CN108378922A - 一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手 - Google Patents

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Abstract

一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手，本发明涉及一种机器人力反馈主操作手，本发明为解决现有技术微创手术机器人系统力反馈主操作手价格昂贵，力反馈主操作手通常为通用型力反馈主操作手，微创手术机器人主操作手缺少自由度，工作空间不匹配，姿态角输出范围受限，手腕不够灵活的问题，第一驱动关节输出端与第二驱动关节输入端和第三驱动关节输入端连接，第二驱动关节和第三驱动关节连接，第三驱动关节与第四驱动关节连接，第四驱动关节与第五驱动关节连接，第五驱动关节与第六驱动关节连接，第六驱动关节与第七驱动关节连接，第七驱动关节与第八驱动关节连接。本发明属于微创手术机器人领域。

Description

一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手
技术领域
本发明涉及一种机器人力反馈主操作手，具体涉及一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手，属于微创手术机器人领域。
背景技术
微创手术机器人系统一般采用主从式的控制方式，医生通过操作主操作手将医生的手部动作实时的传送到进行手术操作的从机械臂。为了实现灵活的手术操作，从机械臂通常具有7个自由度，即三自由度的位置，三自由度的姿态以及一个夹持自由度。要完整的再现医生的手部动作，主操作手至少具有同样的自由度以及运动范围。同时，为了避免医生长时间操作时产生疲劳感，主操作手需要具有重力平衡功能，摩擦力补偿和惯性补偿，使得医生操作更轻便舒适。再有，为了使医生能够感受到从机械臂端与人体组织之间的相互作用力，主操作手还应该具有力反馈的功能。
市场上现有多款商业的通用型力反馈主操作手。如美国Sensable公司研制的PHANTOM系列主操作手，具有6自由度的位姿输出和6自由度的力反馈。法国的Haption公司推出的VIRTUOSE 6D设备也是具有6自由度力反馈信息的主操作手，他们多为通用型设计，广泛应用在虚拟仿真，娱乐，虚拟装配，遥操作等场合，没有真对微创手术机器人的特点进行过优化设计，不太适合应用于微创手术机器人当中。因此就有研究机构将通用型主操作手加以改进，以更好的应用于微创手术机器人系统中。如华盛顿大学研发的RAVEN-II微创手术机器人系统，就是将一个夹持机构添加到Phantom OMNI的末端，以便更好的控制从端的夹持操作。西安大略大学的力反馈主操作手也是在Quanser公司Quanser 5-DOF PlanarPantograph System力反馈主操作手的基础上，将夹持机构添加到商业的主操作手上，开发了能输出6+1自由度的位姿夹持信息以及相应的力反馈。但是该主操作手有两个方向上的姿态角输出相对较小。
瑞士的Force Dimension公司推出的delta、omega以及sigma系列是当前最为成功的并联型力觉主操作手，其原理均依据delta并联机构，其机械臂采用并联机构，能够实现很好的重力补偿，同时具有刚度、精度高等的优点。Omega.7主操作手虽然能够输出6+1自由度的位姿夹持信息以及三自由度的力反馈和一自由度的夹持力反馈，但是其腕部各关节没有电机，不能输出三自由的力矩反馈。Sigma.7主操作手在omega.7主操作手的基础上增加了三自由的力矩反馈，同时其工作空间也有相应的提高，但是由于并联机构的特点，其工作空间还是相对较小。
国内由天津大学王树新教授课题组牵头，天津医科大学总医院以及南开大学联合研发的MicroHand A(妙手A)系统的主操作手，采用串联型的结构，其工作空间较大，且可提供三维力反馈，但是其主手腕部没有电机，夹持机构也没有电机，因此没有相应的力反馈。并且其主从姿态对应时，只能通过人的视觉观察和人手操作来实现姿态的对应，其精确度相对较低。目前最为成功的微创手术机器人主操作手为Intuitive Surgical公司研发的daVinci系统的主操作手，该主操作手不但工作空间大，能输出6+1自由的位姿夹持信息，且具有6自由度的力和力矩反馈，唯一的不足是其夹持机构没有电机，不能反馈夹持力，这对于研究全方位的力反馈在微创手术中的应用是个缺陷。
目前国外商业的力反馈主手在价格上都是非常的昂贵，研究机构和大学一般负担不起。而且商业的力反馈主操作手通常为通用型力反馈主操作手，应用于微创手术机器人场合有缺少自由度，工作空间不匹配，姿态角输出范围受限，手腕不够灵活等缺点。针对这些现状，对力反馈主手进行创新性设计可以克服大部分问题，研究一款低成本，具有自主知识产权并且能够满足机器人微创手术需要的力反馈主操作手是非常必要的。
发明内容
本发明为解决现有技术微创手术机器人系统力反馈主操作手价格昂贵，力反馈主操作手通常为通用型力反馈主操作手，微创手术机器人主操作手缺少自由度，工作空间不匹配，姿态角输出范围受限，手腕不够灵活的问题，进而提出一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：它包括第一驱动关节、第二驱动关节、第三驱动关节、第四驱动关节、第五驱动关节、第六驱动关节、第七驱动关节和第八驱动关节，第一驱动关节的驱动输出端分别与第二驱动关节的驱动输入端和第三驱动关节的驱动输入端连接，第二驱动关节和第三驱动关节连接，第三驱动关节连接的驱动输出端与第四驱动关节连接，第四驱动关节的驱动输出端与第五驱动关节连接，第五驱动关节的驱动输出端与第六驱动关节连接，第六驱动关节的驱动输出端与第七驱动关节连接，第七驱动关节的驱动输出端与第八驱动关节连接。
本发明的有益效果是：
1.本发明的结构和控制可以应用于微创手术机器人系统，将医生的手部动作传递给手术机器人从机械臂的手术器械末端执行器，能够传递七自由度的位置，姿态和夹持控制信息；同时可以将手术器械与患者组织的相互作用力，力矩和夹持力反馈给医生，使医生能够更安全，灵活，精准的进行手术操作。
2.本结构手臂机构各关节以及夹持机构关节采用钢丝传动的方式，这种传动装置的结构紧凑，占用空间小，惯性和摩擦力较小，传动效率高，灵活性好，工作空间大。腕部各关节采用锥齿轮传动，结构紧凑，便于腕部各关节电机放置，并减轻了腕部各关节的质量，同时降低主操作手整体结构的质量，进而可以降低手臂各关节对电机的性能要求。
3.本结构各关节均配置有驱动器和电机，医生操作主操作手控制从机械臂时，除第四驱动关节4主动调整关节外，其它各驱动关节均为被动关节，手臂各关节和夹持机构关节驱动器发送力矩信号给电机，通过丝传动的方式，输出力矩平衡各关节受到的重力矩以及补偿传动产生的摩擦力。手腕各关节驱动器发送力矩信号给电机，通过锥齿轮传动的方式，输出力矩平衡各关节受到的重力矩以及补偿传动产生的摩擦力。同时，如果从机械臂端有力的作用传回主操作手，则根据主操作手的力雅克比矩阵的解算，可以得出主操作手输出相应的反馈力时，各关节电机所应输出的力矩，驱动器发出力矩信号给电机，在重力补偿和摩擦力补偿的基础上输出力矩使得医生感受到主操作手的反馈力。
4.本发明第一驱动关节1、第二驱动关节2、第三驱动关节3和第八驱动关节8经过对钢丝传动的有效预紧后可以消除传动间隙，钢丝总长固定不变，减速比随之固定，其余关节通过合理设计成对锥齿轮的位置，通过标定等措施尽可能的减小间隙，大大提高了传动精度，满足主操作手对于高安全性、低惯量、以及高精度等方面的要求。
5.本结构各关节均配置一个绝对式角度编码器，其一可以借助外部工具一次性确定和校正各关节的零点位置，便于控制程序的开发设计和开机初始化。其二可以由每个驱动器实时读取各关节的关节转角信息和角速度信息，进而由本结构的正运动学，动力学计算夹持机构的位置和姿态信息，以及各关节需要输出的重力平衡力矩和摩擦力补偿力矩。
6.本发明的每个驱动关节均有电机驱动装置，亦可实现由已知从机械臂的手术器械末端执行器的位置和姿态信息，本机构通过逆运动学解算获得各关节的转角，从而由驱动器驱动电机使得本机构的夹持机构自动与从机械臂的位置和姿态相对应，大大提高了主从姿态对齐的精度，消除了由人眼视觉对齐带来的误差。
7.本结构腕部机构的第四驱动关节4、第五驱动关节5、第六驱动关节6、第七驱动关节7中每个关节的旋转轴线两两垂直相交，并且所有的关节轴线交于一点，实现了腕部机构的定向运动。同时，第四驱动关节4为主动调整关节，可以补偿第五驱动关节5和第七驱动关节7之间的角度，可以避开奇异位形，增加腕部姿态角运动范围，提高腕部运动的灵活性。
附图说明
图1是本发明的整体结构主视图，图中R1弧线为第一驱动关节1绕R1弧线所在的中心线进行左右转动，图中R2弧线为第二驱动关节2绕R2弧线所在的中心线进行左右转动，图中R3弧线为第三驱动关节3绕R3弧线所在的中心线进行左右转动，图中R4弧线为第四驱动关节4绕R4弧线所在的中心线进行左右转动，图中R5弧线为第五驱动关节5绕R5弧线所在的中心线进行左右转动，图中R6弧线为第六驱动关节6绕R6弧线所在的中心线进行左右转动，图中R7弧线为第七驱动关节7绕R7弧线所在的中心线进行左右转动，图中R8弧线为第八驱动关节8绕R8弧线所在的中心线进行左右转动。
图2是本发明整体结构示意图，图中R1弧线为第一驱动关节1绕R1弧线所在的中心线进行左右转动，图中R2弧线为第二驱动关节2绕R2弧线所在的中心线进行左右转动，图中R3弧线为第三驱动关节3绕R3弧线所在的中心线进行左右转动，图中R4弧线为第四驱动关节4绕R4弧线所在的中心线进行左右转动，图中R5弧线为第五驱动关节5绕R5弧线所在的中心线进行左右转动，图中R6弧线为第六驱动关节6绕R6弧线所在的中心线进行左右转动，图中R7弧线为第七驱动关节7绕R7弧线所在的中心线进行左右转动，图中R8弧线为第八驱动关节8绕R8弧线所在的中心线进行左右转动。
图3是本发明第一驱动关节1的结构示意图。
图4是本发明第二驱动关节2的结构主视图。
图5是本发明第二驱动关节2的结构示意图。
图6是本发明第三驱动关节3的结构主视图。
图7是本发明第三驱动关节3的结构示意图。
图8是本发明第四驱动关节4的结构主视图。
图9是本发明第四驱动关节4的结构示意图。
图10是本发明第五驱动关节5的结构主视图。
图11是本发明第五驱动关节5的结构示意图。
图12是本发明第六驱动关节6的结构主视图。
图13是本发明第六驱动关节6的结构示意图。
图14是本发明第七驱动关节7的结构主视图。
图15是本发明第八驱动关节8的结构示意图。
图16是第四驱动器4-0、第五驱动器5-0、第六驱动器6-0、第七驱动器7-0和第八驱动器8-0安装在第一驱动关节基座1-9上的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手，它包括第一驱动关节1、第二驱动关节2、第三驱动关节3、第四驱动关节4、第五驱动关节5、第六驱动关节6、第七驱动关节7和第八驱动关节8，第一驱动关节1的驱动输出端分别与第二驱动关节2的驱动输入端和第三驱动关节3的驱动端连接，第二驱动关节2和第三驱动关节3连接，第三驱动关节3连接的驱动输出端与第四驱动关节4连接，第四驱动关节4的驱动输出端与第五驱动关节5连接，第五驱动关节5的驱动输出端与第六驱动关节6连接，第六驱动关节6的驱动输出端与第七驱动关节7连接，第七驱动关节7的驱动输出端与第八驱动关节8连接。
本实施方式中每个驱动器均通过EtherCAT总线与外部工控机相连，工控机内安装有控制器软件可以对每个驱动器进行实时控制。
具体实施方式二：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手，第一驱动关节1包括第一驱动器1-0、第一驱动电机1-1、第一联轴器1-2、第一丝筒轴1-3、第一丝筒1-4、第一限位销1-5、第一绝对式角度编码器1-6、第一转轴1-7、第一驱动关节输出转盘1-8和第一驱动关节基座1-9；第一驱动器1-0、第一驱动电机1-1、第一联轴器1-2和第一丝筒轴1-3均安装在第一驱动关节基座1-9上，第一驱动器1-0与第一驱动电机1-1连接，第一联轴器1-2的一端与第一驱动电机1-1转轴的输出端固定连接，第一联轴器1-2的另一端与第一丝筒轴1-3的一端固定连接，第一丝筒1-4套装在第一丝筒轴1-3的另一端上，第一丝筒1-4上设有一个钢丝，钢丝两端沿反向缠绕固定在第一丝筒1-4上，第一绝对式角度编码器1-6和第一转轴1-7固定安装在第一驱动关节基座1-9上，第一转轴1-7的一端与第一绝对式角度编码器1-6的输入端固定连接，第一驱动关节输出转盘1-8固定安装在第一转轴1-7的另一端上，第一丝筒1-4上的钢丝缠绕在第一驱动关节输出转盘1-8的外侧壁上，第一驱动关节输出转盘1-8上沿圆周方向上加工有第一弧形孔，第一限位销1-5的一端设置在第一弧形孔内，第一限位销1-5的另一端固定安装在第一驱动关节基座1-9上，其它结构连接与具体实施方式一相同。
本实施方式中第一丝筒1-4采用背靠背的方式放置，通过第一丝筒轴1-3、第一联轴器1-2与第一驱动电机1-1输出轴固定相连。第一丝筒1-4和第一驱动关节输出转盘1-8之间采用钢丝进行传动和减速，钢丝固定缠绕在第一驱动关节输出转盘1-8上，钢丝固定在第一丝筒1-4上。这个结构可以实现第一驱动电机1-1和第一驱动关节输出转盘1-8之间的双向封闭的丝传动回路。第一驱动关节1的关节轴线竖直放置，第一驱动关节输出转盘1-8带动固定在其上的部件绕轴线在水平面内旋转。
本实施方式中第一驱动器1-0驱动第一驱动电机1-1，通过第一联轴器1-2、第一丝筒轴1-3和第一丝筒1-4将运动传递给第一驱动关节输出转盘1-8，第一驱动关节输出转盘1-8经过第一转轴1-7将运行信息传递给第一绝对式角度编码器1-6，获得第一驱动关节1的绝对转角，
具体实施方式三：结合图1、图2、图4-图7说明本实施方式，本实施方式所述一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手，第二驱动关节2包括第二驱动器2-0、第二驱动电机2-1、第二联轴器2-2、第二丝筒2-3、第二丝筒轴、第二绝对式角度编码器2-4、第二驱动关节转盘2-5、第二驱动关节连接杆2-6、第二驱动关节转轴2-7和第二驱动关节支架2-8；第三驱动关节3包括第三驱动器3-0、第三驱动电机3-1、第三联轴器3-2、第三丝筒3-3、第三丝筒轴、第三绝对式角度编码器3-4、第三驱动关节转盘3-5、第三驱动关节连接杆3-6和第三驱动关节输出杆3-7；第二驱动器2-0和第三驱动器3-0均安装在第一驱动关节基座1-9上，第二驱动关节支架2-8固定安装在第一驱动关节输出转盘1-8的端面上，第三驱动器3-0与第三驱动电机3-1连接，第三驱动电机3-1靠近第二驱动关节支架2-8的顶端固定安装在第二驱动关节支架2-8上，第三驱动电机3-1转轴的输出端与第三联轴器3-2的一端固定连接，第三联轴器3-2的另一端与第三丝筒轴的一端固定连接，第三丝筒3-3套装在第三丝筒轴上，第三丝筒3-3上设有一个钢丝，钢丝两端沿反向缠绕固定在第三丝筒3-3上，第三绝对式角度编码器3-4的输入端与第三丝筒轴的另一端固定连接，第二驱动关节转轴2-7靠近第二驱动关节支架2-8的底端固定安装在第二驱动关节支架2-8上，第二驱动关节转盘2-5、第二驱动关节连接杆2-6的一端和第三驱动关节转盘3-5设置在第二驱动关节转轴2-7上，第二驱动关节连接杆2-6位于第二驱动关节转盘2-5和第三驱动关节转盘3-5之间，第二驱动关节转盘2-5与第二驱动关节转轴2-7固定连接，第二驱动关节连接杆2-6与第二驱动关节转轴2-7转动连接，第三驱动关节连接杆3-6的一端与第三驱动关节转盘3-5靠近外圆面的端面转动连接，第三驱动关节转盘3-5与第二驱动关节转轴2-7转动连接，第二驱动关节连接杆2-6上安装有一个定位销，第二驱动关节转盘2-5沿圆周方向加工有第二弧形孔，第二驱动关节连接杆2-6上的定位销插装在第二驱动关节转盘2-5的第二弧形孔上，第二驱动关节连接杆2-6的另一端与第三驱动关节输出杆3-7的一端转动连接，第三驱动关节连接杆3-6的另一端与第三驱动关节输出杆3-7转动连接，且第二驱动关节连接杆2-6与第三驱动关节连接杆3-6平行设置，第二驱动器2-0与第二驱动电机2-1连接，第二驱动电机2-1靠近第二驱动关节支架2-8设置，且第二驱动电机2-1的电机座通过固定板与第二驱动关节连接杆2-6的一端固定连接，第二驱动电机2-1转轴的输出端与第二联轴器2-2的一端固定连接，第二联轴器2-2的另一端与第二丝筒轴的一端固定连接，第二丝筒2-3套装在第二丝筒轴上，第二丝筒2-3上设有一个钢丝，钢丝两端沿反向缠绕固定在第二丝筒2-3上，第二丝筒轴的另一端与第二绝对式角度编码器2-4的输入端固定连接，第二丝筒2-3上的钢丝缠绕在第二驱动关节转盘2-5的外侧壁上，第三丝筒3-3上的钢丝缠绕在第三驱动关节转盘3-5的外侧壁上，其它结构连接与具体实施方式二相同。
本实施方式中第二丝筒2-3采用背靠背的方式放置，通过第二丝筒轴、第二联轴器2-2与第二驱动电机2-1输出轴固定相连。第二丝筒2-3和第二驱动关节转盘2-5之间采用钢丝进行传动和减速，钢丝固定缠绕在第二驱动关节转盘2-5上，钢丝固定在第二丝筒2-3上。这个结构可以实现第二驱动电机2-1和第二驱动关节转盘2-5之间的双向封闭的丝传动回路。第二驱动关节2的关节轴线水平放置，第二驱动关节转盘2-5带动固定在其上的部件绕轴线在竖直面内旋转，第三丝筒3-3采用背靠背的方式放置，通过第三丝筒轴、第三联轴器3-2与第三驱动电机3-1输出轴固定相连。第三丝筒3-3和第三驱动关节转盘3-5之间采用钢丝进行传动和减速，钢丝固定缠绕在第三驱动关节转盘3-5上，钢丝固定在第三丝筒3-3上。这个结构可以实现第三驱动电机3-1和第三驱动关节转盘3-5之间的双向封闭的丝传动回路。第三驱动关节3的关节轴线水平放置，第三驱动关节转盘3-5带动固定在其上的部件绕轴线在竖直面内旋转，第二驱动关节2角和第三驱动关节3的变化符合四连杆原理。
本实施方式中第二驱动器2-0驱动第二驱动电机2-1，通过第二联轴器2-2、将运动传递给第二丝筒2-3和第二丝筒轴将运动信息传递给第二绝对式角度编码器2-4，从而获得第二驱动关节2的绝对转角，第二驱动关节转盘2-5和第二驱动关节转轴2-7固定在第二驱动关节支架2-8上，因此第二驱动关节连接杆2-6绕第二驱动关节转轴2-7转动，第二丝筒2-3的直径与第二驱动关节转盘2-5的直径比为1:3。
本实施方式中第三驱动器3-0驱动第三驱动电机3-1，通过第三联轴器3-2、第三丝筒3-3和第三丝筒轴将运动传递给第三驱动关节转盘3-5，同时第三丝筒3-3将运动信息传递给第三绝对式角度编码器3-4，从而获得第三驱动关节转盘3-5的转动角度，而第三驱动关节转盘3-5带动第三驱动关节连接杆3-6运动，第三驱动关节连接杆3-6带动第三驱动关节输出杆3-7绕第三驱动关节3的关节转动，第三驱动关节转盘3-5、第二驱动关节连接杆2-6第三驱动关节连接杆3-6和第三驱动关节输出杆3-7形成四连杆机构，第三驱动关节转盘3-5的转角由第三绝对式角度编码器3-4获得，由四连杆机构获得第三驱动关节3的绝对转角。
具体实施方式四：结合图1、图2、图8和图9说明本实施方式，本实施方式所述一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手，第四驱动关节4包括第四驱动器4-0、第四驱动电机4-1、第一主动齿轮轴4-2、第一被动锥齿轮轴4-4、第四绝对式角度编码器4-5、第四关节连杆4-6和两个锥齿轮4-3；第四关节连杆4-6为‘L’形杆，第四驱动器4-0安装在第一驱动关节基座1-9上，第四驱动器4-0与第四驱动电机4-1连接，第四驱动电机4-1嵌装在第三驱动关节输出杆3-7的另一端上，第四驱动电机4-1转轴的输出端与第一主动齿轮轴4-2的一端固定连接，第一主动齿轮轴4-2的另一端套装有一个锥齿轮4-3，第一被动锥齿轮轴4-4上固定套装有另一个锥齿轮4-3，两个锥齿轮4-3齿啮合，第一主动齿轮轴4-2的轴线与第一被动锥齿轮轴4-4的轴线垂直设置，第一被动锥齿轮轴4-4插装在第三驱动关节输出杆3-7上，第一被动锥齿轮轴4-4的一端与第四绝对式角度编码器4-5的输入端固定连接，第一被动锥齿轮轴4-4的另一端与第四关节连杆4-6的一端固定连接，其它结构连接与具体实施方式三相同。
本实施方式中第四驱动器4-0驱动第四驱动电机4-1，通过第一主动齿轮轴4-2、两个锥齿轮4-3将运动传递给第一被动锥齿轮轴4-4，第一被动锥齿轮轴4-4将等价的传动比信息传递给第四绝对式角度编码器4-5，从而获得第四驱动关节4的绝对转角，同时第一被动锥齿轮轴4-4带动第四关节连杆4-6绕第四驱动关节4转动。
具体实施方式五：结合图1、图2、图10和图11说明本实施方式，本实施方式所述一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手，第五驱动关节5包括第五驱动器5-0、第五驱动电机5-1、第二主动齿轮轴5-2、第二被动齿轮轴5-4、第五绝对式角度编码器5-5、第五关节连杆5-6和两个第二锥齿轮5-3；第五关节连杆5-6为‘L’形杆，第五驱动器5-0安装在第一驱动关节基座1-9上，第五驱动器5-0与第五驱动电机5-1连接，第五驱动电机5-1嵌装在第四关节连杆4-6的另一端上，第五驱动电机5-1转轴的输出端与第二主动齿轮轴5-2的一端固定连接，第二主动齿轮轴5-2的另一端固定套装有一个第二锥齿轮5-3，另一个第二锥齿轮5-3套装在第二被动齿轮轴5-4上，两个第二锥齿轮5-3齿啮合，第二被动齿轮轴5-4插装在第四关节连杆4-6上，第二主动齿轮轴5-2的轴线与第二被动齿轮轴5-4的轴线垂直设置，第二被动齿轮轴5-4的一端与第五绝对式角度编码器5-5的输入端固定连接，第二被动齿轮轴5-4的另一端与第五关节连杆5-6的一端固定连接，其它结构连接与具体实施方式四相同。
本实施方式中第五驱动器5-0驱动第五驱动电机5-1，通过第二主动齿轮轴5-2、两个第二锥齿轮5-3将运动传递给第二被动齿轮轴5-4，第二被动齿轮轴5-4将等价的锥齿轮传动比1:1转动信息传递给第五绝对式角度编码器5-5，从而获得第五驱动关节5的绝对转角，同时第二被动齿轮轴5-4带动第五关节连杆5-6绕第五驱动关节5转动。
具体实施方式六：结合图1、图2、图12和图13说明本实施方式，本实施方式所述一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手，第六驱动关节6包括第六驱动器6-0、第六驱动电机6-1、第三主动齿轮轴6-2、第三被动齿轮轴6-4、第六关节连杆6-5、第六绝对式角度编码器(6-6)和两个第三锥齿轮6-3；第六关节连杆6-5为‘L’形杆，第六驱动器6-0安装在第一驱动关节基座1-9上，第六驱动器6-0与第六驱动电机6-1连接，第六驱动电机6-1嵌装在第五关节连杆5-6的另一端上，第六驱动电机6-1转轴的输出端与第三主动齿轮轴6-2的一端固定连接，第三主动齿轮轴6-2的另一端与第六绝对式角度编码器(6-6)的输入端固定连接，一个第三锥齿轮6-3固定套装在第三主动齿轮轴6-2上，第三被动齿轮轴6-4插装在第五关节连杆5-6上，另一个第三锥齿轮6-3固定套装在第三被动齿轮轴6-4的一端上，第三主动齿轮轴6-2的轴线与第三被动齿轮轴6-4的轴线垂直设置，两个第三锥齿轮6-3齿啮合，第三被动齿轮轴6-4的另一端与第六关节连杆6-5的一端固定连接，其它结构连接与具体实施方式五相同。
本实施方式中第六驱动器6-0驱动第六驱动电机6-1，通过第三主动齿轮轴6-2、第三被动齿轮轴6-4将运动传递给第三被动齿轮轴6-4，第三主动齿轮轴6-2将第六驱动电机6-1转动信息传递给第六绝对式角度编码器(6-6)，从而获得第六驱动关节6的绝对转角，第三被动齿轮轴6-4带动第六关节连杆6-5绕第六驱动关节6转动。
具体实施方式七：结合图1、图2、图13和图14说明本实施方式，本实施方式所述一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手，第七驱动关节7包括第七驱动器7-0、第七驱动电机7-1、第四主动齿轮轴7-2、第四被动齿轮轴7-4、夹持机构主体7-5、第七绝对式角度编码器7-6和两个第四锥齿轮7-3；第七驱动器7-0安装在第一驱动关节基座1-9上，第七驱动电机7-1嵌装在第六关节连杆6-5的另一端上，第七驱动器7-0与第七驱动电机7-1连接，第七驱动电机7-1转轴的输出端与第四主动齿轮轴7-2的一端固定连接，第四主动齿轮轴7-2的另一端与第七绝对式角度编码器7-6固定连接，第四被动齿轮轴7-4插装在第六关节连杆6-5上，且第四被动齿轮轴7-4的一端固定套装有另一个第四锥齿轮7-3，且两个第四锥齿轮7-3齿啮合，第四主动齿轮轴7-2的轴线与第四被动齿轮轴7-4的轴线垂直设置，第四被动齿轮轴7-4的另一端与夹持机构主体7-5固定连接，其它结构连接与具体实施方式六相同。
第四驱动关节4、第五驱动关节5、第六驱动关节6、第七驱动关节7均由电机、锥齿轮等组成。成对的锥齿轮采用相互垂直放置，一个锥齿轮通过轴、联轴器与电机输出轴固定相连。第四驱动关节4、第六驱动关节6的关节轴线竖直放置，输出的锥齿轮分别带动连接在其上的元部件绕轴线在水平面内旋转。第五驱动关节5、第七驱动关节7的关节轴线水平放置，输出的锥齿轮分别带动连接在其上的元部件绕轴线在竖直面内旋转。所述结构能实现电机和锥齿轮的双向封闭传动回路。
本实施方式中第七驱动器7-0驱动第七驱动电机7-1，通过第四主动齿轮轴7-2、两个第四锥齿轮7-3将运动传递给第四被动齿轮轴7-4，第四主动齿轮轴7-2将第七驱动电机7-1转动信息传递给第七绝对式角度编码器7-6，从而获得第七驱动关节7的绝对转角，第四被动齿轮轴7-4带动夹持机构主体7-5绕第七驱动关节7转动。
具体实施方式八：结合图15说明本实施方式，本实施方式所述一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手，第八驱动关节8包括第八驱动器8-0，第八驱动电机8-1、第八驱动关节丝筒轮8-2、第八驱动关节曲杆8-3、手柄8-4、尼龙扣环8-5和第八驱动关节连杆8-6；第八驱动电机8-1上安装有增量式编码器，第八驱动器8-0安装在第一驱动关节基座1-9上，第八驱动器8-0与第八驱动电机8-1连接，第八驱动电机8-1固定安装在夹持机构主体7-5上，第八驱动关节丝筒轮8-2套装在第八驱动电机8-1转轴的输出端上，第八驱动关节丝筒轮8-2上设有一个钢丝，钢丝反向缠绕设置，第八驱动关节丝筒轮8-2上一端的钢丝与曲杆8-3上一个连杆的一端固定连接，钢丝另一端与曲杆8-3上另一个连杆的另一端固定连接，夹持机构主体7-5上加工有曲杆移动安装槽，曲杆8-3上安装钢丝的连杆设置在曲杆移动安装槽内，曲杆8-3的另一端通过转轴与第八驱动关节连杆8-6的一端转动连接，第八驱动关节连杆8-6的另一端通过销轴与夹持机构主体7-5转动连接，尼龙扣环8-5安装在手柄8-4上，手柄8-4安装在曲杆8-3上，其它结构连接与具体实施方式七相同。
本实施方式中第八驱动关节8由第八驱动关节曲杆8-3、第八驱动关节丝筒轮8-2和第八驱动电机8-1等组成，其第八驱动关节8的关节轴线竖直放置，第八驱动关节曲杆8-3和第八驱动关节丝筒轮8-2之间采用钢丝进行传动和减速，钢丝绕在第八驱动关节丝筒轮8-2上，两端固定在第八驱动关节曲杆8-3上。这个结构可以实现第八驱动电机8-1和第八驱动关节曲杆8-3之间的双向封闭的丝传动回路。
本实施方式中第八驱动器8-0驱动第八驱动电机8-1，通过第八驱动关节丝筒轮8-2将运动信息传递给第八驱动关节曲杆8-3，第八驱动关节曲杆8-3的手柄8-4上有尼龙扣环8-5将操作者食指与手柄8-4固定。第八驱动关节连杆8-6与夹持机构主体7-5固定连接，第八驱动关节曲杆8-3绕第八驱动关节8的转角作为夹角，第八驱动电机8-1上安装有增量式编码器，第八驱动关节8转角由增量式编码器获得。
工作原理
八自由度的运动
主手除了第四驱动关节4为主动调整关节，其余第一驱动关节1、第二驱动关节2、第三驱动关节3、第五驱动关节5、第六驱动关节6、第七驱动关节7和第八驱动关节8在操作者操作主手时均为被动关节。第一驱动关节1是第一驱动关节输出转盘1-8带动其上的所有的元部件与第一驱动关节基座1-9之间绕垂直轴线的相对旋转，操作者带动第一驱动关节输出转盘1-8或者其上零部件做旋转运动时，钢丝传动带动第一丝筒1-4旋转。第二驱动关节2中，由于第二驱动关节转盘2-5与第二驱动关节支架2-8固定，故操作者带动第二驱动关节连接杆2-6绕第二驱动关节转轴2-7转动时，第二丝筒2-3上的钢丝传动带动第二丝筒2-3旋转。第二驱动关节2和第三驱动关节3中第二驱动关节连接杆2-6、第三驱动关节连接杆3-6、第三驱动关节输出杆3-7和第三驱动关节转盘3-5组成平行四边形四连杆结构，第二驱动关节连接杆2-6和第三驱动关节输出杆3-7之间的转角关系等效为第三驱动关节转盘3-5与第二驱动关节转轴2-7之间的相对转角，当第三驱动关节输出杆3-7绕第三驱动关节3转动时带动第三驱动关节连接杆3-6，进而带动第三驱动关节转盘3-5转动，同时第三丝筒3-3上的钢丝传动带动第三丝筒3-3旋转。第五驱动关节5是操作者带动第五关节连杆5-6和第二被动齿轮轴5-4绕第五驱动关节5轴线旋转，同时两个第二锥齿轮5-3带动第二主动齿轮轴5-2，进而带动第五驱动电机5-1的轴旋转。第六驱动关节6是操作者带动第六关节连杆6-5和第三被动齿轮轴6-4绕第六驱动关节6轴线旋转，同时两个第三锥齿轮6-3带动第三主动齿轮轴6-2，进而带动第六驱动电机6-1的轴旋转。第七驱动关节7是操作者带动夹持机构主体7-5和第四被动齿轮轴7-4绕第七驱动关节7轴线旋转，同时两个第四锥齿轮7-3带动第四主动齿轮轴7-2，进而带动第七驱动电机7-1旋转。第八驱动关节8是操作者手抓握夹持机构主体7-5，食指由尼龙扣环8-5固定在手柄8-4上，食指带动第八驱动关节曲杆8-3绕第八驱动关节8轴线相对旋转，进而带动第八驱动关节丝筒轮8-2和第八驱动电机8-1的轴转动。
1.关节转角测量
第一驱动关节1、第二驱动关节2、第三驱动关节3、第四驱动关节4、第五驱动关节5、第六驱动关节6和第七驱动关节7中每个关节的旋转角度通过相应关节的绝对式角度编码器获得。所述第一驱动关节1的第一绝对式角度编码器1-6直接测量第一驱动关节输出转盘1-8旋转角度，即第一驱动关节1的转角。第二驱动关节2的第二绝对式角度编码器2-4测量的是第二丝筒2-3的旋转角度，需要将第二驱动关节转盘2-5和第二丝筒2-3的比例关节计算在内，进而求出第二驱动关节2的转动角度。第三驱动关节3的第三绝对式角度编码器3-4同样测量的是第三丝筒3-3的旋转角度，需要将第三驱动关节转盘3-5和第三丝筒3-3的比例关系计算在内，同时考虑第二驱动关节2和第三驱动关节3的平行四边形机构，进而求出第三驱动关节3的转动角度。第四驱动关节4的第四绝对式角度编码器4-5直接测量第一被动锥齿轮轴4-4的旋转角度，等价于直接测量第四驱动关节4的转角。第五驱动关节5的第五绝对式角度编码器5-5直接测量第二被动齿轮轴5-4的旋转角度，等价于直接测量第五驱动关节5的转角。第六驱动关节6的第六绝对式角度编码器(6-6)直接测量第三主动齿轮轴6-2的旋转角度，等于直接测量第六驱动关节6的转角。第七驱动关节7的第七绝对式角度编码器7-6直接测量第四被动齿轮轴7-4的旋转角度，等于直接测量第七驱动关节7的转角。第八驱动关节8的电机编码器测量电机轴的旋转角度，需要将丝轮与曲杆的比例关系计算在内，进而得到关节八的转动角度，即夹持角。
2.位姿夹持输出
主操作手作为微创手术机器人的输入设备，其最主要的功能是将医生的手部动作传递给从机械臂，其本质是把主操作手的手爪的位置，姿态，和夹持角信息传递给从机械臂端。本主操作手的前七个关节每个关节均配置一个绝对式角度编码器，这些编码器能够实时的测量每个关节的关节角绝对位置，通过正运动学解算，可以获得主操作手的手爪位置和姿态信息。本主操作手的手爪机构的夹持角度由电机自带的增量式编码器测量，由于是增量式编码器，手爪的夹持角度必须由初始化间接获得。主操作手开机时，先进行初始化，手爪由电机驱动，先转到最大最小的极限位置，从而确定手爪的夹持角度。
3.重力补偿和摩擦补偿
主手第一驱动关节1上第一驱动电机1-1的转轴竖直设置，可以直接实现竖直方向的自重平衡，各传动关节间运动时仅受摩擦力的作用，其摩擦力补偿由电机驱动力矩来实现。其余各关节的摩擦力补偿均与此关节相同。第二驱动关节2重力平衡采用电机输出反向力矩来实现。给电机一个反向的力矩信号，在丝筒和钢丝传动的作用下，此反向力矩平衡后续关节的重力矩。第二驱动关节2的电机需要输出的反向力矩的数值通过主操作手的动力学得出。第三驱动关节3重力平衡采用平行四边形机构加电机来实现。平行四边形机构的应用使得第三驱动关节3的重力矩平衡转移到第三驱动关节转盘3-5上。给电机一个反向力矩信号来平衡后续关节的重力矩，在第三丝筒3-3和第三丝筒3-3上钢丝传动的作用下，平行四边形的第三驱动关节转盘3-5部分固定，则对边相应固定，即第三驱动关节3平衡。第四驱动关节4为主动调整关节，其关节重力补偿和摩擦力补偿直接由第四驱动器4-0驱动第四驱动电机4-1实现。第五驱动关节5重力平衡采用第五驱动电机5-1输出反向力矩来实现。给第五驱动电机5-1一个反向的力矩信号，在第二锥齿轮5-3的作用下，此反向力矩平衡后续关节的重力矩。第六驱动关节6重力平衡采用第六驱动电机6-1输出反向力矩来实现。给第六驱动电机6-1一个反向的力矩信号，在第三锥齿轮6-3的作用下，此反向力矩平衡后续关节的重力矩。第七驱动关节7重力平衡采用第七驱动电机7-1输出反向力矩来实现。给第七驱动电机7-1一个反向力矩信号，在第四锥齿轮7-3的作用下，此反向力矩平衡后续关节的重力矩。第八驱动关节8重力平衡采用第八驱动电机8-1输出反向力矩来实现。给第八驱动电机8-1一个反向力矩信号，在第八驱动关节丝筒轮8-2的作用下，此反向力矩平衡曲杆的重力矩。
4.力和力矩反馈
第一驱动关节1、第二驱动关节2、第三驱动关节3均由电机、转盘、丝筒和钢丝传动组成的结构。每个转盘转动时，通过钢丝传递到丝筒上，从而带动电机轴旋转。当操作者带动机构末端运动时，必须克服电机的输出力矩，相当于丝筒和转盘的旋转受到一定的阻力矩，从而操作者感受到反馈的力。第四驱动关节4、第五驱动关节5、第六驱动关节6、第七驱动关节7均由电机、锥齿轮传动组成的结构。锥齿轮及杆件转动时，通过成对的锥齿轮传动运动和力矩，从而带动电机轴旋转。当操作者抓握夹持机构绕腕点调整姿态运动时，必须克服电机的输出力矩，相当于锥齿轮的旋转受到一定的阻力矩，从而操作者感受到反馈的力矩。第八驱动关节8由第八驱动关节曲杆8-3、第八驱动关节丝筒轮8-2和第八驱动电机8-1组成。第八驱动关节曲杆8-3转动时，通过钢丝传递到第八驱动关节丝筒轮8-2上，从而带动第八驱动电机8-1的轴旋转。当操作者食指带动第八驱动关节曲杆8-3运动时，必须克服第八驱动电机8-1的输出力矩，相当于第八驱动关节丝筒轮8-2的旋转受到一定的阻力矩，从而操作者感受到反馈的力。
6.主动调整腕部关节
第四驱动关节4为主动调整关节，该关节第四驱动器4-0和第四驱动电机4-1始终处于位置控制模式。在医生操作腕部做姿态调整的时候，第五驱动关节5、第六驱动关节6、第七驱动关节7可能会轴线处于重合的情况，导致腕部关节奇异位形的发生，另外在奇异位形发生的附近，腕部关节的灵活性也会大大的降低。而主动调整的第四驱动关节4可以依据控制算法驱动电机朝相反的方向运动进行调整，使得腕部其它第五驱动关节5、第六驱动关节6、第七驱动关节7远离奇异发生的位置点，进而不但提高腕部各姿态角的运动范围，而且提高腕部运动的灵活性，避免奇异的发生。
7.开机自动位姿对齐
本发明的主操作手的各关节均配有驱动器和电机，电机除了在医生操作时具有进行重力，摩擦力补偿和力反馈的功能以外，还有开机自动位姿对齐的功能。在主操作手电源接通后，主操作手控制程序会检测来自从机械臂发来的位姿信息。主操作手控制程序通过其运动学逆解解算，计算出主操作手与从机械臂位姿对齐时各关节的转动关节角，然后对比主操作手零点位置时的关节角，进而求出主操作手与从机械臂位姿对齐所需要的电机转动的关节角，最后在驱动器的驱动信号的驱使下，电机转动使得主操作手的位姿与从机械臂位姿对齐。如果没有从机械臂发来的位姿信息，则主操作手控制程序使得主操作手各关节运动到零点位置，完成开机初始化。

Claims (8)

1.一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手，其特征在于:它包括第一驱动关节(1)、第二驱动关节(2)、第三驱动关节(3)、第四驱动关节(4)、第五驱动关节(5)、第六驱动关节(6)、第七驱动关节(7)和第八驱动关节(8)，第一驱动关节(1)的驱动输出端分别与第二驱动关节(2)的驱动输入端和第三驱动关节(3)的驱动输入端连接，第二驱动关节(2)和第三驱动关节(3)连接，第三驱动关节(3)连接的驱动输出端与第四驱动关节(4)连接，第四驱动关节(4)的驱动输出端与第五驱动关节(5)连接，第五驱动关节(5)的驱动输出端与第六驱动关节(6)连接，第六驱动关节(6)的驱动输出端与第七驱动关节(7)连接，第七驱动关节(7)的驱动输出端与第八驱动关节(8)连接。
2.根据权利要求1所述一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手，其特征在于:第一驱动关节(1)包括第一驱动器(1-0)、第一驱动电机(1-1)、第一联轴器(1-2)、第一丝筒轴(1-3)、第一丝筒(1-4)、第一限位销(1-5)、第一绝对式角度编码器(1-6)、第一转轴(1-7)、第一驱动关节输出转盘(1-8)和第一驱动关节基座(1-9)；第一驱动器(1-0)、第一驱动电机(1-1)、第一联轴器(1-2)和第一丝筒轴(1-3)均安装在第一驱动关节基座(1-9)上，第一驱动器(1-0)与第一驱动电机(1-1)连接，第一联轴器(1-2)的一端与第一驱动电机(1-1)转轴的输出端固定连接，第一联轴器(1-2)的另一端与第一丝筒轴(1-3)的一端固定连接，第一丝筒(1-4)套装在第一丝筒轴(1-3)的另一端上，第一丝筒(1-4)上设有一个钢丝，钢丝两端沿反向缠绕固定在第一丝筒(1-4)上，第一绝对式角度编码器(1-6)和第一转轴(1-7)固定安装在第一驱动关节基座(1-9)上，第一转轴(1-7)的一端与第一绝对式角度编码器(1-6)的输入端固定连接，第一驱动关节输出转盘(1-8)固定安装在第一转轴(1-7)的另一端上，第一丝筒(1-4)上的钢丝缠绕在第一驱动关节输出转盘(1-8)的外侧壁上，第一驱动关节输出转盘(1-8)上沿圆周方向上加工有第一弧形孔，第一限位销(1-5)的一端设置在第一弧形孔内，第一限位销(1-5)的另一端固定安装在第一驱动关节基座(1-9)上。
3.根据权利要求2所述一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手，其特征在于:第二驱动关节(2)包括第二驱动器(2-0)、第二驱动电机(2-1)、第二联轴器(2-2)、第二丝筒(2-3)、第二丝筒轴、第二绝对式角度编码器(2-4)、第二驱动关节转盘(2-5)、第二驱动关节连接杆(2-6)、第二驱动关节转轴(2-7)和第二驱动关节支架(2-8)；第三驱动关节(3)包括第三驱动器(3-0)、第三驱动电机(3-1)、第三联轴器(3-2)、第三丝筒(3-3)、第三丝筒轴、第三绝对式角度编码器(3-4)、第三驱动关节转盘(3-5)、第三驱动关节连接杆(3-6)和第三驱动关节输出杆(3-7)；第二驱动器(2-0)和第三驱动器(3-0)均安装在第一驱动关节基座(1-9)上，第二驱动关节支架(2-8)固定安装在第一驱动关节输出转盘(1-8)的端面上，第三驱动器(3-0)与第三驱动电机(3-1)连接，第三驱动电机(3-1)靠近第二驱动关节支架(2-8)的顶端固定安装在第二驱动关节支架(2-8)上，第三驱动电机(3-1)转轴的输出端与第三联轴器(3-2)的一端固定连接，第三联轴器(3-2)的另一端与第三丝筒轴的一端固定连接，第三丝筒(3-3)套装在第三丝筒轴上，第三丝筒(3-3)上设有一个钢丝，钢丝两端沿反向缠绕固定在第三丝筒(3-3)上，第三绝对式角度编码器(3-4)的输入端与第三丝筒轴的另一端固定连接，第二驱动关节转轴(2-7)靠近第二驱动关节支架(2-8)的底端固定安装在第二驱动关节支架(2-8)上，第二驱动关节转盘(2-5)、第二驱动关节连接杆(2-6)的一端和第三驱动关节转盘(3-5)设置在第二驱动关节转轴(2-7)上，第二驱动关节连接杆(2-6)位于第二驱动关节转盘(2-5)和第三驱动关节转盘(3-5)之间，第二驱动关节转盘(2-5)与第二驱动关节转轴(2-7)固定连接，第二驱动关节连接杆(2-6)与第二驱动关节转轴(2-7)转动连接，第三驱动关节连接杆(3-6)的一端与第三驱动关节转盘(3-5)靠近外圆面的端面转动连接，第三驱动关节转盘(3-5)与第二驱动关节转轴(2-7)转动连接，第二驱动关节连接杆(2-6)上安装有一个定位销，第二驱动关节转盘(2-5)沿圆周方向加工有第二弧形孔，第二驱动关节连接杆(2-6)上的定位销插装在第二驱动关节转盘(2-5)的第二弧形孔上，第二驱动关节连接杆(2-6)的另一端与第三驱动关节输出杆(3-7)的一端转动连接，第三驱动关节连接杆(3-6)的另一端与第三驱动关节输出杆(3-7)转动连接，且第二驱动关节连接杆(2-6)与第三驱动关节连接杆(3-6)平行设置，第二驱动器(2-0)与第二驱动电机(2-1)连接，第二驱动电机(2-1)靠近第二驱动关节支架(2-8)设置，且第二驱动电机(2-1)的电机座通过固定板与第二驱动关节连接杆(2-6)的一端固定连接，第二驱动电机(2-1)转轴的输出端与第二联轴器(2-2)的一端固定连接，第二联轴器(2-2)的另一端与第二丝筒轴的一端固定连接，第二丝筒(2-3)套装在第二丝筒轴上，第二丝筒(2-3)上设有一个钢丝，钢丝两端沿反向缠绕固定在第二丝筒(2-3)上，第二丝筒轴的另一端与第二绝对式角度编码器(2-4)的输入端固定连接，第二丝筒(2-3)上的钢丝缠绕在第二驱动关节转盘(2-5)的外侧壁上，第三丝筒(3-3)上的钢丝缠绕在第三驱动关节转盘(3-5)的外侧壁上。
4.根据权利要求3所述一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手，其特征在于:第四驱动关节(4)包括第四驱动器(4-0)、第四驱动电机(4-1)、第一主动齿轮轴(4-2)、第一被动锥齿轮轴(4-4)、第四绝对式角度编码器(4-5)、第四关节连杆(4-6)和两个锥齿轮(4-3)；第四关节连杆(4-6)为‘L’形杆，第四驱动器(4-0)安装在第一驱动关节基座(1-9)上，第四驱动器(4-0)与第四驱动电机(4-1)连接，第四驱动电机(4-1)嵌装在第三驱动关节输出杆(3-7)的另一端上，第四驱动电机(4-1)转轴的输出端与第一主动齿轮轴(4-2)的一端固定连接，第一主动齿轮轴(4-2)的另一端套装有一个锥齿轮(4-3)，第一被动锥齿轮轴(4-4)上固定套装有另一个锥齿轮(4-3)，两个锥齿轮(4-3)齿啮合，第一主动齿轮轴(4-2)的轴线与第一被动锥齿轮轴(4-4)的轴线垂直设置，第一被动锥齿轮轴(4-4)插装在第三驱动关节输出杆(3-7)上，第一被动锥齿轮轴(4-4)的一端与第四绝对式角度编码器(4-5)的输入端固定连接，第一被动锥齿轮轴(4-4)的另一端与第四关节连杆(4-6)的一端固定连接。
5.根据权利要求4所述一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手，其特征在于:第五驱动关节(5)包括第五驱动器(5-0)、第五驱动电机(5-1)、第二主动齿轮轴(5-2)、第二被动齿轮轴(5-4)、第五绝对式角度编码器(5-5)、第五关节连杆(5-6)和两个第二锥齿轮(5-3)；第五关节连杆(5-6)为‘L’形杆，第五驱动器(5-0)安装在第一驱动关节基座(1-9)上，第五驱动器(5-0)与第五驱动电机(5-1)连接，第五驱动电机(5-1)嵌装在第四关节连杆(4-6)的另一端上，第五驱动电机(5-1)转轴的输出端与第二主动齿轮轴(5-2)的一端固定连接，第二主动齿轮轴(5-2)的另一端固定套装有一个第二锥齿轮(5-3)，另一个第二锥齿轮(5-3)套装在第二被动齿轮轴(5-4)上，两个第二锥齿轮(5-3)齿啮合，第二被动齿轮轴(5-4)插装在第四关节连杆(4-6)上，第二主动齿轮轴(5-2)的轴线与第二被动齿轮轴(5-4)的轴线垂直设置，第二被动齿轮轴(5-4)的一端与第五绝对式角度编码器(5-5)的输入端固定连接，第二被动齿轮轴(5-4)的另一端与第五关节连杆(5-6)的一端固定连接。
6.根据权利要求5所述一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手，其特征在于:第六驱动关节(6)包括第六驱动器(6-0)、第六驱动电机(6-1)、第三主动齿轮轴(6-2)、第三被动齿轮轴(6-4)、第六关节连杆(6-5)、第六绝对式角度编码器(6-6)和两个第三锥齿轮(6-3)；第六关节连杆(6-5)为‘L’形杆，第六驱动器(6-0)安装在第一驱动关节基座(1-9)上，第六驱动器(6-0)与第六驱动电机(6-1)连接，第六驱动电机(6-1)嵌装在第五关节连杆(5-6)的另一端上，第六驱动电机(6-1)转轴的输出端与第三主动齿轮轴(6-2)的一端固定连接，第三主动齿轮轴(6-2)的另一端与第六绝对式角度编码器(6-6)的输入端固定连接，一个第三锥齿轮(6-3)固定套装在第三主动齿轮轴(6-2)上，第三被动齿轮轴(6-4)插装在第五关节连杆(5-6)上，另一个第三锥齿轮(6-3)固定套装在第三被动齿轮轴(6-4)的一端上，第三主动齿轮轴(6-2)的轴线与第三被动齿轮轴(6-4)的轴线垂直设置，两个第三锥齿轮(6-3)齿啮合，第三被动齿轮轴(6-4)的另一端与第六关节连杆(6-5)的一端固定连接。
7.根据权利要求6所述一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手，其特征在于:第七驱动关节(7)包括第七驱动器(7-0)、第七驱动电机(7-1)、第四主动齿轮轴(7-2)、第四被动齿轮轴(7-4)、夹持机构主体(7-5)、第七绝对式角度编码器(7-6)和两个第四锥齿轮(7-3)；第七驱动器(7-0)安装在第一驱动关节基座(1-9)上，第七驱动电机(7-1)嵌装在第六关节连杆(6-5)的另一端上，第七驱动器(7-0)与第七驱动电机(7-1)连接，第七驱动电机(7-1)转轴的输出端与第四主动齿轮轴(7-2)的一端固定连接，第四主动齿轮轴(7-2)的另一端与第七绝对式角度编码器(7-6)固定连接，第四被动齿轮轴(7-4)插装在第六关节连杆(6-5)上，且第四被动齿轮轴(7-4)的一端固定套装有另一个第四锥齿轮(7-3)，且两个第四锥齿轮(7-3)齿啮合，第四主动齿轮轴(7-2)的轴线与第四被动齿轮轴(7-4)的轴线垂直设置，第四被动齿轮轴(7-4)的另一端与夹持机构主体(7-5)固定连接。
8.根据权利要求7所述一种具有冗余自由度的微创手术机器人力反馈主操作手，其特征在于:第八驱动关节(8)包括第八驱动器(8-0)，第八驱动电机(8-1)、第八驱动关节丝筒轮(8-2)、第八驱动关节曲杆(8-3)、手柄(8-4)、尼龙扣环(8-5)和第八驱动关节连杆(8-6)；第八驱动电机(8-1)上安装有增量式编码器，第八驱动器(8-0)安装在第一驱动关节基座(1-9)上，第八驱动器(8-0)与第八驱动电机(8-1)连接，第八驱动电机(8-1)固定安装在夹持机构主体(7-5)上，第八驱动关节丝筒轮(8-2)套装在第八驱动电机(8-1)转轴的输出端上，第八驱动关节丝筒轮(8-2)上设有一个钢丝，钢丝反向缠绕设置，第八驱动关节丝筒轮(8-2)上一端的钢丝与曲杆(8-3)上一个连杆的一端固定连接，钢丝另一端与曲杆(8-3)上另一个连杆的另一端固定连接，夹持机构主体(7-5)上加工有曲杆移动安装槽，曲杆(8-3)上安装钢丝的连杆设置在曲杆移动安装槽内，曲杆(8-3)的另一端通过转轴与第八驱动关节连杆(8-6)的一端转动连接，第八驱动关节连杆(8-6)的另一端通过销轴与夹持机构主体(7-5)转动连接，尼龙扣环(8-5)安装在手柄(8-4)上，手柄(8-4)安装在曲杆(8-3)上。
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