CN105455902B - 机器人手腕和手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人手腕和手术机器人。所述机器人手腕包括基座、虎克铰结构、第一传动机构、第二传动机构和驱动机构，所述虎克铰结构设置于基座上，用以固定手术器械，所述驱动机构分别驱动第一传动机构和第二传动机构运动，所述第一传动机构和第二传动机构分别带动虎克铰结构做第一自由度和第二自由度转动，且所述第一传动机构和第二传动机构中至少一个为线性传动机构，用以线性驱动虎克铰结构运动。本发明的每个自由度转动分别由第一传动机构和第二传动机构单独控制驱动，且所述第一传动机构和第二传动机构中至少一个为线性传动机构，用以线性驱动所述虎克铰结构运动，由于线性驱动可以实现精确的控制，因此，控制精度高。

Description

机器人手腕和手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种机器人手腕和手术机器人。

背景技术

腹腔镜外科手术是医学史上的重大进步，它是指医生在病人腹部作1厘米左右的小切口，通过切口插入细长的手术器械，并在腹腔镜的监视下实施的微创伤腹腔手术。由于腹腔镜外科手术可以改善以往开口手术创伤大、出血量多、术后恢复慢和疤痕明显等问题，因此在泌尿外科、心外科、妇产科等许多手术领域得到了广泛的应用。但是，传统的腹腔镜外科手术采用的手术器械自由度少，能够实现的手术动作也少，大大降低了手术操作的灵活性，而且使得很多复杂手术无法应用该项技术。

微创伤手术机器人的出现改变了这一局面。微创伤手术机器人除了精度高、稳定性好、可按比例缩小医生的手术动作等优点之外，其还可以通过自带手臂上的多个电机，控制前端的手术器械实现多自由度的运动，包括伸长与缩短，绕手术器械轴线进行自转等，因而具有极高的操作灵活性。微创伤机器人手术是由医生的手控制的，其动作都是对医生手部动作的复制与比例缩放，因此其必须有接近甚至超过人手的自由度，其中尤为重要的是让手术器械能够像人的手腕一样实现两个自由度的旋转动作。因此，有必要开发一种具有两自由度旋转功能的机器人手腕和包含该机器人手腕的手术机器人，以保证腹腔镜外科手术能够得到有效实施。

中国专利CN 101791247B中公开了一种两自由度手腕关节，该手腕关节由首尾两端都与虎克铰直接连接的四根钢丝组成平行四边形操控机构，通过该机构将操作端虎克铰的两自由度旋转运动传递到执行端虎克铰，从而实现对前端关节的驱动。

然而，发明人发现，CN 101791247B专利中的手腕关节存在着如下问题：

1、由于虎克铰的转动角度与钢丝的牵拉量的比值是一变量，这样的驱动方式为非线性驱动，通常难以实现精确控制，控制难度大、控制精度低；

2、由于在虎克铰转动接近90度时会到达传动的奇异(即传动比接近无穷或零)，造成传动性能的急剧下降，因而，限制了手腕关节的转动角度，转动范围小。

因此，现有的机器人手腕和手术机器人不仅控制精度低，而且转动范围小，控制难度大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人手腕和手术机器人，以解决现有技术中手腕关节控制精度低、转动范围小以及控制难度大中的一个或者多个问题。

为解决上述技术问题，本发明首先提供了一种机器人手腕，包括基座、虎克铰结构、第一传动机构、第二传动机构和驱动机构，所述虎克铰结构设置于所述基座上，用以固定手术器械，所述驱动机构分别驱动所述第一传动机构和第二传动机构运动，同时所述第一传动机构带动所述虎克铰结构做第一自由度转动，所述第二传动机构带动所述虎克铰结构做第二自由度转动，且所述第一传动机构和第二传动机构中至少一个为线性传动机构，用以线性驱动所述虎克铰结构运动。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述虎克铰结构包括内旋转架、外旋转架、第一转轴和第二转轴；其中，所述第一转轴转动设置于所述基座上，所述外旋转架固定于所述第一转轴上并随所述第一转轴转动，所述第二转轴转动设置于所述外旋转架上，所述内旋转架固定于所述第二转轴上并随所述第二转轴转动，所述内旋转架设置于所述外旋转架的内部，所述手术器械固定于所述内旋转架上；所述第一传动机构在所述驱动机构驱动下运动，并带动所述内旋转架转动，所述第二传动机构在所述驱动机构驱动下运动，并带动所述外旋转架转动。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第一传动机构包括驱动绳索和驱动轮，所述驱动绳索在所述驱动机构的驱动下带动所述驱动轮运动，所述驱动轮带动所述内旋转架转动。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述驱动轮与所述第二转轴固定连接，或者所述驱动轮与所述内旋转架固定连接。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第一传动机构包括一根驱动绳索和一个驱动轮；其中，所述驱动轮套设在所述第二转轴上，与所述内旋转架固定连接，并位于所述第一转轴的一侧，所述驱动绳索包括本体、所述本体的左端延伸形成的左延伸段、以及所述本体的右端延伸形成的右延伸段，所述本体绕过并固定悬挂在所述驱动轮上，同时，所述左延伸段和右延伸段穿过所述基座与所述驱动机构连接。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第一传动机构包括两根驱动绳索和两个驱动轮；两个所述驱动轮对称套设在所述第二转轴上，与所述内旋转固定连接，并分别位于所述内旋转架的两侧，所述驱动绳索包括本体、所述本体的左端延伸形成的左延伸段、以及所述本体的右端延伸形成的右延伸段，每根驱动绳索的本体绕过并固定悬挂在一个驱动轮上，并且，每根驱动绳索的左延伸段和右延伸段穿过所述基座与所述驱动机构连接。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第一传动机构包括驱动绳索、驱动轮和传动轮，所述传动轮用以限制所述驱动绳索的运动方向，所述驱动绳索在所述驱动机构的驱动下经所述传动轮带动所述驱动轮运动，所述驱动轮带动所述内旋转架转动。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第一传动机构包括一根驱动绳索、一个驱动轮和至少两个传动轮；其中，所述传动轮套设在所述第一转轴上并位于所述外旋转架的两侧，所述驱动轮套设在所述第二转轴上，与所述内旋转架固定，并位于所述第一转轴的一侧，所述驱动绳索的本体固定在所述驱动轮上，所述驱动绳索的本体的左端向左延伸形成一左延伸段，所述左延伸段经过所述外旋转架的下方或者上方，绕过其左侧的传动轮后穿过所述基座与所述驱动机构连接，所述驱动绳索的本体的右端向右延伸形成一右延伸段，所述右延伸段经过所述外旋转架的下方或者上方，绕过其右侧的传动轮后穿过所述基座与所述驱动机构连接。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述驱动绳索对称布置于所述第二转轴的左右两侧。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第一传动机构在所述驱动机构驱动下还带动所述外旋转架转动。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第一传动机构包括驱动绳索、驱动轮和传动轮，所述传动轮用以限制所述驱动绳索的运动方向，所述驱动绳索在所述驱动机构的驱动下经所述传动轮带动所述驱动轮运动，所述驱动轮带动所述内旋转架与所述第二转轴一起转动，并且，所述驱动轮还带动所述外旋转架与所述第一转轴一起单向转动。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第一传动机构包括一根驱动绳索、一个驱动轮和至少两个传动轮；两个所述传动轮对称套设在所述第一转轴上并位于所述外旋转架的两侧，所述驱动轮套设在所述第二转轴上，与所述内旋转架固定，并位于所述第一转轴的一侧，所述驱动绳索的本体固定在所述驱动轮上，所述驱动绳索的本体的左端向左延伸形成一左延伸段，所述左延伸段经过所述外旋转架的下方或者上方，绕过左侧的传动轮后穿过所述基座与所述驱动机构连接，所述驱动绳索的本体的右端向右延伸形成一右延伸段，所述右延伸段经过所述外旋转架的下方或者上方，绕过右侧的传动轮后穿过所述基座与所述驱动机构连接。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述驱动绳索对称布置于所述第二转轴的左右两侧。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第二传动机构包括驱动绳索，所述驱动绳索在所述驱动机构驱动下直接带动所述外旋转架运动，且转动方向与所述第一传动机构带动所述外旋转架转动的转动方向相反。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第二传动机构包括一根驱动绳索，所述驱动绳索的一端固定在所述外旋转架上，并位于所述第一转轴的一侧，所述驱动绳索的另一端连接所述驱动机构。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第二传动机构包括一根驱动绳索，所述驱动绳索的一端固定在所述内旋转架上并位于所述第一转轴的一侧，所述驱动绳索的另一端连接所述驱动机构，并且，所述驱动绳索的一端设置于所述内旋转架沿所述第二转轴的中性面上。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第二传动机构包括驱动连杆，所述驱动连杆在所述驱动机构驱动下直接带动所述外旋转架转动。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第一传动机构包括驱动绳索，所述驱动绳索在所述驱动机构的驱动下直接带动所述内旋转架转动。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第一传动机构包括两根驱动绳索，所述两根驱动绳索分别位于所述第二转轴的两侧，每根驱动绳索的一端均与所述内旋转架连接，每根驱动绳索的另一端均穿过所述基座与一驱动机构连接。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第一传动机构包括驱动连杆，所述驱动连杆在所述驱动机构的驱动下直接带动所述内旋转架与所述第二转轴一起转动。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述驱动连杆的数量为一根，所述驱动连杆的一端穿过所述基座与所述驱动机构连接，所述驱动连杆的另一端与所述内旋转架连接。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述驱动连杆通过球铰链与所述内旋转架连接。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第二传动机构包括驱动绳索和驱动轮，所述驱动绳索在所述驱动机构的驱动下带动所述驱动轮运动，所述驱动轮带动所述外旋转架转动。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述驱动轮与所述第一转轴固定连接，或者所述驱动轮与所述外旋转架固定连接。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第二传动机构包括一根驱动绳索和一个驱动轮；其中，所述驱动轮套设在所述第一转轴上，与所述外旋转架固定连接，并位于所述第二转轴的一侧，所述驱动绳索包括本体、所述本体的左端延伸形成的左延伸段、以及所述本体的右端延伸形成的右延伸段，所述本体绕过并固定悬挂在所述驱动轮上，所述左延伸段、右延伸段穿过所述基座与所述驱动机构连接。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第二传动机构包括两根驱动绳索和两个驱动轮；两个所述驱动轮对称固定于所述第一转轴上，与所述外旋转架固定连接，并分别位于所述外旋转架的两侧，所述驱动绳索包括本体、所述本体的左端延伸形成的左延伸段、以及所述本体的右端延伸形成的右延伸段，每根驱动绳索的本体绕过并固定悬挂在一个驱动轮上，并且，每根驱动绳索的左延伸段和右延伸段穿过所述基座与所述驱动机构连接。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第二传动机构包括驱动绳索，所述驱动绳索在所述驱动机构的驱动下直接带动所述外旋转架转动。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第二传动机构包括两根驱动绳索，所述两根驱动绳索分别位于所述第一转轴的两侧，每根驱动绳索的一端均与所述外旋转架连接，每根驱动绳索的另一端均穿过所述基座与所述驱动机构连接。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第二传动机构包括驱动连杆，所述驱动连杆在所述驱动机构的驱动下直接带动所述外旋转架转动。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述驱动连杆的数量为一根，所述驱动连杆的一端穿过所述基座与一驱动机构连接，所述驱动连杆的另一端与所述外旋转架连接。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述驱动连杆通过球铰链与所述外旋转架连接。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述虎克铰结构包括内旋转架、外旋转架、第一转轴和第二转轴；其中，所述第一转轴转动设置于所述基座上，所述内旋转架固定于所述第一转轴上并随所述第一转轴转动，所述第二转轴转动设置于所述内旋转架两侧，所述外旋转架转动设置于所述第二转轴上并随所述第二转轴转动，所述外旋转架设置于所述内旋转架的外部；所述第一传动机构在所述驱动机构驱动下运动，并带动所述内旋转架转动，所述第二传动机在所述驱动机构驱动下运动，并带动所述外旋转架转动。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第二传动机构包括两根驱动绳索；其中，所述两根驱动绳索设置在所述第二转轴的两侧，每根驱动绳索的一端穿过所述基座与所述驱动机构连接，每根驱动绳索的另一端与所述外旋转架连接。

可选的，在所述的机器人手腕中，所述第一传动机构包括两根驱动连杆；其中，所述两根驱动连杆设置在所述第一转轴的两侧，每根驱动连杆的一端穿过所述基座与所述驱动机构连接，每根驱动连杆的另一端与所述内旋转架连接。

其次，本发明还提供了一种手术机器人，包括如上任意一项所述的机器人手腕。

可选的，在所述的手术机器人中，还包括机器人手臂、工具管、机器人手腕和手术工具，其中，所述机器人手腕与工具管固定连接，所述工具管与机器人手臂连接，所述机器人手臂上设有驱动传动机构的电机，所述手术工具固定安装在机器人手腕上。

可选的，在所述的手术机器人中，所述工具管的一端设置于所述机器人手臂上，所述工具管的另一端与机器人手腕上的基座固定连接，同时所述手术工具固定在机器人手腕的内旋转架或者外旋转架上。

可选的，在所述的手术机器人中，所述手术工具包括一开合机构，能够实现所述手术工具的开合自由度。

相比于现有技术，本发明提供的机器人手腕和手术机器人，具有以下有益效果：

1、本发明通过第一传动机构、第二传动机构和驱动机构实现了一个虎克铰结构的两自由度转动，其中，所述虎克铰结构的每个自由度转动分别由第一传动机构和第二传动机构单独控制驱动，且所述第一传动机构和第二传动机构中至少一个为线性传动机构，用以线性驱动所述虎克铰结构运动，由于线性驱动可以实现精确的控制，因此，控制精度高；

2、本发明的第一传动机构和第二传动机构均采用驱动轮、驱动绳索、驱动连杆和传动轮中的一种或者几种组合实现对虎克铰结构的一个转动自由度控制，控制难度低，转动范围大，而且转动回程误差小，运动传递的复杂度低；同时，采用本发明的驱动方式实现运动的传递，结构简单，占用空间小。

附图说明

图1为本发明实施例一的机器人手腕的结构示意图；

图2为本发明所有实施例的机器人手腕的坐标轴的示意图；

图3为本发明实施例二的机器人手腕的结构示意图；

图4为本发明实施例三的一机器人手腕的结构示意图；

图5为本发明实施例三的另一机器人手腕的结构示意图；

图6为本发明实施例四的机器人手腕的结构示意图；

图7为本发明实施例五的一机器人手腕的结构示意图；

图8为本发明实施例五的另一机器人手腕的结构示意图；

图9为本发明实施例六的一机器人手腕的结构示意图；

图10为本发明实施例六的另一机器人手腕的结构示意图；

图11为本发明实施例七的一机器人手腕的结构示意图；

图12为本发明实施例七的另一机器人手腕的结构示意图；

图13为本发明实施例八的机器人手腕的结构示意图；

图14为本发明实施例九的手术机器人的结构示意图。

图中的附图标记说明如下：

1-1、3-1、5-1、7-1-内旋转架；1-2-、3-2、5-2、7-2-外旋转架；1-3、3-3、5-3、7-3-基座；1-4、3-4、5-4、7-4-第一转轴；1-5、3-5、5-5、7-5-第二转轴；2-1-第一驱动绳索；2-2-第一驱动轮；2-3-第一夹头；2-4-第二驱动绳索；2-5-第二驱动轮；2-6-第二夹头；2-7-第三驱动绳索；2-8-第四驱动绳索；2-9-第一驱动连杆；4-1-第五驱动绳索；4-2-第三驱动轮；4-3、6-3-传动轮；4-4-第三夹头；4-5-第六驱动绳索；4-6-第四驱动轮；4-7-第四夹头；6-1-第七驱动绳索；6-2-第五驱动轮；6-4-第五夹头；6-5-第八驱动绳索；6-6-第二驱动连杆；8-1-第三驱动连杆；8-2-第四驱动连杆；8-3-第九驱动绳索；8-4-第十驱动绳索；9-1-机器人手腕；9-2-手术工具；9-3-工具管。

具体实施方式

本发明提供的机器人手腕中，所述机器人手腕包括基座、虎克铰结构、第一传动机构、第二传动机构和驱动机构，所述虎克铰结构设置于所述基座上，用以固定手术器械，所述驱动机构分别驱动所述第一传动机构和第二传动机构运动，同时所述第一传动机构带动所述虎克铰结构做第一自由度转动，所述第二传动机构带动所述虎克铰结构做第二自由度转动，且所述第一传动机构和第二传动机构至少一个为线性传动机构，用以线性驱动所述虎克铰结构运动。本发明的机器人手腕通过第一传动机构、第二传动机构和驱动机构实现了一个虎克铰结构的两自由度转动，其中，所述虎克铰结构的每个自由度转动分别由第一传动机构和第二传动机构单独控制驱动，且所述第一传动机构和第二传动机构中至少一个为线性传动机构，用以线性驱动所述虎克铰结构运动，由于线性驱动可以实现精确的控制，因此，控制精度高。

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图1～14对本发明提出的机器人手腕和手术机器人作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

图1为本发明实施例一的机器人手腕的示意图，图2为图1所示的机器人手腕的坐标系。

参阅图1～2，一种机器人手腕，包括内旋转架1-1、外旋转架1-2、基座1-3、第一转轴1-4和第二转轴1-5，其中，所述内旋转架1-1位于外旋转架1-2的内部，所述外旋转架1-2固定在第一转轴1-4上，所述第一转轴1-4的两端分别可旋转地安装在基座1-3的轴孔内，并且所述外旋转架1-2可与第一转轴1-4一起转动，同时所述内旋转架1-1固定在第二转轴1-5上，所述第二转轴1-5的两端分别可旋转地安装在外旋转架1-2的轴孔内，而且所述内旋转架1-1可以与第二转轴1-5一起转动，这样位于外旋转架1-2上的内旋转架1-1便具备两个转动自由度，进而手术器械固定在内旋转架1-1上也相应具备两个转动自由度。

其中，所述机器人手腕还包括第一传动机构、第二传动机构和驱动机构，其中，所述驱动机构用以分别驱动所述第一传动机构和第二传动机构运动，以通过所述第一传动机构控制内旋转架1-1和第二转轴1-5一起转动，即做第一自由度转动，以及通过所述第二传动机构控制外旋转架1-2和第一转轴1-4一起转动，即做第二自由度转动。在此，所述驱动机构包括至少两台电机，其中至少一台电机驱动所述第一传动机构运动，另至少一台电机驱动所述第二传动机构运动。

此处，所述内旋转架1-1、外旋转架1-2、第一轴1-4和第二转轴1-5组合形成一个分体式虎克铰结构。采用分体式虎克铰结构，不仅工艺性好，传动精度高，而且结构尺寸较小，重量轻，使用成本低。

特别的，为了提高控制精度，所述第一传动机构和第二传动机构中的至少一个选择为线性传动机构，用以线性驱动上述虎克铰结构运动，例如所述第一传动机构线性驱动内旋转架1-1运动，所述第二传动机构线性驱动外旋转架1-2运动。本发明的机器人手腕采用线性驱动方式实现虎克铰结构的两自由度运动，由于线性驱动可以实现精确的控制，因此，控制精度高。

在此，所述线性传动机构指的是利用电机及齿轮、连杆(或绳索)等驱动组件，带动虎克铰结构旋转，并且所述虎克铰结构的转动角度与传动机构之间的传动关系(例如连杆或绳索的牵拉量、齿轮的转速等)是一定值，也就是传动比稳定。

如图2所示，所述机器人手腕的坐标系设定为：所述第一转轴1-4的轴线为Y轴，所述第二转轴1-5的轴线为X轴，而Z轴由X轴和Y轴通过右手定则确定，而且当所述内旋转架1-1和外旋转架1-2均未转动且保持水平状态时，所述基座1-3的中心线与Z轴重合。同时，X、Y轴的正负转动方向根据右手定则设定，具体为：握住右手四指，并伸出大拇指，将大拇指指向X轴正向，四指旋握方向即为绕X轴转动的正向(即逆时针方向)，其他两轴的转动方向同理确定，具体如图2中旋转箭头所示。

再则，X、Y轴左右方向的确定：对于Y轴，如果物体在Y轴和Z轴组成的Y-Z平面一侧，并与X正半轴同一侧，那么称为物体在Y轴左侧，反之，如果与X负半轴同一侧，那么称为物体在Y轴右侧；对于X轴，如果物体在X轴与Z轴组成的X-Z平面一侧，并与Y正半轴位于同一侧，那么称为物体在X轴右侧，反之如果与Y负半轴同一侧，那么称为物体在X轴左侧。

当然，上述有关坐标系、转动方向和左右方向的设定，对本发明提供的所有实施例均适用。

继续参阅图1，所述第一传动机构包括一根第一驱动绳索2-1和一个第一驱动轮2-2，所述第一驱动轮2-2套设在第二转轴1-5上，与内旋转架1-1固定连接，并位于第一转轴1-4的左侧(或者右侧)。其中，所述第一驱动绳索2-1包括本体、左延伸段以及右延伸段，所述第一驱动绳索2-1的本体绕过第一驱动轮2-2上半部分并固定悬挂在第一驱动轮2-2上，同时所述第一驱动绳索2-1的左延伸段、右延伸段穿过基座1-3中央的通孔与一电机连接(图1中未标出)，优选所述第一驱动绳索2-1的左延伸段、右延伸段连接同一电机。

进一步的，所述第一驱动绳索2-1的本体通过一第一夹头2-3固定在第一驱动轮2-2上。更进一步的，所述第一夹头2-3固定在第一驱动轮2-2的外周顶部的槽口中，并且所述第一夹头2-3设置在第一驱动绳索2-1的本体的中间位置，使得第一夹头2-3将第一驱动绳索2-1的本体、左延伸段和右延伸段对称布置在第二转轴1-5(X轴)的左右两侧。

具体的，所述第一驱动绳索2-1的本体固定在第一驱动轮2-2上后，所述第一驱动绳索2-1的本体的左端向基座1-3中央的通孔延伸形成所述左延伸段，所述第一驱动绳索2-1的本体的右端向基座1-3中央的通孔延伸形成所述右延伸段。这样可以通过操控一根驱动绳索的左延伸段或右延伸段，实现第一驱动轮2-2正转和反转，简化结构，降低控制的复杂度。

可选的，所述第一驱动轮2-2通过粘接或焊接等方式与内旋转架1-1固定连接，不应过分限制两者的固定连接方式。其他实施例中，所述第一驱动轮2-2和内旋转架1-1均与第二转轴1-5固定连接，此时，所述第二转轴1-5成为传动部件的一部分，可将运动传递给内旋转架1-1，从而使内旋转架1-1在第二转轴1-5的带动下正向或反向转动。若采用所述第二转轴1-5驱动内旋转架1-1运动，则驱动效率相对比较低，而且结构更为复杂，建议通过第一驱动轮2-2直接驱动内旋转架1-1运动，运动效率高，传动回程误差小，而且结构简单，控制难度低。

继续参阅图1，所述第二传动机构包括一根第二驱动绳索2-4和一个第二驱动轮2-5，所述第二驱动轮2-5套设在第一转轴1-4上，与外旋转架1-2固定连接，并位于第二转轴1-5的右侧(或者左侧)。其中，所述第二驱动绳索2-4包括左延伸段、右延伸段以及与左延伸段、右延伸段连接的本体，所述第二驱动绳索2-4的本体绕过第二驱动轮2-5上半部分并固定悬挂在第二驱动轮2-5上，并且所述第二驱动绳索2-4的左延伸段、右延伸段穿过基座1-3中央的通孔与一电机连接(图1中未标出)，优选所述第二驱动绳索2-4的左延伸段、右延伸段连接同一电机。

优选的，所述第二驱动绳索2-4的本体同样通过一第二夹头2-6固定在第二驱动轮2-5上。更优选的，所述第二夹头2-6固定在第二驱动轮2-5的外周顶部的槽口中，并且所述第二夹头2-6设置在第二驱动绳索2-4本体的中间位置，使得第二夹头2-6将第二驱动绳索2-4的本体，左延伸段和右延伸段对称布置在在第一转轴1-4(Y轴)的左右两侧。例如所述第二驱动绳索2-4的本体固定在第二驱动轮2-5上后，所述第二驱动绳索2-4的本体的左端向基座1-3中央的通孔延伸形成所述第二驱动绳索2-4之左延伸段，所述第二驱动绳索2-4本体的右端向基座1-3中央的通孔延伸形成所述第二驱动绳索2-4之右延伸段。通过操控一根驱动绳索的左延伸段或右延伸段，实现第二驱动轮2-5正转和反转，简化结构，降低控制的复杂度。

可选的，所述第二驱动轮2-5通过粘接或焊接等方式与外旋转架1-2固定连接，不应过分限制两者的固定连接方式。其他实施例中，所述第二驱动轮2-5和外旋转架1-2均与第一转轴1-4固定连接，此时，所述第一转轴1-4同样成为传动部件的一部分，可将运动传递给外旋转架1-2，从而使外旋转架1-2在第一转轴1-4的带动下正向或反向转动。若采用所述第一转轴1-4驱动外旋转架1-2运动，则驱动效率相对比较低，而且结构更为复杂，建议通过第二驱动轮2-5直接驱动外旋转架1-2运动，运动效率高，传动回程误差小，而且结构简单，控制难度低。

继续参阅图1，所述机器人手腕的两自由度转动的优选实现过程如下：

1)所述内旋转架1-1绕X轴的转动：开启与第一驱动绳索2-1连接的电机，以拉动第一驱动绳索2-1的左延伸段或者右延伸段运动，进而所述第一驱动绳索2-1拉动第一驱动轮2-2运动，同时所述第一驱动轮2-2直接带动与之固定连接的内旋转架1-1绕X轴正向或者反向转动；

2)所述外旋转架1-2绕Y轴的转动：开启与第二驱动绳索2-4连接的电机，以拉动第二驱动绳索2-4的左延伸段或者右延伸段运动，进而所述第二驱动绳索2-4拉动第二驱动轮2-5运动，同时所述第二驱动轮2-5直接带动与之固定连接的外旋转架1-2绕Y轴正向或者反向转动。

由于所述内旋转架1-1被设置于外旋转架1-2上，因而所述内旋转架1-1可以同时绕X轴和Y轴正向或者反向转动，便使得固定在内旋转架1-1上的手术器械具备绕X轴和Y轴正向或者反向转动的两个转动自由度。

采用内旋转架1-1与手术器械固定连接，使得机器人手腕的两个转动自由度可以转化成手术器械的两自由度，进而实现手术机器人的手术器械手腕部位的两自由度转动。而且，采用驱动绳索和驱动轮实现转动控制，一方面转动范围大，正负可达180度，另一方面传动回差小，控制精度高。此外，由于本发明的虎克铰结构仅提供一个转动关节的约束，其是通过转轴上的驱动轮进行驱动，因而，绳索的牵拉量与虎克铰结构(主要是内、外旋转架)转动角度的传动关系是一定值，即不随绳索的牵拉位置变化，因此，控制难度降低，精度更高，转动角度更大。

实施例二

实施例二与实施例一区别在于：将第一驱动轮2-2和第二驱动轮2-5的数量分别由一个增加至两个，所述两个第一驱动轮2-2均套设在第二转轴1-5上与内旋转架1-1固定连接，并且两个第一驱动轮2-2对称设置在内旋转架1-1(即Y轴)的左侧和右侧。同样地，两个第二驱动轮2-5均套设在第一转轴1-4上与外旋转架1-2固定连接，且两个第二驱动轮2-5对称设置在外旋转架1-2(即X轴)的左侧和右侧，具体参阅图3。

如图3所示，所述第一传动机构包括两根第一驱动绳索2-1和两个第一驱动轮2-2，两个第一驱动轮2-2均套设在第二转轴1-5上，且与内旋转架1-1固定连接，并分别位于内旋转架1-1的左侧和右侧，其中，每根第一驱动绳索2-1的本体绕过并固定悬挂在一个第一驱动轮2-2上，并且每根第一驱动绳索2-1的左延伸段、右延伸段穿过基座1-3中央的通孔与一电机连接。此处，两根第一驱动绳索2-1可以对应配置两台电机，也可以对应配置一台电机。此外，本实施例的第一传动机构的其他实施方式与实施例一相同，在此不再详细叙述，具体可参阅实施例一。

所述第二传动机构包括两根第二驱动绳索2-4和两个第二驱动轮2-5，两个第二驱动轮2-5套设在第一转轴1-4上，与外旋转架1-2固定连接，并分别位于外旋转架1-2的左侧和右侧，其中，每根第二驱动绳索2-4的本体固定悬挂在一个第二驱动轮2-5上，并且每根第二驱动绳索的左延伸段、右延伸段穿过基座1-3中央的通孔与一电机连接。同理，两根第二驱动绳索2-4每根可配置两台电机，也可配置一台电机。同样地，本实施例的第二传动机构的其他实施方式与实施例一相同，具体也可参阅实施例一。

继续参阅图3，本实施例的机器人手腕的两自由度转动的实现原理与实施例一相同，区别仅在于：两根第一驱动绳索2-1通过对应的两个第一驱动轮2-2同时控制内旋转架1-1正向或者反向转动；同时，两根第二驱动绳索2-4通过对应的两个第二驱动轮2-5同时控制外旋转架1-2正向或者反向转动。

具体的，当与两根第一驱动绳索2-1连接的电机同时拉动两根第一驱动绳索2-1的左延伸段时，所述内旋转架1-1绕X轴正向转动，反之，同时拉动两根第一驱动绳索2-1的右延伸段时，所述内旋转架1-1绕X轴反向转动；同理，当与两根第二驱动绳索2-4连接的电机同时拉动两根第二驱动绳索2-4的左延伸段时，所述外旋转架1-2绕Y轴正向转动，反之，同时拉动两根第二驱动绳索2-4的右延伸段时，所述外旋转架1-2绕Y轴反向转动。

本实施例的机器人手腕，通过对内旋转架1-1和外旋转架1-2各自增加一个对称设置的驱动轮，可以提高机器人手腕绕X和Y轴转动的稳定性和负载能力，因此，运动性能更好，承载量更大。

实施例三

实施例三与实施例一区别在于：所述第一驱动绳索2-1和第一驱动轮2-2由两根驱动绳索代替，所述两根驱动绳索分别设置在第二转轴1-5的左侧和右侧，以通过所述两根驱动绳索驱动内旋转架1-1绕X轴正向或者反向转动，具体参阅图4。

如图4所示，所述第一传动机构包括一根第三驱动绳索2-7和一根第四驱动绳索2-8，所述第三驱动绳索2-7的一端固定在内旋转架1-1上并设置在X轴的左侧，所述第三驱动绳索2-7的另一端穿过基座1-3中央部位的通孔与一电机连接；相应地，所述第四驱动绳索2-8的一端固定在内旋转架1-1上并设置在X轴的右侧，所述第四驱动绳索2-8的另一端同样穿过基座1-3中央部位的通孔与一电机连接。优选，所述第四驱动绳索2-8和第三驱动绳索2-7连接同一台电机或者分别连接一电机。在此，本实施例的第二传动机构的具体实施方式与实施例一相同，具体可参阅实施例一。

本实施例的机器人手腕绕Y轴转动的实现方式与实施例一相同，区别仅在于，本实施例的机器人手腕绕X轴转动的实现方式与实施例一不同，具体为：开启与第三驱动绳索2-7连接的电机，以拉动第三驱动绳索2-7运动，进而所述第三驱动绳索2-7带动内旋转架1-1绕X轴正向转动；反之，开启与第四驱动绳索2-8连接的电机，以拉动第四驱动绳索2-8运动，进而所述第四驱动绳索2-8带动内旋转架1-1绕X轴反向转动。

相比于实施例一，本实施例的机器人手腕通过两根直接固定连接在内旋转架1-1上的驱动绳索控制内旋转架1-1运动，绕X轴转动控制结构较为简单。

其他实施例中，所述第三驱动绳索2-7和第四驱动绳索2-8可由一根驱动连杆代替，以在所述驱动机构的驱动下直接带动内旋转架1-1与第二转轴1-5一起转动，具体参阅图5。

如图5所示，所述第一传动机构包括一根第一驱动连杆2-9，所述第一驱动连杆2-9的一端穿过基座1-3与一电机连接，另一端通过一个球铰链与内旋转架1-1固定连接。所述与第一驱动连杆2-9连接的球铰结构设置在第二转轴1-5(即X轴)的左侧或者右侧。采用球铰链，可使驱动连杆带动内旋转架1-1灵活转动，且转动范围大，正负也可达180度。

具体的，所述球铰链设置在第二转轴1-5的左侧时：开启与第一驱动连杆2-9连接的电机，以拉动第一驱动连杆2-9运动，进而所述第一驱动连杆2-9带动内旋转架1-1绕X轴正向转动；反之，推动第一驱动连杆2-9运动，进而所述第一驱动连杆2-9带动内旋转架1-1绕X轴反向转动。

所述球铰链设置在第二转轴1-5的右侧时：与第一驱动连杆2-9连接的电机拉动第一驱动连杆2-9运动，进而所述第一驱动连杆2-9带动内旋转架1-1绕X轴反向转动；反之，推动第一驱动连杆2-9运动，可使内旋转架1-1绕X轴正向转动。当然，所述第一驱动连杆2-9的数量也可为两根，两根第一驱动连杆2-9分别设置在X轴的左侧和右侧，用于推拉方式同步控制内旋转架1-1转动。

实施例四

实施例四与实施三区别在于：本实施例的第一传动机构采用图4示出的第一传动机构，而本实施例的第二传动机构采用图3示出的第二传动机构，具体参阅图6。

如图6所示，所述第一传动机构包括一根第三驱动绳索2-7和一根第四驱动绳索2-8，在此，本实施例的第一传动机构的具体实施方式请参阅实施例三。同样的，本实施例的第二传动机构包括两根第二驱动绳索2-4和两个第二驱动轮2-5，相应地，本实施例的第二传动机构的具体实施方式也请参阅实施例二。

本实施例的机器人手腕的两自由度转动的实现过程如下：

1)所述内旋转架1-1绕X轴转动：开启与第三驱动绳索2-7连接的电机，以拉动第三驱动绳索2-7运动，进而所述第三驱动绳索2-7带动内旋转架1-1绕X轴正向转动；反之，开启与第四驱动绳索2-8连接的电机，以拉动第四驱动绳索2-8运动，进而所述第四驱动绳索2-8带动内旋转架1-1绕X轴反向转动；

2)所述外旋转架1-2绕Y轴转动：开启与第二驱动绳索2-4连接的电机，以同时拉动两根第二驱动绳索2-4的左延伸段运动，进而两根第二驱动绳索2-4带动外旋转架1-2绕Y轴正向转动；反之，同时拉动两根第二驱动绳索2-4的右延伸段运动，进而两根第二驱动绳索2-4带动外旋转架1-2绕Y轴反向转动。

通过上述实现方式，最终，驱动固定在内旋转架1-1上的手术器械具备绕X轴和Y轴转动的两个自由度。

相比于实施例三提供的第二传动机构，本实施例的第二传动机构通过增加一个对称设置的第二驱动轮2-5，可以提高机器人手腕绕Y轴转动的稳定性和负载能力。

实施例五

实施例五与上述实施例的区别在于：本实施例的第一传动机构控制内旋转架1-1转动的具体方式与上述实施例不同，具体参阅图7～8。

如图7所示，机器人手腕包括内旋转架3-1、外旋转架3-2和基座3-3，所述内旋转架3-1安装在外旋转架3-2的内部，所述外旋转架3-2固定在第一转轴3-4上，所述第一转轴3-4的两端分别可旋转地安装在基座3-3的轴孔内，所述外旋转架3-2可与第一转轴3-4一起转动，同时所述内旋转架3-1固定在第二转轴3-5上，所述第二转轴3-5的两端分别可旋转地安装在外旋转架3-2的轴孔内，所述内旋转架3-1可与第二转轴3-5一起转动，这样位于外旋转架3-2上的内旋转架3-1便具备两个转动自由度，进而手术器械固定在内旋转架3-1上也就相应具有两个转动自由度。

所述机器人手腕还包括第一传动机构、第二传动机构和驱动机构，其中，所述驱动机构分别驱动所述第一传动机构和第二传动机构运动，从而通过所述第一传动机构控制内旋转架3-1转动，以及通过所述第二传动机构控制外旋转架3-2转动。例如，所述驱动机构包括至少三台电机，其中两台电机驱动所述第一传动机构运动，另至少一台电机驱动所述第二传动机构运动。

本实施例的第一传动机构包括一根第五驱动绳索4-1、一个第三驱动轮4-2和两个传动轮4-3，所述传动轮4-3用以限制第五驱动绳索4-1的运动方向，所述第五驱动绳索4-1在所述驱动机构的驱动下经传动轮4-3带动第三驱动轮4-2运动，进而所述第三驱动轮4-2带动内旋转架3-1与第二转轴3-5一起转动。

具体的，两个传动轮4-3套设在第一转轴3-4上并设置(优选对称设置)在外旋转架3-2的左侧和右侧，所述第三驱动轮4-2套设在第二转轴3-5上，与内旋转架3-1固定连接，并位于第一转轴3-4的左侧(或者右侧)。所述第五驱动绳索4-1的本体与第三驱动轮4-2固定连接；所述第五驱动绳索4-1的本体左端向左延伸形成左延伸段，所述第五驱动绳索4-1的左延伸段经过外旋转架3-2的下方，绕过左侧的传动轮4-3后穿过基座3-3中央部位的通孔与一电机连接；所述第五驱动绳索4-1的本体右端向右延伸形成右延伸段，所述第五驱动绳索4-1的右延伸段经过外旋转架3-2的下方，绕过右侧的传动轮4-3后穿过基座3-3中央部位的通孔与另一电机连接。

所述第五驱动绳索4-1的本体固定在第三驱动轮4-2上，并向左延伸形成所述左延伸段，所述左延伸段通过左侧的传动轮4-3与一电机连接，所述第五驱动绳索4-1的本体向右延伸形成所述右延伸段，所述右延伸段通过右侧的传动轮4-3与同一电机连接。这样，通过控制左延伸段或者右延伸段的驱动绳索实现第三驱动轮4-2正转和反转，简化结构，降低控制的复杂度。

可选的，第五驱动绳索4-1的本体可以为缠绕在所述第三驱动轮4-2，缠绕圈数至少为一圈，或者第五驱动绳索4-1的本体绕过并固定悬挂在第三驱动轮4-2上。

可选的，所述第五驱动绳索4-1的本体通过一个第三夹头4-4固定在第三驱动轮4-2上。更优选，所述第三夹头4-4可固定在第三驱动轮4-2的外周底部的槽口中，并且所述第三夹头4-4设置在第五驱动绳索4-1的本体中间位置，使得第三夹头4-4将第五驱动绳索4-1的本体、左延伸段、右延伸段对称配置在第二转轴1-5(X轴)的左右两侧。可选的，所述第三夹头4-4可通过粘接或者焊接的方式将第五驱动绳索4-1与第三驱动轮4-2固定连接。

此外，每个传动轮4-3的中心部位均设置有轴孔，并通过轴孔与第一转轴3-4实现轴孔连接，但是，每个传动轮4-3并不与外旋转架3-2固定连接。因此，每个传动轮4-3均可与第一转轴3-4相对转动。

本实施例的第二传动机构包括一根第六驱动绳索4-5和一个第四驱动轮4-6，所述第四驱动轮4-6套设在第一转轴3-4上与外旋转架3-2固定连接，并位于外旋转架3-2的左侧(或者右侧)。其中，所述第六驱动绳索4-5的本体绕过并固定悬挂在第四驱动轮4-6上，并且所述第六驱动绳索4-5本体的两端与第六驱动绳索4-5的左延伸段、右延伸段连接，所述第六驱动绳索4-5的左延伸段、右延伸段穿过基座3-3中央的通孔与一电机连接，优选与同一电机连接。

所述第六驱动绳索4-5的本体固定在第四驱动轮4-6上后，所述第六驱动绳索4-5的本体的左端向基座3-3中央的通孔延伸形成所述左延伸段，所述第六驱动绳索4-5的本体的右端向基座3-3中央的通孔延伸形成所述右延伸段。通过操控驱动绳索4-5的左延伸段、或者右延伸段可以实现第四驱动轮4-6正转或反转，简化结构，降低控制的复杂度。

可选的，所述第六驱动绳索4-5的本体通过一个第四夹头4-7固定在第四驱动轮4-6上。更优选，所述第四夹头4-7可固定在第四驱动轮4-6的外周顶部的槽口中，并且所述第四夹头4-6设置在第六驱动绳索4-5本体的中间位置，使得第四夹头4-7将第六驱动绳索4-5的本体、左延伸段、右延伸段对称布置在第一转轴3-4(即Y轴)的左右两侧。

可选的，所述第四驱动轮4-6通过粘接或焊接等方式与外旋转架3-2固定连接，不应过分限制两者的固定连接方式。其他实施例中，所述第四驱动轮4-6和外旋转架3-2均与第一转轴3-4固定连接，此时，所述第一转轴3-4同样成为传动部件的一部分，可将运动传递给外旋转架3-2，从而使外旋转架3-2在第一转轴3-4的带动下正向或反向转动。若采用所述第一转轴3-4驱动外旋转架3-2运动，则驱动效率相对比较低，而且结构更为复杂，建议通过第四驱动轮2-5直接驱动外旋转架3-2运动，运动效率高，传动回程误差小，而且结构简单，控制难度低。

继续参阅图7，本实施例的机器人手腕的两自由度转动的优选实现过程如下：

1)所述内旋转架3-1绕X轴的转动：开启与第五驱动绳索4-1连接的电机，以拉动第五驱动绳索4-1的左延伸段运动，进而所述第五驱动绳索4-1的左延伸段带动第三驱动轮4-2反向转动(顺时针)，并同时驱动内旋转架3-1绕X轴反向转动；反之，拉动第五驱动绳索4-1的右延伸段运动，进而所述第五驱动绳索4-1的右延伸段带动第三驱动轮4-2正向转动，并同时驱动内旋转架3-1绕X轴正向转动。

2)所述外旋转架3-2绕Y轴的转动：开启与第六驱动绳索4-5连接的电机，以拉动第六驱动绳索4-5的左延伸段运动，进而所述第六驱动绳索4-5的左延伸段带动外旋转架3-2绕Y轴正向转动；反之，拉动第六驱动绳索4-5的右延伸段运动，使所述第六驱动绳索4-5的右延伸段带动外旋转架3-2绕Y轴反向转动。

最终，驱动固定在内旋转架3-1上的手术器械具备绕X轴和Y轴转动的两个自由度。

此外，本领域技术人员应知道，当所述第三驱动轮4-2安装于第二转轴3-5(即Y轴)的右侧时，所述第五驱动绳索4-1的左、右延伸段从Y轴的左侧穿过基座3-3的通孔，同样可以实现上述的功能。

当然，本实施例的传动轮4-3的数量至少为两个，并且还可改变传动轮4-3的位置或轴线方向，从而改变对应的驱动绳索的走向、驱动绳索的路径和驱动绳索张紧力等。例如：将传动轮4-3的转轴(即第一转轴3-4)设置为可沿Z轴移动，以通过改变转轴在Z轴方向的高度张紧或松弛驱动绳索。再例如：在外旋转架3-2的左右两侧均各自增加一个传动轮4-3，使得第五驱动绳索4-1的左延伸段和右延伸段分别绕过两个传动轮后，再绕回至第一转轴3-4的左侧，然后穿过基座3-3的通孔与一电机连接。

相比于上述实施例提供的第一传动机构，本实施例的第一传动机构通过对称的传动轮带动驱动轮转动，进而通过驱动轮驱动与驱动轮固定连接的内旋转转动，可以更有效地提高内旋转架的转动稳定性和负载能力，因此，不仅可以搭载较重的手术器械，而且运动稳定性更高。

另一实施例中，如图8所示，所述第三夹头4-4固定在第三驱动轮4-2的外周上部的槽口中，从而将第五驱动绳索4-1与第三驱动轮4-2固定，所述第五驱动绳索4-1的本体的左端从外旋转架3-2外侧上方延伸形成所述左延伸段，所述左延伸段进一步向下从左侧的传动轮4-3的底部起，绕满左侧的传动轮4-3一整周，进而从第一转轴3-4的左侧向下穿过基座3-3的通孔与一电机连接；相应地，所述第五驱动绳索4-1的本体的右端从外旋转架3-2外侧上方延伸形成所述右延伸段，所述右延伸段进一步向下从右侧的传动轮4-3的底部起，绕满右侧的传动轮4-3一整周，进而从第一转轴3-4的左侧穿过基座3-3的通孔，最后与同一电机连接。

图8示出的内旋转架3-1的驱动方向与图7示出的正好相反，具体的：当与第五驱动绳索4-1连接的电机拉动第五驱动绳索4-1的左延伸段时，所述第五驱动绳索4-1的左延伸段带动第三驱动轮4-2正向转动，进而驱动与之连接的内旋转架3-1绕X轴正向转动；反正，拉动第五驱动绳索4-1的右延伸段时，所述第五驱动绳索4-1的右延伸段带动第三驱动轮4-2反向转动，进而驱动与之连接的内旋转架3-1绕X轴反向转动。此外，图8示出的外旋转架3-2的驱动方向与图7示出的相同。其中，若将第三驱动轮4-2安装于第一转轴3-4的右侧，则所述第五驱动绳索4-1的左延伸段、右延伸段从第一转轴3-4的右侧向下穿过基座3-3的通孔，其余保持不变。

实施例六

实施例六与上述实施例区别在于：本实施例的第一传动机构不仅控制内旋转架转动，而且还可部分控制外旋转架转动，具体请参阅图9～10。

如图9所示，一机器人手腕包括内旋转架5-1、外旋转架5-2和基座5-3，所述内旋转架5-1安装在外旋转架5-2的内部，所述外旋转架5-2固定在第一转轴5-4上，所述第一转轴5-4的两端分别可旋转地安装在基座5-3的轴孔内，并且所述外旋转架5-2可与第一转轴5-4一起转动。同时所述内旋转架5-1固定在第二转轴5-5上，所述第二转轴5-5的两端分别可旋转地安装在外旋转架5-2的轴孔内，而且述内旋转架5-1可与第二转轴5-5一起转动。这样位于外旋转架5-2上的内旋转架5-1便具备两个转动自由度，进而手术器械固定在内旋转架5-1上也就相应具有两个转动自由度。

特别的，本实施例的机器人手腕还包括第一传动机构、第二传动机构和驱动机构，所述第一传动机构在所述驱动机构的驱动下控制内旋转架5-1正反方向转动，并同时控制外旋转架5-2单方向转动，所述第二传动机构在所述驱动机构的驱动下控制外旋转架5-2另一单方向转动。在此，所述驱动机构包括多台电机，所述多台电机分别连接所述第一传动机构和第二传动机构。

进一步的，所述第一传动机构包括一根第七驱动绳索6-1、一个第五驱动轮6-2和两个传动轮6-3，两个传动轮6-3套设在第一转轴5-4上并设置(优选对称设置)在外旋转架5-2的左侧和右侧，所述第五驱动轮6-2套设在第二转轴5-5上，与内旋转架5-1固定连接，并位于第一转轴5-4的左侧，所述第七驱动绳索6-1的本体固定在第五驱动轮6-2上，且其一端向左延伸形成一左延伸段，所述第七驱动绳索6-1的左延伸段经过外旋转架5-2的下方，绕过左侧的传动轮6-3后穿过基座5-3中央部位的通孔与一电机连接，所述第七驱动绳索6-1的本体另一端向右延伸形成一右延伸段，所述第七驱动绳索6-1的右延伸段经过外旋转架5-2的下方，绕过右侧的传动轮6-3后穿过基座5-3中央部位的通孔与另一电机连接。在此，由于所述第七驱动绳索6-1还驱动外旋转架5-2单向转动，所以，所述第七驱动绳索6-1的左延伸段和右延伸段需分别连接一台电机，用于同时控制所述左延伸段和右延伸段运动。

具体地说，所述第七驱动绳索6-1的本体固定在第五驱动轮6-2上后，其左端向左延伸形成所述左延伸段，而其右端向右延伸形成所述右延伸段，便于通过控制具有左延伸段或者右延伸段的驱动绳索，实现第五驱动轮6-2的正转和反转，从而简化结构，降低控制的复杂度。

可选的，所述第七驱动绳索6-1的本体可以为缠绕在第五驱动轮6-2上，缠绕圈数至少为一圈；或者所述第七驱动绳索6-1的本体绕过并固定悬挂在第五驱动轮6-2上。

可选的，所述第七驱动绳索6-1的本体通过一个第五夹头6-4固定在第五驱动轮6-2上。优选所述第五夹头6-4固定在第五驱动轮6-2的外周底部的槽口中，并且所述第五夹头6-4设置在第七驱动绳索6-1的本体中间位置，使得第五夹头6-4将第七驱动绳索6-1的本体、左延伸段、右延伸段对称配置在第二转轴5-5(X轴)的左右两侧。所述第五夹头6-4可通过粘接或者焊接的方式将第七驱动绳索6-1与第五驱动轮6-2固定连接。

此外，每个传动轮6-3的中心部位均设置有轴孔，并通过轴孔与第一转轴5-4实现轴孔连接，但是，每个传动轮6-3并不与外旋转架5-2固定连接。因此，每个传动轮6-3均可与第一转轴5-4相对转动。

进一步的，所述第二传动机构包括一根第八驱动绳索6-5，所述第八驱动绳索6-5的一端与一电机连接，另一端与外旋转架5-2连接并位于第一转轴5-4的左侧。在此，所述第八驱动绳索6-5在所述驱动机构的驱动下直接带动外旋转架5-2转动，且转动方向与第一传动机构带动外旋转架5-2的转动方向相反。

特别注意的是：所述第八驱动绳索6-5的连接点与第五驱动轮6-2的位置相对应。例如如图9所示的第五驱动轮6-2设置于Y轴的左侧时，则所述第八驱动绳索6-5的连接点也位于Y轴的左侧。当所述第五驱动轮6-2设置于Y轴的右侧时，则第八驱动绳索6-5的连接点也位于Y轴的右侧。

继续参阅图9，本实施例的机器人手腕的实现过程如下:

1)所述内旋转架5-1绕X轴的转动：开启与第七驱动绳索6-1的左延伸段连接的电机，以拉动第七驱动绳索6-1的左延伸段运动，进而所述第七驱动绳索6-1的左延伸段带动第五驱动轮6-2反向转动，并同时驱动内旋转架5-1绕X轴反向转动；反之，开启与第七驱动绳索6-1的右延伸段连接的电机，以拉动第七驱动绳索6-1的右延伸段，进而所述第七驱动绳索6-1的右延伸段带动第五驱动轮6-2正向转动，并同时驱动内旋转架5-1绕X轴正向转动。

2)所述外旋转架5-2绕Y轴的转动：分别开启与第七驱动绳索6-1的左延伸段和右延伸段连接的两台电机，以同时拉动第七驱动绳索6-1的左、右延伸段，使得与第七驱动绳索6-1固定连接的第五驱动轮6-2受到左、右延伸段驱动绳索平行于Z轴的向上的合力，从而产生一个绕Y轴(即第一转轴5-4)转动的力矩，使得第五驱动轮6-2具有绕Y轴反向转动(顺时针)的趋势。这是因为：所述第五驱动轮6-2与内旋转架5-1固定连接，而所述内旋转架5-1无法绕Y轴转动，因此，所述绕Y轴转动的力矩将由内旋转架5-1通过第二转轴5-5传递给外旋转架5-2，使得外旋转架5-2绕Y轴反向转动，而且驱动绳索只能承受拉力，因此只能同时拉动所述第七驱动绳索6-1的左、右延伸段，而不能同时松弛所述第七驱动绳索6-1的左、右延伸段，这样才能实现外旋转架5-2绕Y轴反向转动；反之，开启与第八驱动绳索6-5连接的电机，以拉动第八驱动绳索6-5运动，由于所述第八驱动绳索6-5固定在外旋转架5-2上，且固定点在Y轴左侧，所以，驱动所述外旋转架1-2绕Y轴正向转动。这样通过一根第七驱动绳索6-1的驱动和第八驱动绳索6-5的辅助，实现了绕Y轴的正向和反向转动。同理，当所述第五驱动轮6-2设置于Y轴的右侧时，所述第一传动机构控制外旋转架5-2绕Y轴正向转动，而所述第二传动机构控制外旋转架5-2绕Y轴反向转动。

采用本实施例提供的第一、二传动机构，零部件配置少，控制更为简单。

作为优选的实施例，所述第八驱动绳索6-5也可设置为与内旋转架5-1固定连接，具体的，所述第八驱动绳索6-5的一端固定在内旋转架5-1上，并位于第一转轴5-4的一侧，另一端连接一电机，且所述第八驱动绳索6-5的一端设置于内旋转架5-1沿第二转轴5-5的中性面上。这样，可以通过内旋转架5-1拉动外旋转架5-2绕Y轴正向转动，此时，所述第八驱动绳索6-5位于Y轴左侧。具体原理是：当与第八驱动绳索6-5连接的电机拉动第八驱动绳索6-5时，使得内旋转架5-1具有绕Y轴正向转动的趋势，而所述内旋转架5-1无法绕Y轴转动，所述绕Y轴转动的力矩将由内旋转架5-1通过第二转轴5-5传递给外旋转架5-2，使得外旋转架5-2绕Y轴正向转动。

在其他实施例中，所述第七驱动绳索6-1本体从外旋转架5-2的上表面延伸形成所述左延伸段和右延伸段，一样可以实现本发明目的。

具体而言，参考图10，所述第七驱动绳索6-1的本体固定在第五驱动轮6-2上，所述第七驱动绳索6-1的本体左端向左延伸形成所述左延伸段，所述第七驱动绳索6-1的左延伸段经过外旋转架5-2的上方，进一步从左侧的传动轮6-3底部起，绕过左侧的传动轮6-3，然后穿过基座5-3中央部位的通孔与一电机连接，所述第七驱动绳索6-1的本体右端向右延伸形成所述右延伸段，所述第七驱动绳索6-1的右延伸段经过外旋转架5-2的上方，进一步从右侧的传动轮6-3底部起，绕过右侧的传动轮6-3，然后穿过基座5-3中央部位的通孔与另一电机连接。此时，所述第七驱动绳索6-1的左、右延伸段同时控制外旋转架5-2绕Y轴正向转动，而位于同侧的第八驱动绳索6-5控制外旋转架5-2绕Y轴反向转动。

实施例七

实施例七与实施列六的区别在于：本实施例的第二传动机构仅通过一根驱动连杆直接带动外旋转架5-2转动，具体参阅图11。

如图11所示，所述第二传动机构包括一根第二驱动连杆6-6，所述第二驱动连杆6-6的一端与一电机连接，另一端与外旋转架5-2连接，并且所述第二驱动连杆6-6与外旋转架5-2的连接点位于Y轴的左侧。

本实施例的第一传动机构驱动内旋转架5-1运动的方式与实施例六中图9示出的第一传动机构相同，在此，不再详细叙述。本实施例的第二传动机构的实现过程为：

1)所述外旋转架5-2绕Y轴反向转动：同时开启分别与第七驱动绳索6-1的左延伸段和右延伸段连接的两台电机，以同时拉动第七驱动绳索6-1的左、右延伸段，使得第五驱动轮6-2受到左、右延伸段驱动绳索平行于Z轴的向上的合力，使外旋转架3-2绕Y轴反向转动；由于绳索只能承受拉力，所述第七驱动绳索6-1的左、右延伸段只能同时被拉动，不能同时被松弛，这样只能实现外旋转架3-2的反向转动而不能实现正向转动；此外，也可以开启与第二驱动连杆6-6连接的电机，以推动第二驱动连杆6-6运动，使得第二驱动连杆6-6推动外旋转架5-2绕Y轴反向转动；

2)所述外旋转架5-2绕Y轴正向转动：开启与第二驱动连杆6-6连接的电机，以拉动第二驱动连杆6-6运动，使得第二驱动连杆6-6拉动外旋转架5-2绕Y轴正向转动。

同理，所述第二驱动连杆6-6设置为与内旋转架5-1固定连接，同样可以拉动外旋转架5-2绕Y轴转动，只要保证所述第二驱动连杆6-6的连接点在内旋转架5-1沿X方向的中性面上。

其他实施例中，所述第七驱动绳索6-1本体从外旋转架5-2的上表面延伸形成所述左延伸段和右延伸段，一样可以实现本发明目的。

具体而言，参考图12，所述第七驱动绳索6-1的本体固定在第五驱动轮6-2上，且其左端向左延伸形成所述左延伸段，所述第七驱动绳索6-1的左延伸段经过外旋转架5-2的上方，进一步从左侧的传动轮6-3底部起，绕过左侧的传动轮6-3，然后穿过基座6-3中央部位的通孔与一电机连接，所述第七驱动绳索6-1的本体右端向右延伸形成所述右延伸段，所述第七驱动绳索6-1的右延伸段经过外旋转架5-2的上方，进一步从右侧的传动轮6-3底部起，绕过右侧的传动轮6-3，然后穿过基座5-3中央部位的通孔与另一电机连接。在此，所述第七驱动绳索6-1的左、右延伸段同时控制外旋转架5-2绕Y轴正向转动，而位于所述第二驱动连杆6-6控制外旋转架5-2绕Y轴转动。

本实施例中，若所述第二驱动连杆6-6与外旋转架5-2连接，则对于所述第二驱动连杆6-6的连接点的位置没有特别的要求；若所述第二驱动连杆6-6与内旋转架5-1连接，只要保证所述第二驱动连杆6-6的连接点在内旋转架5-1沿X方向的中性面上即可。所谓“中性面”指的是通过沿X方向中轴线的平面。

实施例八

实施例八与上述实施例区别在于：本实施例的外旋转架安装在内旋转架的外部，并且所述机器人末端的手术器械固定在外旋转架上，而所述外旋转架可以绕X和Y轴转动，从而固定在外旋转架上的手术器械能够实现两个自由度转动，具体参阅图13。

如图13所示，本实施例的机器人手腕包括内旋转架7-1、外旋转架7-2、基座7-3、第一转轴7-4和第二转轴7-5，其中，所述外旋转架7-2位于内旋转架7-1的外部，所述外旋转架7-2套设在第二转轴7-5上并绕第二转轴7-5转动，所述第二转轴7-5的两端分别固定安装在内旋转架7-1的轴孔内，同时所述内旋转架7-1固定在第一转轴7-4上并可随第一转轴7-4转动，所述第一转轴7-4的两端可旋转地安装在基座7-3的轴孔内，这样，位于内旋转架7-1上的外旋转架7-2便具备两个转动自由度，进而手术器械固定在外旋转架7-2上也就相应具有两个转动自由度。

特别的，本实施例的机器人手腕还包括第一传动机构、第二传动机构和驱动机构，其中，所述第一传动机构用以控制内旋转架7-1和第一转轴7-4一起转动，即做第一自由度转动，而所述第二传动机构用以控制外旋转架7-2绕第二转轴7-5转动，也就是做第二自由度转动，所述驱动机构用以控制所述第一、二传动机构的运动。所述驱动机构包括至少两台电机，其中至少一台电机驱动所述第一传动机构运动，另至少一台电机驱动所述第二传动机构运动。

本实施例的机器人手腕的坐标系与上述实施例相似，具体设定为：所述第二转轴7-5的轴线为X轴，所述第一转轴7-4的轴线为Y轴，Z轴由X轴和Y轴通过右手定则确定，而且当所述内旋转架7-1和外旋转架7-2均未转动且保持水平状态时，所述基座7-3的中心线与Z轴重合。

如图13所示，所述第一传动机构包括一根第三驱动连杆8-1和一根第四驱动连杆8-2，所述第三驱动连杆8-1的一端通过一个球铰链连接内旋转架7-1，另一端穿过基座7-3与一电机连接，所述第四驱动连杆8-2的一端同样通过一个球铰链连接内旋转架7-1，而另一端穿过基座7-3和一电机连接，优选和与第三驱动连杆8-1连接的同一电机连接，其中，所述第三驱动连杆8-1和第四驱动连杆8-2于Y轴(即第一转轴7-4)两侧布置，优选对称布置。图13中，第三驱动连杆8-1位于Y轴(即第一转轴7-4)左侧，第四驱动连杆8-2于Y轴(即第一转轴7-4)右侧。

所述第二传动机构包括一根第九驱动绳索8-3和一根第十驱动绳索8-4，所述第九驱动绳索8-3的一端固定在外旋转架7-2上，另一端穿过基座7-3与一电机连接，所述第十驱动绳索8-4的一端同样固定在外旋转架7-2上，而另一端穿过基座7-3和一电机连接，优选和与第九驱动绳索8-3连接的同一电机连接，其中，所述第九驱动绳索8-3和第十驱动绳索8-4于X轴(即第二转轴7-5)两侧布置，优选对称布置。图13中，所述第九驱动绳索8-3位于X轴(即第二转轴7-5)左侧，所述第十驱动绳索8-4位于X轴(即第二转轴7-5)右侧。

如图13所示，本实施例的机器人手腕的工作过程为：

1)所述外旋转架7-2绕X轴的转动：开启与第九驱动绳索8-3连接的电机，以拉动第九驱动绳索8-3运动，进而所述第九驱动绳索8-3带动外旋转架7-2绕X轴正向(逆时针)转动；反之，开启与第十驱动绳索8-4连接的电机，拉动第十驱动绳索8-4运动，进而所述第十驱动绳索8-4带动外旋转架7-2绕X轴反向(顺时针)转动；

2)所述内旋转架7-1绕Y轴的转动：开启与第三驱动连杆8-1连接的电机，拉动第三驱动连杆8-1，进而所述第三驱动连杆8-1拉动内旋转架7-1绕Y轴正向转动；反之，开启与第四驱动连杆8-2连接的电机，拉动第四驱动连杆8-2运动，进而所述第四驱动连杆8-2带动内旋转架7-1绕Y轴反向转动。

3)最终，驱动固定在外旋转架7-2上的手术器械绕X和Y轴正向或者反向转动。

本实施例中的第九驱动绳索8-3和第十驱动绳索8-4可以用一组连杆、或者驱动轮和驱动绳索的组合可以替代；所述第三驱动连杆8-1和第四驱动连杆8-2也可以用一组绳索、或者驱动轮和驱动绳索的组合替代。这些都在本发明的保护范围内。

明显地，上述实施例提供的机器人手腕均包括了虎克铰结构和相应的传动部件，通过所述传动部件驱动所述虎克铰结构实现两个自由度转动，进而使得固定在虎克铰结构上的手术器械实现两个自由度旋转。

综上，上述实施例提供的机器人手腕中，所述第一传动机构和第二传动机构均采用驱动轮、传动轮、驱动绳索和驱动连杆中的某一种或者多种组合实现对虎克铰结构的转动驱动。具体的，本发明结合了驱动轮、传动轮、驱动绳索和驱动连杆的不同数量、不同连接方式，对第一传动机构和第二传动机构的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。

此外，上述实施例提供的电机，均设置在机器人手臂上。所述机器人手臂包括相对的前端和后端，所述前端用于固定安装机器人手腕。所有电机均安装在机器人手臂的后端上。

实施例九

基于上述实施例，本实施例提供了一种手术机器人，其包括如上实施例所提供的机器人手腕。由于所述手术机器人采用了上述实施例的机器人手腕，所以，所述手术机器人由机器人手腕带来的有益效果请参考上述实施例。

进一步的，如图14所示，所述手术机器人还包括机器人手臂、机器人手腕9-1、手术工具9-2和工具管9-3，其中，所述机器人手腕9-1与工具管9-3固定连接，所述工具管9-3与所述机器人手臂连接，所述机器人手臂上设有驱动传动机构的电机，所述手术工具9-2固定安装在机器人手腕9-1上。

此外，所述机器人手臂具有相对的前端和后端，所述机器人手腕9-1安装在所述机器人手臂的前端。所述前端指的是手术操作的执行端，所述后端指的是手术操作的操作端。

另外，所述工具管9-3的一端设置于所述机器人手臂上，另一端与机器人手腕9-1上的基座固定连接，同时所述手术工具9-2固定在机器人手腕9-1的内旋转架或者外旋转架上，以使机器人手腕9-1的内旋转架或者外旋转架带动手术器械9-2实现两个自由度转动。

特别的，所述手术工具9-2包括一开合机构，所述开合机构能够实现手术工具9-2的开合自由度，例如是持针钳、手术剪刀等。当然，所述手术工具9-2还包括多种其他机构，用以实现工具的伸长、摆动、旋转等多种动作自由度。

明显地，上述实施例提供的机器人手腕可应用于各种结构的手术器械，如钳子、剪刀、弧形剪等，具体的，本发明并不作限定，可以根据手术需要进行选择。

本领域技术人员应知道，本发明中所述驱动绳索和驱动轮之间的固定，目的在于减少所述驱动绳索和驱动轮之间的相互位移，限制驱动轮的转动角度。另一方面，在本发明中通过操作驱动绳索驱动驱动轮旋转。因此，本发明中的固定应理解为在保持驱动绳索和驱动轮之间不发生相互位移的前提下，驱动绳索与驱动轮接触段之间只需要部分固定即可。具体的固定手段没有特别的限制，可以是上述实施例中的夹具压接，也可以通过胶粘剂粘结等方式。

综上所述，本发明提供的机器人手腕和手术机器人具有以下有益效果：

第一、本发明的机器人手腕，通过第一传动机构、第二传动机构和驱动机构实现了一个虎克铰结构的两自由度转动，其中，所述虎克铰结构的每个自由度转动分别由第一传动机构和第二传动机构单独控制驱动，且所述第一传动机构和第二传动机构中至少一个为线性传动机构，用以线性驱动所述虎克铰结构运动，由于线性驱动可以实现精确的控制，控制精度高。

第二、本发明的第一传动机构和第二传动机构均采用驱动轮、驱动绳索、驱动连杆和传动轮中的一种或者几种组合实现对虎克铰结构的一个转动自由度控制，控制难度低，转动范围大，而且转动回程误差小，运动传递的复杂度低；同时，采用本发明的驱动方式实现运动的传递，结构简单，占用空间小。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (37)

1.一种机器人手腕，包括基座、虎克铰结构、第一传动机构、第二传动机构和驱动机构，其特征在于，所述虎克铰结构设置于所述基座上，用以固定手术器械，所述驱动机构分别驱动所述第一传动机构和第二传动机构运动，所述第一传动机构带动所述虎克铰结构做第一自由度转动，所述第二传动机构带动所述虎克铰结构做第二自由度转动，所述第一传动机构和第二传动机构中至少一个为线性传动机构，用以线性驱动所述虎克铰结构运动；

所述虎克铰结构包括内旋转架、外旋转架、第一转轴和第二转轴；其中，所述第一转轴转动设置于所述基座上，所述外旋转架固定于所述第一转轴上并随所述第一转轴转动，所述第二转轴转动设置于所述外旋转架上，所述内旋转架固定于所述第二转轴上并随所述第二转轴转动，所述内旋转架设置于所述外旋转架的内部，所述手术器械固定于所述内旋转架上；所述第一传动机构在所述驱动机构驱动下运动，并带动所述内旋转架转动，所述第二传动机构在所述驱动机构驱动下运动，并带动所述外旋转架转动，所述第一转轴的轴线与第二转轴的轴线垂直相交。

2.一种机器人手腕，包括基座、虎克铰结构、第一传动机构、第二传动机构和驱动机构，其特征在于，所述虎克铰结构设置于所述基座上，用以固定手术器械，所述驱动机构分别驱动所述第一传动机构和第二传动机构运动，所述第一传动机构带动所述虎克铰结构做第一自由度转动，所述第二传动机构带动所述虎克铰结构做第二自由度转动，所述第一传动机构和第二传动机构中至少一个为线性传动机构，用以线性驱动所述虎克铰结构运动；

所述虎克铰结构包括内旋转架、外旋转架、第一转轴和第二转轴；其中，所述第一转轴转动设置于所述基座上，所述内旋转架固定于所述第一转轴上并随所述第一转轴转动，所述第二转轴设置于所述内旋转架两侧，所述外旋转架转动设置于所述第二转轴上绕所述第二转轴转动，所述外旋转架设置于所述内旋转架的外部；所述第一传动机构在所述驱动机构驱动下运动，并带动所述内旋转架转动，所述第二传动机在所述驱动机构驱动下运动，并带动所述外旋转架转动，所述第一转轴的轴线与第二转轴的轴线垂直相交。

3.如权利要求1所述的机器人手腕，其特征在于，所述第一传动机构包括驱动绳索和驱动轮，所述驱动绳索在所述驱动机构的驱动下带动所述驱动轮运动，所述驱动轮带动所述内旋转架转动。

4.如权利要求3所述的机器人手腕，其特征在于，所述驱动轮与所述第二转轴固定连接，或者所述驱动轮与所述内旋转架固定连接。

5.如权利要求3所述的机器人手腕，其特征在于，所述第一传动机构包括一根驱动绳索和一个驱动轮；其中，所述驱动轮套设在所述第二转轴上，与所述内旋转架固定连接，并位于所述第一转轴的一侧，所述驱动绳索包括本体、所述本体的左端延伸形成的左延伸段、以及所述本体的右端延伸形成的右延伸段，所述本体绕过并固定悬挂在所述驱动轮上，同时，所述左延伸段和右延伸段穿过所述基座与所述驱动机构连接。

6.如权利要求3项所述的机器人手腕，其特征在于，所述第一传动机构包括两根驱动绳索和两个驱动轮；两个所述驱动轮套设在所述第二转轴上，与所述内旋转架固定连接，并分别位于所述内旋转架的两侧，所述驱动绳索包括本体、所述本体的左端延伸形成的左延伸段、以及所述本体的右端延伸形成的右延伸段，每根驱动绳索的本体绕过并固定悬挂在一个驱动轮上，每根驱动绳索的左延伸段和右延伸段穿过所述基座与所述驱动机构连接。

7.如权利要求1所述的机器人手腕，其特征在于，所述第一传动机构包括驱动绳索、驱动轮和传动轮，所述传动轮用以限制所述驱动绳索的运动方向，所述驱动绳索在所述驱动机构的驱动下经所述传动轮带动所述驱动轮运动，所述驱动轮带动所述内旋转架转动。

8.如权利要求7所述的机器人手腕，其特征在于，所述第一传动机构包括一根驱动绳索、一个驱动轮和至少两个传动轮；其中，所述传动轮套设在所述第一转轴上并位于所述外旋转架的两侧，所述驱动轮套设在所述第二转轴上，与所述内旋转架固定，并位于所述第一转轴的一侧，所述驱动绳索的本体固定在所述驱动轮上，所述驱动绳索的本体的左端向左延伸形成一左延伸段，所述左延伸段经过所述外旋转架的下方或者上方，绕过左侧的传动轮后穿过所述基座与所述驱动机构连接，所述驱动绳索的本体的右端向右延伸形成一右延伸段，所述右延伸段经过所述外旋转架的下方或者上方，绕过右侧的传动轮后穿过所述基座与所述驱动机构连接。

9.如权利要求8所述的机器人手腕，其特征在于，所述驱动绳索对称布置于所述第二转轴的左右两侧。

10.如权利要求1所述的机器人手腕，其特征在于，所述第一传动机构在所述驱动机构驱动下还带动所述外旋转架转动。

11.如权利要求10所述的机器人手腕，其特征在于，所述第一传动机构包括驱动绳索、驱动轮和传动轮，所述传动轮用以限制所述驱动绳索的运动方向，所述驱动绳索在所述驱动机构的驱动下经所述传动轮带动所述驱动轮运动，所述驱动轮带动所述内旋转架与所述第二转轴一起转动，并且，所述驱动轮还带动所述外旋转架与所述第一转轴一起单向转动。

12.如权利要求11所述的机器人手腕，其特征在于，所述第一传动机构包括一根驱动绳索、一个驱动轮和至少两个传动轮；所述传动轮套设在所述第一转轴上并位于所述外旋转架的两侧，所述驱动轮套设在所述第二转轴上，与所述内旋转架固定，并位于所述第一转轴的一侧，所述驱动绳索的本体固定在所述驱动轮上，所述驱动绳索的本体的左端向左延伸形成一左延伸段，所述左延伸段经过所述外旋转架的下方或者上方，绕过左侧的传动轮后穿过所述基座与所述驱动机构连接，所述驱动绳索的本体的右端向右延伸形成一右延伸段，所述右延伸段经过所述外旋转架的下方或者上方，绕过右侧的传动轮后穿过所述基座与所述驱动机构连接。

13.如权利要求12所述的机器人手腕，其特征在于，所述驱动绳索对称布置于所述第二转轴的左右两侧。

14.如权利要求10所述的机器人手腕，其特征在于，所述第二传动机构包括驱动绳索，所述驱动绳索在所述驱动机构驱动下直接带动所述外旋转架转动，且转动方向与所述第一传动机构带动所述外旋转架转动的转动方向相反。

15.如权利要求14所述的机器人手腕，其特征在于，所述第二传动机构包括一根驱动绳索，所述驱动绳索的一端固定在所述外旋转架上，并位于所述第一转轴的一侧，所述驱动绳索的另一端连接所述驱动机构。

16.如权利要求14所述的机器人手腕，其特征在于，所述第二传动机构包括一根驱动绳索，所述驱动绳索的一端固定在所述内旋转架上并位于所述第一转轴的一侧，所述驱动绳索的另一端连接所述驱动机构，并且，所述驱动绳索的一端设置于所述内旋转架沿所述第二转轴的中性面上。

17.如权利要求7或10所述的机器人手腕，其特征在于，所述第二传动机构包括驱动连杆，所述驱动连杆在所述驱动机构驱动下直接带动所述外旋转架转动。

18.如权利要求1所述的机器人手腕，其特征在于，所述第一传动机构包括驱动绳索，所述驱动绳索在所述驱动机构的驱动下直接带动所述内旋转架转动。

19.如权利要求18所述的机器人手腕，其特征在于，所述第一传动机构包括两根驱动绳索，所述两根驱动绳索分别位于所述第二转轴的两侧，每根驱动绳索的一端均与所述内旋转架连接，每根驱动绳索的另一端均穿过所述基座与所述驱动机构连接。

20.如权利要求1所述的机器人手腕，其特征在于，所述第一传动机构包括驱动连杆，所述驱动连杆在所述驱动机构的驱动下直接带动所述内旋转架与所述第二转轴一起转动。

21.如权利要求20所述的机器人手腕，其特征在于，所述驱动连杆的数量为一根，所述驱动连杆的一端穿过所述基座与所述驱动机构连接，所述驱动连杆的另一端与所述内旋转架连接。

22.如权利要求21所述的机器人手腕，其特征在于，所述驱动连杆通过球铰链与所述内旋转架连接。

23.如权利要求1所述的机器人手腕，其特征在于，所述第二传动机构包括驱动绳索和驱动轮，所述驱动绳索在所述驱动机构的驱动下带动所述驱动轮运动，所述驱动轮带动所述外旋转架转动。

24.如权利要求23所述的机器人手腕，其特征在于，所述驱动轮与所述第一转轴固定连接或者所述驱动轮与所述外旋转架固定连接。

25.如权利要求23所述的机器人手腕，其特征在于，所述第二传动机构包括一根驱动绳索和一个驱动轮；其中，所述驱动轮套设在所述第一转轴上与所述外旋转架固定连接，并位于所述第二转轴的一侧，所述驱动绳索包括本体、所述本体的左端延伸形成的左延伸段、以及所述本体的右端延伸形成的右延伸段，所述本体绕过并固定悬挂在所述驱动轮上，所述左延伸段、右延伸段穿过所述基座与所述驱动机构连接。

26.如权利要求23所述的机器人手腕，其特征在于，所述第二传动机构包括两根驱动绳索和两个驱动轮；两个所述驱动轮套设在所述第一转轴上，与所述外旋转架固定链接，并分别位于所述外旋转架的两侧，所述驱动绳索包括本体、所述本体的左端延伸形成的左延伸段、以及所述本体的右端延伸形成的右延伸段，每根驱动绳索的本体绕过并固定悬挂在一个驱动轮上，每根驱动绳索的左延伸段和右延伸段穿过所述基座与所述驱动机构连接。

27.如权利要求1所述的机器人手腕，其特征在于，所述第二传动机构包括驱动绳索，所述驱动绳索在所述驱动机构的驱动下直接带动所述外旋转架转动。

28.如权利要求27所述的机器人手腕，其特征在于，所述第二传动机构包括两根驱动绳索，所述两根驱动绳索分别位于所述第一转轴的两侧，每根驱动绳索的一端均与所述外旋转架连接，每根驱动绳索的另一端均穿过所述基座与所述驱动机构连接。

29.如权利要求1所述的机器人手腕，其特征在于，所述第二传动机构包括驱动连杆，所述驱动连杆在所述驱动机构的驱动下直接带动所述外旋转架转动。

30.如权利要求29所述的机器人手腕，其特征在于，所述驱动连杆的数量为一根，所述驱动连杆的一端穿过所述基座与所述驱动机构连接，所述驱动连杆的另一端与所述外旋转架连接。

31.如权利要求30所述的机器人手腕，其特征在于，所述驱动连杆通过球铰链与所述外旋转架连接。

32.如权利要求2所述的机器人手腕，其特征在于，所述第二传动机构包括两根驱动绳索；其中，所述两根驱动绳索设置在所述第二转轴的两侧，每根驱动绳索的一端穿过所述基座与所述驱动机构连接，每根驱动绳索的另一端与所述外旋转架连接。

33.如权利要求2所述的机器人手腕，其特征在于，所述第一传动机构包括两根驱动连杆；其中，所述两根驱动连杆设置在所述第一转轴的两侧，每根驱动连杆的一端穿过所述基座与所述驱动机构连接，每根驱动连杆的另一端与所述内旋转架连接。

34.一种手术机器人，其特征在于，包括如权利要求1至33中任一项所述的机器人手腕。

35.如权利要求34所述的手术机器人，其特征在于，还包括机器人手臂、工具管、机器人手腕和手术工具，其中，所述机器人手腕与工具管固定连接，所述工具管与机器人手臂连接，所述机器人手臂上设有驱动传动机构的电机，所述手术工具固定安装在机器人手腕上。

36.如权利要求35所述的手术机器人，其特征在于，所述工具管的一端设置于所述机器人手臂上，所述工具管的另一端与机器人手腕上的基座固定连接，同时所述手术工具固定在机器人手腕的内旋转架或者外旋转架上。

37.如权利要求35或36所述的手术机器人，其特征在于，所述手术工具包括一开合机构，能够实现所述手术工具的开合自由度。