CN113288435A - 医疗机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种医疗机器人，包括第一驱动臂、第二驱动臂、第一旋转架、第二旋转架、器械夹持架和自锁结构；所述第一驱动臂和所述第二驱动臂分别在第一平面内和第二平面内移动，所述第一旋转架设置于所述第一驱动臂并在所述第一平面内旋转，所述第二旋转架设置于所述第二驱动臂并在所述第二平面内旋转，所述器械夹持架与所述第一旋转架活动连接，所述器械夹持架与所述第二旋转架滑动连接，使得器械夹持架共实现四个自由度的运动姿态；通过所述自锁结构作用于所述第一驱动臂和所述第二驱动臂而使所述器械夹持架实现自锁，以提高安全性能。本发明还提供了所述医疗机器人的控制方法。

Description

医疗机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及医疗机器人技术领域，尤其涉及一种医疗机器人及其控制方法。

背景技术

人工智能的迅速发展和应用场景的不断扩展为医疗领域的进步带来了新的动力，近年来，随着人工智能技术的不断提高，机器人进入到医疗领域，让精准医疗惠及于民。医疗机器人作为人工智能在医疗领域的深化应用，能够辅助医生进行医疗诊断和治疗，从而进一步推动医疗领域的信息化和智能化。医疗机器人已在有关精确控制身体上或身体中的目标处理位置的许多外科手术或立体定向操作中证明了其价值。通过将器械引导与医疗成像组合，能够精确确定医疗器械的进入位置、进入深度和进入方向以到达身体上或身体中的目标处理位置。

公开号为US2021/0015564A1和CN112203611A的专利公开了一种紧凑医疗机器人，该医疗机器人提供以五个或更多个自由度对医疗器械的引导和致动。机器人包括下致动器臂、下万向架、上致动器臂、上万向架、引导管和线性致动器，所述下致动器臂能够在下平面内移动；所述下万向架附连到下致动器臂；所述上致动器臂能够在上平面内移动并且上万向架附连到上致动器臂；所述引导管附连到下万向架和上万向架；所述线性致动器附连到引导管以纵向移动延伸通过引导管的医疗器械；线性致动器包括布置在线性致动器的主要主体部分内的致动杆和线性马达。但该发明结构复杂，重量较大，而且该发明未公开所述下致动器臂和所述上致动器臂的具体结构，不清楚机器人是如何控制器械在x/y平面内的路径，同时该发明存在安全隐患，其机器人存在在非驱动力下运动的风险，如在手术过程中突然断电以及人力无意触碰而导致所述机器人带动手术器械运动，从而导致定位目标的偏转，需要再次调整定位目标位置，严重的甚至会给患者造成损伤。该发明公开了保持支架可枢转地安装到下器械适配器以允许调整超声换能器相对于下主体的x/y平面的滚转角是通过在下器械适配器和保持支架的相对表面可以被形成为可释放地连接的冠齿轮而实现，但该结构在断电时可手动推动，存在安全隐患。

因此，有必要提供一种新型的医疗机器人及其控制方法以解决现有技术中存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种医疗机器人及其控制方法，以解决现有的医疗机器人存在在非驱动力下运动的风险，存在安全隐患的问题。

为实现上述目的，本发明的所述医疗机器人，包括第一驱动臂、第二驱动臂、第一旋转架、第二旋转架、器械夹持架和自锁结构；

所述第一驱动臂在第一平面内的第一方向和第二方向移动，所述第一方向和所述第二方向垂直；

所述第二驱动臂在第二平面内的第一方向和第二方向移动，所述第二平面和所述第一平面平行；

所述第一旋转架设置于所述第一驱动臂，所述第一旋转架在所述第一平面内旋转；

所述第二旋转架设置于所述第二驱动臂，所述第二旋转架在所述第二平面内旋转；

所述器械夹持架用于夹持手术器械，所述器械夹持架与所述第一旋转架活动连接，所述器械夹持架与所述第二旋转架滑动连接；

所述自锁结构设有若干个，且分别设置于所述第一驱动臂的驱动部和所述第二驱动臂的驱动部，通过所述自锁结构作用于所述第一驱动臂和所述第二驱动臂而使所述器械夹持架实现自锁。

本发明的医疗机器人的有益效果在于：通过所述第一驱动臂在第一平面内移的第一方向和第二方向移动，所述第一方向和所述第二方向垂直，所述第二驱动臂在第二平面内的第一方向和第二方向移动，所述第二平面和所述第一平面平行，使得通过所述第一驱动臂在第一平面内移动和所述第二驱动臂在第二平面内移动能控制所述器械夹持架实现第一方向和第二方向两个自由度的运动姿态；通过所述第一旋转架设置于所述第一驱动臂，所述第一旋转架在所述第一平面内旋转，所述第二旋转架设置于所述第二驱动臂，所述第二旋转架在所述第二平面内旋转，所述器械夹持架用于夹持手术器械，所述器械夹持架与所述第一旋转架活动连接，所述器械夹持架与所述第二旋转架滑动连接，使得通过所述第一驱动臂在第一平面内移动和所述第二驱动臂在第二平面内移动，而带动所述第一旋转架和所述第二旋转架自动旋转调整，从而控制所述器械夹持架自动实现俯仰和偏转的运动姿态，即只需调整所述第一驱动臂的移动和所述第二驱动臂的移动即可使所述器械夹持架共实现四个自由度的运动姿态，即所述器械夹持架可以进行第一方向运动、第二方向运动、俯仰运动和偏转运动中的任意一种，所述器械夹持架的运动姿态调整简单方便，目标位置定向精度高，稳定性好；通过所述自锁结构设有若干个，且分别设置于所述第一驱动臂的驱动部和所述第二驱动臂的驱动部，通过所述自锁结构作用于所述第一驱动臂和所述第二驱动臂而使所述器械夹持架实现自锁，即通过所述自锁结构作用所述第一驱动臂和所述第二驱动臂而使所述第一驱动臂和所述第二驱动臂自锁不运动，从而阻止所述器械夹持架实现自锁不运动，使得能有效防止在手术过程中断电以及人力无意触碰而导致所述器械夹持架带动手术器械运动，从而避免了需要二次定位目标位置，节省了手术时长，以及避免了手术器械定位后运动而给患者造成损伤，极大的提高了手术的安全性能，保障了手术的安全顺利进行。

优选的，所述第二驱动臂和所述第一驱动臂结构相同，所述第一驱动臂的驱动部包括驱动装置和传动装置，所述驱动装置和所述传动装置连接，所述自锁结构设置于所述传动装置或所述驱动装置。其有益效果在于：通过所述自锁结构与所述传动装置或所述驱动装置相互作用而实现自锁，从而能通过所述传动装置不运动而阻止所述器械夹持架实现自锁不运动，使得提高了手术的安全性能。

优选的，所述第一驱动臂包括第一滑台，所述第一滑台包括第一直线导轨和第二直线导轨，所述第一直线导轨和所述第二直线导轨垂直设置，且所述第一直线导轨通过第一滑块与所述第二直线导轨滑动连接。其有益效果在于：使得所述第一驱动臂实现在第一平面内的第一方向和第二方向移动。

优选的，所述驱动装置和传动装置分别设有两组，所述驱动装置包括第一驱动装置和第二驱动装置，所述传动装置包括第一传动装置和第二传动装置，所述第一驱动装置与所述第一传动装置连接，所述第二驱动装置与所述第二传动装置连接，所述第二传动装置通过所述第一滑块与所述第二直线导轨滑动连接，所述第一传动装置通过第二滑块与所述第一直线导轨滑动连接。其有益效果在于：所述器械夹持架在第一方向运动和第二方向运动独立控制，互不干扰，使得更容易控制所述器械夹持架的运动，而且能更精准的定位目标位置。

优选的，所述第一驱动臂包括悬臂杆，所述悬臂杆的一端通过所述第二滑块与所述第一传动装置连接，所述悬臂杆的另一端与所述第一旋转架连接，所述第一旋转架绕所述悬臂杆的轴中心旋转。其有益效果在于：通过所述悬臂杆带动所述器械夹持架运动，从而实现所述器械夹持架的运动姿态的调整。

优选的，所述传动装置包括丝杆，所述丝杆一端与所述驱动装置连接，所述自锁结构包括螺母，所述丝杆设有螺纹，所述螺母与所述丝杆通过螺纹连接，当所述驱动装置的驱动力不大于驱动力阈值，所述螺母与所述丝杆之间的螺纹锁紧力大于所述驱动力阈值以实现自锁。其有益效果在于：使得所述螺母与所述丝杆之间能实现自锁，从而在所述驱动装置的驱动力不大于驱动力阈值时，使所述丝杆不能自行运动，结构简单，实现自锁更为容易。

优选的，所述传动装置包括同步带，所述同步带一端与所述驱动装置连接，所述自锁结构包括刹车结构，所述刹车结构设置于所述驱动装置，当所述驱动装置的驱动力不大于驱动力阈值，所述刹车结构阻止所述驱动装置运动以实现自锁。其有益效果在于：使得所述刹车结构与所述驱动装置能实现自锁，从而在所述驱动装置的驱动力不大于驱动力阈值时，使所述同步带不能自行运动，结构简单，锁紧力更强。

优选的，所述器械夹持架设有旋转架连接结构，所述第一旋转架设有与所述旋转架连接结构相适配的夹持架连接结构，所述器械夹持架和所述第一旋转架通过所述旋转架连接结构和所述夹持架连接结构活动连接，所述器械夹持架以所述旋转架连接结构为中心转动。其有益效果在于：使得所述器械夹持架能根据所述第一驱动臂和所述第二驱动臂的移动而自动实现俯仰和偏转的运动姿态。

优选的，所述旋转架连接结构包括通孔结构，所述夹持架连接结构包括连接杆，所述第一旋转架通过所述连接杆贯穿所述通孔结构而与所述器械夹持架活动连接，所述器械夹持架以所述通孔结构为中心转动。其有益效果在于：结构简单，投入成本低。

优选的，所述器械夹持架还设有旋转架滑动结构，所述第二旋转架设有与所述旋转架滑动结构相适配的滑动连接结构，所述器械夹持架和所述第二旋转架通过所述旋转架滑动结构和所述滑动连接结构滑动连接。其有益效果在于：使得所述器械夹持架能根据所述第一驱动臂和所述第二驱动臂的移动而自动实现俯仰和偏转的运动姿态。

优选的，所述旋转架滑动结构包括滑槽，所述滑动连接结构包括滑杆，所述滑杆沿所述滑槽的长度方向滑动。其有益效果在于：结构简单，投入成本低。

优选的，所述第二驱动臂包括第二滑台，所述第二滑台和所述第一滑台连接固定，且所述第二滑台和所述第一滑台平行设置。其有益效果在于：所述第二滑台和所述第一滑台平行设置，使得更容易实现所述第一驱动臂和所述第二驱动臂的控制，而且结构紧凑，体积小，在手术中整体占用面积小。

优选的，本发明还提供一种医疗机器人的控制方法，包括以下步骤：

通过所述器械夹持架夹持固定所述手术器械；

通过所述第一驱动臂在所述第一平面内的第一方向和第二方向移动、所述第二驱动臂在所述第二平面内的第一方向和第二方向移动、所述第一旋转架在所述第一平面内旋转以及所述第二旋转架在所述第二平面内旋转中的至少一种使所述器械夹持架实现第一方向运动、第二方向运动、俯仰运动和偏转运动中的至少一种运动；

通过所述自锁结构作用于所述第一驱动臂和所述第二驱动臂而使所述器械夹持架实现自锁。

本发明的医疗机器人的控制方法的有益效果在于：通过所述器械夹持架夹持固定所述手术器械，以进行术前准备；通过所述第一驱动臂在所述第一平面内的第一方向和第二方向移动、所述第二驱动臂在所述第二平面内的第一方向和第二方向移动、所述第一旋转架在所述第一平面内旋转以及所述第二旋转架在所述第二平面内旋转中的至少一种使所述器械夹持架实现第一方向运动、第二方向运动、俯仰运动和偏转运动中的至少一种运动，使得所述器械夹持架能实现第一方向、第二方向、俯仰和偏转共四个自由度的运动姿态，即使得所述器械夹持架进行第一方向运动、第二方向运动、俯仰运动和偏转运动；通过所述自锁结构作用于所述第一驱动臂和所述第二驱动臂而使所述器械夹持架实现自锁，即通过所述自锁结构作用所述第一驱动臂和所述第二驱动臂而使所述第一驱动臂和所述第二驱动臂自锁不运动，从而阻止所述器械夹持架实现自锁不运动，使得能有效防止在手术过程中断电以及人力无意触碰而导致所述器械夹持架带动手术器械运动，从而避免了需要二次定位目标位置，节省了手术时长，以及避免了手术器械定位后运动而给患者造成损伤，极大的提高了手术的安全性能，保障了手术的安全顺利进行。

附图说明

图1为本发明一些实施例的医疗机器人的结构示意图；

图2为图1所示医疗机器人的第一使用状态示意图；

图3为图1所示医疗机器人的第二使用状态示意图；

图4为图1所示的A部分的放大结构示意图；

图5为本发明实施例的器械夹持架的结构示意图；

图6为图5所示的器械夹持架的主视图；

图7为本发明另一些实施例的医疗机器人中传动装置和驱动装置的装配示意图；

图8为图7所示的医疗机器人中驱动装置和自锁结构的装配示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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作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。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种医疗机器人，包括第一驱动臂、第二驱动臂、第一旋转架、第二旋转架、器械夹持架和自锁结构；所述第一驱动臂在第一平面内的第一方向和第二方向移动，所述第一方向和所述第二方向垂直；所述第二驱动臂在第二平面内的第一方向和第二方向移动，所述第二平面和所述第一平面平行；所述第一旋转架设置于所述第一驱动臂，所述第一旋转架在所述第一平面内旋转；所述第二旋转架设置于所述第二驱动臂，所述第二旋转架在所述第二平面内旋转；所述器械夹持架用于夹持手术器械，所述器械夹持架与所述第一旋转架活动连接，所述器械夹持架与所述第二旋转架滑动连接；所述自锁结构设有若干个，且分别设置于所述第一驱动臂的驱动部和所述第二驱动臂的驱动部，通过所述自锁结构作用于所述第一驱动臂和所述第二驱动臂而使所述器械夹持架实现自锁。

本发明的实施例中通过所述第一驱动臂和所述第二驱动臂控制所述器械夹持架在x/y平面内的路径，本发明的实施例中将相对于医疗机器人的主体的向前和向后移动称为沿x轴的移动，即第一方向移动，将相对于医疗机器人的主体的左右移动将称为沿y轴的移动，即第二方向移动，所述第一方向与所述第二方向垂直。进一步的，因为所述第一旋转架在所述第一平面内旋转，所述第二旋转架在所述第二平面内旋转，所述器械夹持架与所述第一旋转架活动连接，所述器械夹持架与所述第二旋转架滑动连接，使得可以控制所述器械夹持架进行俯仰运动和偏转运动，本发明的实施例中将俯仰运动称为绕x轴的旋转运动，将偏转运动称为绕y轴的旋转运动。

所述第一驱动臂在第一平面内移动，所述第二驱动臂在第二平面内移动，且所述第一驱动臂和所述第二驱动臂同步运动，即所述第一驱动臂和所述第二驱动臂同时向前、向后或左右移动，从而通过所述第一旋转架和所述第二旋转架带动所述器械夹持架实现第一方向运动或第二方向运动，所述器械夹持架实现第一方向运动或第二方向运动时，所述第一旋转架在所述第一平面内不旋转，所述第二旋转架在所述第二平面内也不旋转。所述第一驱动臂在第一平面内移动，所述第二驱动臂在第二平面内移动，且所述第一驱动臂和所述第二驱动臂不同步运动，即所述第一驱动臂和所述第二驱动臂向前、向后、向左或向右的移动方向不同，或所述第一驱动臂和所述第二驱动臂向前、向后、向左或向右的移动方向相同，但移动的距离不同，使得通过所述第一旋转架在所述第一平面内自动进行相应角度的旋转，所述第二旋转架在所述第二平面内自动进行相应角度的旋转，从而带动所述器械夹持架实现俯仰运动和偏转运动。即本发明通过所述第一驱动臂在第一平面内移动和所述第二驱动臂在第二平面内移动就能控制所述器械夹持架实现四个自由度的运动姿态。

本发明的一些实施例中，所述第一旋转架和所述第二旋转架结构相同，所述第一旋转架包括连接部和夹持部，所述连接部与所述第一驱动臂连接，所述夹持部与所述器械夹持架连接。

本发明的一些实施例中，所述第二驱动臂和所述第一驱动臂结构相同，所述第一驱动臂的驱动部包括驱动装置和传动装置，所述驱动装置和所述传动装置连接，所述自锁结构设置于所述传动装置或所述驱动装置。

本发明的一些实施例中，所述第一驱动臂包括第一滑台，所述第一滑台包括第一直线导轨和第二直线导轨，所述第一直线导轨和所述第二直线导轨垂直设置，且所述第一直线导轨通过第一滑块与所述第二直线导轨滑动连接。

本发明的一些实施例中，所述驱动装置和传动装置分别设有两组，所述驱动装置包括第一驱动装置和第二驱动装置，所述传动装置包括第一传动装置和第二传动装置，所述第一驱动装置与所述第一传动装置连接，所述第二驱动装置与所述第二传动装置连接，所述第二传动装置通过所述第一滑块与所述第二直线导轨滑动连接，所述第一传动装置通过第二滑块与所述第一直线导轨滑动连接。所述器械夹持架在第一方向运动和第二方向运动独立控制，互不干扰，使得更容易控制所述器械夹持架的运动，而且能更精准的定位目标位置。

本发明的一些实施例中，所述第一驱动臂包括悬臂杆，所述悬臂杆的一端通过所述第二滑块与所述第一传动装置连接，所述悬臂杆的另一端与所述第一旋转架连接，所述第一旋转架绕所述悬臂杆的轴中心旋转。

本发明的一些具体实施例中，所述驱动装置为电机，在供电时提供驱动力以驱动所述传动装置运动，从而使所述传动装置带动所述悬臂杆运动。

本发明的一些实施例中，所述传动装置包括丝杆，所述丝杆一端与所述驱动装置连接，所述自锁结构包括螺母，所述丝杆设有螺纹，所述螺母与所述丝杆通过螺纹连接，当所述驱动装置的驱动力不大于驱动力阈值，所述螺母与所述丝杆之间的螺纹锁紧力大于所述驱动力阈值以实现自锁。可根据所述器械夹持架和夹持手术器械的重量，来选择所述丝杆的导程、直径和螺距，以便在所述器械夹持架和夹持手术器械的自重下所述丝杆与所述螺母通过螺纹锁紧力能实现自锁。当所述驱动装置的驱动力不大于驱动力阈值时，所述丝杆与所述螺母之间因为存在螺纹锁紧力大于所述驱动力阈值而实现自锁，所述驱动装置的驱动力大于驱动力阈值时，所述丝杆在所述驱动装置的驱动力下克服与所述螺母之间的螺纹锁紧力而实现运动。

本发明的一些实施例中，所述驱动力阈值为零，即当所述驱动装置不供电时，所述丝杆与所述螺母通过螺纹锁紧力而实现自锁，使得所述第一驱动臂和所述第二驱动臂实现自锁而带动所述器械夹持架实现自锁不运动，使得能有效防止在手术过程中断电以及人力无意触碰而导致所述器械夹持架带动手术器械运动，极大的提高了手术的安全性能。

图1为本发明实施例的医疗机器人的结构示意图，图2为图1所示医疗机器人的第一使用状态示意图，图3为图1所示医疗机器人的第二使用状态示意图。

本发明的一些实施例中，所述第一驱动臂包括第一滑台，参考图1、图2和图3，所述第一滑台(图中未标示)包括第一滑台架11、第一直线导轨12和第二直线导轨13，所述第一直线导轨12和所述第二直线导轨13互相垂直设置，且所述第一直线导轨12通过第一滑块14与所述第二直线导轨13滑动连接，本实施例中所述第二直线导轨13沿x轴方向设置，即第一方向设置，所述第一直线导轨12沿y轴方向设置，即第二方向设置，如图1和图2所示。本发明的另一些实施例中，所述第二直线导轨13沿y轴方向设置，即第二方向设置，所述第一直线导轨12沿x轴方向设置，即第一方向设置。

参考图1、图2和图3，所述第一驱动臂(图中未标示)包括第一悬臂杆15、第一驱动装置16、第二驱动装置17、第一丝杆18、第二丝杆19。所述第一丝杆18的一端与所述第一驱动装置16的输出轴连接，另一端与所述第一直线导轨12连接，所述第一丝杆18、所述第一直线导轨12和所述第一悬臂杆15通过第二滑块110连接，使得所述第一驱动装置16在供电时提供驱动力以驱动所述第一丝杆18转动，所述第一丝杆18带动所述第二滑块110沿着所述第一直线导轨12滑动，从而带动所述第一悬臂杆15沿所述第一直线导轨12的长度方向移动，使得所述第一悬臂杆15在第一平面内沿y轴方向移动，即第二方向移动。

参考图1、图2和图3，所述第二丝杆19的一端与所述第二驱动装置17的输出轴连接，另一端与所述第二直线导轨13连接，所述第二丝杆19、所述第二直线导轨13和所述第一直线导轨12通过所述第一滑块14连接，使得所述第二驱动装置17在供电时提供驱动力以驱动所述第二丝杆19转动，所述第二丝杆19带动所述第一滑块14沿着所述第二直线导轨13滑动，从而带动所述第一直线导轨12沿所述第二直线导轨13的长度方向移动，使得所述第一直线导轨12通过所述第二滑块110连接的所述第一悬臂杆15在第一平面内沿x轴方向移动，即第一方向移动。

所述第一丝杆18和所述第二丝杆19的外壁上均设有螺纹，参考图1，所述第一丝杆18外套有第一螺母111，所述第一螺母111与所述第一丝杆18通过螺纹连接，在所述第一驱动装置16没有供电不能提供驱动力时，所述第一螺母111与所述第一丝杆18因为螺纹连接锁定，使得所述第一悬臂杆15不能自动沿y轴方向移动，即第二方向移动。所述第二丝杆19外套有第二螺母(图中未标示)，所述第二螺母(图中未标示)与所述第二丝杆19通过螺纹连接，在所述第二驱动装置17没有供电不能提供驱动力时，所述第二螺母(图中未标示)与所述第二丝杆19因为螺纹连接锁定，使得所述第一悬臂杆15不能自动沿x轴方向移动，即第一方向移动。

参考图1、图2和图3，所述第一悬臂杆15的一端连接第一旋转架2，所述第一旋转架2绕所述第一悬臂杆15的轴中心旋转。

所述第二驱动臂的结构和所述第一驱动臂的结构相同，具体所述第二驱动臂的结构参考所述第一驱动臂的结构，在此不再赘述。参考图1、图2和图3，所述第二驱动臂(图中未标示)包括第二悬臂杆31，所述第二悬臂杆31在第二平面内沿y轴或x轴方向移动，即第二方向和第一方向移动，所述第二悬臂杆31的一端连接第二旋转架4，所述第二旋转架4绕所述第二悬臂杆31的轴中心旋转。

本发明的一些实施例中，所述第二驱动臂包括第二滑台，所述第二滑台和所述第一滑台连接固定，且所述第二滑台和所述第一滑台平行设置，使得更容易实现所述第一驱动臂和所述第二驱动臂的控制，而且结构紧凑，体积小，在手术中整体占用面积小。

本发明的一些具体实施例中，参考图1、图2和图3，所述第二滑台(图中未标示)包括第二滑台架32，所述第二滑台架32与第一滑台架11通过连接杆连接固定，且所述第二滑台架32与第一滑台架11平行设置。

本发明的一些实施例中，所述第一滑台架11呈框形结构，有四条相互连接的边板，所述四条边板上均设置有滑槽或导轨，所述第一直线导轨12和所述第二直线导轨13的两端通过滑动结构在所述滑槽或导轨中滑动。

本发明的一些实施例中，所述器械夹持架设有旋转架连接结构，所述第一旋转架设有与所述旋转架连接结构相适配的夹持架连接结构，所述器械夹持架和所述第一旋转架通过所述旋转架连接结构和所述夹持架连接结构活动连接，所述器械夹持架以所述旋转架连接结构为中心转动，使得所述器械夹持架能根据所述第一驱动臂和所述第二驱动臂的移动而自动实现俯仰和偏转的运动姿态。

本发明的一些实施例中，所述旋转架连接结构包括通孔结构，所述夹持架连接结构包括连接杆，所述第一旋转架通过所述连接杆贯穿所述通孔结构而与所述器械夹持架活动连接，所述器械夹持架以所述通孔结构为中心转动。

本发明的一些实施例中，所述器械夹持架还设有旋转架滑动结构，所述第二旋转架设有与所述旋转架滑动结构相适配的滑动连接结构，所述器械夹持架和所述第二旋转架通过所述旋转架滑动结构和所述滑动连接结构滑动连接，使得所述器械夹持架能根据所述第一驱动臂和所述第二驱动臂的移动而自动实现俯仰和偏转的运动姿态。

本发明的一些实施例中，所述旋转架滑动结构包括滑槽，所述滑动连接结构包括滑杆，所述滑杆沿所述滑槽的长度方向滑动。

图4为图1所示的A部分的放大结构示意图；图5为本发明实施例的器械夹持架的结构示意图；图6为图5所示的器械夹持架的主视图。

本发明的一些具体实施例中，参考图1至图6，所述第一旋转架2和所述第二旋转架4与器械夹持架5连接。所述器械夹持架5设有通孔结构51和滑槽52。所述第一旋转架2和所述第二旋转架4均设有2个夹持支架，所述夹持支架均设有销孔，所述第一旋转架2通过第一连接销21贯穿所述滑槽52而与所述器械夹持架5滑动连接，所述第二旋转架4通过第二连接销41贯穿所述通孔结构51而与所述器械夹持架5活动连接，所述器械夹持架5以所述通孔结构51为中心转动。

本发明的一些实施例中，参考图1、图2和图3，图2所示的所述医疗机器人处于初始状态，所述器械夹持架5处于直立状态，即所述第一悬臂杆15和所述第二悬臂杆31沿第一方向或第二方向同步运动，使得所述第一悬臂杆15在所述第一滑台架11的位置和所述第二悬臂杆31在所述第二滑台架32的位置相同。图2所示的所述医疗机器人的所述第一悬臂杆15在第一方向上移动，且朝向所述第二驱动装置17的方向移动，使得所述器械夹持架5的状态由图2中的直立状态变成了图1中的仰视状态。图2所示的所述医疗机器人的所述第一悬臂杆15在第一方向上移动，且远离所述第二驱动装置17的方向移动，且所述第一悬臂杆15在第二方向上移动，且朝向所述第一驱动装置16的方向移动，使得所述器械夹持架5的状态由图2中的直立状态变成了图3中的旋转状态。

本发明的一些实施例中，所述器械夹持架还设有夹持结构，用于夹持手术器械，所述器械夹持架可以根据不同的手术器械配备不同的夹持结构，通用性强，应用范围广，可以用于辅助进行不同的手术。

本发明的另一些实施例中，所述器械夹持架还设有若干夹持结构，所述若干夹持结构具有不同的结构和型号，以便在同一个所述器械夹持架上夹持若干不同的手术器械，或使得所述若干夹持结构能够适应夹持手术器械的不同的结构部位。

本发明的一些具体实施例中，参考图4、图5和图6，所述器械夹持架5包括C型活动夹53，所述C型活动夹53设有2个，分别设置在所述器械夹持架5的上下部，所述C型活动夹53可用于夹持穿刺针等手术器械。

本发明的另一些实施例中，所述器械夹持架设有2个，分别为第一器械夹持架和第二器械夹持架，所述第一器械夹持架和所述第二器械夹持架分别用于夹持不同的手术器械，所述第一器械夹持架与所述第一旋转架活动连接，所述第二器械夹持架与所述第二旋转架滑动连接，相应的，为了实现稳定的使用，所述第一器械夹持架和所述第二器械夹持架还包括锁结构，以便在手术器械调整到相应目标位置后通过锁结构的作用而不再运动，同时因为所述第一器械夹持架和所述第二器械夹持架分别与所述第一旋转架和所述第二旋转架连接，因此所述第一旋转架和所述第二旋转架还需要设置锁结构，以防止所述第一旋转架和所述第二旋转架分别因为第一器械夹持架和所述第二器械夹持架的自重而偏转。

本发明的另一些实施例中，所述传动装置包括同步带，所述同步带一端与所述驱动装置连接，所述自锁结构包括刹车结构，所述刹车结构设置于所述驱动装置，当所述驱动装置的驱动力不大于驱动力阈值，所述刹车结构阻止所述驱动装置运动以实现自锁。

本发明的一些实施例中，所述驱动力阈值为零，即当所述驱动装置不供电时，所述刹车结构抱住所述驱动装置形成自锁，从而使得同步带不运动，使得所述第一驱动臂和所述第二驱动臂实现自锁而带动所述器械夹持架实现自锁不运动，使得能有效防止在手术过程中断电以及人力无意触碰而导致所述器械夹持架带动手术器械运动，极大的提高了手术的安全性能。

图7为本发明另一些实施例的医疗机器人中传动装置和驱动装置的装配示意图；图8为图7所示的医疗机器人中驱动装置和自锁结构的装配示意图。

本发明的另一些具体实施例中，图7和图8所示的传动装置和自锁结构与图1-3中所示的传动装置和自锁结构的区别在于，图7和图8所示的所述传动装置包括同步带和带轮，所述自锁结构包括刹车结构，即所述丝杆替换为同步带，所述螺母替换为刹车结构，参考图7，所述同步带61的一端套设于所述第一驱动装置16的输出轴，另一端套设于所述带轮62，所述带轮62固定在所述第一滑台架11上，所述同步带61、所述第一直线导轨12和所述第一悬臂杆(图中未示出)通过第二滑块110连接，使得所述第一驱动装置16在供电时提供驱动力以驱动所述同步带61转动，所述同步带61带动所述第二滑块110沿着所述第一直线导轨12滑动，从而带动所述第一悬臂杆15沿所述第一直线导轨12的长度方向移动，使得所述第一悬臂杆在第一平面内沿y轴方向移动，即第二方向移动。参考图8，所述第一驱动装置16的电机轴尾部设有刹车结构63，在所述第一驱动装置16断电状态下，所述刹车结构63抱住所述电机轴，从而达到制动自锁的效果；在所述第一驱动装置16供电状态下，所述刹车结构63松开所述电机轴，所述第一驱动装置16正常旋转。

本发明的一些实施例中，所述手术器械为穿刺针，用于辅助进行穿刺手术，如神经外科穿刺手术或脊柱穿刺手术等。

本发明的一些实施例中，所述手术器械为活检针，用于从目标(诸如可疑结块、肿块、感染或炎症)中取回组织样本。

本发明的一些实施例中，所述手术器械为用于药物靶向应用的注射针。

本发明的一些实施例中，所述手术器械为内窥镜、外窥镜或诸如此类。

本发明的一些实施例中，所述手术器械为在消融中使用的若干针电极之一。本发明的一些实施例中，所述医疗机器人可以用于将任何种类的器械引导到目标位置中，该器械由外科医生沿着其纵向轴线手动推动。

本发明的一些实施例中，所述医疗机器人可以用于支持经皮介入(如肿瘤消融(RF、IRE、CRYO、BRACHY))、软组织和骨活检、直接药物注射、内漏治疗、分流替换、标记物和导丝放置等。

本发明的一些实施例中，提供一种医疗机器人的控制方法，包括以下步骤：

通过所述器械夹持架夹持固定所述手术器械；

通过所述第一驱动臂在所述第一平面内的第一方向和第二方向移动、所述第二驱动臂在所述第二平面内的第一方向和第二方向移动、所述第一旋转架在所述第一平面内旋转以及所述第二旋转架在所述第二平面内旋转中的至少一种使所述器械夹持架实现第一方向运动、第二方向运动、俯仰运动和偏转运动中的至少一种运动；

通过所述自锁结构作用于所述第一驱动臂和所述第二驱动臂而使所述器械夹持架实现自锁。

本发明的一些实施例中，所述医疗机器人设有固定座，使得在手术前，可以将所述医疗机器人通过固定座设置在手术台上，即相对于患者的目标位置不可移动地布置所述医疗机器人，再通过控制所述第一驱动臂和所述第二驱动臂移动而微调所述器械夹持架的方向和位置。

虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (13)

1.一种医疗机器人，其特征在于，包括

第一驱动臂，在第一平面内的第一方向和第二方向移动，所述第一方向和所述第二方向垂直；

第二驱动臂，在第二平面内的第一方向和第二方向移动，所述第二平面和所述第一平面平行；

第一旋转架，设置于所述第一驱动臂，所述第一旋转架在所述第一平面内旋转；

第二旋转架，设置于所述第二驱动臂，所述第二旋转架在所述第二平面内旋转；

器械夹持架，用于夹持手术器械，所述器械夹持架与所述第一旋转架活动连接，所述器械夹持架与所述第二旋转架滑动连接；

自锁结构，设有若干个，且分别设置于所述第一驱动臂的驱动部和所述第二驱动臂的驱动部，通过所述自锁结构作用于所述第一驱动臂和所述第二驱动臂而使所述器械夹持架实现自锁。

2.根据权利要求1所述的医疗机器人，其特征在于，所述第二驱动臂和所述第一驱动臂结构相同，所述第一驱动臂的驱动部包括驱动装置和传动装置，所述驱动装置和所述传动装置连接，所述自锁结构设置于所述传动装置或所述驱动装置。

3.根据权利要求2所述的医疗机器人，其特征在于，所述第一驱动臂包括第一滑台，所述第一滑台包括第一直线导轨和第二直线导轨，所述第一直线导轨和所述第二直线导轨垂直设置，且所述第一直线导轨通过第一滑块与所述第二直线导轨滑动连接。

4.根据权利要求3所述的医疗机器人，其特征在于，所述驱动装置和传动装置分别设有两组，所述驱动装置包括第一驱动装置和第二驱动装置，所述传动装置包括第一传动装置和第二传动装置，所述第一驱动装置与所述第一传动装置连接，所述第二驱动装置与所述第二传动装置连接，所述第二传动装置通过第一滑块与所述第二直线导轨滑动连接，所述第一传动装置通过第二滑块与所述第一直线导轨滑动连接。

5.根据权利要求4所述的医疗机器人，其特征在于，所述第一驱动臂包括悬臂杆，所述悬臂杆的一端通过所述第二滑块与所述第一传动装置连接，所述悬臂杆的另一端与所述第一旋转架连接，所述第一旋转架绕所述悬臂杆的轴中心旋转。

6.根据权利要求2所述的医疗机器人，其特征在于，所述传动装置包括丝杆，所述丝杆一端与所述驱动装置连接，所述自锁结构包括螺母，所述丝杆设有螺纹，所述螺母与所述丝杆通过螺纹连接，当所述驱动装置的驱动力不大于驱动力阈值，所述螺母与所述丝杆之间的螺纹锁紧力大于所述驱动力阈值以实现自锁。

7.根据权利要求2所述的医疗机器人，其特征在于，所述传动装置包括同步带，所述同步带一端与所述驱动装置连接，所述自锁结构包括刹车结构，所述刹车结构设置于所述驱动装置，当所述驱动装置的驱动力不大于驱动力阈值，所述刹车结构阻止所述驱动装置运动以实现自锁。

8.根据权利要求1所述的医疗机器人，其特征在于，所述器械夹持架设有旋转架连接结构，所述第一旋转架设有与所述旋转架连接结构相适配的夹持架连接结构，所述器械夹持架和所述第一旋转架通过所述旋转架连接结构和所述夹持架连接结构活动连接，所述器械夹持架以所述旋转架连接结构为中心转动。

9.根据权利要求8所述的医疗机器人，其特征在于，所述旋转架连接结构包括通孔结构，所述夹持架连接结构包括连接杆，所述第一旋转架通过所述连接杆贯穿所述通孔结构而与所述器械夹持架活动连接，所述器械夹持架以所述通孔结构为中心转动。

10.根据权利要求8所述的医疗机器人，其特征在于，所述器械夹持架还设有旋转架滑动结构，所述第二旋转架设有与所述旋转架滑动结构相适配的滑动连接结构，所述器械夹持架和所述第二旋转架通过所述旋转架滑动结构和所述滑动连接结构滑动连接。

11.根据权利要求10所述的医疗机器人，其特征在于，所述旋转架滑动结构包括滑槽，所述滑动连接结构包括滑杆，所述滑杆沿所述滑槽的长度方向滑动。

12.根据权利要求3所述的医疗机器人，其特征在于，所述第二驱动臂包括第二滑台，所述第二滑台和所述第一滑台连接固定，且所述第二滑台和所述第一滑台平行设置。

13.根据权利要求1-12所述的医疗机器人的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过所述器械夹持架夹持固定所述手术器械；

通过所述第一驱动臂在所述第一平面内的第一方向和第二方向移动、所述第二驱动臂在所述第二平面内的第一方向和第二方向移动、所述第一旋转架在所述第一平面内旋转以及所述第二旋转架在所述第二平面内旋转中的至少一种使所述器械夹持架实现第一方向运动、第二方向运动、俯仰运动和偏转运动中的至少一种运动；

通过所述自锁结构作用于所述第一驱动臂和所述第二驱动臂而使所述器械夹持架实现自锁。

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