專利名稱：具有用于改變拉伸力的連接機構(gòu)的傳動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳動裝置，具體涉及用于機器人臂的拉伸部件驅(qū)動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通常在需要高精確度和/或高精密度的應(yīng)用(例如外科手術(shù)或其他復(fù)雜任務(wù))中使用機器人系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以包括各種機器人，例如自動機器人、遙控機器人、半主動機器人、被動機器人以及互動式機器人。例如，在關(guān)節(jié)置換外科中，外科醫(yī)生可以以被動方式使用互動的、觸覺引導(dǎo)的機器人臂進(jìn)行雕骨以接收關(guān)節(jié)植入管(例如膝蓋植入管)。為了進(jìn)行雕骨，外科醫(yī)生手動地握住并操縱機器人臂，以便使連接在機器人臂上的切削工具(例如磨石)移動。只要外科醫(yī)生在預(yù)定的有效切削邊界內(nèi)操作切削工具，機器人臂就可以低摩擦、低慣性地自由移動，使得外科醫(yī)生在失重狀態(tài)下感知機器人臂并且可以根據(jù)需要移動機器人臂。然而，如果外科醫(yī)生試圖在有效切削邊界之外進(jìn)行切削，機器人臂提供觸覺 (或力)反饋，從而防止或限制外科醫(yī)生將切削工具移動出有效切削邊界。按照這種方式， 機器人臂能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、可重復(fù)的骨切削。機器人臂以上述方式作用的能力取決于機器人臂的驅(qū)動系統(tǒng)(也稱為驅(qū)動聯(lián)動裝置或驅(qū)動傳動裝置)。理想的是，驅(qū)動系統(tǒng)特征是低摩擦、低慣性、高硬度、大帶寬、接近零的反沖、力精確性和/或向后驅(qū)動性。撓性傳動裝置(例如拉伸部件驅(qū)動系統(tǒng))可以具有這些特征。然而，常規(guī)拉伸部件驅(qū)動系統(tǒng)的一個困難是對驅(qū)動系統(tǒng)故障可能危及病人的外科應(yīng)用不能充分故障自動保護。例如，驅(qū)動系統(tǒng)中的一個拉伸部件(例如，纜繩或線)的故障可能導(dǎo)致機器人臂的意外移動，該意外移動可能會傷害病人。為了提高安全性，機器人臂可以包括關(guān)節(jié)制動器，以便在發(fā)生拉伸部件故障的情況下限制機器人臂的關(guān)節(jié)的移動。然而，關(guān)節(jié)制動器的加入增加了機器人臂的重量和慣性，這會不利地影響向后驅(qū)動性和觸覺反應(yīng)。常規(guī)拉伸部件驅(qū)動系統(tǒng)的另一個困難是拉伸部件必須預(yù)拉伸以消除可能導(dǎo)致反沖的松弛。然而，預(yù)拉伸的加載量是拉伸部件的斷裂長度的約15%至50%，這會導(dǎo)致向驅(qū)動系統(tǒng)組件、軸承和支撐結(jié)構(gòu)施加較大的力。高的加載量還增加了驅(qū)動系統(tǒng)組件的摩擦力并且容易使外科醫(yī)生疲勞。常規(guī)拉伸部件驅(qū)動系統(tǒng)的另一個困難是這種驅(qū)動系統(tǒng)不容易制造、維護和/或升級。例如，在驅(qū)動系統(tǒng)的一部分中(例如，一個關(guān)節(jié)中)的部件在某種程度上取決于或者受到驅(qū)動系統(tǒng)的另一部分中(例如，另一關(guān)節(jié)中)的部件影響的意義上，常規(guī)拉伸部件驅(qū)動系統(tǒng)可以為整體系統(tǒng)。因此，如果驅(qū)動系統(tǒng)的一部分有缺陷，則可能需要拆除驅(qū)動系統(tǒng)的正常工作的其他部分來修復(fù)該缺陷部分。例如，機器人臂一個關(guān)節(jié)的問題的修復(fù)可能需要去掉機器人臂多個關(guān)節(jié)的布線。不能使常規(guī)拉伸部件驅(qū)動系統(tǒng)的各部分分開增加了維護和升級機器人臂所需的時間和勞動，這導(dǎo)致昂貴的維修和漫長的停機時間，從而降低醫(yī)院優(yōu)化使用機器人臂的能力。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的傳動裝置的實施例包括驅(qū)動部件；具有連接機構(gòu)的從動部件；以及至少局部撓性的傳動裝置，其與所述驅(qū)動部件和所述從動部件的連接機構(gòu)耦合，并且構(gòu)造為在所述驅(qū)動部件運動時使所述從動部件隨之運動。所述連接機構(gòu)構(gòu)造為被調(diào)節(jié)以改變施加在所述撓性的傳動裝置上的拉伸力。附圖簡述并入說明書并構(gòu)成說明書一部分的附圖示出了本發(fā)明的實施例，并且這些附圖與說明書一起用來闡釋本發(fā)明的各方面。

圖1是根據(jù)實施例的外科手術(shù)系統(tǒng)的透視圖。圖2是圖1的外科手術(shù)系統(tǒng)的機器人臂的一個實施例的透視圖。圖3是去掉保護蓋的圖2的機器人臂的透視圖。圖4是去掉保護蓋并示出標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的圖2的機器人臂的透視圖。圖5A是圖2的機器人臂的第一模塊的實施例的前透視圖。圖5B是圖5A的第一模塊的后透視圖。圖5C是圖5A的第一模塊的右側(cè)視圖。圖5D是圖5A的第一模塊的左側(cè)視5E是圖5A的第一模塊的后側(cè)視圖。圖6是圖5A的第一模塊的關(guān)節(jié)組件的實施例的透視圖。圖7A是圖6的關(guān)節(jié)組件的驅(qū)動部件的實施例的剖視圖。圖7B是圖6的關(guān)節(jié)組件的電動機軸和傳動齒輪的實施例的側(cè)面圖。圖8A是連接在圖6的關(guān)節(jié)組件的驅(qū)動部件上的撓性傳動裝置的實施例的正視圖。圖8B是連接在圖6的關(guān)節(jié)組件的連接機構(gòu)上的撓性傳動裝置的實施例的正視圖。圖9A和圖9B是圖8B的連接機構(gòu)的頂部透視圖。圖10是圖5A的第一模塊的關(guān)節(jié)組件的關(guān)節(jié)輸出的實施例的剖視圖。圖11是連接在圖5A的第一模塊的從動部件上的撓性傳動裝置的實施例的正視圖。圖12是根據(jù)實施例的第二模塊的透視圖。圖13是圖12的第二模塊的關(guān)節(jié)組件的實施例的透視圖。圖14A是圖12的第二模塊的第一和第二階段撓性傳動裝置的實施例的示意圖。圖14B是圖12的第二模塊的拉伸部件構(gòu)造的實施例的受力圖。圖14C是常規(guī)拉伸部件構(gòu)造的示意圖。圖14D是圖14C的常規(guī)拉伸部件的受力圖。圖15和圖16是圖12的第二模塊的從動部件的實施例的透視圖。圖17是圖12的第二模塊的電動機軸和傳動齒輪的透視圖。圖18是圖12的第二模塊的連接機構(gòu)的實施例的頂部透視圖。圖19A是圖12的第二模塊的驅(qū)動部件的實施例的剖視圖。
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圖19B是連接在圖12的第二模塊的驅(qū)動部件上的撓性傳動裝置的實施例的示意圖。圖20是圖12的第二模塊的驅(qū)動部件的實施例的剖視圖。圖21是圖12的第二模塊的從動部件的實施例的剖視圖。圖22A是根據(jù)實施例的第三模塊的透視圖。圖22B是圖22k的第三模塊的剖視圖。圖22C是圖22A的第三模塊的撓性傳動裝置的實施例的透視圖。圖23是圖22A的第三模塊的驅(qū)動部件的實施例的剖視圖。圖M是圖22k的第三模塊的電動機軸和傳動齒輪的實施例的側(cè)視圖。圖25A-圖25C是圖22A的第三模塊的連接機構(gòu)的實施例的透視圖。圖沈是圖22A的第三模塊的調(diào)節(jié)部件的實施例的前透視圖。圖27A是圖22k的第三模塊的調(diào)節(jié)部件的實施例的前透視圖。圖27B是圖27A的調(diào)節(jié)部件的正面視圖。圖28k是根據(jù)實施例的第四模塊的頂部透視圖。圖^B是圖28A的第四模塊的撓性傳動裝置的實施例的透視圖。圖28C是圖28A的第四模塊的底部透視圖。圖^D是圖28A的第四模塊的撓性傳動裝置的實施例的透視圖。圖28E是圖28A的第四模塊的剖視圖。圖四是圖2名k的第四模塊的驅(qū)動部件的實施例的剖視圖。圖30是連接在圖28k的第四模塊的驅(qū)動部件上的撓性傳動裝置的實施例的示意圖。圖31A是圖2名k的第四模塊的從動部件的實施例的剖視圖。圖31B是圖2名k的第四模塊的滑輪的實施例的俯視圖。圖31C是圖28A的第四模塊的滑輪的實施例的透視圖。圖31D是圖28k的第四模塊的關(guān)節(jié)編碼器的實施例的透視圖。圖32是根據(jù)實施例的機架組件的側(cè)視圖。圖33A是根據(jù)實施例的可動結(jié)構(gòu)的升高組件的側(cè)視圖。圖3 是處于靜態(tài)結(jié)構(gòu)的圖33A的升高組件的側(cè)視圖。圖33C是根據(jù)實施例的升高組件的腿部件的剖視圖。圖33D是根據(jù)實施例的升高組件的腿部件的剖視圖。圖34是根據(jù)實施例的雙連接器拉伸部件的示意圖。圖35是根據(jù)實施例的三連接器拉伸部件的示意圖。圖36A是連接在根據(jù)實施例的驅(qū)動部件和從動部件上的圖35的三連接器拉伸部件的示意圖。圖36B是連接在根據(jù)實施例的驅(qū)動部件和從動部件上的圖35的三連接器拉伸部件的示意圖。發(fā)明詳述目前，附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。已經(jīng)嘗試在所有附圖中使用相同或相似的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部件。雖然本說明書主要涉及整形外科手術(shù)的機器人臂，但是應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的主題可以應(yīng)用于其他類型的機器人系統(tǒng)，包括用于外科和非外科應(yīng)用的機器人系統(tǒng)以及具有撓性傳動裝置的非機器人系統(tǒng)。概述根據(jù)本發(fā)明的用于外科應(yīng)用的機器人系統(tǒng)優(yōu)選包括機器人臂，外科醫(yī)生以互動方式使用該機器人臂來對病人進(jìn)行外科手術(shù)。在優(yōu)選實施例中，機器人系統(tǒng)是i^ort Lauderdale, Florida ^ ΜΑΚΟ SurgicalCorp. M it ^ RIO Robotic Arm Interactive Orthopedic System。機器人臂優(yōu)選是觸覺裝置，該觸覺裝置與計算機輔助導(dǎo)航系統(tǒng)和跟蹤裝置結(jié)合工作。例如，如2006年2月21日提交的、在此通過引用方式將其全部并入本文的美國專利申請No. 11/357，197(公開號No. US 2006/0142657)所述，外科工具(例如切削磨石)連接在機器人臂上。外科醫(yī)生手動地移動機器人臂來操縱外科工具，從而對病人進(jìn)行外觀作業(yè)，例如關(guān)節(jié)置換手術(shù)的骨切削。當(dāng)外科醫(yī)生操縱工具時，機器人臂提供觸覺(或力)反饋來限制外科醫(yī)生的使切削工具移動出預(yù)定的有效切削邊界的能力，從而導(dǎo)致高精度的、可重復(fù)的骨切削。機器人臂以被動方式工作，并且僅當(dāng)外科醫(yī)生試圖在有效切削邊界之外進(jìn)行骨切削時提供觸覺反饋。觸覺反饋由機器人臂中的一個或多個啟動器(例如，電動機)產(chǎn)生并且通過撓性傳動裝置(例如拉伸部件傳動裝置)傳遞至外科醫(yī)生。當(dāng)機器人臂不提供觸覺反饋時，外科醫(yī)生可以自由活動機器人臂10。示例性機器人臂裝置圖1示出了外科手術(shù)系統(tǒng)5的實例，該外科手術(shù)系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明實施例的機器人臂10。外科手術(shù)系統(tǒng)5還包括計算機輔助導(dǎo)航系統(tǒng)2和跟蹤裝置3。機器人臂10包括一個或多個關(guān)節(jié)組件，該關(guān)節(jié)組件提供例如活動的旋轉(zhuǎn)自由度。如圖2和圖3所示，機器人臂10包括提供第一旋轉(zhuǎn)自由度(DOF)Jl的第一關(guān)節(jié)組件100、提供第二旋轉(zhuǎn)DOF J2的第二關(guān)節(jié)組件200、提供第三旋轉(zhuǎn)DOF J3的第三關(guān)節(jié)組件300、提供第四旋轉(zhuǎn)DOF J4的第四關(guān)節(jié)組件400、提供第五旋轉(zhuǎn)D0FJ5的第五關(guān)節(jié)組件500以及提供第六旋轉(zhuǎn)DOF J6的第六關(guān)節(jié)組件600。端部操縱裝置700與第六關(guān)節(jié)組件600的輸出連接。如下文進(jìn)一步所述， 各個關(guān)節(jié)組件100，200，300，400，500，600包括第一構(gòu)件，其具有驅(qū)動部件；第二構(gòu)件；以及第一和第二傳動部件，其均連接在第一構(gòu)件和第二構(gòu)件上并且根據(jù)驅(qū)動部件的運動使第一和第二構(gòu)件中的至少一個構(gòu)件運動。雖然圖1-3的實施例包括六個自由度，但是機器人臂10可以根據(jù)機器人臂10的應(yīng)用而包括更多或更少的自由度。各個旋轉(zhuǎn)自由度都具有正向(由圖2中的箭頭所指)和相對的反向，并且優(yōu)選具有有限的總運動范圍。例如，在示例性實施例中，第一關(guān)節(jié)組件100的運動范圍約250度， 第二關(guān)節(jié)組件200的運動范圍約40度，第三關(guān)節(jié)組件300的運動范圍約270度，第四關(guān)節(jié)組件400的運動范圍約100度，第五關(guān)節(jié)組件500的運動范圍約270度，并且第六關(guān)節(jié)組件 600的運動范圍約260度。這些示例性運動范圍為機器人臂10提供了適合需要高精確和高精密的任務(wù)(例如外科手術(shù))的足夠靈敏性。另外，示例性運動范圍使右手使用者和左手使用者都能夠操縱機器人臂10。例如，圖2所示的機器人臂10適合右手使用者。通常，為了機器人臂10，右手使用者將他或她的右手放置在端部操縱裝置700上，而他或她的左手放置在位于第五關(guān)節(jié)組件500的手柄M上或者位于第六關(guān)節(jié)組件600的突出部沈上。然而，這種構(gòu)造對于左手使用者不能很好地工作，因為使用者不能用他或她的左手容易地握住端部操縱裝置700。為了針對左手使用者重新構(gòu)造機器人臂10，將機器人臂10從圖2所示的姿勢對稱的翻轉(zhuǎn)。具體地說，在左手構(gòu)造中，第一旋轉(zhuǎn)DOF Jl相對于圖2從所示位置旋轉(zhuǎn)180度，第三旋轉(zhuǎn)自由度J3從所示位置旋轉(zhuǎn)-180度，第五旋轉(zhuǎn)自由度J5從所示位置旋轉(zhuǎn)-180度，并且第六旋轉(zhuǎn)自由度J6從所示位置旋轉(zhuǎn)180度。為了防止關(guān)節(jié)組件機構(gòu)損壞和/或污染，并且為了保護外科醫(yī)生免于潛在的傷害 (例如，夾傷)，機器人臂10包括保護蓋20。如圖2所示，保護蓋20包住關(guān)節(jié)組件。相反， 圖3示出去掉保護蓋20并且露出關(guān)節(jié)組件的機器人臂10。保護蓋20可以由剛性塑料(例如，由耐用的熱塑合金制成的模制塑料片)形成。除了剛性保護蓋以外，機器人臂10還可以包括撓性蓋(例如，波紋管22)。如圖3所示，波紋管22覆蓋住第四關(guān)節(jié)組件400與第五關(guān)節(jié)組件500之間的縫隙，以便同時防止外科醫(yī)生夾傷并且允許該縫隙在第四關(guān)節(jié)組件 400的運動范圍上張開和收縮優(yōu)選的是，機器人臂10具有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，其中一個或多個關(guān)節(jié)組件包括在與其他關(guān)節(jié)組件結(jié)合之前可以單獨制造和測試的模塊。模塊化有利于改進(jìn)制造工序，尤其是大量生產(chǎn)的制造工序。模塊化還由于維修人員只更換需要更換的關(guān)節(jié)組件而提高了適用性。另外， 通過用替代標(biāo)準(zhǔn)關(guān)節(jié)組件替換一個或多個現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)關(guān)節(jié)組件，模塊化還能夠使機器人臂10 現(xiàn)場升級。例如，可以通過用不同設(shè)計的模塊替換一個或多個現(xiàn)有模塊來增加或降低機器人臂10的自由度。按照這種方式，可以為各種應(yīng)用制定機器人臂10的特性，而不需要改變機器人臂10的整體設(shè)計?？梢曰诟鞣N因素(例如，所需的物理特征和性能特征)確定模塊的數(shù)量和各個模塊的特征。例如，在一個實施例中，機器人臂10具有四個模塊。如圖4 所示，第一模塊A包括第一關(guān)節(jié)組件100、第二關(guān)節(jié)組件200和第三關(guān)節(jié)組件300。第二模塊B連接在第一模塊A上并且包括第四關(guān)節(jié)組件400。第三模塊C連接在第二模塊B上并且包括第五關(guān)節(jié)組件500。第四模塊D連接在第三模塊C上并且包括第六關(guān)節(jié)組件600。圖5A-圖5E示出根據(jù)本發(fā)明實施例的第一模塊A。在本實施例中，第一模塊A包括第一關(guān)節(jié)組件100、第二關(guān)節(jié)組件200和第三關(guān)節(jié)組件300。如上文所述，各個關(guān)節(jié)組件 100，200，300均提供一個旋轉(zhuǎn)自由度。因此，第一模塊A提供了機器人臂10的最重要的三個自由度。第一模塊A的輸出運動類似于人類肩部關(guān)節(jié)的運動。因此，第一模塊A也稱為機器人肩。現(xiàn)在詳細(xì)描述關(guān)節(jié)組件100，200，300的優(yōu)選實施例。單個關(guān)節(jié)組件的具體描述僅是示例性的并且從各方面看都是用來示出本發(fā)明而不是限制本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)為，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)特征的情況下，可以以其他具體形式體現(xiàn)本發(fā)明。第一關(guān)節(jié)組件圖6示出根據(jù)本發(fā)明實施例的第一關(guān)節(jié)組件100。第一關(guān)節(jié)組件100包括第一構(gòu)件101、第二構(gòu)件102和至少局部撓性的傳動裝置103(見圖8A)。在本實施例中，第一構(gòu)件101包括驅(qū)動部件110和從動部件120。撓性傳動裝置103與驅(qū)動部件110和第二構(gòu)件 102耦合。當(dāng)啟動時，驅(qū)動部件110經(jīng)由撓性傳動裝置103向從動部件120施加旋轉(zhuǎn)運動。撓性傳動裝置103構(gòu)造為傳遞來自驅(qū)動部件110的力和/或扭矩，從而使從動部件120運動。優(yōu)選的是，撓性傳動裝置103是拉伸部件驅(qū)動系統(tǒng)(例如，纜繩、鋼帶或聚合鋼筋傳動裝置)。在示例性實施例中，撓性傳動裝置103是纜繩驅(qū)動系統(tǒng)。因為纜繩驅(qū)動系統(tǒng)可以構(gòu)造為提供低摩擦、低慣性、低順應(yīng)性(即，高硬度)、大帶寬、接近零的反沖、力精確性和/或向后驅(qū)動性。所以纜繩驅(qū)動系統(tǒng)對于其他機械驅(qū)動系統(tǒng)(例如，齒輪和連桿) 具有一些優(yōu)點。在一個實施例中，撓性傳動裝置103包括具有第一多元傳動子部件的第一傳動部件和具有第二多元傳動子部件的第二傳動部件。傳動子部件優(yōu)選為拉伸部件，例如纜繩(或線)。在本實施例中，第一傳動部件是第一纜繩組，第一纜繩組包括第一多元傳動子部件，第一多元傳動子部件為第一纜繩130(即，第一傳動子部件)和第二纜繩131(即， 第二傳動子部件)。類似的是，第二傳動部件是第二纜繩組，第二纜繩組包括第二多元傳動子部件，第二多元傳動子部件為第三纜繩133(即，第三傳動子部件)和第四纜繩134(即， 第四傳動子部件)。纜繩131，132，133，134可以是用于機器人系統(tǒng)的任何適當(dāng)纜繩，優(yōu)選為鎢纜繩。雖然纜繩131，132，133，134可以以多種方式構(gòu)造為向從動部件120傳遞運動， 但是在本實施例中，通過連接機構(gòu)150，各個纜繩131，132，133，134的近端連接在驅(qū)動部件 110上，而遠(yuǎn)端連接在第二構(gòu)件102上。第二構(gòu)件102包括主驅(qū)動器140，其相對于第一構(gòu)件101靜止不動。下面說明向從動部件120傳遞運動的方式。在本實施例中，從動部件120是第一關(guān)節(jié)組件100的關(guān)節(jié)輸出。如圖6所示，從動部件120包括例如通過十字輥軸承146與基板144連接的冒口組件(riser assembly) 142。 例如，十字輥軸承146的內(nèi)座圈連接在基板144上，而十字輥軸承146的外座圈連接在冒口組件142上。十字輥軸承146是精密軸承，其能夠使冒口組件142相對于基板144低摩擦地旋轉(zhuǎn)。為了限制冒口組件142的旋轉(zhuǎn)，在冒口組件142上布置有硬制動件148a，并且在基板144上布置有相應(yīng)的硬制動緩沖件148b。當(dāng)冒口組件142的旋轉(zhuǎn)使一個硬制動件148a 與一個硬制動緩沖件148b接觸時，抑制了冒口組件142的旋轉(zhuǎn)。如下面進(jìn)一步論述，從動部件120(即，冒口組件14 優(yōu)選是不制動的，這意味著從動部件120沒有制動機構(gòu)。驅(qū)動部件110驅(qū)動冒口組件142的旋轉(zhuǎn)。在本實施例中，驅(qū)動部件110包括驅(qū)動電動機112，其布置在冒口組件142上并因而隨著冒口組件142旋轉(zhuǎn)而與冒口組件142 —起運動。為了使冒口組件142旋轉(zhuǎn)，如圖7A和圖7B所示，驅(qū)動電動機112包括電動機軸114， 其具有從中伸出的傳動齒輪116。傳動齒輪116構(gòu)造成與撓性傳動裝置103接合。例如，纜繩131，132，133，134均具有與傳動齒輪116連接并繞在傳動齒輪116周圍的近端和與主驅(qū)動器140連接的遠(yuǎn)端。主驅(qū)動器140布置在冒口組件142之內(nèi)并剛性固定在基板144上。 因此，主驅(qū)動器142相對于基板144是靜態(tài)的，而冒口組件142相對于基板144旋轉(zhuǎn)。如圖 8A和圖8B所示，第一和第二纜繩組圍繞主驅(qū)動器140沿著相反的方向從傳動齒輪116伸出，并且連接在主驅(qū)動器140的連接機構(gòu)150上。當(dāng)驅(qū)動電動機112啟動時，傳動齒輪116 旋轉(zhuǎn)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向，使第一纜繩組纏繞在傳動齒輪116上(或者從傳動齒輪116上展開) 并且使第二纜繩組逆向地從傳動齒輪116上展開(或者纏繞在傳動齒輪116上)。因為纜繩131，132，133，134的遠(yuǎn)端連接在主驅(qū)動器140上并且主驅(qū)動器140相對于冒口組件142 是靜態(tài)的，所以纜繩131，132，133，134的纏繞和展開在冒口組件142上施加力和/或扭矩并且使冒口組件142圍繞主驅(qū)動器140旋轉(zhuǎn)，從而提供如圖2所示的第一旋轉(zhuǎn)自由度Jl。 按照這種方式，第一和第二傳動部件構(gòu)造為在驅(qū)動部件110運動時使第一構(gòu)件101隨之運動。優(yōu)選的是，關(guān)節(jié)輸出(在這種情況下為作為從動部件120的冒口組件14 包括關(guān)節(jié)編碼器，其構(gòu)造為測量關(guān)節(jié)輸出的角度旋轉(zhuǎn)。在一個實施例中，關(guān)節(jié)編碼器包括編碼刻度尺160，其與冒口組件142 —起旋轉(zhuǎn)；以及編碼讀取頭162，其讀取編碼刻度尺160(見圖 6)。雖然可以使用任何適當(dāng)?shù)木幋a器系統(tǒng)，但是在本實施例中，關(guān)節(jié)編碼器是帶刻度尺型編碼器系統(tǒng)。當(dāng)在旋轉(zhuǎn)應(yīng)用中使用帶刻度尺型編碼器系統(tǒng)時，固定編碼刻度尺160的安裝表面的圓形度對于獲得精確的編碼讀數(shù)而言是重要的。為了保證充分的圓形度，編碼刻度尺 160優(yōu)選設(shè)置在十字輥軸承146的外徑或外周上，其中在組裝十字輥軸承146之后，外徑是精密研磨的(例如，偏心公差小于11微米)。可以使用例如壓敏粘合劑將編碼刻度尺160 連接在十字輥軸承146上。為了防止編碼刻度尺160與十字輥軸承146層離，編碼刻度尺 160的端部可以在帶型刻度尺夾(未示出)的作用下固定，所述帶型刻度尺夾例如使用螺桿緊固件夾住十字輥軸承146的端部。編碼讀取頭162安裝在基板144上并具有與編碼刻度尺160相同的視線。隨著冒口組件142和十字輥軸承146的外座圈旋轉(zhuǎn)，編碼讀取頭162讀取編碼刻度尺160以確定冒口組件142的相對角度位置。因為關(guān)節(jié)編碼器是相對(與絕對相反)的編碼器系統(tǒng)，所以關(guān)節(jié)編碼器還包括布置在冒口組件142上的編碼指針標(biāo)記(未示出)。編碼指針標(biāo)記包括為關(guān)節(jié)編碼器提供固定參照或指針標(biāo)記的磁體，使得機器人臂 10識別關(guān)節(jié)輸出相對于已知指針位置的旋轉(zhuǎn)位置。有利的是，關(guān)節(jié)編碼器能夠測量關(guān)節(jié)輸出的旋轉(zhuǎn)輸出。如下面進(jìn)一步論述，旋轉(zhuǎn)輸出可以與來自驅(qū)動電動機112的旋轉(zhuǎn)輸入進(jìn)行比較來計算撓性傳動裝置103的整體性。如上文所述，驅(qū)動部件110包括驅(qū)動電動機112 (或啟動器)，其通過撓性傳動裝置 103向從動部件120施加旋轉(zhuǎn)運動。驅(qū)動電動機112可以是適合驅(qū)動從動部件的任何電動機。雖然驅(qū)動電動機112也可以是電刷式電動機或其他電動機技術(shù)，但是在一個實施例中， 驅(qū)動電動機112是無刷DC永磁體電動機。如圖7A和圖7B所示，在本實施例中，驅(qū)動電動機 112包括殼體117、連接在殼體117上的定子118以及連接在電動機軸114上的轉(zhuǎn)子119。 電動機軸114通過電動機軸承支撐在殼體117上，所述軸承例如為角度接觸滾珠軸承或者減小摩擦并允許電動機軸114相對于殼體117自由旋轉(zhuǎn)的任何適當(dāng)軸承。放松螺母和鎖定螺母(共用11 擰在電動機軸114上，以便在電動機軸承的軸向間隙被占據(jù)之前將電動機軸114拉過殼體117。結(jié)果，電動機軸承被預(yù)載，這消除了電動機軸114相對于殼體117的軸向和徑向間隙。放松螺母防止鎖定螺母隨時間松開(例如，由于振動)。優(yōu)選的是，驅(qū)動電動機112包括電動機編碼器，其用于測量電動機軸114的角度旋轉(zhuǎn)。與關(guān)節(jié)編碼器類似，電動機編碼器包括編碼刻度尺115a，其與電動機軸114 一起旋轉(zhuǎn)；以及編碼讀取頭115b，其讀取編碼刻度尺。在一個實施例中，編碼刻度尺11 是具有蝕刻在玻璃中的精細(xì)節(jié)距標(biāo)記的圓形玻璃刻度尺。編碼刻度尺11 連接在精密輪轂上，而精密輪轂連接在電動機軸114上。如圖7A所示，編碼讀取頭11 安裝成具有與編碼刻度尺11 相同的視線。隨著電動機軸114和編碼刻度尺11 旋轉(zhuǎn)，編碼讀取頭11 讀取編碼刻度尺11 上的節(jié)距標(biāo)記以確定電動機軸114的相對角度位置。因此，電動機編碼器那個測量電動機軸114的旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，驅(qū)動電動機112提供的角度旋轉(zhuǎn)輸入(由電動機編碼器測量)可以與關(guān)節(jié)輸出的角度旋轉(zhuǎn)輸出(由關(guān)節(jié)編碼器測量)進(jìn)行比較。旋轉(zhuǎn)輸出應(yīng)當(dāng)與旋轉(zhuǎn)輸入乘以第一關(guān)節(jié)組件100的傳動比(驅(qū)動減速)的倒數(shù)的乘積成正比。旋轉(zhuǎn)輸入與旋轉(zhuǎn)輸出之間的偏差可能表示撓性傳動裝置103的問題并且可以用于觸發(fā)機器人臂10 的故障，所述故障提醒使用者存在偏差并將機器人臂10設(shè)置在安全模式和/或采取其他預(yù)防動作?？赡芤鹌畹膯栴}包括纜繩、纜繩拉伸機構(gòu)、傳動部件(例如傳動齒輪或滑輪) 等的故障。有利的是，電動機與關(guān)節(jié)編碼器結(jié)合使用有助于機器人臂10的全面事故保障運行。在示例性實施例中，如圖7A所示，驅(qū)動電動機112包括被啟動以限制驅(qū)動部件的
10運動的部分，例如電動機制動器111。電動機制動器111可以是任何適當(dāng)?shù)碾妱訖C制動器組件，例如 Carlyle Johnson Machine Company LLC, Bolton, Connecticut 制造的制動其組件。電動機制動器111包括轉(zhuǎn)子，其固定在電動機軸114上；以及制動體，其經(jīng)由端蓋連接在電動機殼體117上。如果向電動機制動器111供電，則制動器轉(zhuǎn)子自由旋轉(zhuǎn)并且電動機軸114和傳動齒輪116可以自由轉(zhuǎn)動。如果停止向電動機制動器111供電，則使剛性連接在電動機軸114上的制動器轉(zhuǎn)子停止旋轉(zhuǎn)，從而抑制電動機軸114和傳動齒輪116的運動。 電動機制動器111可以工作，例如以響應(yīng)故障信號(例如，表示第一關(guān)節(jié)組件100的旋轉(zhuǎn)輸入與旋轉(zhuǎn)輸出之間的偏差的故障信號)。驅(qū)動電動機112的電動機軸114與傳動齒輪116連接(例如，耦合或形成整體)。 如上文所述，傳動齒輪116構(gòu)造為與撓性傳動裝置103接合。在一個實施例中，驅(qū)動部件 110包括第一接口，其構(gòu)造為可拆卸地固定第一傳動部件；以及第二接口其構(gòu)造為可拆卸地固定第二傳動部件。第一和第二接口可以是連接部件170。例如，傳動齒輪116可以包括用于各個纜繩131，132，133，134的連接部件170。連接部件170是將纜繩的近端固定在傳動齒輪116上的連接點。連接部件170可以具有適合于將纜繩與傳動齒輪116緊固的任何構(gòu)造。在一個實施例中，纜繩的近端具有鑄模在上面的連接器4(例如，如圖34所示的不銹鋼或黃銅珠)，連接部件170構(gòu)造為在纜繩處于拉伸狀態(tài)時固定連接器4。例如，如圖7A 和圖7B所示，連接部件170包括從傳動齒輪116徑向延伸并形成孔173的外支架171和內(nèi)支架172?？?73的一側(cè)具有大小足以容納連接器4的等高開口 174，而孔173的其余部分的寬度足以容納纜繩但不足以允許連接器4經(jīng)過孔173。當(dāng)連接器4配合在等高開口 174 中，纜繩經(jīng)過孔173并且沿著遠(yuǎn)離連接器4的方向向纜繩施加拉伸力時，連接器4固定到等高開口 174中。只要在纜繩上保持足夠的拉伸力，就可以使連接器4保持固定?？梢酝ㄟ^從纜繩上釋放足夠的拉伸力來使纜繩與連接部件170分離。如圖7B和圖8A所示，纜繩的離開連接部件170的部分與引導(dǎo)件180接合(示出的單個引導(dǎo)件為180a和180b)。引導(dǎo)件180構(gòu)造為將纜繩定位在傳動齒輪116上并且對纜繩指引和定向。在一個實施例中，引導(dǎo)件180包括切入傳動齒輪116的槽(或溝)。優(yōu)選的是，槽是沿著傳動齒輪116的長度延伸的螺線(例如，螺旋狀)槽。引導(dǎo)件180容納纜繩， 并且當(dāng)纜繩纏繞在傳動齒輪116上時對纜繩定位和限制。如圖8A和圖8B所示，各個纜繩最終離開傳動齒輪116并且在到達(dá)位于主驅(qū)動器140的連接機構(gòu)150之前纏繞在主驅(qū)動器 140的一部分上。優(yōu)選的是，傳動齒輪116構(gòu)造為以上述方式固定和引導(dǎo)各個纜繩131，132，133， 134。具體地說，傳動齒輪116包括用于各個纜繩131，132，133，134的連接部件170。兩個連接部件170布置在傳動齒輪116的近端以與纜繩131，132相互連接，兩個連接部件170布置在傳動齒輪116的遠(yuǎn)端以與纜繩133，134相互連接。在本實施例中，傳動齒輪116包括兩個引導(dǎo)件，其中兩個纜繩共用一個引導(dǎo)件，而另兩個纜繩共用另一個引導(dǎo)件。具體地說， 驅(qū)動部件110包括第一和第二引導(dǎo)件180a，180b，其構(gòu)造為使第一和第二傳動子部件(即， 纜繩131，132)相對于驅(qū)動部件110定位。第一和第二引導(dǎo)件180a，180b還構(gòu)造為使第三和第四傳動子部件(即，纜繩133，134)相對于驅(qū)動部件110定位。例如，如圖7B和圖8A 所示，第一引導(dǎo)件180a構(gòu)造為對纜繩131定位，而第二引導(dǎo)件180b構(gòu)造成對纜繩132定位 (或反之亦然)，其中纜繩131，132固定在傳動齒輪116的近端。類似的是，第一引導(dǎo)件180a構(gòu)造為對纜繩133定位，而第二引導(dǎo)件180b構(gòu)造為對纜繩134定位(或反之亦然)，其中纜繩133，134固定在傳動齒輪116的遠(yuǎn)端。優(yōu)選的是，第一和第二引導(dǎo)件180a，180b沿著傳動齒輪116(即，驅(qū)動部件110)的長度延伸并且沿著傳動齒輪116的長度相互緊靠。例如， 第一引導(dǎo)件180a是第一螺旋槽(或溝)，第二引導(dǎo)件180b是第二螺旋槽(或溝)。這些相鄰的螺旋槽形成“雙螺旋”排列。結(jié)果，如圖8A所示，當(dāng)纜繩131，132從近端向遠(yuǎn)端纏繞在傳動齒輪116周圍時，纜繩131，132彼此相互靠近。類似的是，當(dāng)纜繩133，134從遠(yuǎn)端向近端纏繞在傳動齒輪116周圍時，纜繩133，134彼此相互靠近。在本實施例中，第一和第二引導(dǎo)件180a，180b具有適當(dāng)?shù)某叽绾托螤?。上述連接部件和引導(dǎo)件的實施例是示例性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清償，驅(qū)動部件110可以包括用于連接和引導(dǎo)纜繩的替換設(shè)計。然而，使用相鄰螺旋槽(或“雙螺旋”排列)的一個優(yōu)點在于這種排列方式能夠使撓性傳動裝置103包括緊密包在單個傳動齒輪 116上兩組纜繩，其中每一組纜繩都包括多于纜繩(S卩，執(zhí)行相同功能的一個以上的纜繩)。 例如，纜繩131，132是冗余的，因為纜繩131，132均執(zhí)行以下相同功能當(dāng)傳動齒輪116旋轉(zhuǎn)以將纜繩131，132纏繞到傳動齒輪116上時，在主驅(qū)動器140上施加沿著方向E的拉伸力。類似的是，纜繩133，134是冗余的，因為纜繩133，134均執(zhí)行以下相同功能當(dāng)傳動齒輪116旋轉(zhuǎn)以將纜繩133，134纏繞到傳動齒輪116上時，在主驅(qū)動器140上施加沿著方向 F的拉伸力。冗余纜繩的一個優(yōu)點在于，即使纜繩組中的一個纜繩故障(例如，纜繩131)， 第二纜繩(例如，纜繩13 也可以繼續(xù)傳遞來自驅(qū)動部件110的力和/或扭矩，從而保持對機器人臂10的控制。因此，冗余的拉伸部件是事故保障特征，以保證單個拉伸部件的故障不會導(dǎo)致出現(xiàn)不受控制的關(guān)節(jié)輸出。這特別有利于機器人臂10在外科手術(shù)時的故障可能對病人產(chǎn)生潛在危險情況的外科應(yīng)用。另外，第二纜繩的使用可以增加耦合硬度，這有利地增加了觸覺硬度。事故保障冗余拉伸部件的另一個優(yōu)點在于，使用與制動的驅(qū)動部件結(jié)合的冗余拉伸部件(例如，驅(qū)動電動機112與電動機制動器111)從而能夠使用未制動的從動部件，這意味著從動部件120(即，作為關(guān)節(jié)輸出的冒口組件140)沒有制動機構(gòu)。關(guān)節(jié)制動器可以省略，因為驅(qū)動部件110結(jié)合了制動器并且冗余拉伸部件組中的單個拉伸部件的故障不會導(dǎo)致不受控制的關(guān)節(jié)輸出。結(jié)果，即使一個拉伸部件故障，第一關(guān)節(jié)組件100的運動也可以被充分控制，因此不必能夠獨立對關(guān)節(jié)輸出制動。省略關(guān)節(jié)制動器可以提高機器人臂10的性能，這是因為消除了與常規(guī)關(guān)節(jié)制動器有關(guān)的問題。具體地說，關(guān)節(jié)制動器將大的重力和慣性負(fù)荷施加給關(guān)節(jié)組件，從而不利地影響了向后驅(qū)動性和觸覺反應(yīng)。用驅(qū)動部件110上的較小制動器和冗余拉伸部件來代替關(guān)節(jié)制動器可以有利地減少重量和慣性并提高向后驅(qū)動性和觸覺反應(yīng)。如圖8A和圖8B所示，第一和第二纜繩組圍繞主驅(qū)動器140沿著相反的方向從傳動齒輪116伸出，并且連接在主驅(qū)動器140的連接機構(gòu)150上。雖然連接機構(gòu)150布置在主驅(qū)動器140(作為第一關(guān)節(jié)組件100的靜態(tài)部件)上，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會清楚，連接機構(gòu)150也可以用作運動部件(例如，旋轉(zhuǎn)滑輪)上。為了便于參考，主驅(qū)動器140將被稱為滑輪140a。雖然本實施例的滑輪140a是靜態(tài)的，但是在其他實施例中，滑輪140a可以是旋轉(zhuǎn)的。連接機構(gòu)150可以與滑輪140a —體形成或者利用例如機械固定件與滑輪140a 耦合。如圖9A所示，在一個實施例中，連接機構(gòu)150相對于滑輪140a包括朝外部分150a和朝內(nèi)部分150b。朝外部分150a形成滑輪140a的圓周周長141的一部分并且提供纜繩的進(jìn)入接口。例如，對于各個纜繩131，132，133，134，連接機構(gòu)150包括耦合部件152，其構(gòu)造為容納纜繩的遠(yuǎn)端。耦合部件152可以具有適合于緊固纜繩的任何構(gòu)造。在一個實施例中，纜繩的遠(yuǎn)端具有鑄模在上面的連接器4 (例如，如圖34所示的不銹鋼或黃銅珠)，耦合部件152包括有角的球形口 153(或槽)，其用于在纜繩處于拉伸狀態(tài)時容納并緊固連接器 4。只要在纜繩上保持足夠的拉伸力，就可以使連接器4保持固定。可以通過從纜繩上釋放足夠的拉伸力來使纜繩與耦合部件152分離。在優(yōu)選實施例(如圖9B所示)中，耦合部件 152包括單個口 153，其用于固定纜繩的遠(yuǎn)端。作為選擇，耦合部件152可以構(gòu)造為至少在第一位置和第二位置上固定拉伸部件。例如，耦合部件可以包括多個口 153，155(如圖9A 所示)，以便根據(jù)例如纜繩的長度將纜繩的端部固定在第一位置或第二位置。連接機構(gòu)150優(yōu)選包括一個或多個狹槽，其構(gòu)造為容納耦合部件152。例如，如圖 9B所示，連接機構(gòu)150包括第一狹槽156a和第二狹槽156b。容納在第一狹槽156a中的耦合部件152固定從連接機構(gòu)150的上部分沿著第一方向(即，方向E)延伸的第一組纜繩(即，纜繩131，132)，容納在第二狹槽156b中的耦合部件152固定從連接機構(gòu)150的下部分沿著第二方向(即，方向F)延伸的第二組纜繩(即，纜繩133，134)。第一和第二狹槽 156a，156b優(yōu)選相互偏離預(yù)定角度α (例如，基于滑輪140a的直徑)，使得進(jìn)入的纜繩正好定位在方向E，F(xiàn)上。例如，在圖9A和圖9B的實施例中，預(yù)定角度約110度。因此，第一方向與第二方向偏離預(yù)定角度α。一旦耦合部件152被插入到狹槽156a，156b中，耦合部件 152可以在狹槽156a，156b內(nèi)移動到所需位置，然后使用任何適當(dāng)?shù)臋C構(gòu)固定在狹槽156a， 156b中。在示例性實施例中，使用螺桿157將耦合部件152固定在狹槽156a，156b中，其中螺桿157也用作用于調(diào)節(jié)連接機構(gòu)150以改變施加在撓性傳動裝置103上的拉伸力的調(diào)節(jié)部件。例如，如圖9B所示，耦合部件152與螺桿157的一端連接，螺桿157的另一端包括 張緊螺母158、鎖定螺母159以及伸到滑輪140a內(nèi)部的可選的墊塊151。因此，調(diào)節(jié)部件至少局部布置在滑輪140a的圓周周長141之內(nèi)。在纜繩的遠(yuǎn)端固定在耦合部件152上之后， 通過擰緊張緊螺母158而向纜繩施加拉伸力，直到纜繩拉伸力達(dá)到所需值。然后，擰緊鎖定螺母159，以防止張緊螺母158隨時間松開(例如，由于振動)。相應(yīng)地擰緊或松開張緊螺母158來調(diào)節(jié)纜繩拉伸力?？蛇x的墊塊151對定位張緊螺母158和鎖定螺母159而言是有用的，使得制造和維修人員可以容易地接近該張緊螺母158和鎖定螺母159。按照這種方式，連接機構(gòu)150構(gòu)造為可以被調(diào)節(jié)以改變施加在撓性傳動裝置103上的拉伸力。具體地說，連接機構(gòu)150構(gòu)造為可以被調(diào)節(jié)以單獨改變施加在多個拉伸部件(即，纜繩131，132， 133，134)中的每一個的拉伸力。有利的是，耦合部件152構(gòu)造為在連接機構(gòu)150被調(diào)節(jié)以改變施加在撓性傳動裝置103上的拉伸力時抑制耦合纜繩旋轉(zhuǎn)。具體地說，因為耦合部件 152被限制在狹槽156a，156b中，所以耦合部件152不會旋轉(zhuǎn)，因而當(dāng)調(diào)節(jié)張緊螺母158來改變施加在纜繩上的拉伸力時防止纜繩旋轉(zhuǎn)。連接機構(gòu)150還可以包括引導(dǎo)部件，其構(gòu)造為以所需方式定位纜繩組中的纜繩的遠(yuǎn)端。具體地說，引導(dǎo)部件從連接機構(gòu)150后面到傳動齒輪116保持纜繩的適當(dāng)前端。例如，如圖8B所示，引導(dǎo)部件190a在纜繩131，132離開連接機構(gòu)150不遠(yuǎn)的距離處將第一纜繩組的纜繩131，132聚攏在一起。優(yōu)選的是，引導(dǎo)部件190a在纜繩131，132的遠(yuǎn)端與纜繩 131，132離開傳動齒輪116的近端正好對齊的位置將纜繩131，132聚攏。連接機構(gòu)150還可以包括第二引導(dǎo)部件190b，其類似地聚攏和引導(dǎo)第二纜繩組的纜繩133，134。具體地說， 需要定位纜繩的遠(yuǎn)端，使得纜繩離開傳動齒輪116的近端保持與傳動齒輪116的基本直角或垂直的關(guān)系，以避免不必要的影響(例如，摩擦)。在一個實施例中，例如，引導(dǎo)部件190a 構(gòu)造為保持纜繩131(即，第一傳動子部件)的一部分與纜繩132(即，第二傳動子部件)的一部分基本平行，如圖8B所示，使得纜繩131，132之一(或二者)的遠(yuǎn)端不會在不必要的方向上拉拽該纜繩的近端。類似的是，第二引導(dǎo)部件190b可以構(gòu)造為保持纜繩133(即，第三傳動子部件)的一部分與纜繩134(即，第四傳動子部件)的一部分基本平行。引導(dǎo)部件 190a, 190b可以是適合引導(dǎo)纜繩的任何裝置。在圖8B的實施例中，引導(dǎo)部件190a，190b均包括可拆卸地固定在連接機構(gòu)150上的螺桿。為了避免磨損纜繩，引導(dǎo)部件190a，190b可以構(gòu)造為在驅(qū)動部件110運動時引導(dǎo)部件190a，190b與相關(guān)纜繩之間基本沒有相對運動。 這例如可以通過將引導(dǎo)部件190a，190b布置得遠(yuǎn)離驅(qū)動部件110來實現(xiàn)。例如，如圖8B所示，引導(dǎo)部件190a，190b可以直接布置在連接機構(gòu)150上，并位于緊鄰纜繩接合耦合部件 152的點。第二關(guān)節(jié)組件圖5A至圖5E示出根據(jù)本發(fā)明實施例的第二關(guān)節(jié)組件200。第二關(guān)節(jié)組件200布置在第一關(guān)節(jié)組件100的關(guān)節(jié)輸出(S卩，冒口組件14 上并且與第一關(guān)節(jié)組件100的關(guān)節(jié)輸出一起運動。第二關(guān)節(jié)組件200包括第一構(gòu)件201、第二構(gòu)件202和至少局部撓性的傳動裝置203。在本實施例中，第一構(gòu)件201包括驅(qū)動部件210，第二構(gòu)件202包括從動部件 220。撓性傳動裝置203與驅(qū)動部件210和從動部件220耦合，并且構(gòu)造為在驅(qū)動部件210 運動時使從動部件220隨之運動。第二關(guān)節(jié)組件200的撓性傳動裝置203類似于第一關(guān)節(jié)組件100的撓性傳動裝置103，并且包括第一和第二傳動部件，第一和第二傳動部件分別包括第一和第二纜繩組。 第一纜繩組包括第一纜繩231和第二纜繩232，第二纜繩組包括第三纜繩233和第四纜繩 234。因此，第二關(guān)節(jié)組件200包括冗余纜繩，上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100描述了冗余纜繩的優(yōu)點。例如，纜繩231，232是冗余的，因為纜繩231，232均執(zhí)行以下相同功能當(dāng)驅(qū)動部件210的傳動齒輪216旋轉(zhuǎn)以將纜繩231，232纏繞到傳動齒輪216上時，在從動部件220 上施加的沿著方向G(如圖5C所示)拉伸力。類似的是，纜繩233，234是冗余的，因為纜繩 233，234均執(zhí)行以下相同功能當(dāng)傳動齒輪216旋轉(zhuǎn)以將纜繩233，234纏繞到傳動齒輪216 上時，在從動部件220上施加沿著方向H的拉伸力。按照這種方式，第一拉伸部件(例如，纜繩231,23 構(gòu)造為在驅(qū)動部件210的第一運動時使從動部件220隨之沿著第一方向(例如，方向G)運動，第二拉伸部件(例如，纜繩233，234)構(gòu)造為在驅(qū)動部件210的第二運動時使動部件220隨之沿著第二方向(例如，方向H)運動。纜繩231，232，233，234可以為適合用于機器人系統(tǒng)的任何纜繩，但是優(yōu)選為鎢纜繩。雖然纜繩231，232，233，234可以以各種方式構(gòu)造為向從動部件220傳遞運動，但是在在本實施例中，纜繩231，232，233，234均具有與驅(qū)動部件210(即，第一構(gòu)件201)連接的近端和與從動部件220(即，第二構(gòu)件202)連接的遠(yuǎn)端。根據(jù)實施例，第二關(guān)節(jié)組件200的從動部件220與第一關(guān)節(jié)組件100的關(guān)節(jié)輸出耦合，驅(qū)動部件210經(jīng)由纜繩231，232，233，234驅(qū)動從動部件220旋轉(zhuǎn)。例如，如圖5A所示，支架240剛性地連接在冒口組件142上，并且包括支撐主軸Ml的軸承。主軸241為第二關(guān)節(jié)組件200的關(guān)節(jié)輸出并且與從動部件220耦合(或形成整體)。例如，從動部件220 利用機械緊固件(例如，螺釘)剛性連接在主軸241上并且還被固定住，從而提供了減小機械緊固件變松風(fēng)險的第二連接形式。從動部件220構(gòu)造為以鐘擺式運動圍繞軸線I-I旋轉(zhuǎn)， 從而導(dǎo)致主軸241旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動部件210包括驅(qū)動電動機212，其向從動部件220提供原動力。驅(qū)動電動機 212可以為適合驅(qū)動從動部件220的任何電動機。優(yōu)選的是，第二關(guān)節(jié)組件200的驅(qū)動電動機212在所有方面都與第一關(guān)節(jié)組件100的驅(qū)動電動機112類似，包括傳動齒輪、電動機編碼器和電動機制動器，上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100描述了它們的優(yōu)點。如圖5A所示，驅(qū)動電動機212安裝在冒口組件142和/或支架240之一上。纜繩231，232，233，234均具有以上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100的傳動齒輪116描述的相同方式連接并纏繞在傳動齒輪216周圍的近端。如圖5C和圖5E最佳示出，第一和第二纜繩組沿著相反方向從傳動齒輪216伸出，順著從動部件220的下側(cè)延伸，然后在到達(dá)包括兩個耦合部件252的連接機構(gòu)之前向上彎曲并繞在從動部件220周圍。第一拉伸部件(例如，纜繩231,23 與一個耦合部件252 耦合，第二拉伸部件(例如，纜繩233，234)與另一個耦合部件252耦合。當(dāng)驅(qū)動電動機212 啟動時，傳動齒輪216旋轉(zhuǎn)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向，使第一纜繩組纏繞在傳動齒輪216上(或者從傳動齒輪216上展開)并且使第二纜繩組逆向地從傳動齒輪216上展開(或者纏繞在傳動齒輪216上)。因為纜繩231，232，233，234的遠(yuǎn)端連接在從動部件220上，所以纜繩231， 232，233，234的纏繞和展開在從動部件220上施加力和/或扭矩并使從動部件220 (因而使主軸Ml)旋轉(zhuǎn)，從而提供如圖2所示的第二旋轉(zhuǎn)自由度J2。按照這種方式，第一和第二傳動部件構(gòu)造為在驅(qū)動部件210運動時使從動部件220(即，第二構(gòu)件20 隨之運動。為了限制從動部件220的旋轉(zhuǎn)，端部止動組件242布置在支架240上，并且相應(yīng)的止動部件244布置在從動部件220上。當(dāng)從動部件220的旋轉(zhuǎn)使止動部件244與其相應(yīng)的端部止動組件242接觸時，抑制了從動部件220的旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選的是，端部止動組件242包括振動吸收特征(例如，振動吸收件、橡膠底架等)，并且可以調(diào)節(jié)長度方向和角度分析，使得端部止動組件242能夠相對于從動部件220以所需排列方式排列并且被調(diào)節(jié)。為了使主軸241能夠低摩擦地旋轉(zhuǎn)，將主軸支撐在支架240上的軸承243優(yōu)選是雙球軸承對(如圖10所示)。雙球軸承對設(shè)計成當(dāng)雙球軸承對的內(nèi)座圈以預(yù)載力軸向壓在一起時，消除了軸承M3的軸向和徑向間隙。在圖10的實施例中，各個雙球軸承對的內(nèi)座圈均利用加工成主軸Ml的肩部安裝在主軸Ml的精密研磨的外徑上，以將雙球軸承對軸向設(shè)置在主軸241上。主軸241外端的螺紋與軸承預(yù)載螺母245配合，在雙球軸承對的內(nèi)座圈被推壓在一起之前旋擰螺母M5，從而在預(yù)載軸承243以消除間隙的同時保持主軸241 的低旋轉(zhuǎn)摩擦。優(yōu)選的是，關(guān)節(jié)輸出(在該情況下為主軸Ml)包括關(guān)節(jié)編碼器，其用于測量關(guān)節(jié)輸出的角度旋轉(zhuǎn)。可以使用任何適當(dāng)?shù)木幋a器系統(tǒng)。在一個實施例中，關(guān)節(jié)編碼器包括編碼刻度尺沈0，其與主軸241 —起旋轉(zhuǎn)；以及編碼讀取頭沈2，其讀取編碼刻度尺沈0。如圖 5D所示，編碼刻度尺沈0剛性連接在主軸Ml的端部(例如，使用機械緊固件、粘合劑和/ 或其他方式等)，編碼讀取頭262通過架子固定安裝在支架240上，使得與編碼刻度尺 260具有相同的視線。架子261構(gòu)造為相對于編碼刻度尺260對編碼讀取頭262準(zhǔn)確定位。 當(dāng)主軸241旋轉(zhuǎn)時，編碼讀取頭262讀取編碼刻度尺260上的標(biāo)記以確定主軸Ml的角度位置。如上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件110的關(guān)節(jié)編碼器所描述，有關(guān)的編碼器系統(tǒng)還可以包括編碼指針標(biāo)記。優(yōu)選的是，保護蓋263(如圖5B所示)至少局部包住關(guān)節(jié)編碼器。有利的是，關(guān)節(jié)編碼器能夠測量關(guān)節(jié)輸出的旋轉(zhuǎn)輸出。如上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100所描述，旋轉(zhuǎn)輸出可以與來自驅(qū)動電動機212的旋轉(zhuǎn)輸入(由電動機編碼器測量)進(jìn)行比較，以確定是否已經(jīng)損害了撓性傳動裝置的整體性。如圖5C和圖5E所示，第二關(guān)節(jié)組件200的第一和第二纜繩組沿著相反從傳動齒輪216伸出，并且連接在從動部件220的連接機構(gòu)上，連接機構(gòu)包括耦合部件252。耦合部件252可以與從動部件220形成整體或耦合，并且可以具有適合于將纜繩與傳動齒輪116 緊固的任何構(gòu)造。在一個實施例中，連接機構(gòu)包括第一和第二耦合部件(即，兩個耦合部件25 ，其中，如圖5C所示，第二耦合部件布置得遠(yuǎn)離第一耦合部件。在本實施例中，耦合部件252均包括機械加工的塊，其利用緊固件連接在從動部件220上。纜繩231，232，233， 234的遠(yuǎn)端均包括連接器，其適合與螺桿257接合，并且機械加工的塊包括通孔(用于各個纜繩)，其容納螺桿257。螺桿257被插入適當(dāng)?shù)耐?，并且利用張緊螺母258和鎖定螺母 259以上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100的連接機構(gòu)150所述的相同方式固定在機械加工的塊中。在示例性實施例中，連接機構(gòu)(即，耦合部件252)還用作用于改變施加在各個纜繩上的拉伸力的調(diào)節(jié)部件。例如，以上面結(jié)合連接機構(gòu)150所述的相同方式，通過擰緊相關(guān)張緊螺母258而向纜繩施加拉伸力，直到纜繩拉伸力達(dá)到所需值。因此，連接機構(gòu)是布置在從動部件220(即，第二構(gòu)件202)上的拉伸機構(gòu)，構(gòu)造為向第一傳動部件(例如，纜繩231， 232)和第二傳動部件(例如，纜繩233，234)施加拉伸力，并且被調(diào)節(jié)以改變拉伸力。因為拉伸機構(gòu)位于從動部件220上并因此與從動部件220 —起運動，所以拉伸機構(gòu)被稱為“浮動”拉伸件。相反，常規(guī)纜繩拉伸件通常固定在靜態(tài)部件上。使用浮動拉伸件的一個優(yōu)點是設(shè)計更緊湊。另外，浮動拉伸件能夠使用更短的纜繩，從而可以使驅(qū)動機構(gòu)更加剛性。第三關(guān)節(jié)組件圖5A至圖5E示出根據(jù)本發(fā)明實施例的第三關(guān)節(jié)組件300。第三關(guān)節(jié)組件300布置在第二關(guān)節(jié)組件200的關(guān)節(jié)輸出(即，主軸Ml)上并且與第二關(guān)節(jié)組件200的關(guān)節(jié)輸出一起運動。第三關(guān)節(jié)組件300包括第一構(gòu)件301、第二構(gòu)件302和至少局部撓性的傳動裝置303。在本實施例中，第一構(gòu)件301包括驅(qū)動部件310，第二構(gòu)件302包括從動部件320。 撓性傳動裝置303與驅(qū)動部件310和從動部件320耦合，并且構(gòu)造為在驅(qū)動部件310運動時使從動部件320隨之運動。第三關(guān)節(jié)組件300的撓性傳動裝置303類似于第一關(guān)節(jié)組件100的撓性傳動裝置103，并且包括第一和第二傳動部件，第一和第二傳動部件分別包括第一和第二纜繩組。 第一纜繩組包括第一纜繩331和第二纜繩332，第二纜繩組包括第三纜繩333和第四纜繩 334。因此，第三關(guān)節(jié)組件300包括包括冗余纜繩，上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100描述了冗余纜繩的優(yōu)點。例如，纜繩331是冗余的，因為纜繩331，332均執(zhí)行以下相同功能當(dāng)驅(qū)動部件210的傳動齒輪316旋轉(zhuǎn)以將纜繩331，332纏繞到傳動齒輪316上時，在從動部件320 上施加沿著方向J(如圖11所示)的拉伸力。類似的是，纜繩333，334是冗余的，因為纜繩 333，334均執(zhí)行以下相同功能當(dāng)傳動齒輪316旋轉(zhuǎn)以將纜繩333，334纏繞到傳動齒輪316 上時，在從動部件320上施加沿著方向K的拉伸力。按照這種方式，第一拉伸部件(例如，纜繩331,33 構(gòu)造為在驅(qū)動部件310的第一運動時使從動部件320隨之沿著第一方向(例
16如，方向J)運動，第二拉伸部件(例如，纜繩333，334)構(gòu)造為在驅(qū)動部件310的第二運動時使動部件320沿著隨之第二方向(例如，方向K)運動。纜繩331，332，333，334可以為適合用于機器人系統(tǒng)的任何纜繩，但是優(yōu)選為鎢纜繩。雖然纜繩331，332，333，334可以以各種方式構(gòu)造為向從動部件320傳遞運動，但是在本實施例中，纜繩331，332，333，334均具有與驅(qū)動部件310連接的近端和與從動部件320連接的遠(yuǎn)端。根據(jù)實施例的，第三關(guān)節(jié)組件300的從動部件310與第二關(guān)節(jié)組件200的關(guān)節(jié)輸出(即，主軸Ml)耦合，驅(qū)動部件310經(jīng)由纜繩331，332，333，334驅(qū)動從動部件320旋轉(zhuǎn)。 例如，如圖10所示，第三關(guān)節(jié)組件300的輸出軸341與由軸承343支撐的第二關(guān)節(jié)組件200 的主軸241交叉并布置在主軸241上。輸出軸341為第三關(guān)節(jié)組件300的關(guān)節(jié)輸出并且與從動部件320耦合(或形成整體)。例如，在示例性實施例中，從動部件320為滑輪342，其滑動到輸出軸341上并通過夾環(huán)或套環(huán)緊固在輸出軸341上?；?42 (即，從動部件320) 連接在撓性傳動裝置303上。當(dāng)驅(qū)動部件310啟動撓性傳動裝置303時，撓性傳動裝置303 使滑輪342并因而使輸出軸341旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動部件310包括驅(qū)動電動機312，其向從動部件320提供原動力。驅(qū)動電動機 312可以為適合驅(qū)動從動部件320的任何電動機。優(yōu)選的是，第三關(guān)節(jié)組件300的驅(qū)動電動機312與第一關(guān)節(jié)組件100的驅(qū)動電動機112類似，包括傳動齒輪和電動機編碼器，上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100描述了它們的優(yōu)點。驅(qū)動電動機312安裝在主軸241上。纜繩331， 332，333，334均具有以上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100的傳動齒輪116描述的相同方式連接并纏繞在傳動齒輪316周圍的近端。第一和第二纜繩組沿著相反方向從傳動齒輪316伸出， 順著滑輪342外周的一部分延伸，并且到達(dá)布置在滑輪342上的連接機構(gòu)350。如圖11所示，第一和第二纜繩組與連接機構(gòu)350的相對兩側(cè)接合。當(dāng)啟動驅(qū)動電動機312時，傳動齒輪316旋轉(zhuǎn)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向，使第一纜繩組纏繞在傳動齒輪316上(或者從傳動齒輪316上展開)并且使第二纜繩組逆的向地從傳動齒輪316上展開(或者纏繞在傳動齒輪316上)。 因為纜繩遠(yuǎn)端連接在滑輪342上，所以纜繩331，332，333，334的纏繞和展開在滑輪342上施加力和/或扭矩并使滑輪342(并因而使輸出軸341)旋轉(zhuǎn)，從而提供圖2所示的第三旋轉(zhuǎn)自由度J3。為了限制滑輪342的旋轉(zhuǎn)，緩沖塊組件344布置在滑輪342上，止動部件346布置在平衡重物347上，而該平衡重物安裝在主軸341上(例如，抵消關(guān)節(jié)組件400，500,600的重量)。當(dāng)滑輪342的旋轉(zhuǎn)使緩沖塊組件344與止動部件346接觸時，抑制滑輪342 (并因而輸出軸;341)的旋轉(zhuǎn)。為了使輸出軸341能夠低摩擦地旋轉(zhuǎn)，將輸出軸341支撐在主軸241上的軸承343 優(yōu)選是上面結(jié)合第二關(guān)節(jié)組件200的主軸241描述的類似雙球軸承對。除了用墊塊348控制雙球軸承對之間的距離意外，雙球軸承對以類似的方式安裝在軸承243上，其中墊塊用于將軸承預(yù)載螺母345施加的預(yù)載力傳遞到兩個雙球軸承對。第三關(guān)節(jié)組件300與第一關(guān)節(jié)組件100的第二關(guān)節(jié)組件200之間的一個不同之處在于第三關(guān)節(jié)組件300的驅(qū)動電動機312不包括電動機制動器。而是，第三關(guān)節(jié)組件300 使用直接與關(guān)節(jié)輸出(即，輸出軸341)耦合的關(guān)節(jié)制動器385。關(guān)節(jié)制動器385可以是任何適當(dāng)?shù)闹苿咏M件。在一個實施例中，關(guān)節(jié)制動器385包括定子，其連接在平衡重物347 上；以及轉(zhuǎn)子，其連接在輸出軸341上。例如，當(dāng)產(chǎn)生故障條件時，可以啟動關(guān)節(jié)制動器385來適當(dāng)抑制輸出軸341的旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選的是，關(guān)節(jié)輸出(在該情況下為輸出軸341)包括關(guān)節(jié)編碼器，其用于測量關(guān)節(jié)輸出的角度旋轉(zhuǎn)。以使用任何適當(dāng)?shù)木幋a器系統(tǒng)。在一個實施例中，關(guān)節(jié)編碼器布置在關(guān)節(jié)制動器385的后面，并且除了編碼刻度尺(未示出)連接在輸出軸341上和編碼讀取頭(未示出)連接在主軸241上以外，與第二關(guān)節(jié)組件200的關(guān)節(jié)編碼器類似。當(dāng)輸出軸 341相對于主軸241旋轉(zhuǎn)時，編碼讀取頭讀取編碼刻度尺。有利的是，關(guān)節(jié)編碼器能夠測量關(guān)節(jié)輸出的旋轉(zhuǎn)輸出。如上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100所描述，旋轉(zhuǎn)輸出可以與來自驅(qū)動電動機312的旋轉(zhuǎn)輸入(由電動機編碼器測量)進(jìn)行比較，以確定是否已經(jīng)損害了撓性傳動裝置的整體性。如上文所述，第三關(guān)節(jié)組件300的第一和第二纜繩組沿著相反從傳動齒輪316伸出，并且連接在滑輪342(即，從動部件320)的連接機構(gòu)350上。如圖11最佳示出，在連接之后，纜繩331，332 (即，第一拉伸部件)從連接機構(gòu)350的第一側(cè)伸出，纜繩333，334 (即， 第二拉伸部件)從連接機構(gòu)350的第二側(cè)伸出。連接機構(gòu)350可以與滑輪342形成整體或者(例如，利用機械緊固件)與滑輪342耦合，并且具有適合于緊固纜繩的任何構(gòu)造。在示例性實施例中，連接機構(gòu)350包括機械加工的塊，其利用一個或多個緊固件連接在滑輪342 上。在本實施例中，纜繩的遠(yuǎn)端均包括連接器，其適合與螺桿357接合，并且機械加工的塊包括通孔(用于各個纜繩)，其容納螺桿357。螺桿357被插入適當(dāng)?shù)耐祝⑶依脧埦o螺母358和鎖定螺母以上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100的連接機構(gòu)150所述的相同方式固定在機械加工的塊中。在示例性實施例中，連接機構(gòu)350還用作用于改變施加在各個纜繩上的拉伸力的調(diào)節(jié)部件。例如，以上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100的連接機構(gòu)150所述的相同方式，通過擰緊張緊螺母358而向纜繩施加拉伸力，直到纜繩拉伸力達(dá)到所需值。按照這種方式，連接機構(gòu)350構(gòu)造為與纜繩331，332，333，334接合并且可以調(diào)節(jié)以改變施加在各個纜繩331，332，333，334上的拉伸力。另外，因為連接機構(gòu)350與從動部件320 —起運動，所以連接機構(gòu)350為浮動拉伸件。連接機構(gòu)350還可以與引導(dǎo)部件結(jié)合使用，該引導(dǎo)部件構(gòu)造為以所需方式對纜繩組中的纜繩的遠(yuǎn)端定位。具體地說，引導(dǎo)部件從連接機構(gòu)350后面附近到傳動齒輪316保持纜繩的適當(dāng)前端。在一個實施例中，引導(dǎo)部件包括引導(dǎo)部件390a，390b，其與上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100描述的引導(dǎo)部件190a，190b相同并且以相同的方式工作。第四關(guān)節(jié)組件圖12示出根據(jù)本發(fā)明實施例的第二模塊B。在本實施例中，第二模塊B包括第四關(guān)節(jié)組件400。如上文所述，第四關(guān)節(jié)組件400提供了一個旋轉(zhuǎn)自由度。因此，第二模塊B 提供了機器人臂10的第四自由度。第二模塊B的輸出運動類似于人類的肘關(guān)節(jié)。因此，第二模塊B也被稱為機器人肘。圖12和圖13示出根據(jù)本發(fā)明實施例的的第四關(guān)節(jié)組件400。第四關(guān)節(jié)組件400 布置在第三關(guān)節(jié)組件300的關(guān)節(jié)輸出(即，輸出軸341)上并且與第三關(guān)節(jié)組件300的關(guān)節(jié)輸出一起運動。與關(guān)節(jié)組件100，200，300不同，第四關(guān)節(jié)組件400優(yōu)選具有兩階段傳動裝置(即，兩階段驅(qū)動減速)。在一個實施例中，傳動裝置的第一階段包括第一構(gòu)件401a(其包括驅(qū)動部件410a)、第二構(gòu)件40 (其包括從動部件420a)和至少局部撓性的傳動裝置 403a。類似的是，傳動裝置的第二階段包括第一構(gòu)件401b (其包括驅(qū)動部件410b)、第二構(gòu)件402b (其包括從動部件420b)和至少局部撓性的傳動裝置40北。為了避免混淆，在本說明書中所使用的驅(qū)動部件是用于向從動部件傳遞運動的部件，并且可以是(a)“主動”，表示能夠獨立運動(例如，驅(qū)動電動機)，或者(b) “被動”，表示由其他部件驅(qū)動(例如，由電動機驅(qū)動的滑輪)。關(guān)節(jié)組件100，200，300的驅(qū)動部件優(yōu)選是主動驅(qū)動部件。相反，第四關(guān)節(jié)組件400優(yōu)選同時包括主動驅(qū)動部件和被動驅(qū)動部件。如圖12-圖16所示，第四關(guān)節(jié)組件400結(jié)合了第一階段傳動裝置和第二階段傳動裝置。第一階段傳動裝置包括驅(qū)動部件410a，其經(jīng)由撓性傳動裝置403a驅(qū)動從動部件 420a。類似的是，第二階段傳動裝置包括驅(qū)動部件410b，其經(jīng)由撓性傳動裝置40 驅(qū)動從動部件420b。如圖13可以看出，第一和第二階段傳動裝置共用相同部件。具體地說，從動部件420a和驅(qū)動部件410b是同一部件。因為驅(qū)動部件410a向驅(qū)動部件410b傳遞運動， 所以驅(qū)動部件410b是上面定義的被動驅(qū)動部件。根據(jù)實施例，驅(qū)動部件410a是具有第一階段傳動齒輪416a的驅(qū)動電動機 412 (即，主動驅(qū)動部件)，從動部件420a是具有第二階段傳動齒輪416b的滑輪組件442。 撓性傳動裝置403a包括多根纜繩，其(經(jīng)由第一階段傳動齒輪416a)與驅(qū)動電動機412和滑輪組件442連接并向滑輪組件442傳遞來自驅(qū)動電動機412的力和/或扭矩。如圖13 可以看出，滑輪組件442也為驅(qū)動部件410b (即，被動驅(qū)動部件)。撓性傳動裝置40 包括多根纜繩，其(經(jīng)由第二階段傳動齒輪416b)與滑輪組件442和從動部件420b連接并向從動部件420b傳遞來自滑輪組件442的力和/或扭矩。從動部件420b為輸出部件422，作為第四關(guān)節(jié)組件400的關(guān)節(jié)輸出。第二階段傳動裝置還結(jié)合了惰輪424(內(nèi)置的非從動滑輪)，例如以減少第二階段傳動裝置中的未支撐纜繩的量，從而使驅(qū)動部件410b能夠設(shè)置得遠(yuǎn)離從動部件420b。第四關(guān)節(jié)組件400的第一和第二階段傳動裝置布置在近端具有連接凸緣似6的剛性框架425上，而連接凸緣426(例如，利用機械緊固件)安裝在第三關(guān)節(jié)組件300的輸出軸341上。剛性框架425支撐驅(qū)動聯(lián)動裝置機構(gòu)，并且剛性框架425具有足夠的長度以保證第四關(guān)節(jié)組件400提供給外科醫(yī)生操縱機器人臂10以接近病人解剖學(xué)的相關(guān)部分所需的適當(dāng)運動范圍和“伸展區(qū)域”。剛性框架425可以由剛性材料(例如，鋁、復(fù)合材料(例如， Kevlar 復(fù)合材料)等)制成。在剛性框架425上可以安裝結(jié)構(gòu)蓋427來提供額外的硬度，以抵抗例如在外科醫(yī)生操縱端部操縱裝置700時由外科醫(yī)生施加的力所引起的彎曲和 /或扭曲。優(yōu)選的是，結(jié)構(gòu)蓋427包括檢查孔427a，以在不必取下結(jié)構(gòu)蓋427的情況下方便檢查第一和第二傳動裝置和允許調(diào)節(jié)纜繩拉伸力和編碼器系統(tǒng)部件。在不取下結(jié)構(gòu)蓋427 的情況下檢查和調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)組件機構(gòu)的能力是特別有利的，這是因為取下并重新安裝結(jié)構(gòu)蓋 427的操作可以改變機器人臂10的整體幾何形狀，例如，改變整體平整性和關(guān)節(jié)組件的輸出(例如，關(guān)節(jié)組件的遠(yuǎn)端)相對于關(guān)節(jié)組件的輸入(例如，關(guān)節(jié)組件的近端)的位置。這種改變會不利地影響機器人臂10的精度，從而必須重新校正以恢復(fù)精度。校正是消耗時間的過程，例如涉及通過將機器人臂10設(shè)置在各種已知的相對位置上來校正機器人臂10，獲取各個位置的數(shù)據(jù)，將測量數(shù)據(jù)與已知位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以及使用最合適的處理來降低測量數(shù)據(jù)與已知位置數(shù)據(jù)之間的錯誤。因為運動學(xué)校正需要大約三十分鐘時間，所以在維修和檢查過程中需要盡一切努力不干擾關(guān)節(jié)組件的結(jié)構(gòu)部件。在結(jié)構(gòu)蓋427中使用檢查孔 427a有利地使維修和調(diào)節(jié)能夠不干擾機器人臂10的整體幾何形狀。
第四關(guān)節(jié)組件400的撓性傳動裝置403a，40 類似于第一關(guān)節(jié)組件100的撓性傳動裝置103。撓性傳動裝置403a，40 均包括拉伸部件(例如，纜繩)并且可選地包括冗余拉伸部件。在一個實施例中，撓性傳動裝置40 包括冗余拉伸部件，而撓性傳動裝置403a 是非冗余。例如，在本實施例中，撓性傳動裝置403a包括具有第一纜繩431a的第一傳動部件和具有第二纜繩43 的第二傳動部件。雖然纜繩431a，43h可以以各種方式構(gòu)造為向滑輪組件442傳遞運動，但是在本實施例中，纜繩431a，432a均具有與驅(qū)動電動機412連接的近端和與滑輪組件442上的連接機構(gòu)連接的遠(yuǎn)端。纜繩431a，43 不是冗余的，因為各個纜繩執(zhí)行不同的功能。具體地說，纜繩431a的功能是當(dāng)驅(qū)動電動機412的傳動齒輪 416a旋轉(zhuǎn)以將纜繩431a纏繞到傳動齒輪416a上時，在滑輪組件442上施加沿著方向L (如圖14A所示)的拉伸力。相反，纜繩43 的功能是當(dāng)傳動齒輪416a旋轉(zhuǎn)以將纜繩43 纏繞到傳動齒輪416a上時，在滑輪組件442上施加沿著方向M的拉伸力。按照這種方式， 撓性傳動裝置403a與驅(qū)動部件410a和從動部件420a耦合，并且構(gòu)造為在驅(qū)動部件410a 運動時使從動部件420a隨之運動。如上文所述，撓性傳動裝置403a使用了兩根在功能上非冗余的纜繩。相反，撓性傳動裝置40 包括具有第一多元拉伸部件(或傳動子部件) 的第一傳動部件和具有第二多元拉伸部件(或傳動子部件)的第二傳動部件。在本實施例中，第一傳動部件是包括第一多元拉伸部件的第一纜繩組，其包括第一纜繩431b和第二纜繩432b。類似的是，第二傳動部件是包括第二多元拉伸部件的第二纜繩組，其包括第三纜繩43 和第四纜繩434b。因此，撓性傳動裝置40 包括冗余纜繩，上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件 100描述了冗余纜繩的優(yōu)點。例如，纜繩431b，432b是冗余的，因為纜繩431b，432b均執(zhí)行以下相同功能當(dāng)滑輪組件442的傳動齒輪416b旋轉(zhuǎn)以將纜繩431b，432b纏繞到傳動齒輪 416b上時，在輸出部件422上施加沿著方向N(如圖14所示)的拉伸力。類似的是，纜繩 433b, 434b是冗余的，因為纜繩43!3b，434b均執(zhí)行以下相同功能當(dāng)滑輪組件442的傳動齒輪416b旋轉(zhuǎn)以將纜繩43!3b，434b纏繞到傳動齒輪416b上時，在輸出部件422上施加沿著方向P的拉伸力。雖然纜繩431b，432b，43北，434b可以以各種方式構(gòu)造為向輸出部件422 傳遞運動，但是在本實施例中，纜繩431b，432b，43 ，434b均具有與滑輪組件442連接的近端和與輸出部件422連接的遠(yuǎn)端。纜繩431a，432a, 431b，432b，43 , 434b可以為適合用于機器人系統(tǒng)的任何纜繩，但是優(yōu)選為鎢纜繩。使用纜繩傳動裝置的一個潛在缺點是需要對纜繩預(yù)拉伸，以消除可能引起傳動裝置反沖的松弛。預(yù)拉伸的加載量通常是纜繩斷裂長度的15% to 50%，這會導(dǎo)致向驅(qū)動聯(lián)動裝置的軸承及其支撐結(jié)構(gòu)施加大的纜繩拉伸力。例如，如圖14C所示，最簡單的纜繩排列方式是以下方式纜繩均離開驅(qū)動聯(lián)動裝置部件Q(例如，驅(qū)動部件)的一側(cè)，并且到達(dá)下一個驅(qū)動聯(lián)動裝置部件R(例如，從動部件)的同一側(cè)。纜繩合力Tr是纜繩拉伸力Tl與纜繩拉伸力T2之和，彎曲力矩Mb是纜繩合力Tr與纜繩到支撐結(jié)構(gòu)(例如，剛性框架425)的中軸線的距離Dl的乘積。如圖14D的箭頭長度所示，對于這種簡單的纜繩排列方式，纜繩合力Tr具有大的量級，這導(dǎo)致大的軸承負(fù)荷和彎曲力矩。高負(fù)荷還增加了驅(qū)動聯(lián)動裝置的摩擦力并且導(dǎo)致外科醫(yī)生疲勞，這是因為為了操縱機器人臂10，外科醫(yī)生必須施加足夠的力來克服增加的摩擦力。根據(jù)實施例，第一和第二階段傳動裝置的纜繩優(yōu)選構(gòu)造為減少驅(qū)動聯(lián)動裝置部件軸承上的負(fù)荷和剛性框架425上的彎曲力矩。減少負(fù)荷和力矩的一種方式是以減少纜繩合力Tr的方式排列纜繩。在一個實施例中，這通過以下方式實現(xiàn)將纜繩排列成“交叉”(或 “切向纏繞”)的構(gòu)造，其中纜繩在驅(qū)動聯(lián)動裝置部件之間相互重疊。換句話說，纜繩在驅(qū)動聯(lián)動裝置部件之間的各個接合點相交叉。例如，如圖14A所示，第一階段傳動裝置的纜繩排列成在纜繩431a，43 離開驅(qū)動電動機412之后但在接觸滑輪組件442之前，纜繩431a 跨過纜繩43 上方(或下方)。第二階段傳動裝置的纜繩以類似方式排列。因此，對于第一和第二階段傳動裝置二者而言，第一傳動部件與第二傳動部件至少在以下耦合點之間交叉一次，即在第一傳動部件和驅(qū)動部件410a，410b的耦合點與第一傳動部件和從動部件 420a,420b的耦合點之間交叉一次。描述交叉構(gòu)造的另一種方式(利用圖14A的第二階段傳動裝置來示出)是考慮由驅(qū)動部件410b的旋轉(zhuǎn)軸線U與從動部件420b (或者中間部件， 例如，惰輪424)的旋轉(zhuǎn)軸線V定義的平面S。旋轉(zhuǎn)軸線U，V是平行的?？梢钥闯?，第二階段傳動裝置的第一和第二傳動部件均包括與驅(qū)動部件410a接觸的部分、至少與從動部件 420b和中間部件(例如，惰輪424)之一接觸的部分以及位于之間的部分，其中位于之間的部分與平面S相交。因為纜繩431b，432b與纜繩43北，434b被定向為按照這種方式相互重疊，所以纜繩431b，432b，43!3b，434b的拉伸力部分地相互偏離，從而纜繩合力Tr小于纜繩 431b, 432b的拉伸力Tl與纜繩43北，434b的拉伸力T2之和。如圖14B所示，這導(dǎo)致比圖 14D所示纜繩合力小的纜繩合力Tr，從而有利地減小了軸承負(fù)荷和彎曲力矩。驅(qū)動部件410a向第四關(guān)節(jié)組件400提供原動力。如上文所述，驅(qū)動部件410a包括驅(qū)動電動機412，其經(jīng)由撓性傳動裝置403a向滑輪組件442傳遞旋轉(zhuǎn)運動。驅(qū)動電動機 412可以是適合驅(qū)動滑輪組件442的任何電動機。在一個實施例中，驅(qū)動電動機412與剛性框架425形成整體。該整體結(jié)構(gòu)包括定子，其直接連接在剛性框架425上；以及轉(zhuǎn)子419， 其具有電動機軸414，第一階段傳動齒輪416a從電動機軸414伸出。整體結(jié)構(gòu)有利地增加了剛性框架425的結(jié)構(gòu)長度，同時為第四關(guān)節(jié)組件400形成緊湊的設(shè)計。另外，整體結(jié)構(gòu)提高了驅(qū)動電動機冷卻，這是因為剛性框架425基本為散熱器，并且整體定子的導(dǎo)熱性大于螺栓固定在剛性框架425上的單獨定子的導(dǎo)熱性。優(yōu)選的是，驅(qū)動電動機412包括電動機編碼器，其用于測量電動機軸414的角度旋轉(zhuǎn)。電動機編碼器可以類似于上面結(jié)合關(guān)節(jié)組件100，200，300的驅(qū)動電動機描述的編碼測量系統(tǒng)。例如，如圖13所示，電動機編碼器包括編碼刻度尺(未示出)，其與電動機軸414 一起旋轉(zhuǎn)；以及編碼讀取頭46加，其讀取編碼刻度尺。因此，電動機編碼器能夠測量電動機軸414的角度旋轉(zhuǎn)，如上面結(jié)合關(guān)節(jié)組件100所述，該測量的角度旋轉(zhuǎn)可以與關(guān)節(jié)輸出的角度旋轉(zhuǎn)(例如，由關(guān)節(jié)編碼器測量)進(jìn)行比較，以計算第四關(guān)節(jié)組件400的撓性傳動裝置的整體性。另外，驅(qū)動電動機412可選地包括電動機制動器，其類似于上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件 100所述的電動機制動器111。如圖17所示，驅(qū)動電動機412的電動機軸414與轉(zhuǎn)子419連接，第一階段傳動齒輪 416a從電動機軸414伸出。第一階段傳動齒輪416a可以與電動機軸414耦合或形成整體， 并且包括用于固定纜繩431a，432a的近端的連接部件470。連接部件470可以具有適合于將纜繩與傳動齒輪416a緊固的任何構(gòu)造。例如，連接部件470可以類似于上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100的傳動齒輪116描述的連接部件170。作為選擇，在一個實施例中，纜繩431a， 432a的近端均具有鑄模在上面的連接器4 (例如，如圖34所示的不銹鋼或黃銅珠)，連接部件470構(gòu)造為在纜繩處于拉伸狀態(tài)時固定連接器4。例如，如圖17所示，連接部件470包
21括圓形(例如，半球形)槽474 (或突出部)，其尺寸適合容納連接器4 ；以及溝槽473，其大小足以容納纜繩，但不允許連接器4經(jīng)過圓形槽474到達(dá)溝槽473。當(dāng)連接器4配合在圓形槽474中，纜繩位于溝槽473中并且沿著遠(yuǎn)離連接器4的方向向纜繩施加拉伸力時，連接器4固定到圓形槽474中。只要在纜繩上保持足夠的拉伸力，就可以使連接器4保持固定。 可以通過從纜繩上釋放足夠的拉伸力來使纜繩與連接部件170分離。
優(yōu)選的是，在傳動齒輪416a的每個端部均布置一個連接部件470。纜繩431a接合位于傳動齒輪416a的遠(yuǎn)端的連接部件470，纜繩43 接合位于傳動齒輪416a的近端的連接部件470。對于各個連接部件470，纜繩的離開連接部件470的部分接合引導(dǎo)件480。在本實施例中除了引導(dǎo)件480構(gòu)造為與冗余纜繩相對的一根纜繩一起使用以外，引導(dǎo)件480 可以類似于上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100描述的引導(dǎo)件180。例如，除了雙螺旋排列方式以外，引導(dǎo)件480是沿著第一階段傳動齒輪416a的長度延伸的單螺線(例如，螺旋狀)槽(或 “單螺旋”排列方式)。引導(dǎo)件480容納纜繩431a，432a，纜繩431a，43 沿著相反方向纏繞在第一階段傳動齒輪416a周圍，最終離開第一階段傳動齒輪416a，并且在到達(dá)布置在滑輪組件442上的連接機構(gòu)之前沿著相反方向纏繞在滑輪組件442周圍。連接機構(gòu)可以與滑輪組件442形成整體或耦合，并且可以具有適合于緊固纜繩 431a，43 的任何構(gòu)造。例如，連接機構(gòu)可以類似于上面結(jié)合關(guān)節(jié)組件100，200，300所述的一個或多個連接機構(gòu)。在圖18的實施例中，連接機構(gòu)包括第一耦合部件45 ;以及布置得遠(yuǎn)離第一耦合部件45 的第二耦合部件452b。在本實施例中，耦合部件45 ，452b均布置在滑輪組件442的圓周周長44 之內(nèi)，并且包括利用機械緊固件連接在滑輪組件442上的底部453?；喗M件442包括孔44 ，纜繩431a，43 通過孔到達(dá)耦合部件45h，452b。 耦合部件45h，452b均包括耦合部件454，其構(gòu)造為容納纜繩的遠(yuǎn)端；以及狹槽455，其構(gòu)造為容納耦合部件454。耦合部件妨4和狹槽455優(yōu)選類似于上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100 所述的耦合部件152和狹槽156a，156b，包括螺桿457、張緊螺母458和鎖定螺母459的結(jié)合，這些部件用作改變施加在纜繩上的拉伸力的調(diào)節(jié)部件?；喗M件442在啟動驅(qū)動電動機412時旋轉(zhuǎn)，從而使第一階段傳動齒輪416a旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)谝浑A段傳動齒輪416a旋轉(zhuǎn)時，根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向，使纜繩431a纏繞在傳動齒輪416a 上(或者從傳動齒輪416a上展開)，并且使纜繩43 逆向地從傳動齒輪416a上展開(或者纏繞在傳動齒輪416a上)。因為纜繩431a，432a的遠(yuǎn)端耦合在滑輪組件442上，所以纜繩431a，432a的纏繞和展開在滑輪組件442上施加力和/或扭矩并使滑輪組件442旋轉(zhuǎn)。 如上文所述，滑輪組件442是經(jīng)由撓性傳動裝置40 向輸出部件422傳遞旋轉(zhuǎn)運動的被動驅(qū)動部件。具體地說，滑輪組件442包括與纜繩431b，432b，43北，434b的近端耦合的第二階段傳動齒輪416b。當(dāng)滑輪組件442旋轉(zhuǎn)時，根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向，使纜繩431b，432b纏繞在第二階段傳動齒輪416b周圍(或者從第二階段傳動齒輪416b上展開)，并且使纜繩43北，434b 逆向地從第二階段傳動齒輪416b上展開(或者纏繞在第二階段傳動齒輪416b周圍)。因為纜繩431b，432b，433b，434b的遠(yuǎn)端耦合在輸出部件422上，所以纜繩431b，432b，433b， 434b的纏繞和展開在輸出部件422上施加力和/或扭矩并使輸出部件422旋轉(zhuǎn)，從而提供圖2所示的第四旋轉(zhuǎn)自由度J4?；喗M件442優(yōu)選包括滑輪制動器411，其構(gòu)造為抑制第二階段傳動齒輪416b 的旋轉(zhuǎn)?；喼苿悠?11可以是任何適當(dāng)?shù)闹苿悠鹘M件，但優(yōu)選是由德國的KendrionElectromagnetic Group制造的永磁體型制動器。制動器411位于滑輪組件442內(nèi)部。例如，如圖20所示，滑輪組件442包括滑輪460，其利用套環(huán)形軸夾462剛性連接在第二階段傳動齒輪416b的軸461上。軸461經(jīng)由十字輥軸承464安裝在剛性框架425上。制動器 411包括制動轂466，其固定在滑輪460的內(nèi)部；以及制動體463，其固定在剛性框架425 上。在操作中，當(dāng)給制動器411通電時，制動轂462 (并因而滑輪460，軸夾462和第二階段傳動齒輪416b)相對于剛性框架425自由旋轉(zhuǎn)。然而，當(dāng)制動器411斷電時，制動器411抑制制動轂462，從而限制了滑輪460、軸夾462和第二階段傳動齒輪416b的旋轉(zhuǎn)。類似于上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100描述的電動機制動器111，滑輪制動器411是可以觸發(fā)的事故保障機構(gòu)，例如以響應(yīng)故障信號。另外，如上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100所述，第二階段驅(qū)動部件 (即，滑輪組件44 上的制動器與第二階段撓性傳動裝置40 中的冗余纜繩相結(jié)合，能夠使關(guān)節(jié)輸出(即，輸出部件42 不受制動。第二階段傳動齒輪41 包括連接部件，其用于固定纜繩331b，332b, 333b, 334b的近端。連接部件可以具有適合于將纜繩與傳動齒輪416b緊固的任何構(gòu)造。例如，連接部件可以類似于上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100描述的連接部件170。作為選擇，在一個實施例中， 第二階段傳動齒輪416b包括連接部件，其類似于第一階段傳動齒輪416a的連接部件470， 纜繩431b，432b，43北，434b的近端均包括鑄模在上面的連接器4 (例如，如圖34所示的不銹鋼或黃銅珠)，連接器4以上面結(jié)合第一階段傳動齒輪416a描述的相同方式固定在連接部件中。與第一階段傳動齒輪416a(其包括用于兩條纜繩的兩個連接部件470)相反，第二階段傳動齒輪416b包括四個連接部件470a，470b, 470c, 470c (如圖19A所示)，它們沿著第二階段傳動齒輪416b的長度布置以容納四根纜繩431b，432b，43北，434b。如圖19B所示， 纜繩431b，432b分別與連接部件470a，470b耦合，而纜繩43 ，434b分別與連接部件470c， 470d耦合。對于各個連接部件470a，470b, 470c, 470d,纜繩的離開連接部件的部分接合引導(dǎo)件。除了該引導(dǎo)件構(gòu)造為與相對于一根纜繩的冗余纜繩一起使用以外，該引導(dǎo)件類似于上面結(jié)合第一階段傳動齒輪416a描述的引導(dǎo)件480。例如，在本實施例中，引導(dǎo)件包括第一引導(dǎo)件480a，其容納和引導(dǎo)纜繩431b ；以及第二引導(dǎo)件480ba，其容納和引導(dǎo)纜繩434b。 弓I導(dǎo)件還包括第三弓I導(dǎo)件480c，其布置在容納和弓I導(dǎo)纜繩432b，433b的第一和第二引導(dǎo)件 480a, 480b之間。具體地說，纜繩432b容納在第三引導(dǎo)件480c的近端部分，纜繩33 容納在第三引導(dǎo)件480c的遠(yuǎn)端部分。第一、第二和第三引導(dǎo)件480a，480b，480c均包括沿著第二階段傳動齒輪416b的長度的一部分延伸的單螺線(例如，螺旋狀)槽(或“單螺旋”排列方式)。作為選擇，第二階段傳動齒輪416b可以結(jié)合有上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100的傳動齒輪116描述的雙螺旋排列。如圖14A和圖19B所示，纜繩331b，332b和纜繩333b, 334b 沿著相反方向纏繞在第二階段傳動齒輪416b周圍，離開第二階段傳動齒輪416b并繞在惰輪4M外周周圍，離開惰輪4M并被引導(dǎo)到輸出部件422的近彎曲端，然后終止于布置在輸出部件422上的連接機構(gòu)。惰輪4M是非從動滑輪，其例如用于減少第二階段傳動裝置中的未支撐纜繩的量。雖然本實施例包括一個惰輪，但是其他實施例可以包括多個惰輪或沒有惰輪?？梢岳缁趥鲃友b置構(gòu)造的細(xì)節(jié)(例如，驅(qū)動部件與從動部件之間的距離)來確定是否包括惰輪。惰輪4M可以是用于支撐拉伸部件驅(qū)動傳動裝置中的拉伸部件的現(xiàn)有技術(shù)已知的任何滑輪。有利的是，惰輪與交叉纜繩構(gòu)造的結(jié)合使用能夠使動力傳輸額外的距離，同時能夠?qū)⒗|繩拉伸力引起的驅(qū)動摩擦和結(jié)構(gòu)負(fù)荷降至最小，從而允許撓性傳動裝置設(shè)計成可以以極低的反沖向后驅(qū)動。由滑輪組件442經(jīng)過撓性傳動裝置403b驅(qū)動的輸出部件422是第四關(guān)節(jié)組件400 的關(guān)節(jié)輸出。如圖15和圖16所示，在一個實施例中，輸出部件422是板形部件并具有上面纏繞著纜繩431b，432b，43北，434b的彎曲近端。輸出部件422經(jīng)由十字輥軸承465與剛性框架425耦合。十字輥軸承465可以是能夠維持肘關(guān)節(jié)硬度同時保持低摩擦的任何適當(dāng)十字輥軸承。在優(yōu)選實施例中，十字輥軸承465由日本的IKO Nippon Thompson Co.，Ltd.制造。如圖21所示，十字輥軸承465的內(nèi)座圈46 利用機械緊固件與剛性框架425耦合，十字輥軸承465的外座圈46 利用機械緊固件與輸出部件422耦合。輸出部件422還可以提供保護蓋20和/或波紋管22的連接點，以及第五關(guān)節(jié)組件500的保護蓋20的安裝柱。對于關(guān)節(jié)組件100，200，300，第四關(guān)節(jié)組件400的關(guān)節(jié)輸出(在這種情況下為輸出部件42 優(yōu)選包括關(guān)節(jié)編碼器，其用于測量關(guān)節(jié)輸出的角度旋轉(zhuǎn)?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)?shù)木幋a器系統(tǒng)。在一個實施例中，如圖21所示，關(guān)節(jié)編碼器包括編碼刻度尺468a，其通過墊塊安裝在十字輥軸承465的內(nèi)座圈46 上；以及編碼讀取頭468b (如圖15和圖16所示)，其與輸出部件422耦合。當(dāng)輸出部件旋轉(zhuǎn)時，編碼讀取頭468b讀取編碼刻度尺468a上面的標(biāo)記以確定輸出部件422的角度位置。如上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100的關(guān)節(jié)編碼器所述， 相關(guān)的編碼器系統(tǒng)還包括編碼指針標(biāo)記。如上文所述，旋轉(zhuǎn)輸出可以與來自驅(qū)動電動機412 的旋轉(zhuǎn)輸入(由電動機編碼器測量)進(jìn)行比較，以確定是否已經(jīng)損害了撓性傳動裝置的整體性。如圖15和圖16所示，輸出部件包括第一連接機構(gòu)450a，其用于固定纜繩331b， 332b ；以及第二連接機構(gòu)450b，其用于纜繩333b，3!Mb。第一和第二連接機構(gòu)450a，450b可以與輸出部件422形成整體或耦合，并且可以具有適合緊固纜繩431b，432b，43 ，434b的任何構(gòu)造。根據(jù)實施例，第一和第二連接機構(gòu)450a，450b分別包括架子451a，451b，架子使用機械緊固件安裝在輸出部件422上。架子451a，451b均包括兩個通孔，其用于容納相應(yīng)的纜繩。在本實施例中，纜繩的遠(yuǎn)端均包括螺桿457，其被插入相應(yīng)的通孔并且使用張緊螺母458和鎖定螺母459以上面結(jié)合第二關(guān)節(jié)組件200的耦合部件252所述的相同方式固定。 在示例性實施例中，如上面結(jié)合第二關(guān)節(jié)組件200的耦合部件252所述，螺桿457、張緊螺母 458和鎖定螺母459還用作用于改變施加在各個纜繩431b，432b，43 ，434b上的拉伸力的調(diào)節(jié)部件。第五關(guān)節(jié)組件圖22A示出根據(jù)本發(fā)明實施例的第三模塊C。在本實施例中，第三模塊C包括第五關(guān)節(jié)組件500。如上文所述，第五關(guān)節(jié)組件500提供了一個旋轉(zhuǎn)自由度。因此，第三模塊C 提供了機器人臂10的第五自由度。第三模塊C的輸出運動類似于人類前臂的旋轉(zhuǎn)。圖22k-圖22D示出根據(jù)本發(fā)明實施例的的第五關(guān)節(jié)組件500。第五關(guān)節(jié)組件500 布置在第四關(guān)節(jié)組件的關(guān)節(jié)輸出(即，輸出部件42 上并且與第四關(guān)節(jié)組件400的關(guān)節(jié)輸出一起運動。第五關(guān)節(jié)組件500包括第一構(gòu)件501、第二構(gòu)件502和至少局部撓性的傳動裝置503。在本實施例中，第一構(gòu)件501包括驅(qū)動部件510，第二構(gòu)件502包括從動部件520。 撓性傳動裝置503與驅(qū)動部件510和從動部件520耦合并且構(gòu)造為在驅(qū)動部件510運動時使從動部件520隨之運動。
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根據(jù)實施例，第五關(guān)節(jié)組件500包括支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)包括由分隔件542分開的前板和后板討0，541以及橫板討3。如圖4所示，這種支撐結(jié)構(gòu)支撐驅(qū)動部件510和從動部件520，并且提供用于(例如，使用機械緊固件)將第五關(guān)節(jié)組件500連接在第四關(guān)節(jié)組件400的輸出部件422上的連接點。前板和后板M0，541還支撐架子M5，該支架為保護蓋20提供安裝位置。在本實施例中，驅(qū)動部件510是驅(qū)動電動機512 (即，主動驅(qū)動部件)， 從動部件520是布置在輸出軸5 上的輸出滑輪522，該輸出軸5 支撐在角接觸軸承523 上。使用軸承預(yù)載螺母521對軸承523軸向預(yù)載，以消除會導(dǎo)致端部操縱裝置700定位錯誤的軸向和徑向間隙。撓性傳動裝置503包括多根纜繩，其與驅(qū)動電動機512和輸出滑輪 522連接并向輸出滑輪522傳遞來自驅(qū)動電動機512的力和/或扭矩。輸出滑輪522為第五關(guān)節(jié)組件500的關(guān)節(jié)輸出。為了限制輸出滑輪522的旋轉(zhuǎn)，硬制動件525布置在前板540 上，并且相應(yīng)的硬制動緩沖件(未示出)布置在輸出滑輪522上。當(dāng)輸出滑輪522的旋轉(zhuǎn)使硬制動緩沖件接觸硬制動件525時，抑制輸出滑輪522旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動部件510向第五關(guān)節(jié)組件500提供。如上文所述，驅(qū)動部件510包括驅(qū)動電動機512，其經(jīng)由撓性傳動裝置503向輸出滑輪522傳遞旋轉(zhuǎn)運動。驅(qū)動電動機512可以是適合驅(qū)動輸出滑輪522的任何電動機。如圖23所示，驅(qū)動電動機512包括殼體517，其容納轉(zhuǎn)動電動機軸514的轉(zhuǎn)子519和定子518。如關(guān)節(jié)組件100，200，300，400，驅(qū)動電動機 512包括電動機編碼器，其能夠測量電動機軸514的角度旋轉(zhuǎn)。在本實施例中，電動機編碼器包括編碼刻度尺560，其與電動機軸514 —起旋轉(zhuǎn)；以及安裝在殼體517上的編碼讀取頭562，其讀取編碼刻度尺560。類似的是，關(guān)節(jié)輸出(在這種情況下為輸出滑輪52 包括關(guān)節(jié)編碼器，其用于測量關(guān)節(jié)輸出的角度旋轉(zhuǎn)。在一個實施例中，關(guān)節(jié)編碼器包括編碼刻度尺563 (如圖22B所示)，其通過鎖定螺母連接在輸出軸5M上；以及編碼讀取頭564 (如圖22A所示)，其通過架子連接在后板541上。當(dāng)輸出軸524(并因而輸出滑輪52 相對于后板541旋轉(zhuǎn)時，編碼讀取頭564讀取編碼刻度尺563。結(jié)果，驅(qū)動電動機512提供的角度旋轉(zhuǎn)輸入(由電動機編碼器測量)可以與關(guān)節(jié)輸出的角度旋轉(zhuǎn)輸出(由關(guān)節(jié)編碼器測量) 進(jìn)行比較，以確定是否已經(jīng)損害了第五關(guān)節(jié)組件500的撓性傳動裝置的整體性。第五關(guān)節(jié)組件500與第三關(guān)節(jié)組件300類似之處在于驅(qū)動電動機512不包括電動機制動器。而是，第五關(guān)節(jié)組件500使用直接與關(guān)節(jié)輸出(S卩，輸出滑輪52 耦合的關(guān)節(jié)制動器511。關(guān)節(jié)制動器511可以是任何適當(dāng)?shù)闹苿咏M件。在一個實施例中，關(guān)節(jié)制動器511 經(jīng)由輸出軸524與輸出滑輪522耦合。例如，關(guān)節(jié)制動器511包括轉(zhuǎn)子，其利用制動器軸夾剛性連接在輸出軸5M上。例如，當(dāng)產(chǎn)生故障條件時或者在發(fā)生電源損耗的情況下，可以啟動關(guān)節(jié)制動器511來適當(dāng)抑制輸出軸524(并因而輸出滑輪52 的旋轉(zhuǎn)。第五關(guān)節(jié)組件 500中包括關(guān)節(jié)制動器511意味著在撓性傳動裝置503中可以使用非冗余纜繩而不會損害機器人臂10的安全性。如圖23所示，驅(qū)動電動機軸514包括傳動齒輪516，其與撓性傳動裝置503耦合。 根據(jù)實施例，第五關(guān)節(jié)組件500的撓性傳動裝置503類似于第四關(guān)節(jié)組件400的第一階段傳動裝置的撓性傳動裝置403a并且包括多個拉伸部件。雖然撓性傳動裝置503可選地包括冗余拉伸部件，但是如上文所述，在本實施例中，關(guān)節(jié)制動器511的加入使非冗余拉伸部件能夠使用。在本實施例中，撓性傳動裝置503是非冗余的病情包括第一傳動部件，其具有第一纜繩531 (即，第一拉伸部件)；以及第二傳動部件，其具有第二纜繩532 (即，第二拉伸部件)。雖然纜繩531，532可以以各種方式構(gòu)造為向輸出滑輪522傳遞運動，但是在本實施例中，纜繩531，532均具有與驅(qū)動電動機512(即，在傳動齒輪516處)連接的近端和與輸出滑輪522連接的遠(yuǎn)端。纜繩531，532不是冗余的，因為各個纜繩531，532執(zhí)行不同的功能。具體地說，纜繩531的功能是當(dāng)傳動齒輪516旋轉(zhuǎn)以將纜繩531纏繞到傳動齒輪 516上時，在輸出滑輪522上施加沿著方向W(如圖22C所示)的拉伸力。相反，纜繩532的功能是當(dāng)傳動齒輪516旋轉(zhuǎn)以將纜繩532纏繞到傳動齒輪516上時，在輸出滑輪522上施加沿著方向X的拉伸力。因此，撓性傳動裝置503使用了兩根在功能上非冗余的纜繩。纜繩531，532為適合用于機器人系統(tǒng)的任何纜繩，但是優(yōu)選為鎢纜繩。如圖M所示，傳動齒輪516包括連接部件570，其用于固定纜繩531，532的近端。 連接部件570可以具有適合于將纜繩與516緊固的任何構(gòu)造。例如，連接部件570可以類似于本文所述的任何連接部件，例如，結(jié)合關(guān)節(jié)組件100，400描述的連接部件。在一個實施例中，纜繩531，532的近端均具有鑄模在上面的連接器4 (例如，如圖34所示的不銹鋼或黃銅珠)，連接部件570構(gòu)造為在纜繩處于拉伸狀態(tài)時以上面結(jié)合第四關(guān)節(jié)組件400的連接部件描述的相同方式固定連接器4。傳動齒輪516包括兩個連接部件570 ( 一個用于纜繩 531，一個用于纜繩532)，其布置在傳動齒輪516的相反的兩端。如圖22C所示，纜繩531， 532均具有近端，其以上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100的傳動齒輪116所述的相同方式連接并纏繞在傳動齒輪516周圍。第一和第二纜繩531，532沿著相反方向離開(或伸出)傳動齒輪516。雖然兩根纜繩531，532均可以從傳動齒輪516直接到達(dá)從動部件520(例如，如上面結(jié)合第四關(guān)節(jié)組件400的傳動齒輪416a所述)，但是在本實施例中，纜繩531離開傳動齒輪516并環(huán)繞在位于傳動齒輪516上方的調(diào)節(jié)部件570 (例如，拉伸組件)周圍，然后向下行進(jìn)經(jīng)過傳動齒輪516并纏繞在輸出滑輪522的圓周周長上，最后終止于輸出滑輪522上的連接機構(gòu)550。因此，如圖22C最佳示出，撓性傳動裝置503包括第一拉伸部件(S卩，纜繩 531)，其具有與驅(qū)動部件510(即，傳動齒輪516)耦合的第一(或近端)部分531a、與從動部件520耦合的第二(或遠(yuǎn)端)部分531b以及位于第一部分531a與第二部分531b之間的中間部分531c，其中調(diào)節(jié)部件570與中間部分531c接合。相反，調(diào)節(jié)部件570不與第二拉伸部件(即，纜繩53 接合。而是，纜繩532包括與驅(qū)動部件510耦合的部分和與從動部件520耦合的部分。纜繩532離開傳動齒輪516，向下行進(jìn)并纏繞在輸出滑輪522的外圍，然后終止于輸出滑輪522的連接機構(gòu)550。纜繩531，532從相反的兩側(cè)與連接機構(gòu)550 接合。當(dāng)驅(qū)動電動機512啟動時，傳動齒輪516旋轉(zhuǎn)，從而根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向使纜繩531纏繞在傳動齒輪516周圍(或者從傳動齒輪516上展開)，并且使纜繩532逆向地從傳動齒輪516 上展開(或者纏繞在傳動齒輪516周圍)。因為纜繩531，532的遠(yuǎn)端均與輸出滑輪522連接，所以纜繩531，532的纏繞和展開在輸出滑輪522上施加力和/或扭矩并使輸出滑輪522 旋轉(zhuǎn)，從而提供圖2所示的第五旋轉(zhuǎn)自由度J5。驅(qū)動部件510布置在從動部件510與調(diào)節(jié)部件570之間。調(diào)節(jié)部件570構(gòu)造為可以被調(diào)節(jié)以改變施加在至少一根纜繩531，532上的拉伸力。與常規(guī)纜繩不同，調(diào)節(jié)部件570 不與將被拉伸的纜繩的端部耦合。而是，調(diào)節(jié)部件70構(gòu)造為與纜繩的中間部分531c接合， 該中間部分是纜繩的位于近端與遠(yuǎn)端之間的部分。雖然調(diào)節(jié)部件570可以設(shè)計為與纜繩 531、與纜繩532或者在優(yōu)選實施例中與纜繩531，532 二者接合，但是調(diào)節(jié)部件570僅與纜繩531接合。在操作中，調(diào)節(jié)部件570朝或遠(yuǎn)離傳動齒輪516的運動改變了施加在中間部
26分531c上(并因此施加在整個纜繩531上)的拉伸力。因為(1)纜繩531，532均與傳動齒輪516和輸出滑輪522耦合，以及( 輸出滑輪522能夠旋轉(zhuǎn)，所以根據(jù)平衡原理，施加在纜繩531上的拉伸力的調(diào)節(jié)自動導(dǎo)致施加在纜繩532上的拉伸力的調(diào)節(jié)。因此，撓性傳動裝置503構(gòu)造成當(dāng)調(diào)節(jié)部件570被調(diào)節(jié)以改變施加在第一拉伸部件(即，纜繩531)上的拉伸力時，可以改變施加在第二拉伸部件(即，纜繩532)上的拉伸力。結(jié)果，可以僅調(diào)節(jié)一個拉伸機構(gòu)(即，調(diào)節(jié)部件570)來同時拉伸第五關(guān)節(jié)組件500的兩根分開的纜繩531， 532，相反，常規(guī)纜繩拉伸裝置可能需要調(diào)節(jié)兩個分開的拉伸機構(gòu)來調(diào)節(jié)兩根分開纜繩的拉伸力。替換實施例包括將兩根纜繩531，532與調(diào)節(jié)部件570接合，或者包括獨立的調(diào)節(jié)部件各個纜繩531，532。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識，調(diào)節(jié)部件570可以具有以下任何構(gòu)造(a)能夠接合至少一根纜繩531，532的中間部分，以及(b)可以調(diào)節(jié)來改變施加在上面的拉伸力?？梢曰诟鞣N因素(例如，關(guān)節(jié)組件的尺寸和可用于調(diào)節(jié)部件570行進(jìn)的空間)來確定調(diào)節(jié)部件570 的構(gòu)造。根據(jù)一個實施例，如圖22B和圖沈所示，an調(diào)節(jié)部件570a包括支撐架571a，其與前板540耦合；以及軛57加，其通過拉伸調(diào)節(jié)螺桿573a與支撐架571a耦合。拉伸調(diào)節(jié)螺桿573a通過張緊螺母558和鎖定螺母559保持在適當(dāng)位置。軛57 還通過緊固件57 直接與前板540耦合，該緊固件與軛571a中的相應(yīng)細(xì)長狹槽57 接合。調(diào)節(jié)部件570a的一部分包括拉伸滑輪576a，其通過軸承支撐在軛571a上。在安裝之后的構(gòu)造中，纜繩531離開傳動齒輪516并且環(huán)繞在拉伸滑輪576a周圍，然后向下行進(jìn)經(jīng)過傳動齒輪516并且在固定于輸出滑輪522上的連接機構(gòu)550之前纏繞在輸出滑輪522的外周周圍。纜繩531的環(huán)繞在拉伸滑輪576a上的部分是中間部分531c。為了拉伸纜繩531，松開緊固件57 ，從而能夠使軛571a(并因而使拉伸滑輪576a)相對于前板540沿著直線路徑移動。然后，擰緊張緊螺母陽8，從而向上拉拽拉伸調(diào)節(jié)螺桿573a。軛571a與拉伸調(diào)節(jié)螺桿573a耦合，因而當(dāng)沿著方向Y向上拉拽拉伸調(diào)節(jié)螺桿573a時軛571a向上行進(jìn)。拉伸滑輪576a與軛571a 一起向上運動，因而增加了施加在纜繩531上的拉伸力。為了減小拉伸力，松開張緊螺母 558，從而使軛571a和拉伸滑輪576a沿著方向Z向下移動。按照這種方式，調(diào)節(jié)部件570a 構(gòu)造為當(dāng)調(diào)節(jié)部件570a沿著第一方向(S卩，方向Y)運動時，施加在第一拉伸部件(即，纜繩531)上的拉伸力增加；當(dāng)調(diào)節(jié)部件570a沿著第二方向(S卩，方向Z)運動時，施加在第一拉伸部件上的拉伸力減小。在本實施例中，第一和第二方向沿著直線(或者預(yù)定軸線A-A)。 當(dāng)纜繩531被拉伸到所需值時，擰緊鎖定螺母559以防止張緊螺母558松開(例如，由于振動)。緊固件57 也被擰緊以相對于前板540抑制軛571a。如上文所述，以這種方式擰緊纜繩531同樣有利地導(dǎo)致纜繩532擰緊。根據(jù)另一個實施例，如圖27A和圖27B所示，調(diào)節(jié)部件570b構(gòu)造為沿著非直線路徑(例如，弓形路徑)行進(jìn)以拉伸纜繩。例如，在關(guān)節(jié)組件沒有足夠的空間使調(diào)節(jié)部件直線行進(jìn)的情況下，非直線路徑是可取的。在本實施例中，除了調(diào)節(jié)部件570b構(gòu)造為圍繞樞轉(zhuǎn)線B-B(或者預(yù)定的軸線)旋轉(zhuǎn)從而使拉伸件滑輪576b沿著弧線移動以外，調(diào)節(jié)部件570b 類似于調(diào)節(jié)部件570a。例如，調(diào)節(jié)部件570b包括軛572b，其利用第一緊固件574b和第二緊固件57 與前板540耦合，其中第一緊固件574b限定了樞轉(zhuǎn)線B-B，而第二緊固件57 與軛572b中的細(xì)長狹槽57 接合。當(dāng)緊固件574b，574c擰緊時，相對于前板540抑制軛 572b。當(dāng)松開緊固件574b，574c時，允許軛572b圍繞樞轉(zhuǎn)線B-B旋轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)部件570b還包括支撐架571b，其支撐拉伸調(diào)節(jié)螺桿57北。拉伸調(diào)節(jié)螺桿57 與螺紋銷577b耦合，該螺紋銷可樞軸轉(zhuǎn)動地與軛572b耦合。軛572b還包括軸承，其支撐拉伸滑輪576b。在安裝之后的構(gòu)造(與安裝之后的調(diào)節(jié)部件570a的構(gòu)造相同)中，纜繩531離開傳動齒輪516并且環(huán)繞在拉伸滑輪576b周圍，然后向下行進(jìn)經(jīng)過傳動齒輪516并且在固定到輸出滑輪522 上的連接機構(gòu)550之前圍繞在輸出滑輪522的外周周圍。為了拉伸纜繩531，松開緊固件 574b，574c并且調(diào)節(jié)拉伸調(diào)節(jié)螺桿57 (例如，使用與拉伸調(diào)節(jié)螺桿57 中的凹口 578b接合的六角扳手)，從而使軛572b圍繞樞轉(zhuǎn)線B-B樞軸轉(zhuǎn)動。例如，轉(zhuǎn)動拉伸調(diào)節(jié)螺桿57 以使軛572b圍繞樞轉(zhuǎn)線B-B沿著順時針方向樞軸轉(zhuǎn)動，這使得布置在軛572b上的拉伸滑輪576b沿著輕微弧線在第一方向DD上向上運動，從而增加了施加在纜繩531上的拉伸力。 為了減小拉伸力，轉(zhuǎn)動拉伸調(diào)節(jié)螺桿57 以使軛572b圍繞樞轉(zhuǎn)線B-B沿著逆時針方向樞軸轉(zhuǎn)動，這使得拉伸滑輪576b沿著方向EE向下運動，從而減小了施加在纜繩531上的拉伸力。在本實施例中，第一方向DD和第二方向EE沿著弧線。當(dāng)纜繩531被拉伸到所需值時， 擰緊緊固件574b，574c以相對于前板540抑制軛572b。如上文所述，以這種方式擰緊纜繩 531同樣有利地導(dǎo)致纜繩532擰緊。如圖22A-圖22C所示，輸出滑輪522包括用于固定纜繩531，532的連接機構(gòu)550。 連接機構(gòu)550可以具有適合固定纜繩531，532的任何構(gòu)造。例如，連接機構(gòu)550可以類似于本文所述的任何連接機構(gòu)。另外，在調(diào)節(jié)部件570的情況下，連接機構(gòu)550可以構(gòu)造為可調(diào)節(jié)以改變施加在各個纜繩531，532上的拉伸力。在一個實施例中，連接機構(gòu)550與輸出滑輪 522形成整體。例如，連接機構(gòu)550包括形成在輸出滑輪522的圓周周長上的狹槽551。狹槽551包括開口 552，其大小足以容納與各個纜繩531，532的遠(yuǎn)端耦合的連接器4 (例如，如圖34所示的不銹鋼或黃銅珠)。狹槽551還包括突出部553a，當(dāng)連接器4被插入開口 552 并且拉伸力沿著遠(yuǎn)離連接器4的方向施加在纜繩上時，該突出部553a用于限制其中一個纜繩531，532的連接器4。類似的是，狹槽551包括突出部55北，當(dāng)連接器4被插入開口 552 并且拉伸力沿著遠(yuǎn)離連接器4的方向施加在纜繩上時，該突出部55 用于限制其中另一個纜繩531，532的連接器4。如圖25C所示，只要在纜繩上保持足夠的拉伸力，就可以通過連接機構(gòu)550保持連接器4。可以通過從纜繩上釋放足夠的拉伸力來使纜繩與連接機構(gòu)550 分離。按照這種方式，連接機構(gòu)550構(gòu)造為將纜繩531，532可拆卸地固定在輸出滑輪522 上。第六關(guān)節(jié)組件圖28A-圖28E示出根據(jù)本發(fā)明實施例的第四模塊D。在本實施例中，第四模塊D 包括第六關(guān)節(jié)組件600。如上文所述，第六關(guān)節(jié)組件600提供了一個旋轉(zhuǎn)自由度。因此，第四模塊D提供了機器人臂10的第六自由度。第四模塊D的輸出運動類似于人類腕關(guān)節(jié)的運動。因此，第四模塊D也被稱為機器人腕。圖28A-圖^E示出根據(jù)本發(fā)明實施例的的第六關(guān)節(jié)組件600。第六關(guān)節(jié)組件600 布置在第五關(guān)節(jié)組件500(如圖4所示)的關(guān)節(jié)輸出(即，輸出滑輪52 上并且與第五關(guān)節(jié)組件500的關(guān)節(jié)輸出一起運動。與第四關(guān)節(jié)組件400 —樣，第六關(guān)節(jié)組件具有兩階段傳動裝置。在一個實施例中，傳動裝置的第一階段包括第一構(gòu)件601a(其包括驅(qū)動部件610a)、 第二構(gòu)件60 (其包括從動部件620a)和至少局部撓性的傳動裝置603a。類似的是，傳動裝置的第二階段包括第一構(gòu)件601b (其包括驅(qū)動部件610b)、第二構(gòu)件602b (其包括從動部件620b)和至少局部撓性的傳動裝置60北。與第四關(guān)節(jié)組件400 —樣，第六關(guān)節(jié)組件包括主動驅(qū)動部件和被動驅(qū)動部件。如圖28E所示，第六關(guān)節(jié)組件600結(jié)合了第一階段傳動裝置和第二階段傳動裝置。 第一階段傳動裝置包括驅(qū)動部件610a，其經(jīng)由撓性傳動裝置603a驅(qū)動從動部件620a。類似的是，第二階段傳動裝置包括驅(qū)動部件610b，其經(jīng)由撓性傳動裝置60 驅(qū)動從動部件 620b，可以看出，第一和第二階段傳動裝置共用相同部件。具體地說，從動部件620a和驅(qū)動部件610b是同一部件。因為驅(qū)動部件610a向驅(qū)動部件610b傳遞運動，所以驅(qū)動部件610b 上面定義的被動驅(qū)動部件。根據(jù)實施例，驅(qū)動部件610a是具有第一階段傳動齒輪616a的驅(qū)動電動機 612 ( S卩，主動驅(qū)動部件)，從動部件620a是具有第二階段傳動齒輪616b的中間滑輪組件 642。撓性傳動裝置603a包括多根纜繩，其與第一階段傳動齒輪616a和中間滑輪組件642 連接并向中間滑輪組件642傳遞來自驅(qū)動電動機612的力和/或扭矩。如圖28A可以看出，中間滑輪組件642也為驅(qū)動部件610b (即，被動驅(qū)動部件)。撓性傳動裝置60 包括多根纜繩，其與第二階段傳動齒輪616b和從動部件620b連接并向從動部件620b傳遞來自中間滑輪組件642的力和/或扭矩。從動部件620b為輸出滑輪組件622，作為第六關(guān)節(jié)組件600的關(guān)節(jié)輸出。第二階段傳動裝置還結(jié)合了多個惰輪624(內(nèi)置的非從動滑輪)，例如以減少第二階段傳動裝置中的未支撐纜繩的量，使支撐驅(qū)動聯(lián)動裝置部件的軸承上的徑向符合降至最小，并且使支撐驅(qū)動聯(lián)動裝置部件的剛性框架625上的彎曲力矩降至最小。如圖28B所示，第二階段傳動裝置的纜繩以繞在惰輪擬4周圍的蜿蜒方式行進(jìn)。第一階段傳動裝置的驅(qū)動減速是中間滑輪組件642的直徑與第一階段傳動齒輪616a的直徑之比。所述驅(qū)動減速使中間滑輪組件642的旋轉(zhuǎn)角度比第一階段傳動齒輪616a的旋轉(zhuǎn)角度小了驅(qū)動減速值的倒數(shù)，還使在驅(qū)動電動機612與中間滑輪組件642之間傳遞的扭矩大了驅(qū)動減速之比。類似的是，第二階段傳動裝置的驅(qū)動減速是輸出滑輪組件622的直徑與第二階段傳動齒輪616b的直徑之比。第六關(guān)節(jié)組件600的總驅(qū)動減速為第一階段傳動裝置的驅(qū)動減速與第二階段傳動裝置的驅(qū)動減速的乘積。第六關(guān)節(jié)組件600的第一和第二階段傳動裝置布置在近端具有連接凸緣擬6的剛性框架625上，而連接凸緣626(例如，利用機械緊固件)安裝在第五關(guān)節(jié)組件500的輸出滑輪522上。剛性框架625支撐驅(qū)動部件，并且剛性框架625具有足夠的長度(例如，從連接凸緣6 到從動部件620b的旋轉(zhuǎn)中心)以保證第六關(guān)節(jié)組件600提供給外科醫(yī)生操縱機器人臂10以接近病人解剖學(xué)的相關(guān)部分所需的適當(dāng)運動范圍和“伸展區(qū)域”。剛性框架 625可以由剛性材料(例如，鋁、復(fù)合材料(例如，Kevlar ‘ 復(fù)合材料)等)制成。在剛性框架625上可以安裝結(jié)構(gòu)蓋627 (如圖3所示)來提供額外的硬度，以抵抗例如在外科醫(yī)生操縱端部操縱裝置700時由外科醫(yī)生施加的力所引起的彎曲和/或扭曲。優(yōu)選的是，結(jié)構(gòu)蓋627包括檢查孔627a以在不必取下結(jié)構(gòu)蓋627的情況下方便檢查第一和第二傳動裝置和允許調(diào)節(jié)纜繩拉伸力和編碼器系統(tǒng)部件。第六關(guān)節(jié)組件600的撓性傳動裝置603a，60 類似于第一關(guān)節(jié)組件100的撓性傳動裝置103。撓性傳動裝置603a，60 均包括拉伸部件(例如，纜繩或線)并且可選地包括冗余拉伸部件。在一個實施例中，撓性傳動裝置60 包括冗余拉伸部件，而撓性傳動裝置603a是非冗余。例如，在本實施例中，撓性傳動裝置603a包括具有第一纜繩631a的第一傳動部件和具有第二纜繩63 的第二傳動部件。雖然纜繩631a，63 可以以各種方式構(gòu)造為向中間滑輪組件642傳遞運動，但是在本實施例中，纜繩631a，632a均具有與驅(qū)動電動機612(即，在傳動齒輪616a處)連接的近端和與中間滑輪組件642連接的遠(yuǎn)端。纜繩631a，63 不是冗余的，因為各個纜繩631a，63 執(zhí)行不同的功能。具體地說，纜繩631a 的功能是當(dāng)傳動齒輪616a旋轉(zhuǎn)以將纜繩631a纏繞到傳動齒輪616a上時，在中間滑輪組件642上施加沿著方向FF(如圖28D所示)的拉伸力。相反，纜繩63 的功能是當(dāng)傳動齒輪616a旋轉(zhuǎn)以將纜繩63 纏繞到傳動齒輪616a上時，在中間滑輪組件642上施加沿著方向GG的拉伸力。因此，撓性傳動裝置603a使用了兩根在功能上非冗余的纜繩。相反，撓性傳動裝置60 包括具有第一多元拉伸部件(傳動子部件)的第一傳動部件和具有第二多元拉伸部件(傳動子部件)的第二傳動部件。在本實施例中，第一傳動部件是包括第一多元拉伸部件的第一纜繩組，其包括第一纜繩631b和第二纜繩632b。類似的是，第二傳動部件是包括第二多元拉伸部件的第二纜繩組，其包括第三纜繩63 和第四纜繩634b。 因此，撓性傳動裝置60 包括包括冗余纜繩，上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100描述了冗余纜繩的優(yōu)點。例如，纜繩631b，632b是冗余的，因為纜繩631b，632b均執(zhí)行以下相同功能當(dāng)傳動齒輪616b旋轉(zhuǎn)以將纜繩631b，632b纏繞到傳動齒輪616b上時，在輸出滑輪組件622上施加沿著方向HH(如圖28B所示)的拉伸力。類似的是，纜繩63北，634b是冗余的，因為纜繩63北，634b均執(zhí)行以下相同功能當(dāng)傳動齒輪616b旋轉(zhuǎn)以將纜繩63 , 634b纏繞到傳動齒輪616b上時，在輸出滑輪組件622上施加沿著方向JJ的拉伸力。雖然纜繩631b，632b， 633b, 634b可以以各種方式構(gòu)造為向輸出滑輪組件622傳遞運動，但是在本實施例中，纜繩 631b, 632b, 633b, 634b均具有與中間滑輪組件642連接的近端和與輸出滑輪組件622連接的遠(yuǎn)端。纜繩631a，632a，631b，632b，633b，634b可以為適合用于機器人系統(tǒng)的任何纜繩， 但是優(yōu)選為鎢纜繩。如上面結(jié)合第四關(guān)節(jié)組件400所述，使用纜繩傳動裝置的一個潛在缺點是需要對纜繩預(yù)拉伸，從而導(dǎo)致向驅(qū)動聯(lián)動裝置部件軸承及其支撐結(jié)構(gòu)傳遞大的纜繩拉伸力。因此， 第一和第二階段傳動裝置的纜繩優(yōu)選構(gòu)造為通過使用上面結(jié)合第四關(guān)節(jié)組件400所述的 “交叉”(或“切向纏繞”)的構(gòu)造將這種負(fù)荷降至最小。例如，如圖28D所示，第一階段傳動裝置的纜繩排列成在纜繩離開驅(qū)動電動機612之后但在接觸中間滑輪組件642之前，纜繩 531a跨過纜繩53加。如圖28B所示，第二階段傳動裝置的纜繩531b，532b，533b, 534b以類似方式排列。驅(qū)動部件610a向第六關(guān)節(jié)組件600提供原動力。如上文所述，驅(qū)動部件610a包括驅(qū)動電動機612，其經(jīng)由撓性傳動裝置603a向中間滑輪組件642傳遞旋轉(zhuǎn)運動。驅(qū)動電動機612可以是適合驅(qū)動中間滑輪組件642的任何電動機。在一個實施例中，類似于第四關(guān)節(jié)組件400的驅(qū)動電動機412，驅(qū)動電動機612與剛性框架625形成整體。在另一個實施例中，驅(qū)動電動機612為栓接在剛性框架625上的獨立組件(如圖四所示)。驅(qū)動電動機612包括定子618和連接在電動機軸614上的轉(zhuǎn)子619。優(yōu)選的是，驅(qū)動電動機612包括電動機編碼器，其用于測量電動機軸614的角度旋轉(zhuǎn)。電動機編碼器可以類似于上面結(jié)合其他關(guān)節(jié)組件的驅(qū)動電動機描述的編碼測量系統(tǒng)。例如，電動機編碼器包括編碼刻度尺 615a,其與電動機軸614 —起旋轉(zhuǎn)；以及編碼讀取頭61 (安裝在架子上)，其讀取編碼刻度尺61fe。因此，電動機編碼器能夠測量電動機軸614的角度旋轉(zhuǎn)，如上面結(jié)合關(guān)節(jié)組件100所述，該測量的角度旋轉(zhuǎn)可以與關(guān)節(jié)輸出的角度旋轉(zhuǎn)(例如，由關(guān)節(jié)編碼器測量)進(jìn)行比較，其確定是否已經(jīng)損害了第六關(guān)節(jié)組件600的撓性傳動裝置的整體性。驅(qū)動電動機612 可選地包括如上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100所述的電動機制動器。驅(qū)動電動機612的電動機軸614與轉(zhuǎn)子619連接，第一階段傳動齒輪616a從電動機軸614伸出。第一階段傳動齒輪616a可以與電動機軸614耦合或形成整體，并且包括 連接部件670用于固定纜繩631a，632a的近端。連接部件670可以具有適合于將纜繩與傳動齒輪616a緊固的任何構(gòu)造。例如，連接部件670可以類似于本文結(jié)合其他關(guān)節(jié)組件所述的任何連接部件。在一個實施例中，纜繩631a，63h的近端均具有與其耦合的連接器4(例如，如圖34所示的不銹鋼或黃銅珠)，連接部件670構(gòu)造為在纜繩處于拉伸狀態(tài)時以上面結(jié)合第四關(guān)節(jié)組件400的連接部件所述的相同方式固定連接器4。如圖四所示，傳動齒輪616a包括雙連接部件670，其布置在第一階段傳動齒輪 616a的中點附近。如28D所示，纜繩631a，63h均具有與連接部件670的近端并且纏繞在傳動齒輪616a周圍。對于各個纜繩631a，632a，纜繩的離開連接部件670的部分分部與引導(dǎo)件680a，680b接合。引導(dǎo)件680a，680b可以類似于上面結(jié)合第四關(guān)節(jié)組件400的傳動齒輪416a所述的引導(dǎo)件(即，單螺線槽或“單螺旋”排列)。在圖四的實施例中，第一引導(dǎo)件480a沿著第一階段傳動齒輪616a的長度從連接部件670伸向傳動齒輪616a的近端，并且容納其中一根纜繩631a，632a。類似的是，第二引導(dǎo)件480b沿著第一階段傳動齒輪 616a的長度從不同的連接部件670伸向傳動齒輪616a的遠(yuǎn)端，并且容納其中另一根纜繩 631a，632a。在容納在引導(dǎo)件480a，480b中之后，纜繩631a，63 沿著相反方向纏繞在第一階段傳動齒輪616a周圍，并且最后離開第一階段傳動齒輪616a，在中止于布置在中間滑輪組件642上的連接機構(gòu)之前繞在中間滑輪組件642的外周周圍。連接機構(gòu)可以與中間滑輪組件642形成整體或耦合，并且可以具有適合于緊固纜繩631a，632a的任何構(gòu)造。例如，連接機構(gòu)可以類似于上面結(jié)合其他關(guān)節(jié)組件所述的一個或多個連接機構(gòu)。在一個實施例中，連接機構(gòu)包括上耦合部件652，其與纜繩631a耦合；以及下耦合部件(未示出)，其與纜繩63 耦合。上耦合部件652類似于第四關(guān)節(jié)組件400 的滑輪組件442上的耦合部件，包括螺桿、張緊螺母和鎖定螺母的結(jié)合，這些部件用作改變施加在纜繩631a上的拉伸力的調(diào)節(jié)部件(或浮動拉伸件)。相反，下耦合部件(未示出) 包括開槽部分，其以類似于第一階段傳動齒輪616a的連接部件的方式鎖定纜繩遠(yuǎn)端63 的連接器4 (例如，如圖34所示的不銹鋼或黃銅珠)。雖然下耦合部件不具有拉伸纜繩63 的機構(gòu)，但是因為(a)纜繩631a，63h均與第一階段傳動齒輪616a和中間滑輪組件642耦合，以及(b)中間滑輪組件642能夠旋轉(zhuǎn)，所以根據(jù)平衡原理，施加在纜繩631a上的拉伸力的調(diào)節(jié)自動導(dǎo)致施加在纜繩63 上的拉伸力的調(diào)節(jié)。結(jié)果，可以僅調(diào)節(jié)一個拉伸機構(gòu)來同時拉伸第六關(guān)節(jié)組件600兩根分開的纜繩631a，632a。當(dāng)驅(qū)動電動機612啟動時，中間滑輪組件642旋轉(zhuǎn)，從而使第一階段傳動齒輪616a 旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)谝浑A段傳動齒輪616a旋轉(zhuǎn)時，根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向，使纜繩631a纏繞在傳動齒輪616a 周圍(或者從傳動齒輪616a上展開)，并且使纜繩63 逆向地從傳動齒輪616a上展開 (或者纏繞在傳動齒輪616a周圍)。因為纜繩631a，632a的遠(yuǎn)端耦合在中間滑輪組件642 上，所以纜繩631a，632a的的纏繞和展開在中間滑輪組件642上施加力和/或扭矩并使中間滑輪組件642旋轉(zhuǎn)。如上文所述，中間滑輪組件642是經(jīng)過撓性傳動裝置60 向輸出滑
31輪組件622傳遞旋轉(zhuǎn)運動的被動驅(qū)動部件。具體地說，中間滑輪組件642包括與纜繩631b， 632b，633b，634b的近端耦合的第二階段傳動齒輪616b。當(dāng)中間滑輪組件642旋轉(zhuǎn)時，根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向，使纜繩631b，632b纏繞在第二階段傳動齒輪616b周圍(或者從第二階段傳動齒輪616b上展開)，并且使纜繩63北，634b逆向地從第二階段傳動齒輪616b上展開(或者纏繞在第二階段傳動齒輪616b周圍)。因為纜繩631b，632b，63北，634b的遠(yuǎn)端耦合在輸出滑輪組件622上，所以纜繩631b，632b，63北，634b的的纏繞和展開在輸出滑輪組件622上施加力和/或扭矩并使輸出滑輪組件622旋轉(zhuǎn)，從而提供圖2所示的第六旋轉(zhuǎn)自由度J6。中間滑輪組件642優(yōu)選包括滑輪制動器611，其構(gòu)造為抑制第二階段傳動齒輪 616b的旋轉(zhuǎn)?；喼苿悠?11可以是任何適當(dāng)?shù)闹苿悠鹘M件，但優(yōu)選是由德國的Kendrion Electromagnetic Group制造的永磁體型制動器。制動器611以上面結(jié)合第四關(guān)節(jié)組件 400(如圖20所示)的滑輪制動器411所述的相同方式位于中間滑輪組件642內(nèi)部并且以相同方式操作?；喼苿悠?11是可以觸發(fā)的事故保障機構(gòu)，例如以響應(yīng)故障信號。另外， 如上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100所述，第二階段驅(qū)動部件上的制動器與第二階段撓性傳動裝置60 中的冗余纜繩相結(jié)合，能夠使關(guān)節(jié)輸出不受制動。第二階段傳動齒輪61 包括連接部件，其用于固定纜繩631b，632b，63 ，634b的近端。連接部件可以具有適合于將纜繩與傳動齒輪616b緊固的任何構(gòu)造。例如，連接部件可以類似于本文結(jié)合其他關(guān)節(jié)組件所述的任何連接部件。在一個實施例中，連接部件類似于第一階段傳動齒輪616a的連接部件670，纜繩631b，632b，63 , 634b的近端包括連接器 4，其以上面結(jié)合第一階段傳動齒輪616a描述的相同方式固定在連接部件中。與第一階段傳動齒輪616a (其包括用于兩條纜繩的兩個連接部件670)相反，第二階段傳動齒輪616b 包括四個連接部件670a，670b，670c，670d，它們沿著第二階段傳動齒輪的長度布置以容納四根纜繩631b, 632b, 633b, 634b0如圖30所示，纜繩631b，632b分別與連接部件670a, 670b 耦合，纜繩63北，634b分別與連接部件670c，670d耦合。對于各個連接部件，纜繩的離開連接部件的部分接合引導(dǎo)件。除了該引導(dǎo)件構(gòu)造為與相對于一根纜繩的冗余纜繩一起使用以外，該引導(dǎo)件類似于上面結(jié)合第一階段傳動齒輪616a描述的引導(dǎo)件。例如，在本實施例中， 引導(dǎo)件包括第一引導(dǎo)件680c，其容納和引導(dǎo)纜繩631b ；第二引導(dǎo)件680d，其容納和引導(dǎo)纜繩632b ；第三引導(dǎo)件680e,其容納和弓丨導(dǎo)纜繩633b ；以及第四引導(dǎo)件680f，其容納和弓|導(dǎo)纜繩634b。引導(dǎo)件680c，680d，680e，680f均包括著第二階段傳動齒輪616b的長度的一部分延伸的單螺線(例如，螺旋狀)槽(或“單螺旋”排列方式)。作為選擇，第二階段傳動齒輪616b可以結(jié)合有上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100的傳動齒輪116描述的雙螺旋排列。如圖 28B所示，纜繩631b，632b和纜繩63 ,634b沿著相反方向纏繞在第二階段傳動齒輪616b 周圍，離開第二階段傳動齒輪616b，并繞在各個惰輪624的一部分的外周周圍。纜繩631b， 632b，633b，634b離開最后一個惰輪6 并且到達(dá)輸出滑輪組件622，纜繩631b，632b，633b， 634b在此處終止于布置在輸出滑輪組件622上的連接機構(gòu)。惰輪似4是布置在驅(qū)動部件 610b與從動部件620b之間的中間部件。按照這種方式，第一傳動部件(例如，纜繩631b， 632b)和第二傳動部件(例如，纜繩63北，634b)與多個中間部件(例如，惰輪424)中的每一個接觸，所述中間部件位于第一傳動部件和驅(qū)動部件610b的耦合點與第一傳動部件和從動部件620b的耦合點之間。惰輪4M是內(nèi)置的非從動滑輪，例如以減少第二階段傳動裝置中的未支撐纜繩的量。雖然本實施例包括四個惰輪424，但是其他實施例可以包括更多的惰輪，更少的惰輪或惰輪?？梢岳缁趥鲃友b置構(gòu)造的細(xì)節(jié)(例如，驅(qū)動部件與從動部件之間的距離)來確定是否包括惰輪。惰輪4M可以是用于支撐拉伸部件驅(qū)動傳動裝置中的拉伸部件的現(xiàn)有技術(shù)已知的任何滑輪。有利的是，惰輪與交叉纜繩構(gòu)造的結(jié)合使用能夠使動力傳輸額外的距離， 同時能夠?qū)⒗|繩拉伸力引起的驅(qū)動摩擦和結(jié)構(gòu)負(fù)荷降至最小，從而允許撓性傳動裝置設(shè)計成可以以極低的反沖向后驅(qū)動。輸出滑輪組件622是第二階段傳動裝置的從動部件620b并且經(jīng)由撓性傳動裝置 60 被中間滑輪組件642驅(qū)動。輸出滑輪組件622是第六關(guān)節(jié)組件600的關(guān)節(jié)輸出。在一個實施例中，從動部件620b包括第一構(gòu)件和與第一構(gòu)件耦合的第二構(gòu)件。例如，如圖31A 所示，輸出滑輪組件622包括第一滑輪690a，其布置在第二滑輪690b并與第二滑輪690b耦合。滑輪690a，690b經(jīng)由十字輥軸承665與剛性框架625耦合。十字輥軸承665的外座圈 665b利用機械緊固件與剛性框架625耦合，十字輥軸承665的內(nèi)座圈66 利用機械緊固件與輸出滑輪組件622耦合。如圖28B所示，纜繩631b，632b繞到滑輪690a上，而纜繩63 ， 634b繞到滑輪690b上。對于其他關(guān)節(jié)組件，第六關(guān)節(jié)組件600關(guān)節(jié)輸出(在這種情況下為輸出滑輪組件 622)優(yōu)選包括關(guān)節(jié)編碼器，其用于測量關(guān)節(jié)輸出的角度旋轉(zhuǎn)。可以使用任何適當(dāng)?shù)木幋a器系統(tǒng)。在一個實施例中，如圖31A和圖31D所示，關(guān)節(jié)編碼器包括編碼刻度尺661a，其通過墊塊安裝在十字輥軸承665的內(nèi)座圈66 上；以及編碼讀取頭661b，其與剛性框架625耦合。還可以使用用于編碼刻度尺661a的保護蓋668。當(dāng)輸出滑輪組件622旋轉(zhuǎn)時，編碼讀取頭661b讀取編碼刻度尺661a上的標(biāo)記，以確定輸出滑輪組件622的角度位置。如上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件110的關(guān)節(jié)編碼器所描述，有關(guān)的編碼器系統(tǒng)包括編碼指針標(biāo)記。基于來自關(guān)節(jié)編碼器的數(shù)據(jù)，旋轉(zhuǎn)輸出可以與來自驅(qū)動電動機612的旋轉(zhuǎn)輸入(由電動機編碼器測量)進(jìn)行比較，以確定是否已經(jīng)損害了撓性傳動裝置的整體性。如圖31B和圖31C所示，輸出滑輪組件622包括四個連接機構(gòu)650，以用于固定各個纜繩631b，632b，63 ，634b。連接機構(gòu)650可以與輸出滑輪組件622形成整體或耦合，且可以具有適合緊固纜繩的任何構(gòu)造。例如，連接機構(gòu)650可以類似于本文結(jié)合其他關(guān)節(jié)組件所述的一個或多個連接機構(gòu)。根據(jù)實施例，兩個連接機構(gòu)650布置在滑輪690a上，兩個連接機構(gòu)650布置在滑輪690b上。連接機構(gòu)650均設(shè)置在其所布置的相關(guān)滑輪690a，690b的圓周周長之內(nèi)，并且設(shè)置在相關(guān)滑輪690a，690b的表面下方的凹部中。如圖31A最佳示出， 第一構(gòu)件(即，滑輪690a)和第二構(gòu)件(即，滑輪690b)至少包圍連接機構(gòu)650 (例如，布置在滑輪690b上的連接機構(gòu)650)的一部分。為了使各個具有凹部的連接機構(gòu)650與相應(yīng)的纜繩相匹配，相關(guān)滑輪690a，690b包括凹部691，其構(gòu)造為容納撓性傳動裝置60 ( S卩，與連接機構(gòu)650匹配的纜繩)的一部分。連接機構(gòu)650優(yōu)選類似于第四關(guān)節(jié)組件400的滑輪組件442上的耦合部件并且以相同的方式工作。例如，連接機構(gòu)650均包括耦合部件652，相關(guān)滑輪690a，690b包括狹槽692(或凹部)，其構(gòu)造為容納耦合部件652。耦合部件652和狹槽692優(yōu)選類似于上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100的連接機構(gòu)150所述的耦合部件和狹槽， 包括螺桿657和張緊螺母658的結(jié)合，這些部件用作改變施加在纜繩上的拉伸力的調(diào)節(jié)部件(或浮動拉伸件)。因為連接機構(gòu)650均設(shè)置在其相關(guān)滑輪690a，690b的凹部中，所以輸出滑輪組件622的張緊螺母658均是細(xì)長，以能夠使使用者接近張緊螺母。例如，張緊螺母658的細(xì)長部分658a容納在溝槽693中。溝槽693構(gòu)造為使使用者能夠調(diào)節(jié)連接機構(gòu) 650，以改變施加在撓性傳動裝置60 上的拉伸力。例如，如圖31C所示，細(xì)長部分658a為使用者提供對張緊螺母進(jìn)行張緊的通道。設(shè)置螺桿659防止張緊螺母658松開(例如，由于振動)。按照這種方式，連接機構(gòu)構(gòu)造為可以在690a和滑輪690b不分離的情況下調(diào)節(jié)。如圖2和圖3所示，機器人臂10的端部操縱裝置700通過安裝凸緣705連接在第六關(guān)節(jié)組件600的關(guān)節(jié)輸出(即，輸出滑輪組件62 上，其中所述安裝凸緣705通過十字輥軸承(未示出)剛性連接在輸出滑輪組件622上。在一個實施例中，如2009年12月22日提
交的、名稱為 DEVICE THAT CAN BE ASSEMBLED BY COUPLING 的美國專利申請 No._
(代理人卷號No. 051892-0358)所述，端部操縱裝置700的安裝凸緣705和配合表面形成半運動學(xué)耦合，在此通過引用方式將其全部內(nèi)容并入本文。端部操縱裝置700可以是適合機器人臂10應(yīng)用的端部操縱裝置。在一個實施例中，端部操縱裝置是如2009年12月22日提
交的、名稱為END EFFECTOR WITHRELEASE ACTUATOR的美國專利申請No._(代理
人卷號No. 051892-0351)的端部操縱裝置，在此通過引用方式將其全部內(nèi)容并入本文。外科工具710(例如，切削磨石)與端部操縱裝置700耦合。在手術(shù)中，外科醫(yī)生握住并使端部操縱裝置700移動以對病人進(jìn)行外科手術(shù)認(rèn)為，例如，在關(guān)節(jié)置換過程中用外科工具710 切削骨骼。在外科手術(shù)過程中，機器人臂10對外科醫(yī)生提供觸覺反饋(例如，觸覺或力反饋)以在進(jìn)行外科任務(wù)時引導(dǎo)外科醫(yī)生，例如，如2006年2月21日提交的、美國專利申請 No. 11/357, 197(公開號No. US 2006/0142657)所述，在此通過引用方式將其全部內(nèi)容并入本文。三連接器纜繩如圖34所示，上面結(jié)合關(guān)節(jié)組件100，200，300,400, 500,600所述的撓性傳動裝置
的實施例使用了纜繩，其中纜繩包括纜繩LL的長度，并且第一連接器4 (例如，鑄模球、螺桿或其他連接機構(gòu))布置在纜繩LL的近端LP，第二連接器4布置在纜繩LL的遠(yuǎn)端LD。為了便于參考，具有兩個連接器的纜繩也被稱為“雙連接器”纜繩。雙連接器纜繩的近端LP通常與驅(qū)動部件連接，雙連接器纜繩的遠(yuǎn)端LD通常與從動部件連接。在非冗余構(gòu)造(例如， 第六關(guān)節(jié)組件600的第一階段)中，僅使用兩根雙連接器纜繩，即，一根在一個方向上拉從動部件，另一根在另一個方向上拉從動部件。當(dāng)需要冗余纜繩(例如，第六關(guān)節(jié)組件的第二階段)時，使用兩個纜繩組，其中纜繩組均包括冗余的兩根雙連接器纜繩。換句話說，第一和第二多元傳動子部件(即，第一和第二纜繩組)均包括至少兩根纜繩，其中纜繩均具有與驅(qū)動部件連接的第一端和與第二構(gòu)件(在本情況下為主驅(qū)動裝置)連接的第二端。一個纜繩組在一個方向上拉從動部件，另一個纜繩組在另一個方向上拉從動部件。也可以使用其他纜繩構(gòu)造。例如，如圖35所示，在替換實施例中，纜繩包括三個連接器。為了便于參考，具有三個連接器的纜繩被稱為“三連接器”纜繩。在本實施例中，三連接器纜繩包括纜繩，該纜繩具有布置在纜繩近端LD的第一連接器如、布置在纜繩遠(yuǎn)端LD 的第二連接器4b和布置在第一連接器如與第二連接器4b之間的第三連接器如。這導(dǎo)致三連接器纜繩具有布置在第一連接器如與第二連接器4b之間的第一纜繩段Ll ；以及布置在第二連接器與第三連接器之間的第二纜繩段L2。第一纜繩段Ll和第二纜繩段L2可以為連續(xù)纜繩長度的部分，或者為獨立的纜繩。使用三連接器纜繩的一個優(yōu)點在于一個三連接器纜繩可以代替兩個雙連接器纜繩。因此，可以使用一個三連接器纜繩來代替使用兩個雙連接器纜繩以形成多元傳動子部件。在一個實施例中，多元傳動子部件可以為三連接器纜繩，其包括與第一構(gòu)件(即，驅(qū)動部件)連接和與第三連接器4c連接的第一纜繩段Ll和第二纜繩段L2，其中第三連接器如與第二構(gòu)件(例如，從動部件)耦合。相反，多元傳動子部件可以為三連接器纜繩，其包括與第二構(gòu)件(例如，從動部件)耦合和與第三連接器4c耦合的第一纜繩段Ll和第二纜繩段L2，其中第三連接器如與第一構(gòu)件(即，驅(qū)動部件)耦合。例如，如圖36A所示，三連接器纜繩的第三連接器4c可以與驅(qū)動部件XX (或從動部件)接合，第一連接器如和第二連接器4b可以與從動部件YY(或驅(qū)動部件)接合。可以使用任何適當(dāng)方式實現(xiàn)接合，例如， 上面結(jié)合關(guān)節(jié)組件100，200，300，400，500，600所述的任何連接部件或連接機構(gòu)。如圖36A 所示，當(dāng)驅(qū)動部件XX旋轉(zhuǎn)以使第一纜繩段Ll纏繞在驅(qū)動部件XX周圍時，第一纜繩段Ll在方向Yl上拉從動部件YY ；當(dāng)驅(qū)動部件XX旋轉(zhuǎn)以使第二纜繩段L2纏繞在驅(qū)動部件XX周圍時，第二纜繩段L2在方向Y2上拉從動部件YY。在圖36A的實施例中，使用一個三連接器纜繩產(chǎn)生非冗余構(gòu)造?？梢酝ㄟ^添加第二個三連接器纜繩來實現(xiàn)冗余。圖36B示出替換實施例，其中三連接器纜繩的第一纜繩段Ll和第二纜繩段L2是冗余的，因為當(dāng)驅(qū)動部件XX旋轉(zhuǎn)以使第一纜繩段Ll和第二纜繩段L2圍繞在驅(qū)動部件XX 周圍時，第一纜繩段Ll和第二纜繩段L2在方向Yl上拉從動部件YY。為了在方向Y2方向上驅(qū)動從動部件YY，可以添加第二個三連接器纜繩。如上面括號部分所述，在圖36A和圖 36B的實施例中，第一連接器如和第二連接器4b可以與一個部件(例如，驅(qū)動部件或從動部件)偶合，第三連接器4c可以與另一部件(例如，相應(yīng)的從動部件或驅(qū)動部件)耦合。三連接器纜繩的另一個優(yōu)點在于在第一纜繩段Ll和第二纜繩段L2上存在等量的拉伸平衡，從而可以增加觸覺硬度和可以減小纜繩磨損。另外，可以使用一個纜繩拉伸力調(diào)節(jié)部件來拉伸整個三連接器纜繩。因此，根據(jù)平衡原理，當(dāng)使用三連接器纜繩來形成多元傳動子部件并且在其中一個傳動子部件(例如，第一纜繩段Li)上施加拉伸力時，相等的拉伸力施加在另一個傳動子部件(例如，第二纜繩段I^)上。結(jié)果，僅其中一個纜繩段L1，L2 需要被調(diào)節(jié)以拉伸整個三連接器纜繩。機架組件根據(jù)實施例，如圖1所示，機器人臂10布置在機架組件800上。如圖32所示，機架組件800包括結(jié)構(gòu)框架802 ；其機械支撐機器人臂10并且為電子儀器提供安裝區(qū)；計算機硬件；以及與機器人臂10相關(guān)和與引導(dǎo)模塊2和照相系統(tǒng)3的電源和通信電子儀器有關(guān)的其他部件。結(jié)構(gòu)框架802還提供保護蓋805的連接點。機器人臂10可以固定在機架上， 例如，通過使用機械緊固件(例如，螺釘)將第一關(guān)節(jié)組件100的基板144固定在機架組件 800上。機架組件800優(yōu)選包括手柄810和腳輪812以增強機器人臂10的靈活性，使得機器人臂10可以容易地移動，例如在完成外科手術(shù)之后搬出手術(shù)室。除了易于活動以外，機架組件800優(yōu)選構(gòu)造為以穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)保持機器人臂10，以在外科手術(shù)中將球形運動降至最小。可以使用任何適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定機構(gòu)。根據(jù)實施例，機架結(jié)合了升高組件900，其包括可動結(jié)構(gòu)，其中機架組件800支撐在腳輪812上；以及靜態(tài)結(jié)構(gòu)，其中機架組件800支撐在腿部件上。在可動結(jié)構(gòu)中，機架組件800可以輕易地從一個位置滾動到另一個位置。在靜態(tài)結(jié)構(gòu)中，機架組件800基本上是不可動的。優(yōu)選的是，機架組件800在靜態(tài)結(jié)構(gòu)中是自動調(diào)平的。例如，腿部件可以包括三個固定長度的腿部件91 和一個自動調(diào)平腿部件912b。三個固定長度的腿部件91 限定了平面，而自動調(diào)平腿部件 912b是順應(yīng)的，以適應(yīng)不均勻的地板。在一個實施例中，自動調(diào)平腿部件912b是加載彈簧的腿部件(如圖33D所示)，其在基于彈簧915的力而上下位移的意義上是順應(yīng)的并因此可以適應(yīng)不均勻的地板。結(jié)果，機架組件800有利地使自身自動穩(wěn)定，并且即使放置在不平的地板上也不會晃動。因為機架組件800使自身自動調(diào)平，所以不需要手動調(diào)平腿部件91加， 912b。這是特別有利的，因為常規(guī)的手動調(diào)平通常需要用扳手調(diào)節(jié)腿部件，這意味著進(jìn)行調(diào)節(jié)的人員必須站在手術(shù)室的地板上(這是不清潔的)并且手動升高和/或降低腿部件的支腳。這是消化時間的、有危害的操作，機架組件800每次移動到新的位置都必須重復(fù)該操作。相反，自調(diào)平特征能夠快速架起機器人臂10，并且不需要額外的工具來進(jìn)行最后調(diào)節(jié)。如圖33A所示，升高組件包括底板920和可相對于底板920運動的頂板930。腳輪812安裝在底板920上，并且機架組件800的固定長度腿部件912a、自調(diào)平腿部件912b 和結(jié)構(gòu)框架802安裝在頂板930上。在操作時，腳踏板940操作液壓泵，液壓泵啟動液壓缸 945。隨著液壓升高，液壓泵945膨脹(圖33A)，并且連桿948樞軸轉(zhuǎn)動以提升頂板930。結(jié)果，腿部件91h，912b向上移動，使得機架組件800被可動結(jié)構(gòu)的腳輪812支撐。為了轉(zhuǎn)換到靜態(tài)結(jié)構(gòu)，上升解除踏板949減壓，釋放來自液壓泵的壓力，使液壓缸945收回(圖33B)， 從而使連桿948樞軸轉(zhuǎn)動以降低頂板930。結(jié)果，腿部件91h，912b向下移動，使得機架組件800被腿部件912a，912b支撐。布置在各個腿部件912a，912b底部的壓縮彈簧944有助于提升相關(guān)腳輪812，以保證腿部件91 ,912b與地板接觸。如圖3 所示，在本實施例中， 腿部件912a，912b至少部分地布置在腳輪812內(nèi)，使得各個腿部件912a，912b通過其相應(yīng)的腳輪812伸出。這種構(gòu)造的一個優(yōu)點在于升高組件更緊湊。另一個優(yōu)點在于，在可動結(jié)構(gòu)中，腿部件912a，912b收回到腳輪812內(nèi)，從而當(dāng)機架組件800在門檻或粗糙、不均勻的地板或人行道上滾動時保護腿部件912a，912b而不會受到可能發(fā)生的損壞。在考慮本發(fā)明所公開的說明書和實際操作之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會清楚本發(fā)明的其他實施例。本發(fā)明的說明書和實例應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為僅是示例性的。
3權(quán)利要求
1.一種傳動裝置，包括驅(qū)動部件；具有連接機構(gòu)的從動部件；以及至少局部撓性的傳動裝置，其與所述驅(qū)動部件和所述從動部件的連接機構(gòu)耦合，并且構(gòu)造為在所述驅(qū)動部件運動時使所述從動部件隨之運動，其中所述連接機構(gòu)構(gòu)造為被調(diào)節(jié)以改變施加在所述撓性的傳動裝置上的拉伸力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動裝置，其中，所述撓性的傳動裝置包括多個拉伸部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳動裝置，其中，所述連接機構(gòu)構(gòu)造為被調(diào)節(jié)以獨立地改變施加在所述多個拉伸部件中的每個上的拉伸力。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳動裝置，其中，所述多個拉伸部件包括第一和第二拉伸部件，并且所述傳動裝置包括引導(dǎo)部件，其構(gòu)造為使所述第一拉伸部件的一部分與所述第二拉伸部件的一部分基本保持平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動裝置，其中，所述連接機構(gòu)包括耦合部件，所述耦合部件構(gòu)造為容納所述撓性的傳動裝置的拉伸部件的端部，并且其中所述從動部件包括構(gòu)造為容納所述耦合部件的狹槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳動裝置，其中，所述耦合部件構(gòu)造為在所述連接機構(gòu)被調(diào)節(jié)以改變施加在所述撓性的傳動裝置上的拉伸力時，抑制所述拉伸部件的旋轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳動裝置，其中，所述耦合部件構(gòu)造為在至少在第一位置和第二位置上固定所述拉伸部件的端部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動裝置，其中，所述連接機構(gòu)包括第一耦合部件和布置得遠(yuǎn)離所述第一耦合部件的第二耦合部件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳動裝置，其中，所述撓性的傳動裝置包括耦合所述第一耦合部件的第一拉伸部件和耦合所述第二耦合部件的第二拉伸部件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳動裝置，其中，所述第一拉伸部件構(gòu)造為在所述驅(qū)動部件第一運動時使所述從動部件沿著第一方向隨之運動，并且所述第二拉伸部件構(gòu)造為在所述驅(qū)動部件第二運動時使所述從動部件沿著第二方向隨之運動。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動裝置，其中，所述撓性的傳動裝置包括從所述連接機構(gòu)的第一側(cè)伸出的第一拉伸部件和從所述連接機構(gòu)的第二側(cè)伸出的第二拉伸部件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的傳動裝置，其中，所述第一拉伸部件構(gòu)造為在所述驅(qū)動部件第一運動時使所述從動部件沿著第一方向隨之運動，并且所述第二拉伸部件構(gòu)造為在所述驅(qū)動部件第二運動時使所述從動部件沿著第二方向隨之運動。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動裝置，其中，所述從動部件包括滑輪，并且所述連接機構(gòu)形成所述滑輪的圓周周長的一部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的傳動裝置，其中，所述連接機構(gòu)包括調(diào)節(jié)部件以調(diào)節(jié)所述連接機構(gòu)，從而改變施加在所述撓性的傳動裝置上的拉伸力，并且其中所述調(diào)節(jié)部件布置在所述滑輪的圓周周長至少局部之內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動裝置，其中，所述撓性的傳動裝置包括從所述連接機構(gòu)的上部沿著第一方向伸出的第一拉伸部件、和從所述連接機構(gòu)的下部沿著第二方向伸出的第二拉伸部件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的傳動裝置，其中，所述第一方向與所述第二方向偏離預(yù)定角度。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動裝置，其中，所述連接機構(gòu)設(shè)置在所述從動部件表面下方的凹部中。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動裝置，其中，所述從動部件包括構(gòu)造為至少局部含有所述連接機構(gòu)的凹部和構(gòu)造為容納所述撓性的傳動裝置的一部分的凹部中的至少一者。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動裝置，其中，所述從動部件包括構(gòu)造為使使用者能夠調(diào)節(jié)所述連接機構(gòu)，以改變施加在所述撓性的傳動裝置上的拉伸力的溝槽。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動裝置，其中，所述從動部件包括第一構(gòu)件和耦合所述第一構(gòu)件的第二構(gòu)件。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的傳動裝置，其中，所述第一和第二構(gòu)件包圍所述連接機構(gòu)， 并且其中所述連接機構(gòu)構(gòu)造為可以在所述第一和第二構(gòu)件不分離的情況下調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種傳動裝置，包括驅(qū)動部件；具有連接機構(gòu)的從動部件；以及至少局部撓性的傳動裝置，其與所述驅(qū)動部件和所述從動部件的連接機構(gòu)耦合，并且構(gòu)造為在所述驅(qū)動部件運動時使所述從動部件隨之運動。所述連接機構(gòu)構(gòu)造為被調(diào)節(jié)以改變施加在所述撓性的傳動裝置上的拉伸力。
文檔編號B25J9/10GK102292193SQ200980155117
公開日2011年12月21日 申請日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者B·施米茨, P·埃比特, R·貝內(nèi)特, 姜孝植 申請人:馬科外科公司