CN118102997A - 手术机器人臂和器械拆卸 - Google Patents

Abstract

一种手术机器人臂包括经由一系列中间关节连接到终端连杆(503)的基座。该终端连杆(503)包括驱动组件接口，该驱动组件接口包括驱动组件接口元件(1101a,b,c)。每个驱动组件接口元件被构造成：当该手术机器人臂接合机器人手术器械时接合该机器人手术器械的器械接口的器械接口元件(901a,b,c)；并且相对于该驱动组件接口移动通过一定运动范围，以便在与该器械接口元件接合时将驱动传递到该器械接口元件。该驱动组件接口元件布置在垂直于该终端连杆的纵向轴线的平面上，使得当每个驱动组件接口元件在其运动范围内的任何位置时，该机器人手术器械能够在平行于该平面的拆卸方向上从该手术机器人臂拆卸。

Description

手术机器人臂和器械拆卸

背景技术

使用机器人来辅助和执行手术是已知的。图1示出了典型的手术机器人***。手术机器人100由基座102、臂104和器械106组成。基座支撑机器人，并且本身可以刚性地附接到例如手术室地面、手术室天花板或推车。臂在基座与器械之间延伸。臂借助于沿其长度的多个柔性关节108而铰接，所述多个柔性关节用于将手术器械相对于患者定位在期望位置。手术器械附接到机器人臂的远端。手术器械在端口处穿透患者的身体，以便进入手术部位。手术器械包括通过关节铰接连接到远侧末端执行器110的轴。末端执行器参与手术程序。在图1中，所示的末端执行器为一对钳口。

外科医生经由远程外科医生控制台112控制手术机器人100。外科医生控制台包括一个或多个外科医生输入装置114。这些可以采用手动控制器或脚踏板的形式。外科医生控制台还包括显示器116。

控制***118将外科医生控制台112连接到手术机器人100。控制***从外科医生输入装置114接收输入并且将这些输入转换成控制信号以移动机器人臂104和器械106的关节。控制***将这些控制信号发送至机器人，其中相应关节相应地被驱动。

末端执行器110的一些移动(例如平移)仅通过铰接机器人臂104被实现。末端执行器110的其它移动，例如改变末端执行器的姿态或打开和关闭末端执行器的钳口，通过铰接所述器械的铰接部中的关节被实现。用于驱动器械的关节的机械驱动在两者之间的接口处从机器人臂传递到器械。

在手术程序过程期间典型地使用数种器械。期望器械能够容易地从机器人臂拆卸并且附接到机器人臂，以便于在手术中途将机器人臂上的一个器械更换成另一个器械。典型地，通过首先将机器人臂移动远离患者以便沿着器械的轴的方向从手术部位撤回器械并离开患者的身体来执行器械的更换。一旦器械位于患者体外，就可以将其从机器人臂手动地拆卸。机器人臂和/或器械可能需要采用拆卸构型，以便使它们能够拆卸。从机器人臂拆卸器械可能需要器械在其可以从机器人臂释放之前沿着机器人臂的末端的纵向轴线远离机器人臂移动。当器械位于患者体外时，这种要求是不合理的。然而，在机器人臂出现***故障或电源故障/中断的情况下，可能无法自动地控制机器人臂移动以便从患者体内取出器械，或者无法自动地控制机器人臂和/或器械以采用拆卸构型。因此，作为一种安全措施，期望能够在器械位于手术部位处时将器械从机器人臂安全地手动地拆卸。因此，机器人臂/器械接口的目的是使器械能够在器械位于手术部位处时从机器人臂安全地手动地拆卸。

机器人臂/器械接口的另一个目的是以机械稳健的方式提供从机器人臂到器械的机械驱动，该机械稳健的方式有效地将力从臂传递到器械。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种手术机器人臂，包括：

终端连杆，所述终端连杆包括驱动组件接口，所述驱动组件接口包括驱动组件接口元件，每个驱动组件接口元件被构造成：

当所述手术机器人臂接合机器人手术器械时接合所述机器人手术器械的器械接口的器械接口元件；并且

相对于所述驱动组件接口移动通过一定运动范围，以便在与所述器械接口元件接合时将驱动传递到所述器械接口元件；

其中所述驱动组件接口元件布置在垂直于所述终端连杆的纵向轴线的平面上，使得所述机器人手术器械能够在平行于所述平面的拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸。

驱动组件接口元件可以布置在垂直于终端连杆的纵向轴线的平面上，使得机器人手术器械可从手术机器人臂拆卸，而无需使器械接口元件相对于器械移动。

驱动组件接口元件可以布置在垂直于终端连杆的纵向轴线的平面上，使得当每个驱动组件接口元件在其运动范围内的任何位置时，机器人手术器械可在平行于该平面的拆卸方向上从手术机器人臂拆卸，而无需首先使机器人手术器械相对于手术机器人臂在与终端连杆的纵向轴线平行的方向上移动超过最大量。

所述最大量可以是：(i)零，或(ii)非零量，该非零量足够小以避免对患者造成伤害，但足够大以使驱动组件接口元件从器械接口元件脱离，从而允许机器人手术器械在拆卸方向上从手术机器人臂拆卸。

每个驱动组件接口元件可以被构造成相对于驱动组件接口沿终端连杆的纵向轴线或平行于终端连杆的纵向轴线移动。

每个驱动组件接口元件可以被构造成相对于驱动组件接口在垂直于终端连杆的纵向轴线的方向上移动。

驱动组件接口元件可以被构造成彼此平行移动。

每个驱动组件接口元件可以被构造成相对于驱动组件接口在垂直于拆卸方向的方向上移动。

每个驱动组件接口元件的运动范围在垂直于拆卸方向的方向上可能不与另一驱动组件接口元件的运动范围重叠。

每个驱动组件接口元件可以被构造成在垂直于终端连杆的纵向轴线的位置中接合其相应的器械接口元件，该位置偏离其它驱动组件接口元件被构造成接合其相应的器械接口元件的位置。

驱动组件接口元件可以被构造成相对于彼此在非平行方向上移动。

驱动组件接口元件可以被构造成在垂直于终端连杆的纵向轴线的同一平面上移动。

驱动组件接口元件可以在垂直于终端连杆的纵向轴线的所述平面上呈阶梯状布置，其中驱动组件接口元件可以被构造成在垂直于终端连杆的纵向轴线的非重叠平面中移动。

驱动组件接口元件中的每个驱动组件接口元件可以被构造成围绕平行于终端连杆的纵向轴线的相应轴线旋转。

手术机器人臂可以被构造成当机器人手术器械要从手术机器人臂拆卸时，将驱动组件接口元件驱动到其运动范围内的特定构型，在该特定构型中，机器人手术器械能够在拆卸方向上从手术机器人臂拆卸。

驱动组件接口还可以包括突起，该突起被构造成与器械接口上的对应突起互锁并且允许器械在与终端连杆的纵向轴线平行的方向上移动小的可允许量，该小的可允许量足够小以避免对患者造成伤害，但足够大以使驱动组件接口元件从器械接口元件脱离，从而允许机器人手术器械在拆卸方向上从手术机器人臂拆卸。

手术机器人臂还可以包括经由一系列中间关节连接到终端连杆的基座。

根据本发明的另一方面，提供了一种机器人手术器械，包括：

轴；

驱动元件，所述驱动元件延伸穿过所述轴以用于驱动位于所述轴的远端处的铰接部以铰接末端执行器；以及

器械接口，所述器械接口位于所述轴的近端处，所述器械接口包括器械接口元件，每个器械接口元件附接到所述驱动元件中的一个驱动元件并且被构造成：

当所述机器人手术器械接合手术机器人臂时接合所述手术机器人臂的驱动组件接口的驱动组件接口元件；并且

相对于所述器械接口移动通过一定运动范围，以便在与所述驱动组件接口元件接合时将驱动从所述驱动组件接口元件传递到所附接的驱动元件；

其中所述器械接口元件布置在垂直于所述轴的纵向轴线的平面上，使得所述机器人手术器械能够在平行于所述平面的拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸。

器械接口元件可以布置在垂直于轴的纵向轴线的平面上，使得机器人手术器械可从手术机器人臂拆卸，而无需使器械接口元件相对于器械移动。

器械接口元件可以布置在垂直于轴的纵向轴线的平面上，使得当每个器械接口元件在其运动范围内的任何位置时，机器人手术器械可在平行于该平面的拆卸方向上从手术机器人臂拆卸，而无需首先使机器人手术器械相对于手术机器人臂在与轴的纵向轴线平行的方向上移动超过最大量。

所述最大量可以是：(i)零，或(ii)非零量，该非零量足够小以避免对患者造成伤害，但足够大以使驱动组件接口元件从器械接口元件脱离，从而允许机器人手术器械在拆卸方向上从手术机器人臂拆卸。

每个器械接口元件可以被构造成相对于器械接口沿轴的纵向轴线或平行于轴的纵向轴线移动。

每个器械接口元件可以被构造成相对于器械接口在垂直于轴的纵向轴线的方向上移动。

器械接口元件可以被构造成彼此平行移动。

每个器械接口元件可以被构造成相对于器械接口在垂直于拆卸方向的方向上移动。

每个器械接口元件的运动范围在垂直于拆卸方向的方向上可能不与另一器械接口元件的运动范围重叠。

每个器械接口元件可以被构造成在垂直于轴的纵向轴线的位置中接合其相应的驱动组件接口元件，该位置偏离其它器械接口元件被构造成接合其相应的驱动组件接口元件的位置。

器械接口元件可以被构造成相对于彼此在非平行方向上移动。

器械接口元件可以被构造成在垂直于轴的纵向轴线的同一平面上移动。

器械接口元件可以在垂直于轴的纵向轴线的所述平面上呈阶梯状布置，并且其中器械接口元件可以被构造成在垂直于轴的纵向轴线的非重叠平面中移动。

器械接口元件中的每个器械接口元件可以被构造成围绕平行于轴的纵向轴线的相应轴线旋转。

器械接口元件可以被布置成当机器人手术器械要从手术机器人臂拆卸时被驱动到其运动范围内的特定构型，在该特定构型中，机器人手术器械可在拆卸方向上从手术机器人臂拆卸。

器械接口还可以包括突起，该突起被构造成与驱动组件接口上的对应突起互锁并且允许器械在与轴的纵向轴线平行的方向上移动小的可允许量，该小的可允许量足够小以避免对患者造成伤害，但足够大以使器械接口元件从驱动组件接口元件脱离，从而允许机器人手术器械在拆卸方向上从手术机器人臂拆卸。

附图说明

现在将参考附图以举例的方式描述本发明。在附图中：

图1示出了用于执行手术程序的手术机器人***；

图2示出了手术机器人；

图3示出了示例性手术器械；

图4a和图4b示出了示例性手术器械的远端；

图5示出了具有布置在平行于机器人臂的终端连杆的纵向轴线的平面中的驱动组件接口元件的驱动组件接口；

图6示出了被构造成接合图5的驱动组件接口的器械接口；

图7示出了具有布置在垂直于机器人臂的终端连杆的纵向轴线的平面中的驱动组件接口元件的驱动组件接口；

图8示出了被构造成接合图7的驱动组件接口的器械接口；

图9示出了被构造成接合图11的驱动组件接口的器械接口；

图10示出了被构造成散布图9的器械接口和图11的驱动组件接口的无菌屏障；

图11示出了具有在垂直于机器人臂的终端连杆的纵向轴线的平面中布置和可移动的驱动组件接口元件的驱动组件接口；

图12示出了图9的器械接口、图10的无菌屏障和图11的驱动组件接口在接合在一起时的组合；

图13示出了具有在垂直于机器人臂的终端连杆的纵向轴线的平面中以非重叠构型布置的驱动组件接口元件的驱动组件接口；

图14示出了具有被设置成在垂直于机器人臂的终端连杆的纵向轴线的平面中在非平行方向上移动的驱动组件接口元件的驱动组件接口；

图15示出了机器人臂的终端连杆的驱动组件接口的透视图；

图16示出了图15中所示的驱动组件接口的前视图；

图17示出了图15中所示的驱动组件接口连接到器械的器械接口的第一剖视图；

图18示出了图15中所示的驱动组件接口连接到器械的器械接口的第二剖视图；并且

图19示出了图15中所示的驱动组件接口连接到器械的器械接口的第三剖视图。

具体实施方式

下文描述了手术机器人臂与手术器械之间的示例接口。手术机器人臂和手术器械形成图1所示类型的手术机器人***的一部分。

图2示出了示例机器人200。机器人包括基座201，当正在执行手术程序时，所述基座固定在适当位置。适当地，基座201安装到底盘。底盘可以是推车，例如用于以床高度安装机器人的床边推车。替代地，底盘可以是安装在天花板上的装置或安装在床上的装置。

机器人臂202从机器人的基座201延伸到终端连杆203，手术器械204可以附接到终端连杆。臂是柔性的。它借助于沿着其长度的多个柔性关节205来铰接。在关节之间是刚性臂连杆206。图2中的臂具有八个关节。该关节包括一个或多个滚动关节(其沿着臂构件的纵向方向在关节的任一侧上具有旋转轴线)、一个或多个俯仰关节(其具有横向于前一臂构件的纵向方向的旋转轴线)和一个或多个偏转关节(其还具有横向于前一臂构件的纵向方向并且还横向于共同定位的俯仰关节的旋转轴线)。在图2的例子中，关节205a、205c、205e和205h是滚动关节；关节205b、205d和205f是俯仰关节；并且关节205g是偏转关节。俯仰关节205f和偏转关节205g具有相交的旋转轴线。从基座201到机器人臂的终端连杆203的关节的顺序因此是：滚动、俯仰、滚动、俯仰、滚动、俯仰、偏转、滚动。然而，臂可以不同地连接。例如，臂可以具有少于八个或多于八个关节。臂可以包括允许除了在关节的相应侧之间旋转之外的运动的关节，例如伸缩关节。机器人包括一组驱动器207。每个驱动器207具有马达，该马达驱动关节205中的一个或多个。机器人臂的终端连杆203包括驱动组件，该驱动组件用于接口连接和驱动手术器械。驱动组件将在下文被更详细地描述。

图3示出了手术器械204。手术器械具有细长轮廓，其中轴301横跨在其近端和其远端之间，所述近端附接到机器人臂，所述远端接近患者体内的手术部位。适当地，轴是刚性的。轴可以是直的。手术器械的近端和器械轴可以相对于彼此刚性，并且在附接到机器人臂的远端时相对于机器人臂的远端刚性。在器械的近端处，轴301连接到器械接口302。如下面将更详细地描述的，器械接口与机器人臂的远端处的驱动组件接口接合。在手术器械的远端处，轴的远端通过铰接部304连接到末端执行器303。末端执行器303在手术部位处参与手术程序。末端执行器可以采用任何合适的形式。例如，末端执行器可以是一对弯曲剪刀、诸如一对单极剪刀的电手术器械、持针器、一对钳口或有孔抓持器。

在手术机器人***的设置期间，可以确定虚拟枢转点。虚拟枢转点是当具有刚性轴的器械在患者体内移动时该器械的自然旋转中心。换句话说，虚拟枢转点是当手术机器人臂的构型在患者体内的端口内时改变时手术器械围绕其枢转的支点。例如，端口可以***患者的腹壁中，其中端口的长度可以在2cm至10cm的范围内。在该例子中，器械通过端口***患者体内，并且虚拟枢转点沿端口的长度设置。虚拟枢转点的确切位置取决于患者的解剖结构，并且因此因患者而异。

图4a和图4b示出了具有作为末端执行器303的一对钳口的示例性器械的远端。轴301通过铰接部304连接到末端执行器303。铰接部304包括数个关节。这些关节使得末端执行器的姿态能够相对于器械轴的方向改变。尽管图4a和4b中未示出，但末端执行器也可以包括关节。在图4a和4b的例子中，铰接部304包括俯仰关节401。俯仰关节401围绕俯仰轴线402旋转，该俯仰轴线垂直于轴301的纵向轴线403。俯仰关节401允许支撑体404(下文描述)且因此允许末端执行器303围绕俯仰轴线402相对于轴旋转。在图4a和4b的例子中，铰接部也包括第一偏转关节405和第二偏转关节407。第一偏转关节405围绕第一偏转轴线406旋转。第二偏转关节407围绕第二偏转轴线408旋转。偏转轴线406和408都垂直于俯仰轴线402。偏转轴线406和408可以是平行的。偏转轴线406和408可以是共线的。铰接部304包括支撑体404。在一端，支撑体404通过俯仰关节401连接到轴301。在其另一端，支撑体404通过偏转关节405和407连接到末端执行器303。为了便于图示，图4a省略了这种支撑体以便使得铰接部的其它结构能够被更容易地看到。

所示的末端执行器303包括两个末端执行器元件409、410。替代地，末端执行器可具有单个末端执行器元件。图4a和4b中所示的末端执行器元件409、410是相对的钳口。然而，末端执行器元件可以是任何类型的相对末端执行器元件。第一偏转关节405与第一末端执行器元件409固定并且允许第一末端执行器元件409围绕第一偏转轴线406相对于支撑体404和俯仰关节401旋转。第二偏转关节407与第二末端执行器元件410固定并且允许第二末端执行器元件410围绕第二偏转轴线408相对于支撑体404和俯仰关节401旋转。在图4a和4b中，末端执行器元件409、410以其中钳口邻接的闭合配置示出。

图4a和图4b中所示的关节由成对的驱动元件驱动。这些驱动元件从器械接口穿过轴延伸到铰接部。驱动元件是细长的。驱动元件横向于其纵向范围是柔性的。驱动元件抵抗沿其纵向范围的压力和/或张力。第一对驱动元件A1、A2被约束成围绕第一偏转关节405移动。驱动元件A1、A2驱动第一末端执行器元件409围绕第一偏转轴线406旋转。图4a和4b示出了第二对驱动元件B1、B2，其被约束成围绕第二偏转关节407移动。驱动元件B1、B2驱动第二末端执行器元件410围绕第二偏转轴线408旋转。图4a和4b也示出了第三对驱动元件C1、C2，其被约束成围绕俯仰关节401移动。驱动元件C1、C2驱动末端执行器303围绕俯仰轴线402旋转。通过将张力施加到驱动元件C1和/或C2，末端执行器303可以绕俯仰轴线402旋转。俯仰关节401和偏转关节405、407由其相应的驱动元件独立地驱动。在图4a和图4b的例子中，存在驱动铰接部的关节的三对驱动元件。在替代例子中，可以仅存在驱动铰接部的关节的两对驱动元件。

现在将描述若干组可接合器械接口和驱动组件接口例子。所述驱动组件接口中的每个驱动组件接口适于附接到上述机器人臂的末端，并且适于经由所述器械中的每个器械与对应的器械接口的接合来驱动所述器械中的每个器械。所述器械接口中的每个器械接口适于附接到本文所述的器械中的任一个的近端，并且适于在其自身经由其与对应的驱动组件接口的接合而被驱动时经由所述驱动元件来驱动器械的末端执行器的铰接部。

图5和图6示出了第一可接合器械接口302和驱动组件接口501组。器械接口302和驱动组件接口501组的覆盖件未在图5和图6中示出。如图5中所示，驱动组件接口附接到机器人臂的终端连杆503。驱动组件接口501包括多个驱动组件接口元件502a、502b、502c。图5示出了三个驱动组件接口元件。这些驱动组件接口元件都位于平行于机器人臂的终端连杆的纵向轴线504的同一平面内。每个驱动组件接口元件可在驱动组件接口内移动。每个驱动组件接口元件可平行于机器人臂的终端连杆的纵向轴线移位。在该例子中，每个驱动组件接口元件沿其运动范围由与其螺纹接合的导螺杆驱动。每个导螺杆又由机器人臂中的马达驱动。因此，每个驱动组件接口元件在平行于机器人臂的终端连杆的纵向轴线504的同一平面内平行于其它驱动组件接口元件移动。

图6示出了被构造成与图5的驱动组件接口接合的器械接口302。器械接口302附接到器械的轴301。器械接口302包括多个器械接口元件601a、601b、601c。图6示出了三个器械接口元件。每个器械接口元件附接到一对驱动元件A1、A2、B1、B2、C1、C2(但是应注意，驱动元件B2在图6中不可见)。器械接口元件601a、601b、601c都位于平行于器械的轴301的纵向轴线403的同一平面内。每个器械接口元件可在器械接口内移动。每个器械接口元件可平行于器械轴的纵向轴线移位，从而使附接的驱动元件移位。每个器械接口元件在平行于器械的轴301的纵向轴线403的同一平面内平行于其它器械接口元件移动。

具有图6的器械接口的机器人手术器械在垂直于机器人臂的终端连杆504和器械轴403的纵向轴线的方向Y上接合具有图5的驱动组件接口的手术机器人臂。当机器人臂和器械接合时，机器人臂的终端连杆504的纵向轴线平行于器械轴的纵向轴线403。机器人臂的终端连杆504的纵向轴线可以与器械轴的纵向轴线403对准。当机器人手术器械接合手术机器人臂时，器械接口元件601a接合驱动组件接口元件502a，器械接口元件601b接合驱动组件接口元件502b，并且器械接口元件601c接合驱动组件接口元件502c。当每个驱动组件接口元件在其运动范围内相对于驱动组件接口移动时，该驱动组件接口元件将驱动传递给与其接合的器械接口元件。因此，该器械接口元件在其运动范围内相对于器械接口移动，从而将驱动传递到其附接的一对驱动元件。

在图5和图6的例子中，驱动组件接口元件布置在垂直于器械/机器人臂接合/脱离的方向Y的同一XZ平面中。类似地，器械接口元件布置在垂直于器械/机器人臂接合/脱离的方向Y的同一XZ平面中。这使得器械能够独立于每个器械接口元件/驱动组件接口元件在其运动范围内的位置而从机器人臂拆卸。因此，机器人臂和器械都不需要采用特定的拆卸构型来使机器人臂和器械能够拆卸。此外，不需要移动器械接口元件或驱动组件接口元件来使机器人臂和器械能够拆卸。当器械(经由驱动组件接口和器械接口)附接到臂时，锁定机构(例如闩锁、螺钉等)可以用于维持驱动组件接口与器械接口之间的接合。用户能够接合锁定机构和脱离锁定机构。当器械要从臂拆卸时，用户例如通过按压弹性闩锁来使锁定机构脱离，使得然后可以通过在拆卸方向上(即在Y方向上)移动器械而将器械从臂拆卸。

然而，图5的每个驱动组件接口元件的运动范围平行于机器人臂的终端连杆的纵向轴线。因此，图5的驱动组件接口在机器人臂的终端连杆的纵向轴线的方向上的长度足以在驱动组件接口元件的运动范围内驱动该驱动组件接口元件。机器人臂越长，沿其长度所需的刚度以及因此重量也越大，以在所附接的器械的末端执行器处提供所需的运动精度。因此，期望减小驱动组件接口在机器人臂的终端连杆的纵向轴线的方向上的长度。此外，减小驱动组件的长度意味着臂的腕关节(例如关节205f和205g)可以定位成更靠近手术部位(即更靠近虚拟枢转点)，这有利于增加机器人的工作空间和可操纵性。如上所述，器械围绕虚拟枢转点枢转，该虚拟枢转点约束臂的移动。

在对图5和图6的例子的修改中，驱动组件接口元件可以位于彼此平行且平行于XZ平面的不同平面中。在该修改例子中，器械接口元件也将位于彼此平行且平行于XZ平面的不同平面中。器械接口元件的平面将与驱动组件接口元件的平面互补，使得当器械与机器人臂接合时，每个对应的器械接口元件和驱动组件接口元件对彼此接合，使得驱动组件接口元件可以沿平行于机器人臂的终端连杆的纵向轴线和平行于器械轴的纵向轴线的方向将驱动传递到器械接口元件。在该修改例子中，器械仍然在垂直于机器人臂的终端连杆和器械轴的纵向轴线的方向Y上从机器人臂拆卸。驱动组件接口元件和器械接口元件仍然分布在XZ平面上，使得当每个单独的驱动组件接口元件/器械接口元件在其运动范围内的任何位置时，器械可以从机器人臂拆卸。因此，机器人臂和器械都不需要采用特定的拆卸构型来使机器人臂和器械能够拆卸。此外，当将器械从机器人臂拆卸时，任何驱动组件接口元件或器械接口元件都不需要移动。换句话说，在不移动器械接口元件的情况下，器械是可拆卸的。因此，当将器械从机器人臂拆卸时，没有将驱动传递到末端执行器，并且因此当将器械从机器人臂拆卸时，末端执行器不会移动。

可接合器械接口和驱动组件接口的以下例子各自具有布置在垂直于机器人臂的终端连杆的纵向轴线的平面上的驱动组件接口元件以及布置在垂直于器械轴的纵向轴线的一个或多个平面上的器械接口元件。每个器械在垂直于机器人臂的终端连杆和器械轴的纵向轴线的方向上从机器人臂拆卸。因此，驱动组件接口元件布置在平行于器械和机器人臂的拆卸方向的平面上。类似地，器械接口元件布置在平行于器械和机器人臂的拆卸方向的平面上。

图7和图8示出了另一可接合器械接口302和驱动组件接口501组。如图7中所示，驱动组件接口附接到机器人臂的终端连杆503。驱动组件接口501包括多个驱动组件接口元件701a、701b、701c、701d。图7示出了四个驱动组件接口元件。这些驱动组件接口元件都位于垂直于机器人臂的终端连杆的纵向轴线504的同一平面内。这是图7中所示的XY平面，其中Z是机器人臂的终端连杆的纵向轴线504的方向。驱动组件接口元件分布在XY平面上，使得存在两个上驱动组件接口元件701a、701b和两个下驱动组件接口元件701c、701d。每个驱动组件接口元件可在驱动组件接口内移动。每个驱动组件接口元件是推杆，该推杆可平行于机器人臂的终端连杆的纵向轴线504移位。每个推杆沿其运动范围由机器人臂中的马达驱动。因此，每个驱动组件接口元件在垂直于所有驱动组件接口元件所在的XY平面的方向上平行于其它驱动组件接口元件移动。

图8示出了被构造成与图7的驱动组件接口接合的器械接口302。器械接口302附接到器械的轴301。器械接口302包括多个器械接口元件801a、801b、801c、801d。图8示出了四个器械接口元件。每个器械接口元件附接到用于驱动器械的铰接部的一个或多个关节的驱动元件。器械接口元件801a、801b、801c、801d都位于垂直于器械的轴301的纵向轴线403的同一平面内。器械接口元件分布在XY平面上，使得存在两个上器械接口元件801a、801b和两个下器械接口元件801c、801d。每个器械接口元件可在器械接口内移动。每个器械接口元件可平行于器械轴的纵向轴线移位，从而使附接的驱动元件移位。每个器械接口元件在垂直于所有器械接口元件所在的XY平面的方向上平行于其它器械接口元件移动。在图8中，器械接口元件是推杆。

具有图8的器械接口的机器人手术器械在垂直于机器人臂的终端连杆504和器械轴403的纵向轴线的方向Y上接合具有图7的驱动组件接口的手术机器人臂。当机器人臂和器械接合时，机器人臂的终端连杆504的纵向轴线平行于器械轴的纵向轴线403。机器人臂的终端连杆504的纵向轴线可以与器械轴的纵向轴线403对准。器械接口元件在XY平面中在器械接口上的布置与驱动组件接口元件在XY平面中在驱动组件接口上的布置相匹配。因此，当机器人手术器械接合手术机器人臂时，器械接口元件801a接合驱动组件接口元件701a，器械接口元件801b接合驱动组件接口元件701b，器械接口元件801c接合驱动组件接口元件701c，并且器械接口元件801d接合驱动组件接口元件701d。具体地，驱动组件接口的每个推杆的暴露端接触器械接口的对应推杆的暴露端。这种接触使得驱动组件接口的推杆与器械接口的推杆对准。因此，它们处于驱动接合，使得当驱动组件接口的推杆在其运动范围内相对于驱动组件接口被推动时，该推杆推动与其接合的器械接口的推杆。这提供了从机器人臂到器械的有效和直接的力传递。因此，器械接口的推杆在其运动范围内相对于器械接口移动，从而将驱动传递到其附接的驱动元件。

在图7和图8的例子中，驱动组件接口元件布置在平行于器械/机器人臂接合/脱离的方向Y的同一XY平面中。类似地，器械接口元件布置在平行于器械/机器人臂接合/脱离的方向Y的同一XY平面中。驱动组件接口元件分布在X方向上，即垂直于拆卸方向Y和机器人臂的终端连杆的纵向轴线504Z两者，使得该驱动组件接口元件在X方向上不重叠。换句话说，驱动组件接口元件被布置成使得当沿拆卸方向Y观察时，该驱动组件接口元件看起来不重叠。换句话说，驱动组件接口元件的位置在X方向上具有不重叠分量。类似地，器械接口元件分布在X方向上，即垂直于拆卸方向Y和器械轴的纵向轴线403Z两者，使得该器械接口元件在X方向上不重叠。换句话说，器械接口元件被布置成使得当沿拆卸方向Y观察时，该器械接口元件看起来不重叠。换句话说，器械接口元件的位置在X方向上具有不重叠分量。这确保了无论每个单独的驱动组件接口元件和器械接口元件在其运动范围内的任何位置，都可以通过使器械相对于臂在拆卸方向Y上移动而将器械从机器人臂拆卸。换句话说，器械可以独立于每个器械接口元件/驱动组件接口元件在其运动范围内的位置而从机器人臂拆卸。因此，机器人臂和器械都不需要采用特定的拆卸构型来使机器人臂和器械能够拆卸。此外，不需要移动器械接口元件或驱动组件接口元件来使器械能够从机器人臂拆卸。

图9和图11示出了另一可接合器械接口302和驱动组件接口501组。图10示出了无菌屏障，该无菌屏障装配在图9中所示的器械接口与图11中所示的驱动组件接口之间以将无菌器械与非无菌机器人臂隔离。驱动组件接口附接到机器人臂的终端连杆503。驱动组件接口501包括多个驱动组件接口元件1101a、1101b、1101c。图11示出了三个驱动组件接口元件。这些驱动组件接口元件以阶梯状构型位于垂直于机器人臂的终端连杆的纵向轴线504的平面上。这是图11中所示的XY平面，其中Z是机器人臂的终端连杆的纵向轴线504的方向，而Y是器械和机器人臂拆卸方向。驱动组件接口元件以叠堆构型分布在XY平面上。它们在Y方向上彼此偏移。当驱动组件接口元件各自处于其运动范围的中心处时，它们在X方向上对准。

图11的每个驱动组件接口元件可在驱动组件接口内移动。每个驱动组件接口元件相对于驱动组件接口在垂直于终端连杆504的纵向轴线的方向上移动，即在所有驱动组件接口元件所在的XY平面中移动。每个驱动组件接口元件相对于驱动组件接口在垂直于拆卸方向Y的方向上移动。换句话说，每个驱动组件接口元件在X方向上移动。每个驱动组件接口元件平行于其它驱动组件接口元件移动。驱动组件接口元件可以通过任何合适的方式被驱动以在X方向上沿其运动范围移位。图11示出了由齿条和小齿轮驱动器驱动的每个驱动组件接口元件。每个驱动组件接口元件1101a、1101b、1101c固定地附接到驱动组件中的相应齿条1102a、1102b、1102c。每个齿条沿X方向延伸。每个齿条1102a、1102b、1102c接合相应小齿轮1103a、1103b、1103c。每个小齿轮通过由机器人臂中的马达驱动的驱动轴旋转。小齿轮的旋转使齿条在X方向上线性地移动，从而使驱动组件接口元件在X方向上线性地移位。

图11的驱动组件接口元件终止于沿机器人臂的终端连杆的纵向轴线504的方向的不同位置处。在图12中更容易看到该阶梯状构型，该图示出了当三个部件都接合在一起时驱动组件接口、无菌屏障和器械接口的剖面。驱动组件接口元件1101a终止于沿纵向轴线504的方向的位置u处，驱动组件接口元件1101b终止于沿纵向轴线504的方向的位置v处，并且驱动组件接口元件1101c终止于沿纵向轴线504的方向的位置w处。u、v和w都沿纵向轴线504的方向间隔开。

图9示出了被构造成经由图10的无菌屏障与图11的驱动组件接口接合的器械接口302。器械接口302附接到器械的轴301(参见图12)。器械接口302包括多个器械接口元件901a、901b、901c。图9示出了三个器械接口元件。每个器械接口元件附接到用于驱动器械的铰接部的一个或多个关节的驱动元件902a、902b、902c。器械接口元件901a、901b、901c位于垂直于器械的轴301的纵向轴线403的平行平面中。换句话说，器械接口元件沿器械轴的纵向轴线403的Z方向间隔开。在图12中更容易看到该阶梯状构型。器械接口元件可以被认为是在垂直于器械的轴的纵向轴线403的平面(由图12中的虚线1202指示)上呈阶梯状布置，使得器械接口元件(901a、901b、901c)中的每个器械接口元件在Z方向上从平面1202移位相应的移位量。器械接口元件的Y分量值越大，移位量就越大。特别地，具有最小Y分量值的器械接口元件901c在沿负Z方向的方向上从平面1202移位第一移位量；具有中间Y分量值的器械接口元件901b在沿负Z方向的方向上从平面1202移位第二移位量，其中第二移位量大于第一移位量；并且具有最大Y分量值的器械接口元件901a在沿负Z方向的方向上从平面1202移位第三移位量，其中第三移位量大于第二移位量。以这种方式，器械接口元件在器械和机器人臂的拆卸方向Y上以叠堆构型分布。它们在Y方向上彼此偏移。当器械接口元件各自处于其运动范围内的特定位置处时，它们在垂直于X方向的方向上对准。当器械接口元件各自处于其运动范围内的特定位置处时，它们在X方向上对准(即它们的位置在X方向上具有相同的分量)，使得它们都位于垂直于X方向的同一平面(即平行于YZ平面的平面)中。例如，器械接口元件的运动范围内的特定位置可以是其运动范围的中心。在其它例子中，器械接口元件的运动范围内的特定位置可以与器械接口元件的行程限制相距不同的距离。应注意，对准方向可以表示为与三个器械接口元件的任何部分(例如中心)相交的直线。当器械接口元件都处于特定位置时，末端执行器也可以处于直线构型。这可能是有用的，因为它可以允许用户通过仅查看末端执行器来确定接口是否处于用于将器械从臂拆卸(或附接到臂)的大致正确构型。这允许通过拉直末端执行器将接口元件定位成大致正确构型。此外，末端执行器可以更容易(或可能需要)是直的，以便器械通过端口回缩。在这种情况下，控制***可以执行(仅)一次拉直操作在器械通过端口回缩之前拉直末端执行器，这也将把接口元件设定为正确构型，以便器械从臂拆卸。

图9的每个器械接口元件可在器械接口内移动。每个器械接口元件可沿X方向垂直于器械轴的纵向轴线移位，从而使其附接的驱动元件移位。所附接的驱动元件还在垂直于器械轴的纵向轴线的方向上沿X方向移位，在该方向上所附接的驱动元件附接到器械接口元件。然后，所附接的驱动元件通过一组一个或多个滑轮903沿着器械轴301向下行进。每个器械接口元件在X方向上平行于其它器械接口元件移动。器械接口元件在垂直于轴的纵向轴线的非重叠平面中移动。

具有图9的器械接口的机器人手术器械在垂直于机器人臂的终端连杆504和器械轴403的纵向轴线的方向Y上接合具有图11的驱动组件接口的手术机器人臂。当机器人臂和器械接合时，机器人臂的终端连杆504的纵向轴线平行于器械轴的纵向轴线403。机器人臂的终端连杆504的纵向轴线可以与器械轴的纵向轴线403对准。驱动组件接口元件(当各自位于其运动范围的中心处时)在XY平面中的驱动组件接口上的分布与器械接口元件(当各自位于其运动范围的中心处时)在XY平面中的器械接口上的分布相匹配。

为了接合手术器械和机器人臂，首先，将无菌屏障1000接合在驱动组件接口501上方。如图12中所示，每个驱动组件接口元件1101a、1101b、1101c***无菌屏障的一侧上的相应杯1002a、1002b、1002c中。每个器械接口元件901a、901b、901c接合在无菌屏障的相对侧上的相应保持器1001a、1001b、1001c中。因此，当机器人手术器械经由无菌屏障接合手术机器人臂时，器械接口元件901a经由无菌屏障的保持器1001a和杯1002a接合驱动组件接口元件1101a，器械接口元件901b经由无菌屏障的保持器1001b和杯1002b接合驱动组件接口元件1101b，并且器械接口元件901c经由无菌屏障的保持器1001c和杯1002c接合驱动组件接口元件1101c。驱动组件接口元件可以被认为是在垂直于机器人臂的终端连杆504的纵向轴线403的平面(由图12中的虚线1204指示)上呈阶梯状布置，使得驱动组件接口元件(1101a、1101b、1101c)中的每个驱动组件接口元件在Z方向上从平面1204移位相应的移位量。驱动组件接口元件的Y分量值越大，移位量就越小。特别地，具有最小Y分量值的驱动组件接口元件1101c在沿正Z方向的方向上从平面1204移位第一移位量；具有中间Y分量值的驱动组件接口元件1101b在沿正Z方向的方向上从平面1204移位第二移位量，其中第二移位量小于第一移位量；并且具有最大Y分量值的驱动组件接口元件1101a在沿正Z方向的方向上从平面1204移位第三移位量，其中第三移位量小于第二移位量。驱动组件接口元件沿X方向的间距与器械接口元件沿X方向的间距相匹配。因此，当器械与机器人臂接合时，每个驱动组件接口元件与其对应的器械接口元件驱动接合。无菌屏障的每个杯1002a、1002b、1002c和保持器1001a、1001b、1001c可在对应的器械接口元件的运动范围内沿X方向线性地移动。因此，当每个驱动组件接口元件在其运动范围内相对于驱动组件接口被驱动时，该驱动组件接口元件驱动经由无菌屏障与其接合的器械接口元件。因此，器械接口元件在其运动范围内相对于器械接口移动，从而将驱动传递到其附接的驱动元件。

由于驱动组件接口元件和器械接口元件沿Z方向间隔开(由于上述的阶梯状布置)，因此无论每个单独的驱动组件接口元件和器械接口元件在其运动范围内的任何位置，器械都可以沿Y方向从机器人臂拆卸。换句话说，器械可以独立于每个器械接口元件/驱动组件接口元件在其运动范围内的位置而从机器人臂拆卸。因此，机器人臂和器械都不需要采用特定的拆卸构型来使机器人臂和器械能够拆卸。此外，不需要移动器械接口元件或驱动组件接口元件来实现器械从机器人臂拆卸。

图13示出了对图9至图12的例子的修改，其中驱动组件接口元件1301a、1301b、1301c在其整个运动范围内沿X方向间隔开。因此，无论每个驱动组件接口元件在其运动范围内的任何位置，它都不与任何其它驱动组件接口元件在X方向上重叠，无论其它驱动组件接口元件中的每个驱动组件接口元件在其运动范围内的任何位置。换句话说，无论每个驱动组件接口元件处于其运动范围内的任何位置，当沿拆卸方向Y观察时，驱动组件接口元件看起来不彼此重叠。换句话说，驱动组件接口元件的位置在X方向上具有不重叠分量，无论在其运动范围内的任何位置。如图13上所示，驱动组件接口元件1301a、1301b、1301c的运动范围k、l、m分别在X方向上不重叠。驱动组件接口元件可以由如参考图9至图12所述的齿条和小齿轮驱动器驱动。对应的无菌屏障(未示出)的杯和保持器以及对应的器械接口(未示出)的器械接口元件也分布在XY平面上，以便与驱动组件接口元件的分布相匹配。在该例子中，驱动组件接口元件、无菌屏障的杯和保持器以及器械接口元件都没有沿Z方向以间隔布置进行布置。因此，所有驱动组件接口元件在垂直于机器人臂的终端连杆的纵向轴线的同一XY平面上移动。类似地，所有器械接口元件在垂直于器械轴的纵向轴线的同一XY平面上移动。由于驱动组件接口元件和器械接口元件沿X方向间隔开，因此无论每个单独的驱动组件接口元件和器械接口元件在其运动范围内的任何位置，器械都可以沿Y方向从机器人臂拆卸。换句话说，器械可以独立于每个器械接口元件/驱动组件接口元件在其运动范围内的位置而从机器人臂拆卸。因此，机器人臂和器械都不需要采用特定的拆卸构型来使机器人臂和器械能够拆卸。此外，当将器械从机器人臂拆卸时，不需要移动器械接口元件或驱动组件接口元件。

图14示出了对图9至图12的例子的另一修改，其中驱动组件接口元件1401a、1401b、1401c相对于彼此线性地但在非平行方向上移动。驱动组件接口元件1401a、1401b、1401c在其整个运动范围内沿X方向间隔开。因此，无论每个驱动组件接口元件在其运动范围内的任何位置，它都不与任何其它驱动组件接口元件在X方向上重叠，无论其它驱动组件接口元件中的每个驱动组件接口元件在其运动范围内的任何位置。换句话说，无论每个驱动组件接口元件处于其运动范围内的任何位置，当沿拆卸方向Y观察时，驱动组件接口元件看起来不彼此重叠。换句话说，驱动组件接口元件的位置在X方向上具有不重叠分量，无论在其运动范围内的任何位置。如图14上所示，驱动组件接口元件1401a、1401b、1401c的运动范围p、q、r分别在X方向上不重叠。驱动组件接口元件可以由如参考图9至图12所述的齿条和小齿轮驱动器驱动。对应的无菌屏障的杯和保持器以及对应的器械接口的器械接口元件也分布在XY平面上，以便与驱动组件接口元件的分布相匹配。在该例子中，驱动组件接口元件、无菌屏障的杯和保持器以及器械接口元件都没有沿Z方向以间隔布置进行布置。因此，所有驱动组件接口元件在垂直于机器人臂的终端连杆的纵向轴线的同一XY平面上移动。类似地，所有器械接口元件在垂直于器械轴的纵向轴线的同一XY平面上移动。由于驱动组件接口元件和器械接口元件沿X方向间隔开，因此无论每个单独的驱动组件接口元件和器械接口元件在其运动范围内的任何位置，器械都可以沿Y方向从机器人臂拆卸。换句话说，器械可以独立于每个器械接口元件/驱动组件接口元件在其运动范围内的位置而从机器人臂拆卸。因此，机器人臂和器械都不需要采用特定的拆卸构型来使机器人臂和器械能够拆卸。此外，当将器械从机器人臂拆卸时，不需要移动器械接口元件或驱动组件接口元件。

图9至图14的例子都具有驱动组件接口元件，该驱动组件接口元件被驱动以在垂直于机器人臂的终端连杆的纵向轴线的XY平面中移动。因此，这些例子的驱动组件接口在终端连杆的纵向轴线的方向上更加紧凑。与图5至图8的例子相比，这减少了机器人臂的长度。如上所述，减小机器人臂的长度降低沿其长度所需的刚度以及因此重量，以在所附接的器械的末端执行器处提供所需的运动精度。此外，减小驱动组件的长度意味着臂的腕关节(例如关节205f和205g)可以定位成更靠近手术部位(即更靠近虚拟枢转点)，这有利于增加机器人的工作空间和可操纵性。

图15至图19示出了使用旋转接口(而不是如先前例子中的线性接口)的例子。特别地，图15示出了机器人臂的终端连杆的驱动组件接口的透视图；图16示出了驱动组件接口的前视图；并且图17至图19示出了连接到器械的器械接口的驱动组件接口的剖视图。在图15至图19中使用共同的附图标记来表示不同附图中的相同部件。图15至图19中的每个图都示出了X、Y和Z轴线的方向，其中Z方向是沿终端连杆的纵向轴线和沿器械的轴的纵向轴线，并且其中Y方向是拆卸方向。驱动组件接口包括四个驱动元件：1501a、1501b、1501c和1501d。在该例子中，驱动元件是旋转驱动元件，该旋转驱动元件可以围绕平行于终端连杆的纵向轴线504的相应轴线旋转(即它们可以围绕平行于Z方向的相应轴线旋转)。如在上述例子中，驱动元件布置在垂直于终端连杆的纵向轴线504(平行于Z方向)的平面中。特别地，驱动元件布置在平行于拆卸方向(即沿Y方向)的平面中。

驱动组件接口元件(1501a、1501b等)中的每个驱动组件接口元件与器械(如图17至图19中所示)的器械接口的对应的器械接口元件(1701a、1701b等)接合。臂可以使驱动组件接口元件1501旋转，这又使器械接口元件1701旋转。以这种方式，旋转力(即扭矩)可以通过接口从驱动组件接口元件传递到器械接口元件。器械接口附接到器械的轴301。每个器械接口元件附接到绞盘1704(可以被称为“心轴”)，驱动元件1706可以缠绕在该绞盘周围。驱动元件1706a、1706b用于驱动器械的铰接部的一个或多个关节。在该例子中，驱动元件(1706a、1706b)是允许它们缠绕在绞盘1704a、1704b周围的柔性线缆。驱动元件1706中的每个驱动元件被布置成围绕相应的重定向滑轮1703并穿过器械的轴301移动。当器械接口元件1701旋转时，对应的绞盘1704旋转，这使对应的驱动元件1706在平行于轴的纵向轴线403的方向上移动通过轴301。

为了将器械从臂拆卸，器械接口可以相对于驱动组件接口在拆卸方向(平行于Y方向)上移动(即在图15至图19中向上移动)。然而，如果驱动组件接口元件(和对应的器械接口元件)不处于特定构型，则驱动组件接口元件1501与器械接口元件1701的接合可以防止器械沿拆卸方向移动。驱动组件接口元件(和对应的器械接口元件)具有细长形状，使得它们可以与特定方向对准。特别地，如图15和图16中最佳所示，当驱动元件全部是竖直的(即全部与拆卸方向对准)时，器械只能从臂移除(或附接到臂)。例如，图16中所示的驱动组件接口元件1501b和1501c处于正确构型，以便将器械从臂拆卸(即它们的细长形状与拆卸方向对准)，但是图16中所示的驱动组件接口元件1501a和1501d不处于正确构型，以便将器械从臂拆卸(即它们的细长形状不与拆卸方向对准)。手术机器人臂被构造成当机器人手术器械要从手术机器人臂拆卸时，将驱动组件接口元件驱动到其运动范围内的特定构型(例如竖直)，在该特定构型中，机器人手术器械可在拆卸方向上从手术机器人臂拆卸。然后，可以通过在拆卸方向上(即在Y方向上)移动机器人手术器械来将机器人手术器械从手术机器人臂拆卸。

在图15和图16中所示的例子中，驱动组件接口元件1501中的每个驱动组件接口元件的旋转对称阶数为1。例如，如图15和图16中所示，驱动组件接口元件1501中的每个驱动组件接口元件的一端可以比另一端厚，并且与它们接合的对应的器械接口元件具有一致的形状，即它们的旋转对称阶数也为1。这意味着在整个360度旋转中仅存在驱动组件接口元件1501与对应的器械接口元件1701接合的一个位置。因此，与接口元件具有更高旋转对称阶数的情况相比，控制***可以以更少的模糊性来确定末端执行器的姿态。

在一些例子中(图中未示出)，带有具有较大Y分量值的位置的接口元件比带有具有较小Y分量值的位置的接口元件薄。对于这些例子，在正常操作中，如果要拆卸器械，则臂将驱动接口元件1501到所述特定构型(例如在底部处具有较厚端的竖直取向)，并且然后可以通过沿拆卸方向(即沿Y方向)移动器械来拆卸器械。在该例子中，如果接口元件1501是竖直的，但是在顶部处具有较厚端，则不能通过沿拆卸方向(即沿Y方向)移动器械来拆卸器械。因此，在该例子中，每个接口元件仅具有一个特定构型(例如在底部处具有较厚端的竖直取向)，在该特定构型中，器械可以从臂拆卸。在其它例子中，每个接口元件可以具有多于一个特定构型，在该特定构型中器械可以从臂拆卸，例如接口元件的两端可以具有相同厚度，尽管可能仍然是不同的形状以允许它们的旋转对称阶数仍然为1。

然而，在诸如图15至图19中所示的其中带有具有较大Y分量值的位置的接口元件不比带有具有较小Y分量值的位置的接口元件薄的例子中，通过仅沿拆卸方向(即沿Y方向)移动器械，可能无法将其拆卸。此外，在本文所述的例子中的任一例子中，如果臂出现故障，则可能无法将接口元件驱动到特定取向(例如所述竖直取向)以便安全地拆卸器械。如果当故障发生时器械的末端执行器靠近患者或在患者体内，则这可能导致问题。

因此，为了解决该问题，并且为了提供在臂出现故障的情况下将器械从臂移除的安全方式，该故障防止接口元件被驱动到竖直取向，驱动组件接口和器械接口设置有互锁突起1502和1702。驱动组件接口中的突起1502在图15至图19中示出为凹槽(特别是U形凹槽)，并且当器械连接到臂时，器械中的突起1702容纳在凹槽1502中。互锁突起允许器械沿Z方向(即在垂直于接口平面的方向上远离该接口平面)朝向患者移动小的可允许量(但不超过该小的可允许量)。该小的可允许量可以是4mm。更一般地说，小的可允许量可以介于3mm与5mm之间。甚至更一般地说，小的可允许量可以介于2mm与6mm之间。小的可允许移动足够小以避免(或减少到可忽略水平)对患者造成伤害(例如如果器械在患者体内)，但足够大以使驱动组件接口元件1501从器械接口元件1701脱离。一旦器械和接口脱离，器械就可以在平行于接口平面的拆卸方向(Y方向)上向上回缩，从而将器械从机器人臂拆卸。在正常操作中，当器械与驱动组件接口接合时，器械上的突起1702容纳在U形凹槽1502中，并且物理地阻止器械被进一步拉入患者体内超过上述小的可允许量。

在图15至图19中所示的例子中，来自马达的旋转驱动被转换成驱动元件围绕绞盘的旋转。这可以是用于将力从机器人臂的驱动组件传递到末端执行器的比其中旋转驱动被转换成穿过接口的线性驱动的***更有效的***。

本文所述的驱动组件接口和器械接口的例子能够实现更紧凑的驱动组件接口。驱动组件接口元件和器械接口元件的布置还使得器械能够在垂直于机器人臂/器械轴的终端连杆的纵向轴线的方向上从臂拆卸，而不管机器人臂或器械的构型如何。当将器械从机器人臂拆卸时，也不需要移动器械接口元件或驱动组件接口元件。此外，为了将器械从机器人臂拆卸，不需要器械/机器人臂朝向患者移动(或非常小的移动)。特别地，在本文所述的例子中，当每个驱动组件接口元件在其运动范围内的任何位置时，机器人手术器械可在拆卸方向(即Y方向)上从手术机器人臂拆卸，而无需首先使机器人手术器械相对于手术机器人臂在与终端连杆的纵向轴线平行的方向上移动超过最大量。应注意，终端连杆的纵向轴线是Z方向，其也平行于器械的轴的纵向轴线(例如与其共线)。在图7至图14中所示的例子中,“最大量”为零。在图15至图19中所示的例子中,“最大量”是非零量，该非零量足够小以避免对患者造成伤害，但足够大以使驱动组件接口元件从器械接口元件脱离，从而允许机器人手术器械在拆卸方向上从手术机器人臂拆卸。因此，在所有这些例子中，器械可以在器械仍然位于手术部位处时从机器人臂安全地手动地拆卸，并且不需要从机器人臂的控制***获取动力。如果***出现故障或电池电量不足，导致器械无法在机器人控制下以安全的方式从患者体内回缩，这种安全功能就非常有用。此外，由于器械在不移动器械接口元件的情况下是可拆卸的，因此当将器械从机器人臂拆卸时，没有将驱动传递到末端执行器，并且因此当将器械从机器人臂拆卸时，末端执行器不会移动。此外，本文所述的例子提供了更紧凑的腕部设计，这对于多功能性是有用的。

本文所述的机器人可以用于外科手术以外的用途。例如，端口可以是如汽车发动机的制造物品中的检查端口，并且机器人可以控制观察工具以观察发动机内部。

申请人在此独立地公开了本文描述的每个单独的特征以及两个或更多个这种特征的任意组合，只要这些特征或组合能够基于本说明书作为一个整体根据本领域技术人员的公知常识来实施，而不管这些特征或特征的组合是否解决本文公开的任何问题，并且不限制权利要求的范围。申请人指出，本发明的各方面可以由任何这样的单个特征或特征组合组成。鉴于以上描述，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在本发明的范围内进行各种修改。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种手术机器人臂，包括：

终端连杆，所述终端连杆包括驱动组件接口，所述驱动组件接口包括驱动组件接口元件，每个驱动组件接口元件被构造成：

当所述手术机器人臂接合机器人手术器械时接合所述机器人手术器械的器械接口的器械接口元件；并且

相对于所述驱动组件接口移动通过一定运动范围，以便在与所述器械接口元件接合时将驱动传递到所述器械接口元件；

其中所述驱动组件接口元件布置在垂直于所述终端连杆的纵向轴线的平面上，使得所述机器人手术器械能够在平行于所述平面的拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸，而无需使所述器械接口元件相对于所述器械移动。

2.如权利要求1所述的手术机器人臂，其中所述驱动组件接口元件布置在垂直于所述终端连杆的所述纵向轴线的所述平面上，使得当每个驱动组件接口元件在其运动范围内的任何位置时，所述机器人手术器械能够在平行于所述平面的所述拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸，而无需首先使所述机器人手术器械相对于所述手术机器人臂在与所述终端连杆的所述纵向轴线平行的方向上移动超过最大量。

3.如权利要求2所述的手术机器人臂，其中所述最大量为以下中的任一者：(i)零，或(ii)非零量，所述非零量足够小以避免对患者造成伤害，但足够大以使所述驱动组件接口元件从所述器械接口元件脱离，从而允许所述机器人手术器械在所述拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸。

4.如任一前述权利要求所述的手术机器人臂，其中每个驱动组件接口元件被构造成相对于所述驱动组件接口沿所述终端连杆的所述纵向轴线或平行于所述终端连杆的所述纵向轴线移动。

5.如权利要求1至3中任一项所述的手术机器人臂，其中每个驱动组件接口元件被构造成相对于所述驱动组件接口在垂直于所述终端连杆的所述纵向轴线的方向上移动。

6.如权利要求5所述的手术机器人臂，其中所述驱动组件接口元件被构造成彼此平行移动。

7.如权利要求6所述的手术机器人臂，其中每个驱动组件接口元件被构造成相对于所述驱动组件接口在垂直于所述拆卸方向的方向上移动。

8.如权利要求7所述的手术机器人臂，其中每个驱动组件接口元件的运动范围在垂直于所述拆卸方向的所述方向上不与另一驱动组件接口元件的运动范围重叠。

9.如权利要求7或8所述的手术机器人臂，其中每个驱动组件接口元件被构造成在垂直于所述终端连杆的所述纵向轴线的位置中接合其相应的器械接口元件，所述位置偏离其它驱动组件接口元件被构造成接合其相应的器械接口元件的位置。

10.如权利要求5所述的手术机器人臂，其中所述驱动组件接口元件被构造成相对于彼此在非平行方向上移动。

11.如权利要求5至10中任一项所述的手术机器人臂，其中所述驱动组件接口元件被构造成在垂直于所述终端连杆的所述纵向轴线的同一平面上移动。

12.如权利要求5至9中任一项所述的手术机器人臂，其中所述驱动组件接口元件在垂直于所述终端连杆的所述纵向轴线的所述平面上呈阶梯状布置，并且其中所述驱动组件接口元件被构造成在垂直于所述终端连杆的所述纵向轴线的非重叠平面中移动。

13.如权利要求1至3中任一项所述的手术机器人臂，其中所述驱动组件接口元件中的每个驱动组件接口元件被构造成围绕平行于所述终端连杆的所述纵向轴线的相应轴线旋转。

14.如权利要求13所述的手术机器人臂，其中所述手术机器人臂被构造成当所述机器人手术器械要从所述手术机器人臂拆卸时，将所述驱动组件接口元件驱动到其运动范围内的特定构型，在所述特定构型中，所述机器人手术器械能够在所述拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸。

15.如权利要求13或14所述的手术机器人臂，其中所述驱动组件接口还包括突起，所述突起被构造成与所述器械接口上的对应突起互锁并且允许所述器械在与所述终端连杆的所述纵向轴线平行的方向上移动小的可允许量，所述小的可允许量足够小以避免对患者造成伤害，但足够大以使所述驱动组件接口元件从所述器械接口元件脱离，从而允许所述机器人手术器械在所述拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸。

16.如任一前述权利要求所述的手术机器人臂，还包括经由一系列中间关节连接到所述终端连杆的基座。

17.一种机器人手术器械，包括：

轴；

驱动元件，所述驱动元件延伸穿过所述轴以用于驱动位于所述轴的远端处的铰接部以铰接末端执行器；以及

器械接口，所述器械接口位于所述轴的近端处，所述器械接口包括器械接口元件，每个器械接口元件附接到所述驱动元件中的一个驱动元件并且被构造成：

当所述机器人手术器械接合手术机器人臂时接合所述手术机器人臂的驱动组件接口的驱动组件接口元件；并且

相对于所述器械接口移动通过一定运动范围，以便在与所述驱动组件接口元件接合时将驱动从所述驱动组件接口元件传递到所附接的驱动元件；

其中所述器械接口元件布置在垂直于所述轴的纵向轴线的平面上，使得所述机器人手术器械能够在平行于所述平面的拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸，而无需使所述器械接口元件相对于所述器械移动。

18.如权利要求17所述的机器人手术器械，其中所述器械接口元件布置在垂直于所述轴的所述纵向轴线的所述平面上，使得当每个器械接口元件在其运动范围内的任何位置时，所述机器人手术器械能够在平行于所述平面的拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸，而无需首先使所述机器人手术器械相对于所述手术机器人臂在与所述轴的所述纵向轴线平行的方向上移动超过最大量。

19.如权利要求18所述的机器人手术器械，其中所述最大量为以下中的任一者：(i)零，或(ii)非零量，所述非零量足够小以避免对患者造成伤害，但足够大以使所述驱动组件接口元件从所述器械接口元件脱离，从而允许所述机器人手术器械在所述拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸。

20.如权利要求17至19中任一项所述的机器人手术器械，其中每个器械接口元件被构造成相对于所述器械接口沿所述轴的所述纵向轴线或平行于所述轴的所述纵向轴线移动。

21.如权利要求17至19中任一项所述的机器人手术器械，其中每个器械接口元件被构造成相对于所述器械接口在垂直于所述轴的所述纵向轴线的方向上移动。

22.如权利要求21所述的机器人手术器械，其中所述器械接口元件被构造成彼此平行移动。

23.如权利要求22所述的机器人手术器械，其中每个器械接口元件被构造成相对于所述器械接口在垂直于所述拆卸方向的方向上移动。

24.如权利要求23所述的机器人手术器械，其中每个器械接口元件的运动范围在垂直于所述拆卸方向的所述方向上不与另一器械接口元件的运动范围重叠。

25.如权利要求23或24所述的机器人手术器械，其中每个器械接口元件被构造成在垂直于所述轴的所述纵向轴线的位置中接合其相应的驱动组件接口元件，所述位置偏离其它器械接口元件被构造成接合其相应的驱动组件接口元件的位置。

26.如权利要求21所述的机器人手术器械，其中所述器械接口元件被构造成相对于彼此在非平行方向上移动。

27.如权利要求21至26中任一项所述的机器人手术器械，其中所述器械接口元件被构造成在垂直于所述轴的所述纵向轴线的同一平面上移动。

28.如权利要求21至25中任一项所述的机器人手术器械，其中所述器械接口元件在垂直于所述轴的所述纵向轴线的所述平面上呈阶梯状布置，并且其中所述器械接口元件被构造成在垂直于所述轴的所述纵向轴线的非重叠平面中移动。

29.如权利要求17至19中任一项所述的机器人手术器械，其中所述器械接口元件中的每个器械接口元件被构造成围绕平行于所述轴的所述纵向轴线的相应轴线旋转。

30.如权利要求29所述的机器人手术器械，其中所述器械接口元件被布置成当所述机器人手术器械要从所述手术机器人臂拆卸时被驱动到其运动范围内的特定构型，在所述特定构型中，所述机器人手术器械能够在所述拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸。

31.如权利要求29或30所述的机器人手术器械，其中所述器械接口还包括突起，所述突起被构造成与所述驱动组件接口上的对应突起互锁并且允许所述器械在与所述轴的所述纵向轴线平行的方向上移动小的可允许量，所述小的可允许量足够小以避免对患者造成伤害，但足够大以使所述器械接口元件从所述驱动组件接口元件脱离，从而允许所述机器人手术器械在所述拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸。

Claims (31)

1.一种手术机器人臂，包括：

终端连杆，所述终端连杆包括驱动组件接口，所述驱动组件接口包括驱动组件接口元件，每个驱动组件接口元件被构造成：

当所述手术机器人臂接合机器人手术器械时接合所述机器人手术器械的器械接口的器械接口元件；并且

相对于所述驱动组件接口移动通过一定运动范围，以便在与所述器械接口元件接合时将驱动传递到所述器械接口元件；

其中所述驱动组件接口元件布置在垂直于所述终端连杆的纵向轴线的平面上，使得所述机器人手术器械能够在平行于所述平面的拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸。

2.如权利要求1所述的手术机器人臂，其中所述驱动组件接口元件布置在垂直于所述终端连杆的所述纵向轴线的所述平面上，使得当每个驱动组件接口元件在其运动范围内的任何位置时，所述机器人手术器械能够在平行于所述平面的所述拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸，而无需首先使所述机器人手术器械相对于所述手术机器人臂在与所述终端连杆的所述纵向轴线平行的方向上移动超过最大量。

3.如权利要求2所述的手术机器人臂，其中所述最大量为以下中的任一者：(i)零，或(ii)非零量，所述非零量足够小以避免对患者造成伤害，但足够大以使所述驱动组件接口元件从所述器械接口元件脱离，从而允许所述机器人手术器械在所述拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸。

4.如任一前述权利要求所述的手术机器人臂，其中每个驱动组件接口元件被构造成相对于所述驱动组件接口沿所述终端连杆的所述纵向轴线或平行于所述终端连杆的所述纵向轴线移动。

5.如权利要求1至3中任一项所述的手术机器人臂，其中每个驱动组件接口元件被构造成相对于所述驱动组件接口在垂直于所述终端连杆的所述纵向轴线的方向上移动。

6.如权利要求5所述的手术机器人臂，其中所述驱动组件接口元件被构造成彼此平行移动。

7.如权利要求6所述的手术机器人臂，其中每个驱动组件接口元件被构造成相对于所述驱动组件接口在垂直于所述拆卸方向的方向上移动。

8.如权利要求7所述的手术机器人臂，其中每个驱动组件接口元件的运动范围在垂直于所述拆卸方向的所述方向上不与另一驱动组件接口元件的运动范围重叠。

9.如权利要求7或8所述的手术机器人臂，其中每个驱动组件接口元件被构造成在垂直于所述终端连杆的所述纵向轴线的位置中接合其相应的器械接口元件，所述位置偏离其它驱动组件接口元件被构造成接合其相应的器械接口元件的位置。

10.如权利要求5所述的手术机器人臂，其中所述驱动组件接口元件被构造成相对于彼此在非平行方向上移动。

11.如权利要求5至10中任一项所述的手术机器人臂，其中所述驱动组件接口元件被构造成在垂直于所述终端连杆的所述纵向轴线的同一平面上移动。

12.如权利要求5至9中任一项所述的手术机器人臂，其中所述驱动组件接口元件在垂直于所述终端连杆的所述纵向轴线的所述平面上呈阶梯状布置，并且其中所述驱动组件接口元件被构造成在垂直于所述终端连杆的所述纵向轴线的非重叠平面中移动。

13.如权利要求1至3中任一项所述的手术机器人臂，其中所述驱动组件接口元件中的每个驱动组件接口元件被构造成围绕平行于所述终端连杆的所述纵向轴线的相应轴线旋转。

14.如权利要求13所述的手术机器人臂，其中所述手术机器人臂被构造成当所述机器人手术器械要从所述手术机器人臂拆卸时，将所述驱动组件接口元件驱动到其运动范围内的特定构型，在所述特定构型中，所述机器人手术器械能够在所述拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸。

15.如权利要求13或14所述的手术机器人臂，其中所述驱动组件接口还包括突起，所述突起被构造成与所述器械接口上的对应突起互锁并且允许所述器械在与所述终端连杆的所述纵向轴线平行的方向上移动小的可允许量，所述小的可允许量足够小以避免对患者造成伤害，但足够大以使所述驱动组件接口元件从所述器械接口元件脱离，从而允许所述机器人手术器械在所述拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸。

16.如任一前述权利要求所述的手术机器人臂，还包括经由一系列中间关节连接到所述终端连杆的基座。

17.一种机器人手术器械，包括：

轴；

驱动元件，所述驱动元件延伸穿过所述轴以用于驱动位于所述轴的远端处的铰接部以铰接末端执行器；以及

器械接口，所述器械接口位于所述轴的近端处，所述器械接口包括器械接口元件，每个器械接口元件附接到所述驱动元件中的一个驱动元件并且被构造成：

当所述机器人手术器械接合手术机器人臂时接合所述手术机器人臂的驱动组件接口的驱动组件接口元件；并且

相对于所述器械接口移动通过一定运动范围，以便在与所述驱动组件接口元件接合时将驱动从所述驱动组件接口元件传递到所附接的驱动元件；

其中所述器械接口元件布置在垂直于所述轴的纵向轴线的平面上，使得所述机器人手术器械能够在平行于所述平面的拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸。

18.如权利要求17所述的机器人手术器械，其中所述器械接口元件布置在垂直于所述轴的所述纵向轴线的所述平面上，使得当每个器械接口元件在其运动范围内的任何位置时，所述机器人手术器械能够在平行于所述平面的拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸，而无需首先使所述机器人手术器械相对于所述手术机器人臂在与所述轴的所述纵向轴线平行的方向上移动超过最大量。

19.如权利要求18所述的机器人手术器械，其中所述最大量为以下中的任一者：(i)零，或(ii)非零量，所述非零量足够小以避免对患者造成伤害，但足够大以使所述驱动组件接口元件从所述器械接口元件脱离，从而允许所述机器人手术器械在所述拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸。

20.如权利要求17至19中任一项所述的机器人手术器械，其中每个器械接口元件被构造成相对于所述器械接口沿所述轴的所述纵向轴线或平行于所述轴的所述纵向轴线移动。

21.如权利要求17至19中任一项所述的机器人手术器械，其中每个器械接口元件被构造成相对于所述器械接口在垂直于所述轴的所述纵向轴线的方向上移动。

22.如权利要求21所述的机器人手术器械，其中所述器械接口元件被构造成彼此平行移动。

23.如权利要求22所述的机器人手术器械，其中每个器械接口元件被构造成相对于所述器械接口在垂直于所述拆卸方向的方向上移动。

24.如权利要求23所述的机器人手术器械，其中每个器械接口元件的运动范围在垂直于所述拆卸方向的所述方向上不与另一器械接口元件的运动范围重叠。

25.如权利要求23或24所述的机器人手术器械，其中每个器械接口元件被构造成在垂直于所述轴的所述纵向轴线的位置中接合其相应的驱动组件接口元件，所述位置偏离其它器械接口元件被构造成接合其相应的驱动组件接口元件的位置。

26.如权利要求21所述的机器人手术器械，其中所述器械接口元件被构造成相对于彼此在非平行方向上移动。

27.如权利要求21至26中任一项所述的机器人手术器械，其中所述器械接口元件被构造成在垂直于所述轴的所述纵向轴线的同一平面上移动。

28.如权利要求21至25中任一项所述的机器人手术器械，其中所述器械接口元件在垂直于所述轴的所述纵向轴线的所述平面上呈阶梯状布置，并且其中所述器械接口元件被构造成在垂直于所述轴的所述纵向轴线的非重叠平面中移动。

29.如权利要求17至19中任一项所述的机器人手术器械，其中所述器械接口元件中的每个器械接口元件被构造成围绕平行于所述轴的所述纵向轴线的相应轴线旋转。

30.如权利要求29所述的机器人手术器械，其中所述器械接口元件被布置成当所述机器人手术器械要从所述手术机器人臂拆卸时被驱动到其运动范围内的特定构型，在所述特定构型中，所述机器人手术器械能够在所述拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸。

31.如权利要求29或30所述的机器人手术器械，其中所述器械接口还包括突起，所述突起被构造成与所述驱动组件接口上的对应突起互锁并且允许所述器械在与所述轴的所述纵向轴线平行的方向上移动小的可允许量，所述小的可允许量足够小以避免对患者造成伤害，但足够大以使所述器械接口元件从所述驱动组件接口元件脱离，从而允许所述机器人手术器械在所述拆卸方向上从所述手术机器人臂拆卸。