手术器械、手术辅助系统以及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”)涉及一种在手术机器人中使用的手术工具，例如，一种手术支持系统和一种手术操作单元。


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，存在双边方法，通过该方法，自主装置操作从装置，同时，从装置的状态反馈给主装置(例如，参见专利文献1)。
3.在安装在从装置中的手术工具的端部提供了具有开闭机构(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，即两个旋转自由度和一个开闭自由度。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缆线的驱动方法(例如，参见专利文献2至4)。
4.引文列表
5.专利文献
6.专利文献1：日本专利申请公开号2019-34002
7.专利文献2：日本专利申请公开号09-542671
8.专利文献3：jp 2018-534100 w
9.专利文献4：jp 2019-501699 w


技术实现要素：

10.本发明要解决的问题
11.根据本公开的技术的目的是提供一种手术工具，该手术工具具有例如镊子的开闭末端执行器，被设计成尺寸小且重量轻，并且用于手术支持系统，并且提供一种手术机器人和一种手术操作单元。
12.问题的解决方案
13.根据本公开的技术的第一方面是
14.一种手术工具，包括：
15.轴；
16.腕部，所述腕部连接到轴的一端并可绕第一轴旋转；
17.第一钳夹构件和第二钳夹构件，所述第一钳夹构件和第二钳夹构件对于腕部绕第二轴可被旋转地支撑；
18.一第一前向和后向缆线组，该第一前向和后向缆线组传递用于绕第二轴转动第一钳夹构件的力；
19.一第二前向和后向缆线组，该第二前向和后向缆线组传递用于绕第二轴转动第二钳夹构件的力；以及
20.转动运动单元，所述转动运动单元产生腕部绕第一轴的转动运动，使得该第一前向和后向缆线组以及该第二前向和后向缆线组的预张力不改变。
21.转动运动单元通过使一第一前向和后向缆线组和一第二前向和后向缆线组中的一者向后移动，而另一者在轴的纵向轴方向上向前移动，产生腕部绕第一轴的转动运动。
22.或者，转动运动单元包括：腕部绞盘，所述腕部绞盘设置在腕部上并且具有作为其旋转轴的第一轴，该组第三前向和后向缆线缠绕腕部绞盘；以及第三致动器，所述第三致动器旋转第三驱动绞盘并牵拉第三缆线组。转动运动单元促使腕部绕第一轴的转动运动，同时调整该组第一前向和后向缆线和该组第二前向和后向缆线的预张力。然而，第一致动器和第一驱动绞盘以及第二致动器和第二驱动绞盘固定到轴。
23.此外，根据本公开的技术的第二方面是
24.一种手术支持系统，包括手术工具和连接手术工具的臂，
25.所述手术工具包括：
26.轴；
27.腕部，所述腕部连接到轴的一端并可绕第一轴旋转；
28.第一钳夹构件和第二钳夹构件，所述第一钳夹构件和第二钳夹构件相对于腕部绕第二轴可被旋转地支撑；
29.一第一前向和后向缆线组，该第一前向和后向缆线组传递用于绕第二轴转动第一钳夹构件的力；
30.一第二前向和后向缆线组，该第二前向和后向缆线组传递用于绕第二轴转动第二钳夹构件的力；以及
31.转动运动单元，所述转动运动单元产生腕部绕第一轴的转动运动，使得该第一前向和后向缆线组以及该第二前向和后向缆线组的预张力不改变。
32.此外，根据本公开的技术的第三方面是
33.一种手术操作单元，包括手术工具和连接手术工具的手柄单元，
34.所述手术工具包括：
35.轴；
36.腕部，所述腕部连接到轴的一端并可绕第一轴旋转；
37.第一钳夹构件和第二钳夹构件，所述第一钳夹构件和第二钳夹构件对于腕部绕第二轴可被旋转地支撑；
38.一第一前向和后向缆线组，该第一前向和后向缆线组传递用于绕第二轴转动第一钳夹构件的力；
39.一第二前向和后向缆线组，该第二前向和后向缆线组传递用于绕第二轴转动第二钳夹构件的力；以及
40.转动运动单元，产生腕部绕第一轴的转动运动，使得该第一前向和后向缆线组以及该第二前向和后向缆线组的预张力不改变。
41.本发明的效果
42.通过根据本公开的技术，可以提供一种手术工具，该手术工具具有开闭末端执行
器，例如，镊子，包括较少数量的部件，具有较小的直径，并且用于手术机器人，并且可以提供一种手术支持系统和一种手术操作单元。
43.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。
44.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
45.图1是示出手术工具单元100的示例配置的示图。
46.图2是手术工具单元端部101的放大视图。
47.图3是手术工具单元端部101的放大视图。
48.图4是手术工具单元驱动单元103的放大视图。
49.图5是手术工具单元驱动单元103的放大视图。
50.图6是示出手术工具单元100的示例自由度配置的示图。
51.图7是示出手术工具单元100的六面视图的示图。
52.图8是示出手术工具单元100的简化示例自由度配置的示图。
53.图9是示出手术工具单元100的简化示例自由度配置的示图。
54.图10是示出腕部元件we绕第一轴转动的状态的示图。
55.图11是示出腕部元件we绕第一轴转动的状态的示图。
56.图12是示出腕部元件we绕第一轴转动的状态的示图。
57.图13是示出腕部元件we绕第一轴转动的示例操作的示图。
58.图14是示出末端执行器绕第二轴转动的示例操作的示图。
59.图15是示出手术工具单元端部101的示例操作的示图。
60.图16是示出手术工具单元端部101的示例操作的示图。
61.图17是示出手术工具单元端部101的示例操作的示图。
62.图18是示出手术工具单元端部101的示例操作的示图。
63.图19是示出手术工具单元端部101的示例操作的示图。
64.图20是示出手术工具单元端部101的示例操作的示图。
65.图21是示出手术工具单元端部101的示例操作的示图。
66.图22是示出手术工具单元端部101的示例操作的示图。
67.图23是示出手术工具单元2300的示例配置的示图。
68.图24是手术工具单元驱动单元2303的放大图。
69.图25是手术工具单元驱动单元2303的放大图。
70.图26是示出手术工具单元2300的示例自由度配置的示图。
71.图27是示出手术工具单元2300的六面视图的示图。
72.图28是示出腕部元件we绕第一轴转动的状态的示图。
73.图29是示出腕部元件we绕第一轴转动的状态的示图。
74.图30是示出腕部元件we绕第一轴转动的状态的示图。
75.图31是示出手术工具单元3100的示例配置的示图。
76.图32是手术工具单元端部3101的放大视图。
77.图33是手术工具单元端部3101的放大视图。
78.图34是手术工具单元驱动单元3103的放大图。
79.图35是手术工具单元驱动单元3103的放大图。
80.图36是示出手术工具单元3100的示例自由度配置的示图。
81.图37是示出手术工具单元3100的六面视图的示图。
82.图38是示出腕部元件we绕第一轴转动的状态的示图。
83.图39是示出腕部元件we绕第一轴转动的状态的示图。
84.图40是示出腕部元件we绕第一轴转动的状态的示图。
85.图41是示出手术支持系统4100的示例外部配置的示图。
86.图42是示出手术操作单元4200的示例外部配置的示图。
具体实施方式
87.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。
88.a.手术工具单元的问题
89.b.手术工具单元的示例配置(1)(参考图1至22)
90.c.手术工具单元的示例配置(2)(参考图23至30)
91.d.手术工具单元的示例配置(3)(参考图31至40)
92.e.手术工具单元的修改
93.f.手术工具单元的示例应用(参考图41和42)
94.g.效果
95.a.手术工具单元的问题
96.用于手术机器人的手术工具优选地具有总共三个自由度，即两个旋转自由度和在末端的开闭自由度。具体而言，例如，这种手术工具包括由一对相对的钳夹构件形成的开闭末端执行器、支撑末端执行器的腕部以及具有纵向轴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，用于例如相对于轴的端部绕偏航轴转动腕部；第二轴，用于例如相对于腕部绕俯仰轴转动末端执行器的定向；以及第三轴(开闭轴)，用于开闭钳夹构件。在下面的描述中，将描述第二轴和开闭轴同轴的实施例。
97.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，需要在狭窄的术野进行治疗，因此，根据手术工具，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，电磁旋转电动机)产生的驱动力基本上经由缆线传递，从而操作手术工具。具体而言，需要三个缆线系统，用于传递使腕部相对于轴端绕第一轴转动的动力、使监测定向相对于腕部绕第二轴转动的动力、以及用于开闭开闭末端执行器的动力，并且这些缆线穿过轴插入。此外，在使用缆线的动力传输机构中，使用多个滑轮，例如，用于向缆线施加动力或将来自缆线的力转换成轴向力的绞盘以及用于调整缆线在轴中的布局并向缆线施加恒定张力的惰轮。
98.在此处，根据利用惰轮调整缆线布局的方法，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(或者，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，在不使用任何惰轮的情况下缆线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，缆线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，导致干扰。结果，扭矩控制变得困难。还可以采用一种方法，通过该方法，缆线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缆线时，会发生侧隙。
99.此外，通常可以采用缆线环型或单独的缆线牵引型，作为利用由致动器产生的缆线牵引力驱动输出侧绞盘的方法。
100.在前一种缆线环型中，缆线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旋转。利用缆线环型，可以通过单个致动器以对抗的方式控制向前和后向缆线，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缆线的预张力，因此，致动器可以容易更小。然而，在环形缆线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，要施加到缆线的预张力波动，因此难以采用缆线环型。例如，当驱动腕部绕第一轴旋转时，用于驱动相应钳夹构件的相应缆线的长度改变。
101.另一方面，后一种单独缆线牵引型具有以下配置，其中，连接到输出侧绞盘的向前和后向缆线由单独的致动器牵拉，并且向前和后向缆线可以被彼此独立地控制。因此，设计手术工具的配置的自由度变得更高。然而，缆线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。
102.在缆线环型和单独缆线牵引型中，每个缆线都需要一个牵引电动机。如果安装了与缆线数量一样多的用于补偿缆线预紧力的重型和大型电动机，则外壳空间和装置重量会增加。此外，在缆线环型和单独缆线牵引型中，共有两条缆线(向前和后向缆线)用于双向旋转一个输出侧绞盘。因此，还需要两个惰轮来调整缆线的布局，并且部件的数量增加。
103.此外，在手术工具末端的末端执行器的偏航操作、俯仰操作和开闭操作需要用不引起交叉轴干涉的结构来执行。例如，交叉轴干涉将导致以下事件。
104.(1)当偏航轴角度改变时，俯仰轴被动旋转。
105.(2)当偏航轴角度改变时，缆线的预张力波动。
106.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缆线的布局，并通过便于施加期望的预张力的方法牵拉缆线来实现尺寸和重量的减小。本说明书还在下面公开了一种计算机辅助手术系统和一种手术操作单元。
107.b.手术工具单元的示例配置(1)
108.图1示出了应用根据本公开的技术的手术工具单元的示例性配置。图中所示的手术工具单元100包括具有纵向轴的中空轴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。手术工具单元端部101包括能够绕平行于相对于轴102的偏航轴的第一轴转动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执行开闭操作，第二轴平行于俯仰轴。末端执行器形成有一对相对的钳夹构件，钳夹构件绕第二轴转动并执行开闭操作。然而，第二轴位于偏离
第一轴的位置。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中的相应钳夹构件的两个致动器以及驱动腕部的一个致动器。
109.图2和图3以放大的方式示出了手术工具单元端部101(然而，图2和图3之间的观察方向不同)。此外，图4和图5以放大的方式示出了手术工具单元驱动单元103(然而，图4和图5之间的观察方向不同)。此外，图6示出了手术工具单元100的示例自由度配置。此外，图7示出了手术工具单元100的六面视图。此外，图8和图9示出了与手术工具单元100的自由度相关的简化配置。
110.手术工具单元端部101包括腕部元件we和开闭末端执行器。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2和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)绕平行于偏航轴的第一轴转动。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的第二轴转动。当对于用作开闭轴的第二轴的打开角度改变时，第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2开闭。
111.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的第一电动机m1、用于驱动第二钳夹构件j2的第二电动机m2以及用于驱动腕部元件we的第三电动机m3(例如，参见图4、5和6)。此外，作为驱动绞盘的第一至第三电动机绞盘mc1、mc2和mc3分别附接到第一至第三电动机m1至m3的输出轴(例如，参见图6)。尽管假设旋转电动机用于第一至第三电动机m1至m3中的每一个，但是也可以使用带有减速器的电动机。
112.一第一前向和后向缆线组c1a和c1b缠绕第一电动机绞盘mc1，并且第一电动机绞盘mc1由第一电动机m1旋转，使得第一钳夹构件j1按照缆线环方法驱动。此外，一第二前向和后向缆线组c2a和c2b缠绕第二电动机绞盘mc2，并且第二电动机绞盘mc2由第二电动机m2旋转，使得第二钳夹构件j2由缆线环方法驱动。
113.参考图4和图5，第一电动机m1支撑在沿轴102的纵向轴方向滑动的第一滑动基座sb1上，第二电动机m2支撑在沿轴102的纵向轴方向滑动的第二滑动基座sb2上。此外，一组第三前向和后向缆线c3a和c3b经由第三惰轮p3a和p3b缠绕第三电动机绞盘mc3。第三前向缆线c3a的另一端固定到第一滑动基座sb1，第三后向缆线c3b的另一端固定到第二滑动基座sb2。然后，第三电动机m3通过缆线环方法牵拉该组第三前向和后向缆线c3a和c3b，使得第一滑动基座sb1和第二滑动基座sb2能够在轴102的纵向轴方向上沿相反方向向前和向后移动(例如，参见图6)。
114.参考图2和图3，第一钳夹构件j1在靠近基部的部分处由腕部元件we支撑，从而能够绕第二轴转动。同样，第二钳夹构件j2在靠近基部的部分由腕部元件we支撑，从而能够绕第二轴转动。因此，第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2中的每一个都围绕第二轴转动，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围绕第二轴的角度差发生变化)。因此，执行末端执行器的开闭操作。此外，第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2同时绕第二轴转动，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绕第二轴的角度和发生变化)。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的转动操作。
115.参考图2、3和6，具有上述第二轴作为其旋转轴的第一钳夹绞盘jc1设置在第一钳
夹构件j1的根部附近。该组第一前向和后向缆线c1a和c1b缠绕第一钳夹绞盘jc1。如图4至图6所示，该第一前向和后向缆线组c1a和c1b缠绕手术工具单元驱动单元103侧的第一电动机绞盘mc1。因此，根据第一电动机m1的旋转方向，牵引力作用在缆线c1a和c1b之一上，并且执行第一钳夹构件j1绕第二轴的转动操作。由于通过使用一组第一前向和后向缆线c1a和c1b的缆线环方法驱动第一钳夹构件j1，所以可以使第一钳夹构件j1的运动范围更宽。
116.此外，参考图2、3和6，具有上述第二轴作为其旋转轴的第二钳夹绞盘jc2设置在第二钳夹构件j2的根部附近。该组第二前向和后向缆线c2a和c2b缠绕第二钳夹绞盘jc2。如图4至图6所示，该组第二前向和后向缆线c2a和c2b缠绕手术工具单元驱动单元103侧的第二电动机绞盘mc2。因此，根据第二电动机m2的旋转方向，牵引力作用在缆线c2a和c2b之一上，并且执行第二钳夹构件j2绕第二轴的转动操作。由于通过使用该组第二前向和后向缆线c2a和c2b的缆线环方法驱动第二钳夹构件j2，所以可以使第二钳夹构件j2的运动范围更宽。
117.接下来，描述手术工具单元100中各个缆线的布局以及用于操作手术工具单元端部101的具体方法。
118.惰轮用于在靠近第一轴的部分重新定向该组第一前向和后向缆线c1a和c1b以及该组第二前向和后向缆线c2a和c2b中的每根缆线，使得每根缆线穿过轴102，并调整轴102中相应缆线的布局。
119.如图2、3和6所示，在正交于第二轴的方向上牵拉第一前向缆线c1a。然而，缆线c1a的方向被第一惰轮p11a切换到正交于第一轴的方向，第一惰轮p11a使用第一轴作为其旋转轴，此外，调整布局，使得第一前向缆线c1a被第一相邻惰轮p12a插入穿过轴102，第一相邻惰轮与第一惰轮p11a相邻并且具有平行于第一轴的旋转轴。如图5所示，在穿过轴102之后，第一前向缆线c1a通过惰轮p13a缠绕第一电动机绞盘mc1。
120.同时，在正交于第二轴的方向上牵拉第一后向缆线c1b。然而，缆线c1b的方向被第一惰轮p11b切换到正交于第一轴的方向，第一惰轮p11b使用第一轴作为其旋转轴，此外，调整布局，使得第一后向缆线c1b被第一相邻惰轮p11b插入穿过轴102，第一相邻惰轮p11b与第一惰轮p11b相邻并且具有平行于第一轴的旋转轴。如图5所示，在穿过轴102之后，第一后向缆线c1b然后经由惰轮p13b从与第一前向缆线c1a相反的方向缠绕第一电动机绞盘mc1。
121.简而言之，布置该组第一前向和后向缆线c1a和c1b，以便通过缆线环方法在第一钳夹绞盘jc1和第一电动机绞盘mc1之间执行动力传输。因此，从图8中还可以看出，第一电动机绞盘mc1由第一电动机m1旋转，使得第一钳夹绞盘jc1的旋转可以调整第一钳夹构件j1绕第二轴的转动角度。
122.此外，如图2、3和6所示，在正交于第二轴的方向上牵拉第二前向缆线c2a。然而，缆线c2a的方向被第二惰轮p21a切换到正交于第一轴的方向，第二惰轮p21a使用第一轴作为其旋转轴，此外，调整布局，使得第二前向缆线c2a被第二相邻惰轮p22a插入穿过轴102，第二相邻惰轮p22a与第二惰轮p21a相邻并且具有平行于第一轴的旋转轴。如图5所示，在穿过轴102之后，第二前向缆线c2a经由惰轮p23a缠绕第二电动机绞盘mc2。
123.同时，在正交于第二轴的方向上牵拉第二后向缆线c2b。然而，缆线c2b的方向被第二惰轮p21b切换到正交于第一轴的方向，第二惰轮p21b使用第一轴作为其旋转轴，此外，调整布局，使得第二后向缆线c2b被第二相邻惰轮p22b插入穿过轴102，第二相邻惰轮p22b与
第二惰轮p21b相邻并且具有平行于第一轴的旋转轴。如图5所示，在穿过轴102之后，第一后向缆线c1b然后经由惰轮p23b从与第二前向缆线c2a相反的方向缠绕第二电动机绞盘mc2。
124.简而言之，布置该组第二前向和后向缆线c2a和c2b，以便通过缆线环方法在第二钳夹绞盘jc2和第二电动机绞盘mc2之间进行动力传输。因此，从图8中还可以看出，第二电动机绞盘mc2由第二电动机m2旋转，从而第二钳夹绞盘jc2的旋转可以调整第二钳夹构件j2绕第二轴的转动角度。
125.该第一前向和后向缆线组c1a和c1b以及该第二前向和后向缆线组c2a和c2b的牵引力由第一电动机m1和第二电动机m2控制，使得第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2绕第二轴的角度差发生变化。因此，可以执行由一对钳夹构件j1和j2形成的末端执行器的开闭操作。开闭角度由第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2绕第二轴的角度差决定。
126.此外，该组第一前向和后向缆线c1a和c1b以及该组第二前向和后向缆线c2a和c2b的牵引力由第一电动机m1和第二电动机m2控制，使得第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2绕第二轴的角度和发生变化。因此，可以使末端执行器绕第二轴转动。第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2绕第二轴的角度的平均值是末端执行器绕第二轴的转动角度。
127.同时，第一电动机m1与第一电动机绞盘mc1和惰轮p13a和p13b中的每一个一起固定到第一滑动基座sb1。此外，第二电动机m2与第二电动机绞盘mc2以及惰轮p23a和p23b中的每一个一起固定到第一滑动基座sb1。此外，第三前向缆线c3a经由惰轮p3a接合到第一滑动基座sb1。此外，第三后向缆线c3b经由第三惰轮p3b接合到第二滑动基座sb2。
128.注意，在从第一滑动基座sb1到第三惰轮p3a的部分中的第三向前缆线c3a和在从第二滑动基座sb2到第三惰轮p3b的部分中的第三向后缆线c3b优选地布置成平行于轴102的纵向轴。
129.简而言之，该组第三前向和后向缆线c3a和c3b被布置成在第三电动机绞盘mc3与第一和第二滑动基座sb1和sb2之间执行动力传输。因此，从图9可以看出，当第三电动机绞盘mc3被第三电动机m3旋转时，第一滑动基座sb1和第二滑动基座sb2可以在轴102的纵向轴方向上在相反的方向上向前和向后移动。
130.参考图6和图8，从与该组第一前向和后向缆线c1a和c1a缠绕在第一惰轮p11a和p11b的方向相反的方向，该组第二前向和后向缆线c2a和c2b缠绕第二惰轮p21a和p21b。因此，当该组第一前向和后向缆线c1a和c1a向后移动时，以及当该组第二前向和后向缆线c2a和c2a向后移动时，围绕第一轴的相反方向的旋转力被施加到腕部元件we。因此，当第一滑动基座sb1向前移动到轴102的端部(即远端)，并且第二滑动基座sb2向后移动到轴102的根部侧(即近端)时，该组第一前向和后向缆线c1a和c1a向前移动，并且该组第二前向和后向缆线c2a和c2b向后移动。结果，腕部元件we绕第一轴正向旋转。相反，当第一滑动基座sb1向后移动，并且第二滑动基座sb2向前移动时，该组第一前向和后向缆线c1a和c1a向后移动，并且该组第二前向和后向缆线c2a和c2b向前移动。结果，腕部元件we绕第一轴在负方向上旋转。在此处，假设该组第一前向和后向缆线c1a和c1b以及该组第二前向和后向缆线c2a和c2b都具有恒定的总长度。
131.图10至图12均示出了腕部元件we通过第三电动机m3驱动而绕第一轴转动的状态。从图10至12可以看出，通过第三电动机m3驱动，其上安装有第一电动机m1的第一滑动基座sb1和其上安装有第二电动机m2的第二滑动基座sb2在轴102的纵向轴方向上向前和向后移
动。
132.通过第三电动机m3的旋转驱动，第二滑动基座sb2被后向缆线c3b牵拉，并且在轴102的纵向轴方向上向后移动到近端侧。腕部元件we然后被该组第二前向和后向缆线c2a和c2b牵拉，并且围绕第一轴旋转80度，如图10所示。
133.此外，在第一滑动基座sb1和第二滑动基座sb2在轴102的纵向轴方向上的位置相同的情况下，腕部元件we绕第一轴的旋转位置为0度，如图11所示。
134.此外，通过第三电动机m3在相反方向上的旋转驱动，第一滑动基座sb1被前向缆线c3a牵拉，并且在轴102的纵向轴方向上向后移动到近端侧。然后，腕部元件we被该组第一前向和后向缆线c1a和c1b牵拉，并围绕第一轴旋转-80度，如图12所示。
135.以这种方式，第三电动机m3牵拉该第三前向和后向缆线组c3a和c3b，并且该第一前向和后向缆线组c1a和c1b以及该第二前向和后向缆线组c2a和c2b通过第一滑动基座sb1和第二滑动基座sb2的滑动操作向前和向后移动。因此，腕部元件we可以绕第一轴转动。此外，当腕部元件we绕第一轴转动时，该第一前向和后向缆线组c1a和c1b以及该第二前向和后向缆线组c2a和c2b的预张力不变。
136.手术工具单元端部101中的操作方法总结如下。
137.第一轴上的操作：
138.当第三电动机绞盘mc3被第三电动机m3旋转时，在该第三前向和后向缆线组c3a和c3b的一根缆线中产生牵引力。结果，如图10至图12所示，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正向或反向旋转。
139.第二轴上的操作：
140.第一钳夹构件j1绕第二轴的角度和第二钳夹构件j2绕第二轴的角度的平均值被定义为末端执行器绕第二轴的角度。当第一钳夹绞盘jc1和第二钳夹绞盘jc2在相同的方向以相同的速度旋转时，引起末端执行器绕第二轴的转动操作。
141.末端执行器的操作：
142.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2)。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闭角度。当第一电动机绞盘mc1和第二电动机绞盘mc2以相同的速度沿相反的方向旋转时，引起末端执行器的开闭操作。
143.接下来，描述第一至第三电动机m1至m3的操作与手术工具单元端部101的操作之间的关系。
144.图13示出了腕部元件we绕第一轴的示例操作。在此处，该图是从平行于第一轴的方向观察的手术工具单元端部101的视图。如图所示，绕第一轴旋转的惰轮p11a、p11b、p21a和p21b中的每一个的半径由r
ψ
表示，腕部元件we绕第一轴的转动角度为ψ。
145.此外，图14示出了末端执行器绕第二轴的示例操作。在此处，该图是从平行于第二轴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的滑轮半径由r
jc1
表示，第二钳夹绞盘jc2的滑轮半径为r
jc2
，第一钳夹构件j1绕第二轴的转动角度为θ
j1
，第二钳夹构件j2绕第二轴的转动角度为θ
j2
，末端执行器的打开角度为α，末端执行器绕第二轴的转动角度为θ。
146.此外，虽然图中未示出，但是第一电动机绞盘mc1的滑轮半径由r
mc1
表示，第二电动
机绞盘mc2的滑轮半径为r
mc2
，第三电动机绞盘mc3的滑轮半径为r
mc3
，第一电动机绞盘mc1的转动角度为第二电动机绞盘mc2的转动角度为第三电动机绞盘mc3的转动角度为
147.在此处，腕部元件we绕第一轴的转动角度ψ、末端执行器绕第二轴的转动角度θ和末端执行器的打开角度α分别表示为以下等式(1)至(3)。
148.[数学公式1]
[0149][0150]
[数学公式2]
[0151][0152]
[数学公式3]
[0153]
α＝θ
j1-θ
j2
…
(3)
[0154]
同时，第一钳夹构件j1绕第二轴的转动角度θ
j1
和第二钳夹构件j2绕第二轴的转动角度θ
j2
分别由以下等式(4)和(5)表示。
[0155]
[数学公式4]
[0156][0157]
[数学公式5]
[0158][0159]
从上述等式(1)至(5)可以看出，可以独立驱动腕部元件we绕第一轴的转动角度ψ、末端执行器绕第二轴的转动角度θ和末端执行器的打开角度α，而不会相互影响。因此，手术工具单元100具有不引起交叉轴干涉的结构。
[0160]
接下来，描述手术工具单元端部101的运动范围。
[0161]
图15至22示出了腕部元件we绕第一轴的转动操作、末端执行器绕第二轴的转动操作以及末端执行器的开闭操作的示例。
[0162]
图15示出了腕部元件we绕第一轴的转动角度ψ为0度，末端执行器绕第二轴的转动角度θ为0度，末端执行器的打开角度α为15度的状态。此外，图16示出了ψ为0度、θ为80度、α为15度的状态。此外，图17示出了ψ为0度、θ为80度、α为0度的状态。此外，图18示出了ψ为0度、θ为-80度、α为15度的状态。此外，图19示出了ψ为-80度、θ为80度、α为15度的状态。此外，图20示出了ψ为80度、θ为80度、α为15度的状态。此外，图21示出了ψ为-45度、θ为-45度、α为0度的状态。此外，图22示出了ψ为80度、θ为-80度、α为0度的状态。
[0163]
从图15至图22可以看出，在手术工具单元端部101中，腕部元件we具有绕第一轴的
±
80度自由度，并且末端执行器具有绕第二轴的
±
80度自由度。
[0164]
c.手术工具单元的示例配置(2)
[0165]
图23示出了应用根据本公开的技术的手术工具单元的另一示例配置。图中所示的手术工具单元2300包括具有纵向轴的中空轴2302、位于轴2302一端的手术工具单元端部2301以及位于轴2302另一端的手术工具单元驱动单元2303。手术工具单元端部2301包括能
够相对于轴2302绕平行于偏航轴的第一轴转动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执行开闭操作，第二轴平行于俯仰轴。末端执行器形成有一对相对的钳夹构件，钳夹构件绕第二轴转动并执行开闭操作。然而，第二轴位于偏离第一轴的位置。同时，手术工具单元驱动单元2303包括驱动手术工具单元端部2301中的相应钳夹构件的两个致动器以及驱动腕部的一个致动器。
[0166]
图24和25以放大的方式示出了手术工具单元驱动单元2303(然而，图24和25之间的观察方向不同)。此外，图26示出了手术工具单元2300的示例自由度配置。此外，图27示出了手术工具单元2300的六面视图。注意，手术工具单元端部2301的配置类似于图2和图3所示的手术工具单元端部2301的配置，因此在这些附图中未示出。
[0167]
参考图26，手术工具单元端部2301包括腕部元件we和开闭末端执行器。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。第一钳夹构件j1在靠近基部的部分由腕部元件we支撑，从而能够绕第二轴转动。同样，第二钳夹构件j2在靠近基部的部分由腕部元件we支撑，从而能够绕第二轴转动。
[0168]
具有上述第二轴作为其旋转轴的第一钳夹绞盘jc1设置在第一钳夹构件j1的根部附近。该第一前向和后向缆线组c1a和c1b缠绕第一钳夹绞盘jc1。此外，具有上述第二轴作为其旋转轴的第二钳夹绞盘jc2设置在第二钳夹构件j2的根部附近。该第二前向和后向缆线组c2a和c2b缠绕第二钳夹绞盘jc2。
[0169]
在正交于第二轴的方向上牵拉第一前向缆线c1a。然而，缆线c1a的方向被第一惰轮p11a切换到与第一轴正交的方向，该第一惰轮使用第一轴作为其旋转轴，此外，调整布局，使得第一前向缆线c1a被第一相邻惰轮p12a插入穿过轴2302，该第一相邻惰轮与第一惰轮p11a相邻并且具有平行于第一轴的旋转轴。此外，第一后向缆线c1b的方向通过第一惰轮p11b从正交于第二轴的方向切换到正交于第一轴的方向，该第一惰轮使用第一轴作为其旋转轴，此外，调整布局，使得第一后向缆线c1b通过第一相邻惰轮p11b插入穿过轴2302，该第一相邻惰轮与第一惰轮p11b相邻并且具有平行于第一轴的旋转轴。
[0170]
同时，在正交于第二轴的方向上牵拉第二前向缆线c2a。然而，缆线c2a的方向被第二惰轮p21a切换到正交于第一轴的方向，第二惰轮使用第一轴作为其旋转轴，此外，调整布局，使得第二前向缆线c2a被第二相邻惰轮p22a插入穿过轴2302，第二相邻惰轮与第二惰轮p21a相邻并且具有平行于第一轴的旋转轴。此外，第二后向缆线c2b的方向通过第一惰轮p11b从正交于第二轴的方向切换到正交于第一轴的方向，此外，调整布局，使得第二后向缆线c2b通过第二相邻惰轮p22b插入穿过轴2302，第二相邻惰轮与第二惰轮p21b相邻并且具有平行于第一轴的旋转轴。
[0171]
接下来，参考图24至图26描述手术工具单元驱动单元2303侧。
[0172]
手术工具单元驱动单元2303包括用于驱动第一钳夹构件j1的第一电动机m1、用于驱动第二钳夹构件j2的第二电动机m2以及用于驱动腕部元件we的第三电动机m3(例如，参见图24、25和26)。此外，作为驱动绞盘的第一至第三电动机绞盘mc1、mc2和mc3附接到第一至第三电动机m1至m3的相应输出轴(例如，参见图26)。尽管假设旋转电动机用于第一至第三电动机m1至m3中的每一个，但是也可以使用带有减速器的电动机。
[0173]
该第一前向和后向缆线组c1a和c1b缠绕第一电动机绞盘mc1。也就是说，该布局被设计成使得第一钳夹绞盘jc1和第一电动机绞盘mc1之间的动力传输通过缆线环方法来执
行。因此，第一电动机绞盘mc1由第一电动机m1旋转，使得第一钳夹绞盘jc1的旋转可以调整第一钳夹构件j1绕第二轴的转动角度。
[0174]
此外，该第二前向和后向缆线组c2a和c2b缠绕第二电动机绞盘mc2。也就是说，该布局被设计成使得第二钳夹绞盘jc2和第二电动机绞盘mc2之间的动力传输通过缆线环方法来执行。因此，第二电动机绞盘mc2由第一电动机m2旋转，从而第二钳夹绞盘jc2的旋转可以调整第二钳夹构件j2绕第二轴的转动角度。
[0175]
如已经参考图2和图3所述，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转动，使得第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2绕第二轴的角度差发生变化。因此，开闭末端执行器。此外，第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2同时绕第二轴转动，使得第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2绕第二轴的角度和发生变化。因此，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转动。
[0176]
参考图24和25，第一至第三电动机m1至m3中的每一个被固定到与轴2302的一端(近端)成一体的基座b上。此外，第三前向和后向缆线组c3a和c3b通过第三惰轮p3a和p3b缠绕第三电动机绞盘mc3。第三前向缆线c3a的另一端固定到在轴102的纵向轴方向上滑动的第一滑动基座sb1。此外，第三后向缆线c3b的另一端固定到在轴102的纵向轴方向上滑动的第二滑动基座sb2。
[0177]
简而言之，该第三前向和后向缆线组c3a和c3b被布置成在第三电动机绞盘mc3与第一和第二滑动基座sb1和sb2之间执行动力传输。因此，当第三电动机绞盘mc3被第三电动机m3旋转时，第一滑动基座sb1和第二滑动基座sb2可以在轴102的纵向轴方向上沿相反方向向前和向后移动。
[0178]
注意，在从第一滑动基座sb1到第三惰轮p3a的部分中的第三向前缆线c3a和在从第二滑动基座sb2到第三惰轮p3b的部分中的第三向后缆线c3b优选地布置成平行于轴102的纵向轴。
[0179]
从图24至图26中可以看出，第一前向缆线c1a经由第一滑动基座sb1上的惰轮p14a缠绕第一电动机绞盘mc1。第一后向缆线c1b经由第一滑动基座sb1上的惰轮p14b从与第一前向缆线c1a相反的方向缠绕第一电动机绞盘mc1。因此，当第一滑动基座sb1向后移动到轴2302的根部侧(即近端)时，惰轮p14a和p14b也向后移动。因此，该第一前向和后向缆线组c1a和c1b被拉向近端侧，并且旋转扭矩作用在第一钳夹构件j1上。
[0180]
此外，第二前向缆线c2a经由第二滑动基座sb2上的惰轮p24a缠绕第二电动机绞盘mc2。第二反向缆线c2b经由第二滑动基座sb2上的惰轮p24b从与第二正向缆线c2a相反的方向缠绕第二电动机绞盘mc2。因此，当第二滑动基座sb2向后移动时，惰轮p24a和p24b也向后移动。因此，该第二前向和后向缆线组c2a和c2b被拉向近端侧，并且旋转扭矩作用在第二钳夹构件j2上。
[0181]
当第一滑动基座sb1向前移动，并且第二滑动基座sb2向后移动时，该第一前向和后向缆线组c1a和c1a向前移动，并且该第二前向和后向缆线组c2a和c2b向前移动。结果，腕部元件we绕第一轴正向旋转。相反，当第一滑动基座sb1向后移动，并且第二滑动基座sb2向前移动时，该第一前向和后向缆线组c1a和c1a向后移动，并且该第二前向和后向缆线组c2a和c2b向前移动。结果，腕部元件we绕第一轴在负方向上旋转。在此处，假设该第一前向和后向缆线组c1a和c1b以及该第二前向和后向缆线组c2a和c2b都具有恒定的总长度。
[0182]
图28至图30均示出了腕部元件we通过第三电动机m3驱动而绕第一轴转动的状态。从图28至30可以看出，通过第三电动机m3驱动，第一滑动基座sb1和第二滑动基座sb2在轴2302的纵向轴方向上向前和向后移动，并且牵拉该第一前向和后向缆线组c1a和c1b以及该第二前向和后向缆线组c2a和c2b的每根缆线。然而，由于固定在底座b上，第一电动机m1和第二电动机m2不会滑动。
[0183]
通过第三电动机m3的旋转驱动，第二滑动基座sb2被第三后向缆线c3b牵拉，并且在轴2302的纵向轴方向上向后移动到近端侧。腕部元件we然后被该第二前向和后向缆线组c2a和c2b牵拉，并且绕第一轴旋转80度，如图28所示。
[0184]
此外，在第一滑动基座sb1和第二滑动基座sb2在轴102的纵向轴方向上的位置相同的情况下，腕部元件we绕第一轴的旋转位置为0度，如图29所示。
[0185]
此外，通过第三电动机m3在相反方向上的旋转驱动，第一滑动基座sb1被第三前向缆线c3a牵拉，并且在轴2302的纵向轴方向上向后移动到近端侧。然后，腕部元件we被该第一前向和后向缆线组c1a和c1b牵拉，并绕第一轴旋转-80度，如图30所示。
[0186]
以这种方式，第三电动机m3牵拉第三前向和后向缆线组c3a和c3b，并且该第一前向和后向缆线组c1a和c1b以及该第二前向和后向缆线组c2a和c2b通过第一滑动基座sb1和第二滑动基座sb2的滑动操作向前和向后移动。因此，腕部元件we可以绕第一轴转动。此外，当腕部元件we绕第一轴转动时，该第一前向和后向缆线组c1a和c1b以及该第二前向和后向缆线组c2a和c2b的预张力不变。
[0187]
手术工具单元2300与图1至图22所示的手术工具单元100的不同之处在于，第一电动机m1和第二电动机m2都固定到基座上，并且在腕部元件we绕第一轴的转动操作期间不滑动。因此，可以降低滑动操作期间结构的惯性。
[0188]
手术工具单元端部2301中的操作方法总结如下。
[0189]
第一轴上的操作：
[0190]
当第三电动机绞盘mc3被第三电动机m3旋转时，在该第三前向和后向缆线组c3a和c3b的一根缆线中产生牵引力。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正向或反向旋转。
[0191]
第二轴上的操作：
[0192]
第一钳夹构件j1绕第二轴的角度和第二钳夹构件j2绕第二轴的角度的平均值被定义为末端执行器绕第二轴的角度。当第一钳夹绞盘jc1和第二钳夹绞盘jc2在相同的方向以相同的速度旋转时，引起末端执行器绕第二轴的转动操作。
[0193]
末端执行器的操作：
[0194]
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2)。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闭角度。当第一电动机绞盘mc1和第二电动机绞盘mc2以相同的速度沿相反的方向旋转时，引起末端执行器的开闭操作。
[0195]
接下来，描述第一至第三电动机m1至m3的操作与手术工具单元端部2301的操作之间的关系。
[0196]
如图13所示，腕部元件we绕第一轴转动。如图所示，绕第一轴旋转的惰轮p11a、p11b、p21a和p21b中的每一个的半径由r
ψ
表示，腕部元件we绕第一轴的转动角度为ψ。
[0197]
此外，如图14所示，第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2均绕第二轴转动，从而执行末端执行器的转动操作以及开闭操作。第一钳夹绞盘jc1的滑轮半径由r
jc1
表示，第二钳夹绞盘jc2的滑轮半径为r
jc2
，第一钳夹构件j1绕第二轴的转动角度为θ
j1
，第二钳夹构件j2绕第二轴的转动角度为θ
j2
，末端执行器的打开角度为α，末端执行器绕第二轴的转动角度为θ。
[0198]
此外，虽然图中未示出，但是第一电动机绞盘mc1的滑轮半径由r
mc1
表示，第二电动机绞盘mc2的滑轮半径为r
mc2
，第三电动机绞盘mc3的滑轮半径为r
mc3
，第一电动机绞盘mc1的转动角度为第二电动机绞盘mc2的转动角度为第三电动机绞盘mc3的转动角度为
[0199]
在此处，腕部元件we绕第一轴的转动角度ψ、末端执行器绕第二轴的转动角度θ和末端执行器的打开角度α分别表示为以下等式(6)至(8)。
[0200]
[数学公式6]
[0201][0202]
[数学公式7]
[0203][0204]
[数学公式8]
[0205]
α＝θ
j1-θ
j2
…
(8)
[0206]
关于手术工具单元100的等式(6)和等式(1)之间的比较结果显示，在手术工具单元2300的情况下，腕部元件we绕第一轴的转动角度ψ是第三电动机m3的旋转量的两倍。因此，绕第一轴旋转的分辨率降低到1/2。这是因为固定到第一滑动基座sb1的惰轮p14a和p14b以及固定到第二滑动基座sb2的惰轮p24a和p24b作为移动滑轮操作。
[0207]
同时，第一钳夹构件j1绕第二轴的转动角度θ
j1
和第二钳夹构件j2绕第二轴的转动角度θ
j2
分别由以下等式(9)和(10)表示。
[0208]
[数学公式9]
[0209][0210]
[数学公式10]
[0211][0212]
从上述等式(6)至(10)可以看出，可以独立驱动腕部元件we绕第一轴的转动角度ψ、末端执行器绕第二轴的转动角度θ和末端执行器的打开角度α，而不会相互影响。因此，可以说手术工具单元2300具有不引起交叉轴干涉的结构。
[0213]
此外，在手术工具单元端部2301中，执行腕部元件we绕第一轴的转动操作、末端执行器绕第二轴的转动操作以及末端执行器的开闭操作，如图15至22所示。
[0214]
d.手术工具单元的示例配置(3)
[0215]
图31示出了应用根据本公开的技术的手术工具单元的又一示例配置。图中所示的手术工具单元3100包括具有纵向轴的中空轴3102、位于轴3102一端的手术工具单元端部3101以及位于轴3102另一端的手术工具单元驱动单元3103。手术工具单元端部3101包括能
够相对于轴3102绕平行于偏航轴的第一轴转动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执行开闭操作，第二轴平行于俯仰轴。末端执行器形成有一对相对的钳夹构件，钳夹构件绕第二轴转动并执行开闭操作。然而，第二轴位于偏离第一轴的位置。同时，手术工具单元驱动单元3103包括驱动手术工具单元端部3101中的相应钳夹构件的两个致动器以及驱动腕部的一个致动器。
[0216]
图32和33以放大的方式示出了手术工具单元端部3101(然而，图32和33之间的观察方向不同)。此外，图34和35以放大的方式示出了手术工具单元驱动单元3103(然而，图34和35之间的观察方向不同)。此外，图36示出了手术工具单元3100的示例自由度配置。此外，图37示出了手术工具单元3100的六面视图。
[0217]
手术工具单元端部3101包括腕部元件we和开闭末端执行器。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32和33)。腕部元件we被支撑在靠近根部的部分，从而能够在轴3102的端部(远端)绕平行于偏航轴的第一轴转动。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的第二轴转动。当对于用作开闭轴的第二轴的打开角度改变时，第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2开闭。
[0218]
同时，手术工具单元驱动单元3103包括用于驱动第一钳夹构件j1的第一电动机m1、用于驱动第二钳夹构件j2的第二电动机m2和用于驱动腕部元件we的第三电动机m3(例如，参见图34、35和36)。第一至第三电动机m1至m3中的每一个都固定在与轴3102的一端(近端)成一体的基座b1上。此外，作为驱动绞盘的第一至第三电动机绞盘mc1、mc2和mc3分别附接到第一至第三电动机m1至m3的输出轴。尽管假设旋转电动机用于第一至第三电动机m1至m3中的每一个，但是也可以使用带有减速器的电动机。
[0219]
参考图34和35，在轴3102的纵向轴方向上滑动的第一滑动基座sb1和第二滑动基座sb2附接到基座b1的每个侧表面。
[0220]
参考图32、33和36，第一钳夹绞盘jc1设置在第一钳夹构件j1的根部附近，第一钳夹绞盘具有第二轴作为其旋转轴。该第一前向和后向缆线组c1a和c1b缠绕第一钳夹绞盘jc1。此外，参考图34至36，该第一前向和后向缆线组c1a和c1b缠绕第一电动机绞盘mc1。
[0221]
参考图32、33和36，在正交于第二轴的方向上牵拉第一前向缆线c1a。然而，缆线c1a的方向被第一惰轮p11a切换到与第一轴正交的方向，该第一惰轮使用第一轴作为其旋转轴，此外，调整布局，使得第一前向缆线c1a被第一相邻惰轮p12a插入穿过轴3102，该第一相邻惰轮与第一惰轮p11a相邻并且具有平行于第一轴的旋转轴。如图34和35所示，在插入穿过轴3102之后，第一前向缆线c1a然后经由固定到第一滑动基座sb1的惰轮p14a和固定到基座b1的惰轮p13a缠绕第一电动机绞盘mc1。
[0222]
同时，在正交于第二轴的方向上牵拉第一后向缆线c1b。然而，缆线c1b的方向被第一惰轮p11b切换到正交于第一轴的方向，第一惰轮使用第一轴作为其旋转轴，此外，调整布局，使得第一后向缆线c1b被第一相邻惰轮p11b插入穿过轴3102，第一相邻惰轮与第一惰轮p11b相邻并且具有平行于第一轴的旋转轴。如图34和35所示，在插入穿过轴3102之后，第一后向缆线c1b然后经由固定到第一滑动基座sb1的惰轮p14b和固定到基座b1的惰轮p13b从与第一前向缆线c1a相反的方向缠绕第一电动机绞盘mc1。
[0223]
因此，第一电动机绞盘mc1由第一电动机m1旋转，从而在该第一前向和后向缆线组
c1a和c1b中产生牵引力。因此，第一钳夹绞盘jc1的旋转可以调整第一钳夹构件j1绕第二轴的转动角度。由于第一钳夹构件j1通过使用第一前向和后向缆线组c1a和c1b的缆线环方法来驱动，所以可以使第一钳夹构件j1的运动范围更宽。
[0224]
参考图32、33和36，具有第二轴作为其旋转轴的第二钳夹绞盘jc2设置在第二钳夹构件j2的根部附近。该第二前向和后向缆线组c2a和c2b缠绕第二钳夹绞盘jc2。此外，参考图34至36，该第二前向和后向缆线组c2a和c2b缠绕第二电动机绞盘mc2。
[0225]
参考图32、33和36，在正交于第二轴的方向上牵拉第二前向缆线c2a。然而，缆线c2a的方向被第二惰轮p21a切换到与第一轴正交的方向，第二惰轮使用第一轴作为其旋转轴，此外，调整布局，使得第二前向缆线c2a被第二相邻惰轮p22a插入穿过轴3102，第二相邻惰轮与第二惰轮p21a相邻并且具有平行于第一轴的旋转轴。如图34和35所示，在插入穿过轴3102之后，第二前向缆线c2a然后经由固定到第二滑动基座sb2的惰轮p24a和固定到基座b1的惰轮p23a缠绕第二电动机绞盘mc2。
[0226]
同时，在正交于第二轴的方向上牵拉第二后向缆线c2b。然而，缆线c2b的方向被第二惰轮p21b切换到正交于第一轴的方向，第二惰轮使用第一轴作为其旋转轴，此外，调整布局，使得第二后向缆线c2b被第一相邻惰轮p22b插入穿过轴3102，第一相邻惰轮与第二惰轮p21b相邻并且具有平行于第一轴的旋转轴。如图34和35所示，在插入穿过轴3102之后，第二后向缆线c2b然后经由固定到第二滑动基座sb2的惰轮p24b和固定到基座b1的惰轮p23b从与第二前向缆线c2a相反的方向缠绕第二电动机绞盘mc2。
[0227]
因此，第二电动机绞盘mc2被第二电动机m2旋转，从而在该第二前向和后向缆线组c2a和c2b中产生牵引力。因此，第二钳夹绞盘jc2的旋转可以调整第二钳夹构件j2绕第二轴的转动角度。由于通过使用该第二前向和后向缆线组c2a和c2b的缆线环方法驱动第二钳夹构件j2，所以可以使第二钳夹构件j2的运动范围更宽。
[0228]
参考图32、33和36，使用第一轴作为其旋转轴的腕部绞盘wc设置在腕部元件we的根部附近。该第三前向和后向缆线组c3a和c3b缠绕腕部绞盘wc。此外，参考图34至36，该第三前向和后向缆线组c3a和c3b缠绕第三电动机绞盘mc3。
[0229]
该第一前向和后向缆线组c1a和c1b以及该第二前向和后向缆线组c2a和c2b的牵引力由第一电动机m1和第二电动机m2控制，使得第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2绕第二轴的角度差发生变化。因此，可以执行由一对钳夹构件j1和j2形成的末端执行器的开闭操作。开闭角度由第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2绕第二轴的角度差决定。
[0230]
此外，该第一前向和后向缆线组c1a和c1b以及该第二前向和后向缆线组c2a和c2b的牵引力由第一电动机m1和第二电动机m2控制，使得第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2绕第二轴的角度和发生变化。因此，可以使末端执行器绕第二轴转动。第一钳夹构件j1和第二钳夹构件j2绕第二轴的角度的平均值是末端执行器绕第二轴的转动角度。
[0231]
参考图32、33和36，第三前向缆线c3a缠绕腕部绞盘wc，在正交于第一轴的方向上和在轴3102的纵向轴方向上牵拉，并且插入穿过轴3102。如图34和35所示，在插入穿过轴3102之后，第三前向缆线c3a然后经由固定到基座b1的第三惰轮p3a缠绕第三电动机绞盘mc3。
[0232]
同时，第三后向缆线c3b从与第三前向缆线c3a相反的方向缠绕腕部绞盘wc，在正交于第一轴的方向上以及在轴3102的纵向轴方向上牵拉，并且插入穿过轴3102。如图34和
35所示，在插入穿过轴3102之后，第三后向缆线c3b然后经由固定到基座b1的第三惰轮p3b从与第三前向缆线c3a相反的方向缠绕第三电动机绞盘mc3。
[0233]
因此，第三电动机绞盘mc3由第三电动机m3旋转，从而在该第三前向和后向缆线组c3a和c3b中产生牵引力。因此，腕部绞盘wc的旋转可以调整腕部元件we绕第一轴的转动角度。由于通过使用该第三前向和后向缆线组c3a和c3b的缆线环方法来驱动腕部元件we，因此可以扩大腕部元件we的运动范围。
[0234]
参考图34至36，第四前向和后向缆线组c4a和c4b缠绕固定到基座b1的第四惰轮p4。此外，第四前向缆线c4a的一端固定到第一滑动基座sb1，第四后向缆线c4b固定到第二滑动基座sb2。
[0235]
如前所述，第一滑动基座sb1和第二滑动基座sb2都在基座b1上沿轴3102的纵向轴方向滑动。此外，惰轮p14a和p14b固定到第一滑动基座sb1，该第一前向和后向缆线组c1a和c1b缠绕惰轮p14a和p14b周围，该第二前向和后向缆线组c2a和c2b固定到第二滑动基座sb2。
[0236]
当第一钳夹构件j1绕第二轴转动时，该第一前向和后向缆线组c1a和c1b由第一电动机m1牵拉。此外，当第二钳夹构件j2绕第二轴转动时，该第二前向和后向缆线组c2a和c2b由第二电动机m2牵拉。在此处，当腕部元件we绕第一轴转动时，需要防止载荷施加到该第一前向和后向缆线组c1a和c1b以及该第二前向和后向缆线组c2a和c2b上。
[0237]
因此，该第一前向和后向缆线组c1a和c1b缠绕其的惰轮p14a和p14b固定到第一滑动基座sb1，该第二前向和后向缆线组c2a和c2b缠绕其的惰轮p24a和p24b固定到第二滑动基座sb2。此外，相应端部固定到第一滑动基座sb1和第二滑动基座sb2的该第四前向和后向缆线组c4a和c4b缠绕固定到基座b1的第四惰轮p4。在该配置中，第一滑动基座sb1和第二滑动基座sb2在轴3102的纵向轴方向上向前和向后移动，使得适当地调整惰轮p14a和p14b以及惰轮p24a和p24b的位置。结果，当腕部元件we绕第一轴转动时，可以防止载荷施加到该第一前向和后向缆线组c1a和c1b以及该第二前向和后向缆线组c2a和c2b上。
[0238]
当随着第三电动机m3旋转，腕部元件we主动执行绕第一轴的转动操作时，第一滑动基座sb1和第二滑动基座sb2相应地在轴3102的纵向上被动地向前和向后移动。因此，施加到该第一前向和后向缆线组c1a和c1b以及该第二前向和后向缆线组c2a和c2b的每根缆线上的张力可以保持恒定。
[0239]
手术工具单元3100被设计成用第三电动机m3直接旋转腕部绞盘wc。因此，可以避免在图23至图30所示的手术工具单元2300中绕第一轴旋转的分辨率降低。
[0240]
此外，与手术工具单元2300类似，手术工具单元3100具有第一电动机m1和第二电动机m2都固定到基座的结构，并且在腕部元件we绕第一轴的转动操作期间不滑动。因此，可以降低滑动操作期间结构的惯性。
[0241]
图38至40均示出了腕部元件we通过第三电动机m3驱动而绕第一轴转动的状态。从图28至30可以看出，通过第三电动机m3驱动，第一滑动基座sb1和第二滑动基座sb2在轴2302的纵向轴方向上向前和向后移动，并且牵拉该第一前向和后向缆线组c1a和c1b以及该第二前向和后向缆线组c2a和c2b的每根缆线。然而，由于固定在底座b上，第一电动机m1和第二电动机m2不会滑动。
[0242]
手术工具单元3100被设计成用第三电动机m3直接旋转腕部绞盘wc。通过第三电动
机m3的旋转驱动，腕部元件we被第三前向缆线c3a牵拉，并且绕第一轴旋转80度，如图38所示。此时，第一滑动基座sb1在轴3102的纵向轴方向上向前移动，第二滑动基座sb2向后移动。结果，适当地调整惰轮p14a和p14b以及惰轮p24a和p24b的位置，并且可以防止载荷被施加到该第一前向和后向缆线组c1a和c1b以及该第二前向和后向缆线组c2a和c2b上。
[0243]
此外，当腕部元件we绕第一轴的旋转位置为0度时，第一滑动基座sb1和第二滑动基座sb2在轴102的纵向轴方向上的位置相同，如图39所示。结果，适当地调整惰轮p14a和p14b以及惰轮p24a和p24b的位置，并且可以防止载荷被施加到该第一前向和后向缆线组c1a和c1b以及该第二前向和后向缆线组c2a和c2b上。
[0244]
此外，通过第三电动机m3的旋转驱动，腕部元件we被第三前向缆线c3a牵拉，并且绕第一轴旋转-80度，如图40所示。此时，第二滑动基座sb2在轴3102的纵向轴方向上向前移动，并且第一滑动基座sb1向后移动。结果，适当地调整惰轮p14a和p14b以及惰轮p24a和p24b的位置，并且可以防止载荷被施加到该第一前向和后向缆线组c1a和c1b以及该第二前向和后向缆线组c2a和c2b上。
[0245]
从图38至图40可以看出，该第三前向和后向缆线组c3a和c3b由第三电动机m3牵拉，使得腕部元件we可以直接绕第一轴转动。当腕部元件we绕第一轴转动时，该第一前向和后向缆线组c1a和c1b以及该第二前向和后向缆线组c2a和c2b然后在轴3102的纵向轴方向上向前和向后移动。因此，该第一前向和后向缆线组c1a和c1b以及该第二前向和后向缆线组c2a和c2b的预张力不变。
[0246]
手术工具单元端部3101中的操作方法总结如下。
[0247]
第一轴上的操作：
[0248]
当第三电动机绞盘mc3被第三电动机m3旋转时，在该第三前向和后向缆线组c3a和c3b的一根缆线中产生牵引力。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正向或反向旋转。
[0249]
第二轴上的操作：
[0250]
第一钳夹构件j1绕第二轴的角度和第二钳夹构件j2绕第二轴的角度的平均值被定义为末端执行器绕第二轴的角度。当第一钳夹绞盘jc1和第二钳夹绞盘jc2在相同的方向以相同的速度旋转时，引起末端执行器绕第二轴的转动操作。
[0251]
末端执行器的操作：
[0252]
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32)。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闭角度。当第一电动机绞盘mc1和第二电动机绞盘mc2以相同的速度沿相反的方向旋转时，引起末端执行器的开闭操作。
[0253]
e.手术工具单元的修改
[0254]
e-1.驱动缆线方法的修改
[0255]
最优选地使用电磁旋转电动机作为第一至第三电动机m1至m3。然而，也可以使用能够旋转驱动绞盘的一些其他类型的致动器。牵拉缆线的致动器的其他修改的示例可以包括以下内容。
[0256]-压电直线运动超声波电动机
[0257]-压电旋转超声波电动机
[0258]-液压线性电动机
[0259]-液压旋转电动机
[0260]-聚合物线性致动器
[0261]-电磁线性电动机
[0262]-形状记忆合金
[0263]
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、缆线减速器、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。
[0264]
e-2.钳夹构件的形状的修改
[0265]
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。
[0266]-镊子
[0267]-双极镊子
[0268]-剪刀
[0269]-缝合器
[0270]
e-3.轴的修改
[0271]
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方向的中途改变。这同样适用于轴2302和3102。
[0272]
e-4.缆线的修改
[0273]
缆线可以是一束金属线、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缆线部分，并且连接到在具有弯曲的部分使用的柔性缆线。以这种方式，可以形成一根缆线。缆线替代物的示例如下。
[0274]-金属线或树脂线
[0275]-通过编织小直径的金属或树脂细线获得的线
[0276]
e-5.惰轮的修改
[0277]
在上述示例中，惰轮用于调整缆线的布局。通过使用惰轮，可以减少牵拉缆线时的滑动摩擦，并且可以进行平滑的操作。在滑动摩擦减小的情况下，可以使用均具有旋转轴承的惰轮。
[0278]
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，缆线可以沿着形成在机构中的导向槽布置，而没有任何惰轮。
[0279]
e-6.感测
[0280]
为了检测缆线的张力，可以在每根缆线上安装应力传感器。应力传感器的示例包括可变电阻应力传感器和光纤布拉格光栅(fbg)应力传感器。或者，扭矩传感器可以安装在
牵拉缆线的致动器上。
[0281]
f.手术工具单元的应用示例
[0282]
f-1.计算机辅助手术系统的示例应用
[0283]
图41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4100(也称为计算机辅助手术系统或机器人辅助手术系统)的示例外部配置。附图中所示的手术支持系统4100包括具有多连杆结构的臂4101，并且手术工具单元4102附接到臂4101的端部。手术工具单元4102可以是可更换的。手术支持系统4100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。
[0284]
例如，图中所示的手术支持系统4100可以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4101和手术工具单元4102。此外，例如，双边控制方法被应用于这种类型的主从机器人。此外，当由操作者直接操作时，手术支持系统4100还可以用作配备手术工具的臂。
[0285]
注意，臂4101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、垂直串联机器人、水平串联机器人、平行连杆机器人或远心运动(rcm)机器人。
[0286]
此外，在手术支持系统4100是支持腹腔镜手术的手术机器人的情况下，臂4101优选地是垂直串联臂或远心运动(rcm)臂，其远旋转中心位于远离驱动旋转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。
[0287]
此外，尽管图41示出了仅一个手术工具单元可附接到其上的计算机辅助手术系统的示例配置，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计算机辅助手术系统。
[0288]
f-2.手术操作单元的示例应用
[0289]
图42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4200的示例外部配置。手术操作单元4200包括由用户(操作者)用手直接握持和操作的手柄单元4201，并且手术工具单元4202附接到手柄单元4201的端部。手术工具单元4202可以是可更换的。
[0290]
手柄单元4201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4202的手术工具单元端部的姿态的期望方向。手柄单元4201还可以包括按钮4204，可以用食指推动该按钮，以发出钳夹构件的开闭操作的指令。
[0291]
控制器(未示出)安装在手柄单元4201中。控制器根据操纵杆3403或按钮4204的操作量，计算腕部元件we绕第一轴的转动角度以及末端执行器绕第二轴的转动角度和打开角度。控制器然后将这些角度转换成每个电动机的旋转量，并将控制信号输出到手术工具单元驱动单元103。
[0292]
g.效果
[0293]
通过根据本公开的技术，具有三个自由度的操作(即手术工具末端的末端执行器的偏航操作、俯仰操作和开闭操作)可以用三个电动机来执行。因此，手术工具的驱动单元的尺寸可以更小。
[0294]
此外，通过根据本公开的技术，在手术工具的端部的末端执行器的偏航操作、俯仰操作以及开闭操作可以用不引起交叉轴干涉的结构来执行。因此，对每个轴的控制变得更加容易。
[0295]
工业适用性
[0296]
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。
[0297]
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机器人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操作单元和用户可以在用手抓握时操作的精密工作装置。
[0298]
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。
[0299]
注意，根据本公开的技术也可以体现在下面描述的配置中。
[0300]
(1)一种手术工具，包括：
[0301]
轴；
[0302]
腕部，所述腕部连接到轴的一端并可绕第一轴旋转；
[0303]
第一钳夹构件和第二钳夹构件，所述第一钳夹构件和第二钳夹构件相对于腕部绕第二轴可旋转地支撑；
[0304]
一第一前向和后向缆线组，该第一前向和后向缆线组传递用于绕第二轴转动第一钳夹构件的力；
[0305]
一第二前向和后向缆线组，该第二前向和后向缆线组传递用于绕第二轴转动第二钳夹构件的力；以及
[0306]
转动运动单元，所述转动运动单元产生腕部绕第一轴的转动运动，使得该第一前向和后向缆线组以及该第二前向和后向缆线组的预张力不改变。
[0307]
(2)根据(1)所述的手术工具，还包括：
[0308]
第一钳夹绞盘，所述第一钳夹绞盘设置在第一钳夹构件上，并且具有作为第二轴的旋转轴，该组第一前向和后向缆线缠绕在第一钳夹绞盘周围；以及
[0309]
第二钳夹绞盘，所述第二钳夹绞盘设置在第二钳夹构件上，并且具有作为第二轴的旋转轴，该组第二前向和后向缆线缠绕在第二钳夹绞盘周围。
[0310]
(3)根据(2)所述的手术工具，还包括：
[0311]
第一惰轮单元，所述第一惰轮单元将该第一前向和后向缆线组切换到基本平行于轴的纵向轴的方向；以及
[0312]
第二惰轮单元，所述第二惰轮单元将该第二前向和后向缆线组切换到基本平行于轴的纵向轴的方向。
[0313]
(4)根据(3)所述的手术工具，其中，
[0314]
所述第一惰轮单元包括绕第一轴旋转的第一惰轮以及与第一惰轮相邻并具有平行于第一轴的旋转轴的第一相邻惰轮，并且
[0315]
所述第二惰轮单元包括绕第一轴旋转的第二惰轮以及与第二惰轮相邻并具有平行于第一轴的旋转轴的第二相邻惰轮。
[0316]
(5)根据(3)或(4)所述的手术工具，还包括：
[0317]
第一致动器，所述第一致动器旋转第一驱动绞盘并牵拉该组第一前向和后向缆
线；以及
[0318]
第二致动器，所述第二致动器旋转第二驱动绞盘并牵拉该组第二前向和后向缆线。
[0319]
(6)根据(5)所述的手术工具，所述的手术工具，其中，
[0320]
所述转动运动单元通过使一第一前向和后向缆线组和一第二前向和后向缆线组中的一个向后移动，而另一个在轴的纵向轴方向上向前移动，产生腕部绕第一轴的转动运动。
[0321]
(7)根据(6)所述的手术工具，其中，
[0322]
所述转动运动单元包括：
[0323]
第一滑动基座，所述第一滑动基座固定第一致动器和第一驱动绞盘，并在轴的纵向轴方向上滑动；
[0324]
第二滑动基座，所述第二滑动基座固定第二致动器和第二驱动绞盘，并在轴的纵向轴方向上滑动；以及
[0325]
向前和向后运动单元，所述向前和向后运动单元使得第一滑动基座和第二滑动基座在轴的纵向轴方向上向前和向后运动，并且
[0326]
基于第一滑动基座和第二滑动基座的向前和向后运动，产生腕部绕第一轴的转动运动。
[0327]
(8)根据(6)所述的手术工具，其中，
[0328]
所述第一致动器和所述第一驱动绞盘以及所述第二致动器和所述第二驱动绞盘固定到轴上，并且
[0329]
所述转动运动单元包括：
[0330]
第一滑动基座，所述第一滑动基座固定惰轮，该第一前向和后向缆线组通过该惰轮缠绕在第一驱动绞盘周围，并在轴的纵向轴方向上滑动；
[0331]
第二滑动基座，所述第二滑动基座固定惰轮，该第二前向和后向缆线组通过该惰轮缠绕在第二驱动绞盘周围，并在轴的纵向轴方向上滑动；以及
[0332]
向前和向后运动单元，所述向前和向后运动单元使得第一滑动基座和第二滑动基座在轴的纵向轴方向上向前和向后运动，并且
[0333]
根据第一滑动基座和第二滑动基座的向前和向后运动，产生腕部绕第一轴的转动运动。
[0334]
(9)根据(7)或(8)所述的手术工具，其中，
[0335]
所述向前和向后运动单元包括：
[0336]
第三致动器，所述第三致动器旋转第三驱动绞盘；以及
[0337]
一组第三前向和后向缆线，该组第三前向和后向缆线缠绕在第三驱动绞盘周围，该组第三前向和后向缆线的每一端固定到第一滑动基座和第二滑动基座，并且
[0338]
通过第三驱动绞盘的旋转产生第一滑动基座和第二滑动基座的向前和向后运动。
[0339]
(10)根据(5)所述的手术工具，其中，
[0340]
所述第一致动器和所述第一驱动绞盘以及所述第二致动器和所述第二驱动绞盘固定到轴上，并且
[0341]
所述转动运动单元包括：腕部绞盘，所述腕部绞盘设置在腕部上并且具有作为第
一轴的旋转轴，该组第三前向和后向缆线缠绕在腕部绞盘周围；第三致动器，所述第三致动器旋转第三驱动绞盘并牵拉第三缆线组；以及调整单元，所述调整单元根据腕部绕第一轴的转动运动来调整该组第一前向和后向缆线和该组第二前向和后向缆线的预张力。
[0342]
(11)根据(10)所述的手术工具，其中，
[0343]
所述调整单元包括：
[0344]
第一滑动基座，所述第一滑动基座固定惰轮，该第一前向和后向缆线组通过该惰轮缠绕在第一驱动绞盘周围，并在轴的纵向轴方向上滑动；以及
[0345]
第二滑动基座，所述第二滑动基座固定惰轮，该第二前向和后向缆线组通过该惰轮缠绕在第二驱动绞盘周围，并在轴的纵向轴方向上滑动，并且
[0346]
通过使第一滑动基座和第二滑动基座根据腕部绕第一轴的转动运动向前和向后移动，来调整该组第一前向和后向缆线和该组第二前向和后向缆线的预张力。
[0347]
(12)根据(11)所述的手术工具，其中，
[0348]
所述调整单元还包括：
[0349]
第四惰轮，所述第四惰轮固定到轴上；以及
[0350]
一组第四前向和后向缆线，该组第四前向和后向缆线缠绕在第四惰轮上，该组第四前向和后向缆线的每一端固定在第一滑动基座和第二滑动基座上，并且
[0351]
通过使用该组第四前向和后向缆线的牵引力，使第一滑动基座和第二滑动基座根据腕部绕第一轴的转动运动向前和向后移动，来调整该组第一前向和后向缆线以及该组第二前向和后向缆线的预张力。
[0352]
(13)一种手术支持系统，包括手术工具和连接手术工具的臂，
[0353]
所述手术工具包括：
[0354]
轴；
[0355]
腕部，所述腕部连接到轴的一端并可绕第一轴旋转；
[0356]
第一钳夹构件和第二钳夹构件，所述第一钳夹构件和第二钳夹构件相对于腕部绕第二轴可旋转地支撑；
[0357]
一第一前向和后向缆线组，该第一前向和后向缆线组传递用于绕第二轴转动第一钳夹构件的力；
[0358]
一第二前向和后向缆线组，该第二前向和后向缆线组传递用于绕第二轴转动第二钳夹构件的力；以及
[0359]
转动运动单元，所述转动运动单元产生腕部绕第一轴的转动运动，使得该第一前向和后向缆线组以及该第二前向和后向缆线组的预张力不改变。
[0360]
(14)一种手术操作单元，包括手术工具和连接手术工具的手柄单元，
[0361]
所述手术工具包括：
[0362]
轴；
[0363]
腕部，所述腕部连接到轴的一端并可绕第一轴旋转；
[0364]
第一钳夹构件和第二钳夹构件，所述第一钳夹构件和第二钳夹构件相对于腕部绕第二轴可旋转地支撑；
[0365]
一第一前向和后向缆线组，该第一前向和后向缆线组传递用于绕第二轴转动第一钳夹构件的力；
[0366]
一第二前向和后向缆线组，该第二前向和后向缆线组传递用于绕第二轴转动第二钳夹构件的力；以及
[0367]
转动运动单元，所述转动运动单元产生腕部绕第一轴的转动运动，使得该第一前向和后向缆线组以及该第二前向和后向缆线组的预张力不改变。
[0368]
附图标记列表
[0369]
100 手术工具单元
[0370]
101 手术工具单元端部
[0371]
102 轴
[0372]
103 手术工具单元驱动单元
[0373]
2300 手术工具单元
[0374]
2301 手术工具单元端部
[0375]
2302 轴
[0376]
2303 手术工具单元驱动单元
[0377]
3100 手术工具单元
[0378]
3101 手术工具单元端部
[0379]
3102 轴
[0380]
3103 手术工具单元驱动单元
[0381]
4100 计算机辅助手术系统
[0382]
4101 臂
[0383]
4102 手术工具单元
[0384]
4200 手术操作单元
[0385]
4201 手柄单元
[0386]
4202 手术工具单元
[0387]
4203 操纵杆
[0388]
4204 按钮。