專利名稱：具有用于改變拉伸力的調(diào)節(jié)部件的傳動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳動(dòng)裝置，具體涉及用于機(jī)器人臂的拉伸部件驅(qū)動(dòng)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(jī)器人系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以包括各種機(jī)器人，例如自動(dòng)機(jī)器人、遙控機(jī)器人、半主動(dòng)機(jī)器人、被動(dòng)機(jī)器人以及互動(dòng)式機(jī)器人。例如，在關(guān)節(jié)置換外科中，外科醫(yī)生可以以被動(dòng)方式使用互動(dòng)的、觸覺引導(dǎo)的機(jī)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(dòng)地握住并操縱機(jī)器人臂，以便使連接在機(jī)器人臂上的切削工具(例如磨石)移動(dòng)。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(jī)器人臂就可以低摩擦、低慣性地自由移動(dòng)，使得外科醫(yī)生在失重狀態(tài)下感知機(jī)器人臂并且可以根據(jù)需要移動(dòng)機(jī)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(jī)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(dòng)出有效切削邊界。按照這種方式， 機(jī)器人臂能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、可重復(fù)的骨切削。機(jī)器人臂以上述方式作用的能力取決于機(jī)器人臂的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(也稱為驅(qū)動(dòng)聯(lián)動(dòng)裝置或驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置)。理想的是，驅(qū)動(dòng)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(dòng)性。撓性傳動(dòng)裝置(例如拉伸部件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))可以具有這些特征。然而，常規(guī)拉伸部件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)困難是對(duì)驅(qū)動(dòng)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(dòng)保護(hù)。例如，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的一個(gè)拉伸部件(例如，纜繩或線)的故障可能導(dǎo)致機(jī)器人臂的意外移動(dòng)，該意外移動(dòng)可能會(huì)傷害病人。為了提高安全性，機(jī)器人臂可以包括關(guān)節(jié)制動(dòng)器，以便在發(fā)生拉伸部件故障的情況下限制機(jī)器人臂的關(guān)節(jié)的移動(dòng)。然而，關(guān)節(jié)制動(dòng)器的加入增加了機(jī)器人臂的重量和慣性，這會(huì)不利地影響向后驅(qū)動(dòng)性和觸覺反應(yīng)。常規(guī)拉伸部件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的另一個(gè)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(zhǎng)度的約15%至50%，這會(huì)導(dǎo)致向驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的另一個(gè)困難是這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不容易制造、維護(hù)和/或升級(jí)。例如，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一部分中(例如，一個(gè)關(guān)節(jié)中)的部件在某種程度上取決于或者受到驅(qū)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)可以為整體系統(tǒng)。因此，如果驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一部分有缺陷，則可能需要拆除驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的正常工作的其他部分來(lái)修復(fù)該缺陷部分。例如，機(jī)器人臂一個(gè)關(guān)節(jié)的問題的修復(fù)可能需要去掉機(jī)器人臂多個(gè)關(guān)節(jié)的布線。不能使常規(guī)拉伸部件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各部分分開增加了維護(hù)和升級(jí)機(jī)器人臂所需的時(shí)間和勞動(dòng)，這導(dǎo)致昂貴的維修和漫長(zhǎng)的停機(jī)時(shí)間，從而降低醫(yī)院優(yōu)化使用機(jī)器人臂的能力。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的傳動(dòng)設(shè)備的實(shí)施例包括驅(qū)動(dòng)部件；從動(dòng)部件；和與所述驅(qū)動(dòng)部件和所述從動(dòng)部件耦合的至少局部撓性的傳動(dòng)裝置。所述撓性的傳動(dòng)裝置構(gòu)造為在所述驅(qū)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)使所述從動(dòng)部件隨之運(yùn)動(dòng)。所述撓性的傳動(dòng)裝置包括第一拉伸部件，所述第一拉伸部件具有耦合所述驅(qū)動(dòng)部件的第一部分、耦合所述從動(dòng)部件的第二部分、和所述第一部分與所述第二部分之間的中間部分。所述傳動(dòng)設(shè)備還包括接合所述第一拉伸部件的所述中間部分的調(diào)節(jié)部件。所述調(diào)節(jié)部件構(gòu)造為被調(diào)節(jié)以改變施加在所述第一拉伸部件上的拉伸力。附圖簡(jiǎn)述并入說(shuō)明書并構(gòu)成說(shuō)明書一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且這些附圖與說(shuō)明書一起用來(lái)闡釋本發(fā)明的各方面。

圖1是根據(jù)實(shí)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(jī)器人臂的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。圖3是去掉保護(hù)蓋的圖2的機(jī)器人臂的透視圖。圖4是去掉保護(hù)蓋并示出標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的圖2的機(jī)器人臂的透視圖。圖5A是圖2的機(jī)器人臂的第一模塊的實(shí)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(shí)施例的透視圖。圖7A是圖6的關(guān)節(jié)組件的驅(qū)動(dòng)部件的實(shí)施例的剖視圖。圖7B是圖6的關(guān)節(jié)組件的電動(dòng)機(jī)軸和傳動(dòng)齒輪的實(shí)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(dòng)部件上的撓性傳動(dòng)裝置的實(shí)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(jī)構(gòu)上的撓性傳動(dòng)裝置的實(shí)施例的正視圖。圖9A和圖9B是圖8B的連接機(jī)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(shí)施例的剖視圖。圖11是連接在圖5A的第一模塊的從動(dòng)部件上的撓性傳動(dòng)裝置的實(shí)施例的正視圖。圖12是根據(jù)實(shí)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(shí)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(dòng)裝置的實(shí)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(shí)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(dòng)部件的實(shí)施例的透視圖。
圖17是圖12的第二模塊的電動(dòng)機(jī)軸和傳動(dòng)齒輪的透視圖。圖18是圖12的第二模塊的連接機(jī)構(gòu)的實(shí)施例的頂部透視圖。圖19A是圖12的第二模塊的驅(qū)動(dòng)部件的實(shí)施例的剖視圖。圖19B是連接在圖12的第二模塊的驅(qū)動(dòng)部件上的撓性傳動(dòng)裝置的實(shí)施例的示意圖。圖20是圖12的第二模塊的驅(qū)動(dòng)部件的實(shí)施例的剖視圖。圖21是圖12的第二模塊的從動(dòng)部件的實(shí)施例的剖視圖。圖22A是根據(jù)實(shí)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(dòng)裝置的實(shí)施例的透視圖。圖23是圖22A的第三模塊的驅(qū)動(dòng)部件的實(shí)施例的剖視圖。圖M是圖22k的第三模塊的電動(dòng)機(jī)軸和傳動(dòng)齒輪的實(shí)施例的側(cè)視圖。圖25A-圖25C是圖22A的第三模塊的連接機(jī)構(gòu)的實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(dòng)裝置的實(shí)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(dòng)裝置的實(shí)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(dòng)部件的實(shí)施例的剖視圖。圖30是連接在圖28k的第四模塊的驅(qū)動(dòng)部件上的撓性傳動(dòng)裝置的實(shí)施例的示意圖。圖31A是圖2名k的第四模塊的從動(dòng)部件的實(shí)施例的剖視圖。圖31B是圖2名k的第四模塊的滑輪的實(shí)施例的俯視圖。圖31C是圖28A的第四模塊的滑輪的實(shí)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(shí)施例的透視圖。圖32是根據(jù)實(shí)施例的機(jī)架組件的側(cè)視圖。圖33A是根據(jù)實(shí)施例的可動(dòng)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(shí)施例的升高組件的腿部件的剖視圖。圖33D是根據(jù)實(shí)施例的升高組件的腿部件的剖視圖。圖34是根據(jù)實(shí)施例的雙連接器拉伸部件的示意圖。圖35是根據(jù)實(shí)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(shí)施例的驅(qū)動(dòng)部件和從動(dòng)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(shí)施例的驅(qū)動(dòng)部件和從動(dòng)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(shí)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(shuō)明書主要涉及整形外科手術(shù)的機(jī)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(jī)器人系統(tǒng)，包括用于外科和非外科應(yīng)用的機(jī)器人系統(tǒng)以及具有撓性傳動(dòng)裝置的非機(jī)器人系統(tǒng)。概述根據(jù)本發(fā)明的用于外科應(yīng)用的機(jī)器人系統(tǒng)優(yōu)選包括機(jī)器人臂，外科醫(yī)生以互動(dòng)方式使用該機(jī)器人臂來(lái)對(duì)病人進(jìn)行外科手術(shù)。在優(yōu)選實(shí)施例中，機(jī)器人系統(tǒng)是i^ort Lauderdale, Florida ^ ΜΑΚΟ Surgical Corp. fj^Jit W RIO Robotic Arm Interactive Orthopedic System。機(jī)器人臂優(yōu)選是觸覺裝置，該觸覺裝置與計(jì)算機(jī)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(guò)引用方式將其全部并入本文的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/357，197(公開號(hào)No. US 2006/0142657)所述，外科工具(例如切削磨石)連接在機(jī)器人臂上。外科醫(yī)生手動(dòng)地移動(dòng)機(jī)器人臂來(lái)操縱外科工具，從而對(duì)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(shí)，機(jī)器人臂提供觸覺(或力)反饋來(lái)限制外科醫(yī)生的使切削工具移動(dòng)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(jī)器人臂以被動(dòng)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(shí)提供觸覺反饋。觸覺反饋由機(jī)器人臂中的一個(gè)或多個(gè)啟動(dòng)器(例如，電動(dòng)機(jī))產(chǎn)生并且通過(guò)撓性傳動(dòng)裝置(例如拉伸部件傳動(dòng)裝置)傳遞至外科醫(yī)生。當(dāng)機(jī)器人臂不提供觸覺反饋時(shí)，外科醫(yī)生可以自由活動(dòng)機(jī)器人臂10。示例性機(jī)器人臂裝置圖1示出了外科手術(shù)系統(tǒng)5的實(shí)例，該外科手術(shù)系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)器人臂10。外科手術(shù)系統(tǒng)5還包括計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)2和跟蹤裝置3。機(jī)器人臂10包括一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)組件，該關(guān)節(jié)組件提供例如活動(dòng)的旋轉(zhuǎn)自由度。如圖2和圖3所示，機(jī)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(gè)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(dòng)部件；第二構(gòu)件；以及第一和第二傳動(dòng)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(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)使第一和第二構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)。雖然圖1-3的實(shí)施例包括六個(gè)自由度，但是機(jī)器人臂10可以根據(jù)機(jī)器人臂10的應(yīng)用而包括更多或更少的自由度。各個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度都具有正向(由圖2中的箭頭所指)和相對(duì)的反向，并且優(yōu)選具有有限的總運(yùn)動(dòng)范圍。例如，在示例性實(shí)施例中，第一關(guān)節(jié)組件100的運(yùn)動(dòng)范圍約250度， 第二關(guān)節(jié)組件200的運(yùn)動(dòng)范圍約40度，第三關(guān)節(jié)組件300的運(yùn)動(dòng)范圍約270度，第四關(guān)節(jié)組件400的運(yùn)動(dòng)范圍約100度，第五關(guān)節(jié)組件500的運(yùn)動(dòng)范圍約270度，并且第六關(guān)節(jié)組件 600的運(yùn)動(dòng)范圍約260度。這些示例性運(yùn)動(dòng)范圍為機(jī)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(yùn)動(dòng)范圍使右手使用者和左手使用者都能夠操縱機(jī)器人臂10。例如，圖2所示的機(jī)器人臂10適合右手使用者。通常，為了機(jī)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(duì)于左手使用者不能很好地工作，因?yàn)槭褂谜卟荒苡盟蛩淖笫秩菀椎匚兆《瞬坎倏v裝置700。為了針對(duì)左手使用者重新構(gòu)造機(jī)器人臂10，將機(jī)器人臂10從圖2所示的姿勢(shì)對(duì)稱的翻轉(zhuǎn)。具體地說(shuō)，在左手構(gòu)造中，第一旋轉(zhuǎn)DOF Jl相對(duì)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(jī)構(gòu)損壞和/或污染，并且為了保護(hù)外科醫(yī)生免于潛在的傷害 (例如，夾傷)，機(jī)器人臂10包括保護(hù)蓋20。如圖2所示，保護(hù)蓋20包住關(guān)節(jié)組件。相反， 圖3示出去掉保護(hù)蓋20并且露出關(guān)節(jié)組件的機(jī)器人臂10。保護(hù)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(hù)蓋以外，機(jī)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(shí)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(yùn)動(dòng)范圍上張開和收縮優(yōu)選的是，機(jī)器人臂10具有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其中一個(gè)或多個(gè)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(dú)制造和測(cè)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(guò)用替代標(biāo)準(zhǔn)關(guān)節(jié)組件替換一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)關(guān)節(jié)組件，模塊化還能夠使機(jī)器人臂10 現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)。例如，可以通過(guò)用不同設(shè)計(jì)的模塊替換一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)有模塊來(lái)增加或降低機(jī)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(jī)器人臂10的特性，而不需要改變機(jī)器人臂10的整體設(shè)計(jì)?？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(gè)模塊的特征。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)器人臂10具有四個(gè)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(shí)施例的第一模塊A。在本實(shí)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(gè)關(guān)節(jié)組件 100，200，300均提供一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。因此，第一模塊A提供了機(jī)器人臂10的最重要的三個(gè)自由度。第一模塊A的輸出運(yùn)動(dòng)類似于人類肩部關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。因此，第一模塊A也稱為機(jī)器人肩?，F(xiàn)在詳細(xì)描述關(guān)節(jié)組件100，200，300的優(yōu)選實(shí)施例。單個(gè)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(lái)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(huì)認(rèn)為，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)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(shí)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(dòng)裝置103(見圖8A)。在本實(shí)施例中，第一構(gòu)件101包括驅(qū)動(dòng)部件110和從動(dòng)部件120。撓性傳動(dòng)裝置103與驅(qū)動(dòng)部件110和第二構(gòu)件 102耦合。當(dāng)啟動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)部件110經(jīng)由撓性傳動(dòng)裝置103向從動(dòng)部件120施加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。撓性傳動(dòng)裝置103構(gòu)造為傳遞來(lái)自驅(qū)動(dòng)部件110的力和/或扭矩，從而使從動(dòng)部件120運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選的是，撓性傳動(dòng)裝置103是拉伸部件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(例如，纜繩、鋼帶或聚合鋼筋傳動(dòng)裝置)。在示例性實(shí)施例中，撓性傳動(dòng)裝置103是纜繩驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。因?yàn)槔|繩驅(qū)動(dòng)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(dòng)性。所以纜繩驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于其他機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(例如，齒輪和連桿) 具有一些優(yōu)點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，撓性傳動(dòng)裝置103包括具有第一多元傳動(dòng)子部件的第一傳動(dòng)部件和具有第二多元傳動(dòng)子部件的第二傳動(dòng)部件。傳動(dòng)子部件優(yōu)選為拉伸部件，例如纜繩(或線)。在本實(shí)施例中，第一傳動(dòng)部件是第一纜繩組，第一纜繩組包括第一多元傳動(dòng)子部件，第一多元傳動(dòng)子部件為第一纜繩130(即，第一傳動(dòng)子部件)和第二纜繩131(即， 第二傳動(dòng)子部件)。類似的是，第二傳動(dòng)部件是第二纜繩組，第二纜繩組包括第二多元傳動(dòng)子部件，第二多元傳動(dòng)子部件為第三纜繩133(即，第三傳動(dòng)子部件)和第四纜繩134(即， 第四傳動(dòng)子部件)。纜繩131，132，133，134可以是用于機(jī)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(dòng)部件120傳遞運(yùn)動(dòng)， 但是在本實(shí)施例中，通過(guò)連接機(jī)構(gòu)150，各個(gè)纜繩131，132，133，134的近端連接在驅(qū)動(dòng)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(dòng)器140，其相對(duì)于第一構(gòu)件101靜止不動(dòng)。下面說(shuō)明向從動(dòng)部件120傳遞運(yùn)動(dòng)的方式。在本實(shí)施例中，從動(dòng)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(dòng)部件120包括例如通過(guò)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(duì)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(dòng)件148a，并且在基板144上布置有相應(yīng)的硬制動(dòng)緩沖件148b。當(dāng)冒口組件142的旋轉(zhuǎn)使一個(gè)硬制動(dòng)件148a 與一個(gè)硬制動(dòng)緩沖件148b接觸時(shí)，抑制了冒口組件142的旋轉(zhuǎn)。如下面進(jìn)一步論述，從動(dòng)部件120(即，冒口組件14 優(yōu)選是不制動(dòng)的，這意味著從動(dòng)部件120沒有制動(dòng)機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)部件110驅(qū)動(dòng)冒口組件142的旋轉(zhuǎn)。在本實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)部件110包括驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)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(yùn)動(dòng)。為了使冒口組件142旋轉(zhuǎn)，如圖7A和圖7B所示，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)112包括電動(dòng)機(jī)軸114， 其具有從中伸出的傳動(dòng)齒輪116。傳動(dòng)齒輪116構(gòu)造成與撓性傳動(dòng)裝置103接合。例如，纜繩131，132，133，134均具有與傳動(dòng)齒輪116連接并繞在傳動(dòng)齒輪116周圍的近端和與主驅(qū)動(dòng)器140連接的遠(yuǎn)端。主驅(qū)動(dòng)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(dòng)器142相對(duì)于基板144是靜態(tài)的，而冒口組件142相對(duì)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(dòng)器140沿著相反的方向從傳動(dòng)齒輪116伸出，并且連接在主驅(qū)動(dòng)器140的連接機(jī)構(gòu)150上。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)112啟動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)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(dòng)齒輪116上(或者從傳動(dòng)齒輪116上展開) 并且使第二纜繩組逆向地從傳動(dòng)齒輪116上展開(或者纏繞在傳動(dòng)齒輪116上)。因?yàn)槔|繩131，132，133，134的遠(yuǎn)端連接在主驅(qū)動(dòng)器140上并且主驅(qū)動(dòng)器140相對(duì)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(dòng)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(dòng)部件構(gòu)造為在驅(qū)動(dòng)部件110運(yùn)動(dòng)時(shí)使第一構(gòu)件101隨之運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選的是，關(guān)節(jié)輸出(在這種情況下為作為從動(dòng)部件120的冒口組件14 包括關(guān)節(jié)編碼器，其構(gòu)造為測(cè)量關(guān)節(jié)輸出的角度旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)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(shí)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(shí)，固定編碼刻度尺160的安裝表面的圓形度對(duì)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)?？梢允褂美鐗好粽澈蟿⒕幋a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(duì)角度位置。因?yàn)殛P(guān)節(jié)編碼器是相對(duì)(與絕對(duì)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(jī)器人臂 10識(shí)別關(guān)節(jié)輸出相對(duì)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(cè)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(lái)自驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)112的旋轉(zhuǎn)輸入進(jìn)行比較來(lái)計(jì)算撓性傳動(dòng)裝置103的整體性。如上文所述，驅(qū)動(dòng)部件110包括驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)112 (或啟動(dòng)器)，其通過(guò)撓性傳動(dòng)裝置 103向從動(dòng)部件120施加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)112可以是適合驅(qū)動(dòng)從動(dòng)部件的任何電動(dòng)機(jī)。雖然驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)112也可以是電刷式電動(dòng)機(jī)或其他電動(dòng)機(jī)技術(shù)，但是在一個(gè)實(shí)施例中， 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)112是無(wú)刷DC永磁體電動(dòng)機(jī)。如圖7A和圖7B所示，在本實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 112包括殼體117、連接在殼體117上的定子118以及連接在電動(dòng)機(jī)軸114上的轉(zhuǎn)子119。 電動(dòng)機(jī)軸114通過(guò)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)軸114相對(duì)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(dòng)機(jī)軸114上，以便在電動(dòng)機(jī)軸承的軸向間隙被占據(jù)之前將電動(dòng)機(jī)軸114拉過(guò)殼體117。結(jié)果，電動(dòng)機(jī)軸承被預(yù)載，這消除了電動(dòng)機(jī)軸114相對(duì)于殼體117的軸向和徑向間隙。放松螺母防止鎖定螺母隨時(shí)間松開(例如，由于振動(dòng))。優(yōu)選的是，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)112包括電動(dòng)機(jī)編碼器，其用于測(cè)量電動(dòng)機(jī)軸114的角度旋轉(zhuǎn)。與關(guān)節(jié)編碼器類似，電動(dòng)機(jī)編碼器包括編碼刻度尺115a，其與電動(dòng)機(jī)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(gè)實(shí)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)軸114的相對(duì)角度位置。因此，電動(dòng)機(jī)編碼器那個(gè)測(cè)量電動(dòng)機(jī)軸114的旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)112提供的角度旋轉(zhuǎn)輸入(由電動(dòng)機(jī)編碼器測(cè)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(cè)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(dòng)比(驅(qū)動(dòng)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(dòng)裝置103的問題并且可以用于觸發(fā)機(jī)器人臂10 的故障，所述故障提醒使用者存在偏差并將機(jī)器人臂10設(shè)置在安全模式和/或采取其他預(yù)防動(dòng)作。可能引起偏差的問題包括纜繩、纜繩拉伸機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)部件(例如傳動(dòng)齒輪或滑輪)
9等的故障。有利的是，電動(dòng)機(jī)與關(guān)節(jié)編碼器結(jié)合使用有助于機(jī)器人臂10的全面事故保障運(yùn)行。在示例性實(shí)施例中，如圖7A所示，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)112包括被啟動(dòng)以限制驅(qū)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)的部分，例如電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器111。電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器111可以是任何適當(dāng)?shù)碾妱?dòng)機(jī)制動(dòng)器組件，例如 Carlyle Johnson Machine Company LLC, Bolton, Connecticut 制造的制動(dòng)其組件。電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器111包括轉(zhuǎn)子，其固定在電動(dòng)機(jī)軸114上；以及制動(dòng)體，其經(jīng)由端蓋連接在電動(dòng)機(jī)殼體117上。如果向電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器111供電，則制動(dòng)器轉(zhuǎn)子自由旋轉(zhuǎn)并且電動(dòng)機(jī)軸114和傳動(dòng)齒輪116可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。如果停止向電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器111供電，則使剛性連接在電動(dòng)機(jī)軸114上的制動(dòng)器轉(zhuǎn)子停止旋轉(zhuǎn)，從而抑制電動(dòng)機(jī)軸114和傳動(dòng)齒輪116的運(yùn)動(dòng)。 電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器111可以工作，例如以響應(yīng)故障信號(hào)(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(hào))。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)112的電動(dòng)機(jī)軸114與傳動(dòng)齒輪116連接(例如，耦合或形成整體)。 如上文所述，傳動(dòng)齒輪116構(gòu)造為與撓性傳動(dòng)裝置103接合。在一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)部件 110包括第一接口，其構(gòu)造為可拆卸地固定第一傳動(dòng)部件；以及第二接口其構(gòu)造為可拆卸地固定第二傳動(dòng)部件。第一和第二接口可以是連接部件170。例如，傳動(dòng)齒輪116可以包括用于各個(gè)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(dòng)齒輪116上的連接點(diǎn)。連接部件170可以具有適合于將纜繩與傳動(dòng)齒輪116緊固的任何構(gòu)造。在一個(gè)實(shí)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(shí)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(dòng)齒輪116徑向延伸并形成孔173的外支架171和內(nèi)支架172。孔173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(guò)孔173。當(dāng)連接器4配合在等高開口 174 中，纜繩經(jīng)過(guò)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(shí)，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^(guò)從纜繩上釋放足夠的拉伸力來(lái)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(gè)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(dòng)齒輪116上并且對(duì)纜繩指引和定向。在一個(gè)實(shí)施例中，引導(dǎo)件180包括切入傳動(dòng)齒輪116的槽(或溝)。優(yōu)選的是，槽是沿著傳動(dòng)齒輪116的長(zhǎng)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(dòng)齒輪116上時(shí)對(duì)纜繩定位和限制。如圖8A和圖8B所示，各個(gè)纜繩最終離開傳動(dòng)齒輪116并且在到達(dá)位于主驅(qū)動(dòng)器140的連接機(jī)構(gòu)150之前纏繞在主驅(qū)動(dòng)器 140的一部分上。優(yōu)選的是，傳動(dòng)齒輪116構(gòu)造為以上述方式固定和引導(dǎo)各個(gè)纜繩131，132，133， 134。具體地說(shuō)，傳動(dòng)齒輪116包括用于各個(gè)纜繩131，132，133，134的連接部件170。兩個(gè)連接部件170布置在傳動(dòng)齒輪116的近端以與纜繩131，132相互連接，兩個(gè)連接部件170布置在傳動(dòng)齒輪116的遠(yuǎn)端以與纜繩133，134相互連接。在本實(shí)施例中，傳動(dòng)齒輪116包括兩個(gè)引導(dǎo)件，其中兩個(gè)纜繩共用一個(gè)引導(dǎo)件，而另兩個(gè)纜繩共用另一個(gè)引導(dǎo)件。具體地說(shuō)， 驅(qū)動(dòng)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(dòng)子部件(即， 纜繩131，132)相對(duì)于驅(qū)動(dòng)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(dòng)子部件(即，纜繩133，134)相對(duì)于驅(qū)動(dòng)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(duì)纜繩131定位，而第二引導(dǎo)件180b構(gòu)造成對(duì)纜繩132定位 (或反之亦然)，其中纜繩131，132固定在傳動(dòng)齒輪116的近端。類似的是，第一引導(dǎo)件180a 構(gòu)造為對(duì)纜繩133定位，而第二引導(dǎo)件180b構(gòu)造為對(duì)纜繩134定位(或反之亦然)，其中纜繩133，134固定在傳動(dòng)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(dòng)齒輪116( S卩，驅(qū)動(dòng)部件110)的長(zhǎng)度延伸并且沿著傳動(dòng)齒輪116的長(zhǎng)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(dòng)齒輪116周圍時(shí)，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(dòng)齒輪116周圍時(shí)，纜繩133，134彼此相互靠近。在本實(shí)施例中，第一和第二引導(dǎo)件180a，180b具有適當(dāng)?shù)某叽绾托螤睢Ｉ鲜鲞B接部件和引導(dǎo)件的實(shí)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(dòng)部件110可以包括用于連接和引導(dǎo)纜繩的替換設(shè)計(jì)。然而，使用相鄰螺旋槽(或“雙螺旋”排列)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于這種排列方式能夠使撓性傳動(dòng)裝置103包括緊密包在單個(gè)傳動(dòng)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(gè)以上的纜繩)。 例如，纜繩131，132是冗余的，因?yàn)槔|繩131，132均執(zhí)行以下相同功能當(dāng)傳動(dòng)齒輪116旋轉(zhuǎn)以將纜繩131，132纏繞到傳動(dòng)齒輪116上時(shí)，在主驅(qū)動(dòng)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?yàn)槔|繩133，134均執(zhí)行以下相同功能當(dāng)傳動(dòng)齒輪116旋轉(zhuǎn)以將纜繩133，134纏繞到傳動(dòng)齒輪116上時(shí)，在主驅(qū)動(dòng)器140上施加沿著方向 F的拉伸力。冗余纜繩的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，即使纜繩組中的一個(gè)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(lái)自驅(qū)動(dòng)部件110的力和/或扭矩，從而保持對(duì)機(jī)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(gè)拉伸部件的故障不會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)不受控制的關(guān)節(jié)輸出。這特別有利于機(jī)器人臂10在外科手術(shù)時(shí)的故障可能對(duì)病人產(chǎn)生潛在危險(xiǎn)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(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，使用與制動(dòng)的驅(qū)動(dòng)部件結(jié)合的冗余拉伸部件(例如，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)112與電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器111)從而能夠使用未制動(dòng)的從動(dòng)部件，這意味著從動(dòng)部件120(即，作為關(guān)節(jié)輸出的冒口組件140)沒有制動(dòng)機(jī)構(gòu)。關(guān)節(jié)制動(dòng)器可以省略，因?yàn)轵?qū)動(dòng)部件110結(jié)合了制動(dòng)器并且冗余拉伸部件組中的單個(gè)拉伸部件的故障不會(huì)導(dǎo)致不受控制的關(guān)節(jié)輸出。結(jié)果，即使一個(gè)拉伸部件故障，第一關(guān)節(jié)組件100的運(yùn)動(dòng)也可以被充分控制，因此不必能夠獨(dú)立對(duì)關(guān)節(jié)輸出制動(dòng)。省略關(guān)節(jié)制動(dòng)器可以提高機(jī)器人臂10的性能，這是因?yàn)橄伺c常規(guī)關(guān)節(jié)制動(dòng)器有關(guān)的問題。具體地說(shuō)，關(guān)節(jié)制動(dòng)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(dòng)性和觸覺反應(yīng)。用驅(qū)動(dòng)部件110上的較小制動(dòng)器和冗余拉伸部件來(lái)代替關(guān)節(jié)制動(dòng)器可以有利地減少重量和慣性并提高向后驅(qū)動(dòng)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(dòng)器140沿著相反的方向從傳動(dòng)齒輪116伸出，并且連接在主驅(qū)動(dòng)器140的連接機(jī)構(gòu)150上。雖然連接機(jī)構(gòu)150布置在主驅(qū)動(dòng)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(huì)清楚，連接機(jī)構(gòu)150也可以用作運(yùn)動(dòng)部件(例如，旋轉(zhuǎn)滑輪)上。為了便于參考，主驅(qū)動(dòng)器140將被稱為滑輪140a。雖然本實(shí)施例的滑輪140a是靜態(tài)的，但是在其他實(shí)施例中，滑輪140a可以是旋轉(zhuǎn)的。連接機(jī)構(gòu)150可以與滑輪140a —體形成或者利用例如機(jī)械固定件與滑輪140a 耦合。如圖9A所示，在一個(gè)實(shí)施例中，連接機(jī)構(gòu)150相對(duì)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(zhǎng)141的一部分并且提供纜繩的進(jìn)入接口。例如，對(duì)于各個(gè)纜繩131，132，133，134，連接機(jī)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(gè)實(shí)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(shí)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?？梢酝ㄟ^(guò)從纜繩上釋放足夠的拉伸力來(lái)使纜繩與耦合部件152分離。在優(yōu)選實(shí)施例(如圖9B所示)中，耦合部件 152包括單個(gè)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(gè)口 153，155(如圖9A 所示)，以便根據(jù)例如纜繩的長(zhǎng)度將纜繩的端部固定在第一位置或第二位置。連接機(jī)構(gòu)150優(yōu)選包括一個(gè)或多個(gè)狹槽，其構(gòu)造為容納耦合部件152。例如，如圖 9B所示，連接機(jī)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(jī)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(jī)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(shí)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(dòng)到所需位置，然后使用任何適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)固定在狹槽156a， 156b中。在示例性實(shí)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(jī)構(gòu)150以改變施加在撓性傳動(dòng)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(zhǎng)141之內(nèi)。在纜繩的遠(yuǎn)端固定在耦合部件152上之后， 通過(guò)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(shí)間松開(例如，由于振動(dòng))。相應(yīng)地?cái)Q緊或松開張緊螺母158來(lái)調(diào)節(jié)纜繩拉伸力。可選的墊塊151對(duì)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(jī)構(gòu)150構(gòu)造為可以被調(diào)節(jié)以改變施加在撓性傳動(dòng)裝置103上的拉伸力。具體地說(shuō)，連接機(jī)構(gòu)150構(gòu)造為可以被調(diào)節(jié)以單獨(dú)改變施加在多個(gè)拉伸部件(即，纜繩131，132， 133，134)中的每一個(gè)的拉伸力。有利的是，耦合部件152構(gòu)造為在連接機(jī)構(gòu)150被調(diào)節(jié)以改變施加在撓性傳動(dòng)裝置103上的拉伸力時(shí)抑制耦合纜繩旋轉(zhuǎn)。具體地說(shuō)，因?yàn)轳詈喜考?152被限制在狹槽156a，156b中，所以耦合部件152不會(huì)旋轉(zhuǎn)，因而當(dāng)調(diào)節(jié)張緊螺母158來(lái)改變施加在纜繩上的拉伸力時(shí)防止纜繩旋轉(zhuǎn)。連接機(jī)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(shuō)，引導(dǎo)部件從連接機(jī)構(gòu)150后面到傳動(dòng)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(jī)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(dòng)齒輪116的近端正好對(duì)齊的位置將纜繩131，132聚攏。連接機(jī)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(shuō)， 需要定位纜繩的遠(yuǎn)端，使得纜繩離開傳動(dòng)齒輪116的近端保持與傳動(dòng)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(gè)實(shí)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(dòng)子部件)的一部分與纜繩132(即，第二傳動(dòng)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(huì)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(dòng)子部件)的一部分與纜繩134(即，第四傳動(dòng)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(shí)施例中，引導(dǎo)部件190a，190b均包括可拆卸地固定在連接機(jī)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(dòng)部件110運(yùn)動(dòng)時(shí)引導(dǎo)部件190a，190b與相關(guān)纜繩之間基本沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 這例如可以通過(guò)將引導(dǎo)部件190a，190b布置得遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)部件110來(lái)實(shí)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(jī)構(gòu)150上，并位于緊鄰纜繩接合耦合部件 152的點(diǎn)。第二關(guān)節(jié)組件圖5A至圖5E示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(yùn)動(dòng)。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(dòng)裝置203。在本實(shí)施例中，第一構(gòu)件201包括驅(qū)動(dòng)部件210，第二構(gòu)件202包括從動(dòng)部件 220。撓性傳動(dòng)裝置203與驅(qū)動(dòng)部件210和從動(dòng)部件220耦合，并且構(gòu)造為在驅(qū)動(dòng)部件210 運(yùn)動(dòng)時(shí)使從動(dòng)部件220隨之運(yùn)動(dòng)。第二關(guān)節(jié)組件200的撓性傳動(dòng)裝置203類似于第一關(guān)節(jié)組件100的撓性傳動(dòng)裝置103，并且包括第一和第二傳動(dòng)部件，第一和第二傳動(dòng)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(diǎn)。例如，纜繩231，232是冗余的，因?yàn)槔|繩231，232均執(zhí)行以下相同功能當(dāng)驅(qū)動(dòng)部件210的傳動(dòng)齒輪216旋轉(zhuǎn)以將纜繩231，232纏繞到傳動(dòng)齒輪216上時(shí)，在從動(dòng)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?yàn)槔|繩 233，234均執(zhí)行以下相同功能當(dāng)傳動(dòng)齒輪216旋轉(zhuǎn)以將纜繩233，234纏繞到傳動(dòng)齒輪216 上時(shí)，在從動(dòng)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(dòng)部件210的第一運(yùn)動(dòng)時(shí)使從動(dòng)部件220隨之沿著第一方向(例如，方向G)運(yùn)動(dòng)，第二拉伸部件(例如，纜繩233，234)構(gòu)造為在驅(qū)動(dòng)部件210的第二運(yùn)動(dòng)時(shí)使動(dòng)部件220隨之沿著第二方向(例如，方向H)運(yùn)動(dòng)。纜繩231，232，233，234可以為適合用于機(jī)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(dòng)部件220傳遞運(yùn)動(dòng)，但是在在本實(shí)施例中，纜繩231，232，233，234均具有與驅(qū)動(dòng)部件210(即，第一構(gòu)件201)連接的近端和與從動(dòng)部件220(即，第二構(gòu)件202)連接的遠(yuǎn)端。
根據(jù)實(shí)施例，第二關(guān)節(jié)組件200的從動(dòng)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(dòng)部件210經(jīng)由纜繩231，232，233，234驅(qū)動(dòng)從動(dòng)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241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(dòng)部件220耦合(或形成整體)。例如，從動(dòng)部件220 利用機(jī)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(jī)械緊固件變松風(fēng)險(xiǎn)的第二連接形式。從動(dòng)部件220構(gòu)造為以鐘擺式運(yùn)動(dòng)圍繞軸線I-I旋轉(zhuǎn)， 從而導(dǎo)致主軸241旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)部件210包括驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)212，其向從動(dòng)部件220提供原動(dòng)力。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 212可以為適合驅(qū)動(dòng)從動(dòng)部件220的任何電動(dòng)機(jī)。優(yōu)選的是，第二關(guān)節(jié)組件200的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)212在所有方面都與第一關(guān)節(jié)組件100的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)112類似，包括傳動(dòng)齒輪、電動(dòng)機(jī)編碼器和電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器，上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件100描述了它們的優(yōu)點(diǎn)。如圖5A所示，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)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(dòng)齒輪116描述的相同方式連接并纏繞在傳動(dòng)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(dòng)齒輪216伸出，順著從動(dòng)部件220的下側(cè)延伸，然后在到達(dá)包括兩個(gè)耦合部件252的連接機(jī)構(gòu)之前向上彎曲并繞在從動(dòng)部件220周圍。第一拉伸部件(例如，纜繩231,23 與一個(gè)耦合部件252 耦合，第二拉伸部件(例如，纜繩233，234)與另一個(gè)耦合部件252耦合。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)212 啟動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)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(dòng)齒輪216上(或者從傳動(dòng)齒輪216上展開)并且使第二纜繩組逆向地從傳動(dòng)齒輪216上展開(或者纏繞在傳動(dòng)齒輪216上)。因?yàn)槔|繩231，232，233，234的遠(yuǎn)端連接在從動(dòng)部件220上，所以纜繩231， 232，233，234的纏繞和展開在從動(dòng)部件220上施加力和/或扭矩并使從動(dòng)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(dòng)部件構(gòu)造為在驅(qū)動(dòng)部件210運(yùn)動(dòng)時(shí)使從動(dòng)部件220(即，第二構(gòu)件20 隨之運(yùn)動(dòng)。為了限制從動(dòng)部件220的旋轉(zhuǎn)，端部止動(dòng)組件242布置在支架240上，并且相應(yīng)的止動(dòng)部件244布置在從動(dòng)部件220上。當(dāng)從動(dòng)部件220的旋轉(zhuǎn)使止動(dòng)部件244與其相應(yīng)的端部止動(dòng)組件242接觸時(shí)，抑制了從動(dòng)部件220的旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選的是，端部止動(dòng)組件242包括振動(dòng)吸收特征(例如，振動(dòng)吸收件、橡膠底架等)，并且可以調(diào)節(jié)長(zhǎng)度方向和角度分析，使得端部止動(dòng)組件242能夠相對(duì)于從動(dòng)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(duì)(如圖10所示)。雙球軸承對(duì)設(shè)計(jì)成當(dāng)雙球軸承對(duì)的內(nèi)座圈以預(yù)載力軸向壓在一起時(shí)，消除了軸承M3的軸向和徑向間隙。在圖10的實(shí)施例中，各個(gè)雙球軸承對(duì)的內(nèi)座圈均利用加工成主軸Ml的肩部安裝在主軸241的精密研磨的外徑上，以將雙球軸承對(duì)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(duì)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(shí)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(cè)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(gè)實(shí)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260剛性連接在主軸241的端部(例如，使用機(jī)械緊固件、粘合劑和/或其他方式等)，編碼讀取頭262通過(guò)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(duì)于編碼刻度尺260對(duì)編碼讀取頭262準(zhǔn)確定位。 當(dāng)主軸241旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(hù)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(cè)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(lái)自驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)212的旋轉(zhuǎn)輸入(由電動(dòng)機(jī)編碼器測(cè)量)進(jìn)行比較，以確定是否已經(jīng)損害了撓性傳動(dòng)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(dòng)齒輪216伸出，并且連接在從動(dòng)部件220的連接機(jī)構(gòu)上，連接機(jī)構(gòu)包括耦合部件252。耦合部件252可以與從動(dòng)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(dòng)齒輪116 緊固的任何構(gòu)造。在一個(gè)實(shí)施例中，連接機(jī)構(gòu)包括第一和第二耦合部件(即，兩個(gè)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(shí)施例中，耦合部件252均包括機(jī)械加工的塊，其利用緊固件連接在從動(dòng)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(jī)械加工的塊包括通孔(用于各個(gè)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(jī)構(gòu)150所述的相同方式固定在機(jī)械加工的塊中。在示例性實(shí)施例中，連接機(jī)構(gòu)(即，耦合部件252)還用作用于改變施加在各個(gè)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(jī)構(gòu)150所述的相同方式，通過(guò)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(jī)構(gòu)是布置在從動(dòng)部件220(即，第二構(gòu)件202)上的拉伸機(jī)構(gòu)，構(gòu)造為向第一傳動(dòng)部件(例如，纜繩231， 232)和第二傳動(dòng)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?yàn)槔鞕C(jī)構(gòu)位于從動(dòng)部件220上并因此與從動(dòng)部件220 —起運(yùn)動(dòng)，所以拉伸機(jī)構(gòu)被稱為“浮動(dòng)”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(dòng)拉伸件的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)更緊湊。另外，浮動(dòng)拉伸件能夠使用更短的纜繩，從而可以使驅(qū)動(dòng)機(jī)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(shí)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(yùn)動(dòng)。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(dòng)裝置303。在本實(shí)施例中，第一構(gòu)件301包括驅(qū)動(dòng)部件310，第二構(gòu)件302包括從動(dòng)部件320。 撓性傳動(dòng)裝置303與驅(qū)動(dòng)部件310和從動(dòng)部件320耦合，并且構(gòu)造為在驅(qū)動(dòng)部件310運(yùn)動(dòng)時(shí)使從動(dòng)部件320隨之運(yùn)動(dòng)。第三關(guān)節(jié)組件300的撓性傳動(dòng)裝置303類似于第一關(guān)節(jié)組件100的撓性傳動(dòng)裝置103，并且包括第一和第二傳動(dòng)部件，第一和第二傳動(dòng)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(diǎn)。例如，纜繩331是冗余的，因?yàn)槔|繩331，332均執(zhí)行以下相同功能當(dāng)驅(qū)動(dòng)部件210的傳動(dòng)齒輪316旋轉(zhuǎn)以將纜繩331，332纏繞到傳動(dòng)齒輪316上時(shí)，在從動(dòng)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?yàn)槔|繩
15333，334均執(zhí)行以下相同功能當(dāng)傳動(dòng)齒輪316旋轉(zhuǎn)以將纜繩333，334纏繞到傳動(dòng)齒輪316 上時(shí)，在從動(dòng)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(dòng)部件310的第一運(yùn)動(dòng)時(shí)使從動(dòng)部件320隨之沿著第一方向(例如，方向J)運(yùn)動(dòng)，第二拉伸部件(例如，纜繩333，334)構(gòu)造為在驅(qū)動(dòng)部件310的第二運(yùn)動(dòng)時(shí)使動(dòng)部件320沿著隨之第二方向(例如，方向K)運(yùn)動(dòng)。纜繩331，332，333，334可以為適合用于機(jī)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(dòng)部件320傳遞運(yùn)動(dòng)，但是在本實(shí)施例中，纜繩331，332，333，334均具有與驅(qū)動(dòng)部件310連接的近端和與從動(dòng)部件320連接的遠(yuǎn)端。根據(jù)實(shí)施例的，第三關(guān)節(jié)組件300的從動(dòng)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(dòng)部件310經(jīng)由纜繩331，332，333，334驅(qū)動(dòng)從動(dòng)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(dòng)部件320耦合(或形成整體)。例如，在示例性實(shí)施例中，從動(dòng)部件320為滑輪342，其滑動(dòng)到輸出軸341上并通過(guò)夾環(huán)或套環(huán)緊固在輸出軸341上?；?42 (即，從動(dòng)部件320) 連接在撓性傳動(dòng)裝置303上。當(dāng)驅(qū)動(dòng)部件310啟動(dòng)撓性傳動(dòng)裝置303時(shí)，撓性傳動(dòng)裝置303 使滑輪342并因而使輸出軸341旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)部件310包括驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)312，其向從動(dòng)部件320提供原動(dòng)力。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 312可以為適合驅(qū)動(dòng)從動(dòng)部件320的任何電動(dòng)機(jī)。優(yōu)選的是，第三關(guān)節(jié)組件300的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)312與第一關(guān)節(jié)組件100的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)112類似，包括傳動(dòng)齒輪和電動(dòng)機(jī)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(diǎn)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)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(dòng)齒輪116描述的相同方式連接并纏繞在傳動(dòng)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(dòng)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(jī)構(gòu)350。如圖11所示，第一和第二纜繩組與連接機(jī)構(gòu)350的相對(duì)兩側(cè)接合。當(dāng)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)312時(shí)，傳動(dòng)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(dòng)齒輪316上(或者從傳動(dòng)齒輪316上展開)并且使第二纜繩組逆的向地從傳動(dòng)齒輪316上展開(或者纏繞在傳動(dòng)齒輪316上)。 因?yàn)槔|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(dòng)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(dòng)部件346接觸時(shí)，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(duì)。除了用墊塊348控制雙球軸承對(duì)之間的距離意外，雙球軸承對(duì)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(gè)雙球軸承對(duì)。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(gè)不同之處在于第三關(guān)節(jié)組件300的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)312不包括電動(dòng)機(jī)制動(dòng)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(dòng)器385。關(guān)節(jié)制動(dòng)器385可以是任何適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)組件。在一個(gè)實(shí)施例中，關(guān)節(jié)制動(dòng)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(shí)，可以啟動(dòng)關(guān)節(jié)制動(dòng)器385 來(lái)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(cè)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(gè)實(shí)施例中，關(guān)節(jié)編碼器布置在關(guān)節(jié)制動(dòng)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(duì)于主軸241旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(cè)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(lái)自驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)312的旋轉(zhuǎn)輸入(由電動(dòng)機(jī)編碼器測(cè)量)進(jìn)行比較，以確定是否已經(jīng)損害了撓性傳動(dòng)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(dòng)齒輪316伸出，并且連接在滑輪342(即，從動(dòng)部件320)的連接機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)350的第二側(cè)伸出。連接機(jī)構(gòu)350可以與滑輪342形成整體或者(例如，利用機(jī)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(shí)施例中，連接機(jī)構(gòu)350包括機(jī)械加工的塊，其利用一個(gè)或多個(gè)緊固件連接在滑輪342 上。在本實(shí)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(jī)械加工的塊包括通孔(用于各個(gè)纜繩)，其容納螺桿357。螺桿357被插入適當(dāng)?shù)耐?，并且利用張緊螺母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(jī)構(gòu)150所述的相同方式固定在機(jī)械加工的塊中。在示例性實(shí)施例中，連接機(jī)構(gòu)350還用作用于改變施加在各個(gè)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(jī)構(gòu)150所述的相同方式，通過(guò)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(jī)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(gè)纜繩331，332，333，334上的拉伸力。另外，因?yàn)檫B接機(jī)構(gòu)350與從動(dòng)部件320 —起運(yùn)動(dòng)，所以連接機(jī)構(gòu)350為浮動(dòng)拉伸件。連接機(jī)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(duì)纜繩組中的纜繩的遠(yuǎn)端定位。具體地說(shuō)，引導(dǎo)部件從連接機(jī)構(gòu)350后面附近到傳動(dòng)齒輪316保持纜繩的適當(dāng)前端。在一個(gè)實(shí)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(shí)施例的第二模塊B。在本實(shí)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(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。因此，第二模塊B 提供了機(jī)器人臂10的第四自由度。第二模塊B的輸出運(yùn)動(dòng)類似于人類的肘關(guān)節(jié)。因此，第二模塊B也被稱為機(jī)器人肘。圖12和圖13示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(yùn)動(dòng)。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(dòng)裝置(即，兩階段驅(qū)動(dòng)減速)。在一個(gè)實(shí)施例中，傳動(dòng)裝置的第一階段包括第一構(gòu)件401a (其包括驅(qū)動(dòng)部件410a)、第二構(gòu)件40 (其包括從動(dòng)部件420a)和至少局部撓性的傳動(dòng)裝置 403a。類似的是，傳動(dòng)裝置的第二階段包括第一構(gòu)件401b (其包括驅(qū)動(dòng)部件410b)、第二構(gòu)件402b (其包括從動(dòng)部件420b)和至少局部撓性的傳動(dòng)裝置40北。為了避免混淆，在本說(shuō)明書中所使用的驅(qū)動(dòng)部件是用于向從動(dòng)部件傳遞運(yùn)動(dòng)的部件，并且可以是(a) “主動(dòng)”，表示能夠獨(dú)立運(yùn)動(dòng)(例如，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī))，或者(b) “被動(dòng)”，表示由其他部件驅(qū)動(dòng)(例如，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的滑輪)。關(guān)節(jié)組件100，200，300的驅(qū)動(dòng)部件優(yōu)選是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)部件。相反，第四關(guān)節(jié)組件400優(yōu)選同時(shí)包括主動(dòng)驅(qū)動(dòng)部件和被動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)裝置和第二階段傳動(dòng)裝置。第一階段傳動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)部件410a，其經(jīng)由撓性傳動(dòng)裝置403a驅(qū)動(dòng)從動(dòng)部件 420a。類似的是，第二階段傳動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)部件410b，其經(jīng)由撓性傳動(dòng)裝置40 驅(qū)動(dòng)從動(dòng)部件420b。如圖13可以看出，第一和第二階段傳動(dòng)裝置共用相同部件。具體地說(shuō)，從動(dòng)部件420a和驅(qū)動(dòng)部件410b是同一部件。因?yàn)轵?qū)動(dòng)部件410a向驅(qū)動(dòng)部件410b傳遞運(yùn)動(dòng)， 所以驅(qū)動(dòng)部件410b是上面定義的被動(dòng)驅(qū)動(dòng)部件。根據(jù)實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)部件410a是具有第一階段傳動(dòng)齒輪416a的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 412 (即，主動(dòng)驅(qū)動(dòng)部件)，從動(dòng)部件420a是具有第二階段傳動(dòng)齒輪416b的滑輪組件442。 撓性傳動(dòng)裝置403a包括多根纜繩，其(經(jīng)由第一階段傳動(dòng)齒輪416a)與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)412和滑輪組件442連接并向滑輪組件442傳遞來(lái)自驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)412的力和/或扭矩。如圖13 可以看出，滑輪組件442也為驅(qū)動(dòng)部件410b (即，被動(dòng)驅(qū)動(dòng)部件)。撓性傳動(dòng)裝置40 包括多根纜繩，其(經(jīng)由第二階段傳動(dòng)齒輪416b)與滑輪組件442和從動(dòng)部件420b連接并向從動(dòng)部件420b傳遞來(lái)自滑輪組件442的力和/或扭矩。從動(dòng)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(dòng)裝置還結(jié)合了惰輪424(內(nèi)置的非從動(dòng)滑輪)，例如以減少第二階段傳動(dòng)裝置中的未支撐纜繩的量，從而使驅(qū)動(dòng)部件410b能夠設(shè)置得遠(yuǎn)離從動(dòng)部件420b。第四關(guān)節(jié)組件400的第一和第二階段傳動(dòng)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(jī)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(dòng)聯(lián)動(dòng)裝置機(jī)構(gòu)，并且剛性框架425具有足夠的長(zhǎng)度以保證第四關(guān)節(jié)組件400提供給外科醫(yī)生操縱機(jī)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(yùn)動(dòng)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(lái)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(shí)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(dòng)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(jī)構(gòu)的能力是特別有利的，這是因?yàn)槿∠虏⒅匦掳惭b結(jié)構(gòu)蓋 427的操作可以改變機(jī)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(duì)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(huì)不利地影響機(jī)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(shí)間的過(guò)程，例如涉及通過(guò)將機(jī)器人臂10設(shè)置在各種已知的相對(duì)位置上來(lái)校正機(jī)器人臂10，獲取各個(gè)位置的數(shù)據(jù)，將測(cè)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(lái)降低測(cè)量數(shù)據(jù)與已知位置數(shù)據(jù)之間的錯(cuò)誤。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)學(xué)校正需要大約三十分鐘時(shí)間，所以在維修和檢查過(guò)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(jī)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(dòng)裝置403a，40 類似于第一關(guān)節(jié)組件100的撓性傳動(dòng)裝置103。撓性傳動(dòng)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(gè)實(shí)施例中，撓性傳動(dòng)裝置40 包括冗余拉伸部件，而撓性傳動(dòng)裝置403a 是非冗余。例如，在本實(shí)施例中，撓性傳動(dòng)裝置403a包括具有第一纜繩431a的第一傳動(dòng)部件和具有第二纜繩43 的第二傳動(dòng)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(yùn)動(dòng)，但是在本實(shí)施例中，纜繩431a，432a均具有與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)412連接的近端和與滑輪組件442上的連接機(jī)構(gòu)連接的遠(yuǎn)端。纜繩431a，43 不是冗余的，因?yàn)楦鱾€(gè)纜繩執(zhí)行不同的功能。具體地說(shuō)，纜繩431a的功能是當(dāng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)412的傳動(dòng)齒輪 416a旋轉(zhuǎn)以將纜繩431a纏繞到傳動(dòng)齒輪416a上時(shí)，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(dòng)齒輪416a旋轉(zhuǎn)以將纜繩43 纏繞到傳動(dòng)齒輪416a上時(shí)，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(dòng)裝置403a與驅(qū)動(dòng)部件410a和從動(dòng)部件420a耦合，并且構(gòu)造為在驅(qū)動(dòng)部件410a 運(yùn)動(dòng)時(shí)使從動(dòng)部件420a隨之運(yùn)動(dòng)。如上文所述，撓性傳動(dòng)裝置403a使用了兩根在功能上非冗余的纜繩。相反，撓性傳動(dòng)裝置40 包括具有第一多元拉伸部件(或傳動(dòng)子部件) 的第一傳動(dòng)部件和具有第二多元拉伸部件(或傳動(dòng)子部件)的第二傳動(dòng)部件。在本實(shí)施例中，第一傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(diǎn)。例如，纜繩431b，432b是冗余的，因?yàn)槔|繩431b，432b均執(zhí)行以下相同功能當(dāng)滑輪組件442的傳動(dòng)齒輪416b旋轉(zhuǎn)以將纜繩431b，432b纏繞到傳動(dòng)齒輪 416b上時(shí)，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?yàn)槔|繩43!3b，434b均執(zhí)行以下相同功能當(dāng)滑輪組件442的傳動(dòng)齒輪416b旋轉(zhuǎn)以將纜繩43!3b，434b纏繞到傳動(dòng)齒輪416b上時(shí)，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 ，434b可以以各種方式構(gòu)造為向輸出部件422 傳遞運(yùn)動(dòng)，但是在本實(shí)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(jī)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(dòng)裝置的一個(gè)潛在缺點(diǎn)是需要對(duì)纜繩預(yù)拉伸，以消除可能引起傳動(dòng)裝置反沖的松弛。預(yù)拉伸的加載量通常是纜繩斷裂長(zhǎng)度的15% to 50%，這會(huì)導(dǎo)致向驅(qū)動(dòng)聯(lián)動(dòng)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(jiǎn)單的纜繩排列方式是以下方式纜繩均離開驅(qū)動(dòng)聯(lián)動(dòng)裝置部件Q(例如，驅(qū)動(dòng)部件)的一側(cè)，并且到達(dá)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)聯(lián)動(dòng)裝置部件R(例如，從動(dòng)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(zhǎng)度所示，對(duì)于這種簡(jiǎn)單的纜繩排列方式，纜繩合力Tr具有大的量級(jí)，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(dòng)聯(lián)動(dòng)裝置的摩擦力并且導(dǎo)致外科醫(yī)生疲勞，這是因?yàn)闉榱瞬倏v機(jī)器人臂10，外科醫(yī)生必須施加足夠的力
19來(lái)克服增加的摩操力。根據(jù)實(shí)施例，第一和第二階段傳動(dòng)裝置的纜繩優(yōu)選構(gòu)造為減少驅(qū)動(dòng)聯(lián)動(dòng)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(gè)實(shí)施例中，這通過(guò)以下方式實(shí)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(dòng)聯(lián)動(dòng)裝置部件之間相互重疊。換句話說(shuō)，纜繩在驅(qū)動(dòng)聯(lián)動(dòng)裝置部件之間的各個(gè)接合點(diǎn)相交叉。例如，如圖14A所示，第一階段傳動(dòng)裝置的纜繩排列成在纜繩431a，43 離開驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)412之后但在接觸滑輪組件442之前，纜繩431a 跨過(guò)纜繩43 上方(或下方)。第二階段傳動(dòng)裝置的纜繩以類似方式排列。因此，對(duì)于第一和第二階段傳動(dòng)裝置二者而言，第一傳動(dòng)部件與第二傳動(dòng)部件至少在以下耦合點(diǎn)之間交叉一次，即在第一傳動(dòng)部件和驅(qū)動(dòng)部件410a，410b的耦合點(diǎn)與第一傳動(dòng)部件和從動(dòng)部件 420a，420b的耦合點(diǎn)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(dòng)裝置來(lái)示出)是考慮由驅(qū)動(dòng)部件410b的旋轉(zhuǎn)軸線U與從動(dòng)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(dòng)裝置的第一和第二傳動(dòng)部件均包括與驅(qū)動(dòng)部件410a接觸的部分、至少與從動(dòng)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?yàn)槔|繩431b，432b與纜繩43北，434b被定向?yàn)榘凑者@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(dòng)部件410a向第四關(guān)節(jié)組件400提供原動(dòng)力。如上文所述，驅(qū)動(dòng)部件410a包括驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)412，其經(jīng)由撓性傳動(dòng)裝置403a向滑輪組件442傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 412可以是適合驅(qū)動(dòng)滑輪組件442的任何電動(dòng)機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)軸414，第一階段傳動(dòng)齒輪416a從電動(dòng)機(jī)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(zhǎng)度，同時(shí)為第四關(guān)節(jié)組件400形成緊湊的設(shè)計(jì)。另外，整體結(jié)構(gòu)提高了驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)冷卻，這是因?yàn)閯傂钥蚣?25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(dú)定子的導(dǎo)熱性。優(yōu)選的是，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)412包括電動(dòng)機(jī)編碼器，其用于測(cè)量電動(dòng)機(jī)軸414的角度旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)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(dòng)電動(dòng)機(jī)描述的編碼測(cè)量系統(tǒng)。例如，如圖13所示，電動(dòng)機(jī)編碼器包括編碼刻度尺(未示出)，其與電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)編碼器能夠測(cè)量電動(dòng)機(jī)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(cè)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(cè)量)進(jìn)行比較，以計(jì)算第四關(guān)節(jié)組件400的撓性傳動(dòng)裝置的整體性。另外，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)412可選地包括電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器，其類似于上面結(jié)合第一關(guān)節(jié)組件 100所述的電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器111。如圖17所示，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)412的電動(dòng)機(jī)軸414與轉(zhuǎn)子419連接，第一階段傳動(dòng)齒輪 416a從電動(dòng)機(jī)軸414伸出。第一階段傳動(dòng)齒輪416a可以與電動(dòng)機(jī)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(dòng)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(dòng)齒輪116描述的連接部件170。作為選擇，在一個(gè)實(shí)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(shí)固定連接器4。例如，如圖17所示，連接部件470包括圓形(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(guò)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(shí)，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(guò)從纜繩上釋放足夠的拉伸力來(lái)使纜繩與連接部件170分離。
優(yōu)選的是，在傳動(dòng)齒輪416a的每個(gè)端部均布置一個(gè)連接部件470。纜繩431a接合位于傳動(dòng)齒輪416a的遠(yuǎn)端的連接部件470，纜繩43 接合位于傳動(dòng)齒輪416a的近端的連接部件470。對(duì)于各個(gè)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(shí)施例中除了引導(dǎo)件480構(gòu)造為與冗余纜繩相對(duì)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(dòng)齒輪416a的長(zhǎng)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，43h沿著相反方向纏繞在第一階段傳動(dòng)齒輪416a周圍，最終離開第一階段傳動(dòng)齒輪416a，并且在到達(dá)布置在滑輪組件442上的連接機(jī)構(gòu)之前沿著相反方向纏繞在滑輪組件442周圍。連接機(jī)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(jī)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(gè)或多個(gè)連接機(jī)構(gòu)。在圖18的實(shí)施例中，連接機(jī)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(shí)施例中，耦合部件45 ，452b均布置在滑輪組件442的圓周周長(zhǎng)44 之內(nèi)，并且包括利用機(jī)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(guò)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(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)412時(shí)旋轉(zhuǎn)，從而使第一階段傳動(dòng)齒輪416a旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)谝浑A段傳動(dòng)齒輪416a旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向，使纜繩431a纏繞在傳動(dòng)齒輪416a 上(或者從傳動(dòng)齒輪416a上展開)，并且使纜繩43 逆向地從傳動(dòng)齒輪416a上展開(或者纏繞在傳動(dòng)齒輪416a上)。因?yàn)槔|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(dòng)裝置40 向輸出部件422傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的被動(dòng)驅(qū)動(dòng)部件。具體地說(shuō)，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(dòng)齒輪416b。當(dāng)滑輪組件442旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向，使纜繩431b，432b纏繞在第二階段傳動(dòng)齒輪416b周圍(或者從第二階段傳動(dòng)齒輪416b上展開)，并且使纜繩43北，434b 逆向地從第二階段傳動(dòng)齒輪416b上展開(或者纏繞在第二階段傳動(dòng)齒輪416b周圍)。因?yàn)槔|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(dòng)器411，其構(gòu)造為抑制第二階段傳動(dòng)齒輪416b 的旋轉(zhuǎn)?；喼苿?dòng)器411可以是任何適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)器組件，但優(yōu)選是由德國(guó)的Kendrion Electromagnetic Group制造的永磁體型制動(dòng)器。制動(dòng)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(dòng)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(dòng)器 411包括制動(dòng)轂466，其固定在滑輪460的內(nèi)部；以及制動(dòng)體463，其固定在剛性框架425 上。在操作中，當(dāng)給制動(dòng)器411通電時(shí)，制動(dòng)轂462 (并因而滑輪460，軸夾462和第二階段傳動(dòng)齒輪416b)相對(duì)于剛性框架425自由旋轉(zhuǎn)。然而，當(dāng)制動(dòng)器411斷電時(shí)，制動(dòng)器411抑制制動(dòng)轂462，從而限制了滑輪460、軸夾462和第二階段傳動(dòng)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(dòng)機(jī)制動(dòng)器111，滑輪制動(dòng)器411是可以觸發(fā)的事故保障機(jī)構(gòu)，例如以響應(yīng)故障信號(hào)。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(dòng)部件 (即，滑輪組件44 上的制動(dòng)器與第二階段撓性傳動(dòng)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(dòng)。第二階段傳動(dòng)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(dòng)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(gè)實(shí)施例中， 第二階段傳動(dòng)齒輪416b包括連接部件，其類似于第一階段傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)齒輪416a(其包括用于兩條纜繩的兩個(gè)連接部件470)相反，第二階段傳動(dòng)齒輪416b包括四個(gè)連接部件470a，470b, 470c, 470c (如圖19A所示)，它們沿著第二階段傳動(dòng)齒輪41 的長(zhǎng)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(duì)于各個(gè)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(duì)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(dòng)齒輪416a描述的引導(dǎo)件480。例如，在本實(shí)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，其容納和弓|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(shuō)，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(dòng)齒輪416b的長(zhǎng)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(dòng)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(dòng)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33北，334b 沿著相反方向纏繞在第二階段傳動(dòng)齒輪416b周圍，離開第二階段傳動(dòng)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(jī)構(gòu)。惰輪4M是非從動(dòng)滑輪，其例如用于減少第二階段傳動(dòng)裝置中的未支撐纜繩的量。雖然本實(shí)施例包括一個(gè)惰輪，但是其他實(shí)施例可以包括多個(gè)惰輪或沒有惰輪。可以例如基于傳動(dòng)裝置構(gòu)造的細(xì)節(jié)(例如，驅(qū)動(dòng)部件與從動(dòng)部件之間的距離)來(lái)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(dòng)傳動(dòng)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(dòng)力傳輸額外的距離，同時(shí)能夠?qū)⒗|繩拉伸力引起的驅(qū)動(dòng)摩擦和結(jié)構(gòu)負(fù)荷降至最小，從而允許撓性傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)成可以以極低的反沖向后驅(qū)動(dòng)。由滑輪組件442經(jīng)過(guò)撓性傳動(dòng)裝置403b驅(qū)動(dòng)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(gè)實(shí)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(shí)保持低摩擦的任何適當(dāng)十字輥軸承。在優(yōu)選實(shí)施例中，十字輥軸承465由日本的IKONippon 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(jī)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(jī)械緊固件與輸出部件422耦合。輸出部件422還可以提供保護(hù)蓋20和/或波紋管22的連接點(diǎn)，以及第五關(guān)節(jié)組件500的保護(hù)蓋20的安裝柱。對(duì)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(cè)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(gè)實(shí)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(guò)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(shí)，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(lái)自驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)412 的旋轉(zhuǎn)輸入(由電動(dòng)機(jī)編碼器測(cè)量)進(jìn)行比較，以確定是否已經(jīng)損害了撓性傳動(dòng)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(jī)構(gòu)450a，其用于固定纜繩331b， 332b ；以及第二連接機(jī)構(gòu)450b，其用于纜繩333b，3!Mb。第一和第二連接機(jī)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(shí)施例，第一和第二連接機(jī)構(gòu)450a，450b分別包括架子451a，451b，架子使用機(jī)械緊固件安裝在輸出部件422上。架子451a，451b均包括兩個(gè)通孔，其用于容納相應(yīng)的纜繩。在本實(shí)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(shí)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(gè)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(shí)施例的第三模塊C。在本實(shí)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(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。因此，第三模塊C 提供了機(jī)器人臂10的第五自由度。第三模塊C的輸出運(yùn)動(dòng)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(shí)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(yùn)動(dòng)。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(dòng)裝置503。在本實(shí)施例中，第一構(gòu)件501包括驅(qū)動(dòng)部件510，第二構(gòu)件502包括從動(dòng)部件520。 撓性傳動(dòng)裝置503與驅(qū)動(dòng)部件510和從動(dòng)部件520耦合并且構(gòu)造為在驅(qū)動(dòng)部件510運(yùn)動(dòng)時(shí)使從動(dòng)部件520隨之運(yùn)動(dòng)。根據(jù)實(shí)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(dòng)部件510和從動(dòng)部件520，并且提供用于(例如，使用機(jī)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(diǎn)。前板和后板M0，541還支撐架子M5，該支架為保護(hù)蓋20提供安裝位置。在本實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)部件510是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)512 (即，主動(dòng)驅(qū)動(dòng)部件)， 從動(dòng)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(duì)軸承523軸向預(yù)載，以消除會(huì)導(dǎo)致端部操縱裝置700定位錯(cuò)誤的軸向和徑向間隙。撓性傳動(dòng)裝置503包括多根纜繩，其與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)512和輸出滑輪 522連接并向輸出滑輪522傳遞來(lái)自驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)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(dòng)件525布置在前板540 上，并且相應(yīng)的硬制動(dòng)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(dòng)緩沖件接觸硬制動(dòng)件525時(shí)，抑制輸出滑輪522旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)部件510向第五關(guān)節(jié)組件500提供。如上文所述，驅(qū)動(dòng)部件510包括驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)512，其經(jīng)由撓性傳動(dòng)裝置503向輸出滑輪522傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)512可以是適合驅(qū)動(dòng)輸出滑輪522的任何電動(dòng)機(jī)。如圖23所示，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)512包括殼體517，其容納轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)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(dòng)電動(dòng)機(jī) 512包括電動(dòng)機(jī)編碼器，其能夠測(cè)量電動(dòng)機(jī)軸514的角度旋轉(zhuǎn)。在本實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)編碼器包括編碼刻度尺560，其與電動(dòng)機(jī)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(cè)量關(guān)節(jié)輸出的角度旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)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(guò)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(guò)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(duì)于后板541旋轉(zhuǎn)時(shí)，編碼讀取頭564讀取編碼刻度尺563。結(jié)果，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)512提供的角度旋轉(zhuǎn)輸入(由電動(dòng)機(jī)編碼器測(cè)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(cè)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(dòng)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(dòng)電動(dòng)機(jī)512不包括電動(dòng)機(jī)制動(dòng)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(dòng)器511。關(guān)節(jié)制動(dòng)器511可以是任何適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)組件。在一個(gè)實(shí)施例中，關(guān)節(jié)制動(dòng)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(dòng)器511包括轉(zhuǎn)子，其利用制動(dòng)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(shí)或者在發(fā)生電源損耗的情況下，可以啟動(dòng)關(guān)節(jié)制動(dòng)器511來(lái)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(dòng)器511意味著在撓性傳動(dòng)裝置503中可以使用非冗余纜繩而不會(huì)損害機(jī)器人臂10的安全性。如圖23所示，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)軸514包括傳動(dòng)齒輪516，其與撓性傳動(dòng)裝置503耦合。 根據(jù)實(shí)施例，第五關(guān)節(jié)組件500的撓性傳動(dòng)裝置503類似于第四關(guān)節(jié)組件400的第一階段傳動(dòng)裝置的撓性傳動(dòng)裝置403a并且包括多個(gè)拉伸部件。雖然撓性傳動(dòng)裝置503可選地包括冗余拉伸部件，但是如上文所述，在本實(shí)施例中，關(guān)節(jié)制動(dòng)器511的加入使非冗余拉伸部件能夠使用。在本實(shí)施例中，撓性傳動(dòng)裝置503是非冗余的病情包括第一傳動(dòng)部件，其具有第一纜繩531 (即，第一拉伸部件)；以及第二傳動(dòng)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(yùn)動(dòng)，但是在本實(shí)施例中，纜繩531，532均具有與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)512(即，在傳動(dòng)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?yàn)楦鱾€(gè)纜繩531，532執(zhí)行不同的功能。具體地說(shuō)，纜繩531的功能是當(dāng)傳動(dòng)齒輪516旋轉(zhuǎn)以將纜繩531纏繞到傳動(dòng)齒輪 516上時(shí)，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(dòng)齒輪516旋轉(zhuǎn)以將纜繩532纏繞到傳動(dòng)齒輪516上時(shí)，在輸出滑輪522上施加沿著方向X的拉伸力。因此，撓性傳動(dòng)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(jī)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(dòng)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(gè)實(shí)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(shí)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(dòng)齒輪516包括兩個(gè)連接部件570 ( 一個(gè)用于纜繩 531，一個(gè)用于纜繩532)，其布置在傳動(dòng)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(dòng)齒輪116所述的相同方式連接并纏繞在傳動(dòng)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(dòng)齒輪516。雖然兩根纜繩531，532均可以從傳動(dòng)齒輪516直接到達(dá)從動(dòng)部件520(例如，如上面結(jié)合第四關(guān)節(jié)組件400的傳動(dòng)齒輪416a所述)，但是在本實(shí)施例中，纜繩531離開傳動(dòng)齒輪516并環(huán)繞在位于傳動(dòng)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(guò)傳動(dòng)齒輪516并纏繞在輸出滑輪522的圓周周長(zhǎng)上，最后終止于輸出滑輪522上的連接機(jī)構(gòu)550。因此，如圖22C最佳示出，撓性傳動(dòng)裝置503包括第一拉伸部件(S卩，纜繩 531)，其具有與驅(qū)動(dòng)部件510(即，傳動(dòng)齒輪516)耦合的第一(或近端)部分531a、與從動(dòng)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(dòng)部件510耦合的部分和與從動(dòng)部件520耦合的部分。纜繩532離開傳動(dòng)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(jī)構(gòu)550。纜繩531，532從相反的兩側(cè)與連接機(jī)構(gòu)550 接合。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)512啟動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)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(dòng)齒輪516周圍(或者從傳動(dòng)齒輪516上展開)，并且使纜繩532逆向地從傳動(dòng)齒輪516 上展開(或者纏繞在傳動(dòng)齒輪516周圍)。因?yàn)槔|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(dòng)部件510布置在從動(dòng)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(jì)為與纜繩 531、與纜繩532或者在優(yōu)選實(shí)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(dòng)齒輪516的運(yùn)動(dòng)改變了施加在中間部分531c上(并因此施加在整個(gè)纜繩531上)的拉伸力。因?yàn)?1)纜繩531，532均與傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)，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(gè)拉伸機(jī)構(gòu)(即，調(diào)節(jié)部件570)來(lái)同時(shí)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(gè)分開的拉伸機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)兩根分開纜繩的拉伸力。替換實(shí)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(dú)立的調(diào)節(jié)部件各個(gè)纜繩531，532。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)，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(lái)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(lái)確定調(diào)節(jié)部件570 的構(gòu)造。根據(jù)一個(gè)實(shí)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(guò)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(guò)張緊螺母558和鎖定螺母559保持在適當(dāng)位置。軛57 還通過(guò)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(zhǎng)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(guò)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(dòng)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(guò)傳動(dòng)齒輪516并且在固定于輸出滑輪522上的連接機(jī)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(duì)于前板540沿著直線路徑移動(dòng)。然后，擰緊張緊螺母陽(yáng)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(shí)軛571a向上行進(jìn)。拉伸滑輪576a與軛571a 一起向上運(yùn)動(dòng)，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(dòng)。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(yùn)動(dòng)時(shí)，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(yùn)動(dòng)時(shí)，施加在第一拉伸部件上的拉伸力減小。在本實(shí)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(shí)，擰緊鎖定螺母559以防止張緊螺母558松開(例如，由于振動(dòng))。緊固件57 也被擰緊以相對(duì)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(gè)實(shí)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(shí)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(dòng)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
26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(zhǎng)狹槽57 接合。當(dāng)緊固件574b，57 擰緊時(shí)，相對(duì)于前板540抑制軛 572b。當(dāng)松開緊固件574b，57 時(shí)，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(dòng)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(dòng)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(guò)傳動(dòng)齒輪516并且在固定到輸出滑輪522 上的連接機(jī)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(dòng)。例如，轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)針方向樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)，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(dòng)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(shí)針方向樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，這使得拉伸滑輪576b沿著方向EE向下運(yùn)動(dòng)，從而減小了施加在纜繩531上的拉伸力。在本實(shí)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(shí)， 擰緊緊固件574b，574c以相對(duì)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(jī)構(gòu)550。 連接機(jī)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(jī)構(gòu)550可以類似于本文所述的任何連接機(jī)構(gòu)。另外，在調(diào)節(jié)部件570的情況下，連接機(jī)構(gòu)550可以構(gòu)造為可調(diào)節(jié)以改變施加在各個(gè)纜繩531，532上的拉伸力。在一個(gè)實(shí)施例中，連接機(jī)構(gòu)550與輸出滑輪 522形成整體。例如，連接機(jī)構(gòu)550包括形成在輸出滑輪522的圓周周長(zhǎng)上的狹槽551。狹槽551包括開口 552，其大小足以容納與各個(gè)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(shí)，該突出部553a用于限制其中一個(gè)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(shí)，該突出部55 用于限制其中另一個(gè)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(guò)連接機(jī)構(gòu)550保持連接器4?？梢酝ㄟ^(guò)從纜繩上釋放足夠的拉伸力來(lái)使纜繩與連接機(jī)構(gòu)550 分離。按照這種方式，連接機(jī)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(shí)施例的第四模塊D。在本實(shí)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(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。因此，第四模塊D提供了機(jī)器人臂10的第六自由度。第四模塊D的輸出運(yùn)動(dòng)類似于人類腕關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。因此，第四模塊D也被稱為機(jī)器人腕。圖28A-圖^E示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(yùn)動(dòng)。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(dòng)裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，傳動(dòng)裝置的第一階段包括第一構(gòu)件601a(其包括驅(qū)動(dòng)部件610a)、 第二構(gòu)件60 (其包括從動(dòng)部件620a)和至少局部撓性的傳動(dòng)裝置603a。類似的是，傳動(dòng)裝置的第二階段包括第一構(gòu)件601b (其包括驅(qū)動(dòng)部件610b)、第二構(gòu)件602b (其包括從動(dòng)部件620b)和至少局部撓性的傳動(dòng)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(dòng)驅(qū)動(dòng)部件和被動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)裝置和第二階段傳動(dòng)裝置。 第一階段傳動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)部件610a，其經(jīng)由撓性傳動(dòng)裝置603a驅(qū)動(dòng)從動(dòng)部件620a。類似的是，第二階段傳動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)部件610b，其經(jīng)由撓性傳動(dòng)裝置60 驅(qū)動(dòng)從動(dòng)部件 620b，可以看出，第一和第二階段傳動(dòng)裝置共用相同部件。具體地說(shuō)，從動(dòng)部件620a和驅(qū)動(dòng)部件610b是同一部件。因?yàn)轵?qū)動(dòng)部件610a向驅(qū)動(dòng)部件610b傳遞運(yùn)動(dòng)，所以驅(qū)動(dòng)部件610b 上面定義的被動(dòng)驅(qū)動(dòng)部件。根據(jù)實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)部件610a是具有第一階段傳動(dòng)齒輪616a的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 612 ( S卩，主動(dòng)驅(qū)動(dòng)部件)，從動(dòng)部件620a是具有第二階段傳動(dòng)齒輪616b的中間滑輪組件 642。撓性傳動(dòng)裝置603a包括多根纜繩，其與第一階段傳動(dòng)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(lái)自驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)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(dòng)部件610b (即，被動(dòng)驅(qū)動(dòng)部件)。撓性傳動(dòng)裝置60 包括多根纜繩，其與第二階段傳動(dòng)齒輪616b和從動(dòng)部件620b連接并向從動(dòng)部件620b傳遞來(lái)自中間滑輪組件642的力和/或扭矩。從動(dòng)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(dòng)裝置還結(jié)合了多個(gè)惰輪624(內(nèi)置的非從動(dòng)滑輪)，例如以減少第二階段傳動(dòng)裝置中的未支撐纜繩的量，使支撐驅(qū)動(dòng)聯(lián)動(dòng)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(dòng)聯(lián)動(dòng)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(dòng)裝置的纜繩以繞在惰輪6M周圍的蜿蜒方式行進(jìn)。第一階段傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)減速是中間滑輪組件642的直徑與第一階段傳動(dòng)齒輪616a的直徑之比。所述驅(qū)動(dòng)減速使中間滑輪組件642的旋轉(zhuǎn)角度比第一階段傳動(dòng)齒輪616a的旋轉(zhuǎn)角度小了驅(qū)動(dòng)減速值的倒數(shù)，還使在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)612與中間滑輪組件642之間傳遞的扭矩大了驅(qū)動(dòng)減速之比。類似的是，第二階段傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)減速是輸出滑輪組件622的直徑與第二階段傳動(dòng)齒輪616b的直徑之比。第六關(guān)節(jié)組件600的總驅(qū)動(dòng)減速為第一階段傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)減速與第二階段傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)減速的乘積。第六關(guān)節(jié)組件600的第一和第二階段傳動(dòng)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(jī)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(dòng)部件，并且剛性框架625具有足夠的長(zhǎng)度(例如，從連接凸緣6 到從動(dòng)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(jī)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(yùn)動(dòng)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(lái)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(shí)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(dòng)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(dòng)裝置603a，60 類似于第一關(guān)節(jié)組件100的撓性傳動(dòng)裝置103。撓性傳動(dòng)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(gè)實(shí)施例中，撓性傳動(dòng)裝置60 包括冗余拉伸部件，而撓性傳動(dòng)裝置603a是非冗余。例如，在本實(shí)施例中，撓性傳動(dòng)裝置603a包括具有第一纜繩631a的第一傳動(dòng)部件和具有第二纜繩63 的第二傳動(dòng)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(yùn)動(dòng)，但是在本實(shí)施例中，纜繩631a，632a均具有與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)612(即，在傳動(dòng)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?yàn)楦鱾€(gè)纜繩631a，63 執(zhí)行不同的功能。具體地說(shuō)，纜繩631a 的功能是當(dāng)傳動(dòng)齒輪616a旋轉(zhuǎn)以將纜繩631a纏繞到傳動(dòng)齒輪616a上時(shí)，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(dòng)齒輪616a旋轉(zhuǎn)以將纜繩63 纏繞到傳動(dòng)齒輪616a上時(shí)，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(dòng)裝置603a使用了兩根在功能上非冗余的纜繩。相反，撓性傳動(dòng)裝置60 包括具有第一多元拉伸部件(傳動(dòng)子部件)的第一傳動(dòng)部件和具有第二多元拉伸部件(傳動(dòng)子部件)的第二傳動(dòng)部件。在本實(shí)施例中，第一傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(diǎn)。例如，纜繩631b，632b是冗余的，因?yàn)槔|繩631b，632b均執(zhí)行以下相同功能當(dāng)傳動(dòng)齒輪616b旋轉(zhuǎn)以將纜繩631b，632b纏繞到傳動(dòng)齒輪616b上時(shí)，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?yàn)槔|繩63北，634b均執(zhí)行以下相同功能當(dāng)傳動(dòng)齒輪616b旋轉(zhuǎn)以將纜繩63 , 634b纏繞到傳動(dòng)齒輪616b上時(shí)，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(yùn)動(dòng)，但是在本實(shí)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(jī)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(dòng)裝置的一個(gè)潛在缺點(diǎn)是需要對(duì)纜繩預(yù)拉伸，從而導(dǎo)致向驅(qū)動(dòng)聯(lián)動(dòng)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(dòng)裝置的纜繩優(yōu)選構(gòu)造為通過(guò)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(dòng)裝置的纜繩排列成在纜繩離開驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)612之后但在接觸中間滑輪組件642之前，纜繩 531a跨過(guò)纜繩53加。如圖28B所示，第二階段傳動(dòng)裝置的纜繩531b，532b，533b, 534b以類似方式排列。驅(qū)動(dòng)部件610a向第六關(guān)節(jié)組件600提供原動(dòng)力。如上文所述，驅(qū)動(dòng)部件610a包括驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)612，其經(jīng)由撓性傳動(dòng)裝置603a向中間滑輪組件642傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)612可以是適合驅(qū)動(dòng)中間滑輪組件642的任何電動(dòng)機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，類似于第四關(guān)節(jié)組件400的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)412，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)612與剛性框架625形成整體。在另一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)612為栓接在剛性框架625上的獨(dú)立組件(如圖四所示)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)612包括定子618和連接在電動(dòng)機(jī)軸614上的轉(zhuǎn)子619。優(yōu)選的是，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)612包括電動(dòng)機(jī)編碼器，其用于測(cè)量電動(dòng)機(jī)軸614的角度旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)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(dòng)電動(dòng)機(jī)描述的編碼測(cè)量系統(tǒng)。例如，電動(dòng)機(jī)編碼器包括編碼刻度尺 615a,其與電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)編碼器能夠測(cè)量電動(dòng)機(jī)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(cè)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(cè)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(dòng)裝置的整體性。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)制動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)612的電動(dòng)機(jī)軸614與轉(zhuǎn)子619連接，第一階段傳動(dòng)齒輪616a從電動(dòng)機(jī)軸614伸出。第一階段傳動(dòng)齒輪616a可以與電動(dòng)機(jī)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(dòng)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(gè)實(shí)施例中，纜繩631a，632a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(shí)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(dòng)齒輪616a包括雙連接部件670，其布置在第一階段傳動(dòng)齒輪 616a的中點(diǎn)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(dòng)齒輪616a周圍。對(duì)于各個(gè)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(dòng)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(shí)施例中，第一引導(dǎo)件480a沿著第一階段傳動(dòng)齒輪616a的長(zhǎng)度從連接部件670伸向傳動(dòng)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(dòng)齒輪 616a的長(zhǎng)度從不同的連接部件670伸向傳動(dòng)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(dòng)齒輪616a周圍，并且最后離開第一階段傳動(dòng)齒輪616a，在中止于布置在中間滑輪組件642上的連接機(jī)構(gòu)之前繞在中間滑輪組件642的外周周圍。連接機(jī)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(jī)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(gè)或多個(gè)連接機(jī)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，連接機(jī)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(dòng)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(dòng)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(jī)構(gòu)，但是因?yàn)?a)纜繩631a，63h均與第一階段傳動(dòng)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(dòng)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(gè)拉伸機(jī)構(gòu)來(lái)同時(shí)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(dòng)電動(dòng)機(jī)612啟動(dòng)時(shí)，中間滑輪組件642旋轉(zhuǎn)，從而使第一階段傳動(dòng)齒輪616a 旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)谝浑A段傳動(dòng)齒輪616a旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向，使纜繩631a纏繞在傳動(dòng)齒輪616a 周圍(或者從傳動(dòng)齒輪616a上展開)，并且使纜繩63 逆向地從傳動(dòng)齒輪616a上展開(或者纏繞在傳動(dòng)齒輪616a周圍)。因?yàn)槔|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(guò)撓性傳動(dòng)裝置60 向輸出滑輪組件622傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的被動(dòng)驅(qū)動(dòng)部件。具體地說(shuō)，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(dòng)齒輪616b。當(dāng)中間滑輪組件642旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向，使纜繩631b，632b纏繞在第二階段傳動(dòng)齒輪616b周圍(或者從第二階段傳動(dòng)齒輪616b上展開)，并且使纜繩63北，634b逆向地從第二階段傳動(dòng)齒輪616b上展開(或者纏繞在第二階段傳動(dòng)齒輪616b周圍)。因?yàn)槔|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 ，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(dòng)器611，其構(gòu)造為抑制第二階段傳動(dòng)齒輪 616b的旋轉(zhuǎn)?；喼苿?dòng)器611可以是任何適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)器組件，但優(yōu)選是由德國(guó)的Kendrion Electromagnetic Group制造的永磁體型制動(dòng)器。制動(dòng)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(dòng)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?dòng)器611是可以觸發(fā)的事故保障機(jī)構(gòu)，例如以響應(yīng)故障信號(hào)。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(dòng)部件上的制動(dòng)器與第二階段撓性傳動(dòng)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(dòng)。第二階段傳動(dòng)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(dòng)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(gè)實(shí)施例中，連接部件類似于第一階段傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)齒輪616a (其包括用于兩條纜繩的兩個(gè)連接部件670)相反，第二階段傳動(dòng)齒輪616b 包括四個(gè)連接部件670a，670b，670c，670d，它們沿著第二階段傳動(dòng)齒輪的長(zhǎng)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(duì)于各個(gè)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(duì)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(dòng)齒輪616a描述的引導(dǎo)件。例如，在本實(shí)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(dòng)齒輪616b的長(zhǎng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)齒輪616b 周圍，離開第二階段傳動(dòng)齒輪616b，并繞在各個(gè)惰輪624的一部分的外周周圍。纜繩631b， 632b，633b，634b離開最后一個(gè)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(jī)構(gòu)。惰輪似4是布置在驅(qū)動(dòng)部件 610b與從動(dòng)部件620b之間的中間部件。按照這種方式，第一傳動(dòng)部件(例如，纜繩631b， 632b)和第二傳動(dòng)部件(例如，纜繩63北，634b)與多個(gè)中間部件(例如，惰輪424)中的每一個(gè)接觸，所述中間部件位于第一傳動(dòng)部件和驅(qū)動(dòng)部件610b的耦合點(diǎn)與第一傳動(dòng)部件和從動(dòng)部件620b的耦合點(diǎn)之間。惰輪424是內(nèi)置的非從動(dòng)滑輪，例如以減少第二階段傳動(dòng)裝置中的未支撐纜繩的量。雖然本實(shí)施例包括四個(gè)惰輪424，但是其他實(shí)施例可以包括更多的惰輪，更少的惰輪或惰輪?？梢岳缁趥鲃?dòng)裝置構(gòu)造的細(xì)節(jié)(例如，驅(qū)動(dòng)部件與從動(dòng)部件之間的距離)來(lái)確定是否包括惰輪。惰輪424可以是用于支撐拉伸部件驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)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(dòng)力傳輸額外的距離， 同時(shí)能夠?qū)⒗|繩拉伸力引起的驅(qū)動(dòng)摩擦和結(jié)構(gòu)負(fù)荷降至最小，從而允許撓性傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)成可以以極低的反沖向后驅(qū)動(dòng)。輸出滑輪組件622是第二階段傳動(dòng)裝置的從動(dòng)部件620b并且經(jīng)由撓性傳動(dòng)裝置 603b被中間滑輪組件642驅(qū)動(dòng)。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(gè)實(shí)施例中，從動(dòng)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(jī)械緊固件與剛性框架625耦合，十字輥軸承665的內(nèi)座圈665a利用機(jī)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633b， 634b繞到滑輪690b上。 對(duì)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(cè)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(gè)實(shí)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(guò)墊塊安裝在十字輥軸承665的內(nèi)座圈665a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(hù)蓋668。當(dāng)輸出滑輪組件622旋轉(zhuǎn)時(shí)，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?；趤?lái)自關(guān)節(jié)編碼器的數(shù)據(jù)，旋轉(zhuǎn)輸出可以與來(lái)自驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)612的旋轉(zhuǎn)輸入(由電動(dòng)機(jī)編碼器測(cè)量)進(jìn)行比較，以確定是否已經(jīng)損害了撓性傳動(dòng)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(gè)連接機(jī)構(gòu)650，以用于固定各個(gè)纜繩631b，632b，633b，634b。連接機(jī)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(jī)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(gè)或多個(gè)連接機(jī)構(gòu)。根據(jù)實(shí)施例，兩個(gè)連接機(jī)構(gòu)650布置在滑輪690a上，兩個(gè)連接機(jī)構(gòu)650布置在滑輪690b上。連接機(jī)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(zhǎng)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(jī)構(gòu)650 (例如，布置在滑輪690b上的連接機(jī)構(gòu)650)的一部分。為了使各個(gè)具有凹部的連接機(jī)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(dòng)裝置603b ( S卩，與連接機(jī)構(gòu)650匹配的纜繩)的一部分。連接機(jī)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(jī)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(jī)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(dòng)拉伸件)。因?yàn)檫B接機(jī)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(zhǎng)，以能夠使使用者接近張緊螺母。例如，張緊螺母658的細(xì)長(zhǎng)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(jī)構(gòu) 650，以改變施加在撓性傳動(dòng)裝置60 上的拉伸力。例如，如圖31C所示，細(xì)長(zhǎng)部分658a為使用者提供對(duì)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(dòng))。按照這種方式，連接機(jī)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(jī)器人臂10的端部操縱裝置700通過(guò)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(guò)十字輥軸承(未示出)剛性連接在輸出滑輪組件622上。在一個(gè)實(shí)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(guó)專利申請(qǐng)
No._(代理人卷號(hào)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(yùn)動(dòng)學(xué)耦合，在此通過(guò)引用方式將其全部?jī)?nèi)容并入本文。端部操縱裝置 700可以是適合機(jī)器人臂10應(yīng)用的端部操縱裝置。在一個(gè)實(shí)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 WITH RELEASE ACTUATOR的美國(guó)專利申請(qǐng)
No._(代理人卷號(hào)No. 051892-0351)的端部操縱裝置，在此通過(guò)引用方式將其全
部?jī)?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(dòng)以對(duì)病人進(jìn)行外科手術(shù)認(rèn)為，例如，在關(guān)節(jié)置換過(guò)程中用外科工具710切削骨骼。在外科手術(shù)過(guò)程中，機(jī)器人臂10對(duì)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(shí)引導(dǎo)外科醫(yī)生，例如，如2006年2月21日提交的、美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/357，197(公開號(hào)No. US 2006/0142657)所述，在此通過(guò)引用方式將其全部?jī)?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(dòng)裝置
的實(shí)施例使用了纜繩，其中纜繩包括纜繩LL的長(zhǎng)度，并且第一連接器4 (例如，鑄模球、螺桿或其他連接機(jī)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(gè)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(dòng)部件連接，雙連接器纜繩的遠(yuǎn)端LD通常與從動(dòng)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(gè)方向上拉從動(dòng)部件，另一根在另一個(gè)方向上拉從動(dòng)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(shí)，使用兩個(gè)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(shuō)，第一和第二多元傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)裝置)連接的第二端。一個(gè)纜繩組在一個(gè)方向上拉從動(dòng)部件，另一個(gè)纜繩組在另一個(gè)方向上拉從動(dòng)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(shí)施例中，纜繩包括三個(gè)連接器。為了便于參考，具有三個(gè)連接器的纜繩被稱為“三連接器”纜繩。在本實(shí)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(zhǎng)度的部分，或者為獨(dú)立的纜繩。 使用三連接器纜繩的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于一個(gè)三連接器纜繩可以代替兩個(gè)雙連接器纜繩。因此，可以使用一個(gè)三連接器纜繩來(lái)代替使用兩個(gè)雙連接器纜繩以形成多元傳動(dòng)子部件。在一個(gè)實(shí)施例中，多元傳動(dòng)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(dòng)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4c 與第二構(gòu)件(例如，從動(dòng)部件)耦合。相反，多元傳動(dòng)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(dòng)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4c與第一構(gòu)件(即，驅(qū)動(dòng)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(dòng)部件XX(或從動(dòng)部件)接合，第一連接器4a和第二連接器4b可以與從動(dòng)部件YY(或驅(qū)動(dòng)部件)接合?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)方式實(shí)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(jī)構(gòu)。如圖36A 所示，當(dāng)驅(qū)動(dòng)部件XX旋轉(zhuǎn)以使第一纜繩段Ll纏繞在驅(qū)動(dòng)部件XX周圍時(shí)，第一纜繩段Ll在方向Yl上拉從動(dòng)部件YY ；當(dāng)驅(qū)動(dòng)部件XX旋轉(zhuǎn)以使第二纜繩段L2纏繞在驅(qū)動(dòng)部件XX周圍時(shí)，第二纜繩段L2在方向Y2上拉從動(dòng)部件YY。在圖36A的實(shí)施例中，使用一個(gè)三連接器纜繩產(chǎn)生非冗余構(gòu)造?？梢酝ㄟ^(guò)添加第二個(gè)三連接器纜繩來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余。圖36B示出替換實(shí)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?yàn)楫?dāng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)部件XX 周圍時(shí)，第一纜繩段Ll和第二纜繩段L2在方向Yl上拉從動(dòng)部件YY。為了在方向Y2方向上驅(qū)動(dòng)從動(dòng)部件YY，可以添加第二個(gè)三連接器纜繩。如上面括號(hào)部分所述，在圖36A和圖 36B的實(shí)施例中，第一連接器4a和第二連接器4b可以與一個(gè)部件(例如，驅(qū)動(dòng)部件或從動(dòng)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(dòng)部件或驅(qū)動(dòng)部件)耦合。三連接器纜繩的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)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(gè)纜繩拉伸力調(diào)節(jié)部件來(lái)拉伸整個(gè)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(lái)形成多元傳動(dòng)子部件并且在其中一個(gè)傳動(dòng)子部件(例如，第一纜繩段Li)上施加拉伸力時(shí)，相等的拉伸力施加在另一個(gè)傳動(dòng)子部件(例如，第二纜繩段L2)上。結(jié)果，僅其中一個(gè)纜繩段L1，L2 需要被調(diào)節(jié)以拉伸整個(gè)三連接器纜繩。機(jī)架組件根據(jù)實(shí)施例，如圖1所示，機(jī)器人臂10布置在機(jī)架組件800上。如圖32所示，機(jī)架組件800包括結(jié)構(gòu)框架802 ；其機(jī)械支撐機(jī)器人臂10并且為電子儀器提供安裝區(qū)；計(jì)算機(jī)硬件；以及與機(jī)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(hù)蓋805的連接點(diǎn)。機(jī)器人臂10可以固定在機(jī)架上， 例如，通過(guò)使用機(jī)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(jī)架組件 800上。機(jī)架組件800優(yōu)選包括手柄810和腳輪812以增強(qiáng)機(jī)器人臂10的靈活性，使得機(jī)器人臂10可以容易地移動(dòng)，例如在完成外科手術(shù)之后搬出手術(shù)室。除了易于活動(dòng)以外，機(jī)架組件800優(yōu)選構(gòu)造為以穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)保持機(jī)器人臂10，以在外科手術(shù)中將球形運(yùn)動(dòng)降至最小?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)?shù)姆€(wěn)定機(jī)構(gòu)。根據(jù)實(shí)施例，機(jī)架結(jié)合了升高組件900，其包括可動(dòng)結(jié)構(gòu)，其中機(jī)架組件800支撐在腳輪812上；以及靜態(tài)結(jié)構(gòu)，其中機(jī)架組件800支撐在腿部件上。在可動(dòng)結(jié)構(gòu)中，機(jī)架組件800可以輕易地從一個(gè)位置滾動(dòng)到另一個(gè)位置。在靜態(tài)結(jié)構(gòu)中，機(jī)架組件800基本上是不可動(dòng)的。優(yōu)選的是，機(jī)架組件800在靜態(tài)結(jié)構(gòu)中是自動(dòng)調(diào)平的。例如，腿部件可以包括三個(gè)固定長(zhǎng)度的腿部件912a和一個(gè)自動(dòng)調(diào)平腿部件912b。三個(gè)固定長(zhǎng)度的腿部件912a限定了平面，而自動(dòng)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(gè)實(shí)施例中，自動(dòng)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(jī)架組件800有利地使自身自動(dòng)穩(wěn)定，并且即使放置在不平的地板上也不會(huì)晃動(dòng)。因?yàn)闄C(jī)架組件800使自身自動(dòng)調(diào)平，所以不需要手動(dòng)調(diào)平腿部 件912a， 912b。這是特別有利的，因?yàn)槌Ｒ?guī)的手動(dòng)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(dòng)升高和/或降低腿部件的支腳。這是消化時(shí)間的、有危害的操作，機(jī)架組件800每次移動(dòng)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(jī)器人臂10，并且不需要額外的工具來(lái)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(duì)于底板920運(yùn)動(dòng)的頂板930。腳輪812安裝在底板920上，并且機(jī)架組件800的固定長(zhǎng)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(shí)，腳踏板940操作液壓泵，液壓泵啟動(dòng)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(dòng)以提升頂板930。結(jié)果，腿部件912a，912b向上移動(dòng)，使得機(jī)架組件800被可動(dòng)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(lái)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(dòng)以降低頂板930。結(jié)果，腿部件912a，912b向下移動(dòng)，使得機(jī)架組件800被腿部件912a，912b支撐。布置在各個(gè)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912a，912b與地板接觸。如圖33B所示，在本實(shí)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(gè)腿部件912a，912b通過(guò)其相應(yīng)的腳輪812伸出。這種構(gòu)造的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于升高組件更緊湊。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，在可動(dòng)結(jié)構(gòu)中，腿部件912a，912b收回到腳輪812內(nèi)，從而當(dāng)機(jī)架組件800在門檻或粗糙、不均勻的地板或人行道上滾動(dòng)時(shí)保護(hù)腿部件912a，912b而不會(huì)受到可能發(fā)生的損壞。在考慮本發(fā)明所公開的說(shuō)明書和實(shí)際操作之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)清楚本發(fā)明的其他實(shí)施例。本發(fā)明的說(shuō)明書和實(shí)例應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為僅是示例性的。
權(quán)利要求
1.一種傳動(dòng)設(shè)備，包括驅(qū)動(dòng)部件；從動(dòng)部件；至少局部撓性的傳動(dòng)裝置，其與所述驅(qū)動(dòng)部件和所述從動(dòng)部件耦合，并且構(gòu)造為在所述驅(qū)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)使所述從動(dòng)部件隨之運(yùn)動(dòng)，其中，所述撓性的傳動(dòng)裝置包括第一拉伸部件，所述第一拉伸部件具有耦合所述驅(qū)動(dòng)部件的第一部分、耦合所述從動(dòng)部件的第二部分、 和所述第一部分與所述第二部分之間的中間部分；以及接合所述第一拉伸部件的所述中間部分的調(diào)節(jié)部件，其中所述調(diào)節(jié)部件構(gòu)造為被調(diào)節(jié)以改變施加在所述第一拉伸部件上的拉伸力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動(dòng)設(shè)備，其中，所述撓性的傳動(dòng)裝置包括不與所述調(diào)節(jié)部件接合的第二拉伸部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳動(dòng)設(shè)備，其中，所述撓性的傳動(dòng)裝置構(gòu)造為使得在所述調(diào)節(jié)部件被調(diào)節(jié)以改變施加在所述第一拉伸部件上的拉伸力時(shí)，施加在所述第二拉伸部件上的拉伸力改變。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳動(dòng)設(shè)備，其中，所述第二拉伸部件包括耦合所述驅(qū)動(dòng)部件的部分和耦合所述從動(dòng)部件的部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動(dòng)設(shè)備，其中，所述調(diào)節(jié)部件包括至少一部分構(gòu)造為沿著第一方向和第二方向運(yùn)動(dòng)，其中所述第一方向和所述第二方向沿著直線和弧線中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳動(dòng)設(shè)備，其中，所述調(diào)節(jié)部件構(gòu)造為在所述調(diào)節(jié)部件沿著所述第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，增加施加在所述第一拉伸部件上的拉伸力。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳動(dòng)設(shè)備，其中，所述調(diào)節(jié)部件構(gòu)造為在所述調(diào)節(jié)部件沿著所述第二方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，減小施加在所述第一拉伸部件上的拉伸力。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳動(dòng)設(shè)備，其中，所述調(diào)節(jié)部件的部分包括滑輪。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動(dòng)設(shè)備，其中，所述調(diào)節(jié)部件構(gòu)造為沿著預(yù)定軸線運(yùn)動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動(dòng)設(shè)備，其中，所述調(diào)節(jié)部件構(gòu)造為圍繞預(yù)定軸線旋轉(zhuǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動(dòng)設(shè)備，其中，所述驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)部件設(shè)置在所述傳動(dòng)部件和所述調(diào)節(jié)部件之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳動(dòng)設(shè)備，其中，所述第一拉伸部件和所述第二拉伸部件均包括線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種傳動(dòng)設(shè)備，包括驅(qū)動(dòng)部件；從動(dòng)部件；和與所述驅(qū)動(dòng)部件和所述從動(dòng)部件耦合的至少局部撓性的傳動(dòng)裝置。所述撓性的傳動(dòng)裝置構(gòu)造為在所述驅(qū)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)使所述從動(dòng)部件隨之運(yùn)動(dòng)。所述撓性的傳動(dòng)裝置包括第一拉伸部件，所述第一拉伸部件具有耦合所述驅(qū)動(dòng)部件的第一部分、耦合所述從動(dòng)部件的第二部分、和所述第一部分與所述第二部分之間的中間部分。所述傳動(dòng)設(shè)備還包括接合所述第一拉伸部件的所述中間部分的調(diào)節(jié)部件。所述調(diào)節(jié)部件構(gòu)造為被調(diào)節(jié)以改變施加在所述第一拉伸部件上的拉伸力。
文檔編號(hào)B25J9/10GK102292046SQ200980155126
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)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, J·波塞利, P·埃比特, R·貝內(nèi)特, 姜孝植 申請(qǐng)人:馬科外科公司