包括機械臂的裝置和系統的制作方法

本申請根據35USC§119(e)要求2014年9月4日提交的美國臨時專利申請號62/045,756和2014年9月4日提交的美國臨時專利申請號62/045,802的優先權的權益，這些申請的內容以引用的方式整體并入本文。

技術領域

本發明在其一些實施方案中涉及一種包括至少一個機械臂的裝置，并且更具體地但不排他地，涉及包括用于插入體內的至少一個機械臂的機械裝置。

背景技術：

背景技術包括：Claudio Quaglia等人的題為“用于單端口腹腔鏡的緊湊型機器人操作器的設計(Design of a Compact Robotic Manipulator for Single-Port Laparoscopy)”，J.Mech.Des論文號：MD-13-1148，136(9)，095001(2014年6月13日)；Taku Komura等人的題為“一種用于具有運動數據的3D圖的逆運動學方法(An inverse kinematics method for 3D figures with motion data)”國際計算機圖形學學報(CGI'03)；

Hubens等人的題為“在消化外科手術中使用達芬奇機器人系統兩年后我們學到了什么？(What Have we Learnt after Two Years Working with the Da Vinci Robot System in Digestive Surgery？)”，2004年，Acta chir belg；

Michael Irvine的題為“機器人輔助腹腔鏡手術的麻醉(Anaesthesia for Robot-Assisted Laparoscopic Surgery)”，2009年，Cont Edu Anaesth Crit Care and Pain；

Jeong Rim Lee的題為“機器人手術的麻醉注意事項(Anesthetic considerations for robotic surgery)”，2014年，韓國麻醉學期刊；

Teljeur等人的題為“機器人輔助子宮切除術的經濟評價：成本最小化分析(Economic evaluation of robot-assisted hysterectomy:a cost-minimisation analysis)”，2014，BJOG；

Box等人的題為“快速通訊：機器人輔助NOTES腎切除術：初步報告(Rapid co mmunication：robot-assisted NOTES nephrectomy：initial report)”，2008，J Endourol；

DR.Domigo的題為“當前子宮切除術趨勢的概述(Overview of current hysterectomy trends”)，2009，產科學、婦科學專家評論；以及

DR.Kho的題為“陰道與腹腔鏡子宮切除術(Vaginal versus laparoscopic hysterectomy)”，Contemporary OB/GYN Expert Advice，2013。

另外的背景技術包括美國專利號US 8224485、美國專利號US 8347754、美國專利號US 7833156、美國專利號US 8518024、國際專利申請公開號WO2010096580和國際專利申請公開號WO 2013116869。

技術實現要素：

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種尺寸和形狀適于插入體內的裝置，其包括：

至少一個機械手臂，其包括：

支撐段；

第一柔性部段，其從支撐段延伸并終止于聯接部段；以及

第二柔性部段，其從聯接部段延伸并終止于工具或用于工具的連接器中；

其中柔性部段中的一個或多個的長軸在單個彎曲平面中是可彎曲的；

其中第一柔性部段的長軸長度為第一柔性部段的垂直于柔性部段長軸的最大范圍的至少兩倍；

其中第二柔性部段的長軸長度為第二柔性部段的垂直于柔性部段長軸的最大范圍的至少兩倍。

根據本發明的一些實施方案，聯接部分是第一柔性部段的一部分。根據本發明的一些實施方案，第二柔性部段延伸穿過聯接部段。

根據本發明的一些實施方案，第一柔性部段的長軸在單個第一柔性段彎曲平面中可獨立彎曲；第二柔性部段的長軸在單個第二柔性段彎曲平面中可獨立彎曲。

根據本發明的一些實施方案，至少一個柔性部段可圍繞對應的柔性部段長軸旋轉。

根據本發明的一些實施方案，柔性部段可各自圍繞對應的柔性部段長軸旋轉。

根據本發明的一些實施方案，至少一個柔性部段可圍繞對應的柔性部段長軸旋轉，一個柔性部段相對于另一柔性部段的旋轉從而改變彎曲平面之間的角度。

根據本發明的一些實施方案，每個可彎曲柔性部段在圍繞每個對應的彎曲平面的一個旋轉方向上是可彎曲的。

根據本發明的一些實施方案，柔性部段的彎曲沿著柔性部段的長軸長度分布。

根據本發明的一些實施方案，手臂包括第一有效段和第二有效段，其中每個有效段由手臂的部分形成；

其中第一段的有效長軸長度比第二段的有效長軸長度長大約10-30％

其中第一段的有效長軸長度是從第一柔性部分的長軸中點到第二柔性部分的長軸中點測量的長度；

其中第二段的有效長軸長度是從第二柔性部分的長軸中點到第二柔性部分的遠端測量的長度。

根據本發明的一些實施方案，手臂包括第一有效段和第二有效段，其中每個有效段由手臂的部分形成；

其中第一段的有效長軸長度比第二段的有效長軸長度長大約10-30％

其中第一段的有效長軸長度是從支撐段長軸與第一柔性部分的長軸之間的交叉點到第一柔性部分長軸與第二柔性部分長軸之間的交叉點測量的長度；

其中第二段的有效長軸長度是從第一柔性部分長軸與第二柔性部分長軸之間的交叉點到第二柔性部分的遠端測量的長度。

根據本發明的一些實施方案，裝置包括根據機械手臂的第一手臂和第二手臂。

根據本發明的一些實施方案，第一手臂支撐段和第二手臂支撐段被聯接到基部，其中第一手臂支撐段和第二手臂支撐段的長軸是平行的。

根據本發明的一些實施方案，至少一個柔性部段的長軸長度是柔性部段的垂直于柔性部段長軸的最大范圍的至少四倍。

根據本發明的一些實施方案，柔性部段的尺寸和可彎曲使得工具或工具附件與第一柔性部段之間的間距可減小到第一柔性部段的長軸長度的20％或更小。

根據本發明的一些實施方案，第一柔性部段可彎曲至少45°。

根據本發明的一些實施方案，第二柔性部段可彎曲至少45°。

根據本發明的一些實施方案，裝置包括至少一個控制部分，其中一個或多個控制部分包括至少一個柔性扭矩傳遞部分；

其中至少一個柔性部段被聯接到控制部分的遠端，控制部分的遠端的旋轉從而使所述部分旋轉。

根據本發明的一些實施方案，系統包括第一控制部分和第二控制部分；其中第一柔性部段被聯接到第一控制部分的遠端；其中第二柔性部段被聯接到第二控制部分的遠端；其中第二控制部分穿過第一柔性部段的中空部分；其中第二控制部分穿過第二控制部分的中空部分。

根據本發明的一些實施方案，第二控制部分包括可彎曲的扭矩傳遞部分；其中扭矩傳遞部分位于第二控制部分的穿過第一柔性部段的部分上。

根據本發明的一些實施方案，可彎曲扭矩傳遞部分包括：通過多個連接器互連的多個元件；其中多個元件可圍繞扭矩傳遞部分長軸彎曲；其中連接器足夠堅固以在元件之間傳遞扭矩。

根據本發明的一些實施方案，每個元件包括兩個或更多個部分，這些部分在平行于扭矩傳遞部分長軸的方向上可獨立地彈性壓縮和擴張；

根據本發明的一些實施方案，每個元件在垂直于扭矩傳遞部分長軸的方向上是剛性的。

根據本發明的一些實施方案，至少一個柔性部段包括多個聯接的鏈節；

其中鏈節圍繞彎曲平面的樞轉使柔性部段彎曲。

根據本發明的一些實施方案，工具具有打開和閉合構型。

根據本發明的一些實施方案，工具包括電外科尖端。

根據本發明的一些實施方案，第一手臂工具中的一個包括成像器，其用于收集至少一個裝置手臂的至少一部分的圖像。

根據本發明的一些實施方案，垂直于部分長軸的一個或多個部分最大范圍是所述部分的長度的10％或更小。

根據本發明的一些實施方案，裝置包括聯接到第二柔性部分的一個或多個細長元件；

其中第二柔性部分的屈曲由一個或多個細長元件上的張力控制。

根據本發明的一些實施方案，一個或多個細長元件延伸到裝置外部。

根據本發明的一些實施方案，一個或多個細長元件通過穿過一個或多個手臂部分的中空部分而延伸到裝置外部。

根據本發明的一些實施方案，工具是抓緊器，其包括：

第一相對部分；

聯接到第一相對部分的第二相對部分；以及

聯接到第一相對部分和第二相對部分的扭矩元件；

其中在第一方向上將扭矩施加到扭矩元件使扭矩元件朝向第一相對部分和第二相對部分移動，從而增加所述部分之間的間距；

其中在第二方向上將扭矩施加到扭矩元件使扭矩元件遠離第一相對部分和第二相對部分移動，從而減小所述部分之間的間距。

根據本發明的一些實施方案，扭矩元件被聯接到抓緊器細長元件，并且細長元件的轉動將扭矩施加到扭矩元件。

根據本發明的一些實施方案，抓緊器細長元件延伸到裝置的外部。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種尺寸和形狀適于插入體內的裝置，其包括：

至少一個機械手臂，其包括：

支撐段；

第一柔性部段，其從支撐段延伸并終止于聯接部段；

第二柔性部段，其從聯接部段延伸并終止于工具或用于工具的連接器中；以及

控制部分，其包括至少一個柔性扭矩傳遞部分并且被聯接到第二柔性部段，控制部分的旋轉從而使第二柔性部段旋轉；

其中控制部分穿過第一柔性部段的中空部分，柔性扭矩傳遞部分被設置在第一柔性部分內，第一柔性部分的彎曲從而使扭矩傳遞部分彎曲。

根據本發明的一些實施方案，控制部分穿過支撐段的中空部分。

根據本發明的一些實施方案，裝置包括第二控制部分；

其中第一柔性部段被聯接到第二控制部分的遠端，第二控制部分的旋轉從而使第一柔性部段旋轉；

其中第一控制部分穿過第二控制部分的中空部分。

根據本發明的一些實施方案，可彎曲扭矩傳遞部分包括：

通過多個連接器互連的多個元件；

其中多個元件可圍繞扭矩傳遞部分長軸彎曲；

其中連接器足夠堅固以在元件之間傳遞扭矩。

根據本發明的一些實施方案，每個元件包括兩個或更多個部分，這些部分在平行于扭矩傳遞部分長軸的方向上可獨立地彈性壓縮和擴張；

根據本發明的一些實施方案，每個元件在垂直于扭矩傳遞部分長軸的方向上是剛性的。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種尺寸和形狀適于插入體內的裝置，其包括：

至少一個機械手臂，其包括一部分，所述部分包括

支撐段；

第一柔性部段，其從支撐段延伸并終止于聯接部段；以及

第二柔性部段，其從聯接部段延伸；

其中第一柔性部段包括可彎曲的扭矩傳遞部分；

其中第二柔性部段的長軸在單個彎曲平面中是可彎曲的。

根據本發明的一些實施方案，第二柔性部段的長軸在單個彎曲平面中可獨立地彎曲。

根據本發明的一些實施方案，第二柔性部段包括多個聯接的鏈節；

其中鏈節圍繞彎曲平面的樞轉使柔性部段彎曲。

根據本發明的一些實施方案，可彎曲扭矩傳遞部分包括：

通過多個連接器互連的多個元件；

其中多個元件可圍繞扭矩傳遞部分長軸彎曲；

其中連接器足夠堅固以在元件之間傳遞扭矩。

根據本發明的一些實施方案，每個元件包括兩個或更多個部分，這些部分在平行于扭矩傳遞部分長軸的方向上可獨立地彈性壓縮和擴張；

根據本發明的一些實施方案，每個元件在垂直于扭矩傳遞部分長軸的方向上是剛性的。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種抓緊器，包括：

在關節處聯接的至少兩個相對部分；

聯接到相對部分的扭矩元件；

其中在第一方向上將扭矩施加到扭矩元件使扭矩元件朝向第一相對部分和第二相對部分旋擰，從而增加所述部分之間的間距；

其中在第二方向上將扭矩施加到扭矩元件使扭矩元件遠離第一相對部分和第二相對部分旋擰，從而減小所述部分之間的間距。

根據本發明的一些實施方案，扭矩元件被聯接到細長元件，并且細長元件的轉動將扭矩施加到扭矩元件。

根據本發明的一些實施方案，細長元件延伸到裝置的外部。根據本發明的一些實施方案，細長元件包括一個或多個扭矩傳遞部分。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種外科系統，其包括：

至少一個機械手臂，其大小和形狀適于插入體內；

一個或多個馬達，其被聯接到手臂以用于移動手臂的一個或多個零部件；以及

處理器，其被配置來：

接收輸入對象的移動的測量；

基于所測量的輸入對象移動來產生馬達控制信號；以及

將馬達控制信號發送到一個或多個馬達，從而控制至少一個機械手臂的移動。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種尺寸和形狀適于插入體內的裝置，其包括：至少一個機械手臂，其包括：剛性支撐段；剛性第一段，其通過柔性第一連接部段聯接到支撐段；剛性第二段，其通過柔性第二連接部段聯接到第一段；其中，至少一個連接部段的長軸長度為連接部段垂直于連接部段長軸的最大范圍的至少兩倍。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種尺寸和形狀適于插入體內的裝置，其包括：

至少兩個機械手臂，其用于插入到常規切口中，每個手臂包括：通過第一連接部段聯接到支撐段的第一段；通過第二連接部段聯接到第一段的第二段；并且其中第一段和第二段的尺寸被設定并且第二連接部段是柔性的，以使得第二段的遠端與第一連接部段之間的間隔可減小到第一段的長度的20％或更小。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種尺寸和形狀適于插入體內的機械裝置，其包括：至少一個機械手臂，其包括：剛性支撐段；剛性第一段，其通過柔性第一連接部段聯接到支撐段；剛性第二段，其通過柔性第二連接部段聯接到第一段；第三段，其通過柔性第三連接部段聯接到第二段；其中每個連接部分可以圍繞連接部分長軸旋轉。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種抓緊器，其包括：至少兩個相對部分，其在關節處聯接；聯接到相對部分的扭矩元件；其中在第一方向上將扭矩施加到扭矩元件使扭矩元件朝向第一相對部分和第二相對部分移動，從而增加所述部分之間的間距；其中在第二方向上將扭矩施加到扭矩元件使扭矩元件遠離第一相對部分和第二相對部分移動，從而減小所述部分之間的間距。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種尺寸和形狀適于插入體內的裝置，其包括：

至少一個機械手臂，其包括：

支撐段；

第一柔性部段，其從支撐段延伸并終止于聯接部段；以及

第二柔性部段，其從聯接部段延伸并終止于工具或用于工具的連接器中；

其中柔性部段中的一個或多個可彎曲至少120°。

其中第一柔性部段的長軸長度為第一柔性部段的垂直于柔性部段長軸的最大范圍的至少兩倍；

其中第二柔性部段的長軸長度為第二柔性部段的垂直于柔性部段長軸的最大范圍的至少兩倍。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種尺寸和形狀適于插入體內的裝置，其包括：

至少一個機械手臂，其包括：

支撐段；

第一柔性部段，其從支撐段延伸并終止于聯接部段；以及

第二柔性部段，其從聯接部段延伸并終止于工具或用于工具的連接器中；

其中柔性部段中的一個或多個在單個彎曲平面中；

其中柔性部段中的一個或多個可彎曲至少120°。

根據本發明的一些實施方案，每個柔性部段具有：

柔性部段長軸長度；以及

垂直于長軸的最大柔性部段范圍；

其中柔性部段長軸長度中的至少一個為垂直于柔性部段中的至少一個的長軸的最大柔性部段范圍的至少兩倍。

根據本發明的一些實施方案的一個方面，提供一種治療方法，其包括：

將機械手臂插入體內，其中手臂包括至少兩個柔性部分；

在身體內使接合的機械手臂在兩個或更多個柔性部段處彎曲以接觸目標，以使得在至少一個三維平面中相鄰的有效段長軸之間的角度的總和為至少120°，以及

用機械手臂治療目標。

根據本發明的一些實施方案的一個方面，提供一種治療方法，其包括：

通過身體內的進入點將機械手臂插入體內，其中手臂包括至少兩個柔性部段；

在身體內使接合的機械手臂在兩個或更多個柔性部段處彎曲以接觸目標，以使得測量為手臂的部分的長軸長度的總和的身體內的手臂長度為目標與進入點之間的距離的至少兩倍；

用機械手臂治療目標。

根據本發明的一些實施方式的一個方面，提供一種子宮切除術的方法，其包括：

通過陰道腔中的切口將包括至少一個機械手臂的裝置插入體內；

使至少一個機械手臂在身體內彎曲約為子宮的最大尺寸的30％，以從子宮外接近子宮；

使用機械手臂將子宮與周圍組織分離；以及

通過切口移除子宮。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種用于切口的裝置，其包括：

裝置主體，其尺寸和形狀適于在設置在裝置主體上的切削刃處布置具有組織的期望切口區域的患者組織；以及

設置在裝置主體上的出口，所述出口被聯接到抽吸元件，以用于增加用戶解剖結構與裝置主體之間的壓力

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種子宮操縱器，其包括：

其尺寸和形狀適于插入子宮的部分；

細長裝置主體，其被聯接到所述部分以用于控制相對于細長裝置主體的部分位置；

其中細長裝置主體適于附接到子宮頸的一部分。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種外科系統，其包括：

至少一個機械臂；以及

牽開器工具；

其中牽開器工具可遠離一個或多個機械臂延伸。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種外科系統，其包括：

尺寸和形狀適于插入人體中的外科裝置，其包括至少一個鉸接手臂，所述手臂包括多個順序聯接的外科裝置部分；

輸入裝置，其包括至少一個鉸接手臂，所述手臂包括多個順序聯接的輸入裝置部分；以及

控制器，其控制外科裝置鉸接手臂的一個或多個零部件的移動；

其中輸入裝置手臂的至少一部分對應于外科裝置手臂的一個或多個零部件；

其中控制器基于輸入裝置手臂的至少一個部分的移動來控制裝置手臂的一個或多個零部件的移動。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種用于控制外科裝置的輸入裝置，其包括：

至少一個鉸接手臂，所述手臂包括多個順序聯接的部分；

至少一個傳感器，其被配置來產生鉸接手臂的至少一部分相對于鉸接手臂的另一部分的相對位置的指示；

處理器，其被配置來從感測的位置產生馬達控制信號，以用于控制外科裝置。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種在身體內部接合裝置移動的方法，其包括：

測量至少一個輸入對象部分的移動；

將測量的輸入對象部分移動映射到接合裝置部分移動；

根據映射的測量移動來移動裝置部分。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種用于控制外科裝置的輸入裝置，其包括：

至少一個鉸接手臂，所述手臂包括多個順序聯接的部分；

多個鎖定機構，每個鎖定機構用于防止兩個順序聯接的部分之間的相對移動；

至少一個傳感器，其提供與用戶和輸入裝置的接觸水平有關的信號；

處理器，其被配置來：

從信號檢測不足水平的接觸；

在檢測到不足水平的接觸時發送指示鎖定多個鎖定機構的單個控制信號。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種外科系統，其包括：

電路，其分析由成像器收集的圖像以提供對用戶手臂的關節的移動的測量；

尺寸和形狀適于插入體內的裝置，所述裝置包括第一裝置手臂；

至少一個控制器，其用于基于所測量的移動來移動裝置手臂的關節。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種接合機構移動的方法，其包括：

同時測量用戶手臂移動和用戶手指移動；

將測量的用戶手臂移動映射到裝置手臂并且將測量的用戶手指移動映射到裝置手臂工具；

根據映射的移動來移動裝置手臂；

根據用戶手指移動來致動裝置手臂工具；

其中移動和致動是同時的。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種控制包括外科裝置的外科系統的方法，其包括：

測量至少一個用戶身體部分的移動；

從所測量的移動中檢測系統控制手勢外科裝置控制移動；

基于檢測到的外科裝置控制移動來控制外科裝置，或者基于與檢測到的控制手勢相關聯的存儲的系統狀態轉變來改變外科系統的狀態；

其中系統包括用于控制手術的移動的輸入對象的測量的移動的多個狀態。

除非另外定義，否則本文所用的所有技術和/或科學術語具有本發明所屬領域的普通技術人員通常所理解的相同的含義。盡管與本文所述的方法和材料類似或等同的方法和材料可用于本發明的實施方案的實踐或測試，但是下文描述示例性方法和/或材料。在沖突的情況下，以專利說明書(包括定義)為準。此外，材料、方法以及示例僅是說明性的并且不意圖進行必要限制。

本發明的實施方案的方法和/或系統的實現可涉及手動地、自動地或其組合地執行或完成所選擇的任務。此外，根據本發明的方法和/或系統的實施方案的實際儀器和設備，通過使用操作系統，若干選擇的任務可通過硬件、通過軟件或者通過固件或者通過它們的組合來實現。

例如，用于執行根據本發明的實施方案的選擇任務的硬件可實現為芯片或電路。作為軟件，根據本發明的實施方案的選擇任務可實現為由計算機使用任何適合的操作系統執行的多個軟件指令。在本發明的示例性實施方案中，根據本文所述的方法和/或系統的示例性實施方案的一個或多個任務由數據處理器執行，例如用于執行多個指令的計算平臺。可選地，數據處理器包括用于存儲指令和/或數據的易失性存儲器和/或用于存儲指令和/或數據的非易失性存儲裝置，例如磁硬盤和/或可移動介質。可選地，還提供網絡連接。可選地還提供顯示器和/或用戶輸入裝置，諸如鍵盤或鼠標。

附圖說明

本文僅通過舉例并參考附圖來描述本發明的一些實施方案。現在詳細地具體參考附圖，應強調的是所示細節通過舉例并且用于本發明實施方案的說明性討論的目的。在這點上，結合附圖所進行的描述使本領域技術人員清楚本發明的實施方案可以如何被實施。

在附圖中：

圖1A是根據本發明的一些實施方案的包括多個臂的外科裝置的簡化示意性側視圖；

圖1B是根據本發明的一些實施方案的包括多個臂的裝置的簡化示意圖；

圖1C至圖1D是根據本發明的一些實施方案的機械臂的簡化示意性側視圖；

圖2A是根據本發明的一些實施方案的機械臂的簡化示意性側視圖；

圖2B是根據本發明的一些實施方案的通過關節連接的兩個段的簡化示意圖；

圖2C示出根據本發明的一些實施方案的可能的手臂位置和/或裝置隨時間的移動的圖示；

圖3是根據本發明的一些實施方案的手部段的簡化示意性側視圖；

圖4A是根據本發明的一些實施方案的裝置的簡化示意性側視圖，其中通過與人上身的簡化示意圖相比較來示出裝置類人比例；

圖4B是根據本發明的一些實施方案的機械臂的簡化示意性側視圖；

圖5A示出根據本發明的一些實施方案的可能的裝置位置和/或裝置隨時間的移動的圖示；

圖5B至圖5D是根據本發明的一些實施方案的機械臂的簡化示意性側視圖；

圖6是根據本發明的一些實施方案的包括多個臂的裝置的簡化示意性側視圖；

圖7是根據本發明的一些實施方案的包括多于兩個臂的裝置的簡化示意性側視圖；

圖8是根據本發明的一些實施方案的外科系統的簡化示意性框圖；

圖9A是根據本發明的一些實施方案的包括多個臂和攝像機的裝置的簡化示意圖；

圖9B是根據本發明的一些實施方案的包括多個臂和攝像機的裝置的簡化示意圖；

圖9C是根據本發明的一些實施方案的包括在裝置肩關節處彎曲的多個臂和攝像機的裝置的簡化示意圖；

圖9D是根據本發明的一些實施方案的包括在裝置肩關節處彎曲的多個臂和攝像機的裝置的簡化示意圖；

圖10A是根據本發明的一些實施方案的包括多個臂和攝像機的裝置的簡化示意圖；

圖10B是根據本發明的一些實施方案的用于致動包括多于兩個臂的裝置的馬達單元的一部分的簡化示意性側視圖；

圖11A是根據本發明的一些實施方案的系統的簡化示意圖，其中裝置由支撐件保持；

圖11B是根據本發明的一些實施方案的系統的簡化示意圖，其中裝置由支撐件保持；

圖12是根據本發明的一些實施方案的系統的簡化示意性側視圖，系統包括具有由支撐件保持并且聯接到操作表面的兩個臂的裝置；

圖13是根據本發明的一些實施方案的包括通過支撐件聯接到操作表面的端口的系統的簡化示意性側視圖；

圖14是根據本發明的一些實施方案的包括端口支撐件和裝置支撐件的系統的簡化示意性側視圖；

圖15是根據本發明的一些實施方案的由支撐件保持的裝置的簡化示意圖；

圖16是根據本發明的一些實施方案的裝置的使用方法的流程圖；

圖17A是根據本發明的一些實施方案的患者體內單個切口的簡化示意圖；

圖17B是根據本發明的一些實施方案的患者體內多個切口的簡化示意圖；

圖17C是根據本發明的一些實施方案的患者體內切口的簡化示意圖；

圖18是根據本發明的一些實施方案的通過執行手術的自然腔道插入的裝置的簡化示意圖；

圖19是根據本發明的一些實施方案的具有嵌套段伸展部的臂的簡化示意圖；

圖20是根據本發明的一些實施方案的臂的簡化示意圖，其包括具有可彎曲扭矩傳遞部分的段伸展部2024E；

圖21是根據本發明的一些實施方案的扭矩傳遞元件的簡化示意圖；

圖22是根據本發明的一些實施方案的扭矩傳遞部分伸展模式；

圖23是根據本發明的一些實施方案的具有第一鏈節和第二鏈節的直的扭矩傳遞部分的簡化示意性側視圖；

圖24是根據本發明的一些實施方案的具有兩個鏈節的彎曲扭矩傳遞部分的簡化示意性側視圖；

圖25是根據本發明的一些實施方案的具有多個鏈節的直的扭矩傳遞部分的簡化示意性側視圖；

圖26是根據本發明的一些實施方案的具有多個鏈節的彎曲扭矩傳遞部分的簡化示意性側視圖；

圖27是根據本發明的一些實施方案的包括兩個鏈節的直關節的簡化示意圖；

圖28是根據本發明的一些實施方案的包括兩個鏈節的關節的簡化示意圖，其中鏈節圍繞關節長軸旋轉；

圖29是根據本發明的一些實施方案的包括多個鏈節的關節的側視圖，其中鏈節圍繞關節長軸旋轉。

圖30是根據本發明的一些實施方案的包括多個鏈節的關節的簡化示意性側視圖，其中多個鏈節包括引導環。

圖31A是根據本發明的一些實施方案的具有嵌套段伸展部的臂的簡化示意性截面圖；

圖31B是根據本發明的一些實施方案的臂的一部分的側視圖的簡化示意圖；

圖31C是根據本發明的一些實施方案的具有嵌套段伸展部的臂的簡化示意性截面圖；

圖32是根據本發明的一些實施方案的具有嵌套段伸展部的示例性臂的簡化示意性截面圖；

圖33A是根據本發明的一些實施方案的聯接到橈骨、聯接到橈骨段伸展部的手持工具的簡化示意圖；

圖33B是根據本發明的一些實施方案的橈骨伸展部的一部分的簡化示意性截面圖；

圖33C是根據本發明的一些實施方案的橈骨伸展部的一部分的簡化示意性截面圖；

圖34A是根據本發明的一些實施方案的包括聯接到肱骨伸展部的肱骨的裝置臂部分的簡化示意性側視圖；

圖34B是根據本發明的一些實施方案的聯接到肱骨伸展部的肱骨的簡化示意性截面圖；

圖35A是根據本發明的一些實施方案的聯接到軀干的肩關節的簡化示意性側視圖；

圖35B是根據本發明的一些實施方案的聯接到軀干的肩關節的簡化示意性截面圖；

圖36A是根據本發明的一些實施方案的閉合的抓緊器手持工具的簡化示意圖；

圖36B是根據本發明的一些實施方案的打開的抓緊器手持工具的簡化示意圖；

圖37是根據本發明的一些實施方案的閉合的抓緊器手持工具的簡化示意圖；

圖38是根據本發明的一些實施方案的夾具手持工具的簡化示意圖。

圖39是根據本發明的一些實施方案的用于控制機械手臂關節的致動機構的簡化示意性側視圖；

圖40是根據本發明的一些實施方案的用于致動包括機械臂的裝置的馬達單元的簡化示意性側視圖；

圖41是根據本發明的一些實施方案的包括用于向末端執行器供電的元件的馬達單元的一部分的簡化側視圖。

圖42A是根據本發明的一些實施方案的控制系統的簡化示意性框圖；

圖42B是根據本發明的一些實施方案的控制裝置臂的方法的流程圖；

圖43是根據本發明的一些實施方案的用戶使用輸入裝置來控制外科裝置的照片；

圖44A是根據本發明的一些實施方案的示出外科系統的使用的簡化示意圖；

圖44B和圖44C是根據本發明的一些實施方案的外科系統的簡化示意圖；

圖45A是根據本發明的一些實施方案的輸入裝置臂的簡化示意性側視圖；

圖45B是根據本發明的一些實施方案的外科裝置臂的簡化示意性側視圖；

圖45C是根據本發明的一些實施方案的輸入裝置臂的簡化示意性側視圖；

圖45D是根據本發明的一些實施方案的包括手柄的輸入裝置臂的簡化示意性側視圖；

圖45E是根據本發明的一些實施方案的包括手柄的輸入裝置臂的簡化示意性側視圖；

圖45F是根據本發明的一些實施方案的包括伸展手柄的輸入裝置臂的簡化示意性側視圖；

圖45G是根據本發明的一些實施方案的輸入裝置的簡化示意性側視圖；

圖46A至圖46C是根據本發明的一些實施方案的包括不同配置中的輸入裝置段之間的連接的輸入裝置臂的一部分的簡化示意性側視圖；

圖46D是根據本發明的一些實施方案的包括處于解鎖配置的鎖定元件的輸入裝置臂連接部分的簡化示意性側視圖；

圖46E是根據本發明的一些實施方案的包括處于鎖定配置的鎖定元件的輸入裝置臂連接部分的一部分的簡化示意性側視圖；

圖46F是根據本發明的一些實施方案的包括鎖定機構的輸入裝置臂連接部分的簡化示意性側視圖；

圖47A是根據本發明的一些實施方案的示出用戶和裝置臂的移動的一系列攝影圖示；

圖47B示出根據本發明的一些實施方案的使用運動捕捉技術的裝置臂的控制；

圖48是根據本發明的一些實施方案的示例性系統模式的簡化示意圖；

圖49A是根據本發明的一些實施方案的打開的用戶手的簡化示意圖；

圖49B是根據本發明的一些實施方案的包括手持工具的裝置臂的一部分的簡化示意圖，其中手持工具處于打開位置；

圖49C是根據本發明的一些實施方案的閉合的用戶手的簡化示意圖；

圖49D是根據本發明的一些實施方案的包括手持工具的裝置臂的一部分的簡化示意圖，其中手持工具處于閉合位置；并且

圖49E是示出根據本發明的一些實施方案的使用測量的用戶手的位置的裝置手的示例性控制的一系列攝影圖示。

具體實施方式

綜述

本發明的一些實施方案的廣泛方面涉及用于插入到患者體內的直觀可控且柔性的機械裝置(例如，外科裝置)，其包括一個或多個手臂，其中直觀控制與包括具有類人特征的至少一個手臂的裝置相關：

在一些實施方案中，機械手臂包括至少兩個聯接的柔性部分，并且在一些實施方案中，第一柔性部分和第二柔性部分的移動(例如彎曲和/或旋轉)是獨立可控的。在一些實施方案中，一個或多個柔性部分可圍繞對應的柔性部分長軸獨立地旋轉。在一些實施方案中，一個或多個柔性部分是獨立柔性的和可伸展的(可彎曲的)。在一些實施方案中，圍繞一個或多個柔性部分的柔性部分長軸的屈曲/伸展和旋轉可同時控制。

在一些實施方案中，一個或多個柔性部分是單向柔性和可伸展的(可彎曲的)。例如，在一些實施方案中，柔性部分可以在一個平面(本文中為“彎曲平面”)中彎曲，例如其中此部分的中心長軸在一個平面中彎曲。例如，在一些實施方案中，柔性部分圍繞一個或多個彎曲平面在一個旋轉方向上彎曲。例如，在一些實施方案中，在一些實施方案中，柔性部分可圍繞單個彎曲平面在一個旋轉方向上彎曲。術語“單向可彎曲”在本文中是指在一個旋轉方向上可彎曲和/或可圍繞單個彎曲平面彎曲的部分。

在一些實施方案中，柔性部段的移動的自由度與人手臂的關節的自由度有關，例如，第一柔性部分對應于肩關節，并且第二柔性部分對應于肘關節。

在一些實施方案中，柔性部分通過第一段(例如，包括聯接部段)聯接，第一段在一些實施方案中是剛性的，第一段例如對應于肱骨。在一些實施方案中，第一柔性部分(例如在第一柔性部分的近端處)被聯接到支撐段(例如，對應于軀干)。

在一些實施方案中，手臂支撐段例如相對于裝置手臂的段較長，例如是一個或多個段的長度的2倍、或3倍、或4倍、或5倍、或10倍、或20倍。

在一些實施方案中，第一柔性部段是多方向可彎曲的，例如可在多于一個彎曲平面中彎曲(例如，對應于人類肩關節移動的自由度)。

在一些實施方案中，柔性部分的屈曲和旋轉(例如在一些實施方案中對應于關節處的段的屈曲和旋轉)是足夠的，以使得柔性部分和/或段的可能位置的范圍至少是人手臂的范圍。

例如，在一些實施方案中，關節的可能位置包括對應的人手臂關節的可能位置。例如，在一些實施方案中，裝置手臂段之間的可能角度的范圍對應于對應的人手臂段之間的可能角度的范圍。

在一些實施方案中，每個裝置臂段是柔性的并且可圍繞關節伸展。在一些實施方案中，每個段可圍繞段長軸旋轉，此旋轉使臂的遠離旋轉段的一部分圍繞段的長軸旋轉。在一些實施方案中，關節屈曲/伸展和段旋轉可以同時調節。

在一些實施方案中，裝置機械臂的移動的自由度被限制，例如以匹配人手臂的移動的自由度的方面。例如，在一些實施方案中，一個或多個柔性部分(例如，每個柔性部分)是單向可彎曲的。

在機械臂包括通過柔性部分連接的剛性段的實施方案中，類似地可以在剛性段與人手臂段(例如肱骨和橈骨)之間以及在柔性部分與人手臂關節(例如肩、肘、手腕)之間形成。在一些實施方案中，段的長度比(例如中心長軸長度)大約是正常人的比例，例如在一些實施方案中，兩個段長軸長度之間的比率大約是對應段的正常人類比率。例如，在一些實施方案中，機械臂肱骨長度比橈骨長度或更低或更高或中間范圍長約5-40％或10-30％或約20％，或者更長的百分比。

在一些實施方案中，裝置手臂段的有效長度之間的有效長度和/或比率對應于人手臂段的有效長度(例如肱骨與橈骨長度的比率)。

在一些實施方案中，裝置關節較長，以使得對應于人體部分段(例如，肱骨、橈骨)的裝置臂的一部分包括裝置關節的部分。在一些實施方案中，人類段長度的比率對應于有效外科裝置段長度的比率，其中有效段長度的不同定義在下文描述。

在一些實施方案中，機械手臂的不同部分的尺寸之間的一個或多個比率大約是對應尺寸的正常人類比率。例如，在一些實施方案中，裝置的充當肱骨的部分的長度(有效肱骨長度)與裝置的充當橈骨的部分的長度(有效橈骨長度)之間的比率為1:1至2:1、或1.1:1至1.5:1、或約1.2:1，或者更低或更高或中間的比例。

在一些實施方案中，裝置的充當肱骨的一部分的長度與裝置的充當肱骨的一部分的長度的比率在機械臂移動時保持固定。在一些實施方案中，裝置的充當肱骨的一部分的長度與裝置的充當肱骨的一部分的長度的比率在機械臂移動時固定改變。

在一些實施方案中，有效段長度之間的比率大約是對應段的正常人類比率。

在一些實施方案中，當機械臂處于不同構型(例如，一個或多個柔性部分彎曲)時，有效段長度的比率被維持在正常人類比率內(和/或在正常人類比率周圍的范圍內)。

在一些實施方案中，機械臂缺少聯接柔性部分的一個或多個人手臂段(和/或包括與人手臂中的段數相比一個或更多個段)。例如，在一些實施方案中，機械臂缺乏腕關節。例如，在示例性實施方案中，第一柔性部分和第二柔性部分被直接聯接(例如，第一柔性部分的遠端被直接聯接到第二柔性部分的近端)。

本發明的一些實施方案的一個方面涉及一種包括類人結構特征的機械臂，其中機械臂的柔性部分較長并且與人手臂關節以及剛性(例如骨骼)人手臂段的部分(例如肱骨，例如橈骨)相關聯。

在一些實施方案中，一個或多個裝置臂包括設定大小的橈骨段和肱骨段，以及具有屈曲的肘關節和肩關節，以使得手和/或裝置橈骨的遠端可以移動到接近肩關節和/或臂軀干和/或軸向經過肩關節和/或臂軀干和/或與肩關節和/或臂軀干接觸。潛在的好處是能夠接近目標(例如用手持工具)靠近軀干。

本發明的一些實施方案的一個方面涉及一種柔性裝置，其中裝置的彎曲部分例如是圓形的，其中一個或多個彎曲部分的曲率半徑最小為至多15mm、或至多10mm、或至多8mm、或至多5mm。在一些實施方案中，內部骨架(例如，包括如本文的機械手臂)包括圓形彎曲部分。在一些實施方案中，覆蓋機械手臂的覆蓋件或鞘包括圓形彎曲部分。在一些實施方案中，裝置機械臂的圓形彎曲部分是由于內部結構，并且不僅是由于覆蓋件或鞘(例如保護覆蓋件)的圓形彎曲部分。在一些實施方案中，機械臂具有與在裝置柔性部分處的彎曲相關聯的最小橫向伸展。

本發明的一些實施方案的一個方面涉及一種包括一個或多個鉸接的機械手臂的裝置，其中一個或多個關節(柔性部分)較長。例如，在一些實施方案中，一個或多個長關節的彎曲沿著關節在關節長軸的方向上分布。

在一些實施方案中，關節的長軸長度例如相對于關節的垂直于關節長軸的最大范圍較長。在一些實施方案中，一個或多個關節相對于一個或多個段長度長軸長度較長，并且/或者和人類關節與段長度比率相比較長，和/或相對于機械臂的剛性段較長。

在一些實施方案中，長柔性部分包括此部分的中心長軸長度，其為柔性部段的垂直于此部分長軸的最大范圍的至少兩倍或1.5-5倍、或2-4倍、或至少4倍。

本發明的一些實施方案的一個方面涉及一種包括聯接元件鏈的關節，其中關節的彎曲是通過單獨元件的樞轉。在一些實施方案中，每個元件圍繞元件彎曲平面樞轉。在一些實施方案中，一個或多個元件(例如，所有元件)的彎曲軸線是共面的。在一些實施方案中，元件圍繞彎曲軸線在一個方向上樞轉。

本發明的一些實施方案的廣泛方面涉及機械臂的一部分圍繞部分長軸的旋轉，其中旋轉是聯接到此部分并且遠離此部分伸展的部件的旋轉。

在一些實施方案中，臂的細長部分(例如段、柔性部分)具有主中心軸線(其中主軸線是具有最大范圍的裝置的中心(例如對稱)軸線)，其中主軸線在本文被稱為“長軸”或“中心長軸”或“縱軸”或“中心縱軸”。

本發明的一些實施方案的一個方面涉及細的機械手臂的致動。在一些實施方案中，機械手臂的一個或多個零部件通過旋轉聯接到手臂并且遠離手臂伸展的部分而旋轉。例如，在一些實施方案中，插入患者體內的機械手臂的部分通過延伸到患者體外的部分的旋轉而旋轉(例如使用患者外部的馬達)。在一些實施方案中，順序連接的部分由延伸穿過其他部分內的中空部分的部分而旋轉。在一些實施方案中，缺少位于機械手臂內的馬達有助于細的機械手臂。

在一些實施方案中，外科裝置系統包括馬達單元，所述馬達單元包括多個馬達，其用于驅動包括至少一個機械手臂的外科裝置的多個零部件(例如，多于一個馬達被用于驅動機械手臂的不同部分)。在一些實施方案中，機械手臂被插入患者體內，而馬達單元保持在患者體外。

在一些實施方案中，機械臂的每個段通過位于段外部的部件而圍繞段長軸旋轉。

在一些實施方案中，機械臂的一個或多個部分通過聯接到此部分的伸展部(本文中也稱為“控制部分”)的旋轉而旋轉，其中伸展部在此部分和/或臂外延伸。

在一些實施方案中，伸展部包括一個或多個柔性扭矩傳遞部分，當此部分彎曲時，此扭矩傳遞部分能夠沿著扭矩傳遞部分長軸傳遞扭矩，潛在的好處是當一個或多個臂關節屈曲和/或伸展時，遠程地(例如從臂外)旋轉部分的能力。

在一些實施方案中，一個或多個伸展部是嵌套的，其中伸展部穿過一個或多個臂元件(例如，通過其中空部分)，例如穿過一個或多個其他伸展部和/或一個或多個段和/或一個或多個連接部分。嵌套伸展部的潛在益處是機械臂和/或形成臂的外部形狀的段的緊湊性。

在一些實施方案中，伸展部(控制部分)的柔性扭矩傳遞部分穿過裝置的中空部分并且與裝置的柔性部分對準。在一些實施方案中，柔性部分是單向可彎曲的。在一些實施方案中，外柔性部分的彎曲導致扭矩傳遞部分彎曲。在一些實施方案中，扭矩傳遞部分的長軸在可能的彎曲平面中不受約束。

本發明的一些實施方案的一個方面涉及通過改變聯接到部分的細長元件上的張力來控制機械手臂的一部分的屈曲/伸展，其中在一些實施方案中，一個或多個細長元件被聯接到裝置手臂的外表面。在一些實施方案中，細長元件延伸到裝置外部(例如，當裝置在患者體內時延伸到患者體外，例如延伸到由患者體外的馬達單元致動的地方)。在一些實施方案中，細長元件被聯接到一個或多個中空裝置部分的內表面。

本發明的一些實施方案的一個方面涉及一種包括第一端和第二端的可彎曲扭矩傳遞部分，其中當此部分彎曲時，此部分將施加到第一端的扭矩傳遞到第二端。

在一些實施方案中，扭矩傳遞部分包括通過多個連接器互連的多個元件。在一些實施方案中，連接器足夠堅固以在元件之間傳遞扭矩。

在一些實施方案中，一個或多個元件(或者在示例性實施方案中，每個元件)包括兩個或更多個部分，其中這些部分在平行于扭矩傳遞部分長軸的方向上可獨立地彈性壓縮和擴張。

本發明的一些實施方案的一個方面涉及一種用于洞眼手術的外科系統，其包括具有用于插入體內的至少一個手臂的機械裝置，其中所述裝置包括(例如，如本文所述的)類人結構特征。在一些實施方案中，裝置由未插入體內的馬達單元致動。在一些實施方案中，裝置包括一個或多個成像裝置，以用于利用機械手臂插入體內。可選地，系統包括一個或多個外部成像裝置(例如MRI、CT、超聲)。可選地，在顯示器上向用戶顯示從一個或多個裝置收集的圖像。可選地，在顯示器上向用戶顯示(例如，來自一個或多個系統和/或裝置傳感器、來自數據庫的)附加數據和/或處理的收集數據。

在一些實施方案中，向用戶顯示的數據包括可選地在顯示之前處理的圖像和/或測量，例如內部裝置測量(例如，來自一個或多個裝置傳感器，例如與裝置一起插入和/或安裝在裝置臂上)。

在一些實施方案中，可選地顯示的圖像(例如視頻圖像)由安裝在裝置上或與裝置一起插入的攝像機收集，可選地在與臂相關的模擬人眼到臂定位的位置處。可選地，在使用裝置期間改變攝像機的位置，例如攝像機靠近裝置手的移動，以提供近距離視圖(例如手術)。

在一些實施方案中，在向用戶顯示之前重新定向圖像，例如將圖像定向為用戶的直觀方向。例如，在一些實施方案中，從第一視點(例如，通過內部攝像機)收集的圖像被定向到身體上方的用戶視點。例如，在一些實施方案中，兩組或更多組圖像被定向成在相同的取向上(例如，圖像疊加)，例如諸如來自內部攝像機和/或內部超聲和/或外部超聲的先前收集的圖像(例如，CT、MRI)和實時圖像。

本發明的一些實施方案的一方面涉及機械裝置手臂的致動。在一些實施方案中，兩個齒輪以相同的速度和方向被驅動，以提供旋轉而沒有裝置手臂柔性部分的彎曲。在一些實施方案中，兩個齒輪以不同的速度和/或方向被驅動，以提供裝置手臂柔性部分的彎曲。

例如，在一些實施方案中，第一齒輪和螺旋機構被聯接到中心軸。一個或多個細長元件被聯接在柔性部分與螺旋機構之間，在細長元件不旋轉的情況下螺旋機構的這種旋轉導致細長元件沿著軸的長軸橫向移動，從而產生柔性部分的屈曲或伸展。在一些實施方案中，細長元件被聯接到第二齒輪。在一些實施方案中，當第一齒輪和第二齒輪以相同的方向和速度旋轉時，柔性部分旋轉并且柔性部分不改變屈曲/伸展。在一些實施方案中，當第一齒輪保持靜止時，第二齒輪的旋轉產生柔性部分的屈曲/伸展，但是不旋轉。在一些實施方案中，當第一齒輪和第二齒輪差速旋轉(例如在不同方向和/或在不同速度下的相同方向和/或第一齒輪旋轉而第二齒輪保持靜止)時，柔性部分旋轉并且彎曲(屈曲/伸展)。在一些實施方案中，每個齒輪由馬達驅動。在一些實施方案中，每個柔性部分由包括兩個齒輪的上述機構驅動。

在示例性實施方案中，裝置通過單個切口而插入體內。在一些實施方案中，裝置被插入自然腔道(例如陰道，直腸，口腔和/或鼻孔)中。可選地，裝置被通過自然腔道中的一個或多個切口而插入。

在一些實施方案中，機械臂具有小的橫向尺寸，以使得在一些實施方案中，一個或多個臂被通過小切口插入體內和/或插入狹窄的自然腔道(例如陰道)中并且/或者被插入狹窄通道(例如自然腔道，例如食道內的通道)中。

可選地，在一些實施方案中，裝置的一個或多個零部件包括電外科尖端，例如單極電外科尖端、雙極電外科尖端。

在一些實施方案中，一個或多個附加部件或工具(例如，工作隧洞、抽吸工具、沖洗工具、充氣工具)可選地通過單個切口與機械臂一起插入。

本發明的一些實施方案的一個方面涉及包括多于一個可彎曲部分的機械手臂，其中至少一個部分的彎曲通過改變聯接到此部分的細長元件的張力來控制，并且其中至少一個其他部分的彎曲是通過向聯接到此部分的細長元件施加扭矩(例如螺旋機構)來控制。

本發明的一些實施方案的一個方面涉及一種抓緊器，其中元件(例如通過馬達)的用于控制抓緊器的致動的移動通過至少一段(例如至少在橈骨處對抓緊器的控制)與抓緊器分離。在一些實施方案中，抓緊器是通過聯接到抓緊器的抓緊器伸展部的旋轉而致動。

在示例性實施方案中，抓緊器致動被控制在臂的外部，例如在與抓緊器聯接的機械臂的軀干中，例如在裝置外部。

在一些實施方案中，抓緊器伸展部包括一個或多個抓緊器扭矩傳遞部分(例如，如本文件中別處所描述的)。

在一些實施方案中，抓緊器伸展部遠離抓緊器延伸穿過一個或多個段和/或連接部段和/或扭矩傳遞部分中的一個或多個中空部分。

在一些實施方案中，抓緊器的致動是通過螺旋機構，其中抓緊器致動是通過轉動聯接到抓緊器并遠離抓緊器延伸的抓緊器伸展部(例如細長元件)。在一些實施方案中，細長元件的連續旋轉周期性地打開和閉合抓緊器。在一些實施方案中，在第一方向(例如順時針)上旋轉細長元件會閉合抓緊器，并且在第二方向(例如逆時針)上旋轉細長元件會打開抓緊器。與通過拉動/釋放延伸穿過至少一個段的細長元件來控制的抓緊器致動相比，通過螺旋機構的抓緊器致動的潛在益處在于，保持在抓緊器相對部分之間的對象上的抓緊器不受彎曲和/或細長元件行進通過的裝置臂的移動的影響。

在一些實施方案中，一個或多個機械手臂柔性部分是可彎曲的，并且/或者段的尺寸被設定成使得手臂的遠端(可選地包括末端執行器的長度)可定位在手臂支撐段處。在一些實施方案中，支撐段是管狀的。

在一些實施方案中，機械手臂是可彎曲的，以使得手臂相對于手臂支撐段可彎曲180°或更多。

在一些實施方案中，柔性部分包括多個元件(例如，如本文所述的鏈節)。在一些實施方案中，術語柔性部分是指使用單個控制和/或作為單個單元彎曲的部分。

在詳細解釋本發明的至少一個實施方案之前，應理解的是本發明并不必須將其應用局限于在以下描述中闡述的和/或在附圖和/或示例中展示的結構細節和部件布置和/或方法中。本發明能夠具有其他實施方案或者以各種方式實踐或執行。

在一些實施方案中，使用方法和/或設備和/或系統(例如，關于控制)來控制本文件中描述的裝置和/或系統和/或方法，例如關于圖42A至圖49E所示和/或所描述的和/或用于如本文所述的治療中。

其他控制技術可以與本文件中描述的裝置和/或系統一起使用，并且本文件中描述的裝置和/或系統可以用于其他治療。

綜述—示例性控制

本發明的一些實施方案的廣義方面涉及使用一個或多個輸入對象的所測量的移動來控制外科裝置，其中外科裝置和一個或多個輸入對象包括連接部分的順序結構，其中輸入對象的一個或多個部分的移動控制外科裝置的順序對應部分的移動。

例如，在一些實施方案中，輸入對象關節對應于外科裝置的柔性部分，例如，每個輸入對象關節對應于外科裝置的單個柔性部分。

在一些實施方案中，輸入對象包括用戶身體部分，例如其中測量的用戶手臂的移動控制外科裝置手臂的移動。在一些實施方案中，輸入對象包括由用戶(例如手動地)移動的輸入裝置。在一些實施方案中，輸入裝置包括輸入裝置手臂，其中輸入裝置手臂的移動控制對應的外科裝置手臂的移動。在一些實施方案中，通過用戶身體的測量移動并且通過用戶控制的輸入裝置的移動來控制外科裝置。

本發明的一些實施方案的廣泛方面涉及一種直觀可控的外科系統。

在一些實施方案中，系統包括具有與外科裝置的結構類似的結構的輸入對象，其中輸入對象的移動控制外科裝置的移動：

在一些實施方案中，輸入裝置段對(例如，兩個相鄰的輸入裝置段)的有效段長度之間的比率與對應的外科裝置段對之間的有效段長度比率基本上相同。

在一些實施方案中，外科裝置的每個驅動部分具有輸入裝置的對應部分。在一些實施方案中，外科裝置臂和輸入裝置臂包括通過連接部分聯接的段。在一些實施方案中，輸入裝置臂至少包括關節和/或段的數量，作為對應的鉸接外科裝置臂。在一些實施方案中，輸入裝置和外科裝置包括相同數量的段和/或相同數量的連接部分。

在一些實施方案中，輸入裝置的一個或多個部分具有與外科裝置的對應部分相同的自由度。例如，在一些實施方案中，輸入裝置部分可以彎曲大約與對應的外科裝置部分相同的量。例如，可圍繞外科裝置部分長軸旋轉的外科裝置部分對應于可圍繞輸入裝置部分長軸旋轉的輸入裝置部分。

潛在地，輸入對象和外科裝置的類似結構提供對外科裝置的直觀控制。

綜述—示例性輸入裝置運動控制

本發明的一些實施方案的廣泛方面涉及一種用于控制外科裝置的輸入裝置，其中輸入裝置和外科裝置都具有包括連接部分的順序結構的至少一個零部件(例如手臂)，其中輸入裝置的一個或多個部分的移動控制外科裝置的順序對應部分的移動。在一些實施方案中，輸入裝置和/或外科裝置的順序結構包括通過連接部分(例如樞轉關節和/或柔性部段)連接的段(例如剛性部分)。

在一些實施方案中，外科和/或輸入裝置的部分的順序聯接是線性順序聯接，其中例如，此部分的中心縱向軸線在聯接部分處共線。

在一些實施方案中，輸入裝置手臂包括通過關節順序地聯接的段。在一些實施方案中，外科裝置手臂包括順序聯接的柔性部分，可選地通過外科裝置段聯接。在一些實施方案中，輸入裝置段圍繞關節的移動自由度與對應的外科裝置柔性部分的移動自由度大約相同。例如，在一些實施方案中，柔性外科裝置部分可彎曲與通過對應于柔性外科裝置部分的關節聯接的兩個輸入裝置段之間的角度相同的角度。

在一些實施方案中，通過關節聯接的輸入裝置段的長軸之間的角度控制對應的外科裝置柔性部分的角度。其中，例如在柔性部分端部處的柔性部分的長軸切線之間限定外科裝置柔性部分的角度。其中，例如外科裝置柔性部分的角度被定義為有效段長軸(例如，其中本文描述的有效段軸線)之間的角度。

在示例性實施方案中，輸入裝置包括更多的角形狀和/或具有比外科裝置的相對橫向范圍更大的相對橫向范圍的形狀。例如，在示例性實施方案中，輸入裝置連接部分是剛性段之間的樞軸連接部，而外科裝置連接部分是較長的可彎曲部分(例如，如本文件題為“示例性長關節”的部分中所描述的)。在一些實施方案中，連接輸入裝置的部段的樞軸點不設置在有效輸入裝置手臂之間的交叉點處，從而例如潛在地減小輸入裝置與外科裝置結構之間的差異。

在一些實施方案中，輸入裝置橈骨與輸入裝置肱骨之間的角度控制外科裝置橈骨與外科裝置肱骨之間的角度，其中輸入裝置橈骨和肱骨的有效長度之間的比率與外科裝置橈骨和肱骨的有效長度之間的比率基本上相同。

在一些實施方案中，外科裝置移動是縮放的用戶手部移動。

例如，在一些實施方案中，用戶通過選擇抓握輸入裝置段的位置來選擇用戶手移動到輸入裝置(和外科裝置)移動的縮放。

例如，在一些實施方案中，輸入裝置包括用于縮放用戶手部移動的手柄(可選地可伸展)。

在一些實施方案中，輸入裝置包括從外科裝置的部分放大的一個或多個部分(例如，輸入裝置的一部分是外科裝置的放大部分)，這意味著較大的用戶手移動轉變成較小的外科裝置移動，從而潛在地有助于用戶(例如手)移動來精細地控制外科裝置。

在一些實施方案中，輸入裝置和外科裝置的對應部分具有不同數量的段和/或連接部分。例如，在一些實施方案中，輸入裝置段控制外科裝置的多于一個部分(例如若干段)的移動。例如，在一些實施方案中，輸入裝置包括通過連接部分(例如樞軸)連接的兩個段(例如，剛性段)，其控制外科裝置的包括多于一個兩部分和/或多于一個連接部分的部分。在一些實施方案中，輸入裝置包括由控制外科裝置的一部分的連接部分(例如樞軸)連接的兩個段(例如剛性段)，此連接部分控制外科裝置的包括伸展的柔性部分(例如，包括內窺鏡結構的外科裝置)的部分。在一些實施方案中，其中多個輸入裝置部分控制不同數量的外科裝置部分，映射包括識別有效段，例如其中有效輸入裝置段包括與對應的外科裝置段不同數量的輸入裝置部分。

在一些實施方案中，外科裝置包括一個或多個伸展部分(例如，在長軸長度上增加的一個或多個段和/或關節)。在一些實施方案中，輸入裝置包括對應的可伸展部分，其伸展范圍控制對應的外科裝置部分的伸展范圍。

在一些實施方案中，用戶手動移動輸入裝置的部分以控制外科裝置的移動。在一些實施方案中，用戶例如使用一只手同時控制裝置的多于一個零部件的位置。在一些實施方案中，輸入裝置包括兩個手臂(本文中也稱為“臂”)，并且用戶用一只手控制每個手臂。

在一些實施方案中，輸入裝置包括由通過關節互連的剛性部分構造的一個或多個臂。在一些實施方案中，輸入裝置具有少量的可自由移動的段。例如，小于10個或小于5個、或小于4個可同時自由移動的段。潛在地，少量的可自由移動的段有助于用戶控制每個段的位置和/或移動，例如，用單個用戶手抓住段。

在一些實施方案中，輸入裝置臂具有與人體臂類似的結構和/或移動自由度，從而潛在地對于人類用戶直觀地手動控制段的移動和/或定位。

在一些實施方案中，兩個相鄰輸入裝置段的長軸之間的角度控制兩個對應的相鄰外科裝置段的長軸之間的角度。在一些實施方案中，一個或多個輸入裝置段的旋轉控制對應的外科裝置段的旋轉。

本發明的一些實施方案的一個方面涉及一種輸入裝置，其中當用戶通過移動輸入裝置來控制外科裝置時，聯接裝置的段的關節具有足夠低的摩擦力，以使得輸入裝置可易于被用戶移動。在一些實施方案中，輸入裝置抵抗不是由用戶開始的移動，輸入裝置例如包括一個或多個鎖定機構。例如，通過輸入裝置的不期望的移動來潛在地防止外科裝置的意外移動。在本發明的一些示例性實施方案中，輸入裝置具有低阻力關節并且包括能夠選擇性地鎖定關節的一個或多個元件。

本發明的一些實施方案的一個方面涉及一種包括一個或多個鎖定機構的輸入裝置，其中當處于鎖定構型時，鎖定機構防止段在關節處的移動。在一些實施方案中，當輸入裝置不在使用中時，裝置被(例如自動地)鎖定就位，例如防止外科裝置的移動。

在一些實施方案中，輸入裝置鎖定機構包括一個或多個元件(例如帶齒元件)，其與聯接到輸入裝置(例如在輸入裝置關節處)的部分的關節的齒輪互鎖在適當位置。在一些實施方案中，輸入裝置鎖定機構包括將輸入裝置的部分摩擦地保持在適當位置的元件。

在本文件中，其中使用術語“裝置”而沒有修飾語，此術語是指包括一個或多個鉸接手臂的外科裝置。

在一些實施方案中，裝置的一個或多個部分通過由用戶移動的對象(例如，化身，本文中也稱為“輸入裝置”)的所測量移動來控制。在一些實施方案中，由用戶操縱的化身是裝置(例如裝置臂)的至少一部分的(可選地小型化)表示。例如，一個或多個裝置部分(例如，關節)由對應的化身部分(例如關節)的位置和/或移動來控制。

在一些實施方案中，使用運動捕捉技術來測量化身的移動。在一些實施方案中，化身的移動是使用例如安裝在化身上和/或化身中的一個或多個傳感器來測量的。

在一些實施方案中，用戶相對于用戶解剖結構的一個或多個部分的模型來定位裝置化身，例如，用戶移動化身以對解剖模型執行治療，并且裝置對患者的對應的解剖結構執行治療。

綜述—示例性外科裝置工具控制

本發明的一些實施方案的廣泛方面涉及外科裝置工具(例如，聯接到外科裝置手臂的遠端的末端執行器)的控制。例如，控制包括兩個或更多個相對部分(例如夾具)的外科裝置工具的打開和/或閉合。

在一些實施方案中，輸入裝置包括一個或多個用戶接口，例如用于控制外科裝置末端執行器。在一些實施方案中，外科裝置末端執行器由位于輸入裝置上的按鈕控制。在一些實施方案中，輸入裝置包括例如外科裝置末端執行器的表示，以使得用戶可以通過查看輸入裝置來查看外科末端執行器的配置。

在一些實施方案中，通過用戶手的映射移動和/或手腕移動和/或用戶持有的工具的移動來控制一個或多個裝置手持工具。在一些實施方案中，裝置臂包括在腕關節處聯接到橈骨段的一個或多個手持工具。在示例性實施方案中，每個裝置臂包括手持工具。

在一些實施方案中，裝置手持工具包括多于一個零部件并且具有打開和閉合構型，其中將零部件的遠端分離會打開工具，并且將零部件的遠端合在一起會閉合工具(例如，具有兩個或更多個相對部分的剪刀、抓緊器)。在一些實施方案中，通過用戶手、“用戶工具致動”的打開和閉合來控制裝置工具、“工具致動”的打開和閉合。

在一些實施方案中，裝置工具由表示工具、由用戶保持和/或移動的“工具化身”的對象的測量的移動來控制。例如，在一些實施方案中，包括剪刀工具的裝置由持有一把剪刀的用戶控制，例如通過打開和閉合化身剪刀“化身致動”來控制裝置剪刀(工具致動)的打開和閉合。在一些實施方案中，工具化身未附接到支撐元件。在一些實施方案中，工具化身被聯接到輸入裝置。在一些實施方案中，工具化身的旋轉控制機械臂的自動(例如，機器人控制的)移動。

在一些實施方案中，通過測量用戶手指位置(例如，使用運動捕捉技術和/或安裝在用戶手上的一個或多個傳感器)來控制裝置手和/或手持工具的旋轉。在一些實施方案中，通過測量工具化身的取向(例如，使用運動捕捉技術和/或使用可選地安裝在化身上的一個或多個傳感器)來控制手的旋轉。

在一些實施方案中，根據同步的用戶臂移動和用戶工具致動和/或化身工具致動，可選地對于多于一個臂和/或多于一個裝置手持工具，裝置臂移動和裝置工具致動是同步的(例如同時發生)。在一些實施方案中，用戶移動的同時測量控制裝置臂移動和工具致動(例如，裝置的打開和閉合)。

綜述—示例性用戶身體運動控制

本發明的一些實施方案的廣泛方面涉及對關節機械裝置的控制，其中一個或多個裝置部分的移動由對應的用戶身體部分的所測量的映射移動來控制(例如，裝置肘關節的移動由用戶肘關節的測量的映射移動來控制)。在一些實施方案中，每個裝置關節由對應的用戶臂關節的測量的移動來控制。

在一些實施方案中，通過對應的用戶臂部分的測量移動和/或對應輸入裝置的測量移動來控制一個或多個裝置臂部分，并且使用機器人技術(例如，逆運動學)來控制剩余裝置部分。例如，在一些實施方案中，裝置臂被伸開，并且(例如為了向用戶提供舒適的工作臂位置)用戶肱骨段在用戶側保持向下。用戶手、橈骨和手腕位置控制裝置手的移動，橈骨和手腕位置以及肘和肩的位置和移動由逆運動學來控制。

在一些實施方案中，在3D空間中例如用運動捕捉技術來測量一個或多個用戶身體部分(例如，段關節和/或段)的位置和/或移動。例如，從所捕獲的圖像(例如，視頻圖像)中提取用戶段(例如手臂)關節的相對位置和/或移動。可替代地或此外，測量值由附接到用戶的一個或多個運動傳感器收集。在一些實施方案中，運動傳感器被附接到待測量的每個用戶段和/或關節。

在一些實施方案中，從測量的用戶關節移動計算兩個用戶臂段之間的一個或多個變化的角度。在一些實施方案中，根據所測量的變化角度來移動對應的裝置臂段。在一些實施方案中，通過測量值對用戶骨架(例如，包括關節位置和段位置)進行建模。在一些實施方案中，建模的骨架用于控制外科裝置手臂。

在一些實施方案中，控制是相對于裝置的一個或多個部分，例如如果裝置和用戶起始角度與用戶臂不同、如果裝置具有與用戶臂不同的解剖結構(例如，不同的段比率)，那么此裝置根據對應的用戶角度變化來改變兩個段之間的角度。在一些實施方案中，裝置角度改變大約相同的度數。在一些實施方案中，裝置角度改變縮放的度數。

潛在地，使用測量的用戶移動的裝置控制提供以下各項中的一項或多項：物理上舒適的用戶移動，并且/或者用戶控制移動是直觀的和/或容易學習的，從而例如導致低量的誤差移動。

在一些實施方案中，用戶使用用戶腿部運動來控制一個或多個裝置段。

綜述—示例性系統模式

本發明的一些實施方案的一方面涉及系統在模式之間的轉換。在一些實施方案中，通過檢測用戶手勢來進行轉換。例如，在一些實施方案中，用戶通過用戶執行手勢(例如抬起用戶腿)將系統從其中測量的用戶移動被外科裝置模仿的模式轉換成其中模仿停止的暫停模式。

在一些實施方案中，裝置(例如在單次治療期間)以多于一種模式操作。在一些實施方案中，使用這種模式將裝置移動到位置中，其中每個裝置部分由對應的用戶身體部分的移動來控制，并且隨后例如一旦裝置手就位以例如對組織動手術，那么用戶就改變例如由用戶移動(例如，如上所述)控制的較少裝置部分的控制模式，以例如縮小移動來進行精細工作。

在一些實施方案中，一些用戶身體移動和/或手勢被用于控制外科裝置的移動，并且其他用戶身體移動和/或手勢被用于改變系統的模式。

綜述—總體

在一些實施方案中，一個或多個外科裝置—用戶臂對或外科裝置—輸入裝置臂對(例如在用裝置進行治療之前)被初始化，其中外科裝置臂位置(例如，段之間的角度)與用戶和/或輸入臂位置(例如，在初始化期間移動的裝置臂和/或用戶臂)對準。

在一些實施方案中，外科裝置(例如外科裝置臂)的一個或多個部分的移動與用戶和/或輸入裝置臂的一個或多個部分的移動基本上同時。可替代地，在一些實施方案中，裝置(例如裝置臂)的移動被延遲，例如，用戶進行移動(例如，與用戶的身體和/或與輸入裝置一起)，隨后可選地授權移動以用于控制裝置的移動。在一些實施方案中，裝置的一個或多個部分以用戶控制的相同速度(例如，用戶身體的移動和/或輸入裝置的用戶移動)移動。可替代地，在一些實施方案中，裝置以不同的、可選地用戶定義的速度(例如更慢地)移動。在一些實施方案中，用戶選擇一個或多個定時選項。例如，在精細工作期間，用戶選擇其中用戶移動被減慢和/或延遲以控制裝置移動的模式。

在一些實施方案中，外科裝置包括兩個或更多個臂。在一些實施方案中，通過映射兩個用戶臂和/或兩個輸入裝置臂的移動來控制兩個外科裝置臂的移動。在一些實施方案中，兩個外科裝置臂的移動根據兩個用戶臂和/或兩個輸入裝置臂的同步移動而同步。裝置臂的同步控制的潛在益處是兩個或更多個裝置臂一起工作的能力，例如以保持和/或拉伸組織并且同時切割組織，以將組織的一部分抓握在一起(例如，以使對象從一個手持工具到另一個手持工具經過)。

在一些實施方案中，用戶選擇將要通過輸入對象手臂的映射移動(例如，如上所述使用用戶移動和/或輸入裝置移動的控制)來控制的裝置手臂。在一些實施方案中，用戶選擇外科裝置手臂并選擇用戶和/或輸入裝置手臂，并且所選擇的外科裝置手臂由所選用戶和/或輸入裝置手臂的映射移動來控制。在一些實施方案中，裝置包括多于兩個臂，并且用戶選擇兩個裝置臂，其中第一裝置臂由第一用戶臂和/或第一輸入裝置臂的映射移動來控制，并且第二裝置臂由第二用戶臂和/或第二輸入裝置臂的映射測量的移動來控制。在一些實施方案中，未選擇的臂保持靜止并且/或者以不同的控制方法(例如，使用用戶腿部運動，由第二用戶控制，例如通過機器人自動地控制)來移動。

在一些實施方案中，輸入裝置移動和用戶身體移動都用于控制外科裝置，例如第一外科裝置手臂由輸入裝置臂的用戶移動來控制，并且第二外科裝置手臂由用戶身體的部分的測量的移動來控制。

可選地，(例如，如本文所述的)系統自動分配用戶臂外科裝置臂對(和/或輸入裝置—外科裝置臂對)，以用于外科裝置的控制，其中分配是基于例如外科裝置臂的位置(例如，在一些實施方案中，用戶不指定哪個用戶和/或輸入臂將要控制哪個外科裝置臂)。

在一些實施方案中，用戶通過暫停一個或多個選定的外科裝置臂的控制(例如，通過映射輸入對象移動對外科裝置臂的移動的控制)并且重新選擇(如本文所述地選擇)一個或多個外科裝置臂來改變所選擇的手術臂。在一些實施方案中，用戶暫停并重新選擇臂以通過左用戶臂切換第一裝置臂的控制，并且控制第二裝置臂以利用用戶右臂控制第二裝置臂，并且通過用戶左臂控制第二裝置臂。

在一些實施方案中，用戶將初始外科裝置臂暫停在期望位置(例如，將用戶解剖結構保持在適當位置)，并選擇另一個外科裝置臂(例如第三臂)以用于繼續雙臂移動。

在一些實施方案中，通過向用戶(例如，在屏幕上)顯示的視覺反饋來輔助用戶控制，例如可選地關于實時成像和/或先前成像的患者解剖結構來顯示描述外科裝置的至少一部分的配置的數據(例如，圖像)。在一些實施方案中，外科裝置和/或解剖圖像是視頻圖像和/或實時超聲圖像和/或CT圖像和/或MRI圖像。

本發明的一些實施方案的一個方面涉及一種用于洞眼手術的外科系統，其包括具有用于插入體內的至少一個手臂的機械裝置，其中控制器根據用戶手臂的對應部分的測量的移動(由例如攝像機的測量裝置所測量)來控制手臂的一個或多個零部件的移動。在一些實施方案中，裝置包括一個或多個成像裝置，以用于利用機械臂插入體內。可選地，系統包括一個或多個外部成像裝置(例如MRI、CT、超聲)。可選地，在顯示器上向用戶顯示從一個或多個裝置收集的圖像。可選地，在顯示器上向用戶顯示(例如，來自一個或多個系統和/或裝置傳感器、來自數據庫的)附加數據和/或處理的收集數據。

可選地，在一些實施方案中，多于一個用戶例如同時控制外科裝置。在一些實施方案中，不同的用戶可選地使用不同類型的控制來控制外科裝置的不同部分。例如，在一些實施方案中，第一用戶使用輸入裝置控制外科裝置的部分，并且第二用戶利用測量的用戶身體移動來控制外科裝置的部分。在一些實施方案中，多用戶控制是順序的，其中例如第一用戶的控制移動以及隨后第二用戶的移動通過外科裝置執行。可替代地或此外，在一些實施方案中，多用戶控制移動通過外科裝置同時執行

在一些實施方案中，輸入對象部分與外科裝置部分之間的映射使用段長度。在一些實施方案中，映射使用有效長度，例如如使用用于外科裝置有效段和/或有效段長度的(例如，如本文件所述的)方法限定的。在一些實施方案中，有效長度針對輸入對象的不同配置(例如，彎曲角度)而改變。在一些實施方案中，有效輸入裝置段被使用一種技術來定義，并且這些有效輸入裝置段和/或這些有效輸入裝置段之間的關系(例如，有效段之間的角度)被映射，以控制對應的外科裝置段和/或有效段，其中使用相同或不同的技術來定義外科裝置有效段。

在一些實施方案中，兩個有效輸入裝置段(有效段，例如如關于圖5A至圖5D所述地定義的有效段)之間的角度被用于控制對應的有效外科裝置段的彎曲。例如，在一些實施方案中，兩個相鄰輸入裝置段之間的測量角度(也稱為連接段的關節的角度)被用于生成控制信號，以用于致動對應于輸入裝置段的柔性部分，例如柔性部分(圍繞柔性部分長軸)的彎曲和/或旋轉。

在一些實施方案中，輸入裝置部分對應于外科裝置部分，其中基于輸入裝置部分的測量位置和/或相對(例如，相對于其他輸入裝置部分)位置來致動外科裝置部分。

在一些實施方案中，如在本文件中描述的用于控制的控制技術和/或設備由如圖中描述的裝置和/或系統和/或方法執行，并且/或者用于如本文所述的治療中。

可以使用如本文所述的控制技術和/或用于控制的設備來控制其他裝置和/或系統和/或裝置(例如本領域的外科裝置)。

綜述—示例性治療

本發明的一些實施方案的廣泛方面涉及一種用于插入體內的外科裝置，其包括至少一個機械手臂，其中手臂足夠柔性，以使得此裝置能夠彎曲以從不同的方向到機械手臂的插入方向接近目標。

在一些實施方案中，外科裝置手臂包括至少兩個柔性部分，其中在一些實施方案中，至少一個部分可彎曲(屈曲/伸展)至少120°、或至少90°、或至少100°、或至少140°、或至少160°、或至少180°、或至少190°、或至少200°、或至少210°、或者更低或更高或中間的角度。在一些實施方案中，兩個柔性手臂段的彎曲具有至少180°的組合角度。在一些實施方案中，一個或多個柔性部分最大可彎曲400°、350°、300°或270°。在一些實施方案中，手臂最大可彎曲400°、350°、300°或270°。

在一些實施方案中，裝置手臂柔性部分較長，其中至少一個柔性部段的長軸長度為柔性部段的垂直于柔性部段長軸的最大范圍的至少兩倍、或至少1.5倍、或至少3倍、或至少4倍、或至少5倍、或至少8倍或至少10倍。

本發明的一些實施方案的一個方面涉及一種包括用于插入體內的至少一個手臂的外科裝置，其中手臂包括柔性部分，其是可單向彎曲的并且是高度可彎曲的(例如，屈曲和/或伸展的可能大的角度)。

在一些實施方案中，外科裝置手臂包括至少兩個獨立單向可彎曲的柔性部分，其中在一些實施方案中，至少一個部分可彎曲(屈曲/伸展)至少120°、或至少90°至180°、或至少100°至120°、或者更低或更高或中間的角度。在一些實施方案中，兩個柔性手臂段的彎曲具有至少180°的組合角度。其中，例如第一柔性部段的端部處的長軸切線之間的第一角度與第一柔性部段的端部處的長軸切線之間的第二角度之和為至少180°。其中，例如相鄰段對的長軸之間的第一角度和不同段對的長軸之間的第二角度之和為至少180°。其中相鄰的段對被定義為由柔性部段直接聯接的段。

在一些實施方案中，每個柔性部分可圍繞柔性部分長軸獨立地旋轉。

本發明的一些實施方案的廣泛方面涉及一種治療方法(例如內窺鏡手術)，其中包括至少一個接合的機械手臂的裝置可選地被通過切口插入身體(例如患者)中，其中手臂在身體內彎曲以接近并治療目標(例如，身體器官)。在一些實施方案中，手臂在體內彎曲的能力被用于補償插入方向亞最佳性。

在一些實施方案中，柔性手臂部分的彎曲使得裝置接觸和/或接近目標的方向不同于裝置進入身體的方向(例如，在至少一個3D平面中比其至少大或小90°)。

在一些實施方案中，柔性手臂部分的彎曲是當至少兩個關節角度各自大于0°時，其中關節角度被測量為聯接的裝置段(和/或有效段)長軸之間的角度。在一些實施方案中，手臂的彎曲使得所有手臂關節角度的總和大于0°、10°或更大、45°或更大、或90°或更大、或180°或更大、或360°或更大。

在一些實施方案中，手臂的彎曲使得裝置進入身體的方向與將目標連接到切口的直線的方向不同(例如，大于或小于至少10°、大于或小于至少45°、至少大于或等于90°)。

在一些實施方案中，包括一個或多個手臂的裝置通過圍繞障礙物彎曲來接近目標。例如，一個或多個手臂在遠離插入點與目標之間的直線(例如，沒有穿過目標的路徑)彎曲的路徑中彎曲，例如其中障礙物在裝置的插入點與目標之間。在一些實施方案中，裝置包括多于一個手臂。在一些實施方案中，裝置手臂從相同方向接近目標，在一些實施方案中，裝置手臂從不同方向接近目標，例如具有高達20°、20°或更大、或45°或更大、或90°或更大、或180°或更大、或270°或更大的接近方向差異。

在一些實施方案中，目標是器官的一部分，并且障礙物是器官的不同部分。例如，在一些實施方案中，目標區域在器官的后方，并且此裝置通過器官前方的切口而插入。當裝置被引入時，裝置的一個或多個零部件圍繞器官彎曲，以在器官的后方接近目標、“擁抱”器官，例如裝置接觸和/或環繞器官圓周的10-100％或20-90％、或50-90％、或更低或更高或中間范圍或百分比。

在一些實施方案中，包括一個或多個手臂的裝置在身體內的彎曲將要接近障礙物下方(例如，身體內更深處)的目標，其中在目標與身體表面(例如皮膚表面)之間繪制的最短直線穿過障礙物。例如，在一些實施方案中，胸腔是障礙物(例如，胸腔下的器官的障礙物)，并且通過將裝置通過腹部切口插入來執行胸部手術。在示例性實施方案中，插入到腹部切口中的裝置沿循肋骨下方的路徑，從肋骨下方的位置彎曲以接近胸腔內的目標。

在一些實施方案中，機械裝置被從基本上不從上方的方向插入到患者體內，例如，其中裝置相對于垂直線的插入角大于75°、或大于90°、75°至175°(其中超過90°的角度對應于當患者處于仰臥或俯臥位時從患者下方的方向插入的角度)。在一些實施方案中，機械裝置被橫向插入患者體內，例如在患者雙腿之間，例如通過骨盆出口插入患者體內。

在一些實施方案中，圖像指導執行治療的用戶。例如，通過與機械裝置一起插入的攝像機來獲取圖像。在一些實施方案中，攝像機被安裝在可彎曲機械手臂上(例如，在其遠端)，其中例如攝像機結構和/或柔性如上文所述地用于機械裝置手臂。在一些實施方案中，通過其他成像方法(例如MRI、CT、超聲等)收集的圖像(例如，先前獲得的圖像)被用于指導治療。

本發明的一些實施方案的一個方面涉及一種治療方法，其中患者體內的一個或多個機械裝置手臂沿循長路徑，其中手臂在體內的長度(例如，測量手臂在體內的部分的長軸長度的總和)與目標和裝置進入體內的插入點(本文稱為“進入點”)之間的距離相比是較長的。在一些實施方案中，裝置手臂在身體內的長度為目標與進入點之間的直線距離的至少1.2倍、或至少1.5倍、或至少兩倍、或至少三倍、或至少四倍、或至少5倍。長路徑的潛在益處是對于給定進入點(例如切口)訪問寬范圍的期望目標。長路徑的潛在益處是對于給定目標，在大范圍的進入點處插入裝置的能力。

在一些實施方案中，裝置包括多于一個手臂，其中手臂一起接近并治療目標。在示例性實施方案中，裝置包括兩個手臂，其中可選地，兩個手臂彎曲以接近并治療目標。

裝置在身體內彎曲的潛在益處是在從期望方向治療目標時，在期望的進入點處和/或以期望的插入角度插入裝置的能力。在一些實施方案中，對于給定的插入角度和/或對于給定的進入點，寬范圍的治療角度(裝置手臂接近目標的角度)是可用的。

在一些實施方案中，治療(例如外科手術)是通過從高于目標的方向接近目標(例如如通常在腹腔鏡手術中的情況)，而裝置的插入是通過位于目標下方的自然腔道。

例如，在示例性實施方案中，裝置通過陰道插入體內(切口在子宮下方)，并且在體內彎曲以從下部方向(例如，標準腹腔鏡方向，例如比標準腹腔鏡方向更直接撞擊目標區域的方向，例如在基本上后下的方向上)進入子宮的頂部(上部部分)處的目標區域。通過陰道中的切口從下方接近子宮的潛在益處是使用已建立的腹腔鏡手術技術進行操作的能力，但是通過陰道中的切口，這潛在地比腹部切口的侵入性更小

在一些實施方案中，裝置的彎曲通過當裝置插入身體時使柔性裝置部分彎曲而發生，例如，在插入時彎曲的段和/或在插入連續段時彎曲的先前插入的段。在一些實施方案中，直的裝置被插入體內，并且一旦裝置被插入，其就會例如通過致動裝置部分和/或在裝置與身體內的患者組織之間的摩擦下而彎曲。在一些實施方案中，具有一個或多個折疊部分的裝置被插入體內并且彎曲以展開。

本發明的一些實施方案的一個方面涉及一種通過陰道進行子宮切除術的方法。在一些實施方案中，裝置通過在陰道中形成的切口而插入。在示例性實施方案中，將裝置通過陰道后穹窿中的切口而插入道格拉斯陷凹中。在一些實施方案中，裝置的一個或多個部分圍繞子宮彎曲，以在子宮區域(例如子宮、陰道、子宮頸、子宮周圍的組織、輸卵管、卵巢)上進行外科手術。在一些實施方案中，例如當裝置在遠離子宮的方向上通過后穹窿進入時，裝置的一個或多個部分彎曲以從子宮的外部進入子宮。在一些實施方案中，裝置在子宮底部處進入腹腔，更靠近子宮頸而不是子宮底并且彎曲，以從至少部分下方向和/或從外腹部皮膚表面(例如肚臍)上的點到子宮的直線的方向(例如腹腔鏡方向)來接近子宮。在一些實施方案中，一個或多個裝置肩部被定位成更靠近子宮頸而不是子宮底。在一些實施方案中，一個或多個裝置肩部被定位成更靠近子宮底而不是子宮頸。

在一些實施方案中，使用氣腹針來形成后穹窿中的切口，隨后通過氣腹針可選地使腹腔充氣。在一些實施方案中，在插入裝置之前，切口被擴大和/或擴張。在一些實施方案中，使用套管針產生后穹窿中的切口。

在一些實施方案中，插入陰道中的端口密封腹腔和/或為外科裝置(例如通過端口插入)和/或子宮操縱器(例如通過端口插入)提供支撐。

可替代地或此外，在一些實施方案中，端口被放置在切口中，從而密封切口和/或為裝置提供支撐。可選地，端口被聯接到子宮頸，例如為端口提供支持。可選地，端口被聯接到子宮操縱器。

可選地，子宮操作器用于婦科手術(例如子宮切除術手術)。在一些實施方案中，子宮操縱器被固定，同時允許進入陰道后穹窿。可選地，在一些實施方案中，裝置通過聯接到端口而被支撐，端口例如被聯接到子宮頸。可選地，端口被聯接到子宮操縱器。通過聯接到子宮頸的端口來支撐裝置的潛在益處是通過薄組織層中的切口進入腹腔的能力，其中此層例如無法向端口(例如，陰道后穹窿中的切口)提供足夠的支撐。

在一些實施方案中，在從陰道后穹窿中的陰道腔形成切口之前，將腹腔充氣。潛在的益處是，通常充氣增加器官之間的分離，從而潛在地降低導致對其他組織(例如直腸)損傷的切割的風險。在一些實施方案中，最初在腹部(例如臍帶切口)中形成切口，通過此切口(例如用二氧化碳)使腹部充氣。

在一些實施方案中，通過輸卵管中的內部切口進行腹部的充氣。在一些實施方案中，包括內腔和切削刃的裝置被從子宮插入輸卵管中。在一些實施方案中，切削刃刺穿輸卵管到腹腔中。隨后通過插入穿過裝置內腔的氣體來使腹腔充氣。在一些實施方案中，當在輸卵管中形成切口時，包括內腔的裝置使用例如如上所述的抽吸和壓力反饋。

本發明的一些實施方案的一個方面涉及一種端口，其被聯接到患者身體的一部分，包括機械臂的裝置通過此端口而插入。在一些實施方案中，端口被插入和/或聯接到自然腔道(例如陰道)。在一些實施方案中，子宮操縱器和/或其他可選工具被通過端口插入患者體內。潛在地，端口防止和/或減少穿過其而插入的工具(例如支撐部分)相對于患者的移動。可選地，在一些實施方案中，端口被聯接到系統的一部分，例如患者支撐表面。

在一些實施方案中，治療(例如子宮切除術)包括將端口插入自然腔道和/或將端口聯接到自然腔道，并且隨后通過端口將一個或多個機械裝置手臂插入患者體內。

本發明的一些實施方案的一個方面涉及形成切口，其中例如通過(例如使用抽吸)增加待切割的組織與切削刃之間的壓力來使組織朝向切削刃(例如，將組織帶到包括切削刃的元件)。在一些實施方案中，一旦形成切口，切削刃與組織之間的壓力就會減小，從而防止進一步的切割。在一些實施方案中，一旦壓力的測量減小指示已形成切口，那么(例如通過停止所施加的抽吸)進一步減小壓力。

在一些實施方案中，用于切口的裝置的尺寸和形狀被設定成使得包括切削刃的裝置端部與待切割的身體組織之間的增加的壓力使得組織與裝置接觸。

例如，在一些實施方案中，使用包括具有凹部(例如入口和/或中空和/或凹陷和/或杯形)的切削刃的裝置來在陰道后穹窿中形成切口，凹部的尺寸被設定成使得子宮頸配合到凹部中，并且凹陷中的壓力的增加使后穹窿接觸凹部的邊緣。在一些實施方案中，凹部的邊緣包括可以選的鋒利的切削刃。在一些實施方案中，凹部被放置在子宮頸上，其中鋒利的邊緣部分位于陰道后穹窿處。將杯和/或組織放在一起，直到切削刃在陰道后穹窿中形成切口。潛在的益處是對切口的位置和/或范圍的控制(例如，使用不同深度的凹部和/或不同長度的切削刃)。

在一些實施方案中，組織和凹部通過抽吸而放在一起。可選地，抽吸壓力的降低被用來確定已成功地形成切口。使用抽吸的潛在益處是利用最小的力和/或對切割的速度和/或力的控制來進行切割，從而例如降低損傷直腸的風險。

在一些實施方案中，通過包括插入輸卵管中的切削刃的裝置來在輸卵管中形成切口。在一些實施方案中，切削刃與輸卵管之間的壓力減小，從而使管塌縮，以使管的一部分與切削刃相接觸。

本發明的一些實施方案的一個方面涉及例如通過推動和/或保持患者解剖結構遠離外科區域和/或與外科區域屏蔽來保護用戶組織。在一些實施方案中，包括機械臂(例如如本文所述)的系統包括牽開器工具(例如如本文所述)。

在一些實施方案中，工具被安裝在支撐件上，并且包括機械臂的裝置被安裝在支撐件上。

在一些實施方案中，工具可以遠離一個或多個機械臂(例如，在一個或多個方向上)伸展，其中工具通過擴張而伸展和/或(例如通過馬達)被推動。

在一些實施方案中，機械裝置臂和工具由同一個馬達單元致動。

在一些實施方案中，牽開器工具被聯接到機械臂，并且/或者機械臂包括牽開器工具末端執行器。

在一些實施方案中，插入到患者體內的工具包括可擴張部分。在一些實施方案中，工具被插入、擴張并且用于推動和/或保持用戶組織遠離患者身體的正在進行手術的部分。例如，在一些實施方案中，例如在子宮切除術期間，通過工具將腸遠離子宮推開。在一些實施方案中，工具被插入相同的插入方向和/或通過與包括機械臂的裝置相同的切口而插入。

在一些實施方案中，一個或多個機械臂以不同的角度插入和/或插入到不同的深度和/或通過不同的切口而插入。例如，有助于通過多于一個機械手臂(可選地從不同方向)來接近目標。

在一些實施方案中，外科裝置機械手臂的至少一部分用覆蓋件覆蓋，例如無菌覆蓋件，從而例如在裝置臂與患者之間提供無菌分離。例如，電絕緣覆蓋件。

在一些實施方案中，本文件中描述的裝置和/或系統和/或方法被用于胸部治療(例如甲狀腺切除術)。

在一些實施方案中，本文件中描述的裝置和/或系統和/或方法被用于脾切除術。

在一些實施方案中，本文件中描述的裝置和/或系統和/或方法被用于生殖手術(例如不孕不育治療、絕育術)。

在一些實施方案中，本文件中描述的裝置和/或系統和/或方法被用于盆底重建手術。

在一些實施方案中，通過例如通過表面腹部切口和/或通過骨盆出口(例如通過天然生殖和/或排泄口)將裝置臂插入腹部并且使臂彎曲以接近目標來執行對腹部目標的治療。

在一些實施方案中，通過將一個或多個裝置臂從胸腔上方或下方的切口插入胸腔下方來對胸部目標執行治療，其中裝置臂被彎曲以接近目標。在一些實施方案中，例如如本文所述，一個或多個裝置臂被插入在相鄰的肋骨之間。

在一些實施方案中，一個或多個裝置臂包括通過柔性連接部段(本文中也稱為“關節”)聯接的至少兩個剛性段的鏈。在一些實施方案中，至少兩個剛性段較長，其中例如一個或多個長剛性段的長軸長度是所述段的垂直于所述長軸的最大范圍的至少1.5倍、或至少兩倍、或至少三倍、或至少5倍、或至少10倍或中間值。例如，與較大數量的較短部分相比，長剛性部分的潛在益處是移動和/或控制誤差減小，因為移動和/或控制誤差是每個關節的誤差移動的總和。

在一些實施方案中，剛性(和/或由剛性段形成)的裝置和/或裝置手臂長軸長度的比例較高，例如20％或更多、40％或更多、60％或更多、或者80％或更多。在一些實施方案中，剛性段長軸長度之和的比例與總裝置和/或手臂長軸長度相比更大，例如20％或更多、40％或更多、60％或更多、或者80％或更多。

在一些實施方案中，一種治療方法包括插入包括一個或多個機械手臂(例如，如本文所述)和一個或多個腹腔鏡工具的裝置。在一些實施方案中，通過一個或多個機械手臂和腹腔鏡工具同時和/或順序地治療目標。

具有臂的示例性裝置

現在參考附圖，圖1是根據本發明的一些實施方案的包括多個臂的裝置100(例如，外科裝置)的簡化示意性側視圖。在一些實施方案中，裝置包括第一臂104和第二臂102。

在一些實施方案中，每個臂104、106包括通過第一連接部段108、110聯接到第一段112、114的支撐段102、103，其中第一段112、114被通過第二連接部段120、122聯接到第二段116、118，并且第三段124、126被通過第三連接部段128、130聯接到第二段116、118。

在一些實施方案中，一個或多個支撐段102、103是剛性的。在一些實施方案中，一個或多個支撐段102、103是柔性的或者包括柔性部分。

在一些實施方案中，支撐段102、103被例如通過覆蓋件102a聯接。在一些實施方案中，支撐段僅在軀干長度的一部分處聯接或者不聯接：圖1B是根據本發明的一些實施方案的包括多個臂104、106的裝置100的簡化示意圖。

在一些實施方案中，一個或多個臂包括類人結構。為了清楚起見，在本文件的一些部分中，裝置段和連接部段被通過解剖名稱來指代：支撐段102、103也稱為第一軀干102和第二軀干，第一連接部段108、110也稱為第一肩關節108、第二肩關節110，第一段112、114也稱為第一肱骨112和第二肱骨114，第二連接部段120、122也稱為第一肘關節120和第二肘關節122，第二段116、118也稱為第一橈骨116和第二橈骨118，并且第三段124和126也稱為第一手持工具124和第二手持工具126。

在一些實施方案中，一個或多個連接部段包括鉸鏈。在一些實施方案中，一個或多個連接部段是柔性的并且/或者包括柔性部分。在示例性實施方案中，例如如下面更詳細描述的，裝置臂包括肘關節和肩關節，其中關節的彎曲在關節長軸的方向沿關節分布。

在一些實施方案中，軀干102、103靠近在一起，例如第一軀干102的長軸和第二軀干103的長軸彼此在5mm或3mm或1mm內。

在一些實施方案中，一個或多個裝置段具有大致圓柱形的外部形狀(例如橈骨、肱骨)。在一些實施方案中，關節具有圓形長軸橫截面。可替代地，在一些實施方案中，一個或多個裝置段和/或關節具有非圓形橫截面外形，例如橢圓形、正方形、矩形、不規則形狀。

在一些實施方案中，機械臂包括一個或多個短的和/或可調節的段。在一些實施方案中，柔性部分被直接連接。

圖1C至圖1D是根據本發明的一些實施方案的機械臂的簡化示意性側視圖。圖1C示出示例性實施方案，其中肱骨段212較短，例如此段包括1-50mm、或1-35mm、或10-20mm、或大約10mm或更低或更高或者中間范圍或長度的長軸長度J。

在一些實施方案中，用戶選擇包括期望的段長度的臂，其中例如基于患者解剖結構和/或將要執行的過程來進行選擇。例如，在一些實施方案中，當治療孩子時，用戶選擇具有一個或多個較短段的一個或多個臂(例如，如圖1C所示)。例如，在一些實施方案中，在治療肥胖患者時，用戶選擇具有一個或多個較長段的臂，例如具有長肱骨段的標準臂(例如，如圖1D所示)(例如，10-100mm、或20-35mm、或10-20mm，或更低或更高或者中間范圍或長度的肱骨段長度J')。

在一些實施方案中，裝置包括具有不同結構化臂(例如不同的段長度，例如不同的臂尺寸)的套件。

可替代地或此外，在一些實施方案中，一個或多個段長度例如在治療期間和/或在裝置的設置期間是可調節的。例如，在一些實施方案中，圖1C所示的臂是可調節的，(例如通過肱骨段212的伸縮)可調節到圖1D所示的構型。

在一些實施方案中，一個或多個段的伸展和/或回縮通過連接到相對于機械臂的其他部分移動的段(例如段伸展)的部分來實現。例如，在一些實施方案中，(例如，通過位于例如圖40的馬達單元4000的馬達單元中的馬達)移動段伸展部(例如圖33B的伸展部3316E)，以增加段(例如圖33B的段3316)的長度。在一些實施方案中，馬達使用螺旋機構來移動段伸展部(例如，類似于用于致動夾具的螺旋機構的螺旋機構，例如如關于圖36A至圖36B所描述的)。

示例性移動自由、示例性移動人之自由

在一些實施方案中，裝置手臂具有至少人體臂的移動自由。通常，人類手臂(例如，臂、腿)的段通過來自近端段關節的屈曲和伸展以及圍繞近端段關節的旋轉而移動。例如，人的橈骨屈曲并在肘部處伸展并且圍繞肘部旋轉。

本文中的術語近端關節是指最少遠離段所聯接到的軀干的關節，例如手近端關節是手腕，橈骨近端關節是肘關節，肱骨近端關節是肩關節。

術語近端段在本文中是指最少遠離段(例如，通過近端段關節)所聯接到的軀干的關段。例如，手近端段是橈骨，橈骨近端段是肱骨，肱骨近端段是軀干。

在一些實施方案中，一個或多個關節是可單向彎曲和可伸展的。在一些實施方案中，圍繞段近端關節的段旋轉是通過圍繞近端段長軸的近端段的旋轉來實現。例如，手圍繞腕關節的旋轉是通過圍繞橈骨長軸的橈骨的旋轉。

通常，人類臂的移動自由包括對旋轉和屈曲角度的限制。可選地，在一些實施方案中，裝置例如在一個或多個控制模式期間被限制于人類自由的移動。

圖2A是根據本發明的一些實施方案的機械臂204的簡化示意性側視圖。

在一些實施方案中，臂204的每個段可圍繞段長軸旋轉。例如，在一些實施方案中，軀干202可圍繞軀干長軸202L旋轉202R。例如，在一些實施方案中，肱骨212可圍繞肱骨長軸212L旋轉212R。例如，在一些實施方案中，橈骨216可圍繞橈骨長軸216L旋轉216R。

圖3A是根據本發明的一些實施方案的手部段224的簡化示意性側視圖。在一些實施方案中，手部段324可圍繞手長軸旋轉。

在一些實施方案中，一個或多個段可在兩個方向上旋轉(例如圍繞段長軸順時針和逆時針地旋轉)。可替代地，在一些實施方案中，一個或多個段可僅在一個方向上圍繞段長軸旋轉。

重新參見圖2A，在一些實施方案中，例如類似于人類站立和/或蹲伏和/或跳躍的能力，裝置在平行于軀干長軸202L的方向上是可移動的232。

在一些實施方案中，每個段屈曲并且在段近端關節處伸展。例如，在一些實施方案中，橈骨216屈曲并且在肘關節220處伸展。例如，在一些實施方案中，肱骨212屈曲并且在肩關節208處伸展。參考圖3，例如，在一些實施方案中，手持工具324屈曲并且在手腕328處伸展。

在一些實施方案中，段在關節處的屈曲和伸展被測量為關節彎曲通過的角度。在一些實施方案中，段的屈曲和伸展被測量為屈曲段的長軸與近端段到屈曲段的長軸之間的角度。例如，屈曲橈骨長軸與肱骨長軸之間的角度。

在示例性實施方案中，柔性部分(例如肘關節220、肱骨212)均勻地彎曲，例如其中當部分彎曲時，曲率半徑沿著柔性部分的彎曲是恒定的。在一些實施方案中，一個或多個柔性部分包括在具有不同尺寸的鏈節之間具有不同曲率半徑的子部分(例如，其中形成柔性部分的多個鏈節的堆疊由具有不同尺寸(例如不同長度)和/或間隙(例如，圖27的間隙2799)的鏈節組成)。

圖2B是根據本發明的一些實施方案的通過關節220連接的兩個段212、216的簡化示意圖。圖2B示出作為第一段長軸216L與第二段長軸212L之間的角度θ的段216的屈曲的測量。

在一些實施方案中，θ大于180°，這是由于例如足夠的關節長度(例如，關節的長軸長度比兩個段的雙組合直徑/橫截面最大長度更長)以及關節屈曲和/或伸展的能力。

圖2C示出根據本發明的一些實施方案的可能的手臂位置和/或裝置隨時間的移動的圖示。圖2C示出示例性裝置手臂的潛在柔性，包括180°和更大的關節彎曲的示例性角度。

重新參見圖2A，在一些實施方案中，肱骨212在肩關節208處屈曲和伸展209(在本文中也稱為肩部屈曲)，達到至少45度、或者達到至少90度、或者達到至少180度。在一些實施方案中，肩部屈曲大于180°。在一些實施方案中，肩部屈曲達到250°，或者達到300°。在示例性實施方案中，肩部屈曲為約200°。

在一些實施方案中，橈骨216屈曲并從肘關節220(本文也稱為肘部屈曲)伸展達到至少45°、或達到至少90°，或達到至少180°。在一些實施方案中，肩部屈曲大于180°。在一些實施方案中，肩部屈曲達到250°，或者達到300°。在示例性實施方案中，肘部屈曲約為200°。

現在參考圖3，在一些實施方案中，手部段324(例如手持工具)在腕關節328處屈曲并伸展329b。在一些實施方案中，手部段324可以例如在對應于人類橈骨和/或尺骨偏離的移動中在垂直于橈骨長軸329a的平面中(例如在包括剪刀刀片325a、325b的平面中)圍繞腕關節旋轉。在一些實施方案中，手部段324的屈曲和伸展是圍繞垂直于橈骨316L的長軸的軸線329b。在一些實施方案中，橈骨和/或尺骨偏離圍繞軸線329c。

在一些實施方案中，手部段224、324從腕關節228、328屈曲并伸展(本文也稱為腕部屈曲)達到至少45°、或達到至少60°、或達到至少90°、或達到至少180°。在示例性實施方案中，腕部屈曲為90°(例如±45°)。

在一些實施方案中，機械臂包括比人類臂更少的結構復雜性(例如更少的部分)和/或更少的移動自由。

例如，在一些實施方案中，機械臂不包括腕關節。例如，在一些實施方案中，末端執行器的屈曲和伸展由對應于肘關節的柔性部段所控制。例如，在一些實施方案中，末端執行器被聯接到剛性部分(例如對應于橈骨)，并且末端執行器和剛性部分的屈曲由連接到剛性部分的柔性部段所控制。

現在重新參見圖1C，在一些實施方案中，機械臂104c包括被聯接到第二段116的末端執行器124，其中聯接是剛性聯接(例如沒有第三連接部段，例如沒有腕關節)。在一些實施方案中，機械臂104c包括被聯接到柔性第一部分108的支撐段102，其中柔性第一部分108被聯接到柔性第二部分116。

在一些實施方案中，末端執行器124和第二段116是一件式和/或被剛性連接。

在一些實施方案中，末端執行器124可獨立于第二段116旋轉，例如末端執行器124可圍繞末端執行器長軸124L旋轉。

在一些實施方案中，手部段(例如圖1A和圖1B的124、126，圖2A的224，圖3的324)包括手持工具。在一些實施方案中，手持工具包括剪刀(例如圖1A的124、圖2A的224、圖3的324)。手持工具在下面更詳細地描述。

在一些實施方案中，裝置包括至少兩個柔性部分，其中每個柔性部分可彎曲至少120°。在一些實施方案中，兩個柔性部分可一起彎曲達到180°。在一些實施方案中，兩個柔性部分可一起彎曲超過180°。在一些實施方案中，一個或兩個或更多個裝置柔性部分中的每一個可彎曲180°或更多。在示例性實施方案中，組合屈曲提供裝置的360°或更大的總彎曲。例如，裝置關節被彎曲成使得裝置在空間中形成圓形和/或圈形，例如如圖2C所示。

在一些實施方案中，一個或多個臂段能夠以超過人類自由的移動來移動：例如，在示例性實施方案中，圍繞肱骨長軸的肱骨旋轉和/或圍繞橈骨長軸的橈骨旋轉和/或圍繞肱骨長軸的手旋轉。

示例性裝置靈活性

在一些實施方案中，裝置例如在患者體內是高度靈活的。潛在的益處是例如裝置在患者體內的路徑和/或移動的靈活性(例如減少組織損傷)和/或以期望的方式(例如切口的位置、形成切口的角度)來執行外科手術的能力。

如前所述，在一些實施方案中，每個段(和/或有效段)相對于相鄰段的角度例如通過段圍繞聯接關節的屈曲/伸展是可調節的。可選地，每個段是柔性的/可伸展的，并且可圍繞段近端關節旋轉。

在一些實施方案中，對于一個或多個段，段屈曲高達180°或更多，并且段圍繞近端段關節可旋轉高達180°或更多：在一些實施方案中，段遠端的可能位置形成圍繞段近端關節的圓柱體。潛在的益處是裝置在空間中的可能位置的寬范圍。

手到軀干的示例性距離，手臂橈骨之間的角度

在一些實施方案中，裝置是柔性的，以使得裝置的一只或多只手的位置和/或裝置的橈骨的一個或多個遠端可以基本上位于軀干和/或肩關節處。在一些實施方案中，當軀干靠近在一起(例如彼此在10mm內、5mm或3mm或1mm內)時，多于一個手和/或橈骨的遠端可以基本上定位在軀干和/或肩關節處。潛在的益處是(例如，使用一個或多個手持工具)接近靠近軀干的目標的能力。

在一些實施方案中，橈骨的遠端與肩關節之間的間隔可以減小到肱骨或橈骨的長度的40％、或20％、或10％、或5％、或1％。在一些實施方案中，橈骨的遠端與軀干之間的間隔可以減小到肱骨或橈骨的長度的40％、或20％、或10％、或5％、或1％。

在一些實施方案中，第一臂橈骨長軸與第二臂橈骨長軸之間的角度(本文中為“橈骨角”)在基本上為零(臂在軀干前方平行伸出)到中間角度(例如其中手在軀干的前方并且在一起)以及高達180°(例如，其中肘部向外并且手在一起)之間可調節。

平行橈骨(以及其他低橈骨角度，例如小于20°)的潛在益處是裝置在具有受限接近的區域上交互(例如操作)的能力，例如在一些實施方案中，裝置通過狹窄通道接近目標。臂橈骨(例如超過45°)之間較大角度的潛在益處是臂(例如臂手)接近軀干附近的目標的能力。

示例性長裝置

在一些實施方案中，身體內的裝置的潛在長度(例如，包括手軸向長度、橈骨軸向長度、肱骨軸向長度和軀干軸向長度的長度)較長。

在一些實施方案中，人體內的裝置相對于人體內的裝置的最深范圍的潛在長度較長。在一些實施方案中，肱骨段的長度為20-100mm、或40-80mm、或50-70mm、或約60mm。在一些實施方案中，橈骨段的長度為10-90mm、或20-70mm、或30-60mm、或約50mm。

例如，在一些實施方案中，裝置彎曲和/或折疊的能力意味著裝置在患者體內可選地與插入身體的最大深度相比(最大深度，例如測量為從皮膚表面和/或切口部位到裝置的一部分的最長直線路徑)行進較長路徑。

示例性長關節

在一些實施方案中，一個或多個關節在軸向方向上較長。例如，在一些實施方案中，關節相對于一個或多個段長度較長。例如，在一些實施方案中，關節相對于一個或多個段最大橫截面尺寸(例如，段直徑)較長。

在一些實施方案中，裝置關節相對于人體解剖關節長度(例如，相對于段長度和/或直徑)較長。

在一些實施方案中，關節長軸長度為關節的最大橫截面范圍(例如關節直徑)的至少1.5倍、或2倍、或3倍、或5倍。

長關節的潛在益處是增加了可能的屈曲和/或伸展，例如，在一些實施方案中，長關節意味著通過彼此接觸的段不會防止屈曲和/或伸展。

包括一個或多個長關節(例如，與具有樞轉關節和/或鉸鏈的裝置相反)的裝置的潛在益處是能夠在裝置的較小橫向范圍的情況下使裝置彎曲。另一潛在益處是關節的更圓和/或更不鋒利的曲線，例如，潛在地減小侵入性和/或對組織的損害。例如，參考圖5A，具有大曲率半徑(例如，在一些實施方案中，關節的最小曲率半徑是2-15mm、或4-12mm、或6-10mm或中間值)的長關節和/或關節具有較小的橫向范圍。例如，較小的橫向范圍與長關節的中點與有效段長軸的交點之間的長度L相關聯，此長度為例如當關節彎曲45°或更多時關節遠端的手臂的有效長度(例如，手臂長度B')的5-50％、或10-40％、或更低或更高或中間范圍或百分比。

示例性結構、尺寸

在一些實施方案中，軀干厚度(例如直徑)和/或肩關節厚度(例如直徑)為1mm-20mm、或3mm-15mm、或5mm-10mm或中間值。在示例性實施方案中，軀干直徑和/或肩關節直徑為大約8mm。

在一些實施方案中，肱骨的厚度(例如直徑)和/或肘關節厚度(例如直徑)為1mm-15mm、或2mm-10mm、或4mm-8mm或中間值。在示例性實施方案中，肱骨的厚度(例如直徑)和/或肘關節厚度(例如直徑)約為6mm。

在一些實施方案中，橈骨厚度(例如直徑)和/或肩關節厚度(例如直徑)為0.5mm-10mm、或1mm-6mm、或3mm-4mm或中間值。在示例性實施方案中，橈骨厚度(例如直徑)和/或腕關節厚度(例如直徑)為約3-4mm。

在一些實施方案中，肱骨段的中心長軸長度為20-100mm、或40-80mm、或50-70mm、或約60mm或中間值。在一些實施方案中，橈骨段的中心長軸長度為10-90mm、或20-70mm、或30-60mm、或中間值或約50mm。

在一些實施方案中，關節的最小曲率半徑為2-15mm、或4-12mm、或6-10mm或中間值。

在示例性實施方案中，關節的最小曲率半徑為約10mm。在另一示例性實施方案中，關節的最小曲率半徑為6mm。

在一些實施方案中，一個或多個段是細的。在一些實施方案中，細的段具有垂直于長軸長度的約20％或更短、或長軸長度的10％或更短、或長軸長度的8％或更短、或長軸長度的6％或更短或中間值的段長軸的最大范圍。細的裝置的潛在益處是裝置在體內的侵入性降低，例如，與具有相同長度的更寬裝置相比，裝置移位和/或損傷較少的組織。

圖4B是根據本發明的一些實施方案的機械臂404的簡化示意性側視圖。在示例性實施方案中，

在一些實施方案中，支撐段和肩關節具有大致相同的厚度和/或橫截面形狀和/或尺寸。在一些實施方案中，肩關節和肱骨段具有大致相同的厚度和/或橫截面形狀和/或尺寸。在一些實施方案中，肘關節和橈骨段具有大約相同的厚度和/或橫截面形狀和/或尺寸。

在一些實施方案中，肘關節和/或橈骨段的厚度(例如，圖4B的尺寸C)為1-20mm、或3-15mm、或7-11mm、或約9mm、或更低或更高或中間范圍或厚度。在示例性實施方案中，尺寸C為9mm。

在示例性實施方案中，支撐段厚度(例如直徑)、尺寸D為8mm。

在一些實施方案中，機械臂的包括肩關節、肱骨段、肘關節和包括末端執行器的長度的橈骨段的部分的中心長軸長度E為50-200mm、或80-150mm、或90-120mm、或約110mm、或更低或更高或中間范圍或長度。在示例性實施方案中，長度E為111.7mm。

在一些實施方案中，包括兩個或更多個機械手臂的裝置的兩個支撐段(軀干段)被配置(例如附接到基座)，以使得手臂支撐段的長軸基本上平行(例如在5°或10°或20°內平行)。在一些實施方案中，手臂支撐段的長軸被配置在不同方向上。

與人類臂的示例性結構差異和相似性

在一些實施方案中，兩個或更多個段具有類似于人類段長度比的長度比。圖4A是根據本發明的一些實施方案的裝置400的簡化示意性側視圖，其中通過與人上身401的簡化示意圖相比較來示出裝置類人比例。在一些實施方案中，裝置和/或臂的兩個尺寸之間的比率基本上類似于等效平均人類比率。例如，在一些實施方案中，肱骨段中心長軸長度比橈骨段中心長軸長度長約20％。在一些實施方案中，肱骨段長軸長度比橈骨長度長約15％或約長25％。

在一些實施方案中，沿著柔性部段的中點之間的中心長軸測量有效段長度，或者如果段是最遠端段，那么沿著段的遠端與將段的近端附接到臂的柔性部段的中點之間的中心長軸測量有效段長度。

在一些實施方案中，裝置缺少一個或多個段(例如，完全由柔性部分組成)。在一些實施方案中，有效段長度，在一些實施方案中，被沿著柔性部分中點之間的中心長軸(或者在一些實施方案中，作為直線的長度)來測量。在一些實施方案中，對于最遠端柔性部分，有效段長度被沿著最遠端柔性部分的遠端到被聯接到最遠端柔性部分的近端的柔性部分中點之間的中心長軸(或者在一些實施方案中，作為直線的長度)來測量。

在一些實施方案中，有效段長度被測量為在相鄰段的中心點處與長軸相切的軸的延伸(或者在沒有段的情況下，與柔性部分所連接的柔性部分的長軸相切的軸的延伸)的交叉點之間的直線的長度。在一些實施方案中，其中最遠端有效段的有效段長度被測量為在相鄰段的中心點處與長軸相切的軸的長軸延伸(或者在沒有段的情況下，與柔性部分所連接的柔性部分的長軸相切的軸的延伸)的交點到最遠端段的遠端(或者在沒有最遠端段的情況下，裝置遠端終止于柔性部分和/或末端執行器中，到最遠端柔性部分的遠端)之間的直線的長度。

在一些實施方案中，一個或多個段有效長度比與平均類人段長度比大約相同。例如，重新參見圖4B，在一些實施方案中，有效橈骨長度為A，并且有效肱骨長度為B，其中長軸長度A與B的比率大約為人類橈骨與肱骨長度的比率(例如約1:1.2)。

在一些實施方案中，當裝置臂處于不同構型(例如，不同柔性部分的不同彎曲程度)時，一個或多個有效段長度比保持在類似于對應的人類段比率的范圍內。

圖5A示出根據本發明的一些實施方案的可能的裝置位置和/或裝置隨時間的移動的圖示。例如，臂構型504示出這種配置，其中當裝置臂是直的時，有效段長度A'、B'都從其長度增加。有效段長度從段的中心部分的延伸的中心長軸之間的交叉點測量，并且在最遠端段的情況下(例如有效長度A')，從段的遠端到交叉點測量。

在一些實施方案中，增加關節處的彎曲會增加單獨的有效段長度。例如，有效長度B”小于有效長度B'。然而，有效長度之間的比率，例如有效肱部長度與有效橈骨長度之間的比率最大范圍上從當臂處于一個關節彎曲并且另一關節是直的直線位置時的比率改變。例如，當裝置臂在肩關節處彎曲并且在肘關節處筆直時，肱骨有效長度從當臂處于直線位置時的肱骨長度增加，而橈骨有效長度從當臂處于直線位置時的橈骨長度保持不變。

圖5B至圖5D是根據本發明的一些實施方案的機械臂的簡化示意性側視圖。

可替代地，有效手臂被認為是連接柔性部段的中心點(縱向和/或徑向)的直線。圖5B和圖5C示出有效手臂，其中具有長度C'的第一有效段是連接肩中點591和肘中點593的直線，并且具有長度D'的第二有效段是連接手腕中點595和肘中點593的直線。

在示例性實施方案中，長度A(圖4B)為36.2mm，并且長度B為44mm(圖4B)。在示例性實施方案中，長度C'(圖5B)為48mm，長度D'(圖5B)為40mm，長度C”(圖5B)為44mm，并且長度D”(圖5B)為36.6mm，并且第一有效段長度與第二有效段長度的比率保持大約相同，(例如，當肩關節保持靜止時，對于肘關節的不同彎曲角度)大約為1.2。

可替代地，有效手臂被認為是沿著臂的部分的中心縱向長軸來測量，其中第一段有效長度是沿著從手腕中點到肘中點測量的縱向長軸測量的(例如圖5D所示的長度E+F)，并且第二段有效長度是沿著從手腕中點到肘中點測量的縱向長軸(例如，圖5D所示的長度G+H)測量的。在示例性實施方案中，長度E為31.3mm，長度F為18.3mm，長度G為18.3mm，并且長度H為23mm。

現在重新參見圖4A，在一些實施方案中，裝置比人體解剖結構更細。例如，在一些實施方案中，裝置段軸向長度相對于最大裝置段橫截面面積的比率大于平均人體解剖比例，例如，大于1.5倍、或大于2倍、或大于4倍、或大于10倍。

細的裝置的潛在益處是通過最小范圍地移位組織和/或以最小的組織損傷來接近內部身體目標的能力。例如，在一些實施方案中，插入裝置所需的切口尺寸較小。在一些實施方案中，裝置包括一個臂并且切口尺寸是或小于17mm、或小于15mm、或小于10mm、或約8mm。在一些實施方案中，裝置包括多于一個臂，并且切口尺寸是或小于30mm、或小于20mm、或約16mm。

在一些實施方案中，裝置具有相對于裝置段長度的比平均人肩部更窄的肩部，例如如在接近第一軀干的肱骨的第一臂端與接近第二軀干的肱骨的第二臂端之間測量的最大裝置肩部相對于肱骨長度更小，小于平均人類比的75％、或小于50％、或小于25％。

在一些實施方案中，例如相對于一個或多個臂段長度的軀干長度比人軀干長度更長。長軀干的潛在益處是能夠將裝置插入患者體內以到達更大范圍的所需深度。

示例性臂構型

在一些實施方案中，臂具有不同的幾何形狀和/或特征。例如，在一些實施方案中，不同的臂具有不同的手持工具：重新參見圖1，第一臂104具有剪刀手持工具124，并且第二臂106具有夾具手持工具126。手持工具將在下面更詳細地描述。

在一些實施方案中，不同的臂具有不同的段和/或關節幾何形狀。圖6是根據本發明的一些實施方案的包括多個臂的裝置的簡化示意性側視圖。在一些實施方案中，第一臂604具有比第二臂肩關節610更長的肩關節608。可選地，在一些實施方案中，對于不同的臂，段尺寸和/或鉸鏈尺寸和/或移動自由是不同的。

示例性數量的臂

在一些實施方案中，裝置包括兩個臂。在一些實施方案中，裝置包括一個臂。在一些實施方案中，裝置包括多于兩個臂。圖7是根據本發明的一些實施方案的包括多于兩個臂的裝置700的簡化示意性側視圖。在一些實施方案中，裝置700包括第一臂704、第二臂706和第三臂705。

可選地，一個或多個臂具有不同的手持工具。在一些實施方案中，第一臂704具有剪刀手持工具724，并且第二臂706和第三臂705具有夾具手持工具726、725。下面更詳細地描述手持工具。

可選地，兩個或更多個軀干彼此聯接。

在一些實施方案中，一個或多個裝置機械手臂大于一個或多個其他手臂。在一些實施方案中，裝置包括三個機械臂并且具有大約相同尺寸的第一臂和第二臂，例如段長軸長度和/或關節長軸長度，和/或垂直于段長軸的最大段范圍，和/或垂直于關節長軸的最大關節范圍。在示例性實施方案中，第三臂大于第一臂和第二臂。

在一些實施方案中，較大的臂具有一個或多個部分尺寸(其中尺寸包括段長軸，關節長軸，垂直于段長軸的段最大范圍和垂直于關節長軸的關節最大范圍)比對應的第一和/或第二臂段尺寸大1.5倍、或大2倍、或大5倍、或大10倍。較大臂的潛在益處是例如臂施加更大力(例如施加到組織)的能力和/或臂接觸組織的更大表面積的能力。

在一些實施方案中，較大的臂(例如較大的第三臂)包括用于控制臂的移動的附加細長元件(例如，如下所述)。例如，在一些實施方案中，較大的臂包括兩個細長元件、或多于兩個細長元件、或四個細長元件。在一些實施方案中，第三臂包括比第一臂和第二臂更少的關節。在一些實施方案中，第三臂被用于保持和/或推動和/或重新定位患者解剖結構，例如以提供對目標區域的訪問和/或增加目標區域上的張力。

在一些實施方案中，通過模擬腿部移動來控制第三臂。在一些實施方案中，通過模擬第一用戶腿部的移動來控制第三臂，并且通過模擬第二用戶腿部的移動來控制第四臂。

示例性附加工具

可選地，在一些實施方案中，裝置700包括一個或多個附加部件，其中此部件被例如聯接到機械手臂。在一些實施方案中，將部件插入體內，可選地插入與一個或多個機械裝置手臂相同的切口中，例如此部件是附加工具。

在一些實施方案中，裝置700包括工作隧洞740。在一些實施方案中，工作隧洞由裝置臂內的開口和中空部分形成。在一些實施方案中，工作隧洞是單獨的部件。在一些實施方案中，工作隧洞740提供對臂的位置的訪問，例如用于傳送縫合線。

在一些實施方案中，裝置700包括用于抽吸和/或沖洗的管742。可選地，管742被插入穿過工作隧洞740。在一些實施方案中，抽吸管被用于在手術期間抽取流體(例如，血液)，如在外科領域中已知的。

在一些實施方案中，裝置包括一個或多個成像裝置(例如，攝像機、超聲裝置)，例如用于從患者體內提供圖像。內部攝像機在下面更詳細地描述。

在一些實施方案中，裝置包括一個或多個傳感器，例如以提供關于裝置內和/或患者體內的狀況的信息，所述傳感器例如溫度傳感器、運動傳感器、壓力傳感器。在一些實施方案中，一個或多個壓力傳感器被用于向用戶提供力反饋。

在一些實施方案中，軀干和可選的附加工具并且被緊密地定位和/或聯接在一起，例如彼此在20mm、或10mm或5mm內，潛在的益處是將裝置插入小切口和/或小自然腔道中。

在一些實施方案中，使用附加工具來保持和/或推動用戶組織，例如以保持組織遠離切割，以向將要被切割的組織提供張力。可選地，用于保持組織的手持工具包括擴張部分，其表面可以通過一個或多個部分展開和/或充氣和/或滑過其他部分(例如扇形結構)而擴張。

示例性系統

在一些實施方案中，包括多個臂的裝置是外科和/或治療系統的一部分。圖8是根據本發明的一些實施方案的系統850的簡化示意性框圖。

在一些實施方案中，系統包括用戶控制852，用戶通過此控制852引導包括多個臂的裝置800。

在一些實施方案中，裝置800包括一個或多個成像裝置856。

在一些實施方案中，裝置800包括裝置控制器855，例如馬達(例如用于控制臂段的移動)。

可選地，裝置控制的一個或多個零部件在裝置外部。可選地，裝置控制的一個或多個零部件是手動的，例如其中用戶直接控制移動(例如通過將裝置插入和/或提取到體內，例如通過拉動一個或多個細長元件，例如通過旋轉一個或多個段伸展部)。

在一些實施方案中，系統850包括一個或多個成像裝置858，例如外部成像裝置(例如，超聲波)。

在一些實施方案中，系統包括顯示器854，例如以向用戶顯示信息和/或圖像。

在一些實施方案中，系統850包括數據庫860，例如用于存儲由成像裝置856、858采集的圖像。

可選地，系統850包括一個或多個處理應用。在一些實施方案中，裝置控制是自動的，其中處理應用例如控制馬達和/或致動器移動。

在一些實施方案中，成像裝置856和/或成像裝置858和/或數據庫860和/或顯示器854中的一個或多個包括處理應用。在一些實施方案中，單個處理應用控制多于一個系統元件。例如，在一些實施方案中，用戶控制852和顯示器854是單個單元(例如，計算機和/或觸摸屏)的一部分。

在一些實施方案中，系統850的一個或多個部分在不同的位置處。例如，在一些實施方案中，裝置800在第一位置，并且用戶控制852和顯示器854在第二位置。例如，有助于患者由外科醫生在不同位置進行操作，例如在不同的房間和/或數公里之外。

示例性外科裝置控制系統

在一些實施方案中，使用輸入裝置來控制外科裝置(例如，外科系統的移動)。可替代地或此外，在一些實施方案中，通過測量的用戶身體移動來控制外科系統。

圖42A是根據本發明的一些實施方案的控制系統4250的簡化示意性框圖。

在一些實施方案中，系統4250包括輸入裝置4200ip，其中輸入裝置4200ip包括一個或多個傳感器4210。在一些實施方案中，一個或多個傳感器4210基于輸入裝置的位置產生輸出(例如，傳感器在本文件的其他地方更詳細地描述)。

可選地，在一些實施方案中，輸入裝置4200ip包括一個或多個用戶接口4212，例如一個或多個按鈕和/或觸摸屏(例如安裝到輸入裝置臂)。

可替代地或此外，在一些實施方案中，用戶接口被安裝到輸入裝置的另一部分，例如安裝在外科裝置支撐件上和/或安裝在另一位置(例如病床)上。

可選地，在一些實施方案中，輸入裝置4200ip包括例如用于處理和/或存儲由傳感器4210和/或用戶接口產生的信號的內部處理器和/或存儲器(未示出)。

作為輸入裝置4200ip的替代或補充，在一些實施方案中，系統4250包括用戶移動檢測設備4256。在一些實施方案中，設備4256包括一個或多個運動檢測傳感器4758。在示例性實施方案中，運動檢測傳感器4758是一個或多個攝像機。在一些實施方案中，一個或多個運動檢測傳感器4758包括用于從收集的圖像檢測用戶身體部分位置和/或移動的內部處理器，并且內部處理器將檢測到的身體部分位置發送到處理器4716。在一些實施方案中，傳感器4758將原始圖像數據發送到處理器4216。

在一些實施方案中，系統4250包括處理器4216，其從輸入裝置4200ip(和/或用戶運動檢測設備4256)接收信號，并且基于接收到的信號產生控制一個或多個外科裝置馬達4214的控制信號。

在一些實施方案中，例如在生成控制信號時，對通過處理器從輸入裝置接收的信號(例如，如下面“示例性濾波”部分中所描述的)進行濾波。

可選地，在一些實施方案中，處理器4216與顯示器4254通信。例如，在示例性實施方案中，顯示器例如基于從輸入裝置4200ip和/或外科裝置馬達4214接收的信號來顯示輸入裝置和/或外科裝置的圖形表示。

示例性控制方法

在一些實施方案中，裝置手的移動和取向通過用戶手的移動和/或輸入裝置的移動以及裝置的其他部分的移動來控制，通過機器人來控制，例如通過如本領域已知的逆運動學來控制，其中逆運動學涉及在一些身體段在3D空間中的給定運動的情況下計算身體段的關節角度。

在一些實施方案中，使用機器人控制裝置的一個或多個關節的移動和/或位置，例如逆運動學可選地具有移動約束。

在一些實施方案中，一個或多個關節(和/或段)的移動由對應的用戶關節的測量的映射移動和/或對應的輸入裝置關節的測量的移動來控制，其中一個或多個其他關節被例如通過機器人自動地控制。用戶控制一個或多個關節的潛在益處是用戶控制裝置的路徑，從而例如避免障礙物(例如避免對例如器官的障礙物的損害)。

在一些實施方案中，裝置臂末端執行器(例如手持工具)的移動通過對應的用戶身體部分的測量的映射移動和/或對應的輸入裝置部分(例如，用戶腕關節和/或手位置和/或橈骨遠端)的測量的映射移動來控制，并且一個或多個其他關節的移動被例如通過機器人自動地控制。

在一些實施方案中，用戶在期望的路徑(例如，身體內)上(例如在障礙物周圍)對裝置進行導航(例如，由所顯示的圖像輔助)。當用戶指定關節的路徑和/或移動時，在一些實施方案中，裝置的運動比使用機器人控制的裝置的效率更低(例如，速度更慢，路徑長度更長)，其中例如，自動地計算和/或優化末端執行器在期望位置中的位置的移動。

在一些實施方案中，一個或多個裝置臂的控制是半機器人化的，其中用戶身體部分的測量移動和/或輸入裝置的測量移動被用作機器人計算的起點，其中(例如使用逆運動學)計算裝置的位置和/移動。在一些實施方案中，在映射測量的用戶身體移動時，一個或多個裝置部分的位置在用戶身體位置的30％內或20％內或10％內。

圖42B是根據本發明的一些實施方案的控制裝置臂的方法的流程圖。

在4302處，可選地，初始化(例如匹配)外科裝置和/或用戶臂和/或輸入裝置臂的位置。在一些實施方案中，在4302處，初始化外科裝置臂位置(例如，段長軸之間的角度)和用戶臂位置。

在4304處，測量用戶關節移動和/或輸入裝置移動。

在一些實施方案中，一旦裝置臂和用戶臂(和/或輸入裝置臂)大致在相同位置(例如，在一些實施方案中，只有在用戶裝置臂位置之間的差異高于公差時才需要匹配)，那么在4304處，測量至少一個用戶臂的位置。

在4306處，處理所測量的移動。在一些實施方案中，處理包括將測量的輸入對象移動映射到外科裝置關節移動，例如其中用戶身體移動被例如使用用戶解剖結構到關節解剖結構的映射來用于控制裝置。

在一些實施方案中，輸入裝置移動到外科裝置移動的映射包括將有效輸入裝置段之間的角度映射到有效外科裝置段之間的角度。先前描述的是有效外科裝置段的不同描述，在不同的實施方案中，在本文件中描述的確定和/或測量有效外科裝置段的每種方法被用于將輸入裝置移動映射到外科裝置移動。

在一些實施方案中，輸入對象裝置部分的映射中點(例如關節的中點)被用于控制外科裝置(例如，通過將輸入對象裝置關節中點的移動映射到外科裝置關節中點)。

在一些實施方案中，映射包括對輸入對象結構與外科裝置結構之間的差異的校正。

可選地，在一些實施方案中，處理包括對測量的移動進行過濾(例如，以移除不允許的移動)。在一些實施方案中，處理包括根據控制模式的處理，例如關于圖48所描述的控制模式(例如，在定時模式中引入時間延遲)。

在4308處，根據處理的期望裝置移動來移動一個或多個外科裝置臂。

包括輸入裝置的示例性外科系統

在一些實施方案中，外科系統包括可通過輸入裝置的移動來控制的外科裝置。在一些實施方案中，(例如在腹腔鏡手術期間)將外科裝置插入患者體內。

圖43是根據本發明的一些實施方案的用戶4464使用輸入裝置4400ip來控制外科裝置4400的照片。

在一些實施方案中，輸入裝置包括輸入裝置第一臂4404ip和輸入裝置第二臂4406ip。在一些實施方案中，輸入裝置包括少于或多于兩個臂，例如一個臂、三個臂、2至6個臂。

在一些實施方案中，每個輸入裝置臂控制對應的外科裝置臂的移動，例如輸入裝置第一臂4404ip控制外科裝置第一臂4404ip，并且輸入裝置第二臂4406ip控制外科裝置第二臂4406。

在一些實施方案中，輸入裝置臂被用于控制外科裝置的另一部分，例如插入有外科裝置的成像器。在一些實施方案中，多于一個臂被用來控制外科裝置的單個部分(例如臂)。

在一些實施方案中，外科裝置包括第一手術臂4404和第二手術臂4406。在一些實施方案中，輸入裝置包括第一輸入裝置臂和第二輸入裝置臂，其中例如第一輸入裝置臂4404ip的移動控制第一手術臂的移動并且/或者第二輸入裝置臂的移動控制第二手術臂4406ip的移動。

在一些實施方案中，用戶例如通過用用戶的手抓住和/或引導輸入裝置的一部分來手動地移動輸入裝置。在一些實施方案中，用戶用用戶的手和/或臂引導輸入裝置臂的多于一個部分。例如，如圖43所示，用戶4464通過用用戶的手4464h抓住和/或引導輸入裝置橈骨4424ip來控制輸入裝置臂橈骨，同時用用戶的手腕和/或臂4464w引導輸入裝置肱骨4416ip。

在示例性實施方案中，用戶抓握每只手中的一個輸入裝置臂的一部分。例如，如圖43所示，用戶通過抓握和/或引導輸入裝置橈骨來移動每個輸入裝置臂4404ip、4406ip。

圖43是根據本發明的一些實施方案的用戶4464使用輸入裝置4400ip來控制外科裝置4400的照片。

在一些實施方案中，如前所述，外科系統使用測量的用戶身體移動來控制外科裝置。

圖44A是根據本發明的一些實施方案的示出外科系統的使用的簡化示意圖。在一些實施方案中，(例如，通過切口4562)已插入患者4560體內的裝置4500的移動通過模仿用戶4564的移動來控制。

例如，如先前關于圖42A所述，在一些實施方案中，系統包括運動檢測設備。在示例性實施方案中，一個或多個傳感器被安裝在顯示器上(其中顯示器的示例性功能例如在本文件的其他地方進行描述)。

外科系統的部分的示例性定位

圖44B和圖44C是根據本發明的一些實施方案的外科系統的簡化示意圖。在一些實施方案中，需治療(例如進行手術)的患者4760至少部分地由患者支撐表面4780(例如外科手術臺和/或病床，術語患者支撐表面在本文中也可互換地稱為“床”)支撐。在一些實施方案中，可選地安裝到床4780的外科裝置4700被用于對患者4760進行治療(例如，對患者4760進行手術)。在一些實施方案中，外科裝置4700的至少一部分例如通過自然腔道(例如陰道)和/或通過切口而插入患者4760體內。

在一些實施方案中，輸入裝置4700ip被定位在患者附近，例如安裝在病床上和/或在此專利的1m或50cm或20cm內。在一些實施方案中，將用戶(例如，外科醫生)置于患者附近的能力使得用戶能夠在無菌區內，和/或潛在地減少用戶在緊急情況下的響應時間，例如潛在地使得外科醫生能夠與患者和/或醫療團隊的其他成員進行通信。

在一些實施方案中，輸入裝置4700ip被附接到病床和/或地板(例如，支撐件5101ip，圖45D中被聯接到病床和/或地板)。

在一些實施方案中，例如，如圖44B所示，輸入裝置4700ip被定位成使得外科醫生被定位在傳統的腹腔鏡手術位置，例如在患者軀干附近。

在一些實施方案中，例如如圖44C所示，輸入裝置4700ip被定位在患者腿部之間(例如，輸入裝置4700ip的尺寸和/或形狀被設定成使得其配合在患者腿部之間(例如，至少部分張開的)。例如，在一些實施方案中，輸入裝置手術覆蓋區(例如，由輸入裝置占用的地板空間)為1cm²-1m²、或10cm²-50cm²、或20cm²-50cm²、或更低、或更高、或中間范圍或區域。

例如，在示例性實施方案中(例如，如圖44C所示)，患者4760的腿展開，例如其中腿由附接到床4780的鐙形件(未示出)保持。外科裝置4700例如被陰道插入專利4760中，并且輸入裝置4700ip和/或外科醫生4764位于患者雙腿之間。

在一些實施方案中，外科系統包括顯示器4764(例如，如參考圖8的顯示器854所描述的)。在一些實施方案中，顯示器4764被定位和/或成角度以在腹腔鏡手術中復制顯示器的位置，例如如圖44B所示。在一些實施方案中，患者身體形成顯示器，其中例如投射到患者身體上的是圖像(例如來自插入患者體內的攝像機和/或由成像器(例如MRI、CT、超聲等)收集)。

在一些實施方案中，顯示器4764被定位和/或成角度以復制開放手術外科醫生的治療視點，即使治療是腹腔鏡手術，例如如圖44C所示。

現在參考圖44A，在一些實施方案中，此外或可替代地，通過用戶的所測量的身體移動來控制裝置。在一些實施方案中，為了用戶利用測量的身體移動來控制裝置移動，用戶處于可允許的區域中，例如檢測用戶身體移動的攝像機的指定視野。在一些實施方案中，系統包括關于可允許區域的指示(例如，地板上的標記、標記的和/或指定的椅子)。在一些實施方案中，可允許區域可由用戶調節(例如，在一些實施方案中，用戶將運動檢測設備移動到期望位置)。

使用輸入裝置的示例性控制

在一些實施方案中，用戶通過移動對象(本文稱為“輸入對象”或“化身”)來控制裝置。

在一些實施方案中，通過用戶移動裝置的一個或多個部分的化身來控制裝置在患者體內的一個或多個部分的位置和/或移動。在一些實施方案中，化身是裝置的一個或多個部分的模型，可選地是微型或放大的。可選地，化身包括一個或多個傳感器，在一些實施方案中，此傳感器測量化身的位置和/或移動。在一些實施方案中，使用運動捕捉技術來測量化身的移動。在一些實施方案中，化身包括標記和/或至少部分以反射材料進行涂覆，例如以幫助運動捕獲。在一些實施方案中，化身是固定控制臺的一部分。

在一些實施方案中，化身是手持的和/或可固定到桌子和/或書桌上。

輸入裝置移動到外科裝置移動的示例性映射

圖45A是根據本發明的一些實施方案的輸入裝置臂4804ip的簡化示意性側視圖。圖45A是根據本發明的一些實施方案的外科裝置臂4804的簡化示意性側視圖。在一些實施方案中，輸入裝置臂4804ip控制外科裝置臂4804。

在一些實施方案中，輸入裝置結構具有與外科裝置的比率和/或尺寸(可選地縮放)基本相同(本文也稱為“匹配”)的一個或多個比率和/或尺寸，以及可選地不與外科裝置的尺寸和/或比率匹配的一個或多個其他尺寸和/或比率。

例如，在示例性實施方案中，輸入裝置和外科裝置的兩個有效段長度之間的長度比例基本上相同，例如具有0-5％、或0-1％、或0-0.5％或者較低或較高或中間范圍或值的比率之間的差值。其中有效段長度是在其他段的長軸的交叉點之間和/或在軸交叉點與段的終點之間的段的中心長軸的長度。

例如，參考圖45A：輸入裝置臂4800ip肱骨4812ip的有效長度是在肱骨長軸4813ip與支撐件(例如支撐長軸4803ip)和橈骨長軸4817ip的交叉點之間測量的長度Hip。輸入裝置臂4800ip橈骨4816ip的有效長度是在橈骨長軸4817ip與輸入裝置橈骨4816ip的終止點的交點之間測量的長度Rip。

潛在地，對應于不包括末端執行器的長度的有效外科裝置橈骨長度的有效輸入裝置橈骨長度意味著對于具有不同末端執行器(例如，不同尺寸的末端執行器)的外科裝置維持控制的精度。

在一些實施方案中，輸入裝置與外科裝置之間的一個或多個匹配段長度比率使得例如盡管在裝置之間存在結構差異，但是使用輸入裝置能夠直觀地控制外科裝置。例如，在一些實施方案中，外科裝置(例如，如本文件其他部分所描述的)包括長連接部分，而在一些實施方案中，(例如，如圖43和/或圖45A和/或圖45G所示)輸入裝置臂關節包括樞軸。

在一些實施方案中，輸入裝置與外科裝置之間的有效段長度比率匹配，但實際段長度比率不匹配。例如，在一些實施方案中，外科裝置包括長連接部分(例如，如本文件題為“示例性長關節”的部分中所描述的)，并且能夠控制外科裝置的輸入裝置包括短連接部分，例如樞軸連接部(例如，如圖45A所示)。潛在地，優點是易于控制輸入裝置(例如輸入裝置段圍繞樞軸自由旋轉，例如輸入裝置段不以不想要的自由度從長關節移動)和/或具有非角度形狀(例如不太可能損壞患者組織)的外科裝置。

在示例性實施方案中，一個或多個輸入裝置段的厚度(例如，圓柱形段的直徑和/或最大段橫截面尺寸的直徑)不同于(例如大于)外科裝置的直徑。增加的輸入裝置段厚度潛在地為傳感器和/或鎖定裝置提供空間(例如，如關于本文件中的其他地方的圖46A、圖46F所描述的)和/或為用戶提供具有舒適和/或容易的尺寸的輸入裝置以用于調遣。

在示例性實施方案中，輸入裝置段厚度為20-26cm、或13-18cm、或13-26cm、或更低、或更高或中間范圍或厚度。

在示例性實施方案中，外科裝置段厚度為6-8cm、或4-8cm、或4-6cm或更低、或更高或中間范圍或厚度。

在示例性實施方案中，外科裝置段厚度與輸入裝置段厚度之間的比率為1:0.5至1:3、或更低、或更高或中間范圍或比率。

在示例性實施方案中，外科裝置段長度與輸入裝置段長度之間的比率為1:0.5至1:3、或更低、或更高或中間范圍或比率。

外科裝置段之間的角度的示例性控制

在一些實施方案中，兩個輸入裝置段的長軸之間的測量角度和/或角度變化被用于控制和/或改變兩個外科裝置段的對應長軸之間的角度。

在一些實施方案中，測量是兩個裝置段的長軸之間的物理角度(例如角度α)。在一些實施方案中，測量是兩個裝置段的長軸之間的角度變化。

例如，在一些實施方案中，外科裝置肱骨4812的長軸4813與外科裝置支撐件4802的長軸4803之間的角度α'由輸入裝置肱骨4812ip的長軸4813ip與輸入裝置支撐件4802ip的長軸4803ip之間的角度α控制。

例如，在一些實施方案中，外科裝置橈骨4816的長軸4817與外科裝置肱骨4812的長軸4813之間的角度β'由輸入裝置橈骨4816ip的長軸4817ip與輸入裝置肱骨4812ip的長軸4813ip之間的角度β控制。

在示例性實施方案中，使用相鄰輸入裝置段與對應的相鄰外科裝置段之間的角度的一對一映射來控制外科裝置。

外科裝置段的旋轉的示例性控制

圖45C是根據本發明的一些實施方案的輸入裝置臂4804ip的簡化示意性側視圖。

在一些實施方案中，輸入裝置段圍繞段的長軸的旋轉被用于控制對應的外科裝置段的旋轉。

在一些實施方案中，測量是物理旋轉角度。在一些實施方案中，測量是旋轉角度的變化。

示例性輸入裝置結構

圖45G是根據本發明的一些實施方案的輸入裝置的簡化示意性側視圖。

在一些實施方案中，一個或多個輸入裝置臂段(例如，段)，其中相鄰的段通過連接部段(例如關節)連接。在一些實施方案中，例如與外科裝置的一些實施方案不同，一個或多個臂連接部段是樞軸關節。

在一些實施方案中，一個或多個輸入裝置臂(例如臂4904ip和/或臂4906ip)包括通過第一連接部段(例如4908、4910)聯接到第一段(例如4912ip、4914ip)的支撐段(例如4902ip、4902aip)，其中第一段(例如4912ip、4914ip)被通過第二連接部段(例如4920ip、4922ip)聯接到第二段(例如4916ip、4918ip)，并且第三段(例如4924ip、4926ip)被通過第三連接部段(例如4928ip、4930ip)聯接到第二段(例如4916ip、4918ip)。

在一些實施方案中，一個或多個(例如，所有)輸入裝置段可圍繞段長軸旋轉。

在一些實施方案中，相鄰段長軸(屈曲)之間的角度是可調節的。

在一些實施方案中，一個或多個支撐段4902ip、4904ip被連接到輸入裝置平臺4960。

在一些實施方案中，支撐段相對于平臺4960的角度是可調節的，其中例如在裝置的設置期間(例如，由用戶調節臂)和/或在輸入裝置的使用期間進行調節。在一些實施方案中，一個或多個輸入臂支撐部段(例如，支撐部段4920ip)被在孔4982上的可調節點處連接到平臺4960。在一些實施方案中，一個或多個輸入臂支撐部段的角度例如被初始化以平行或垂直于地板。在一些實施方案中，輸入臂支撐部段的可調節角度使得能夠初始化臂位置，其中例如平臺相對于地面成角度。

在一些實施方案中，輸入裝置支撐部段的角度的調節被用于改變外科裝置支撐段的角度，例如外科裝置(例如通過端口)進入患者體內的角度。在一些實施方案中，使用不同的控制方法來改變(例如，通過端口和/或自然腔道)進入患者體內的外科裝置的一個或多個部分的進入角度。在一些實施方案中，外科裝置的不同部分(例如不同的手臂)被以不同的角度插入患者體內。在一些實施方案中，支撐段是細長元件，例如其中連接到手臂支撐段的連接部分和段具有小于支撐結構長度的50％或者小于支撐結構長度的20％(例如，其中外科裝置手臂包括與傳統腹腔鏡工具類似的結構)的最大長度。

在一些實施方案中，輸入裝置臂4904ip、4906ip之間的間隔可以例如通過將一個或多個輸入裝置臂可調節地附接到輸入裝置平臺4960來進行調節。在一些實施方案中，一個或多個輸入裝置臂在裝置平臺上的位置可在一個或兩個或三個尺寸上進行調節。

在示例性實施方案中，平臺4960包括滑軌4962，并且每個臂被附接到滑塊4964、4966，滑塊4964、4966使用蝶形螺母4968緊固到滑軌上的位置中。

圖49B是根據本發明的一些實施方案的包括手柄4960、4961的輸入裝置的簡化示意性側視圖。在一些實施方案中，一個或多個輸入裝置手臂包括手柄。在一些實施方案中，每個輸入裝置手臂包括手柄。

在一些實施方案中，輸入裝置很小，例如潛在地降低成本和/或有助于期望的定位(靠近患者，例如如關于圖47A至圖47B所描述的)。例如，在一些實施方案中，較小的輸入裝置手臂具有5-100cm、或10-50cm、或10-30cm、或更低或更高或中間范圍或尺寸的最大尺寸(例如，當被拉直時)。

在一些實施方案中，輸入裝置被構造成使得連接部段樞軸點不在有效段之間的交叉處。例如，參考圖45A，連接部段4820ip樞軸點4820piv不在軸線4813ip與4817ip之間的交叉處。在一些實施方案中，與段的軸線的交叉點(例如，軸線4813ip與4817ip之間的交叉點)相比，樞軸點(例如樞軸點)4820piv被設置成更靠近圍繞樞軸點樞轉的段(例如，段4av12ip、4816ip)的縱向中心點。潛在地，其中段之間的樞軸點被設置成更靠近圍繞樞軸點旋轉的段的縱向中心點的輸入裝置結構匹配外科裝置結構，其中段之間的關節較長。在一些實施方案中，樞軸點實現180°和/或大于180°的彎曲。

在一些實施方案中，輸入裝置包括一個臂。在一些實施方案中，輸入裝置包括兩個臂或多于兩個臂。在一些實施方案中，輸入裝置包括用于每個插入的外科裝置臂的臂。例如，在一些實施方案中，輸入裝置包括用于每個機械外科裝置臂的臂和用于控制攝像機(例如，圖10A的攝像機1078)的附加輸入裝置臂。

包括手柄的示例性輸入裝置

在一些實施方案中，輸入裝置臂包括一個或多個手柄。在一些實施方案中，移動輸入裝置臂(例如，為了控制外科裝置的對應部分的移動)的用戶抓握手柄。

圖45D是根據本發明的一些實施方案的包括手柄5160的輸入裝置臂的簡化示意性側視圖。

在一些實施方案中，用戶用一只手抓握把手5160，例如，在一些實施方案中，用戶控制兩個輸入裝置臂，每只手一個。

在示例性實施方案中，手柄5160包括具有筒部5162和握持部5164的槍形(例如，手柄5160是腹腔鏡工具手柄，在一些實施方案中，本領域的其他腹腔鏡工具手柄被用于手柄5160)。其中，例如筒部5162具有與輸入裝置橈骨5116ip的長軸5117ip平行(例如共線)的筒長軸5166。

在一些實施方案中，握持部5164的長軸5168包括垂直于筒部長軸5166的部件，例如握持部長軸5168與筒部長軸成角度θ為45-135°、或70-110°或約90°、或更低或更高或中間范圍。在一些實施方案中，筒部長軸和握持部分長軸是共面的。

在一些實施方案中，握持部分5164的尺寸和形狀被設定成適于由用戶的手舒適地握持，例如具有圓形截面，其中握持部的最大橫截面尺寸為2-8cm。

手柄5160的潛在益處是舒適的用戶控制，同時維持輸入裝置的幾何形狀與外科裝置之間的直觀關系(例如，輸入裝置的一個或多個手臂長度比率與外科裝置的輸入比率基本相同)。手柄5160的另一潛在益處是能夠使輸入裝置較小，同時維持用戶以期望的方式移動輸入裝置的能力(例如，與舒適和/或容易由用戶控制移動相比更小)。

圖52A是根據本發明的一些實施方案的包括手柄的輸入裝置臂的簡化示意性側視圖。圖52B是根據本發明的一些實施方案的外科裝置臂的簡化示意性側視圖。圖52A和圖52B示出輸入裝置對手術臂的控制，其中輸入裝置長軸的角度基本上匹配外科裝置的段長軸。

示例性用戶接口

在一些實施方案中，系統包括一個或多個用戶接口，例如，在一些實施方案中，輸入裝置包括一個或多個用戶接口。

在一些實施方案中，一個或多個輸入裝置用戶接口被安裝在輸入裝置臂上，例如以使得握持臂的用戶在維持用戶手部位置的同時使用用戶接口。例如，重新參見圖44，輸入臂4404ip包括按鈕4462，在圖43中，用戶4464在保持輸入裝置臂4404ip的同時正在使用按鈕4462(用戶的手指處于按壓按鈕4462的位置)。在示例性實施方案中，按鈕4462被聯接到彈簧加載的桿，其中按鈕4462的按壓導致聯接部段旋轉。在一些實施方案中，旋轉傳感器感測旋轉的范圍。

示例性用戶接口包括按鈕、滑動按鈕、滾輪、觸敏按鈕和/或LCD顯示器。

在一些實施方案中，安裝在輸入裝置上的用戶接口控制末端執行器，例如打開和/或閉合末端執行器(例如，打開和/或閉合具有相對部分的末端執行器，例如剪刀、夾具)。例如，在示例性實施方案中，來自與按鈕4462相關聯的旋轉傳感器的信號被用于控制對應的末端執行器。

例如，重新參見圖43，在一些實施方案中，按鈕4462控制外科裝置末端執行器4424的打開和閉合。

在一些實施方案中，用戶按下按鈕4462以改變末端執行器4424配置(從打開到閉合或者從閉合到打開)。在一些實施方案中，按鈕4462的按下范圍控制末端執行器4424的打開范圍。例如，在關于完全打開的末端執行器4424的按鈕4462的完全按下和/或關于閉合的末端執行器4424的按鈕4462的沒有按下和/或關于末端執行器4424的打開程度的按鈕4462的按下程度。在一些實施方案中，按鈕

在圖45A至圖45B(按鈕4862)、圖45G(按鈕4962、4964)和圖45D(按鈕5166、5164)中示出附加的示例性用戶接口按鈕。

在一些實施方案中，當用戶停止對按鈕施加壓力(例如，彈簧加載按鈕)時，用戶接口按鈕返回到原始狀態。可選地，返回到原始狀態的按鈕將外科裝置末端執行器返回到原始狀態。可替代地，在一些實施方案中，按鈕保持在適當位置(例如，按壓和/或半按壓位置)，直到用戶釋放按鈕。

在示例性實施方案中，按鈕5166的相對移動被用于控制末端執行器的致動。在一些實施方案中，用戶按壓按鈕5166以打開和閉合對應的外科裝置臂末端執行器。

在示例性實施方案中，滾動按鈕5165被聯接到棍，其中旋轉傳感器測量按鈕5165的旋轉。在一些實施方案中，滾動按鈕5165被用于控制末端執行器的打開和/或閉合。在一些實施方案中，一個或多個按鈕(例如滾動按鈕5165)控制與機械臂一起插入的攝像機和/或收集圖像的顯示器。

在一些實施方案中，對應的外科裝置末端執行器圍繞末端執行器長軸和/或圍繞末端執行器所聯接到的段的長軸的旋轉通過手柄5160圍繞軸線5166的旋轉來控制。可替代地或此外，在一些實施方案中，對應的外科裝置末端執行器的旋轉通過按鈕5165的旋轉來控制。在一些實施方案中，手柄5160圍繞軸線5166和按鈕5165的旋轉控制對應的外科裝置末端執行器的旋轉，例如以使得用戶能夠避免和/或移出不舒服和/或不符合人體工程學的手柄位置。

在一些實施方案中，用戶手動移動輸入裝置的一個或多個部分以操作末端執行器。例如，在一些實施方案中，輸入裝置包括剪刀，并且用戶手動地打開和閉合剪刀，從而例如控制外科裝置剪刀的打開和控制。在一些實施方案中，輸入裝置包括聯接到輸入裝置手臂的遠端的多個部分，并且例如，一個或多個部分的移動(例如手動移動)控制外科裝置末端執行器的對應部分的移動。

使用輸入裝置的示例性縮放

在一些實施方案中，輸入裝置臂包括與外科裝置臂尺寸相同或更大的部分。在示例性實施方案中，輸入裝置的段有效長度與外科裝置的段有效長度的比率在5:1與1:1之間、或在3:1與1:1之間、或者更低或更高或中間范圍或比率。潛在地，包括比手術臂更大的輸入裝置臂的系統有助于用戶對外科裝置的精細移動控制。

在一些實施方案中，外科系統包括不同尺寸的輸入裝置臂和/或不同尺寸的外科裝置臂。例如，在一些實施方案中，用戶根據手術(例如，手術中的手術移動的尺寸)和/或用戶偏好來選擇輸入裝置臂尺寸。例如，在一些實施方案中，輸入裝置包括不同尺寸的臂，例如臂控制相同尺寸的外科裝置臂。例如，在一些實施方案中，用戶(例如，從不同尺寸的輸入裝置臂的套件中)選擇外科裝置臂，并且隨后選擇輸入裝置尺寸。在一些實施方案中，用戶在治療(例如手術)期間改變輸入裝置，例如當需要精細的手術移動時將輸入裝置改變成更大的裝置。

在一些實施方案中，用戶手動控制用戶手部在外科裝置上的移動的縮放。在一些實施方案中，用戶可以通過選擇橈骨的一部分來抓握來對于相同的手部移動產生輸入裝置臂橈骨的遠端(例如，與外科裝置末端執行器的位置相關)的更大或更小的移動：例如，用戶的手在輸入裝置橈骨的遠端處和/或附近抓握輸入裝置臂的移動(例如，如圖44所示)產生橈骨的遠端部分的比當用戶更近地(更接近橈骨與肱骨之間的連接)握住輸入裝置橈骨時的相同的手部移動更小的移動。

在一些實施方案中，附接到用戶使用以移動輸入裝置的至少一部分(例如，如在前面的部分“包括手柄的示例性輸入裝置”中所描述的手柄)的段的手柄提供用戶移動的縮放。例如，在一些實施方案中，手柄向輸入裝置段的遠端伸展，這意味著較大的用戶手部移動被轉化為手柄所附接的段的近端的較小移動。

具有可調節縮放的示例性輸入裝置

在一些實施方案中，輸入裝置包括可調節縮放，其中例如用戶移動(例如，用戶手移動)被縮放不同的量。

手柄滑動以改變從手柄到夾具的距離。

圖45E是根據本發明的一些實施方案的包括手柄5360的輸入裝置臂5304ip的簡化示意性側視圖。圖45F是根據本發明的一些實施方案的包括伸展的手柄5360的輸入裝置臂5304ip的簡化示意性側視圖。在一些實施方案中，手柄5360與段5316ip的間隔增加(例如從圖45E中所示的間隔L到圖45F中所示的間隔L')，這意味著手柄的用戶移動轉化成段5316ip的較小移動。

在一些實施方案中，手柄的可能間隔量從最小值連續到最大值，并且例如用戶選擇間隔量。可替代地，在一些實施方案中，手柄間隔的離散量由輸入裝置臂提供。

示例性輸入裝置連接部分

圖54A至圖54B是根據本發明的一些實施方案的包括不同配置中的輸入裝置段5412ip、5415ip之間的連接5408ip的輸入裝置臂5404ip的一部分的簡化示意性側視圖。

如本文件中別處所述(例如如關于圖45C、圖45G所描述的)，在一些實施方案中，輸入裝置段可圍繞段長軸旋轉，例如第二段5412ip在方向D1上圍繞段中心長軸的旋轉將圖46A中所示的輸入裝置臂5404ip的部分轉移到圖46B中所示的配置。

在一些實施方案中，相鄰輸入裝置臂段之間的一個或多個連接包括樞軸連接。在一些實施方案中，相鄰段相對于彼此的屈曲是圍繞樞軸連接部進行的。例如，圍繞樞軸連接5408ip在方向D2上旋轉的第一段5412ip將圖46B中所示的輸入裝置臂5404ip的部分轉移到圖46C中所示的配置。

輸入裝置移動的示例性測量

在一些實施方案中，安裝在輸入裝置上和/或內部的傳感器測量輸入裝置移動，并且此測量的移動被用于控制外科裝置的移動。

在一些實施方案中，輸入裝置的一個或多個部分包括傳感器。在一些實施方案中，一個或多個輸入裝置段包括測量段的旋轉的傳感器。在一些實施方案中，輸入裝置包括一個或多個傳感器，其感測一個或多個輸入裝置關節的屈曲程度。

重新參見圖46A，在一些實施方案中，運動傳感器被安裝在輸入裝置連接部分上。在一些實施方案中，一個或多個傳感器感測第一段5412ip圍繞樞轉軸線5470的旋轉，從而(例如傳感器)產生對應于第一段5412ip相對于段5404ip的屈曲的信號。在一些實施方案中，一個或多個傳感器感測第二段5412ip圍繞段長軸(圖46A中未示出)的旋轉。

在一些實施方案中，連接部分包括兩個托架，托架連接并與每個段一起屈曲，托架在樞軸點周圍連接在一起。

在示例性實施方案中，連接部分5408ip包括聯接到第一段5412ip的外部托架5472，其圍繞內部托架5474樞轉。在一些實施方案中，第二段5412ip被聯接到內部托架5474并且可在內部托架5474內旋轉。

在示例性實施方案中，段5404ip被聯接到軸齒輪5476，其中軸齒輪5476在內部托架5474內與段5416ip一起旋轉，例如當段10av16ip旋轉時，軸齒輪5476在內部托架5474內滑動。外托架5472包括第一齒輪5478和第二齒輪5479。在一些實施方案中，第一齒輪5478和第二齒輪5479隨著第二段5412ip相對于第一段5412ip的屈曲而旋轉。

在一些實施方案中，軸齒輪5476與第一齒輪5478和第二齒輪5479接合，軸齒輪5476圍繞段5404ip長軸的旋轉致使第一齒輪5478和第二齒輪5479圍繞軸線5470在不同的旋轉方向上旋轉。在一些實施方案中，段54121p、5414ip相對于彼此的屈曲導致第一齒輪5478和第二齒輪5479圍繞軸線5470在相同的旋轉方向上旋轉。

在一些實施方案中，連接部分5408ip包括兩個傳感器。例如，在示例性實施方案中，連接到外托架5472(例如安裝在外托架5472上和/或內)的第一傳感器5482感測第一齒輪5478的旋轉(例如，旋轉方向和/或旋轉量)，并且第二傳感器5484感測第二齒輪5479的旋轉。在一些實施方案中，兩個傳感器(每個傳感器感測第一齒輪5478和第二齒輪5479之一的旋轉)提供足夠的信息來測量段相對于彼此的屈曲5412ip、5416ip(其中兩個齒輪10av78、5479在相同方向上旋轉)以及第二段5474圍繞段長軸的旋轉(其中齒輪10av78、5479在不同方向上旋轉)。

可替代地，在一些實施方案中，每個輸入裝置臂段包括感測段的旋轉的至少一個傳感器和感測段之間的屈曲的附加傳感器。

在示例性實施方案中，傳感器5482、5484是磁差分編碼器(例如，轉子編碼器)，其中例如傳感器感測安裝在齒輪上的磁體的位置。其他運動傳感器(例如光學編碼器)被設想和包含在本發明中。

在一些實施方案中，輸入裝置的每個相鄰段對之間的每個連接包括如關于圖46A所描述的連接部分。在一些實施方案中，來自多于一個連接部分的傳感器輸出被用于例如在段同時屈曲和旋轉的情況下確定段處的屈曲和/或旋轉。

重新參見圖45D，在一些實施方案中，位置傳感器包括電連接器5164。其中連接器5164例如從位置傳感器(例如，無線地和/或使用導線和/或電纜連接連接器來)發送信號。

示例性輸入裝置鎖定機構

在一些實施方案中，輸入裝置包括一個或多個鎖定機構。在一些實施方案中，用戶鎖定輸入裝置的一個或多個部分。

例如，在一些實施方案中，在過程期間，用戶期望一個或多個外科裝置部分保持靜止同時移動其他段，用戶將對應的輸入裝置部分鎖定在適當位置，并且隨后繼續使用輸入裝置移動外科裝置的其他部分。

例如，在一些實施方案中，在安全警告時，用戶手動和/或系統自動鎖定輸入裝置的一個或多個部分，從而例如防止外科裝置的進一步移動。在一些實施方案中，鎖定到最后位置。在一些實施方案中，鎖定到歸位位置(例如輸入裝置移動到歸位位置，并且隨后鎖定在此位置中)。

例如，在一些實施方案中，當用戶放開和/或松開對控制輸入裝置的抓取和/或休息時，輸入裝置的一個或多個部分被手動和/或自動地鎖定在適當位置。例如，在一些實施方案中，輸入裝置包括檢測用戶與輸入裝置(例如壓力傳感器)的接觸的量(例如，接觸面積和/或強度和/或接觸壓力)的一個或多個傳感器。在一些實施方案中，在檢測到(例如通過傳感器信號與閾值的比較，其中閾值例如被存儲在存儲器中)失去接觸和/或接觸不足時，輸入裝置被自動鎖定(例如，接收傳感器信號的處理器生成和/或發送命令信號到輸入裝置以便鎖定機構)。

在一些實施方案中，當處于鎖定配置時，單個鎖定機構防止段的旋轉以及相鄰段之間的屈曲。在一些實施方案中，鎖定機構位于兩個段之間的連接處。

在一些實施方案中，鎖定機構包括防止齒輪5476、5478、5479中的一個或多個的旋轉的一個或多個元件

圖46D是根據本發明的一些實施方案的包括處于解鎖配置的鎖定元件的輸入裝置臂連接部分5508ip的簡化示意性側視圖。圖46E是根據本發明的一些實施方案的包括處于鎖定配置的鎖定元件的輸入裝置臂連接部分5508ip的一部分的簡化示意性側視圖。

在示例性實施方案中，鎖定元件5586鎖定第一齒輪5578和第二齒輪5579，例如以防止齒輪5578、5579旋轉。在一些實施方案中，鎖定元件5586被連接到外托架5572。

參考圖46E，其中鎖定元件5586處于鎖定配置。在一些實施方案中，鎖定元件5586包括固定到外托架5572的齒輪，其防止第一齒輪5578和第二齒輪5579旋轉。在一些實施方案中，固定的第一齒輪5578和第二齒輪5579防止軸齒輪5576(以及在一些實施方案中，段5516ip)旋轉。

在一些實施方案中，鎖定元件例如通過用戶手動推動元件而手動地在鎖定配置與解鎖配置之間移動。在一些實施方案中，致動器(例如自動地和/或在接收到用戶輸入時)移動鎖定元件5586。

在一些實施方案中，在每個連接部分處的單個鎖定機構(例如5586)能夠鎖定所有輸入裝置段的旋轉和屈曲。潛在的優點是減小輸入裝置臂的尺寸和/或復雜性。

可替代地，在一些實施方案中，每個連接部分包括多于一個鎖定機構，例如用于防止段的旋轉的機構和用于防止段的屈曲的另一個機構。

齒輪鎖定元件的潛在益處是鎖定的高阻抗能力，從而提供安全鎖定。然而，在一些實施方案中，齒輪鎖定提供離散數量的鎖定位置。

圖46F是根據本發明的一些實施方案的包括鎖定機構的輸入裝置臂連接部分5608ip的簡化示意性側視圖。在一些實施方案中，鎖定機構防止齒輪5676、5678、5679中的至少一個旋轉。

在一些實施方案中，第一鎖定元件5686被用于防止第一齒輪5678旋轉。在一些實施方案中，第一鎖定元件6286是圍繞連接到第一齒輪5678的軸(在圖46F中不可見)而緊固的元件，并且當例如鎖定元件5686被圍繞軸緊固時，鎖定元件6286與軸之間的摩擦增加。

在示例性實施方案中，第一齒輪5678和第二齒輪5679中的每一個可分別使用第一鎖定元件5686和第二鎖定元件5688而鎖定。鎖定兩個齒輪的潛在益處是增加鎖定強度。在一些實施方案中，軸齒輪5676也通過鎖定機構來鎖定。

在示例性實施方案中，第二鎖定元件5688具有部分地圍繞連接到第二齒輪5679的軸的形狀，并且通過朝向彼此拉動鎖定元件端部5690、5692而將第二齒輪鎖定就位，例如通過拉動附接到端部5690、5692的線材(未示出)。鎖定元件5688、5690的潛在益處是將關節鎖定在任何位置中(例如，連續鎖定)的能力。然而，在一些實施方案中，鎖定強度受到鎖定元件(例如5688)與鎖定元件被緊固的部分(例如，軸5691)之間的摩擦力的限制。

通過模仿用戶身體移動的示例性控制

在一些實施方案中，裝置臂的一個或多個部分(例如關節)的移動通過用戶臂中的對應部分的測量移動(例如，裝置關節移動控制對應裝置關節的移動)來控制。在一些實施方案中，在本文件中用于裝置部分的解剖名稱是當用戶移動被用于控制裝置時用戶體內的對應部分的名稱。

在一些實施方案中，裝置臂的段的相對于彼此的位置(段長軸之間的角度)由用戶臂的段相對于彼此的位置來控制(例如裝置臂與用戶臂的位置相匹配)。

在一些實施方案中，裝置和臂位置(段長軸之間的角度)在初始化過程中對準，并且通過移動控制維持位置匹配和/或控制。例如，如果裝置臂和用戶臂在相同位置開始并且用戶移動被精確地映射到裝置，那么臂保持在匹配位置。在示例性實施方案中，裝置的移動和裝置段的位置都通過測量的用戶移動來控制。參考圖47B，圖像B1-B4示出裝置臂，其中通過用戶臂(圖像A1-A4)的測量來控制臂和裝置位置。

圖47A是根據本發明的一些實施方案的示出用戶和裝置臂的移動的一系列攝影圖示。

A1示出伸開的用戶臂，并且B1示出模仿在裝置肱骨的長軸與裝置橈骨的長軸之間大約180°的此臂取向的裝置臂。為了從A1中的位置移動到A2中的位置，用戶在肘部處彎曲他們的手臂(肘部屈曲)。B2示出模擬在肱骨長軸與橈骨長軸之間大約90°此臂取向的裝置臂。為了從A2中的位置移動到A3中的位置，用戶在(用戶的)向前方向上(內旋)旋轉他們的肱骨。

B3示出通過將裝置肱骨旋轉大約90°來模擬此臂取向的裝置臂。為了從A3中的位置移動到A4中的位置，用戶旋轉他們的手部，以使得他們的手掌面向用戶的前方(手腕內翻)。B3示出通過順時針旋轉橈骨大約90°來模擬此臂取向的裝置臂。

可選地，在一些實施方案中，例如相對于裝置臂的裝置攝像機位置由例如相對于用戶臂的用戶頭部位置來控制。在一些實施方案中，裝置攝像機位置由用戶頭部移動來選擇性地控制，例如從而允許用戶轉動他們的頭部以查看顯示器，而不移動裝置攝像機。在一些實施方案中，用戶頭部位置的模仿在位置范圍內。在一些實施方案中，在用于控制攝像機之前，對頭部移動進行過濾(例如，裝置攝像機不會模仿快速和/或意外的用戶頭部位置)。

用戶移動的示例性測量

在一些實施方案中，例如為了使用戶控制裝置，(例如通過重復地測量臂部分的位置和/或取向)測量用戶臂移動。在一些實施方案中，測量使用運動捕捉技術(例如，使用一個或多個紅外運動檢測攝像機)。圖47A示出根據本發明的一些實施方案的使用運動捕捉技術的裝置臂的控制。在圖47B中，測量的關節位置在圖像A1-A4上示出為白圈。

在一些實施方案中，捕獲一個或多個用戶臂的圖像。在一些實施方案中，測量包括提取關節的位置和/或移動，例如3D空間中的關節的位置和/或移動、關節相對于彼此的位置和/或移動。在一些實施方案中，關節被建模為空間中的點和/或區域，其例如從圖像中提取。

可替代地或此外，在一些實施方案中，測量一個或多個其他臂參數，例如一個或多個段的移動、段之間的角度。例如，在一些實施方案中，一個或多個段通過空間中的段長軸線來建模，此線例如從圖像中提取。例如，在一些實施方案中，測量(例如從圖像中提取)段之間的角度和/或段之間的角度變化。

在一些實施方案中，通過在用戶(例如反射標記)上放置標記(例如，在關節處)來幫助用戶臂位置的測量，如運動捕獲領域中已知的。在示例性實施方案中，標記是4mm的球形。在示例性實施方案中，使用kinect^TM運動捕獲技術。

此外或可替代地，在一些實施方案中，例如固定到用戶的一個或多個傳感器測量用戶身體位置和/或運動(例如，位置傳感器、運動傳感器)。

在一些實施方案中，用戶持有工具化身(例如剪刀、抓緊器)，并且(例如使用運動捕獲)測量工具位置和/或取向和/或移動和/或致動(例如打開、閉合)的測量，并且用于控制裝置工具(例如手持工具)。在一些實施方案中，工具化身的測量取向被用于測量用戶手腕旋轉。在一些實施方案中，工具化身包括反射涂層以輔助運動捕獲。

示例性用戶運動控制位置，例如就座或站立

在一些實施方案中，當用戶處于就座位置時，用戶利用用戶身體運動來控制外科裝置。在一些實施方案中，用戶是站立的。其他示例性位置包括諸如靠在支撐件(例如桌子和/或墻壁)上。在一些實施方案中，根據用戶位置(例如，如果用戶就座或站立)來定制運動檢測(例如，由處理器(例如，圖42A的處理器4216)來實現)。

如下面更詳細描述的，在一些實施方案中，就座與站立位置之間的過渡被用于改變系統的模式

在一些實施方案中，對用戶是否就座或站立的檢測是基于測量的脊柱位置之間的測量的高度差和/或臀部中心到腳之間的測量距離和/或其他身體部分之間的距離。

測量的用戶移動的示例性映射

在一些實施方案中，用戶手臂的測量被映射到用于控制裝置的裝置。在一些實施方案中，用戶臂部分(例如，段和/或關節)被映射到對應的裝置部分。在一些實施方案中，映射是自動的，并且部分的移動的所提取的測量被自動映射到解剖等效物(例如橈骨到橈骨，肱骨到肱骨)以便進行控制。可替代地，在一些實施方案中，在裝置的使用之前和/或期間，由用戶定義測量的用戶段到裝置段的映射。例如，在一些實施方案中，例如當肩關節靠近脆弱的組織部分時，用戶通過用戶手部段來設置對裝置肩關節的控制，例如為了便于控制。

在一些實施方案中，例如一旦用戶臂部分被映射到裝置臂部分，那么映射用戶部分的測量移動以用于控制裝置部分的移動。

在一些實施方案中，裝置臂段之間的一個或多個比率與人類比率大致相同(例如，橈骨段的長度比肱骨段的長度短20％)，并且例如測量的用戶臂移動與裝置臂移動之間的映射的一個或多個部分是比例。例如，在一些實施方案中，裝置段長度近似是人類臂段長度的縮小版本，并且用戶手臂移動例如縮小到用于控制裝置的裝置。

例如，在一些實施方案中，裝置臂具有為用戶臂長度(不包括軀干)的十分之一的長度(不包括軀干)，其中當筆直時長度被測量為臂的長軸長度(用戶和裝置)，從肱骨與軀干相交的位置到手持工具的遠端尖端和/或橈骨。隨后，在一些實施方案中，如果例如用戶橈骨的遠端在x方向上移動10cm，那么裝置橈骨的遠端在x方向上對應地移動1cm。

在示例性實施方案中，測量用戶關節的移動。通過關節測量來計算用戶段之間的角度和/或角度變化。在一些實施方案中，所計算的角度和/或角度變化被用于控制裝置、段移動，例如兩個用戶臂段之間的角度的10°的增加對應于裝置臂中的對應段之間的角度的10°的增加，由裝置段移動的距離被正確地縮放。

在一些實施方案中，針對使用不同映射的裝置控制來映射用戶的不同部分的測量移動。例如，在一些實施方案中，用于控制裝置末端執行器的映射是與用于控制其他裝置部分的映射不同的映射，例如以用于減少一些裝置部分的移動。

在一些實施方案中，例如當不同的人類臂在段之間具有不同的比率時，裝置(例如在用戶開始使用裝置之前)被校準到單個用戶。在一些實施方案中，當用戶的臂是直的時，通過測量用戶臂段的長度來測量用戶臂長度。例如，當用戶臂保持筆直時，(例如，在3D空間中)測量的關節位置提供關節之間的段的長度。在一些實施方案中，在治療中使用裝置之前，系統在用戶臂(或臂)與裝置臂(或臂)之間執行自動校準。

在一些實施方案中，人類臂和裝置臂具有不同的段比率(例如，裝置是螃蟹狀的，具有比肱骨更長的橈骨)，并且例如裝置隨著相對移動(如別處所述)而移動。例如，在一些實施方案中，通過根據用戶手部的位置和/或移動來移動裝置末端執行器，同時使用測量的用戶肘和肩關節位置和/或移動作為起始點來控制具有不同比率段的裝置，以用于其他裝置關節的機器人控制。

在一些實施方案中，裝置控制包括多于一種映射模式。在第一模式中，例如對于粗略定位移動，裝置以1:1的映射模擬用戶段角度。在替代模式中，例如對于精細工作(例如，一旦裝置被定位那么就進行手術)，較大的用戶手勢被用于控制精細的裝置移動，例如在一些實施方案中，用戶的肱骨圍繞肩關節的20°偏轉產生裝置肱骨的2°的偏轉。

在一些實施方案中，用戶通過將臂移動到指定位置(例如，扶手)來選擇精細工作模式。

示例性初始化

在一些實施方案中，在初始化期間，用戶將用戶臂和/或輸入裝置臂位置(例如如上所定義的臂位置)匹配到外科裝置臂位置(可選地用于兩個用戶臂和兩個裝置臂，每個用戶臂對應于裝置臂)。

例如，在一些實施方案中，用戶觀看裝置的圖像，并且移動他們的臂(和/或輸入裝置臂)以復制外科裝置臂的取向。在一些實施方案中，用戶接收例如在顯示器和/或音頻上可視的反饋，以指導用戶臂(和/或輸入裝置臂)與外科裝置臂的匹配。在一些實施方案中，用戶同時匹配兩個臂。

在一些實施方案中，外科裝置臂位置與用戶臂位置(和/或輸入裝置臂位置)相匹配。例如，一旦用戶臂(和/或輸入裝置臂)處于期望位置，外科裝置臂(例如自動地)移動到外科裝置臂關節的位置和/或段相對于彼此的角度和/或裝置臂的取向模擬用戶臂(和/或輸入裝置臂)的位置中。在一些實施方案中，當對裝置—用戶臂對進行初始化時，外科裝置臂的一部分在空間中保持靜止(例如，軀干和/或末端執行器)，并且其他部分移動以將外科裝置初始化到用戶位置(和/或輸入裝置位置)。在一些實施方案中，用戶定義靜態部分。

可選地，例如通過使用機器人(例如運動學和/或運動約束)自動地初始化外科裝置臂。

在一些實施方案中，例如在將外科裝置插入身體之前，將外科裝置初始化為特定的用戶解剖結構。例如，一個或多個段長度是可調節的。例如，在一些實施方案中，調節一個或多個段長度，例如以使得段比率與用戶手臂的段比率相同。例如，在一些實施方案中，調節一個或多個段長度，例如以使得兩個段長度的段和/或比率匹配輸入裝置的段和/或比率。

在一些實施方案中，例如如果在使用期間(例如在治療和/或手術期間)外科裝置的移動的映射不完全準確，那么在持續時間和/或多次移動和/或移動的距離之后重新初始化外科裝置臂。

在一些實施方案中，設置用于測量用戶取向和/或裝置原點的用戶原點(和/或輸入裝置原點)。例如，在一些實施方案中，空間中的裝置取向與空間中的用戶取向(和/或空間中的輸入裝置取向)相匹配。

在一些實施方案中，包括手術臂的系統能夠識別手臂何時處于直的和/或初始位置。例如，臂包括傳感器，并且接收傳感器信號的處理器通過信號推斷位置，從而在一些實施方案中識別臂是否是直的。

在一些實施方案中，例如在使用外科裝置進行治療之前，初始化外科裝置和輸入裝置。在一些實施方案中，輸入裝置到外科裝置的初始化包括對準輸入裝置和外科裝置的結構構型(例如，段的長軸之間的角度)。在一些實施方案中，例如一旦對準結構構型(例如，在初始化和/或重新初始化期間)，就設置傳感器初始點。

在一些實施方案中，外科裝置臂被初始化為直線位置，段長軸是平行(例如共線)的。在一些實施方案中，外科裝置臂被設置在直線位置，例如出廠校準到直線位置。在一些實施方案中，使用夾具來拉直外科裝置臂。

在一些實施方案中，例如在使用外科系統(例如，圖42A所示的系統4250)之前，使用夾具來初始化輸入裝置臂。例如，在示例性實施方案中，使用夾具來拉直輸入裝置臂以匹配直的外科裝置臂。

示例性重新初始化

在一些實施方案中，外科裝置不包括任何運動傳感器和/或不提供關于外科裝置的構型(例如，段之間的角度等)的反饋。

在一些實施方案中，外科裝置臂和輸入裝置臂被重新初始化(例如，匹配長軸之間的角度)。在一些實施方案中，在系統錯誤的情況下，例如在外科和/或輸入裝置臂中的機械問題和/或(例如，在馬達和/或傳感器中的)電問題的情況下，執行重新初始化。

在一些實施方案中，檢測外科裝置的構型與輸入對象(例如輸入裝置和/或用戶身體部分)的構型之間的差異。

在一些實施方案中，用戶檢測差異，例如在視覺上識別手術臂的構型的差異(例如，如使用用外科裝置插入的圖像和/或顯示器上顯示的手術臂的模型所觀察到的)。

在一些實施方案中，外科系統例如基于感測到的輸入對象構型與外科裝置構型的模型(例如，基于外科裝置的馬達移動)之間的差異來自動檢測差異。

在一些實施方案中，一旦檢測到輸入對象與外科裝置構型之間的差異(例如，超過閾值的差異，例如由圖42A的處理器4216確定)，那么暫停輸入裝置對外科裝置移動的控制，例如通過用戶將“暫停”指令手動地輸入用戶接口中和/或(例如，由圖42A的處理器4216發起)自動暫停。

在一些實施方案中，可選地在用戶被顯示的圖像(例如，外科裝置的實際和/或建模的圖像)和/或指令所引導的情況下，對準是通過用戶手動地移動輸入對象(例如，用戶手動地移動輸入裝置，用戶移動用戶的身體)。

在一些實施方案中，輸入裝置的至少一部分例如由輸入裝置上的致動器(例如由處理器控制)和/或由單獨的對準裝置自動地對準。

在一些實施方案中，輸入裝置被用于校準與外科裝置和外科裝置臂的致動相關聯的處理器。例如，在一些實施方案中，在外科裝置臂的真實取向與存儲在存儲器中的臂的取向(例如從例如致動控制信號導出的臂的取向)之間的錯配(例如，由于機械問題和/或功率損失)時來執行校準。在一些實施方案中，用戶使用輸入對象(例如，輸入裝置)將外科裝置臂與存儲的臂構型進行對準。

在一些實施方案中，在輸入裝置和外科裝置重新對準之后，恢復通過輸入裝置的移動來控制外科裝置的移動。

在一些實施方案中，輸入裝置臂的初始化和/或對準用于改變哪個輸入裝置臂控制哪個外科裝置臂。例如，在一些實施方案中，輸入裝置包括比手術臂更少的臂，例如，在一些實施方案中，使用具有兩個臂的輸入裝置來控制五個外科裝置臂。

在一些實施方案中，當用戶改變由輸入裝置臂控制的外科裝置臂時，在一些實施方案中，相應的臂被對準和/或初始化，例如，在一些實施方案中，輸入裝置臂自動移動到將要控制的新的外科裝置的位置。

在一些實施方案中，使用輸入裝置控制多于一個外科裝置并且/或者通過不同切口插入的機械臂由輸入裝置控制。例如，在一些實施方案中，控制經陰道插入患者體內的機械臂的移動的輸入裝置隨后被用于控制已通過腹部中的切口(例如通過肚臍中的切口)插入同一患者(例如同時插入)體內的機械臂。

在一些實施方案中，使用多于一個輸入裝置(和/或輸入對象，例如測量的用戶身體移動)來控制一個或多個外科裝置，例如以使得多于一個外科醫生能夠例如同時、例如順序地對患者進行操作。

可替代地或此外，為了移動輸入裝置，在一些實施方案中，對準輸入裝置和外科裝置包括移動外科裝置的一個或多個部分。

此外或可替代地，在一些實施方案中，重新初始化(例如，如本部分中所描述的)在外科裝置的一個或多個部分與用戶身體的一個或多個部分之間進行(例如，用戶身體的測量的移動被用來控制外科裝置的部分的移動)。

示例性過濾

可選地，在一些實施方案中，在裝置移動之前，過濾(例如，以移除不期望的和/或有害的移動)從用戶移動映射的測量的用戶移動和/或期望的裝置移動。此外或可替代地，在一些實施方案中，例如在根據輸入裝置的移動來移動裝置之前，對輸入裝置的測量的移動進行過濾。

在一些實施方案中，對移動進行過濾以移除較大移動。例如，在一些實施方案中，較大移動是使裝置離開限定的工作區域(例如腹部)的移動和/或是超過肱骨和橈骨長軸長度的總和的移動。在一些實施方案中，移動被過濾以移除突然移動，例如，測量的突然移動被減慢和/或移除。在一些實施方案中，移除震動(例如快速小的移動，例如映射到橈骨長軸長度的小于20％、或10％或5％的移動，其中移動持續時間小于0.1s或小于0.05s或小于0.01s)。

在一些實施方案中，移動被過濾以移除到不允許和/或損壞區域的移動。例如，在一些實施方案中，防止裝置移動到禁止區域，例如器官。在一些實施方案中，試圖將裝置移動到禁止區域中的用戶接收到警報和/或警告，這例如通過顯示器、音頻警告，通過化身的力反饋，通過聯接到用戶的裝置(例如，輸入裝置提供反饋)的反饋(例如，振動和/或視覺反饋(例如照明和/或閃光))來實現。

在一些實施方案中，例如在利用裝置開始治療(例如手術)之前，(例如，由用戶)標記出禁止區域。

例如，在一些實施方案中，用戶描繪禁止區域，例如通過指示外科裝置移動以限定允許區域的邊緣并且(例如在存儲器中)保存所允許區域的指示。例如，在一些實施方案中，用戶移動(例如使用輸入裝置和/或測量的用戶移動)外科裝置通過邊界(和/或到個體邊界點)，其中邊界線和/或點被保存。

在一些實施方案中，在收集的圖像中識別和/或標記禁止區域，例如由插入(例如，使用外科裝置)患者體內的成像器(例如攝像機)收集的圖像和/或由額外的成像器(例如CT、MRI、超聲等)收集的圖像。在一些實施方案中，從治療之前的圖像中識別的禁止區域被映射到在治療期間收集的圖像，以生成用于過濾的禁止區域。

例如，在示例性實施方案中，用戶摔倒，過濾用戶臂移動以移除摔倒，并且外科裝置暫停移動。

在一些實施方案中，例如由用戶指定和/或來自例如CT、MRI的成像的解剖圖包括禁止區域。在一些實施方案中，如果用戶試圖將外科裝置移動到禁止區域和/或將外科裝置移動到禁止區域附近，那么就發起警報，例如音頻警報、顯示警報。

示例性系統模式

在一些實施方案中，系統(例如圖42A的系統4250和/或圖8的系統850和/或圖45的系統4550)包括多種操作模式(本文也稱為“狀態”)。

圖48是根據本發明的一些實施方案的示例性系統模式的簡化示意圖。

在一些實施方案中，系統包括裝置移動控制模式6302，其中輸入對象(例如輸入裝置和/或測量的用戶身體移動)的移動控制外科裝置的移動。在一些實施方案中，(例如，如下面更詳細描述的)存在多于一種裝置移動狀態。在一些實施方案中，系統同時處于多于一種模式(例如，系統當前處于多于一個外科裝置移動控制模式)，例如在一些實施方案中，精細運動模式和相對運動模式同時運行。

示例性外科裝置移動控制模式6302在下面更詳細地描述，并且包括例如縮放模式6304、其中外科裝置的一個或多個部分被充電的電外科模式6306、相對控制模式6308、定時模式同步控制模式6310、禁止區域/模式6312、其中在被用于控制外科裝置的移動之前映射和/或過濾輸入對象移動的映射模式6318。

在一些實施方案中，模式由用戶使用一個或多個用戶接口來選擇。在一些實施方案中，模式由用戶使用手勢來選擇(例如，如下面更詳細描述的)。

在一些實施方案中，系統包括暫停模式6320，其中暫停對外科裝置的移動的控制。在一些實施方案中，在選擇另一模式之前進入暫停模式6304，例如在一些實施方案中，在外科裝置移動控制模式6302之間轉換和/或選擇和/或取消選擇之前進入暫停模式。

在一些實施方案中，系統包括一個或多個恢復模式6322(例如，如下面更詳細描述的)。

在一些實施方案中，系統包括一個或多個校準模式，其中例如系統的一個或多個部分被校準和/或初始化。

在一些實施方案中，系統包括一個或多個攝像機控制模式，其中6330(例如與外科裝置臂一起插入的攝像機)被控制。在一些實施方案中，利用一個或多個外科裝置移動控制模式6302來控制攝像機，例如利用相對控制模式和/或定時模式、禁止區域模式等來控制的攝像機位置。在一些實施方案中，攝像機控制模式6330包括成像模式，例如放大。

在一些實施方案中，系統包括用于不同用戶姿勢(例如用戶就座或站立)的模式。可選地，在一些實施方案中，手勢控制在不同的用戶姿勢中是不同的。

示例性外科裝置運動控制模式

在一些實施方案中，系統包括用戶運動控制模式，其中用戶通過用戶身體的運動來控制外科裝置的移動。在一些實施方案中，系統包括輸入裝置控制模式，其中用戶通過移動輸入裝置來控制外科裝置的移動。在一些實施方案中，系統包括組合的用戶運動控制和輸入裝置控制模式，其中例如外科裝置的一個或多個部分的移動由輸入裝置的移動來控制，并且外科裝置的一個或多個部分由測量的用戶身體移動來控制。

示例性暫停模式

在一些實施方案中，存在其中模擬暫停和/或調節用戶移動的裝置的各種情況。

在一些實施方案中，系統包括暫停狀態，其中例如用戶身體移動和/或輸入裝置的移動不影響外科裝置的移動。

在一些實施方案中，用戶選擇性地暫停模擬用戶移動的外科裝置和/或通過輸入裝置(例如通過用戶接口)的移動控制。例如，如果用戶想要休息(例如由于肌肉疲勞)和/或想要改變到更舒適的位置，那么用戶通過輸入裝置暫停模擬用戶移動和/或移動控制。在一些實施方案中，用戶暫停裝置以便例如在之前轉換到不同模式。

在一些實施方案中，用戶選擇性地暫停一個或多個臂，并且隨后使用用戶臂移動(和/或通過輸入裝置的移動控制)來選擇性地恢復對一個或多個臂的控制。在一些實施方案中，用戶使用臂的暫停和選擇來控制多于兩個臂。例如，用戶控制兩個臂的移動(例如，使用用戶臂移動)，暫停一個或兩個臂，并且隨后選擇兩個臂，兩個臂中的一個或多個可選地不同于初始兩個臂，以恢復移動。

在一些實施方案中，用戶暫停裝置的一部分，例如為了使用裝置的移動自由度，此移動自由度大于人類的移動自由度(和/或使用大于正在使用的輸入裝置的移動自由度的裝置移動自由度)。

例如，在一些實施方案中，用戶旋轉用戶段，直到用戶無法再旋轉段。隨后，用戶暫停裝置，重新定位段，以使得用戶可以繼續旋轉段，例如轉過段。

例如，在一些實施方案中，用戶暫停模擬用戶手部運動以使裝置手部旋轉通過比用戶手部可能更多的角度，例如使用手作為鉆頭和/或螺絲刀。

在一些實施方案中，用戶暫停與用戶輸入裝置的控制，以便(例如，使用不同的縮放輸入裝置，例如使用具有不同數量的手臂的輸入裝置，例如在插入和/或移除裝置工具和/或臂時)切換輸入裝置。

在一些實施方案中，用戶暫停對一個或多個手臂的模擬，例如以便在控制方法之間切換(例如，如下所述)。

可選地，在恢復模擬之后，裝置和/或用戶臂被初始化，例如，如前所述。

示例性恢復模式

在一些實施方案中，在外科裝置暫停之后，存在不同類型的恢復模式，其中恢復外科裝置的移動控制。

例如，在一些實施方案中，在進入暫停模式時(和/或在離開暫停模式時恢復控制時)，外科裝置臂和/或輸入裝置臂移動到歸位位置(例如伸直)；系統處于歸位模式。

例如，在一些實施方案中，為了系統移出暫停模式，用戶身體部分和/或輸入裝置部分被與外科裝置手臂對準。

例如，在一些實施方案中，在進入暫停模式之后，利用相對控制(例如，如在下面的“示例性相對移動模式”部分中所描述的)來恢復控制。可選地，為了在暫停模式之后進入相對控制模式，例如利用用戶接口和/或利用用戶手勢選擇相對移動模式。

示例性縮放模式

在一些實施方案中，系統具有不同的模式，由此相同大小的用戶移動(測量的用戶身體移動和/或輸入裝置的用戶移動)導致不同大小的外科裝置移動。在一些實施方案中，用戶在不同的縮放模式(其中用戶移動被縮放不同的量)之間轉換。例如，在一些實施方案中，用戶使用第一縮放模式執行大的初始手術移動(例如切口)，并且隨后轉換成精細工作模式，其中當由外科裝置執行時用戶移動按比例縮放，以便例如進行縫合。

示例性定時、延遲、模式

在一些實施方案中，系統包括用于導致外科裝置的對應移動的控制移動(例如，用戶裝置主體部分的測量移動和/或輸入裝置的用戶移動)的定時的不同模式。

在一些實施方案中，裝置(例如裝置臂)的移動基本上與用戶臂和/或輸入裝置臂的移動同時(例如，延遲小于2秒、或小于1秒、或小于0.5秒、或小于0.1秒)。

可替代地，在一些實施方案中，裝置(例如裝置臂)的移動被延遲，例如用戶進行移動，隨后可選地授權移動以用于控制裝置的移動。

在一些實施方案中，裝置根據用戶關節的測量以與用戶移動相同的速度來進行移動。可替代地，在一些實施方案中，裝置以不同的速度(例如較慢地)移動。

在一些實施方案中，用戶(例如，通過用戶接口和/或利用用戶身體手勢)選擇延遲量和/或速度變化。

在一些實施方案中，用戶執行控制移動(例如通過移動輸入裝置和/或用戶身體移動)以控制外科裝置的移動，但是在時間延遲后用戶控制移動被存儲并用于控制外科裝置移動。

例如，在示例性實施方案中，用戶記錄用戶控制移動(例如，在存儲器中，例如其中存儲器可由圖42A的處理器4216訪問)。在記錄之后，在一些實施方案中，用戶(或不同的用戶)使用預先記錄的移動來開始對外科裝置的控制。

在一些實施方案中，用戶通過從預編程的移動和/或移動順序的列表中進行選擇來控制外科裝置的移動。

在一些實施方案中，記錄控制移動的順序的用戶(例如，通過用戶接口)選擇順序內的一個或多個斷點。在一些實施方案中，當由外科裝置執行包括一個或多個斷點的控制移動順序時，外科裝置在每個斷點處暫停(例如，持續一段時間和/或直到從用戶接收到“恢復移動”命令)。

在一些實施方案中，向控制外科裝置的用戶(例如，使用輸入裝置和/或利用用戶身體移動)顯示所記錄的移動和/或移動順序的表示，以用于例如幫助和/或指示用戶如何執行程序。在一些實施方案中，顯示用戶移動與記錄的移動的偏差的表示。

示例性相對移動模式

可選地，用戶身體的一個或多個部分和/或輸入裝置的一部分的測量移動控制外科裝置的一部分，而外科裝置的此部分不具有與測量部分相同的位置，其中外科裝置位置是段相對于彼此的取向。

例如，在一些實施方案中，一個或多個段的相對移動由用戶移動來控制(例如，裝置臂的一個或多個部分未被初始化為用戶臂位置)。例如，裝置臂的一部分彎曲(例如，裝置橈骨與裝置肱骨之間的角度小于180°)，并且用戶臂是直的(用戶橈骨與用戶肱骨之間的角度是180°)，但是用戶橈骨相對于用戶肱骨的彎曲導致裝置橈骨相對于裝置肱骨的移動(例如在一些實施方案中)相同的度數。

例如，在示例性實施方案中，一個或多個裝置臂伸出(例如，以在體內接近目標)，例如在肱骨與支撐部段之間具有90°或更大的角度，并且(例如，為用戶提供舒適的工作臂位置)，對應的用戶肱骨段被(例如在用戶側)保持向下，例如在肱骨與支撐部段之間具有小于70°的角度。用戶手和/或橈骨和/或手腕的相對運動隨后分別控制裝置手、橈骨和手腕的移動。

示例性同時移動模式

在一些實施方案中，用戶關節的測量同時具有多于一個手臂(例如，用戶臂、臂和腿、兩個臂和一個或多個腿)。在一些實施方案中，多于一個輸入裝置手臂的移動的測量是同時的。

可選地，隨后例如根據測量同時移動外科裝置臂。潛在的優點是兩個或更多個裝置臂一起工作的能力，例如，將一部分組織抓緊在一起，例如將對象從一個手持工具傳遞到另一個手持工具等。

在一些實施方案中，同時測量用戶手臂的移動和用戶手和/或工具化身的移動。可選地，移動外科裝置臂并且同時致動(例如打開、閉合)裝置手持工具。對工具的位置和/或取向的用戶控制以及同時使用工具的潛在益處例如類似于傳統手術。

移動模式的自由的示例性限制

在一些實施方案中，在受限的移動模式自由中，輸入裝置和/或外科裝置的移動受到限制，其中例如一個或多個關節的旋轉在方向和/或量上受到限制，并且/或者一個或多個關節的屈曲受到限制。在一些實施方案中，用戶指定一個或多個關節的移動自由的限制。在一些實施方案中，系統包括人類自由的移動模式，其中外科裝置和/或輸入裝置的一部分的移動自由被限制為對應的身體部分的移動自由(例如外科裝置臂和/或輸入裝置裝置臂被限于人類臂的映射的移動自由)。

通常，人類(例如臂的)自由移動包括對段的旋轉和屈曲角度的限制。可選地，在一些實施方案中，裝置例如在一個或多個控制模式期間被限制于人類自由的移動。

模式之間的轉換和/或模式選擇的示例性控制

在一些實施方案中，系統在通過用戶接口(例如，按鈕和/或觸摸屏和/或計算機終端和/或語音識別單元等)選擇的模式和/或模式之間轉換。

可替代地或此外，在一些實施方案中，用戶通過執行由系統識別的手勢來選擇模式和/或從一種模式轉換成另一種模式。

在一些實施方案中，手勢是單個用戶移動，例如用戶舉起用戶腿部，例如用戶(例如，在就座和站立之間)轉換位置。在一些實施方案中，手勢利用一個用戶身體部分(例如手臂—例如抬起用戶腿部)。在一些實施方案中，手勢涉及多于一個身體部分的移動和/或定位，例如作為用戶跨用戶腿部的示例性手勢。

在一些實施方案中，手勢涉及多于一個順序移動，例如，用戶抬起用戶腿部并且隨后再次降低腿部。另一示例性順序手勢包括：抬起一只或兩只手臂，以使得肱骨相對于地面呈大約45°的角度，并且隨后將抬起的手臂向下降低到臀部(與同一肱骨呈90°的角度)。此手勢例如用于啟動和/或恢復腹腔鏡臂的移動。

在一些實施方案中，用戶通過將一個或多個身體部分移動到指定位置和/或移動到指定對象來改變模式(例如，啟動暫停模式)。例如，在一些實施方案中，用戶通過將用戶臂擱置在扶手(例如指定的扶手)上來暫停對裝置臂的控制。

移動控制的示例性啟動，成為操作者

在一些實施方案中，系統為每個用戶存儲一個或多個標識符(例如存儲在存儲器中，例如其中存儲器可由處理器(例如，圖42A的處理器4216)訪問)。在一些實施方案中，用戶標識符包括用戶身體尺寸(例如，通過相對關節位置構建的骨架)。在一些實施方案中，只有具有存儲的和/或允許的骨架的用戶能夠操作此裝置。例如，在一些實施方案中，用戶進入系統攝像機的視野并且/或者執行初始手勢(例如，啟動手勢)，并且系統在允許用戶控制外科裝置之前檢查檢測到的身體部分的位置是否匹配所存儲的骨架。

在一些實施方案中，執行啟動手勢的用戶變為操作者。

在一些實施方案中，用戶在檢測到用戶就座時變為操作者，例如在控制椅上和/或就座在控制區中。

示例性確定手勢

在一些實施方案中，在系統的用戶使用中的一個或多個點處，例如在用戶開始使用系統時，在用戶改變位置(例如從就座到站立)時，測量并且(在一些實施方案中)記錄一個或多個身體部分的一個或多個位置。

在一些實施方案中，手勢識別使用記錄的用戶身體部分位置(和/或存儲的身體部分的平均位置)。例如，在示例性實施方案中，當用戶坐下時，測量和/或(例如在存儲器中)記錄一個或多個用戶腳的高度。在一些實施方案中，記錄的腳高度被用于確定測量的腳高度和/或腳高度的變化是否涉及操作者是否已執行“抬起腳”手勢。在運動控制模式中，例如當使用腿和/或腳來控制外科裝置(例如裝置手臂)的一部分的運動時，使用預先記錄的就座腳位置來確定用戶的腳是否已移動和/或被用于量化用戶的腳的移動量。

外科裝置手持工具的示例性控制

例如，如上所述(例如，在標題為“示例性用戶接口”的部分中)，用戶使用用戶接口來控制手持工具(本文中也稱為末端執行器)。

在一些實施方案中，用戶通過移動輸入裝置的一部分來控制手持工具，其中此部分對應于手持工具的部分。

可替代地或此外，在一些實施方案中，一個或多個手持工具(本文中也稱為“末端執行器”)由用戶手的測量移動來控制。在一些實施方案中，手持工具的致動(例如打開和閉合)由用戶的手指和/或拇指的相對位置來控制。在一些實施方案中，工具的閉合是當工具的兩個或更多個點和/或表面靠近在一起時(例如，剪刀刀片的平坦表面滑動接觸和/或接近)。在一些實施方案中，工具的打開是當工具的兩個或更多個點和/或表面移動得更遠時。

在一些實施方案中，用戶控制手持工具的位置和/或移動(例如通過使用用戶臂移動來定位橈骨的遠端，例如如上所述)，并且同時致動手持工具(例如控制手持工具的打開和閉合)。

在示例性實施方案中，當用戶拇指和手指的遠端放在一起時手持工具閉合并且/或者當用戶拇指和手指的遠端移動分開時手持工具打開。

圖49A是根據本發明的一些實施方案的打開的用戶手的簡化示意圖。圖49B是根據本發明的一些實施方案的包括手持工具的裝置臂的一部分的簡化示意圖，其中手持工具處于打開位置。

圖49C是根據本發明的一些實施方案的閉合的用戶手的簡化示意圖。圖49D是根據本發明的一些實施方案的包括手持工具的裝置臂的一部分的簡化示意圖，其中手持工具處于閉合位置。在一些實施方案中，裝置手持工具從圖64B所示的打開位置到圖49D所示的位置的轉換通過用戶的手從圖49A所示的位置移動到圖49B所示的用戶手位置來實現。

在一些實施方案中，通過檢測用戶拇指和/或一個或多個手指的遠端的相對位置來測量用戶手的旋轉。在一些實施方案中，圍繞手長軸旋轉的裝置手旋轉由測量的映射的用戶手旋轉來控制。

在一些實施方案中，用戶執行“快捷”運動以啟動裝置臂和/或手移動(例如手勢)的移動或順序，例如連接縫線結的移動，用于旋擰和/或鉆孔的重復旋轉。

圖49E是示出根據本發明的一些實施方案的使用測量的用戶手的位置的裝置手的示例性控制的一系列攝影圖示。在一些實施方案中，使用運動捕獲技術捕獲用戶指尖和拇指的位置和/或移動，其中捕獲的位置在圖像A上示出為白色圓圈。

在一些實施方案中，由用戶持有的工具化身的映射的測量取向和/或移動控制裝置手持工具的取向和/或移動。在一些實施方案中，工具化身是用戶手持工具的微型模型。在一些實施方案中，工具化身包括用戶利用抓握化身的手來操縱的部分，以致動工具化身：例如，在一些實施方案中，剪刀手持工具由持有一把剪刀的用戶來控制。

例如，在一些實施方案中，用戶握住一把剪刀，此剪刀的運動和/或其打開和閉合由裝置剪刀手持工具(例如使用剪刀的一個或多個零部件的運動捕獲)來模仿。在一些實施方案中，手持工具化身包括標記和/或至少部分以反射材料進行涂覆，例如以幫助運動捕獲。

在一些實施方案中，手持工具化身是如上所述的裝置化身的一部分。

可選地，在一些實施方案中，化身向用戶提供組織的力反饋。例如，剪刀化身抵抗對應于由裝置手持工具剪刀切割的組織的阻力的打開和閉合。例如，執行電外科手術的剪刀或夾具。

在一些實施方案中，工具化身向用戶提供力反饋，例如提供關于裝置工具條件的用戶信息。例如，此裝置包括一個或多個壓力傳感器，來自其的數據被用于例如通過一個或多個致動器向用戶提供反饋。例如，在示例性實施方案中，剪刀化身提供對用戶打開和閉合剪刀的阻力，從而反映出正在切割對應于裝置剪刀手持工具的組織的阻力。

示例性成像和顯示

包括成像裝置的示例性裝置

可選地，在一些實施方案中，裝置包括一個或多個成像裝置(例如，攝像機、內窺鏡、超聲波等)，其被可選地與包括一個或多個機械手臂的裝置一起插入患者體內。在示例性實施方案中，成像裝置是攝像機。

在一些實施方案中，攝像機相對于裝置手臂的定位大約是人頭部到對應的人體臂的平均定位。

例如，在一些實施方案中，攝像機與機械臂的一個或多個部分的距離之間的比率大約與裝置的一個或多個部分與等同的人體部分的比率相同。

在一些實施方案中，當人類眼睛來自人類臂和/或手時，攝像機相對于裝置臂和/或手被定位在相同的位置處，例如攝像機位于肩關節上方的肱骨的對應(例如，縮放的)長度處。

在一些實施方案中，攝像機被定位成使得圖像具有如對應的用戶身體部分的人眼所具有的裝置部分的視場(FOV)和/或角度。潛在的好處是攝像機提供使用用戶身體移動來幫助用戶控制的裝置的直觀視圖。

圖9A是根據本發明的一些實施方案的包括多個臂904、906和攝像機978的裝置900的簡化示意圖。圖9B是根據本發明的一些實施方案的包括多個臂904、906和攝像機978的裝置900的簡化示意圖。

在一些實施方案中，攝像機978相對于臂的位置是可調節的。例如，如圖9B所示，在一些實施方案中，攝像機978例如移動靠近手持工具924、926，例如為近距離工作提供細節圖像。這種移動類似于用于近距離工作的自然的人類定位，其中手和頭通常靠近在一起用于精細工作。

可選地，用戶控制攝像機的位置。在一些實施方案中，用戶頭部和/或頸部位置和/或移動被測量并且被用于控制攝像機。

在一些實施方案中，成像裝置(例如攝像機)例如利用一個或多個裝置關節而彎曲。圖9C是根據本發明的一些實施方案的包括在裝置肩關節處彎曲的多個臂904、906和攝像機978的裝置900的簡化示意圖。

圖9D是根據本發明的一些實施方案的包括在裝置肩關節處彎曲的多個臂904、906和攝像機978的裝置900的簡化示意圖。如圖9D所示，在一些實施方案中，彎曲的成像裝置例如相對于裝置臂是可移動的。

在一些實施方案中，機械臂(例如，具有如本文件中別處所述的結構)包括攝像機。例如，在一些實施方案中，機械臂末端執行器和/或第三段包括一個或多個攝像機。例如，在一些實施方案中，機械臂包括具有由多于一個剛性部分連接的多于一個柔性部段的結構，其中攝像機被(例如在臂的遠端處)設置在臂上。

如在本文件的其他地方(例如，關于圖7)所述，在一些實施方案中，一個或多個臂包括比第一臂和第二臂更少的關節。

圖10A是根據本發明的一些實施方案的包括機械臂1005的裝置1000的簡化示意性側視圖，機械臂1005包括攝像機1078。在一些實施方案中，機械臂1005包括通過第一柔性部段1010連接到攝像機1078的支撐部段1002。在一些實施方案中，攝像機1078被設置在臂1005的遠端處。

在一些實施方案中，包括攝像機的機械臂的移動由用戶頭部的測量的移動來控制。例如，通過用戶頭部在空間中的移動和/或通過用戶頭部相對于一個或其他身體部分(例如軀干和/或頸部)的移動。

在一些實施方案中，包括攝像機的機械臂的移動由用戶手臂(例如，臂)的測量的移動來控制。例如，臂包括至少第一柔性部分和第二柔性部分(例如，如本文件其他部分所述)，第一柔性部分和第二柔性部分的移動分別由用戶肩關節和肘關節來控制)。

此外或可替代地，在一些實施方案中，包括攝像機的機械臂的移動通過輸入裝置的部分的移動來控制(例如，如本文件的其他部分所述)。

此外或可替代地，在一些實施方案中，插入患者體內的一個或多個工具(例如，攝像機，例如機械臂，例如圖7的管742)的位置由一個或多個裝置臂控制。例如，在一些實施方案中，工具由一個或多個裝置臂抓住并移動到期望的位置。例如，在一些實施方案中，工具(例如攝像機，例如圖13的攝像機1378)包括可彈性變形部分，以使得在定位工具時，工具保持就位直到工具被重新定位。例如，在一些實施方案中，通過移動管的手術臂來定位抽吸管(例如，圖7的管742)。在一些實施方案中，工具(例如，管，例如圖7的管742)包括一個或多個可彈性變形部分，以使得例如通過機械裝置臂的移動將工具移動到期望位置，從而一旦工具被釋放就會返回原始位置。

示例性外部成像裝置

現在重新參見圖8，可選地，在一些實施方案中，系統包括與裝置800分離的成像裝置858。在一些實施方案中，當裝置800在患者體內移動(例如進行手術)時，成像裝置858提供實時成像。例如，在一些實施方案中，使用外部超聲來例如在體內提供裝置800的圖像。

在一些實施方案中，成像裝置858(例如，MRI、CT、核成像，超聲等)在插入裝置800之前收集圖像，例如以提供解剖圖來有助于手術。在一些實施方案中，成像裝置858在裝置800在身體內使用期間和/或在裝置被移除之后提供圖像。

示例性顯示器

在一些實施方案中，(例如，向用戶)顯示圖像。例如，在一些實施方案中，顯示來自內部成像裝置的圖像以提供關于裝置在患者體內的位置的反饋。重新參見圖8，在一些實施方案中，在顯示器854上向用戶顯示一個或多個圖像。

在一些實施方案中，顯示器854是用戶可見的屏幕(例如，計算機監視器)。在一些實施方案中，顯示器864是虛擬現實(VR)環境的一部分，例如顯示器864是VR眼鏡內的一個或多個屏幕。

示例性顯示圖像

在一些實施方案中，顯示器854示出患者體內的裝置800的圖像。在一些實施方案中，顯示由一個或多個內部攝像機提供的圖像，其中攝像機例如與顯示裝置800(例如圖9A的攝像機978)一起插入。在一些實施方案中，圖像由單獨的成像器提供，例如外部超聲成像器。在一些實施方案中，顯示實時圖像，例如來自患者體內的攝像機的實時圖像、外部實時成像(例如，外部超聲)。在一些實施方案中，預先獲取所顯示的圖像，例如CT、MRI、核成像圖像。在一些實施方案中，圖像是計算的圖像，例如解剖模型。

示例性圖像處理

在一些實施方案中，顯示收集的圖像。例如，在一些實施方案中，直接顯示由內部攝像機捕獲的圖像。例如，在圖45中，由顯示器4554顯示的上部圖像4554a是由攝像機4501提供的圖像。

可替代地或此外，在一些實施方案中，在顯示之前處理圖像。

在一些實施方案中，組合和/或疊加圖像以便進行顯示。例如，在一些實施方案中，實時成像(例如，來自患者內的攝像機)與先前采集的圖像或其他數據(例如，CT和/或MRI和/或解剖模型和/或裝置傳感器數據等等)疊加或同時顯示。

在一些實施方案中，在顯示之前重新定向圖像。現在參考圖45，例如在一些實施方案中，內部攝像機4501具有視場(FOV)4501a并且從一個方向查看身體部分，并且此器官的用戶視圖4564a來自另一個方向：在一些實施方案中，從攝像機捕獲的圖像被重新定向到用戶視圖，例如在顯示器4554上顯示的下部圖像4554b，其顯示由攝像機4501收集的圖像，此圖像已定向到患者4564a的用戶視圖。例如，在一些實施方案中，包括攝像機的裝置被通過陰道插入，從而提供裝置臂和子宮的近側視圖，但是患者處于手術床上的仰臥位置，并且例如子宮的用戶視圖是在后方向。在一些實施方案中，從攝像機捕獲的圖像(例如通過處理應用)被處理并且重新定向到用戶視圖。

在一些實施方案中，用戶(例如，通過用戶接口)控制所顯示的視圖，例如用戶旋轉和/或放大或縮小圖像。在一些實施方案中，相對于患者的測量的用戶視圖(例如，用戶頭部相對于患者和/或裝置的距離和取向)被用于重新定向所捕獲的圖像。

示例性裝置支撐件，可選地，裝置不需要來自用戶的支撐

在一些實施方案中，裝置是獨立的，并且例如不需要用戶支撐。在一些實施方案中，裝置的一個或多個部分至少部分地由支撐件來支撐。在一些實施方案中，用戶不直接與裝置交互。在一些實施方案中，裝置的移動基本上是自動的。

圖11A是根據本發明的一些實施方案的系統1150的簡化示意圖，其中裝置1100由支撐件1182保持。

在一些實施方案中，裝置1100被聯接到床1180。在一些實施方案中，患者1160位于床1180上，以便使用裝置1100進行外科手術。在一些實施方案中，裝置的一個或多個部件，例如裝置控制(例如馬達)的一個或多個零部件位于床的下面，例如在殼體1184中。在一些實施方案中，支撐件1182將裝置1100連接到殼體1184。可選地，其他部件(例如變壓器)到其他部件(例如顯示器)的連接位于殼體1184中。

在示例性實施方案中，用于控制裝置的移動的主馬達單元位于殼體1184中，其中例如在一些實施方案中，扭矩傳遞元件將來自殼體1184內的馬達的扭矩傳遞到裝置1100，并且/或者用于實現裝置關節的屈曲的細長元件被聯接到殼體1184內的馬達。

在一些實施方案中，使用位于床下方的馬達單元來控制裝置在床上方的移動是通過取向控制器進行的，例如使用平行四邊形鏈節機構，例如如國際專利申請公開號WO2011/036626中所描述的鏈節機構，所述申請在本文通過引用以其整體并入本說明書中。

位于床下(例如，在殼體1184內)的一個或多個部件的潛在益處是系統在手術室中的占用面積減小。位于床下方而不是上方和/或床周圍的部件的另一潛在益處是潛在地改善了對患者的接近(例如在緊急情況下)。

聯接到床的裝置的潛在益處是，例如在手術期間，當裝置相對于床和/或患者保持在相同位置時，移動和/或改變床的角度的能力。可替代地或此外，在一些實施方案中，例如在用裝置治療之前和/或在手術期間，相對于患者和/或床的裝置位置是可調節的。

可選地，在一些實施方案中，支撐件1182將裝置移動到手術位置。在一些實施方案中，支撐件1182將裝置移動到用于插入到患者1160體內的期望位置。在一些實施方案中，支撐件1182垂直地和/或水平地和/或橫向地移動裝置，并且/或者將裝置1100插入患者1160體內和/或從患者抽回裝置1100。

在圖11A所示的實施方案中，支撐臂1182和殼體1184位于1584的足端處。這個位置的潛在益處是通過患者的底架(例如，通過陰道)較容易進行手術。在圖11A中，患者1160被示出處于用于將裝置插入陰道的合適位置，患者的雙腿被抬高并分開(例如由未示出的鐙形件保持)。

圖11B是根據本發明的一些實施方案的系統1150的簡化示意圖，其中裝置1500由支撐件1582保持。在圖11B所示的實施方案中，支撐臂1182和殼體1184位于床1180的長軸中心處。此位置的潛在益處是使用此裝置易于進行腹部和/或胸部手術。

在一些實施方案中，在床下方的殼體位置和/或圍繞床的臂與殼體接觸的位置是可調節的。例如，臂和/或殼體針對不同的手術進行移動。

圖12是根據本發明的一些實施方案的系統1250的簡化示意性側視圖，系統1250包括具有由支撐件1282保持并且聯接到操作表面1280的兩個臂1200的裝置。

可選地，在一些實施方案中，裝置支撐件1282將裝置1200聯接到操作表面1280(例如，通過其來支撐患者的臺/床)。在一些實施方案中，裝置支撐件1282例如沿著整個裝置支撐件長度是柔性的。在一些實施方案中，裝置支撐件1282包括聯接段的鏈。在一些實施方案中，用于致動裝置1200的馬達1284位于支撐頭部內。

柔性和/或可調節裝置支撐件的潛在益處是在各種位置和/或角度下相對于操作表面來定位裝置的能力。另外的潛在益處包括：小的系統占地面積，更短的準備時間，例如患者準備(例如麻醉)，容易的對接過程。另外的潛在益處包括，可選地在利用裝置的治療和/或手術期間改變患者下體相對于患者上身的位置的能力，例如可選地在治療和/或手術期間調節特倫德倫伯臥位位置的能力。另外的潛在益處包括小成本和/或固定設備的尺寸和/或不需要專用手術室，例如因為裝置和/或系統是可容易移動的(例如，小尺寸和/或重量和/或缺乏對特殊手術室基礎設施的要求)。

在一些實施方案中，將裝置從不在患者上方的方向(例如，橫向地，例如在患者雙腿之間)插入患者體內。在一些實施方案中，將裝置附接到患者病床能夠實現不是從上方的插入方向。

在一些實施方案中，外科系統包括端口，裝置例如通過此端口插入患者體內。在一些實施方案中，端口被聯接到患者，例如插入到自然腔道和/或切口中。

在一些實施方案中，端口被聯接到支撐件。圖13是根據本發明的一些實施方案的包括通過支撐件1382聯接到操作表面1380的端口1312的系統1350的簡化示意性側視圖。在一些實施方案中，裝置1300和端口1312被通過同一個支撐件1382聯接。

在一些實施方案中，裝置和端口由不同的支撐元件保持。圖14是根據本發明的一些實施方案的包括端口支撐件1482b和裝置支撐件1482a的系統1450的簡化示意性側視圖。在一些實施方案中，裝置1400和端口1412都被聯接到操作表面1480。可替代地或此外，在一些實施方案中，裝置1400和/或端口1412由聯接到一個或多個其他對象的支撐物(例如地板、天花板)保持。

支持件(例如，裝置和/或端口支持件)的潛在益處是減少裝置和/或端口的不期望的移動。

在一些實施方案中，支撐件是腹腔鏡定位器，例如包括到支撐表面軌道的附接件。在一些實施方案中，商業可獲得的手術定位臂適于與本發明的裝置一起使用，例如由瑞士的出售的手術臂。

圖15是根據本發明的一些實施方案的由支撐件1582保持的裝置1500的簡化示意圖。

在一些實施方案中，支撐件1582被附接到患者手術表面的一部分，例如軌道1502。在一些實施方案中，支撐件1582在軌道1502上的附接的位置是可調節的，例如能夠線性調節支撐件到患者手術表面的附接位置。

在一些實施方案中，支撐件1582被附接到端口1512和馬達單元1514(在一些實施方案中，馬達單元1514的操作例如如關于圖40的馬達單元4000所述)，裝置1500通過附接到馬達單元1514而得到支撐。

在一些實施方案中，支撐件1582包括多個關節，其中段之間的角度和/或段長度是可調節的，例如以使得能夠調節包括機械手臂和/或端口1512和/或馬達單元1514的裝置1500的位置和/或角度(例如，其致動裝置1500手臂)。

在一些實施方案中，一個或多個馬達被用于相對于系統的一個或多個部分(例如，相對于端口1512和/或馬達單元1514)將裝置1500移入和/或移出患者體內。在一些實施方案中，馬達單元1514包括用于一個或多個裝置臂相對于馬達單元的移動的一個或多個馬達，其中例如一個或多個支撐段位置相對于馬達單元而改變。在一些實施方案中，裝置1500的移動由用戶使用輸入對象控制和/或用戶接口來控制。

示例性用戶握持裝置

在一些實施方案中，裝置由用戶握持。

例如，在一些實施方案中，用戶在控制裝置的同時保持位置并且/或者插入裝置，例如利用一個臂握持裝置從而利用另一個臂來控制裝置臂移動，例如手動地插入裝置，一旦插入裝置，就利用用戶臂來控制裝置臂移動。

例如，在一些實施方案中，第一用戶支撐件和/或將裝置插入患者體內，并且第二用戶控制裝置臂在患者體內的移動。

在一些實施方案中，裝置通過支撐件和用戶提供的附加手動支撐和/或裝置引導而部分地支撐。

示例性使用方法

圖16是根據本發明的一些實施方案的裝置的使用方法的流程圖。

在1686處，將包括多個臂的裝置通過患者體內的切口而插入。在1688處，對象控制裝置臂移動，例如測量的用戶臂移動和/或測量的輸入裝置(例如由用戶移動的)的移動在患者體內引導裝置臂移動。在1690處，通過切口移除裝置。

示例性切口和手術類型

在一些實施方案中，裝置在使用單個切口的手術中使用。在一些實施方案中，裝置用于腹腔鏡手術，包括例如SILS(單切口腹腔鏡手術)。圖17A是根據本發明的一些實施方案的患者體內單個切口的簡化示意圖。在一些實施方案中，裝置被通過單個切口而插入，如圖17A所示，其示出單個肚臍切口。

在一些實施方案中，裝置的不同部分被插入到多于一個切口中。圖17B是根據本發明的一些實施方案的患者體內多個切口的簡化示意圖。例如，在一些實施方案中，第一裝置臂被通過第一切口而插入，并且第二裝置臂被插入第二切口中。在一些實施方案中，裝置被通過單個切口而插入，并且附加工具(例如用于腹腔充氣的工具)被通過一個或多個單獨的切口而插入。

圖17C是根據本發明的一些實施方案的患者體內切口的簡化示意圖。圖17C中所示的切口大于將裝置插入體內所需的切口和/或大于腹腔鏡手術切口。例如，皮膚表面上的切口的最大范圍大于1cm或更大、或2cm或更大、或10cm或更大、或20cm或更大。在一些實施方案中，使用此裝置，其中插入的裝置的至少一部分和/或裝置的皮膚水平下的一部分對于用戶是可見的。可選地，例如當裝置至少部分可見時，系統缺乏插入體內的成像器并且/或者不向用戶顯示圖像。

進入自然腔道中的示例性插入

在一些實施方案中，裝置被用于NOTES(自然腔道內鏡外科手術)。在一些實施方案中，包括至少一個機械手臂的裝置(例如，如本文件中其他地方所述)被插入自然腔道中，例如陰道、直腸、口。在一些實施方案中，一旦裝置被插入自然腔道中，裝置就通過自然腔道中的切口進一步插入體內。在一些實施方案中，一旦裝置插入自然腔道中，裝置就通過自然通道(例如食道、結腸)并且隨后可選地通過自然通道中的切口而進一步插入體內。

當執行NOTES時，使用裝置的治療和/或操作的潛在益處是裝置在身體內彎曲的能力，從而潛在地提供接近目標(例如目標的手術和/或治療)的寬范圍的角度。

在一些實施方案中，包括一個或多個接合機械臂的裝置在插入狹窄的孔和/或腔時提供大范圍(例如比較不柔性的腹腔鏡工具更大)的進入方向和/或治療移動。

圖18是根據本發明的一些實施方案的包括至少一個機械手臂(例如，如本文件中其他地方所描述的)的裝置被通過執行手術的自然腔道而插入的簡化示意圖。在一些實施方案中，裝置被插入患者陰道中，并且進一步通過(例如陰道中的)切口而插入患者體內。圖18示出包括多個臂1804、1806的裝置，多個臂1804、1806已從陰道穿過子宮頸插入子宮1892中。裝置手持工具1824、1826在輸卵管1894管上進行手術，其中通過子宮中的切口1862進入。

在示例性實施方案中，包括至少一個機械手臂的裝置(例如，如本文其他部分所述)被通過陰道而插入，并且通過后穹窿中的切口而插入道格拉斯陷凹中，以例如對子宮進行手術(例如，進行子宮切除術)。在替代實施方案中，包括至少一個機械手臂(例如，如本文件中其他地方所描述的)的裝置被通過鼻孔和/或口而插入鼻竇，以對鼻竇進行手術。在替代實施方案中，包括至少一個機械手臂(例如，如本文件中其他地方所描述的)的裝置被通過食道而插入，以對胃進行手術。

遠程定位的示例性機械臂控制器

在一些實施方案中，包括用于裝置臂段的旋轉和/或裝置臂段的彎曲的元件(例如馬達)的控制器被遠程定位，例如在一些實施方案中，控制元件(例如馬達)位于裝置軀干中和/或位于裝置支撐件中(例如，如前所述)。

屈曲和伸展的示例性遠程控制

在一些實施方案中，借助于聯接到每個段的細長元件(例如線、絲帶、帶、電纜)來遠程控制段圍繞關節的屈曲和/或伸展和/或彎曲(例如，有效段相對于彼此的屈曲和/或伸展)；聯接到元件的段通過(例如牽拉、釋放)改變一個或多個細長元件的張力而屈曲或伸展。在一些實施方案中，通過拉動第一細長元件(例如，聯接到段的第一側)而使段在一個方向上彎曲，并且通過拉動第二細長元件(例如，聯接到段的第二側(例如，與段的第一側相反))而使段拉直。

在一些實施方案中，用于控制段和/或有效段的彎曲的一個或多個細長元件在裝置的一個或多個中空部分內聯接到裝置。例如，如關于圖34B的細長元件3480和/或圖35B的細長元件3580和3581所描述的，其中例如細長元件被例如通過引導元件(例如圖34的3486a、3486b、3486c，圖35的3586a、3586b)聯接到一個或多個中空裝置部分的內表面。

在一些實施方案中，一個或多個細長元件被聯接到一個或多個裝置部分(例如中空裝置部分)的外表面。例如，參考圖31C，在一些實施方案中，細長元件(未示出)被通過翅片3181、3133聯接到裝置臂的部分的外表面。在一些實施方案中，外科裝置手臂被覆蓋(例如在鞘中)，從而例如潛在地保護外部聯接的細長元件。

在示例性實施方案中，一個或多個細長元件是帶形，例如包括扁平橫截面形狀(例如，細長元件橫截面垂直于細長元件長軸)，其中例如最大范圍的橫截面為最小范圍的橫截面的1.25倍、或1.5倍、或2倍、或3倍、或4倍、或10倍。例如，與線狀細長元件相比，帶形細長元件的潛在益處是對于給定的最小橫截面尺寸增加的強度。在一些實施方案中，帶形細長元件在其中多個元件位于有限的橫截面空間中的嵌套結構中是有利的。

在一些實施方案中，一個或多個段的屈曲和/或延伸是通過拉動(例如由鎳鈦諾，NiTi制成的)彈性細長部件來實現，其中當釋放細長部件時，細長部件彈性地使段返回，例如如國際專利申請公開號WO2011/036626中所述。

旋轉的示例性遠程控制

在一些實施方案中，通過(例如通過連接器)聯接到段的段的伸展的旋轉來控制段的旋轉，此伸展例如伸展到與段相距一定距離的位置處(例如伸展到裝置外部)。在一些實施方案中，段的旋轉通過彎曲段伸展部的旋轉。

在一些實施方案中，段伸展部被嵌套(設置)在一個或多個近端段內部，例如手伸展部被嵌套在橈骨和/或肱骨和/或軀干內部，橈骨伸展部被嵌套在肱骨和/或軀干內部。

圖19是根據本發明的一些實施方案的具有嵌套段伸展部的臂2004的簡化示意圖。在一些實施方案中，聯接到手伸展部2024E(陰影灰色)的手2024可通過手伸展部2024E的旋轉而旋轉，如由圖19上的白色箭頭所示。在一些實施方案中，手伸展部和橈骨伸展部2016E被嵌套在肱骨2012內部。在一些實施方案中，橈骨伸展部2016E被嵌套在肱骨2012內部。

在一些實施方案中，段伸展部包括扭矩傳遞部分，以使得當段伸展部彎曲時，段可使用段伸展部而旋轉。圖20是根據本發明的一些實施方案的臂2004的簡化示意圖，其包括具有可彎曲扭矩傳遞部分的段伸展部2024E。

示例性扭矩傳遞部分

在一些實施方案中，可彎曲扭矩傳遞部分包括多個聯接的扭矩傳遞元件。

圖21是根據本發明的一些實施方案的扭矩傳遞元件的簡化示意圖。在一些實施方案中，扭矩傳遞部分包括通過扭矩傳遞部分連接器聯接的元件的堆疊。

在一些實施方案中，扭矩傳遞元件被成形和堆疊，以使得單個扭矩傳遞元件的旋轉在相鄰扭矩傳遞元件上產生在相同方向上的扭矩(例如通過連接器在元件之間傳遞)，從而導致相鄰的扭矩傳遞元件旋轉。

在示例性實施方案中，扭矩傳遞元件通過兩個連接器2196a、2196b聯接到上部扭矩傳遞元件，并且利用兩個連接器2196c、2196d聯接到下部元件。在一些實施方案中，每個元件包括四個梁：連接到上部相鄰元件(未示出)的兩個上部梁2198a、2198b和連接到下部相鄰元件(未示出)的兩個下部梁2198c、2198d。在一些實施方案中，元件之間的連接器在元件之間傳遞扭矩。在一些實施方案中，一個或多個梁沿著梁長軸是剛性的，從而例如抵抗梁的塌陷和/或扭矩傳遞部分的扭轉。

在一些實施方案中，具有兩個或更多個元件的扭矩傳遞部分(例如如圖21所示)具有在扭矩傳遞部分周圍以90°間隔的開放空間，這意味著扭矩傳遞部分可通過開放空間的壓縮和擴張而從直線位置在垂直于扭矩傳遞部分長軸的任何方向上彎曲和/或偏轉。

在一些實施方案中，鏈節包括多于四個梁和/或多于四個連接器，并且例如扭矩傳遞部分在扭矩傳遞部分周圍具有以小于90°間隔的開放空間。

在一些實施方案中，扭矩傳遞部分的最大彎曲和/或偏轉對應于內彎曲部上的開放空間閉合的位置。在一些實施方案中，扭矩傳遞部分的最小彎曲橈骨為15mm、或10mm、或8mm、或6mm、或4mm。在示例性實施方案中，扭矩傳遞部分的最小彎曲橈骨為10mm。在替代性示例性實施方案中，扭矩傳遞部分的最小彎曲橈骨為6mm。圖22是根據本發明的一些實施方案的扭矩傳遞部分伸展模式。在圖22中可見的是元件之間的連接部2296和梁之間的開放空間2299。

圖23是根據本發明的一些實施方案的具有第一元件2397a和第二元件2397b的直的扭矩傳遞部分的簡化示意性側視圖。圖24是根據本發明的一些實施方案的具有兩個元件的彎曲扭矩傳遞部分的簡化示意性側視圖。在圖23中，中點2402示出梁的示例性彈性彎曲。

在一些實施方案中，如圖24所示，當扭矩傳遞部分彎曲時，彎曲擴張2499E的外側上的元件之間的開放空間和/或彎曲收縮2499C的內側上的開放空間。

在一些實施方案中，在彎曲期間，扭矩傳遞部分長度(例如，如圖23和圖24中的虛線所示)不改變長度(維持原始長度)。

在一些實施方案中，元件被通過激光切割中空管來構造。

在一些實施方案中，扭矩傳遞部分能夠在100mm上傳遞100g(0.1Nm)。在一些實施方案中，扭矩傳遞部分能夠傳遞0.01-1Nm或0.01-0.5Nm或更低或更高或中間范圍或扭矩。在一些實施方案中，扭矩傳遞部分的扭矩傳遞能力與連接件(例如圖22的連接件2292)的強度和/或對扭矩傳遞部分的塌陷的阻力相關聯。

圖25是根據本發明的一些實施方案的具有多個元件的直的扭矩傳遞部分的簡化示意性側視圖。圖26是根據本發明的一些實施方案的具有多個元件的彎曲扭矩傳遞部分的簡化示意性側視圖。

示例性關節

在一些實施方案中，關節由一個或多個鏈節形成。在一些實施方案中，關節由多個鏈節的堆疊形成。圖27是根據本發明的一些實施方案的包括兩個鏈節2702的直關節2700的簡化示意圖。

圖28是根據本發明的一些實施方案的包括兩個鏈節的關節2800的簡化示意圖，其中鏈節圍繞關節長軸旋轉。

在一些實施方案中，鏈節包括一個或多個氣隙2799、2899，從而例如允許在一個方向上偏轉(例如，以使得屈曲和/或伸展是單向的)。在一些實施方案中，氣隙2799、2899位于順序鏈節的同一側上。在一些實施方案中，氣隙2799、2899不圍繞鏈節伸展，從而限制關節的彎曲方向。

在一些實施方案中，一個或多個鏈節包括楔形物2760、2860，其例如防止例如當關節彎曲時鏈節拆解。在一些實施方案中，鏈節包括將鏈節聯接到相鄰鏈節的連接器2762、2862(例如鏈銷)。

在示例性實施方案中，每個鏈節可從關節長軸旋轉至多16°。在一些實施方案中，對于90°的屈曲使用6個鏈節，在一些實施方案中，對于180°的屈曲使用12個鏈節。

圖29是根據本發明的一些實施方案的包括多個鏈節的關節的側視圖，其中鏈節圍繞關節長軸旋轉。

在一些實施方案中，引導元件(例如下文更詳細描述的翅片或環)被聯接到鏈節。在一些實施方案中，引導元件被聯接到多于一個鏈節。圖30是根據本發明的一些實施方案的包括多個鏈節的關節的簡化示意性側視圖，其中多個鏈節包括引導元件3086。在圖30所示的實施方案中，引導元件是環。

在一些實施方案中，引導元件通過環的穿過孔或狹槽的一部分聯接到鏈節。重新參見圖29，在一些鏈節中可以看到狹槽2994。

在示例性實施方案中，通過將環插入關節內部來將引導翅片和/或環安裝到關節上。

示例性臂實施方案

圖31A是根據本發明的一些實施方案的具有嵌套段伸展部的臂3104的簡化示意性截面圖。圖31B是根據本發明的一些實施方案的臂的一部分的側視圖的簡化示意圖。虛線示出圖31A中所示的由圖31B所示的臂的部分。

在一些實施方案中，臂3104包括被聯接到腕關節3128處的橈骨3116的手持工具3124。

在一些實施方案中，橈骨3116被聯接到包括兩個扭矩傳遞部分的橈骨伸展部；設置在肘關節3120內部的肘部扭矩傳遞部分3116ETT和設置在肩關節3108內部的肩部扭矩傳遞部分3116STT。在一些實施方案中，橈骨3116被通過連接器3116C聯接到肱骨3112。在一些實施方案中，部分3116C將橈骨3116連接到肱骨3112，同時允許肱骨3122自由旋轉。在一些實施方案中，在圖31A的區域A處，橈骨部分3116上的突起配合到部分3116C上的凹陷中。在示例性實施方案中，橈骨部分3116上的環形突起(例如，被連接(例如焊接)到橈骨部分3116的材料環)配合到部分3116C上的凹陷中。類似地，在一些實施方案中，部分3112C和3112通過匹配的突起和凹陷(例如，部分3112上的環形突起配合到部分3112C中的匹配凹陷)而連接。

在一些實施方案中，“連接部段”包括連接器和關節，例如肩關節3108和連接器3112C，例如肘關節3120和連接器3116C。

圖31C是根據本發明的一些實施方案的臂的一部分的簡化示意性截面圖。在一些實施方案中，例如在A部分處包括配合到部分3116C上的凹陷中的環形突起。

在一些實施方案中，部分3116C提供到一個或多個細長元件的錨定：例如其中細長元件被連接/聯接到部分3116Canc。

在一些實施方案中，一個或多個連接器聯接若干部分，同時允許一個部分在連接器內圍繞此部分的長軸旋轉。例如，連接部分3116C允許橈骨3116在連接部分3116C內圍繞橈骨長軸旋轉。

在一些實施方案中，肱骨3112被聯接到包括一個扭矩傳遞部分、設置在肩關節3108內部的肩部扭矩傳遞部分3112STT的肱骨伸展部。在一些實施方案中，肱骨被通過連接器3112C聯接到軀干3102。

在一些實施方案中，機械臂包括通過短連接段(例如，聯接肩關節和肘關節的肱骨部分較短)聯接在一起的第一和第二柔性部分(例如肘關節和肩關節)。在一些實施方案中，柔性部分之間的聯接是點連接(例如，肩關節和肘關節被直接連接)。

在一些實施方案中，剛性錨定部分(例如，部分3116C)連接兩個柔性部分，其中錨定部分提供細長元件的錨定，其控制例如靠近細長部分的關節的屈曲和伸展。在一些實施方案中，錨定由關節中的一個的一部分(例如近端關節的遠端部分)提供。

在一些實施方案中，不存在一個或多個剛性段：圖32是根據本發明的一些實施方案的具有嵌套段伸展部的臂3204的簡化示意性截面圖。在一些實施方案中，肘關節3220和肩關節3208被直接聯接(例如臂3204缺少肱骨部分)。

圖33A是根據本發明的一些實施方案的具有嵌套段伸展部的示例性臂3204的簡化示意性截面圖。

圖33B是根據本發明的一些實施方案的聯接到橈骨、聯接到橈骨段伸展部3316E的手持工具3324的簡化示意圖。在一些實施方案中，橈骨段伸展部3316E包括肘部扭矩傳遞部分3316ETT和肩部扭矩傳遞部分3316STT。

如前所述，在一些實施方案中，細長元件被用于控制臂段在臂關節處的屈曲和伸展。在一些實施方案中，細長元件穿過段和/或關節和/或段伸展部和/或扭矩傳遞部分中的軸向空隙。

圖33C是根據本發明的一些實施方案的橈骨延伸部的一部分的簡化示意性截面圖。在一些實施方案中，一個或多個細長元件3370被通過引導元件聯接到扭矩傳遞部分鏈節3324STT、3324ETT。在一些實施方案中，引導元件是翅片3386。可替代地或此外，在一些實施方案中，引導元件是環。

在一些實施方案中，在段伸展部(和段)旋轉期間，細長元件保持在元件內的適當位置，例如當它們被通過引導元件(例如，翅片3386)聯接在適當位置時例如與元件一起旋轉。

在一些實施方案中，供電電纜3371穿過橈骨段伸展部，例如以向(例如，用于電外科的)手持工具供電。

圖34A是根據本發明的一些實施方案的包括聯接到肱骨伸展部3412E的肱骨的裝置臂部分的簡化示意性側視圖。圖34B是根據本發明的一些實施方案的聯接到肱骨伸展部3412E的肱骨3412的簡化示意性截面圖。

在一些實施方案中，肘關節3420被聯接到兩個或更多個細長元件，第一細長元件3480被拉動以在一個方向上彎曲(屈曲或伸展)橈骨3416，并且第二細長元件(未示出)被拉動以使橈骨在相反方向上彎曲。在一些實施方案中，肘關節3420被聯接到多于兩個細長元件，從而潛在地增加元件移動的最大負荷(例如，由手持工具保持的橈骨、組織)。

在示例性實施方案中，細長元件3480被通過引導元件(例如，翅片3486a)聯接到肘關節3420鏈節，并且通過引導元件(例如，翅片3486c)聯接到肩部扭矩傳遞部分鏈節。在一些實施方案中，翅片3486各自將細長元件保持在間隙3488中，同時允許細長元件3480在間隙3488內滑動(例如被拉動、釋放)。在一些實施方案中，一個或多個引導元件是環。在一些實施方案中，翅片和/或環將細長元件保持在中空區域(例如，段和/或關節和/或扭矩傳遞部分)的內邊緣處。

類似地，在一些實施方案中，第二細長元件(未示出)被聯接到中空區域的內邊緣的不同部分。例如，第二細長元件被通過聯接到肘關節3420的相對側上的鏈節的第二細長元件翅片3486b而聯接到肘關節3420的直徑相對側。在一些實施方案中，第一細長元件翅片3486a和第二細長元件翅片3486b被聯接到不同的鏈節，例如替代的鏈節。在示例性實施方案中，第一細長元件翅片和第二細長元件翅片被聯接到替代的鏈節，其中兩個鏈節在每個第一細長元件翅片第二細長元件翅片對之間沒有翅片。

在一些實施方案中，一個或多個細長元件3420被固定到部分3416C。例如，在一些實施方案中，細長元件3420的遠端被固定到部分3416C。可替代地，在一些實施方案中，細長元件僅被可滑動地聯接，例如環形穿過部分3416C中的間隙。

圖35A是根據本發明的一些實施方案的聯接到軀干3502的肩關節3508的簡化示意性側視圖。圖35B是根據本發明的一些實施方案的聯接到軀干3502的肩關節3508的簡化示意性截面圖。在一些實施方案中，第一細長元件(例如，電纜、絲帶、線、帶)3580被通過翅片3586a聯接到肩關節中的鏈節。在一些實施方案中，第二細長元件電纜被通過翅片3586b聯接到肩關節中的鏈節。在一些實施方案中，一個或多個附加細長元件被聯接到第一細長元件，從而潛在地提供增加的強度。在一些實施方案中，電纜和翅片具有如上所述的關于橈骨和橈骨伸展部的功能。

示例性馬達致動

在一些實施方案中，包括一個或多個機械手臂的裝置(例如，如本文件中其他地方所描述的)由聯接到臂的近端的馬達單元致動。

在示例性實施方案中，通過兩個齒輪的移動來控制單個關節的彎曲(屈曲和伸展)和旋轉。圖39是根據本發明的一些實施方案的用于控制機械手臂關節的致動機構3901的簡化示意性側視圖。

在一些實施方案中，旋轉齒輪3902被聯接到中心軸3904，其中中心軸3904被聯接到伸展部(例如圖33A的3316E)。在一些實施方案中，中心軸3904的遠端部分(在旋轉齒輪3902的方向D上)被聯接到伸展部。在一些實施方案中，旋轉齒輪3902的旋轉引起中心軸3904的旋轉，其繼而旋轉聯接到中心軸的伸展部。

在一些實施方案中，彎曲齒輪3906被聯接到包括螺紋3908的部分。彎曲齒輪3906的旋轉引起螺紋3908的旋轉。在一些實施方案中，第一螺母3910和第二螺母3912被聯接到螺紋3908，以使得螺紋的旋轉產生平行于中心軸3904的長軸3914的螺母的線性移動，其中第一螺母3910和第二螺母3912在不同的方向上移動。在一些實施方案中，第一螺母3910和第二螺母3912被分別連接到細長元件3910ee和3912ee，其中螺母的線性移動拉動一個細長元件同時釋放和/或推動另一個細長元件，從而產生關節的屈曲/伸展。

在一些實施方案中，關節的旋轉通過旋轉齒輪3902和彎曲齒輪3904的旋轉來實現。在一些實施方案中，關節的彎曲僅通過彎曲齒輪的旋轉來實現。在一些實施方案中，關節的同時彎曲和旋轉通過以不同程度和/或在不同方向上旋轉旋轉齒輪和彎曲齒輪來實現。例如，在一些實施方案中，通過在使旋轉齒輪旋轉的同時保持彎曲齒輪固定來實現關節的同時彎曲和旋轉。

在一些實施方案中，覆蓋件3916覆蓋中心軸、螺紋和螺母，例如從而潛在地防止碎屑或其他材料進入機構。

在一些實施方案中，每個機械裝置關節被(例如通過聯接到關節的伸展部)聯接到如上所述的致動機構。例如，在一些實施方案中，每個伸展部分(例如如上所述)被聯接到中心軸，并且用于控制屈曲和伸展的細長部分(例如，如上所述)被聯接到致動機構的螺母。在一些實施方案中，用于單個機械手臂的致動機構被線性地布置，其中中心軸被設置成嵌套構型，內部中心軸突出以用于由齒輪進行控制。

圖40是根據本發明的一些實施方案的用于致動包括機械手臂的裝置的馬達單元4000的簡化示意性側視圖。在一些實施方案中，包括第一機械臂4002和第二機械臂4006的裝置由馬達單元4000控制。

在一些實施方案中，包括第一旋轉齒輪4002a和第一彎曲齒輪4006a的第一致動機構4001a驅動肩關節的屈曲/伸展和旋轉。現在參考圖35A至圖35B，例如在一些實施方案中，第一致動機構4001a通過旋轉部分3502來旋轉肩關節，并且通過附接到部分3512C的細長元件(例如圖35B中的3581)的移動來實現關節3508的屈曲和伸展。

在一些實施方案中，包括第二旋轉齒輪4002b和第二彎曲齒輪4006b的第二致動機構4001b驅動肘關節的屈曲/伸展和旋轉。在一些實施方案中，聯接到馬達的一個或多個驅動齒輪被設置在馬達單元4000下方。例如，在一些實施方案中，驅動第二彎曲齒輪4006b的齒輪(此齒輪被聯接到馬達)被設置在馬達單元4000的下方。例如，齒輪4099驅動對應于第二機械臂4006的第二致動機構。現在參考圖34A至圖34B，例如在一些實施方案中，第二致動機構4001b通過旋轉部分3412E來旋轉肘關節，并且通過附接到部分3416C的細長元件(例如圖34B中的3480)的移動來實現關節3508的屈曲和伸展。

在一些實施方案中，包括第三旋轉齒輪4002c和第三彎曲齒輪4006c的第三致動機構4001c致動末端執行器(例如打開和閉合夾具)并且驅動腕關節的旋轉。參考圖1C，在一些實施方案中，第三致動機構4001b旋轉并致動末端執行器124；例如，在一些實施方案中，第三旋轉齒輪4006c的旋轉打開和閉合末端執行器(例如，圖1A的末端執行器124)。例如，在一些實施方案中，夾具包括旋轉/旋擰打開-閉合機構(例如如關于圖36B所述)，并且第三旋轉齒輪4006c的旋轉打開和閉合末端執行器。在一些實施方案中，旋轉齒輪4006c的旋轉使螺母3602旋轉。

在裝置臂還包括可以彎曲的腕關節(例如，如圖33B至圖33C所示)的實施方案中，馬達單元包括用于致動腕關節的屈曲/伸展的附加機構。

在一些實施方案中，類似地，第二機械手臂4006由三個致動機構致動，包括例如6個馬達。在示例性實施方案中，用于插入體內的裝置包括由12個馬達致動的兩個機械手臂。

在一些實施方案中，一個或多個附加馬達(例如，第13個馬達)使裝置臂朝向和/或遠離馬達單元移動。例如，在一些實施方案中，例如通過馬達改變馬達單元(例如，附接到支撐件和/或患者支撐表面)的附接位置。

例如，參考圖15，在一些實施方案中，支撐件1582相對于軌道1502的附接位置被(例如通過位于支撐件1582上的馬達)改變。例如，在一些實施方案中，(例如，通過位于支撐件1582上的馬達)改變馬達單元1514相對于支撐件1482的附接位置。

例如，例如當馬達單元以固定構型支撐和/或使裝置自動移動到患者體內時，將裝置移入和/或移出患者身體。在一些實施方案中，位于馬達單元4000內的馬達將裝置臂移入和/或移出患者身體。

在一些實施方案中，例如，使得關節的旋轉還引起旋轉關節的關節遠端的旋轉，在關節的旋轉中驅動多于一個致動機構。例如，在一些實施方案中，對于肩關節的旋轉，齒輪4002a、4006a、4002b、4006b、4002b、4006b在相同的方向上旋轉。例如，在一些實施方案中，為了肘關節的旋轉，齒輪4002b、4006b、4002b、4006b在相同的方向上旋轉。例如，在一些實施方案中，對于末端執行器的旋轉，齒輪4002b、4006b在相同方向上旋轉。在一些實施方案中，具有外部部分的嵌套部分的同時旋轉防止內部細長元件(例如，用于實現屈曲/伸展的細長元件，例如提供電源的細長元件)的應力和/或纏結。

在一些實施方案中，一個或多個致動機構被用于屈曲/伸展關節。例如，在一些實施方案中，為了使肩關節彎曲，移動用于使肩關節和肘關節彎曲的細長元件。在一些實施方案中，如果肘部的細長元件不移動和/或釋放，那么與肘關節相關聯的細長元件中的張力抵抗肩關節的移動。例如，肩關節的彎曲通過第一致動機構4001a中的齒輪的旋轉來實現，并且第二致動機構4001b被旋轉。

在一些實施方案中，馬達單元包括一個或多個位置傳感器，并且/或者由包括存儲命令的存儲器的處理器來控制。在一些實施方案中，來自位置傳感器和/或來自控制存儲器的數據被用于推斷裝置部分的位置。

在一些實施方案中，馬達單元是小的，例如具有100-600mm、或200-400mm、或大約300mm長的軸長度，以及大約20-100mm、或30-80mm、或60mm的垂直于馬達單元長軸的最大范圍。

在一些實施方案中，馬達單元4002包括例如用于將單極和/或雙極能量遞送到裝置(例如，到裝置末端執行器)的結構(例如，包括電觸點)。圖41是根據本發明的一些實施方案的包括用于向末端執行器供電的元件的馬達單元的一部分的簡化側視圖。

在一些實施方案中，部分4130被聯接到末端執行器，以使得當4130旋轉時，其旋轉末端執行器，例如部分4120被聯接到圖33B的部分3316C。在一些實施方案中，齒輪4132致動末端執行器，例如齒輪4132的旋轉打開和/或閉合抓緊器末端執行器的鉗口。在一些實施方案中，觸點4122和4124分別向環形部分4126和4128提供供電。在一些實施方案中，觸點4122、4124中的一個提供正電壓，并且另一個負極提供雙極電源。在一些實施方案中，環形部分4126和4128中的每一個被(例如通過穿過4130的線)電連接到末端執行器，其中環形部分中的一個被聯接到抓緊器的一側，并且另一個被聯接到抓緊器的另一側。例如，參考圖36B，在一些實施方案中，3624a和3624b被電聯接到環形部分4126和4128。

在一些實施方案中，例如，參考圖40，通過導線將電源供應到馬達單元，在一些實施方案中，觸點4020被連接到電源。

在一些實施方案中，馬達單元驅動多于兩個機械手臂并且/或者驅動附加的裝置元件。例如，在一些實施方案中，馬達單元驅動兩個裝置手臂和攝像機。圖10B是根據本發明的一些實施方案的用于致動包括多于兩個臂的裝置的馬達單元1050的一部分的簡化示意性側視圖。在一些實施方案中，馬達單元1050包括用于第三手臂的關節的致動裝置。例如，在圖10A所示的實施方案中，馬達單元具有用于致動關節1010的單個致動單元。在一些實施方案中，馬達單元包括例如中心軸穿過的一個或多個彎曲部分1052。在一些實施方案中，穿過彎曲部分1052的中心軸包括扭矩傳遞部分(例如，如本文件的其他部分所述)。

示例性手持工具

在一些實施方案中，一個或多個裝置手臂最遠端段(例如手部段)包括手持工具。

在一些實施方案中，工具直接治療患者(例如切割、移動組織)，例如裝置手臂的其他部分將工具定位在正確位置并且/或者移動工具。

在一些實施方案中，此外和/或可替代地，手持工具收集信息。例如，在一些實施方案中，手持工具是攝像機。例如，在一些實施方案中，手持工具包括一個或多個傳感器。

在示例性實施方案中，手持工具被通過腕關節附接到橈骨段的遠端。在一些實施方案中，裝置手臂包括在除手臂的遠端(例如，關節)之外的點處聯接到手臂的一個或多個工具。例如，在一些實施方案中，手臂包括聯接到肘關節或在橈骨和/或肱骨上的肘關節附近的工具，工具例如被用于保持組織遠離手持工具。

在一些實施方案中，手臂不包括手持工具，并且例如橈骨(例如遠端)推動或移動組織。在一些實施方案中，工具(例如，剪刀、抓緊器)被用作鈍器，例如用于推動組織。

示例性剪刀

在一些實施方案中，裝置臂包括剪刀手持工具。重新參見圖3，剪刀手持工具324包括聯接到第二部分325b的第一部分325a。在一些實施方案中，剪刀手持工具324由第一部分325a的平坦表面切割成滑動到緊鄰和/或接觸第二部分325b的平坦表面。可選地，一個或多個部分325a、325b包括鋒利的邊緣。在一些實施方案中，剪刀手持工具324切割組織。可替代地或此外，在一些實施方案中，剪刀手持工具324被用于例如當剪刀閉合時推動和/或保持患者組織。在一些實施方案中，剪刀手持工具324的一個或多個零部件帶電以用于電外科手術，如下面更詳細描述的。

示例性抓緊器

在一些實施方案中，裝置臂包括抓緊器手持工具。在一些實施方案中，抓緊器包括兩個或更多個相對部分，并且通過將兩個或更多個相對部分放在一起來閉合抓緊器，例如以抓住對象(例如患者組織)。在一些實施方案中，相對部分移動分開以打開抓緊器。圖36A是根據本發明的一些實施方案的閉合的抓緊器手持工具3624的簡化示意圖。圖36B是根據本發明的一些實施方案的打開的抓緊器手持工具3624的簡化示意圖。

在一些實施方案中，第一抓緊器側3624a被樞轉地聯接到第二抓緊器側3624b。在一些實施方案中，在從打開的抓緊器構型移動到閉合的抓緊器構型時，第一抓緊器側和第二抓緊器側的相對表面朝向彼此移動。在一些實施方案中，如圖36A所示，如果在抓緊器側3624a、3624b之間沒有對象，那么閉合抓緊器使側的相對表面3624c相接觸。

可選地，在一些實施方案中，抓緊器的一個或多個側包括突起，例如一個或多個鋸齒形邊緣和/或一個或多個突出齒。潛在的突起在夾具所握持的組織上提供改善的夾持(例如，增加的夾持力)。

在一些實施方案中，夾具相對表面是平滑和/或平坦的(例如，如圖36A和圖36B所示)。在一些實施方案中，夾具相對表面是鋸齒形的和/或互鎖的和/或包括齒，從而潛在地增加壓力和/或夾持力，例如如在外科夾具領域中已知的。

在一些實施方案中，用戶組織被保持在相對表面3624c之間。在一些實施方案中，抓緊器手持工具在相對表面3624c之間握持組織，潛在的益處是拉動和/或撕開患者組織的能力。

在一些實施方案中，轉動和/或旋擰機構打開和閉合抓緊器側：在一些實施方案中，螺母3602被聯接到第一梁3604和第二梁3606。第一梁3604被聯接到抓緊器第一側3624a，并且第二梁3606被聯接到抓緊器第二側3624b。在一些實施方案中，例如在一個方向上(例如順時針)旋轉螺母3602將螺母推向抓緊器側，從而增加第一梁與第二梁之間的角度并且打開抓緊器側，如圖36A與圖36B之間的轉變所示。在一些實施方案中，螺母3602被通過轉動聯接到螺母的細長元件而轉動，其中細長元件可選地伸展出手持工具和/或裝置臂。在示例性實施方案中，細長元件是單個鎳鈦合金元件(例如電纜、帶、線)。使用扭矩致動(打開和閉合)鉗子側的其他方法被設想并包括在本申請中。

使用扭矩和/或諸如螺母和/或螺釘的自鎖機構的潛在益處是，與細長元件相互作用的臂的移動不會松開抓緊器的抓握。

可替代地或此外，在一些實施方案中，抓緊器手持工具的打開和閉合通過拉動和釋放一個或多個細長元件來控制，如抓緊器控制領域中已知的。圖37是根據本發明的一些實施方案的閉合的抓緊器手持工具3724的簡化示意圖。

在一些實施方案中，手持工具被(例如通過腕關節3628)聯接到將手持工具聯接到橈骨的連接部分3624Cou。在一些實施方案中，腕關節是樞軸。可替代地，在一些實施方案中，裝置臂不包括可彎曲的腕關節，例如手持工具3624被直接聯接到橈骨段。

具有類人結構的示例性抓緊器

在一些實施方案中，裝置臂包括具有類人結構的抓緊器(夾具手持工具)。在一些實施方案中，抓緊器手持工具的一個或多個相對部分是鉸接的。在一些實施方案中，一個或多個相對部分包括與人類手指相同數量的段和連接關節。圖38是根據本發明的一些實施方案的夾具手持工具3824的簡化示意圖。具有類人結構的手持工具的潛在益處包括工具的直觀移動、以與手動手術相同的方式執行手術移動(例如縫合)的能力。

其他示例性手持工具

在一些實施方案中，手持工具被用于保持和/或推動用戶組織，例如以保持組織遠離切割，以向將要被切割的組織提供張力。可選地，用于保持組織的手持工具包括擴張部分，其表面可以通過一個或多個部分展開和/或充氣和/或滑過其他部分(例如扇形結構)而擴張。

在一些實施方案中，一個或多個手持工具例如是鉆頭、螺絲刀、針、解剖刀、抽吸裝置、超聲刀、如內窺鏡手術領域中已知的其他裝置(例如外科裝置)。

示例性電外科手術

可選地，在一些實施方案中，一個或多個裝置手持工具包括用于電外科手術的一個或多個帶電部分。在一些實施方案中，裝置手持工具包括用于單極電外科手術的單極帶電部分。在一些實施方案中，手持工具的一部分帶負電，并且手持工具的另一部分帶正電，以便進行雙極電手術。

在示例性實施方案中，參考圖36A和圖36B，第一抓緊器側3624a與第二抓緊器側3624b帶相反電荷(例如，第一抓緊器側3624a帶正電，第二抓緊器側3624b帶負電、或反之亦然)，以便進行雙極電外科手術。

在示例性實施方案中，參考圖3，對于雙極電外科手術，第一部分325a與第二部分325b帶相反電荷(例如，第一部分325a帶正電，第二部分325b帶負電或反之亦然)，以便進行雙極電外科手術。

在一些實施方案中，例如利用用戶臂移動控制的裝置的移動的用戶使用附加的用戶接口(例如腳踏板)激活電荷，以便進行電外科手術。

示例性一次性、可替換性、無菌性

在一些實施方案中，包括機械臂(例如如本文所述)的裝置的一個或多個部分是無菌的和/或可滅菌的(例如裝置手臂是無菌的)。在一些實施方案中，裝置的一個或多個部分是可更換的，例如在一些實施方案中，更換一個或多個裝置手臂并且/或者例如在治療之間更換一個或多個工具。

在一些實施方案中，末端執行器經螺釘附接到機械臂，并且例如被擰開以將其從臂上移除。

在一些實施方案中，一個或多個機械臂被摩擦聯接到馬達單元，從而例如潛在地使能夠移除和/或更換機械臂。

在一些實施方案中，機械臂包括無菌鞘并且/或者例如在利用裝置開始治療之前將無菌鞘放置在機械臂上。

總述

如本文所用，術語“大約”是指±20％。

術語“包括(comprises/comprising)”、“包含(includes/including)”、“具有(having)”以及它們的軛合物意味著“包括但是不限于”。

術語“由……組成”是指“包括并限于……”。

術語“基本上由……組成”是指組合物、方法或結構可以包括另外的成分、步驟和/或部分，但是僅當附加成分、步驟和/或部分不實質改變所要求保護的組合物、方法或結構的基本和新穎特征。

如本文所使用的，除非上下文另外明確指出，單數形式“一個(a)”、“一種(an)”以及“所述(the)”包括復數參考。例如，術語“化合物”或“至少一種化合物”可以包括多種化合物，包括其混合物。

貫穿本申請，本發明的各種實施方案可以以范圍格式呈現。應當理解，范圍格式的描述僅僅是為了方便和簡潔，并且不應被解釋為對本發明的范圍的不靈活的限制。因此，范圍的描述應當被認為已具體公開了所有可能的子范圍以及此范圍內的單個數值。例如，對諸如1至6的范圍的描述應當被認為已具體公開了子范圍，諸如從1至3、從1至4、從1至5、從2至4、從2至6、從3到6等，以及此范圍內的單個數字，例如1、2、3、4、5和6。不管范圍的寬度如何均如此應用。

每當本文指示數值范圍時，其意在包括在所示范圍內的任何引用數字(分數或整數)。短語第一指示數字與第二指示數字之間的“測距/范圍”和第一指示數字“至”第二指示數字的“測距/范圍”在本文中可以互換使用，并且意味著包括第一指示數字和第二指示數字以及它們之間的所有分數和整數。

如本文所使用的，術語“方法”是指用于完成給定任務的方式、手段、技術和過程，包括但不限于已知的或者由化學、藥理學、生物學、生物化學和醫學領域的從業者從已知的方式、手段、技術和過程容易開發的方式、手段、技術和過程。

如本文所用，術語“治療”包括消除、基本上抑制、減慢或逆轉病癥的進展，從而基本上改善病癥的臨床或美學癥狀或者基本上防止病癥的臨床或美學癥狀的出現。

應理解的是本發明的為清楚起見在分開的實施方案的上下文中進行描述的某些特征也可以在單個實施方案中被提供成組合。相反地，本發明的為簡潔起見在單個實施方案的上下文中進行描述的不同特征也可以被分別地提供或者提供成任何適合的子組合，或者被提供成在本發明的任何其他描述的實施方案中都是適合的。在不同實施方案的上下文中描述的某些特征不被認為是那些實施方案的必要特征，除非實施方案在沒有那些元素的情況下不起作用。

盡管本發明已結合本發明的具體實施方案進行描述，明顯的是許多改變、修改和變化對本領域的技術人員而言將是顯而易見的。因此，旨在包含落入所附權利要求書的精神和寬泛范圍內的所有這種改變、修改、以及變化。

在本說明書中提及的所有出版物、專利和專利申請在本文以引用的方式整體并入本說明書中，其程度如同每個單獨的出版物、專利或專利申請被具體和單獨地指示通過引用并入本文。此外，本申請中的任何參考文件的引用或識別不應被解釋為承認這些參考文件可用作本發明的現有技術。在使用章節標題的方面來說，它們不應被解釋為必然的限制。