相關申請的交叉引用

本申請要求在2015年2月20日提交的美國臨時專利申請序列號62/118,737的優(yōu)先權和權益，其全部內(nèi)容在此以引用的方式并入本申請。

本發(fā)明涉及無菌屏障組件、通過該無菌屏障組件聯(lián)接手術部件的安裝系統(tǒng)和方法。

背景技術：

已知例如手術用消毒帷簾這樣的無菌屏障組件用于在手術期間建立手術部件之間的屏障。例如，手術用消毒帷簾可以用于提供機器人臂和附接到該機器人臂的末端執(zhí)行器之間的屏障。在手術中，機器人臂未經(jīng)消毒處理，而末端執(zhí)行器無菌。手術用消毒帷簾形成了機器人臂和末端執(zhí)行器之間的屏障，以防止對末端執(zhí)行器在其中操作的無菌區(qū)的污染。

通常，安置在機器人臂和末端執(zhí)行器之間的手術用消毒帷簾具有穿孔或者其它開口，能夠通過所述穿孔或者其它開口在機器人臂和末端執(zhí)行器之間實施不同連接，例如，機械連接和/或電連接。只要在手術期間覆蓋這些穿孔，則這些穿孔便是可接受的。如果末端執(zhí)行器在手術期間失效并且需要被更換，或者如果需要不同的末端執(zhí)行器，并且穿孔變得未被覆蓋，則標準手術室無菌規(guī)程可以指出在能夠安裝不同的末端執(zhí)行器之前需要更換手術用消毒帷簾。因為移除手術用消毒帷簾并且安裝新的手術用消毒帷簾占用了寶貴時間，因此更換是不期望的。

其它手術用消毒帷簾沒有被刻意穿孔，而是替代地將其壓縮在機器人臂和末端執(zhí)行器之間。在壓縮時，如果手術用消毒帷簾由薄塑料形成，則可能發(fā)生意外的撕扯。即使在手術用消毒帷簾確實保持完整無缺時，由于手術用消毒帷簾的可壓縮性，也使得末端執(zhí)行器在機器人臂上的定位不精確。例如，手術用消毒帷簾可能不均勻地壓縮。此外，由常規(guī)帷簾材料制成的厚帷簾會在正常末端執(zhí)行器負荷的作用下偏斜彎曲。小幅度偏斜彎曲被放大至末端執(zhí)行器的工具中心點(tcp)并且能夠因tcp的定位準確性錯誤而變得不可接受。

因此，本領域需要解決這些缺陷中的一個或者多個。

技術實現(xiàn)要素：

在一個實施例中，提供了一種用于在手術期間建立第一手術部件和第二手術部件之間的屏障的無菌屏障組件。該組件包括防護覆蓋件，所述防護覆蓋件具有多個運動學聯(lián)接件。該多個運動學聯(lián)接件通過防護覆蓋件提供了第一手術部件和第二手術部件之間的運動學聯(lián)接。

在另一個實施例中，提供了一種用于聯(lián)接第一手術部件和第二手術部件的安裝系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于第一手術部件的第一安裝部分和用于第二手術部件的第二安裝部分。該系統(tǒng)還包括防護覆蓋件，所述防護覆蓋件具有多個運動學聯(lián)接件，以便通過所述防護覆蓋件運動學地聯(lián)接第一安裝部分和第二安裝部分。

在又一個實施例中，提供了一種用于聯(lián)接第一手術部件和第二手術部件的方法。該方法包括將無菌屏障組件安置在第一手術部件上，所述無菌屏障組件具有多個運動學聯(lián)接件。該方法還包括將第二手術部件安置在無菌屏障組件上。該方法還包括預先加載預加載元件，以便通過無菌屏障組件經(jīng)由所述多個運動學聯(lián)接件將手術部件運動學地聯(lián)接在前一起。

無菌屏障組件、安裝系統(tǒng)和方法的一個優(yōu)勢是能夠通過無菌屏障組件將第一手術部件運動學地聯(lián)接到第二手術部件，使得定位是可重復的且確定的，而與此同時保持無菌屏障組件完整。

附圖說明

當結合附圖考慮時通過參照以下詳細描述，本發(fā)明的優(yōu)勢將變得顯而易見且更好理解，在所述附圖中：

圖1是包括安裝系統(tǒng)和無菌屏障組件的機器人手術系統(tǒng)的透視圖；

圖2是安裝系統(tǒng)的透視圖；

圖3是圖2的安裝系統(tǒng)的剖視透視圖；

圖4是圖2的安裝系統(tǒng)的另一剖視透視圖；

圖5是第一安裝部分的正透視圖；

圖6是第二安裝部分的正透視圖；

圖7是無菌屏障組件的正透視圖；

圖8是無菌屏障組件的剖視透視圖；

圖9是圖2的安裝系統(tǒng)的剖視透視圖；

圖10是圖5的第一安裝部分的剖視透視圖；

圖11是圖5的第一安裝部分的剖視透視圖；

圖12是圖6的第二安裝部分的剖視透視圖；

圖13是預加載機構的部件的透視圖；

圖14是與圖6的第二安裝部分相聯(lián)的捕獲件的透視圖；

圖15是預加載機構的凸輪軸的透視圖；

圖16是剖視透視圖，其示出了第一安裝部分和第二安裝部分之間的通過無菌屏障組件的電連接；

圖17是替代安裝系統(tǒng)的透視圖；

圖18是圖17的替代安裝系統(tǒng)的剖視透視圖；

圖19是圖17的替代安裝系統(tǒng)的另一剖視透視圖；

圖20是第一安裝部分的正透視圖；

圖21是第二安裝部分的正透視圖；

圖22是替代無菌屏障組件的正透視圖；

圖23是替代無菌屏障組件的后透視圖；

圖24是替代無菌屏障組件(沒有帷簾)的剖視透視圖；

圖25是替代無菌屏障組件(沒有帷簾)的剖視透視圖；

圖26是替代無菌屏障組件(沒有帷簾)的分解透視圖；

圖26a是圖26的近視圖；

圖27是圖17的替代安裝系統(tǒng)的剖視透視圖；

圖28是負荷構件的透視圖；

圖29是凸輪軸的透視圖；

圖30是第一安裝部分的剖視透視圖；

圖31是第二安裝部分的剖視透視圖；和

圖32示出了將替代無菌屏障組件安裝到機器人臂和末端執(zhí)行器上的步驟。

圖33是另一個替代屏障組件。

圖34是圖33的替代屏障組件的剖視圖。

圖35是圖33的替代屏障組件的帷簾的近視圖。

圖36是包含圖33的替代屏障組件的另一個替代安裝系統(tǒng)的剖視圖。

圖37是圖33的替代屏障組件的背板組件的透視圖。

圖38和39是圖33的替代屏障組件的剖視圖，其示出了與機器人臂的第一安裝部分的連接。

圖40和41是圖33的替代屏障組件的剖視圖，其示出了與末端執(zhí)行器的第二安裝部分的連接。

圖42和43是圖33的替代屏障組件的預加載機構的部件的分解視圖。

圖44是圖33的替代屏障組件的操作桿的局部分解視圖。

圖45是用于預加載圖33的替代屏障組件的圖44的操作桿的視圖；

圖46是用于從機器人臂的第一安裝部分釋放圖33的替代屏障組件的致動器的部件的立視圖；

圖47a和47b是用于在安裝到第一安裝部分時對準圖33的替代屏障組件的粗差定位特征的視圖。

具體實施方式

參照圖1和2，示出了安裝系統(tǒng)20，其用于使用無菌屏障組件22運動學地聯(lián)接第一手術部件和第二手術部件。在本文描述的一個實施例中，第一手術部件是機器人臂r而第二手術部件是用于機器人臂r的末端執(zhí)行器ee。應當理解的是，可以采用安裝系統(tǒng)20來使用無菌屏障組件22運動學地聯(lián)接任何手術部件。

機器人臂r包括第一安裝部分24并且末端執(zhí)行器ee包括第二安裝部分26。無菌屏障組件22位于第一安裝部分24和第二安裝部分26之間，以便在手術期間建立機器人臂r和末端執(zhí)行器ee之間的屏障。該屏障將機器人臂r與無菌區(qū)s分隔開，末端執(zhí)行器ee在所述無菌區(qū)中操作。在手術期間，認為機器人臂r非無菌并且屏障降低了污染物從機器人臂r遷移到無菌區(qū)s中的可能性。

使用無菌屏障組件22將安裝部分24、26運動學地聯(lián)接在一起。運動學聯(lián)接提供了安裝部分24、26之間的剛性連接，使得安裝部分24、26之間的定位可以是確定的且可重復的。由于這種剛性、確定且可重復的連接，因此能夠減少定位末端執(zhí)行器ee過程中所發(fā)生的錯誤，所述錯誤與更具有撓性的連接有關。

運動學聯(lián)接恰好約束要被約束的自由度，即，不過度約束自由度。例如，在一個實施例中，在安裝部分24、26之間存在六個自由度，例如，三個平移和三個旋轉。因此，運動學聯(lián)接恰好約束這六個自由度。

參照圖3和4，使用無菌屏障組件22的多個運動學聯(lián)接件(還稱作運動學元件)運動學地聯(lián)接安裝部分24、26。在示出的實施例中，運動學聯(lián)接件是球面球28。在使用期間，球28位于安裝部分24、26的第一多個接收部30、32、34和第二多個接收部36、38、40中。接收部30、32、34、36、38、40成適當尺寸和形狀，以接收球28。在示出的實施例中，第一安裝部分24包括第一主體42和第一蓋板44，所述第一蓋板固定到第一主體42。所述第一多個接收部30、32、34固定在第一蓋板44中。第二安裝部分26包括第二主體46和第二蓋板48，所述第二蓋板固定到第二主體46。所述第二多個接收部36、38、40固定在第二蓋板48中。

參照圖5和6，所述第一多個接收部30、32、34包括具有接觸表面50的一個接收部30，所述接觸表面具有圓錐構造(還稱作圓錐接收部)。另一個接收部32具有由v狀槽提供的一對接觸表面52(還稱作v槽接收部)。又一個接收部34具有包括平坦部54的接觸表面(還稱作平面接收部)。所述第二多個接收部36、38、40包括具有接觸表面56的三個接收部，所述接觸表面具有圓錐構造(即，圓錐接收部)。三顆球28被拘限在對應的對準的接收部對之間，即，接收部30與接收部36、接收部32與接收部38以及接收部34與接收部40，如圖3和4中所示。接收部30、32、34、36、38、40的接觸表面50、52、54、56作為在此描述的用于運動學聯(lián)接的約束表面。

接收部30、32、34、36、38、40可以由鋼或者其它合適剛性材料形成并且可以是剛性連接到蓋板44、48的單獨部件，或者可以與蓋板44、48成一體。接收部30、32、34、36、38、40可以集成到安裝部分24、26中，在所述情況中，接收部30、32、34、36、38、40僅僅包括約束表面，所述約束表面與安裝部分24、26成一體，用于固定球28，或者接收部30、32、34、36、38、40可以經(jīng)由各種結構以各種方式附接到安裝部分24、26。

當安裝部分24、26沿著近似最終定向被帶到一起時(其中，無菌屏障組件22定位在所述安裝部分之間)，無菌屏障組件22的球28自己安置到接收部30、32、34、36、38、40中。第一安裝部分24的圓錐接收部、v槽接收部和平面接收部分別經(jīng)由與球28接觸的三個點、兩個點和一個點移除了三個自由度、兩個自由度和一個自由度。因此，恰好約束了六個自由度。在其它實施例中，如下文進一步描述，第一安裝部分24的第一多個接收部30、32、34中的每一個均可以經(jīng)由與球28接觸的兩個點移除兩個自由度。在這些情況中的任意一種中，經(jīng)由恰好六個接觸點(例如，每個自由度一個接觸點)恰好約束六個自由度。

參照圖7和8，無菌屏障組件22包括防護覆蓋件58。防護覆蓋件58包括接口60和附接到接口60的帷簾62。帷簾62具有內(nèi)表面和外表面。內(nèi)表面在手術期間毗鄰機器人臂r放置。在示出的實施例中，帷簾62裝配到機器人臂r，以便整體包封機器人臂r。帷簾62由聚乙烯、聚丙烯和聚碳酸酯中的至少一種形成。帷簾62可以通過超聲焊接、帶、粘合劑等附接到接口60。帷簾62附接到接口60，使得不存在穿孔，即，帷簾形成與接口60接續(xù)的連續(xù)屏障。

在示出的實施例中，接口60由模制塑料材料形成。接口60可以由橡膠、硅樹脂、尿烷或者其它合適材料形成。接口60包括主壁64，所述主壁具有外周和在外周處連結主壁64的外周壁66。外周壁66可以大體上垂直于主壁64，但是優(yōu)選地從垂直略微向外張開以限定用于接收第一安裝部分24的腔68。帷簾62附接到接口60的外周壁66(參見圖8)。在附圖2-4、9和16中沒有示出帷簾62，以為了更好地示出其它部件。

主壁64具有多個分離的支撐部70、72、74、76，所述多個分離的支撐部具有更大的厚度。主壁64在支撐部70、72、74、76之間具有介于大約0.050英寸至大約0.150英寸之間的寬度，并且在支撐部70、72、74、76處具有介于大約0.150英寸至大約0.250英寸之間的寬度。主壁64具有80度的a型邵氏硬度。

接口60包括集成在其中的球28。在一個實施例中，球28插入模制在三個支撐部70、72、74中。如上所述，球28布置成接收在所述第一多個接收部30、32、34和所述第二多個接收部36、38、40中，以便運動學地聯(lián)接第一安裝部分24和第二安裝部分26。球28定位成，使得屏障保持支撐部70、72、74和球28之間無破損，以便降低污染物遷移通過接口60的可能性。因此，帷簾62和接口60提供了阻礙污染物從機器人臂r遷移到無菌區(qū)s中的連續(xù)屏障。

在一個實施例中，球28具有拋光的耐腐蝕表面，使得在一定負荷條件下能夠在定位安裝部分24、26的過程中實現(xiàn)亞微米的可重復性。球28可以由陶瓷、不銹鋼或者其它合適材料形成。球28可以由碳化硅或者碳化鎢形成。球28可以被精確機械加工成具有非常嚴格的公差，例如，小于一英寸的一百萬分之五十。

接口60包括多個電氣端子。在示出的實施例中，電氣端子是引腳78，所述引腳可以插入模制到主壁64中。引腳78定位成，使得屏障保持主壁64和引腳78之間無破損，以便降低污染物遷移通過接口60的可能性。引腳78跨過無菌屏障組件22傳遞電力/信號。

接口60包括預加載元件。在示出的實施例中，預加載元件是伸長的負荷條80。負荷條80可以插入模制到支撐部中的一個中。負荷條80形成為在其側部上具有倒圓凹部，以便促進嵌入在支撐部中，使得負荷條80在使用期間保持固定到接口60。負荷條80定位成，使得屏障保持支撐部和負荷條80之間無破損，以便降低污染物遷移通過接口60的可能性。因此，帷簾62和接口60提供了防止污染物從機器人臂r遷移到無菌區(qū)s中的連續(xù)屏障。

負荷條80具有第一端部和第二端部。負荷條80可以由不銹鋼、kevlar復合物或者其它合適剛性材料形成。負荷條80在所述端部中的每一個附近限定了孔82。插入件84位于孔82中。插入件84為圓筒襯套的形式。插入件84由不銹鋼或者氮化硅形成。在一些實施例中，采用負荷條80而同時又沒有使用插入件。

參照圖9-11，一旦安裝部分24、26沿著近似最終定向被帶到一起，預加載機構86便將所述安裝部分夾持就位。在示出的實施例中，負荷條80形成預加載機構86的一部分，并且還作為將防護覆蓋件58保持在機器人臂r上的初始支撐構件。預加載力施加到負荷條80。預加載力的大小超過通過運動學聯(lián)接的預期加載，使得保持運動學聯(lián)接和相關性能。

預加載機構86還包括第一捕獲件88。第一捕獲件88可滑動地布置在捕獲件引導件90中，以便從解鎖位置移動到鎖止位置。捕獲件引導件90保持在第一內(nèi)腔92中(參見圖4)，所述第一內(nèi)腔限定在第一主體42中。捕獲件引導件90限定了長圓貫通通道94，第一捕獲件88在所述長圓貫通通道中滑動。

如圖11中所示，第一彈簧96從第一主體42的側壁98將第一捕獲件88側向偏壓到鎖止位置中。第一釋放按鈕(未示出)能夠可滑動地布置在第一主體42中，以便釋放第一捕獲件88?？梢詢H僅按壓第一釋放按鈕，以使得第一捕獲件88從鎖止位置滑動到解鎖位置。

負荷條接收件100限定了另一條長圓通道102。捕獲件引導件90和接收件100的長圓通道94、102相互對準，使得第一捕獲件88可在其中滑動，以便從解鎖位置移動到鎖止位置。接收件100是圓柱形的。接收件100還限定了貫穿其中的負荷條狹槽104。負荷條狹槽104垂直于接收件100中的長圓通道102布置，以便接收負荷條80的第一端部。

在使用期間，負荷條80的第一端部插入到負荷條狹槽104中，直到負荷條80中的孔82中的一個由第一捕獲件88接合為止(參見圖4和9)。一旦負荷條80由第一捕獲件88完全接合，則無菌屏障組件22被大體上支撐在第一安裝部分24上，以為了進一步操縱。因此，負荷條80和第一捕獲件88作為無菌屏障組件22的初始支撐機構。

參照圖9和12-15，預加載機構86還包括第二捕獲件106。第二捕獲件106可滑動地布置在第二主體46中。更加具體地，第二安裝部分26限定了第二內(nèi)腔108，在所述第二內(nèi)腔中，第二捕獲件106能夠在解鎖位置和鎖止位置之間滑動。

第二彈簧110從第二主體46的側壁112將第二捕獲件106側向偏壓到鎖止位置中。如第一釋放按鈕，第二釋放按鈕114能夠可滑動地布置在第二主體46中，以便釋放第二鎖止件106?？梢詢H僅按壓第二釋放按鈕114，以使得第二捕獲件106從鎖止位置移動到解鎖位置。

固定到第二主體46的第二蓋板48具有伸長狹槽116(參見圖6)，所述伸長狹槽成適當尺寸，以接收負荷條80的第二端部，所述第二端部與插入到接收件100中的第一端部相對。

在使用期間，負荷條80的第二端部插入到伸長狹槽116中，直到負荷條80中的另一孔82由第二捕獲件106接合為止。一旦負荷條80由第二捕獲件106完全接合，則無菌屏障組件22和第二安裝部分26便被大體上支撐在第一安裝部分24上，以為了進一步安裝。因此，負荷條80、第一捕獲件88和第二捕獲件106還作為無菌屏障組件22和第二安裝部分26的支撐機構。

如圖9中所示，預加載機構還包括張緊器118，所述張緊器可操作地聯(lián)接到負荷條80。張緊器118將張緊力施加到負荷條80并且利用預加載力將第一安裝部分24和第二安裝部分26夾持在一起，使得球28安置在所述第一多個接收部30、32、34和所述第二多個接收部36、38、40中。

參照圖12和13，張緊器118通過使得第二捕獲件106相對于第一捕獲件88移動而將張緊力施加到負荷條80。第二捕獲件106在第二主體46中的解鎖位置和鎖止位置之間能夠滑動的同時還被圍繞樞軸120可樞轉地支撐在第二主體46中。樞軸120位于第二主體46中的一對支撐孔122、124中。第二捕獲件106限定了貫穿其中的樞軸孔126(參見圖14)，以為了接收樞軸120。結果，第二捕獲件106能夠圍繞樞軸120樞轉。

張緊器118包括凸輪軸128。凸輪軸128能夠在張緊位置和松弛位置之間旋轉。凸輪軸128被可旋轉地支撐在第二主體46中的一對支撐孔130、132中。凸輪軸128具有第一圓柱軸段134和第二圓柱軸段136，所述第一圓柱軸段和所述第二圓柱軸段由襯套138可旋轉地支撐在支撐孔130、132中。

凸輪軸128包括位于第一軸段134和第二軸段136之間的凸輪段140(參見圖9和15)。凸輪段140相對于第一軸段134和第二軸段136偏移。凸輪段140布置在凸輪通道142中，所述凸輪通道限定在第二捕獲件106中(參見圖14)。凸輪通道142是矩形的，并且在第二捕獲件106的一個端部附近延伸穿過第二捕獲件106，而樞軸孔126在相對的端部附近延伸穿過第二捕獲件106。當凸輪軸128開始朝向張緊位置旋轉時，凸輪段140接觸限定了凸輪通道142的內(nèi)表面144。凸輪軸128的進一步旋轉致使凸輪段140抵靠內(nèi)表面144進行附加的凸輪動作，這使得第二捕獲件106圍繞樞軸120樞轉，使得將張緊力施加在負荷條80上。

張緊器118還包括操作桿146，所述操作桿經(jīng)由操作桿附接件148可旋轉地固定到凸輪軸128。操作桿附接件148具有符合操作桿146中的腔(未示出)的形狀的幾何形狀，使得操作桿146的致動導致凸輪軸128的旋轉。凸輪軸128至少旋轉九十度，以便在松弛位置和張緊位置之間移動。當然，松弛位置和張緊位置之間的其它位置可以將張緊力施加在負荷條80上，并且能夠適于施加所需的預加載力。

在凸輪軸128定位在所需位置(例如，張緊位置)中時，鎖止操作桿146。在張緊位置中，將預加載張緊力施加到負荷條80。通過在施加預加載力之后鎖止操作桿146，在使用機器人臂r和末端執(zhí)行器ee期間持續(xù)施加預加載力，以便保持運動學聯(lián)接。預加載機構86跨過無菌屏障組件22傳遞預加載力，而同時又沒有刺穿屏障。

當張緊器118將預加載力施加到負荷條80時，盤簧150將等于預加載力的壓縮力施加到負荷條80。盤簧150容納在兩個彈簧墊片152之間。盤簧150將捕獲件引導件90、接收件100和第一捕獲件88朝向第一主體42的后壁154偏壓。盤簧150借助于負荷條80被鎖止到第一捕獲件88而偏壓負荷條80。

當球28在所述第一多個接收部30、32、34和所述第二多個接收部36、38、40內(nèi)對準并且預加載力被施加時，接口60能夠在球28之間發(fā)生一定程度的伸展和/或彎曲，使得球28正確地安置在接收部30、32、34、36、38、40中，特別地當所述第二多個接收部36、38、40具有圓錐構造(其在三個接觸點處接合球28中的每一個)。在不破壞屏障的情況下發(fā)生這種伸展和/或彎曲。因此，球28能夠在預加載時移動到接收部30、32、34、36、38、40中。接口60的這些性能允許制造公差。換言之，接口60能夠伸展和/或彎曲而同時又沒有破壞與球28的接觸或者密封，諸如在模制期間形成的接觸或者密封。

一旦就位，則球28的位置相對于所述第一多個接收部30、32、34和所述第二多個接收部36、38、40固定。結果，第一安裝部分24和第二安裝部分26運動學地聯(lián)接在一起，而同時又沒有刺穿無菌屏障組件22。運動學聯(lián)接允許末端執(zhí)行器ee易于在同一位置處從機器人臂r釋放并且再次連結到機器人臂r。運動學聯(lián)接還允許末端執(zhí)行器ee易于從機器人臂r釋放，使得具有類似安裝部分的不同末端執(zhí)行器能夠運動學地聯(lián)接到機器人臂r。

圖16示出了電力和/或其它信號連接，所述電力和/或其它信號連接能夠制成通過無菌屏障組件22。這些連接采用引腳78。這些引腳78使得附接到第一安裝部分24和第二安裝部分26的電連接件電互連。

在圖5、6和16的實施例中，第一安裝部分24包括第一電連接件基座156。第一電連接件基座156固定在限定在第一主體42中的通信腔158中。第一蓋板44限定了進入到通信腔158中的開口160。電線通道162還限定在第一主體42中，以承載離開第一電連接件基座156的電線。多個探針式連接件164(例如，彈簧加載的電連接件)由第一電連接件基座156可移動動地支撐。

第二安裝部分26包括第二電連接件基座166。第二電連接件基座166固定在第二蓋板48中的開口168中。多個電接收器端子170由第二電連接件基座166支撐。當?shù)谝话惭b部分24和第二安裝部分26運動學地聯(lián)接在一起并且被預加載時，電接收器端子170接收接口60的引腳78。同樣，探針式連接件164與接口60的引腳78接觸，使得電力或者其它電信號能夠流過引腳78。因此，電力、通信信號或者其它信號能夠從機器人臂r抵達末端執(zhí)行器ee并且反之亦然。

參照圖17-32，示出了替代安裝系統(tǒng)220，其使用無菌屏障組件222運動學地聯(lián)接第一手術部件和第二手術部件(例如，機器人臂r和末端執(zhí)行器ee)。

在這個實施例中，機器人臂r包括第一安裝部分224并且末端執(zhí)行器ee包括第二安裝部分226。無菌屏障組件222位于第一安裝部分224和第二安裝部分226之間，以在手術期間建立機器人臂r和末端執(zhí)行器ee之間的屏障。

參照圖18和19，使用多個運動學聯(lián)接件運動學地聯(lián)接第一安裝部分224和第二安裝部分226。在這個實施例中，運動學聯(lián)接件是球面球228。球228位于所述第一多個接收部230、232、234和第二多個接收部236、238、240中。接收部230、232、234、236、238、240成適當?shù)某叽绾托螤睿越邮涨?28。第一安裝部分224包括第一主體242和固定到第一主體242中的第一蓋板248。所述第一多個接收部230、232、234固定在第一主體242中。第二安裝部分226包括第二主體246。所述第二多個接收部236、238、240固定在第二主體246中。

參照圖20，所述第一多個接收部230、232、234包括具有接觸表面250的一個接收部230，所述接觸表面具有圓錐構造(還稱作圓錐接收部)。另一個接收部232具有由v狀槽提供的一對接觸表面252(還稱作v槽接收部)。另一個接收部234具有包括平坦部的接觸表面254(還稱作平面接收部)。v槽接收部的接觸表面252或者平面接收部的接觸表面254可以大體平坦，或者可以凹陷，其中，表面252、254具有的凹陷使得僅僅單個點與球228接觸。在一些變形方案中，v槽接收部的接觸表面252是哥特式拱的形狀。

所述第二多個接收部236、238、240包括具有接觸表面256的三個接收部，所述接觸表面具有圓錐構造(即，圓錐接收部)。三顆球228被拘限在對應的對準的接收部對之間，即，接收部230與接收部236、接收部232與接收部238以及接收部234與接收部240，如圖20和21中所示。

接收部230、232、234、236、238、240可以由鋼或者其它合適剛性材料形成并且可以為剛性連接到主體243、246的單獨部件，或者可以與主體242、246成一體。接收部230、232、234、236、238、240可以集成到安裝部分224、226中，或者可以以各種方式附接到安裝部分224、226。

當安裝部分224、226沿著近似最終定向被帶到一起時(其中，無菌屏障組件222定位在所述安裝部分之間)，無菌屏障組件222的球228自己安置到接收部230、232、234、236、238、240中。第一安裝部分224的圓錐接收部、v槽接收部和平面接收部分別移除了三個自由度、兩個自由度和一個自由度。因此，恰好約束了六個自由度。在其它實施例中，如下文進一步描述，第一安裝部分224的第一多個接收部230、232、234中的每一個均可以經(jīng)由與球228接觸的兩個點移除兩個自由度。在這些情況中的任意一種中，經(jīng)由恰好六個接觸點(例如，每個自由度一個接觸點)恰好約束六個自由度。

參照圖22-26，無菌屏障組件222包括防護覆蓋件258。防護覆蓋件258包括接口260和附接到接口60的帷簾262。帷簾262具有內(nèi)表面和外表面。內(nèi)表面在手術期間毗鄰機器人臂r放置。在該實施例中，帷簾262裝配到機器人臂r，以便整體包封機器人臂r。帷簾262由聚乙烯、聚丙烯和聚碳酸酯中的至少一種形成。帷簾262可以通過超聲焊接、帶、粘合劑等附接到接口260。帷簾262附接到接口260，使得不存在穿孔或者進行了密封，即，帷簾形成與接口260接續(xù)的連續(xù)屏障。在圖17-19和24-27中沒有示出帷簾62，以為了更好示出其它部件。

參照圖25和26，在示出的實施例中，接口260包括鎖止件托架263，所述鎖止件托架由剛性材料形成，所述剛性材料例如為鋁或者不銹鋼。鎖止件托架263包括主壁264(參見圖26)，所述主壁具有外周和內(nèi)壁266，所述內(nèi)壁從主壁264延伸。內(nèi)壁266可以大體垂直于主壁264。鎖止件托架263包括一對鎖止件265(還參見圖23)，該對鎖止件沿著與內(nèi)壁266相反的方向從主壁264延伸。鎖止件265可以為鎖止鉤的形式。鎖止件265與第一安裝部分224的第一鎖止件288相互作用并且與其接合，如下文所述。

接口260還包括蓋269，所述蓋具有外周邊沿271。蓋269可以由注射模制塑料形成。外周邊沿271卡扣配合在主壁264上，使得蓋269固定到鎖止件托架263。當固定時，蓋269包括外壁273，所述外壁圍繞鎖止件托架263的內(nèi)壁266。蓋269還包括壁275。壁275從外壁273的基部延伸到外周邊沿271。除了卡扣配合連接以外，蓋269可以通過壁275和鎖止件托架263的主壁264之間的粘合劑固定到鎖止件托架263。密封件(未示出)可以位于主壁264的邊緣和外周邊沿271的內(nèi)邊緣之間，以進一步增強屏障。

外周邊沿271限定了附接槽277，在所述附接槽中，帷簾262附接到接口260。附接槽277可以接收例如帷簾262的彈性帶、用于帷簾262的帶、帷簾262的卡環(huán)等。

接口260包括集成在其中的球228。在這個實施例中，球228位于限定在鎖止件托架263的主壁264中的球開口中。球開口成適當尺寸，使得球228中的每一個的一部分突出在主壁264的任意一側上。主壁264在球開口中的每一個中均包括止擋部279。在示出的實施例中，止擋部279是主壁264的徑向向內(nèi)指向的成錐形的表面。成錐形的表面限定了開口，所述開口具有略微小于球228的直徑的直徑，以防止球228完全通過主壁264(參見圖18)。

在組裝期間，球228落入到主壁264中的球開口中。止擋部279防止球228完全通過球開口，而與此同時仍然允許球228的一部分突出超過主壁264。蓋269然后卡扣配合在鎖止件托架263上，以將球228保持在球開口中的合適位置中。蓋269的壁275限定了多個輔助球開口267，所述多個輔助球開口與主壁264中的球開口共線，但是所述多個輔助球開口的尺寸略微小于球228的直徑。結果，球228能夠突出超過壁275，但是保持位于壁275和主壁264之間。

主壁264具有多個沉頭孔284，所述多個沉頭孔進一步限定了球開口。沉頭孔284的直徑略微大于球228中的每一個的直徑，使得球228能夠位于球開口中。沉頭孔284還成適當?shù)某叽?，使得密封?81(例如，o型環(huán))能夠安置在沉頭孔284中，以便圍繞球228并且相對于主壁264進行密封。如圖所示，兩個密封件281位于沉頭孔284中的每一個中(還參見圖18)。密封件281憑借壁275定位在密封件281上而保持就位。壁275接合每對密封件28中的一個，以便進一步增強屏障。

密封件281具有彈性，使得球228能夠在球開口中略微側向移動，例如，球228在球開口中的側向移動不受約束。結果，能夠調節(jié)球228之間的距離(例如，增大或者減小)，使得球228正確地安置在接收部230、232、234、236、238、240中，尤其是在所述第二多個接收部236、238、240中的每一個均具有圓錐構造而所述圓錐構造相對于彼此剛性固定就位的情況中。由于球228側向調節(jié)的能力，球228能夠端正地裝配到圓錐接收部中，從而使得三個點與球228接觸。

如上所述，球228布置成接收在所述第一接收部230、232、234和所述第二多個接收部236、238、240中，以便運動學地聯(lián)接第一安裝部分224和第二安裝部分226。球228定位成，使得屏障保持主壁264和球228之間無破損，以降低污染物遷移通過接口260的可能性。因此，帷簾262和接口260提供阻止污染物從機器人臂r遷移到無菌區(qū)s中的連續(xù)屏障。

在這個實施例中，球228具有拋光的耐腐蝕表面，使得在一定負荷條件下能夠在定位安裝部分224、226的過程中實現(xiàn)亞微米的可重復性。球228可以由陶瓷、不銹鋼或者其它合適材料形成。球228可以由碳化硅或者碳化鎢形成。球228可以被精確機械加工成具有非常嚴格的公差，例如，小于一英寸的一百萬分之五十。

如圖24中所示，接口260包括多個電氣端子，所述電氣端子嵌入在蓋269中。在這個實施例中，電氣端子是引腳278，所述引腳可以插入模制到接口260的蓋269中。引腳278位于蓋269的連接件部分274中。連接件部分274部分地通過鎖止件托架263的孔276。連接件部分274可以壓配到孔276中，以便降低污染物遷移通過接口260的可能性。外周密封件(未示出)還可以存在以相對于連接件部分274和主壁264在孔276中進行密封，以便進一步降低污染物遷移通過接口260的可能性。引腳278跨過無菌屏障組件222傳遞電力/信號。

參照圖18-20，第一安裝部分224包括第一捕獲件288。在這個實施例中，第一捕獲件288是滑動捕獲板。第一捕獲件288限定了一對間隔開的孔289(圖20)。第一捕獲件288可滑動地布置在第一主體242中。第一主體242包括前壁285。蓋板293安裝到前壁285，以限定捕獲件引導凹部287。第一捕獲件288在捕獲件引導凹部287中滑動。

一個或者多個壓縮彈簧291向上偏壓第一捕獲件288，使得第一捕獲件288的上邊緣接觸限定了捕獲件引導凹部287的前壁285的面向下的邊緣。壓縮彈簧291在第一捕獲件288的下邊緣和限定了捕獲件引導凹部287的前壁285的面向上的相對邊緣之間起作用。

前壁285還限定了鎖止件孔295，鎖止件286能夠通過所述鎖止件孔接合第一捕獲件288。在正常狀態(tài)中，孔289僅僅部分與鎖止件孔295對準，如圖20中所示。而且，通過鎖止件孔295暴露出孔289的足夠大的部分，以便鎖止件265接合第一捕獲件288。

鎖止件265中的每一個均具有頭部297，所述頭部朝向前表面成錐形，所述頭部成適當尺寸以裝配在孔289的暴露出的部分中。隨著每個頭部297的前表面移動到孔289的暴露出的部分中并且通過所述部分，頭部297的成錐形表面抵抗壓縮彈簧291的偏壓向下推抵(cam)第一捕獲件288，直到頭部297完全移動通過孔289為止。一旦頭部297已經(jīng)完全通過孔289，第一捕獲件288便在壓縮彈簧291的偏壓作用下向上滑動進入到由頭部297中的每一個限定的閉鎖件凹部299中。這將鎖止件托架263并且進而將整個無菌屏障組件222保持到第一主體242上。

這個鎖止件/捕獲件布置方案允許接口260接合第一主體242而同時不需要它們之間的任何傾斜。換言之，接口260能夠通過僅僅接口260的平移或者直線移動而被按壓成與第一主體242接合。這還有助于引腳278接合到第一主體242和第二主體246上的對應電連接件251、257中。應當理解的是鎖止件265和第一捕獲件288能夠顛倒或者鎖止件265和第一捕獲件288能夠稱作捕獲件265和第一鎖止件288。

致動器301用于從第一主體釋放鎖止件托架263。致動器301固定到第一捕獲件288。在這個實施例中，致動器301是u狀的并且能夠通過向下按壓致動器301致動以使得第一捕獲件288抵抗壓縮彈簧291的偏壓而向下移動，從而鎖止件265的頭部297能夠通過孔289和鎖止件孔295被往回拉出。

參照圖19，在接口260由第一主體242支撐的情況下，第二主體246準備接合接口260。鎖止件孔283定位成易于接合固定到第二主體246的第二捕獲件306(或者能夠稱作捕獲鉤283和第二鎖止件306)。鎖止鉤283由鎖止件托架263可樞轉地支撐。扭力彈簧(圖26中未標記出)將鎖止鉤283偏壓成與第二捕獲件306接合。

第二捕獲件306是d狀桿，所述d狀桿固定到第二主體246并且被成形以接合鎖止鉤283。第二主體246僅僅被按壓到接口260上，直到鎖止鉤283接合第二捕獲件306為止。更加具體地，隨著第二主體246被按壓到接口260上，第二捕獲件306壓抵在鎖止鉤283的成錐形的面上，從而推動鎖止鉤283抵抗扭力彈簧的偏壓而向上樞轉，直到鎖止鉤283中的凹部與第二捕獲件306對準為止，在此時，扭力彈簧將鎖止鉤283推壓在第二捕獲件306上，如圖19中所示?，F(xiàn)在，安裝系統(tǒng)220準備被預加載并且準備好使用。在這種狀態(tài)中，安裝系統(tǒng)220作為支撐機構，以便在預加載之前將末端執(zhí)行器ee支撐在機器人臂r上。

參照圖25-27，一旦安裝部分224、226沿著近似最終定向被帶到一起，預加載機構286便將所述安裝部分夾持在一起而就位。預加載元件位于接口260中。在這個實施例中，預加載元件是伸長的負荷構件280。負荷構件280被可移動地支撐在接口260中。負荷構件280具有第一端部和第二端部。負荷構件280可以由不銹鋼、kevlar復合物或者其它合適剛性材料形成。負荷構件280限定了位于一個端部附近的孔282和毗鄰相對端部的鎖止鉤283。

預加載力施加到負荷構件280。預加載力的大小超過通過運動學聯(lián)接的預期加載，使得保持運動學聯(lián)接和相關的性能。

負荷構件280由鎖止件托架263可移動地支撐。特別地，負荷構件280能夠相對于鎖止件托架263從卸載位置移動到加載位置。在卸載位置中，鎖止鉤283定位成接合第二捕獲件306。在加載位置中，負荷構件280被朝向鎖止件托架263推動，以便加載安裝系統(tǒng)220。

預加載機構286還包括張緊器318(圖26)和彈簧杯305，所述彈簧杯聯(lián)接到張緊器318。張緊器318包括凸輪軸328，所述凸輪軸裝配在一對同心的內(nèi)管307和外管309內(nèi)部。管307、309是中空的并且為圓筒。固定管307、309以防止相對于彈簧杯305的平移，使得隨著管307、309平移移動，彈簧杯305也平移移動。

彈簧杯305限定了第一杯開口311(圖25)，所述第一杯開口成適當大小以接收外管309。與第一杯開口311相對，彈簧杯305限定了彈簧杯沉頭孔315(圖25)，所述彈簧杯沉頭孔成適當大小以接收外管309。外管309可以被壓配到第一杯開口311和彈簧杯沉頭孔315中，使得外管309不能相對于彈簧杯305旋轉，或者可以允許外管309在其中旋轉但是被固定以防止相對于彈簧杯305的平移移動。外管309通過負荷構件280中的孔282。

鎖止鉤283突出超過彈簧杯305中的中央開口。鎖止鉤283還突出超過外壁273的頂部中的中央開口，以便抵達第二主體246的第二捕獲件306。彈簧杯305的大小使得彈簧杯305不能通過外壁273的頂部中的中央開口。彈簧杯305和外壁273具有倒角表面，所述倒角表面構造成在鎖止鉤283被釋放時在卸載狀態(tài)中彼此間隔，如下文進一步描述。

凸輪軸328由鎖止件托架263的內(nèi)壁266支撐成用于旋轉。內(nèi)壁266限定了一對通孔301(圖26)。一對襯套338被壓配到通孔301中并且可旋轉地支撐凸輪軸328的外圓柱段334。結果，凸輪軸328能夠相對于鎖止件托架263在張緊位置和松弛位置之間旋轉。凸輪軸328包括一對凸輪段340，由中間圓柱段336分隔開該對凸輪段。凸輪段340具有略微小于內(nèi)管307的內(nèi)徑的外徑。凸輪軸328的圓柱段336的直徑小于凸輪段340的直徑，從而隨著凸輪軸328旋轉而產(chǎn)生了凸輪動作。

內(nèi)管307和外管309各個均具有這樣的長度，所述長度小于內(nèi)壁266的相對部分在通孔301之間所跨過的長度。結果，內(nèi)管307和外管309能夠相對于內(nèi)壁266平移移動。隨著凸輪軸328旋轉，內(nèi)管307和外管309在凸輪軸328的凸輪動作下朝向和遠離主壁264移動。該移動提供了在鎖止鉤283已經(jīng)接合第二捕獲件306之后加載負荷構件280所需的預加載。

張緊器318還包括操作桿346，所述操作桿可旋轉地固定到凸輪軸328。操作桿346包括軸套348，所述軸套具有d狀孔，以接收凸輪軸328的d狀部分，使得凸輪軸328隨著操作桿346旋轉而旋轉。緊固件(未標記)接合凸輪軸328的螺紋端部，以將操作桿346固定到凸輪軸328。凸輪軸328至少旋轉九十度，以在卸載位置和加載位置之間移動。當然，它們之間的其它位置可以將張緊力施加在負荷構件280上并且能夠適于施加所需的預加載力。

可以在凸輪軸328定位在所需位置(例如，加載位置)中時鎖止操作桿346。在加載位置中，預加載張緊力施加到負荷構件280。通過在施加預加載力之后鎖止操作桿346，在使用機器人臂r和末端執(zhí)行器ee期間持續(xù)施加預加載力，以保持運動學聯(lián)接。預加載機構286跨過無菌屏障組件222傳遞預加載力而同時又沒有刺穿屏障。

張緊器318通過圓錐盤簧350(例如，碟形彈簧)將預加載力施加到負荷構件280。盤簧350將等于預加載力的力施加到負荷構件280。盤簧350在彈簧杯305和負荷構件280的肩部317之間起作用。特別地，隨著操作桿346旋轉，凸輪軸328旋轉并且凸輪段340使得內(nèi)管307和外管309并且進而使得彈簧杯305移動遠離鎖止鉤283(現(xiàn)在接合第二捕獲件306)。內(nèi)管307和外管309還能夠憑借在孔282內(nèi)移動而相對于負荷構件280移動，所述孔是伸長的，以適配這種移動。彈簧杯305相對于負荷構件280的移動壓縮盤簧350并且經(jīng)由肩部317將預加載力施加到負荷構件280上。

因為球228與所述第一多個接收部230、232、234和所述第二多個接收部236、238、240對準，所以一旦施加預加載力，則球228安置在接收部230、232、234、236、238、240中。一旦就位，則球228的位置固定并且所述第一多個接收部230、232、234和所述第二多個接收部236、238、240的位置相對彼此固定。結果，第一安裝部分224和第二安裝部分226運動學地聯(lián)接在一起而同時又沒有刺穿無菌屏障組件222。

通過向上推動鎖止鉤283離開第二捕獲件306促進鎖止鉤283的釋放。這通過在處于卸載位置中時使得操作桿346進一步逆時針旋轉來實現(xiàn)。這種移動致使凸輪軸328與限定在彈簧杯305中第二杯開口313相互作用，以便使得彈簧杯305和鎖止鉤283樞轉，以從第二捕獲件306釋放鎖止鉤283。

第二杯開口313小于外管309，但是足夠大以容納凸輪軸328的偏心部分325。第二杯開口313具有如圖26a中所示的偏心形狀并且成適當?shù)某叽?，使得在卸載位置中，偏心部分325擱置在圖26a中以實線示出的位置中。從這個位置，當偏心部分325進一步經(jīng)由操作桿346逆時針旋轉時，偏心部分325以致使彈簧杯305樞轉的方式接合彈簧杯305。更加具體地，因為在給定第二杯開口313的尺寸的情況下，約束偏心部分325不能進一步逆時針旋轉(如圖26a中所示)，所以操作桿346的進一步逆時針運動使得彈簧杯305相對于外壁273樞轉，并且進而使得鎖止鉤283向上移動離開第二捕獲件306。在加載位置中，偏心部分325擱置在由圖26a中的虛線示出的位置中。

圖19示出了能夠通過無菌屏障組件222的電力和/或其它信號連接。這些連接采用了嵌入在接口260中的引腳278。這些引腳278使得附接到第一安裝部分224和第二安裝部分226的電連接件251、257電互連。

在這個實施例中，第一安裝部分224包括第一電連接件251。第一電連接件251能夠相對于第一主體242浮動。第二安裝部分226包括第二電連接件257。第二電連接件257也相對于第二主體246浮動。當?shù)谝话惭b部分224和第二安裝部分226運動學地聯(lián)接在一起并且被預加載時，電連接件251、257接收引腳278，使得電力或其它電信號能夠流過引腳278。因此，電力、通信信號或者其它信號能夠從機器人臂r抵達末端執(zhí)行器ee并且反之亦然。

圖32示出了以下步驟：首先，將無菌屏障組件222附接到第一安裝部分224(其固定到機器人臂r)；然后，將第二安裝部分226(以集成到末端執(zhí)行器ee中的虛線示出)附接到無菌屏障組件222；和隨后使得操作桿346向下樞轉，以便加載安裝系統(tǒng)220并且施加保持第一安裝部分224和第二安裝部分226之間的定位所需的預加載力。

參照圖33-47，示出另一個替代安裝系統(tǒng)，其使用無菌屏障組件422運動學地聯(lián)接第一手術部件和第二手術部件(例如，機器人臂r和末端執(zhí)行器ee)。

參照圖33-36，與先前實施例中的多個運動學聯(lián)接件類似的多個運動學聯(lián)接件用于將末端執(zhí)行器ee運動學聯(lián)接到機器人臂r。在這個實施例中，運動學聯(lián)接件是球面球428。球428位于第一多個接收部432和第二多個接收部438中(圖36中示出了一對)。接收部432、438成適當?shù)某叽绾托螤?，以接收?28，如先前所述的那樣。所述第一多個接收部432固定到機器人臂r的第一安裝部分424并且所述第二多個接收部438固定到末端執(zhí)行器ee的第二安裝部分426。

所述第一多個接收部432包括三個接收部(在圖36中示出了僅僅一個)。所述第一多個接收部432中的每一個均具有由v狀槽或者哥特式拱提供的一對接觸表面452(還稱作v槽接收部)。所述第二多個接收部438包括三個接收部(在圖36中示出了僅僅一個)。所述第二多個接收部中的每一個均具有接觸表面456，所述接觸表面具有圓錐構造(即，圓錐接收部)。三顆球428被拘限在對應的對準的接收部432、438對之間。

當機器人臂r的安裝部分424和末端執(zhí)行器ee的安裝部分426沿著近似最終定向被帶到一起時(其中，無菌屏障組件422定位在所述安裝部分之間)，無菌屏障組件422的球428自己安置到接收部432、438中，使得恰好約束六個自由度，如在先前實施例中描述的那樣。

無菌屏障組件422包括防護覆蓋件458。防護覆蓋件458包括接口460和附接到接口460的帷簾462。帷簾462具有內(nèi)表面和外表面。在手術期間內(nèi)表面毗鄰機器人臂r放置。帷簾462由聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯或者其它合適材料中的至少一種形成。帷簾462可以通過超聲焊接、帶、粘合劑等直接附接到接口460。

在示出的實施例中，帷簾462包括環(huán)468，所述環(huán)接合接口460。環(huán)468限定了開口。在示出的實施例中，環(huán)468是卡環(huán)。帷簾462的松弛部分通過超聲焊接、帶、粘合劑等附接到卡環(huán)468，以便包圍開口。當用帷簾披蓋機器人臂r時，在接口460安裝到機器人臂r的第一安裝部分424之前將卡環(huán)468(松弛部分附接到該卡環(huán))首先卡扣配合到接口460。接口460裝配到卡環(huán)468中的開口中。一旦卡環(huán)468卡扣配合到接口460，接口460便安裝到機器人臂r的第一安裝部分424。帷簾462附接到接口460，使得不存在穿孔或者進行了密封，即，帷簾462通過卡環(huán)468或者其它類似附接機構形成與接口460接續(xù)的連續(xù)屏障。在若干附圖中沒有示出帷簾462，以為了更好地示出其它部件。

參照圖36和37，在示出的實施例中，接口460包括背板組件459，所述背板組件固定到蓋469。背板組件459由兩個分離部件形成：背環(huán)板461，所述背環(huán)板由緊固件安裝到蓋469；和背蓋板467，所述背蓋板被拘限在背環(huán)板461和蓋469之間。

參照圖38和39，接口460還包括鎖止件組件463。鎖止件組件463包括鎖止件托架464，所述鎖止件托架具有間隔開的內(nèi)壁466。一對鎖止件465被保持在行進通道內(nèi)，所行進通道由間隔開的內(nèi)壁466限定在鎖止件托架464中。

背蓋板467固定到鎖止件托架464(例如，經(jīng)由緊固件)并且與鎖止件托架464間隔開，以便進一步限定用于鎖止件465的行進通道。鎖止件465中的每一個均被拘限在行進通道中。一對偏壓構件b(例如，彈簧)將鎖止件465朝向彼此偏壓。偏壓構件b在內(nèi)壁466和鎖止件465之間起作用。在這個實施例中，鎖止件465為具有弧形凹部的鎖止板的形式(參見圖46)，以為了接合第一安裝部分424的第一捕獲件488，如下文所述。

蓋469具有外周邊沿471。蓋469可以由注射模制塑料或者金屬形成。外周邊沿471固定在背板組件459周圍。蓋469包括外壁473和壁475。壁475從外壁473的基部延伸到外周邊沿471。密封件(未示出)可以位于蓋469和背板組件459之間，以便進一步增強屏障。

接口460包括集成在其中球428。在這個實施例中，球428位于限定在蓋469和背環(huán)板461中的球開口中。球開口成適當?shù)某叽纾沟们?28中的每一個的一部分從背環(huán)板461和蓋469的壁475突出，以便接合接收部432、438。剖面為x狀的密封件將球428保持在球開口中并且在球428周圍提供了無菌屏障，而與此同時仍然允許球428在球開口內(nèi)側向移動。

如上所述，球428布置成接收在接收部432、438中，以運動學地聯(lián)接安裝部分424、426。球428定位成，使得屏障保持背環(huán)板461和球428之間無缺損，以便減小污染物遷移通過接口460的可能性。因此，帷簾462和接口460提供了防止污染物從機器人臂r遷移到無菌區(qū)s中的連續(xù)屏障。

在這個實施例中，球428具有拋光的耐腐蝕表面，使得在一定負荷條件下能夠在定位安裝部分424、426的過程中實現(xiàn)亞微米的可重復性。球428可以由陶瓷、不銹鋼或者其它合適材料形成。球428可以由碳化硅或者碳化鎢形成。球428可以被精確機械加工成具有非常嚴格的公差，例如，小于一英寸的一百萬分之五十。

第一安裝部分424包括第一捕獲件488。在這個實施例中，第一捕獲件488是捕獲柱，所述捕獲柱具有頭部497和槽498，所述槽位于頭部497的近側。鎖止件465在槽498中接合第一捕獲件488。背蓋板467限定了鎖止件孔495，頭部497能夠通過所述鎖止件孔接合鎖止件465。頭部497成錐形，以接合鎖止件465。更加具體地，頭部497成錐形，以使鎖止件465從它們的正常位置分離開(參見圖38)。隨著頭部497在鎖止件465之間移動，頭部497的成錐形的表面使得鎖止件465抵抗偏壓構件b的偏壓而分離開，直到頭部497完全移動越過鎖止件465為止。一旦頭部497越過鎖止件465，鎖止件465便滑入到槽498中，以便將無菌屏障組件422保持到第一安裝部分424上。在圖38和39中示出了第一對鎖止件465與第一捕獲件488的逐漸接合。

這種鎖止件/捕獲件布置方案允許接口460接合第一安裝部分424而同時不需要它們之間的任何傾斜。換言之，接口460能夠通過接口460的僅僅縱向或者直線移動而被按壓成與第一安裝部分424接合。

參照圖40和41，在由第一安裝部分424支撐接口460的情況中，現(xiàn)在末端執(zhí)行器ee能夠接合接口460。形狀與第一捕獲件488類似的第二捕獲件483定位成易于接合第二對鎖止件506，所述第二對鎖止件固定到第二安裝部分426。第二捕獲件483和第二對鎖止件506的操作和功能與第一捕獲件488和第一對鎖止件465類似并且將不再詳細描述，但是在圖40和41中逐步示出。附接到末端執(zhí)行器ee的第二安裝部分426僅僅壓到接口460上，直到第二捕獲件483接合第二對鎖止件506為止，如圖41中所示?，F(xiàn)在，安裝系統(tǒng)準備好被預加載并且為投入使用做好準備。在這種狀態(tài)中，安裝系統(tǒng)作為支撐機構，以便在預加載之前將末端執(zhí)行器ee支撐在機器人臂r上。

參照圖36和42-45，一旦安裝部分424、426沿著近似最終定向被帶到一起，預加載機構486便將所述安裝部分夾持在一起而就位。預加載元件位于接口460中。在這個實施例中，預加載元件是伸長的負荷構件480。負荷構件480被可移動地支撐在接口460中。負荷構件480具有第一端部和第二端部。負荷構件480可以由不銹鋼、kevlar復合物或者其它合適剛性材料形成。負荷構件480包括位于一個端部附近的凸緣482和毗鄰相對端部的第二捕獲件483。

預加載力施加到負荷構件480。預加載力的大小超過通過運動學聯(lián)接的預期加載，使得保持運動學聯(lián)接和相關性能。

負荷構件480被可移動地拘限在蓋469和背板組件459之間。特別地，負荷構件480能夠相對于蓋469和背板組件459從卸載位置移動到加載位置。在卸載位置中，第二捕獲件483能夠接合第二對鎖止件506。在加載位置中，負荷構件480被朝向背板組件459推動，以便加載安裝系統(tǒng)。

引導塊455使得蓋板453和鎖止件托架464互連。更加具體地，引導塊455限定了孔，緊固件通過所述孔，以接合鎖止件托架464。引導塊455布置成使得蓋板453與鎖止件托架464間隔開。結果，內(nèi)部空間設置在接口460中，在預加載期間，負荷構件480能夠在所述內(nèi)部空間中移動。

預加載機構486還包括彈簧板505和圓錐盤簧550(例如，碟形彈簧)，所述圓錐盤簧布置在負荷構件480的凸緣482和彈簧板505之間。彈簧板505限定了第一開口511(參見圖42)，所述第一開口成適當?shù)某叽?，以接收負荷構?80。盤簧550限定了第二開口513，所述第二開口也成適當?shù)某叽?，以接收負荷構?80?？ōh(huán)將彈簧板505和盤簧550固定到負荷構件480。

預加載機構486還包括張緊器，所述張緊器構造成在致動時將負荷構件480推向背板組件459，以便加載安裝系統(tǒng)。張緊器包括凸輪軸528，所述凸輪軸被支撐成相對于蓋469旋轉(參見圖44)。張緊器還包括一對張緊構件551(還稱作提升器)。張緊構件551位于蓋板453和彈簧板505之間。蓋板453經(jīng)由緊固件緊固到鎖止件托架464。

凸輪軸528由引導塊455支撐成用于旋轉。結果，凸輪軸528能夠在張緊位置和松弛位置之間旋轉。凸輪軸528包括一對凸輪段540，由中間圓柱段536分隔開該對凸輪段。凸輪軸528的圓柱段536的直徑小于凸輪段540。凸輪段540隨著凸輪軸528旋轉而產(chǎn)生了凸輪動作。

如圖45中所示，張緊構件551(在示出的實施例中為兩個)具有由凸輪軸528接合的第一端部和接合彈簧板505的第二端部。第二端部具有倒圓接合部557，所述倒圓接合部位于彈簧板505中的槽559中。隨著凸輪軸528圍繞樞轉軸線p1旋轉，張緊構件551圍繞樞轉軸線p2樞轉，而與此同時抵接蓋板453。這個動作使得張緊構件的第二端部樞轉到彈簧板505中，以便推動彈簧板505離開蓋板453。由于蓋板453剛性連接到鎖止件托架464并且鎖止件托架464剛性連接到背蓋板467，因此負荷構件480朝向第一捕獲件488(其將第二捕獲件483拉向第一捕獲件488)移動，從而提供了將末端執(zhí)行器ee適當?shù)毓潭ǖ綑C器人臂r所需的預加載。

如圖44和45中所示，張緊器還包括操作桿546，所述操作桿可旋轉地固定到凸輪軸528。操作桿546可以通過各種類型的接合可旋轉地固定到凸輪軸528，所述各種類型的接合例如為：d狀孔，以接收凸輪軸528的d狀部分；聯(lián)接件，其具有使得凸輪軸528隨著操作桿546旋轉而旋轉的幾何特征；等等。在示出的實施例中，緊固件(未標記)經(jīng)由聯(lián)接件將操作桿546固定到凸輪軸528。凸輪軸528至少旋轉九十度，以便在卸載位置和加載位置之間移動。當然，它們之間的其它位置可以將張緊力施加到負荷構件480上并且能夠適于施加所需的預加載力。

當凸輪軸528定位在所需位置(例如，張緊位置)中時，可以鎖止操作桿546。在張緊位置中，預加載張緊力施加到負荷構件480。通過在施加預加載力之后鎖止操作桿546，在使用機器人臂r和末端執(zhí)行器ee期間持續(xù)施加預加載力，以便保持運動學聯(lián)接。預加載機構486跨過無菌屏障組件422傳遞預加載力，而同時又沒有刺穿屏障。

張緊器通過盤簧550將預加載力施加到負荷構件480。盤簧550將等于預加載力的力施加到負荷構件480。盤簧550在彈簧板505和負荷構件480的凸緣482之間起作用。特別地，隨著操作桿546旋轉，凸輪軸528旋轉并且凸輪段540使得張緊構件551圍繞樞轉軸線p2樞轉并且進而使得彈簧板505縱向移動離開第二捕獲件483(其接合第二對鎖止件506)。彈簧板505的移動壓縮盤簧550并且經(jīng)由凸緣482將預加載力施加到負荷構件480上。

因為在預加載之前球428已經(jīng)大體上與接收部432、438對準，所以一旦施加預加載力，則球228變得安置在接收部432、438中。一旦就位，則球428的位置固定并且接收部432、438的位置相對彼此固定。結果，安裝部分424、426運動學地聯(lián)接在一起而同時又沒有刺穿無菌屏障組件422。

例如圖46中示出的按鈕致動器501的致動器用于手動分離鎖止件465、506并且釋放捕獲件488、483，使得能夠從接口460移除末端執(zhí)行器ee并且能夠從機器人臂r移除接口460。將僅僅示出并且詳細描述用于分離第一對鎖止件465和釋放第一捕獲件488的致動器501。

在示出的實施例中，致動器501具有固定到釋放框架561的按鈕560。釋放框架561布置成具有傾斜的接合表面562，所述接合表面接合固定到第一對鎖止件465中的每一個的銷563。銷563從鎖止件465延伸離開而進入到釋放框架561中的開口564中。開口564部分地由傾斜接合表面562限定。銷563在鎖止件托架464的任意一側上延伸(參見圖46)，使得經(jīng)由銷563引導鎖止件465沿著鎖止件托架464移動。

在正常的未致動狀態(tài)中，銷563憑借鎖止件465被偏壓構件b朝向彼此偏壓而位于并且約束在開口564的一個端部處。能夠通過按壓按鈕560致動致動器501，這使得釋放框架561橫跨鎖止件465側向移動，如箭頭a1所示。通過被拘限在鎖止件托架464中的滑動凹口中，釋放框架561被約束至這個側向運動。由于釋放框架561的這個側向運動以及銷563限制鎖止件465進行類似側向移動，因此傾斜表面562推動鎖止件465中的每一個的銷563離開彼此，從而抵抗偏壓構件b的偏壓沿著由箭頭a2示出的方向分離開鎖止件465。結果，鎖止件465與第一捕獲件488(圖46中未示出)脫離并且能夠從第一安裝部分424移除接口460。

圖38-41示出了電力和其它信號連接，所述電力和其它信號連接能夠通過無菌屏障組件422。在這個實施例中，接口460包括多個電氣端子，所述電氣端子嵌入在載體600中，所述載體居中布置在蓋469中。在這個實施例中，電氣端子是引腳478，所述引腳可以插入模制到接口460的載體600中。引腳478跨過無菌屏障組件422傳遞電力/信號。這些引腳478使得附接到安裝部分424、426的電連接件451、457電互連。

在這個實施例中，第一安裝部分424包括第一電連接件451。第二安裝部分426包括第二電連接件457。當安裝部分424、426聯(lián)接在一起并且被預加載時，電連接件451、457接收引腳478，使得電力和其它電信號能夠流經(jīng)引腳478。因此，電力、通信信號或者其它信號能夠從機器人臂r抵達末端執(zhí)行器ee并且反之亦然。電連接件451、457能夠經(jīng)由鍵/通道類型接口插入載體600或者能夠由任何適當?shù)奶卣鬟m當定向。

在示出的實施例中，載體600包括凸緣602(參見圖43)和圓柱主體604，所述圓柱主體從凸緣602延伸以支撐引腳478。圓柱主體604成適當?shù)某叽缫匝b配在貫穿負荷構件480的圓筒通道內(nèi)。波形彈簧606位于載體600的凸緣602和負荷構件480的凸緣482之間。波形彈簧606有助于相對于電連接件451、457保持載體600的位置，即，通過在負荷構件480移動到卸載位置時防止載體600移動，否則，這可能因圓柱主體604與負荷構件480的圓筒通道之間的摩擦接合而發(fā)生。波形彈簧606還輔助使得負荷構件480返回到其卸載位置，以接合末端執(zhí)行器ee。波形彈簧606還用于將張緊構件551保持在蓋板453中的槽中以及保持在彈簧板505中的槽559中。

參照圖47a和47b，接口460的背環(huán)板461還包括粗差對準特征，用于使得接口460與第一安裝部分424對準。特別地，第一安裝部分424限定了對應的匹配特征，用于接收對準特征。在示出的實施例中，對準特征包括柱700、702，所述柱從背環(huán)板462的后表面向后延伸，以便接合第一安裝部分424中的開口704、706。柱700、702包括第一對柱700和第二對柱702，所述第二對柱布置在背環(huán)板461上且與第一對柱700相對。第一對柱700在平面中對準，而第二對柱702相對于彼此成角度，例如，它們未對準。第二對柱702還比第一對柱700寬。

開口704、706包括第一對開口704和第二對開口706，所述第一對開口成適當尺寸和形狀，以便接收第一對柱700，所述第二對開口成適當尺寸和形狀，以接收第二對柱702。開口704、706成適當?shù)某叽绮⑶议g隔開，以便以小公差接收相應的柱700、702，例如，以促進粗差定位。而且，第二對柱702成適當?shù)某叽?，使得它們不能裝配在第一對開口704中，并且第一對柱700對準，使得它們不能裝配在第二對開口706中。由于柱700、702和開口704、706的間隔/布置方案，因此接口460僅僅能夠沿著一個定向粗差裝配到第一安裝部分424上。粗差定位還有助于在第一捕獲件488與鎖止件465完全接合之前對準上述電連接。

在球28、228、428由電絕緣材料(例如，陶瓷)制成時，無菌屏障組件22、222、422能夠用作符合電氣安全要求所需的電絕緣件。

如果球28、228、428由導電材料制成，則它們便可以提供三個電觸點或者端子。在這種情況中，如果運動學聯(lián)接的接口特征由電絕緣材料制成，則無菌屏障組件仍然能夠用作電絕緣件。

球28、228、428中的一顆或者多顆可以具有透光部分，所述透光部分貫穿所述球限定，以為了傳輸數(shù)據(jù)。透光部分可以包括通孔，用透明塑料材料或者其它材料填充所述通孔，以便保持屏障。

在其它實施例中，運動學聯(lián)接件可以具有球面和/或圓柱的分段。

第一安裝部分24、224、424可以為獨立部件，所述獨立部件剛性連接到機器人臂r的連桿l1。第二安裝部分26、226、426可以是獨立部件，所述獨立部件剛性連接到末端執(zhí)行器ee的手持部h。在其它實施例中，第一安裝部分24、224、424可以集成到機器人臂r的一根或者多根連桿中，并且第二安裝部分26、226、426可以集成到末端執(zhí)行器ee的手持部中。安裝部分24、224、424、26、226、426可以由硬化鋼、不銹鋼或者其它剛性材料形成。

機器人臂r可以在一個或更多個自由度中移動末端執(zhí)行器ee，包括5個或者6個自由度。末端執(zhí)行器ee可以包括手術工具，以為了銑削組織(例如，銑鉆，以為了銑削骨頭以接收植入體)。

在2013年8月2日提交的題目為“能夠以多模式控制手術器械的手術操縱器”的美國專利申請序列號13/958,070中描述了能夠配置有第一安裝部分24、224、424和第二安裝部分26、226、426的機器人臂和末端執(zhí)行器的示例，在此其全部內(nèi)容以引用的方式并入本發(fā)明。

所述第一多個接收部可以包括三個v槽接收部。三顆球28、228、428于是將自己定中到三個v槽接收部的三條v狀槽中，使得每顆球28、228、428在兩個接觸點處接觸v槽的兩個表面。結果，球28、228、428在總共六個接觸點處與三個v槽接收部接觸，以便約束六個自由度，即，每條v狀槽約束兩個自由度，從而在第一安裝部分和第二安裝部分之間確定性地定向所有六個自由度。隨后如上所述由預加載機構將第一安裝部分和第二安裝部分夾持在這個位置中。

所述第一多個接收部和所述第二多個接收部可以各自均包括三個v槽或者哥特式拱形的接收部，使得在所述第一多個接收部和運動學聯(lián)接件的接觸表面之間以及在所述第二多個接收部和運動學聯(lián)接件的接觸面之間形成恰好六個接觸點。

可以通過由三個塊體替換圓錐接收部來簡化圓錐接收部，所述三個塊體具有平坦表面，所述平坦表面沿著圓周相互等距間隔開并且以近似圓錐角的角度布置。在這個實施例中，球28、228、428位于三個平坦表面中，就如同位于圓錐中，但是在三個接觸點處與三個平坦表面接觸。

所述第一多個接收部和/或所述第二多個接收部中的一個或者多個可以包括磁體，以便磁性地接合接收部中的球。例如，所述第一多個接收部可以包括磁體，以將球保持到第一安裝部分，直到第二安裝部分被夾持到第一安裝部分為止。類似地，第一安裝部分能夠包括磁體，以便將球保持抵接在第一安裝部分中的接觸表面上，直到第二安裝部分接合第一安裝部分為止，所述第一安裝部分具有集成在其中的接收部的接觸表面，以為了運動學聯(lián)接。

無菌屏障組件22、222、422可以是一次性的。在其它實施例中，接口60、260、460可以包括獨立的區(qū)域可消毒組件并且能夠重復使用。在這種變形方案中，僅僅帷簾62、262、462是一次性的。在這種情況中，能夠設置帷簾62、262、462的膠帶、彈性密封件、卡環(huán)或者機械夾持區(qū)域，以密封到接口60、260、460，或者可以在接口60、260、460上設計特征，以便密封/夾持到帷簾62、262、462上。由例如碳化硅的硬質陶瓷形成球28、228、428可以最小化與重復使用球28、228、428有關的磨損問題。

防護覆蓋件58、258、458可以包括帷簾62、262、462而沒有包括接口60、260、460，在所述情況中，球28、228、428將安置在帷簾62、262、462中的開口中，其中，帷簾62、262、462密封到球28、228、428。換言之，球28、228、428將直接集成到帷簾62、262、462中。在這個情況中，機器人臂r能夠構造成將所述第一多個接收部30、32、34、230、234、432定位成使得它們位于大體水平的平面中，使得球28、228、428能夠安置在所述第一多個接收部30、32、34、230、234、432中并且由重力保持在該處，直到完成了無菌屏障組件的安裝為止。

另外的彈性帶或者彈力繩可以附接到接口并且構造成可釋放地接合第一安裝部分上的柱或者其它特征，以便在開始將無菌屏障組件附接到第一安裝部分時(例如，在將負荷條80插入到接收件100的負荷條狹槽104中之后)進一步初始支撐無菌屏障組件。

已經(jīng)在前述描述中討論了若干實施例。然而，在此討論的實施例并不是窮盡性的，或不旨在將本發(fā)明局限于任何特定形式。已經(jīng)使用的術語本質上是為了描述而非限制。根據(jù)上述教導，多種修改方案和變形方案是可行的，并且可以以除了具體描述的方式之外的其它方式實踐本發(fā)明。