CN113893039A

CN113893039A - 安装系统

Info

Publication number: CN113893039A
Application number: CN202111225396.6A
Authority: CN
Inventors: J·E·弗拉特; D·A·斯桃顿; M·B·帕思特里克
Original assignee: Stryker Corp
Current assignee: Stryker Corp
Priority date: 2015-02-20
Filing date: 2016-02-19
Publication date: 2022-01-07
Also published as: EP3258875B1; CN107249496B; US20230100361A1; US10357324B2; US11504203B2; KR20170120093A; US20190290379A1; US20160242861A1; AU2021203414B2; AU2023263565A1; AU2016219862B2; JP6860490B2; EP4205689A1; EP3258875A1; KR20220156095A; JP2021072901A; JP2018512185A; CN107249496A; KR102602379B1; WO2016134266A1

Abstract

本发明涉及一种安装系统，包括：与手术机器人的臂相联的第一安装部分，所述第一安装部分包括主体、固定到所述主体的盖板和限定在所述盖板中的多个接收部，并且每个接收部限定接触表面；与所述手术机器人的末端执行器相联并且构造成可释放地联接到所述第一安装部分的第二安装部分，所述第二安装部分支撑具有多个运动学联接件的接口，所述运动学联接件构造成接合所述第一安装部分的所述接收部的所述接触表面，并且提供所述第一安装部分和第二安装部分之间的运动学联接，以约束所述臂和所述末端执行器之间的六个自由度；以及包括张紧器的预加载机构，所述张紧器能够在张紧位置和松弛位置之间旋转，以将所述第一安装部分和第二安装部分夹持在一起。

Description

安装系统

本申请是名称为“无菌屏障组件、用于联接手术部件的安装系统和方法”、国际申请日为2016年2月19日、国际申请号为PCT/US2016/018691、国家申请号为201680009618.1的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求在2015年2月20日提交的美国临时专利申请序列号62/118,737的优先权和权益，其全部内容在此以引用的方式并入本申请。

技术领域

本发明涉及无菌屏障组件、通过该无菌屏障组件联接手术部件的安装系统和方法。

背景技术

已知例如手术用消毒帷帘这样的无菌屏障组件用于在手术期间建立手术部件之间的屏障。例如，手术用消毒帷帘可以用于提供机器人臂和附接到该机器人臂的末端执行器之间的屏障。在手术中，机器人臂未经消毒处理，而末端执行器无菌。手术用消毒帷帘形成了机器人臂和末端执行器之间的屏障，以防止对末端执行器在其中操作的无菌区的污染。

通常，安置在机器人臂和末端执行器之间的手术用消毒帷帘具有穿孔或者其它开口，能够通过所述穿孔或者其它开口在机器人臂和末端执行器之间实施不同连接，例如，机械连接和/或电连接。只要在手术期间覆盖这些穿孔，则这些穿孔便是可接受的。如果末端执行器在手术期间失效并且需要被更换，或者如果需要不同的末端执行器，并且穿孔变得未被覆盖，则标准手术室无菌规程可以指出在能够安装不同的末端执行器之前需要更换手术用消毒帷帘。因为移除手术用消毒帷帘并且安装新的手术用消毒帷帘占用了宝贵时间，因此更换是不期望的。

其它手术用消毒帷帘没有被刻意穿孔，而是替代地将其压缩在机器人臂和末端执行器之间。在压缩时，如果手术用消毒帷帘由薄塑料形成，则可能发生意外的撕扯。即使在手术用消毒帷帘确实保持完整无缺时，由于手术用消毒帷帘的可压缩性，也使得末端执行器在机器人臂上的定位不精确。例如，手术用消毒帷帘可能不均匀地压缩。此外，由常规帷帘材料制成的厚帷帘会在正常末端执行器负荷的作用下偏斜弯曲。小幅度偏斜弯曲被放大至末端执行器的工具中心点(TCP)并且能够因TCP的定位准确性错误而变得不可接受。

因此，本领域需要解决这些缺陷中的一个或者多个。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种用于在手术期间建立第一手术部件和第二手术部件之间的屏障的无菌屏障组件。该组件包括防护覆盖件，所述防护覆盖件具有多个运动学联接件。该多个运动学联接件通过防护覆盖件提供了第一手术部件和第二手术部件之间的运动学联接。

在另一个实施例中，提供了一种用于联接第一手术部件和第二手术部件的安装系统。该系统包括用于第一手术部件的第一安装部分和用于第二手术部件的第二安装部分。该系统还包括防护覆盖件，所述防护覆盖件具有多个运动学联接件，以便通过所述防护覆盖件运动学地联接第一安装部分和第二安装部分。

在又一个实施例中，提供了一种用于联接第一手术部件和第二手术部件的方法。该方法包括将无菌屏障组件安置在第一手术部件上，所述无菌屏障组件具有多个运动学联接件。该方法还包括将第二手术部件安置在无菌屏障组件上。该方法还包括预先加载预加载元件，以便通过无菌屏障组件经由所述多个运动学联接件将手术部件运动学地联接在前一起。

无菌屏障组件、安装系统和方法的一个优势是能够通过无菌屏障组件将第一手术部件运动学地联接到第二手术部件，使得定位是可重复的且确定的，而与此同时保持无菌屏障组件完整。

附图说明

当结合附图考虑时通过参照以下详细描述，本发明的优势将变得显而易见且更好理解，在所述附图中：

图1是包括安装系统和无菌屏障组件的机器人手术系统的透视图；

图2是安装系统的透视图；

图3是图2的安装系统的剖视透视图；

图4是图2的安装系统的另一剖视透视图；

图5是第一安装部分的正透视图；

图6是第二安装部分的正透视图；

图7是无菌屏障组件的正透视图；

图8是无菌屏障组件的剖视透视图；

图9是图2的安装系统的剖视透视图；

图10是图5的第一安装部分的剖视透视图；

图11是图5的第一安装部分的剖视透视图；

图12是图6的第二安装部分的剖视透视图；

图13是预加载机构的部件的透视图；

图14是与图6的第二安装部分相联的捕获件的透视图；

图15是预加载机构的凸轮轴的透视图；

图16是剖视透视图，其示出了第一安装部分和第二安装部分之间的通过无菌屏障组件的电连接；

图17是替代安装系统的透视图；

图18是图17的替代安装系统的剖视透视图；

图19是图17的替代安装系统的另一剖视透视图；

图20是第一安装部分的正透视图；

图21是第二安装部分的正透视图；

图22是替代无菌屏障组件的正透视图；

图23是替代无菌屏障组件的后透视图；

图24是替代无菌屏障组件(没有帷帘)的剖视透视图；

图25是替代无菌屏障组件(没有帷帘)的剖视透视图；

图26是替代无菌屏障组件(没有帷帘)的分解透视图；

图26A是图26的近视图；

图27是图17的替代安装系统的剖视透视图；

图28是负荷构件的透视图；

图29是凸轮轴的透视图；

图30是第一安装部分的剖视透视图；

图31是第二安装部分的剖视透视图；和

图32示出了将替代无菌屏障组件安装到机器人臂和末端执行器上的步骤。

图33是另一个替代屏障组件。

图34是图33的替代屏障组件的剖视图。

图35是图33的替代屏障组件的帷帘的近视图。

图36是包含图33的替代屏障组件的另一个替代安装系统的剖视图。

图37是图33的替代屏障组件的背板组件的透视图。

图38和39是图33的替代屏障组件的剖视图，其示出了与机器人臂的第一安装部分的连接。

图40和41是图33的替代屏障组件的剖视图，其示出了与末端执行器的第二安装部分的连接。

图42和43是图33的替代屏障组件的预加载机构的部件的分解视图。

图44是图33的替代屏障组件的操作杆的局部分解视图。

图45是用于预加载图33的替代屏障组件的图44的操作杆的视图；

图46是用于从机器人臂的第一安装部分释放图33的替代屏障组件的致动器的部件的立视图；

图47A和47B是用于在安装到第一安装部分时对准图33的替代屏障组件的粗差定位特征的视图。

具体实施方式

参照图1和2，示出了安装系统20，其用于使用无菌屏障组件22运动学地联接第一手术部件和第二手术部件。在本文描述的一个实施例中，第一手术部件是机器人臂R而第二手术部件是用于机器人臂R的末端执行器EE。应当理解的是，可以采用安装系统20来使用无菌屏障组件22运动学地联接任何手术部件。

机器人臂R包括第一安装部分24并且末端执行器EE包括第二安装部分26。无菌屏障组件22位于第一安装部分24和第二安装部分26之间，以便在手术期间建立机器人臂R和末端执行器EE之间的屏障。该屏障将机器人臂R与无菌区S分隔开，末端执行器EE在所述无菌区中操作。在手术期间，认为机器人臂R非无菌并且屏障降低了污染物从机器人臂R迁移到无菌区S中的可能性。

使用无菌屏障组件22将安装部分24、26运动学地联接在一起。运动学联接提供了安装部分24、26之间的刚性连接，使得安装部分24、26之间的定位可以是确定的且可重复的。由于这种刚性、确定且可重复的连接，因此能够减少定位末端执行器EE过程中所发生的错误，所述错误与更具有挠性的连接有关。

运动学联接恰好约束要被约束的自由度，即，不过度约束自由度。例如，在一个实施例中，在安装部分24、26之间存在六个自由度，例如，三个平移和三个旋转。因此，运动学联接恰好约束这六个自由度。

参照图3和4，使用无菌屏障组件22的多个运动学联接件(还称作运动学元件)运动学地联接安装部分24、26。在示出的实施例中，运动学联接件是球面球28。在使用期间，球28位于安装部分24、26的第一多个接收部30、32、34和第二多个接收部36、38、40中。接收部30、32、34、36、38、40成适当尺寸和形状，以接收球28。在示出的实施例中，第一安装部分24包括第一主体42和第一盖板44，所述第一盖板固定到第一主体42。所述第一多个接收部30、32、34固定在第一盖板44中。第二安装部分26包括第二主体46和第二盖板48，所述第二盖板固定到第二主体46。所述第二多个接收部36、38、40固定在第二盖板48中。

参照图5和6，所述第一多个接收部30、32、34包括具有接触表面50的一个接收部30，所述接触表面具有圆锥构造(还称作圆锥接收部)。另一个接收部32具有由V状槽提供的一对接触表面52(还称作V槽接收部)。又一个接收部34具有包括平坦部54的接触表面(还称作平面接收部)。所述第二多个接收部36、38、40包括具有接触表面56的三个接收部，所述接触表面具有圆锥构造(即，圆锥接收部)。三颗球28被拘限在对应的对准的接收部对之间，即，接收部30与接收部36、接收部32与接收部38以及接收部34与接收部40，如图3和4中所示。接收部30、32、34、36、38、40的接触表面50、52、54、56作为在此描述的用于运动学联接的约束表面。

接收部30、32、34、36、38、40可以由钢或者其它合适刚性材料形成并且可以是刚性连接到盖板44、48的单独部件，或者可以与盖板44、48成一体。接收部30、32、34、36、38、40可以集成到安装部分24、26中，在所述情况中，接收部30、32、34、36、38、40仅仅包括约束表面，所述约束表面与安装部分24、26成一体，用于固定球28，或者接收部30、32、34、36、38、40可以经由各种结构以各种方式附接到安装部分24、26。

当安装部分24、26沿着近似最终定向被带到一起时(其中，无菌屏障组件22定位在所述安装部分之间)，无菌屏障组件22的球28自己安置到接收部30、32、34、36、38、40中。第一安装部分24的圆锥接收部、V槽接收部和平面接收部分别经由与球28接触的三个点、两个点和一个点移除了三个自由度、两个自由度和一个自由度。因此，恰好约束了六个自由度。在其它实施例中，如下文进一步描述，第一安装部分24的第一多个接收部30、32、34中的每一个均可以经由与球28接触的两个点移除两个自由度。在这些情况中的任意一种中，经由恰好六个接触点(例如，每个自由度一个接触点)恰好约束六个自由度。

参照图7和8，无菌屏障组件22包括防护覆盖件58。防护覆盖件58包括接口60和附接到接口60的帷帘62。帷帘62具有内表面和外表面。内表面在手术期间毗邻机器人臂R放置。在示出的实施例中，帷帘62装配到机器人臂R，以便整体包封机器人臂R。帷帘62由聚乙烯、聚丙烯和聚碳酸酯中的至少一种形成。帷帘62可以通过超声焊接、带、粘合剂等附接到接口60。帷帘62附接到接口60，使得不存在穿孔，即，帷帘形成与接口60接续的连续屏障。

在示出的实施例中，接口60由模制塑料材料形成。接口60可以由橡胶、硅树脂、尿烷或者其它合适材料形成。接口60包括主壁64，所述主壁具有外周和在外周处连结主壁64的外周壁66。外周壁66可以大体上垂直于主壁64，但是优选地从垂直略微向外张开以限定用于接收第一安装部分24的腔68。帷帘62附接到接口60的外周壁66(参见图8)。在附图2-4、9和16中没有示出帷帘62，以为了更好地示出其它部件。

主壁64具有多个分离的支撑部70、72、74、76，所述多个分离的支撑部具有更大的厚度。主壁64在支撑部70、72、74、76之间具有介于大约0.050英寸至大约0.150英寸之间的宽度，并且在支撑部70、72、74、76处具有介于大约0.150英寸至大约0.250英寸之间的宽度。主壁64具有80度的A型邵氏硬度。

接口60包括集成在其中的球28。在一个实施例中，球28插入模制在三个支撑部70、72、74中。如上所述，球28布置成接收在所述第一多个接收部30、32、34和所述第二多个接收部36、38、40中，以便运动学地联接第一安装部分24和第二安装部分26。球28定位成，使得屏障保持支撑部70、72、74和球28之间无破损，以便降低污染物迁移通过接口60的可能性。因此，帷帘62和接口60提供了阻碍污染物从机器人臂R迁移到无菌区S中的连续屏障。

在一个实施例中，球28具有抛光的耐腐蚀表面，使得在一定负荷条件下能够在定位安装部分24、26的过程中实现亚微米的可重复性。球28可以由陶瓷、不锈钢或者其它合适材料形成。球28可以由碳化硅或者碳化钨形成。球28可以被精确机械加工成具有非常严格的公差，例如，小于一英寸的一百万分之五十。

接口60包括多个电气端子。在示出的实施例中，电气端子是引脚78，所述引脚可以插入模制到主壁64中。引脚78定位成，使得屏障保持主壁64和引脚78之间无破损，以便降低污染物迁移通过接口60的可能性。引脚78跨过无菌屏障组件22传递电力/信号。

接口60包括预加载元件。在示出的实施例中，预加载元件是伸长的负荷条80。负荷条80可以插入模制到支撑部中的一个中。负荷条80形成为在其侧部上具有倒圆凹部，以便促进嵌入在支撑部中，使得负荷条80在使用期间保持固定到接口60。负荷条80定位成，使得屏障保持支撑部和负荷条80之间无破损，以便降低污染物迁移通过接口60的可能性。因此，帷帘62和接口60提供了防止污染物从机器人臂R迁移到无菌区S中的连续屏障。

负荷条80具有第一端部和第二端部。负荷条80可以由不锈钢、Kevlar复合物或者其它合适刚性材料形成。负荷条80在所述端部中的每一个附近限定了孔82。插入件84位于孔82中。插入件84为圆筒衬套的形式。插入件84由不锈钢或者氮化硅形成。在一些实施例中，采用负荷条80而同时又没有使用插入件。

参照图9-11，一旦安装部分24、26沿着近似最终定向被带到一起，预加载机构86便将所述安装部分夹持就位。在示出的实施例中，负荷条80形成预加载机构86的一部分，并且还作为将防护覆盖件58保持在机器人臂R上的初始支撑构件。预加载力施加到负荷条80。预加载力的大小超过通过运动学联接的预期加载，使得保持运动学联接和相关性能。

预加载机构86还包括第一捕获件88。第一捕获件88可滑动地布置在捕获件引导件90中，以便从解锁位置移动到锁止位置。捕获件引导件90保持在第一内腔92中(参见图4)，所述第一内腔限定在第一主体42中。捕获件引导件90限定了长圆贯通通道94，第一捕获件88在所述长圆贯通通道中滑动。

如图11中所示，第一弹簧96从第一主体42的侧壁98将第一捕获件88侧向偏压到锁止位置中。第一释放按钮(未示出)能够可滑动地布置在第一主体42中，以便释放第一捕获件88。可以仅仅按压第一释放按钮，以使得第一捕获件88从锁止位置滑动到解锁位置。

负荷条接收件100限定了另一条长圆通道102。捕获件引导件90和接收件100的长圆通道94、102相互对准，使得第一捕获件88可在其中滑动，以便从解锁位置移动到锁止位置。接收件100是圆柱形的。接收件100还限定了贯穿其中的负荷条狭槽104。负荷条狭槽104垂直于接收件100中的长圆通道102布置，以便接收负荷条80的第一端部。

在使用期间，负荷条80的第一端部插入到负荷条狭槽104中，直到负荷条80中的孔82中的一个由第一捕获件88接合为止(参见图4和9)。一旦负荷条80由第一捕获件88完全接合，则无菌屏障组件22被大体上支撑在第一安装部分24上，以为了进一步操纵。因此，负荷条80和第一捕获件88作为无菌屏障组件22的初始支撑机构。

参照图9和12-15，预加载机构86还包括第二捕获件106。第二捕获件106可滑动地布置在第二主体46中。更加具体地，第二安装部分26限定了第二内腔108，在所述第二内腔中，第二捕获件106能够在解锁位置和锁止位置之间滑动。

第二弹簧110从第二主体46的侧壁112将第二捕获件106侧向偏压到锁止位置中。如第一释放按钮，第二释放按钮114能够可滑动地布置在第二主体46中，以便释放第二锁止件106。可以仅仅按压第二释放按钮114，以使得第二捕获件106从锁止位置移动到解锁位置。

固定到第二主体46的第二盖板48具有伸长狭槽116(参见图6)，所述伸长狭槽成适当尺寸，以接收负荷条80的第二端部，所述第二端部与插入到接收件100中的第一端部相对。

在使用期间，负荷条80的第二端部插入到伸长狭槽116中，直到负荷条80中的另一孔82由第二捕获件106接合为止。一旦负荷条80由第二捕获件106完全接合，则无菌屏障组件22和第二安装部分26便被大体上支撑在第一安装部分24上，以为了进一步安装。因此，负荷条80、第一捕获件88和第二捕获件106还作为无菌屏障组件22和第二安装部分26的支撑机构。

如图9中所示，预加载机构还包括张紧器118，所述张紧器可操作地联接到负荷条80。张紧器118将张紧力施加到负荷条80并且利用预加载力将第一安装部分24和第二安装部分26夹持在一起，使得球28安置在所述第一多个接收部30、32、34和所述第二多个接收部36、38、40中。

参照图12和13，张紧器118通过使得第二捕获件106相对于第一捕获件88移动而将张紧力施加到负荷条80。第二捕获件106在第二主体46中的解锁位置和锁止位置之间能够滑动的同时还被围绕枢轴120可枢转地支撑在第二主体46中。枢轴120位于第二主体46中的一对支撑孔122、124中。第二捕获件106限定了贯穿其中的枢轴孔126(参见图14)，以为了接收枢轴120。结果，第二捕获件106能够围绕枢轴120枢转。

张紧器118包括凸轮轴128。凸轮轴128能够在张紧位置和松弛位置之间旋转。凸轮轴128被可旋转地支撑在第二主体46中的一对支撑孔130、132中。凸轮轴128具有第一圆柱轴段134和第二圆柱轴段136，所述第一圆柱轴段和所述第二圆柱轴段由衬套138可旋转地支撑在支撑孔130、132中。

凸轮轴128包括位于第一轴段134和第二轴段136之间的凸轮段140(参见图9和15)。凸轮段140相对于第一轴段134和第二轴段136偏移。凸轮段140布置在凸轮通道142中，所述凸轮通道限定在第二捕获件106中(参见图14)。凸轮通道142是矩形的，并且在第二捕获件106的一个端部附近延伸穿过第二捕获件106，而枢轴孔126在相对的端部附近延伸穿过第二捕获件106。当凸轮轴128开始朝向张紧位置旋转时，凸轮段140接触限定了凸轮通道142的内表面144。凸轮轴128的进一步旋转致使凸轮段140抵靠内表面144进行附加的凸轮动作，这使得第二捕获件106围绕枢轴120枢转，使得将张紧力施加在负荷条80上。

张紧器118还包括操作杆146，所述操作杆经由操作杆附接件148可旋转地固定到凸轮轴128。操作杆附接件148具有符合操作杆146中的腔(未示出)的形状的几何形状，使得操作杆146的致动导致凸轮轴128的旋转。凸轮轴128至少旋转九十度，以便在松弛位置和张紧位置之间移动。当然，松弛位置和张紧位置之间的其它位置可以将张紧力施加在负荷条80上，并且能够适于施加所需的预加载力。

在凸轮轴128定位在所需位置(例如，张紧位置)中时，锁止操作杆146。在张紧位置中，将预加载张紧力施加到负荷条80。通过在施加预加载力之后锁止操作杆146，在使用机器人臂R和末端执行器EE期间持续施加预加载力，以便保持运动学联接。预加载机构86跨过无菌屏障组件22传递预加载力，而同时又没有刺穿屏障。

当张紧器118将预加载力施加到负荷条80时，盘簧150将等于预加载力的压缩力施加到负荷条80。盘簧150容纳在两个弹簧垫片152之间。盘簧150将捕获件引导件90、接收件100和第一捕获件88朝向第一主体42的后壁154偏压。盘簧150借助于负荷条80被锁止到第一捕获件88而偏压负荷条80。

当球28在所述第一多个接收部30、32、34和所述第二多个接收部36、38、40内对准并且预加载力被施加时，接口60能够在球28之间发生一定程度的伸展和/或弯曲，使得球28正确地安置在接收部30、32、34、36、38、40中，特别地当所述第二多个接收部36、38、40具有圆锥构造(其在三个接触点处接合球28中的每一个)。在不破坏屏障的情况下发生这种伸展和/或弯曲。因此，球28能够在预加载时移动到接收部30、32、34、36、38、40中。接口60的这些性能允许制造公差。换言之，接口60能够伸展和/或弯曲而同时又没有破坏与球28的接触或者密封，诸如在模制期间形成的接触或者密封。

一旦就位，则球28的位置相对于所述第一多个接收部30、32、34和所述第二多个接收部36、38、40固定。结果，第一安装部分24和第二安装部分26运动学地联接在一起，而同时又没有刺穿无菌屏障组件22。运动学联接允许末端执行器EE易于在同一位置处从机器人臂R释放并且再次连结到机器人臂R。运动学联接还允许末端执行器EE易于从机器人臂R释放，使得具有类似安装部分的不同末端执行器能够运动学地联接到机器人臂R。

图16示出了电力和/或其它信号连接，所述电力和/或其它信号连接能够制成通过无菌屏障组件22。这些连接采用引脚78。这些引脚78使得附接到第一安装部分24和第二安装部分26的电连接件电互连。

在图5、6和16的实施例中，第一安装部分24包括第一电连接件基座156。第一电连接件基座156固定在限定在第一主体42中的通信腔158中。第一盖板44限定了进入到通信腔158中的开口160。电线通道162还限定在第一主体42中，以承载离开第一电连接件基座156的电线。多个探针式连接件164(例如，弹簧加载的电连接件)由第一电连接件基座156可移动动地支撑。

第二安装部分26包括第二电连接件基座166。第二电连接件基座166固定在第二盖板48中的开口168中。多个电接收器端子170由第二电连接件基座166支撑。当第一安装部分24和第二安装部分26运动学地联接在一起并且被预加载时，电接收器端子170接收接口60的引脚78。同样，探针式连接件164与接口60的引脚78接触，使得电力或者其它电信号能够流过引脚78。因此，电力、通信信号或者其它信号能够从机器人臂R抵达末端执行器EE并且反之亦然。

参照图17-32，示出了替代安装系统220，其使用无菌屏障组件222运动学地联接第一手术部件和第二手术部件(例如，机器人臂R和末端执行器EE)。

在这个实施例中，机器人臂R包括第一安装部分224并且末端执行器EE包括第二安装部分226。无菌屏障组件222位于第一安装部分224和第二安装部分226之间，以在手术期间建立机器人臂R和末端执行器EE之间的屏障。

参照图18和19，使用多个运动学联接件运动学地联接第一安装部分224和第二安装部分226。在这个实施例中，运动学联接件是球面球228。球228位于所述第一多个接收部230、232、234和第二多个接收部236、238、240中。接收部230、232、234、236、238、240成适当的尺寸和形状，以接收球228。第一安装部分224包括第一主体242和固定到第一主体242中的第一盖板248。所述第一多个接收部230、232、234固定在第一主体242中。第二安装部分226包括第二主体246。所述第二多个接收部236、238、240固定在第二主体246中。

参照图20，所述第一多个接收部230、232、234包括具有接触表面250的一个接收部230，所述接触表面具有圆锥构造(还称作圆锥接收部)。另一个接收部232具有由V状槽提供的一对接触表面252(还称作V槽接收部)。另一个接收部234具有包括平坦部的接触表面254(还称作平面接收部)。V槽接收部的接触表面252或者平面接收部的接触表面254可以大体平坦，或者可以凹陷，其中，表面252、254具有的凹陷使得仅仅单个点与球228接触。在一些变形方案中，V槽接收部的接触表面252是哥特式拱的形状。

所述第二多个接收部236、238、240包括具有接触表面256的三个接收部，所述接触表面具有圆锥构造(即，圆锥接收部)。三颗球228被拘限在对应的对准的接收部对之间，即，接收部230与接收部236、接收部232与接收部238以及接收部234与接收部240，如图20和21中所示。

接收部230、232、234、236、238、240可以由钢或者其它合适刚性材料形成并且可以为刚性连接到主体243、246的单独部件，或者可以与主体242、246成一体。接收部230、232、234、236、238、240可以集成到安装部分224、226中，或者可以以各种方式附接到安装部分224、226。

当安装部分224、226沿着近似最终定向被带到一起时(其中，无菌屏障组件222定位在所述安装部分之间)，无菌屏障组件222的球228自己安置到接收部230、232、234、236、238、240中。第一安装部分224的圆锥接收部、V槽接收部和平面接收部分别移除了三个自由度、两个自由度和一个自由度。因此，恰好约束了六个自由度。在其它实施例中，如下文进一步描述，第一安装部分224的第一多个接收部230、232、234中的每一个均可以经由与球228接触的两个点移除两个自由度。在这些情况中的任意一种中，经由恰好六个接触点(例如，每个自由度一个接触点)恰好约束六个自由度。

参照图22-26，无菌屏障组件222包括防护覆盖件258。防护覆盖件258包括接口260和附接到接口60的帷帘262。帷帘262具有内表面和外表面。内表面在手术期间毗邻机器人臂R放置。在该实施例中，帷帘262装配到机器人臂R，以便整体包封机器人臂R。帷帘262由聚乙烯、聚丙烯和聚碳酸酯中的至少一种形成。帷帘262可以通过超声焊接、带、粘合剂等附接到接口260。帷帘262附接到接口260，使得不存在穿孔或者进行了密封，即，帷帘形成与接口260接续的连续屏障。在图17-19和24-27中没有示出帷帘62，以为了更好示出其它部件。

参照图25和26，在示出的实施例中，接口260包括锁止件托架263，所述锁止件托架由刚性材料形成，所述刚性材料例如为铝或者不锈钢。锁止件托架263包括主壁264(参见图26)，所述主壁具有外周和内壁266，所述内壁从主壁264延伸。内壁266可以大体垂直于主壁264。锁止件托架263包括一对锁止件265(还参见图23)，该对锁止件沿着与内壁266相反的方向从主壁264延伸。锁止件265可以为锁止钩的形式。锁止件265与第一安装部分224的第一锁止件288相互作用并且与其接合，如下文所述。

接口260还包括盖269，所述盖具有外周边沿271。盖269可以由注射模制塑料形成。外周边沿271卡扣配合在主壁264上，使得盖269固定到锁止件托架263。当固定时，盖269包括外壁273，所述外壁围绕锁止件托架263的内壁266。盖269还包括壁275。壁275从外壁273的基部延伸到外周边沿271。除了卡扣配合连接以外，盖269可以通过壁275和锁止件托架263的主壁264之间的粘合剂固定到锁止件托架263。密封件(未示出)可以位于主壁264的边缘和外周边沿271的内边缘之间，以进一步增强屏障。

外周边沿271限定了附接槽277，在所述附接槽中，帷帘262附接到接口260。附接槽277可以接收例如帷帘262的弹性带、用于帷帘262的带、帷帘262的卡环等。

接口260包括集成在其中的球228。在这个实施例中，球228位于限定在锁止件托架263的主壁264中的球开口中。球开口成适当尺寸，使得球228中的每一个的一部分突出在主壁264的任意一侧上。主壁264在球开口中的每一个中均包括止挡部279。在示出的实施例中，止挡部279是主壁264的径向向内指向的成锥形的表面。成锥形的表面限定了开口，所述开口具有略微小于球228的直径的直径，以防止球228完全通过主壁264(参见图18)。

在组装期间，球228落入到主壁264中的球开口中。止挡部279防止球228完全通过球开口，而与此同时仍然允许球228的一部分突出超过主壁264。盖269然后卡扣配合在锁止件托架263上，以将球228保持在球开口中的合适位置中。盖269的壁275限定了多个辅助球开口267，所述多个辅助球开口与主壁264中的球开口共线，但是所述多个辅助球开口的尺寸略微小于球228的直径。结果，球228能够突出超过壁275，但是保持位于壁275和主壁264之间。

主壁264具有多个沉头孔284，所述多个沉头孔进一步限定了球开口。沉头孔284的直径略微大于球228中的每一个的直径，使得球228能够位于球开口中。沉头孔284还成适当的尺寸，使得密封件281(例如，O型环)能够安置在沉头孔284中，以便围绕球228并且相对于主壁264进行密封。如图所示，两个密封件281位于沉头孔284中的每一个中(还参见图18)。密封件281凭借壁275定位在密封件281上而保持就位。壁275接合每对密封件28中的一个，以便进一步增强屏障。

密封件281具有弹性，使得球228能够在球开口中略微侧向移动，例如，球228在球开口中的侧向移动不受约束。结果，能够调节球228之间的距离(例如，增大或者减小)，使得球228正确地安置在接收部230、232、234、236、238、240中，尤其是在所述第二多个接收部236、238、240中的每一个均具有圆锥构造而所述圆锥构造相对于彼此刚性固定就位的情况中。由于球228侧向调节的能力，球228能够端正地装配到圆锥接收部中，从而使得三个点与球228接触。

如上所述，球228布置成接收在所述第一接收部230、232、234和所述第二多个接收部236、238、240中，以便运动学地联接第一安装部分224和第二安装部分226。球228定位成，使得屏障保持主壁264和球228之间无破损，以降低污染物迁移通过接口260的可能性。因此，帷帘262和接口260提供阻止污染物从机器人臂R迁移到无菌区S中的连续屏障。

在这个实施例中，球228具有抛光的耐腐蚀表面，使得在一定负荷条件下能够在定位安装部分224、226的过程中实现亚微米的可重复性。球228可以由陶瓷、不锈钢或者其它合适材料形成。球228可以由碳化硅或者碳化钨形成。球228可以被精确机械加工成具有非常严格的公差，例如，小于一英寸的一百万分之五十。

如图24中所示，接口260包括多个电气端子，所述电气端子嵌入在盖269中。在这个实施例中，电气端子是引脚278，所述引脚可以插入模制到接口260的盖269中。引脚278位于盖269的连接件部分274中。连接件部分274部分地通过锁止件托架263的孔276。连接件部分274可以压配到孔276中，以便降低污染物迁移通过接口260的可能性。外周密封件(未示出)还可以存在以相对于连接件部分274和主壁264在孔276中进行密封，以便进一步降低污染物迁移通过接口260的可能性。引脚278跨过无菌屏障组件222传递电力/信号。

参照图18-20，第一安装部分224包括第一捕获件288。在这个实施例中，第一捕获件288是滑动捕获板。第一捕获件288限定了一对间隔开的孔289(图20)。第一捕获件288可滑动地布置在第一主体242中。第一主体242包括前壁285。盖板293安装到前壁285，以限定捕获件引导凹部287。第一捕获件288在捕获件引导凹部287中滑动。

一个或者多个压缩弹簧291向上偏压第一捕获件288，使得第一捕获件288的上边缘接触限定了捕获件引导凹部287的前壁285的面向下的边缘。压缩弹簧291在第一捕获件288的下边缘和限定了捕获件引导凹部287的前壁285的面向上的相对边缘之间起作用。

前壁285还限定了锁止件孔295，锁止件286能够通过所述锁止件孔接合第一捕获件288。在正常状态中，孔289仅仅部分与锁止件孔295对准，如图20中所示。而且，通过锁止件孔295暴露出孔289的足够大的部分，以便锁止件265接合第一捕获件288。

锁止件265中的每一个均具有头部297，所述头部朝向前表面成锥形，所述头部成适当尺寸以装配在孔289的暴露出的部分中。随着每个头部297的前表面移动到孔289的暴露出的部分中并且通过所述部分，头部297的成锥形表面抵抗压缩弹簧291的偏压向下推抵(cam)

第一捕获件288，直到头部297完全移动通过孔289为止。一旦头部297已经完全通过孔289，第一捕获件288便在压缩弹簧291的偏压作用下向上滑动进入到由头部297中的每一个限定的闭锁件凹部299中。这将锁止件托架263并且进而将整个无菌屏障组件222保持到第一主体242上。

这个锁止件/捕获件布置方案允许接口260接合第一主体242而同时不需要它们之间的任何倾斜。换言之，接口260能够通过仅仅接口260的平移或者直线移动而被按压成与第一主体242接合。这还有助于引脚278接合到第一主体242和第二主体246上的对应电连接件251、257中。应当理解的是锁止件265和第一捕获件288能够颠倒或者锁止件265和第一捕获件288能够称作捕获件265和第一锁止件288。

致动器301用于从第一主体释放锁止件托架263。致动器301固定到第一捕获件288。在这个实施例中，致动器301是U状的并且能够通过向下按压致动器301致动以使得第一捕获件288抵抗压缩弹簧291的偏压而向下移动，从而锁止件265的头部297能够通过孔289和锁止件孔295被往回拉出。

参照图19，在接口260由第一主体242支撑的情况下，第二主体246准备接合接口260。锁止件孔283定位成易于接合固定到第二主体246的第二捕获件306(或者能够称作捕获钩283和第二锁止件306)。锁止钩283由锁止件托架263可枢转地支撑。扭力弹簧(图26中未标记出)将锁止钩283偏压成与第二捕获件306接合。

第二捕获件306是D状杆，所述D状杆固定到第二主体246并且被成形以接合锁止钩283。第二主体246仅仅被按压到接口260上，直到锁止钩283接合第二捕获件306为止。更加具体地，随着第二主体246被按压到接口260上，第二捕获件306压抵在锁止钩283的成锥形的面上，从而推动锁止钩283抵抗扭力弹簧的偏压而向上枢转，直到锁止钩283中的凹部与第二捕获件306对准为止，在此时，扭力弹簧将锁止钩283推压在第二捕获件306上，如图19中所示。现在，安装系统220准备被预加载并且准备好使用。在这种状态中，安装系统220作为支撑机构，以便在预加载之前将末端执行器EE支撑在机器人臂R上。

参照图25-27，一旦安装部分224、226沿着近似最终定向被带到一起，预加载机构286便将所述安装部分夹持在一起而就位。预加载元件位于接口260中。在这个实施例中，预加载元件是伸长的负荷构件280。负荷构件280被可移动地支撑在接口260中。负荷构件280具有第一端部和第二端部。负荷构件280可以由不锈钢、Kevlar复合物或者其它合适刚性材料形成。负荷构件280限定了位于一个端部附近的孔282和毗邻相对端部的锁止钩283。

预加载力施加到负荷构件280。预加载力的大小超过通过运动学联接的预期加载，使得保持运动学联接和相关的性能。

负荷构件280由锁止件托架263可移动地支撑。特别地，负荷构件280能够相对于锁止件托架263从卸载位置移动到加载位置。在卸载位置中，锁止钩283定位成接合第二捕获件306。在加载位置中，负荷构件280被朝向锁止件托架263推动，以便加载安装系统220。

预加载机构286还包括张紧器318(图26)和弹簧杯305，所述弹簧杯联接到张紧器318。张紧器318包括凸轮轴328，所述凸轮轴装配在一对同心的内管307和外管309内部。管307、309是中空的并且为圆筒。固定管307、309以防止相对于弹簧杯305的平移，使得随着管307、309平移移动，弹簧杯305也平移移动。

弹簧杯305限定了第一杯开口311(图25)，所述第一杯开口成适当大小以接收外管309。与第一杯开口311相对，弹簧杯305限定了弹簧杯沉头孔315(图25)，所述弹簧杯沉头孔成适当大小以接收外管309。外管309可以被压配到第一杯开口311和弹簧杯沉头孔315中，使得外管309不能相对于弹簧杯305旋转，或者可以允许外管309在其中旋转但是被固定以防止相对于弹簧杯305的平移移动。外管309通过负荷构件280中的孔282。

锁止钩283突出超过弹簧杯305中的中央开口。锁止钩283还突出超过外壁273的顶部中的中央开口，以便抵达第二主体246的第二捕获件306。弹簧杯305的大小使得弹簧杯305不能通过外壁273的顶部中的中央开口。弹簧杯305和外壁273具有倒角表面，所述倒角表面构造成在锁止钩283被释放时在卸载状态中彼此间隔，如下文进一步描述。

凸轮轴328由锁止件托架263的内壁266支撑成用于旋转。内壁266限定了一对通孔301(图26)。一对衬套338被压配到通孔301中并且可旋转地支撑凸轮轴328的外圆柱段334。结果，凸轮轴328能够相对于锁止件托架263在张紧位置和松弛位置之间旋转。凸轮轴328包括一对凸轮段340，由中间圆柱段336分隔开该对凸轮段。凸轮段340具有略微小于内管307的内径的外径。凸轮轴328的圆柱段336的直径小于凸轮段340的直径，从而随着凸轮轴328旋转而产生了凸轮动作。

内管307和外管309各个均具有这样的长度，所述长度小于内壁266的相对部分在通孔301之间所跨过的长度。结果，内管307和外管309能够相对于内壁266平移移动。随着凸轮轴328旋转，内管307和外管309在凸轮轴328的凸轮动作下朝向和远离主壁264移动。该移动提供了在锁止钩283已经接合第二捕获件306之后加载负荷构件280所需的预加载。

张紧器318还包括操作杆346，所述操作杆可旋转地固定到凸轮轴328。操作杆346包括轴套348，所述轴套具有D状孔，以接收凸轮轴328的D状部分，使得凸轮轴328随着操作杆346旋转而旋转。紧固件(未标记)接合凸轮轴328的螺纹端部，以将操作杆346固定到凸轮轴328。凸轮轴328至少旋转九十度，以在卸载位置和加载位置之间移动。当然，它们之间的其它位置可以将张紧力施加在负荷构件280上并且能够适于施加所需的预加载力。

可以在凸轮轴328定位在所需位置(例如，加载位置)中时锁止操作杆346。在加载位置中，预加载张紧力施加到负荷构件280。通过在施加预加载力之后锁止操作杆346，在使用机器人臂R和末端执行器EE期间持续施加预加载力，以保持运动学联接。预加载机构286跨过无菌屏障组件222传递预加载力而同时又没有刺穿屏障。

张紧器318通过圆锥盘簧350(例如，碟形弹簧)将预加载力施加到负荷构件280。盘簧350将等于预加载力的力施加到负荷构件280。盘簧350在弹簧杯305和负荷构件280的肩部317之间起作用。特别地，随着操作杆346旋转，凸轮轴328旋转并且凸轮段340使得内管307和外管309并且进而使得弹簧杯305移动远离锁止钩283(现在接合第二捕获件306)。内管307和外管309还能够凭借在孔282内移动而相对于负荷构件280移动，所述孔是伸长的，以适配这种移动。弹簧杯305相对于负荷构件280的移动压缩盘簧350并且经由肩部317将预加载力施加到负荷构件280上。

因为球228与所述第一多个接收部230、232、234和所述第二多个接收部236、238、240对准，所以一旦施加预加载力，则球228安置在接收部230、232、234、236、238、240中。一旦就位，则球228的位置固定并且所述第一多个接收部230、232、234和所述第二多个接收部236、238、240的位置相对彼此固定。结果，第一安装部分224和第二安装部分226运动学地联接在一起而同时又没有刺穿无菌屏障组件222。

通过向上推动锁止钩283离开第二捕获件306促进锁止钩283的释放。这通过在处于卸载位置中时使得操作杆346进一步逆时针旋转来实现。这种移动致使凸轮轴328与限定在弹簧杯305中第二杯开口313相互作用，以便使得弹簧杯305和锁止钩283枢转，以从第二捕获件306释放锁止钩283。

第二杯开口313小于外管309，但是足够大以容纳凸轮轴328的偏心部分325。第二杯开口313具有如图26A中所示的偏心形状并且成适当的尺寸，使得在卸载位置中，偏心部分325搁置在图26A中以实线示出的位置中。从这个位置，当偏心部分325进一步经由操作杆346逆时针旋转时，偏心部分325以致使弹簧杯305枢转的方式接合弹簧杯305。更加具体地，因为在给定第二杯开口313的尺寸的情况下，约束偏心部分325不能进一步逆时针旋转(如图26A中所示)，所以操作杆346的进一步逆时针运动使得弹簧杯305相对于外壁273枢转，并且进而使得锁止钩283向上移动离开第二捕获件306。在加载位置中，偏心部分325搁置在由图26A中的虚线示出的位置中。

图19示出了能够通过无菌屏障组件222的电力和/或其它信号连接。这些连接采用了嵌入在接口260中的引脚278。这些引脚278使得附接到第一安装部分224和第二安装部分226的电连接件251、257电互连。

在这个实施例中，第一安装部分224包括第一电连接件251。第一电连接件251能够相对于第一主体242浮动。第二安装部分226包括第二电连接件257。第二电连接件257也相对于第二主体246浮动。当第一安装部分224和第二安装部分226运动学地联接在一起并且被预加载时，电连接件251、257接收引脚278，使得电力或其它电信号能够流过引脚278。因此，电力、通信信号或者其它信号能够从机器人臂R抵达末端执行器EE并且反之亦然。

图32示出了以下步骤：首先，将无菌屏障组件222附接到第一安装部分224(其固定到机器人臂R)；然后，将第二安装部分226(以集成到末端执行器EE中的虚线示出)附接到无菌屏障组件222；和随后使得操作杆346向下枢转，以便加载安装系统220并且施加保持第一安装部分224和第二安装部分226之间的定位所需的预加载力。

参照图33-47B，示出另一个替代安装系统，其使用无菌屏障组件422运动学地联接第一手术部件和第二手术部件(例如，机器人臂R和末端执行器EE)。

参照图33-36，与先前实施例中的多个运动学联接件类似的多个运动学联接件用于将末端执行器EE运动学联接到机器人臂R。在这个实施例中，运动学联接件是球面球428。球428位于第一多个接收部432和第二多个接收部438中(图36中示出了一对)。接收部432、438成适当的尺寸和形状，以接收球428，如先前所述的那样。所述第一多个接收部432固定到机器人臂R的第一安装部分424并且所述第二多个接收部438固定到末端执行器EE的第二安装部分426。

所述第一多个接收部432包括三个接收部(在图36中示出了仅仅一个)。所述第一多个接收部432中的每一个均具有由V状槽或者哥特式拱提供的一对接触表面452(还称作V槽接收部)。所述第二多个接收部438包括三个接收部(在图36中示出了仅仅一个)。所述第二多个接收部中的每一个均具有接触表面456，所述接触表面具有圆锥构造(即，圆锥接收部)。三颗球428被拘限在对应的对准的接收部432、438对之间。

当机器人臂R的安装部分424和末端执行器EE的安装部分426沿着近似最终定向被带到一起时(其中，无菌屏障组件422定位在所述安装部分之间)，无菌屏障组件422的球428自己安置到接收部432、438中，使得恰好约束六个自由度，如在先前实施例中描述的那样。

无菌屏障组件422包括防护覆盖件458。防护覆盖件458包括接口460和附接到接口460的帷帘462。帷帘462具有内表面和外表面。在手术期间内表面毗邻机器人臂R放置。帷帘462由聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯或者其它合适材料中的至少一种形成。帷帘462可以通过超声焊接、带、粘合剂等直接附接到接口460。

在示出的实施例中，帷帘462包括环468，所述环接合接口460。环468限定了开口。在示出的实施例中，环468是卡环。帷帘462的松弛部分通过超声焊接、带、粘合剂等附接到卡环468，以便包围开口。当用帷帘披盖机器人臂R时，在接口460安装到机器人臂R的第一安装部分424之前将卡环468(松弛部分附接到该卡环)首先卡扣配合到接口460。接口460装配到卡环468中的开口中。一旦卡环468卡扣配合到接口460，接口460便安装到机器人臂R的第一安装部分424。帷帘462附接到接口460，使得不存在穿孔或者进行了密封，即，帷帘462通过卡环468或者其它类似附接机构形成与接口460接续的连续屏障。在若干附图中没有示出帷帘462，以为了更好地示出其它部件。

参照图36和37，在示出的实施例中，接口460包括背板组件459，所述背板组件固定到盖469。背板组件459由两个分离部件形成：背环板461，所述背环板由紧固件安装到盖469；和背盖板467，所述背盖板被拘限在背环板461和盖469之间。

参照图38和39，接口460还包括锁止件组件463。锁止件组件463包括锁止件托架464，所述锁止件托架具有间隔开的内壁466。一对锁止件465被保持在行进通道内，所行进通道由间隔开的内壁466限定在锁止件托架464中。

背盖板467固定到锁止件托架464(例如，经由紧固件)并且与锁止件托架464间隔开，以便进一步限定用于锁止件465的行进通道。锁止件465中的每一个均被拘限在行进通道中。一对偏压构件B(例如，弹簧)将锁止件465朝向彼此偏压。偏压构件B在内壁466和锁止件465之间起作用。在这个实施例中，锁止件465为具有弧形凹部的锁止板的形式(参见图46)，以为了接合第一安装部分424的第一捕获件488，如下文所述。

盖469具有外周边沿471。盖469可以由注射模制塑料或者金属形成。外周边沿471固定在背板组件459周围。盖469包括外壁473和壁475。壁475从外壁473的基部延伸到外周边沿471。密封件(未示出)可以位于盖469和背板组件459之间，以便进一步增强屏障。

接口460包括集成在其中球428。在这个实施例中，球428位于限定在盖469和背环板461中的球开口中。球开口成适当的尺寸，使得球428中的每一个的一部分从背环板461和盖469的壁475突出，以便接合接收部432、438。剖面为X状的密封件将球428保持在球开口中并且在球428周围提供了无菌屏障，而与此同时仍然允许球428在球开口内侧向移动。

如上所述，球428布置成接收在接收部432、438中，以运动学地联接安装部分424、426。球428定位成，使得屏障保持背环板461和球428之间无缺损，以便减小污染物迁移通过接口460的可能性。因此，帷帘462和接口460提供了防止污染物从机器人臂R迁移到无菌区S中的连续屏障。

在这个实施例中，球428具有抛光的耐腐蚀表面，使得在一定负荷条件下能够在定位安装部分424、426的过程中实现亚微米的可重复性。球428可以由陶瓷、不锈钢或者其它合适材料形成。球428可以由碳化硅或者碳化钨形成。球428可以被精确机械加工成具有非常严格的公差，例如，小于一英寸的一百万分之五十。

第一安装部分424包括第一捕获件488。在这个实施例中，第一捕获件488是捕获柱，所述捕获柱具有头部497和槽498，所述槽位于头部497的近侧。锁止件465在槽498中接合第一捕获件488。背盖板467限定了锁止件孔495，头部497能够通过所述锁止件孔接合锁止件465。头部497成锥形，以接合锁止件465。更加具体地，头部497成锥形，以使锁止件465从它们的正常位置分离开(参见图38)。随着头部497在锁止件465之间移动，头部497的成锥形的表面使得锁止件465抵抗偏压构件B的偏压而分离开，直到头部497完全移动越过锁止件465为止。一旦头部497越过锁止件465，锁止件465便滑入到槽498中，以便将无菌屏障组件422保持到第一安装部分424上。在图38和39中示出了第一对锁止件465与第一捕获件488的逐渐接合。

这种锁止件/捕获件布置方案允许接口460接合第一安装部分424而同时不需要它们之间的任何倾斜。换言之，接口460能够通过接口460的仅仅纵向或者直线移动而被按压成与第一安装部分424接合。

参照图40和41，在由第一安装部分424支撑接口460的情况中，现在末端执行器EE能够接合接口460。形状与第一捕获件488类似的第二捕获件483定位成易于接合第二对锁止件506，所述第二对锁止件固定到第二安装部分426。第二捕获件483和第二对锁止件506的操作和功能与第一捕获件488和第一对锁止件465类似并且将不再详细描述，但是在图40和41中逐步示出。附接到末端执行器EE的第二安装部分426仅仅压到接口460上，直到第二捕获件483接合第二对锁止件506为止，如图41中所示。现在，安装系统准备好被预加载并且为投入使用做好准备。在这种状态中，安装系统作为支撑机构，以便在预加载之前将末端执行器EE支撑在机器人臂R上。

参照图36和42-45，一旦安装部分424、426沿着近似最终定向被带到一起，预加载机构486便将所述安装部分夹持在一起而就位。预加载元件位于接口460中。在这个实施例中，预加载元件是伸长的负荷构件480。负荷构件480被可移动地支撑在接口460中。负荷构件480具有第一端部和第二端部。负荷构件480可以由不锈钢、Kevlar复合物或者其它合适刚性材料形成。负荷构件480包括位于一个端部附近的凸缘482和毗邻相对端部的第二捕获件483。

预加载力施加到负荷构件480。预加载力的大小超过通过运动学联接的预期加载，使得保持运动学联接和相关性能。

负荷构件480被可移动地拘限在盖469和背板组件459之间。特别地，负荷构件480能够相对于盖469和背板组件459从卸载位置移动到加载位置。在卸载位置中，第二捕获件483能够接合第二对锁止件506。在加载位置中，负荷构件480被朝向背板组件459推动，以便加载安装系统。

引导块455使得盖板453和锁止件托架464互连。更加具体地，引导块455限定了孔，紧固件通过所述孔，以接合锁止件托架464。引导块455布置成使得盖板453与锁止件托架464间隔开。结果，内部空间设置在接口460中，在预加载期间，负荷构件480能够在所述内部空间中移动。

预加载机构486还包括弹簧板505和圆锥盘簧550(例如，碟形弹簧)，所述圆锥盘簧布置在负荷构件480的凸缘482和弹簧板505之间。弹簧板505限定了第一开口511(参见图42)，所述第一开口成适当的尺寸，以接收负荷构件480。盘簧550限定了第二开口513，所述第二开口也成适当的尺寸，以接收负荷构件480。卡环将弹簧板505和盘簧550固定到负荷构件480。

预加载机构486还包括张紧器，所述张紧器构造成在致动时将负荷构件480推向背板组件459，以便加载安装系统。张紧器包括凸轮轴528，所述凸轮轴被支撑成相对于盖469旋转(参见图44)。张紧器还包括一对张紧构件551(还称作提升器)。张紧构件551位于盖板453和弹簧板505之间。盖板453经由紧固件紧固到锁止件托架464。

凸轮轴528由引导块455支撑成用于旋转。结果，凸轮轴528能够在张紧位置和松弛位置之间旋转。凸轮轴528包括一对凸轮段540，由中间圆柱段536分隔开该对凸轮段。凸轮轴528的圆柱段536的直径小于凸轮段540。凸轮段540随着凸轮轴528旋转而产生了凸轮动作。

如图45中所示，张紧构件551(在示出的实施例中为两个)具有由凸轮轴528接合的第一端部和接合弹簧板505的第二端部。第二端部具有倒圆接合部557，所述倒圆接合部位于弹簧板505中的槽559中。随着凸轮轴528围绕枢转轴线P1旋转，张紧构件551围绕枢转轴线P2枢转，而与此同时抵接盖板453。这个动作使得张紧构件的第二端部枢转到弹簧板505中，以便推动弹簧板505离开盖板453。由于盖板453刚性连接到锁止件托架464并且锁止件托架464刚性连接到背盖板467，因此负荷构件480朝向第一捕获件488(其将第二捕获件483拉向第一捕获件488)移动，从而提供了将末端执行器EE适当地固定到机器人臂R所需的预加载。

如图44和45中所示，张紧器还包括操作杆546，所述操作杆可旋转地固定到凸轮轴528。操作杆546可以通过各种类型的接合可旋转地固定到凸轮轴528，所述各种类型的接合例如为：D状孔，以接收凸轮轴528的D状部分；联接件，其具有使得凸轮轴528随着操作杆546旋转而旋转的几何特征；等等。在示出的实施例中，紧固件(未标记)经由联接件将操作杆546固定到凸轮轴528。凸轮轴528至少旋转九十度，以便在卸载位置和加载位置之间移动。当然，它们之间的其它位置可以将张紧力施加到负荷构件480上并且能够适于施加所需的预加载力。

当凸轮轴528定位在所需位置(例如，张紧位置)中时，可以锁止操作杆546。在张紧位置中，预加载张紧力施加到负荷构件480。通过在施加预加载力之后锁止操作杆546，在使用机器人臂R和末端执行器EE期间持续施加预加载力，以便保持运动学联接。预加载机构486跨过无菌屏障组件422传递预加载力，而同时又没有刺穿屏障。

张紧器通过盘簧550将预加载力施加到负荷构件480。盘簧550将等于预加载力的力施加到负荷构件480。盘簧550在弹簧板505和负荷构件480的凸缘482之间起作用。特别地，随着操作杆546旋转，凸轮轴528旋转并且凸轮段540使得张紧构件551围绕枢转轴线P2枢转并且进而使得弹簧板505纵向移动离开第二捕获件483(其接合第二对锁止件506)。弹簧板505的移动压缩盘簧550并且经由凸缘482将预加载力施加到负荷构件480上。

因为在预加载之前球428已经大体上与接收部432、438对准，所以一旦施加预加载力，则球228变得安置在接收部432、438中。一旦就位，则球428的位置固定并且接收部432、438的位置相对彼此固定。结果，安装部分424、426运动学地联接在一起而同时又没有刺穿无菌屏障组件422。

例如图46中示出的按钮致动器501的致动器用于手动分离锁止件465、506并且释放捕获件488、483，使得能够从接口460移除末端执行器EE并且能够从机器人臂R移除接口460。将仅仅示出并且详细描述用于分离第一对锁止件465和释放第一捕获件488的致动器501。

在示出的实施例中，致动器501具有固定到释放框架561的按钮560。释放框架561布置成具有倾斜的接合表面562，所述接合表面接合固定到第一对锁止件465中的每一个的销563。销563从锁止件465延伸离开而进入到释放框架561中的开口564中。开口564部分地由倾斜接合表面562限定。销563在锁止件托架464的任意一侧上延伸(参见图46)，使得经由销563引导锁止件465沿着锁止件托架464移动。

在正常的未致动状态中，销563凭借锁止件465被偏压构件B朝向彼此偏压而位于并且约束在开口564的一个端部处。能够通过按压按钮560致动致动器501，这使得释放框架561横跨锁止件465侧向移动，如箭头A1所示。通过被拘限在锁止件托架464中的滑动凹口中，释放框架561被约束至这个侧向运动。由于释放框架561的这个侧向运动以及销563限制锁止件465进行类似侧向移动，因此倾斜表面562推动锁止件465中的每一个的销563离开彼此，从而抵抗偏压构件B的偏压沿着由箭头A2示出的方向分离开锁止件465。结果，锁止件465与第一捕获件488(图46中未示出)脱离并且能够从第一安装部分424移除接口460。

图38-41示出了电力和其它信号连接，所述电力和其它信号连接能够通过无菌屏障组件422。在这个实施例中，接口460包括多个电气端子，所述电气端子嵌入在载体600中，所述载体居中布置在盖469中。在这个实施例中，电气端子是引脚478，所述引脚可以插入模制到接口460的载体600中。引脚478跨过无菌屏障组件422传递电力/信号。这些引脚478使得附接到安装部分424、426的电连接件451、457电互连。

在这个实施例中，第一安装部分424包括第一电连接件451。第二安装部分426包括第二电连接件457。当安装部分424、426联接在一起并且被预加载时，电连接件451、457接收引脚478，使得电力和其它电信号能够流经引脚478。因此，电力、通信信号或者其它信号能够从机器人臂R抵达末端执行器EE并且反之亦然。电连接件451、457能够经由键/通道类型接口插入载体600或者能够由任何适当的特征适当定向。

在示出的实施例中，载体600包括凸缘602(参见图43)和圆柱主体604，所述圆柱主体从凸缘602延伸以支撑引脚478。圆柱主体604成适当的尺寸以装配在贯穿负荷构件480的圆筒通道内。波形弹簧606位于载体600的凸缘602和负荷构件480的凸缘482之间。波形弹簧606有助于相对于电连接件451、457保持载体600的位置，即，通过在负荷构件480移动到卸载位置时防止载体600移动，否则，这可能因圆柱主体604与负荷构件480的圆筒通道之间的摩擦接合而发生。波形弹簧606还辅助使得负荷构件480返回到其卸载位置，以接合末端执行器EE。波形弹簧606还用于将张紧构件551保持在盖板453中的槽中以及保持在弹簧板505中的槽559中。

参照图47A和47B，接口460的背环板461还包括粗差对准特征，用于使得接口460与第一安装部分424对准。特别地，第一安装部分424限定了对应的匹配特征，用于接收对准特征。在示出的实施例中，对准特征包括柱700、702，所述柱从背环板462的后表面向后延伸，以便接合第一安装部分424中的开口704、706。柱700、702包括第一对柱700和第二对柱702，所述第二对柱布置在背环板461上且与第一对柱700相对。第一对柱700在平面中对准，而第二对柱702相对于彼此成角度，例如，它们未对准。第二对柱702还比第一对柱700宽。

开口704、706包括第一对开口704和第二对开口706，所述第一对开口成适当尺寸和形状，以便接收第一对柱700，所述第二对开口成适当尺寸和形状，以接收第二对柱702。开口704、706成适当的尺寸并且间隔开，以便以小公差接收相应的柱700、702，例如，以促进粗差定位。而且，第二对柱702成适当的尺寸，使得它们不能装配在第一对开口704中，并且第一对柱700对准，使得它们不能装配在第二对开口706中。由于柱700、702和开口704、706的间隔/布置方案，因此接口460仅仅能够沿着一个定向粗差装配到第一安装部分424上。粗差定位还有助于在第一捕获件488与锁止件465完全接合之前对准上述电连接。

在球28、228、428由电绝缘材料(例如，陶瓷)制成时，无菌屏障组件22、222、422能够用作符合电气安全要求所需的电绝缘件。

如果球28、228、428由导电材料制成，则它们便可以提供三个电触点或者端子。在这种情况中，如果运动学联接的接口特征由电绝缘材料制成，则无菌屏障组件仍然能够用作电绝缘件。

球28、228、428中的一颗或者多颗可以具有透光部分，所述透光部分贯穿所述球限定，以为了传输数据。透光部分可以包括通孔，用透明塑料材料或者其它材料填充所述通孔，以便保持屏障。

在其它实施例中，运动学联接件可以具有球面和/或圆柱的分段。

第一安装部分24、224、424可以为独立部件，所述独立部件刚性连接到机器人臂R的连杆L1。第二安装部分26、226、426可以是独立部件，所述独立部件刚性连接到末端执行器EE的手持部H。在其它实施例中，第一安装部分24、224、424可以集成到机器人臂R的一根或者多根连杆中，并且第二安装部分26、226、426可以集成到末端执行器EE的手持部中。安装部分24、224、424、26、226、426可以由硬化钢、不锈钢或者其它刚性材料形成。

机器人臂R可以在一个或更多个自由度中移动末端执行器EE，包括5个或者6个自由度。末端执行器EE可以包括手术工具，以为了铣削组织(例如，铣钻，以为了铣削骨头以接收植入体)。

在2013年8月2日提交的题目为“能够以多模式控制手术器械的手术操纵器”的美国专利申请序列号13/958,070中描述了能够配置有第一安装部分24、224、424和第二安装部分26、226、426的机器人臂和末端执行器的示例，在此其全部内容以引用的方式并入本发明。

所述第一多个接收部可以包括三个V槽接收部。三颗球28、228、428于是将自己定中到三个V槽接收部的三条V状槽中，使得每颗球28、228、428在两个接触点处接触V槽的两个表面。结果，球28、228、428在总共六个接触点处与三个V槽接收部接触，以便约束六个自由度，即，每条V状槽约束两个自由度，从而在第一安装部分和第二安装部分之间确定性地定向所有六个自由度。随后如上所述由预加载机构将第一安装部分和第二安装部分夹持在这个位置中。

所述第一多个接收部和所述第二多个接收部可以各自均包括三个V槽或者哥特式拱形的接收部，使得在所述第一多个接收部和运动学联接件的接触表面之间以及在所述第二多个接收部和运动学联接件的接触面之间形成恰好六个接触点。

可以通过由三个块体替换圆锥接收部来简化圆锥接收部，所述三个块体具有平坦表面，所述平坦表面沿着圆周相互等距间隔开并且以近似圆锥角的角度布置。在这个实施例中，球28、228、428位于三个平坦表面中，就如同位于圆锥中，但是在三个接触点处与三个平坦表面接触。

所述第一多个接收部和/或所述第二多个接收部中的一个或者多个可以包括磁体，以便磁性地接合接收部中的球。例如，所述第一多个接收部可以包括磁体，以将球保持到第一安装部分，直到第二安装部分被夹持到第一安装部分为止。类似地，第一安装部分能够包括磁体，以便将球保持抵接在第一安装部分中的接触表面上，直到第二安装部分接合第一安装部分为止，所述第一安装部分具有集成在其中的接收部的接触表面，以为了运动学联接。

无菌屏障组件22、222、422可以是一次性的。在其它实施例中，接口60、260、460可以包括独立的区域可消毒组件并且能够重复使用。在这种变形方案中，仅仅帷帘62、262、462是一次性的。在这种情况中，能够设置帷帘62、262、462的胶带、弹性密封件、卡环或者机械夹持区域，以密封到接口60、260、460，或者可以在接口60、260、460上设计特征，以便密封/夹持到帷帘62、262、462上。由例如碳化硅的硬质陶瓷形成球28、228、428可以最小化与重复使用球28、228、428有关的磨损问题。

防护覆盖件58、258、458可以包括帷帘62、262、462而没有包括接口60、260、460，在所述情况中，球28、228、428将安置在帷帘62、262、462中的开口中，其中，帷帘62、262、462密封到球28、228、428。换言之，球28、228、428将直接集成到帷帘62、262、462中。在这个情况中，机器人臂R能够构造成将所述第一多个接收部30、32、34、230、234、432定位成使得它们位于大体水平的平面中，使得球28、228、428能够安置在所述第一多个接收部30、32、34、230、234、432中并且由重力保持在该处，直到完成了无菌屏障组件的安装为止。

另外的弹性带或者弹力绳可以附接到接口并且构造成可释放地接合第一安装部分上的柱或者其它特征，以便在开始将无菌屏障组件附接到第一安装部分时(例如，在将负荷条80插入到接收件100的负荷条狭槽104中之后)进一步初始支撑无菌屏障组件。

已经在前述描述中讨论了若干实施例。然而，在此讨论的实施例并不是穷尽性的，或不旨在将本发明局限于任何特定形式。已经使用的术语本质上是为了描述而非限制。根据上述教导，多种修改方案和变形方案是可行的，并且可以以除了具体描述的方式之外的其它方式实践本发明。

Claims

1.一种安装系统，包括：

与手术机器人的臂相联的第一安装部分，所述第一安装部分包括主体、固定到所述主体的盖板和限定在所述盖板中的多个接收部，并且每个接收部限定接触表面；

与所述手术机器人的末端执行器相联并且构造成可释放地联接到所述第一安装部分的第二安装部分，所述第二安装部分支撑具有多个运动学联接件的接口，所述运动学联接件构造成接合所述第一安装部分的所述接收部的所述接触表面，并且提供所述第一安装部分和第二安装部分之间的运动学联接，以约束所述臂和所述末端执行器之间的六个自由度；以及

包括张紧器的预加载机构，所述张紧器能够在张紧位置和松弛位置之间旋转，以将所述第一安装部分和第二安装部分夹持在一起。

2.根据权利要求1所述的安装系统，其中所述多个接收部进一步限定为三个接收部，并且其中所述多个运动学联接件进一步限定为三个运动学联接件。

3.根据权利要求1所述的安装系统，其中所述多个运动学联接件中的每一个进一步限定为球。

4.根据权利要求1所述的安装系统，其中至少一个接收部包括磁体以磁性地接合所述运动学联接件中的一个。

5.根据权利要求1所述的安装系统，其中至少一个接收部的所述接触表面具有圆锥构造。

6.根据权利要求1所述的安装系统，其中所述多个接收部的所述接触表面构造成提供与所述多个运动学联接件的仅六个接触点。

7.根据权利要求1所述的安装系统，其中所述多个运动学联接件通过防护覆盖件提供所述第一安装部分和第二安装部分之间的运动学联接。

8.根据权利要求1所述的安装系统，其中所述张紧器联接到弹簧，所述弹簧构造成当所述张紧器处于所述张紧位置时被压缩以施加预加载力。

9.根据权利要求1所述的安装系统，其中所述张紧器联接到第二安装部分。

10.根据权利要求1所述的安装系统，其中所述预加载机构包括与所述第一安装部分相联的第一捕获件或第一锁止件中的一个、以及与所述第二安装部分相联的第二捕获件或第二锁止件中的一个。