CN110269686B - 具有转动部的连接组件、操作臂及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有转动部的连接组件及应用该连接组件的操作臂、手术机器人。连接组件包括：多个连接单元及多个转动部，多个连接单元依次连接，至少两个所述连接单元形成可转动的关节组件，至少两个所述关节组件耦合，且均为主动关节组件；每个所述转动部连接相邻的两个所述连接单元，至少一个所述转动部包括两个转动轴，分别位于其连接的两个所述连接单元上，所述连接单元沿与其对应的所述转动轴转动，以使所述关节组件转动。

Description

具有转动部的连接组件、操作臂及手术机器人

技术领域

本发明涉及微创手术领域，特别是涉及一种连接组件及应用连接组件的操作臂、手术机器人。

背景技术

微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备在人体腔体内部施行手术的一种手术方式。相比传统手术方式微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优势。

随着科技的进步，微创手术机器人技术逐渐成熟，并被广泛应用。微创手术机器人通常包括主操作台及从操作设备，主操作台用于根据医生的操作向从操作设备发送控制命令，以控制从操作设备，从操作设备用于响应主操作台发送的控制命令，并进行相应的手术操作。

从操作设备通常包括机械臂及设置于机械臂上的操作臂，机械臂用于调节操作臂的位置，操作臂用于伸入体内，并执行手术操作，其中，操作臂具有连接组件以灵活地进行手术操作。然而，目前从操作设备的连接组件灵活性较差，令手术机器人在一些手术中受到限制。

发明内容

基于此，有必要提供一种灵活性较好的连接组件及应用该连接组件的操作臂、手术机器人。

一种具有转动部的连接组件，包括：

多个连接单元，依次连接，至少两个所述连接单元形成可转动的关节组件，至少两个所述关节组件耦合，且均为主动关节组件；

多个转动部，每个所述转动部连接相邻的两个所述连接单元，至少一个所述转动部包括两个转动轴，分别位于其连接的两个所述连接单元上，所述连接单元沿与其对应的所述转动轴转动，以使所述关节组件转动。

一种操作臂，包括所述的连接组件以及末端器械，所述末端器械设置于所述连接组件中远端的所述连接单元上。

一种手术机器人，包括：主操作台及从操作设备，

所述主操作台用于根据医生的操作向所述从操作设备发送控制命令，以控制所述从操作设备，

所述从操作设备用于响应主操作台发送的控制命令，并进行相应的操作，

所述从操作设备包括：机械臂、设置于所述机械臂上的动力机构、设置于所述动力机构上的所述的操作臂，所述机械臂用于调节所述操作臂的位置，所述动力机构用于驱动所述操作臂执行相应操作，所述操作臂用于伸入体内，并执行手术操作。

附图说明

图1为本发明手术机器人一实施例的结构示意图；

图2为本发明从操作设备一实施例的局部示意图；

图3为本发明从操作设备一实施例的局部示意图；

图4为本发明操作臂一实施例的结构示意图；

图5为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图6为图5所示连接组件另一状态的结构示意图；

图7为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图8为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图9为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图10为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图11为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图12为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图13为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图14为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图15为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图16为本发明连接组件关节组件一实施例的结构示意图；

图17为本发明连接组件关节组件一实施例的结构示意图；

图18为本发明连接组件的连接单元一实施例的结构示意图；

图19为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图20为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图21为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图22为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图23为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图24为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图25为本发明操作臂一实施例的局部结构示意图；

图26为本发明操作臂一实施例的局部结构示意图；

图27为本发明操作臂一实施例的局部结构示意图；

图28为本发明操作臂一实施例的局部结构示意图；

图29为本发明操作臂一实施例的局部结构示意图；

图30为本发明操作臂一实施例的局部结构示意图；

图31为本发明操作臂一实施例的局部结构示意图；

图32为本发明操作臂一实施例的局部结构示意图；

图33为本发明操作臂一实施例的局部结构示意图；

图34为本发明操作臂一实施例的局部结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“耦合”另一个元件，它可以是直接耦合到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。本文所使用的术语“远端”、“近端”作为方位词，该方位词为介入医疗器械领域惯用术语，其中“远端”表示手术过程中远离操作者的一端，“近端”表示手术过程中靠近操作者的一端。

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方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图3所示，其分别为本发明手术机器人一实施例的结构示意图，及从操作设备不同实施例的局部示意图。

手术机器人包括主操作台1000及从操作设备2000。其中，主操作台1000用于根据医生的操作向从操作设备2000发送控制命令，以控制从操作设备2000，其还用于显示从设备2000获取的影像。从操作设备2000用于响应主操作台1000发送的控制命令，并进行相应的操作，并且从操作设备2000还用于获取体内的影像。

具体地，从操作设备2000包括机械臂1、设置于机械臂1上的动力机构2、设置于动力机构2上的操作臂3，以及套设操作臂3的套管4。机械臂1用于调节操作臂3的位置；动力机构2用于驱动操作臂3执行相应操作；操作臂3用于伸入体内，并通过其位于远端的末端器械20执行手术操作，及/或获取体内影像。具体的，如图2、图3所示，操作臂3穿设套管4，其末端器械20伸出套管4外，并通过动力机构2驱动其执行操作。图2中，操作臂3位于套管4内的区域为刚性区域；图3中，操作臂3位于套管4内的区域为柔性区域，套管随柔性区域弯曲。其他实施例中，也可以省略套管4，此时，无需套管。

一实施例中，操作臂3为多个，均设置于同一个动力机构2上，多个操作臂3的远端通过人体上的一个切口伸入体内，以使其末端器械20移动至病灶3000附近进行手术操作。具体地，动力机构具有多个动力部，每个动力部与一操作臂对应连接。其他实施例中，动力机构为多个，每个动力机构2上设置一个操作臂3，且多个操作臂从一个切口伸入体内，此时多个动力机构2既可以设置于一个机械臂1上，也可以设置于多个机械臂1上。需要说明的是，多个操作臂3也可以从多个切口伸入体内，例如，每个切口内伸入两个操作臂，再如，每个切口内伸入一个操作臂。

一实施例中，从操作设备2还包括戳卡，戳卡用于穿设人体上的切口，并固定设置于切口区域，操作臂通过戳卡伸入到体内。

如图4所示，其为本发明操作臂3一实施例的结构示意图。

操作臂3包括：依次连接的末端器械20、连接组件10、连杆90及驱动机构91，其中，末端器械20用于执行手术操作，连接组件10用于改变末端器械20的位置及姿态，驱动机构91用于驱动连接组件10及末端器械20。其他实施例中，也可以省略连杆90，此时连接组件直接与驱动机构连接。

如图5至图9所示，其为本发明连接组件不同实施例的结构示意图。

连接组件10包括多个依次连接的连接单元100。其中，相邻两个连接单元100形成可转动的关节组件，关节组件包括第一关节组件210，且至少两个第一关节组件210耦合，耦合的第一关节组件210根据耦合关系相应转动。如图5、图6所示，当耦合的第一关节组件210转动时，耦合的第一关节组件210中，位于远端的连接单元100的姿态基本保持不变，以使与其连接的单元或末端器械姿态保持不变，即与耦合的第一关节组件中远端连接单元100连接的其他单元或者末端器械随远端连接单元平移。其中，耦合的第一关节组件210中位于远端的连接单元100指耦合的第一关节组件210中远端最末的连接单元100。

其他实施例中，关节组件也可以包括多个连接单元，例如，三个或四个依次连接的连接单元形成一个关节组件。其中，耦合的关节组件中，各关节组件所具有的连接单元数量可相异，例如，两个关节组件耦合，其中一个关节组件包括两个连接单元，另一个关节组件包括三个连接单元。

上述连接组件10在能够在不改变远端连接单元100的姿态下平移与其连接的单元或末端器械，令连接组件10更加灵活。

如图7、图8所示，第一关节组件210包括两组，每组具有两个耦合的第一关节组件210，且每组中耦合的第一关节组件210旋转轴平行，两组第一关节组件210的旋转轴非平行设置，以使与耦合的第一关节组件210远端连接单元100连接的末端器械或单元具有两个自由度。例如，两组第一关节组件210的旋转轴正交；或者，两组第一关节组件210的旋转轴非正交设置。其中，每组中两个耦合的第一关节组件210转动方向相反，角度相同。

耦合的第一关节组件既可以相邻设置，也可以间隔设置。当第一关节组件210包括两组时，两组第一关节组件210既可以交叉排列，也可以依次顺序排列。具体的，如图7所示，一实施例中，第一组中两个彼此耦合的第一关节组件210A位于第二组中两个彼此耦合的第一关节组件210B之间。即四个第一关节组件210中，第一、第四个第一关节组件210耦合，第二、第三个第一关节组件210耦合。如图8所示，一实施例中，第一组中两个彼此耦合的第一关节组件210A与第二组中两个彼此耦合的第一关节组件210B依次交替排列。其他实施例中，也可以第一组中两个彼此耦合的第一关节组件210与第二组中两个彼此耦合的第一关节组件210依次排列，即第一、第二个第一关节组件210耦合，第三、第四个第一关节组件210耦合(图未视)。

其他实施例中，第一关节组件210的组数也可以为其他数量，例如三组、四组等，其中，每组中的第一关节组件210旋转轴均相异，这样，令连接组件10更加灵活。

其他实施例中，每组中耦合的第一关节组件210也可以为其他数量，其中，耦合的第一关节组件210转动时各方向转动角之和基本相同。具体的，每组中各正向转动的第一关节组件210的转动角之和与各反向转动的第一关节组件210的转动角之和相同，其中，正向与反向可根据需要自行设定。例如，每组中耦合的第一关节组件210为三个，其中两个第一关节组件210正向转动，一个第一关节组件210反向转动，两个正向转动的第一关节组件210转动角之和为反向转动第一关节组件210的转动角，此时远端的连接单元100为反向转动的第一关节组件210中位于远端的连接单元100。

关节组件既可以为主动关节组件，也可以为随动关节组件。一实施例中，耦合的第一关节组件210中包括主动关节组件和随动关节组件，即耦合的第一关节组件210中，至少一个为主动关节组件，一个为随动关节组件，其中，主动关节组件转动驱动随动关节组件转动，随动关节组件根据与主动关节组件的耦合关系相应转动。例如，当一个随动关节组件与一个主动关节组件耦合时，两关节组件的转动角度相同，方向相反。再如，当两个主动关节组件与一个随动关节组件耦合时，两个主动关节组件转动方向相同，与随动关节组件转动方向相反，随动关节组件转动角度为两个主动关节组件转动角度之和。又如，当两个主动关节组件与一个随动关节组件耦合时，两个主动关节组件转动方向相反，随动关节组件与其中一个主动关节组件转向相同。其中，主动关节组件指通过驱动机构控制而转动的关节组件，随动关节组件指由于主动转接转动而跟随转动的关节组件。

耦合的第一关节组件210也可以均为主动关节组件。例如，耦合的第一关节组件210中包括两个耦合的主动关节组件，其中，两个主动关节组件转动角度相同，方向相反。再如，耦合的第一关节组件210包括三个主动关节组件，其中两个主动关节组件正向转动，一个主动关节组件反向转动，其中反向转动的主动关节组件的转动角为两个正向转动的主动关节组件转动角之和。

当耦合的第一关节组件210中包括随动关节组件时，一实施例中，连接组件10还包括调节关节组件，用于对随动关节组件的转动进行补偿，以令耦合的第一关节组件210中远端的连接单元100平移更加精准，其中调节关节组件为主动关节组件。需要说明的是，调节关节组件既可以与随动关节组件耦合，也可以独立于随动关节组件转动。

如图9所示，其为本发明连接组件10一实施例的结构示意图。

连接组件10包括多个依次连接的连接单元100，相邻连接单元100形成可转动的关节组件。其中，关节组件包括两个耦合的第二关节组件220，耦合的第二关节组件220根据耦合关系相应转动，且均为主动关节组件。这样，能够令运动更加精准，且易于控制。其他实施例中，关节组件也可以包括三个以上连接单元，此处不再复述。

一实施例中，耦合的两个第二关节组件220转动角度成比例，并且转动方向相同，这样，能够简化连接组件10的控制。其他实施例中，两个耦合的第二关节组件220转动方向也可以不同。例如，两个第二关节组件转动方向相反；再如，两个第二关节组件旋转轴非平行设置。此外，耦合的第二关节组件的转动角度也可以为函数关系。

需要说明的是，耦合的第二关节组件220也可以为其他数量，例如，为三个或四个，多个第二关节组件220转动角均成正比。

如图9所示，第二关节组件220包括两组，每组具有两个耦合的第二关节组件220，且每组中耦合的第二关节组件220转动方向相同，两组第二关节组件220的旋转轴非平行设置，以使与耦合的第二关节组件220中远端连接单元100连接的末端器械或单元具有两个自由度。与第一关节组件210相同，第二关节组件220也可以为多组，以使末端器械或单元具有多个自由度。

需要说明的是，耦合的第二关节组件220既可以相邻设置，也可以间隔设置。当第二关节组件220包括两组时，两组第二关节组件220既可以依次排列，即第一组中的两个关节组件与第二组中的两个第二关节组件220依次顺序排列，也可以交叉排列，例如，图9中第一组中的两个第二组件220与第二组中的两个第二关节组件220依次交替排列；再如，第一组中的一个第二关节组件220位于第二组中的两个第二关节组件220之间。

一实施例中，连接组件10包括多个依次连接的连接单元100，至少两个连接单元100形成可转动的关节组件。其中，关节组件包括耦合的两个第一关节组件210，以及耦合的两个第二关节组件220。

如图10所示，每个关节组件包括相邻的两个连接单元100，耦合的第一关节组件210为两组，每组包括两个第一关节组件210，耦合的第二关节组件220为两组，每组包括两个第二关节组件220。具体的，第一关节组件210与第二关节组件220相邻，且相邻的第一关节组件210与第二关节组件220耦合同一个连接单元100，即第一关节组件210与第二关节组件220在相邻区域共用一个连接单元100。第一关节组件210转动时，耦合的第一关节组件210中，位于远端的连接单元100姿态基本保持不变。第一关节组件210、第二关节组件220的相关内容，包括但不限于结构、分布及数量，请参见上述各实施例，此处不再复述。

本实施例中，第二关节组件220均位于两个第一关节组件210的远端，即位于远端的第一关节组件210的远端连接单元100为位于近端的第二关节组件220的近端连接单元100。同理，其他实施例中，第二关节组件220也可以均位于第一关节组件210的近端。或者，第二关节组件220也可以位于耦合的第一关节组件210之间，此时，第一关节组件210远端及近端的连接单元100均与第二关节组件220共用。或者，两个第一关节组件与两个所述第二关节组件依次交替排列。

如图11所示，其为本发明连接组件10一实施例的结构示意图。

连接组件10包括多个依次连接的连接单元100，相邻连接单元100形成可转动的关节组件200。其中，多个关节组件200形成至少两个耦合的关节段300，多个关节段300既可以相邻设置，也可以间隔设置。其他实施例中，关节组件也可以包括三个以上连接单元，此处不再复述。

当关节段300中的关节组件转动时，耦合的关节段300中位于远端的连接单元100姿态基本保持不变，即多个耦合的关节段中位于远端的关节组件，其远端姿态保持不变。具体地，耦合的关节段转动时，各耦合的关节段中的关节组件在各方向转动角之和基本相同。

一实施例中，关节段具有两个摆动方向，且两个摆动方向正交。即关节段中的关节组件包括两组，两组关节组件的旋转轴正交，以使与关节段远端连接的末端器械或者其他关节组件具有两个自由度。其他实施例中，两个摆动方向可非正交设置，或者关节段的摆动方向也可以为多个。

耦合的关节段300中至少一个关节段300包括两个主动关节组件200。例如，两个关节段300耦合，其中一个关节段300包括两个耦合的第二关节组件220，另一个关节段300包括两个随动关节组件，与两个第二关节组件220对应耦合，即随动关节组件与对应的第二关节组件转动方向相反，转动角相同。再如，两个关节段300耦合，其中一个关节段300包括两个耦合的第二关节组件220，另一个关节段300包括一个主动关节组件，一个随动关节组件。

当耦合的关节段中包括随动关节组件时，一实施例中，连接组件还包括调节关节组件，以对随动关节组件的转动进行补偿。调节关节组件既可以位于具有随动关节的关节段中，也可以位于与其耦合的关节段中。

需要说明的是，一实施例中，连接组件也可以仅包括一个关节段，该关节段中包括两个第二关节组件，此时连接组件还包括第三关节组件，第三关节组件与关节段耦合，以使关节段转动时，第三关节组件远端的姿态保持不变。具体的，第三关节组件转动角为第二关节组件转动角之和，转动方向与第二关节组件转动方向相反。

如图12至图14所示，其分别为本发明连接组件不同实施例的结构示意图。

连接组件10包括：多个依次连接的连接单元100以及驱动丝。其中，相邻连接单元100形成可转动的关节组件，关节组件具有主动关节组件，驱动丝具有主驱动丝，用于驱动主动关节组件转动。其他实施例中，关节组件也可以包括三个以上连接单元，此处不再复述。

主驱动丝包括第一主驱动丝410A、第二主驱动丝410a。第一主驱动丝410A的远端设置于位于其驱动的主动关节组件200A远端的一个连接单元100上，近端用于连接驱动机构，以驱动主动关节组件200A转动。第二主驱动丝410a的远端设置于其驱动的主动关节组件200a中位于远端的连接单元100上，近端用于连接驱动机构。其中，位于主动关节组件200A远端的连接单元100，不包括形成该主动单元的连接单元100。并且，第一主驱动丝410A驱动的主动关节组件200A独立于设置第一主驱动丝410A的连接单元100与连接组件10近端的连接单元100之间的其余关节组件转动。

需要说明的是，第一主驱动丝与第二主驱动丝驱动也可以驱动同一个关节组件，此时该关节组件具有两个自由度。其他实施例中，也可以省略第二主驱动丝，此时，主动关节组件均通过第一主驱动丝驱动，例如，两个主动关节组件的均通过第一主驱动丝驱动，且驱动丝的远端均设置于位于两个主动关节组件远端的连接单元上，此时两个主动关节组件的旋转轴相异。

如图12所示，一实施例中，近端的主动关节组件200A通过第一主驱动丝410A驱动，远端的主动关节组件200a通过第二主驱动丝410a驱动。其中，两个主动关节组件的旋转轴非平行设置，即连接组件10具有两个自由度。具体的，第一主驱动丝410A、第二主驱动丝410a的远端均设置于远端的主动关节组件200a的连接单元100上。当近端的主动关节组件200A转动时，其并不会带动远端的主动关节组件200a转动，同理当远端的主动关节组件200a转动时，并不会带动近端的主动关节组件200A转动。其他实施例中，第一主驱动丝410A、第二主驱动丝410a也可以设置于不同的连接单元100上。

如图13所示，一实施例中，连接组件包括四个依次连接的连接单元100，以及三个主动关节组件，位于近端的主动关节组件200A通过第一主驱动丝410A驱动，位于中间及远端的主动关节组件200a通过第二主驱动丝410a驱动。其中，多个主动关节组件的旋转轴平行设置。具体的，第一主驱动丝410A设置于连接组件10中远端的连接单元100上，即远端主动关节组件中位于远端的连接单元100上。当第一主驱动丝410A驱动近端的主动关节组件转动时，第二主驱动丝420B锁定位于中间及远端的主动关节组件，以使近端的关节组件独立于另外两个关节组件转动。

需要说明的是，前述各实施例中的主动关节组件均可通过主驱动丝驱动。例如，关节组件中包括两个耦合的第一关节组件210，两个第一关节组件210均为主动关节组件，并通过第一主驱动丝410A驱动。又如，关节组件中包括两组第一关节组件210，每组中具有两个耦合的第一关节组件210，且至少其一为主动关节组件，其中，第一组第一关节组件210中的主动关节组件通过第一主驱动丝410A驱动，第二组第一关节组件210中的主动关节组件通过第二主驱动丝410a驱动，此处不再复述。

如图14所示，一实施例中，连接组件10还包括与至少一个主动关节组件200A耦合的随动关节组件200B，驱动丝包括驱动随动关节组件200B的从驱动丝420。具体的，从驱动丝420为定长驱动丝，其一端设置于该随动关节组件200B中远端的连接单元100上，另一端设置于与其耦合的主动关节组件200A中的位于近端的连接单元100上。

其他实施例中，从动丝420的一端也可以设置于位于随动关节组件200B远端的连接单元100上，另一端也可以设置于位于主动关节组件200A近端的连接单元100上。

需要说明的是，当关节组件包括三个或三个以上连接单元时，主驱动丝及/或从驱动丝依次穿设其驱动的连接单元，并驱动其转动。如图15所示，一实施例中，主动关节组件200a包括三个连接单元100，驱动其转动的主驱动丝410a依次穿设三个连接单元100，并设置于该主动关节组件200a中远端的连接单元100上。其他实施例中，与随动关节组件耦合的一个主动关节组件包括三个连接单元，此时，驱动随动关节组件的从驱动丝设置于与其耦合的主动关节组件中近端或者中间的连接单元上。

一实施例中，关节组件通过两根或三根驱动丝驱动，即每个主动关节组件通过两根或者三根主驱动丝驱动其转动，每个随动关节组件通过两根或者三根从驱动丝驱动其转动。其中，驱动同一个关节组件的驱动丝，设置于同一个连接单元100上，如图12至图15所示驱动同一个主动关节组件的多根驱动丝的远端均设置于同一个连接单元100上，如图14所示驱动同一个随动关节组件的多根驱动丝的近端设置于同一个连接单元100上，远端也设置于同一个连接单元100上。其他实施例中，驱动同一个关节组件的多根驱动丝也可以设置于不同的连接单元100上，只要保证其能够正常工作即可。需要说明的是，驱动丝既可以通过驱动连接单元进而驱动关节组件转动，也可以通过驱动转动部进而驱动关节组件转动，其中转动部将在下文中详述。

如图16至图17所示，其为本发明连接组件10关节组件不同实施例的结构示意图。

关节组件200还包括转动部230，用于连接相邻的连接单元100。具体地，转动部230包括两个转动轴231，及连接转动轴的连接件232，两个转动轴分别位于其连接的相邻的两个连接单元100上，以使相邻两个连接单元100通过两个转动轴231转动。其中，转动轴231既可以形成于连接单元上，也可以独立设置，两个转动轴既可以彼此耦合，也可以为非耦合关系。其他实施例中，也可以省略连接件232，此时无需连接件232。需要说明的是，当关节组件包括多个连接单元时，转动部为多个，用于连接多个连接单元。

相比相邻两个连接单元仅通过一个转动轴转动的连接组件，上述关节接组件200转动更加稳定，且寿命更长。

其他实施例中，转动部也可以仅具有一个转动轴，此时，省略连接件232。或者，关节组件中部分转动部具有两个转动轴，部分转动部具有一个转动轴。

本实施例中，关节组件中相邻两个连接单元上的两个转动轴231平行设置。其他实施例中，关节组件中相邻两个连接单元上的两个转动轴231也可以非平行设置，例如两个转动轴231之间的夹角为5度～45度。非平行设置的转动轴231进一步增大了连接组件10的活动范围。

关节组件200的转动角度为关节组件中多个转动轴231转动角度之和。一实施例中，关节组件包括两个连接单元，关节组件的转动角为两个转动轴转动角度之和，其中，两个转动轴231转动时转动角度相同，即关节组件200转动时，其每个转动轴231的转动角度为关节组件200转动角度的一半。其他实施例中，连接相邻两个连接单元的两个转动轴231转动时转动角度相异。

当关节组件200包括两个耦合的第一关节组件210，且第一关节组件210具有两个连接单元时，两个第一关节组件210中的转动轴231对应耦合，耦合的两个转动轴231转动角度相同，方向相反。具体的，耦合的第一关节组件中，位于近端关节组件的近端转动轴231与位于远端关节组件的远端转动轴231耦合，近端关节组件的远端转动轴231与远端关节组件的近端转动轴231耦合。当关节组件200包括耦合的两个第二关节组件，且第二关节组件210具有两个连接单元时，两个第二关节组件相应的转动轴231对应耦合，耦合的转动轴231转动角度成比例，方向相同。

需要说明的是，当一个关节组件通过多个驱动丝驱动时，若该关节组件200转动，则驱动该关节组件200的各驱动丝长度变化相同。例如，如图14所示，主动关节组件200A通过两根第一主驱动丝410A驱动，当位于上方的第一主驱动丝410A缩短以使转动单元100朝向该侧旋转时，位于下方第一主驱动丝410A相应伸长相同的长度。同理，驱动关节组件200B的两根从驱动丝420在转动时长度变化相同。具体的，本实施例中，连接件使两个转动轴231之间的距离恒定，驱动同一个关节组件200的驱动丝相对于连接件对称设置。

如图17所示，一实施例中，关节组件200还具有与关节组件200中的连接单元100均连接的加强轴240。其中，加强轴形成于关节组件200中的一个连接单元100上，与其相邻的连接单元100具有与其匹配的凹槽，以与其配合连接。其他实施例中，加强轴240也可以为独立部件。

进一步地，如图18所示，连接单元100具有主体110及位于主体110上的连接区120，转动部将相邻两个所述连接单元100的连接区120转动连接，以使关节组件转动。本实施例中，主体110与连接区120一体成型；其他实施例中，主体110与连接区120也可以非一体成型，例如，连接区焊接于主体上，或者粘贴于主体上。

其中，各连接单元100的主体110长度既可以相同，也可以相异。例如，耦合的两个第一关节组件210中，其中一个第一关节组件210中的一个连接单元100的主体110长度大于其他连接单元100的主体110长度，且主体110长度较长的连接单元100为非近端的连接单元100，以增加远端的平移范围。其他实施例中，也可以通过连接管连接相邻两个连接单元，以延长增加关节转动后远端连接单元的移动范围。此外，各连接单元100的结构既可以相同也可以相异，以适应不同需求。

需要说明的是，为方便理解，图7、图8、图11、图14、图15中虚线仅示意性地指示关节组件，关节组件包括形成该关节组件的各连接单元的主体及连接区。

如图19所示，一实施例中，至少一个关节组件具有两个或两个以上自由度。具体地，两组耦合的第一关节组件中，包括三个关节组件，其中一个关节组件为随动关节组件200B，具有两个自由度，另外两个关节组件为主动关节组件200A，均具有一个自由度，并且两主动关节组件转动方向正交。两组耦合的关节组件均包括该随动关节组件，即第一组关节组件包括一个主动关节组件和随动关节组件，第二组关节组件包括另一个主动关节组件和随动关节组件。两组耦合的关节组件共用同一个随动关节组件，当任意一个主动关节组件转动时，其均能相应转动，随动关节组件具有两个自由度，一方面能够缩短连接组件10的长度，另一方面由于其与两个具有一个自由度的主动关节组件耦合，还够保证随动关节组件的转动精度。需要说明的是，具有两个或两个以上自由度的关节组件也可以为主动关节，其中，各自由度的运动均通过驱动机构驱动；或者具有两个或两个以上自由度的关节组件其至少一个自由度的运动通过驱动机构驱动。

如图20所示，一实施例中，连接组件10中的一个连接单元101与多个连接单元100相连接，此时，该连接单元101的一端具有两组连接区120，分别与两个连接单元100的连接区连接。当连接单元101为耦合的第一关节组件中远端的连接单元时，与其远端连接的两个连接单元，在耦合的第一关节组件转动时，姿态均保持不变。

如图21、图22所示，其他实施例中，连接组件中的连接单元也可以省略连接区120，此时，连接单元可为盘状结，多个连接单元100通过驱动丝依次连接。

具体的，连接组件10包括：多个连接单元100以及驱动丝400。其中，驱动丝400将多个连接单元100依次连接，至少两个连接单元100形成可弯曲的关节组件200。驱动丝400为具有一定的刚性的弹性金属丝，能够实现拉力推力的传递，也能实现自身的弯曲。图21中的关节组件包括两个连接单元，图22中的关节组件包括四个连接单元100。

关节组件200可包括第一关节组件、第二关节组件、第三关节组件中至少其一。各关节组件的相关内容与上述各实施例相似，此处不再复述。

本实施例中，主动关节组件200a通过主驱动丝410a驱动其转动。具体的，主驱动丝410a的远端设置于其驱动的主动关节组件200a中位于远端的连接单元100上，近端用于连接驱动机构，主驱动丝410a通过驱动主动关节组件中的连接单元100运动，从而驱动主动关节组件200a弯曲。

随动关节组件200B通过从驱动丝420驱动其转动。其中，从驱动丝420的远端设置于其驱动的随动关节组件200B中位于远端的连接单元100上，近端设置于驱动其转动的主动关节组件200a中位于近端的连接单元100上，驱动其转动的主动关节组件200a位于随动关节组件200B的近端。当随动关节组件200B与多个主动关节组件200A耦合时，从驱动丝420的近端设置于多个主动关节组件中位于近端的主动关节组件上。

如图23至图24所示，其分别为本发明连接组件不同实施例的结构示意图。

一实施例中，连接组件还包括骨架500，其连接多个连接单元100，用于保持多个连接单元100之间的间距。

如图23所示，骨架500包括柔性杆，柔性杆穿设多个连接单元100，并随关节组件200可弯曲。具体的，多个连接单元100设置于柔性杆上，当驱动丝400驱动连接单元转动时，柔性杆随连接单元弯曲。其中，多个连接单元既可以与柔性杆固定连接件，也可以活动设置于连接杆上，以在保证多个连接单元之间间距的同时，减小柔性杆的弯曲程度，进而减小弯曲时的阻力。

一实施例中，骨架包括钢丝，其与柔性杆相似，此处不再复述。需要说明的是，本实施例中，驱动丝也可以为钢丝。

一实施例中，如图24所示，骨架500包括弹性件，弹性件的两端分别连接相邻的两个连接单元100。具体的，相邻两个连接单元100之间设有多个弹性件，多个弹性件相对于连接组件的轴线对称设置。本实施例中，两个连接单元之间设有两个弹性件。

图25、图26所示，其分别为本发明不同实施例的局部结构示意图。

驱动机构91包括驱动部600及滚轮610，其中，驱动部600驱动滚轮610转动，驱动丝400设置于滚轮610上，以使驱动部600驱动连接组件运动。其他实施例中，也可以省略驱动机构内的滚轮610，此时驱动丝与驱动部直接连接。

如图25所示，一实施例中，一个驱动部600驱动一个滚轮610转动，该滚轮610上设置多根驱动丝。具体的，滚轮610具有不同的直径区域，多个直径区域的直径相异，并且均设置一驱动丝，即一驱动丝缠绕于该直径区域。这样，能够驱动耦合的多个关节组件转动，其中多个耦合的关节组件的转动角成比例，例如驱动第二关节组件。其他实施例中，一个直径区域上也可以设置多根驱动丝，以驱动对应的关节组件。

驱动丝400既可以顺时针缠绕于滚轮610上，也可以逆时针缠绕于滚轮610上，本实施例中，设置于滚轮610不同直径区域上的驱动丝400缠绕方向不同，当滚轮610转动时，若顺时针缠绕的驱动丝释放长度，则逆时针缠绕的驱动丝缩短长度。其中释放长度指令驱动丝缠绕于滚轮610上的部分长度变短，非缠绕部分长度变长；缩短长度指令驱动丝缠绕于滚轮610上的部分长度变长，非缠绕部分长度变短。例如，两个耦合的第一关节组件均为主动关节组件，其驱动丝均缠绕于滚轮的相同直径区域，且缠绕方向相反，进而当驱动丝驱动两个第一关节组件转动时，两个第一关节组件转动角相同，方向相反。又如，一个关节组件通过两根驱动丝驱动，其均缠绕于滚轮的相同的直径区域，缠绕方向相反，此时当该关节组件转动时，两根驱动丝一根伸长一根缩短，以保证其稳定旋转。

如图26所示，一实施例中，一个驱动部600驱动多个滚轮610转动，多个滚轮610的转动方向相同，转动轴平行。其中，驱动部600通过传动组件620驱动多个滚轮610转动，具体的，传动组件620为齿轮机构，每个驱动部600的端部均与传动组件620中的一个主齿轮相连接，以驱动与主齿轮啮合的从齿轮转动，从齿轮与滚轮610连接，以带动滚轮转动。其他实施例中，同一个驱动部600驱动的多个滚轮610转动方向也可以相反，并且多个滚轮610的转动轴也可以非平行设置，或者部分平行部分非平行。

上述驱动机构，简化了对连接组件10的控制，且令驱动机构内部结构更加紧凑，减小驱动机构的体积。

如图27所示，其为本发明一实施例的局部结构示意图。

操作臂3包括：末端器械20、连接组件10及第一驱动单元30。其中，末端器械20的远端用于执行操作，近端与连接组件10的远端旋转连接；第一驱动单元30的远端连接末端器械20，并驱动末端器械20相对连接组件10旋转，以使末端器械20基本沿第一驱动单元30的轴向旋转，即末端器械的旋转轴与第一驱动单元轴向同轴或平行；连接组件为上述任意一实施例的连接组件。

本实施例中，第一驱动单元30沿连接组件10的轴向穿设连接组件10，并随连接组件10可弯曲。例如，第一驱动单元30为可弹性弯曲的钢杆；再如，第一驱动单元30为多个钢丝编织或缠绕而成的钢杆。当第一驱动单元30转动时，与其连接的末端器械20随之旋转。其他实施例中，第一驱动单元也可以为其他结构。

如图28至图30所示，操作臂3还包括驱动齿轮组40，其主动齿轮41固定设置于第一驱动单元30的远端，其从动齿轮42驱动末端器械20转动。当第一驱动单元30转动时，其驱动主动齿轮41旋转，进而驱动从动齿轮42旋转，以驱动末端器械旋转。

具体的，图28中驱动齿轮组40为行星齿轮机构，各齿轮的转轴均与第一驱动单元30的远端平行，其中，主动齿轮41为太阳轮，从动齿轮42为行星齿轮，齿轮圈43设置于连接组件10远端的连接单元100上，或者远端的连接单元100内设置齿轮圈，即连接单元100具有齿轮圈结构。从动齿轮42与末端器械20固定设置，以使末端器械20随从动齿轮42旋转。本实施例中，从动齿轮42为多个，相对于主动齿轮41对称设置，主动齿轮41与第一驱动单元30同轴。其他实施例中，从动齿轮也可以仅为一个。

图29中驱动齿轮组40中的各齿轮均为锥齿轮，其中，主动齿轮41与第一驱动单元30的远端同轴，第一从动齿轮42A的旋转轴与主动齿轮41垂直，第二从动齿轮42B的旋转轴与主动齿轮41平行或同轴，并且末端器械20固定设置于第二从动齿轮42B上。具体的，第一从动轮42A为多个，并相对主动齿轮41对称设置，第二从动齿轮42B为一个，与多个第一从动齿轮42A啮合，当主动齿轮41驱动第一从动齿轮42A转动时，第一从动齿轮42A驱动第二从动齿轮42B转动，进而驱动末端器械20转动。其他实施例中，第二从动齿轮也可以为多个，多个第二从动齿轮共同驱动末端器械。

如图30所示，一实施例中，也可以省略第二从动齿轮，此时，末端器械20的旋转轴与第一从动齿轮42A的旋转轴平行或同轴，与主动齿轮41的旋转轴垂直。具体的，第一驱动单元30包括驱动杆31、器械驱动丝32。其中，驱动杆31一端设置于主动齿轮上，另一端转动设置于连接组件上；器械驱动丝32沿连接组件10延伸，其远端设置于驱动杆31上，近端设置于驱动机构上，以驱动所述驱动杆31转动，进而驱动主动齿轮41转动，例如，器械驱动丝32远端缠绕于驱动杆31上。

如图28所示，末端器械20包括连接部21及设置于连接部21上的两个夹持部22，其中，连接部21与连接组件10的远端连接，夹持部21用于执行相应操作。本实施例中，连接部21通过驱动齿轮组40与连接组件10相连接。具体的，连接部与从动齿轮固定连接，其中，连接部21为盘状结构，盘状结构上设有固定凸起，以与从动齿轮固定连接。其他实施例中，连接部也可以为连杆结构，其一端穿设从动齿轮，另一端设置于夹持部上。

进一步的，操作臂3还包括第二驱动单元50，用于驱动末端器械20开合。具体的，第二驱动单元50穿设连接组件10，其远端与末端器械20相连接。本实施例中，第一驱动单元30为中空结构，具有收容腔，第二驱动单元50穿设第一驱动单元30，收容于收容腔内，即连接组件10、第一驱动单元30、第二驱动单元50依次套设。此时，夹持部22的近端开设有滑槽23，两个滑槽均套设第二驱动单元的远端，以使第二驱动单元沿轴向移动时，驱动两个夹持部开启或闭合。

一实施例中，第一驱动单元、第二驱动单元均为驱动杆，驱动杆均随连接组件可弯曲。其他实施例中，第二驱动单元也可以为驱动丝，此时夹持部上设有复位机构，以使驱动丝驱动其开启或闭合后复位。

如图31、图32所示，其分别为本发明操作臂不同实施例的局部结构示意图。

操作臂3包括：末端器械20、连接组件10及第一驱动单元30。其中，末端器械20开设有螺旋槽24，且末端器械20与连接组件10旋转连接；第一驱动单元30的远端收容于螺旋槽24内，以驱动末端器械20旋转，令末端器械20基本沿第一驱动单元30远端部分的轴向旋转。具体的，当第一驱动单元30沿轴向运动时，其远端在螺旋槽24内滑动，并驱动末端器械20转动。

末端器械20包括连接部21及设置于连接部上的两个夹持部22。其中，连接部具有柱状结构及连接盘，连接盘与连接组件10的远端连接，螺旋槽24开设于连接部21的柱状结构上，以使连接部被第一驱动单元30驱动旋转；夹持部22设置于连接部21上，并随连接部21旋转。

如图31所示，一实施例中，连接部21套设第一驱动单元30，以令第一驱动单元驱动连接部转动。例如，螺旋槽24为通槽，以使第一驱动单元30的远端从连接部21内伸出螺旋槽24，并收容于螺旋槽24内。再如，螺旋槽设置于连接部的内表面上，第一驱动单元的远端收容于螺旋槽内。

如图32所示，一实施例中，第一驱动单元30从末端器械20的外部驱动其转动。具体的，第一驱动单元30为驱动杆，其远端从连接部21的外部延伸至连接部的螺旋槽24内，且第一驱动单元30的轴向与末端器械20的旋转轴平行间隔设置，此时螺旋槽设置于连接部的外表面上，或者为通槽结构。

上述实施例中，第一驱动单元30为驱动杆，其远端具有弯折，以收容于螺旋槽内，其他实施例中，第一驱动单元也可以为其他结构。如图33所示，一实施例中，第一驱动单元30包括依次连接的滑块33、连接丝，以及第一驱动单元主体35。其中，滑块33收容于螺旋槽24内，当第一驱动单元主体35沿轴向将滑块33拉向近端时，连接丝张紧，并通过滑块33驱动末端器械旋转。此时，操作臂还包括与滑块33连接的复位件60，第一驱动单元的主体35将滑块33拉到近端后，需向远端移动滑块33时，复位件60使滑块朝向远端移动。本实施例中，复位件为弹簧，具体的弹簧一端设置于连接组件上，一端设置于滑块上，当滑块朝向近端移动时，弹簧压缩。

需要说明的是，第一驱动单元也可以省略第一驱动单元主体，此时，通过连接丝驱动滑块朝向近端移动。此外，其他实施例中，也可以省略连接丝，此时滑块直接设置于第一驱动单元的主体上。

进一步地，操作臂还包括用于驱动末端器械开合的第二驱动单元，其结构与上述各实施例相同，此处不再复述。需要说明的是，图31至图33所示实施例中，第二驱动单元无需穿设第一驱动单元，其与第一驱动个单元并列设置。

如图34所示，其为本发明操作臂一实施例的结构示意图。

操作臂3包括：末端器械20、连接组件10及旋转驱动丝70。其中，连接组件10的远端与末端器械20旋转连接；旋转驱动丝70缠绕于末端器械20上，且用于连接驱动机构，以驱动末端器械20相对连接组件10转动。当驱动机构驱动旋转驱动丝70沿连接组件10的轴向运动时，旋转驱动丝70驱动末端器械20转动。例如，末端器械20沿连接组件10的轴向旋转。

末端器械20包括：连接部21以及夹持部22，其中，连接部21与连接组件22的远端旋转连接，旋转驱动丝70缠绕于连接部21上；夹持部22设置于连接部21上，以随连接部21旋转。具体的，远端连接单元的侧壁上设有凹槽，连接部21的边沿收容于凹槽内，并沿凹槽滑动，以使连接部相对该连接单元100转动。例如，连接部21具有连接盘21A以及设置于连接盘21A上的绕线件21B，连接盘的周缘收容于凹槽内，旋转驱动丝70缠绕于绕线件上。

操作臂3还包括相对连接组件10远端静止的滑轮80。例如，滑轮80设置于连接组件10远端的连接单元上。其中，滑轮80临近末端器械10设置，且滑轮80的旋转轴与末端器械10的旋转轴垂直，即与连接部21的旋转轴垂直，以使沿连接组件延伸的旋转驱动丝70改变方向，缠绕于末端器械的连接部上。

本实施例中，滑轮80为两个，旋转驱动丝为一根，两个滑轮80的旋转轴平行，旋转驱动丝70的两端分别经过两个滑轮80，以驱动末端器械20的连接部21沿其旋转轴正向或反向旋转。其他实施例中，驱动丝也可以为两根，两根驱动丝均一端设置于驱动机构上，另一端固定设置于末端器械上，并且两个驱动丝分别经过两个滑轮中对应的滑轮。

其他实施例中，滑轮也可以为其他数量；或者也可以省略滑轮，此时延伸至末端器械的旋转驱动丝直接缠绕于连接部上。

一实施例中，操作臂还包括用于驱动末端器械20执行操作的第二驱动单元，其远端与末端器械相连接，且第二驱动单元穿设连接组件。其中，第二驱动单元与前述各实施例中的第二驱动单元结构相似，此处不再复述。需要说明的是，第二驱动单元穿设末端器械缠绕旋转驱动丝的区域，即穿设连接部。

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。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种具有转动部的连接组件，其特征在于，包括：

多个相同的连接单元，依次连接，至少两个所述连接单元形成可转动的关节组件，所述关节组件包括至少两个耦合的主动关节组件，耦合的所述主动关节组件相邻设置，且耦合同一个所述连接单元；所述关节组件还包括与其中一个所述主动关节组件耦合且转动方向相同的随动关节组件，与所述随动关节组件耦合的所述主动关节组件用于对所述随动关节组件的转动进行补偿；每个所述连接单元具有主体以及设于所述主体上的连接区，相邻的两个所述连接单元的所述连接区接触；

多个转动部，每个所述转动部连接相邻的两个所述连接单元，至少一个所述转动部包括两个非耦合的转动轴以及连接两个所述转动轴的连接件，所述两个非耦合的转动轴，分别位于其连接的两个所述连接单元上的所述连接区，所述连接单元沿与其对应的所述转动轴转动，以使所述关节组件转动。

2.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述转动部的两个所述转动轴平行设置。

3.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述转动部的两个所述转动轴非平行设置。

4.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，两个所述转动轴转动时转动角度相同。

5.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，两个所述转动轴转动时转动角度相异。

6.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述关节组件转动角度为该所述关节组件中多个所述转动轴转动角度之和。

7.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，每个所述关节组件包括两个所述连接单元及一个所述转动部，两个所述转动部均包括两个所述转动轴，两个所述关节组件中的所述转动轴对应耦合。

8.根据权利要求7所述的连接组件，其特征在于，耦合的所述关节组件中对应耦合的两个所述转动轴转动角度相同，方向相反。

9.根据权利要求7所述的连接组件，其特征在于，耦合的所述关节组件中对应耦合的两个所述转动轴转动角度成比例，方向相同。

10.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述连接组件还包括用于驱动所述关节组件转动的驱动丝，所述关节组件转动时，驱动相同所述关节组件的所述驱动丝长度变化相同。

11.根据权利要求10所述的连接组件，其特征在于，所述驱动丝相对于所述连接件对称设置。

12.一种操作臂，其特征在于，包括权利要求1至11任一项所述的连接组件以及末端器械，所述末端器械设置于所述连接组件中远端的所述连接单元上。

13.一种手术机器人，其特征在于，包括：主操作台及从操作设备，

所述主操作台用于根据医生的操作向所述从操作设备发送控制命令，以控制所述从操作设备，

所述从操作设备用于响应主操作台发送的控制命令，并进行相应的操作，

所述从操作设备包括：机械臂、设置于所述机械臂上的动力机构、设置于所述动力机构上的权利要求12所述的操作臂，所述机械臂用于调节所述操作臂的位置，所述动力机构用于驱动所述操作臂执行相应操作，所述操作臂用于伸入体内，并执行手术操作。

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