机器人手术系统及其机器人臂推车的制作方法

1.本发明涉及因相对于手持式手术器械具有增加的准确度和便利性而在微创医疗程序中使用的机器人手术系统。


背景技术：

2.机器人手术系统由于其相对于手持型手术器械的更高的准确度和便利性而用于微创医疗手术中。在这些机器人手术系统中，机器人臂支撑手术器械，手术器械具有通过腕部组合件安装到其上的末端执行器。在操作中，机器人臂移动到患者上方的某一位置，且接着经由手术端口或患者的天然腔道导引手术器械进入小切口中来将末端执行器定位在患者身体内的工作位点。
3.通常，提供推车来支撑机器人臂，且允许临床医生将机器人臂移动到手术室内的不同位置。机器人臂在患者上方的高度可需要调整(例如，降低或升高机器人臂)以将末端执行器精确地定位在患者身体内的工作位点。调整机器人臂的高度涉及沿着推车的支撑柱竖直地移动机器人臂。归因于机器人臂和/或与机器人臂相关联的其它组件的重量，机器人臂的竖直位置的手动调整可能需要手动地或通过马达施加大量的力。
4.相应地，寻求用于克服调整机器人臂的高度的过程中涉及的挑战的解决方案。此外，将机器人臂维持在选定高度的过程中使用的机制存在改进空间。又另外，在使用期间减少手术推车中引起的振动将是有利的。


技术实现要素：

5.根据本公开的一个方面，提供一种用于支撑机器人臂的手术推车，其包含：竖直延伸的支撑柱；支撑在所述支撑柱上的滑轮；在所述滑轮上延伸的线缆；附接到所述线缆的第一端上且沿着所述支撑柱可竖直移动的托架；以及附接到所述线缆的第二端上且可移动地联接到所述支撑柱的轨条的调谐质量阻尼器组合件。所述调谐质量阻尼器组合件配置成减弱所述手术推车中引起的振动。
6.在各方面中，所述调谐质量阻尼器组合件可配置成在所述托架在第二竖直方向上沿着所述支撑柱移动时在第一竖直方向上沿着所述支撑柱的所述轨条移动。所述第一和第二竖直方向可彼此相反。
7.在各方面中，所述手术推车可进一步包含联接部件，所述联接部件固定到所述调谐质量阻尼器组合件上且可滑动地联接到所述支撑柱的所述轨条。
8.在各方面中，所述调谐质量阻尼器组合件可包含外壳、悬挂在所述外壳内的质量，以及联接在所述质量和所述外壳之间的阻尼器。所述外壳可附接到所述线缆的所述第二端上且可移动地联接到所述轨条，并且所述质量可配置成在所述外壳内水平地移动。
9.在各方面中，所述阻尼器可以是缓冲器。
10.在各方面中，所述调谐质量阻尼器组合件可进一步包含将所述质量联接到所述外壳的弹簧。
11.在各方面中，所述阻尼器可在界定于所述外壳和所述质量之间的间隙中水平地延伸。
12.在各方面中，所述调谐质量阻尼器组合件可进一步包含将所述质量可移动地联接到所述外壳的连杆。
13.在各方面中，所述阻尼器可以是围绕所述质量安置的多个阻尼器。
14.在各方面中，所述手术推车可进一步包含基座及可操作地联接到所述基座的多个车轮。所述基座上可支撑所述支撑柱，并且所述车轮可准许所述手术推车沿着水平表面移动。
15.根据本公开的另一方面，一种用于支撑机器人臂的手术推车包含：竖直延伸的支撑柱；支撑在所述支撑柱上的滑轮；在所述滑轮上延伸的线缆；附接到所述线缆的第一端上且沿着所述支撑柱可竖直移动的托架；附接到所述线缆的第二端上且可移动地联接到所述支撑柱的轨条的配重；以及支撑在所述支撑柱的顶端部分邻近处的磁性阻尼器组合件。所述磁性阻尼器组合件配置成减弱所述手术推车中引起的振动。
16.在各方面中，所述磁性阻尼器组合件可包含一对金属板、安置在所述一对金属板之间的金属环，以及悬挂在所述金属环内的磁体，使得所述磁体相对于所述金属环的移动在所述一对金属板和所述磁体之间引发涡电流。
17.在各方面中，所述磁性阻尼器组合件可进一步包含围绕所述磁体周向安置且将所述磁体联接到所述金属环的多个弹簧。
18.在各方面中，所述磁体可配置成相对于所述金属环在所述金属环内水平地移动。
19.在各方面中，所述一对金属板和所述金属环可由有色金属制成，且所述磁体可以是稀土磁体。
20.根据本公开的又一方面，一种用于支撑机器人臂的手术推车包含：竖直延伸的支撑柱；支撑在所述支撑柱上的滑轮；在所述滑轮上延伸的线缆；附接到所述线缆的第一端上且沿着所述支撑柱可竖直移动的托架；支撑在所述支撑柱的顶端部分邻近处的磁性阻尼器组合件；以及附接到所述线缆的第二端上且可移动地联接到所述支撑柱的轨条的调谐质量阻尼器组合件。所述磁性阻尼器组合件和所述调谐质量阻尼器组合件配置成减弱所述手术推车中引起的振动。
21.下文参考附图更详细地描述本公开的示例性实施例的其它细节和方面。
22.如本文中所使用，术语平行和垂直应理解为包含与真实平行和真实垂直相差约+或
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10度的基本上平行和基本上垂直的相对配置。
附图说明
23.并入在本说明书中且构成本说明书的一部分的附图示出本公开的实施例，且与上文所给出的本公开的一般描述及下文所给出的实施例的详细描述一起用以阐释本公开的原理，其中：
24.图1是根据本公开的包含手术推车的机器人手术系统的示意性图示；
25.图2是图1的机器人手术系统的手术推车的一个实施例的后透视图；
26.图3是安置于图2的手术推车的支撑柱内的滑轮组合件的透视图；
27.图4是图3的滑轮组合件的放大透视图；
28.图5是联接到配重的图3的滑轮组合件的顶部透视图；
29.图6是图5的配重的透视图；
30.图7是图2的手术推车的前透视图；
31.图8是示出图2的手术推车的制动机构的前透视图，其中移除了零件；
32.图9是图2的手术推车的滚动基座的放大视图，其中从其移除了覆盖件；
33.图10是具有附接到其的机器人臂的手术推车的另一实施例的透视图；
34.图11是图10的手术推车的支撑柱及其制动机构的透视图，其中一些零件分离；
35.图12是供与图10的手术推车一起使用的制动机构的另一实施例的透视图；
36.图13是展示为附接到手术推车的轨条的图12的制动机构的放大视图；
37.图14是图10的手术推车的第一侧视图；
38.图15是示出制动机构的另一实施例的图10的手术推车的放大第二侧视图；
39.图16是图15的制动机构的齿条与小齿轮的放大视图；
40.图17是示出基于弹簧的配衡机构的图10的手术推车的透视图；
41.图18是图10的手术推车的另一透视图；
42.图19是图17的基于弹簧的配衡机构的组件的放大视图；
43.图20是图17的配衡机构的后视图；
44.图21是具有阻尼器组合件的手术推车的实施例的示意性图示；
45.图22是图21的手术推车的阻尼器组合件的顶部横截面视图；
46.图23是图21的手术推车的阻尼器组合件的侧面横截面视图；
47.图24是具有阻尼器组合件的手术推车的另一实施例的示意性图示；
48.图25是图24的手术推车的阻尼器组合件的顶部横截面视图；以及
49.图26是图24的手术推车的阻尼器组合件的侧面横截面视图。
具体实施方式
50.参看图式详细地描述包含机器人臂推车及其使用方法的各种实施例的当前公开的机器人手术系统的实施例，图式中相同参考数字在若干视图中的每一个中指定相同或相应的元件。如本文所使用，术语“远侧”指代机器人手术系统或其组件的较靠近患者的部分，而术语“近侧”指代机器人手术系统或其组件的较远离患者的部分。
51.如下文将详细地描述，提供一种用于支撑机器人臂且用于促进机器人臂在手术室内到处移动的手术推车的实施例。所述推车包含装备有轮子的基座，和从基座竖直地延伸的支撑柱。支撑柱支撑托架，所述托架可沿着支撑柱的竖直轴线移动且承载机器人臂。手术推车进一步包含配衡机构，其用以辅助临床医生沿着支撑柱手动地调整托架的竖直位置。本公开进一步提供一种制动机构，其维持托架相对于支撑柱的选定竖直位置。本公开另外提供了用于减弱在使用期间手术推车中引起的振动的阻尼器组合件的实施例。
52.首先参考图1，示出了手术系统，例如机器人手术系统1。在实施例中，机器人手术系统1位于手术室“or”内。机器人手术系统1通常包含具有手术器械(例如，可拆卸地附接到其的机电器械10)的多个手术机器人臂2、3；控制装置4；以及与控制装置4联接的操作控制台5。
53.操作控制台5包含显示装置6，其特别地设置成显示三维图像；以及手动输入装置
7、8，借助于所述手动输入装置，人员(未展示)(例如临床医生)能够在第一操作模式下遥控机器人臂2、3，此原则上为所属领域的技术人员所知。机器人臂2、3中的每一个可以由通过接头连接的多个部件组成。
54.机器人臂2、3可由连接到控制装置4的电驱动器(未图示)来驱动。控制装置4(例如，计算机)设置成激活驱动器，确切地说借助于计算机程序激活驱动器，其方式为使得机器人臂2、3和因此机电器械10(包含机电末端执行器(未示出))根据借助于手动输入装置7、8限定的移动来执行所要移动。还可设置控制装置4，其方式为使得其调节机器人臂2、3和/或驱动器的移动。
55.机器人手术系统1被配置成在躺在手术台“st”上待借助于手术器械(例如机电器械10)以微创方式治疗的患者“p”上使用。机器人手术系统1还可包含多于或少于两个机器人臂2、3，额外机器人臂同样连接到控制装置4且可借助于操作控制台5遥控。例如机电器械10(包含机电末端执行器)等手术器械也可附接到额外机器人臂。
56.机器人臂(例如机器人臂3)支撑于手术推车100上。手术推车100可并入有控制装置4。在实施例中，机器人臂(例如机器人臂2)可联接到手术台“st”。
57.为了详细论述机器人手术系统的构造和操作，可参考标题为“医疗工作站(medical workstation)”的第8,828,023号美国专利，该美国专利的整个内容以引用的方式并入本文中。
58.参考图2，通常使用参考数字100展示被配置成根据本公开使用的机器人手术系统1的手术推车的一个示例性实施例。手术推车100被配置成将机器人臂3(图1)移动到手术室“or”(图1)内的选定位置，且提供机器人臂3的高度调整。手术推车100通常包含推车基座102、从推车基座102竖直地(即，垂直)延伸的支撑柱104，以及可滑动地支撑于柱104上且被配置成用于在其上支撑机器人臂3的托架或滑件106。
59.手术推车100的支撑柱104限定纵向轴线“x”，且具有支撑于推车基座102上的第一端104a和第二自由端104b。支撑柱104包含一对对置的侧壁108a、108b。一对把手110a、110b附接到相应侧壁108a、108b且被配置成由临床医生握紧以促进手术推车100在手术室“or”内的移动。支撑柱104的侧壁108a、108b彼此横向间隔开以限定具有安置于其中的内部支撑结构114的纵向延伸沟道112。
60.参考图2和3，支撑柱104的内部支撑结构114沿着支撑柱104的纵向轴线“x”延伸且被配置成可滑动地支撑托架106和配重130两者。确切地说，支撑柱104的内部支撑结构114具有限定第一纵向延伸轨道116a的第一纵向侧部114a，和限定第二纵向延伸轨道116b的第二纵向侧部114b。托架106可滑动地支撑于第一纵向侧部114a的第一轨道116a中，且配重130可滑动地支撑于第二纵向侧部114b的第二轨道116b中。支撑柱104在柱104的第二自由端104b处包含安置于内部支撑结构114上的平台118，用于在其上支撑滑轮组合件120。
61.参考图4和5，手术推车100包含以机械方式使托架106与配重130接合的滑轮组合件。滑轮组合件120包含第一对滑轮120a和第二对滑轮120b，其各自支撑于支撑柱104的平台118上且固定到所述平台118。第一和第二对滑轮120a、120b彼此横向隔开使得第一对滑轮120a安置成邻近于支撑柱104的第一侧壁108a(图2)，且第二对滑轮120b安置成邻近于支撑柱104的第二侧壁108b(图2)。预期滑轮组合件120可包含第一和第二单个滑轮，代替于第一和第二对滑轮。
62.滑轮120a、120b经由相应毂122a、122b可旋转地支撑于平台118上。预期毂122a、122b中的每一个可包含制动机构124，例如伺服马达制动器或电磁制动器，其被配置成选择性地停止滑轮120a、120b的旋转。在实施例中，毂122a、122b可各自包含马达126，用于驱动滑轮120a、120b的旋转，借此移动托架106。示例性伺服马达制动器的详细描述可查阅第6,273,221号美国专利，该美国专利的整个内容以引用的方式并入本文中。在实施例中，滑轮120a、120b可具有绝对编码器以确定机器人臂3的位置。
63.参考图5和6，滑轮组合件120包含第一和第二线缆128、132以及切换杆134。第一线缆128在第一对滑轮120a上方延伸，且第二线缆132在第二对滑轮120b上方延伸。第一线缆128的第一端128a固定地联接到配重130，且第二端(未明确展示)固定地联接到托架106。类似地，第二线缆132的第一端(未明确展示)固定地联接到配重130，且第二端(未明确展示)固定地联接到托架106。
64.滑轮组合件120的切换杆134可枢转地支撑于配重130上。第一线缆128的第一端128a固定到切换杆134的第一端134a，且第二线缆132的第一端固定到切换杆134的第二端134b。切换杆134的中间部分可枢转地附接到支轴136，所述支轴附接到配重130。
65.切换杆134虑及随时间可能发生的线缆128、132中的任何制造容差或拉伸。举例来说，如果第一线缆128开始拉伸或伸长而第二线缆132不如此，则切换杆134将枢转以朝向配重130移动切换杆134的第一端134a以虑及第一线缆128的伸长。如此，即使线缆128、132中的一个中存在不均匀的张力，第一和第二线缆128、132也继续承载配重130的相等负载。此外，切换杆134适应线缆128a、132中的制造容差。
66.参看图6，配重130的质量大体上等于托架106、机器人臂3和附接的手术器械10的组合质量。在一些实施例中，配重130的质量可大体上等于托架106、机器人臂3和/或手术器械10的组合质量。配重130用以通过使托架106自由浮动来减小临床医生(或在一些实施例中，马达)在沿着支撑柱104升高或降低托架106(在机器人臂3附接的情况下)的过程中所需的气力。如所示出，配重130可包含彼此上下堆叠的多个精密重块。所述重块中的每一个可从配重单元130拆卸以为临床医生提供取决于托架106、机器人臂3和/或最终由托架106支撑的其它组件的质量调整配重130的质量的能力。在实施例中，配重106可被视为滑轮组合件120的组件。
67.参考图7和8，手术推车100包含安置于支撑柱104的腔112内的制动机构140。制动机构140包含轴杆或杆142，和可滑动地安装到轴杆142的制动器144。轴杆142在支撑柱104内纵向延伸，且在其端部处固定在平台118和推车基座102之间。
68.制动器144的连接器或延伸部146将制动器144固定到托架106，使得托架106沿着支撑柱104的轨道116a轴向移动致使制动器144沿着轴杆142滑动。纵向延伸沟道148穿过制动器144限定且具有延伸穿过其中的轴杆142。制动器144可被配置成电磁制动器、伺服马达制动器、液压制动器、气动制动器等。
69.响应于经由控制装置4致动制动器144，制动器144摩擦啮合轴杆142。在一些实施例中，作为控制装置4负责致动制动器144的替代或补充，制动器144可包含传感器(未明确展示)，其感测施加于托架106上的阈值力，从而致使制动器144自动释放与轴杆142的啮合。由传感器感测到的阈值力可以是由临床医生施加在托架106上用于升高托架106的向上力。在实施例中，制动器144可在不存在阈值力的情况下自动摩擦啮合轴杆142。
70.在其它实施例中，传感器可被配置成检测滑轮组合件120的马达126(图5)何时正被激活，或可从控制装置4接收指示马达126正被激活的同时信号。在传感器感测到马达126激活或接收来自控制装置4的信号后，制动器144释放与轴杆142的啮合以允许升高或降低由马达126驱动的托架106。
71.参看图9，手术推车100的推车基座102固定到支撑柱104的第一端104a，且包含四个脚轮103a、103b、103c、103d。在一些实施例中，推车基座102可包含多于或少于四个脚轮。推车基座102进一步包含经由连杆107a、107b联接到脚轮103a
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103d的两个脚踏板105a、105b，其用以在选定方向中旋转脚轮103a
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103d。如此，使用脚踏板105a、105b，临床医生可控制手术推车100的移动方向。
72.在操作中，在机器人臂3支撑于托架106上的情况下，托架106可沿着支撑柱104的纵向轴线“x”升高或降低到选定竖直位置。举例来说，为了升高托架106且继而升高机器人臂3，临床医生可经由控制装置4在滑轮组合件120的毂122a、122b中致动马达126，或用手手动地升高托架106。在任一情境中，滑轮组合件120的配重130减小升高托架106所需的能量或力，这是归因于配重130在托架106正由临床医生或马达126移动的相同方向上作用于托架106。
73.在临床医生停止在托架106上施加向上力后，制动机构140的制动器144自动(例如，经由传感器)摩擦啮合制动机构140的轴杆142，借此停止托架106沿着支撑柱104在任一方向中的进一步竖直移动。类似地，在使用滑轮组合件120的马达126来调整托架106的高度的情境中，在马达126停止旋转滑轮120a、120b后，自动致动(例如，经由传感器)制动机构140的制动器144以啮合制动机构140的轴杆142，借此停止托架106沿着支撑柱104在任一方向中的进一步竖直移动。在实施例中，在电力故障的情况下，制动器144可具有手动越控件。
74.在制动器144啮合到轴杆142的情况下，托架106将在支撑柱104上固定在其竖直位置中。在托架106、机器人臂3和手术器械10的组合质量大于配重130的质量的情形中，只要制动器144处于激活状态，制动器144就将防止托架106被降低。在配重130的质量比托架106、机器人臂3和手术器械10的组合质量大的替代情形中，只要制动器144处于激活状态，制动器144就将防止托架106被升高。
75.参考图10和11，示出被配置成根据本公开使用的机器人手术系统1的手术推车200的另一实施例。手术推车200被配置成将机器人臂3移动到手术室“or”(图1)内的选定位置，且提供机器人臂3的竖直移动。手术推车200通常包含推车基座202、从推车基座202竖直地(例如，垂直)延伸的支撑柱204，以及被配置成用于在其上支撑机器人臂3的托架或滑件206。将详细地描述仅手术推车200的被认为对于阐明不同于图2
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9的手术推车100的特征来说重要的那些组件。
76.手术推车200包含制动机构240，用于相对于支撑柱204选择性地固定托架206和(继而)机器人臂3的竖直位置。在一个实施例中，制动机构240包含滚珠螺杆组合件242、244和可操作地啮合到滚珠螺杆组合件的机动制动器246。滚珠螺杆组合件包含滚珠螺杆242和螺纹式联接到滚珠螺杆242的滚珠螺母244。在实施例中，代替具有滚珠螺杆组合件的制动机构240，制动机构240可包含常规导螺杆和旋拧到其上的常规螺母。滚珠螺杆242相对于常规滚珠螺杆具有高节距，其中这种相对高的节距促进托架106的升高和降低，并继而促进机器人臂3的升高和降低。
77.制动机构240的滚珠螺母244可旋转地安装到托架206，使得螺母244随着托架206沿着支撑柱204的长度轴向移动。预期螺母244可具有与托架206上的相应表面特征(未明确展示)啮合的其外表面上限定的表面特征(未明确展示)，这在禁止螺母244相对轴向移动的同时允许螺母244相对旋转。螺母244螺纹式联接到滚珠螺杆242，使得螺母244沿着滚珠螺杆242的轴向移动致使滚珠螺杆242围绕其纵向轴线旋转。制动机构240的滚珠螺杆242在支撑柱204内纵向延伸，且在其端部处轴向固定在平台248和制动机构240的制动器246之间。
78.制动机构240的制动器246安装在滚珠螺杆242的端部上，且可以是电磁制动器、伺服马达制动器等。制动器246限定纵向延伸沟道250，使滚珠螺杆242的端部延伸穿过其中。制动器246被配置成响应于经由控制装置4致动制动器246而选择性地摩擦啮合滚珠螺杆242。在一些实施例中，作为控制装置4负责致动制动器246的替代或补充，制动器246可包含控制制动器246的致动的传感器(未明确展示)。确切地说，传感器可被配置成感测施加于托架206上的阈值力，且作为响应致使制动器246自动释放与滚珠螺杆242的啮合。可通过临床医生在托架206上施加既定升高托架206的向上力来导致由传感器感测到的阈值力。制动器246可进一步被配置成在不存在阈值力的情况下自动摩擦啮合滚珠螺杆242。如此，传感器控制制动机构240的制动器246以将托架206的竖直位置选择性地固定在支撑柱204上。如可理解，可提供处理器(未明确展示)来响应于传感器感测到阈值力而引导制动器246的操作。
79.在一些实施例中，手术推车200可进一步包含马达252，其可操作地联接到滚珠螺杆242以实现滚珠螺杆242的旋转。在此实施例中，马达252的激活致使滚珠螺杆242旋转，借此沿着滚珠螺杆242驱动螺母244的向上或向下移动，且继而驱动托架206的相应向上或向下移动。在其它实施例中，传感器可被配置成检测马达252何时正被激活，且在传感器感测到马达252激活后，制动器246可被配置成自动释放与滚珠螺杆242的啮合以允许通过马达252升高或降低托架206。在另外其它实施例中，可提供另一制动器(未图示)，其选择性地啮合螺母244以防止螺母244的旋转和/或螺母244的轴向平移。
80.在操作中，为了升高或降低机器人臂3，临床医生可在托架206上手动地施加力，或可通过临床医生按压按钮来激活马达252以驱动托架206移动。传感器感测正施加于托架206上的手动力，或传感器感测马达252的激活。传感器与处理器通信，处理器接着引导制动机构240的制动器246释放滚珠螺杆242。如果正手动地驱动托架206的竖直调整，则由临床医生施加于托架206上的力沿着滚珠螺杆242移动托架206和附接的螺母244及机器人臂3，因为不再通过制动器246防止滚珠螺杆242旋转。如果正通过马达252驱动托架206的竖直调整，则马达252的激活旋转滚珠螺杆242，因为不再通过制动器246防止滚珠螺杆242旋转。随着滚珠螺杆242旋转，螺母244沿着滚珠螺杆242移动，借此沿着支撑柱204移动托架206和附接的机器人臂3。
81.参考图12和13，示出供与机器人手术系统1的手术推车200一起使用的制动机构340的另一实施例。制动机构260包含安装到托架206且可随其移动的线性运动制动器。线性运动制动器包含一对夹钳臂262a、262b，其选择性地抓握支撑柱204的轨道205以停止托架206沿着轨道205的轴向移动。线性运动制动器可包含可由临床医生操作以手动地致动线性制动器的手动致动器264。示例性线性运动制动器的细节描述可查阅第8,220,592号美国专利。
82.参考图14
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20，示出被配置成根据本公开使用的机器人手术系统1的手术推车300
的另一实施例。手术推车300被配置成将机器人臂3移动到手术室“or”(图1)内的选定位置，且提供机器人臂3的竖直移动。手术推车300通常包含推车基座302、从推车基座302竖直地(例如，垂直)延伸的支撑柱304，以及被配置成用于在其上支撑机器人臂3的托架或滑件306。将详细地描述仅手术推车300的被认为对于阐明不同于图2
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9的手术推车100的特征来说重要的那些组件。
83.手术推车300包含制动机构340，类似于参考图11描述的制动机构240。制动机构340被配置成相对于支撑柱304固定托架306和(继而)机器人臂3的竖直位置。制动机构340包含齿条342和小齿轮344，其可操作地彼此联接以选择性地停止托架306沿着支撑柱304的轴向移动。
84.制动机构340的齿条342固定地安装到支撑柱304且与支撑柱304的纵向轴线平行而延伸。齿条342沿着其长度限定多个齿346，这些齿被配置成与小齿轮344的条柱348配对地啮合。制动机构340的小齿轮344不可旋转地安装到可旋转地安装到托架306的轮轴350。如此，小齿轮344能够在相对于托架306轴向固定的同时相对于托架306旋转。在一些实施例中，轮轴350相对于托架306可旋转地固定，同时小齿轮344可旋转地安装到轮轴350。在一些实施例中，小齿轮344可具有螺旋形齿以减小反冲。
85.制动机构340进一步包含安装到轮轴350的端部的制动器352。制动器352可以是电磁制动器、伺服马达制动器等，且被配置成响应于经由控制装置4致动制动器344而选择性地摩擦啮合小齿轮344。在一些实施例中，作为控制装置4负责致动制动器的替代或补充，制动器344可包含控制制动器344的致动的传感器(未明确展示)。确切地说，传感器可被配置成感测施加于托架306上的阈值力，且作为响应致使制动器352自动释放与小齿轮344的啮合。可通过临床医生在托架306上施加既定升高托架306的向上力来导致由传感器感测到的阈值力。制动器352可进一步被配置成在不存在阈值力的情况下自动摩擦啮合小齿轮344。如此，传感器控制制动机构340的制动器352以将托架306的竖直位置选择性地固定在支撑柱304上。如可理解，可提供处理器(例如控制装置4)以响应于传感器感测到阈值力而引导制动器352的操作。
86.支撑柱304可进一步包含马达(未明确展示)，其可操作地联接到小齿轮344或轮轴350以直接或经由轮轴350间接地实现小齿轮344的旋转。在此实施例中，马达的激活致使小齿轮344旋转，借此沿着齿条342驱动小齿轮344向上或向下移动，且继而沿着支撑柱304驱动托架306相应地向上或向下移动。在其它实施例中，传感器可被配置成检测何时马达正被激活，且在传感器感测到马达激活后，制动器352可自动释放与小齿轮344的啮合以允许升高或降低托架306。如可理解，处理器可被配置成响应于传感器感测到马达激活或解除激活而引导制动器352的操作。
87.在一个实施例中，轮轴350和小齿轮344两者可以不可相对于托架306旋转。在此实施例中，小齿轮344可在小齿轮344啮合到齿条342的第一或制动位置和小齿轮344从齿条342脱啮的第二或非制动位置之间移动。如此，小齿轮344通过选择性地与齿条342啮合而充当制动器352以停止托架306沿着支撑柱304的移动。
88.在操作中，为了升高或降低机器人臂3，临床医生可手动地在托架306上施加力，或可激活马达来驱动托架306移动。传感器感测到正由临床医生在托架306上施加手动力，或传感器感测到马达的激活。传感器与处理器通信，处理器接着引导制动机构340的制动器
352释放小齿轮344。如果正手动地驱动托架306的竖直调整，则由临床医生施加于托架306上的力沿着支撑柱304移动托架306、附接的机器人臂3和小齿轮344，因为不再通过制动器352防止小齿轮344旋转。如果托架306的竖直调整正由马达驱动，则马达的激活旋转小齿轮344，因为不再通过制动器352防止小齿轮344旋转。随着小齿轮344旋转，小齿轮344沿着齿条342轴向移动，借此沿着支撑柱304移动托架306和附接的机器人臂3。
89.参考图17
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20，手术推车300包含一对弹簧部件320a、320b，其安装于支撑柱304中且被配置成配衡托架306和附接的机器人臂3的组合质量。弹簧部件320a、320b中的每一个可以是恒力弹簧，其具有由不锈钢、玻璃纤维或任何合适的材料制造的一个或多个层压物或层。基于托架306、机器人臂3和附接的手术器械的组合质量选择层压物的数目和厚度以及用于制造恒力弹簧320a、320b的材料的类型。
90.恒力弹簧320a、320b各自围绕筒322a、322b卷绕。两个筒322a、322b安置成彼此邻近且各自可旋转地安装到相应轮轴或枢轴销324a、324b。弹簧中的每一个的第一端固定(例如，栓接或焊接)到相应筒322a、322b，且弹簧320a、320b中的每一个的第二端326、328从相应筒322a、322b向下延伸。弹簧320a、320b的第二端326、328中的一或两者直接附接到托架306。弹簧320a、320b用以通过使托架306自由浮动来减小临床医生(或在一些实施例中，马达)在沿着支撑柱304升高或降低托架306(在机器人臂3附接的情况下)的过程中所需的气力。如图18和19中所展示，例如霍尔效应传感器等电开关341可与弹簧320a、320b相关联，用于检测弹簧320a、320b是否折断。确切地说，如果和弹簧320a、320b将要折断，则相应电开关341将被激活，借此向临床医生或技术人员提供已存在故障的信号等，且在实施例中，将系统置于永久或临时“挂起”或“关机”状态，直至更换和/或修复特定机器人推车300。
91.在操作中，在机器人臂3支撑于托架306上的情况下，托架306可沿着支撑柱304的纵向轴线升高或降低到选定位置。举例来说，为了降低托架306，需要阈值量的力来克服弹簧320a、320b的弹簧力。在克服弹簧320a、320b的弹簧力后，降低托架306使其远离筒322a、322b，借此展开弹簧320a、320b。例如制动机构340等制动器可用于将托架306维持在支撑柱304上的选定竖直位置中。
92.为了从降低位置升高托架306，释放制动器，从而允许弹簧320a、320b的弹簧力作用于托架306上。随着弹簧320a、320b试图返回到其自然卷绕状态，弹簧320a、320b在托架306上施加向上定向力以促进托架306沿着支撑柱304向上竖直移动。如此，归因于弹簧320a、320b在托架306正由临床医生或马达移动的相同方向上作用于托架306上，弹簧320a、320b减小升高托架306所需的能量。
93.继续参看图17
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20，推车300可进一步包含过闩(overlatch)机构，用于调整旋转制动机构340的小齿轮344所需的力。确切地说，过闩机构包含线缆330、操纵杆331和枢轴臂333(图20)。线缆330的第一端330a锚定到操纵杆331，且第二端330b锚定到支撑柱304的基座。线缆330缠绕在制动机构340的小齿轮344周围以对小齿轮344的旋转提供选择性的阻力量。举例来说，线缆330缠绕在小齿轮344周围越紧密，则旋转小齿轮344且继而沿着支撑柱304的轴线移动托架306所需的力越大。为了降低线缆330中的张力，致动操纵杆331，这致使枢轴臂333朝下枢转，借此使线缆330的第一端330a较接近第二端330b。以此方式，线缆330在小齿轮344周围松开以允许小齿轮344更容易地旋转。
94.参考图21到23，示出了配置成根据本公开使用的机器人手术系统1的手术推车400
的另一实施例。手术推车400配置成将机器人臂3移动到手术室“or”(图1)内的选定位置，且提供机器人臂3的竖直移动。手术推车400大体上包含推车基座402、从推车基座402竖直(例如，垂直)延伸的支撑柱404，以及阻尼器组合件，例如用于减小在使用期间手术推车400中引起的振动的调谐质量阻尼器组合件420。将详细地描述仅手术推车400的被认为对于阐明不同于上述手术推车的特征来说重要的那些组件。
95.推车基座402具有多个车轮408，例如用于在水平表面上可移动地支撑手术推车400的脚轮。支撑柱404具有从推车基座402竖直延伸的一对侧壁404a、404b及安置在侧壁404a、404b上的顶端部分404c或顶部。第一滑轮412a和第二滑轮412b可操作地支撑在支撑柱404的顶端部分404c上。线缆414在滑轮412a、412b中的每一个上延伸，并且具有第一端414a和第二端414b。在实施例中，支撑柱404可具有多于或少于两个滑轮。线缆414的第一端414a可安置在支撑柱404之外，且线缆414的第二端414b可安置在支撑柱404内。
96.线缆414的第一端414a具有固定到其上的托架或横杆406。托架406配置成在其上支撑机器人臂，例如机器人臂3(图1)。线缆414在滑轮412a、412b上的移动使托架406和相关联的机器人臂3沿着支撑柱404竖直移动。线缆414的第二端414b上固定有调谐质量阻尼器组合件420，使得线缆414在滑轮412a、412b上的移动使调谐质量阻尼器组合件420和托架406沿着支撑柱404在相反的竖直方向上移动，所述相反的竖直方向在图21中由箭头“a”和“b”指示。
97.参考图22和23，调谐质量阻尼器组合件420大体上包含外壳422、质量424和多个阻尼器426。外壳422固定到线缆414的第二端414b上，且经由联接装置或支架418可滑动地联接到支撑柱404的轨条416。外壳422可以是方形的中空结构，其大小适合接收在支撑柱404内。质量424可以是具有大体上等于托架406和机器人臂3(图1)的组合重量的重量的块。质量424安置在外壳422内向内与外壳422的内周边间隔开，以在外壳422的内周边和质量424之间界定间隙428。
98.调谐质量阻尼器组合件420的阻尼器426围绕质量424安置，且跨界定在质量424和外壳424之间的间隙428延伸。阻尼器426将质量424附接到外壳422的内周边上，由此质量424悬挂在外壳422内，且相对于外壳422在外壳422内沿着水平平面自由地水平移动。阻尼器426可以是任何合适的配置成吸收手术推车400的振动的阻尼器，例如缓冲器。调谐质量阻尼器组合件420可进一步包含围绕质量424安置的多个弹簧430。弹簧430将质量424耦合到外壳422的内周边，且配置成为质量424在外壳422内的水平移动提供阻力但不阻止这一水平移动。可以设置多个连杆或轴承432，帮助将质量424联接到外壳422，同时准许质量424相对于外壳424水平移动。
99.在使用时，手术推车400的移动，不管是有意的还是无意的，都会不可避免地导致手术推车400及其组件，包含所附接的手术器械，发生振动。当手术推车400振动时，调谐质量阻尼器组合件420的质量424会相对于调谐质量阻尼器组合件420的外壳422在水平方向上振荡。调谐质量阻尼器组合件420的阻尼器426(例如，缓冲器)通过吸收手术推车400的动能(即，水平移动)来减小这些振动的幅度。
100.参考图24到26，示出了配置成根据本公开使用的机器人手术系统1的手术推车500的又一实施例。手术推车500配置成将机器人臂3移动到手术室“or”(图1)内的选定位置，且提供机器人臂3的竖直移动。手术推车500大体上包含推车基座502、从推车基座502竖直(例
如，垂直)延伸的支撑柱504，以及阻尼器组合件，例如用于减小在使用期间手术推车500中引起的振动的磁性阻尼器组合件520。将详细地描述仅手术推车500的被认为对于阐明不同于上述手术推车400的特征来说重要的那些组件。
101.推车基座502具有多个车轮，例如用于在水平表面上可移动地支撑手术推车500的脚轮508。支撑柱504具有从推车基座502竖直延伸的一对侧壁504a、504b及安置在侧壁504a、504b上的顶端部分504c或顶部。第一滑轮512a和第二滑轮512b可操作地支撑在支撑柱504的顶端部分504c上。线缆514在滑轮512a、512b中的每一个上延伸，且具有第一端514a和第二端514b。在实施例中，支撑柱504可具有多于或少于两个滑轮。线缆514的第一端514a可安置在支撑柱504之外，且线缆514的第二端514b可安置在支撑柱504内。
102.线缆514的第一端514a上固定有托架或横杆506。托架506配置成在其上支撑机器人臂，例如机器人臂3(图1)。线缆514在滑轮512a、512b上的移动使托架506和相关联的机器人臂3沿着支撑柱504竖直移动。线缆514的第二端514b部分上可固定有配重519，使得线缆514在滑轮512a、512b上的移动使配重519和托架506沿着支撑柱504在相反的竖直方向上移动。在实施例中，配重519可大致为托架506和所附接的机器人臂3(图1)的组合重量。在其它实施例中，图21到23的调谐质量阻尼器组合件420可固定到线缆514的第二端514b而不是配重519上。
103.磁性阻尼器组合件520支撑在支撑柱504的顶端部分504c上，且大体上包含一对金属板522a、522b、金属环524和磁体526。在实施例中，可沿着手术推车500的任何合适位置支撑磁性阻尼器组合件520。金属环524安置在所述一对金属板522a、522b之间，其中金属板522a、522b分别固定到金属环524的上表面和下表面。所述一对金属板522a、522b和金属环524可各自由有色金属制成，且磁体526可由稀土元素制成。在实施例中，所述一对金属板522a、522b可以是铜和/或铝。磁体526安置在金属环524的中心腔内且在所述一对金属板522a、522b之间。磁体526向内与金属环524的内周边间隔开，从而在金属环524的内周边和磁体526之间界定间隙528。
104.磁性阻尼器组合件520进一步包含多个弹簧530，所述弹簧围绕磁体526周向安置且跨界定在磁体526和金属环524之间的间隙528延伸。弹簧530将磁体526附接到金属环524的内周边上，由此磁体526悬挂在金属环524内，且相对于金属环524在金属环524内沿着水平平面自由地水平移动。弹簧530可以是任何合适的偏置部件，为磁体526相对于金属环524的水平移动提供阻力但允许进行这一水平移动。
105.在使用时，手术推车500的移动，不管是有意的还是无意的，都会不可避免地导致手术推车500及其组件，包含所附接的手术器械，发生振动。当手术推车500振动时，磁性阻尼器组合件520的磁体526会相对于磁性阻尼器组合件520的金属环524在水平方向上振荡。当磁体526相对于金属环524和板522a、522b经由弹簧530振荡时，磁体526和板522a、522b之间产生涡电流。涡电流产生磁性阻尼器组合件520的磁体526的阻尼，由此减小手术推车500中的振动幅度。
106.预期本公开的手术推车100，200，300、400和500可并入有用于将托架固定在沿着支撑柱的选定竖直位置的上述制动机构中的任一个。
107.尽管在附图中展示了本公开的几个实施例，但并不旨在将本公开限制于此，而是旨在使本公开的范围与所属领域所允许的一样宽，并且本说明书同样被阅读。还设想了上
文实施例的任何组合，且所述组合在要求保护的发明的范围内。因此，上文的描述不应解释为限制性的，而仅仅是作为特定实施例的例证。本领域的技术人员将设想在本文所附的权利要求书的范围和精神内的其它修改。