專利名稱：：用于實施微創(chuàng)醫(yī)療手術(shù)的機器人手術(shù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及醫(yī)療設備領(lǐng)域并且更具體地涉及用于實施《斂創(chuàng)醫(yī)療手術(shù)、特別是腹腔鏡手術(shù)的機器人手術(shù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：眾所周知，不同于剖腹手術(shù)，微創(chuàng)醫(yī)療手術(shù)具有在診斷或外科手術(shù)過程中減少外部組織損傷的優(yōu)點。該優(yōu)點產(chǎn)生較短的患者恢復周期、更少的不舒適及有害副作用，以及更少住院費用。目前，在普通外科、泌尿科、婦科及心臟科，由諸如腹腔鏡手術(shù)的微創(chuàng)技術(shù)完成的手術(shù)"t喿作的數(shù)量有所上漲。然而，一般的微創(chuàng)技術(shù)并且特別是腹腔鏡手術(shù)確實對外科醫(yī)生實施手術(shù)提出了更高的要求。外科醫(yī)生以不舒適且易疲勞的姿勢、有限的視野、受限制的運動自由度及差的觸覺感受進行操作。對于這些問題增加了一個事實，即外科醫(yī)生經(jīng)常必須每天完成幾個連續(xù)介入手術(shù)，每個介入手術(shù)持續(xù)例如從30分鐘到幾個小時。盡管有這些困難，由于人口老齡化及醫(yī)療領(lǐng)域花費的壓力，微創(chuàng)手術(shù)的趨勢大概將在未來幾年顯著增加。在腹腔鏡手術(shù)中，顯然要求外科醫(yī)生的動作與在剖腹手術(shù)中一樣精確。用在器械入口端的支點、即在患者體內(nèi)的切口處周圍減少到四個自由度的運動自由度操作長桿器械不會減輕該任務。所需姿勢相當容易疲勞并且減少了已被限制的對器械和組織間作用力的感知這一事實尤其會引發(fā)并發(fā)癥。例如，當外科醫(yī)生站在患者旁邊時，他必須舉起并保持伸長他的一個手臂以保持在患者另一側(cè)插入的器械。結(jié)果，通常20-30分鐘后外科醫(yī)生的活動能力衰減了，從而除此之外還出現(xiàn)發(fā)抖、缺乏精確性并缺乏觸覺感知，導致對患者產(chǎn)生危險。因而，出現(xiàn)了諸如機器人輔助腹腔鏡手術(shù)的新技術(shù)，它們的目標在于提高介入手術(shù)的效率、質(zhì)量及安全性。鑒于上述情況，機器人輔助的腹腔鏡手術(shù)自從九十年代早期已顯著發(fā)展。兩種代表性的可商業(yè)獲得的醫(yī)療機器人系統(tǒng)為由加利福利亞的桑尼維爾市的IntuitiveSurgical有限公司開發(fā)的商標名為"DAVINCI"的手術(shù)系統(tǒng)，及最初由加利福利亞的戈拉塔市的ComputerMotion有限公司開發(fā)的商標名為"ZEUS"的手術(shù)系統(tǒng)。除此之外，名為"DAVINCI"的手術(shù)系統(tǒng)已被Moll等人公開在US6659939、US6837883及其他具有相同受讓人的專利文件中。名為"ZEUS"的手術(shù)系統(tǒng)已被Wang等人/^開在US6102850、US5855583、US5762458、US5515478及其他屬于加利福利亞的Goleta的ComputerMotion有限公司的專利文件中。使用控制臺上的可視反饋，這些遠程操作的機器人系統(tǒng)允許從手術(shù)室直接或從遠處控制手術(shù)插入。在其他情形中，消除了外科醫(yī)生易疲勞的姿勢。這兩種系統(tǒng)均為心臟手術(shù)專門:&計，其中拓樸解剖恒定，工作空間小，并且因而僅在有限空間內(nèi)要求準確的器械移動及靈敏性。為了提高在該有限空間內(nèi)的能達到性及靈敏性，已經(jīng)設計了大量在器械尖端提供一個或多個附加自由度的特定專用器械，分別用于這些系統(tǒng)。關(guān)于這些專用的復雜器械，它們的高購買費用及由于消毒引起的短壽命增加了整體維護費用。根據(jù)有經(jīng)驗的腹腔鏡手術(shù)醫(yī)生，有關(guān)節(jié)的器械對大部分手術(shù)來說不是必須的，并且標準器械的使用將帶來，除其他外，維護費用的明顯降低。
發(fā)明內(nèi)容因此，在此提出的本發(fā)明的一個目的在于提供一種用于實施微創(chuàng)醫(yī)療手術(shù)的機器人手術(shù)系統(tǒng)，其包括機器人操作器，該4喿作器構(gòu)造為使其允許使用為傳統(tǒng)人工手術(shù)設計的可獲得標準腹腔鏡器械。為了實現(xiàn)該目的，如下文所公開的，提供了一種用于實施微創(chuàng)醫(yī)療手術(shù)的機器人手術(shù)系統(tǒng)，其包括機器人操作器，用于機器人輔助操作腹腔鏡器械，機器人操作器具有操作器臂部、由操作器臂部支撐的操作器腕部及由操作器腕部支撐的效應器單元。依照本發(fā)明一個方面，操作器臂部通過第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)及第三關(guān)節(jié)提供三個自由度，每個關(guān)節(jié)具有相關(guān)聯(lián)的作動器用于機械地定位腕部。操作器腕部通過第四關(guān)節(jié)和第五關(guān)節(jié)提供兩相對于操作器臂部機器人地設置效應器單元的偏航角及俯仰角。效應器單元包括腹腔鏡手術(shù)器械作動器并通過轉(zhuǎn)動的第六關(guān)節(jié)提供一個自由度，該7第六關(guān)節(jié)具有相關(guān)聯(lián)的作動器用于機械地設置腹腔鏡手術(shù)器械作動器的滾動角。換句話說，作動的第六轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)不僅允許旋轉(zhuǎn)器械，還旋轉(zhuǎn)效應器的整個器械作動器部分。此外，依照本發(fā)明另一方面，腹腔鏡手術(shù)器械作動器包括一個底座，具有相關(guān)的耦合或鎖定機構(gòu)用于將器械桿適配器裝配到效應器單元上，以及與器械桿適配器配合的作動機構(gòu)用于作動連接在適配器上的腹腔鏡器械，優(yōu)選地通過線性驅(qū)動。效應器單元構(gòu)造為使轉(zhuǎn)動的第六關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸與腹腔鏡手術(shù)器械的縱軸一致，腹腔鏡手術(shù)器械通過器械桿適配器裝配在效應器單元上，且效應器單元包括具有6個自由度(DOF)的力/扭矩傳感器及6個自由度的加速度計的傳感器組件。該傳感器組件將腹腔鏡手術(shù)器械作動器機械地連接到第六轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)上。換句話說，傳感器組件布置在腹腔鏡器械作動器及第六轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的驅(qū)動側(cè)之間，使得其和腹腔鏡器械作動器一起旋轉(zhuǎn)。這首先適合人工操作模式，其中使用傳感器組件作為輸入設備控制作動機器人操作器的六個關(guān)節(jié)而手動定位并定向整個腹腔鏡手術(shù)器械作動器。由于機器人地作動的6個自由度用于操作器械，機器人操作器在裝配的腹腔鏡手術(shù)器械上提供可以與外科醫(yī)生的手相比的一定程度的靈活性，而不需要任何多余關(guān)節(jié)。通過設計作為器械桿適配器的底座和耦合機構(gòu)，腹腔鏡器械作動器提供通用接口用于各種設計用于手動腹腔鏡手術(shù)的現(xiàn)有標準型腹腔鏡手術(shù)器械。另外，傳感器組件，布置在機器人操作器連接的器械和第六關(guān)節(jié)之間，在外科醫(yī)生控制臺上的觸摸界面上提供精確的力反饋從而向外科醫(yī)生提供相應于器械的手工操作的知覺感知。將會意識到的是，使用線性和角加速度計以補償對力-扭矩傳感器的重力和加速度影響。這些特征允許將相對不貴的標準型器械(例如抓取器、解剖器、剪刀、凝結(jié)器、夾子、填充器、持針器、電手術(shù)刀、吸引/沖洗器械等等)可使用在在此描述的機器人操作器上。將會意識到的是，該系統(tǒng)用最少數(shù)目的關(guān)節(jié)提供所需要的靈活性，即僅用6個關(guān)節(jié)提供6個自由度。不提供其他多余關(guān)節(jié)。特別地，不需要具有鉸接的器械末端的特殊器械。另外，所有關(guān)節(jié)是作動關(guān)節(jié)就是說在機器人操作器中不存在被動或自由旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，借此顯著改善了機器人控制。通常在現(xiàn)有系統(tǒng)中使用的用于避免套管應力的多余被動關(guān)節(jié)的消除，除了別的以外，是通過在第六關(guān)節(jié)和腹腔鏡手術(shù)器械作動器之間的接口處提供傳感器組件而實現(xiàn)的。傳感器組件的這種布置使力的測量和約束限制不僅在器械尖端的水平而且在套管針的水平。事實上，將發(fā)現(xiàn)的另外一個特性，其中腕部和效應器單元的關(guān)節(jié)為全旋轉(zhuǎn)，即在這些部分不提供棱柱關(guān)節(jié)。許多現(xiàn)有醫(yī)療機器人系統(tǒng)缺乏力反饋因而使外科醫(yī)生不能感知施加在患者組織上的力。因此，外科醫(yī)生只能依賴于他移動的視覺反饋以限制器械在組織中的插入。事實上，在使用機器人用于外科腹腔鏡手術(shù)時，力反饋明顯有利于提高安全性。此外，觸覺感受與觸診器官有關(guān)，用于使用非內(nèi)窺鏡領(lǐng)域的一個器械固定粘滯性器官，用于施加適當張力至縫合處并避免線斷裂，用于檢測施加到器官的多余外力并因而停止或限制移動，用于限制施加到套管切口上的力等等。在由B.Kiibler,U.Seibold和G.Hirzinger于2004年10月8-9日在德國慕尼黑的JahrestagungderDeutschenGesellschaftftirComputer-undRobotemssistierteChirurgie(CURAC)上4是出的"Developmentofactuatedandsensorintegratedforcepsforminimallyinvasiveroboticsurgery";已經(jīng)介紹了安裝在在器械尖端的小型化6DOF力/扭矩傳感器。這個概念有一些缺點，其中包括增加器械成本、缺乏消毒強度以及在與電動器械一起使用時的EMI防護問題。不能由安裝在器械桿上的傳感器處理的另外一個問題是測量施加到形成患者切口處的工具入口的套管針上的外力。事實上，這些力磨損切口并使套管針的連接變松。因此有時在介入手術(shù)期間套管針意外地從切口拉出。眾所周知，這種事故除了有害于患者組織外還導致腹腔氣壓的缺失并且由于需要恢復該情況因而增加了介入手術(shù)時間。借助于在效應器單元上的力/扭矩傳感器，可實現(xiàn)用于避免套管針脫離的自動過程。在R.Bauernschmitt,E.U.Schirmbeck等于2005年9月發(fā)表在Int.J.MedicalRoboticsandComputerassistedSurgery的文章"Towardsroboticheartsurgery:Introductionofautonomuousproceduresintoanexperimentalsurgicaltelemanipulatorsystem"中,(可從www.roboticpublications.com獲得)，作者認為缺少力傳感及力反饋能力是目前可獲得系統(tǒng)的主要缺陷。該文章中公開的系統(tǒng)包括工業(yè)機器人，從IntuitiveSurgical有限公司獲得的設計用于"DAVINCI"系統(tǒng)的器械裝配在該機器人上。為了提供力感測，改變了該器械。其在器械桿上靠近遠端處裝配有變形測量器傳感器。該系統(tǒng)，與當前公開的系統(tǒng)相反，僅允許在垂直于器械軸的平面測量力并要求使用昂貴的設計用于機器人系統(tǒng)的并且在遠端提供另外三個自由度的專用器械。另一個相關(guān)的方面是醫(yī)療機器人系統(tǒng)的多功能性。現(xiàn)有醫(yī)療機器人系統(tǒng)通常設計用于特定類型的介入手術(shù)。例如"DAVINCI"和"ZEUS"系統(tǒng)特別設計用于心臟手術(shù)。因此，如上所述，這些系統(tǒng)設計用于特殊的關(guān)節(jié)器械。此外，由于在心臟介入手術(shù)中的有限空間，器械移動通常根據(jù)外科醫(yī)生在這些系統(tǒng)的觸覺接口處的命令比例縮減。在普通腹腔鏡手術(shù)中(包括婦科、泌尿科和普通外科手術(shù))，操作空間比心臟手術(shù)大，解剖結(jié)構(gòu)拓樸可變(甚至有時不可預知)，并且組織和器官的機械特性是不同的。更大的空間意味著更大的器械移動包絡且需要l:l的移動比例。作為結(jié)果，在普通腹腔鏡手術(shù)中，需要增加的移動動力學以精確地跟隨外科醫(yī)生手的移動。從實驗測試中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)外科醫(yī)生的手在小空間產(chǎn)生高速度，并且因此產(chǎn)生相當高的加速度。速度沿著樞軸螺旋俯仰(pitch)和偏航(yaw)軸可達到100°/s,及穿刺方向上200mm/s。以1:1移動比例及在已提到的狀況中，上述系統(tǒng)顯示了振動、擺動及損失精確性。下面將更詳細描述的機器人操作器，設計用于減少這些問題并且從而適合用于普通腹腔鏡外科手術(shù)的各種介入手術(shù)。關(guān)于特定有關(guān)節(jié)腹腔鏡器械的另一個缺陷是基于鉸接器械尖端的控制的遠程操作顯示比有經(jīng)驗的腹腔鏡外科醫(yī)生所期望的更不直觀。另外，許多現(xiàn)有系統(tǒng)除了內(nèi)窺鏡的操作器外僅具有兩個用于手術(shù)器械本身的操作器。這導致由于頻繁及復雜的器械更換程序而增加介入手術(shù)的時間。在典型的介入手術(shù)中，外科醫(yī)生使用5-7個不同種類的工具并經(jīng)常需要更換它們幾十次。通常，器械更換需要5到10秒，取決于外科醫(yī)生助手的技能，并且這些更換操作實質(zhì)地占有了總體插入時間(大約為10-20%)。許多現(xiàn)有機器人系統(tǒng)還不易于適用于要求三或四個器械入口的傳統(tǒng)介入手術(shù)。其他系統(tǒng)限制用于通常短時間(約20分鐘)并且經(jīng)常不在意機器人系統(tǒng)的費用的診斷介入手術(shù)。理想地，機器人手術(shù)系統(tǒng)應當模塊化并具有管理多至四個器械入口及一個內(nèi)窺鏡入口的能力。關(guān)于適當操作器的設計的一個重要的約束是一些入口可以僅僅相隔幾厘米，并且各工具可能需要定位為近似平行或者一個在另一個的上面。另外，希望操作器不過分地限制外科醫(yī)生關(guān)于患者身體及入口的視野。通過下面描述的各種其他特征并考慮發(fā)明本身，醫(yī)療機器人系統(tǒng)首先解決了后者的問題。在機器人操作器的優(yōu)選實施例中，效應器單元構(gòu)造為使6DOF力/扭矩傳感器的諸如法向軸的一個傳感器軸，及6DOF加速度計的諸如法向軸的一個傳感器軸與第六關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸一致。該測量有利于力反饋計算。優(yōu)選地，當腹腔鏡器械作動器包括具有底座布置在其中的接近表面及將殼連接到傳感器組件的接口凸緣的殼時，其還包括將接近表面連接到接口凸緣用于加強殼連接到接口凸緣上的剛度的逐步加固肋。因而，即使腹腔鏡手術(shù)器械作動器的橫截面比傳感器安裝盤的橫截面小得多，扭矩和力更準確地轉(zhuǎn)移到傳感器組件上。為了提高人機工效，外殼通過具有與優(yōu)選地基本平的接近表面相反的基本半圓柱狀的表面而為半圓柱狀。半圓柱狀表面優(yōu)選地與50-135mm的圓柱狀包絡面符合，優(yōu)選地為約90mm的直徑并且與第六關(guān)節(jié)的;5走轉(zhuǎn)軸同軸。在該實施例中，進一步優(yōu)選地，殼、凸緣、加固肋及傳感器組件尺寸設置為適合于該圓柱狀包絡面。此外，分段適配的(stepadapted)器械優(yōu)選地設計為在裝配到4喿作器上時適合于相同包絡面。在優(yōu)選的構(gòu)造中，腹腔鏡器械作動器的底座包括細長的基本為半圓柱狀凹槽，該凹槽基本與第六關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸同軸地布置在腹腔鏡器械作動器的接近表面，底座和耦合或鎖定機構(gòu)構(gòu)造為通過繞平面中的支點的樞軸運動而用于裝配并移除器械桿適配器，該平面基本垂直于器械桿，即關(guān)于第六關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸的徑向上。半圓柱狀凹槽在適配器連接時向其提供自動定心。另外，該構(gòu)造，結(jié)合手動作動第六關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的能力及在通常狀況下結(jié)合用于移動器械靠近入口的自動程序，使器械能夠側(cè)面安裝和移除并且因而消除在穿刺方向上相對于患者的插入及拔出運動。另外，為外科醫(yī)生助手改善了人機工效并相對于現(xiàn)有系統(tǒng)減少了器械更換時間。在耦合機構(gòu)的優(yōu)選實施例中，耦合機構(gòu)包括至少一個^茲性裝置，例如電磁或永磁體或兩者的結(jié)合，各自布置在半圓柱狀凹槽的每個側(cè)面。磁性裝置，優(yōu)選地設置在接近表面并與其齊平，能通過^t力吸引將器械桿適配器緊固在腹腔鏡器械作動器上。該耦合機構(gòu)減少了在介入手術(shù)期間損壞包裹腹腔鏡器械作動器的無菌包裹的風險，因為后者在這種情況下不需要消毒。在另一個簡單并可靠的實施例中為能夠側(cè)面裝配并移除器械，底座包括徑向加深半圓柱狀凹槽的縱向槽用于接收布置在器械桿適配器側(cè)面的耦合件，并且其中耦合機構(gòu)構(gòu)造為包括布置在縱向槽中用于嚙合耦合件的可滑動閂的閂鎖機構(gòu)。這種類型的底座和鎖定機構(gòu)協(xié)同相應的適配器，提供機械簡單、直觀的并可靠的快速耦合連接。有利地，用于諸如抓取器或解剖鉗、剪刀等被作動器械的作動機構(gòu)包括構(gòu)造為用于嚙合地接收并用于線性地滑動裝配在效應器單元上的器械桿適配器的滑塊銷的滑座。如果底座沿著第六關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸延伸，滑座優(yōu)選地布置在底座的側(cè)面，即與軸向延長部分相反地在底座的側(cè)面。因此，可實現(xiàn)效應器單元長度的減少。另外，作動機構(gòu)有利地包括力傳感器，其將滑座連接到驅(qū)動件上。這種力傳感器允許測量滑座施加或施加在其上的力。在優(yōu)選實施例中，腹腔鏡器械作動器進一步包括存在檢測器用于檢測器械桿適配器是否正確地裝配在效應器單元上。優(yōu)選地，腹腔鏡手術(shù)作動器包括多個感應存在傳感器用于通過在器械桿適配器上提供的感應識別材料模式而識別裝配在效應器單元上的器械。在優(yōu)選實施例中，機器人手術(shù)系統(tǒng)構(gòu)造為在手動模式下操作，其中腹腔鏡器械作動器可由機器人操作器使用傳感器組件的6DOF力/扭矩傳感器讀出的信息進行定位及定向，并進一步包括布置在腹腔鏡器械作動器上用于將系統(tǒng)切換為這種手動模式的開關(guān)件。所要求的發(fā)明的另一方面關(guān)于前述腹腔鏡器械桿適配器，用于將任何可獲得的手動腹腔鏡器械的桿裝配到如在此描述的機器人手術(shù)系統(tǒng)中的機器人操作器上。該適配器包括具有布置在前端的桿連接器的延長罩及耦合件或布置在罩側(cè)面的部件。該桿連接器與手動腹腔鏡器械的桿的插座配合并且構(gòu)造為可使該處的連接分開。耦合件依次與機器人操作器的腹腔鏡器械作動器的底座配合。為了手動介入手術(shù)，可獲得許多不同腹腔鏡器械用于多種用途。大部分這種器械可分成設想可由外科醫(yī)生操作的手柄部分及桿部分，即一端具有器械本身而另一端具有連接至手柄的插座的細長腹腔鏡管或軸。如在此描述的提供有相應的連接器的適配器允許在如上述機器人操作器上使用任何類型的這種器械的桿部分。適配器具有非常簡單的不貴的且堅固的設計。因而，結(jié)合標準的相對不貴的器械，該器械桿適配器減少了與上述機器人系統(tǒng)聯(lián)合使用的醫(yī)療工具的購買及維護費用。在桿適配器的優(yōu)選實施例中，它的耦合件包括半圓柱狀表面，或替換地，整個罩可具有基本圓柱狀的形狀，可能具有與桿連接器相對的圓形端部。在兩種情況下，形狀或表面與上述機器人操作器的腹腔鏡器械作動器中底座的半圓柱狀凹槽一致。這允許將器械桿適配器的中心定在第六關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸上。對于具有驅(qū)動桿的腹腔鏡器械，例如抓取器或解剖鉗、剪刀等，腹腔鏡器械桿適配器優(yōu)選地包括內(nèi)部圓柱形中空部分，作為用于手動腹腔鏡器械的活塞的導桿，該手動腹腔鏡器械的活塞布置為在導桿中滑動。其進一步優(yōu)選地包括通孔用于使滑塊銷橫向連接到活塞上并從罩上突出用以操作活塞。該滑塊銷構(gòu)造為嚙合腹腔鏡器械作動器的滑座并且活塞配合連接到適配器的腹腔鏡器械的內(nèi)驅(qū)動桿用于操作腹腔鏡器械尖端的工具。適配器和相應腹腔鏡器械作動器的這種構(gòu)造提供簡單并可靠的運動傳遞并此外還消除了用于當將器械安裝到效應器單元或從其上移除時建立運動傳遞的附加手動步驟。通過適配器的和相應耦合在機器人操作器的設計的優(yōu)點，減少了器械交換時間，其有助于減少整體介入手術(shù)時間。為了通過磁性裝置產(chǎn)生的磁力吸引而將器械桿適配器緊固到腹腔鏡器械作動器上，優(yōu)選地耦合件包括布置在罩任一側(cè)的至少一個鐵^磁元件，該鐵磁元件分別配合相應的腹腔鏡器械作動器上耦合機構(gòu)的磁性裝置。在該實施例中，器械桿適配器優(yōu)選地進一步包括用于將適配器從腹腔鏡器械作動器上分離的杠桿。為了允許使用前述感應存在傳感器而識別器械，適配器可包括提供在器械桿上的可感應識別模式。此外，適配器可包括相對于所述耦合件布置的電連接器用于將電力傳輸?shù)竭B接到所述桿連接器的器械連接器。參考附圖，根據(jù)對非限制性實施例的下列描述，本發(fā)明的上述方面及其他方面和目的將變得更顯然，其中圖1是用于手術(shù)室中普通腹腔鏡手術(shù)的醫(yī)療機器人系統(tǒng)的透視圖，其中在患者躺在其上的手術(shù)臺周圍放置了三個機器人操作器；圖2是用于具有五個機器人操作器的普通手術(shù)腹腔鏡的醫(yī)療機器人系統(tǒng)的透視圖3是圖1和圖2中醫(yī)療機器人系統(tǒng)的機器人操作器的透視圖，示出主坐標系；圖4是部分分解成其主要部分的圖3中機器人操作器的透視圖；圖5是包括關(guān)節(jié)Jl至J6的圖3的機器人操作器運動構(gòu)造的示意圖；圖6是具有五個機器人操作器的機器人手術(shù)系統(tǒng)的頂視圖，示出包圍操作器元件的2D碰撞檢測箱；圖7是基于圖3的機器人操作器底部的透視圖8是醫(yī)療機器人系統(tǒng)的頂視圖，示出基于2D激光的檢測以檢測外科醫(yī)生助手關(guān)于機器人操作器的遠近；圖9是圖3中機器人操作器的關(guān)節(jié)J1、J2以及J3的內(nèi)部元件的透視圖；圖IO是圖3中機器人才乘作器的關(guān)節(jié)J2的內(nèi)部元件的透視圖；圖11是包括關(guān)節(jié)J4和J5的操作器腕部的內(nèi)部元件的第一透視圖；圖12是包括關(guān)節(jié)J4和J5的操作器腕部的內(nèi)部元件的第二透視圖；圖13是包括關(guān)節(jié)J4和J5的操作器腕部的內(nèi)部元件的第三透視圖；圖14是示出圖3中機器人操作器的效應器單元及將連接到效應器單元的合適器械的透視圖15是圖14中效應器單元的主要內(nèi)部元件的透視圖；圖16是支點參考系的透視圖17是器械桿適配器(ISA)及相應器械桿的透視圖18是如圖14所示的腹腔鏡器械作動器(LIA)的放大透視圖19是在圖18的LIA中的驅(qū)動組件的透視圖20是示出圖18中所示LIA的其他內(nèi)部元件的底部透視圖21是示出圖18中所示LIA的其他內(nèi)部元件的上部透^^圖22是示出用于圖18所示的LIA中的耦合機構(gòu)的透視圖23是依照圖3具有變化的操作器腕部的機器人操作器的透視圖24是用于具有四個依照圖23的機器人才喿作器及一個依照圖3的機器人操作器的普通手術(shù)腹腔鏡的醫(yī)療機器人系統(tǒng)的透視圖25是用于圖14所示的效應器單元的腹腔鏡器械作動器(LIA)的替換實施例的透^f見圖26是圖24中LIA的透視圖，其中器械桿適配器(ISA)的備選實施例連接在LIA上；圖27是用于圖24中LIA的替換驅(qū)動組件的透視圖；圖28是圖26所示的ISA的另一透視圖；圖29是如圖26和圖28所示的ISA的局部分解透視圖；圖30是具有不同器械連接到適配器上的如圖26和圖28所示的ISA的另一局部分解透視圖。在這些圖中，同樣的參考數(shù)字記始終用于標識相同部分。具體實施例方式圖1示出用于普通手術(shù)腹腔鏡的醫(yī)療機器人系統(tǒng)，通常由附圖標記IO標識。覆蓋著消毒被單的患者P躺在手術(shù)臺12上，圍繞手術(shù)臺12布置了多個機器人操作器14。在圖1的范例中，醫(yī)療機器人系統(tǒng)IO設置用于骨盆區(qū)域的介入手術(shù)。外科醫(yī)生S操作手術(shù)主控制臺15,而外科醫(yī)生助手A靠近手術(shù)臺12站立，并靠近具有一套適合的腹腔鏡器械18的盤子16。機器人操作器14設計用于定位并定向效應器單元，其支撐并可能作動各種腹腔鏡器械18。在手術(shù)期間，機器人操作器14由一個或多個外科醫(yī)生S通過一個或多個連接到控制單元(未示出)的手術(shù)主控制臺15遠程操作。將會意識到的是，醫(yī)療機器人系統(tǒng)IO為模塊化并且可依照外科介入手術(shù)的類型而構(gòu)造，通常具有上至5個操作器且一般最小的構(gòu)造為2個操作器。具有5個操作器14的醫(yī)療機器人系統(tǒng)IO，的構(gòu)造例如在圖2中示出。圖1中所示的系統(tǒng)10裝配有位于每個機器人操作器14底部的激光測距掃描器22。激光測距掃描器22用于確保手術(shù)輔助人員在手術(shù)室的安全。圖3為形成機器人手術(shù)系統(tǒng)10的一個機械單元的機器人操作器14的三維示圖。機器人操作器14裝配在底部24上，該底部24可連接到手術(shù)室地板上并且在未連接時可移動。三個坐標系同樣在圖3中示出，即底部、工具凸緣(TF)及腹腔鏡器械尖端(LIT)坐標系。如圖3所示，機器人^t喿作器14包括才乘作器的臂部26及操作器腕部28。圖4中示出機器人操作器14的主要部分。臂26具有基本垂直部分27及基本水平部分29。臂26在垂直部分27上的第一端將連接到底部24，而腕部28將連接到臂26的第二端，即水平部分29的末端。用于適當?shù)母骨荤R器械18的效應器單元30將連接到腕部28的工具凸緣32。如圖3中箭頭所指示，臂26具有三個自由度(DOF)而腕部28具有兩個DOF。相應地，機器人操作器14基本上為5DOF的機器人操作器。用于使裝配在效應器單元30上的腹腔鏡器械18繞它的縱軸旋轉(zhuǎn)的輔助DOF由效應器單元30提供。機器人操作器14的DOF及效應器單元30的布置從下面對圖5的描述將變得更顯然。如圖5的幾何模型最佳所示，臂26通過為滑移動(P)關(guān)節(jié)(或直線棱柱關(guān)節(jié))的第一關(guān)節(jié)Jl而關(guān)節(jié)連接到底部24。第一關(guān)節(jié)Jl通過底部連結(jié)L0連接到底部24并沿著基本垂直的軸提供平移DOF。該第一關(guān)節(jié)Jl因而允許垂直定位第一基本垂直的連結(jié)Ll及后續(xù)元件相對于底部24及連結(jié)L0連接到后者。換句話說，關(guān)節(jié)Jl確定了垂直部分27的高度。第二關(guān)節(jié)J2為轉(zhuǎn)動(R)關(guān)節(jié)，將第一連結(jié)Ll連接到臂26的第二基本水平的連結(jié)L2。轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)J2的旋轉(zhuǎn)軸基本垂直。關(guān)節(jié)J2允許設置連結(jié)L2和其在水平面的初始角位置之間的相對角度。第三棱柱滑動(P)關(guān)節(jié)J3將連結(jié)L2連接到第三基本水平的連結(jié)L3。關(guān)節(jié)(P)J3沿著基本水平的軸提供平移自由度并允許通過相對于連結(jié)L2水平移動連結(jié)L3而調(diào)整臂26、更精確地為水平部分29的臂長或范圍。連結(jié)L2和L3連同(P)關(guān)節(jié)J3形成機器人操作器14的基本水平的可擴展臂(jib)或可伸支臂(boom)。由于兩個(P)關(guān)節(jié)和一個(R)關(guān)節(jié)如圖5所示布置，臂26具有一個關(guān)于基本垂直的軸可旋轉(zhuǎn)DOF,并在該處耳關(guān)合兩個沿著兩個垂直軸的平移DOF。相應地，機器人操作器14的臂26具有圓柱狀構(gòu)造，即操作器14的運動構(gòu)型屬于PRP(移動-轉(zhuǎn)動-移動)型圓柱狀機器人的分類。更精確地，在前三個J1、J2及J3中的每個關(guān)節(jié)各自符合圓柱坐標(z,p,r):z為海拔(或高度)坐標，p為旋轉(zhuǎn)(或方位)坐標，而r為徑向伸長(或徑向)坐標。圖5進一步示出，腕部28包括兩個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)J4、J5,而效應器單元30包括一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)J6。轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)J2、J4、J5、J6各自確定連接到效應器單元30的適當?shù)母骨荤R器械18的方向。轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)J4將連結(jié)L3連接到連結(jié)因此，轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)J4允許與關(guān)節(jié)J2的實際設置結(jié)合設置效應器單元30的偏航角。應當注意轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)J4的旋轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)J2的旋轉(zhuǎn)軸及棱柱關(guān)節(jié)J3的平移軸形成的面共面。轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)J5將連結(jié)L4連接到工具凸緣32并允許沿著垂直于關(guān)節(jié)J4的旋轉(zhuǎn)軸的基本水平的軸旋轉(zhuǎn)工具凸緣32及后繼部分。因此，轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)J5允許設置效應器單元30的俯仰角。效應器單元30通過連結(jié)L5連接到工具凸緣32。轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)J6的旋轉(zhuǎn)軸基本垂直于關(guān)節(jié)J5的旋轉(zhuǎn)軸并將連結(jié)L5連接到連結(jié)L6。轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)J6的旋轉(zhuǎn)軸與連結(jié)L6對齊并確定連結(jié)L6關(guān)于它初始角位置的相對角。適當?shù)母骨荤R器械18連接到連結(jié)L6。由連結(jié)L7表示的器械18與連結(jié)L6對齊。連結(jié)L7的端點表示器械尖端17。操作器26的圓柱狀PRP運動構(gòu)型具有多種的優(yōu)點，其中操作器結(jié)構(gòu)在手術(shù)臺上占用相對小的容納空間；這一事實操作器底部離手術(shù)臺足夠遠(由于水平部分29的最小連結(jié)偏移量為800m)以有利于外科醫(yī)生接近手術(shù)臺以及患者從手術(shù)臺或向手術(shù)臺轉(zhuǎn)移；簡單且快速的操作器內(nèi)的碰撞檢測計算。通過下面的段落，這些及其他方面將變得更顯然。機器人操作器的臂部26的所選PRP運動構(gòu)型帶來的優(yōu)勢在于簡化多個操作器14之間的碰撞檢測的計算，所述多個操作器14具有交叉空間地布置在手術(shù)臺12的周圍(圖1和2)。由于圓柱狀構(gòu)造，機器人操作器14在二維(2-D)水平面上可近似于簡單平面幾何形狀。如圖6最佳所示，臂26的機械連結(jié)可由矩形矩形包絡的寬度由機械連結(jié)幾何形狀加上由，其例如取決于使機器人從最高速度減速至停止的所需空間加上安全閾值來決定的邊緣余量。矩形包絡的每個側(cè)邊的邊緣余量可依照移動的方向及速度動態(tài)改變大小，例如，包絡側(cè)方向上的速度越高，該包絡側(cè)的邊緣余量越大。腕部28近似為矩形，其包絡連結(jié)L4的主體及部分連結(jié)L5，并具有由關(guān)節(jié)J4的當前角位置給定的可變平面方向。相似地，效應器單元30可近似于矩形，其包絡它在2-D水平面上的投影，其中投影角對應于關(guān)節(jié)J5的當其角位置。相同的原理應用到連接在效應器單元30的器械18的桿上。這種簡單幾何二維結(jié)構(gòu)允許建立用于基于它們的線交叉的碰撞檢測的簡單且高效的算法。在第一階段，碰撞檢測方法包括檢測在2-D水平投影中的碰撞。只有當這些2-D圖中任一個與來自不同的機器人操作器14的圖沖突時，那么隨后通過包括第三維度核實出真正碰撞的實際風險。將會意識到的是，因此僅僅是機器人操作器14的相關(guān)部分的交叉?zhèn)刃枰獔?zhí)行3-D計算。在這種簡化的3-D計算中，例如以三角模型包絡相關(guān)部分。作為結(jié)果，可容易地實現(xiàn)快速插入方向的運算，例如，那些在由Moller發(fā)表在1997年的JournalofGraphicsTool，2(2)上的"AFastTriangle-TriangleIntersectionTest"中所建議的。在實踐中，器械18的桿之間的碰撞檢測尤其與保護內(nèi)窺鏡免受電動器械的傷害相關(guān)。為了獲得機器人操作器14之間碰撞檢測的精確結(jié)果，在手術(shù)室中定位機器人操作器14之后，通過校準程序確定所有機器人操作器14關(guān)于共同參考坐標系的位置和方向。從功能性的角度來看，在碰撞風險檢測后，控制系統(tǒng)必須中斷相關(guān)的操作器14并且通過主控制臺15上的適當顯示信息和/或排斥力反饋警告外科醫(yī)生S。然后外科醫(yī)生S可通過在安全方向上遠程操作操作器中的一個而簡單地實現(xiàn)恢復。在進一步改進中，通過使用具有用于諸如臂26、腕部28、效應器單元30和/或器械18的部分的組中每個的不同邊緣余量的至少兩個包絡而實現(xiàn)幾個碰撞安全級別。使用更突出的包絡檢測碰撞風險后，外科醫(yī)生S命令的在碰撞方向上的移動在邊緣余量區(qū)域中的穿刺功能急速按比例減小。關(guān)于臂26構(gòu)造的另一個優(yōu)點是關(guān)于提高結(jié)合在關(guān)節(jié)Jl、J2、J3上的作動器的可控性。當與其他類的機器人(例如球形或關(guān)節(jié)機器人)相比時，并且作為臂構(gòu)造的結(jié)果，由于J1、J2、J3和J4不承受變化的重力負載并且由于J1、J3和J5不具有變化的慣性負載，這些作動器的控制得到改善。這能簡化地優(yōu)化控制循環(huán)(例如具有前饋的PID)并實現(xiàn)例如僅少數(shù)電動機編碼器計數(shù)的非常低的位置動態(tài)循跡誤差。除了已述的優(yōu)勢，機械設計應當考慮連結(jié)L2和L3使用剛性但重量輕的結(jié)構(gòu)以在關(guān)節(jié)Jl和/或J2進行突然移動時限制它們的偏轉(zhuǎn)和擺動。應當注意機器人操作器14的幾何形狀的另外兩個優(yōu)勢。第一，操作器底部24位于離手術(shù)臺12足夠遠的地方(例如至少600mm遠)并且臂26設計為使其可用手繞關(guān)節(jié)J2轉(zhuǎn)動(其中制動器釋放)到停止位，外科醫(yī)生S可容易并快速接近手術(shù)臺12用于諸如注氣、解剖器官移除、最終縫合等的手動任務。另外，可迅速將患者P轉(zhuǎn)移到手術(shù)臺12上或者從其上面移走。第二，與SCARA幾何形狀相比其用于例如現(xiàn)有的商品名為ZEUS的操作器的臂部中、具有連接兩個長度相同的共面連結(jié)以達到一定的水平位置的肘部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，操作器14的圓柱狀構(gòu)造具有單一徑向伸長關(guān)節(jié)J3,其相當大程度地減少將腕部28放置在患者P身體上方所需的空間。如圖2所示，如果腕部和效應器單元的尺寸足夠小，即在患者身體上方的可利用空間占用足夠的包含空間，那么該特征允許將五個操作器14和更多的操作器定位在手術(shù)臺12上。下面的段落將參考圖7-15對機器人操作器14的結(jié)構(gòu)進行更詳細的描述。圖7示出底部24的幾個特征。底部24包括主底盤40并且通過安裝在主盤40的角落處的開口中的四個輪子42布置成可移動結(jié)構(gòu)。每個輪子42裝在殼43中，該殼43具有一個開口，用于作為拔出或縮回輪子42的柄的通路。當輪子42縮回時，底部24通過輪子42的襯墊支撐(未示出)穩(wěn)定地安置在手術(shù)室地板上。拔出輪子42后，包括機器人操作器14的底部24可由手移動。在不同的設計中，底部24可裝配在可移動或固定的線性軌軸上或者裝配在設計用于支撐幾個底部24及關(guān)聯(lián)的操作器14的手推車上。主底盤40設計為使其在需要時可固定在地板上，例如通過使用孔44進行螺紋連接，以便于向機器人操作器14提供附加穩(wěn)定性。機器人操作器14通過螺紋孔45中的螺釘連接到底部24。在底盤40中，加工了幾個高精度孔46。這些孔46用于支撐光學校準反射器，其用于通過光學測量系統(tǒng)確定底部24的位置和方向，所述光學測量系統(tǒng)如由R.Bernbardt及S.Albright于1993年在ed.Chapman&Ha11上發(fā)表的"Robotcalibration"中所描述。應當注式。此外底部包括外殼48,用于供電及伺服驅(qū)動無刷電動機、信號調(diào)節(jié)裝置、用于安裝有臂傳感器的局部處理裝置及通向遠程系統(tǒng)控制單元的通信通道。如圖1所示并且最佳參見圖8，2D激光測距掃描器22安裝在底部24上，更精確地安裝在外殼48上，以在連結(jié)L2和L3周圍的安全周界內(nèi)進行例如助手A的進入4企測。應當注意通常在醫(yī)療機器人系統(tǒng)10中使用兩種不同類型的機器人操作器14。盡管兩種類型的機器人操作器14基本具有相同幾何形狀及運動學PRP構(gòu)造的臂26,第一種類型優(yōu)選地特別布置為操作用于可視化的內(nèi)窺鏡而第二種類型布置為操作用于手術(shù)本身的任何不同種類的適合的腹腔鏡器械18。對于腹腔鏡手術(shù)，通常使用一個第一種類型的機器人操作器14,而使用幾個第二種類型的機器人操作器14。在醫(yī)療機器人系統(tǒng)10中，這兩種類型的機器人操作器14之間的主要區(qū)別在于由于關(guān)節(jié)J3要求繞它的入口360°旋轉(zhuǎn)(通常為了檢測的目的)，關(guān)節(jié)J3的路徑比內(nèi)窺鏡操作器(大約750mm)長。由于關(guān)節(jié)J4要求繞它的入口360°旋轉(zhuǎn)，關(guān)節(jié)J4的路徑對于內(nèi)窺鏡操作器是無限的。這通過使用J4軸上的信號收集器而實現(xiàn)。內(nèi)窺鏡操作器不需要關(guān)節(jié)J6，即內(nèi)窺鏡可直接連接到關(guān)節(jié)J5上。內(nèi)窺鏡操作器的效應器單元30通常包括內(nèi)窺鏡及力/扭矩傳感器以才全測外力。由于僅僅需要定位內(nèi)窺鏡的能力，對于內(nèi)窺鏡操作器來說所有關(guān)節(jié)對速度/加速度的要求至少降低60%?？紤]到這些差別，本描述的重點在于第二種類型的機器人操作器14，因為后者具有更嚴格的設計要求。下面參考圖9給出關(guān)于操作器的臂部26的關(guān)節(jié)Jl至J3,包括它們各自的作動器的構(gòu)造細節(jié)。如相關(guān)的線性作動器，用于臂升高的(P)關(guān)節(jié)Jl包括滾珠絲桿線性軸50(例如由德國奧芬堡&英國普爾的ParkerHannifin、ElectromechanicalDivision生產(chǎn)的ET系列的合適型號)。滾珠絲桿線性軸50由裝配有增量電動機位置編碼器及制動器的無刷伺服電動機51驅(qū)動。線性軸50另外還提供有位于輸出級的額外的絕對線性位置傳感器(未示出)，限位開關(guān)和機械行程端緩沖器(未示出)。垂直線性導向52操作地與線性軸50關(guān)聯(lián)從而保證軸線性及扭矩強度。線性軸50連接到托架53上用于將臂26裝配在底部24上。引導信號及電線進入關(guān)節(jié)Jl的殼內(nèi)的垂直電纜軌道中(未示出)。如圖3最佳所示，外殼54包圍平移(P)關(guān)節(jié)J1的元件。可注意到關(guān)于關(guān)節(jié)Jl的作動器組件，設置電動機/負載的減速比率從而使得在電動機制動器未接合或當伺服電動機51不供電時阻止水平部分29的不希望的下降。此外，緊急停止按鈕(未示出)設置在外殼54上，其用于在緊急時停止所有機器人關(guān)節(jié)的運動。如圖9所示，操作器的臂部26的前述元件組成它基本垂直的部分27。圖9還示出形成臂26的肩關(guān)節(jié)的(R)關(guān)節(jié)J2。如圖IO最佳所示，關(guān)動負載。所述無刷電動機61裝配有位置編碼器及故障安全制動器。另外，作動器組件包括另一個由連接到齒輪62的輸出級的帶66驅(qū)動的絕對旋轉(zhuǎn)位置傳感器65,以及機械行程終端緩沖器和限位開關(guān)(未示出)。按鍵開關(guān)(未示出)提供在殼64上，這允許在關(guān)節(jié)J2、J3、J4、J5和J6各自的電動機停止供電時釋放它們的制動器。這允許用手將臂26及效應器單元30移動進入停止位。來自下游關(guān)節(jié)J3-J6及效應器單元30的信號及電力電纜通過在殼64內(nèi)通過的柔性電纜導管(未示出)從J3引到Jl?？蛇x地，可例如通過合適的齒輪和電動機組件的空心軸引導這種電纜。圖9還示出包括(P)關(guān)節(jié)J3的臂26的水平部分29的設計，所述(P)關(guān)節(jié)J3用于設置徑向延伸，即水平部分29的范圍。關(guān)節(jié)J3包括例如滾珠絲桿線性軸的線性圓柱軸70,作為關(guān)聯(lián)的線性作動器。例如，由前述的公司生產(chǎn)的ET型號作動器，由裝配有電動機位置編碼器的無刷伺服電動機71驅(qū)動并且使用故障安全制動器。線性圓柱軸70的桿移動構(gòu)造為矩形管并裝配在線性引導73的臺車上的橫梁72。這種結(jié)構(gòu)允許減少線性偏轉(zhuǎn)。線性圓柱軸70在輸出級附加地提供其他絕對線性位置傳感器，提供限位開關(guān)和行程終止機械緩沖器(未示出)。信號和電線引導進入水平放置的電纜鏈。罩74固定在形成第二連結(jié)L2的部分并包周(P)關(guān)節(jié)J3的元件，尤其是線性作動器70和線性導向73。如圖9所示，形成連結(jié)L3部分的橫梁72構(gòu)造用于分別伸縮進出罩74。因此臂26提供縮小到極端的水平部分29,其僅需要有限量的患者P上方空間。另外，優(yōu)選地在罩74的后上方提供燈以可視地指示供電及驅(qū)動狀態(tài)。下面通過參考圖11-13將具體的描述腕部28、尤其是關(guān)節(jié)J4和J5的構(gòu)造。圖11-13所示的(R)關(guān)節(jié)J4的機械和作動設計包括支承盤80，其上垂直裝配有無刷伺服電動機81。該伺服電動機81在電動機軸上提供有位置編碼器82及霍爾傳感器。作為伺服電動機81,例如使用瑞士Sachseln的MAXONMOTORA.G.的EC電動機系列的適合型號。(R)關(guān)節(jié)J4還包括傳送機構(gòu)，通過耦合在伺服電動機81的齒輪83和通過傳動帶84及帶輪85系統(tǒng)以驅(qū)動耦合在連接凸緣87上的負載軸帶輪86。附加的絕對單圈傳感器88連接到帶輪89上，其同樣由傳動帶84驅(qū)動并連接到支承盤80的底側(cè)。為了容易將電纜從J5引到J4，包括負載軸帶輪86及連接凸緣87的組件，具有空心軸及連接凸緣87上的側(cè)窗。支承盤80通過兩個裝配盤90牢固地連接在橫梁72上。如圖14所示，殼92用于保護關(guān)節(jié)J4的部分。殼內(nèi)，來自效應器單元30、關(guān)節(jié)J5和J4的的電纜提供有連接器以為了維護的目的使腕部28可分離。緊急停止按鈕提供在關(guān)節(jié)J4的殼92上。故障安全制動器優(yōu)選地裝配在伺服電動機81的軸上。為了減少側(cè)向偏移Ol，其在多才幾器人的構(gòu)造中可構(gòu)成一個限制因素，電動機可同樣與負載軸帶輪86及傳感器88的軸對齊。在這種情況下，支承盤80優(yōu)選地具有圍繞負載軸帶輪86的圓形邊界。(R)關(guān)節(jié)J5的機械和驅(qū)動設計同樣在圖11-13中更詳細地示出?；綥形的支撐件100將關(guān)節(jié)J5連結(jié)到關(guān)節(jié)J4，其中水平部分連接到關(guān)節(jié)J4而垂直部分作為關(guān)節(jié)J5的固定框架。其包括例如為MAXONMOTORA.G.的合適的EC型號的無刷伺服電動機101，在電動機軸上具有位置編碼器102及霍爾傳感器。如圖13所示，伺服電動機101橫向裝配在支撐件100上。如圖12和13所示，(R)關(guān)節(jié)J5進一步包括傳送機構(gòu)，通過耦合在電動機101上的齒輪103及通過傳動帶104以及帶輪105系統(tǒng)以驅(qū)動負載軸帶輪106。附加絕對單圈傳感器108連接在帶輪109上，帶輪109同樣由傳動帶104驅(qū)動，并連接在支撐件100的內(nèi)側(cè)。為了易于將電纜從效應器單元30傳送到關(guān)節(jié)J4上，包括多個特征。具有支撐件100中提供兩個孔110和112、帶輪106及工具凸緣32中的中空的中心通道114、及用于帶輪106的電纜引導支撐件116。L形支撐件IOO具有側(cè)面加固件以提供用于通過工具凸緣32支撐效應器單元30的堅固結(jié)構(gòu)。如果需要，(R)關(guān)節(jié)J5優(yōu)選地包括限位開關(guān)及故障安全制動器(未示出)。當提供的時候，后者優(yōu)選地裝配在由傳動帶104驅(qū)動的帶輪上從而減少側(cè)向偏移02，其可在多機器人構(gòu)型中制定限制因素。圖14和15示出效應器單元30,設計用于連"l妻到關(guān)節(jié)J5的工具凸桑彖32，具有三個主要部分腹腔鏡器械作動器120、包括6DOF力/扭矩傳感器及6DOF線性/角度加速度計的傳感器組件122，以及用于關(guān)節(jié)J6的殼124。關(guān)節(jié)J6連接到傳感器組件122。腹腔鏡器械作動器120提供有用于將適合的腹腔鏡器械18裝配到機器人操作器14上的底座130。為了緩和，腹腔鏡器械作動器120和包括力、扭矩及加速度測量傳感器的傳感器組件122分別由首寫字母的縮寫LIA和FTAS表示。效應器單元30的元件排列成這樣的方式，關(guān)節(jié)J6使適合的腹腔鏡器械18繞后者的對稱縱軸旋轉(zhuǎn)，從而該軸與FTAS122的法向(normal)Z軸一致。選才奪效應器單元30相對于(R)關(guān)節(jié)J5的旋轉(zhuǎn)軸的位置位于效應器單元30的平衡點從而當關(guān)節(jié)J5停止或不供能時防止發(fā)生傾斜。因此，連接到腕部28的效應器單元30的主支撐22框架140,構(gòu)造為使組裝的效應器單元30在(R)關(guān)節(jié)J5的旋轉(zhuǎn)軸上平衡。對關(guān)節(jié)J5的電動機/負載的減速比同樣對傾斜阻力產(chǎn)生作用。圖15示出關(guān)節(jié)J6的構(gòu)造。在主支撐框架140(將連接到工具凸緣32)上裝配具有增量編碼器142及齒輪組件143的無刷電動機141。連接到電動機141上的電動機帶輪145通過帶144耦合到負載帶輪146。負載帶輪146提供關(guān)節(jié)J6的旋轉(zhuǎn)DOF。附加的絕對位置傳感器148裝配在負載帶輪146的軸上，與(R)關(guān)節(jié)J6的軸一致。位置編碼器148具有用于傳遞LIA120及FTAS122的信號和供電線到"滑環(huán)"或滑動接觸型的旋轉(zhuǎn)收集器150的中空軸?；h(huán)150使關(guān)節(jié)J6能進行無限軸旋轉(zhuǎn)。負載帶輪146通過連接凸緣152連接到FTAS122。用于LIA120及FTAS122的供電和信號線的電纜通過連接凸緣152中的中空通道引導進入殼124內(nèi)。將會意識到的是，機器人操作器14作為整體提供有內(nèi)部通道中以確保例如關(guān)節(jié)J1-J6和諸如LIA120和FTAS122的效應器單元30元件的所有信號和電線的受保護引導。在又一改進(未示出)中，關(guān)節(jié)J6構(gòu)造實現(xiàn)下面兩個更改第一，通過將電動機-齒4侖-帶4侖組件141、143、144、145定位成與圖15所示的方向成-90度而減少偏移03。第二，通過配置電動才幾-齒4侖組件141、143以定位更靠近LIA120而減少偏移04。將會意識到的是，在當前實施例中關(guān)節(jié)J4、J5及J6的旋轉(zhuǎn)軸相交在空間的同一點。因此消除了連結(jié)L5產(chǎn)生的潛在偏移。如圖23和圖24所示，替代i殳計無論如何都由于連結(jié)L5而存在偏移05，例如，以便于防止兩個適當?shù)母骨荤R器械18插入到靠近布置的套管針(入口20)時提高可操作性。例如，圖23和24示出的特殊設計提供具有由于連結(jié)L5引起的負偏移05的修改的操作器腕部28，。該負偏移05允許將第一機器人操作器14的效應器單元30放置在第二機器人操作器14的效應器單元30上方而腕部28，之間沒有沖突。然而這種修改的構(gòu)造要求關(guān)節(jié)J3具有增加的延伸及關(guān)節(jié)J2、J3和J4具有更高的速度與加速度能力。正如從圖24所意識到的，腕部28，的構(gòu)造有利于在多個靠近布置的入口20(套管針200)處操作。應當理解如圖23所示的J6和J4旋轉(zhuǎn)軸之間的偏移05的優(yōu)選值大約為LIA120在其最大橫截面處的直徑。關(guān)于機器人操作器14和它的元件的設計的一些其他方面和優(yōu)點將在下面具體介紹。關(guān)于用于腕部28和效應器單元30的傳送和電動機的所述構(gòu)造，同樣可使用其他構(gòu)造，例如，作為傳動手段的電纜和帶輪或具有扭矩電動機的小型齒輪-電動機-制動器組件。然而作為傳送手段的電纜和帶輪更難實施及維護，同時基于扭矩電動機的組件通常不那么緊湊。為了所述系統(tǒng)的安全，選擇伺服作動器具有"動態(tài)制動器"功能以在緊急停止的情況下允許停止電動機51、61、71、81、101、141。機器人操作器14的外殼由適合的可清潔塑料材料射成并可能部分為鋁，但所有外部傳導部分連接到電性地。所有內(nèi)部元件屏蔽關(guān)于接收和發(fā)射的EMI。關(guān)于手術(shù)室中的消毒，通常使用無菌塑料袋完全覆蓋機器人操作器14，即從效應器單元30到底部24。關(guān)于作動，上述機器人操作器14的設計顯示了兩個其他優(yōu)勢第一，機器人操作器14的關(guān)節(jié)可手動驅(qū)動，除了關(guān)節(jié)Jl因為它具有高的靜摩擦力反向慣性。換句話說，當釋放所有的制動器時，在凸緣32上裝配在腕部28的效應器單元30可通過僅用少于5kg的推力(在水平方向)手動驅(qū)動關(guān)節(jié)J2、J3、J4、J5和J6而由手移動。第二，通過知覺冗余增加系統(tǒng)安全性。如上所述，關(guān)節(jié)Jl-J6中每一個具有位于電動機軸上的位置編碼器及測量各自關(guān)節(jié)有效運動輸出的附加位置傳感器(例如65、88、108、148)。實際上，這種知覺冗余用于檢測故障(例如，電動機導線的、帶的或者伺服作動器的故障)。此外，該設計避免關(guān)節(jié)Jl-J6中每一個發(fā)生運行到頭(end-of-motion)的情形。當一個關(guān)節(jié)跑到它的運動限制之外時發(fā)生運行到頭，并且特別在遠程操作的機器人手術(shù)中屬于關(guān)鍵狀況，因為對于外科醫(yī)生S來說在器械18插入到患者P體內(nèi)時獲得恢復是困難并且麻煩的。為了避免運行到頭的情形，臂26的棱柱關(guān)節(jié)J1、J3設計為具有足夠的行程并且效應器單元30的滾動關(guān)節(jié)J6設計用于無限旋轉(zhuǎn)。作為結(jié)果，運行到頭情形的避免僅要求期望的某些預先確定的初始構(gòu)造和期望的設置條件。圖16示意性地示出套管針200及它在患者P體外的工作空間202。通過z軸大約平行于重力方向向上的笛卡爾坐標系(x,y，z)，在圖16中同樣示出支點參照系FRF。套管針200通常通過一個在204處標識的患者P的腹部的小的切口進入腹腔。套管針200與切口一起形成如圖1和2中所示的入口20。為了到達其中將要執(zhí)行手術(shù)的器官或區(qū)域，由z，標識的套管針200的縱軸在工作空間202中繞FRF的原點、即轉(zhuǎn)動點206樞軸轉(zhuǎn)動。換句話說，該原點確定了套管針200的支點。該支點優(yōu)選地確定在患者P的腹壁和皮膚之間，在最小傾斜阻力的位置，以便于減少拉出套管針200的風險。下面最大的力和扭矩范圍實驗性地記錄在放置在修改后的腹腔器械手柄處的6DOF力/扭矩傳感器上(參見由J.Rosen等發(fā)表的"Surgeon-ToolForce/TorqueSignatures-EvaluationofSurgicalSkillsinMinimallyInvasiveSurgery"-ProceedingsofMedicineMeetsVirtualReality,MMVR-7,IOSPress,加利福利亞舊金山，1999年1月)力Fx，F(xiàn)y=±10N;Fz=±30N;'力矩Mx，My=±lNm;Mz=±0.1Nm。此處Fi表示沿著相應軸i=x,y或z的力，而Mi表示關(guān)于圖16中FRF的相應軸i二x，y或z的力矩。FTAS122中的力-扭矩傳感器的操作范圍應當考慮這些值加上LIA120的重量、運動的動態(tài)負載及施加在套管針200上的樞軸轉(zhuǎn)動和穿刺阻力。實際上，F(xiàn)TAS122中的力-扭矩傳感器用于力/扭矩反射，即力/扭矩反饋到由外科醫(yī)生S才喿作的觸覺界面，用于采用FTAS122作為操縱桿而手動驅(qū)動效應器單元30，并用于監(jiān)控與連接到效應器單元30上的器械18的相互作用的力/扭矩，例如位于器械18尖端或位于圖4中樞軸轉(zhuǎn)動點206的力/扭矩。FTAS122中的線性和徑向加速度計用于補償對力/扭矩傳感器信息的重力和加速度影響。FTAS122中的加速度計和力/扭矩傳感器的測量軸幾何上一致。在手術(shù)期間，腹腔鏡器械18通過套管針200插入。對于大多數(shù)手術(shù)程序，外科醫(yī)生S在下面繞圖16的FRF的角度工作空間和速度的最大范圍內(nèi)操作器械18:表1支點最大行程最大速度偏4元支點+/-70°1007s俯仰支點[+10。-80"607s穿刺3007s在一些現(xiàn)有技術(shù)的機器人操作器的設計和構(gòu)造中，套管針200的轉(zhuǎn)動支點在腕部安裝后將保持固定，這是因為腕結(jié)構(gòu)繞固定點轉(zhuǎn)動的機械設置(例如參見由Taylor等發(fā)表的"Remotecenterofmotionrobot"-美國專利號No.5667323-1995年5月)。其他現(xiàn)有技術(shù)的設計具有沿著轉(zhuǎn)動軸的機械順從性以便于限制施加在套管針上的力(例如參見由Wang等發(fā)表的"Medicalroboticsystem"-美國專利號No.6102850,2000年8月)。與之相反，在此才是出的機器人操作器14設計為既沒有機械順從性也沒有運動中心，而是依靠繞由特定程序確定的支點206的精確絕對運動，及對依靠對施加在效應器單元30上的力和扭矩的實時控制，從而優(yōu)化支點206的位置。此外，該特征在外科醫(yī)生S需要時可提供柔性以平移支點206以1更于提高腹內(nèi)工作空間。另一個優(yōu)點為適應例如由于腹腔壓減少時而引起的支點206的絕對4立置變化的能力。顯然，機器人操作器14應當具有一定的運動能力以向效應起單元30提供可以與外科醫(yī)生手動處理腹腔鏡器械相比的靈巧性。基于表1給出的運動狀況，已發(fā)現(xiàn)的用于該特定實施例中的關(guān)節(jié)Jl-J6的優(yōu)選運動能力總結(jié)在表2中。滾動、傾斜及偏航角度可相對于絕對參考系確定，例如，在支點上。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>根據(jù)各個關(guān)節(jié)的速度和加速度能力，表1給出的值相對較高從而要求牢固的作動器、臂26和腕部28的堅固結(jié)構(gòu)及通過底部24的適當?shù)牡匕骞潭āｏ@然，可選擇導致較少要求的較低的值，但這是以在轉(zhuǎn)動點206的動力學減少作為代價的。另一相關(guān)方面，尤其在具有力反射的遠程操作的機器人手術(shù)中，是才喿作器14的精確度要求。足夠的精確度有助于減少套管針切口處的應力，并允許執(zhí)行精確的力/扭矩補償。在選擇的設計中，操作器14在與效應器單元30連接處的靜態(tài)精確性，即在工具凸緣32處(見圖4),對于定位應當優(yōu)于士2mm而對于在FRF(見圖16)處的定向優(yōu)于±0.1°。此處假設在連接的腹腔鏡器械18的尖端具有1.5kg的外部負載，并假設FRF在離關(guān)節(jié)J5的軸280mm處。動態(tài)精確度對于定位應當優(yōu)于士4mm而對于在FRF處的定向優(yōu)于士0.5。。這些特征首先是通過零件結(jié)構(gòu)的精確機械加工、連結(jié)L1-L6和關(guān)節(jié)Jl-J6的剛度、位置傳感器的足夠分辨率、PID電動機控制環(huán)適當?shù)恼{(diào)整、操作器的動態(tài)校準等獲得的。在本文中，提供在關(guān)節(jié)Jl-J6中每個的出口處的前述絕對位置傳感器(例如65、88、108、148)具有下面優(yōu)點:.歸位機器人操作器14的關(guān)節(jié)Jl-J6而不驅(qū)動關(guān)節(jié)；這意味著用于控制電動機的增量傳感器的初始值由絕對傳感器提供。如果不能獲得絕對傳感器，可執(zhí)行歸位程序而在給定方向移動每個關(guān)節(jié)以尋找參考信號。在啟動時沒有為了歸位的自動移動確?？焖俳M織程序并提高安全性。*實時確定效應器單元30的位置和方向避免由傳動機構(gòu)引起的關(guān)節(jié)彈性誤差；.監(jiān)控機器人操作器14從FRF的偏移；.通過使用在每個關(guān)節(jié)Jl-J6提供的各個電動機編碼器顯示的位置而監(jiān)測數(shù)據(jù)一致性以;險測關(guān)節(jié)傳動機構(gòu)故障(例如帶斷裂)或者其他硬件故障。機器人技術(shù)的另一個方面為用于控制機器人操作器14的數(shù)學模型。與機器人操作器14的理論模型不同，有效且精確的"具體"模型，必須在標定過程中確定包括諸如動力學布置的偏移量、關(guān)節(jié)J1-J6的彈性、連結(jié)L1-L7的彈性、作動器無效行程(backlash)及其他線性誤差的參數(shù)。使用已確定的"具體"操作器模式用于三個目的第一，使用具有實時關(guān)節(jié)偏移量和連結(jié)長度的運動控制器(其簡化了逆向運動學計算)中的理論模型提高機器人操作器14的精確性；第二，實時通過前向公式精確地計算6-DOFFTAS122以及已經(jīng)連接的負載的位置和方向，(這些值要求補償重力和加速度負載)；第三，實時通過前向公式確定器械尖端的位置和方向并推出力反射(例如器械18的穿刺)需要的參數(shù)。下面的段落給出腹腔鏡器械作動器(LIA)120的更詳細的描述。如圖14和15所示，LIA120形成效應器單元30的部分。LIA120提供一般驅(qū)動界面用于由機器人操作器14使用諸如抓取器/解剖鉗、剪刀、吸引/沖洗工具等標準腹腔鏡器械。因此，LIA120形成揭:作器14的末端并且作為它的把手部分，因為它模仿外科醫(yī)生的手部動作。LIA120包括外殼154,其后端形成用于連接到FTAS122的接口凸纟彖156,而其前端形成機器人才喿作器14的末端。在效應器單元的一個不同構(gòu)造中，LIA可包括關(guān)節(jié)J6。然而該構(gòu)造要求器械適配器的更復雜的機械設計，其應當包括旋轉(zhuǎn)機構(gòu)以及開-關(guān)機構(gòu)和電力傳輸。另外，即便具有旋轉(zhuǎn)機構(gòu)也應當保持無菌區(qū)域。圖14-15和圖18-22所示的LIA120適合與任何標準腹腔鏡器械一起使用，所述腹腔鏡器械可分成位于一側(cè)的手柄及位于另一側(cè)的桿。此處桿定義為相對細長的管，在其尖端具有例如力/剪刀爪插入物、吸引/沖洗件、諸如刀的基本工具或電燒灼/切割裝置。與尖端相對的末端包括設計用于將桿連接到外科醫(yī)生的手柄上的窩。通過LIA120的設計和相應器械桿適配器的設計獲得機器人操作器14與標準器械的兼容性，在下面由手寫字母縮寫ISA標識，其中圖17的局部剖視圖示出其一個實施例。圖17示出器械桿302能連接在其上的ISA(器械力干適配器)300。ISA300通過將其裝配在圖15所示的底座130中而可連接到LIA120。為此目的，ISA300包括具有基本圓柱狀外表面的殼303。如圖17所示，ISA300設計為常規(guī)(腹腔鏡)器械的器械桿302和LIA120之間的耦合件。為此目的，ISA300在其前端包括桿連接器304。桿連接器304"^殳計用于連接到桿302的特定類型的插座306,其取決于實際器械。最初，插座306設計用于連接到腹腔鏡器械手柄(未示出)。如圖17所示，桿連接器304再現(xiàn)了桿302設計用于的原始手柄的連接器。ISA300還包括耦合裝置，耦合件308用于固定連接到LIA120上。耦合件308側(cè)向布置在殼303上并徑向從那里突出從而當ISA300裝配在LIA120上時阻止它的旋轉(zhuǎn)。在耦合件308中包括小金屬塊的金屬4全測表面。線性可滑動活塞310布置在ISA300內(nèi)部的圓柱狀導向312中。圓柱狀滑塊銷314橫向連接在活塞310上并且從殼303向外突出用于操作活塞310?；钊?10的滑動操作作動器械桿302中的棒用于操作器械桿302尖端的工具。將會意識到的是，ISA300再現(xiàn)原先連接在桿302上的手柄關(guān)于操作器械桿302的功能，同時將連接界面與LIA120—起提供到機器人操作器14。應當理解圖17中示出的ISA300的特定實施例設計用于要求機械作動的器械，諸如用于器械尖端開/關(guān)功能，例如，具有或不具有單極或雙才及電力傳輸?shù)募舻逗妥ト∑?。本公開同樣包含多種其他類型的模擬適配器，每個適配器適合特定類型的腹腔鏡器械，即，特定類型的桿(例如302),其將連接到LIA120。相應地，根據(jù)器械的要求，ISA包括例如用于作動器械的爪的線性滑塊銷314、例如用于單極或雙極燒灼電源等的一個或多個連接器318，以及/或者例如用于沖洗或吸引器械的一個或多個管道連接器。盡管圖17中示出具有電連接器318，應當理解，對于純機械器械18,不需要提供形成電連接器18的ISA300的部分(圖17中的細線寬度畫出)。應注意任何類型的ISA的組成材料應當選擇使其可例如通過蒸氣高溫滅菌器而碎皮消毒。實際上，由于LIA120的i殳計，ISA是醫(yī)療才iL器人系統(tǒng)10中需要消毒的唯一部分(當然除了器械桿)。在才喿作期間，LIA120的外殼154及效應器單元30的其他部分裝入無菌塑料罩中。盡管沒有示出，顯然的是，對于諸如電手術(shù)刀或電刀的非機械作動但電供能的器械，ISA不需要具有滑塊銷314及關(guān)聯(lián)的機械傳輸。對于諸如沖洗或抽吸管道的器械，ISA裝配有兩個由機器人控制系統(tǒng)通過電閥電作動而遠程支配的兩個導管。圖18中示出的LIA120設計為較輕(例如不到800g的總重量)并且使其適合進入直徑大約90mm或優(yōu)選為75mm的相對較小的圓柱狀包絡以增加具有鄰近入口20的兩個相鄰工具之間的可用工作空間。LIA120的總長度(在特定實施例中約130mm)主要由ISA300長度確定。使LIA120的長度最小化從而限制關(guān)節(jié)J5的旋轉(zhuǎn)軸和FRF的支點206之間的距離(見圖17)。事實上，距離偏移量確定所有操作器關(guān)節(jié)Jl-J5的行程范圍和速度/加速度能力。然而建議LIA120的長度至少為6cm,人而允許在手動才莫式中用手4爪住LIA120(即用連接到FTAS122上的外殼154作為"操縱桿")。如圖18所示，外殼154的外表面具有光滑的邊緣。其由容易清潔、重量輕并且非導電材料制成。此外，LIA120具有關(guān)于采用ISA300裝配的適當?shù)钠餍?8的桿302而局部旋轉(zhuǎn)對稱的i殳計。當ISA300正確地連4妻到LIA120上時，桿302的軸與關(guān)節(jié)J6的滾動軸及FTAS122的垂直軸一致。進一步如圖18所示，如將在下面詳細描述的，LIA120的外殼154包括線性作動機構(gòu)400用于作動通過ISA300裝配的器才成18。底座130在LIA120的接近表面401構(gòu)成凹入的細長半圓柱狀凹進處以便于ISA300的插入和拔出。用于4妻收ISA300的底座130與關(guān)節(jié)J6的旋轉(zhuǎn)軸近似同軸并沿著外殼154的中心軸延伸。將會意識到的是，ISA300關(guān)于LIA120的裝配和移除方向徑向相對于關(guān)節(jié)J6的i走轉(zhuǎn)軸。LIA120構(gòu)造為^f吏乂人接近表面401上方的整個半平面可到達底座130。如圖18所示，底座130包括加深底座130徑向進入LIA120的體內(nèi)的縱向槽402。附加槽402構(gòu)造用于接收ISA300的耦合件308。與底座130相關(guān)的鎖定機構(gòu)406的嚙合部分布置在槽402中并與耦合件308配合。底座130形成為與ISA300的殼303的外圓柱形狀一致的具有圓形末端部分的半圓柱狀凹進處。存在檢測器404,例如感應存在的開關(guān)，布置在底座130中用于通過感應機械塊309(見圖17)進行ISA300的存在檢測。安全停止(dead-man)開關(guān)按鈕408允許將才幾器人操作器14的控制系統(tǒng)切換為手動模式。在手動模式中，LIA120(以及，如果連接的話，器械18)通過機器人操作器14使用由助手處理LIA120的外殼154產(chǎn)生并由FTAS122讀出的信息進行定位及定向。手動模式尤其對通過套管針插入或拔出器械有用。線性驅(qū)動機構(gòu)400的細節(jié)最佳參見圖20。驅(qū)動才幾構(gòu)400包4舌通過變速箱412及帶輪414、416連接到滾珠絲桿420的微型無刷電動機411，帶輪414、416由帶418耦合。該滾珠絲桿420與布置在其上的螺母422配合從而將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為線性運動，如圖19所示。螺母422由線性導向424引導乂人而減少滾J朱絲桿420上的4黃向作用力。感應限位開關(guān)426和428放置在螺母422的行程末端處并連接到用于限制驅(qū)動機構(gòu)400行程的控制單元。如圖19所示，作動機構(gòu)400將線性運動傳達給LIA120的滑座430，如下面將要詳細描述的。在優(yōu)選實施例中，下面參數(shù)選擇用于作動機構(gòu)400:*滑座430的最大機械行程7mm(通常5mm足夠用于標準器械，但已發(fā)現(xiàn)相同類型的幾個桿可具有上至2mm的行程長度變化)；.行程速度范圍lmm/秒至20mm/秒；.最大驅(qū)動力200N;優(yōu)選地避免在LIA120中使用步進電動機，因為它們產(chǎn)生的振動將是FTAS122的相當大的噪聲源。因此，使用微型的裝配有軸位置編碼器的無刷電動機411。這種電動機例如可/人德國Schoenaich的FaulhaberGmbH獲得。然而不排除其他諸如電纜-驅(qū)動傳動的不振動的線性運動機構(gòu)。圖20示出用于電動機411的供能及控制單元440，該電動機411嵌入在LIA120的外殼154中并且供應例如24VDC的電能。為了進一步減少外殼154的直徑，供能及控制單元440可放置在附加外殼中，附加外殼或者在凸緣156與FTAS122之間，或者在FTAS122及關(guān)節(jié)J6(未示出)的連接凸緣之間，或者在關(guān)節(jié)J6的罩124內(nèi)，例如，在靠近電動機141的滑環(huán)連4妄器80后。供能及控制單元440設計尤其用于以對應于接收到的位置指令的給定速度剖面作動滑座430、用于根據(jù)用戶需求限制電動機電流、用于管理基于來自限位開關(guān)426、428的信號的運動、用于使用限位開關(guān)使電動機歸位，以及用于監(jiān)控外殼154上的存在檢測器404。其他安全性功能，例如緊急停止功能，同樣使用電動機411的伺服誤差以及電動機411的熱防護實現(xiàn)，電動機411的伺服誤差即目標位置減去有效位置。為了減少LIA120需要的空間，線性驅(qū)動機構(gòu)400不配備絕對位置傳感器。然而，通過使用限位開關(guān)426、428作為內(nèi)部傳感器確保自動歸位程序。在手術(shù)期間，滑座430的絕對位置可周期地記錄在例如機器人控制系統(tǒng)中的適當內(nèi)存中，用于在停電或發(fā)生故障后快速恢復系統(tǒng)。ISA300的存在，即無論它是否正確地裝配在LIA120上，將通過布置在底座130中的感應存在的開關(guān)404(見圖18)感測。感應存在的開關(guān)404的輸出供應給控制單元440的可用的輸入。最好參見圖17和19，作動機構(gòu)400的滑座430適合接收ISA300的滑塊銷314。通過電動機411的作用，滑座430被重新定位從而驅(qū)動已連接的ISA300的滑塊銷314。滑塊銷314依次作動活塞310以4喿作桿302(未示出)尖端的例如爪開/關(guān)一幾構(gòu)的工作件或工具。換句話說，線性驅(qū)動才幾構(gòu)400和ISA300的結(jié)合模擬手柄的作用，該手柄已從桿302移除并被ISA300代替。由于傾斜的引導表面434，滑塊銷314便于插入到滑座430中。圖21和22更詳細地示出在圖18中僅僅部分示出的LIA120鎖定機構(gòu)406的構(gòu)造。鎖定機構(gòu)406構(gòu)造為閂鎖并且包括布置在底座130的槽402(圖18所示)中的可滑動閂450。應當理解閂450由槽402中合適的裝置引導。槽402，與可滑動閂450—起，構(gòu)造用于嚙合地接受圖17中所示的ISA300的耦合件308。閂450包括用于嚙合兩個突出316的兩個前端452,所述突出由耦合件308中的槽形成(見圖17)。耦合件308的邊緣為圓形的以容易插入到槽402中并從其中移除。閂450的設計最好參見圖22。彈簧454彈性地將閂405推向FTAS122。線性導向的旋鈕456允許旋轉(zhuǎn)耦合在線性引導閂450上的樞軸458以當31ISA300將被移除時手動將閂450從耦合件308上脫離。閂450的前端450倒角從而允許僅僅通過推動而插入ISA300。根據(jù)相配輪廓，前端452及突出316的嚙合部分為圓形以限制對用于覆蓋LIA120的無菌塑料罩的損傷。應當理解，可同樣使用其他等效的耦合或鎖定機構(gòu)，例如使用使用金屬盤安裝在LIA中的永磁體及裝配在ISA上基于凸輪的杠桿以代替閂鎖機構(gòu)。優(yōu)選地，例如鎖定機構(gòu)406和耦合件308的固定機構(gòu)，設計為確保ISA300在其裝配到LIA120上時可抵抗下.述的力和力矩而不從LIA120上脫離...100N的牽引力和壓縮力；.對應于在器械尖端的15N徑向力的扭轉(zhuǎn)力矩；'上至5Nm的彎曲力矩。將會意識到的是，LIA120和每個配合ISA(例如300)設計為能由外科醫(yī)生助手A快速并容易手動安裝及移除適合的腹腔鏡器械18，即與ISA(例如300)組裝的桿(例如302)。上述基本圓柱狀的ISA300外形、它的耦合件308、底座130、槽402及鎖定機構(gòu)406提供ISA300到LIA120上的引導插入及簡單連接程序。該設計確保在通過少數(shù)幾次手動移動的ISA插入及拔出程序時需要的剛度。通過該設計，可基本用與手動手術(shù)程序相同的速度完成適合的腹腔鏡器械18.(即桿和ISA)的插入和拔出，其中助手在大約6-9秒中為外科醫(yī)生替換傳統(tǒng)器械。應當注意，包括ISA(例如300)和桿(例如302)的適合的腹腔鏡器械18的插入和移除可在兩種情況下安全完成當器械在患者P體外時或者當器械插入在患者P內(nèi)體時。當滑塊銷314被驅(qū)動時同樣可能完成移除。將適合的工具裝配到LIA120.上之前，應當符合多個初步條件。第一，如果器械部分插入到套管針(不超過套管針長度)，LIA120應當預先通過才喿作器14定位及定向到教導的位置，其將效應器單元30(關(guān)節(jié)J6)的旋轉(zhuǎn)軸與套管針對齊。第二，滑座430應當由機器人控制系統(tǒng)放置在"插入?yún)⒖嘉恢?，例如，最靠近接口凸緣156的位置。當移除ISA(例如300)時，滑座430應當由機器人控制系統(tǒng)自動移入到該"插入?yún)⒖嘉恢?，，。如上所述，ISA的存在、缺席或者不正常釋放可由存在檢測器404檢測。第三并且如果存在，ISA(例如300)的滑塊銷(例如314)應當在對應于滑座430的"插入?yún)⒖嘉恢?的"插入?yún)⒖嘉恢??；瑝K銷314的該位置優(yōu)選地確定為使器械處于"閉合，，構(gòu)造，例如，鑷子/剪刀器械的爪松馳地、但足以在該位置閉合。最佳如圖14所示，包括ISA(例如300)和桿(例如302)的適合的腹腔鏡器械18的插入程序可通過根據(jù)箭頭460的僅一次手動移動而實現(xiàn)，所述移動包括將ISA(例如300)放置在底座130上并包括在ISA上沿著相同的方向輕輕推動以將耦合件308和鎖定機構(gòu)406嚙合。存在檢測器404在耦合件308正確安裝在槽402中時給出表示肯定的輸出。在插入程序的期間，如果已經(jīng)符合前述條件，滑座430嚙合滑塊銷314而不需要進一步測量。當外科醫(yī)生S通過他的主控制臺15要求器械更換時，通常由機器人控制系統(tǒng)自動執(zhí)行四個程序。第一，機器人控制系統(tǒng)控制器械18以釋放任何組織。第二，其移動器械沿著器械軸線方向靠近套管針入口。第三，使例如器械爪的工具尖端成為避免鉤住套管針上的尖端的構(gòu)型。第四，其釋放關(guān)節(jié)J6的電動機從而使外科醫(yī)生助手A能自由地旋轉(zhuǎn)LIA120以便于將器械從LIA120上移除。在這些操作之后，適合的腹腔鏡器械18的移除可在任何時候以兩個簡單移動安全地完成。第一拔出移動包括推動旋鈕456以使鎖定結(jié)構(gòu)406解鎖。第二拔出移動包括通過繞垂直于桿軸的軸旋轉(zhuǎn)而繞桿的尖端轉(zhuǎn)動ISA(例如300)及桿(例如302)，從而將兩者從底座130上移除，并且隨后，如果仍然插入，使桿(例如302)從患者P體內(nèi)拔出。從上述插入和移除程序顯而易見的是，即使在適合的腹腔鏡器械18的桿(例如302)仍然通過套管針200(見圖16)而部分插入在患者P體內(nèi)時，LIA120和ISA(例如300)的設計使器械能插入或拔出。將會意識到的是，拔出所需要的移動不在關(guān)于患者P的穿刺方向上，因為它們包括垂直于底座130縱軸的樞軸移動及隨后的拔出移動。另外，為了防止在給定樞軸方向上的移動會傷害患者，該方向可通過由手LIA穿過關(guān)節(jié)J6旋轉(zhuǎn)LIA120而改變。此外，如果出現(xiàn)供電故障，ISA(例如300)與其桿(例如302)一起可手動釋放及拔出。關(guān)于上述的LIA120，將會意識到的是，許多現(xiàn)有的標準腹腔鏡器械可通過簡單的器械桿適配器(ISA)(例如300)用于機器人系統(tǒng)10中。LIA120結(jié)合相應的ISA代替給定腹腔鏡器械的手柄部分而不損失驅(qū)動或供電能力。LIA120是一般性地設計的，即獨立于將要耦合到機器人操作器14的器械類型。因此，只有ISA(例如300)需要根據(jù)器械要求而特定設計。如上所述，LIA120能提供尤其下列功能.使用線性作動機構(gòu)400對例如器械爪的器械工具尖端的"開/關(guān)"作動；*使適應每種類型的器械所要求的"開/關(guān)"行程長度；.通過機器人操作器14的動作操:作諸如手術(shù)刀的非作動器械。另外，由于一些因素，LIA120允許機器人腹腔鏡中有益的成本效果。第一，與由于器械和關(guān)聯(lián)的作動器組裝為單一外殼中的單一單元因而每個操作器要求幾個作動器的現(xiàn)有技術(shù)的設備相反，每個操作器14只需要一個LIA120。這允許節(jié)省尤其在作動器上的費用。第二，通過使用標準腹腔鏡器械的桿(例如302)和簡單構(gòu)造的相應器械桿適配器(例如300)而減少了器械費用。因此，用于LIA120的適合的器械18的費用幾乎與標準手動腹腔鏡器械(即包括手柄)的費用相同。第三，器械維護費用基本與那些標準腹腔鏡器械相同，因為ISA(例如300)的設計對于消毒循環(huán)是堅固(robust)的?；氐綀D25,將描述LIA120的替換實施例。由于在此描述的LIA的許多方面和優(yōu)點同才羊可應用于LIA1120,下面只詳細介紹主要特;f正和區(qū)別。圖25所示的LIA1120具有半圓柱狀的外殼154，其具有上部基本平的接近表面1401，用于便于ISA的裝配到LIA1120上和從其上移除。外殼1154的相對的表面1155為與和J6的旋轉(zhuǎn)軸同軸的圓柱狀包絡一致的半圓柱狀。選擇半圓柱狀表面1155的直徑符合人體工程學允許由人類操作者操作，例如在50-135mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地為約90mm，尤其用于在上述手動才莫式中支配機器人操作器14。由于半圓柱狀外殼具有基本小于接口凸緣156的橫截面，LIA1120通過該凸緣連接到FTAS122上，外殼1154還包括逐步加固肋1157。該加固肋具有從接近表面1401直到接口凸緣156的上邊緣逐步即平穩(wěn)地增長的形狀。該加固肋1157還進一步彎曲以符合半圓柱狀表面1155的圓柱狀包絡。力。固肋1157將接近表面1401連接到接口凸緣156并且因而加強及增加外殼1154連接到接口凸緣156上的剛度。因此，加固肋1157確保將力和扭矩更精確地/人ISA經(jīng)過LIA1120傳動到FTAS122。應當注意相似的加固肋同樣提供在圖14的LIA120中。圖25進一步示出用于將器械桿適配器裝配到LIA1120上并從而裝配到效應器單元30上的替換耦合機構(gòu)。在LIA1120中，如在LIA120中一樣，底座1130構(gòu)成為在LIA120的接近表面1401中凹入的細長半圓柱狀凹進處，以提供適配器在J6的旋轉(zhuǎn)軸上的自定心。另外，耦合機構(gòu)包括多個磁性裝置1423，兩個位于滑座1430的側(cè)面且一個位于底座1130的另一側(cè)，后者布置在離開接近表面1401的高處1425。高處1425提供在裝配的適配器的軸方向上的附加保持約束并允許通過朝接近表面1401的傾斜而在適配器的軸方向上進行自調(diào)整定位。應當理解，可以是電f茲體、永》茲體或兩者的結(jié)合的磁性裝置1423,確保通過磁性吸引使相應設計的ISA緊固。機械扣入連接的避免消除了對用于包圍操作器14或至少效應器單元30的無菌塑料罩損傷的風險。圖25示出多個感應存在傳感器1431，用于通過在ISA上提供的感應可識別材料模式(pattern)識別裝配在效應器單元30上的器械。在使用二進制碼(4位字節(jié))時，基于面對感應存在傳感器1431的ISA上一行相應位置的感應材料的存在或缺席，四個感應存在傳感器1431排列成行并允許辨別和識別16個器械類型。另外，如果對應于缺席器械的模式編碼(4位字節(jié))用于該目的，即當沒有感應材料面對任何感應傳感器1431時，感應存在傳感器1431同樣允許存在才企測。嚙合件1433單獨地在圖25中示出。嚙合件1433是包括滑座1430的作動機構(gòu)的一部分并具有傾斜的抓取表面1434，其引入用于嚙合ISA的滑塊銷314的縫。傾斜的表面1434便于ISA的滑塊銷314插入。將會意識到的是，嚙合件1433可從滑座1430上脫離并由消毒兼容材料制成。嚙合件因而可僅僅在無菌罩蓋在LIA1120后就可安裝在滑座1430上。由于限制了滑座1430的運動范圍，不會出現(xiàn)對無菌罩的損傷。圖26示出裝配在圖25的LIA1120上的ISA1300的替換實施例。該ISA1300設計為與LIA1120的替換設計一致并且將在下文中詳細介紹。ISA1300的尺寸設置為使它的底部限制在接近表面1401。ISA1300的功能與圖17示出的ISA300的功能相同，也是提供接口允許在機器人操作器14上使用標準手動腹腔鏡器械的桿302，而不損失任何在手動插入中可用的功能。圖26還示出提供在LIA1120上的開關(guān)按鈕408,用于將系統(tǒng)切換到手動模式。ISA1300提供有杠桿1301，用于筒單的手動拆卸，即將ISA1300與LIA1120分開。ISA1300同樣具有電連接器1308用于將電動器械(即凝固或切割器械)直接連接到電源上而不需要經(jīng)過LIA1120的電線。從圖25和26顯而易見的是，該設計使包括外殼1154、凸緣156、加固肋1157、FTAS122傳感器組件的LIA1120的所有元件，，及包括杠桿1301的裝配的ISA1300的所有部分，位于由半圓柱狀表面1155確定的圓柱狀包絡中。這減少了當LIA1120被J6旋轉(zhuǎn)時碰撞和損傷的風險。不同于圖19的機構(gòu)的設計，圖27示出替換的作動機構(gòu)1400用于將線性運動傳輸?shù)交?430。其包括通過變速箱1412及滾J朱絲桿或蝸輪1430連接到螺母件1422的孩l型無刷電動機1411?；?430通過力傳感器1427的々某介而固定在螺母件1422上。力傳感器1427允許測量由滑座1430施加在滑塊銷314上的力，反之亦然。同樣將會意識到的是，通過將滑座1430裝配到縱向底座1130的側(cè)面帶來的優(yōu)勢，電動機1411和連4妄的齒4侖可平行于ISA1300和桿302的縱軸布置。這允許使LIA1120的總長度最小化，由此減少了對一些關(guān)節(jié)(例如J4)的作動器動力學要求。另外，將會意識到的是，這種作動機構(gòu)1400在產(chǎn)生有害振動方面得以最優(yōu)化。驅(qū)動機構(gòu)1400的其他方面和優(yōu)勢類似于在此之前描述的才幾構(gòu)400。圖28示出當圖26的ISA1300從LIA1120脫離時的其底側(cè)。ISA1300包括在其前端(見圖30)具有桿連接器1304的細長殼1303。桿連接器1304允許在提供任何類型的可分離連接時，可移動連接至固定在標準手動腹腔鏡器械的桿302(僅部分示出)上典型的插座306。當然，連接器和插座可分別定位在桿及ISA上。類似于殼303，殼1303在其底側(cè)具有半圓柱狀表面，用于與底座1330配合。如圖28所示，側(cè)翼1305從殼1303的任一側(cè)突出。側(cè)翼1305具有平的較低表面，與LIA1200上的接近表面1401(例如，同樣與高處1425)成對。在滑塊銷314上的一個翼1305中提供切除空間1307用于4是供可見性和接近性，例如當ISA1300耦合到LIA1120上時用于手動移動滑塊銷314。圖28同樣示出平板鐵磁件1311,布置在位于殼1303任一側(cè)上的每個翼1305中。4失石茲件1311形成分別與如圖25所示的LIA1120上相應的磁性裝置1423配合的耦合裝置。在區(qū)域1313,在ISA1300上提供感應識別模式，用于通過圖25所示的感應傳感器1431識別使用的器械。在圖25所示的該實施例中，全金屬盤對應于給定的4位字節(jié)(例如1111或OOOO),而在其他適配器空間中可才是供空間，例如通過在面對感應傳感器1431的一個或多個位置鉆孔而給出不同位字節(jié)用于識別。圖29示出圖28所示的ISA的局部剖視圖。如圖29所示，ISA1300具有內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)，作為一些手動腹腔鏡器械的活塞310的圓柱狀引導1312。活塞310典型地用于手動器械用于將運動從器械手柄傳輸?shù)皆跅U302中引導的軸。將會意識到的是，現(xiàn)有的手動器械的活塞可布置為在引導1312中滑動。如圖28所示，橢圓形通孔1315提供在殼1303中以允許橫向連接到活塞310的滑塊銷314從殼1303上突出，并在殼1303的軸方向上向前及向后移動用以操作活塞310。圖29所示的活塞310為手動雙極器械的原始部分，用于提供雙極電力給器械并用于鎖定/解鎖器械。圖30示出可使用相同類型的適配器以適應不同類型的商業(yè)可獲得的用于手動插入的腹腔鏡器械的不同活塞，例如如圖30所示的用于單極手動器械的活塞1310。因而可以得出結(jié)論，諸如ISA1300(或ISA300)的適配器允許任何可商業(yè)獲得的相對不貴的手動器械的基本部分用在機器人操作器14上。圖29同樣示出杠桿1301的兩個凸榫1317中的一個及在其上面轉(zhuǎn)動的軸1319。通過向下推動杠桿1301，凸榫1317舉起ISA1300的較低的表面，尤其是鐵磁件1311,離開ISA1120的接近表面1401從而可在垂直于J6旋轉(zhuǎn)軸、即器械桿的軸的方向手動移動ISA1300。除了上面描述的方面，醫(yī)療機器人系統(tǒng)IO還呈現(xiàn)下面特征-利用它們的設計，機器人操作器14可容易且快速地縮回以允許外科醫(yī)生S靠近手術(shù)臺12或允許安裝放射設備；-利用它們的設計并使用來自外部傳感器的信息，機器人操作器14可在插入期間容易地適應手術(shù)臺12的角度變化，而插入時間沒有明顯增加，用于患者的(反)特倫德倫堡體位(-/+20-35度)或者側(cè)面體位；-利用它們的設計并使用來自外部傳感器的信息，機器人操作器14可容易地處理由于腹內(nèi)壓的變化引起的套管針位置的變化；-醫(yī)療機器人系統(tǒng)10允許減少器械更換的時間>夂人而使整個介入手術(shù)時間最小化，LIA120、1120及機器人操作器14的設計使器械更換時間基本與手動腹腔鏡手術(shù)中的時間一樣短(范圍為6至9秒)，當與內(nèi)窺鏡一起使用時，機器人操作器14的設計同樣使能夠?qū)崿F(xiàn)快速內(nèi)窺鏡拔出及重新插入，例如為了清潔光學系統(tǒng)；-醫(yī)療機器人系統(tǒng)10允許快速和簡單設置系統(tǒng)，包括圍繞在手術(shù)臺12的多個機器人操作器14的構(gòu)造；-機器人4喿作器14設計為通用的從而適合諸如微創(chuàng)手術(shù)、整形外科、或活組織切片檢查、經(jīng)皮治療、皮膚切割、超聲診斷等多種應用。雖然提交的本專利申請原則上涉及如隨附的權(quán)利要求所確定的發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解本專利申請包含對其他發(fā)明的定義的支持，其可例如要求作為本申請的修改權(quán)利要求的主題或作為在分案申請和/或繼續(xù)申請中的主題。這種主題可由在此公開的任何特征或特征的結(jié)合而確定。權(quán)利要求1、用于實施微創(chuàng)醫(yī)療手術(shù)的機器人手術(shù)系統(tǒng)，包括用于機器人輔助操作腹腔鏡器械(18)的機器人操作器(14)，所述機器人操作器具有操作器的臂部(26)，由所述操作器的臂部支撐的操作器腕部(28)及由所述操作器腕部支撐的效應器單元(30)，其中所述操作器的臂部(26)通過第一關(guān)節(jié)(J1)、第二關(guān)節(jié)(J2)和第三關(guān)節(jié)(J3)提供三個自由度，每個關(guān)節(jié)具有關(guān)聯(lián)的作動器(51、61、71)，用于機器人地定位所述腕部；所述操作器腕部(28)通過第四關(guān)節(jié)(J4)和第五關(guān)節(jié)(J5)提供兩個自由度，所述第四和第五關(guān)節(jié)為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)并具有關(guān)聯(lián)的作動器(81、101)，用于分別機器人地設置所述效應器單元的偏航角及俯仰角；所述效應器單元(30)包括腹腔鏡器械作動器(120、1120)并通過轉(zhuǎn)動的第六關(guān)節(jié)(J6)提供一個自由度，所述第六關(guān)節(jié)具有關(guān)聯(lián)的作動器(141)用于機器人地設置所述腹腔鏡器械作動器的滾動角；所述腹腔鏡器械作動器包括底座(130、1130)，具有用于將器械桿適配器(300、1300)裝配到所述效應器單元上的關(guān)聯(lián)的耦合機構(gòu)(406、1423)，以及與所述器械桿適配器配合的用于作動連接在所述適配器上的腹腔鏡器械的作動機構(gòu)(400、1400)；所述效應器單元(30)構(gòu)造為當通過所述器械桿適配器裝配在所述效應器單元上時，使腹腔鏡器械的縱軸與所述轉(zhuǎn)動的第六關(guān)節(jié)(J6)的旋轉(zhuǎn)軸一致；及所述效應器單元包括具有六個自由度的力/扭矩傳感器和六個自由度的加速度計的傳感器組件(122)，所述傳感器組件(122)將所述腹腔鏡器械作動器(120、1120)連接到所述第六轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(J6)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述效應器單元(30)構(gòu)造為使所述6DOF力/扭矩傳感器(122)的一個傳感器軸及6DOF加速度計(122)的一個傳感器軸與所述第六關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸一致。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述腹腔鏡器械作動器(120、1120)包括具有所述底座(130、1130)布置在其中的接近表面(401、1401)的外殼(154、1154)，將所述外殼連接到所述傳感器組件(122)上的接口凸緣(156)以及將所述接近表面連接到所述接口凸緣用于加固所述外殼連接在所述接口凸緣上的剛度的逐步加固肋(1157)。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的機器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述外殼(1154)為半圓柱狀，具有相對于所述接近表面(1401)的基本半圓柱狀表面(1155),所述半圓柱狀表面與直徑為50-135mm，優(yōu)選地為約90mm且與所述第六關(guān)節(jié)(J6)的旋轉(zhuǎn)軸同軸的圓柱狀包絡一致。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的機器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述外殼(1154)、所述凸緣(156)、所述加固肋(1157)及所述傳感器組件(122)尺寸設置為適合所述圓柱狀包絡。6、根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的機器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述底座包括細長的基本半圓柱狀凹進(130、1130),其基本與所述第六關(guān)節(jié)(J6)的旋轉(zhuǎn)軸共軸布置在所述腹腔鏡器械作動器(120、1120)的接近表面(401、1401),所述底座和所述耦合機構(gòu)構(gòu)造為用于通過垂直于所述第六關(guān)節(jié)(J6)的旋轉(zhuǎn)軸的運動而裝配和移除器械桿適配器(300、1300)。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的機器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述耦合機構(gòu)包括分別布置在所述半圓柱狀凹進(1130)的任一側(cè)上的至少一個磁性裝置(1423),用于通過磁性吸引將器械桿適配器(1130)緊固到所述腹腔鏡器械作動器。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的機器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述磁性裝置(1423)包4舌7JOf茲體和/或電》茲體。9、根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的機器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述作動機構(gòu)(400、1400)包括滑座(430、1430)，其構(gòu)造用于嚙合地4妄受并線性滑動裝配在所述效應器單元上的器械桿適配器(300、1300)的滑塊銷(314)。10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的機器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述底座(130、1130)沿著所述第六關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸延伸，并且所述滑座(430、1430)布置在所述底座側(cè)部。11、根據(jù)權(quán)利要求9或IO所述的機器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述作動機構(gòu)(400、1400)包括力傳感器(1427)，其將所述滑座(430、1430)連接到驅(qū)動機構(gòu)上，用于測量由所述滑座施加或施加在其上的力。12、根據(jù)權(quán)利要求9、10或11所述的機器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述滑座(1430)包括可從所述滑座脫離的嚙合件(1433)，并具有傾斜的抓取表面(1434)用于嚙合所述滑塊銷(314)。13、根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的機器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述腹腔鏡器械作動器(120、1120)包括存在檢測器(404、1431)用于檢測器械桿適配器(300、1300)是否正確地裝配在所述效應器單元上。14、根據(jù)權(quán)利要求13所述的機器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述腹腔鏡器械作動器(1120)包括多個感應存在傳感器(1431)用于通過提供在器械桿適配器上的可感應識別模式(1313)識別裝配在所述效應器單元(30)上的器械。15、根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的機器人手術(shù)系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)構(gòu)造為在手動模式中操作，其中可通過所述機器人操作器使用從6DOF力/扭矩傳感器讀出的信息定位及定向所述腹腔鏡器械作動器，并且所述系統(tǒng)還包括布置在所述腹腔鏡器械作動器(120、1120)上的開關(guān)件(408)用于將所述系統(tǒng)切換為手動模式。16、裝配在如權(quán)利要求1至15任一項所述的機器人手術(shù)系統(tǒng)的機器人操作器(14)上的腹腔鏡器械桿適配器(130、1130)，用于使用所述機器人操作器上的手動腹腔鏡器械的桿(302),所述適配器包括具有布置在前端的桿連接器(304、1304)的細長殼(303、1303)以及布置在所述殼的側(cè)部的耦合件(308、1311)，所述桿連接器(304、1304)構(gòu)造用于可脫離連接至手動腹腔鏡器械的桿(302),并且所述耦合件(308、1311)與所述機器人操作器的腹腔鏡器械作動器上的耦合機構(gòu)(406、1423)配合。17、根據(jù)權(quán)利要求16所述的腹腔鏡器械桿適配器，其中所述耦合件(308、1311)包括半圓柱狀表面，所述表面與所述機器人操作器的腹腔鏡器械作動器(120、1120)中的底座(130、1130)的半圓柱狀凹進一致，用于將器械桿適配器(300、1300)定心在所述第六關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸上。18、根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的腹腔鏡器械桿適配器，包括圓柱狀內(nèi)部中空部分作為用于手動腹腔鏡器械的活塞(310、1310)的引導(312、1303)，所述活塞可布置為在所述引導中滑動，以及通孔(1315)用于將滑塊銷(314)橫向連接到所述活塞并從所述殼上突出用以操作活塞。19、根據(jù)權(quán)利要求16至18中一項所述的腹腔鏡器械桿適配器，其中所述耦合件包括至少一個布置在所述殼(1303)任一側(cè)的鐵^磁件(1311),所述鐵磁件分別與相應的在所述腹腔鏡器械作動器上的耦合機構(gòu)的磁性裝置(1423)配合，用于通過磁性吸引將所述器械桿適配器緊固到所述腹腔鏡器械作動器上。20、根據(jù)權(quán)利要求19所述的腹腔鏡器械桿適配器，進一步包括用于將所述適配器(1300)從所述腹腔鏡器械作動器上分離的杠桿(1301)。21、根據(jù)權(quán)利要求16至20中一項所述的腹腔鏡器械桿適配器，進一步包括提供在器械桿適配器上的感應可識別模式(1313)，用于識別裝配在所述適配器上的器械。22、根據(jù)權(quán)利要求16至21中一項所述的腹腔鏡器械桿適配器，進一步包括相對于所述耦合件布置的電連接器(308、1308),用于將電能傳輸?shù)竭B接在所述桿連接器上的器械。全文摘要一種用于實施微創(chuàng)醫(yī)療程序的機器人手術(shù)系統(tǒng)(10)，該系統(tǒng)包括用于腹腔鏡器械(18)的機器人操作器(14)。所述操作器具有操作器的臂部(26)，由臂部支撐的操作器腕部(28)及由腕部支撐的效應器單元(30)。所述操作器的臂部提供三個自由度(DOF)用于定位所述腕部。所述腕部提供兩個DOF。所述效應器單元(30)包括腹腔鏡器械作動器(LIA120、1120)并通過轉(zhuǎn)動的第六關(guān)節(jié)(J6)提供一個自由度，用于設置LIA的滾動角。所述LIA包括用于將器械桿適配器(300、1300)裝配到所述效應器單元上的底座(130、1130)，以及與所述器械桿適配器配合的用于作動連接在所述適配器上的腹腔鏡器械的驅(qū)動機構(gòu)(400、1400)。所述效應器單元包括6DOF的力/扭矩傳感器和6DOF的加速度計。文檔編號B25J9/04GK101443162SQ200780011739公開日2009年5月27日申請日期2007年2月2日優(yōu)先權(quán)日2006年2月3日發(fā)明者伊米莉奧·魯伊斯莫拉萊斯申請人:歐洲原子能共同體由歐洲委員會代表