- 文献综述（或调研报告）：
在对自动化程度要求逐渐提高的今天，机械臂已然变成了一个不可或缺的发展重点，而此行业的发展程度也一定程度上反映了国家工业的实力，再加上其已在医用方面的不俗表现机械臂的重要性不言而喻。机械臂从装配形式上可以分为两类，串联机械臂和并联机械臂，本文研究的对象为串联机械臂。
串联机械臂常包含有一定数量由旋转关节连接而成的连杆，而正因为如此，串联机械臂在正向运动学的求解方面就显得比较容易，再加上串联而成的结构形式可以更容易达到较大的工作空间，这两点共同促成了串联形式在工业领域称霸的地位。而在医用中也是一样，相比较于并联机械臂串联形式更容易设计为人机合作更加协调的形式，这也使得目前的医用机器人中大部分为上述形式。
由于末端执行器在空间中可以看作拥有六个独立的状态参数，位置的三个参数以及三个姿态参数，故一般而言机械臂会采用6个或者6个以上的关节空间的自由度来保证可以完全确定工作空间的六个参数。而且机械臂的关节常常均采用转动关节比如PUMA型机械臂。这种关节型机器人的特点是结构紧凑，占据空间小，相对工作空间较大。当然根据应用场景的不同机械臂的自由度也可以少于六，比如在工业应用中较为常见的SCARA形式的机械臂，这种机械臂就只拥有四个自由度。
图 1 (A)六轴机械臂.(B)SCARA机械臂
在手术机器人的使用中，非常关键的一个问题就是机器人在空间中位置和姿态的保持问题，而要想解决该问题就必须实现对于机器人关节的锁定。对于关节锁定大致可以分成如下几类：
- 机械式锁定；
- 摩擦式锁定；
- 奇点式锁定。
其中机械式的锁定主要是通过某种结构来实现某些特定位置的锁定，比如插销的方式来实现在某个特定位置的锁死，这种锁定方式的特点就是锁定力矩可以视为无穷大，具体大小取决于材料的强度，但是锁定的位置受到限制，但是通过设计可以实现有级锁定。
摩擦式的锁定具有任意位置锁定的特点，即无级锁定，但是锁定的力矩受到正压力以及摩擦接触表面摩擦因数的影响，所以是锁定力矩有限的无级锁定。
奇点式锁定是通过某个特定位置的结构构型来实现的锁定，比较常见的是四杆机构的死点锁定，从而可以实现锁定力矩无穷大解锁力矩无穷小的锁定特点[1]。
而在医用机器人中，由于需要完成任意位置的锁紧，所以常采用第二种锁定方式，即摩擦式锁定。方婉霏等人提出了一种基于电机驱动下的关节锁紧模式，通过电机驱动丝杠螺母机构来使得关节得以锁紧[2]。刘达等人提出了三种摩擦式锁定关节的方式，分别为基于摩擦锥、基于内摩擦环以及基于外摩擦环的关节锁紧方式，但是由于锁紧的动力来源于液压受到介质的影响，在用于医学使用时可能需要更清洁的介质，不过其紧凑的结构还是值得借鉴的[3]。Shennan Lu等人提出了用于可重构夹具的可锁定关节，在该可锁定关节中，采用了液压夹头夹紧的方式来进行关节锁紧，并且基于该可锁定关节做了锁定力矩测试的实验[4]。Matteo Palpacelli等人提出了一种应用于机器人的可锁定球关节，不过这里的锁定不是将球关节进行完全锁定而是把三个自由度的关节退化为两个自由度的关节的锁定[5]。Jui Hsu等人提出了一种基于鼓式制动器关节锁定模式，但是其锁定的是驱动套索的电机轴，不过其巧妙地采用了一个齿轮以及齿条实现了相向运动使得内张蹄式制动器可以在一个独立驱动之下完成两侧的同时锁紧，该机构还是很有参考价值的[6]。
