CN113171179A - 调整臂组件和手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种调整臂组件以及手术机器人；手术机器人包括调整臂组件和工具臂，工具臂与调整臂组件的子调整臂的末端关节连接；调整臂组件包括基座和子调整臂；子调整臂具有至少三个自由度并与滑轨连接；子调整臂能够相对于滑轨滑动；由此增大了调整臂的运动空间，扩大了调整臂的调整范围，便于将调整臂调整到目标位置，从而提高手术机器人的摆位成功率。

Description

调整臂组件和手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种调整臂组件和手术机器人。

背景技术

近年来，随着机器人相关技术的应用和发展，特别是计算技术的发展，医用手术机器人在临床中的作用越来越受到人们的重视。其中，微创伤手术机器人系统可以通过介入治疗的方式减轻医生在手术过程中的体力劳动，同时达到精准手术目的，使患者创伤小、失血少、术后感染少、术后恢复快。

微创伤手术机器人系统能够使医生在主操控台处通过二维或三维的显示设备观察病人体内的组织特征，并以遥控方式操控从操作机器人上的机械臂及手术工具器械来完成手术的操作。医生能够以与传统手术相同的方式及感觉来完成微创伤手术的操作，大大减轻了医生进行微创伤手术时的困难程度，同时也提高了手术的效率和安全性，并使得远程手术的实现发生了突破性的进展。鉴于手术机器人系统的优越性，世界各国都在积极地做着相关方面的研究，并产生了一些产品及样机。微创伤手术机器人装置和/或系统的研发，不仅使得医生能够以较小创伤的、但与传统开口手术相同的视角与操作感受完成手术。更重要的是，它使医生能够远离病人的地方实施手术，或在病房中病人旁边进行手术操作，或也可以远程通过操作输入装置对远端接受设备进行控制，从而完成手术的操作。

在远程手术中，外科医生使用伺服机构等某种形式的遥控器操作手术器械的移动，而不是直接手持并移动器械。在远程手术系统中，外科医生通过操作主控制装置控制手术工作站，从而对病人执行手术操作，主控制装置又控制伺服机构手术器械的移动。但这种手术方式若要得以实现，必须有系统或装置支撑并带动手术器械运动的机械手。而且，手术器械的空间排布位置，严重影响着手术调整的便捷性和机动性，装置本体的紧凑型以及手术器械支撑装置在工作空间内的碰撞的抑制等诸多重要性能。尽管有现有技术已经提出类似的微创伤机器人装置或系统支架，但仍然存在机械臂与机械臂之间容易形成运动干涉、机械臂运动空间小等问题，降低了微创伤手术机器人的摆位成功率，也降低了微创伤手术机器人系统使用的安全性、便捷性、舒适性以及功能性。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个问题，本发明的目的在于提供一种调整臂组件和手术机器人，能够实现子调整臂的冗余调整，从而增大调整臂的运动空间，扩大调整臂的调整范围，从而提高手术机器人的摆位成功率，减少手术时间。

为实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种调整臂组件，所述调整臂组件包括基座和子调整臂；所述基座包括曲线型滑轨；所述子调整臂具有至少三个自由度并与所述滑轨连接，所述子调整臂能够相对于所述滑轨滑动。

优选地，所述调整臂组件还包括底座，所述底座的一端与所述基座可滑动地连接，另一端与所述子调整臂连接。

优选地，所述滑轨为封闭式的曲线滑轨。

优选地，所述基座具有曲线型沟槽，所述沟槽被配置为形成所述滑轨。

优选地，所述基座为环形或弧形；所述滑轨包括内滑轨和外滑轨，所述子调整臂的一端与所述内滑轨和所述外滑轨可滑动地连接

优选地，所述滑轨沿基座的周向延伸的长度小于或等于所述基座在周向上的长度。

优选地，所述基座为圆环形状或圆弧形状，所述滑轨具有与所述基座形状对应的形状。

优选地，所述调整臂组件还包括驱动装置和锁定装置；所述驱动装置设置于所述子调整臂上或所述基座上，所述驱动装置用于驱动所述子调整臂相对于所述基座滑动；所述锁定装置设置于所述基座和所述子调整臂上，并用于锁定所述子调整臂和所述基座，以将所述子调整臂的一端锁定在所述基座上的期望位置处。

优选地，所述调整臂组件还包括控制装置，所述控制装置与所述锁定装置连接并用于解锁所述子调整臂和所述基座，以使所述子调整臂的一端能够相对于所述基座滑动。

优选地，所述调整臂组件还包括底座，所述底座的一端与所述基座可滑动地连接，另一端与所述子调整臂连接；

所述驱动装置包括驱动电机和传动机构；所述传动机构包括导向轮，所述导向轮和所述驱动电机均设置于所述底座上；

所述驱动电机用于驱动所述导向轮转动，进而驱动所述子调整臂相对于所述基座滑动。

优选地，所述基座为环形或弧形；所述滑轨包括内滑轨和外滑轨；

所述基座的内侧面设置所述内滑轨，所述基座的外侧面设置所述外滑轨；所述外滑轨和所述内滑轨分别与至少一个所述导向轮传动连接；至少部分导向轮与所述驱动电机连接。

优选地，所述导向轮包括运动导向轮和承重导向轮；所述运动导向轮和/或所述承重导向轮与所述驱动电机连接；

所述外滑轨和所述内滑轨上分别嵌入有至少一个所述承重导向轮；

所述外滑轨和所述内滑轨分别与至少一个所述运动导向轮相切设置；所述运动导向轮的转动轴线、所述承重导向轮的转动轴线及所述子调整臂的滑动方向相互垂直。

优选地，所述运动导向轮的数量为至少三个，所述承重导向轮的数量为至少三个；

所述内滑轨与至少两个所述运动导向轮相切，所述外滑轨与至少一个所述运动导向轮相切，所述内滑轨上嵌入有至少一个所述承重导向轮，所述外滑轨上嵌入有至少两个所述承重导向轮；或者，

所述内滑轨与至少一个所述运动导向轮相切，所述外滑轨与至少两个所述运动导向轮相切，所述内滑轨上嵌入有至少两个所述承重导向轮，所述外滑轨上嵌入有至少一个所述承重导向轮。

优选地，所述运动导向轮中的一个或多个为齿轮或摩擦轮，和/或，所述承重导向轮中的一个或多个为齿轮或摩擦轮；

当所述运动导向轮为齿轮时，与该运动导向轮配合的滑轨被配置为与齿轮啮合传动；

当所述承重导向轮为齿轮时，与该承重导向轮配合的滑轨被配置为与齿轮啮合传动。

优选地，所述锁定装置包括直动式电磁铁、压簧、销轴和销孔；所述销孔设置在所述基座上，所述直动式电磁铁、所述压簧和所述销轴均设置在所述子调整臂上；所述直动式电磁铁的输出端与所述销轴连接，所述压簧套设于所述直动式电磁铁的输出端上，所述压簧的一端与所述直动式电磁铁抵接，另一端与所述销轴连接；或者，所述锁定装置包括被动磁体和磁性可调的主动磁体；所述基座和所述子调整臂中的一者设置有所述被动磁体，所述基座和所述子调整臂中的另一者设置有所述主动磁体；所述控制装置被配置为，用于控制增强所述主动磁体的磁性或控制所述主动磁体产生磁性，以使所述主动磁体与所述被动磁体通过磁性吸附而锁定所述子调整臂；所述控制装置还被配置为，用于控制减小所述主动磁体的磁性或控制消除所述主动磁体的磁性，以使所述主动磁体与所述被动磁体解除磁性吸附而解锁所述子调整臂。

优选地，所述主动磁体设置于所述子调整臂上；

所述调整臂组件还包括底座，所述底座的一端与所述基座可滑动地连接，另一端与所述子调整臂连接；所述主动磁体通过一弹性体与所述底座连接。

优选地，所述底座上设置有安装槽，所述主动磁体设置于所述安装槽内，所述弹性体的一端与所述主动磁体固定连接，另一端与所述安装槽固定连接，且所述主动磁体与所述安装槽凹凸配合连接。

优选地，所述调整臂组件还包括位置检测装置，所述位置检测装置设置于所述基座和/或所述子调整臂上；所述位置检测装置用于获取所述子调整臂的位置。

优选地，所述基座上设置有发射器，所述发射器用于发出光信号，所述光信号用于标识病人手术打孔的位置。

优选地，所述子调整臂包括依次连接的第一调整臂、第二调整臂和第三调整臂；

所述第一调整臂通过伸缩关节与所述底座可移动地连接；

所述第二调整臂通过旋转关节与所述第一调整臂可转动地连接；

所述第三调整臂通过移动关节与所述第二调整臂可移动地连接；

其中，所述伸缩关节的伸缩轴线与所述基座的中心轴线平行；

所述旋转关节的转动轴线与所述伸缩轴线平行；

所述移动关节的移动轴线与所述转动轴线和所述伸缩轴线垂直。

优选地，所述子调整臂包括依次连接的第一调整臂、第二调整臂、第三调整臂和第四调整臂；

所述第一调整臂的一端与所述底座固定连接；

所述第二调整臂的一端通过第一个旋转关节与所述第一调整臂的另一端可转动地连接；

所述第三调整臂的一端通过第二个旋转关节与所述第二调整臂的另一端可转动地连接；

所述第四调整臂的一端通过第三个旋转关节与所述第三调整臂的另一端可转动地连接；

其中，所述第一个旋转关节的转动轴线、所述第二个旋转关节的转动轴线和所述第三个旋转关节的转动轴线相互平行，并与所述基座的中心轴线垂直。

优选地，所述子调整臂还包括第五调整臂和第六调整臂；

所述第五调整臂的一端通过第四个旋转关节与所述第四调整臂的另一端可转动地连接；

所述第六调整臂通过伸缩关节或第五个旋转关节与所述第五调整臂的另一端连接；

所述第一个旋转关节的转动轴线、所述第二个旋转关节的转动轴线、所述第三个旋转关节的转动轴线、所述第四个旋转关节的转动轴线相互平行；所述第五个旋转关节的转动轴线与其他旋转关节的转动轴线垂直并与所述基座的中心轴线平行，所述伸缩关节的伸缩轴线与旋转关节的转动轴线垂直并与所述基座的中心轴线平行。

优选地，所述第五调整臂为平行四边形结构，所述第六调整臂的轴线与所述基座的中心轴线平行。

优选地，所述第二调整臂、所述第三调整臂与所述基座之间具有如下关系：

所述第二调整臂的长度满足L1∈[0.4D，0.7D]；

所述第三调整臂的长度满足L2∈[0.25D，0.7D]；

其中：L1为所述第二调整臂的长度；L2为所述第三调整臂的长度；D为所述基座的最大直径。

优选地，所述子调整臂包括依次连接的第一调整臂、第二调整臂和第三调整臂；

所述第一调整臂的一端通过伸缩关节与所述底座的所述另一端可移动地连接；

所述第二调整臂的一端通过第一移动关节与所述第一调整臂的另一端可移动地连接；

所述第三调整臂通过第二移动关节与所述第二调整臂的另一端可移动地连接；

其中，所述伸缩关节的伸缩轴线与第一移动关节的移动轴线以及第二移动关节的移动轴线垂直，并与所述基座的中心轴线平行；所述第一移动关节的移动轴线和所述第二移动关节的移动轴线平行，并与所述伸缩关节的伸缩轴线垂直。

优选地，所述子调整臂的数量为多个，多个所述子调整臂沿所述基座的周向分布。

为实现上述目的，根据本发明的第二个方面，提供了一种手术机器人，包括任一项所述的调整臂组件，所述手术机器人还包括工具臂，所述工具臂与所述调整臂组件的子调整臂的末端连接。

优选地，所述手术机器人还包括主台车，所述主台车包括竖直部分和水平部分，所述调整臂组件的所述基座与所述水平部分可转动连接。

优选地，所述竖直部分具有伸缩关节，所述水平部分包括第一旋转关节、第二旋转关节、第一水平调节连杆和第二水平调节连杆；所述第一水平调节连杆的一端通过所述第一旋转关节与所述竖直部分转动连接，另一端通过所述第二旋转关节与所述第二水平调节连杆的一端可转动连接，所述第二水平调节连杆的另一端与所述基座可转动地连接。

优选地，所述手术机器人被配置为具有自动调整模式，且所述子调整臂的数量为多个；

当所述手术机器人处于自动调整模式时，所述手术机器人被配置为用于执行如下步骤：

将一光路对准手术对象上需打孔的位置；

确定手术类别并获取手术类别所对应的期望打孔位置；

根据期望打孔位置，获取每个子调整臂驱使其上工具臂到达期望不动点的多个姿态解；

获取各个子调整臂的相对物理空间最大时，各个子调整臂的期望姿态解；

驱动各个子调整臂运动到期望姿态解的方位；

调整各个子调整臂上的工具臂的指向，使各个工具臂上的器械安装通道的轴线经过所述期望打孔位置。

优选地，所述手术机器人被配置为具有手动调整模式，且所述子调整臂的数量为多个；

当所述手术机器人处于手动调整模式时，所述手术机器人被配置为用于执行如下步骤：

步骤一：确定期望打孔位置后，经手动调整第一个子调整臂至合适的位置，并保持第一个子调整臂的姿态；

步骤二：在不动点不变的情况下，获取与第一个子调整臂相邻的第二个子调整臂的多个姿态解；

步骤三：获取第二个子调整臂的相对物理空间最大时，所述第二个子调整臂的期望姿态解；

步骤四：驱动第二个子调整臂运动到期望姿态解的方位；

步骤五：调整第二个子调整臂上的工具臂的指向，使第二个子调整臂上的工具臂的器械安装通道的轴线经过所述期望打孔位置；

针对其余子调整臂，所述手术机器人被配置为用于执行如下步骤：

在不动点不变的情况下，获取与第i个子调整臂相邻的第i+1个子调整臂的多个姿态解；

获取第i+1个子调整臂的相对物理空间最大时，第i+1个子调整臂的期望姿态解；

驱动第i+1个子调整臂运动到期望姿态解的方位；

调整第i+1个子调整臂上的工具臂的指向，使第i+1个子调整臂上的工具臂的器械安装通道的轴线经过所述期望打孔位置；

其中，i为不小于2的正整数。

在上述手术机器人中，通过控制子调整臂相对于基座的移动，便于实现子调整臂的冗余调整，从而增大了调整臂的运动空间，扩大调整臂的调整范围，尤其当子调整臂的数量为多个时，使得子调整臂调节时可实现臂与臂之间的主动避让，优化了臂与臂之间的调整范围，从而提高了手术机器人的摆位成功率，降低了摆位难度，减少了摆位时间，同时使得手术机器人手术场景布局更为灵活，适应性更强，且安全性更好，使用更为便捷。

在上述手术机器人中，当子调整臂包括依次连接的第一调整臂、第二调整臂、第三调整臂和第四调整臂时，第二调整臂的长度L1∈[0.4D，0.7D]，第三调整臂的长度L2∈[0.25D，0.7D]，D为基座的最大直径；如此构造，使得子调整臂的末端关节可以运动到靠近基座中心，还可以运动到最大臂展的位置，使得子调整臂的运动范围涵盖了最大臂展绕基座中心划出的圆心区域，运动范围大，使调整臂能够达到目前无法到达的一些位置，有效地提升了手术调整的便捷性和灵活性，而且调整臂与调整臂之间有更多的空间可以实现主动避让，安全性更高，调整臂调整更为方便。

在上述手术机器人中，可通过锁定装置精确地锁定子调整臂和基座，进一步保证了子调整臂调整的灵活性和安全性，尤其通过锁定装置的磁吸式锁定子调整臂和基座，结构简单，操作方便。

附图说明

本发明的实施方法以及相关实施例的特征、性质和优势将通过结合下列附图进行描述，其中：

图1是本发明优选实施例中的手术机器人系统的应用场景整体示意图。

图2是本发明第一实施例中的调整臂组件的结构示意图。

图3是本发明第一实施例中的手术机器人的结构示意图。

图4是本发明第一实施例中的工具臂及其上手术器械的结构示意图。

图5是本发明第一实施例中的基座与各个底座装配的立体示意图。

图6a是本发明第一实施例中的基座与各个底座装配的俯视图。

图6b是图6a所示的结构沿C-C连线的剖面图。

图7是本发明第一实施例中的导向轮在底座上的布置示意图，其中锁定磁铁通过弹簧与底座弹性连接。

图8a-图8b是本发明第一实施例中的底座及其上部件与基座的分解示意图。

图9a是本发明第一实施例中的基座与各个底座磁吸锁定时的结构示意图，且显示了其中一个底座被磁性吸附锁定时的剖面结构。

图9b是图9a所示的结构的局部放大图。

图10a-图10b是本发明第一实施例中的底座及其上部件的布置示意图，其中锁定磁铁通过两侧的薄壁件与底座柔性连接。

图11a是本发明第一实施例中的基座和各个底座装配的主视图。

图11b是图11a所示的结构沿A-A连线的剖面图。

图12a是本发明第一实施例中的驱动装置通过齿轮传动与基座连接的结构示意图；

图12b为图12a所示的结构沿D-D连线的剖面图；

图12c为图12b所示的结构的局部放大图。

图13是本发明第二实施例中的调整臂组件的结构示意图。

图14是本发明第二实施例中的调整臂组件的俯视示意图，其中每个子调整臂的末端关节处于调整臂展开的最大位置。

图15是本发明第二实施例中的调整臂组件的俯视示意图，其中每个子调整臂的末端关节处于调整臂收拢时的最小位置。

图16是本发明第二实施例中的手术机器人的结构示意图。

图17是本发明第三实施例中的调整臂组件的结构示意图。

图18是本发明第四实施例中的调整臂组件的结构示意图。

图19是本发明第四实施例中的手术机器人的结构示意图。

图20是本发明优选实施例中的自动调节调整臂的流程图。

图21是本发明优选实施例中的手动调节调整臂的流程图。

附图标记说明如下：

1-患者端手术机器人；11-主台车；111-竖直部分；112-第一水平调节连杆；1113-第二水平调节连杆；12-调整臂组件；1221-基座；1221a-内沟槽；1221b-外沟槽；G-驱动电机；121-子调整臂；1222-底座；1223、1226、1231-第一调整臂；1224、1227、1232-第二调整臂；1225、1228、1233-第三调整臂；1229-第四调整臂；1230-第五调整臂；1234-第一运动滚轮；1235-第二运动滚轮；1236-第三运动滚轮；1237-控制装置；1238-锁定磁铁；1239-锁定衔铁；1240-位置模块；1241-位置探头；1242-第一承重滚轮；1243-第二承重滚轮；1244-第三承重滚轮；1245-弹性体；1246-小齿轮；1247-第六调整臂；1248-大齿轮；1238a-侧定位面特征；1222a-定位槽孔特征；1249-薄壁件；13-工具臂；14-手术器械；101-病床；104-图像车；105-工具车；106-医生控制台；107-主操作手；108-内窥镜；O-基座的悬吊中心；S-激光光路；S1-内沟槽的轴向宽度；S2-外沟槽的轴向宽度；D1-子调整臂展开时的最大直径；D2-子调整臂收拢时的最小直径；a1-伸缩轴线；R1-第一个旋转关节的转动轴线；R2-第二个旋转关节的转动轴线；R3-第三个旋转关节的转动轴线；R4-第四个旋转关节的转动轴线；R5-第五个旋转关节的转动轴线；m1-第一移动关节的移动轴线；m2-第二移动关节的移动轴线。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图对本发明做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，但这些示意图仅为了便于详述本发明实例，不应对此作为本发明的限定。另外，以下说明内容的各个实施例分别具有一或多个技术特征，然此并不意味着使用本发明者必需同时实施任一实施例中的所有技术特征，或仅能分开实施不同实施例中的一部或全部技术特征。换句话说，在实施为可能的前提下，本领域技术人员可依据本发明的公开内容，并视设计规范或实作需求，选择性地实施任一实施例中部分或全部的技术特征，或者选择性地实施多个实施例中部分或全部的技术特征的组合，借此增加本发明实施时的弹性。

本文中，“近端”和“远端”以及“前端”和“末端”是从使用产品的医生角度来看相对于彼此的元件或动作的相对方位、相对位置、方向，尽管“近端”和“远端”、“前端”和“末端”以及并非是限制性的，但是“近端”和“前端”通常指该产品在正常操作过程中靠近医生的一端，而“远端”和“末端”通常是指首先进入患者体内的一端。

如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”等仅用于描述目的，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”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征。另外，术语“周向”通常指的是围绕基座的中心轴线的方向；术语“纵向”通常指的是平行于基座的中心轴线的方向；术语“横向”通常指的是垂直于基座的中心轴线的方向。

以下结合附图和优选实施例，对本发明提出的手术机器人及其调整臂组件作进一步的说明。

参考图1，本实施例提供一种手术机器人系统，包括执行端和控制端；所述执行端包括患者端手术机器人1。所述控制端包括医生控制台106和主操作手107，所述主操作手107可活动设置于医生控制台106上。所述手术机器人系统的主要用途是医生通过医生控制台106及主操作手107远程操作执行端，实现对病床101上的患者进行手术，例如微创伤手术治疗。

所述患者端手术机器人1包括主台车11、调整臂组件12、工具臂13和手术器械14。所述工具臂13的末端用于可拆卸地安装手术器械14，以驱使手术器械14围绕不动点运动。所述调整臂组件12包括一个或多个子调整臂(多个包括但不限于两个)，每个子调整臂的末端关节与一个工具臂13连接，子调整臂的末端关节与工具臂13的连接方式可以是固定连接或转动连接或移动连接。工具臂13的作用是调整手术器械14的姿态，子调整臂的作用是调整工具臂1和手术器械14的空间位置。子调整臂通常具有至少三个自由度。本发明对子调整臂的构型不作特别的限定。应理解，子调整臂和工具臂相连接构成一个完整的机械臂，机械臂可驱动末端的器械运动，以调整末端器械的空间位置和姿态。

此外，所述调整臂组件12可悬吊于主台车11上，便于通过主台车11的移动调整整个调整臂组件12的空间位置。手术准备时，以病床101为中心，首先通过主台车11将调整臂组件12移动到病床101附近，而后系统根据手术类别判断人体上打孔的位置，之后，调节调整臂组件12，使工具臂13处于较理想的初始位置(初始位置为不动点的位置，不动点的位置应位于病人打孔位置)，最后调节工具臂13上器械安装通道的指向，继而在无菌环境准备妥当后即可安装手术器械14，手术器械14始终围绕不动点运动。应理解，手术器械14通常先放置在工具车105上，方便从工具车105上拿取手术器械14，而后将手术器械14安装在工具臂13的末端。另外，所述主操作手107与执行端中的工具臂13和手术器械14构成主从控制关系，因此在手术过程中，所述工具臂13和手术器械14是根据主操作手107的运动而运动，即根据医生手部的操作而运动。进一步，所述主操作手107还接受人体组织器官对手术器械的作用力信息并反馈至医生手部，以使医生能够更加直观的感受手术操作。

所述患者端手术机器人1通常还包括持镜臂(未标注)，用于挂载内窥镜108。所述内窥镜108用于获取人体组织器官、手术器械、血管以及体液等手术环境信息。持镜臂也与子调整臂连接，通过子调整臂来调整持镜臂的空间位置。且所述内窥镜108和手术器械14分别通过患者身体上的创口进入病患位置。所述控制端还包括图像处理装置，用于接受内窥镜108采集的图像，使操作者根据图像处理装置显示的图像，通过主操作手107控制工具臂13和手术器械14运动。所述图像处理装置一般安装于图像车104上。

以下结合附图和优选实施例对本发明提出的调整臂组件12的结构作进一步的说明。

<第一实施例>

请参考图2和图3，本实施例提供一种调整臂组件12，该调整臂组件12优选为可旋转地悬吊于主台车11上，悬吊中心定义为O点。调整臂组件12包括基座1221和子调整臂121；子调整臂121的数量通常为多个，多个子调整臂121包括但不限于四个子调整臂121，也可以多于四个或少于四个，子调整臂121的数量视手术需要进行设定。每个子调整臂121的末端关节连接一个工具臂13。子调整臂121的末端关节与工具臂13的连接方式没有特别要求。此外，工具臂13的另一末端用于与手术器械14可拆卸地连接。本发明对手术器械14与工具臂13之间的连接方式也没有特别要求，优选地，手术器械14与工具臂13以快拆方式连接，如通过快拆接口连接。

本发明对主台车11的构型没有特别的限制。在本实施例中，所述主台车11优选包括竖直部分111和水平部分；所述竖直部分111能够升降，所述水平部分能够相对于竖直部分111水平转动；优选的，所述水平部分包括两个旋转关节和两个水平调节连杆；两个水平调节连杆包括第一水平调节连杆112和第二水平调节连杆113；第一水平调节连杆112的一端通过第一旋转关节与竖直部分可转动地连接，使整个水平部分可相对于竖直部分111水平转动；第二水平调节连杆113的一端通过第二旋转关节与第一水平调节连杆112的另一端可转动地连接，使第二水平调节连杆113可相对于第一水平调节连杆112水平转动；优选的，第二水平调节连杆113的另一端通过第三旋转关节与调整臂组件12的基座可转动地连接，使调整臂组件12可相对于水平部分转动。

本发明对工具臂13的结构没有特别的限制。在一些实施例中，如图4所示，工具臂13可以是机械不动点机构，即工具臂13上设置有球心不动点平行四边形机构C，由此通过结构的限定形成不动点。在一些实施例中，工具臂13为主动不动点机构，也即工具臂13自身不设置球心不动点平行四边形机构，而是通过软件即算法来获得不动点。球心不动点平行四边形机构C具有绕不动点的转动运动和相对于不动点的伸缩运动，且手术器械14的器械杆的轴线始终通过不动点。

返回参考图2，所述调整臂组件12包括基座1221和子调整臂121。基座1221悬吊于主台车11上。基座1221的结构包括但不限于环形，环形亦不限于圆环形，例如还可以是椭圆环形，或其他曲线型，当然基座1221不限定为曲线所形成的环形，也可以是非曲线的环形。本实施例中，基座1221为圆环形状。基座1221的中心即为悬吊中心O。基座1221优选可转动地悬吊于主台车11上，使手术调整更为方便和灵活。此外，基座1221包括曲线形滑轨，例如圆形滑轨，椭圆形滑轨，或其他曲线型滑轨。另外，滑轨优选为封闭式的曲线滑轨。滑轨可以是额外组装于基座1221上，也可以是在基座1221上直接加工得到。

本实施例中，基座1221具有曲线型沟槽，所述沟槽被配置为形成所述滑轨。沟槽通常设置于基座1221的侧面，如内侧面和/或外侧面。所述沟槽沿着基座1221的周向延伸，所述沟槽沿基座1221的周向延伸的长度可以小于或等于基座1221在周向上的长度。如基座1221为圆环形状时，沟槽可以是围绕圆环一圈，也可以是围绕圆环的一段圆弧。本实施例中，沟槽围绕基座1221一圈设置，运动范围更大。进一步的，滑轨优选具有与基座1221的形状对应的形状。基座1221上通常设置多个子调整臂121。本实施例中，子调整臂121的数量为四个，沿周向围绕基座1221的中心轴线布置，四个子调整臂121可独立地运动，也可独立地在基座1221上移动。本发明对子调整臂121的构型没有特别的限制。

本实施例中，如图2所示，调整臂组件12包括底座1222，每个子调整臂121包括依次连接的第一调整臂1223、第二调整臂1224和第三调整臂1225。底座1222的一端与基座1221可滑动地连接，另一端与子调整臂121连接，使得整个子调整臂121通过底座1222可相对于基座121沿滑轨滑动。其中，第一调整臂1223的一端通过伸缩关节与底座1222可伸缩地连接，使第一调整臂1223可相对于底座1222上下移动；第二调整臂1224的一端通过旋转关节与第一调整臂1223的另一端可转动地连接，使第二调整臂1224可相对于第一调整臂1223水平转动；第三调整臂1225通过移动关节与第二调整臂1224可移动地连接，使第三调整臂1225可相对于第二调整臂1224水平移动。其中，所述伸缩关节的伸缩轴线a1与基座的中心轴线(中心轴线经过悬吊中心O)平行，也即沿着Z轴方向；旋转关节的转动轴线与伸缩轴线a1平行；移动关节的移动轴线与转动轴线和伸缩轴线a1垂直，即，移动轴线平行于XY平面。

优选的，基座1221上例如基座1221的悬吊中心O处设置有发射器(未图示)，所述发射器用于发出光信号，所述光信号用于标识病人上需手术打孔的位置。优选的，所述发射器为激光发射器，所述激光发射器用于发出激光以形成激光光路S，激光光路S用于对准病人上需手术打孔的位置，以初定位调整臂组件12的位置。当然，发射器不限于设置在基座1221的悬吊中心O，还可以设置在基座1221上的其他位置。

进一步的，所述滑轨包括内滑轨和外滑轨，所述子调整臂121的一端与所述内滑轨和所述外滑轨可滑动地连接。

参考图5和图6a～图6b，在优选的实施例中，所述沟槽包括内沟槽1221a与外沟槽1221b。基座1221的内侧面设置内沟槽1221a，基座1221的外侧面设置外沟槽1221b，所述内沟槽1221a被配置为形成所述内滑轨，所述外沟槽1221b被配置为形成所述外滑轨。底座1222同时与内沟槽1221a和外沟槽1221b可滑动地连接，使得子调整臂121的运动更为平稳，运动精度也更高。

所述调整臂组件12优选还包括驱动装置和锁定装置，更优选还包括控制装置。所述驱动装置设置于子调整臂121上或基座1221上，所述驱动装置用于驱动子调整臂121相对于基座1221滑动。所述锁定装置设置于基座1221和子调整臂121上，并用于锁定子调整臂121和基座1221，以限制子调整臂121在基座1221上的移动，以将子调整臂121的一端锁定在基座1221上的期望位置处，且多个子调整臂121的锁定是相互独立的。进一步的，所述控制装置与锁定装置连接，并用于解锁子调整臂121和基座1221，以使子调整臂121能够在基座1221上移动，且多个子调整臂121的解锁也是相互独立的。如此构造，使得手术机器人在调整每个子调整臂121时可实现子调整臂121的冗余调整，增大了每个子调整臂121的运动空间，也使得子调整臂121调节时可实现臂与臂之间的主动避让，优化了臂与臂之间的调整范围，从而可以提高手术机器人的摆位成功率，同时使得手术机器人手术场景布局更为灵活，适应性更强，且安全性更好，使用更为便捷。

参考图7、图8a～图8b、图10a～图10b及图11a～图11b，所述驱动装置可包括驱动电机G和传动机构；所述传动机构包括可转动的导向轮，所述导向轮设置于底座1222上；所述驱动电机G也设置于底座1222上；所述驱动电机G与导向轮连接并用于驱动导向轮转动，进而驱动子调整臂121在基座1221上沿滑轨滑动。进一步地，所述外滑轨和所述内滑轨分别与至少一个所述导向轮传动连接；至少部分导向轮与所述驱动电机连接。例如，外沟槽1221b对应地配置至少一个导向轮，内沟槽1221a对应地配置至少一个导向轮，通过导向轮相对于沟槽的转动，带动子调整臂121沿内沟槽1221a和外沟槽1221b移动。其中至少部分导向轮与驱动电机G连接，即可以仅一个导向轮与驱动电机连接，或多个导向轮或所有导向轮与驱动电机G连接，因此，驱动电机G的数量可以为一个或多个，每个驱动电机连接一个导向轮或者连接多个导向轮。更进一步地，所述导向轮包括运动导向轮和承重导向轮；所述运动导向轮和/或所述承重导向轮与驱动电机G连接。进一步地，所述外滑轨和所述内滑轨上分别嵌入有至少一个所述承重导向轮；所述外滑轨和所述内滑轨分别与至少一个所述运动导向轮相切设置；所述运动导向轮的转动轴线、所述承重导向轮的转动轴线及所述子调整臂的滑动方向相互垂直；从而通过承重导向轮避免子调整臂121在轴向上的窜动，并通过运动导向轮避免子调整臂121在径向上的窜动。例如，本实施例中，所述外沟槽1221b和内沟槽1221a内分别嵌入有至少一个所述承重导向轮；每个承重导向轮的直径与对应的沟槽的轴向宽度相匹配，从而通过承重导向轮避免子调整臂121在轴向上的窜动；所述外沟槽1221b和内沟槽1221a分别与至少一个运动导向轮相切设置，从而通过运动导向轮避免子调整臂121在径向上的窜动。应理解，承重导向轮嵌入沟槽(包括内沟槽和外沟槽)是指承重导向轮与沟槽的底壁和顶壁相切，而运动导向轮与沟槽(包括内沟槽和外沟槽)相切是指运动导向轮与沟槽的侧壁相切。

在优选的实施例中，所述运动导向轮的数量为至少三个，所述承重导向轮的数量为至少三个。本实施例中，所述运动导向轮的数量为三个，分别为第一运动滚轮1234、第二运动滚轮1235、第三运动滚轮1236，所述承重导向轮的数量也为三个，分别为第一承重滚轮1242、第二承重滚轮1243和第三承重滚轮1244。这些滚轮均为摩擦滚轮，与沟槽滚动摩擦实现子调整臂121的移动。所有滚轮设置在底座1222上。在一些实施例中，所述内滑轨与至少两个所述运动导向轮相切，所述外滑轨与至少一个所述运动导向轮相切，所述内滑轨上嵌入有至少一个所述承重导向轮，所述外滑轨上嵌入有至少两个所述承重导向轮；在另一些实施例中，所述内滑轨与至少一个所述运动导向轮相切，所述外滑轨与至少两个所述运动导向轮相切，所述内滑轨上嵌入有至少两个所述承重导向轮，所述外滑轨上嵌入有至少一个所述承重导向轮。例如在本实施例中，所述内沟槽1221a与两个运动滚轮相切，所述外沟槽1221b与一个运动滚轮相切，且内沟槽1221a内嵌入有一个承重滚轮，所述外沟槽1221b内嵌入有两个承重滚轮。在其他实施例中，所述内沟槽1221a与一个运动滚轮相切，所述外沟槽1221b与两个运动滚轮相切，内沟槽1221a内嵌入有两个承重滚轮，所述外沟槽1221b内嵌入有一个承重滚轮。例如第一运动滚轮1234与外沟槽1221b相切，第二承重滚轮1243和第三承重滚轮1244嵌入在外沟槽1221b内，第二运动滚轮1235和第三运动滚轮1236与内沟槽1221a相切，第一承重滚轮1242嵌入于内沟槽1221a。这些滚轮都可以相对于底座1222自由转动，如此配置，使底座1222相对于基座1221不会有径向的窜动和轴向的窜动，保证了运动精度。如图6b所示，第一承重滚轮1242的直径与基座1221的内沟槽1221a的轴向宽度S1一致，第二承重滚轮1243的直径和第三承重滚轮1244的直径均与基座1221的外沟槽1221b的轴向宽度S2一致。第一运动滚轮1234、第二运动滚轮1235、第三运动滚轮1236、第一承重滚轮1242、第二承重滚轮1243和第三承重滚轮1244中任意一个或多个滚轮可以被驱动电机G驱动。驱动电机G优选与上述滚轮布置在底座1222的相对两侧；从而由驱动电机G提供子调整臂121相对于基座1221运动的动力。此处需要特别说明的是，子调整臂121与基座1221之间的传动方案可以有多种，以上是摩擦轮式的传动，也可以是齿轮啮合式的传动或其他合适的传动方式。

具体而言，请参考图12a～图12c，外沟槽1221b内设置有一个大齿轮1248，第一运动滚轮1234可以替换为一个小齿轮1246，大齿轮1248与小齿轮1246啮合，此时，两个齿轮的分度圆具有相切关系。实际上，第一运动滚轮1234、第二运动滚轮1235、第三运动滚轮1236、第一承重滚轮1242、第二承重滚轮1243和第三承重滚轮1244中任意一个或多个滚轮均可演化为齿轮，只要与其配合的沟槽(即滑轨)的配合面也变为相应的齿面即可，且保证分度圆具有相切关系。另外还有一点需要说明的是，约束底座1222的轴向运动和径向运动的滚轮数目均不低于3个即可，此处不再赘述。

进一步的，所述调整臂组件12还包括位置检测装置，所述位置检测装置设置于基座1221和/或子调整臂121上，所述位置检测装置用于获取子调整臂121的位置，以方便进行摆位。本发明对位置检测装置的结构不作限定，包括但不限于编码器，且编码器可以是光电式编码器、电磁式编码器、电容式编码器或电感式编码器。相对来说，编码器的使用更为简单和方便。本实施例中，参考图8a～图8b，所述位置检测装置包括位置探头1241和位置模块1240，所述基座1221上设置有位置模块1240，所述底座1222上设置位置探头1241，根据位置探头1241和位置模块1240的相对位置识别底座1222相对于基座1221的运动位置，进一步的，所述位置探头1241为光栅读数头，所述位置模块1240为标尺光栅。

进一步的，本发明对锁定装置的结构不加特别的限制，所述锁定装置包括但不限于磁吸式锁定，也可以是销孔锁定等或其他合适的方式，其中销孔锁定优选直动式电磁铁带动销轴运动实现解锁或锁定。具体来说，所述锁定装置包括直动式电磁铁、压簧、销轴和销孔；所述销孔设置在基座1221上，所述直动式电磁铁、压簧和销轴均设置在底座1222上，所述直动式电磁铁的输出端与销轴连接，所述压簧套设于直动式电磁铁的输出端上，且压簧的一端与直动式电磁铁抵接，另一端与销轴连接。

本实施例中，所述锁定装置为磁吸式锁定结构，包括被动磁体和磁性可调的主动磁体；基座1221和子调整臂121中的一者设置有被动磁体，另一者设置有主动磁体。所述控制装置被配置为，用于控制增强所述主动磁体的磁性或控制所述主动磁体产生磁性，以使所述主动磁体与所述被动磁体通过磁性吸附而锁定子调整臂121；所述控制装置还被配置为，用于控制减小所述主动磁体的磁性或控制消除所述主动磁体的磁性，以使所述主动磁体与所述被动磁体解除磁性吸附而解锁子调整臂121。所述主动磁体可为电磁铁或永磁磁体。

具体来说，当所述主动磁体为电磁铁时，在控制装置的控制下，向电磁铁的线圈通电时，可以使电磁铁产生磁性，而断电则可消除电磁铁的磁性，并且所述控制装置还可控制电磁铁所接收的电流大小来调整其磁性大小，以此增强或减小电磁铁的磁性。对于电磁铁而言，在装配时，不需要通电即可实现子调整臂的解锁，通过通电实现主动磁体与被动磁体的吸附，使子调整臂121与基座1221保持锁定。或者，当所述主动磁体为永磁磁体时，控制装置可以控制增强或减小永磁磁体的磁性，例如在永磁磁体的外部增设一个电场，该电场通电时可以削弱或消除永磁磁体的磁性，而断电时使得永磁磁体可恢复原有的磁性。因此，对于永磁磁体而言，在装配时，需要通过外加电场消除或减小其磁性，以便于解锁，只要撤去外加电场即可实现锁定。

请参考图8a～图8b，以及图9a～图9b，在底座1222上设置锁定磁铁1238，该锁定磁铁1238作为主动磁体，在基座1221上设置有锁定衔铁1239，锁定衔铁1239作为被动磁体，并在底座1222上设置控制装置1237。所述锁定磁铁1238优选通过弹性体1245与底座1222弹性连接。弹性体1245的设置便于补偿磁性吸附时锁定磁铁1238的位移，锁定精度高。更详细地，若不考虑锁定磁铁1238与锁定衔铁1239的磁吸作用，在弹性体1245的作用下锁定磁铁1238与锁定衔铁1239存在一定的间隙，保证底座1222可相对于基座1221只有滑动，但是由于锁定磁铁1238与锁定衔铁1239磁吸力的存在，锁定磁铁1238可克服弹性体1245弹力的作用与锁定衔铁1239吸合在一起。进一步地，所述底座1222上设置有安装槽(未标注)，所述锁定磁铁1238设置于所述安装槽内。所述弹性体1245优选为弹簧。所述弹性体1245的一端与锁定磁铁1238固定连接，所述弹性体1245的另一端与底座1222上的安装槽固定连接，且所述锁定磁铁1238优选与底座1222上的安装槽凹凸配合连接(参见图9b)，确保底座1222无法相对于锁定磁铁1238运动，即底座1222被锁定在基座1221上，但是当底座1222上的控制装置1237被激发时，可抵消或临时消除锁定磁铁1238与锁定衔铁1239间的磁吸力，从而达到解锁底座1222与基座1221的目的。进一步的，锁定磁铁1238具有凹槽，弹性体1245设置于凹槽内，并于锁定磁铁1238的凹槽的两侧形成侧定位面特征1238a，且底座1222的安装槽内形成有定位槽孔特征1222a，定位槽孔特征1222a与侧定位面特征1238a的配合限锁定磁铁1238相对于底座1222的运动。锁定磁铁1238不限于通过弹性体1245与底座1222连接，如图10a和图10b所示，锁定磁铁1238的相对两侧分别通过薄壁件1249与底座1222柔性连接，也能够补偿磁性吸附时锁定磁铁1238的位移，当然柔性连接不限于薄壁零件。此处，柔性连接允许锁定磁铁1238相对于底座1222产生一定的位移而便于磁性吸附，而在消除磁性吸附后与锁定衔铁1239也会存在间隙，保证底座1222可相对于基座1221滑动。

参考图20，手术机器人系统被配置为具有自动调整模式，此时，子调整臂121的数量为多个，以四个子调整臂为例。当处于自动调整模式时，患者端手术机器人1被配置为用于执行如下步骤来调整子调整臂的位置：

步骤S1：医生根据基座的悬吊中心射出的光路大致对准患者上需打孔的位置；如激光光路S对准患者上需打孔的中心位置；

步骤S2：医生在手术机器人的人机交互界面上选择手术类别；

步骤S3：确定手术类别后，手术机器人计算出已选手术类别对应的期望打孔方位(也即期望打孔位置)；应理解，手术机器人控制程序中记录了不同手术类别对应的推荐打孔方式，手术机器人调用该数据库中该种手术类别的期望打孔方位即可；

步骤S4：根据期望打孔位置，手术机器人系统进行轨迹预检；具体来说，先基于碰撞算法(如SAT碰撞算法，GJK碰撞算法等)计算出在不发生碰撞的情况下，驱使各个子调整臂上的工具臂达到期望不动点的多个姿态对应的姿态解(轨迹解)；此处，姿态解为子调整臂121的姿态解；应理解，因为子调整臂具有冗余自由度，故而具有多个姿态解；

步骤S5：手术机器人系统综合计算出可使各个子调整臂的相对物理空间最大时，各个子调整臂的期望姿态对应的轨迹解，也即期望姿态解；此处，应理解，物理空间最大是指子调整臂的运动空间最大；

步骤S6：手术机器人系统调用已生成的轨迹解，驱动各个子调整臂运动到期望姿态解的方位，完成自动摆位；

步骤S7：最后，进一步调整各个子调整臂上的工具臂的指向，使各个工具臂上的器械安装通道的轴线经过期望打孔位置，此过程中，通常还会安装无菌袋手术器械等，以进行手术。

参考图21，手术机器人系统还被配置为具有手动调整模式，此时，子调整臂121的数量为多个，以四个子调整臂为例。当手术机器人系统处于手动调整模式时，患者端手术机器人1被配置为用于执行如下步骤来调整子调整臂的位置：

步骤S1：经手动调节某一子调整臂至合适的位置；该步骤中，医生通常凭借自身经验确定子调整臂的位置，从而将其调整至合适位置，该步骤之前，亦需要先确定手术类别和期望打孔位置；

步骤S2：相邻子调整臂根据已经调整的子调整臂姿态情况计算出不动点不发生变化的情况下，该相邻子调整臂的多个姿态解；同理，由于该相邻子调整臂具有冗余自由度，因此也具有多个姿态解；

步骤S3：手术机器人系统综合计算出使相邻子调整臂的相对物理空间最大时，该相邻子调整臂的期望姿态解；

步骤S4：驱动该相邻子调整臂运动到期望姿态解的方位，完成手动摆位；

步骤S5：最后，进一步调整该相邻子调整臂上的工具臂的指向，使工具臂上的器械安装通道的轴线经过期望打孔位置；同理，此过程中，通常还会安装无菌袋手术器械等，以进行手术。

针对图21，更详细地说，当手术机器人处于手动调整模式时，手术机器人被配置为用于执行如下步骤：

步骤1：确定期望打孔位置后，经手动调整第一个子调整臂至合适的位置，并保持第一个子调整臂的姿态；

步骤2：在不动点不变的情况下，获取与第一个子调整臂相邻的第二个子调整臂的多个姿态解；

步骤3：获取第二个子调整臂的相对物理空间最大时，第二个子调整臂的期望姿态解；

步骤4：驱动第二个子调整臂运动到期望姿态解的方位；

步骤5：调整第二个子调整臂上的工具臂的指向，使第二个子调整臂上的工具臂的器械安装通道的轴线经过期望打孔位置；

针对其余子调整臂，所述手术机器人被配置为用于执行如下步骤：

在不动点不变的情况下，获取与第i个子调整臂相邻的第i+1个子调整臂的多个姿态解；

获取第i+1个子调整臂的相对物理空间最大时，第i+1个子调整臂的期望姿态解；

驱动第i+1个子调整臂运动到期望姿态解的方位；

调整第i+1个子调整臂上的工具臂的指向，使第i+1个子调整臂上的工具臂的器械安装通道的轴线经过期望打孔位置；其中，i为不小于2的正整数。

因此，在手动调整过程中，各个子调整臂是被依次调整至最佳方位的，该最佳方位能够实现臂与臂之间的主动避让，避免产生干涉。在每次调整相邻子调整臂时，可通过程序设定的碰撞算法来避免该子调整臂的关节与相邻的子调整臂发生干涉，而且由于子调整臂的运动范围大，调整空间更大，更便于臂与臂之间的主动避让。

<第二实施例>

与第一实施例的不同在于子调整臂的构型。

请参考图13～图16，本实施例的子调整臂121包括依次连接的第一调整臂1226、第二调整臂1227、第三调整臂1228和第四调整臂1229；所述底座1222与基座1221可滑动地连接；第一调整臂1226的一端与底座1222固定连接；第二调整臂1227的一端通过第一个旋转关节与第一调整臂1226的另一端可转动地连接，使第二调整臂1227可相对于第一调整臂1226竖直转动；第三调整臂1228的一端通过第二个旋转关节与第二调整臂1227的另一端可转动地连接，使第三调整臂1228可相对于第二调整臂1227竖直转动；第四调整臂1229的一端通过第三个旋转关节与第三调整臂1228的另一端可转动地连接，使第四调整臂1229可相对于第三调整臂1228竖直转动；其中，所述第一个旋转关节的转动轴线R1、所述第二个旋转关节的转动轴线R2和所述第三个旋转关节的转动轴线R3相互平行，并与基座1221的中心轴线垂直。

优选的，子调整臂121还包括第五调整臂1230和第六调整臂1247。第五调整臂1230通过第四个旋转关节与第四调整臂1229可转动地连接；第六调整臂1247通过伸缩关节或第五个旋转关节R5与第五调整臂1230连接；其中所述第一个旋转关节的转动轴线R1、所述第二个旋转关节的转动轴线R2、所述第三个旋转关节的转动轴线R3、所述第四个旋转关节的转动轴线R4相互平行；所述第五个旋转关节的转动轴线R5与其他旋转关节的转动轴线垂直并与所述基座的中心轴线平行，或者，所述伸缩关节的伸缩轴线与旋转关节的转动轴线垂直并与所述基座的中心轴线平行。优选的，所述第五调整臂1230为平行四边形结构。此外，本实施例的子调整臂121的末端关节始终与地面保持平行，或者说平行四边形结构的下端面始终与基座1221的中心轴线垂直，即第六调整臂1247的轴线与基座1221的中心轴线平行，这样做可保证工具臂13不会发生翻转，确保安全性。

优选的，第二调整臂1227、第三调整臂1228和基座1221之间具有如下关系：

第二调整臂1227的长度满足L1∈[0.4D，0.7D]；

第三调整臂1228的长度满足L2∈[0.25D，0.7D]；

其中：L1为所述第二调整臂的长度；L2为所述第三调整臂的长度；D为所述基座的最大直径。如此配置，各个子调整臂可获得较大的运动空间。

参考图14和图15，每个子调整臂121的末端关节(如第六调整臂1247)可以运动到基座1221的内侧和外侧，内侧靠近基座的悬吊中心，为子调整臂121收拢时的最小位置，外侧时为子调整臂121展开时的最大运动位置，因此，子调整臂121的运动范围覆盖了最大臂展绕基座中心划出的圆形区域，圆形区域的最小直径为D2，最大直径为D1，而且每个子调整臂121可沿着闭合的环形滑轨360°移动，运动范围大。

其中第二调整臂1227优选为弧形臂，可以更好地实现臂与臂之间的主动避让，有效地防止臂的碰撞，此时第二调整臂1227的长度是指第一旋转关节的转动轴线R1和第二旋转关节的转动轴线R2之间的距离。

<第三实施例>

与第一实施例的不同在于子调整臂的构型。在本实施例中，每个子调整臂121具有1个竖直方向自由度和2个水平方向直线运动自由度。本文中，竖直方向定义为Z轴方向，X轴和Y方向为水平方向。

请参考图17，本实施例的子调整臂121包括依次连接的第一调整臂1231、第二调整臂1232和第三调整臂1233；底座1222与基座1221可移动地连接，即底座1222可相对于基座1221在基座1221上移动；第一调整臂1231的一端通过伸缩关节与底座1222可移动地连接，使第一调整臂1231可相对于底座1222上下移动；第二调整臂1232的一端通过第一移动关节与第一调整臂1231的另一端可移动地连接，使第二调整臂1232可相对第一调整臂1232水平移动；第三调整臂1233通过第二移动关节与第二调整臂1232的另一端可移动地连接，使第三调整臂1233可相对于第二调整臂1232水平移动；其中，所述伸缩关节的伸缩轴线a1与第一移动关节的移动轴线m1及第二移动关节的移动轴线m2垂直，并与基座的中线轴线平行；所述第一移动关节的移动轴线m1和所述第二移动关节的移动轴线m2平行或垂直。

<第四实施例>

与上述实施例不同的是，本实施例的滑轨为非闭合的曲线滑轨(即弧形)，非闭合的曲线滑轨的形状不限于为圆弧，也可以是其他曲线形状。

请参考图18和图19，本实施例的基座1221整体大致为一扇形，其包括圆弧段，每个子调整臂121可沿该圆弧段移动，因此，每个子调整臂121的运动轨迹是一段圆弧，而非完整的圆。该实施例中，子调整臂121的构型不作限定，具体可参考上述实施例一至实施例三。

还所应理解，以上所述，仅为本发明的优选实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，而且本发明的创新虽然来源于圆环形或圆弧形基座，但本领域的技术人员可以理解，本发明的基座也可以是其他形状，本发明对此不作限制，只要本发明的滑轨为曲线形滑轨即可。此外，需说明的是，图20和图21所示的流程不仅仅适用于实施例一，还适用于其他实施例。

以上实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制发明。应当指出的是，对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。

Claims (31)

1.一种调整臂组件，其特征在于，包括基座及子调整臂；所述基座包括曲线型滑轨；所述子调整臂具有至少三个自由度并与所述滑轨可滑动地连接。

2.根据权利要求1所述的调整臂组件，其特征在于，所述调整臂组件还包括底座，所述底座的一端与所述基座可滑动地连接，另一端与所述子调整臂连接。

3.根据权利要求1所述的调整臂组件，其特征在于，所述滑轨为封闭式的曲线滑轨。

4.根据权利要求1-3中任一所述的调整臂组件，其特征在于，所述基座具有曲线型沟槽，所述沟槽被配置为形成所述滑轨。

5.根据权利要求4所述的调整臂组件，其特征在于，所述基座为环形或弧形；所述滑轨包括内滑轨和外滑轨，所述子调整臂的一端与所述内滑轨和所述外滑轨可滑动地连接。

6.根据权利要求4所述的调整臂组件，其特征在于，所述滑轨沿基座的周向延伸的长度小于或等于所述基座在周向上的长度。

7.根据权利要求4所述的调整臂组件，其特征在于，所述基座为圆环形状或圆弧形状，所述滑轨具有与所述基座形状对应的形状。

8.根据权利要求1-3中任一所述的调整臂组件，其特征在于，所述调整臂组件还包括驱动装置和锁定装置；所述驱动装置设置于所述子调整臂上或所述基座上，所述驱动装置用于驱动所述子调整臂相对于所述基座滑动；所述锁定装置设置于所述基座和所述子调整臂上，并用于锁定所述子调整臂和所述基座，以将所述子调整臂的一端锁定在所述基座上的期望位置处。

9.根据权利要求8所述的调整臂组件，其特征在于，所述调整臂组件还包括控制装置，所述控制装置与所述锁定装置连接并用于解锁所述子调整臂和所述基座，以使所述子调整臂的一端能够相对于所述基座滑动。

10.根据权利要求8所述的调整臂组件，其特征在于，所述调整臂组件还包括底座，所述底座的一端与所述基座可滑动地连接，另一端与所述子调整臂连接；

所述驱动装置包括驱动电机和传动机构；所述传动机构包括可转动的导向轮；所述导向轮和所述驱动电机均设置于所述底座上；

所述驱动电机用于驱动所述导向轮转动，进而驱动所述子调整臂相对于所述基座滑动。

11.根据权利要求10所述的调整臂组件，其特征在于，所述基座为环形或弧形；所述滑轨包括内滑轨和外滑轨；

所述基座的内侧面设置所述内滑轨，所述基座的外侧面设置所述外滑轨；所述外滑轨和所述内滑轨分别与至少一个所述导向轮传动连接；至少部分导向轮与所述驱动电机连接。

12.根据权利要求11所述的调整臂组件，其特征在于，所述导向轮包括运动导向轮和承重导向轮；所述运动导向轮和/或所述承重导向轮与所述驱动电机连接；

所述外滑轨和所述内滑轨上分别嵌入有至少一个所述承重导向轮；

所述外滑轨和所述内滑轨分别与至少一个所述运动导向轮相切设置；所述运动导向轮的转动轴线、所述承重导向轮的转动轴线及所述子调整臂的滑动方向相互垂直。

13.根据权利要求12所述的调整臂组件，其特征在于，所述运动导向轮的数量为至少三个，所述承重导向轮的数量为至少三个；

所述内滑轨与至少两个所述运动导向轮相切，所述外滑轨与至少一个所述运动导向轮相切，所述内滑轨上嵌入有至少一个所述承重导向轮，所述外滑轨上嵌入有至少两个所述承重导向轮；或者，

所述内滑轨与至少一个所述运动导向轮相切，所述外滑轨与至少两个所述运动导向轮相切，所述内滑轨上嵌入有至少两个所述承重导向轮，所述外滑轨上嵌入有至少一个所述承重导向轮。

14.根据权利要求12所述的调整臂组件，其特征在于，所述运动导向轮中的一个或多个为齿轮或摩擦轮，和/或，所述承重导向轮中的一个或多个为齿轮或摩擦轮；

当所述运动导向轮为齿轮时，与该运动导向轮配合的滑轨被配置为与齿轮啮合传动；

当所述承重导向轮为齿轮时，与该承重导向轮配合的滑轨被配置为与齿轮啮合传动。

15.根据权利要求8所述的调整臂组件，其特征在于，所述锁定装置包括直动式电磁铁、压簧、销轴和销孔；所述销孔设置在所述基座上，所述直动式电磁铁、所述压簧和所述销轴均设置在所述子调整臂上；所述直动式电磁铁的输出端与所述销轴连接，所述压簧套设于所述直动式电磁铁的输出端上，所述压簧的一端与所述直动式电磁铁抵接，另一端与所述销轴连接；或者，

所述锁定装置包括被动磁体和磁性可调的主动磁体；所述基座和所述子调整臂中的一者设置有所述被动磁体，所述基座和所述子调整臂中的另一者设置有所述主动磁体；所述控制装置被配置为，用于控制增强所述主动磁体的磁性或控制所述主动磁体产生磁性，以使所述主动磁体与所述被动磁体通过磁性吸附而锁定所述子调整臂；所述控制装置还被配置为，用于控制减小所述主动磁体的磁性或控制消除所述主动磁体的磁性，以使所述主动磁体与所述被动磁体解除磁性吸附而解锁所述子调整臂。

16.根据权利要求15所述的调整臂组件，其特征在于，所述主动磁体设置于所述子调整臂上；

所述调整臂组件还包括底座，所述底座的一端与所述基座可滑动地连接，另一端与所述子调整臂连接；所述主动磁体通过一弹性体与所述底座连接。

17.根据权利要求16所述的调整臂组件，其特征在于，所述底座上设置有安装槽，所述主动磁体设置于所述安装槽内，所述弹性体的一端与所述主动磁体固定连接，另一端与所述安装槽固定连接，且所述主动磁体与所述安装槽凹凸配合连接。

18.根据权利要求1-3中任一所述的调整臂组件，其特征在于，所述调整臂组件还包括位置检测装置，所述位置检测装置设置于所述基座和/或所述子调整臂上；所述位置检测装置用于获取所述子调整臂的位置信息。

19.根据权利要求1-3中任一所述的调整臂组件，其特征在于，所述基座上设置有发射器，所述发射器用于发出光信号，所述光信号用于标识病人手术打孔的位置。

20.根据权利要求2所述的调整臂组件，其特征在于，所述子调整臂包括依次连接的第一调整臂、第二调整臂和第三调整臂；

所述第一调整臂通过伸缩关节与所述底座可伸缩地连接；

所述第二调整臂通过旋转关节与所述第一调整臂可转动地连接；

所述第三调整臂通过移动关节与所述第二调整臂可移动地连接；

其中，所述伸缩关节的伸缩轴线与所述基座的中心轴线平行；

所述旋转关节的转动轴线与所述伸缩轴线平行；

所述移动关节的移动轴线与所述转动轴线和所述伸缩轴线垂直。

21.根据权利要求2所述的调整臂组件，其特征在于，所述子调整臂包括依次连接的第一调整臂、第二调整臂、第三调整臂和第四调整臂；

所述第一调整臂的一端与所述底座固定连接；

所述第二调整臂的一端通过第一个旋转关节与所述第一调整臂的另一端可转动地连接；

所述第三调整臂的一端通过第二个旋转关节与所述第二调整臂的另一端可转动地连接；

所述第四调整臂的一端通过第三个旋转关节与所述第三调整臂的另一端可转动地连接；

其中，所述第一个旋转关节的转动轴线、所述第二个旋转关节的转动轴线和所述第三个旋转关节的转动轴线相互平行，并与所述基座的中心轴线垂直。

22.根据权利要求21所述的调整臂组件，其特征在于，所述子调整臂还包括第五调整臂和第六调整臂；

所述第五调整臂的一端通过第四个旋转关节与所述第四调整臂的另一端可转动地连接；

所述第六调整臂通过伸缩关节或第五个旋转关节与所述第五调整臂的另一端连接；

所述第一个旋转关节的转动轴线、所述第二个旋转关节的转动轴线、所述第三个旋转关节的转动轴线、所述第四个旋转关节的转动轴线相互平行；所述第五个旋转关节的转动轴线与其他旋转关节的转动轴线垂直并与所述基座的中心轴线平行，所述伸缩关节的伸缩轴线与旋转关节的转动轴线垂直并与所述基座的中心轴线平行。

23.根据权利要求22所述的调整臂组件，其特征在于，所述第五调整臂为平行四边形结构，所述第六调整臂的轴线与所述基座的中心轴线平行。

24.根据权利要求21-23中任一所述的调整臂组件，其特征在于，所述第二调整臂、所述第三调整臂与所述基座之间具有如下关系：

所述第二调整臂的长度满足L1∈[0.4D，0.7D]；

所述第三调整臂的长度满足L2∈[0.25D，0.7D]；

其中：L1为所述第二调整臂的长度；L2为所述第三调整臂的长度；D为所述基座的最大直径。

25.根据权利要求2所述的调整臂组件，其特征在于，所述子调整臂包括依次连接的第一调整臂、第二调整臂和第三调整臂；

所述第一调整臂的一端通过伸缩关节与所述底座的所述另一端可移动地连接；

所述第二调整臂的一端通过第一移动关节与所述第一调整臂的另一端可移动地连接；

所述第三调整臂通过第二移动关节与所述第二调整臂的另一端可移动地连接；

其中，所述伸缩关节的伸缩轴线与第一移动关节的移动轴线以及第二移动关节的移动轴线垂直，并与所述基座的中心轴线平行；所述第一移动关节的移动轴线和所述第二移动关节的移动轴线平行，并与所述伸缩关节的伸缩轴线垂直。

26.根据权利要求1-3中任一所述的调整臂组件，其特征在于，所述子调整臂的数量为多个，多个所述子调整臂沿所述基座的周向分布。

27.一种手术机器人，其特征在于，包括如权利要求1-26中任一项所述的调整臂组件，所述手术机器人还包括工具臂，所述工具臂与所述调整臂组件的子调整臂的末端连接。

28.根据权利要求27所述的手术机器人，其特征在于，还包括主台车，所述主台车包括竖直部分和水平部分，所述调整臂组件的所述基座与所述水平部分可转动连接。

29.根据权利要求28所述的手术机器人，其特征在于，所述竖直部分具有伸缩关节，所述水平部分包括第一旋转关节、第二旋转关节、第一水平调节连杆和第二水平调节连杆；所述第一水平调节连杆的一端通过所述第一旋转关节与所述竖直部分转动连接，另一端通过所述第二旋转关节与所述第二水平调节连杆的一端可转动连接，所述第二水平调节连杆的另一端与所述基座可转动地连接。

30.根据权利要求27-29中任一所述的手术机器人，其特征在于，所述手术机器人被配置为具有自动调整模式，且所述子调整臂的数量为多个；

当所述手术机器人处于自动调整模式时，所述手术机器人被配置为用于执行如下步骤：

将一光路对准手术对象上需打孔的位置；

确定手术类别并获取手术类别所对应的期望打孔位置；

根据期望打孔位置，获取每个子调整臂驱使其上工具臂到达期望不动点的多个姿态解；

获取各个子调整臂的相对物理空间最大时，各个子调整臂的期望姿态解；

驱动各个子调整臂运动到期望姿态解的方位；

调整各个子调整臂上的工具臂的指向，使各个工具臂上的器械安装通道的轴线经过所述期望打孔位置。

31.根据权利要求27-29中任一所述的手术机器人，其特征在于，所述手术机器人被配置为具有手动调整模式，且所述子调整臂的数量为多个；

当所述手术机器人处于手动调整模式时，所述手术机器人被配置为用于执行如下步骤：

步骤一：确定期望打孔位置后，经手动调整第一个子调整臂至合适的位置，并保持第一个子调整臂的姿态；

步骤二：在不动点不变的情况下，获取与第一个子调整臂相邻的第二个子调整臂的多个姿态解；

步骤三：获取第二个子调整臂的相对物理空间最大时，所述第二个子调整臂的期望姿态解；

步骤四：驱动第二个子调整臂运动到期望姿态解的方位；

步骤五：调整第二个子调整臂上的工具臂的指向，使第二个子调整臂上的工具臂的器械安装通道的轴线经过所述期望打孔位置；

针对其余子调整臂，所述手术机器人被配置为用于执行如下步骤：

在不动点不变的情况下，获取与第i个子调整臂相邻的第i+1个子调整臂的多个姿态解；

获取第i+1个子调整臂的相对物理空间最大时，第i+1个子调整臂的期望姿态解；

驱动第i+1个子调整臂运动到期望姿态解的方位；

调整第i+1个子调整臂上的工具臂的指向，使第i+1个子调整臂上的工具臂的器械安装通道的轴线经过所述期望打孔位置；

其中，i为不小于2的正整数。

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