21或222的牽引趨向于使柔性管212朝著環(huán)214的一個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度的一個(gè)方向或相反方向彎曲。在一個(gè)典型的實(shí)施例中，第二對(duì)腱(未示出)可以被連接到致動(dòng)環(huán)214，以用于環(huán)214以另一個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度的致動(dòng)移動(dòng)。轉(zhuǎn)向段210的許多其他可替代實(shí)施例是可能的。例如，轉(zhuǎn)向段210可以包括多個(gè)獨(dú)立致動(dòng)的關(guān)節(jié)，并且可以采用腱221和222來(lái)致動(dòng)這些關(guān)節(jié)中的一個(gè)。同時(shí)，腱221和222可以是連續(xù)結(jié)構(gòu)的相反的兩端，該連續(xù)結(jié)構(gòu)例如為穿過(guò)環(huán)214或圍繞轉(zhuǎn)向段214的特定關(guān)節(jié)纏繞的纜繩。
[0021]管子220可以是剛性管或柔性管，但是通常其易彎曲程度低于轉(zhuǎn)向段210。特別地，主管220可以足夠柔軟以順沿自然腔道。然而，為了使主管220轉(zhuǎn)向，后端機(jī)構(gòu)230可以施加不同的作用力或張力到腱221和222上。所施加的作用力的期望結(jié)果是朝著管子220的轉(zhuǎn)向和最小彎曲的方向彎曲轉(zhuǎn)向段210。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，主管220可以比彎曲段210更堅(jiān)硬，或者每個(gè)腱221或222可以是Bowden纜繩，例如包裹在殼體內(nèi)的牽引線，這將使管子220的彎曲最小化。腱221和222還可以是由金屬、聚合物或其他材料制成的多股絞線、金屬絲、桿或管。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，腱221和222可以包括不同構(gòu)造的連接部分，例如多股絞線，其被熔融連接到管子。例如，多股絞線可以被用在期望腱221和222的顯著彎曲或撓曲的位置，而更堅(jiān)硬的管子可以被用到別處，以減少腱221和222的拉伸。
[0022]圖2示出一種示例性器械，其中致動(dòng)腱221和222附連到轉(zhuǎn)向段210，但是，可選擇地致動(dòng)腱221和222可以被用于操作其他類型的受驅(qū)結(jié)構(gòu)，諸如圖1中所示的鉗爪、另一種類型的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)或許可醫(yī)療器械的機(jī)械構(gòu)件移動(dòng)的任何其他機(jī)構(gòu)。例如，腱221和222可以驅(qū)動(dòng)向鉗爪或其他結(jié)構(gòu)提供順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)自由度的樞轉(zhuǎn)的、平面的、圓柱形或球形滾動(dòng)關(guān)節(jié)或彎曲部，或者驅(qū)動(dòng)向受驅(qū)結(jié)構(gòu)提供線性雙向運(yùn)動(dòng)自由度的棱柱形線性關(guān)節(jié)或滑塊。
[0023]后端機(jī)構(gòu)230附連到管子220的近端，并且充當(dāng)將驅(qū)動(dòng)馬達(dá)250的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成致動(dòng)腱221和222的移動(dòng)或其中的張力的傳動(dòng)裝置。后端機(jī)構(gòu)230特別地操控腱221和222來(lái)操作轉(zhuǎn)向段210。在這個(gè)說(shuō)明性示實(shí)施例中，后端機(jī)構(gòu)230包括絞盤235，致動(dòng)腱221和222的一些部分以相反的方向纏繞絞盤235。例如，腱221可以纏繞腱235以使得絞盤235的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)從腱221引導(dǎo)到轉(zhuǎn)向段210的一側(cè)卷入更多的腱221，而腱222可以纏繞絞盤235以使得絞盤235的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)朝著轉(zhuǎn)向段210供送出更多的腱222。因此可以通過(guò)單個(gè)絞盤235的旋轉(zhuǎn)來(lái)致動(dòng)轉(zhuǎn)向段210沿一個(gè)自由度向后和向前的移動(dòng)。
[0024]驅(qū)動(dòng)馬達(dá)250被連接以使絞盤235旋轉(zhuǎn)，并且在一些實(shí)施方式中，絞盤235是馬達(dá)250的軸桿的延伸部，或者是馬達(dá)250的軸桿的一部分。在其他一些實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)250具有連接到絞盤的可拆卸連接件，以便后端機(jī)構(gòu)230可以與馬達(dá)250分離。馬達(dá)250可以基于人類輸入(例如，主從伺服控制系統(tǒng)內(nèi)的主控制輸入)和在自動(dòng)化控制的系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行的軟件被自動(dòng)控制。另外，旋鈕、杠桿或其他手動(dòng)操作的操控器260被耦連到絞盤235或馬達(dá)250，并且使得使用者能夠通過(guò)絞盤235的手動(dòng)旋轉(zhuǎn)來(lái)手動(dòng)地操作器械200。因此，器械200可以結(jié)合或不結(jié)合向絞盤235施加扭矩的馬達(dá)250或旋鈕260來(lái)使用。
[0025]在各種實(shí)施例中，可以應(yīng)用預(yù)加載系統(tǒng)240，以在腱221和222內(nèi)保持最小且相等的張力，從而即使馬達(dá)250或旋鈕260都不施加扭矩到絞盤235也能避免腱221和222內(nèi)的松弛和在轉(zhuǎn)向段210內(nèi)的偏壓移動(dòng)。預(yù)加載系統(tǒng)240可以是被動(dòng)的/無(wú)源的(passive)，從而所施加的張力不需要對(duì)控制或反饋系統(tǒng)作出響應(yīng)。在其他實(shí)施例中，預(yù)加載系統(tǒng)240可以被主動(dòng)控制(例如，當(dāng)檢測(cè)到最小腱張力或松弛時(shí)施加張力，或者維持預(yù)定的腱張力或張力范圍)。在圖2的實(shí)施例中，腱221和222的近端從絞盤235延伸到預(yù)加載系統(tǒng)240。特別地，每個(gè)腱221或222可以在絞盤235周圍繞著絞盤235纏繞一個(gè)設(shè)定纏繞角度(其可以小于一整圈或包括不止一圈)，并且腱221和222的近端延伸穿過(guò)絞盤235以連接到預(yù)加載系統(tǒng)240。腱221和222不需要永久地附連到絞盤235，并因此能夠相對(duì)于絞盤235滑移，例如，當(dāng)馬達(dá)250或旋鈕260以朝向轉(zhuǎn)向段210供送腱221或222的方向旋轉(zhuǎn)時(shí)。然而，由預(yù)加載系統(tǒng)240施加的纏繞角度和張力使得當(dāng)馬達(dá)250或旋鈕260從腱221或222的遠(yuǎn)端牽引時(shí)，由馬達(dá)250或旋鈕260施加的扭矩控制該腱221或222的遠(yuǎn)端部分中的張力。
[0026]圖2的實(shí)施例中的預(yù)加載系統(tǒng)240是使用彈簧241和242來(lái)實(shí)施的，彈簧241和242可以被錨定在后端機(jī)構(gòu)230的箱體或底架上。彈簧241和242可以被偏壓(例如，被拉伸)，以在醫(yī)療器械200的整個(gè)移動(dòng)范圍內(nèi)施加非零且相等的力到各個(gè)腱221和222。使用這種配置，當(dāng)絞盤235自由旋轉(zhuǎn)時(shí)，彈簧241和242分別牽引腱221和222并且控制腱221和222內(nèi)的張力。因此，預(yù)加載系統(tǒng)240可以通過(guò)牽引所需長(zhǎng)度的腱221或222來(lái)防止腱221和222內(nèi)的松弛。此外，預(yù)加載系統(tǒng)240施加等量的張力到腱221和222上，以避免在手術(shù)器械200的整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)在轉(zhuǎn)向段210內(nèi)的偏壓運(yùn)動(dòng)。
[0027]更一般地，在預(yù)加載系統(tǒng)240中的每個(gè)彈簧241或242可以被任何結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)替換，這些結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)能夠施加力到腱221或222的自由近端，同時(shí)允許腱221或222的近端的所需移動(dòng)范圍。例如，彈簧241和242可以是線性螺旋彈簧、恒力彈簧或使用其他彈簧元件(諸如旋轉(zhuǎn)螺旋彈簧、彈簧片)或柔順部件(諸如彎曲梁、懸臂梁或彈性帶)。彈簧241和242可以是任意類型的柔順構(gòu)件、彈簧或張力施加系統(tǒng)，但是在器械的整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，彈簧241施加的張力可以理想地等于彈簧242施加的張力。否則，每個(gè)腱上的預(yù)加載可能不平衡，從而在轉(zhuǎn)向段處產(chǎn)生偏壓運(yùn)動(dòng)。此外，彈簧元件或柔順構(gòu)件可以通過(guò)延伸或壓縮產(chǎn)生作用，以直接地或間接地施加作用力到所附連的腱的末端。另外，彈簧元件或柔順構(gòu)件可以被設(shè)計(jì)成使得在器械200的整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)由彈簧241施加到腱221上的力等于由彈簧242施加到腱222上的力。用于施加期望作用力的其他方法(諸如使用重物或磁體的系統(tǒng))可以被替換地使用。除了力的來(lái)源，預(yù)加載系統(tǒng)240可以包括引導(dǎo)或控制施加到所附連的腱上的作用力幅值的機(jī)械元件(未示出)，例如用于在轉(zhuǎn)向段210的整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)施加恒定的力。
[0028]圖3示出了包括導(dǎo)管的器械300的一個(gè)示例，該導(dǎo)管具有主管220和轉(zhuǎn)向段210，可以使用纏繞后端機(jī)構(gòu)230中的絞盤235的腱221和222來(lái)控制該轉(zhuǎn)向段，如上面參考圖2所描述，但是器械300與器械200的不同之處是使用可替換的預(yù)加載系統(tǒng)340。預(yù)加載系統(tǒng)340包括附連到滑輪344的偏壓彈簧342，其具有滑動(dòng)安裝架以允許滑輪344朝著絞盤235或遠(yuǎn)離絞盤235移動(dòng)。在預(yù)加載系統(tǒng)340中，腱221和222的近端被連接到一起并且圍繞滑輪344形成回環(huán)。在操作中，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)250或旋鈕260可以旋轉(zhuǎn)絞盤235以增加腱221或222的遠(yuǎn)端部分內(nèi)的張力，并且引起轉(zhuǎn)向段210朝向較高張力的腱221或222彎曲或移動(dòng)。同時(shí)，彈簧342允許滑輪344轉(zhuǎn)移和旋轉(zhuǎn)，直到兩個(gè)腱221和222的近端承載的張力大約等于彈簧342施加到滑輪344上的作用力的一半。如上所述，被牽引的腱221或222的遠(yuǎn)端部分內(nèi)的張力將取決于施加到絞盤235的馬達(dá)扭矩或手動(dòng)扭矩，并且被卷繞的腱222或221