CN108186120B - 手术机器人终端 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种手术机器人终端，通过将病床设计为包括多个旋转关节，从而调整所述病床相对于机械臂的位置以使得机械臂绕不动点运动，病床相对于机械臂的位置弥补了机械臂调整受限的范围，基于病床上各个旋转关节配合调节即可以实现手术机器人终端调整于任意工作位置，简化了手术机器人终端的总体结构和质量，使其更加的符合医疗机器人轻量化、结构简洁化的需求。

Description

手术机器人终端
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种手术机器人终端。
背景技术
机器人技术的全面发展大大的推动了医疗技术的发展，从最早期的伊索持镜机器人，到现在的达芬奇手术机器人，各种不同用途、不同结构的机器人正在慢慢的应用到医疗领域。
作为医疗领域的先进技术，微创伤手术正在不断的取代传统的开放式手术；微创伤手术由于其创口小、恢复快、手术疗效佳等特点，被越来越多的患者作为治疗的首选方案。其中，腹腔镜微创伤手术的发展则最为迅猛，从腹腔镜开始出现，腹腔镜微创伤手术就伴随着出现了，到现在，腹腔镜微创伤的手术方法趋于成熟，为更好的使医生进行手术操作，腹腔镜微创伤手术和机器人技术结合了起来。
目前的腹腔镜微创伤手术机器人多采用主从式操作方式，即医生位于主操作台通过两个机械臂进行控制，而机器人终端则含有多个机械臂，装持相应的手术器械，进入患者病灶进行相应的手术，而机械臂的位置和姿态将直接影响到手术的顺利进行，故在机器人手术开始前，均会对手术机器人终端进行相应的调整，使其适合进行所需的手术。
针对上述的手术机器人终端的调整的功能需求，目前的手术机器人终端还存在着以下问题：
(1)机械臂的调整受限；专利CN104717936A提出了一种手术机器人终端，可通过顶端的悬吊盘来调节机械臂的整体朝向，使其更适合手术位置，但是，该专利中也提出，机械臂相对于手术台车的位置是有限定的，防止其发生重心偏移导致倾倒，同时，机械臂通过旋转关节连接于定向平台上，机械臂的基关节之间是相对固定的，也大大的减小了调整的范围。
(2)病床功能使用不充分；目前国内外利用病床的机器人非常少，一般都是直接将机器人固定在床上或是放在地上，患者则躺在病床上，病床和机器人两者之间并无协同作用，而在手术调整过程中，往往需要病床和机器人共同运动实现机器人更佳的手术位置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种手术机器人终端，以解决现有手术机器人终端存在的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种手术机器人终端，所述手术机器人终端包括：
基座；
至少一个机械臂，每个机械臂包括一调整臂和一工具臂；所述工具臂与一手术器械连接，所述工具臂用于驱使所述手术器械绕一不动点运动；所述调整臂的远端与所述工具臂连接；所述调整臂用于调整所述不动点的空间位置；
病床，与所述基座连接，所述病床包括第一旋转关节、第二旋转关节和第三旋转关节，所述第一旋转关节的旋转轴线、所述第二旋转关节的旋转轴线与所述第三旋转关节的旋转轴线相互垂直，以调整所述病床相对于所述不动点的姿态；
立柱，与所述病床保持相对位置不变，所述立柱的悬吊端悬吊于所述病床的上方，所述立柱包括一竖直移动关节，所述竖直移动关节用于调整所述不动点相对于所述基座的高度；
所述调整臂的近端与所述立柱的悬吊端连接。
可选的，在所述的手术机器人终端中，所述第一旋转关节的旋转轴线、所述第二旋转关节的旋转轴线与所述第三旋转关节的旋转轴线相交于一点。
可选的，在所述的手术机器人终端中，所述立柱位于所述病床一侧，且与所述基座固定连接。
可选的，在所述的手术机器人终端中，所述病床包括床体和与所述床体连接的固定架，所述固定架与所述基座固定连接；
其中，所述第一旋转关节、第二旋转关节和第三旋转关节，被配置于所述床体。
可选的，在所述的手术机器人终端中，所述床体还包括外框以及位于外框内且与外框连接的虎克铰结构，所述第一转动关节和所述第二转动关节被布置于所述虎克铰结构，所述外框通过第三转动关节与所述固定架连接。
可选的，在所述的手术机器人终端中，所述床体还包括外框以及位于外框内且与外框连接的虎克铰结构，所述第一转动关节、所述第二转动关节和所述第三转动关节被布置于所述虎克铰结构，所述外框与所述立柱以及固定架固定连接。
可选的，在所述的手术机器人终端中，所述手术机器人终端还包括：
控制台，用于控制所述基座、所述病床、所述立柱和/或所述机械臂的工作状态。
可选的，在所述的手术机器人终端中，所述手术机器人终端还包括：
悬吊结构，所述悬吊结构的上端与所述立柱的悬吊端转动连接，悬吊结构的下端与所述调整臂连接。
可选的，在所述的手术机器人终端中，所述悬吊结构包括：
一主悬吊盘和至少两个从悬吊盘；
所述主悬吊盘的上端与所述立柱的悬吊端转动连接；以及
所述至少两个从悬吊盘，均与所述主悬吊盘的下端转动连接，所述至少两个从悬吊盘的下端与所述调整臂连接。
可选的，在所述的手术机器人终端中，所述悬吊结构包括：
至少一个悬吊盘，所述每个悬吊盘的上端与所述立柱的悬吊端转动连接，所述每个悬吊盘的下端与所述调整臂连接。
可选的，在所述的手术机器人终端中，每个调整臂包括依次连接的第一转动关节、第一水平运动关节、摆动运动关节以及第二转动关节；
其中，所述第一水平运动关节的运动轴线与所述第一转动关节的旋转轴线相垂直；
所述摆动运动关节的旋转轴线与所述第一水平运动关节的运动轴线垂直，且与所述第一转动关节的旋转轴线相垂直；
所述第二转动关节的旋转轴线方向被配置为与所述第一转动关节的旋转轴线方向相平行；
所述调整臂通过第一转动关节与所述悬吊结构连接，通过第二转动关节与所述工具臂转动连接。
可选的，在所述的手术机器人终端中，每个调整臂还包括第二水平运动关节，所述第二水平运动关节的近端与所述悬吊机构连接，所述第二水平运动关节的远端与所述第一转动关节连接，且所述第二水平运动关节的移动轴线与所述第一转动关节的旋转轴线相互垂直。
可选的，在所述的手术机器人终端中，每个调整臂包括依次连接的第一水平运动关节、第一转动关节、摆动运动关节以及第二转动关节；
其中，所述第一水平运动关节的运动轴线与所述第一转动关节的旋转轴线相垂直；
所述摆动运动关节的旋转轴线与所述第一水平运动关节的运动轴线垂直，且与所述第一转动关节的旋转轴线相垂直；
所述第二转动关节的旋转轴线方向被配置为与所述第一转动关节的旋转轴线方向相平行；
所述调整臂通过第一水平运动关节与所述悬吊结构连接，通过第二转动关节与所述工具臂转动连接。
可选的，在所述的手术机器人终端中，每个调整臂包括依次连接的第一转动关节、第一水平运动关节、摆动运动关节以及第二转动关节；
其中，所述第一水平运动关节的运动轴线与所述第一转动关节的旋转轴线相垂直；
所述摆动运动关节的旋转轴线与所述第一水平运动关节的运动轴线垂直，且与所述第一转动关节的旋转轴线相垂直；
所述第二转动关节的旋转轴线方向被配置为与所述第一转动关节的旋转轴线方向相平行；
所述调整臂通过第一转动关节与所述立柱连接，通过第二转动关节与所述工具臂转动连接。
可选的，在所述的手术机器人终端中，所述摆动运动关节包括四个铰链形成的第一平行四边形结构，所述第一平行四边形结构的近端与所述第一转动关节的旋转轴线平行，所述第一平行四边形的远端与所述第二转动关节连接，且与所述第二转动关节的旋转轴线平行。
可选的，在所述的手术机器人终端中，所述调整臂包括一转动连接所述摆动运动关节和所述第二转动关节的连接杆，一用于测量所述摆动运动关节摆动角度的测量装置以及一驱动所述第二转动关节与所述连接杆相对摆动的电机；
所述测量装置与所述电机通讯连接，所述电机根据所述测量装置传输的所述摆动运动关节摆动的角度驱动所述第二转动关节摆动，以使所述第二转动关节的旋转轴线与所述第一转动关节的旋转轴线相平行。
可选的，在所述的手术机器人终端中，每个工具臂包括：一基关节、一第二平行四边形结构和一伸缩关节；
所述基关节围绕第一轴线摆动，以驱使所述手术器械围绕第一轴线摆动，并且所述基关节近端与所述调整臂连接，远端与所述第二平行四边形结构连接；
所述第二平行四边形结构包括相互平行的近端杆和远端杆，所述第二平行四边形结构用于驱动所述手术器械围绕第二轴线转动；
所述伸缩关节与所述第二平行四边形结构的远端杆相连接，所述伸缩关节的移动轴线与所述第二平行四边形的远端杆的轴线平行，所述伸缩关节与所述手术器械可拆卸连接，以驱动所述手术器械沿所述伸缩关节的移动轴线移动；
所述不动点位于所述第一轴线、所述第二轴线和所述伸缩关节的移动轴线的交点。
可选的，在所述的手术机器人终端中，每个工具臂包括：一基关节和一第三平行四边形结构；
所述基关节围绕第一轴线摆动，以驱使所述手术器械围绕第一轴线摆动，并且所述基关节近端与所述调整臂连接，远端与所述第三平行四边形结构连接；
所述第三平行四边形结构包括相互平行的近端杆和远端杆，所述第三平行四边形结构的末端与所述手术器械连接，且所述手术器械的轴线被配置为与所述第三平行四边形结构的远端杆的轴线相平行，以使所述第三平行四边形结构驱动所述手术器械围绕第二轴线转动；
所述不动点位于所述第一轴线和所述第二轴线的交点。
可选的，在所述的手术机器人终端中，所述立柱还包括水平移动关节，所述水平移动关节位于所述立柱的悬吊端的近端，用以调整所述不动点在水平移动关节移动方向的位置。
本发明还提供一种手术机器人终端，所述手术机器人终端包括：
至少一个机械臂，所述机械臂包括一调整臂和一工具臂；所述工具臂与一手术器械连接，所述工具臂用于驱使所述手术器械绕一不动点运动；所述调整臂的远端与所述工具臂连接，所述调整臂用于调整所述不动点的空间位置；
病床，所述病床包括第一旋转关节、第二旋转关节和第三旋转关节，所述第一旋转关节的旋转轴线、所述第二旋转关节的旋转轴线与所述第三旋转关节的旋转轴线相互垂直，以调整所述病床相对于所述不动点的姿态；
基座，所述基座可调整与所述病床的相对位置；
立柱，所述立柱的基座端与所述基座固定连接，所述立柱的悬吊端悬吊于所述病床的上方，所述立柱包括一竖直移动关节，所述竖直移动关节用于调整所述不动点相对于所述基座的高度；
所述调整臂的近端与所述立柱的悬吊端连接。
可选的，在所述的手术机器人终端中，所述手术机器人终端还包括：
若干万向轮，设置于所述基座的底部，以改变所述基座相对于所述病床的相对位置。
在本发明所提供的手术机器人终端中，通过将病床设计为包括多个旋转关节，从而调整所述病床相对于机械臂的位置以使得机械臂绕不动点运动，病床相对于机械臂的位置弥补了机械臂调整受限的范围，基于病床上各个旋转关节配合调节即可以实现手术机器人终端调整于任意工作位置，简化了手术机器人终端的总体结构和质量，使其更加的符合医疗机器人轻量化、结构简洁化的需求。
另一方面，基于立柱与基座的相互配合可以使手术机器人终端的机械臂更加的靠近不动点，以使机械臂调整到更加合适的手术位置，便于手术操作。
另一方面，通过设置悬吊盘实现机械臂的空间位置的调整，较好避免机械臂之间的运动干涉，更好的实现调整的功能。
附图说明
图1是本发明实施例一中手术机器人终端的主视图；
图2是图1中病床的运动自由度示意图；
图3是本发明实施例一中具有一个悬吊盘的手术机器人终端的结构示意图；
图4是本发明实施例一中具有一个主悬吊盘和两个从悬吊盘的手术机器人终端的结构示意图；
图5是本发明实施例二中手术机器人终端的主视图；
图6是本发明实施例二中具有一个主悬吊盘和两个从悬吊盘的手术机器人终端的结构示意图；
图7是本发明实施例三中手术机器人终端的主视图。
图中：基座-1；立柱-2；竖直移动关节-21；水平移动关节-22；悬吊端-200；基座端-201；机械臂-3；调整臂-31；第一水平运动关节-311；摆动运动关节-312；第二转动关节-313；第一转动关节-314；工具臂-32；基关节-321；平行四边形结构-322；伸缩关节-323；病床-4；床体-41；第一旋转关节-410；第二旋转关节-411；固定架-42；第三旋转关节-420；控制台-5；万向轮-7；悬吊盘-8；主悬吊盘-9；从悬吊盘-10；不动点-RC。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的手术机器人终端作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。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。
本发明中“近端”是指相对靠近立柱的一端，相应的，“远端”、“末端”是指相对远离立柱的一端。
实施例一
请参考图1，本发明所述手术机器人终端主要包括：基座1、立柱2、至少一个机械臂3以及病床4。如图1所示，所述手术机器人终端包括：基座1、立柱2、四个机械臂3以及病床4；其中，每个机械臂3包括一调整臂31和一工具臂32；所述工具臂32与一手术器械连接，所述工具臂32用于驱使所述手术器械绕一不动点运动；所述调整臂31的远端与所述工具臂32连接，优选的，所述调整臂31的远端与所述工具臂32转动连接；所述调整臂31用于调整所述不动点的空间位置；所述病床4与所述基座1连接，所述病床4包括第一旋转关节，第二旋转关节和第三旋转关节，且所述第一旋转关节的旋转轴线、所述第二旋转关节的旋转轴线与所述第三旋转关节的旋转轴线相互垂直，优选，所述第一旋转关节的旋转轴线、所述第二旋转关节的旋转轴线与所述第三旋转关节的旋转轴线相互垂直且相交于一点，以调整所述病床4相对于所述不动点的姿态；所述立柱2与所述病床4保持相对位置不变，所述立柱2的悬吊端200悬吊于所述病床4的上方，所述立柱2包括一竖直移动关节，所述竖直移动关节21用于调整所述不动点相对于所述基座1的高度；所述调整臂31的近端与所述立柱2的悬吊端200连接。其中，患者病患位置(即不动点的目标位置)为作为调整手术机器人终端调整工作位置的基准点，本发明通过调整病床4所在的姿态，便于调整臂调整不动点RC到达目标位置(即患者病患位置)，以便于手术操作，适应不同的手术对机械臂3的姿态的要求。
请继续参考图1，本实施例中所述立柱2位于所述病床4一侧，且与所述基座1固定连接。
请参考图1及图2，所述病床4包括：床体41和与所述床体41连接的固定架42，所述固定架42与所述基座1固定连接。如图1所示，所述病床4所述固定架42一端与所述床体41连接，所述固定架42的另一端固定于所述基座1上，即承载病床4的载体和承载立柱2的载体同为基座1。其中，所述第一旋转关节410，第二旋转关节411和第三旋转关节420被布置于所述床体41上。在一个具体实施例中，所述床体41还包括外框以及位于外框内且与外框连接的虎克铰结构，所述第一转动关节410和所述第二转动关节411被布置于所述虎克铰结构，所述外框通过第三转动关节420与所述固定架42连接。这里，所述虎克铰结构通过第一旋转关节410，第二旋转关节411，来实现第一个自由度和第二个自由度。所述外框通过所述第三旋转关节420与所述固定架42转动连接，来实现第三个自由度。所述床体41在所述第一旋转关节410、所述第二旋转关节411和所述第三旋转关节420的作用下进行空间的运动，以调整与所述不动点之间的姿态。如此，在手术调整过程中，由于部分的手术操作要求机械臂3处于偏置状态，使手术器械可以达到病灶，一般均是使病人处于侧卧或是其他手术姿势，增加了手术调整的难度，采用床体41绕轴转动的方式，可以调整床体41到达适当的位置，便于机械手的操作，同时会消除病人侧身等动作，方便了手术操作。
为了便于调整手术机器人终端的位置，本发明的手术机器人终端还包括设置于所述基座1的底部的若干万向轮7，以改变所述基座1的位置。
进一步，请参考图1及图3，所述立柱2的整体形貌呈倒置的L型。具体而言，如图1所示的实施例中，所述立柱2包括一竖直移动关节21、一水平柱和与水平柱近端固定连接的竖直柱。所述水平柱的远端即为悬吊端200，所述竖直移动关节21位于所述竖直柱(即L型的长边)上，用于调整所述机械臂3在竖直方向的位置。在如图3所示的另一实施例中，所述立柱2包括一竖直移动关节21和一水平移动关节22、一水平柱和与水平柱近端固定连接的竖直柱。所述水平移动关节22位于所述立柱的悬吊端的近端。具体而言，所述竖直移动关节21位于所述竖直柱(L型的长边)上，所述水平移动关节22位于所述水平柱(L型的短边)。竖直移动关节21用于支持所述立柱2在竖直移动关节移动方向进行运动，从而调整不动点在竖直移动关节21移动方向的位置；所述水平移动关节22位于所述立柱的悬吊端，用以调整所述不动点在水平移动关节22移动方向的位置。
每个调整臂31具有至少四个自由度的空间构型，包括两个旋转自由度(图1所示的实施例中体现于第一转动关节314、第二转动关节313)、一水平自由度(图1所示的实施例中体现于第一水平运动关节311)及一摆动自由度(图1所示的实施例中体现于摆动运动关节312)。在图1所示的实施例，每个调整臂31包括：依次连接的第一转动关节314、第一水平运动关节311、摆动运动关节312以及第二转动关节313；其中，所述第一水平运动关节311的运动轴线(运动轨迹、伸缩路线，对于导轨滑块结构而言即为导轨延伸的方向)与所述第一转动关节314的旋转轴线相垂直；所述摆动运动关节312的旋转轴线与所述第一水平运动关节311的运动轴线垂直，且与所述第一转动关节314的旋转轴线相垂直；所述第二转动关节313的旋转轴线被配置为与所述第一转动关节314的旋转轴线相平行；所述调整臂31通过第一转动关节314与所述立柱2连接；所述调整臂31通过第二转动关节313与所述工具臂32转动连接。所述第一转动关节314可驱动整个机械臂3围绕第一转动关节314的旋转轴线旋转；所述第一水平移动关节311可驱动工具臂32作水平方向的运动；所述摆动运动关节312以摆动的方式驱动工具臂32作竖直方向的运动；所述第一转动关节314和第二转动关节313互为冗余，使调整更为精确，所述调整臂31的四个调整臂关节共同作用，使不动点RC可实现空间上的位置变换。
其中，本实施例对如何具体实现所述第二转动关节313的旋转轴线平行于第一转动关节314的旋转轴线的方法没有特别的限制。在一个优选实施例中，所述调整臂还包括一连接杆，一测量装置和一与所述测量装置通讯连接的电机。所述连接杆的近端与所述摆动运动关节312连接，远端与所述第二转动关节313转动连接。所述摆动运动关节312摆动的角度被所述测量装置实时测量。所述驱动所述第二转动关节313与连接杆相对摆动的电机根据所述摆动运动关节312摆动的角度驱动所述第二转动关节313摆动，以使所述第二转动关节313的旋转轴线始终与所述第一转动关节314的旋转轴线平行。在另外一个优选实施例中，所述摆动运动关节312包括四个铰链形成的第一平行四边形结构，所述第一平行四边形结构的近端与所述第一转动关节314的旋转轴线平行，所述第一平行四边形的远端与所述第二转动关节313连接，且与所述第二转动关节313的旋转轴线平行。如此所述第二转动关节313的旋转轴线始终与所述第一转动关节314的旋转轴线平行。
所述工具臂32为一不动点机构，能够驱动与之连接的所述手术器械绕一不动点RC(Remote Center)运动。例如，所述工具臂32具有多个自由度，如两个自由度(即工具臂32可以驱使所述手术器械绕所述不动点RC左右摆动，前后转动)，三个自由度(即工具臂32可以驱使所述手术器械绕所述不动点RC左右摆动，前后转动，上下移动)。
如图1所示的实施例中，所述工具臂32包括三个自由度，即能够驱使所述手术器械围绕第一轴线a摆动，能够驱使所述手术器械围绕第二轴线c转动，能够驱使所述手术器械沿移动轴线b移动，且所述不动点RC位于所述第一轴线a、移动轴线b以及第二轴线c的交点(三条轴线图中以虚线示意)。具体而言，所述工具臂32包括一基关节321、一第二平行四边形结构和一伸缩关节323。所述基关节321围绕第一轴线a转动，以驱使所述手术器械围绕第一轴线a摆动。所述基关节321近端与所述调整臂31连接，远端与所述平行四边形结构连接。所述第二平行四边形结构包括相互平行的近端杆和远端杆，所述第二平行四边形结构的末端与所述手术器械连接，且所述手术器械被配置为所述手术器械的轴线与所述远端杆的轴线相平行，以使所述第二平行四边形结构驱动所述手术器械围绕第二轴线转动。在本实施例中所述第二平行四边形结构包括第一子平行四边形结构322a和与之相连的第二子平行四边形结构322b，形成双平行四边形结构，以驱动所述手术器械围绕第二轴线c转动。所述第一子平行四边形结构322a包括相互平行的第一近端杆和第一远端杆(图中未示出)。所述第二子平行四边形结构322b包括相互平行的第二近端杆和第二远端杆(图中未示出)。第一远端杆与所述第二近端杆或第二远端杆相重合。第二子平行四边形结构322b的远端与所述伸缩关节323连接，所述伸缩关节323的移动轴线b与所述第二子平行四边形结构322b的第二远端杆的轴线平行，且伸缩关节的移动轴线经过所述不动点。所述伸缩关节与所述手术器械可拆卸连接，以驱动所述手术器械沿所述伸缩关节的移动轴线b移动。
在另外一个实施例中，所述工具臂32还可以只包括两个自由度，即能够驱使所述手术器械围绕第一轴线a摆动，能够驱使所述手术器械围绕第二轴线c转动，且所述不动点RC位于所述第一轴线a和第二轴线c的交点。此时，所述工具臂32包括一基关节321和一第三平行四边形结构，所述第三平行四边形结构包括相互平行的近端杆和远端杆。所述手术器械与所述第三平行四边形结构的远端可拆卸连接，且所述手术器械的轴线被配置为与所述第三平行四边形结构的远端杆的轴线平行。由此，所述第三平行四边形结构可以驱动所述手术器械围绕第二轴线转动。此时，所述手术器械的轴线经过所述不动点RC。本领域技术人员应理解所述工具臂还可以包括其他结构来实现驱动所述手术器械围绕一不动点RC摆动，例如所述的工具臂包括基关节以及与之连接的圆弧导轨滑块结构。
在手术准备过程中，本实施例中的调整臂31通过各个关节的运动，从而令工具臂32的不动点RC接近患者病患部位，以便于手术操作，提高手术精准度。在手术时，锁定所有调整臂31的各个关节，以使所述不动点RC保持一个固定位置，同时与工具臂31可拆卸连接的所述手术器械通过不动点RC即手术创口位置进入人体，直达病患部位。所述手术器械在工具臂1的驱动下摆动和转动，在以不动点为顶点的锥形工作空间内运动。因此，通过调整调整臂31调整不动点的位置，进而使得安装于工具臂32上的手术器械到达手术期望的机械臂3的手术位置；通过调节工具臂32各个关节的状态，以实现对手术器械在不动点处姿态的调整，进而实现具体的手术操作。
为了便于实现手术机器人终端中各个部件的精确控制，本实施例中的手术机器人终端还设置有控制台5，用于控制所述基座1、立柱2、机械臂3和/或病床4的工作状态。例如，所述的控制台5位于机械人终端的后面，控制着基座1在地面上的运动，使机器人终端到达合适的手术位置；所述的控制台5控制着立柱2的升降，用以调节机械臂3相对于病床4的高度位置，使其更适合手术操作；所述的控制台5控制调整第一旋转关节410、所述第二旋转关节411和/或所述第三旋转关节420的运动状态，以实现对病床4姿态的调整，使其相对于机械臂末端的位置更加的合理，同时也避免在手术过程中机械臂3的运动干涉；所述的控制台5控制着调整臂301的运动，使其在手术开始前可使工具臂302更加接近手术不动点RC，同时使每条工具臂302处于最佳的位置，方便手术的进行。
在本实施例中的手术机器人终端的另一种构型中，所述机器人终端的调整臂31可以不直接连接在立柱2的悬吊端200，而是通过一悬吊结构连接，所述悬吊结构的上端与所述悬吊端200转动连接，所述悬吊结构的下端与所述调整臂31连接。
如图1及图3所示，所述悬吊结构包括至少一个悬吊盘8，所述每个悬吊盘8的上端与所述立柱2的悬吊端200转动连接，每个悬吊盘8的下端与所述调整臂31连接。基于悬吊盘8不仅可以有效避免不同机械臂3之间的运动干涉，此外，基于悬吊盘8的旋转运动还可以有效改变所述调整臂31的空间位置，从而便于调整臂31调整不动点的位置。具体而言，所述的悬吊盘8通过一旋转关节连接于立柱2的悬吊端200，通过悬吊盘8的旋转改变机械臂3的整体朝向，可增加手术的区域范围；同时，悬吊盘8的旋转与病床4的第三旋转关节420可相互补偿，增大了运动的准确性。
如图3所示的手术机器人终端中，所述悬吊盘8的数量为一个，所述机械臂3的数量为四个，所述悬吊盘8与四个调节臂连接。在另外一个优选实施例中，所述悬吊盘8为两个，每个悬吊盘8与两个调整臂连接且两个调节臂位于所述悬吊盘8的相对的两侧。
在一个优选的实施例中，所述调整臂31与悬吊盘8之间增设一第二水平运动关节，所述调整臂31自身的第一转动关节314通过所述第二水平运动关节与悬吊盘8连接，从而有效增大了机械臂3的运动范围。
在另外一个优选的实施例中，所述调整臂31中的四个关节连接顺序还可以为：第一水平运动关节311，第一转动关节314，摆动运动关节312以及第二转动关节313。所述调整臂31通过所述第一水平运动关节311与悬吊盘8连接，如此布置可以充分的利用了立柱2的悬吊端200以及悬吊盘8的空间。
在另外一个实施例中，所述悬吊结构包括一主悬吊盘9和至少两个从悬吊盘10，所述主悬吊盘9的上端与所述立柱2的悬吊端200转动连接；至少两个从悬吊盘10均与所述主悬吊盘9的下端转动连接，所述至少两个从悬吊盘10的下端与调整臂31连接；所述主悬吊盘9做旋转运动以改变从悬吊盘10的空间位置，从悬吊盘10做旋转运动以改变所述调整臂31的空间位置。
如图4所示的实施例中，主悬吊盘9的数量为一个，从悬吊盘10的数量为两个，每个从悬吊盘10的上端与主悬吊盘9转动连接，以使从悬吊盘10可以相对主悬吊盘9旋转，所述主悬吊盘9对从悬吊盘10的位置具有调节作用，从而实现机械臂3整体在空间中的转动，所述从悬吊盘10对与其连接的调整臂31具有调节作用。进一步，每个从悬吊盘10的下端与两个调整臂31连接，且两个调整臂31分布于从悬吊盘10相对的两侧，即从悬吊盘10起到分离两个调整臂31的作用，以避免后续不同调整臂31之间相互干涉。基于主悬吊盘9、从悬吊盘10与病床4的运动相配合，通过冗余设计可以实现手术器械绕不动点运动，从而到达目标手术位置进行手术操作，较大的提高了手术精准度。
在一个优选的实施例中，所述调整臂31与从悬吊盘10之间增设一第二水平运动关节，所述调整臂31自身的第一转动关节314通过所述第二水平运动关节与从悬吊盘10连接，从而有效增大了机械臂3的运动范围。
在另外一个优选的实施例中，所述调整臂31中的四个关节连接顺序还可以为：第一水平运动关节311，第一转动关节314，摆动运动关节312以及第二转动关节313。所述调整臂31通过所述第一水平运动关节311与从悬吊盘10连接，如此布置可以充分的利用了立柱2的悬吊端200以及从悬吊盘10的空间。
在此构型中，通过对主悬吊盘9的调整实现对机械臂3的整体调整，使机械臂达到更佳的手术位置；同时通过对病床4的调整，使患者调整到最佳的手术状态；通过对从悬吊盘10的调整实现对每条机械臂的位置调整，防止在手术过程中机械臂的相互干渉；同时，从悬吊盘10旋转和病床4的旋转互为冗余，可以达到最佳的调整效果。
综上可知，本实施例中的手术机器人终端能够基于悬吊盘8实现对调整臂空间位置的调整，基于调整臂31调整不动点的位置，基于工具臂32实现对手术器械在不动点处姿态的调整，从而使手术器械到达更佳的手术位置，同时结合对病床4的调整，使患者调整到最佳的手术姿态，符合当今临床的需求，提高手术的精准度。
实施例二
请参考图1及图5，图5为本实施例中手术机器人终端的主视图。对比图5和图1所示的手术机器人终端的主视图可知，两图展示了手术机器人终端的两种构型，主要区别体现在立柱2的结构。具体而言，虽然图1所示的实施例和图5所示的实施例中，立柱2均与所述病床保持相对位置不变，但是具体实现方式不一样，图1中，立柱2的基座端201(即立柱中悬吊端200相对的一端)与所述基座1固定连接；图5中，立柱2的基座端201(即立柱除悬吊端200之外的一端)与所述病床4固定连接。在一个具体实施例中，所述床体41包括外框以及位于外框内且与外框连接的虎克铰结构，所述外框与所述固定架42固定连接。同时，所述立柱2也固定于所述外框上。在本具体实施例中，不仅第一旋转关节410，第二旋转关节411布置在所述虎克铰结构上，而且第三旋转关节420也布置在所述虎克铰结构上。由此，所述虎克铰结构包括第一旋转关节410，第二旋转关节411和第三旋转关节420，可以围绕上述三个关节的旋转轴线旋转，实现三个自由度。
与上述的实施例类似，为了便于增加机械臂3在水平方向的运动范围，更便于在水平方向调整不动点RC，在所述立柱2悬吊端200的近端还设有水平移动关节22。
请参考图6，在图5所示的实施例基础上，进一步具有一个主悬吊盘9和两个从悬吊盘10的手术机器人终端的结构示意图。在手术准备过程中，通过控制台5的控制操作，控制主悬吊盘9的运动初步调整从悬吊盘10的空间位置，再控制从悬吊盘10做旋转运动以改变所述调整臂31的空间位置使得各个机械臂3到达各自最佳的手术位置，或者通过手动的牵引机械臂3、主悬吊盘9和从悬吊盘10使机械臂3到达最优的手术位置。在手术过程中，通过病床4、立柱2、主悬吊盘9和从悬吊盘10的共同作用，可实现手术过程中对患者姿态的调整，便于手术的进行。
实施例三
请参考图7，其为本实施例中手术机器人终端的主视图。实施例三与实施例一及实施例二的构型的区别在于：实施例一和实施例二中立柱2与病床4保持相对位置不变(即立柱2与病床4的相对位置不能调整)；而实施例三中立柱2可调整与所述病床4的相对位置(即立柱2可相对病床4进行靠近或远离的运动)。
如图7所示，所述手术机器人终端包括至少一个机械臂3、病床4、基座1及立柱2所述机械臂3包括一调整臂31和一工具臂32；所述工具臂32与一手术器械连接，所述工具臂32用于驱使所述手术器械绕一不动点运动；所述调整臂31的远端与所述工具臂32连接，所述调整臂31用于调整所述不动点的空间位置；所述病床4包括第一旋转关节，第二旋转关节和第三旋转关节，且所述第一旋转关节的旋转轴线、所述第二旋转关节的旋转轴线与所述第三旋转关节的旋转轴线相互垂直，优选，所述第一旋转关节的旋转轴线、所述第二旋转关节的旋转轴线与所述第三旋转关节的旋转轴线相互垂直且相交于一点，以调整所述病床4相对于所述不动点的姿态；所述基座1可调整与所述病床4的相对位置；所述立柱2的基座端201与所述基座1固定连接(立柱2可在基座1的带动下实现位置的调整)，所述立柱2的悬吊端200悬吊于所述病床4的上方，所述立柱2包括一竖直移动关节21，所述竖直移动关节21用于调整所述不动点相对于所述基座1的高度；所述调整臂31的近端与所述立柱2的悬吊端200连接。优选的，所述调整臂31的近端与所述立柱2的悬吊端200转动连接。
为了便于基座1移动位置，所述手术机器人终端还包括若干万向轮7，设置于所述基座1的底部，以改变所述基座1相对于所述病床4的相对位置。
与上述的实施例类似，为了便于增加机械臂3在水平方向的运动范围，更便于在水平方向调整不动点RC，在所述立柱2悬吊端200的近端还设有水平移动关节22。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
综上，在本发明所提供的手术机器人终端中，通过将病床设计为包括多个旋转关节，从而调整所述病床相对于机械臂的位置以使得机械臂绕不动点运动，病床相对于机械臂的位置弥补了机械臂调整受限的范围，基于病床上各个旋转关节配合调节即可以实现手术机器人终端调整于任意工作位置，简化了手术机器人终端的总体结构和质量，使其更加的符合医疗机器人轻量化、结构简洁化的需求。
另一方面，基于立柱与基座的相互配合可以使手术机器人终端的机械臂更加的靠近不动点，以使机械臂调整到更加合适的手术位置，便于手术操作。
另一方面，通过设置悬吊盘实现机械臂的空间位置的调整，较好避免机械臂之间的运动干涉，更好的实现调整的功能。
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 (17)

1.一种手术机器人终端，其特征在于，包括：
基座；
至少一个机械臂，每个机械臂包括一调整臂和一工具臂；所述工具臂与一手术器械连接，所述工具臂用于驱使所述手术器械绕一不动点运动；所述调整臂的远端与所述工具臂连接；所述调整臂用于调整所述不动点的空间位置；
悬吊结构，所述悬吊结构的下端与所述调整臂的近端连接；
每个调整臂包括依次连接的第一转动关节、第一水平运动关节、摆动运动关节以及第二转动关节；其中，所述第一水平运动关节的运动轴线与所述第一转动关节的旋转轴线相垂直；所述摆动运动关节的旋转轴线与所述第一水平运动关节的运动轴线垂直，且与所述第一转动关节的旋转轴线相垂直；所述第二转动关节的旋转轴线方向被配置为与所述第一转动关节的旋转轴线方向相平行；所述调整臂通过第一转动关节与所述悬吊结构连接，通过第二转动关节与所述工具臂转动连接；或者，每个调整臂包括依次连接的第一水平运动关节、第一转动关节、摆动运动关节以及第二转动关节；其中，所述第一水平运动关节的运动轴线与所述第一转动关节的旋转轴线相垂直；所述摆动运动关节的旋转轴线与所述第一水平运动关节的运动轴线垂直，且与所述第一转动关节的旋转轴线相垂直；所述第二转动关节的旋转轴线方向被配置为与所述第一转动关节的旋转轴线方向相平行；所述调整臂通过第一水平运动关节与所述悬吊结构连接，通过第二转动关节与所述工具臂转动连接；
病床，与所述基座连接，所述病床包括第一旋转关节、第二旋转关节和第三旋转关节，所述第一旋转关节的旋转轴线、所述第二旋转关节的旋转轴线与所述第三旋转关节的旋转轴线相互垂直，以调整所述病床相对于所述不动点的姿态；
立柱，与所述病床保持相对位置不变，所述立柱的悬吊端悬吊于所述病床的上方，所述立柱包括一竖直移动关节，所述竖直移动关节用于调整所述不动点相对于所述基座的高度；以及
所述悬吊结构的上端与所述立柱的悬吊端转动连接。
2.如权利要求1所述的手术机器人终端，其特征在于，所述第一旋转关节的旋转轴线、所述第二旋转关节的旋转轴线与所述第三旋转关节的旋转轴线相交于一点。
3.如权利要求1或2所述的手术机器人终端，其特征在于，所述立柱位于所述病床一侧，且与所述基座固定连接。
4.如权利要求1或2所述的手术机器人终端，其特征在于，所述病床包括床体和与所述床体连接的固定架，所述固定架与所述基座固定连接；
其中，所述第一旋转关节、第二旋转关节和第三旋转关节，被配置于所述床体。
5.如权利要求4所述的手术机器人终端，其特征在于，所述床体还包括外框以及位于外框内且与外框连接的虎克铰结构，所述第一旋转关节和所述第二旋转关节被布置于所述虎克铰结构，所述外框通过所述第三旋转关节与所述固定架连接。
6.如权利要求4所述的手术机器人终端，其特征在于，所述床体还包括外框以及位于外框内且与外框连接的虎克铰结构，所述第一旋转关节、所述第二旋转关节和所述第三旋转关节被布置于所述虎克铰结构，所述外框与所述立柱以及固定架固定连接。
7.如权利要求1或2所述的手术机器人终端，其特征在于，所述手术机器人终端还包括：
控制台，用于控制所述基座、所述病床、所述立柱和/或所述机械臂的工作状态。
8.如权利要求1所述的手术机器人终端，其特征在于，所述悬吊结构包括：
一主悬吊盘和至少两个从悬吊盘；
所述主悬吊盘的上端与所述立柱的悬吊端转动连接；以及
所述至少两个从悬吊盘，均与所述主悬吊盘的下端转动连接，所述至少两个从悬吊盘的下端与所述调整臂连接。
9.如权利要求1所述的手术机器人终端，其特征在于，所述悬吊结构包括：
至少一个悬吊盘，每个悬吊盘的上端与所述立柱的悬吊端转动连接，所述每个悬吊盘的下端与所述调整臂连接。
10.如权利要求1所述的手术机器人终端，其特征在于，每个调整臂还包括第二水平运动关节，所述第二水平运动关节的近端与所述悬吊结构连接，所述第二水平运动关节的远端与所述第一转动关节连接，且所述第二水平运动关节的移动轴线与所述第一转动关节的旋转轴线相互垂直。
11.如权利要求1所述的手术机器人终端，其特征在于，所述摆动运动关节包括四个铰链形成的第一平行四边形结构，所述第一平行四边形结构的近端与所述第一转动关节的旋转轴线平行，所述第一平行四边形的远端与所述第二转动关节连接，且与所述第二转动关节的旋转轴线平行。
12.如权利要求1所述的手术机器人终端，其特征在于，所述调整臂包括一转动连接所述摆动运动关节和所述第二转动关节的连接杆，一用于测量所述摆动运动关节摆动角度的测量装置以及一驱动所述第二转动关节与所述连接杆相对摆动的电机；
所述测量装置与所述电机通讯连接，所述电机根据所述测量装置传输的所述摆动运动关节摆动的角度驱动所述第二转动关节摆动，以使所述第二转动关节的旋转轴线与所述第一转动关节的旋转轴线相平行。
13.如权利要求1或2所述的手术机器人终端，其特征在于，每个工具臂包括：一基关节、一第二平行四边形结构和一伸缩关节；
所述基关节围绕第一轴线摆动，以驱使所述手术器械围绕第一轴线摆动，并且所述基关节近端与所述调整臂连接，远端与所述第二平行四边形结构连接；
所述第二平行四边形结构包括相互平行的近端杆和远端杆，所述第二平行四边形结构用于驱动所述手术器械围绕第二轴线转动；
所述伸缩关节与所述第二平行四边形结构的远端杆相连接，所述伸缩关节的移动轴线与所述第二平行四边形的远端杆的轴线平行，所述伸缩关节与所述手术器械可拆卸连接，以驱动所述手术器械沿所述伸缩关节的移动轴线移动；
所述不动点位于所述第一轴线、所述第二轴线和所述伸缩关节的移动轴线的交点。
14.如权利要求1或2所述的手术机器人终端，其特征在于，每个工具臂包括：一基关节和一第三平行四边形结构；
所述基关节围绕第一轴线摆动，以驱使所述手术器械围绕第一轴线摆动，并且所述基关节近端与所述调整臂连接，远端与所述第三平行四边形结构连接；
所述第三平行四边形结构包括相互平行的近端杆和远端杆，所述第三平行四边形结构的末端与所述手术器械连接，且所述手术器械的轴线被配置为与所述第三平行四边形结构的远端杆的轴线相平行，以使所述第三平行四边形结构驱动所述手术器械围绕第二轴线转动；
所述不动点位于所述第一轴线和所述第二轴线的交点。
15.如权利要求1或2所述的手术机器人终端，其特征在于，所述立柱还包括水平移动关节，所述水平移动关节位于所述立柱的悬吊端的近端，用以调整所述不动点在水平移动关节移动方向的位置。
16.一种手术机器人终端，其特征在于，包括：
至少一个机械臂，所述机械臂包括一调整臂和一工具臂；所述工具臂与一手术器械连接，所述工具臂用于驱使所述手术器械绕一不动点运动；所述调整臂的远端与所述工具臂连接，所述调整臂用于调整所述不动点的空间位置；
悬吊结构，所述悬吊结构的下端与所述调整臂的近端连接；
每个调整臂包括依次连接的第一转动关节、第一水平运动关节、摆动运动关节以及第二转动关节；其中，所述第一水平运动关节的运动轴线与所述第一转动关节的旋转轴线相垂直；所述摆动运动关节的旋转轴线与所述第一水平运动关节的运动轴线垂直，且与所述第一转动关节的旋转轴线相垂直；所述第二转动关节的旋转轴线方向被配置为与所述第一转动关节的旋转轴线方向相平行；所述调整臂通过第一转动关节与所述悬吊结构连接，通过第二转动关节与所述工具臂转动连接；或者，每个调整臂包括依次连接的第一水平运动关节、第一转动关节、摆动运动关节以及第二转动关节；其中，所述第一水平运动关节的运动轴线与所述第一转动关节的旋转轴线相垂直；所述摆动运动关节的旋转轴线与所述第一水平运动关节的运动轴线垂直，且与所述第一转动关节的旋转轴线相垂直；所述第二转动关节的旋转轴线方向被配置为与所述第一转动关节的旋转轴线方向相平行；所述调整臂通过第一水平运动关节与所述悬吊结构连接，通过第二转动关节与所述工具臂转动连接；
病床，所述病床包括第一旋转关节、第二旋转关节和第三旋转关节，所述第一旋转关节的旋转轴线、所述第二旋转关节的旋转轴线与所述第三旋转关节的旋转轴线相互垂直，以调整所述病床相对于所述不动点的姿态；
基座，所述基座可调整与所述病床的相对位置；
立柱，所述立柱的基座端与所述基座固定连接，所述立柱的悬吊端悬吊于所述病床的上方，所述立柱包括一竖直移动关节，所述竖直移动关节用于调整所述不动点相对于所述基座的高度；以及
所述悬吊结构的上端与所述立柱的悬吊端转动连接。
17.如权利要求16所述的手术机器人终端，其特征在于，所述手术机器人终端还包括：
若干万向轮，设置于所述基座的底部，以改变所述基座相对于所述病床的相对位置。
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