具有五桿球面連桿機構的機器人手臂的制作方法

專利名稱：具有五桿球面連桿機構的機器人手臂的制作方法
技術領域：
0001本發明的實施例一般涉及機器人外科手術系統。更具體地，本
發明的實施例涉及機器人手臂中的連桿機構。
背景技術：
0002微創手術(MIS)提供了使用攝像機和細長手術器械通過較小切 口對病人進行手術的外科手術技術，所述攝像機和細長手術器械通常通 過套管針套筒或套管被引入內部手術部位。手術部位通常包括體腔，如 病人的腹部。體腔可任意地使用如注入氣體等的透明流體進行擴張。在 傳統微創手術中，外科醫生在視頻監視器上觀察手術部位時通過啟動器 械手柄從而使用細長手術器械的末端執行器來操縱組織。
0003微創手術的一個普通形式是內窺鏡檢査。腹腔鏡檢查是內窺鏡 檢查的一種，其在腹腔內執行微創檢查和手術。在標準腹腔鏡手術中， 病人的腹部被充入氣體，且套管套筒穿過小切口 (一般為l/2英寸或更小) 以提供腹腔鏡手術器械的入口端口 。腹腔鏡手術器械一般包括腹腔鏡(用 于觀察手術區)和工作工具。工作工具與常規(開放式)手術中使用的 工具相似，除了各工具的工作端或末端執行器是通過工具軸與其手柄分 離的。本文使用的術語"末端執行器"指手術器械的實際工作部分，且 包括如夾鉗、抓鉗、剪刀、縫合器、圖像捕捉鏡頭和針固定器等。為執 行手術程序，外科醫生將工作工具或器械穿過套管套筒至內部手術部位， 并從腹部外操縱。外科醫生通過監控器的手段監控手術程序，該監視器 顯示腹腔鏡所獲手術部位的圖像。類似內窺鏡技術也用于其它類型的手 術，如關節鏡檢查、后腹膜鏡檢査、骨盆鏡檢查、腎鏡檢査、膀胱鏡檢 査、腦槽鏡檢查、鼻竇內視鏡檢査、宮腔鏡檢査、尿道鏡檢査等。

發明內容
0004本發明實施例由后文權利要求綜述。


0005圖l是使用本發明實施例的手術套件的平面圖。
0006圖2是圖1所示手術套件的一部分的平面圖。
0007圖3是沿圖2所示3 — 3方向的剖視圖。
0008圖4是本發明實施例的平面圖。
0009圖5是圖4所示本發明實施例的側視圖。
0010圖6是圖4所示本發明實施例的端視圖。
0011圖7是平行五連桿機構的示意圖。
0012圖8是平行球面五連桿機構的示意圖。
0013圖9是另一平行球面五連桿機構的示意圖。
0014圖10是另一平行球面五連桿機構和控制器的示意圖。
0015圖ll是平行球面五連桿機構的端視圖。
0016圖12是圖11所示平行球面五連桿機構的示意圖。
0017圖13是圖11所示平行球面五連桿機構的另一示意圖。
0018圖14是包括插入軸線的另一平行球面五連桿機構的示意圖。
0019圖15是本發明實施例的示圖。
0020圖16是電動機組件的示圖。
0021圖17是圖15所示實施例細節的示圖。
0022圖18是光學編碼器的示圖。
具體實施例方式
0023詳細說明示出了可用于腹腔鏡手術的本發明。應理解，這僅是 可使用本發明的手術類型的一個示例。本發明不限于腹腔鏡檢查，也不 限于為有助于理解本發明僅作為示例示出的特定結構配置。傳統的微創 手術要求高度的手術技巧，因為外科醫生的手部運動控制距外科醫生手 部相當遠的手術工具，這通常要求不自然且非直覺的手部動作。在機器 人輔助外科手術中，外科醫生可操作主動控制器以控制處于手術部位的 手術器械的動作。伺服機構可基于外科醫生對手動輸入裝置的操縱來移
動并鉸接手術器械。機器人輔助可允許外科醫生更輕松且更精確地控制 手術器械的動作。
0024圖l示出了可使用本發明的手術套件(surgical suite)的示意 性平面圖。病人110位于手術臺112上，正在進行機器人輔助腹腔鏡手術。 外科醫生120可使用主動控制器122以觀察內部手術部位的視頻圖像，并
通過機器人伺服機構的手段來控制一個或多個手術器械和腹腔鏡攝像 機。主動控制器122—般包括通過伺服機構被連于手術器械上的一個或多
個手動輸入裝置(如手柄、外骨骼手套等)。
0025體現本發明的一個或多個機器人手臂IOO、 102可被用于在機器 人輔助外科手術期間支承并移動手術部位的手術器械104。需要支承手術 器械使得器械的工具軸118繞球面旋轉中心轉動，該球面旋轉中心被定位 于沿工具軸長度方向的空間內。附加機器人手臂116可支承并移動腹腔鏡 攝像機。支承攝像機的機器人手臂116與支承手術器械104的機器人手臂 100、 102形式不同。
0026各機器人手臂IOO、 102、 116可由鉸接安裝臂130、 132、 134支 承。安裝臂可被附連于手術臺112。各安裝臂可包括通過接頭連接的多個 部件，這些接頭提供允許機器人手臂在確定動作范圍內定位的一個或多 個自由度。可提供一個或多個鎖定機構以便在機器人手臂處于所需位置 時固定安裝臂的部件和接頭。安裝臂可允許機器人手臂IOO、 102相對于 手術臺與其上病人被固定于任意位置。安裝臂上可裝備接頭角度傳感器
以允許確定安裝臂的姿勢及支承的機器人手臂的最終位置。0027各機器人手臂IOO、 102可被固定于如下位置在此位置時，球 面旋轉的中心基本處于內部手術部位的進入點114 (例如，腹腔鏡手術期 間在腹壁處提供套管針或套管106入口的切口)。可通過隨機器人手臂IOO 移動工具軸118的近端來安全定位機器人手臂100支承的手術器械104的 末端執行器，而不會向腹壁施加危險的力。
0028各機器人手臂IOO、 102可支承可從機器人手臂拆除的一個手術 器械。單個手術期間，各種手術器械108可取代機器人手臂100上的手術 器械104。各機器人手臂100可支承穿過切口114至病人110體內的套管 106。手術器械104的工具軸118穿過套管106至內部手術部位。
0029機器人手臂100可支承手術器械104以便套管106和器械的工具軸 118繞定位在沿套管106長度方向的空間內的球面旋轉中心轉動。球面旋 轉中心也可被稱為球面旋轉遠程中心，因為它是機器人手臂旋轉動作的 球面中心同時遠離機器人手臂結構。繞球面旋轉中心的動作可被描述為 球面動作，因為距球面旋轉中心一個徑向距離的點將在半徑為徑向距離 的球表面上移動。套管106確定插入軸線，該插入軸線穿過如病人110腹 壁中切口114等的進入點至內部手術部位。工具軸118沿插入軸線延伸。
0030各機器人手臂IOO、 102、 116可包括一個或多個伺服電動機以移 動手臂至所需位置。各機器人手臂可包括一個或多個附加伺服電動機以 移動手術器械104和/或手術器械上的末端執行器。 一條或多條控制纜線 124可在主動控制器122中的計算機123與機器人手臂100、 102、 116的伺 服電動機之間提供信號。主動控制器122可包括計算機123以便基于外科 醫生的輸入和接收到的伺服機構的反饋來提供信號從而控制機器人手臂 的伺服機構和手術器械。
0031圖2示出了圖1所示部分的放大圖，其包括病人110和機器人手臂 100、 102、 116。圖3示出了從病人頭部至腳部方向所見的機器人手臂100、 102的端視圖。病人110的示意性剖面所示的是插入套管106的區域。可見， 手術器械104的工具軸118從病人110內部的套管106的末端伸出。工具軸 118內部末端處的末端執行器300可提供多種手術工具中的任一種，這些 手術工具可由機器人手臂100支承的伺服機構200 (圖2所示)啟動。
0032機器人手臂呈現的具體位置可被稱為姿勢(pose)。將機器人 手臂置于具體位置可被稱為給機器人手臂擺姿勢。圖4、 5和6為用于病人 右側且姿勢與圖1一3所示相同的機器人手臂100的正交圖。圖4是平面圖。 圖5是側視圖。圖6是端視圖。
0033再次參照圖2和3，機器人手臂IOO、 102包括支承手術器械104的
球面連桿機構，如下文更詳細所述。球面連桿機構將插入軸線的動作約 束為繞球面旋轉遠程中心206旋轉，該球面旋轉遠程中心206可沿套管106 長度被定位。通過將球面旋轉遠程中心206置于切口114處或其附近，可 移動插入軸線而在切口處沒有大幅動作。
0034末端執行器300沿插入軸線穿過套管106至內部手術部位。末端
執行器300由工具軸118支承，且通過工具軸118被連于伺服機構200。伺 服機構200可操縱末端執行器300并允許包括各種動作，這些動作可以包 括繞插入軸線的旋轉和沿插入軸線的平移。末端執行器300的平移可通過 平移帶工具軸118的手術器械104和所附末端執行器完成。0035末端執行器300可通過繞球面旋轉遠程中心206移動工具軸118從 而在兩個附加維度內移動。機器人手臂100通過移動工具軸118以改變其 在空間的角度定位來控制動作的這兩個維度。可使用球面坐標系中插入 軸線的位置來描述工具軸118的動作。可使用兩個角度和距球面坐標系中 心的距離來確定空間中的點。應理解，僅需要兩個角度來確定穿過球面 坐標系中心的插入軸線。
0036本發明的機器人手臂IOO包括平行球面五連桿機構來移動并支承 手術器械104以便器械的工具軸118繞定位在沿插入軸線且基本沿套管 106長度方向的空間內的球面旋轉遠程中心206轉動。
0037圖7示出了平行五連桿機構700的簡化二維示意圖。該示例示出 了基本在平坦平面內操作的連桿機構。本發明的連桿機構與三維空間內 操作相似且將在下文中說明。平行五連桿機構是相互鉸接并鉸接至固定 基底連桿705的四個硬桿或連桿701、 702、 703、 704的系統。該固定基底 連桿可被稱為地面連桿。應理解，僅在為剩余四個連桿提供固定參照系 的意義上，該地面連桿705是固定的。地面連桿705可定位于空間中從而 移動整個五連桿機構。
0038每個連桿均包括兩條樞軸線。地面連桿的兩條樞軸線712、 713 可重合，從而形成零長度的地面連桿。剩余的四個連桿中，各連桿的兩 個樞軸線之間均具有實際距離。所有的樞軸線71K 712、 713、 714、 715 垂直于公共面。連桿連于樞軸線處，使得連桿可繞其連接處的樞軸線相 對彼此旋轉。連桿在樞軸線處的可旋轉連接可采用將連接的連桿動作限 制為繞樞軸線旋轉的多種形式中的任一種。說明了平行球面五連桿機構 的多個軸線。術語"軸線"可互換使用以指除插入軸線之外的"接頭" 或"樞軸"。
0039地面連桿705提供了兩個內側軸線712、 713。內側連桿701、 704 可轉動地連于各內側軸線713、 712。各內側連桿701、 704具有與內側軸
線713、 712隔開的中間軸線714、 711。各內側連桿701、 704在中間軸線 714、 711處可轉動地連于外側連桿702、 703。各外側連桿702、 703具有 與中間軸線714、 711隔開的外側軸線715。兩個外側連桿702、 703可轉動 地連于他們的外側軸線715處。外側軸線715可垂直(該二維說明性示例 中的)公共面定位于運動范圍內任一處，從而在具有兩個自由度的外側 軸線715處提供端點動作。如果配備電動機來繞其內側軸線713、 712旋轉 各內側連桿701、 704，如箭頭所示，則可通過旋轉帶電動機的兩個內側 連桿將外側軸線715定位于動作范圍任一處。反過來，外側軸線715在其 動作范圍內的運動轉換為兩個內側連桿701、 704繞其內側軸線713、 712 的旋轉。
0040將兩個以地面為參照的獨立連桿的旋轉與軸線的二維運動連接 起來的連桿機構是平行連桿機構。兩個電動機提供至所述兩個內側連桿 的旋轉動作可被稱為平行旋轉動作輸入。應理解本文使用的"平行"是 指相互獨立提供的兩個輸入，而不是在幾何意義上指輸入的方向。在平 行連桿機構中，兩個獨立的平行輸入在某個遠端點作用于同一主體，在 該遠端點處連于輸入的連桿結合以驅動同一物體或連桿。
0041用于本說明目的的球面連桿機構是上述二維機械連桿機構的三 維形式。在三維連桿機構中，所有的樞軸線穿過球面旋轉的共同遠程中 心。"穿過"包括可稍偏離(例如因物理連桿的制造中的微小誤差)球 面旋轉遠程中心以容許機器人手臂的結構限制的軸線，這里偏離是足夠 小的以便連桿機構基本具有相同運動(特征動作)，好像軸線實際包括 精確的理論球面旋轉遠程中心一樣。注意，穿過球面旋轉遠程中心的軸 線也垂直于定心在球面旋轉遠程中心上的球表面。
0042現參照圖7所示原始二維連桿機構，可理解對于外側軸線的多數 可能位置而言，五連桿機構中各內側連桿701、 704有兩個可能位置。例 如，內側連桿701也可如虛線701'所示定位。內側連桿的這個位置一般 被認為是不需要的，因為中間軸線714' 、 711之間的距離減少，且外側 連桿702' 、 703之間的角度減少。通常需要最大化中間軸線之間的距離， 從而為外側軸線715提供較廣的支承基底。通常也需要外側連桿702'、 703相互盡可能接近直角從而支承外側軸線715。盡管五連桿機構的常規
結構為外側軸線715提供了良好的結構支承，但最終結構要求大量的空間 以在其中移動。虛線701' 、 702'位置所示的可選結構占據面積較小(投 影在平面上)，且因而具有更緊湊的機械結構。
0043圖8示出了平行球面五連桿機構800的示意圖。與上述平面五連 桿機構相同，平行球面五連桿機構800是相互鉸接且鉸接于固定基底或地 面連桿805的四個硬連桿801、 802、 803、 804的系統。當平行五連桿機構 以球面形式構造時，所有的樞軸線811、 812、 813、 814、 815垂直于公共 球表面，并且因此穿過球的球面旋轉遠程中心820。具體地，外側軸線815 始終穿過其動作范圍內的球面旋轉遠程中心820。因此，平行球面五連桿 機構800為手術器械提供了所需的受限動作，以便由連桿機構800的外側 軸線815支承和移動時器械的工具軸繞球面旋轉遠程中心轉動。移動手術 器械的電動機被置于地面連桿805的內側軸線813、 812處。這避免了使用
串聯手臂機構時可能要求的一電動機隨另一電動機移動。0044如圖9示意性所示，已發現平行球面五連桿機構900可受約束以 便中間軸線914、 911不能采用中間軸線處于其最大可能間隔的常規結構， 并令人驚訝地為外側軸線915提供了良好的結構支承。這使得結構更緊 湊，如圖1 —3中的示例性系統所示，在有限空間內使用兩個或兩個以上 這樣的緊鄰的手臂時，更適合用作機械手臂支承手術器械。0045所示示意性連桿機構900包括地面連桿905、兩個內側連桿901、 904和兩個外側連桿902、 903。第一內側連桿901包括第一旋轉軸線913和 距第一旋轉軸線在第一距離處的第一中間軸線914。第一外側連桿902在 第一中間軸線914處可轉動地連于第一內側連桿901。第一外側連桿902具 有距第一中間軸線914在第二距離處的外側軸線915。0046機械檔塊916可限制第一外側連桿902繞第一中間軸線914的旋
轉，以便當第一外側連桿旋轉至機械檔塊的限制處時，從第一旋轉軸線 913到外側軸線915的第三距離基本小于第一距離加上第二距離。在另一 實施例(未示出)中，機械檔塊可為兩部分，各自限制兩個內側連桿之
一的旋轉。
0047對于為簡單弓形部件的連桿，如圖9所示連桿901—905，機械檔 塊916約束連桿的動作，使得第一內側連桿901和第一外側連桿902之間的
角度始終基本小于180。。更一般的，從第一旋轉軸線913到第一中間軸 線914的線部分與從第一中間軸線914到外側軸線915之間的線部分之間 的角度被約束成基本小于180。。
0048第二內側連桿904具有距第一旋轉軸線913在第四距離處的第二 旋轉軸線912和距第二旋轉軸線912在第五距離處的第二中間軸線911。第 二外側連桿903在第二中間軸線911處可轉動地連于第二內側連桿904，并 在外側軸線915處可轉動地連于第一外側連桿902。外側軸線915位于距第 二中間軸線911在第六距離處。本發明的球面五連桿機構還被約束成使第 一和第二中間軸線914、 911位于包括外側軸線915和第一旋轉軸線913或 第二旋轉軸線912中任一旋轉軸線的平面的同側。該約束物可通過第二內 側連桿904和第二外側連桿903的結構和組裝來實現。
0049如果第二內側連桿904和第二外側連桿903的總長相對第一旋轉 軸線913和第二旋轉軸線912之間的距離足夠長，那么第一內側連桿901和 第一外側連桿902的動作的約束物將約束第二內側連桿904和第二外側連 桿903從而保持本發明的結構。對于第一內側連桿901和第一外側連桿902 的給定長度、對第一對連桿90K 902之間角度的給定約束物以及第一旋 轉軸線913和第二旋轉軸線912之間的給定距離，從第二旋轉軸線912至外 側軸線915具有最大距離。如果第二內側連桿904和第二外側連桿903的總 長大于該最大距離，則第二對連桿904、 903將被約束處于其關于中間軸 線914、 911的相對位置組裝時的結構。
0050平行球面五連桿機構在其動作上可受限制使得兩個中間軸線 914、 911與對于機器人手臂900的任一給定姿勢而言可能的最大間隔相比 相對較近。第一對連桿901、 902和第二對連桿904、 903均有相同的"偏 手性(handedness)"。即，兩對連桿中間軸線914、 911處的"肘部" 向手臂的同側彎曲。因而形成的機器人手臂900根據機械檔塊916如何設 置而具有偏右手或偏左手特性。圖9所示示例性實施例可認為是偏右手， 因為第一中間接頭和第二中間結構保持處于右側以指向右方。同樣，偏 左手的機器人手臂會具有處于左側以指向左方的第一中間接頭和第二中 間接頭。根據上述約束物構造的平行五桿球面連桿機構可被描述為受限 在緊湊姿勢范圍內。
0051如圖9所示實施例所示，可通過使第一旋轉軸線913和第二旋轉 軸線912之間的第四距離基本小于任一活動連桿901、 902、 903、 904上的 軸線之間的距離而使機器人手臂900更加緊湊。
0052圖10示出了機器人手臂的平行球面五連桿機構1000的另一實施 例。可通過設置連桿機構使得外側軸線1015的主要動作范圍基本位于包 括第一旋轉軸線1013或第二旋轉軸線1012中任一旋轉軸線和外側軸線 1015的平面的一側而使機器人的平行球面五連桿機構1000更加緊湊。
0053在一些實施例中，如圖10所示平行球面五連桿機構1000的實施 例，第一旋轉軸線1013和第二旋轉軸線1012由連于控制器1018的電動機 驅動，該控制器1018提供信號至第一和第二電動機。第一電動機旋轉第 一內側連桿IOOI，第二電動機旋轉第二內側連桿1004。控制器1018可限 制內側連桿IOOI、 1004的動作，使得第一和第二中間軸線1014、 lOll處 于包括外側軸線1015和第一旋轉線1013或第二旋轉線1012中任一旋轉線 的平面的同側。控制器1018可為連桿1001 — 1004的動作范圍提供與機械 檔塊916為圖9所示實施例的連桿901—904提供的相同的約束物。
0054平行球面五連桿機構IOOO可被用于通過可控制地旋轉內側連桿
(如通過使用伺服電動機或步進電動機)來移動外側軸線至所需位置。 在另一實施例中，通過確定操縱外側軸線造成的兩個內側軸線的方位角
(bearing)，平行球面五連桿機構1000可被用于感測外側軸線的位置。 例如，旋轉編碼器或其它傳感器可置于圖10所示平行球面五連桿機構的 第一旋轉線1013和第二旋轉線1012處。控制器1018可被替換成連于所述 兩個旋轉編碼器以接收各內側連桿IOOI、 1004方位角的計算機。之后計
算機可計算可由手術人員操縱來提供位置輸入的外側軸線的位置。應理 解，外側軸線被約束為繞球面連桿機構的球面旋轉遠程中心1020旋轉。 因此，平行球面五連桿機構也可被用于圖l所示控制臺122以便從外科醫 生120處接收外側軸線1015的位置輸入。位置輸入具有與機器人手臂IOO
的外側軸線相同的約束動作。
0055圖11示出了包含結構與圖1一6所示機器人手臂100相似的本發明 的平行球面五連桿機構IIOO。平行球面五連桿機構1100的結構和姿勢與 圖10所示平行球面五連桿機構1000的示意圖相似。四個活動連桿1101 —
1104旋轉所繞的五個樞軸線1111一1115均穿過公共的球面旋轉遠程中心 1120。所示機構包括分別連于第一內側連桿1101和第二內側連桿1104的 兩個電動機1123、 1122，以便電動機可繞第一旋轉線1113和第二旋轉線 1112旋轉連桿。兩個電動機1123、 1122連在一起以形成第五連桿1105， 即地面連桿。
0056所示內側連桿1101基本為弓形。所示其余三個連桿1102、 1103、 1104為可包括弓形部件的不規則形狀，以允許放置轉動連接llll、 1114 和1115，使得連桿和樞軸可相互經過。應理解，連桿可為不影響本發明 功能的任何所需形式。連桿機構可用作球面連桿機構，只要轉動連接 1111、 1112、 1113、 1114、 1115的軸線均基本穿過公共的球面旋轉遠程 中心1120。
0057圖12是圖11所示平行球面五連桿機構1100的示意性表示，其更 清晰地示出了連桿1101、 1102、 1103、 1104、 1105和轉動連接1111、 1112、 1113、 1114、 1115之間的關系。圖12示出了弓形的連桿以強調結構的球 面屬性。圖13以示意性形式示出了連桿，表現了圖ll所示實施例的連桿 形式。可以看出，圖13所示連桿的不規則形狀增加了第一對連桿1101、 1102和第二對連桿1104、 1103之間的間隔。可以理解，該連桿形式并不 重要，只要其能支承樞軸線使其基本穿過球面旋轉遠程中心1120。
0058在本發明的平行球面五連桿機構的緊湊結構中，可能需要配置 連桿機構以便連接第一旋轉軸線1113至外側軸線1115的第一對連桿 1101、 1102可自由經過連接第二旋轉軸線1112至外側軸線1115的第二對 連桿1104、 1103。由于平行球面五連桿機構的唯一要求是所有樞軸線基 本穿過公共球面旋轉遠程中心1120，所以第一對連桿1101、 1102和第一 中間樞軸1114可被配置成使第一對掃過的第一量與第二對連桿1104、 1103和第二中間樞軸1111掃過的第二量不相交。第一量和第二量之間的 唯一連接處于外側軸線1115和地面連桿1105的附近。圖11和13所示實施 例的連桿形式是允許第一對連桿1101、 1102經過第二對連桿1104、 1103 的結構示例。
0059圖14示出了機器人手臂的平行球面五連桿機構1400的另一實施 例。與圖10所示連桿機構1000相比，平行球面五連桿機構1400包括外側
連桿，其具有與外側軸線1415隔開一個偏移距離的插入軸線1419。理想 地，插入軸線1419與外側軸線1415重合。但是可通過分離開插入軸線1419 和外側軸線1415獲得機械包裝的優勢。
0060插入軸線1419優選位于外側連桿1402上比外側軸線1415距中間 軸線1414更遠的位置。只要插入軸線1419垂直定心于球面旋轉遠程中心 1420上的球的表面，并因而穿過球面旋轉遠程中心1420，那么插入軸線 將具有與平行球面五連桿機構1400的樞軸線1411 —1415相同的運動特 性。S卩，插入軸線1419可相對球面旋轉遠程中心1420移動。插入軸線1419 可以或可以不位于由中間軸線1414和外側軸線1415所限定的平面內。
0061'將插入軸線1419置于平行球面五連桿機構的樞軸線外側可允許 手術工具被支承并被操縱而不會不干涉連桿機構1400的動作。這也可簡 化套管106及其相關機械連接裝置的構造、安裝、移除和無菌邊界構造。
0062在具有隔開的插入軸線的一些實施例中，如圖14所示，插入軸 線1419、外側軸線1415和中間軸線1414可共面。該配置可簡化兩個內側 連桿140K 1404位置和外側軸線1415位置之間的關系。注意插入軸線1419 可被置于兩個外側連桿1402、 1403中的任一之上。
0063本發明的平行球面五連桿機構可使用球面幾何(即球表面上的 平面幾何)來說明。盡管本發明的連桿機構的連桿不需要位于同一球表 面或任一球表面，但為說明該連桿機構，他們可被投影于公共球表面上。 在球面幾何中，距離可作為角度被測量，因為球表面上的幾何關系不受 球半徑改變的影響。角距離保持不變，與球半徑無關。
0064地球表面上的導航是球面幾何的一個普通示例。全球導航使用
的緯度和經度是用于說明球面系統中位置和方向的常見系統。赤道限定 了處于緯度為O。處的點。北極限定了緯度90。，南極限定了緯度一90。。
經度是在緯度恒定的圓上距任意確定的O。經度線的角距離。經度在常規 上表述為O。經度線從西180。至東180°的范圍。方位角是某點的方向 線，被表述為方位和指向北極的方向線之間角度。以下是根據球面幾何 表述的本發明的實施例。
0065參照圖14，第一內側連桿1401的第一旋轉軸線1413可被認為處 于0°諱度和O。經度。所示第二內側連桿1404的第二旋轉軸線1412處于
相同經度和負緯度。
0066第一中間軸線1414可與第一旋轉軸線1413隔開60。。第一外側 軸線1415可與第一中間軸線1414隔開40。。插入軸線1419可與外側軸線 1415隔開30° 。第二旋轉軸線1412可處于經度為0。且緯度為負18。的固 定位置。應記住，固定位置指在連桿機構的球面幾何參照系內是固定的， 且整個連桿機構及其參照系可自由定位于空間內。第二中間軸線1411可 與第二旋轉軸線1412隔開45。。第二中間軸線1411可與外側軸線1415隔 開55° 。
0067第一內側連桿1401繞第一旋轉軸線1413的旋轉范圍可為從80。 至一30°的方位角。圖1一6所示機器人手臂100的第一內側連桿具有約為 15°的方位角。第一內側連桿1401和第一外側連桿1402之間的角度可為 從110°至30° 。圖1 —6所示機器人手臂100的第一內側連桿和第一外側 連桿之間的角度約為75。。
0068這些尺寸僅用作示例。本發明可使用尺寸基本不同且動作范圍 基本不同的連桿機構來實施。本發明僅由權利要求所限制。可能需要的 是，使用不同尺寸和不同動作范圍以使本發明適應對插入軸線的動作范 圍和裝置在其動作范圍內占據的空間具有特定要求的特定類型外科手術 的需要。
0069圖15示出了機器人手臂1500的實施例，其幾何形狀與圖14所示 平行球面五連桿機構1400的示意性幾何形狀相似。圖15中的視圖與圖14 中的視圖的聯系在于基本從圖14的左邊向右邊所見即為圖15所示視圖。 地面連桿1505可被認為是機器人手臂1500的近端。第一電動機組件1523 可在第一電動機的第一旋轉軸線1513處被連于地面連桿1505。第二電動 機組件1522可在距第一旋轉軸線第一距離處的第二電動機的第二旋轉軸 線1512處被連于地面連桿1505。注意旋轉軸線1512、 1513位于電動機組 件1522、 1523內，且以電動機看似透明的方式繪制出軸線，使得這些軸 線與本實施例結構的關系更清晰可見。
0070圖16示出了可用于機器人手臂實施例的電動機組件1522。組件 可包括電動機1602以提供旋轉動作。電動機可連于軸1616上，該軸1616 被定心于穿過變速箱1604的內側連桿的旋轉軸線1512上，該變速箱1604
可減少電動機1602旋轉。制動器1606可連于電動機1602以在不移動時停 止并保持電動機。編碼器盤1610可連于電動機1602。光學傳感器1618可 感測編碼器盤1610的角動作或位置，并提供信號于可連于機器人手臂的 控制器上的電連接器1614。
0071第一內側連桿1501在第一旋轉軸線1513處被連于地面連桿1505。 第一內側連桿1501具有距第一旋轉軸線1513第二距離處的第一中間軸線 1514。第一外側連桿1502在第一中間軸線1514處可轉動地連于第一內側 連桿1501。第一外側連桿1502具有距第一中間軸線1514第三距離處的外 側軸線1515。第一外側連桿1502還包括與外側軸線1515和中間軸線1514 隔開的插入軸線1519。插入軸線1519位于機器人手臂1500的遠端。第一 外側連桿1502可支承定心于插入軸線1519上的套管1506。注意插入軸線 1519穿過套管1506，且插入軸線以套管看似透明的方式被繪制出，以便
插入軸線與旋轉軸線的關系以及本實施例結構更清晰可見。0072如圖17所示，約束物可限制第一外側連桿1502繞第一中間軸線 1514的旋轉。第一電動機1523與地面連桿1505連接處的第一旋轉軸線 1513和外側軸線1515之間的最大可變延伸距離被約束為基本小于第一旋 轉軸線1513至第一中間軸線1514的距離與第一中間軸線1514至外側軸線 1515之間的距離的總和。圖17詳細示出了將第一內側連桿1501轉動地連 接到第一外側連桿1502的第一中間軸線1514。止動銷1716可被連于第一 外側連桿1502使其隨第一外側連桿移動。槽1718可裝備在第一內側連桿 1501上，止動銷1716被約束于其中，從而限制第一外側連桿1502繞第一 中間軸線1514的旋轉。
0073第二內側連桿1504在第二旋轉軸線1512處被轉動地連于地面連 桿1505。第二內側連桿1504具有距第二旋轉軸線1512第五距離處的第二 中間軸線1511。第二外側連桿1503在第二中間軸線1511處被轉動地連于 第二內側連桿1504。第二外側連桿1503也在外側軸線1515處被轉動地連 于第一外側連桿1502，從而閉合平行球面五連桿機構。平行球面五連桿 機構的所有的樞軸線穿過球面旋轉遠程中心1520。第一中間軸線1514和 第二中間軸線1511位于包括外側軸線1515和配置有第一和第二電動機 1523、 1522的第一旋轉軸線1513或第二旋轉軸線1512中任一旋轉軸線的
平面的同側。如果第一中間軸1514和第二中間軸線1511被視為肘部，則 在機器人手臂1500的受約束動作范圍內，兩個肘部保持在相同方向上彎曲。
0074應理解，本發明的平行球面五連桿機構可體現于有動力的或無 動力的結構中。在有動力的實施例中，如伺服電動機等的裝置旋轉內側 連桿。平行球面五連桿機構將這些旋轉轉換為外側軸線的二維運動。在 無動力的實施例中，外側軸線的二維運動通過平行球面五連桿機構被轉 換為內側連桿的旋轉。如旋轉編碼器等的裝置可感測內側連桿的方位角， 且該信息可被用于計算外側軸線的位置。在無動力的實施例中，如上所 述約束中間軸線的旋轉是有利地，因為該約束將外側軸線的位置限制為 符合內側連桿方位角的兩個可能位置之一 。
0075圖18示出了可被用于平行球面五連桿機構的無動力實施例的編 碼器組件。可通過確定因操縱外側軸線產生的平行球面五連桿機構的所 述兩個內側軸線的方位角來感測外側軸線的位置。編碼器盤1810可連于 定心于平行球面五連桿機構的所述兩個內側軸線的各旋轉軸線1812上的 軸1816。編碼器盤1810可通過可增加編碼器盤的旋轉的變速箱1804被連 接。光學傳感器1818可感測編碼器盤1810的角動作或位置。光學傳感器 1818可提供信號于電連接器1814上。來自兩個旋轉編碼器的信號可被連 于計算機以確定各內側軸線的方位角。
0076計算機可根據兩個方位角確定外側軸線的位置。應注意，對于 內側連桿的一對給定的方位角，外側軸線有兩個可能位置。可向計算機 提供如約束物限制的一外側連桿繞中間軸線的旋轉范圍。旋轉范圍的附 加輸入可允許計算機唯一確定外側軸線的位置。
0077盡管己說明并在附圖中示出了特定示意性實施例，但應理解， 這些實施例僅用作說明，而不是限制較廣的發明，且本發明不限于所示 及所述的具體結構和配置，因為對于本領域普通技術人員而言可做出各 種其它修改。相反，本發明的實施例應根據所附權利要求來解釋。
權利要求
1.具有球面旋轉遠程中心的平行球面五連桿機構，該連桿機構包括具有兩個旋轉軸線的地面連桿；兩個內側連桿，各內側連桿均在所述兩個旋轉軸線之一處被轉動地連于所述地面連桿，各內側連桿均具有與所述旋轉軸線隔開的中間軸線，所述兩個旋轉軸線和所述兩個中間軸線均穿過所述球面旋轉遠程中心；兩個外側連桿，各外側連桿均在所述內側連桿的中間軸線處被轉動地連于所述內側連桿中的一個，所述兩個外側連桿在與所述中間軸線隔開且穿過所述球面旋轉遠程中心的外側軸線處被轉動地連在一起；以及約束物，其限制所述外側連桿中的第一外側連桿繞所連內側連桿的中間軸線的旋轉以使連桿之間的最大夾角基本小于一百八十度；其中所述外側連桿中的第二外側連桿和所連內側連桿被構造并組裝成使得所述兩個中間軸線被約束成處于包括所述外側軸線和所述旋轉軸線中一條的平面的同側。
2. 根據權利要求l的連桿機構，其中所述約束物還包括機械檔塊。
3. 根據權利要求2的連桿機構，其中所述機械檔塊直接限制所述外 側連桿中的一個繞所連內側連桿的中間軸線的旋轉。
4. 根據權利要求2的連桿機構，其中所述機械檔塊直接限制各所述 內側連桿繞所述內側連桿被轉動地連于所述地面連桿處的旋轉軸線的旋
5.根據權利要求l的連桿機構，其中所述約束物包括 兩個電動機，各電動機均連于所述地面連桿且在所述兩個旋轉軸線之一處連于所述兩個內側連桿之一；以及控制器，其使得所述兩個電動機各自在有限旋轉范圍內繞所述兩個旋轉軸線之一旋轉所連內側連桿。
6. 根據權利要求1的連桿機構，其中所述兩個內側連桿及其各自所 連外側連桿被構造并連接成使得所述兩個內側連桿之一及其所連外側連 桿可自由經過所述兩個內側連桿中的另 一個及其所連外側連桿。
7. 根據權利要求1的連桿機構，還包括-兩個旋轉編碼器，各旋轉編碼器與所述內側連桿之一連在其旋轉軸 線處；以及計算機，其連于所述兩個旋轉編碼器以接收每個所述內側連桿的方 位角并計算所述外側軸線的位置。
8. 根據權利要求l的連桿機構，其中所述外側連桿中的一個還包括 與所述外側軸線和所述中間軸線隔開的插入軸線，所述插入軸線穿過所 述球面旋轉遠程中心。
9. 根據權利要求1的連桿機構，其中所述外側連桿中的一個還包括 與所述外側軸線重合的插入軸線，所述插入軸線穿過所述球面旋轉遠程 中心。
10. 根據權利要求1的連桿機構，其中所述兩個旋轉軸線在所述地 面連桿上被隔開。
11. 根據權利要求1的連桿機構，其中所述兩個旋轉軸線在所述地 面連桿上重合。
12. 具有球面旋轉遠程中心的平行球面五連桿機構，該連桿機構包括地面連桿，其具有第一旋轉軸線和與距所述第一旋轉軸線第一距離 處的第二旋轉軸線；第一內側連桿，其在所述第一旋轉軸線處被轉動地連于所述地面連桿且具有距所述第一旋轉軸線第二距離處的第一中間軸線；第一外側連桿，其在所述第一中間軸線處被轉動地連于所述第一內 側連桿，所述第一外側連桿具有距所述第一中間軸線第三距離處且距所述第一旋轉軸線在可變第四距離處的外側軸線；約束物，其限制所述第一外側連桿繞所述第一中間軸線的旋轉以使 所述第一外側連桿旋轉至所述約束物的限制處時所述可變第四距離的最 大限度基本小于所述第二距離和所述第三距離的總和；第二內側連桿，其在所述第二旋轉軸線處被轉動地連于所述地面連 桿且具有距所述第二旋轉軸線第五距離處的第二中間軸線；第二外側連桿，其在所述第二中間軸線處被轉動地連于所述第二內 側連桿且在所述外側軸線處被轉動地連于所述第一外側連桿，該外側軸 線距所述第二中間軸線第六距離；且其中所有軸線均穿過所述球面旋轉遠程中心，且所述第一中間軸線 和所述第二中間軸線處于包括所述外側軸線和所述第一旋轉軸線或所述 第二旋轉軸線中任一旋轉軸線的平面的同側。
13. 根據權利要求12的連桿機構，其中所述可變第四距離的所述最 大限度和所述第一距離的總和基本小于所述第五距離和所述第六距離的 總和。
14. 根據權利要求12的連桿機構，其中所述約束物包括機械檔塊。
15. 根據權利要求14的連桿機構，其中所述機械檔塊直接限制所述 外側連桿之一繞所連內側連桿的中間軸線的旋轉。
16. 根據權利要求14的連桿機構，其中所述機械檔塊直接限制每個 所述內側連桿繞其各自旋轉軸線的旋轉。
17. 根據權利要求12的連桿機構，其中所述約束物包括 在所述第一旋轉軸線處連于所述第一內側連桿的第一電動機； 在所述第二旋轉軸線處連于所述第二內側連桿的第二電動機；以及 控制器，其使得所述第一電動機在第一有限旋轉范圍內繞所述第一 旋轉軸線旋轉所述第一內側連桿，并使得所述第二電動機在第二有限旋 轉范圍內繞所述第二旋轉軸線旋轉所述第二內側連桿。
18. 根據權利要求12的連桿機構，其中所述第一內側連桿和所述第 一外側連桿被構造并連接成使其可自由經過所述第二內側連桿和所述第 二外側連桿。
19. 根據權利要求12的連桿機構，還包括-兩個旋轉編碼器，各編碼器與所述內側連桿之一連于其旋轉軸線處；以及連于所述兩個旋轉編碼器以接收各內側連桿的方位角并計算所述外 側軸線的位置的計算機。
20. 根據權利要求12的連桿機構，其中所述外側連桿之一還包括與 所述外側軸線和所述中間軸線隔開的插入軸線，所述插入軸線穿過所述 球面旋轉遠程中心。
21. 根據權利要求12的連桿機構，其中所述外側連桿之一還包括與 所述外側軸線重合的插入軸線，所述插入軸線穿過所述球面旋轉遠程中
22. 根據權利要求12的連桿機構，其中所述第一距離為零。
23. 根據權利要求12的連桿機構，其中所述第一距離小于所述第一 距離、所述第二距離、所述第五距離以及所述第六距離中的每一個。
24. —種機器人手臂，其包括 具有第一旋轉軸線的第一電動機； 具有第二旋轉軸線的第二電動機；將所述第一 電動機連至所述第二電動機的地面連桿；在所述第一旋轉軸線處連于所述第一電動機的第一內側連桿，所述 第一內側連桿具有與所述第一旋轉軸線隔開的第一中間軸線；在所述第一中間軸線處轉動地連于所述第一內側連桿的第一外側連 桿，所述第一外側連桿具有與所述第一中間軸線隔開的外側軸線；在所述第二旋轉軸線處連于所述第二電動機的第二內側連桿，所述 第二內側連桿具有與所述第二旋轉軸線隔幵的第二中間軸線；在所述第二中間軸線處轉動地連于所述第二內側連桿并在所述外側 軸線處轉動地連于所述第一外側連桿的第二外側連桿；其中五條所述軸線均穿過與所有五個連桿隔開的球面旋轉遠程中 心；以及控制器，其提供信號至所述第一電動機和所述第二電動機從而分別 旋轉所述第一內側連桿和所述第二內側連桿以便所述第一中間軸線和所 述第二中間軸線處于包括所述外側軸線和所述第一旋轉軸線或所述第二 旋轉軸線中任一旋轉軸線的平面的同側。
25. 根據權利要求24的機器人手臂，其中所述第一外側連桿還包括 支架，該支架支承具有帶插入軸線的工具軸的手術器械，所述插入軸線 與所述外側軸線和所述第一中間軸線隔開，所述插入軸線穿過所述球面 旋轉遠程中心。
26. 根據權利要求24的機器人手臂，其中所述插入軸線與所述第一 中間軸線的間隔大于所述外側軸線與所述第一 中間軸線的間隔。
27. 根據權利要求26的機器人手臂，其中所述插入軸線、所述外側 軸線和所述第一中間軸線是共面的。
28. 根據權利要求24的機器人手臂，其中所述第一外側連桿還包括 支架，該支架支承具有帶插入軸線的工具軸的手術器械，所述插入軸線與所述外側軸線重合，所述插入軸線包括所述球面旋轉遠程中心。
29. 根據權利要求24的機器人手臂，還包括約束物，其限制所述第 一外側連桿繞所述第一中間軸線的旋轉以使所述第一旋轉軸線、所述第 一中間軸線以及所述外側軸線之間的夾角不超過160度。
30. 根據權利要求24的機器人手臂，還包括約束物，其限制所述第 一外側連桿繞所述第一中間軸線的旋轉以使所述第一旋轉軸線、所述第 一中間軸線以及所述外側軸線之間的夾角不超過120度。
31. 根據權利要求24的機器人手臂，還包括約束物，其將所述第二 旋轉軸線和所述外側軸線之間的最大距離限制為基本小于所述第二旋轉 軸線和所述第二中間軸線之間的距離與所述第二中間軸線和所述外側軸 線之間的距離之和。
32. 根據權利要求24的機器人手臂，其中所述第一旋轉軸線和所述 第二旋轉軸線在所述地面連桿上隔開一個固定距離。
33. 根據權利要求24的機器人手臂，其中所述第一旋轉軸線和所述 第二旋轉軸線在所述地面連桿上重合。
34. —種系統，其包括包括第一平行球面五連桿機構的第一機器人手臂，其具有 地面連桿；連于所述地面連桿的兩個電動機，每個所述電動機均具有一個 旋轉軸線，兩個所述旋轉軸線在第一球面旋轉遠程中心處相交，兩個內側連桿，每個所述內側連桿與所述電動機之一連于所述 電動機的旋轉軸線處，各內側連桿具有與所述電動機的旋轉軸線隔 開的中間軸線，兩個中間軸線穿過所述第一球面旋轉遠程中心，以 及 兩個外側連桿，每個所述外側連桿與所述內側連桿之一轉動地 連于所述內側連桿的中間軸線處，所述兩個外側連桿在與所述中間 軸線隔開的外側軸線處被轉動地連在一起并穿過所述第一球面旋轉 遠程中心；以及控制器，其使得所述第一機器人手臂的所述兩個電動機繞所述電動 機的旋轉軸線旋轉相應的所連內側連桿以使所述兩個中間軸線處于包括 所述外側軸線和任一電動機的旋轉軸線的平面的同側。
35. 根據權利要求34的系統，其中所述外側連桿之一還包括具有與所述外側軸線隔開的插入軸線的手術器械，所述插入軸線穿過所述第一 球面旋轉遠程中心。
36. 根據權利要求35的系統，其中所述插入軸線與該外側連桿之一 的中間軸線的間隔大于所述外側軸線與該中間軸線的間隔。
37. 根據權利要求36的系統，其中所述插入軸線、所述外側軸線和 所述外側連桿之一的所述中間軸線是共面的。
38. 根據權利要求34的系統，其中所述外側連桿之一還包括具有與 所述外側軸線重合的插入軸線的手術器械，所述插入軸線穿過所述第一 球面旋轉遠程中心。
39. 根據權利要求34的系統，其中所述第一機器人手臂還包括機械 擋塊，該機械擋塊限制所述外側連桿之一繞所述中間軸線的旋轉以使所 述電動機的旋轉軸線、所述中間軸線以及所述外側軸線之間的夾角不超 過160度。
40. 根據權利要求34的系統，其中所述第一機器人手臂還包括機械 擋塊，該機械擋塊限制所述外側連桿之一繞所述中間軸線的旋轉以使所 述電動機的旋轉軸線、所述中間軸線以及所述外側軸線之間的夾角不超 過120度。
41. 根據權利要求34的系統，其中所述兩個旋轉軸線在所述地面連 桿上隔開。
42. 根據權利要求34的系統，其中所述兩個旋轉軸線在所述地面連 桿上重合。
43. 根據權利要求34的系統，其還包括具有第二平行球面五連桿機 構的第二機器人手臂，該第二機器人手臂包括兩個電動機，每個所述電動機均具有一條旋轉軸線，兩條旋轉軸線 在第二球面旋轉遠程中心處相交，兩個內側連桿，每個所述內側連桿與所述電動機之一連于所述電動 機的旋轉軸線處，各內側連桿具有與所述電動機的旋轉軸線隔開的中間 軸線，兩條所述中間軸線穿過所述第二球面旋轉遠程中心，以及兩個外側連桿，每個所述外側連桿在所述內側連桿的中間軸線處被 轉動地連于所述內側連桿之一，所述兩個外側連桿在與所述中間軸線隔 開的外側軸線處被轉動地連在一起并穿過所述第二球面旋轉遠程中心；控制器，其使得所述第二機器人手臂的所述兩個電動機繞所述電動 機的旋轉軸線旋轉相應所連的內側連桿以使兩個中間軸線處于包括所述 外側軸線和任一電動機的旋轉軸線的平面的同側，并使所述第二機器人 手臂的所述兩個中間軸線位于所述第一機器人手臂的平面的另一側。
44. 用于微創手術系統的機器人手臂，該機器人手臂包括 具有緊湊姿勢范圍的平行五桿球面連桿機構，該平行五桿球面連桿機構繞球面旋轉遠程中心球面旋轉地移動連于所述平行五桿球面連桿機 構的機器人手術工具；以及連于所述機器人手臂的約束物，所述約束物將所述平行五桿球面連 桿機構限制于所述緊湊姿勢范圍。
45. 根據權利要求44的機器人手臂，其中所述機器人手臂包括第一電動機和第二電動機以提供兩個平行旋轉動作輸入至所述平行五桿球面連桿機構；且所述約束物是連于所述第一 電動機和所述第二電動機以控制所述平 行五桿球面連桿機構保持所述緊湊姿勢范圍的控制器。
46. 根據權利要求44的機器人手臂，其中 所述平行五桿球面連桿機構具有第一中間接頭，且 所述約束物包括連于所述第一中間接頭以將所述平行五桿球面連桿機構限制于所述緊湊姿勢范圍的機械檔塊。
47. 根據權利要求44的機器人手臂，其中所述約束物包括機械擋塊，該機械擋塊位于所述平行五桿球面連桿 機構的兩個平行旋轉動作輸入中的每一個上以保持所述緊湊姿勢范圍。
48. 根據權利要求44的機器人手臂，其中所述機器人手臂包括轉動地連在第一中間接頭處的第一對連桿和轉 動地連在第二中間接頭處的第二對連桿；且約束物，該約束物限制所述平行五桿球面連桿機構的所述緊湊姿勢 范圍以便所述第一對連桿和所述第二對連桿均具有相同"偏手性"。
49. 根據權利要求48的機器人手臂，其中所述第一中間接頭和所述第二中間接頭被保持在右側以指向右方。
50. 根據權利要求48的機器人手臂，其中所述第一中間接頭和所述第二中間接頭被保持在左側以指向左方。
51. 根據權利要求48的機器人手臂，其中 所述機器人手臂還包括地面連桿；所述第一對連桿在所述第一對連桿的第一端處被連于所述地面連 桿；第二對串聯轉動連接連桿在所述第二對連桿的第一端處被連于所述 地面連桿；且所述第一對連桿的第二端和所述第二對連桿的第二端在外側接頭處 被連在一起。
52. 根據權利要求48的機器人手臂，其中所述第一對連桿和所述第二對連桿是位于多個不同半徑的球上的弓 形形狀。
53. 根據權利要求44的機器人手臂，其中所述約束物為所述機器人手臂周圍的其它手術設備提供了間隙。
54. 根據權利要求44的機器人手臂，其中所述平行五桿球面連桿機構具有地面連桿以連于桌子從而支承病人 上方的所述機器人手臂。
55. 根據權利要求54的機器人手臂，還包括連于所述平行五桿球面連桿機構和所述桌子之間以支承病人上方的 所述機器人手臂的安裝臂。
56. —種用于微創手術系統中機器人手臂的方法，該方法包括將平行五桿球面連桿機構擺成緊湊姿勢；繞球面旋轉遠程中心以球面動作移動所述平行五桿球面連桿機構；以及將所述平行五桿球面連桿機構的所述球面動作約束在緊湊姿勢范圍內。
57. 根據權利要求56的方法，其中所述平行五桿球面連桿機構的點在不同球面表面上移動從而球面地移動所述平行五桿球面連桿機構。
58. 根據權利要求56的方法，其中所述方法還包括將所述平行五桿球面連桿機構的連桿連至桌子從而支承病人上方的 所述機器人手臂。
59. 根據權利要求56的方法，還包括將所述平行五桿球面連桿機構的連桿連至具有安裝臂的桌子從而支 承病人上方的所述機器人手臂。
60. 根據權利要求56的方法，其中將所述平行五桿球面連桿機構擺至所述緊湊姿勢包括將具有第一中間接頭的第一對連桿和具有第二中間接頭的第二對連 桿定位成相同"偏手性"。
61. 根據權利要求60的方法，其中在將所述平行五桿球面連桿機構的球面動作約束于所述緊湊姿勢范 圍內時，機械地限制所述第一中間接頭和所述第二中間接頭的動作以保持相 同"偏手性"。
62. 根據權利要求56的方法，其中所述機器人手臂具有連于所述平行五桿球面連桿機構的第一電動機 和第二電動機，且在將所述平行五桿球面連桿機構的球面動作約束于所述緊湊姿勢范 圍內時，控制所述第一電動機和所述第二電動機以將所述平行五桿球面 連桿機構的球面動作約束于所述緊湊姿勢范圍內。
全文摘要
具有平行球面五連桿機構(1100)的機器人手臂，該平行球面五連桿機構(1100)包括一個地面連桿(1105)、兩個內側連桿(1101、1104)和兩個外側連桿。各內側連桿均在旋轉軸線(1112、1113)處被連于地面連桿，且具有與旋轉軸線隔開的中間軸線(1111、1114)。各外側連桿均在中間軸線處被轉動地連于一內側連桿。兩個外側連桿在外側軸線(1115)處被轉動地連在一起。約束物限制了第一外側連桿繞所連內側連桿的中間軸線的旋轉以使連桿間的最大夾角基本小于180°。第二外側連桿及其所連內側連桿被構造并組裝成使兩個中間軸線位于包括外側軸線和一旋轉軸線的平面的同側。
文檔編號A61B19/00GK101360462SQ200780001627
公開日2009年2月4日 申請日期2007年1月24日 優先權日2006年1月25日
發明者B·舍納 申請人:直觀外科手術公司