CN111163905A - 双制动器装配接头 - Google Patents

Abstract

例如计算机辅助医疗***的***包括第一连杆、第二连杆、接头和双制动器组件。第一连杆具有第一端部和第二端部。第二连杆具有第一端部和第二端部。接头被连接到第一连杆的第二端部和第二连杆的第一端部。双制动器组件被耦接到第一连杆和第二连杆。双制动器组件包括第一制动器和第二制动器。由双制动器组件提供的制动减少了第一连杆和第二连杆之间的相对运动。

Description

双制动器装配接头

相关申请的交叉引用

本申请与2018年3月29日提交的题为“Dual Brake Setup Joint”的美国临时申请第62/649,835号相关并且要求其优先权，其内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及计算机辅助医疗***，并且更具体地涉及计算机辅助医疗***的接头制动器。

背景技术

远程操作***100是计算机辅助医疗***(例如，微创手术***)，其包括内窥镜成像***192、外科医生控制台194(主控设备)和患者侧支撑***110(从动设备)，它们都通过有线(电或光)连接或无线连接196互连。一个或多个电子数据处理器可以以各种方式定位在这些主要部件中以提供***功能。示例在美国专利US9,060,678B2中被公开。

成像***192对例如捕获的手术部位的内窥镜成像数据和/或来自患者外部的其他成像***的术前或实时图像数据执行图像处理功能。成像***192将经处理的图像数据(例如，手术部位的图像以及相关的控制和患者信息)输出给外科医生控制台194处的外科医生。在一些方面，经处理的图像数据被输出到其他手术室人员可见的可选外部监测器或远离手术室的一个或多个位置(例如，另一位置处的外科医生可以监测视频；实时供给视频可以用于训练；等等)。

外科医生控制台194包括多自由度(“DOF”)机械输入设备(“主控设备”)，该机械输入设备允许外科医生操纵被统称为从动设备的器械、(一个或多个)进入引导设备和成像***设备。在某些方面，这些输入设备可以从器械和手术设备组件(assembly)部件向外科医生提供触觉反馈。控制台194还包括立体视频输出显示器，该立体视频输出显示器被定位成使得显示器上的图像通常聚焦在一定距离处，该距离对应于在显示屏后面/下方工作的外科医生的手。这些方面在美国专利第6,671,581号中讨论。

患者侧支撑***110的基座101支撑臂组件，该臂组件包括被动装配(setup)臂组件120和主动控制的操纵器臂组件130。主动控制的操纵器臂组件130被称为进入引导操纵器130。

在一个示例中，装配臂组件120包括两个被动旋转装配接头103和105。如果装配接头(setup joint)103和105的接头制动器被释放，则旋转装配接头103和105允许对耦接的装配连杆(setup link)104和106进行手动定位。可替代地，这些装配接头中的一些可以被主动地控制，并且更多或更少的装配接头可以在各种配置中使用。装配接头103和105以及装配连杆104和106允许人员将进入引导操纵器130放置在笛卡尔x、y和z空间中的各种方位和取向上。具体地，装配接头103和105允许在(x，y)平面中的定位，并且装配连杆104允许在z维度中的定位。特别地，在装配臂组件120的装配连杆104与基座101之间的棱柱装配接头(未示出)可以用于竖直调节112。

如图1所示，操纵器组件横摆接头111被耦接在装配连杆106的一端与第一操纵器连杆113的第一端(例如近端)之间。横摆接头111允许第一操纵器连杆113相对于装配连杆106以可被任意定义为绕操纵器组件横摆轴线123的“横摆”的运动来移动。如图所示，横摆接头111的旋转轴线与远程运动中心146对准，远程运动中心146通常是器械进入患者体内的位置(例如，在用于腹部手术的肚脐处)。

在一个实施例中，装配连杆106在水平平面或x、y平面中可旋转，并且横摆接头111被配置成允许进入引导操纵器130中的第一操纵器连杆113(有时被称为连杆113)绕横摆轴线123旋转。装配连杆106、横摆接头111和第一操纵器连杆113为进入引导操纵器130提供恒定的竖直横摆轴线123，如由穿过横摆接头111到达远程运动中心146的竖直线所示。

第一操纵器连杆113的远端通过第一主动控制的旋转接头114而被耦接至第二操纵器连杆115(有时被称为连杆115)的近端。第二操纵器连杆115的远端通过第二主动控制的旋转接头116而被耦接到第三操纵器连杆117(有时被称为连杆117)的近端。第三操纵器连杆117的远端通过第三主动控制的旋转接头118而被耦接到第四操纵器连杆119(有时被称为连杆119)的远端。

在一个实施例中，连杆115、117和119被耦接在一起以充当耦接的运动机构。耦接的运动机构是众所周知的(例如，当输入和输出连杆运动保持彼此平行时，这种机构被称为平行运动联动装置)。例如，如果旋转接头114被主动旋转，则接头116和118也主动旋转，以便连杆119以与连杆115恒定的关系移动。因此，可以看出，接头114、116和118的旋转轴线是平行的。当这些轴线垂直于横摆接头111的旋转横摆轴线123时，连杆115、117和119相对于连杆113以可被任意定义为围绕操纵器组件俯仰轴线的“俯仰”的运动来移动。

在这个方面，操纵器俯仰轴线在远程运动中心146处延伸到图1中的页面中和从页面延伸出来。围绕操纵器组件俯仰轴线的运动由箭头121表示。由于连杆115、117和119作为单个组件移动，因此第一操纵器连杆113可以被视为主动的近侧操纵器连杆，而第二至第四操纵器连杆115、117和119可以被共同地视为主动的远侧操纵器连杆。

进入引导操纵器组件平台132(有时被称为平台132)被耦接到第四操纵器连杆119的远端。进入引导操纵器组件133被可旋转地安装在平台132上。进入引导操纵器组件133包括器械操纵器定位***。

进入引导操纵器组件133使多个器械操纵器组件140成组地绕轴线125旋转。具体地，进入引导操纵器组件133以可任意定义为围绕进入引导操纵器组件滚转轴线125(有时被称为轴线125)“滚转”的运动相对于平台132作为单个单元旋转。

多个器械操纵器组件140中的每一个通过不同的***组件135(也被称为“***机构135”)耦接至进入引导操纵器组件133。在一方面，每个***组件135是伸缩组件，其使对应的器械操纵器组件远离和朝向进入引导操纵器组件133移动。在图1中，每个***组件处于完全缩回的位置。

多个器械操纵器组件中的每一个包括驱动该器械操纵器组件的输出接口中的多个输出件的多个马达。对于作为器械操纵器组件和能够耦接至器械操纵器组件的外科手术器械的一个示例，参见美国专利申请公开第US2016/0184037A1号。

用于旋转装配接头103和105的接头制动器分别是执行多种功能的单个制动器。如上所述，在装配期间，装配接头103和105的接头制动器被释放，以允许手动定位耦接的装配连杆104和106。

为了帮助确保在故障情况下装配接头103和105不意外移动，接头制动器是断电制动器，例如，在正常操作中需要电力来物理脱离的制动器。为了帮助确保在紧急情况期间仍可以将手术工具推开以接近患者，规定了单接头制动器可以应用的最大扭矩，其称为出口扭矩/疏散扭矩(egress torque)。高于此出口扭矩，接头制动器会打滑。

为了减小或最小化末端执行器(例如，套管和器械尖端)在程序期间的振动，静止的装配接头(例如，装配接头103和105)施加的力或扭矩与加速和减速物理耦接在装配接头与末端执行器之间的部件(例如，进入引导操纵器130)所需的力或扭矩相反。对于使用患者侧支撑***110执行的程序，在程序期间在装配接头103和105处所需的扭矩通过在每个接头中使用接头制动器来施加。

发明内容

一种***(例如计算机辅助医疗***)包括第一连杆、第二连杆、接头和双制动器组件(assembly)。第一连杆具有第一端部和第二端部。第二连杆具有第一端部和第二端部。接头被连接到第一连杆的第二端部和第二连杆的第一端部。双制动器组件被耦接到第一连杆和第二连杆。双制动器组件包括第一制动器和第二制动器。双制动器组件提供的制动减少了第一连杆和第二连杆之间的相对运动。

在一个方面，第一制动器在物理接合时提供第一制动器保持强度，而第二制动器在物理接合时提供第二制动器保持强度。第二制动器保持强度不同于第一制动器保持强度，并且在一个方面，第二制动器保持强度大于第一制动器保持强度。

在另一方面，第一制动器在未被供电/未被供应动力(unpowered)时被物理接合，而第二制动器在未被供电时被物理脱离。第一制动器被实现为致动器制动器，而第二制动器被实现为接头制动器。

如果***处于断电状态，则第一制动器未被供电并且被物理接合，并且第二制动器未被供电并且被物理脱离。如果***处于故障状态，则控制器使第一制动器物理接合，并且使第二制动器物理脱离。如果***处于离合模式，则控制器使第一制动器物理脱离，并且使第二制动器物理脱离。在程序期间，控制器使第一制动器物理脱离，并且使第二制动器物理接合。

在另一方面，该***包括致动器和控制器。致动器被耦接到接头。致动器的致动促使接头使第二连杆相对于第一连杆移动。控制器被配置成：在处于配置成使第二连杆相对于第一连杆移动的状态下致动器失效时，使第一制动器物理接合并且使第二制动器物理接合，以限制第二连杆相对于第一连杆的移动。

在另一方面，第一制动器和第二制动器包括单个制动器。该***进一步包括具有壳体和从壳体延伸的轴的致动器。单个制动器被耦接至致动器壳体和轴。在第一状态下，单个制动器具有第一保持强度，并且在第二状态下，单个制动器具有第二保持强度。第一保持强度不同于第二保持强度。

单个制动器包括制动器转子、制动钳(caliper)和可变负荷组件。制动器转子被安装在轴上。制动钳被耦接到壳体。可变负荷组件被耦接至制动钳。在第一状态下，可变负荷组件在制动钳上施加第一力，并且在第二状态下，可变负荷组件在制动钳上施加第二力。第一力不同于第二力。

在另一方面，控制器被耦接到第一制动器和第二制动器，并且控制器被配置成：

物理脱离第一制动器并且物理脱离第二制动器，以允许第二连杆相对于第一连杆自由移动；以及物理接合第一制动器并且物理脱离第二制动器，以限制第二连杆相对于第一连杆的移动；以及

在使用该***执行的程序期间，物理脱离第一制动器并且物理接合第二制动器；并且在处于配置成使第二连杆相对于第一连杆移动的状态下致动器失效时，物理接合第一制动器并且物理接合第二制动器以限制第二连杆相对于第一连杆的移动。

一种控制在***中的第二连杆相对于第一连杆的运动的方法包括：物理脱离第一制动器并且物理脱离第二制动器以允许第二连杆相对于第一连杆自由移动，以及物理接合第一制动器并且物理脱离第二制动器以限制第二连杆相对于第一连杆的移动。该方法还包括：在使用该***执行的程序期间，物理脱离第一制动器并且物理接合第二制动器；以及在处于配置成使第二连杆相对于第一连杆移动的状态下致动器失效时，物理接合第一制动器并且物理接合第二制动器以限制第二连杆相对于第一连杆的移动。

一种计算机辅助医疗***包括患者侧支撑***。患者侧支撑***包括控制器、第一连杆、第二连杆和接头组件。第一连杆具有第一端部和第二端部。第二连杆具有第一端部和第二端部。接头组件被连接到第一连杆的第二端部和第二连杆的第一端部。

接头组件包括致动器和双制动器组件。致动器被配置成促使接头组件使第二连杆相对于第一连杆移动。双制动器组件被耦接到第一连杆、第二连杆和致动器。双制动器组件包括第一制动器和第二制动器。

控制器被耦接到致动器和双制动器组件。控制器被配置成命令双制动器组件减小第一连杆和第二连杆之间的相对运动。

在这一方面，第一制动器在被物理接合时提供第一制动器保持强度，而第二制动器在被物理接合时提供第二制动器保持强度。第二制动器保持强度不同于第一制动器保持强度，并且在一方面，第二制动器保持强度大于第一制动器保持强度。

同样，在这一方面，第一制动器在未被供电时物理接合，而第二制动器在未被供电时物理脱离。第一制动器被实现为致动器制动器，而第二制动器被实现为接头制动器。

如果计算机辅助医疗***处于断电状态，则第一制动器未被供电并且被物理接合，并且第二制动器未被供电并且被物理脱离。如果计算机辅助医疗***处于***故障状态，则控制器使第一制动器物理接合并且使第二制动器物理脱离。如果计算机辅助医疗***处于离合模式，则控制器使第一制动器物理脱离，并且使第二制动器物理脱离。

在程序期间，控制器使第一制动器物理脱离，并且使第二制动器物理接合。可替代地，第二制动器也可以仅在计算机辅助医疗***的远侧部件的移动期间接合，其中该远侧部件产生的扭矩大于可由致动器抵消的扭矩。当计算机辅助医疗***的部件相对静止/固定(stationary)或以小于致动器可控制的扭矩的扭矩移动时，接头处的致动器足以抵消加速远侧部件所需的扭矩，并且因此第二制动器被物理脱离。

附图说明

图1是现有技术的计算机辅助远程操作手术***的图示。

图2是包括接头和双制动器组件的计算机辅助医疗***的图示。

图3A至图3E是***的一部分的不同实施方式的示意图，该***包括第一连杆、第二连杆以及包括接头和双制动器组件的接头组件。

图4A是用于控制双制动器组件的状态的控制器的第一状态图。

图4B是用于控制双制动器组件的状态的控制器的第二状态图。

图5A至图5C是使用单个制动器实现的双制动器组件的图示。

图6是图2的肩部接头组件的一种实施方式的剖视图。

在附图中，对于一位数字的附图编号，元素的附图标记中的第一位数字是该元素首次出现的附图编号。

具体实施方式

在此，计算机辅助医疗***(图2)的患者侧支撑***210首先被用作包括具有两个部分的双制动器组件的***的示例。第一部分在物理接合时提供第一制动器保持强度，而第二部分在物理接合时提供第二制动器保持强度。在一个方面，第二制动器保持强度不同于第一制动器保持强度。在一个方面，第二制动器保持强度大于第一制动器保持强度。在此，制动器保持强度有时被称为保持强度。在各种实施例中，保持强度包括一个或多个力、扭矩(或力矩)、力或扭矩的组合等。患者侧支撑***210的使用仅是说明性的，并不旨在将双制动器组件的使用限于这一种应用。如下面更完整地描述的，双制动器组件可以用于各种***中。

在一个方面，患者侧支撑***210中的接头组件203包括接头和双制动器组件205。接头将第一连杆202可旋转地耦接至第二连杆204。双制动器组件205在计算机辅助医疗***200的所有操作阶段期间提供必要的制动功能，而不像具有与接头相关联的单个制动器组件的现有技术***那样需要折中。有时，双制动器组件205被称为制动器组件205。

在一个方面，接头组件203的双制动器组件205包括两个部分。第一部分在物理接合时提供第一制动器保持强度，而第二部分在物理接合时提供第二制动器保持强度。在一个方面，第二制动器保持强度不同于第一制动器保持强度。在一个方面，第二制动器保持强度大于第一制动器保持强度。

在利用计算机辅助医疗***200执行的程序期间，在一个方面，双制动器组件205的第二部分被接合以防止第二连杆204相对于第一连杆202移动。这限制了患者侧支撑***210的横摆轴线223相对于接头组件203的旋转轴线209的运动，这进而使程序期间的振动最小化。接头组件203的旋转轴线209平行于横摆轴线223。

在现有技术的***中，由于在程序期间利用单个制动器来获得必要的保持强度，出口扭矩被提高，使得在某些情况下，需要平均两个人来施加使单个制动器打滑所需的力(所需人员的数量取决于他们个人的推力)。在程序期间制动器的最大保持强度仍然受到限制，因为它要求用户在紧急情况下能够使制动器打滑。相比之下，双制动器组件205的第二部分的制动器保持强度可以被形成得尽可能大以便减弱程序期间的振动，这是因为双制动器组件205使在程序期间对最大保持强度的要求与用户能够在需要时使双制动器组件205打滑的要求脱节。

例如，如果计算机辅助医疗***200进入故障状态，则控制器290使接头组件203中的双制动器组件205的第二部分脱离，并且使双制动器组件205的第一部分接合。这释放了双制动器组件205的第二部分的高制动器保持强度，并物理接合双制动器组件205的第一部分的较小的制动器保持强度。在故障状态中接合双制动器组件205的第一部分确保了第二连杆204不会意外地移动，例如不会由于重力作用而意外移动。故障状态可能由许多环境和操作参数触发，包括不期望的***操作、偏离命令移动的***移动、操作者输入或缺少输入、供电中断、紧急情况等。双制动器组件205的第一部分的保持强度使得用户在紧急情况下可以将第二连杆204推开，从而可以接近患者。

如下面更全面地解释，在一个方面，当命令主控离合器启用时，双制动器组件205物理脱离接头组件203中的所有制动能力，从而第二连杆204可以相对于第一连杆202自由移动。在这个方面，第一连杆202在第二连杆204的近侧，因此可以被称为近侧连杆。在这种情况下，第二连杆204将是远侧连杆。在一个方面，当主控离合器启用被终止时，双制动器组件接合接头组件203中的制动能力以限制第二连杆204相对于第一连杆202的运动，例如，双制动器组件205的第二部分被物理接合。

在另一方面，当主控离合器启用被终止时，双制动器组件205的所有制动能力保持脱离。控制器使用接头组件203中的致动器来限制第二连杆204相对于第一连杆202的运动，直到致动器不足以减小振动或致动器对于减小震动不重要，例如，当发出移动进入引导操纵器230的命令并需要保持强度大于致动器可提供的强度时，控制器发出命令以物理接合双制动器组件205的第二部分。因此，在这个方面，双制动器组件205不被接合，直到需要双制动器组件205来控制振动为止。

为了帮助确保接头组件203中的接头在断电时不会意外移动，双制动器组件205的第一部分被接合，从而限制第二连杆204相对于第一连杆202的运动。例如，这有助于确保在运输(例如，将***移动到另一个房间或房间中的其他位置)期间，患者侧支撑***210中的连杆保持在期望的位置。

由于对单个制动器的保持强度的限制，双制动器组件205的两个部分提供了以前在具有单个制动器的接头中不能实现的能力。如前所述，单个制动器在接合时的制动器保持强度必须使得施加出口扭矩/力将会导致制动器打滑。(在此，出口扭矩/力意味着：如果使用旋转接头，则一个人或多个人将出口力施加到旋转接头远侧的连杆上，从而将出口扭矩施加到旋转接头上，并且如果使用棱柱接头，则出口力由一个人或多个人施加到棱柱接头远侧的连杆上。)这限制了可用于使程序期间的振动最小化的保持强度，以及可用于停止接头致动器在活动状态下失效的情况(例如马达失控情况)的保持强度。

例如，在远程操作***100中，进入引导操纵器130的惯性由于其尺寸、质量和机械设计而很大，因此使进入引导操纵器130绕横摆轴线123加速所需的扭矩必须足以克服进入引导操纵器130的惯性。由于横摆轴线123和肩部轴线109平行，因此横摆轴线123处的扭矩受到与在肩部轴线109处的相似大小的扭矩的反作用。对于进入引导操纵器130的某些移动，反作用负荷扭矩足够大，以至于装配接头103的制动扭矩要求将超过允许的出口扭矩，因此单个无辅助的制动方案不能有出口扭矩，而且还抵消可能引入振动的横摆轴线123上的扭矩。

计算机辅助医疗***200的配置与远程操作***100相似，因为要使进入引导操纵器230绕横摆轴线223加速就需要足以克服进入引导操纵器230的惯性的扭矩。由于横摆轴线223和肩部轴线209平行，因此横摆轴线223处的扭矩受到在肩部轴线209处的相似大小的扭矩的反作用。然而，双制动器组件205的两个部分允许双制动器组件205提供在程序期间使振动最小化所需要的制动能力，同时在其他时间确保移动进入引导操纵器230所需的扭矩不超过出口扭矩。类似地，双制动器组件205被配置成抵消接头致动器在活动状态下失效的情况(例如马达失控情况)，从而限制第二连杆204相对于第一连杆202的运动。因此，双制动器组件205提供了在远程操作***100中不可实现的一系列能力。

在更详细地考虑双制动器组件205之前，将更完整地描述计算机辅助医疗***200。患者侧支撑***210是计算机辅助医疗***的一部分，该计算机辅助医疗***包括控制器290、操作者控制台294和内窥镜成像***292。控制器290、操作者控制台294和内窥镜成像***192通过有线(电或光)连接或无线连接互连到患者侧支撑***210并彼此互连。

患者侧支撑***210的基座201支撑臂组件，该臂组件包括主动控制的装配臂组件220和主动控制的操纵器臂组件230。主动控制的操纵器臂组件230被称为进入引导操纵器230。在此，主动控制是指设备处于控制器的控制之下。

在此示例中，装配臂组件220包括第一连杆202(在此示例中为第一装配连杆)、接头组件203、第二连杆204(在此示例中为第二装配连杆)和第三连杆206(其为第三装配连杆)。第一棱柱接头(不可见)将第一连杆202移入和移出基座201，即在第一方向和第二方向上移动第一连杆202，以调节第二连杆204和第三连杆206的竖直高度，并且由此调节进入引导操纵器230的竖直高度。接头组件203(在该示例中也可以被称为肩部接头组件或旋转接头组件)允许耦接的第二连杆204和第三连杆206的旋转定位。第二棱柱接头(不可见)将第三连杆206移入和移出第二连杆204，即在第三方向和第四方向上移动第三连杆206，以调节进入引导操纵器230的水平位置。

进入引导操纵器230的结构类似于上述的进入引导操纵器130。具体地，患者侧支撑***210的连杆213、215、217和219、接头214、216和218、平台232、进入引导操纵器组件、***组件以及多个器械操纵器组件240的配置和操作与患者侧支撑***110的连杆113、115、117和119、接头114、116和118、平台132、进入引导操纵器组件133、***组件135以及多个器械操纵器组件140的配置和操作相同。因此，针对患者侧支撑***210的连杆213、215、217和219、平台232、进入引导操纵器组件、***组件以及多个器械操纵器组件240的配置和操作，此处不再重复描述患者侧支撑***110的连杆113、115、117和119、接头114、116和118、平台132、进入引导操纵器组件133、***组件135以及多个器械操纵器组件140的配置和操作。

控制器290被连接到患者侧支撑***210中的每个主动控制接头，连接到控制***组件的操作的致动器，并且连接到多个器械操纵器组件240。在此，当陈述控制器290执行动作时，意味着控制器290向部件发出命令或信号，该部件响应于该命令或信号执行该动作。

在此，参考并描述了单个控制器。尽管描述为单个控制器，但是应当理解，该控制器实际上可以通过硬件、在处理器上执行的软件以及固件中的任何一种或任意组合来实践。而且，如本文所述，控制器的功能可以由一个单元执行或在不同的部件之间划分，每个部件又可以由硬件、在处理器上执行的软件以及固件中的任何一种或任意组合来实现。当在不同部件之间划分时，这些部件可以集中在一个位置或分布在计算机辅助医疗***中用于分布式处理的目的。

处理器应被理解为至少包括逻辑单元和与该逻辑单元相关联的存储器。因此，在各种实施例中，控制器***包括编程指令(例如，存储指令的非暂时性机器可读介质)，用于实现根据本文公开的多个方面描述的一些或全部方法。可以采用各种各样的集中式或分布式数据处理架构中的任何一种。类似地，编程指令可以被实现为多个单独的程序或子例程，或者它们可以被集成到本文描述的***的多个其他方面。在一些实施例中，控制器***支持无线通信协议，诸如蓝牙、红外数据通讯(IrDA)协议、家庭射频(HomeRF)协议、IEEE802.11协议、数字增强无线通信(DECT)协议和无线遥测协议。

如上所述，双制动器组件205被包括在肩部接头组件中，该肩部接头组件包括旋转接头。然而，新颖的双制动器组件不限于用在旋转接头中。双制动器组件也可以用于例如棱柱接头。

而且，双制动器组件可以用在主动控制接头和被动接头中。主动控制接头是包括致动器(例如，马达)的接头，该致动器被配置成移动主动控制接头或辅助主动控制接头的运动，并且主动控制接头将一个连杆耦接到另一连杆。控制器使用致动器来使一个连杆相对于另一连杆移动。尽管被动接头也将一个连杆耦接到另一连杆，但是被动接头不包括配置成使被动接头移动的致动器。因此，为了移动被动连杆，用户提供必要的扭矩/力。

通常，如图3A所示，***包括具有第一端部和第二端部的第一连杆302A(例如，近侧连杆)以及具有第一端部和第二端部的第二连杆304A(例如，远侧连杆)。接头组件303A将第一连杆302A的第二端部连接至第二连杆304A的第一端部，使得第二连杆304A可以相对于第一连杆302A移动。在***中使用棱柱接头或旋转接头、两对双连杆(two couple twolinks)是已知的，因此这里不再详细描述。

接头组件303A包括双制动器组件305A。双制动器组件305A被耦接到第一连杆302A和第二连杆304A。双制动器组件305A由控制器(诸如控制器290)主动控制。

尽管在该示例中，双制动器组件305A被包括在接头组件303A中，但这仅是示例性的并且不旨在进行限制。通常，双制动器组件305A包括两个部分，第一部分在双制动器组件305A未被供电时提供制动，而第二部分在双制动器组件305A被供电时提供制动。

如上所述，双制动器组件205被描述为包括两个部分。第一部分在物理接合时提供第一制动器保持强度，而第二部分在物理接合时提供第二制动器保持强度。第二制动器保持强度不同于第一制动器保持强度，并且在一个方面，第二制动器保持强度大于第一制动器保持强度。类似地，本文描述的每个双制动器组件包括相似的两个部分。在一个方面，第一部分是第一制动器，并且第二部分是第二制动器。在包括双制动器组件305A的双制动器组件的所有示例中，双制动器组件减小了耦接到双制动器组件的第一连杆和第二连杆之间的相对运动。

控制器被耦接至双制动器组件305A以控制第一制动器和第二制动器的状态。在一个方面，如果***处于故障状态，则控制器使第一制动器物理接合并且使第二制动器物理脱离。如果***处于离合模式，则控制器使第一制动器物理脱离，并且使第二制动器物理脱离。在程序期间，控制器使第一制动器物理脱离，并且使第二制动器物理接合。

在本文中，当说到制动器被接合或被物理接合时，这意味着制动器提供至少一些制动。当说到制动器被脱离或物理脱离时，这意味着制动器不提供制动。

图3B至图3E是图3A的接头组件303A和双制动器组件305A的可能实施方式的示意图。图3B、图3C和图3E是包括主动控制接头的配置，而图3D是包括被动接头的配置。

在图3B中，***包括具有第一端部和第二端部的第一连杆302B(例如，近侧连杆)以及具有第一端部和第二端部的第二连杆304B(例如，远侧连杆)。接头组件303B将第一连杆302B的第二端部连接至第二连杆304B的第一端部，使得第二连杆304B可以相对于第一连杆302B移动。接头组件303B包括接头和双制动器组件305B。该接头由控制器主动控制。双制动器组件305B被耦接到第一连杆302B和第二连杆304B。在该示例中，双制动器组件305B被包括在接头组件303B中。但是，这仅是说明性的，并不旨在进行限制。双制动器组件305B包括两个部分，例如，致动器制动器305B1(第一制动器)和接头制动器305B2(第二制动器)。

在图3B的示例中，接头组件303B还包括致动器306B和传动组件307B，它们被配置成使第二连杆304B相对于第一连杆302B移动。致动器306B的输出被输入到传动组件307B。传动组件307B的输出使第二连杆304B移动。

致动器306B可以是电动马达、气动致动器、液压致动器等。传动组件307B将致动器306B的输出减小到适合于使第二连杆304B相对于第一连杆302B移动的输出。当致动器306B是电动马达时，传动组件307B可以是例如谐波驱动器。

在图3B中，致动器制动器305B1、致动器306B、传动组件307B和接头制动器305B2的壳体相对于第一连杆302B是静止的。接头制动器305B2被连接到第二连杆304B，而致动器制动器305B1制动致动器306B的输出。

在使用该***执行的程序期间，在一个方面，接头制动器305B2被控制器物理接合，并且因此提供制动。致动器制动器305B1被物理脱离，并且因此不提供制动。

在这个方面，接头制动器305B2被配置成在第二连杆304B上提供制动，使得响应于第二连杆304B上的反作用负荷，第二连杆304B相对于第一连杆302B维持大致静止。在使用该***执行的程序期间将第二连杆304B保持大致静止可使耦接至第二连杆304B的第二端部的任何设备(诸如器械(例如，诸如外科手术器械的医疗器械))的振动最小化。在本文中，大致静止是指第二连杆相对于第一连杆的任何移动不会导致耦接至第二连杆304B的器械移动超过预定的可接受量。在一个方面，预定的可接受量是一到三毫米。同样，当关于制动器对连杆的作用而使用“静止”一词时，可以理解的是，连杆的少量移动是可以接受的，只要该少量移动不导致器械移动超过预定可接受量即可。

在程序期间由接头制动器305B2提供的制动可以尽可能大，以便响应于反作用负荷来限制第二连杆304B的移动，而不必担心在故障情况下能够使第二连杆304B移动。在一个方面，只要不发生故障情况，接头制动器305B2就提供制动(例如被物理接合)。在另一方面，控制器使用致动器306B来限制第二连杆304B相对于第一连杆302B的运动，直到致动器306B不足以减小振动或对于减小振动不重要，例如，当发出移动耦接至第二连杆304B的组件的命令时并且需要保持强度大于致动器306B可提供的强度时，控制器发出命令以物理接合双制动器组件305B的接头制动器305B2。因此，在这个方面，接头制动器305B2不被接合，直到需要双制动器组件205来控制振动为止。

如果发生故障情况并且如果接头制动器305B2被物理接合，则接头制动器305B2被控制器物理脱离，并且因此不对接头组件303B进行制动。因此，在故障情况下，接头制动器305B2不抑制第二连杆304B相对于第一连杆302B的移动。

致动器制动器305B1被配置成在双制动器组件断电(例如，***掉电)并且处于故障状况时限制第二连杆304B相对于第一连杆306B1的移动。在一个方面，致动器制动器305B1是断电制动器，使得当从致动器制动器305B1移除电力时，致动器制动器3025B1(第一制动器)在接头组件303B上提供制动以限制第二连杆304B相对于第一连杆302B的移动。然而，致动器制动器305B1的强度被设计成使得当施加足够的力以使第二连杆304B相对于第一连杆302B移动时，制动允许致动器制动器305B1在紧急情况下打滑。在故障情况下，双制动器组件305B仍然提供制动，但是如果在第二连杆304B上施加足够的力以使致动器制动器305B1打滑，则允许第二连杆304B相对于第一连杆302B移动。

回顾一下，在此方面，在使用该***执行的程序期间，接头制动器305B2被物理接合并且致动器制动器305B1被物理脱离。如果在该程序期间，致动器306B在常开(alwayson)状态下失效，例如电动马达致动器的马达失控情况，则致动器制动器305B1被物理接合以抵消致动器失效。在一个方面，在控制器检测到常开故障之后的预定时间后，控制器脱离接头制动器305B2。在另一方面，如果在该程序期间，致动器306B在常开状态下失效，例如，电动马达致动器的马达失控情况，则致动器制动器305B1被物理接合以抵消致动器失效，并且接头制动器305B2被物理脱离，而没有任何时间延迟。

由于致动器制动器305B1直接作用于致动器306B的输出，因此致动器制动器305B1相对于接头制动器305B2可以具有较高的齿隙和较低的扭矩，并且仍然控制第二连杆304B上的任何反作用负荷。这是因为传动组件307B减小了更宽公差的影响。例如，传动组件307B通过传动组件207B的输出减速比来减小齿隙量。例如，如果齿隙为六度并且减速比为120：1，则传动组件307B的输出处的齿隙为0.05度。例如，传动组件307B通过传动组件307B的输出减速比来增加扭矩。例如，如果制动器保持强度为1牛顿米，并且减速比为120：1，则传动组件307B的输出处的保持强度为120牛顿米。

在计算机辅助医疗***中，通过确定由于齿隙引起的附接器械的移动量来确定可接受的齿隙，只要该移动小于预定的可接受量即可。导致器械移动小于预定的可接受量的任何齿隙都称为低齿隙。齿隙是接头在施加很小的负荷或扭矩的情况下移动的量。刚度决定了施加更多负荷时接头的挠曲量。例如，施加的力F可能会使接头挠曲一个量x。如果挠度(deflection)相对于力是线性的，则接头的刚度为k，其中k＝F/x。在接头组件203的示例中，由于需要扭矩来克服进入引导操纵器230的惯性，接头组件203可以挠曲一些小角度。双制动器组件205的刚度越高，接头组件203的挠度就越小。接头组件203的挠度越小，器械尖端处的振动幅度越小。如果扭矩是反向的，则总挠度是齿隙和双制动器组件205的柔度(即刚度的倒数)所引起的挠度之和。

在另一方面，在程序期间，接头制动器305B2被物理接合，并且致动器制动器305B1被物理接合。这具有两个优点。首先，在两个制动器都接合的情况下，可以抵消第二连杆304B上的更大的反作用力。可替代地，这可以允许将更便宜的较小制动器用作接头制动器305B2，因为接头制动器305B2不需要被配置成单独抵消最大的预期反作用扭矩/力。第二个优点是，如果致动器在常开状态下失效，则致动器制动器305B1已经接合。当然，缺点是在该程序期间致动器306B不能用于移动第二连杆304B。

在图3C中，***包括具有第一端部和第二端部的第一连杆302C(例如，近侧连杆)以及具有第一端部和第二端部的第二连杆304C(例如，远侧连杆)。接头组件303C将第一连杆302C的第二端部连接至第二连杆304C的第一端部，使得第二连杆304C可以相对于第一连杆302C移动。接头组件303C包括接头和双制动器组件305C。该接头由控制器主动控制。双制动器组件305C被耦接到第一连杆302C和第二连杆304C。在该示例中，双制动器组件305C被包括在接头组件303C中。但是，这仅是说明性的，并不旨在进行限制。双制动器组件305C包括两个部分，例如，致动器制动器305C1(第一制动器)和接头制动器305C2(第二制动器)。

在图3C的示例中，接头组件303C还包括致动器306C和传动组件307C，它们被配置成使第二连杆304C相对于第一连杆302C移动。致动器306C的输出被输入到传动组件307C。传动组件307C的输出使第二连杆304C移动。

致动器306C可以是电动马达、气动致动器、液压致动器等。传动组件307C将致动器306C的输出减小至适合于使第二连杆304C相对于第一连杆302C移动的输出。当致动器306C是电动马达时，传动组件307C可以是例如谐波驱动器。

在图3C中，致动器制动器305C1、致动器306C、传动组件307C和接头制动器305C2的壳体相对于第二连杆304C是静止的。接头制动器305C2被连接到第二连杆304C，而致动器制动器305C1制动致动器306C的输出。接头组件303C的部件的操作与接头组件303B的对应部件的操作相同，因此不再重复。

图3D是不包括致动器的被动接头组件303D的示意图。在图3D中，***包括具有第一端部和第二端部的第一连杆302D(例如，近侧连杆)以及具有第一端部和第二端部的第二连杆304D(例如，远侧连杆)。接头组件303D将第一连杆302D的第二端部连接至第二连杆304D的第一端部，使得第二连杆304D可以相对于第一连杆302D移动。接头组件303D包括被动接头(不使用致动器来移动该接头)和双制动器组件305D。双制动器组件由控制器(诸如控制器290)主动控制，而被动接头则不受控制器控制。

双制动器组件305D耦接到第一连杆302D和第二连杆304D。在该示例中，双制动器组件305D被包括在接头组件303D中。但是，这仅是说明性的，并不旨在进行限制。

双制动器组件305D包括断电制动器305D1(第一制动器或第一部分)和通电制动器305D2(第二制动器或第二部分)。当从双制动器组件305D移除电力时，断电制动器305D1被物理接合，并且当向双制动器组件305D施加电力时，断电制动器305D1被物理脱离。当向双制动器组件305D施加电力时，通电制动器305D2被物理接合，并且当从双制动器组件305D移除电力时，通电制动器305D2被物理脱离。

在这个方面，通电制动器305D2被配置成响应于第二连杆304D上的反作用负荷而在第二连杆304D上提供制动以限制第二连杆304D相对于第一连杆302D的移动。在使用该***的程序期间，维持第二连杆304D大致静止可以使与第二连杆304D的第二端部耦接的任何设备(诸如器械(例如，诸如外科器械的医疗器械))的振动最小化。

在程序期间由通电制动器305D2提供的制动可以尽可能大，以便响应于反作用负荷来将第二连杆304D保持在适当位置，而不必担心如果发生故障情况时能够使第二连杆304D移动。通电制动器305D2提供制动，例如被物理接合，只要不发生故障情况即可。如果发生故障情况，则通电制动器305D2由控制器物理脱离，并且因此在第二连杆204B上不提供制动。因此，当发生故障时，通电制动器305D2不抑制第二连杆304D相对于第一连杆302D的移动。

断电制动器305D1被配置成当***断电时、当双制动器组件305D断电时以及当***中发生故障情况时，限制第二连杆304D相对于第一连杆306D的移动。断电制动器305D1的保持强度被设计成使得当施加足够的扭矩/力以使第二连杆304D相对于第一连杆302D移动时，该制动允许断电制动器305D1打滑。因此，在故障情况下，双制动器组件305D仍然提供制动，但是如果在第二连杆304D上施加了足够的扭矩/力以使断电制动器305D1打滑，则允许第二连杆304D相对于第一连杆302D移动。

在图3E中，***包括具有第一端部和第二端部的第一连杆302E(例如，近侧连杆)以及具有第一端部和第二端部的第二连杆304E(例如，远侧连杆)。接头组件303E将第一连杆302E的第二端部连接至第二连杆304E的第一端部，使得第二连杆304E可以相对于第一连杆302E移动。接头组件303E包括接头和双制动器组件305E。该接头由控制器主动控制。双制动器组件305E被耦接到第一连杆302E和第二连杆304E。在该示例中，双制动器组件305E被包括在接头组件303E中。但是，这仅是说明性的，并不旨在进行限制。双制动器组件305E包括两个部分，例如第一制动器305E1和第二制动器305E2。

在图3E的示例中，接头组件303E还包括致动器306E和传动组件307E，它们被配置成使第二连杆304E相对于第一连杆302E移动。致动器306E的输出被输入到传动组件307E。传动组件307E的输出使第二连杆304E移动。

致动器306E可以是电动马达、气动致动器、液压致动器等。传动组件307E将致动器306E的输出减小为适合于使第二连杆304E相对于第一连杆302E移动的输出。当致动器306E是电动马达时，传动组件307E可以是例如谐波驱动器。

在图3E中，第一制动器305E1、致动器306E、传动组件307E和第二制动器305E2的壳体相对于第一连杆302E是固定的/静止的。第二制动器305E2和第一制动器305E1都直接作用在致动器306E的输出上。接头组件303E的部件的操作与接头组件303B的对应部件的操作相同，并且因此不再重复。具体地，即使第二制动器305E2和第一制动器305E1都作用在致动器306E的输出上，第二制动器305E2也具有比第一制动器305E1的保持强度(通过使制动器打滑所需的出口扭矩/力所限制的保持强度)更大的保持强度(适合于应对反作用负荷)。

在一个方面，接头制动器和通电制动器中的每一个都是用于旋转接头的制动器，并且例如利用静止的电磁体来实现。制动器转子被附连到挠性件(flexure)，然后将挠性件连接到与第二连杆连接的轴上。当向电磁线圈施加电能时，产生磁场。磁力足够强以至于挠曲该挠性件并且将制动器转子跨过一个很小的气隙拉动到电磁体的表面内。电磁体的表面与制动器转子之间的摩擦连接在轴上提供制动力。增加通过电磁体的电流会增加制动器的保持动力。当从电磁体移除电力时，挠性件拉动电枢使其跨过气隙并远离电磁体的表面。在电磁体和电枢之间有气隙的情况下，接头的轴可以自由旋转，而没有任何残余阻力。可替代地，可以使用任何机电式通电制动器，只要该制动器具有所需的制动器保持强度即可。

在一个方面，每个接头制动器直接作用在其接头上，而无需中间传动组件。这种配置的优点是消除了传动组件的附加柔顺性。然而，由于失去了与传动组件相关联的扭矩倍增因子，所以接头制动器在物理上更大并且更重(相对于通过传动组件起作用的接头制动器而言)，因此接头制动器本身可以产生所需的保持强度。

在一个方面，每个致动器制动器和每个断电制动器例如通过使用永磁体来实现，该永磁体通常将制动器转子朝向摩擦表面拉动。制动器转子被连接到轴，该轴被连接到第二连杆。摩擦表面和制动器转子之间的摩擦阻止轴的旋转。当向制动器施加电力时，电磁体的磁场抵消了永磁体的磁场，并且转子可以自由移动。反转电磁体的磁场会增强磁场，从而使转子保持比单独使用永磁体更大的扭矩。可替代地，可以使用任何机电式断电制动器，只要该制动器具有所需的制动器保持强度即可。在另一方面，制动器是应用弹簧的制动器，类似于图5A和图5B所示的制动器，但没有可变的弹簧力。

在一个方面，图4A是控制器的代表性状态图，当上述双制动器组件在计算机辅助医疗***200的接头组件203中实现时，该控制器控制上述双制动器组件中的每一个。在这一方面，接头组件203是主动控制接头组件。虽然这些状态被描述为控制器290的状态，但这些状态也与双制动器组件205的状态相关联。而且，尽管关于计算机辅助***描述了这些状态，但这仅是说明性的，而不旨在进行限制。双制动器组件的状态可以在多种***中实现。

如上所述，控制器290也可以被实现。在该示例中，每当患者侧支撑***210断电或者双制动器组件205断电时，双制动器组件205的第一制动器被物理接合并且提供制动。第一制动器的制动器保持强度限制了第二连杆204相对于第一连杆202的运动，但是该制动器保持强度使得用户可以在第二连杆204上施加出口力，该出口力产生使第一制动器打滑的出口扭矩，并且因此第二连杆204可以移动。当接合时，第二制动器的制动器保持强度在用于作用在第二连杆204上的反作用扭矩的程序期间限制第二连杆204相对于第一连杆202的移动。

如果接头致动器在常开状态下失效，则控制器290检测到致动器全程活动故障(actuator always active fault)。此外，可能发生故障，可能对计算机辅助医疗***关闭电源，或者可能对双制动器组件205关闭电源。如果发生紧急事件或故障事件，可能需要手动从患者身上移除器械。在这种情况下，用户必须能够手动移动计算机辅助医疗***中的各种连杆。如果由于某种原因电力失效，则双制动器组件205维持第二连杆204相对于第一连杆202的位置，以便由于重力或某种其他力引起的运动不会引起任何意外的运动。控制器290的状态图400A说明了这些事件中的每一个。

在第一状态401(故障/断电状态)中，第一制动器被物理接合并且向与双制动器组件205相关联的接头组件203提供制动。第二制动器被物理脱离，并且不向接头组件203提供任何制动。如果计算机辅助医疗***200断电，则控制器290关机。在第一状态401中，第一制动器的制动器保持强度限制了第二连杆204相对于第一连杆202的移动，但是该制动器保持强度使得一个或多个用户可以在第二连杆204上施加出口力，该出口力产生使第一制动器打滑的出口扭矩，因此第二连杆204可以移动。

当打开电源或清除故障时，控制器290进入第二状态402，例如，***从第一状态401转变到第二状态402。在该示例中，第二状态402是缺省状态。缺省状态是在使用之前***切换到的状态。在该示例中，由于利用第一和第二制动器以及可供应扭矩的致动器，因此存在三个元件，每个元件都具有两种可能的状态——物理接合或物理脱离。因此，存在2³个即八种可能的状态，这些状态可以被选择为缺省状态。表1展示了可能的状态。

表格1

这八种可能的缺省状态之一即状态D8使所有三个元件物理脱离。在该示例中，对于缺省状态，不考虑状态D8，因为在状态D8中，不可能将远侧连杆保持在任何特定位置。通过消除作为缺省状态的状态D8，有七种可能的状态，这七种可能的状态可以根据医疗***的配置和使用而被用作缺省状态。因此，在这一方面，只要选择的缺省状态与医疗***的配置和用途一致，就可以将状态D1至D7中的任何一个选择为缺省状态。

作为示例，状态D1被选择作为缺省状态。这仅是说明性的，并不旨在进行限制。如前所述，在与医疗***的配置和用途一致的情况下，可以选择表1中前七个状态中的任何一个作为缺省状态。

返回图4A，在第二状态402(在该示例中为缺省状态)中，控制器290配置双制动器组件205，使得第一制动器和第二制动器物理脱离。因此，在第二状态402中，第一制动器和第二制动器不向接头组件203提供制动。当处于第二状态402时，控制器290命令接头组件203中的致动器限制第二连杆204相对于第一连杆202的移动，以限制第二连杆204上的反作用扭矩。因此，在这一方面，第二状态402是缺省状态D1。

控制器290可以从第二状态402转变到几个不同的状态。关于接头组件203的感兴趣状态包括第三状态403(离合状态)、第四状态404(前进驱动状态)和第五状态405(进入引导操纵器(EGM)移动状态)。在发生事件之前，控制器290保持在第二状态402，该事件导致控制器290转变到另一状态，即状态401、403、404、405和406中的一个。如果在第二状态402中发生断电事件或故障事件，则控制器290从第二状态402转变到第一状态401。如果故障事件是致动器全程活动故障，则控制器290不转变到第一状态401，而是转变到第六状态406(致动器全程活动状态(actuator always active state))。

第六状态406在图4A中用虚线示出，因为第六状态406是可选的。参见图4B。第六状态406可能通常不在正常操作中使用，因为第一制动器的物理接合使致动器的操作无效。而且，如果在故障情况下，制动器和致动器断电，则不可能响应故障执行第六状态406，因为第六状态406假定制动器和致动器有电源可用。

用户可以发出离合器命令，该命令指示离合器启用。用户发出离合器命令以能够自由地移动计算机辅助医疗***200的连杆。可替代地，如果是第一次打开电源(通电事件)，通常执行***装配，其中连杆被移动到适当位置以允许无菌覆盖全部或部分计算机辅助医疗***200。因此，当发生离合器启用事件或装配开始事件时，控制器290从第二状态402转变到第三状态403(其在该示例中为离合状态)。

在第三状态403中，控制器290不改变双制动器组件205的配置，并且因此第一制动器和第二制动器保持脱离。接头组件203的致动器处于中立状态(接头的运动既不受致动器的帮助也不受限制)和/或补偿摩擦以允许接头组件203中的接头的运动。

如果在第三状态403中发生断电事件或故障事件，则控制器290从第三状态403转变到第一状态401，在此示例中第一状态401为故障/断电状态。如果故障事件是致动器全程活动故障，则控制器290不转变到第一状态401，而是转变到第六状态406。如果在第三状态403中控制器290接收到离合器停用事件或装配完成事件，则控制器290从第三状态403转变到第二状态402。

如果在第二状态402中控制器290接收到前向驱动事件，则控制器290从第二状态402转变到第四状态404，在此示例中第四状态404为前向驱动状态。前向驱动事件是由控制器响应于指定条件(例如，自动配置EGM用于覆盖或自动配置EGM用于传输)而生成的命令或响应于用户命令(例如，其来自语音输入、手势输入、在一个或多个踏板、按钮、触摸屏处接收到的或在操作者控制台处的一个或多个主控输入设备处接收到的物理输入)产生的。在第四状态404中，双制动器组件205的第一制动器和第二制动器都保持脱离，并且控制器290命令接头组件203中的致动器跟随位置轨迹。

如果在第四状态404中发生断电事件或故障事件，则控制器290从第四状态404转变到第一状态401(故障/断电状态)。如果故障事件是致动器全程活动故障，则控制器290不转变到第一状态401，而转变到第六状态406。如果在第四状态404中控制器290接收到前向驱动完成事件，则控制器290从第四状态404转变到第二状态402。

如果在第二状态402中控制器290接收进入引导操纵器(EGM)移动事件，则控制器290从第二状态402转变到第五状态405，在这个示例中第五状态405是EGM移动状态。进入引导移动事件是由控制器响应于指定条件(例如，自动配置EGM用于覆盖)生成的命令或响应于用户命令(例如，经由任何适当技术接收的输入，包括操作者控制台处的一个或多个主控输入设备处的输入)产生的。双制动器组件205的第一制动器和第二制动器的几种替代配置可以在第五状态405中使用。在第一替代方案中，第一制动器被脱离，第二制动器被接合，并且致动器命令扭矩(由致动器响应于来自控制器290的命令而供应的扭矩)被用于保持第二连杆204静止(例如，致动器和第二制动器一起工作以最小化由进入引导操纵器230的振动诱发的移动)。可替代地，第一制动器被脱离，第二制动器被接合，并且不使用致动器命令扭矩。在另一替代方案中，第一制动器和第二制动器均被接合，并且不使用致动器命令扭矩。在又一替代方案中，如果第一制动器和第二制动器都是接头制动器(例如，两个制动器都不是致动器制动器)，则两个制动器均被接合并且使用致动器命令扭矩。(如果第一制动器是致动器制动器，则在使用致动器命令扭矩时接合致动器制动器会适得其反，因为致动器制动器会抵抗致动器命令扭矩，而不是增加致动器命令扭矩。)

如果在第五状态405中发生断电事件或故障事件，则控制器290从第五状态405转变到第一状态401。如果故障事件是致动器全程活动故障，则控制器290不转变到第一状态401，而是转变到第六状态406。如果在第五状态405中控制器290接收到EGM移动完成事件，则控制器290从第五状态405转变到第二状态402。

如上所述，如果接头致动器在全程活动状态中失效，则控制器290检测到致动器全程活动故障并且转变到可选的第六状态406。在第六状态406(有时被称为致动器全程活动状态606)中，控制器290接合双制动器组件205的第一制动器和第二制动器。如前所述，第一制动器制动致动器输出，并且第二制动器保持第二连杆。如果在这种情况下双制动器组件205没有关闭电源，则这是故障情况，并且接头上的保持力被减小，从而当出口力被施加到第二连杆204时双制动器组件205可以打滑。因此，在预定时间(例如，足以使第一制动器接合并停止致动器的输出的时间)之后，控制器290从第六状态406转变到第一状态401。类似地，如果接头组件203的电源被关闭以停止致动器，则控制器290从第六状态406转变到第一状态401。虽然未在图4A中显示，但如果致动器全程活动故障被清除，例如，控制器290在预定时间内重新获得对致动器的控制，则控制器290从第六状态406转变回第二状态402。如果接头不被供电，则致动器不被包括在接头中，并且因此第六状态406不会被控制器使用。

在图4B所示的另一实施方式中，第六状态406被消除，并且致动器全程活动故障与任何其他故障被相同地处理。双制动器组件205中的第一制动器的尺寸被设计为能够应对全程活动致动器，其他状态以及状态之间的转变与关于图4A所描述的相同，因此这里不再重复描述，而是通过引用将其并入。

在图3B至图3E的示例中，使用两个不同的制动器来实现双制动器组件。在图5A至图5C中，双制动器组件具有两个部分，这两个部分具有不同的制动器保持强度，但是这两个部分均使用单个致动器制动器来实现。双制动器组件505和双制动器组件505A是断电制动器，以便施加电力以脱离制动器。

双制动器组件505被安装在致动器502上。制动器转子516被旋转地键接/楔合(keyed)到致动器502的轴502S，并且制动器转子516相对于轴502S轴向浮动，使得移动制动钳515M可以将制动器转子516推向静止制动钳515S。可替代地，如果制动器转子516也被轴向固定到轴502S，则仅移动制动钳515M可能对制动器转子516有影响，因此可以消除静止制动钳515S。对于相同的力和材料，这将使保持强度降低一半。

当双制动器组件505断电时，多个弹簧517迫使移动制动钳515M朝向静止制动钳515S抵住制动器转子516。静止制动钳515S被耦接至致动器502的壳体。如果电力被施加到双制动器组件505，则电磁克服来自多个弹簧517的在移动制动钳515M上的力，并且拉动移动制动钳515M远离制动器转子516以便轴502S能够自由移动。

双制动器组件505的保持强度与由制动钳515M、515S施加到制动器转子516的法向力成比例。该法向力由多个弹簧517提供，这些弹簧将移动制动钳515M推向制动器转子516。当双制动器组件505被脱离时，电磁体在与多个弹簧517所提供的法向力相反的方向上产生一个力，以拉动移动制动钳515M远离制动器转子516。通过改变由多个弹簧517提供的法向力来改变制动器保持强度。

在这一方面，通过改变多个弹簧517的位移偏移来实现改变由多个弹簧517提供的法向力。在双制动器组件505中，多个弹簧517中的每个弹簧都位于多个弹簧帽518中的不同帽上。每个弹簧帽绕枢轴点518P旋转。多个弹簧帽518中的每个弹簧帽的角位置由控制器控制。多个弹簧517和多个弹簧帽518的组合是可变负荷组件的一个示例。在这一方面，可变负荷组件是可变负荷弹簧组件。

控制器可以改变多个弹簧帽518中的每个弹簧帽围绕其枢轴点的角位置。改变弹簧帽的角位置会改变相关联的弹簧上的位移偏移。如图5A所示，多个弹簧帽518中的每个弹簧帽处于第一位置，并且多个弹簧517中的每个弹簧的长度被限制为对应的弹簧帽的表面与移动制动钳515M的表面之间的距离。在图5B中，多个弹簧帽518中的每个弹簧帽处于第二位置，并且多个弹簧517中的每个弹簧的长度再次被限制为对应的弹簧帽的表面与移动制动钳515M的表面之间的不同距离。图5B中的弹簧的长度长于图5A中的弹簧的长度。换句话说，多个弹簧517中的每个弹簧在图5A中比在图5B中被更多地压缩。因此，多个弹簧517在图5A中比在图5B中提供更大的法向力，并且因此图5A所示的配置比图5B所示的配置具有更大的双制动器组件505的保持强度。

在另一方面，多个弹簧帽518中的一个处于第一位置，并且多个弹簧帽518中的第二个处于第二位置。通过这种配置，在图5A的法向力和图5B的法向力之间的法向力被获得。

双制动器组件505的优点在于，相对于现有技术的单个制动器配置，可以实现对法向力的更精细的调节，并且因此可以实现对保持强度的更精细的调节。根据多个弹簧帽518的角位置，多个弹簧517可以具有不同的位移并且可以产生不同的法向力。弹簧力通常与挠度或空隙变化呈线性关系，而来自电磁体的力则不是。因此，与应用电磁的制动器相比，应用弹簧的制动器可以更容易地配置成施加特定的力或扭矩，并且应用弹簧的制动器由于组成制动器组件的各个部件中的公差堆叠而较不易产生保持强度的变化。

双制动器组件505A等效于双制动器组件505，不同之处在于，已用多个凸轮组件518A代替多个弹簧帽518。随着每个凸轮组件的旋转，位于凸轮组件上的弹簧的位移也发生变化，因此双制动器组件的制动器保持强度发生变化。多个弹簧517和多个凸轮组件518A的组合是可变负荷组件的另一示例。

图6是具有双制动器组件605的接头组件203的一种实施方式的剖视图。双制动器组件605包括致动器制动器605A和接头制动器605B。接头组件203被安装在第一连杆202上，并且允许第二连杆204相对于第一连杆202移动。

接头组件203进一步包括致动器(其为电动马达)和传动组件(其为谐波驱动器620)。电动马达包括马达定子绕组631、马达转子磁体633、马达轴承637和轴657。

接头组件203还包括接头绝对位置传感器619、马达位置传感器658和接头轴承601。在这一方面，接头轴承601是锥形滚柱轴承。

接头制动器605B包括电磁线圈699和移动的电枢610。挠性件611将电枢610连接至毂612。毂612被固定到第二连杆204。

致动器制动器605A是马达制动器605A，其制动包括接头组件203的致动器的电动马达。马达制动器605A包括电磁线圈640、移动制动钳645、静止制动钳646和制动器转子644。制动器转子644被键接/楔合(keyed)到马达轴657。在没有动力时推动移动制动钳645以使制动器转子644夹在两个制动钳之间的弹簧在图6中不可见。

尽管本文描述的一些示例涉及外科手术程序或工具，或者医疗程序和医疗工具，但是所公开的技术适用于医疗和非医疗程序以及医疗和非医疗工具。例如，本文描述的工具、***和方法可以用于非医疗目的，包括工业用途、通用机器人用途以及感测或操纵非组织工件。其他示例应用程序涉及美容改善、人体或动物解剖结构的成像、从人体或动物解剖结构收集数据，装配或拆卸***以及培训医务人员或非医务人员。另外的示例应用包括从人或动物解剖结构移除组织的程序(不返回人或动物解剖结构)的用途，以及在人或动物尸体上执行程序的用途。此外，这些技术还可以用于包括或不包括外科手术方面的医学治疗程序或诊断程序。

在上述示例中的一些示例中，术语“近侧”或“近侧地”通常用于描述沿着***移动的运动学链更靠近操纵器臂基座或沿着***移动的运动学链更远离远程运动中心(或手术部位)的对象或元素。类似地，术语“远侧”或“远侧地”通常用于描述沿着***移动的运动学链更远离操纵器臂基座或沿着***移动的运动学链更靠近远程运动中心(或手术部位)的对象或元素。

如本文所用，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区分不同的部件或元素的形容词。因此，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等不旨在暗示部件或元件的任何顺序。

说明本发明的各方面和实施例的以上描述和附图不应被视为进行限制——权利要求书限定受保护的发明。可以进行各种机械、组成、结构、电气和操作上的改变，而不脱离本说明书和权利要求书的精神和范围。在一些情况下，没有示出或详细描述众所周知的电路、结构和技术，以避免模糊本发明。

此外，本说明书的术语并不旨在限制本发明。例如，空间上相对的术语——诸如“在...之下”、“在...下方”、“下部”、“在...上方”、“上部”、“近侧”、“远侧”和诸如此类——可以用于描述如图所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。这些在空间上相对的术语除了图中所示的方位和取向之外，还旨在涵盖使用或操作中的设备的不同方位(即位置)和取向(即旋转布置)。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件将在其他元件或特征“上方”或“之上”。因此，示例性术语“在...下方”可以包括上方和下方的方位和取向两者。设备可以以其他方式被取向(旋转90度或其他取向)，并且相应地解释本文使用的空间相对描述语。同样，沿着和围绕各种轴线的移动的说明包括各种特定的设备方位和取向。

除非上下文另外指出，否则单数形式“一”、“一个”和“所述/该”也旨在包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”等规定了陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或增加。描述为耦接的部件可以被直接电耦合或机械耦接，或者它们可以经由一个或多个中间部件被间接耦接。

本文描述的各种控制器可以通过在处理器上执行的软件、硬件、固件或这三者的任意组合来实现。当控制器被实现为在处理器上执行的软件时，该软件作为计算机可读指令被存储在存储器中，并且计算机可读指令在处理器上被执行。全部或部分存储器可以位于与处理器不同的物理位置，只要处理器可以耦接到存储器即可。存储器是指易失性存储器、非易失性存储器或两者的任意组合。

另外，如本文所述，各种控制器的功能可以由一个单元执行或者在不同的部件之间划分，每个部件进而可以由硬件、在处理器上执行的软件和固件的任意组合来实现。当在不同部件之间划分时，这些部件可以集中在一个位置或分布在整个***中以用于分布式处理目的。各种控制器的执行导致执行上面针对各种控制器所述的过程的方法。

处理器被耦接到包含由处理器执行的指令的存储器。这可以在计算机***内实现，或者可替代地经由调制解调器和模拟线路、或数字接口和数字载波线路与另一台计算机的连接，或者经由使用上述任何协议的连接来实现。鉴于本公开，可以使用用户感兴趣的操作***和计算机编程语言，在各种各样的计算机***配置中实现在本文所述的过程的任何部分或全部中使用的指令。

在本文中，计算机程序产品包括计算机可读介质，该计算机可读介质被配置成存储本文所述的过程的任何部分或全部所需的计算机可读代码，或者在其中存储了用于那些过程的任何部分或全部的计算机可读代码。计算机程序产品的一些示例是CD-ROM光盘、DVD光盘、闪存、ROM卡、软盘、磁带、计算机硬盘驱动器、网络上的服务器以及通过网络传输的代表计算机可读程序代码的信号。非暂时性有形计算机程序产品包括有形计算机可读介质，该有形计算机可读介质被配置成存储用于过程的任何部分或全部的计算机可读指令，或者其中存储了用于过程的任何部分或全部的计算机可读指令。非暂时性有形计算机程序产品是CD-ROM光盘、DVD光盘、闪存、ROM卡、软盘、磁带、计算机硬盘驱动器和其他物理存储介质。

所有示例和说明性引用都是非限制性的，并且不应被用来将权利要求限制于本文所述的特定实施方式和实施例及其等同物。任何标题仅用于格式化，不应以任何方式用于限制主题，因为一个标题下的文本可能会交叉引用或适用于一个或多个标题下的文本。最后，鉴于本公开，即使未在附图中具体示出或未在文本中描述，关于一个方面或实施例描述的特定特征也可以应用于本发明的其他公开方面或实施例。

Claims (28)

1.一种***，其包括：

第一连杆，其具有第一端部和第二端部；

第二连杆，其具有第一端部和第二端部；

接头，其被连接到所述第一连杆的所述第二端部和所述第二连杆的所述第一端部；以及

耦接到所述第一连杆和所述第二连杆的双制动器组件，其中所述双制动器组件包括第一制动器和第二制动器，并且其中制动所述双制动器组件减小所述第一连杆和所述第二连杆之间的相对运动。

2.根据权利要求1所述的***，其中：

所述第一制动器在物理接合时提供第一制动器保持强度；并且

所述第二制动器在物理接合时提供第二制动器保持强度，所述第二制动器保持强度不同于所述第一制动器保持强度。

3.根据权利要求2所述的***，其中：

所述第一制动器在未被供电时物理接合；并且

所述第二制动器在未被供电时物理脱离。

4.根据权利要求2所述的***，其中：

所述第一制动器包括致动器制动器；并且

所述第二制动器包括接头制动器。

5.根据权利要求1所述的***，其中如果所述***处于断电状态，则所述第一制动器未被供电并且物理接合，并且所述第二制动器未被供电并且物理脱离。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的***，其进一步包括控制器，其中如果所述***处于故障状态，则所述控制器使所述第一制动器物理接合并且使所述第二制动器物理脱离。

7.根据权利要求1至5中的任一项所述的***，其进一步包括控制器，其中如果所述***处于离合模式，则所述控制器使所述第一制动器物理脱离并且使所述第二制动器物理脱离。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的***，其进一步包括控制器，其中在程序期间，所述控制器使所述第一制动器物理脱离并且使所述第二制动器物理接合。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的***，其进一步包括：

致动器，其被耦接至所述接头，其中所述致动器的致动导致所述接头使所述第二连杆相对于所述第一连杆移动；以及

控制器，其被配置成：在处于配置成使所述第二连杆相对于所述第一连杆移动的状态中所述致动器失效时，使所述第一制动器物理接合并且使所述第二制动器物理接合以限制所述第二连杆相对于所述第一连杆的移动。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的***，其中所述第一制动器和所述第二制动器包括单个制动器。

11.根据权利要求10所述的***，其进一步包括：

致动器，其具有壳体和从所述壳体延伸的轴；

其中：

所述单个制动器被耦接到所述致动器壳体和所述轴；

在第一状态下，所述单个制动器具有第一保持强度；

在第二状态下，所述单个制动器具有第二保持强度；并且

所述第一保持强度不同于所述第二保持强度。

12.根据权利要求11所述的***，其中所述单个制动器包括：

安装在所述轴上的制动器转子；

耦接到所述壳体的制动钳；以及

耦接至所述制动钳的可变负荷组件，其中在第一状态下，所述可变负荷组件在所述制动钳上施加第一力，并且在第二状态下，所述可变负荷组件在所述制动钳上施加第二力，并且其中所述第一力不同于所述第二力。

13.根据权利要求1至5所述的***，其中：

所述第一制动器包括壳体；

所述第二制动器包括壳体；

所述第一制动器的所述壳体被安装在所述第一连杆上，并且所述第一制动器被耦接至所述第二连杆以制动所述第二连杆；并且

所述第二制动器的所述壳体被安装在所述第一连杆上，并且所述第二制动器被耦接至所述第二连杆以制动所述第二连杆。

14.根据权利要求1至5中任一项所述的***，其进一步包括：

安装在所述第一连杆上的致动器；和

传动组件，其耦接到所述致动器和所述第二连杆；

其中：

所述第一制动器被耦接至所述致动器；并且

所述第二制动器被安装在所述第一连杆上并且被耦接至所述第二连杆。

15.根据权利要求1至5中任一项所述的***，其进一步包括：

传动组件，其被安装在所述第一连杆上并且被耦接至所述第二连杆；和

致动器，其被连接到所述传动组件；

其中：

所述第一制动器被耦接至所述致动器；并且

所述第二制动器被安装在所述第一连杆上并且被耦接至所述第二连杆。

16.根据权利要求1所述的***，其进一步包括：

控制器，其被耦接到所述第一制动器和所述第二制动器，所述控制器被配置成：

物理脱离所述第一制动器并且物理脱离所述第二制动器，以允许所述第二连杆相对于所述第一连杆自由移动；并且

物理接合所述第一制动器并且物理脱离所述第二制动器，以限制所述第二连杆相对于所述第一连杆的移动。

17.根据权利要求16所述的***，所述控制器被进一步配置成：

在使用所述***执行的程序期间，物理脱离所述第一制动器并且物理接合所述第二制动器；并且

在处于配置成使所述第二连杆相对于所述第一连杆移动的状态下所述致动器失效时，物理接合所述第一制动器并且物理接合所述第二制动器，以限制所述第二连杆相对于所述第一连杆的移动。

18.一种控制在***中的第二连杆相对于第一连杆的运动的方法，所述方法包括：

物理脱离第一制动器并且物理脱离第二制动器，以允许所述第二连杆相对于所述第一连杆的自由移动；并且

物理接合所述第一制动器并且物理脱离所述第二制动器，以限制所述第二连杆相对于所述第一连杆的移动。

19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括：

在使用所述***执行的程序期间，物理脱离所述第一制动器并且物理接合所述第二制动器；并且

在处于配置成使所述第二连杆相对于所述第一连杆移动的状态下所述致动器失效时，物理接合所述第一制动器并且物理接合所述第二制动器，以限制所述第二连杆相对于所述第一连杆的移动。

20.一种计算机辅助医疗***，其包括：

患者侧支撑***，其包括：

具有第一端部和第二端部的第一连杆；

具有第一端部和第二端部的第二连杆；

接头组件，其连接到所述第一连杆的所述第二端部和所述第二连杆的所述第一端部，所述接头组件包括：

致动器，其被配置成促使所述接头组件使所述第二连杆相对于所述第一连杆移动；和

双制动器组件，其被耦接到所述第一连杆、所述第二连杆和所述致动器，其中所述双制动器组件包括第一制动器和第二制动器；以及

控制器，其被耦接到所述致动器和所述双制动器组件，其中所述控制器被配置成命令所述双制动器组件减小所述第一连杆和所述第二连杆之间的相对运动。

21.根据权利要求20所述的计算机辅助医疗***，其中：

所述第一制动器在物理接合时提供第一制动器保持强度；并且

所述第二制动器在物理接合时提供第二制动器保持强度，所述第二制动器保持强度不同于所述第一制动器保持强度。

22.根据权利要求20所述的计算机辅助医疗***，其中：

所述第一制动器在未被供电时物理接合；并且

所述第二制动器在被供电时物理接合。

23.根据权利要求20所述的计算机辅助医疗***，其中：

所述第一制动器包括致动器制动器；并且

所述第二制动器包括接头制动器。

24.根据权利要求20所述的计算机辅助医疗***，其中如果所述计算机辅助医疗***处于断电状态，则所述第一制动器未被供电并且物理接合，并且所述第二制动器未被供电并且物理脱离。

25.根据权利要求20至24中的任一项所述的计算机辅助医疗***，其中所述控制器被配置成命令所述双制动器组件减小所述第一连杆和所述第二连杆之间的相对运动，包括：

如果所述计算机辅助医疗***处于故障状态，则所述控制器被配置成命令所述第一制动器物理接合并且命令所述第二制动器物理脱离。

26.根据权利要求20至24中的任一项所述的计算机辅助医疗***，其中所述控制器被配置成命令所述双制动器组件减小所述第一连杆和所述第二连杆之间的相对运动，包括：

所述控制器被配置成命令所述第一制动器物理脱离并且命令所述第二制动器物理脱离。

27.根据权利要求20至24中的任一项所述的计算机辅助医疗***，其中所述控制器被配置成命令所述双制动器组件减小所述第一连杆和所述第二连杆之间的相对运动，包括：

所述控制器被配置成命令所述第一制动器物理脱离并且命令所述第二制动器物理接合。

28.根据权利要求20至24中的任一项所述的计算机辅助医疗***，其中所述控制器被配置成命令所述双制动器组件减小所述第一连杆和所述第二连杆之间的相对运动，包括：

所述控制器被配置成命令所述第一制动器物理脱离，命令所述第二制动器物理接合，并且命令所述致动器物理接合。

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