具有运动遥控中心的机器人装置和方法制造方法及图纸

一种ＲＣＭ机器人系统，它包括基座部件和多个联动部件。基座部件能绕着第一轴线旋转。多个联动部件彼此相连。至少两个联动部件在运动过程中总是保持彼此平行。多个联动部件的第一端连接基座部件。多个联动部件可通过改变各个联动部件之间角度，实现绕着第二轴线旋转。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
具有运动遥控中心的机器人装置和方法本申请请求享有2002年2月6日向美国提交的名称为“ADJUSTABLEREMOTE CENTER OF MOTION ROBOTIC MODULE”的第60/354,656号专利申请的优先权，该优先申请文件的全文作为本说明书的参考文献。
本专利技术涉及机器人装置和方法。具体地讲，本专利技术涉及用于为终端执行器绕着相交于一个固定几何点上的两条轴线确定方向的装置和方法，上述固定几何点处于远离该装置的位置上，具体的说，是一个枢轴点或者运动遥控中心(Remote Center of Motion-RCM)。
技术介绍
在机器人
，所使用的枢轴点及运动原理通常称为RCM。为绕着远离机构的RCM点的部件、工具和装置进行定向的装置和方法已经是公知的技术。例如，可参见美国专利5397323、5515478、5630431、5817084、5907664、6047610和6246200，这些专利的全部内容都是本申请的参考文献。RCM原理常用于徒手外科手术。在机器人辅助外科手术中，也已经开发出若干种执行RCM原理的机械装置。本专利技术是一种新型的RCM机械装置，它的旋转不受限制，无运动奇点，而且具有可调整的RCM点。授予Watson的美国专利US 4098001介绍了RCM的先驱技术，即RCC(Remote Center of Compliance)原理，RCC是针对工业机器入装置，把轴插入孔内的装配作业设计的。RCC机构为“销轴”在插入点插入“孔”内提供了旋转和平移的方便，以便机器人装置能够在未对准情况下执行装配作业。通常，这种运动限定在一个狭窄的区域内，并且是被动的。美国专利US 4098001描述了一种用于部件装配作业的，无源的3维、n根联杆的RCC机构。Watson的合作者的一系列专利技术(参见美国专利-->4409736、4477975、4556203和4537557；Nevins J的(1981)：“Systemsanalysis and experimental study advance the art of assembly automation”，Assembly Automation，vol.1，no.4 p.186-9；Masamune K、Patriciu A、Stoianovici D、Susil R、Taylor RE、Fichtinger G、Kavoussi LR、Anderson J、Sakuma I、Dohi T的(1999)，“Development ofCT-PAKY frame system-CTimage guided Needle puncturing manipulator and a single slice registration forurological surgery”，Proc.8th annual meeting of JSCAS，Kyoto 1999：89-90)描述了采用刚性和弹性的，无源和有源两种连接装置，用于制造装配作业RCC运动的多种其它解决方案。所有这些机构都因其连接结构设计上的问题而只有有限的角位移。目前，大量的无源型3维联杆RCC装置都可以从市场上购买到，例如，可从ATI Industrial Automation公司(http：//www.atila.com/another.htm)、RISTEC公司(http：//www.ristec.com/rcc.htm)、以及PFA公司(http：//www.pfa-inc.com/rccfront.html)购得。RCC机构只能进行绕支点的旋转和绕轴线的旋转运动，其可转动范围很大，且其通常是由致动装置驱动。授予Taylor等人的美国专利US 5397323在其名称为“RemoteCenter-of-Motion Robot for surgery”的专利技术中介绍了RCM原理。该专利技术已经在IBM研发的LABS机器人装置中实施，它使用靠近病人但远离机器人机构的枢轴RCM点。这种机构也见于美国专利US5630431。在Taylor的装置中，第一旋转轴插入RCM中，而第二轴由两对刚性平行联杆和圆柱接头构成的平行四边形机构来实现。RCM的这两根轴相互垂直，并且该装置绕着着垂直初始(零)方向作业。在美国专利US 5630431中，机器人装置使用串联连接的两个方向互相垂直的同心测角器的弧形板。这种机器人装置也见于Cutting CB、BooksteinFL、Taylor RH的(1996)：“Applications of Simulation，Morphometrics andRobotics in Craniofacial Surgery，in Computer-Integrated Surgery”，MIT Press1996：Cambridge，Mass.p.641-662；37.Taylor RE的(1991)：“A Model-BasedOptimal Planning and Execution System with Active Sensing and PassiveManipulation for Augmentation of Human Precision in Computer-Integrated-->Surgery”，Second Int.Symposium on Experimental Robotics，Toulouse，France；Taylor RH的(1992)：“Augmentation of Human Precision inComputer-Integrated Surgery”，Innovation et Technologie en Biologie etMedicine，13(4(special issue on computer assisted surgery))：p.450-459；以及Taylor RH的(1992)：“A Passive/Active Manipulation System forSurgical Augmentation”，First Int.Workshop on Mechatronics in Medicine，Malaga，Spain。RCM点设置在位于远离机械装置的导轨的公共中心处。两个旋转方向相互垂直。枢轴点的位置由机构的结构设计来锁定，而机器人装置只能绕着垂直的初始方向作业。1998年，Jensen在美国专利US 5817084中对Taylor的原始设计方案加以改进。在该专利的机器人装置中，用皮带传动装置(“挠性传动装置”)代替了基于平行四边形机构的平行联杆。这种机构在用于腹腔镜检查的SRI机器人装置上实施。请参见Comum RL、Bowersox JC的Telepresence：a 21stcentury interface for urologic surgery.J Urol.1996；155(Supp 5)：468A.Abstract715。尽管Jensen认识到了以连续传送替代平行联杆机构的优点，但是他没有完全排除使用平行联杆机构。由于这个原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＲＣＭ机器人装置，它包括：一个能绕着一根第一轴线旋转的基座部件；以及多个彼此相连的联动部件，上述多个联动部件中的至少两个部件彼此保持平行，上述多个联动部件的第一端与上述基座部件连接，并且，上述多个联动部件通过改变上述各多 个连接部件之间的角度能绕着第二轴线旋转。

【技术特征摘要】
US 2002-2-6 60/354,6561.一种RCM机器人装置，它包括：一个能绕着一根第一轴线旋转的基座部件；以及多个彼此相连的联动部件，上述多个联动部件中的至少两个部件彼此保持平行，上述多个联动部件的第一端与上述基座部件连接，并且，上述多个联动部件通过改变上述各多个连接部件之间的角度能绕着第二轴线旋转。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述第一轴线与第二轴线正交。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述多个联动部件包括至少一个连接的皮带传动部件，这个传动部件控制上述多个联动部件中的至少两个部件之间的角度。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述装置还包括：一个第一蜗杆传动装置，它使上述基座部件绕着上述第一轴线旋转；以及一个第二蜗杆传动部件，它使上述基座部件绕着上述第二轴线旋转。5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它还包括一个与上述多个联动部件的第二端相连的终端执行器支架，上述终端执行器支架可绕第三轴线旋转，并且，其中，通过对上述各个连接部件之间角度的控制，以及对上述终端执行器支架旋转的控制，使得上述终端执行器支架所支持的终端执行器绕着一个RCM(Remote Center of Motion)点旋转。6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，上述终端执行器支架的位置设在第二端，用以将终端执行器支持定位在与上述多个联动部件中的至少一个联动部件平行的位置上。7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述多个联动部件包括多个接头，且上述多个接头中的每一个接头在运动上都是相连的。8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述多个联动部件都通过从动接头与上述基座部件相连，上述从动接头设定上述第一轴线与X轴线之间的调整角。9.如权利要求5所述的装置，其特征在于，上述多个联动部件都通过从动接头与上述基座部件相连，上述从动接头设定上述第一轴线和X轴线之间的调整角。10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述第二轴线是Y轴线。11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，上述多个联动部件包括第一、第二和第三联动部件，上述第一联动部件通过上述从动接头与上述基座部件相连，上述第二联动部件通过第一旋转接头与第一联动部件相连，上述第三联动部件通过第二旋转接头与第二连接部件相连，上述第三连接部件通过第三旋转接头与终端执行器支架相连，并且，第一、第二和第三旋转接头中的每一个接头都在运动学上连接。12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，它还包括：一个连接上述第一和第二旋转接头的第一皮带传动装置；和一个连接上述第二和第三旋转接头的第二皮带传动装置。13.如权利要求4所述的装置，其特征在于，它还包括连接并驱动上述第一蜗轮的第一电机，以及连接并驱动上述第二蜗轮的第二电机。14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，它还包括：一个使上述基座部件绕着上述第一轴线旋转的第一蜗杆传动装置；一个第二蜗轮传动装置，它与上述第一皮带传动装置相连，以使上述多个联动部件绕着上述第二轴线旋转；一台第一电...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔斯托拉诺维奇，路易斯李怀特寇姆波，都米出马斯李，如斯修赫泰勒，路易斯让卡福斯，
申请(专利权)人：约翰霍普金斯大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]