CN209548018U - 并联运动机构 - Google Patents

并联运动机构 Download PDF

Info

Publication number
CN209548018U
CN209548018U CN201790000376.XU CN201790000376U CN209548018U CN 209548018 U CN209548018 U CN 209548018U CN 201790000376 U CN201790000376 U CN 201790000376U CN 209548018 U CN209548018 U CN 209548018U
Authority
CN
China
Prior art keywords
rotation
frame
handle
moving mechanism
connector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201790000376.XU
Other languages
English (en)
Inventor
肖尔亚·阿乌塔尔
延斯·尼尔森
格雷戈里·布莱恩·鲍尔斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Flex Deckers
University of Michigan
Original Assignee
Flex Deckers
University of Michigan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US15/054,068 external-priority patent/US10405936B2/en
Application filed by Flex Deckers, University of Michigan filed Critical Flex Deckers
Application granted granted Critical
Publication of CN209548018U publication Critical patent/CN209548018U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/71—Manipulators operated by drive cable mechanisms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B17/2909—Handles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/75—Manipulators having means for prevention or compensation of hand tremors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/77—Manipulators with motion or force scaling
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/50—Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms
    • A61B90/53—Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms connected to the surgeon's body, e.g. by a belt
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/00234—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for minimally invasive surgery
    • A61B2017/00292—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for minimally invasive surgery mounted on or guided by flexible, e.g. catheter-like, means
    • A61B2017/003—Steerable
    • A61B2017/00318—Steering mechanisms
    • A61B2017/00323—Cables or rods
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/0042—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets with special provisions for gripping
    • A61B2017/00424—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets with special provisions for gripping ergonomic, e.g. fitting in fist
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/0042—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets with special provisions for gripping
    • A61B2017/00438—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets with special provisions for gripping connectable to a finger
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/0042—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets with special provisions for gripping
    • A61B2017/00442—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets with special provisions for gripping connectable to wrist or forearm
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/0046—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets with a releasable handle; with handle and operating part separable
    • A61B2017/00464—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets with a releasable handle; with handle and operating part separable for use with different instruments
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B17/2909—Handles
    • A61B2017/291—Handles the position of the handle being adjustable with respect to the shaft
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B17/2909—Handles
    • A61B2017/2912—Handles transmission of forces to actuating rod or piston
    • A61B2017/2913—Handles transmission of forces to actuating rod or piston cams or guiding means
    • A61B2017/2917—Handles transmission of forces to actuating rod or piston cams or guiding means with flexible part
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B17/2909—Handles
    • A61B2017/2912—Handles transmission of forces to actuating rod or piston
    • A61B2017/2918—Handles transmission of forces to actuating rod or piston flexible handles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B2017/2926—Details of heads or jaws
    • A61B2017/2927—Details of heads or jaws the angular position of the head being adjustable with respect to the shaft
    • A61B2017/2929—Details of heads or jaws the angular position of the head being adjustable with respect to the shaft with a head rotatable about the longitudinal axis of the shaft
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B2017/2926—Details of heads or jaws
    • A61B2017/2931—Details of heads or jaws with releasable head
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B2017/2926—Details of heads or jaws
    • A61B2017/2932—Transmission of forces to jaw members
    • A61B2017/2933—Transmission of forces to jaw members camming or guiding means
    • A61B2017/2937—Transmission of forces to jaw members camming or guiding means with flexible part
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B2017/2926—Details of heads or jaws
    • A61B2017/2932—Transmission of forces to jaw members
    • A61B2017/2939—Details of linkages or pivot points
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B2017/2926—Details of heads or jaws
    • A61B2017/2932—Transmission of forces to jaw members
    • A61B2017/2944—Translation of jaw members
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/305—Details of wrist mechanisms at distal ends of robotic arms
    • A61B2034/306—Wrists with multiple vertebrae

Abstract

本申请涉及并联运动机构。一种并联运动机构装置包括框架、手柄和输入接头，该接头具有用于传输运动的至少两个独立的并且在功能上并联的路径，所述路径将手柄联接到框架。本文描述的是嵌套的并联运动机构。本文还描述了并联运动机构装置，其包括在框架和手柄之间的一个或更多个并联路径中和/或在传输系统中的柔性扭转杆。本文还描述了可以横跨诸如手臂、肩部、脚踝、腿等的人铰接关节佩戴的并联运动机构装置。这些并联运动机构装置可以形成微创设备或机动外骨骼或其它辅助工具/机器/设备的一部分。

Description

并联运动机构
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年2月25日提交的且题为“PARALLEL KINEMATIC MECHANISMSWITH DECOUPLED ROTATIONAL MOTIONS”的美国专利申请第15/054,068号的优先权。
通过引用并入
在本说明书中提到的所有出版物和专利申请在相同的程度上以全文引用方式并入本文中，好像每个单独的出版物或专利申请被具体且单独指示以引用方式并入。
领域
本实用新型涉及例如用于手术、内窥镜检查或其它介入的微小入口工具。
背景
可以通过控制形成设备(包括微创手术工具)的多个刚性(rigid)主体的运动来控制设备。在机器、机构、机器人等中，多个刚性主体经常互连，使得一个主体(主体1)相对于另一个主体(主体2)具有一定的运动或自由度(DoF)。这些运动或自由度可以通过以下两种方式之一实现：经由串联设计(也称为串联运动设计、串联运动链和/或串联运动机构)，或经由并联设计(也称为并联运动设计、并联运动链和/或并联运动机构)。
如本文所使用的，“自由度”(DoF)是以抽象的技术和学术意义表达“运动”的技术术语。总的来说，两个刚性主体之间可能有六个独立的自由度：三个平移和三个旋转。一个接头将允许两个主体之间的零个和六个DoF之间的任何DoF。对于接头允许零个DoF的情况，此接头实际上成为“固定接头”，在该固定接头处两个主体刚性地熔接或连接或附接到彼此。从运动学的角度来看，这两个主体是同一个。对于接头允许所有六个DoF的情况，这实际上意味着没有接头，或者接头事实上不会约束两个主体之间的任何运动。任何实际的接头或机构允许两个刚性主体之间的1 个或2个或3个或4个或5个DoF。如果它允许一个DoF，则剩下的5个可能的运动受到接头的约束。如果它允许两个DoF，则剩下的4个可能的运动受到接头的约束，等等。
技术术语“运动学”可以指主体相对于其它主体运动的几何研究和描述。图22A和图24示出了串联运动机构和并联运动机构之间的差异。图 22A中示出了串联运动机构的抽象表示，其中主体1经由中间主体的串联链连接到主体2。如果描画或涂画从主体1到主体2的线，则仅存在一个运动传输的机械路径(或线)，这使得这是一个串联设计。
与主体1和主体2一样，从实用的观点来看，中间主体也是刚性的(没有什么是完全刚性的，且有时可以故意使其具有一些柔顺性 (compliance))。连接器是简单或复杂的接头，其可以允许某些运动并约束其它运动。为方便起见，术语接头和连接器可以互换地使用。连接器 2305的示例将是简单的枢转接头(图23)，也称为铰链，其中销2305将是相对于彼此枢转的两个主体2301、2303之间的连接器。具有连接两个主体的销2305的铰链是一个示例；中间主体2301、2303可以连接到相对于彼此枢转的物体。
例如图23所示的简单接头可以允许一个旋转DoF并约束剩下的五个。另一个示例是棱柱接头(prismatic joint)或滑动接头，其允许一个平移DoF 并约束剩下的五个。另一个示例是一个球窝接头，其允许三个旋转DoF并约束剩下的三个。替代地，连接器可以是例如活动铰链的挠曲接头。这些只是作为简单接头的连接器的数个示例。在其中任何一个示例中，存在两个主体和其间的一些连接器。
任何机构，例如图22A的串联运动机构，可以是较大的设备、机器或甚至机构的一部分。如图22B所示，图22A的串联运动机构被示出在两个耳片2201、2203之间。但是第一耳片2201可以与主体1熔接(并且因此第一耳片和主体1是同一个)，并且第二耳片2203可以与主体2熔接(并且因此第二耳片和主体2是同一个)。主体1和主体2可以是较大的工具、设备、机器或任何其它机构的一部分。在这种情况下，耳片2201和2203 之间的整个机构可以被认为是大的设备、机器或机构中的复杂接头。
图24示出了并联运动机构的抽象表示。在该示例中，主体1通过多个独立的中间主体链连接到主体2。每个这样的链代表运动传输的机械路径。如果描画从主体1到主体2的可能的线，则存在多于一个的机械路径，这使得这是一个并联设计。连接路径在几何意义上不平行(parallel)(例如，平行的两条直线，例如，矩形的相对边)，但在运动学意义上并联(parallel)，这表明主体1和主体2之间存在多个(多于一个)独立的非重叠的链或路径。这里的连接器是简单或复杂的接头，其可以允许某些运动并约束其它运动。为方便起见，术语接头和连接器可以互换地使用。
因此，串联运动机构和并联运动机构在两个耳片或刚性主体之间的可能的连接路径(由接头分开的中间刚性构件)的数量不同。尽管串联运动机构和并联运动机构中的各个连接器或接头是类似的，但是其布置(连杆、链等)是不同的。
任何机构，例如图24的并联运动机构，可以是较大的设备、机器或甚至机构的一部分。在这种情况下，如图25中的“新连接器”所示，主体1和主体2之间的整个机构可以被认为是连接器或复杂接头。
即使机构通常包括多个接头，术语“机构”和“接头”之间也有一定的等同性。两者都可以指允许两个主体之间的某些运动或DoF并约束剩余的DoF的装置。虽然可以使用接头来表示更简单的构造，但是机构可以指更复杂的构造(例如，其可以包括多个接头)。
参考图25，图25是图24的替代性再现。位于主体1和主体2(所有中间主体和连接器)之间的所有结构可被视为黑盒，并且被称为“新”连接器或复杂接头。因此，被视为图24中的机构的结构也可以等同地视为图25中的连接器或复杂接头。由于同样的原因，在图22A或图24的机构中示出的任何连接器可以是简单的接头(例如，枢转接头/销接头，或棱柱接头/滑动接头)，但也可以是更复杂的接头或其自身是机构。
串联运动机构的一个示例是万向接头，其可以包括刚性主体、销接头、另一个刚性主体、第二销接头以及第三刚性主体。该整个机构(包括其所有的刚性主体和接头)被称为“万向”接头。如本文所使用的，“接头”是指与固定接头(例如，焊接接头、栓接接头、螺纹接头或胶合接头)相对的允许运动的机械连接结构。在固定接头的情况下，两个主体彼此熔接，并且在运动学上被认为是同一个(由于不存在允许的相对运动)。但是，当我们在本文件中提及“接头”时，我们的意思是允许某些运动的连接结构，例如，销(例如，铰链)接头、枢转接头、万向接头、球窝接头等。因此，所涉及的接头可以在运动学上将一个主体与另一个主体连接。用于“接头”的还有的另一个学术术语是“约束结构”。因此，“连接器”或“接头”或“机构”或“约束结构”允许两个刚性主体之间的某些运动或自由度并约束其余的运动或自由度。
被约束的特定运动也是可以从一个刚性主体传输到另一个刚性主体的运动。这是因为,由于接头不允许两个主体之间的该特定运动，因此如果一个主体沿约束方向移动，则其也使另一个刚性主体与其一起沿着该方向行进。换言之，该特定运动从一个刚性主体传输到另一个刚性主体。
并联运动机构可以用于的一个应用领域包括用于微创手术的器械。微创手术(MIS)和其它微小入口手术的进行频率正在增加，并变得越来越复杂，因此需要改进技术以满足外科医生的需求。在这些手术中，通常将薄的工具通过诸如套管针或插管(其仅需要小的切口)的端口插入到身体中。来自用户(例如，外科医生)的运动输入经由工具转换成操纵器或末端执行器(其附接到患者身体内的工具的尖端)的运动。这种布置用于利用末端执行器在身体内进行操作，其中末端执行器由外科医生从身体外部控制。这消除了对大切口的需要。MIS工具范围包括从简单的剪刀式工具到复杂的机器人系统。
用于MIS的大多数传统工具是机械和手持式的，并且提供四个自由度 (DoF)(三个平移和一个侧倾旋转)以及在末端执行器处的抓握，而一些较新的工具进一步增添多达两个DoF(俯仰和偏航旋转)。通常，这些机械的手持式工具固有地能够进行力反馈。传统的机械工具由于缺乏灵巧性 (即，偏航和俯仰旋转DoF)而难以使用。虽然较新的工具由于其额外的两个DoF而能够增强灵巧性，但是它们呈现非直观的DoF控制(输入运动到输出运动的映射)方案，其限制用户充分利用该工具的增强的灵巧性的能力。利用机器人工具，用户具有对工具尖端操纵器灵巧性的直观控制，使用机电致动器来产生工具尖端操纵器的运动消除了机械力反馈。此外，大尺寸、高成本和有限的大规模可操纵性也降低了这样的机器人系统的整体功能。
因此，大多数现有的多DoF工具缺乏设计特性，以允许在成本效益好的、紧凑的封装中增强灵巧性以及期望的功能。特别地，允许工具尖端操纵器进行手腕式旋转的多DoF工具对于满足现代微小入口手术和MIS手术的需求是重要的，但是除非确保这些额外的DoF的舒适、符合人体工程学和直观的控制，否则不起作用。
用于微创手术工具中的串联运动机构的示例可以在Storz的美国专利 5908436(示出通过串联运动机构连接的手柄和框架之间的输入接头)和在Toshiba的美国专利7454268中(也示出在手柄和框架之间具有输入接头的医疗设备)找到。在这两种情况下，输入接头是串联运动机构。US 6,714,839中示出的机器人手术系统描述了作为手柄和框架之间的输入接头的串联运动机构。如本文所使用的，手柄是任何手动接口(interface)(例如，用于手指、腕部、手掌等)，并且不限于握在手中的控制器。在这些设备中的一些中，框架可以指杆(shaft)，例如，工具杆或工具杆的延伸部。
在上述情况下，框架是机械参考物或“局部地面”。它不一定是绝对的地面(即，附接或栓接到实际的地面)。相反，框架为手柄提供机械参考物或局部地面。在运动学意义上，人们可能对手柄相对于框架的运动或 DoF感兴趣，因此框架用作机械参考物。类似地，手柄是以一般意义来理解的，而不是简单地“握在”手中。手柄可以是与手(例如，手指、拇指等)接合的东西。
在上面列出的示例中，手柄相对于框架具有由输入接头提供的至少两个旋转DoF(俯仰和偏航旋转)。使用串联运动机构设计作为外科手术工具或机器或设备的输入接头的一个挑战是将两个旋转DoF从输入接头传输到工具或机器或设备上的另一个位置。例如，Storz的US5908436的设备或Toshiba的US7454268的设备具有串联运动机构作为输入接头，该串联运动机构为手柄提供了相对于框架的两个旋转DoF(俯仰和偏航旋转)。这两个DoF经由具有正交旋转轴线的两个枢转接头的串联运动布置来实现。在实际应用中，手柄可以由手驱动，并且两个所得到的旋转将在两个枢转接头处可获得。虽然一个枢转接头的轴线(即，第一轴线)相对于框架固定时，但是第二枢转接头的轴线(即，第二轴线)相对于框架不固定。由于串联运动布置，第二轴线自身围绕第一轴线相对于框架旋转。为了使工具、设备或机器有用，通常期望或要求将输入接头的两个旋转捕获并传输(在一些情况下机械地)到工具、设备或机器上的其它位置处的末端执行器(例如，抓紧器等)。
在这种情况下，可以相对容易地捕获围绕第一轴线的旋转(例如，通过在该特定的枢转接头处安装滑轮)，或者在该枢转接头位置处安装齿轮，该齿轮围绕第一轴线相对于框架旋转；所产生的齿轮的旋转轴线将相对于用作其地面的框架保持固定。这有助于各种机械传输方法/系统将围绕第一轴线的旋转传输到远程位置的末端执行器，该末端执行器全部相对于相同的地面参考框架进行操作。不幸的是，由于第二轴线自身围绕第一轴线相对于框架旋转，因此将第二旋转传输到框架上的远程末端执行器不是实际的或容易的。这样做将需要横跨移动接口或枢转接头(在这种情况下的第一枢转接头)设计并构造传输设备。横跨任何移动接口/接头设计并构建传输设备是不重要的，并增加了显著的复杂性、成本和故障的可能性。这些是多DoF串联运动机构设计的最大限制中的一些。克服上述挑战的一种方法是使用电子传输设备而不是机械传输设备，类似于操纵杆(许多计算机控制式工具/设备/机器的输入接口)的工作方式。可以在第一和第二枢转接头处包括电位计或光学编码器或任何其它旋转运动传感器，而不是在串联运动机构的枢转接头处安装滑轮(或其它用于传动的机械装置)。旋转运动传感器将旋转运动转换成电信号，其中旋转运动和电信号之间具有已知的关系。在这种情况下，安装在第二枢转接头处的旋转传感器的整个主体也可以围绕第一轴线旋转，但是这不是问题，这是由于可以无线地或经由线将该传感器以电信号形式捕获的旋转信息传达到计算机或其它电子硬件。无线不需要任何物理传输部件，因此上述串联运动机构的缺点不再是相关的。当使用线来电传输由旋转传感器产生的电信号时，只需要设法实现通常已经完成的横跨移动接口/接头(在这种情况下是第一枢转接头)的线/缆线的布线。线可以是小型的、折叠的、绝缘的，并以实用且成本效益高的许多创造性的方式布线。因此，串联运动机构是用于各种基于计算机或基于电子线路的设备的常用输入接头或输入接口，但是对于纯机械设备而言具有一些挑战性。
当将串联运动设计用作工具或机器或设备的输出机构或输出接头时，可以做出类似的论证。在这种布置中，重要的是确定如何从框架(即参考地面，在该处可获得动力或运动)向机构输出部(即手柄)传输动力或运动，即并将其传送通过串联运动链，在其中部件或联动件(link)相对于彼此移动。机械地这样做是非常复杂、具有挑战性的，并且通常是不切实际的。相反，可以经由缆线电力地传送动力，或经由通向串联运动机构中的每个接头处的各个马达/致动器的软管液压/气动地传送动力。因此，串联运动机构在涉及电致动、机电致动、液压致动或气动致动的设备/机器中是常见的，但是作为纯机械设备/机器的输出接头具有挑战性。即使在前一种情况下，串联运动设计的一个缺点是设备/机器中的多个致动器并不都安装在框架或参考地面上，而是大多数与DoF一起移动。这可以使机器大而笨重，并需要移动缆线连接结构，这增加了成本和机器尺寸。用作机器的输出机构的串联运动设计的一些示例包括推土机(earth mover)(其可以包括由柔性管/软管提供动力的液压致动器，柔性管/软管可以弯曲和挠曲并因此经由移动接口/接头被传送)。
本文描述的是并联运动机构，具体包括用作外科手术设备中的输入接头的并联运动机构，其可以解决上述问题。
公开内容的概述
通常，本文描述的是并联运动(PK)机构和包括它们的装置，并联运动机构在手柄和框架之间具有至少两个旋转自由度。这些并联运动机构基于关注铰接运动(即，两个正交旋转)的约束映射。尽管约束映射自身是特定且明确的，但它允许可能看起来物理上不同但是体现相同的基本构思的多个物理实施方案。根据约束映射，在手柄和框架之间被约束的特定运动也是能够在手柄和框架之间传输的运动。由于约束特定运动的接头不允许两个主体之间的该特定运动，因此如果一个主体在约束运动方向上移动，则它驱动另一个主体沿该运动方向与其一起移动。换言之，该特定运动从一个主体传输到另一个主体。
例如，本文描述的是并联运动(PK)机构，其在手柄和框架之间具有至少两个旋转自由度，该并联运动机构包括：框架；手柄；输入接头，其具有将手柄联接至框架的用于传输运动的至少两个独立的路径，其中，至少两个独立的路径包括第一路径和第二路径；在第一路径中的第一中间主体，其通过第一连接器连接至框架并通过第三连接器连接至手柄；在第二路径中的第二中间主体，其通过第二连接器连接至框架并通过第四连接器连接至手柄；其中，第一连接器和第四连接器均允许在第一旋转方向上的旋转并限制在第二旋转方向上的旋转；另外其中，第二和第三连接器允许在第二旋转方向上的旋转并限制在第一旋转方向上的旋转。
如本文所使用的，用于传输运动的独立路径可以指可以独立地传输机械力或运动的路径(例如，手柄和框架之间的连接结构)。如本文所使用的，并联路径是指路径与一个或多个其它路径独立地和并联地操作，并且不一定是指路径之间的几何关系。
在本文描述的装置(例如，机构、设备和系统)和方法中，当连接器允许在第一旋转方向上的旋转并限制在第二旋转方向上的旋转时，连接器通常允许其间连接有连接器的两个主体之间的一些旋转(或某些运动 /DoF)并约束其它旋转(或运动/DoF)。这些旋转(例如，运动)相对于两个主体或在两个主体之间。例如，可以相对于诸如框架的地面参考物来界定两个旋转方向1和2。当装置(例如，微创设备)包括刚性地联接到框架的其它部件(例如，工具杆)时，可以根据需要在整个设备中对方向 1和2使用相同的定义。
通常，第一旋转方向的旋转轴线与第二旋转方向的旋转轴线之间的角度可以在30度至150度之间，包括大约90度或正交。例如，第一旋转方向的旋转轴线可以与第二旋转方向的旋转轴线正交。
本文描述的任何装置都可以包括虚拟旋转中心。例如，第一旋转方向的旋转轴线和第二旋转方向的旋转轴线可以在虚拟旋转中心相交，其中，虚拟旋转中心位于不存在并联运动机构的任何其它部件或不存在附接至并联运动机构的任何其它部件的空置空间中。当用户与手柄接合时，虚拟旋转中心可与用户的铰接关节的中心重合。例如，当用户握住手柄时，虚拟旋转中心可与用户的腕关节的中心重合。
在本文描述的任何装置中，并联运动机构可以配置为微创工具，并且可以包括具有近端和远端的工具杆。工具杆的近端可以连接到框架。特别地，工具杆(例如，近端)可以刚性地连接到框架。当该装置被配置为微创工具时，其还可以包括末端执行器和工具杆的远端之间的至少两个旋转自由度输出接头，其中，输出接头经由传输设备(例如，传输系统)联接到输入接头，以将输入接头的至少两个独立路径关联并传输成输出接头的至少两个旋转自由度。在一些变型中，当该装置配置为微创工具时，其还可包括经由输出接头连接到框架的末端执行器，该输出接头在末端执行器和工具杆的远端之间具有至少两个旋转自由度。输出接头可以经由传输系统联接到输入接头，以将手柄相对于框架的旋转关联并传输成末端执行器相对于工具杆的相应旋转。
在操作中，本文描述的并联运动机构可以部分地通过分离手柄的旋转来起作用。例如，手柄的两个旋转可以被分离和过滤成主体1处的仅旋转 1和主体2处的仅旋转2。
本文描述的任何并联运动机构可以包括输出部，其中，输出部经由机械传输系统联接到输入接头，该机械传输系统配置成将第一和第二中间主体的旋转关联并传输到输出部。输出接头可以包括多个接头，例如，一个或更多个滑轮或联动件。输出接头可以联接到输入接头，使得分离和过滤的移动(旋转)可以分别传输到输出接头的部件。例如，输出部可以经由机电传输系统联接到输入接头，机电传输系统配置成将第一和第二中间主体的旋转关联并传输到输出部。机电传输设备可以包括传感器/编码器，其可以对来自输入接头的相应旋转(例如，俯仰、偏航等)进行编码。可以使用任何适当的传输设备或传输系统。例如，输出部可以经由流体传输设备联接到输入接头，流体传输设备配置成将第一和第二中间主体的旋转关联并传输到输出部。流体传输设备可以包括液压和/或气动部件。
在本文描述的任何变型中，框架可以配置为与用户的前臂接合。因此，框架可以通过带等联接到用户的前臂。
第一和第二中间主体可以是滑轮。在本文描述的任何变型中，第一连接器可以是第一枢转接头，第二连接器可以是第二枢转接头，第三连接器可以是第一挠曲传输条，且第四连接器可以是第二挠曲传输条。
本文描述的装置可以包括另外的独立路径。例如，输入接头可以包括将手柄联接到框架的第三独立路径，其中，第三独立路径与第一和第二路径并联地操作；第三独立路径中的第三中间主体通过第五连接器连接到框架，并通过第六连接器连接到手柄；其中，第五连接器允许在第一旋转方向上的旋转并且限制在第二旋转方向上的旋转。因此，第三独立路径可以类似于第一独立路径；第四独立路径可以类似于第二独立路径。
本文描述的任何装置还可以允许在另一个方向上的平移。例如，第一路径和第二路径可以允许沿第三轴线的平移。第一路径或第二路径或者第一路径和第二路径两者可以约束围绕第三轴线的旋转。
如上所述，通常，本文描述的任何装置可以构造为微创工具，其包括从框架延伸的工具杆、将工具杆连接到末端执行器的输出接头、以及联接输入接头和输出接头之间的旋转的传输设备。
本文描述的装置的另一实施方案可以配置为在手柄和框架之间具有至少两个旋转自由度的并联运动(PK)机构，并且可以包括：框架；手柄；输入接头，其具有将手柄联接到框架的用于传输运动的至少两个独立的路径，其中，所述至少两个独立的路径包括第一路径和第二路径；第一中间主体，其包括在第一路径中的第一滑轮，该第一中间主体通过包括第一滑轮销的第一连接器连接到框架，并且通过包括第一传输条的第三连接器连接到手柄；第二中间主体，其包括在第二路径中的第二滑轮，第二中间主体通过包括第二滑轮销的第二连接器连接到框架，且其中，第二中间主体通过包括第二传输条的第四连接器连接到手柄；其中，第一滑轮销允许在俯仰旋转方向上的旋转并限制在偏航旋转方向上的旋转，并且第二传输条对在俯仰方向上弯曲是柔顺的并且对在偏航方向上的弯曲具有高劲度(stiffness)；另外其中，第二滑轮销允许在偏航旋转方向上的旋转并且限制俯仰旋转方向上的旋转，并且第一传输条在偏航方向上是柔顺的，并且对在俯仰方向上的弯曲具有高劲度。
第一和第二传输条可以包括通过铰接连接部互连成一线的多个刚性部段。如本文所用，短语“互连成一线的刚性部段”可以指串联连接结构 (其中A连接到B，B连接到C，C连接到D，等等，并且A和C仅通过 B连接，而A和D仅通过B和C连接)。
在这些装置中的任何一个中，第一和第二传输条可以包括多个刚性部段和多个铰链，其中，每个刚性部段通过多个铰链中的一个铰链铰接到相邻的刚性部段，且其中，每个铰链具有旋转轴线，该旋转轴线平行于多个铰链中的每个铰链的旋转轴线。第一和第二传输条可以包括多个刚性部段和多个活动铰链，其中，每个刚性部段通过多个活动铰链中的一个活动铰链连接到相邻的刚性部段，且其中，每个活动铰链具有旋转轴线，该旋转轴线平行于多个活动铰链中的每个活动铰链的旋转轴线。
第一传输条的第一端可以刚性地附接到手柄，并且第一传输条的相反端可以刚性地附接到第一滑轮；此外，第二传输条的第一端可以刚性地附接到手柄，并且第二传输条的相反端刚性地附接到第二滑轮。
本文描述的并联运动(PK)机构的另一实施方案可以包括：框架；手柄，其包括板；输入接头，其具有用于在手柄与框架之间传输运动的至少两个独立的路径，其中，该至少两个独立的路径包括第一路径和第二路径 (其可并联操作)；第一中间主体，其包括第一路径中的第一板，该第一板通过包括第一多个传输条的第一连接器连接到框架，并且通过包括第三多个传输条的第三连接器连接到手柄；第二中间主体，其包括在第二路径中的第二板，该第二板通过包括第二多个传输条的第二连接器连接到框架，并且由包括第四多个传输条的第四连接器连接到手柄；其中，第一连接器和第四连接器均允许在俯仰旋转方向上的旋转并且限制在偏航旋转方向上的旋转；另外其中，第二和第三连接器允许在偏航旋转方向上的旋转并限制在俯仰旋转方向上的旋转。
第一多个传输条和第四多个传输条可以对在俯仰方向上的弯曲是柔顺的并且对围绕偏航方向的弯曲具有高劲度，且其中，第二多个传输条和第三多个传输条可以对在偏航方向上的弯曲是柔顺的并且对围绕俯仰方向的弯曲具有高劲度。
第一多个传输条中的每个传输条可以在第一端处刚性地附接到第一中间主体并且在与第一端相反的第二端处刚性地附接到框架。第三多个传输条中的每个传输条可以在第一端处刚性地附接到第一中间主体并且在与第一端相反的第二端处刚性地附接到手柄。类似地，第二多个传输条中的每个传输条可以在第一端处刚性地附接到第二中间主体并且在与第一端相反的第二端处刚性地附接到框架。第四多个传输条中的每个传输条可以在第一端处刚性地附接到第二中间主体并且在与第一端相反的第二端处刚性地附接到手柄。
本文描述的并联运动(PK)机构的另一个实施方案可以包括：框架；手柄；输入接头，其具有将手柄联接到框架的用于传输运动的至少两个独立的路径，其中，该至少两个独立的路径包括第一路径和第二路径(其可并联操作)；第一路径中的第一中间主体，其通过包括第一枢转接头的第一连接器连接到框架，并且通过包括第三枢转接头的第三连接器连接到手柄；第二路径中的第二中间主体，其通过包括第二枢转接头的第二连接器连接到框架，并且通过第四连接器连接到手柄，其中，第四连接器包括柔性扭转杆；其中，第一连接器和第四连接器均允许在俯仰旋转方向上的旋转并且限制在偏航旋转方向上的旋转；另外其中，第二和第三连接器允许在偏航旋转方向上的旋转并限制在俯仰旋转方向上的旋转。柔性扭转杆可以围绕其中心轴线(对应于偏航方向)传输旋转，同时对在俯仰旋转方向上的弯曲仍是柔顺的。在这些变型中的任何一个中，如本文所示，偏航和俯仰旋转方向相对于框架被界定。柔性扭转杆可以在柔性扭转杆的第一端处刚性地连接到手柄，并且在柔性扭转杆的第二端处刚性地连接到第二中间主体。第一和第二中间主体可以包括滑轮。第一路径(例如，第一和第三连接器)可以约束围绕侧倾轴线的旋转，侧倾轴线与俯仰和偏航轴线均正交。
本文还描述了并联运动(PK)机构的另一个实施方案，其包括：框架；手柄；输入接头，其具有将手柄联接到框架的用于传输运动的至少两个独立的路径，其中，所述至少两个独立的路径包括第一路径和第二路径(其可并联操作)；第一中间主体，其包括在第一路径中的俯仰支架(例如，俯仰支撑件、俯仰拱形件、俯仰环或任何其它合适的形状)，俯仰支架通过包括枢转接头的第一连接器连接到框架，并通过包括第一滑块接头(first sliderjoint)的第三连接器连接到手柄；第二中间主体，其包括在第二路径中的偏航支架(例如，偏航支撑件、偏航拱形件、偏航环或任何其它合适的形状)，偏航支架通过包括枢转接头的第二连接器连接至框架，并通过包括第二滑块接头的第四连接器连接至手柄；其中，第一连接器和第四连接器均允许在俯仰旋转方向上的旋转并且限制在偏航旋转方向上的旋转；另外其中，第二和第三连接器允许在偏航旋转方向上的旋转并限制在俯仰旋转方向上的旋转。第一中间主体可以包括刚性地联接到俯仰支架上的滑轮，且其中，第二中间主体包括刚性地联接到偏航支架的偏航滑轮。
在一些变型中，第一中间主体的俯仰支架可以包括形成第一滑块接头的第一狭槽，手柄(或从手柄刚性地延伸的构件，其可以形成手柄的一部分，或可以例如刚性地连接至手柄)可以在该第一滑块接头内滑动；且另外其中，第二中间主体的偏航框架可以包括形成第二滑块接头的第二狭槽，手柄或从手柄刚性地延伸的构件可以在该第二滑块接头内滑动。手柄 (或从手柄刚性地延伸的构件)可以被约束成不能在第一和第二滑块接头内围绕与俯仰和偏航轴线均正交的侧倾轴线旋转。
第一独立路径(例如，第一滑块接头)和第二独立路径(例如，第二滑块接头)可以允许手柄或从手柄刚性地延伸的构件沿与俯仰和偏航轴线均正交的侧倾轴线平移。
例如，本文描述的是在手柄和框架之间具有至少两个旋转自由度的并联运动(PK)机构，该PK机构包括：框架；手柄，其中，手柄包括手柄杆，另外其中，在手柄和框架之间存在至少两个独立的运动传输路径；偏航支架，其联接到框架并且配置为围绕偏航轴线相对于框架枢转，偏航支架具有开口，穿过该开口在偏航支架和手柄杆之间形成第一滑块接头；俯仰支架，其联接到框架并且配置成在俯仰轴线上相对于框架枢转，俯仰支架具有开口，穿过该开口在俯仰支架和手柄杆之间形成第二滑块接头；其中，手柄杆延伸通过偏航支架中的开口和俯仰支架中的开口，使得手柄在俯仰方向上的旋转使俯仰支架旋转，并且手柄在偏航方向上的旋转使偏航支架旋转。参见例如在下面更详细地描述的图54-图55。
第一滑块接头可以允许手柄杆和偏航支架之间围绕俯仰轴线进行的俯仰旋转，并且第二滑块接头允许手柄杆和俯仰支架之间围绕偏航轴线进行的偏航旋转。
这些装置中的任一个可以包括与俯仰轴线和偏航轴线正交的侧倾轴线，其中，第一滑块接头允许手柄杆相对于偏航支架沿侧倾轴线的相对平移，并且第二滑块接头允许手柄杆和俯仰支架之间的相对平移。
偏航支架和俯仰支架可以是嵌套的。例如，偏航支架可以在俯仰支架之上弯曲(并且与之并联)，反之亦然。偏航支架可以是弯曲的和刚性的，并且俯仰支架可以是弯曲的和刚性的。偏航支架和俯仰支架可以是半圆形的。
并联运动机构还可以包括与俯仰轴线和偏航轴线正交地延伸的侧倾轴线，其中，手柄杆被约束成不能相对于偏航支架和俯仰支架中的一个或两者在侧倾轴线上侧倾。通过偏航支架和俯仰支架中的一个或两者与手柄杆之间的侧倾锁定，手柄杆可以被约束成不能相对于偏航滑块接头和俯仰滑块接头在侧倾轴线中侧倾。手柄可以定位在俯仰支架和框架之间。
并联运动机构还可以包括传输系统，该传输系统具有联接到俯仰支架的俯仰传输元件和联接到偏航支架的偏航传输元件，其中，俯仰传输元件将手柄的俯仰旋转传输到传输系统输出部，并且偏航传输元件将手柄的偏航旋转传输到传输系统输出部。俯仰传输元件可以包括滑轮、齿轮、皮带、缆线、柔性扭转杆以及互连的联动件中的一个或更多个，并且其中，偏航传输元件包括滑轮、齿轮、皮带、缆线、柔性扭转杆以及互连的联动件中的一个或更多个。
并联运动机构还可以包括联接在框架和俯仰支架之间的用以编码俯仰旋转的俯仰传感器、联接在框架和偏航支架之间的用以编码偏航旋转的偏航传感器、以及用以传输俯仰传感器和偏航传感器的输出的有线或无线的电气传输系统。
并联运动机构还可以包括联接在框架和俯仰支架之间的用以驱动俯仰旋转的第一致动器、以及联接在框架和偏航支架之间的用以驱动偏航旋转的第二致动器、以及用于控制致动器的电气传输系统。
手柄可以围绕由俯仰轴线和偏航轴线的交点界定的虚拟中心相对于框架旋转。
并联运动机构可以配置为具有工具杆的微创工具，该工具杆具有近端和远端，其中，工具杆的近端连接到框架。
例如，一种在手柄和框架之间具有至少两个旋转自由度的并联运动 (PK)机构，该PK机构包括：框架；手柄，其中，手柄包括手柄杆，另外其中，在手柄和框架之间存在至少两个独立的运动传输路径；弯曲的偏航支架，其联接到框架并且配置为围绕偏航轴线相对于框架枢转，偏航支架具有开口，穿过该开口在偏航支架和手柄杆之间形成第一滑块接头；弯曲的俯仰支架，其联接到框架并且配置成在俯仰轴线上相对于框架枢转，俯仰支架具有开口，穿过该开口在俯仰支架和手柄杆之间形成第二滑块接头；其中，偏航支架和俯仰支架相对于彼此嵌套，且其中，第一滑块接头允许手柄杆和偏航支架之间围绕俯仰轴线的旋转，且第二滑块接头允许手柄杆和俯仰支架之间围绕偏航轴线的旋转；另外其中，手柄杆延伸穿过偏航支架中的开口和俯仰支架中的开口，使得手柄在俯仰方向上的旋转使俯仰支架旋转，且手柄在偏航方向上的旋转使偏航支架旋转；且侧倾轴线与俯仰轴线和偏航轴线正交地延伸，其中，手柄杆被约束成不能相对于偏航支架和俯仰支架在侧倾轴线上侧倾。
本文还描述了使扭转杆作为并联运动机构的一部分(例如，形成并联路径中的一个或更多个)的并联运动装置(设备和系统)。例如，本文描述的是在手柄和框架之间具有至少两个旋转自由度的并联运动(PK)机构，该PK机构包括：框架；手柄；用于传输运动的至少两个独立的路径，其将手柄联接到框架，其中，至少两个独立路径包括彼此并联地操作的第一路径和第二路径；在第一路径中的第一中间主体，其通过第一连接器连接到框架并且通过第三连接器连接到手柄，其中，第一连接器允许第一中间主体和框架围绕第一旋转方向的旋转，但是约束第一中间主体和框架之间围绕第二旋转方向的旋转，另外其中，第三连接器允许手柄和第一中间主体在第二旋转方向上的旋转，并且限制在第一旋转方向上的旋转；在第二路径中的第二中间主体，其通过第二连接器连接到框架并且通过柔性扭转杆连接到手柄，柔性扭转杆具有刚性地连接到第二中间主体的第一端和刚性地连接到手柄的第二端，其中，第二连接器允许第二中间主体和框架之间围绕第二旋转方向的旋转，但是约束第二中间主体和框架之间围绕第一旋转方向的旋转；其中，柔性扭转杆在中心轴线上延伸并且是柔性的，使得中心轴线可以弯曲成任意形状，另外其中，柔性扭转杆具有高扭转劲度，并且即使当中心轴线弯曲成任意形状时，也传输围绕中心轴线的扭转旋转。例如参见在下面更详细地描述的图53。
柔性扭转杆的第一端可以刚性地连接到第二中间主体，使得第一端处的柔性扭转杆的中心轴线与第二旋转方向的旋转轴线平行，且柔性扭转杆的第二端可以刚性地连接到手柄，使得第二端处的柔性扭转杆的中心轴线与第二旋转方向的旋转轴线平行。
第一中间主体可以包括刚性臂或半刚性臂。第一中间主体可以包括在第一旋转方向上旋转的滑轮。第二中间主体可以包括在第二旋转方向上旋转的滑轮。第一旋转方向可以包括俯仰旋转方向，且第二旋转方向包括偏航旋转方向。第一旋转方向可以与第二旋转方向正交。
在这些PK机构中的任何一个中，第一旋转方向的旋转轴线和第二旋转方向的旋转轴线可以在虚拟旋转中心相交，另外其中，虚拟旋转中心位于不存在并联运动机构的任何其它部件或不存在附接至并联运动机构的部件的空置空间中。当用户与手柄接合时，虚拟旋转中心可与用户的铰接解剖学关节的中心重合。当用户握住手柄时，虚拟旋转中心可以与用户的腕关节的中心重合。
并联运动机构可以配置为微创工具，微创工具还包括具有近端和远端的工具杆，其中，工具杆的近端连接到框架。
第一连接器可以包括枢转接头。第三连接器可以包括枢转接头。第二连接器可以包括枢转接头。
例如，本文描述的是在手柄和框架之间具有至少俯仰和偏航旋转自由度的并联运动(PK)机构，该PK机构包括：框架；手柄；用于传输运动的至少两个独立的路径，其将手柄联接到框架，其中，至少两个独立路径包括彼此并联地操作的第一路径和第二路径；在第一路径中的第一中间主体，其通过包括第一枢转接头的第一连接器连接到框架，并且通过包括第三枢转接头的第三连接器连接到手柄，其中，第一连接器允许在俯仰旋转方向上的旋转并限制在偏航旋转方向上的旋转，另外其中，第三连接器允许在偏航旋转方向上的旋转并限制在俯仰旋转方向上的旋转；在第二路径中的第二中间主体，其通过包括第二枢转接头的第二连接器连接到框架，并且通过柔性扭转杆连接到手柄，柔性扭转杆具有刚性地连接到第二中间主体的第一端和刚性地附接到手柄的第二端，其中，第二连接器允许在偏航旋转方向上的旋转并限制在俯仰旋转方向上的旋转，其中，柔性扭转杆在中心轴线上延伸并且是柔性的，使得中心轴线可以弯曲成任意形状，另外其中，柔性扭转杆具有高扭转劲度，并且即使当中心轴线弯曲成任意形状时，也传输围绕中心轴线的偏航旋转。
本文也描述了具有柔性扭转杆的传输系统。例如，在手柄和框架之间具有至少两个旋转自由度的并联运动(PK)机构可以包括：框架；手柄；用于传输运动的至少两个独立的路径，其将手柄联接到框架，其中，至少两个独立路径包括第一路径和第二路径；在第一路径中的第一中间主体，其通过第一连接器连接到框架，并且通过第三连接器连接到手柄；在第二路径中的第二中间主体，其通过第二连接器连接到框架，并且通过第四连接器连接到手柄，其中，第一连接器和第四连接器均允许在第一旋转方向上的旋转，并限制在第二旋转方向上的旋转，另外其中，第二连接器和第三连接器允许在第二旋转方向上的旋转，并限制在第一旋转方向上的旋转；和传输设备，其包括第一柔性扭转杆和第二柔性扭转杆，第一柔性扭转杆在第一柔性扭转杆的第一端处刚性地连接至第一连接器使得第一连接器在第一旋转方向上的旋转通过第一柔性扭转杆被传输至输出接头，第二柔性扭转杆在第二柔性扭转杆的第一端处刚性地连接至第二连接器，使得第二连接器在第二旋转方向上的旋转通过第二柔性扭转杆被传输至输出接头；其中，第一柔性扭转杆的第二端和第二柔性扭转杆的第二端被联接至输出接头，另外其中，第一柔性扭转杆在第一中心轴线上延伸并且是柔性的，使得第一中心轴线可以弯曲成第一任意形状，另外其中，第一柔性扭转杆具有高扭转劲度，并且即使当第一中心轴线弯曲成第一任意形状时，也传输围绕第一中心轴线的扭转旋转，且其中，第二柔性扭转杆在第二中心轴线上延伸并且是柔性的，使得第二中心轴线可以弯曲成第二任意形状，另外其中，第二柔性扭转杆具有高扭转劲度，并且即使当第二中心轴线弯曲成第二任意形状时，也传输围绕第二中心轴线的扭转旋转。例如参见本文更详细地描述的图64-67。
并联运动机构可以包括覆盖第一柔性扭转杆的第一护套和覆盖第二柔性扭转杆的第二护套。框架可以包括第一框架端和第二框架端，其中，用于传输运动的至少两个独立路径将手柄联接到框架的第一框架端。第一框架端相对于第二框架端的位置可以是可调节的。框架还可以包括从第二框架端向远侧延伸的杆，还包括在杆的远端处的末端执行器。
并联运动机构可以配置为微小入口工具。
第一连接器可以是第一枢转接头，第二连接器可以是第二枢转接头，第三连接器可以是第一挠曲传输条，且第四连接器可以是第二挠曲传输条。例如，第一挠曲传输条可以对在第一方向上的弯曲是柔性的，但是在横向于第一方向的方向上具有高弯曲劲度并且具有高扭转劲度；此外，第二挠曲传输条可以对在第二方向上的弯曲是柔性的，但是对在横向于第二方向的方向上具有高弯曲劲度并且具有高扭转劲度。
例如，在手柄和框架之间具有至少俯仰和偏航旋转自由度的并联运动 (PK)机构可以包括：框架；手柄；用于传输运动的至少两个独立的路径，其将手柄联接到框架，其中，至少两个独立路径包括第一路径和第二路径；在第一路径中的第一中间主体，其通过第一连接器连接到框架，并且其中，第一中间主体通过包括第一传输条的第三连接器连接到手柄；在第二路径中的第二中间主体，其通过第二连接器连接到框架，并且其中第二中间主体通过包括第二传输条的第四连接器连接到手柄，其中，第一连接器允许在俯仰旋转方向上的旋转，并限制在偏航旋转方向上的旋转，且第二传输条对在俯仰旋转方向上的弯曲是柔顺的并且对在偏航旋转方向上的弯曲具有高劲度；另外其中，第二连接器允许在偏航旋转方向上的旋转，并限制在俯仰旋转方向上的旋转，且第一传输条在偏航旋转方向上是柔顺的，且对在俯仰旋转方向上的弯曲具有高劲度；传输设备，其包括第一柔性扭转杆和第二柔性扭转杆，第一柔性扭转杆在第一柔性扭转杆的第一端处刚性地连接至第一连接器，使得第一连接器在第一旋转方向上的旋转通过第一柔性扭转杆来传输，第二柔性扭转杆在第二柔性扭转杆的第一端处刚性地连接至第二连接器，使得第二连接器在第二旋转方向上的旋转通过第二柔性扭转杆来传输；和末端执行器，其由输出接头致动，其中，第一柔性扭转杆的第二端和第二柔性扭转杆的第二端被联接至输出接头，另外其中，第一柔性扭转杆在第一中心轴线上延伸并且是柔性的，使得第一中心轴线可以弯曲成第一任意形状，另外其中，第一柔性扭转杆具有高扭转劲度，并且即使当第一中心轴线弯曲成第一任意形状时，也传输围绕第一中心轴线的扭转旋转，且其中，第二柔性扭转杆在第二中心轴线上延伸并且是柔性的，使得第二中心轴线可以弯曲成第二任意形状，另外其中，第二柔性扭转杆具有高扭转劲度，并且即使当第二中心轴线弯曲成第二任意形状时，也传输围绕第二中心轴线的扭转旋转。
本文还描述了横跨一个或更多个身体关节佩戴的并联运动机构。例如，一种可佩戴式并联运动机构(PK)，其在配置成佩戴在人的铰接关节的任一侧上的手柄和框架之间具有至少两个旋转自由度，该可佩戴式并联运动机构可以包括：框架，其中，该框架配置成固定在人的铰接关节的第一侧上；手柄，其中，该手柄配置成固定在人的铰接关节的第二侧上；用于传输运动的至少两个独立的路径，其将手柄联接至框架，其中，该至少两个独立的路径包括第一路径和第二路径；在第一路径中的第一中间主体，其通过第一连接器连接至框架并通过第三连接器连接至手柄；在第二路径中的第二中间主体，其通过第二连接器连接至框架并通过第四连接器连接至手柄；其中，第一连接器和第四连接器均允许在第一旋转方向上的旋转，并限制在第二旋转方向上的旋转；另外地其中，第二和第三连接器允许在第二旋转方向上的旋转，并限制在第一旋转方向上的旋转。例如参见本文更详细地描述的图29A。
第一旋转方向的旋转轴线和第二旋转方向的旋转轴线可以在虚拟的旋转中心相交；另外，框架可以配置成被固定，使得人铰接关节的中心与所述虚拟旋转中心定位在同一位置，其中，人铰接关节从包括腕关节、踝关节、肩关节和掌指关节的组中选择。
框架可以配置为固定在脚踝的第一侧上。手柄可以配置为在脚踝的第二侧上固定在足部上。
第一旋转方向的旋转轴线和第二旋转方向的旋转轴线可以在虚拟的旋转中心相交；此外，框架可以配置为被固定，使得肩部球窝关节的旋转中心与虚拟中心定位在同一位置。
框架可以配置为与人的肩部接合。手柄可以配置为与人前臂和腕部中的一个或更多个接合。
框架和手柄可以包括动力升降辅助设备的一部分。例如，可佩戴式并联运动机构可配置为机动外骨骼的一部分。
第一连接器可以是第一枢转接头，第二连接器可以是第二枢转接头，第三连接器可以是第一挠曲传输条，且第四连接器可以是第二挠曲传输条。例如，第三连接器可以是第一挠曲传输条，且第四连接器可以是第二挠曲传输条，另外其中，第一挠曲传输条对在第一方向上的弯曲是柔性的，但是在横向于第一方向的方向上具有高弯曲劲度并且具有高扭转劲度，且其中，第二挠曲传输条对在第二方向上的弯曲是柔性的，但是在横向于第二方向的方向上具有高弯曲劲度并且具有高扭转劲度。
可佩戴式并联运动机构可以包括第一致动器、第二致动器以及控制所述致动器的电气传输系统，第一致动器联接在框架和第一中间主体之间并配置成驱动在第一旋转方向上的旋转，第二致动器联接在框架和第二中间主体之间并配置成驱动第二中间主体中的旋转。
一种可佩戴式并联运动(PK)机构，其在人铰接关节任一侧上的手柄与框架之间具有至少俯仰和偏航旋转自由度，该PK机构可以包括：框架，其中，框架包括开口，框架配置成固定在人铰接关节的第一侧上；手柄，其中，手柄配置成固定在人铰接关节的第二侧上；用于传输运动的至少两个独立的路径，其将手柄联接到框架，其中，该至少两个独立的路径包括第一路径和第二路径；在第一路径中的第一中间主体，其通过第一连接器连接到框架，并且通过包括第一传输条的第三连接器连接到手柄；在第二路径中的第二中间主体，其通过第二连接器连接到框架，且其中，第二中间主体通过包括第二传输条的第四连接器连接到手柄；其中，第一连接器允许在俯仰旋转方向上的旋转并限制在偏航旋转方向上的旋转，并且第二传输条对在俯仰旋转方向上的弯曲是柔顺的，并且对在偏航旋转方向上的弯曲具有高劲度；另外其中，第二连接器允许在偏航旋转方向上的旋转，并且限制在俯仰旋转方向上的旋转，并且第一传输条在偏航旋转方向上是柔顺的，并且对在俯仰旋转方向上的弯曲具有高劲度。
在下文的一个或多个实施方案中可实现本公开的各方面。
1)一种并联运动(PK)机构，其在手柄和框架之间具有至少两个旋转自由度，所述并联运动机构包括：
所述框架；
所述手柄，其中，所述手柄包括手柄杆，另外其中，在所述手柄和所述框架之间存在至少两个独立的运动传输路径；
偏航支架，其联接到所述框架并且配置为围绕偏航轴线相对于所述框架枢转，所述偏航支架具有开口，穿过所述偏航支架的开口在所述偏航支架和所述手柄杆之间形成第一滑块接头；
俯仰支架，其联接到所述框架并且配置为在俯仰轴线上相对于所述框架枢转，所述俯仰支架具有开口，穿过所述俯仰支架的开口在所述俯仰支架和所述手柄杆之间形成第二滑块接头；
其中，所述手柄杆延伸穿过所述偏航支架中的开口和所述俯仰支架中的开口，使得所述手柄在俯仰方向上的旋转使所述俯仰支架旋转，并且所述手柄在偏航方向上的旋转使所述偏航支架旋转。
2)根据1)所述的并联运动机构，其中，所述第一滑块接头允许所述手柄杆和所述偏航支架之间围绕所述俯仰轴线进行的俯仰旋转，并且所述第二滑块接头允许所述手柄杆和所述俯仰支架之间围绕所述偏航轴线进行的偏航旋转。
3)根据1)所述的并联运动机构，还包括与所述俯仰轴线和所述偏航轴线正交的侧倾轴线，其中，所述第一滑块接头允许所述手柄杆相对于所述偏航支架沿所述侧倾轴线的相对平移，并且所述第二滑块接头允许所述手柄杆和所述俯仰支架之间的相对平移。
4)根据1)所述的并联运动机构，其中，所述偏航支架和所述俯仰支架是嵌套的。
5)根据1)所述的并联运动(PK)机构，其中，所述偏航支架是弯曲的和刚性的，并且所述俯仰支架是弯曲的和刚性的。
6)根据1)所述的并联运动机构，其中，所述偏航支架和所述俯仰支架是半圆形的。
7)根据1)所述的并联运动机构，还包括与所述俯仰轴线和所述偏航轴线正交地延伸的侧倾轴线，其中，所述手柄杆被约束成不能相对于所述偏航支架和所述俯仰支架中的一个或两者在所述侧倾轴线上侧倾。
8)根据7)所述的并联运动机构，其中，通过所述偏航支架和所述俯仰支架中的一个或两者与所述手柄杆之间的侧倾锁定，所述手柄杆被约束成不能相对于偏航滑块接头和俯仰滑块接头在所述侧倾轴线上侧倾。
9)根据1)所述的并联运动机构，其中，所述手柄定位在所述俯仰支架和所述框架之间。
10)根据1)所述的并联运动机构，还包括传输系统，所述传输系统具有联接到所述俯仰支架的俯仰传输元件和联接到所述偏航支架的偏航传输元件，其中，所述俯仰传输元件将所述手柄的俯仰旋转传输到传输系统输出部，并且所述偏航传输元件将所述手柄的偏航旋转传输到传输系统输出部。
11)根据10)所述的并联运动机构，其中，所述俯仰传输元件包括滑轮、齿轮、皮带、缆线、柔性扭转杆以及互连的联动件中的一个或更多个，且其中，所述偏航传输元件包括滑轮、齿轮、皮带、缆线、柔性扭转杆以及互连的联动件中的一个或更多个。
12)根据1)所述的并联运动机构，还包括联接在所述框架和所述俯仰支架之间的用以编码俯仰旋转的俯仰传感器、联接在所述框架和所述偏航支架之间的用以编码偏航旋转的偏航传感器、以及用以传输所述俯仰传感器和所述偏航传感器的输出的有线或无线的电气传输系统。
13)根据1)所述的并联运动机构，还包括联接在所述框架和所述俯仰支架之间的用以驱动俯仰旋转的第一致动器、以及联接在所述框架和所述偏航支架之间的用以驱动偏航旋转的第二致动器、以及用于控制致动器的电气传输系统。
14)根据1)所述的并联运动机构，其中，所述手柄相对于所述框架围绕虚拟中心旋转，所述虚拟中心由所述俯仰轴线和所述偏航轴线的交点界定。
15)根据1)所述的并联运动机构，进一步配置为具有工具杆的微创工具，所述工具杆具有近端和远端，其中，所述工具杆的近端连接到所述框架。
16)一种并联运动(PK)机构，其在手柄和框架之间具有至少两个旋转自由度，所述并联运动机构包括：
所述框架；
所述手柄，其中，所述手柄包括手柄杆，另外其中，在所述手柄和所述框架之间存在至少两个独立的运动传输路径；
弯曲的偏航支架，其联接到所述框架并且配置为围绕偏航轴线相对于所述框架枢转，所述偏航支架具有开口，穿过所述偏航支架的开口在所述偏航支架和所述手柄杆之间形成第一滑块接头；
弯曲的俯仰支架，其联接到所述框架并且配置为在俯仰轴线上相对于所述框架枢转，所述俯仰支架具有开口，穿过所述俯仰支架的开口在所述俯仰支架和所述手柄杆之间形成第二滑块接头；
其中，所述偏航支架和所述俯仰支架相对于彼此嵌套，且其中，所述第一滑块接头允许所述手柄杆和所述偏航支架之间围绕所述俯仰轴线进行的旋转，并且所述第二滑块接头允许所述手柄杆和所述俯仰支架之间围绕所述偏航轴线进行的旋转；
另外其中，所述手柄杆延伸穿过所述偏航支架中的开口和所述俯仰支架中的开口，使得所述手柄在俯仰方向上的旋转使所述俯仰支架旋转，并且所述手柄在偏航方向上的旋转使所述偏航支架旋转；以及
侧倾轴线，其与所述俯仰轴线和所述偏航轴线正交地延伸，其中，所述手柄杆被约束成不能相对于所述偏航支架和所述俯仰支架在所述侧倾轴线上侧倾。
17)根据16)所述的并联运动机构，另外其中，所述第一滑块接头允许所述手柄杆相对于所述偏航支架沿所述侧倾轴线的相对平移，并且所述第二滑块接头允许所述手柄杆和所述俯仰支架之间的相对平移。
18)根据16)所述的并联运动机构，其中，所述偏航支架和所述俯仰支架是半圆形的。
19)根据16)所述的并联运动机构，其中，通过所述偏航支架和所述俯仰支架中的一个或两者与所述手柄杆之间的所述手柄杆上的侧倾锁定，所述手柄杆被约束成不能相对于所述偏航支架和所述俯仰支架在所述侧倾轴线上侧倾。
20)根据16)所述的并联运动机构，其中，所述手柄定位在所述俯仰支架和所述框架之间。
21)根据16)所述的并联运动机构，还包括传输系统，所述传输系统具有联接到所述俯仰支架的俯仰传输元件和联接到所述偏航支架的偏航传输元件，其中，所述俯仰传输元件将所述手柄的俯仰旋转传输到传输系统输出部，并且所述偏航传输元件将所述手柄的偏航旋转传输到传输系统输出部。
22)根据21)所述的并联运动机构，其中，所述俯仰传输元件包括滑轮、齿轮、皮带、缆线、柔性扭转杆以及互连的联动件中的一个或更多个，且其中，所述偏航传输元件包括滑轮、齿轮、皮带、缆线、柔性扭转杆以及互连的联动件中的一个或更多个。
23)根据16)所述的并联运动机构，还包括联接在所述框架和所述俯仰支架之间的用以编码俯仰旋转的俯仰传感器、联接在所述框架和所述偏航支架之间的用以编码偏航旋转的偏航传感器、以及用以传输所述俯仰传感器和所述偏航传感器的输出的有线或无线的电气传输系统。
24)根据16)所述的并联运动机构，还包括联接在所述框架和所述俯仰支架之间的用以驱动俯仰旋转的第一致动器、以及联接在所述框架和所述偏航支架之间的用以驱动偏航旋转的第二致动器、以及用于控制致动器的电气传输系统。
25)根据16)所述的并联运动机构，其中，所述俯仰轴线、所述偏航轴线以及所述侧倾轴线在所述手柄的相对于所述框架的虚拟旋转中心处相交。
26)根据16)所述的并联运动机构，进一步配置为具有工具杆的微创工具，所述工具杆具有近端和远端，其中，所述工具杆的近端连接到所述框架。
27)一种并联运动(PK)机构，其在手柄和框架之间具有至少两个旋转自由度，所述并联运动机构包括：
所述框架；
所述手柄；
用于传输运动的至少两个独立的路径，其将所述手柄联接至所述框架，其中，所述至少两个独立的路径包括彼此并联地操作的第一路径和第二路径；
在所述第一路径中的第一中间主体，其通过第一连接器连接到所述框架并且通过第三连接器连接到所述手柄，其中，所述第一连接器允许所述第一中间主体和所述框架之间的围绕第一旋转方向的旋转，但是约束所述第一中间主体和所述框架之间的围绕第二旋转方向的旋转，另外其中，所述第三连接器允许所述手柄和所述第一中间主体之间的在所述第二旋转方向上的旋转，并且限制在所述第一旋转方向上的旋转；
在所述第二路径中的第二中间主体，其通过第二连接器连接到所述框架并且通过柔性扭转杆连接到所述手柄，所述柔性扭转杆具有刚性地连接到所述第二中间主体的第一端和刚性地连接到所述手柄的第二端，其中，所述第二连接器允许所述第二中间主体和所述框架之间的围绕所述第二旋转方向的旋转，但是约束所述第二中间主体和所述框架之间的围绕所述第一旋转方向的旋转；
其中，所述柔性扭转杆在中心轴线上延伸并且是柔性的，使得所述中心轴线能够弯曲成任意形状，另外其中，所述柔性扭转杆具有高扭转劲度，并且即使当所述中心轴线弯曲成任意形状时也传输围绕所述中心轴线的扭转旋转。
28)根据27)所述的并联运动机构，其中，所述柔性扭转杆的第一端刚性地连接到所述第二中间主体，使得在所述第一端处的所述柔性扭转杆的所述中心轴线与所述第二旋转方向的旋转轴线平行，且所述柔性扭转杆的第二端刚性地连接到所述手柄，使得在所述第二端处的所述柔性扭转杆的中心轴线与所述第二旋转方向的旋转轴线平行。
29)根据27)所述的并联运动机构，其中，所述第一中间主体包括刚性臂或半刚性臂。
30)根据27)所述的并联运动机构，其中，所述第一中间主体包括在所述第一旋转方向上旋转的滑轮。
31)根据27)所述的并联运动机构，其中，所述第二中间主体包括在所述第二旋转方向上旋转的滑轮。
32)根据27)所述的并联运动机构，其中，所述第一旋转方向包括俯仰旋转方向，且所述第二旋转方向包括偏航旋转方向。
33)根据27)所述的并联运动机构，其中，所述第一旋转方向与所述第二旋转方向正交。
34)根据27)所述的并联运动机构，其中，所述第一旋转方向的旋转轴线和所述第二旋转方向的旋转轴线在虚拟旋转中心相交，另外其中，所述虚拟旋转中心位于不存在所述并联运动机构的任何其它部件或不存在附接至所述并联运动机构的任何其它部件的空置空间中。
35)根据34)所述的并联运动机构，其中，当用户与所述手柄接合时，所述虚拟旋转中心与用户的铰接的解剖学关节的中心重合。
36)根据34)所述的并联运动机构，其中，当用户握住所述手柄时，所述虚拟旋转中心与用户的腕关节的中心重合。
37)根据27)所述的并联运动机构，进一步配置为微创工具，所述并联运动机构还包括具有近端和远端的工具杆，其中，所述工具杆的近端连接到所述框架。
38)根据27)所述的并联运动机构，其中，所述第一连接器包括枢转接头。
39)根据27)所述的并联运动机构，其中，所述第三连接器包括枢转接头。
40)根据27)所述的并联运动机构，其中，所述第二连接器包括枢转接头。
41)一种并联运动(PK)机构，其在手柄和框架之间具有至少俯仰旋转自由度和偏航旋转自由度，所述并联运动机构包括：
所述框架；
所述手柄；
用于传输运动的至少两个独立的路径，其将所述手柄联接至所述框架，其中，所述至少两个独立的路径包括彼此并联地操作的第一路径和第二路径；
在所述第一路径中的第一中间主体，其通过包括第一枢转接头的第一连接器连接到所述框架，并且通过包括第三枢转接头的第三连接器连接到所述手柄，其中，所述第一连接器允许在俯仰旋转方向上的旋转并限制在偏航旋转方向上的旋转，另外其中，所述第三连接器允许在所述偏航旋转方向上的旋转并限制在所述俯仰旋转方向上的旋转；
在所述第二路径中的第二中间主体，其通过包括第二枢转接头的第二连接器连接到所述框架，并且通过柔性扭转杆连接到所述手柄，所述柔性扭转杆具有刚性地连接到所述第二中间主体的第一端和刚性地附接到所述手柄的第二端；
其中，所述第二连接器允许在所述偏航旋转方向上的旋转并且限制在所述俯仰旋转方向上的旋转，
其中，所述柔性扭转杆在中心轴线上延伸并且是柔性的，使得所述中心轴线能够弯曲成任意形状，另外其中，所述柔性扭转杆具有高扭转劲度，并且即使当所述中心轴线弯曲成任意形状时也传输围绕所述中心轴线的偏航旋转。
42)根据41)所述的并联运动机构，其中，所述柔性扭转杆的第一端刚性地连接到所述第二中间主体，使得在所述第一端处的所述柔性扭转杆的所述中心轴线与偏航旋转轴线平行，并且所述柔性扭转杆的第二端刚性地连接到所述手柄，使得在所述第二端处的所述柔性扭转杆的所述中心轴线与所述偏航旋转轴线平行。
43)根据41)所述的并联运动机构，其中，所述第一中间主体和所述第二中间主体包括滑轮。
44)根据41)所述的并联运动机构，其中，所述第一路径约束所述手柄相对于所述框架围绕侧倾轴线的旋转，所述侧倾轴线与所述俯仰轴线和所述偏航轴线正交。
45)根据41)所述的并联运动机构，其中，所述俯仰旋转方向的俯仰旋转轴线和所述偏航旋转方向的偏航旋转轴线在虚拟旋转中心相交，另外其中，所述虚拟旋转中心位于不存在所述并联运动机构的任何其它部件或不存在附接至所述并联运动机构的任何其它部件的空置空间中。
46)根据45)所述的并联运动机构，其中，当用户与所述手柄接合时，所述虚拟旋转中心与用户的铰接的解剖学关节的中心重合。
47)根据45)所述的并联运动机构，其中，当用户握住所述手柄时，所述虚拟旋转中心与用户的腕关节的中心重合。
48)根据41)所述的并联运动机构，进一步配置为微创工具，所述并联运动机构还包括具有近端和远端的工具杆，其中，所述工具杆的近端连接到所述框架。
49)一种并联运动(PK)机构，其在手柄和框架之间具有至少两个旋转自由度，所述并联运动机构包括：
所述框架；
所述手柄；
用于传输运动的至少两个独立的路径，其将所述手柄联接到所述框架，其中，所述至少两个独立的路径包括第一路径和第二路径；
在所述第一路径中的第一中间主体，其通过第一连接器连接至所述框架并通过第三连接器连接至所述手柄；
在所述第二路径中的第二中间主体，其通过第二连接器连接至所述框架并通过第四连接器连接至所述手柄；
其中，所述第一连接器和所述第四连接器均允许在第一旋转方向上的旋转并限制在第二旋转方向上的旋转；
另外其中，所述第二连接器和所述第三连接器允许在所述第二旋转方向上的旋转并限制在所述第一旋转方向上的旋转；以及
传输设备，其包括第一柔性扭转杆以及第二柔性扭转杆，所述第一柔性扭转杆在所述第一柔性扭转杆的第一端处刚性地连接至所述第一连接器，使得所述第一连接器在所述第一旋转方向上的旋转通过所述第一柔性扭转杆传输到输出接头，所述第二柔性扭转杆在所述第二柔性扭转杆的第一端处刚性地连接至所述第二连接器，使得所述第二连接器在所述第二旋转方向上的旋转通过所述第二柔性扭转杆传输到所述输出接头；
其中，所述第一柔性扭转杆的第二端和所述第二柔性扭转杆的第二端联接到所述输出接头，
另外其中，所述第一柔性扭转杆在第一中心轴线上延伸并且是柔性的，使得所述第一中心轴线能够弯曲成第一任意形状，另外其中，所述第一柔性扭转杆具有高扭转劲度，并且即使当所述第一中心轴线弯曲成所述第一任意形状时，所述第一柔性扭转杆也传输围绕所述第一中心轴线的扭转旋转，且其中，所述第二柔性扭转杆在第二中心轴线上延伸并且是柔性的，使得所述第二中心轴线能够弯曲成第二任意形状，另外其中，所述第二柔性扭转杆具有高扭转劲度，并且即使当所述第二中心轴线弯曲成所述第二任意形状时，所述第二柔性扭转杆也传输围绕所述第二中心轴线的扭转旋转。
50)根据49)所述的并联运动机构，还包括覆盖所述第一柔性扭转杆的第一护套和覆盖所述第二柔性扭转杆的第二护套。
51)根据49)所述的并联运动机构，其中，所述框架包括第一框架端和第二框架端，其中，用于传输运动的所述至少两个独立的路径将所述手柄联接到所述框架的第一框架端。
52)根据51)所述的并联运动机构，其中，所述第一框架端相对于所述第二框架端的位置是可调节的。
53)根据51)所述的并联运动机构，其中，所述框架还包括从所述第二框架端向远侧延伸的杆，所述并联运动机构还包括在所述杆的远端处的末端执行器。
54)根据49)所述的并联运动机构，其配置为微小入口工具。
55)根据49)所述的并联运动机构，其中，所述第一连接器是第一枢转接头，所述第二连接器是第二枢转接头，所述第三连接器是第一挠曲传输条，且所述第四连接器是第二挠曲传输条。
56)根据55)所述的并联运动机构，其中，所述第一挠曲传输条对在第一方向上的弯曲是柔性的，但是在横向于所述第一方向的方向上具有高弯曲劲度并且具有高扭转劲度；另外其中，所述第二挠曲传输条对在第二方向上的弯曲是柔性的，但是在横向于所述第二方向的方向上具有高弯曲劲度并且具有高扭转劲度。
57)一种并联运动(PK)机构，其在手柄和框架之间具有至少俯仰旋转自由度和偏航旋转自由度，所述并联运动机构包括：
所述框架；
所述手柄；
用于传输运动的至少两个独立的路径，其将所述手柄联接到所述框架，其中，所述至少两个独立的路径包括第一路径和第二路径；
在所述第一路径中的第一中间主体，其通过第一连接器连接到所述框架，且其中所述第一中间主体通过包括第一传输条的第三连接器连接到所述手柄；
在所述第二路径中的第二中间主体，其通过第二连接器连接到所述框架，且其中所述第二中间主体通过包括第二传输条的第四连接器连接到所述手柄；
其中，所述第一连接器允许在俯仰旋转方向上的旋转并限制在偏航旋转方向上的旋转，并且所述第二传输条对在所述俯仰旋转方向上的弯曲是柔顺的并且对在所述偏航旋转方向上的弯曲具有高劲度；
另外其中，所述第二连接器允许在所述偏航旋转方向上的旋转并限制在所述俯仰旋转方向上的旋转，并且所述第一传输条在所述偏航旋转方向上是柔顺的并且对在所述俯仰旋转方向上的弯曲具有高劲度；
传输设备，其包括第一柔性扭转杆以及第二柔性扭转杆，所述第一柔性扭转杆在所述第一柔性扭转杆的第一端处刚性地连接至所述第一连接器，使得所述第一连接器在所述第一旋转方向上的旋转通过所述第一柔性扭转杆来传输，所述第二柔性扭转杆在所述第二柔性扭转杆的第一端处刚性地连接至在所述第二连接器，使得所述第二连接器在所述第二旋转方向上的旋转通过所述第二柔性扭转杆来传输；以及
末端执行器，其由输出接头致动，其中，所述第一柔性扭转杆的第二端和所述第二柔性扭转杆的第二端联接到所述输出接头，
另外其中，所述第一柔性扭转杆在第一中心轴线上延伸并且是柔性的，使得所述第一中心轴线能够弯曲成第一任意形状，另外其中，所述第一柔性扭转杆具有高扭转劲度，并且即使当所述第一中心轴线弯曲成所述第一任意形状时，所述第一柔性扭转杆也传输围绕所述第一中心轴线的扭转旋转，且其中，所述第二柔性扭转杆在第二中心轴线上延伸并且是柔性的，使得所述第二中心轴线能够弯曲成第二任意形状，另外其中，所述第二柔性扭转杆具有高扭转劲度，并且即使当所述第二中心轴线弯曲成所述第二任意形状时，所述第二柔性扭转杆也传输围绕所述第二中心轴线的扭转旋转。
58)根据57)所述的并联运动机构，其中，所述第一传输条围绕横向于所述俯仰旋转方向的侧倾轴线具有高扭转劲度，另外其中，所述第二传输条围绕横向于所述偏航旋转方向的侧倾轴线具有高扭转劲度。
59)根据57)所述的并联运动机构，还包括覆盖所述第一柔性扭转杆的第一护套和覆盖所述第二柔性扭转杆的第二护套。
60)根据57)所述的并联运动机构，其中，所述框架不是刚性的。
61)根据57)所述的并联运动机构，其中，所述框架的形状是可调节的。
62)根据57)所述的并联运动机构，其中，所述框架沿所述框架的长度包括一个或更多个接头，所述一个或更多个接头允许调节所述框架的形状。
63)根据57)所述的并联运动机构，其中，所述框架还包括从所述手柄向远侧延伸的杆，另外其中，所述末端执行器位于所述杆的远端。
64)根据57)所述的并联运动机构，其配置为微创工具。
65)一种可佩戴式并联运动(PK)机构，其在配置成佩戴在人铰接关节的任一侧上的手柄和框架之间具有至少两个旋转自由度，所述并联运动机构包括：
所述框架，其中，所述框架配置成固定在所述人铰接关节的第一侧上；
所述手柄，其中，所述手柄配置成固定在所述人铰接关节的第二侧上；
用于传输运动的至少两个独立的路径，其将所述手柄联接到所述框架，其中，所述至少两个独立的路径包括第一路径和第二路径；
在所述第一路径中的第一中间主体，其通过第一连接器连接至所述框架并通过第三连接器连接至所述手柄；
在所述第二路径中的第二中间主体，其通过第二连接器连接至所述框架并通过第四连接器连接至所述手柄；
其中，所述第一连接器和所述第四连接器均允许在第一旋转方向上的旋转并限制在第二旋转方向上的旋转；
另外其中，所述第二连接器和所述第三连接器允许在所述第二旋转方向上的旋转并限制在所述第一旋转方向上的旋转。
66)根据65)所述的可佩戴式并联运动机构，其中，所述第一旋转方向的旋转轴线和所述第二旋转方向的旋转轴线在虚拟旋转中心相交，另外其中，所述框架配置成被固定，使得人铰接关节的中心与所述虚拟旋转中心定位在同一位置，其中，所述人铰接关节从包括腕关节、踝关节、肩关节以及掌指关节的组中选择。
67)根据66)所述的可佩戴式并联运动机构，其中，所述框架配置成固定在脚踝的第一侧上。
68)根据66)所述的可佩戴式并联运动机构，其中，所述手柄配置成在脚踝的第二侧上固定在足部上。
69)根据65)所述的可佩戴式并联运动机构，其中，所述第一旋转方向的旋转轴线和所述第二旋转方向的旋转轴线在虚拟旋转中心相交，另外其中，所述框架配置为被固定，使得肩部球窝关节的旋转中心与所述虚拟中心定位在同一位置。
70)根据65)所述的可佩戴式并联运动机构，其中，所述框架配置成与人的肩部接合。
71)根据70)所述的可佩戴式并联运动机构，其中，所述手柄配置为与人前臂和腕部中的一个或更多个接合。
72)根据65)所述的可佩戴式并联运动机构，其中，所述框架和所述手柄包括动力升降辅助设备的一部分。
73)根据65)所述的可佩戴式并联运动机构，其配置为机动外骨骼的一部分。
74)根据65)所述的可佩戴式并联运动机构，其中，所述第一连接器是第一枢转接头，所述第二连接器是第二枢转接头，所述第三连接器是第一挠曲传输条，且所述第四连接器是第二挠曲传输条。
75)根据65)所述的可佩戴式并联运动机构，其中，所述第一连接器是第一枢转接头，所述第二连接器是第二枢转接头，所述第三连接器是第一挠曲传输条，且所述第四连接器是第二挠曲传输条，另外其中，所述第一挠曲传输条对在第一方向上的弯曲是柔性的，但是在横向于所述第一方向的方向上具有高弯曲劲度并且具有高扭转劲度，且其中，所述第二挠曲传输条对第二方向上的弯曲是柔性的，但是在横向于所述第二方向的方向上具有高弯曲劲度并且具有高扭转劲度。
76)根据65)所述的可佩戴式并联运动机构，还包括第一致动器、第二致动器以及控制所述致动器的电气传输系统，所述第一致动器联接在所述框架和所述第一中间主体之间并配置成驱动在所述第一旋转方向上的旋转，所述第二致动器联接在所述框架和所述第二中间主体之间并配置成驱动所述第二中间主体中的旋转。
77)一种可佩戴式并联运动(PK)机构，其在人铰接关节的任一侧上的手柄和框架之间具有至少俯仰旋转自由度和偏航旋转自由度，所述并联运动机构包括：
所述框架，其中，所述框架包括开口，所述框架配置成固定在所述人铰接关节的第一侧上；
所述手柄，其中，所述手柄配置成固定在所述人铰接关节的第二侧上；
用于传输运动的至少两个独立的路径，其将所述手柄联接到所述框架，其中，所述至少两个独立的路径包括第一路径和第二路径；
在所述第一路径中的第一中间主体，其通过第一连接器连接至所述框架，并通过包括第一传输条的第三连接器连接至所述手柄；
在所述第二路径中的第二中间主体，其通过第二连接器连接到所述框架，且其中所述第二中间主体通过包括第二传输条的第四连接器连接到所述手柄；
其中，所述第一连接器允许在俯仰旋转方向上的旋转并限制在偏航旋转方向上的旋转，并且所述第二传输条对在所述俯仰旋转方向上的弯曲是柔顺的并且对在所述偏航旋转方向上的弯曲具有高劲度；
另外其中，所述第二连接器允许在所述偏航旋转方向上的旋转并限制在所述俯仰旋转方向上的旋转，并且所述第一传输条在所述偏航旋转方向上是柔顺的并且对在所述俯仰旋转方向上的弯曲具有高劲度。
附图简述
在所附权利要求中详细阐述了本实用新型的新颖特征。通过参考下面的阐述例证性实施方案的详细描述及其附图来取得对本实用新型的特征和优点的更好理解，在所述实施方案中本实用新型的原理被利用，且其附图：
图1是根据本实用新型的微小入口工具的透视图；
图2A和图2B分别是描述根据本实用新型的微小入口工具的在用户端处的运动输入和在工具尖端处的运动输出的图示；
图3是根据本实用新型的微小入口工具的用户端的透视图；
图4是根据本实用新型的包括前臂附接设备的微小入口工具的用户端的透视图；
图5A-图5C是根据本实用新型的微小入口工具的缆线传输机构的示意图；
图6是根据本实用新型的微小入口工具的缆线传输机构的另一个实施方案的示意图；
图7是在存在凸轮表面的情况下根据本实用新型的缆线传输系统的输入部的示意图；
图8是根据本实用新型的缆线传输系统的示意图，其中，传输缆线附接到虚拟旋转中心(VC)机构的联动件；
图9、图10以及图11分别是描绘根据本实用新型的级联联动式VC 机构的前视图、侧视图和透视图；
图12和图13分别是根据本实用新型的固定轴线VC机构的透视图和前视图；
图14A和图14B分别是根据本实用新型的输出接头的级联式盘实施方式和VC机构实施方式的前视图；
图15是根据本实用新型的闭合机构的透视图；
图16是根据本实用新型的末端执行器的透视图；
图17是根据本实用新型的允许可变传输比的输入和输出滑轮的示意图；
图18是根据本实用新型的允许连续可变传输的输入和输出滑轮的示意图；
图19是根据本实用新型的工具尖端操纵器和输出接头的透视图，该输出接头解耦合两个腕部DoF的致动；
图20是根据本实用新型的微小入口工具的实施方案的示意图，其包括用于更换工具杆的快速释放机构；以及
图21是根据本实用新型的微小入口工具替代地附接至支撑结构而不是用户的前臂的示意图。
图22A和图22B示出了串联运动路径的示意图的示例。
图23是接头的分解图的示例，当被组装时，接头允许单个旋转自由度，但是约束另外五个自由度。
图24示出了并联设计的示例，其中两个独立的路径连接在主体1和主体2之间。
图25示出了动力学示意图的简化版本，例如，图22A所示的动力学示意图，其中多个中间主体和连接器被减少成可以包括这些部件的单个“新”路径。
图26是界定本文描述的并联运动机构的核心约束映射的示图。
图27示出了图26的约束映射的变型，其中在维持相同的功能的同时添加了额外的并联路径。
图28是图12和图13中描述的并联运动机构的第一实施方案的示例，其中输入接头被配置为围绕人腕部定位。
图29A和图29B分别示出配置为围绕人足部(例如，脚踝)定位的并联运动机构的另一个变型的侧视和俯视透视图。
图29C是配置为围绕臂定位的并联运动机构的变型的示例。
图30A和图30B示出了与图12和图13中示出的并联运动机构类似的并联运动机构的另一个示例，其配置为佩戴在用户的腕部周围，使得手柄可以被手握住。
图31A示出了由多个刚性构件形成的传输条的示例，多个刚性构件在铰接位置处连接成一线，在本示例中，铰接位置被对准成具有几何平行的旋转轴线。
图31B是图31A的传输条的分解图。
图32A是与图31A和图31B中示出的传输条类似的传输条的另一个示例，其具有铰接的倒棱的或成斜面的边缘。
图32B示出了图32A的传输条的侧视图。
图33A-图33C以俯视图、侧视图以及侧视透视图示出了枢转接头的示例，该枢转接头包括由销铰接以允许旋转的刚性部段。
图34A-图34D示出了活动铰链，其可以用于例如形成如本文所述的传输条。图34A示出了形成活动铰链之前的材料条；图34B示出了使用活动铰链形成的传输条的侧视图，且图34C是图34B的传输条的俯视图。图 34D是传输条的另一个示例，其形成为包括刚性部段之间的活动铰链。
图35示出了在第一方向上挠曲的传输条(例如，在图34D中示出的传输条)的仰视透视图。
图36示出了活动铰链剖面的多个变型的横截面图，其可以用作本文描述的任何传输条(沿传输条的纵向轴线)的一部分。
图37A-图37D示出了形成传输条的活动铰链的多个变型的示例。
图38是在第一方向上挠曲的传输条(例如，图35所示的传输条)的俯视透视图。
图39是包括刚性区域之间的活动铰链的传输条的另一个示例的示意图；刚性区域可以包括通过其的开口，这可以减轻重量而不会过度地损害强度。
图40是包括在刚性区域之间的活动铰链的传输条的另一个示例的示意图。
图41是传输条的另一个示例的仰视图。
图42A-图42D示出了具有经金属加强的刚性部段的传输条的另外的变型。图42A示出部分地构造的构型的侧视透视图，图42B示出其俯视图，图42C是其侧视图且图42D是其俯视图。
图43A和图43B示出了由不同材料形成的传输条的另一个变型的俯视透视图和侧视透视图。
图44A和图44B示出了包括形成铰链部分的弹簧钢的传输条的另一个变型的俯视图和侧视图，该传输条可以被附加材料加强。
图45A-45D示出了传输条的另一个变型。图45A是俯视图，图45B 是放大俯视图，图45C是前视透视图，且图45D是侧视图。
图46示出了传输条的另一个变型。
图47A和图47B分别示出了两个独立路径之一的示意图的前视图和侧视图，独立路径用于从与图9-图11中示出的变型类似的并联运动机构传输运动。
图48A和图48B示出了并联运动机构的图47A和图47B所示的部分的侧视透视图。
图49A和图49B示出与图9-图11中示出的并联运动机构类似的并联运动机构的第二部分，其可以与在图47A和图48B中示出的部分组合。
图50示出了并联运动机构的在图49A和图49B中示出的部分的侧视透视图。
图51A和图51B分别示出了与图9-11所示的变型相似的并联运动机构的另一个变型的侧视透视图和仰视透视图。
图52A和图52B分别示出了并联运动机构的另一个变型的侧视透视图和仰视透视图。
图53是并联运动机构的另一个变型的示意图。
图54是并联运动机构的另一个变型的示意图。
图55示意性地示出了图54所示的并联运动机构的另一个变型。
图56A-图56C示出了配置用于接合在用户的手上的并联运动机构的变型。在图56A中，手柄部分配置为与用户的手掌接合。在图56B中，手柄部分配置为与用户的一个或更多个手指接合(例如，作为环)。在图56C 中，手柄部分配置为与用户的拇指接合。
图57A和图57B示出了包括机械传输装置(传输缆线或皮带)的并联运动机构。
图58示出了包括基于齿轮的传输系统的并联运动机构的示例。
图59示出了包括传输连杆的并联运动机构的示例。
图60示出了包括气动/液压传输系统的并联运动机构的示例。
图61示出了具有包括柔性扭转杆的传输系统的并联运动机构的示例。
图62A和图62B示出扭转杆。
图63示出了具有包括柔性扭转杆的传输系统的并联运动机构的另一个示例。
图64示出了具有包括柔性扭转杆的传输系统和框架的并联运动机构的示例，该框架从并联运动机构向近端和远端延伸。
图65A和图65B示出了柔性扭转杆的示例。
图66和图67示出了与图64所示的并联运动机构类似的并联运动机构的示例。在图67中，柔性扭转杆中的一个的一部分已经被制成部分透明的，以示出柔性扭转杆。
图68示出了具有包括电换能器的传输系统的并联运动机构的示例。
图69A和图69B示出了配置为微创工具的并联运动机构的一个变型的侧视透视图，该微创工具具有经由传输设备连接到并联运动机构的输入接头的输出接头。
图70是配置为微创工具的并联运动机构的另一个示例的侧视透视图。
图71A和图71B示出了配置为微创工具的并联运动机构的侧视透视图。
详细描述
本文描述的是基于关于铰接运动(即，两个正交旋转)的约束映射的并联运动(PK)机构装置。如将在下面更详细地描述的，尽管约束映射是特定且明确的，但是它可以用作多个物理实施方案的基础，这些物理实施方案可能看起来物理上不同但都包含相同的基本构思。本文描述的装置和方法可以体现图26所示的并联运动约束映射的应用。
图26所示的约束映射指出，对于包括框架部分和手柄部分的设备，例如微创手术工具，可以存在至少两个独立的、不重叠的连接路径，其形成并联运动布置。框架2603、手柄2601、中间主体A 2605以及中间主体 B 2607可以是大致“刚性的”(例如，难以弯曲或变形)。连接器1(2611)、连接器2(2613)、连接器3(2615)以及连接器4(2617)是接头或连接器，其也被称为约束结构(因此名称是约束映射)。连接器1 2611允许旋转1并限制(并因此传输)旋转2。换言之，连接器1在旋转1中是柔顺的并且在旋转2中是劲性的。另一方面，连接器2允许旋转2并限制旋转 1。连接器3也允许旋转2并限制旋转1。连接器4允许旋转1并限制旋转2。如前所述，重要的是注意到，连接器“传输”其“限制”或“约束”的特定旋转。可以等同地说，连接器沿该特定旋转提供高劲度。类似地，当连接器“允许”特定的旋转时，也意味着连接器不“传输”该特定的旋转，或者沿该特定旋转是柔顺的。这种布置在手柄处提供相对于框架的至少两个旋转自由度(DoF)。任何旋转都围绕旋转轴线发生。因此，可以界定旋转1围绕旋转轴线1发生旋转，且旋转2围绕旋转轴线2发生。
在一个具体情况下，两个旋转可以彼此正交，并且被分别界定为偏航和俯仰旋转，即，分别围绕俯仰轴线和偏航轴线的旋转，其中俯仰轴线和偏航轴线彼此正交。然而，图26所示的约束映射更一般地相关：两个旋转轴线不需要被称为俯仰轴线和偏航轴线，并且不需要精确地正交(彼此垂直)，而是可以成另一个角度。例如，根据应用，两个轴线之间的角度的范围可以在大约30度至150度之间。
在一些变型中，框架可以用作参考物，这意味着可以观察/研究/讨论中间主体A、中间主体B和手柄相对于框架的运动。在另一种情况下，可以考虑将手柄作为参考物，这意味着可以观察/研究/讨论其余主体相对于手柄的运动。对于本文件中的大部分讨论，框架被视为参考物。具体地，如本文所使用和描述的，可以相对于框架进行旋转(例如，“旋转1”、“旋转2”、“旋转3”)。
使用具有上述属性的物理连接器，图26中示出的约束映射可以提供构建具有独特和特定功能的PK机构的基础。根据PK机构是否用作工具、设备或机器中的输入接口/机构/接头或输出接口/机构/接头，可以以两种不同的方式描述这种功能，但是这些功能是所示的相同的构造/结构的结果。
就PK机构被用作输入接口/机构/接头的情况：当手柄围绕旋转轴线1 旋转时，该旋转(即，旋转1)经由连接器3传输到中间主体A，连接器3 传输旋转1。当手柄围绕旋转轴线2旋转时，由于连接器3允许(并因此不传输)旋转1，因此该旋转(即，旋转2)不传输到中间主体A。由于连接器1，相对于框架，中间主体A具有围绕旋转轴线1旋转的能力但不能围绕旋转轴线2旋转。因此，对于在手柄处的旋转1和旋转2的任意组合，只有旋转1被传输到中间主体A并且由中间主体A展现，不会看到任何旋转2的效果。
当手柄围绕旋转轴线2旋转时，该旋转(即，旋转2)经由连接器4 传输到中间主体B，连接器4传输旋转2。当手柄围绕旋转轴线1旋转时，由于连接器4允许(并因此不传输)旋转2，因此该旋转(即，旋转1) 不传输到中间主体B。由于连接器2，相对于框架，中间主体B具有围绕旋转轴线2旋转的能力但不能围绕旋转轴线1旋转。因此，对于在手柄处的旋转1和旋转2的任意组合，只有旋转2被传输到中间主体B并且由中间主体B展现，不会看到任何旋转1的效果。
因此，对于手柄处的旋转1和旋转2的任意组合，所提出的约束映射确保了只有旋转2被传输到中间主体B并且在中间主体B处展现，并且只有旋转1被传输到中间主体A并且在中间主体A处展现。因此，图26的约束映射用作将手柄上的两个DoF的旋转运动机械地分离成分别在中间主体A和中间主体B处的两个单独的单个DoF的旋转的方法的基本构思。这从传输的角度来看尤为重要。将2个DoF的旋转运动从工具/机器/设备上的一个位置传输到另一个位置是困难的(或机械上更复杂的)。但是，一旦两个DoF的旋转运动已被分离成两个单独的单个DoF的旋转运动，其中后者中的每一个围绕各自的明确定义的旋转轴线，经由缆线、滑轮、齿轮、连杆等传输这两个单独的旋转就是相对容易的。替代地，这些旋转可以经由编码器或电位计或其它旋转传感器被电子地捕获。
另一种观看由图26的约束映射概述的布置的方式是注意到两个旋转 (中间主体A处的旋转1，和中间主体B处的旋转2)完全解耦合。在中间主体A处的旋转1不影响并且不受中间主体B处的旋转2的影响。
在一些变型中，并联运动构型被用作输出机构。在该变型中，由于连接器1，中间主体A被允许相对于框架进行旋转1。如果经由某种装置(例如，马达或手动曲柄等)将旋转1施加到中间主体A，则中间主体A将相对于框架围绕旋转轴线1展现该旋转。此外，旋转1将经由连接器3从中间主体A传输到手柄，但不影响手柄处的任何旋转2或受其影响。这是由于连接器3传输旋转1但不传输旋转2的事实。这意味着连接器3(其对于旋转2是柔顺的)适应手柄和中间主体A之间的任何相对旋转2。因此，中间主体A处的任何旋转1被传输到手柄。
由于连接器2，中间主体B被允许相对于框架进行旋转2。如果经由某种装置(例如，马达或手动曲柄等)将旋转2施加到中间主体B，则中间主体B将相对于框架围绕旋转轴线2展现该旋转。此外，旋转2将经由连接器4从中间主体B传输到手柄，但不影响手柄处的任何旋转1或受其影响。这是由于连接器4传输旋转2但不传输旋转1的事实。这意味着连接器4(其对于旋转1是柔顺的)顺应手柄和中间主体B之间的任何相对旋转1。因此，中间主体B处的任何旋转2被传输到手柄。
因此，中间主体A处的任何旋转1和中间主体B处的任何旋转2都被传输到手柄，而不会彼此冲突或相互抵消。然后手柄展现这两个旋转。因此，使用上述约束映射构建的任何并联运动机构用作将两个单独的单个 DoF的旋转机械地组合成两个DoF的旋转的装置。这种布置是特别有用的，这是由于经由旋转马达，或经由手动曲柄、或滑轮/缆线或经由各种其它方式提供两个单独的单个DoF旋转中的每一个是容易的，而直接产生两个 DoF的旋转运动是困难的。
另一种观看这种结构/布置的方式是注意到两个旋转(中间主体A处的旋转1，和中间主体B处的旋转2)完全解耦合。在中间主体A处的旋转1不影响中间主体B处的旋转2并且不受其影响。
图27是类似于图26所示的约束映射的增强的约束映射的示例。图26 所示的约束映射是所提出的约束映射的简约表示。在保持机械的解耦合/ 分离/组合的基本构思完整的同时，可以将附加的刚性主体和连接器添加到该约束映射以实现相同的功能或增强的功能。图27中示出了一个这样的示例。除了中间主体A 2705和B 2707之外，还可以有中间主体C 2725和中间主体D 2727。中间主体C经由连接器1’连接到框架2703，连接器1’允许旋转1但限制/约束(并因此传输)旋转2。中间主体C经由允许旋转 2但限制/约束/传输旋转1的连接器3’连接到手柄2701。中间主体D经由允许旋转2但限制/约束/传输旋转1的连接器2’连接到框架。中间主体D 2727经由允许旋转1但限制/约束/传输旋转2的连接器4’连接到手柄2701。重要的是要注意图27的约束映射是图26的增补。它具有在图26的约束映射中看到的所有元件加上不损害图26的约束映射的原始功能性结构的更多元件。图27中所示的附加元件可以在物理强度和鲁棒性方面进一步改进功能性，但不会与原始约束映射的结构、意图、逻辑和功能相冲突。
图26和图27所示的连接器可以具有超出上面列出的属性的附加属性。例如，连接器1允许旋转1并约束/限制/传输旋转2。这仅仅是六个可能的DoF或运动中的两个。还可以补充的是：对于图26的约束映射，连接器1和3和/或连接器2和4在旋转3(如果旋转1和2是俯仰和偏航，则旋转3可以被称为侧倾旋转)中是劲性的。换言之，任何给定的连接器除了相对于旋转1和旋转2的功能之外，还约束/限制/传输旋转3。这将使得在手柄和框架之间允许旋转1和旋转2，同时旋转3被限制并因此在手柄和框架之间传输。如下面详细描述的那样，旋转1、2以及3可以参考框架来界定。例如，旋转1、2和3(例如，分别为俯仰、偏航和侧倾旋转)可以被理解为相对于框架的旋转。
约束映射也可以被修改为包括连接器1和/或连接器3以及连接器2和 /或连接器4允许沿着旋转轴线3平移的要求。这将导致允许在手柄和框架之间沿方向3的平移运动。
本文描述的是体现图26的约束映射的装置，包括在图9-图11和图12- 图13中示出的变型。
根据需要，本文公开了本实用新型的具体实施方案；然而，应理解，所公开的实施方案对本实用新型仅仅是示例性的，本实用新型可以以多种形式和替代性形式来体现。附图不一定按比例绘制，且一些特征可放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅作为教导本领域技术人员不同地应用本实用新型的代表性基础。
本实用新型提供了一种高灵巧性、多DoF的微小入口工具，其能够直观地启动，用于MIS、内窥镜检查或其它介入。参考附图，根据本实用新型的工具通常由附图标记10表示，并且可以提供以下功能。首先，可以在末端执行器12(例如，工具尖端操纵器)处提供六个DoF，以在三个平移方向和三个旋转方向上提供完整的运动控制。另外地，末端执行器12 可以具有用于抓取、切割等的打开/关闭能力，这取决于其用途。可以提供从输入部(即，用户的手臂、手以及手指)到输出部(即，末端执行器12) 的符合人体工程学且直观的运动映射，并且工具10可以提供力反馈以允许用户感觉到由工具10施加的力的量。此外，工具10可以提供输入部和输出部运动之间的运动比例调整，并且减少手抖动以改进手术的精度。应注意，在本文提供的描述中“DoF”和“运动”可以互换使用。根据本实用新型的工具10可以是纯机械的，具有最少数量的部件和组装步骤，确保简单性和成本效应高的制造。
参考图1，示出了机械手持工具10，其中，末端执行器12的DoF可以由用户端部14处的其生理类似物来控制。当末端执行器12的DoF运动与用户的手臂、手和手指的DoF运动匹配时，可以实现用于工具10的直观的输入-输出运动映射。工具10包括框架18，框架18被布置成例如经由臂附接构件20或其它装置附接到用户的手臂(通常为前臂)。框架18 可以是大致刚性的，并且还可以包含长度和尺寸可调节特征，以适应不同尺寸的用户。工具10还包括具有近端21和远端23的工具杆22，其中框架18可以连接到杆近端21。工具杆22配置成穿过患者身体(未示出)中的外科手术端口(例如，套管针或套管)，使得工具杆22可以大致为长形并且薄的且具有大致圆形的横截面，尽管杆22不限于此配置。工具杆22 可以是大致刚性的，或者替代地，在保持所有其它功能的同时，可以使用柔性工具导管，例如用于内窥镜检查的柔性工具导管。
在该示例中，输入接头连接到框架18并布置成在手柄处接收用户的腕部运动输入，其中，输入接头包括虚拟旋转中心(VC)机构16(图9、图12、图13中最佳示出)，其提供通常与用户的腕关节W重合的旋转中心。换言之，在用户的手握住/接合手柄时，VC机构16在框架和手柄之间产生2-DoF或3-DoF接头，其中虚拟旋转中心的位置靠近用户自己的腕部 W。具有虚拟旋转中心的接头或机构是在虚拟旋转中心处不需要存在物理结构的接头或机构。这样的接头应包括用户的手可以致动的主体，其中，该主体被VC机构16约束，以像实际上通过2-DoF万向接头或3-DoF旋转接头在用户的腕部处的某个点处枢转那样移动。通过这种布置，用户的手可以相对于用户的前臂自然地围绕用户的腕部W在至少两个方向上自由旋转。然后，用户的手臂的自然运动经由随后描述的传输系统在患者体内的末端执行器12处复制。
传统的2-DoF接头可用于输入接头，如美国专利第7,147,650号中描述的，该专利通过引用并入本文。然而，在这种情况下，输入接头的旋转中心与接头的物理位置重合，因此考虑到物理几何/空间约束，永远不能与用户的腕部重合。因此，在工具输入部处，用户必须使他/她的前臂、肘部以及肩部与他/她的腕部一起移动，以在末端执行器12处产生输出的俯仰和偏航运动，这是麻烦和非直观的。用户通过相对于他/她的前臂简单地旋转他/她的腕部来产生俯仰和偏航输入运动是非常期望的，这提供了最自然、直观和符合人体工学的致动。为了实现这一点，输入接头16的旋转中心应该大致与用户腕部的位置重合。这使得用户能够在操作过程中自然而且舒适地移动他/她的腕部，这独立于前臂、肘部和肩部运动。
参考图1和图3，框架18给整个工具10提供结构完整性，提供臂附件构件20和工具杆22之间的刚性连接，并且还为VC机构16提供参考地面。框架18可以以数种方式中的一个来实现。根据本实用新型的一个非限制性方面，可以提供在腕部旋转过程中不干扰用户的手/手指的弯曲结构，其可以包括T形的或管状的或矩形的横截面以增强结构刚度。VC机构16可以包括连接到框架或是框架的一部分的第一端部或地面基座。
进一步参考图1，VC机构16的第二输入端可以包括浮动构件，例如，板26。工具10还可以包括安装到板26上的手柄24(也在图3和图4中示出)，以允许用户的手方便地抓取，其中，用户的手的任何腕部旋转经由手柄传输到板26。手柄24可以包括由诸如橡胶的材料构成的柔软覆盖物，并且为了舒适可以使用不同类型的握把带、泡沫或其它材料。手柄24 可以是所示的手枪式握把型，或者可以使用其它手柄形状，包括但不限于剪刀状环、挤压球握把设计或符合用户手握方式的人体工程学形状。可以使用任何形状的手柄24，只要其可以安装到浮动板26。替代地，手柄24 和板26可以通过简单地延伸浮动板26的形状来体现为单个部件。还应理解，浮动构件26可以采取除了本文所描述的板以外的形式。VC机构16 可以由挡板30覆盖，例如，出于美学原因，并且包含可以由下述进一步描述的3-DoF VC机构16提供的附加的侧倾旋转DoF。
末端执行器12可以经由输出接头32连接到工具杆远端23，其中，输出接头32机械地联接到VC机构输入接头16，以使VC机构16的旋转运动与输出接头32的旋转运动相关联。这样，工具杆22为末端执行器12 提供参考地面。包括缆线34(在图5-10中最佳地示出)的传输系统将VC 机构输入接头16连接到输出接头32，从而链接它们运动。然而，应理解，本实用新型不限于使用缆线34，并且完全可以考虑输入接头16和输出接头32之间的任何类型的机械传输，如下文进一步描述的。这种布置提供了，由用户的腕部产生的手柄的旋转被传输成末端执行器的相应旋转。此外，可以选择根据本实用新型的工具10的所有部件的尺寸和几何形状，使得用户的手的腕部运动利用任何期望的且可调节的缩放因子在末端执行器12处复制。
图2A示出了人前臂的三个平移运动和一个侧倾旋转、人腕部的两个旋转运动(俯仰和偏航)以及人手的抓取运动。图2B示出了根据本实用新型的工具10的相应DoF。这些DoF包括工具杆22的三个平移和一个侧倾旋转，两个腕状旋转(俯仰和偏航)以及末端执行器12的抓取运动。如本文所述的工具10，其提供人的输入DoF和末端执行器12的输出DoF 之间的一对一映射。用户输入部的每个DoF到末端执行器12的相应的DoF 的映射与所有其余的DoF的映射显著地解耦合的事实，大大促进了装备有工具10的用户对末端执行器12的直观控制(即，从用户输入部映射到工具输出部的运动)。
通过将用户的前臂经由框架18和臂附接构件20附接到工具杆22上，并且利用与输出接头32联系的VC机构16，臂和腕部的6个DoF以及手的抓取动作可以成功地转送到末端执行器12。由于对末端执行器12的运动的控制发生在用户的前臂、腕部和手自然运动的情况下，因此根据本实用新型的工具10成功地提供了具有直观的输入-输出运动映射的多DoF运动。由于该系统可以是纯机械式的，因此它固有地转送力反馈，而且是稳健且低成本的。
在一个实施方案中，末端执行器12处的侧倾旋转仅仅是前臂侧倾旋转的结果，这是由于在用户的腕部处没有相对于用户的前臂的侧倾旋转。由于框架18被固定到用户的前臂，因此当输出接头32是2-DoF接头时，前臂的任何侧倾旋转完全传输到框架18、工具杆22，并且最终传输到末端执行器12。因此，可接受的是具有提供三个旋转DoF(期望的偏航和俯仰以及另外的侧倾)的输入接头16。侧倾是多余的，这是由于在上述布置中，输入接头16的任何侧倾DoF都不能由用户的腕部运动致动。为了发生这种致动，腕部必须相对于框架18侧倾，但是考虑到人腕部的生理构造，这是不能发生的。然而，如本文解释的，如果输入接头16提供额外的侧倾DoF，则该DoF简单地不被使用，并且对整个工具10的所需功能和灵巧性没有不利影响。
在另一个实施方案中，不仅可以使用空间传输机构/系统来传输两个旋转DoF(俯仰和偏航)，而且可以传输所有三个旋转DoF(俯仰、偏航和侧倾)。在这样的实施方案中，可以使用各自具有三个旋转DoF的输入接头16和输出接头32。在这种情况下，将使用输入接头16和输出接头32 的侧倾DoF。由输入接头提供的侧倾DoF可以通过用户手指的绕动来致动。注意，除了用户腕部提供的俯仰和偏航旋转之外，用户的手指还能够产生这种侧倾旋转。在这种情况下，传输系统可以机械地或机电地将在输入接头处产生的侧倾旋转传输到输出接头。
本实用新型可以提供一种方法，该方法通过为末端执行器12提供参考地面来将用户的前臂的四个DoF(3个平移旋转和一个侧倾旋转)转变成末端执行器12的相应DoF。参考上面图1-图4的描述，本文所述的工具10可以设置有直接或间接附接到用户的手臂的连续刚性结构。该连续的刚性结构还可以包含相对长的窄特征(类似于工具杆)以穿透患者的身体。长窄特征(其现在是连续刚性结构的一部分)的尖端可以为末端执行器12提供参考地面。此地面和末端执行器12可经由输出接头32互连。该连续刚性结构还为上述VC机构16提供参考地面。看到用户的运动输入的板26可以经由VC机构输入接头16连接到此地面。因此，该连续刚性结构可以有效地为根据本实用新型的工具10中的各种机构、子机构和输入接头以及输出接头创建共用参考地面。这种连续的刚性结构可以包括单个刚性主体或刚性地连接到彼此的数个主体。这数个刚性主体可以是可拆卸的、可重新附接的和可重新配置的。
根据本实用新型的一个方面，连续刚性结构可以包括臂附接构件20、框架18和工具杆22(见图1)。臂附接构件20可以用于将连续刚性结构附接到用户的前臂。与使用者前臂的联接可以是刚性或非刚性的。该联接本身可以允许前臂和附接构件之间的某些DoF并且约束其它DoF。末端执行器12可以经由输出接头32在工具杆远端23处附接到连续的刚性结构。在外科手术过程中，末端执行器12、输出接头32和工具杆22的一部分通常在体内，而其它部件通常在体外。框架18、工具杆22和臂附接构件20 的实施规定了连续刚性结构的总体形状。显然，这些部件和整个连续刚性结构的几何形状可以与本文所描述的不同，并且可以选择供右手或左手使用。
在一个实施方案中，末端执行器12可以被制成为可拆卸的，使得用户可以释放和拆卸一个末端执行器12并用不同种类的末端执行器12替换它。可以在保持框架18附接到用户的前臂并且工具杆22保持附接到框架18的同时替换末端执行器12。这允许末端执行器12在操作过程中在患者身体外部的位置被拉离工具杆22并且被替换成具有不同功能的末端执行器12，从而允许在替换末端执行器时将工具杆22保持在适当位置中。在不移动工具杆22的情况下，末端执行器12和相关联的机构可以利用快速释放件或其它机构断开接合，并且通过框架18或工具杆22中的孔而被取出。这允许用户在将工具10保持在患者体内的同时更换末端执行器12。
转到图1和图3-图4，臂附接构件20被设置成快速且容易地将用户的前臂固定到框架18。臂附接构件20可以包括柔性或刚性构件，以在前臂和框架18之间提供牢固的接合或联接。该联接可以允许前臂和附接构件 20之间的某些DoF并且约束其它DoF。根据本实用新型的一个方面，臂附接构件20可以包括环绕前臂的柔性可调节带36，并且使用钩环布置(hook-and-loop arrangement)、卡扣接头(snap joint)、带扣或用于将臂附接构件20固定到用户前臂的其它特征。臂附接构件20还可以包括支撑壳型结构38，其可以大致制成为前臂形状(例如，半锥形)，以确保舒适性和正确的附接定位。此外，壳结构38可以至少部分地衬有泡沫垫40或其它合适的材料，以在用户的前臂和臂附接构件20之间提供舒适的接合。泡沫垫40可以包括聚氨酯开孔泡沫(polyurethane open cell foam)，但也可以使用其它类型的软凝胶和/或泡沫。在一个实施方案中，臂附接构件20 可以围绕前臂圆周的大约一半延伸。根据本实用新型的一个非限制性方面，为了便于制造，臂附接构件20可以与框架18成一体。
应理解，臂附接构件20的变型也被设想在本实用新型的范围内。例如，支撑壳结构38可以部分地或完全地围绕前臂延伸。如果壳结构38部分地围绕前臂延伸，则可以使用其它柔性或刚性部件来完全包围和固定前臂。壳结构38也可以连续地或以多个区段围绕臂的整个圆周延伸。如果壳结构38连续地环绕前臂，则可以使用可变形衬料(shape-morphingpadding)将前臂紧贴地配合在适当的位置。这种衬料可以是被动的或由压力、热量或一些其它可控的可变形结构致动。如果壳结构38以区段的方式包围前臂，则可以在每个区段之间设置接头。
现在转向图5A-图5C，本实用新型提供了将两个腕部DoF与末端执行器12的对应的两个旋转DoF相关联的方法。这可以使用基于缆线的主- 从空间传输设计来实现，其中用户致动主接头(输入接头或VC机构16)，并且运动经由缆线34且可选地经由凸轮(参见例如图7)或滑轮(参见例如图8)转移到从接头(输出接头32)。在该设计中，两个接头联接成使得输出接头32处的运动取决于输入接头16。用于致动输入接头16的用户输入部来自用户的手的旋转，其相对于用户的前臂围绕用户的腕部发生。所讨论的两个接头各自应具有至少两个旋转DoF(俯仰和偏航)。此外，由于框架18被固定到用户的前臂，如前所述，因此这种结构及其延伸部 (例如，工具杆)也为两个接头提供地面。因此，在末端执行器12处产生的两个旋转是相对于用户的前臂的。为解释起见，在图5A-5C中提供了描述一个旋转DoF的传输设计的平面图示。然而，应理解，本实用新型包括空间的或三维的传输设计，该设计在利用2-DoF或3-DoF接头作为输入接头16和输出接头32的同时传输至少两个腕部旋转(俯仰和偏航)。
在一个实施方案中，输入接头16处的浮动板26上的相应点和输出接头32处的末端执行器12上的具有相似取向的相应点经由缆线34连接起来(即，顶部到顶部，底部到底部等)，如在图5A-5C中示意性地表示的。这种连接确保通过用户腕部的相应旋转独立地控制末端执行器12处的两个旋转DoF(俯仰和偏航)。输入接头16的旋转导致推动和/或拉动动作经由缆线34从浮动板26传输到末端执行器12，该缆线34可以穿过工具杆 22并附接到输出接头32。通常，浮动板26和末端执行器12上的相应点可以与任一缆线34连接或替代地与具有适当接头/接口的刚性联动件(或推棒)连接。也可以设想连接点可以相反，例如，顶部到底部、底部到顶部，以在与浮动板26和手柄24处的输入运动相反的方向上在末端执行器 12处产生运动。
根据本实用新型的传输系统允许根据缆线连接点的类型和位置进行运动比例调整。例如，图5C描绘了输入接头16和输出接头32之间的运动比例调整，这可以通过改变末端执行器12(输出接头32)和浮动板26 (输入接头16)之间的缆线34的附接点来实现。在一个实施方案中，柔顺的和阻尼的接头可用于VC机构16中，柔顺的和阻尼的万向接头可用于输出接头32，并且有限劲度的缆线34可用于运动传输系统。所有这些柔性的和阻尼的元件一起可以用作低通滤波器，从而减少在末端执行器12 的输出运动处高频的输入手抖动的影响。
缆线34可以穿过工具杆22(例如，如图6和图7所示)，使得它们保持被遮蔽并防止磨损。根据本实用新型，还可以存在数个布线部件，以防止缆线34缠结并确保不受限制的运动。这些部件可以附接到或被支撑在框架18或工具杆22上，并且可以包括被单独的缆线34通过的数个单独的孔42，或者被单独的缆线34所围绕的小的滑轮或辊。根据工具杆22和框架18的配置，可以改变这些布线部件。
利用根据本实用新型的运动传输系统，可以使用多个缆线34，例如但不限于四个或更多个。增加缆线34的数量在某种程度上可能是有利的，在每个位置提供更高程度的铰接。缆线34也可以沿它们的长度是劲性或适度柔顺的。如果是柔顺的，则缆线34可以连续地具有提供弹力的固有的柔性或弹性。可以仔细选择这种轴向柔顺性来过滤/阻尼任何手抖动并且在末端执行器12处提供更稳定和精确的运动。此外，这种轴向柔顺性可以用于限制缆线中的张力，并防止传输设备和布线部件(例如，缆线自身、小型滑轮/辊等)的损坏或故障。
至少一个弹簧或其它这样的机构可以在一侧上附接到VC机构16地面 (即，框架18)并且在另一侧上附接到浮动板26。尽管这样的弹簧不会约束先前描述的输入接头16的DoF，但是在缺少来自用户的任何输入运动的情况下，它可以使板26保持在标称的“居中”状态。
如图7所示，当VC机构16的板26响应于手柄24处的用户输入而转向一侧时，它在一侧拉动传输缆线34并在另一侧上释放传输缆线34。一侧上的缆线34中的张力一直传输到末端执行器12并使其相应地转动。在该整个过程中，VC机构16和传输设备的几何形状可以使得，与在第一侧上拉动的缆线34的量相比，更多的缆线34在第二侧被释放。由于缆线34 的总长度必须在系统中保持恒定，因此这导致缆线在第二侧上松弛。根据一个实施方案，凸轮表面44可以包含在浮动板26几何形状、输入接头16 的另一部分或框架18中，以便减轻这个问题。应理解，凸轮表面44可以用于本文公开的各种工具实施方案中的任何一个中。凸轮表面44可以配置为使得在传输设备的输入部分的任何一侧上的任何额外的缆线34被卷绕在凸轮表面44上，从而有效地消除任何缆线松弛。图8所示的另一个实施方案涉及将传输缆线34附接到VC机构16的一个或更多个组件/联动件，而不是VC机构16的浮动板26。也可以使用滑轮48，其中，每个滑轮48围绕框架18上的点旋转，并减轻与上述缆线松弛相关联的挑战。
如上所述，VC机构16可以包括浮动板26，用户的手可以相对于框架 18，例如经由手柄24，致动该浮动板26。VC机构16确保该板26并且因此确保手柄24被限制，以像实际上经由2DoF或3DoF接头围绕用户的腕部处的点枢转那样移动。VC机构16应尽可能好地提供位于用户腕部处的虚拟中心。其次，由VC机构16创建的虚拟中心应该贯穿机构的整个运动范围保持靠近用户的腕部定位。然而，VC机构16可以导致虚拟中心的位置漂移，通常是在用户进行较大的旋转移位的情况下。在VC机构16的某些实施方案中，虚拟中心的位置可以沿工具10的轴线漂移，这是机构类型和几何形状的结果。可以选择尺寸和几何形状以最小化该漂移的大小，但是可能会保留少量。在这种情况下，期望VC机构16提供用于适应虚拟中心与使用者的实际腕部旋转点(如上述弹簧)的偏差的一些装置。如果没有提供这样的装置，则用户经由手柄24可以在偏航和俯仰旋转方向上平稳且轻松地移动板26的范围可能会受到限制。
VC机构16应允许实际的传输方法将浮动板26俯仰和偏航运动传输到末端执行器12，所述俯仰和偏航运动是由用户的手经由手柄24致动的。在另一个实施方案中，可以提供级联的VC机构16，其分解用户输入(其可以是俯仰和偏航的一般组合)并且将其分解成两个明确分离的单个旋转。换言之，如图9-图11所示，当浮动板26通过偏航和俯仰而旋转时，第一中间构件或板54仅经历整个输入运动的偏航部分但抵制俯仰分量，而第二中间构件或板56仅经历整个运动的俯仰部分但抵制偏航分量。机械地联接到第一中间构件54和第二中间构件56的缆线(未示出)然后将分离的俯仰和偏航运动传输到末端执行器12。凸轮表面，类似于上面参考图7所描述的那些凸轮表面，可以设置在第一中间构件54和第二中间构件56中的一个或两者上，以防止缆线松弛。这种构型将一个2-DoF传输设计(其必须同时传输两个旋转)问题简化成两个1-DoF传输设计(其中每个1-DoF传输设计必须与另一个1-DoF传输设计相独立地仅传输一个旋转)问题。
图9-图11的VC机构16的浮动板26可以经由第一组连接器58连接到中间构件54。连接器58可以使得它们将偏航旋转从浮动板26传输到第一中间构件54，这是由于连接器58在该方向上是劲性的。第一中间构件 54可以经由第二组连接器60连接到框架18。由于连接器58在俯仰旋转方向上是柔顺的，并且连接器60对于相对于框架18的俯仰旋转是劲性的，因此浮动板26的任何俯仰旋转都不会传输到第一中间构件54。
因此，图9-图11的此VC机构16提供了一种机械过滤布置，使得对于板26的偏航和俯仰旋转(由使用者的手例如经由手柄24致动)的任何随机组合，只有该旋转的偏航分量被第一中间构件54看到，而整个旋转的俯仰分量被第一中间构件54抵制或看不到。在另一个方向上，板26经由第三组连接器62连接到第二中间构件56，第三组连接器62在俯仰方向上是劲性的并且在偏航方向上是柔顺的。第二中间构件56经由第四组连接器64附接到框架18，第四组连接器64在偏航方向上是劲性的，并且在俯仰方向上是柔顺的。因此，浮动板26的任何俯仰旋转经由连接器62传输到第二中间构件56。然而，板26的任何偏航旋转都不会传输到第二中间构件56，这是由于连接器62在该方向上是柔顺的，并且连接器64在该方向上是劲性的。
因此，最后，VC机构16的这个实施方案能够将用户的手握住手柄24 时用户的腕部的偏航和俯仰旋转产生的浮动板26的组合偏航和俯仰旋转分离为第一中间构件54的纯偏航旋转和第二中间构件56的纯俯仰旋转。现在，中间构件54、56可以经由联接到缆线(未示出)用于进一步将偏航和俯仰旋转传输到末端执行器12。如上所述，与单个2-DoF传输问题不同，可以处理两个相对独立的1-DoF传输问题。应注意，构件54、56和连接器58、60、62及64不限于本文描述的形状和构型。
连接器60和64可以被定向成使得其长度的外延(extrapolation)将在用户的腕部处相交。这可以提供VC机构16的虚拟中心属性。连接器58 和62可以被成形为使得它们不沿工具轴线52施加任何约束。因此，由连接器60和64提供的虚拟中心相对于用户的实际腕部中心的任何偏差可以通过连接器58和62的轴向柔顺性来适应。
图9-图11所示的机构变型也体现了图26的约束映射。除了是基于图 26的约束映射的两个旋转DoF(俯仰和偏航)PK机构之外，此变型提供虚拟中心(VC)功能。在此示例中，框架18对应于图26的框架18，且板26(或等同地，手柄24)对应于图26的手柄。俯仰旋转(围绕俯仰轴线1205的旋转)对应于旋转1，并且偏航旋转(围绕偏航轴线1207的旋转)对应于旋转2。框架18经由允许俯仰旋转并约束偏航旋转的条64(连接器1)连接到板56(中间主体A)。板56(中间主体A)经由允许偏航旋转并约束俯仰旋转的条62(连接器3)连接到板26(手柄)。此外，框架18经由允许偏航旋转并约束俯仰旋转的条60(连接器2)连接到板54 (中间主体B)。板54(中间主体B)经由允许俯仰旋转并约束偏航旋转的条58(连接器4)连接到板26(手柄)。
该实施方案示出了任何给定的连接器(1、2、3或4)可以包括一个或更多个物理元件。例如，连接器1包括标记为64的两个条。连接器的实际构造界定实施方案，但其功能由约束映射传达。条也可以称为传输条。
图47A和图47B示出了图9-图11的机构的部分构型。应理解，这些附图仅用于描述机构的结构和功能，并且单独地不描述完整的机构，示出虚拟中心。元件如图9-图11所示地被标记并相对应。类似地，图48A和图48B示出了图47A和图47B中所示的装置的PK机构的一部分的视图。例如，图47A示出了图11中由图26中的约束映射的路径“框架-连接器 1-中间主体A-连接器3-手柄”表示的部分。这些图(图47B)还示出了板 56相对于框架18具有虚拟旋转中心，并且手柄26相对于板56具有虚拟旋转中心。通过选择条的几何形状，可以使这两个虚拟中心重叠和/或彼此靠近。图47A和图48B示出了图9-图11的PK机构的一部分的各种不同的视图，包括由图26中的约束映射的路径“框架-连接器2-中间主体B- 连接器4-手柄”表示的部分。这些图还示出了板54相对于框架18具有虚拟旋转中心，并且手柄26相对于板54具有虚拟旋转中心。通过选择条的几何形状，这两个虚拟中心可以彼此靠近，并靠近图47A和图47B中所示的虚拟中心。
因此，除了基于图26的约束映射之外，该实施方案还提供如上所述的虚拟旋转中心。在图9-图11、图47A和图47B以及图48A和图48B中所示的这种设计使用基于挠曲的传输条，例如，本文描述的那些中的任一个。图51A和图51B以及图52A和图52B示出了具有并联运动机构的装置的其它变型，该并联运动机构具有基于图26的约束映射的两个旋转DoF (俯仰和偏航)。例如，在图51A中包括可以连接到浮动板26’的手柄。当浮动板26’围绕偏航和俯仰旋转轴线旋转时，第一中间构件或板54’仅经历整个输入运动的偏航旋转部分但抵制俯仰旋转分量，而第二中间构件或板 56’仅经历整个运动的俯仰旋转部分但抵制偏航旋转分量。缆线(未示出) 可以机械地联接到第一中间构件54’和第二中间构件56’，然后将分离的俯仰和偏航旋转运动传输到末端执行器12。VC机构的浮动板26’可以经由第一组连接器58’连接到中间构件54’。连接器58’可以是这样的，它们将偏航旋转从浮动板26’传输到第一中间构件54’，这是由于连接器58’在该方向上是劲性的。第一中间构件54’可以经由第二组连接器60’连接到框架 18’。由于连接器58’在俯仰方向上是柔顺的，并且连接器60’对于相对于框架18’的俯仰旋转是劲性的，因此浮动板26’的任何俯仰旋转都不会传输到第一中间构件54’。图52A和图52B示出了与图51A和图51B中的变型类似的另一种变型，该变型具有几何形状略微不同的多组连接器58”、62”。
现在转向图12和图13，示出了VC机构16的另一个变型。该VC机构16提供了一种方法，用于将由用户的手经由手柄24致动的围绕相应的固定轴线的俯仰和偏航旋转传输到末端执行器12。这可以通过将用户输入 (其可以是俯仰和偏航旋转的一般组合)分解成围绕其固定的相应轴线的两个明确分离的单个旋转来实现。VC机构16包括两个固定的正交枢轴，其延长的旋转线相交，从而在用户的腕部的位置处形成虚拟中心。该VC 机构16确保手柄24并且因此确保用户的手被允许像实际上围绕位于用户的腕部的点枢转那样移动。应注意，本实施方案中的手柄24可以相对于框架朝向或远离臂附接位置移入或移出，从而允许工具10自然地适应宽范围的用户手和手臂尺寸，并确保对用户的腕部的自然运动范围没有限制。
再次参考图12和图13，手柄24和浮动板26可以连接到第一俯仰连接器66和第二偏航连接器68，如图所示。每个连接器66、68可以转而围绕相应的俯仰轴线74和偏航轴线76上的杆70、72被钉住，其中，俯仰杆70可以接纳俯仰轴线滑轮78，并且偏航杆72可以接纳偏航轴线滑轮 80。杆70、72连接到框架18，框架18固定到用户的臂，使得旋转是相对于VC机构16自身的。俯仰连接器66围绕俯仰轴线是劲性的，但是围绕偏航轴线是柔顺的，这通过允许俯仰连接器66围绕偏航轴线的无约束旋转而仅允许传输旋转的俯仰分量，但过滤掉偏航分量。对于偏航连接器68，情况恰恰相反，偏航连接器68将严格地传输旋转的任何偏航分量，但它将抵制旋转的任何俯仰分量。这种设计将一个2-DoF传输设计(必须同时传输两个旋转)问题简化成两个1-DoF传输设计(其中每个1-DoF传输设计必须与另一个1-DoF传输设计相独立地仅传输一个旋转)问题，使得围绕固定轴线的运动和力输入可以被容易地传输到末端执行器12。最重要的是，所产生的虚拟中心位置相对于工具框架18(并且因此在用户的手握住手柄时相对于用户前臂)始终保持静止，因此可以被称为“固定轴线”VC 机构。
因此，该固定轴线VC机构16提供了一种机械过滤布置，使得对于经由用户的手给予手柄24偏航和俯仰旋转的任何一般组合，仅该旋转的偏航分量被偏航连接器68看到，而整个旋转的俯仰分量被抵制并且未围绕偏航轴线76被经历到，并且仅俯仰分量被俯仰连接器66看到，而偏航分量被抵制并且未围绕俯仰轴线74被经历到。最后，手柄24的组合偏航和俯仰旋转可以被分离成围绕偏航轴线76的纯偏航旋转和围绕俯仰轴线74 的纯俯仰旋转。现在，可以使用围绕相应俯仰轴线74和偏航轴线76的旋转将期望的偏航和俯仰旋转传输到末端执行器12的俯仰和偏航轴线。特别地，在俯仰轴线滑轮78和偏航轴线滑轮80处产生的旋转可以利用与上述类似的缆线布置(未示出)单独传输到末端执行器12。
利用此固定轴线实施方案，正交的俯仰和偏航旋转轴线在空间中的期望位置处相交，从而提供期望的VC机构16行为。当用户握住手柄并且他 /她的前臂经由前臂附接构件20接合框架时，可以使该位置与用户的腕部重合。另外，由于轴线是固定的，所以虚拟中心的位置将在VC机构16 的整个运动范围内保持静止。连接器66、68的几何形状使得它们不对沿工具轴线52(或等同地，侧倾轴线)的平移运动施加任何约束，从而允许根据用户的手的尺寸/长度使用户可调节地握住手柄24。最后，固定的旋转轴线提供了一种简单的传输方法，该方法可以在维持恒定的传输缆线长度的同时，通过用户将输入旋转的俯仰和偏航分量独立地传输到末端执行器12。
在一个实施方案中，本实用新型提供了用于末端执行器12处的运动输出的2DoF(俯仰和偏航)输出接头32。输出接头32将侧倾旋转从工具杆22传输到末端执行器12。由于工具杆22是连续刚性结构的一部分，并且由于连续刚性结构牢固地联接到用户的前臂，因此用户的前臂的侧倾旋转可以被传输到末端执行器12。因此，被安装到工具杆22的体内部分的 2-DoF旋转接头可以用于此目的，2-DoF旋转接头提供俯仰和偏航旋转 DoF。在另一个实施方案中，输出接头32可以设置有第三DoF(侧倾旋转)，以及用于该侧倾旋转耦合到工具的输入端14处的由用户进行的相应侧倾旋转的适当方法。
如上所述，图12也是基于图26的约束映射的并联运动机构的实施方案的示例。机构16提供了一种方法，用于将手柄24处的俯仰和侧倾旋转分解成滑轮78处的仅俯仰旋转和滑轮80处的仅侧倾旋转。应注意，俯仰和偏航旋转是可以用于代替更一般的旋转1和旋转2的具体术语。与图26 的约束映射比较，该装置包括框架18和手柄24；在图12中，中间主体A(在图26中提及)是滑轮78，且中间主体B是滑轮80。由滑轮销70提供的枢转接头是连接器1，由滑轮销72提供的枢转接头是连接器2，挠曲传输条66是连接器3，且挠曲传输条68是连接器4。
在该示例中，连接器1(由销70提供的枢转接头)允许俯仰旋转，但约束框架(框架18)和中间主体A(滑轮78)之间的偏航旋转；连接器3 (传输条66)允许偏航旋转并约束中间主体A(滑轮78)和手柄(手柄 26/24)之间的俯仰旋转；连接器2(由销72提供的枢转接头)允许偏航旋转，但约束框架(框架18)和中间主体B(滑轮80)之间的俯仰旋转；连接器4(传输条68)允许俯仰旋转并约束中间主体B(滑轮80)和手柄 (浮动板26和手柄24)之间的偏航旋转。
传输条66(连接器3)具有两个端部66’、66”。第一端66’刚性地连接到滑轮78(中间主体A)，另一端66”刚性地连接到作为手柄24(手柄) 的延伸部的浮动板26。由于滑轮78和传输条的第一端刚性连接，因此它们实际上变为同一刚性主体(图26的约束映射中的中间主体A)，并且类似地，由于传输条的第二端刚性地连接到手柄，因此两者实际上是同一刚性主体(图26的约束映射中的手柄)。因此，物理上描述这一点的一种方式是说明图26的连接器3是传输条66的位于第一端和第二端之间的部段。因此，连接器的端部可以被看作/描述为连接器的一部分或刚性主体的附接有连接器的部分。
再次参考图12，手柄24和浮动板26可以连接到第一俯仰连接器66 和第二偏航连接器68，如图所示。每个连接器66、68的一端可以转而围绕相应的俯仰轴线74和偏航轴线76上的杆70、72(形成枢转接头)被钉住，其中，俯仰杆70可以接纳俯仰轴线滑轮78，并且偏航杆72可以接纳偏航轴线滑轮80。应注意，滑轮是上面讨论的更一般的中间主体的一个变型。通常，中间主体可以是滑轮、齿轮、小齿轮、联动件等。对中间主体的具体类型的选择可以由计划如何将中间主体的旋转传输到另一个位置来决定。例如，如果使用缆线或皮带作为传输设备，则中间主体可以是滑轮。如果传输设备包括齿轮系统，则中间主体可以是齿轮/小齿轮。
俯仰连接器66围绕俯仰轴线可以是劲性的，但是围绕偏航轴线是柔顺的，这通过允许俯仰连接器66围绕偏航轴线的无约束旋转而仅允许传输旋转的俯仰分量，但过滤偏航分量。对于偏航连接器68，情况恰恰相反，偏航连接器68将传输旋转的任何偏航分量，但它将抵制旋转的任何俯仰分量。
因此，此机构16提供机械过滤布置，使得对于手柄24处的偏航旋转和俯仰旋转的任何一般组合；只有旋转的偏航分量被偏航滑轮80看到，而整个旋转的俯仰分量被挠曲传输条68抵制(即被吸收或过滤掉或不被传输)，因此未被偏航滑轮80经历；并且只有俯仰分量被俯仰滑轮78看到，而旋转的偏航分量被挠曲传输条66抵制(即被吸收或过滤掉或不被传输)，因此未被俯仰滑轮78经历。最后，手柄24的组合偏航和俯仰旋转可以被分离成偏航滑轮78处的围绕偏航轴线76的纯偏航旋转和俯仰滑轮78处的围绕俯仰轴线74的纯俯仰旋转。
当用作仪器/工具/设备/机器的输入接头/接口时，俯仰滑轮78和偏航滑轮80围绕相应的俯仰轴线74和偏航轴线76的旋转可用于将所需的俯仰和偏航旋转机械地传输到远程末端执行器，或电子地传输到计算机输入装置。与串联运动机构相比，在并联运动机构的情况下，两个旋转轴线74 和76相对于框架是固定的。因此，可以经由实际上简单且可行的各种机械传输方法/系统来传输围绕这些轴线的旋转。这些各种传输方法/系统都相对于相同的地面参考框架18进行操作。因此，该传输系统的任何移动部件都具有相对于该地面参考框架固定的旋转轴线或平移轴线或运动轨迹。这使得将传输系统从每个单独的轴线74或76设计和实现到框架(或框架的延伸部)上的一些其它位置的任务实际上是可行的。
在一种情况下，在俯仰轴线滑轮78和偏航轴线滑轮80处产生的旋转可以分别使用俯仰传输缆线和偏航传输缆线单独地传输到远程末端执行器。该设计大大促进了手柄相对于框架的2-DoF旋转运动的捕获和传输；直接从手柄这样做很困难；相反，这种设计将2-DoF旋转分离为两个1-DoF 旋转；这两个旋转可以相对容易地单独地且独立地传输(使用缆线、或齿轮、或联动件，或电子地或气动地)，这是由于它们现在是围绕相对于框架固定的俯仰和偏航旋转轴线的明确地界定的旋转。
尽管到目前为止描述的PK机构16的功能主要是图26的抽象约束映射的结果，但是在该特定实施方案中可能存在由于中间刚性主体和连接器的实际具体几何形状和构造而产生的附加功能。例如，该特定的PK机构实施方案16可以包括位于框架18上的两个正交的枢转接头(70和72)，其延长的旋转线相交，从而在自由空间中产生旋转的虚拟中心(VC)。该机构16可以确保手柄24被允许相对于框架像实际上围绕位于虚拟中心处的点枢转那样移动，即使在该位置处没有物理主体或实体或接头。连接器 1和2(即，枢转接头70和72)的几何形状使得如果它们各自的旋转轴线被外延，则这些轴线在开放的空间中不存在其它物理实体的一点(即，虚拟中心)处相交中。如图28所示(示出配置为围绕人腕部的输入接头/接口的PK机构16)，连接器3和4(即挠曲传输条66和68)的几何形状使得手柄位于稍微远离框架和所述虚拟中心的位置。这允许PK机构不仅实现了两个旋转(旋转1和2)之间的解耦合/分离/过滤，而且还在位于自由空间中的虚拟中心附近为手柄提供了旋转中心(手柄具有两个旋转DoF- 旋转1和旋转2，或俯仰和偏航)。
这种功能可以在需要使手柄围绕某个特定位置或位置的范围旋转的情况下被利用。一个例子是机构16可以用作输入接口(如上所述)来捕获和传输人腕部的铰接，例如，在控制操纵杆时，或控制远程可转向式末端执行器时，或控制诸如计算机鼠标的电子指向设备时，等等。在这种应用中，当用户的手握住手柄24时，将由机构提供的虚拟中心定位在人腕关节的中心附近可能是有益的。这种布置将允许人以自然的方式围绕他/ 她的腕部铰接他/她的手，而机构16不会以任何方式限制这种铰接运动。此外，人手围绕人腕部的两个DoF的旋转运动被转移到由人手握住的手柄；然后手柄的这种两个DoF的旋转运动被机械地分离成偏航滑轮80处的仅偏航运动和俯仰滑轮78处的仅俯仰运动。这样分离的这两个旋转运动是围绕旋转轴线74和78的，然后可以相对容易地(例如，使用缆线、或齿轮、或联动件、或电子地或气动地)单独地被传输。这些各种传输方法在后续部分中描述。
当机构16(例如，图12所示的机构)被用作工具/机器/仪器/设备的输出接口/接头时，虚拟中心功能也可以是有益的。例如，在受伤后用于人体铰接关节(见例如图29A和图29B，其示出供踝关节使用)的康复治疗的机器。在图29A中，手柄2924可以经由带或其它固定装置与人足部接合，并且框架2918可以经由带或其它固定装置与人腿(例如，脚踝、胫部等)接合。机构2916的总体位置可以使得踝关节的旋转中心与由PK机构2916提供的虚拟中心大致定位在同一位置。机构的构造与图12所示的构造保持一致并遵循图26的约束映射。然而，该示例可以包括在框架和中间主体A(传输条2966的第一端)之间的枢转接头(或连接器1)处的俯仰马达2915。偏航马达(不可见)也可以被包括或替代地被包括在框架和中间主体B(传输条2968的第一端)之间的枢转接头处。如图29A和图29B所示，本文的中间主体A是传输条2966的第一端。参考图12可以想起，滑轮78和传输条66的第一端刚性地附接起来，因此构成单个刚性主体(中间主体A)。在图29A和图29B中，不包括滑轮(尽管可能已经显示出相对于先前描述没有引入任何差异)，而是仅示出了传输条2966的第一端。俯仰马达的定子(或主体或壳体)附接到框架，而马达的转子(杆 2955)附接到传输条2966(中间主体A)的第一端。类似地，偏航马达的定子(或主体或壳体)可以附接到框架，而偏航马达的转子(杆2955’) 可以附接到传输条2968(中间主体B)的第一端。俯仰马达的转子和定子之间的旋转接头和相关轴线可以用作框架和中间主体A之间的枢转接头 (连接器1)。换言之，任一枢转接头(或连接器1和/或连接器2)现在是机动的或致动的接头/连接器。存在构造/实现这样的机动枢转接头的许多不同的方式。但在所有情况下，此构型保留约束映射(图26)的逻辑。
由相应的致动器(俯仰马达和偏航马达)独立地产生的两个旋转(俯仰旋转和偏航旋转)经由PK机构2916机械地组合，如上所述，并被传送到手柄2924。由于手柄2924联接到足部，因此医师或医务人员所希望/指示的精确且已知量的俯仰和偏航旋转(和扭矩)可以从马达传输到患者的足部，以帮助构建损伤的踝关节和相关的肌腱/韧带/肌肉的强度。在手柄处直接(并且因此在人足部处，在此例子中)产生2-DoF旋转(和相关联的扭矩)是困难的，但是PK机构16允许使用两个独立的单个DoF旋转 (由单个DoF的马达产生)，这两个独立的单个DoF旋转被组合并相对容易地传输到手柄(因而传输到足部)。踝关节的中心与虚拟中心定位在同一位置确保了在这种过程中踝关节的自然和不受限制的旋转范围。
通常，图12的并联运动机构的虚拟中心功能作为可佩戴式输出接口/ 接头的一部分可能是有益的。除了图29A和图29B所示的腿/脚踝示例之外，图29C示出了具有并联运动机构的装置，其配置有图26的约束映射，用作动力升降辅助设备的输出接口/接头。例如，可以被称为机动外骨骼的外骨骼或其它辅助工具/机器/设备可以包含这种机构。机构16可以用在类似的应用中，其中手柄2924’可以经由带或其它固定装置与人腕部/前臂位置接合，并且框架2918’可以经由带或其它固定装置与人肩部接合。机构 2916’的总体位置可以使得肩部球窝关节的旋转中心与由机构提供的虚拟中心大致定位在同一位置。该机构的构造与图12所示的构造相同并遵循图26的约束映射。俯仰马达可以被包括在框架和中间主体A之间的枢转接头2970(或连接器1)处。另外地或替代地，偏航马达可以被包括在框架和中间主体B之间的枢转接头(例如，连接器2)处。如图29C所示，中间主体A在此与传输条2966’的第一端相同。参考图12可以想起，滑轮78和传输条66的第一端刚性地附接起来，因此构成单个刚性主体(中间主体A)。如上所述，如果两个刚性主体彼此刚性附接，则该两个刚性主体可以被认为是等同的。
在图29C中，未示出滑轮(例如，图12所示的滑轮78)，尽管可能已经显示出相对于先前的描述可能没有引入任何差异，而是仅示出了传输条的第一端。俯仰马达的定子(或主体或壳体)附接到框架，而马达的转子 (杆)附接到传输条(中间主体A)的第一端。马达的转子和定子之间的旋转接头和相关轴线用作框架和中间主体A之间的枢转接头(连接器1)。换言之，此枢转接头(或连接器1)现在是机动或致动接头。存在构造/实现这样的机动枢转接头的许多不同的方式，并且这仅仅是一种方式。但在所有情况下，保留约束映射(图26)的逻辑。偏航马达和偏航旋转轴线可以包括在图29C所示的装置中。
由相应的致动器(马达)独立地产生的这两个旋转(俯仰旋转和偏航旋转)经由PK机构2916’机械地组合，如上所述，并被传送到手柄2924’。由于手柄2924’联接至人的腕部/前臂，因此由这些致动器施加的扭矩可以帮助用户提升重的重物。在手柄处应用这两个扭矩(俯仰扭矩和偏航扭矩) 是困难的，但是PK机构2916’允许使用两个独立的旋转(和相应的扭矩)，该两个独立的旋转相对容易地组合并传输到手柄。肩关节的中心与PK机构的虚拟中心定位在同一位置确保了在这种过程中肩关节的自然和不受限制的旋转范围。
在替代的应用中，图29C中示出的布置可以用作与输出接头/接口相反的输入接头/接口。在这种情况下，代替框架和中间主体A之间以及框架和中间主体B之间的致动器或马达，可以包括一个或更多个传感器，例如，可以测量肩关节的俯仰和偏航旋转角度的光学编码器或电位计。然后，该信息可以作为输入信息被电气地/电子地/无线地传输到由计算机控制的系统。替代地或另外地，俯仰和偏航旋转可以经由缆线/滑轮、齿轮链、皮带、连杆等机械地传输到感兴趣的远程末端执行器，如稍后描述的。
上面在图29C中示出的可以包括VC的PK机构实施方案可以导致相对于工具框架2918’保持固定的虚拟中心位置。这在上述各种应用示例中可能是有帮助的。由于由枢转接头2970和2972提供的两个正交轴线相对于框架是固定的，因此在由机构2916提供的手柄相对于框架的整个旋转范围内手柄虚拟旋转中心的位置相对于框架将保持静止。
当体现图26的约束映射的任何P-K机构在工具/机器/设备中用作输入或输出接头/接口时，则除了保持上述所有功能之外，可能需要提供手柄沿第三轴线相对于框架平移的能力。第三轴线可以是与图26的约束映射的描述中所涉及的两个旋转轴线正交的轴线。
例如，考虑图12和图13的机构。在该示例中，第三轴线可以如图12 中的虚线1305所示。如果74和76分别被称为俯仰轴线和偏航轴线，则该第三轴线可以被称为侧倾轴线(根据通常使用和已知的术语)。根据图 26的约束映射所示，连接器3(即，图12的传输条66)围绕俯仰轴线或旋转方向是劲性的，这等同于说它传输俯仰旋转；连接器3还围绕偏航轴线或旋转方向是柔顺的，这等同于说它吸收或不传输偏航旋转。类似地，图26的约束映射中的连接器4(即，图12的传输条68)围绕偏航轴线或旋转方向是劲性的，这等同于说它传输偏航旋转；连接器4还围绕俯仰轴线或旋转方向是柔顺的，这等同于说它吸收或不传输俯仰旋转。另外地，这两个连接器(即，传输条)可以在沿侧倾轴线平移中是柔顺的，这等同于说它们允许沿侧倾轴线的平移。事实上，连接器/传输条66、68(在图 17中被示出处于弯曲构型)的几何形状使得它们不对沿侧倾轴线的平移施加任何约束，允许手柄24相对于框架18沿侧倾轴线可调节地定位在一定范围内。因此，手柄24可以朝向框架18或远离框架18平移，同时保持上述所有相关的功能。换言之，图12的PK机构以及图28和图29A-29C 中示出的示例还提供在手柄和框架之间的沿侧倾轴线的平移DoF。
可以参考图28描述一个示例，在该示例中这种添加的功能是有用的，以允许不同尺寸的用户操作该装置。例如，当该PK机构被用作工具/机器 /设备中的输入接口/接头时，其中用户的手握住手柄且用户的前臂与框架接合，由此将由PK机构提供的虚拟中心近似地定位成接近他/她的腕关节的中心。在这种情况下，PK机构提供的沿侧倾轴线的平移DoF可以允许不同手尺寸的用户相对容易地与该PK机构接合。具有较长手的用户可以在保持机构的VC和他/她的腕部之间近似定位在同一位置的同时稍微远离框架地握住手柄。类似地，具有较短手的用户可以在保持机构的VC和他/ 她的腕部之间近似定位在同一位置的同时稍微靠近框架地握住手柄。这将维持如上所述的机构的所有功能，而不限制围绕俯仰轴线和偏航轴线的旋转范围。
类似地，如果该PK机构围绕人的足部使用(如在图29A和图29B所示的输出接头/接口中)，则在手柄和框架之间的沿侧倾轴线的附加平移 DoF使得PK机构容易适应于宽范围的足部尺寸，而在PK机构的上述功能中没有任何损失。即使不涉及人的手或足部，沿侧倾轴线的平移DoF也可能是相关的和有用的。
当遵循图26的约束映射的任何并联运动(PK)机构用作工具、机器或设备中的输入或输出机构/设备时，则除了保持上述所有功能之外，可能需要为手柄提供围绕第三轴线将旋转从手柄传输到框架(反之亦然)的能力。第三轴线可以是与图26的约束映射的描述中所涉及的两个旋转轴线正交的轴线。
利用具体的示例来解释这一点，考虑图12和图13的机构。在该示例中，第三轴线可以如图12中的虚线1305所示。如果74和76分别被称为俯仰轴线和偏航轴线，则该第三轴线可以被称为侧倾轴线，如上所述。根据图26的约束映射，连接器3(即，图12的传输条66)围绕俯仰轴线或旋转方向是进行的，这等同于说它传输俯仰旋转；连接器3还围绕偏航轴线或旋转方向是柔顺的，这等同于说它吸收或不传输偏航旋转。类似地，连接器4(即，图12的传输条68)围绕偏航轴线或旋转方向是劲性的，这等同于说它传输偏航旋转；连接器4还围绕俯仰轴线或旋转方向是柔顺的，这等同于说它吸收或不传输俯仰旋转。此外，这些连接器(即，传输条)中的任一个或两者可以围绕侧倾轴线是劲性的，这等同于说它们传输围绕侧倾轴线的旋转。事实上，连接器/传输条66、68(如图12所示)的几何形状使得它们能够传输侧倾旋转。每个传输条中的各个枢转接头(在下面详细描述)可以是例如传统的销接头或活动铰链接头。只要这些单个接头中的每一个都约束(并因此传输)侧倾旋转，则整个条也将约束侧倾旋转。然而，严格地说，两个条中只有一个条需要约束(因此传输)侧倾旋转。实际上，使两个条都约束(并因此传输)侧倾可能是有益的。实际上，如在图30A和图30B所示的PK机构的情况中，使四个传输条约束(并因此传输)侧倾可能更有利。利用这种传输条，图12的PK机构(或者替代地，图28、图29A-29C，或者替代地，图30A和图30B)允许沿俯仰和偏航轴线的旋转(或更一般地，图26中的旋转1和旋转2)；换言之，PK 机构提供沿这两个旋转方向的DoF；并且同时沿手柄和框架之间侧倾轴线 (或更一般地旋转3)提供约束；换言之，PK机构将旋转3从手柄传输到框架，且反之亦然。
可以参考图28描述一个示例，在该示例中这种添加的功能将是有用的。如果在某个应用中，当该PK机构被用作工具/机器/设备中的输入接口 /接头时，其中用户的手握住手柄，并且将由机构提供的虚拟中心近似地定位成接近他/她的腕接头的中心。在这种情况下，沿侧倾轴线将PK机构提供的侧倾从手柄传输到框架允许用户仅通过用他/她的拇指、手指和/或手侧倾手柄来影响框架的侧倾。因此，在维持如上所述的机构的所有功能的同时，此特征提供附加功能，其中用户可以通过在手柄处提供侧倾旋转来驱动/影响框架的侧倾。在这种情况下，由框架的近端和用户前臂之间臂附接构件提供的接合/联接应允许至少一个侧倾旋转DoF，以允许框架相对于前臂围绕侧倾轴线自由旋转。
对用户以及用户的手和腕部的参考仅仅是为了解释附加功能的重要性。即使不涉及人的手，这样的功能也是相关的。
图30A和图30B示出了对应于图27的经扩展的约束映射的物理实施方案。这里代替框架和手柄之间的两个并联的机械连接路径，存在四个独立的并联路径，如图27概略地示出的。
对于图12、图13、图28以及图29A-29C所示的基于挠曲条的PK机构，挠曲传输条可以以多种不同的方式构造/实现。图31A和图31B示出了具有被销分开的刚性联动件3101的挠曲传输条的一个变型，所述销形成枢转接头3105。挠曲传输条的端部3107、3109可以如上所述地附接(例如，刚性地附接)。传输条可以是允许某些自由度并约束其余自由度的接头或连接器。例如，参考图12，传输条66(连接器3)允许偏航旋转并约束俯仰旋转，并且传输条68(连接器4)允许俯仰旋转并约束偏航旋转。在一些变型中，条的基本结构包括由刚性部段/联动件/元件和铰链/枢轴/销接头交替地构成的交替链；这可以以许多不同的方式实现。图31A中示出了一个示例，并且图31B示出了相同构型的分解图。
在使用中，传输条中的第一刚性元件3107(其也可以被称为传输条的第一端)附接到PK机构的中间主体(A或B)(例如，如图12、图28以及图29A-图29C所示)，并且传输条中的最后刚性元件3109(其也可以被称为传输条的第二端)附接到PK机构的手柄，如图12、图28以及图29A- 图29C所示。刚性部段1301在实际意义上是刚性的，即，劲度远大于构造中的其它相关元件/特征。例如，每个枢转接头在一个旋转方向上提供低阻力或低劲度；相反，刚性部段围绕该旋转方向具有高得多的劲度，并且沿所有其它方向具有类似的高劲度。刚性部段可以由诸如塑料(例如，迭尔林(delrin)、尼龙、聚丙烯、聚醚酰亚胺、聚乙烯等)、金属(例如，钢、铝、铜等)、木材、陶瓷、复合材料等的任何材料制成，并且可以设置有一几何形状，该几何形状确保使用最少的材料获得最大的刚性。
在传输条中，例如图31A所示的传输条中，将存在通过一个枢转接头互连的至少两个刚性部段。一般来说，可以存在许多交替的刚性部段和枢转接头，由采用PK机构的应用的性质决定。
传输条中的所有枢转接头具有旋转轴线，所述旋转转轴沿相同方向 (例如，旋转方向Rx)对准，并且因此平行，例如参见图31B中的轴线X (3111)、Y(3113)、Z(3115)。换言之，所有枢转接头具有围绕该旋转轴线X的旋转DoF(例如，图12中的传输条68的枢转接头具有沿俯仰旋转方向的旋转轴线)。如提到的，枢转接头可以具有不全部彼此平行的轴线。
图26的约束映射要求连接器(例如，连接器3或4)是这样的，即，其至少允许其第一端和其第二端之间的一个旋转(例如，围绕方向X (3111))并且约束第二旋转(例如，围绕方向Y(3113))。注意，在连接器3和4之间，方向X和Y的定义被互换。然而，除了这两个方向之外，PK机构的某些附加功能可能需要连接器3和/或4也约束第三旋转(例如，围绕图31B中的方向Z 3115)。传输条的第一端和第二端之间围绕Z方向的旋转也可称为传输条的扭曲。在许多应用中，如前所述，重要的是将第三旋转从手柄传输到框架或反之亦然。在这些情况下，重要的是，传输条 (至少一个条，并且潜在地所有条)的构造应使得，在条弯曲(例如，图31A)以及笔直(例如，图32A)时，条的第一端和第二端之间围绕Z方向的相对旋转被约束。换言之，传输条的扭曲劲度或阻力可能很高。
例如，比较图12的传输条66(连接器3)和图31A的传输条。条66 (连接器3)的第一端刚性地连接到滑轮78(中间主体A)，滑轮78又经由枢转接头70(连接器1)连接到框架18。枢轴70允许围绕俯仰轴线的旋转(旋转1)并约束围绕偏航轴线的旋转(旋转2)。条66(连接器3) 自身允许(即，是柔顺的)围绕偏航轴线(旋转2)并且约束(即，是劲性的)围绕俯仰轴线(旋转1)。当与图31B比较时，旋转2是方向X，且旋转1是Y方向。当考虑到图12的传输条68(连接器4)时，该描述将相反。
通常，枢转接头和刚性部段可以以许多不同的方式中的一个来实现。例如，可以使用采用如图31A和图31B所示的销的简单枢转接头。这是传统的销接头。该选择的优点包括该接头提供围绕旋转轴线X的非常低的劲度或阻力，以及在其它旋转方向Y和Z上的非常高的劲度。这有助于满足整个条的功能要求，即它应允许旋转X并约束围绕正交方向Y和Z的旋转。参考本文所述的传输条，术语“轴线(axis)”通常指特定的线；例如，在图31B中，每个线3119在相同的方向(例如，方向X，3111)上，但是是不同的轴线。
传输条，诸如图31A和图31B所示的传输条，可能在接头中具有一些小的摩擦，导致一些接头被卡在某个位置中。这可能导致整个条坍塌成不期望的形状。通常可以经由适当的润滑、材料选择以及确定销和配合孔的尺寸公差来解决此问题。此外，为了确保传输条保持渐变的形状而不是塌缩，在围绕X方向弯曲时可以包括轻(弱)弹簧作用。这种弹簧作用可以提供恢复条的形状的效果。这可以经由包含在每个单独的枢转接头中的微小的扭转弹簧来实现。替代地，可以通过沿条的长度联接柔性元件来实现，其中该柔性元件相对于方向X提供一些小的弯曲劲度。该柔性元件可以是由金属或塑料或其它合适的材料制成的细线、棒、条、管、线圈弹簧等。该元件将向整个条提供类似弹簧的作用，这会提供形式和形状，使得条不会坍塌。在给定的应用中，诸如图28和图29A-29C，这种界定的形状和不存在坍塌可能有助于避免干扰例如与并联运动机构接合的人的手或足部。
图32A-图33C中示出传输条构造的其它示例，其中枢转接头使用销或传统铰链在。
例如，图32A-33C中示出了其它枢转接头设计，其中枢转接头使用销，但是刚性部段被成形为使得仅允许沿朝上方向(图33C中的箭头)弯曲，并且通过连续刚性部段之间的干涉限制朝下弯曲。
以上所示的所有基于销的枢轴设计提供了围绕旋转轴线Y和Z的优良的劲度。换言之，围绕Y方向的弯曲劲度和围绕Z方向的扭曲劲度非常高，这是先前描述的约束映射和功能所期望的。允许围绕X方向旋转，或换言之，围绕X方向弯曲的劲度/阻力低。此外，该构造约束条的第一和第二端之间的沿Y和Z方向的相对平移。当条笔直布置(例如，如图32A、图33A以及图33B所示)时，条的第一和第二端之间的沿X方向的相对平移被约束/限制(即，高劲度)。然而，当条处于弯曲构型(例如，图31A) 时，沿着X方向的条的第一和第二端之间的相对平移是允许的。
传输条可以替代地或另外地包括作为枢转接头的活动铰链(也称为挠曲铰链)。刚性部段可以与活动铰链组装在一起(即，刚性部段和活动铰链可以是按顺序被组装在一起以构造传输条的分离的部件)。替代地，可以通过简单地改变沿条长度的几何形状，将传输条制成整体式的，即，刚性部段和枢转接头由相同材料制成。活动铰链的优点是它没有摩擦、磨损以及反冲。此外，活动铰链可以提供围绕X旋转方向的一些固有的弯曲劲度。这导致整个传输条呈现明确界定的形状，而不会坍塌在自身上。在一些应用中，诸如图28和图29A-29C所示的装置，这种界定的形状和不存在坍塌可能有助于避免干扰例如与并联运动机构接合的手或足部。整体式传输条可以由塑料、金属或复合材料制成。或替代地，具有活动铰链的传输条可以由活动铰链和刚性部段的分立部件组装成。
使用挠曲铰链作为枢转接头的整体式传输条在图34B-图41中示出。如图34A和图34B中逐渐示出的，具有均匀厚度的适当材料(例如，塑料) 的条可以在特定位置被加工成更小的厚度，以在这些位置处产生活动铰链。必须适当地选择材料以提供抵抗故障的足够的强度和鲁棒性、抗疲劳性、在期望的弯曲方向X上的小旋转劲度以及围绕其它两个旋转方向的高的旋转劲度。通常适用于活动铰链的材料包括塑料，例如，聚丙烯、聚乙烯以及聚烯烃。材料可以沿活动铰链轴线(全部沿X方向)弯曲，而条的较厚的区段将用作刚性区段(例如，图34D和图35中的3406)。整体式活动铰链传输条设计的优点中的一个是可以经由成本效益高的批量生产方法(例如，注射成型)被制造为单个零件/部件。这样的传输条的一些更多的示例在图34D、图35、图37A-37D、图39以及图40中示出。
例如，在图34D和图35中，传输条由聚合物(例如，塑料)材料形成，具有活动铰链区域3405。在这些示例中，条包括在刚性部段中切出的袋或窗，以提供重量减轻，同时维持所需的劲度/刚度。传输条的第一端和第二端示出了基于销的枢转接头3407、3409，用于与例如手柄和传输滑轮 (图12中的中间主体A或B)的其它主体接合。
图34D还示出了在本文所述的任何传输条中，可以使用不同的枢转接头，即在同一个条中，可以使用基于销的枢转接头和基于活动铰链的枢转接头的组合。此外，活动铰链可以被优化，以减少应力、增加疲劳寿命、减少或优化围绕X方向的旋转/弯曲的劲度、使旋转(围绕Y的弯曲和围绕Z的扭曲)的劲度最大化。例如，活动铰链的厚度、宽度以及长度可以改变，如图34D所示。此外，可以使用各种形状的活动铰链，如图36(i) -(iv)所示。在该示例中，图36(iii)与图34D、图35、图38所示的变型相似。在图36中，穿过活动铰链区域的区段示出了深度、轮廓以及宽度可以改变。
图37A-图37D示出了活动铰链或挠曲铰链的其它变型。例如，在图 37A和图37B中，条在一侧上具有深槽，以允许在朝上方向上弯曲，但限制在朝下方向上弯曲。图37C中的条示出了允许朝上和朝下弯曲的对称活动铰链几何形状。图37D示出了在底侧上具有光滑表面的活动铰链，这在某些应用中可能是期望的。例如，在图12、图18以及图29A-图29C中，可能希望保持面向用户的手的传输条的侧面光滑以避免夹挤。
活动铰链的其它变型包括一几何形状，在其中活动铰链包括在刚性部分之间延伸的分立区段。例如，图38示出了具有活动铰链的传输条，每个活动铰链沿它们的长度(如在图34D中界定的)形成有两个部段3805、 3805’。
刚性区段的形状和几何形状也可以改变。如上所述，传输条可以包括刚性部段，刚性部段具有穿过它们的切口或窗。刚性部段也可以由与挠曲铰链相同的材料制成。通过使整个条变厚，可以使基础材料(例如，塑料等)刚性更大；通过在刚性部段中包括切口窗可以减轻重量。这些窗切口可以有助于减小重量，但是不会显著影响刚性部段的劲度，诸如图39和图40所示的。由于功能性、可制造性、美观性等原因，可以在刚性部段上形成其它几何特征(切口、孔、窗、图案、桁架结构、肋等)。特别地，传输条且因此刚性部段可以对围绕Y方向的弯曲和围绕Z方向的扭转具有高劲度。
图39和图40示出了传输条的构型，其中刚性部段具有一几何形状，该几何形状减小重量，但是提供结构劲度，特别是对于围绕Z方向的扭曲，并且该刚性部段有利于诸如塑料注射成型的制造过程。
刚性部段4101、4103、4105、4107的长度可以从一个部段到另一个部段不同，如图41所示。这样的变型(其也影响枢转接头的沿条的长度的数量和位置)可以帮助优化传输条的功能(期望的劲度特性)、可制造性、美观性等，包括避免干扰例如与正在考虑的并联运动机构接合的手或足部。
此外，刚性部段的形状可以从一个部段到另一个部段不同。尽管本文的大多数附图示出刚性部段的形状是平坦的正方形/矩形；但是在实践中，只要它们具有足够的劲度，它们可以具有由应用所决定的任何一般形状。在图12和图30A以及图30B的传输条中可见一个示例，其中每个传输条中间的刚性部段是弯曲的而不是平坦的。
可以用劲度更大的材料(例如，金属、陶瓷、碳纤维)额外地或替代地加强刚性部段。在图42A-42D中示出基于金属的加强件。这些加强件进一步提高了条围绕Y方向的弯曲劲度，更重要的是条(在其第一和第二端之间)围绕Z方向的扭曲劲度。加强材料(在这种情况下为金属方块)可以经由铆钉(如图42B所示)或经由螺钉、粘合剂或任何其它附接方法附接。采用活动铰链作为枢转接头的传输条可以由柔顺材料的薄条形成并沿其长度被选择性地加强。条的的未加强的区段可以用作活动铰链。可以选择这种未加强区段的材料、厚度、长度以及宽度，以优化其性能特征，从而在刚度、疲劳强度、美观性、维持形状(即，不坍塌)等方面提供期望的挠曲条级别的期望的功能。
例如，柔顺材料薄片可以是尼龙、特氟隆、聚丙烯、聚乙烯、聚烯烃、碳纤维等，或是编织织物条(其可以由这些材料制成)。用于形成刚性区段的加强材料可以由任何适当的(例如，刚性的)材料制成。例如，见图 43A和图43B，其示出了将金属刚性区段附接到形成活动铰链的柔顺基础材料。在一些变型中，形成活动铰链的柔顺材料的薄片可以由金属制成，例如图44A和图44B中所示的弹簧钢。各种材料可以被用于加强件(未示出)以形成刚性区段。替代地，从金属条开始，几何形状可以逐渐被切割并冲压成一种形状，使得刚性部段上具有提供刚性的凸缘和肋，而金属条在活动铰链位置处保持原样以提供期望的对弯曲(例如，围绕X方向的弯曲)的柔顺性。
图45A-图45D示出了具有活动铰链的传输条的另一个变型。在图45A 中，传输条由连续的树脂注入式步条(例如，由尼龙纤维制成)和结合到布条的刚性部段(或壳或联动件)的重复单元组成。这形成一系列活动铰链，每个铰链轴线平行于条内的所有其它铰链，这允许条仅围绕X方向是柔性的。首先制造或印刷多个刚性联动件4603。将树脂注入式条4605插入到刚性联动件壳中。接连的联动件被保持分离适当的距离，以产生期望的活动铰链4607尺寸。然后使用环氧树脂将布条附接到刚性联动件壳，并且允许组件硬化。将编织织物条用作柔顺元件的构造可以产生传输条，该传输条围绕X方向具有期望的低弯曲劲度，围绕Y方向具有期望的高弯曲劲度。根据尺寸和构造，围绕Z方向的扭曲劲度可以高也可以不高。
除了上述变型之外，还可以使用其它传输条实施方案。例如，塑料或金属的表带/带子可以提供期望的传输条功能，其具有一序列交替的刚性部段和基于销的枢转接头。也可以使用橡胶/塑料正时皮带，其具有一序列交替的相对刚性的部段(厚)和基于活动铰链(薄)的枢转接头。也可以使用具有一序列交替的刚性部段和基于销的枢转接头的机器/自行车链。柔性轨道也可以具有一序列交替的刚性部段和基于销的枢转接头，并且也可以被使用。
图53示出了遵循图26的约束映射的PK机构的另一个变型并且还提供虚拟旋转中心。在这种变型中，在手柄5301和框架5305之间存在两个平行(或独立的)机械连接路径。作为这种构造的结果，该机构相对于框架提供了手柄的两个旋转自由度。这两个旋转被标记为“俯仰旋转”(图 26的旋转1)和“偏航旋转”(图26的旋转2)。框架和手柄之间的一个连接路径(图26的约束映射中所示的上部路径)经由作为销/枢转接头的连接器1 5307将框架5305连接到中间主体A 5309。该接头允许框架和中间主体A 5309之间的相对俯仰旋转，但是约束(因此传输)两者之间的偏航旋转。中间主体A 5309经由作为另一个销/枢转接头的连接器3 5311连接到手柄5301。该接头允许中间主体A 5309和手柄5301之间的相对偏航旋转，但是约束(并因此传输)两者之间的俯仰旋转。框架5305和手柄5301 之间的第二连接路径(对应于图26的约束映射中所示的下部路径)对应于经由连接器2 5315(其为销/枢转接头)从框架5305到中间主体B 5313 的连接。该接头允许框架5305和中间主体B 5313之间的相对偏航旋转，但是约束(因此传输)两者之间的俯仰旋转。中间主体B 5313经由连接器 45317连接到手柄5301。连接器4(5317)是一种通常称为柔性扭转杆或简称为柔性杆的接头或连接部。该柔性杆具有两个端部。第一端刚性地连接到中间主体B 5313上，且第二端刚性地附接到手柄。在这两个端部之间是允许某些运动并约束其它运动的柔性杆部段。该连接器在其第二端处约束围绕它的与偏航旋转轴线相同的扭转轴线的旋转；因此，该连接器将偏航旋转从手柄传输到中间主体B。同时，柔性杆连接器在俯仰方向上是柔顺的，或者允许其两端之间的俯仰旋转。
作为这种构造的结果，手柄处的相对于框架的俯仰和偏航运动的任意组合被机械地分离成在刚性地附接到中间主体A的滑轮A 5319处可获得的仅俯仰旋转(注意，由于此刚性附接，滑轮A 5319和中间主体A 5309 是同一刚性主体)和在刚性地附接到主体B的滑轮B5313处的仅偏航旋转(注意，由于此刚性附接，滑轮B 5313和中间主体B是同一刚性主体)。因此，滑轮A相对于框架展现纯俯仰旋转，并且滑轮B相对于框架展现纯偏航旋转。由于这两个滑轮的旋转轴线相对于框架是固定的，因此经由机械传输系统/方法实际上容易地将这两个旋转传输到框架上的另一个远程或远端位置，该机械传输系统/方法也将框架用作的地面参考。
上述示例说明了通过添加独立的、不重叠的连接路径(使用柔性扭转杆和附加滑轮B)而已被扩大的串联运动设计，这会产生并联运动设计。柔性扭转杆传输围绕其轴线的旋转，同时对其轴线的弯曲保持柔顺。在这里，只利用框架、中间主体A和手柄，我们将具有串联运动机构，其具有两个旋转DoF(俯仰和偏航旋转)的机构，该机构提供虚拟旋转中心，但是将具有与前面描述的串联运动机构的相关传输相关的所有挑战。在该示例中，中间主体A对沿第三轴线的平移(侧倾，图53中未示出)是刚性的，并且连接器1和3也不允许该平移。即使包括连接器4(柔性杆)的另一个机械路径确实允许该平移，两个路径也必须都允许此平移运动(或 DoF)，以便整个机构也允许此平移运动(或DoF)。因此，在该特定实施方案中，手柄和框架之间沿侧倾轴线的平移被约束(即不是DoF，即，不允许)。
中间主体A对围绕第三轴线的旋转(侧倾，如图53所示)是刚性的，并且连接器1和3对该旋转也是刚性的(或者换言之，约束/传输该侧倾旋转)。这里，包括连接器4(柔性杆)的另一个机械路径确实允许该侧倾旋转，但是仅需要一个路径(在整个机构中)来约束相对运动。由于第一路径约束手柄和框架之间的侧倾旋转，因此在整个机构中也约束该侧倾旋转。换言之，通过这种PK机构，侧倾旋转从手柄传输到框架，反之亦然。
图54示出了根据图26的约束映射配置的并联运动系统的另一个示例。在此示例中，第一旋转(旋转1)对应于俯仰旋转，第二旋转(旋转 2)对应于偏航。框架5401和手柄5403可以与上述框架和手柄相似。中间主体A 5407是俯仰滑轮和俯仰支架(两者刚性地联接在一起)，且中间主体B 5405是偏航滑轮和偏航支架(两者刚性地联接在一起)。连接器15411对应于俯仰滑轮和框架之间围绕俯仰轴线5412的枢转接头，而连接器2 5413对应于偏航滑轮和框架之间围绕偏航轴线5415的枢转接头。连接器3 5421是俯仰支架5423和手柄5403之间的滑块接头5421，且连接器4 5431是偏航支架5425与手柄5403之间的滑块接头5431。尽管示出为图54中的半环或拱形的形状，但是俯仰支架和偏航支架可以是任何一般形状。如图所示，半圆形形状可以有助于在俯仰支架和偏航支架相对于框架围绕它们各自的旋转轴线旋转时避免俯仰支架和偏航支架之间的干扰。该实施方案可以提供手柄5403的相对于框架5401的旋转的虚拟中心 (VC)。如上所述，该虚拟旋转中心由俯仰和偏航轴线的交点界定。
在操作中，图54所示的并联运动机构可以通过用户抓取和操纵手柄 5403来操作。并联运动机构将手柄5403相对于框架5401的旋转分离并过滤成分别仅在偏航滑轮和俯仰滑轮处的偏航分量和俯仰分量。手柄相对于框架的旋转的偏航分量经由滑块接头5431传输到偏航支架5425(例如，偏航环)，滑块接头5431传输偏航旋转但允许(或过滤掉)俯仰旋转。这导致偏航支架5425和偏航滑轮5405相对于框架5401围绕连接器2(枢转接头5413)旋转。因此，围绕偏航轴线5415旋转的偏航滑轮5405仅展现手柄相对于框架的旋转的偏航分量。手柄相对于框架的旋转的俯仰分量经由滑块接头5421传输到偏航支架5423，滑块接头5421传输俯仰旋转但允许(或过滤掉)偏航旋转。这导致俯仰支架5423和偏航滑轮5407相对于框架5401围绕连接器1(枢转接头5411)旋转。因此，围绕俯仰轴线5412 旋转的俯仰滑轮5407仅展现手柄相对于框架的旋转的俯仰分量。最后，手柄5403的组合偏航和俯仰旋转可以被分离成偏航滑轮5405处的围绕偏航轴线的纯偏航旋转和俯仰滑轮5407处的围绕俯仰轴线的纯俯仰旋转。
当用作仪器/工具/设备/机器的输入接头/接口时，俯仰滑轮5407和偏航滑轮5405围绕相应俯仰轴线5412和偏航轴线5415的旋转可用于将所需的俯仰和偏航旋转机械地传输到远程末端执行器，或电子地传输到计算机输入装置。与串联运动机构相比，在此并联运动机构的情况下，两个旋转轴线5412和5415相对于框架是固定的。因此，可以经由实际上简单且可行的各种机械传输方法/系统来传输围绕这些轴线的旋转。这些各种传输方法/系统都相对于相同的地面参考框架18进行操作。因此，该传输系统的任何移动部件都具有相对于该地面参考框架固定的旋转轴线或平移轴线或运动轨迹。这使得将传输系统从每个单独的轴线5412或5415设计和实现到框架(或框架的延伸部)上的一些其它位置的任务实际上是可行的。
在一种情况下，在俯仰滑轮5407和偏航轴线滑轮5405处产生的旋转可以分别使用俯仰传输缆线和偏航传输缆线单独地传输到远程末端执行器。该设计大大促进了手柄相对于框架的2-DoF旋转运动的捕获和传输；直接从手柄这样做很困难；相反，这种设计将2-DoF旋转分离为两个1-DoF 旋转；这两个旋转可以相对容易地单独地且独立地传输(使用缆线、或齿轮、或联动件，或电子地或气动地)，这是由于它们现在是围绕相对于框架固定的俯仰和偏航旋转轴线的明确地界定的旋转。
在图54所示的示例中，手柄5403可以相对于框架5401围绕侧倾轴线5445自由旋转。因此，通过该变型，侧倾旋转可以不被从手柄传输到框架，反之亦然。
图55示出了图54所示的实施方案的另一个变型，其中手柄5503具有一几何形状(注意刚性地附接到手柄的方形钉5550、5551)，该几何形状使得侧倾旋转经由手柄5503和中间主体A 5507之间的滑块接头5521 从手柄5503传输到中间主体A 5507，反之亦然；并且经由手柄5503和中间主体B 5505之间的滑块接头5531从手柄5503传输到中间主体B 5505，反之亦然。在实践中，可以有方形钉5550或方形钉5551，或者两者都刚性地附接到手柄。这种变型在其它方面与图54所示的变型相似，并且可以以相同的方式操作。然而，由于方形销5550、5551中的一个或两者，该变型约束并因此传输手柄5503围绕旋转的侧倾轴线相对于框架5401的侧倾旋转，反之亦然。
尽管在上述一些变型中，术语VC机构、输入机构、输入接头以及PK 机构可以互换地使用，例如当用于远程/微小入口工具时，但是并不一定总是这样。通常，VC机构在设计上不需要是PK，并且不是每个PK机构(更具体地，基于图26的约束映射的任何PK机构)都必须提供VC。而且，不是每个PK或VC机构都需要作为输入接头。如上所述，在图29A-图29C 中，机构可用作某些工具、机器、设备或仪器中的输出接头/接口。图26 的约束映射使得能够将2DoF旋转分离成围绕相对于框架固定的轴线的两个单独的单个DoF旋转，并且相反地使得能够将围绕相对于框架固定的轴线的两个单独的单个DoF旋转组合成手柄相对于框架的单个2DoF旋转。该功能是约束映射的结果，并且与VC功能无关。对于图26的约束映射的某些物理实施方案，该机构还可以包括虚拟中心，如以上许多变型所示。
在具有虚拟中心的上述PK机构装置的变型中，有益的是将由PK机构提供的虚拟中心定位成靠近铰接式人体关节(例如，腕部、手指根部关节(即掌指关节(MCP))、脚踝、肩部、臀部等)的中心。当与人关节接合时，机构可以用作工具/机器/设备的输入接口或输出接口，如上所示。例如，手柄可以以各种不同的方式中的一种与手或足部接合，并且类似地，框架也可以以许多不同的方式与人身体的另一部分接合。在如上所述的PK 机构与人腕关节结合使用的情况下，手柄可以在手上的各个位置处以图 29A-图29C和图56A-图56C中示出的各种方式与用户接合。在图56A-图 56C中，机构的虚拟中心可以保持靠近人腕部的旋转中心。这样的接近在一些应用中可以有帮助，例如，通过允许人腕部的自然且自由的旋转，而机构不会限制腕部的自然运动范围，但是这不必是严格的要求。此外，框架可以牢固地附接到用户的前臂，或者可以通过衬垫材料/海绵等轻轻地附接，或者可以经由带接头式接口联接到前臂，或者可以根本不被附接。
在所示的任何示例中，用户的铰接关节(例如，腕部)的两个旋转轴线不需要与并联运动机构/接头的两个旋转轴线完全相同或相似。例如，考虑图29B，其中踝关节的两个旋转可以围绕轴线A和B解剖学地界定，而 PK机构的两个旋转轴线可以由C和D给出。注意，两组可以是但不是一定是一样的。
通常，PK机构的两个旋转轴线和用户关节的两个旋转轴线大致位于同一平面中。例如，在图29B中，可以看出轴线A、B、C和D在同一平面内。只要满足此条件，PK机构(及其相关联的旋转轴线)的实际构型可以相对于用户铰接关节(及其相关联的旋转轴线)是任意的。这以考虑到用户的铰接接头周围的实际空间约束的方式提供了实现PK机构几何形状和构造的细节的自由。
如上所述，框架可以与人身体的适当部分接合。例如，如果手柄可以与手接接合，如图56A所示，则框架可以与前臂接合。如果手柄与足部接合(图29A和图29B)，则框架可以与胫部/小腿接合。如果手柄与臂接合 (图29C)，则框架可以与肩部接合。框架接合可以是固定的接合、或经由衬垫材料/海绵的轻接合、或利用接头的接合，等等。
如上所述，本文描述的任何并联运动机构可以与任何适当的输出部结合使用。例如，任何这些并联运动机构的输入接头可以联接到用于控制末端执行器的输出接头。图14A示出了输出接头32的一个示例被配置为柔性蛇形接头。在该示例中，输出部包括柔性盘82，柔性盘82以使得每个元件的挠曲方向交替的方式附接。可以通过推动或拉动盘82来致动接头 32，引起其侧面的膨胀和收缩。可以选择性地拉动伸展穿过输出接头32 的每个盘82的缆线(未示出)，以在偏航和俯仰方向上或其任何组合的方向上产生偏移。可以使用的替代性接头类型包括但不限于对弯曲柔顺的不可延伸的线、沙漏形挠曲件、具有受约束的扭转的压缩/拉伸弹簧、或任何其它2-DoF(偏航和俯仰)接头。输出接头32可以相对于工具杆22被临时锁定在任何期望的方位上。
代替传统的2-DoF接头，输出接头32也可以借助于VC机构(诸如图14B所示的VC机构)来实现，类似于上述输入接头16处使用的机构。除了空间约束之外，输出接头32处的这种VC机构可以为末端执行器12 提供旋转中心，该旋转中心可以方便地位于除输出接头32的物理位置以外的任何位置处。
本文所述的任何并联运动机构还可以允许或包括用于致动末端执行器的附加控制器。例如，这些装置中的任何装置可以包括用于致动末端执行器上的颚板的打开/关闭运动的一个或更多个控制器。在一些变型中，可以经由从装置的手柄传输致动动作(例如，通过推动或拉动按钮、触发器、杠杆等)来使末端执行器进行抓取。这种控制的传输设备可以与用于本文所讨论的旋转运动(例如，俯仰和偏航)的传输系统组合，或者它可以是分离的。此外，机械的、电气的、气动的或任何其它传输系统可以用于这种控制。在一个示例中，机械缆线可以从手柄24传递到末端执行器12，以传输这种控制。例如，在图15所示的一个变型中，装置84可以包括控制器(杠杆81)，该控制器可以形成手柄24的一部分或可以安装在手柄 24上，并且可以机械地联接到末端执行器12，用于致动末端执行器12上的颚板的抓取运动(打开/关闭)。例如，缆线86可以附接到杠杆81和所提供的相关联的闭合机构84，其中缆线86可以将抓取运动从杠杆81和闭合机构84传输到末端执行器12上的颚板(例如，图16中的96)。抓取传输系统将一个抓取DoF从用户的拇指/手指传输到末端执行器12处的相应的打开/关闭动作(也是一个DoF)。通常，闭合机构84可以具有一个以上的DoF，其可以被传输至末端执行器12上的颚板处的相同数量的DoF。由于在腕部运动过程中手柄24将与用户的手、拇指以及手指一起移动，因此将杠杆81和闭合机构84设置在手柄24上确保了用于提供抓取运动的输入设备不会相对于手、拇指以及手指移动。
在图15所示的例子中，当用户的拇指按压闭合机构(手柄杠杆子组件)84的杠杆81时，其大约围绕轴线(a)旋转。挠曲元件90，例如一块弹簧钢，可以用作1-DoF枢转接头，其中该接头在本质上可以是柔顺的，以便自动复位到其标称(未变形)位置。替代地，这可以是包括销的传统枢转接头，并且单独的复位弹簧(板簧或线圈弹簧)可以提供复位到标称功能。这种自动复位是期望的，以缓解用户的拇指或手指的运动输入要求。应理解，只要一端被安装到手柄24上且另一端通过手指或拇指作用，那么任何1-DoF接头都可以被用于进行这种致动，例如，销、滑块或按钮(柔顺的或安装有弹簧的)。使用拇指致动允许用户用他们的手指和手掌抓取手柄24，同时独立地致动杠杆81。根据来自手柄24的形状的尺寸约束，可以替代地使用手指致动杠杆。
根据本实用新型的一个非限制性方面，闭合机构84可以包括棘轮机构，其允许用户将杠杆81锁定在不同的位置中。该设备还可以使用如图 15所示的柔顺的一个DoF的挠曲接头92。棘轮机构类似于通过引用并入本文的美国专利第5,209,747号和第4,950,273号中可见的棘轮机构，并且可以包括锯齿形主体94，锯齿形主体94在不同位置中接合杠杆81上的单个齿。当用户按下手柄杠杆子组件84的杠杆81时，锯齿形主体94围绕轴线(b)偏移，并允许杠杆81向下滑到下一个齿。当用户释放杠杆81 时，它保持在其所处的任何当前位置。为了释放杠杆81，锯齿形主体94 被用户的拇指简单地向前偏移，导致棘轮齿脱开。保持杠杆81的挠曲接头92的弹性使杠杆81回到其标称状态。通常，根据应用的具体情况，可以使用任何其它可变闭合机构来代替棘轮机构。这样的机构使得用户能够经由末端执行器12的颚板96保持在患者身体内(例如，对组织)的抓取动作。替代地，也可以设想闩锁机构84，其中杠杆81被压下，直至它被闩锁和锁定在关闭位置。进一步按压该杠杆会解除闩锁或解除锁定杠杆，允许其在上述复位弹簧的作用下返回其标称位置。
在操作过程中，手柄24与用户的手和腕部一起移动，使得用户输入部(即，手柄)和工具输出部(即，工具框架、工具杆、末端执行器等) 之间的距离是可变的。由于每个用户的输入运动应该是独立的，以便实现期望的工具功能，因此通常期望传输装置允许部件之间(特别是工具手柄和工具框架之间)的可变距离和方位。在图15中，缆线86和护套或缆线壳体(未示出)之间的相对运动可用于致动。缆线86可以附接到末端执行器12，穿过工具杆22，穿过护套到达VC机构16的浮动板26，穿过手柄24，然后附接到杠杆81。护套或缆线壳体可以连接在工具框架18和板 26之间(或等同地，手柄24)。在工具框架18和板26之间，护套中可以存在松弛，以确保板26/手柄24的运动(例如，相对于框架的俯仰和偏航旋转)不受护套约束。当浮动板26响应于用户腕部的致动而移动时，护套中的松弛量将改变，但是在缆线86和护套之间将不存在相对运动。这种布置类似于自行车上的制动缆线和相关护套的布置。
工具框架18和浮动板26之间的被传输缆线86伸展穿过的护套可以是任何类型的中空主体，该中空主体对于弯曲是柔性的。根据本实用新型的一个非限制性方面，护套可以包括柔性的线圈弹簧或尼龙管，其对弯曲提供足够的柔性，但在压缩下具有高劲度。该护套的另一个示例是鲍登缆线护套(Bowden cable sheath)。此劲度确保在拉紧传输缆线86期间缆线 86和护套之间的相对运动占主导。当缆线86被拉动通过护套时，无论护套的形状如何，缆线86的行为都相同。在松弛被引入护套中的情况下，缆线86可以被拉直或弯曲或变形一定量，而不影响缆线86中的抓取致动力。此缆线和护套系统可以以各种方式实现，但是最终应允许工具框架18 和VC机构16的浮动板26之间存在可变的距离。应注意，这样的缆线和护套布置不仅可以用于抓取动作的传输，而且可用于将腕部旋转从输入接头16传输到输出接头32。例如，对于两个俯仰传输缆线、两个偏航缆线和一个或两个抓取致动缆线可以采用多个单独的护套。
如上所述，末端执行器12可以在体内再现用户的动作。末端执行器 12可以是任何数量的一个DoF的设备，例如，剪刀、大剪刀(shear)、针驱动器、解剖器、抓取器或牵开器。这些末端执行器12可以是柔顺的或刚性的，并且可以具有有源和无源部件(取决于运动传输系统)。参考图 16，所示的实施方案包括在打开(或抓取-释放)位置中处于平衡状态的柔顺抓取机构。当此抓取器的中心沿轴向朝后被拉动时，末端执行器12的颚板96朝内关闭。除了抓取之外，颚板96可以具有其它功能，例如但不限于组织的切割或烧灼。
现在参考图17，可以经由用于两个旋转DoF(俯仰和偏航)中的每一个的滑轮和缆线系统来实现输入接头16和输出接头32之间的传输，如关于上述数个实施方案描述的。该设计可以包含一机构，该机构按某一传输比T将在输入滑轮98(对应于图12和图13中的滑轮78或80中的任一个) 处体现的用户输入旋转(θ)调整成输出滑轮100处的工具输出接头旋转 (Φ)，从而提供工具输入部(用户的手围绕他/她的腕部的旋转)和工具输出部(末端执行器12围绕输出接头32的旋转)之间的可变的传输比。该传输比T可以是固定的，可以按分立的阶梯方式改变，或者可以连续地改变。可以通过为输入滑轮98和输出滑轮100选择适当的半径来实现任何固定的传输比。替代地，代替输入和输出滑轮，可以具有其它部件，例如齿轮、连杆、杠杆等，并且输入的俯仰和偏航旋转与相应的俯仰和偏航旋转之间的可变传输比仍然是相关的。可以借助于输入滑轮98和输出滑轮 100的阶梯式构型(诸如图17所示的构型)，以及允许用户在比率之间变化的转变机构(未示出)，来实现可分立地变化的传输比。该转变机构可以类似于用于自行车上的可变齿轮的转变机构。替代地，可以采用允许用户选择输入和输出旋转之间的任意比率的连续可变传输设备(CVT)，如图18所示。这样的CVT可以由中间模块102(诸如但不限于V形皮带或环形装置)来实现，其中在图18示出了一般的CVT布置。尽管以利用输入滑轮98和输出滑轮100的布置示出了CVT实施方案，但是应理解，根据本实用新型，实现CVT未必需要滑轮98、100。
接着转到图19，根据本实用新型的工具10可以包含末端执行器12和输出接头32，末端执行器12和输出接头32使工具输出部处的俯仰和偏航 DoF的致动解耦合。如上所述，工具输出部包括末端执行器12和2-DoF 旋转输出接头32，末端执行器12可绕其旋转。在该实施方案中，三个运动(末端执行器12围绕输出接头32的两个腕式旋转以及末端执行器颚板 96的一个打开/关闭运动)的致动被解耦合。这三个运动借助于用户的手围绕他/她的腕部的旋转在输入接头16处被致动，分别经由设置在工具输入部处的VC机构16和末端执行器致动机构(例如，诸如图15中示出的闭合机构84或任何其它末端执行器)自然地完成。
基于销的接头可以在非常小的空间中实现大的旋转，但是它们的机械实施可导致级联式布置中的旋转发生耦合。在这种现有技术的构型中，工具的俯仰旋转在偏航旋转之后实现，这导致用以产生期望的俯仰的传输缆线的致动取决于当前的偏航角度。这被称为末端执行器运动耦合并且导致非直观的工具输出行为。在图19所描绘的本实用新型的实施方案中，输出接头32包括一对嵌套环104、106。外环104可以通过销接头连接到工具杆22，并且由一对缆线(未示出)致动，缆线可以大体上在俯仰轴线的位置处附接到外环104，并且产生围绕偏航轴线的旋转。内环106被钉住到外环104，使得俯仰轴线与偏航轴线正交。内环106也由一对驱动缆线 (未示出)驱动，驱动缆线可以以与外环104大致相同的高度并且大致在偏航轴线的位置处附接至内环106。两个接头产生在俯仰和偏航轴线的交点处起作用的旋转中心。这种布置通过在一个布置中将两个接头轴线定位在同一位置来防止运动耦合，这是利用传统的级联的、基于销的关节不能实现的。该末端执行器12和输出接头32的设计允许根据本实用新型的工具10以更小的曲率半径进行操作，从而为外科医生(用户)提供期望的更紧凑工作空间。该输出接头32还完全分离俯仰和偏航运动以允许完全独立的运动，从而保持旋转机械地解耦合。
参考图20，可以在框架18保持附接到用户的手臂的同时容易地更换工具杆22。该特征允许用户快速地更换工具杆22和末端执行器12，而不必将整个工具10从他或她的手臂移除。缆线联结部108可以设置在工具杆22和框架18之间的连接点处。替代地，联结部108可以被引入到工具框架18的基部，使得框架18的支撑到工具输入部的部分经由臂附接构件20保持附接到用户的前臂，而框架18的其余部分以及工具杆22是可更换的。在这两种情况中的任一种情况下，为了将工具杆22从框架18释放并将工具杆22重新连接到框架18，必须切断并重新连接传输缆线连接结构，同时保持足够的缆线张力以允许有效的输入-输出运动传输。这些联动可以通过快速释放机构110(例如但不限于卡扣配合机构、磁联接器)来建立或通过一些其它的暂时接合和释放两个拉伸构件的方法来建立。在手术过程中可以根据需要切断并重新附接这种联动，以允许使用者切换工具杆 22，而不必改变或移除臂附接构件20。
根据本实用新型的工具10可以导致手术端口处的力显著减小，这转而减少了患者的皮肤/组织损伤。在目前出售的MIS工具中，工具输入接头被放置在手柄和工具杆之间，这使得工具的致动取决于外部地面参考物的存在，外部地面参考物可以提供反作用负荷，或换言之，闭合负荷循环。用户在工具手柄处施加扭矩，并且手术端口用作外部地面参考物，以提供允许手柄朝下倾斜所需的平衡负荷，该负荷然后使末端执行器朝下倾斜。在这种情况下，负荷回路按顺序包括工具手柄、工具杆、手术端口、患者身体、患者身体所在的床、支撑床的地面、外科医生(用户)站立的地面、外科医生的身体、外科医生的前臂以及握住工具手柄的外科医生的手。因此，在输入和输出接头的铰接期间所有的工具致动负荷必然流过手术端口和患者的身体。对于年轻或老年患者来说，这些负荷对手术端口周围的皮肤和组织特别有害。
相反，根据本实用新型的工具10提供公共的地面框架18，其桥接工具杆22和用户的前臂。采用用户的前臂作为地面参考物会局部地闭合与腕部DoF致动力相关联的负荷回路。这里，负荷回路包括手柄24、输入接头或VC机构16、框架18、臂附接构件20以及用户的手臂和手。与现有的手持式工具相反，这完全不再需要外部地面参考(例如，手术端口和患者的身体)来提供反作用负荷。
最后，参考图21，代替将框架18附接到用户的前臂，框架18可以被安装在用户身体外部的床框架或其它结构112上(经由连接在其间的接口机构114)，这可以有助于支撑工具10的重量。该接口机构114通常可以在外部结构112和框架18之间提供6个DoF，以避免过度约束或限制工具10的运动。然后，外科医生(用户)可以如上所述地将他/她的手臂放置到手臂附接构件20中并且引导工具10，同时外部结构112支撑工具10 的重量。
尽管上面描述了利用输入接头(其可以包括VC机构16)进行的末端执行器12(其经由输出接头连接到工具杆的远端)的铰接，但在另一个应用中，类似的基于VC机构的输入接头可以用于铰接内窥镜设备的尖端。这样的布置将为用户提供用于在患者体内引导内窥镜设备的直观且符合人体工程学的装置。
尽管已经说明和描述了本实用新型的实施方案，但是这些实施方案并不意图说明和描述本实用新型的所有可能形式。应理解，各种实现实施方案的特征可以组合以形成本实用新型的另外的实施方案。说明书中使用的词语是描述性的而不是限制性的词语，并且应理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下可以进行各种改变。
上述PK机构通常包括两个旋转自由度(通常为旋转1和旋转2；或更具体地为俯仰和偏航)。这些PK机构的性质从图26的约束映射导出，使得这两个旋转相对于框架存在，该框架可用作工具、设备、机器、仪器、机器人等中的地面参考物。在这些应用中的任何一个中，通常实际需要从 PK机构传输这些旋转或将这些旋转传输至PK机构。例如，当机构用作输入接口时，如上所述，可能需要将旋转从机构传输到另一个感兴趣点。后者可以是远端执行器，或者输入到计算机接口的输入信息，例如,计算机屏幕上的XY坐标，或游戏系统中的俯仰和侧倾坐标等。当该机构用作输出接口(例如，如上面针对图29A和图29B描述的)时，需要从其它感兴趣的点(通常是手动或机动致动器)将旋转(以及相关的扭矩)传输至机构。因此，这里呈现的PK机构通常可以与传输系统一起使用，如上所述。该传输系统可以是机械的、液压的、气动的、电气的和/或无线的。利用上面讨论的图1中的PK机构实施方案(以及实施方案1)示出一些代表性示例。本文描述的是可以与基于图26的约束映射的PK机构结合使用的传输系统的示例。基于这种约束映射的任何PK机构的独特属性是，它将分离出来的两个旋转呈现为围绕相对于框架固定的相应轴线的两个单独的旋转，仅俯仰和仅偏航。然后可以将这些单独的旋转从相应的滑轮单独地传输到整个设备/仪器/工具的框架上的其它位置，反之亦然。
图57A示出了基于缆线或滑轮的传输。尽管图57A示出了用于每个旋转的简单的缆线-滑轮传输系统，但是应理解，缆线/滑轮传输系统可以是相当精密复杂的并且传送通过复杂的路径，以将PK机构中的两个滑轮的旋转传输成框架上的远程位置处的相应的运动。传输缆线、俯仰缆线5701 以及偏航缆线5703单独地从机构传输俯仰和偏航旋转。类似地，图57B 示出了与先前情况类似的基于皮带/滑轮的传输，但是包括单独地转移俯仰和偏航旋转的一对皮带5705、5707。皮带可以是橡胶皮带、正时皮带、金属皮带或基于金属联动件的链等。尽管图57B示出了用于每个旋转的简单的皮带-滑轮传输系统，但应理解，皮带-滑轮传输系统可以是相当精密复杂的并且传送通过复杂的路径，以将机构中的两个滑轮的旋转传输成框架上的远程位置处的相应的运动。
也可以使用基于齿轮系的传输设备，如图58所示。尽管图58示出了用于每个旋转的简单的基于齿轮系的传输系统，但是应理解，齿轮装置可以是相当精密复杂的(例如，呈齿轮箱的形式)，并且沿着复杂的路径被封装，以将机构中的两个滑轮的旋转传输成框架上的远程位置处的相应运动。可以组合本文所述的任何传输系统(例如，滑轮、皮带、齿轮、液压设备等)。例如，可以设想通过单独的传输路径传输机构的偏航和俯仰旋转的传输系统，每个路径包括滑轮、皮带、齿轮、液压设备、气动设备、电子设备、无线设备等。
图59示出了基于连杆机构的传输设备。在图59中，连杆是基于四杆机构的简单传输系统，用于每次旋转。应理解，连杆可以相当精密复杂(例如，六杆机构、八杆机构等)，并且沿着复杂的路径被封装，以将机构中的两个滑轮的旋转传输成框架上的远程位置处的相应运动。
图60中的变型示出了气动/液压传输设备。在图60中，传输器是简单的构型，其中PK机构的每个旋转经由气缸被转换成流体压力。这种流体流(在液压的情况下)或压力(在气动的情况下)可以经由软管/管道等传输到任何位置。这样传输的流体流/压力可以用于在远程位置处重建/再生力和/或运动。这仅仅是可以如何使用基于流体的传输设备的一个代表性示例。应注意，所示系统实际上是液压/气动传输元件和基于连杆的传输设备的组合，这是由于在该示例中使用连杆将机构的旋转运动(例如，在联动件1 6005处)转换为用于产生流体流或压力的活塞-气缸处的平移运动。
图61示出了基于柔性扭转杆的传输设备的示例。在该示例中，机构的每个旋转(即，俯仰和偏航滑轮相对于框架的旋转)被单独地传输到位于框架上其它位置的相应滑轮。这里的柔性扭转杆类似于上面关于图53 讨论的柔性扭转杆。扭转杆可以容易地弯曲(在由其构造决定的一定限度内)，同时即使在弯曲之后也能保持围绕其中心轴线的高扭转劲度。后者有助于传输围绕柔性杆的中心轴线的旋转运动。图62A和图62B示出了柔性扭转杆的构造的示例。
图63示出了与PK机构一起使用的扭转杆传输系统的另一个示例。
图64示出了具有略微不同的框架几何形状的类似的传输构思。这里框架具有延伸的形状和几何形状，以传达框架可以是任意尺寸和形状的事实。灵活的扭转杆只需要足够长以能够到达框架上适当的感兴趣的点，来自PK机构的旋转将被传输到该点处(或反之亦然)。类似地，图65A和图65B示出了柔性扭转杆的构造的示例，并且该传输系统也在图66和图 67中示出。图67示出了PK机构的实施方案，示出了柔性扭转杆的构造细节6705。在该示例中，用部分截面图6705示出柔性扭转杆，其包括柔性杆以及覆盖杆的护套。这种盖可以提供防止受碎片等影响的保护，确保柔性杆本身不会夹挤或损坏与其接触的任何其它部件，并且提供对柔性杆的支撑，使得其可以更有效地转移扭矩和旋转运动。
基于柔性扭转杆的传输设备的一个属性是框架本身不必是刚性的。即使框架的形状可调节，柔性扭转杆也可从框架上的一个位置到框架上另一个位置简单地弯曲并采取新形状，同时传输围绕其中心轴线的旋转。这在下述应用中可以是实用的，在该应用中期望保持框架自身是柔性/可调节的而不是完全刚性的。柔性/可调节的框架的示例包括可以弯曲/调节成任何期望形状的框架，并且由于例如沿该构造的长度的接头处的摩擦而保持其形状。
图68示出了可以使用的电气传输设备的示例。在图68中，机构的俯仰和偏航滑轮(更一般地，分别是中间主体A和B)与诸如致动器(马达等)或传感器(光学编码器、电位计等)的电换能器6805、6801联接。换能器可以具有壳体/定子和转子以及转子和定子之间的枢转接头轴线。在图68的传输设备中，换能器的转子刚性地附接到传输条的第一端，同时换能器的定子刚性地附接到框架(因此，转子和传输条的第一端等同于单个刚性主体，且定子和框架等同于另一个刚性主体)。如果换能器是传感器，则传输条的第一端(或等同地，中间主体A或B)相对于框架的的任何旋转被转换成电信号。该电信号然后可以经由线或无线地传输到计算机或电气系统，其中该信号可以用于控制诸如鼠标的人机接口设备，或者用于控制游戏系统(gaming system)等，或者这些信号可以用作输入到由计算机控制的机器人系统的输入信息。例如，PK机构可以成为操纵杆的一部分。
替代地，电换能器可以是向PK机构传输扭矩和旋转的马达，其示例在图29A和图29B中示出。
注意，代替如图68所示的旋转换能器，可以首先采用连杆机构，诸如图59和图60所示的,以将旋转运动转换成活塞/气缸之间的平移运动，然后采用具有活塞缸的平移换能器。
尽管结合图12和图13所示的示例性PK机构示出了上述传输系统，但是这些传输方法与本文描述的PK机构的所有其它实施方案同样相关，并且通常关于图26的约束映射所包含的那些。此外，尽管单独地呈现各种传输系统，但是可以使用这些传输系统的组合，例如“具有电传感器的齿轮系统”或“具有缆线/滑轮驱动装置的连杆机构”等。
图69A和图69B示出了示例性的微小入口手术工具，其包括利用并联运动(PK)机构装置来控制的末端执行器，该并联运动(PK)机构装置基于关注铰接运动(即两个正交旋转)的约束映射，其中在框架和手柄之间存在至少两个独立的并联路径。第一路径包括第一中间主体，第一中间主体通过第一连接器连接到框架并且通过第三连接器连接到手柄。第二路径包括第二中间主体，第二中间主体通过第二连接器连接到手柄并且通过第四连接器连接到手柄。第一连接器和第四连接器在第一旋转方向上均是柔顺的(允许旋转)并且在第二旋转方向上是劲性的(限制旋转)。第二和第三连接器允许在第二旋转方向上的旋转并限制在第一旋转方向上的旋转。在一些变型中，第一和第二旋转方向可以彼此正交(例如，第一旋转方向可以是俯仰且第二旋转方向可以是偏航)，但不一定正交。例如，这些旋转方向之间的角度可以在30度到150度之间。
在该示例中，装置的PK机构包括虚拟旋转中心，但不一定如此。在图69A和图69B中，虚拟中心(VC)被配置为，当用户的手握住手柄并且前臂与框架的臂附接构件接合时，定位在用户的腕关节处。
图70、图71A以及图71B示出了两个另外的示例性微小入口外科手术工具，其包括利用并联运动(PK)机构装置(其基于关注铰接运动的约束映射)来控制的末端执行器。这些变型中的每一个包括与图26的约束映射一致的PK机构，该PK机构与上面讨论的图12和图13中示出的PK 机构类似。
当特征或元件在本文中被称为在另一个特征或元件“上”时，其可以直接在另一个特征或元件上或介于其间的特征和/或元件也可以存在。相比之下，当特征或元件被称作“直接”在另一个特征或元件“上”时，不存在介于其间的特征或元件。还应当理解的是，当特征或元件被称为“连接”、“附接”或“联接”到另一个特征或元件时，其可以直接连接、附接或联接到其它的特征或元件，或介于其间的特征或元件可以存在。相比之下，当特征或元件被称作“直接连接”、“直接附接”或“直接联接”到另一特征或元件时，不存在介于其间的特征或元件。虽然关于一个实施方案描述或示出了特征和元件，但是如此描述或示出的特征和元件可适用于其它实施方案。本领域技术人员还应理解，对“相邻”另一特征布置的结构或特征的涉及可以具有与相邻特征重叠或位于相邻特征之下的部分。
本文所用术语仅为了描述特定实施方案，且并非旨在限制本实用新型。例如，如本文所使用的，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该 (the)”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指明。还应理解的是，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”在本说明书中使用时指定所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的所列的项中的一个或多个的任意组合和所有组合，并且可以缩写为“/”。
诸如“之下(under)”、“下方(below)”、“下(lower)”、“之上(over)”、“上(upper)”及类似术语的空间相对术语在这里可为了便于描述而使用，以描述附图中所示的一个元件或特征与另一个(多个)元件或特征的关系。应当理解，空间相对术语旨在涵盖除了附图中描述的方向之外的使用或操作中的设备的不同方向。例如，如果附图中的装置被翻转，则描述为在其它元件或特征“之下”或“下面”的元件于是将被定向为在其它元件或特征“之上”。因此，示例性术语“之下”可以涵盖之上和之下两种方向。该装置可按其它方式定向(旋转90度或处于其它方向)，并且本文所使用的空间相对描述被相应地解释。类似地，术语“向上”、“向下”、“竖直”、“水平”及类似术语在本文中仅用于解释说明，除非特别地另有说明。
虽然术语“第一”和“第二”在本文中可以用于描述各种特征/元件(包括步骤)，但是这些特征/元件不应该受这些术语的限制，除非上下文另有说明。这些术语可以被用于将一个特征/元件与另一特征/元件区分开来。因此，在不脱离本实用新型的教导的情况下，下面讨论的第一特征/元件可以被称为第二特征/元件，同样，下面讨论的第二特征/元件可以被称为第一特征/元件。
贯穿本说明书和随后的权利要求书，除非上下文另有要求，否则词语“包括(comprise)”及其变体例如“包括(comprise)”和“包括(comprising)”是指各种部件可以在方法和物品(例如，包括设备和方法的组合配置和装置)中结合使用。例如，术语“包括(comprising)”将被理解为表示包含任何所述元件或步骤，但不排除任何其它元件或步骤。
如本文在说明书和权利要求中使用的，包括如在示例中使用的并且除非另有明确说明，所有数字可以如同前面加上单词“大约”或“近似”地来读，即使该术语没有明确地出现。当描述大小和/或位置时，可以使用短语“大约(about)”或“近似(approximately)”，以指示所描述的值和/或位置在值和/或位置的合理预期范围内。例如，数值可以具有为所陈述的值 (或值的范围)的+/-0.1％、所陈述的值(或值的范围)的+/-1％、所陈述的值(或值的范围)的+/-2％、所陈述的值(或值的范围)的+/-5％、所陈述的值(或值的范围)的+/-10％等的值。本文给出的任何数值还应理解为包括大约或近似该值，除非上下文另有说明。例如，如果值“10”被公开，则“大约10”也被公开。在本文列举的任何数值范围意欲包括在其中包含的所有子范围。还应当理解，当公开值“小于或等于”该值时，也公开了“大于或等于该值”以及值之间的可能范围，如本领域技术人员适当地理解的。例如，如果公开了值“X”，则还公开了“小于或等于X”以及“大于或等于X”(例如，其中X是数值)。还应理解，在整个申请中，以多种不同的格式提供数据，并且该数据表示数据点的任何组合的终点和起点以及范围。例如，如果公开了特定数据点“10”和特定数据点“15”，则应当理解，大于、大于或等于、小于、小于或等于、等于10和15以及在10 和15之间被认为是公开的。还应当理解，还公开了两个特定单元之间的每个单元。例如，如果公开了10和15，则也公开了11、12、13以及14。
虽然上面描述了各种例证性实施方案，但在不脱离由权利要求所描述的本实用新型的范围的情况下，可对各种实施方案做出任何数量的变化。例如，执行各种所描述的方法步骤的顺序通常可在替代实施方案中改变，并且在其它替代实施方案中，可以完全跳过一个或更多个方法步骤。各种设备和系统实施方案的可选特征可以被包括在一些实施方案中，而不包括在其它实施方案中。因此，前面的描述主要为了示例性目的而提供，而不应被解释为限制在权利要求中陈述的本实用新型的范围。
包括在本文中的示例和例证以例证性而非限制性的方式示出可以在其中实践主题的具体实施方案。如所提及的，可以利用并且从中推导出其它实施方案，使得在不脱离本公开的范围的情况下，可以做出结构和逻辑的替换和改变。本实用新型主题的此类实施方案在本文中可单独或共同地由术语“实用新型”来指代，这仅是为了方便起见，且并不旨在将本申请的范围主动限制到任何单个的实用新型或实用新型构思，如果实际上公开了不止一个实用新型或实用新型构思的话。因此，虽然在本文中已经举例说明和描述了具体实施方案，但是意在实现相同目的的任何布置可替代所示的具体实施方案。本公开旨在涵盖各种实施方案的任何及所有修改或变型。通过阅读以上描述，上述实施方案的组合以及本文未具体描述的其它实施方案对本领域技术人员将是显然的。

Claims (24)

1.一种并联运动机构，其特征在于，所述并联运动机构在手柄和框架之间具有至少两个旋转自由度，所述并联运动机构包括：
所述框架；
所述手柄；以及
输入接头，其将所述框架连接到所述手柄，所述输入接头具有：
第一滑轮，其围绕第一旋转方向可旋转地连接到所述框架；
第一传输条，其将所述手柄连接到所述第一滑轮，其中，所述第一传输条在第二旋转方向上是柔顺的，并且在所述第一旋转方向上具有高劲度；
第二滑轮，其围绕所述第二旋转方向可旋转地连接到所述框架；
第二传输条，其将所述手柄连接到所述第二滑轮，其中，所述第二传输条在所述第一旋转方向上是柔顺的，并且在所述第二旋转方向上具有高劲度。
2.根据权利要求1所述的并联运动机构，其特征在于，所述并联运动机构还包括臂附接构件，所述臂附接构件被配置成将所述框架联接到用户的前臂并且允许所述框架围绕用户的前臂侧倾。
3.根据权利要求1所述的并联运动机构，其特征在于，所述并联运动机构还包括工具杆以及位于所述工具杆的远端和末端执行器之间的输出接头。
4.根据权利要求3所述的并联运动机构，其特征在于，所述并联运动机构还包括缆线，所述缆线从所述输入接头延伸并且延伸穿过所述工具杆，用于铰接所述末端执行器。
5.根据权利要求3所述的并联运动机构，其特征在于，所述并联运动机构还包括将所述第一滑轮连接到所述输出接头的第一传输缆线和将所述第二滑轮连接到所述输出接头的第二传输缆线。
6.根据权利要求3所述的并联运动机构，其特征在于，所述并联运动机构还包括控制器，所述控制器被安装到所述手柄上以致动所述末端执行器。
7.根据权利要求1所述的并联运动机构，其特征在于，所述第一传输条和所述第二传输条各自包括通过铰链连接成一线的多个刚性联动件。
8.根据权利要求7所述的并联运动机构，其特征在于，所述铰链是活动铰链。
9.根据权利要求1所述的并联运动机构，其特征在于，所述第一传输条和所述第二传输条由聚合物材料形成为整体式传输条。
10.根据权利要求1所述的并联运动机构，其特征在于，所述框架包括被配置成配合在用户的前臂上的刚性环。
11.一种并联运动机构，其特征在于，所述并联运动机构在手柄和框架之间具有至少两个旋转自由度，所述并联运动机构包括：
所述框架；
所述手柄；
输入接头，其将所述框架连接到所述手柄，所述输入接头具有：
第一滑轮，其围绕第一旋转方向可旋转地连接到所述框架；
第一传输条，其将所述手柄连接到所述第一滑轮，其中，所述第一传输条在第二旋转方向上是柔顺的，并且在所述第一旋转方向上具有高劲度；
第二滑轮，其围绕所述第二旋转方向可旋转地连接到所述框架；
第二传输条，其将所述手柄连接到所述第二滑轮，其中，所述第二传输条在所述第一旋转方向上是柔顺的，并且在所述第二旋转方向上具有高劲度，
其中，所述第一传输条和所述第二传输条各自包括通过铰链连接成一线的多个刚性联动件；
工具杆，其从所述框架向远侧延伸；
输出接头，其联接到所述工具杆的远端；以及
末端执行器，其联接到所述输出接头。
12.根据权利要求11所述的并联运动机构，其特征在于，所述并联运动机构还包括缆线，所述缆线从所述输入接头延伸并且延伸穿过所述工具杆，用于铰接所述末端执行器，另外其中，所述末端执行器包括颚板。
13.根据权利要求11所述的并联运动机构，其特征在于，所述第一传输条的铰接的刚性联动件由活动铰链连接。
14.根据权利要求11所述的并联运动机构，其特征在于，所述第一传输条和所述第二传输条由聚合物材料形成为整体式传输条。
15.根据权利要求11所述的并联运动机构，其特征在于，所述并联运动机构还包括臂附接构件，所述臂附接构件被配置成将所述框架联接到用户的前臂并且允许所述框架围绕用户的前臂侧倾。
16.一种并联运动机构，其特征在于，所述并联运动机构在手柄和框架之间具有至少两个旋转自由度，所述并联运动机构包括：
所述框架；
所述手柄；
输入接头，其将所述框架连接到所述手柄，所述输入接头具有：
第一滑轮，其围绕第一旋转方向可旋转地连接到所述框架；
第一传输条，其将所述手柄连接到所述第一滑轮，其中，所述第一传输条在第二旋转方向上是柔顺的，并且在所述第一旋转方向上具有高劲度；
第二滑轮，其围绕所述第二旋转方向可旋转地连接到所述框架；
第二传输条，其将所述手柄连接到所述第二滑轮，其中，所述第二传输条在所述第一旋转方向上是柔顺的，并且在所述第二旋转方向上具有高劲度，
工具杆，其从所述框架向远侧延伸；以及
臂附接构件，其被配置成将所述框架非刚性地联接到用户的前臂。
17.根据权利要求16所述的并联运动机构，其特征在于，所述并联运动机构还包括输出接头，所述输出接头联接到所述工具杆的远端。
18.根据权利要求17所述的并联运动机构，其特征在于，所述并联运动机构还包括末端执行器，所述末端执行器联接到所述输出接头。
19.根据权利要求18所述的并联运动机构，其特征在于，所述并联运动机构还包括缆线，所述缆线从所述输入接头延伸并且延伸穿过所述工具杆，用于铰接所述末端执行器，另外其中，所述末端执行器包括颚板。
20.根据权利要求17所述的并联运动机构，其特征在于，所述并联运动机构还包括将所述第一滑轮连接到所述输出接头的第一传输缆线和将所述第二滑轮连接到所述输出接头的第二传输缆线。
21.根据权利要求16所述的并联运动机构，其特征在于，所述第一传输条和所述第二传输条各自包括通过铰链连接成一线的多个刚性联动件。
22.根据权利要求21所述的并联运动机构，其特征在于，所述铰链是活动铰链。
23.根据权利要求16所述的并联运动机构，其特征在于，所述第一传输条和所述第二传输条由聚合物材料形成为整体式传输条。
24.根据权利要求16所述的并联运动机构，其特征在于，所述臂附接构件被配置成允许所述框架围绕用户的前臂侧倾。
CN201790000376.XU 2016-02-25 2017-02-27 并联运动机构 Active CN209548018U (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/054,068 2016-02-25
US15/054,068 US10405936B2 (en) 2008-04-11 2016-02-25 Parallel kinematic mechanisms with decoupled rotational motions
PCT/US2017/019771 WO2017147607A1 (en) 2016-02-25 2017-02-27 Parallel kinematic apparatuses

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN209548018U true CN209548018U (zh) 2019-10-29

Family

ID=59685628

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201790000376.XU Active CN209548018U (zh) 2016-02-25 2017-02-27 并联运动机构

Country Status (3)

Country Link
US (2) US20190336230A1 (zh)
CN (1) CN209548018U (zh)
WO (1) WO2017147607A1 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107843550A (zh) * 2017-11-24 2018-03-27 钦州学院 一种润发检测系统
CN110802582A (zh) * 2019-11-29 2020-02-18 山东大学 一种自重构模块化移动机器人前后连接机构及机器人
CN110897720A (zh) * 2019-12-16 2020-03-24 杨锐 一种医疗手术机器人手术器械平移单元
CN112914683A (zh) * 2021-03-10 2021-06-08 山东威高手术机器人有限公司 钳页独立运动的多自由度手术器械及末端执行器
CN116035725A (zh) * 2023-01-12 2023-05-02 美科特医疗科技(苏州)有限公司 自适应穿戴环及微创医疗器械

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106943165B (zh) 2011-11-23 2021-08-17 利思梅德株式会社 手术用器械的末端器具
KR101584766B1 (ko) 2014-04-24 2016-01-12 주식회사 리브스메드 수술용 인스트루먼트
US10709467B2 (en) 2014-10-02 2020-07-14 Livsmed Inc. Surgical instrument
US11896336B2 (en) 2015-02-17 2024-02-13 Livsmed Inc. Instrument for surgery
US11344381B2 (en) 2015-02-17 2022-05-31 Livsmed Inc. Instrument for surgery
KR102153407B1 (ko) 2015-02-17 2020-09-08 주식회사 리브스메드 수술용 인스트루먼트
EP3282952B1 (en) 2015-04-03 2019-12-25 The Regents Of The University Of Michigan Tension management apparatus for cable-driven transmission
US11896255B2 (en) 2015-10-05 2024-02-13 Flexdex, Inc. End-effector jaw closure transmission systems for remote access tools
KR102191482B1 (ko) 2017-11-14 2020-12-15 주식회사 리브스메드 수술용 인스트루먼트의 롤 조인트 부재
CN108013906A (zh) * 2017-12-01 2018-05-11 微创（上海）医疗机器人有限公司 蛇形手术器械
KR102565430B1 (ko) 2019-12-09 2023-08-11 주식회사 리브스메드 수술용 인스트루먼트
US11850013B2 (en) 2020-04-17 2023-12-26 Cilag Gmbh International Surgical systems and methods for robotic actuation of continuum joints
US11950966B2 (en) 2020-06-02 2024-04-09 Flexdex, Inc. Surgical tool and assembly

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6088020A (en) * 1998-08-12 2000-07-11 Mitsubishi Electric Information Technology Center America, Inc. (Ita) Haptic device
JP4654165B2 (ja) * 2006-08-08 2011-03-16 テルモ株式会社 作業機構及びマニピュレータ
US8771270B2 (en) * 2008-07-16 2014-07-08 Intuitive Surgical Operations, Inc. Bipolar cautery instrument
KR100999466B1 (ko) * 2008-08-12 2010-12-09 정창욱 최소 침습 수술 도구 및 그 사용 방법
WO2012030304A1 (en) * 2010-09-01 2012-03-08 Agency For Science, Technology And Research A robotic device for use in image-guided robot assisted surgical training
US20130066334A1 (en) * 2011-09-08 2013-03-14 Stryker Leibinger Gmbh & Co., Kg Axial Surgical Trajectory Guide

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107843550A (zh) * 2017-11-24 2018-03-27 钦州学院 一种润发检测系统
CN107843550B (zh) * 2017-11-24 2023-08-25 钦州学院 一种润发检测系统
CN110802582A (zh) * 2019-11-29 2020-02-18 山东大学 一种自重构模块化移动机器人前后连接机构及机器人
CN110897720A (zh) * 2019-12-16 2020-03-24 杨锐 一种医疗手术机器人手术器械平移单元
CN110897720B (zh) * 2019-12-16 2020-07-07 青岛大学附属医院 一种医疗手术机器人手术器械平移单元
CN112914683A (zh) * 2021-03-10 2021-06-08 山东威高手术机器人有限公司 钳页独立运动的多自由度手术器械及末端执行器
CN112914683B (zh) * 2021-03-10 2022-09-27 山东威高手术机器人有限公司 钳页独立运动的多自由度手术器械及末端执行器
CN116035725A (zh) * 2023-01-12 2023-05-02 美科特医疗科技(苏州)有限公司 自适应穿戴环及微创医疗器械

Also Published As

Publication number Publication date
US20230034145A1 (en) 2023-02-02
US20190336230A1 (en) 2019-11-07
WO2017147607A1 (en) 2017-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN209548018U (zh) 并联运动机构
US10405936B2 (en) Parallel kinematic mechanisms with decoupled rotational motions
JP6887997B2 (ja) 無制限ロールを付与するハンドル機構
US10842576B2 (en) Virtual reality surgical device
US11076922B2 (en) Mechanical manipulator for surgical instruments
JP5513483B2 (ja) 最小アクセス器具
CN105852976B (zh) 手术系统无菌帷帘
US9629689B2 (en) Attachment apparatus for remote access tools
US8007511B2 (en) Surgical instrument design
CN108601603A (zh) 手术设备
EP3282964B1 (en) Attachment apparatus for remote access tools
JPH06262549A (ja) 外科用マニピュレータ
US20070138886A1 (en) Converting Rotational Motion into Radial Motion
KR102647871B1 (ko) 다관절형 수술용 장치

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant