[发明专利]具有用于改变拉伸力的连接机构的传动装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年12月23日提交的美国临时专利申请No.61/203,475的优先权，在此通过引用方式将其全部内容并入本文。

技术领域

本发明涉及传动装置，具体涉及用于机器人臂的拉伸部件驱动系统。

背景技术

通常在需要高精确度和/或高精密度的应用(例如外科手术或其他复杂任务)中使用机器人系统。这些系统可以包括各种机器人，例如自动机器人、遥控机器人、半主动机器人、被动机器人以及互动式机器人。例如，在关节置换外科中，外科医生可以以被动方式使用互动的、触觉引导的机器人臂进行雕骨以接收关节植入管(例如膝盖植入管)。为了进行雕骨，外科医生手动地握住并操纵机器人臂，以便使连接在机器人臂上的切削工具(例如磨石)移动。只要外科医生在预定的有效切削边界内操作切削工具，机器人臂就可以低摩擦、低惯性地自由移动，使得外科医生在失重状态下感知机器人臂并且可以根据需要移动机器人臂。然而，如果外科医生试图在有效切削边界之外进行切削，机器人臂提供触觉(或力)反馈，从而防止或限制外科医生将切削工具移动出有效切削边界。按照这种方式，机器人臂能够实现高精度、可重复的骨切削。

机器人臂以上述方式作用的能力取决于机器人臂的驱动系统(也称为驱动联动装置或驱动传动装置)。理想的是，驱动系统特征是低摩擦、低惯性、高硬度、大带宽、接近零的反冲、力精确性和/或向后驱动性。挠性传动装置(例如拉伸部件驱动系统)可以具有这些特征。然而，常规拉伸部件驱动系统的一个困难是对驱动系统故障可能危及病人的外科应用不能充分故障自动保护。例如，驱动系统中的一个拉伸部件(例如，缆绳或线)的故障可能导致机器人臂的意外移动，该意外移动可能会伤害病人。为了提高安全性，机器人臂可以包括关节制动器，以便在发生拉伸部件故障的情况下限制机器人臂的关节的移动。然而，关节制动器的加入增加了机器人臂的重量和惯性，这会不利地影响向后驱动性和触觉反应。

常规拉伸部件驱动系统的另一个困难是拉伸部件必须预拉伸以消除可能导致反冲的松弛。然而，预拉伸的加载量是拉伸部件的断裂长度的约15％至50％，这会导致向驱动系统组件、轴承和支撑结构施加较大的力。高的加载量还增加了驱动系统组件的摩擦力并且容易使外科医生疲劳。

常规拉伸部件驱动系统的另一个困难是这种驱动系统不容易制造、维护和/或升级。例如，在驱动系统的一部分中(例如，一个关节中)的部件在某种程度上取决于或者受到驱动系统的另一部分中(例如，另一关节中)的部件影响的意义上，常规拉伸部件驱动系统可以为整体系统。因此，如果驱动系统的一部分有缺陷，则可能需要拆除驱动系统的正常工作的其他部分来修复该缺陷部分。例如，机器人臂一个关节的问题的修复可能需要去掉机器人臂多个关节的布线。不能使常规拉伸部件驱动系统的各部分分开增加了维护和升级机器人臂所需的时间和劳动，这导致昂贵的维修和漫长的停机时间，从而降低医院优化使用机器人臂的能力。

发明概述

根据本发明的传动装置的实施例包括：驱动部件；具有连接机构的从动部件；以及至少局部挠性的传动装置，其与所述驱动部件和所述从动部件的连接机构耦合，并且构造为在所述驱动部件运动时使所述从动部件随之运动。所述连接机构构造为被调节以改变施加在所述挠性的传动装置上的拉伸力。

附图简述

并入说明书并构成说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且这些附图与说明书一起用来阐释本发明的各方面。

图1是根据实施例的外科手术系统的透视图。

图2是图1的外科手术系统的机器人臂的一个实施例的透视图。

图3是去掉保护盖的图2的机器人臂的透视图。

图4是去掉保护盖并示出标准结构的图2的机器人臂的透视图。

图5A是图2的机器人臂的第一模块的实施例的前透视图。

图5B是图5A的第一模块的后透视图。

图5C是图5A的第一模块的右侧视图。

图5D是图5A的第一模块的左侧视图

图5E是图5A的第一模块的后侧视图。

图6是图5A的第一模块的关节组件的实施例的透视图。

图7A是图6的关节组件的驱动部件的实施例的剖视图。

图7B是图6的关节组件的电动机轴和传动齿轮的实施例的侧面图。

图8A是连接在图6的关节组件的驱动部件上的挠性传动装置的实施例的正视图。