CN105307721A - 医疗用机器 - Google Patents

Abstract

按照一个实施例，医疗用机器包括：床，对象位于其中；机器臂部件，位于所述床的上部或者下部，且在目标地点位于球形中心的球形轨迹内，配置移动的放射部件，且所述床和所述机器臂部件对于彼此垂直或者水平方向的相对移动，且所述床和所述机器臂部件垂直或者水平方向的相对移动，把所述对象移到所述目标地点，且可移动所述放射部件使朝向所述目标地点。

Description

医疗用机器

技术领域

本发明涉及一种医疗用机器，具体而言，涉及一种可更为准确、迅速地瞄向目标的医疗用机器。

技术背景

放射线治疗是指利用高能放射线杀死癌细胞的治疗。在这里，放射线指的是能量通过空间传播的现象，或者媒介传播的物质，且X射线是代表例。

放射线治疗与外科手术、抗癌化疗一同是癌症治疗的三大治疗方法之一，有着一般不需要住院，且一天需要几分钟到20～30分钟的时间，并且治疗时无痛的优点。

与这些放射线治疗相关的已知装备，X-Knife(Radionics,USA),NovalisTx(BrainLAB,Germany),Peacok(NOMOSCorp,USA),Trilogy(VarianMedicalSystem,USA),CyberKnife(AccurayInc.USA)等，且这些大部分被进化成基于线性加速器和图像引导放射治疗IGRT(ImageGuidedRadiotherapy)的技术减少治疗时发生的误差，且提高准确度的方案。

所述装备中，射波刀(CyberKnife)是把小型线性加速器安装在由六个关节自由运动的机器臂上，使得从多个方向集中照射放射线到肿瘤部位，是精密度非常高的定位型放射线治疗专用装备。

射波刀有着没有浸湿的固定器具，而利用实时的影像引导技术可跟踪身体骨骼影像及插入在身体内的金针的坐标，能精密的治疗的优点。并且，与只能治疗脑肿瘤的伽玛刀不同，可用于全身的癌症治疗，且不止一次，而是通过数次分段治疗的情况也较多。

最近对于射波刀的研究多样地进行，且部件2009年4月30日申请的先行文件KR第部件2009-0038051号中公开了对于放射线治疗计划信息合并预览的系统。

发明内容

技术课题

按照一个实施例的目的是提供经床和机器臂部件的相对移动，可使更为迅速、准确地瞄向目标的医疗用机器。

按照一个实施例的目的是提供容易控制，且可提高对目标的方向性，可使缩短治疗或者手术时间的医疗用机器。

按照一个实施例的目的是提供配置紧密的(compact)设计，且减少驱动部件的个数可减少总重量的医疗用机器。

按照一个实施例的目的是提供多个机器臂部件独立的、非干涉的旋转，可防止其相互冲突的医疗用机器

按照一个实施例的目的是提供移动床的位置，由此可有效地形成放射部件的瞄准的医疗用机器。

技术方案

为了达到所述目的，按照一个实施例，医疗用机器包括：床，对象位于其中；机器臂部件，位于所述床的上部或者下部，且在目标地点位于球形中心的球形轨迹内，配置移动的放射部件，且所述床和所述机器臂部件对于彼此垂直或者水平方向的相对移动，且所述床和所述机器臂部件垂直或者水平方向的相对移动，把所述对象移到所述目标地点，且可移动所述放射部件使朝向所述目标地点。

一方面，所述机器臂部件包括：上部机器臂，在所述床的上部旋转；及下部机器臂，在所述床的下部旋转，且所述上部机器臂的放射部件和所述下部机器臂的放射部件可被布置成朝向同一的目标地点。

一方面，所述上部机器臂和所述下部机器臂可位于具有同一中心的球形轨迹内。

一方面，所述机器臂部件包括多个连接部件和多个驱动部件，且所述多个连接部件位于具有同一中心的同心球上，并且所述驱动部件的轴的延长线可在所述中心相遇。

一方面，所述机器臂部件包括：第一中央部件；第一连接部件，以所述第一中央部件的长度方向的轴为中心旋转；第一驱动部件，安装在所述第一连接部件的一端，把旋转力传达给所述第一连接部件；第二链接部件，连接在所述第一连接部件的另一端，以第一轴为中心旋转；第二驱动部件，布置在所述第一连接部件和所述第二连接部件之间，且把旋转力传达给所述第二连接部件；第三连接部件，连接在所述第一中央部件中与所述第一连接部件连接的部分不同的位置，且以所述第一中央部件的长度方向的轴为中心旋转；第三驱动部件，安装在所述第三连接部件，把旋转力传达给所述第三连接部件；第四连接部件，连接在所述第三连接部件的另一端，以第二轴为中心旋转；第四驱动部件，布置在所述第三连接部件和所述第四连接部件之间，且把旋转力传达给所述第四连接部件；第二中央部件，位于与所述第一中央部件的长度方向的轴同轴上，且如所述第一中央部件和所述中心之间的距离从所述中心隔离；第五连接部件，以所述第二中央部件的长度方向的轴为中心旋转；第五驱动部件，安装在所述第五连接部件一端，把旋转力传达给所述第五连接部件；第六连接部件，连接在所述第五连接部件的另一端，以第三轴为中心旋转；第六驱动部件，布置在所述第五连接部件和所述第六连接部件之间，且把旋转力传达给所述第六连接部件；第七连接部件，连接在所述第二中央部件中与所述第五连接部件连接的部分不同的位置，且以所述第二中央部件的长度方向的轴为中心旋转；第七驱动部件，安装在所述第七连接部件，把旋转力传达给所述第七连接部件；第八连接部件，连接在所述第七连接部件的另一端，以第四轴为中心旋转；第八连接部件，布置在所述第七连接部件和所述第八连接部件之间，且把旋转力传达给所述第八连接部件；及。放射部件，各个被安装在所述第二连接部件、所述第四连接部件、所述第六连接部件及所述第八连接部件的端部，使其朝向所述中心，且所述第一中央部件的长度方向的轴、所述第二中央部件的长度方向的轴、所述第一轴、所述第二轴、所述第三轴及所述第四轴可在所述中心相遇。

一方面，所述第一连接部件和所述第二连接部件比所述第三连接部件离所述中心远，且所述第五连接部件和所述第六连接部件比所述第七连接部件可离所述中心远。

一方面，所述第三连接部件位于所述第一连接部件和所述第二连接部件之间时，所述第三连接部件的长度比所述第一连接部件的长度短，且所述第四连接部件比所述第二连接部件离所述中心近，并且所述第七连接部件位于所述第五连接部件和所述第六连接部件之间时，所述第七连接部件的长度比所述第五连接部件的长度短，且所述第八连接部件比所述第六连接部件可离所述中心近。

一方面，可还包括：调整位置元件，为了调整所述床的位置。

技术效果

按照一个实施例的医疗用机器，经床和机器臂部件的相对移动，可使更为迅速、准确地瞄向目标的医疗用机器。

按照一个实施例的医疗用机器，容易控制，且可提高对目标的方向性，可使缩短治疗或者手术时间。

按照一个实施例的医疗用机器，配置紧密的(compact)设计，且减少驱动部件的个数可减少总重量。

按照一个实施例的医疗用机器，多个机器臂部件独立的、非干涉的旋转，可防止其相互冲突。

按照一个实施例的医疗用机器，移动床的位置，由此可有效地形成放射部件的瞄准。

附图简要说明

图1是示出按照一个实施例的医疗用机器。

图2是示出按照一个实施例的医疗用机器的机器臂部件的布置。

图3是示出按照一个实施例的医疗用机器，显示按照机器放射部件的放射线照射范围。

图4是示出按照一个实施例，安装在医疗用机器的放射部件的调整角度元件的情形。

图5是示出按照一个实施例的医疗用机器的放射部件方向。

图6是示出球形坐标(sphericalcoordinate)。

具体实施方式

以下，按照本发明的实施例参照附图进行详细地说明。但是，本发明不受限或不限于实施例。各图里提示的同一的参照符号表示同一的部件。

图1是示出按照一个实施例的医疗用机器，且图2是示出按照一个实施例的医疗用机器的机器臂部件的布置，且图3是示出按照一个实施例的医疗用机器，显示按照机器放射部件的放射线照射范围，并且图4是示出按照一个实施例，安装在医疗用机器的放射部件的调整角度元件的情形。

参照图一，按照一个实施例，医疗用机器10可包括床100及机器臂部件200。

对象可位于所述床100，且所述对象，例如可以是患者。

按照一个实施例，医疗用机器10由射波刀(cyberknife)被利用时，对象可以是需要放射线治疗或者切除肿瘤手术的癌症患者。在这种情况，目标地点T可以是肿瘤位置，即治疗部位或者手术部位。

调整位置元件110安装在所述床100，可使调整床100的位置。

如图1示出，调整位置元件110由箭头方向被移动时，床100也可随着箭头方向被移动。

照此，可自由地移动床100或者对象的位置，且照此可移动目标地点T的位置。

具体地，床100对于地面可垂直或者水平方向移动。

照此，床100和机器臂部件200对此彼此可垂直或者水平方向的相对移动。

具体地，床100在被固定的状态下对象的位置被固定，且移动机器臂部件200，使放射部件300的照射位置或者从放射部件300放射放射线的位置对于床100可相对移动。

或者，床100经调整位置元件110对于机器臂部件200相对移动，把对象移动到目标地点T之后，把放射部件300可移动到朝向目标地点T。

因此，配置在机器臂部件200的放射部件300可有效地瞄向位于此床100上的对象的目标地点T。对此，以下进行详细地说明。

所述床100的上部或者下部可布置机器臂部件200。

所述机器臂部件200可包括上部机器臂210及下部机器臂220，且上部机器臂210及下部机器臂220的端部可各个配置放射部件300。

在这种情况下，从放射部件300可放射放射线，且放射线可朝向对象的目标地点T放射或者照射。

特别参照图2，所述上部机器臂210和下部机器臂220可位于同一的中心，即位于具有同一的目标地点T的球形轨迹内。

还有，由于上部机器臂210和下部机器臂220的放射部件300经上部机器臂210和下部机器臂220的旋转移动，可在上部机器臂210和下部机器臂220的球形轨迹上移动，且各个的放射部件300可被布置成朝向同一的目标地点T。

照此，从安装在上部机器臂210和下部机器臂220的各个放射部件300，放射线可集中到仅一个的特殊点，例如，放射部件300可容易的瞄向目标地点T。

还有，上部机器臂210和下部机器臂220以床100为中心可隔离的布置。

经这些上部机器臂210和下部机器臂220的布置，上部机器臂210和下部机器臂220可相互非干涉的运行，且可防止相互冲突。

具体地，上部机器臂210和下部机器臂220可包括多个连接部件和多个驱动部件。

例如，上部机器臂210可包括第一连接部件211、第二连接部件212、第三连接部件215及第四连接部件216。

所述第一连接部件211可连接在第一中央部件202，且所述第一连接部件211可以以第一中央部件的长度方向的轴X_A为中心旋转。

所述第一中央部件202按照一个实施例，可垂直的安装在位于医疗用机器10外侧的框内侧。

还有，第一连接部件211可位于在目标地点T具有中心的球形上，且可形成弧形。

进一步的，第一连接部件211比第二连接部件212、第三连接部件215及第四连接部件218配置大的长度，且第一连接部件211可离目标地点T最远。

所述第一连接部件211的另一端可连接第二连接部件212。

所述第二连接部件212可以以第一轴X₁为中心旋转。

所述第一轴X₁对于第一中央部件的长度方向的轴X_A可形成角度。

还有，与第一中央部件202上第一连接部件211连接的部分不同的位置可连接第三连接部件215。

所述第三连接部件215可以以第一中央部件的长度方向的轴X_A为中心旋转。

例如，第一中央部件202的上部可连接第一连接部件211，且第一中央部件202的下部连接第三连接部件215。

所述第三连接部件215的另一端可连接第四连接部件216。

所述第四连接部件216可以可以第二轴X₂为中心旋转。

所述第二轴X₁对于第一中央部件的长度方向的轴X_A可形成角度。

还有，上部机器臂210可包括第一驱动部件213、第二驱动部件214、第三驱动部件217及第四驱动部件218。

所述第一驱动部件213可包括在第一中央部件202内，图上未具体地示出，但是第一中央部件202可形成为了安装第一驱动部件213的槽。

所述第一驱动部件213可把旋转力传达给第一连接部件211。

所述第二驱动部件214可把旋转力传达给第二连接部件212，且随着第一轴X₁可被布置成朝向目标地点T。

所述第三驱动部件217如同第一驱动部件213可包括在第一中央部件202内，且第一中央部件202可形成为了安装第三驱动部件217的槽。

所述第三驱动部件217可把旋转力传达给第三连接部件215。

并且，第三驱动部件217与第一驱动部件213可成一体或者成另外的。例如，第三驱动部件217与第一驱动部件213成另外时，第三连接部件215可与第一连接部件211不同的方向或者不同的速度旋转。

所述第四驱动部件218可把旋转力传达给第四连接部件216，且随着第二轴X₂可被布置朝向目标地点T。

在这种情况，第一中央部件的长度方向的轴X_A、第一轴X₁及第二轴X₂的延长线可在目标地点T相遇。

还有，安装在第二连接部件212和第四连接部件216的放射部件300垂直的安装在第二连接部件212和第四连接部件216，且可被布置成朝向目标地点T。

因此，不仅是第一中央部件的长度方向的轴X_A、第一轴X₁及第二轴X₂的延长线，而且放射部件300及驱动部件213、214、217、218并且朝向目标地点T，从放射部件300的放射线可朝向目标地点T放射或者照射。

如此，下部机器臂部件200可包括第五连接部件221、第六连接部件222、第七连接部件225、第八连接部件226。

所述第五连接部件221可以以第二中央部件的长度方向的轴X_B为中心旋转。

所述第二中央部件204按照一个实施例，可垂直的安装在位于医疗用机器10外侧的框内侧。

并且，第二中央部件的长度方向的轴X_B位于与第一中央部件的长度方向的轴X_A同轴，且如第一中央部件202和目标地点T之间的距离可从目标地点T隔离。

还有，第五连接部件221可位于在目标地点T具有中心的球形上，且可形成弧形。

所述第五连接部件221的另一端可连接第六连接部件222。

所述第六连接部件222可以以第三轴X₃为中心旋转。

所述第三轴X₃对于第二中央部件的长度方向的轴X_B可形成角度。

还有，与第二中央部件204上第五连接部件221连接的部分不同的位置可连接第七连接部件225。

所述第七连接部件225可以以第二中央部件的长度方向的轴X_B为中心旋转。

例如，第二中央部件204的下部可连接第五连接部件221，且第二中央部件204的上部连接第七连接部件225。

所述第七连接不接225的另一端可连接第八连接部件226。

所述第八连接部件226可以以第四轴X₄为中心旋转。

所述第四轴X₄对于第二中央部件的长度方向的轴X_B可形成角度。

还有，下部机器臂220可包括第五驱动部件223、第六驱动部件224、第七驱动部件227及第八驱动部件228。

所述第五驱动部件223可包括在第二中央部件204内，且可把旋转力传达给第五连接部件221。

所述第六驱动部件224可把旋转力传达给第六连接部件222，且随着第三轴X₃可被布置朝向目标地点T。

所述第七驱动部件227如同第五驱动部件223可包括在第二中央部件204内，且可把旋转力传达给第七连接部件225。

并且，第七驱动部件227与第五驱动部件223可成一体或者成另外的。例如，第七驱动部件227与第五驱动部件223成另外时，第七连接部件225可与第五连接部件221不同的方向或者不同的速度旋转。

所述第八驱动部件228可把旋转力传达给第八连接部件226，且随着第四轴X₄可被布置成朝向目标地点T。

在这种情况，第二中央部件的长度方向的轴X_B、第三轴X₃及第四轴X₄的延长线可在目标地点T相遇。

还有，安装在第六连接部件222和第八连接部件226的放射部件300垂直的安装在第六连接部件222和第八连接部件226，且可被布置成朝向目标地点T。

因此，不仅是第二中央部件的长度方向的轴X_B、第三轴X₃及第四轴X₄的延长线，而且放射部件300及驱动部件223、224、227、228并且朝向目标地点T，从放射部件300的放射线可朝向目标地点T放射或者照射。

图上示出了类似或者同一于上部机器臂210和下部机器臂220的形象，但是不限于此，且安装在上部机器臂210和下部机器臂220的放射部件300被布置成朝向同一的目标地点T，那么任何形状均可。

为了防止如此构成的上部机器臂210和下部机器臂220的多个连接部件211、212、215、216、221、222、225、226同时旋转时的相互冲突，具体地可被布置成如下。

首先，第一连接部件211和第二连接部件212可比第三连接部件215离目标地点T远，且第五连接部件221和第六连接部件222比第七连接部件225离目标地点T远。

第二，第三连接部件215位于第一连接部件211和第二连接部件212之间时，第三连接部件215的长度比第一连接部件211的长度短，且第四连接部件216可比第二连接部件212离目标地点T近。

还有，第七连接部件225位于第五连接部件221和第六连接部件222之间时，第七连接部件225的长度比第五连接部件221的长度短，且第八连接部件226可比第六连接部件222离目标地点T近。

还有，上部机器臂210可在床100的上部放射放射线，且下部机器臂200可在床100的下部放射放射线。

提别的参照图3，上部机器臂210可在A领域和B领域放射放射线，且下部机器臂220可在C领域和D领域放射放射线。

所述A领域是经第一连接部件211和第二连接部件212显示从放射部件300照射的放射线范围，且B领域是经第三连接部件215和第四连接部件216显示从放射部件300照射的放射线范围，且C领域是经第五连接部件221和第六连接部件222显示从放射部件300照射的放射线范围，且D领域是经第七连接部件225和第八连接部件226显示从放射部件300照射的放射线范围。

A领域、B领域、C领域及D领域朝向目标地点T，且在不同的领域照射放射线。

如此，上部机器臂210在床100的上部具有球形旋转轨迹，且下部机器臂220在床100的下部具有球形旋转轨迹，因此带有相互独立的移动可不受相互的干涉。

还有，参照图4，在第二连接部件212、第四连接部件216、第六连接部件222及第八连接部件226的端部或者放射部件安装调整角度元件310，可使放射部件300以小角度的移动。

照此，瞄准目标地点T时，可更为有效地运行。例如，经驱动部件213、214、217、218、223、224、227、228放射部件300瞄向目标地点T后，可有用于需要细微的角度调整情况。

还有，驱动部件213、214、217、218、223、224、227、228的轴都朝向目标地点T，所以连接部件211、212、215、216、221、222、225、226在旋转过程中，放射部件300可持续的瞄向目标地点T。这是缘于连接部件211、212、215、216、221、222、225、226和驱动部件213、214、217、218、223、224、227、228的结构布置。

特别地，放射线只能在机器臂210、220的连接部件211、212、215、216、221、222、225、226停止的状态可放射，所以机器臂210、220的连接部件211、212、215、216、221、222、225、226移动到下一个放射地点期间不可放射。

但是，机器臂210、220配置多个连接部件211、212、215、216、221、222、225、226时，一个连接部件211、212、215、216、221、222、225、226移动期间，其他连接部件211、212、215、216、221、222、225、226在停止状态可放射放射线，所以可缩短治疗或者手术时间。

进一步的，机器臂210、220由多个配置时，可更有效地缩短治疗或者手术时间。

以下按照一个实施例，对医疗用机器10的结构运动学分析进行详细地说明。

首先，医疗用机器臂的正向运动学(forwardkinematics)如下。

[等式1]

x＝f(θ)

在这种情况，θ是接合角度，x指末端器(end-effector)的位置和方向。

如此，通过连接部件相互连接的角度，可预测放射部件的坐标。

还有，使用Denavit-Hartenberg(D-H)表示法表现时，医疗用机器的运动学可由连接部件的连接长度a、连接偏心距d、连接扭曲α及接合角度θ和四个参数形成。

在这种情况，接合点在z轴周围旋转时，其变换矩阵(transformationmatrix)可显示为如下。

[变换矩阵1]

[变换矩阵2]

在变换矩阵1和2中，s和c各指sine和cosine。

通过上述两个变换矩阵，最终可导出如下的变换矩阵。

[变换矩阵3]

上述变换矩阵显示配置两个连接部件的情况，且按照变换矩阵可预测在三维坐标上哪个点经移动(translation，offset)、大小(scale)、旋转(rotation)移动到哪个点。

还有，末端器，或者放射部件300的位置及方向如下。

[变换矩阵4]

$T_2^0=\left[\begin{array}{cccc}{x_0}_2& {y_0}_2& {z_0}_2& {p_0}_2\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

[变换矩阵5]

${p_0}_2=\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ R\end{array}\right]$

在这种情况，末端器或者放射部件300的位置总是一样的。

图5是示出按照一个实施例的医疗用机器的放射部件方向。

参照图5，放射部件300朝向z轴，且可配置以z轴为基准旋转的滚动(ROLL)，以z轴为基准上下振动的偏转(YAW)及以z轴为基准向下旋转的倾斜(PITCH)活动。

在这种情况，滚动(ROLL)的方向在放射部件不重要。

并且，只为了放射部件的方向仅考虑z-向量(vector)。

由此，变换矩阵2可整理成如下。

[变换矩阵6]

${z_0}_2=\left[\begin{array}{c}{z}_1\\ z_2\\ z_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}c\mathrm{\α}2s\mathrm{\α}1s\mathrm{\θ}1+s\mathrm{\α}2(c\mathrm{\α}1c\mathrm{\θ}2s\mathrm{\θ}1+c\mathrm{\θ}1s\mathrm{\θ}2)\\ -c\mathrm{\θ}1(c\mathrm{\α}2s\mathrm{\α}1+c\mathrm{\α}1c\mathrm{\θ}2s\mathrm{\α}2)+s\mathrm{\α}2s\mathrm{\θ}1s\mathrm{\θ}2\\ c\mathrm{\α}1c\mathrm{\α}2-c\mathrm{\θ}2s\mathrm{\α}1s\mathrm{\α}2)\end{array}\right]$

一方面，放射部件所愿的方向可由图6的球面坐标(sphericalcoordinate)的α和β的值指定。这样，由图6的α和β的值具备方向时，所属这方向的旋转矩阵如下显示。

[旋转矩阵1]

$R_{spherical}=R_{z,\mathrm{\α}}{R}_{y,\mathrm{\β}}=\left[\begin{array}{ccc}c\mathrm{\α}c\mathrm{\β}& -s\mathrm{\α}& c\mathrm{\α}s\mathrm{\β}\\ s\mathrm{\α}c\mathrm{\β}& c\mathrm{\α}& s\mathrm{\α}s\mathrm{\β}\\ -s\mathrm{\β}& 0& c\mathrm{\β}\end{array}\right]$

[旋转矩阵2]

$R_{spherical}-\left[\begin{array}{ccc}{x}_1& y_1& z_1\\ x_2& y_2& z_2\\ x_3& y_3& z_3\end{array}\right]$

从旋转矩阵1和2利用α和β决定⁰x₂＝[x₁，x₂，x₃]^T、⁰y₂＝[y₁，y₂，y₃]^T、⁰z₂＝[z₁，z₂，z₃]^T，且进一步可决定θ₁，θ₂。

这些关系用逆向运动学(inversekinematics)显示如下。

[等式2]

θ＝f(x)^-1

这等式2里，x是向量⁰z₂＝[z₁，z₂，z₃]^T，θ是由θ₁，θ₂形成的向量。

等式2是等式1的反函数。

考虑到正交向量⁰x₂、⁰y₂、⁰z₂可得知接合角度θ₁，θ₂。计算这些向量的直观的方法是利用球面坐标，且由α和β的值具备方向时，所属这方向的旋转矩阵如下显示。

[旋转矩阵3]

$R_{spherical}=R_{z,\mathrm{\α}}{R}_{y,\mathrm{\β}}=\left[\begin{array}{ccc}c\mathrm{\α}c\mathrm{\β}& -s\mathrm{\α}& c\mathrm{\α}s\mathrm{\β}\\ s\mathrm{\α}c\mathrm{\β}& c\mathrm{\α}& s\mathrm{\α}s\mathrm{\β}\\ -s\mathrm{\β}& 0& c\mathrm{\β}\end{array}\right]$

在这种情况，向量的组成元件是⁰x₂＝[x₁，x₂，x₃]^T、⁰y₂＝[y₁，y₂，y₃]^T、⁰z₂＝[z₁，z₂，z₃]^T。

从变换矩阵3可提取以下式。

[等式3]

x₃＝sα₁sθ₂

z₃＝cα₁cα₂-cθ₂sα₁sα₂

在等式3里，θ₂可如下被诱导。

[等式4]

sθ₂＝x₃-sα₁

${\mathrm{c\θ}}_2=\frac{z_3+{\mathrm{c\α}}_1{\mathrm{c\α}}_2}{{\mathrm{s\α}}_1{\mathrm{s\α}}_2}$

${\mathrm{tan\θ}}_2=\frac{{\mathrm{s\α}}_1{\mathrm{s\α}}_2(x_3-{\mathrm{s\α}}_1)}{z_3+{\mathrm{c\α}}_1{\mathrm{c\α}}_2}$

${\mathrm{\θ}}_2=\arctan 2(x_3-{\mathrm{s\α}}_1,\frac{z3+{\mathrm{c\α}}_1{\mathrm{c\α}}_2}{{\mathrm{s\α}}_1{\mathrm{s\α}}_2})$

具备两个输入变数的反正切函数，因为反正切2函数接近零(zero)输入值的稳定性和最终角度回到适当的象限(quadrant)特性而使用。

θ₁的值可如下计算。

从变换矩阵4中可得到等式5至7。

[等式5]

(x₂＝cθ₂sθ₁+cα₁cθ₁sθ₂)cα₁sθ₂

(x₁＝-sθ₁cα₁sθ₂+cθ₁cθ₂)cθ₂

[等式6]

cα₁sθ₂x₂+cθ₂x₁＝c²α₁s²θ₂cθ₁+c²θ₂cθ₁

${\mathrm{c\θ}}_1=\frac{{\mathrm{c\α}}_1{\mathrm{s\θ}}_2{x}_2+{\mathrm{c\θ}}_2{x}_1}{c_1^{\mathrm{\α}}{s}^2{\mathrm{\θ}}_2+c^2{\mathrm{\θ}}_2}$

[等式7]

z₁＝(cα₂sα₁+sα₂cα₁cθ₂)sθ₁+sα₂sθ₂cθ₁

z₂＝-(cα₂sα₁+sα₂cα₁cθ₂)cθ₁+sα₂sθ₂sθ₁

还有，可如下假设。

[等式8]

a＝cα₂sα₁+sα₂cα₁

b＝sα₂sθ₂

通过等式7和8可如下的被计算。

[等式9]

a(z₁＝asθ₁+bcθ₁)

b(z₂＝-acθ₁+bsθ₁)

az₁＝a²sθ₁+abcθ₁

bz₂＝b²sθ₁-abcθ₁

az₁+bz₂＝(a²+b²)sθ₁

${\mathrm{s\θ}}_1=\frac{{\mathrm{az}}_2+{\mathrm{bz}}_2}{a^2+b^2}$

最终通过等式6和9可得到如下的值。

[等式10]

${\mathrm{\θ}}_1=\arctan 2(\frac{{\mathrm{az}}_1+{\mathrm{bz}}_2}{a^2+b^2},\frac{{\mathrm{c\α}}_1{\mathrm{s\θ}}_2{x}_2+{\mathrm{c\θ}}_2{x}_1}{c^2{\mathrm{\α}}_1{s}^2{\mathrm{\θ}}_2+c^2{\mathrm{\θ}}_2})$

从等式4和10决定两个接合角度θ₁，θ₂。

最后，对雅可比(jacobian)矩阵进行说明。

θ-空间和x-空间之间的线性映射(mapping)如下。

等式1可被分化成如下。

[雅可比矩阵1]

$\stackrel{\·}{x}_0=J_0\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}$

$J_0=\left[\begin{array}{cc}{z_0}_0\×({p_0}_n-{p_0}_0)& {z_0}_1\×({p_0}_n-{p_0}_1)\\ {z_0}_0& {z_0}_1\end{array}\right]$

还有，变换矩阵1会如下。

[旋转矩阵7]

最终，雅可比矩阵会如下。

[雅可比矩阵2]

$J_0=\left[\begin{array}{cc}\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 1\end{array}\right]\×(\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ R\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\end{array}\right])& \left[\begin{array}{c}s\mathrm{\α}1s\mathrm{\θ}1\\ -s\mathrm{\α}1c\mathrm{\θ}1\\ c\mathrm{\α}1\end{array}\right]\×(\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ R\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\end{array}\right])\\ \left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 1\end{array}\right]& \left[\begin{array}{c}s\mathrm{\α}1s\mathrm{\θ}1\\ -s\mathrm{\α}1c\mathrm{\θ}1\\ c\mathrm{\α}1\end{array}\right]\end{array}\right]$

[雅可比矩阵3]

$\begin{array}{c}J_0=\left[\begin{array}{cc}{z_0}_0\×({p_0}_n-{p_0}_0)& {z_0}_1\×({p_0}_n-{p_0}_1)\\ {z_0}_0& {z_0}_1\end{array}\right]\\ =_0\left[\begin{array}{cc}\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 1\end{array}\right]\×(\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ R\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\end{array}\right])& \left[\begin{array}{c}s\mathrm{\α}1s\mathrm{\θ}1\\ -s\mathrm{\α}1c\mathrm{\θ}1\\ c\mathrm{\α}1\end{array}\right]\×(\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ R\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ R\end{array}\right])\\ \left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 1\end{array}\right]& \left[\begin{array}{c}s\mathrm{\α}1s\mathrm{\θ}1\\ -s\mathrm{\α}1c\mathrm{\θ}1\\ c\mathrm{\α}1\end{array}\right]\end{array}\right]\\ =\left[\begin{array}{cc}\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 1\end{array}\right]& \left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\end{array}\right]\\ \left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 1\end{array}\right]& \left[\begin{array}{c}s\mathrm{\α}1s\mathrm{\θ}1\\ -s\mathrm{\α}1c\mathrm{\θ}1\\ c\mathrm{\α}1\end{array}\right]\end{array}\right]\end{array}$

因此，雅可比矩阵如下。

[雅可比矩阵4]

$J=\left[\begin{array}{cc}0& s\mathrm{\α}1s\mathrm{\θ}1\\ 0& -s\mathrm{\α}1c\mathrm{\θ}1\\ 1& c\mathrm{\α}1\end{array}\right]$

通过雅可比矩阵4只考虑角速度，且不考虑并进的速度，除了α＝nπ,n∈N的情况，不可具有异常性(singular)。

如此，通过雅可比矩阵决定连接部件的接合速度和放射部件的速度间的关系，由此不仅可按照连接部件的接合速度预测放射部件的移动速度，而且可逆算具有放射部件所愿的速度时，能够所行其连接部件的接合速度。

具体地，通过连接部件的当前位置可预测放射部件的位置，且相反的，为了放射部件朝向中心点或目标，可通过当前位置控制连接部件的运行。

进一步的，配置多个医疗用机器臂时，为了多个医疗用机器臂可相互协力运行，可通过雅可比矩阵控制。

因此，按照一个实施例，医疗用机器经床和机器臂部件的相对移动，可迅速、准确的面向目标地点，且容易控制，还可提高对目标地点的方向性，并且可缩短手术或者治疗时间。进一步的，配置紧密的(compact)设计，且减少驱动部件的个数可减少总重量，并且由另外的机器臂部件构成，需要时，可去除或者添加机器臂部件，可使自由度的添加或者减少，且可确保设计上的柔韧性。

如此，本发明的实施例经如具体地组成元件等特征事项和限定的实施例及图面被说明，但这是为了帮助更为全面性的理解本发明所提供的，且本发明不限于所述实施例，并且本发明领域的技术人员从这些记载可做多个修正及变更。因此，本发明的思想不限定于所述的实施例，且不仅是后续的权利要求，而且与其权利要求有均等或等价变更的所有都能属于本发明思想的范畴。

Claims (19)

1.一种医疗用机器，其包括：

床，对象位于其中；

机器臂部件，位于所述床的上部或者下部，且在目标地点位于球形中心的球形轨迹内，配置移动的放射部件，且

所述床和所述机器臂部件对于彼此垂直或者水平方向的相对移动，且

所述床和所述机器臂部件垂直或者水平方向的相对移动，把所述对象移到所述目标地点，且移动所述放射部件使朝向所述目标地点。

2.如权利要求1所述的医疗用机器，其中，所述机器臂部件包括：

上部机器臂，在所述床的上部旋转；及

下部机器臂，在所述床的下部旋转，且

所述上部机器臂的放射部件和所述下部机器臂的放射部件被布置成朝向同一的目标地点。

3.如权利要求2所述的医疗用机器，其中，所述上部机器臂和所述下部机器臂位于具有同一中心的球形轨迹内。

4.如权利要求1所述的医疗用机器，其中，所述机器臂部件包括多个连接部件和多个驱动部件，且所述多个连接部件位于具有同一中心的同心球上，并且所述驱动部件的轴的延长线在所述中心相遇。

5.如权利要求4所述的医疗用机器，其中，所述同心球的中心与所述目标地点一致。

6.如权利要求4所述的医疗用机器，其中，所述机器臂部件包括：

第一中央部件；

第一连接部件，以所述第一中央部件的长度方向的轴为中心旋转；

第一驱动部件，安装在所述第一连接部件的一端，把旋转力传达给所述第一连接部件；

第二链接部件，连接在所述第一连接部件的另一端，以第一轴为中心旋转；及

第二驱动部件，布置在所述第一连接部件和所述第二连接部件之间，且把旋转力传达给所述第二连接部件。

7.如权利要求6所述的医疗用机器，其中，所述机器臂部件还包括：

第三连接部件，连接在所述第一中央部件中与所述第一连接部件连接的部分不同的位置，且以所述第一中央部件的长度方向的轴为中心旋转；

第三驱动部件，安装在所述第三连接部件，把旋转力传达给所述第三连接部件；

第四连接部件，连接在所述第三连接部件的另一端，以第二轴为中心旋转；及

第四驱动部件，布置在所述第三连接部件和所述第四连接部件之间，且把旋转力传达给所述第四连接部件。

8.如权利要求7所述的医疗用机器，其中，所述机器臂部件还包括：

第二中央部件，位于与所述第一中央部件的长度方向的轴同轴上，且如所述第一中央部件和所述中心之间的距离从所述中心隔离；

第五连接部件，以所述第二中央部件的长度方向的轴为中心旋转；

第五驱动部件，安装在所述第五连接部件一端，把旋转力传达给所述第五连接部件；

第六连接部件，连接在所述第五连接部件的另一端，以第三轴为中心旋转；及

第六驱动部件，布置在所述第五连接部件和所述第六连接部件之间，且把旋转力传达给所述第六连接部件。

9.如权利要求8所述的医疗用机器，其中，所述机器臂部件还包括：

第七连接部件，连接在所述第二中央部件中与所述第五连接部件连接的部分不同的位置，且以所述第二中央部件的长度方向的轴为中心旋转；

第七驱动部件，安装在所述第七连接部件，把旋转力传达给所述第七连接部件；

第八连接部件，连接在所述第七连接部件的另一端，以第四轴为中心旋转；及

第八驱动部件，布置在所述第七连接部件和所述第八连接部件之间，且把旋转力传达给所述第八连接部件。

10.如权利要求9所述的医疗用机器，其中，所述第一中央部件的长度方向的轴、所述第二中央部件的长度方向的轴、所述第一轴、所述第二轴、所述第三轴及所述第四轴在所述中心相遇。

11.如权利要求9所述的医疗用机器，其中，所述第一轴、所述第二轴、所述第三轴及所述第四轴对于所述连接部件端部的切线方向成垂直。

12.如权利要求8所述的医疗用机器，其中，所述第一连接部件和所述第二连接部件比所述第三连接部件离所述中心远，且所述第五连接部件和所述第六连接部件比所述第七连接部件离所述中心远。

13.如权利要求7所述的医疗用机器，所述第三连接部件位于所述第一连接部件和所述第二连接部件之间时，所述第三连接部件及所述第四连接部件的长度比所述第一连接部件的长度短。

14.如权利要求13所示的医疗用机器，其中，所述第三连接部件及所述第四连接部件比所述第二连接部件离所述中心近，且所述第四连接部件比所述第三连接部件离所述中心近。

15.如权利要求9所述的医疗用机器，其中，所述第七连接部件位于所述第五连接部件和所述第六连接部件之间时，所述第七连接部件及所述第八连接部件的长度比所述第五连接部件的长度短。

16.如权利要求15所述的医疗用机器，其中，所述第七连接部件及所述第八连接部件比所述第六连接部件离所述中心近，且所述第八连接部件比所述第七连接部件离所述中心近。

17.如权利要求9所述的医疗用机器，其中，所述机器臂部件包括：

放射部件，各个被安装在所述第二连接部件、所述第四连接部件、所述第六连接部件及所述第八连接部件的端部，使其朝向所述中心。

18.如权利要求17所述的医疗用机器，其中，所述放射部件对于所述第二连接部件、所述第四连接部件、所述第六连接部件及所述第八连接部件端部的切线方向成垂直。

19.如权利要求1所述的医疗用机器，还包括：

调整位置元件，为了调整所述床的位置。