专利名称：手术系统器械操纵器的制作方法在机器人辅助或遥控机器人手术中，外科医生通常操作主控制器，以便在远离病人的位置遥控手术器械在手术部位的运动(例如，横跨手术室，在不同房间或与病人完全不同的建筑物内)。主控制器通常包括一个或更多手动输入设备，例如控制杆，外骨骼手套或其类似物，该输入设备通过在手术部位铰接器械的伺服电机连接到手术器械。伺服电机通常是机电设备或手术操纵器(从动器)的一部分，所述手术操纵器支撑和控制已经被直接引入打开的手术部位或通过套管针套引入体腔(例如病人腹部)的手术器械。在手术期间，手术操纵器提供各种手术器械的铰接和控制，各种手术器械例如组织抓钳、针驱动器、电灼烧探针等，各种手术器械中的每个为外科医生执行不同功能，例如夹持或驱动针，紧握血管，或解剖、灼烧或凝固组织。自由度(DOF)的数量是唯一标识遥控机器人系统姿态/配置的独立变量的数量。由于机器人操纵器是将(输入)关节空间映射到(输出)笛卡尔空间的运动链，DOF的概念可以以这两个空间的任意一个表述。尤其是，关节DOF集合是用于所有独立控制关节的关节变量集合。不失一般性，关节是提供单一平移(棱形关节)或旋转(回转关节)DOF的机构。从运动学建模的角度来考虑，提供多于一个DOF运动的任何机构被认为是两个或更多独立的关节。笛卡尔DOF集合通常由三个平移(位置)变量(例如前后移动，上下移动，左右移动)·和三个旋转(取向)变量(例如欧拉角或滚动/俯仰/偏转角)表示，其中所述变量描述末端执行器(或顶端)参考系相对于给定参考笛卡尔参考系的位置和取向。例如，具有安装在两个独立和垂直导轨上的末端执行器的平面机构具有在两个导轨跨越区域内控制x/y位置的能力(棱形D0F)。如果末端执行器能够围绕垂直于导轨平面的轴线旋转，那么存在与三个输出DOF (末端执行器的x/y位置和取向角)相对应的三个输Λ DOF (两个导轨位置和该偏转角)。虽然在笛卡尔参考系内描述身体的非冗余笛卡尔DOF数量可以是6个(其中所有平移和取向变量是独立控制的)，但是关节DOF的数量通常是涉及考虑机构复杂性和任务规范的设计选择的结果。因此，关节DOF的数量可以是多于、等于或少于6个。对于非冗余运动链，独立控制关节的数量等于末端执行器参照系的移动性程度。对于一定数量的棱形和回转关节D0F，末端执行器参照系将在笛卡尔空间中具有等同数量的DOF (除了在单数配置以外)，其中所述笛卡尔空间中的自由度将对应于平移(x/y/z位置)和旋转(滚动/俯仰/偏转取向角)运动组合。输入和输出DOF之间的区别在具有冗余或“不完全”运动链(例如，机械操纵器)的情况下是非常重要的。尤其是，“不完全”操纵器具有少于6个独立控制关节，因此不具有完全控制末端执行器位置和取向的能力。相反，不完全操纵器受限于仅控制位置和取向变量的子集。另一方面，冗余操纵器具有多于6个关节D0F。因此，冗余操纵器能够使用不止一个关节配置建立期望的6-D0F末端执行器姿态。换句话说，附加自由度不仅能够用于控制末端执行器位置和取向，而且能够控制操纵器自身的“形状”。除了运动自由度以外，操纵器还具有其他D0F，例如夹取夹钳或剪刀刀片的枢转杆运动。通过远程操纵的遥控机器人手术已经能够减少手术中要求的切口尺寸和数量，以便增强病人恢复而且有助于减少病人创伤和不适。然而，遥控机器人手术也产生许多新的挑战。邻近病人的机器人操纵器使得有时候病人侧医务人员难以接近病人，并且对于专为单端口手术设计的机器人，接近单端口是非常重要的。例如，在程序中外科医生通常采用大量不同外科器械/工具，并且易于接近操纵器和单端口和易于交换器械是高度有利的。另一个挑战是由于机电手术操纵器的一部分将位于邻近手术部位。因此，手术操纵器在手术期间会被污染，在手术之间通常被处理或消毒。从成本的角度考虑，优选是对设备进行消毒。然而，伺服电机、传感器、编码器以及对于机器人控制马达必要的电气连接不能使用常规方法消毒，例如蒸汽，加热和加压或化学方法，这是因为在消毒过程中系统部件会被损坏或毁坏。之前已使用无菌帷帘遮盖手术操纵器并且之前已包括适配器通过其进入无菌区域的孔(例如，手腕单元适配器或套管适配器)。然而，这不利地需要在每个程序后对适配器分离和消毒，而且在穿过帷帘孔时导致污染的可能性更大。而且，对于现有多臂手术机器人系统的无菌帷帘设计，系统的每个独 立臂被覆盖，但是这样的设计不适用于单端口系统，尤其是当通过单个从操纵器将所有器械致动器一起移动时。因此，所需要的是用于远程控制病人手术部位处的手术器械的改进的遥控机器人系统、装置和方法。尤其是，这些系统、装置和方法应当被配置成最小化对消毒的需求，从而提高成本效率而且保护系统和手术病人。此外，这些系统、装置和方法应当被设计成在提供器械和操纵器之间准确接口连接的同时，在手术程序中最小化器械交换时间和难度。而且，这些系统和方法应当被配置成最小化形式因素，以便为手术人员在进入端口提供最有效空间同时还提供改进的运动范围。而且，这些系统、装置和方法应当提供组织、支撑和有效操作多个器械通过单个端口，同时减少器械与其他装置之间碰撞。
本公开提供用于遥控机器人手术的改进手术系统、装置和方法。根据一个方面，系统、装置和方法在具有准确和稳固接口的、覆盖有帷帘的器械操纵器和操纵器臂的远端处提供至少一个远程操纵的手术器械，而且还提供容易的器械交换和增强的器械操控，每个手术器械彼此独立工作，并且每个手术器械具有在笛卡尔空间(即，前后移动，上下移动，左右移动，滚动，俯仰，偏转)的至少6个主动/有源受控自由度的末端执行器。在一个实施例中，器械操纵器包括多个独立致动器驱动模块，所述多个致动器驱动模块中的每个包括致动器输出端，其中所述致动器输出端中的每个被配置成在没有来自另一个致动器输出端的力输入的情况下，独立致动手术器械的相应致动器输入端。器械操纵器进一步包括容纳多个独立致动器驱动模块的框架，所述框架包括远端，每个所述致动器输出端从所述框架的所述远端向远侧伸出，以便接合所述手术器械的所述相应致动器输入端。在另一个实施例中，机器人手术系统包括定位机器人手术系统的远距离运动中心的设置连杆、可操作连接于所述设置连杆的近侧连杆、可操作连接于所述近侧连杆的远端连杆以及如上所述的多个器械操纵器，所述多个器械操纵器可操作连接于在远侧连杆远端处的可旋转元件。该系统进一步包括多个手术器械，所述手术器械中的每个可操作连接于相应器械操纵器。通过考虑下列一个或更多实施例的详细描述，本领域的技术人员会获得对本公开实施例的更完整理解，以及其额外优势的实现。首先简要描述随附的附图。图IA和图IB分别示出根据本公开实施例的在带有无菌帷帘和不带无菌帷帘的遥控手术系统中病人侧支撑组件的示意图。图2A示出带有无菌帷帘和安装器械的遥控手术系统实施例的图解透视图。图2B和2C分别示出图2A没有显示无菌帷帘的遥控手术系统的侧视图和俯视图。图3示出操纵器基座平台、器械操纵器群以及安装器械实施例的透视图。图4A和4B分别示出器械操纵器沿插入轴线伸展和收缩的透视图。图5A-1和5B-1示出支撑钩将器械传动机构的近侧面连接到器械操纵器远侧面的操作，以及图5A-2和5B-2分别示出图5A1和5B1的剖视图。图5C-1到5C-4示出没有外壳的器械操纵器的不同视图。图6A-6B示出根据本公开实施例的器械操纵器的夹钳模块的不同视图。图7A示出根据本公开实施例的器械操纵器万向节致动器模块视图。图7B示出根据本公开实施例的器械操纵器的滚动模块视图。图8示出根据本公开实施例的器械操纵器可伸缩(telescopic)插入轴线视图。图9A和9B分别示出配置成安装到器械操纵器的器械的近侧部分和远侧部分透视图。图10示出根据本公开实施例的可操作连接于器械的器械操纵器的剖视图。图11A-11B分别示出根据本公开实施例的部分无菌帷帘在收缩状态和展开状态的透视图。图IlC示出根据本公开实施例安装到包括基座平台的操纵器臂远端的旋转无菌帷帘部分的剖视图。图IlD示出根据本公开实施例的展开无菌帷帘。图12示出根据本公开实施例包括无菌适配器的展开的无菌帷帘部分的透视图。图13A和13B分别示出根据本公开实施例的组装无菌帷帘适配器透视图和无菌适配器分解图。图13C示出根据本公开实施例的滚动致动器接口放大图。图14A和14B示出根据本公开实施例的器械操纵器底部透视图和底视图。图15示出根据本公开实施例的可操作连接于无菌适配器的器械操纵器底部透视图。图16A-16E示出根据本公开实施例连接器械操纵器和无菌适配器的顺序。图17A-17C示出根据本公开实施例将手术器械连接到无菌适配器的顺序。图18A和18B分别示出器械和无菌适配器在接合前的放大透视图和侧视图。图19A和19B分别示出可移动套管支架在收缩位置和伸展位置的透视图。图20A和20B示出根据实施例的安装在套管夹具上的套管的正面透视图和后透视图。图21单独示出套管的透视图。图22示出根据本公开实施例的图21的套管和图23A及23B的安装进入导引装置的横截面视图，其中所述进入导引装置结合安装在操纵器平台上的器械操纵器的器械。图23A和23B示出图22进入导引装置透视图和俯视图。图24示出根据本公开实施例的另一个套管和另一个安装的进入导引装置横截面视图，其中所述进入导引装置结合安装在操纵器平台上器械操纵器的器械。图24A-24B分别示出另一个可移动套管安装臂在收缩位置和伸展位置的透视图。图24C示出根据另一个实施例的套管近侧顶部。图24D示出根据另一个实施例的在套管安装臂远端的套管夹具。图25A-25C、26A-26C以及27A-27C示出带有器械操纵器组件滚动轴线或指向不同方向的器械插入轴线的手术系统不同视图。图28示出根据实施例的用于微创遥控手术系统的集中运动控制系统的示意图。图29示出根据实施例的用于微创遥控手术系统的分布运动控制系统的示意图。
图30A-30B示出根据实施例的机器人手术系统平衡连杆的不同视图。图31示出根据实施例的没有外部壳体的平衡连杆的视图。图32A和32B分别示出根据实施例的平衡连杆远侧部分的底部透视图和剖视图。图33示出没有端塞的平衡连杆远侧部分侧视图，图34示出端塞线性导引装置的放大透视图，以及图35示出根据本公开各方面的调整销的透视图。图36A-36C示出根据本公开各方面的调整销相对于线性导引装置移动端塞的运动范围的侧剖视图。图37A-37C示出根据本公开各方面的平衡近侧连杆远端的细节视图。通过参考后面的详细描述，能够最好理解本公开的实施例及其优势。应当明白类似参数数字标记用于标识一个或更多附图中的类似元件。还应当明白这些附图不必按照比例绘制。

在一个示例中，术语“近端的”或“近侧”一般用于描述沿系统运动的运动链更靠近操纵器臂基座或沿系统运动的运动链更远离远距离运动中心(或手术部位)的对象或元件。类似地，术语“远端的”或“远侧” 一般用于描述沿系统运动的运动链更远离操纵器臂基座或沿系统运动的运动链更靠近远距离运动中心(或手术部位)的对象或元件。用操作员在主控设备的输入控制机器人从动设备和在工作部位执行工作是已知的。这样的系统被称为各种名称，诸如遥控操作、遥控操控或遥控机器人系统。一种类型的遥控操控系统向操作员提供在工作部位的感知，例如这样的系统称为远程呈现系统。由加利福利亚Sunnyvale的直观外科手术公司(Intuitive Surgical, Inc.)销售的da. Vinci 手术系统是带有远程呈现的遥控操作系统的示例。美国专利US6574355 (2001年3月21日提交)公开了这样一种手术系统的远程呈现基本原则，其合并于此作为参考。遥控操作手术系统(具有或没有远程呈现特征)可以称为遥控手术系统。为了避免各个方面和说明性实施例在下面附图和描述中的重复，应当理解许多特征对于许多方面和实施例是共同的。描述或附图方面的忽略不意味着合并该方面的实施例漏掉了该方面。相反，忽略该方面是为了清晰起见和避免冗长的描述。因此，参考一个描绘·和/或描述的实施例描述的各方面可以存在于或应用于其他描绘和/或描述的实施例，除非这样做是不实际的。因此，几个通用方面应用于下列各种描述。适用于在本公开的各种手术器械、导引管以及器械组件在美国专利申请No. 11/762165 (2007年6月13提交；美国专利申请公开号US2008/0065105A1)中进一步描述，该申请合并于此作为参考。单个手术器械或包括导引管、多个器械和/或多个导引管的手术器械组件适用于本公开中。因此，可以使用各种手术器械，每个手术器械彼此不受影响地工作，并且每个手术器械都具有末端执行器。在某些实例中，末端执行器经由病人中的单进入端口以笛卡尔空间中的至少6个主动受控DOF (BP,前后移动，上下移动，左右移动，滚动，俯仰，偏转)操作。一个或更多附加末端执行器DOF可以应用于，例如在夹持或剪切器械中末端执行器的夹钳运动。例如，在各个附图中示出或描述至少一个手术末端执行器。末端执行器是执行特定手术功能的微创手术器械或组件的部分(例如镊子/夹持器，针驱动器，剪刀，电灼钩，钉合器，施夹钳/消除器等)。许多末端执行器自身具有单一 DOF (例如，打开和闭合的夹持器)。末端执行器可以通过提供一个或更多额外DOF的机构(诸如“手腕”型机构)连接于手术器械主体。这种机构的示例在美国专利US6371952 (Madhani等人于1999年6月28日提交)和美国专利US6817974 (Cooper等人于2002年6月28日提交)中示出，这两个专利合并于此作为参考，这种机构可以是通常所说的用在da Vmci P手术系统的8mm和5mm器械上的各种直观外科手术公司的Endowrist 机构。虽然本文所述手术器械通常包括末端执行器，应当理解在某些方面末端执行器可以被省略。例如，器械主体轴件的钝远侧顶端可用于牵开/收缩组织。作为另一个示例，吸入或冲洗开口可以存在于主体轴件远侧顶端或手腕机构。在这些方面中，应当理解定位和定向末端执行器的描述包括不具有末端执行器的手术器械顶端的定位和定向。例如，陈述末端执行器顶端参考系的描述应当解读为包括不具有末端执行器的手术器械的顶端的参考系。在整个说明书中，应当理解单立体成像系统或立体成像系统/图像获取部件/摄像机设备可以放置在器械的远端，无论末端执行器是否示出或描述(可以认为该设备是“摄像机器械”)，或者其可以放置在靠近或处于任何导引管或其他器械组件元件的远端。因此在所述这些方面和实施例的上下文范围内，本文所用的术语“成像系统”等应当广义解释为包括图像获取部件和图像获取部件及其关联线路和硬件的结合。这样的内窥镜成像系统(例如，光学的、红外的、超声波的等)包括带有远侧定位图像感应芯片和经由有线或无线连接将获取图像转发到身体外部的关联电路的系统。这种内窥镜成像系统也包括(例如，通过利用棒状透镜或光纤)将获取图像转发到身体外部的系统。在某些器械或器械组件中，可以使用直接观看光学系统(在目镜直接观看内窥镜图像)。远侧定位半导体立体成像系统的示例在美国专利申请No. 11/614661 (由Shafer等人于2006年12月21日提交，公开“Stereoscopic Endoscope (立体内窥镜)”)中描述,其合并于此作为参考。为了清晰起见，公知的内窥镜成像系统部件(诸如电气和光纤照明连接)被忽略或象征性表示。在附图中用于内窥镜成像的照明通常由单个照明端口表示。应当理解这些表示法是示例性的。照明端口的尺寸、位置和数量可以改变。照明端口通常被布置在(多个)成像孔的多个侧面或完全环绕该成像孔，以便最小化深阴影。在本说明书中，套管通常用于防止手术器械或导引管摩擦病人组织。套管可以用于切口和自然孔口。对于器械或导引管相对于其插入(纵向的)轴线不频繁地平移或转动的 情况，可以不使用套管。对于需要吹入的情况，套管可以包括防止过量吹入气体穿过器械或导引管泄漏的密封件。支持吹入和需要在手术部位吹入气体的程序的套管组件示例可以在美国专利申请 No. 12/705439 (2010 年 2 月 12 日提交；公开 “Entry Guide for MultipleInstruments in a Single Port System (单端口系统中多器械的进入导引装置)”)中找至IJ，其全部公开处于所有目的合并到本文作为参考。对于不需要吹入的胸腔手术，可以省略套管密封件，并且如果器械或导引管插入轴线移动是极小的，那么可以省略套管自身。在相对于导引管插入的器械的某些配置中，刚性导引管可以起套管的作用。套管和导引管可以是例如钢或模压塑料。比钢便宜的塑料可以适于一次性使用。各种实例以及柔性手术器械和导引管的组件在上述引用的美国专利申请No. 11/762165中示出和描述。在本说明书中，这种柔性以各种方式实现。例如，器械或导引管的节段可以是连续弯曲的柔性结构，例如基于螺旋缠绕线圈或基于除去各个节段(例如，缝型切口)的管的一个节段。或者，柔性部分可以由一系列短的、可枢转连接的节段(“椎骨”)组成，其中所述可枢转连接节段提供类似蛇形的连续弯曲结构。器械和导引管结构可以包括在美国专利申请公开号US2004/0138700中的那些器械和导引管结构(由Cooper等人于2003年12月2日提交)，其合并于此作为参考。为了清晰起见，附图和关联描述一般仅示出器械和导引管的两个节段，术语称为近侧(更靠近传动机构；远离手术部位)和远侧(远离传动机构；更靠近手术部位)。应当理解器械和导引管可以分为三个或更多节段，每个节段是刚性的、被动柔性/无源柔性或主动柔性/有源柔性的。为了清晰起见，用于远侧节段、近侧节段或整个机构的所述柔性和弯曲也应用于已经省略的中间节段。例如，近侧和远侧节段之间的中间节段可以以简单或复合曲线方式弯曲。柔性节段可以是各种长度。更小外直径的节段可以具有比更大外直径节段具有更小的最小曲率半径。对于缆线控制系统，在弯曲时，不能接受的高缆线摩擦或捆扎限制了最小曲率半径和整体弯角。导引管的(或任何关节的)最小弯曲半径使得其不扭结或除此以外抑制内部手术器械机构的平滑运动。柔性部件可以是，例如长度高达约4英寸以及直径大约0. 6英寸。特定机构的其他长度和直径(例如，更短，更小)以及柔性程度可以由专门针对其设计机构的目标解剖结构确定。在某些实例中，仅有器械或导弓I管的远侧节段是柔性的，并且近侧节段是刚性的。在其他实例中，在病人体内器械或导引管的整个节段是柔性的。仍然在其他实例中，极远侧节段可以是刚性的，并且一个或更多其他近侧节段是柔性的。柔性节段可以是被动/无源的或者它们是主动/有源可控的(“可操控的”)。这样的主动控制可以利用例如相对的缆线集合完成(例如，一个集合控制“俯仰”并且垂直集合控制“偏转”;可以使用三组缆线完成类似动作)。可以使用其他控制元件，例如小的电致动器或磁性致动器、形状记忆合金、电活性聚合物(“人造肌肉”)、气动或液压波纹管或活塞及其类似物。在器械或导弓I管节段全部或部分位于另一个导引管内的实例中，可以存在被动和主动柔性的各种结合。例如，在被动柔性导引管中的主动柔性器械可以施加足够的侧向力以便弯曲周围的导引管。类似地，主动柔性导引管可以使其内的被动柔性器械弯曲。导引管和器械的主动柔性节段可以协调工作。对于同时具有柔性和刚性的器械和导引管，根据各种设计的柔度考虑，位于远离中心纵向轴线的控制缆线可以比位于更接近中心纵向轴线的缆线提供机械优势。柔性节段的柔度(刚度)可以从是几乎完全松弛的(存在小的内部摩擦)改变到是·基本刚性的。在某些方面，柔度是可控的。例如，器械或导引管的节段或所有柔性节段可以被基本(B卩，有效地但不是无限地)制成刚性(节段是“可刚化的”或“可锁定的”)。可锁定节段可以被锁定在直的、简单曲线或复合曲线的形状。可以通过向一个或更多缆线施加足以产生防止相邻椎骨因移动而导致摩擦的张力，来实现锁定，其中所述缆线沿器械或导引管纵向延伸。一条或多条缆线可以延伸穿过每个椎骨中大的中心孔或可以延伸穿过靠近椎骨外圆周的更小孔。可替换地，使一个或更多控制缆线移动的一个或更多马达的驱动元件可以(例如，通过伺服控制)被软锁定在某位置，以便将缆线保持在某位置上，从而防止器械或导引管移动，因此将椎骨锁定在适当位置上。将马达驱动元件保持在适当位置上，以便有效地将其他可移动器械和导引管部件也保持在适当位置上。应当理解在伺服控制下的刚度虽然是有效的，但通常小于利用从直接位于关节上的制动装置获得的刚度，诸如用于将被动设置关节保持在适当位置上的制动装置。缆线刚度通常处于支配地位，这是因为其通常小于伺服系统或制动关节的刚度。在某些情况下，柔性节段的柔度可以在松弛和刚性状态之间连续变化。例如，可以增加锁定缆线的张力，以便增加刚度但不将柔性节段锁定在刚性状态。这样的中间柔度可以允许用于遥控外科手术，同时可以减少由于手术部位作用力导致的移动而可能发生的组织创伤。合并到柔性节段的合适弯曲传感器允许遥控手术系统确定器械和/或导引管在其弯曲时的位置。美国专利申请公开号US2006/0013523 (Childers等人于2005年7月13日提交)公开了光纤位置形状感测设备和方法，其合并于此作为参考。美国专利申请No. 11/491384 (Larkin等人于2006年7月26日提交)公开了用于这种节段和柔性设备控制的光纤弯曲传感器(例如光纤布拉格光栅)，其合并于此作为参考。如本文所述的用于控制微创手术器械组件、器械、末端执行器以及操纵器臂配置的外科医生输入通常利用直观的、摄像机参考控制接口完成。例如，da Vind 手术系统包括带有这种控制接口的外科医生控制台，其可以修改以便控制本文所述的各方面。外科医生操控具有例如6个DOF的一个或更多主控手动输入机构，以便控制从器械组件和器械。输入机构包括控制一个或更多末端执行器DOF (例如，闭合夹持夹爪)的手指操作夹持器。通过外科医生输入机构和图像输出显示器的位置，定向末端执行器和内窥镜成像系统的相关位置来提供直观控制。如果在基本真实呈现中观看手术工作部位，这个定向允许外科医生操纵输入机构和末端执行器控制。这个遥控操作真实呈现意味着外科医生从这样的角度观看图像，即好像是操作者直接观看手术部位和在手术部位工作。美国专利US6671581 (由Niemeyer等人于2002年6月5日提交)包含了微创手术装置中摄像机参考控制的进一步信息，其合并于此作为参考。单端口手术系统现参考图IA和1B，其示出机器人辅助(遥控操纵)微创手术系统各方面的侧视图和正视图，所述微创手术系统使用本文所述的微创手术器械、器械组件以及操纵和控制系统的各方面。三个主要部件是内窥镜成像系统102，外科医生控制台104(主)以及病人侧支撑系统100 (从)，如图所示所有这些通过有线(电气的或光学的)连接或无线连接106而互联。一个或更多电子数据处理器可以以不同方式位于这些主要部件中以便提供系统功能。示例在上述引用的美国专利申请No. 11/762165中公开。以虚线显示的无菌帷帘1000有利 地覆盖病人侧支撑系统100的至少一部分，以便在手术程序中维持无菌区域，同时提供有效和简单的器械交换以及器械与其关联的操纵器之间的准确接口连接。成像系统102例如对获取的手术部位内窥镜成像数据和/或病人外部其他成像系统术前或实时图像数据执行图像处理功能。成像系统102向在外科医生控制台104处的外科医生输出经处理的图像数据(例如，手术部位的图像以及相关控制和病人信息)。在某些方面，经处理的图像数据被输出到其他手术室人员可见的可选外部监视器或者输出到远离手术室的一个或更多位置(例如，在另一个位置的外科医生可以监控视频；直播视频可以用于训练；等)。外科医生控制台104包括，例如允许外科医生操纵本文所述的手术器械和导引管的多DOF机械输入(“主”)设备和成像系统(“从”)设备。在某些方面，这些输入设备向外科医生提供来自器械和器械组件的触觉反馈。控制台104还包括立体视频输出显示器，其被定位成使得显示器上的图像通常集中在这样的距离该距离对应于工作在显示屏后方/下方的外科医生的手。这些方面在美国专利US6671581中更全面讨论，其合并于此作为参考。插入期间的控制可以例如通过外科医生用一个或两个主控器实际移动图像而实现；外科医生利用主控器左右移动图像并将其朝向其自身拉动，因此命令该成像系统及其关联的器械组件(例如，柔性导引管)朝向输出显示器上的固定中心点操控和在病人体内推进。在一个方面，摄像机控制被设计成给出这样的感觉，即主控器固定于图像以便图像按照与主控器手柄移动的相同方向移动。当外科医生退出摄像机控制时，这个设计促使主控器在正确位置控制器械，因此其避免抓住(脱离)、移动以及分离(接合)主控器以返回到在开始或重新开始器械控制之前的位置的需要。在某些方面，主控器位置可以与插入速度成比例，从而避免使用大的主控器工作空间。可替换地，外科医生可以抓住(clutch)和脱开(declutch)主控器，以便采用渐进的插入动作。在某些方面，插入可以被手动控制(例如，通过手控转轮)，然后当手术器械组件的远端接近手术部位时，进行自动插入(例如，伺服电机驱动辊)。对插入轨迹有用的病人解剖结构和空间的术前和实时图像数据(例如，MRI、X射线)可以用于辅助插入。病人侧支撑系统100包括落地安装基座108，或者可替换地，由可替换线示出的天花板安装基座110。基座是可移动的或固定的(例如，固定到地面、天花板、墙面或例如手术台的其他设备)。基座108支撑臂组件101，该臂组件101包括被动/无源不受控“设置(setup)”部分和主动/有源受控“操纵器”部分。在一个示例中，设置部分包括两个被动旋转“设置”关节116和120，当关节制动器被释放时，其允许连接的设置连杆118和122的手动定位。臂组件与连接于连杆114的基座之间的被动棱形设置关节(未示出)可以用于允许大的竖直调节112。可替换地，这些设置关节中的某些可以是主动受控的，以及更多或更少设置关节可以用于各种配置中。设置关节和连杆允许人们以笛卡尔x、y、z空间的各个位置和取向放置臂的机器人操纵器部分。远距离运动中心是偏转、俯仰和滚动轴线相交的位置(即，在关节 移动通过它们的运动范围时，运动链保持有效静止的位置)。如下详细所述，这些主动受控关节中的某些是与控制各个手术器械的DOF关联的机器人操纵器，以及这些主动受控关节中的其他关节与控制这些机器人操纵器的单个组件的DOF关联。主动关节和连杆通过马达或其他致动器是可移动的，并且接收与在外科医生控制台104处主控器臂移动关联的移动控制信号。如图IA和IB所示，操纵器组件偏转关节124连接于设置连杆122远端与第一操纵器连杆126近端之间。偏转关节124允许连杆126以被任意定义为围绕操纵器组件偏转轴线123 “偏转”的运动关于连杆122移动。如图所示，偏转关节124的旋转轴线与远距离运动中心146对齐，该远距离运动中心146大体是器械(未示出)进入病人的位置(例如，在用于腹腔手术的脐处)。在一个实施例中，设置连杆122沿水平平面或X、y平面是可旋转的，并且偏转关节124被配置成允许第一操纵器连杆126绕偏转轴线123旋转，从而使得设置连杆122、偏转关节124以及第一操纵器连杆126为机器人臂组件提供恒定竖直的偏转轴线123，如从偏转关节124到远距离运动中心146的竖直虚线所示。分别通过主动受控旋转关节128、132和136，第一操纵器连杆126的远端连接于第二操纵器连杆130的近端，第二操纵器连杆130的远端连接于第三操纵器连杆134的近端，并且第三操纵器连杆134的远端连接于第四操纵器连杆138的近端。在一个实施例中，连杆130、134和138连接在一起，作为连接运动机构。连接运动机构是众所周知的(例如，当输入和输出连杆运动保持彼此平行时，这样的机构称为平行运动联动机构)。例如，如果旋转关节128主动旋转，那么关节132和136也旋转，从而使得连杆138以恒定关系移动到连杆130。因此，可以看出关节128、132和136的旋转轴线是平行的。当这些轴线垂直于关节124的旋转轴线时，关节130、134和138以任意定义为围绕操纵器组件俯仰轴线139“俯仰”的运动关于连杆126移动。由于在一个实施例中，连杆130、134和138作为单个组件移动，因此第一操纵器连杆126可以被视为主动近侧操纵器连杆，而第二到第四操纵器连杆130、134和138可以被集体视为主动远侧操纵器连杆。操纵器组件平台140连接于第四操纵器连杆138的远端。操纵器平台140包括支撑操纵器组件142的可旋转基座板，其包括在下面详细描述的两个或更多手术器械操纵器。旋转基座板允许操纵器组件142以任意定义为围绕操纵器组件滚动轴线141“滚动”的运动关于平台140作为单个单元旋转。对于微创手术，器械必须相对于它们进入病人身体的位置(无论在切口还是在自然孔口)保持基本静止，从而避免不必要的组织损坏。因此，器械轴件的偏转和俯仰运动应当位于在空间中保持相对静止的操纵器组件滚动轴线或器械插入轴线上的单个位置的中心处。这个位置称为远距离运动中心。对于单端口微创手术，其中所有器械(包括摄像机器械)必须经由(例如，在脐处)单个小切口或自然孔口进入，所有器械必须关于这样的大体静止的远距离运动中心来移动。因此，操纵器组件142的远距离运动中心由操纵器组件偏转轴线123与操纵器组件俯仰轴线139的交叉点来定义。连杆130、134和138以及关节128、132和136的配置使得远距离运动中心146位于操纵器组件142的远端，并且具有足够的距离允许操纵器组件相对于病人自由移动。可以看出操纵器组件滚动轴线141也与远距离运动中心146相交。如下详细所述，手术器械安装在操纵器组件142的每个手术器械操纵器上并由其致动。器械是可拆除的，以便各种器械可以互换地安装在特定器械操纵器上。在一个方面中，一个或更多器械操纵器可以被配置成支撑和致动特定类型的器械，诸如摄像机器械。器械的轴件从器械操纵器向远侧延伸。轴件延伸穿过放置在进入端口的公用套管进入病人体内(例如，穿过体壁或在自然孔口处)。在一个方面中，进入导引装置位于套管内，并且每个器械轴件延伸穿过进入导引装置中的通道，从而为器械轴件提供附加支撑。套管被可拆卸地连接于套管支架150，其在一个实施例中连接于第四操纵器连杆138的近端。在一种实现 方式中，套管支架150通过旋转关节连接于连杆138，其中所述旋转关节允许支架在邻近连杆138的收起位置(stowed position)与操作位置之间移动,该操作位置将套管保持在正确位置以便远距离运动中心146处于沿套管的位置。在手术期间，根据一个方面，套管支架相对于连杆138固定在适当位置。(多个)器械可以滑动穿过进入导引装置和安装到套管支架150远端的套管组件，其示例在下面进一步详细解释。当病人以各种位置位于可移动台上时，各种被动设置关节/连杆和主动关节/连杆允许器械操纵器的定位，以使器械和成像系统以大运动范围移动。在某些实施例中，套管支架可以连接于近侧连杆或第一操纵器连杆 126。操纵器臂中某些设置以及主动关节和连杆可以被省略，以便减少机器人的尺寸和形状，或关节和连杆可以被增加，以便增加自由度。应当理解操纵器臂可以包括连杆、被动/无源关节和主动/有源关节的各种组合(可以提供冗余D0F)，以便实现手术的必要姿态范围。而且，各种单独的手术器械或包括导引管、多个器械和/或多个导引管的器械组件，以及经由各种配置(例如在器械传动装置或器械操纵器的近侧面或远侧面)连接于器械操纵器(例如致动器组件)的器械适用于本公开的各方面。图2A-2C分别是遥控操作手术(遥控手术)系统中病人侧支撑手推车200的透视图、侧视图和俯视图。描述的手推车200是上述参考图IA和IB通用配置的实施例。外科医生控制台和视频系统未示出，但是适用于如图IA和IB所述和已知的遥控机器人手术系统架构(例如，dn Vmci #手术系统架构)。在这个实施例中，手推车200包括落地安装基座208。基座可以是可移动的或固定的(例如，固定到地面、天花板、墙壁或其他充分刚性的结构)。基座208支撑支承柱210，并且臂组件201连接于支承柱210。臂组件包括两个被动旋转设置关节216和220，在其制动器释放时该设置关节216和220允许连接的设置连杆218和222的手动定位。在示出的实施例中，设置连杆218和222在水平平面中移动(平行于地面)。臂组件在支承柱210与竖直设置连杆214之间的被动滑动设置关节215处连接于支承柱210。关节215允许操纵器臂被竖直(垂直于地面)调整。因此，被动设置关节和连杆可以用于关于病人适当地定位远距离运动中心246。一旦远距离运动中心246被适当定位，在关节215、216和220中每个的制动器设置成防止臂的设置部分移动。此外，臂组件包括用于操纵器臂配置和移动、器械操纵以及器械插入的主动关节和连杆。第一操纵器连杆226的近端经由主动受控旋转操纵器组件偏转关节224连接于设置连杆222的远端。如图所示，偏转关节224的旋转操纵器组件偏转轴线223与远距离运动中心246对齐，如从偏转关节224到远距离运动中心246的竖直虚线所示。分别通过主动受控旋转关节228、232和236，第一操纵器连杆226远端连接于第二操纵器连杆230近端，第二操纵器连杆230远端连接于第三操纵器连杆234近端，第三操纵器连杆234远端连接于第四操纵器连杆238近端。如上所述，连杆230、234和238用作连接运动机构，以便当连杆230被致动时，第四操纵器连杆238与第二操纵器连杆230自动地一致移动。在示出的实施例中，类似的机构在美国专利US7594912 (2004年9月30日提
交)中公开，其被修改使用(还参见例如，美国专利申请No. 11/611849 (2006年12月15日提交；美国专利申请公开号US2007/0089557A1))。因此，第一操纵器连杆226可以被视为主动近侧连杆，而第二到第四连杆230、234和238可以被集体视为主动远侧连杆。在一个实施例中，第一连杆226可以包括压缩弹簧平衡机构，如下所述其均衡远侧连杆绕关节228移动的力。操纵器组件平台240连接于第四连杆238的远端。平台240包括基座板240a，器械操纵器组件242安装在基座板240a上面。如图2A所示，平台240包括“晕轮”环，圆盘形基座板240a在其内部旋转。在其他实施例中可以使用不同于晕轮和圆盘的其他配置。基座板240a的旋转中心与操纵器臂滚动轴线241重合，如图穿过操纵器平台240的中心和远距离运动中心246延伸的虚线所示。在一个实施例中，器械260在器械操纵器远侧面上安装到操纵器组件242的器械操纵器。如图2A和2B所示，器械操纵器组件242包括四个器械操纵器242a。每个器械操纵器支撑和致动其关联的器械。在示出实施例中，一个器械操纵器242a被配置成致动摄像机器械，并且三个器械操纵器242a被配置成致动在手术部位执行手术和/或诊断工作的各种其他可互换手术器械。可以使用更多或更少器械操纵器。在某些操作配置中，在部分或全部手术程序中，一个或更多操纵器不一定具有关联的手术器械。下面更详细地公开器械操纵器。如上面所提及的，手术器械260安装到相应器械操纵器242a并由其致动。根据本公开的一方面，每个器械仅在器械的近端安装到其关联的操纵器。从图2A可以看出，这个近端安装特征使器械操纵器组件242和支撑平台240保持尽可能远离病人，这对于给定的器械几何形状来说，允许操纵器臂的主动受控部分在最大运动范围内关于病人自由移动而又不碰撞病人。器械260被安装，使得它们的轴件聚集在操纵器臂滚动轴线241周围。每个轴件从器械的力传动机构向远侧延伸，并且所有轴件穿过置于端口处的单个套管延伸到病人体内。套管由套管支架250可拆卸地保持在相对于基座板240a的固定位置，其中所述套管支架250连接于第四操纵器连杆238。单个导引管插入套管并在其中自由旋转，并且每个器械轴件延伸穿过导引管中的关联通道。套管和导引管的纵向轴线与滚动轴线241重合/ 一致。因此，在基座板240a旋转时，导引管在套管内旋转。在某些实施例中，套管支架可操作连接于第一操纵器连杆226。
每个器械操纵器242a可移动地连接于主动可伸缩插入机构244 (图2B)并用于插入和取回(多个)手术器械，其中所述主动可伸缩插入机构244可操作连接于基座板240a。图2A示出器械操纵器242a向可伸缩插入机构244远端延伸一定距离(也参见图3和图4A)，并且图2B示出器械操纵器242向可伸缩插入机构244近端收缩(也参见图4B)。主动关节224、228、232、236以及操纵器平台240协同移动和/或独立移动，以便在远距离运动中心246已经由被动设置臂和关节建立后，手术器械(或组件)在进入端口(例如病人的脐)处围绕远距离运动中心246运动。如图2A所示，套管支架250连接于靠近第四操纵器连杆近端的第四连杆238。在其他方面中，套管支架250可以连接于近侧连杆的另一个部分。如上所述，套管支架250是铰接的，以便其能够摇摆到邻近第四连杆238的收回位置(stowed position)并摇摆到伸展位置(如图所示)以支撑套管。在手术中，根据一个方面，套管支架250相对于第四连杆238保持在固定位置。 在一个示例中，可以看出第一操纵器连杆226的示出实施例大体成形为倒“L”。“L”形连杆的近侧腿部在偏转关节224处连接于连杆226，并且该连杆的远侧腿部在旋转关节228处连接于第二操纵器连杆238。在这个说明性实施例中，这两个腿部是大体垂直的，并且第一操纵器连杆的近侧腿部围绕垂直于操纵器组件偏转轴线223的平面(例如，偏转轴线竖直时，是水平(X，y)平面)旋转。因此，远侧腿部大体平行于操纵器组件偏转轴线223延伸(例如，偏转轴线竖直时，是竖直地(z))。这个形状允许操纵器连杆230、234和238在偏转关节224下方移动，以便连杆230、234和238提供与远距离运动中心246相交的操纵器组件俯仰轴线239。第一连杆226的其他配置是可能的。例如，第一连杆226的近侧腿部和远侧腿部可以不彼此垂直，近侧腿部可以在不同于水平平面的平面中旋转，或连杆226可以具有不是大体“L”形的形状，诸如弧形。可以看出竖直偏转轴线223允许连杆226旋转基本360度，如虚线249所示(图2C)。在一个实例中，操纵器组件偏转旋转可以是连续的，以及在另一个实例中，操纵器组件偏转旋转约为±180度。还在另一个实例中，操纵器组件偏转旋转可以约为660度。在这样的偏转轴线旋转期间，俯仰轴线239可以或可以不保持恒定。由于器械以与操纵器组件滚动轴线241对齐的方向插入病人体内，因此臂可以主动受控从而以环绕操纵器组件偏转轴线的任何期望方向定位和重新定位器械插入方向(参见，例如图25A-25C示出朝向病人头部的器械插入方向，以及图26A-26C示出朝向病人足部的器械插入方向)。在某些手术中，这个功能是明显有益的。在某些腹部手术中，器械经由定位在脐部的单端口插入，例如，在不要求在病人体壁中打开新端口的情况下，器械可被定位成接近腹部的所有四个象限。例如通过腹部的淋巴结接近/入路可以要求多象限接近/入路。相反，多端口遥控机器人系统的使用会要求在病人体壁中安排额外口，以便更完全地接近其他腹部象限。此外，操纵器可以竖直向下并以轻微向上俯仰配置(参见图27A-27C，其示出向上俯仰的器械插入方向)导向器械。因此，器械穿过单个进入端口的进入角(绕远端中心的偏转和俯仰)可以容易地操纵和改变，同时又在进入端口周围提供增加的空间，以利于病人安全和病人侧工作人员操纵。而且，连杆230、234和238连同主动关节228、232和236可用于轻易操纵器械穿过单个进入端口的进入俯仰角，同时又在单个进入端口周围创建空间。例如，连杆230、234和238可以被定位成具有“弧远离”病人的形状要素。这样的弧远离允许操纵器臂绕偏转轴线223的旋转不会导致操纵器臂与病人的碰撞。这样的弧远离还允许病人侧工作人员轻易接近用于交换器械的操纵器和轻易接近用于插入和操作手动器械的进入端口(例如，手动腹腔镜器械或牵开设备)。在又一个示例中，第四连杆238具有弧远离运动运动中心从而弧远离病人的形状要素，从而允许更大的病人安全。在其他条件中，器械操纵器242a集群的工作包络可以近似椎体，并且椎体顶端在远距离运动中心246处，并且椎体圆形端部在器械操纵器242a的近端处。这样的工作包络导致病人与手术机器人系统之间的更少干扰，允许对手术部位的改进接近的更大的系统运动范围，以及手术人员对病人的改进接近。因此，操纵器臂组件201的配置和几何形状连同其大运动范围允许穿过单端口的多象限外科手术。穿过单个切口，操纵器可以以一个方向导向器械并且容易改变方向；例如，朝向病人的头部或骨盆工作(参见，例如图25A-25C)，然后通过绕恒定竖直偏转轴线移动操纵器臂，来改变朝向病人骨盆或头部的方向(参见，例如图26A-26C)。这个说明性的操纵器臂组件用于，例如可操作关于远距离运动中心移动的器械组件。操纵器臂中的某些设置关节和连杆以及主动关节和连杆可以被省略，或关节和连杆可·以被增加以便增加自由度。应当理解操纵器臂可以包括连杆、被动和主动关节的各种组合(可以提供冗余D0F)，以实现外科手术的必要姿态范围。而且，单独的各种手术器械或包括导引管、多个器械和/或多个导引管的器械组件，以及经由各种配置(例如，在致动器组件或传动机构的近侧面或远侧面上)连接于器械操纵器(致动器组件)的器械适用于本公开。现参考图3、4A-4B、5A-1到5B_2、5C_1到5C-4以及图8，更详细描述器械操纵器的各方面和实施例，而不限制本公开这些方面和实施例。图3示出操纵器组件平台的可旋转基座板340a、安装在基座板340a上以形成器械操纵器组件的四个器械操纵器342集群和四个器械360 (示出近侧部分)的实施例的透视图，其中四个器械360中的每个安装在关联器械操纵器342的远侧面。如上所述，基座板340a绕操纵器组件滚动轴线341是可旋转的。在一个实施例中，滚动轴线341延伸穿过套管和进入导引组件的纵向中心，器械360通过套管和进入导引组件进入病人身体。滚动轴线341也基本垂直于每个器械操纵器342远侧面的单个平面，并且因此基本垂直于安装到器械操纵器远侧面的器械近侧面的单个平面。每个器械操纵器342包括连接于基座板340a的插入机构344。图8以更多细节示出器械插入机构实施例的剖面透视图。如图8所示，器械插入机构844包括以伸缩方式关于彼此线性滑动三个连杆。插入机构844包括滑座802、滑座连杆804和基座连杆808。如美国专利申请No. 11/613800(2006年12月20日提交;美国专利申请公开号US2007/0137371A1)所述(该申请合并于此作为参考)，滑座连杆804沿基座连杆808滑动，并且滑座802沿滑座连杆804滑动。滑座802和连杆804、808通过连接环806 (在一个实例中，其包括一个或更多柔性金属带；可替换地，可以使用一个或更多缆线)互联。在基座连杆808中的导螺杆808a驱动滑动件808b，该滑动件808b连接于连接环806上的固定位置。滑座802也在固定位置连接于连接环806，使得滑动件808b关于基座连杆808滑动特定距离X，滑座802关于基座连杆808滑动2x。在插入机构的可替换实现方式中，可以使用各种其他线性运动机构(例如，导螺杆和滑座)。如图3和8所示，基座连杆808近端连接于可旋转基座板340a，并且滑座802连接于器械操纵器342的外壳层或内框架(例如，在图5C-1到5C-3的内框架孔542i’内)。伺服电机(未示出)驱动导螺杆808a，结果器械操纵器342以大体平行于滚动轴线341的方向关于基座板340a向近侧和远侧移动。由于手术器械360连接于操纵器342，因此插入机构344的功能是将器械穿过套管插向手术部位和将器械穿过套管从手术部位取出(器械插入DOF)0邻近连接环延伸的扁平导电柔度电缆(未示出)向器械操纵器提供电源、信号和接地。可以看出插入机构344的伸缩特征的优势是相比于仅使用单个不动插入级件，其在器械操纵器从其全近侧位置移动到全远侧位置时，提供更大运动范围(参见，例如图4A(全远侧位置)和4B (全近侧位置))，在操纵器处于其全近侧位置时其具有较小伸出插入机构。变短的伸出防止当器械操纵器在其近端位置时插入机构影响外科手术期间的病人和手术室的工作人员(例如在器械改变期间)。如图3进一步所示，在一个实施例中，可伸缩插入机构344对称安装到可旋转基座板340a上，从而器械操纵器342和安装的器械360关于滚动轴线341对称集群。在一个实施例中，器械操纵器342和其关联器械360以大体扇形(pie-wedge)布局围绕滚动轴线布置，并且器械轴件更靠近操纵器组件滚动轴线341定位。因此，当基座板绕滚动轴线341旋 转时，器械操纵器342集群和安装的器械360也绕滚动轴线旋转。图4A和4B分别示出器械操纵器442沿安装到可旋转基座板440a的插入机构444在伸展和收缩位置的透视图。如上所述，器械操纵器442能够沿基座板440a与插入机构自由远端444a之间的插入机构444的纵向轴线伸展和收缩，如邻近插入机构444的双向箭头所示。在这个说明性实施例中，器械抵靠器械操纵器442远侧面442a安装。远侧面442a包括将致动力传递到安装器械的各种致动输出。如图4A和4B所示，这样的致动输出可以包括抓握输出拉杆442b (控制器械末端执行器的抓握运动)，摇摆(joggle)输出万向节442c (控制远端平行联动装置左右运动和上下运动(“摇摆(joggle)”或“手肘”机构))，手腕输出万向节442d (控制器械末端执行器偏转运动和俯仰运动)以及滚动输出圆盘442e (控制器械的滚动运动)。这种输出的细节，以及接收这种输出的器械力传动机构的关联部件可以在美国专利申请No. 12/060104 (2008年3月31日提交；美国专利申请公开号US2009/0248040A1)中发现，其合并于此作为参考。可以接收这种输入的说明性手术器械的近端示例可以在美国专利申请No. 11/762165中发现，其已在上文提及。简言之，左右和上下DOF由远端平行联动装置提供，末端执行器偏转和末端执行器俯仰DOF由远端柔性手腕机构提供，器械滚动DOF通过滚动器械轴件同时将末端执行器保持在基本恒定位置和俯仰/偏转取向而提供，以及器械抓握DOF由两个可相对移动的末端执行器夹爪提供。这种DOF是说明性的更多或更少DOF (例如，在某些实现方式中，摄像机器械省略器械滚动和抓握DOF)。为了便于器械抵靠器械操纵器远侧面的安装，支撑件(例如支撑钩442f)被定位在器械操纵器上。在示出的实施例中，支撑钩关于器械操纵器的主壳体是静止不动的，并且器械操纵器的远侧面向近侧和远侧移动以便提供器械操纵器与器械之间的安全互联。插销机构442g用于将器械操纵器的远侧面朝器械的近侧面移动。在可替换实施例中，插销机构可以用于将器械近侧面朝操纵器远侧面移动，从而接合或分离操纵器输出端和器械输入端。图5A-1和5B-1示出器械操纵器542示范性架构的透视图。图5A-2和5B-2分别是图5A-1和5B-1沿切割线I-I和II-II的横截面视图。如图所示，操纵器包括内框架542i，其例如通过滑动关节、导轨或其类似物可移动地连接于外壳层542h。由于插销机构542g动作的结果，内框架542i关于外壳层542h向远侧和向近侧移动。现参考图5A-1和5B-2，其示出支撑钩542f和插销机构542g将器械(未示出)安装到器械操纵器542的操作。如图所示，器械操纵器542的远侧面542a基本是单个平面，并且其可操作连接于器械力传动机构的近侧面(例如，图9A-9B中器械960的近侧面960’)。插销机构542g可以包括致动机构，例如滑轮和金属线，以使器械操纵器的内框架和外壳层相对彼此运动，并且在操作时保持远侧面542a抵靠器械。在示出的实施例中，器械支撑钩542f刚性安装到器械操纵器外壳层542h，并且当插销机构542g被致动时，器械操纵器内框架542i的远侧面542a朝向支撑钩542f远端向远侧运动并远离器械操纵器外壳层的近侧面542j。因此，当器械力传动机构安装在支撑钩542f上时，器械操纵器的远侧面542a朝向器械传动机构的近侧面运动，其由支撑钩542f限 制，以便将器械操纵器输出端和器械力传动输入端接合或除此以外可操作接口连接，其如图5A-1和5A-2中箭头Al所示。如这个实施例所示，操纵器的致动器输出端对器械近侧面施压并与其接口连接，以将器械致动器信号传输到器械。当插销542g以相反方向致动时，器械操纵器的远侧面542a朝向器械操纵器的近侧面542 j移动(即，远离静止支撑钩542f的远端)，从而将器械操纵器输出端从器械分离，其如图5B-1和5B-2中箭头A2所示。示出实施例的优势是，当插销机构被致动时，器械操纵器的致动器部分相对于在空间中固定在支撑钩上的静止器械移动。在插销或脱扣过程中，器械操纵器致动器朝向器械或离开器械的移动使不必要或非预期中的器械运动最小化。因此，由于在器械安装过程期间器械不相对于病人移动，因此由于器械的远端在病人体内保持静止而避免了对组织的潜在伤害。在可替换实施例中，支撑钩542f可以朝向近侧面542j收缩，以将器械的近侧面朝向静止器械操纵器的远侧面542a移动，从而接合器械操纵器输出端与器械输入端，如图5A-1和5A-2中箭头BI所示。当插销是打开的或反向致动时，过程是相反的，并且支撑钩542f远离静止器械操纵器的远侧面542a移动，从而将器械操纵器输出端与器械输入端分尚，如图5B-1和5B-2中箭头B2所不。图5C-1到5C-4示出器械操纵器542在没有外壳层542h情况下的不同视图，以便展现用于致动器械操纵器输出端的独立驱动模块。驱动模块以模块形式安装到器械操纵器的内框架542i,其与驱动模块一起相对于器械操纵器的外壳层542h和支撑钩542f移动。当插销闭合时，器械操纵器的内框架朝向器械移动设定距离，并且弹簧加载模块输出端穿过无菌帷帘接合器械输入端，其在下面进一步描述。当插销打开时，该过程是相反的。弹簧加载致动器驱动模块输出端提供穿过帷帘的与器械力传动机构输入端的稳固接口连接，其在下面更详细描述。如示出的实施例所示，器械操纵器542包括用于致动抓握输出拉杆542b的抓握致动器驱动模块542b’、用于致动摇摆输出万向节542c的摇摆致动器驱动模块542c’、用于致动手腕输出万向节542d的手腕致动器驱动模块542d’以及用于致动滚动圆盘542e的滚动致动器驱动模块542e’。输出端542b、542c、542d和542e从器械操纵器542远侧面542a向远侧伸出，其如图5C-4中示例所示。并且它们适于接合器械力传动机构输入端，以便致动安装器械X-Y平移以及末端执行器抓握、俯仰、偏转以及滚动的运动。图6A-6B是器械操纵器的抓握致动器驱动模块642b’上部和下部透视图。抓握致动器驱动模块642b’包括线性滑动件602、包括弹簧606的驱动弹簧机构604以及抓握驱动输出拉杆642b。驱动弹簧机构604连接于器械操纵器的内框架542i。在插销542g被致动以接合器械时，内框架移动，并且抓握驱动模块642b’沿线性滑动件602移动直到输出拉杆642b接触其在器械上的匹配输入端。这个接触对弹簧606进行预加载，从而在器械被插锁到位时，加载弹簧使得抓握输出端642b抵靠器械输入端。接着，经预加载的弹簧606确保在操作期间适当的致动器驱动输出端/输入端接触得到保持，以便不会在输出端/输入端接触中形成间隙，该间隙会使得精确的运动学控制变得困难。图7A示出器械操纵器的万向节驱动模块742c/d’的底部透视图，其可被用于提供摇摆输出万向节对器械摇摆机构的X-Y平移的控制或者用于提供手腕输出万向节对器械末端执行器的俯仰和偏转的控制。在这个实施例中，万向节驱动模块742c/d’包括线性滑动件702、包括弹簧706的驱动弹簧机构704以及在万向节销710上的致动器输出万向节742c/d。驱动弹簧机构704连接于器械操纵器的内框架542i。在插销542f被致动以接合器械时，内框架向远侧移动，并且致动器驱动模块742c/d’沿线性滑动件702移动直到输出万向节742c/d接触其在器械上的匹配输入端。这个接触对弹簧706进行预加载，从而在器械被插锁到位时，加载弹簧使得输出万向节742c/d抵靠器械输入端。由于采用抓握致动器驱动模块，利用，经预加载的弹簧606接着确保在操作期间适当的致动器驱动输出端/输入 端接触得到保持，使得不会在输出端/输入端接触中形成间隙，该间隙将使得精确的运动控制变得困难。万向节驱动模块742c/d’进一步包括两个“狗骨式(dog bone)”连杆712、两个滚珠螺杆(ball screw) 714、两个马达716、两个霍尔效应传感器718以及两个旋转的或线性的运动编码器720。马达716驱动关联的滚珠螺杆714，该滚珠螺杆714致动狗骨式连杆712。狗骨式连杆712的近端连接于线性滑动件721，该线性滑动件721沿平行于滚珠螺杆714的轴线移动。狗骨式连杆712的远端连接于输出万向节742c/d，所述输出万向节742c/d中的每个绕垂直于通过万向节销710的纵向轴线的两个正交轴线旋转。在一个方面，驱动模块的万向节具有两个自由度，但是没有正交轴线。图7B示出器械操纵器的滚动致动器驱动模块742e’底部透视图，其可用于提供控制安装器械的滚动移动的滚动输出圆盘。在这个实施例中，滚动致动器驱动模块742e’包括驱动谐波驱动器736的马达734，该谐波驱动器736又驱动正齿轮740。正齿轮740旋转滚动输出圆盘742e从而驱动器械上的滚动输入圆盘。编码器732用于感测位置和与马达734通信。绝对编码器738连接于滚动输出圆盘742e并且感测器械滚动的绝对位置。在一个方面中，系统驱动模块可操作地独立且充分地彼此隔离，使得通过一个接口输出端施加的大力不会传递到其他接口输出端。换句话说，通过一个接口输出端的大力不会传递到其他接口输出端，因此不会影响其他接口输出端致动的器械部件。在一个方面中，驱动模块及其相应致动器输出端基本没有从另一个驱动模块和/或其相应致动器输出端输入的非预期力。这个特征提高器械操作以及从而改善病人的安全性。图9A和9B分别示出配置成安装到图4A-4B和5A_1到5C_4的器械操纵器的器械960近侧部分960a和远侧部分960b的透视图。器械960的传动机构近侧面960’包括与抓握输出拉杆542b接口连接的器械抓握输入拉杆962b，与摇摆输出万向节542c接口连接的器械摇摆输入万向节962c，与手腕输出万向节542d接口连接的器械手腕输入万向节962d，以及与滚动输出圆盘542e接口连接的器械滚动输入圆盘962e。图9B示出包括手腕964、摇摆机构966以及末端执行器968的柔性手术器械960的远端960b的不例。在一个实施例中，当操纵器输出端和器械输入端可操作接合时，器械960的传动机构的近侧面960’具有与器械操纵器的远侧面可操作接口连接的基本单个平面。由Larkin等人提交的题为“Minimally Invasive Surgical System(微创伤手术系统)”的美国专利申请No. 11/762165和由 Cooper 等人提交的题为 “Surgical Instrument With Parallel Motion Mechanism(带有平行运动机构的手术器械)”的美国专利申请No. 11/762154公开了手术器械(诸如器械960)的适用的远侧部和近侧部的进一步细节，其中这两篇美国专利申请合并于此作为参考。在图9A和9B所示说明性方面中，器械960包括在其近端的传动部分、细长的器械主体、各种手术末端执行器968中的一个以及将末端执行器968连接于摇摆机构966和器械主体的蛇形2自由度手腕机构964。正如在da Vinci @手术系统中一样，在某些方面，传动部分包括与永久安装在支撑臂上的电气致动器(例如，伺服电机)接口连接以便轻易改变器械的圆盘。其他联动装置，诸如匹配万向节板和拉杆可以用于传递在机械接口处的致动力。在传动部分的机械机构(例如，齿轮、拉杆、万向节)将致动力从圆盘传递到多条缆线、多条金属线和/或一条缆线、一条金属线以及延伸穿过器械主体中的一个或更多通道(其可 以包括一个或更多铰接节段)的海波管组合，以便控制手腕964和末