在不同取向的情況下圖8的遠程中心操縱 器。
[0039] 圖14A示出根據許多實施例的可以被用于可轉動地聯接圖8中的遠程中心操縱器 中的兩個平行四邊形接頭的正弦/余弦連桿。
[0040] 圖14B示出根據許多實施例的用于減輕連桿中角力引起載荷的定向撓曲，所述連 桿用于可轉動地聯接到遠程中心操縱器中的兩個平行四邊形接頭。
[0041] 圖15示出根據許多實施例的遠程中心操縱器，所述遠程中心操縱器包括彎曲特 征，該彎曲特征具有相對于遠程操縱中心的固定曲率半徑，并且外側連桿機構的基座連桿 可以沿著該彎曲特征被重新定位。
[0042] 圖16示出根據許多實施例的遠程中心操縱器，所述遠程中心操縱器包括閉環曲 線特征，外側連桿機構的基座連桿被連接到該閉環曲線特征，使得該基座連桿被限制成沿 著該閉環曲線特征移動。
[0043] 圖17是根據許多實施例的遠程中心操縱器的透視示意圖，在該遠程中心操縱器 中的器械夾持器圍繞通過遠程中心的偏轉軸線轉動并圍繞通過遠程中心的俯仰軸線轉動， 所述偏轉軸線不與所述俯仰軸線垂直。
[0044] 圖18是根據許多實施例的遠程中心操縱器的透視示意圖，其中在圖17中的遠程 中心操縱器進一步包括圖9的俯仰連桿機構。
[0045] 圖19是根據許多實施例的遠程中心操縱器的透視示意圖，其中在圖18中的遠程 中心操縱器進一步包括圖6的錐形擺動接頭。
[0046] 圖20是根據許多實施例的遠程中心操縱器的側視圖。
[0047] 圖21是圖20的遠程中心操縱器的俯視圖。
[0048] 圖22圖示說明通過歪斜俯仰軸線實現圖20的遠程中心操縱器的操作空間包絡的 減少。
[0049] 圖23是根據許多實施例的圖20的遠程中心操縱器在器械夾持器相對于遠程操縱 中心實現最大俯仰返回構造中的側視圖。

【具體實施方式】
[0050] 在以下描述中，將描述本發明的各個實施例。出于解釋的目的，具體構造和細節被 闡述以便提供對所述實施例的透徹理解。不過，本發明可以在沒有這些具體細節的情況下 被實踐，這對于本領域的技術人員來說是顯而易見的。而且，眾所周知的特征可以被省略或 簡化，以免模糊所描述的實施例。
[0051] 微創機器人手術
[0052] 現參照附圖，其中貫穿若干附圖，相同參考編號表示相同部件，圖1是微創機器人 手術（MIRS)系統10的平面視圖說明，所述MIRS系統10通常用于對躺在操作臺14上的患 者12進行微創診斷或手術。該系統可包括在手術過程期間供外科醫生18使用的外科醫生 的控制臺16。一個或更多個助理20也可以參與該手術過程。MIRS系統10可以進一步包 括患者側推車22(手術機器人）和電子推車24。患者側推車22可以操縱至少一個可拆卸 聯接的工具組合件26 (在下文中，被簡稱為"工具"），通過患者12體內的微創切口，同時外 科醫生18通過控制臺16觀察手術部位的圖像。手術部位的圖像可通過內窺鏡28 (例如立 體內窺鏡）獲得，所述手術部位圖像可以通過患者側推車22操縱以定位和定向內窺鏡28。 電子推車24可以被用于處理手術部位的圖像，用于隨后通過外科醫生的控制臺16向外科 醫生18顯示。一次使用手術工具26的數量通常取決于診斷或手術過程以及手術室內的空 間限制以及其他因素。如果在手術過程期間有必要改變正在使用的一個或更多個工具26， 助理20可以從患者側推車22移走工具26并用手術室中來自托盤30的另一個工具26將 其替換。
[0053] 圖2示出外科醫生的控制臺16的透視圖。外科醫生的控制臺16包括左眼顯示器 32和右眼顯示器34,其用于向外科醫生18呈現能夠具有深度感知的手術部位的協同立體 視圖。控制臺16進一步包括一個或更多個輸入控制裝置36,其進而促使患者側推車22 (在 圖1中示出）操縱一個或更多個工具。輸入控制裝置36可以提供與其關聯的工具26 (在 圖1中示出）相同的自由度，以向外科醫生提供輸入控制裝置36與工具26 -體化的遠程 呈現或感知，以便外科醫生具有直接控制工具26的強烈知覺。為此，位置、力和觸覺反饋傳 感器（未示出）可以通過輸入控制裝置36將位置、力和觸覺感覺從工具26傳輸向外科醫 生的手。每個單獨輸入控制裝置36作為控制相應從手術工具以實現遠程操作的人為控制 主控器。當這種遠程操作與以三維感知的手術部位的顯示組合并且外科醫生的手在主控器 上被定位在與手術部位處觀察的工具圖像對應的位置處時，能夠實現遠程呈現的感覺。
[0054] 外科醫生的控制臺16通常被設置在與患者相同的房間中，以便外科醫生可以直 接監測手術過程，如果必要可以實際存在并直接與助理說話而不是通過電話或其他通信介 質。不過，外科醫生可以位于不同房間、完全不同的建筑物或遠離患者的其他位置，以允許 遠程手術過程。
[0055] 圖3示出電子推車24的透視圖。電子推車24可以與內窺鏡28聯接并且可以包 括處理捕捉圖像供隨后在外科醫生的控制臺或位于本地和/或遠程的其他合適的顯示器 上向外科醫生顯示的處理器。例如，在使用立體內窺鏡時，電子推車24可以處理捕捉圖像， 向外科醫生呈現手術部位的協同立體圖像。這類協同可以包括相對圖像之間的對齊并且可 以包括調整立體內窺鏡的立體工作距離。作為另一個示例，圖像處理可以包括使用先前確 定的攝像頭校準參數補償圖像捕捉裝置的成像誤差，例如光學像差。
[0056] 圖4概略示出機器人手術系統50 (例如圖1的MIRS系統10)。如上所述，外科醫 生的控制臺52(例如圖1中的外科醫生的控制臺16)可以在微創手術過程期間被外科醫生 用于控制患者側推車（手術機器人）54(例如圖1中的患者側推車22)。患者側推車54可 以使用諸如立體內窺鏡的成像裝置捕捉手術部位的圖像并向電子推車56(例如圖1中的電 子推車24)輸出捕捉的圖像。如上所述，電子推車56可以在任何隨后顯示之前以各種方式 處理捕捉的圖像。例如，電子推車56可以在經由外科醫生的控制臺52向外科醫生顯示組合 圖像之前用虛擬控制界面覆蓋捕捉的圖像。患者側推車54可以輸出供在電子推車56外部 處理的捕捉的圖像。例如，患者側推車54可以向處理器58輸出捕捉的圖像，處理器58可 以被用于處理捕捉的圖像。圖像還可以通過電子推車56和處理器58的組合進行處理，電 子推車56和處理器58可以被聯接在一起共同、依次和/或組合處理捕捉的圖像。一個或 更多個單獨的顯示器60也可以與處理器58和/或電子推車56聯接在一起，用于圖像（例 如，手術部位的圖像或其他相關圖像）的本地和/或遠程顯示。
[0057] 圖5A和5B分別示出患者側推車22和手術工具62。手術工具62是手術工具26 的示例。所示出的患者側推車22提供三個手術工具26和成像裝置28的操縱，該成像裝置 例如用于手術部位的圖像捕捉的立體內窺鏡。操縱通過具有若干機器人接頭的機器人機構 提供。成像裝置28和手術工具26可以通過患者內部的切口安置和操縱，以便運動的遠程 中心被保持在切口處，以將切口尺寸最小化。手術部位的圖像可以包括當手術工具26被安 置在成像裝置28的視場內時，手術工具26的遠端的圖像。診斷或治療的端部執行器63通 常在手術器械的長軸的遠端處。
[0058] 硬件受限的遠程中心操縱器
[0059] 圖6示出根據許多實施例的遠程中心操縱器70的透視示意圖。遠程中心操縱器 70由安裝基座72支撐。遠程中心操縱器70包括由安裝基座72支撐的基座連桿74、偏轉接 頭76、延伸連桿78、基座平行四邊形接頭80、第一平行四邊形連桿82、第一平行四邊形接頭 84、第二平行四邊形連桿86、第二平行四邊形接頭88、錐形擺動機構90和器械夾持器92。 器械夾持器92經配置支撐并沿插入軸線96平移手術器械94 ( S卩，器械夾持器92包括移入 和移出患者體壁處切口的或在沿插入軸線96的患者自然體孔處的手術器械94的至少一個 棱柱接頭）。手術端部執行器95在手術器械94的遠端處。端部執行器可以用于任何手術 功能，其包括治療、診斷或成像手術裝置。端部執行器可以以各種已知的方式完成滾動。例 如，器械夾持器92或器械94自身可以包括允許器械軸圍繞插入軸線96滾動的器械軸滾動 能力。作為替代示例，軸可以保持靜止滾動，并且端部執行器在器械軸的端部處滾動。
[0060] 安裝基座72允許遠程中心操縱器70通過推車底座的設定臂/接頭、頂板底座、地 板/柱腳底座或其他底座表面進行安裝和支撐，以便基座在地面參考系（如通過地面符號 所表示的）中保持有效靜止。遠程中心操縱器70經配置成使得在手術器械94被操縱時， 遠程操縱中心（RC)相對于安裝基座72不移動。通過在相對于患者的固定位置和取向上支 撐安裝基座72,遠程操縱中心（RC)相對于患者保持固定，從而為手術器械94提供切入點。 在遠程操縱中心（RC)相對于患者被固定的情況下，可以實現手術器械94的操縱，而沒有在 手術器械94的切入位置處對患者細胞組織強加潛在危害力的危險。在手術器械軸通過插 管的實施例中，遠程操縱中心通常被定義在沿插管中心線的點，雖然在某些實施例中，插管 可以是可選的。
[0061] 偏轉接頭76將延伸連桿78的近端可轉動地聯接到基座連桿74的遠端。偏轉接 頭76可操作產生延伸連桿78圍繞延伸通過遠程操縱中心（RC)的偏轉軸線98的受控轉動 (滾動）。因為器械夾持器92經由遠程中心操縱器70的介入連桿機構部件被聯接到延伸 連桿78,延伸連桿78圍繞偏轉軸線98的轉動（滾動）產生器械夾持器92圍繞偏轉軸線 98的相應轉動，從而對于偏轉接頭76的所有角度取向保持遠程操縱中心（RC)相對于安裝 基座72的位置和取向。術語"偏轉"是任意的，并且可以看出在該術語的情況下，遠程操縱 中心（RC)靜止、圍繞偏轉軸線98的轉動將促使手術器械94的遠端以如偏轉所限定的方式 移動。
[0062] 遠程中心操縱器70的平行四邊形連桿機構部分100經配置產生受限于圍繞俯仰 軸線102的轉動的器械夾持器92的運動，其中俯仰軸線102與遠程操縱中心（RC)交叉。通 過將器械夾持器92的相應運動限制圍繞俯仰軸線102的轉動（俯仰），插入軸線96繼續與 遠程操縱中心（RC)交叉，并且器械夾持器92與遠程操縱中心（RC)之間的距離得以維持。 術語"俯仰"是任意的，并且可以看出在該術語的情況下，遠程操縱中心（RC)靜止、圍繞俯 仰軸線102的轉動將促使手術器械94的遠端以如俯仰所限定的方式移動。
[0063] 平行四邊形連桿機構部分100包括平行四邊形基座接頭80、第一平行四邊形連桿 82、第一平行四邊形接頭84、第二平行四邊形連桿86、第二平行四邊形接頭88、錐形擺動機 構90和器械夾持器92。基座平行四邊形接頭80將第一平行四邊形連桿82可轉動地聯接 到延伸連桿78的遠端。基座平行四邊形接頭80可操作產生第一平行四邊形連桿82圍繞 平行于俯仰軸線102的基座接頭軸線104的受控轉動。基座接頭軸線104的位置和取向相 對于延伸連桿78是固定的。第一平行四邊形接頭84將第二平行四邊形連桿86的近端可 轉動聯接到第一平行四邊形連桿82的遠端，用于第二平行四邊形連桿86圍繞平行于俯仰 軸線102的第一接頭軸線106轉動。第一接頭軸線106的位置和取向相對于第一平行四邊 形連桿82是固定的。第二平行四邊形接頭88將錐形擺動機構90的近端可轉動地聯接到 第二平行四邊形連桿86的遠端，用于錐形擺動機構90圍繞平行于俯仰軸線102的第二接 頭軸線108轉動。第二接頭軸線108的位置和取向相對于第二平行四邊形連桿86是固定 的。因為器械夾持器92被聯接到錐形擺動機構90的遠端，器械夾持器92被限制成圍繞第 二接頭軸線108轉動。
[0064] 第一和第二平行四邊形接頭84、88被可轉動地聯接到基座平行四邊形接頭80,以 便基座平行四邊形接頭80的致動致動平行四邊形連桿機構部分100,從而產生器械夾持器 92被限制成圍繞俯仰軸線102轉動的相應運動。任何合適的方案可以被用于可轉動地聯 接基座平行四邊形接頭80、第一平行四邊形接頭84和第二平行四邊形接頭88。例如，基座 平行四邊形接頭80可以包括基座滑輪，其被可轉動地固定到延伸連桿78并被安裝以圍繞 基座接頭軸線104相對于第一平行四邊形連桿82轉動。第一平行四邊形接頭84可以包括 第一滑輪，其被可轉動地固定到第二平行四邊形連桿86并被安裝以圍繞第一接頭軸線106 相對于第一平行四邊形連桿82轉動。通過將第一滑輪的轉動連接到第二滑輪的轉動，例如 通過一個或更多個驅動帶或一個或更多個連桿，第二平行四邊形連桿86相對于第一平行 四邊形連桿82的轉動可以通過第一平行四邊形連桿82相對于延伸連桿78的轉動而被驅 動，使得第二平行四邊形連桿86與延伸連桿78之間同一的相對取向在針對第一平行四邊 形連桿82相對于延伸連桿78的所有角度取向被保持。以同樣的方式，第一平行四邊形接 頭84可以包括第三滑輪，其被可轉動地固定到第一平行四邊形連桿82并被安裝以圍繞第 一接頭軸線106相對于第二平行四邊形連桿86轉動。第二平行四邊形接頭88可以包括第 四滑輪，其被可轉動地固定到錐形擺動機構90的近端并被安裝以圍繞第二接頭軸線108相 對于第二平行四邊形連桿86轉動。通過將第三滑輪的轉動連接到第四滑輪的轉動，例如通 過一個或更多個驅動帶或一個或更多個連桿，錐形擺動機構90相對于第二平行四邊形連 桿86的轉動可以通過第二平行四邊形連桿86相對于第一平行四邊形連桿82的轉動而被 驅動，使得插入軸線96與第一平行四邊形連桿82之間同一的相對取向在針對第二平行四 邊形連桿86相對于第一平行四邊形連桿82的所有角度取向被保持。
[0065] 錐形擺動機構90包括近側錐形擺動連桿110和錐形擺動接頭112。錐形擺動接頭 112將器械夾持器92可轉動地聯接到近側錐形擺動連桿110,使得錐形擺動接頭112的致 動圍繞與遠程操縱中心（RC)交叉的錐形擺動軸線114相對于近側錐形擺動連桿110重新 定向器械夾持器92。錐形擺動接頭112的轉動促使手術器械94的軸沿中心在錐形擺動軸 線114上并且在遠程操縱中心（RC)處具有頂點的圓錐的表面擺動。器械夾持器92圍繞錐 形擺動軸線114的重新定向可以被用于任何合適目的，例如避免與毗鄰手術操縱器和/或 患者的碰撞，或用于在體壁處提供增加的空間以允許手術人員訪問器械進入身體的無菌手 術區域。器械夾持器92圍繞錐形擺動軸線114的重新定向還可以被用于延伸器械夾持器 92相對于患者的可用運動范圍。錐形擺動軸線114提供一個冗余軸線，器械夾持器92可 以圍繞所述一個冗余軸線在遠程操縱中心（RC)附近轉動。錐形擺動軸線114不與偏轉軸 線98、俯仰軸線102或插入軸線96中的任一個對齊。不過，在手術中，錐形擺動軸線114與 偏轉軸線98之間的角度可以隨遠程中心操縱器70被鉸接而改變。錐形擺動機構90是可 選的，并且可以如本文所述被包括在各個操縱器實施例中或不被包括在各個操縱器實施例 中。出于本說明書的目的，錐形擺動機構90可以被認為是與更接近地處于操縱器中的其他 錐形擺動機構區分的遠側錐形擺動機構（例如，參見圖8,其示出另一個"近側"錐形擺動機 構）。
[0066] 圖7是根據許多實施例的遠程中心操縱器120的透視示意圖。遠程中心操縱器 120包括一些與圖6的遠程中心操縱器70相同的部件。共享部件包括安裝基座72、基座連 桿74、偏轉接頭76、延伸連桿78、基座平行四邊形接頭80、第一平行四邊形連桿82、第一平 行四邊形接頭84、第二平行四邊形連桿86、第二平行四邊形接頭88和器械夾持器92。遠程 中心操縱器120不包括錐形擺動機構90。相反，第二平行四邊形接頭88將器械夾持器92 可轉動地聯接到第二平行四邊形連桿86,用于器械夾持器92圍繞第二接頭軸線108相對于 第二平行四邊形連桿86轉動。
[0067] 遠程中心操縱器120進一步包括錐形擺動機構122。錐形擺動機構122包括錐 形擺動接頭124和通過錐形擺動接頭124被可轉動地聯接到基座連桿74的錐形擺動連桿 126。錐形擺動接頭124可操作圍繞與遠程操縱中心（RC)交叉的錐形擺動軸線128選擇性 轉動錐形擺動連桿126。錐形擺動連桿126的遠端支撐偏轉接頭76。錐形擺動連桿126經 配置定位和定向偏轉接頭76,使得針對錐形擺動連桿126圍繞錐形擺動軸線128的所有取 向，偏轉軸線98與遠程操縱中心（RC)交叉。錐形擺動機構122可操作相對于安裝基座72 重新定向遠程中心操縱器120的外側連桿機構，同時保持遠程操縱中心（RC)相對于安裝基 座72的位置。錐形擺動接頭124的轉動促使手術器械94的軸沿中心在錐形擺動軸線128 上并且在遠程操縱中心（RC)處具有頂點的圓錐的表面擺動。錐形擺動機構122可以以任 何合適的方式使用，例如被用于在手術過程之前定位/定向遠程中心操縱器120的外側部 分且/或在手術過程期間用于主動地定位/定向遠程中心操縱器120的外側部分的設定接 頭。錐形擺動軸線128提供冗余自由度軸線，器械夾持器92可以圍繞所述冗余自由度軸線 在遠程操縱中心（RC)附近轉動。錐形擺動軸線128不與偏轉軸線92、俯仰軸線102或插 入軸線96中的任一個對齊。錐形擺動軸線128可以距偏轉軸線98偏移任何合適角度（例 如，在一個實施例中是15度）。再次參照圖6,錐形擺動機構122是可選的，并且可以如本 文所述被包括在各個操縱器實施例中或不被包括在各個操縱器實施例中。出于本說明書的 目的，錐形擺動機構122可以被認為是與更遠離處在操縱器中的其他錐形擺動機構區分的 近側錐形擺動機構（例如，參見圖8,其示出另一個"遠側"錐形擺動機構）。
[0068] 與錐形擺動機構122關聯的接頭可以被驅動或不被驅動，并且如果被驅動，則該 接頭可以作為在外科醫生的主動控制下的遠程操作功能的一部分或被手術室中的另一個 人被動控制。如果非外科醫生的人被動控制，錐形擺動機構可以作為設定結構的一部分以 在手術過程之前和/或手術過程期間針對手術正確地定位遠程中心操縱器。在一些實施例 中，開關（按鈕，搖桿等）控制錐形擺動機構122的運動，將操縱器的更遠側部分移動到期 望的位置。并且，錐形擺動機構122可轉動滿360度或更大，或其轉動可以被限制小于360 度。例如，在一個實施例中，轉動被限制在大約180度、在直線上升（12點）位置到直線下 降（6點）位置之間的范圍內。如果兩個或更多個類似配置的遠程中心操縱器被定位彼此相 鄰，那么每個錐形擺動機構122可以被限制轉動相同弧度，以幫助消除碰撞/沖突。例如， 每個錐形擺動機構122可以被限制轉動到在從12點通過3點到6點的圓弧上的任何位置。 在其他實施例中，錐形擺動機構122被設置有重心平衡補償特征（例如，通過使用電流根據 機械負載位置控制馬達轉矩，通過使用彈簧以平衡機械負載等），這使得在機械載荷有效失 重或低重量時手容易定位。在重心平衡補償實施例中，制動器通常將操縱器保持就位直到 一個人將該操縱器移動到期望位置的時間被釋放，并接著在新位置處重新施加制動以保持 該操縱器。
[0069] 除了用于設定操作以外，錐形擺動機構122還可以被連接到手術器械94的外科 醫生的主動遠程操作控件。因此，錐形擺動機構的運動可以作為外科醫生的控制輸入的結 果或作為例如避免與附近物體例如第二操縱器、患者或其他手術室設備碰撞的結果自動發 生。
[0070] 本文公開的遠程中心操縱器的各個方面可以以任何合適方式被組合。例如，圖8 是根據許多實施例的遠程中心操縱器130的透視示意圖，所述遠程中心操縱器包括圖6的 遠程中心操縱器70和圖7的遠程中心操縱器120兩者的方面。具體地，遠程中心操縱器 130包括錐形擺動機構122、錐形擺動機構90和平行四邊形連桿機構部分100。因此，遠程 中心操縱器130具有兩個冗余自由度軸線，具體地，包括錐形擺動軸線114和錐形擺動軸線 128,器械夾持器92可以圍繞所述兩個冗余自由度軸線在遠程操縱中心（RC)附近轉動。錐 形擺動軸線114與錐形擺動軸線128中的每個不與偏轉軸線98、俯仰軸線102或插入軸線 96中的任一個對齊。
[0071] 由于在圖6-圖8中示出的遠程中心操縱器實施例包括偏轉軸線以及一個或更多 個錐形擺動機構，其中每個錐形擺動機構與錐形擺動軸線關聯，并且這些轉動的軸線均與 遠程操縱中心對齊，由此產生的冗余自由度允許器械軸在空間（即，在與基座72關聯的地 面參考系中）中保持靜止，如同遠程中心操縱器被放置在各個不同構造中一樣。進一步地， 通過如上所述的器械端部執行器滾動，如果端部執行器取向不與插入軸線96對齊，那么該 端部執行器取向也可以在空間中保持靜止，如同遠程中心操縱器被放置在各個不同構造中 一樣。這類遠程中心操縱器維護硬件受限機器人手術操縱器的患者安全利益，其中硬件構 造防止遠程操縱中心相對患者移動，并且這類操縱器添加允許在不同位置的各個器械的不 同構造的益處，避免與毗鄰操縱器、患者、其他設備和手術人員碰撞的有用特征，從而在操 縱器與患者之間提供增加的空隙，并且提供增加的對器械進入患者的手術區的訪問。
[0072] 但是應當很容易地認識到，如果平行四邊形連桿機構部分100安置不與軸線98垂 直的插入軸線96,那么隨著接頭76轉動，器械94也沿中心在遠程操縱中心處具有頂點的軸 線96上的圓錐的表面，以在如錐形擺動機構以如上所述轉動時類似于器械94運動的方式 擺動。因此，這些特征提供所謂任意的冗余"偏轉類型"自由度，這是因為轉動的軸線與遠 程操縱中心交叉。但是，根據本發明的方面的硬件受限遠程中心操縱器并不局限于偏轉類 型冗余自由度。
[0073] 圖9是根據許多實施例的遠程中心操縱器140的透視示意圖。遠程中心操縱器 140包括一些與圖6的遠程中心操縱器70相同的部件。共享部件包括安裝基座72、基座連 桿74、偏轉接頭76、延伸連桿78、基座平行四邊形接頭80、第一平行四邊形連桿82、第一平 行四邊形接頭84、第二平行四邊形連桿、第二平行四邊形接頭88和器械夾持器92。如圖 所示的遠程中心操縱器140不包括錐形擺動機構90。相反，第二平行四邊形接頭88將器 械夾持器92可轉動地聯接到第二平行四邊形連桿86,用于器械夾持器92圍繞第二接頭軸 線108相對于第二平行四邊形連桿86轉動。遠程中心操縱器140進一步包括重新定向機 構142,其可操作將遠程中心操縱器140的外側部分圍繞與遠程操縱中心（RC)交叉的軸線 144重新定向。重新定向機構142包括基座146和與基座146聯接并可沿相對于遠程操縱 中心（RC)具有恒定半徑的彎曲路徑相對于基座146重新定向的可移動連桿148,從而將器 械夾持器92的相應運動限制成圍繞遠程操縱中心（RC)轉動。在所示出的實施例中，軸線 144與俯仰軸線102重合。因此，如圖所示，平行四邊形連桿機構部分和重新定向機構142 中的每個在遠程操縱中心（RC)處單獨在重合軸線102、144附近轉動器械94,以提供冗余自 由度。并且，遠程中心操縱器140的硬件設計物理上限制器械94在遠程操縱中心（RC)處 轉動。技術人員應當理解，其他機械結構可以被用于提供為重新定向機構122示意性示出 和描述的功能。進一步地，具有與重新定向機構142類似功能的一個或更多個附加重新定 向機構可以被插入到在基座72與器械夾持器92之間的鏈接中，以便遠程中心操縱器140 具有附加的冗余自由度。
[0074] 重新定向機構142還可以經配置成使得軸線144不與俯仰軸線102對齊（不重 合）。例如，重新定向機構142可以經配置成使得軸線144與插入軸線96對齊，并可以經配 置成使得軸線144相對于俯仰軸線102和/或插入軸線96處于任何合適的角度。
[0075] 與重新定向機構142關聯的接頭可以被驅動或不被驅動，并且如果被驅動，其可 以在外科醫生的主動控制下或被手術室人員被動控制。如果在被動控制下，重新定向機構 142可以在手術過程之前被用作設定接頭，以針對手術正確地定位遠程中心操縱器140,且 /或在手術過程期間其可以被用于主動重新定向外側連桿機構，同時保持相對于安裝基座 72的遠程操縱中心（RC)的位置并從而相對于患者以及器械94進入患者的切口的位置。在 一些被動控制實施例中，開關（例如，開/關按鈕，彈簧搖桿等）控制重新定向機構142移 動，以便人員操作控件將遠程中心操縱器移動到期望位置。在其他被動控制實施例中，重新 定向機構被配備有重心平衡補償特征（例如，根據機械負載位置控制馬達電流的補償），以 便感覺操縱器有效失重并且該操縱器容易被手移動。例如，制動器可以將重新定向機構142 保持就位直到人員可以容易重定位重新定向機構的點時被釋放，并接著再施加制動器將該 操縱器保持就位。
[0076] 圖10是根據許多實施例的遠程中心操縱器150的透視示意圖。遠程中心操縱器 150包括圖8的遠程中心操縱器130和圖9的遠程中心操縱器140二者的方面。具體地， 遠程中心操縱器150包括重新定向機構142、錐形擺動機構122 (其任選地，可以不包括）、 錐形擺動機構90(其任選地，可以不包括）和平行四邊形連桿機構部分100。因此，遠程中 心操縱器150具有三個冗余自由度（如果所述錐形擺動機構中的一個被去除，則會更少；如 果附加的錐形擺動機構或重新定向機構被添加，則會更多），并且這些自由度來自圍繞軸線 144 (通過重新定向機構142驅動的）、錐形擺動軸線114 (通過錐形擺動機構90驅動的）和 錐形擺動軸線128 (通過錐形擺動機構122驅動的）轉動的能力。在軸線144不與遠程中 心操縱器150中的俯仰軸線102重合時，軸線144可以在替代實施例中與俯仰軸線102重 合。
[0077] 重新定向機構142和錐形擺動機構122中的每一個可以在手術過程之前被用作設 定接頭且/或在手術過程期間被用于主動重新定向外側連桿機構，同時物理上限制遠程操 縱中心（RC)相對于安裝基座72的位置，并因此保持遠程操縱中心（RC)相對于患者的位 置。作為設定結構的一部分的重新定向機構142的使用如上被描述，并且錐形擺動機構122 可以同樣被使用。
[0078] 需要指出，遠程中心操縱器的各個實施例中的每個實施例某種程度上是窄的，以 便這些操縱器中的兩個或更多個可以在手術機器人上彼此相鄰定位，并且毗鄰操縱器之間 的空間可以被減少，以允許每個操縱器控制靠近另一個器械的器械，用于有效的手術器械 安置。
[0079] 圖11示出根據許多實施例的硬件受限遠程中心操縱器160。操縱器160包括基座 連桿162、錐形擺動連桿164、平行四邊形基座連桿166、平行四邊形第一連桿168、平行四邊 形第二連桿170、經配置支持可拆卸手術器械（未示出；器械軸經過被示出聯接在器械夾持 器172遠端處的插管173)的器械夾持器172和錐形擺動接頭174。在許多實施例中，基座 連桿162相對于經由遠程中心操縱器160在正被手術的患者被保持在固定位置。錐形擺動 連桿164具有被安裝在基座連桿162的錐形擺動連桿遠端176,用于錐形擺動連桿164圍 繞第一軸線178相對于基座連桿162轉動，第一軸線178與遠程運動中心（RC)交叉，遠程 運動中心（RC)由沿器械軸經過的插管的中心線限定。錐形擺動連桿164具有從第一軸線 178偏移的錐形擺動連桿遠端180,以及將錐形擺動連桿近端176連接到錐形擺動連桿遠端 180的錐形擺動連桿體區段182。
[0080] 錐形擺動連桿164的操縱器160外側（遠側）的連桿機構經配置提供器械夾持器 172的選擇性移動，其被限制成器械夾持器172圍繞遠程中心（RC)的二維轉動（手術器械 未不出）。至于器械夾持器172圍繞遠程中心（RC)轉動的第一方向，該第一方向在本文被 稱為偏轉，平行四邊形基座連桿166具有被安裝在錐形擺動連桿遠端180的近端184,其用 于圍繞也與遠程中心（RC)交叉的第二軸線186相對于錐形擺動連桿遠端轉動。通過相對 于錐形擺動連桿遠端180選擇性轉動平行四邊形基座連桿166,平行四邊形基座連桿166的 操縱器160外側的連桿機構也圍繞第二軸線186選擇性地轉動，從而圍繞第二軸線186選 擇性地轉動器械夾持器172。
[0081] 至于器械夾持器172圍繞遠程中心（RC)轉動的第二方向，該第二方向在本文也被 稱為俯仰，器械夾持器172和平行四邊形第一和第二連桿168、170被聯接，以便形成提供器 械夾持器172的移動的平行四邊形連桿機構，所述器械夾持器172被限制成圍繞遠程中心 (RC)在軸線附近轉動，所述軸線大致垂直于第二軸線186并且垂直于平行四邊形連桿機構 的運動平面。平行四邊形第一連桿168具有經由第一平行四邊形接頭192與平行四邊形基 座連桿166的遠端190可轉動地聯接的近端188。平行四邊形第二連桿170具有經由第二 平行四邊形接頭198與平行四邊形第一連桿168的遠端196可轉動地聯接的近端194。器 械夾持器172經由第三平行四邊形接頭202與平行四邊形第二連桿170的遠端200聯接。 第二和第三平行四邊形接頭198、202被第一平行四邊形接頭192的轉動可轉動地驅動，以 便第一平行四邊形連桿168、第二平行四邊形連桿170和器械夾持器172形成平行四邊形連 桿機構。在所示位置中，第一平行四邊形連桿168限定在第一與第二平行四邊形接頭192、 198之間延伸的第一平行四邊形邊204,第二平行四邊形連桿170限定在第二與第三平行四 邊形接頭198、202之間延伸的第二平行四邊形邊206 ;以及器械夾持器172限定在第三平 行四邊形接頭202與遠程中心（RC)之間延伸的第三平行四邊形邊208。為了說明平行四邊 形連桿機構的運動，轉動的第一平行四邊形邊204R被示出表示第一平行四邊形連桿168相 對于平行四邊形基座連桿166的相應轉動位置，以及重新定位的第二和第三平行四邊形邊 206R、208R被示出分別表示對應于第一平行四邊形連桿168的轉動位置的第二平行四邊形 連桿170和器械夾持器172的位置。如圖所示，第一平行四邊形連桿168相對于平行四邊 形基座連桿166的轉動用于移動器械夾持器172,以便第三平行四邊形邊208的遠端保持 與遠程操縱中心（RC)重合，從而使器械夾持器172圍繞大致垂直于第二軸線186的軸線俯 仰。
[0082] 當操縱手術器械的軸沿第二軸線186 (偏轉軸線）在一條直線上時，錐形擺動連桿 164的操縱器160外側的連桿機構具有固有的奇異性。即使當手術器械軸不沿第二軸線186 在一條直線上時，當手術器械軸與第二軸線186之間的角度小（例如，15度或更小）時，運 動學調節是很差的。將平行四邊形連桿機構延伸到手術器械軸與第二軸線86對齊所需程 度的另一個實踐限制是由此產生的操縱器160的長度對在手術室環境中的使用可能是不 良的長度。
[0083] 為了解決前述問題，平行四邊形連桿機構的運動可以被限制，例如使得手術器械 軸相對于第二軸線186的角度被限制至少等于合適的角度（例如，大約15度）。不過，在這 類角度限制的情況下，對于第二軸線186的任何特定位置和取向，還存在手術器械尖端不 能到達的錐形體積。因此，錐形擺動機構122提供重新定位且重新定向第二軸線186的方 式，以便將不可接近的錐形體積置于患者上的外科醫生不感興趣作業的地方。錐形擺動機 構122還可以作為器械夾持器172在第二軸線186附近替代被用于在第一軸線178附近轉 動器械夾持器172。
[0084] 冗余軸線和硬件受限遠程中心操縱器上的關聯冗余自由度允許操縱器使用不止 一個接頭角度的可能組合中的一個組合在獨特位置定位手術器械。因此，冗余軸線（提供 冗余自由度的接頭的軸線）可以被用于避免與毗鄰操縱器、患者解剖結構或設備（例如手 術臺）的碰撞。當冗余軸線被機械地限制經過遠程操縱中心（RC)時，該冗余軸線可以在手 術過程期間被重新定向，而沒有相對于患者移動遠程操縱中心（RC)的風險。
[0085] 錐形擺動接頭174將第二平行四邊形連桿170的遠端200聯接到器械夾持器172。 錐形擺動接頭174可操作選擇性改變器械夾持器172圍繞與遠程中心（RC)交叉的第三軸 線210相對于第二平行四邊形連桿170的取向。改變器械夾持器172相對于第二平行四邊 形連桿170的取向的能力可以被用于避免器械夾持器172與毗鄰操縱器之間的干擾，避免 器械夾持器172與患者之間的干擾，并且增加器械夾持器172的運動范圍。在所示出的實 施例中，第三軸線210與第三平行四邊形邊208重合，從而確保第三平行四邊形邊208響應 于器械夾持器172圍繞第三軸線210的轉動而不改變長度。
[0086] 圖12進一步示出錐形擺動接頭174。如圖所示，第三軸線210不與由器械夾持器 172支撐的手術器械（未示出）的中心線228對齊，手術器械沿著沿著第三軸線被插入和撤 回，并且手術器械軸在第三軸線附近滾動。第三軸線210與中心線228之間的角偏移允許 錐形擺動接頭174的轉動相對于遠程中心（RC)重新定向手術器械，從而允許手術器械達到 患者體內的不同區域。并且如上所述，與平行四邊形機構的俯仰運動功能組合，錐形擺動接 頭174的轉動可以保持手術器械相對于運動的遠程中心（RC)的位置和取向，允許重新定位 器械夾持器172以避免與毗鄰器械夾持器/手術器械干擾。
[0087] 圖13A、圖13B和圖13C示出錐形擺動接頭174提供的運動范圍。在圖13A中，錐 形擺動接頭174處于居中配置中，其中器械夾持器172與第二平行四邊形連桿170對齊。在 圖13B中，錐形擺動接頭174被示出在一個方向充分轉動，從而在所示出的方向上定向器械 夾持器172。以及在圖13C中，錐形擺動接頭174被示出在相反方向上充分轉動，從而在所 示出的相反方向上定向器械夾持器172。如圖所示，由錐形擺動接頭174提供的器械夾持器 172的不同可能取向用作提供由器械夾持器172支撐的手術器械（未示出）的對應不同插 入方向。同樣，錐形擺動接頭174提供的冗余自由度允許在每個獨特器械位置的操縱器具 有一系列接頭位置。雖然未示出，可以看出在圖11中示出的近側錐形擺動接頭提供類似功 能。以及此外，兩個錐形擺動接頭在一起動作可以將偏轉接頭和平行四邊形機構偏移到一 側或另一側，而器械保持靜止。如上所述，隨著操縱器移動，相對于器械主體滾動端部執行 器（例如，在軸上滾動端部執行器，或利用附接的端部執行器滾動整個軸）允許端部執行器 在空間中保持靜止。因此，在遠程手術期間，操縱器充分利用冗余自由度的優點的運動對外 科醫生來說是透明的，外科醫生不會感覺到任何相應手術端部執行器的移動。
[0088] 圖14A示出可轉動地聯接一些實施例的操縱器160的第二平行四邊形接頭198和 第三平行四邊形接頭200的第一正弦/余弦連桿228和第二正弦/余弦連桿230。第一和 第二正弦/余弦連桿228、230之所以如此命名，是為了反映連桿228、230被聯接到平行四 邊形接頭198、200的方式。如在第二平行四邊形接頭198處所示，第一和第二正弦/余弦 連桿228、230與第二平行四邊形接頭198之間的連接偏移90度，第一和第二正弦/余弦連 桿228、230與第三平行四邊形接頭200之間的連接同樣配置。雖然90度的連接偏移是優 選的，也可以使用其他偏移角度。所述連接偏移確保連桿228、230中的至少一個連桿總是 從經過第一和第二平行四邊形接頭198、200兩者的中心線232偏移，以便總是具有在第二 和第三平行四邊形接頭198、200之間傳遞扭矩所需的偏移。通過以相同角度取向和徑向距 離連接第一和第二正弦/余弦連桿228、230中的每一個連桿的每端，第二與第三平行四邊 形接頭198、200之間的傳遞或轉動運動可以以可靠和平滑方式實現。
[0089] 在許多實施例中，第一和第二正弦/余弦連桿228、230的長度是可調節的，使聯接 點與第二和第三平行四邊形接頭198、200的長度更好匹配。因為連桿機構是運動學受限 的，機械部件的幾何偏差（例如長度、角度或作業半徑）會在一些或全部部件中產生高力和 /或角力的形成。第一正弦/余弦連桿228包括第一連桿近側部分234和第一連桿遠側部 分236,其在第一連桿接頭238處被固定在一起。同樣，第二正弦/余弦連桿230包括第二 連桿近側部分240和第二連桿遠側部分242,其在第二連桿接頭244處被固定在一起。第一 連桿和第二連桿關節238、244經配置成使得第一和第二正弦/余弦連桿228、230中的每一 個的長度可以被改變以匹配它們被安裝在其上的第二平行四邊形連桿170的指定長度。例 如，第一連桿近側部分234和第一連桿遠側部分236可以首先被分別連接到第二平行四邊 形接頭198和連接到第三平行四邊形接頭200,并接著經由第一連桿接頭238彼此聯接，以 匹配它們被安裝在其中的第二平行四邊形連桿170的指定長度。
[0090] 圖14B示出可轉動地聯接操縱器160的第一平行四邊形接頭192和第二平行四邊 形接頭198的第三正弦/余弦連桿246和第四正弦/余弦連桿248。第三和第四正弦/余 弦連桿246、248類似于第一和第二正弦/余弦連桿228、230被配置并連接到平行四邊形關 節192、198,因此其相同描述將不在這里重復。圖14B示出定向撓曲250、252,其經配置降 低第三和第四正弦/余弦連桿246、248的作業角力水平（并且可以被用于降低第一和第二 正弦/余弦連桿228、230的作業角力水平）。定向撓曲250、252中的每一個被配置為具有 剛性取向和依從取向的懸臂梁，在所述剛性取向中的定向撓曲與所附接的正弦/余弦連桿 對齊（如在第四正弦/余弦連桿248到第二平行四邊形關節198的連接處所示），在所述 依從取向中的定向撓曲被定向成垂直于所附接的正弦/余弦連桿（如在第三正弦/余弦連 桿246到第一平行四邊形關節192的連接所示）。定向撓曲250、252經配置成使得當所附 接的正弦/余弦連桿提供扭矩傳遞的最大機械優勢時，所提供的負載路徑的剛性達到最大 值，當所附接的正弦/余弦連桿提供扭矩傳遞的最小機械優勢時，所提供的負載路徑的剛 性達到最小值。
[0091] 如同在圖14A和圖14B中示出的正弦/余弦連桿的使用是可選的，并且如上所述， 其他眾所周知的方式（例如，齒輪，皮帶等）存在以聯接平行四邊形連桿，以便所述平行四 邊機構正確起作用。
[0092] 圖15示出用于經過遠程操縱中心（RC)的冗余軸線和關聯的冗余機械自由度的實 施方式的另一種方案。圖15示出根據許多實施例的遠程中心操縱器260,其包括安裝基座 262,安裝基座262包括相對于遠程操縱中心（RC)具有恒定曲率半徑的彎曲特征264,并且 操縱器260的外側（近側）連桿機構的基座連桿266可以沿著該彎曲特征被重新定位。外 側連桿機構被安裝到基座連桿266,基座連桿266包括用于圍繞與遠程操縱中心（RC)交叉 的第一軸線268轉動的"偏轉"接頭特征。基座連桿266與彎曲特征264連接，使得基座連 桿266被限制沿彎曲特征264選擇性地重新定位，從而保持遠程操縱中心（RC)相對于安裝 基座262的位置，安裝基座262相對于患者被保持在固定位置。彎曲特征264經配置成使 得基座連桿266的運動被限制成圍繞與遠程操縱中心（RC)交叉的第二軸線270轉動。通 過改變基座連桿266沿彎曲特征264的位置，操縱器260的外側連桿機構相對于患者的取 向可以被改變，從而提供由遠程中心操縱器260操縱的手術器械的增加運動范圍。平行四 邊形機構272提供在軸線274附近的轉動。可以看出，隨著整個平行四邊形機構在軸線268 附近轉動，軸線270和274可以被重合。從與圖9所示的實施例的配置相似的圖15中示出 的實施例可以進一步看出，平行四邊形機構140和272是類似的，并且偏轉接頭76和266 是類似的。
[0093] 圖16示出用于冗余軸的實施方式的另一種方案，該冗余軸線經過遠程操縱中心 (RC)從而提供關聯的冗余自由度。圖16示出根據許多實施例的遠程中心操縱器280,其包 括安裝基座282,安裝基座282包括閉環彎曲特征284,操縱器280的外側（遠側）連桿機 構的基座連桿286可以在該閉環彎曲特征284內側被重新定位。如圖所示，中心安裝元件 285在閉環彎曲特征284內側轉動。基座連桿286被安裝在中心安裝元件285上，中心安裝 元件285某種程度上向內朝向遠程操縱中心定向。外側連桿機構被安裝到基座連桿286,用 于圍繞與遠程操縱中心（RC)交叉的第一軸線288轉動。閉環彎曲特征284經配置成使得 對于在彎曲特征284附近的基座連桿286的所有位置，遠程操縱中心（RC)的位置相對于安 裝基座282保持固定，安裝基座282相對于患者保持固定。閉環彎曲特征284是圓形的，并 且圍繞與遠程操縱中心（RC)交叉的第二軸線290是軸向對稱的。通過改變在閉環彎曲特 征284附近的基座連桿286的位置，操縱器280的外側連桿機構相對于患者的取向可以被 改變，從而提供增加的運動范圍、避免臂與臂或臂與環境的碰撞和/或避免遠程中心操縱 器280運動學奇異性。"部分圓"特征或安裝基座僅橫于圓的一部分的整圓特征也可以被使 用。可以看出，彎曲特征284及其關聯的中心安裝特征285起錐形擺動接頭的作用。因此， 圖16所示的實施例與圖7中示出的實施例相似，錐形擺動接頭122和284是類似的，并且 偏轉接頭76和286是類似的。
[0094] 圖17是根據許多實施例的遠程中心操縱器300的透視示意圖。遠程中心操縱器 300包括一些與圖6的遠程中心操縱器70相同的部件。共享部件包括安裝基座72、基座連 桿74、偏轉接頭76、基座平行四邊形接頭80、第一平行四邊形連桿82、第一平行四邊形接頭 84、第二平行四邊形連桿86、第二平行四邊形接頭88和器械夾持器92。遠程中心操縱器 300還可以包括錐形擺動組件90 (未示出）。遠程中心操縱器300包括偏移延伸連桿302， 其使平行四邊形連桿機構部分100從偏轉軸線98偏移，從而定向不與偏轉軸線98垂直的 俯仰軸線102。平行四邊形連桿機構部分100從偏轉軸線98的偏移可以由遠程中心操縱器 300通過偏轉接頭76在偏轉軸線98附近轉動時減少其擺動量，從而增加到患者的間隙且/ 或增加到毗鄰遠程中心操縱器（多個操縱器）的間隙。作為非限制性示例，在一些實施例 中偏移角是2. 7度。雖然通過偏移所提供的附加間隙是很小的，但是在手術期間該間隙是 顯著的，這是由于若干個這類操縱器通常被接近定位以控制插入到患者中的器械。甚至更 顯著的，增加的距患者的間隙可以允許增加器械端部執行器在患者內的運動范圍，這允許 外科醫生在必要時進一步達到用于治療目的的更遠組織。
[0095] 圖18是根據許多實施例的遠程中心操縱器310的透視示意圖。遠程中心操縱器 310包括圖17的遠程中心操縱器300和圖9的遠程中心操縱器140二者的方面。具體地， 遠程中心操縱器310包括重新定向機構142、偏移延伸連桿302和平行四邊形連桿機構部 分100。因此，遠程中心操縱器310具有一個冗余軸線和關聯的自由度，具體地，具有軸線 144 (其可以在該實施例中被示出未與俯仰軸線102對齊），器械夾持器92可以圍繞所述冗 余軸線在遠程操縱中心（RC)附近轉動。重新定向機構142可以在手術過程之前被用作設 定接頭且/或在手術過程期間被用于主動重新定向外側（遠側）連桿機構，同時保持遠程 操縱中心（RC)相對于安裝基座72的位置，并因此保持遠程操縱中心（RC)相對于患者的位 置。
[0096] 本文公開的遠程中心操縱器方面的任何合適的組合均可以被采用。例如，遠程中 心操縱器可以包括重新定向機構142、錐形擺動機構122、偏移延伸連桿302和錐形擺動機 構90的任何合適的組合。圖19示出包括重新定向機構142、偏移延伸連桿302、平行連桿 機構部分100和錐形擺動機構90的遠程中心操縱器312。
[0097] 圖20示出根據許多實施例的遠程中心操縱器320。操縱器320包括經配置可在現 場更換的五個單元。所述五個現場可更換單元（FRU)包括偏轉/俯仰驅動組件332、具有延 伸件近端326和延伸件遠端328的延伸件324、具有第一連桿近端332和第一連桿遠端334 的第一平行四邊形連桿330、具有第二連桿近端338和第二連桿遠端340的第二平行四邊形 連桿336以及器械夾持器342。
[0098] 偏轉/俯仰驅動組件322包括安裝基座344和與安裝基座344聯接的偏轉/俯 仰外殼346,以在與遠程操縱中心（RC)交叉的偏轉軸線348附近轉動，其中遠程操縱中心 (RC)具有相對于安裝基座344的固定位置。安裝基座344允許遠程中心操縱器320通過 推車底座的設定臂/接頭、頂板底座、底板/柱腳底座或其他安裝表面安裝和支持。通過在 相對于患者的固定位置和取向支撐安裝基座344,遠程操縱中心（RC)相對于患者被保持固 定，從而為通過正被操縱的器械夾持器342保持的手術器械提供入口點，而不在手術器械 的入口位置處對患者組織施加潛在危害的力。偏轉/俯仰驅動組件322可操作相對于安裝 基座344選擇性地轉動偏轉/俯仰外殼346,從而轉動遠程中心操縱器320的外側部分，使 得器械夾持器342在偏轉軸線348附近轉動（偏轉）而沒有相對于安裝基座344移動遠程 操縱中心（RC)。
[0099] 延伸件324向遠程中心操縱器320的平行四邊形連桿機構部分的基座接頭350提 供支撐。延伸件近端326被固定安裝到偏轉/俯仰外殼346。第一連桿近端332經由基座 接頭350與延伸件遠端328聯接，使得第一平行四邊形連桿330相對于延伸件324在第一 偏移俯仰軸線352附近轉動。第一平行四邊形連桿330被偏移到延伸件324的一側，使得 第一平行四邊形連桿330在與延伸件324偏移的運動平面中移動，并因此可以轉動對準和 經過延伸件324而沒有干擾延伸件324。
[0100] 遠程中心操縱器320的平行四邊形連桿機構部分包括第一平行四邊形連桿330、 第二平行四邊形連桿336和器械夾持器342。第二連桿近端338經由第一中間接頭354與 第一連桿遠端334聯接，使得第二平行四邊形連桿336在與第一偏移俯仰軸線352平行的 第二偏移俯仰軸線356附近相對于第一平行四邊形連桿330轉動并相對于第一連桿遠端 334被固定。第二平行四邊形連桿336被偏移到第一平行四邊形連桿330的一側，使得第 二平行四邊形連桿336在與第一平行四邊形連桿330偏移的運動平面中移動，并因此可以 轉動對準和經過第一平行四邊形連桿330而沒有干擾第一平行四邊形連桿330。器械夾持 器342經由第二中間接頭358與第二連桿遠端340聯接，使得器械夾持器342在與第一偏 移俯仰軸線352平行的第三偏移俯仰軸線360附近相對于第二平行四邊形連桿336轉動并 相對于第二連桿遠端340被固定。第一和第二中間接頭354、358中的每一個的轉動被連接 到基座接頭350的轉動，使得第一平行四邊形連桿330、第二平行四邊形連桿336和器械夾 持器342被限制隨同平行四邊形連桿機構移動，從而圍繞與遠程操縱中心（RC)交叉的俯仰 軸線362轉動（俯仰）。
[0101] 器械夾持器342包括手術器械被安裝在上面的滑座（carriage)組件364。器械夾 持器342包括可操作沿插入軸線366平移滑座組件364的插入驅動機構，從而控制手術器 械通過遠程操縱中心（RC)的插入。手術器械通常經過插管368,插管368通常被安裝在器 械夾持器342的遠端處，以及用于沿與軸線366重合的中心線限定手術器械的遠程操縱中 心（RC)。
[0102] 圖21示出遠程中心操縱器320的俯視圖。如圖所示，偏轉軸線348與俯仰軸線 366成角度偏移而不是90度的角度。在所示出的實施例中，偏轉軸線348與俯仰軸線366 成角度偏移87. 3度。通過偏轉軸線348與俯仰軸線366偏移不是90度的角度，遠程中心 操縱器320圍繞偏轉軸線348轉動的作業空間包絡（擺動量）相對于使用偏轉軸線348與 俯仰軸線366之間90度的角度偏移是減少的。遠程中心操縱器320圍繞偏轉軸線348轉 動的擺動量的這種減少在圖22中示出。對于所示出的實施例，87. 3度的角度偏移產生相對 更小的在基座接頭350處具有7. 95英寸直徑的擺動量368。相比之下，當使用與俯仰軸線 366具有90度角度偏移的偏轉軸線370時，其產生相對更大的在基座接頭350處具有8. 98 英寸直徑的擺動量372。因此，使用87. 3度的角度偏移產生大約0. 5英寸的額外患者間隙， 如上所述，這對于手術性能可以有顯著影響。
[0103] 圖23是遠程中心操縱器320的側視圖，其中，器械夾持器342被俯仰回到最大量。 在所示出的構造中，第一平行四邊形連桿330已被擺動到與延伸連桿324對齊的位置，并且 第二平行四邊形連桿336已被擺動到剛與第一平行四邊形連桿330對齊的位置，從而將插 入軸線366定向為與偏轉軸線348從垂直374到75度的角度偏移。雖然遠程中心操縱器 320能夠經配置例如通過增加延伸連桿324的長度使得器械夾持器342不接觸到偏轉/俯 仰外殼346以實現甚至更大的最大俯仰回角，但是在給定遠程中心操縱器320的運動學條 件下，即當插入軸線366與偏轉軸線348之間的角度減少到低于15度，器械夾持器342相 對于遠程操縱中心（RC)的偏轉逐漸變差時，所獲得的額外俯仰回角可能是不切實際的值。
[0104] 其他變體在本發明的精神范圍內。因此，雖然本發明可以假設各種更改和替代結 構，但是其特定實施例已在附圖中示出并在上面詳細描述。不過應當理解，本發明并不局限 于所公開的具體形式或多種形式，恰恰相反，本發明覆蓋落入本發明精神和范圍內的所有 更改、替代和等效結構，如隨附權利要求所限定的。
[0105] 在描述本發明的上下文（尤其是在隨附權利要求書的上下文中）中，術語"一"和 "一個"和"該"以及類似提及的使用應當被解釋為覆蓋單數和復數形式，除非本文另有指出 的或在上下文中明確否認的。術語"包括"、"具有"、"包含"和"含有"應被解釋為開放性的 術語（即，含義是"包括但不限于"），除非另有指出的。術語"被連接"應當被解釋為部分 或全部被包含在內、被附接或被接合在一起，即使有某些東西介入中間。本文引用的值范圍 僅旨在起單獨提及落入范圍內的每個單獨值的速記方法的作用，除非本文另有指出的，并 且每個單獨值被合并在本說明書中，如同其在本文中被單獨引用一樣。本文所述的所有方 法可以以任何合適的次序執行，除非本文另有指出的或上下文中明確否認的。本文提供的 任何和所有示例或示例性語言（例如，"例如"）旨在更好說明本發明的實施例，并不是對本 發明的范圍提出限制，除非以其他方式提出要求。本說明書中沒有語言應當被解釋為指示 實踐本發明所必需的任何未要求保護的元素。
[0106] 本文描述了本發明優選實施例，包括用于執行本發明的發明人已知的最佳模式。 在閱讀前面的描述后，那些優選實施例的變體對于本領域中的普通技術人員來說是顯而易 見的。發明人希望技術人員在適當時采用這類變體，并且發明人希望以與本文具體描述不 同的其他方式實踐本發明。因此，本發明包括適用法規允許的在權利要求中引用主題的所 有更改和等同物。而且，上述元素在所有可能變體中的任何組合均包含在本發明范圍內，除 非本文另有指出的或在上下文中明確否認的。
[0107] 本文引用的所有參考文獻（包括出版物、專利申請和專利）以相同程度被合并于 此，正如單獨和具體指出的每個參考文獻被合并于此供參考一樣。
【權利要求】
1. 一種用于在微創機器人手術期間限制手術器械的位置的遠程中心操縱器，所述手術 器械包括細長軸，所述軸具有遠側作業端，所述遠側作業端經配置通過遠程操縱中心插入 患者體腔內，所述遠程中心操縱器包括： 基座連桿，其經配置相對于患者被保持在固定位置； 器械夾持器，其經配置與所述手術器械聯接；和 連桿機構，其將所述器械夾持器聯接到所述基座連桿，所述連桿機構的第一和第二連 桿被聯接，以限制所述第二連桿相對于所述第一連桿圍繞與所述遠程操縱中心交叉的第一 軸線轉動的運動，所述連桿機構進一步包括經配置產生所述連桿機構的受限平行四邊形運 動的三個可轉動聯接轉動接頭，所述器械夾持器的運動藉此被限制成圍繞與所述遠程操縱 中心交叉的第二軸線的轉動，所述第二軸線不與所述第一軸線重合，并且所述連桿機構的 第三和第四連桿被聯接以限制所述第四連桿相對于所述第三連桿圍繞與所述遠程操縱中 心交叉的第三軸線轉動的運動，所述第三軸線不與所述第一軸線和所述第二軸線中的任一 個重合。
2. 根據權利要求1所述的操縱器，其中： 所述第三連桿是相對于所述基座連桿被固定的或是所述基座連桿中的至少一者；以及 所述第四連桿是相對于所述第一連桿被固定的或是所述第一連桿中的至少一者。
3. 根據權利要求2所述的操縱器，其中在所述第一軸線與所述第三軸線之間的角度在 10度與30度之間。
4. 根據權利要求3所述的操縱器，其中在所述第一軸線與所述第三軸線之間的角度大 約是15度。
5. 根據權利要求2所述的操縱器，其中所述第一軸線與所述第三軸線是大致垂直的。
6. 根據權利要求5所述的操縱器，其中所述第一軸線與所述第三軸線是垂直的。
7. 根據權利要求1所述的操縱器，其中所述第一軸線與所述第二軸線是大致垂直的。
8. 根據權利要求7所述的操縱器，其中所述第一軸線與所述第二軸線是垂直的。
9. 根據權利要求1所述的操縱器，其中： 所述連桿機構的所述連桿形成連桿的串聯連接組件；并且 所述第三連桿被設置在連桿的所述串聯連接組件中的所述第二連桿與所述器械夾持 器之間。
10. 根據權利要求9所述的操縱器，其中所述第四連桿是相對于所述器械夾持器被固 定的或是所述器械夾持器中的至少一者。
11. 根據權利要求9所述的操縱器，其中所述連桿機構可操作相對于所述第三連桿定 向所述第四連桿，以便所述手術器械細長軸位于在由所述第一軸線和所述第三軸線限定的 平面中。
12. 根據權利要求1所述的操縱器，其進一步包括正弦/余弦連桿，其可驅動地聯接所 述三個可轉動聯接轉動接頭中的至少一對，其中所述三個可轉動聯接轉動接頭經配置產生 所述連桿機構的受限平行四邊形運動。
13. 根據權利要求1所述的操縱器，其進一步包括帶有定向撓曲的正弦/余弦連桿，所 述正弦/余弦連桿可驅動地聯接所述三個可轉動聯接轉動接頭中的至少一對，其中所述三 個可轉動聯接轉動接頭經配置產生所述連桿機構的受限平行四邊形運動。
14. 一種用于在微創機器人手術期間限制手術器械的位置的遠程中心操縱器，所述手 術器械包括細長軸，所述軸具有遠側作業端，所述遠側作業端經配置通過遠程操縱中心插 入患者體腔內，所述遠程中心操縱器包括： 安裝基座； 錐形擺動連桿，其具有錐形擺動連桿近端和錐形擺動連桿遠端，所述錐形擺動連桿近 端被聯接到所述安裝基座，用于圍繞與所述遠程操縱中心交叉的第一軸線轉動； 第一連桿，其具有第一連桿近端和第一連桿遠端，所述第一連桿近端被聯接到所述錐 形擺動連桿遠端，用于圍繞與所述遠程操縱中心交叉的第二軸線轉動，所述第二軸線不與 所述第一軸線重合； 第二連桿，其具有第二連桿近端和第二連桿遠端，所述第二連桿近端在第一平行四邊 形連桿機構接頭處被可轉動地聯接到所述第一連桿遠端； 第三連桿，其具有第三連桿近端和第三連桿遠端，所述第三連桿近端在第二平行四邊 形連桿機構接頭處被可轉動地聯接到所述第二連桿遠端；和 第四連桿，其經配置支撐所述手術器械，所述第四連桿通過第三平行四邊形連桿機構 接頭被可轉動地聯接到所述第三連桿遠端；所述第一、第二和第三平行四邊形連桿機構接 頭被可轉動地聯接，使得所述第一平行四邊形接頭的轉動產生所述第四連桿被限制成圍繞 與所述遠程操縱中心交叉的第三軸線的轉動的運動，所述第三軸線不與所述第一軸線或所 述第三軸中的任一個重合。
15. 根據權利要求14所述的操縱器，其中在所述第一軸線與所述第二軸線之間的角度 在10度與30度之間。
16. 根據權利要求15所述的操縱器，其中在所述第一軸線與所述第二軸線之間的角度 大約是15度。
17. 根據權利要求14所述的操縱器，其中所述錐形擺動連桿具有將所述錐形擺動連桿 第一端連接到所述錐形擺動連桿第二端的錐形擺動連桿體區段，所述錐形擺動連桿體區段 具有封閉單元的橫截面構造。
18. 根據權利要求14所述的操縱器，其進一步包括錐形擺動接頭，所述錐形擺動接頭 將所述第四連桿可轉動地聯接到所述第三連桿遠端，用于圍繞與所述遠程操縱中心交叉的 第四軸線轉動，所述第四軸線不與所述第一軸線、所述第二軸線或所述第三軸線中的任一 個重合。
19. 根據權利要求18所述的操縱器，其中所述錐形擺動接頭可操作相對于所述第三連 桿定向所述第四連桿，以便所述手術器械細長軸位于由所述第二軸線和所述第四軸線限定 的平面中。
20. 根據權利要求14所述的操縱器，其進一步包括正弦/余弦連桿，其可驅動地聯接所 述第一、第二和第三平行四邊形連桿機構接頭中的至少一對。
21. 根據權利要求14所述的操縱器，其進一步包括帶有定向撓曲的正弦/余弦連桿，所 述正弦/余弦連桿可驅動地聯接所述第一、第二和第三平行四邊形連桿機構接頭中的至少 一對。
22. -種用于在微創機器人手術期間限制手術器械的位置的遠程中心操縱器，所述手 術器械包括細長軸，所述軸具有遠側作業端，所述遠側作業端經配置通過遠程操縱中心插 入患者體腔內，所述遠程中心操縱器包括： 安裝基座； 第一連桿，其與所述安裝基座聯接，以便相對于所述安裝基座是可選擇性重新定位的， 所述第一連桿相對于所述安裝基座的移動被限制成圍繞與所述遠程操縱中心交叉的第一 軸線轉動； 第二連桿，其具有第二連桿近端和第二連桿遠端，所述第二連桿近端被聯接到所述第 一連桿，用于圍繞與所述遠程操縱中心交叉的第二軸線轉動，所述第二軸線不與所述第一 軸線重合； 第三連桿，其具有第三連桿近端和第三連桿遠端，所述第三連桿近端在第一平行四邊 形連桿機構接頭處被可轉動地聯接到所述第二連桿遠端； 第四連桿，其具有第四連桿近端和第四連桿遠端，所述第四連桿近端在第二平行四邊 形連桿機構接頭處被可轉動地聯接到所述第三連桿遠端；和 第五連桿，其經配置支撐所述手術器械，所述第五連桿在第三平行四邊形連桿機構接 頭處被可轉動地聯接到所述第四連桿遠端；所述第一、第二和第三平行四邊形連桿機構接 頭被可轉動地聯接，使得所述第一平行四邊形接頭的轉動產生所述第五連桿被限制成圍繞 與所述遠程操縱中心交叉的第三軸線的轉動的運動，所述第三軸線不與所述第一軸線或所 述第二軸線中的任一個重合。
23. 根據權利要求22所述的操縱器，其中所述安裝基座包括彎曲特征，所述第一連桿 被連接到所述彎曲特征，使得所述第一連桿被限制成沿所述彎曲特征移動，所述彎曲特征 具有相對于所述遠程操縱中心的恒定曲率半徑。
24. 根據權利要求22所述的操縱器，其中所述安裝基座包括閉環彎曲特征，所述第一 連桿被連接到所述閉環彎曲特征，使得所述第一連桿被限制成沿所述閉環彎曲特征移動。
25. 根據權利要求22所述的操縱器，其進一步包括正弦/余弦連桿，其可驅動地聯接所 述第一、第二和第三平行四邊形連桿機構接頭中的至少一對。
26. 根據權利要求22所述的操縱器，其進一步包括帶有定向撓曲的正弦/余弦連桿，所 述正弦/余弦連桿可驅動地聯接所述第一、第二和第三平行四邊形連桿機構接頭中的至少 一對。
【文檔編號】A61B19/00GK104349742SQ201380028879
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年5月31日 優先權日:2012年6月1日
【發明者】B·M·斯赫納, R·L·迪萬根佐, G·C·埃廷格, E·F·杜瓦爾, N·迪奧萊提, D·H·戈麥斯 申請人:直觀外科手術操作公司