CN111134847B - 操作组件及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种操作组件，应用于手术机器人中；操作组件包括操作手、传动机构、驱动机构以及控制器，驱动机构通过传动机构连接于操作手；控制器分别电性连接于驱动机构以及手术机器人中的传感器；控制器能够根据传感器对手术机器人中的执行组件所受到的环境力及/或环境力矩的检测结果，控制驱动机构运动并通过传动机构力学反馈至操作手处。本发明提供的操作组件，利用控制器将传感器对手术器具所受到的环境力及/或环境力矩的检测结果，将环境力及/或环境力矩的检测结果反馈至操作手处，从而使得医生在对操作手进行运动控制时能够受到驱动机构所带来的力学反馈，有助于提高整台手术的医疗效果。

Description

操作组件及手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种操作组件及手术机器人。

背景技术

微创手术的诞生在很大程度上克服了传统外科手术存在的刀口大、出血量大、并发症多以及手术风险大等缺陷。微创手术因为近年来的迅猛发展正逐步获得医务人员与患者的青睐，成为目前医学研究与临床应用的新兴领域。

通过手术机器人来辅助医生进行微创手术能够使得手术操作更为灵敏与精确。以达芬奇手术机器人为例，达芬奇手术机器人可以将医生的视野放大十倍，同时有效滤除医生的手部颤动，在微创手术领域具有广泛的临床应用。

适用于手术机器人的手术机械臂需要带动手术器具执行手术操作，而手术器具在使用时需要通过伸入皮肤表面上开设的微小创口来实现达到患者体内。这就要求手术器具以稳定、无颤动的状态将皮肤表面上开设的微小创口作为不动点执行手术操作。而目前的适用于手术机器人的手术机械臂，在临床表现上尚不能完全满足使用要求，尤其是缺少对手术器具所执行的手术操作在力学上的检测，更无法使得医生获取病变组织在手术操作下对手术器具的力学反馈，从而降低了医生在手术操作时的精准度。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种改进的操作组件及手术机器人，该操作组件能够将病变组织在手术操作下对手术器具的力学作用反馈至医生处，提高医生与人体组织的交互能力以及医生在手术操作时的精准度。

本发明提供一种操作组件，应用于手术机器人中；所述操作组件包括操作手、传动机构、驱动机构以及控制器，所述驱动机构通过所述传动机构连接于所述操作手；所述控制器分别电性连接于所述驱动机构以及所述手术机器人中的传感器；

所述控制器能够根据所述传感器对所述手术机器人中的执行组件所受到的环境力及/或环境力矩的检测结果，控制所述驱动机构运动并通过所述传动机构力学反馈至所述操作手处。

进一步地，所述控制器根据所述传感器的检测结果，以成比例放大的方式将所述环境力及/或环境力矩反馈至所述操作手处。

进一步地，所述控制器根据所述传感器的检测结果，以1至3倍的放大倍数将所述环境力及/或环境力矩反馈至所述操作手处。

进一步地，所述操作组件的主动行程与所述手术机器人中的手术机械臂的响应行程之间存在行程缩放倍数；所述控制器对所述环境力及/或环境力矩的放大倍数，等同于所述操作组件与所述手术机械臂之间的行程缩放倍数。

进一步地，所述操作组件还包括第二静平台以及第二动平台，所述驱动机构安装于所述第二静平台上，所述操作手安装于所述第二动平台上；所述传动机构包括多个传动支链，每个所述传动支链的两端分别转动连接于所述驱动机构以及所述第二动平台；

所述驱动机构能够控制所述传动支链伸缩，以通过所述第二动平台带动所述操作手运动。

进一步地，所述驱动机构包括至少三个驱动件，三个所述驱动件均安装于所述第二静平台上并且分别转动连接于三个所述传动支链；

三个所述驱动件通过控制所述传动支链折叠转动来带动所述第二动平台运动，并将所述环境力及/或环境力矩反馈至所述操作手处。

进一步地，每个所述传动支链均包括摆动杆、传动杆以及连接于所述传动杆的至少两个万向铰，每个所述传动支链中的摆动杆均固定连接于所述驱动件，所述传动杆转动连接于所述摆动杆，两个所述万向铰之间相互连接并且两个所述万向铰中的一个连接于所述第二静平台。

进一步地，每个所述驱动件与对应所述摆动杆之间的三个转动连接处，以等边三角形的方式排列布设。

进一步地，三个所述驱动件与对应所述摆动杆之间的三个转动连接处，以直角等腰三角形的方式排列布设。

本发明提供的操作组件，利用控制器将传感器对手术器具所受到的环境力及/或环境力矩的检测结果，将环境力及/或环境力矩的检测结果反馈至操作手处，从而使得医生在对操作手进行运动控制时能够受到驱动机构所带来的力学反馈，从而提高了医生在手术操作过程中与力学信息的交互，操作组件对真实手术操作的模拟程度提高，有助于提高整台手术的医疗效果。

本发明还提供一种手术机器人，包括手术机械臂以及操作组件，所述手术机械臂包括执行组件以及传感器，所述传感器连接于所述执行组件并用于感测所述执行组件所受到的环境力及/或环境力矩；所述操作组件为权利要求1至9任意一项所述的操作组件。

进一步地，所述手术机械臂包括连接于所述执行组件的远心操控组件，所述执行组件包括执行杆及设置于所述执行杆相对远离所述远心操控组件一端的手术器具；所述远心操控组件上设置有转动驱动件以及传感器，所述转动驱动件连接于所述执行杆中相对靠近所述远心操控组件的一端并能够驱动所述执行杆与所述手术器具沿所述执行杆的轴向同步转动；所述传感器连接于所述执行杆并用于检测所述手术器具受到的环境力及/或环境力矩。

进一步地，所述手术机械臂包括连接于所述远心操控组件的术前摆位组件，所述远心操控组件包括静平台以及连接于所述静平台并能够相对所述静平台运动的第一动平台；所述静平台连接于所述术前摆位组件，所述第一动平台连接于所述执行杆；

所述传感器安装于所述第一动平台或者所述手术机械臂中相对位于所述第一动平台前端的器件中。

进一步地，所述手术机械臂还包括用于驱动所述手术器具运动的控制驱动件，所述执行杆安装于所述控制驱动件上，所述控制驱动件安装于所述传感器上；所述转动驱动件能够驱动所述传感器、所述控制驱动件、所述执行杆以及所述手术器具沿所述执行杆的轴向同步转动；

所述传感器通过检测所述执行杆以及所述控制驱动件的整体受力状态来获得所述手术器具的环境力及/或环境力矩。

本发明提供的手术机器人在手术操作的执行上具有较佳的操作体验，有利于医生进行手术操作，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明第一个实施方式中操作组件的结构示意图，

图2为图1所示操作组件在另一视角下的结构示意图。

图3为本发明一个实施方式中手术机械臂的结构示意图。

图4为图3所示手术机械臂中远心操控组件的结构示意图。

100、操作组件；10、操作手；20、传动机构；21、传动支链；211、摆动杆；212、传动杆；213、万向铰；30、驱动机构；31、驱动件；40、第二静平台；50、第二动平台。

200、手术机械臂；210、术前摆位组件；220、远心操控组件；230、执行组件；2211、移动臂；2212、伸缩臂；221、第一静平台；222、第一动平台；223、第一伸缩元件；231、执行杆；232、手术器具；241、转动驱动件；242、传感器；243、控制驱动件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接装设在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

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

请一并参阅图1至图2，图1为本发明第一个实施方式中操作组件100的结构示意图，图2为图1所示操作组件100在另一视角下的结构示意图。

本发明提供一种操作组件100，其用于达芬奇手术机器人中。本实施方式中，操作组件100供医生进行手术操作，从而使得医生能够以微创的方法实施复杂的外科手术。可以理解，在其他实施方式中，操作组件100还可以应用于其他医疗器械中以协助医生进行外科手术。

达芬奇手术机器人包括操作组件100、手术机械臂以及图像处理设备，操作组件供医生进行主动控制操作，操作组件与手术机械臂耦合并能够将医生的主动控制操作传递至手术机械臂处；手术机械臂能够响应操作组件上的医生控制操作，并对应执行随动手术动作从而对患者进行微创手术，手术机械臂的运动轨迹及手术过程能够通过内窥镜传递至图像处理设备中；图像处理设备能够实时呈现内窥镜窥视的画面，还能够将内窥镜窥视的画面放大，使得医生的手术视野更加清晰。

操作组件包括操作手10。医生可以通过操作手10来控制手术机械臂进行定位。操作手10可以借助软件算法来滤除医生手部的微颤动，还能够同比缩小医生手部的移动距离，配合图像处理设备中放大的内窥镜画面，能够大幅提高医生眼手协调的程度，从而保证手术精确度。

图像处理设备耦合于内窥镜，能够实时呈现内窥镜窥视的画面，并且在必要时可以放大内窥镜窥视的画面，放大倍数可以根据不同手术需求进行调整。可以理解的是，当调整内窥镜放大倍数后，医生可以同步调整主控制器中医生手部移动距离在同比缩小时的倍数，使得内窥镜的放大倍数与主控制器同比缩小时的倍数相适，最大程度保证医生眼手协调的程度，提高手术的精准度。

内窥镜至少具有照明功能及图像采集功能。内窥镜可以为三维镜头，以与人眼直视时的画面保持基本一致；同时内窥镜选用三维镜头所拍摄出的画面清晰度高，能够供图像处理设备进行后续放大处理。

请一并参阅图3，图3为本发明一个实施方式中手术机械臂200的结构示意图。

手术机械臂200包括术前摆位组件210、远心操控组件220及执行组件230，远心操控组件220设置于术前摆位组件210与执行组件230之间；术前摆位组件210用于将执行组件230大致移动到靠近病灶处的位置；远心操控组件220用于控制执行组件230小幅度范围内运动；执行组件230用于执行手术操作。

具体地，术前摆位组件210能够驱动执行组件230进行大范围的位置调节。术前摆位组件210包括至少一个移动臂2211及/或至少一个伸缩臂2212，移动臂2211具有两个自由度，能够带动执行组件230进行平移及旋转；伸缩臂2212具有一个自由度，能够带动执行组件230进行平移。

远心操控组件220能够驱动执行组件230以远心不动点为摆动中心进行细微的位置调整。通常，远心操控组件220同时具有多个自由度，能够带动执行组件230进行灵活的手术操作。

执行组件230包括手术器具232，手术器具232位于执行组件230的端部，手术器具232能够通过自身的摆动、转动等动作进行微移动，以执行手术操作。手术器具232可以是电刀、镊、夹或钩，也可以是其他手术器械，在此不一一赘述。手术器具232通常为可拆卸地安装于执行组件230的端部，根据不同手术需要，或者根据同一台手术的不同手术阶段的需要，能够更换不同的手术器具232以完成不同的手术操作。

执行组件230还包括执行杆231，执行杆231的内部中空并连接于手术器具232；手术器具232位于执行杆231中相对远离远心操控组件220的一端上。手术机械臂200还包括转动驱动件241，转动驱动件241设置在远心操控组件220上；转动驱动件241连接于执行杆231并能够驱动执行杆231与手术器具232以整体运动的形式沿执行杆231的轴向同步转动。

手术机械臂200还包括传感器242，传感器242连接于执行杆231并用于检测手术器具232所受到的环境力及/或环境力矩。

需要额外说明的是，传感器242与执行杆231之间的相互连接，既可以是二者之间的直接接触，也即执行杆231直接接触于传感器242的测量面上；也可以是传感器242与执行杆231之间的间接接触，也即执行杆231连接于中间过渡元件，该中间过渡元件再直接接触于传感器242的测量面上，从而形成执行杆231连接于传感器242。

同样需要解释的是，本文所称的手术器具232所受到的环境力及/或环境力矩，是外部环境作用在手术器具232上的力及/或力矩，例如手术器具232在夹持时组织提供的反作用力等等；当具有多个力耦合在手术器具232上并形成力矩作用时，手术器具232将同时受到环境力与环境力矩的作用。

本实施方式中，传感器242为六轴力与力矩传感器，此时传感器242能够同步感测位于自身测量面上的手术器具232所受到的环境力及/或环境力矩。可以理解，当仅需要测量手术器具232所受到的环境力时，传感器242可以选择为力传感器；当仅需要测量手术器具232所受到的环境力矩时，传感器242可以选择为力矩传感器。

由于执行杆231与手术器具232的同步转动，位于执行杆231内部的连接线缆(图未示)将以整体的方式运动，避免了传统结构中连接线缆缠绕导致无法实现可靠力学传感器的弊端，从而使得传感器242能够实现对手术器具232所受到的环境力及/或环境力矩的精确测量。

请一并参阅图4，图4为图3所示手术机械臂200中远心操控组件220的结构示意图。远心操控组件220包括第一静平台221、第一动平台222以及设置于第一静平台221与第一动平台222之间的多个第一伸缩元件223，第一静平台221相对远离第一动平台222的一侧固定连接于术前摆位组件210，第一动平台222相对远离第一静平台221的一侧固定连接于执行组件230，每个第一伸缩元件223的两端均分别转动连接于第一静平台221与第一动平台222；执行组件230具有预设的远心不动点，多个第一伸缩元件223之间的协调伸缩能够控制第一动平台222相对第一静平台221运动并带动执行组件230伸缩及摆动，执行组件230的摆动中心为远心不动点，且执行组件230的伸缩路径穿过远心不动点。

此时，术前摆位组件210只需承担大致移动执行组件230的功能，而远心操控组件220实现对执行组件230的精准控制。因此术前摆位组件210中定位单元的数量能够相应的减少，从而减少多个定位单元误差和响应时长的累积，以提高手术的精度。

其次，远心操控组件220中多个第一伸缩元件223是并联设置而非串联设置，多个第一伸缩元件223的误差不仅不会累积传递，还可能存在相互抵消的现象。另外，由于每一个第一伸缩元件223之间均为独立驱动，多个第一伸缩元件223的响应时长不会累积传递。因此通过远心操控组件220实现对执行组件230的精准控制能够减小手术中的位移误差和缩短响应时长。

另一方面，由于远心操控组件220对执行组件230控制精度的提高，在与现有的达芬奇手术机器人相同精度的条件下，执行组件230能够承载的载荷更大，因此能够完成更加复杂的手术。另外，执行组件230在进行手术操作时，能够以远心不动点为摆动中心进行摆动，因此只需在患者皮肤表面开设一个微小的创口用于供执行组件230穿过即可，患者的创口小，术后恢复快。

第一伸缩元件223优选为电缸。作为优选，为了使得手术机械臂200向小型化发展，电缸为小型电缸，只要能够实现带动手术中的负载运动即可。

本实施方式中的传感器242安装在第一动平台222上或者安装在手术机械臂200中相对位于第一动平台222前端的器件中。

需要说明的是，传感器242安装在手术机械臂200中相对位于第一动平台222前端的器件中，指的是传感器242的安装位置位于第一动平台222相对远离术前摆位组件210的一侧，也即传感器242可以安装在执行杆231的杆体上或者直接在手术器具232上。

此时的传感器242相对手术器具232，不会受到第一伸缩元件223伸缩时的绕动干扰，在测量时的精确度有了极大的提高。

进一步地，转动驱动件241安装在第一动平台222上，传感器242安装在转动驱动件241，此时转动驱动件241能够驱动传感器242、执行杆231以及手术器具232均沿执行杆231的轴向相对第一动平台222同步转动。

转动驱动件241与传感器242选择安装在第一动平台222上，能够为转动驱动件241与传感器242的安装提供极大的便利，相比于传感器242安装在手术机械臂200中相对位于第一动平台222前端的器件的方案，在安装精度上有了极大的降低。

进一步地，手术机械臂200还包括用于驱动手术器具232运动的控制驱动件243，控制驱动件243用于控制手术器具232进行摆动或者咬合运动；此时执行杆231安装在控制驱动件243上，控制驱动件243安装在传感器242上；转动驱动件241在驱动执行杆231以及手术器具232沿执行杆231的轴向同步转动时，控制驱动件243将与驱动执行杆231以及手术器具232同步进行转动。

此时的传感器242通过检测执行杆231以及控制驱动件243所形成的整体的力学状态，来检测手术器具232受到的环境力及/或环境力矩。

如此设置，控制驱动件243与传感器242的同步转动将极大的有利于传感器242的安装要求，传感器242无需进行精准定位，仅需要保证传感器242与控制驱动件243在测量面上的耦合即可，相比于传感器242与执行杆231的耦合极大的减少了对装配的精度要求。

进一步地，手术机械臂200还包括安装平台(图未示)，控制驱动件243连接于传感器242，传感器242固定安装在安装平台上；此时转动驱动件241连接于安装平台并能够驱动安装平台转动，从而带动安装传感器242、控制驱动件243、执行杆231以及手术器具232以整体运动的方式沿执行杆231的轴向同步转动。

此时，安装平台将提供传感器242在安装上的巨大便利，有利于安装时便捷性的提升。

进一步地，转动驱动件241与安装平台分别位于第一动平台222的两侧。此时转动驱动件241与安装平台能够分设在第一动平台222的两个侧面上，有利于第一动平台222在运动过程中的重心保持，对运动稳定性是巨大的提升。

当然，在其他的实施方式中，转动驱动件241也可以与安装平台位于第一动平台222的同一侧，也即安装平台安装在转动驱动件241上，转动驱动件241再安装在第一动平台222上。

进一步地，第一动平台222上开设有避让孔(图未示)，转动驱动件241为电机，转动驱动件241的电机轴伸入避让孔内部并连接于安装平台，从而实现转动驱动件241对安装平台的转动驱动。

进一步地，控制驱动件243的数量至少为三个，该三个控制驱动件243中的两个，用于控制手术器具232朝向交错的两个不同方向偏转(摆动)，也即这两个控制驱动件243为手术器具232进行摆动运动的控制元件；该三个控制驱动件243中的一个，用于控制手术器具232进行张开与闭合。

进一步地，三个控制驱动件243之间以等边三角形的方式排布，也即三个控制驱动件243的各个中心之间围设形成等边三角形，且执行杆231的轴向穿过该等边三角形的中心。

此时三个控制驱动件243将以执行杆231的轴向为中心进行排布设置，三者之间的位置分布设计使得在运动过程中的动平衡性能能够被保持。

请再参阅图1至图2，操作组件100还包括传动机构20、驱动机构30以及控制器(图未示)，驱动机构30通过传动机构20连接于操作手10；控制器分别电性连接于手术机械臂200中的传感器242以及操作组件100中的驱动机构30；控制器能够接收传感器242对手术器具232所受到的环境力及/或环境力矩的检测结果，并能够控制驱动机构30带动传动机构20运动，进而驱动操作手10进行运动。

此时，控制器根据传感器242对手术器具232所受到的环境力及/或环境力矩的检测结果，将环境力及/或环境力矩的检测结果反馈至操作手10处。这使得医生在对操作手10进行运动控制时能够受到驱动机构30所带来的力学反馈，从而提高了医生在手术操作过程中与力学信息的交互，操作组件100对真实手术操作的模拟程度提高，有助于提高整台手术的医疗效果。

需要强调的是，本发明并不限制操作组件100仅能够与图示的手术机械臂200相匹配；可以理解，在其他的实施方式中，操作组件100还能够与其他结构的手术机械臂200相配合，只要该手术机械臂200上安装有能够对手术器具232所受到的环境力及/或环境力矩进行测量的传感器242即可。

进一步地，控制器对环境力及/或环境力矩的反馈，将以比例放大的方式将手术器具232所受到的环境力及/或环境力矩反馈至操作手10处，此时手术器具232所受到的环境力及/或环境力矩，将以放大的方式被医生感知到，这间接提高了医生的感知能力。

进一步地，在比例放大的方式下，控制器将手术器具232所受到的环境力及/或环境力矩反馈到操作手10处的具体倍数，优选为1至3倍。

此时医生既可以较为敏锐的感知到实际的力学信息，又可以避免过大的力学反馈使得医生产生操作阻碍，确保医生能够在较为适宜的环境中进行手术操作。

进一步地，在比例放大的方式下，控制器将手术器具232所受到的环境力及/或环境力矩反馈到操作手10处的具体倍数，匹配于手术机械臂200的行程缩放倍数。

行程缩放倍数，也即操作组件100的主动行程与手术机械臂200的响应行程之间的比值。例如操作组件100的主动行程为100mm，而手术机械臂200的响应行程为20mm，那么该行程缩放倍数即为5。行程缩放倍数即使达芬奇手术机器人进行医生运动的缩小和精细化控制的比例。

而当控制器对传感器242所检测到的环境力及/或环境力矩的放大倍数，等同于操作组件100与手术机械臂200之间的行程缩放倍数时，医生的手术操作的行程变化与力学上的反馈保持一致，有助于医生的沉浸式手术操作，手术操作的真实性进一步提升。

进一步地，操作组件100还包括第二静平台40以及第二动平台50，操作手10连接于第二动平台50，传动机构20包括多个均安装于第二静平台40上的传动支链21，每一个传动支链21的两端均分别转动连接于第二动平台50以及驱动机构30；驱动机构30能够控制多个传动支链21伸缩，从而带动第二动平台50运动。

当医生在进行手术操作时，驱动机构30对第二动平台50的控制作用将为医生的手动操作带来阻力，因此医生在驱动操作手10进行运动时能够感受到驱动机构30所带来的阻力，从而形成驱动机构30对传感器242所检测到的环境力及/或环境力矩的力学反馈。

本实施方式中，传动支链21的伸缩运动由两个元件之间的折叠转动实现。可以理解，在其他的实施方式中，传动支链21也可以由气缸等直线伸缩元件来实现，此时驱动机构30可以对应为气源。

进一步地，驱动机构30包括至少三个驱动件31，三个驱动件31均安装在第二静平台40上并且三个驱动件31的输出轴均连接于传动支链21；三个驱动件31通过控制对应的传动支链21进行折叠转动，从而带动第二动平台50运动并将所述环境力及/或环境力矩反馈至所述操作手处。

当需要反馈单一方向的环境力时，三个驱动件31中的一个可以运动；当需要反馈环境力矩时，三个驱动件31中的多个运转从而实现力的耦合。三个驱动件31的协调运转即可实现对境力及/或环境力矩的反馈。

进一步地，每个传动支链21包括摆动杆211、传动杆212以及连接于传动杆212的至少两个万向铰213，每个传动支链21均包括摆动杆211、传动杆212以及连接于传动杆212的至少两个万向铰213，每个传动支链21中的摆动杆211均固定连接于驱动件31，传动杆212转动连接于摆动杆211，两个万向铰213之间相互连接并且两个万向铰213中的一个连接于第二静平台40。

此时驱动件31将带动对应的摆动杆211摆动，从而带动摆动杆211与传动杆212之间翻转，从而控制传动支链21进行伸缩；每个传动支链21中的两个万向铰213使得第二动平台50能够实现相对转动运动。

进一步地，三个驱动件31与三个摆动杆211之间的三个转动连接处，以等边三角形的方式排列布设。

此时三个驱动件31与三个传动支链21之间形成对称式的分布，有利于驱动件31的控制解析。

同样的，三个驱动件31与三个摆动杆211之间的三个转动连接处，还可以以直角等腰三角形的方式排列布设。

此时三个驱动件31与三个传动支链21之间的分布形式也有利于驱动件31的控制解析。

本发明提供的操作组件100，利用控制器将传感器242对手术器具232所受到的环境力及/或环境力矩的检测结果，将环境力及/或环境力矩的检测结果反馈至操作手10处，从而使得医生在对操作手10进行运动控制时能够受到驱动机构30所带来的力学反馈，从而提高了医生在手术操作过程中与力学信息的交互，操作组件100对真实手术操作的模拟程度提高，有助于提高整台手术的医疗效果。

本发明还提供一种应用上述操作组件100以及手术机械臂200的手术机器人，本发明提供的手术机器人在手术操作的执行上具有较佳的操作体验，有利于医生进行手术操作，具有广泛的应用前景。

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。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围内。

Claims (11)

1.一种手术机器人，其特征在于，包括手术机械臂（200）以及操作组件（100）；

所述操作组件（100）包括操作手（10）、传动机构（20）、驱动机构（30）以及控制器，所述驱动机构（30）通过所述传动机构（20）连接于所述操作手（10）；所述控制器分别电性连接于所述驱动机构（30）以及所述手术机器人中的传感器（242）；

所述控制器能够根据所述传感器（242）对所述手术机器人中的执行组件（230）所受到的环境力及/或环境力矩的检测结果，控制所述驱动机构（30）运动并通过所述传动机构（20）力学反馈至所述操作手（10）处；

所述手术机械臂（200）包括执行组件（230）、控制驱动件（31）、所述传感器（242）、安装平台和远心操控组件（220）；所述传感器（242）连接于所述执行杆（231）并用于检测所述手术器具（232）受到的环境力及/或环境力矩；

执行组件（230）具有预设的远心不动点，执行组件（230）在进行手术操作时，能够以远心不动点为摆动中心进行摆动，且执行组件（230）的伸缩路径穿过远心不动点；

所述执行组件（230）包括内部中空的执行杆（231）及设置于所述执行杆（231）的手术器具（232），执行杆（231）内部有连接线缆；

控制驱动件（243）用于控制手术器具（232）进行咬合运动，所述执行杆（231）安装于所述控制驱动件（31）上，控制驱动件（243）安装在传感器（242）上，传感器（242）固定安装在安装平台上；

所述远心操控组件（220）上设置有第一转动驱动件（241），第一转动驱动件（241）连接于安装平台并能够驱动安装平台转动，从而带动安装传感器（242）、控制驱动件（243）、执行杆（231）以及手术器具（232）以整体运动的方式沿执行杆（231）的轴向同步转动。

2.如权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述控制器根据所述传感器（242）的检测结果，以成比例放大的方式将所述环境力及/或环境力矩反馈至所述操作手（10）处。

3.如权利要求2所述的手术机器人，其特征在于，所述控制器根据所述传感器（242）的检测结果，以1至3倍的放大倍数将所述环境力及/或环境力矩反馈至所述操作手（10）处。

4.如权利要求2所述的手术机器人，其特征在于，所述操作组件（100）的主动行程与所述手术机器人中的手术机械臂（200）的响应行程之间存在行程缩放倍数；所述控制器对所述环境力及/或环境力矩的放大倍数，等同于所述操作组件（100）与所述手术机械臂（200）之间的行程缩放倍数。

5.如权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述操作组件（100）还包括第二静平台（40）以及第二动平台（50），所述驱动机构（30）安装于所述第二静平台（40）上，所述操作手（10）安装于所述第二动平台（50）上；所述传动机构（20）包括多个传动支链（21），每个所述传动支链（21）的两端分别转动连接于所述驱动机构（30）以及所述第二动平台（50）；

所述驱动机构（30）能够控制所述传动支链（21）伸缩，以通过所述第二动平台（50）带动所述操作手（10）运动。

6.如权利要求5所述的手术机器人，其特征在于，所述驱动机构（30）包括至少三个驱动件（31），三个所述驱动件（31）均安装于所述第二静平台（40）上并且分别转动连接于三个所述传动支链（21）；

三个所述驱动件（31）通过控制所述传动支链（21）折叠转动来带动所述第二动平台（50）运动，并将所述环境力及/或环境力矩反馈至所述操作手（10）处。

7.如权利要求6所述的手术机器人，其特征在于，每个所述传动支链（21）均包括摆动杆（211）、传动杆（212）以及连接于所述传动杆（212）的至少两个万向铰（213），每个所述传动支链（21）中的摆动杆（211）均固定连接于所述驱动件（31），所述传动杆（212）转动连接于所述摆动杆（211），两个所述万向铰（213）之间相互连接并且两个所述万向铰（213）中的一个连接于所述第二静平台（40）。

8.如权利要求7所述的手术机器人，其特征在于，每个所述驱动件（31）与对应所述摆动杆（211）之间的三个转动连接处，以等边三角形的方式排列布设。

9.如权利要求7所述的手术机器人，其特征在于，三个所述驱动件（31）与对应所述摆动杆（211）之间的三个转动连接处，以直角等腰三角形的方式排列布设。

10.如权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述手术机械臂（200）包括连接于所述远心操控组件（220）的术前摆位组件（210），所述远心操控组件（220）包括第一静平台（221）以及连接于所述第一静平台（221）并能够相对所述第一静平台（221）运动的第一动平台（222）；所述静平台连接于所述术前摆位组件（210），所述第一动平台（222）连接于所述执行杆（231）；

所述传感器（242）安装于所述第一动平台（222）或者所述手术机械臂（200）中相对位于所述第一动平台（222）前端的器件中。

11.如权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述传感器（242）通过检测所述执行杆（231）以及所述控制驱动件（31）的整体受力状态来获得所述手术器具（232）的环境力及/或环境力矩。

Images