CN108366831B - 用于将机器人臂安装到手术台的手术台转接件 - Google Patents
用于将机器人臂安装到手术台的手术台转接件 Download PDFInfo
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Abstract
在一些实施方案中,装置可包括手术台和与其联接的转接件。所述转接件包括接合结构和第一连杆构件,所述第一连杆构件在第一关节处枢转地联接至所述接合结构,并且在第二关节处联接至所述转接件的第二连杆构件。所述第二连杆构件也可以经由联轴器联接至机器人臂。所述第一关节可允许所述第一连杆构件相对于台面围绕沿垂直方向限定的第一轴线旋转,并且所述第二关节可允许所述第二连杆构件和与其联接的机器人臂相对于所述台面沿着垂直方向移动。所述第一连杆构件和所述第二连杆构件共同地提供所述机器人臂相对于所述台面沿横向、纵向或垂直方向中的至少一个方向的移动。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年9月16日提交的美国临时专利申请序列号62/395,807的优先权和权益。本申请还要求于2016年11月3日提交的美国临时专利申请序列号62/417,211的优先权和权益,该专利的公开内容据此全文以引用方式并入本文。
背景技术
本文所述的实施方案涉及用于具有机器人臂的手术台的装置和方法,所述机器人臂可相对于手术台在多个不同位置诸如例如收起位置、操作位置和停放位置之间移动。
发明内容
本文描述了用于提供机器人外科***的装置和方法,该机器人外科***包括具有患者可安置在其上的台面的手术台。在一些实施方案中,装置包括手术台和联接至手术台或可联接至手术台的机器人臂,其中每个机器人臂支撑医疗器械或工具,诸如外科器械、工具驱动器和/或成像设备。手术台包括基部、基座和联接至基座的台面。每个机器人臂可以联接至台面、基座或基部中的至少一个。每个机器人臂在臂的近侧端部(臂与手术台联接的位置)和臂的远侧端部(臂与医疗器械联接的位置)之间提供两个或更多个连杆。连杆彼此联接,并且可以通过关节联接至手术台和医疗器械,该关节提供在通过关节联接的连杆之间的相对运动的一个或多个自由度,并且相应地,提供在机器人臂的远侧端部与手术台之间的相对运动的一个或多个自由度。在一些实施方案中,机器人臂可以可释放地联接至手术台。在一些实施方案中,机器人臂可以包括在其近侧端部与其远侧端部之间的位置处的可释放联轴器,使得机器人臂的近侧部分可以联接至手术台,并且机器人臂的远侧部分可以从近侧部分移除。在一些实施方案中,机器人臂的近侧部分可以实施为转接件,其可以固定地联接至手术台。转接件可以包括台接合结构、第一连杆构件,该第一连杆构件在第一关节处枢转地联接至台接合结构,并且在第二关节处联接至转接件的第二连杆构件。第二连杆构件也可以经由联轴器联接至机器人臂。该第一关节被构造成允许第一连杆构件相对于台面围绕沿垂直方向限定的第一轴线旋转,并且第二关节被构造成允许第二连杆构件和与其联接的机器人臂相对于台面沿着垂直方向移动。第一连杆构件和第二连杆构件共同地提供机器人臂相对于台面沿横向、纵向或垂直方向中的至少一个方向的移动。
附图说明
图1A和图1B分别是根据一个实施方案的手术台的示意性侧视图和示意性顶视图。
图1C和图1D分别是联接有转接件和机器人臂的图1A和图1B的手术台的示意性侧视图和示意性顶视图。
图1E是根据一个实施方案的转接件的示意性侧视图,以延伸或使用构型示出;并且图1F是图1E的转接件的示意性侧视图,以收缩或折叠构型示出。
图1G是根据一个实施方案的机器人臂的示意性侧视图,以延伸或使用构型示出;并且图1H是图1G的机器人臂的示意性侧视图,以收缩或折叠构型示出。
图2A是图1A至图1H的手术台、转接件和三个机器人臂的示意图,示出处于收起位置。
图2B是图2A的手术台、转接件和三个臂的示意图,示出了机器人臂处于就绪构型的操作位置。
图2C是图2A的手术台、转接件和三个臂的示意图,示出了机器人臂处于治疗构型的操作位置。
图2D是图2A的手术台、转接件和三个臂的示意图,示出处于停放位置。
图2E是图1A至图1H的手术台、转接件和机器人臂的一部分的顶视图的示意图,示出了与转接件的关节相关联的自由度。
图2F是图2E的转接件和机器人臂的侧视图的示意图,示出了与转接件和机器人臂的关节相关联的自由度。
图2G和图2H分别是图2F的转接件和机器人臂的侧视图的示意图,示出了自由度以及转接件的连杆和/或机器人臂之间的示例性可释放联接位置。
图3是附接有根据一个实施方案的转接件的一部分的手术台的透视图。
图4是根据一个实施方案的转接件的透视图,其中四个机器人臂联接至该转接件。
图5是图3和图4的手术台和转接件的一部分的侧视图,示出为联接至机器人臂。
图6是图3的手术台和图4的附接到该手术台的转接件的透视图,该转接件上附接有四个机器人臂,并且示出该转接件和臂处于操作位置。
图7是图5的手术台、转接件和两个机器人臂的一部分的端部透视图,其中转接件和臂示出为处于收起位置。
图8是图3和图4的手术台和转接件的顶视图,其中四个机器人臂联接至转接件,并且其被示出为处于停放位置。
图9A和图9B分别是图3和图4的手术台和转接件的一部分的侧视图,其中一个臂附接到转接件,并且其被示出为处于收起位置。
图9C和图9D分别是图3至图9B的转接件和机器人臂的示意性顶视图和侧视图,示出了转接件和机器人臂的关节之间的自由度;并且图9E是列出每个关节的自由度类型的表。
图10至图12分别是根据一个实施方案的具有转接件的手术台的侧视图,该转接件联接至手术台并且定位在相对于台面的不同纵向位置处。
图13是图10至图12的转接件的透视图。
图14A是图10至图12的手术台和转接件的一部分的侧透视图。
图14B是图14A的转接件的一部分和与其联接的机器人臂的一部分的放大视图。
图14C是图14A的转接件的另选联轴器的一部分的放大视图。
图15是图10至图12的手术台和转接件的侧视图,其中两个机器人臂联接至转接件,并且处于收起位置。
图16是图13至图15的手术台和转接件的一部分和马达(显示从手术台分离)的放大视图,该马达可以任选地与转接件可操作地联接。
图17和图18分别是图10至图15的手术台和转接件的局部分解侧视图和顶视图,其中四个机器人臂联接至转接件并且转接件和臂被示出为处于收起位置。
图19A和图19B分别是图10至图18的转接件和机器人臂的示意性顶视图和侧视图,示出了转接件和机器人臂的关节之间的自由度;并且图19C是列出每个关节的自由度类型的表。
图20A是图17和图18的手术台的顶视图,其中三个机器人臂联接至转接件并且被示出为处于操作位置,并且臂被示出为处于就绪构型。
图20B是图17和图18的手术台的顶视图,其中四个机器人臂联接至转接件,并且在手术台的每侧上示出具有两个处于操作位置的臂,并且机器人臂处于就绪构型。
图21A是图17和图18的手术台的顶视图,其中四个机器人臂联接至转接件,并且示出在手术台的一侧上具有三个臂,并且在手术台的相反侧上具有一个臂,并且示出为处于操作位置并且机器人臂处于就绪构型。
图21B是图21A的手术台、转接件和机器人臂的一个侧部的底视图,示出处于操作位置并且机器人臂处于就绪构型。
图22A和图22B分别是图20A和图20B的手术台、转接件和臂的一部分的顶视图和底视图,示出为处于收起位置。
图22C是图19B的手术台、转接件和臂的一部分的顶视图,示出为处于停放位置。
图23A是根据另一个实施方案的转接件的透视图,示出为联接至手术台的基座并处于操作位置。
图23B是图23A的手术台和转接件的透视图,示出为处于收起位置。
图24是图20A和/或20B和图21A和/或21B的转接件的放大视图,该转接件具有可操作地联接至转接件的可选马达。
图25是图20A和/或20B和图21A和/或21B的手术台和转接件的端视图,其中四个机器人臂联接至转接件,并且在手术台的一侧上具有三个臂,并且在手术台的相反侧上具有一个臂,并且处于操作位置。
图26和图27分别是图20A和/或20B和图21A和/或21B的手术台和转接件的透视图,其中四个机器人臂联接至转接件,工作台的每一侧上具有两个臂并且处于操作位置。
图28A和图28B分别是图23A至图27的转接件和机器人臂的示意性顶视图和侧视图,示出了转接件和机器人臂的关节之间的自由度;并且图28C是列出每个关节的自由度类型的表。
图29A是示出为处于收起位置的图22A-C中的一个或多个的手术台、转接件和机器人臂以及联接至手术台的辅助转接件的侧透视图,其中机器人臂联接至辅助转接件并且示出为处于收起位置。
图29B是图26的手术台、转接件和辅助转接件的侧透视图,其中四个机器人臂联接至转接件,其中在手术台的一侧上具有三个臂,并且在手术台的相反侧上具有一个臂,并且处于操作位置。
图30A是根据另一个实施方案的转接件的透视图,其中四个机器人臂联接至该转接件。
图30B和图30C分别是图30A的转接件和机器人臂的示意性顶视图和侧视图,示出了转接件和机器人臂的关节之间的自由度;并且图30D是列出每个关节的自由度类型的表。
图31是图30A-D中的一个或多个的手术台以及转接件和机器人臂的侧视图,示出为处于收起位置。
图32是手术台的顶视图,其中台面被示出为部分透明,并且图31的转接件被示出为处于收起位置。
图33是图31的手术台、转接件和臂的侧视图,示出为处于操作位置,其中在工作台的一侧上具有三个臂,在工作台的相反侧上具有一个臂。
图34是图33的手术台、转接件和臂的顶视图,示出为处于操作位置,其中在工作台的一侧上具有三个臂,并且在工作台的相反侧上具有一个臂。
图35是图33的手术台、转接件和臂的顶视图,示出为处于操作位置,手术台的两侧上各有两个臂。
图36是图35的手术台、转接件和臂的侧透视图,示出为处于操作位置,手术台的两侧上各有两个臂。
图37和图38分别是图35的手术台和臂的侧透视图和顶视图,示出为处于停放位置。
图39是根据一个实施方案的手术台和转接件的透视图,其中四个机器人臂联接至手术台和转接件并且示出为处于收起位置。
图40是图39的转接件的顶视图,其中四个机器人臂联接至转接件。
图41A是图39的转接件的透视图,其中四个机器人臂联接至转接件。
图41B和图41C分别是图39至图41A的转接件和机器人臂的示意性顶视图和侧视图,示出了转接件和机器人臂的关节之间的自由度;并且图41D是列出每个关节的自由度类型的表。
图42A是图39的手术台、转接件以及机器人臂中的两个臂的侧视图,示出为处于收起位置。
图42B是图39的手术台、转接件以及四个机器人臂的顶视图,示出为处于收起位置。
图43是图39的手术台、转接件和四个机器人臂的顶视图,示出为其中两个臂处于收起位置,并且两个臂处于停放位置。
图44是图39的手术台、转接件以及四个机器人臂的顶视图,示出为处于停放位置。
图45A是图39的手术台、转接件以及四个机器人臂的顶视图,示出为处于操作位置。
出于说明性目的,图45B是不带台面的手术台的顶视图,图45A的转接件和四个机器人臂被示出为处于操作位置。
图46A是图39的手术台、转接件以及四个机器人臂的顶视图,示出为处于操作位置。
出于说明性目的,图46B是不带台面的手术台的顶视图,图46A的转接件和四个机器人臂被示出为处于操作位置。
图47是图58的手术台、转接件以及四个机器人臂的顶视图,示出为处于操作位置。
图48A是图39的手术台、转接件以及机器人臂中三个臂的顶视图,示出为处于操作位置。
出于说明性目的,图48B是不带台面的手术台的顶视图,图48A的转接件和四个机器人臂被示出为处于操作位置。
图49A是图39的手术台、转接件以及机器人臂中三个臂的顶视图,示出为处于操作位置。
出于说明性目的,图49B是不带台面的手术台的顶视图,图49A的转接件和四个机器人臂被示出为处于操作位置。
图50A是图39的手术台、转接件以及机器人臂中三个臂的顶视图,示出为处于操作位置。
出于说明性目的,图50B是不带台面的手术台的顶视图,图50A的转接件和四个机器人臂被示出为处于操作位置。
图51A是图39的手术台、转接件以及机器人臂中三个臂的顶视图,示出为处于操作位置。
出于说明性目的,图51B是不带台面的手术台的顶视图,图51A的转接件和四个机器人臂被示出为处于操作位置。
图52是根据另一个实施方案的转接件的顶部透视图。
图53是图52的转接件的顶部透视图,其中两个连杆构件处于旋转位置。
图54是图52的转接件的顶部透视图,其中移除了顶板,并且一个连杆构件处于旋转位置。
图55是图52的转接件的一部分和机器人臂的一部分的顶部透视图;并且图56是图55的转接件的一部分的顶部透视图,其中机器人臂的该部分联接至转接件。
图57A和图57B分别是图52至图56的转接件和机器人臂的示意性顶视图和侧视图,示出了转接件和机器人臂的关节之间的自由度;并且图57C是列出每个关节的自由度类型的表。
图58是根据另一实施方案的转接件的侧透视图,该转接件联接至手术台,并且四个机器人臂联接至转接件并处于操作位置。
图59A是图58的转接件、机器人臂和手术台的侧透视图,其中机器人臂处于收起位置。
图59B是图58的转接件、机器人臂和手术台的侧透视图,其中机器人臂处于操作位置。
图60A和图60B分别是图58至图59B的转接件和机器人臂的示意性顶视图和侧视图,示出了转接件和机器人臂的关节之间的自由度;并且图60C是列出每个关节的自由度类型的表。
图61是根据另一个实施方案的转接件的一部分的顶部透视图。
图62是图61的转接件和与其联接的机器人臂的一部分的侧视图。
图63A和图63B分别是图61至图62的转接件和机器人臂的示意性顶视图和侧视图,示出了转接件和机器人臂的关节之间的自由度;并且图63C是列出每个关节的自由度类型的表。
图64是根据另一个实施方案的转接件的透视图,该转接件联接至手术台(为了说明的目的移除了台面),并且两个机器人臂在手术台的一侧上联接至转接件,并且两个机器人臂在手术台的相反侧联接至转接件。
图65是图64的转接件、手术台和机器人臂的一部分的侧视图。
图66是图64的转接件和手术台的透视图(为了说明的目的移除了台面),其中三个机器人臂在手术台的一侧上联接至转接件,并且一个机器人臂在手术台的相反侧上联接至转接件,并且机器人臂示出为处于操作位置。
图67是图66的转接件、手术台(为了说明的目的移除了台面)和机器人臂的顶视图,其中机器人臂示出为处于就绪位置。
图68是图64的转接件和手术台(为了说明的目的移除了台面)的透视图,其中两个机器人臂在手术台的一侧上联接至转接件,并且两个机器人臂在手术台的相反侧上联接至转接件,并且机器人臂示出为处于就绪位置。
图69是图68的转接件、手术台(为了说明的目的移除了台面)和机器人臂的顶视图,其中机器人臂处于就绪位置。
图70是图64的转接件、手术台(为了说明的目的用虚线显示台面)和机器人臂的顶视图,其中机器人臂处于收起位置。
图71A和图71B分别是图64至图70的转接件和机器人臂的示意性顶视图和侧视图,示出了转接件和机器人臂的关节之间的自由度;并且图71C是列出每个关节的自由度类型的表。
图72是在外科规程期间使用转接件移动机器人臂的方法的流程图。
具体实施方式
本文描述了用于提供机器人外科***的装置和方法,该机器人外科***包括具有患者可安置其上的台面的手术台。在一些实施方案中,装置包括手术台和联接至手术台或可联接至手术台的机器人臂,其中每个机器人臂支撑医疗器械,诸如外科工具、工具驱动器和/或成像设备。手术台包括基部、基座和联接至基座的台面。每个机器人臂可以联接至台面、基座或基部中的至少一个。每个机器人臂在臂的近侧端部(臂与手术台联接的位置)和臂的远侧端部(臂与医疗器械联接的位置)之间提供两个或更多个连杆。该连杆彼此联接,并且可以通过关节联接至手术台和医疗器械,该关节提供在通过关节联接的连杆之间的相对运动的一个或多个自由度,并且相应地,提供在机器人臂的远侧端部与手术台之间的相对运动的一个或多个自由度。连杆和对应的自由度允许机器人臂的远侧端部围绕和/或沿着X轴线、Y轴线和/或Z轴线,移动到相对于台面和/或置于其上的患者的期望位置,和/或移动到置于其上的患者的解剖结构的期望的目标部分。
在一些实施方案中,装置包括具有患者台面的手术台、联接至手术台的转接件以及联接至转接件的一个或多个机器人臂。在一些实施方案中,装置可以包括具有患者台面的手术台以及联接至手术台的转接器/机器人臂组件。例如,转接件和机器人臂可以是一体的机构或部件。转接件和机器人臂中的每一者或转接件/机器人臂组件可包括一个或多个连杆,以允许转接件和/或臂围绕和/或沿着X轴线、Y轴线和/或Z轴线运动至相对于台面和/或置于其上的患者的期望位置,和/或移动至置于其上的患者的解剖结构的期望目标部分。
在一些实施方案中,机器人臂可以可释放地联接至手术台。在一些实施方案中,机器人臂可以包括在其近侧端部与其远侧端部之间的可释放联轴器,使得机器人臂的近侧部分可以联接至手术台,并且机器人臂的远侧部分可以从近侧部分移除。在一些实施方案中,机器人臂的近侧部分可以实施为转接件,其可以固定地联接至手术台。转接件可以包括台接合结构或机构,在第一关节处枢转地联接至接合结构的第一连杆构件,以及在第二关节处联接至第一连杆构件的第二连杆构件。在一些实施方案中,第二连杆构件可以在第二关节处枢转地联接至第一连杆构件。在一些实施方案中,第二连杆构件在第二关节处可滑动地联接至第一连杆构件。第二连杆构件还被构造成在联轴器处联接至机器人臂,该联轴器包括第二连杆构件的联接部分,以及在机器人臂的近侧或安装端部部分处的联接部分。机器人臂还包括在机器人臂的安装端部部分处的目标关节。在一些实施方案中,包括在机器人臂的安装端部部分处具有联接部分的目标关节。
在一些实施方案中,装置包括手术台和联接至手术台的转接件。转接件包括台接合结构或机构,在第一关节处枢转地联接至接合结构的第一连杆构件,以及在第二关节处联接至第一连杆构件的第二连杆构件。在一些实施方案中,第二连杆构件可以在第二关节处枢转地联接至第一连杆构件。在一些实施方案中,第二连杆构件在第二关节处可滑动地联接至第一连杆构件。第二连杆构件还被构造成在联轴器处联接至机器人臂,该联轴器包括第二连杆构件的联接部分以及在机器人臂的近侧或安装端部部分处的联接部分。机器人臂还包括在机器人臂的安装端部部分处的目标关节。在一些实施方案中,包括在机器人臂的安装端部部分处具有联接部分的目标关节。
机器人臂可以用于为置于手术台上的患者执行外科规程。第一关节可以提供第一连杆构件相对于手术台的台面围绕垂直z轴线的旋转运动,以及第一连杆构件和第二连杆构件相对于手术台的台面沿着横向和纵向方向(在本文中也称为x方向和y方向)的运动。第二关节可以提供升降机构,以允许第二连杆构件和与其联接的机器人臂的安装端部部分的垂直运动(例如,移动接近手术台的台面,移动到手术台的台面上方和/或进一步移动到手术台的台面上方)。第一连杆构件和第二连杆构件的共同移动允许转接件和机器人臂(当联接至转接件时)相对于手术台在各种不同位置之间移动。例如,转接器和机器人臂可以移动到完全位于台面下方或基本上位于台面下方的收起位置,以及可以在某个目标位置处放置机器人臂的目标关节以对置于手术台的台面上的患者执行特定外科规程的各种操作位置。第一连杆构件和第二连杆构件的运动还提供转接件和机器人臂到各种停放位置或间隙位置的移动,转接件和机器人臂在这些位置处被设置成使得不会阻碍接近患者。例如,可能期望在外科规程期间移动转接器和机器人臂以便为设备诸如成像设备提供间隙,和/或在规程期间为例如紧急情况中的其他医护人员提供间隙。在一些情况下,操作位置也可以是停放位置。
如图1A至图1B所示,手术台100包括台面120、台支撑件122和台基部124。如图1A中示意性示出的,台面120具有上表面,患者可以在外科规程期间置于该上表面上。台面120设置在支撑件122上,该支撑件可以是例如位于地板上方合适高度的基座。支撑件122(在本文中也称为基座)可提供台面120以期望数量的自由度运动,诸如沿Z轴线(地面以上的高度)、Y轴线(沿着手术台的纵向轴线)和/或X轴线(沿手术台的横向轴线)的平移和/或围绕Z轴线、Y轴线和/或X轴线的旋转。台面120还可包括可沿着/围绕任何合适轴线相对彼此移动的多个区域,例如,躯干、一个或两个腿和/或一个或两个臂中的每一个的分离区域,以及头部支撑区域。台面120和/或其组成区域的移动可以手动执行、由马达驱动、远程控制等。台面的支撑件122可以安装到基部124,该基部可以固定到手术室的地板、或者可以相对于地板移动(例如,通过使用基部上的轮子)。在一些实施方案中,支撑件122的高度可以被调节,其与例如台面120的运动(例如,轴向(纵向)或横向运动)一起可以允许台面120被定位在地板上方特定高度(例如,以允许外科医生接近)以及距支撑基座120一定距离处的期望手术部位处。这也可以允许联接至台100的机器人臂(下面讨论的臂130)到达置于台面120上的患者的期望治疗目标。
如图1B所示,手术台100还可以包括联接至台面120的一侧或两侧或侧向边缘的一个或多个导轨126,在外科规程期间,外科附件可以可释放地安装到该导轨。手术台100还可包括在外科规程期间不受手术台100的无线电不透明部件(例如,下文讨论的转接件或机器人臂)侵入的无线电半透明窗口127,以赋予通过该窗口127对置于台100上的患者进行成像(例如,X射线或另一种合适的成像模式)的能力。
在机器人辅助外科规程中,可以相对置于手术台100(在本文中也称为“台”)的台面120上的患者将一个或多个机器人臂130设置在期望的操作位置,如在图1C和图1D中示意性地示出的。一个或多个机器人臂可以用于为置于手术台100上的患者执行外科规程。具体地讲,每个机器人臂的远侧端部可以设置在期望的操作位置,使得联接至机器人臂的远侧端部的医疗器械可以执行期望的功能。以下描述是针对其中利用转接件128和联接至转接件128的一个或多个机器人臂130实现手术台和机器人臂的远侧端部之间的连接(以及因此在相对患者的机器人臂的远侧端部处的医疗器械的位置和方向)的实施方案。转接件128可以与手术台100分开但可接合或可联接,或者可以固定地附接至手术台100。转接件128可以联接至例如台100的支撑件122、台基部124和/或台面120。然而,如下面更详细地讨论的,转接件和机器人臂之间的区别可以被忽略,并且手术台和机器人臂的远侧端部之间的连接可以被概念化,并且被实现为一系列连杆和关节,这些连杆和关节例如在连接件的远侧端部提供期望的自由度以用于医疗器械的移动。该连接件可包括在任何一个或多个连杆或关节处或沿着该系列连杆和关节的任何位置处的可释放的联轴器。
如本文所述,适配器128、其组成部件和机器人臂130的位置和移动参照X轴线、Y轴线和Z轴线描述,所述轴线可以相对于手术台100的台面120的顶表面限定,并且具体地讲,可以参照台面120的躯干区域的顶表面限定。如本文所用,顶表面是指没有任何焊盘的台面结构的顶表面。同样如本文所述,在一些实施方案中,台面120的各个区域可以相对于彼此移动(例如,可以相对于彼此倾斜或成角度),和/或台面120可以相对于手术台100的支撑基座122和/或基部124移动(例如,倾斜、成角度)。在一些实施方案中,可以设想的是,转接件128和与其联接的机器人臂130可以与台面120的躯干区域一起移动,使得各种实施方案的X轴线、Y轴线和Z轴线参考系相对于台面120的顶表面。在一些实施方案中,转接件128和机器人臂130可以联接至台100的支撑基座122,并且当台面120相对支撑件122移动时,可以协调转接件128和臂130的定位和台面120的移动。
如图1E和图1F示意性地示出的,转接件128可以包括台接合结构或机构140以及一个或多个连杆构件。在该示例性实施方案中,转接件128包括在第一关节133处联接至接合结构140的第一连杆构件132,以及在第二关节135处联接至第一连杆构件132的第二连杆构件134。在一些实施方案中,第一连杆构件132可以在第一关节133处枢转地联接至台接合结构140。在一些实施方案中,第一连杆构件132可以通过提供线性运动的关节联接至台接合结构140。在一些实施方案中,第二连杆构件134可以在第二关节处枢转地联接至第一连杆构件,并且在一些实施方案中,第二连杆构件134可以在第二关节135处例如线性地和/或可滑动地联接至第一连杆构件。可以另选地使用其它类型的联接关节代替第一关节133和第二关节135。因此,可以在转接件的连杆构件之间使用各种不同类型的联接关节(例如,线性、旋转、可滑动关节),以实现转接件的期望的移动和到达。第二连杆构件134还可以在联轴器118(在本文中也称为“联接关节”)处与机器人臂130联接。如图1E所示,转接件128可在各种延伸构型之间移动,以便在外科规程期间使用,并且在不使用时处于各种折叠或收缩构型用于存储,如图1F所示。
在一些实施方案中,转接件128可以包括多于两个连杆构件。例如,转接件可以包括第三连杆构件(未示出),该第三连杆构件在第二连杆构件134和机器人臂130的联轴器118之间联接至第二连杆构件134。在一些实施方案中,第三连杆构件可构造成滑动或伸缩以提供可变长度的第三连杆构件。这可以提供更长或更短的延伸范围以将机器人臂130(例如,下面讨论的目标关节J1)进一步延伸到患者上方,例如,用于体型更大的患者。如下面更详细地描述的,当臂130移动到台100的相反侧上的位置时,其也可以用于将机器人臂130的一部分进一步延伸到台120下方(例如,臂被移动到相反侧,以在台的一侧上具有三个臂)。
根据各种实施方案,每个机器人臂130可经由联轴器118永久地、半永久地或可释放地联接至转接件128。联轴器118可包括各种不同的联接机构,包括转接件128上的联接部分(未示出),该联接部分可以配合地联接至机器人臂上的联接部分(未示出)。每个机器人臂130可联接在手术台100上的固定位置处或者可以联接成使得机器人臂130可以相对于台面120和/或置于台面120上的患者移动到多个位置,如本文更详细描述的。例如,机器人臂130可相对于台面120和/或患者的特定目标治疗部位移动。在一些实施方案中,台面120的轴向运动(例如,沿Y轴线方向)可以有助于允许臂130(并且因此允许联接至臂的远侧端部的医疗器械或工具)到达患者身上期望的解剖结构或根据需要提供接近患者的间隙。在一些实施方案中,支撑基座122的垂直移动、台面120的轴向移动和例如第一连杆构件132和第二连杆构件134的移动的组合允许将机器人臂130放置在可以在地板上方的所需高度处到达患者的解剖结构的位置。
转接件128的一些结构要求可包括提供机器人臂130的刚性支撑,同时保持机器人臂130的手术前和手术中位置变化的可调性。在一些实施方案中,台转接件128可包括将转接件128保持或锁定在固定位置的装置,以承受例如重力的影响、机器人臂运动引起的惯性效应和/或承受来自使用者或机器人***的另一部分的意外碰撞(包括其它机器人臂或台的运动)。台转接件128还可以包括一个或多个传感器,用于测量转接件128的空间位置和/或转接件128的各种关节和联接点的角度和位移。
在一些实施方案中,台转接件128可具有例如大于180kN/m的弯曲刚度,其范围例如为18kN/m至1800kN/m。在一些实施方案中,台转接件128可具有大于800N-m/deg的扭转刚度,其范围为80N-m/deg至8000N-m/deg。台转接件128还可以包括用于移动关节的致动器,诸如马达、齿轮箱、谐波驱动器、气动或液压活塞和连接部。例如,台转接件128在关节处可包括力传感器或扭矩传感器,以检测例如由使用者、通过惯性、重力或臂意外碰撞施加的负载。
台转接件128的结构元件可以用各种材料形成,诸如例如钢、不锈钢、铝、钛、碳纤维或其它耐化学腐蚀的坚固且刚性的材料。台转接件128的结构元件还可以包括提供阻尼的材料,诸如例如连杆的橡胶或粘弹性涂层。转接件128的结构刚度对于最小化控制一个或多个机器人臂的位置中的错误以及减少不希望的振动的幅度可能是重要的。
如图1G和图1H中示意性地示出,每个机器人臂130可包括远侧端部部分137和近侧端部部分136。远侧端部部分137(在本文中也被称为“操作端部”)可包括医疗器械或工具115或已经联接至医疗器械或工具115。近侧端部部分136(在本文中也被称为“安装端部部分”或“安装端部”)可包括联接部分以允许机器人臂130联接至台100的转接件128。机器人臂130可包括在关节处联接在一起的两个或更多个连杆构件或区段110,该连杆构件或区段可提供沿着X轴线、Y轴线和/或Z轴线中的一个或多个的平移和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线中的一个或多个的旋转(例如,在图1A至图1D中示出)。机器人臂130的将机器人臂130联接至联轴器118处的转接件128的联接部分的联接部分可被设置在臂130的远侧或安装端部136处,并且可以联接至区段110或并入到区段110内。机器人臂130还包括设置在机器人臂130的安装端部136处或附近的目标关节J1,该目标关节可被包括在联轴器118的联接部分内或设置在机器人臂130的联接至联接部分的连杆或区段110上。目标关节J1可提供枢转关节以允许机器人臂130的远侧区段相对于转接件128枢转。如图1G所示,机器人臂130可在各种延伸构型之间移动,以便在外科规程期间使用,并且在不使用时处于各种折叠或收缩构型用于存储,如图1H所示。如下文更详细描述的,转接件128的第一关节133和第二关节135可提供机器人臂130沿着X轴线、Y轴线和/或Z轴线和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线的移动。
更具体地讲,在一些实施方案中,第一关节133可提供第一连杆构件132相对于接合结构140相对于台面120围绕垂直z轴线(在图1C和图1D中示出)的旋转运动,并且因此提供第一连杆构件132和第二连杆构件134相对于手术台100的台面120沿横向和纵向方向(在本文中也被称为x方向和y方向)的移动。第二关节135可提供升降机构以允许第二连杆构件134的垂直运动,并且因此允许联轴器118在第二连杆构件134和联接至其上的机器人臂130之间的运动。第二关节135可以是例如枢转联轴器、滑动机构或其它类型的联轴器,其提供第二关节的垂直运动并因此提供与其联接的机器人臂。无论是否为通过第二连杆构件134相对于第一连杆构件132的旋转运动和/或平移运动产生的这种垂直运动都可以产生联轴器118更接近和/或进一步在手术台100的台面120上方的移动。在其中升降机构包括枢转或旋转关节的一些实施方案中,关节可提供垂直运动以及转接件128的到达能力。例如,联接在枢转关节处的连杆可相对于彼此延伸到基本线性的位置,以延伸转接件128(即,连杆构件)的长度。这允许额外的到达能力来将转接件128和机器人臂130相对于置于台面120上的患者延伸到期望位置,包括到达台面120的相反侧。另外,如果连杆围绕枢转关节以大角度设置,达到90度,则可以将臂的高度(Z轴线)最大化。
转接件128的第一连杆构件132和第二连杆构件134的集体运动可提供联轴器118的运动,并且因此提供与其联接的机器人臂130的沿着和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线的运动。例如,机器人臂130的目标关节J1可相对于台100移动到各种目标治疗部位,以对置于其上的患者执行各种不同的外科规程。第一连杆构件132和第二连杆构件134的集体运动还允许转接件128和机器人臂130相对于手术台100在各种不同位置之间移动,包括收起位置、操作位置和停放位置或间隙位置。
例如,如图2A所示,转接件128和机器人臂130可移动到完全在台面120下方或基本上在该台面下方的收起位置,并且如图2B和图2C所示的各种操作位置,其中目标关节J1设置在目标位置处以执行特定外科规程。在一些实施方案中,可能期望将目标关节J1设置在台面120上方和用于外科规程的无菌平面上方。无菌平面可例如由台面120来限定。例如,无菌平面可以限定在台面120的底部表面或台面120的顶表面(例如,台面120的躯干区域的顶表面)处。转接件128可提供机器人臂130到操作位置的移动和定位,同时还为医护人员诸如外科手术助理留出空间以在外科规程期间站在台面120上的患者附近,诸如例如,靠近患者的躯干或头部,如图2C和图2D所示。机器人臂130和医护人员的位置将取决于待执行的特定外科规程。
为了将台转接件128固定在手术前设置期间和/或手术期间使用的各个位置处,各种关节和/或联接位置可利用制动或锁定机构。例如,制动机构可提供在关节的运动范围内的任何点处保持位置的能力。制动机构可包括例如盘式卡钳式、鼓式滚筒式或其它基于摩擦的机构。锁定机构可提供在任意数量的离散位置处保持位置的能力,但可能无法进行连续调整。锁定机构可包括例如脱离接合齿式、脱离接合销式或球形卡位或其它离散位置式锁定机构。在一些实施方案中,制动或锁定机构可以防止在未通电状态下的运动并且经由弹簧或其它机构朝向停止或锁定位置偏置。在一些实施方案中,在通电状态下,制动或锁定机构取决于***的期望状态可以可选地释放或接合。
第一连杆构件132的运动和第二连杆构件134的运动还提供转接件128和机器人臂130到各种停放位置或间隙位置的移动,其中如图2D所示,转接件128和机器人臂130被设置成使得不会阻碍接近患者。例如,可能期望在外科规程期间移动机器人臂130以便为设备诸如成像设备提供间隙和/或在规程期间为例如紧急情况中的其他医护人员提供间隙。机器人臂130然后可以移回到操作位置以继续外科规程。
如上面针对图2A至图2D所述,在外科规程的过程期间,可能期望相对于台面120和患者移动机器人臂130,即沿着和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线在两个或更多个位置之间移动机器人臂130。例如,如上所述,机器人臂130可从收起位置移动到相对于台面120的各种操作位置和各种停放位置。在收起位置中,例如如图2A所示,机器人臂130完全或基本上设置在台面120的下方,即完全或基本上在由台面120限定的外周边内。这可允许间隙将患者从例如轮床移动到台面120。在一些情况下,可能仅需要在台面120的一侧上(例如,沿着台面的躯干部分)提供间隙。因此,在台面120的一侧上的一个或多个机器人臂130可移动到操作位置,将一侧空出以将患者移动到台面120。在其它情况下,可能期望在台面120的两侧提供间隙。例如,在一些情况下,医护人员可能需要使用带将患者从轮床上拉到台面120上。在这种情况下,台面120的两侧应该没有障碍物。另外,可能期望在台面120的头枕区域处提供间隙以便为待施用于患者的麻醉提供间隙(例如,用于麻醉医生、设备和/或护士等的间隙)。例如,在台面的左侧和右侧,可以从头枕的底部向外并远离台面的躯干部分以35°的角度限定间隙区域。
通过将患者置于台面120上,转接件128和臂130可从收起位置移动到操作位置,在操作位置中目标关节J1相对于台面120设置在目标治疗部位。例如,如图2B所示,转接件128和臂130设置在操作位置,其中目标关节J1位于目标位置,并且臂130相对于台面120处于就绪构型。如图2C所示,转接件128和机器人臂130处于操作位置,并且机器人臂130也处于治疗构型,其中臂130的远侧端部137(例如,具有联接到其上的工具115)设置在治疗区域中。在外科规程期间,还可能期望提供至少一位靠近患者或在患者身边的医务人员接近患者,如图2B所示。在一些情况下,如图2D所示,可能期望将臂130和转接件128从操作位置(例如,如图2B和图2C中)移动到停放位置。在停放位置,转接件128和机器人臂130不阻碍接近置于台面120上的患者。这允许间隙定位其它设备和/或医护人员和/或适应各种大小的患者。例如,可能期望为成像设备提供通路和/或为手术室中的医务人员提供通路,例如在医疗急救过程中。在一个示例中,为了便于在肥胖患者身上进行手术,例如对于肥胖症外科规程,一个或多个机器人臂130可相对于台100移动到横向间隔地远离手术台100的纵向轴线(y轴线)的位置,从而适应较宽的患者。
一个或多个机器人臂130的各种停放位置或间隙位置可以通过围绕和/或沿着X轴线、Y轴线和/或Z轴线将一个或多个机器人臂130移动到相对于台面120的期望间隙位置来实现,其中一个或多个机器人臂130保持附接到手术台100和/或在一些情况下与该手术台分开。因此,臂130可以远离手术台100横向移动、沿着台面120纵向移动和/或相对于台面120垂直升高,以例如为成像设备和/或医务人员提供通路。取决于转接件128的特定配置和/或机器人臂130与转接件128之间的联轴器118,机器人臂130可以各种不同的方式移动。
如上所述,手术台100可包括或具有经由转接件128联接至其上的多个机器人臂130。取决于待执行的特定外科规程,联轴器118和转接件128提供将机器人臂130相对于台面120移动到各种位置并且将目标关节J1的位置相对于台面120移动到各种期望的目标治疗部位的能力。转接件128还可以提供机器人臂130的移动,使得窗口127没有障碍物以允许通过窗口127对患者进行成像。在一些实施方案中,转接件128和/或一个或多个机器人臂130可由手术台的使用者在各种位置之间手动移动。在一些实施方案中,转接件128和/或一个或多个机器人臂130可以联接至***以允许自动控制。例如,转接件和/或机器人臂可以联接至可以由使用者(例如,医疗专业人员)控制和操作的一个或多个驱动马达。
如上所述,(转接件128和/或机器人臂130的)连杆彼此联接,并且可以通过关节联接至台100和医疗器械115,该关节提供在通过关节联接的连杆之间相对运动的一个或多个自由度,并且相应地,提供在机器人臂130的远侧端部与手术台100之间的相对运动的一个或多个自由度。连杆和对应的自由度允许机器人臂(和医疗器械115)的远侧端部围绕和/或沿着X轴线、Y轴线和/或Z轴线移动到相对于台面的期望位置和/或置于其上的患者和/或置于其上的患者的解剖结构的期望的目标部分。
图2E是支撑件122、转接件128和机器人臂130的一部分的顶视图,示出了与转接件128和/或机器人臂130的关节相关联的示例性自由度。
如图2E所示,并且如上所述,第一连杆构件132可以在关节133处联接至接合机构140,并且第二连杆构件134可以在关节135处联接至第一连杆构件132。机器人臂130可以在联接关节118处联接至第二联接构件134,并且机器人臂130的每个连杆110可以在关节处彼此联接。如该示例所示,机器人臂130的J1关节与联接关节118重合。在一些实施方案中,转接件128,更具体地讲接合机构140,可以在联接关节113处可移动地联接至手术台(例如,联接至支撑件122),使得在联接关节113处提供第一自由度DOF 1。在图2E的示例中,联接关节113提供接合机构140与手术台之间的线性运动,即平行于X轴线的平移。在其它实施方案中,联接关节可提供接合机构140相对于手术台的枢转或旋转运动。在其它实施方案中,接合机构140固定地联接至手术台,并且因此不相对于手术台移动。
如图2E所示,在第一连杆构件132和接合机构之间的关节133处提供第二自由度DOF 2,并且在第一连杆构件132和第二连杆构件134之间的关节135处提供第三自由度DOF3。在第二连杆构件134和机器人臂130的连杆110之间的关节118, J1处提供第四自由度DOF4。在该示例中,DOF 2、DOF 3和DOF 4中的每一者都被示出为围绕Z轴线旋转。
图2F是表明与各种关节相关联的自由度的转接件128和机器人臂130的另一示例性示意图。图2F还示出了机器人臂130的连杆110之间的各种关节J2、J3、J4以及连杆110和医疗器械115之间的关节J5。在该示例中,在第一连杆构件132与转接件128的接合机构(未示出)之间的关节133处提供第一自由度DOF 1,在第一连杆构件132和第二连杆构件134之间的关节135处提供第二自由度DOF 2,并且在第二连杆构件134与J1关节处的机器人臂130之间提供第三自由度DOF 3。
如上所述,机器人臂130或其一部分可以可释放地联接至转接件128,和/或机器人臂130的一部分(例如,连杆)可结合到转接件128中。因此,手术台和机器人臂130的远侧端部之间的连接可以被概念化并且被实现为一系列连杆和关节,这些连杆和关节为医疗器械115在连接件的远侧端部处的移动提供期望的自由度。该连接件可包括在任何一个或多个连杆或关节处或沿着该系列连杆和关节的任何位置处的可释放的联轴器。
图2G和图2H示出了用于上述可释放联轴器的两个不同的示例性位置。应当理解,图2G和图2H仅示出了两个示例,并且可释放联轴器可设置在沿着一系列连杆和关节的各种不同位置处,该一系列连杆和关节在本示例中被示出为包括转接件和机器人臂130,但是如上所述,这种区别可以被认为是任意的。如图2G所示,可以在机器人臂130的一部分(例如,在连杆110处)和第二连杆构件134之间的接合位置INT处提供可释放联轴器。图2H的示例示出了在关节J2与机器人臂130的关节J3之间的接合INT处的可释放联轴器。因此,在图2H的示例中,机器人臂130的连杆110的一部分与转接件128结合。
转接件128和/或机器人臂130的连杆的各种自由度提供机器人臂130的移动,并且因此设置在其远侧端部处的医疗器械115相对于台面120被移动到各种不同的位置和取向,以对置于其上的患者执行各种不同的规程。本文描述的转接件128还可以提供联接至手术台以用于特定规程的机器人臂130的数量的变化,并且将机器人臂130定位在台面120的一侧或两侧上。例如,在一些规程中,可能期望在台面120的一侧上定位两个机器人臂130,并且在台面120的相反侧上定位两个机器人臂130。在其它规程中,可能期望在台面120的一侧上定位三个机器人臂130,并且在台面120的相反侧上定位一个机器人臂130。虽然本文描述的许多实施方案描述了使用四个机器人臂130,但是应当理解,待用于特定手术的机器人臂130的数量可以变化,并且可以使用多于或少于四个机器人臂130。本文描述了各种具体的示例性实施方案,展示了机器人臂相对于治疗区域内的台面120的移动和位置,或者用于各种不同规程的治疗“云”。
本文描述的每个实施方案可包括与关于图1A至图2H描述的手术台、转接件和机器人臂相同或相似的特征结构。
图3至图9B示出了根据另一个实施方案的手术台和转接件。如图3所示,手术台200包括台面220、支撑件222(在本文中也被称为基座)和基部224。如上所述,用于台面220的支撑件222可被安装到基部224,该基部可固定到手术室的地板上,或者可相对于地板移动,例如通过使用基部上的轮子。台面220包括头部区域216、躯干区域217和腿部区域219(包括脚部)。台面220还可包括一个或多个臂区域(未示出)。台面220具有其上可放置患者的顶表面。支撑件222可提供台面220以期望数量的自由度运动,诸如沿Z轴线(地面以上的高度)、Y轴线(沿着手术台的纵向轴线)和/或X轴线(沿手术台的横向轴线)的平移和/或围绕Z轴线、Y轴线和/或X轴线的旋转。头部区域216、躯干区域217和腿部区域219(以及臂区域,如果包括的话)可相对于彼此沿着/围绕任何合适的轴线移动。如上所述,台面220和/或其组成区段的移动可以手动执行、由马达驱动、远程控制等。手术台200还可以包括在外科规程期间不受台200的其它部件(例如,下文讨论的转接件或机器人臂)侵入的无线电半透明窗口(未示出),以允许通过该窗口对置于台200上的患者进行成像(例如,X射线)的能力。
示出台转接件228(在本文中也被称为“转接件”)的一部分联接至图3的手术台。如图4和图5最佳地示出,转接件228包括联接至支撑件222的两个台接合机构240。两个台接合机构240中的每一个包括彼此垂直间隔开的一对L形导轨242、多个垂直柱243和安装构件241。每个接合机构240可以缠绕支撑基座222的对角。在该实施方案中,每个接合机构240可以支撑两个机器人臂230并且可以相同的方式具有相同的部件和功能。图9A示出了在台200的头部区域附近的支撑件222的角部处附接的接合机构240,并且图9A示出了在台200的腿部区域219附近的对角处附接到支撑件222的接合机构240。
接合机构240的柱243被可滑动地接纳在导轨242的垂直隔开的轨道内。两个第一连杆构件232各自在第一关节233处枢转地联接至安装构件241,并且两个第二连杆构件234各自在第二关节235处枢转地联接至第一连杆构件232中的一者。第二连杆构件234中的每一者也可在联轴器218处联接至机器人臂230。在该实施方案中,联轴器218是转接件228上的联接部分(未示出)与包括目标关节J1的机器人臂230上的联接部分(未示出)之间的枢转联接关节。四个机器人臂230-1、230-2、230-3和230-4(统称为机器人臂230)联接至转接件228。更具体地讲,两个机器人臂230(230-1和230-2)联接至接合机构240中的一个,并且两个机器人臂230(230-3和230-4)联接至其它的接合机构240,例如图6所示。转接件228的第一关节233和第二关节235允许转接件228在用于外科规程期间使用的延伸构型(例如,如图5和图6所示)与未使用时用于存储的折叠或收缩构型(例如,如图7和图9A和图9B所示)之间移动。
如上所述,该一个或多个机器人臂230可用于对置于手术台200上的患者执行外科规程。每个机器人臂230可被构造成与上述机器人臂130相同或相似,并且功能与其相同或相似,并且因此相对于该实施方案不再讨论关于机器人臂的具体细节。例如,如上文针对机器人臂130所述,机器人臂230可包括多个连杆或区段,并且可在用于外科规程期间使用的延伸构型和不使用时用于存储的折叠或收缩构型之间移动。第一关节233、第二关节235和联轴器218可提供机器人臂230沿着和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线的移动,如下文更详细描述的。
更具体地讲,第一关节233包括枢转联轴器,该枢转联轴器可提供第一连杆构件232相对于接合结构240(和台200)围绕相对于台面220的顶表面(例如,躯干区域217的顶表面)的垂直z轴线(在图5和图9A中示出)的旋转运动,以及第一连杆构件232和第二连杆构件234相对于手术台200的台面220沿着横向和纵向方向(在本文中也被称为x方向和y方向)的移动。第二关节235可提供升降机构以允许第二连杆构件234、以及第二连杆构件234与联接至其上的机器人臂230之间的联轴器218的垂直移动。在该实施方案中,第二关节235包括枢转联轴器,该枢转联轴器提供第二连杆构件234围绕在平行于台200的顶表面(例如,躯干区域217的顶表面)的平面的x-y平面(参见图5和图8中的X轴线和Y轴线)内或平行于该平面的轴线旋转。因此,转接件228的第一连杆构件232和第二连杆构件234的运动可提供联轴器218的移动,并因此提供与其联接的机器人臂230沿着和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线的移动以将目标关节J1相对于台面220的顶表面定位在期望的治疗部位处。例如,图3、图7、图8、图9A和图9B中标记为T的目标盘表示用于各种规程的目标关节J1的放置的目标治疗部位。更具体地讲,如图3和图8所示,示出了四个目标盘T(在图8的顶视图中仅三个目标盘T可见),并且当被定位在操作位置中时表示四个机器人臂230上的目标关节J1的目标位置以执行特定外科规程。图7、图9A和图9B示出了多组不同的目标盘T,并且每组表示一组机器人臂230的目标关节J1的目标位置以执行特定的外科规程。
第一连杆构件232和第二连杆构件234的共同运动允许转接件228和机器人臂230在外科规程期间在相对于手术台200的多个不同位置之间移动。例如,转接件228和机器人臂230可以移动到大致在台面220下方的收起位置,例如,如图7和图9A-9E所示(为了进行示意性的说明,图8仅示出了联接至转接件的单个臂)。在该实施方案中,在收起位置中,臂230略微延伸超过台面220的头部区域216(在图9A-9E中清晰可见)。臂230和转接件228在收起位置中处于折叠或收缩构型,该收起位置设置在由台面220限定的外周边内的台面220下方。在该实施方案中,转接件228可以通过经由垂直柱243沿导轨242可滑动地移动臂230来适应臂230围绕台面220的移动。如图7所示,臂230-1和230-2已经被移动(即,沿着接合机构240的导轨242行进)到台200的端部处大致位于头部区域216下方的位置处,其沿着台200的侧面提供间隙以例如如上所述的那样将患者从轮床移动到台面220上。尽管未示出,但另外两个臂230-2和230-4可以类似地沿着导轨242移动到台200的相对端部处的位置(腿部区域219下方)。
转接件228和臂230也可被移动到各种操作位置处,例如如图6和图8所示。在该实施方案中,臂围绕台面220的定位可以改变以适应各种不同的规程。例如,在一些规程中,期望具有这样的操作位置,其中三个机器人臂230设置在台面220的一侧上,并且一个臂230设置在台面220的相反侧上,如图6所示。臂230的这种定位对于例如对置于台面220上的患者执行***切除规程可能是期望的。转接件228可以通过经由支撑件222(未示出)的对角上的第二接合机构240的导轨242,围绕支撑件222可滑动地移动臂230-4中的一个臂来适应臂相对于台面220的移动,如上所述。如图6所示,机器人臂230也设置在治疗构型中,其中臂230的远侧端部(以及与其联接的器械)设置在治疗区中。
在一些实施方案中,期望将两个机器人臂230定位在台200的每一侧上,如图8所示。臂230的这种定位对于例如对置于台面220上的患者执行低位前切除(“LAR”)规程可能是期望的。图8还示出了设置在停放位置的臂230。如上所述,当需要进入患者体内时使用停放位置,并且机器人臂230相对于台面220移动到间隙位置。如图8所示,在该示例中,机器人臂230-3和230-4已经沿着台面220的侧面纵向移动并且离开治疗区,以为医疗专业人员提供接近患者的空间。臂230-1和230-2也已经移出治疗区。当不再需要间隙时,臂230可被放回到操作位置,其中目标关节J1相对于台面220设置在目标治疗部位处。
图9C和图9D是由转接件228和机器人臂230的关节提供的各种自由度的示意图,并且图9E是列出了与其相关联的自由度类型(例如,旋转、线性)的表。如图9C和图9D所示,并且如上所述,接合机构240联接至台200的支撑件222并且包括彼此垂直地间隔开的一对L形导轨242、在导轨242内围绕支撑件222滑动的多个垂直柱243以及联接至柱243并且连杆构件232联接至其上的安装构件241。垂直柱243在导轨242内的移动允许第一连杆构件232沿x方向和y方向平移,提供包括X轴线平移和Y轴线平移的第一自由度DOF 1(即,围绕沿着台200的侧面和端部的平移)。第一连杆构件232也枢转地联接至安装构件232,使得第一连杆构件232可围绕z轴线旋转并在关节233处提供第二自由度DOF 2,即Z轴线旋转。第一连杆构件232与第二连杆构件234之间的关节235也是可以围绕水平轴线(即,位于X-Y平面中的轴线)枢转并由此提供第三自由度DOF 3的旋转或枢转关节(在图9D的侧视图中最佳地示出),即X-Y平面旋转。类似地,联轴器218处的关节J1也是枢转关节,其可以围绕水平轴线枢转并且提供第四自由度DOF 4(在图9D的侧视图中最佳地示出),即X-Y平面旋转。虽然未在图9C和图9D中标记,臂230的连杆210与设置在机器人臂230的远侧端部上的医疗器械215之间的各种关节可以提供臂相对于置于台200上的患者(例如,患者上的目标治疗部位)的附加运动,并由此具有附加的自由度。
图10至图22C示出了手术台和转接件的另一个实施方案。如图10至图12所示,手术台300包括台面320、支撑件322(参见图15以及图17的分解图)(在本文中也称为基座)和基部324(参见例如图15和图17)。如上文针对先前的实施方案所描述的那样,支撑件322可以安装到基部324上,该基部可以固定到手术室的地板上或者可以相对于地板移动。台面320包括头部区域316、躯干区域317和腿部区域319。台面320还可包括一个或多个臂区域(未示出)。台面320具有其上可放置患者的顶部表面。如上所述,支撑件322可为台面320的移动提供期望数量的自由度。在该实施方案中,头部区域316枢转地联接至躯干区域317的第一端部,并且腿部区域319枢转地联接至躯干区域317的第二端部,使得头部区域316和腿部区域319可以围绕x轴线旋转,所述x轴线相对于台面320沿着横向方向延伸,如图10和图12所示。如上所述,台面320和/或其组成区域的移动可手动执行、由马达驱动、远程控制等。手术台300还可包括前述实施方案所述的无线电半透明窗口(未示出)。
台转接件328(本文中也称为“转接件”)在图10至图12中被示出为联接至手术台300,而没有机器人臂附接到其上。如图13至图15最佳地示出,转接件328包括联接至支撑件322的台接合结构340。台接合结构340包括可以联接至支撑件322和/或台面320的支撑板。在一些实施方案中,接合结构340可以是支撑多达六个机器人臂330的单一结构(在下文进行描述)。在一些实施方案中,转接件328可以包括两个接合机构340,每个接合机构可以在台面320的相反侧上联接至台300。在一些实施方案中,转接件328可以联接至支撑件322,使得转接件328可以相对于支撑件322垂直地上下移动,如图15所示。例如,台接合结构340可由马达驱动以沿着导轨329骑行。在一些实施方案中,台面320可以相对于转接件328纵向(沿着Y轴线方向)移动,或者转接件328可以相对于台面320移动。例如,转接件328可以联接至支撑件322,并且当台面320相对于支撑件322移动时,台面320将相对于转接件328移动。例如,图10示出了基本上以转接件328为中心的台面320。图11示出了相对于转接件328向左偏移的台面320(使得转接件328部分地位于头部区域316的下方),并且图12示出了相对于转接件328向右偏移的台面320(使得转接件328部分地位于腿部区域319的下方)。
转接件328还包括多个第一连杆构件332和多个第二连杆构件334,所述多个第一连杆构件各自在第一关节333处枢转地联接至台接合结构,所述多个第二连杆构件各自在第二关节335处联接至第一连杆构件332中的一个。第二关节335提供用于垂直移动第二连杆构件334的升降机构。在该实施方案中,第二关节335包括线性运动机构331,该线性运动机构允许第二连杆构件334相对于第一连杆构件332垂直(即平行于z轴线)平移。如图13、图14A和图14B所示,线性运动导向机构331包括联接至第二连杆构件334的第一部件347,所述第一部件包括细长突起,该细长突起可被滑动地接纳在联接至第一连杆构件332的第二部件348的轨道或凹陷部内。在另选实施方案中,第二连杆构件334相对于第一连杆构件332的垂直线性运动可由滑动特征结构提供,该滑动特征结构可包括例如第二连杆构件334中的狭槽,该狭槽接纳第一连杆构件332上的配合突起,如图14C所示。在一些实施方案中,升降机构可以提供至少6.5英寸的垂直行程。在另一个另选实施方案中,提供升降机构的第二关节335可以是如本文针对其它实施方案所描述的枢转关节。如同先前的实施方案一样,转接件328的第一关节333和第二关节335允许转接件328在用于外科规程期间使用的延伸构型(例如,如图20A、图20B、图21A和图21B所示)与未使用时用于存储的折叠或收缩构型(例如,如图17和图18所示)之间移动。
在该实施方案中,转接件328支撑三组第一连杆构件332和第二连杆构件334。例如,三个第一连杆构件332和三个第二连杆构件334可以联接至转接件328并且设置在台300的一侧上,并且三个第一连杆构件332和三个第二连杆构件334可以联接至转接件328并且设置在台300的相反侧上。在一些实施方案中,第一连杆构件332中的每一个连杆构件和/或第二连杆构件334中的每一个连杆构件可以具有变化的长度。例如,如图13最佳地示出,在转接件328的一侧上,中间的第一连杆构件332(示出为不具有联接至其上的第二连杆构件)比另外两个第一连杆构件332短。
第二连杆构件334中的每一个也可在联轴器318处联接至机器人臂330。在该实施方案中,联轴器318包括第二连杆构件334上具有U形连接器(如图14A所示)的联接部分339(参见图14A),其可以在机器人臂330的安装端部336处配合地联接至连接器(未示出)。在一个另选实施方案中,联轴器318可以包括呈开口形式的联接部分339',该联接部分被构造成在机器人臂330的安装端部336处接纳联接部分338的柱(未示出)。在该实施方案中,联接部分338包括如图14B所示的目标关节J1。
在该实施方案中,转接件328可以适应六个机器人臂330(即,转接件328可如上所述地包括六个第一连杆构件332和六个第二连杆构件334)。每个机器人臂330可以经由联轴器318可释放地联接至转接件328。每个机器人臂330可被构造成与上述机器人臂130相同或相似,并且功能与其相同或相似,并且因此相对于该实施方案不再讨论关于机器人臂的具体细节。例如,如上文针对机器人臂130所描述的那样,机器人臂330可以包括联接在一起的多个连杆或区段,以允许臂330在用于外科规程期间使用的延伸构型与未使用时用于存储的折叠或收缩构型之间移动。第一连杆构件332和第二连杆构件334的移动可以提供机器人臂330(和目标关节J1)沿着和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线的移动,如下文所详述。
更具体地讲,如同先前的实施方案一样,第一关节333可以提供第一连杆构件333相对于台接合结构340(和台300)围绕相对于台面320的顶部表面(例如,躯干区域317的顶部表面)的垂直z轴线(在图15和图17中示出)的旋转运动,以及第一连杆构件332和第二连杆构件334沿着平行于手术台300的台面320的顶部表面的横向和纵向方向(在本文中也被称为x方向和y方向)的移动(参见例如图18、图19A和图19B中的X-Y轴线)。如上所述,第二关节335可以提供升降机构以允许第二连杆构件334以及第二连杆构件334与机器人臂330之间的联轴器318的垂直移动。因此,转接件328的第一连杆构件332和第二连杆构件334的运动可以提供联接至其上的机器人臂330沿着和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线的移动,以将目标关节J1相对于台面320定位在期望的治疗部位处。例如,如图18所示,示出了目标关节J1的示例运动或行进弧范围,并标记为R1、R1和R3。三个行进弧R1、R2和R3被示出为在台300的每一侧上,并且表示当联接至台的一侧上的转接件328时三个机器人臂330的目标关节J1的示例运动范围。如图18所示,在一些实施方案中,一个机器人臂的目标关节J1的行进弧可以小于另一个机器人臂的目标关节的行进弧。例如,如上所述,第一连杆构件332和/或第二连杆构件334中的一个连杆构件可比其它第一连杆构件332和/或第二连杆构件334短。因此,不同的机器人臂可以限定各种不同的行进弧。运动范围被示出为沿X-Y方向延伸并且还经由第二关节335的升降机构和机器人臂330的移动能力在Z轴线方向内延伸(从页面延伸出来)。
第一连杆构件332和第二连杆构件334的共同运动允许转接件328和机器人臂330在外科规程期间在相对于手术台300的多个不同位置之间移动。例如,转接件328和机器人臂330可移动到基本上在台面320下方的收起位置,例如,如图17和图18所示。图17和图18示出了四个机器人臂330联接至转接件328的收起位置。因此,如果使用多于四个机器人臂330,则可在这个收起位置中移除两个臂330。例如,臂330到第二连杆构件334的可释放联轴器318允许根据需要在转接件328上的不同位置处移除和重新联接臂330。在该实施方案中,臂330和连杆构件332和334可以经由第一关节333和第二关节335移动到收起位置。例如,臂330和第二连杆334可以经由第二关节335下降。然后,第一连杆332、第二连杆334和臂330可以经由第一关节333枢转到端部。臂330可以经由臂330的连杆/区段之间的关节被进一步折叠。类似地,第一连杆构件332和第二连杆构件334可被进一步折叠或收缩。因此,臂330和转接件328在收起位置中处于折叠或收缩构型,并且臂330略微延伸超过台面320的头部区域316,如图17和图18所示。
图19A和19B是由转接件328和机器人臂330的关节提供的各种自由度的示意图,并且图19C是列出了与其相关联的自由度类型(例如,旋转、线性)的表。如图19A和图19B所示,并且如上所述,接合机构340联接至台300的支撑件322,并且第一连杆构件332在关节333处枢转地联接至接合机构340。第一连杆构件332到接合机构340的枢转关节333允许第一连杆构件332围绕z轴线旋转并提供第一自由度DOF 1。第二连杆构件334在关节335处联接至第一连杆构件332,使得第二连杆构件334可以沿着Z轴线方向平移(即,沿着Z轴线的线性运动)并且提供第二自由度DOF 2(在图19B的侧视图中最佳地示出)。第二连杆构件334在联轴器318处联接至机器人臂330的联接部分338。机器人臂330的联接部分338包括J1关节。J1关节是枢转关节,其提供了机器人臂330围绕水平轴线(即,位于X-Y平面中的轴线)枢转的旋转运动并由此提供第三自由度DOF 3(在图19B的侧视图中最佳地示出),即X-Y平面旋转。虽然未在图19A和图19B中标记,臂330的连杆310与设置在机器人臂330的远侧端部上的医疗器械315之间的各种关节可以提供相对于置于台300上的患者(例如,患者上的目标治疗部位)的附加自由度。
图22A和图22B示出了当三个臂330联接至台300的一侧上的转接件328时(诸如图21A中)的示例收起位置。为了进行示意性的说明,在图22A和图22B中仅示出了台300的一侧。在这种另选收起位置中,其中三个臂330设置在台的一侧上,其中一个臂330未收起到台面320下方。例如,如果六个臂330附接到转接件328,则可以在台300的相反侧上实现相同的构型。
使用第一关节333和第二关节335,转接件328和臂330也可以以类似的方式从收起位置移动到各种操作位置。此外,如果在手术台300的一侧上需要多于两个臂330,则第三臂330可根据需要联接至转接件328。图20A、图20B、图21A和图21B示出了用于特定外科规程的处于各种不同操作位置的机器人臂330和转接件328。图20A示出了用于胸部规程的示例操作位置,其在台面320的一侧上包括两个臂330并且在台面320的相反侧上包括一个臂330。图20B示出了用于低位前切除规程的示例操作位置,其在台面320的每一侧上包括两个臂330。图21A示出了用于***切除规程的示例操作位置,其中三个臂330设置在台面320的一侧上,并且一个臂330设置在台面320的相反侧上。为了实现该构型,可以如上所述地将第三臂330联接至转接件328,或者可以将台300的一侧上的臂330中的一个臂移动到台300的相反侧。例如,如果两个臂330在台300的每一侧上联接至转接件328,则一个臂330可以移动(例如,经由第一连杆构件和第二连杆构件332和334的移动)到台300的相反侧以适应需要定位在台300的一侧上的三个臂330的规程。在操作位置中,用于每个臂330的目标关节J1被定位在相对于台面320的目标位置处,使得臂330的远侧端部(例如,其上具有医疗器械)可被设置在期望的治疗区中。如上文针对图18所描述的那样,可以为用于各种不同外科规程的每个臂330限定运动或行进弧范围,如图20A、图20B和图21A所示。每个机器人臂330的各个行进弧被统一示出为图20A、图20B和21A中的运动范围R。如针对图18所描述的那样,运动范围沿X-Y方向延伸并且还经由第二关节335的升降机构和机器人臂330的移动能力在Z轴线方向内延伸(在图20A、图20B和图21A中从页面延伸出来)。
如上所述,在外科规程期间,转接件328和臂330也可被移动到各种停放位置以为医务人员接近患者提供间隙,或者为其它设备(诸如成像设备)提供间隙。如上所述,臂330和转接件328可经由第一关节333和第二关节335移动到停放位置。当不再需要间隙时,臂330可被放回到操作位置,其中目标关节J1相对于台面320设置在目标治疗部位处。图22C示出了处于停放位置的手术台300和机器人臂330。如图22C所示,医疗专业人员(例如,手术人员)可置于介于臂330之间的间隙区域中以接近置于台面320上的患者(未示出)。
图23A至图29B示出了根据另一个实施方案的手术台和转接件。手术台400包括台面420(参见图25至图29A或图29B)、支撑件422(在本文中也被称为基座)和基部424。如上文针对先前实施方案所描述的那样,支撑件422可以安装到基部424上,该基部可以固定到手术室的地板上或者可以相对于地板移动。台面420包括头部区域416、躯干区域417和腿部区域419。台面420还可包括一个或多个臂区域(未示出)。台面420具有其上可放置患者的顶部表面。如上文针对先前的实施方案所述,支撑件422可为台面420的移动提供期望数量的自由度。同样如上所述,台面420和/或其组成区域的移动可手动执行、由马达驱动、远程控制等。手术台400还可包括前述实施方案所述的无线电半透明窗口(未示出)。
台转接件428(本文中也称为“转接件”)在图23A和图23B中被示出为联接至手术台400,而没有机器人臂附接到其上并且台面420被移除。转接件428包括联接至支撑件422的台接合结构440。在该实施方案中,台接合结构440为可以联接至支撑件422和/或台面420(在图23A和图23B中未示出)的支撑板。图23A示出了处于延伸构型中的转接件428,诸如处于操作位置,并且图23B示出了处于收起位置的转接件428。例如,当没有机械臂联接至转接件428时,可以实现这种收起位置。
转接件428还包括多个第一连杆构件432和多个第二连杆构件434,所述多个第一连杆构件各自在第一关节433处枢转地联接至台接合结构440,所述多个第二连杆构件各自在第二关节435处联接至第一连杆构件432中的一个。第二关节435提供用于垂直移动第二连杆构件434的升降机构。在该实施方案中,第二关节435包括第一连杆构件432和第二连杆构件434之间的枢转联轴器。第一连杆构件432和第二连杆构件434可以在用于外科规程期间使用的延伸构型(例如,如图25至图27和图29B所示)与未使用时用于存储的折叠或收缩构型(例如,如图29A所示)之间移动。
第二连杆构件434中的每一者也可在联轴器418处联接至机器人臂430。在该实施方案中,联轴器418包括呈柱形式(示意性地示出)的第二连杆构件434上的联接部分439(参见例如图23A或图23B至图24),所述联接部分被构造成接纳在开口(未示出)内,该开口限定在机器人臂430的安装端部436处的联接部分438中。如同先前的实施方案一样,在该实施方案中,联接部分438包括目标关节J1。在该实施方案中,机器人臂430可释放地联接至转接件428,并且因此机器人臂430可以根据特定外科规程的需要被移除和附接。在该实施方案中,转接件428可适应四个臂430(即,转接件428可包括四个第一连杆构件432和四个第二连杆构件434)。每个机器人臂430可以经由联轴器418可释放地联接至转接件428。每个机器人臂430可被构造成与上述机器人臂130相同或相似,并且功能与其相同或相似,并且因此相对于该实施方案不再讨论关于机器人臂的具体细节。例如,如上文针对机器人臂130所述,机器人臂430可包括多个连杆或区段,并且可在用于外科规程期间使用的延伸构型和不使用时用于存储的折叠或收缩构型之间移动。第一连杆构件432和第二连杆构件434的移动可以提供机器人臂430(和目标关节J1)沿着和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线的移动,如下文所详述。
更具体地讲,如同先前的实施方案一样,第一关节433可以提供第一连杆构件432相对于台接合结构440(和台400)围绕相对于台面420的顶部表面(例如,躯干区域417的顶部表面)的垂直z轴线(在图25中示出)的旋转运动,以及第一连杆构件432和第二连杆构件434相对于手术台300的台面420的顶部表面沿着横向和纵向方向(在本文中也被称为x方向和y方向)的移动(参见例如图26中的X-Y轴线)。如上所述,第二关节435可以提供升降机构以允许第二连杆构件434以及第二连杆构件434与机器人臂430之间的联轴器418的垂直移动。因此,转接件428的第一连杆构件432和第二连杆构件434的运动可以提供联接至其上的机器人臂430沿着和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线的移动,以将目标关节J1相对于台面420定位在期望的治疗部位处。
图28A和28B是由转接件428和机器人臂430的关节提供的各种自由度的示意图,并且图28C是列出了与其相关联的自由度类型(例如,旋转、线性)的表。如图28A和图28B所示,并且如上所述,接合机构440联接至台400的支撑件422,并且第一连杆构件432在关节433处枢转地联接至接合机构440。第一连杆构件432到接合机构440的枢转关节433允许第一连杆构件432围绕z轴线旋转并在关节433处提供第一自由度DOF 1,即Z轴线旋转。第一连杆构件432与第二连杆构件434之间的关节435也是可以围绕水平轴线(即,位于X-Y平面中的轴线)枢转并由此提供第二自由度DOF 2的旋转或枢转关节(在图28B的侧视图中最佳地示出),即X-Y平面旋转。类似地,联轴器418处的关节J1也是枢转关节,其可以围绕水平轴线枢转并且提供第三自由度DOF 3(在图28B的侧视图中最佳地示出),即X-Y平面旋转。虽然未在图28A和图28B中标记,臂430的连杆410与设置在机器人臂430的远侧端部上的医疗器械415之间的各种关节可以提供臂相对于置于台400上的患者(例如,患者上的目标治疗部位)的附加运动,并由此具有附加的自由度。
第一连杆构件432和第二连杆构件434的共同运动允许转接件428和机器人臂430在外科规程期间在相对于手术台400的多个不同位置之间移动。例如,转接件428和机器人臂430可移动到基本上在台面320下方的收起位置,例如,如图29A所示。图29A示出了四个机器人臂430联接至其上的转接件428的收起位置以及两个机器人臂430联接至其上的第二辅助转接件425。辅助转接件425可被构造成与转接件428相同或类似,不同之处在于它包括台接合结构440',该台接合结构是结构440的尺寸的一半并且仅包括两个位置,在台400的每一侧上具有一个位置以附接机器人臂430。台接合结构440'可以附接到台面420的头部区域416。辅助转接件435可以包括被构造成与第一连杆构件和第二连杆构件432和434相同或类似的第一连杆构件和第二连杆构件。辅助转接件425允许机器人臂430的附加构型,并且允许三个机器人臂430联接至台400的一侧上的一个或多个转接件428、425。
如同先前的实施方案一样,臂430和连杆构件432和434可以经由第一关节433和第二关节435移动到收起位置。例如,臂430和第二连杆434可以经由第二关节435下降。然后,第一连杆432、第二连杆434和臂430可以经由第一关节433枢转到端部。臂430可以经由臂430的连杆/区段之间的关节被进一步折叠。类似地,第一连杆构件432和第二连杆构件434可被进一步折叠或收缩。因此,臂430和转接件428在收起位置中处于折叠或收缩构型,并且大致设置在由台面420限定的外周边内的台面420下方。
通过经由第一关节433和第二关节435移动臂430,转接件428和臂430也可以以类似的方式从收起位置移动到各种操作位置。此外,如上所述,如果在台400的一侧上需要多于两个臂430,则可以使用辅助转接件425并且可以将臂430联接至其上。图25至图27和图29B示出了用于特定外科规程的处于各种不同操作位置的机器人臂430和转接件428。图25和图29示出了示例操作位置,其在台400的一侧上包括三个臂430并且在台430的相反侧上包括一个臂430。因此,在这些示例中使用辅助转接件425。此类构型可用于执行例如***切除术规程。如图29B最佳地所示,在该构型中,在台400的一侧上仅使用了转接件428和425上的三个可用联接位置中的一个位置。图26和图27示出了在台400的每一侧上包括两个臂430的示例操作位置。此类操作位置可用于执行例如LAR规程。图27示出了位于台面420附近的医护人员。如上所述,期望为待邻近患者定位的医护人员(例如,手术助理、医师)提供空间。在每个操作位置中,用于每个臂430的目标关节J1被定位在相对于台面420的目标位置处,使得臂430的远侧端部(例如,其上具有医疗器械)可设置在期望的治疗区中并且可在治疗区域或治疗区中的运动范围内操纵。
如上所述,在外科规程期间,转接件428和臂430也可移动到停放位置(未示出)以例如为医务人员接近患者提供间隙,或者为其它设备(诸如成像设备)提供间隙。如上所述,臂430和转接件429可经由第一关节433和第二关节435移动到停放位置。当不再需要间隙时,臂430可被放回到操作位置,其中目标关节J1相对于台面420设置在目标治疗部位处。
图30A至图38示出了根据另一个实施方案的手术台和转接件。手术台500包括台面520、支撑件522(在本文中也被称为基座)和基部524(参见图31和图33)。如上文针对先前的实施方案所述,支撑件522可安装到基部524上,该基部可固定到手术室的地板上或者可相对于地板移动。台面520包括头部区域516、躯干区域517和腿部区域519。台面520还可包括一个或多个臂区域(未示出)。台面520具有其上可放置患者的顶表面。如上文针对先前的实施方案所述,支撑件522可为台面520的移动提供期望数量的自由度。同样如上所述,台面520和/或其组成区域的移动可手动执行、由马达驱动、远程控制等。手术台500还可包括如上针对先前实施方案所述的无线电半透明窗口(未示出)。
台转接件528(在本文中也称为“转接件”)可联接至手术台500并且在图30A-30D中的一个或多个中示出为其上附接有四个机器人臂530。转接件528包括台接合机构540(其一部分在图30A-30D中的一个或多个中示出),该台接合机构可联接至支撑件522和/或台面520。在一些实施方案中,转接件528可联接至支撑件522,使得转接件528可如上所述相对于支撑件522垂直地上下移动。
转接件528还包括多个第一连杆构件532,每个第一连杆构件均枢转地联接至台接合机构540。在该实施方案中,两个第一连杆构件532在接合机构540的每一侧上的单个共享第一关节533处联接至接合机构。多个第二连杆构件534各自在第二关节535处联接至第一连杆构件532中的一者。第二关节535提供用于垂直移动第二连杆构件534的升降机构。在该实施方案中,第二关节535包括第一连杆构件532和第二连杆构件534之间的枢转联轴器。第一连杆构件532和第二连杆构件534可在用于外科规程期间使用的延伸构型(例如,如图33至图36所示)和不使用时用于存储的折叠或收缩构型(例如,如图31和图32所示)之间移动。
第二连杆构件534中的每一者也可在联轴器518处联接至机器人臂530。联轴器518包括第二连杆构件534上的可联接至机器人臂530的安装端部处的联接部分538的联接部分(未示出)。与先前的实施方案一样,在该实施方案中,联接部分538包括目标关节J1。在该实施方案中,机器人臂530被固定地或半固定地联接至转接件528。在该实施方案中,转接件528可适应四个臂530(即,转接件528可包括四个第一连杆构件532和四个第二连杆构件534)。每个机器人臂530可被构造成与上述机器人臂130相同或相似,并且功能与其相同或相似,并且因此相对于该实施方案不再讨论关于机器人臂的具体细节。例如,如上文针对机器人臂130所述,机器人臂530可包括联接在一起的多个连杆或区段,以允许机器人臂530在用于外科规程期间使用的延伸构型与不使用时用于存储的折叠或收缩构型之间移动。第一连杆构件532和第二连杆构件534的移动可提供机器人臂530(和目标关节J1)沿着和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线的移动,如下文更详细描述的。
更具体地讲,与先前的实施方案一样,第一关节533可提供与其联接的两个第一连杆构件532相对于台接合结构540(和台500)围绕相对于台面520的顶表面(例如,躯干区域517的顶表面)的垂直z轴线(如图31所示)的旋转运动以及第一连杆构件532和第二连杆构件534相对于手术台500的台面520的顶表面在横向和纵向方向(在本文中也称为x方向和y方向)(参见例如图32中的X-Y轴线)上的移动。如上所述,第二关节535可提供升降机构以允许第二连杆构件534以及第二连杆构件534与机器人臂530之间的联轴器518的垂直移动。因此,转接件528的第一连杆构件532和第二连杆构件534的运动可提供联接至其上的机器人臂530沿着和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线的移动,以将目标关节J1相对于台面520定位在期望的治疗部位处。
图30B和图30C是由转接件528和机器人臂530的关节提供的各种自由度的示意图,并且图30D是列出与其相关联的自由度类型(例如,旋转、线性)的表。如图30B和图30C所示,并且如上所述,接合机构540联接至台500的支撑件522,并且第一连杆构件532在关节533处枢转地联接至接合机构540。第一连杆构件532与接合机构540的枢转关节533允许第一连杆构件532围绕z轴线旋转并在关节533处提供第一自由度DOF 1,即Z轴线旋转。第一连杆构件532与第二连杆构件534之间的关节535也可以是旋转或枢转关节,其可围绕水平轴线(即,位于X-Y平面中的轴线)枢转并由此提供第二自由度DOF 2(在图30C的侧视图中最佳地示出),即X-Y平面旋转。类似地,联轴器518处的关节J1也是枢转关节,其可围绕水平轴线枢转并提供第三自由度DOF 3(在图30C的侧视图中最佳地示出),即X-Y平面旋转。虽然未在图30B和30C中标出,臂530的连杆510与设置在机器人臂530的远侧端部上的医疗器械515之间的各种关节可提供臂相对于置于台500上的患者(例如,患者上的目标治疗部位)的附加运动,并因此提供附加的自由度。
第一连杆构件532和第二连杆构件534的共同运动允许转接件528和机器人臂530在外科规程期间相对于手术台500在各种不同位置之间移动。例如,转接件528和机器人臂530可移动到基本上在台面520下方的收起位置(例如,如图31和图32所示)。如图31所示,两个臂530设置在头部区域516的下方,并且两个臂530设置在台面520的腿部区域519的下方。
与先前的实施方案一样,臂530和连杆构件532和534可经由第一关节533和第二关节535移动到收起位置。例如,臂530和第二连杆534可经由第二关节535下降。第一连杆532、第二连杆534和臂530然后可经由第一关节533枢转到端部。臂530可经由臂530的连杆/区段之间的关节被进一步折叠。类似地,第一连杆构件532和第二连杆构件534可被进一步折叠或收缩。臂530和转接件528因此在收起位置处于折叠或收缩构型,并且基本上设置在由台面520限定的外周边内的台面520下方。
通过经由第一关节533和第二关节535移动臂530,转接件528和臂530也可以类似的方式从收起位置移动到各种操作位置。图33至图36示出了用于特定外科规程的处于各种不同操作位置的机器人臂530和转接件528。图33和图34示出了示例性操作位置,其包括在台500的一侧上的三个臂530和在台530的相反侧上的一个臂530。为了实现此类构型,来自台500的一侧上的联接至转接件528的一对臂530的一个臂可经由第一关节533枢转到台的另一侧。例如,臂可由收起构型从台面520下面枢转出来,然后使用第二枢转关节535向上枢转。此类构型可用于执行例如***切除术规程。
图35和图36示出了在台500的每一侧上包括两个臂530的示例性操作位置。此类操作位置可用于执行例如LAR规程。图35示出了在台面520的侧面上处于就绪构型的臂530,并且图图36示出了处于治疗构型的臂530,其中臂530的远侧端部(其上具有医疗器械)设置在患者上方的治疗区中。而且,虽然未示出,但如上所述,在操作位置,可能期望为待邻近患者定位的医护人员(例如,手术助理、医师)提供空间。因此,臂530可被定位成适应此类情况。在每个操作位置中,用于每个臂530的目标关节J1被定位在相对于台面520的目标位置处,使得臂530的远侧端部(例如,其上具有医疗器械)可设置在期望的治疗区中并且可在治疗区域或治疗区中的运动范围内操纵。
如上所述,在外科规程期间,转接件528和臂530也可移动到停放位置以例如为医务人员接近患者提供间隙,或者为其它设备(诸如成像设备)提供间隙。图37和图38示出了一个示例性停放位置,其中臂530设置在台500的侧面之外以为医务人员或其它设备提供间隙。当不再需要间隙时,臂530然后被放回到操作位置,其中目标关节J1相对于台面520设置在目标治疗部位处。
图39至图51B示出了根据另一个实施方案的手术台和转接件。如图39所示,手术台800包括台面820、支撑件822(在本文中也被称为基座)和基部824。如上所述,用于台面820的支撑件822可安装到基部824,该基部可固定到手术室的地板上,或者可(例如通过使用基部上的轮子)相对于地板移动。台面820包括头部区域816、躯干区域817和腿部区域819(包括脚部)。台面820还可包括一个或多个臂区域(未示出)。台面820具有患者可置于其上的顶表面。支撑件822可为台面820的移动提供期望数量的自由度,诸如在Z轴线(地板上方的高度)、Y轴线(沿着台的纵向轴线)和/或X轴线(沿着台的横向轴线)上的平移和/或围绕Z、Y和/或X轴线旋转。头部区域816、躯干区域817和腿部区域819(以及臂区域,如果包含的话)可相对于彼此沿着/围绕任何适当的轴线移动。此外,腿部区域819可具有可相对于彼此移动的两个部分。如上所述,台面820和/或其组成区域的移动可手动执行、由马达驱动、远程控制等。手术台800还可包括在外科规程期间不受台800的其它部件(例如,下文讨论的转接件或机器人臂)侵入的无线电半透明窗口(未示出),以允许通过该窗口对置于台800上的患者进行成像(例如,X射线)的能力。
台转接件828(在本文中也被称为“转接件”)联接至手术台800。如图39和图41A中最佳地示出,转接件828包括可联接至支撑件822的台接合机构840。台接合机构840包括一对彼此水平间隔设置的圆形同心导轨850,在其间限定径向间隙852。在该实施方案中,转接件828被示出为支撑四个机器人臂830。
四个第一连杆构件832各自在枢转关节833处枢转地联接至接合机构840,并且可围绕枢转轴线P1枢转,如图41A所示。第一连杆构件832也可各自围绕接合机构840的中心枢转轴线P3在接合机构840周围的间隙852内行进。四个第二连杆构件834中的每一者在第二关节835处枢转地联接至第一连杆构件832中的一者,并且可围绕第二枢转轴线P2枢转。第二连杆构件834中的每一者也可在联轴器818处联接至机器人臂830。在该实施方案中,联轴器818是第二连杆构件834上的联接部分(未示出)与包括目标关节J1的机器人臂830上的联接部分(未示出)之间的枢转联接关节。目标关节J1是枢转关节,其可允许机器人臂830的联接部分围绕第四枢转轴线P4枢转(如图41B和图41C所示)。转接件828的第一关节833和第二关节835允许转接件828在用于外科规程期间使用的延伸构型与不使用时用于存储的折叠或收缩构型之间移动。
如上所述,该一个或多个机器人臂830可用于对置于手术台800上的患者执行外科规程。每个机器人臂830可被构造成与上述机器人臂830相同或相似,并且功能与其相同或相似,并且因此相对于该实施方案不再讨论关于机器人臂的具体细节。例如,如上文针对机器人臂130所述,机器人臂830可包括多个连杆或区段,并且可在用于外科规程期间使用的延伸构型和不使用时用于存储的折叠或收缩构型之间移动。第一关节833、第二关节835和联轴器818(例如,目标关节J1)可提供机器人臂830沿着和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线的移动,如下文更详细描述的。
更具体地讲,第一关节833可提供第一连杆构件832相对于接合结构840(和台800)围绕相对于台面820的顶表面(例如,躯干区域817的顶表面)的垂直z轴线(如图42A所示)(即,图41A中的枢转轴线P1)的旋转运动以及第一连杆构件832和第二连杆构件834相对于手术台800的台面820在横向和纵向方向(在本文中也称为x方向和y方向,参见例如图42B中的X-Y轴线)上的移动。第二关节835可提供升降机构以允许第二连杆构件834以及第二连杆构件834与联接至其上的机器人臂830之间的联轴器818的垂直移动。在该实施方案中,第二关节835包括枢转联轴器,该枢转联轴器提供第二连杆构件834围绕平行于台800的顶表面的平面(例如,躯干区域817的顶表面)的x-y平面(参见例如图42B中的X轴线和Y轴线)(即,图41A中的枢转轴线P2)内或与其平行的轴线旋转。因此,转接件828的第一连杆构件832和第二连杆构件834的运动可提供联轴器818的移动,并因此提供与其联接的机器人臂830沿着和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线的移动以将目标关节J1相对于台面820的顶表面定位在期望的治疗部位处。另外,如上所述,第一连杆构件832可在由接合机构840的轨道850限定的间隙852内移动或行进,使得臂830可围绕台支撑件822 360度地围绕枢转轴线P3移动。
图41B和图41C是由转接件828和机器人臂830的关节提供的各种自由度的示意图,并且图41D是列出与其相关联的自由度类型(例如,旋转、线性)的表。如图41B和图41C所示,并且如上所述,接合机构840可联接至台800的支撑件822,并且第一连杆构件832在关节833处围绕图41A至图41C中标记的枢转轴线P1枢转地联接至接合机构840。第一连杆构件832与接合机构840的枢转关节833允许第一连杆构件832围绕z轴线旋转并在关节833处提供第一自由度DOF 1,即Z轴线旋转。在该实施方案中,第一连杆构件832也可围绕图41A至图41C中标记为P3的z轴线在台支撑件822周围的轨道850的间隙852内旋转。
第一连杆构件832与第二连杆构件834之间的关节835也是旋转或枢转关节,其可围绕水平轴线(即图41A至图41C中的枢转轴线P2)枢转并且提供第三自由度DOF 3(在图41C的侧视图中最佳地示出),即X-Y平面旋转。类似地,转接件828的联接部分与机器人臂830的联接部分之间的关节J1也是枢转关节,其可围绕水平轴线枢转并提供第四自由度DOF 4(在图41C的侧视图中最佳地示出),即X-Y平面旋转。虽然未在图41B和图41C中标出,臂830的连杆810与设置在机器人臂830的远侧端部上的医疗器械815之间的各种关节可提供臂相对于置于手术台800上的患者(例如,患者上的目标治疗部位)的附加运动,并因此提供附加的自由度。
第一连杆构件832和第二连杆构件834的共同运动允许转接件828和机器人臂830在外科规程期间相对于手术台800在各种不同位置之间移动。例如,转接件828和机器人臂830可移动到基本上在台面820下方的收起位置,如图42A和图42B所示。在该示例性实施方案中,在收起位置,臂830被示出为略微延伸超过台面820的头部区域816(图42A示出了两个臂830并且图42B示出了四个臂830)。在收起位置,臂830和转接件828各自处于折叠或收缩构型,其被设置在由台面820限定的外周边内的台面820下方。为了将转接件828和臂830移动到收起位置,臂830可经由第一连杆构件832在导轨850的间隙852内可滑动地移动,直到第一连杆构件832、第二连杆构件834和臂830中的两者设置在腿部区域819下方的台800的脚端处的台面820下方(例如,一个臂在腿部区域819的每个腿部部分下方),并且两个第一连杆构件832、第二连杆构件834和臂830设置在头部区域816下方的台800的头部端处的台面820下方。在图42A和图42B的收起位置中,转接件828和臂830处于这样的位置,其沿着台800的侧面提供间隙以例如将患者从轮床上移动到台面820上,或者用于麻醉剂给药,如上文针对先前的实施方案所述。图43示出了先前设置在头部区域816下方的两个臂830,其沿x方向向外移动,但仍为台面820提供侧向接近间隙。
图44示出了设置在停放位置的臂830。如上所述,当需要进入患者体内时使用停放位置,并且机器人臂830相对于台面820移动到间隙位置。如图44所示,在该示例中,机器人臂830已经沿着台面820的侧面纵向地移动(即,经由第一连杆构件832与接合机构840的间隙852的移动)并且离开治疗区,以为医疗专业人员提供接近患者的空间。当不再需要间隙时,臂830然后可被放回操作位置(下文更详细地描述),其中目标关节J1相对于台面820设置在期望的目标治疗部位处。
转接件828和臂830也可移动到各种操作位置,其中臂830的目标关节J1各自相对于台面820定位在目标治疗部位处以执行特定的规程。用于各种规程的示例性操作位置示于图45A至图51B中。与先前的实施方案一样,可改变臂830围绕台面820的定位以适应各种不同的规程。例如,在一些规程中,期望具有这样的操作位置,其中三个机器人臂830设置在台面820的一侧上,并且一个臂830设置在台面820的相反侧上,如图45A和图45B所示,该操作位置是执行***切除术的示例性操作位置。如上所述,转接件828可通过经由第一连杆构件832(其可移动地联接至接合机构840)围绕支撑件822在台面820下方可滑动地移动臂830,从而适应臂830相对于台面820的移动。如图45A所示,机器人臂830被示出处于就绪构型,其中臂830的远侧端部(以及与其联接的器械)设置在治疗区之外。
在一些实施方案中,可能期望将两个机器人臂830定位在台800的每一侧上,例如如图46A、图46B和图47所示。图46A是用于对置于台面820上的患者执行胃旁路术规程的示例性操作位置的顶视图。图47是用于对置于台面820上的患者执行LAR规程的示例性操作位置的顶视图。
在一些实施方案中,可能期望将两个机器人臂830定位在台800的一侧上,并且将一个臂定位在台800的相反侧上,如图48A至图51B所示。图48A和图48B示出了疝规程的示例性操作位置。图49A至图49B示出了子宫切除术规程的示例性操作位置。图50A至图50B示出了网膜切除术规程的示例性操作位置,并且图51A至图51B示出了胸部规程的示例性操作位置。
图52至图57C示出了可联接至手术台(未示出)的转接件1728的另一个实施方案,该手术台可包括与上述手术台相同或相似的部件并且功能与其相同或类似,并且因此相对于该实施方案不再详细描述。
台转接件1728(在本文中也被称为“转接件”)包括台接合机构1740,该台接合机构可联接至手术台的支撑件(未示出)以及联接至接合机构1740的多个连杆构件1732。在该实施方案中,连杆构件1732在关节1733处枢转地联接到接合机构1740,使得连杆构件1732可围绕枢转轴线P1枢转。例如,连杆构件1732可在接合机构1740内向内枢转的收起位置(例如,如图52所示)与延伸的使用位置(例如,如图53所示)之间移动。图54示出了连杆构件1732中的一者处于延伸位置并且另一者处于折叠的收起位置。连杆构件1732还包括能够可释放地联接至机器人臂1730的联接部分1738的联接部分(参见图55和图56)。联接部分1738可包括目标关节J1,该目标关节可提供围绕枢转轴线P2的旋转(如图57A和图57B所示)。虽然图52至图54仅示出了两个连杆构件1732,但两个附加的连杆构件1732可联接至接合机构1740的相反侧(例如,在枢转关节1733处)。因此,当接合机构1740联接至手术台时,两个连杆构件1728可位于手术台的每一侧上以适应四个机器人臂1730。在一些实施方案中,第三连杆构件1728可联接在接合机构1740的一侧或两侧上,以在手术台的一侧或两侧上适应三个机器人臂1730。例如,中间连杆构件1732可联接至设置在接合机构1740的拐角处或附近的两个连杆构件1728之间的接合机构1740。
如上文针对先前的实施方案所述,一个或多个机器人臂1730可用于对置于手术台上的患者执行外科规程。每个机器人臂1730可被构造成与上述机器人臂相同或相似并且功能与其相同或相似,并且因此相对于该实施方案不再讨论关于机器人臂的具体细节。例如,如上文针对机器人臂130所述,机器人臂1730可包括多个连杆或区段,并且可在用于外科规程期间使用的延伸构型和不使用时用于存储的折叠或收缩构型之间移动。由各种联接关节提供的运动可提供机器人臂1730沿着和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线的运动,如下文更详细描述的。
更具体地讲,如图57A和图57B所示,关节1733可提供第一连杆构件1732相对于接合结构1740(和台)围绕相对于台面的顶表面(例如,台面的躯干区域的顶表面)的垂直z轴线(即,枢转轴线P1)的旋转运动并且提供第一自由度DOF 1。目标关节J1可提供围绕在X-Y平面内旋转的轴线P2的旋转,并且提供第二自由度DOF 2。J1关节可提供升降机构以允许机器人臂1730的垂直移动。第一连杆构件1732与目标关节J1一起的枢转运动可提供机器人臂1730沿着和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线的移动,以将目标关节J1定位在相对于台面的顶表面的期望治疗部位处。虽然未在图57A和图57B中标出,臂1730的连杆1710与设置在机器人臂1730的远侧端部上的医疗器械1715之间的各种关节可提供臂1730相对于置于台上的患者(例如,患者上的目标治疗部位)的附加运动,并因此提供附加的自由度。
转接件1728和机器人臂1730可在外科规程期间相对于手术台在各种不同位置之间移动。例如,机器人臂1730可从转接件1728移除并且转接件1728可移动到基本上在台面(未示出)下方的收起或折叠位置(参见例如图52)。转接件1728和臂1730也可设置在停放位置(未示出)和各种操作位置(未示出)。在操作位置,目标关节J1设置在相对于台面的期望目标治疗部位处,以适应如针对先前的实施方案所述的待执行的特定外科规程。
图58至图60C示出了可联接至手术台1800的转接件1828的另一个实施方案,该手术台包括台面1820、支撑件1822和基部1824。手术台1800可包括与上述手术台相同或相似的部件并且功能与其相同或相似,因此相对于该实施方案不做详细描述。
台转接件1828(在本文中也被称为“转接件”)包括台接合机构1840(在图60A和图60B中示意性地示出),其可联接至手术台1800的支撑件1822。转接件1828还包括多个第一连杆构件1832,该多个第一连杆构件在第一关节1833处枢转地联接至接合机构1840并且可围绕枢转轴线P1旋转(参见图60A和图60B)。多个第二连杆构件1834各自在关节1835处枢转地联接至第一连杆构件1832并且可围绕枢转轴线P2在水平面内旋转。第二连杆构件1834也可枢转地联接至机器人臂1830的联接部分1838。联接部分1838可包括目标关节J1,该目标关节可提供围绕枢转轴线P3的旋转。
如上文针对先前的实施方案所述,一个或多个机器人臂1830可用于对置于手术台上的患者执行外科规程。每个机器人臂1830可被构造成与上述机器人臂相同或相似,并且功能与其相同或相似,并且因此相对于该实施方案不再讨论关于机器人臂的具体细节。例如,如上文针对机器人臂130所述,机器人臂1830可包括多个连杆或区段,并且可在用于外科规程期间使用的延伸构型和不使用时用于存储的折叠或收缩构型之间移动。由各种联接关节提供的运动可提供机器人臂1830沿着和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线的运动,如下文更详细描述的。
更具体地讲,如图60A和图60B所示,关节1833可提供第一连杆构件1832相对于接合结构1840(和台1800)围绕相对于台面的顶表面(例如,台面的躯干区域的顶表面)的垂直z轴线(即,枢转轴线P1)的旋转运动并且提供第一自由度DOF 1。关节1835可提供第二连杆构件1834相对于第一连杆构件1832围绕垂直z轴线(即,枢转轴线P2)的旋转运动并且提供第三自由度DOF 2。目标关节J1提供围绕在X-Y平面内旋转的轴线P3的旋转,并且提供第四自由度DOF 3。关节1833和J1关节共同提供升降机构以允许机器人臂1830的垂直移动。由第一连杆构件1832和第二连杆构件1834的运动提供的各种运动与在关节J1处提供的旋转一起可提供机器人臂1830沿着和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线的移动以将目标关节J1定位在相对于台面的顶表面的期望治疗部位处。虽然未在图60A和图60B中标出,臂1830的连杆1810与设置在机器人臂1830的远侧端部上的医疗器械1815之间的各种关节可提供臂1830相对于置于台上的患者(例如,患者上的目标治疗部位)的附加运动,因此提供附加的自由度。
如上文针对先前的实施方案所述,转接件1828的各种部件的共同运动允许机器人臂1830在外科规程期间相对于手术台1800在各种不同位置之间移动。例如,转接件1828和机器人臂1830可移动到基本上在台面(未示出)下方的收起或折叠位置。在收起位置,臂1830和转接件1828各自处于折叠或收缩构型,其设置在由台面限定的外周边内的台面下方。转接件1828和臂1830也可设置在停放位置(参见图59A)和各种操作位置(参见图58和图59B)。在操作位置,目标关节J1相对于台面设置在期望的目标治疗部位处,以适应待执行的特定外科规程。
图61至图63C示出了可联接至手术台(未示出)的转接件2028的另一个实施方案,该手术台包括台面(未示出)、支撑件2022(参见图63A)和基部(未示出)。该手术台可包括与上述手术台相同或相似的部件并且功能与其相同或相似,因此相对于该实施方案不做详细描述。
台转接件2028(在本文中也称为“转接件”)包括可联接至手术台的支撑件2022的台接合机构2040。转接件2028还包括多个第一连杆构件2032,该多个第一连杆构件在第一关节2033处枢转地联接至接合机构2040并且可围绕枢转轴线P1旋转(参见图62、图63A和图63B)。多个第二连杆构件2034各自在联接位置2035处可滑动地联接至第一连杆构件2032。例如,第二连杆构件204能够可伸缩地联接至第一连杆构件2032。第二连杆构件2034也可枢转地联接到机器人臂2030的联接部分2038。联接部分2038可包括目标关节J1,该目标关节可提供围绕枢转轴线P2的旋转。
如上文针对先前的实施方案所述,一个或多个机器人臂2030可用于对置于手术台上的患者执行外科规程。每个机器人臂2030可被构造成与上述机器人臂相同或相似并且功能与其相同或相似,并且因此相对于该实施方案不再讨论关于机器人臂的具体细节。例如,如上文针对机器人臂130所述,机器人臂2030可包括多个连杆或区段,并且可在用于外科规程期间使用的延伸构型和不使用时用于存储的折叠或收缩构型之间移动。由各种联接关节提供的运动可提供机器人臂2030沿着和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线的运动,如下文更详细描述的。
更具体地讲,如图63A和图63B所示,关节2033可提供第一连杆构件2032相对于接合结构2040(和手术台)围绕相对于台面的顶表面(例如,台面的躯干区域的顶表面)的垂直z轴线(即,枢转轴线P1)的旋转运动并且提供第一自由度DOF 1。第二连杆构件2034与第一连杆构件2032之间的可滑动/可伸缩联接提供为在水平X-Y平面内线性运动的第二自由度DOF 2。目标关节J1提供围绕在X-Y平面内旋转的轴线P2的旋转,并且提供第三自由度DOF3。目标关节J1可提供升降机构以允许机器人臂2030的垂直移动。由第一连杆构件2032和第二连杆构件2034的运动提供的各种运动与在目标关节J1处提供的旋转一起可提供机器人臂2030沿着和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线的移动以将目标关节J1定位在相对于台面的顶表面的期望治疗部位处。虽然未在图63A和图63B中标出,臂2030的连杆2010与设置在机器人臂2030的远侧端部上的医疗器械2015之间的各种关节可提供臂2030相对于置于台上的患者(例如,患者上的目标治疗部位)的附加运动,因此提供附加的自由度。
如上文针对先前的实施方案所述,转接件2028的各种部件的共同运动允许机器人臂2030在外科规程期间相对于手术台在各种不同位置之间移动。例如,转接件2028和机器人臂2030可移动到基本上在台面下方(未示出)的收起或折叠位置。在收起位置,臂2030和转接件2028各自处于折叠或收缩构型,其设置在由台面限定的外周边内的台面下方。如针对先前的实施方案所述,转接件2028和臂2030也可设置在停放位置(未示出)和各种操作位置(未示出)。在操作位置,目标关节J1相对于台面设置在期望的目标治疗部位处,以适应待执行的特定外科规程。
图64至图71C示出了类似于台300和转接件340的手术台和转接件的另一个实施方案。如图64至图71C所示,手术台2100包括台面2120(参见示出了台面的轮廓的图70)、支撑件2122(在本文中也被称为基座)和基部2124。如上文针对先前的实施方案所述,支撑件2122可安装到基部2124上,该基部可固定到手术室的地板上或者可相对于地板移动。台面2120可包括头部区域、躯干区域和腿部区域(各自均未示出)。台面2120还可包括一个或多个臂区域(未示出)。台面2120具有患者可置于其上的顶表面。如上所述,支撑件2122可为台面2120的移动提供期望数量的自由度。如上所述,台面2120和/或其组成区域的移动可手动执行、由马达驱动、远程控制等。手术台2100还可包括针对先前实施方案所述的无线电半透明窗口(未示出)。
台转接件2128(在本文中也被称为“转接件”)示出为联接至手术台2100并且包括联接至支撑件2122的台接合结构2140。台接合结构2140包括可联接至支撑件2122和/或台面2120的支撑板。在一些实施方案中,接合结构2140可以是可支撑多达六个机器人臂2130(下文描述)的单一结构,并且在一些实施方案中,接合结构2140可如图64至图70所示支撑四个机器人臂。例如,接合结构2140可在台2100的每一侧上支撑多达三个臂,尽管在大多数使用情况下总共使用不超过四个臂。在一些实施方案中,转接件2128可包括两个接合机构2140,每个接合机构可在台面2120的相反侧上联接至台2100,如图64至图70所示。在一些实施方案中,转接件2128可联接至支撑件2122,使得转接件2128可相对于支撑件2122垂直地上下移动,如上文针对先前的实施方案所述。例如,台接合结构2140可被马达驱动以沿着导轨(例如,诸如如上文针对转接件328所述的导轨329)骑行。在一些实施方案中,台面2120可以相对于转接件2128纵向(沿Y轴线方向)移动,或者转接件2128可相对于台面2120移动。例如,转接件2128可联接至支撑件2122,并且当台面2120相对于支撑件2122移动时,台面2120将相对于转接件2128移动。
在该实施方案中,转接件2128还包括多个第一连杆构件2132,该多个第一连杆构件各自在第一关节2133处枢转地联接至台接合结构2140以提供第一连杆构件2132相对于台2100的旋转运动。联接构件2144设置在第一连杆构件2132的端部处,其可用于将机器人臂2130(下文讨论)联接至第一连杆构件2132。例如,中间连接器2144可具有联接接合部,该联接接合部可在机器人臂2130的安装端部2136处配合地联接至联接部分(未示出)。因此,机器人臂2130的安装端部可固定地联接至第一连杆构件2132。如下文更详细描述的,机器人臂2130可在关节J1处提供垂直移动。与先前的实施方案一样,关节2133和关节J1可允许转接件2128和机器人臂2130在用于外科规程期间使用的延伸构型(例如,如图64、图66至图69所示)与不使用时用于存储的折叠或收缩构型(例如,如图70所示)之间移动。
在一个另选的实施方案中,转接件2128可类似于转接件328进行构造,并且包括多个第二连杆构件(未示出),每个第二连杆构件在第二关节(未示出)处联接至第一连杆构件2132中的一者,该第二关节可提供用于使第二连杆构件(并且因此与其联接的机器人臂)垂直移动的升降机构。在此类实施方案中,第二关节可包括允许第二连杆构件相对于第一连杆构件2132垂直(即,平行于z轴线)平移的线性运动机构(未示出)。线性运动引导机构可包括类似于线性引导机构331的部件,诸如例如,与第二连杆构件2134联接的部件的细长突出部,其能够可滑动地接纳在联接至第一连杆构件2132的第二部件的轨道或凹陷部内。在另一个另选的实施方案中,此类第二连杆构件相对于第一连杆构件2132的垂直线性运动可由滑动特征结构提供,该滑动特征结构可包括例如第二连杆构件中的狭槽,该狭槽接纳第一连杆构件2132上的配合突出部。在一些实施方案中,升降机构可以提供至少6.5英寸的垂直行程。在另一个另选的实施方案中,提供升降机构的第二关节可以是本文针对其它实施方案所述的枢转关节。
在该实施方案中,台2100的每一侧上的接合机构2140包括用于在关节2133处支撑两组第一连杆构件2132的安装部分以及设置在两个第一关节2133之间的中间位置处的中间连接器2145。中间连接器2145可用于将机器人臂2130直接安装到接合结构2140。例如,中间连接器2145可包括联接接合部,该联接接合部可以在机器人臂的安装端部2136处与联接部分匹配地联接,该联接部分与设置在第一连杆构件2132的端部处的联接构件2144的联接接合部相同。
图64示出了具有两组第一连杆构件2132的转接件2128,这两组第一连杆构件联接至设置在台2100的每一侧上的接合机构2140中的每一个。因此,在图64中,接合机构2140的中间连接器2145未被使用。图66和图67示出联接至设置在台2100的一侧上的一个接合机构2140的两个第一连杆构件2132,以及联接至设置在台2100的相反侧上的另一个接合机构2140的一个第一连杆构件2132。此外,机器人臂2130安装到台2100的一侧上的中间连接器2145。在一些实施方案中,第一连杆构件2132中的每一个可具有变化的长度以提供更多的灵活性。
在该实施方案中,第一关节2133的枢转运动可允许第一连杆构件在台面下面旋转到台的另一侧,如图68和图69所示。图68和图69示出了两组第一连杆构件2132,这两组第一连杆构件以与图64所示类似的方式联接至设置在台2100的每一侧上的接合机构2140中的每一个,并且没有安装到中间连接器2145的机器人臂2130。因此,如果期望在台2100的一侧上提供三个机器人臂2130,并且仅两个臂2130在台2100的每一侧上联接至转接件2128,则转接件2128允许臂2130中的一个被移动到台2100的另一侧。因此,如果期望在台2100的一侧上具有三个臂2130,则臂2130可以如图68和图69所示定位在转接件2128上,或者臂可以如图66和图67所示那样定位。
在该实施方案中,转接件2128可适应多达六个机器人臂2130。每个机器人臂2130可以经由联接构件2144和/或中间连接器2145可释放地联接至转接件2128。每个机器人臂2130可被构造成与上述机器人臂130相同或相似,并且功能与其相同或相似,并且因此相对于该实施方案不再讨论关于机器人臂的具体细节。例如,如上文针对机器人臂130所描述的那样,机器人臂2130可以包括联接在一起的多个连杆或区段2110(参见,例如图71A至图71B),以允许臂2130在用于外科规程期间使用的延伸构型与未使用时用于存储的折叠或收缩构型之间移动。第一连杆构件2132的移动和机器人臂在关节J1处的移动可以提供机器人臂2130(和目标关节J1)沿着和/或围绕X轴线、Y轴线和/或Z轴线的移动,如下文所详述。
更具体地讲,与前述实施方案一样,第一关节2133可提供第一连杆构件2132相对于台接合结构2140(和台2100)围绕相对于台面的顶部表面的垂直z轴线的旋转运动,以及第一连杆构件2132在平行于手术台2100的台面的顶部表面的横向方向和纵向方向(在本文中也称为x方向和y方向)上的移动(参见,例如在图71A和图71B中的X-Y轴线)。因此,第一连杆构件2132的运动可以提供联接至其上的机器人臂2130沿着和/或围绕X轴线和/或Y轴线的移动,并且关节J1可以提供机器人臂2130的其余部分(即,机器人臂的其余连杆)沿着Z轴线的垂直移动,以将目标关节J1相对于台面定位在期望的治疗部位处。
第一连杆构件2132和机器人臂2130的共同运动允许转接件2128和机器人臂2130在外科规程期间在相对于手术台2100的多个不同位置之间移动。例如,转接件2128和机器人臂2130可移动到基本上在台面2120下方的收起位置,例如,如图70所示。图70示出了四个机器人臂2130联接至转接件2128的收起位置。因此,如果使用多于四个机器人臂2130,则可在这个收起位置中移除两个臂2130。例如,臂2130到第一连杆构件2132的可释放联轴器允许根据需要在转接件2128上的不同位置处移除和重新联接臂2130。在该实施方案中,臂2130和连杆构件2132可以经由第一关节2133和/或关节J1移动到收起位置。例如,臂2130可以经由关节J1下降,然后第一连杆构件2132和臂2130可以经由第一关节2133枢转到端部。臂2130可以经由臂2130的连杆/区段2110之间的关节进一步折叠。臂2130和转接件2128因此在收起位置处于折叠或收缩构型。
图71A和图71B是由转接件2128和机器人臂2130的关节提供的各种自由度的示意图,并且图71C是列出了与其相关联的自由度类型(例如,旋转、线性)的表。如图71A和图71B所示,并且如上所述,接合机构2140联接至台2100的支撑件2122,并且第一连杆构件2132在关节2133处枢转地联接至接合机构2140。第一连杆构件2132到接合机构2140的枢转关节2133允许第一连杆构件2132围绕z轴线旋转并提供第一自由度DOF 1。第一连杆构件2132经由联接构件2144联接至机器人臂2130的安装端部2136,并且机器人臂2130的关节J1是枢转关节,其提供了机器人臂2130(例如,机器人臂的其余连杆/区段2110)围绕水平轴线(即,位于X-Y平面中的轴线)枢转的旋转运动并由此提供第三自由度DOF 2(在图71B的侧视图中最佳地示出),即X-Y平面旋转。虽然未在图71A和图71B中标记,臂2130的连杆2110与设置在机器人臂2130的远侧端部上的医疗器械2115之间的各种关节可以提供相对于置于台2100上的患者(例如,患者上的目标治疗部位)的附加自由度。
使用如上文针对先前实施方案所述的第一关节2133和关节J1,转接件2128和臂2130也可以类似的方式从收起位置移动到各种操作位置。例如,机器人臂2130和转接件2128可以在各种不同的操作位置中移动,以用于特定外科规程,诸如例如胸部规程和***切除术规程。在操作位置中,每个臂2130的目标关节J1各自定位在相对于台面2120的目标位置处,使得臂2130的远侧端部(例如,其上具有医疗器械)可设置在期望的治疗区中。如上文针对图18所述,可以针对用于各种不同外科规程的臂2130中的每一个限定一定范围的运动或行进弧。
如上所述,在外科规程期间,转接件2128和臂2130也可被移动到各种停放位置以为待接近患者的医务人员提供间隙,或者为其它设备(诸如成像设备)提供间隙。如上所述,臂2130和转接件2128可经由第一关节2133和第二关节2135移动到停放位置。当不再需要间隙时,臂2130可被放回到操作位置,其中目标关节J1相对于台面2120设置在目标治疗部位处。
图72是根据一个实施方案的在外科规程期间移动机器人臂的方法的流程图。在190处,台转接件和机器人臂从相对于手术台的收起位置移动到其中目标关节(即,关节J1)被定位在目标位置以执行外科规程的操作位置。如本文所述,在收起位置,转接件和机器人臂可以完全设置在台面下方或者基本上在台面下方,并且在或基本上在由台面限定的外周边内。如本文所述,操作位置可以是其中目标关节设置在相对于台面的期望操作位置处使得可使用机器人臂对置于台面上的患者执行特定外科规程的位置。在191处,当将目标关节保持在操作位置时,可在治疗区内将机器人臂相对于台面移动到治疗构型。治疗区可以是,例如,对置于台面上的患者执行手术的目标治疗区域。在192处,在外科规程期间,转接件和机器人臂可相对于台面移动到停放位置,使得在转接件/机器人臂和治疗区之间限定间隙区域以允许接近置于台面上的患者。例如,如本文所述,机器人臂可以沿着台面的长度纵向地移动或滑动、相对于台面枢转并和/或远离台面横向移动。在某些情况下,可能需要从手术台完全移除机器人臂以限定间隙区域。在193处,转接件和机器人臂可以移回到操作位置。
虽然没有针对所有实施方案进行描述,但转接件的任何实施方案都可以手动控制或者由马达驱动。例如,转接件的各个组成部件的一些或全部运动可以可操作地联接至可以由使用者(例如,医疗专业人员)控制和操作的驱动马达。此外,任何实施方案可以可操作地联接至计算机***,该计算机***被配置为操作并控制转接件的各种部件的移动以及与其联接的机器人臂的移动。尽管并非针对所有实施方案描述了转接件的每个实施方案的全部特征,但应当理解,本文所述的各种特征中的任何特征都可以被包括或添加到任何实施方案中。
另外,尽管不一定针对每个实施方案进行描述,但本文所述的任何实施方案都可以包括具有多于两个连杆构件或仅有一个连杆构件的转接件。本文所述的机器人外科***的各种实施方案可以包括可将患者置于其上的台面、转接件以及一个或多个连杆构件。如上所述,在一些实施方案中,机器人臂可被结合到转接件(例如,转接件/机器人臂组件)中并且被联接至手术台或者可联接至手术台。转接件和机器人臂(或者在转接件/机器人臂组件的情况下)可包括一个或多个连杆或连杆构件,以允许转接件和/或臂围绕和/或沿着X轴线、Y轴线和/或Z轴线移动到相对于台面和/或相对于置于其上的患者的期望位置。
虽然上文已经描述了各种实施方案,但应当理解,它们仅以举例方式而非限制方式呈现。在上述方法表明某些事件按某种顺序发生的情况下,某些事件的排序可能会被修改。另外,如果可能,某些事件可以在并行过程中同时执行,以及如上所述顺序地执行。
在上文所述的示意图和/或实施方案表示以某些取向或位置布置的某些部件的情况下,可以修改部件的布置。虽然已经具体示出并描述了实施方案,但是应当理解,可以进行形式和细节上的各种改变。本文所述的装置和/或方法的任何部分可以除互相排斥的组合之外的任何组合进行组合。本文所述的实施方案可包括所述的不同实施方案的功能、部件和/或特征的各种组合和/或子组合。
Claims (26)
1.转接件,用于将至少四个机器人臂联接至手术台,所述手术台具有由竖直支撑件支撑的台面,所述竖直支撑件从放置在地板上的基部升起,所述转接件包括:
接合结构,所述接合结构具有四个拐角,所述接合结构被构造成由所述手术台的所述竖直支撑件支撑,同时连结至所述台面的底侧,其中所述台面的顶侧用于在手术期间在其上支撑患者,并且所述接合结构的任何部分均未在所述台面的外周边外部;以及
四个关节,每个关节形成在所述四个拐角中的相应一个处,每个关节被构造成联接至所述至少四个机器人臂中的相应一个,所述接合结构和所述四个关节被构造成使得所述四个关节中的两个设置在所述台面的左侧上,并且所述四个关节中的其它两个设置在所述台面的右侧上;以及
其中所述左侧和所述右侧两者沿着所述台面的纵向轴线延伸,
其中所述接合结构和所述四个关节被构造成使得所述机器人臂中的每个能够在第一位置和第二位置之间相对于所述接合结构以及彼此单独地移动:i)在所述第一位置中,所述机器人臂设置在由所述台面的所述底侧限定的平面下方,并且所有所述机器人臂在所述台面的所述左侧和所述右侧向内;ii)在所述第二位置中,所述机器人臂中的至少一个的至少一部分设置在由所述台面的所述底侧限定的平面之上。
2.根据权利要求1所述的转接件,其中当处于所述第一位置时,所述接合结构、所述四个关节和所述机器人臂各自设置在所述台面的所述外周边内。
3.根据权利要求1所述的转接件,其中当处于所述第一位置时,所述接合结构、所述四个关节或任何所述机器人臂的任何部分均未设置在所述台面的所述左侧和所述台面的所述右侧中的至少一个上的所述台面的外周边外部。
4.根据权利要求1所述的转接件,其中所述四个关节是第一关节,其中所述转接件包括各自在不同的第一关节处枢转地联接至所述接合结构的多个第一连杆构件,至少一个第一连杆构件被构造成在第二关节处联接至所述转接件的第二连杆构件,
所述第二连杆构件被构造成经由所述机器人臂和所述第二连杆构件之间的联轴器联接至所述至少四个机器人臂中的机器人臂。
5.根据权利要求4所述的转接件,其中每个第一关节提供相应第一连杆构件相对于所述台面的顶部表面围绕沿垂直方向限定的第一轴线旋转,所述第二关节提供升降机构以相对于所述台面沿垂直方向移动所述第二连杆构件以及与其联接的所述机器人臂。
6.根据权利要求4所述的转接件,其中所述至少一个第一连杆构件和所述第二连杆构件共同地提供所述机器人臂相对于所述台面沿横向、纵向或垂直方向中的至少一个方向的移动。
7.根据权利要求4所述的转接件,其中所述第二关节包括所述至少一个第一连杆构件和所述第二连杆构件之间的枢转联轴器。
8.根据权利要求4所述的转接件,其中所述第二关节包括被构造成允许所述第二连杆构件相对于所述至少一个第一连杆构件可滑动地移动的线性运动机构。
9.根据权利要求1所述的转接件,其中所述转接件被构造成联接至所述竖直支撑件之上的所述手术台。
10.一种用于提供机器人外科***的装置,包括:
手术台,所述手术台具有由竖直支撑件支撑的台面,所述竖直支撑件从放置在地板上的基部升起,所述台面具有第一侧以及与所述第一侧相反的第二侧,所述第一侧和第二侧沿着所述台面的纵向轴线延伸;
转接件,所述转接件包括接合结构和四个关节,所述转接件经由所述接合结构联接至所述手术台,所述接合结构联接至所述台面的底部表面,并且由所述竖直支撑件支撑,其中所述接合结构具有四个拐角,并且所述接合结构的任何部分均未在所述台面的外周边外部,
其中所述四个关节中的每个定位在所述接合结构的所述四个拐角的相应一个处,每个关节被构造成联接至至少四个机器人臂中的相应一个,其中所述接合结构和所述四个关节被构造成使得所述四个关节中的两个设置在所述台面的所述第一侧上,并且所述四个关节中的其它两个设置在所述台面的所述第二侧上,
其中所述接合结构和所述四个关节被构造成使得所述机器人臂中的每个能够在第一位置和第二位置之间相对于所述接合结构以及彼此单独地移动:在所述第一位置中,所述机器人臂设置在由所述台面的所述底部表面限定的平面下方,并且所有所述机器人臂在所述台面的所述第一侧和所述台面的所述第二侧上向内;在所述第二位置中,所述机器人臂中的至少一个的至少一部分设置在由所述台面的所述底部表面限定的所述平面之上。
11.根据权利要求10所述的装置,其中所述接合结构固定地联接至所述台面的底部。
12.根据权利要求10所述的装置,其中当处于所述第一位置时,所述接合结构、所述四个关节和所述机器人臂各自设置在所述台面的所述外周边内。
13.根据权利要求10所述的装置,其中当处于所述第一位置时,所述接合结构、所述四个关节或任何所述机器人臂的任何部分均未设置在所述台面的所述第一侧和所述台面的所述第二侧中的至少一个上的所述台面的外周边外部。
14.根据权利要求10所述的装置,其中所述四个关节是第一关节,其中所述转接件包括各自在不同的第一关节处枢转地联接至所述接合结构的多个第一连杆构件,至少一个第一连杆构件被构造成在第二关节处联接至所述转接件的第二连杆构件,
所述第二连杆构件被构造成经由所述机器人臂和所述第二连杆构件之间的联轴器联接至机器人臂。
15.根据权利要求14所述的装置,其中每个第一关节提供相应第一连杆构件相对于所述台面的顶部表面围绕沿垂直方向限定的第一轴线旋转,所述第二关节提供升降机构以相对于所述台面沿垂直方向移动所述第二连杆构件以及与其联接的所述机器人臂。
16.根据权利要求14所述的装置,其中所述至少一个第一连杆构件和所述第二连杆构件共同地提供所述机器人臂相对于所述台面沿横向、纵向或垂直方向中的至少一个方向的移动。
17.根据权利要求14所述的装置,其中所述第二关节包括所述至少一个第一连杆构件和所述第二连杆构件之间的枢转联轴器。
18.根据权利要求14所述的装置,其中所述第二关节包括被构造成允许所述第二连杆构件相对于所述至少一个第一连杆构件可滑动地移动的线性运动机构。
19.一种用于提供机器人外科***的装置,包括:
手术台,所述手术台具有由竖直支撑件支撑的台面,所述竖直支撑件从放置在地板上的基部升起,所述台面具有左侧以及与所述左侧相反的右侧,所述左侧和右侧沿着所述台面的纵向轴线延伸;以及
转接件,所述转接件联接在所述手术台的所述台面下方,所述转接件具有:
具有四个拐角的接合结构,所述接合结构被构造成由所述手术台的所述竖直支撑件支撑,同时连结在所述手术台的底侧处,其中所述接合结构的任何部分均未在所述台面的外周边外部,
形成在所述四个拐角中的相应一个处的四个第一关节,
对于所述第一关节中的每个:1)在所述第一关节处直接枢转地联接至所述接合结构的第一连杆构件,以及2)在第二关节处联接至所述第一连杆构件的第二连杆构件,
其中所述第二连杆构件中的每个被构造成经由相应机器人臂和所述第二连杆构件之间的联轴器可移除地联接至相应机器人臂,
其中所述四个第一关节中的至少一个提供所述第一连杆构件相对于所述台面的顶部表面围绕沿垂直方向限定的第一轴线旋转,所述第二关节包括升降机构以相对于所述台面的所述顶部表面沿垂直方向移动所述第二连杆构件以及与其联接的相应机器人臂,
其中所述第一连杆构件和所述第二连杆构件共同地提供相应机器人臂相对于所述台面的所述顶部表面沿横向、纵向或垂直方向中的至少一个方向的移动。
20.根据权利要求19所述的装置,其中所述四个第一关节中的至少一个包括所述第一连杆构件和所述接合结构之间的枢转联轴器,所述第二关节包括所述第一连杆构件和所述第二连杆构件之间的枢转联轴器。
21.根据权利要求19所述的装置,其中所述四个第一关节中的至少一个包括所述第一连杆构件和所述接合结构之间的枢转联轴器,所述第二关节包括被构造成允许所述第二连杆构件相对于所述第一连杆构件可滑动地移动的线性运动机构。
22.根据权利要求19所述的装置,其中所述接合结构固定地附接至所述手术台在所述台面和所述竖直支撑件之间,使得所述接合结构的顶侧连结至所述台面的所述底侧,并且所述接合结构的底侧连结至所述竖直支撑件的顶侧。
23.根据权利要求19所述的装置,其中所述接合结构包括在所述左侧上包括所述四个第一关节中的两个第一关节的第一安装部分以及在所述右侧上包括所述四个第一关节中的其它两个第一关节的第二安装部分。
24.根据权利要求23所述的装置,其中相应机器人臂是第一机器人臂,其中所述安装部分中的至少一个包括中间连接器,所述中间连接器设置在所述安装部分中的至少一个的两个第一关节之间的中间位置处,其中第二机器人臂被构造成可移除地联接至所述中间连接器。
25.根据权利要求19所述的装置,其中所述第一连杆构件相对于所述接合结构的移动是马达驱动的。
26.根据权利要求19所述的装置,其中所述第一连杆构件相对于所述接合结构的移动是马达驱动的,并且所述第二连杆构件相对于所述第一连杆构件的移动是马达驱动的。
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