半岛体育机械外科手术机械臂

　　半岛体育机械(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号8.5(22)申请日2017.07.19(30)优先权数据1612763.12016.07.22GB(62)分案原申请数据1.22017.07.19(71)申请人CMR外科有限公司地址英国剑桥郡(72)发明人J·O·格兰特K·马歇尔T·B·杰克森(74)专利代理机构北京三友知识产权代理有限公司11127专利代理师王小东黄纶伟(51)Int.Cl.B25J9/04(2006.01)B25J9/10(2006.01)B25J13/00(2006.01)B25J17/02(2006.01)A61B34/00(2016.01)A61B34/30(2016.01)(54)发明名称外科手术机械臂(57)摘要本发明涉及外科手术机械臂。一种机械臂包括：第一臂节段和第二臂节段；和关节机构，其包括：第一从动齿轮，其围绕与第一旋转轴线重合的转轴布置，转轴与机械臂的第一臂节段紧固在一起；第二从动齿轮，其围绕第二旋转轴线布置，与机械臂的第二臂节段紧固在一起并且围绕第一旋转轴线与第一从动齿轮紧固在一起；第一驱动齿轮，其被构造成驱动第一从动齿轮围绕转轴旋转，第一驱动齿轮被布置成接合第一从动齿轮；第二驱动齿轮，用于驱动第二从动齿轮围绕第二旋转轴线旋转；中间齿轮装置，其被布置成接合第二驱动齿轮和第二从动齿轮，并且围绕第一旋转轴线布置，由此能够驱动中间齿轮装置围绕第一旋转轴线相对于第一臂节段旋转。权利要求书2页说明书11页附图6页CN115256360A2022.11.01CN115256360A1.一种外科手术机械臂，该外科手术机械臂包括：具有第一纵向轴线的第一臂节段和具有第二纵向轴线的第二臂节段，所述第一臂节段和所述第二臂节段通过第一转动关节和第二转动关节联接至彼此，该第一转动关节具有与所述第一纵向轴线垂直的第一旋转轴线，该第二转动关节具有与所述第二纵向轴线垂直的、与所述第一旋转轴线相交且不平行于所述第一旋转轴线的第二旋转轴线；和关节机构，该关节机构用于使所述第一臂节段围绕所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线相对于所述第二臂节段铰接转动，所述关节机构包括：第一从动齿轮，该第一从动齿轮围绕与所述第一旋转轴线重合的转轴布置，所述转轴与所述外科手术机械臂的所述第一臂节段紧固在一起；第二从动齿轮，该第二从动齿轮围绕所述第二旋转轴线布置，与所述外科手术机械臂的所述第二臂节段紧固在一起并且围绕所述第一旋转轴线与所述第一从动齿轮紧固在一起；第一驱动齿轮，该第一驱动齿轮围绕第三旋转轴线布置并被构造成驱动所述第一从动齿轮围绕所述转轴旋转，所述第一驱动齿轮被布置成接合所述第一从动齿轮；第二驱动齿轮，该第二驱动齿轮用于驱动所述第二从动齿轮围绕所述第二旋转轴线旋转；中间齿轮装置，该中间齿轮装置被布置成接合所述第二驱动齿轮和所述第二从动齿轮，并且围绕所述第一旋转轴线布置，由此能够驱动所述中间齿轮装置围绕所述第一旋转轴线相对于所述第一臂节段旋转，所述中间齿轮装置包括被布置成接合所述第二驱动齿轮的第一中间齿轮和被布置成接合所述第二从动齿轮的第二中间齿轮；并且其中，所述第三旋转轴线和所述第一旋转轴线所述的外科手术机械臂，其中，所述第一驱动齿轮附装至沿着所述第一臂节段延伸的第一驱动轴。3.根据权利要求2所述的外科手术机械臂，其中，所述第二驱动齿轮附装至沿着所述第一臂节段延伸的第二驱动轴。4.根据权利要求3所述的外科手术机械臂，其中，所述第一驱动轴和所述第二驱动轴位于所述转轴所在的平面的一侧。5.根据权利要求1或2所述的外科手术机械臂，其中，所述第一从动齿轮为环形齿轮半岛体育机械。6.根据权利要求1或2所述的外科手术机械臂，其中，所述第一从动齿轮为准双曲面齿轮。7.根据权利要求1或2所述的外科手术机械臂，其中，所述中间齿轮装置安装在所述转轴上，所述转轴的每个端部都安装至所述第一臂节段半岛体育机械。8.根据权利要求1或2所述的外科手术机械臂，其中，所述第一中间齿轮与所述第二中间齿轮紧固在一起。9.根据权利要求1或2所述的外科手术机械臂，其中，所述第一从动齿轮和所述第一中间齿轮中的至少一个为扇形。10.根据权利要求9所述的外科手术机械臂，其中，仅所述第一从动齿轮为扇形。11.根据权利要求9所述的外科手术机械臂，其中，所述扇形的操作弧小于或等于50度。12.根据权利要求1或2所述的外科手术机械臂，其中，所述第一中间齿轮为环形齿轮。权利要求书1/2页2CN115256360A213.根据权利要求1或2所述的外科手术机械臂，其中，所述第一中间齿轮为准双曲面齿轮。14.根据权利要求1或2所述的外科手术机械臂，其中，所述第一驱动齿轮和所述第一从动齿轮形成第一准双曲面齿轮组，并且所述第二驱动齿轮和所述第一中间齿轮形成第二准双曲面齿轮组，所述第一准双曲面齿轮组和所述第二准双曲面齿轮组具有相等的斜偏移。15.根据权利要求1或2所述的外科手术机械臂，其中，所述第二中间齿轮和所述第二从动齿轮为锥齿轮。16.根据权利要求1或2所述的外科手术机械臂，其中，所述第二中间齿轮和所述第二从动齿轮为等径锥齿轮半岛体育机械。17.根据权利要求1或2所述的外科手术机械臂，其中，所述关节机构进一步包括托架，该托架通过所述第一转动关节附装至所述第一臂节段并通过所述第二转动关节附装至所述第二臂节段，所述托架与所述第一从动齿轮紧固在一起。18.根据权利要求1或2所述的外科手术机械臂，其中，所述第一转动关节和所述第二转动关节为所述外科手术机械臂的手腕关节。19.根据权利要求18所述的外科手术机械臂，其中，所述外科手术机械臂包括围绕所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线与所述第二臂节段紧固在一起的工具或工具附件。20.根据权利要求19所述的外科手术机械臂，其中，所述外科手术机械臂包括：第三臂节段，该第三臂节段相邻于所述第二臂节段并且位于所述第二臂节段的与所述关节机构相反的一侧；和第三转动关节，该第三转动关节将所述第三臂节段附装至所述第二臂节段，其中，所述第三臂节段包括工具或工具附件，其中，所述第三臂节段具有与所述第二纵向轴线共线的第三纵向轴线，并且其中，所述第三臂节段能够相对于所述第二臂节段围绕所述第三纵向轴线所述的外科手术机械臂，该外科手术机械臂进一步包括控制单元，该控制单元被布置成通过驱动所述第一驱动轴和所述第二驱动轴旋转而对命令所述外科 手术机械臂运动的命令信号作出响应，所述控制单元被构造成当命令所述外科手术机械臂 围绕所述第一旋转轴线铰接转动而不围绕所述第二旋转轴线铰接转动时，驱动所述第一驱 动轴旋转以围绕所述第一旋转轴线进行铰接转动，并且还驱动所述第二驱动轴旋转从而取 消围绕所述第二旋转轴线所述的外科手术机械臂，其中，在所述外科手术机械臂的笔直构 造中，所述第一纵向轴线 外科手术机械臂 [0001] 本申请是申请日为2017年7月19日、申请号为1.2(国际申请号为PCT/ GB2017/052121)以及发明名称为“用于机器人关节的齿轮组件”的发明专利申请的分案申 请。 技术领域 [0002] 本发明涉及用于机器人关节的驱动装置。具体而言，一些实施方式涉及机器人手 腕内的驱动装置。 背景技术 [0003] 操纵物体所需的机器人例如可以是工业机器人或外科手术机器人，这种机器人经 常具有由刚性元件构成的臂，这些刚性元件通过若干柔性关节串联地联接在一起。关节可 以是任何类型，但是典型地是转动关节或转动关节和移动关节的组合。臂从基座(基座的位 置可以是固定的或可移动的)延伸出并且终止于工具或用于工具的附件。工具例如可以是 抓取工具、切割工具、照明工具、辐射工具或成像工具。臂中的末级关节可以称为手腕。手腕 可以允许仅围绕单个轴线进行运动，或者它可以是允许围绕多个轴线旋转的复杂或复合铰 接件。 [0004] 在外科手术机器人的情况下，有若干重要准则影响臂的远端关节的设计。 [0005] 1.对于臂，特别是其手腕所在的远端部分来说，理想的是尺寸小。这允许多个这种 机械臂紧密接近地工作，并且因此打开该臂能够执行的更宽的外科手术范围。 [0006] 2.对于关节来说，理想的是能够输送高扭矩，从而使得它们能够承载更重的工具， 并且向工具末端输送高加速度。 [0007] 3.对于所有铰接件来说，理想的是具有位置和力/扭矩传感器，从而使得控制机构 能够从这些传感器获得数据，并且理想的是这些传感器获取精确读数。 [0008] 4.对于机械臂的远端部分来说，理想的是尽可能轻，以减小必须由机械臂的更近 端关节施加的力。 [0009] 5.对于围绕关节的运动来说，理想的是要平稳。这导致运动控制改善，并且在需要 高精度位置控制时(诸如在外科手术期间)特别重要。 [0010] 6.对于机械臂的远端部分来说，理想的是尽可能轻，以减小必须由机械臂的更近 端关节施加的力。 [0011] 这些重要准则使得难以设计出一款最好地平衡所有要求的臂。 [0012] 一个特别的问题是如何将马达和传动装置装配在机械臂的手腕内。这种装置应该 紧凑，但是也允许高刚度和进行扭矩传递。许多现有设计都对这些准则中的某种准则进行 妥协。 [0013] 机械臂的关节需要一种改进的驱动装置。 说明书 1/11 页 4 CN 115256360 A 4 发明内容 [0014] 根据本公开的第一方面，提供了一种机械臂，该机械臂包括：第一臂节段和第二臂 节段，所述第一臂节段和所述第二臂节段通过第一转动关节和第二转动关节联接至彼此， 该第一转动关节具有第一旋转轴线，该第二转动关节具有不平行于所述第一旋转轴线的第 二旋转轴线；和关节机构，该关节机构用于使所述第一臂节段围绕所述第一旋转轴线和所 述第二旋转轴线相对于所述第二臂节段铰接转动，所述关节机构包括：第一从动齿轮，该第 一从动齿轮围绕与所述第一旋转轴线重合的转轴布置，所述转轴与所述机械臂的第一臂节 段紧固在一起；第二从动齿轮，该第二从动齿轮围绕所述第二旋转轴线布置，与所述机械臂 的第二臂节段紧固在一起并且围绕所述第一旋转轴线与所述第一从动齿轮紧固在一起；第 一驱动齿轮，该第一驱动齿轮被构造成驱动所述第一从动齿轮围绕所述转轴旋转，所述第 一驱动齿轮被布置成接合所述第一从动齿轮；第二驱动齿轮，该第二驱动齿轮用于驱动所 述第二从动齿轮围绕所述第二旋转轴线旋转；以及中间齿轮装置，该中间齿轮装置被布置 成接合所述第二驱动齿轮和所述第二从动齿轮，并且围绕所述第一旋转轴线布置，由此能 够驱动所述中间齿轮装置围绕所述第一旋转轴线相对于所述第一臂节段旋转。 [0015] 所述第一旋转轴线可以横向于所述第二旋转轴线] 所述第一旋转轴线可以相交于所述第二旋转轴线] 所述第一驱动齿轮可以附装至沿着所述第一臂节段延伸的第一驱动轴。 [0018] 所述第二驱动齿轮可以附装至沿着所述第一臂节段延伸的第二驱动轴。 [0019] 所述第一驱动轴和所述第二驱动轴可以位于所述转轴所在的平面的一侧。 [0020] 所述第一从动齿轮可以为环形齿轮。 [0021] 所述第一从动齿轮可以为准双曲面齿轮。 [0022] 所述中间齿轮装置可以安装在所述转轴上，所述转轴的每个端部都安装至所述第 一臂节段。 [0023] 所述中间齿轮装置可以包括被布置成接合所述第二驱动齿轮的第一中间齿轮和 被布置成接合所述第二从动齿轮的第二中间齿轮。 [0024] 所述第一中间齿轮可以与所述第二中间齿轮紧固在一起。 [0025] 所述第一从动齿轮和所述第一中间齿轮中的至少一个可以为扇形。 [0026] 仅所述第一从动齿轮可以为扇形。 [0027] 所述扇形的操作弧可以小于或等于50度。 [0028] 所述第一中间齿轮可以为环形齿轮。 [0029] 所述第一中间齿轮可以为准双曲面齿轮。 [0030] 所述第一驱动齿轮和所述第一从动齿轮可以形成第一准双曲面齿轮组，并且所述 第二驱动齿轮和所述第一中间齿轮可以形成第二准双曲面齿轮组，所述第一准双曲面齿轮