用于机器人医疗系统的轴向运动驱动装置、系统和方法与流程

用于机器人医疗系统的轴向运动驱动装置、系统和方法
1.优先权和相关申请
2.本技术要求2019年8月15日提交的美国临时专利申请62/887,518优先权，该临时专利申请以引用方式并入本文。在与本技术一起提交的申请数据表中标识了国外或国内优先权要求的任何和所有申请，根据37 cfr 1.57以引用方式并入本文。
技术领域
3.本文公开的系统和方法涉及机器人医疗系统，并且更具体地，涉及用于驱动机器人医疗系统中的医疗器械的细长轴的轴向运动驱动装置以及相关系统和方法。


背景技术：

4.医疗规程诸如内窥镜检查可涉及出于诊断和/或治疗目的而进入患者的解剖结构的内部并使其可视化。例如，胃肠病学、泌尿病学和支气管病学涉及允许医师检查患者管腔诸如输尿管、胃肠道和气道(支气管和细支气管)的医疗规程。在这些规程期间，将称为内窥镜的细的柔性管状工具或器械穿过孔口(诸如自然孔口)插入患者体内并且将其朝向识别用于后续诊断和/或治疗的组织部位推进。医疗器械可以是可控制的和可关节运动的以有利于导航通过解剖结构。


技术实现要素：

5.在第一方面，公开了一种机器人医疗系统，该机器人医疗系统包括：医疗器械，该医疗器械包括器械基部和被构造用于插入患者体内的细长轴；第一机器人臂，其中医疗器械的器械基部附接到第一机器人臂，并且第一机器人臂能够进行关节运动以移动器械基部；第二机器人臂；驱动装置，该驱动装置附接到第二机器人臂并且相对于器械基部位于远侧，其中驱动装置与医疗器械的细长轴接合并且被构造成驱动医疗器械的细长轴的轴向运动；以及处理器，该处理器被配置成在第一轴向运动时段期间：利用驱动装置以大于第一机器人臂的移动速率的第一轴向运动速率驱动医疗器械的细长轴的轴向运动。
6.机器人医疗系统可以任何组合包括以下特征中的一个或多个特征：(a)其中在第一轴向运动时段期间，医疗器械的细长轴的在器械基部与驱动装置之间的一部分具有大于器械基部和驱动装置之间的距离的长度，使得细长轴的该部分形成服务环(service loop)；(b)其中在第一轴向运动时段期间，服务环的长度的变化速率大于器械基部与驱动装置之间的距离的变化速率；(c)其中轴向运动包括细长轴的回缩或插入中的至少一者；(d)其中处理器被配置成在细长轴的远侧末端被定位在接近护套内时，以第一轴向运动速率驱动细长轴的轴向运动；(e)其中处理器被配置成在第二轴向运动时段期间，利用驱动装置以等于或小于第一机器人臂的移动速率的第二轴向运动速率驱动医疗器械的细长轴的轴向运动；(f)其中在第二轴向运动时段期间，医疗器械的细长轴的在器械基部与驱动装置之间的一部分具有基本上等于器械基部和驱动装置之间的距离的长度，使得细长轴的该部分不形成服务环；(g)其中在第二轴向运动时段期间，医疗器械的细长轴的在器械基部与驱
动装置之间的一部分具有大于器械基部和驱动装置之间的距离的长度，使得细长轴的该部分形成服务环；(h)其中在第二轴向运动时段期间，长度的变化速率等于或小于器械基部与驱动装置之间的距离的变化速率；(i)其中处理器被配置成在细长轴的远侧末端被定位成超出接近护套时，以第二轴向运动速率驱动细长轴的轴向运动；(j)其中驱动装置被构造成附接到接近护套，接近护套被构造成插入到患者体内，以及细长轴被构造成通过接近护套插入患者体内；(k)其中驱动装置包括被构造成附接到接近护套的近侧端部的夹具；(l)其中驱动装置被构造成从接近护套的近侧端部抽出细长轴的远侧末端，以及将细长轴的远侧末端重新插入接近护套的近侧端部中；(m)器械驱动器，该器械驱动器包括被定位在第二机器人臂的远侧端部处的多个驱动输出部，其中该驱动装置包括多个驱动输入部，所述多个驱动输入部被构造成接合器械驱动器的所述多个驱动输出部；(n)无菌适配器，该无菌适配器被定位在器械驱动器和驱动装置之间；(o)其中该驱动装置包括一对对置的辊，所述一对对置的辊被构造成驱动细长轴的轴向运动；(p)其中该驱动装置包括：主体，该主体包括通道，该通道被构造成接纳医疗器械的细长轴；辊，该辊被构造成与细长轴接合，其中第二机器人臂被构造成使辊旋转以驱动被接纳在通道中的细长轴的轴向运动；以及可枢转载体，该可枢转载体支撑辊，其中该第二机器人臂被构造成使载体枢转以选择性地使辊与细长轴接合或脱离接合。(q)其中基于接收到滚动细长轴的滚动命令，处理器被配置成致使第一机器人臂使细长轴围绕细长轴的纵向轴线旋转，并且第二机器人臂使驱动装置与细长轴脱离接合；以及/或者如贯穿本技术所述的其他特征。
7.在另一方面，公开了一种机器人医疗系统，该机器人医疗系统包括：医疗器械，该医疗器械包括器械基部和被构造用于插入患者体内的柔性轴；第一机器人臂，该第一机器人臂能够附接到医疗器械的器械基部；驱动装置，该驱动装置被构造成接合柔性轴；以及第二机器人臂，该第二机器人臂能够附接到驱动装置，其中第二机器人臂被构造成操作驱动装置以驱动柔性轴的轴向运动，并且其中第一机器人臂被构造成与驱动装置的操作协调地移动。
8.机器人医疗系统可以任何组合包括以下特征中的一个或多个特征：(a)其中第二机器人臂被构造成使驱动装置与柔性轴脱离接合，同时用机器人致动的盖将柔性轴保持在驱动装置中；(b)其中第二机器人臂被构造成基于柔性轴的末端相对于接近护套的位置来控制轴向运动的速率；(c)其中第二机器人臂被构造成扩展或收缩柔性轴的在第一机器人臂和第二机器人臂之间的一部分中的服务环；(d)其中医疗器械是内窥镜；以及/或者如贯穿本技术所述的其他特征。
9.在另一方面，公开了一种机器人医疗系统，该机器人医疗系统包括：第一机器人臂，该第一机器人臂被构造成支撑医疗器械的器械基部，该医疗器械包括从器械基部延伸的细长轴；以及第二机器人臂，该第二机器人臂被构造成操作能够与细长轴接合的一个或多个辊以驱动细长轴的轴向运动。
10.机器人医疗系统可以任何组合包括以下特征中的一个或多个特征：(a)其中所述一个或多个辊包括驱动装置的一对对置的辊，该对对置的辊附接到第二机器人臂并且被构造成驱动柔性轴的轴向运动；(b)其中第二机器人臂被构造成使驱动装置与柔性轴脱离接合，并且用机器人致动的盖将柔性轴保持在驱动装置中；以及/或者如贯穿本技术所述的其他特征。
11.在另一方面，公开了一种方法，该方法包括：用第一机器人臂支撑医疗器械的器械基部；用第二机器人臂驱动医疗器械的细长轴的轴向运动；以及与驱动轴向运动一致地移动第一机器人臂。
12.该方法可以任何组合包括以下特征中的一个或多个特征：(a)其中驱动轴向运动包括用第二机器人臂操作一对对置的辊；(b)其中第一机器人臂以比细长轴的轴向运动慢的速率移动；(c)其中第二机器人臂被构造成使驱动装置与细长轴脱离接合，同时用机器人致动的盖将细长轴保持在驱动装置中；以及/或者如贯穿本技术所述的其他特征。
13.在另一方面，公开了一种驱动装置，该驱动装置被构造成有利于医疗器械的细长轴的轴向运动，该驱动装置包括：外壳，外壳包括下表面和上表面，下表面被构造成安装到机器人臂，上表面具有形成在其中的通道，该通道被构造成接纳医疗器械的细长轴；第一辊，第一辊在相对于通道的第一侧上定位在外壳内；以及第二辊，第二辊在相对于通道的第二侧上定位在外壳内；其中第一辊和第二辊能够在第一位置和第二位置之间移动；其中在第一位置，第一辊和第二辊被构造成与细长轴接合，使得当在第一方向上旋转时，第一辊和第二辊驱动细长轴的插入，并且当在第二方向上旋转时，第一辊和第二辊驱动细长轴的回缩；并且其中在第二位置，第一辊和第二辊与细长轴间隔开。
14.驱动器可以任何组合包括以下特征中的一个或多个特征：(a)近侧夹具，该近侧夹具被定位在通道的近侧端部处；(b)远侧夹具，该远侧夹具被定位在通道的远侧端部处；(c)其中近侧夹具和远侧夹具被构造成将细长轴保持在通道内；(d)盖，其中盖能够操作以在第一辊和第二辊处于第一位置时闭合通道以及在第一辊和第二辊处于第二位置时打开通道；(e)其中盖的移动机械地连系到(linked to)第一辊和第二辊中的一者的移动，使得当第一辊和第二辊在第二位置和第一位置之间移动时，盖打开和闭合；(f)其中在第一位置和第二位置之间的中间位置处，盖保持闭合，并且第一辊和第二辊与细长轴脱离接合；(g)收集器，该收集器位于通道的远侧，用于存放使用医疗器械从患者体内提取的物体；(h)夹具，该夹具被构造成支撑接近护套的近侧端部；(i)空间，该空间用于在夹具和通道之间存放使用医疗器械从患者体内提取的物体；(j)第一弹簧，该第一弹簧被定位在外壳内并且被构造成将第一辊朝向第一位置偏置，以及第二弹簧，该第二弹簧被定位在外壳内并且被构造成将第二辊朝向第一位置偏置；(k)其中第一弹簧和第二弹簧包括扭转弹簧；(l)第一载体板，该第一载体板被定位在外壳内并且被构造成围绕第一轴线旋转，其中该第一辊安装到第一载体板，并且第一载体板的旋转使第一辊在第一位置和第二位置之间移动；以及第二载体板，该第二载体板被定位在外壳内并且被构造成围绕第二轴线旋转，其中该第二辊安装到第二载体板，并且第二载体板的旋转使第二辊在第一位置和第二位置之间移动；(m)第一辊驱动输入部，该第一辊驱动输入部被定位在外壳的下表面上；第一齿轮，该第一齿轮安装在第一载体板上并且由第一辊驱动输入部驱动；第一轨道齿轮，该第一轨道齿轮安装在第一载体板上并且由第一齿轮驱动，其中第一轨道齿轮的旋转驱动第一辊的旋转；第二辊驱动输入部，该第二辊驱动输入部被定位在外壳的下表面上；第二齿轮，该第二齿轮安装在第二载体板上并且由第二辊驱动输入部驱动；以及第二轨道齿轮，该第二轨道齿轮安装在第二载体板上并且由第二齿轮驱动，其中第二轨道齿轮的旋转驱动第二辊的旋转；(n)其中第一载体板围绕其旋转的第一轴线与第一辊输入部的轴线同轴，并且第二载体板围绕其旋转的第二轴线与第二辊输入部的轴线同轴；(o)其中第一载体板和第二载体板被齿轮式接合(geared)
在一起，使得第一载体板和第二载体板中的一者的旋转致使第一载体板和第二载体板中的另一者旋转；(p)载体板旋转驱动输入部，该载体板旋转驱动输入部被构造成使第一载体板或第二载体板中的一者旋转；(q)离轴突起部，该离轴突起部联接到旋转驱动输入部并且被构造成接触载体板的凹坑以致使第一载体板旋转；以及/或者如贯穿本技术所述的其他特征。
15.在另一方面，公开了一种驱动装置，该驱动装置被构造成有利于医疗器械的细长轴的轴向运动，该驱动装置包括：主体，该主体包括通道，该通道被构造成接纳医疗器械的细长轴；辊，该辊被构造成与细长轴接合，使得当旋转时，辊驱动被接纳在通道中的细长轴的轴向运动；第一驱动输入部，该第一驱动输入部联接到主体，其中第一驱动输入部能够由机器人系统操作以使辊旋转；盖，盖被构造成选择性地打开或闭合通道；以及第二驱动输入部，该第二驱动输入部联接到主体，其中第二驱动输入部能够操作以致动盖。
16.驱动装置可以任何组合包括以下特征中的一个或多个特征：(a)其中第二驱动输入部能够操作以在第一位置和第二位置之间致动盖，在第一位置中，盖将细长轴保持在通道中，在第二位置中，盖允许在通道中装载或卸载细长轴；(b)载体，该载体支撑辊，其中载体能够通过联接到主体的驱动输入部枢转，以与被接纳在通道中的细长轴接合或脱离接合；(c)其中主体被构造成附接到接近护套，以将通道与接近护套对准；(d)其中第二驱动输入部经由凸轮操作地联接到盖；(e)通道中的一个或多个夹具；(f)其中辊是第一辊，并且驱动装置还包括与第一辊对置的第二辊；以及/或者如贯穿本技术所述的其他特征。
17.在另一方面，公开了一种机器人医疗系统，该机器人医疗系统包括：驱动装置，该驱动装置包括：通道，该通道被构造成接纳细长轴；一个或多个辊，所述一个或多个辊被构造成接合被接纳在通道中的细长轴；以及盖，盖被构造成选择性地闭合或打开通道；以及驱动器，该驱动器被构造成：将驱动装置致动到第一状态，其中所述一个或多个辊与细长轴脱离接合并且盖打开；将驱动装置致动到第二状态，其中所述一个或多个辊与细长轴脱离接合并且盖闭合；以及将驱动装置致动到第三状态，其中所述一个或多个辊与细长轴接合并且盖闭合。
18.机器人医疗系统可以任何组合包括以下特征中的一个或多个特征：(a)其中驱动器被构造成基于装载或卸载细长轴的命令将驱动装置致动到第一状态；(b)其中驱动器被构造成基于滚动细长轴的命令将驱动装置致动到第二状态；(c)其中驱动器被布置在机器人臂的端部处，并且其中驱动器被构造成基于移动机器人臂的命令将驱动装置致动到第二状态；(d)其中驱动器被构造成在第三状态下致动驱动装置以插入或回缩细长轴；(e)其中驱动器被构造成操作驱动装置的第一驱动输入部以使辊抵靠细长轴旋转，以及操作驱动装置的第二驱动输入部以使辊与细长轴脱离接合；以及/或者如贯穿本技术所述的其他特征。
19.在另一方面，公开了一种用于机器人医疗规程的方法，该方法包括：在其中柔性轴的远侧末端被定位在插入患者体内的接近护套内的第一插入时段期间，利用驱动装置以第一速率驱动医疗器械的柔性轴的插入；以及在柔性轴的远侧末端被定位成超出接近护套的远侧末端时的第二插入时段期间，转换到用驱动装置以比第一速率慢的第二速率驱动医疗器械的柔性轴的插入。
20.方法系统可以任何组合包括以下特征中的一个或多个特征：(a)其中转换到用驱动装置以第二速率驱动医疗器械的柔性轴的插入包括自动检测柔性轴的远侧末端何时被
定位成超出接近护套的远侧末端；(b)在其中柔性轴的远侧末端被定位成超出接近护套的远侧末端的第一回缩时段期间用驱动装置以第三速率驱动医疗器械的柔性轴的回缩，以及在柔性轴的远侧末端被定位在接近护套内时的第二回缩时段期间，自动转换到用驱动装置以比第三速率快的第四速率驱动医疗器械的柔性轴的回缩；(c)其中自动转换到用驱动装置以第四速率驱动医疗器械的柔性轴的回缩包括检测柔性轴的远侧末端何时被定位在接近护套内；(d)将医疗器械的器械基部安装在第一机器人臂上，将驱动装置安装在第二机器人臂上，以及使医疗器械的柔性轴与驱动装置接合；(e)其中使医疗器械的柔性轴与驱动装置接合包括使驱动装置的对置的辊与柔性轴接合；(f)其中使医疗器械的柔性轴与驱动装置接合还包括将柔性轴插入驱动装置的上表面上的通道中；(g)在插入期间用第一机器人臂将器械基部朝向驱动装置移动，以及在回缩期间用第一机器人臂将器械基部远离驱动装置移动；以及/或者如贯穿本技术所述的其他特征。
21.在另一方面，公开了一种机器人医疗系统，该机器人医疗系统包括：驱动装置，该驱动装置包括一对辊，所述一对辊被构造成接合医疗器械的轴；处理器，该处理器被配置成：在轴的远侧末端被定位在插入患者体内的接近护套内时的第一插入时段期间，操作辊来以第一速率驱动轴的插入；以及在轴的远侧末端被定位成超出接近护套的远侧末端时的第二插入时段期间，操作辊以转换到以比第一速率慢的第二速率驱动轴的插入。
22.机器人医疗系统可以任何组合包括以下特征中的一个或多个特征：(a)其中处理器被配置成基于与接近护套和轴相关联的几何信息来检测轴的远侧末端何时被定位成超出接近护套的远侧末端。(b)其中处理器被配置成基于用医疗器械获得的图像信息来检测轴的远侧末端何时被定位成超出接近护套的远侧末端；(c)其中处理器被进一步配置成在轴的远侧末端被定位成超出接近护套的远侧末端时的第一回缩时段期间，操作辊以第三速率驱动医疗器械的轴的回缩，以及在轴的远侧末端被定位在接近护套内时的第二回缩时段期间，操作辊以转换到以比第三速率快的第四速率驱动医疗器械的轴的回缩；(d)第一机器人臂，该第一机器人臂被构造成支撑医疗器械；以及第二机器人臂，该第二机器人臂被构造成支撑驱动装置；(e)其中第一机器人臂被构造成在插入期间将医疗器械的器械柄部朝向驱动装置移动，并且第一机器人臂被构造成在回缩期间将器械柄部远离驱动装置移动；以及/或者如贯穿本技术所述的其他特征。
23.在另一方面，公开了一种机器人医疗系统，该机器人医疗系统包括：细长柔性接近护套；医疗器械，该医疗器械包括细长柔性轴；以及处理器，该处理器被配置成：在轴的远侧末端被定位在接近护套内时的第一插入时段期间，以第一速率驱动轴的插入；以及在轴的远侧末端被定位成超出接近护套的远侧末端时的第二插入时段期间，转换到以比第一速率慢的第二速率驱动轴的插入。
24.机器人医疗系统可以任何组合包括以下特征中的一个或多个特征：(a)其中处理器被配置成基于与接近护套和轴相关联的几何信息来检测轴的远侧末端何时被定位成超出接近护套的远侧末端。(b)其中处理器被配置成基于用医疗器械获得的图像信息来检测轴的远侧末端何时被定位成超出接近护套的远侧末端；(c)其中处理器被进一步配置成在轴的远侧末端被定位成超出接近护套的远侧末端时的第一回缩时段期间以第三速率驱动医疗器械的轴的回缩，以及在轴的远侧末端被定位在接近护套内时的第二回缩时段期间，转换到以比第三速率快的第四速率驱动医疗器械的轴的回缩；(d)其中处理器被配置成操
作驱动装置以驱动细长柔性轴的轴向运动，在插入期间将医疗器械的器械柄部朝向驱动装置移动，以及在回缩期间将器械柄部远离驱动装置移动；以及/或者如贯穿本技术所述的其他特征。
附图说明
25.下文将结合附图描述所公开的方面，该附图被提供以说明而非限制所公开的方面，其中类似的标号表示类似的元件。
26.图1示出了被布置用于诊断性和/或治疗性支气管镜检查的基于推车的机器人系统的实施方案。
27.图2描绘了图1的机器人系统的另外方面。
28.图3示出了被布置用于输尿管镜检查的图1的机器人系统的实施方案。
29.图4示出了被布置用于血管规程的图1的机器人系统的实施方案。
30.图5示出了被布置用于支气管镜检查规程的基于台的机器人系统的实施方案。
31.图6提供了图5的机器人系统的另选视图。
32.图7示出了被构造成收起机器人臂的示例性系统。
33.图8示出了被构造用于输尿管镜检查规程的基于台的机器人系统的实施方案。
34.图9示出了被构造用于腹腔镜检查规程的基于台的机器人系统的实施方案。
35.图10示出了具有俯仰或倾斜调整的图5至图9的基于台的机器人系统的实施方案。
36.图11提供了图5至图10的基于台的机器人系统的台和柱之间的接口的详细图示。
37.图12示出了基于台的机器人系统的另选实施方案。
38.图13示出了图12的基于台的机器人系统的端视图。
39.图14示出了其上附接有机器人臂的基于台的机器人系统的端视图。
40.图15示出了示例性器械驱动器。
41.图16示出了具有成对器械驱动器的示例性医疗器械。
42.图17示出了器械驱动器和器械的另选设计，其中驱动单元的轴线平行于器械的细长轴的轴线。
43.图18示出了具有基于器械的插入架构的器械。
44.图19示出了示例性控制器。
45.图20描绘了根据示例性实施方案的示出定位系统的框图，该定位系统估计图1至图10的机器人系统的一个或多个元件的位置，诸如图16至图18的器械的位置。
46.图21示出了机器人医疗系统的表示，该机器人医疗系统包括被构造成驱动医疗器械的细长轴的轴向运动的驱动装置。
47.图22示出了处于另一构型的图21的机器人医疗系统，其中医疗器械的细长轴被布置成形成服务环。
48.图23是示出驱动装置的实施方案的等轴视图，该驱动装置被构造成驱动医疗器械的细长轴的轴向运动。
49.图24a是图23的驱动装置的等轴视图，示出了外壳的顶部部分被移除。
50.图24b是图24a的驱动装置的顶视图。
51.图24c是图24a的驱动装置的底视图。
52.图24d是图24a的驱动装置的前视图。
53.图24e是图24a的驱动装置的后视图。
54.图25a是图23的驱动装置的辊组件的实施方案的等轴视图。
55.图25b是图25a的辊组件的等轴视图，其中辊被移除以说明辊组件的齿轮传动装置的实施方案。
56.图25c是图25b的辊组件和齿轮传动装置的顶视图。
57.图25d是图25b的辊组件和齿轮传动装置的底视图。
58.图26a是图23的驱动装置的顶视图，示出了处于闭合构型的器械轴盖的实施方案。
59.图26b是图26a的驱动装置的后视图，其中器械轴盖处于闭合构型。
60.图26c是图23的驱动装置的顶视图，示出了处于打开构型的器械轴盖。
61.图26d是图26c的驱动装置的后视图，其中器械轴盖处于打开构型。
62.图27a是图23a的驱动装置的等轴视图，其中外壳的顶部部分被移除以说明器械轴盖的实施方案。
63.图27b是图27a的驱动装置的顶视图，示出了根据实施方案的器械轴盖。
64.图28是图23的驱动装置的顶视图，其中外壳的顶部部分被移除以示出可被包括以检测装置附接的传感器的实施方案。
65.图29a是图23的驱动装置的顶视图，示出安装有锁定接片的实施方案。
66.图29b是图29a的驱动装置和锁定接片的底视图。
67.图29c是图29a的驱动装置和锁定接片的前视图。
68.图30a和图30b示出了在各种操作状态下控制驱动装置的示例性方法，其中图30a是描述该方法的流程图，并且图30b示出了驱动装置在各种状态下的横截面。
69.图31是处于快驱动或慢驱动的各种状态下的轴向驱动系统的示意图。
70.图32是示出用于在轴向驱动系统中在快驱动速度和慢驱动速度之间转换的示例性过程的流程图。
71.图33是可以由机器人系统利用来自动确定是否在用于插入或回缩细长轴的快轴向驱动速度或慢轴向驱动速度之间转换的一些参数的图示。
具体实施方式
72.1.概述。
73.本公开的各方面可集成到机器人使能的医疗系统中，该机器人使能的医疗系统能够执行多种医疗规程，包括微创规程诸如腹腔镜检查，以及非侵入规程诸如内窥镜检查两者。在内窥镜检查规程中，系统可能能够执行支气管镜检查、输尿管镜检查、胃镜检查等。
74.除了执行广泛的规程之外，系统可以提供附加的益处，诸如增强的成像和指导以帮助医师。另外，该系统可以为医师提供从人体工程学方位执行规程的能力，而不需要笨拙的臂运动和方位。另外，该系统可以为医师提供以改进的易用性执行规程的能力，使得系统的器械中的一个或多个器械可由单个用户控制。
75.出于说明的目的，下文将结合附图描述各种实施方案。应当理解，所公开的概念的许多其他具体实施是可能的，并且利用所公开的具体实施可实现各种优点。标题包括在本文中以供参考并且有助于定位各个节段。这些标题并非旨在限制相对于其所述的概念的范
围。此类概念可在整个说明书中具有适用性。
76.a.机器人系统
–
推车。
77.机器人使能的医疗系统可以按多种方式配置，这取决于特定规程。图1示出了被布置用于诊断性和/或治疗性支气管镜检查的基于推车的机器人使能的系统10的实施方案。在支气管镜检查期间，系统10可包括推车11，该推车具有一个或多个机器人臂12，以将医疗器械诸如可操纵内窥镜13(其可以是用于支气管镜检查的规程特定的支气管镜)递送至自然孔口进入点(即，在本示例中定位在台上的患者的口)，以递送诊断和/或治疗工具。如图所示，推车11可被定位在患者的上躯干附近，以便提供到进入点的通路。类似地，可以致动机器人臂12以相对于进入点定位支气管镜。当利用胃镜(用于胃肠道(gi)规程的专用内窥镜)执行gi规程时，也可利用图1中的布置。图2更详细地描绘了推车的示例性实施方案。
78.继续参考图1，一旦推车11被正确定位，机器人臂12就可以机器人地、手动地或以其组合将可操纵内窥镜13插入患者体内。如图所示，可操纵内窥镜13可包括至少两个伸缩部分，诸如内引导件部分和外护套部分，每个部分耦合到来自一组器械驱动器28的单独的器械驱动器，每个器械驱动器耦合到单独的机器人臂的远侧端部。有利于将引导件部分与护套部分同轴对准的器械驱动器28的这种线性布置产生“虚拟轨道”29，该“虚拟轨道”可以通过将一个或多个机器人臂12操纵到不同角度和/或方位而在空间中被重新定位。本文所述的虚拟轨道在附图中使用虚线描绘，并且因此虚线未描绘系统的任何物理结构。器械驱动器28沿着虚拟轨道29的平移使内引导件部分相对于外护套部分伸缩，或者使内窥镜13从患者推进或回缩。虚拟轨道29的角度可以基于临床应用或医师偏好来调节、平移和枢转。例如，在支气管镜检查中，如图所示的虚拟轨道29的角度和方位代表了在向医师提供到内窥镜13的通路同时使由内窥镜13弯曲到患者的口中引起的摩擦最小化之间的折衷。
79.在插入之后，内窥镜13可以使用来自机器人系统的精确命令向下导向患者的气管和肺，直到到达目标目的地或手术部位。为了增强通过患者的肺网络的导航和/或到达期望的目标，内窥镜13可被操纵以从外部护套部分伸缩地延伸内引导件部分，以获得增强的关节运动和更大的弯曲半径。使用单独的器械驱动器28还允许引导件部分和护套部分彼此独立地被驱动。
80.例如，内窥镜13可被导向以将活检针递送到目标，诸如患者肺内的病变或结节。针可沿工作通道向下部署，该工作通道延伸内窥镜的长度以获得待由病理学家分析的组织样本。根据病理结果，可沿内窥镜的工作通道向下部署附加工具以用于附加活检。在识别出结节是恶性的之后，内窥镜13可以通过内窥镜递送工具以切除潜在的癌组织。在一些情况下，诊断和治疗处理可在单独的规程中递送。在这些情况下，内窥镜13也可用于递送基准以“标记”目标结节的位置。在其他情况下，诊断和治疗处理可在相同的规程期间递送。
81.系统10还可包括可运动塔30，该可运动塔可经由支撑缆线连接到推车11以向推车11提供控制、电子、流体、光学、传感器和/或电力的支持。将这样的功能放置在塔30中允许可以由操作医师和他/她的工作人员更容易地调节和/或重新定位的更小形状因子的推车11。另外，在推车/台和支撑塔30之间划分功能减少了手术室混乱并且有利于改善临床工作流程。虽然推车11可被定位成靠近患者，但是塔30可以在远程位置中被收起以在规程过程期间不挡道。
82.为了支持上述机器人系统，塔30可包括基于计算机的控制系统的部件，该基于计
算机的控制系统将计算机程序指令存储在例如非暂态计算机可读存储介质诸如永磁存储驱动器、固态驱动器等内。无论执行是发生在塔30中还是发生在推车11中，这些指令的执行都可以控制整个系统或其子系统。例如，当由计算机系统的处理器执行时，指令可致使机器人系统的部件致动相关托架和臂安装件，致动机器人臂，并且控制医疗器械。例如，响应于接收到控制信号，机器人臂的关节中的马达可将臂定位成特定姿势。
83.塔30还可包括泵、流量计、阀控制器和/或流体通路，以便向可通过内窥镜13部署的系统提供受控的冲洗和抽吸能力。这些部件也可使用塔30的计算机系统来控制。在一些实施方案中，冲洗和抽吸能力可通过单独的缆线直接递送到内窥镜13。
84.塔30可包括电压和浪涌保护器，该电压和浪涌保护器被设计成向推车11提供经滤波和保护的电力，从而避免在推车11中放置电力变压器和其他辅助电力部件，从而得到更小、更可运动的推车11。
85.塔30还可包括用于在整个机器人系统10中部署的传感器的支撑设备。例如，塔30可包括用于在整个机器人系统10中检测、接收和处理从光学传感器或相机接收的数据的光电设备。结合控制系统，此类光电设备可用于生成实时图像，以用于在整个系统中部署的任何数量的控制台中显示(包括在塔30中显示)。类似地，塔30还可包括用于接收和处理从部署的电磁(em)传感器接收的信号的电子子系统。塔30还可用于容纳和定位em场发生器，以便由医疗器械中或医疗器械上的em传感器进行检测。
86.除了系统的其余部分中可用的其他控制台(例如，安装在推车顶部上的控制台)之外，塔30还可包括控制台31。控制台31可包括用于医师操作者的用户界面和显示屏，诸如触摸屏。系统10中的控制台通常设计成提供机器人控制以及规程的术前信息和实时信息两者，诸如内窥镜13的导航和定位信息。当控制台31不是医师可用的唯一控制台时，其可由第二操作者(诸如护士)使用以监测患者的健康状况或生命体征和系统10的操作，以及提供规程特定的数据，诸如导航和定位信息。在其他实施方案中，控制台31被容纳在与塔30分开的主体中。
87.塔30可通过一个或多个缆线或连接件(未示出)耦合到推车11和内窥镜13。在一些实施方案中，可通过单根缆线向推车11提供来自塔30的支撑功能，从而简化手术室并消除手术室的混乱。在其他实施方案中，特定功能可耦合在单独的布线和连接中。例如，尽管可以通过单个缆线向推车11提供电力，但也可以通过单独的缆线提供对控件、光学器件、流体和/或导航的支持。
88.图2提供了来自图1所示的基于推车的机器人使能的系统的推车11的实施方案的详细图示。推车11通常包括细长支撑结构14(通常称为“柱”)、推车基部15以及在柱14的顶部处的控制台16。柱14可包括一个或多个托架，诸如用于支持一个或多个机器人臂12(图2中示出三个)的部署的托架17(另选地为“臂支撑件”)。托架17可包括可单独配置的臂安装件，该臂安装件沿垂直轴线旋转以调节机器人臂12的基部，以相对于患者更好地定位。托架17还包括托架接口19，该托架接口允许托架17沿着柱14竖直地平移。
89.托架接口19通过狭槽诸如狭槽20连接到柱14，该狭槽定位在柱14的相对侧上以引导托架17的竖直平移。狭槽20包括竖直平移接口以将托架17相对于推车基部15定位并保持在各种竖直高度处。托架17的竖直平移允许推车11调节机器人臂12的到达范围以满足各种台高度、患者尺寸和医师偏好。类似地，托架17上的可单独配置的臂安装件允许机器人臂12
的机器人臂基部21以多种配置成角度。
90.在一些实施方案中，狭槽20可补充有狭槽盖，该狭槽盖与狭槽表面齐平且平行，以防止灰尘和流体在托架17竖直平移时进入柱14的内部腔以及竖直平移接口。狭槽盖可通过定位在狭槽20的竖直顶部和底部附近的成对弹簧卷轴部署。盖在卷轴内盘绕，直到在托架17竖直地上下平移时被部署成从盖的盘绕状态延伸和回缩。当托架17朝向卷轴平移时，卷轴的弹簧加载提供了将盖回缩到卷轴中的力，同时在托架17平移远离卷轴时也保持紧密密封。可使用例如托架接口19中的支架将盖连接到托架17，以确保在托架17平移时盖的适当延伸和回缩。
91.柱14可在内部包括诸如齿轮和马达之类的机构，其被设计成使用竖直对准的导螺杆以响应于响应用户输入(例如，来自控制台16的输入)生成的控制信号来以机械化方式平移托架17。
92.机器人臂12通常可包括由一系列连杆23分开的机器人臂基部21和端部执行器22，该一系列连杆由一系列关节24连接，每个关节包括独立的致动器，每个致动器包括可独立控制的马达。每个可独立控制的关节表示机器人臂12可用的独立自由度。机器人臂12中的每个机器人臂可具有七个关节，并且因此提供七个自由度。多个关节导致多个自由度，从而允许“冗余”的自由度。具有冗余自由度允许机器人臂12使用不同的连接件方位和关节角度将其相应的端部执行器22定位在空间中的特定方位、取向和轨迹处。这允许系统从空间中的期望点定位和导向医疗器械，同时允许医师使臂关节运动到远离患者的临床有利方位，以产生更大的接近，同时避免臂碰撞。
93.推车基部15在地板上平衡柱14、托架17和机器人臂12的重量。因此，推车基部15容纳较重的部件，诸如电子器件、马达、电源以及使得推车11能够运动和/或固定的部件。例如，推车基部15包括允许推车11在规程之前容易地围绕房间运动的可滚动的轮形脚轮25。在到达适当方位之后，脚轮25可以使用轮锁固定，以在规程期间将推车11保持在适当方位。
94.定位在柱14的竖直端部处的控制台16允许用于接收用户输入的用户界面和显示屏(或两用装置，诸如例如触摸屏26)两者向医师用户提供术前和术中数据两者。触摸屏26上的潜在术前数据可以包括从术前计算机化断层摄影(ct)扫描导出的术前计划、导航和标测数据和/或来自术前患者面谈的记录。显示器上的术中数据可以包括从工具、传感器提供的光学信息和来自传感器的坐标信息以及重要的患者统计，诸如呼吸、心率和/或脉搏。控制台16可以被定位和倾斜成允许医师从柱14的与托架17相对的侧面接近控制台16。从该方位，医师可以在从推车11后面操作控制台16的同时观察控制台16、机器人臂12和患者。如图所示，控制台16还包括用以帮助操纵和稳定推车11的柄部27。
95.图3示出了被布置用于输尿管镜检查的机器人使能的系统10的实施方案。在输尿管镜规程中，推车11可被定位成将输尿管镜32(被设计成横穿患者的尿道和输尿管的规程特定的内窥镜)递送到患者的下腹部区域。在输尿管镜检查中，可以期望输尿管镜32直接与患者的尿道对准以减少该区域中的敏感解剖结构上的摩擦和力。如图所示，推车11可以在台的脚部处对准，以允许机器人臂12定位输尿管镜32，以用于直接线性进入患者的尿道。机器人臂12可从台的脚部沿着虚拟轨道33将输尿管镜32通过尿道直接插入到患者的下腹部中。
96.在插入到尿道中之后，使用与支气管镜检查中类似的控制技术，输尿管镜32可以
被导航到膀胱、输尿管和/或肾中以用于诊断和/或治疗应用。例如，可以将输尿管镜32引导到输尿管和肾中以使用沿输尿管镜32的工作通道向下部署的激光或超声碎石装置来打碎积聚的肾结石。在碎石完成之后，可以使用沿输尿管镜32向下部署的篮移除所得的结石碎片。
97.图4示出了类似地布置用于血管规程的机器人使能的系统10的实施方案。在血管规程中，系统10可被配置成使得推车11可将医疗器械34(诸如可操纵导管)递送至患者的腿部的股动脉中的进入点。股动脉呈现用于导航的较大直径以及到患者的心脏的相对较少的迂回且曲折的路径两者，这简化了导航。如在输尿管镜规程中，推车11可以被定位成朝向患者的腿部和下腹部，以允许机器人臂12提供直接线性进入患者的大腿/髋部区域中的股动脉进入点的虚拟轨道35。在插入到动脉中之后，可通过平移器械驱动器28来导向和插入医疗器械34。另选地，推车可以被定位在患者的上腹部周围，以到达另选的血管进入点，诸如肩部和腕部附近的颈动脉和臂动脉。
98.b.机器人系统
–
台。
99.机器人使能的医疗系统的实施方案还可结合患者的台。结合台通过移除推车减少了手术室内的资本设备的量，这允许更多地接近患者。图5示出了被布置用于支气管镜检查规程的这样的机器人使能的系统的实施方案。系统36包括用于将平台38(示出为“台”或“床”)支撑在地板上的支撑结构或柱37。与基于推车的系统非常相似，系统36的机器人臂39的端部执行器包括器械驱动器42，其被设计成通过或沿着由器械驱动器42的线性对准形成的虚拟轨道41来操纵细长医疗器械，诸如图5中的支气管镜40。在实践中，用于提供荧光镜成像的c形臂可以通过将发射器和检测器放置在台38周围而定位在患者的上腹部区域上方。
100.图6提供了用于讨论目的的没有患者和医疗器械的系统36的另选视图。如图所示，柱37可包括在系统36中示出为环形的一个或多个托架43，一个或多个机器人臂39可基于该托架。托架43可以沿着沿柱37的长度延伸的竖直柱接口44平移，以提供不同的有利点，机器人臂39可以从这些有利点被定位以到达患者。托架43可以使用定位在柱37内的机械马达围绕柱37旋转，以允许机器人臂39进入台38的多个侧面，诸如患者的两侧。在具有多个托架的实施方案中，托架可单独地定位在柱上，并且可独立于其他托架平移和/或旋转。虽然托架43不需要环绕柱37或甚至是圆形的，但如图所示的环形形状有利于托架43围绕柱37旋转，同时保持结构平衡。托架43的旋转和平移允许系统36将医疗器械诸如内窥镜和腹腔镜对准到患者上的不同进入点中。在其他实施方案(未示出)中，系统36可包括具有可调式臂支撑件的病人检查台或病床，该可调式臂支撑件呈在病人检查台或病床旁边延伸的杆或导轨的形式。一个或多个机器人臂39(例如，经由具有肘关节的肩部)可附接到可调式臂支撑件，该可调式臂支撑件可被竖直调节。通过提供竖直调节，机器人臂39有利地能够紧凑地存放在病人检查台或病床下方，并且随后在规程期间升高。
101.机器人臂39可通过包括一系列关节的一组臂安装件45安装在托架43上，该关节可单独地旋转和/或伸缩地延伸以向机器人臂39提供附加的可配置性。另外，臂安装件45可定位在托架43上，使得当托架43适当地旋转时，臂安装件45可定位在台38的同一侧上(如图6所示)、台38的相对侧上(如图9所示)或台38的相邻侧上(未示出)。
102.柱37在结构上为台38提供支撑，并且为托架43的竖直平移提供路径。在内部，柱37
可配备有用于引导托架的竖直平移的导螺杆，以及用以机械化基于导螺杆的托架43的平移的马达。柱37还可将功率和控制信号传送到托架43和安装在其上的机器人臂39。
103.台基部46具有与图2所示的推车11中的推车基部15类似的功能，容纳较重的部件以平衡台/床38、柱37、托架43和机器人臂39。台面基部46还可结合刚性脚轮以在规程期间提供稳定性。从台基部46的底部部署的脚轮可以在基部46的两侧沿相反方向延伸，并且当系统36需要运动时回缩。
104.继续图6，系统36还可以包括塔(未示出)，该塔使系统36的功能在台与塔之间进行划分以减小台的形状因子和体积。如在先前所公开的实施方案中，塔可以向台提供多种支持功能，诸如处理、计算和控制能力、电力、流体和/或光学以及传感器处理。塔还可以是可运动的，以远离患者定位，从而改善医师的接近并且消除手术室的混乱。另外，将部件放置在塔中允许在台基部46中有更多的储存空间，以用于机器人臂39的潜在收起。塔还可以包括主控制器或控制台，其提供用于用户输入的用户界面(诸如键盘和/或挂件)以及用于术前和术中信息(诸如实时成像、导航和跟踪信息)的显示屏(或触摸屏)两者。在一些实施方案中，塔还可包括用于待用于注气的气罐的夹持器。
105.在一些实施方案中，台基部可以在不使用时收起和储存机器人臂。图7示出了在基于台的系统的实施方案中收起机器人臂的系统47。在系统47中，托架48可以竖直平移到基部49中以使机器人臂50、臂安装件51和托架48收起在基部49内。基部盖52可以平移和回缩打开以围绕柱53部署托架48、臂安装件51和机器人臂50，并且闭合以收起该托架、臂安装件和机器人臂，以便在不使用时保护它们。基部盖52可以利用膜54沿着其开口的边缘密封，以防止在闭合时灰尘和流体进入。
106.图8示出了被构造用于输尿管镜检查规程的机器人使能的基于台的系统的实施方案。在输尿管镜检查中，台38可以包括用于将患者定位成与柱37和台基部46成偏角的旋转部分55。旋转部分55可以围绕枢转点(例如，位于患者的头部下方)旋转或枢转，以便将旋转部分55的底部部分定位成远离柱37。例如，旋转部分55的枢转允许c形臂(未示出)定位在患者的下腹部上方，而不与台38下方的柱(未示出)竞争空间。通过围绕柱37旋转托架(未示出)，机器人臂39可以沿着虚拟轨道57将输尿管镜56直接插入患者的腹股沟区域中以到达尿道。在输尿管镜检查中，镫58也可以固定至台38的旋转部分55，以在规程期间支撑患者的腿部的方位，并且允许完全通向患者的腹股沟区域。
107.在腹腔镜检查规程中，通过患者的腹壁中的小切口，可将微创器械插入到患者的解剖结构中。在一些实施方案中，微创器械包括用于进入患者内的解剖结构的细长刚性构件，诸如轴。在患者腹腔充气之后，可以引导器械执行外科或医疗任务，诸如抓握、切割、消融、缝合等。在一些实施方案中，器械可以包括镜，诸如腹腔镜。图9示出了被构造用于腹腔镜检查规程的机器人使能的基于台的系统的实施方案。如图9所示，系统36的托架43可以被旋转并且竖直调整，以将成对的机器人臂39定位在台38的相对侧上，使得可以使用臂安装件45将器械59定位成穿过患者两侧上的最小切口以到达他/她的腹腔。
108.为了适应腹腔镜检查规程，机器人使能的台系统还可将平台倾斜到期望的角度。图10示出了具有俯仰或倾斜调整的机器人使能的医疗系统的实施方案。如图10所示，系统36可以适应台38的倾斜，以将台的一部分定位在比另一部分距底板更远的距离处。另外，臂安装件45可以旋转以匹配倾斜，使得机器人臂39与台38保持相同的平面关系。为了适应更
陡的角度，柱37还可以包括伸缩部分60，该伸缩部分允许柱37的竖直延伸以防止台38接触地板或与台基部46碰撞。
109.图11提供了台38与柱37之间的接口的详细图示。俯仰旋转机构61可以被配置成以多个自由度改变台38相对于柱37的俯仰角。俯仰旋转机构61可以通过将正交轴线1、2定位在柱台接口处来实现，每条轴线由单独的马达3、4响应于电俯仰角命令而致动。沿着一个螺钉5的旋转将使得能够在一条轴线1中进行倾斜调整，而沿着另一个螺钉6的旋转将使得能够沿着另一个轴线2进行倾斜调节。在一些实施方案中，可使用球形关节来在多个自由度上改变台38相对于柱37的俯仰角。
110.例如，当试图将台定位在头低脚高位(即，将患者的下腹部定位在比患者的上腹部距地板更高的方位)以用于下腹部手术时，俯仰调节特别有用。头低脚高位致使患者的内部器官通过重力滑向他/她的上腹部，从而清理出腹腔以使微创工具进入并且执行下腹部外科或医疗规程，诸如腹腔镜前列腺切除术。
111.图12和图13示出了基于台的外科机器人系统100的另选实施方案的等轴视图和端视图。外科机器人系统100包括可被构造成相对于台101支撑一个或多个机器人臂(参见例如图14)的一个或多个可调式臂支撑件105。在例示的实施方案中，示出了单个可调式臂支撑件105，但是附加的臂支撑件105可设置在台101的相对侧上。可调式臂支撑件105可被构造，使得其可相对于台101运动，以调节和/或改变可调式臂支撑件105和/或安装到该可调式臂支撑件的任何机器人臂相对于台101的方位。例如，可调式臂支撑件105可相对于台101被调节一个或多个自由度。可调式臂支撑件105为系统100提供高灵活性，包括容易地将一个或多个可调式臂支撑件105和附接到其的任何机器人臂收起在台101下方的能力。可调式臂支撑件105可从收起方位升高到台101的上表面下方的方位。在其他实施方案中，可调式臂支撑件105可从收起方位升高到台101的上表面上方的方位。
112.可调式臂支撑件105可提供若干自由度，包括提升、侧向平移、倾斜等。在图12和图13的例示实施方案中，臂支撑件105被构造成具有四个自由度，这些自由度在图12中用箭头示出。第一自由度允许在z方向上(“z提升”)调节可调式臂支撑件105。例如，可调式臂支撑件105可包括托架109，该托架被配置成沿或相对于支撑台101的柱102向上或向下运动。第二自由度可允许可调式臂支撑件105倾斜。例如，可调式臂支撑件105可包括旋转接头，该旋转接头可允许可调式臂支撑件105在头低脚高位与床对准。第三自由度可允许可调式臂支撑件105“向上枢转”，这可用于调节台101的一侧与可调式臂支撑件105之间的距离。第四自由度可允许可调式臂支撑件105沿台的纵向长度平移。
113.图12和图13中的外科机器人系统100可包括由安装到基部103的柱102支撑的台。基部103和柱102相对于支撑表面支撑台101。地板轴线131和支撑轴线133在图13中示出。
114.可调式臂支撑件105可安装到柱102。在其他实施方案中，臂支撑件105可安装到台101或基部103。可调式臂支撑件105可包括托架109、杆或导轨连接件111以及杆或导轨107。在一些实施方案中，安装到轨道107的一个或多个机器人臂可相对于彼此平移和运动。
115.托架109可通过第一接头113附接到柱102，该第一接头允许托架109相对于柱102运动(例如，诸如沿第一轴线或竖直轴线123上下运动)。第一接头113可向可调式臂支撑件105提供第一自由度(“z提升”)。可调式臂支撑件105可包括第二接头115，该第二接头为可调式臂支撑件105提供第二自由度(倾斜)。可调式臂支撑件105可包括第三接头117，该第三
接头可为可调式臂支撑件105提供第三自由度(“向上枢转”)。可提供附加接头119(在图13中示出)，该附加接头机械地约束第三接头117以在导轨连接件111围绕第三轴线127旋转时保持导轨107的取向。可调式臂支撑件105可包括第四接头121，该第四接头可沿第四轴线129为可调式臂支撑件105提供第四自由度(平移)。
116.图14示出了根据一个实施方案的具有安装在台101的相对侧上的两个可调式臂支撑件105a、105b的外科机器人系统140a的端视图。第一机器人臂142a附接到第一可调式臂支撑件105b的杆或导轨107a。第一机器人臂142a包括附接到导轨107a的基部144a。第一机器人臂142a的远侧端部包括可附接到一个或多个机器人医疗器械或工具的器械驱动机构146a。类似地，第二机器人臂142b包括附接到导轨107b的基部144b。第二机器人臂142b的远侧端部包括器械驱动机构146b。器械驱动机构146b可被构造成附接到一个或多个机器人医疗器械或工具。
117.在一些实施方案中，机器人臂142a、142b中的一者或多者包括具有七个或更多个自由度的臂。在一些实施方案中，机器人臂142a、142b中的一者或多者可包括八个自由度，包括插入轴线(包括插入的1个自由度)、腕部(包括腕部俯仰、偏航和翻滚的3个自由度)、肘部(包括肘部俯仰的1个自由度)、肩部(包括肩部俯仰和偏航的2个自由度)以及基部144a、144b(包括平移的1个自由度)。在一些实施方案中，插入自由度可由机器人臂142a、142b提供，而在其他实施方案中，器械本身经由基于器械的插入架构提供插入。
118.c.器械驱动器和接口。
119.系统的机器人臂的端部执行器可包括：(i)器械驱动器(另选地称为“器械驱动机构”或“器械装置操纵器”)，该器械驱动器结合了用于致动医疗器械的机电装置；以及(ii)可移除或可拆卸的医疗器械，该医疗器械可以没有任何机电部件，诸如马达。该二分法可能是由以下所驱动的：对医疗规程中使用的医疗器械进行灭菌的需要；以及由于昂贵的资本设备的复杂机械组件和敏感电子器件而不能对昂贵的资本设备进行充分灭菌。因此，医疗器械可以被设计成从器械驱动器(以及因此从系统)拆卸、移除和互换，以便由医师或医师的工作人员单独灭菌或处置。相比之下，器械驱动器不需要被改变或灭菌，并且可以被覆盖以便保护。
120.图15示出了示例器械驱动器。定位在机器人臂的远侧端部处的器械驱动器62包括一个或多个驱动单元63，该一个或多个驱动单元以平行轴线布置以经由驱动轴64向医疗器械提供受控扭矩。每个驱动单元63包括用于与器械相互作用的单独的驱动轴64，用于将马达轴旋转转换成期望扭矩的齿轮头65，用于生成驱动扭矩的马达66，用以测量马达轴的速度并且向控制电路提供反馈的编码器67，以及用于接收控制信号并且致动驱动单元的控制电路68。每个驱动单元63被独立地控制和机动化，器械驱动器62可向医疗器械提供多个(例如，如图15所示为四个)独立的驱动输出。在操作中，控制电路68将接收控制信号，将马达信号传输至马达66，将由编码器67测量的所得马达速度与期望速度进行比较，并且调制马达信号以生成期望扭矩。
121.对于需要无菌环境的规程，机器人系统可以结合驱动接口，诸如连接至无菌覆盖件的无菌适配器，其位于器械驱动器与医疗器械之间。无菌适配器的主要目的是将角运动从器械驱动器的驱动轴传递到器械的驱动输入部，同时保持驱动轴与驱动输入部之间的物理分离并且因此保持无菌。因此，示例性无菌适配器可以包括旨在与器械驱动器的驱动轴
和器械上的驱动输入部配合的一系列旋转输入部和旋转输出部。连接到无菌适配器的由薄的柔性材料(诸如透明或半透明塑料)组成的无菌覆盖件被设计成覆盖资本设备，诸如器械驱动器、机器人臂和推车(在基于推车的系统中)或台(在基于台的系统中)。覆盖件的使用将允许资本设备被定位在患者附近，同时仍然位于不需要灭菌的区域(即，非无菌区)。在无菌覆盖件的另一侧上，医疗器械可以在需要灭菌的区域(即，无菌区)与患者对接。
122.d.医疗器械。
123.图16示出了具有成对器械驱动器的示例医疗器械。与被设计成与机器人系统一起使用的其他器械类似，医疗器械70包括细长轴71(或细长主体)和器械基部72。由于其用于由医师进行的手动交互的预期设计而也被称为“器械柄部”的器械基部72通常可以包括可旋转驱动输入部73(例如，插座、滑轮或卷轴)，该驱动输入部被设计成与延伸通过机器人臂76的远侧端部处的器械驱动器75上的驱动接口的驱动输出部74配合。当物理连接、闩锁和/或耦合时，器械基部72的配合的驱动输入部73可以与器械驱动器75中的驱动输出部74共享旋转轴线，以允许扭矩从驱动输出部74传递到驱动输入部73。在一些实施方案中，驱动输出部74可以包括花键，其被设计成与驱动输入部73上的插座配合。
124.细长轴71被设计成通过解剖开口或内腔(例如，如在内窥镜检查中)或通过微创切口(例如，如在腹腔镜检查中)递送。细长轴71可以是柔性的(例如，具有类似于内窥镜的特性)或刚性的(例如，具有类似于腹腔镜的特性)，或者包括柔性部分和刚性部分两者的定制组合。当被设计用于腹腔镜检查时，刚性细长轴的远侧端部可以连接到端部执行器，该端部执行器从由具有至少一个自由度的连接叉形成的关节腕和外科工具或医疗器械(例如，抓握器或剪刀)延伸，当驱动输入部响应于从器械驱动器75的驱动输出部74接收到的扭矩而旋转时，该外科工具可以基于来自腱的力来致动。当设计用于内窥镜检查时，柔性细长轴的远侧端部可包括可操纵或可控制的弯曲节段，该弯曲节段以基于从器械驱动器75的驱动输出74接收到的扭矩而进行关节运动和弯曲。
125.使用沿着细长轴71的腱沿着细长轴71传递来自器械驱动器75的扭矩。这些单独的腱(例如，牵拉线)可以单独地锚定至器械柄部72内的单独的驱动输入部73。从器械柄部72，沿着细长轴71的一个或多个牵拉腔向下引导腱并且将其锚定在细长轴71的远侧部分处，或者锚定在细长轴的远侧部分处的腕部中。在外科手术诸如腹腔镜、内窥镜或混合手术期间，这些腱可以耦合到远侧安装的端部执行器，诸如腕部、抓握器或剪刀。在这样的布置下，施加在驱动输入部73上的扭矩将张力传递到腱，从而引起端部执行器以某种方式致动。在一些实施方案中，在外科手术期间，腱可以致使关节围绕轴线旋转，从而致使端部执行器沿一个方向或另一个方向运动。另选地，腱可以连接到细长轴71的远侧端部处的抓握器的一个或多个钳口，其中来自腱的张力致使抓握器闭合。
126.在内窥镜检查中，腱可以经由粘合剂、控制环或其他机械固定件耦合到沿着细长轴71定位(例如，在远侧端部处)的弯曲或关节运动节段。当固定地附接到弯曲节段的远侧端部时，施加在驱动输入部73上的扭矩将沿腱向下传递，从而引起较软的弯曲节段(有时称为可关节运动节段或区域)弯曲或进行关节运动。沿着不弯曲节段，可以有利的是，使单独的牵拉腔螺旋或盘旋，该牵拉腔沿着内窥镜轴的壁(或在内部)导向单独的腱，以平衡由牵拉线中的张力引起的径向力。为了特定目的，可以改变或设计螺旋的角度和/或它们之间的间隔，其中更紧的螺旋在负载力下表现出较小的轴压缩，而较低的螺旋量在负载力下引起
更大的轴压缩，但限制弯曲。在另一种情况下，可以平行于细长轴71的纵向轴线来导向牵拉腔以允许在期望的弯曲或可关节运动节段中进行受控关节运动。
127.在内窥镜检查中，细长轴71容纳多个部件以辅助机器人规程。轴71可以在轴71的远侧端部处包括用于部署外科工具(或医疗器械)、对手术区域进行冲洗和/或抽吸的工作通道。轴71还可以适应线和/或光纤以向远侧末端处的光学组件/从远侧末端处的光学组件传递信号，该光学组件可以包括光学相机。轴71也可以适应光纤，以将来自位于近侧的光源(例如，发光二极管)的光载送到轴71的远侧端部。
128.在器械70的远侧端部处，远侧末端还可以包括用于递送用于诊断和/或治疗的工具、对手术部位进行冲洗和抽吸的工作通道的开口。远侧末端还可以包括用于相机(诸如纤维镜或数码相机)的端口，以捕获内部解剖空间的图像。相关地，远侧末端还可以包括用于光源的端口，该光源用于在使用相机时照亮解剖空间。
129.在图16的示例中，驱动轴轴线以及因此驱动输入部轴线与细长轴71的轴线正交。然而，该布置使细长轴71的滚动能力复杂化。在保持驱动输入部73静止的同时沿着其轴线使细长轴71滚动会引起当腱从驱动输入部73延伸出去并且进入到细长轴71内的牵拉腔时，腱的不期望的缠结。所得到的这样的腱的缠结可能破坏旨在在内窥镜规程期间预测柔性细长轴71的运动的任何控制算法。
130.图17示出了器械驱动器和器械的另选设计，其中驱动单元的轴线平行于器械的细长轴的轴线。如图所示，圆形器械驱动器80包括四个驱动单元，其驱动输出81在机器人臂82的端部处平行对准。驱动单元和它们各自的驱动输出81容纳在由组件83内的驱动单元中的一个驱动单元驱动的器械驱动器80的旋转组件83中。响应于由旋转驱动单元提供的扭矩，旋转组件83沿着圆形轴承旋转，该圆形轴承将旋转组件83连接到器械驱动器80的非旋转部分84。可以通过电接触将电力和控制信号从器械驱动器80的非旋转部分84传送至旋转组件83，该电接触可以通过电刷滑环连接(未示出)的旋转来保持。在其他实施方案中，旋转组件83可以响应于集成到不可旋转部分84中的单独的驱动单元，并且因此不平行于其他驱动单元。旋转机构83允许器械驱动器80允许驱动单元及其相应的驱动输出81作为单个单元围绕器械驱动器轴线85旋转。
131.与先前所公开的实施方案类似，器械86可以包括细长轴部分88和器械基部87(出于讨论的目的，示出为具有透明的外部表层)，该器械基部包括被配置成接收器械驱动器80中的驱动输出部81的多个驱动输入部89(诸如插座、滑轮和卷轴)。与先前公开的实施方案不同，器械轴88从器械基部87的中心延伸，该器械基部的轴线基本上平行于驱动输入部89的轴线，而不是如图16的设计中那样正交。
132.当耦合到器械驱动器80的旋转组件83时，包括器械基部87和器械轴88的医疗器械86与旋转组件83组合地围绕器械驱动器轴线85旋转。由于器械轴88被定位在器械基部87的中心处，因此当附接时器械轴88与器械驱动器轴线85同轴。因此，旋转组件83的旋转致使器械轴88围绕其自身的纵向轴线旋转。此外，当器械基部87与器械轴88一起旋转时，连接到器械基部87中的驱动输入部89的任何腱在旋转期间都不缠结。因此，驱动输出部81、驱动输入部89和器械轴88的轴线的平行允许轴在不会使任何控制腱缠结的情况下旋转。
133.图18示出了根据一些实施方案的具有基于器械的插入架构的器械150。器械150可耦合到上文所述的器械驱动器中的任一个器械驱动器。器械150包括细长轴152、连接到轴
152的端部执行器162和耦合到轴152的柄部170。细长轴152包括管状构件，该管状构件具有近侧部分154和远侧部分156。细长轴152沿着其外表面包括一个或多个通道或凹槽158。凹槽158被配置成接纳通过该凹槽的一根或多根线材或缆线180。因此，一根或多根缆线180沿着细长轴152的外表面延伸。在其他实施方案中，缆线180也可穿过细长轴152。所述一根或多根缆线180的操纵(例如，经由器械驱动器)使得端部执行器162的致动。
134.器械柄部170(也可称为器械基部)通常可包括附接接口172，该附接接口具有一个或多个机械输入件174，例如插孔、滑轮或卷轴，所述一个或多个机械输入件被设计成与器械驱动器的附接表面上的一个或多个扭矩耦合器往复地配合。
135.在一些实施方案中，器械150包括使得细长轴152能够相对于柄部170平移的一系列滑轮或缆线。换句话讲，器械150本身包括基于器械的插入架构，该架构适应器械的插入，从而使对机器人臂的依赖最小化以提供器械150的插入。在其他实施方案中，机器人臂可以很大程度上负责器械插入。
136.e.控制器。
137.本文所述的机器人系统中的任一个机器人系统可包括用于操纵附接到机器人臂的器械的输入装置或控制器。在一些实施方案中，控制器可与器械(例如，通信地、电子地、电气、无线地和/或机械地)耦合，使得控制器的操纵例如经由主从控制而致使器械对应操纵。
138.图19是控制器182的实施方案的透视图。在本实施方案中，控制器182包括可具有阻抗和导纳控制两者的混合控制器。在其他实施方案中，控制器182可仅利用阻抗或被动控制。在其他实施方案中，控制器182可仅利用导纳控制。通过作为混合控制器，控制器182有利地在使用时可具有较低的感知惯性。
139.在例示的实施方案中，控制器182被配置成允许操纵两个医疗器械，并且包括两个柄部184。柄部184中的每个柄部连接到万向支架186。每个万向支架186连接到定位平台188。
140.如图19所示，每个定位平台188包括通过棱柱接头196联接到柱194的选择顺应性装配机器人臂(scara)198。棱柱接头196被配置成沿着柱194(例如，沿着导轨197)平移，以允许柄部184中的每个柄部在z方向上平移，从而提供第一自由度。scara 198被构造成允许柄部184在x-y平面中运动，从而提供两个附加自由度。
141.在一些实施方案中，一个或多个负荷传感器定位在控制器中。例如，在一些实施方案中，负荷传感器(未示出)定位在万向支架186中的每个万向支架的主体中。通过提供负荷传感器，控制器182的部分能够在导纳控制下操作，从而在使用时有利地减小控制器的感知惯性。在一些实施方案中，定位平台188被配置用于导纳控制，而万向支架186被配置用于阻抗控制。在其他实施方案中，万向支架186被配置用于导纳控制，而定位平台188被配置用于阻抗控制。因此，对于一些实施方案，定位平台188的平移自由度或方位自由度可依赖于导纳控制，而万向支架186的旋转自由度依赖于阻抗控制。
142.f.导航和控制。
143.传统的内窥镜检查可以涉及使用荧光透视(例如，如可以通过c形臂递送的)和其他形式的基于辐射的成像模态，以向操作医师提供腔内指导。相比之下，本公开所设想的机器人系统可以提供基于非辐射的导航和定位装置，以减少医师暴露于辐射并且减少手术室
内的设备的量。如本文所用，术语“定位”可以指确定和/或监测对象在参考坐标系中的方位。诸如术前标测、计算机视觉、实时em跟踪和机器人命令数据的技术可以单独地或组合地使用以实现无辐射操作环境。在仍使用基于辐射的成像模态的其他情况下，可以单独地或组合地使用术前标测、计算机视觉、实时em跟踪和机器人命令数据，以改进仅通过基于辐射的成像模态获得的信息。
144.图20是示出根据示例实施方案的估计机器人系统的一个或多个元件的位置(诸如器械的位置)的定位系统90的框图。定位系统90可以是被配置成执行一个或多个指令的一组一个或多个计算机装置。计算机装置可以由上文讨论的一个或多个部件中的处理器(或多个处理器)和计算机可读存储器来体现。通过示例而非限制，计算机装置可以位于图1所示的塔30、图1至图4所示的推车11、图5至图14所示的床等中。
145.如图20所示，定位系统90可包括定位模块95，该定位模块处理输入数据91-94以生成用于医疗器械的远侧末端的位置数据96。位置数据96可以是表示器械的远侧端部相对于参考系的位置和/或取向的数据或逻辑。参考系可以是相对于患者解剖结构或已知对象(诸如em场发生器)的参考系(参见下文对于em场发生器的讨论)。
146.现在更详细地描述各种输入数据91-94。定位模块95可使用术前标测来生成模型数据91。术前标测可以通过使用低剂量ct扫描的集合来完成。术前ct扫描被重建为三维图像，该三维图像被可视化，例如作为患者的内部解剖结构的剖面图的“切片”。当总体上分析时，可以生成用于患者的解剖结构(诸如患者肺网络)的解剖腔、空间和结构的基于图像的模型。可以从ct图像确定和近似诸如中心线几何形状的技术，以形成患者解剖结构的三维体积，其被称为模型数据91(当仅使用术前ct扫描生成时也称为“术前模型数据”)。中心线几何形状的使用在美国专利申请14/523,760中有所讨论，其内容全文并入本文中。网络拓扑模型也可以从ct图像中导出，并且特别适合于支气管镜检查。
147.在一些实施方案中，器械可以配备有相机以向定位模块95提供视觉数据(或图像数据)92。定位模块95可处理视觉数据92以实现一个或多个基于视觉的(或基于图像的)位置跟踪模块或特征部。例如，术前模型数据91可以与视觉数据92结合使用，以实现对医疗器械(例如，内窥镜或推进通过内窥镜的工作通道的器械)的基于计算机视觉的跟踪。例如，使用术前模型数据91，机器人系统可以基于内窥镜的行进预期路径根据模型生成预期内窥镜图像的库，每个图像连系到模型内的位置。在外科手术进行时，机器人系统可以参考该库，以便将在相机(例如，在内窥镜的远侧端部处的相机)处捕获的实时图像与图像库中的那些图像进行比较，以辅助定位。
148.其他基于计算机视觉的跟踪技术使用特征跟踪来确定相机的运动，并且因此确定内窥镜的运动。定位模块95的一些特征可以识别术前模型数据91中的与解剖腔对应的圆形几何结构并且跟踪那些几何结构的变化以确定选择了哪个解剖腔，以及跟踪相机的相对旋转和/或平移运动。拓扑图的使用可以进一步增强基于视觉的算法或技术。
149.光流(另一种基于计算机视觉的技术)可以分析视觉数据92中的视频序列中的图像像素的位移和平移以推断相机运动。光流技术的示例可以包括运动检测、对象分割计算、亮度、运动补偿编码、立体视差测量等。通过多次迭代的多帧比较，可以确定相机(以及因此内窥镜)的运动和位置。
150.定位模块95可以使用实时em跟踪和em数据93来生成内窥镜在全局坐标系中的实
时位置，该全局坐标系可以被配准到由术前模型表示的患者的解剖结构。在em跟踪中，包括嵌入在医疗器械(例如，内窥镜工具)中的一个或多个位置和取向中的一个或多个传感器线圈的em传感器(或跟踪器)测量由定位在已知位置处的一个或多个静态em场发生器产生的em场的变化。由em传感器检测的位置信息被存储为em数据93。em场发生器(或发射器)可以靠近患者放置，以产生嵌入式传感器可以检测到的低强度磁场。磁场在em传感器的传感器线圈中感应出小电流，可以对该小电流进行分析以确定em传感器与em场发生器之间的距离和角度。这些距离和取向可以在外科手术进行时“配准”到患者解剖结构(例如，术前模型)，以确定将坐标系中的单个位置与患者的解剖结构的术前模型中的方位对准的几何变换。一旦配准，医疗器械的一个或多个方位(例如，内窥镜的远侧末端)中的嵌入式em跟踪器可以提供医疗器械通过患者的解剖结构的进展的实时指示。
151.机器人命令和运动学数据94也可以由定位模块95使用以提供用于机器人系统的位置数据96。可以在术前校准期间确定从关节运动命令得到的装置俯仰和偏航。在外科手术进行时，这些校准测量可以与已知的插入深度信息结合使用，以估计器械的方位。另选地，这些计算可以结合em、视觉和/或拓扑建模进行分析，以估计医疗器械在网络内的方位。
152.如图20所示，定位模块95可使用多个其他输入数据。例如，尽管在图20中未示出，但是利用形状感测纤维的器械可以提供形状数据，定位模块95可以使用该形状数据来确定器械的位置和形状。
153.定位模块95可以组合地使用输入数据91-94。在一些情况下，这样的组合可以使用概率方法，其中定位模块95向根据输入数据91-94中的每个输入数据确定的位置分配置信度权重。因此，在em数据可能不可靠(如可能存在em干扰的情况)的情况下，由em数据93确定的位置的置信度可能降低，并且定位模块95可能更重地依赖于视觉数据92和/或机器人命令和运动学数据94。
154.如上所讨论的，本文讨论的机器人系统可以被设计成结合以上技术中的一种或多种技术的组合。位于塔、床和/或推车中的机器人系统的基于计算机的控制系统可以将计算机程序指令存储在例如非暂态计算机可读存储介质(诸如永久性磁存储驱动器、固态驱动器等)内，该计算机程序指令在执行时引起系统接收并且分析传感器数据和用户命令，生成整个系统的控制信号并且显示导航和定位数据，诸如器械在全局坐标系内的方位、解剖图等。
155.2.用于机器人医疗系统的轴向运动驱动装置
156.本节涉及驱动装置，该驱动装置被构造成驱动医疗器械的轴的轴向运动。驱动装置可以用于例如在医疗规程期间驱动医疗器械的轴插入患者体内。医疗器械可以是例如输尿管镜、胃镜、支气管镜以及其他类型的内窥镜和腹腔镜。医疗器械的轴可以被构造用于插入患者体内。轴可以是例如细长轴、柔性轴和/或可关节运动轴。轴向运动可以包括医疗器械的轴在沿着轴的纵向轴线的方向上的移动。例如，轴向运动可以包括将轴插入患者体内和/或从患者体内回缩和/或相对于驱动装置插入和/或回缩。
157.驱动装置可以与机器人医疗系统一起使用，包括以上参考图1至图20描述的那些、以下描述的那些以及其他。在一些实施方案中，驱动装置可用于执行各种医疗规程，例如输尿管镜检查、胃镜检查、支气管镜检查等。在一些实施方案中，驱动装置可以是可重复使用的、可再利用的或一次性工具，该工具被构造成联接到如上所述的机器人臂、器械驱动机构
和/或适配器。在一些实施方案中，驱动装置可包括齿轮传动装置或机构组件，以有利于与加载和驱动另一医疗器械或工具的轴的轴向运动相关联的各种特征。
158.如下面将进一步详细描述的，驱动装置(也称为驱动组件)可以被构造成通过驱动装置牵拉或推动医疗器械的轴。驱动装置可以在沿轴的长度的位置处与轴接合。在一些实施方案中，驱动装置包括一组对置的辊(也称为“进给辊”)，该组对置的辊与轴接合并在辊旋转时驱动轴向运动(例如，插入和/或回缩)。在一些实施方案中，驱动装置可以包括胎面(tread)系统、齿条和小齿轮系统或用于驱动轴的轴向运动的其他机构(例如，线性机构)。在一些实施方案中，驱动装置可以被构造成在轴的插入和回缩期间生成和利用一个服务环(或多个服务环)。如本文所用，服务环可以指器械的轴在器械基部(轴从该器械基部延伸)和驱动装置之间的长度，该长度比器械基部和驱动装置之间的距离长。因此，服务环可以提供器械基部与驱动装置之间的松弛。服务环226的示例在图22中示出，下面将更全面地描述。
159.一般来讲，本文所述的驱动装置和相关机器人系统和方法可以提供优于其他装置和系统的一个或多个优点。在一些情况下，与其他机器人系统相比，本文所述的驱动装置可以允许以增加或更高的速度插入和/或回缩医疗器械的轴。例如，在一些机器人系统中，机器人控制的输尿管镜可以(例如，通过尿道口到肾盂)插入患者体内和/或从患者体内回缩的速率受机器人臂的线性速度限制。在此类系统中，插入和回缩速度受到机器人臂能够多快移动的限制。在一些实施方案中，本节中描述的驱动装置和相关机器人系统可以允许增加的插入速度和/或回缩速度。在一些实施方案中，驱动装置可允许插入速度和/或回缩速度大于系统中的机器人臂的线性速度。增加插入速度和/或回缩速度可以大大降低执行一些医疗规程所需的总时间，例如这可以改善患者效果。例如，在输尿管镜检查的情况下，可以将输尿管镜插入肾中以及从肾回缩多次，以便捕获和移除所有肾结石和肾结石碎片。因此，增加的插入速度和/或回缩速度累积地减少了规程所需的总时间，从而降低了成本并改善了患者效果。
160.类似地，在一些情况下，与一些其他机器人系统相比，本文所述的驱动装置和相关机器人系统可以提供改进的插入深度(或行程长度)。在一些基于机器人臂的系统中，插入深度(行程长度)可以被限制到机器人臂的行程长度。对于可能需要较大插入深度或范围的某些规程(诸如胃镜检查)，这可能是不足的。此外，在规程期间使机器人臂移动通过其整个可能的行程长度可能造成运动学挑战，并且可能冒着臂与其他物体碰撞的风险，这可能是不期望的和危险的。如下文将描述的，在一些实施方案中，本技术的驱动装置可以将插入深度增加到超出机器人臂的行程长度。
161.作为另一示例，本文描述的驱动装置和相关机器人系统可减少或防止轴在插入期间屈曲。由于轴通常是柔性的，因此当从医疗器械的后部(例如，从器械柄部或器械基部)驱动插入时，可能发生屈曲。由于机器人臂向相对长的、柔性的和未支撑的轴长度的端部施加力，所以可能发生这种屈曲。驱动装置可以减少或消除屈曲，因为在一些实施方案中，驱动装置在位于轴插入患者体内的点(也称为进入点)附近的点处驱动轴的插入。驱动装置可以提供在接近进入点的位置处而不是在轴的近侧端部作用于医疗器械的轴上的插入力，轴的近侧端部可以位于相对远离进入点的位置处。通过用驱动装置沿着轴的长度并且在接近插入点的位置处施加力，本文描述的驱动装置可以减少或消除轴屈曲。
162.另外，驱动装置可以被构造成限制医疗器械的轴在插入或回缩期间可施加在患者组织上的力的量。如将在下面更全面地描述的，这可以通过将驱动装置构造成使得驱动机构(例如，与轴接合的辊)以规定的力相对于轴滑动来实现。这可以防止或减小轴可以对患者施加比规定的力更大的力的可能性。通过调整该驱动力，系统可以确保保持被认为对于患者是可容忍的或安全的所施加的力的水平。
163.现在将参考图21至图33更全面地描述驱动装置和相关联的机器人系统的特征和优点。这些附图描绘了若干示例性实施方案，这些示例性实施方案旨在说明而非限制本技术的范围。
164.a.具有多个机器人臂的轴向运动驱动系统
165.图21示出了机器人医疗系统200的表示，该机器人医疗系统包括被构造成驱动医疗器械210的细长轴220的轴向运动的驱动装置300。在例示的实施方案中，系统200包括医疗器械210、驱动装置300、第一机器人臂202和第二机器人臂204。如图所示，系统200还包括接近护套250，该接近护套已经插入到患者体内并且提供导管，医疗器械210的轴220可以通过该导管插入。
166.在例示的实施方案中，医疗器械210包括器械基部212(也称为器械柄部)和轴220。轴220可以从基部212延伸或者延伸穿过基部。医疗器械210可以是例如上述医疗器械中的一者，诸如图1的器械13、图3的器械32、图4的器械34、图5的器械40、图8的器械56、图9的器械59、图16的器械70、图17的器械86、图18的器械150或其他医疗器械。如上所述，医疗器械210可以是内窥镜、导管或腹腔镜。在例示的实施方案中，医疗器械210是输尿管镜，但是该示例不应理解为限制性的。根据一些实施方案，第一机器人臂202可以支撑多个医疗器械，并且驱动装置300可以被构造成驱动多个医疗器械中的任何一个或多个医疗器械的运动。例如，第一机器人臂202可以支撑具有工作通道的第一医疗器械(诸如内窥镜或导管)以及第二医疗器械，该第二医疗器械可以是在工作通道内延伸的工作通道器械，诸如活检工具、篮式工具(basketing tool)、激光光纤工具、消融工具或被构造成操纵患者解剖结构内的目标或与患者解剖结构内的目标相互作用的其他工具。
167.器械基部212可以被构造成附接、安装或以其他方式连接或联接到第一机器人臂202。第一机器人臂202可以包括例如如上文参考图16和图17所描述的器械驱动机构，并且器械基部212可以附接到器械驱动机构。器械驱动机构可以包括驱动输出部，该驱动输出部被构造成与器械基部212上的对应驱动输入部接合并致动该对应的驱动输入以操纵医疗器械210。机器人臂202还可以被构造成移动以操纵器械基部212在空间中的位置。
168.轴220可以被构造用于插入患者体内。在一些实施方案中，轴220包括细长轴、柔性轴和/或关节运动轴。轴220可以在近侧端部处连接到器械基部212，并且可以延伸到被构造成插入患者体内的远侧端部。在一些实施方案中，轴220延伸穿过基部212，例如，如图18所示。
169.如图21所示，轴220可以与驱动装置300接合。在例示的实施方案中，驱动装置300包括可以接合或接触轴220的辊312。在一些实施方案中，辊312可包括或包含可变形材料，该可变形材料提供辊312与轴220之间的抓握、摩擦、牵引或压力。在一些实施方案中，可变形材料包括硅橡胶。在例示的实施方案中，当辊312旋转时，轴310可以被牵拉、推动或以其他方式轴向驱动通过驱动装置300。在第一方向上旋转辊312可以引起轴220的插入(例如，
在朝向患者的远侧方向上)，并且在第二相反方向上旋转辊312可以引起轴220的回缩(例如，在远离患者的近侧方向上)。在此，辊312的方向是指辊312的接合轴220的部分的方向。例如，用于插入轴220的第一方向上的旋转是指辊312的接合部分在远侧方向上的旋转，并且用于回缩的旋转是指辊312的接合部分在近侧方向上的旋转。关于如图21所示的辊312的视图，这意味着左辊312逆时针旋转，而右辊312顺时针旋转以使辊312在远侧方向上旋转，反之亦然以使辊312在近侧方向上旋转。如上所述，可以使用其他驱动机构或组件来代替或补充辊312。
170.如图21所示，轴220可以穿过驱动装置300的通道310。在图21的例示实施方案中，通道310包括闭合通道。在其他实施方案中，诸如图23中的例示实施方案，通道310可以包括开放通道310。使用开放通道310可以有利于将医疗器械210的轴220装载到驱动装置300中，这可以简化装置的使用并减少操作时间。例如，开放通道可有利于在外科手术进行时或在医疗规程期间装载和/或卸载医疗器械210，以允许用户诸如执业医生手动对医疗器械210进行调节，而不必将医疗器械210从患者体内完全回缩。在一些实施方案中，并且如下文进一步描述的，驱动装置300可以包括机器人致动的盖，该机器人致动的盖允许通道310被选择性地打开或闭合，以有利于根据需要将轴装载到驱动装置或将轴保持在驱动装置上。
171.驱动装置300可附接到、安装到或以其他方式连接或联接到第二机器人臂204，如图21中所示。第二机器人臂204可以包括器械驱动机构，并且驱动装置300可以附接到器械驱动机构。器械驱动机构可以包括驱动输出部，该驱动输出部被构造成接合和致动驱动装置300上的对应驱动输入部(参见例如图24c中的驱动输入部334、338)以致动或操作驱动装置300。机器人臂204还可以被构造成移动以操纵驱动装置300在空间中的位置。在一些实施方案中，例如，如图21所示，驱动装置300可以被定位在接近护套250附近，例如在接近护套250的1英寸内、1.5英寸内、2英寸内、3英寸内、4英寸内、5英寸内、6英寸内或12英寸内。将驱动装置300定位在轴220将被插入的点附近可减少如上所述的屈曲。如图23所示，在一些实施方案中，驱动装置300可以被构造成(例如，使用夹具322)附接到接近护套250，但是这不一定是所有实施方案中的情况。在一些实施方案中，并且如本文进一步描述的，将驱动装置300附接到接近护套250可以有利于经由与接近护套250联接的驱动装置300或机器人臂204的移动或重新定位，根据需要移动或重新定位接近护套250。
172.在输尿管镜检查的情况下，接近护套250可以包括输尿管接近护套。然而，在一些实施方案中，接近护套250可以包括管或其他结构，轴220可以通过所述管或其他结构插入。在一些实施方案中，接近护套250可以包括细长和柔性接近护套，该接近护套被构造成插入解剖腔中。在其他规程中，也可以使用其他类型的接近护套。在一些实施方案中，不使用接近护套250，并且医疗器械210的细长轴220可以直接插入患者体内(例如，通过自然患者孔口或其他手术接近端口或切口)。
173.图21还示出了驱动装置可以包括收集器222。在一些实施方案中，使用医疗器械210从患者移除的物体可以存放到收集器222中。例如，在输尿管镜检查的情况下，医疗器械210可以包括被构造成从患者体内捕获和提取结石或结石碎片的篮式装置。一旦捕获结石，轴220可以回缩，直到远侧端部被定位在收集器222上。然后可以打开篮使结石掉落到收集器222中。在一些实施方案中，收集器222不必定位在驱动装置上，例如，如图23所示。
174.在图21中，医疗器械210的轴220直接在器械基部212与驱动装置300之间延伸。在
该构型中，当驱动装置300驱动细长轴的轴向运动时，第一机器人臂202可以以对应于由驱动装置300提供的轴向运动的速率的速率和方向移动器械基部212。在这种情况下，轴220的插入速度可以被限制到第一机器人臂202可以移动器械基部212的速度。这可以适用于慢速。例如，当轴220的远侧末端被定位在接近护套250的外部并且因此暴露于患者的组织时(例如，在将护套250的远侧末端插入患者体内时)，慢速可能是期望的。
175.图22示出了处于另一构型的机器人医疗系统200，其中医疗器械210的细长轴220被布置成在第一机器人臂202和第二机器人臂204之间或在器械基部212和驱动装置300之间形成服务环226。服务环226可以包括轴220在器械基部212与驱动装置300之间的长度。当轴220的长度超过器械基部212与驱动装置300之间的距离时，轴220可以下垂，从而在器械基部212与驱动装置300之间形成服务环226。服务环226可以提供轴220的松弛，这种松弛可以用于允许更快的插入和/或回缩。例如，在插入期间，可以收紧服务环226的松弛(缩短或收缩服务环226)。在回缩期间，可以产生服务环226(增加长度或扩展)。如本文所用，扩展或收缩服务环226可以涉及增加或减少服务环226中可用以提供柔性轴的轴向自由度的额外长度的量。
176.作为示例，利用服务环226，驱动装置300可以以比第一机器人臂202可以移动器械基部212的速率快的速率驱动插入。当这种情况发生时，服务环226将被收紧(例如，减少或缩短)。在一些实施方案中，这可以允许轴220的插入，甚至不需要器械基部212与第一机器人臂202一起移动。在一些实施方案中，这可以允许系统200被构造用于以100mm/秒-300mm/秒之间，或者更具体地，以130mm/秒-190mm/秒之间的速率插入。用于在这些范围之外快插入或回缩的其他速度也是可能的。这种类型的快插入可以是合适的，例如，当轴220的远侧末端被定位在接近护套250内时，因为接近护套250可以保护患者的组织。在一些实施方案中，当轴220的远侧末端延伸超出接近护套250(将其暴露于患者的组织)时，系统可以转换为较慢的插入速率，例如，大约5mm/秒-80mm/秒的速率，或者更具体地，20mm/秒-50mm/秒的速率。用于在这些范围之外的慢插入或回缩的其他速度也是可能的，其中慢插入速率比快插入速率慢。较慢的插入速率可以例如如上文参考图21所描述的操作，其中驱动装置300的插入速率与第一机器人臂202的移动速率匹配。
177.作为另一示例，在回缩期间，当轴220的远侧末端被定位成超出接近护套时，驱动装置300可以以较慢的速度驱动回缩。在该较慢的速度下，系统200可以如上文参考图21所述操作，其中驱动装置300的回缩速率与第一机器人臂202的移动速率匹配。当轴220的末端被定位在接近护套250内时，系统200可随后以较快速率回缩，这可产生服务环226(增加其长度或扩展)。驱动装置300的协调操作和第一机器人臂202以缓慢速度移动可以帮助减轻轴屈曲，如果相对较细且柔性的轴220的轴向运动由机器人臂运动单独执行，则轴屈曲可能导致不准确的驱动响应，但是在一些实施方案中，轴220的慢插入或回缩可以使用臂运动202来单独实现，同时驱动装置300与轴220脱离接合。
178.b.驱动装置架构
179.图23至图29示出了可以有利于机器人控制的驱动装置300和机械架构的实施方案。驱动装置300包括联接到驱动输入部的机构，这些驱动输入部能够操作以控制装置的功能，诸如控制辊以推进或回缩轴、打开或闭合辊以有利于轴的装载、以及/或者控制机器人致动的盖以选择性地打开或闭合将医疗器械轴保持在装置上的通道。图23是示出驱动装置
300的实施方案的等轴视图。图23中例示的驱动装置300可以是例如上文参考图21和图22描述的驱动装置300的实施方案。驱动装置300可以被构造成与机器人医疗系统一起使用，诸如上文参考图1至图22或其他描述的机器人医疗系统。如下文将更详细地描述的，驱动装置300可以被构造成与轴(例如，细长轴和/或柔性轴)或医疗器械(诸如内窥镜)接合以及驱动轴或医疗器械的轴向运动(例如，插入和/或回缩)。例如，驱动装置300可以在医疗规程期间使用，以驱动医疗器械的细长轴插入患者体内和/或从患者体内回缩出来。在更具体的(但非限制性)示例中，驱动装置300可以被构造成在输尿管镜检查期间驱动输尿管镜的柔性细长轴插入患者体内和/或从患者体内回缩出来。驱动装置300也可以在各种其他规程中使用，诸如支气管镜检查、内窥镜检查、腔内规程或经导管规程等。
180.驱动装置300可以被构造成附接(例如，连接、安装、接合或以其他方式联接等)机器人医疗系统的机器人臂。作为示例，驱动装置300可以被构造成附接到图1至图4所示的推车11的机器人臂12、图6至图10所示的平台38的机器人臂39或者图14所示的系统140a的机器人臂142a、142b中的任一者。在一些实施方案中，驱动装置300的拆卸允许驱动装置是可重复使用的、可再利用的或一次性工具，其可具有与机器人臂或器械驱动机构不同的使用寿命，机器人臂或器械驱动机构可以是资本设备的一部分。在一些实施方案中，驱动装置300被构造成附接到机器人臂的远侧端部。机器人臂可以移动或关节运动以将驱动装置300定位在空间中。例如，在一些实施方案中，机器人臂可以用于将驱动装置300定位在患者附近的位置，以有利于机器人医疗规程。在一些实施方案中，机器人臂可以在规程期间将驱动装置300维持在固定位置或静止位置。在一些实施方案中，机器人臂可在规程期间移动驱动装置300。
181.驱动装置300可以附接到机器人臂的器械驱动机构(或器械驱动器或驱动单元)。作为示例，驱动装置300可以被构造成附接到图14的器械驱动机构146a、146b、图15的驱动单元63、图16的器械驱动器74或图17的器械驱动器80。器械驱动机构可以包括驱动输出部，该驱动输出部被构造成接合和致动驱动装置300上的对应驱动输入部。驱动装置300的示例性驱动输入部334、338例如在图24c的底视图中示出，这将在下面进一步描述。
182.如图23所示，驱动装置300可以包括外壳302。外壳302可以被构造成(部分地或完全地)围绕或包封驱动装置300的各种内部部件，这些内部部件有利于驱动装置300的功能。驱动装置300的各种内部部件将在下文更详细地描述。如图23所示，外壳302可以包括上部部分304和下部部分306。下部部分306可以被构造成附接到如上所述的机器人臂和/或器械驱动机构。在一些实施方案中，无菌适配器可以被定位在驱动装置300和机器人臂和/或器械驱动机构之间，以便有利于以在医疗规程期间维持无菌区。在例示的实施方案中，外壳302的上部部分304包括上表面308。上表面308可以包括形成在其中的通道310。
183.通道310可以被构造成接纳医疗器械的轴的一部分。在一些实施方案中，在驱动装置300的上表面308上包括通道310可以是有利的，因为其可以允许医疗器械的轴从顶部装载到驱动装置300中，或者相对于轴220侧向地装载。也就是说，由于通道310从上方打开，医疗器械的轴可以以简单的方式从上方或侧向地插入通道中。例如，在包括形成在上表面308中的通道310的一些实施方案中，可以不必将医疗器械的轴穿过包封的引导件以便使轴与驱动装置300接合；相反，轴可以简单地插入到驱动装置300的上表面308上的开放通道310中。这可以简化驱动装置300的使用并且有利地减少使用驱动装置300所需的时间。此外，使
用时间减少可以有利地减少执行医疗规程所需的总时间，从而改善患者效果并降低医疗保健费用。
184.当插入或被定位在通道310内时，医疗器械的轴可以与被定位在驱动装置的外壳302内的辊312接合。例如，在图24a和图24b中示出了辊312，这些图示出了驱动装置300，其中外壳302的上部部分304被移除。如下面将进一步详细描述的，辊312可以被构造成接触(例如，压贴或以其他方式接合)通道310内的医疗器械的轴。辊312可以被进一步构造成旋转以驱动医疗器械的轴的轴向运动(例如，在沿着轴的纵向轴线的方向上的运动)。在一些实施方案中，辊312可以沿第一方向旋转以驱动医疗器械的轴的插入，并且在第二方向上旋转以驱动医疗器械的轴的回缩。
185.在通道310内，驱动装置300还可以包括一个或多个夹具314、316(也称为“卡扣”)，所述一个或多个夹具被构造成将医疗器械的轴固定在通道310内。例如，在例示的实施方案中，驱动装置300包括被定位在通道310的近侧端部处的近侧夹具314和被定位在通道310的远侧端部处的远侧夹具316。图23中仅示出了近侧夹具314和远侧夹具316的一部分。例如，在图24a和图24b中，可以更好地看到近侧夹具314和远侧夹具316，这些图示出了驱动装置300，其中外壳302的上部部分304被移除。如下文将更详细地描述的，近侧夹具314和远侧夹具316可以被构造成将医疗器械的轴固定在通道310内，而不限制(或基本上不限制)轴通过通道的轴向运动。例如，近侧夹具314和远侧夹具316可以被构造成防止轴从通道中提升出来，同时仍然允许轴自由地轴向滑动通过通道310。此外，在一些实施方案中，近侧夹具314和远侧夹具316可被构造成将轴固定在通道310内，而不限制(或不显著限制)轴围绕其纵向轴线滚动的能力。例如，近侧夹具314和远侧夹具316可以被构造成防止轴从通道中提升出来，同时仍然允许轴自由地在通道310内围绕其纵向轴线滚动。例如，近侧夹具314和远侧夹具316的保持部分的内径可以大于医疗器械的轴的外径。在一些实施方案中，驱动装置300可另外地或另选地包括盖318，例如如图26a、图26b、图27a和图27b所示(如下所述)，盖也可被构造成将医疗器械的轴固定在通道310内。
186.在一些实施方案中，近侧夹具314和远侧夹具316可以被构造成向用户提供触觉反馈，指示医疗器械的轴已经被正确地装载到通道310中。例如，在一些实施方案中，近侧夹具314和远侧夹具316可被构造成使得医疗器械的轴卡扣穿过夹具的入口部分(提供触觉反馈并且用于将轴保持在通道内)。同时，在轴已经卡扣穿过夹具314、316的入口部分之后，轴可以保持在保持部分内，该保持部分包括大于轴的直径的直径，以允许器械轴如上所述地自由地轴向滑动穿过该保持部分(例如，允许轴的轴向运动和/或滚动)。
187.在一些实施方案中，通道310可以包括有利于驱动装置300的功能的长度。如上所述，驱动装置300可以被构造成通过与定位在驱动装置300内的辊312接触来驱动医疗装置的轴的轴向运动(插入和/或回缩)。在例示的实施方案中(例如，如图24a和图24b所示)，辊312包括被定位在通道310的对置侧上的左辊和右辊312。辊312与医疗器械的轴之间的接触可被限制为紧邻对置的辊312之间的小接触区域。由于接触区域相对较小(例如，当与轴的总长度相比时)，轴可以倾向于围绕其接触辊312的点枢转或倾斜。这可能在保持医疗器械的轴的对准方面产生困难。例如，轴可能变得与轴将插入其中的接近护套或患者孔口不对准。通道310的长度可以足以限制或防止这种未对准。增加通道310的长度可限制医疗器械的轴围绕其与辊312的接触点倾斜或枢转的趋势或能力。因此，远侧驱动装置300可以设置
有通道310，该通道具有足以限制或防止医疗器械的轴未对准的长度。
188.在一些实施方案中，通道310的长度可以在通道310的近侧端部与远侧端部之间确定。在一些实施方案中，通道310的长度可以在近侧夹具314和远侧夹具316之间确定。通道310可以包括至少25mm、至少30mm、至少35mm、至少40mm、至少45mm、至少50mm、至少55mm、至少60mm、至少65mm、至少70mm、至少75mm、至少80mm、至少85mm、至少90mm、至少95mm、至少100mm或更长的长度。在已经测试的一个示例中，发现具有长度为大约68mm的通道310的驱动装置300充分地保持医疗器械的轴的对准，以有利于输尿管镜检查规程。在一些实施方案中，辊312被定位成在通道310的近侧端部和远侧端部之间的点处或在近侧夹具314和远侧夹具316之间的点处与轴接触和接合。
189.在例示的实施方案中，通道310包括喇叭形或锥形部分320。锥形部分320可以被定位在通道310的近侧端部处。在一些实施方案中，通道310的长度(如上所述)包括锥形部分320的长度。在一些实施方案中，通道310的长度(如上所述)不包括锥形部分320的长度。如上文参考图21和图22所描述的，医疗器械的轴可以在驱动装置300和被定位在驱动装置300附近的医疗器械的基部(例如，连接到附加的机器人臂)之间形成服务环。锥形部分320可以有利于以一定角度和/或带有服务环将轴进给到驱动装置300中，同时避免柔性轴中的急剧弯曲。例如，锥形部分320可提供用于柔性轴以各种角度进给到通道310的近侧端部中的空间，而锥形部分的侧壁可在轴进入驱动装置的区域处为轴提供扩大的弯曲半径或平滑的入口点。锥形部分320还可以适应驱动装置300和器械基部之间的一定程度的未对准。此外，当驱动装置300驱动医疗器械的轴的轴向运动时，锥形部分320可以有利于将轴进给通过驱动装置300。
190.如图23所示，驱动装置300还可以包含联接构件、接合装置或夹持器，其在图23中示出为夹具322。夹具322可以被定位在驱动装置300的远侧端部上。夹具322可以被构造成与接近护套接合。接近护套可以例如被插入患者体内并且提供导管，医疗器械的轴可以被插入该导管中。在一些实施方案中，夹具322被构造成与接近护套的近侧端部接合。在一些实施方案中，夹具322被构造成支撑接近护套。例如，夹具322可以支撑接近护套的近侧端部。在一些实施方案中，接近护套主要由患者支撑(例如，通过插入患者体内)或通过一些其他结构来支撑，并且夹具322与接近护套接合以使驱动装置300相对于接近护套定向。利用夹具322将驱动装置300接合到接近护套可以有利于驱动装置300与接近护套之间的对准。例如，将夹具322与接近护套接合可将驱动装置300的通道310与接近护套对准。
191.在一些实施方案中，夹具322可以是基于弹簧的夹具。例如，夹具322可以包括弹簧，诸如扭转弹簧或其他类型的弹簧，弹簧将夹具322偏置到闭合位置。可以克服弹簧力以打开夹具322，然后弹簧力可以将夹具322夹紧到接近护套250上。在一些实施方案中，夹具322可以手动操作。在其他实施方案中，夹具322可以是机器人控制的。在一些实施方案中，夹具322可以是自定心夹具。自定心特征可以通过以下方式有利于可用性：允许夹具322的对置侧在打开时(例如，当被用户手动打开或致动时)在相反方向上分叉，然后当弹簧被释放时，夹具322可以闭合到接近护套上，同时保持夹具的中心(以及因此接近护套的入口)与通道310的出口之间的对准。
192.在图23的例示实施方案中，驱动装置300的外壳302被构造成在夹具322和通道310的远侧端部或出口326之间包括空间或间隙324。为了实现间隙324，夹具322可以被定位在
臂328上，该臂从驱动装置300的主体延伸。如图所示，臂328可以是c形的，使得在夹具322和驱动装置300的主体上的通道310的出口326之间形成间隙324。在一些实施方案中，臂328形成在外壳302的上部部分304上或从该上部部分延伸。间隙324可以被构造成当轴的远侧端部从与夹具322接合的接近护套中抽出时允许接近医疗器械的轴的远侧端部。例如，如上所述，驱动装置300可以用于通过接近护套将医疗器械的轴插入患者体内。接近护套的近侧端部可以与夹具322接合。驱动装置300还可以用于从接近护套的近侧端部抽出医疗器械的轴，直到轴的远侧端部被定位在间隙324内，例如，直到轴的远侧端部被定位在夹具322与通道310的出口326之间。这可以允许接近轴的远侧端部。
193.在一些实施方案中，间隙324和通向医疗器械的轴的远侧末端的通路可便于篮式规程、活检规程或其中从患者的解剖结构内提取物体诸如患者组织、异物或样本的其他规程。例如，在输尿管镜检查中，医疗器械可以包括输尿管镜，该输尿管镜可以包括工作通道，通过该工作通道可以插入篮式装置。可以操纵篮式装置和输尿管镜以从患者提取肾结石。肾结石可以被捕获在篮式装置中。在肾结石被捕获的情况下，输尿管镜可以回缩(使用驱动装置300)直到输尿管镜的远侧端部被定位在间隙324内。然后可以打开篮装置，从而允许移除肾结石。然后通过接近护套(使用驱动装置300)将输尿管镜重新插入患者体内，并且可以重复该过程以捕获另外的结石。在一些实施方案中，当轴的远侧末端被定位在间隙324内时，可以将移除的肾结石掉落或以其他方式存放到收集器中。收集器可以被定位在驱动装置300上(例如，如图21或图22所示)或以其他方式定位在间隙324下方。类似的过程可用于任何其他提取的物体或任何其他工作通道器械，该工作通道器械在其远侧端部具有端部执行器或工具，该端部执行器或工具能够操纵患者体内的物体和/或从中释放物体。
194.图24a和图24b是图23的驱动装置300的等轴视图和顶视图，示出了外壳302的上部部分304被移除。在这些视图中，示出了驱动装置300的各种内部部件，包括例如如上所述的辊312以及近侧夹具314和远侧夹具316。
195.如图24a和图24b所示，驱动装置300可以包括辊312，辊被构造成驱动医疗器械的轴的轴向运动。如上所述，辊312可以被定位在通道310的对置侧上，以便当轴被装载到驱动装置300中时定位在医疗器械的轴的对置侧上。因此，辊312可以被认为是对置的辊。如下文将更详细地描述的，辊312可以被构造成在第一位置与第二位置之间移动(例如，平移)。在第一位置，辊312可以被构造成与医疗器械的轴接合。例如，在第一位置，辊312可以压在医疗器械的轴的对置侧或相反侧上或以其他方式与医疗器械的轴的对置侧或相反侧接合。在一些实施方案中，当辊312处于第一位置时，它们可以在第一方向上旋转以驱动医疗器械的轴的插入。在一些实施方案中，当在第二方向上旋转时，辊312可以驱动医疗器械的轴的回缩。当辊312移动到第二位置时，辊312可以间隔开，使得辊312与医疗器械的轴间隔开，以便辊不接合轴。因此，第二位置可以是辊312的装载位置。例如，辊312可以移动分开到第二位置，医疗器械的轴可以装载到通道310中，并且辊312可以移动到第一位置以便与医疗器械的轴接合。
196.在图24a和图24b的例示实施方案中，驱动装置300包括弹簧330。弹簧330可以被构造成将辊312朝向第一位置(例如，闭合位置，其中辊312与细长轴接合)偏置。为了将辊312移动到第二位置(例如，打开位置或装载位置)，机器人驱动输出部以克服弹簧330的弹簧力。除了将辊312朝向第一位置偏置之外，弹簧330还可以被构造成提供使辊312与医疗器械
的轴接合所需的压力或摩擦力。例如，弹簧330确定辊312压入医疗器械的轴中的力有多大。可以选择弹簧330的力，以便提供抵靠医疗器械的轴的期望的压力或摩擦。在一些实施方案中，弹簧330的弹簧力可用于控制或限制医疗器械的轴在插入和回缩期间可施加在患者的解剖结构上的压力或力。这可以通过选择或设置与辊312的摩擦驱动力相对应的弹簧力，使得辊312将在规定的负载下在医疗器械的轴上开始滑动来实现。通过调整该驱动力，系统可以保持被认为或限定为对患者是可忍受或安全的所施加的力的水平。
197.在例示的实施方案中，弹簧330包括机械弹簧，诸如扭转弹簧。也可以使用其他类型的弹簧，诸如螺旋弹簧或其他弹簧。在机械弹簧的情况下，弹簧330的力可以通过调节弹簧330的尺寸和/或制成它们的弹簧330的材料来调节(以提供上述安全特征)。另外，也可以考虑驱动装置300的各种其他参数。例如，可以调节辊312的接触区域的材料，以在医疗器械的轴和辊312之间提供不同的摩擦系数。类似地，还可以调节医疗器械的轴的摩擦系数。这些参数中的一个或多个参数可以被配置成使得辊312相对于细长轴的轴滑动，以减少或防止轴在患者的解剖结构上施加过多的力。在一些实施方案中，可以省略弹簧330，并且驱动装置300可以包括虚拟弹簧，该虚拟弹簧经由驱动轴或驱动输入部的操作来控制以对轴施加力。例如，如下文将描述的，驱动装置300可以包括各种驱动输入部334、338，这些驱动输入部可以被构造成控制辊312的旋转以及在第一位置和第二位置之间移动辊312(例如，打开和闭合辊312)。代替或除了包括弹簧330之外，系统可以以提供类似于机械弹簧的功能的方式操作这些驱动输入部334、338，从而提供可紧贴轴的虚拟弹簧。
198.图24b还示出了辊驱动轴332。驱动轴332可以在器械驱动机构、适配器或机器人臂上提供驱动输出部，所述驱动输出部联接到驱动装置300上的对应和互补驱动输入部，如下文进一步描述。在例示的实施方案中，辊驱动轴332可以被构造成驱动辊312的旋转。例如，驱动轴332可以旋转以在辊312处提供对应的旋转。如图所示，驱动装置300可以包括两个辊驱动轴332，每个辊驱动轴与辊312中的一个辊相关联。因此，在例示的示例中，辊312中的每个辊可以独立地驱动。在一些实施方案中，仅包括单个辊驱动轴332，并且单个辊驱动轴332可被构造成驱动两个辊312的旋转。如下文将描述的，辊驱动轴332可以连接到辊驱动输入部334(如图24c所示，如下所述)。辊驱动轴332也可以连接到辊312。在例示的实施方案中，辊驱动轴332通过齿轮组件335连接到辊312(如图25b和图25c所示，如下所述)。在其他实施方案中，辊驱动轴332可以以其他方式连接到辊312。作为示例，辊驱动轴332可以直接连接到辊312，或者辊驱动轴332可以通过带驱动系统连接到辊312。
199.图24c是驱动装置300的底视图。如图24c所示，驱动装置300可以包括在外壳302的下表面336上的多个驱动输入部334、338。下表面336可以是外壳302的下部部分306的一部分。在例示的实施方案中，驱动装置300包括三个驱动输入部334、338，但在其他实施方案中可包括其他数量的驱动输入部。驱动输入部可处于沿着驱动装置300的下配合表面336间隔开的固定位置，这有利于将驱动输入部334、338联接到机器人系统的对应驱动输入部，这些对应驱动输入部可处于沿着设计用于模块化使用和附接到各种其他器械的对应配合表面间隔开的固定位置。如下文进一步描述的，驱动装置300内的机械部件可允许驱动输入部334、338用于驱动对置的辊的旋转以用于医疗器械轴的轴向运动，以及对置的辊312的位置的变化以允许轴的装载或允许其他使用情况。在例示的实施方案中，三个驱动输入部包括两个辊驱动输入部334和打开/闭合驱动输入部338。驱动输入部334、338中的每个驱动输入
部可以被构造成与机器人臂上或器械驱动机构上的对应驱动输出部接合，例如，如上文参考图16和图17所描述的。例如，每个驱动输入部可以包括插座，该插座被构造成与被构造为花键的驱动输出部配合。驱动输入部和驱动输出部可被构造成接合以在其间传递运动。因此，驱动输出部可以旋转以引起驱动输入部334、338的对应旋转以控制驱动装置300的各种功能。在例示的实施方案中，辊驱动输入部334可以旋转以引起辊312的旋转。在例示的实施方案中，打开/闭合驱动输入部338可以被旋转以使辊312在上述第一位置和第二位置(例如，闭合位置和打开位置)之间移动。在一些实施方案中，打开/闭合驱动输入部338也可以被操作以在打开位置和闭合位置之间致动盖，以与进给辊的接合或脱离接合协调地打开或闭合通道。
200.图24d和图24e是驱动装置300的前(远侧)视图和后(近侧)视图。在这些视图中，已经示出医疗器械的轴220，以便描绘辊312与轴220之间的接合。如图所示，辊312与轴220的相反侧或对置侧接合。轴220被定位在辊312之间。在例示的实施方案中，辊312示出为处于第一位置，其中辊312压入轴220中或以其他方式与轴接合。在此位置，辊312可以旋转以驱动轴向运动(例如，插入或回缩(相对于图24d和图24e所示的取向进入或离开页面))。
201.图24d和图24e还示出了当轴220已经被装载到驱动装置300中时近侧夹具314和远侧夹具316与轴220的示例关系。如图所示，近侧夹具314和远侧夹具316可以将轴220保持在夹具314、316的直径大于轴的直径的部分内。这种构型可以允许轴220在轴向方向上自由移动(相对于图24d和图24e中所示的取向进入和离开页面)，并且如上所述围绕轴220的纵向轴线自由滚动。在夹具314、316的包括较大直径的部分上方，近侧夹具314和远侧夹具316可以包括分开小于轴220的直径的距离的棘爪。轴220可以被推动通过棘爪以提供触觉反馈，以及将轴220保持在近侧夹具314和远侧夹具316内，如上所述。
202.图25a是驱动装置300的辊组件340的实施方案的等轴视图。如下文将描述的，在例示的实施方案中，辊组件340可以被构造成驱动医疗器械的轴的轴向运动(通过旋转辊312)，并且还在以上讨论的第一位置和第二位置(例如，闭合位置和打开位置)之间移动辊312。在例示的实施方案中，辊组件340包括右组件和左组件。右组件和左组件中的每一者可以包括载体板342。术语“板”被广泛地用于指代支撑结构，并且载体板342不必被认为是必须平坦的或平面状的。相反，载体板342可包括复杂的形状或几何形状，其被构造成支撑辊组件340的各种部件，如下所述。载体板342也可以称为连杆或其他支撑结构。
203.一般来讲，载体板342支撑或连接到辊组件340的各种其他特征部或结构。例如，在例示的实施方案中，每个载体板342支撑或连接到辊312中的一个辊和辊驱动轴332中的一个辊驱动轴。如图25a所示，辊312被构造成围绕辊轴线344旋转。辊驱动轴332被构造成围绕驱动输入部轴线346旋转。如图所示，辊轴线344和驱动输入部轴线346不必是同轴的。在一些实施方案中，辊轴线344和驱动输入部轴线346是平行的(例如，如图所示)。载体板342还可以支撑或连接到齿轮组件335，如将在下面参考图25b和图25c描述的，该齿轮组件将辊驱动轴332连接到辊312，使得辊驱动输入部334的旋转可以引起辊312的旋转。
204.在例示的实施方案中，载体板342可以被构造成围绕驱动输入部轴线346旋转。载体板342围绕驱动输入部轴线346的旋转可以在第一位置和第二位置(闭合位置和打开位置)之间移动辊312。如上所述，驱动装置300可以包括打开/闭合驱动输入部338，该打开/闭合驱动输入部被构造成使辊312在第一位置与第二位置之间移动。打开/闭合驱动输入部
338可以连接到图25a中所示的打开/闭合驱动轴348。打开/闭合驱动输入部338的旋转可以引起打开/闭合驱动轴348的旋转。打开/闭合驱动输入部338和打开/闭合驱动轴348可以围绕打开/闭合驱动轴线350旋转。打开/闭合驱动轴348可以进一步连接到离轴突起部352。因此，当打开/闭合驱动轴348旋转时，离轴突起部352也围绕打开/闭合驱动轴线350旋转。然而，离轴突起部352不是关于打开/闭合轴线350对称的。因此，离轴突起部352提供偏心构件，该偏心构件可以围绕打开/闭合轴线350沿弧形移动。
205.如图25a所示，载体板342可以各自包括凹坑354。在例示的实施方案中，离轴突起部352被至少部分地定位在载体板342中的一个载体板的凹坑354内。当离轴突起部352围绕打开/闭合轴线350旋转时，离轴突起部可以接触凹坑354的壁，这可以使载体板342围绕驱动输入部轴线346旋转。离轴突起部352也可以旋转到其中离轴突起部不接触凹坑354的壁的位置。在此位置，在离轴突起部352不接触凹坑354的情况下，由辊312施加在医疗器械的轴上的力完全由弹簧330确定，如上所述，所述弹簧可以被调整以提供期望的力。在此位置，载体板342可由弹簧330偏置以旋转到其中辊312处于第一位置或闭合位置的位置。旋转离轴突起部352使得其接触并压贴凹坑354的侧壁可以导致载体板342克服弹簧330的弹簧力而旋转。在一些实施方案中，离轴突起部352包括辊，该辊被构造成围绕与打开/闭合驱动轴线350不同轴的轴线旋转。这种辊可以减小离轴突起部352与凹坑354之间的摩擦。
206.在图25a的例示实施方案中，辊组件340仅包括一个打开/闭合驱动轴348和一个离轴突起部352。这是因为，如图25b至图25d最佳所示，两个载体板342已经被齿轮式接合在一起，使得一个载体板342的旋转导致另一个载体板342的相反和对应的旋转。以这种方式，两个载体板342的旋转可以由单个打开/闭合驱动输入部338驱动，如图24c所示。这还可以有利于辊312关于驱动装置300的通道310对称地定位。在例示的实施方案中，尽管仅包括一个离轴突起部352，但是两个载体板342均包括凹坑354，并且凹坑354中的一个凹坑是空的。包括空的凹坑可有利于制造，因为相同或类似的模具可用于每个载体板342。附加地或另选地，第二打开闭合离轴突起部或其他驱动构件可以用于独立地旋转另一载体板，在这种情况下，两个载体板不需要齿轮式接合在一起。
207.图25b和图25c是图25a的辊组件340的等轴视图和顶视图，其中辊312和载体板342的一部分被移除以示出其齿轮组件335的实施方案。如上所述，齿轮组件335可在辊驱动输入部334(图24c和图25c)和辊312(图24a、图24b和图25a)之间传递旋转运动。如图所示，(对于每个载体板342)齿轮组件335可以包括第一齿轮356(例如，太阳齿轮)和第二齿轮358(例如，轨道齿轮)。在例示的实施方案中，第一齿轮356连接到辊驱动输入部332，使得辊驱动输入部332的旋转引起第一齿轮356的旋转。第一齿轮356安装在载体板342上，使得第一齿轮356可以相对于载体板342旋转。第一齿轮356可以围绕驱动输入部轴线346旋转(图25a)。
208.在例示的实施方案中，第一齿轮356与第二齿轮358接合，使得第一齿轮356的旋转引起第二齿轮358的旋转。第二齿轮358安装在载体板342上，使得第二齿轮358可以相对于载体板342旋转。第二齿轮358可以围绕辊轴线344旋转(图25a)。第二齿轮358还附接到辊312(或以其他方式与其接合)，使得第二齿轮的旋转引起辊312的旋转。因此，辊驱动输入部332的旋转可通过由第一齿轮356和第二齿轮358进行的传动而引起辊312的旋转。
209.如上所述，载体板342可以围绕驱动输入部轴线346旋转，以在第一位置和第二位置(闭合位置和打开位置)之间移动辊312。在例示的实施方案中，由于第二齿轮358在远离
驱动输入部轴线346的位置处安装在载体板342上，所以第二/轨道齿轮358也(与载体板342一起)围绕驱动输入部轴线346旋转。当第二/轨道齿轮358与载体板342一起围绕驱动输入部轴线346旋转时，其也围绕第一/太阳齿轮356旋转。
210.围绕第一/太阳齿轮356旋转的第二/轨道齿轮358的这种布置可以在图25c的顶视图中看到。如图25c所示，离轴突起部352可以旋转，使得其接触载体板342的凹坑354，以驱动载体板342沿图25c中箭头所指示的方向旋转。特别地，相对于图中所示的取向，载体板342的底部可以朝页面的中心向内旋转，而载体板342的顶部可以朝页面的外边缘向外旋转。齿轮传动装置360引起另一载体板342的对应和相反的旋转。载体板342中的每个载体板可以围绕对应驱动输入部轴线346旋转。当载体板342旋转时，第二/轨道齿轮358被向外驱动，从而围绕太阳齿轮356旋转。这种布置可能是有利的，因为其允许辊312(图25c中未示出，但连接到第二/轨道齿轮358)被驱动，而不管载体板342的旋转位置如何。这可以适应例如具有不同直径的器械轴。
211.图25d是根据一个实施方案的辊组件340的底视图，示出了辊组件340的辊驱动输入部334和打开/闭合驱动输入部338的关系。
212.图26a至图27b示出了与盖318相关的驱动装置300的各种特征部，盖被构造成将医疗器械的轴保持或固定在驱动装置300的通道310内。图26a和图26b是示出处于闭合位置的盖318的顶视图和侧视图。图26c和图26d是示出处于打开位置的盖318的顶视图和侧视图。图27a和图27b是驱动装置300的顶视图和侧视图，其中外壳302的上部部分被移除以进一步示出盖318的特征部。
213.如图26a和图26b所示，驱动装置300可包括盖318，在所示的闭合构型中，盖可被构造成闭合通道310的一部分。当闭合时，盖318可以被构造成防止医疗器械的轴从通道310提升出来。类似于先前描述的近侧夹具314和远侧夹具316，当闭合时，盖318可以被构造成不限制或基本上不限制器械的轴通过通道310的轴向运动。例如，盖318可以被定位在轴上方，使得其在轴和盖318之间的接触受到限制。类似地，盖318可以被构造成不限制或基本上不限制轴在通道310内围绕其纵向轴线滚动的能力。
214.图26b包括示出了可以沿其移动盖318以打开盖318的示例性方向的箭头。图26c和图26d示出了盖处于打开位置的驱动装置300。在例示的实施方案中，盖318是有利于驱动装置300的紧凑构型的滑动或平移盖。
215.图27a和图27b示出了一个实施方案，其中盖318机械地连系到载体板342中的一个载体板和辊312中的一个辊，使得当载体板342和辊312在第一位置和第二位置之间移动时，盖318自动打开和闭合。如图所示，盖318可以包括被定位在辊313中的一个辊上方的板。盖318可以包括形成在其中的狭槽362。狭槽362可以与从辊312中的一个辊延伸的凸轮364接合。在此示例中，当辊312移动时(例如，当载体板342旋转时)，凸轮364与狭槽362接合以引起盖318的对应移动，从而随着辊312的移动打开和闭合盖318。
216.在一些实施方案中，盖318可被构造成移动到在其打开位置与闭合位置之间的中间位置。在中间位置，盖318仍可闭合通道310，使得保持医疗器械的轴。然而，在中间位置，辊312与医疗器械的轴脱离接合，从而允许轴自由滑动或滚动通过通道310。在一些实施方案中，在期望保持轴但期望轴相对于驱动装置的更多移动自由度的规程期间，盖312的此中间位置用于各种用途案例。在一些实施方案中，在盖318的位置机械地连系到辊312的位置
的情况下(例如，如图所示)，盖可以足够长，使得即使当辊312首先与轴脱离接合时，盖也继续闭合通道310。然后，当辊312继续远离轴移动时，盖318可以继续移动，从而露出通道310。在其他实施方案中，可以通过不同方法控制盖318的位置。例如，其不需要机械地联接到辊312。在一些实施方案中，盖318独立地控制或不机械地连系到辊312，在这种情况下，盖的完全打开、完全闭合或任何其他中间位置可以由另一个驱动输入部控制。此外，虽然例示的实施方案利用凸轮机构打开和闭合滑动或平移盖，但是可以使用其他机构在驱动输入部和盖之间形成操作性联接。附加地或另选地，盖可以是枢转盖，或者通过其他移动被致动打开或闭合。
217.图28是驱动装置300的顶视图，其中外壳302的顶部部分被移除以示出可被包括以检测装置附接的传感器366的实施方案。在一些实施方案中，传感器366可以包括磁体。磁体可以被定位成使得可以用驱动装置300所附接的器械装置机构中的对应传感器(诸如霍尔效应传感器)检测。传感器366可用于检测驱动装置300何时已经与器械驱动机构接合。在一些实施方案中，当驱动装置300附接到器械驱动机构时，传感器可用于设置盖318和/或辊312的位置。例如，当驱动装置300连接到器械驱动机构时，传感器可以提供指示装置已经附接的信号。这可以触发系统打开盖318和/或辊312，使得医疗器械的轴可以装载到装置中。尽管将磁体描述为传感器366，但也可以使用其他类型的传感器，诸如任何接近检测技术。传感器366的数量和位置也可以不同于图28所示。
218.图29a至图29c是驱动装置300的顶视图、底视图和前视图，示出了安装有锁定机构或接片368的实施方案。在一些实施方案中，锁定接片368可以被构造用于在运输和/或储存驱动装置300期间使用。锁定接片368可以被构造成分离辊312，使得辊彼此不接触，这可能导致辊312随时间变形。锁定接片368可以被构造成克服弹簧330的偏置以将辊312保持在第二位置(或打开位置)。在一些实施方案中，锁定接片与载体板342交接以将辊312保持分开。如图29c最佳所示，锁定接片368可以插入装置前面的锁定接片狭槽370中。在使用驱动装置期间移除锁定接片368。
219.c.轴向驱动装置和系统操作
220.图30a至图33示出了可用于控制轴向驱动系统的示例性控制方法以及相关参数和驱动装置状态。
221.图30a至图30b示出了在各种操作状态下控制驱动装置300的方法900。图30a是描绘方法900的流程图，并且图30b示出了处于各种状态的驱动装置300的横截面。在系统200(图21至图22)的上下文中描述方法900，其中医疗器械210由第一机器人臂202支撑和控制，并且驱动装置300由第二机器人臂204支撑和控制，但是应当理解，驱动装置300可以使用其他架构来机器人地或电气地控制。
222.在框905处，驱动装置300被致动到完全闭合状态，其中盖318闭合并且辊312与器械轴220接合。在这种状态下，控制驱动装置300的机器人臂或器械驱动器可以被构造成通过致动辊312来驱动轴220的轴向运动。驱动装置300可以基于从处理器接收的插入或回缩轴220的命令或控制信号而在相对于轴220的任一方向上致动辊312。盖318在该状态下保持闭合，以帮助将轴220保持在通道中，例如，以防止辊将轴向上和侧向地推出通道。
223.在框910处，驱动装置300被致动到中间或部分闭合状态，其中盖318闭合，但是辊312与器械轴220脱离接合。这种状态可提供独立于辊312的细长轴220的移动自由度，同时
仍然用驱动装置300将轴220保持在装载构型。
224.控制驱动装置300的机器人臂或器械驱动器可以被配置成基于从处理器接收的使器械轴220滚动的命令或控制信号将驱动装置300致动到中间状态。第一机器人臂和第二机器人臂的协调操作也可以有利于此类操作。例如，响应于滚动命令，第二机器人臂可以将驱动装置300致动到中间状态，并且第一机器人臂可以使细长轴220围绕其纵向轴线旋转。第一机器人臂可以使用任何合适的技术使细长轴220围绕其纵向轴线旋转，这些技术例如是具有医疗器械的滚动机构的操作、第一机器人臂的旋转、或在机器人臂的端部处的器械驱动器的旋转。
225.另选地或结合地，控制驱动装置300的机器人臂或器械驱动器可以被配置成基于从处理器接收的移动保持驱动装置300的机器人臂的命令或控制信号将驱动装置300致动到中间状态。例如，第二机器人臂204可以具有允许臂重新定位的导纳或手动臂操纵模式。如果机器人臂与接近护套对接，则这可以用于通过分离辊312以及允许轴220独立于辊312自由滑动来将接近护套重新定位在患者体内，或者相对于器械轴移动接近护套。
226.为了将驱动装置300致动到中间状态，控制驱动装置300的机器人臂可以被构造成部分地旋转打开/闭合驱动输入部以使载体板枢转并将辊312与轴220分离，而不完全移动载体板，使得盖318保持通道闭合。另选地，可以如前所述独立地控制盖318。
227.在框915处，驱动装置300被致动到完全打开状态，其中盖318打开并且辊312与器械轴220脱离接合。这种状态可以允许器械轴220在侧向方向上容易地装载到通道中或从通道中装载出来。控制驱动装置300的机器人臂或器械驱动器可以被构造成基于从处理器接收到的装载或卸载器械轴220的命令或控制信号将驱动装置300致动到完全打开状态。这可以基于例如用于此命令的用户输入，或基于(例如，使用驱动装置中的磁体)检测到驱动装置300的附接的命令。
228.图31是处于快驱动或慢驱动的各种状态下的轴向驱动系统的示意图。图32是示出用于在轴向驱动系统中在快驱动速度和慢驱动速度之间转换的示例性过程的流程图，并且图33是可以由机器人系统利用来自动确定是否在用于插入或回缩细长轴的快轴向驱动速度或慢轴向驱动速度之间转换的一些参数的图示。
229.参考图31，描绘了用于驱动装置300和医疗器械210的示例性操作序列，其可以涉及使用第一机器人臂202和第二机器人臂204(图21至图22)的驱动装置300的协调操作和器械基部212的移动。
230.从阶段(a)至阶段(b)，驱动装置300与器械基部212的移动协调操作，以在t1时间段内以慢速率或慢速度将器械轴220回缩距离或路径长度d1。在此，第一机器人臂202(图21至图22)可向近侧或远离驱动装置300回缩，以使器械基部212在相同的时间段内移动与轴回缩距离d1基本上相同的距离d2。因此，在该时间段期间，在轴220的在驱动装置300和器械基部212之间的部分中不产生或扩展服务环，并且以缓慢的轴向运动速率驱动(回缩)轴220，该缓慢的轴向运动速率可由轴的远侧末端的距离随时间的变化d1/t1来限定。尽管驱动装置300可以任选地与轴220脱离接合，并且可通过在缓慢移动时段期间器械基部212或第一机器人臂的单独移动来实现轴220的轴向运动，使器械基部212和第一机器人臂202的移动与驱动装置300的操作协调可通过保持器械轴220的在驱动装置300和器械基部212之间的大致拉紧部分来帮助减轻轴屈曲。
231.从阶段(b)至阶段(c)，驱动装置300与器械基部212的移动协调操作，以在t2时间段内以快速率或快速度将器械轴220回缩距离或路径长度d3。在此，第一机器人臂202(图21至图22)可以向近侧或远离驱动装置300回缩，以使器械基部212在相同的时间段内移动小于轴缩回距离d3的距离d4，使得器械轴220以比器械基部210或第一机器人臂的移动速率快的速率回缩。操作驱动装置300以在此快回缩速率下回缩器械轴使服务环226被产生或扩展，从而在轴向方向上提供更大程度的移动自由度，所述移动自由度不受第一机器人臂或器械基部212的其他可移动支撑件的移动或关节运动能力的限制。因此，在该时间段期间，在轴220的在驱动装置300和器械基部212之间的部分中产生或扩展服务环，并且以较快的轴向运动速率驱动(回缩)轴220，该较快的轴向运动速率可由轴的远侧末端的距离随时间的变化d3/t2来限定。尽管器械基部212可以任选地在较快的移动速率期间保持静止，但是使器械基部212和第一机器人臂202的移动与驱动装置300的操作协调还可以帮助减轻器械轴220中的急剧弯曲，该急剧弯曲可以随着以高速率产生或扩展服务环226而不增加器械基部212和驱动装置300之间的距离而产生。
232.图31中所示的序列(a)-(c)描绘了在轴220的回缩期间从慢轴向运动到快轴向运动的转换，其中产生或扩展服务环226以在轴220中产生松弛。该序列通常可以颠倒以插入轴220，从而从快插入轴向运动转变为慢插入轴向运动。例如，在插入期间，在快插入的时段期间，服务环226可以收缩或者驱动装置300可以收紧松弛。器械基部212或第一机器人臂202可以与驱动装置的操作协调地向远侧或朝向驱动装置移动。然后，系统可以转换到慢插入速率，其中消除服务环或完全收紧松弛，或者以等于或小于器械基部212或第一机器人臂202的移动速率的速率插入轴220。
233.应当理解，轴220可以遵循患者管腔或解剖结构内的曲折路径，使得这些示例中的距离由沿着轴的曲折路径或弯曲长度的变化限定，并且不一定是连接两个位置之间的远侧末端的直线的距离。因此，距离可以由轴行进的路径长度限定。同样，机器人臂或器械基部212的距离可以指机器人臂或器械基部的行进的路径长度。
234.图32至图33描绘了方法1000和与用于使用机器人轴向驱动系统来控制轴的轴向运动的方法相关联的相关参数的实施方案。方法1000和本文描述的任何其他方法可以通过机器人系统的处理器执行存储在计算机可读介质中的指令来实现，使得当执行时，处理器控制机器人系统的部件，诸如臂、器械驱动器和/或镜，以实现该方法。
235.参考图32，在框1005处，方法1000包括检测轴220的远侧末端是否被定位在接近护套250内。如本文所述，接近护套250可以提供导管，轴220可以穿过该导管插入，并且接近护套250可以保护患者组织，使得轴220可以以快插入速率安全地插入。因此，在框1010处，基于检测到远侧末端在接近护套250的安全区内，系统以快轴向运动速率轴向地驱动轴(例如，插入或回缩轴)。在框1015处，基于检测到远侧末端在接近护套250的安全区的外部，例如超出接近护套的远侧端部，系统以慢轴向运动速率轴向地驱动轴(例如，插入或回缩轴)。
236.图33描绘了信息的示例，该信息可以由系统使用以限定接近护套250内的安全区并且自动地检测轴的远侧末端的当前位置是在接近护套内还是在接近护套外。如图33所示，与系统的部件相关联的各种几何信息可以用于检测轴220相对于接近护套250的当前位置，并且确定用于轴220的轴向运动驱动速度。此类几何信息包括例如器械210的轴220的长度l
轴
、接近护套250的长度l
护套
和/或机器人位置信息d
臂
。在此，位置信息d
臂
包括第一机器人
rom)或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储装置，或可以用于存储呈指令或数据结构的形式的期望的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。应当指出的是，计算机可读介质可为有形的和非暂态的。如本文所用，术语“代码”可以指可由计算装置或处理器执行的软件、指令、代码或数据。
245.本文所公开的方法包括用于实现所述方法的一个或多个步骤或动作。在不脱离权利要求的范围的情况下，方法步骤和/或动作可彼此互换。换句话讲，除非正在描述的方法的正确操作需要步骤或动作的特定顺序，否则可以在不脱离权利要求的范围的情况下修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。
246.如本文所用，术语“多个”表示两个或更多个。例如，多个部件指示两个或更多个部件。术语“确定”涵盖多种动作，并且因此，“确定”可包括计算、运算、处理、导出、调查、查找(例如，在表格、数据库或另一种数据结构中查找)、查明等。另外，“确定”可包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等。另外，“确定”可包括解析、选择、挑选、建立等。
247.除非另有明确指明，否则短语“基于”并不意味着“仅基于”。换句话讲，短语“基于”描述“仅基于”和“至少基于”两者。
248.提供对所公开的具体实施的前述描述以使得本领域的任何技术人员能够制作或使用本发明。对这些具体实施的各种修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的，并且在不脱离本发明的范围的情况下，本文所定义的一般原理可应用于其他具体实施。例如，应当理解，本领域的普通技术人员将能够采用多个对应的替代和等同的结构细节，诸如紧固、安装、耦合或接合工具部件的等同方式、用于产生特定致动运动的等同机构、以及用于递送电能的等同机构。因此，本发明并非旨在限于本文所示的具体实施，而是被赋予符合本文所公开的原理和新颖特征的最广范围。