本专利申请要求于2016年1月7日提交的名称为“telescopingcannulaarm(伸缩式插管臂)”的美国临时专利申请62/276,136的申请日的优先权和益处，其通过引用以其全文并入本文。
本发明大体涉及用于计算机辅助手术系统的插管(cannula)臂，并且更具体地，涉及用于计算机辅助手术系统的伸缩式插管臂。
背景技术：
无菌手术帷帘以前已经被用来遮盖计算机辅助手术系统100中的手术操纵器和多个器械操纵器140。所述帷帘已采用各种形式。在每种情况下，在手术开始之前，操纵器和相关联的支撑连杆都被无菌手术帷帘遮盖。
手术系统100是计算机辅助手术系统，其包括全部通过有线(电或光)或无线连接196互连的内窥镜成像系统192、外科医生的控制台194(主设备)和患者侧支撑系统110(从设备)。一个或多个电子数据处理器可以位于这些主要部件中的不同位置以提供系统功能。通过引用被并入本文的美国专利申请no.11/762,165中公开了示例。箭头190示出了在图1的讨论中使用的远侧和近侧方向。
成像系统192对例如手术部位的捕获的内窥镜成像数据和/或来自患者体外的其他成像系统的术前或实时图像数据执行图像处理功能。成像系统192向外科医生的控制台194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的控制和患者信息)。在一些方面，经处理的图像数据被输出到其他手术室人员可见的可选的外部监控器或者被输出到远离手术室的一个或多个位置(例如，另一位置处的外科医生可以监控视频；现场直播视频可以用于训练；等等)。
外科医生的控制台194包括多个自由度(“dof”)机械输入设备(“主设备”)，所述机械输入设备允许外科医生操纵被统称为从设备的器械、(一个或多个)入口引导件(entryguide)和成像系统设备。在一些方面，这些输入设备可以将来自器械和手术设备组件部件的触觉反馈提供给外科医生。控制台194还包括立体视频输出显示器，所述立体视频输出显示器定位成使得显示器上的图像通常聚焦在与外科医生在显示屏后面/下面工作的手对应的一段距离处。通过引用被并入本文的美国专利no.6,671,581更全面地讨论了这些方面。
器械插入期间的控制可以例如通过外科医生使用主设备之一或两者移动图像中呈现的器械来完成；外科医生使用主设备将图像中的器械从一侧移动到另一侧并将器械朝向外科医生拉动。主设备的运动命令成像系统和相关联的手术设备组件朝向输出显示器上的固定中心点转向并且推进到患者体内。
在一方面，摄像机控制被设计成给人以这种印象：主设备被固定到图像，使得图像沿着与主把手被移动的相同方向移动。这种设计使得主设备处于正确位置以在外科医生退出摄像机控制时控制器械，且因此该设计避免了在开始或恢复器械控制之前紧抓(脱离)、移动和分离(接合)主设备回到原位的需求。
患者侧支撑系统110的基部101支撑臂组件，该臂组件包括被动的、不受控制的装配臂组件120和主动控制的操纵器臂组件130。主动控制的操纵器臂组件130有时被称为入口引导件操纵器130。
在一个示例中，装配部分包括第一装配连杆102以及两个被动的旋转装配关节/接头(joint)103和105。如果装配关节103和105的关节制动器被释放，则旋转装配关节103和105允许手动定位联接的装配连杆104和106。替代地，这些装配关节中的一些可以被主动控制，并且可以以各种配置使用更多或更少的装配关节。装配关节103和105以及装配连杆104和106允许人们将入口引导件操纵器130放置在笛卡尔x、y、z空间中的各个位置和取向上。臂组件120的连杆102和基部101之间的被动棱形装配关节(未示出)可用于大的垂直调整112。
远程运动中心146是偏航(yaw)、俯仰和滚动轴线相交的位置(即，当关节在其运动范围内移动时运动链保持有效静止的位置)。这些主动控制的关节中的一些是与控制单独器械的自由度(dof)相关联的操纵器，并且这些主动控制的关节中的另一些与控制这些操纵器的单个组件的dof相关联。主动关节和连杆通过马达或其他致动器可移动，并接收与外科医生的控制台194处的主臂移动相关联的移动控制信号。
如图1所示，操纵器组件偏航关节111联接在装配连杆106的一端和第一操纵器连杆113的第一端(例如，近端)之间。偏航关节111允许第一操纵器连杆113相对于连杆106以可被任意定义为围绕操纵器组件偏航轴线123“偏航”的运动移动。如所示的，偏航关节111的旋转轴线与远程运动中心146对齐，远程运动中心146通常是器械进入患者的位置(例如，用于腹部手术的脐处)。
在一个实施例中，装配连杆106在水平或x、y平面中可旋转，并且偏航关节111被配置成允许入口引导件操纵器130中的第一操纵器连杆113围绕偏航轴线123旋转。装配连杆106、偏航关节111和第一操纵器连杆113提供用于入口引导件操纵器130的恒定竖直偏航轴线123，如通过偏航关节111到远程运动中心146的竖直线所示。
第一操纵器连杆113的远端通过第一主动控制的旋转关节114联接到第二操纵器连杆115的近端。第二操纵器连杆115的远端通过第二主动控制的旋转关节116联接到第三操纵器连杆117的近端。第三操纵器连杆117的远端通过第三主动控制的旋转关节118联接到第四操纵器连杆119的远侧部分。
在一个实施例中，连杆115、117和119被联接在一起以充当联接运动机构。联接运动机构是众所周知的(例如，当输入和输出连杆运动彼此保持平行时，此种机构被称为平行运动联动装置)。例如，如果旋转关节114被主动地旋转，则关节116和118也被主动地旋转，使得连杆119以与连杆115恒定的关系移动。因此，可以看出关节114、116和118的旋转轴线是平行的。当这些轴线垂直于关节111的旋转轴线123时，连杆115、117和119相对于连杆113以可被任意定义为围绕操纵器组件俯仰轴线“俯仰”的运动移动。在这方面，操纵器俯仰轴线在远程运动中心146处延伸进并延伸出图1中的页面。围绕操纵器组件俯仰轴线的运动由箭头121表示。因为在本实施例中，连杆115、117和119作为单个组件移动，所以第一操纵器连杆113可以被视为主动近侧操纵器连杆，并且第二至第四操纵器连杆115、117和119可以被整体视为主动远侧操纵器连杆。
入口引导件操纵器组件平台132(有时被称为平台132)联接到第四操纵器连杆119的远端。入口引导件操纵器组件133可旋转地安装在平台132上。入口引导件操纵器组件133包括器械操纵器定位系统。
入口引导件操纵器组件133使多个器械操纵器140作为整体围绕轴线125旋转。具体地，入口引导件操纵器组件133作为单个单元相对于平台132以可被任意定义为围绕入口引导件操纵器组件滚动轴线125“滚动”的运动旋转。
多个器械操纵器140中的每一个通过不同的插入组件135联接到入口引导件操纵器组件133。在一方面，每个插入组件135是使相应的器械操纵器远离以及朝向入口引导件操纵器组件130移动的伸缩式组件。在图1中，所述插入组件中的每一个处于完全缩回位置。
多个器械操纵器组件中的每一个包括多个马达，所述多个马达驱动在该器械操纵器的输出界面中的多个输出。关于器械操纵器和能够联接到该器械操纵器的手术器械的一个示例参见通过引用并入本文的美国专利申请no.61/866,115(于2013年8月15日提交)。
在一方面，作为无菌手术帷帘的一部分的膜界面可以放置在器械操纵器的器械安装界面和相应手术器械的传输单元的输入界面之间。关于所述膜界面和无菌手术帷帘的示例参见例如美国专利申请公开no.us2011/0277776a1。在另一方面，作为无菌手术帷帘的一部分的无菌适配器可以放置在器械操纵器的器械安装界面和相应手术器械的传输单元的输入界面之间。关于无菌适配器和无菌手术帷帘的示例参见例如美国专利申请公开no.us2011/0277775a1。
图2a和图2b分别示出处于缩回位置和展开位置的可移动和/或可拆卸插管安装件250的一个示例的透视图。插管安装件250包括线性延伸部252，即直臂，所述线性延伸部252可移动地联接到操纵器臂的连杆219，例如第四操纵器连杆119(图1)的一端。插管安装件250还包括在线性延伸部252的远端上的夹具254。
在一个实施方式中，线性延伸部252通过旋转关节253联接到连杆219，旋转关节253允许线性延伸部252在邻近连杆219的收起位置(图2a)和操作位置(图2b)之间移动，该操作位置保持插管处于正确的位置，使得远程运动中心沿着插管定位。在一个实施方式中，如箭头c(图2b)所示，线性延伸部252可向上旋转或朝向连杆219折叠，以便在患者周围创建更多空间和/或在覆盖(draping)操纵器臂时更容易地覆盖插管安装件。
技术实现要素：
手术系统包括操纵器臂的连杆和伸缩式插管安装组件。连杆包括弯曲端。伸缩式插管安装组件被定位在连杆的弯曲端中。伸缩式插管安装组件包括弯曲的插管安装臂。在第一状态下，弯曲的插管安装臂停放(park)在连杆的弯曲端内。在第二状态下，弯曲的插管安装臂从连杆的弯曲端延伸并且被锁定在延伸位置中。伸缩式插管安装组件被配置为使弯曲的插管安装臂从延伸位置自动移动到停放位置。
伸缩式插管安装组件还包括机械臂缩回系统。机械臂缩回系统将弯曲的插管安装臂联接到连杆的弯曲端。机械臂缩回系统被配置为使弯曲的插管安装臂从第二状态自动移动到第一状态。在一方面，弯曲的插管安装臂包括轴承组件，该轴承组件沿着弯轨线性地移动，所述弯轨附接到连杆的弯曲端。
机械臂缩回系统包括弹簧、扇形齿轮、小齿轮和阻尼器。阻尼器联接到连杆的弯曲端并且联接到弯曲的插管安装臂。弹簧联接到连杆的弯曲端并且联接到弯曲的插管安装臂。扇形齿轮包括第一端和第二端。扇形齿轮的第一端连接到连杆的弯曲端，并且扇形齿轮的第二端联接到弹簧。小齿轮联接到弯曲的插管安装臂。小齿轮与扇形齿轮配合。阻尼器包括轴。阻尼器连接到弯曲的插管安装臂，并且小齿轮安装在阻尼器的轴上。
伸缩式插管安装组件还包括弯曲托盘和滚动环路电缆。弯曲托盘连接到连杆的弯曲端。滚动环路电缆包括第一端和第二端。滚动环路电缆的第一端连接到弯曲的插管安装臂，并且滚动环路电缆的第二端连接到弯曲托盘。
在一方面，弯曲的插管安装臂具有第一端和第二端。弯曲的插管安装臂的第二端在第一状态下和第二状态下处于连杆的弯曲端内。伸缩式插管安装组件还包括闩锁(latch)和锁住(latching)/解锁(unlatching)系统。闩锁在弯曲的插管安装臂的第二端上。当弯曲的插管安装臂处于延伸位置中时，锁住/解锁系统与闩锁接合以将弯曲的插管安装臂锁定在延伸位置中。
锁住/解锁系统包括电动致动器和连接到电动致动器的锁定组件。在延伸位置中，锁定组件与闩锁接合以将弯曲的插管安装臂锁定在延伸位置中。如果电动致动器被激活，则锁定组件与闩锁脱离，使得机械臂缩回系统能够将弯曲的插管安装件自动缩回到连杆中。
伸缩式插管安装组件还包括联锁控制系统。联锁控制系统包括电动致动器总线、总线转储电路和电动致动器。总线转储电路和电动致动器连接在电动致动器总线和地之间。
在一方面，弯曲的插管安装臂包括臂缩回按钮和插管释放按钮。在这方面，弯曲的插管安装臂具有外表面，并且臂缩回按钮具有表面。臂缩回按钮安装在弯曲的插管安装臂中，其中当臂缩回按钮未被压下时，臂缩回按钮的表面与弯曲的插管安装臂的外表面齐平。插管释放按钮被配置为相对于该外表面线性地移动到弯曲的插管安装臂中。
手术系统还包括插管安装组件。插管安装组件包括被配置为对接(dock)插管的插管对接组件、联动装置组件、具有第一端和第二端的插管释放按钮组件以及线性运动组件。插管对接组件通过联动装置组件联接到插管释放按钮组件的第一端。插管释放按钮组件的第二端联接到线性运动组件。线性运动组件被配置为将插管释放按钮组件约束到在第一方向和第二方向上的线性运动。
一种方法包括通过经由在操纵器臂组件的连杆的弯曲端中的机械臂缩回系统将弯曲的插管安装臂撤回到连杆的弯曲端中，自动配置包括弯曲的插管安装臂的操纵器臂组件用于覆盖。
另一种方法包括通过使联接到操纵器臂组件的弯曲连杆的锁定组件与弯曲的插管安装臂上的闩锁接合，将弯曲的插管安装臂锁定在自弯曲连杆的延伸位置。该方法还包括激活联接到锁定组件的电气部件以使锁定组件与闩锁脱离。该方法进一步包括如果插管对接到弯曲的插管安装臂，则抑制电气部件的激活。
附图说明
图1是现有技术的计算机辅助手术系统的图形。
图2a和图2b分别示出处于缩回位置和展开位置的现有技术的可移动和/或可拆卸插管安装件的一个示例的透视图。
图3是具有伸缩式插管安装系统的患者侧支撑系统的图示。
图4a是图3的患者侧支撑系统的第四连杆的弯曲远端部分的透视图，其中弯曲的插管安装臂缩回(例如，停放)在弯曲远端部分中。
图4b是图3的患者侧支撑系统的第四连杆的弯曲远端部分的透视图，其中弯曲的插管安装臂从弯曲远端部分延伸并且被锁定在延伸位置中。
图5a是图3的患者侧支撑系统的第四连杆的弯曲远端部分的透视剖视图，其中弯曲的插管安装臂停放以显示插管安装系统，该插管安装系统包括机械臂缩回系统和锁住/解锁系统。
图5b是图3的患者侧支撑系统的第四连杆的弯曲远端部分的透视剖视图，其中弯曲的插管安装臂处于延伸位置以显示插管安装系统，该插管安装系统包括机械臂缩回系统和锁住/解锁系统。
图6a和图6b是伸缩式插管安装系统的部分的相反的透视侧视图。
图7a是显示锁住/解锁系统和闩锁的伸缩式插管安装系统的部分的透视侧视图。
图7b是锁住/解锁系统和闩锁的视图。
图8是用于控制伸缩式插管安装系统中的插管安装臂的缩回的动作的过程流程图。
图9是实施联锁的联锁控制系统的框图，当插管安装在插管安装臂上时，该联锁防止插管安装臂的缩回。
图10是插管安装臂的剖视透视图以显示插管安装组件。
图11是图10的插管对接组件的剖视透视图。
图12是具有伸缩式插管安装系统的患者侧支撑系统的示意图。
图13示出能够与图12的患者侧支撑系统一起使用的示例性伸缩式插管安装系统的示意图。
通常，在附图中，三位数参考标记的第一位数字是具有该参考标记的元件首次出现于其中的图号。四位数参考标记的前两位数字是具有该参考标记的元件首次出现于其中的图号。
具体实施方式
图3是计算机辅助手术系统中的患者侧支撑系统310的图示，患者侧支撑系统310包括伸缩式插管安装系统350(有时被称为插管安装系统350)，伸缩式插管安装系统350位于操纵器臂组件330中的第四连杆319的弯曲远端部分319d中。伸缩式插管安装系统350被配置为使伸缩式插管安装系统350的弯曲的插管安装臂355从自第四连杆319延伸的位置自动移动到第四连杆319内的停放位置。
箭头390示出了在图3的讨论中使用的远侧方向和近侧方向。近侧方向和远侧方向是第一方向和与第一方向相反的第二方向的示例。计算机辅助手术系统包括控制器、成像系统和外科医生的控制台—所有这些都联接到患者侧支撑系统310。
在这方面，操纵器臂组件330的一些零件等同于图1中的患者侧支撑系统110中的对应零件。具体地，连杆113、115、117、119、操纵器臂组件130和多个器械操纵器140分别等同于连杆313、315、317、319、操纵器臂组件330和多个器械操纵器340，但下面更详细描述的例外。具体地，连杆319具有弯曲远端部分319d，所述弯曲远端部分319d包括本文中描述的伸缩式插管安装系统350。因此，对于图3，与图1相关联的描述在此不再赘述，而是通过引用并入本文。
弯曲的插管安装臂355(有时被称为臂355或插管安装臂355)可移动地安装在伸缩式插管安装系统350中。在图3中，患者侧支撑系统310被配置用于将无菌手术帷帘安装在多个器械操纵器340和操纵器臂组件330上。具体地，弯曲的插管安装臂355缩回到连杆319的弯曲远端部分319d中，例如，插管安装臂355停放在连杆319内。这是插管安装臂355的第一状态，其中的插管安装系统350没有能够用于移动插管安装臂355的储存势能。当插管安装臂355停放时，插管安装臂355被称为处于第一状态。
通过使帷帘在所有连杆上滑过，从多个器械操纵器340开始、滑过入口引导件操纵器组件333和入口引导件操纵器组件平台332，并且滑动至第一操纵器连杆313的近端，使操纵器臂组件330被无菌帷帘遮盖。在插管安装臂355处于停放位置时，特别是当帷帘经过连杆319、317和315时，覆盖更容易，这是因为当插管安装臂355处于停放位置时系统在此处的有效宽度较窄。用于插管安装臂355的帷帘套筒不必定位在插管安装臂355周围，以实现连杆319至313的完全覆盖。插管安装无菌适配器安装在插管安装臂355的第一端上，该第一端从连杆319的弯曲远端部分319d的远侧面突出。对于适合与插管安装臂355一起使用的插管无菌适配器的示例，参见pct国际公布no.pct/us2015/020916a1(2015年9月24日公布；公开了“surgicalcannulamountsandrelatedsystemsandmethods(手术插管安装件以及相关系统和方法)”)，其通过引用并入本文。
当插管安装臂355停放时，其允许进行覆盖的人在连杆319的弯曲远端部分319d周围走动，而不用担心钩住插管安装臂355上的帷帘，并且其为该人工作提供更多无障碍空间。这比在覆盖过程中具有折叠线性插管安装臂的系统窄，(参见图2b)。而且，如果现有技术的线性臂有可能被缩进连杆319的弯曲远端部分319d的话，则弯曲的插管安装臂355允许臂355被更进一步地缩进连杆319的弯曲远端部分319d。
在一些方面，为了将插管对接到插管安装臂355的第一端，插管安装臂355必须处于延伸和锁定位置。为了使插管安装臂355从连杆319的弯曲远端部分319d延伸，使用者抓握插管安装臂355的第一端并从连杆319的远端拉动插管安装臂355。
随着插管安装臂355从连杆319的远端被拉动，臂355的运动将能量储存在伸缩式插管安装系统350内的臂缩回系统中。在插管安装臂355锁定在延伸位置时，伸缩式插管安装系统350储存足够的势能以自动将插管安装臂355缩回到停放位置。
在一方面，伸缩式插管安装系统350被用于自动配置操纵器臂组件330以用于覆盖，其通过自动将插管安装臂355缩回到连杆319的弯曲远端部分319d内的停放位置来实现。然而，如下面更全面解释的，在插管安装臂355被锁定在延伸位置中并且插管被对接到插管安装臂355时，伸缩式插管安装系统350的控制器抑制插管安装臂355的解锁，直至插管安装臂355能够安全地缩回到连杆319的弯曲远端部分319d中。
伸缩式插管安装系统350的臂缩回系统不包括缩回插管安装臂355的电动马达。臂缩回系统提供插管安装臂355的自动平稳受控缩回，而不需要额外马达不需要额外电子器件以及为了安全实现机动轴线所需的传感器。因此，不可能有电短路、感应电流或能够不经意地导致这种电动马达在手术过程中移动插管安装臂355的任何其它电力来源。臂缩回系统被称为机械臂缩回系统，以表明臂缩回系统仅包括机械部件而不包括诸如马达、电子器件或电气部件的电气部件。
锁住/解锁系统中的电气部件(例如电动致动器)被用于解锁插管安装臂355，使得机械臂缩回系统中的势能自动缩回插管安装臂355。如上所述，机械臂缩回系统的机构是完全机械的，因此不存在影响机械臂缩回系统的操作的电力问题。
然而，如果在手术过程中不经意地触发锁住/解锁系统中的电气部件，则机械臂缩回系统将缩回插管安装臂355。计算机辅助手术系统中的正常故障恢复逻辑将无法补偿锁住/解锁系统中电气部件的这种不经意触发。因此，在一方面，触发该电气部件的电力在手术过程中被短接到地。所以，锁住/解锁系统中的电气部件的使用在手术过程中被抑制。至电气部件的电力线上的任何寄生电压也被短接到地，并且这确保了在手术过程中不会触发电气部件，所以插管安装臂355不会不经意地从锁定和延伸位置缩回。
图4a和图4b是第四连杆319的弯曲远端部分319d的放大图示。在图4a和图4b中，箭头490示出了图4a和图4b的讨论中使用的第一方向和第二方向。近侧方向和远侧方向是第一方向和与第一方向相反的第二方向的示例。
具体地，图4a是第四连杆319(有时被称为连杆319)的弯曲远端部分319d的透视图，其中弯曲的插管安装臂355缩回(例如，停放)。处于停放位置时，伸缩式插管安装系统350没有能够移动插管安装臂355的储存势能，因此伸缩式插管安装系统350和插管安装臂355被称为处于零能量状态，所述零能量状态被称为上述的第一状态。在插管安装臂355停放在第四连杆319的弯曲远端部分319d中时，插管安装臂355的第一端455-1的一部分从连杆319的弯曲远端部分319d的远端面延伸。
插管无菌适配器460被示为安装在插管安装臂355的第一端455-1上。在本示例中，插管无菌适配器460包括被配置为接收插管470的附接部分471的孔461。尽管在附图中未示出，插管无菌适配器460通常附接到手术帷帘，以便于在无菌区域和非无菌区域之间形成边界。
在本示例中，插管470包括在插管470的近端474处的碗部473。管475沿远侧方向从碗部473延伸。附接部分471附接到碗部473。附接部分471可以包括在附接部分471的相反侧上的凹陷472以协助将插管470安装到插管安装臂355的远端(即，第一端455-1)中的插管安装组件(参见图10和图11)。凹陷472被配置为便于将插管470对接到插管无菌适配器460和插管安装组件。对于适合与插管安装臂355一起使用的插管470的示例参见pct国际公开no.pct/us2015/020916a1。
为了将插管470附接到插管安装臂355，插管安装臂355必须首先从远侧连杆319的弯曲远端部分319d撤回并且锁定在延伸位置中，并且然后插管470能够被对接在插管安装臂355的远端处。由于伸缩式插管安装系统350不包括任何电动马达，所以插管安装臂355必须从弯曲远端部分319d手动撤回。
因此，一个人抓握插管安装臂355的第一端455-1并从弯曲远端部分319d拉动插管安装臂355。用于从弯曲远端部分319d拉动插管安装臂355的力通过伸缩式插管安装系统350被储存为随后能用于自动缩回插管安装臂355的势能。当插管安装臂355完全延伸时，插管安装臂被锁定在延伸位置中，如图4b所示。当插管安装臂355被锁定在延伸位置中时，例如锁定在臂的第二状态下时，插管臂延伸并锁定的信号被发送到控制器。
插管安装臂355包括多个按钮。在一方面，多个按钮包括臂缩回按钮451、插管释放按钮452和紧抓按钮453。如果插管470没有对接到插管安装臂355上，则压下臂缩回按钮451使得插管安装臂355被自动缩回到连杆319的弯曲远端部分319d中。
插管安装臂355的形状和多个按钮的配置被选择为使得当插管安装臂355被覆盖的同时被缩回到连杆319的弯曲远端部分中时，帷帘不太可能被钩住或挂在多个按钮中的任何一个上或插管安装臂355的任何部分上。这防止被污染的帷帘被拉入连杆319的弯曲远端部分319d和可能被损坏。因此，在用于另一台手术之前，连杆319的内部不需要消毒。
在这方面，插管安装臂355的一部分具有椭圆形状，并且插管安装臂355在形状上没有可能会挂住手术帷帘的突然变化。当据称插管安装臂355具有椭圆形状时，这意味着在横截面图中，插管安装臂355的外表面具有椭圆形状。
具体地，凹口454的边缘是倾斜和弯曲的，使得当插管安装臂355缩回时，手术帷帘滑过凹口454的边缘。同样地，在没有被压下时，臂缩回按钮451的表面与插管安装臂355的外表面齐平，使得当帷帘移动穿过臂缩回按钮451时，臂缩回按钮451没有会钩住帷帘的边缘。
插管释放按钮452具有光滑的边缘和表面，使得如果帷帘掉入凹口454中，则当插管安装臂355缩回时，帷帘平稳地围绕插管释放按钮452移动。类似地选择紧抓按钮453的表面和曲率，使得当插管安装臂355缩回时，没有可能会钩住帷帘的边缘或突然的表面变化。
如果插管470没有对接在插管安装臂355上，则控制器抑制进入随动系统操作模式。在随动系统操作模式(有时被称为随动)中，从手术器械的运动紧接在被远程操作地联接到该从手术器械的主工具的运动之后。
为了将插管470安装在插管安装臂355上，插管释放按钮452和紧抓按钮453两者被同时压下并保持处于压下的位置。操纵器臂组件330在被紧抓的同时移动到插管470的附接部分471的位置，然后附接部分471被插入到插管无菌适配器460以及插管安装臂355的远端中。然后，插管释放按钮452和紧抓按钮453被释放并且插管470被闩锁到插管安装臂355，此时插管安装臂355不再被紧抓，而是此时被锁定在适当的位置。为了便于单人对接，两个按钮452和453被定位成允许单手操作，而第二只手能够用于将插管470保持在用于对接的适当取向。
在一方面，插管安装系统中有传感器，所述传感器指示何时将插管对接到插管安装臂355。当控制器接收到将插管对接到插管安装臂355的信号时，控制器禁用插管安装臂355的缩回。插管安装臂355的缩回保持禁用，直至插管470从插管安装臂355脱开后。具体地，在插管470对接后压下臂缩回按钮451导致无动作。同样地，控制器不能成功命令插管安装臂355的缩回，直至插管470脱开后。
如下面更全面解释的，插管释放按钮452是纯机械的，并且如果插管释放按钮452被压下，则插管470将被自由地拉出插管安装组件。对于对接插管470同样如此，如果插管释放按钮452被压下，则插管470能够被定位在插管安装组件中。因此，并非总是必须按压紧抓按钮453来对接插管470—例如，如果插管安装臂355可以被紧紧抓在确切的适当位置，则可以仅使用插管释放按钮452来对接插管470。然而，通常，按钮452和453两者被同时激活，因为否则很难说插管470和插管安装组件何时被正确对齐。
图5a和图5b是连杆319的弯曲远端部分319d的剖视图，以示出包括机械臂缩回系统540和锁住/解锁系统550的插管安装系统350。机械臂缩回系统540包括恒力弹簧543-3、联接到旋转阻尼器648(图6a)的小齿轮547以及弯曲扇形齿轮542。锁住/解锁系统550包括螺线管545和锁定组件544。螺线管545是电动致动器的一个示例。基于本公开，除了螺线管之外的电动致动器能够被包括在锁住/解锁系统550中。
当闩锁546通过锁住/解锁系统550被释放时，恒力弹簧543-3沿第二方向(图5a和图5b中的近侧方向)拉动插管安装臂355，即自动将插管安装臂355缩回到连杆319的弯曲远端部分319d中。然而，缩回的速度受旋转阻尼器648(有时被称为阻尼器648)限制。小齿轮547骑在弯曲扇形齿轮542上，并且通过旋转阻尼器648联接到插管安装臂355。因此，当插管安装臂355沿第二方向移动时，小齿轮547旋转，但是旋转的速度受旋转阻尼器648限制。这限制了小齿轮547能够沿着弯曲扇形齿轮542移动的速度。因此，插管安装臂355以受控方式自动缩回到连杆319的弯曲远端部分319d中，而无需使用任何电动马达、电子器件或传感器。
锚固架541被刚性地附接到弯曲远端部分319d的远端。弯曲扇形齿轮542的第一端(例如，远端)被固定地附接到锚固架541。在本示例中，弯曲扇形齿轮542是弯曲的矩形臂，其具有第一弯曲表面542-1和第二弯曲表面542-2，第二弯曲表面542-2与第一弯曲表面542-1相反并从其移除。第一弯曲表面542-1具有比第二弯曲表面542-2更小的曲率半径。在本示例中，第二弯曲表面542-2包括轮齿642。关于弯曲扇形齿轮542的更详细说明，参见图6a和图6b。
在另一方面，弯曲扇形齿轮542的轮齿可在第一弯曲表面542-1上或在弯曲扇形齿轮542的其他侧面之一上。因此，附图中的弯曲扇形齿轮542的配置是可选的并且不意在限于所示的具体配置。
弹簧组件543包括弹簧组件支架543-1、卷轴组件543-2和恒力弹簧543-3。弹簧组件支架543-1的第一端(例如，远端)被固定地附接到弯曲扇形齿轮542的第二端(例如，近端)。卷轴组件543-2安装在弹簧组件支架543-1的第二端(例如，近端)上。恒力弹簧543-3(有时被称为弹簧543-3)是金属弹簧。弹簧543-3的第二端盘绕到卷轴组件543-2上，使得弹簧543-3围绕卷轴组件543-2卷绕和退绕。弹簧543-3的第一端锚定到插管安装臂355的第二端455-2(例如，近端)。因此，当插管安装臂355从弯曲远端部分319d撤回时，弹簧543-3从卷轴组件543-2退绕，并因此储存势能。
插管安装臂355的第二端455-2(例如，近端)包括闩锁546。在一方面，闩锁546安装在插管安装臂355的第二端455-2上。在这方面，闩锁546包括通向插口的倾斜斜面。(参见图7b)。
锁住/解锁系统550中的电动致动器(例如，螺线管545)安装在锚固架541上。在本实例中，螺线管545安装在锚固架541的第二端上，其中锚固架541的第一端被附接到弯曲远端部分319d。螺线管柱塞被连接到锁住/解锁系统550中的锁定组件544。
当插管安装臂355移动到如图4b所示的完全延伸位置时，锁定组件544接合闩锁546。为了使锁定组件544与闩锁546分离以便弹簧543-3能够将弯曲的插管安装臂355缩回到连杆的弯曲远端部分319d中，螺线管545被激活，例如被触发。如下面更全面解释的，当插管安装臂355被锁定在延伸位置中并且插管470对接到插管安装臂355上时，螺线管545的触发被抑制，因此当插管对接到臂355时插管安装臂355不能被缩回。
图6a和图6b是伸缩式插管安装系统350的部分的相反的透视侧视图。图6a示出了在这方面，弹簧543-3的第一端在点643处被固定地附接到插管安装臂355的第二端455-2。因此，图6a示出了弹簧543-3的第一端被附接和未被附接这两种情况。
图6a还更清楚地示出了弯曲扇形齿轮542的第二弯曲表面542-2上的轮齿642。弯曲扇形齿轮542被附接到弯轨641(图6b)。被附接到插管安装臂355的多个轴承座骑在弯轨641上。适合在伸缩式插管安装系统350中使用的弯轨和相关联的轴承座可从位于美国伊利诺伊州绍姆堡镇东商务大道200号(邮编60173)的蒂业技凯美国股份有限公司(thkamerica,inc.)购买。
小齿轮547(图5b和图6a)被附接到阻尼器648(图6a)的旋转轴。小齿轮547上的齿与弯曲扇形齿轮542的轮齿642啮合。阻尼器648被附接到插管安装臂355的第二端455-2。当插管安装臂355从弯曲远端部分319d被手动撤回(即延伸)时，阻尼器648不提供阻尼。随着弹簧543-3自动将插管安装臂355缩回到弯曲远端部分319d中，阻尼器648提供阻尼。选择阻尼量使得插管安装臂不会突然回弹到弯曲远端部分319d中，而是以受控的安全速度缩回并且在行程结束时具有低冲击。
图6b更详细地示出了锁定组件544。电路板680(图6b)被附接到插管安装臂355的第二端455-2。电路板680被联接到下面描述的闩锁传感器(参见闩锁传感器748(图7a))，并且被联接到插管安装臂355上的所有其他传感器和开关。为了向闩锁传感器供电并将信号从电路板680传送回控制器，带状电缆681被连接到电路板680。带状电缆681是滚动环路电缆的一个示例。使用不止一条带状电缆是可选的。在一些应用中，可以使用单条带状电缆。
在这方面，带状电缆681被堆叠在十字弹簧下方，即，被联接到弹簧。当插管安装臂355移入和移出弯曲远端部分319d时，十字弹簧防止带状电缆681随着由带状电缆681形成的滚动环路展开而屈曲。因此，电缆被联接到弹簧以防止电缆随着由电缆形成的滚动环路展开而屈曲。由带状电缆681形成的滚动环路被放置在两个同心托盘685和686之间。
在一方面，带状电缆681包括第一多个带状电缆和第二多个带状电缆。第一多个带状电缆携带信号进出插管安装系统350并向插管安装系统350供电。第二多个带状电缆在插管安装臂355和连杆319之间形成接地连接。
第一多个带状电缆的第一端被附接到与插管安装臂355的第一电路板680配合的第一连接器682。第一多个带状电缆的第二端被附接到连杆319内的第二电路板(第二电路板未示出)。在一方面，第二多个带状电缆(例如，两个带状电缆)被堆叠在第一多个带状电缆下方。第二多个带状电缆用作固定的连杆319和活动的插管安装臂355之间的接地连接。第二多个带状电缆在连接器683和684之间延伸。连接器683被连接到插管安装臂355，并且连接器684被连接到第二弯曲托盘685。弯曲托盘685被联接到锚固架541，并因此被联接到连杆319的弯曲远端部分319d。
因此，伸缩式插管安装系统350包括第一弯曲托盘686和第二弯曲托盘685。第二弯曲托盘685被连接到连杆319的弯曲远端部分319d。第一弯曲托盘686被连接到插管安装臂355的近端。
滚动环路带状电缆681被锚定在第二弯曲托盘685的第一端685-1—远端—和第一弯曲托盘686的第一端—远端—之间。带状电缆681的第一部分(例如，第一腿部)遵循第一弯曲托盘686的弯曲，并且然后带状电缆681在其侧面上具有类似字母“u”的形状。该u形形成到带状电缆681的第二部分的过渡，例如，遵循第二弯曲托盘685的弯曲的第二腿部。因此，带状电缆681形成开放环路，其中环的两个腿部是弯曲的，并且每个腿部的长度随着插管安装臂355被撤回以及随着插管安装臂355被缩回而变化。
图7a和图7b是锁定组件544和闩锁546的更详细的图示。在这方面，锁定组件544包括第一连杆744-1、第二连杆744-2、闩锁连杆744-3、弹簧744-4、凸轮从动件744-6和闩锁旗状部(latchflag)744-5。
第一连杆744-1具有y形主体。形成该y形的基部腿部的第一连杆744-1的第二端可旋转地安装在从锚固架541延伸的第一销701上。因此，第一连杆744-1被接地到锚固架541。销702在第一连杆744-1的第一端处的两个腿部之间延伸—这两个腿部形成y形的立柱。
螺线管545的柱塞745-1被连接到销702。在这方面，螺线管545是线性运动螺线管，并且柱塞在一端具有狭槽。狭槽骑在销702上。围绕柱塞745-1的弹簧745-2在螺线管545被激活且然后停用之后将柱塞745-1返回到延伸位置。弹簧745-2和弹簧744-4在同一个方向上工作，因此这两个弹簧的力是相加的。
第二连杆744-2的第二端可旋转地安装在销702上，即第二连杆744-2可旋转地连接到第一连杆744-1。第二连杆744-2的第一端可旋转地连接到闩锁连杆744-3的第二端744-32。
闩锁连杆744-3安装在第二销703上，第二销703从锚固架541在第一端744-31和第二端744-32之间延伸。第二销703用作闩锁连杆744-3的支点(枢轴点)。闩锁连杆744-3通过第二销703被接地到锚固架541。凸轮从动件744-6被附接到闩锁连杆744-3的第一端744-31的第一侧。闩锁旗状部744-5被附接到闩锁连杆744-3的第一端744-31的第二侧。在这方面，闩锁连杆744-3的第一侧和第二侧相交以形成闩锁连杆744-3的从第一端延伸到第二端的一个边缘。
因此，在这方面，闩锁连杆744-3被实现为v形杠杆，其具有从枢轴点延伸到第一端744-31的第一腿部和从枢轴点延伸到第二端744-32的第二腿部。在这方面，第一腿部比第二腿部长。
在本示例中，闩锁连杆744-3是1级杠杆，因为支点在作用力(由螺线管545提供的力)和负载(凸轮从动件744-6和闩锁旗状部744-5)之间。尽管在本示例中，闩锁连杆744-3被实现为1级杠杆，但这仅仅是说明性的而不意在限制。在另一些方面，可以使用2级杠杆或3级杠杆。对于2级杠杆，负载在支点和作用力之间，并且对于3级杠杆，作用力在支点和负载之间。
弹簧744-4的第一端连接到第一端744-31和枢轴点之间的闩锁连杆744-3。弹簧744-4的第二端连接到从锚固架541延伸的第三销704。弹簧744-4在闩锁连杆744-3的第一腿部上提供力，其将凸轮从动件744-6拉入闩锁插口746-2。
对于图7a所示的配置，如图4b和图5b所示，插管安装臂355完全延伸并锁定在延伸位置。为了到达该位置，随着插管安装臂355被撤回，凸轮随动件744-6向上移动闩锁746的倾斜斜面746-1(图7b)。
由弹簧744-4和745-2提供在闩锁连杆744-3的第一腿部上的力将凸轮从动件744-6保持在倾斜斜面746-1上。当凸轮从动件744-6到达倾斜斜面746-1的高端并且插管安装臂355被进一步撤回时，弹簧744-4和745-2拉动凸轮从动件744-6并将其保持在闩锁546的插口746-2中。随着凸轮从动件744-6被拉入插口746-2，闩锁旗状部744-5被定位在闩锁传感器748中。在这方面，闩锁传感器748包括一对光控中断(photo-interrupt)开关，使得如果闩锁旗状部744-5被定位在闩锁传感器748中，则该对光控中断开关中的每一个中的光束被切断。切断光束改变光控中断开关的状态，这用于确定何时将插管安装臂355锁住在延伸位置中。在这方面，所述一对光控中断开关用于安全冗余。如果不需要这种冗余，则可以使用单个光控中断开关。
使用一对光控中断开关作为闩锁传感器仅仅是说明性的而不意在限制。在另一些方面，可以使用电容开关或电感开关。替代地，闩锁机构可以压下提供插管臂延伸和锁定信号的开关。
当插管安装臂355被锁定在延伸位置中时，为了将插管安装臂355缩回到弯曲远端部分391d中，通过压下按钮451(图4b)或通过控制器发出缩回插管安装臂命令，激活(有时被称为触发)螺线管545。当螺线管545被激活时，螺线管545将柱塞745-1线性地拉入螺线管主体中，例如，通过螺线管545的激活使柱塞745-1向近侧移动。来自线性螺线管的力非常不均匀，其中在完全缩回(最近端)处施加最大的力，并且力随着柱塞(在远端方向上)延伸而迅速减小。连杆744-1、744-1、744-2和744-3的几何形状被设计成补偿力的这种非线性，并且允许螺线管有效地将凸轮从动件744-6提离闩锁546。
柱塞745-1的运动导致第二连杆744-2在闩锁连杆744-3的第二端744-32上沿第一方向—向下地—施加力。闩锁连杆744-3的第二端744-32上的第一方向上的力导致闩锁连杆744-3围绕销703枢转，这使闩锁连杆744-3的第一端744-31沿与第一方向相反的第二方向—向上地—移动，并使弹簧744-4延伸。闩锁连杆744-3的第一端744-31的运动使凸轮从动件744-6移出插口746-2并移至倾斜斜面746-1上的最高点之上。同样地，闩锁旗状部744-5移出闩锁传感器748。因为凸轮从动件744-6不再位于闩锁546中，所以弹簧543-3自动将插管安装臂355缩回到弯曲远端部分319d中。随着小齿轮547沿着弯曲扇形齿轮542上的轮齿642移动，缩回的速度由阻尼器648控制。
图8是用于控制插管安装臂355的缩回的动作的过程流程图。图8中的线性流程仅用于方便理解而不意在限制。图8中的各种过程可以按照与线性流程所示的顺序不同的顺序执行，并且可以同时执行而不是顺序地执行。
首先，使用者访问包括配置用于覆盖(configurefordraping)801选项的用户界面。用户界面由包括患者侧支撑系统310的计算机辅助手术系统中的控制器生成。应当理解，控制器能够由一个单元或多个不同单元组成。当控制器被分给了不同单元时，所述单元可以集中在一个位置或分布在整个计算机辅助手术系统中。而且，控制器的不同单元可以被提供表征由控制器的该单元控制的动作的名称。
当使用者选择配置用于覆盖801选项时，控制器配置患者侧支撑系统310以便于覆盖患者侧支撑系统310。这里，在配置患者侧支撑系统310用于覆盖时仅考虑与控制插管安装臂355有关的动作。
在臂已缩回(armretracted)检查过程802中，控制器确定插管安装臂355是否停放在连杆319的弯曲远端部分319d内。如果来自闩锁传感器748的信号指示插管安装臂355缩回到连杆319的弯曲远端部分319d中，则臂缩回检查过程802转移到抑制随动(inhibitfollowing)过程804。相反，如果来自闩锁传感器748的信号指示插管安装臂355没有缩回到连杆319的弯曲远端部分319d中，则臂缩回检查过程802转移到缩回臂(retractarm)过程803。注意，包括患者侧支撑系统310的手术系统通常具有若干特征，所述特征被监测以确定是否允许或抑制随动。在图8中，关于随动的抑制和允许，仅考虑与插管安装系统350相关联的动作。
在缩回臂过程803中，控制器首先启用螺线管545，然后激活螺线管545。如上所述，在被激活时，螺线管545导致锁定组件544将凸轮从动件744-6提出闩锁546，并因此弹簧543-3自动地将插管安装臂355缩回到连杆319的弯曲远端部分319d中。缩回臂过程803转移到抑制随动过程804。因此，在这方面，机械臂缩回系统540被用于自动改变操纵器臂组件330的形状用于覆盖。
当插管安装臂355停放在连杆319的弯曲远端部分319d中时，插管470没有对接到插管安装臂355上。当插管470未对接时，抑制随动。因此，在抑制随动过程804中，基于插管未对接而抑制随动。抑制随动过程804转移到臂已延伸和锁定(armextendedandlocked)检查过程805。
臂已延伸和锁定检查过程805确定插管安装臂355是否已从连杆319的弯曲远端部分319d撤回并且被锁定在延伸位置中。如果来自闩锁传感器748的信号指示插管安装臂355未被锁住在延伸位置中，则臂延伸和锁定检查过程805不采取任何行动。相反，如果来自闩锁传感器748的信号指示插管安装臂355被锁住在延伸位置中，则臂已延伸和锁定检查过程805转移到插管对接(cannuladocked)检查过程806。臂已延伸和锁定检查过程805不应被解释为需要轮询以确定插管安装臂355是否被锁住在延伸位置中。在一方面，当来自闩锁传感器748的信号指示插管安装臂355被锁住在延伸位置中时，使用事件处理器来检测被触发的事件。
一旦插管安装臂355被锁住在延伸位置中，要关注如下两个事件：插管被对接或发出了缩回插管安装臂355的命令。因此，插管对接检查过程806确定插管是否已经安装在延伸的插管安装臂355上。如果未接收到插管对接到插管安装臂355上的信号，则插管对接检查过程806转移到缩回臂命令(retractarmcommand)检查过程807。相反，如果接收到插管对接到插管安装臂355上的信号，则插管对接检查过程806转移到随动抑制(followinginhibited)检查过程808。
缩回臂命令检查过程807确定是否已经接收到将插管安装臂355缩回到弯曲远端部分319d中的命令。缩回插管安装臂355的命令能够通过使用者压下臂缩回按钮451或通过控制器发出该命令来产生。如上所述，当插管没有对接到插管安装臂355上时，插管安装臂355只能自动缩回。当进程转移到缩回臂命令检查过程807时，该条件得到满足。因此，如果缩回臂命令检查过程807接收到缩回插管安装臂355的命令，则缩回臂命令检查过程807转移到缩回臂过程803，否则返回到插管对接检查过程806。
缩回臂过程803和插管对接检查过程806之间的循环不应被理解为需要轮询以确定插管是否对接上了以及是否接收到了缩回插管安装臂355的命令。在一方面，使用事件处理器来检测适当条件并触发指示检测到的条件的适当事件。
在插管首先对接到插管安装臂355之后，对随动的抑制由于插管未对接而移除，然后下一个要关注的事件是插管的脱开。如前所述，只要插管470对接到臂355上，插管安装臂355就不能被缩回。
因此，随动抑制检查过程808确定随动是否因为插管没有被对接到插管安装臂355上而被抑制。如果插管对接到插管安装臂355上，则随动抑制检查过程808转移到允许随动(permitfollowing)过程809，过程809通过插管安装系统350消除了随动的抑制。如果没有插管对接到插管安装臂355上，则随动抑制检查过程808返回到插管对接检查过程806。
注意，即使插管安装系统350允许随动，由于手术系统中的其他状况，控制器可能仍然抑制随动。允许随动(permitfollowing)过程809仅考虑插管安装系统350的状态来确定是否允许随动，而不考虑可用于确定手术系统何时被控制器实际允许进入随动的其他因素。
插管对接检查过程806和随动抑制检查过程808之间的循环也不应被理解为需要轮询以确定插管是否对接上了。在一方面，使用事件处理器来检测适当条件并触发指示检测到的条件的适当事件。
注意，只要插管对接，不按照缩回臂命令行动，因此插管安装臂355不会不经意地缩回。在手术过程中，一个或多个手术器械的部分延伸通过插管470进入患者体内。如果插管安装臂355在插管对接时缩回，则手术器械的无意运动可能伤害患者，因此只要插管对接到臂355，使用缩回联锁来防止缩回。
图9是一种联锁控制系统900的框图，该联锁控制系统900实现当插管安装在插管安装臂355上时防止插管安装臂355缩回的联锁。臂缩回控制器910(有时被称为控制器910)接收系统状态信息909，该系统状态信息909包括插管是否对接到插管安装臂355上。在臂缩回控制器910与螺线管驱动器930之间连接有电压控制线911。具有限流器电路920的开关定位在电源电压v+(在一方面为48伏)和螺线管驱动器930之间。螺线管驱动器930是电动致动器驱动器的一个示例。螺线管总线935将螺线管驱动器930连接到螺线管545和总线转储电路940。螺线管总线935是电动致动器总线的一个示例。螺线管545和总线转储电路940两者也连接到地。启用/禁用线912将臂缩回控制器910连接到总线转储电路940。
当状态信息909指示插管未安装在插管安装臂355上并且包括臂缩回命令时，臂缩回控制器910首先在启用/禁用线912上生成到总线转储电路940的禁用信号。禁用信号使总线转储电路940在总线转储电路940中打开螺线管总线935与地之间的连接。因此，当禁用信号在启用/禁用线912上时，总线转储电路940不将螺线管总线935连接到地。
在禁用信号在启用/禁用线912上被激活之后，臂缩回控制器910向螺线管驱动器930提供在电压控制线911上的脉冲宽度调制占空比信号。具有限流器电路920的开关中的开关通常闭合，并因此电源电压v+被提供给螺线管驱动器930。响应于电压控制线911上的脉冲宽度调制占空比，螺线管驱动器930在螺线管总线935上驱动一系列脉冲，这样激活螺线管545。如上所述，当螺线管545被激活时，机械臂缩回系统540被启用并且自动缩回插管安装臂355。
在一段短暂时间(小于看门狗时间，但足够长以解锁插管安装臂355)之后，控制器910将电压控制线911上的脉冲宽度调制占空比信号移除到螺线管驱动器930。作为响应，螺线管驱动器930停止驱动螺线管总线935上的脉冲，这样停用螺线管545。
当通过臂缩回控制器910在启用/禁用线912上生成禁用信号时，启动看门狗定时器915。当看门狗定时器915超时时，启用/禁用线上到总线转储电路940的禁用信号变为启用信号。启用信号使总线转储电路940关闭总线转储电路940中螺线管总线935和地之间的连接。因此，当启用信号在启用/抑制线912上时，总线转储电路940将螺线管总线935连接到地。
因此，总线转储电路940作为螺线管总线935和地之间的开关运行，并且开关打开或关闭的状态由启用/禁用线912上的信号控制。通常，总线转储电路940总是使螺线管总线935短接到地，使得螺线管545不会被触发。这仅在插管未安装信号和臂缩回命令两者同时存在于状态信息909中时才改变。
如图9所示，总线转储电路940和螺线管545并联连接在螺线管总线935和地之间。螺线管总线935与地之间的总线转储电路940中的电阻显著低于螺线管总线935与地之间的螺线管545中的电阻。因此，当总线转储电路940被启用时，大部分电流从螺线管总线935通过总线转储电路940流到地。流过螺线管545的剩余电流不足以触发螺线管545。因此，当总线转储电路940被启用时，螺线管总线935上的任何电压都不触发螺线管545。
正如上所述，臂缩回控制器910中的逻辑允许臂缩回控制器910在电压控制线911上生成命令，以在插管未安装信号和臂缩回命令均存在于状态信息909中时触发螺线管545。然而，臂缩回控制器910可能在电压控制线911上生成寄生命令以触发螺线管545，或者在电源(该电源要么在螺线管驱动器930中或在电缆中)和螺线管总线935之间可能存在短路。在这些情况中的每一种情况下，总线转储电路940被配置为将螺线管总线935连接到地，因此寄生电压不触发螺线管545。
如果螺线管驱动器930无意中驱动螺线管总线935上的电压并由此产生通过螺线管驱动器930和总线转储电路940的大电流，则具有限流器电路920的开关中的限流器电路自动打开电路920中的开关。因此，当具有限流器电路920的开关检测到异常电流消耗时，具有限流器电路920的开关断开到螺线管驱动器930的电力。这确保了电源、螺线管驱动器930中的电路以及总线转储电路940中的电路不会因电流消耗过大而损坏。
如果具有限流器电路920的开关中的开关没能打开，则螺线管945不能被触发。这是安全状况。如果具有限流器电路920的开关中的开关没能关闭，例如短路，这可能使安全系统失效。因此，每当计算机辅助手术系统通电时，测试具有限流器电路920的开关中的开关以确保开关不短路。
如果总线转储电路940中的开关没能关闭(例如短路)，这是安全状况。如果总线转储电路940中的开关没能打开，这可能使安全系统失效。因此，每当计算机辅助手术系统通电时，测试开关总线转储电路940以确保开关还没有没能打开。
在总线转储电路940既不接收启用命令也不接收禁用命令(可能由于启用/禁用线912上断开的连接或者控制器910中发生的故障)的情况下，总线转储电路940自动启用其自身。这是确保插管安装臂355不会不经意地缩回的另一种保护措施。
在一方面，使用现场可编程门阵列电路来实现臂缩回控制器910。在这方面，使用金属氧化物半导体场效应晶体管来实现总线转储电路940，其中门连接到启用/禁用线912。
图10是插管安装臂355的第一端455-1的剖视图，以示出插管安装组件。插管安装组件包括插管对接组件1030、联动装置组件1040、插管释放按钮组件1050和线性运动组件1060。可以在不同于附图中所示的插管安装臂的插管安装臂中实现该插管安装组件。
插管对接组件1030通过联动装置组件1040联接到插管释放按钮组件1050的第一端。插管释放按钮组件1050的第二端联接到线性运动组件1060。线性运动组件1060将插管释放按钮组件1050约束到在第三和第四方向(相对于插管安装臂355的第一端455-1的外表面向下和向上—如箭头1091所示)上的线性运动。插管释放按钮组件1050沿着线性运动组件1060在第三方向上的运动范围受限于插管释放按钮组件1050与插管安装臂355的第一端455-1的壳内的第一硬停止动件(hardstop)接触的一部分。
当力施加在插管释放按钮452上时，即，插管释放按钮452被压下时，插管释放按钮组件1050沿着线性运动组件1060在第三方向(在本示例中，向下)上线性地移动。联动装置组件1040将插管释放按钮组件1050在第三方向上的线性运动转换成插管对接组件1030内的可移动块1154(图11)在第二方向上(例如，在近端方向上)的线性运动，并且这样做压缩在可移动块1154中的弹簧1160。在一方面，使用两个弹簧来实现弹簧1160。
这里，第二方向(在本示例中，在近侧方向上)是不同于与第三方向相反的第四方向的方向，例如，上行方向与近侧方向不同。在图10中，第三方向是下行方向，并且第四方向是如箭头1091所示的上行方向。第一方向是远侧方向，并且第二方向是如箭头1090所示的近侧方向。因此，如上所述，第二方向不同于与第三方向相反且与第三方向不同的第四方向。
类似地，当插管释放按钮452上的下向力被释放时，插管对接组件1030中的弹簧1160使可移动块1154沿第一方向(在本示例中，沿远侧方向)线性地移动到其中弹簧1160具有最小势能的位置。联动装置组件1040将可移动块1154在第一方向上的线性运动转换成插管释放按钮组件1050在第四方向上的线性运动。这里，第一方向所在的方向不同于与第四方向相反的方向。如上面指出的，第四方向在图10中向上，并且与第四方向相反的方向是与第一方向(远侧方向)不同的第三方向(向下)。插管释放按钮组件1050在弹簧1160的力的作用下沿第四方向移动，并保持在一个位置，使得插管释放按钮452处于其未被压下的位置，如图10、图4b和图5b所示。
插管释放按钮组件1050包括框架1051、插管释放按钮452和轨道1053。框架1051包括第一端1051-1和第二端1051-2。线性运动组件1060的线性滑动件1061被附接到框架1051的第二端1051-2。线性滑动件1061被约束为沿线性运动组件1060的轨道1062滑动。轨道1053安装在框架1051的第一端1051-1中。插管释放按钮452邻近线性滑动件1061安装在框架1051上。
联动装置组件1040包括第一连杆1041、第二连杆1042和凸轮从动件1043。第二连杆1042的第一端1042-1可旋转地安装在从插管对接组件1030的外壳1031延伸的销上。因此，第二连杆1042被接地到插管对接组件1030的外壳1031。凸轮从动件1043安装在第二连杆1042的第二端1042-2上。凸轮从动件1043在插管释放按钮组件1050的框架1051的第一端1051-1中的轨道1053内。凸轮从动件1043被约束在轨道1053内，使得凸轮从动件1043能够沿第一方向和第二方向移动，但不能沿第三方向和第四方向移动。
第一连杆1041的第二端1041-2可旋转地连接到安装在第二连杆1042中的销。该销位于第二连杆1042的第一端1042-1和第二连杆1042的第二端1042-2之间。第一连杆1041的第一端1041-1可旋转地连接到可移动块1154(图11)中的销。
当插管释放按钮452被压下时，第二连杆1042用作杠杆，该杠杆具有由从外壳1031延伸的销提供的支点。作用力施加到第二端1042-2，并且负载位于支点和第二端1042-2之间。在本示例中，当插管释放按钮452被压下时，因为负载位于支点和作用力之间，所以第二连杆1042是2级杠杆。
当插管释放按钮被释放时，第二连杆1042仍然用作杠杆，该杠杆具有由从外壳1031延伸的销提供的支点。负载位于第二端1042-2处，并且作用力位于支点与第二端1042-2之间。在本示例中，当插管释放按钮452被释放时，因为作用力位于支点和负载之间，所以第二连杆1042是3级杠杆。因此，第二连杆1042用作2级杠杆和3级杠杆二者。杠杆的等级取决于插管释放按钮452移动的方向。
因此，由使用者提供的压下插管按钮452的力使框架1051移动，并且因此线性滑动件1061沿着轨道1062移动。随着框架1051向下移动，凸轮从动件1043沿第二方向移动。随着连杆1042的第二端1042-2沿第二方向移动，连杆1042围绕外壳1031中的销枢转。该运动使第一连杆1041沿第二方向和第三方向移动。连杆1041的运动使可移动块1154沿第二方向移动，这样压缩插管对接组件1030中的弹簧1160，这样释放插管对接组件1030中的一对夹紧臂1150，使得这对夹紧臂1150能够被打开。
当插管按钮452上的力被释放时，弹簧1160沿第一方向膨胀并移动可移动块1154，这样使该对夹紧臂1150闭合。随着可移动块1154沿第一方向移动，第一连杆1041的第一端1041-1沿第一方向移动。第一连杆1041在第一方向上的运动导致第二连杆1042围绕外壳1031中的销枢转。因此，第二连杆1042的第二端1042-2由于可移动块1154沿第一方向移动而沿第一方向和第四方向移动。连杆1042的第二端1042-2的运动被传递到组件1050的框架1051，其沿第四方向线性地移动插管释放按钮452，直至滑动件1061的运动被插管安装臂355的第一端455-1的外壳内的第二硬停止动件停止。
理解插管释放按钮452的操作所需的插管对接组件1030的部分在图11中被更详细地示出。插管对接组件1030包括一对夹紧臂1150以接合插管470。例如，当插管450的附接部分471被插入到插管对接组件1030的孔1132中时，夹紧臂1150的尖端锁住到插管无菌适配器460的凹陷，插管无菌适配器460又被夹紧臂1150压缩到附接部分471的凹陷572中以将插管470对接到插管对接组件1030。
尽管在图10和图11中未示出，夹紧臂1150中的每一个围绕销枢转以便于安装和释放插管470。夹紧臂1150由可移动块1154致动，该可移动块1154接合并移动夹紧臂1150到闭合(锁住)位置以对接插管470。例如，可移动块1154包括凸轮表面，该凸轮表面接合夹紧臂1150中的每一个以使夹紧臂1150枢转到闭合位置。
弹簧1160将可移动块1154偏置到使夹紧臂1150中的每一个闭合的位置。弹簧1160被定位在安装块1162和可移动块1154之间。
插管对接组件1030包括传感器以检测可移动块1154的位置，从而推断夹紧臂1150是处于锁定位置还是释放位置，如通过块1154上的凸轮表面相对于夹紧臂1150的位置所确定的。例如，传感器可以是当可移动块1154被前后致动以致动夹紧臂1150时可移动块1154接触的开关。来自传感器的输出被传送到计算机辅助手术系统的控制器以提供反馈，例如，夹紧臂1150是否处于锁定或释放位置。关于适用于插管对接组件1030的可移动块、夹紧臂和弹簧的更多细节在pct国际公开no.pct/us2015/020916a1中进行了描述，该国际公开先前通过引用并入本文。
大部分先前的讨论，包括与图3、图4a-图4b、图5a-图5b、图6a-图6b等相关联的讨论，涉及具有操纵器臂组件330的患者侧支撑系统310，操纵器臂组件330具有通过旋转关节联接的四个连杆313、315、317、319。伸缩式插管安装系统350包含弯曲的插管安装臂355，该弯曲的插管安装臂355能够从第四连杆319的弯曲远端部分319d延伸或停放在其中。
患者侧支撑系统、操纵器臂组件及伸缩式插管臂系统的形状的其他设计被预期并且能够被用于各种实施例中。作为一些具体示例，图12示出了患者侧支撑系统1210的示意图，该系统可以用任何适当数量的连杆和主动或被动关节(在图12中示出了七个连杆1202、1204、1206、1213、1215、1217、1219，6个旋转关节1203、1205、1207、1214、1216、1218，而未示出棱形关节)来实现。伸缩式插管安装系统1250包含插管安装臂1255，该插管安装臂1255能够从连杆1219的远端部分1219d延伸或停放在其中。插管1270能够安装到插管安装臂1255，并且器械1280能够通过插管1270延伸以进行操作，如图12所示。
患者侧支撑系统1210的零件类似于患者侧支撑系统110和310中的对应零件。例如，在各种实施例中，连杆1213、1215、1217、1219类似于患者侧支撑系统110的连杆113、115、117、119以及患者侧支撑系统310的连杆313、315、317、319。因此，对于图12，与前述附图相关联的描述在此不再赘述。
为方便起见，插管安装系统1250在图12中被示为弯曲的，并且在各种实施例中，插管安装系统1250能够是具有任何数量的线性和非线性部分的任何适当的形状。图13示出了能够与图12的患者侧支撑系统一起使用的具有不同线性形状的一些示例性伸缩式插管安装系统。插管安装臂1355沿着连杆1219的主轴线延伸和缩回，如虚线箭头1356所示。插管安装臂1357沿着垂直于连杆1219的主轴线的轴线延伸和缩回，如虚线箭头1358所示。插管安装臂1359沿着相对于连杆1219的主轴线成角度的轴线延伸和缩回，如虚线箭头1360所示。
尽管上面描述了控制器，但是应认识到，这样的控制器在实践中可以通过任何数量的模块来实现，并且每个模块可以包括部件的任何组合。每个模块和每个部件可以包括硬件、在处理器上被执行的软件以及固件，或者这三者的任何组合。而且，如本文所描述的，控制器的功能和动作可以由一个模块执行，或者分给不同模块或甚至分给一个模块的不同部件。当分给不同模块或部件时，模块或部件可以集中在一个位置或分布在整个计算机辅助手术系统中用于分布式处理的目的。因此，对控制器的引用不应被理解为需要单个物理实体，因为在一些方面，控制器被分布在整个计算机辅助手术系统中。
如本文所使用的，“第一”、“第二”、“第三”等是用于区分不同部件或元件的形容词。因此，“第一”、“第二”和“第三”不意在暗示部件或元件的任何排序或暗示部件或元件的任何总数。
以上描述以及说明本发明的各个方面和实施例的附图不应被视为限制性的—权利要求书限定了受保护的发明。在不脱离本说明书和权利要求书的精神和范围的情况下，可以进行各种机械、组成、结构、电气和操作变化。在一些情况下，公知的电路、结构和技术未被详细示出或描述以避免模糊本发明。
此外，本说明书的术语不意在限制本发明。例如，可以使用空间相关的术语—例如“下方”、“下面”、“下”、“上面”、“上”、“近侧”、“远侧”等等—来描述如附图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。除了附图中所示的位置和取向之外，这些空间相关的术语旨在涵盖设备在使用或操作中的不同定位(即位置)和取向(即旋转放置)。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为在另一些元件或特征“下面”或“下方”的元件将在这些元件或特征“上面”或“之上”。因此，示例性术语“下面”可以涵盖上面和下面的位置和取向两者。设备可以以其他方式取向(旋转90度或在其他取向)并且相应地解释本文中使用的空间相关的描述符。同样地，沿着和围绕各个轴线的运动的描述包括各种特殊的设备位置和取向。
除非上下文另有说明，否则单数形式“一个/一种(a)”、“一个/一种(an)”和“该/所述(the)”意在也包括复数形式。术语“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“包括”等指定所述特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。被描述为联接的部件可以电气或机械地直接联接，或者它们也可以经由一个或多个中间部件间接联接。
所有示例和说明性参考都是非限制性的，并且不应被用于将权利要求限制为本文中描述的具体的实施方式和实施例及其等同物。任何标题仅用于格式化，而不应以任何方式被用于限制主题，因为一个标题下的文本可交叉引用或适用于一个或多个标题下的文本。最后，鉴于本公开内容，即使没有在附图中具体示出或在正文中描述，关于一个方面或实施例描述的特定特征也可以应用于本发明的其他公开方面或实施例。
上述实施例说明但不限制本公开。还应该理解的是，根据本公开的原理，许多修改和变化是可能的。例如，在许多方面，本文中描述的设备被用作单端口设备，即，完成手术所需的所有部件都经由单个入口端口进入身体。然而，在一些方面，可以使用多个设备和端口。