CN111902096A

CN111902096A - 虚拟现实腕部组件

Info

Publication number: CN111902096A
Application number: CN201880086333.7A
Authority: CN
Inventors: 马歇尔·温特沃思; 埃里克·克莱恩; 迈克尔·艾伦伯格; 萨米·哈利法
Original assignee: Vicarious Surgical Inc
Current assignee: Vicarious Surgical Inc
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2018-11-13
Publication date: 2020-11-06
Anticipated expiration: 2038-11-13
Also published as: WO2019094896A1; EP3709908A4; CA3082493A1; US20220370162A1; EP3709908A1; JP2023070681A; CN117860345A; CN111902096B; JP2021502193A; US11576732B2; JP7233427B2; US20190142531A1

Abstract

用于微创外科手术(MIS)的外科手术器械系统，其包括腕部组件。腕部组件包括第一钳口、第一致动轮毂和可操作地耦合到第一致动轮毂的缆绳重定向轮毂、第二钳口、第二致动轮毂、第一和第二钳口的壳体、第一缆绳、第二缆绳、第三缆绳、旋转位置传感器和控制系统。腕部组件的第一和第二钳口可移动地对向，并且所述缆绳被配置成使得在这些缆绳上施加张力产生绕钳口轴线的旋转。腕部组件还可以包括铰链旋转组件，其被配置成提供绕俯仰轴和/或滚动轴的旋转。腕部组件还可以包括第四缆绳，其被配置成使得对第四缆绳施加张力并且对向缆绳产生绕俯仰轴的旋转。

Description

虚拟现实腕部组件

相关技术描述

自1900年代问世以来，微创外科手术领域经历了巨大的发展和增长，上述发展和增长为患者带来更好的结果。微创外科手术领域的主要发展之一是手术机器人装置的实现。手术机器人装置在微创手术领域的实施和应用使得可以使用所述装置执行的手术的数量和类型有所增加。此外，手术机器人装置最近已实现并应用于虚拟现实外科手术。

在虚拟现实外科手术中，外科医生有被置身在患者体内的手术部位的感觉。结合虚拟现实眼镜提供的三维可视化，外科医生观察手术操作并与插入患者体内机械臂交互，就像他或她自己的手臂和手采用了机械臂的形式。通过虚拟现实外科手术，外科医生全神贯注于自然的和沉浸式的虚拟现实用户界面中。

通常在微创外科手术和虚拟现实外科手术中，使用机器人控制的仪器在手术过程中执行各种任务和功能。所述仪器的一种配置包含末端执行器组件，其包括工具例如夹钳、抓握器、烧灼工具、切割工具和/或类似工具，所述工具固定在位于细长轴杆或管的远端的腕部组件(wrist assembly)上。通常，在手术过程中，末端执行器组件、腕部组件和细长轴杆的一部分通过在患者体内形成的自然室或小切口插入患者体内，使得末端执行器组件位于期望的手术工作空间中。腕部组件可用于在手术过程中定位和致动工具，以便允许在外科手术工作空间内执行期望的外科手术任务。

通常，缆绳、缆线和/或诸如此类从细长轴杆穿过，并且可以将腕部组件连接到驱动组件，该驱动组件用于向所述缆绳提供致动力，以致动和/或操纵仪器的末端执行器和腕部组件。所述驱动组件可以安装在机器人外科手术臂上，或者耦合到由外科医生控制的另一个外科手术机器人系统，所述手臂或系统包含用户界面系统，以便外科医生能够控制和操作所述仪器。通常，仪器的腕部组件被配置成向末端执行器的运动提供一定的自由度，从而允许执行不同的手术任务和程序。腕部组件通常可以实现末端执行器的各种自由度，包括末端执行器的横摆、俯仰、滚动和/或抓握/夹持。

通常，仪器的腕部组件或机构包括各种元件和部件，以实现末端执行器的各种自由度。通常，腕部组件或机构包含绞盘、滑轮等，其带有连接到所述绞盘或滑轮的缆绳，以旋转与绞盘或滑轮耦合的腕部组件的部分。通常，在最简单的形式中，腕部组件的每个自由度使用一个滑轮或绞盘，并且在自由度的每个方向上使用两条缆绳或缆线旋转绞盘或滑轮，使得拉动一条缆绳并释放一条缆绳导致在一个方向上旋转，而拉动相反的缆绳并释放另一根缆绳导致在相反方向上旋转。使用这些配置，总共需要六条缆绳以使腕部组件具有三个自由度。或者，其他腕部组件每自由度使用多个滑轮和缆绳，导致运动范围有限的复杂而繁琐的组件。

三个自由度所需的缆绳量可能影响腕部组件的效率，并限制所述腕部组件的移动。每一个自由度使用多条缆绳在外科手术机器人系统的腕部组件中产生固有的复杂性。通常，外科手术机器人系统包含插入患者体内的机械臂，其致动元件(如缆绳或缆线)布线(route)到患者体外以驱动组件。

总体上，机器人手臂包含多个自由度，但是自由度的数目由于手臂的大小受到限制，并且由于患者内部工作空间的边界而在移动中受到限制。外科手术机器人系统的机械臂的大小约束影响了可以从驱动组件穿过臂到达腕部组件的缆绳数目，从而限制系统可达到的自由度的数目。

具有机械臂的外科手术机器人系统所遇到的限制和局限性表明了具有多个自由度的腕部组件的重要性，以允许在密集的工作空间中执行简要移动。利用体内外科机器人来复制人手臂的自由度，这在虚拟现实外科手术中尤其适用。

因此，期望腕部组件具有用最少量的缆绳来致动的多个自由度，以实现在紧密的工作空间中的简要运动，同时提供足够的力来执行期望的任务和功能，并能够进行直观的移动，以便外科医生能够基于外科医生的手臂和手的移动致动和控制腕部组件。

对于类人机器人系统，成功的系统来自于维持自然的和直观的人机界面(HMI)。因此，在虚拟现实外科手术中，外科医生能够具有能够在维持类人机器人功能的同时仍然能够在受限的工作空间中执行期望的外科手术任务和功能的腕部组件是有益的。

发明内容

本技术针对用于微创外科手术(MIS)的外科手术器械系统和方法。

技术包括包含钳口组件(jaw assembly)的腕部组件。所述钳口组件包括具有第一工作段、第一致动轮毂(actuation hub)和可操作地耦合到所述第一致动轮毂的缆绳重定向轮毂的第一钳口，其中所述第一致动轮毂包括缆绳通道并限定外周长，并且其中所述缆绳重定向轮毂包括与所述第一致动轮毂的所述外周长相邻的重定向轮毂缆绳滚道。所述钳口组件还包括具有第二工作段和第二致动轮毂的第二钳口，所述第二致动轮毂包括沿所述第二致动轮毂的外周长布置的第一缆绳滚道。所述钳口组件还包括用于所述第一钳口和所述第二钳口的壳体，所述壳体包括第一主体和第二主体，其中所述壳体被配置成允许所述第一钳口和所述第二钳口绕钳口轴线旋转，并且其中所述第一钳口和所述第二钳口可移动地对向。所述钳口组件还包括安设在所述第一缆绳滚道的至少一部分中并耦合到所述第二钳口的第一缆绳；安设在所述缆绳通道中并耦合到所述第二钳口的第二缆绳；安设在所述重定向轮毂缆绳滚道的至少一部分中并耦合到所述第一钳口的第三缆绳；至少一个第一旋转位置传感器，其安设成接近所述钳口轴线并被配置成检测所述第一钳口或所述第二钳口中的一个或多个绕所述钳口轴线的旋转；以及被配置成使所述第一钳口或所述第二钳口中的一个或多个绕所述钳口轴线旋转的控制系统。

所述技术被配置成使得对所述第一缆绳施加大于施加于所述第二缆绳的第二张力的第一张力沿所述钳口轴线生成第一扭矩，引起所述第二钳口绕所述钳口轴线朝向所述第一钳口旋转。所述技术还被配置成使得对所述第二缆绳施加大于施加于所述第一缆绳的所述第一张力所述的第二张力沿所述钳口轴线生成第二扭矩，引起所述第二钳口绕所述钳口轴线远离所述第一钳口旋转。所述技术还被配置成使得对所述第三缆绳施加大于施加于所述第二缆绳的所述第二张力的第三张力沿所述钳口轴线生成第三扭矩，并引起所述第一钳口绕所述钳口轴线朝向所述第二钳口旋转。所述技术还被配置成使得对所述第二缆绳施加大于施加于所述第三缆绳的所述第三张力的所述第二张力沿所述钳口轴线生成第四扭矩，引起所述第一钳口绕所述钳口轴线远离所述第二钳口旋转。

在所述技术的一个实施方式中，所述腕部组件还可以包括铰链旋转组件，其被配置成提供所述钳口组件绕俯仰轴的旋转，并且被配置成提供所述铰链旋转组件绕滚动轴的旋转。所述铰链旋转组件可以包括限定腔的凹形旋转体、铰链旋转体、铰链盖和安设在所述铰链旋转体与所述铰链盖之间的至少一个导轮。所述铰链旋转体可以包括具有缆绳导管的近端，其中所述缆绳导管容纳所述第一缆绳、所述第二缆绳或所述第三缆绳中的一个或多个，所述铰链旋转体的至少一部分安设在所述凹形旋转体的所述腔内。所述导轮可以具有沿所述导轮的外周长安设的导轮滚道，并且所述导轮可以绕所述俯仰轴安设。所述第二缆绳可以安设在所述导轮滚道的至少一部分中。

所述技术的实施方式的一方面是，所述腕部组件的所述铰链旋转组件还可以包括可操作地耦合到所述铰链旋转体的所述近端的旋转滑轮体，其中所述铰链旋转体与所述旋转滑轮体相对于所述凹形旋转体旋转以提供绕所述滚动轴的旋转移动。

所述技术的实施方式的另一方面是，所述腕部组件还可以包括多个轴承，其中所述多个轴承位于以下一个或多个之间：所述铰链旋转体与所述钳口组件的第一主体；所述铰链旋转体与凸形轴承座圈；所述至少一个导轮与所述钳口组件的第一主体；所述铰链盖与所述钳口组件的第二主体；或者所述铰链盖与凸形轴承座圈。

所述技术的实施方式的另一方面是，所述铰链旋转组件还可以包括解耦表面，其被配置成允许所述第一缆绳、所述第二缆绳或所述第三缆绳中的一个或多个沿所述解耦表面的至少一部分移动，以相对于在不存在所述解耦表面的情况下所述第一缆绳、所述第二缆绳或所述第三缆绳中的一个或多个的长度变化，减少所述第一缆绳、所述第二缆绳或所述第三缆绳中的一个或多个在绕所述俯仰轴的中心枢转时的长度变化。所述解耦表面还可以位于所述铰链盖或所述铰链旋转体中的至少一个上。所述腕部组件还可以包括至少一个第二旋转位置传感器，其安设成接近所述俯仰轴并且被配置成检测所述钳口组件绕所述俯仰轴的旋转。所述腕部组件还可以包括位于所述俯仰轴处的多个第二旋转位置传感器。所述腕部组件还可以包括至少一个电子通信元件，其被配置成传输由所述至少一个第一旋转位置传感器或至少一个第二旋转位置传感器捕获的信息。所述至少一个电子通信元件包括柔性印刷电路板(FPCB)。所述至少一个电子通信元件包括印刷电路板(PCB)。所述腕部组件的第一壳体主体还可以包括铰链止块，其被配置成防止所述钳口组件绕所述俯仰轴旋转超过旋转阈值。

在所述技术的实施方式的另一方面，所述腕部组件还可以包括耦合到所述钳口组件的所述第一主体和所述第二主体中的一个的第四缆绳。所述腕部组件可以被配置成使得对所述第四缆绳施加大于施加于对向缆绳的对向张力的第四张力沿所述俯仰轴生成第五扭矩，引起所述钳口组件在第一俯仰方向上绕所述俯仰轴旋转。所述腕部组件还可以被配置成使得对所述对向缆绳施加大于施加于所述第四缆绳施加的所述第四张力的所述对向张力沿所述俯仰轴生成对向扭矩，引起所述钳口组件在第二俯仰方向上绕所述俯仰轴旋转，所述第二俯仰方向绕所述俯仰轴在所述第一俯仰方向的相反方向上旋转。所述对向缆绳和所述对向张力可以是以下中的一种或多种：所述第一缆绳和所述第一缆绳张力(cabletension)；所述第二缆绳和所述第二缆绳张力；或者所述第三缆绳和所述第三缆绳张力。所述对向缆绳可以是所述第一缆绳、所述第二缆绳或所述第三缆绳中的仅一种。所述对向缆绳可以是第一缆绳，并且对所述对向缆绳施加大于所述第四张力的所述对向张力可以沿所述俯仰轴生成所述对向扭矩，并可以引起所述钳口组件在所述第二俯仰方向上绕所述俯仰轴旋转。所述对向缆绳可以是第二缆绳，并且对所述对向缆绳施加大于所述第四张力的所述对向张力可以沿所述俯仰轴生成所述对向扭矩，并可以引起所述钳口组件在所述第二俯仰方向上绕所述俯仰轴旋转。所述对向缆绳可以是第三缆绳，并且对所述对向缆绳施加大于所述第四张力的所述对向张力可以沿所述俯仰轴生成所述对向扭矩，并可以引起所述钳口组件在所述第二俯仰方向上绕所述俯仰轴旋转。

在所述技术实施方式的另一方面，所述控制系统还可以被配置成接受来自所述至少一个第一旋转位置传感器或所述至少一个第二旋转位置传感器中的一个或多个的数据，并确定所述第一张力、第二张力、第三张力、第四张力或对向张力中的一种或多种以引起所述钳口组件绕所述俯仰轴或所述钳口轴线中的一个或多个旋转。所述控制系统还可以包括至少一个致动器，其被配置成对所述第一缆绳、第二缆绳、第三缆绳或第四缆绳中的一个施加张力，并且所述致动器可以是步进电机、伺服电机、液压致动器、气动致动器、压电电机或超声换能器中的一种。

在所述技术的另一个实施方式中，所述缆绳重定向轮毂和所述第一致动轮毂可以是整体构造。

在所述技术的另一个实施方式中，所述缆绳重定向轮毂可以包括重定向销，并且所述第二缆绳在所述缆绳通道内可以绕过所述重定向销的至少一部分。

在所述技术的另一个实施方式中，所述第一致动轮毂还可以包括第一缆绳布线突出物，并且所述第一缆绳布线突出物可以被配置成提供在所述第一钳口绕所述钳口轴线在第一方向上旋转期间所述第二缆绳沿其移动的表面。

在所述技术的实施方式的一方面，所述第一缆绳布线突出物可以被配置成相对于在不存在所述第一缆绳布线突出物的情况下在所述第一钳口在所述第一方向上绕所述钳口轴线旋转期间沿所述钳口轴线的扭矩，减小在所述第一钳口在所述第一方向上绕所述钳口轴线旋转期间沿所述钳口轴线的扭矩。

在所述技术的实施方式的另一方面，所述第一缆绳布线突出物可以被配置成相对于在不存在所述第一缆绳布线突出物的情况下在所述第一钳口在所述第一方向上绕所述钳口轴线旋转期间所述第二缆绳的长度变化，减小在所述第一钳口在所述第一方向上绕所述钳口轴线旋转期间所述第二缆绳的长度变化。

在所述技术的实施方式的另一方面，所述第一致动轮毂还可以包括第二缆绳布线突出物，并且所述第二缆绳布线突出物可以被配置成提供在所述第一钳口绕所述钳口轴线在第二方向上旋转期间所述第二缆绳沿其移动的表面，所述第二方向是相对于所述第一方向的相反旋转方向。所述第二缆绳布线突出物还可以被配置成相对于在不存在所述第二缆绳布线突出物的情况下在所述第一钳口在所述第二方向上绕所述钳口轴线旋转期间沿所述钳口轴线的扭矩，减小在所述第一钳口在所述第二方向上绕所述钳口轴线旋转期间沿所述钳口轴线的扭矩。所述第二缆绳布线突出物还可以被配置成相对于在不存在所述第二缆绳布线突出物的情况下在所述第一钳口在所述第二方向上绕所述钳口轴线旋转期间所述第二缆绳的长度变化，减小在所述第一钳口在所述第二方向上绕所述钳口轴线旋转期间所述第二缆绳的长度变化。

在所述技术的另一个实施方式中，所述第一致动轮毂还可以包括第一支点和绕所述第一支点安设的第一缆绳滑轮。

在所述技术的实施方式的一方面，所述第一致动轮毂还可以包括第二支点和绕所述第二支点安设的第二缆绳滑轮。所述第二缆绳可以绕过所述第一缆绳滑轮和所述第二缆绳滑轮。所述第二缆绳可以具有约240至300度的围绕所述第一缆绳滑轮的缠绕角，并且第二缆绳可以具有小于约110度的围绕所述第二缆绳滑轮的缠绕角。

在所述技术的另一个实施方式中，所述腕部组件还可以包括安设成接近所述钳口轴线的多个第一旋转位置传感器。

在所述技术的另一个实施方式中，所述第一工作段和所述第二工作段可以被配置成与所述钳口组件的其余部分电隔离。

在所述技术的实施方式的一方面，所述第一工作段和所述第二工作段可以被配置成烧灼工具。

在所述技术的另一个实施方式中，所述控制系统还可以包括至少一个致动器，其被配置成对所述第一缆绳、第二缆绳或第三缆绳中的一个施加张力。所述致动器可以是步进电机、伺服电机、液压致动器、气动致动器、压电电机或超声换能器中的一种。

在所述技术的另一个实施方式中，所述第一钳口和所述第二钳口可以是可独立移动的。

在所述技术的另一个实施方式中，所述壳体的所述第一主体还可以包括第一钳口止块，所述壳体的所述第二主体还可以包括第二钳口止块。所述第一钳口止块和所述第二钳口止块可以被配置成防止所述第一钳口或所述第二钳口中的一个或多个绕所述钳口轴线旋转超过旋转阈值。

附图说明

应当注意，被编号的项在所有附图中保持一致。编号相同的项是相同的项或项的相同拷贝。编号不同的项是不同设计的部分或服务于不同目的的相同部分。

图1A是根据一个实施方式的腕部组件的等距视图。

图1B是根据一个实施方式的腕部组件的附加等距视图。

图1C是根据一个实施方式的腕部组件的分解等距视图。

图1D是根据一个实施方式的腕部组件的附加分解等距视图。

图1E是根据一个实施方式的腕部组件的分解侧视轮廓图。

图1F是根据一个实施方式的腕部组件的分解俯视轮廓图。

图2A是根据一个实施方式的钳口组件的等距视图。

图2B是根据一个实施方式的钳口组件的分解等距视图。

图2C是根据一个实施方式的钳口组件的附加等距视图。

图2D是根据一个实施方式的钳口组件的附加分解等距视图。

图3A是根据一个实施方式的第二钳口的等距视图。

图3B是根据一个实施方式的第二钳口的侧视等距视图。

图3C是根据一个实施方式的第二钳口的附加等距视图。

图3D是根据一个实施方式的第二钳口的附加侧视等距视图。

图4A是根据一个实施方式的第一钳口的侧视等距视图。

图4B是根据一个实施方式的第一钳口的附加等距视图。

图4C是根据一个实施方式的第一钳口的附加等距视图。

图4D是根据一个实施方式的第一钳口的附加等距视图。

图5A是根据一个实施方式的缆绳重定向轮毂的侧视等距视图。

图5B是根据一个实施方式的缆绳重定向轮毂的附加侧视等距视图。

图5C是根据一个实施方式的缆绳重定向轮毂的前视等距视图。

图6A是根据一个实施方式的铰链伸缩体(hinge flex body)的后视透视图。

图6B是根据一个实施方式的铰链伸缩体的前视透视图。

图6C是根据一个实施方式的铰链伸缩体的侧视透视图。

图6D是根据一个实施方式的铰链伸缩体的附加侧视透视图。

图7A是根据一个实施方式的铰链非伸缩体的等距视图。

图7B是根据一个实施方式的铰链非伸缩体的侧视透视图。

图7C是根据一个实施方式的铰链非伸缩体的侧视等距视图。

图7D是根据一个实施方式的铰链非伸缩体的侧视透视图。

图8A是根据一个实施方式的铰链旋转组件的俯视等距视图。

图8B是根据一个实施方式的铰链旋转组件的分解俯视轮廓图。

图9A是根据一个实施方式的凸形旋转铰链体的等距视图。

图9B是根据一个实施方式的凸形旋转铰链体的附加等距视图。

图10A是根据一个实施方式的凹形铰链体的侧视轮廓图。

图10B是根据一个实施方式的凹形铰链体的等距视图。

图11A是根据一个实施方式的底部伸缩盖的等距视图。

图11B是根据一个实施方式的底部伸缩盖的附加等距视图。

图12A是根据一个实施方式的顶部伸缩盖在与底部伸缩盖配合之前的等距视图。

图12B是根据一个实施方式的顶部伸缩盖在与底部伸缩盖配合之前的附加等距视图。

图13A是根据一个实施方式的旋转滑轮体的等距视图。

图13B是根据一个实施方式的旋转滑轮体的前视透视图。

图13C是根据一个实施方式的旋转滑轮体的附加等距视图。

图13D是根据一个实施方式的旋转滑轮体的附加等距视图。

图14A是根据一个实施方式的凹形旋转体的等距视图。

图14B是根据一个实施方式的凹形旋转体的后视等距视图。

图14C是根据一个实施方式的凹形旋转体的前视对角线等距视图。

图14D是根据一个实施方式的凹形旋转体的侧视轮廓图。

图15A是根据一个实施方式的凸形轴承座圈的俯视等距视图。

图15B是根据一个实施方式的凸形轴承座圈的仰视等距视图。

图16A是根据一个实施方式的导轮的透视图。

图16B是根据一个实施方式的导轮的等距视图。

图17A是根据一个实施方式的透视图，示出了由铰链伸缩体和铰链非伸缩体配合而形成的枢转轴。

图17B是根据一个实施方式的铰链非伸缩体的侧视轮廓图，图示了图1A-图1E的腕部组件的枢转轴。

图17C是根据一个实施方式的铰链伸缩体和铰链非伸缩体之间的耦合的俯视轮廓图，图示了图1A-图1E的腕部组件的枢转轴。

图18示出了根据一个实施方式的腕部组件的枢转轴的透视图。

图19A是根据一个实施方式的腕部组件的俯视轮廓图，图示了所述组件的缆绳布线。

图19B是根据一个实施方式的腕部组件的剖视图，图示了所述组件的缆绳布线。

图19C是根据一个实施方式的腕部组件的俯视轮廓图，图示了所述组件的缆绳布线。

图19D是根据一个实施方式的腕部组件的剖视图，图示了所述组件的缆绳布线。

图20A示出了根据一个实施方式附接有缆绳的第一钳口和第二钳口，图示了缆绳的布线。

图20B是示出了根据一个实施方式附接有缆绳的第一钳口和第二钳口的附加视图，图示了缆绳的布线。

图21A示出了根据一个实施方式的第一钳口，图示了缆绳到所述钳口的布线。

图21B示出了根据一个实施方式的第二钳口，图示了缆绳到所述钳口的布线。

图21C示出了根据一个实施方式的第一钳口，图示了缆绳到所述钳口的布线。

图22A示出了第一钳口的替代实施方式的透视图。

图22B示出了第一钳口的替代实施方式的透视图。

图23A示出了根据一个实施方式的第一钳口的透视图，图示了所述钳口的缆绳滑轮。

图23B示出了根据一个实施方式的第一钳口的附加透视图，图示了所述钳口的缆绳滑轮。

图24示出了根据一个实施方式布线到第一钳口的缆绳滑轮的缆绳的透视图。

图25A示出了根据一个实施方式的重定向缆绳轮毂的透视图。

图25B示出了根据一个实施方式的重定向缆绳轮毂的附加透视图。

图26A示出了根据一个实施方式的腕部组件的等距视图。

图26B示出了根据一个实施方式的腕部组件的附加等距视图。

图26C示出了根据一个实施方式的腕部组件的分解俯视轮廓图。

图27A示出了根据一个实施方式的铰链旋转组件的等距视图。

图27B示出了根据一个实施方式的铰链旋转组件的附加等距视图。

图28A示出了根据一个实施方式的铰链旋转体的前视等距视图。

图28B示出了根据一个实施方式的铰链旋转体的后视轮廓图。

图29A示出了根据一个实施方式的铰链盖的后视轮廓图。

图29B示出了根据一个实施方式的铰链盖的前视等距视图。

图29C示出了根据一个实施方式的铰链盖的前视轮廓图。

图30A示出了根据一个实施方式的钳口组件的等距视图。

图30B示出了根据一个实施方式的钳口组件的分解俯视图。

图31A示出了根据一个实施方式的第一钳口的侧视轮廓图。

图31B示出了根据一个实施方式的第一钳口的附加侧视轮廓图。

图31C示出了根据一个实施方式的第一钳口的等距视图。

图31D示出了根据一个实施方式的第一钳口的俯视轮廓图。

图32A示出了根据一个实施方式的铰链伸缩体的等距视图。

图32B示出了根据一个实施方式的铰链伸缩体的俯视轮廓图。

图33A示出了根据一个实施方式的铰链非伸缩体的等距视图。

图33B示出了根据一个实施方式的铰链非伸缩体的附加等距视图。

图34A示出了根据一个实施方式的侧视剖视图，图示了布线到第一和第二钳口的缆绳。

图34B示出了根据一个实施方式的缆绳布线的俯视剖视图。

图34C示出了根据一个实施方式的布线到第一和第二钳口的缆绳的等距视图。

图34D示出了根据一个实施方式的布线到第一和第二钳口的缆绳的等距视图。

具体实施方式

虽然本系统是为外科医生在腹腔内的使用所设计的，但该装置的许多其他用途也是可能的。例如，用户可能是助理医师、护士、手术助手或任何其他外科人员。此外，该装置可以被放置在患者体内的任何部分，且在未来的实施方式中可以被设计得更小，以便允许在患者身体的更小区域内使用。更小和更大的装置都可以被制造出来，用于诸如鼻旁窦、结肠、胃或者包括但不限于腹部、颅和颈在内的人体内任何其他区域。使用MEMS或其他方法的微加工可以使装置在非常小的区域如人体血管内是可定位的。

在一些实施方式中，该装置可以被用于非外科手术或非医疗任务，如炸弹扩散、军事侦察、检查服务或任何其他需要在有限的工作空间内进行简要移动的任务。此外，一些实施方式可以被用于教育目的，例如用于培训人员。所述装置的一些实施方式可以被制造成真人大小或甚至比真人还大，允许人类在人类无法到达或看到的紧密工作空间中执行简要移动。显然，在这些实施方式中，用户不一定是外科医生。

概述

在特定实施方式中，本文公开的外科手术器械系统被设计为与通过引用整体并入本文的国际专利申请号PCT/US2015/029246029247(作为国际专利公开号WO2015171614A1公开)中公开的虚拟现实外科手术装置结合并使用。尽管有上述语句，但是在一些实施方式中，本文公开的外科手术器械可由其他现有和未来的机器人外科手术系统和/或装置实施和使用。

该器械的目的是为外科医生提供用于体内外科手术机器人手臂的腕部组件，其模拟人体腕部滚动以维持自然和直观的HMI，同时还允许外科医生在利用虚拟现实外科手术装置期间保持沉浸在虚拟现实中。本文公开的器械为外科医生提供具有四(4)个自由度(DOF)的腕部组件，其向外科医生提供可以通过横摆、俯仰和滚动致动器模拟人手臂的腕部滚动的器械，因此允许外科医生在维持自然和直观的HMI的同时保持沉浸在虚拟现实中。

所公开的器械为外科医生提供了许多优点，因为它允许外科医生与体内机器人装置相互作用，就好像该装置是外科医生的手臂和手一样。这允许外科医生在近距离执行非常困难和精细的手术过程，同时允许所述外科医生在执行手术过程时维持其习惯的自然运动。所公开的器械允许外科医生以其习惯的方式和形式执行手术操作，同时能够进入使用其他机器人装置无法进入的身体区域。此外，由于外科医生在浸入虚拟现实的同时维持自然和直观的HMI的能力，所公开的器械在手术过程期间提高了外科医生的效率。这有助于缩短手术时间，从而允许患者更快地开始康复。同样，效率的提高有助于外科医生专注于执行手术程序，从而增加外科医生的工作流并提高其生产力。

除非另有说明，否则本文使用的术语“远侧”是指距参考点相对较远，而“近侧”是指距参考点相对较近。通常，参考点将是所描述对象的操作者。

图1A-图1F示出了腕部组件100的一个实施方式的多个视图。特别地，图1E和图1F示出了腕部组件100的一个实施方式的分解图。如图1E和图1F中所示的说明性实施方式所示，腕部组件100由两个子组件组成，即钳口组件101和铰链旋转致动器组件102。上述两个子组件对于整体腕部组件100都是必不可少的，因为两个子组件彼此组合被配置用于为用户提供四个自由度，如下文详细描述的。

图2A-图2D示出了钳口组件101的一个实施方式的多个视图。钳口组件101是整体腕部组件100的基本部件，因为其执行关键功能。钳口组件101用作虚拟现实外科手术装置的末端执行器，并且被配置成与外科手术环境交互并在手术工作空间内执行手术程序。此外，钳口组件101被配置成向外科医生提供两个DOF，以及被配置成配合并耦合到铰链旋转致动器组件102以向外科医生提供两个额外的DOF。

图2B示出了钳口组件101的说明性实施方式的分解俯视等距视图，图2D描绘了钳口组件101的说明性实施方式的分解仰视等距视图。如图2B和图2D所示，在一个实施方式中，钳口组件101包含第一钳口103和第二钳口104、缆绳重定向轮毂106、多个滚珠轴承组109和两个主体，即铰链伸缩体107和铰链非伸缩体108。

如上所述，钳口组件101被配置成向腕部组件100提供两个DOF。如下文进一步详细描述的，钳口组件101通过使第一钳口103和第二钳口104彼此独立地移动而提供两个DOF。图3A-图3D示出了第二钳口104的说明性实施方式的多个视图。如图3A-图3D所示，在一个实施方式中，第二钳口104被制造成具有包含工作段179的远端和包含致动轮毂180的近端。在一些实施方式中，工作段179和致动轮毂180被制造成一个固体件，而在其他实施方式中，工作段179和致动轮毂180通过焊接连接、粘合连接和/或本领域已知的任何其他连接方法或技术彼此固定。

第二钳口104的工作段179允许外科医生抓握并操纵组织，以及抓握外科手术工具。在不同的实施方式中，工作段179可以采用多种配置，允许外科医生执行各种手术过程和任务。在一些实施方式中，第二钳口104的工作段179在所述段的一个侧面上包含刚性齿，从而向外科医生提供夹持表面以握持和操纵组织和器官。在其他实施方式中，工作段179被配置成包含纹理表面、光滑表面、滚花表面以及/或者在所述段的一个侧面上具有保护涂层。此外，在一些实施方式中，下面介绍的第二钳口104的工作段179和第一钳口103的工作段183包含相同的配置，而在其他实施方式中，第二钳口104的工作段179和第一钳口103的工作段183包含不同的配置。

另外，在一些实施方式中，工作段179被配置成导电的。在这些实施方式中，第一钳口103和第二钳口104被配置成烧灼工具，从而允许外科医生执行烧灼功能。在这些实施方式中，电烧灼线穿过腕部组件100布线到第一和第二钳口，其中第一和第二钳口包含电绝缘，以便将第一和第二钳口或工作段183和179与腕部组件100的其余部分电隔离。在这些实施方式中，利用单极烧灼方法以及双极烧灼方法，将第一和第二钳口的工作段183和179配置成执行电烧灼功能。在不同的实施方式中，第一钳口103和第二钳口104的工作段183和179被配置成各种手术工具，包括但不限于夹钳、血管密封器、针头驱动器、手术剪刀、牵开器和/或本领域已知的任何其他手术工具。

如上文详细描述的，在一些实施方式中，第二钳口104包含致动轮毂180。在一个实施方式中，第二钳口104的致动轮毂180包含缆绳布线滚道111。缆绳布线滚道111被配置成允许缆绳181(图3A-图3D中未示出)位于所述滚道内，以及将缆绳181布线到位于第二钳口104的工作段179上的缆绳孔115。缆绳布线滚道111被配置成约束缆绳181，以防止所述缆绳181在致动期间从滚道滑出。缆绳布线滚道111围绕致动轮毂180的周长延伸，从而为缆绳181提供在致动期间静置和沿其移动的表面。

此外，在一些实施方式中，轴承座圈113在致动轮毂180的一个侧面上，其被配置成允许多个滚珠轴承组109(图2B)中的一个置于其中。同样地，在一些实施方式中，另一个轴承座圈116a位于致动轮毂180的另一个侧面上，其多个被配置成允许多个滚珠轴承组109中的一个在上移动。应当注意，在其他实施方式中，由于该技术的某些实施方式不需要滚珠轴承，因此消除了多个滚珠轴承组109。某些实施方式包括套筒轴承、衬套、轴和/或本领域已知的其他滚动元件轴承。另外，在一些实施方式中，磁体壳体112a位于致动轮毂180的一个侧面上，所述壳体包含磁体置于其中的孔。如下文进一步详细描述的，利用该磁体获得位置数据，并且在一些实施方式中，获得第二钳口104的取向数据。

在一些实施方式中，第二钳口104的工作段179包含缆绳布线孔114。缆绳布线孔114被配置成允许缆绳182(图3A-图3D中未示出)进入所述孔并将所述缆绳布线到缆绳182所终止的缆绳终止位点110。如上所述，缆绳孔115位于第二钳口的工作段179上。缆绳孔115被配置成将缆绳181布线到所述缆绳所终止的缆绳终止位点105a。

在一个实施方式中，缆绳182和缆绳181借助经由定位螺钉将各自的缆绳夹紧在各自的终止位点来终止。或者，缆绳182和缆绳181可以使用本领域已知的任何适当的手段或技术来终止。例如，聚合物纤维缆绳可以通过在缆绳中打的结来终止，而金属纤维缆绳可以借助压接和/或型锻连接来终止。

图4A-图4D示出了第一钳口103的说明性实施方式的多个视图。如图4A-图4D所示，在一个实施方式中，第一钳口103被制造成具有含有工作段183的远端和含有致动轮毂184的近端。与第二钳口104类似，在一些实施方式中，第一钳口的工作段183和致动轮毂184被制造成一个固体件，而在其他实施方式中，工作段183和致动轮毂184经由焊接连接、粘合连接和/或任何本领域已知的其他连接方法或技术彼此固定。

此外，在一些实施方式中，第一钳口103的工作段183包含缆绳布线孔115(图4D)。第一钳口103的缆绳布线孔115被配置成使缆绳185布线到位于第一钳口103的工作段183上的所述缆绳185所终止的缆绳终止位点105b。在不同的实施方式中，利用本领域已知的各种方法和/或技术在缆绳终止位点105b内终止缆绳185。在一个实施方式中，缆绳185借助经由定位螺钉在终止位点105b内夹紧所述缆绳185来终止。在不同实施方式中，利用本领域已知的各种方法和/或技术在缆绳终止位点105b内终止缆绳185。例如，聚合物纤维缆绳可以通过在缆绳中打的结来终止，而金属纤维缆绳可以借助压接和/或型锻连接来终止。

在一些实施方式中，第一钳口103的致动轮毂184被制造成圆形形状并且包含两个侧面。与第二钳口104的致动轮毂180类似，在一个实施方式中，第一钳口103的致动轮毂184的一个侧面包含轴承座圈116b，其被配置成允许多个滚珠轴承组109中的一个在上移动。如上所述，在一些实施方式中，由于该技术的某些实施方式不需要滚珠轴承，因此消除了滚珠轴承组109。某些实施方式包括套筒轴承、衬套、轴和/或本领域已知的其他滚动元件轴承。在一些实施方式中，磁体壳体112b位于作为轴承座圈116b的致动轮毂184的同一个侧面上，所述壳体包含磁体置于其中孔。如下文进一步详细描述的，利用磁体获得第一钳口103的位置数据，并且在一些实施方式中获得取向数据。

在一个实施方式中，致动轮毂184的一个侧面被配置成与重定向缆绳轮毂106配合并耦合(图5A-图5C)。在该实施方式中，致动轮毂184包含多个重定向缆绳轮毂连接孔117，其被配置成允许连接销122a和122b(图5A-图5C)位于重定向缆绳轮毂106上以进入，从而将第一钳口103的致动轮毂184与重定向缆绳轮毂106耦合。

另外，在一些实施方式中，致动轮毂184包含缆绳布线销118，其被配置成将缆绳182布线到其各自的终止位点110。在一些实施方式中，缆绳布线销118耦合到缆绳布线突出物119a。当第一钳口103在第一方向上被致动时，缆绳布线突出物119a提供缆绳182沿其移动的表面。此外，缆绳布线突出物119a被配置成允许缆绳182围绕所述突出物119a缠绕，实现当第一钳口103绕钳口轴线在第一方向上被致动时缆绳182长度的变化减小，并且被配置成减小在旋转期间绕钳口轴线的扭矩。此外，在一些实施方式中，致动轮毂184含有另一个缆绳布线突出物119b，其在第一钳口103在第二方向上被致动期间提供缆绳182沿其移动的表面。与缆绳布线突出物119a类似，缆绳布线突出物119b被配置成允许缆绳182围绕所述突出物119b缠绕，并且还被配置成实现当第一钳口103绕钳口轴线在第二方向上被致动时缆绳182长度的变化减小，以及减小在旋转期间绕钳口轴线的扭矩。第一钳口103和第二钳口104的致动在下文进一步详细描述。

如上所述，第一钳口103的致动轮毂184经由从重定向缆绳轮毂106延伸并进入位于致动轮毂184上的连接孔117的连接销122a和122b与重定向缆绳轮毂106配合并耦合。除了将第一钳口103的致动轮毂184与重定向缆绳轮毂106配合并耦合外，在一些实施方式中，连接销122a还为缆绳182提供布线表面，以将所述缆绳182引导至其终止位点110。

在替代实施方式中，第一钳口的致动轮毂可以具有多种配置。图22A-图22B示出了具有替代配置的致动轮毂的说明性实施方式。如图22A-图22B所示，在一个实施方式中，第一钳口203含有致动轮毂284和工作段283。在该实施方式中，致动轮毂283含有多个滑轮袋204。滑轮袋204被配置成允许缆绳滑轮202(图23A-图23B)置于其中。在一些实施方式中，支点201从滑轮袋204突出，支点201被配置成允许缆绳滑轮202绕其旋转。如图23A-图23B所示，缆绳滑轮202含有支点201穿过的孔。此外，支点201被配置成与位于重定向缆绳轮毂206上的连接孔221(图25A)配合并耦合。重定向缆绳轮毂206被配置成与下文详细描述的重定向缆绳轮毂106执行相同的功能。如图25B所示，重定向缆绳轮毂206含有绕重定向缆绳轮毂206的周长延伸的缆绳滚道220。重定向缆绳滚道220提供了在钳口组件101的致动期间缆绳185沿其移动的表面。此外，重定向缆绳滚道220被配置成在钳口组件101的致动期间将缆绳185保持在所述滚道220内，使得缆绳185不会从所述滚道弹出和/或滑出。此外，重定向缆绳轮毂206在一个侧面上还含有轴承座圈223，其被配置成允许滚珠轴承组置于其中，并容纳所述组。轴承座圈223向重定向缆绳轮毂206提供旋转的表面。此外，轴承座圈223被配置成允许绕重定向缆绳轮毂的轴线的旋转运动，同时防止在所有其他轴线上的轴向运动，类似于下文详细描述的重定向缆绳轮毂106的轴承座圈123。

第一钳口203的致动轮毂284还包括缆绳布线突出物218，其被配置成确保在钳口组件的致动期间绕缆绳滑轮202布线的缆绳与所述滑轮维持接触。缆绳滑轮202被配置成减少施加在绕其布线的缆绳上的摩擦力，从而限制致动期间缆绳上的磨损量，并且增加第一钳口203可以施加的力。此外，缆绳滑轮202减少了引起冲击运动的粘滑，从而改善致动期间第一钳口203的运动。如图24所示，缆绳182绕第一缆绳滑轮202a布线，然后绕第二缆绳滑轮202b布线，缆绳布线突出物218固定缆绳182，使得所述缆绳与第一缆绳滑轮202a维持接触。在该实施方式中，如上所述，缆绳182终止于第二钳口104上，使得拉动缆绳182导致第二钳口104相对于第一钳口203打开。此外，与上文详细描述的第一钳口103一样，第一钳口203在第一钳口203的工作段283上含有缆绳布线孔215和缆绳终止位点205。同样地，在一些实施方式中，致动轮毂284具有两个侧面，其中一个侧面被配置成包含如上所述的缆绳滑轮202，另一个侧面被配置成包含滚珠轴承组置于并移动于其中的轴承座圈，类似于上文详细描述的致动轮毂184。此外，如图24所示，缆绳182绕缆绳滑轮202缠绕。缆绳缠绕角将根据致动轮毂284上缆绳滑轮202的放置以及第一钳口203沿其旋转轴的位置而变化。在一些实施方式中，绕缆绳滑轮202a的缠绕角将在约240至300度之间变化。在其他实施方式中，绕缆绳滑轮202a的缠绕角将在约180至360度之间变化。在另一个实施方式中，绕缆绳滑轮202a的缠绕角将在约220至320度之间变化。在另一个实施方式中，绕缆绳滑轮202a的缠绕角将在约200至340度之间变化。在另一个实施方式中，绕缆绳滑轮202a的缠绕角将在约260至300度之间变化。同时，在一些实施方式中，绕缆绳滑轮202b的缠绕角将在0至110度之间变化。在其他实施方式中，绕缆绳滑轮202b的缠绕角将在0至180度之间变化。在另一个实施方式中，绕缆绳滑轮202b的缠绕角将在0至130度之间变化。在另一个实施方式中，绕缆绳滑轮202b的缠绕角将在0至150度之间变化。在又一个实施方式中，绕缆绳滑轮202b的缠绕角将在0至150度之间变化。

图5A-图5C示出了重定向缆绳轮毂106的说明性实施方式的多个视图。重定向缆绳轮毂106被配置成将缆绳182和缆绳185布线到其各自的终止位点110和105b。在一个实施方式中，重定向缆绳轮毂106被配置成圆形轮毂，其含有两个侧面和重定向缆绳滚道120。如图5A-图5C所描绘的，在一个实施方式中，重定向缆绳滚道120绕重定向缆绳轮毂106的周长延伸。重定向缆绳滚道120提供了缆绳185在钳口组件101的致动期间沿其移动的表面。此外，重定向缆绳滚道120被配置成在钳口组件101的致动期间将缆绳185保持在所述滚道120内，使得缆绳185不从所述滚道弹出和/或滑出。

如上所述，在一些实施方式中，连接销122a和122b位于重定向缆绳轮毂106的一个侧面上，其用于将第一钳口103的致动轮毂184与重定向缆绳轮毂106配合并耦合。在替代实施方式中，第一钳口103的致动轮毂184和重定向缆绳轮毂106被制造成单件。在一些实施方式中，连接销122a和122b被配置成具有光滑表面的圆柱形形状，以便允许缆绳绕所述销布线，而在其他实施方式中，连接销122a和122b可以被配置成具有光滑表面和边缘的任何形状，包括但不限于椭圆形、具有圆形边缘的三角形和/或能够使缆绳布线的其他更复杂的形状或通道。

在一些实施方式中，在重定向缆绳轮毂106上仅发现一个连接销，而在其他实施方式中，多个连接销可位于重定向缆绳轮毂106上。如上所述，在一些实施方式中，连接销122a为缆绳182提供布线表面，以将所述缆绳引导至位于第二钳口104上的缆绳布线孔114。在这些实施方式中，连接销122a被配置成使得缆绳182维持与缆绳布线销118接触，使得当钳口组件101在第一方向上被驱动时，所述缆绳围绕缆绳布线突出物119a缠绕，而当钳口组件101在第二方向上被驱动时，所述缆绳围绕缆绳布线突出物119b缠绕。另外，在一些实施方式中，缆绳布线销孔121位于重定向缆绳轮毂106的一个侧面上。在这些实施方式中，缆绳布线销孔121被配置成允许位于第一钳口103的致动轮毂184上的缆绳布线销118进入所述孔，从而耦合和配合致动轮毂184与重定向缆绳轮毂106。此外，缆绳布线销118与缆绳布线销孔121的耦合和配合形成连接，使得缆绳182在钳口组件101的致动期间维持与缆绳布线销118接触，并防止所述缆绳的楔入和/或卡住。

如图5B和图5C所示，在一些实施方式中，轴承座圈123位于重定向缆绳轮毂106的一个侧面上。在这些实施方式中，轴承座圈123被配置成允许多个滚珠轴承组109(图2B)中的一个置于其中并容纳所述组。轴承座圈123提供用于重定向缆绳轮毂106旋转的表面。此外，轴承座圈123被配置成允许绕重定向缆绳轮毂轴线旋转运动，同时防止在所有其他轴线中轴向移动。该技术的某些实施方式不需要滚珠轴承。某些实施方式包括衬套、套筒轴承、轴和/或本领域已知的其他滚动元件轴承。

如图2B和图2D所示，重定向缆绳轮毂106位于第一钳口103的致动轮毂184和第二钳口104的致动轮毂180之间。如上文详细描述的，重定向缆绳轮毂106的一个侧面与第一钳口103的致动轮毂184耦合并配合，致动轮毂184的另一个侧面包含轴承座圈123(图5B)。重定向缆绳轮毂106的轴承座圈123被配置成与位于第二钳口104的致动轮毂180上的轴承座圈113具有相同的尺寸，以便当第二钳口104的致动轮毂180接触重定向缆绳轮毂106时，所述接触形成用于多个滚珠轴承组109中的一个的壳体，使得所述滚珠轴承组沿着轴承座圈113和轴承座圈123两者静置和移动。在替代实施方式中，轴承座圈123和轴承座圈113不是对称的或大小相同的，而在其他实施方式中，轴承座圈123和轴承座圈113代替了轴。

如上所述，在一些实施方式中，轴承座圈116a和轴承座圈116b分别位于第一钳口103的致动轮毂184的一个侧面以及第二钳口104的致动轮毂180的一个侧面。轴承座圈116a和116b都被配置成允许多个滚珠轴承组109中的一个在其上移动。在一些实施方式中，轴承座圈116a和116b均被配置成与铰链轴承座圈127配合，轴承座圈116a与铰链非伸缩体108(图7B)上的铰链轴承座圈127配合，并且轴承座圈116b与铰链伸缩体107(图6B)上的铰链轴承座圈127配合。轴承座圈116a与铰链非伸缩体108的铰链轴承座圈127之间的配合形成用于多个滚珠轴承组109中的一个的壳体，轴承座圈116a用作内部轴承座圈，而铰链非伸缩体108的铰链轴承座圈127用作外部轴承座圈。类似地，轴承座圈116b与铰链伸缩体107的铰链轴承座圈127之间的配合形成用于多个滚珠轴承组109中的另一个的壳体。上述轴承座圈的配合允许钳口组件101绕俯仰轴189(图18)旋转，如下文详细描述的。

在一个实施方式中，铰链伸缩体107和铰链非伸缩体108用作第一钳口103、第二钳口104、重定向缆绳轮毂106以及多个滚珠轴承组109中的一些的壳体。图6A-图6D示出了铰链伸缩体107的说明性实施方式的多个视图。图7A-图7D示出铰链非伸缩体108的说明性实施方式的多个视图。

如图6A-图6D所示，在一个实施方式中，铰链伸缩体107包含近端和远端，所述端部包括内表面和外表面。在一个实施方式中，铰链轴承座圈127位于铰链伸缩体107的远端的内表面上，其被配置成与如上文详细描述的第一钳口103的轴承座圈116b配合并耦合。除了用作如上文详细描述的多个滚珠轴承组109中的一个的壳体外，第一钳口103的轴承座圈116b与铰链伸缩体107的铰链轴承座圈127之间的配合还防止第一钳口103在所述第一钳口致动期间经历任何过渡移动。此外，上述配合还限定了第一钳口103绕其旋转的钳口轴线189(图17A和图17C)。另外，在一些实施方式中，铰链伸缩体107的远端含有磁体壳体孔190，其被配置成允许第一钳口103的磁体壳体112b进入并与之配合。

在一些实施方式中，伸缩袋126在铰链伸缩体107的远端的外表面上。伸缩袋126被配置成允许电子通信元件置于其中，以防止在钳口组件101的致动期间对所述元件的任何损坏。在各种实施方式中，利用不同的电子通信元件，包括但不限于刚性柔性印刷电路板(RFPCB)、柔性印刷电路板(FPCB)和/或本领域已知的任何其他类型的电子通信元件。置于铰链伸缩体107的伸缩袋126中的电子通信元件用于将第一钳口103的位置和/或取向数据传输到中央计算机，中央计算机处理所述数据并将控制命令和/或提示传输到致动和操作第一钳口103的致动器。第一钳口103的位置和/或取向数据从位于磁体壳体112b中的磁体以及位于铰链伸缩体107的伸缩袋126中的传感器获得。在这些实施方式中，除了容纳电子通信元件外，铰链伸缩体107的伸缩袋126还包含传感器，以在所述第一钳口103绕钳口轴线189旋转时感测磁体壳体112b中的磁体的磁场变化。在一些实施方式中，在铰链伸缩体107的伸缩袋126中发现两个旋转位置传感器以感测磁场变化，而在其他实施方式中，发现四个旋转位置传感器。磁体感测在下文进一步详细描述。

如上所述，在一些实施方式中，铰链伸缩体107包含近端。铰链伸缩体107的近端用于将钳口组件101与铰链旋转组件102耦合并配合，以及限定俯仰轴188(图17A和图17B)。如图6A所示，在一些实施方式中，铰链伸缩体107的近端被构造成具有两个侧面，内侧面和外侧面。在一个实施方式中，外侧面包含伸缩槽124，其被配置成使电子通信元件布线到位于铰链伸缩体107的远端的外表面上的伸缩槽126。伸缩槽124被配置成允许电子通信元件置于槽内，使得所述元件在腕部组件100的致动期间不过度弯曲和/或损坏。在一些实施方式中，如上文详细描述的，伸缩槽124位于铰链伸缩体近端的内侧面上，电子通信元件布线到伸缩袋126。在这些实施方式中，铰链伸缩体的近端的外侧面含有轴承表面，从而消除凸形轴承座圈138，如下文详细描述的。此外，在这些实施方式中，支点128被重新定位到铰链非伸缩体108的近端的内侧面。

此外，在一些实施方式中，铰链伸缩体107的近端的外侧面包含铰链硬止块186。在这些实施方式中，铰链硬止块186被配置成限制钳口组件101绕俯仰轴188(图17A)旋转超过容许的铰接限度。在一些实施方式中，容许的铰接限度为120度，在任一方向上具有60度的运动，而在其他实施方式中，容许的铰接限度增大和/或减小。如图6A和图6C所示，铰链硬止块186被配置成与铰链旋转组件102的远端接触的挤压表面，以防止钳口组件101被致动超过容许的旋转度。铰链伸缩体107的近端被配置成圆形形状，以允许铰链旋转组件102在致动期间绕俯仰轴188旋转。

如图6A和图6D所示，在一些实施方式中，铰链伸缩体107的近端的外侧面含有连接孔125。连接孔125被配置成允许来自铰链旋转组件102的凸形轴承座圈138(图15A-图15D)配合并耦合。在一些实施方式中，连接孔125位于伸缩槽124上方的突出表面上，使得电子通信元件可以在不受凸形轴承座圈138的任何干扰的情况下布线通过所述槽。在一些实施方式中，消除了连接孔125，凸形轴承座圈138被制造成铰链伸缩体107的近端的一部分。

在一些实施方式中，从铰链伸缩体107突出的支点128在铰链伸缩体107的近端的内侧面上。如图6B中所示的说明性实施方式所描绘的，支点128被配置成圆柱形形状，其具有允许支点128通过导轮137上的孔(图16A)的外径。在一些实施方式中，支点128代替本领域已知的轴承或任何轴。此外，在一些实施方式中，铰链伸缩体107的近端含有钳口硬止块187。在这些实施方式中，钳口硬止块187被配置成限制第一钳口103和第二钳口104绕钳口轴线189(图17A和图17C)旋转超过容许的铰接限度。如图6B所示，钳口硬止块187被配置成与第一和第二钳口的近端接触的挤压表面，以防止所述钳口被驱动超过容许的旋转度。在一些实施方式中，在任一方向上的容许的旋转度为93度，而在其他实施方式中，在任一方向上的容许的旋转度小于或大于93度的旋转。

如上所述，在一些实施方式中，铰链伸缩体107和铰链非伸缩体108与钳口组件101的其他元件一起用作第一钳口103和第二钳口104的壳体。图7A-图7D示出了铰链非伸缩体108的说明性实施方式的多个视图。如图7A-图7D所示，在一个实施方式中，铰链非伸缩体108被制造成含有近端和远端。铰链非伸缩体108的近端和远端被配置成具有与铰链伸缩体107的远端和近端大致相同的架构，使得铰链伸缩体107与铰链非伸缩体108之间的连接是无缝的，两个主体的外部轮廓彼此齐平(图17A-图17C)。

如图7A所描绘的，在一个实施方式中，铰链非伸缩体108的远端被配置成具有内表面和外表面。在一个实施方式中，铰链轴承座圈127位于铰链非伸缩体108的远端的内表面上，其被配置成与第二钳口104的轴承座圈116a配合并耦合，如下文详细描述的。除了用作多个滚珠轴承组109中的一个的壳体外，第二钳口104的轴承座圈116a与铰链非伸缩体108的铰链轴承座圈127之间的配合还防止第二钳口104在所述第二钳口的致动期间经历任何过渡移动。此外，上述配合还限定了第二钳口104绕其旋转的钳口轴线189(图17A和图17C)。另外，在一些实施方式中，铰链非伸缩体108的远端含有磁体壳体孔190，其被配置成允许第二钳口104的磁体壳体112a进入并与之配合。

在一些实施方式中，伸缩袋126在铰链非伸缩体108的远端的外表面上。伸缩袋126被配置成允许电子通信元件置于其中，以防止在钳口组件101的致动期间对所述元件的任何损坏。在各种实施方式中，利用不同的电子通信元件，包括但不限于刚性柔性印刷电路板(RFPCB)、柔性印刷电路板(FPCB)和/或本领域已知的任何其他类型的电子通信元件。位于铰链非伸缩体108的伸缩袋126中的电子通信元件用于将第二钳口104的位置和/或取向数据传输到中央计算机，该中央计算机处理所述数据并将控制命令和/或提示传输到致动和操纵第二钳口104的致动器。第二钳口104的位置和/或取向数据从位于磁体壳体112a中的磁体以及包含在铰链非伸缩体108的伸缩袋126和钳口组件101中的传感器获得。在这些实施方式中，除了容纳电子通信元件外，铰链非伸缩体108的伸缩袋126还含有传感器，用于在第二钳口104绕钳口轴线189旋转时感测磁体壳体112b中的磁体的磁场变化。在一些实施方式中，在铰链非伸缩体108的伸缩袋126中发现两个旋转位置传感器以感测磁场变化，而在其他实施方式中，发现四个旋转位置传感器。磁体感测在下文进一步详细描述。

如上所述，在一些实施方式中，铰链非伸缩体108含有近端。铰链非伸缩体108的近端与铰链伸缩体107的近端结合使用，以使钳口组件101(图1D)与铰链旋转组件102(图1D)耦合并配合，所述配合和耦合限定俯仰轴188(图17A和图17B)。如图7A-图7D所示，在一些实施方式中，铰链非伸缩体108的近端被构造成具有两个侧面，其中一个侧面含有铰链轴承座圈129。铰链轴承座圈129被配置成允许多个滚珠轴承组109中的一个置于其中，并在钳口组件101的致动期间沿着所述座圈移动。置于铰链非伸缩体108的铰链轴承座圈129中的滚珠轴承组109也位于凹形铰链体134(图10A)的轴承座圈147(图10B)内。另外，在一些实施方式中，铰链非伸缩体108的近端含有磁体袋152。在这些实施方式中，磁体袋152被配置成允许磁体和/或多个磁体置于其中。如下文进一步详细描述的，磁体与位于铰链旋转组件102上的传感器一起用于获得位置数据，并且在一些实施方式中，在钳口组件绕俯仰轴188旋转时获得所述钳口组件101的取向数据。

此外，在一些实施方式中，铰链非伸缩体108的近端的外表面被制造成含有缆绳滚道130。缆绳滚道130被配置成使缆绳191布线通过位于铰链非伸缩体108的近端的一个侧面上的缆绳终止通道132。缆绳终止通道132被配置成使缆绳191布线到位于铰链非伸缩体108的近端上的缆绳终止位点131。在不同的实施方式中，利用如文详细描述的各种方法和/或技术在缆绳终止位点131中终止缆绳191。

另外，在一些实施方式中，铰链非伸缩体108的近端的一个侧面含有支点孔133(图7C)。在这些实施方式中，支点孔133被配置成允许铰链伸缩体107的支点128进入并置于所述孔径内。此外，在一些实施方式中，铰链非伸缩体108的近端含有钳口硬止块187。在这些实施方式中，钳口硬止块187被配置成限制第一钳口103和/或第二钳口104绕钳口轴线189(图17A和图17C)旋转超过容许的铰接限度。如图7D所示，钳口硬止块187被配置成与第一和/或第二钳口的近端接触的挤压表面，以防止所述钳口被致动超过容许的旋转度。在一些实施方式中，在任一方向上的容许的旋转度为93度，而在其他实施方式中，在任一方向上的容许的旋转度小于或大于93度。

如上所述，铰链伸缩体107和铰链非伸缩体108的近端将钳口组件101耦合到铰链旋转组件102。图8A示出了铰链旋转组件102的说明性实施方式的等距视图。图8B示出了铰链旋转组件102的说明性实施方式的分解俯视图。铰链旋转组件102被配置成向腕部组件100提供两(2)个附加的DOF。铰链旋转组件102连同铰链伸缩体107和铰链非伸缩体108被配置成提供一个DOF，所述DOF是钳口组件101绕俯仰轴188(图17A)旋转。此外，铰链旋转组件102还被配置成提供另一个DOF，该DOF是腕部组件100绕滚动轴192(图18)旋转。此外，除了提供两个额外的DOF外，铰链旋转组件102还起到中介作用，将钳口组件101的电子通信元件与机械臂其余部分的电子通信元件相连接，以允许将从钳口组件101上的传感器获得的数据从所述组件通过铰链旋转组件102传输到中央计算机，并且允许数据从中央计算机传输回钳口组件101。

如图8B中所示的说明性实施方式所描绘的，铰链旋转组件102含有凹形铰链体(也称为铰链盖134)和凸形旋转铰链体(也称为铰链旋转体139)。凹形铰链体134连同凸形旋转铰链体139被制造成用作铰链旋转组件102的各种元件的壳体，以及铰链伸缩体107和铰链非伸缩体108的近端的连接和配合点。图9A和图9B示出了凸形旋转铰链体139的说明性实施方式的多个视图。如图9A-图9B所示，凸形旋转铰链体139含有远端和近端以及外表面和内表面。

如图9A-图9B所描绘的，凸形旋转铰链体(也称为铰链旋转体139)的近端含有缆绳导管142。在一些实施方式中，缆绳导管142被制造成圆柱形轴杆，其具有缆绳181、182、185和191(图9A中未示出)布线穿过的孔。缆绳导管142被配置成允许上述缆绳布线穿过所述导管，使得当腕部组件100绕滚动轴192旋转时，缆绳不会彼此缠结。在一些实施方式中，轴承接口193位于缆绳导管142的外表面上，轴承(未示出)位于其上，所述轴承被配置成允许缆绳导管142通过各种装载条件旋转。

如图9B所示，在一些实施方式中，伸缩引导表面145位于缆绳导管142的内表面上。在这些实施方式中，伸缩引导表面145被配置成电子通信元件所停留的平面。伸缩引导面145还被配置成布线和引导电子通信元件从机械臂穿过铰链旋转组件102的近端，其中所述元件可操作地连接到从钳口组件101布线通过铰链旋转组件102的远端的其他电子通信元件。伸缩引导表面145被制造成使得电子通信元件抵靠所述表面平放，使得在腕部组件100的致动期间，所述元件不弯曲和/或损坏。在替代的实施方式中，电气通信经由本领域已知的标准电子通信缆线和/或缆绳(包括但不限于铜缆和/或纤维光缆)传输通过缆绳导管142。

此外，缆绳导管142被配置成允许旋转滑轮体140与凸形旋转铰链体139连接并配合。在一些实施方式中，旋转滑轮体140被制造成在其中心具有允许缆绳导管142穿过的开口。在这些实施方式中，旋转滑轮体140经由螺钉连接与凸形旋转铰链体139连接并配合，螺钉穿过旋转滑轮体140上的通孔149并进入螺纹孔168(图13B)。此外，旋转滑轮体140经由销连接耦合到凸形旋转铰链体139，销通过位于凸形旋转铰链体139和旋转滑轮体140两者上的销连接孔144进入并静置。销连接被配置成将旋转滑轮体140约束到凸形旋转铰链体139，使得旋转滑轮体140在腕部组件100的致动期间不绕滚动轴192旋转。在替代的实施方式中，旋转滑轮体140被制造成凸形旋转铰链体139的一部分，从而消除上述连接。

如上所述，凸形旋转铰链体139被配置成具有远端，其具有内表面和外表面。如图9A所描绘的，在一些实施方式中，缆绳导槽143位于凸形旋转铰链体139的远端的外表面上。缆绳导槽143被配置成布线并引导缆绳181从铰链旋转组件102穿过钳口组件101的近端到达位于第二钳口104的致动轮毂180上的缆绳布线滚道111(图3A)。在这些实施方式中，缆绳181通过缆绳导管142布线到凸形旋转铰链体139的远端的内表面，其中所述缆绳穿过孔并进入凸形旋转铰链体139的远端的外表面上的缆绳导槽143。当缆绳到达缆绳导槽143的末端时，缆绳沿着解耦表面194布线。解耦表面可以被配置成使缆绳运动从接头运动解耦、使接头运动从缆绳运动解耦、或者使缆绳运动从接头运动解耦并且使接头运动从缆绳运动解耦。解耦表面被制成弯曲的形状，使得当第一和第二钳口旋转时，闭合钳口的缆绳绕俯仰轴188的中心枢转而不改变长度。解耦表面194的弯曲允许缆绳沿着其缠绕，使得缆绳不会失去张力或变得过度紧张，因为缆绳和表面之间没有滑动运动。此外，解耦表面当绕钳口轴线189旋转时实现钳口的解耦运动，并且当绕俯仰轴旋转时实现钳口组件的解耦运动。

在一些实施方式中，伸缩袋126也位于凸形旋转铰链体139的远端的外表面上。如上文详细描述的，伸缩袋126被配置成允许电子通信元件置于所述套内并安装到所述套，以防止在腕部组件100的致动期间对所述元件的任何损坏。在各种实施方式中，使用不同的电子通信元件，包括但不限于刚性柔性印刷电路板(RFPCB)、柔性印刷电路板(FPCB)和/或本领域已知的任何其他类型的电子通信元件。

如图9B所示，在一些实施方式中，凸形旋转铰链体139的远端的内表面含有缆绳布线突出物146。缆绳布线突出物146被配置成将通过铰链旋转组件102的远端布线的缆绳引导至期望位置。在一个实施方式中，缆绳布线突出物146被制造成光滑的表面，使得在致动期间不损坏缆绳。此外，缆绳布线突出物被配置成用作分隔器，使得布线通过凸形旋转铰链体139的远端的缆绳不相互缠结或缠绕，以及防止在所述缆绳布线到期望位置时所述缆绳捕捉或钩在腕部组件100的另一组件。

在一个实施方式中，缆绳布线突出物146被配置成具有两个侧面，其中一个侧面将一条缆绳布线到期望位置，另一个侧面将不同的缆绳布线到期望位置。在一个实施方式中，缆绳布线突出物146用于布线缆绳191(图19B)和缆绳182(图19B)，其中缆绳191在缆绳布线突出物146的一个侧面上布线，而缆绳182在缆绳布线突出物146的另一个侧面上布线。在该实施方式中，缆绳191布线通过凸形旋转铰链体139的远端到达位于铰链非伸缩体108的近端处的缆绳滚道130，缆绳182布线通过凸形旋转铰链体139的远端到达位于导轮137上的导轮缆绳滚道178(图16A-图16B)，如下文进一步详细描述的。在替代的实施方式中，消除缆绳布线突出物146，并替代为将缆绳引导至期望位置的通道和/或导管。

在一些实施方式中，凸形旋转铰链体139的远端的内表面含有多个螺纹孔148。在这些实施方式中，螺纹孔148被配置成允许螺钉进入，从而使凹形铰链体134与凸形旋转铰链体139配合并耦合，如下文详细描述的。此外，在这些实施方式中，多个螺纹孔148中的一个或多个用于将底部伸缩盖136(图8B和图11A-图11B)配合和耦合至凸形旋转铰链体139。

此外，在一些实施方式中，凸形旋转铰链体139的远端的内表面包括轴承座圈147(图9B)。轴承座圈147被配置成允许多个滚珠轴承组109中的一个置于其中，并且在腕部组件100的铰接期间沿其移动。在这些实施方式中，置于凸形旋转铰链体139的轴承座圈147内的多个滚珠轴承组109(图8B)中的一个也置于位于凸形轴承座圈138(图15A)上的轴承滚道175(图15A)上。在这些实施方式中，凸形轴承座圈138被配置成耦合到凸形旋转铰链体139的远端的轴承座圈147以及铰链伸缩体107的近端。

如上所述，在一些实施方式中，铰链旋转组件具有顶部伸缩盖135和底部伸缩盖136(图11A-图11B和图12A-图12B)。在这些实施方式中，底部伸缩盖被制造成具有内表面和外表面。如图11B所示的说明性实施方式所描绘的，底部伸缩盖136的内表面是缆绳布线通道160，其用于缆绳从铰链旋转组件的近端通过。如图11A所示，在一些实施方式中，底部伸缩盖136的外表面具有伸缩袋157，其中来自钳口组件以及来自铰链旋转组件的电子通信元件置于伸缩袋157上。伸缩袋157被配置成允许电子通信元件平放在所述袋中。此外，在一些实施方式中，底部伸缩盖136的外表面具有通孔158，其被配置成使螺钉穿过并进入凸形旋转铰链体139上的螺纹孔148(图9B)。另外，螺钉切口161位于底部伸缩盖136的近端上，其被配置成允许螺钉的头部置于其中。在这些实施方式中，置于螺钉切口161内的螺钉用于配合凸形旋转铰链体139和旋转滑轮体140(图13A-图13D)。此外，在一些实施方式中，连接孔159位于底部伸缩盖的外表面上，其被配置成允许顶部伸缩盖135上的连接块162进入并从而与顶部和底部伸缩盖配合。根据一些实施方式，图12A-图12B描绘了顶部伸缩盖135与底部伸缩盖136之间的连接。在这些实施方式中，顶部伸缩盖135被配置成与底部伸缩盖136配合，从而保护位于底部伸缩盖136的伸缩袋157中的电子通信元件。在替代的实施方式中，顶部和底部伸缩盖被制造成凹形铰链体或铰链盖134的一部分。

图15A-图15B示出了凸形轴承座圈138的说明性实施方式的多个视图。如图15A-图15B所示，在一个实施方式中，凸形轴承座圈138被制造成具有两个侧面，一个侧面含有轴承滚道175，而另一个侧面含有多个凸形轴承连接块176。如上文详细描述的，轴承滚道175被配置成允许多个滚珠轴承组109中的一个置于所述滚道内并沿着所述滚道移动，以及置于位于凸形旋转铰链体139上的轴承滚道147内并沿着轴承滚道147移动。在这些实施方式中，多个凸形轴承连接块176被配置成进入铰链伸缩体107的连接孔125(图6A)并与之配合。这种连接连同铰链非伸缩体108的铰链轴承座圈129和位于凹形铰链体134(图10A)上的轴承座圈147(图10B)的连接允许钳口组件101绕俯仰轴188旋转。在替代的实施方式中，凸形轴承座圈138制造为铰链伸缩体107的一部分。

如上所述，铰链旋转组件102还包括凹形铰链体或铰链盖134。图10A-图10B示出了凹形铰链体或铰链盖134的说明性实施方式的多个视图。如图10A-图10B所示，在一些实施方式中，凹形铰链体134含有内表面和外表面。在一个实施方式中，凹形铰链体134的外表面含有多个连接孔151。连接孔151被配置成允许螺钉进入和穿过所述孔，所述螺钉进入位于凸形旋转铰链体139上的螺纹孔148并与之配合，从而将凹形铰链体134与凸形旋转铰链体139耦合。

在一些实施方式中，缆绳布线槽150也位于外表面上。如图10B所示，缆绳布线槽150从凹形铰链体134的内表面延伸到所述主体的外表面。与凸形旋转铰链体139的缆绳导槽143类似，凹形铰链体134的缆绳布线槽150被配置成将缆绳185从铰链旋转组件102通过钳口组件101的近端布线并引导至重定向缆绳滚道120(图5A)。在这些实施方式中，缆绳185通过凸形旋转铰链体139的缆绳导管142布线到凹形铰链体134的内表面，其中所述进入缆绳布线槽150并穿过孔，使得缆绳位于凹形铰链体134的外表面上的缆绳布线槽中。此外，解耦表面195在缆绳布线槽150的末端。这些解耦表面195与铰链旋转体139的解耦表面194协调，因为它们被制造成弯曲的形状，使得当钳口组件绕俯仰轴旋转时，布线通过所述布线槽的缆绳在的长度不变，从而有助于实现解耦运动。

此外，在一些实施方式中，伸缩袋156和伸缩布线突出物155位于凹形铰链体134的内表面上。在这些实施方式中，伸缩袋156和伸缩布线突出物155被配置成将电子通信元件和谐地布线到位于凹形铰链体134的内表面上的多个传感器袋153和电子通信袋154。除了布线电子通信元件外，伸缩袋156还被配置成充当所述通信元件的壳体，使得所述元件在腕部组件100的致动和铰接期间不损坏。

如上所述，在一些实施方式中，通信元件袋154和传感器袋153位于凹形铰链体134的内表面上。传感器袋153被配置成允许位置和/或取向传感器置于所述袋中，使得它们在腕部组件100的致动期间不被损坏。在这些实施方式中，传感器袋153位于凹形铰链体134的内表面上，使得所述袋在位于铰链非伸缩体108上的磁体袋152(图7B)的中心点附近彼此正交。在不同的实施方式中，可以使用多种位置传感器，包括但不限于霍尔效应传感器、光学编码器、电阻位置传感器和/或任何其他测量位置的标准装置或其组合。在这些实施方式中，置于传感器袋153中的传感器被配置成当所述组件绕俯仰轴188旋转时获得钳口组件100的位置和/或取向数据。

与传感器袋153类似，在一个实施方式中，通信元件袋154被配置成容纳电容器。在本实施方式中，利用电容器来降低来自传感器和其他电子通信元件的信号噪声，以便提供更准确的传感器读数，从而产生更准确的位置数据。在一些实施方式中，通信元件袋154被配置成容纳两个或更多个电容器，而在其他实施方式中，所述元件袋中仅容纳一个电容器。在替代的实施方式中，通信元件袋154被配置成容纳测量和/或通信所需的元件，诸如本领域已知的电感器、电阻器和/或处理器。

在一些实施方式中，凹形铰链体134的内表面含有轴承座圈147。在这些实施方式中，轴承座圈147被配置成允许滚珠轴承组109置于其中，并且在腕部组件100的致动期间沿着所述座圈移动。如上文详细描述的，置于凹形铰链体134的轴承座圈147内的滚珠轴承组109也置于铰链非伸缩体108(图7A)的铰链轴承座圈129内，在凹形铰链体134与铰链非伸缩体108之间形成耦合。上述凹形铰链体134与铰链非伸缩体108之间的耦合允许钳口组件101绕俯仰轴188旋转。

如上文详细描述的，铰链伸缩体107和铰链非伸缩体108的近端耦合到凸形旋转铰链体139和凹形铰链体134的远端的内表面，从而将钳口组件101与铰链旋转组件102耦合。除了将钳口组件101耦合到铰链旋转组件102之外，凸形旋转铰链体139的远端与铰链伸缩体107的近端以及凹形铰链体134的远端与铰链非伸缩体108的近端的耦合也约束钳口组件101，使得在致动期间，钳口组件只能绕俯仰轴188旋转。

如上文详细描述的，在一些实施方式中，铰链伸缩体107的近端含有支点128，导轮137绕支点128旋转。图16A-图16B示出了导轮137的说明性实施方式的多个视图。导轮137与铰链伸缩体107和铰链非伸缩体108的近端以及凸形旋转铰链体139和凹形铰链体134的远端的组合被配置成提供钳口组件101绕俯仰轴188的旋转移动。此外，导轮137被配置成将缆绳182布线到第一钳口103的致动轮毂184。

如图16A所示，在一些实施方式中，导轮137含有导轮缆绳滚道178。导轮缆绳滚道178被配置成将缆绳182布线到第一钳口103的致动轮毂184。导轮137包含铰链伸缩体107的支点128穿过的开口。如图16A所示，导轮137的开口的内表面含有轴承座圈177。如图16B所示，导轮137的轴承座圈177被配置成允许多个滚珠轴承组109中的一个置于所述座圈内并沿着所述座圈移动。在这些实施方式中，置于轴承座圈177内的滚珠轴承组109接触铰链伸缩体107的支点128，以允许导轮137沿着俯仰轴188绕所述支点旋转。在替代的实施方式中，滚珠轴承组109代替套筒轴承、衬套、轴和/或本领域已知的其他滚动元件轴承。

在一些实施方式中，铰链旋转组件102还包括旋转滑轮体140。如上文详细描述的，旋转滑轮体140与凸形旋转铰链体139配合并耦合。图13A-图13D示出了旋转滑轮体140的说明性实施方式的多个视图。如图13A-图13D所示，旋转滑轮体140被配置成具有开口的圆柱形形状，以便允许凸形旋转铰链体139的近端通过所述开口。在一个实施方式中，旋转滑轮体140含有远端和近端，远端含有多个螺纹孔168，其被配置成允许来自凸形旋转铰链体139的近端的螺钉进入所述孔，将旋转滑轮体140耦合到凸形旋转铰链体139(图9B)。此外，如上文详细描述的，在一些实施方式中，旋转滑轮体140的远端含有多个销连接孔144(图13B)。在这些实施方式中，多个销连接孔144被配置成允许销进入并置于旋转滑轮体140的所述孔内，以及置于位于凸形旋转铰链体139(图9B)的近端上的销连接孔144内。在这些实施方式中，销连接将旋转滑轮体140固定到凸形旋转铰链体139，使得旋转滑轮体140不相对于凸形旋转铰链体140旋转，而是能够相对于凹形旋转体141(图14A)旋转。在其他实施方式中，旋转滑轮体140和凸形旋转铰链体被制成单件。

此外，在一些实施方式中，旋转滑轮体140的远端含有终止结腔167(图13B)。终止结腔167被配置成允许终止缆绳的结置于其中，使得它们不干扰腕部组件100的致动。在一些实施方式中，旋转缆绳(未示出)布线通过位于旋转滑轮体140的外表面上的缆绳入口孔165。在这些实施方式中，利用旋转缆绳向腕部组件100提供旋转致动。在一些实施方式中，利用两根旋转缆绳来实现腕部组件100绕滚动轴192的旋转。在这些实施方式中，使用一根旋转缆绳在一个方向上实现腕部组件100绕滚动轴192的旋转，而使用第二旋转缆绳在相反方向上实现腕部组件100绕滚动轴192的旋转。在一些实施方式中，旋转缆绳进入所述主体的左侧面上的旋转主体140的近端的外表面上的缆绳入口孔165，并终止于旋转滑轮主体140的左侧面上的终止位点166中，第二旋转缆绳进入所述主体的右侧面上的旋转滑轮体140的远端的外表面上的缆绳入口孔165，并且终止于位于旋转滑轮体140的右侧面上的终止结腔167中。旋转缆绳使用上文详细描述的终止技术终止。

在一些实施方式中，旋转滑轮体140的近端的内表面含有磁体座164，其被配置成允许磁体沿其静置和放置(图13A)。如上文详细描述的，在一些实施方式中，旋转滑轮体140的外表面含有旋转轴承座圈163，其被配置成允许多个滚珠轴承组109中的一个置于所述座圈内并沿所述座圈移动。在这些实施方式中，置于旋转轴承座圈163内的滚珠轴承组109也置于位于凹形旋转体141(图14C)的远端的内表面上的凹形旋转轴承座圈172内并沿其移动。在这些实施方式中，旋转滑轮体140被配置成部分置于凹形旋转体141的远端内，旋转轴承座圈163被配置成用作滚珠轴承组109的内部座圈，而凹形旋转轴承座圈172被配置成用作所述滚珠轴承组的外部座圈，在旋转滑轮体140与凹形旋转体141之间实现耦合。在这些实施方式中，旋转轴承座圈163(图13A)和凹形轴承座圈172(图14C)均被制造并配置成在腕部组件100绕滚动轴192旋转时支撑轴向和非轴向负载和/或力，从而约束旋转滑轮体140和凸形旋转铰链体139，使得上述两个主体都可以相对于凹形旋转体141旋转。

图14A-图14D示出了凹形旋转体141的说明性实施方式的多个视图。如上所述，在一些实施方式中，凹形旋转体141被制造成含有远端和近端，两端均包含外表面和内表面。如上文详细描述的，在一些实施方式中，凹形旋转体141的远端的内表面含有凹形旋转轴承座圈172。另外，在一些实施方式中，凹形旋转体141含有位于上文详细描述的轴承座圈的近侧的另一个凹形旋转轴承座圈(图14B)。在该实施方式中，径向轴承(未示出)置于凹形旋转轴承座圈172中和凸形铰链旋转体139的最近端处。

此外，在一些实施方式中，凹形旋转体141的远端含有多个传感器袋169，所述袋向凹形旋转体141(图14C)的内表面突出。多个传感器袋169被配置成容纳传感器，以确定腕部组件100绕滚动轴192的位置和/或取向，类似于上文详细描述的凹形铰链体134的传感器袋153。在这些实施方式中，使用磁体来测量腕部组件100的位置和/或取向，其方式与上文详细描述的用于确定钳口组件101绕俯仰轴188的位置和/或取向的方式相同。

如图14D所示，在一些实施方式中，轮廓缆绳路径173位于凹形旋转体141的远端的外表面上。在一些实施方式中，凹形旋转体141含有两个轮廓缆绳路径173，一个位于所述主体的远端的任一个侧面上。在这些实施方式中，轮廓缆绳路径173被配置成将旋转缆绳从凹形旋转体141布线到旋转滑轮体141。在一些实施方式中，利用两条旋转缆绳来实现腕部组件100绕滚动轴192的旋转，其中利用一条旋转缆绳实现在一个方向上绕滚动轴192的旋转，且利用另一旋转缆绳实现在相反方向上绕滚动轴192的旋转。

如上所述，凹形旋转体141被配置成具有近端。在这些实施方式中，近端含有从凹形旋转体141的远端突出的多个连接凸台171。连接凸台171被配置成将腕部组件100与机械臂的其余部分配合。如图14A所示，在一些实施方式中，连接凸台171含有多个连接孔170，其被配置成将腕部组件与机械臂的近侧结构或致动器配合。在一些实施方式中，使用螺钉连接实现上述配合，而在其他实施方式中，利用各种替代的紧固和/或连接方法，包括但不限于螺纹连接、粘合连接、焊接连接和/或本领域已知的任何其他方法或方法的组合。

图26A-图26C示出了另一腕部组件400的说明性实施方式。在这些实施方式中，消除了组件的轴承座圈和滚珠轴承组，并且利用滑动轴承设置来促进第一和第二钳口绕钳口轴线的旋转，以及钳口组件绕俯仰轴的旋转。图26C示出了腕部组件400的说明性实施方式的分解视图。与上文详细描述的实施方式类似，腕部组件400被制造成具有钳口组件401(图31)和铰链旋转组件(图28A-图28B)。

图30A示出了钳口组件401的说明性实施方式。如图30B所示，在一些实施方式中，钳口组件401包括第一钳口403、第二钳口404、两个主体(铰链伸缩体407和铰链非伸缩体408)、四个导轮437、钳口轴承轴杆410和铰链滑轮轴杆409及其他元件。

图31A-图31D示出了第一钳口403的说明性实施方式。在一些实施方式中，第一钳口403和第二钳口404是对称的。在这些实施方式中，第一钳口和第二钳口均包括钳口远端处的工作段483以及位于钳口近端处的致动段(或轮毂)484。第一钳口和第二钳口的工作段类似于第一钳口的其他实施方式的工作段，因为其可以被配置成在不同实施方式中具有各种类型的表面，包括但不限于上文详细描述的配置。如上所述，在一些实施方式中，第一和第二钳口的远端被配置成具有致动段484。在这些实施方式中，致动段是圆柱形形状，并且含有钳口轴承轴杆410通过的孔。在这些实施方式中，第一和第二钳口绕被配置成滑动轴承的钳口轴承轴杆410旋转。钳口轴杆与第一和第二钳口配合，并限定钳口轴线。此外，钳口轴线还与铰链伸缩体407和铰链非伸缩体408配合。

在一些实施方式中，缆绳滚道411在第一和第二钳口的致动轮毂的周长上，其被配置成将两条缆绳布线到致动段上的其终止位点405a和405b。在一些实施方式中，缆绳482和491在第一钳口上布线和终止，且缆绳485和481在第二钳口上布线和终止。在其他实施方式中，缆绳482和491在第二钳口上布线和终止，且缆绳485和491在第一钳口上布线和终止。各缆绳布线通过其各自致动段的缆绳滚道，在其中它们进入并穿过第一缆绳通道420a，然后返回通过第二缆绳通道420b，所述缆绳在第二缆绳通道420b处布线到其终止位点。在这些实施方式中，第一和第二钳口的致动段被制造成具有四个缆绳通道420a、420b、420c、420d，终止于致动段上的两个缆绳中的每一个有两个缆绳通道。在一些实施方式中，缆绳借助于经由定位螺钉在其终止位点夹紧相应的缆绳来终止。或者，在一些实施方式中，使用本领域已知的其他适当的手段或技术。例如，聚合物纤维缆绳可以通过在缆绳中打的结来终止，而金属纤维缆绳可以借助压接或型锻连接来终止。

此外，在一些实施方式中，第一和第二钳口的致动段均包括磁体槽452，其被配置成允许磁体421置于其中。如全文详细描述的，利用磁体在腕部组件绕轴被致动时获得腕部组件的元件的位置和取向数据。在这些实施方式中，利用置于第一和第二钳口的磁体槽452内的磁体421在所述钳口绕钳口轴线旋转时获得第一和第二钳口的位置和取向。在这些实施方式中，磁体槽被配置成具有通孔，以便允许钳口轴杆通过。此外，置于磁体槽内的磁体421还被制造成具有允许钳口轴杆通过的通孔，钳口轴杆的一端与铰链伸缩体配合，而另一端与铰链非伸缩体配合。

如上所述，在一些实施方式中，钳口组件401包括四个导轮437。在这些实施方式中，利用导轮437中的每一个来将单个缆绳布线和引导至每个相应缆绳终止于其上的钳口的缆绳滚道411(图31C-图31D)。导轮437含有铰链滑轮轴杆409的孔，铰链滑轮轴杆409被配置成滑动轴承以通过。在这些实施方式中，导轮绕铰链滑轮轴杆旋转，所述滑轮轴限定俯仰轴，从而允许钳口组件绕所述俯仰轴旋转。此外，铰链滑轮轴杆充当钳口组件与铰链旋转组件之间的配合。

此外，钳口组件401含有铰链伸缩体407和铰链非伸缩体408。与上文详细描述的实施方式类似，在这些实施方式中，铰链伸缩体407和铰链非伸缩体408与钳口组件的其他元件一起用作第一和第二钳口的壳体。同样，在这些实施方式中，铰链伸缩体和铰链非伸缩体被构造成具有远端和近端，远端和近端都具有内表面和外表面。此外，铰链伸缩体和铰链非伸缩体被制造成具有大致相同的架构，使得它们之间的连接是无缝的，两个主体的外部轮廓彼此齐平。图32A-图32B示出了铰链伸缩体407的说明性实施方式。利用铰链伸缩体的近端将钳口组件与铰链旋转组件耦合并配合，以及限定俯仰轴。

如图32A-图32B中所示的实施方式所示，伸缩袋426位于铰链伸缩体近端的外侧面上，电子通信元件置于其中。此外，伸缩袋426被配置成具有滑轮轴杆穿过的通孔。铰链伸缩体还被配置成具有锁销连接406，用于将铰链伸缩体与铰链非伸缩体连接。在这些实施方式中，锁销的一端进入铰链伸缩体上的连接槽，而锁销的另一端进入铰链非伸缩体上的连接槽，从而使铰链伸缩体与铰链非伸缩体配合。类似地，在铰链非伸缩体上发现第二锁销连接，这两个锁销连接406不仅使铰链伸缩体与铰链非伸缩体配合，还约束钳口组件绕俯仰轴的旋转。此外，铰链伸缩体的近端被配置成具有钳口硬止动表面487，以约束钳口组件绕俯仰轴的旋转，使得钳口组件不旋转超过其容许的运动范围。

如上所述，铰链伸缩体被制造成具有远端，其具有内表面和外表面。在一个实施方式中，铰链伸缩体的远端的内表面被制造成具有圆柱形形状的致动段袋422，使得第一钳口的致动段置于所述袋内。致动袋422被制造成具有缆绳布线表面423，以帮助将缆绳引导至致动段的缆绳滚道，并且具有用于钳口轴承轴杆通过的通孔，从而实现滑动轴承。第二伸缩袋在铰链伸缩体远端的外表面上，附加的电子通信元件以及用于获得第一钳口的位置和取向的传感器置于其中。在一些实施方式中，在伸缩袋中发现两个传感器，而在其他实施方式中，在伸缩袋中发现四个传感器。

图33A-图33B示出了铰链非伸缩体408的说明性实施方式。在这些实施方式中，铰链非伸缩体被制造成具有近端和远端，两端均具有内表面和外表面。如图33B所描绘的，铰链非伸缩体远端的内表面被制造成具有圆柱形形状的致动段袋422，使得第二钳口的致动段置于所述袋内。致动袋被制造成具有缆绳布线表面423，以将缆绳引导至致动段的缆绳滚道。此外，致动袋422被制造成具有用于钳口轴承轴杆通过的通孔，从而实现滑动轴承。伸缩袋426在铰链非伸缩袋的远端的外表面上，电子通信元件以及用于获得第二钳口的位置和取向的传感器置于其中。在一些实施方式中，在伸缩袋中发现两个传感器，而在其他实施方式中，在伸缩袋426中发现四个传感器。在这些实施方式中，铰链非伸缩体的近端含有钳口轴线硬止块487，以防止钳口绕钳口轴线被致动超过其容许的运动范围。另外，近端含有与上文针对铰链伸缩体详细描述的相同的锁销连接406。此外，铰链非伸缩体的近端的外表面含有俯仰硬止块488，其被配置成防止钳口组件401绕俯仰轴被致动超过其容许的运动范围。

如上所述，腕部组件还含有铰链旋转组件402。图27A-图27B示出了铰链旋转组件402的说明性实施方式。在一些实施方式中，铰链旋转组件402被制造成具有铰链盖434、铰链旋转体439和旋转滑轮体440。在这些实施方式中，铰链旋转体439执行与上文详细描述的凸形铰链旋转体139相同的功能。图28A-图28B示出了铰链旋转体439的说明性实施方式。与上文详细描述的凸形铰链旋转体类似，在这些实施方式中，铰链旋转体439具有远端和近端以及内表面和外表面。如图28A所示，在一些实施方式中，磁体袋453在铰链旋转体远端的内部上，磁体490(图26C)置于其中。在这些实施方式中，利用置于铰链旋转体的磁体袋453的磁体490来获得钳口组件在绕俯仰轴旋转时的位置和取向数据。在这些实施方式中，磁体袋被配置成具有铰链滑轮轴杆置于其中的通孔，从而产生滑动轴承。此外，在这些实施方式中，通孔449位于铰链旋转体的远端的内部上，其被配置成所有螺钉进入，从而将铰链盖434与铰链旋转体439配合并耦合。在一些实施方式中，远端的内部被制造成具有用于将缆绳引导至钳口组件上的相应位置的曲表面。在一些实施方式中，伸缩袋426位于铰链旋转体的远端的外表面上，电子通信元件置于其中。

在这些实施方式中，铰链旋转体的近端被配置成具有与上文针对凸形铰链旋转体详细描述的类似的缆绳导管442。如上所述，利用缆绳导管442将缆绳布线到钳口组件，使得当腕部组件绕滚动轴旋转时，缆绳不会彼此缠结。如图28A所示，在一些实施方式中，伸缩引导表面445位于缆绳导管442的内表面上。在这些实施方式中，伸缩引导表面445被配置成平坦的，使得电子通信元件抵靠表面平放，以便在腕部组件的致动期间不会损坏。在这些实施方式中，电子通信元件在伸缩引导表面上布线到位于铰链旋转体的远端的外部的伸缩袋。然后，电子通信元件布线到铰链旋转体的内表面，在该处其布线到铰链盖434。图29A-图29C示出了铰链盖434的说明性实施方式。铰链盖类似于上文详细描述的凹形铰链体134，因为其充当铰链旋转组件的元件的壳体，并且用于将电子通信元件从铰链旋转组件布线到钳口组件。如图29B-图29C所示，布线突出物455位于铰链盖的内部，其产生用于待布线到钳口组件的电子通信元件的袋。此外，在一些实施方式中，铰链盖434的内表面含有来自铰链旋转体的螺钉进入的连接孔444，从而将铰链盖与铰链旋转体耦合。此外，通孔在铰链盖的远端上，铰链滑轮轴杆置于其中。

如上所述，铰链旋转组件402还含有旋转滑轮体440。在这些实施方式中，旋转滑轮体440与上文详细描述的旋转滑轮体140相同。与旋转滑轮体140相同，利用旋转滑轮体440提供腕部组件绕滚动轴的旋转。

腕部组件的致动、控制和感测

如前所述，在特定实施方式中，腕部组件被制造和设计成并入并且与通过引用整体并入本文的国际专利申请号PCT/US2015/029247(作为国际公开号WO2015171614A1公开)中公开的虚拟现实外科手术装置一起使用。在这些实施方式中，基于控制在国际专利申请号PCT/US2015/029247中公开的机器人装置的用户(通常是外科医生)的移动来致动腕部组件。在这些实施方式中，通过传感器跟踪系统跟踪外科医生或用户的手臂移动。在一个实施方式中，多个传感器附接到外科医生的手臂。在一个实施方式中，所利用的传感器是MPU-6050传感器，其包括MEMS陀螺仪、加速度计和数字运动处理器以计算传感器的取向。在一些实施方式中，传感器固定到用户的右手和左手食指或其他手指、手背和前臂。在进一步的实施方式中，附加传感器固定到用户/外科医生手臂的不同位置，包括用户肘部的上臂，而在其他实施方式中，传感器放置在用户的身体上，包括但不限于用户的胸部、躯干或头部。在一些实施方式中，传感器外壳包含微控制器、电池和蓝牙模块。来自用户手臂上的远侧传感器的位置和取向数据通过12C协议沿导线收集并传输到计算机。通过来自固定到用户手臂的传感器的数据，计算机能够计算用户手臂各部分的位置和取向。在其他实施方式中，在每个加速度计、陀螺仪和运动处理器单元中添加MEMES磁强计。MEMS芯片如MPU-9250在单个包装中提供上述所有元件。添加磁强计是本领域的标准实践，因为磁航向允许减少传感器绕垂直轴的漂移。在替代的实施方式中，传感器被放置在外科材料如外科医生戴的手套、外科擦洗液或手术服中。这些传感器可以是可重复使用的或一次性的。

如上所述，在附加的实施方式中，使用附加传感器跟踪外科医生手臂和身体的位置。在这些实施方式中，与Xbox

中的传感器类似的传感器允许跟踪用户手臂的绝对位置并跟踪相对于彼此的手臂位置。在一些实施方式中，这些附加传感器被佩戴在外科医生的身体上，而在其他实施方式中，传感器被定位在房间中的固定位置。

在又一实施方式中，传感器被发现在用户持有的手动控制器中。在这些实施方式中，使用传感器用于通过用户手的移动来控制机器人装置。在这些实施方式中，使用传感器跟踪系统监测、记录来自传感器的数据并将其传输到含有控制回路的计算机，所述控制回路驱动控制机器人装置(包括腕部组件)的致动器。在一个实施方式中，使用磁跟踪以获得用户的位置和取向数据。在一些实施方式中，利用来自诸如

和/或NorthernDigital

等公司的已知磁跟踪和传感器系统，而在其他实施方式中，使用市售和领域中已知的其他已知的磁跟踪和传感器。另外，在一些实施方式中，利用上述磁跟踪和传感器系统来跟踪用户的手臂和身体。

在一个实施方式中，磁发射器或源位于作为地面基准的手术台内，其发出电磁偶极场。磁发射器与生成磁场并计算来自传感器的位置和取向数据的电子控制单元连接。用户佩戴传感器，该传感器可以位于用户身体的任何部位，如胸部或头部。用户佩戴的传感器从传输器接收电子磁场，并向电子控制单元发送电流，提供有关传感器相对于传输器的位置和取向的数据。然后，从电子控制单元获得的原始位置和取向数据被传输到连接到该单元的中央计算机，在该计算机中，数据通过计算用户身体的位置和取向的软件进行处理。此外，位于手动控制器上的传感器也可操作地耦合到电子控制单元，所述传感器接收来自传输器的电磁场并从传感器向电子控制单元发送电流，从而提供有关控制器相对于传输器的位置和取向的数据。来自控制器上的传感器的数据经历上文对于用户佩戴的传感器详细描述的相同的处理。利用来自用户佩戴的传感器的数据和来自控制器上的传感器的数据，中央计算机能够推断控制器相对于用户身体的位置和取向，从而提供用户手的位置和取向。计算机推断的位置和取向数据被布线到控制回路，该控制回路驱动机械臂的致动器，使得当用户移动其手臂时，机械臂跟随并模拟该移动，从而允许用户控制和操作机械臂。

在又一个实施方式中，利用光学跟踪系统来跟踪用户的手臂、身体和/或控制器。在一些实施方式中，多个摄像机战略性地放置在手术室/手术台的不同位置，而在其他实施方式中使用单个摄像机。每个摄像机在镜头前都包含红外(IR)滤波器，镜头周围有多个IRLED，以用IR光规律地照亮测量空间。反射标记位于控制器和/或用户的手臂和身体上，其将入射的IR光反射回摄像机。摄像机检测标记的IR反射，并由光学跟踪系统进行内部处理。在这些实施方式中，使用由外而内的跟踪确定用户和控制器的位置和取向。光学跟踪系统确定图像坐标系中标记的二维位置，并且利用多个摄像机可以得到每个标记的三维位置。三维位置可以在测量空间中使用单个标记进行测量。此外，控制器和/或用户的手臂和身体的取向可以通过利用多个摄像机来测量，并且允许同时跟踪多个物体。为了实现这一点，在手术台周围放置多个摄像机，在每个要跟踪的物体如控制器、用户的手臂和身体等其他物品上放置多个标记。在其他实施方式中，使用由内而外的跟踪，在手术室/手术台周围和/或其他物体(包括手术室中发现的设备)上的固定位置处放置反射标记或光容纳器。在这些实施方式中，照相机被固定到用户身体和手臂和/或手动控制器，所述照相机发出IR光，并且反射标记将光反射回位于用户手臂和身体和/或手动控制器上的摄像机上，从而提供可用于得到用户手臂的位置和取向的位置和取向坐标。

在替代的实施方式中，考虑位置和取向跟踪的其他装置和方法，包括但不限于声学跟踪和无标记的光学跟踪。此外，在一些实施方式中，使用上文详细描述的跟踪系统和方法的组合以获得手动控制器以及用户的身体和手臂的位置和取向。在这些实施方式中，利用传感器融合，从各种传感器和跟踪系统获得各种数据，通过计算机上的软件处理所述数据以校正任何单个传感器的任何缺陷，以便计算准确的位置和取向信息。

如上所述，腕部组件被制造成跟随驱动腕部组件耦合到的机器人装置的用户的腕部的移动和运动。在腕部组件的不同实施方式中，使用不同的控制方法和系统来致动腕部组件。这是由于腕部组件的不同实施方式具有不同的元件并且缆绳被不同地布线。

使用跟踪用户的手臂、身体和/或控制器的能力，计算机内的控制回路驱动控制机器人装置(包括腕部组件)的致动器。在这些实施方式中，用户的腕部平移被缩小，使得腕部组件跟随人腕部和/或用户持有的控制器的位置。由于用户腕部与腕部组件之间的大小差异，腕部平移被缩小。此外，腕部组件被配置成在致动期间跟随用户腕部的取向，使得例如如果用户将其腕部旋转90度，则腕部组件将绕适当的轴线旋转90度。腕部组件的控制方案在下文进一步详细描述。

腕部组件被配置成向外科医生提供具有四(4)个自由度(DOF)的组件，其允许外科医生模拟人手臂的腕部运动。另外，如上文详细描述的，在一些实施方式中，腕部组件是缆绳驱动的。在一些实施方式中，利用四根缆绳获得三(3)个DOF，且利用另外两根缆绳获得第四个DOF。在替代的实施方式中，利用三根缆绳控制其中两个DOF，其余两个DOF各自由两根缆绳控制。

在一些实施方式中，通过调整四根缆绳的长度、拉入特定缆绳以减小该缆绳的长度、或放出特定缆绳以增加该缆绳的长度来获得三个自由度。根据期望的运动，拉入或放出特定缆绳补偿、抵消和/或平衡一条或多条其他缆绳上拉入或放出的量。如下文进一步详细描述的，在不同的实施方式中使用不同的控制方法。

如上所述，在一个实施方式中，腕部组件100的旋转和/或致动通过拉入和放出缆绳181、182、185和191中的每一根来实现。上述缆绳的拉入和/或放出以及缆绳长度由此的改变或不改变控制第一钳口103和第二钳口104绕钳口轴线189的旋转，以及钳口组件101绕俯仰轴188的旋转。

如上所述，腕部组件100被配置成以两个独立移动的钳口的形式提供两个DOF，一个DOF为绕轴线俯仰的钳口组件的形式，另一个DOF为绕轴线滚动的组件的形式。此外，通过被配置成彼此独立地移动的第一和第二钳口，腕部组件100提供能够施加可以增加和/或减少到所需量的抓握力的钳口，从而允许外科医生执行精细的任务以及更强有力的任务。此外，通过被配置成彼此独立地移动的第一和第二钳口，所述钳口可以在同一方向上同时被致动，所述致动实现钳口的横摆旋转。

图19A-图19D示出了腕部组件100的说明性实施方式的多个视图，突出显示了缆绳181、182、185和191通过腕部组件100的布线。图19A示出了说明性腕部组件100的俯视轮廓图，突出显示了缆绳181通过凹形铰链体或铰链盖134的缆绳布线槽的布线。图19B示出了移除凹形铰链体的腕部组件100的剖视图，以突出显示缆绳182和缆绳191的布线。如图19B所示，缆绳182和191布线通过凸形旋转铰链体或铰链旋转体139的内表面。图19C示出了腕部组件100的附加俯视轮廓图，突出显示了缆绳185通过凸形旋转铰链体或铰链旋转体139的缆绳布线槽的布线。图19D示出了移除凸形旋转铰链体的腕部组件100的剖视图，以突出显示缆绳182和191的布线。

在一些实施方式中，第二钳口104被配置成在第一和第二方向上绕钳口轴线189(图18)旋转，并且所述旋转独立于第一钳口103。在这些实施方式中，第二钳口104被配置成在第一和第二位置之间移动，所述位置包括但不限于打开和关闭位置。在一个实施方式中，第二钳口104在第一方向上被致动，所述方向包括但不限于第二钳口104朝向第一钳口103旋转。图21B是示意性缆绳连接图，突出显示了根据一个实施方式，缆绳如何布线到第二钳口104。如上文详细描述的，并在图19B中所描绘，在一个实施方式中，缆绳181布线通过铰链旋转组件并且通过钳口组件到达位于第二钳口104上的缆绳终止位点105a，缆绳181在该处终止。为了在第一方向上致动第二钳口104，通过致动器拉入缆绳181，使得第二钳口104开始在第一方向上绕钳口轴线189旋转。当第二钳口104开始旋转时，缆绳182的松弛部分被释放，从而增加缆绳182的工作长度。缆绳的工作长度是由缆绳182的路径限定的连接销122a与第二钳口104之间的距离。缆绳182的工作长度的增加和/或减少导致钳口相对于另一钳口在第一或第二方向上移动。置于第二钳口104的致动轮毂180的轴承座圈116a上并且也置于铰链伸缩体107的轴承座圈127上的滚珠轴承组109允许第二钳口104绕钳口轴线189旋转。由于缆绳181终止于位于第二钳口104上的终止位点105a，因此由致动器对缆绳181的拉入被转移到第二钳口104上，导致所述钳口在第一方向上绕钳口轴线189旋转。在上述情况下，如果希望固定第一钳口103的位置，则保持缆绳185和缆绳191的长度恒定，以防止第一钳口103移动。然而，在其他情况下，缆绳185和191的长度增长或缩短，从而允许第一钳口103在第一或第二方向上旋转，同时第二钳口104也旋转。

如上所述，第二钳口104也被配置成在第二方向上被致动，所述第二方向与第一方向相反。为了在第二方向上致动第二钳口104，拉入缆绳182，导致缆绳182的工作长度减小。如图21C所示，缆绳182绕着连接销122a布线，并在第二钳口104上终止。在这种情况下，当缆绳182被拉入时，所述缆绳的工作长度减小，因此第二钳口104相对于连接销122a并且因此相对于第一钳口103在第二方向上旋转。当缆绳182被拉入时，缆绳181的松弛部分被释放，从而允许第二钳口104相对于连接销122a并因此相对于第一钳口103在第二方向上旋转。此外，缆绳191的长度保持恒定，以防止绕俯仰轴188的任何不需要的移动。此外，缆绳185的长度保持恒定，以将第一钳口103约束在固定位置，从而允许第二钳口104独立于第一钳口103在第二方向上移动。

类似地，第一钳口103还被配置成绕钳口轴线189在第一和第二方向上独立地移动。为了致动第一钳口103使得所述钳口在第一方向上绕钳口轴线189旋转，通过致动器拉入缆绳185，使得第一钳口103开始旋转。当第一钳口103开始沿第一方向旋转时，来自缆绳182的松弛部分被释放，从而增加缆绳182的工作长度。当缆绳182穿过腕部组件100时，其在上文详细描述的解耦表面195和194上布线，所述解耦表面被配置成能够使缆绳182的运动与其他接头和/或缆绳充分解耦。此外，这种运动的解耦防止缆绳182对腕部组件100的其余部分施加力。缆绳182围绕和/或穿过的表面被配置成减少所述缆绳的长度变化，但无法完全消除长度变化。任何不需要的长度变化均通过传感器和控制算法进行校正。置于第一钳口103的致动轮毂184的轴承座圈116b以及铰链非伸缩体108的铰链轴承座圈127上的滚珠轴承组109允许第一钳口103绕钳口轴线189旋转。由于缆绳185终止于位于第一钳口103上的终止位点105b，因此致动器对缆绳185的拉入导致所述钳口在第一方向上绕钳口轴线189旋转。为了独立地移动第一钳口103，缆绳191和181保持恒定。

第一钳口103还被配置成独立于第二钳口104在第二方向上绕钳口轴线189旋转，所述第二方向与第一方向相反。为了使第一钳口103在第二方向上绕钳口轴线189旋转，缆绳182通过其耦合到的致动器被拉入。缆绳182的工作长度减小，导致第一钳口103相对于第二钳口104在第二方向上旋转。此外，为了使第一钳口103在第二方向上独立地旋转，缆绳181保持恒定以防止所述缆绳的伸长。抑制缆绳181的伸长防止第二钳口104在第二方向上绕钳口轴线189旋转。此外，当第一钳口103在第二方向上绕钳口轴线189旋转时，从缆绳185释放松弛部分，从而允许第一钳口103在第二方向上旋转，并且缆绳191保持恒定，以防止钳口组件101绕俯仰轴188的任何不需要的移动。

相应地，在第一和第二钳口被配置成独立地移动的情况下，所述配置允许钳口被同时致动，使得钳口在第一和/或第二方向上一起绕钳口轴线189旋转。该致动实现了钳口的横摆移动。为了使第一和第二钳口绕钳口轴线189旋转，同时保持两个钳口相对彼此处于恒定位置，缆绳182保持恒定，使得没有长度变化。在缆绳182处于恒定长度的情况下，缆绳181被拉动，缆绳185的松弛部分被释放相同的量，缆绳长度的变化相互抵消，从而使钳口在第一方向上旋转。为了使钳口在第二方向上旋转，拉入缆绳185并放出缆绳181的松弛部分，缆绳长度的变化相互抵消。例如，如图18所示，当钳口朝向的相同位置时，如果外科医生希望使钳口在第一方向上绕钳口轴线189旋转，并且所述第一方向是钳口朝向页面顶部的旋转，则将缆绳181拉入，并且在缆绳181上拉入的相同量将在缆绳185上被放出。类似地，以上文的实例为例，如果外科医生希望使钳口在第二方向上旋转，所述第二方向是钳口朝向页面底部的旋转，则将缆绳185拉入，并且在缆绳185上拉入的相同量将在缆绳181上被放出。

此外，当第一和第二钳口被配置成彼此独立地移动时，所述配置还允许外科医生用所述钳口施加力，所述力是可变的，从而允许外科医生控制通过所述钳口施加的力的量。通过控制由钳口所施加的力的量的能力，外科医生能够完成许多任务，诸如组织操作，以及抓握手术器械或工具。钳口所施加的力的量由缆绳181和185上拉入或放出的长度量决定。为了用钳口施加力，释放缆绳182的松弛部分，缆绳182缠绕在销连接122a上。拉入缆绳181，使第二钳口104朝第一钳口103移动，同时拉入缆绳185，使第一钳口朝第二钳口104移动。当第一和第二钳口抓握物体时，可以通过在缆绳181和/或185上拉入更多来经由钳口施加额外的力。类似地，为了减小通过钳口施加的力，在缆绳181和/或185上释放松弛部分。

如上所述，腕部组件100还被配置成允许钳口组件101在第一和第二方向上绕俯仰轴188旋转。为了使钳口组件101绕俯仰轴188旋转，将缆绳的组合拉入和/或放出，每条缆绳上拉入和/或放出的量不同，以抵消不同缆绳上拉入或放出的量。在一个实施方式中，为了使钳口组件101在第一方向上绕俯仰轴188旋转，缆绳185和缆绳181的长度保持恒定。保持上述缆绳的长度恒定将钳口保持在恒定位置，使用传感器来抵消所述钳口任何不希望的移动。此外，拉入缆绳191，从而缩短缆绳191的长度。如上文详细描述的，缆绳191布线通过铰链旋转组件102并在位于铰链非伸缩体108的近端上的缆绳终止位点131处终止。缆绳191的长度减小在缆绳终止位点131处在铰链非伸缩体108上施加力，所述力引起钳口组件101在第一方向上绕俯仰轴188旋转。随着缆绳191的长度减小，缆绳182的长度加长并绕导轮137缠绕。因此，在外科医生的选择下，缆绳191和182一起作用，以允许钳口组件101在第一方向上绕俯仰轴188旋转。通过在缆绳的组合上的拉入和/或放出来完成钳口组件101在第二方向上绕俯仰轴188的旋转，所述第二方向与第一方向相反，所述在缆绳上的拉入和/或放出抵消在其他缆绳上的拉入和/或放出。在一个实施方式中，释放缆绳191的松弛部分，从而增加缆绳191的长度。随着缆绳191的长度增加，缆绳182被拉入，从而减小缆绳182的长度。随着缆绳182的长度减小，其从导轮137展开，导致钳口组件在第二方向上旋转。

在其他实施方式中，缆绳181、182和185穿过铰链旋转组件，并且附加缆绳终止于铰链伸缩体上。在这些实施方式中，附加缆绳与缆绳191协同工作，以控制钳口组件在第一和第二俯仰方向上绕俯仰轴的旋转。在替代的实施方式中，与缆绳191对向使用缆绳181、182和185的组合来控制钳口组件在第一和第二俯仰方向上绕俯仰轴的旋转。在这些实施方式中，未与缆绳191对向使用的剩余缆绳是非对向缆绳，其穿过铰链旋转组件而不绕接头施加附加扭矩。在这些实施方式中，第一俯仰方向是在一个方向上绕俯仰轴旋转，而第二俯仰方向是在第一方向的相反方向上绕俯仰轴旋转。

如上所述，在不同实施方式中，腕部组件包括磁体，其用于当当所述组件绕轴旋转时获得所述组件的位置和取向数据。在这些实施方式中，磁体被径向磁化，使得当磁体绕其圆柱轴旋转时其磁场改变。在这些实施方式中，磁场的变化由传感器测量，所述传感器将数据传输到处理器，所述处理器将磁场的变化转换为旋转位置数据。该转换通过磁体和传感器的物理配置的知识来完成。在一些实施方式中，多个传感器彼此正交地放置在径向磁化的磁体周围。当径向磁化的磁体旋转时，其生成的磁场也相对于传感器而改变。磁场的改变通过电子通信元件(如PCB或FPCBS)传输到计算机。计算机取得从磁体获得的有关磁场变化的数据并将其转换成旋转角度。使用简单的三角法，两个正交放置的传感器的组合可以通过比较传感器之间的相对磁场强度来确定磁场的方向。该计算得出了径向磁化的磁体的取向，并通过延伸得出了腕部组件在绕轴致动时的取向。为了冗余，在该实施方式中放置额外的传感器，但是绝对取向计算所必需的传感器总数目将取决于所选择的磁体和传感器的配置。

在一些实施方式中，磁体被配置成圆柱形磁体，而在其他实施方式中，磁体被配置成马蹄形磁体、圆盘形磁体、球形磁体和/或本领域已知的其他磁体形状。在不同的实施方式中，可以使用本领域已知的能够进行磁场感测的各种传感器，包括但不限于霍尔效应传感器和/或磁电阻器。

上文详细描述的传感器持续向中央计算机传输位置和取向数据，中央计算机处理数据并向腕部组件的致动器发送命令提示，以调整施加到缆绳的力或缆绳的位置，从而校正腕部组件的任何不希望的移动。

腕部组件的致动控制

如上所述，使用传感器来确定致动期间腕部组件绕俯仰轴、钳口轴线和滚动轴的取向。在这些实施方式中，第一钳口和第二钳口各自具有独立的传感器，其读取单个钳口绕钳口轴线的角度旋转。在一些实施方式中，用于第一钳口的传感器位于铰链非伸缩体上，用于第二钳口的传感器位于铰链伸缩体上。上文对于第一和第二钳口详细描述的传感器彼此结合使用，以确定第一和第二钳口绕钳口轴线的平均角度，本文称为腕部接头角度，以及第一和第二钳口绕钳口轴线之间的角度，本文称为钳口接头角度。

为了确定接头的上述角度，校准腕部组件的每个独立接头的传感器，以将各个角度归零，并确保物理运动和感测运动之间的一对一映射。在一些实施方式中，每个独立的接头在其范围内移动，并且使用已校准的外部传感器来记录实际接头角度，该传感器同时收集其自身的感测角度。可以使用本领域已知的标准校准程序校准传感器以使其与外部传感器所感测的角度最佳匹配。校准的实例包括基于其他传感器的位置设置给定传感器的恒定偏移、恒定比例因子以及可变偏移或比例因子。

在一些实施方式中，其中传感器不能用唯一的传感器读数感测其接头的整个范围，可以使用多圈算法来跟踪接头的绝对位置，类似于增量编码器能够只用少量可能的传感器读数来跟踪任意大范围的方式。本领域已知的任何多圈或类似算法可用于该目的。此处描述了一种可能算法的实例：在算法的每个时间步长，将感测到的接头角度与先前测量的接头角度进行比较。(对于算法的第一次迭代，将先前测量的接头角度设置为感测的接头角度。)如果这两个角度相差超过传感器范围的一半，则假设角度的该大幅跳跃实际上是感测的角度通过传感器的不连续处的结果(例如在感测-180度和180度之间可能存在不连续处)。在该实例中，感测到的接头角度可能在给定的时间步长内从-175度变化到+178度。当检测到这种大角度变化时，该算法从感测到的接头角度适当地加上或减去传感器的整个范围，直到感测到的角度与先前的角度之间的差异小于传感器范围的一半。(在上文的实例中，感测的接头角度将被修改为178–360＝-182度，使得先前的接头角度和新计算的感测的接头角度之间的差异为-175-(-182)＝7度。)然后使用新计算的感测接头角度更新先前感测的接头角度，以用于算法的下一次迭代。在一些实施方式中，可使用低通滤波器来滤波先前感测的接头角度，以使传感器噪声或感测角度的其他快速变化不被误认为是通过传感器不连续处。

一旦腕部组件的接头正确校准，从而提供接头取向的准确读数，腕部组件就准备好致动。如上所述，致动钳口和腕部组件的缆绳可操作地耦合到致动缆绳从而致动腕部组件的致动器。在不同的实施方式中，可以使用多种致动器，包括但不限于伺服电机、旋转致动器、线性致动器和/或步进电机。

如上所述，利用电子通信元件将位置和取向数据传输到计算机，该计算机处理所述数据，并将控制命令和/或提示传输到致动器，该致动器对缆绳应用位置变化，以便以期望的方式致动钳口和腕部组件。在一个实施方式中，以位置控制模式控制致动器从而以不同的量拉动缆绳，以便控制钳口接头、腕部接头和腕部组件绕俯仰轴的旋转(本文称为俯仰接头)。在替代的实施方式中，使用致动器扭矩、绕组电流、电压和/或角速度来控制致动器。可以替代地使用本领域已知的其他致动方法。在又一实施方式中，控制模态的一些组合也可用于各种致动器。例如，激动致动器可以使用力控制拉动缆绳，而相同接头的拮抗致动器可以使用位置控制驱动其缆绳。

在使用致动器位置控制的一些实施方式中，腕部组件的缆绳的总运动是三个接头(腕部接头、钳口接头和俯仰接头)中每一个的各自缆绳运动的叠加。将每个接头的缆绳位置添加到其他接头的缆绳位置，以确定缆绳的净期望位置。

对于腕部组件100的实施方式，假设所有接头上的所有缆绳的力矩臂恒定，以下表1中的数字指示由适当的致动器执行的缆绳位置单位，以便以给定的量影响给定的接头角度。

在一个实施方式中，表1中的值指示应用于每根缆绳的位置或位置变化(由适当的致动器拉入)，以实现给定的接头角度或接头角度变化(弧度)。负值指示给定的缆绳应放出，而不是由给定的致动器拉入。因此，表中值的单位为毫米/弧度(mm/rad)。机器人的不同实施方式可以具有表中的值的不同组合，并且基于所使用的控制模式和/或组件的元件大小相应地进行调整。

为了控制给定的接头，使用采用标准反馈和前馈控制技术的任何组合的标准控制系统，包括但不限于PID、超前-滞后、LQR、H-无穷、模型预测、滑动模态、模型参考自适应控制、基于神经网络的控制。该控制系统基于接头角度的设定值(来自人类输入或其他输入)和感测的接头角度生成误差信号。控制器接收该误差信号并产生控制力，表示接头将尝试从当前位置朝向期望位置驱动的力度。在一些实施方式中，控制力表示为接头角度的变化。在一些实施方式中，关于机器人状态的其他信息可以在控制系统中使用。然后，将该控制力乘以以上表中的值，以计算期望缆绳长度或由单个致动器驱动的缆绳长度变化，从而使接头达到期望位置。在一些实施方式中，这些长度变化是相对于在初始化期间记录的初始缆绳位置(或致动器角度)。

例如，为了打开第一钳口和第二钳口，使得每个钳口绕钳口轴线189旋转，以使钳口打开1弧度，将缆绳182拉入5mm，而缆绳185和缆绳181放出2.5mm长度。如果表格对于缆绳的指示为“0”，这意味着缆绳对于给定的接头保持恒定。缆绳185和181均与缆绳182对向作用，因此对于钳口接头的给定运动角度，缆绳185和181只需要放出缆绳182所拉入的缆绳的一半。如果接头上缆绳的力矩臂不等于其他力矩臂，则适当调整上表中的缩放比例。举例而言，如果缆绳182的力矩臂是缆绳185和181的力矩臂的两倍，则缆绳182将以10mm/弧度拉动，而缆绳181和185各自仍将以2.5mm/弧度放出。为了使接头在以上表中所示相反的方向上移动，将反转表中所示的数字符号。在不同的实施方式中，可以使用不同的致动器控制模式，诸如扭矩、速度或其他控制模式。在这些不同的实施方式中，基于所使用的致动器控制模式来调整以上表中所示的值。

在一些实施方式中，腕部组件100的线缆被控制，使得其位置、力或其他受控量的一些分量独立于对向的线缆。这种类型的控制策略包括但不限于，当改变方向时，在对向缆绳开始放出之前或之后开始拉动一根缆绳，并且包括在某些情形期间添加到控制给定接头的所有缆绳的增加或减少的预负载。在腕部组件100的一些实施方式中，可以控制缆绳，使得其位置、力或其他受控量的一些分量独立于对向的缆绳。该类型的控制策略包括但不限于：当改变方向时，在对向的一根或一对缆绳开始放出之前或之后开始拉动一根或一对缆绳，包括在某些情形期间添加到控制给定接头的所有缆绳的增加或减少的预负载。恒定或可变的缩放比例可与上表结合，以使得一些缆绳的拉动或放出快于对向缆绳，以便提供对接头更收紧或更放松的控制。还可以将偏移添加到缆绳或缆绳对位置以提供受控的松弛部分量。

与腕部组件100类似，在腕部组件400的一些实施方式中使用位置控制来控制绕不同轴的致动。在这些实施方式中，布线到第一和第二钳口的所有缆绳在内部布线通过铰链旋转组件和钳口组件。图34B示出了根据一个实施方式的缆绳482和485通过铰链旋转体的布线。此外，在这些实施方式中，由于缆绳通过组件的布线不同，腕部组件的控制的致动不同。如上所述，两条缆绳终止于每个钳口上。在这些实施方式中，终止于第一钳口上的缆绳对位于俯仰轴188的同一侧面，而终止于第二钳口的缆绳对位于俯仰轴的对向侧面，如图34C所示。在这些实施方式中，终止于每个钳口中的两条缆绳中的一条用于打开钳口，而第二条缆绳用于关闭钳口。在图34A所示的说明性实施方式中，缆绳482和491是用于打开和关闭第一钳口403的缆绳对，缆绳482用于打开第一钳口(即，远离第二钳口移动)，缆绳491用于关闭第一钳口(即，朝向第二钳口移动)。在图34A-图34D所示的实施方式中，为了独立于第二钳口404打开第一钳口403，通过致动器拉入缆绳482，同时在缆绳491上放出相同量的缆绳长度。此外，第二钳口的缆绳保持恒定。使用如上文对于独立于另一钳口打开一个钳口所详细描述的相同技术来独立于第二钳口关闭一个钳口。例如，在图34A-图34D所示的实施方式中，为了关闭第一钳口，拉入缆绳491，同时放出相同量的缆绳482的长度，并且缆绳481和485保持恒定。

在腕部组件400的这些实施方式中，假设所有接头上的所有缆绳的力矩臂恒定，通过拉动一对缆绳同时以相同的量放出剩余的一对缆绳来控制每个接头。以下表2指示了对于腕部组件400的一些实施方式，为了提供给定接头的期望运动而拉动的缆绳的量。符号指示在正方向上缆绳应以何种方式移动以产生输出接头运动；正是指拉动缆绳，而负是指放出缆绳。在以下表中，单位是毫米(mm)/弧度(rad)。表中“a”是与俯仰轴同心的滑轮的半径，“b”是与钳口轴线同心的滑轮的半径，“b/2”是与钳口轴线同心的滑轮的半径的一半。

在一些实施方式中，可以控制缆绳，使得其位置、力或其他受控量的一些分量独立于对向的缆绳。这种类型的控制策略包括但不限于：当改变方向时，在对向的一根或一对缆绳开始放出之前或之后开始拉动一根或一对缆绳，并且包括在某些情形期间添加到控制给定接头的所有缆绳的增加或减少的预负载。恒定或可变的缩放比例可与上表结合，以使一些缆绳的拉动或放出速度快于对向缆绳，以便提供对接头更收紧或更放松的控制。还可以将偏移添加到缆绳或缆绳对位置以提供受控的松弛部分量。

本文所述的主题可以用数字电子电路或计算机软件、固件或硬件来实现，包括本说明书中公开的结构手段及其结构等价物，或其组合。本文所述的主题可以被实现为一个或多个计算机程序产品，诸如有形地体现在信息载体中(例如，在机器可读存储装置中)或者体现在传播的信号中以由数据处理装置(例如，可编程处理器、电脑或多台计算机)执行或控制其操作的一个或多个计算机程序。计算机程序(也称为程序、软件、软件应用程序或代码)可以以任何形式的编程语言，包括编译型语言或解释型语言编写，并且其可以在任何形式中被展开，包括作为独立程序或作为模块、元件、子例程或其他适用于计算环境中的单元。计算机程序不必然与文件对应。程序可以被存储在包含其他程序或数据的文件的一部分中、在专用于讨论中的程序的单个文件中或者在多个协调文件中(例如，存储一个或多个模块、子程序或部分代码的文件)。计算机程序可以被展开以在一台计算机上或者在一个站点处或分布在多个站点处的多台计算机上执行，并通过通信网络进行互相连接。

本说明书中所述的方法和逻辑流，包括本文所述的主题的方法步骤，可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器来执行，以通过操作输入数据和生成输出来执行本文所述的主题的功能。该方法和逻辑流也可以被专用逻辑电路执行，且本文所述的主题的装置可以被实现为专用逻辑电路，该专用逻辑电路例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。

适用于执行计算机程序的处理器包括例如通用微处理器和专用微处理器，以及任何类型的数字计算机的任一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是执行指令的处理器以及存储指令和数据的一个或多个存储装置。通常，计算机还将包括或被可操作地耦合到一个或多个用于存储数据的大容量存储装置，例如磁盘、磁光盘或光盘，以从其接收数据或向其转移数据或两者。适用于体现计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器，包括例如半导体存储装置(例如，EPROM、EEPROM和闪速存储器装置)；磁盘(例如，内部硬盘或可移动磁盘)；磁光盘；以及光盘(例如，CD和DVD盘)。处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或并入专用逻辑电路。

为了提供与用户的交互，本文所述的主题可以在计算机上实现，该计算机具有用于向用户显示信息的显示装置，例如CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器，以及键盘和指点装置(例如，鼠标或轨迹球)，用户可以通过其向计算机提供输入。其他类型的装置也可以用于提供与用户的交互。例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感官反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)，且来自用户的输入可以以任何形式被接收，包括声音、语音或触觉输入。

本文所述的主题可以在计算系统中实现，其包括后端元件(例如，数据服务器)、中间件元件(例如，应用程序服务器)或前端元件(例如，具有图形用户界面或网络浏览器的客户端计算机，用户可以通过其与本文所述主题的实现进行交互)或者这样的后端元件、中间件元件和前端元件的任何组合。系统的元件可以由任何形式或媒介的数字数据通信例如通信网络互相连接。通信网络的实例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)，例如，因特网。

应当理解，被公开的主题不限于其对于构造的细节以及下列描述中阐述的或附图中所示的元件的布置的应用。被公开的主题能够具有其他实施方式并且能够以各种方式进行实践和执行。此外，应当理解，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被认为是限制性的。

因此，本领域技术人员将会理解，本公开内容所基于的概念可以很容易地被用作设计其他结构、方法和系统的基础，以实现所公开的主题的若干目的。因此，重要的是，只要权利要求不偏离所公开的主题的精神和范围，就将其视为包括此类等同的构造。

虽然在上述示例性实施方式中描述和说明了所公开的主题，但是应当理解，本公开内容仅以示例的形式给出，而且在不偏离由所附权利要求书限制的所公开的主题的精神和范围的情况下，可以对所公开的主题的实施细节进行许多改变。

Claims

1.一种腕部组件，包括：

a.钳口组件，包括：

i.第一钳口，其具有第一工作段、第一致动轮毂和可操作地耦合到所述第一致动轮毂的缆绳重定向轮毂，其中所述第一致动轮毂包括缆绳通道并限定外周长，并且其中所述缆绳重定向轮毂包括与所述第一致动轮毂的所述外周长相邻的重定向轮毂缆绳滚道，

ii.第二钳口，其具有第二工作段和第二致动轮毂，所述第二致动轮毂包括沿所述第二致动轮毂的外周长布置的第一缆绳滚道，

iii.用于所述第一钳口和所述第二钳口的壳体，所述壳体包括第一主体和第二主体，其中所述壳体被配置成允许所述第一钳口和所述第二钳口绕钳口轴线旋转，并且

其中所述第一钳口和所述第二钳口可移动地对向；

b.第一缆绳，其安设在所述第一缆绳滚道的至少一部分中并耦合到所述第二钳口；

c.第二缆绳，其安设在所述缆绳通道中并耦合到所述第二钳口；

d.第三缆绳，其安设在所述重定向轮毂缆绳滚道的至少一部分中并耦合到所述第一钳口；

其中对所述第一缆绳施加大于施加于所述第二缆绳的第二张力的第一张力导致沿所述钳口轴线生成第一扭矩，该第一扭矩引起所述第二钳口绕所述钳口轴线朝向所述第一钳口旋转，其中对所述第二缆绳施加大于施加于所述第一缆绳的所述第一张力所述的第二张力导致沿所述钳口轴线生成第二扭矩，该第二扭矩引起所述第二钳口绕所述钳口轴线远离所述第一钳口旋转，其中对所述第三缆绳施加大于施加于所述第二缆绳的所述第二张力的第三张力导致沿所述钳口轴线生成第三扭矩并引起所述第一钳口绕所述钳口轴线朝向所述第二钳口旋转，并且其中对所述第二缆绳施加大于施加于所述第三缆绳的所述第三张力的所述第二张力导致沿所述钳口轴线生成第四扭矩，该第四扭矩引起所述第一钳口绕所述钳口轴线远离所述第二钳口旋转；

e.至少一个第一旋转位置传感器，其安设成接近所述钳口轴线并被配置成检测所述第一钳口或所述第二钳口中的一个或多个绕所述钳口轴线的旋转；以及

f.控制系统，其被配置成使所述第一钳口或所述第二钳口中的一个或多个绕所述钳口轴线旋转。

2.根据权利要求0所述的腕部组件，所述腕部组件还包括铰链旋转组件，其被配置成提供所述钳口组件绕俯仰轴的旋转并且被配置成提供所述铰链旋转组件绕滚动轴的旋转，所述铰链旋转组件包括：

a.限定腔的凹形旋转体；

b.铰链旋转体，其包括具有缆绳导管的近端，其中所述缆绳导管容纳所述第一缆绳、所述第二缆绳或所述第三缆绳中的一个或多个，所述铰链旋转体的至少一部分安设在所述凹形旋转体的所述腔内；

c.铰链盖；和

d.安设在所述铰链旋转体与所述铰链盖之间的至少一个导轮，所述导轮具有沿所述导轮的外周长安设的导轮滚道，所述导轮绕所述俯仰轴安设，并且所述第二缆绳安设在所述导轮滚道的至少一部分中。

3.根据权利要求2所述的腕部组件，所述铰链旋转组件还包括旋转滑轮体，该旋转滑轮体可操作地耦合到所述铰链旋转体的所述近端，其中所述铰链旋转体与所述旋转滑轮体相对于所述凹形旋转体旋转以提供绕所述滚动轴的旋转移动。

4.根据权利要求2所述的腕部组件，还包括多个轴承，其中所述多个轴承位于以下一个或多个之间：

a.所述铰链旋转体与所述钳口组件的第一主体，

b.所述铰链旋转体与凸形轴承座圈，

c.所述至少一个导轮与所述钳口组件的所述第一主体，

d.所述铰链盖与所述钳口组件的所述第二主体，或者

e.所述铰链盖与凸形轴承座圈。

5.根据权利要求2所述的腕部组件，所述铰链旋转组件还包括解耦表面，该解耦表面被配置成允许所述第一缆绳、所述第二缆绳或所述第三缆绳中的一个或多个沿所述解耦表面的至少一部分滑动，以相对于在不存在所述解耦表面的情况下所述第一缆绳、所述第二缆绳或所述第三缆绳中的一个或多个的长度变化，减少所述第一缆绳、所述第二缆绳或所述第三缆绳中的一个或多个在绕所述俯仰轴的中心枢转时的长度变化。

6.根据权利要求5所述的腕部组件，其中所述解耦表面位于所述铰链盖或所述铰链旋转体中的至少一个上。

7.根据权利要求5所述的腕部组件，还包括至少一个第二旋转位置传感器，其安设成接近所述俯仰轴并且被配置成检测所述钳口组件绕所述俯仰轴的旋转。

8.根据权利要求7所述的腕部组件，包括位于所述俯仰轴处的多个第二旋转位置传感器。

9.根据权利要求7所述的腕部组件，还包括至少一个电子通信元件，其被配置成传输由所述至少一个第一旋转位置传感器或至少一个第二旋转位置传感器捕获的信息。

10.根据权利要求9所述的腕部组件，其中所述至少一个电子通信元件包括柔性印刷电路板(FPCB)。

11.根据权利要求9所述的腕部组件，其中所述至少一个电子通信元件包括印刷电路板(PCB)。

12.根据权利要求5所述的腕部组件，其中所述壳体的所述第一主体还包括铰链止块，其被配置成防止所述钳口组件绕所述俯仰轴旋转超过一旋转阈值。

13.根据权利要求2所述的腕部组件，还包括耦合到所述钳口组件的所述第一主体和所述第二主体中的一个的第四缆绳，其中对所述第四缆绳施加大于施加于对向缆绳的对向张力的第四张力导致沿所述俯仰轴生成第五扭矩，该第五扭矩引起所述钳口组件在第一俯仰方向上绕所述俯仰轴旋转，并且其中对所述对向缆绳施加大于施加于所述第四缆绳施加的所述第四张力的所述对向张力导致沿所述俯仰轴生成对向扭矩，该对向扭矩引起所述钳口组件在第二俯仰方向上绕所述俯仰轴旋转，所述第二俯仰方向绕所述俯仰轴在所述第一俯仰方向的相反方向上旋转。

14.根据权利要求13所述的腕部组件，其中所述对向缆绳和所述对向张力是以下中的一种或多种：

a.所述第一缆绳和所述第一缆绳张力，

b.所述第二缆绳和所述第二缆绳张力，或者

c.所述第三缆绳和所述第三缆绳张力。

15.根据权利要求13所述的腕部组件，其中所述对向缆绳是所述第一缆绳、所述第二缆绳或所述第三缆绳中的仅一种。

16.根据权利要求15所述的腕部组件：

其中所述对向缆绳是第一缆绳，并且其中对所述对向缆绳施加大于所述第四张力的所述对向张力导致沿所述俯仰轴生成所述对向扭矩，并引起所述钳口组件在所述第二俯仰方向上绕所述俯仰轴旋转，

其中所述对向缆绳是第二缆绳，并且其中对所述对向缆绳施加大于所述第四张力的所述对向张力导致沿所述俯仰轴生成所述对向扭矩，并引起所述钳口组件在所述第二俯仰方向上绕所述俯仰轴旋转，或者

其中所述对向缆绳是第三缆绳，并且其中对所述对向缆绳施加大于所述第四张力的所述对向张力导致沿所述俯仰轴生成所述对向扭矩，并引起所述钳口组件在所述第二俯仰方向上绕所述俯仰轴旋转。

17.根据权利要求2所述的腕部组件，其中所述控制系统还被配置成接受来自所述至少一个第一旋转位置传感器或所述至少一个第二旋转位置传感器中的一个或多个的数据，并确定所述第一张力、第二张力、第三张力、第四张力或对向张力中的一种或多种以引起所述钳口组件绕所述俯仰轴或所述钳口轴线中的一个或多个旋转。

18.根据权利要求17所述的腕部组件，其中所述控制系统还包括至少一个致动器，其被配置成对所述第一缆绳、第二缆绳、第三缆绳或第四缆绳中的一个施加张力，其中所述致动器是步进电机、伺服电机、液压致动器、气动致动器、压电电机或超声换能器中的一种。

19.根据权利要求0所述的腕部组件，其中所述缆绳重定向轮毂和所述第一致动轮毂为整体构造。

20.根据权利要求0所述的腕部组件，其中所述缆绳重定向轮毂包括重定向销，并且其中所述第二缆绳在所述缆绳通道内绕过所述重定向销的至少一部分。

21.根据权利要求0所述的腕部组件，其中所述第一致动轮毂还包括第一缆绳布线突出物，其中所述第一缆绳布线突出物被配置成提供一表面，在所述第一钳口绕所述钳口轴线在第一方向上旋转期间所述第二缆绳沿该表面移动。

22.根据权利要求21所述的腕部组件，其中所述第一缆绳布线突出物被配置成相对于在不存在所述第一缆绳布线突出物的情况下在所述第一钳口在所述第一方向上绕所述钳口轴线旋转期间沿所述钳口轴线的扭矩，减小在所述第一钳口在所述第一方向上绕所述钳口轴线旋转期间沿所述钳口轴线的扭矩。

23.根据权利要求21所述的腕部组件，其中所述第一缆绳布线突出物被配置成相对于在不存在所述第一缆绳布线突出物的情况下在所述第一钳口在所述第一方向上绕所述钳口轴线旋转期间所述第二缆绳的长度变化，减小在所述第一钳口在所述第一方向上绕所述钳口轴线旋转期间所述第二缆绳的长度变化。

24.根据权利要求21所述的腕部组件，其中所述第一致动轮毂还包括第二缆绳布线突出物，其中所述第二缆绳布线突出物被配置成提供一表面，在所述第一钳口绕所述钳口轴线在第二方向上旋转期间所述第二缆绳沿该表面移动，所述第二方向是相对于所述第一方向的相反旋转方向。

25.根据权利要求24所述的腕部组件，其中所述第二缆绳布线突出物被配置成相对于在不存在所述第二缆绳布线突出物的情况下在所述第一钳口在所述第二方向上绕所述钳口轴线旋转期间沿所述钳口轴线的扭矩，减小在所述第一钳口在所述第二方向上绕所述钳口轴线旋转期间沿所述钳口轴线的扭矩。

26.根据权利要求24所述的腕部组件，其中所述第二缆绳布线突出物被配置成相对于在不存在所述第二缆绳布线突出物的情况下在所述第一钳口在所述第二方向上绕所述钳口轴线旋转期间所述第二缆绳的长度变化，减小在所述第一钳口在所述第二方向上绕所述钳口轴线旋转期间所述第二缆绳的长度变化。

27.根据权利要求0所述的腕部组件，其中所述第一致动轮毂还包括第一支点和绕所述第一支点安设的第一缆绳滑轮。

28.根据权利要求27所述的腕部组件，其中所述第一致动轮毂还包括第二支点和绕所述第二支点安设的第二缆绳滑轮。

29.根据权利要求28所述的腕部组件，其中所述第二缆绳绕过所述第一缆绳滑轮和所述第二缆绳滑轮。

30.根据权利要求29所述的腕部组件，其中所述第二缆绳具有约240至300度的围绕所述第一缆绳滑轮的缠绕角，并且所述第二缆绳具有小于约110度的围绕所述第二缆绳滑轮的缠绕角。

31.根据权利要求0所述的腕部组件，还包括安设成接近所述钳口轴线的多个第一旋转位置传感器。

32.根据权利要求0所述的腕部组件，其中所述第一工作段和所述第二工作段被配置成与所述钳口组件的其余部分电隔离。

33.根据权利要求32所述的腕部组件，其中所述第一工作段和所述第二工作段被配置成烧灼工具。

34.根据权利要求0所述的腕部组件，其中所述控制系统还包括至少一个致动器，其被配置成对所述第一缆绳、第二缆绳或第三缆绳中的一个施加张力，并且其中所述致动器是步进电机、伺服电机、液压致动器、气动致动器、压电电机或超声换能器中的一种。

35.根据权利要求0所述的腕部组件，其中所述第一钳口和第二钳口是可独立移动的。

36.根据权利要求0所述的腕部组件，其中所述壳体的所述第一主体还包括第一钳口止块，并且所述壳体的所述第二主体还包括第二钳口止块，其中所述第一钳口止块和所述第二钳口止块被配置成防止所述第一钳口或所述第二钳口中的一个或多个绕所述钳口轴线旋转超过旋转阈值。