CN113613612B - 用于医疗***和应用的倾斜机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人医疗***，该机器人医疗***可包括患者平台。该患者平台包括倾斜机构。该倾斜机构可包括侧向倾斜机构和纵向倾斜机构。该侧向倾斜机构可包括倾斜板和枢转外壳。安装在该倾斜板上的线性致动器可向该枢转外壳施加线性力。该侧向倾斜机构还可包括沿着第一轴线延伸的第一线性引导件，并且该枢转外壳可沿着该第一线性引导件平移。向该枢转外壳施加线性力通过使该枢转外壳沿着该第一线性引导件平移而使该倾斜板倾斜。

Description

用于医疗***和应用的倾斜机构

优先权申请

本申请要求2019年3月8日提交的美国临时专利申请号62/815,848的优先权，该申请全文以引用方式并入本文并且用于所有目的。

技术领域

本申请整体涉及机器人医疗***，并且具体地讲，涉及用于机器人医疗***的患者平台的倾斜机构。

背景技术

患者平台诸如台或床可用于在医疗规程期间支撑患者。例如，患者平台通常在手动医疗规程期间以及在机器人医疗规程期间使用。一般来讲，此类患者平台是水平取向的。

发明内容

具有机器人臂和患者平台的外科或医疗机器人***能够被构造成执行多种外科或医疗规程。在第一方面，用于医疗平台的倾斜机构包括：倾斜板；线性致动器，该线性致动器安装在倾斜板上并且被构造成向枢转外壳施加线性力；以及第一线性引导件，该第一线性引导件附接到万向支架。第一线性引导件沿着第一轴线延伸，并且枢转外壳被构造成沿着第一线性引导件平移，并且向枢转外壳施加线性力通过使枢转外壳沿着第一线性引导件平移而使倾斜板相对于万向支架倾斜。

倾斜机构可以以任何组合包括以下特征中的一者或多者：(a)其中枢转外壳被进一步构造成当枢转外壳沿着第一线性引导件平移时相对于第一线性引导件枢转；(b)其中线性致动器在沿着第二轴线的方向上施加线性力；(c)其中第一轴线和第二轴线不平行；(d)其中线性致动器包括被构造成使导螺杆旋转的马达，并且枢转外壳包括安装在导螺杆上的螺母外壳；(e)其中倾斜板被构造成围绕枢转轴线相对于万向支架枢转，并且枢转轴线被构造成沿着第一轴线相对于万向支架平移；(f)第二线性引导件，该第二线性引导件附接到倾斜板，其中第一线性引导件包括第一组导轨，并且第二线性引导件包括第二组导轨；(g)其中第一组导轨定位在第二组导轨之间；以及/或者(h)其中倾斜板附接到患者平台，并且万向支架附接到支撑患者平台的柱。

在另一方面，机器人医疗***包括：患者平台，该患者平台被构造成在医疗规程期间支撑患者；柱，该柱支撑患者平台；以及倾斜机构，该倾斜机构将柱连接到患者平台。倾斜机构包括侧向倾斜机构，该侧向倾斜机构被构造成使患者平台围绕患者平台的侧向倾斜轴线枢转；以及纵向倾斜机构，该纵向倾斜机构被构造成使患者平台围绕患者平台的纵向倾斜轴线枢转。

该***可以以任何组合包括以下特征中的一者或多者：(a)其中侧向倾斜机构和纵向倾斜机构被构造成同时操作；(b)其中侧向倾斜机构定位在纵向倾斜机构的顶部上；(c)其中侧向倾斜机构包括线性致动器，该线性致动器被构造成在垂直于侧向倾斜轴线的方向上施加线性力以使患者平台围绕侧向倾斜轴线枢转；(d)其中侧向倾斜机构包括：倾斜板，该倾斜板附接到患者平台；线性致动器，该线性致动器安装在倾斜板上并且被构造成向枢转外壳施加线性力；第一线性引导件，该第一线性引导件附接到万向支架，其中第一线性引导件沿着第一轴线延伸并且枢转外壳被构造成沿着第一线性引导件平移；以及第二线性引导件，该第二线性引导件附接到倾斜板，其中第二线性引导件沿着第二轴线延伸，并且枢转外壳被构造成沿着第二线性引导件平移；(e)其中向枢转外壳施加线性力通过使枢转外壳沿着第一线性引导件和第二线性引导件平移而使倾斜板相对于万向支架倾斜；(f)其中线性致动器在平行于第二轴线的方向上施加线性力；(g)其中第一轴线和第二轴线不平行；(h)其中线性致动器包括被构造成使导螺杆旋转的马达，并且枢转外壳包括安装在导螺杆上的螺母外壳；(i)其中倾斜板被构造成围绕侧向倾斜轴线相对于万向支架枢转，并且侧向倾斜轴线被构造成沿着第一轴线相对于万向支架平移；(j)其中纵向倾斜机构包括：纵向倾斜连杆，该纵向倾斜连杆在柱和万向支架之间延伸；以及致动器，该致动器被构造成致动纵向倾斜连杆以使万向支架相对于柱枢转，以使患者平台围绕纵向倾斜轴线倾斜；(k)其中致动器包括纵向线性致动器，该纵向线性致动器被构造成沿着柱的轴线平移以致动纵向倾斜连杆；(l)其中侧向倾斜机构被构造成允许围绕侧向倾斜轴线倾斜至少15度，并且纵向倾斜机构被构造成允许围绕纵向倾斜轴线倾斜至少30度；以及/或者(m)其中侧向倾斜机构被构造成允许围绕侧向倾斜轴线倾斜约30度，并且纵向倾斜机构被构造成允许围绕纵向倾斜轴线倾斜约45度。

在另一方面，用于控制患者平台的倾斜的方法包括：基于以下操作使患者平台围绕侧向倾斜轴线倾斜：致动线性致动器以向枢转外壳施加线性力；使枢转外壳沿着沿第一轴线的第一线性引导件平移；以及使枢转外壳沿着沿第二轴线的第二线性引导件平移。

该方法可以以任何组合包括以下特征中的一者或多者：(a)其中第一轴线平行于线性力并且第二轴线不平行于第一轴线；(b)其中致动线性致动器包括利用马达驱动导螺杆，并且其中枢转外壳包括安装在导螺杆上的螺母外壳；(c)其中马达附接到支撑患者平台的倾斜板，并且其中第一线性引导件附接到倾斜板；(d)其中第二线性引导件附接到万向支架；(e)使万向支架相对于支撑患者平台的柱枢转以使患者平台围绕纵向倾斜轴线倾斜；(f)其中使万向支架相对于柱枢转包括利用沿着柱的轴线平移的纵向线性致动器来驱动纵向倾斜连杆；(g)使患者平台同时围绕侧向倾斜轴线和纵向倾斜轴线倾斜；以及/或者(h)对支撑在患者平台上的患者执行机器人医疗规程。

附图说明

下文将结合附图描述所公开的方面，该附图被提供以说明而非限制所公开的方面，其中类似的标号表示类似的元件。

图1示出了被布置用于诊断性和/或治疗性支气管镜检查的基于推车的机器人***的实施方案。

图2描绘了图1的机器人***的另外方面。

图3示出了被布置用于输尿管镜检查的图1的机器人***的实施方案。

图4示出了被布置用于血管规程的图1的机器人***的实施方案。

图5示出了被布置用于支气管镜检查规程的基于台的机器人***的实施方案。

图6提供了图5的机器人***的另选视图。

图7示出了被构造成收起机器人臂的示例性***。

图8示出了被构造用于输尿管镜检查规程的基于台的机器人***的实施方案。

图9示出了被构造用于腹腔镜检查规程的基于台的机器人***的实施方案。

图10示出了具有俯仰或倾斜调整的图5至图9的基于台的机器人***的实施方案。

图11提供了图5至图10的基于台的机器人***的台和柱之间的接口的详细图示。

图12示出了基于台的机器人***的另选实施方案。

图13示出了图12的基于台的机器人***的端视图。

图14示出了其上附接有机器人臂的基于台的机器人***的端视图。

图15示出了示例性器械驱动器。

图16示出了具有成对器械驱动器的示例性医疗器械。

图17示出了器械驱动器和器械的另选设计，其中驱动单元的轴线平行于器械的细长轴的轴线。

图18示出了具有基于器械的***架构的器械。

图19示出了示例性控制器。

图20描绘了根据示例性实施方案的示出定位***的框图，该定位***估计图1至图10的机器人***的一个或多个元件的位置，诸如图16至图18的器械的位置。

图21A示出了包括处于第一构型的患者平台的机器人医疗***的实施方案。

图21B示出了包括处于第二构型的图21A的患者平台的机器人医疗***。

图22A是机器人医疗***的患者平台的实施方案的端视图，并且示出了患者平台的侧向倾斜。

图22B是图22A的机器人医疗***的患者平台的侧视图，并且示出了患者平台的纵向倾斜。

图23示出了根据一个实施方案的包括倾斜机构的平台的实施方案。

图24A示出了用于机器人医疗***的患者平台的处于未倾斜状态的侧向倾斜机构的实施方案的端视图。

图24B是处于第一倾斜构型的图24A的侧向倾斜机构的端视图。

图24C是处于第二倾斜构型的图24A的侧向倾斜机构的端视图。

图25是用于机器人医疗***的患者平台的侧向倾斜机构的实施方案的等轴视图，示出了其线性致动器、枢转外壳和线性引导件。

图26是图25的侧向倾斜机构的等轴视图，示出了其螺母外壳。

图27是图26的螺母外壳的等轴视图。

图28A是图25的侧向倾斜机构的等轴视图，示出了线性力的施加。

图28B是图25的侧向倾斜机构的端视图，示出了图28A所示的线性力的分量。

图29示意性地示出了根据一个实施方案的侧向倾斜机构的运动。

图30A是用于机器人医疗***的患者平台的倾斜机构的实施方案的等轴视图，该倾斜机构包括侧向倾斜机构和纵向倾斜机构。

图30B示出了图30A的倾斜机构的侧视图。

图31是机器人医疗***的患者平台的实施方案的等轴视图，该患者平台包括被构造用于同时进行侧向倾斜和纵向倾斜的倾斜机构。

图32是示出用于控制机器人医疗***的患者平台的倾斜的方法的实施方案的流程图。

图33A示出了用于机器人医疗***的患者平台的大圆弧倾斜机构的实施方案的侧视图。

图33B示出了处于倾斜构型的图33A的大圆弧倾斜机构。

图33C示出了图33A的大圆弧倾斜机构的剖视图。

图33D是图33A的大圆弧倾斜机构的顶视图。

图33E是安装在机器人医疗***的患者平台中的图33A的大圆弧倾斜机构的顶视等轴视图。

具体实施方式

1.概述。

本公开的各方面可集成到机器人使能的医疗***中，该机器人使能的医疗***能够执行多种医疗规程，包括微创规程诸如腹腔镜检查，以及非侵入规程诸如内窥镜检查两者。在内窥镜检查规程中，***可能能够执行支气管镜检查、输尿管镜检查、胃镜检查等。

除了执行广泛的规程之外，***可以提供附加的益处，诸如增强的成像和指导以帮助医师。另外，该***可以为医师提供从人体工程学方位执行规程的能力，而不需要笨拙的臂运动和方位。另外，该***可以为医师提供以改进的易用性执行规程的能力，使得***的器械中的一个或多个器械可由单个用户控制。

出于说明的目的，下文将结合附图描述各种实施方案。应当理解，所公开的概念的许多其他实施方式是可能的，并且利用所公开的实施方式可实现各种优点。标题包括在本文中以供参考并且有助于定位各个节段。这些标题并非旨在限制相对于其所述的概念的范围。此类概念可在整个说明书中具有适用性。

A.机器人***–推车。

机器人使能的医疗***可以按多种方式构造，这取决于特定规程。图1示出了被布置用于诊断性和/或治疗性支气管镜检查的基于推车的机器人使能的***10的实施方案。在支气管镜检查期间，***10可包括推车11，该推车具有一个或多个机器人臂12，以将医疗器械诸如可操纵内窥镜13(其可以是用于支气管镜检查的规程特定的支气管镜)递送至自然孔口进入点(即，在本示例中定位在台上的患者的口)，以递送诊断和/或治疗工具。如图所示，推车11可被定位在患者的上躯干附近，以便提供到进入点的通路。类似地，可以致动机器人臂12以相对于进入点定位支气管镜。当利用胃镜(用于胃肠道(GI)规程的专用内窥镜)执行GI规程时，也可利用图1中的布置。图2更详细地描绘了推车的示例性实施方案。

继续参考图1，一旦推车11被正确定位，机器人臂12就可以机器人地、手动地或以其组合将可操纵内窥镜13***患者体内。如图所示，可操纵内窥镜13可包括至少两个伸缩部分，诸如内引导件部分和外护套部分，每个部分联接到来自一组器械驱动器28的单独的器械驱动器，每个器械驱动器联接到单独的机器人臂的远侧端部。有利于将引导件部分与护套部分同轴对准的器械驱动器28的这种线性布置产生“虚拟轨道”29，该“虚拟轨道”可以通过将一个或多个机器人臂12操纵到不同角度和/或方位而在空间中被重新定位。本文所述的虚拟轨道在附图中使用虚线描绘，并且因此虚线未描绘***的任何物理结构。器械驱动器28沿着虚拟轨道29的平移使内引导件部分相对于外护套部分伸缩，或者使内窥镜13从患者推进或回缩。虚拟轨道29的角度可以基于临床应用或医师偏好来调整、平移和枢转。例如，在支气管镜检查中，如图所示的虚拟轨道29的角度和方位代表了在向医师提供到内窥镜13的通路同时使由内窥镜13弯曲到患者的口中引起的摩擦最小化之间的折衷。

在***之后，内窥镜13可以使用来自机器人***的精确命令向下导向患者的气管和肺，直到到达目标目的地或手术部位。为了增强通过患者的肺网络的导航和/或到达期望的目标，内窥镜13可***纵以从外部护套部分伸缩地延伸内引导件部分，以获得增强的关节运动和更大的弯曲半径。使用单独的器械驱动器28还允许引导件部分和护套部分彼此独立地被驱动。

例如，内窥镜13可被导向以将活检针递送到目标，诸如患者肺内的病变或结节。针可沿工作通道向下部署，该工作通道延伸内窥镜的长度以获得待由病理学家分析的组织样本。根据病理结果，可沿内窥镜的工作通道向下部署附加工具以用于附加活检。在识别出结节是恶性的之后，内窥镜13可以通过内窥镜递送工具以切除潜在的癌组织。在一些情况下，诊断和治疗处理可在单独的规程中递送。在这些情况下，内窥镜13也可用于递送基准以“标记”目标结节的位置。在其他情况下，诊断和治疗处理可在相同的规程期间递送。

***10还可包括可移动塔30，该可移动塔可经由支撑缆线连接到推车11以向推车11提供控制、电子、流体、光学、传感器和/或电力的支持。将这样的功能放置在塔30中允许可以由操作医师和他/她的工作人员更容易地调整和/或重新定位的更小形状因子的推车11。另外，在推车/台和支撑塔30之间划分功能减少了手术室混乱并且有利于改善临床工作流程。虽然推车11可被定位成靠近患者，但是塔30可以在远程位置中被收起以在规程过程期间不挡道。

为了支持上述机器人***，塔30可包括基于计算机的控制***的部件，该基于计算机的控制***将计算机程序指令存储在例如非暂态计算机可读存储介质诸如永磁存储驱动器、固态驱动器等内。无论执行是发生在塔30中还是发生在推车11中，这些指令的执行都可以控制整个***或其子***。例如，当由计算机***的处理器执行时，指令可致使机器人***的部件致动相关托架和臂安装件，致动机器人臂，并且控制医疗器械。例如，响应于接收到控制信号，机器人臂的关节中的马达可将臂定位成特定姿势。

塔架30还可包括泵、流量计、阀控制器和/或流体通路，以便向可通过内窥镜13部署的***提供受控的冲洗和抽吸能力。这些部件也可使用塔30的计算机***来控制。在一些实施方案中，冲洗和抽吸能力可通过单独的缆线直接递送到内窥镜13。

塔30可包括电压和浪涌保护器，该电压和浪涌保护器被设计成向推车11提供经滤波和保护的电力，从而避免在推车11中放置电力变压器和其他辅助电力部件，从而得到更小、更可移动的推车11。

塔30还可包括用于在整个机器人***10中部署的传感器的支撑设备。例如，塔30可包括用于在整个机器人***10中检测、接收和处理从光学传感器或相机接收的数据的光电设备。结合控制***，此类光电设备可用于生成实时图像，以用于在整个***中部署的任何数量的控制台中显示(包括在塔30中显示)。类似地，塔30还可包括用于接收和处理从部署的电磁(EM)传感器接收的信号的电子子***。塔30还可用于容纳和定位EM场发生器，以便由医疗器械中或医疗器械上的EM传感器进行检测。

除了***的其余部分中可用的其他控制台(例如，安装在推车顶部上的控制台)之外，塔30还可包括控制台31。控制台31可包括用于医师操作者的用户界面和显示屏，诸如触摸屏。***10中的控制台通常设计成提供机器人控制以及规程的术前信息和实时信息两者，诸如内窥镜13的导航和定位信息。当控制台31不是医师可用的唯一控制台时，其可由第二操作者(诸如护士)使用以监测患者的健康状况或生命体征和***10的操作，以及提供规程特定的数据，诸如导航和定位信息。在其他实施方案中，控制台30容纳在与塔30分开的主体中。

塔30可通过一个或多个缆线或连接件(未示出)联接到推车11和内窥镜13。在一些实施方案中，可通过单根缆线向推车11提供来自塔30的支撑功能，从而简化手术室并消除手术室的混乱。在其他实施方案中，特定功能可联接在单独的布线和连接中。例如，尽管可以通过单个缆线向推车11提供电力，但也可以通过单独的缆线提供对控件、光学器件、流体和/或导航的支持。

图2提供了来自图1所示的基于推车的机器人使能的***的推车11的实施方案的详细图示。推车11通常包括细长支撑结构14(通常称为“柱”)、推车基部15以及在柱14的顶部处的控制台16。柱14可包括一个或多个托架，诸如用于支持一个或多个机器人臂12(图2中示出三个)的部署的托架17(另选地为“臂支撑件”)。托架17可包括可单独构造的臂安装件，该臂安装件沿着垂直轴线旋转以调整机器人臂12的基部，以相对于患者更好地定位。托架17还包括托架接口19，该托架接口允许托架17沿着柱14竖直地平移。

托架接口19通过狭槽诸如狭槽20连接到柱14，该狭槽定位在柱14的相对侧上以引导托架17的竖直平移。狭槽20包含竖直平移接口以将托架17相对于推车基部15定位并保持在各种竖直高度处。托架17的竖直平移允许推车11调整机器人臂12的到达范围以满足各种台高度、患者尺寸和医师偏好。类似地，托架17上的可单独构造的臂安装件允许机器人臂12的机器人臂基部21以多种构型成角度。

在一些实施方案中，狭槽20可补充有狭槽盖，该狭槽盖与狭槽表面齐平且平行，以防止灰尘和流体在托架17竖直平移时进入柱14的内部腔以及竖直平移接口。狭槽盖可通过定位在狭槽20的竖直顶部和底部附近的成对弹簧卷轴部署。盖在卷轴内盘绕，直到在托架17竖直地上下平移时被部署成从盖的盘绕状态延伸和回缩。当托架17朝向卷轴平移时，卷轴的弹簧加载提供了将盖回缩到卷轴中的力，同时在托架17平移远离卷轴时也保持紧密密封。可使用例如托架接口19中的支架将盖连接到托架17，以确保在托架17平移时盖的适当延伸和回缩。

柱14可在内部包括诸如齿轮和马达之类的机构，其被设计成使用竖直对准的导螺杆以响应于响应用户输入(例如，来自控制台16的输入)生成的控制信号来以机械化方式平移托架17。

机器人臂12通常可包括由一系列连杆23分开的机器人臂基部21和端部执行器22，该一系列连杆由一系列关节24连接，每个关节包括独立的致动器，每个致动器包括可独立控制的马达。每个可独立控制的关节表示机器人臂12可用的独立自由度。机器人臂12中的每个机器人臂可具有七个关节，并且因此提供七个自由度。多个关节导致多个自由度，从而允许“冗余”的自由度。具有冗余自由度允许机器人臂12使用不同的连接件方位和关节角度将其相应的端部执行器22定位在空间中的特定方位、取向和轨迹处。这允许***从空间中的期望点定位和导向医疗器械，同时允许医师将臂关节移动到远离患者的临床有利方位，以产生更大的接近，同时避免臂碰撞。

推车基部15在地板上平衡柱14、托架17和机器人臂12的重量。因此，推车基部15容纳较重的部件，诸如电子器件、马达、电源以及使得推车11能够移动和/或固定的部件。例如，推车基部15包括允许推车11在规程之前容易地围绕房间移动的可滚动的轮形脚轮25。在到达适当方位之后，脚轮25可以使用轮锁固定，以在规程期间将推车11保持在适当方位。

定位在柱14的竖直端部处的控制台16允许用于接收用户输入的用户界面和显示屏(或两用装置，诸如例如触摸屏26)两者向医师用户提供术前和术中数据两者。触摸屏26上的潜在术前数据可以包括从术前计算机化断层摄影(CT)扫描导出的术前计划、导航和标测数据和/或来自术前患者面谈的记录。显示器上的术中数据可以包括从工具、传感器提供的光学信息和来自传感器的坐标信息以及重要的患者统计，诸如呼吸、心率和/或脉搏。控制台16可以被定位和倾斜成允许医师从柱14的与托架17相对的侧面接近控制台16。从该方位，医师可以在从推车11后面操作控制台16的同时观察控制台16、机器人臂12和患者。如图所示，控制台16还包括用以帮助操纵和稳定推车11的柄部27。

图3示出了被布置用于输尿管镜检查的机器人使能的***10的实施方案。在输尿管镜规程中，推车11可被定位成将输尿管镜32(被设计成横穿患者的尿道和输尿管的规程特定的内窥镜)递送到患者的下腹部区域。在输尿管镜检查中，可以期望输尿管镜32直接与患者的尿道对准以减少该区域中的敏感解剖结构上的摩擦和力。如图所示，推车11可以在台的脚部处对准，以允许机器人臂12定位输尿管镜32，以用于直接线性进入患者的尿道。机器人臂12可从台的脚部沿着虚拟轨道33将输尿管镜32通过尿道直接***患者的下腹部中。

在***尿道中之后，使用与支气管镜检查中类似的控制技术，输尿管镜32可以被导航到膀胱、输尿管和/或肾中以用于诊断和/或治疗应用。例如，可以将输尿管镜32引导到输尿管和肾中以使用沿输尿管镜32的工作通道向下部署的激光或超声碎石装置来打碎积聚的肾结石。在碎石完成之后，可以使用沿输尿管镜32向下部署的篮移除所得的结石碎片。

图4示出了类似地布置用于血管规程的机器人使能的***10的实施方案。在血管规程中，***10可被构造成使得推车11可将医疗器械34(诸如可操纵导管)递送至患者的腿部的股动脉中的进入点。股动脉呈现用于导航的较大直径以及到患者的心脏的相对较少的迂回且曲折的路径两者，这简化了导航。如在输尿管镜规程中，推车11可以被定位成朝向患者的腿和下腹部，以允许机器人臂12提供直接线性进入患者的大腿/髋部区域中的股动脉进入点的虚拟轨道35。在***动脉中之后，可通过平移器械驱动器28来导向和***医疗器械34。另选地，推车可以被定位在患者的上腹部周围，以到达另选的血管进入点，诸如肩部和腕部附近的颈动脉和臂动脉。

B.机器人***–台。

机器人使能的医疗***的实施方案还可结合患者的台。结合台通过移除推车减少了手术室内的资本设备的量，这允许更多地接近患者。图5示出了被布置用于支气管镜检查规程的这样的机器人使能的***的实施方案。***36包括用于将平台38(示出为“台”或“床”)支撑在地板上的支撑结构或柱37。与基于推车的***非常相似，***36的机器人臂39的端部执行器包括器械驱动器42，其被设计成通过或沿着由器械驱动器42的线性对准形成的虚拟轨道41来操纵细长医疗器械，诸如图5中的支气管镜40。在实践中，用于提供荧光镜成像的C形臂可以通过将发射器和检测器放置在台38周围而定位在患者的上腹部区域上方。

图6提供了用于讨论目的的没有患者和医疗器械的***36的另选视图。如图所示，柱37可包括在***36中示出为环形的一个或多个托架43，一个或多个机器人臂39可基于该托架。托架43可以沿着沿柱37的长度延伸的竖直柱接口44平移，以提供不同的有利点，机器人臂39可以从这些有利点被定位以到达患者。托架43可以使用定位在柱37内的机械马达围绕柱37旋转，以允许机器人臂39进入台38的多个侧面，诸如患者的两侧。在具有多个托架的实施方案中，托架可单独地定位在柱上，并且可独立于其他托架平移和/或旋转。虽然托架43不需要环绕柱37或甚至是圆形的，但如图所示的环形形状有利于托架43围绕柱37旋转，同时保持结构平衡。托架43的旋转和平移允许***36将医疗器械诸如内窥镜和腹腔镜对准到患者身上的不同进入点中。在其他实施方案(未示出)中，***36可包括具有可调式臂支撑件的病人检查台或病床，该可调式臂支撑件呈在病人检查台或病床旁边延伸的杆或导轨的形式。一个或多个机器人臂39(例如，经由具有肘关节的肩部)可附接到可调式臂支撑件，该可调式臂支撑件可被竖直调节。通过提供竖直调节，机器人臂39有利地能够紧凑地存放在病人检查台或病床下方，并且随后在规程期间升高。

机器人臂39可通过包括一系列关节的一组臂安装件45安装在托架43上，该关节可单独地旋转和/或伸缩地延伸以向机器人臂39提供附加的可构造性。另外，臂安装件45可定位在托架43上，使得当托架43适当地旋转时，臂安装件45可定位在台38的同一侧上(如图6所示)、台38的相对侧上(如图9所示)或台38的相邻侧上(未示出)。

柱37在结构上为台38提供支撑，并且为托架43的竖直平移提供路径。在内部，柱37可配备有用于引导托架的竖直平移的导螺杆，以及用以机械化基于导螺杆的托架43的平移的马达。柱37还可将功率和控制信号传送到托架43和安装在其上的机器人臂39。

台基部46具有与图2所示的推车11中的推车基部15类似的功能，容纳较重的部件以平衡台/床38、柱37、托架43和机器人臂39。台面基部46还可结合刚性脚轮以在规程期间提供稳定性。从台基部46的底部部署的脚轮可以在基部46的两侧沿相反方向延伸，并且当***36需要移动时回缩。

继续图6，***36还可以包括塔(未示出)，该塔使***36的功能在台与塔之间进行划分以减小台的形状因子和体积。如在先前所公开的实施方案中，塔可以向台提供多种支持功能，诸如处理、计算和控制能力、电力、流体和/或光学以及传感器处理。塔还可以是可移动的，以远离患者定位，从而改善医师的接近并且消除手术室的混乱。另外，将部件放置在塔中允许在台基部46中有更多的储存空间，以用于机器人臂39的潜在收起。塔还可以包括主控制器或控制台，其提供用于用户输入的用户界面(诸如键盘和/或挂件)以及用于术前和术中信息(诸如实时成像、导航和跟踪信息)的显示屏(或触摸屏)两者。在一些实施方案中，塔还可包含用于待用于注气的气罐的夹持器。

在一些实施方案中，台基部可以在不使用时收起和储存机器人臂。图7示出了在基于台的***的实施方案中收起机器人臂的***47。在***47中，托架48可以竖直平移到基部49中以使机器人臂50、臂安装件51和托架48收起在基部49内。基部盖52可以平移和回缩打开以围绕柱53部署托架48、臂安装件51和机器人臂50，并且关闭以收起该托架、臂安装件和机器人臂，以便在不使用时保护它们。基部盖52可以利用膜54沿着其开口的边缘密封，以防止在关闭时灰尘和流体进入。

图8示出了被构造用于输尿管镜检查规程的机器人使能的基于台的***的实施方案。在输尿管镜检查中，台38可以包括用于将患者定位成与柱37和台基部46成偏角的旋转部分55。旋转部分55可以围绕枢转点(例如，位于患者的头部下方)旋转或枢转，以便将旋转部分55的底部部分定位成远离柱37。例如，旋转部分55的枢转允许C形臂(未示出)定位在患者的下腹部上方，而不与台38下方的柱(未示出)竞争空间。通过围绕柱37旋转托架35(未示出)，机器人臂39可以沿着虚拟轨道57将输尿管镜56直接***患者的腹股沟区域中以到达尿道。在输尿管镜检查中，镫58也可以固定至台38的旋转部分55，以在规程期间支撑患者的腿的方位，并且允许完全通向患者的腹股沟区域。

在腹腔镜检查规程中，通过患者的腹壁中的小切口，可将微创器械***患者的解剖结构中。在一些实施方案中，微创器械包括用于进入患者体内解剖结构的细长刚性构件，诸如轴。在患者腹腔充气之后，可以引导器械执行外科或医疗任务，诸如抓握、切割、消融、缝合等。在一些实施方案中，器械可以包括镜，诸如腹腔镜。图9示出了被构造用于腹腔镜检查规程的机器人使能的基于台的***的实施方案。如图9所示，***36的托架43可以被旋转并且竖直调整，以将成对的机器人臂39定位在台38的相对侧上，使得可以使用臂安装件45将器械59定位成穿过患者两侧上的最小切口以到达他/她的腹腔。

为了适应腹腔镜检查规程，机器人使能的台***还可将平台倾斜到期望的角度。图10示出了具有俯仰或倾斜调整的机器人使能的医疗***的实施方案。如图10所示，***36可以适应台38的倾斜，以将台的一部分定位在比另一部分距底板更远的距离处。另外，臂安装件45可以旋转以匹配倾斜，使得机器人臂39与台38保持相同的平面关系。为了适应更陡的角度，柱37还可以包括伸缩部分60，该伸缩部分允许柱37的竖直延伸以防止台38接触地板或与台基部46碰撞。

图11提供了台38与柱37之间的接口的详细图示。俯仰旋转机构61可以被构造成以多个自由度改变台38相对于柱37的俯仰角。俯仰旋转机构61可以通过将正交轴线1、2定位在柱台接口处来实现，每条轴线由单独的马达3、4响应于电俯仰角命令而致动。沿着一个螺钉5的旋转将使得能够在一条轴线1中进行倾斜调整，而沿着另一个螺钉6的旋转将使得能够沿着另一个轴线2进行倾斜调节。在一些实施方案中，可使用球形关节来在多个自由度上改变台38相对于柱37的俯仰角。

例如，当试图将台定位在头低脚高位(即，将患者的下腹部定位在比患者的上腹部距地板更高的方位)以用于下腹部手术时，俯仰调整特别有用。头低脚高位致使患者的内部器官通过重力滑向他/她的上腹部，从而清理出腹腔以使微创工具进入并且执行下腹部外科或医疗规程，诸如腹腔镜***切除术。

图12和图13示出了基于台的外科机器人***100的另选实施方案的等轴视图和端视图。外科机器人***100包括可被构造成相对于台101支撑一个或多个机器人臂(参见例如图14)的一个或多个可调式臂支撑件105。在例示的实施方案中，示出了单个可调式臂支撑件105，但是附加的臂支撑件可设置在台101的相对侧上。可调式臂支撑件105可被构造，使得其可相对于台101运动，以调节和/或改变可调式臂支撑件105和/或安装到该可调式臂支撑件的任何机器人臂相对于台101的方位。例如，可调式臂支撑件105可相对于台101被调节一个或多个自由度。可调式臂支撑件105为***100提供高灵活性，包括容易地将一个或多个可调式臂支撑件105和附接到其的任何机器人臂收起在台101下方的能力。可调式臂支撑件105可从收起方位升高到台101的上表面下方的方位。在其他实施方案中，可调式臂支撑件105可从收起方位升高到台101的上表面上方的方位。

可调式臂支撑件105可提供若干自由度，包括提升、侧向平移、倾斜等。在图12和图13的例示实施方案中，臂支撑件105被构造成具有四个自由度，这些自由度在图12中用箭头示出。第一自由度允许在z方向上(“Z提升”)调节可调式臂支撑件105。例如，可调式臂支撑件105可包括托架109，该托架被构造成沿着或相对于支撑台101的柱102向上或向下运动。第二自由度可允许可调式臂支撑件105倾斜。例如，可调式臂支撑件105可包括旋转接头，该旋转接头可允许可调式臂支撑件105在头低脚高位与床对准。第三自由度可允许可调式臂支撑件105“向上枢转”，这可用于调节台101的一侧与可调式臂支撑件105之间的距离。第四自由度可允许可调式臂支撑件105沿着台的纵向长度平移。

图12和图13中的外科机器人***100可包括由安装到基部103的柱102支撑的台。基部103和柱102相对于支撑表面支撑台101。地板轴线131和支撑轴线133在图13中示出。

可调式臂支撑件105可安装到柱102。在其他实施方案中，臂支撑件105可安装到台101或基部103。可调式臂支撑件105可包括托架109、杆或导轨连接件111以及杆或导轨107。在一些实施方案中，安装到轨道107的一个或多个机器人臂可相对于彼此平移和运动。

托架109可通过第一接头113附接到柱102，该第一接头允许托架109相对于柱102运动(例如，诸如沿第一轴线或竖直轴线123上下运动)。第一接头113可向可调式臂支撑件105提供第一自由度(“Z提升”)。可调式臂支撑件105可包括第二接头115，该第二接头为可调式臂支撑件105提供第二自由度(倾斜)。可调式臂支撑件105可包括第三接头117，该第三接头可为可调式臂支撑件105提供第三自由度(“向上枢转”)。可提供附加接头119(在图13中示出)，该附加接头机械地约束第三接头117以在导轨连接件111围绕第三轴线127旋转时保持导轨107的取向。可调式臂支撑件105可包括第四接头121，该第四接头可沿着第四轴线129为可调式臂支撑件105提供第四自由度(平移)。

图14示出了根据一个实施方案的具有安装在台101的相对侧上的两个可调式臂支撑件105A、105B的外科机器人***140A的端视图。第一机器人臂142A附接到第一可调式臂支撑件105B的杆或导轨107A。第一机器人臂142A包括附接到导轨107A的基部144A。第一机器人臂142A的远侧端部包括可附接到一个或多个机器人医疗器械或工具的器械驱动机构146A。类似地，第二机器人臂142B包括附接到导轨107B的基部144B。第二机器人臂142B的远侧端部包括器械驱动机构146B。器械驱动机构146B可被构造成附接到一个或多个机器人医疗器械或工具。

在一些实施方案中，机器人臂142A、142B中的一者或多者包括具有七个或更多个自由度的臂。在一些实施方案中，机器人臂142A、142B中的一者或多者可包括八个自由度，包括***轴线(包括***的1个自由度)、腕部(包括腕部俯仰、偏航和翻滚的3个自由度)、肘部(包括肘部俯仰的1个自由度)、肩部(包括肩部俯仰和偏航的2个自由度)以及基部144A、144B(包括平移的1个自由度)。在一些实施方案中，***自由度可由机器人臂142A、142B提供，而在其他实施方案中，器械本身经由基于器械的***架构提供***。

C.器械驱动器和接口。

***的机器人臂的端部执行器可包括：(i)器械驱动器(另选地称为“器械驱动机构”或“器械装置操纵器”)，该器械驱动器结合了用于致动医疗器械的机电装置；以及(ii)可移除或可拆卸的医疗器械，该医疗器械可以没有任何机电部件，诸如马达。该二分法可能是由以下所驱动的：对医疗规程中使用的医疗器械进行灭菌的需要；以及由于昂贵的资本设备的复杂机械组件和敏感电子器件而不能对昂贵的资本设备进行充分灭菌。因此，医疗器械可以被设计成从器械驱动器(以及因此从***)拆卸、移除和互换，以便由医师或医师的工作人员单独灭菌或处置。相比之下，器械驱动器不需要被改变或灭菌，并且可以被覆盖以便保护。

图15示出了示例器械驱动器。定位在机器人臂的远侧端部处的器械驱动器62包括一个或多个驱动单元63，该一个或多个驱动单元以平行轴线布置以经由驱动轴64向医疗器械提供受控扭矩。每个驱动单元63包括用于与器械相互作用的单独的驱动轴64，用于将马达轴旋转转换成期望扭矩的齿轮头65，用于生成驱动扭矩的马达66，用以测量马达轴的速度并且向控制电路提供反馈的编码器67，以及用于接收控制信号并且致动驱动单元的控制电路68。每个驱动单元63被独立地控制和机动化，器械驱动器62可向医疗器械提供多个(例如，如图15所示为四个)独立的驱动输出。在操作中，控制电路68将接收控制信号，将马达信号传输至马达66，将由编码器67测量的所得马达速度与期望速度进行比较，并且调制马达信号以生成期望扭矩。

对于需要无菌环境的规程，机器人***可以结合驱动接口，诸如连接至无菌覆盖件的无菌适配器，其位于器械驱动器与医疗器械之间。无菌适配器的主要目的是将角运动从器械驱动器的驱动轴传递到器械的驱动输入部，同时保持驱动轴与驱动输入部之间的物理分离并且因此保持无菌。因此，示例性无菌适配器可以包括旨在与器械驱动器的驱动轴和器械上的驱动输入部配合的一系列旋转输入部和旋转输出部。连接到无菌适配器的由薄的柔性材料(诸如透明或半透明塑料)组成的无菌覆盖件被设计成覆盖资本设备，诸如器械驱动器、机器人臂和推车(在基于推车的***中)或台(在基于台的***中)。覆盖件的使用将允许资本设备被定位在患者附近，同时仍然位于不需要灭菌的区域(即，非无菌区)。在无菌覆盖件的另一侧上，医疗器械可以在需要灭菌的区域(即，无菌区)与患者对接。

D.医疗器械。

图16示出了具有成对器械驱动器的示例医疗器械。与被设计成与机器人***一起使用的其他器械类似，医疗器械70包括细长轴71(或细长主体)和器械基部72。由于其用于由医师进行的手动交互的预期设计而也被称为“器械柄部”的器械基部72通常可以包括可旋转驱动输入部73(例如，插座、滑轮或卷轴)，该驱动输入部被设计成与延伸通过机器人臂76的远侧端部处的器械驱动器75上的驱动接口的驱动输出部74配合。当物理连接、闩锁和/或联接时，器械基部72的配合的驱动输入部73可以与器械驱动器75中的驱动输出部74共享旋转轴线，以允许扭矩从驱动输出部74传递到驱动输入部73。在一些实施方案中，驱动输出部74可以包括花键，其被设计成与驱动输入部73上的插座配合。

细长轴71被设计成通过解剖开口或内腔(例如，如在内窥镜检查中)或通过微创切口(例如，如在腹腔镜检查中)递送。细长轴71可以是柔性的(例如，具有类似于内窥镜的特性)或刚性的(例如，具有类似于腹腔镜的特性)，或者包含柔性部分和刚性部分两者的定制组合。当被设计用于腹腔镜检查时，刚性细长轴的远侧端部可以连接到端部执行器，该端部执行器从由具有至少一个自由度的连接叉形成的关节腕和外科工具或医疗器械(例如，抓握器或剪刀)延伸，当驱动输入部响应于从器械驱动器75的驱动输出部74接收到的扭矩而旋转时，该外科工具可以基于来自腱的力来致动。当设计用于内窥镜检查时，柔性细长轴的远侧端部可包括可操纵或可控制的弯曲节段，该弯曲节段以基于从器械驱动器75的驱动输出74接收到的扭矩而进行关节运动和弯曲。

使用沿着细长轴71的腱沿着细长轴71传递来自器械驱动器75的扭矩。这些单独的腱(例如，拉线)可以单独地锚定至器械柄部72内的单独的驱动输入部73。从柄部72，沿着细长轴71的一个或多个牵拉腔向下引导腱并且将其锚定在细长轴71的远侧部分处，或者锚定在细长轴的远侧部分处的腕部中。在外科手术诸如腹腔镜式、内窥镜式或混合手术期间，这些腱可以联接到远侧安装的端部执行器，诸如腕部、抓握器或剪刀。在这样的布置下，施加在驱动输入部73上的扭矩将张力传递到腱，从而致使端部执行器以某种方式致动。在一些实施方案中，在外科手术期间，腱可以致使关节围绕轴线旋转，从而致使端部执行器沿一个方向或另一个方向移动。另选地，腱可以连接到细长轴71的远侧端部处的抓握器的一个或多个钳口，其中来自腱的张力致使抓握器闭合。

在内窥镜检查中，腱可以经由粘合剂、控制环或其他机械固定件联接到沿着细长轴71定位(例如，在远侧端部处)的弯曲或关节运动节段。当固定地附接到弯曲节段的远侧端部时，施加在驱动输入部73上的扭矩将沿腱向下传递，从而致使较软的弯曲节段(有时称为可关节运动节段或区域)弯曲或进行关节运动。沿着不弯曲节段，可以有利的是，使单独的牵拉腔螺旋或盘旋，该牵拉腔沿着内窥镜轴的壁(或在内部)导向单独的腱，以平衡由牵拉线中的张力引起的径向力。为了特定目的，可以改变或设计螺旋的角度和/或其间的间隔，其中更紧的螺旋在负载力下表现出较小的轴压缩，而较低的螺旋量在负载力下引起更大的轴压缩，但限制弯曲。在另一种情况下，可以平行于细长轴71的纵向轴线来导向牵拉腔以允许在期望的弯曲或可关节运动节段中进行受控关节运动。

在内窥镜检查中，细长轴71容纳多个部件以辅助机器人规程。轴71可以在轴71的远侧端部处包括用于部署外科工具(或医疗器械)、对手术区域进行冲洗和/或抽吸的工作通道。轴71还可以容纳线和/或光纤以向远侧末端处的光学组件/从远侧末端处的光学组件传递信号，该光学组件可以包括光学相机。轴71也可以容纳光纤，以将来自位于近侧的光源(例如，发光二极管)的光载送到轴71的远侧端部。

在器械70的远侧端部处，远侧末端还可以包括用于递送用于诊断和/或治疗的工具、对手术部位进行冲洗和抽吸的工作通道的开口。远侧末端还可以包括用于相机(诸如纤维镜或数码相机)的端口，以捕获内部解剖空间的图像。相关地，远侧末端还可以包括用于光源的端口，该光源用于在使用相机时照亮解剖空间。

在图16的示例中，驱动轴轴线以及因此驱动输入部轴线与细长轴71的轴线正交。然而，该布置使细长轴71的滚动能力复杂化。在保持驱动输入部73静止的同时沿着其轴线使细长轴71滚动会引起当腱从驱动输入部73延伸出去并且进入到细长轴71内的牵拉腔时，腱的不期望的缠结。所得到的这样的腱的缠结可能破坏旨在在内窥镜规程期间预测柔性细长轴71的移动的任何控制算法。

图17示出了器械驱动器和器械的另选设计，其中驱动单元的轴线平行于器械的细长轴的轴线。如图所示，圆形器械驱动器80包括四个驱动单元，其驱动输出81在机器人臂82的端部处平行对准。驱动单元和它们各自的驱动输出81容纳在由组件83内的驱动单元中的一个驱动单元驱动的器械驱动器80的旋转组件83中。响应于由旋转驱动单元提供的扭矩，旋转组件83沿着圆形轴承旋转，该圆形轴承将旋转组件83连接到器械驱动器80的非旋转部分84。可以通过电接触将电力和控制信号从器械驱动器80的非旋转部分84传送至旋转组件83，该电接触可以通过电刷滑环连接(未示出)的旋转来维持。在其他实施方案中，旋转组件83可以响应于集成到不可旋转部分84中的单独的驱动单元，并且因此不平行于其他驱动单元。旋转机构83允许器械驱动器80允许驱动单元及其相应的驱动输出81作为单个单元围绕器械驱动器轴线85旋转。

与先前所公开的实施方案类似，器械86可以包括细长轴部分88和器械基部87(出于讨论的目的，示出为具有透明的外部表层)，该器械基部包括被配置成接收器械驱动器80中的驱动输出部81的多个驱动输入部89(诸如插座、滑轮和卷轴)。与先前公开的实施方案不同，器械轴88从器械基部87的中心延伸，该器械基部的轴线基本上平行于驱动输入部89的轴线，而不是如图16的设计中那样正交。

当联接到器械驱动器80的旋转组件83时，包括器械基部87和器械轴88的医疗器械86与旋转组件83组合地围绕器械驱动器轴线85旋转。由于器械轴88被定位在器械基部87的中心处，因此当附接时器械轴88与器械驱动器轴线85同轴。因此，旋转组件83的旋转致使器械轴88围绕其自身的纵向轴线旋转。此外，当器械基部87与器械轴88一起旋转时，连接到器械基部87中的驱动输入部89的任何腱在旋转期间都不缠结。因此，驱动输出部81、驱动输入部89和器械轴88的轴线的平行允许轴在不会使任何控制腱缠结的情况下旋转。

图18示出了根据一些实施方案的具有基于器械的***架构的器械。器械150可联接到上文所述的器械驱动器中的任一个器械驱动器。器械150包括细长轴152、连接到轴152的端部执行器162和联接到轴152的柄部170。细长轴152包括管状构件，该管状构件具有近侧部分154和远侧部分156。细长轴152沿着其外表面包括一个或多个通道或凹槽158。凹槽158被构造成接收穿过该凹槽的一根或多根线材或缆线180。因此，一根或多根缆线180沿着细长轴152的外表面延伸。在其他实施方案中，缆线180也可穿过细长轴152。所述一根或多根缆线180的操纵(例如，经由器械驱动器)使得端部执行器162的致动。

器械柄部170(也可称为器械基部)通常可包括附接接口172，该附接接口具有一个或多个机械输入件174，例如插孔、滑轮或卷轴，所述一个或多个机械输入件被设计成与器械驱动器的附接表面上的一个或多个扭矩联接器往复地配合。

在一些实施方案中，器械150包括使得细长轴152能够相对于柄部170平移的一系列滑轮或缆线。换句话讲，器械150本身包括基于器械的***架构，该架构适应器械的***，从而使对机械臂的依赖最小化以提供器械150的***。在其他实施方案中，机器人臂可以很大程度上负责器械***。

E.控制器。

本文所述的机器人***中的任一个机器人***可包括用于操纵附接到机器人臂的器械的输入装置或控制器。在一些实施方案中，控制器可与器械(例如，通信地、电子地、电气、无线地和/或机械地)联接，使得控制器的操纵例如经由主从控制引起器械的对应操纵。

图19是控制器182的实施方案的透视图。在本实施方案中，控制器182包括可具有阻抗和导纳控制两者的混合控制器。在其他实施方案中，控制器182可仅利用阻抗或被动控制。在其他实施方案中，控制器182可仅利用导纳控制。通过作为混合控制器，控制器182有利地在使用时可具有较低的感知惯性。

在例示的实施方案中，控制器182被配置成允许操纵两个医疗器械，并且包括两个柄部184。柄部184中的每个柄部连接到万向支架186。每个万向支架186连接到定位平台188。

如图19所示，每个定位平台188包括通过棱柱接头196联接到柱194的SCARA臂(选择顺应性装配机械臂)198。棱柱接头196被构造成沿着柱194(例如，沿着导轨197)平移，以允许柄部184中的每个柄部在z方向上平移，从而提供第一自由度。SCARA臂198被构造成允许柄部184在x-y平面中运动，从而提供两个附加自由度。

在一些实施方案中，一个或多个负荷传感器定位在控制器中。例如，在一些实施方案中，负荷传感器(未示出)定位在万向支架186中的每个万向支架的主体中。通过提供负荷传感器，控制器182的部分能够在导纳控制下操作，从而在使用时有利地减小控制器的感知惯性。在一些实施方案中，定位平台188被构造用于导纳控制，而万向支架186被构造用于阻抗控制。在其他实施方案中，万向支架186被构造用于导纳控制，而定位平台188被构造用于阻抗控制。因此，对于一些实施方案，定位平台188的平移自由度或方位自由度可依赖于导纳控制，而万向支架186的旋转自由度依赖于阻抗控制。

F.导航和控制。

传统的内窥镜检查可以涉及使用荧光透视(例如，如可以通过C形臂递送的)和其他形式的基于辐射的成像模态，以向操作医师提供腔内指导。相比之下，本公开所设想的机器人***可以提供基于非辐射的导航和定位装置，以减少医师暴露于辐射并且减少手术室内的设备的量。如本文所用，术语“定位”可以指确定和/或监测对象在参考坐标系中的方位。诸如术前标测、计算机视觉、实时EM跟踪和机器人命令数据的技术可以单独地或组合地使用以实现无辐射操作环境。在仍使用基于辐射的成像模态的其他情况下，可以单独地或组合地使用术前标测、计算机视觉、实时EM跟踪和机器人命令数据，以改进仅通过基于辐射的成像模态获得的信息。

图20是示出根据示例实施方案的估计机器人***的一个或多个元件的位置(诸如器械的位置)的定位***90的框图。定位***90可以是被配置成执行一个或多个指令的一组一个或多个计算机装置。计算机装置可以由上文讨论的一个或多个部件中的处理器(或多个处理器)和计算机可读存储器来体现。通过示例而非限制，计算机装置可以位于图1所示的塔30、图1至图4所示的推车11、图5至图14所示的床等中。

如图20所示，定位***90可包括定位模块95，该定位模块处理输入数据91-94以生成用于医疗器械的远侧末端的位置数据96。位置数据96可以是表示器械的远侧端部相对于参考系的位置和/或取向的数据或逻辑。参考系可以是相对于患者解剖结构或已知对象(诸如EM场发生器)的参考系(参见下文对于EM场发生器的讨论)。

现在更详细地描述各种输入数据91-94。术前标测可以通过使用低剂量CT扫描的集合来完成。术前CT扫描被重建为三维图像，该三维图像被可视化，例如作为患者的内部解剖结构的剖面图的“切片”。当总体上分析时，可以生成用于患者的解剖结构(诸如患者肺网络)的解剖腔、空间和结构的基于图像的模型。可以从CT图像确定和近似诸如中心线几何形状的技术，以形成患者解剖结构的三维体积，其被称为模型数据91(当仅使用术前CT扫描生成时也称为“术前模型数据”)。中心线几何形状的使用在美国专利申请号14/523760中有所讨论，其内容全文并入本文中。网络拓扑模型也可以从CT图像中导出，并且特别适合于支气管镜检查。

在一些实施方案中，器械可以配备有相机以提供视觉数据(或图像数据)92。定位模块95可处理视觉数据92以实现一个或多个基于视觉的(或基于图像的)位置跟踪模块或特征部。例如，术前模型数据91可以与视觉数据92结合使用，以实现对医疗器械(例如，内窥镜或推进通过内窥镜的工作通道的器械)的基于计算机视觉的跟踪。例如，使用术前模型数据91，机器人***可以基于内窥镜的行进预期路径根据模型生成预期内窥镜图像的库，每个图像连接到模型内的位置。在外科手术进行时，机器人***可以参考该库，以便将在相机(例如，在内窥镜的远侧端部处的相机)处捕获的实时图像与图像库中的那些图像进行比较，以辅助定位。

其他基于计算机视觉的跟踪技术使用特征跟踪来确定相机的运动，并且因此确定内窥镜的运动。定位模块95的一些特征可以识别术前模型数据91中的与解剖腔对应的圆形几何结构并且跟踪那些几何结构的变化以确定选择了哪个解剖腔，以及跟踪相机的相对旋转和/或平移运动。拓扑图的使用可以进一步增强基于视觉的算法或技术。

光流(另一种基于计算机视觉的技术)可以分析视觉数据92中的视频序列中的图像像素的位移和平移以推断相机运动。光流技术的示例可以包括运动检测、对象分割计算、亮度、运动补偿编码、立体视差测量等。通过多次迭代的多帧比较，可以确定相机(以及因此内窥镜)的移动和位置。

定位模块95可以使用实时EM跟踪来生成内窥镜在全局坐标系中的实时位置，该全局坐标系可以被配准到由术前模型表示的患者的解剖结构。在EM跟踪中，包括嵌入在医疗器械(例如，内窥镜工具)中的一个或多个位置和取向中的一个或多个传感器线圈的EM传感器(或***)测量由定位在已知位置处的一个或多个静态EM场发生器产生的EM场的变化。由EM传感器检测的位置信息被存储为EM数据93。EM场发生器(或发射器)可以靠近患者放置，以产生嵌入式传感器可以检测到的低强度磁场。磁场在EM传感器的传感器线圈中感应出小电流，可以对该小电流进行分析以确定EM传感器与EM场发生器之间的距离和角度。这些距离和取向可以在外科手术进行时“配准”到患者解剖结构(例如，术前模型)，以确定将坐标系中的单个位置与患者的解剖结构的术前模型中的方位对准的几何变换。一旦配准，医疗器械的一个或多个方位(例如，内窥镜的远侧末端)中的嵌入式EM***可以提供医疗器械通过患者的解剖结构的进展的实时指示。

机器人命令和运动学数据94也可以由定位模块95使用以提供用于机器人***的方位数据96。可以在术前校准期间确定从关节运动命令得到的装置俯仰和偏航。在外科手术进行时，这些校准测量可以与已知的***深度信息结合使用，以估计器械的方位。另选地，这些计算可以结合EM、视觉和/或拓扑建模进行分析，以估计医疗器械在网络内的方位。

如图20所示，定位模块95可使用多个其他输入数据。例如，尽管在图20中未示出，但是利用形状感测纤维的器械可以提供形状数据，定位模块95可以使用该形状数据来确定器械的位置和形状。

定位模块95可以组合地使用输入数据91-94。在一些情况下，这样的组合可以使用概率方法，其中定位模块95向根据输入数据91-94中的每个输入数据确定的位置分配置信度权重。因此，在EM数据可能不可靠(如可能存在EM干扰的情况)的情况下，由EM数据93确定的位置的置信度可能降低，并且定位模块95可能更重地依赖于视觉数据92和/或机器人命令和运动学数据94。

如上所讨论的，本文讨论的机器人***可以被设计成结合以上技术中的一种或多种技术的组合。位于塔、床和/或推车中的机器人***的基于计算机的控制***可以将计算机程序指令存储在例如非暂态计算机可读存储介质(诸如永久性磁存储驱动器、固态驱动器等)内，该计算机程序指令在执行时致使***接收并且分析传感器数据和用户命令，生成整个***的控制信号并且显示导航和定位数据，诸如器械在全局坐标系内的方位、解剖图等。

2.用于机器人医疗***的患者平台的倾斜机构

如上述示例中的若干示例所示，机器人医疗***可包括患者平台(也称为床或台)。患者平台可被构造成在医疗规程期间支撑患者，诸如机器人内窥镜检查、机器人腹腔镜检查、开放性规程或其他规程(参见例如上述图1、图3、图4、图5、图8和图9)。一般来讲，患者在规程期间躺在(或以其他方式定位在)患者平台上。然后可使用一个或多个机器人臂和一个或多个机器人可控制的医疗器械来执行规程，这些机器人臂和机器人可控制的医疗器械可接近定位在患者平台上的患者。患者平台也用于许多非机器人(即，手动)医疗规程中。

在一些实施方案中，患者平台包括用于支撑患者的大致水平的表面。即，在一些实施方案中，患者平台包括用于支撑患者的表面，该表面大致平行于支撑患者平台的表面(例如，地面或地板)。

然而，在一些医疗规程期间，可能有益的是将患者平台定位在其他位置(例如，非水平位置)处或以其他角度(例如，不平行于支撑患者平台的表面或地板的角度)定位。更具体地讲，对于一些医疗规程，可能期望的是使患者平台相对于水平位置或默认位置侧向(从一边到另一边)或纵向(从头到脚)枢转、旋转或倾斜。在一些情况下，可能有益的是同时在侧向方向和纵向方向两者上倾斜患者平台。

例如，在胆囊切除术规程期间，医师可能期望使患者平台侧向倾斜。这样做可允许进入胆囊。

纵向倾斜患者平台可将定位在患者平台上的患者置于头低脚高位(患者的足部高于头部)或头高脚低位(患者的头部高于足部)。作为一个示例，在子宫切除术规程期间，医师可能期望使患者平台纵向倾斜。这样做可允许进入子宫。

在Roux-en-Y胃旁路术(RYGB)规程期间，可能期望同时进行侧向倾斜和纵向倾斜，以便进入目标解剖结构。此处列出的医疗规程提供了这样的示例，在该示例期间，侧向倾斜和/或纵向倾斜可能是期望的或有益的。该列表不是穷举性的，并且可在许多其他医疗规程期间有益地使用侧向倾斜和/或纵向倾斜。另外，虽然所提供的示例示出了在机器人医疗规程中的应用，但是侧向倾斜和/或纵向倾斜也可有益地在非机器人或手动医疗规程以及通常内窥镜和/或经皮规程中实现。

本申请涉及用于患者平台的新型倾斜机构。该倾斜机构可被构造成提供侧向倾斜和/或纵向倾斜。在一些实施方案中，倾斜机构被构造用于与机器人医疗***一起使用，诸如上文参考图1至图20中所述的那些以及其他机器人医疗***。然而，并非在所有实施方案中都是如此，并且本文所述的用于患者平台的倾斜机构也可被构造用于与非机器人或手动医疗***一起使用。在一些实施方案中，倾斜机构有利地被构造成具有低轮廓。倾斜机构的低轮廓可允许倾斜机构配合在小形状因子内，同时仍然提供足够的运动范围，如上文和本文所述。另外，在一些实施方案中，本文所述的倾斜机构可有利地被构造成允许同时进行侧向倾斜和纵向倾斜两者。

图21A和图21B示出了包括患者平台201和倾斜机构207的机器人医疗***200的实施方案。在该示例中，患者平台201由在基部205和患者平台201之间延伸的柱203支撑。倾斜机构207可定位在柱203和患者平台201之间，以允许患者平台相对于柱203枢转、旋转或倾斜。图21A和图21B中未详细示出倾斜机构207，但下文将参考图24A至图33E更详细地描述若干示例性倾斜机构。如下文将描述的，倾斜机构207可被构造成允许患者平台201的侧向倾斜和/或纵向倾斜。在一些实施方案中，倾斜机构207允许患者平台201同时进行侧向倾斜和纵向倾斜。图21A和图21B示出了处于未倾斜状态或位置的患者平台201。在一些实施方案中，未倾斜状态或位置可以是患者平台201的默认位置。在一些实施方案中，患者平台201的默认位置是如图所示的基本上水平的位置。如图所示，在未倾斜状态下，患者平台201可水平地或平行于支撑机器人医疗***200的表面(例如，地面或地板)定位。图22A和图22B分别示出了侧向倾斜和纵向倾斜的示例，并且将在下文描述。

继续参考图21A和图21B，在***200的例示的示例中，患者平台201包括刚性支撑结构或框架209。框架209可支撑一个或多个表面、垫或衬垫211。患者平台201的上表面可包括支撑表面213。在医疗规程期间，患者可被置于支撑表面213上。基部205可被构造成支撑***200。在例示的实施方案中，基部205包括轮215。轮215可允许***200能够容易地移动或重新定位。在一些实施方案中，省略轮215，并且基部205可直接搁置在地面或地板上。在一些实施方案中，轮215被替换为支脚。

图21A和图21B示出在一些实施方案中，***200可包括一个或多个机器人臂217。机器人臂217可被构造成执行如上文参考图1至图20所述的机器人医疗规程。在一些实施方案中，一个或多个机器人可控制的器械(图21A和图21B中未示出)可联接到如上所述的机器人臂217。如图21A和图21B所示，在一些实施方案中，机器人臂217可支撑在可调式臂支撑件219上。可调式臂支撑件219可被构造成定位机器人臂217中的一者或多者以用于机器人医疗规程，或者定位机器人臂217中的一者或多者以用于收起。图21A示出了在患者平台201下方并且在基部205近侧的处于收起构型的机器人臂217和可调式臂支撑件219。图21B示出了处于示例性部署构型的机器人臂217和可调式臂支撑件219，其中例如机器人臂217到达患者平台201上方。在一些实施方案中，由于***200的使得不同部件能够收起在患者平台201下方的构型(参见图21A)，机器人臂217和臂支撑件219可占据患者平台201下方的空间。因此，在一些实施方案中，可能有利的是将倾斜机构207构造成具有低轮廓和/或小体积，以使患者平台201下方可用于储存的空间最大化，如下所述。

图21A和图21B示出了将用于描述本文所公开的实施方案的某些特征的示例性x、y和z坐标系。应当理解，该坐标系仅出于示例和解释的目的而提供，并且可使用其他坐标系。在例示的示例中，当患者平台201处于未倾斜状态时，x方向或x轴在侧向方向上延伸跨过患者平台201。即，当患者平台201处于未倾斜状态时，x方向跨过患者平台201从一个侧向侧(例如，右侧)延伸到另一个侧向侧(例如，左侧)。当患者平台201处于未倾斜状态时，y方向或y轴沿着患者平台201在纵向方向上延伸。即，当患者平台201处于未倾斜状态时，y方向沿着患者平台201从一个纵向端部(例如，头部端部)延伸到另一个纵向端部(例如，足部端部)。在未倾斜状态下，患者平台201可位于x-y平面中或平行于x-y平面，该x-y平面可平行于地板或地面。在例示的示例中，z方向或z轴在竖直方向上沿着柱203延伸。如下文参考图22A和图22B所述，在一些实施方案中，倾斜机构207被构造成通过使患者平台201围绕平行于y轴的侧向倾斜轴线旋转来使患者平台201侧向倾斜。倾斜机构207可被进一步构造成通过使患者平台201围绕平行于x轴的纵向倾斜轴线旋转来使患者平台201纵向倾斜。

图22A是机器人医疗***200的实施方案的端视图，其示出了患者平台201的侧向倾斜。如前所述，医疗***200包括患者平台201，该患者平台由柱203支撑在基部205上方。倾斜机构207可定位在患者平台201和柱203之间，以允许患者平台201相对于柱203倾斜。图22A示出了端视图，其中y轴延伸到页面中。患者平台201被示出为处于三个不同位置。患者平台201以实线示出为处于未倾斜状态。患者平台201以短划线示出为处于第一侧向倾斜状态。在第一侧向倾斜状态下，患者平台201被示出为倾斜成侧向倾斜角α。在一些实施方案中，倾斜机构207可被构造成允许相对于未倾斜状态的至少约5度、10度、15度、20度、25度、30度、35度、40度、45度或更大的侧向倾斜角α。在一些实施方案中，倾斜机构207可被构造成允许患者平台201从未倾斜状态在两个侧向方向上倾斜。即，侧向倾斜角α可为正的或负的。具有负角α的第二侧向倾斜状态以点划线示出。在一些实施方案中，患者平台201可侧向倾斜成以短划线和点划线示出的位置之间的任何角度。如图22A所示，侧向倾斜可涉及使患者平台201围绕侧向倾斜轴线枢转或倾斜。侧向倾斜轴线可平行于y轴。例如，在图22A中，侧向倾斜轴线延伸到页面中并延伸出页面。

图22B是机器人医疗***200的实施方案的侧视图，其示出了患者平台201的纵向倾斜。在图22B中，x轴延伸到页面中。图22B示出了处于三个不同位置的患者平台201。患者平台201以实线示出为处于未倾斜状态。患者平台201以短划线示出为处于第一纵向倾斜状态。在第一纵向倾斜状态下，患者平台201被示出为倾斜成纵向倾斜角β。在一些实施方案中，倾斜机构207可被构造成允许相对于未倾斜状态(以实线示出)的至少约5度、10度、15度、20度、25度、30度、35度、40度、45度、50度、55度、60度或更大的纵向倾斜角β。在一些实施方案中，倾斜机构207可被构造成允许患者平台201从未倾斜状态在两个纵向方向上倾斜。即，纵向倾斜角β可为正的或负的。具有负角β的第二纵向倾斜状态以点划线示出。在一些实施方案中，患者平台201可纵向倾斜成以短划线和点划线示出的位置之间的任何角度。如图22B所示，纵向倾斜可涉及使患者平台201围绕纵向倾斜轴线枢转或倾斜。纵向倾斜轴线可平行于x轴。例如，在图22B中，纵向倾斜轴线延伸到页面中并延伸出页面。

如前所述，在一些实施方案中，倾斜机构207被构造成允许同时进行侧向倾斜(图22A)和纵向倾斜(图22B)。例如，在一些实施方案中，倾斜机构207被构造成允许相对于未倾斜状态的至少约15度、20度、25度、30度、35度、40度、45度或更大的侧向倾斜角α，同时允许相对于未倾斜状态的至少约15度、20度、25度、30度、35度、40度、45度、50度、55度、60度或更大的纵向倾斜角β。在一些实施方案中，为了实现同时进行侧向倾斜和纵向倾斜，倾斜机构207可包括可同时操作的侧向倾斜机构和纵向倾斜机构。下文将参考图24A至图29描述示例性侧向倾斜机构400，并且将参考图30A至图31描述包括侧向倾斜机构400和纵向倾斜机构510的示例性倾斜机构500。被构造成提供侧向倾斜和纵向倾斜两者的另一个倾斜机构700在图33A至图33E中示出。

在一些实施方案中，倾斜机构207被构造成支撑显著负载，以便支撑各种体型的患者以及患者平台201本身的重量。在一些实施方案中，倾斜机构207被构造成适应至少300磅、至少400磅、至少500磅、至少600磅、至少700磅或更多。

图23示出了机器人***300的实施方案，该机器人***包括用于使其患者平台301倾斜的液压倾斜机构307。在该示例中，患者平台301由柱303支撑在基部305上方。液压倾斜机构307包括被构造成能够致动以使患者平台301侧向倾斜的侧向倾斜液压活塞317以及被构造成能够致动以使患者平台301纵向倾斜的纵向倾斜液压活塞319。另外，因为液压倾斜机构307使用液压活塞317、319，所以***300还包括保持液压流体的流体贮存器321以及用于致动液压活塞317、319的泵323。如图所示，***300被构造成适配在患者平台301下方。然而，液压倾斜机构307(包括液压活塞317、319，流体贮存器321，以及泵323)占据患者平台301下方的显著空间。具体地讲，液压倾斜机构307占据患者平台301下方的显著“扫掠”体积。如本文所用，“扫掠”体积是在倾斜期间由特定机构(例如，液压活塞)占据的空间。此类液压倾斜机构307可能使得难以(如果不是不可能的话)在收起构型中将机器人臂和可调式臂支撑件配合在患者平台下方(参见图21A)。因此，具有较小形状因子的倾斜机构可能是期望的。

图24A至图29涉及侧向倾斜机构400的实施方案，在一些实施方案中，该侧向倾斜机构可与如图30A至图31所示的纵向倾斜机构510一起使用。在一些情况下，使用侧向倾斜机构400的患者平台可提供对图23的液压倾斜机构307的多种改进，因为侧向倾斜机构400被构造成具有低得多的轮廓和小形状因子。这允许其适于与机器人医疗***一起使用，该机器人医疗***使用患者平台下方的空间来收起机器人臂(参见图21A)。另外，尽管下文将侧向倾斜机构400描述为被构造用于侧向倾斜。类似的机构可被构造用于纵向倾斜。

图24A示出了处于未倾斜状态的侧向倾斜机构400的端视图。如图所示，未倾斜状态可以是水平状态。未倾斜状态可以是侧向倾斜机构400的默认位置。图24B和图24C是示出处于第一倾斜状态和第二倾斜状态的侧向倾斜机构400的端视图。首先参考图24A，侧向倾斜机构400包括枢轴或倾斜板401。倾斜板401可包括大致平坦或平面的板(参见例如图30A)。倾斜板401可包括为侧向倾斜机构400的一个或多个附加部件提供空间或支撑该一个或多个附加部件的各种特征部，诸如凹陷部、切口或突起部。因此，尽管倾斜板401被描述为大致平坦或平面的，但这可指大致形状，应当理解，可在倾斜板401上形成附加特征部。例如，在一些实施方案中，倾斜板401不需要是完全平坦的。在一些实施方案中，倾斜板401包括大致在平面内延伸的板。

如图24A所示，倾斜板401可连接到万向支架450。万向支架450可以是柱203的一部分或联接到该柱。因此，在一些实施方案中，万向支架450定位在柱203和倾斜板401之间。万向支架450可被构造成允许倾斜板401相对于柱203枢转、旋转或倾斜。在一些实施方案中，万向支架450被构造成允许倾斜板401在多于一个方向上倾斜。例如，在一些实施方案中，万向支架450被构造成允许倾斜板401在侧向方向和纵向方向两者上倾斜。在一些实施方案中，万向支架450被构造成允许倾斜板401同时在侧向方向和纵向方向两者上倾斜(参见例如图31)。

在图24A所示的实施方案中，万向支架450被构造成允许倾斜板401围绕侧向倾斜轴线451侧向倾斜。侧向倾斜轴线451可在平行于y轴的方向上延伸(即，延伸到页面中)。倾斜板401可围绕侧向倾斜轴线451在用箭头所示的侧向倾斜方向453上倾斜。如前所述，图24B和图24C示出了在两个不同位置侧向倾斜的倾斜板401。图24A所示的实施方案的万向支架450还可被构造成提供纵向倾斜，如将在下文参考图30A至图31所述。

倾斜板401可被构造成附接到患者平台201的下侧(图24A中未示出，但参见例如图20A至图21B和图31)。因此，在一些实施方案中，万向支架450和倾斜板401定位在柱203和患者平台201之间，以便允许患者平台201相对于柱203倾斜。

继续参考图24A，侧向倾斜机构400还可包括安装在倾斜板401上的线性致动器403。线性致动器403可被构造成向枢转外壳405施加力。线性致动器403可固定地安装到倾斜板401。当线性致动器403向枢转外壳405施加力时，枢转外壳405可沿着倾斜板401来回移动。例如，枢转外壳405可在用图24A中的箭头指示的方向455上来回移动。如将在下文中更详细地描述，当枢转外壳405来回移动时，倾斜板401围绕侧向倾斜轴线451侧向倾斜(参见图24B和图24C)。

在例示的实施方案中，线性致动器403包括螺杆驱动组件。该螺杆驱动组件可包括马达407、导螺杆409和螺母外壳411(位于枢转外壳405内，但在图24A中不可见；参见图25至图27，其示出了螺母外壳411)。马达407可固定地安装到倾斜板401。马达407可被构造成使导螺杆409旋转。导螺杆409可在未倾斜状态下沿着x轴延伸。更一般地，导螺杆409可沿着倾斜板401的平面(例如，在倾斜板401的板中或平行于其)并且在与侧向倾斜轴线451正交的方向上延伸。螺母外壳411可安装在导螺杆409上。当导螺杆409旋转时，螺母外壳411可沿着导螺杆409向前和向后行进。螺母外壳411可安装在枢转外壳405内(参见图25)。因此，传递到螺母外壳411的力也可传递到枢转外壳405，并且当螺母外壳411沿着导螺杆409来回移动时，枢转外壳405可与其一起(例如，在方向455上)来回移动。示例性螺杆驱动组件在下述图25和图26中更详细地示出。虽然所示的线性致动器403是螺杆驱动组件，但也可使用其他类型的线性致动器。

如图24A所示，在一些实施方案中，侧向倾斜机构400可包括在平行于导螺杆409的方向上延伸的一个或多个线性引导件413。线性引导件413可包括导轨。枢转外壳405可包括安装在一个或多个线性引导件413上的一个或多个托架415。一个或多个托架415可被构造成随着枢转外壳405在方向455上向后和向前移动而沿着一个或多个线性引导件413平移。在一些实施方案中，一个或多个线性引导件413为侧向倾斜机构400提供稳定性。在一些实施方案中，可省略一个或多个线性引导件413。一个或多个线性引导件413将参考图25和图26更详细地描述，其更详细地示出了一个或多个线性引导件413。

线性致动器403被构造成在位于侧向倾斜轴线451上方的位置处向枢转外壳405施加线性力。例如，如图24A所示，当倾斜板401处于未倾斜状态时，线性致动器403在侧向倾斜轴线451上方的距离D₀处向枢转外壳405施加线性力。距离D₀可沿着轴线457测量，如图所示。在未倾斜状态下，轴线457与竖直轴线或z轴对准。然而，更一般地，如果倾斜板401纵向倾斜，则轴线457可垂直于纵向倾斜的角度延伸。换句话讲，轴线457可垂直于z-y平面内的侧向倾斜轴线。如将参考以下附图所示，当倾斜板401侧向倾斜时，侧向倾斜轴线451与向枢转外壳405施加线性力之间的距离(沿着轴线457测量)改变(将图24A的D₀与图24B的D₁和图24C的D₂比较；还参见图29和对应的描述)。即，当线性致动器403向枢转外壳405施加线性力时，线性力施加到枢转外壳405的点之间的距离变化，如下所述，这导致倾斜板401围绕侧向倾斜轴线451倾斜。

图24B是处于第一倾斜状态的图24A的侧向倾斜机构的端视图。在所示状态下，线性致动器403的马达407沿着方向455在远离马达407的方向上驱动枢转外壳405。如图所示，方向455保持平行于枢转板401的平面。这可能是因为枢转外壳405沿着导螺杆409和线性导轨413移动，该导螺杆和线性导轨各自相对于枢转板401固定。螺母外壳411(位于枢转外壳405内)已沿着导螺杆409移动，从而导致枢转外壳405沿着线性引导件413平移。此类运动导致倾斜板401倾斜，如图所示。在例示的实施方案中，倾斜板401被示出为在第一方向上以侧向倾斜角α倾斜。在一些实施方案中，侧向倾斜角α的范围可如上文参考图21A所述。

如图24B所示，在倾斜板24B的倾斜期间，枢转外壳405沿着轴线457保持定位在侧向倾斜轴线451上方。如下所述，这可能是因为枢转外壳也滑动地安装在附加线性引导件417上(参见图25至图27)，该附加线性引导件可相对于万向支架450固定以便沿着轴线457延伸。沿着轴线457在侧向倾斜轴线451与向枢转外壳405施加线性力之间测量的距离D₁在图24B中示出。值得注意的是，距离D₁(图24B)大于距离D₀(图24A)。如将在下文更详细地描述，这是因为当倾斜板401倾斜时，枢转外壳405沿着轴线457向上平移。枢转外壳405的这种向上平移是倾斜机构400的独特特征。当线性致动器403沿着倾斜板的平面向枢转外壳405施加线性力时，线性致动器403(例如，马达407)和枢转外壳405之间的距离沿着方向455增加。如前所述，线性致动器403可固定到倾斜板401，而枢转外壳405不固定到该倾斜板。枢转外壳405可在方向455上沿着倾斜板401的平面自由移动。另外，枢转外壳405可被约束成使得其始终定位在轴线457上。例如，倾斜机构400可包括如(下文所述的)图25至图27所示的线性引导件417，该线性引导件约束枢转外壳405以使得其沿着轴线457移动。

图24C是处于第二倾斜状态的图24A的侧向倾斜机构的端视图。在所示状态下，线性致动器403的马达407沿着方向455在朝向马达407的方向上驱动枢转外壳405。螺母外壳411(位于枢转外壳405内)已沿着导螺杆409移动，从而导致枢转外壳405沿着线性引导件413朝向马达407平移。此类运动导致倾斜板401倾斜，如图所示。在例示的实施方案中，倾斜板401被示出为在第二方向上以侧向倾斜角α倾斜。同样，侧向倾斜角α可具有前述范围。

类似于图24B所示的位置，在图24C的位置中，枢转外壳401沿着轴线457保持定位在侧向倾斜轴线451上方。如上所述，这可能是因为枢转外壳405被线性引导件417进一步约束以使得其可沿着轴线457平移。沿着轴线457在侧向倾斜轴线451与向枢转外壳405施加线性力之间测量的距离D₂在图24C中示出。值得注意的是，距离D₂(图24B)大于距离D₀(图24A)。这是因为当倾斜板401倾斜时，枢转外壳405沿着轴线457向上平移。在一些实施方案中，如果图24C的角度α等于图24B的角度α，则距离D₂(图24C)可等于距离D₁(图24B)。

图25是侧向倾斜机构400的实施方案的等轴视图。图25示出了根据一个实施方案的线性致动器403、枢转外壳405及其线性引导件413、417。在图25中，枢转外壳405被示出为透明的，使得可以看到枢转外壳405的内部特征和枢转外壳405下方的部件。图25示出了处于类似于图24C所示状态的倾斜状态的倾斜机构400。

如图25所示，线性致动器403可包括马达407、导螺杆409和螺母外壳411。如图所示，螺母外壳411安装在导螺杆409上(还参见图26)。当马达407使导螺杆409旋转时，螺母外壳411沿着导螺杆409在方向455上来回移动。螺母外壳411可定位在枢转外壳405内。另外，螺母外壳411可连接到枢转外壳405。在例示的实施方案中，螺母外壳411螺栓连接到枢转外壳405，但其他连接方法也是可能的。因为螺母外壳411连接到枢转外壳405，所以当螺母外壳411沿着导螺杆409移动时，枢转外壳405与该螺母外壳一起沿着导螺杆409移动。这样，线性致动器403可被构造成使枢转外壳409在方向455上来回移动。

如图25所示，枢转外壳405可包括托架415，该托架可与线性引导件413滑动地接合。线性引导件413可沿着倾斜板401在方向455上延伸。线性引导件413可附接到倾斜板401或以其他方式相对于该倾斜板固定。在例示的实施方案中，倾斜机构400包括定位在螺母外壳411的相对侧上的一对线性引导件413。在一些实施方案中，可使用其他数量的线性引导件413。例如，可使用一个、两个、三个、四个或更多个线性引导件413。在一些实施方案中，当枢转外壳405沿着线性引导件413在方向455上来回平移时，线性引导件413提供稳定性。在一些实施方案中，可省略线性引导件413。例如，即使没有线性引导件413，枢转外壳405也将沿着导螺杆409在方向455上来回平移。线性引导件413可被构造为导轨。

图25进一步示出了线性引导件417。如上所述，线性引导件417可进一步约束枢转外壳405的运动，使得其沿着轴线457上下平移。线性引导件417可附接到万向支架450的部件或以其他方式相对于该部件固定。连接到枢转外壳405的托架419可被构造成沿着线性引导件417平移。因为倾斜板401相对于万向支架450倾斜并且线性引导件417附接到万向支架450，所以倾斜板401也相对于线性引导件417倾斜。即，不管倾斜板401的侧向倾斜角度如何，线性引导件417都沿着轴线457延伸。这约束了枢转外壳405的运动，使得其可沿着轴线457移动。这还保持枢转外壳405位于侧向枢转轴线(参见图24A、图24B和图24C)上方(沿着轴线457测量)。线性引导件417可被构造为导轨。

在例示的实施方案中，倾斜机构400包括一对线性引导件417，其中一个侧向引导件417定位在螺母外壳411的每一侧上。在一些实施方案中，可使用其他数量的线性引导件417。例如，可使用一个、两个、三个、四个或更多个线性引导件417。另外，在例示的实施方案中，一对线性引导件417定位在一对线性引导件413内。并非在所有实施方案中都需要如此。例如，该对线性引导件413可定位在该对线性引导件417内部。如前所述，线性引导件413可为倾斜机构400提供附加的稳定性，其在一些实施方案中可省略。

图26是侧向倾斜机构400的等轴视图，示出了线性引导件417和螺母外壳411的更详细视图。在图26中，枢转外壳405被移除以更好地示出线性引导件417和螺母外壳411。如图所示，螺母外壳411定位在导螺杆409上。螺母外壳411还经由托架419与线性引导件417滑动地接合。螺母外壳411可以以允许螺母外壳411相对于托架419和线性引导件417旋转的方式连接到托架419。

图27是螺母外壳411的等轴视图。如图所示，螺母外壳411可包括基部部件或主体421。在例示的实施方案中，主体421是矩形的，但主体421的其他形状也是可能的。开口425可延伸穿过主体421。开口425可被构造成接收导螺杆409。在一些实施方案中，开口425的内表面带螺纹以接合导螺杆409上的对应螺纹。如图所示，柱形件423可从主体421侧向延伸。柱形件423可被构造成接收在形成于托架419上的对应凹陷部内。柱形件423可在对应凹陷部内旋转，以允许螺母外壳411相对于托架419旋转。

图28A和图28B示出了力从线性致动器403到枢转外壳405和螺母外壳411的传递。图28A是侧向倾斜机构400的等轴视图，其示出了线性力的施加，而图28B是侧向倾斜机构400的端视图，其示出了线性力的分量。

如图28A所示，线性致动器403被构造成向螺母外壳411(并且对应地向枢转外壳405)施加线性力F_螺杆。力F_螺杆作用在平行于导螺杆409的方向上。因为马达407和导螺杆409相对于倾斜板401固定地安装，所以F_螺杆和倾斜板401的相对取向不取决于倾斜板401的侧向倾斜角。相反，F_螺杆的方向在平行于倾斜板401的平面的方向上。

如图28B所示，力F_螺杆可被分解成分量矢量F_x和F_y。线性引导件413、417中的每一者被构造成对两个分力F_x和F_y中的一者作出反应。例如，线性引导件417可被构造成对F_x作出反应以引起竖直平移或沿着枢转外壳405的轴线457(参见图24A、图24B和图24C)的平移。如前所述，沿着轴线457的平移导致倾斜板401围绕侧向倾斜轴线倾斜。更具体地讲，在例示的实施方案中，当马达407驱动导螺杆409以引起螺母外壳411和倾斜外壳405的线性运动时，力F_x被线性引导件417抵消，从而沿着固定轨道向上驱动托架419。这导致侧向倾斜。

线性引导件413可被构造成对力F_y作出反应以导致枢转外壳405沿着方向455(参见图24A、图24B和图24C)平移。如前所述，线性引导件413可有利地提供稳定性。例如，线性引导件413可保护导螺杆409免于弯曲或断裂超过最大偏差。

图29示意性地示出了根据一个实施方案的侧向倾斜机构400的示例性运动。马达407、导螺杆409和螺母外壳411各自被示意性地示出。侧向倾斜机构400在未倾斜状态下以实线示出，并且在倾斜状态下以短划线示出。如图所示，在马达407被致动时，马达407与螺母外壳411之间的距离改变Δd₁。这使得螺母外壳411沿着由线性引导件413产生的竖直轨迹被向上驱动，这导致倾斜板401倾斜。当螺母外壳411向上平移时，螺母外壳411的枢转点470也竖直地平移。因此，从未倾斜状态到倾斜状态，螺母外壳的枢转点470的位置已相对于侧向倾斜轴线451向上移动Δd₂。

如前所述，侧向倾斜机构400可包括低轮廓或小轮廓。这可能是因为侧向倾斜机构400可安装在基本上平坦或平面的倾斜板401上，并且线性致动器403在平行于倾斜板401的平面的方向上起作用。由于侧向倾斜机构400的低轮廓，在一些实施方案中，侧向倾斜机构400可联接到纵向(或头低脚高位)倾斜机构。在一些实施方案中，侧向倾斜机构400可堆叠在纵向倾斜机构的顶部上。这样，倾斜机构可被构造成允许侧向倾斜和纵向(或头低脚高位)倾斜。

图30A和图30B示出了用于机器人医疗***200的患者平台201的倾斜机构500的实施方案，该倾斜机构包括侧向倾斜机构400和纵向倾斜机构510。图30A是等轴视图，而图30B是侧视图。在倾斜机构500的例示的实施方案中，侧向倾斜机构400堆叠在纵向倾斜机构510的顶部上。

在例示的实施方案中，侧向倾斜机构400如上所述进行构造，包括例如倾斜板401、线性致动器403和枢转外壳405。为了实现纵向倾斜，还可包括纵向倾斜机构510。在例示的实施方案中，纵向倾斜机构510包括纵向连接件512。纵向连接件512可附接到侧向倾斜板410(参见图30A)。纵向连接件512还可附接到柱203。例如，在例示的实施方案中，纵向连接件512利用安装在导螺杆518上的托架520附接到柱203。马达516可被安装到柱203并且被构造成使导螺杆518旋转。在导螺杆旋转时，托架520沿着柱203被上下驱动。当托架520沿着柱203被上下驱动时，纵向连接件512作用于倾斜板401以使倾斜板401纵向倾斜。如图30B所示，纵向倾斜机构510可被构造成使倾斜板401围绕纵向倾斜轴线451倾斜。

图31示出了倾斜机构500可被构造用于分别使用侧向倾斜机构400和纵向倾斜机构510同时进行侧向倾斜和纵向倾斜。如前所述，在一些实施方案中，倾斜机构500被构造成允许相对于未倾斜状态的至少约15度、20度、25度、30度、35度、40度、45度或更大的侧向倾斜角，同时允许相对于未倾斜状态的至少约15度、20度、25度、30度、35度、40度、45度、50度、55度、60度或更大的纵向倾斜角。作为具体示例，倾斜机构500可被构造成所有患者平台201具有30度的侧向倾斜并且同时具有45度的纵向倾斜，如图31所示。

图32是示出用于控制机器人医疗***的患者平台的倾斜的方法600的实施方案的流程图。方法600可开始于框602，在该框处，患者平台基于以下操作在侧向倾斜轴线上方倾斜：致动线性致动器以向枢转外壳施加线性力，使枢转外壳沿着沿第一轴线的第一线性引导件平移，并且使枢转外壳沿着沿第二轴线的第二线性引导件平移。

在一些实施方案中，第一线性引导件可包括上文所讨论的线性引导件413，并且第二线性引导件可包括上文所讨论的线性引导件417。在一些实施方案中，第一线性引导件413包括导螺杆409。在一些实施方案中，第一轴线平行于线性力，并且第二轴线不平行于第一轴线。

在一些实施方案中，致动线性致动器包括利用马达驱动导螺杆。在一些实施方案中，枢转外壳包括安装在导螺杆上的螺母外壳。在一些实施方案中，马达附接到支撑患者平台的倾斜板，并且其中第一线性引导件附接到该倾斜板。在一些实施方案中，第二线性引导件附接到万向支架，诸如万向支架450。

如图32所示，在框604处，方法600包括使万向支架相对于支撑患者平台的柱枢转以使患者平台围绕纵向倾斜轴线倾斜。在一些实施方案中，使万向支架相对于柱枢转包括利用沿着柱的轴线平移的纵向线性致动器(诸如马达516、导螺杆518和托架520)驱动纵向连接件(诸如纵向连接件512)。

在一些实施方案中，框602和604可同时执行，使得方法600包括使患者平台同时围绕侧向倾斜轴线和纵向倾斜轴线倾斜。

在一些实施方案中，方法600还包括对支撑在患者平台上的患者执行机器人医疗规程。

图33A至图33E示出了被构造成提供侧向倾斜和纵向倾斜的倾斜机构700的另一个实施方案。在例示的实施方案中，倾斜机构700包括用于使机器人医疗***的患者平台701倾斜的大圆弧倾斜机构。图33A示出了处于未倾斜位置的倾斜机构700的侧视图，并且图33B示出了处于倾斜位置的倾斜机构700。图33C是倾斜机构700的剖视图。

参考图33A至图33C，倾斜机构700包括实现三个旋转自由度(包括头低脚高位(例如，纵向倾斜)、侧向倾斜、以及其间的位置或角度的组合)的大圆弧转座。具体地讲，倾斜机构700包括第一旋转部分703和第二旋转部分705。第一旋转部分703和第二旋转部分705一起组成大致球形形状。然而，如图33A所示，第一旋转部分703和第二旋转部分705相对于它们所附接到的柱的轴线以非正交角度接合。第一旋转部分703可相对于第二旋转部分705旋转。另外，患者平台701可相对于第一旋转部分703旋转。第二旋转部分705可联接到柱707(图33A至图33C中仅示出了柱707的一部分)。通过将患者平台701、第一旋转部分703和第二旋转部分705中的每一者旋转到不同位置，可实现患者平台701的侧向倾斜和纵向倾斜。在一个示例中，倾斜机构700、三个旋转自由度以多达52度的纵向倾斜、多达52度的倾斜以及其间的角度的组合来定位患者。

如图33C所示，倾斜机构700可包括马达751和齿轮箱750。马达751和齿轮箱750可被构造成驱动第一旋转部分703相对于第二旋转部分705的旋转。倾斜机构700还可包括制动器752，如图所示。制动器752可被构造成在倾斜机构700已经旋转到期望位置之后将患者平台701固定就位，以便将患者平台701保持在稳定位置。在一些实施方案中，可包括附加马达和齿轮箱(或其他驱动机构)以驱动第二旋转部分705相对于柱707的旋转。例如，马达和齿轮箱可包括在空间754中以驱动第二旋转部分705相对于柱707的旋转。在其他实施方案中，用于使第二旋转部分705相对于柱707旋转的驱动机构可定位在其他位置，诸如在柱707内或在第二旋转部分705内。如参考图33D和图33E更详细地描述，倾斜机构700可包括被构造成驱动患者平台701相对于第一旋转部分703的旋转的一个或多个蜗杆传动装置711。在一些实施方案中，可使用其他驱动机构(例如，马达)来使患者平台701相对于第一旋转部分705旋转。可包括轴承753以有利于倾斜机构700的各种部件的相对旋转。

图33D和图33E示出了图33A至图33C的倾斜机构700的顶视图。如图所示，倾斜机构700可使用双蜗杆传动装置711来致动顶部轴线和底部轴线，而位于中心的成角度转座经由谐波传动装置致动。在一些实施方案中，仅包括单个蜗杆传动装置711。在一些实施方案中，双蜗杆传动装置711可由马达驱动。也可使用其他机构，诸如连接到接头的任何种类的马达和齿轮箱。正齿轮、行星齿轮、缆线或同步带也可全部用作蜗杆传动装置711的替代形式。顶部轴线和底部轴线在与成角度轴线相反的方向上的协调运动在台面处形成角度。通过以不同的速率旋转这三个轴线，可实现角度的不同组合。

倾斜机构700的一个优点在于，大部分机构和致动包含在非常小的封套内。在许多其他设计中，侧向倾斜机构和纵向倾斜机构的一些方面通常存在于柱中、柱上或柱周围，但该倾斜机构700允许所有相关联的机构和马达整齐地封装在柱上方。倾斜机构700可以是机电***。液压***可设置在可能较小的封装件中，但机电***可能难以与相似尺寸的液压***的功率和尺寸竞争。考虑到以一定安全系数支撑患者的扭矩要求，倾斜机构700提供非常小且稳固的封装件。

3.实施***和术语。

本文所公开的具体实施提供了用于包括患者平台的机器人医疗***的***、方法和装置。具体地讲，本文所公开的具体实施提供了用于机器人医疗***的患者平台的侧向倾斜机构和/或纵向倾斜机构的***、方法和装置。

应当指出的是，如本文所用，术语“联接(couple)”、“联接(coupling)”、“联接(coupled)”或词语联接的其他变型形式可以指示间接连接或直接连接。例如，如果第一部件“联接”到第二部件，则第一部件可经由另一个部件间接连接到第二部件或直接连接到第二部件。

引用本文所述的特定计算机实施的过程和功能的短语可作为一个或多个指令存储在处理器可读或计算机可读的介质上。术语“计算机可读介质”是指可由计算机或处理器访问的任何可用介质。通过示例而非限制，这样的介质可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪存储器、致密盘只读存储器(CD-ROM)或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储装置，或可以用于存储呈指令或数据结构的形式的期望的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。应当指出的是，计算机可读介质可为有形的和非暂态的。如本文所用，术语“代码”可以指可由计算装置或处理器执行的软件、指令、代码或数据。

本文所公开的方法包括用于实现所述方法的一个或多个步骤或动作。在不脱离权利要求的范围的情况下，方法步骤和/或动作可彼此互换。换句话讲，除非正在描述的方法的正确操作需要步骤或动作的特定顺序，否则可以在不脱离权利要求的范围的情况下修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。

如本文所用，术语“多个”表示两个或更多个。例如，多个部件指示两个或更多个部件。术语“确定”涵盖多种动作，并且因此，“确定”可包括计算、运算、处理、导出、调查、查找(例如，在表格、数据库或另一种数据结构中查找)、查明等。另外，“确定”可包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等。另外，“确定”可包括解析、选择、挑选、建立等。

除非另有明确指明，否则短语“基于”并不意味着“仅基于”。换句话讲，短语“基于”描述“仅基于”和“至少基于”两者。

提供对所公开的具体实施的前述具体实施方式以使得本领域的任何技术人员能够制作或使用本发明。对这些具体实施的各种修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的，并且在不脱离本发明的范围的情况下，本文所定义的一般原理可应用于其他具体实施。例如，应当理解，本领域的普通技术人员将能够采用多个对应的替代和等同的结构细节，诸如紧固、安装、耦接或接合工具部件的等同方式、用于产生特定致动运动的等同机构、以及用于递送电能的等同机构。因此，本发明并非旨在限于本文所示的具体实施，而是被赋予符合本文所公开的原理和新颖特征的最广范围。

Claims (18)

1.一种用于医疗平台的倾斜机构，所述倾斜机构包括：

倾斜板；

万向支架，所述万向支架附接到所述倾斜板，所述万向支架被构造成允许所述倾斜板至少围绕侧向倾斜轴线倾斜；

线性致动器，所述线性致动器安装在所述倾斜板上；和

第一线性引导件，所述第一线性引导件附接到万向支架，其中所述第一线性引导件沿着第一轴线延伸；以及

枢转外壳，所述枢转外壳被构造成沿着所述第一线性引导件平移，其中所述线性致动器被构造成向所述枢转外壳施加线性力，其中向所述枢转外壳施加所述线性力通过使所述枢转外壳沿着所述第一线性引导件平移而使所述倾斜板围绕所述侧向倾斜轴线倾斜，并且其中所述枢转外壳被构造成围绕枢转轴线相对于所述万向支架枢转，并且所述枢转轴线被构造成沿着所述第一轴线相对于所述万向支架平移。

2.根据权利要求1所述的倾斜机构，其中所述枢转外壳被进一步构造成当所述枢转外壳沿着所述第一线性引导件平移时相对于所述第一线性引导件枢转。

3.根据权利要求1所述的倾斜机构，其中所述线性致动器在沿着第二轴线的方向上施加所述线性力。

4.根据权利要求3所述的倾斜机构，其中所述第一轴线和所述第二轴线不平行。

5.根据权利要求1所述的倾斜机构，其中：

所述线性致动器包括被构造成使导螺杆旋转的马达；并且

所述枢转外壳包括安装在所述导螺杆上的螺母外壳。

6.根据权利要求1所述的倾斜机构，还包括附接到所述倾斜板的第二线性引导件，其中：

所述第一线性引导件包括第一组导轨；并且

所述第二线性引导件包括第二组导轨。

7.根据权利要求6所述的倾斜机构，其中所述第一组导轨定位在所述第二组导轨之间。

8.根据权利要求1所述的倾斜机构，其中：

所述倾斜板附接到患者平台；并且

所述万向支架附接到支撑所述患者平台的柱。

9.一种机器人医疗***，包括：

患者平台，所述患者平台被构造成在医疗规程期间支撑患者；

柱，所述柱通过被构造成允许所述患者平台围绕侧向倾斜轴线沿侧向方向且围绕纵向倾斜轴线沿纵向方向枢转的万向支架联接到所述患者平台；和

倾斜机构，所述倾斜机构将所述柱连接到所述患者平台，所述倾斜机构包括：

侧向倾斜机构，所述侧向倾斜机构被构造成使所述患者平台围绕所述侧向倾斜轴线枢转，其中所述侧向倾斜机构包括：

倾斜板，所述倾斜板附接到所述患者平台；

线性致动器，所述线性致动器安装在所述倾斜板上；

枢转外壳；

第一线性引导件，所述第一线性引导件附接到所述万向支架，其中所述第一线性引导件沿着第一轴线延伸并且所述枢转外壳被构造成沿着所述第一线性引导件平移；和

第二线性引导件，所述第二线性引导件附接到所述倾斜板，其中所述第二线性引导件沿着第二轴线延伸并且所述枢转外壳被构造成沿着所述第二线性引导件平移；

其中所述线性致动器被构造成向枢转外壳施加线性力以使所述枢转外壳沿着第一线性引导件和第二线性引导件平移，从而使所述倾斜板围绕所述侧向倾斜轴线枢转；和

纵向倾斜机构，所述纵向倾斜机构被构造成使所述患者平台围绕所述纵向倾斜轴线枢转。

10.根据权利要求9所述的***，其中所述侧向倾斜机构和所述纵向倾斜机构被构造成同时操作。

11.根据权利要求9所述的***，其中所述侧向倾斜机构定位在所述纵向倾斜机构的顶部上。

12.根据权利要求9所述的***，其中所述侧向倾斜机构包括线性致动器，所述线性致动器被构造成在垂直于所述侧向倾斜轴线的方向上施加线性力以使所述患者平台围绕所述侧向倾斜轴线枢转。

13.根据权利要求9所述的***，其中所述线性致动器在平行于所述第二轴线的方向上施加所述线性力。

14.根据权利要求9所述的***，其中所述第一轴线和所述第二轴线不平行。

15.根据权利要求9所述的***，其中：

所述线性致动器包括被构造成使导螺杆旋转的马达；并且

所述枢转外壳包括安装在所述导螺杆上的螺母外壳。

16.根据权利要求9所述的***，其中：

所述倾斜板被构造成围绕所述侧向倾斜轴线相对于所述万向支架枢转，并且所述侧向倾斜轴线被构造成沿着所述第一轴线相对于所述万向支架平移。

17.根据权利要求9所述的***，其中所述纵向倾斜机构包括：

纵向倾斜连杆，所述纵向倾斜连杆在所述柱和所述万向支架之间延伸；和

致动器，所述致动器被构造成致动所述纵向倾斜连杆以使所述万向支架相对于所述柱枢转，以使所述患者平台围绕所述纵向倾斜轴线倾斜。

18.根据权利要求9所述的***，其中所述致动器包括纵向线性致动器，所述纵向线性致动器被构造成沿着所述柱的轴线平移以致动所述纵向倾斜连杆。

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