[发明专利]机械臂的通信路径

说明书

本发明涉及一种机械臂，所述机械臂在所述臂的第一肢状件和所述臂的第二肢状件之间具有复合接头，所述臂的所述第二肢状件处于所述第一肢状件的远侧，所述臂包括：耦接器元件，所述耦接器元件由具有第一旋转轴线的第一回转接头联接至所述臂的所述第一肢状件以及由具有第二旋转轴线的第二回转接头联接至所述臂的所述第二肢状件；第一和第二旋转位置传感器，所述第一和第二旋转位置传感器分别用于感测所述臂绕着所述第一接头和所述第二接头的配置；第一和第二力矩传感器，所述第一和第二力矩传感器分别用于感测绕着所述第一接头和所述第二接头所施加的力矩；控制单元，所述控制单元用于控制所述臂的操作；第一通信单元和第二通信单元，所述第一通信单元由所述臂承载并且位于所述耦接器的近侧，所述第二通信单元由所述臂承载并且位于所述耦接器的远侧，每个通信单元均能够以第一数据格式将接收自所述位置和/或力矩传感器的一者或多者的数据编码成数据包，并且根据不同于所述第一数据格式的基于包的数据协议将这些包传送至所述控制单元；其中所述第一位置传感器由在所述第一肢状件的外壁内运行的物理数据链路连接至所述第一通信单元，以将表示关于所述第一接头的感测的位置的数据传递至所述第一通信单元以用于编码，并且所述第一力矩传感器由在所述第二肢状件的外壁内运行的物理数据链路连接至所述第二通信单元，以将表示关于所述第一接头的感测的力矩的数据传递至所述第二通信单元以用于编码。

技术领域

本发明涉及机械臂内的通信。

背景技术

用于操纵对象所需的机器人(其可例如为工业或手术机器人)通常具有臂，该臂由刚性元件组成，该刚性元件由多个柔性接头串行联结在一起。接头可为任何类型，但通常为回转接头，或回转接头和棱柱接头的组合。臂延伸自基部，基部的位置可为固定的或可移动的，并且终止于工具或工具的附接件。工具可例如为握持、切割、照明、放射或成像工具。臂中的成品接头可称为腕部。腕部可允许仅绕着单个轴线的运动，或其可为复杂的或复合关节接头，该关节接头允许绕着多个轴线的旋转。如我们的共同待审专利申请PCT/GB2014/053523所公开的，腕部可提供两个滚动接头，该滚动接头的轴线一般纵交于臂，由两个俯仰/偏转接头分开，该俯仰/偏转接头的轴线一般横向于臂。

在手术机器人的情况下，存在多个重要标准，这些重要标准影响臂的远侧接头的设计。

1.期望的是，臂，特别是腕部所在的远侧部具有较小的尺寸。这允许多个此类机械臂就近地工作，并且因此开辟了较宽广范围的臂可执行的外科手术。

2.期望的是，臂的远侧部的外部轮廓相对于臂的长度为圆形对称的。这允许远侧部纵向地旋转至一些其它设备或患者，而无需在其靠近另一机器人的情况下进行重新定位。

3.期望的是，接头能够递送高力矩，使得它们可承载较重工具并且将高加速度递送至工具末端。

4.期望的是，接头为刚性的，且具有小的或不具有反冲力或弹性，使得当工具末端已定位时，其将固定于适当位置。用于使反冲力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，但这需要高水平的维护，并且可导致所磨损齿轮颗粒释放于臂内。

5.期望的是，所有关节接头具有位置和力/力矩传感器，使得控制机构可从这些传感器获取数据。

6.期望的是，机械臂的远侧部尽可能轻，以减小由机械臂的较近侧接头所必须施加的力。

7.典型机械臂承载了线缆，该线缆将电力提供至其驱动电机并且也许提供至工具，并且从传感器(诸如位置传感器、力矩传感器和成像传感器)传递回信号。期望臂包括此类线缆的路径以在臂的内部中穿过。

重要标准的数量使得难以设计对所有要求进行最佳平衡化的臂。

一个特定问题为如何布置臂的传感器和电机以例如与中央控制器通信，该中央控制器可远离臂。如果将臂的尺寸最小化，那么通信的路径必须布置成使得它们有效利用可用空间。

存在对于机械臂的改善通信布置的需求。

发明内容