專利名稱：工具、用于多功能工具的套件以及用于多功能工具的機器人系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及機器人系統(tǒng)，更具體來說涉及用于骨科關(guān)節(jié)置換手術(shù)的手術(shù)系統(tǒng)的工具。
背景技術(shù)：
機器人系統(tǒng)常常被用在需要高精確度和/或精密度水平的應(yīng)用中，如外科手術(shù)或其他復(fù)雜任務(wù)。此類系統(tǒng)可以包括多種類型的機器人，如自控式、遠(yuǎn)程操作和交互式。交互式機器人系統(tǒng)對于一些類型的手術(shù)是首選，如關(guān)節(jié)置換手術(shù)，因為它們能夠讓手術(shù)醫(yī)生保持手術(shù)過程的直接且經(jīng)手控制同時仍達到高精確度和/或精密度水平。例如，在膝部置換手術(shù)中，手術(shù)醫(yī)生可以通過被動方式使用交互式觸感引導(dǎo)的機器人手臂來摳挖骨骼以接納關(guān)節(jié)植入體，如膝部植入體。為了摳挖骨骼，手術(shù)醫(yī)生手動握持并操縱機器人手臂以移動耦接到機器人手臂的切削工具(如磨鉆)來切削骨骼中的手術(shù)區(qū)(pocket)。只要手術(shù)醫(yī)生將磨鉆的鉆頭保持在例如觸感物件限定的預(yù)限定虛擬切削邊界內(nèi)，則機器人手臂以低摩擦和低慣性自由移動，以使手術(shù)醫(yī)生感知機器人手臂為基本無重量的，并且能夠 按期望移動機器人手臂。但是，如果手術(shù)醫(yī)生試圖移動磨鉆的鉆頭以在虛擬切削邊界外切肖IJ，機器人手臂提供觸感(或作用力)反饋，該反饋阻止或禁止手術(shù)醫(yī)生超出虛擬切削邊界來移動磨鉆的鉆頭。以此方式，機器人手臂能夠?qū)崿F(xiàn)高度精確且可重復(fù)的骨骼切削。當(dāng)手術(shù)醫(yī)生以手動方式在相應(yīng)骨骼切削上植入膝部植入體(如，髕骨部件)吋，由于切掉的骨骼與膝部植入體之間的構(gòu)造和介面的原因，植入體一般將精確地對準(zhǔn)。上述交互式機器人系統(tǒng)雖然對于膝部置換手術(shù)有用，但是它并非最優(yōu)地適于多種類型的手術(shù)，如髖部置換手術(shù)，這需要使用具有不同功能(例如，擴銼、打壓)、不同構(gòu)造(例如，平直、偏移)和不同重量的多種手術(shù)工具。設(shè)計成適應(yīng)多種工具的系統(tǒng)可能復(fù)雜得令人卻步，且需要多個末端執(zhí)行器，手術(shù)過程期間對機器人手臂卸除和附接不同類型的工具會增加執(zhí)行手術(shù)的時間。此外，在髖部置換手術(shù)中，除了保持適合的切削邊界外，手木工具和植入體的角度取向也是重要的。例如，在常規(guī)髖部置換手術(shù)中，手術(shù)醫(yī)生使用半球形擴銼器來進行患者髖白的表面修整，髖白是骨盆中的杯狀骨白。然后，將相應(yīng)的杯狀植入體(髖臼杯)附接到打壓工具的遠(yuǎn)端。手術(shù)醫(yī)生通過以錘反復(fù)敲擊打壓工具的近端將髖白杯植入到已擴銼的骨臼中。已擴銼的骨臼和植入的髖臼杯的角度取向均是重要的，因為不正確的個別和/或相對取向可能導(dǎo)致髖白杯與患者髖白解剖結(jié)構(gòu)的適合版本和傾角錯位。錯位可能導(dǎo)致術(shù)后問題，包括關(guān)節(jié)脫位、股骨運動的極端范圍處股骨打壓髖白杯以及因股骨頭與髖骨杯介面的不當(dāng)負(fù)荷導(dǎo)致髖臼杯的加速磨耗。為了保持正確的腿長和內(nèi)側(cè)/側(cè)向偏移，對準(zhǔn)也是重要的。最后，將髖白杯打壓到已擴銼的骨白產(chǎn)生高打壓力，這些高打壓カ可以潛在地?fù)p壞為高度精確和/或精密的操作而設(shè)計的機器人手臂。鑒于前文，存在需要一種改進的機器人手術(shù)系統(tǒng)及其部件。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的ー個方面，ー種工具包括殼體，該殼體包括接納部，該接納部配置成接納作業(yè)構(gòu)件的至少一部分以使該作業(yè)構(gòu)件能夠相對于殼體轉(zhuǎn)動，同時約束作業(yè)構(gòu)件在作業(yè)構(gòu)件的徑向上的移動。該工具還包括耦接裝置，該耦接裝置設(shè)置在殼體上且配置成將作業(yè)構(gòu)件耦接到殼體，以使作業(yè)構(gòu)件能夠相對于殼體轉(zhuǎn)動。該耦接裝置包括固位構(gòu)件，該固位構(gòu)件配置成接合作業(yè)構(gòu)件以約束作業(yè)構(gòu)件在作業(yè)構(gòu)件的縱向上相對于殼體的移動。該固位構(gòu)件配置成相對于殼體轉(zhuǎn)動。
·
根據(jù)另ー個方面，一種多功能工具的套件包括配置成具有第一功能的第一作業(yè)構(gòu)件和配置成具有第二功能的第二作業(yè)構(gòu)件。該第一作業(yè)構(gòu)件具有第一耦接區(qū)，以及第二作業(yè)構(gòu)件具有第二耦接區(qū)。該套件包括殼體，該殼體包括接納部，該接納部配置成個別地以及可互換地接納第一作業(yè)構(gòu)件和第二作業(yè)構(gòu)件的至少一部分，以使被接納的作業(yè)構(gòu)件能夠相對于殼體轉(zhuǎn)動，同時約束被接納的作業(yè)構(gòu)件在被接納的作業(yè)構(gòu)件的徑向上的移動。將耦接裝置設(shè)置在殼體上且將其配置成將被接納的作業(yè)構(gòu)件耦接到殼體，以使被接納的作業(yè)構(gòu)件能夠相對于殼體轉(zhuǎn)動。該耦接裝置包括固位構(gòu)件，該固位構(gòu)件配置成接合第一耦接區(qū)和第ニ耦接區(qū)中相應(yīng)的ー個耦接區(qū)，以約束該被接納的作業(yè)構(gòu)件在被接納的作業(yè)構(gòu)件的縱向上相對于殼體的移動。該耦接裝置以及第一和第二作業(yè)構(gòu)件配置成在該耦接裝置接合第一作業(yè)構(gòu)件的第一耦接區(qū)時，約束被接納的作業(yè)構(gòu)件在縱向上向第一約束區(qū)的移動，以及在該耦接裝置接合第二作業(yè)構(gòu)件的第二耦接區(qū)時，約束被接納的作業(yè)構(gòu)件在縱向上向第二約束區(qū)的移動，該第二約束區(qū)不同于第一約束區(qū)。根據(jù)又ー個方面，一種機器人系統(tǒng)包括第一作業(yè)構(gòu)件、第二作業(yè)構(gòu)件、機器人手臂、耦接到機器人手臂的殼體以及設(shè)置在殼體上的耦接裝置。該第一作業(yè)構(gòu)件包括直擴銼器桿體和偏移擴銼器桿體的至少其中之一，以及該第二作用構(gòu)件包括直打壓器桿體和偏移打壓器桿體的至少其中之一。該殼體包括接納部，該接納部配置成個別地以及可互換地接納第一作業(yè)構(gòu)件和第二作業(yè)構(gòu)件的至少一部分，以使被接納的作業(yè)構(gòu)件能夠相對于殼體轉(zhuǎn)動，同時約束被接納的作業(yè)構(gòu)件在被接納的作業(yè)構(gòu)件的徑向上的移動。將耦接裝置設(shè)置在殼體上，并將其配置成將被接納的作業(yè)構(gòu)件耦接到殼體，以使第一作業(yè)構(gòu)件能夠繞著該第一作業(yè)構(gòu)件的縱軸轉(zhuǎn)動，以及使第二作業(yè)構(gòu)件能夠沿第二作業(yè)構(gòu)件的縱軸移動。


并入本說明書中并構(gòu)成其一部分的附圖連同用于解釋本發(fā)明多個方面的描述，說明了本發(fā)明的多個實施方案。圖IA是股骨和骨盆的透視圖。
圖IB是圖IA的股骨和骨盆形成的髖關(guān)節(jié)的透視圖。圖2A是全髖部置換手術(shù)的股骨假體和髖白假體的分解髖透視圖。圖2B是說明圖2A的股骨假體和髖臼假體分別相對于圖IA的股骨和骨盆的布置的透視圖。圖3A是手術(shù)系統(tǒng)的實施方案的透視圖。圖3B是圖3A的手術(shù)系統(tǒng)的機器人手臂的實施方案的透視圖。圖4A是耦接到作業(yè)構(gòu)件的實施方案的末端執(zhí)行器的實施方案的透視圖。圖4B是圖4A的末端執(zhí)行器和作業(yè)構(gòu)件的截面視圖。圖4C是圖4A的作業(yè)構(gòu)件的桿體的透視圖。圖4D是沿直線N-N截取的圖4C的桿體的截面視圖。圖5A是圖4A的末端執(zhí)行器的耦接裝置的實施方案處于釋放位置時的截面視圖。圖5B是圖5A的耦接裝置處于連接位置時的截面視圖。圖5C是圖4A的末端執(zhí)行器的接納部的實施方案的截面視圖。圖是圖5A的耦接裝置的固位構(gòu)件的實施方案的透視圖。圖5E是圖5A的耦接裝置的滑動構(gòu)件的透視圖。圖6A是耦接到作業(yè)構(gòu)件的另ー個實施方案的圖4A的末端執(zhí)行器的透視圖。 圖6B是圖6A的末端執(zhí)行器和作業(yè)構(gòu)件的截面視圖。圖6C是圖6A的作業(yè)構(gòu)件的桿體的透視圖。圖7A是耦接到作業(yè)構(gòu)件的另ー個實施方案處于就位位置時的圖4A的末端執(zhí)行器的截面視圖。圖7B是圖7A的末端執(zhí)行器和作業(yè)構(gòu)件處于展開位置時的截面視圖。圖8A是圖7A的末端執(zhí)行器的耦接裝置處于釋放位置時的截面視圖。圖8B是圖8A的耦接裝置處于連接位置時的截面視圖。圖9A是耦接到作業(yè)構(gòu)件的另ー個實施方案的圖4A的末端執(zhí)行器的透視圖。圖9B是圖9A的末端執(zhí)行器和作業(yè)構(gòu)件的截面視圖。圖IOA圖示手術(shù)醫(yī)生如何掌控用于擴銼患者的髖臼的圖4A的末端執(zhí)行器和作業(yè)構(gòu)件。圖IOB圖示手術(shù)醫(yī)生如何使用圖7A的末端執(zhí)行器和作業(yè)構(gòu)件以將髖臼杯打壓進患者的已擴銼的髖臼中。圖11圖示髖部置換過程的步驟的實施方案。圖12是第一切削元件和第二切削元件的實施方案的截面視圖。圖13A圖示第一約束的實施方案。圖13B圖示第二約束的實施方案。圖14A-14G圖示手術(shù)過程期間使用的計算機顯示器的實施方案。圖15圖示虛擬制動器的實施方案。圖16A圖示已脫離的虛擬制動器的實施方案。圖16B圖示已接合的虛擬制動器的實施方案。圖17A圖示儀器化聯(lián)桿的實施方案。圖17B圖示處于停放構(gòu)造時的圖17A的儀器化聯(lián)桿的實施方案。
具體實施例方式附圖中圖示了本發(fā)明當(dāng)前的優(yōu)選實施方案。在所有附圖中盡可能使用了相同或相似的引用號來指代相同或相似的部分。雖然本說明書主要涉及用于骨科髖部置換的機器人手臂，但是應(yīng)該理解本文描述的發(fā)明主題可應(yīng)用于其他類型機器人系統(tǒng)，包括手術(shù)和非手術(shù)應(yīng)用所使用的那些機器人系統(tǒng)以及可應(yīng)用于身體的其他關(guān)節(jié)，如肩關(guān)節(jié)。概述髖關(guān)節(jié)是股骨與骨盆之間的關(guān)節(jié)，主要功能在于在靜態(tài)姿勢(例如，站立)和動態(tài)姿勢(例如，行走)中身體的重量。圖IA圖示髖關(guān)節(jié)10的骨骼，其包括骨盆12 (部分地示出)和股骨14的近端。股骨14的近端包括位于股骨頸18上的股骨頭16。股骨頸18將股骨頭16連接到股骨干骨20。如圖IB所示，股骨頭16配接到骨盆12中的凹形骨臼中，稱為髖臼22，從而形成髖關(guān)節(jié)10。髖白22和股骨頭16均被關(guān)節(jié)軟骨覆蓋，關(guān)節(jié)軟骨吸收打壓并促進關(guān)節(jié)10的聯(lián)接。
隨時間推移，髖關(guān)節(jié)10可能退化(例如，因關(guān)節(jié)炎所致)，從而導(dǎo)致疼痛和功能性減弱。因此，如全髖關(guān)節(jié)成形或髖關(guān)節(jié)表面修整的髖部置換手術(shù)可能是必要的。在髖部置換的過程中，手術(shù)醫(yī)生以人工假體置換患者髖關(guān)節(jié)10的部分。在全髖關(guān)節(jié)成形術(shù)中，手術(shù)醫(yī)生移除股骨頭16和頸18以人工股骨假體26置換自然骨骼，人工股骨假體26包括頭26a、頸26b和干26c (如圖2A所示)。如圖2B所示，股骨假體26的干26c錨定在手術(shù)醫(yī)生在股骨14的骨髄腔中建造的腔室中。作為備選方式如果疾病限于股骨頭16的表面，則手術(shù)醫(yī)生可以選擇微創(chuàng)方法，在微創(chuàng)方法中，(例如，使用圓柱形擴銼器)對股骨頭進行表面修整，然后以人工股骨頭杯(未示出)與之配接。相似地，如果骨盆12的自然髖臼22磨耗或疾患，則手術(shù)醫(yī)生使用擴銼器將髖白22表面修整并以人工髖白假體28來置換自然表面，該人工髖臼假體28包括可以含有村里28b的半球形杯28a (如圖2A所示)。為了安裝髖白假體28，手術(shù)醫(yī)生將杯28a連接到打壓器工具的遠(yuǎn)端，并通過反復(fù)以錘反復(fù)敲擊打壓工具的近端將杯28a植入到已擴銼的髖臼22中。如果髖臼假體28包括村里28b，則手術(shù)醫(yī)生在植入杯28a之后，將襯里28b扣在杯28a中。根據(jù)手術(shù)醫(yī)生進行手術(shù)時相對于患者的具體位置，手術(shù)醫(yī)生可以使用直擴銼器或偏移擴銼器來對髖白22擴銼，并使用直或偏移打壓器植入髖臼杯28a。例如，使用后側(cè)方法的手術(shù)醫(yī)生可能優(yōu)選直擴銼和打壓，而使用前側(cè)方法的手術(shù)醫(yī)生可能優(yōu)選偏移擴銼和打壓。示范機器人系統(tǒng)根據(jù)本發(fā)明，可以將ー種手術(shù)系統(tǒng)配置成執(zhí)行髖部置換，以及其他外科手木。如圖3A所示，根據(jù)本發(fā)明的手術(shù)應(yīng)用的手術(shù)系統(tǒng)5的實施方案包括計算機輔助的導(dǎo)航系統(tǒng)7、跟蹤裝置8、顯示裝置9 (或多個顯示裝置9)以及機器人手臂30。手術(shù)醫(yī)生可以交互式方式使用機器人手臂30來對患者執(zhí)行外科手木，如髖部置換手木。如圖3B所示，機器人手臂30包括基座32、關(guān)節(jié)式臂桿34、作用カ系統(tǒng)(未示出)和控制器(未示出)。手木工具(例如，具有作業(yè)構(gòu)件的末端執(zhí)行器40)耦接到關(guān)節(jié)式臂桿34，以及手術(shù)醫(yī)生通過握持和手動移動關(guān)節(jié)式臂桿34和/或手木工具來操縱手術(shù)工具。該作用力系統(tǒng)和控制器配置成在操縱手術(shù)工具期間向手術(shù)醫(yī)生提供控制或指引。該作用カ系統(tǒng)配置成經(jīng)由關(guān)節(jié)式臂桿34向手木工具提供至少ー些力，以及該控制器編程為生成用于控制該作用力系統(tǒng)的控制信號。在一個實施方案中，該作用力系統(tǒng)包括多個促動器和可反向驅(qū)動(backdriveable)傳輸，其提供觸感(作用力)反饋以約束或禁止手術(shù)醫(yī)生將手術(shù)工具手動移動超出觸感物件限定的預(yù)限定虛擬邊界，例如2006年2月21日提交的美國專利申請序列號11/357，197 (公開號US 2006/0142657)和/或2009年12月22日提交的美國專利申請序列號12/654，591中的技木，籍此這兩個專利申請各通過引用全部并入本文。在優(yōu) 選實施方案中，該手術(shù)系統(tǒng)是佛羅里達州勞德代爾堡的MAKO Surgical公司制造的RIO 機器人手臂交互式骨科系統(tǒng)。該作用力系統(tǒng)和控制器優(yōu)選地封裝在機器人手臂30內(nèi)。跟蹤裝置8配置成跟蹤手木工具(耦接到機器人手臂34)和患者的解剖體之間的相對位置。該手術(shù)工具可以由跟蹤裝置8直接地跟蹤。作為備選方式可以通過跟蹤機器人手臂30的基座32的位置并基于來自機器人手臂30的關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)編碼器數(shù)據(jù)以及手術(shù)工具與機器人手臂30之間的已知幾何關(guān)系來計算手木工具的姿勢。具體來說，跟蹤裝置8(例如，光學(xué)、機械、電磁或其他公知的跟蹤系統(tǒng))來跟蹤(或使之能夠確定)手木工具和患者的解剖體的姿勢(即，位置和取向)，從而導(dǎo)航系統(tǒng)7知道工具與解剖體之間的相對關(guān)系。在操作中，用戶(例如，手術(shù)醫(yī)生)手動移動機器人手臂30以操縱手木工具(例如，具有作業(yè)構(gòu)件的末端執(zhí)行器40)以對患者執(zhí)行手術(shù)任務(wù)，如骨骼切削或植入體安裝。當(dāng)手術(shù)醫(yī)生操縱工具吋，跟蹤裝置8跟蹤手木工具的位置，并且機器人手臂30提供觸感(或作用力)反饋以限制手術(shù)醫(yī)生移動工具超出對準(zhǔn)(或映射)到患者的解剖體的預(yù)限定虛擬邊界的能力，這促成高度精確和可重復(fù)的骨骼切削和/或植入體放置。機器人手臂30以被動方式操作并在手術(shù)醫(yī)生視圖移動手術(shù)工具超出虛擬邊界時提供觸感反饋。由機器人手臂30中的一個或多個促動器(例如，電動機)生成該觸感反饋，并經(jīng)由柔性傳輸(如電纜驅(qū)動傳輸)將其傳送給手術(shù)醫(yī)生。當(dāng)機器人手臂30沒有在提供觸感反饋時，機器人手臂30可被手術(shù)醫(yī)生自由地移動，并且優(yōu)選地包括能夠被手術(shù)醫(yī)生按期望激活的虛擬制動器。在手術(shù)過程期間，導(dǎo)航系統(tǒng)7在一個或兩個顯示裝置9上顯示與該手術(shù)過程相關(guān)的圖像。末端執(zhí)行器已開發(fā)一種手術(shù)工具，其能夠配置成例如與機器人手臂30配合工作同時允許不同功能的修改和執(zhí)行。圖4A-4C示出根據(jù)本發(fā)明的手木工具的實施方案。在本實施方案中，該工具是配置成安裝于機器人手臂30末端的末端執(zhí)行器40。末端執(zhí)行器40包括安裝部50、殼體60、耦接裝置70和釋放構(gòu)件80。末端執(zhí)行器40配置成個別地且可互換地支撐多個作業(yè)構(gòu)件，并精確地相對于機器人手臂30操縱作業(yè)構(gòu)件。在圖4A-4C中，末端執(zhí)行器40耦接到作業(yè)構(gòu)件100。安裝部(或安裝架)50優(yōu)選地將末端執(zhí)行器40耦接到機器人手臂30。具體來說，安裝部50從殼體60延伸，并配置成使用例如機械緊固器將執(zhí)行器40耦接到機器人手臂30的相應(yīng)安裝部35，以使這些安裝部相對彼此是固定的?？梢詫惭b部50附接到殼體60或整體地與殼體60 —起形成，并且將安裝部50配置成精確地且可重復(fù)地相對于機器人手臂30來定位末端執(zhí)行器40。在一個實施方案中，安裝部50是2009年12月22日提交的美國專利申請序列號12/644，964中描述的半動態(tài)安裝架，其通過引用全部并入本文。殼體60配置成接納作業(yè)構(gòu)件100并為手術(shù)醫(yī)生提供用戶接ロ。例如，如圖IOA和圖IOB所示，手術(shù)醫(yī)生握持殼體60以操縱末端執(zhí)行器40以利用作業(yè)構(gòu)件100執(zhí)行任務(wù)。在本實施方案中，殼體60是中空細(xì)長柱體，其具有中心軸A-A、近端60a和遠(yuǎn)端60b。參考圖4B，為了將作業(yè)構(gòu)件100安裝在末端執(zhí)行器40中，手術(shù)醫(yī)生將作業(yè)構(gòu)件100的桿體110的近端IOOa插入到殼體60的遠(yuǎn)端60b，在方向Tl上滑動桿體110，并促動釋放構(gòu)件80，這樣將耦接裝置70移到“釋放”位置，并使桿體100能夠完全被接納在殼體60中。當(dāng)桿體110從殼體60的近端60a延伸適合的量時，手術(shù)醫(yī)生放開釋放構(gòu)件80，這樣將耦接裝置70移到“連接”位置，并將桿體110耦接到殼體60。一旦將桿體110耦接到殼體，就能夠?qū)⑵渌b備附接到桿體110，如驅(qū)動電動機112、切削元件116或作業(yè)構(gòu)件100的其他部件。要從末端執(zhí)行器40移除作業(yè)構(gòu)件100，手術(shù)醫(yī)生移除 驅(qū)動電動機112和切削元件116，并促動釋放構(gòu)件80，這樣將耦接裝置70移到釋放位置。然后手術(shù)醫(yī)生在方向T2上滑動桿體110，直到作業(yè)構(gòu)件100清除殼體60的遠(yuǎn)端60b為止。末端執(zhí)行器40可以包括接納部62，接納部62僅允許作業(yè)構(gòu)件100進行期望的移動。接納部62設(shè)置在殼體60內(nèi)。該接納部62配置成接納作業(yè)構(gòu)件100的至少一部分以使作業(yè)構(gòu)件100能夠相對于殼體60轉(zhuǎn)動，同時約束作業(yè)構(gòu)件100在作業(yè)構(gòu)件100的徑向R上的移動(如圖4D所示)。例如，如圖5A和圖5C所示，接納部62包括凸緣64，凸緣64附著于殼體60 (例如使用機械緊固器)和柱狀部66,作業(yè)構(gòu)件100經(jīng)由柱狀部66延伸。雖然通過凸緣64相對于殼體60固定接納部62，但是作業(yè)構(gòu)件100未連接到接納部62 (例如，通過機械緊固器、緊配合等)，并且因此能夠相對于接納部62和殼體60轉(zhuǎn)動和平移。但是，因為作業(yè)構(gòu)件100通過柱狀部66延伸，所以作業(yè)構(gòu)件100受柱狀部66約束，并被阻止在徑向R上移動。接納部62還包括至少ー個孔68，該至少ー個孔68使耦接裝置70能夠接合作業(yè)構(gòu)件100，正如下文描述的。末端執(zhí)行器的耦接裝置70能夠用于對作業(yè)構(gòu)件的縱向移動提供約束。耦接裝置70設(shè)置在殼體上60且將其配置成將作業(yè)構(gòu)件100耦接到殼體60以使作業(yè)構(gòu)件100能夠相對于殼體60轉(zhuǎn)動。在一個實施方案中，耦接裝置70包括固位構(gòu)件72。正如下文描述的，固位構(gòu)件72配置成接合作業(yè)構(gòu)件100以約束作業(yè)構(gòu)件100在作業(yè)構(gòu)件100的縱向L上相對于殼體60的移動(如圖4C所示)同時允許作業(yè)構(gòu)件100的轉(zhuǎn)動。如圖5A-5C所示，固位構(gòu)件72包括第一部74和第二部76。第一部74配置成在縱向L上平移和相對于殼體60轉(zhuǎn)動。例如,如圖5A所示,第一部74經(jīng)由軸承(例如,球軸承)耦接到釋放構(gòu)件80。第一部74剛性地固定于軸承78的內(nèi)圏，同時軸承78的外圈剛性地固定于釋放構(gòu)件80的滑動構(gòu)件82，從而使第一部74能夠相對于殼體60以低摩擦力轉(zhuǎn)動?；瑒訕?gòu)件82連接到釋放構(gòu)件80的球形柄84，并且能夠在縱向L上平移。壓縮彈簧86設(shè)置在滑動構(gòu)件82與剛性地固定于殼體60的彈簧限位器88之間。壓縮彈簧86朝向前位置(圖5B所示的連接位置)偏壓滑動構(gòu)件82和球形柄84。當(dāng)手術(shù)醫(yī)生通過沿方向Tl從殼體60回拉球形柄84來促動球形柄84 (進入圖5A所示的釋放位置)時,滑動構(gòu)件82隨著球形柄84 —起移動并將壓縮彈簧86壓縮。因為第一部74經(jīng)由軸承78耦接到滑動構(gòu)件82，所以當(dāng)球形柄84移動到釋放位置中時第一部74還沿縱向L平移。以此方式，釋放構(gòu)件80耦接到耦接裝置70，并配置成在連接位置和釋放位置之間移動固位構(gòu)件72。固位構(gòu)件72的第二部76配置成響應(yīng)第一部74沿縱向L的移動而沿徑向R移動。如圖5A和圖5B所示，第一部74相對于殼體60的接納部62設(shè)置在外部，并且包括表面74a，表面74a配置成接合第二部76并在第一部74從第一位置(如圖5A所示的釋放位置)移動到第二位置(如圖5B所示的連接位置)時在徑向R上將第二部76移位。在一個實施方案中，如圖所示，第一部74是中空柱體，以及表面74a是該柱體的傾斜的內(nèi)表面。將第一部74的取向相對于殼體60設(shè)為使表面74在方向Tl上傾斜(即，第一部74的內(nèi)徑遞減)。在本實施方案中，第二部76包括與接納部62的孔68對準(zhǔn)的至少ー個球軸承。優(yōu)選地，第二部76包括多個球軸承(例如四個)，每個球軸承與接納部62上的相應(yīng)孔68對準(zhǔn)。因為表面74a是傾斜的，所以在第一部74從釋放位置(圖5A)移到連接位置(圖5B)時，表面74a沿徑向向內(nèi)按壓球軸承。每個球軸承沿徑向R在相應(yīng)孔68中向內(nèi)移動以接合作業(yè)構(gòu)件100的部分。作業(yè)構(gòu)件100與耦接裝置70協(xié)作以保持對縱向移動的約束。作業(yè)構(gòu)件100包括耦接區(qū)102。當(dāng)耦接區(qū)102與孔68對準(zhǔn)，并且將耦接裝置70移動到連接位置時，耦接裝置70調(diào)適成約束作業(yè)構(gòu)件100在縱向L上向約束區(qū)Y (如圖5B所示)的移動。在本實施方案中，耦接區(qū)102是作業(yè)構(gòu)件100的外周表面106中的凹進部104。如圖4C所示，凹進部104、具有近纟而104a和遠(yuǎn)纟而104b。近纟而104a和遠(yuǎn)纟而104b限定作業(yè)構(gòu)件100在約束區(qū)Y中運動的范圍。例如，當(dāng)球軸承徑向向內(nèi)移動到孔68中時，它們接合凹進部104，如圖5B所示。當(dāng)耦接裝置70處于連接位置吋，球軸承被捕獲在表面74a與凹進部104之間，并因此被阻止在徑向R上移動。相似地，因為球軸承被接納在孔68中，所以它們被約束在縱向L上移動。雖然球軸承被捕獲，但是它們以與軸承78中的球軸承相似的方式自由轉(zhuǎn)動。因此，表面74a起到球軸承的外圈的作用，同時凹進部104起到球軸承的內(nèi)圈的作用。以此方式，球軸承(即，固位構(gòu)件72的第二部76)配置成同時相對于作業(yè)構(gòu)件100和固位構(gòu)件72的第一部74轉(zhuǎn)動。在連接位置中，當(dāng)球軸承與凹進部104接合時，球軸承與凹進部104的近端104a和/或遠(yuǎn)端104b相互作用(B卩，接觸)以約束作業(yè)構(gòu)件100的縱向移動。在本實施方案中，凹進部104的縱向長度LI的尺寸設(shè)為在球軸承接合連接位置中的第一耦接區(qū)102時，使近端104a和遠(yuǎn)端104b同時接觸球軸承。由此，實質(zhì)性地約束作業(yè)構(gòu)件100在縱向L上移動。如上所述，固位構(gòu)件72的第一部74和第二部76能夠自由轉(zhuǎn)動，并且第一部74可在殼體60內(nèi)滑動。以此方式，固位構(gòu)件72配置成相對于殼體60和作業(yè)構(gòu)件100轉(zhuǎn)動，并沿殼體60的軸A-A軸向移動。此外，固位構(gòu)件72配置成可在第一位置和第二位置(連接位置和釋放位置)之間移動，并且配置成在固位構(gòu)件72處于第一位置(圖5B的連接位置)時約束作業(yè)構(gòu)件100以及在固位構(gòu)件72處于第二位置(圖5A的釋放位置)時允許作業(yè)構(gòu)件100與殼體60脫離耦接。在圖4A-5B的實施方案中，作業(yè)構(gòu)件100是用于髖部置換手術(shù)期間對髖臼22表面修整的擴銼器。作業(yè)構(gòu)件100包括具有近端IOOa和遠(yuǎn)端IOOb的桿體110。近端IOOa配置成接合驅(qū)動電動機112。遠(yuǎn)端IOOb是エ件接合端，其包括接合配置成切削骨骼的切削元件116的附接機構(gòu)114。在操作中(如圖IOA所示)，手術(shù)醫(yī)生用一只手促動驅(qū)動電動機112以及用另ー只手握持末端執(zhí)行器40以操控末端執(zhí)行器40。驅(qū)動電動機112對作業(yè)構(gòu)件100和切削元件116施加轉(zhuǎn)動運動。正如下文結(jié)合圖11的步驟S8進ー步描述的，手術(shù)醫(yī)生根據(jù)手術(shù)計劃相對于髖臼22定位作業(yè)構(gòu)件100，并利用轉(zhuǎn)動的切削元件116擴銼髖臼22的表面。當(dāng)轉(zhuǎn)動的切削元件116接觸髖臼22時，髖臼22的表面(例如，疾患的骨骼)切削掉或修整其表面。
為了向手術(shù)醫(yī)生提供靈活性，末端執(zhí)行器40配置成使作業(yè)構(gòu)件100能夠與其他作業(yè)構(gòu)件彼此互換。例如，作業(yè)構(gòu)件100能夠與作業(yè)構(gòu)件200互換。在一個實施方案中，作業(yè)構(gòu)件200是偏移擴銼器。正如公知的，較之后側(cè)方法，使用前側(cè)方法的手術(shù)醫(yī)生可能首選偏移擴銼器而非直擴銼器。在本實施方案中，除了作業(yè)構(gòu)件200包括偏移部220外，作業(yè)構(gòu)件200與作業(yè)構(gòu)件100完全相同。例如，如圖6A-6C所示，作業(yè)構(gòu)件200包括配置成接合驅(qū)動電動機112的近端200a和包括附接機構(gòu)214的遠(yuǎn)端200b，附接機構(gòu)214接合與切削元件116完全相同或相似的切削元件(未示出)。偏移部220連接到桿體210并包括具有通用接頭228的偏移桿體224。偏移桿體224被支撐殼體222封裝，以及成對的球軸承226使偏移桿體224能夠相對干支撐殼體222以低摩擦力轉(zhuǎn)動。偏移部220還包括防轉(zhuǎn)銷釘232，防轉(zhuǎn)銷釘232接合末端執(zhí)行器40的殼體60中的相應(yīng)槽632。防轉(zhuǎn)銷釘232確保偏移部220正確地組裝到末端執(zhí)行器40，并在驅(qū)動電動機112施加扭矩吋，阻止支撐殼體222相對于殼體60轉(zhuǎn)動。作業(yè)構(gòu)件200以與作業(yè)構(gòu)件100完全相同的方式通過耦接裝置70耦接到末端執(zhí)行器40。具體來說，作業(yè)構(gòu)件200包括具有凹進部204的耦接區(qū)202，凹進部204以上文結(jié)合作業(yè)構(gòu)件100描述的相同方式接合末端執(zhí)行器40的耦接裝置70。在操作中，手術(shù)醫(yī)生將作業(yè)構(gòu)件200的桿體210耦接到末端執(zhí)行器40 (如上文結(jié)合作業(yè)構(gòu)件100描述的)，將球形 柄84、驅(qū)動電動機112和切削元件116附接到桿體210，并以與作業(yè)構(gòu)件100相同的方式操作作業(yè)構(gòu)件200。末端執(zhí)行器40還配置成個別地和以可與具有不同功能的多個作業(yè)構(gòu)件互換地使用。例如，第一作業(yè)構(gòu)件可以配置成具有第一功能，以及第二作業(yè)構(gòu)件可以配置成具有第二功能。在一個實施方案中，第一作業(yè)構(gòu)件是具有擴銼功能的作業(yè)構(gòu)件100(如圖4A-5B所示)或作業(yè)構(gòu)件200 (如圖6A-6C所示)，以及第ニ作業(yè)構(gòu)件是具有打壓功能的作業(yè)構(gòu)件300 (如圖7A-8B所示)。在本實施方案中，作業(yè)構(gòu)件300是直打壓器，用于將髖臼杯(例如，髖臼杯28a)植入到已制備的髖臼中。作為備選方式第二作業(yè)構(gòu)件可以是作業(yè)構(gòu)件400(如圖9A和圖9B所示)，如偏移打壓器。除了作業(yè)構(gòu)件300配置成與人工假體316 (例如，髖臼杯28a)接合而非切削元件接合以及與打壓器頭312而非驅(qū)動電動機接合外，作業(yè)構(gòu)件300與作業(yè)構(gòu)件100相似。此外，作業(yè)構(gòu)件300配置成相對于末端執(zhí)行器40在方向T1、T2上平移。確切地來說，作業(yè)構(gòu)件300配置成在手術(shù)醫(yī)生對打壓器頭312施加打壓カ時相對于耦接的安裝部35、50平移。作業(yè)構(gòu)件300包括具有近端300a和遠(yuǎn)端300b的桿體310。遠(yuǎn)端300b是エ件接合端，其配置成(例如，通過螺釘螺紋)耦接到人工假體316。近端300a配置成承受足夠?qū)⑷斯ぜ袤w316打壓到患者的髖關(guān)節(jié)10中的打壓力。例如，近端300a配置成使用任何適合的機構(gòu)(例如，螺釘螺紋、機械緊固器、槽等)接合打壓器頭312。正如公知的，打壓器頭312提供手術(shù)醫(yī)生(例如，利用錘340)敲擊來向作業(yè)構(gòu)件300施加力的表面312a。打壓器頭312還能夠被手術(shù)醫(yī)生握持，并用來轉(zhuǎn)動作業(yè)構(gòu)件300以將人工假體316轉(zhuǎn)入以及轉(zhuǎn)出遠(yuǎn)端300b。除了作業(yè)構(gòu)件300配置成在耦接裝置70處于連接位置時相對于末端執(zhí)行器40平移外，作業(yè)構(gòu)件300以與上文結(jié)合作業(yè)構(gòu)件100描述的完全相同的方式通過耦接裝置70耦接到末端執(zhí)行器40。例如，如圖8A和圖8B所示，作業(yè)構(gòu)件300包括接合末端執(zhí)行器40的耦接裝置70的耦接區(qū)302。以與第一作業(yè)構(gòu)件100的耦接區(qū)102完全相同的方式，當(dāng)耦接區(qū)302與接納部62的孔68對準(zhǔn)，并且耦接裝置70移到連接位置(如圖8B所示)時，耦接裝置70約束作業(yè)構(gòu)件100在縱向L上向約束區(qū)Z (如圖8B所示)的移動。例如，耦接區(qū)302包括桿體310的外周表面306中的凹進部304。凹進部304具有近端304a和遠(yuǎn)端304b。近端304a和遠(yuǎn)端304b限定作業(yè)構(gòu)件300在約束區(qū)Z中的運動范圍。圖8A示出處于釋放位置中的耦接裝置70。當(dāng)耦接裝置70移到連接位置(如圖SB所示)吋，固位構(gòu)件72的球軸承(即，第二位置76)沿徑向向內(nèi)移到孔68內(nèi)并接合凹進部304。當(dāng)球軸承與凹進部304接合時，球軸承與凹進部304的近端304a和/或遠(yuǎn)端304b相互作用(即，接觸)以約束作業(yè)構(gòu)件300的縱向移動。在本實施方案中，凹進部304的縱向長度L3的尺寸設(shè)為使作業(yè)構(gòu)件能夠在凹進部304的約束內(nèi)平移。例如，作業(yè)構(gòu)件300能夠在方向T2上平移，直到凹進部304的近端304a接觸球軸承，從而約束作業(yè)構(gòu)件300在方向T2上的移動。相似地，作業(yè)構(gòu)件300能夠在方向Tl上平移，直到凹進部304的遠(yuǎn)端304b接觸球軸承，從而約束作業(yè)構(gòu)件300在方向Tl上的移動。當(dāng)耦接裝置70處于連接位置時作業(yè)構(gòu)件300在約束區(qū)Z中被動地平移的能力，有利地使得手術(shù)醫(yī)生能夠以錘340敲擊打壓器頭312而錘敲擊的カ不會通過末端執(zhí)行器40傳遞到機器人手臂30。以此方式，耦接區(qū)302保護機器人手臂30免于因打壓カ而損壞。正如通過比較圖5B和圖8B能夠見到的，作業(yè)構(gòu)件100的凹進部104的縱向長度LI小于作業(yè)構(gòu)件300的縱向長度L3。凹進部104的縱向長度LI和凹進部104的近端和遠(yuǎn)端104a、104b與固位構(gòu)件72 (即，球軸承)的相互作用限定了約束區(qū)Y。因為當(dāng)球軸承與連·接位置中的第一耦接區(qū)102接合時，近端和遠(yuǎn)端104a、104b同時接觸球軸承，所以約束區(qū)Y相對于殼體60是基本固定的軸向位置。由此，當(dāng)耦接裝置70處于連接位置吋，實質(zhì)性地約束作業(yè)構(gòu)件100在縱向L (B卩，方向T1、T2)上移動。相比之下，作業(yè)構(gòu)件300的約束區(qū)Z允許作業(yè)構(gòu)件300平移。例如，凹進部304的縱向長度L3和凹進部304的近端和遠(yuǎn)端304a、304b與固位構(gòu)件72 (即，球軸承)的相互作用限定了約束區(qū)Z。因為凹進部304是細(xì)長的，所以當(dāng)耦接裝置70處于連接位置(即，當(dāng)固位構(gòu)件72與耦接區(qū)302接合吋)，(固位構(gòu)件72的)球軸承接觸凹進部304的近端304a、凹進部304的遠(yuǎn)端304b或與二者均不接觸。由此，約束區(qū)Z包括第一軸向位置(S卩，凹進部304的近端304a接觸球軸承的位置)和第二軸向位置(即，凹進部304的遠(yuǎn)端304b接觸球軸承的位置)，并且作業(yè)構(gòu)件300可在其之間移動。以此方式，該耦接裝置70以及作業(yè)構(gòu)件100、300配置成在耦接裝置70接合作業(yè)構(gòu)件100的耦接區(qū)102時，約束被接納的作業(yè)構(gòu)件在縱向L上向第一約束區(qū)Y的移動，以及在耦接裝置70接合作業(yè)構(gòu)件300的耦接區(qū)302吋，約束被接納的作業(yè)構(gòu)件在縱向L上向第二約束區(qū)Z的移動，第二約束區(qū)Z不同于第一約束區(qū)Y。末端執(zhí)行器40還可以包括止動構(gòu)件90，止動構(gòu)件90配置成接合作業(yè)構(gòu)件以限制作業(yè)構(gòu)件相對于殼體60的移動并提供作業(yè)構(gòu)件300相對于末端執(zhí)行器40的精確軸向位置。例如，如圖7A和圖7B所示，止動構(gòu)件90包括設(shè)置在末端執(zhí)行器40的殼體60內(nèi)的定位表面92 (例如，沉孔)和設(shè)置在作業(yè)構(gòu)件300的桿體310上的相應(yīng)定位表面94 (例如，肩形突起或突起部)。雖然止動構(gòu)件90可以設(shè)置在任何適合的位置，但是在本實施方案中，止動構(gòu)件90設(shè)置為遠(yuǎn)離凹進部304和耦接裝置70。具體來說，在凹進部304和耦接裝置70越靠近作業(yè)構(gòu)件300的近端300a的同時，止動構(gòu)件90越靠近作業(yè)構(gòu)件300的遠(yuǎn)端300b。當(dāng)定位表面94接觸定位表面92 (圖7A中所示的就位位置)時，作業(yè)構(gòu)件300在方向Tl上的平移被阻止。相比之下，當(dāng)定位表面92、94未接觸(圖7B所示的展開位置)時，作業(yè)構(gòu)件300能夠在方向Tl和方向T2上在約束區(qū)Z內(nèi)平移。以此方式，止動構(gòu)件90配置成接合作業(yè)構(gòu)件300以限制作業(yè)構(gòu)件300在約束區(qū)Z中的平移。在一個實施方案中，將止動構(gòu)件90定位成阻止作業(yè)構(gòu)件300在約束區(qū)Z的完整范圍內(nèi)平移。在本實施方案中，作業(yè)構(gòu)件300在凹進部304的近端304a限定的第一位置與定位表面94限定的第二位置之間平移。以此方式，止動構(gòu)件90能夠用于在耦接裝置70處于連接位置時有效地減少作業(yè)構(gòu)件300的行進范圍。以此方式減小行進范圍有利地減少接觸應(yīng)力，因為定位表面92、94之間的接觸面積大于球軸承與凹進部304的遠(yuǎn)端304b之間的表面面積。在操作中，手術(shù)醫(yī)生完成擴銼髖白22之后，手術(shù)醫(yī)生從末端執(zhí)行器40移除作業(yè)構(gòu)件100 (或作業(yè)構(gòu)件200)。手術(shù)醫(yī)生將作業(yè)構(gòu)件300 (或作業(yè)構(gòu)件400)耦接到末端執(zhí)行器40 (以上文結(jié)合作業(yè)構(gòu)件100所描述的相同方式)，并將人工假體316和打壓器頭312連接到作業(yè)構(gòu)件300。如圖IOB所示，手術(shù)醫(yī)生用一只手握持末端執(zhí)行器40，并且使用另ー只手握錘340。正如下文結(jié)合圖11的步驟SlO進ー步描述的，手術(shù)醫(yī)生相對于擴銼的髖臼22適當(dāng)?shù)囟ㄎ蝗斯ぜ袤w316，并使用錘340對打壓器頭312的表面312a施加力。在打壓過程中，凹進部304起到使作業(yè)構(gòu)件300能夠按上文描述的平移的滑行被動接頭的作用。該打壓力將人工假體316打壓到髖白22上。在錘敲擊的間隙，手術(shù)醫(yī)生向前推送末端執(zhí)行器40，直到止動構(gòu)件90的定位表面92、94接觸(如圖7A所示)為止。手術(shù)醫(yī)生持續(xù)地手動打壓人工假體316，直到人工假體316按計劃的深度被植入在髖白22上為止。在植入人工假體316之后，手術(shù)醫(yī)生握持打壓器頭312并轉(zhuǎn)動作業(yè)構(gòu)件300以將作業(yè)構(gòu)件從植入的人工假體316旋出。如果髖白杯包括村里(例如，村里28b)，則手術(shù)醫(yī)生將該襯里插入杯中。具體根據(jù)患者的位置，手術(shù)醫(yī)生可能首選使用偏移打壓器(例如，作業(yè)構(gòu)件400)，而非直打壓器(例如，作業(yè)構(gòu)件300 )。在一個實施方案中，除了作業(yè)構(gòu)件400包括偏移部420夕卜，作業(yè)構(gòu)件400 (如圖9A和圖9B所示)與作業(yè)構(gòu)件300相似。例如，如圖9A和圖9B所示，作業(yè)構(gòu)件400包括配置成接合打壓器頭312的近端400a和配置成耦接到人工假體316(例如，通過螺釘螺紋)的遠(yuǎn)端400b。偏移部420連接到桿體410并包括具有通用接頭428和耦接球形柄430的偏移桿體424。因為偏移的原因，使用耦接球形柄430替代打壓器頭312以將作業(yè)構(gòu)件400旋入/旋出人工假體316。該備選實施方案可以包括兩個通用接頭(例如與作業(yè)構(gòu)件200的偏移部220相似)，這兩個通用接頭使打壓器頭312能夠用于將作業(yè)構(gòu)件400旋入/旋出人工假體316。但是，此備選配置的ー個缺點是，它可能増加復(fù)雜性并降低偏移桿體424的強度。偏移部424被殼體422封裝并包括防轉(zhuǎn)銷釘432。防轉(zhuǎn)銷釘432接合殼體60中的相應(yīng)槽632，以適當(dāng)?shù)叵鄬τ谀┒藞?zhí)行器40定位偏移部420，以及阻止殼體422相對于殼體60的轉(zhuǎn)動。作業(yè)構(gòu)件400以與上文結(jié)合作業(yè)構(gòu)件300描述的完全相同的方式通過耦接裝置70耦接到末端執(zhí)行器40。具體來說，作業(yè)構(gòu)件400包括具有凹進部404的耦接區(qū)402，凹進部404接合末端執(zhí)行器40的耦接裝置70，并使作業(yè)構(gòu)件400能夠在約束區(qū)Z中縱向平移。如圖11所示，槽632是細(xì)長的，從而使防轉(zhuǎn)銷釘432能夠在約束區(qū)Z的軸向約束內(nèi)在槽632中縱向平移。在操作中，除了使用耦接球形柄430 (而非打壓器頭312)來將人工假體316耦接到作業(yè)構(gòu)件400/與作業(yè)構(gòu)件400脫離外，作業(yè)構(gòu)件400以與作業(yè)構(gòu)件300相同的方式實現(xiàn)功能。手術(shù)應(yīng)用在操作中，手術(shù)醫(yī)生能夠使用機器人手臂30來協(xié)助關(guān)節(jié)置換手術(shù)，如用于全髖置、換或髖部表面修整手術(shù)的擴銼骨骼和植入髖白杯。正如上文解釋的，機器人手臂30包括配置成耦接到切削元件(用于擴銼)以及接合人工假體(用于打壓)的手木工具。例如，為了擴銼，末端執(zhí)行器40可以耦接到作業(yè)構(gòu)件100或作業(yè)構(gòu)件200，二者各耦接切削元件116。相似地，為了打壓，末端執(zhí)行器40可以耦接到作業(yè)構(gòu)件300或作業(yè)構(gòu)件400，二者各接合人工假體316。機器人手臂30能夠用于確保擴銼和打壓期間正確的定位。圖11圖示用于執(zhí)行全髖置換的手術(shù)過程的步驟的實施方案。在本實施方案中，步驟S1-S7、S9、Sll和S12能夠以任何公知的方式，有機器人協(xié)助或沒有機器人協(xié)助來執(zhí)行。步驟S8和SlO優(yōu)選地使用機器人手臂30來執(zhí)行。例如，可以使用末端執(zhí)行器40耦接到作業(yè)構(gòu)件100或作業(yè)構(gòu)件200的機器人手臂30來執(zhí)行步驟S8 (擴銼)，以及可以使用末端執(zhí)行器40耦接到作業(yè)構(gòu)件300或作業(yè)構(gòu)件400的機器人手臂30來執(zhí)行步驟SlO (打壓)。在手術(shù)過程之前，獲取患者骨盆12和股骨14的術(shù)前CT掃描。如圖14A所示，使用CT掃描來創(chuàng)建骨盆12的三維模型512和股骨14的三維模型514。手術(shù)醫(yī)生使用這些三維模型512、514來構(gòu)建手術(shù)計劃。作為備選方式可以將由CT掃描和/或三維模型512、514導(dǎo)出的X射線圖像來進行手術(shù)規(guī)劃，這對于相對于基于CT的模型更習(xí)慣使用實際X射線圖 像的手術(shù)醫(yī)生來說是有幫助的。手術(shù)醫(yī)生通過指定髖白假體28和股骨假體26相對于患者解剖體的模型512、514的期望姿勢(B卩，位置和取向)來生成手術(shù)計劃。例如，可以指定髖臼杯28a的計劃姿勢500，并將其顯示在如顯示裝置9的計算機顯示器上。手術(shù)過程期間，跟蹤裝置8跟蹤患者解剖體和手木工具在物理空間中的運動，并將這些跟蹤的物件對位到導(dǎo)航系統(tǒng)7 (圖像空間)中的相應(yīng)模型。由此，將物理空間中的物件與圖像空間中的相應(yīng)模型相關(guān)聯(lián)。因此，手術(shù)系統(tǒng)5總是知道手木工具相對于患者解剖體和計劃的姿勢500的實際位置，并且在手術(shù)過程期間，此信息以圖形方式顯示在顯示裝置9上。在手術(shù)過程的步驟SI中，將皮質(zhì)層跟蹤陣列附接到股骨14以使跟蹤裝置8能夠跟蹤股骨14的運動。在步驟S2中，將股骨14對位(使用任何公知的對位技木)以將股骨14的姿勢(物理空間)與導(dǎo)航系統(tǒng)7中的股骨14的模型(圖像空間)相關(guān)聯(lián)，并附接股骨檢查點。在步驟S3中，使用制導(dǎo)的股骨鉆孔器制備股骨14以接納股骨植入體(例如，股骨假體26)。在步驟S4中，將皮質(zhì)層跟蹤陣列附接到骨盆12以使跟蹤裝置8能夠跟蹤骨盆12的運動。在步驟S5中，將檢查點附接到骨盆12以在手術(shù)過程期間使用，以便驗證皮質(zhì)層跟蹤陣列未相對于骨盆12移動。該檢查點可以是例如2007年5月18日提交的美國專利申請序列號11/750,807 (公開號US 2008/0004633)中描述的檢查點，其通過引用全部并入本文。在步驟S6中，將骨盆12對位(使用任何公知的對位技術(shù))以將骨盆12的姿勢(物理空間)與導(dǎo)航系統(tǒng)7中的骨盆12的模型(圖像空間)相關(guān)聯(lián)。在一個實施方案中，如圖14B所示，對位是使用跟蹤的探頭收集骨盆12上的點(物理空間)，然后將其與骨盆12的表示512上的相應(yīng)點(圖像空間)匹配來實現(xiàn)的。在本實施方案中，顯示裝置9顯示包含ー個或多個對位點516的骨盆12的表示512。對位點516幫助手術(shù)醫(yī)生知道要利用跟蹤的探頭在實際解剖體上哪里收集點。對位點516可以是以顔色編碼的，以便進ー步幫助手術(shù)醫(yī)生。例如，要利用跟蹤的探頭下ー步收集的骨盆12上的對位點516可以采用黃色著色，而已經(jīng)收集的對位點516可以采用緑色著色，以及后來將收集的對位點516可以采用紅色著色。在對位之后，顯示裝置9可以向手術(shù)醫(yī)生顯示對位算法將物理收集的點與骨盆12的表示512擬合的程度。例如，如圖14C所示，可以顯示誤差點518來圖示表示512的表面與物理骨盆12的相應(yīng)表面之間的對位存在多少誤差。在一個實施方案中，可以對誤差點518以顏色編碼，例如，誤差點518表示以綠色顯示的最小誤差，以及誤差點518表示以藍(lán)色、黃色和紅色顯示的遞增量的誤差。作為顏色編碼的備選，表示不同程度誤差的誤差點518可以具有不同形狀或大小。還可以顯示驗證點519。驗證點519向手術(shù)醫(yī)生圖示要利用跟蹤的探頭在哪里收集點以驗證對位。當(dāng)收集對位點519吋，導(dǎo)航系統(tǒng)7的軟件顯示解剖體上收集的實際點與表示512在物理空間中的對位的位置之間的誤差(例如，數(shù)值上以毫米為単位)。如果對位誤差太高，則手術(shù)醫(yī)生通過重復(fù)步驟S6的對位過程重新對位骨盆12。在步驟S7中，將機器人手臂30對位以將機器人手臂30的姿勢(物理空間)與導(dǎo)航系統(tǒng)7 (圖像空間)相關(guān)聯(lián)。機器人手臂30可以按2006年2月21日提交的美國專利申請 序列號11/357，197 (公開號US2006/0142657)中描述的來進行對位，其通過引用全部并入本文。在步驟S8中，手術(shù)醫(yī)生使用耦接到機器人手臂30的擴銼器，如作業(yè)構(gòu)件100或作業(yè)構(gòu)件200對髖白22進行表面修整。正如上文結(jié)合作業(yè)構(gòu)件100、200描述的，手術(shù)醫(yī)生將適合的作業(yè)構(gòu)件(例如直擴銼器或偏移擴銼器)耦接到末端執(zhí)行器40，將切削元件116連接到接納的作業(yè)構(gòu)件，井手動操縱機器人手臂30 (如圖IOA所示)來擴銼髖臼22。在擴銼期間，機器人手臂30向手術(shù)醫(yī)生提供觸感(作用力反饋)引導(dǎo)。觸感引導(dǎo)約束手術(shù)醫(yī)生手動移動手術(shù)工具的能力以便確保實際的骨骼切削在形狀和位置上相應(yīng)于計劃的骨骼切削(即，切削與手術(shù)計劃相符)。優(yōu)選地，調(diào)整該約束以相應(yīng)于正在使用的手木工具，例如切削元件116。在ー個實施方案中，將控制器編程為生成力信號，該カ信號在切削元件116是第一切削元件116a吋，促使作用力系統(tǒng)對手術(shù)醫(yī)生手動移動末端執(zhí)行器40提供第一約束(例如觸感引導(dǎo))，以及在切削元件116是第二切削元件116b時對手術(shù)醫(yī)生手動移動末端執(zhí)行器40提供第二約束(例如，觸感引導(dǎo))，其中第二約束不同于第一約束。如圖12所示，第一和第二切削元件116a、116b是半球形切削元件，其配置成切削髖臼骨，以及第一切削元件116a的直徑Dl不同于第ニ切削元件116b的直徑D2。在一個實施方案中，第一切削元件116a的直徑Dl比人工假體316的直徑D3小預(yù)定量，第二切削元件116b的直徑D2比第一切削元件116a的直徑Dl大。在示范實施方案中，該預(yù)定量比人工假體316的直徑D3小5毫米。在其他實施方案中，該預(yù)定量可以大于或小于5毫米，如2毫米、3毫米、7毫米或某個范圍(例如，5±2毫米)。因為第一切削元件116a的直徑Dl小于人工假體316的直徑D3，所以可以使用第一切削元件116a來進行初步切削，例如移除關(guān)節(jié)軟骨和骨贅。初步切削無需如最終切削那樣精確。因此，初歩切削可以按照比最終切削低的觸感約束度進行。具體來說，當(dāng)使用第一切削元件116a來進行擴銼時，第一約束配置成約束沿參考軸R-R的與切削元件116a關(guān)聯(lián)的至少ー個點。例如，如圖13A所示，可以沿參考軸R-R約束切削元件116a的中心軸C-C上的至少ー個點P，以使點P只能沿參考軸R-R移動。在圖13A的實施方案中，點P設(shè)置在切削元件116a上。在其他實施方案中，點P可以處于切削元件116a的中心軸C-C上而未實際地與切削元件116a相交。在本實施方案中，參考軸R-R是將人工假體316植入到患者解剖體上時人工假體316的期望的軸。例如，參考軸R-R可以是根據(jù)手術(shù)醫(yī)生的手術(shù)計劃將人工假體316植入到髖臼22上時人工假體316的中心軸。因此，當(dāng)利用第一切削元件116a擴銼時，機器人手臂30提供作用力反饋以約束手術(shù)醫(yī)生手動移動末端執(zhí)行器40，以使點P保持在參考軸R-R上。以此方式，約束手木工具的軌跡。在一個實施方案中，還約束點P可以沿參考軸R-R行進的深度以防止過度擴銼髖臼22。但是，當(dāng)使用第一切削元件116a吋，優(yōu)選地不約束末端執(zhí)行器40的取向。隨著擴銼繼續(xù)，使用逐漸更大的擴銼器。在進行初歩切削之后，手術(shù)醫(yī)生以更大的切削元件，如第二切削元件116b更換第一切削元件116a。當(dāng)?shù)诙邢髟?16b耦接到末端執(zhí)行器40時，機器人手臂30施加第二約束。該第二約束配置成約束手木工具相對于參考軸R-R的取向。例如，如圖13B所示，機器人手臂30可以應(yīng)用作用力反饋以約束手木工具來將手術(shù)工具的軸保持在參考軸R-R的預(yù)限定角度距離Θ內(nèi)。手木工具的軸可以是末端執(zhí)行器40的殼體60的中心軸A-A、手術(shù)工具的桿體的軸(例如，被接納的作業(yè)構(gòu)件的中心軸B-B)或切削元件116b的中心軸C-C。預(yù)限定角度距離Θ優(yōu)選地是10度，但是也可以是適于特定手術(shù)應(yīng)用的任何其他角度，例如，5度、15度等。優(yōu)選地，當(dāng)使用第二切削元件 116b時，機器人手臂30兼應(yīng)用第一和第二約束。因此，利用第二切削元件116b，機器人手臂兼約束手木工具的軌跡和角度取向。為了避免過度擴銼，還可以將手木工具能夠行進的深度約束為不超過人工假體316在被植入到髖白22上時的期望深度。在一個實施方案中，第二切削元件116b在尺寸上相應(yīng)于人工假體316，并且用于對髖白22進行最終切削。在一個實施方案中，將控制器編程為在最終切削的形狀基本相應(yīng)于最終切削的期望形狀時停用或關(guān)閉第二切削元件116b。擴銼器的尺寸可以基于其外側(cè)直徑來設(shè)置，其中擴銼器尺寸按I毫米逐漸遞増。在一個實施方案中，對于低于計劃的人工假體316的尺寸的至少5個尺寸(例如，5毫米)的所有切削元件，機器人手臂30應(yīng)用第一約束。換言之，如果切削元件的直徑比人工假體316的直徑D3小至少5毫米，則可以按任何角度使用切削元件，但是沿參考軸R-R約束該切削元件。對于較大的切削元件(即，遞增到計劃的杯的尺寸的四個尺寸)，機器人手臂30附加地應(yīng)用第二約束，以使手術(shù)工具的角度取向也被約束。隨著切削元件的尺寸遞增，角度約束可以變得逐漸更大限制。在另ー個實施方案中，對于尺寸等于低于計劃的人工假體316的尺寸的兩個尺寸或高于計劃的人工假體316的尺寸的擴銼器，機器人手臂30兼應(yīng)用第一和第二約束。優(yōu)選地，將手術(shù)工具的行進深度約束為防止擴銼超過人工假體316的計劃的深度。優(yōu)選地由控制機器人手臂30的作用力系統(tǒng)的控制器來激活第一和第二約束。例如，該控制器可以編程為生成控制信號，這些控制信號促使作用力系統(tǒng)在切削元件116 (例如，第一切削元件116a或第二切削元件116b)的一部分與激活區(qū)510吻合時提供第一約束和第二約束的至少其中之一。該激活區(qū)510 (如圖14A和圖14D所示)可以是相對于患者的解剖體限定的虛擬區(qū)域。例如，激活區(qū)510可以相對于人工假體316的計劃的姿勢500來限定。在一個實施方案中，激活區(qū)510與計劃的姿勢500的邊界吻合，并且因此具有與計劃的姿勢500相同的形狀和位置。在另ー個實施方案中，計劃的姿勢500和激活區(qū)510的至少一部分吻合。激活區(qū)510還能夠延伸到計劃的姿勢500以外。例如，如圖14A和圖14D所示，激活區(qū)510是延伸到計劃的姿勢500的邊界以外的圓柱形容積。優(yōu)選地，當(dāng)人エ假體316被植入到計劃的姿勢500中的解剖體上時，該圓柱形容積與計劃的姿勢500的軸(如人エ假體316的中心軸C-C)同軸。
在手術(shù)過程中，手木工具的表示相對于計劃的姿勢500、激活區(qū)510和/或解剖體的表示512、514被顯示在顯示器9上,如圖14D所示。該表示是與物理空間中的實際手術(shù)工具相應(yīng)的圖像空間中的圖形模型(通過步驟S7中的機器人手臂30對位)，并且包括接納的作業(yè)構(gòu)建的桿體的表示520a和切削元件116的表示520b。手術(shù)醫(yī)生使用此視圖來將手木工具手動導(dǎo)航到切ロ中。在一個實施方案中，手術(shù)醫(yī)生可以自由地移動手術(shù)工具，直到手木工具的一部分與激活區(qū)510相交為止，此時作用力系統(tǒng)控制機器人手臂30以提供適合的約束(例如，第一約束和/或第二約束)。在一個實施方案中，當(dāng)被接納的作業(yè)構(gòu)件的桿體的表示520a完全完全由激活區(qū)510的圓柱形容積界定(如圖14D所示)時，適合的約束激活。一旦適合的約束處于激活狀態(tài)，則可以從顯示的圖像移除激活區(qū)510，如圖14E所示。第一和第二約束確保了對髖臼的骨骼切削精確地相應(yīng)于人工假體316的計劃的姿勢500的骨骼切削。因為第一和第二約束由促動器來應(yīng)用，所以第一和第二約束并非無限的。相應(yīng)地，手術(shù)醫(yī)生能夠通過以足夠克服機器人手臂30提供的作用力反饋的カ來手動移動末端執(zhí)行器40以超越第一和第二約束。為了避免對患者的傷害和/或不精確的骨骼切削，控制器優(yōu)選地編程為在手術(shù)醫(yī)生手動超越第一約束和/或第二約束的情況下，自動 的控制手木工具的姿勢的至少ー個方面。例如，在擴銼期間，如果手術(shù)醫(yī)生推送末端執(zhí)行器40，以使被接納的作業(yè)構(gòu)件的桿體超出參考軸R-R預(yù)限定的角度距離Θ，則機器人手臂30能夠施加主動作用力反饋以盡力將被接納的作業(yè)構(gòu)件移回預(yù)限定的角度距離Θ內(nèi)。如果手術(shù)醫(yī)生超越第一約束和/或第二約束，則另ー個選擇是控制器停用或關(guān)閉擴銼器。在步驟S9中，手術(shù)醫(yī)生通過以跟蹤探頭聯(lián)系骨盆檢查點來驗證髖白跟蹤陣列與骨盆12之間的對位(S卩，幾何形狀關(guān)系)仍是有效的，例如2007年5月18日提交的美國專利申請序列號11/750,807 (公開號US 2008/0004633)中描述的檢查點，其通過引用全部并入本文。如果對位劣化(例如，由于在擴銼期間髖臼跟蹤陣列受到振動所致)，則對骨盆12重新對位。對位驗證可以在手術(shù)醫(yī)生期望檢查髖白對位的一致性的任何時間執(zhí)行。在步驟SlO中，使用耦接到機器人手臂30的打壓器工具(如作業(yè)構(gòu)件300或作業(yè)構(gòu)件400)將人工假體316植入到已擴銼的髖臼22上。正如上文結(jié)合作業(yè)構(gòu)件300、400描述的，手術(shù)醫(yī)生從末端執(zhí)行器40移除擴銼器，并將適合的作業(yè)構(gòu)件(例如直擴銼器或偏移擴銼器)連接到末端執(zhí)行器40，然后將人工假體316 (例如，髖白杯28a)附接到作業(yè)構(gòu)件。手術(shù)醫(yī)生然后人工操縱機器人手臂30 (如圖IOB所示)以打壓髖白22上的人工假體316。在手術(shù)醫(yī)生打壓人工假體316的同時，機器人手臂30基于手術(shù)計劃提供觸感引導(dǎo)，其約束手術(shù)醫(yī)生移動手術(shù)工具的能力以確保在將人工假體316打壓到髖白22上時，耦接到手木工具的人工假體316的實際姿勢基本對應(yīng)于計劃的姿勢500。在一個實施方案中，將控制器編程為將人工假體316的目標(biāo)姿勢(例如計劃的姿勢500和/或激活區(qū)510)與手木工具接合的人工假體316的實際姿勢比較，并生成控制信號，該控制信號促使作用力系統(tǒng)允許手術(shù)工具在移動范圍內(nèi)移動并提供觸感反饋以約束手術(shù)醫(yī)生手動移動手術(shù)工具超出該移動范圍的能力。可以例如相對于在解剖體上植入人工假體316時人工假體316的期望的方面，如角度(例如，翻轉(zhuǎn)角、傾角)、軸、取向、轉(zhuǎn)動中心、邊界和/或深度來限定移動的范圍。觸感反饋則能夠抵制手術(shù)醫(yī)生將手術(shù)工具進行在人工假體316的實際姿勢的至少ー個方面與人工假體316的目標(biāo)姿勢的相應(yīng)期望的方面之間產(chǎn)生實質(zhì)性偏離的移動。該觸感反饋能夠在手術(shù)醫(yī)生將人工假體316向植入部位移動時被應(yīng)用，并且優(yōu)選地在手術(shù)醫(yī)生將人工假體316植入在解剖體上時保持。由此，可以將髖臼杯28a植入在髖臼22上，以使髖臼杯28a的傾斜精確度、翻轉(zhuǎn)精確度和轉(zhuǎn)動中心基本對應(yīng)于手術(shù)計劃。以與上文結(jié)合步驟S8 (擴銼)描述的完全相同的方式，在打壓步驟SlO期間，顯示裝置9可以顯示計劃的姿勢500、激活區(qū)510、解剖體的表示512、514和手木工具的表示。但是，在打壓期間，相應(yīng)于切削元件116，表示520b表示人工假體316。此外，正如上文結(jié)合步驟S8描述的，當(dāng)手木工具的實際姿勢的至少一部分與目標(biāo)姿勢的激活區(qū)510的至少一部分吻合時，控制器能夠在打壓過程期間激活觸感反饋。又如上文結(jié)合步驟S8描述的，如果手術(shù)醫(yī)生移動末端執(zhí)行器40以超越觸感反饋，則控制器能夠啟動手木工具的自動控制以基本將實際姿勢的至少ー個方面與目標(biāo)姿勢的相應(yīng)期望的方面對準(zhǔn)。在步驟Sll中，手術(shù)醫(yī)生將股骨假體26安裝在股骨14上，并且在步驟S12中，手術(shù)醫(yī)生確定腿部長度和股骨偏移量。如圖14F所示，顯示裝置9可以顯示植入的髖曰假體28的表示522和植入的股骨假體26的表示524。此外，如圖14G所示，在手術(shù)過程期間的任何時間，顯示裝置9可以顯示與進度和/或結(jié)果相關(guān)的數(shù)據(jù)。例如，在步驟S8中的擴銼 和/或步驟SlO中的打壓，與已擴銼的髖臼22 (或已植入的髖臼杯28a)的實際位置相關(guān)的數(shù)據(jù)525可以包括，例如表示患者解剖體的三個正交平面(即內(nèi)/側(cè)向、上位/下位和前向/后向)中的實際和計劃的位置之間的誤差的數(shù)值數(shù)據(jù)。停放配置手術(shù)系統(tǒng)5優(yōu)選地配置成例如在手術(shù)過程期間，手術(shù)醫(yī)生未主動使用機器人手臂30來執(zhí)行任務(wù)時停放或固定機器人手臂30。停放配置適用于機器人手臂30的可移動構(gòu)件，如關(guān)節(jié)式臂桿34或用于跟蹤物件的儀器化聯(lián)桿(例如機械跟蹤臂)，例如美國專利號6，322，567中所描述的，其通過引用全部并入本文。在停放配置中，可移動構(gòu)件被固定在安全位置中，以及防止可移動構(gòu)件的工作端(例如，手木工具)向手術(shù)過程的無菌區(qū)域外移去。手術(shù)系統(tǒng)5優(yōu)選地配置成將連接到機器人手臂30的不同重量的物件納入考慮。正如上文解釋的，機器人手臂30配置成允許用戶(例如，手術(shù)醫(yī)生)手動移動關(guān)節(jié)式臂桿34以便能夠在空間中操縱耦接到關(guān)節(jié)式臂桿34 (例如，被接納的作業(yè)構(gòu)件)的物件，并由此利于使用耦接的物件執(zhí)行任務(wù)(例如，骨骼切削、植入體打壓)。關(guān)節(jié)式臂桿34調(diào)適成耦接到多個可互換物件，如第一物件和第二物件。第一物件可以是，例如作業(yè)構(gòu)件100或作業(yè)構(gòu)件200，以及第二物件可以是作業(yè)構(gòu)件300或作業(yè)構(gòu)件400(或反之)。因為作業(yè)構(gòu)件100、200、300,400具有不同的配置和功能，所以它們還可以具有實質(zhì)性不同的重量。例如，在ー個實施方案中，第二物件的重量比第一物件的重量大至少三倍。在另ー個實施方案中，第二物件的重量比第一物件的重量大至少36%。在另ー個實施方案中，第二物件的重量比第一物件的重量大至少52%。在另ー個實施方案中，第二物件的重量比第一物件的重量大至少94%。在另ー個實施方案中，作業(yè)構(gòu)件100的重量是約360克，作業(yè)構(gòu)件200的重量是約460克，作業(yè)構(gòu)件300的重量是約490克，以及作業(yè)構(gòu)件400的重量是約700克。因此，該停放配置被配置成適應(yīng)具有實質(zhì)性不同重量的機器人手臂30的有效負(fù)荷。該停放配置可以使用制動器來實現(xiàn)。在操作中，該制動器限制可移動構(gòu)件的至少一部分的手動移動。例如，該制動器限制關(guān)節(jié)式臂桿34的至少一部分的手動移動以禁止耦接的物件的空間中的操縱。因為單次手術(shù)過程期間關(guān)節(jié)式臂桿34與多個作業(yè)構(gòu)件配合使用，所以制動器應(yīng)該在關(guān)節(jié)式臂桿34耦接到第一物件時以及關(guān)節(jié)式臂桿34耦接到第二物件時均可工作而無需對制動器進行機械方面的重新配置，對制動器進行機械方面的重新配置會干擾手術(shù)流程?？梢允褂脵C械和/或電部件的任何適合組合來實現(xiàn)該制動器。在ー個實施方案中，該制動器是虛擬制動器。與物理制動器相比，該虛擬制動器不包括常規(guī)的機械制動器部件。相反，正如下文解釋的，該虛擬制動器使用機器人手臂30的控制器和作用力系統(tǒng)來實現(xiàn)。在一個實施方案中，該虛擬制動器通過控制作用力系統(tǒng)的ー個或多個促動器以對關(guān)節(jié)式臂桿的一個或多個關(guān)節(jié)施加保持轉(zhuǎn)矩(即，制動力)來實現(xiàn)。施加保持轉(zhuǎn)矩基于關(guān)節(jié)式臂桿34相對于制動區(qū)域的位置，其中制動器配置成在手術(shù)醫(yī)生將關(guān)節(jié)式臂桿34的至少一部分(如一個或多個關(guān)節(jié))移到制動區(qū)域中時接合。具體來說，該制動器配置成僅在關(guān)節(jié)(或多個關(guān)節(jié))處于制動區(qū)域中的情況下才施加制動力。例如 ，該制動器可以配置成基于可以由例如關(guān)節(jié)(或多個關(guān)節(jié))的位置限定的制動區(qū)域來限制關(guān)節(jié)(或多個關(guān)節(jié))的手動移動。在一個實施方案中，該制動區(qū)域是關(guān)節(jié)式臂桿34的關(guān)節(jié)J的限定的運動角度范圍α，并且還可以包括關(guān)節(jié)式臂桿34的其他關(guān)節(jié)的運動角度范圍。運動角度范圍α可以是期望的停放配置中放置關(guān)節(jié)式臂桿34的任何運動角度。例如，圖15示出處于基本水平位置的關(guān)節(jié)J。在本實施方案中，為了將關(guān)節(jié)J停放在基本垂直的位置，將關(guān)節(jié)J從水平位置移到垂直位置。在一個實施方案中，基本垂直位置的運動角度范圍α是約+/-15度。在其他實施方案中，運動角度范圍α可以是，例如約+/-15度、約+/-30度或約180+/-30度。在ー個實施方案中，最遠(yuǎn)處關(guān)節(jié)可以具有約+/-30度或約180+/-30度的運動角度范圍a。該制動器配置成在手術(shù)醫(yī)生將關(guān)節(jié)J移到制動區(qū)域中時接合(并將關(guān)節(jié)J保持在制動區(qū)域中)。例如，手術(shù)醫(yī)生在方向V上將關(guān)節(jié)J從水平位置移動約90度，直到關(guān)節(jié)J的位置在運動角度范圍α內(nèi)為止。當(dāng)關(guān)節(jié)J的位置在運動角度范圍α內(nèi)時，該控制器生成控制關(guān)節(jié)J的促動器施加保持轉(zhuǎn)矩的信號。當(dāng)施加保持轉(zhuǎn)矩吋，制動器被接合，并且關(guān)節(jié)J保持鎖定就位。當(dāng)關(guān)節(jié)J移到此制動區(qū)域中吋，該控制器優(yōu)選地還生成控制關(guān)節(jié)式臂桿34的ー個或多個其他關(guān)節(jié)的促動器以施加導(dǎo)致多個被制動的關(guān)節(jié)的保持轉(zhuǎn)矩的信號。由此，將關(guān)節(jié)式臂桿34的整個位置鎖定在停放配置中。手術(shù)醫(yī)生則可以安全地讓關(guān)節(jié)式臂桿34處于無人看管中，更換作業(yè)構(gòu)件或執(zhí)行任何其他任務(wù)而無需擔(dān)心手木工具將移出無菌區(qū)域外或與手術(shù)室中的患者或其他設(shè)備相干擾。雖然上文描述的結(jié)果是關(guān)節(jié)J在運動角度范圍α內(nèi)時啟動制動器，但是該制動器還可以配置成僅在多個關(guān)節(jié)被移到其各自的運動角度范圍內(nèi)的情況下才被接合。制動器的放開也可以基于制動區(qū)域。在一個實施方案中，該制動器配置成在手術(shù)醫(yī)生將制動的關(guān)節(jié)(如關(guān)節(jié)J)的至少一部分移出該特定關(guān)節(jié)的制動區(qū)域外時放開。例如，要放開制動器，手術(shù)醫(yī)生以足夠克服關(guān)節(jié)J被施加的保持轉(zhuǎn)矩或制動カ的力移動關(guān)節(jié)式臂桿34。制動カ的量值足夠小以使手術(shù)醫(yī)生能夠手動移動關(guān)節(jié)式臂桿34來克服制動力。可以針對特定手術(shù)醫(yī)生和/或特定手術(shù)過程來調(diào)整制動力，并且不同關(guān)節(jié)可以具有不同的制動力。例如，制動カ可以在約5至12Nm的范圍中。例如，在一個實施方案中，第一關(guān)節(jié)(即，最近處的關(guān)節(jié))可以具有約6Nm的制動力，第二關(guān)節(jié)可以具有約12Nm的制動力，第三關(guān)節(jié)可以具有約9Nm的制動力，第四關(guān)節(jié)可以具有約IlNm的制動力，第五關(guān)節(jié)可以具有約7Nm的制動力，以及第六關(guān)節(jié)(即，最遠(yuǎn)處的關(guān)節(jié))可以具有約5Nm的制動力。當(dāng)關(guān)節(jié)J移出制動區(qū)域而進入未制動區(qū)域610時，控制器生成控制關(guān)節(jié)J (以及任何其他被制動的關(guān)節(jié))的促動器中斷施加保持轉(zhuǎn)矩的信號。手術(shù)醫(yī)生則可以自動地移動關(guān)節(jié)式臂桿34。在一個實施方案中，制動區(qū)域與未制動區(qū)域之間610存在重疊以防止制動器的意外釋放。作為附加或備選方式，該制動器可以配置成獨立于制動區(qū)域而放開。例如，如果關(guān)節(jié)式臂桿34包括ー個或多個被制動的關(guān)節(jié)和至少ー個未制動的關(guān)節(jié)，如腕關(guān)節(jié)W，則制動器可以配置成在手術(shù)醫(yī)生手動移動未制動的關(guān)節(jié)，例如扭轉(zhuǎn)腕關(guān)節(jié)W時放開。雖然上文描述的結(jié)果是關(guān)節(jié)J被移出運動角度范圍α?xí)r放開制動器，但是該制動器還可以配置成僅在多個關(guān)節(jié)被移出其各自的運動角度范圍的情況下才放開。保持轉(zhuǎn)矩實施方案的ー個優(yōu)點在于，制動器在關(guān)節(jié)空間中實現(xiàn)，并且每個個體關(guān)節(jié)促動器可以具有唯一的保持轉(zhuǎn)矩極限。例如，較重的關(guān)節(jié)可能需要較大的保持轉(zhuǎn)矩，因為除了制動外，保持轉(zhuǎn)矩還需要補償作用于該關(guān)節(jié)的地心引力。相比之下，重量輕的關(guān)節(jié)可以具有相對較小的保持轉(zhuǎn)矩，因為較輕的關(guān)節(jié)需要較少的重力補償?？梢岳么瞬町愋詠韰f(xié)助制動器的放開。具體來說，因為手術(shù)醫(yī)生更容易手動移動具有較低保持轉(zhuǎn)矩的關(guān)節(jié)，所以可以利用移動較輕的關(guān)節(jié)來觸發(fā)虛擬制動器的放開。在另ー個實施方案中，使用觸感物件在笛卡爾空間中實現(xiàn)該虛擬制動器。該觸感物件實施方案與保持轉(zhuǎn)矩實施方案相似，所例外的是制動區(qū)域由觸感物件而非關(guān)節(jié)的運動角度范圍來限定。如2006年2月21日提交的美國專利申請序列號11/357，197 (公開號US2006/0142657)(其通過引用全部并入本文)中所解釋的，觸感物件是作用力和/或轉(zhuǎn)矩(即，力反饋)與位置之間的映射限定的虛擬物件。該感觸物件與物理空間對位，并限定物理空間中的虛擬邊界。該觸感物件可以限定成使虛擬邊界具有適于特定手術(shù)過程的任何期望的尺寸、形狀和位置。以與骨骼切削期間激活的虛擬切削邊界相似的方式，由作用力系統(tǒng)施加的力反饋約束關(guān)節(jié)式臂桿34的指定部分超出虛擬邊界的移動。當(dāng)使用觸感物件作為虛擬制動器時，該觸感物件起到附接到關(guān)節(jié)式臂桿34的端部的手木工具或其他設(shè)備的“虛擬套”的作用，并且作用力系統(tǒng)施加的カ反饋是制動力。如圖16Α和圖16Β所示，該虛擬套包括虛擬邊界600 (第一區(qū)域)和由虛擬邊界600界定的內(nèi)部區(qū)域605 (第二區(qū)域)。當(dāng)手術(shù)醫(yī)生在虛擬邊界600內(nèi)手動移動手木工具時，控制器控制作用力系統(tǒng)以約束關(guān)節(jié)式臂桿34的運動，以使手術(shù)工具保持在虛擬套的虛擬邊界600內(nèi)。在保持轉(zhuǎn)矩實施方案中，制動カ在制動區(qū)域中基本是連續(xù)的，因為無論關(guān)節(jié)J在 制動區(qū)域內(nèi)的位置在哪里均施加恒定的保持轉(zhuǎn)矩。因此，手術(shù)醫(yī)生在制動區(qū)域中移動關(guān)節(jié)J時，關(guān)節(jié)式臂桿34具有平滑的連續(xù)感覺。相比之下，在該觸感物件實施方案中，制動カ在制動區(qū)域中是基本不連續(xù)的，因為通常在觸感物件的虛擬邊界600處而非在觸感物件的內(nèi)部區(qū)域605內(nèi)施加制動力。例如，在一個實施方案中，僅在或接近虛擬邊界600處而非內(nèi)部區(qū)域605中施加力反饋。由此，當(dāng)手術(shù)工具停放在虛擬邊界600中時，手術(shù)工具可以在虛擬邊界600的約束內(nèi)自由地移動，但是被阻止移出虛擬邊界600。以此方式，制動區(qū)域包括其中施加制動カ的第一區(qū)域(即，虛擬邊界600)和其中不施加制動カ的第二區(qū)域(B卩，內(nèi)部區(qū)域605)。作為備選方式可以將觸感物件的映射限定成在內(nèi)部區(qū)域605中以及處于或接近虛擬邊界600處施加力反饋，以使手木工具在虛擬邊界600內(nèi)不移動或不移動超出虛擬邊界600。正如上文結(jié)合保持轉(zhuǎn)矩實施方案所描述的，在觸感物件實施方案中，該制動器配置成在手術(shù)醫(yī)生將手術(shù)工具(或關(guān)節(jié)式臂桿34的其他指定部分)手動移到制動區(qū)域中時接合。例如，當(dāng)手術(shù)醫(yī)生從圖16A所示的位置將關(guān)節(jié)式臂桿34移到圖16B所示的位置時，手術(shù)系統(tǒng)5檢測何時手術(shù)工具的指定部分(如尖端和/或桿體)在虛擬邊界600內(nèi)，并且控制器接合制動器。在觸感物件實施方案中，接合制動器可以包括主動性動作，如當(dāng)手木工具處于虛擬邊界600內(nèi)時開啟觸感物件的力反饋。作為備選方式，觸感物件的力反饋可以是連續(xù)地主動的，以使接合制動器包括手術(shù)系統(tǒng)5確定手木工具處于虛擬邊界600內(nèi)。以此方式，將控制器編程為確定關(guān)節(jié)式臂桿34的至少一部分是否處于限定的制動區(qū)域中，并生成信號，該信號配置成在確定關(guān)節(jié)式臂桿34處于制動區(qū)域中吋，促使施加限定的制動カ以禁止關(guān)節(jié)式臂桿34的至少一部分移動。制動器的放開也可以基于制動區(qū)域。在一個實施方案中，該制動器配置成在手術(shù)醫(yī)生將手術(shù)工具(或關(guān)節(jié)式臂桿34的其他指定部分)手動移到制動區(qū)域外時放開。例如，要放開制動器，手術(shù)醫(yī)生以足夠克服虛擬邊界600處作用カ系統(tǒng)施加的力反饋的カ移動關(guān)節(jié)式臂桿34。當(dāng)手木工具移出虛擬邊界600進入未制動區(qū)域610時，制動器被放開。在觸感物件實施方案中，放開制動器可以包括主動性動作，如當(dāng)手木工具已移出虛擬邊界600時關(guān)閉觸感物件的力反饋。作為備選方式，觸感物件的力反饋可以是連續(xù)地主動的，以使放開制動器包括手術(shù)系統(tǒng)5確定手木工具處于虛擬邊界600外。與保持轉(zhuǎn)矩實施方案中一祥，制動カ的量值足夠小以使手術(shù)醫(yī)生能夠手動移動關(guān)節(jié)式臂桿34來克服制動力。在一個實施方案中，制動區(qū)域與未制動區(qū)域之間610存在重疊以防止制動器的意外釋放。作為附加或備選方式，該制動器可以配置成獨立于制動區(qū)域而放開，如通過·上文結(jié)合保持轉(zhuǎn)矩實施方案解釋的扭轉(zhuǎn)腕關(guān)節(jié)W。停放配置可以與機器人手臂30的任何可移動構(gòu)件或未與機器人手臂30關(guān)聯(lián)的可移動構(gòu)件配合使用。例如，可移動構(gòu)件可以是用于手術(shù)導(dǎo)航的儀器化聯(lián)桿系統(tǒng)。在ー個實施方案中，如圖17A所示，儀器化聯(lián)桿系統(tǒng)包括具有多個可移動關(guān)節(jié)連接的多個鏈的儀器化聯(lián)桿(或關(guān)節(jié)式構(gòu)件)800。正如公知的，這些關(guān)節(jié)被儀器化(例如，使用關(guān)節(jié)編碼器)以能夠測量近端鏈805相對于遠(yuǎn)端鏈810的坐標(biāo)。當(dāng)遠(yuǎn)端鏈810連接到要跟蹤的物件(如骨骼)時，可以確定跟蹤的物件的姿勢。當(dāng)跟蹤的物件移動時，儀器化聯(lián)桿800隨著跟蹤的物件移動。以此方式，可以隨著跟蹤的物件在物理空間中移動跟蹤所跟蹤的物件的姿勢。使用儀器化聯(lián)桿系統(tǒng)來進行跟蹤的ー個優(yōu)點在于，儀器化聯(lián)桿系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)手術(shù)導(dǎo)航而不會有視線約束。相比之下，光學(xué)跟蹤系統(tǒng)需要光學(xué)攝像頭與設(shè)置在跟蹤的物件上的可跟蹤的標(biāo)記之間有視線。手術(shù)過程期間，儀器化聯(lián)桿800可以配置成設(shè)置在停放配置中，其中儀器化聯(lián)桿800被固定在安全位置中，并被阻止移到手術(shù)過程的無菌區(qū)域外。正如上文結(jié)合關(guān)節(jié)式臂桿34描述的，可以使用制動器來實現(xiàn)用于儀器化聯(lián)桿800的停放配置。該制動器可以使用虛擬制動器(例如，如上文描述的制動器)或物理制動器來實現(xiàn)。在一個實施方案中，直接或通過纜線將關(guān)節(jié)J2與促動器耦接，以使儀器化聯(lián)桿800是可向后驅(qū)動的。在正常操作期間，促動器可以施加轉(zhuǎn)矩來補償因儀器化聯(lián)桿800的重量所致的重力負(fù)荷。可以通過對儀器化聯(lián)桿800的至少ー個關(guān)節(jié)施加保持轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)停放配置(如圖17B所示)。在一個實施方案中，停放配置可以利用物理制動器機構(gòu)820使用電和/或機械制動器、電流變(ER)或磁流變(MR)液壓制動器等的任何適合組合來實現(xiàn)。正如上文結(jié)合關(guān)節(jié)式臂桿34描述的，制動器的應(yīng)用優(yōu)選地基于儀器化聯(lián)桿800相對于制動區(qū)域的位置。在一個優(yōu)選實施方案中，制動器機構(gòu)820配置成僅在儀器化聯(lián)桿800的關(guān)節(jié)(或多個關(guān)節(jié))處于制動區(qū)域中的情況下才施加制動力。例如，制動器可以配置成在關(guān)節(jié)J2和關(guān)節(jié)J4各位于預(yù)限定的運動角度范圍內(nèi)時(基于來自控制器的信號)接合，例如上文結(jié)合關(guān)節(jié)式臂桿34所描述的。該運動角度范圍可以是，例如10度。制動器的放開也可以基于制動區(qū)域。在一個優(yōu)選實施方案中，該制動器配置成在手術(shù)醫(yī)生將這些關(guān)節(jié)的至少其中之一移到制動區(qū)域外時放開。例如，該制動器可以配置成在手術(shù)醫(yī)生將關(guān)節(jié)J4移到制動區(qū)域外時放開。以此方式，手術(shù)系統(tǒng)可以包括配置成連接到要跟蹤的物件的關(guān)節(jié)式構(gòu)件和控制器，該控制器編程為確定關(guān)節(jié)式構(gòu)件的至少一部分是否處于限定的制動區(qū)域中，并生成信號，該信號配置成促使施加制動カ以在確定關(guān)節(jié)式構(gòu)件的至少該部分處于制動區(qū)域中時禁止關(guān)節(jié)式構(gòu)件的至少該部分移動。優(yōu)選地可以根據(jù)具體環(huán)境和/或期望的配置來調(diào)整虛擬制動器的參數(shù)。根據(jù)ー個實施方案，該虛擬制動器可以由虛擬制動器配置來限定，該虛擬制動器配置包括如制動力、制動區(qū)域的大小、制動區(qū)域的位置和/或制動區(qū)域的形狀的參數(shù)。正如上文結(jié)合保持轉(zhuǎn)矩和觸感物件實施方案所解釋的，可以針對特定手術(shù)應(yīng)用來定制這些參數(shù)。此外，該控制器可以編程為使手術(shù)醫(yī)生能夠持續(xù)地控制虛擬制動器配置。例如，在手術(shù)過程之前、期間和/或之后，手術(shù)醫(yī)生可以使用計算機(例如導(dǎo)航系統(tǒng)7上的計算機)來調(diào)整虛擬制動器配置的一、個或多個參數(shù)。以此方式，控制器可以編程為使手術(shù)醫(yī)生能夠持續(xù)地修改虛擬制動器配置的參數(shù)。有利地，可以修改虛擬制動器配置而不改變機器人手臂30的機械配置。例如，作用力系統(tǒng)的促動器能夠施加變化水平的保持轉(zhuǎn)矩和力反饋。由此，為了修改制動力，該控制器只需控制促動器來輸出不同量值的保持轉(zhuǎn)矩或カ反饋。相似地，為了修改制動區(qū)域，只需向該控制器提供運動角度范圍α、虛擬邊界600的大小、虛擬邊界600的位置和/或虛擬邊界600的形狀的新值。由此，可以在任何時間修改虛擬制動器配置。例如，如果將極重的作業(yè)構(gòu)件耦接到關(guān)節(jié)式臂桿34，則手術(shù)醫(yī)生可能期望増加制動カ來確保制動器能夠安全地保持重作業(yè)構(gòu)件。相似地，對于具有不同功能的作業(yè)構(gòu)件，手術(shù)醫(yī)生可能首選位于不同位置的制動區(qū)域。雖然對于特定手術(shù)過程，可以在任何時間修改虛擬制動器配置以便能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)手術(shù)流程，但是優(yōu)選的是具有相同配置的制動器而無論什么物件耦接到關(guān)節(jié)式臂桿34。這可以通過設(shè)置虛擬制動器配置的參數(shù)來實現(xiàn)，以便確保手術(shù)過程期間制動器能夠安全地適應(yīng)將耦接到關(guān)節(jié)式臂桿34的所有物件。本領(lǐng)域人員將認(rèn)識到，在部背離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的前提下，可以其他特定形式來實施本發(fā)明。因此，前文的實施方案在所有方面應(yīng)視為說明性的而非限制本文描述的本發(fā)明。因此，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而非由前文描述來指示，并且因此應(yīng)將落在權(quán)利要求的等效物的含義和范圍內(nèi)的所有更改涵蓋在其中。
權(quán)利要求
1.ー種工具，其包括 殼體，所述殼體包括接納部，所述接納部配置成接納作業(yè)構(gòu)件的至少一部分，以使所述作業(yè)構(gòu)件能夠相對于所述殼體轉(zhuǎn)動，同時約束所述作業(yè)構(gòu)件在所述作業(yè)構(gòu)件的徑向上的移動；以及 耦接裝置，所述耦接裝置設(shè)置在所述殼體上，且配置成將所述作業(yè)構(gòu)件耦接到所述殼體，以使所述作業(yè)構(gòu)件能夠相對于所述殼體轉(zhuǎn)動， 其中所述耦接裝置包括固位構(gòu)件，所述固位構(gòu)件配置成接合所述作業(yè)構(gòu)件，以約束所述作業(yè)構(gòu)件在所述作業(yè)構(gòu)件的縱向上相對于所述殼體的移動，其中所述固位構(gòu)件配置成相對于所述殼體轉(zhuǎn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工具，其中所述固位構(gòu)件配置成相對于所述作業(yè)構(gòu)件轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工具，其中所述固位構(gòu)件配置成可在第一位置和第二位置之間移動，并且配置成在所述固位構(gòu)件處于所述第一位置時約束所述作業(yè)構(gòu)件，以及在所述固位構(gòu)件處于所述第二位置時允許所述作業(yè)構(gòu)件與所述殼體脫離耦接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工具，還包括釋放構(gòu)件，所述釋放構(gòu)件耦接到所述耦接裝置，并配置成在所述第一位置和所述第二位置之間移動所述固位構(gòu)件。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工具，其中所述固位構(gòu)件包括第一部和第二部，所述第一部配置成沿所述縱向移動，以及所述第二部配置成響應(yīng)所述第一部沿所述縱向的移動而沿所述徑向移動。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的工具，其中所述第二部配置成沿所述徑向移動以接合所述作業(yè)構(gòu)件的一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工具，其中所述接納部在其中具有至少ー個孔，以及所述第一部相對于所述接納部向外設(shè)置，以及所述第二部在所述孔中沿徑向向內(nèi)移動以接合所述作業(yè)構(gòu)件。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的工具，其中所述第一部包括表面，所述表面配置成接合所述第二部，并在所述第一部從所述第一位置移到所述第二位置時在所述徑向上將所述第二部移位。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的工具，其中所述表面包括座圏，以及所述第二部包括球軸承。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的工具，其中所述第一部和所述第二部配置成彼此相對地轉(zhuǎn)動。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工具，還包括止動構(gòu)件，所述止動構(gòu)件配置成接合所述作業(yè)構(gòu)件以限制所述作業(yè)構(gòu)件相對于所述殼體的移動。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工具，其中所述止動構(gòu)件設(shè)置為遠(yuǎn)離所述耦接裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工具，其中所述工具包括配置成安裝于機器人手臂末端的末端執(zhí)行器。
14.一種多功能工具的套件，其包括 第一作業(yè)構(gòu)件，所述第一作業(yè)構(gòu)件配置成具有第一功能，其中所述第一作業(yè)構(gòu)件具有第一耦接區(qū)； 第二作業(yè)構(gòu)件，所述第二作業(yè)構(gòu)件配置成具有第二功能，其中所述第二作業(yè)構(gòu)件具有第二耦接區(qū)；殼體，所述殼體包括接納部，所述接納部配置成個別地以及可互換地接納所述第一作業(yè)構(gòu)件和所述第二作業(yè)構(gòu)件的至少一部分，以使被接納的作業(yè)構(gòu)件能夠相對于所述殼體轉(zhuǎn)動，同時約束被接納的作業(yè)構(gòu)件在被接納的作業(yè)構(gòu)件的徑向上的移動；以及 耦接裝置，所述耦接裝置設(shè)置在所述殼體上，且配置成將被接納的作業(yè)構(gòu)件耦接到所述殼體，以使被接納的作業(yè)構(gòu)件能夠相對于所述殼體轉(zhuǎn)動， 其中所述耦接裝置包括固位構(gòu)件，所述固位構(gòu)件配置成接合所述第一耦接區(qū)和所述第ニ耦接區(qū)中相應(yīng)的ー個耦接區(qū)，以約束被接納的作業(yè)構(gòu)件在被接納的作業(yè)構(gòu)件的縱向上相對于所述殼體的移動， 其中配置所述耦接裝置以及第一和第二作業(yè)構(gòu)件，以便在所述耦接裝置接合所述第一作業(yè)構(gòu)件的所述第一耦接區(qū)時約束被接納的作業(yè)構(gòu)件在縱向上向第一約束區(qū)的移動，以及在所述耦接裝置接合所述第二作業(yè)構(gòu)件的所述第二耦接區(qū)時約束被接納的作業(yè)構(gòu)件在縱向上向第二約束區(qū)的移動，所述第二約束區(qū)不同于所述第一約束區(qū)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的套件，其中所述第一約束區(qū)是相對于所述殼體基本固定的軸向位置。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的套件，其中所述第二約束區(qū)包括第一軸向位置和第二軸向位置，并且所述第二作業(yè)構(gòu)件是可在其間移動的。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的套件，還包括止動構(gòu)件，所述止動構(gòu)件設(shè)置為遠(yuǎn)離所述耦接裝置，并且配置成接合所述第二作業(yè)構(gòu)件以限制所述第二作業(yè)構(gòu)件在所述第二約束區(qū)中的平移。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的套件，其中所述第一耦接區(qū)包括所述第一作業(yè)構(gòu)件的外周表面中的第一凹進部，以及所述第二耦接區(qū)包括所述第二作業(yè)構(gòu)件的外周表面中的第二凹進部，其中所述第一凹進部的縱向長度小于所述第二凹進部的縱向長度。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的套件，其中所述第一凹進部和所述第二凹進部中相應(yīng)的ー個凹進部的近端和遠(yuǎn)端限定被接納的作業(yè)構(gòu)件在所述第一約束區(qū)和所述第二約束區(qū)中相應(yīng)的一個約束區(qū)中的運動范圍。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的套件，其中所述第一凹進部配置成在所述固位構(gòu)件與所述第一耦接區(qū)接合時，使所述第一凹進部的所述近端和遠(yuǎn)端同時接觸所述固位構(gòu)件。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的套件，其中所述第二凹進部配置成在所述固位構(gòu)件與所述第二耦接區(qū)接合時，使所述固位構(gòu)件接觸所述第二凹進部的所述近端、所述第二凹進部的所述遠(yuǎn)端，或與二者均不接觸。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的套件，其中所述固位構(gòu)件配置成相對于所述殼體轉(zhuǎn)動。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的套件，其中所述固位構(gòu)件配置成相對于被接納的作業(yè)構(gòu)件轉(zhuǎn)動。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的套件，其中所述固位構(gòu)件包括第一部和第二部，以及其中所述第一部配置成將所述第二部移位以接合被接納的作業(yè)構(gòu)件的所述耦接區(qū)，從而約束被接納的作業(yè)構(gòu)件。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的套件，其中所述固位構(gòu)件的所述第一部和第二部配置成彼此相對地轉(zhuǎn)動。
26.根據(jù)權(quán)利要求14所述的套件，還包括釋放構(gòu)件，所述釋放構(gòu)件耦接到所述耦接裝置，并配置成在第一位置和第二位置之間移動所述固位構(gòu)件，其中在所述第一位置中，被接納的作業(yè)構(gòu)件未被約束，以及在所述第二位置中，被接納的作業(yè)構(gòu)件被約束。
27.根據(jù)權(quán)利要求14所述的套件，其中所述第一作業(yè)構(gòu)件包括エ件接合端和近端，以及所述近端配置成連接到驅(qū)動構(gòu)件。
28.根據(jù)權(quán)利要求14所述的套件，其中所述第二作業(yè)構(gòu)件包括エ件接合端和近端，以及所述近端配置成接受打壓カ。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的套件，其中所述近端配置成承受足夠?qū)⒃O(shè)置在所述第二作業(yè)構(gòu)件的所述エ件接合端的假體打壓到手術(shù)患者的關(guān)節(jié)里的打壓力。
30.根據(jù)權(quán)利要求14所述的套件，其中所述第一功能包括擴銼功能，以及所述第二功能包括打壓功能。
31.根據(jù)權(quán)利要求14所述的套件，其中所述第一作業(yè)構(gòu)件包括直擴銼器桿體和偏移擴銼器桿體的至少其中之一，以及所述第二作業(yè)構(gòu)件包括直打壓器桿體和偏移打壓器桿體的至少其中之一。
32.根據(jù)權(quán)利要求14所述的套件，其中所述多功能工具包括配置成設(shè)置在所述機器人手臂末端的末端執(zhí)行器。
33.一種機器人系統(tǒng),其包括 第一作業(yè)構(gòu)件，所述第一作業(yè)構(gòu)件包括直擴銼器桿體和偏移擴銼器桿體的至少其中之 第二作業(yè)構(gòu)件，所述第二作業(yè)構(gòu)件包括直打壓器桿體和偏移打壓器桿體的至少其中之 機器人手臂； 殼體，所述殼體耦接到所述機器人手臂并且包括接納部，所述接納部配置成個別地以及可互換地接納所述第一作業(yè)構(gòu)件和所述第二作業(yè)構(gòu)件的至少一部分，以使被接納的作業(yè)構(gòu)件能夠相對于所述殼體轉(zhuǎn)動，同時約束被接納的作業(yè)構(gòu)件在被接納的作業(yè)構(gòu)件的徑向上的移動；以及 耦接裝置，所述耦接裝置設(shè)置在所述殼體上，并配置成將被接納的作業(yè)構(gòu)件耦接到所述殼體，以使所述第一作業(yè)構(gòu)件能夠繞著所述第一作業(yè)構(gòu)件的縱軸轉(zhuǎn)動，以及使所述第二作業(yè)構(gòu)件能夠沿所述第二作業(yè)構(gòu)件的縱軸移動。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的機器人系統(tǒng)，其中所述第一作業(yè)構(gòu)件具有第一耦接區(qū)，以及所述第二作業(yè)構(gòu)件具有第二耦接區(qū)，以及其中所述耦接裝置包括固位構(gòu)件，所述固位構(gòu)件配置成接合所述第一耦接區(qū)和所述第二耦接區(qū)中相應(yīng)的ー個耦接區(qū)，從而將被接納的作業(yè)構(gòu)件耦接到所述殼體。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的機器人系統(tǒng)，其中所述固位構(gòu)件配置成相對于所述殼體轉(zhuǎn)動。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的機器人系統(tǒng)，其中所述固位構(gòu)件配置成相對于被接納的作業(yè)構(gòu)件轉(zhuǎn)動。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的機器人系統(tǒng)，其中所述固位構(gòu)件包括第一部和第二部，以及其中所述第一部配置成將所述第二部移位以接合被接納的作業(yè)構(gòu)件的所述耦接區(qū)。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的機器人系統(tǒng)，其中所述固位構(gòu)件的所述第一部和第二部配置成彼此相對地轉(zhuǎn)動。
39.根據(jù)權(quán)利要求34所述的機器人系統(tǒng)，還包括釋放構(gòu)件，所述釋放構(gòu)件耦接到所述耦接裝置，并配置成在第一位置和第二位置之間移動所述固位構(gòu)件，其中在所述第一位置中，被接納的作業(yè)構(gòu)件未被約束，以及在所述第二位置中，被接納的作業(yè)構(gòu)件被約束。
40.根據(jù)權(quán)利要求34所述的機器人系統(tǒng)，其中所述第一耦接區(qū)包括所述第一作業(yè)構(gòu)件的外周表面中的第一凹進部，以及所述第二耦接區(qū)包括所述第二作業(yè)構(gòu)件的外周表面中的第二凹進部，其中所述第一凹進部的縱向長度小于所述第二凹進部的縱向長度。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的機器人系統(tǒng)，其中所述第一凹進部配置成在所述固位構(gòu)件與所述第一耦接區(qū)接合時，使所述第一凹進部的近端和遠(yuǎn)端同時接觸所述固位構(gòu)件。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的機器人系統(tǒng)，其中所述第二凹進部配置成在所述固位構(gòu)件與所述第二耦接區(qū)接合時，使所述固位構(gòu)件接觸所述第二凹進部的近端、所述第二凹進部的遠(yuǎn)端，或與二者均不接觸。
43.根據(jù)權(quán)利要求33所述的機器人系統(tǒng)，其中所述耦接裝置以及第一作業(yè)構(gòu)件配置成約束所述第一作業(yè)構(gòu)件沿所訴第一作業(yè)構(gòu)件的縱軸向第一約束區(qū)的移動，以及其中所述耦接裝置和所述第二作業(yè)構(gòu)件配置成限制所述第二作業(yè)構(gòu)件沿所述第二作業(yè)構(gòu)件的縱軸向第二約束區(qū)的移動，所述第二約束區(qū)不同于所述第一約束區(qū)。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的機器人系統(tǒng)，其中所述第一約束區(qū)是相對于所述殼體基本固定的軸向位置。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的機器人系統(tǒng)，其中所述第二約束區(qū)包括第一軸向位置和第ニ軸向位置，并且所述第二作業(yè)構(gòu)件是可在其間移動的。
46.根據(jù)權(quán)利要求43所述的機器人系統(tǒng)，還包括止動構(gòu)件，所述止動構(gòu)件設(shè)置為遠(yuǎn)離所述耦接裝置，并且配置成接合所述第二作業(yè)構(gòu)件以限制所述第二作業(yè)構(gòu)件在所述第二約束區(qū)中的平移。
47.根據(jù)權(quán)利要求33所述的機器人系統(tǒng)，其中所述第一作業(yè)構(gòu)件包括エ件接合端和近端，以及所述近端配置成連接到驅(qū)動構(gòu)件。
48.根據(jù)權(quán)利要求33所述的機器人系統(tǒng)，其中所述第二作業(yè)構(gòu)件包括エ件接合端和近端，以及所述近端配置成接受打壓力。
49.根據(jù)權(quán)利要求33所述的機器人系統(tǒng)，其中所述近端配置成承受足夠?qū)⒃O(shè)置在所述第二作業(yè)構(gòu)件的所述エ件接合端的假體打壓到手術(shù)患者的關(guān)節(jié)里的打壓力。
全文摘要
一種工具，包括殼體，該殼體包括接納部，該接納部配置成接納作業(yè)構(gòu)件的至少一部分，以使該作業(yè)構(gòu)件能夠相對于殼體轉(zhuǎn)動，同時約束作業(yè)構(gòu)件在作業(yè)構(gòu)件的徑向上的移動。該工具還包括耦接裝置，該耦接裝置設(shè)置在殼體上，且配置成將作業(yè)構(gòu)件耦接到殼體，以使作業(yè)構(gòu)件能夠相對于殼體轉(zhuǎn)動。該耦接裝置包括固位構(gòu)件，該固位構(gòu)件配置成接合作業(yè)構(gòu)件以約束作業(yè)構(gòu)件在作業(yè)構(gòu)件的縱向上相對于殼體的移動。該固位構(gòu)件配置成相對于殼體轉(zhuǎn)動。
文檔編號A61B19/00GK102665591SQ201080053102
公開日2012年9月12日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月1日
發(fā)明者B·D·施米茨, J·蘇亞雷斯, P·L·埃比特, 姜孝植 申請人:馬科外科公司