CN113397712A - 基于球窝关节及触觉反馈的手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于球窝关节及触觉反馈的手术机器人，具有有由球型件和关节座组成的球窝关节，所述关节座内具有驱动组件和限位件，所述球型件的中心有通孔；所述球型件上还连接有通道管；驱动组件与球型件的接触点围绕球型件中心点呈对称分布；所述球型件上还有对称分布的横梁，横梁的一端卡在与关节座固定连接的竖槽内。本发明利用球窝关节的三维旋转能力简化了手术机器人及控制装置的结构，而且控制装置和执行装置结构相同，有触觉反馈给操作者，提升了手术机器人的便携性及操作性。

Description

基于球窝关节及触觉反馈的手术机器人

技术领域

本发明是2018111528936的分案申请，涉及一种手术机器人系统，具体涉及一种基于球窝关节及触觉反馈的手术机器人。

背景技术

随着科技的进步，越来越多的微创外科手术开始使用手术机器人。微创外科手术中手术器械通过体表固定的小切口进入体内完成手术，鉴于体表切口的约束和患者的手术安全性，要求手术器械在切口处做定点运动。目前，采用以下三种方案实现手术器械的定点运动。

一、被动式关节：通过运动链前端关节运动间接实现手术器械绕切口的运动，在运动过程中依靠体表对手术器械的反作用力保证定点运动。这种方法可以保证病人的安全性却不易于调整手术器械姿态。

二、机械结构：通过机械结构的运动特点实现定点运动，可以保证定点运动的机构有：1、圆弧轨道机构，只要保证患者的体表切口位于圆弧轨道的圆心处就可以保证手术器械的定点运动，但这种机构的驱动问题不易解决。

2、轴直接驱动机构，只要使得体表切口位于驱动轴线上便可实现定点运动，但只能实现一个摆动方向上的定点运动。

3、复合平行四杆机构，利用两个平行四杆的叠加运动实现定点运动，这种机构加工精度要求较高，实现起来比较困难，且体积较大、不利于手术操作。

三、主动控制：通过对机器人关节的软件控制来实现的，只有当机器人关节数大于4时才有可能实现定点运动，这种控制方式要求医疗机器人的运动链较长，所需的驱动关节个数较多，通过算法控制关节运动以实现切口处的定点运动。

目前达芬奇机器人是世界上商品化和临床化最成功的微创机器人，该机器人采用的开环平行四边形远心定位机构，依靠钢带同步约束来实现平行四边机构，该机构的缺点是在装配时需要借助装置寻找远心定位点。被动臂采用基于移动平台的机械臂集成，这种方式的缺点是整个机械系统体积较大，为了便于术前调整需要被动臂具有四个自由度，导致悬臂梁较长，使得机器人整体刚度降低。同时出于达芬奇微创机器人在这方面的专利壁垒考虑，而且现在大多数的手术器械装置的驱动是通过电机直接驱动，这样往往使得驱动电机布置在平台的上部，导致头重脚轻，增大了关节的驱动力矩，使得机械臂系统容易产生震动。

内窥镜驱动装置采用螺母丝杠传动方式，但这种方式不便于手动实现术前调整，竖向移动装置采用电机带动螺母丝杠方式来实现上下运动，整体体积比较大。要调整镜头方向时，主刀医生需要停止所有持械臂操作，切换到持镜臂控制系统，用两只手共同调整持镜臂的位置，调整完毕后，再切换持械臂控制系统，重新开始中断的操作。反复切换浪费时间，也不能像常规腹腔镜手术中由助手灵活地控制镜头方向和角度。

达芬奇微创机器人也缺少触觉反馈，而触觉反馈可以使手术医生辨别组织，“触摸”到受感染或被炎症影响的脆弱组织，并更加小心谨慎地进行诊断分析。有了触觉反馈，医生在微创手术中将可以更完美、更精准地缝合伤口。

因此研发新型的微创机器人机械臂系统对我国微创机器人领域发展具有重要意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于球窝关节及触觉反馈的手术机器人及其控制装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的基于球窝关节的手术机器人，具有由球型件和关节座组成的球窝关节，所述关节座内具有驱动组件和限位件，所述球型件的中心有通孔；所述球型件上还连接有通道管；

驱动组件与球型件的接触点围绕球型件中心点呈对称分布；所述球型件上还有对称分布的横梁，横梁的一端卡在与关节座固定连接的竖槽内。

具体地，所述通道管的管壁上安装有电机和滚轴，所述滚轴与穿过通道管的手术器械或通管啮合。

具体地，所述球型件内安装有旋转电机，所述旋转电机用于驱动通道管旋转，所述通道管上安装有电机和球型件内滚轴，所述球型件内滚轴通过通道管上的缺口驱动穿过通道管的管道沿通道管内壁进退。

具体地，所述通道管包括旋转通道管和进退通道管：

所述旋转通道管直接或间接与球型件固定连接，所述旋转通道管驱动穿过物沿通道管内壁旋转，所述旋转通道管上安装的感应组件感应穿过物沿通道管内壁发生的旋转位移。

所述进退通道管穿入旋转通道管或球型件中，所述进退通道管上安装的驱动组件分别驱动穿过物沿通道管内壁进退，所述进退通道管上安装的感应组件感应穿过物沿通道管内壁发生的进退位移。

具体地，所述关节座通过弹簧安装在关节活动框内，所述关节活动框与手术机器人固定支架联接。

本发明同时提供一种基于球窝关节的手术机器人控制装置，具有第一球窝关节和第二球窝关节，所述第一球窝关节包括第一球型件和第一关节座，所述第二球窝关节包括第二球型件和第二关节座；所述第一球型件和第二球型件之间连接有拉杆和通道管，所述拉杆和通道管上安装有用于采集第一球型件和第二球型件相对位移的前进感应器和旋转感应器；所述第二球型件上安装有用于采集第二关节座相对其三维旋转的轨迹球，所述轨迹球的感应底座位于第一球型件内，所述第一关节座内安装有用于采集第一球型件相对其三维旋转的滚轴及旋转编码器。

操作者通过控制装置遥控机械臂执行旋转、前进、俯仰等动作。手握位于控制杆顶端的第二球窝关节，来控制安装在机械臂上的手术器械的工作端腕部的旋转。第二球窝关节上有手指套和压力感受器。指套的闭合引起弹簧形变，带动拉索产生电信号，控制手术器械端部的闭合。

本发明还提供一种基于球窝关节的口罩控制器或足部控制器，是将球窝关节与口罩或脚踏板相结合，在关节座内安装有用于采集球型件相对其三维旋转的滚轴及旋转感应器，在球型件内安装有用于采集通道管旋转的感应器，在通道管穿设推拉杆，并在通道管上安装有用于采集推拉杆和通道管相对位移的前进感应器，通道管上还需设置限位件，保证通道管在球型件内只能旋转不能进退，在推拉杆和通道管之间有限位件，保证推拉杆在通道管内只能进退，不能旋转，由操作者的用舌头和/或脚来控制。

有益效果：

1.简易便携。单个球窝关节代替复杂的机械臂。每个球窝关节都可以单独包装运输，体积小，重量轻，便于携带和组装。在野外救援、航天航空中也可以应用。

2.便于批量生产。由于控制装置和执行装置结构相同，使用时可以互相替换。生产时可以共用同一条生产线，同样的包装和同样的存储。损坏后可随时替换新部件，也可以作为一次性耗材使用。

3.方便手、口和足部同时控制。该系统可以让主刀医生在双手操作时，还能由唇舌和足部自由控制其他的机械臂，相当于多了几只手，减少一个扶镜医生或助手医生，也能避免两人沟通时发生的障碍。

4.结构简单，安装、调试简单。需要控制的部件少，系统简单，发生故障少，维修容易。经济性好，减少患者的经济负担。

5.布局灵活。传统手术机器人只有4个以下的机械臂，本发明可以根据需要布局更多的球窝关节手术机器人，由多个医生同时完成多个部位的手术。

6.拥有触觉反馈系统。

附图说明

图 1是本发明实施例一的球窝关节机器人的使用时的示意图 ；

图2是球窝关节的结构示意图；

图3是驱动件的结构示意图

图4是感应件的结构示意图；

图5是驱动穿过物前进和后退的通道管结构示意图；

图6是驱动穿过物旋转的通道管结构示意图；

图7是两种不同用途通道管组合后的结构示意图；

图8是两种不同用途通道管和球窝关节组合后的结构示意图；

图9是关节支撑装置的结构示意图；

图10是球窝关节在关节支撑装置中偏转的原理示意图。

图11是控制台整体结构示意图。

图12是实施例二中球型件内有驱动组件的结构示意图。

图13是实施例二中球型件内有驱动组件整体结构示意图。

图14是实施例四中控制装置微型化安装在口罩上的结构示意图。

图15是实施例五中控制装置安装在足部的结构示意图。

图16实施例五中是控制装置安装在脚踏上的结构示意图。

其中：1-球窝关节，2-通道管，3-关节支撑装置，4-执行器械臂，5-驱动组件，6-感应组件，7-控制装置，8-执行装置；

11-球型件，12-球型件通孔，13-关节座外壳，14-防旋转横梁，15-防旋转固定架；

21-螺纹通道管，22-通道管缺口，23-通道管承口，24-通道管插口，25-锥形管道颈，26-过渡管，27-驱动座，28-管道固定螺母；

31-关节活动框，32-悬挂弹簧，33-支撑杆，34-支撑架，35-固定架，36-驱动座固定件；

51-驱动件，52-驱动电机，53-传动装置及电路板，54-驱动件固定架，

61-感应件，62-感应器，63-感应滚轴，64-感应磁环，65-霍尔传感器及电路板，66-外壳；

71-手部控制器， 72-3d显示器，73-控制器支撑架，74-肘部支撑物，75-座椅；

81-口部控制器，82-口罩，83-防压橡胶圈，84-头带，85-微型球窝关节控制器，86-微型驱动座，87-微型执行器械臂控制杆，88-半球型杆头，89-防水弹性膜；

91-足部控制器，92-脚部支撑物，93-执行器械臂控制杆，94-脚趾，95-弹性悬吊带，96-踏板，97-鞋面,98-按钮。

具体实施方式

实施例一

本发明的球窝关节机器人的结构如图1所示，关节活动框31固定在患者上方，用于穿设手术器械的通道管2穿过球窝关节1中央的球型件11进入腹腔内，机器人的执行器械臂4穿过通道管2进入腹腔。球窝关节1通过支持弹簧32被固定在关节活动框31内，关节活动框31又被支持杆33和支撑架34固定在手术床旁的固定架35上。固定架35安装在手术室的地板上。也可以采用其他安装形式，包括以横杆、立杆和手术床沿固定滑块组成，安装在手术床上，以及以吊顶的形式安装在患者上方的天花板上。已经充气膨胀起来的腹壁平整且缺少弹性，球窝关节机器人也可以粘贴在此时硬实的腹壁上。但是本发明不限于该联结模式。

在球窝关节机器人中，球窝关节1和关节支撑装置3可以顺序地与支撑杆33联结，并且多个球窝关节1可以相互连接后与支撑杆33联结，从而机器人整体上可以构造得紧凑和小巧。

如图2所示，球窝关节1由球型件11和关节壳13组成，关节壳13上有圆形开口，开口圆直径小于球型件11直径。关节壳13为两对称部分对合组成，对合后将球型件11卡位于关节壳内，被内部固定的两个相互垂直的驱动组件5和互相垂直的感应组件6共同夹住。驱动组件5和感应组件6都有固定卡座固定在关节壳13内，与球型件11的接触点围绕球型件11中心点呈对称分布，并且都在和关节壳13的底面平行的平面上。驱动组件5和感应组件6种类和位置在所安装部位对应的关节壳表面有标示。在一个非限制实施例中，关节壳为透明材料制成，可以直接看见内部不同组件的位置。

球型件11上有对称分布的旋转横梁14，卡在防旋转固定架15中的凹槽内。防旋转固定架15中的凹槽与关节壳13的底面垂直，可防止球型件11在运动中沿通道管2的长轴方向发生旋转。

如图3所示，驱动组件5由驱动电机52驱动，通过传动装置53将动力传至驱动件51。本实施例中驱动件51为滚轴样结构，通过驱动件固定架54固定在关节壳13上。在一个非限制实施例中，在实施例一的基础上又增加了驱动组件5，以增加驱动力，同时也在相对球型件11对称的位置增加了感应组件6，以感应新增驱动组件5驱动球型件11产生的运动。新增组件与球型件的接触点与实施例一中的接触点在同一平面上。

感应组件6与球型件11接触，为球型件11提供支持的同时也感应其运动。球型件11的转动可带动感应组件6上的感应件61随之转动。如图4所示，本实施例中感应件为通用的轨迹球结构，感应件61的转动可带动感应滚轴63转动，安装在感应滚轴63上的感应磁环64会随之转动。安装在电路板上的霍尔传感器65感应到感应磁环64上磁极的变化，产生脉冲信号，通过信号传输系统发送到球窝关节机器人控制装置7中。

在一个非限制实施例中，感应组件6与驱动组件5结构相同，区别在于驱动电机52在换成了旋转编码器。驱动组件5中驱动电机52转动时，感应组件6中对应位置的旋转编码器也成比例地转动。

如图5和图6所示，驱动座27内安装有和球窝关节1内相同的驱动组件5和感应组件6，都有固定卡座固定。如图5所示，这是用于驱动穿过物沿通道管2的内壁前进或后退的通道管，在后文中都简称为进退通道管。驱动座内所有驱动件51的驱动方向都与通道管的长轴方向平行。如图6所示，这是用于驱动穿过物沿通道管2的内壁旋转的通道管，在后文中都简称为旋转通道管。驱动座内的所有驱动件51的驱动方向都与通道管的长轴方向垂直。

通道管2穿过驱动座27并与其固定连接，通道管2位于驱动座27内的管道壁有通道管缺口22，驱动件51穿过通道管缺口22于通道管2内部的穿过物接触并驱动其运动，感应件61穿过通道管缺口22于通道管2内部的穿过物接触并感应其运动。通道管缺口22的形状与需要穿过的驱动件51和感应件61的形状相符合。

通道管2 两端分别为带螺纹的承口23和插口24。承口23内壁螺纹的内径与插口23外壁的螺纹的外径相同。一个通道管2的承口24可以与另外一个通道管2的插口23连接。在一个实施例中，通道管2的两端分别为带卡环的插口和带卡槽的承口，承口内壁卡槽的内径与插口外壁的卡环的外径相同。

如图7和图8所示，多个螺纹通道管21可前后串联共同驱动穿过其内部的穿过物运动。驱动方向相同的通道管可直接连接，驱动方向不相同的通道管需要用过渡管26连接。过渡管26管身的外径略小于旋转通道管的内径，可以插入旋转通道管并在驱动件51的驱动下旋转。过渡管26的承口与管身之间有锥形管道颈25过渡，过渡管26的插口可连接管道固定螺母28。锥形管道颈25和管道固定螺母28的外径分别大于螺纹通道管21的承口和插口的内径，因此可以起到限位的作用，限制过渡管26只能旋转不能前进和后退。

过渡管26的承口连接在进退通道管的插口上，可以带动进退通道管及驱动座27一起旋转。由于驱动件51与穿过物紧密连接并产生一定的摩擦力，因此也可以夹带穿过物一起旋转。在一个实施例中，为了加强这种夹带穿过物一起旋转的力量，在通道管21中设有与长轴方向平行的限位槽，在穿过物上设有与长轴方向平行的限位突出条与上述限位槽契合，以确保穿过物在进退的同时也能准确地旋转。

如图8所示，球型件11中央有球型件通孔12，球型件11连接驱动座固定架36。驱动座固定架36为锥形管道，与球型件通孔12相通，可容通道管或手术器械穿过。驱动座固定架36承口的内径与驱动座27外径相同，可以紧紧地卡住驱动座27。球型件11通过驱动座固定架36带动驱动座27做俯仰和摇摆运动。

球窝关节1、进退通道管和旋转通道管组成球窝关节机器人的执行装置，可以驱动执行器械臂4实现前进、后退、旋转、俯仰、摇摆，与人手操作的腹腔镜器械运动相同。

如图9所示，在腔镜手术中，执行器械臂4通过患者皮肤上的穿刺口进入体腔，并以此穿刺口为中心旋转活动。因此腔镜手术要求执行器械臂4在围绕球型件11中心旋转的同时还要围绕皮肤穿刺口为中心旋转，两个中心点间隔距离至少为球型件11的半径大小。当执行器械臂4旋转时可能产生对患者的皮肤的不必要的损伤，而皮肤的张力也会影响球型件11旋转的精度。为了解决该问题，将球窝关节1通过悬挂弹簧32与关节活动框31联结，球窝关节1可以在关节活动框31内活动，从而使执行器械臂4可以容易地绕皮肤穿刺口旋转。

如图10所示，在非限制性实施例中，假想执行器械臂4的转动的中心点是腹壁皮下肌肉层，可以预设在腹壁穿刺鞘上的特定位置O点，球型件11偏转角为零度时，球窝关节1受周围弹簧牵拉，使球型件11的中心位于关节活动框31的中心点A点，直线AO是此时执行器械臂4的轴线。当球窝关节1被电动机驱动开始旋转后，执行器械臂4轴线AO以O点为旋转点偏转到BO，迫使球型件11移动到B点。在一个实施例中关节活动框31为长方体结构，ABO三点构成一直角三角形，AO比BO短，AO偏转到BO所产生的位移可以由主机计算后予以位移补偿。在另一个实施例中，关节活动框31是半球结构，AO与BO长度相同或相差很小， AO偏转到BO所产生的位移为0或很小，可以不用补偿位移。

在一个实施例中球窝关节机器人被用于开放手术，由于在开放手术中无皮肤的牵拉限制，球窝关节1可以不需要关节支撑装置3直接与固定支架联结。

如图11所示，球窝机器人的控制台上在操作者的双手、口部和脚部都安装了控制装置7。控制装置7与执行装置结构基本相同，包括相似的球窝关节1、通道管2、驱动座27和关节支撑装置3。区别在于，控制装置7中的每一个驱动组件5在执行装置的对应位置均为感应组件6，控制装置7中的每一个的感应组件6在执行装置的对应位置均为驱动组件5。执行装置中的执行器械臂4在控制装置中相同的位置为执行器械臂控制器杆。

操作者手部的运动被手部控制器71分解为前进、后退、旋转、俯仰、摇摆运动，并分别被感应组件6采集，经信号处理传送到执行装置，控制对应位置的驱动组件5运动，带动执行器械臂4做和操作者手部同样的运动。同时执行器械臂4的运动也被执行装置中的感应组件6采集，经信号处理传送到手部控制器71，控制对应的驱动组件5运动，带动执行器械臂控制杆运动。由于此时执行器械臂控制杆被操作者握在手中，因此会给操作者以力反馈，产生真实触碰组织的触觉并感受反作用力的大小。

球窝关节机器人可能需要满足相互矛盾的需要。也就是，当球窝关节机器人动作时，必须靠近患者放置，同时又要使医护人员等能接近患者而没有障碍，以及当动作时，球窝关节机器人必须在患者的身体上方，同时又要保证无菌，以便消除患者感染的危险。此外，球窝关节机器人必须提供用于动作的足够级别的强度、准确性、和灵活性，同时提供小巧、尺寸纤细和重量轻的特性，并且球窝关节机器人必须以稳定的方式被安装， 同时能够自由移动和占据的面积小。此外，球窝关节机器人必须在手术前的准备中给患者和医护人员提供自由。

本实施例提供了诸如上述的球窝关节机器人的理想的特性集。不同于传统的球窝关节机器人的构造，传统的手术机器人的构造中每个机器人臂与主体联结，使得机器人体积大，可移动性低，并且动作复杂，本实施例球窝关节机器人通过紧靠患者的关节支撑装置3来固定，其上方的执行器械臂4长度可限制在30cm以内，关节支撑装置3可以分别与固定支架连接，也可以数个固定框相互连接后再与一个固定支架连接，以实现球窝关节机器人的自由移动和占据的面积小。

手术需要的各种仪器，诸如腹腔镜摄像头、夹持器、抽吸管、执行器等，可以安装在用于进行手术操作的执行器械臂4的末端部上。

实施例二

本实施例如图12和图13所示，是在实施例一基础上的改进，改进之处在于球型件11内有驱动旋转的驱动组件5、感应组件6和过渡管26，具有了驱动座27的功能，取消实施方案一中的一个驱动旋转的驱动座27、一个通道管21和驱动座固定件36。其他结构与实施方案一相同。

实施例三

本实施例与实施例一结构相似，区别在于执行装置中只有驱动组件5，控制装置7中只有感应组件6，操作者操作时没有力反馈的感觉。但执行装置中可以安装更多的驱动组件5以加强驱动力量。

实施例四

本实施例将球窝关节机器人的控制装置7微型化安装在口罩上，做成口部控制器81，由操作者用舌头和牙齿控制。

如图14所示，口罩82的罩体为锥形，罩在操作者口鼻部，通过头带84与头部固定。口罩82与人皮肤相接触的部分有柔软的防压橡胶圈83防止压伤。口罩82凸起部安装微型球窝关节控制器85，被防水弹性膜89包裹，从中伸出微型执行器械臂控制杆87。微型执行器械臂控制杆87上设有微型化的微型驱动座86，内部只安装一个感应组件6和一个驱动组件5，便于做成长条状，可以由操作者用牙齿和嘴唇操作旋转通道管。

微型执行器械臂控制杆87的一端为光滑半球型杆头88，便于舌头卷起向后拉或向前推。操作者用舌头推拉和摇摆半球型杆头88，用牙齿和嘴唇操作旋转通道管，使相应的感应组件6产生电信号，在经过主控制台电路进行实时翻译后，将输出信号传送给执行装置对应的驱动组件5上，让操作者的动作同步被执行器械臂4再现。操作者还可以用舌头按压半球型杆头88上的按钮来进一步控制执行器械臂4末端器械的活动。

实施例五

本实施例将球窝关节机器人的足部控制器91安装在控制台上，由操作者用足部控制，如图15所示。

操作者光脚踩在圆球型的脚部支撑物92上，脚趾94夹住执行器械臂控制杆93。操作者用足部旋转、进退、摇摆执行器械臂控制杆93，使感应组件6产生电信号，在经过主控制台电路进行实时翻译后，将输出信号传送给执行装置对应的驱动组件5上，让操作者的动作同步被执行器械臂4再现。

实施例六

如图15所示，本实施例与实施例五相似，区别在于脚部支撑物92为拖鞋样结构，套在操作者足上，通过弹性悬吊带95与固定架连接。为足部提供支撑的同时也方便足部自由活动。脚踏96与执行器械臂控制杆93连接。脚踏96上有鞋面97，方便操作者上抬脚面。脚踏96上还有按钮98供脚趾按压。

操作者用足部旋转、进退、摇摆执行器械臂操纵杆，使感应组件6产生电信号，在经过主控制台电路进行实时翻译后，将输出信号传送给执行装置对应的驱动组件5上，让操作者的动作同步被执行器械臂4再现。操作者还可以用脚趾按压按钮来进一步控制执行器械臂4末端器械的活动。

实施例七

与操作台连接的操作台控制装置和控制机器人手臂运作的机器人控制装置，且操作台控制装置与机器人控制装置连接。使用时，机器人手臂由操作台控制，操作台的指令由操作台控制装置下达，通过RTC即时通讯到达从端机器人控制装置，机器人控制装置接收指令后将传达给机器人手臂进行相应的动作。机器人手臂的状态汇总到机器人控制装置，由机器人控制装置通过RTC通讯到达操作台控制装置，同时操作台控制装置的状态信息与机器人手臂的状态信息汇总处理到达操作台，并反馈给工作人员。

操作台控制装置上设置有用于监测工作人员是否到位的监测装置及用于显示操作台及机器人的状态信息的显示器。监测装置在监测到非正常状态时，则会根据监测结果进行制动或断电操作，以确保手术的安全进行。作为优选的，上述监测装置包括3D体感摄影机(Kinect)和脚踏开关，当3D体感摄影机监测到工作人员到位时，才能够进行机器人手臂的部分功能操作，此时工作人员踩下脚踏开关时，机器人手臂便能够开始运作；在工作人员未到位时，且未踩下脚踏开关，机器人手臂制动，以避免非正常因素所引起的操作界面运作而导致的机器人手臂移动。

机器人控制装置上设置有用于记录执行器械臂4的感应组件6，感应组件6能够记录执行器械臂4的位移量，从而记录执行器械臂4的运动轨迹。通过感应组件6记录的信息可以自动判断执行器械臂4的运动路径是否满足手术需求，当具有多个执行器械臂4时，能够监测到各个执行器械臂4的运动路径是否会发生干涉，从而重新规划新的运动路径，保证执行器械臂4的运动的安全性。

机器人控制装置上还设置了用于获取电机状态信息的电机驱动装置及反应机器人状态的电机制动装置，当监测到危险信号时，电机制动装置自动制动。上述电机驱动装置能够与编码器配合使用，在编码器监测到机器人手臂的运动路径存在异常时，编码器能够将信息反馈至电机驱动装置，并使电机驱动装置驱动电机开始新的工作路径。

上述机器人控制装置上还包括有电机通讯装置，以实时监测电机与电机驱动装置、电机驱动装置与机器人手臂之间的反馈状态，并将监测信息反馈至工作人员，在出现故障的情况下，电机通讯装置能够根据监测信息进行制动灯操作，以保证手术机器人的正常运作，或者将故障信息反馈至工作人员，使工作人员能够快速处理故障。

此外，操作台控制装置用于记录机器人手臂参数信息和/或操作台参数信息的数据记录模块，以便于查找故障信息。具体的，该数据记录模块包括运行日志和控制手数据，比如在控制手数据中，工作人员操作手柄，通过操作台控制器传达到机器人手臂端，使机器人手臂动作，机器人手臂动作时的信息通过编码器、电机驱动装置反馈到操作台控制器，形成反馈机制，若操作数据与编码器或电机数据出现不一致，则系统自动调整，若调整不了，则出现故障，需要在控制手数据中查看数据并找寻故障地点。

作为优选，操作台控制装置上设置有用于紧急制动的急停开关以在发生故障时对机器人进行紧急制动，进而减少故障所造成的损失。

本申请的一个实施例中，机器人控制装置和操作台控制装置上还分别设置有监测电压并保护电路的第一UPS电源(不间断电源)和第二UPS电源。用于监测电压的大小及电网的稳定情况，且在断电的情况下，启用上述UPS电源，保证手术的顺畅进行，并将监测所得的信息通过操作台控制器反馈给工作人员。

机器人控制装置和操作台控制装置上还分别设置有监测控制装置各部位电路状态的第一电源功率监测器和第二电源功率监测器，电路的电压、电流数值在预设参数范围内时则正常工作，超过预设参数时，则有故障存在，立即制动或断电。

机器人控制装置和操作台控制装置上还分别设置有显示机器人手臂工作状态的第一状态指示灯和显示操作台工作状态的第二状态指示灯。上述指示灯能够将机器人端和操作台的工作状态最直观的呈现给工作人员，工作人员根据指示灯的显示情况，通过检查错误代码，能够快速的查找出故障所在。具体的，上述指示灯可具体设置有正常、待命、警告、危险等指示情况，以便工作人员监测机器人的使用状态。

本发明实施例提供的控制装置，具体包括操作台控制装置及机器人控制装置，以分别对操作台及机器人手臂的状态进行控制，且操作台控制装置与机器人控制装置连接，从而实现两者之间的信息连接及反馈，使工作人员能够在操作台端对机器人手臂进行操作以实施手术。手术过程中，监测装置能够实时监测工作人员是否到位，从而判断是否进行制动，有效的避免了部分误操作下机器人手臂的运作；显示器能够将操作台及机器人的所有状态信息显示直接呈现给工作人员，使工作人员能够快速准确的发现系统存在的问题，进而快速解决问题，保证手术的安全；此外，机器人控制装置上的编码器能够记录电机的转动圈数，从而记录机械手臂的运动轨迹，通过编码器反馈的信息系统可以自动判断运动路径是否存在问题，并判断多个机器人手臂运动时是否发生干涉，根据其反馈信息能够确保各机器人手臂更加精准的安全工作，进而提高了手术的安全性。

基于上述实施例提供的控制装置，本发明实施例还提供一种手术机器人，包括操作台、机器人手臂，及分别与操作台及机器人手臂连接的控制装置；且控制装置为上述任一项的控制装置。对于上述手术机器人的其余部分的结构，请参见现有技术，本文不再赘述。

由于该手术机器人具有上述控制装置，因此在一定程度上，该手术机器人也具有较高的使用安全性。

Claims (9)

1.一种基于球窝关节的手术机器人，其特征在于：具有由球型件和关节座组成的球窝关节，所述关节座内具有驱动组件和限位件，所述球型件的中心有通孔；所述球型件上还连接有通道管；

驱动组件与球型件的接触点围绕球型件中心点呈对称分布；所述球型件上还有对称分布的横梁，横梁的一端卡在与关节座固定连接的竖槽内。

2.根据权利要求1所述的基于球窝关节的手术机器人，其特征在于：所述驱动组件包括驱动件和驱动电机，驱动件和驱动电机直接连接或通过传动装置联接。

3.根据权利要求1所述的基于球窝关节的手术机器人，其特征在于：所述通道管的管壁上安装有驱动座，驱动座内安装有用于驱动穿过物沿球型件进退的第一驱动组件，所述第一驱动组件与穿过物啮合，所述穿过物是穿过通道管的手术器械。

4.根据权利要求3所述的基于球窝关节的手术机器人，其特征在于：所述球型件内安装有第二驱动组件，所述第二驱动组件用于驱动穿过物沿球型件内壁旋转。

5.根据权利要求1所述的基于球窝关节的手术机器人，其特征在于：所述球型件内穿设通道管，球型件与通道管的连接方式是可拆卸连接。

6.根据权利要求1所述的基于球窝关节的手术机器人，其特征在于：所述通道管包括旋转通道管，所述旋转通道管直接或通过过渡管与球型件固定连接，所述旋转通道管安装上具有驱动穿过物沿通道管轴向旋转的第三驱动组件。

7.根据权利要求6所述的基于球窝关节的手术机器人，其特征在于：所述通道管还包括进退通道管，所述进退通道管直接穿入或通过过渡管穿入旋转通道管或球型件中，所述进退通道管上安装有驱动穿过物沿通道管轴向进退的第四驱动组件。

8.根据权利要求1所述的基于球窝关节的手术机器人，其特征在于：所述球窝关节通过弹簧安装在关节活动框内，所述关节活动框与手术机器人固定支架联接。

9.一种基于球窝关节及触觉反馈的手术机器人，其特征在于：在权利要求1-8之任一所述的基于球窝关节的手术机器人的基础上，所述驱动组件内还包括感应器，驱动件和感应器直接连接或通过传动装置联接，所述感应器感应驱动件的旋转运动。

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