[发明专利]用于机器人手臂的驱动布置

说明书

一种机器人手臂，其包括彼此联接的多个肢状件，所述手臂从底座延伸到远端肢状件，所述远端肢状件承载工具或用于工具的附接点，所述远端肢状件通过旋转关节附接到第二肢状件，并且所述手臂包括电动机，所述电动机具有主体和驱动轴，所述驱动轴布置成用于驱动所述远端肢状件相对于所述第二肢状件围绕所述旋转关节的旋转，其中，所述电动机的所述主体与所述远端肢状件固定。

背景技术

本发明涉及用于机器人关节的驱动布置。

需要用于操纵对象的机器人(例如，可以是工业机器人或外科手术机器人)通常具有手臂，该手臂由刚性元件组成，该刚性元件由若干柔性关节串联在一起。该关节可以为任何类型，但通常为旋转关节或旋转关节和棱柱关节的结合。手臂从底座(底座的位置可以是固定的或可移动的)延伸并且终止于工具或用于工具的附接件。工具可以例如为握持、切割、照明、放射或成像的工具。手臂中的最后关节可以称为腕部。腕部可以允许围绕仅仅单个轴线的运动，或者腕部可以是复杂的或复合的联接关节，该联接关节允许围绕多个轴线的旋转。正如同时待审的专利申请PCT/GB2014/053523所公开的，腕部可以提供两个滚动关节，该滚动关节的轴线一般纵向于手臂、由俯仰关节/偏转关节两个关节分开，该俯仰关节/偏转关节的轴线一般横向于手臂。

在外科手术机器人的情况下，存在对手臂的(一个或多个)远端关节的设计产生影响的若干重要标准。

1.期望手臂、特别是其远端部(腕部位于其中)具有较小的尺寸。这允许多个此类机器人手臂在极靠近的附近处工作并且因此打开手臂可执行外科手术的较宽范围。

2.期望手臂的远端部的外轮廓关于手臂的长度是圆形对称的。这允许远端部纵向地旋转至某个其它设备或患者，而无需在其靠近另外的机器人的情况下进行重新定位。

3.期望关节能够传递较高的转矩，使得它们可以承载较重的工具并且将较高的加速度传递至工具前端。

4.期望关节为刚性的，具有小的反冲或弹性或者不具有反冲或弹性，使得当工具前端已经定位时该工具前端将固定在适当的位置。用于使反冲最小化的常规方法为将一个或多个齿轮元件设计为牺牲性的，但这需要高级别的维护并且可导致磨损的齿轮颗粒释放到手臂内。

5.期望所有关节均具有位置传感器和力/转矩传感器，使得控制机构可以从这些传感器获取数据。

6.期望机器人手臂的远端部尽可能是轻质的，以减小必然由机器人手臂的较近端关节施加的力。

7.典型机器人手臂带有线缆，该线缆将电力提供到其驱动电动机以及可能提供到工具，并且将来自传感器(例如位置传感器、转矩传感器和成像传感器)的信号传递返回。期望手臂包括用于这种电缆的路径穿入手臂的内部。

重要标准的数量使得难以设计对所有要求进行最佳平衡的手臂。

一个具体的问题是如何将电动机和传动装置装配在机器人手臂的远端部分中。布置应当是紧凑的但是还允许较高的刚度以及转矩传递。许多现有设计对这些标准中的一者进行了妥协。

存在对于机器人手臂的远端部分的驱动布置进行改善的需求。

发明内容

根据本发明，提供了一种机器人手臂，其包括彼此联接的多个肢状件，所述手臂从底座延伸到远端肢状件，所述远端肢状件承载工具或用于工具的附接点，所述远端肢状件通过旋转关节附接到第二肢状件，并且所述手臂包括电动机，所述电动机具有主体和驱动轴，所述驱动轴布置成用于驱动所述远端肢状件相对于所述第二肢状件围绕所述旋转关节的旋转，其中，所述电动机的所述主体与所述远端肢状件固定。

所述第二肢状件可以包括围绕所述旋转关节的轴线设置的带内齿的齿轮。所述驱动轴可以承载与所述带内齿的齿轮啮合的、用于对所述远端肢状件相对于所述第二肢状件围绕所述旋转关节的旋转进行驱动的齿轮。