[發明專利]緊湊型機器人手腕

有效

• 申請號: 201480015459.7
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN105163679B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 帕布洛·愛德華多·加西亞·基爾羅伊;肯尼斯·C·米勒;托馬斯·D·伊根;托馬斯·P·洛;阿瑟·麥克斯維爾·克里滕登;卡倫·沙克斯皮爾·柯尼希
• 申請（專利權）人: SRI國際公司
• 主分類號: A61B17/29
• 分類號: A61B17/29
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 董敏,王艷江

相關申請的交叉引用

本申請要求根據于2013年3月14日提交的美國臨時申請No.61/781092和于2013年3月15日提交的美國臨時申請No.61/791248的35U.S.C.§119(e)的優先權權益，所有申請的全部內容通過參引并入本文并且應當認為是本說明書的一部分。

背景技術

機器人末端執行器允許機器人操縱物體。本申請涉及機器人工具、工具的末端執行器以及操作工具的方法。

機器人用于包括工業、研究、醫療和非醫療目的的各種目的。除了大多數機器人中常見的特征和特點之外，每個不同類型的機器人可以具有其自身獨有的特征和特點。大多數機器人的一個常見的特點是使用工具。通過機器人控制的工具用于執行各種任務。通過機器人控制的每個工具可以對于待執行的任務而特定地設計。通常，機器人工具具有長形的形狀并且具有端部執行器(例如，抓取器)。

相對于手術系統，典型的市售機器人系統使用通過線纜或其他機構控制的直形剛性工具或柔性工具(例如，曲形工具)。直形剛性工具在一些手術設定——例如當器官或解剖結構位于切入點或切入口(例如，工具進入身體中時的位置)與待進行操作的組織之間時——中是不充分的，是因為直形軸不能夠延伸到器官或解剖結構周圍以進入組織。直形剛性工具的另一個缺點在于它們不能很好地適用于所謂單口手術中，其中，不止一個工具通過單個手術切點或切口被引入，這有時希望限制患者的外傷。在這種單口手術中，對于諸如縫合之類的任務而言需要多個工具之間的合作性的相互作用。為了合作性地相互作用，工具需要以不同角度匯聚到操作性空間上，而直形剛性工具不能很好地適用于此。

相對于柔性工具，比如曲形或彎曲工具，這些工具克服了上述所討論的直形剛性工具的進入和可操作性問題，但還是具有缺點。柔性工具的一個缺點在于它們在手術過程中通常不夠剛硬以抵抗彎曲載荷。一般地，為了改善剛度，工具的曲形或彎曲輪廓在身體外預成型——無論是通過制造者或是通過用戶使用彎曲工具——并且因而不能夠在身體內彎曲以在原位置容置操作性幾何形狀?？捎玫钠渌嵝怨ぞ呤欠侄蔚幕蚓哂腥嵝暂S并且可以例如通過線纜來控制。這些柔性工具也具有缺點，比如不能夠獲得足夠的剛度以在手術過程中彎曲時承受彎曲載荷。

直形剛性工具和彎或彎曲工具還用在非醫療應用中并且當用在所述非醫療應用中時具有上述所提到的相同的缺陷。

發明內容

因此，存在對于解決市售工具的上述所提到的缺陷的改進的機器人工具和末端執行器的需要。存在對于相對于市售機器人工具提供了現場的較少堵塞、執行復雜操作的增強的能力以及在通道受限制的區域中工作的增強的能力的改進的機器人工具和末端執行器的需要。

根據本發明的一方面，工具設置有聯接至末端執行器的腕部。腕部可以包括四個獨立線纜端。四個獨立線纜端可以設置成使得每個獨立線纜端可以獨立地驅動。在一個實施方式中，四個獨立線纜端通過四個獨立線纜來限定。在另一實施方式中，四個獨立線纜端通過兩個線纜來限定，其中，每個線纜的每個端部限定獨立線纜端。

工具在一個實施方式中可以設置成使得其包括四個馬達以獨立地控制每個線纜端。

根據本發明的一方面，具有聯接至末端執行器的腕部的工具可以具有一個或更多個絞線來代替線纜。單個線可以設置成像絞線一樣作用。工具可以具有驅動末端執行器的一個或更多個絞線。

具有腕部和末端執行器的工具可以設置成具有三組或更多組帶輪。每個線纜可以設置成使得每個線纜沿著兩個正交方向圍繞三組或更多組帶輪纏繞。每個線纜可以設置成使得每個線纜的兩側之間的相對張力會使得產生橫擺運動。每個線纜可以設置成使得兩個線纜之間的相對張力會使得產生俯仰運動。

具有腕部和末端執行器的工具可以設置成具有三組帶輪和兩組附加的帶輪。每個線纜可以設置成使得每個線纜沿著兩個正交方向圍繞三組帶輪纏繞。兩組附加的帶輪可以相對于三組帶輪成角度。兩組附加的帶輪可以設置在三組帶輪之間。

根據本發明的一方面，設置三組帶輪并且設置三組附加的帶輪。每個線纜可以設置成使得每個線纜沿著兩個正交方向圍繞三組帶輪纏繞。三組附加的帶輪可以設置在三組帶輪之間。兩組帶輪和兩組附加的帶輪可以沿著第一方向設置，并且一組帶輪和一組附加的帶輪可以沿著與第一方向正交的方向設置。