手术工具、手术支持系统和手术操作单元的制作方法

1.本说明书中公开的技术(以下称为“本公开”)涉及一种在手术支持系统中使用的手术工具，例如，手术支持系统和手术操作单元。


背景技术：

2.近年来，机器人技术的进步是显著的，机器人现在广泛应用于各种工业领域的工作场所。例如，在医学领域，主从式手术机器人正变得越来越普遍。这种手术机器人被设计成使得诸如外科医生等操作者从主侧操作包括在从装置中的一个或多个手术工具。此外，作为用于控制主从系统的已知方法，存在从主装置操作从装置的双向方法，同时，从装置的状态被反馈给主装置(例如，参见专利文献1)。在安装在从装置中的手术工具的端部提供了具有打开和关闭机构(例如，镊子)的末端执行器。此外，假设手术工具将用于体腔内、体表等的手术中，强烈希望手术工具的端部具有多个自由度、具有小直径、尺寸小并且重量轻。具体而言，希望手术工具的端部具有总共三个自由度，即两个转动自由度和一个打开和关闭自由度。此外，为了手术工具的小型化，在处理手术工具的端部时经常采用使用线缆的驱动方法(例如，参见专利文献2至4)。
3.引文列表
4.专利文献
5.专利文献1：日本专利申请公开号2019-34002
6.专利文献2：日本专利申请公开号09-542671
7.专利文献3：jp 2018-534100 w
8.专利文献4：jp 2019-501699 w


技术实现要素：

9.本发明要解决的问题
10.根据本公开的技术的目的是提供一种手术工具，该手术工具在其端部具有开闭式末端执行器，例如，镊子，被设计成尺寸小且重量轻，并且用于手术支持系统，并且提供一种手术支持系统和一种手术操作单元。
11.问题的解决方案
12.根据本公开的技术的第一方面是
13.一种手术工具，包括：
14.轴；
15.腕部，所述腕部绕第一轴线可转动地连接到轴的一端；
16.第一钳夹构件和第二钳夹构件，每个钳夹构件相对于腕部绕第二轴线可转动地支撑；以及
17.弹性构件，所述弹性构件在第一钳夹构件和第二钳夹构件之间施加排斥力。
18.根据第一方面的手术工具还包括：第一钳夹绞盘，所述第一钳夹绞盘被设置于第
一钳夹构件，并且使用第二轴线作为其转动轴；第一线缆，所述第一线缆缠绕于第一钳夹绞盘；第二钳夹绞盘，所述第二钳夹绞盘被设置于第二钳夹构件，并且使用第二轴线作为其转动轴；以及第二线缆，所述第二线缆缠绕于第二钳夹绞盘。此外，所述第一钳夹构件通过拉动第一线缆在朝向第二钳夹构件的方向上回旋，并且所述第二钳夹构件通过拉动第二线缆在朝向第一钳夹构件的方向上回旋。
19.根据第一方面的手术工具还包括：腕部绞盘，所述腕部绞盘被设置于腕部，并且使用第一轴线作为其转动轴；第三线缆，所述第三线缆包括从相反方向缠绕于腕部绞盘的前向线缆和后向线缆；第一致动器，所述第一致动器拉动第一线缆；第二致动器，所述第二致动器拉动第二线缆；以及第三致动器，所述第三致动器拉动第三线缆。
20.此外，根据本公开的技术的第二方面是
21.一种手术支持系统，包括手术工具和附接手术工具的臂，
22.所述手术工具包括：
23.轴；
24.腕部，所述腕部绕第一轴线可转动地连接到轴的一端；
25.第一钳夹构件和第二钳夹构件，每个钳夹构件相对于腕部绕第二轴线可转动地支撑；以及
26.弹性构件，所述弹性构件在第一钳夹构件和第二钳夹构件之间施加排斥力。
27.此外，根据本公开的技术的第三方面是
28.一种手术操作单元，包括手术工具和附接手术工具的手柄单元，
29.所述手术工具包括：
30.轴；
31.腕部，所述腕部绕第一轴线可转动地连接到轴的一端；
32.第一钳夹构件和第二钳夹构件，每个钳夹构件相对于腕部绕第二轴线可转动地支撑；以及
33.弹性构件，所述弹性构件在第一钳夹构件和第二钳夹构件之间施加排斥力。
34.本发明的效果
35.通过根据本公开的技术，可以提供一种手术工具，该手术工具在其端部具有开闭式末端执行器，例如，镊子，包括较少数量的部件，具有较小的直径，并且用于手术支持系统，并且可以提供一种手术支持系统和一种手术操作单元。
36.注意，本说明书中描述的有利效果仅仅是示例，并且根据本公开的技术带来的有利效果不限于此。此外，在一些情况下，除了上述有利效果之外，根据本公开的技术可以表现出额外的有利效果。
37.通过下面描述的实施例和参考附图的详细描述，根据本公开的技术的其他目的、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
38.[图1]图1是示出手术工具单元100的示例配置的示图；
[0039]
[图2]图2是手术工具单元100的手术工具单元端部101和手术工具单元驱动单元103的每个相关部分的放大图；
[0040]
[图3]图3是手术工具单元端部101的放大视图；
[0041]
[图4]图4是示出手术工具单元100的示例自由度配置的示图；
[0042]
[图5]图5是示出从上方观察的手术工具单元100的示图；
[0043]
[图6]图6是手术工具单元端部101的放大视图；
[0044]
[图7]图7是示出手术工具单元端部101的部件展开图的示图；
[0045]
[图8]图8是示出手术工具单元端部101的另一示例配置的示图；
[0046]
[图9]图9是示出手术工具单元100的另一示例自由度配置的示图；
[0047]
[图10]图10是示出包括切换单元的第一惰轮p1x的示例配置的示图；
[0048]
[图11]图11是示出第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2的打开/关闭状态(没有预张力)的示图；
[0049]
[图12]图12是示出第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2的打开/关闭状态(具有预张力)的示图；
[0050]
[图13]图13是示出腕部元件we绕第一轴线回旋的示例操作的示图；
[0051]
[图14]图14是示出末端执行器绕第二轴线回旋的示例操作的示图；
[0052]
[图15]图15是示出末端执行器绕第二轴线回旋的示例操作的示图；
[0053]
[图16]图16是示出末端执行器的打开和关闭以及绕第二轴线的回旋运动的示例的示图；
[0054]
[图17]图17是示出末端执行器的打开和关闭以及绕第二轴线的回旋运动的示例的示图；
[0055]
[图18]图18是示出末端执行器的打开和关闭以及绕第二轴线的回旋运动的示例的示图；
[0056]
[图19]图19是示出末端执行器的打开和关闭以及绕第二轴线的回旋运动的示例的示图；
[0057]
[图20]图20是示出末端执行器的打开和关闭以及绕第二轴线的回旋运动的示例的示图；
[0058]
[图21]图21是示出末端执行器的打开和关闭以及绕第二轴线的回旋运动的示例的示图；
[0059]
[图22]图22是示出腕部元件we绕第一轴线的回旋运动和末端执行器绕第二轴线的回旋运动的示例的示图；
[0060]
[图23]图23是示出腕部元件we绕第一轴线的回旋运动和末端执行器绕第二轴线的回旋运动的示例的示图；
[0061]
[图24]图24是示出腕部元件we绕第一轴线的回旋运动和末端执行器绕第二轴线的回旋运动的示例的示图；
[0062]
[图25]图25是示出腕部元件we绕第一轴线的回旋运动和末端执行器绕第二轴线的回旋运动的示例的示图；
[0063]
[图26]图26是示出手术工具单元端部101的修改的示图(使用螺旋压缩弹簧在钳夹构件之间施加排斥力的示例配置)；
[0064]
[图27]图27是示出手术工具单元端部101的修改的示图(使用螺旋压缩弹簧在钳夹构件之间施加排斥力的示例配置)；
[0065]
[图28]图28是示出手术工具单元端部101的修改的示图(使用螺旋压缩弹簧在钳夹构件之间施加排斥力的示例配置)；
[0066]
[图29]图29是示出手术工具单元端部101的修改的示图(使用螺旋压缩弹簧在钳夹构件之间施加排斥力的示例配置)；
[0067]
[图30]图30是示出手术工具单元端部101的修改的示图(使用螺旋压缩弹簧在钳夹构件之间施加排斥力的示例配置)；
[0068]
[图31]图31是示出手术工具单元端部101的修改的示图(使用螺旋压缩弹簧在钳夹构件之间施加排斥力的示例配置)；
[0069]
[图32]图32是示出手术工具单元的修改的示图(使用线性致动器来拉动线缆的示例配置)；
[0070]
[图33]图33是示出手术支持系统3300的示例外部配置的示图；
[0071]
[图34]图34是示出手术操作单元3400的示例外部配置的示图。
具体实施方式
[0072]
在下面的描述中，将参考附图，按照以下顺序解释根据本公开的技术。
[0073]
a.手术工具单元的问题
[0074]
b.手术工具单元的示例配置
[0075]
c.手术工具单元的操作
[0076]
d.手术工具单元的运动范围
[0077]
e.手术工具单元的修改
[0078]
f.手术工具单元的应用示例
[0079]
g.效果
[0080]
a.手术工具单元的问题
[0081]
用于手术支持系统的手术工具优选地具有总共三个自由度，即两个转动自由度和在末端打开和关闭的自由度。具体而言，这种手术工具包括由一对相对的钳夹构件形成的开闭式末端执行器、支撑末端执行器的腕部以及具有纵向轴线并将腕部连接到其端部的轴。这种手术工具具有自由度结构，包括：第一轴线，用于例如相对于轴的端部绕偏航轴线回旋腕部；第二轴线，用于例如相对于腕部绕俯仰轴线回旋末端执行器的方向；以及第三轴线(开闭轴)，用于打开和关闭钳夹构件。在下面的描述中，将描述第二轴线和开闭轴同轴的实施例。
[0082]
例如，在腹腔镜手术中，轴的端部(远端)侧通常在经由套管针插入体腔时使用，因此需要具有小直径。此外，在脑外科手术中，需要在狭窄的手术区域进行治疗，因此，根据手术工具的不同，需要最小化对操作者视野的阻碍。鉴于此，由设置在轴的根部侧(近端)的致动器(例如，电磁转动马达)产生的驱动力基本上经由线缆传递，从而操作手术工具。具体而言，需要三个线缆系统，用于传递使腕部相对于轴端绕第一轴线回旋的动力、使监控方向相对于腕部绕第二轴线回旋的动力以及用于打开和关闭开闭式末端执行器的动力，并且这些线缆穿过轴插入。此外，在使用线缆的动力传输机构中，使用多个滑轮，例如，用于向线缆施加动力或将来自线缆的力转换成轴向力的绞盘以及用于调节线缆在轴中的布局并向线缆施加恒定张力的惰轮。
[0083]
在此处，根据一种利用惰轮调整线缆布局的方法，实现了高滑动性。因此，还实现了优异的耐用性和可靠性，并且可以高精度地执行对末端执行器的扭矩控制。另一方面，部件数量随着惰轮数量的增加而增加。因此，手术工具(例如，轴的外径)的尺寸变大，成本变高。根据一种方法，通过该方法，线缆在不使用任何惰轮的情况下在形成于外围部件上的r表面上滑动，通过消除惰轮，可以减少部件的数量并实现更小的尺寸。然而，线缆容易由于磨损而劣化，并且可靠性变差。此外，滑动表面上的摩擦系数高，导致扰动。结果，扭矩控制变得困难。还可以采用一种方法，通过该方法，线缆被插入沿着期望布局形成的圆孔中。然而，当处理穿过圆孔插入的线缆时，会发生反冲。
[0084]
此外，通常可以采用线缆环型或单独的线缆牵引型，作为利用由致动器产生的线缆牵引力在输出侧驱动绞盘的方法。
[0085]
在前一种线缆环型中，线缆是通过环绕输出侧绞盘和驱动侧绞盘来布置的，驱动侧绞盘由致动器驱动转动。利用线缆环型，可以通过单个致动器以对抗的方式控制前向线缆和后向线缆，容易使驱动单元尺寸更小、重量更轻。此外，不需要用致动器的输出来补偿线缆的预张力，因此，致动器可以容易更小。然而，在环形线缆的整个长度由于控制目标的轴角和其他轴的影响而波动的装置配置的情况下，要施加到线缆的预张力波动，因此难以采用线缆环型。例如，当驱动腕部绕第一轴线转动时，用于驱动相应钳夹构件的相应线缆的长度改变。
[0086]
另一方面，后一种单独线缆牵引型具有这样的配置，其中，连接到输出侧绞盘的前向线缆和后向线缆由单独的致动器拉动，并且前向线缆和后向线缆可以彼此独立地控制。因此，设计手术工具的配置的自由度变得更高。然而，线缆的预张力需要用致动器的输出来补偿。尽管也可以使用螺旋弹簧、重物等来补偿预张力，但是控制变得困难，因为当利用致动器执行驱动时施加了相应的弹簧力或惯性力。
[0087]
在线缆环型和单独线缆牵引型中，每个线缆都需要一个牵引马达。如果安装了与线缆数量一样多的用于补偿线缆预紧力的重型和大型马达，则外壳空间和装置重量会增加。此外，在线缆环型和单独线缆牵引型中，共有两条线缆(前向线缆和后向线缆)用于双向转动一个输出侧绞盘。因此，还需要两个惰轮来调整线缆的布局，并且部件的数量增加。
[0088]
鉴于以上所述，本说明书在下文中公开了一种手术工具，该手术工具通过用较少数量的惰轮调整线缆的布局，并通过便于施加期望的预张力的方法拉动线缆来实现尺寸和重量的减小。本说明书还在下面公开了手术支持系统和手术操作单元。
[0089]
b.手术工具单元的示例配置
[0090]
图1示出了应用根据本公开的技术的手术工具单元100的示例性配置。手术工具单元100包括具有纵向轴线的中空轴102、位于轴102一端的手术工具单元端部101以及位于轴102另一端的手术工具单元驱动单元103。如下所述，手术工具单元端部101包括能够相对于轴102绕平行于偏航轴线的第一轴线回旋的腕部元件以及位于腕部元件端部的末端执行器。末端执行器利用用作开闭轴的第二轴线执行打开和关闭操作，第二轴线平行于俯仰轴线。末端执行器形成有一对相对的钳夹构件，钳夹构件绕第二轴线回旋并执行打开和关闭操作。同时，手术工具单元驱动单元103包括驱动手术工具单元端部101的腕部的一个致动器、驱动相应钳夹构件的两个致动器、以及将这些致动器附接到轴102的另一端附近的部分的基座构件。然而，第二轴线位于偏离第一轴线的位置。
[0091]
在图2中，以放大的方式示出了手术工具单元100的手术工具单元端部101和手术工具单元驱动单元103的每个相关部分。此外，图3以放大的方式示出了手术工具单元端部101。此外，图4示出了手术工具单元100的示例自由度配置。此外，图5示出了从上方观察的手术工具单元100。
[0092]
手术工具单元端部101包括腕部元件we和开闭式末端执行器。末端执行器包括一对相对的钳夹构件：第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2(例如，参见图3)。腕部元件we被支撑在靠近根部的部分，从而能够在轴102的端部(远端)绕平行于偏航轴线的第一轴线回旋。此外，构成末端执行器的第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2被支撑为能够在腕部元件we的端部绕平行于俯仰轴线的第二轴线回旋。当打开角度改变时，第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2打开和关闭，第二轴线用作开关轴。
[0093]
同时，手术工具单元驱动单元103包括用于驱动第一钳夹构件j1的第一马达m1、用于驱动第二钳夹构件j2的第二马达m2以及用于驱动腕部元件we的马达m3(例如，参见图2)。此外，作为驱动绞盘的马达绞盘mc1、mc2和mc3分别附接到这些马达m1至m3的输出轴(例如，参见图4)。这些马达m1至m3然后由基座构件支撑在轴102的一端(近端)。尽管在该实施例中假设转动马达用于马达m1至m3中的每一个，但是也可以使用带有减速器的马达。
[0094]
在腕部元件we的基部附近，提供了使用第一轴线作为其转动轴的腕部绞盘wc。此外，穿过轴102插入的第三线缆缠绕于腕部绞盘wc和第三马达绞盘mc3。然后，由第三马达m3产生的驱动力由第三线缆传递，并且执行腕部元件we绕第一轴线的回旋操作。
[0095]
在图4所示的示例中，第三线缆由前向线缆c3a和后向线缆c3b形成，并且具有线缆环型配置，其中，驱动侧的第三马达绞盘mc3和输出侧的腕部绞盘wc形成环路。当第三马达m3转动时，根据转动方向，在前向线缆c3a和后向线缆c3b之间产生张力差。因此，基于张力差的转动扭矩作用在腕部绞盘wc上，并且腕部元件we绕第一轴线回旋。因此，第三马达m3以对抗的方式控制前向线缆c3a和后向线缆c3b，使得腕部元件we能够绕第一轴线回旋。
[0096]
此外，为了防止弯曲，将提供预张力的拉簧ts3插入由线缆c3a和线缆c3b形成的第三线缆中。在图4和图5所示的示例中，拉簧ts3插入在线缆c3b的侧面。或者，可以由额外的惰轮提供预张力。
[0097]
注意，第三线缆可以不是环型的，并且前向线缆c3a和后向线缆c3b可以由不同的马达彼此独立地拉动，以便绕第一轴线回旋腕部元件we。然而，马达的数量会增加。
[0098]
第一钳夹构件j1由根部附近的腕部元件we支撑，从而能够绕第二轴线回旋(例如，参见图3和图4)。同样，第二钳夹构件j2由根部附近的腕部元件we支撑，从而能够绕第二轴线回旋(例如，参见图3和4)。因此，第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2中的每一个都绕第二轴线回旋，使得第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2的打开角度变大或变小(换言之，使得第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2绕第二轴线的角度差发生变化)。因此，执行末端执行器的打开和关闭操作。此外，第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2同时绕第二轴线回旋，同时第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2的打开角度保持恒定角度(换言之，导致第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2绕第二轴线的角度之和发生变化)。因此，执行由第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2形成的末端执行器绕第二轴线的回旋操作。
[0099]
具有上述第二轴线作为其转动轴的第一钳夹绞盘jc1设置在第一钳夹构件j1的根部附近。然后，第一线缆c1缠绕于第一钳夹绞盘jc1和第一马达绞盘mc1，使得由第一马达m1
产生的驱动力由第一线缆c1传递，并且执行第一钳夹构件j1绕第二轴线的回旋操作(例如，参见图4)。由于第一钳夹绞盘jc1和第一线缆c1之间的连接部分可以设置在第一钳夹绞盘jc1的外周上的任何位置，所以可以使第一钳夹构件j1的运动范围更宽。
[0100]
此外，具有上述第二轴线作为其转动轴的第二钳夹绞盘jc2设置在第二钳夹构件j2的根部附近。然后，第二线缆c2缠绕于第二钳夹绞盘jc2和第二马达绞盘mc2，使得由第二马达m2产生的驱动力由第二线缆c2传递，并且执行第二钳夹构件j2绕第二轴线的回旋操作(例如，参见图4)。由于第二钳夹绞盘jc2和第二线缆c2之间的连接部分可以设置在第二钳夹绞盘jc2的外周上的任何位置，所以可以使第二钳夹构件j2的运动范围更宽。
[0101]
在此处，第一线缆c1和第二线缆c2分别从相反方向缠绕于第一钳夹绞盘jc1和第二钳夹绞盘jc2。具体地，第一线缆c1缠绕于第一钳夹绞盘jc1，使得当拉动第一线缆c1时，第一钳夹构件j1在接近第二钳夹构件j2的方向上回旋。此外，第二线缆c2缠绕于第二钳夹绞盘jc2，使得当拉动第二线缆c2时，第二钳夹构件j2在接近第一钳夹构件j1的方向上回旋。因此，第一线缆c1和第二线缆c2的牵引力由第一马达m1和第二马达m2控制，使得第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2绕第二轴线的角度差发生变化。因此，可以执行由第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2形成的末端执行器的打开和关闭操作。此外，第一线缆c1和第二线缆c2的牵引力由第一马达m1和第二马达m2控制，使得第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2绕第二轴线的角度之和发生变化。因此，可以使由第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2形成的末端执行器绕第二轴线回旋。
[0102]
弹簧sp设置在第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2之间，使得排斥力总是作用在打开方向上(例如，参见图4)。图6以手术工具单元端部101的放大视图显示了弹簧sp的安装示例。此外，图7示出了图6所示的手术工具单元端部101的部件展开图。在图6和图7所示的示例中，图4所示的弹簧sp由第一扭转螺旋弹簧tcs1和第二扭转螺旋弹簧tcs2形成，第一扭转螺旋弹簧附接到腕部元件we的端部处的第二轴线，并且在从第二钳夹构件j2打开的方向上将转动力施加到第一钳夹构件j1，第二扭转螺旋弹簧在从第一钳夹构件j1打开的方向上将转动力施加到第二钳夹构件j2。扭转螺旋弹簧是一种绕线圈中心轴线施加扭矩的螺旋弹簧。因此，预张力总是在打开方向上作用在第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2上。
[0103]
第一扭转螺旋弹簧tcs1仅与第一钳夹构件j1接触，而不与腕部元件we接触。同样，第二扭转螺旋弹簧tcs2仅与第二钳夹构件j2接触，而不与腕部元件we接触。因此，即使在第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2之间的打开角度保持恒定的同时，末端执行器绕第一轴线的角度改变，也可以在第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2之间施加恒定的排斥力。
[0104]
如图6和图7所示，扭转螺旋弹簧优选地用于弹簧sp。注意，在图6和图7所示的示例中，使用了两个扭转螺旋弹簧，但是用于产生排斥力的弹簧的数量不限于任何特定的数量。此外，代替弹簧，磁体等可以用于产生排斥力(例如，使用相同极性的磁体之间的排斥力)。
[0105]
如上所述，由于弹簧sp(或第一扭转螺旋弹簧tcs1和第二扭转螺旋弹簧tcs2)的回复力，排斥力作用在第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2之间，并且预张力恒定地作用在打开方向上。因此，当由第一马达m1使用单个第一线缆c1(换言之，仅前向第一线缆)沿关闭方向拉动第一钳夹构件j1，并且由第二马达m2使用单个第二线缆c2(换言之，仅前向第二线缆)沿关闭方向拉动第二钳夹构件j2时，可以关闭第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2。此外，当第一马达m1和第二马达m2的牵引停止时，第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2由于弹
簧sp(或第一扭转螺旋弹簧tcs1和第二扭转螺旋弹簧tcs2)的回复力而自发打开。也就是说，由于利用扭转螺旋弹簧tcs1和tcs2的弹力来执行打开第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2的操作，所以不需要用于打开钳夹构件的反向线缆。
[0106]
因此，在关闭方向上拉动的一根线缆用于每个钳夹构件，并且线缆的张力和弹性构件的排斥力由设置在每个线缆的输入端的单个致动器以对抗的方式控制，使得可以打开和关闭钳夹构件。也就是说，可以减少打开和关闭钳夹构件所需的线缆数量和致动器数量。
[0107]
注意，弹簧sp具有自然长度，其中，排斥力甚至在第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2的最大打开角度下也起作用。或者，利用第一扭转螺旋弹簧tcs1和第二扭转螺旋弹簧tcs2，排斥力甚至在第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2的最大打开角度下起作用。
[0108]
惰轮用于在靠近第一轴线的部分处重新引导第一线缆c1和第二线缆c2中的每一个，使得每一个线缆穿过轴102，并调节轴102中相应线缆的布局。如上所述，应当理解，因为用于拉动第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2中的每一个的线缆减少到只有一根前向线缆，所以必要的惰轮的数量也减少，导致成本降低。
[0109]
在图3和图4所示的示例中，在垂直于第二轴线的方向上拉动附接到第一钳夹绞盘jc1的第一线缆c1，但是第一线缆被使用第一轴线作为其转动轴的第一惰轮p1a切换到垂直于第一轴线的方向。此外，通过与第一惰轮p1a相邻并具有平行于第一轴线的转动轴的第一相邻惰轮p1b，第一线缆c1穿过轴102，切换到轴102的纵向轴线方向，然后在另一端缠绕于第一马达绞盘mc1。
[0110]
第一线缆c1从到第一惰轮p1a的距离最短的方向缠绕。此外，缠绕第一线缆c1，使得当拉动第一线缆c1时，第一惰轮p1a和第一相邻惰轮p1b沿相反方向转动。此外，当第一马达绞盘mc1被第一马达m1转动，以产生用于第一线缆c1的牵引力时，绕第二轴线的扭矩被施加到第一钳夹构件j1，使得第一钳夹构件j1能够在接近第二钳夹构件j2的方向(关闭方向)上回旋。
[0111]
此外，在图3和图4所示的示例中，在垂直于第二轴线的方向上拉动附接到第二钳夹绞盘jc2的第二线缆c2，但是第二线缆被使用第一轴线作为其转动轴的第二惰轮p2a切换到垂直于第一轴线的方向。此外，通过与第二惰轮p2a相邻并具有平行于第一轴线的转动轴的第二相邻惰轮p2b，第二线缆c2穿过轴102，切换到轴102的纵向轴线方向，然后在另一端缠绕于第二马达绞盘mc2。
[0112]
第二线缆c2从到第二惰轮p2a的距离最短的方向缠绕。此外，缠绕第二线缆c2，使得当拉动第二线缆c2时，第二惰轮p2a和第二相邻惰轮p2b沿相反方向转动。在此处，第二线缆c2绕第二惰轮p2a缠绕的方向与第一线缆c1绕第一惰轮p1a缠绕的方向相反。此外，当第二马达绞盘mc2被第二马达m2转动，以产生用于第二线缆c2的牵引力时，绕第二轴线的扭矩被施加到第二钳夹构件j2，使得第二钳夹构件j2能够在接近第一钳夹构件j1的方向(关闭方向)上回旋。
[0113]
更具体地说，相对于第二惰轮p2a和第二相邻惰轮p2b，缠绕于第二钳夹绞盘jc2的第二线缆c2的方向通过与第一线缆c1点对称的路径切换到轴102的纵向轴线方向。此外，第一惰轮pa1和第二惰轮p2a优选地具有相同的直径。第一相邻惰轮p1b和第二相邻惰轮p2b不一定具有与第一惰轮pa1和第二惰轮p2a相同的直径，但是优选地具有适当的尺寸，以允许第一线缆c1和第二线缆c2中的每一个穿过轴102的内部。
[0114]
此外，图8示出了手术工具单元端部101的另一示例性配置。图9示出了在手术工具单元端部101具有图8所示配置的情况下，手术工具单元100的另一示例自由度配置。图8和图9所示的示例性配置与图3和图4所示的示例性自由度配置的不同之处在于用于第一线缆c1和第二线缆c2的相应线缆的惰轮的配置。
[0115]
在图8和图9所示的示例中，在垂直于第二轴线的方向上拉动附接到第一钳夹绞盘jc1的第一线缆c1。然而，由于第一线缆c1至少绕使用第一轴线作为其转动轴的第一惰轮p1x缠绕一次，所以第一线缆c1穿过轴102，并被切换到在轴102的纵向轴线方向上拉动的方向，然后，在另一端绕第一马达绞盘mc1缠绕。第一线缆c1从到第一惰轮p1x的距离最短的方向缠绕。此外，当第一马达绞盘mc1被第一马达m1转动，以产生用于第一线缆c1的牵引力时，绕第二轴线的扭矩被施加到第一钳夹构件j1，使得第一钳夹构件j1能够在接近第二钳夹构件j2的方向(关闭方向)上回旋。
[0116]
注意，在第一惰轮p1x的外周上的一部分处设置有切换单元，该切换单元在第一轴线方向上切换缠绕位置，使得当第一线缆c1缠绕于第一惰轮p1x的外周时，线缆不会彼此重叠。图10示出了包括切换单元的第一惰轮p1x的示例配置。在图10所示的示例中，切换单元包括突出的第一凸台1001和第二凸台1002，以便在第一轴线方向上提供不同的缠绕位置。第一线缆c1通过在第一凸台1001和第二凸台1002之间穿过来切换第一轴线方向上的缠绕位置。结果，在第一线缆c1缠绕于第一惰轮p1x时，并且在第一线缆c1与第一惰轮p1x分离时，缠绕位置不同，从而线缆不会彼此重叠。
[0117]
此外，在图8和图9所示的示例中，在垂直于第二轴线的方向上拉动附接到第二钳夹绞盘jc2的第二线缆c2。然而，由于第二线缆c2至少绕使用第一轴线作为其转动轴线的第二惰轮p2x缠绕一次，所以第二线缆c2穿过轴102，并被切换到在轴102的纵向轴线方向上拉动的方向，然后，在另一端绕第二马达绞盘mc2缠绕。第二线缆c2从到第二惰轮p2x的距离最短的方向缠绕。此外，当第二马达绞盘mc2被第二马达m2转动，以产生用于第二线缆c2的牵引力时，绕第二轴线的扭矩被施加到第二钳夹构件j2，使得第二钳夹构件j2能够在接近第一钳夹构件j1的方向(关闭方向)上回旋。
[0118]
注意，在第二惰轮p2x的外周上的一部分处设置有切换单元，该切换单元在第一轴线方向上切换缠绕位置，使得当第二线缆c2缠绕于第二惰轮p2x的外周时，线缆不会彼此重叠。切换单元可以具有类似于图10所示的配置。
[0119]
在图8和图9所示的示例性配置中，与图3和图4所示的示例性配置中的滑轮相比，用于第一线缆c1和第二线缆c2的惰轮可以更小，并且有助于使轴102的直径更小。
[0120]
不管用于切换要穿过轴102的第一线缆c1和第二线缆c2的方向的惰轮是否(或者在靠近第一轴线的部分处)具有图3和图4或者图8和图9所示的配置，第一线缆c1在穿过轴102之后经由惰轮p1c切换到另一方向，并且在端部缠绕于第一马达绞盘mc1，如图5所示。同样地，在穿过轴102之后，第二线缆c2经由惰轮p2c切换到另一方向，并且在末端缠绕于第二马达绞盘mc2。然而，在图4和图9中，为了方便起见，未示出惰轮p1c和p2c。
[0121]
此外，如图2和图5所示，第一线缆c1和第二线缆c2分别缠绕于第一电动机绞盘mc1和第二电动机绞盘mc2，然后，经由拉簧ts1连接。因此，由拉簧ts1的回复力产生的预张力被施加到第一线缆c1和第二线缆c2。
[0122]
在此处，讨论第一线缆c1和第二线缆c2所需的预张力。图11示出了在向第一线缆
c1和第二线缆c2施加预张力之前第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2的开闭状态。此外，图12示出了当预张力施加到第一线缆c1和第二线缆c2时第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2的开闭状态。每个附图还示出了第一扭转螺旋弹簧tcs1和第二扭转螺旋弹簧tcs2绕中心轴线扭转的状态。
[0123]
第一扭转螺旋弹簧tcs1和第二扭转螺旋弹簧tcs2的弹簧常数都用k
j12
[n
·
mm/deg]表示，第一钳夹绞盘jc1和第二钳夹绞盘jc2的半径都用r
j12
[mm]表示。此外，在施加预张力之前第一线缆c1和第二线缆c2的张角由α1表示，并且当施加预张力时第一线缆c1和第二线缆c2的张角由α2表示的情况下，预张力t
pre-tension
如下面所示的等式(1)所示。
[0124]
[数学公式1]
[0125][0126]
因此，优选的是在线缆c1’和线缆c2’之间安装拉簧ts1，从而为第一线缆c1和第二线缆c2产生预张力t
pre-tension
。
[0127]
c.手术工具单元的操作
[0128]
接下来，描述手术工具单元端部101的具体操作方法。
[0129]
第一轴线上的操作：
[0130]
包括前向线缆c3a和后向线缆c3b的第三线缆绕第三马达绞盘mc3和腕部绞盘wc缠绕成环。因此，当第三马达绞盘mc3被第三马达m3转动时，在第三线缆中产生牵引力，并且腕部绞盘wc可以绕第一轴线转动。结果，腕部元件we和安装在腕部元件we上的末端执行器可以绕第一轴线转动。
[0131]
第二轴线上的操作：
[0132]
第一钳夹构件j1绕第二轴线的角度和第二钳夹构件j2绕第二轴线的角度的平均值被定义为末端执行器绕第二轴线的角度。当第一钳夹绞盘jc1和第二钳夹绞盘jc2以相同的方向和相同的速度转动时，引起末端执行器绕第二轴线的回旋操作。
[0133]
末端执行器的操作：
[0134]
末端执行器由一对相对的钳夹构件形成：第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2(例如，参见图3)。第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2的打开角度被设定为末端执行器的开关角度。当第一马达绞盘mc1和第二马达绞盘mc2以相同的速度沿相反的方向转动时，引起末端执行器的打开和关闭操作。
[0135]
图13示出了腕部元件we绕第一轴线的示例操作。在此处，该图是从平行于第一轴线的方向观察的手术工具单元端部101的视图。如图所示，腕部绞盘wc的滑轮半径用r
ψ
表示，腕部元件we绕第一轴线的转角用ψ表示。
[0136]
此外，图14和图15示出了末端执行器绕第二轴线的示例操作。在此处，每个附图是从平行于第二轴线的方向观察的手术工具单元端部101的视图。如图所示，第一钳夹绞盘jc1和第二钳夹绞盘jc2的滑轮半径均由r
θ
表示，第一钳夹构件j1绕第二轴线的转角为θ
g1
，第二钳夹构件j2绕第二轴线的转角为θ
g2
，末端执行器的打开角度为α，末端执行器绕第二轴线的转角为θ。
[0137]
此外，虽然图中未示出，但是第一马达绞盘mc1和第二马达绞盘mc2的滑轮半径都由r
m12
表示，第三马达绞盘mc3的滑轮半径是r
m3
，第一马达m1的转动角度是第二马达m2
的转动角度是第三马达m3的转动角度是
[0138]
在此处，分别在以下等式(2)至(4)中表示腕部元件we绕第一轴线的转角ψ、末端执行器绕第二轴线的转角θ和末端执行器的打开角度α。
[0139]
[数学公式2]
[0140][0141]
[数学公式3]
[0142][0143]
[数学公式4]
[0144]
α＝θ
g1-θ
g2
ꢀꢀꢀ…
(4)
[0145]
同时，分别在以下等式(5)和(6)中表示第一钳夹构件j1绕第二轴线的转角θ
g1
和第二钳夹构件j2绕第二轴线的转角θ
g2
。
[0146]
[数学公式5]
[0147][0148]
[数学公式6]
[0149][0150]
从上述等式(2)至(6)可以看出，第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2绕第二轴线的转角θ
g1
和θ
g12
不影响腕部元件we绕第一轴线的转角ψ。另一方面，腕部元件we绕第一轴线的转角ψ影响第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2绕第二轴线的转角θ
g1
和θ
g12
。因此，通过执行控制，以补偿腕部元件we绕第一轴线的转角ψ的影响，可以获得目标末端执行器绕第二轴线的期望转角θ和打开角度α。
[0151]
简而言之，通过控制第三马达m3的转动角度可以控制腕部元件we绕第一轴线的转动运动。此外，通过控制第一马达m1、第二马达m2和第三马达m3各自的转动角度和可以控制末端执行器绕第二轴线的回旋运动和打开和关闭运动。
[0152]
d.手术工具单元的运动范围
[0153]
接下来，描述手术工具单元端部101的运动范围。
[0154]
图16至图21示出了末端执行器的打开和关闭以及绕第二轴线的回旋运动的示例。
[0155]
图16和图17示出了末端执行器绕第二轴线以转角θ＝0
°
打开的状态。在此处，图16示出了从平行于第二轴线的方向观察的手术工具单元端部101，图17示出了从倾斜方向观察的手术工具单元端部101。
[0156]
此外，图18和图19示出了末端执行器绕第二轴线以转角θ＝30
°
打开的状态。在此处，图18示出了从平行于第二轴线的方向观察的手术工具单元端部101，图19示出了从倾斜方向观察的手术工具单元端部101。
[0157]
此外，图20和图21示出了末端执行器绕第二轴线以转角θ＝30
°
关闭的状态。在此处，图20示出了从平行于第二轴线的方向观察的手术工具单元端部101，图21示出了从倾斜
方向观察的手术工具单元端部101。
[0158]
图22至图25示出了腕部元件we绕第一轴线的回旋运动以及末端执行器绕第二轴线的回旋运动的示例。在此处，在图22至图25中的任何一个中，末端执行器处于打开状态。
[0159]
图22示出了腕部元件we绕第一轴线的转角ψ为0
°
，并且末端执行器绕第二轴线的转角θ为0
°
的状态。此外，图23示出了腕部元件we绕第一轴线的转角ψ为0
°
，并且末端执行器绕第二轴线的转角θ为100
°
的状态。此外，图24示出了腕部元件we绕第一轴线的转角ψ为90
°
，并且末端执行器绕第二轴线的转角θ为0
°
的状态。此外，图25示出了腕部元件we绕第一轴线的转角ψ为90
°
，并且末端执行器绕第二轴线的转角θ为100
°
的状态。
[0160]
用于拉动第一钳夹绞盘jc1和第二钳夹绞盘jc2的线缆只需要分别是单根第一线缆c1和单根第二线缆c2。第一线缆c1连接到第一钳夹绞盘jc1的部分可以位于第一线缆c1绕第一钳夹绞盘jc1的外周缠绕90
°
或更大的点。第二线缆c2连接到第二钳夹绞盘jc2的部分也可以位于90
°
或更大的缠绕点。
[0161]
为了保持末端执行器绕第二轴线的更大的运动范围，优选的是提供一部分，在该部分处，第一线缆c1和第二线缆c2在每根线缆缠绕150
°
的位置处分别连接到第一钳夹绞盘jc1和第二钳夹绞盘jc2，同时腕部元件we绕第一轴线的转角ψ为0
°
，并且末端执行器绕第二轴线的转角θ为0
°
。利用这种布置，可以确保末端执行器绕第二轴线的90
°
或更大的运动范围。
[0162]
e.手术工具单元的修改
[0163]
e-1.在钳夹构件之间施加排斥力的方法的修改
[0164]
代替扭转螺旋弹簧(见图6和图7)，螺旋压缩弹簧可以用于弹簧sp，该弹簧在第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2之间持续施加排斥力。
[0165]
图26至图31示出了手术工具单元端部101的示例性配置，该手术工具单元端部使用螺旋压缩弹簧在第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2之间产生排斥力，并且还示出了末端执行器绕第二轴线打开/关闭和回旋的运动。
[0166]
图26和图27示出了末端执行器绕第二轴线以转角θ＝0
°
打开的状态。此外，图28和图29示出了末端执行器绕第二轴线以转角θ＝30
°
打开的状态。此外，图30和图31示出了末端执行器绕第二轴线以转角θ＝30
°
关闭的状态。
[0167]
在此处，图26、图28和图30示出了从平行于第二轴线的方向观察的手术工具单元端部101，图27、图29和图31示出了从倾斜方向观察的手术工具单元端部101。
[0168]
注意，弹簧sp可以由一些其他弹性构件或排斥力产生装置代替，该装置能够在钳夹构件之间施加一定的排斥力，而不管手术工具的姿势如何。例如，替代物可以是聚合物弹性构件、由空气加压的波纹管、或者附接以在钳夹构件之间施加排斥力的拉簧。
[0169]
或者，第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2可以像由对折的金属杆形成的镊子一样整体模制，以获得在打开方向上具有弹力的结构。
[0170]
e-2.驱动线缆的方法的修改
[0171]
在上述示例中，转动马达用作拉动线缆的致动器。线性致动器也可以用作拉动线缆的致动器。
[0172]
图32示出了手术工具单元的示例配置，该手术工具单元被设计成分别利用线性致动器la1、la2、la3a和la3b拉动第一线缆c1、第二线缆c2以及第三线缆的前向线缆c3a和后
向线缆c3b。在附图中，还示出了手术工具单元驱动单元103的放大视图。
[0173]
气动致动器可以用作线性致动器la1、la2、la3a和la3b。此外，拉动线缆的致动器的其他修改的示例可以包括以下内容。
[0174]-压电直线运动超声波马达
[0175]-压电转动超声波马达
[0176]-液压线性马达
[0177]-液压转动马达
[0178]-聚合物线性致动器
[0179]-电磁线性马达
[0180]-形状记忆合金
[0181]
此外，无论采用哪种致动器，致动器都可以配备有减速器、位置检测器和紧急制动机构。在此处，减速器的示例包括齿轮减速器、波浪齿轮减速器、行星齿轮减速器、悖论行星齿轮减速器、线缆减速器、牵引减速器、滚珠丝杠、滑动丝杠和蜗轮。此外，位置检测器的示例包括磁性编码器、光学编码器和电位计。
[0182]
e-3.钳夹构件的形状的修改
[0183]
在每个附图中，为了方便起见，第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2被绘制成简单的形状。实际上，钳夹构件的形状可以根据手术工具单元的使用目的而改变。例如，可以采用以下形式。
[0184]-镊子
[0185]-双极镊子
[0186]-剪刀
[0187]-订书机
[0188]
e-4.轴的修改
[0189]
轴102理想地是刚性主体，但是可以具有柔性配置。此外，在每个附图中，为了简化起见，示出了具有简单中空圆柱形状的轴102。然而，轴不一定是圆柱形的。例如，轴102的横截面可以具有多边形形状或椭圆形形状，或者其横截面形状可以在纵向轴线方向的中途改变。
[0190]
e-5.线缆的修改
[0191]
线缆可以是一束金属线、一束树脂或多种材料(例如，金属线和树脂)的混合物。此外，由具有高刚性的金属形成的轴102可以用于设置在轴102等内部并且不需要弯曲的线缆部分，并且连接到在具有弯曲的部分使用的柔性线缆。以这种方式，可以形成一根线缆。线缆替代物的示例如下。
[0192]-金属线或树脂线
[0193]-通过编织小直径的金属或树脂细线获得的线
[0194]
e-6.惰轮的修改
[0195]
在上述示例中，惰轮用于调整线缆的布局。通过使用惰轮，可以减少拉动线缆时的滑动摩擦，并且可以进行平稳的操作。在滑动摩擦减小的情况下，可以使用均具有转动轴承的惰轮。然而，惰轮的使用增加了机构的尺寸，并且部件的数量变得更大。因此，为了进一步减小手术工具单元端部101的尺寸，线缆可以沿着形成在机构中的导向槽布置，而没有任何
惰轮。
[0196]
e-7.感测
[0197]
为了检测线缆的张力，可以在每根线缆上安装一个应变传感器。应变传感器的示例包括可变电阻应变传感器和光纤布拉格光栅(fbg)应变传感器。或者，扭矩传感器可以安装在拉动线缆的致动器上。
[0198]
f.手术工具单元的应用示例
[0199]
f-1.手术支持系统的示例应用
[0200]
图33示出了使用根据该实施例的手术工具单元的手术支持系统3300的示例外部配置。附图中所示的手术支持系统3300包括具有多连杆结构的臂3301，并且手术工具单元3302附接到臂3301的端部。手术工具单元3302可以是可更换的。手术支持系统3300用于例如腹腔镜手术，并且手术工具单元端部101通过套管针(未示出)插入腹腔，以执行诸如抓握和切割患部等操作。
[0201]
例如，图中所示的手术支持系统3300用作主从机器人中的从装置，并且根据来自主装置(未示出)的指令来驱动臂3301和手术工具单元3302。此外，例如，双边控制方法被应用于这种类型的主从机器人。
[0202]
注意，臂3301可以是任何机构类型的机器人，例如，极坐标机器人、圆柱坐标机器人、笛卡尔坐标机器人、垂直铰接机器人、水平铰接机器人、平行连杆机器人或远程运动中心(rcm)机器人。
[0203]
此外，在手术支持系统3300是支持腹腔镜手术的手术机器人的情况下，臂3301优选地是垂直铰接臂或远程运动中心(rcm)臂，其远程转动中心位于远离驱动转动中心的位置并执行枢转(定点)运动，从而实现机构的紧凑性、在套管针位置产生枢转运动的容易性等。
[0204]
此外，尽管图33示出了仅一个手术工具单元可附接到其上的手术支持系统的示例配置，但是本技术也可应用于多个手术工具单元可同时附接到其上以执行腹腔镜手术的类型的手术支持系统。
[0205]
f-2.手术操作单元的示例应用
[0206]
图34示出了使用根据该实施例的手术工具单元的手术操作单元3400的示例外部配置。手术操作单元3400包括由用户(操作者)用手直接握持和操作的手柄单元3401，并且手术工具单元3402附接到手柄单元3401的端部。手术工具单元3402可以是可更换的。
[0207]
手柄单元3401可以包括操纵杆3403，该操纵杆可以用拇指操纵，以指定例如手术工具单元3402的手术工具单元端部的姿态的期望方向。手柄单元3401还可以包括按钮3404，可以用食指推动该按钮，以发出钳夹构件的打开和关闭操作的指令。
[0208]
控制器(未示出)安装在手柄单元3401中。控制器根据操纵杆3403或按钮3404的操作量，计算腕部元件we绕第一轴线的回旋角度以及末端执行器绕第二轴线的回旋角度和打开角度。控制器然后将这些角度转换成每个马达的转动量，并将控制信号输出到手术工具单元驱动单元103。
[0209]
g.效果
[0210]
通过根据本公开的技术，包括一对相对的钳夹构件的末端执行器的回旋运动(绕第二轴线)以及钳夹构件的打开和关闭运动可以由两根线缆引起。因此，可以减少用于拉动
线缆的惰轮的数量，并且可以容易地使手术工具单元的端部的直径更小。特别地，串联设置在末端执行器的转动轴(第一轴线)上的惰轮的数量是两个，因此，容易实现更小的直径。
[0211]
此外，通过根据本公开的技术，要在手术工具单元中使用的线缆数量和惰轮数量少，这有利于降低成本。如上所述，由于部件数量少，因此简化了手术工具单元的结构。因此，可以降低组装成本，并且便于维护。
[0212]
此外，通过根据本公开的技术，每个钳夹构件由一根线缆拉动。然而，钳夹绞盘和线缆之间的连接部分可以设置在钳夹绞盘上的任何期望位置。因此，可以使每个钳夹构件的运动范围更宽。
[0213]
此外，在应用根据本公开的技术的手术工具单元中，腕部元件和安装在腕部元件上并配备有打开和关闭机构的末端执行器可以由三个马达驱动，并且线缆的数量少。因此，可以简化手术工具单元驱动单元中的线缆的布局。因此，手术工具单元可以被制成尺寸紧凑且重量轻。
[0214]
此外，在应用根据本公开的技术的手术工具单元中，任何惰轮都不设置在腕部元件上。因此，从第一轴线到第二轴线的距离可以变得更短。
[0215]
工业适用性
[0216]
到目前为止，已经参考具体实施例详细描述了根据本公开的技术。然而，显而易见的是，本领域技术人员可以在不脱离根据本公开的技术范围的情况下对实施例进行修改和替换。
[0217]
在本说明书中，已经主要描述了根据本公开的技术应用于在手术支持系统中使用的手术工具的实施例。然而，根据本公开的技术的主题不限于这些实施例。根据本公开的技术可以应用于除医疗保健之外的各种领域中的机器人，例如，精密工作机器人。根据本公开的技术还可以应用于抓握型手术操作单元和用户可以在用手抓握时操作的精密工作装置。
[0218]
简而言之，根据本公开的技术已经通过示例进行了描述，并且本说明书中的描述不应以限制性方式进行解释。在理解根据本公开的技术的主题时，应该考虑权利要求。
[0219]
注意，根据本公开的技术也可以体现在下面描述的配置中。
[0220]
(1)一种手术工具，包括：
[0221]
轴；
[0222]
腕部，所述腕部绕第一轴线可转动地连接到轴的一端；
[0223]
第一钳夹构件和第二钳夹构件，每个钳夹构件相对于腕部绕第二轴线可转动地支撑；以及
[0224]
弹性构件，所述弹性构件在第一钳夹构件和第二钳夹构件之间施加排斥力。
[0225]
(2)根据(1)所述的手术工具，其中，
[0226]
所述弹性构件包括向第一钳夹构件施加排斥力的第一弹性构件和向第二钳夹构件施加排斥力的第二弹性构件。
[0227]
(3)根据(1)所述的手术工具，还包括：
[0228]
第一钳夹绞盘，所述第一钳夹绞盘被设置于第一钳夹构件，并且使用第二轴线作为转动轴；
[0229]
第一线缆，所述第一线缆缠绕于第一钳夹绞盘；
[0230]
第二钳夹绞盘，所述第二钳夹绞盘被设置于第二钳夹构件，并且使用第二轴线作
为转动轴；以及
[0231]
第二线缆，所述第二线缆缠绕于第二钳夹绞盘，其中，
[0232]
所述第一钳夹构件通过拉动第一线缆在朝向第二钳夹构件的方向上回旋，并且所述第二钳夹构件通过拉动第二线缆在朝向第一钳夹构件的方向上回旋。
[0233]
(4)根据(3)所述的手术工具，还包括：
[0234]
腕部绞盘，所述腕部绞盘被设置于腕部，并且使用第一轴线作为转动轴；以及
[0235]
第三线缆，所述第三线缆包括从相反方向缠绕于腕部绞盘的前向线缆和后向线缆。
[0236]
(5)根据(4)所述的手术工具，还包括：
[0237]
第一致动器，所述第一致动器拉动第一线缆；
[0238]
第二致动器，所述第二致动器拉动第二线缆；以及
[0239]
第三致动器，所述第三致动器拉动第三线缆。
[0240]
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的手术工具，其中，
[0241]
所述弹性构件具有自然长度，在所述自然长度下，所述排斥力甚至在第一钳夹构件和第二钳夹构件的最大打开角度下也起作用。
[0242]
(7)根据(3)至(6)中任一项所述的手术工具，还包括：
[0243]
第一惰轮单元，所述第一惰轮单元将第一线缆切换到基本平行于轴的纵向轴线的方向；以及
[0244]
第二惰轮单元，所述第二惰轮单元将第二线缆切换到基本平行于轴的纵向轴线的方向。
[0245]
(8)根据(7)所述的手术工具，其中，
[0246]
所述第一惰轮单元包括绕第一轴线转动的第一惰轮以及与第一惰轮相邻并具有平行于第一轴线的转动轴线的第一相邻惰轮，并且
[0247]
所述第二惰轮单元包括绕第一轴线转动的第二惰轮以及与第二惰轮相邻并具有平行于第一轴线的转动轴线的第二相邻惰轮。
[0248]
(9)根据(7)所述的手术工具，其中，
[0249]
所述第一惰轮单元包括绕第一轴线转动的第一惰轮，所述第一线缆绕第一惰轮缠绕至少一次，并且
[0250]
所述第二惰轮单元包括绕第一轴线转动的第二惰轮，所述第二线缆绕第二惰轮缠绕至少一次。
[0251]
(10)根据(9)所述的手术工具，其中，
[0252]
所述第一惰轮和所述第二惰轮中的至少一个包括切换单元，所述切换单元在第一轴线方向上切换线缆缠绕位置，以避免在缠绕第一线缆时线缆重叠。
[0253]
(11)根据(3)至(10)中任一项所述的手术工具，还包括
[0254]
向所述第一线缆和所述第二线缆施加预张力的预张力施加单元。
[0255]
(12)根据(4)至(11)中任一项所述的手术工具，还包括
[0256]
向所述第三线缆施加预张力的预张力施加单元。
[0257]
(13)根据(4)至(11)中任一项所述的手术工具，其中，
[0258]
通过驱动第三致动器在前向线缆和后向线缆之间产生的张力差向腕部绞盘施加
转动扭矩，以使腕部绕第一轴线转动。
[0259]
(14)根据(3)至(13)中任一项所述的手术工具，其中，
[0260]
为了引起第一钳夹构件和第二钳夹构件绕第二轴线的角度差的变化，通过驱动第一致动器和第二致动器来控制第一线缆和第二线缆的张力。
[0261]
(15)根据(3)至(13)中任一项所述的手术工具，其中，
[0262]
为了引起第一钳夹构件和第二钳夹构件绕第二轴线的角度之和的变化，通过驱动第一致动器和第二致动器来控制第一线缆和第二线缆的张力。
[0263]
(16)一种手术支持系统，包括手术工具和附接手术工具的臂，
[0264]
所述手术工具包括：
[0265]
轴；
[0266]
腕部，所述腕部绕第一轴线可转动地连接到轴的一端；
[0267]
第一钳夹构件和第二钳夹构件，每个钳夹构件相对于腕部绕第二轴线可转动地支撑；以及
[0268]
弹性构件，所述弹性构件在第一钳夹构件和第二钳夹构件之间施加排斥力。
[0269]
(17)一种手术操作单元，包括手术工具和附接手术工具的手柄单元，
[0270]
所述手术工具包括：
[0271]
轴；
[0272]
腕部，所述腕部绕第一轴线可转动地连接到轴的一端；
[0273]
第一钳夹构件和第二钳夹构件，每个钳夹构件相对于腕部绕第二轴线可转动地支撑；以及
[0274]
弹性构件，所述弹性构件在第一钳夹构件和第二钳夹构件之间施加排斥力。
[0275]
附图标记列表
[0276]
100 手术工具单元
[0277]
101 手术工具单元端部
[0278]
102 轴
[0279]
103 手术工具单元驱动单元
[0280]
3300 手术支持系统
[0281]
3301 臂
[0282]
3302 手术工具单元
[0283]
3400 手术操作单元
[0284]
3401 手柄单元
[0285]
3402 手术工具单元
[0286]
3403 操纵杆
[0287]
3404 按钮。