CN112168359B - 主手夹持控制装置、主操作手以及微创手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主手夹持控制装置，包括基座、夹持控制组件、传动组件以及反馈组件。传动组件由一组同轴嵌套设置的转动轴组成，夹持控制组件的开合和旋转运动通过传动组件同轴独立传动。反馈组件为电机，传动组件与电机连接。夹持控制组件通过电机向从机械臂发送控制信号和/或反馈从机械臂的受力状态。本发明还提供一种包括上述主手夹持控制装置的主操作手和微创手术机器人。上述主手夹持控制装置中，传动组件以及反馈组件共同保证了医生能够准确的感知从机械臂的夹持力和侧向力矩大小，从而更高效地执行手术动作。同时将传动组件以及反馈组件集成到基座上，使得主手夹持控制装置更加的紧凑。

Description

主手夹持控制装置、主操作手以及微创手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种主手夹持控制装置、主操作手以及微创手术机器人。

背景技术

微创手术机器人系统是一种通过微创方法实现复杂外科手术的主从式高级机器人平台。该系统可以简单的分为主操作手、从机械臂以及内窥镜图像系统三个部分。其中，主操作手由主刀医生操作，用于录入医生的操作信息；从机械臂位于病床旁，按照主操作手检测到的操作信息动作，代替医生操作手术器械；内窥镜图像系统用于把手术区域的图像采集出来，并清晰地呈现给医生和助手。在手术过程中，医生可以根据看到的手术图像，通过操作主操作手实现控制从机械臂把持的手术器械动作，从而完成复杂的手术。目前的微创手术机器人在使用过程中，医生无法直接地感受到从机械臂的手术操作力，医生往往使用较大的操作力来保证手术过程的稳定进行，进而造成从机械臂中零部件处于长时间满负荷甚至超负荷的运行，不利于微创手术机器人的正常使用及微创手术过程的顺利进行。

发明内容

基于此，有必要针对医生在使用微创手术机器人过程中无法直接地感受到从机械臂的手术操作力的问题，提供一种能够实现力反馈的主手夹持控制装置、主操作手以及微创手术机器人。

一种主手夹持控制装置，包括基座、夹持控制组件、传动组件、反馈组件；

所述传动组件由一组同轴嵌套设置的转动轴组成，所述夹持控制组件的开合和旋转运动通过所述传动组件同轴独立传动；所述反馈组件为电机，所述传动组件与电机连接，所述夹持控制组件通过电机向从机械臂发送控制信号和/或反馈从机械臂的受力状态。

在其中一个实施例中，所述传动组件包括夹持传动机构、回转传动机构，所述夹持传动机构与所述回转传动机构的转动轴同轴嵌套设置。

在其中一个实施例中，所述反馈组件包括夹持电机、回转电机，所述夹持电机与所述夹持传动机构传动连接，所述回转电机与所述回转传动机构传动连接。

在其中一个实施例中，所述夹持传动机构包括夹持轴、夹持螺母、夹持齿轮组，所述夹持轴转动设置于所述基座，所述夹持轴通过所述夹持齿轮组与所述夹持电机传动连接所述夹持轴上具有开设螺纹的螺纹段，所述夹持螺母套设于所述夹持轴的所述螺纹段，所述夹持螺母沿所述夹持轴的轴向运动时驱动所述夹持轴转动，所述夹持轴转动时带动所述夹持螺母沿所述夹持轴的轴向运动；所述夹持螺母与所述夹持控制组件连接。

在其中一个实施例中，所述夹持螺母包括螺母外层和螺母内层，所述螺母外层和所述螺母内层同轴嵌套设置，所述螺母外层和所述螺母内层能够相对转动。

在其中一个实施例中，所述夹持控制组件包括夹持套、两个夹持片和两个夹持连杆，所述夹持套转动设置于所述基座，两个所述夹持片的一端分别铰接设置于所述夹持套；两个所述夹持连杆的一端分别铰接设置于一个所述夹持片，两个所述夹持连杆的另一端分别与所述夹持螺母铰接。

在其中一个实施例中，所述夹持套为中空结构，所述夹持轴与所述夹持螺母配合的一端穿设于所述夹持套内。

在其中一个实施例中，所述回转传动机构包括回转轴以及回转齿轮组，所述回转轴的一端固定设置于所述夹持套，所述回转轴与所述夹持套保持同轴转动；所述回转轴沿所述夹持轴的轴向穿过所述夹持轴并转动设置于所述基座，所述回转轴可相对所述夹持轴同轴转动；所述回转轴通过所述回转齿轮组与所述回转电机传动连接。

在其中一个实施例中，所述夹持齿轮组与所述回转齿轮组具体包括锥齿轮组、直齿轮组、涡轮蜗杆齿轮组。

在其中一个实施例中，所述夹持电机和所述回转电机上分别设置有回转编码器。

一种主操作手，包括主手手腕以及上述实施例任一项所述的主手夹持控制装置，所述主手夹持控制装置设置于所述主手手腕。

一种微创手术机器人，包括从机械臂、内窥镜图像系统以及上述实施例所述的主操作手，所述主操作手与所述从机械臂连接，所述内窥镜图像系统用于显示手术区域的图像。

在其中一个实施例中，所述微创手术机器人还包括主从控制器，所述主从控制器能够接收所述主手夹持控制装置的控制信号和/或从机械臂的受力参数，所述主从控制器根据接收的控制信号控制所述从机械臂的运动，所述主从控制器根据接收的受力参数驱动所述夹持电机和/或所述回转电机转动。

上述一种主手夹持控制装置、主操作手以及微创手术机器人，通过夹持电机、夹持传动机构和回转电机、回转传动机构，能够分别将从机械臂的夹持力以及侧向力矩反馈到夹持控制组件，进而进行手术的医生能够准确的感知从机械臂的夹持力大小和侧向力矩。将夹持电机、夹持传动机构和回转电机、回转传动机构集成到基座上，特别是夹持传动机构与回转传动机构的嵌套集成设计，使得主手夹持控制装置更加的紧凑。医生通过夹持力的变化和侧向力矩的变化就可以判断手术的执行状态，便于手术医生随时调整通过主操作手施加的夹持力和侧向力矩，从而更高效地执行手术动作，也有一种更真实的手术操作体验，同时保证了从机械臂内的零部件在正常载荷内工作，有利于延长微创手术机器人的使用寿命。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的主手夹持控制装置立体结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的主手夹持控制装置剖面结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的主手夹持控制装置结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的力(矩)反馈流程示意图；

图5为本发明一实施例提供的主手夹持机构与主手手腕装配结构示意图；

图6为本发明一实施例提供的主操作手立体结构示意图。

其中：10、主操作手；200、主手手腕；220、第一旋转关节；230、第二旋转关节；240、第三旋转关节；J50、第三旋转轴线；J60、第二旋转轴线；J70、第一旋转轴线；300、主手夹持控制装置；310、基座；320、夹持控制组件；321、夹持套；322、夹持片；323、夹持连杆；330、夹持电机；340、夹持传动机构；341、夹持螺母；342、夹持轴；343、夹持锥齿轮组；350、回转电机；360、回转传动机构；361、回转轴；362、回转锥齿轮组；370、回转编码器；380、夹持轴承；385、回转衬套；390、回转轴承。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“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。

使用微创手术机器人对病人进行微创手术，具有伤口小、精确操作的优点。手术医生在使用微创手术机器人的过程中对患者手术区域真实情况的感知是微创手术顺利进行的有效保证。本发明提供一种能够将从机械臂的夹持力情况准确反馈至手术医生操作的主手夹持控制装置、主操作手以及微创手术机器人。

如图1-3所示，本发明一实施例提供一种主手夹持控制装置300，包括基座310、夹持控制组件320、传动组件以及反馈组件。其中，传动组件由一组同轴嵌套设置的转动轴组成，夹持控制组件320的开合和旋转运动通过传动组件同轴独立传动。反馈组件为电机，传动组件与电机连接。夹持控制组件通过电机向从机械臂发送控制信号和/或反馈从机械臂的受力状态。可以理解的，基座310是整个主手夹持控制装置300的支撑座，便于主手夹持控制装置300中各部分零部件之间的装配以及主手夹持控制装置300与其他机构的安装。使用电机作为反馈组件，能够实现主手夹持控制装置300和从机械臂之间控制信号及反馈信号的双向传递，具有结构简单、性能稳定的优点。

进一步，夹持控制组件320的控制动作包括开合和旋转，对应的，传动组件包括夹持传动机构340以及回转传动机构360，并且夹持传动机构340与回转传动机构360的转动轴同轴嵌套设置，同轴嵌套设置的方式能够明显减小主手夹持控制装置300的体积。更进一步的，反馈组件还包括夹持电机330和回转电机350，与传动机构对应的，夹持电机330与夹持传动机构340传动连接，回转电机350与回转传动机构360传动连接。夹持控制组件320是医生在微创手术过程中直接操作的部分，夹持控制组件320活动设置于基座310，夹持控制组件320能够在工作范围内开合，夹持控制组件320开合的过程中，控制对应的从机械臂执行开合的动作。可以理解的，夹持控制组件320的工作范围指夹持控制组件320的极限开合程度，作为一种可实现的方式，夹持控制组件320的工作范围介于0°-90°之间。

夹持电机330和夹持传动机构340的作用是将从机械臂的夹持力等力学参数反馈至手术医生直接操作的夹持控制组件320，作为一种可实现的方式，如图1-2所示，夹持电机330固定设置于基座310，夹持电机330和夹持控制组件320通过夹持传动机构340传动连接，夹持电机330还能够与从机械臂连接。夹持控制组件320在工作范围内开合时通过夹持传动机构340驱动夹持电机330正转或者反转，进而控制从机械臂执行对应的开合动作。夹持电机330能够根据从机械臂的夹持力产生对应的夹持力矩，夹持电机330输出对应的夹持力矩时通过夹持传动机构340带动夹持控制组件320产生打开趋势或者闭合趋势。当夹持控制组件320产生打开趋势或者闭合趋势时，手术医生能够直接感受到从机械臂的夹持力等力学参数，此时手术医生继续通过主操作手10控制从机械臂的正常夹持。

从机械臂在手术过程中，不仅会对手术器械产生一定的夹持力，也会在转动或者触碰患者组织器官的过程中产生侧向力矩。手术医生准确的感知从机械臂在自身转动或者触碰组织器官过程中承受的侧向力矩，有助于手术医生对手术全程以及细节的掌控。进一步，夹持控制组件320能够在工作范围内旋转，回转电机350与夹持套321通过回转传动机构360传动连接，回转电机350还能够与从机械臂连接。夹持控制组件320在工作范围内旋转时通过回转传动机构360驱动回转电机350正转或者反转，回转电机350能够根据从机械臂在手术过程中所受侧向力矩输出回转力矩，回转电机350通过回转传动机构360以及夹持套321驱动两个夹持片322产生转动的趋势。将夹持电机330、夹持传动机构340和回转电机350、回转传动机构360集成到基座310上，使得主手夹持控制装置300更加的紧凑。

上述主手夹持控制装置300，通过夹持电机330、夹持传动机构340和回转电机350、回转传动机构360，能够分别将从机械臂的夹持力以及侧向力矩反馈到夹持控制组件320，进而进行手术的医生能够准确的感知从机械臂的夹持力大小和侧向力矩。医生通过夹持力的变化和侧向力矩的变化就可以判断手术的执行状态，便于手术医生随时调整通过主操作手10施加的夹持力和侧向力矩，从而更高效地执行手术动作，也有一种更真实的手术操作体验，同时保证了从机械臂内的零部件在正常载荷内工作，有利于延长微创手术机器人的使用寿命。

夹持传动机构340是实现夹持控制组件320和夹持电机330之间传动连接的关键结构，夹持传动机构340既能够将夹持控制组件320的开合动作传递至夹持电机330，进而驱动夹持电机330做对应的转动，也能够将夹持电机330根据从机械臂的夹持力等力学参数输出的力矩传递至夹持控制组件320，进而使夹持控制组件320产生打开或者闭合的趋势，便于医护人员准确感知从机械臂的夹持力。可选的，夹持控制组件320在开合过程中能够输出直线运动、摆动或者转动。对应的，夹持传动机构340能够将夹持控制组件320输出的直线运动、摆动或者转动转化为夹持电机330的转动，同时夹持传动机构340能够将夹持电机330的转动转化为夹持控制组件320输出的直线运动、摆动或者转动。

在本发明一实施例中，如图1-3所示，夹持控制组件320在开合过程中能够输出直线运动；对应的，夹持传动机构340包括夹持直线部和夹持转动部，夹持直线部活动设置于基座310，夹持直线部能够相对于基座310做直线运动，夹持转动部转动设置于基座310。夹持直线部与夹持转动部传动连接，夹持直线部运动时驱动夹持转动部转动，夹持转动部转动时带动夹持直线部运动。夹持控制组件320与夹持直线部连接，夹持控制组件320在工作范围内开合时驱动夹持直线部运动，夹持转动部与夹持电机330传动连接。包括夹持直线部和夹持转动部的夹持传动机构340不仅传动性能稳定，且能够允许主手夹持控制装置300内的各部分灵活布置，进而优化主手夹持控制装置300的整体结构。在本发明其他的实施例中，夹持控制组件320在开合过程中能够输出摆动，对应的，上述实施例中的夹持直线部可替换为夹持摆动部，只要能够实现夹持控制组件320与夹持电机330之间的传动连接即可。

在本发明一实施例中，如图1-3所示，夹持转动部包括夹持轴342，夹持轴342转动设置于基座310，夹持轴342与夹持电机330传动连接。夹持轴342上具有开设螺纹的螺纹段，夹持直线部包括夹持螺母341，夹持螺母341套设于夹持轴342的螺纹段，夹持螺母341沿夹持轴342的轴向运动时驱动夹持轴342转动，夹持轴342转动时带动夹持螺母341沿夹持轴342的轴向运动。夹持螺母341与夹持控制组件320连接。夹持螺母341和夹持轴342之间以螺纹连接的方式实现相互驱动，具有性能稳定、结构简单、便于维修的优点。作为一种可实现的方式，夹持轴342通过夹持轴承380转动安装在基座310上；夹持螺母341与夹持控制组件320沿夹持轴342的转动周向相对固定。在本发明其他的实施例中，夹持传动机构340的类型还可以是齿轮和齿条的配合，齿轮与夹持电机330传动连接，齿条与夹持控制组件320连接，齿轮与齿条之间轮齿啮合。

可选的，夹持轴342和夹持电机330之间通过联轴器、齿轮组、链传动或者皮带传动等方式进行传动连接。在本发明一实施例中，如图1-3所示，夹持传动机构340还包括夹持锥齿轮组343，夹持轴342与夹持电机330之间通过夹持锥齿轮组343传动连接，夹持电机330的安装轴向与夹持轴342的延伸方向垂直。夹持锥齿轮组343能够避免主手夹持控制装置300沿夹持轴342的延伸方向尺寸过大，或者夹持锥齿轮组343能够避免主手夹持控制装置300沿夹持电机330的安装轴向尺寸过大，起到均衡主手夹持控制装置300整体尺寸的作用。作为一种可实现的方式，夹持电机330上设置夹持编码器，夹持编码器能够检测夹持轴342的转动角度，夹持编码器能够与从机械臂电连接，从机械臂能够根据夹持编码器检测到的数据执行相应的动作。

夹持控制组件320是手术医生直接操作的部分，可选的，夹持控制组件320由手术医生的手部直接操作或者还可以配合手术医生的其他部位进行操作(比如脚踩)。本发明一实施例提供一种以手术医生手部直接操作为例的夹持控制组件320。在本发明一实施例中，如图1-3所示，夹持控制组件320包括夹持套321、两个夹持片322和两个夹持连杆323，夹持套321设置于基座310，两个夹持片322的一端分别铰接设置于夹持套321。两个夹持连杆323的一端分别铰接设置于一个夹持片322，两个夹持连杆323的另一端分别与夹持螺母341铰接，两个夹持片322在工作范围内开合时驱动夹持螺母341沿夹持轴342的轴向做直线运动，进而驱动夹持电机330转动；对应的，当夹持电机330根据从机械臂的力学参数输出相应的力矩时，也能够通过夹持传动机构340驱动两个夹持片322产生打开趋势或者闭合趋势，进而将从机械臂的夹持力传递至操作夹持片322的医护人员。

在本发明一实施例中，夹持控制组件320还包括至少两个夹持指套(图中未示出)，至少两个夹持指套分别设置于一个夹持片322。夹持指套允许手术医生通过手指更加稳定的操作夹持片322。可选的，手术医生的拇指和食指插进两个夹持指套中控制夹持片322的开合。作为一种可实现的技术方案，夹持套321的一端设置于基座310，两个夹持片322的一端分别铰接设置于夹持套321的另一端。夹持套321为中空结构，夹持轴342与夹持螺母341配合的一端穿设于夹持套321内，夹持轴342的另一端与夹持电机330传动连接。能够容纳夹持轴342和夹持螺母341的中空夹持套321能够在保证自身结构强度的同时，有效减小主手夹持控制装置300的整体尺寸。

在本发明一实施例中，如图1-3所示，夹持套321以自身轴线为中心转动设置于基座310，两个夹持片322能够在医务人员(比如主刀医生)的操作下驱动夹持套321转动，同时当两个夹持片322在手术医生的操作下转动时也能够带动回转电机350发生相应的转动。

作为一种可实现的方式，夹持套321通过回转衬套385转动安装在基座310上，并且夹持轴342通过夹持轴承380安装在夹持套321背离回转衬套385的一侧，实现夹持轴342转动支撑的同时避免夹持套321转动时带动夹持轴342转动，进而保证夹持力及回转力反馈过程的精确。

在本发明一实施例中，如图1-3所示，回转传动机构360包括回转轴361以及回转锥齿轮组362，回转轴361的一端固定设置于夹持套321，回转轴361与夹持套321保持同轴转动。回转轴361的另一端转动设置于基座310，回转轴361通过回转锥齿轮组362与回转电机350传动连接，回转电机350的安装轴向与回转轴361的延伸方向垂直。回转锥齿轮组362能够避免主手夹持控制装置300沿回转轴361的延伸方向尺寸过大，或者夹持锥齿轮组343能够避免主手夹持控制装置300沿回转电机350的安装轴向尺寸过大，起到均衡主手夹持控制装置300整体尺寸的作用。作为一种可实现的方式，回转电机350和夹持电机330并列安装。进一步，回转轴361的一端与夹持套321铰接夹持片322的一端固定连接，夹持轴342呈中空结构，夹持轴342套设在回转轴361上，夹持轴342沿自身的轴向相对于基座310固定(比如通过夹持轴承380实现)。由内而外嵌套的回转轴361、夹持轴342、夹持套321以及基座310结构更加紧凑。作为一种可实现的方式，夹持套321与回转轴361一体成型。

在本发明一实施例中，如图1-2所示，回转轴361转动设置于基座310的一端设置回转编码器370，回转编码器370能够检测回转轴361的转动角度，回转编码器370能够与从机械臂连接，从机械臂能够根据回转编码器370检测到的数据执行相应的回转动作。作为一种可实现的方式，回转编码器370也可以设置于回转电机350上。需要注意的是，当夹持控制组件320绕轴回转的同时，会带动夹持螺母341绕夹持轴342旋转，进而会驱动夹持轴342的旋转，改变从机械臂的夹持状态。为了保持从机械臂的夹持状态不变，作为一种可实现的方式，夹持电机330需要根据夹持控制组件320绕轴回转的角度补偿从机械臂的夹持状态；作为另一种可实现的方式，夹持螺母341包括螺母外层和螺母内层，螺母内层套设于夹持轴342的螺纹段，螺母外层和夹持片322铰接，螺母外层和螺母内层之间沿夹持轴342的延伸方向相对固定，螺母外层能够相对于螺母内层沿夹持轴342的转动周向活动(比如螺母外层和螺母内层形成轴承结构)，进而直接避免了夹持控制组件320的回转对夹持轴342以及夹持电机330的驱动，保持从机械臂的夹持状态不变。

作为一种可实现的方式，基座310呈中空的壳体，夹持电机330、回转电机350、夹持锥齿轮组343、回转锥齿轮组362、部分夹持轴342以及部分回转轴361分别容纳在基座310内。

在本发明一实施例中，如图1-3所示，夹持传动机构340与夹持电机330传动连接的方式，以及回转传动机构360与回转电机350传动连接方式，除采用锥齿轮组外，还可采用涡轮蜗杆齿轮组，甚至进一步可采用直齿轮组实现传动，采用不同齿轮组传动，夹持电机330与回转电机350在基座310中的安装位置不同，只需根据选用的传动方式不同，对两个电机的安装位置进行调整即可，采用不同类型齿轮组传动的目的在于调整或合理布置夹持电机330与回转电机350在基座310中的安装位置。进一步的，在另一实施例中，夹持传动机构340与夹持电机330传动连接的方式，以及回转传动机构360与回转电机350传动连接方式可采用柔性传动轴，如钢丝软轴。

在本发明一个具体的实施例中，如图1-3所示，两个夹持片322铰接在夹持套321上，可以绕着铰接的孔旋转，两个夹持片322在操作者手指的带动下可以实现开合动作。夹持连杆323一端铰接在夹持片322的中间位置，另一端铰接在夹持螺母341上。夹持螺母341与夹持轴342的螺纹部分耦合在一起，可以实现旋合运动。回转轴361与夹持套321一体成型，夹持轴342套在回转轴361上，可以绕回转轴361旋转。如此，夹持片322的开合动作通过夹持连杆323带动夹持螺母341在夹持轴342上来回运动，从而使得夹持轴342旋转。夹持轴342通过夹持锥齿轮组343与夹持电机330的输出轴传动连接，夹持电机330固定在基座310上。这样，夹持轴342旋转通过夹持锥齿轮组343的啮合可以带动夹持电机330旋转。同样的，夹持电机330旋转通过夹持锥齿轮组343的啮合可以带动夹持轴342旋转，使得夹持螺母341在夹持轴342上来回运动，从而带动铰接的夹持片322实现开合运动。

进一步，如图1-3所示，夹持套321的一端的内圈与夹持轴承380配合，外圈与回转衬套385配合。回转轴361远离夹持套321的一端与回转轴承390配合，回转轴承390的外圈与基座310配合，这样夹持套321可以绕其轴线旋转。回转轴361通过回转锥齿轮组362与回转电机350传动连接。夹持套321的绕轴旋转运动可以通过回转轴361以及回转锥齿轮组362传递给回转电机350，回转电机350的旋转也可以通过回转锥齿轮组362以及回转轴361传递给夹持套321使其绕轴旋转。回转编码器370固定在基座310上，其内圈与夹持轴342固定，并能够检测夹持轴342(夹持套321)在基座310上旋转的角度。在位姿检测模式下，夹持片322的开合运动会传递到夹持电机330旋转运动，并被夹持电机330自带的夹持编码器检测到。夹持套321的回转运动可以通过与夹持轴342配合的回转编码器370检测其旋转的角度。在力反馈模式下时，夹持电机330通过力矩模式输出所需的力矩，并通过夹持传动机构340反馈到夹持片322上，回转电机350通过力矩模式输出所需的力矩，并通过回转传动机构360反馈到夹持片322上。

如图5-6所示，本发明一实施例还提供一种主操作手10，能够与从机械臂连接进而控制从机械臂进行微创手术。作为一种可实现的方式，如图5所示，主操作手10包括主手手腕200以及上述方案任一项所述的主手夹持控制装置300，主手夹持控制装置300设置于主手手腕200。图5中所示是一个典型的轴相交的主手手腕200，有多个自由度，一般至少包括三个自由度。如图5中第一旋转轴线J70、第二旋转轴线J60、第三旋转轴线J50分别为三个旋转关节(第一旋转关节220、第二旋转关节230、第三旋转关节240)的旋转轴线，相交于一点。主手夹持控制装置300装在第一旋转关节220上，能够绕J70轴线旋转。图6中所示是一个典型的串联主操作手10，有多个自由度，其中三个自由度用于位置信息检测，另外三个自由度用于姿态信息检测，还有一个用于夹持动作的检测。对应的，本发明一实施例还提供一种微创手术机器人，包括从机械臂、内窥镜图像系统以及上述方案中所述的主操作手10，主操作手10与从机械臂连接，内窥镜图像系统用于显示手术区域的图像。

夹持电机330和回转电机350向手术医生直接操作的夹持控制组件320进行力反馈是根据从机械臂的受力参数。在本发明一实施例中，微创手术机器人还包括主从控制器，主从控制器能够接收从机械臂的受力参数，主从控制器根据接收的受力参数驱动夹持电机330和/或回转电机350转动。可选的，主从控制器通过设置在从机械臂上的力学传感器获取从机械臂的夹持力、侧向力矩等力学参数，然后主从控制器控制夹持电机330或者回转电机350做出相应的转动，进而将从机械臂的夹持力等参数反馈到手术医生直接操作的夹持控制组件320。如图4所示为力反馈的实现过程，从机械臂检测到的夹持力信号和侧向力矩信号通过处理后传递到主从控制器，主从控制器把解算后的力以指令的形式传递至主手驱动器，主手驱动器通过执行电流的变化带动夹持电机330和/或回转电机350转动。

进一步，夹持电机330和/或回转电机350与从机械臂之间还具有通信连接，可将保证主从控制、位姿检测以及力矩反馈等过程的稳定运行。在另一实施例中，夹持电机330和/或回转电机350与主手控制器通信连接，主手控制器接收夹持电机330和/或回转电机350中编码器的转动信号，进行处理后生成控制指令发送给从机械臂，从机械臂根据控制指令进行运动控制。

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 (11)

1.一种主手夹持控制装置，包括基座、夹持控制组件、传动组件、反馈组件，其特征在于，所述传动组件由一组同轴嵌套设置的转动轴组成，所述夹持控制组件的开合和旋转运动通过所述传动组件同轴独立传动；所述反馈组件为电机，所述传动组件与电机连接；所述夹持控制组件通过电机向从机械臂发送控制信号和/或反馈从机械臂的受力状态；

所述传动组件包括夹持传动机构、回转传动机构，所述夹持传动机构与所述回转传动机构的转动轴同轴嵌套设置；

所述反馈组件包括夹持电机、回转电机，所述夹持电机与所述夹持传动机构传动连接，所述回转电机与所述回转传动机构传动连接；

其中，所述夹持电机与所述回转电机平行设置。

2.根据权利要求1所述的主手夹持控制装置，其特征在于，所述夹持传动机构包括夹持轴、夹持螺母、夹持齿轮组，所述夹持轴转动设置于所述基座，所述夹持轴通过所述夹持齿轮组与所述夹持电机传动连接所述夹持轴上具有开设螺纹的螺纹段，所述夹持螺母套设于所述夹持轴的所述螺纹段，所述夹持螺母沿所述夹持轴的轴向运动时驱动所述夹持轴转动，所述夹持轴转动时带动所述夹持螺母沿所述夹持轴的轴向运动；所述夹持螺母与所述夹持控制组件连接。

3.根据权利要求2所述的主手夹持控制装置，其特征在于，所述夹持螺母包括螺母外层和螺母内层，所述螺母外层和所述螺母内层同轴嵌套设置，所述螺母外层和所述螺母内层能够相对转动。

4.根据权利要求2所述的主手夹持控制装置，其特征在于，所述夹持控制组件包括夹持套、两个夹持片和两个夹持连杆，所述夹持套转动设置于所述基座，两个所述夹持片的一端分别铰接设置于所述夹持套；两个所述夹持连杆的一端分别铰接设置于一个所述夹持片，两个所述夹持连杆的另一端分别与所述夹持螺母铰接。

5.根据权利要求4所述的主手夹持控制装置，其特征在于，所述夹持套为中空结构，所述夹持轴与所述夹持螺母配合的一端穿设于所述夹持套内。

6.根据权利要求5所述的主手夹持控制装置，其特征在于，所述回转传动机构包括回转轴以及回转齿轮组，所述回转轴的一端固定设置于所述夹持套，所述回转轴与所述夹持套保持同轴转动；所述回转轴沿所述夹持轴的轴向穿过所述夹持轴并转动设置于所述基座，所述回转轴相对所述夹持轴同轴转动；所述回转轴通过所述回转齿轮组与所述回转电机传动连接。

7.根据权利要求6所述的主手夹持控制装置，其特征在于，所述夹持齿轮组与所述回转齿轮组具体包括锥齿轮组、直齿轮组、涡轮蜗杆齿轮组。

8.据权利要求1所述的主手夹持控制装置，其特征在于，所述夹持电机和所述回转电机上分别设置有回转编码器。

9.一种主操作手，其特征在于，包括主手手腕以及权利要求1-8任一项所述的主手夹持控制装置，所述主手夹持控制装置设置于所述主手手腕。

10.一种微创手术机器人，其特征在于，包括从机械臂、内窥镜图像系统以及权利要求9所述的主操作手，所述主操作手与所述从机械臂连接，所述内窥镜图像系统用于显示手术区域的图像。

11.根据权利要求10所述的微创手术机器人，其特征在于，所述微创手术机器人还包括主从控制器，所述主从控制器能够接收所述主手夹持控制装置的控制信号和/或从机械臂的受力参数，所述主从控制器根据接收的控制信号控制所述从机械臂的运动，所述主从控制器根据接收的受力参数驱动所述夹持电机和/或所述回转电机转动。

Images