CN111227940B - 手术机械臂及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种手术机械臂，包括术前摆位组件、执行组件以及远心操控组件，执行组件包括执行杆及设置于执行杆相对远离远心操控组件一端的手术器具；远心操控组件上设置有转动驱动件以及传感器，转动驱动件连接于执行杆中相对靠近远心操控组件的一端并能够驱动执行杆与手术器具沿执行杆的轴向同步转动；传感器连接于执行杆并用于检测手术器具受到的环境力及/或环境力矩。本发明提供的手术机械臂由于将执行杆与手术器具设置为同步转动，可以使得位于执行杆内部的连接线缆将以整体的方式运动，避免了传统结构中连接线缆缠绕导致无法实现可靠力学传感器的弊端，从而使得传感器能够实现对手术器具所受到的环境力及/或环境力矩的精确测量。

Description

手术机械臂及手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种手术机械臂及手术机器人。

背景技术

微创手术的诞生在很大程度上克服了传统外科手术存在的刀口大、出血量大、并发症多以及手术风险大等缺陷。微创手术因为近年来的迅猛发展正逐步获得医务人员与患者的青睐，成为目前医学研究与临床应用的新兴领域。

通过手术机器人来辅助医生进行微创手术能够使得手术操作更为灵敏与精确。以达芬奇手术机器人为例，达芬奇手术机器人可以将医生的视野放大十倍，同时有效滤除医生的手部颤动，在微创手术领域具有广泛的临床应用。

适用于手术机器人的手术机械臂需要带动手术器具执行手术操作，而手术器具在使用时需要通过伸入皮肤表面上开设的微小创口来实现达到患者体内。这就要求手术器具以稳定、无颤动的状态将皮肤表面上开设的微小创口作为不动点执行手术操作。而目前的适用于手术机器人的手术机械臂，在临床表现上尚不能完全满足使用要求，尤其是缺少对手术器具所执行的手术操作在力学上的检测，医生无法获取病变组织在手术操作下对手术器具的力学反馈，力学信息的缺失降低了医生在手术操作时的精准度。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种改进的手术机械臂及手术机器人，该手术机械臂能够实现对手术器具作用在人体组织上的力学反馈的检测，提高医生与人体组织的交互能力，提高医生在手术操作时的精准度。

本发明提供一种手术机械臂，包括术前摆位组件、执行组件以及设置于所述摆位组件与所述执行组件之间的远心操控组件，所述执行组件包括执行杆及设置于所述执行杆相对远离所述远心操控组件一端的手术器具；

所述远心操控组件上设置有转动驱动件以及传感器，所述转动驱动件连接于所述执行杆中相对靠近所述远心操控组件的一端并能够驱动所述执行杆与所述手术器具沿所述执行杆的轴向同步转动；所述传感器连接于所述执行杆并用于检测所述手术器具受到的环境力及/或环境力矩。

进一步地，所述远心操控组件包括静平台以及连接于所述静平台并能够相对所述静平台运动的第一动平台；所述静平台连接于所述术前摆位组件，所述第一动平台连接于所述执行杆；

所述传感器安装于所述第一动平台或者所述手术机械臂中相对位于所述第一动平台前端的器件中。

进一步地，所述转动驱动件安装于所述第一动平台上，所述传感器安装于所述转动驱动件上，所述转动驱动件能够驱动所述传感器、所述执行杆以及所述手术器具均沿所述执行杆的轴向同步转动。

进一步地，所述手术机械臂还包括用于驱动所述手术器具运动的控制驱动件，所述执行杆安装于所述控制驱动件上，所述控制驱动件安装于所述传感器上；所述转动驱动件能够驱动所述传感器、所述控制驱动件、所述执行杆以及所述手术器具沿所述执行杆的轴向同步转动；

所述传感器通过检测所述执行杆以及所述控制驱动件的整体受力状态来获得所述手术器具的环境力及/或环境力矩。

进一步地，所述手术机械臂还包括连接于所述转动驱动件的安装平台，所述控制驱动件连接于所述传感器，所述传感器安装于所述安装平台上；所述转动驱动件通过驱动所述安装平台转动，来带动所述传感器、控制驱动件、执行杆以及所述手术器具沿所述执行杆的轴向同步转动。

进一步地，所述转动驱动件与所述安装平台分别位于所述第一动平台的两侧；所述第一动平台上开设有避让孔；所述转动驱动件伸入所述避让孔内并连接于所述安装平台。

进一步地，所述第一动平台与所述静平台之间设置有多个第一伸缩元件，每个所述第一伸缩元件的两端均分别转动连接于所述静平台与所述第一动平台；所述第一伸缩元件与所述第一动平台之间的各转动连接点均相互间隔设置；且所述第一伸缩元件与所述静平台之间的各转动连接点也均相互间隔设置。

进一步地，所述第一伸缩元件与所述第一动平台的各转动连接点之间以就近的方式两两成对，每一组同对的两个转动连接点与所述第一动平台的中心之间均对应形成一个第一夹角，各所述第一夹角之间的大小相等。

进一步地，所述第一夹角的角度范围为15°至60°。

进一步地，所述第一伸缩元件与所述静平台之间的各转动连接点之间以就近的方式两两成对，每一组同对的两个转动连接点与所述静平台的中心之间均对应形成一个第二夹角，各所述第二夹角之间的大小相等。

进一步地，所述第二夹角的角度范围为60°至105°。

进一步地，所述控制驱动件的数量至少为三个；其中，两个所述控制驱动件用于控制所述手术器具朝交错的两个不同方向摆动，余下的一个所述控制驱动件用于控制所述手术器具张开与闭合。

进一步地，三个所述控制驱动件的各中心之间围设形成等边三角形，且所述执行杆的轴向穿过所述等边三角形的中心。

本发明提供的手术机械臂由于将执行杆与手术器具设置为同步转动，可以使得位于执行杆内部的连接线缆将以整体的方式运动，避免了传统结构中连接线缆缠绕导致无法实现可靠力学传感器的弊端，从而使得传感器能够实现对手术器具所受到的环境力及/或环境力矩的精确测量。

本发明还提供一种手术机器人，包括手术机械臂，所述手术机械臂为上述任意一项所述的手术机械臂。

本发明提供的手术机器人，通过采用上述的手术机械臂能够实现对手术器具作用在人体组织上的力学反馈的检测，为医生的手术操作提供力学数据的反馈，从而增加了医生与人体组织的信息交互，本发明提供的手术机器人具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明第一个实施方式中的手术机械臂的结构示意图。

图2为图1所示远心操控组件的结构示意图。

图3为图1所示手术机械臂中部分元件的框图结构示意图。

图4为图1所示远心操控组件在俯视视角下的结构示意图。

100、手术机械臂；10、术前摆位组件；20、远心操控组件；30、执行组件；11、移动臂；12、伸缩臂；21、静平台；22、第一动平台；23、第一伸缩元件；24、转动连接点；31、执行杆；32、手术器具；41、转动驱动件；42、传感器；43、控制驱动件；50、安装平台；241、虎克铰链接头；242、缸套。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接装设在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，图1为本发明第一个实施方式中的手术机械臂100的结构示意图。

本发明提供一种手术机械臂100，其用于达芬奇手术机器人中。本实施方式中，手术机械臂100用于协助医生通过微创的方法实施复杂的外科手术。可以理解，在其他实施方式中，手术机械臂100还可以应用于其他医疗器械中以协助医生进行外科手术。

达芬奇手术机器人通常包括操作组件(图未示)、手术机械臂100以及图像处理设备(图未示)，操作组件供医生进行主动控制操作，操作组件与手术机械臂100耦合并能够将医生的主动控制操作传递至手术机械臂100处；手术机械臂100能够响应操作组件上的医生控制操作，并对应执行随动手术动作从而对患者进行微创手术，手术机械臂100的运动轨迹及手术过程能够通过内窥镜传递至图像处理设备中；图像处理设备能够实时呈现内窥镜窥视的画面，还能够将内窥镜窥视的画面放大，使得医生的手术视野更加清晰。

操作组件通常包括主控制器(图未示)及脚踏板控制器(图未示)，主控制器耦合于手术机械臂100并与手术机械臂100同步运动，医生通过主控制器控制手术机械臂100进行定位，并通过脚踏板控制器启闭手术机械臂100的工作状态。主控制器不仅能够滤除医生手部的微颤动，还能够同比缩小医生手部的移动距离，配合图像处理设备中放大的内窥镜画面，能够大幅提高医生眼手协调的程度，从而保证手术精确度。

图像处理设备耦合于内窥镜，能够实时呈现内窥镜窥视的画面，并且在必要时可以放大内窥镜窥视的画面，放大倍数可以根据不同手术需求进行调整。可以理解的是，当调整内窥镜放大倍数后，医生可以同步调整主控制器中医生手部移动距离在同比缩小时的倍数，使得内窥镜的放大倍数与主控制器同比缩小时的倍数相适，最大程度保证医生眼手协调的程度，提高手术的精准度。

内窥镜至少具有照明功能及图像采集功能。内窥镜可以为三维镜头，以与人眼直视时的画面保持基本一致；同时内窥镜选用三维镜头所拍摄出的画面清晰度高，能够供图像处理设备进行后续放大处理。

本发明提供的手术机械臂100包括术前摆位组件10、远心操控组件20及执行组件30，远心操控组件20设置于术前摆位组件10与执行组件30之间；术前摆位组件10用于将执行组件30大致移动到靠近病灶处的位置；远心操控组件20用于控制执行组件30小幅度范围内运动；执行组件30用于执行手术操作。

具体地，术前摆位组件10能够驱动执行组件30进行大范围的位置调节。术前摆位组件10包括至少一个移动臂11及/或至少一个伸缩臂12，移动臂11具有两个自由度，能够带动执行组件30进行平移及旋转；伸缩臂12具有一个自由度，能够带动执行组件30进行平移。

远心操控组件20能够驱动执行组件30以远心不动点为摆动中心进行细微的位置调整。通常，远心操控组件20同时具有多个自由度，能够带动执行组件30进行灵活的手术操作。

执行组件30包括手术器具32，手术器具32位于执行组件30的端部，手术器具32能够通过自身的摆动、转动等动作进行微移动，以执行手术操作。手术器具32可以是电刀、镊、夹或钩，也可以是其他手术器械，在此不一一赘述。手术器具32通常为可拆卸地安装于执行组件30的端部，根据不同手术需要，或者根据同一台手术的不同手术阶段的需要，能够更换不同的手术器具32以完成不同的手术操作。

适用于手术机器人的手术机械臂需要带动手术器具执行手术操作，而手术器具在使用时需要通过伸入皮肤表面上开设的微小创口来实现到达患者体内。这就要求手术器具以稳定、无颤动的状态将皮肤表面上开设的微小创口作为不动点执行手术操作。而目前的适用于手术机器人的手术机械臂，在临床表现上尚不能完全满足使用要求，尤其是缺少对手术器具所执行的手术操作在力学上的检测，医生无法获取病变组织在手术操作下对手术器具的力学反馈，力学信息的缺失降低了医生在手术操作时的精准度。

本发明提供的手术机械臂100，通过设置整体同步转动的执行组件30避免了手术机械臂内的钢带缠绕，能够实现对手术器具32上的力学信息的精确测量。

具体地，执行组件30包括执行杆31，执行杆31的内部中空并连接于手术器具32；手术器具32位于执行杆31中相对远离远心操控组件20的一端上。手术机械臂100还包括转动驱动件41，转动驱动件41设置在远心操控组件20上；转动驱动件41连接于执行杆31并能够驱动执行杆31与手术器具32以整体运动的形式沿执行杆31的轴向同步转动。

手术机械臂100还包括传感器42，传感器42连接于执行杆31并用于检测手术器具32所受到的环境力及/或环境力矩。

需要额外说明的是，传感器42与执行杆31之间的相互连接，既可以是二者之间的直接接触，也即执行杆31直接接触于传感器42的测量面上；也可以是传感器42与执行杆31之间的间接接触，也即执行杆31连接于中间过渡元件，该中间过渡元件再直接接触于传感器42的测量面上，从而形成执行杆31连接于传感器42。

同样需要解释的是，本文所称的手术器具32所受到的环境力及/或环境力矩，是外部环境作用在手术器具32上的力及/或力矩，例如手术器具32在夹持时组织提供的反作用力等等；当具有多个力耦合在手术器具32上并形成力矩作用时，手术器具32将同时受到环境力与环境力矩的作用。

本实施方式中，传感器42为六轴力与力矩传感器，此时传感器42能够同步感测位于自身测量面上的手术器具32所受到的环境力及/或环境力矩。可以理解，当仅需要测量手术器具32所受到的环境力时，传感器42可以选择为力传感器；当仅需要测量手术器具32所受到的环境力矩时，传感器42可以选择为力矩传感器。

由于执行杆31与手术器具32的同步转动，位于执行杆31内部的连接线缆(图未示)将以整体的方式运动，避免了传统结构中连接线缆缠绕导致无法实现可靠力学传感器的弊端，从而使得传感器42能够实现对手术器具32所受到的环境力及/或环境力矩的精确测量。

请一并参阅图2，图2为图1所示远心操控组件20的结构示意图。远心操控组件20包括静平台21、第一动平台22以及设置于静平台21与第一动平台22之间的多个第一伸缩元件23，静平台21相对远离第一动平台22的一侧固定连接于术前摆位组件10，第一动平台22相对远离静平台21的一侧固定连接于执行组件30，每个第一伸缩元件23的两端均分别转动连接于静平台21与第一动平台22；执行组件30具有预设的远心不动点，多个第一伸缩元件23之间的协调伸缩能够控制第一动平台22相对静平台21运动并带动执行组件30伸缩及摆动，执行组件30的摆动中心为远心不动点，且执行组件30的伸缩路径穿过远心不动点。

如此设置，术前摆位组件10只需承担大致移动执行组件30的功能，而远心操控组件20实现对执行组件30的精准控制。因此术前摆位组件10中定位单元的数量能够相应的减少，从而减少多个定位单元误差和响应时长的累积，以提高手术的精度。

其次，远心操控组件20中多个第一伸缩元件23是并联设置而非串联设置，多个第一伸缩元件23的误差不仅不会累积传递，还可能存在相互抵消的现象。另外，由于每一个第一伸缩元件23之间均为独立驱动，多个第一伸缩元件23的响应时长不会累积传递。因此通过远心操控组件20实现对执行组件30的精准控制能够减小手术中的位移误差和缩短响应时长。

另一方面，由于远心操控组件20对执行组件30控制精度的提高，在与现有的达芬奇手术机器人相同精度的条件下，执行组件30能够承载的载荷更大，因此能够完成更加复杂的手术。另外，执行组件30在进行手术操作时，能够以远心不动点为摆动中心进行摆动，因此只需在患者皮肤表面开设一个微小的创口用于供执行组件30穿过即可，患者的创口小，术后恢复快。

第一伸缩元件23优选为电缸。作为优选，为了使得手术机械臂100向小型化发展，电缸为小型电缸，只要能够实现带动手术中的负载运动即可。

本实施方式中的传感器42安装在第一动平台22上或者安装在手术机械臂100中相对位于第一动平台22前端的器件中。

需要说明的是，传感器42安装在手术机械臂100中相对位于第一动平台22前端的器件中，指的是传感器42的安装位置位于第一动平台22相对远离术前摆位组件10的一侧，也即传感器42可以安装在执行杆31的杆体上或者直接安装在手术器具32上。

此时的传感器42相对手术器具32，不会受到第一伸缩元件23伸缩时的绕动干扰，在测量时的精确度有了极大的提高。

请一并参阅图3，图3为图1所示手术机械臂100中部分元件的框图结构示意图。转动驱动件41安装在第一动平台22上，传感器42安装在转动驱动件41，此时转动驱动件41能够驱动传感器42、执行杆31以及手术器具32均沿执行杆31的轴向相对第一动平台22同步转动。

转动驱动件41与传感器42选择安装在第一动平台22上，能够为转动驱动件41与传感器42的安装提供极大的便利，相比于传感器42安装在手术机械臂100中相对位于第一动平台22前端的器件的方案，在安装精度上有了极大的降低。

进一步地，手术机械臂100还包括用于驱动手术器具32运动的控制驱动件43，控制驱动件43用于控制手术器具32进行摆动或者咬合运动；此时执行杆31安装在控制驱动件43上，控制驱动件43安装在传感器42上；转动驱动件41在驱动执行杆31以及手术器具32沿执行杆31的轴向同步转动时，控制驱动件43将与驱动执行杆31以及手术器具32同步进行转动。

此时的传感器42通过检测执行杆31以及控制驱动件43所形成的整体的力学状态，来检测手术器具32受到的环境力及/或环境力矩。

如此设置，控制驱动件43与传感器42的同步转动将极大的有利于传感器42的安装要求，传感器42无需进行精准定位，仅需要保证传感器42与控制驱动件43在测量面上的耦合即可，相比于传感器42与执行杆31的耦合极大的减少了对装配的精度要求。

进一步地，手术机械臂100还包括安装平台50，控制驱动件43连接于传感器42，传感器固定安装在安装平台50上；此时转动驱动件41连接于安装平台50并能够驱动安装平台50转动，从而带动安装传感器42、控制驱动件43、执行杆31以及手术器具32以整体运动的方式沿执行杆31的轴向同步转动。

此时，安装平台50将提供传感器42在安装上的巨大便利，有利于安装时便捷性的提升。

进一步地，转动驱动件41与安装平台50分别位于第一动平台22的两侧。此时转动驱动件41与安装平台50能够分设在第一动平台22的两个侧面上，有利于第一动平台22在运动过程中的重心保持，对运动稳定性是巨大的提升。

当然，在其他的实施方式中，转动驱动件41也可以与安装平台50位于第一动平台22的同一侧，也即安装平台50安装在转动驱动件41上，转动驱动件41再安装在第一动平台22上。

进一步地，第一动平台22上开设有避让孔(图未示)，转动驱动件41为电机，转动驱动件41的电机轴伸入避让孔内部并连接于安装平台50，从而实现转动驱动件41对安装平台50的转动驱动。

进一步地，控制驱动件43的数量至少为三个，该三个控制驱动件43中的两个，用于控制手术器具32朝向交错的两个不同方向偏转(摆动)，也即这两个控制驱动件43为手术器具32进行摆动运动的控制元件；该三个控制驱动件43中的一个，用于控制手术器具32进行张开与闭合。

进一步地，三个控制驱动件43之间以等边三角形的方式排布，也即三个控制驱动件43的各个中心之间围设形成等边三角形，且执行杆31的轴向穿过该等边三角形的中心。

此时三个控制驱动件43将以执行杆31的轴向为中心进行排布设置，三者之间的位置分布设计使得在运动过程中的动平衡性能能够被保持。

为了提高手术机械臂100的稳定性，在本发明的一个实施方式中，各第一伸缩元件23与第一动平台22之间的多个转动连接点24共圆设置，各第一伸缩元件23与静平台21之间的转动连接点24共圆设置；位于静平台21上的转动连接点24所围设形成的圆形直径，是位于第一动平台22上的转动连接点24所围设形成的圆形直径的1倍至2倍。

如此设置，第一动平台22在相对静平台21运动的过程中具有较小的颤动，各个第一伸缩元件23之间的误差总量能够相互弥补，从而使得手术机械臂100的稳定性提升。

可以理解的是，静平台21及第一动平台22沿径向方向的截面可以是圆形，也可以是多边形，还可以是其他不规则形状，只要满足各第一伸缩元件23的多个转动连接点24在静平台21及第一动平台22上共圆设置即可。

为了进一步提高手术机械臂100的稳定性，在本发明的一个实施方式中，位于静平台21上的转动连接点24所围设形成的圆形直径，是位于第一动平台22上的转动连接点24所围设形成的圆形直径的1.7倍。

如此设置，第一动平台22在相对静平台21运动的过程中具有最小的颤动，同时可以相对压缩第一动平台22与静平台21所占用的空间体积，在结构轻量化与高性能之间具有最为平衡的结合性。

为了实现第一伸缩元件23与第一动平台22及静平台21之间的转动连接，在本发明的一个实施方式中，第一伸缩元件23的两端分别设置有球铰接头与虎克铰链接头241；第一伸缩元件23通过球铰接头连接至静平台21与第一动平台22中的一者，并通过虎克铰链接头241连接至静平台21与第一动平台22中的另一者。

如此设置，第一伸缩元件23的两端能够分别与第一动平台22以及静平台21实现转动连接，第一伸缩元件23的连接性能较佳。其作动原理为：球铰接头具有三个自由度，虎克铰链接头241具有两个自由度，球铰接头与虎克铰链接头241分别设置在第一伸缩元件23的两端，使得第一动平台22能够实现六个自由度的运动。

为了在实现第一伸缩元件23与第一动平台22及静平台21之间转动连接的基础上兼顾成本，在本发明的一个实施方式中，手术机械臂100还包括缸套242，缸套242套设并转动连接于第一伸缩元件23；缸套242在相对远离第一伸缩元件23的一端以及第一伸缩元件23在相对远离缸套242的一端上，分别设置有虎克铰链接头241；缸套242与第一伸缩元件23中的一者，通过对应的虎克铰链接头241连接至第一动平台22；缸套242与第一伸缩元件23中的另一者，通过对应的虎克铰链接头241连接至静平台21。

如此设置，第一伸缩元件23可以通过制造难度较低、成本低廉的虎克铰链接头241便实现第一动平台22与静平台21之间的动力传输，无需设置造价高昂、容易损坏的球铰接头，具有较佳的性价比优势。其作动原理为：第一伸缩元件23两端的虎克铰链接头241均具有两个自由度，缸套242具有一个自由度，更够实现第一伸缩元件23在轴向上的伸缩运动，使得第一动平台22能够实现六个自由度的运动。

可以理解的是，在其他实施方式中，也可以采用其他的接头以实现第一伸缩元件23与第一动平台22及静平台21之间的连接，只要能够使第一动平台22具有一定的自由度，能够带动执行组件30完成手术操作即可。

为了提高手术机械臂100的运动稳定性，在本发明的一个实施方式中，第一伸缩元件23的数量为六个，第一伸缩元件23与第一动平台22之间的各转动连接点24均相互间隔设置；且第一伸缩元件23与静平台21之间的各转动连接点24也均相互间隔设置。

如此设置，通过采用间隔式的转动连接点24的分布形式，减少了各个第一伸缩元件23之间的颤动干扰，能够进一步提升手术机械臂100的运动稳定性。此外，六个第一伸缩元件23在带动第一动平台22运动时，既能够实现第一动平台22多方位全面的运动，又不会产生过于冗余的运动学解析拖慢计算速度。

可以理解的是，在其他实施方式中，第一伸缩元件23的数量也可以是三个、四个、五个，甚至更多个，只要使得第一动平台22能够带动执行组件30完成手术操作即可。

请一并参阅图4，图4为图1所示远心操控组件20在俯视视角下的结构示意图。为了进一步提高手术机械臂100的运动稳定性，同时便于实现运动学解析，在本发明的一个实施方式中，第一伸缩元件23与第一动平台22之间的各转动连接点24之间以就近的方式两两成对；并且每一组同对的两个转动连接点24与所述第一动平台22的中心之间均对应形成一个第一夹角α，各第一夹角α之间的大小均相等。

第一伸缩元件23与第一动平台22之间存在六个转动连接点24，分别标记为M₁至M₆；这六个转动连接点24以就近组合的方式，也即距离最近的两个转动连接点24配合一对，形成M₁与M₂、M₃与M₄、M₅与M₆的三组配对关系。每个配对关系之间，也即每两个转动连接点24均与第一动平台22的中心形成第一夹角α，并且三个第一夹角α的角度相等。

此时第一伸缩元件23将在第一动平台22上形成对称分布，有利于手术机械臂100运动稳定性的提升。

优选地，第一夹角α的角度范围为15°至60°。此时第一伸缩元件23与第一动平台22的各个转动连接点24之间的夹角范围处在较佳的区间内，不仅有利于保证运动稳定性，也可以通过相对适宜的夹角范围便于实现对各个第一伸缩元件23的伸缩量运动解析。

为了进一步提高手术机械臂100的运动稳定性，第一伸缩元件23与静平台21之间的各转动连接点24之间以就近的方式两两成对；同一对的两个转动连接点24与静平台21的中心之间对应形成第二夹角β，各第二夹角β之间的大小相等。

第一伸缩元件23与静平台21之间存在六个转动连接点24，分别标记为S₁至S₆；这六个转动连接点24以就近组合的方式，也即距离最近的两个转动连接点24配合一对，形成S₁与S₂、S₃与S₄、S₅与S₆的三组配对关系。每个配对关系之间，也即每两个转动连接点24均与静平台21的中心形成第二夹角β，并且三个第二夹角β的角度相等。

此时第一伸缩元件23将在静平台21上形成对称分布，有利于手术机械臂100运动稳定性的提升。

优选地，第二夹角β的角度范围为60°至105°。

此时第一伸缩元件23与静平台21的各个转动连接点24之间的夹角范围处在较佳的区间内，不仅有利于保证运动稳定性，也可以通过相对适宜的夹角范围便于实现对各个第一伸缩元件23的伸缩量运动解析。

优选地，第一伸缩元件23在静平台21上的各转动连接点24的成对方式与对应的第一伸缩元件23在第一动平台22上的各转动连接点24的成对方式错开，也即，在第一伸缩元件23在静平台21上的同一对转动连接点24与对应的第一伸缩元件23在第一动平台22上的两个转动连接点24不成对。

本发明还提供一种手术机器人，包括上述的手术机械臂100。本发明提供的手术机器人，通过采用上述的手术机械臂100能够实现对手术器具32作用在人体组织上的力学反馈的检测，为医生的手术操作提供力学数据的反馈，从而增加了医生与人体组织的信息交互，本发明提供的手术机器人具有广泛的应用前景。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围内。

Claims (12)

1.一种手术机械臂(100)，用于微创手术机器人，其特征在于，包括术前摆位组件(10)、执行组件(30)以及设置于所述术前摆位组件(10)与所述执行组件(30)之间的远心操控组件(20)，所述执行组件(30)具有预设的远心不动点，执行组件(30)在进行手术操作时，所述远心操控组件(20)能够驱动所述执行组件(30)以所述远心不动点为摆动中心摆动，且所述执行组件(30)的伸缩路径穿过所述远心不动点；所述执行组件(30)包括内部中空的执行杆(31)及设置于所述执行杆(31)相对远离所述远心操控组件(20)一端的手术器具(32)，所述执行杆(31)内部设有连接线缆；

所述远心操控组件(20)上设置有转动驱动件(41)以及传感器(42)，所述转动驱动件(41)连接于所述执行杆(31)中相对靠近所述远心操控组件(20)的一端并能够驱动所述执行杆(31)与所述手术器具(32)沿所述执行杆(31)的轴向同步转动；所述传感器(42)设置于所述执行杆(31)与所述远心操控组件(20)之间，并用于检测所述手术器具(32)受到的环境力及/或环境力矩；

所述手术机械臂(100)还包括用于驱动所述手术器具(32)运动的控制驱动件(43)，所述执行杆(31)安装于所述控制驱动件(43)上，所述控制驱动件(43)用于控制手术器具(32)进行咬合运动；

所述手术机械臂(100)还包括连接于所述转动驱动件(41)的安装平台(50)，所述控制驱动件(43)连接于所述传感器(42)，所述传感器(42)安装于所述安装平台(50)上；

所述转动驱动件(41)通过驱动所述安装平台(50)转动，来带动所述传感器(42)、控制驱动件(43)、执行杆(31)以及所述手术器具(32)沿所述执行杆(31)的轴向同步转动。

2.如权利要求1所述的手术机械臂(100)，其特征在于，所述远心操控组件(20)包括静平台(21)以及连接于所述静平台(21)并能够相对所述静平台(21)运动的第一动平台(22)；所述静平台(21)连接于所述术前摆位组件(10)，所述第一动平台(22)连接于所述执行杆(31)。

3.如权利要求2所述的手术机械臂(100)，其特征在于，所述转动驱动件(41)安装于所述第一动平台(22)上，所述转动驱动件(41)能够驱动所述传感器(42)、所述执行杆(31)以及所述手术器具(32)均沿所述执行杆(31)的轴向同步转动。

4.如权利要求3所述的手术机械臂(100)，其特征在于，所述手术机械臂(100)还包括用于驱动所述手术器具(32)运动的控制驱动件(43)，所述控制驱动件(43)安装于所述传感器(42)上；所述转动驱动件(41)能够驱动所述传感器(42)、所述控制驱动件(43)、所述执行杆(31)以及所述手术器具(32)沿所述执行杆(31)的轴向同步转动；

所述传感器(42)通过检测所述执行杆(31)以及所述控制驱动件(43)的整体受力状态来获得所述手术器具(32)的环境力及/或环境力矩。

5.如权利要求4所述的手术机械臂(100)，其特征在于，所述转动驱动件(41)与所述安装平台(50)分别位于所述第一动平台(22)的两侧；所述第一动平台(22)上开设有避让孔；所述转动驱动件(41)伸入所述避让孔内并连接于所述安装平台(50)。

6.如权利要求2所述的手术机械臂(100)，其特征在于，所述第一动平台(22)与所述静平台(21)之间设置有多个第一伸缩元件(23)，每个所述第一伸缩元件(23)的两端均分别转动连接于所述静平台(21)与所述第一动平台(22)；所述第一伸缩元件(23)与所述第一动平台(22)之间的各转动连接点(24)均相互间隔设置；且所述第一伸缩元件(23)与所述静平台(21)之间的各转动连接点(24)也均相互间隔设置。

7.如权利要求6所述的手术机械臂(100)，其特征在于，所述第一伸缩元件(23)与所述第一动平台(22)的各转动连接点(24)之间以就近的方式两两成对，每一组同对的两个转动连接点(24)与所述第一动平台(22)的中心之间均对应形成一个第一夹角(α)，各所述第一夹角(α)之间的大小相等。

8.如权利要求7所述的手术机械臂(100)，其特征在于，所述第一夹角(α)的角度范围为15°至60°。

9.如权利要求8所述的手术机械臂(100)，其特征在于，所述第一伸缩元件(23)与所述静平台(21)之间的各转动连接点(24)之间以就近的方式两两成对，每一组同对的两个转动连接点(24)与所述静平台(21)的中心之间均对应形成一个第二夹角(β)，各所述第二夹角(β)之间的大小相等。

10.如权利要求4所述的手术机械臂(100)，其特征在于，所述控制驱动件(43)的数量至少为三个；其中，两个所述控制驱动件(43)用于控制所述手术器具(32)朝交错的两个不同方向摆动，余下的一个所述控制驱动件(43)用于控制所述手术器具(32)张开与闭合。

11.如权利要求10所述的手术机械臂(100)，其特征在于，三个所述控制驱动件(43)的各中心之间围设形成等边三角形，且所述执行杆(31)的轴向穿过所述等边三角形的中心。

12.一种手术机器人，包括手术机械臂，其特征在于，所述手术机械臂为权利要求1至11任意一项所述的手术机械臂(100)。

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