移动部件耦合至传递机构602中接收 机器人致动力的部件（未示出，见下面）。拉伸元件608延伸穿过力隔离部件610,该力隔 离部件被親合在末端执行器的底座612与传递机构602中的背板614之间。在一个实现 方式中，轴主体606是塑料管（例如，聚芳基醚酮（PEEK))，拉伸元件608是海波管（例如， 316不锈钢（面硬化的），0· 028英寸ODXO. 020ID，具有聚四氟乙烯（PTFE)浸涂涂层），在 每端具有缆线（例如，〇. 018英寸的钨），这些缆线被耦连至该传递机构和末端执行器部件 上，并且力隔离部件610是盘管（例如，300系列的不锈钢）。在一个实现方式中，使用了 304V(真空电弧重熔）不锈钢，因为其表面光洁度比其他300系列不锈钢更光滑，这导致该 盘管内部的摩擦更小。可以看到轴主体606并未经受使该末端执行器部件移动的拉伸元件 608上的拉伸荷载，因为该拉伸力被隔离部件610中的相等的相反作用力抵消了。因此，对 于拉动式末端执行器致动设计，可以使用位于轴主体管606内的两对这样的拉伸元件与力 隔离部件，该器械轴在拉动式致动过程中保持柔性的，并且在其设计的硬度或弯曲方面没 有实际变化，并且拉伸元件608上的拉伸荷载有效地独立于轴主体606的弯曲。
[0105] 图6B是图示说明推拉式器械设计的多个方面的图解视图。如图6B中所示，器械 的力传递机构620通过柔性轴主体624被耦合至抓握型末端执行器622上。压缩/拉伸驱 动元件626延伸穿过该轴主体624并且将末端执行器622中的可移动部件耦合至传递机构 620中接收机器人致动力的部件（未示出，见下面）。一个或多个力隔离部件628(示出了 示例性的两个）也延伸穿过轴主体624并且被耦合至末端执行器的底座630和力传递机构 中的背板632上。在一个实现方式中，轴主体624是塑料管（例如，PEEK)，驱动元件626是 实心杆（例如，304V不锈钢，0· 032英寸0D，具有PTFE喷涂涂层），并且力隔离部件628也 是实心杆（例如，304V不锈钢，0. 032英寸0D，具有PTFE喷涂涂层）。可以看到轴主体624 并未经受使该末端执行器部件移动的驱动元件626上的压缩或拉伸荷载，因为该驱动力被 隔离部件628中的相等的相反作用力抵消了。因此，该器械轴在推拉式致动过程中保持柔 性的，并且在其设计的硬度或弯曲方面没有实际变化，并且驱动元件626上的驱动荷载实 际上独立于轴主体624的弯曲。除了将该器械轴沿着其纵向轴线坚硬化以便隔离这些推拉 式驱动荷载之后，这些力隔离部件628可以起作用来有效地将该器械轴的弯曲硬度增大一 个希望的值。
[0106] 图7A是力传递机构502的实现方式的底视图。如图7A中所示，da Vinci?手术 系统中使用的手术器械的力传递机构已经被修改过，从而去除该器械上用于控制腕部机构 的机构，并且仅使用单个的接口圆盘对末端执行器（或其他可移动部件）的夹爪进行控制。 因此在一个图示说明性实现方式中，一个接口圆盘702a使轴506滚动，从而为末端执行器 504提供滚动D0F，并且第二接口圆盘702b操作末端执行器504的夹爪机构。如以上描述 的，在一个实现方式中，传递机构502中的隔板支撑延伸穿过该器械轴的（多个）盘管（如 以上和以下详述的）。力传递机构502可以耦合到PSM 204上，而PSM不需要任何机械的修 改（这是将现有的机器人手术系统中弯曲套管方面的实现成本最小化的特征）。
[0107] 图7A还示出力传递机构502的实现方式可以包括导电接口引脚704和电耦合到 接口引脚704上的电子数据存储器706。与器械500及其操作相关的参数（例如，器械被使 用的次数，用于控制的Denavit-Hartenberg参数（下面说明的）等）可以被存储在存储器 706中并且在操作期间被机器人手术系统访问以便适当地使用该器械（参见例如美国专利 US 6, 331，181 (1999年10月15日提交）（公开了机器人手术工具、数据构造以及使用），该 专利通过引用并入本文）。在一个实现方式中，该器械延伸穿过其中的弯曲套管专用运动数 据也可以被存储在存储器706中，从而使得如果该系统检测出安装了弯曲套管（参见，例如 图10和下面相关文字），该系统可以访问和使用所存储的套管数据。如果使用多于一个弯 曲套管运动配置（例如，不同的长度、弯曲半径、弯曲角度等），则每个容许配置的专用数据 可以被存储在相关器械的存储器中，并且该系统可以访问并且使用被安装的该特定的套管 配置的数据。此外，在一些情况下如果机器人手术系统感测到柔性器械已经耦连到夹持直 的而不是弯曲的套管的操纵器上，则该系统可以声明这种情况是非法状态并且阻止操作。
[0108] 图7B是在拉动式器械设计中使用的力传递机构的示例性实现方式的平面视图。 如图7B中所示，两个盘管730被定位为靠在背板732上。两个拉伸元件734从这些盘管延 伸，穿过该背板并且延伸至开/关绞盘（capstan) 736,该绞盘如箭头738所示进行转动，以 便拉动拉伸元件中的一个或另一个。图7B还描绘了轴辊（交叉连接的螺旋驱动齿轮740 和轴辊齿轮742)的示例性实现方式。辊齿轮742耦连（例如，激光焊接）到被冲压（swage over)在柔性轴的主体管的近端上的不锈钢适配器。图7B进一步描绘了在插头746与导电 拉伸元件734之间的示例性单极电烙术能量连接744。并且图7B描绘存储芯片748的示例 性定位，该芯片748包含器械和/或相关套管的数据，如在此描述的；以及该芯片的相关电 触点750,电触点750通过PSM上的匹配触点与该手术系统连接。
[0109] 图7C是在推拉式器械设计中使用的力传递机构的示例性实现方式的平面视图。 如图7C中所示，（多个）力隔离杆760从该柔性器械轴的近端延伸出并且与背板762连接 起来。推拉式驱动元件杆764也从该器械轴的近端延伸出并且进一步延伸穿过背板762以 便与滑块766耦连。在这个实现方式中，驱动元件杆764通过使用自由滚动轴承768与线性 滑块766耦连。这个自由滚动轴承防止该驱动杆在器械轴滚动（即，提供不受限制的滚动 D0F)时扭曲。推拉式驱动齿轮770与杠杆齿轮772相接合。杠杆齿轮772通过连杆（偏置 的曲柄）774耦连至滑块766上。在驱动齿轮770如箭头776所示往返转向时，滑块766沿 着轴778如箭头780所示地滑动，因此使驱动元件764沿着该器械轴的纵向轴线移动。在 图7C中，轴辊的实现方式与以上参考图7B描述的实现方式基本上类似。
[0110] 图7C还示出位于器械轴近端的示例性的冲洗流体进入端口 790。在所描绘的实现 方式中，该冲洗流体端口被制成为将该轴主体管耦连至辊齿轮上的组件的一部分。冲洗流 体可以被引导到端口中，从而清洁该轴内部的部件。例如，即使致动的驱动杆或缆线可以延 伸穿过该轴远端处的接触密封件（wipe seal)，但少量的体液可能穿过该密封件并且进入 该轴主体的内部。
[0111] 图7D是在推拉式器械设计中使用的力传递机构的另一个示例性实现方式的透视 图。如图7D中所示，两个小齿轮驱动齿轮782接合它们之间的齿条784。如所描绘的，该齿 条是圆的，并且扁平齿条可以用作替代。该推拉式驱动元件杆耦连至该齿条上（例如，用如 上描述的自由滚动轴承）。图7D中描绘的实现方式使用朝该力传递机构的背面定位的两 个额外的驱动元件及其相关的接口圆盘（未示出；例如见图7A)，并且这些驱动元件在相反 的方向上转动从而使该齿条沿着该器械轴的纵向轴线移动。这个实现方式的设计与图7C 中所述的实现方式相比使用更少的部件、并且更便宜并且制造更简单，但图7D的这种实现 方式并没有在该力传递机构至机器人操纵器的接口中使用额外的驱动元件。然而，使用多 于一个驱动元件的优点是：该机构与仅使用单个的相当的驱动元件相比可以施加更大的力 (例如，实际上如使用两个驱动元件情况下的两倍）。
[0112] 应当理解的是对于移动末端执行器部件而描述的原理可以适用于在器械轴的远 端包括可移动腕部机构或其他机构的器械中。这样的腕部机构允许改变末端执行器的取向 而不改变轴的位置。
[0113] 对于这些柔性的器械轴，可以使用不同的设计方面。以下说明内容公开了用于具 有可移动末端执行器部件的器械的柔性轴的示例性实现方式，并且应当理解的是所描述的 原理（例如，硬化方式）可以适用于不具有带移动部件的末端执行器的轴。应当理解的是 这些原理可以适用于在器械轴的远端包括可移动腕部机构或其他机构的器械方面。
[0114] 图8A是示出器械轴506的一部分的图示说明性结构的剖面透视图。两个拉伸元 件802a、802b延伸穿过轴506的远端部分，并且被耦连以便操作该末端执行器（图解地示 出；例如da Vinci?手术系统器械中使用的5mm直径等级的手术末端执行器）。拉伸元件 802a、802b可以是分开的，或者它们可以是例如环绕末端执行器中的滑轮的相同元件的多 个部分。在一个实现方式中，拉伸元件802a和802b是0.018英寸钨丝。如图8A中所示，拉 伸元件802a和802b的近端親连（例如，压接等）到进一步向近端延伸穿过大部分轴506的 第二拉伸元件804a和804b的远端上。在一个实现方式中，拉伸元件804a和804b是0. 032 英寸不锈钢海波管。在近端处（未示出）使用以如上描述的类似方式耦连的金属丝将拉伸 元件804a和804b耦连到传递机构502上。
[0115] 如图8A中所示，拉伸元件804a和804b分别延伸穿过支撑管806a和806b，支撑 管806a和806b引导拉伸元件804a和804b并且使它们避免在轴506内屈曲或扭折。在一 个实现方式中，支撑管806a、806b是不锈钢（例如，304V (减少摩擦的真空熔融物））盘管 (0. 035英寸内直径；0. 065英寸外直径），并且可以使用其他材料和结构。为了减少摩擦， 当每个拉伸元件滑动到其支撑管内部时，减少摩擦的鞘808a和808b被布置在该拉伸元件 与该支撑管的内壁之间。在一个实现方式中，鞘808a和808b是PTFE，并且可以使用其他材 料。两个支撑管806a和806b被布置在一个单个的内部轴管810内。在一个实现方式中，扁 平螺旋不锈钢丝用于内部轴管810,以便在滚动期间提供抗扭硬度。外轴管812(例如，编织 的不锈钢网或适合用于保护这些轴部件的其他材料）包围内轴管810。弹性体外皮814 (例 如，Peliothane?或其他适当的材料）包围该外轴管812。外皮814保护轴506的内部部 件免受例如手术期间体液的直接污染，并且该外皮有助于轴506滑入该弯曲套管中。在一 些实现方式中，轴506具有大约5. 5mm(0. 220英寸）外直径。
[0116] 在一个示例性实现方式中，该支撑管和拉伸元件组件可以用PTFE浸涂从而提供 减少摩擦的"鞘"。将浸涂材料填充在盘管之间的空间从而形成管。在另一个示例性实现方 式中，在盘管被包围之前，金属丝被预涂覆，并且然后将该盘管烘焙从而将涂层重融并且形 成实心管。该管的末端可以围绕拉伸元件进行密封从而防止污染（例如，体液）进入该拉 伸元件与该盘管之间。
[0117] 轴506可以包括额外的部件。如图8中所示，例如，在一些实现方式中一个或多个 硬化杆816延伸穿过轴506的不同部分。杆816的数量、尺寸以及组成可以被改变，从而提 供部分506a_506c的不同硬度（如上所述）。例如，在一些实现方式中，杆816是不锈钢。 此外，在一些实现方式中另一种材料的一个或多个额外的杆818可以延伸穿过轴506的一 个或多个部分。例如，图8A示出PEEK的第二杆，在一个实现方式中该杆延伸穿过远端区段 506c从而提供除了来自杆516的硬度之外的硬度。此外，或者包括这些硬化杆或者替代这 些硬化杆，在轴506中还包括用来提供例如用于清洁的抽吸和/或冲洗或冲刷作用的一个 或多个补充管。并且，可以包括额外的拉伸元件来操作例如位于该器械轴远端处的任选多 DOF腕部机构。
[0118] 图8B是器械轴设计的另一个实现方式的图解的透视截面视图。如图8B中所示， 具有PTFE涂层的两个海波管拉伸元件820被定位在力隔离盘管822内。任选的氟化乙丙 烯（FEP)隔离层可以环绕盘管。PEEK主体管824围绕这些拉伸元件和盘管，并且FEP热收 缩外皮826围绕该主体管。任选的冲洗管828可以被置于该主体管824内部，并且其被配 置为使得来自该轴的近端的清洁流体行进穿过该清洁管到达该轴的远端，并且接着返回通 过该主体管从而例如冲洗出污染的体液。但是，器械材料被选择成允许该器械能经受用于 灭菌的加压加热作用。
[0119] 图8C是示出器械轴506的一部分的另一图示说明性结构的剖面透视图。拉伸元 件830a、830b、832a和832b类似于上述拉伸元件802a、802b、804a和804d。这些拉伸元件 各自的路经穿过多通道支撑管834中单独的通道。在一个实现方式中，管834是具有多个通 道836的FEP压制品，并且可以使用其他材料。FEP提供拉伸元件靠在其上滑动的低摩擦表 面。类似于以上公开那些杆的一个或多个硬化杆（未示出）可以延伸穿过支撑管834中不 同的其他通道836从而为每个器械轴区段506a-506c提供希望的硬度。七通道管834(六 个通道围绕一个中心通道布置）显示在图8C中，并且硬化杆或其他元件可以被插入到该中 心通道中。额外的线缆（例如用于操作在轴506远端处的任选的多DOF腕部机构）的路径 可以穿过管834中的其他通道。可替代地，其他功能（例如抽吸和/或冲洗）可以通过这 些通道提供。
[0120] 图8C进一步示出环绕支撑管838以便为轴506提供轴向抗扭硬度的轴主体管 834 (例如，压制的PEEK或其他适当的材料）。外皮或涂层840环绕主体管838,从而当轴 506滑入弯曲套管内部时减少摩擦并且用来保护轴部件。在一个实现方式中，外皮840是热 收缩在主体管838周围的0. 005英寸FEP层，并且可以使用其他适当的材料。在图8C中所 示结构的一个实现方式中，轴506外直径是约5. 5mm(0. 220英寸），其中一个单件压制PEEK 主体管具有约5. Omm外直径和约3. 5mm内直径。使用PEEK，因为它的硬度（弹性模量或杨 氏模量）足够低，使得允许用足够低的径向力弯曲以便限制该弯曲套管内部的摩擦力，从 而使得器械I/O不以显著的方式受到影响，但是它的弹性模量足够高，使得为延伸超过该 弯曲套管远端的轴远端部分506c提供良好的悬臂梁硬度，用来抵抗轴在传递机构与该套 管近端之间的任何部分屈曲，并且用来沿着该器械轴的长度以足够的硬度和精度传递滚动 移动和扭矩。
[0121] 图8D是示出柔性器械轴设计的又一实现方式的透明的图解透视图。如图8D中所 示，推拉式驱动元件850延伸穿过多通道管854中的中心通道852,该多通道管与以上描述 的管834类似。如以上描述的三个力隔离/硬化杆856延伸穿过围绕该中心通道的三个 通道858。如图8D中所示，这些杆856的远端包括配合在这些通道中的不锈钢插头。在所 描绘的实现方式中，环绕该中心通道的剩余三个通道860是开放的并且被用作冲洗流体通 道。然而，在其他实现方式中，其他元件可以延伸穿过这些通道860中的一个或多个。为了 清楚起见，在图中省略了周围的器械轴主体管和外皮。
[0122] 图9A是柔性轴器械的远端的实现方式的分解透视图。如图9A中所示，两个盘管 902被耦连到远端帽904。盘管被定位在具有如上描述的外皮908的主体管906内部（拉 伸元件未示出）。拉伸元件密封件910被配合到端帽904中，并且拉伸元件延伸穿过密封件 910,该密封件阻止流体进入这些盘管中。在一个图示说明性实现方式中，密封件910是模 制的硅酮/硅树脂接触密封件。适配帽912被定位在该主体管的远端上，并且该末端执行 器帽槽（clevis)914被耦合至该适配帽上。
[0123] 图9B是图9A中所示的实现方式的截面图。在图9B中可见，端帽904包括多个 脊916,这些脊使得该帽能够被冲压（swage)在主体管906内部。盘管902被定位为抵靠 帽904,并且拉伸元件缆线918延伸穿过帽904和密封件910。适配帽912被冲压在主体管 906上，并且在该图示说明性实现方式中适配帽912是锥形的（或逐渐变小）以便允许FEP 热收缩外皮908覆盖该帽912的一部分。末端执行器帽槽914被耦连至（例如，激光焊接 至）适配帽912。虽然未示出，但可以用帽槽和适配帽的一个单件（未示出）来替代帽912 和帽槽914。该单件通过消除激光焊接而使制造成本和复杂性降低。
[0124] 图9C是图示说明可以位于柔性轴器械的远端的拉动型末端执行器的图解视图。 如图9C中所绘，拉动一根缆线则打开末端执行器夹爪，并且拉动另一根缆线则关闭末端执 行器夹爪。
[0125] 图9D是柔性轴器械的远端的另一实现方式的分解透视图。如图9D中所示，端帽 920配合在轴主体管922的远端内部。接触密封件924覆盖端帽920中的开口，并且推拉 式驱动杆连接件926延伸穿过端帽920和密封件924从而与该末端执行器的可移动部件耦 合。末端执行器帽槽与附连帽组件928装配在轴主体管922的末端上。这些部件是以与图 9B所描述的方式相类似的方式进行组装的（例如，使用冲压等等）。密封件924中用于驱 动杆连接件的开口略微尺寸偏小，并且在将组件928冲压到轴主体管上之前压缩该密封件 进一步使密封件围绕该驱动杆连接件密闭。
[0126] 图9E是图示说明可以位于柔性轴器械的远端的推拉型末端执行器的图解视图 (示出图示说明性的施夹器末端执行器）。如图9E中所绘，推动该驱动杆则关闭末端执行 器夹爪，而拉动该驱动杆则打开末端执行器夹爪。
[0127] 图9F是设计为辅助清洁的端帽的实现方式的示意性透视图。如上所述的两个盘 管在开口 940处用该端帽连接起来。如上所述的两个冲洗流体管在开口 942处用该端帽连 接起来。细长孔944被设置在该端帽中，与每个开口 940、942相交。该孔的末端通过该端 帽与该主体管之间的冲压连接而被密封，并且因此形成腔室（为清楚起见在图中省略了这 些冲压脊）。用于清洁的流体经冲洗管向远端行进穿过该器械轴，进入该腔室中，并且在近 端被再次引导穿过盘管内部以便进行清洁。类似地，在推拉型器械的实现方式中，远端腔室 接收穿过多通道支撑管中的一个或多个通道的清洁流体，并将流体再次引导穿过该中心通 道来冲洗掉污染物以便进行清洁。
[0128] 图10是图不说明性弯曲套管416的图解视图。如图10中所不，套管416包括安 装区段1002和套管主体区段1004。该安装区段1002被配置成安装在机器人系统操纵器上 (例如，PSM 204)。在一些实现方式中，一个或多个构件1006被布置在该安装区段1002上 以便被该操纵器的套管支座中的传感器1008感测。如通过传感器1008感测到构件1006 的存在，可以指示例如该套管被适当地安装以及套管的类型（例如，直的或弯曲的、套管长 度、曲率半径等）。在一个实现方式中，这些构件1006是凸起的环形金属环，并且相应的传 感器1008是霍尔效应传感器。
[0129] 安装区段1002还可以包括机械键构件1009,该机械键构件与操纵器上的对应构 件配合用来确保该套管以相对于操纵器插入轴线适当的取向来安装。这样，例如，可以形成 "左侧"和"右侧"弯曲套管。此外，为了区别左侧对右侧弯曲取向，可以使用该键构件来确 保该套管以适当角度在该操纵器支座中滚动从而使得器械以希望的角度接近手术部位。本 领域技术人员应当理解的是可以使用许多不同的机械键构件（例如，配合的销钉/孔、接片 /凹槽、球/锁销等）。图IOA图示说明示例性键构件。如图IOA中所示，键构件1030附连 (例如，焊接）到弯曲套管的安装支架1032的侧面上。键构件1030包括凹陷1034,该凹陷 接收机器人操纵器的套管安装支架的一部分以及两个垂直对齐的