CN117412723A - 用于机器人显微外科手术的运动学结构和无菌盖布 - Google Patents

Abstract

描述了用于使用工具(21)在患者身体的一部分上执行手术的装置和方法。机器人单元(20)包括底座(27)、末端执行器(30)和工具安装件(92)，该工具安装件(92)被配置成保持工具使得工具与末端执行器同轴。末端执行器经由多个多关节臂(32)联接到底座。每个多关节臂(32)包括位于末端执行器附近的可旋转拱形连杆(64)，可旋转拱形连杆(64)被配置成为末端执行器围绕与工具的纵向轴线不同轴的轴线的滚转留出空间。本文还描述了其他应用。

Description

用于机器人显微外科手术的运动学结构和无菌盖布

相关申请的交叉引用

本申请要求以下申请的优先权：

Gil等人于2021年6月1日提交的题为“Kinematic structures for roboticmicrosurgical procedures(用于机器人显微外科手术的运动学结构)”的第63/195,429号美国临时专利申请，以及

Gil等人于2021年8月5日提交的题为“Steriledrapes for roboticmicrosurgical procedures(用于机器人显微外科手术的无菌盖布)”的第63/229,593号美国临时专利申请。

上面引用的两个美国临时申请均通过引用并入本文。

本发明实施例的领域

本发明的一些应用总体上涉及医疗装置和方法。具体地，本发明的一些应用涉及用于以机器人方式执行显微外科手术(microsurgical procedure)的装置和方法。

背景

白内障外科手术包括移除眼睛的已经发生混浊化(称为白内障)的天然晶状体，并用人工晶状体替换。这种外科手术通常包括许多标准步骤，这些步骤是按次序执行的。

在最初的步骤中，患者眼睛周围的面部被消毒(通常用碘溶液)，并且患者的面部被无菌盖布(sterile drape)覆盖，使得只露出眼睛。当消毒和铺盖布已经完成时，通常使用局部麻醉剂对眼睛进行麻醉，该麻醉剂以液体眼药水的形式给药。然后，使用保持上下眼睑张开的眼睑窥器将眼球露出。在眼睛的角膜中切开一个或更多个切口(且通常是两个或三个切口)。切口通常使用称为角膜刀刀片的专用刀片切开。在这个阶段，利多卡因通常被注射到眼睛的前房中，以便进一步麻醉眼睛。在该步骤之后，通过角膜切口施加粘弹剂注射。执行粘弹剂注射是为了稳定前房，并在手术的剩余部分期间帮助维持眼压，且也是为了扩张晶状体囊。

在随后的阶段(称为撕囊术)中，晶状体前囊的一部分被移除。已经开发了用于执行撕囊术的各种增强技术，例如激光辅助撕囊术、zepto-撕囊(zepto-rhexis)(其利用精密纳米脉冲技术)、和标记辅助撕囊术(其中使用预定义标记来标记角膜，以便指示囊开口的期望尺寸)。

随后，通常通过角膜切口注射流体波，以便在称为水分离(hydrodissection)的步骤中解剖白内障的外皮质层。在称为水分层(hydrodelineation)的随后步骤中，通过注射流体波将晶状体的外部较软的外核(epi-nucleus)与内部较硬的内核(endo-nucleus)分离。在下一步骤中，在称为超声乳化的过程中，执行晶状体的超声波乳化。首先使用劈核器(chopper)破碎晶状体的核，随后，通常使用超声波超声乳化探头破碎并移除晶状体的外部碎片。此外，通常，在超声乳化过程中使用单独的工具来执行吸引。当超声乳化完成时，剩余的晶状体皮质(即，晶状体的外层)物质从囊中被抽吸出。在超声乳化和抽吸过程中，被抽吸的流体通常用平衡盐冲洗溶液来代替，以便维持前房中的流体压力。在某些情况下，如果认为有必要，则对囊进行抛光。随后，将人工晶状体(IOL)***囊内。IOL通常是可折叠的，并且在囊内部展开之前以折叠配置***。在这个阶段，通常使用先前用于从囊中抽吸流体的吸引设备，将粘弹剂移除。如果有必要，则通过提高眼球(bulbus oculi)(即眼球(globe ofthe eye))内部的压力来密封切口，使内部组织压靠在切口的外部组织上，以便迫使切口闭合。

概述

根据本发明的一些应用，一种机器人***被配置成用于在显微外科手术(例如眼内外科手术)中使用。通常，当被用于眼内外科手术时，机器人***包括第一机器人单元和第二机器人单元。对于一些应用，每个机器人单元包括末端执行器，该末端执行器通常被配置成在其上牢固地保持多个不同工具中的任何一个。对于一些应用，末端执行器联接到工具安装件(mount)，该工具安装件被配置成(直接或间接地)保持工具。典型地，末端执行器被配置成将工具***患者的眼睛中，使得工具通过切口点进入患者的眼睛，并且工具的尖端被设置在患者的眼睛内。

对于一些应用，两个多关节臂(multi-jointed arm)(即，包含通过关节彼此连接的多个连杆的臂)被设置在末端执行器的一侧上，并且被配置成可移动地支撑末端执行器。通常，多个臂马达与两个多关节臂相关联。对于一些应用，机器人单元被配置成使工具围绕其自身的轴线旋转，以便补偿末端执行器相对于机器人单元的底座的滚转。通常期望的是防止工具(且尤其是不旋转对称的工具)相对于患者的眼睛滚转。对于一些应用，不是防止末端执行器相对于机器人单元的底座旋转，而是允许末端执行器相对于底座滚转，但是通过使工具围绕其自身轴线相对于末端执行器滚转来补偿末端执行器的这种滚转。对于一些应用，出于替代或附加原因，机器人单元被配置成使工具围绕其自身轴线旋转，例如，以便执行外科手术操纵。

通常，机器人单元被主动驱动以使末端执行器沿着x轴、y轴和z轴以及通过俯仰和横摆角移动(pitch and yaw angular movement)来移动，而这种移动的不希望的附带结果是末端执行器的滚转。对于一些应用，计算机处理器计算工具相对于末端执行器应该经历的滚转的量。例如，计算机处理器可以计算出，由于多关节臂的移动(例如，沿着x轴、y轴和/或z轴的平移移动，和/或俯仰和/或横摆角移动)，末端执行器将经历相对于底座+20度的滚转。响应于此，计算机处理器可以驱动工具围绕其自身轴线相对于末端执行器旋转-20度。

对于一些应用，作为对使工具相对于末端执行器滚转的替代或补充，末端执行器自身滚转。通常，在这种情况下，末端执行器围绕与工具的纵向轴线不同轴的轴线滚转。因此，末端执行器经历围绕相对于其纵向轴线偏心的轴线的滚转。对于一些应用，机器人单元包括末端执行器马达，该末端执行器马达被配置成使末端执行器围绕偏心轴线滚转。通常，机器人单元包括至少五个臂马达。对于一些应用，计算机处理器驱动臂移动，以便补偿末端执行器所围绕滚转的轴线与工具轴线的不同轴。以这种方式，尽管末端执行器围绕偏心轴线旋转，但是工具自身围绕其自身轴线滚转。

对于一些这样的应用，每个多关节臂在末端执行器附近包括可旋转拱形连杆(rotatable arched link)。可旋转拱形连杆被配置成旋转，以便为末端执行器围绕轴线的滚转留出空间。通常，当末端执行器旋转时，末端执行器推动拱形连杆使其旋转，使得末端执行器变得被接纳在拱形连杆的凹形曲面中。末端执行器的滚转的这种接纳通常是期望的，特别是考虑到机器人单元被配置成使得末端执行器的滚转相对于其自身轴线偏心。例如，如果用相对于末端执行器轴线垂直地设置的直连杆代替可旋转拱形连杆，则末端执行器在被连杆阻挡之前只能旋转相对小的角度范围。相比之下，使用本文所述的配置，末端执行器通常能够围绕偏心轴线滚转超过180度，例如超过250度或超过300度。

对于一些应用，无菌盖布被提供在(a)设置在无菌盖布的第一侧上的非无菌区内的机器人臂和末端执行器与(b)设置在无菌盖布的第二侧上的无菌区内的工具安装件和工具之间。通常，无菌盖布围绕盖布板设置并相对于盖布板(drape plate)密封。对于一些应用，盖布板可联接到末端执行器，并且联接到(或可联接到)工具安装件。盖布板通常用作(a)设置在无菌盖布的第一侧上的非无菌区内的机器人臂和末端执行器与(b)设置在无菌盖布的第二侧上的无菌区内的工具安装件和工具之间的界面。

对于一些应用，工具马达设置在非无菌区内的末端执行器上。工具马达通常直接驱动运动传动部分(motion-transmission portion)(例如销或轴杆)移动(例如旋转)。运动传动部分被配置成将马达的运动传递到第一齿轮(例如，正齿轮(即，齿轮)或蜗轮)，并且第一齿轮通过驱动第二齿轮(通常是正齿轮(即，齿轮))旋转来驱动工具相对于末端执行器旋转。(根据相应的应用，第二齿轮被内置在工具自身中，或者可以被内置在工具套筒中或联接到工具套筒。)通常，运动传动部分以这样的方式机械地联接到第一齿轮，即使得运动传动部分和第一齿轮之间的界面(例如，经由O形环)被密封。因此，工具相对于末端执行器的旋转运动由设置在非无菌区内的马达产生。由马达产生的旋转运动经由保持非无菌区和无菌区之间的密封的界面传递到工具。

对于一些应用，线性工具马达被设置在非无菌区内。线性工具马达通常驱动工具致动臂线性移动。工具致动臂通常设置在非无菌区内，并且被配置成借助于通过无菌盖布推动工具的一部分(例如注射器的柱塞)来线性地推动工具的该部分。对于一些应用，无菌盖布的设置在工具致动臂与工具被推动的部分之间的界面处的一部分被配置成比盖布的其他部分具有更大的刚性和/或耐磨性。例如，可以在该部分放置粘贴物(sticker)，以便相对于无菌盖布的其他部分增强该部分的刚性和/或耐磨性。或者，可以(例如，使用热处理或化学处理)在该部分处对盖布进行处理，以便相对于无菌盖布的其他部分增强该部分的刚性和/或耐磨性。因此，工具的一部分的线性运动由设置在非无菌区内的线性工具马达产生。由马达产生的线性运动经由盖布传递到工具的该部分，以便保持非无菌区和无菌区之间的密封。

因此，根据本发明的一些应用提供了用于使用工具在患者身体的一部分上执行手术的装置，所述装置包括：

机器人单元，所述机器人单元包括：

底座；

末端执行器；

工具安装件，所述工具安装件被配置成保持所述工具；

多个多关节臂，所述末端执行器经由所述多个多关节臂联接到所述底座，多关节臂中的每一个包括位于所述末端执行器附近的可旋转拱形连杆，所述可旋转拱形连杆被配置成为所述末端执行器围绕与所述工具的纵向轴线不同轴的轴线滚转留出空间。

在一些应用中，所述装置还包括一个或更多个臂马达，所述一个或更多个臂马达被配置成移动所述多关节臂，并且所述装置还包括计算机处理器，所述计算机处理器被配置成：

计算所述末端执行器由于所述多关节臂的运动而相对于底座围绕与所述工具的纵向轴线不同轴的轴线的任何滚转；以及

驱动所述一个或更多个臂马达移动所述多关节臂，以便补偿所述末端执行器围绕与所述末端执行器和所述工具的纵向轴线不同轴的轴线的滚转，使得所述工具围绕所述工具自身的纵向轴线滚转。

在一些应用中，可旋转拱形连杆中的每一个限定凹形曲面，并且，所述可旋转拱形连杆被配置成通过旋转来为所述末端执行器的滚转留出空间，使得所述末端执行器变得被接纳在所述可旋转拱形连杆的所述凹形曲面中。

在一些应用中，所述装置还包括末端执行器马达，所述末端执行器马达被配置成直接使所述末端执行器相对于所述底座滚转，所述可旋转拱形连杆被配置成以被动方式旋转，以便为由所述末端执行器马达主动使所述末端执行器滚转留出空间。

在一些应用中，所述装置还包括无菌盖布和盖布板，所述盖布板被配置成联接到所述末端执行器，使得所述多关节臂和所述末端执行器被设置在所述无菌盖布的第一侧上的非无菌区中，并且所述工具安装件被设置在所述无菌盖布的第二侧上的无菌区内。

在一些应用中，所述盖布板被配置成联接到所述末端执行器，使得所述机器人单元的被配置成驱动所述末端执行器移动的所有运动驱动部分被设置在所述无菌盖布的第一侧上的非无菌区中。

在一些应用中，所述可旋转拱形连杆被配置成旋转以便为所述末端执行器滚转超过180度的角度留出空间。

在一些应用中，所述可旋转拱形连杆被配置成旋转以便为所述末端执行器滚转超过300度的角度留出空间。

在一些应用中，所述多个多关节臂中的每一个还包括邻近所述可旋转拱形连杆的第一端的第一直连杆和邻近所述可旋转拱形连杆的第二端的第二直连杆，所述末端执行器经由所述第二直连杆联接到所述可旋转拱形连杆，并且，所述第二直连杆相对于所述第一直连杆以一定角度设置。

在一些应用中，所述装置还包括位于至少一个臂内的马达，所述马达被配置成使所述可旋转拱形连杆相对于所述第一直连杆滚转，所述第一直连杆和所述第二直连杆之间的角度被配置成使得所述可旋转拱形连杆相对于直连杆的滚转导致所述末端执行器的滚转。

根据本发明的一些应用还提供了用于使用机器人单元在患者身体的一部分上执行手术的装置，所述机器人单元包括末端执行器和底座、被配置成保持工具的工具安装件、被配置成使所述工具相对于所述末端执行器滚转的工具马达、以及被配置成使所述末端执行器相对于所述底座移动的一个或更多个机器人臂，所述装置包括：

盖布板，所述盖布板被配置成放置在所述工具安装件和所述末端执行器之间；

无菌盖布，所述无菌盖布围绕所述盖布板设置并相对于所述盖布板密封，并且被配置成在所述无菌盖布的第一侧上的非无菌区与所述无菌盖布的第二侧上的无菌区之间形成界面，使得所述工具安装件被设置在所述无菌区内，并且所述一个或更多个机器人臂和所述工具马达设置在所述非无菌区内；

至少一个齿轮机构，所述至少一个齿轮机构被配置成设置在所述无菌区内并被配置成驱动所述工具相对于所述末端执行器滚转；和

运动传动部分，所述运动传动部分被配置成将运动从所述工具马达传递到所述至少一个齿轮机构，同时保持所述无菌区和所述非无菌区之间的密封。

在一些应用中，所述装置还包括至少一个计算机处理器，所述至少一个计算机处理器被配置成：

通过移动所述一个或更多个臂来驱动所述末端执行器相对于所述底座移动，

计算所述末端执行器相对于所述底座发生的任何滚转，以及

驱动所述工具马达以使所述工具相对于所述末端执行器滚转，以便补偿所述末端执行器相对于所述底座发生的任何滚转。

在一些应用中，所述运动传动部分包括轴杆，并且所述工具马达被配置成驱动所述轴杆旋转，所述至少一个齿轮机构包括由所述轴杆驱动旋转的第一齿轮和由所述第一轮驱动旋转的第二齿轮。

在一些应用中，所述轴杆和所述第一齿轮之间的界面被密封，以便保持所述无菌区和所述非无菌区之间的密封。

在一些应用中，所述第一齿轮被设置在所述盖布板内。

在一些应用中，所述第二齿轮被内置到所述工具中。

在一些应用中，所述装置还包括被配置成围绕所述工具设置的工具套筒，所述第二齿轮被内置到所述工具套筒中。

在一些应用中，所述运动传动部分包括轴杆，并且所述工具马达被配置成驱动所述轴杆旋转，所述至少一个齿轮机构包括由所述轴杆驱动线性移动的蜗轮和由所述第一轮的线性移动驱动旋转的齿轮。

在一些应用中，所述轴杆和所述蜗轮之间的界面被密封，以便保持所述无菌区和所述非无菌区之间的密封。在一些应用中，所述蜗轮被设置在所述盖布板内。在一些应用中，所述齿轮被内置到所述工具中。在一些应用中，所述装置还包括被配置成围绕所述工具设置的工具套筒，所述齿轮被内置到所述工具套筒中。

在一些应用中，所述装置还包括：

线性工具马达，所述线性工具马达被配置成驱动所述工具的至少一部分相对于所述末端执行器线性移动，

工具致动臂，所述工具致动臂被配置成由所述线性工具马达线性移动，从而相对于所述末端执行器线性移动所述工具的至少一部分，

所述无菌盖布被配置成形成所述界面，使得所述线性工具马达被设置在所述非无菌区内，并且使得所述工具致动臂被设置在所述非无菌区内。

在一些应用中，所述无菌盖布的被配置成设置在所述工具致动臂与所述工具被推动的部分之间的界面处的一部分被配置成比所述盖布的其他部分具有更大的刚性和/或耐磨性。

根据本发明的一些应用还提供了用于使用机器人单元在患者身体的一部分上执行手术的装置，所述机器人单元包括末端执行器、被配置成保持工具使得所述工具与所述末端执行器同轴的工具安装件、被配置成驱动所述工具的至少一部分相对于所述末端执行器线性移动的线性工具马达以及被配置成移动所述末端执行器的一个或更多个机器人臂，所述装置包括：

盖布板，所述盖布板被配置成放置在所述工具安装件和所述末端执行器之间；

无菌盖布，所述无菌盖布围绕所述盖布板设置并相对于所述盖布板密封，并且被配置成在所述无菌盖布的第一侧上的非无菌区与所述无菌盖布的第二侧上的无菌区之间形成界面，使得所述工具安装件设置在所述无菌区内，并且所述一个或更多个机器人臂和所述线性工具马达设置在所述非无菌区内；和

工具致动臂，所述工具致动臂被配置成设置在所述非无菌区内，并且被配置成由所述线性工具马达线性移动，从而相对于所述末端执行器线性移动所述工具的至少一部分；以及

所述无菌盖布的被配置成设置在工具致动臂和所述工具被推动的部分之间的界面处的一部分被配置成比所述盖布的其他部分具有更大的刚性和/或耐磨性。

在一些应用中，所述装置包括放置在所述无菌盖布的所述一部分处的粘贴物，所述粘贴物被配置成相对于所述无菌盖布的其他部分增强所述一部分的刚性和/或耐磨性。

在一些应用中，对所述无菌盖布的所述一部分进行热处理，以相对于所述无菌盖布的其他部分增强所述一部分的刚性和/或耐磨性。

在一些应用中，对所述无菌盖布的所述一部分进行化学处理，以相对于所述无菌盖布的其他部分增强所述一部分的刚性和/或耐磨性。

在一些应用中，所述无菌盖布的所述一部分包括相对于所述无菌盖布的其他部分替代的或附加的材料，以相对于所述无菌盖布的其他部分增强所述一部分的刚性和/或耐磨性。

在一些应用中，所述装置还包括自动工具致动臂折叠机构，所述自动工具致动臂折叠机构被配置成使所述工具致动臂响应于从所述工具安装件缩回到给定距离而自动折叠。

根据本发明的一些应用还提供了用于使用机器人单元在患者身体的一部分上执行手术的装置，所述机器人单元包括末端执行器、被配置成保持工具使得所述工具与所述末端执行器同轴的工具安装件、以及被配置成驱动所述工具的至少一部分相对于所述末端执行器线性移动的线性工具马达，所述装置包括：

工具致动臂，所述工具致动臂被配置成由所述线性工具马达线性移动，从而相对于所述末端执行器线性移动所述工具的至少一部分；和

自动工具致动臂折叠机构，所述自动工具致动臂折叠机构被配置成使所述工具致动臂响应于从所述工具安装件缩回到给定距离而自动折叠。

在一些应用中，所述自动工具致动臂折叠机构包括弹簧机构。

在一些应用中，所述工具包括注射器，所述注射器包括柱塞，并且，所述工具致动臂被配置成线性推动所述注射器的柱塞。

在一些应用中，所述工具致动臂被配置成折叠成使得所述工具安装件能够为大型工具留出空间，而不需要移除和/或手动折叠所述工具致动臂。

在一些应用中，所述机器人单元被配置成用于使用包括超声乳化探头的多个工具执行白内障外科手术，并且所述工具致动臂被配置成折叠成使得所述工具安装件能够为所述超声乳化探头留出空间，而不需要移除和/或手动折叠所述工具致动臂。

在一些应用中，所述装置还包括自动工具致动臂展开机构，所述自动工具致动臂展开机构被配置成响应于所述工具致动臂被移动得较靠近所述工具安装件而使所述工具致动臂自动展开。

在一些应用中，所述自动工具致动臂展开机构包括弹簧机构。

根据本发明的一些应用还提供了用于使用工具对患者的眼睛执行手术的装置，所述装置包括：

机器人单元，所述机器人单元包括：

底座；

末端执行器；

工具安装件，所述工具安装件被配置成保持所述工具；

多个多关节臂，所述末端执行器经由所述多个多关节臂联接到所述底座，所述多关节臂被配置成允许所述末端执行器相对于所述底座移动，使得所述末端执行器相对于所述底座滚转；

至少一个臂马达，所述臂马达被配置成移动所述多关节臂；以及

至少一个工具马达，所述工具马达被配置成使工具围绕所述工具的纵向轴线相对于所述末端执行器旋转；以及

至少一个计算机处理器，所述计算机处理器被配置成：

通过移动所述多关节臂来驱动所述臂马达以相对于所述底座移动所述末端执行器，计算所述末端执行器相对于所述底座发生的任何滚转，以及

驱动所述工具马达使所述工具围绕所述工具自身的纵向轴线滚转，以便补偿所述末端执行器相对于所述底座发生的任何滚转。

在一些应用中，所述机器人单元被配置成对所述患者的眼睛执行白内障手术的至少一部分。

根据结合附图进行的对本发明的应用的以下详细描述，本发明将被更透彻地理解，附图如下。

附图简述

图1是根据本发明的一些应用的机器人***的示意图，该机器人***被配置成用于在显微外科手术(例如眼内外科手术)中使用；

图2A和图2B是根据本发明的一些应用的用于在机器人***中使用的机器人单元的示意图；

图3A和图3B是根据本发明的一些应用的机器人单元的示意图，该机器人单元被配置成使工具围绕其自身轴线滚转，以便补偿机器人单元的末端执行器相对于机器人单元的底座的滚转；

图4A、图4B和图4C是根据本发明的一些替代应用的机器人单元的示意图，该机器人单元具有末端执行器，该末端执行器被配置成围绕轴线滚转；

图5A、图5B和图5C是根据本发明的一些替代应用的图4A和图4B的机器人单元处于机器人单元的末端执行器的滚转运动的相应阶段的示意图；

图6A和图6B是根据本发明的一些替代应用的机器人单元的示意图，该机器人单元具有末端执行器，该末端执行器被配置成围绕与其自身纵向轴线不同轴的轴线滚转；

图7A、图7B和图7C是根据本发明的一些替代应用的图6A和图6B的机器人单元处于机器人单元的末端执行器的滚转运动的相应阶段的示意图；

图8是根据本发明的一些应用的用于与机器人单元一起使用的无菌盖布和盖布板的示意图，该机器人单元不被配置成使工具在末端执行器内旋转；

图9是根据本发明的一些应用的用于与机器人单元一起使用的无菌盖布和盖布板的示意图，该机器人单元被配置成使工具在末端执行器内旋转；

图10A、图10B和图10C是根据本发明的一些替代应用的用于与机器人单元一起使用的无菌盖布和盖布板的示意图，该机器人单元被配置成使工具在末端执行器内旋转；

图11A和图11B是根据本发明的一些应用的无菌盖布和盖布板的照片，该无菌盖布和该盖布板大体上类似于图10A、图10B和图10C中示意性示出的无菌盖布和盖布板；

图12A和图12B是根据本发明的一些另外的替代应用的用于与机器人单元一起使用的无菌盖布和盖布板的示意图，该机器人单元被配置成使工具在末端执行器内旋转；

图13是根据本发明的一些应用的末端执行器的示意图，该末端执行器包括用于线性推动工具或其一部分的可自动折叠的工具致动臂；以及

图14A、图14B和图14C是根据本发明的一些应用的可自动折叠的工具致动臂在其相对于工具安装件的运动的相应阶段的示意图。

具体实施方式

现在参照图1，图1是根据本发明的一些应用的机器人***10的示意图，该机器人***10被配置成用于在显微外科手术(例如眼内外科手术)中使用。通常，当被用于眼内外科手术时，机器人***10除了成像***22、显示器24和控制部件26(例如，一对控制设备，例如如图所示的操纵杆)之外，还包括第一机器人单元20和第二机器人单元20(它们被配置成保持工具21)，用户(例如，医疗保健专业人员)能够通过控制部件26控制机器人单元20。通常，机器人***10包括一个或更多个计算机处理器28，该***的部件和用户(例如，医疗保健专业人员)通过该计算机处理器28可操作地彼此交互。对于一些应用，如图所示，第一机器人单元和第二机器人单元中的每一个都被支撑在底座27上。本申请的范围包括将第一机器人单元和第二机器人单元相对于彼此安装在各种不同位置中的任何位置。

通常，机器人单元的运动(和/或机器人***的其他方面的控制)至少部分地由用户(例如，医疗保健专业人员)控制。例如，用户可以通过显示器24接收患者的眼睛和机器人单元和/或设置在机器人单元中的工具的图像。通常，这种图像由成像***22获取。对于一些应用，成像***22是立体成像设备，并且显示器24是立体显示器。用户通常基于接收到的图像执行手术的步骤。对于一些应用，用户经由控制部件26向机器人单元提供命令。通常，这种命令包括控制设置在机器人单元内的工具的位置和/或取向的命令、和/或控制由工具执行的动作的命令。例如，这些命令可以控制超声乳化工具(例如，超声乳化工具的操作模式和/或吸力)和/或注射器工具(例如，哪种流体(例如，粘弹剂流体、盐水等)应该被注射和/或以什么流速注射)。替代地或附加地，用户可以输入控制成像***(例如，成像***的变焦、聚焦、和/或x-y定位)的命令。对于一些应用，命令包括控制IOL操纵器工具，例如，使得该工具操纵在眼睛内部的IOL，以便将IOL精确定位在眼睛内。

现在参照图2A和图2B，图2A和图2B是根据本发明的一些应用的用于在机器人***10中使用的机器人单元20的示意图。对于一些应用，每个机器人单元包括末端执行器30。末端执行器通常被配置成在其上牢固地保持(在图1中示出的)多个不同工具21中的任何一个。对于一些应用，末端执行器联接到工具安装件，该工具安装件被配置成(直接或间接地)保持工具，例如，如下文进一步详细描述。通常，末端执行器被配置成将工具***患者的眼睛中，使得工具经由切口点进入患者的眼睛，并且工具的尖端被设置在患者的眼睛内。

对于一些应用，两个多关节臂32(即，包含经由关节36彼此连接的多个连杆34的臂)被设置在末端执行器30的一侧上，并且被配置成可移动地支撑末端执行器。通常，计算机处理器通过分析由成像***22(如上所述，其通常是立体成像***)获取的图像来检测患者的眼睛的三维移动。对于一些应用，响应于检测到的患者的眼睛的移动，计算机处理器驱动机器人单元移动工具，使得即使在患者的眼睛经历三维移动时工具仍然保持经由切口点进入患者的眼睛。通常，即使在患者的眼睛经历三维移动时，计算机处理器驱动机器人单元通过以下方式在患者的眼睛上执行手术的至少一部分：相对于眼睛以期望的方式移动工具的尖端以便执行手术的一部分，同时工具进入患者眼睛的入口被保持固定在切口点处。以这种方式，机器人单元起到提供动态远程运动中心的作用，该动态远程运动中心位于切口点处，并且工具的运动以该动态远程运动中心为中心。通常，远程运动中心与眼睛的移动相协调地移动。替代地或附加地，计算机处理器被配置成检测眼睛何时处于给定位置，并将机器人单元对某些功能的执行进行定时，使得当眼睛处于给定位置时执行这些功能。

通常，多个臂马达与两个多关节臂32相关联。虽然没有在图2A和图2B中示出，但是臂马达的位置在图3B、图4C和图6B中被示出。对于一些应用，多个臂马达使末端执行器通过五个自由度移动(例如，沿着x轴、y轴和z轴的平移移动以及俯仰和横摆角移动)。可以看出，在图2A-图2B所示的示例中，机器人***的多关节臂32中的至少一个的每个连杆34包括在竖直关节42之间延伸的两个平行杆40，其中竖直关节被设置在每对相邻连杆之间。对于一些应用，平行杆和竖直关节的布置导致即使在臂移动时给定多关节臂的每个关节的末端也保持彼此平行(如从图2A到图2B的过渡所示)。从而，这防止了末端执行器相对于底座27滚转。换句话说，平行杆和竖直关节的布置导致末端执行器的滚转与末端执行器的平移移动和俯仰-横摆角移动机械分离。对于一些应用，期望的是防止末端执行器相对于底座27滚转，以便防止工具21相对于患者的眼睛滚转。特别地，对于不是旋转对称的工具，可能期望的是防止工具相对于患者的眼睛滚转。对于一些应用，每个多关节臂以上述方式配置。替代地，多关节臂中仅一个多关节臂以上述方式配置。

现在参照图3A和图3B，图3A和图3B是根据本发明的一些替代应用的机器人单元20的示意图，该机器人单元20被配置成使工具21围绕其自身轴线旋转，以便补偿机器人单元的末端执行器30相对于机器人单元的底座27的滚转。(在图3B中，未包括许多附图标记，以便特别关注臂马达在机器人单元内的典型位置。)如上所述，通常，期望的是防止工具(且尤其是不旋转对称的工具)相对于患者的眼睛滚转。在对眼睛执行的手术(例如白内障手术)的情况下，许多工具不是旋转对称的，并且外科手术空间的尺寸相对较小。对于一些应用，不是防止末端执行器相对于底座27旋转(例如，如参照图2A和图2B所述)，而是允许末端执行器相对于底座滚转，但是通过使工具围绕其自身轴线50相对于末端执行器滚转来补偿末端执行器的这种滚转。对于一些应用，出于替代或附加原因，机器人单元被配置成使工具围绕其自身轴线旋转，例如，以便执行外科手术操纵。

例如，如图3A和图3B所示，多关节臂32中的任何一个都不包括如上文参照图2A-图2B所述的平行杆的布置。因此，机器人单元被配置成使末端执行器通过六个自由度移动(例如，沿着x轴、y轴和z轴的平移移动以及俯仰、横摆和滚转角移动)。通常，机器人单元被主动驱动以使末端执行器沿着x轴、y轴和z轴以及通过俯仰和横摆角移动来移动，而这种移动的不希望的附带结果是末端执行器的滚转。此外，通常，机器人单元包括至少五个臂马达M1-M5，如图3B所示。

对于一些应用，计算机处理器28(如图1所示)计算工具相对于末端执行器应该经历的滚转的量。例如，计算机处理器28可以计算出，由于多关节臂的移动(例如，沿着x轴、y轴和/或z轴的平移移动，和/或俯仰和/或横摆角移动)，末端执行器将经历相对于底座+20度的滚转。响应于此，计算机处理器可以驱动工具围绕其自身轴线50相对于末端执行器旋转-20度。工具通常由末端执行器(或由工具安装件)保持，使得工具与末端执行器同轴(或与工具安装件同轴)。因此，工具的纵向轴线50通常也是末端执行器(或工具安装件)的纵向轴线。因此，在图3A和图3B所示的示例中，工具所围绕旋转的纵向轴线50与末端执行器的纵向轴线同轴。

如图3A和图3B所示，对于一些这样的应用，工具马达52被配置成使工具相对于末端执行器滚转。对于一些应用，如图所示，工具马达经由齿轮54的布置驱动工具相对于末端执行器滚转。

现在参照图4A、图4B和图4C，图4A、图4B和图4C是根据本发明的一些应用的机器人单元20的示意图，机器人单元的末端执行器30被配置成围绕与其自身纵向轴线50不同轴的轴线60滚转。对于一些应用，末端执行器与工具安装件92联接(或与工具安装件92一起形成一体化结构)，工具安装件92被配置成保持工具，如图4B所示。图4C类似于图4B，但是在图4C中未包括许多参考数字，以便特别关注臂马达在机器人单元内的典型位置。还参照图5A、图5B和图5C，图5A、图5B和图5C是根据本发明的一些替代应用的图4A、图4B和图4C的机器人单元处于末端执行器30的滚转运动的相应阶段的示意图。注意到，在一些图(例如，图5a-5C)中，在机器人臂32上存在符号(例如，符号A1和B1)。包括这些符号是为了在相应的图中演示机器人臂的取向。

对于一些应用，作为工具相对于末端执行器滚转的替代或补充，末端执行器自身滚转。通常，在这种情况下，末端执行器围绕轴线60滚转，该轴线60与工具21和末端执行器30的轴线50不同轴。(因此，末端执行器经历相对于其纵向轴线的偏心滚转。)对于一些应用，机器人单元包括末端执行器马达62，该末端执行器马达62被配置成使末端执行器围绕轴线60滚转(如图4A所示)。通常，机器人单元包括至少五个臂马达，在图4C中，臂马达的位置由标记为M1-M5的虚线圆圈示意性地示出。对于一些应用，计算机处理器驱动臂移动，以便补偿轴线60不与工具轴线同轴。以这种方式，尽管末端执行器经由末端执行器马达62围绕轴线60旋转，但是工具自身围绕其自身轴线滚转。

对于一些这样的应用，每个多关节臂32包括位于末端执行器30附近的可旋转拱形连杆64。可旋转拱形连杆被配置成旋转以便为末端执行器围绕轴线60的滚转留出空间。这可以通过观察从图5A到图5B以及然后从图5B到图5C的过渡来观察到。如图所示，当末端执行器旋转时，末端执行器推动拱形连杆，使拱形连杆旋转，使得末端执行器变得被接纳在拱形连杆的凹形曲面66中。末端执行器的滚转的这种接纳通常是期望的，特别是考虑到机器人单元被配置成使得末端执行器的滚转相对于其自身轴线是偏心的。例如，如果用相对于末端执行器轴线垂直地设置的直连杆代替可旋转拱形连杆，那么末端执行器在被连杆阻挡之前只能围绕轴线60旋转相对小的角度范围。相比之下，使用图4A-图5C中所示的配置，末端执行器通常能够围绕轴线60滚转超过180度，例如超过250度或超过300度。

现在参照图6A和图6B，图6A和图6B是根据本发明的一些应用的机器人单元20的示意图，机器人单元的末端执行器30被配置成围绕与其自身纵向轴线50不同轴的轴线70滚转。图6B类似于图6A，但在图6B中不包括许多参考数字，以便特别关注臂马达在机器人单元内的典型位置。还参照图7A、图7B和图7C，图7A、图7B和图7C是根据本发明的一些替代应用的图6的机器人单元处于末端执行器30的滚转运动的相应阶段的示意图。

如参照图4A-图5C所述，对于一些应用，每个多关节臂包括位于末端执行器30附近的可旋转拱形连杆64。可旋转拱形连杆被配置成以与上文描述的大致相似的方式旋转，以便为末端执行器围绕轴线70的滚转留出空间。对于一些这样的应用，第一直连杆80被设置成邻近可旋转拱形连杆的第一端82，并且第二直连杆84被设置成邻近可旋转拱形连杆的第二端86(其中末端执行器经由第二直连杆84联接到可旋转拱形连杆)。如图6A中所示，对于一些应用，第二直连杆相对于第一直连杆80以角度α设置。

通常，机器人单元包括至少五个臂马达，在图6B中，臂马达的位置由标记为M1-M5的虚线圆圈示意性地示出。对于一些应用，机器人单元包括被安装在臂中的一个的直连杆80或直连杆84附近的另一马达。例如，机器人单元可以包括另外的马达，在图6B中该另外的马达被安装在由标记为M6A的虚线圆圈所指示的位置或由标记为M6B的虚线圆圈所指示的位置处。另外的马达被配置成使可旋转拱形连杆64相对于直连杆80和84滚转。通常，由于第二直连杆相对于第一直连杆以角度α设置，因此可旋转拱形连杆64相对于直连杆80的滚转使第二直连杆相对于第一直连杆转动。从而，这使得末端执行器围绕轴线70滚转。这可以在从7A到图7B以及然后从图7B到图7C的过渡中观察到。通常，对于这样的应用，计算机处理器28计算如何移动臂的连杆以便使得末端执行器以期望的方式围绕轴线70滚转。如参照图4A-图5C所述，当末端执行器旋转时，末端执行器变得被接纳在拱形连杆的凹形曲面66中。通常，使用图6A-图7C中所示的配置，末端执行器能够围绕轴线70(相对于末端执行器的自身轴线偏心地)滚转超过180度，例如超过250度或超过300度。

现在参照图8，图8是根据本发明的一些应用的用于与机器人单元20一起使用的无菌盖布88和盖布板90的示意图，该机器人单元20不被配置成使工具21在末端执行器30内旋转。例如，如图8所示的无菌盖布和盖布板可与参照图4A-图4C和/或参照图6A-图6B描述的机器人单元一起使用，从而工具的任何旋转通常通过旋转末端执行器而不是相对于末端执行器旋转工具来实现。通常，在这种情况下，被配置成驱动末端执行器移动的机器人单元的所有运动驱动部分(例如马达、齿轮等)以及末端执行器30自身被设置在无菌盖布的第一侧上(即，无菌盖布的其上设置有机器人单元的臂的一侧上)的非无菌区内。工具安装件92(其被配置成直接或间接地保持工具)被设置在无菌盖布的第二侧上的无菌区内，并且可联接到盖布板。通常，无菌盖布围绕盖布板设置并相对于盖布板密封。盖布板可联接到(或联接到)末端执行器和工具安装件两者。例如，在非无菌区内设置在臂的末端处的末端执行器30可以被配置成联接到盖布板的一侧，并且工具安装件可以在其背面限定部分94，该部分94被配置成联接到盖布板的第二侧。通常，盖布板90用作在(a)设置在无菌盖布的第一侧上的非无菌区内的臂32和末端执行器30与(b)设置在无菌盖布的第二侧上的无菌区内的工具安装件92和工具21之间的界面。当盖布板联接到末端执行器和工具安装件两者时，臂和末端执行器的移动(在非无菌区内产生的)经由盖布板传递到工具安装件92和工具21(两者都设置在无菌区内)。(注意，在一些情况下，工具自身设置在工具安装件内。替代地，如图所示，工具设置在工具套筒23内部，工具套筒23设置在工具安装件92内。)

现在参照图9，图9是根据本发明的一些应用的用于与机器人单元一起使用的无菌盖布96和盖布板98的示意图，其中工具在末端执行器内旋转。例如，如图9中所示的无菌盖布和盖布板可以与参照图3A-图3B描述的机器人单元一起使用，图3A-图3B示出了被配置成使工具21围绕其自身轴线旋转的机器人单元20的示例。对于一些这样的情况，机器人单元的被配置成驱动末端执行器和/或工具移动的至少一些运动驱动部分(例如马达、齿轮等)被设置在无菌区内(即，在图9中示出的盖布的一侧)。对于一些应用，(被配置成使工具相对于末端执行器滚转的)工具马达52和/或齿轮54A和54B被设置在无菌区内。(注意，在一些情况下，工具自身包括内置齿轮(in-built gear wheel)，并且工具自身直接由齿轮54A旋转，齿轮54A由马达驱动旋转。替代地，如图所示，工具被设置在工具套筒23内部，工具套筒23包括或联接到齿轮54B，齿轮54B由齿轮54A旋转。)对于一些应用，被配置成驱动工具的一部分线性移动的线性工具马达100被设置在无菌区内。线性工具马达通常被配置成经由工具致动臂110线性移动工具的一部分(例如注射器的柱塞120)。线性工具马达和工具致动臂的一些示例将在下文中进一步详细描述。

通常，被配置成设置在无菌区内的装置的所有部分被配置成是一次性的和/或可灭菌的(例如，通过高压灭菌)。对于如图9所示的应用，通常工具马达52、齿轮54A、工具套筒23(和齿轮54B)、线性工具马达100和工具致动臂110都被配置成一次性的和/或可灭菌的(通常通过高压灭菌)。通常，工具马达52和线性工具马达100经由穿过无菌盖布的密封电连接器和/或通过外部电缆供电。

通常，无菌盖布96围绕盖布板98设置并相对于盖布板98密封。对于一些应用，臂32和末端执行器30(臂和末端执行器未在图9中示出)设置在非无菌区内，并且盖布板98可联接到末端执行器。通常，盖布板98用作(a)设置在无菌盖布的第一侧上的非无菌区内的末端执行器30和臂32(末端执行器30和臂32未在图9和中示出)与(b)设置在无菌盖布的第二侧上的无菌区内的工具安装件92和工具21之间的界面。当盖布板联接到末端执行器和工具安装件两者时，则臂和末端执行器的移动(在非无菌区内产生的)经由盖布板98传递到工具安装件92和工具21(两者都设置在无菌区内的)。然而，如上所述，对于诸如图9所示的应用，工具(或其一部分)相对于末端执行器的移动是在无菌区内经由工具马达52和/或线性工具马达100实现的。

现在参照图10A、图10B和图10C，图10A、图10B和图10C是根据本发明的一些替代应用的用于与机器人单元20一起使用的无菌盖布102和盖布板104的示意图，该机器人单元20被配置成使工具21在末端执行器30内旋转。通常，盖布板104用作(a)设置在无菌盖布的第一侧上的非无菌区内的臂32(图10A-图10C中未示出)和末端执行器30与(b)设置在无菌盖布的第二侧上的无菌区内的工具安装件92和工具21之间的界面。

对于某些应用，工具马达52(如图10B-图10C所示)设置在非无菌区内的末端执行器30上。工具马达52通常直接驱动运动传动部分106(例如销或轴杆)旋转。运动传动部分被配置成将马达的旋转运动传递到第一齿轮(即正齿轮)54A，并且第一齿轮通过驱动第二齿轮(即正齿轮)54B旋转来驱动工具相对于末端执行器旋转。对于一些应用，第一齿轮设置在盖布板内(例如内置在盖布板中)。如上所述，第二齿轮54B可以内置到工具自身中，或者可以内置到工具套筒23中或联接到工具套筒23。通常，运动传动部分106以这样的方式机械地联接到第一齿轮54A，即使得运动传动部分和第一齿轮54A之间的界面被密封，以便保持无菌区和非无菌区之间的密封(例如，如图10C所示经由O形环108)。因此，在图10A-图10C所示的示例中，工具相对于末端执行器的旋转运动由设置在非无菌区内的马达52产生。由马达产生的旋转运动经由保持非无菌区和无菌区之间的密封的界面传递到工具。

参照图10A，对于一些应用，线性工具马达100设置在非无菌区内。线性工具马达100通常驱动工具致动臂110线性移动。对于这样的应用，工具致动臂110通常设置在非无菌区内，并且被配置成借助于通过无菌盖布102推动工具的一部分(例如注射器的柱塞120)来线性地推动工具的该部分。对于一些应用，无菌盖布的设置在工具致动臂与工具被推动的部分之间的界面处的一部分114被配置成比盖布的其他部分具有更大的刚性和/或耐磨性。例如，粘贴物116可以放置在部分114处，以便相对于无菌盖布的其他部分增强该部分的刚性和/或耐磨性。或者，可以在部分114处(例如，使用热处理或化学处理)处理盖布，以便相对于无菌盖布的其他部分增强该部分的刚性和/或耐磨性。或者，与盖布的其他部分相比，盖布可以在部分114处包括替代或附加材料，以便相对于无菌盖布的其他部分增强该部分的刚性和/或耐磨性。因此，在图10A-图10C所示的示例中，工具的一部分的线性运动由设置在非无菌区内的线性工具马达100产生。由马达产生的线性运动经由盖布传递到工具的该部分，以便保持非无菌区和无菌区之间的密封。

通常，无菌盖布102围绕盖布板104设置并相对于盖布板104密封。通常，盖布板104可联接到末端执行器并且联接到(或可联接到)工具安装件92。当盖布板联接到末端执行器和工具安装件两者时，则臂和末端执行器的移动(在非无菌区内产生的)经由盖布板传递到工具安装件和工具(两者都设置在无菌区内的)。

现在参照图11A和图11B，图11A和图11B是根据本发明的一些应用的无菌盖布102和盖布板104的照片，该无菌盖布102和该盖布板104类似于图10A、图10B和图10C中示意性示出的无菌盖布102和盖布板104。图11A是示出了从无菌区看到的无菌盖布和盖布板的视图的照片。可以观察到，示出了工具安装件92，在所示的示例中，工具安装件92内置在盖布板104中。此外，还示出了粘贴物116。如上所述，粘贴物被配置成放置在无菌盖布的设置在工具致动臂和工具被推动的部分之间的界面处的一部分处，无菌盖布的该部分被配置成比盖布的其他部分具有更大的刚性和/或耐磨性。还可以观察到，盖布102被成形成以便放置在机器人单元的臂上。图11B是示出了从非无菌区看到的无菌盖布和盖布板的视图的照片。如可以观察到的，盖布板的背侧通常被成形为限定壳体122。壳体通常容纳齿轮54A。壳体部分通常被配置成联接到末端执行器30(如图10A所示)，该末端执行器30设置在臂的末端处并支撑工具马达52。例如，壳体部分可以经由弹簧锁机构(snap-lock mechanism)联接到末端执行器。

现在参照图12A和图12B，图12A和图12B是根据本发明的一些另外的替代应用的用于与机器人单元一起使用的无菌盖布124和盖布板126的示意图，其中工具在末端执行器内旋转。如图12A-图12B中所示的装置大体上类似于参照图10A-图10C所示出和描述的装置，但以下差异除外。在图12A-图12B中所示的装置中，工具马达52被配置成驱动蜗轮128线性移动(例如，在上下方向上)，以便驱动齿轮54B(其通常内置到工具21或工具套筒23中或者联接到工具21或工具套筒23)旋转。如参照图10A-图10C所述，通常，工具马达52设置在末端执行器30上，末端执行器30设置在非无菌区内。工具马达52通常直接驱动线性运动传动部分130(例如销或轴杆)线性移动(例如，在上下方向上)。运动传动部分被配置成将马达的线性运动传递到蜗轮128，并且蜗轮通过驱动齿轮(即正齿轮)54B旋转来驱动工具相对于末端执行器旋转。对于一些应用，蜗轮设置在盖布板内(例如，内置到盖布板中)。通常，线性运动传动部分130以这样的方式机械地联接到蜗轮128，即使得线性运动传动部分和蜗轮128之间的界面被密封，以便保持无菌区和非无菌区之间的密封(例如，如图12B所示经由O形环132)。因此，在图12A-图12B中所示的示例中，工具相对于末端执行器的运动由设置在非无菌区内的马达52产生。由马达产生的线性运动经由保持非无菌区和无菌区之间的密封的界面传递到无菌区。然后，将线性运动转换为工具相对于末端执行器的旋转运动。

现在参照图13，图13是根据本发明的一些应用的末端执行器30的示意图，该末端执行器30包括用于线性地推动工具或工具的一部分的工具致动臂110。对于一些应用，工具致动臂被配置成响应于从工具安装件92缩回到给定距离而自动折叠。还参照图14A、图14B和图14C，图14A、图14B和图14C是根据本发明的一些应用的可自动折叠的工具致动臂在其相对于末端执行器的工具保持部分的运动的相应阶段的示意图。如上所述，通常，工具致动臂110被配置成线性地推动工具的一部分(例如注射器的柱塞120)。通常，线性工具马达100通过传动轴杆134(如图13所示)驱动臂线性移动。对于一些应用，工具致动臂被配置成响应于从工具安装件92缩回到给定距离而自动折叠，如从图14A到图14B以及然后从图14B到图14C的过渡所示。以这种方式，工具致动臂可以自动折叠，以便为将较大的工具(例如超声乳化探头)***工具安装件中留出空间，而不需要移除和/或手动折叠工具致动臂。通常，工具致动臂被配置成通过激活自动工具致动臂展开机构(例如弹簧机构)来自动折叠。此外，通常，响应于工具致动臂被移动得较靠近工具安装件，工具致动臂被配置成(例如，经由激活自动工具致动臂展开机构(例如弹簧机构))自动展开。对于一些应用，不是将臂配置成自动折叠，而是将臂配置成以不同的方式移动，以便为将较大的工具(例如超声乳化探头)***工具安装件中留出空间，而不需要移除和/或手动移动工具致动臂。例如，臂可以被配置成例如使用机电致动器、弹簧机构等自动缩回。

注意到，本申请的范围包括将相应图中所示的无菌盖布、盖布板和工具致动臂的元件彼此组合。纯粹作为示例，图13-图14C中所示的工具致动臂可与参照图9-图12B描述的无菌盖布和盖布板的任何一个示例相组合。

尽管参照白内障外科手术描述了本发明的一些应用，但是本申请的范围包括将本文描述的装置和方法经适当修改后应用于其他医疗手术。具体地，本文描述的用于其他医疗手术的装置和方法可以应用于其他显微外科手术，例如普通外科手术、矫形外科手术、妇科外科手术、耳鼻喉科手术、神经外科手术、口腔颌面外科手术、整形外科手术、足病外科手术、血管外科手术、和/或使用显微外科技术执行的儿科外科手术。对于一些这样的应用，成像***包括一个或更多个显微成像单元。

应当注意，本申请的范围包括将本文描述的装置和方法经适当修改后应用于除白内障外科手术以外的眼内手术。这样的手术可包括胶原交联、内皮角膜移植术(例如，DSEK、DMEK、和/或PDEK)、DSO(无移植的角膜后弹力层剥离)、激光辅助角膜移植术、角膜移植术、LASIK/PRK、SMILE、翼状胬肉、眼表癌症治疗、二次IOL植入(缝合、经结膜等)、虹膜修复、IOL复位、IOL置换、浅表角膜切除术、微创青光眼手术(MIGS)、角膜缘干细胞移植、散光性角膜切开术、角膜缘松解切开术(LRI)、羊膜移植(AMT)、青光眼外科手术(例如，小梁切除术(trabs)、导管植入术(tubes)、微创青光眼外科手术)、自动板层角膜移植术(ALK)、前玻璃体切除术、和/或平坦部前玻璃体切除术。

本文描述的发明的应用可以采取可从计算机可用或计算机可读介质(例如，非暂时性计算机可读介质)访问的计算机程序产品的形式，该计算机可用或计算机可读介质提供用于由计算机或任何指令执行***(例如，计算机处理器28)使用或与之结合使用的程序代码。出于此描述的目的，计算机可用或计算机可读介质可以是可包括、存储、传递、传播、或输送用于由指令执行***、装置或设备使用或与之结合使用的程序的任何装置。介质可以是电子介质、磁介质、光介质、电磁介质、红外介质、或半导体***(或装置或设备)或传播介质。通常，计算机可用或计算机可读介质是非暂时性的计算机可用或计算机可读介质。

计算机可读介质的示例包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬度磁盘和光盘。光盘的当前示例包括致密光盘只读存储器(CD-ROM)、致密光盘读/写(CD-R/W)、DVD、和USB驱动器。

适于存储和/或执行程序代码的数据处理***将包括通过***总线直接或间接联接到存储器元件的至少一个处理器(例如，计算机处理器28)。存储器元件可以包括在程序代码的实际执行期间采用的本地存储器、大容量存储装置和高速缓冲存储器，高速缓冲存储器提供至少一些程序代码的临时存储，以便减少在执行期间必须从大容量存储装置检索代码的次数。***可以读取在程序存储设备上的本发明指令，并遵循这些指令来执行本发明的实施例的方法。

网络适配器可以联接到处理器，以使处理器能够通过介入的私有或公共网络联接到其他处理器或远程打印机或存储设备。调制解调器、电缆调制解调器和以太网卡只是目前可用的网络适配器类型中的几种。

用于执行本发明的操作的计算机程序代码可以用一种或更多种编程语言(包括面向对象编程语言(诸如Java、Smalltalk、C++等)以及传统过程编程语言(诸如，C编程语言或类似的编程语言))的任意组合来编写。

将会理解，本文描述的算法可以通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机的处理器、专用计算机的处理器、或用于生产机器的其他可编程数据处理装置的处理器，使得通过计算机的处理器(例如计算机处理器28)或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令产生用于实现在本申请中描述的算法中所指定的功能/动作的手段。这些计算机程序指令还可以被存储在计算机可读介质(例如，非暂时性计算机可读介质)中，该计算机可读介质可以指导计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式起作用，使得存储在计算机可读介质中的指令产生制品，该制品包括实现算法中所指定功能/动作的指令手段。计算机程序指令也可以被加载到计算机或其他可编程数据处理装置上，以使一系列操作步骤在计算机或其他可编程装置上被执行以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现在本申请中描述的算法中所指定的功能/动作的过程。

计算机处理器28通常是用计算机程序指令编程以产生专用计算机的硬件设备。例如，当计算机处理器28被编程为执行参考附图描述的算法时，计算机处理器28通常充当专用机器人***计算机处理器。通常，本文描述的由计算机处理器28执行的操作根据所使用的存储器技术将存储器(该存储器是真实物理物品)的物理状态转换成具有不同的磁极性、电荷等。对于一些应用，被描述为由计算机处理器执行的操作由多个计算机处理器相互组合地执行。

本领域技术人员将认识到，本发明不限于在上文中已具体示出和描述的内容。而是，本发明的保护范围包括在上文中描述的各种特征的组合和子组合，以及本领域技术人员在阅读前面的描述时将会想到的、不在现有技术中的这些特征的变化和修改。

Claims (40)

1.一种用于使用工具在患者身体的一部分上执行手术的装置，所述装置包括：

机器人单元，所述机器人单元包括：

底座；

末端执行器；

工具安装件，所述工具安装件被配置成保持所述工具；

多个多关节臂，所述末端执行器经由所述多个多关节臂联接到所述底座，所述多关节臂中的每一个包括位于所述末端执行器附近的可旋转拱形连杆，所述可旋转拱形连杆被配置成为所述末端执行器围绕与所述工具的纵向轴线不同轴的轴线滚转留出空间。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括一个或更多个臂马达，所述一个或更多个臂马达被配置成移动所述多关节臂，并且所述装置还包括计算机处理器，所述计算机处理器被配置成：

计算所述末端执行器由于所述多关节臂的移动而相对于底座围绕与所述工具的所述纵向轴线不同轴的所述轴线的任何滚转；和

驱动所述一个或更多个臂马达移动所述多关节臂，以便补偿所述末端执行器围绕与所述末端执行器和所述工具的纵向轴线不同轴的所述轴线的滚转，使得所述工具围绕所述工具自身的纵向轴线滚转。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可旋转拱形连杆中的每一个限定凹形曲面，并且其中，所述可旋转拱形连杆被配置成通过旋转来为所述末端执行器的滚转留出空间，使得所述末端执行器变得被接纳所述可旋转拱形连杆的所述凹形曲面中。

4.根据权利要求1所述的装置，还包括末端执行器马达，所述末端执行器马达被配置成直接使所述末端执行器相对于所述底座滚转，其中，所述可旋转拱形连杆被配置成以被动方式旋转，以便为由所述末端执行器马达主动使所述末端执行器滚转留出空间。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，还包括无菌盖布和盖布板，其中，所述盖布板被配置成联接到所述末端执行器，使得所述多关节臂和所述末端执行器被设置在所述无菌盖布的第一侧上的非无菌区中，并且所述工具安装件被设置在所述无菌盖布的第二侧上的无菌区内。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述盖布板被配置成联接到所述末端执行器，使得所述机器人单元的被配置成驱动所述末端执行器移动的所有运动驱动部分被设置在所述无菌盖布的所述第一侧上的所述非无菌区中。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，所述可旋转拱形连杆被配置成旋转以便为所述末端执行器滚转超过180度的角度留出空间。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述可旋转拱形连杆被配置成旋转以便为所述末端执行器滚转超过300度的角度留出空间。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，所述多个多关节臂中的每一个还包括邻近所述可旋转拱形连杆的第一端的第一直连杆和邻近所述可旋转拱形连杆的第二端的第二直连杆，所述末端执行器经由所述第二直连杆联接到所述可旋转拱形连杆，并且其中，所述第二直连杆相对于所述第一直连杆以一定角度设置。

10.根据权利要求9所述的装置，还包括位于所述臂中的至少一个内的马达，所述马达被配置成使所述可旋转拱形连杆相对于所述第一直连杆滚转，其中，所述第一直连杆和所述第二直连杆之间的角度被配置成使得所述可旋转拱形连杆相对于直连杆的滚转导致所述末端执行器的滚转。

11.一种用于使用机器人单元在患者身体的一部分上执行手术的装置，所述机器人单元包括末端执行器和底座、被配置成保持工具的工具安装件、被配置成使所述工具相对于所述末端执行器滚转的工具马达、以及被配置成使所述末端执行器相对于所述底座移动的一个或更多个机器人臂，所述装置包括：

盖布板，所述盖布板被配置成放置在所述工具安装件和所述末端执行器之间；

无菌盖布，所述无菌盖布围绕所述盖布板设置并相对于所述盖布板密封，并且被配置成在所述无菌盖布的第一侧上的非无菌区与所述无菌盖布的第二侧上的无菌区之间形成界面，使得所述工具安装件被设置在所述无菌区内，并且所述一个或更多个机器人臂和所述工具马达被设置在所述非无菌区内；

至少一个齿轮机构，所述至少一个齿轮机构被配置成设置在所述无菌区内并被配置成驱动所述工具相对于所述末端执行器滚转；以及

运动传动部分，所述运动传动部分被配置成将运动从所述工具马达传递到所述至少一个齿轮机构，同时保持所述无菌区和所述非无菌区之间的密封。

12.根据权利要求11所述的装置，还包括至少一个计算机处理器，所述至少一个计算机处理器被配置成：

通过移动所述一个或更多个臂来驱动所述末端执行器相对于所述底座移动，

计算所述末端执行器相对于所述底座发生的任何滚转，以及

驱动所述工具马达以使所述工具相对于所述末端执行器滚转，以便补偿所述末端执行器相对于所述底座发生的任何滚转。

13.根据权利要求11或权利要求12所述的装置，其中，所述运动传动部分包括轴杆，并且所述工具马达被配置成驱动所述轴杆旋转，其中，所述至少一个齿轮机构包括由所述轴杆驱动旋转的第一齿轮和由所述第一轮驱动旋转的第二齿轮。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述轴杆和所述第一齿轮之间的界面被密封，以便保持所述无菌区和所述非无菌区之间的密封。

15.根据权利要求13所述的装置，其中，所述第一齿轮被设置在所述盖布板内。

16.根据权利要求13所述的装置，其中，所述第二齿轮被内置到所述工具中。

17.根据权利要求13所述的装置，还包括被配置成围绕所述工具设置的工具套筒，其中，所述第二齿轮被内置到所述工具套筒中。

18.根据权利要求11或权利要求12所述的装置，其中，所述运动传动部分包括轴杆，并且所述工具马达被配置成驱动所述轴杆旋转，其中，所述至少一个齿轮机构包括由所述轴杆驱动线性移动的蜗轮和由所述第一轮的线性移动驱动旋转的齿轮。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述轴杆和所述蜗轮之间的界面被密封，以便保持所述无菌区和所述非无菌区之间的密封。

20.根据权利要求18所述的装置，其中，所述蜗轮被设置在所述盖布板内。

21.根据权利要求18所述的装置，其中，所述齿轮被内置到所述工具中。

22.根据权利要求18所述的装置，还包括被配置成围绕所述工具设置的工具套筒，其中，所述齿轮被内置到所述工具套筒中。

23.根据权利要求11或权利要求12所述的装置，还包括：

线性工具马达，所述线性工具马达被配置成驱动所述工具的至少一部分相对于所述末端执行器线性移动，

工具致动臂，所述工具致动臂被配置成由所述线性工具马达线性移动，从而使所述工具的至少一部分相对于所述末端执行器线性移动，

其中，所述无菌盖布被配置成形成所述界面，使得所述线性工具马达被设置在所述非无菌区内，并且使得所述工具致动臂被设置在所述非无菌区内。

24.根据权利要求23所述的装置，其中，所述无菌盖布的被配置成设置在所述工具致动臂与所述工具被推动的部分之间的界面处的一部分被配置成比所述盖布的其他部分具有更大的刚性和/或耐磨性。

25.一种用于使用机器人单元在患者身体的一部分上执行手术的装置，所述机器人单元包括末端执行器、被配置成保持工具使得所述工具与所述末端执行器同轴的工具安装件、被配置成驱动所述工具的至少一部分相对于所述末端执行器线性移动的线性工具马达、以及被配置成移动所述末端执行器的一个或更多个机器人臂，所述装置包括：

盖布板，所述盖布板被配置成放置在所述工具安装件和所述末端执行器之间；

无菌盖布，所述无菌盖布围绕所述盖布板设置并相对于所述盖布板密封，并且被配置成在所述无菌盖布的第一侧上的非无菌区与所述无菌盖布的第二侧上的无菌区之间形成界面，使得所述工具安装件设置在所述无菌区内，并且所述一个或更多个机器人臂和所述线性工具马达设置在所述非无菌区内；以及

工具致动臂，所述工具致动臂被配置成设置在所述非无菌区内，并且被配置成由所述线性工具马达线性移动，从而使所述工具的至少一部分相对于所述末端执行器线性移动；

其中，所述无菌盖布的被配置成设置在工具致动臂与所述工具被推动的部分之间的界面处的一部分被配置成比所述盖布的其他部分具有更大的刚性和/或耐磨性。

26.根据权利要求25所述的装置，其中，所述装置包括放置在所述无菌盖布的所述一部分处的粘贴物，所述粘贴物被配置成相对于所述无菌盖布的其他部分增强所述一部分的刚性和/或耐磨性。

27.根据权利要求25所述的装置，其中，对所述无菌盖布的所述一部分进行热处理，以相对于所述无菌盖布的其他部分增强所述一部分的刚性和/或耐磨性。

28.根据权利要求25所述的装置，其中，对所述无菌盖布的所述一部分进行化学处理，以相对于所述无菌盖布的其他部分增强所述一部分的刚性和/或耐磨性。

29.根据权利要求25所述的装置，其中，与所述无菌盖布的其他部分相比，所述无菌盖布的所述一部分包括替代的或附加的材料，以相对于所述无菌盖布的其他部分增强所述一部分的刚性和/或耐磨性。

30.根据权利要求25所述的装置，还包括自动工具致动臂折叠机构，所述自动工具致动臂折叠机构被配置成使所述工具致动臂响应于从所述工具安装件缩回到给定距离而自动折叠。

31.一种用于使用机器人单元在患者身体的一部分上执行手术的装置，所述机器人单元包括末端执行器、被配置成保持工具使得所述工具与所述末端执行器同轴的工具安装件、以及被配置成驱动所述工具的至少一部分相对于所述末端执行器线性移动的线性工具马达，所述装置包括：

工具致动臂，所述工具致动臂被配置成由所述线性工具马达线性移动，从而使所述工具的至少一部分相对于所述末端执行器线性移动；以及

自动工具致动臂折叠机构，所述自动工具致动臂折叠机构被配置成使所述工具致动臂响应于从所述工具安装件缩回到给定距离而自动折叠。

32.根据权利要求31所述的装置，其中，所述自动工具致动臂折叠机构包括弹簧机构。

33.根据权利要求31所述的装置，其中，所述工具包括注射器，所述注射器包括柱塞，并且其中，所述工具致动臂被配置成线性推动所述注射器的所述柱塞。

34.根据权利要求31所述的装置，其中，所述工具致动臂被配置成折叠成使得所述工具安装件能够为大型工具留出空间，而不需要移除和/或手动折叠所述工具致动臂。

35.根据权利要求31所述的装置，其中，所述机器人单元被配置成用于使用包括超声乳化探头的多个工具执行白内障外科手术，并且其中，所述工具致动臂被配置成折叠成使得所述工具安装件能够为所述超声乳化探头留出空间，而不需要移除和/或手动折叠所述工具致动臂。

36.根据权利要求31-35中任一项所述的装置，还包括自动工具致动臂展开机构，所述自动工具致动臂展开机构被配置成使所述工具致动臂响应于所述工具致动臂被移动得较靠近所述工具安装件而自动展开。

37.根据权利要求36所述的装置，其中，所述自动工具致动臂展开机构包括弹簧机构。

38.一种用于使用工具在患者的眼睛上执行手术的装置，所述装置包括：

机器人单元，所述机器人单元包括：

底座；

末端执行器；

工具安装件，所述工具安装件被配置成保持所述工具；

多个多关节臂，所述末端执行器经由所述多个多关节臂联接到所述底座，所述多关节臂被配置成允许所述末端执行器相对于所述底座移动，使得所述末端执行器相对于所述底座滚转；

至少一个臂马达，所述至少一个臂马达被配置成移动所述多关节臂；以及

至少一个工具马达，所述至少一个工具马达被配置成使所述工具围绕所述工具的纵向轴线相对于所述末端执行器旋转；以及

至少一个计算机处理器，所述至少一个计算机处理器被配置成：

通过移动所述多关节臂来驱动所述臂马达以使所述末端执行器相对于所述底座移动，

计算所述末端执行器相对于所述底座发生的任何滚转，以及

驱动所述工具马达使所述工具围绕所述工具自身的纵向轴线滚转，以便补偿所述末端执行器相对于所述底座发生的任何滚转。

39.根据权利要求38所述的装置，其中，所述机器人单元被配置成在所述患者的眼睛上执行白内障手术的至少一部分。

40.根据权利要求38所述的装置，其中，所述机器人单元被配置成用于与不是旋转对称的工具一起使用。