CN109890580B - 具有紧凑型关节设计和附加自由度的机器人装置及相关系统和方法 - Google Patents

Abstract

本文所公开的实施例涉及具有紧凑型关节构造和至少三个自由度的各种机器人和/或体内医疗装置。其他的实施例涉及能够结合到某些机器人和/或体内医疗装置中的包括前臂的各种医疗装置部件，所述前臂具有抓取器或烧灼末端执行器。

Description

具有紧凑型关节设计和附加自由度的机器人装置及相关系统 和方法

政府支持

本发明是在美国陆军医学研究和物资司令部授予的拨款NO.W81XWH-08-02-0043；美国陆军医学研究和物资司令部授予的拨款NO.W81XWH-09-2-0185；国家科学基金会授予的拨款NO.DGE1041000；以及美国国家航空航天局授予的拨款NO.NNX09A071A和NO.NNX10AJ26G的政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求2016年8月30日提交的、题为“具有紧凑型关节设计和附加自由度的机器人装置及相关系统和方法”的美国临时申请62/381,299的权益，所述临时申请的全部内容通过引用结合在本文中。

技术领域

本文公开的实施例涉及各种医疗装置和相关部件，其中包括具有紧凑型关节设计的机器人和/或体内医疗装置和相关部件，例如臂和末端执行器。更具体地，某些实施例包括各种机器人医疗装置，其中包括设置在体腔内和/或穿过体腔中的孔或开口设置的、具有产生三个自由度的这种紧凑型关节设计的机器人装置。另外的实施例涉及各种机器人装置臂和/或医疗装置操作部件(通常称为“末端执行器”)。本文公开的某些臂和/或末端执行器实施例涉及具有抓取器和/或烧灼末端执行器的前臂。其他实施例涉及操作上述装置和操作部件的方法。

背景技术

侵入性外科手术对于解决各种医学病症是必不可少的。在可能的情况下，优选诸如腹腔镜检查的微创手术。

然而，已知的微创技术(例如腹腔镜检查)的范围和复杂性受到限制，部分原因在于：1)由于使用通过进入端口插入的刚性工具而导致的移动性限制，以及2)有限的视觉反馈。已知的机器人系统，例如da

外科系统(可从位于加利福尼亚州桑尼维尔的Intuitive Surgical公司获得)也受到进入端口的限制，并且还具有体积庞大、非常昂贵、在大多数医院中无法获得的附加缺点，而且具有有限的感知能力和行动能力。

本领域需要改进的外科方法、系统和装置，包括改进的与该装置一起使用的机器人臂和末端执行器。

发明内容

本文讨论的是具有紧凑型关节设计的各种机器人装置，所述紧凑型关节设计由内部部件的构造产生并且允许从所述紧凑型关节延伸的臂或其他部件中具有三个自由度。本文还讨论了可以与本文公开的机器人装置或其他已知的机器人装置一起使用的各种臂和/或末端执行器。

在示例1中，机器人装置包括细长的装置本体、第一肩部关节以及可操作地耦接到所述第一肩部关节的第一臂。所述细长的装置本体包括：第一传动轴，所述第一传动轴可旋转地设置在所述装置本体内(所述第一传动轴具有沿着所述第一传动轴的长度限定的第一内腔)；第二传动轴，所述第二传动轴可旋转地设置在所述第一内腔内(所述第二传动轴具有沿着所述第二传动轴的长度限定的第二内腔)；以及第三传动轴，所述第三传动轴可旋转地设置在所述第二内腔内。所述第一肩部关节包括可操作地耦接到所述第一传动轴、所述第二传动轴或所述第三传动轴中的至少一个的转换体以及能够相对于所述转换体旋转的旋转体。

示例2涉及根据示例1的机器人装置，其中所述转换体是轭体，所述轭体包括从所述轭体延伸的轭轴以及限定在所述轭轴中的轭开口，其中所述轭轴的纵向轴线横向于所述第一传动轴的纵向轴线。

示例3涉及根据示例2的机器人装置，其中所述第一传动轴可操作地耦接到第一驱动齿轮，并且其中所述第三传动轴穿过所述轭开口可旋转地设置，所述第三传动轴可操作地耦接到第三驱动齿轮。

示例4涉及根据示例3的机器人装置，其中所述第一驱动齿轮和所述第三驱动齿轮可旋转地耦接到所述旋转体。

示例5涉及根据示例1的机器人装置，其中所述第二传动轴可操作地耦接到第二驱动齿轮，其中所述第二驱动齿轮可旋转地耦接到第一肩部齿轮，其中所述第一肩部齿轮穿过所述旋转体中的第一开口可操作地耦接到第二肩部齿轮，其中所述第二肩部齿轮可旋转地耦接到第三肩部齿轮，其中所述第三肩部齿轮穿过所述旋转体中的第二开口可操作地耦接到第四肩部齿轮，其中所述第四肩部齿轮可旋转地耦接到输出齿轮。

示例6涉及根据示例1的机器人装置，其中所述转换体是肩部壳体，所述肩部壳体包括限定在所述肩部壳体中的顶部开口以及限定在所述肩部壳体中的侧部开口，所述顶部开口包括至少一个耦接特征。

示例7涉及根据示例6的机器人装置，其中所述第一传动轴可操作地耦接到所述肩部壳体上的所述至少一个耦接特征，由此所述第一传动轴的旋转引起所述肩部壳体的旋转。

示例8涉及根据示例7的机器人装置，其中所述第二传动轴穿过所述肩部壳体中的顶部开口设置并且可操作地耦接到第二驱动齿轮，其中所述第二驱动齿轮被设置在所述肩部壳体中的腔体内。

示例9涉及根据示例8的机器人装置，其中所述第二驱动齿轮可旋转地耦接到第一肩部齿轮，其中所述第一肩部齿轮可操作地耦接到所述旋转体。

示例10涉及根据示例6的机器人装置，其中所述第三传动轴穿过所述肩部壳体中的顶部开口设置并且可操作地耦接到第三驱动齿轮，其中所述第三驱动齿轮被设置在所述肩部壳体中的腔体内。

示例11涉及根据示例10的机器人装置，其中所述第三驱动齿轮可旋转地耦接到第二肩部齿轮，其中所述第二肩部齿轮穿过所述旋转体中的第一开口可操作地耦接到第三肩部齿轮，其中所述第三肩部齿轮可旋转地耦接到第四肩部齿轮，其中所述第四肩部齿轮穿过所述旋转体中的第二开口可操作地耦接到第五肩部齿轮，其中所述第五肩部齿轮可旋转地耦接到输出齿轮。

在示例12中，机器人装置包括细长的装置本体、第一肩部关节以及可操作地耦接到所述输出齿轮的第一臂，所述细长的装置本体被设定尺寸并且被构造成能够穿过端口或切口设置到患者的腔体中。所述细长的装置本体包括：第一传动轴，所述第一传动轴可旋转地设置在所述装置本体内，所述第一传动轴包括沿着所述第一传动轴的长度延伸的第一内腔；第二传动轴，所述第二传动轴可旋转地设置在所述第一内腔内，以使得所述第二传动轴被设置在所述第一传动轴内并且与所述第一传动轴同轴，所述第二传动轴包括沿着所述第二传动轴的长度延伸的第二内腔；以及第三传动轴，所述第三传动轴可旋转地设置在所述第二内腔内，以使得所述第三传动轴被设置在所述第二传动轴内并且与所述第二传动轴同轴。所述第一肩部关节包括：可操作地耦接到所述第一传动轴、所述第二传动轴或所述第三传动轴中的至少一个的转换体；能够相对于所述转换体旋转的旋转体；以及可操作地与所述旋转体耦接的输出齿轮，其中所述输出齿轮能够围绕与所述第一传动轴的纵向轴线平行的轴线旋转。

示例13涉及根据示例12的机器人装置，其中所述第一传动轴可操作地耦接到第一驱动齿轮，并且其中所述第三传动轴穿过所述转换体中的开口可旋转地设置，所述第三传动轴可操作地耦接到第三驱动齿轮。

示例14涉及根据示例13的机器人装置，其中所述第一驱动齿轮和所述第三驱动齿轮可旋转地耦接到所述旋转体。

示例15涉及根据示例12的机器人装置，其中所述第二传动轴可操作地耦接到所述第二驱动齿轮，其中所述第二驱动齿轮经由至少一个肩部齿轮可操作地耦接到输出齿轮。

示例16涉及根据示例12的机器人装置，其中所述第一传动轴可操作地耦接到所述转换体，由此所述第一传动轴的旋转引起所述转换体的旋转。

示例17涉及根据示例12的机器人装置，其中所述第二传动轴可操作地耦接到第二驱动齿轮，其中所述第二驱动齿轮可旋转地耦接到第一肩部齿轮，其中所述第一肩部齿轮可操作地耦接到所述旋转体。

示例18涉及根据示例12的机器人装置，其中所述第三传动轴可操作地耦接到第三驱动齿轮，其中所述第三驱动齿轮经由至少一个肩部齿轮可操作地耦接到输出齿轮。

在示例19中，机器人装置包括细长的装置本体、第一肩部关节以及可操作地耦接到所述第一肩部关节的第一臂，所述细长的装置本体被设定尺寸并且被构造成能够穿过端口或切口设置到患者的腔体中。所述细长的装置本体包括第一传动系、第二传动系和第三传动系。所述第一传动系包括第一电机(马达)和可操作地耦接到所述第一电机的第一传动轴，所述第一传动轴可旋转地设置在所述装置本体内，所述第一传动轴包括沿着所述第一传动轴的长度延伸的第一内腔。所述第二传动系包括第二电机和可操作地耦接到所述第二电机的第二传动轴，所述第二传动轴可旋转地设置在所述第一内腔内，以使得所述第二传动轴被设置在所述第一传动轴内并且与所述第一传动轴同轴，所述第二传动轴包括沿着所述第二传动轴的长度延伸的第二内腔。所述第三传动系包括第三电机和可操作地耦接到所述第三电机的第三传动轴，所述第三传动轴可旋转地设置在所述第二内腔内，以使得所述第三传动轴被设置在所述第二传动轴内并且与所述第二传动轴同轴。所述第一肩部关节包括可操作地耦接到所述第一传动轴、所述第二传动轴或所述第三传动轴中的至少一个的转换体以及能够相对于所述转换体旋转的旋转体。

虽然公开了多个实施例，但是根据显示和描述本发明的说明性实施例的以下详细描述，本发明的其它实施例对本领域技术人员来说将是显然的。如将认识到的那样，本发明能够在各种明显的方面进行修改，所有这些都不脱离本发明的精神和范围。因此，附图和详细描述在本质上应被视为说明性的而非限制性的。

附图说明

图1A是根据一个实施例的机器人装置的透视图。

图1B是根据一个实施例的图1A的机器人装置的电机区段的透视图。

图2是根据一个实施例的图1A的机器人装置的装置本体的横截面前视图。

图3A是根据一个实施例的图1的机器人装置的装置本体的一部分的横截面前视图。

图3B是根据一个实施例的图1的机器人装置的装置本体的某些内部部件的透视图。

图3C是根据一个实施例的图1的机器人装置的装置本体的某些内部部件的横截面仰视图。

图3D是根据一个实施例的图1的机器人装置的装置本体的某些内部部件的仰视图。

图3E是根据一个实施例的图1的机器人装置的装置本体的某些内部部件的侧视图。

图4A是根据一个实施例的图1的机器人装置的装置本体的一部分的横截面前视图。

图4B是根据一个实施例的图1的机器人装置的右肩部关节的各种部件的透视图。

图5A是根据一个实施例的机器人装置的臂的透视图。

图5B是根据一个实施例的图5A的臂中的一个的侧视图。

图6A是根据一个实施例的机器人装置的上臂的侧视图。

图6B是根据一个实施例的图6A的上臂的横截面侧视图。

图6C是根据一个实施例的图6A的上臂的一部分的横截面侧视图。

图6D是根据一个实施例的图6A的上臂的透视图。

图7是根据一个实施例的机器人装置的前臂的侧视图。

图8A是根据一个实施例的肘部关节的透视图。

图8B是根据一个实施例的图8A的肘部关节的横截面视图。

图9A是根据一个实施例的末端执行器的透视图。

图9B是根据一个实施例的图9A的末端执行器的侧视图。

图9C是根据一个实施例的图9A的末端执行器的横截面侧视图。

图10A是根据一个实施例的图7的前臂的远端部分的透视图。

图10B是根据一个实施例的图10A的前臂的远端部分的不同的透视图。

图10C是根据一个实施例的图10A的前臂的远端部分的横截面侧视图。

图11A是根据一个实施例的、其中包括某些电机和齿轮的图10的前臂的远端部分的某些内部部件的透视图。

图11B是根据一个实施例的图10的前臂的远端部分的某些内部部件的透视横截面视图。

图11C是根据一个实施例的、其中包括某些电机的图10的前臂的远端部分的某些内部部件的透视图。

图12A是根据一个实施例的右肩部关节的另一实施例的各种部件的透视图。

图12B是根据一个实施例的图12A的右肩部关节的各种部件的横截面侧视图。

图13是根据又一实施例的用于机器人装置的关节的横截面侧视图。

图14A是根据一个实施例的图13的关节的各种部件的侧视图。

图14B是根据一个实施例的图13的关节的各种部件的侧视图。

图15A是根据另一实施例的用于机器人装置的关节的横截面侧视图。

图15B是根据另一实施例的图15A的关节的横截面透视图。

图16A是根据另一实施例的图15A的关节的透视图。

图16B是根据另一实施例的图15A的关节的透视图。

图17A是根据另一实施例的图15A的关节的某些部件的侧视图。

图17B是根据另一实施例的图15A的关节的某些部件的侧视图。

图17C是根据另一实施例的图15A的关节的某些部件的侧视图。

图17D是根据另一实施例的图15A的关节的某些部件的侧视图。

具体实施方式

本文公开或预期的各种实施例涉及外科机器人装置、系统和方法。更具体地，各种实施例涉及各种医疗装置，包括机器人装置及相关方法和系统。某些实施方式涉及用于腹腔镜内窥镜单点(LESS)外科手术的这种装置。进一步的实施例涉及能够与机器人装置一起使用的某些机器人臂和/或末端执行器，包括抓取器和/或烧灼末端执行器。

这些各种实施方式中的机器人装置具有如本文所阐述的紧凑型关节设计，并且在某些实施例中，从所述关节延伸的臂或其他部件具有至少三个自由度。更具体地，这些实施例具有紧凑型肩部关节，其中每个关节具有提供三个相交的自由度的三个嵌套的锥齿轮组，如本文中将进一步详细描述的那样。该装置的紧凑性来自三个同心传动轴，这三个同心传动轴在每个肩部处耦接至并驱动三个锥齿轮组。如本文将描述的，将每个肩部的三个传动轴嵌套在彼此内使得驱动所述传动轴(以及因此驱动每个肩部的三个锥齿轮组)的三个电机(马达)能够轴向地沿着装置本体的长度(远离所述三个齿轮组)定位，由此使得所述装置本体的总体周向或径向尺寸(宽度和厚度)较小，因为电机和传动轴不需要定位在所耦接的锥齿轮组的旁边。

应当理解，本文公开的机器人装置及相关方法和系统的各种实施例可以结合到任何其他已知的医疗装置、系统和方法中或者与任何其他已知的医疗装置、系统和方法一起使用。例如，本文公开的各种实施例可以结合到以下专利文件中公开的任何医疗装置和系统中或与以下专利文件中公开的任何医疗装置和系统一起使用，所述专利文件包括美国专利8,968,332(2015年3月3日发布，题为“Magnetically Coupleable Robotic Devices andRelated Methods”)、美国专利8,834,488(2014年9月16日发布，题为“MagneticallyCoupleable Surgical Robotic Devices and Related Methods”)、美国专利申请14/617,232(2015年2月9日提交，题为“Robotic Surgical Devices and Related Methods”)、美国专利9,579,088(2017年2月28日发布，题为“Methods,Systems,and Devices for SurgicalVisualization and Device Manipulation”)、美国专利8,343,171(2013年1月1日发布，题为“Methods and Systems of Actuation in Robotic Devices”)、美国专利8,828,024(2014年9月9日发布，题为“Methods and Systems of Actuation in Robotic Devices”)、美国专利申请14/454,035(2014年8月7日提交，题为“Methods and Systems of Actuationin Robotic Devices”)、美国专利申请12/192,663(2008年8月15日提交，题为“MedicalInflation,Attachment,and Delivery Devices and Related Methods”)、美国专利申请15/018,530(2016年2月8日提交，题为“Medical Inflation,Attachment,and DeliveryDevices and Related Methods”)、美国专利8,974,440(2015年3月10日发布，题为“Modular and Cooperative Medical Devices and Related Systems and Methods”)、美国专利8,679,096(2014年3月25日发布，题为“Multifunctional Operational Componentfor Robotic Devices”)、美国专利9,179,981(2015年11月10日发布，题为“Multifunctional Operational Component for Robotic Devices”)、美国专利申请14/936,234(2015年11月9日提交，题为“Multifunctional Operational Component forRobotic Devices”)、美国专利8,894,633(2014年11月25日发布，题为“Modular andCooperative Medical Devices and Related Systems and Methods”)、美国专利8,968,267(2015年3月3日发布，题为“Methods and Systems for Handling or DeliveringMaterials for Natural Orifice Surgery”)、美国专利9,060,781(2015年6月23日发布，题为“Methods,Systems,and Devices Relating to Surgical End Effectors”)、美国专利申请14/745,487(2015年6月22日提交，题为“Methods,Systems,and Devices Relatingto Surgical End Effectors”)、美国专利9,089,353(2015年7月28日发布，题为“RoboticSurgical Devices,Systems,and Related Methods”)、美国专利申请14/800,423(2015年7月15日提交，题为“Robotic Surgical Devices,Systems,and Related Methods”)、美国专利申请13/573,849(2012年10月9日提交，题为“Robotic Surgical Devices,Systems,andRelated Methods”)、美国专利申请13/738,706(2013年1月10日提交，题为“Methods,Systems,and Devices for Surgical Access and Insertion”)、美国专利申请13/833,605(2013年3月15日提交，题为“Robotic Surgical Devices,Systems,and RelatedMethods”)、美国专利申请14/661,465(2015年3月18日提交，题为“Methods,Systems,andDevices for Surgical Access and Insertion”)、美国专利9,498,292(2016年11月22日发布，题为“Single Site Robotic Devices and Related Systems and Methods”)、美国专利申请15/357,663(2016年11月21日提交，题为“Single Site Robotic Devices andRelated Systems and Methods”)、美国专利9,010,214(2015年4月21日发布，题为“LocalControl Robotic Surgical Devices and Related Methods”)、美国专利申请14/656,109(2015年3月12日提交，题为“Local Control Robotic Surgical Devices and RelatedMethods”)、美国专利申请14/208,515(2014年3月13日提交，题为“Methods,Systems,andDevices Relating to Robotic Surgical Devices,End Effectors,and Controllers”)、美国专利申请14/210,934(2014年3月14日提交，题为“Methods,Systems,and DevicesRelating to Force Control Surgical Systems”)、美国专利申请14/212,686(2014年3月14日提交，题为“Robotic Surgical Devices,Systems,and Related Methods”)、美国专利申请14/334,383(2014年7月17日提交，题为“Robotic Surgical Devices,Systems,andRelated Methods”)、美国专利申请14/853,477(2015年9月14日提交，题为“Quick-ReleaseEnd Effectors and Related Systems and Methods”)、美国专利申请14/938,667(2015年11月11日提交，题为“Robotic Device with Compact Joint Design and RelatedSystems and Methods”)、美国专利申请15/227,813(2016年8月3日提交，题为“RoboticSurgical Devices,Systems,and Related Methods”)、美国专利申请15/599,231(2017年5月18日提交，题为“Robotic Surgical Devices,Systems,and Related Methods”)、美国专利申请15/687,113(2017年8月25日提交，题为“Quick-Release End Effector ToolInterface”)、美国专利申请62/425,149(2016年11月22日提交，题为“Improved GrossPositioning Device and Related Systems and Methods”)、美国专利申请62/427,357(2016年11月29日提交，题为“Controller with User Presence Detection and RelatedSystems and Methods”)、美国专利申请62/433,837(2016年12月14日提交，题为“Releasable Attachment Device for Coupling to Medical Devices and RelatedSystems and Methods”)、美国专利7,492,116(2007年10月31日提交，题为“Robot forSurgical Applications”)和7,772,796(2007年4月3日提交，题为“Robot for SurgicalApplications”)以及8,179,073(2011年5月15日发布，题为“Robotic Devices with AgentDelivery Components and Related Methods”)，所有这些专利文件都由此通过引用整体并入本文。

在上面列出的申请中公开的某些装置和系统的实施方式可以与本文公开的机器人臂和/或末端执行器相组合地定位在患者的体腔内。如本文所使用的“体内装置”是指能够在被定位于患者的体腔内时至少部分地由使用者定位、操作或控制的任何装置，包括耦接到穿过体腔的开口或孔眼设置的支撑部件(例如杆或其他这样的部件)的任何装置，还包括基本上抵靠或邻近患者的体腔的壁定位的任何装置，进一步地包括任何内部致动(没有外部动力源)的这种装置，并且另外包括在外科手术期间可以通过腹腔镜或内窥镜使用的任何装置。如本文所使用的，术语“机器人”和“机器人装置”应指代可以自动地或响应于命令来执行任务的任何装置。

某些实施例提供了在维持腔体的充分吹气的同时将本发明插入腔体中。进一步的实施例使在插入过程期间外科医生或外科手术用户与本发明的物理接触最小化。其他实施方式增强了对于患者和本发明的插入过程的安全性。例如，一些实施例在将本发明插入患者腔体中时提供了本发明的可视化，以确保在系统/装置和患者之间不会发生破坏性接触。另外，某些实施例允许切口尺寸/长度的最小化。进一步的实施方式降低了进入/插入程序和/或该程序所需的步骤的复杂性。其他实施例涉及具有最小轮廓、最小尺寸，或大体在功能和外观上最小化以增强操作和使用的便利性的装置。

本文公开的某些实施方式涉及能够以各种构造组装的“组合”或“模块化”医疗装置。对本申请的目的而言，“组合装置”和“模块化装置”均指具有能够以各种不同的构造布置的模块化或可互换部件的任何医疗装置。本文公开的模块化部件和组合装置还包括分段式三角形或四边形组合装置。这些由被连接以产生三角形或四边形构造的模块化部件(在本文中也称为“部段”)组成的装置可在使用期间提供杠杆作用和/或稳定性，同时还在所述装置内提供大量装载空间，所述装载空间可以用于更大的部件或更多的操作部件。与上面所公开和讨论的各种组合装置一样，根据一个实施例，这些三角形或四边形装置能够以与上面所讨论和公开的那些装置相同的方式定位在患者的体腔内。

在图1A和图1B中示出了机器人装置10的示例性实施例。最佳如图1A所示，所述装置10具有细长的装置本体12、右肩部关节14和左肩部关节16。虽然图1A中未示出臂，但应当理解，机器人臂或其他部件可以耦接(联接)到所述右肩部关节14和所述左肩部关节16中的每一个。所述主体12具有电机区段12A和轴区段12B，其中电机(下面讨论)被设置在所述电机区段12A中，细长的传动轴(下面讨论)被设置在所述轴区段12B中。在一个实施例中，控制电子器件18(电路板、处理器等)被设置在所述电机区段12A的外表面上，最佳如图1A和图1B所示。应当理解，根据一些实施方式，盖子(未示出)将被定位在所述控制电子器件18的顶部上方。

如下面将进一步详细讨论的，嵌套或紧凑型肩部关节14、16中的每一个提供三个相交的自由度。作为示例，所述左肩部关节16具有如图1A所示的三个相交的自由度。第一自由度如箭头A所示，其表示围绕平行于所述装置本体12的纵向轴线的轴线20的旋转，所述旋转致使耦接到所述肩部16的任何臂(未示出)围绕该轴线20旋转，从而相对于所述装置本体12左右移动(“偏航”)。第二自由度如箭头B所示，其表示围绕垂直于所述装置本体12的纵向轴线的轴线22的旋转，所述旋转致使耦接到所述肩部16的任何臂(未示出)围绕该轴线22旋转，从而相对于所述装置本体12“上下”移动(“俯仰”)。更具体地，如果所述装置本体12沿着其纵向轴线放置在一平面上，则所述臂(未示出)将移入和移出所述平面。第三自由度如箭头C所示，其表示围绕轴线24的旋转，所述旋转致使耦接到所述肩部16的任何臂(未示出)围绕其自身的纵向轴线旋转(或“滚转”)。这三个自由度是相交的，因为所有三个旋转轴线在单个点26处相交，如图1A所示。虽然上面的描述涉及所述左肩部关节16，但是应当理解，所述右肩部关节14也具有基本相同的三个相交的自由度。

应当注意，第三自由度不限于致动臂以使所述臂在其自身的纵向轴线上旋转。相反，致动的形式基于耦接到肩部的臂的构造来确定。在某些实施例中，耦接到肩部的臂被构造成使得围绕轴线24的旋转致使所述臂滚转(在其自身轴线上旋转)。根据将在下面进一步详细描述的其他实施例，耦接到肩部的臂被构造成使得围绕轴线24的旋转致动所述臂的肘部旋转。在进一步的实施例中，应当理解，因围绕轴线24旋转而发生的致动的类型仅仅受到与其耦接的臂的构造的限制。

图2示出了根据一个示例性实施例的本体12的横截面前视图，其中所述本体12的某些内部部件是可见的。所述本体12具有右嵌套传动轴系40和左嵌套传动轴系41，其中两个轴系可旋转地设置在所述本体12内。如本文所阐述，词语“嵌套”旨在用于描述如下部件，所述部件是同心的，以使得所述部件中的至少一个定位在这些部件中的另一个内，并且所述部件中的每一个都具有共同的旋转轴线。在对所述本体12及其部件的该描述的其余部分中，该描述将集中在所述本体12的右侧、右嵌套传动轴系40和与其耦接的部件上。应当理解，所述本体12的左侧的部件、所述左嵌套传动轴系41、与其耦接的部件、这些部件彼此的关系以及它们的功能性基本上类似于所述本体12的右侧的那些部件。

关于图2，所述右嵌套传动轴系40由第一或外传动轴40A、第二或中间传动轴40B以及第三或内传动轴40C组成。如图所示，所述右嵌套传动轴系40从所述电机区段12A延伸进入并穿过所述轴区段12B。如图所示，所述内传动轴40C可旋转地设置在所述中间传动轴40B内，并且具有固定地或一体地附接在其近端处的从动齿轮42C。在其远端处，所述内传动轴40C耦接到第三或下驱动锥齿轮44C。如图所示，所述中间传动轴40B可旋转地设置在所述外传动轴40A内，并且具有固定地或一体地附接在其近端处的从动齿轮42B。在其远端处，所述中间传动轴40B耦接到第二或中间驱动锥齿轮44B。所述外传动轴40A可旋转地设置在所述本体12的右侧，并且具有固定地或一体地附接在其近端处的从动齿轮42A。在其远端处，所述外传动轴40A耦接到第一或上驱动锥齿轮44A。所述右嵌套传动轴系40在其近端处由第一轴承组46支撑，并且在其远端处由第二轴承组48支撑。

根据一个实施例，所述轴区段12B经由两个或更多个螺钉60A、60B或其他已知的附接部件或装置耦接到所述电机区段12A。在一个实施例中，使用五个如同螺钉60A、60B的螺钉将所述轴区段12B和所述电机区段12A相耦接。

根据一个实施例，在图3A-3E中示出了所述本体12的近端处的各种内部部件(包括传动轴40A、40B、40C的近端以及驱动那些传动轴40A、40B、40C的相关齿轮和电机)的扩展视图。最佳如图3A所示，包括所述从动齿轮42C的所述内传动轴40C的近端经由第一轴轴承62和第二轴轴承64可旋转地支撑在本体12中。此外，包括所述从动齿轮42B的所述中间传动轴40B的近端经由第二轴轴承64和第三轴轴承66可旋转地支撑在所述本体12中。此外，包括所述从动齿轮42A的所述外传动轴40A的近端经由第三轴轴承66和第一轴承组46可旋转地支撑在所述本体12中。

最佳如图3B-3E所示，所述嵌套传动轴系40、41中的每一个具有可操作地耦接到其上的三个电机。更具体地，最佳如图3B的侧视图所示，电机80A具有耦接到所述从动齿轮42A(所述从动齿轮42A耦接到所述外传动轴40A)的电机驱动齿轮82A。此外，电机80B具有耦接到所述从动齿轮42B(所述从动齿轮42B耦接到所述中间传动轴40B)的电机驱动齿轮82B。另外，电机80C具有耦接到所述从动齿轮42C(所述从动齿轮42C耦接到所述内传动轴40C)的电机驱动齿轮82C。因此，在操作中，可以致动所述电机80A以通过驱动所述电机驱动齿轮82A旋转(所述电机驱动齿轮82A的旋转驱动所述从动齿轮42A旋转)来驱动所述外传动轴40A旋转。类似地，可以致动所述电机80B以通过驱动所述电机驱动齿轮82B旋转(所述电机驱动齿轮82B的旋转驱动所述从动齿轮42B旋转)来驱动所述中间传动轴40B旋转。以类似的方式，可以致动所述电机80C以通过驱动所述电机驱动齿轮82C旋转(所述电机驱动齿轮82C的旋转驱动所述从动齿轮42C旋转)来驱动所述内传动轴40C旋转。

图3C和图3D提供了根据一个实施例的电机和传动轴的仰视图。更具体地，图3C示出了电机区段12A的局部剖视仰视图，其中所述电机区段12A的外部本体已经在区段12A的右半部分上被移除，以使得所述左嵌套传动轴轴系41和所耦接的电机在该图的剖视部分中示出。从该图中可以看出，所述电机区段12A被构造成使得整个区段12A关于其中心线D成镜像，如该实施例所示。也就是说，所述电机区段12A的左侧以及其中的内部部件是所述区段12A的右侧及其部件的镜像。

此外，图3D示出了所述右嵌套传动轴系40和所耦接的电机80A、80B、80C的仰视图，由此示出了所述电机80A、80B、80C围绕所述传动轴系40的布置。

在如图3E所示的一种实施方式中，所述传动轴40A、40B、40C耦接到电位计86A、86B、86C，所述电位计86A、86B、86C提供与每个传动轴40A、40B、40C有关的绝对位置反馈。如图所示，(所述外传动轴40A的)从动齿轮42A耦接到电位计齿轮84A，所述电位计齿轮84A耦接到所述电位计86A，而(所述中间传动轴40B的)从动齿轮42B耦接到电位计齿轮84B，所述电位计齿轮84B耦接到所述电位计86B。类似地，(所述内传动轴40C的)从动齿轮42C耦接到电位计齿轮84C，所述电位计齿轮84C耦接到所述电位计86C。所述电位计齿轮84A、84B、84C和所述电位计86A、86B、86C耦接到引脚88。在一个实施例中，所述电位计86A、86B、86C中的每一个是单匝电位计。备选地，这些部件86A、86B、86C可以是用于检测或监测位置信息的任何已知传感器或仪表。

图4A和图4B示出了根据一种实施方式的右肩部关节14及其各种部件。更具体地，图4A示出了所述右肩部关节14和所述左肩部关节16两者的内部部件的横截面前视图，而图4B示出了所述右肩部关节14的内部部件的分解图。如上所述，并且如图4A和图4B所示，所述外传动轴40A耦接(或可旋转地约束)到所述上驱动锥齿轮44A，而所述中间传动轴40B耦接到所述中间驱动锥齿轮44B，所述内传动轴40C耦接到所述下驱动锥齿轮44C。所述外传动轴40A和所述上驱动锥齿轮44A由所述第二轴承组48和所述第一肩部轴承100支撑，其中所述第一肩部轴承100定位在所述锥齿轮44A的远端内，最佳如图4A所示。所述中间传动轴40B和所述中间驱动锥齿轮44B由所述第一肩部轴承100和所述第二肩部轴承102支撑，其中所述第二肩部轴承102定位在所述锥齿轮44B的远端内，最佳如图4A所示。

所述右肩部14还具有差动轭(也称为“肩部壳体”或“转换体”)104(左肩部16也是如此)。最佳如图4B所示，所述轭104具有本体104A和轭轴104B，其中所述本体104A限定轭开口104C。如图所示，所述轭104被构造成定位在所述内传动轴40C上，以使得所述传动轴40C穿过所述轭开口104C定位。所述传动轴40C由设置在所述开口104C内的第三肩部轴承106和第四肩部轴承108可旋转地支撑在所述轭开口104C内。如上所述，所述内传动轴40C耦接到所述下驱动锥齿轮44C。所述锥齿轮44A、44B、44C和所述传动轴40A、40B、40C以及所述轴承100、102、106、108耦接在一起并由耦接到所述内传动轴40C的螺钉110“预加载”。备选地，可以使用任何已知的附接部件将这些部件耦接在一起并预加载。

继续参考图4A和图4B，所述轭轴104B可旋转地耦接到锥齿轮体(也称为“可旋转臂”、“可旋转体”、“旋转臂”、“旋转体”、“俯仰臂”或“俯仰体”)120。所述锥齿轮体120具有限定在其中的两个开口120A、120B，其中体锥齿轮120C围绕所述开口120A的一侧设置，以使得所述锥齿轮120C的旋转引起所述锥齿轮体120的旋转。所述开口120A被构造成接收所述轭轴104B，以使得所述轭轴104B穿过所述开口120A定位。当所述锥齿轮体120耦接到所述轭轴104B时，第一内锥齿轮122也定位在所述轭轴104B上并且由第五肩部轴承124和第六肩部轴承126支撑，其中所述第五肩部轴承124设置在所述锥齿轮122的远端内，所述第六肩部轴承126设置在所述体锥齿轮120C内。

应当理解，所述旋转体120可以是具有如本文描述的两个开口并且可以如所描述的那样耦接到各种部件的任何部件。

所述第一内锥齿轮122可操作地耦接到第一直齿轮130，以使得所述第一内锥齿轮122的旋转引起所述直齿轮130的旋转。所述第一直齿轮130还定位在所述轭轴104B上，并且所述两个齿轮122、130穿过所述锥齿轮体120中的开口120A耦接在一起。在一个实施例中，所述第一内锥齿轮122具有两个突出部128A、128B，所述两个突出部128A、128B与所述直齿轮130配合以将所述两个齿轮122、130耦接在一起。备选地，可以使用任何耦接部件或机构将所述两个齿轮122、130耦接在一起。所述第一直齿轮130部分地由上面讨论的第六轴承126支撑，并且还部分地由第七肩部轴承132支撑，所述第七肩部轴承132布置在所述直齿轮130的远端内。所述轴承124、126、132都有助于支撑所述第一内锥齿轮122、所述锥齿轮体120和所述第一直齿轮130，以使得所有三个(锥齿轮122、体120和直齿轮130)都可围绕所述轭轴104B旋转。所述轴承124、126、132由埋头螺钉134预加载，所述埋头螺钉134被拧入所述轭轴104B的端部处的螺纹内腔135中。

所述第一直齿轮130可旋转地耦接到第二直齿轮136，以使得所述第一直齿轮130的旋转引起所述第二直齿轮136的旋转。所述第二直齿轮136定位在齿轮连杆138(在本文中也称为“L形轴”138)的水平轴138A上并且部分地由第八肩部轴承140和第九肩部轴承142支撑。所述第八肩部轴承140定位在所述第二直齿轮136的远端内。所述第二直齿轮136可操作地耦接到第二内锥齿轮144，以使得所述直齿轮136的旋转引起所述锥齿轮144的旋转。所述第二内锥齿轮144也定位在所述水平轴138A上，并且所述两个齿轮136、144穿过所述锥齿轮体120中的开口120B耦接在一起。这样，所述水平轴138A还穿过所述齿轮体120中的开口120B定位。

在一个实施例中，所述第二内锥齿轮144具有两个突出部146A、146B，所述两个突出部146A、146B与所述直齿轮136配合以将所述两个齿轮136、144耦接在一起。备选地，可以使用任何耦接部件或机构将所述两个齿轮136、144耦接在一起。所述第二内锥齿轮144部分地由上面讨论的第九肩部轴承142支撑，并且还部分地由第十肩部轴承148支撑，所述第十肩部轴承148设置在锥齿轮144的远端内。所述轴承140、142、148全部有助于支撑所述第二内锥齿轮144、所述锥齿轮体120和所述第二直齿轮136，以使得所有三个(锥齿轮144、体120和直齿轮136)都可围绕所述水平轴138A旋转。所述轴承140、142、148由埋头螺钉150预加载，所述埋头螺钉150被拧入所述水平轴138A的端部处的螺纹内腔152中。

根据一个实施例，所述L形轴138具有如上所讨论的水平轴138A和竖直轴138B。如上所讨论的那样，所述水平轴138A接收所述第二内锥齿轮144、所述锥齿轮体120和所述第二直齿轮136连同所述轴承140、142、148，以使得所有三个锥齿轮144、齿轮体120和直齿轮136被设置在所述轴183A上，其中所述锥齿轮144和所述直齿轮136可旋转地设置在所述轴138A上，并且所述齿轮体120不可旋转地设置在所述轴138A上，如下进一步详细讨论的那样。所述竖直轴138B接收输出锥齿轮154，所述输出锥齿轮154由第十一轴承156和第十二轴承158支撑，以使得所述锥齿轮154围绕所述轴138B可旋转地设置。所述轴承156、158由埋头螺钉160预加载，所述埋头螺钉160被拧入所述轴138B的端部处的螺纹内腔(未示出)中。

所述L形轴138经由两个翼部138C、138D耦接到所述齿轮体120，所述两个翼部138C、138D耦接到限定在所述齿轮体120中的槽120D，以使得所述L形轴在所述齿轮体120移动时移动。备选地，所述L形轴138可以通过任何已知的部件或机构耦接到所述体120。

在使用中，所述上驱动锥齿轮44A可旋转地耦接到所述锥齿轮120C(位于锥齿轮体120上)，以使得所述上驱动锥齿轮44A的旋转引起所述锥齿轮120C的旋转。此外，所述下驱动锥齿轮44C也可旋转地耦接到所述锥齿轮体120上的锥齿轮120C，以使得所述下驱动锥齿轮44C的旋转也引起所述锥齿轮120C的旋转。这样，所述两个锥齿轮44A、44C一起工作以驱动所述轭104围绕所述传动轴40C旋转并且驱动所述锥齿轮体120围绕所述轭轴104B旋转。换句话说，如果所述两个锥齿轮44A、44C被致动以在相反方向上旋转，则使得所述锥齿轮体120围绕所述轭轴104B旋转，并且如果所述两个锥齿轮44A、44C被致动以在相同方向上旋转，则使得所述轭104围绕所述传动轴40C旋转。此外，所述两个齿轮44A、44C可以被致动以同时进行两者。

另外，所述中间驱动锥齿轮44B可旋转地耦接到所述第一内锥齿轮122，以使得所述中间驱动锥齿轮44B的旋转引起所述第一内锥齿轮122的旋转，所述第一内锥齿轮122的旋转引起所述第一直齿轮130的旋转。所述第一直齿轮130的旋转引起所述第二直齿轮136的旋转，所述第二直齿轮136的旋转引起所述第二内锥齿轮144的旋转。所述第二内锥齿轮144可旋转地耦接到所述输出锥齿轮154，以使得所述第二内锥齿轮144的旋转引起所述输出锥齿轮154的旋转。根据某些实施方式，所述输出锥齿轮154可以耦接到机器人臂(未示出)或机器人装置的其他部件，以使得所述输出锥齿轮154的旋转引起该部件的旋转。

这样，根据某些实施例，最佳如图2、图4A和图4B所示的右肩部14(以及图1A中所示的左肩部16)具有紧凑型关节设计，该紧凑型关节设计基于三个同心的传动轴(由传动轴40A、40B、40C组成，最佳如图2所示)和耦接到这些传动轴的三个嵌套的锥齿轮组(由锥齿轮44A、44B、44C组成，最佳如图2和图4A所示)而具有三个自由度。如上所讨论并且最佳如图1A所示，在某些实施例中，所述三个自由度是相交的自由度。所述嵌套的传动轴40A、40B、40C允许与其耦接的电机(电机80A、80B、80C)轴向地定位在沿着装置本体12的长度与所述肩部14、16相距一定距离(并且因此与和齿轮44A、44B、44C相关联的齿轮组相距一定距离)的近侧位置处，从而使得所述装置本体12的总体周向或径向尺寸(宽度和厚度)较小。更具体地，根据这些实施例的构造使得所述电机和传动轴不必轴向地在所述锥齿轮组的旁边定位，从而允许所述装置本体12相对于其中电机和传动轴沿着装置的长度在肩部的旁边(与所述肩部在同一长度处)定位的任何装置具有较小的总体周向或径向尺寸(较小的周长或半径)。

如上面在图1A的背景下所讨论的那样，每个肩部关节14、16提供三个自由度。在最佳如图4A和图4B所示的该实施方式中，所述自由度中的两个(即，耦接到肩部14、16的臂的俯仰和偏航)经由耦接到输出锥齿轮120C的锥齿轮44A和44C来实现，如上面所描述的那样。此外，第三自由度经由驱动锥齿轮122、最终驱动输出锥齿轮154的锥齿轮44B来实现，如上面所描述的那样。如上面关于图1A进一步详细讨论的那样，由输出锥齿轮154的旋转产生的致动取决于与其耦接的臂的构造。在某些实施例中，锥齿轮154的旋转引起滚转：所述臂在其纵向轴线上的旋转。在包括下面关于图5A-8B所讨论的实施例的一些备选实施例中，锥齿轮154的旋转通过(穿过)所述肩部并使得所述臂的肘部旋转。在进一步的实施方式中，输出锥齿轮154的旋转能够以其他方式致动臂，而这取决于臂的构造。

根据如图5A和图5B所示的一种实施方式，提供了可以耦接到上面讨论的装置10的实施例的肩部的机器人臂200(或者，备选地，两个这样的臂)。备选地，该臂200可以耦接到任何已知的机器人外科装置。在该具体实施方式中，所述臂200是右臂200。应注意，图5A示出了右臂200和左臂202两者。在本讨论的其余部分中，描述将集中在右臂200上。应当理解，左臂202的部件、这些部件彼此的关系以及它们的功能性基本上类似于右臂200的那些部件。

继续参考图5A和图5B，所述右臂200具有肩部关节(在本文中也称为“肩部”或“第一关节”)204、上臂(也称为“第一臂连杆”或“第一臂部件”)206、肘部关节(在本文中也称为“肘部”或“第二关节”)208、前臂(在本文中也称为“第二臂连杆”或“第二臂部件”)210、腕部关节(在本文中也称为“腕部”或“第三关节”)212以及末端执行器214。

在一种实施方式中，所述臂200(和臂202)被构造成耦接到具有3个自由度(“DOF”)的肩部，例如上文所述的装置10。备选地，所述臂200可以与具有肩部(所述肩部具有3个DOF)的任何已知的机器人装置耦接。在另一备选方案中，所述臂200可以与任何已知的机器人装置耦接。

根据一个实施例的所述上臂206在图6A-6D中进一步详细示出。所述上臂206具有本体(也称为“机壳”、“外部结构”或“外壳”)220。在该特定实施方式中，所述本体220由经由埋头螺钉222耦接在一起的第一本体部件220A和第二本体部件220B组成，所述埋头螺钉222耦接到耦接轴(也称为“圆柱形轴”或“耦接轴”)224的远端(最佳如图6B所示)。更具体地，所述两个本体部件220A、220B经由所述螺钉222和所述轴224的远端的耦接而被约束在一起，以使得将所述螺钉222拧紧到所述轴224中在所述两个本体部件220A、220B之间产生夹紧力。所述螺钉222和所述轴224之间的耦接的拧紧还使得所述轴224被拉入到限定在所述本体部件220B中的相应圆柱形内腔225中，最佳如图6B所示。更具体地，所述轴224被定位在所述圆柱形内腔225内并且当所述螺钉222被拧紧到所述轴224中时被迫使向远侧移动。备选地，所述本体220是单个的、一体的部件。在进一步的备选方案中，所述本体220可以由三个或更多个不同的部件组成。

在所示的其中上臂206耦接到上述肩部14的该特定实施例中，所述上臂206通过移除/替换上述肩部14的一些部件而耦接到所述肩部14。更具体地，在该特定示例中，最佳如图4B所示的以下部件被移除并由所述上臂206的部件替换，所述被移除和替换的部件为：第二内锥齿轮144，第十肩部轴承148，L形轴齿轮连杆138，第十一轴承156，输出锥齿轮154，第十二轴承158以及埋头螺钉160。因此，所述上臂206的近端226被构造成与所述锥齿轮体120(最佳如图4B所示)相耦接，以使得所述耦接轴224的远端延伸穿过所述齿轮体120中的开口120B。更具体地，所述近端226具有突出部226A(最佳如图6D所示)，所述突出部226A在几何上与限定在所述齿轮体120中的槽120D(最佳如图4B所示)匹配，以使得所述近端226被耦接到齿轮体120。备选地，所述近端226和齿轮体120可以具有产生所述两个部件的几何匹配并因此产生所述两个部件的耦接的任何特征或构造。在一个实施例中，所述耦接轴224并且因此整个上臂206经由可螺纹地耦接到所述轴224的远端的所述埋头螺钉150(最佳如图4B所示)附接到所述齿轮体120。此外，所述上臂206具有设置在所述近端226中的第一上臂锥齿轮228，所述第一上臂锥齿轮228在其近端处旋转地(在旋转方面)耦接到第二直齿轮136(最佳如图4B所示)，以使得所述直齿轮136的旋转引起所述锥齿轮228旋转。在一个实施例中，最佳如图6D所示，所述第一齿轮228在其近端处具有突出部228A，所述突出部228A在几何上与所述直齿轮136上的特征或部件相匹配，从而允许所述两个齿轮228、136相耦接。备选地，所述齿轮228、136可以具有允许它们耦接在一起的任何构造。虽然该具体示例性实施例涉及耦接到上述装置10的上臂206，但应当理解，根据各种备选实施例，所述第一锥齿轮228能够旋转地(在旋转方面)耦接到所述上臂206耦接至其的任何机器人装置的齿轮或轴或其他旋转部件。

继续参考图6A和图6B，所述第一上臂锥齿轮228由耦接轴224(所述耦接轴224穿过所述齿轮228定位，以使得所述齿轮228围绕所述轴224旋转)约束和支撑，并且可配合地耦接到第二上臂锥齿轮230(并进一步由所述第二上臂锥齿轮230约束和支撑)，以使得所述第一锥齿轮228的旋转引起所述第二锥齿轮230的旋转。所述第二锥齿轮230旋转地(在旋转方面)耦接到传动轴232，以使得所述锥齿轮230的旋转引起所述传动轴232的旋转。在一种实施方式中，所述齿轮230和所述传动轴232具有允许这两个部件以与如上所述的所述齿轮228和所述直齿轮136类似的方式可配合地耦接的几何特征。备选地，所述齿轮230和所述传动轴232能够以使得其中一个的旋转引起另一个的旋转的任何已知的方式耦接。所述传动轴232由第一上臂轴承234和第二上臂轴承236支撑。根据一个实施例，这些轴承234、236还用作对准特征，以帮助对准和约束所述第一本体部件220A和所述第二本体部件220B。也就是说，所述第一本体部件220A和所述第二本体部件220B中的每一个具有限定在所述部件220A、220B内的轴承接收开口235、237，以使得当所述部件220A、220B如图所示彼此耦接时，所述轴承234、236可以定位在其中。因此，通过将所述轴承234、236定位在所述轴承接收开口235、237中来促进和对准所述两个部件220A、220B的组装和耦接。在其远端处，所述传动轴232旋转地(在旋转方面)耦接到第三上臂锥齿轮238，以使得所述传动轴232的旋转引起所述齿轮238的旋转。所述传动轴232和所述齿轮238具有允许这两个部件以与所述齿轮230和所述传动轴232类似的方式可配合地耦接的几何特征，或者以如上所述的使得其中一个的旋转引起另一个的旋转的任何已知的方式相耦接。

所述上臂206具有限定在所述臂206的远端处或处于所述臂206的远端附近的远侧开口244。如下面进一步详细描述的那样，所述远侧开口244被构造成接收任何前臂(例如前臂210)的部件或者耦接到所述上臂206的其他部件，以使得所述前臂或其他部件可以相对于上臂206旋转。最佳如图6D所示，所述开口244具有设置在其中的两个轴承246A、246B，所述两个轴承246A、246B为穿过其设置的部件提供支撑，如下所述。

根据一些实施方式，所述上臂206具有至少一个保持环，所述至少一个保持环用于帮助将所述上臂206的远端保持在一起。也就是说，所述保持环可以帮助维持所述第一本体部件220A和所述第二本体部件220B的耦接。在该具体实施方式中，所述上臂206具有两个保持环240A、240B，最佳如图6A所示。备选地，本文公开或预期的任何上臂实施例可以具有一个、三个或任何数量的保持环，以帮助将所述上臂的远端保持在一起。此外，应当理解，可以使用任何已知的用于帮助维持所述两个本体部件220A、220B的耦接的机构或部件。在另一个实施例中，所述上臂206还可以具有端部安装的保持环242，最佳如图6C所示。与所述保持环240A、240B一样，所述端部安装的保持环242有助于将所述上臂206的远端保持在一起。

在某些实施例中，所述上臂206还可以具有设置在所述第二本体部件220B上的锚固点248，最佳如图6B所示。所述锚固点248被构造成用作一个或多个细长弹性部件(在本文中也称为“弹性肌腱”或“弹性带”)(未示出)的锚固点或附接点，所述一个或多个细长弹性部件延伸超过所述肘部关节208并且耦接到附接至所述肘部关节208的前臂(例如前臂210)，以使得当所述前臂被致动以在所述肘部关节208处弯曲时，所述弹性带(未示出)可以向所述上臂206和前臂(例如前臂210)施加约束力。也就是说，所述弹性带旨在减少所述关节208处的各种部件的任何松动耦接或“松弛”，从而增强这些部件的耦接。因此，当所述前臂(例如前臂210)被致动以在所述肘部关节208处弯曲时，所述弹性带被拉伸，从而使得在所述肘部关节208处施加迫使所述前臂返回到最佳如图5B所示的“笔直”位置的力。在所示的实施例中，所述锚固点248是可螺纹耦接到所述第二本体部件220B的埋头螺栓248。备选地，代替所述螺栓248，可以将能够用作锚固点248的任何部件或机构结合到所述臂206中。

在一个实施例中，所述第三上臂锥齿轮238被构造成可耦接到固定至前臂(例如前臂210)的匹配锥齿轮，所述前臂(例如前臂210)耦接到所述上臂206。因此，在一个实施例中，所述上臂206中的传动系可以用于使所述前臂(例如前臂210)相对于所述上臂206旋转。所述传动系由所述第一上臂锥齿轮228、所述第二上臂锥齿轮230、所述传动轴232和所述第三上臂锥齿轮238组成。在使用中，所述第一上臂锥齿轮228可以被致动(根据一些实施方式，被所述直齿轮136的旋转致动)从而旋转，由此使得所述第二上臂锥齿轮230旋转，由此使得所述传动轴232旋转。所述传动轴232的旋转使得所述第三上臂锥齿轮238旋转，从而使得耦接到所述第三上臂锥齿轮238的任何前臂部件相对于所述上臂206旋转。作为结果，所述锥齿轮238的旋转使得所述前臂(例如前臂210)在所述肘部关节(例如肘部关节208)处相对于所述上臂206移动。

根据一个实施例，将所述上臂206耦接到上述装置10产生具有五个自由度的臂。也就是说，如上面关于图4A和图4B所讨论的那样，每个肩部(例如上面关于图1A所讨论的肩部14、16)以所述肘部的俯仰、偏航和旋转的形式提供三个自由度。在该实施例中，第四自由度是末端执行器围绕平行于所述前臂的纵向轴线的轴线的旋转，第五自由度是使得抓取器打开和关闭的所述抓取器中的每一个的旋转。在该实施方式中，所述第三自由度(即，如上所讨论的输出锥齿轮154的旋转)被用于致动所述肘部关节208而非引起所述上臂206的滚转。因此，在该特定实施例中，所述上臂206不围绕其自身的纵向轴线旋转。

图7、图8A和图8B示出了根据一个实施例的与所述上臂206耦接的前臂210。所述前臂210具有容纳和约束一个或多个电机(下面讨论)的前臂本体300(也称为“机壳”或“外壳”)。在某些实施例中，所述本体300可以具有设置在所述本体300中的烧灼连接件(未示出)和限定在其中的烧灼导线开口303。在如图所示的一种实施方式中，所述本体300由三个部件组成，即：主体300A，电子器件盖300B以及远侧盖300C。所述电子器件盖300B容纳控制器(未示出)，所述控制器可以包括印刷电路板(“PCB”)，所述印刷电路板(“PCB”)耦接到所述电机(下面讨论)，以使得所述控制器可以操作以控制所述电机。此外，所述电子器件盖300B可以在密封和流体方面保护容纳在所述本体300内的所述控制器以及任何其他电子器件(未示出)免受外部环境的影响。所述远侧盖300C被定位在所述本体300的远端处或所述本体300的远端上，并且具有限定在其中的唇缘302，所述唇缘302被构造成接收并帮助保持任何弹性约束件，所述弹性约束件用于将无菌盖(未示出)耦接和流体地密封到所述前臂210，以使得所述盖可以在使用期间保持在其适当的位置。备选地，所述远侧盖300C可以具有用于接收、保持或耦接到无菌盖的任何已知的部件或机构。此外，所述远侧盖300C在其远端处限定开口304，所述开口304被构造成接收可互换的末端执行器，如下面进一步详细讨论的那样。

所述前臂210还具有两个突出部264A、264B，最佳如图8A和图8B所示，所述两个突出部264A、264B形成在其处所述上臂206耦接到所述前臂210的关节208的一部分。在该实施方式中，所述两个突出部264A、264B(以及因此所述肘部关节208)被定位在沿着所述前臂210的长度、位于所述前臂210的远端260和近端262之间的一点处。也就是说，所述突出部264A、264B与所述前臂210的远端260和近端262两者间隔开。在该特定实施例中，如图所示，所述突出部264A、264B(以及因此所述关节208)被定位在沿着所述前臂210的长度的中点处或基本上邻近所述中点。备选地，所述突出部264A、264B(以及因此所述关节208)被定位在沿着所述前臂210的长度的任何位置处，以使得所述突出部264A、264B与所述近端262和所述远端260两者间隔开。这样，所述前臂210的旋转不会发生在所述前臂210的所述近端262处，而是发生在沿着所述前臂210的长度的、如由所述突出部264A、264B的位置所确定的某个其他点处。

每个突出部264A、264B分别具有如图所示限定在其中的开口266A、266B。最佳如图8B所示，关节齿轮268在所述两个突出部264A、264B之间设置于关节208内，以使得所述齿轮268的轴268A可旋转地设置在所述开口264A内。此外，关节轴270也在所述两个突出部264A、264B之间设置于关节208内，以使得所述轴270在一端处可旋转地设置在所述开口264B内并且在另一端处设置在所述齿轮268内。

如图8B所示，当所述上臂206耦接到所述前臂210时，所述上臂206的远端被设置在所述两个突出部264A、264B之间，以使得所述开口244(最佳如上面在图6A、图6B和图6D中所示)被设置在所述两个开口266A、266B之间并且与所述两个开口266A、266B轴向对准。所述上臂206的远端通过所述关节轴270耦接到所述前臂210，所述关节轴270被设置成穿过开口264B、开口244(并且由如上所讨论的开口244中的轴承246A、246B支撑)并进入所述齿轮268，以使得所述上臂206的远端如图所示在所述两个突出部264A、266B之间可旋转地保持在关节210中。

所述关节齿轮268旋转地(在旋转方面)耦接到所述上臂206的第三上臂锥齿轮238(如图8B所示)，以使得所述第三上臂锥齿轮238的旋转引起所述关节齿轮268的旋转。

虽然在该具体实施方式中所述关节208由所述两个突出部264A、264B和所述关节轴270以及所述关节锥齿轮268组成，但是应当理解，任何已知的关节或旋转耦接构造或机构都可以结合到这些各种臂实施例中。

在某些实施例中，所述前臂210还可以具有锚固点272，最佳如图8A和图8B所示。与上面讨论的锚固点248相似，所述锚固点272被构造成用作如上所讨论的延伸超过所述肘部关节208的任何弹性肌腱(未示出)的另一锚固点或附接点(与所述锚固点248组合)。在所示的实施例中，所述锚固点272是可螺纹耦接到所述前臂210的埋头螺栓272。备选地，代替所述螺栓272，可以用作锚固点272的任何部件或机构都可以结合到所述前臂210中。

可以耦接到上面讨论的前臂210的一个示例性可互换末端执行器320在图9A-9C中示出。备选地，应当理解，所述末端执行器320可以与任何已知的机器人臂或机器人外科装置耦接。还应当理解，任何可互换的末端执行器都可以耦接到所述前臂210或者被移除并由任何其他已知的可互换的末端执行器替换。

该示例性实施例中的末端执行器320是抓取器末端执行器320，所述抓取器末端执行器320具有抓取器部件322，所述抓取器部件322具有第一抓取器臂322A和第二抓取器臂322B。所述末端执行器320具有可扭转的旋钮324，所述旋钮324能够由使用者抓握以将所述末端执行器320耦接到臂(例如前臂210)以及使所述末端执行器320与臂(例如前臂210)脱开。所述旋钮324耦接到锁定套环326，所述锁定套环326具有锁定突出部326A，所述锁定突出部326A可配合地耦接到限定在所述盖300C中的四个凹口382，如下面进一步详细描述的那样。所述旋钮324的旋转引起所述锁定套环326的旋转，从而允许将所述突出部326A定位到所述凹口382中，并且从而将所述末端执行器320耦接到所述前臂210。在某些实施例中，密封环(在本文中也称为“O形环”)328在所述旋钮324的近端处或在所述旋钮324的一部分处围绕所述末端执行器320设置，以使得当所述末端执行器320如上所述耦接到所述前臂210时，所述环328可以提供所述末端执行器320与所述前臂210的流体密封耦接。此外，根据一些实施方式，所述环328还可以提供作用在所述末端执行器320和所述前臂210两者上的向外的压力或力，以使得可能导致所述末端执行器320在使用期间脱开的所述旋钮324的反向旋转被减少或消除。

所述末端执行器320具有旋转驱动系统和抓取器臂致动驱动系统。所述旋转驱动系统由可旋转的轭330构成，所述轭330耦接到所述抓取器322，以使得所述轭330的旋转引起所述抓取器322的旋转。也就是说，所述轭330具有两个凸缘330A、330B(最佳如图9A所示)，以使得所述抓取器322被设置在所述两个凸缘330A、330B之间并经由销331耦接到所述两个凸缘330A、330B。在其近端处，所述轭330具有可配合的耦接部件332，所述可配合的耦接部件332被构造成耦接到所述前臂210的远端中的旋转驱动部件370，如下面进一步详细描述的那样。更具体地，在该示例性实施例中，所述可配合的耦接部件332是两个突出部332，最佳如图9A和图9C所示。所述可旋转的轭330通过沟槽334在轴向上被约束(以使得所述轭330不会相对于所述末端执行器320的长度向远侧或近侧移动)，所述沟槽334围绕所述轭330的外表面限定，以使得销(未示出)可以通过所述旋钮324中的开口336(最佳如图9A所示)插入并定位在所述沟槽334中，从而允许所述轭330旋转但防止其在轴向方向上移动。因此，所述前臂中的所述旋转驱动部件370的旋转引起所述可旋转的轭330的旋转，所述可旋转的轭330的旋转引起所述抓取器322的旋转。

所述抓取器臂致动驱动系统由带有内螺纹的可旋转的圆筒338、可螺纹耦接到所述圆筒338的带有外螺纹的驱动销340以及耦接到所述销340的两个连杆(包括连杆342)组成。所述可旋转的圆筒338在其近端处具有可配合的耦接部件344，所述可配合的耦接部件344被构造成耦接到所述前臂210的远端中的致动驱动部件372，如下面进一步详细描述的那样。更具体地，在该示例性实施例中，所述可配合的耦接部件344是两个突出部344，最佳如图9A和图9C所示。所述可旋转的圆筒338通过沟槽346在轴向上被约束，所述沟槽346围绕所述圆筒338的外表面限定，以使得销(未示出)可以通过所述旋钮324中的开口(未示出)(类似于上面讨论的开口336)插入并定位在所述沟槽346中，从而允许所述圆筒338旋转但防止其在轴向方向上移动。

所述可旋转的圆筒338具有内腔347，所述内腔347具有带螺纹的内腔内表面348。所述驱动销340具有远侧头部(也称为“耦接部件”)350和带有外螺纹的近侧本体352，所述带有外螺纹的近侧本体352被设定尺寸以设置在所述圆筒338的所述内腔347内，以使得所述近侧本体352可螺纹耦接到所述内腔内表面348。所述远侧头部350具有限定在其中的两个开口354A、354B，所述两个开口354A、354B可耦接到所述两个连杆。更具体地，所述连杆342在开口354A处通过销或类似的耦接部件(未示出)耦接到所述远侧头部350。此外，第二连杆(未示出)在开口354B处以相同的方式耦接到所述远侧头部350。所述连杆(342和所述未示出的连杆)耦接到所述抓取器臂322A、322B的近端。这样，所述前臂210中的所述致动驱动部件372的旋转引起所述可旋转的圆筒338的旋转，所述可旋转的圆筒338的旋转引起所述驱动销340的轴向移动(通过所述圆筒338和所述销34的可螺纹耦接)，所述驱动销340的轴向移动引起所述连杆(342和所述未示出的连杆)的移动，所述连杆的移动引起所述抓取器臂322A、322B围绕所述轭330中的所述销331处的轴线旋转，以使得所述臂322A、322B在打开位置和关闭位置之间移动。

图10A-10C示出了根据一个实施例的本体300的远侧盖300C连同末端执行器接口364。

最佳如图10A所示，根据一种实施方式，上面讨论的远侧盖300C可以通过紧固件360耦接到所述主体300A和所述电子器件盖300B，所述紧固件360穿过所述远侧盖300C和所述电子器件盖300B定位，从而将所述远侧盖300C和所述电子器件盖300B耦接到所述主体300A。在一个实施例中，所述紧固件360是螺栓360。备选地，可以使用任何已知的紧固件或附接机构。

根据另一实施例，提供另一紧固件362以进一步将所述远侧盖300C耦接到所述主体300A。所述紧固件362是销362。备选地，所述紧固件362可以是任何已知的紧固件或附接机构。

最佳如图10B和图10C所示，根据某些实施方式，所述远侧盖300C容纳所述末端执行器接口364。所述末端执行器接口364被构造成耦接到末端执行器(例如上面讨论的末端执行器320)的致动部件。更具体地，在其中所述末端执行器接口364被耦接到所述末端执行器320的那些示例性实施例中，所述接口364被构造成耦接到如上面讨论的所述旋转驱动系统和所述抓取器驱动系统。所述接口364具有第一密封环366、第二密封环368、可旋转的旋转驱动部件370、可旋转的抓取器致动驱动部件372以及电接触弹簧374。

应当理解，该接口364可以与各种末端执行器相耦接。虽然下面的描述将具体参考所述末端执行器320以及所述接口364的部件如何与该末端执行器320相关联及耦接，但是这并不旨在将该末端执行器接口364的使用仅仅限制于所述末端执行器320。相反，所述接口364可以耦接到具有合适的部件以耦接至其上的任何末端执行器。

在该具体实施方式中，所述可旋转的旋转驱动部件370是可旋转的驱动圆筒370，所述可旋转的驱动圆筒370具有可配合的耦接部件370A、370B(最佳如图10B所示)，所述可配合的耦接部件370A、370B被构造成与所述末端执行器320中的可旋转的轭330的可配合的耦接部件332配合，如上面所讨论的那样。更具体地，该实施例中的所述可配合的耦接部件370A、370B是突出部370A、370B，所述突出部370A、370B可与所述末端执行器320中的可旋转的轭330的可配合的耦接部件332配合或耦接。

在该具体实施方式中，所述可旋转的抓取器致动驱动部件372是可旋转的驱动圆筒372，所述可旋转的驱动圆筒372具有可配合的耦接部件372A、372B(最佳如图10B所示)，所述可配合的耦接部件372A、372B被构造成与所述末端执行器320中的可旋转的圆筒338的可配合的耦接部件344配合，如上面所讨论的那样。更具体地，该实施例中的所述可配合的耦接部件372A、372B是突出部372A、372B，所述突出部372A、372B可与所述末端执行器320中的可旋转的圆筒338的可配合的耦接部件344配合或耦接。

在一种实施方式中，所述可旋转的抓取器致动驱动部件372可以将电能传递到末端执行器的抓取器(例如末端执行器320的抓取器322)以进行烧灼。也就是说，所述可旋转的圆筒372具有限定在所述圆筒372的近端中的近侧内腔378，所述近侧内腔378被构造成接收所述电接触弹簧374。所述弹簧374向近侧延伸到限定在所述本体300中的内腔380中，以使得所述弹簧374被定位成与上面所讨论的烧灼导线开口303相邻，以使得穿过所述开口303定位的烧灼导线(或烧灼线缆)可以耦接到所述弹簧374。备选地，所述弹簧374可以是任何电接触部件。应当理解，根据某些实施例，所述烧灼导线开口303被限定在所述本体300的两侧，以使得相同的本体300的构造可以用在所述装置的左臂和右臂中。

如图所示，所述可旋转的驱动圆筒372被定位或嵌套在所述可旋转的驱动圆筒370内。所述第一密封环366是设置在所述远侧盖300C和所述可旋转的驱动圆筒370之间的O形环366。所述第二密封环368是设置在所述可旋转的驱动圆筒370和所述可旋转的驱动圆筒372之间的O形环368。所述两个可旋转的驱动圆筒370、372由第一轴承376以及所述第一密封环366一起支撑并可旋转地保持就位。

最佳如图10B所示，根据另一实施例，所述远侧盖300C具有限定在所述远侧盖开口304中的至少两个凹口，所述至少两个凹口能够与如上所讨论的所述末端执行器320上的锁定突出部326A配合或耦接。在该具体实施方式中，所述盖300C具有四个凹口382，所述四个凹口382可与上面所讨论的四个突出部326A配合，以使得所述末端执行器320可以通过所述末端执行器320的旋钮324的单次旋转或“扭转”耦接到所述远侧盖300C。备选地，可以使用任何已知的锁定机构或特征。

根据一个实施例，图11A-11C示出了所述本体300内的电机，所述电机为上面讨论的所述可旋转的旋转驱动部件370和所述可旋转的抓取器致动驱动部件372提供动力。更具体地，根据一种实施方式，所述前臂210具有设置在其中的两个电机400、402，最佳如图11C所示。在一个实施例中，所述电机400、402是6mm无刷电机。备选地，所述电机400、402可以是用于机器人臂的任何已知类型的电机。

最佳如图11A所示，所述电机400耦接到轴404，所述轴404耦接到衬套406，所述衬套406又耦接到所述驱动齿轮(也称为“直齿轮”)408。备选地，所述轴404可以直接耦接到所述驱动齿轮408。所述驱动齿轮408可旋转地耦接到齿轮齿410，所述齿轮齿410被附接到或者以其它方式耦接到所述可旋转的抓取器致动驱动部件372。因此，所述电机400的致动引起所述轴404的旋转，所述轴404的旋转引起驱动齿轮408的旋转，驱动齿轮408的旋转引起所述可旋转的抓取器致动驱动部件372的旋转，所述可旋转的抓取器致动驱动部件372的旋转最终使所述抓取器臂322A、322B如上所述地在打开位置和关闭位置之间移动。

还如图11A所示，所述电机402耦接到轴420，所述轴420耦接到衬套422，所述衬套422又耦接到所述驱动齿轮(也称为“直齿轮”)424。备选地，所述轴420可以直接耦接到所述驱动齿轮424。所述驱动齿轮424可旋转地耦接到齿轮齿426，所述齿轮齿426被附接到或者以其它方式耦接到所述可旋转的旋转驱动部件370。因此，所述电机402的致动引起所述轴420的旋转，所述轴420的旋转引起驱动齿轮424的旋转，所述驱动齿轮424的旋转引起所述可旋转的旋转驱动部件370的旋转，所述可旋转的旋转驱动部件370的旋转最终使所述抓取器末端执行器如上所述地旋转。

根据一种实施方式，所述电机400、402通过锁定楔430在所述前臂210中保持或固定就位。在根据一个实施例的使用中，可以沿着两个电机400、402朝向所述前臂210的远端推动所述锁定楔430，以使得成角度的部分或楔形部分434被定位在限定于所述本体300中的楔形开口432中，以帮助将所述两个电机400、402保持或“锁定”就位。将所述楔形部分434定位于所述楔形开口432中迫使所述楔形部分434抵靠所述电机400、402，从而在所述楔形部分434和电机400、402之间产生基于摩擦的接触，从而有助于经由摩擦力将所述电机400、402保持就位。根据一个实施例，所述锁定楔430可以手动定位以将所述电机400、402锁定就位。

图12A和图12B示出了所述右肩部关节14及其各种部件的另一实施例。更具体地，图12A示出了所述右肩部关节14的内部部件的分解视图，而图12B示出了所述右肩部关节14的内部部件的横截面前视图。如图12A和图12B所示，并且如下面将进一步详细说明的那样，所述外传动轴40A(上面关于图2-3E所讨论的)耦接(或旋转地约束)到肩部滚转壳体(在本文中也称为“肩部壳体”或“转换体”)500，而所述中间传动轴40B(在上面关于图2-3E所讨论的)耦接到上驱动锥齿轮502，并且所述内传动轴40C(在上面关于图2-3E所讨论的)延伸穿过间隔件512并耦接到下驱动锥齿轮504。

虽然本说明书的其余部分将集中于右肩部关节14及其部件，但是应当理解，所述左肩部关节16的部件、与所述左肩部关节16耦接的部件、这些部件彼此的关系以及它们的功能性可以基本上类似于所述右肩部关节14。

最佳如图12B所示，所述外传动轴40A和肩部壳体500由设置在所述壳体500的外部的第一轴承506支撑。另外，最佳如图12A和图12B所示，所述外传动轴40A和肩部壳体500进一步由设置在所述壳体500内的第二轴承508支撑。所述中间传动轴40B和所述上驱动锥齿轮502由第二轴承508和定位在所述上驱动锥齿轮502的远端内的第三轴承510支撑，最佳如图12B所示。使用拧入所述内传动轴40C的远端中的单个埋头螺钉514对所述轴承506、508、510进行预加载。备选地，可以使用任何附接部件对所述轴承506、508、510进行预加载。

根据一个实施例，最佳如图12A所示，所述肩部壳体500由两个壳体部件组成，即：第一壳体部件(或“第一壳体外壳”)500A和第二壳体部件(或“第二壳体外壳”)500B。在该实施方式中，所述两个外壳500A、500B通过螺钉516和保持环518耦接在一起。备选地，可以使用任何已知的附接部件或机构将所述两个外壳500A、500B耦接在一起。在另一备选方案中，所述壳体500是单个一体式壳体。

如上面所提到的那样，所述外传动轴40A耦接(或旋转地约束)到所述肩部滚转壳体500。更具体地，从所述壳体500的顶部延伸(更具体地，根据该实施例，从所述两个壳体外壳500A、500B中的每一个延伸)的突出部501A、501B可与所述外传动轴40A中的两个凹口503A、503B配合。备选地，可以使用用于将所述传动轴40A和所述壳体500相耦接的任何机构或特征。因此，所述外传动轴40A的旋转使得所述肩部壳体500围绕所述传动轴40A的纵向轴线旋转，从而使得(在下面讨论的输出锥齿轮550处)耦接到所述肩部的任何臂围绕同一轴线旋转，由此使得所述臂相对于所述装置本体(例如上面讨论的本体12)从左向右移动(“偏航”)。

所述上驱动锥齿轮502可配合地耦接到所述第一从动锥齿轮520，以使得所述上驱动锥齿轮502的旋转致使所述第一从动锥齿轮520围绕下面讨论的第二从动锥齿轮528的轴528A的纵向轴线旋转。所述第一从动锥齿轮520通过致使所述锥齿轮体522围绕所述轴528A的同一纵向轴线旋转来驱动所述肩部14进行俯仰，从而使所述臂相对于所述装置本体“上下”移动。也就是说，在其远端处，所述第一从动锥齿轮520耦接到所述锥齿轮体(也称为“可旋转臂”、“可旋转体”、“旋转臂”、“旋转体”、“俯仰臂”或“俯仰体”)522，以使得所述第一从动锥齿轮520的旋转引起所述锥齿轮体522的旋转。更具体地，所述锥齿轮体522具有限定在其中的两个开口522A、522B(最佳如图12A所示)，其中围绕所述开口522A的一侧设置有可配合的耦接件522C，所述可配合的耦接件522C耦接到所述第一从动锥齿轮520，以使得所述锥齿轮520的旋转引起所述锥齿轮体522的旋转。在该示例性实施例中，所述第一从动锥齿轮520具有穿过其限定的开口520A，以使得所述锥齿轮520可旋转地设置在所述第二从动锥齿轮528上，这将在下面进一步详细讨论。所述第一从动锥齿轮520由第四轴承524和第五轴承526约束。

应当理解，所述旋转体522可以是具有如本文所描述的两个开口并且可以如所描述的那样耦接到各种部件的任何部件。

所述下驱动锥齿轮504可配合地耦接到所述第二从动锥齿轮528，以使得所述下驱动锥齿轮504的旋转引起所述第二从动锥齿轮528的旋转。如上所述，所述第二从动锥齿轮528穿过所述第一从动锥齿轮520中的开口520A可旋转地设置，以使得所述第二从动锥齿轮528至少部分地设置在所述第一从动锥齿轮520内。所述第二从动锥齿轮528耦接到第一直齿轮530，以使得所述第二从动锥齿轮528的旋转引起所述第一直齿轮530的旋转。也就是说，所述第二从动锥齿轮528的轴528A延伸穿过所述锥齿轮体522中的开口522A并且耦接到所述第一直齿轮530。在一个具体实施例中，所述第二从动锥齿轮528经由几何耦接件可配合地耦接到所述第一直齿轮530。所述第二从动锥齿轮528由所述第四轴承524和第六轴承532约束。应当理解，使用弹簧534对所述轴承524、526、532进行预加载并且通过保持环536对其进行平移上的约束。在一个实施例中，所述弹簧534是贝氏(Belleville)弹簧534。

上面讨论的所述第一直齿轮530可配合地耦接到所述第二直齿轮538，以使得所述第一直齿轮530的旋转引起所述第二直齿轮538的旋转。所述第二直齿轮538耦接到第三从动锥齿轮540，以使得所述第二直齿轮538的旋转引起所述第三从动锥齿轮540的旋转。也就是说，所述第三从动锥齿轮540的轴540A延伸穿过所述锥齿轮体522中的开口522B并且耦接到所述第二直齿轮538。在一个具体实施例中，所述第二直齿轮538经由几何耦接件可配合地耦接到所述第三从动锥齿轮540的轴540A。所述第三从动锥齿轮540由第七轴承542和第八轴承544约束。根据一种实施方式，两个轴承542、544都设置在所述锥齿轮体522内或压配合在所述锥齿轮体522内。应当理解，使用弹簧546对所述轴承542、544进行预加载并且由保持环548对其进行平移上的约束。在一个实施例中，所述弹簧546是贝氏(Belleville)弹簧546。

所述第三从动锥齿轮540可配合地耦接到第四从动锥齿轮(在本文中也称为“偏航输出齿轮”或“输出齿轮”)550，以使得所述第三从动锥齿轮540的旋转引起所述输出齿轮550的旋转。所述输出齿轮550由第九轴承552和第十轴承554约束。根据一个实施例，所述轴承552、554由所述锥齿轮体522保持就位。此外，由保持环556对所述齿轮550进行平移上的约束。

在如图12A和图12B所示的该实施例中，所述俯仰、偏航和滚转旋转被耦接。也就是说，所述旋转中的一个的致动将由于它们的耦接特性而引起其他旋转中的至少一个的致动，这使得如果不希望发生二级致动则必须进行一些抵消。例如，当希望使耦接到所述肩部的装置臂“上下”(俯仰)移动时，所述锥齿轮502被致动以旋转，从而使齿轮520如上所述地旋转。然而，这并不是由所述锥齿轮502的致动引起的唯一运动。也就是说，这些驱动部件的耦接特性导致所述输出齿轮550也旋转。如果不希望发生二级旋转，则必须通过锥齿轮504的抵消致动来使其无效，以防止输出齿轮550旋转。类似地，所述驱动部件引起偏航(所述肩部壳体500围绕所述传动轴40A的纵向轴线的旋转)的致动也可能引起一些俯仰和滚转。因此，如果不希望发生二级致动，则这三个旋转的耦接特性需要抵消致动。

根据一种实施方式，所述锥齿轮体522由耦接在一起的两个部件522C、522D组成，最佳如图12A所示。备选地，所述锥齿轮体522可以是单个一体式部件522。

最佳如图13-17D所示的进一步的实施例涉及可以结合到机器人臂的肩部关节、肘部关节、腕部关节或其他关节中的关节实施方式。这些关节实施例具有四个自由度，然而在某些情况下仅仅需要三个电机。在某些实施方式中，下面的关节实施例可以结合到腕部关节中，从而产生具有四个自由度的腕部关节，这比已知的机器人抓取器传动系多了两个自由度。因此，与已知的腕部关节相比，所述腕部关节实施例是为外科医生提供更高的灵活性的灵巧的腕部关节。在其它实施方式中，下面的关节实施例可以结合到肩部关节中，从而允许四个自由度通过所述肩部关节进入与其耦接的机器人臂中。作为该实施例的结果，可以使用更大的电机来致动与其耦接的机器人臂的关节，并且还允许基于多种因素而非仅仅基于电机尺寸来确定臂部件的长度。

如上所述，这些实施例可以仅仅利用三个电机来控制四个自由度。如下面将详细描述的那样，这些仅仅具有三个电机的构造是可能的，因为所有三个电机以共用状态耦接在一起，而在所述共用状态中实现了第四自由度。如下面详细描述的那样，所述三个电机的耦接能够以若干方式实现，所述方式包括通过在所述输出之一上提供制动力条件以使得只有刻意的命令才会使机器人关节致动。

应当理解，下面描述的至少两个实施例具有四个自由度。如图13-14B所示的第一实施例使用四个电机，而如图15A-17D所示的第二实施例仅仅需要三个电机。

图13示出了具有一组嵌套的传动轴602、604、606、608的关节600的横截面前视图。更具体地，该组四个嵌套的传动轴602、604、606、608包括第一(在本文中也称为“内”)传动轴602、第二(也称为“第一中间”)传动轴604、第三(也称为“第二中间”)传动轴606和第四(也称为“外”)传动轴608。应当理解，图13中所示的这些传动轴602、604、606、608的具体长度仅仅是示例性的，并且所述长度可以根据各种情况(包括所述关节600是肩部关节、肘部关节、腕部关节还是某种其他类型的关节)而变化。

所述第一传动轴602如图所示可旋转地设置在所述第二传动轴604内，并且如图所示具有固定地或一体地附接在其近端处的第一从动齿轮610。所述第一传动轴602在其近端处由第一近侧轴承640和第二近侧轴承642支撑，其中所述第一轴承640由所述关节600的罩壳(未示出)支撑，所述第二轴承642由第二从动齿轮612支撑。在其远端处，所述第一传动轴602旋转地(在旋转方面)耦接到第一锥齿轮620，最佳如图13、图14A和图14B所示。根据一个实施例，所述传动轴602经由几何耦接件耦接到所述齿轮620，并且通过螺栓660相对于所述传动轴602在轴向上保持所述齿轮620。所述传动轴602和齿轮620在径向上被约束在第一远侧轴承650中。

所述第一锥齿轮620可旋转地耦接到第一中间锥齿轮680，最佳如图13、图14A和图14B所示。所述锥齿轮680与可旋转的圆筒681固定地耦接或成一体，所述可旋转的圆筒681固定地耦接到驱动柱662，所述驱动柱662从所述可旋转的圆筒681向远侧朝向所述关节600的远端延伸。所述驱动柱662通过第一柱螺栓664和第二柱螺栓666保持就位并由第一柱轴承668和第二柱轴承670约束。所述第一中间锥齿轮680的旋转致使所述圆筒681围绕所述锥齿轮680的轴线旋转，所述圆筒681围绕所述锥齿轮680的轴线的旋转致使所述驱动柱662围绕所述锥齿轮680的轴线旋转，所述锥齿轮680的轴线垂直于所述传动轴602、604、606、608的旋转轴线。因此，所述关节600的远离所述可旋转的圆筒681的部分随着所述驱动柱662旋转。因此，耦接到所述第一从动齿轮610的电机(未示出)的致动引起所述第一从动齿轮610的旋转，所述第一从动齿轮610的旋转引起所述第一传动轴602的旋转。所述第一传动轴602的旋转引起所述第一锥齿轮620的旋转，所述第一锥齿轮620的旋转致使所述第一中间锥齿轮680围绕与所述传动轴602、604、606、608的旋转轴线垂直的轴线旋转。所述第一中间锥齿轮680的旋转引起所述可旋转的圆筒681的旋转，所述可旋转的圆筒681的旋转引起所述驱动柱662的旋转，所述驱动柱662的旋转致使所述关节600的远离所述第一中间锥齿轮680的部分与所述第一中间锥齿轮680围绕相同的旋转轴线旋转。

所述第二传动轴604如图所示可旋转地设置在所述第三传动轴606内，并且具有固定地或一体地附接在其近端处的第二从动齿轮612。所述第二传动轴604在其近端处由第二近侧轴承642和第三近侧轴承644支撑，其中所述第二轴承642由所述第二从动齿轮612支撑，所述第三轴承644由第三从动齿轮614支撑。在其远端处，所述第二传动轴604旋转地(在旋转方面)耦接到第二锥齿轮622，最佳如图13、图14A和图14B所示。根据一个实施例，所述传动轴604经由几何耦接件耦接到所述齿轮622，并且所述传动轴604和齿轮622由第二远侧轴承652约束。

所述第二锥齿轮622可旋转地耦接到第二中间锥齿轮682，最佳如图13、图14A和图14B所示。此外，所述锥齿轮682可旋转地耦接到第一输出锥齿轮690，所述第一输出锥齿轮690与第一(或“内”)可旋转输出构件672旋转地(在旋转方面)耦接或成一体。所述第二中间锥齿轮682由第三远侧轴承654支撑，所述第三远侧轴承654由所述由第一中间锥齿轮680的一部分支撑。因此，耦接到所述第二从动齿轮612的电机(未示出)的致动引起所述第二从动齿轮612的旋转，所述第二从动齿轮612的旋转引起所述第二传动轴604的旋转。所述第二传动轴604的旋转引起所述第二锥齿轮622的旋转，所述第二锥齿轮622的旋转致使所述第二中间锥齿轮682围绕与所述传动轴602、604、606、608的旋转轴线垂直的轴线旋转。所述第二中间锥齿轮682的旋转致使所述第一输出锥齿轮690围绕与所述传动轴602、604、606、608的旋转轴线平行的轴线旋转，所述第一输出锥齿轮690围绕与所述传动轴602、604、606、608的旋转轴线平行的轴线的旋转致使所述第一可旋转输出构件672围绕相同的旋转轴线旋转。应当理解，所述第一可旋转输出构件672被构造成根据所述关节600在所述机器人装置上的位置耦接到可致动部件(例如机器人上臂、末端执行器或机器人臂腕部的一部分)。

所述第三传动轴606如图所示可旋转地设置在所述第四传动轴608内，并且具有固定地或一体地附接在其近端处的第三从动齿轮614。所述第三传动轴606在其近端处由第三近侧轴承644和第四近侧轴承646支撑，其中所述第三轴承644由第三从动齿轮614支撑，所述第四轴承646由第四从动齿轮616支撑。在其远端处，所述第三传动轴606旋转地(在旋转方面)耦接到第三锥齿轮624，最佳如图13、图14A和图14B所示。根据一个实施例，所述传动轴606经由几何耦接件耦接到所述齿轮624，并且所述传动轴606和齿轮624由第四远侧轴承656约束。

所述第三锥齿轮624可旋转地耦接到第三中间锥齿轮684，最佳如图13、图14A和图14B所示。此外，所述锥齿轮684可旋转地耦接到第二输出锥齿轮692，所述第二输出锥齿轮692与第二(或“外”)可旋转输出构件674旋转地(在旋转方面)耦接或成一体。所述第三中间锥齿轮684由第五远侧轴承657支撑。所述第二输出锥齿轮692由第一输出轴承694和第二输出轴承696相对于所述第一输出锥齿轮690支撑。因此，耦接到所述第三从动齿轮614的电机(未示出)的致动引起所述第三从动齿轮614的旋转，所述第三从动齿轮614的旋转引起所述第三传动轴606的旋转。所述第三传动轴606的旋转引起所述第三锥齿轮624的旋转，所述第三锥齿轮624的旋转致使所述第三中间锥齿轮684围绕与所述传动轴602、604、606、608的旋转轴线垂直的轴线旋转。所述第三中间锥齿轮684的旋转致使所述第二输出锥齿轮692围绕与所述传动轴602、604、606、608的旋转轴线平行的轴线旋转，所述第二输出锥齿轮692围绕与所述传动轴602、604、606、608的旋转轴线平行的轴线的旋转致使所述第二可旋转输出构件674围绕相同的旋转轴线旋转。应当理解，所述第二可旋转输出构件674被构造成根据所述关节600在所述机器人装置上的位置耦接到可致动部件(例如机器人上臂、末端执行器或机器人臂腕部的一部分)。

所述第四传动轴608围绕所述第三传动轴606(并且因此也围绕第一传动轴602和第二传动轴604)可旋转地设置，并且具有固定地或一体地附接在其近端处的第四从动齿轮616。所述第四传动轴608在其近端处由第四近侧轴承646和第五近侧轴承648支撑，其中所述第四轴承646由所述第四从动齿轮616支撑，所述第五轴承648由所述关节600的罩壳(未示出)支撑。另外，所述第五轴承648通过保持环649保持就位。在其远端处，所述第四传动轴608旋转地(在旋转方面)耦接到第一保持构件700或与第一保持构件700成一体，最佳如图13、图14A和图14B所示。所述第一保持构件700具有两个臂700A、700B，最佳如图13和图14A所示，其中所述可旋转的圆筒681和所附接的第一中间锥齿轮680被设置在所述两个臂700A、700B之间。此外，两个螺栓702、704分别穿过所述臂700A、700B定位，并拧入所述可旋转的圆筒681中。所述两个螺栓702、704在径向上由第一螺栓轴承706和第二螺栓轴承708支撑，最佳如图13所示。更具体地，所述两个螺栓具有头部702A、704A(最佳如图13所示)，所述头部702A、704A被设定尺寸以装配在所述轴承706、708内。所述头部702A、704A被定位成分别与垫圈710、712接触(或“搁置”在垫圈710、712上)。

因此，耦接到所述第四从动齿轮616的电机(未示出)的致动引起所述第四从动齿轮616的旋转，所述第四从动齿轮616的旋转引起所述第四传动轴608的旋转。所述第四传动轴608的旋转致使所述第一保持构件700围绕与所述传动轴602、604、606、608的旋转轴线平行的轴线旋转。所述保持构件700的旋转引起所述两个臂700A、700B的旋转，所述两个臂700A、700B的旋转引起所述两个螺栓702、704的旋转，所述两个螺栓702、704的旋转致使所述可旋转的圆筒681以及所述关节600(远离轴承648)的整个远端旋转。

应当理解，分别位于所述传动轴602、604、606、608的近端处的所述从动齿轮610、612、614、616被构造成耦接到由电机(未示出)驱动的齿轮(未示出)。在该具体示例性图中，省略了所述电机和相关联的齿轮。根据一个实施例，所述电机和相关联的齿轮能够以与图3B中所示的电机和相关联的齿轮相类似的方式配置。备选地，可以使用任何电机配置。

在该实施方式中，应当理解，所述关节600提供了四个自由度。例如，一个自由度经由将所述第一传动轴602耦接到所述可旋转的圆筒681和驱动柱662来实现，将所述第一传动轴602耦接到所述可旋转的圆筒681和驱动柱662使得所述关节600的远离所述第一中间锥齿轮680的部分围绕与所述传动轴602、604、606、608的旋转轴线垂直的旋转轴线旋转。另一个自由度经由将所述第二传动轴604耦接到所述第一(或“内”)可旋转输出构件672来实现，将所述第二传动轴604耦接到所述第一(或“内”)可旋转输出构件672使得所述输出构件672围绕与所述传动轴602、604、606、608的旋转轴线平行的轴线旋转。又一自由度通过将所述第三传动轴606耦接到所述第二(或“外”)可旋转输出构件674来实现，将所述第三传动轴606耦接到所述第二(或“外”)可旋转输出构件674使得所述输出构件674围绕与所述传动轴602、604、606、608的旋转轴线平行的轴线旋转。最后，另一个自由度经由将所述第四传动轴608耦接或集成到所述第一保持构件700来实现，将所述第四传动轴608耦接或集成到所述第一保持构件700使得所述关节600(远离所述轴承648)的整个远端围绕与所述传动轴602、604、606、608的旋转轴线平行的轴线旋转。

在某些备选实施例中，所述关节600还可以具有可选的被动保持构件(也称为“第二保持构件”)720。所述被动保持构件720通常结合在所述关节600为腕部关节600的那些实施例中，但也可以结合到其他类型的关节中。在一个具体示例中，所述被动保持构件720可以用于将所述关节600耦接到图9A-9C中所示的末端执行器320。根据一种实施方式，所述被动保持构件720为所述第一可旋转输出构件672和第二可旋转输出构件674提供固定基础。所述保持构件720具有限定在所述构件720的外表面上的通道722，所述通道722可以用于帮助将任何柔性的外保护套(未示出)固定到其上。所述保持构件720被定位在所述螺栓头部702A、704A上，以使得所述螺栓头部702A、704A有助于将所述构件720保持在其与所述关节600的耦接中，其中第一保持构件轴承724和第二保持构件轴承726用作所述构件720和所述头部702A、704A之间的界面(接口)。

在其他实施例中，所述关节600不具有被动保持构件，最佳如图14A所述。在某些实施方式中，这是当所述关节600是肩部关节600而非腕部关节时使用的构造。

备选的关节实施方式最佳如图15A-17D所示，其中所述关节具有四个自由度，然而仅仅需要三个电机，如上面所提到的那样。在某些实施方式中，下面的关节实施例可以结合到腕部关节中，而在其他实施方式中，下面的关节实施例可以结合到肩部关节中。如上面所提到的那样，这种三个电机的构造是可能的，因为所有三个电机以共用状态耦接在一起，而在所述共用状态中实现了第四自由度。更具体地，所述三个电机的耦接能够以若干方式实现，所述方式包括通过在所述输出之一上提供制动力条件，以使得只有刻意的命令才会使得机器人关节致动。

图15A和图15B示出了根据一个实施例的关节800的横截面前视图，所述关节800具有一组嵌套的传动轴(未示出)，所述一组嵌套的传动轴以与上面关于图13-14B所述的构造相似的构造耦接到如下面所讨论的分开的锥齿轮。虽然在该特定实施方式中未示出实际的嵌套传动轴，但应当理解的是，所述传动轴(未示出)基本上类似于上面关于图13-14B所述的传动轴。更具体地，在该实施例中，所述关节800具有一组三个嵌套的传动轴，其中包括第一(在本文中也称为“内”)传动轴(未示出)、第二(也称为“中间”)传动轴(未示出)以及第三(也称为“外”)传动轴(未示出)。

所述第一传动轴(未示出)旋转地(在旋转方面)耦接到第一锥齿轮802，最佳如图15A、图15B、图16A、图16B和图17A所示，以使得所述传动轴(未示出)的旋转引起所述第一锥齿轮802的旋转。根据一个实施例，所述传动轴(未示出)经由几何耦接件耦接到所述齿轮802，并且通过拧入所述传动轴(未示出)的螺栓804相对于所述传动轴(未示出)在轴向上保持所述齿轮802。所述传动轴(未示出)和齿轮802被约束在第一轴承806中，所述第一轴承806被嵌入将在下面讨论的第二锥齿轮830中。

所述第一锥齿轮802可旋转地耦接到第一中间锥齿轮810，最佳如图15A、图15B、图16A、图16B和图17A所示，以使得所述第一锥齿轮802的旋转引起所述第一中间锥齿轮810的旋转。所述中间锥齿轮810可旋转地耦接到第一输出锥齿轮812，以使得所述第一中间锥齿轮810的旋转引起所述第一输出锥齿轮812的旋转。所述第一中间锥齿轮810由第二轴承814在轴向上约束，所述第二轴承814被嵌入第三中间锥齿轮854中。所述第一输出锥齿轮812被第三轴承816和第四轴承818约束，所述第三轴承816和所述第四轴承818被嵌入第二输出锥齿轮836中。此外，所述第一输出锥齿轮812进一步在所述齿轮812与横杆856交界的地方被约束(这将在下面详细讨论)并且被第五轴承820和轴向螺栓822约束。所述第五轴承820将所述第一输出锥齿轮812与所述横杆856旋转地(在旋转方面)分开(在二者之间提供旋转界面)。所述输出锥齿轮812旋转地(在旋转方面)耦接到第一通用输出接口824或与所述第一通用输出接口824成一体，所述第一通用输出接口824可以耦接到旨在被致动的任何部件。备选地，可以将任何类型的已知耦接部件或接口耦接到所述锥齿轮812或使其与所述锥齿轮812成一体。

因此，耦接到所述第一传动轴(未示出)的电机(未示出)的致动引起所述第一传动轴(未示出)的旋转。所述第一传动轴(未示出)的旋转引起所述第一锥齿轮802的旋转，所述第一锥齿轮802的旋转致使所述第一中间锥齿轮810围绕与所述第一锥齿轮802的旋转轴线垂直的轴线旋转。而且，所述第一中间锥齿轮810的旋转引起所述第一输出锥齿轮812的旋转，所述第一输出锥齿轮812的旋转致使所述第一通用输出接口824与所述第一锥齿轮802围绕相同的旋转轴线旋转。

所述第二传动轴(未示出)旋转地(在旋转方面)耦接到第二锥齿轮830，最佳如图15A、图15B、图16A、图16B和图17B所示，以使得所述传动轴(未示出)的旋转引起所述第二锥齿轮830的旋转。根据一个实施例，所述传动轴(未示出)经由几何耦接件耦接到所述齿轮830，并且通过如上所讨论的、拧入所述第一传动轴(未示出)的螺栓804部分地相对于所述传动轴(未示出)在轴向上保持所述齿轮830。根据一个实施例，所述螺栓804压紧所述第一锥齿轮802和所述第二锥齿轮830，以使得其轴向移动被最小化或被阻止。所述第二传动轴(未示出)和齿轮830被约束在第六轴承832中，所述第六轴承832被嵌入将在下面讨论的第三锥齿轮850中。

所述第二锥齿轮830可旋转地耦接到第二中间锥齿轮834，最佳如图15A、图15B、图16A、图16B和图17B所示，以使得所述第二锥齿轮830的旋转引起所述第二中间锥齿轮834的旋转。所述中间锥齿轮834可旋转地耦接到第二输出锥齿轮836，以使得所述第二中间锥齿轮834的旋转引起所述第二输出锥齿轮836的旋转。所述第二中间锥齿轮834由设置在所述横杆856上的第七轴承838以及与所述横杆856螺纹耦接的所述螺栓840一起在轴向上约束。所述第二输出锥齿轮836由上面所讨论的第三轴承816和第四轴承818约束。所述输出锥齿轮836旋转地(在旋转方面)耦接到第二通用输出接口842或与所述第二通用输出接口842成一体，所述第二通用输出接口842可以耦接到旨在被致动的任何部件。备选地，任何类型的已知耦接部件或接口都可以耦接到所述锥齿轮836或与所述锥齿轮836成一体。

因此，耦接到所述第二传动轴(未示出)的电机(未示出)的致动引起所述第二传动轴(未示出)的旋转。所述第二传动轴(未示出)的旋转引起所述第二锥齿轮830的旋转，所述第二锥齿轮830的旋转致使所述第二中间锥齿轮834围绕与所述第二锥齿轮830的旋转轴线垂直的轴线旋转。并且所述第二中间锥齿轮834的旋转引起所述第二输出锥齿轮836的旋转，所述第二输出锥齿轮836的旋转致使所述第二通用输出接口842与所述第二锥齿轮830围绕相同的旋转轴线旋转。

所述第三传动轴(未示出)旋转地(在旋转方面)耦接到第三锥齿轮850，最佳如图15A、图15B、图16A、图16B和图17C所示，以使得所述传动轴(未示出)的旋转引起所述第三锥齿轮850的旋转。根据一个实施例，所述传动轴(未示出)经由几何耦接件耦接到所述齿轮850，并且通过如上所讨论的、拧入所述第一传动轴(未示出)的螺栓804部分地相对于所述传动轴(未示出)在轴向上保持所述齿轮850。所述第三传动轴(未示出)和齿轮850被约束在第八轴承852中，所述第八轴承852被嵌入将在下面讨论的所述关节800的罩壳(未示出)中。在一种实施方式中，保持环858被设置在所述第三锥齿轮850的轴上，以使得所述第三锥齿轮850不能相对于所述第八轴承852在轴向上移动。

所述第三锥齿轮850可旋转地耦接到第三中间锥齿轮854，最佳如图15A、图15B、图16A、图16B和图17C所示，以使得所述第三锥齿轮850的旋转引起所述第三中间锥齿轮854的旋转。所述中间锥齿轮854旋转地(在旋转方面)耦接到可旋转的圆筒(在本文中也称为“横杆”)856或者与所述可旋转的圆筒(在本文中也称为“横杆”)856成一体，以使得所述第三中间锥齿轮854的旋转引起所述可旋转的圆筒856的旋转。所述第二中间锥齿轮834由设置在所述横杆856上的第二轴承814和第七轴承838以及与所述横杆856螺纹耦接的所述螺栓840一起在轴向上约束。所述横杆856旋转地(在旋转方面)耦接到所述关节800的远侧部分(所述远侧部分是远离所述横杆856的部分)，以使得可旋转的横杆856致使所述关节800的远侧部分围绕与所述第三锥齿轮850的轴线垂直的轴线旋转。根据一个实施例，远侧罩壳860被设置在所述关节800的远侧部分上。在一种实施方式中，所述远侧罩壳860为任何外部密封袋系统、例如本文其他地方讨论的那些系统提供密封表面。

因此，耦接到所述第三传动轴(未示出)的电机(未示出)的致动引起所述第三传动轴(未示出)的旋转。所述第三传动轴(未示出)的旋转引起所述第三锥齿轮850的旋转，所述第三锥齿轮850的旋转致使所述第三中间锥齿轮854围绕与所述第三锥齿轮850的旋转轴线垂直的轴线旋转。并且所述第三中间锥齿轮854的旋转引起所述横杆856的旋转，所述横杆856的旋转引起所述关节800的远侧部分围绕与所述第三锥齿轮850(的旋转轴线)垂直的旋转轴线旋转。

除了上面关于所述第一输出锥齿轮812和所述第二输出锥齿轮836以及所述可旋转的横杆856描述的三个不同自由度之外，可以通过支撑构件(在本文中也称为“间隔构件”)870提供第四自由度，所述支撑构件870被定位在所述关节800的一部分上，最佳如图15A、图15B、图16A、图16B和图17D所示。更具体地，所述支撑构件870具有第一臂872和第二臂874，其中所述两个臂具有开口876、878，所述开口876、878被构造成接收所述螺栓840、841的头部，以使得所述保持件870约束所述螺栓840、841的头部，由此维持锥齿轮组的耦接和间隔(所述第一锥齿轮802与所述第一中间锥齿轮810的耦接，所述第二锥齿轮830与所述第二中间锥齿轮834的耦接，以及所述第三锥齿轮850与所述第三中间锥齿轮854的耦接)。所述臂872、874具有与所述第三锥齿轮850相接触的接口880、882，以使得所述保持件870可相对于所述第三锥齿轮850旋转。

在某些实施方式中，所述支撑构件870使得所述关节800可以仅仅使用三个复杂的电机(通常是非常昂贵的部件)而不是四个来允许围绕四个自由度移动。也就是说，所述三个昂贵的电机以共用状态耦接在一起，以使得第四自由度得以实现。例如，可以通过在所述输出之一上提供制动系统(呈较小、较不复杂且廉价的电机的形式)来实现所述耦接，以使得只有刻意的命令才会使所述关节致动。换句话说，使用简单的电机进行制动使得可以利用锥齿轮差动系统的耦接特性。

在使用中，本文公开或预期的各种装置实施例用于在患者的目标腔体(例如腹膜腔体)中进行微创手术。在某些实施方式中，参考图1A，所述装置本体12穿过切口定位到所述目标腔体中，以使得所述肩部14、16以及附接到其上的臂被定位在所述目标腔体内，其中所述轴区段12B穿过所述切口布置，所述电机区段12A被定位在患者身体外部。在那些实施方式中，所述装置本体12被附接到患者身体外部的某种类型的支撑部件，以提供稳定性并确保所述本体12在需要时保持静止。

虽然公开了多个实施例，但是根据显示和描述本发明的说明性实施例的以下详细描述，本发明的其它实施例对本领域技术人员来说将是显然的。如将认识到的那样，本发明能够在各种明显的方面进行修改，所有这些都不脱离本发明的精神和范围。因此，附图和详细描述在本质上应被视为说明性的而非限制性的。

尽管已经参考优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。

Claims (19)

1.一种机器人装置，其包括：

(a)细长的装置本体，所述细长的装置本体包括：

(i)第一传动轴，所述第一传动轴可旋转地设置在所述装置本体内，所述第一传动轴包括沿着所述第一传动轴的长度限定的第一内腔；

(ii)第二传动轴，所述第二传动轴可旋转地设置在所述第一内腔内，所述第二传动轴包括沿着所述第二传动轴的长度限定的第二内腔；以及

(iii)第三传动轴，所述第三传动轴可旋转地设置在所述第二内腔内；

(b)第一肩部关节，所述第一肩部关节包括：

(i)可操作地耦接到所述第一传动轴、所述第二传动轴或所述第三传动轴中的至少一个的转换体；

(ii)能够相对于所述转换体旋转的旋转体；

(iii)输出齿轮；以及

(iv)将所述第一传动轴、所述第二传动轴或所述第三传动轴中的至少一个耦接到所述输出齿轮的传动组件，所述传动组件延伸穿过所述旋转体，以使得所述输出齿轮与所述第一传动轴、所述第二传动轴和所述第三传动轴被定位在所述旋转体的同一侧；以及

(c)可操作地耦接到所述输出齿轮的第一臂。

2.根据权利要求1所述的机器人装置，其中所述转换体是轭体，所述轭体包括：

(a)从所述轭体延伸的轭轴，其中所述轭轴的纵向轴线横向于所述第一传动轴的纵向轴线；以及

(b)限定在所述轭轴中的轭开口。

3.根据权利要求2所述的机器人装置，其中所述第一传动轴可操作地耦接到第一驱动齿轮，并且其中所述第三传动轴穿过所述轭开口可旋转地设置，所述第三传动轴可操作地耦接到第三驱动齿轮。

4.根据权利要求3所述的机器人装置，其中所述第一驱动齿轮和所述第三驱动齿轮可旋转地耦接到所述旋转体。

5.根据权利要求1所述的机器人装置，其中所述传动组件包括第二驱动齿轮、第一肩部齿轮、第二肩部齿轮、第三肩部齿轮以及第四肩部齿轮，所述第二传动轴可操作地耦接到第二驱动齿轮，其中所述第二驱动齿轮可旋转地耦接到第一肩部齿轮，其中所述第一肩部齿轮穿过所述旋转体中的第一开口可操作地耦接到第二肩部齿轮，其中所述第二肩部齿轮可旋转地耦接到第三肩部齿轮，其中所述第三肩部齿轮穿过所述旋转体中的第二开口可操作地耦接到第四肩部齿轮，其中所述第四肩部齿轮可旋转地耦接到输出齿轮。

6.根据权利要求1所述的机器人装置，其中所述转换体是肩部壳体，所述肩部壳体包括：

(a)限定在所述肩部壳体中的顶部开口，所述顶部开口包括至少一个耦接特征；以及

(b)限定在所述肩部壳体中的侧部开口。

7.根据权利要求6所述的机器人装置，其中所述第一传动轴可操作地耦接到所述肩部壳体上的所述至少一个耦接特征，由此所述第一传动轴的旋转引起所述肩部壳体的旋转。

8.根据权利要求7所述的机器人装置，其中所述第二传动轴穿过所述肩部壳体中的顶部开口设置并且可操作地耦接到第二驱动齿轮，其中所述第二驱动齿轮被设置在所述肩部壳体中的腔体内。

9.根据权利要求8所述的机器人装置，其中所述第二驱动齿轮可旋转地耦接到第一肩部齿轮，其中所述第一肩部齿轮可操作地耦接到所述旋转体。

10.根据权利要求6所述的机器人装置，其中所述第三传动轴穿过所述肩部壳体中的顶部开口设置并且可操作地耦接到第三驱动齿轮，其中所述第三驱动齿轮被设置在所述肩部壳体中的腔体内。

11.根据权利要求10所述的机器人装置，其中所述第三驱动齿轮可旋转地耦接到第二肩部齿轮，其中所述第二肩部齿轮穿过所述旋转体中的第一开口可操作地耦接到第三肩部齿轮，其中所述第三肩部齿轮可旋转地耦接到第四肩部齿轮，其中所述第四肩部齿轮穿过所述旋转体中的第二开口可操作地耦接到第五肩部齿轮，其中所述第五肩部齿轮可旋转地耦接到输出齿轮。

12.一种机器人装置，其包括：

(a)细长的装置本体，所述细长的装置本体被设定尺寸并且被构造成能够穿过端口或切口设置到患者的腔体中，所述细长的装置本体包括：

(i)第一传动轴，所述第一传动轴可旋转地设置在所述装置本体内，所述第一传动轴包括沿着所述第一传动轴的长度延伸的第一内腔；

(ii)第二传动轴，所述第二传动轴可旋转地设置在所述第一内腔内，以使得所述第二传动轴被设置在所述第一传动轴内并且与所述第一传动轴同轴，所述第二传动轴包括沿着所述第二传动轴的长度延伸的第二内腔；以及

(iii)第三传动轴，所述第三传动轴可旋转地设置在所述第二内腔内，以使得所述第三传动轴被设置在所述第二传动轴内并且与所述第二传动轴同轴；

(b)第一肩部关节，所述第一肩部关节包括：

(i)可操作地耦接到所述第一传动轴、所述第二传动轴或所述第三传动轴中的至少一个的转换体；

(ii)能够相对于所述转换体旋转的旋转体；

(iii)可操作地与所述旋转体耦接的输出齿轮，其中所述输出齿轮能够围绕与所述第一传动轴的纵向轴线平行的轴线旋转；以及

(iv)将所述第一传动轴、所述第二传动轴或所述第三传动轴中的至少一个耦接到所述输出齿轮的传动组件，所述传动组件延伸穿过所述旋转体，以使得所述输出齿轮与所述第一传动轴、所述第二传动轴和所述第三传动轴被定位在所述旋转体的同一侧；以及

(c)可操作地耦接到所述输出齿轮的第一臂。

13.根据权利要求12所述的机器人装置，其中所述第一传动轴可操作地耦接到第一驱动齿轮，并且其中所述第三传动轴穿过所述转换体中的开口可旋转地设置，所述第三传动轴可操作地耦接到第三驱动齿轮。

14.根据权利要求13所述的机器人装置，其中所述第一驱动齿轮和所述第三驱动齿轮可旋转地耦接到所述旋转体。

15.根据权利要求12所述的机器人装置，其中所述第二传动轴可操作地耦接到第二驱动齿轮，其中所述第二驱动齿轮经由至少一个肩部齿轮可操作地耦接到输出齿轮。

16.根据权利要求12所述的机器人装置，其中所述第一传动轴可操作地耦接到所述转换体，由此所述第一传动轴的旋转引起所述转换体的旋转。

17.根据权利要求12所述的机器人装置，其中所述第二传动轴可操作地耦接到第二驱动齿轮，其中所述第二驱动齿轮可旋转地耦接到第一肩部齿轮，其中所述第一肩部齿轮可操作地耦接到所述旋转体。

18.根据权利要求12所述的机器人装置，其中所述第三传动轴可操作地耦接到第三驱动齿轮，其中所述第三驱动齿轮经由至少一个肩部齿轮可操作地耦接到输出齿轮。

19.一种机器人装置，其包括：

(a)细长的装置本体，所述细长的装置本体被设定尺寸并且被构造成能够穿过端口或切口设置到患者的腔体中，所述细长的装置本体包括：

(i)第一传动系，所述第一传动系包括：

(A)第一电机；以及

(B)可操作地耦接到所述第一电机的第一传动轴，所述第一传动轴可旋转地设置在所述装置本体内，所述第一传动轴包括沿着所述第一传动轴的长度延伸的第一内腔；

(ii)第二传动系，所述第二传动系包括：

(A)第二电机；以及

(B)可操作地耦接到所述第二电机的第二传动轴，所述第二传动轴可旋转地设置在所述第一内腔内，以使得所述第二传动轴被设置在所述第一传动轴内并且与所述第一传动轴同轴，所述第二传动轴包括沿着所述第二传动轴的长度延伸的第二内腔；以及

(iii)第三传动系，所述第三传动系包括：

(A)第三电机；以及

(B)可操作地耦接到所述第三电机的第三传动轴，所述第三传动轴可旋转地设置在所述第二内腔内，以使得所述第三传动轴被设置在所述第二传动轴内并且与所述第二传动轴同轴；

(b)第一肩部关节，所述第一肩部关节包括：

(i)可操作地耦接到所述第一传动轴、所述第二传动轴或所述第三传动轴中的至少一个的转换体；

(ii)能够相对于所述转换体旋转的旋转体；

(iii)输出齿轮；以及

(iv)将所述第一传动轴、所述第二传动轴或所述第三传动轴中的至少一个耦接到所述输出齿轮的传动组件，所述传动组件延伸穿过所述旋转体，以使得所述输出齿轮与所述第一传动轴、所述第二传动轴和所述第三传动轴被定位在所述旋转体的同一侧；以及

(c)可操作地耦接到所述输出齿轮的第一臂。

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