CN113967077A - 一种多关节机械臂组及含该臂组的手术机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及医疗器械领域，公开一种多关节机械臂组及含该臂组的手术机器人系统。该多关节机械臂组包括：至少一个机械臂，机械臂的远端部分设有末端执行器和/或摄像装置，末端执行器设置成能进行手术操作，摄像装置设置成能获取影像，至少一个机械臂的远端部分设置成能从一个切口伸入患者体内。该机械臂组不仅可以更加高效利用病床侧空间和手术机器人机械臂工作空间，而且能够较好地应用于多孔、单孔、单多孔混合和/或经自然腔道手术机器人的系统设计并用于手术。

Description

一种多关节机械臂组及含该臂组的手术机器人系统
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种多关节机械臂组及含该臂组的手术机器人系统。
背景技术
腔镜微创手术相比于传统的开放手术，其显著缩减的创口规模提高了手术的术后产出，比如可以有效减小患者病痛和麻醉剂使用，加快术后恢复，减少术后感染和并发症的几率。迄今为止，微创手术已发展出适用于多种病症的操作范式，并正在推动更多的手术微创化的发展。然而手动的微创手术中受限的视野和操作的不便使得手术操作困难，需要对医生进行长期的训练，而复杂的手术在微创操作下显得更加困难。因此，研制手术机器人以辅助医生进行手术操作成为各国的研究热点，并涌现出众多的产品和研究样机。手术机器人通常使用遥操作的模式完成手术操作，即灵巧的手术工具由主刀医生通过直观的操作输入进行操纵。
现代的腔镜微创手术中需要多种手术工具和内窥镜的同时协作，手术机器人通常使用多个机械臂分别搭载手术工具和内窥镜。在多数腔镜手术过程中，通常采用多孔腔镜手术，即多个手术机械臂分别通过不同的小切口进入患者体内。但随着人们对微创手术效果的要求越来越高，手术切口的数量进一步被控制，使得单孔腔镜手术被广泛研究，即多个手术机械臂同时通过一个切口进入患者体内，由于受到体内空间的限制，其通过内窥镜获取的影像视野较差，且为了保证多个手术机械臂从同一个较小的切口进入患者体内，其位于体外的臂部分之间分布较靠近，使得机械臂在术前或术中进行调整时产生相互碰撞的风险增加，进而增加患者的受伤风险。
此外，机械臂占据病床边的空间也会影响辅助医生在病床边的手术协助和实时观察。现有的手术机器人系统中，通常会采用多个机械臂固定于同一台车上展开工作的方式，全维的机械臂可以灵活定位手术工具到手术指定位置。但是现有技术中的多只机械臂的第一关节通常采用长臂配合竖直旋转关节，以便于后续多个关节在空间的展开运动，且多个第一关节在同一水平高度内布置，使得多只定位臂的第一节臂体不可交叠，手术中定位臂的活动空间受到相互限制，影响了全维的机械臂定位能力的充分施展，且带来了更多的定位臂干涉碰撞风险。且由于长臂的半径大，导致其占用的空间范围大，导致占据病床边的空间从而影响辅助医生在病床边的手术协助和实时观察，也不利于在有限的空间布置其他相关配套的设备，造成空间利用率低下。
发明内容
基于以上问题，本发明的目的在于提供一种多关节机械臂组，在初始关节处采用水平横臂，以折回的方式减小机械臂的横向空间，且重叠布置并独立驱动的手术机器人机械臂组，该机械臂组不仅可以更加高效利用病床侧空间和手术机器人机械臂工作空间，而且能够较好地应用于多孔、单孔、单多孔混合和/或经自然腔道手术机器人的系统设计并用于手术；本发明的另一个目的是提供一种含有该机械臂组的手术机器人系统。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多关节机械臂组，包括：至少一个机械臂，所述机械臂的远端部分设有末端执行器和/或摄像装置，所述末端执行器设置成能进行手术操作，所述摄像装置设置成能获取影像，至少一个所述机械臂的远端部分设置成能从一个切口伸入患者体内。
作为本发明的连续体传动机构的优选方案，所述机械臂的远端部分设有彼此能相互运动的所述末端执行器和所述摄像装置。
作为本发明的连续体传动机构的优选方案，所述机械臂的远端部分包括柔性连续体结构，所述柔性连续体结构包括至少一个近端连续体和至少一个远端连续体；
所述近端连续体包括近端基盘、第一近端止盘和第二近端止盘，三者间隔布置；
第一结构骨，多根所述第一结构骨的近端与第二近端止盘固定连接，多根所述第一结构骨的远端穿过所述第一近端止盘后与所述近端基盘固定连接；
所述远端连续体包括：远端基盘和远端止盘，二者间隔布置，且所述远端基盘与所述近端基盘相邻；
第二结构骨，多根所述第二结构骨的近端与所述第一近端止盘固定连接，多根所述第二结构骨的远端穿过所述近端基盘和所述远端基盘后与所述远端止盘固定连接；
所述远端止盘与所述末端执行器和/或摄像装置连接；
通过采用柔性连续体结构从而使得多个机械臂能灵活运动，且能顺利通过一个或者多个切口进入患者体内。
作为本发明的连续体传动机构的优选方案，所述机械臂的远端部分包括柔性连续体结构，所述柔性连续体结构包括至少一个近端连续体和至少一个远端连续体；
近端连续体，包括近端基盘、第二近端止盘和第一结构骨；
远端连续体，包括远端基盘、远端止盘和所述第一结构骨；
多根所述第一结构骨的近端与所述第二近端止盘固定连接，多根所述第一结构骨的远端依次穿过所述近端基盘和所述远端基盘并与所述远端止盘固定连接；
所述远端止盘与所述末端执行器和/或摄像装置连接。
作为本发明的连续体传动机构的优选方案，所述机械臂的远端部分包括柔性连续体结构，所述柔性连续体结构包括至少一个远端连续体；
所述远端连续体，包括远端基盘、远端止盘和结构骨，所述远端基盘和所述远端止盘间隔布置，所述结构骨的近端与所述远端基盘连接，所述结构骨的远端与所述远端止盘固定连接；
所述远端止盘与所述末端执行器和/或摄像装置连接。
作为本发明的连续体传动机构的优选方案，各所述机械臂的远端部分分别设置有驱动机构，所述驱动机构位于所述柔性连续体结构的近端，并设置成能驱动柔性连续体结构运动。
作为本发明的连续体传动机构的优选方案，所述机械臂包括：
至少一个第一机械臂和至少一个第二机械臂，所述第一机械臂的远端部分连接有末端执行器，所述第二机械臂的远端部分连接有摄像装置；
至少一个所述第一机械臂和至少一个所述第二机械臂的远端部分设置成能从同一个切口伸入患者体内。
作为本发明的连续体传动机构的优选方案，所述第一机械臂的数量为三个，所述第二机械臂的数量为一个，各所述第一机械臂和第二机械臂的远端部分设置成能从同一个切口伸入患者体内。
作为本发明的连续体传动机构的优选方案，所述第一机械臂和所述第二机械臂的近端部分均具有多个水平横臂和多个水平横臂旋转关节，每个所述水平横臂包括近端部和远端部，所述多个水平横臂在各所述近端部和各所述远端部分别由各横臂旋转关节通过铰接依次首尾相接，且相邻的两个水平横臂相对于彼此能绕垂向轴线旋转。
作为本发明的连续体传动机构的优选方案，相邻的两个水平横臂中近侧水平横臂的远端部与远侧水平横臂的近端部由所述水平横臂旋转关节铰接，且所述近侧水平横臂的远端部位于所述远侧水平横臂的近端部上方。
作为本发明的连续体传动机构的优选方案，一个所述第一机械臂最近侧的水平横臂的近端部通过第一水平横臂旋转关节与手术台车上的转台连接；
所述第二机械臂的最近侧的水平横臂的近端部通过第二水平横臂旋转关节亦与所述转台连接；
所述第一水平横臂旋转关节的旋转轴与所述第二水平横臂旋转关节的旋转轴同轴设置，以使所述第二机械臂的第二水平横臂旋转关节叠置在所述第一机械臂的第一水平横臂旋转关节上方；
所述第一机械臂和所述第二机械臂形成第一机械臂组。
作为本发明的连续体传动机构的优选方案，所述第一机械臂为三个，另外两个所述第一机械臂最近侧的水平横臂的近端部通过第一水平横臂旋转关节与手术台车上的转台连接；
两个所述第一水平横臂旋转关节的旋转轴同轴设置，以使其中一个所述第一机械臂的第一水平横臂旋转关节叠置在另一个所述第一机械臂的第一水平横臂旋转关节上方；
两个所述第一机械臂形成第二机械臂组。
作为本发明的连续体传动机构的优选方案，所述第一机械臂组和所述第二机械臂组设置在同一手术台车上，且彼此关于所述手术台车的所述转台的对称面镜面对称。
作为本发明的连续体传动机构的优选方案，所述第一机械臂组和所述第二机械臂组分别设置在两个不同的手术台车的转台上。
作为本发明的连续体传动机构的优选方案，所述第一机械臂和/或所述第二机械臂还包括：
竖臂和竖臂旋转关节，所述竖臂设置成可上下移动，所述竖臂的近端部通过所述竖臂旋转关节连接于所述多个水平横臂中最远侧水平横臂的远端部以相对于所述最远侧水平横臂的远端部绕垂向轴线旋转；
斜臂和斜臂旋转关节，其中所述斜臂的近端部通过斜臂旋转关节连接于所述竖臂的远端部，且所述斜臂旋转关节的旋转轴线相对于垂向成角度；
定点位置调节连杆组件，所述定点位置调节连杆组件的近端部与所述斜臂的远端部转动连接；
线性驱动装置，滑动设置在所述定点位置调节连杆组件的远端部；
手术工具，设置在所述线性驱动装置上，所述第一机械臂上的所述手术工具的远端设有末端执行器，所述第二机械臂上的所述手术工具的远端设有摄像装置。
作为本发明的连续体传动机构的优选方案，所述水平横臂旋转关节、竖臂旋转关节、斜臂旋转关节中的每个旋转关节各包括驱动机构、减速器、以及同步传动带，所述同步传动带将所述驱动机构的输出轴的旋转传动至所述减速器的输入轴，所述减速器的输出轴设置成带动相应的水平横臂、竖臂或斜臂旋转。
作为本发明的连续体传动机构的优选方案，每个所述旋转关节还包括：制动机构，所述制动机构与所述减速器的输入轴同轴设置，所述制动机构设置成在断电状态下抱闸制动以锁紧所述减速器的输入轴，在通电状态下松闸以解锁所述减速器的输入轴；
传动齿轮和角度编码器或者电位计，所述传动齿轮与所述驱动机构的输出轴同轴固定连接，所述角度编码器或者电位计与所述传动齿轮啮合，用于记录和反馈各所述旋转关节的运动状态。
作为本发明的连续体传动机构的优选方案，所述第二水平横臂旋转关节的减速器输入轴和所述第一水平横臂旋转关节的减速器沿旋转中心轴线均设有贯穿通道，固定连接至所述转台的支撑轴贯穿所述贯穿通道且在下端与所述第一水平横臂旋转关节的减速器固定连接，从而将所述第一机械臂最近侧的水平横臂与所述转台连接，以使第一机械臂最近侧的水平横臂和所述第二机械臂最近侧的水平横臂彼此独立地与所述转台连接。
一种手术机器人系统，包括手术台车、主控台车以及如上所述的多关节机械臂组，所述多关节机械臂组安装在所述手术台车的转台上；
所述主控台车与所述多关节机械臂组藕接，以在操作者操作所述主控台车时对所述多关节机械臂组进行遥操作。
作为本发明的连续体传动机构的优选方案，该手术机器人系统还包括鞘套；
所述鞘套包括位于近端的多个弯曲段和位于远端的直线段，所述直线段设置成能通过所述切口插入患者体内；
所述直线段具有多个沿纵向轴线延伸且彼此间隔设置的贯穿通道，所述贯穿通道的数量大于或等于所述机械臂的数量，所述贯穿通道设置成能供所述机械臂的远端部分贯穿通过；
各所述弯曲段呈管状，分别与各所述贯穿通道连通。
作为本发明的连续体传动机构的优选方案，多个所述弯曲段并行布置或者交叉布置。
作为本发明的连续体传动机构的优选方案，至少一个所述弯曲段能形变，所述形变包括在所述弯曲段的径向和/或轴向的形变。
本发明的有益效果为：1.本发明相较传统的通过在关节处相互转动从而实现弯转运动的刚性运动链，本发明的机械臂采用柔性连续体结构，其结构主体同时成为驱动的传递结构，因此可在小尺寸空间范围内实现极高的自由度配置，因此可以实现多个机械臂的远端部分从同一个切口或者两个以上切口进入患者体内，即适用于单孔、单多孔混合和/或经自然腔道的手术机器人系统。2.本发明的机械臂在初始关节处采用水平横臂，以折回的方式减小机械臂的横向空间，且手术机器人的机械臂组重叠布置并能够独立驱动，可以更加高效利用病床侧空间和手术机器人机械臂工作空间。3.本发明各机械臂上可以通过驱动机构实现驱动止盘运动，实现对柔性连续体结构中的结构骨的推拉，从而带动近端连续体弯曲，并最终驱动远端连续体在空间的任意弯曲，避免了对结构骨进行直接的推拉，而且在驱动数量较多的结构骨时，不受限于驱动机构的数量，同时结构紧凑，原理简单，易于实现，从而具有很高的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明具体实施方式提供的柔性连续体结构的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式提供的另一柔性连续体结构的结构示意图
图3是本发明具体实施方式提供的多关节机械臂组手术机器人系统的结构示意图；
图4是本发明具体实施方式提供的机械臂的结构示意图；
图5是本发明具体实施方式提供的多关节机械臂组的结构示意图；
图6是本发明具体实施方式提供的旋转关节的部分结构示意图；
图7是本发明具体实施方式提供的第二水平横臂旋转关节与转台连接的结构示意图；
图8是本发明具体实施方式提供的第一水平横臂旋转关节与转台的结构示意图；
图9是本发明具体实施方式提供的定点位置调节连杆组件的主视图；
图10是本发明具体实施方式提供的定点位置调节连杆组件的后视图；
图11是本发明具体实施方式提供的定点位置调节连杆组件的立体图；
图12是本发明具体实施方式提供的定点位置调节连杆组件活动臂的部分结构示意图；
图13是本发明具体实施方式提供的一种多关节机械臂组手术机器人系统的结构示意图；
图14是本发明具体实施方式提供的一种多关节机械臂组局部放大结构示意图；
图15是本发明具体实施方式提供的另一多关节机械臂组手术机器人系统的结构示意图；
图16是本发明具体实施方式提供的另一多关节机械臂组局部放大结构示意图；
图17是本发明具体实施方式提供的另一多关节机械臂组局部放大结构示意图；
图18是本发明具体实施方式提供的鞘套的结构示意图；
图19是本发明具体实施方式提供的鞘套的俯视图；
图20是本发明具体实施方式提供的鞘套的部分剖面结构示意图；
图21是本发明具体实施方式提供的鞘套的另一角度的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明中的定义靠近操作者的一端为近端或后端，靠近手术患者的一端为远端或前端。
如图1所示的优选实施例中，机械臂的远端部分包括柔性连续体结构43，柔性连续体结构43包括至少一个近端连续体431和至少一个远端连续体432。
近端连续体431包括相互间隔设置的近端基盘4311、第一近端止盘4312和第二近端止盘4313；第一结构骨4314，多根第一结构骨4314的近端与第二近端止盘4313固定连接，多根第一结构骨4314的远端穿过第一近端止盘4312后与近端基盘4311固定连接。远端连续体432包括：远端基盘4321和远端止盘4322，二者间隔布置，且远端基盘4321与近端基盘4311相邻；第二结构骨4323，多根第二结构骨4323的近端与第一近端止盘4312固定连接，多根第二结构骨4323的远端穿过近端基盘4311和远端基盘4321后与远端止盘4322固定连接。远端止盘(4322)与末端执行器和/或摄像装置连接。
在上述实施例中，优选地，柔性连续体结构43结构骨引导管束433，该结构骨引导管束433的近端连接在近端基盘4311上，结构骨引导管束433的远端连接在远端基盘4322上，多根第二结构骨4323的远端依次穿过近端基盘4311、结构骨引导管束433和远端基盘4321后与远端止盘4322固定连接。结构骨引导管束433的作用是引导和约束位于近端基盘4311和远端基盘4322之间的第二结构骨4323。
上述实施例提供的柔性连续体结构在工作时，由于近端基盘4311固定，当施加一个平面驱动机构来驱动第二近端止盘4313在同一水平面方向移动时，使得近端基盘4311和第二近端止盘4313产生错位，两者轴线不再重合。因第一结构骨4314两端分别与近端基盘4311和第二近端止盘4313固定，各第一结构骨4314被迫弯曲，从而使近端连续体431在近端和远端之间产生对偶弯曲；同时第一近端止盘4312随之产生协同翻转，从而对端部固定在第一近端止盘4312上的各第二结构骨4323产生推拉，沿周向均布固定在第一近端止盘4312上的各第二结构骨4323，一侧受拉从而使得对应第二结构骨4323处在近端连续体431中的长度增加，另一侧受压从而使得对应第二结构骨4323处在近端连续体431中的长度减少。但各第二结构骨4323的总长不变，各第二结构骨4323处在结构骨引导管束433中的长度不变，导致各第二结构骨4323位于远端连续体432中的长度发生相应的变化，从而驱动远端连续体432产生与近端连续体431靠近近端基盘4311部分的反向弯曲，从而调整末端执行器或者摄像装置的位置。近端连续体431和远端连续体432的弯曲比例与对应第二结构骨4323分别在两者中的分布半径(在本实施例中，近端连续体431和远端连续体432中的第二结构骨4323沿周向分布，其可以分布在圆周上或者分布在矩阵周向上，可以均匀分布或者非均匀分布，在此不加以限定)呈反比。在应用时可通过调整第二结构骨4323在近端连续体431和远端连续体432中的分布半径，以满足实际弯曲比例需求。由此，通过驱动机构与第二近端止盘4313采用圆柱副连接，实现第二近端止盘4313相对于驱动机构可上下滑移或旋转，从而可以满足近端连续体431在对偶弯曲时产生的沿轴向方向上的寄生运动(上下滑移)，以及向任意方向的弯曲运动(旋转)，寄生运动可避免远端连续体3在弯曲的过程中，产生沿轴向的伸缩运动，导致包覆在远端连续体432外周的封皮起皱或者过度拉伸，影响封皮的使用寿命。
在上述实施例中，优选地，近端连续体431还包括设置在第一近端止盘4312和第二近端止盘4313之间的至少一片第一近端保持盘4315和/或设置在近端基盘4311和第一近端止盘4312之间的至少一片第二近端保持盘4316，各第一结构骨4314穿过第一近端保持盘4315，第一近端保持盘4316用于从第一结构骨4314的径向支撑第一结构骨4314，从而使得各第一结构骨4314在弯曲变形的过程中仍然保持平行状态，防止第一结构骨4314在弯曲运动时失稳。远端连续体432还包括设置在远端基盘4321和远端止盘4322之间的至少一片远端保持盘4324，各第二结构骨4323依次穿过第二近端保持盘4316和远端保持盘4324，第二近端保持盘4316和远端保持盘4324用于从第二结构骨4323的径向支撑第二结构骨4323，从而使得各第二结构骨4323在弯曲变形的过程中仍然保持平行状态，防止第二结构骨4323在弯曲运动时失稳。
如图2所示的优选实施例中，机械臂的远端部分包括柔性连续体结构43，柔性连续体结构43包括至少一个近端连续体431和至少一个远端连续体432。
近端连续体431，包括近端基盘4311、第二近端止盘4313和第一结构骨4314。远端连续体432，包括远端基盘4321、远端止盘4322和第一结构骨4314。多根第一结构骨4314的近端与第二近端止盘4313固定连接，多根第一结构骨4314的远端依次穿过近端基盘4311和远端基盘4321并与远端止盘4322固定连接。远端止盘4322与末端执行器和/或摄像装置连接。应理解，当通过驱动机构带动第二近端止盘4313运动翻转，实现对结构骨4314的推拉，从而实现远端连续体432在空间中沿着不同方向的弯曲，从而调整末端执行器或者摄像装置的位置。具体来说，可以设置驱动连接部434，示例地，驱动连接部434可以为万向节、球铰、铰链关节或者万向节-球铰组合中的一种。驱动连接部434的一端与近端基盘4311连接，驱动连接部434的另一端穿过第二近端止盘4313且与第二近端止盘4313连接，驱动连接部434位于第二近端止盘4313的近侧端部分形成自由端，驱动机构与自由端连接，从而通过驱动机构带动驱动连接部434运动，进而通过驱动连接部434带动柔性连续体结构43运动。
在上述实施例中，近端连续体431还包括设置在近端基盘4311和第二近端止盘4313之间的至少一片近端保持盘4315，各第一结构骨4314依次穿过近端保持盘4315；同时，远端连续体432还包括设置在远端基盘4321和远端止盘4322之间的至少一片远端保持盘4324，各第一结构骨4314亦依次穿过远端保持盘4324，近端保持盘4315和远端保持盘4324用于从第一结构骨4314的径向支撑第一结构骨4314，从而使得各第一结构骨4314在弯曲变形的过程中仍然保持平行状态，防止第一结构骨4314在弯曲运动时失稳。
在本实施例中，机械臂的远端部分包括柔性连续体结构43，柔性连续体结构43包括至少一个远端连续体432。远端连续体432，包括远端基盘4321、远端止盘4322和结构骨，远端基盘4321和远端止盘4322间隔布置，结构骨的近端与远端基盘4321连接，结构骨的远端与远端止盘4322固定连接。远端止盘4322与末端执行器和/或摄像装置连接。
在本实施例中，各机械臂的远端部分分别设置有驱动机构，驱动机构位于柔性连续体结构43的近端，并设置成能驱动柔性连续体结构43运动。具体来说，各机械臂分别在柔性连续体结构43的近端设有驱动基座，各机械臂的驱动机构分别设置在对应的驱动基座内，驱动机构可将旋转运动转化为直线运动，从而驱动对应的柔性连续体结构43进行弯转运动。应理解，驱动机构可驱动贯穿第二近端止盘4313或远端基盘4321的结构骨运动，更优选地，驱动机构可通过直接驱动第二近端止盘4313或者远端基盘4321运动，从而避免对结构骨进行直接的推拉，而且在驱动数量较多的结构骨时，不受限于驱动机构的数量，同时结构紧凑，原理简单，易于实现，从而具有很高的可靠性。举例来说，驱动机构可以为齿轮齿条机构，齿轮滑槽机构，齿轮桶机构，蜗轮蜗杆机构、多连杆机构等，驱动机构通过将旋转运动转化为直线运动，从而直接或者间接驱动结构骨，进而实现柔性连续体结构43的弯曲运动。
在上述实施例中，优选地，第一结构骨4314和第二结构骨4323可以采用由超弹性材料制成的弹性细杆或细管，一般可以采用镍钛合金等高强度、高韧性、具有弹性的金属材料制造；结构骨引导管束433可以采用钢管束。
本实施例提供一种多关节机械臂组，具有至少一个机械臂，各机械臂的远端部分设有末端执行器和/或摄像装置，末端执行器设置成能进行手术操作，摄像装置设置成能获取影像，至少一个机械臂的远端部分设置成能从一个切口伸入患者体内。应理解，多关节机械臂组可以包含一个、两个或者多个机械臂，各机械臂能通过同一个切口进入患者体内且各机械臂的运动相互不发生干涉，各机械臂的远端部分可以设有末端执行器，或者摄像装置，或者同时设有末端执行器和摄像装置。
在另外的实施例中，多关节机械臂组具有至少多个机械臂，多个机械臂的远端部分设置成能从至少两个的切口伸入患者体内。在一具体实施例中，至少一个第一机械臂3的远端部分设置成能从一个切口伸入患者体内，至少一个第二机械臂4的远端部分设置成能从另一个切口伸入患者体内。
在另一具体实施例中，至少一个第一机械臂3和至少一个第二机械臂4的远端部分设置成能从一个切口伸入患者体内，另外的一个第一机械臂3的远端部分设置成能从另一个切口伸入患者体内。
在一具体实施例中，至少一个第一机械臂3和至少一个第二机械臂4的远端部分设置成能分别从不同的切口伸入患者体内。
在上述实施例中优选地，第一机械臂3的数量为三个，第二机械臂4的数量为一个。
在本实施例中，具体地，各机械臂的远端部分设有彼此能相互运动的所述末端执行器和所述摄像装置。可以理解的是，当机械臂的远端部分同时设有末端执行器和摄像装置时，末端执行器和摄像装置可相互独立的运动，摄像装置调整好位置和姿态，以捕捉患者体内的视野图像，然后调整末端执行器至目标位置，以使手术操作顺利进行。
如图3、图4、图5、图13和图15所示，本实施例提供一种多关节机械臂组具有至少一个第一机械臂3和一个第二机械臂4，其中一个第一机械臂3和第二机械臂4各自最近侧的水平横臂的近端部分别通过水平横臂旋转关节与手术台车1上的转台2连接，且各自的水平横臂旋转关节沿竖直方向同轴设置，以使第二机械臂4的近端部叠置在第一机械臂3近端部的上方，第一机械臂3的远端部分连接有末端执行器，第二机械臂4的远端部分连接有摄像装置，至少一个第一机械臂3和第二机械臂4的远端部分通过至少两个切口进入患者体内。具体地，第一机械臂3的数量可以为两个、三个或者多个。通过在初始关节处采用水平横臂，各机械臂的近端部重叠布置并能够独立驱动，既可以减小机械臂的占用空间，也可避免臂体之间发生运动干涉。
第一机械臂3的远端部分连接有末端执行器，末端执行器设置成能进行手术操作，具体地，末端执行器可以为夹钳、剪刀或者抓钳等。第二机械臂4的远端部分连接有摄像装置，摄像装置设置成能获取影像，应当理解，摄像装置可以为内窥镜，用于获取患者体内的视场影像。
另一个实施例提供一种多关节机械臂组，其包括：至少一个第一机械臂3和第二机械臂4，第一机械臂3和第二机械臂4的近端部分均具有多个水平横臂和多个水平横臂旋转关节，每个水平横臂包括近端部和远端部，多个水平横臂在各近端部和各远端部分别由各横臂旋转关节通过铰接依次首尾相接，且相邻的两个水平横臂相对于彼此能绕垂向轴线旋转。
如图4、图5和图13所示的实施例中，该多关节机械臂组包括一个第一机械臂3和一个第二机械臂4，第一机械臂3和第二机械臂4的近端部分均具有两个水平横臂和两个水平横臂旋转关节，即第一机械臂3最近侧的水平横臂31和最远侧水平横臂32，第二机械臂4的最近侧的水平横臂41和最远侧水平横臂42，水平横臂31的近端部通过第一水平横臂旋转关节旋转连接于手术台车1上的转台2，水平横臂41的近端部通过第二水平横臂旋转关节旋转连接于手术台车1上的转台2，且第一水平横臂旋转关节的旋转轴与第二水平横臂旋转关节的旋转轴沿竖直方向同轴设置，以使水平横臂41的近端部叠置在水平横臂31的近端部上方，水平横臂31的远端部叠置在水平横臂32的近端部上方，水平横臂41的远端部叠置在水平横臂42的近端部上方，第一机械臂3和所述第二机械臂4形成第一机械臂组。
本领域技术人员应当理解，在其他实施例中，第一机械臂3和一个第二机械臂4还可以具有多个水平横臂和多个水平横臂旋转关节，例如三个或四个等，具体可以根据实际需求进行设置。另外，相邻的两个水平横臂中近侧水平横臂的远端部与远侧水平横臂的近端部由水平横臂旋转关节铰接，且近侧水平横臂的远端部位于远侧水平横臂的近端部上方，以使各水平横臂可相对彼此绕竖直方向的轴线旋转运动。通过在初始关节处采用水平横臂，并以折回的方式减小机械臂的横向空间，从而可以更加高效利用病床侧空间和手术机器人机械臂工作空间。
在本实施例中，如图13和图14所示，第一机械臂3和第二机械臂4设置在同一手术台车1上，第一机械臂3和第二机械臂4的远端部分设置成能从一个切口伸入患者体内。实际操作时，通过在患者腹腔的切口处插入一个具有两通道的鞘套，然后台车和机械臂的位置以将第一机械臂3和第二机械臂4的远端部分通过该鞘套的通道伸入患者体内，从而实现单孔腔镜手术操作，以减少患者切口数量。可以理解的是，在其他实施例中，如图15所示，第一机械臂3的数量可以为两个，第二机械臂4的数量为一个，第一机械臂3和第二机械臂4设置在同一台车上，并通过同一切口进入患者体内。在其他实施例中，第一机械臂3和第二机械臂4还可以设置在不同的手术台车1上，且第一机械臂3的数量还可以为三个或者更多，多个第一机械臂3和第二机械臂4的远端部分均通过同一切口进入患者体内。
在图3所示的较佳实施例中，第一机械臂3的数量为三个，且三个第一机械臂3和一个第二机械臂4均设置在同一手术台车1上，且其中一个第一机械臂3和第二机械臂4的近端部相互叠置形成第一机械臂组，另外两个第一机械臂3的最近侧的水平横臂的近端部通过第一水平横臂旋转关节与手术台车1上的转台2连接。两个第一水平横臂旋转关节的旋转轴沿竖直方向同轴设置，以使其中一个第一机械臂3的第一水平横臂旋转关节叠置在另一个第一机械臂3的第一水平横臂旋转关节上方，两个第一机械臂3形成第二机械臂组。进一步地，第一机械臂组和所述第二机械臂组设置在同一手术台车1上，且彼此关于手术台车1的转台2的对称面镜面对称。应当理解，在其他实施例中，第一机械臂组和所述第二机械臂组可以分别设置在两个手术台车1的转台2上。
如图17所示，在实际工作时，调整手术台车和各机械臂的位置，以使三个第一机械臂3和一个第二机械臂4的远端部分均通过同一切口进去患者体内，以实现单孔腔镜手术操作，由于叠置的方式，减小了机械臂的横向空间，使各机械臂之间在独立驱动时的运动互不干涉，从而不仅可以更加高效利用病床侧空间和手术机器人机械臂工作空间且能降低个机械臂之间的干涉碰撞风险。
应理解，在另外的实施例中，如图16所示，三个第一机械臂3和第二机械臂4的远端部分还可以通过至少两个切口进入患者体内。具体地，其中一个第一机械臂3的远端部分从一个切口进入患者体内，另外两个第一机械臂3和第二机械臂4的远端部分从另一个切口进入患者体内，或者第二机械臂4的远端部分通过一个切口进入患者体内，三个第一机械臂3的远端部分从另一个切口进入患者体内，从而可以实现单多孔混合操作，既可以减少多孔操作的切口数量，又可以避免单孔操纵视野受限。应理解，至少一个第一机械臂3和一个第二机械臂4通过不同组合方式从两个切口进入患者体内，均不脱离本实施例的范围。
本实施例中优选地，如图3-图5所示，第一机械臂3和第二机械臂4还包括：竖臂33和竖臂旋转关节，竖臂33设置成可上下移动，竖臂33的近端部通过竖臂旋转关节连接于多个水平横臂中最远侧水平横臂的远端部以相对于最远侧水平横臂的远端部绕垂向轴线旋转。斜臂34和斜臂旋转关节，其中斜臂34的近端部通过斜臂旋转关节连接于竖臂33的远端部，且斜臂旋转关节的旋转轴线相对于垂向成角度。定点位置调节连杆组件35，定点位置调节连杆组件35的近端部与斜臂34的远端部转动连接。线性驱动装置36，滑动设置在定点位置调节连杆组件35的远端部。手术工具37，设置在线性驱动装置36上，第一机械臂3上的手术工具37的远端设有末端执行器，第二机械臂4上的手术工具37的远端设有摄像装置。
具体地，其中竖臂33包括能沿竖直方向相对移动的竖臂外筒332和竖臂内筒331，对于第一机械臂3来说，竖臂内筒331通过竖臂旋转关节连接于最远侧水平横臂32的远端部下方，对于第二机械臂4来说，竖臂内筒331通过竖臂旋转关节连接于最远侧水平横臂42的远端部下方。为实现上述的相对移动，竖臂内筒331内可以设有驱动电机或马达，电机或马达的输出端固定连接有运动转换机构，运动转换机构的输出端与竖臂外筒332固定连接。当电机或马达正常工作时，通过运动转换机构将电机或马达的旋转运动转化为直线运动，从而带动竖臂外筒332做升降运动，以实现竖臂外筒332和竖臂内筒331之间的相对移动。当然，也可以将竖臂外筒332通过竖臂旋转关节连接于水平横臂32或者42的远端部下方，利用驱动电机或马达带动竖臂内筒331做升降运动从而实现竖臂外筒332和竖臂内筒331之间的相对运动。
如图4中所示，斜臂34的近端部通过斜臂旋转关节连接于竖臂外筒332，且斜臂旋转关节的旋转轴线与竖臂旋转关节的旋转轴线不重合。具体地，斜臂旋转关节的旋转轴线与竖臂旋转关节的旋转轴线之间存在一定的夹角，以使斜臂34相对于竖臂33偏摆运动，可以理解的是，斜臂旋转关节的旋转轴线相对于垂向的角度可以在0-90°之间均可，优选地，两者之间的夹角为45°。
通过各水平横臂旋转关节和竖臂旋转关节，带动各水平横臂盐竖直轴线在水平方向的旋转运动，实现机械臂水平位置调整，通过竖臂33实现机械臂的升降位置调整，通过斜臂旋转关节带动斜臂34侧向旋转运动，实现机械臂的侧摆位置调整。通过多个关节实现机械臂的体外定位，以满足术前或术中的位置调整需求，从而便于手术工作的展开。
图9至图11分别显示了定点位置调节连杆组件35的主视图、后视图和立体图。从图9-12中可见，定点位置调节连杆组件35包括：第一活动臂111，第一活动臂111的近端通过第一活动关节Ⅰ与斜臂34转动连接；第二活动臂112，第二活动臂112的近端通过第二活动关节II与第一活动臂111的远端转动连接，第二活动臂112的远端具有用于连接线性驱动装置36的第三活动关节Ⅲ，线性驱动装置36上连接有可线性移动的手术工具37；分别设置在三个活动关节上的三个减速轮，其中第一减速轮114-1位于第一活动臂111的近端，其输出轴带动第一活动关节Ⅰ的转动，第二减速轮114-2位于第一活动臂111的远端和第二活动臂112的近端，其输出轴带动第二活动关节II的转动，第三减速轮114-3位于第二活动臂112的远端，其输出轴带动第三活动关节Ⅲ的转动；两个第一传动带113分别连接在第一减速轮114-1的输入轴和第二减速轮114-2的输入轴以及第二减速轮114-2的输入轴和第三减速轮114-3的输入轴之间。由此，第一活动臂111和第二活动臂112通过两个第一传动带113形成等同双平行四边形结构的RCM机构，从而实现安装在第二活动臂112远端的线性驱动装置36的远心定点运动。由于手术工具37可随线性驱动装置36线性滑动，从而也可保证手术工具37通过一定点运动。应当理解，线性驱动装置36上可根据需要更换不同的手术工具37，例如手术工具37的远端可带有不同种类的末端执行器或内窥镜。
优选地，定点位置调节连杆组件35中三个减速轮均可以是谐波减速器，该谐波减速器具有一转动轴，谐波减速器的转动轴上同轴地安装有传动带轮，相邻两谐波减速器的转动轴通过传动带轮与第一传动带113连接。由此，当第一谐波减速器的转动轴在驱动力的驱动下而转动时，与其上传动带轮连接的第一传动带113获得同速运动，第一谐波减速器的转动轴以一定倍数输出第一活动关节Ⅰ的转动角速度，与此同时，第一谐波减速器通过第一传动带113带动第二谐波减速器的转动轴同速运动，第二谐波减速器的转动轴以一定倍数输出第二活动关节II的转动角速度，由于第二谐波减速器又通过另一第一传动带113与第三谐波减速器连接，第二谐波减速器又通过另一第一传动带113带动第三谐波减速器的转动轴同速运动，第三谐波减速器的转动轴以一定倍数输出第三活动关节Ⅲ的转动角速度，进而控制线性驱动装置36绕第三活动关节Ⅲ的转动。
优选地实施例中，定点位置调节连杆组件35还包括：传动轮116、第二制动机构118、第二传动带117、电机或马达115、角度编码器或者电位计119。电机115和传动轮116设置于斜臂34内，传动轮116与电机115的输出轴同轴固定连接，第二传动带117的一端环绕传动轮116，第二传动带117的另一端环绕位于第一活动臂111近端的第一减速轮114-1的输入端，以将电机115的动力传输至第一减速轮114-1的输入端，第二制动机构118在至少一个减速轮处同轴设置。第二制动机构118也是抱闸，其在断电状态下抱闸制动以锁紧减速轮，在通电状态下松闸以解锁减速轮。角度编码器或者电位计119在至少一个所述减速轮和/或所述传动轮上，用于记录和反馈定点位置调节连杆组件35的运动状态。在至少一个减速轮处同轴设置有第二制动机构118(该第二制动机构可以是抱闸，例如申请号为201811524271.1的发明专利公开的“一种止动抱闸机构”)，第二制动机构118在断电状态下抱闸制动以锁紧减速轮，在通电状态下松闸以解锁减速轮，由此进一步提高定点位置调节连杆组件35的整体稳定性，以克服将刚性平行四边形替换成传动带后稳定性变差的问题。优选地，第一传动带113和第二传动带117包括各种传动链、柔性同步带或刚性同步带等。优选地，各第二制动机构118的通断和/或操作开关均设置在线性驱动装置36上，当操作者需要通过手动调整定点位置调节连杆组件35的姿态时，按下相应的通断和/或操作开关与之关联的各第二制动机构118通电松闸姿态可动，松开该通断和/或操作开关后制动机构断电抱闸姿态固定。
由此，通过以上多个水平横臂、多个旋转关节、竖臂33、斜臂34以及定点位置调节连杆组件35实现各机械臂的位置调整，以使得各机械臂上的手术工具37在多个基准方向旋转时均可以通过一定点，且保证多个手术工具37的远端部分可以同时通过同一切口或者通过两个以上不同的切口进入患者体内，然后通过线性驱动装置36调节手术工具37的进给与后退，以便于手术工具37在手术时沿轴线的位置调整。
在一个具体实施例中，如图6-图8所示，进一步地，水平横臂旋转关节、竖臂旋转关节、斜臂旋转关节中的每个旋转关节各包括驱动机构5、减速器6、以及同步传动带7，驱动机构5(例如电机或马达)的输出轴上同轴固定连接有供同步传动带7环绕的带轮，同步传动带7将驱动机构5的输出轴的旋转传动至减速器6的输入轴，减速器6的输出轴设置成带动相应的水平横臂、竖臂33或斜臂34旋转。应当理解的是，同步传动带7可以为皮带或者链带，或者其他能够实现运动传递的结构。在本实施例中，优选地，减速器6为谐波减速器，减速器6的外壳被固定设置，其输出端和输入端可相对于减速器6的外壳旋转运动。
优选地，每个旋转关节还包括：制动机构8，制动机构8与减速器6的输入轴同轴设置，制动机构8设置成在断电状态下抱闸制动以锁紧减速器6的输入轴，在通电状态下松闸以解锁减速器6的输入轴。传动齿轮9和角度编码器10或者电位计，传动齿轮9与驱动机构5的输出轴同轴固定连接，角度编码器10或者电位计与传动齿轮9啮合，用于记录和反馈各旋转关节的运动状态。应当理解，传动齿轮9还可以同轴固定设置在减速器6的输入轴上，传动齿轮9和角度编码器10之间也可通过带轮实现同步运动。
可以理解的是，制动机构8在断电状态下抱闸制动以锁紧减速器6的输入轴，在通电状态下松闸以解锁减速器6的输入轴。制动机构8为抱闸，在通电情况下抱闸处于工作状态，即处于解锁状态，可以使驱动机构5的运动输入通过减速器6输入轴传递到减速器6，进而驱动对应臂体的运动，在断电情况下抱闸处于关闭状态，即对应臂体在不通电受控制的情况下处于锁紧状态，此时驱动机构5的运动输入无法传递到减速器6，对应臂体不可被移动，由此提高系统的安全性，避免意外移动造成伤害。驱动机构5的输出轴通过同步传动带7驱动减速器6的输入轴运动，以形成减速器6输入端的高速旋转运动，减速器6输入端的高速旋转经过减速器6的传动，转化为减速器6输出端较低速但扭矩成比例增大的输出扭矩，使减速器6输出端相对于减速器6外壳产生相对转动，从而使对应臂体之间产生相对旋转运动，以此作为旋转关节。
优选地，本实施例中的第二水平横臂旋转关节的减速器输入轴61和第一水平横臂旋转关节的减速器6沿旋转中心轴线均设有贯穿通道，固定连接至转台2的支撑轴202贯穿该贯穿通道且在下端与第一水平横臂旋转关节的减速器6固定连接，从而将第一机械臂3最近侧的水平横臂31与转台2连接，以使第一机械臂3最近侧的水平横臂31和第二机械臂4最近侧的水平横臂41彼此独立地与转台2连接，且各自的运动相互之间不影响。
本实施例还提供一种手术机器人系统，该包括手术台车1、主控台车(图中未示)以及上述的多关节机械臂组，多关节机械臂组安装在手术台车1的转台2上。主控台车与多关节机械臂组藕接，以在操作者操作主控台车时对多关节机械臂组进行遥操作。在一个具体实施例中，如图3、图7和图8所示，转台2包括转台骨架201、支撑轴202和支撑轴固定座203，支撑轴固定座203通过例如螺栓组固定连接于转台骨架201内，支撑轴202的一端固定设置于支撑轴固定座203上。水平横臂41通过第二水平横臂旋转关节连接于转台骨架201上，水平横臂31通过第一水平横臂旋转关节连接于支撑轴固定座203上。
在一个实施例中，如图3所示，优选地，第一机械臂3的数量为三个，其中一个第一机械臂3和第二机械臂4形成第一机械臂组，另外两个第一机械臂3形成第二机械臂组，且第一机械臂组和第二机械臂组镜像对称设置。转台2的支撑轴202的数量为两个，且两个支撑轴202的一端分别固定且对称设置于转台2的支撑轴固定座203，水平横臂41通过第二水平横臂旋转关节连接于转台骨架201，水平横臂31通过第一水平横臂旋转关节连接于其中一个支撑轴202，另外的两个第一机械臂3的两个水平横臂31分别通过水平横臂旋转关节连接于转台骨架201以及连接于另一个支撑轴202。
如图18-21所示，在本实施例中，手术机器人系统还包括鞘套13。鞘套13包括位于近端的多个弯曲段和位于远端的直线段，直线段设置成能通过切口插入患者体内。直线段具有多个沿纵向轴线延伸且彼此间隔设置的贯穿通道，贯穿通道的数量大于或等于机械臂的数量，且多个贯穿通道在远端邻近设置，并沿近端方向彼此远离逐渐向外延伸，贯穿通道设置成能供机械臂的远端部分贯穿通过，各弯曲段呈管状，分别与各贯穿通道连通。设置弯曲段从而避免多个机械臂之间由于通过鞘套13时邻近设置而发生干涉。
在一个具体实施例中，多个弯曲段并行布置或者交叉布置。优选地，多个弯曲段并行布置，且各弯曲段近端的弯曲方向彼此远离，从而使多个机械臂能彼此互不干涉地顺利通过鞘套13进入患者体内。应理解，弯曲段可以为柔性或者刚性材料制成。
优选地，至少一个弯曲段能形变，该形变包括在弯曲段的径向和/或轴向的形变。
在一个具体实施例中，如图18-21所示，鞘套13包括外壳14，呈管状，大致为漏斗形，包括顶部的喇叭口141和底部的缩口142，喇叭口141和缩口142之间通过管壁光滑过渡。还包括四根鞘管15，各鞘管15形成贯穿通道，鞘管15的远端伸入外壳14内且邻近设置，并与外壳14的缩口142贯通，鞘管15的近端从喇叭口141伸出外壳14，鞘管15包括内鞘管段和外鞘管段，内鞘管段位于外壳14内；外鞘管段位于外壳14的外部，外鞘管段形成弯曲段，外鞘管段能形变，该形变包括在鞘管的径向和/或轴向的形变。
在其他实施例中，鞘管15的数量大于或等于第一机械臂3和第二机械臂4的数量之和，示例性地，第一机械臂3的数量为一个时，则鞘管15的数量可以为两个，第一机械臂3的数量为两个时，则鞘管15的数量可以为三个，此时，各第一机械臂3和第二机械臂4的远端部分通过各鞘管15然后从一个切口进入患者体内。
在另外的实施例中，第一机械臂3的数量为一个，第一机械臂3和第二机械臂4分别通过两个不同的切口进入患者体内。此时，鞘套13的数量为两个，各鞘套13具有一个鞘管15，即一个贯穿通道，两个鞘套13分别插入两个切口，以供第一机械臂3和第二机械臂4通过。
在一个具体的实施例中，第一机械臂组和第二机械臂组可以设置在同一手术台车1上，或者设置在两个手术台车1上。
在另一个具体的实施例中，如图3和图17所示，第一机械臂3的数量为三个，其中一个第一机械臂3和第二机械臂4形成第一机械臂组，另外两个第一机械臂3形成第二机械臂组，第一机械臂组和第二机械臂组通过同一个切口进入患者体内，此时，鞘套13的数量为一个，且该鞘套13具有四个鞘管15，即四个贯穿通道，各第一机械臂3和第二机械臂4通过各贯穿通道进入患者体内。应该理解，第一机械臂组和第二机械臂组可以设置在同一手术台车1上，或者设置在两个手术台车1上。
本发明在使用时，手术工具37的远端部分可以穿过鞘管15的内腔、外壳14的内腔进入预定手术部位，由于鞘管15的外鞘管段能形变，装有手术工具37的机械臂在与鞘管15进行定位连接时，鞘管15能够发生径向和/或轴向的变形，此变形能够补偿因机器控制精度或其他原因导致的机械臂定位误差，使得手术工具37远端的末端执行器或内窥镜在存在一定的定位误差的情况下，仍能够较顺利地通过鞘管15以及外壳14的内腔进入预定手术部位。
在上述实施例中，优选地，如图20所示，鞘管15的外鞘管段上具有伸缩管件16，伸缩管件16能够在鞘管15的轴向上伸缩运动，以提供外鞘管段沿鞘管15在轴向的形变，增加鞘管15在轴向的灵活度。
在上述实施例中，优选地，伸缩管件16包括能够沿外鞘管段的轴向相对滑动的下管件161以及上管件162；进一步优选地，上管件162和下管件1611可以具有不同的管径，上管件162和下管件161之间活动套接在一起，进而实现伸缩管件16的轴向伸缩；伸缩管件16可根据需要连通设置在鞘管15的外鞘管段的任意位置，例如，伸缩管件16可设置在外鞘管段远离外壳14的端部，下管件161的下端与外鞘管段的端部固定连接，上管件162直径较大，活动套设在下管件161上，以实现两者沿外鞘管段轴向的相对滑动。
优选地，如图21所示，在外壳14的喇叭口141处覆盖有密封罩17，所述鞘管15能够穿过密封罩17，密封罩17能形变，可采用柔性材质制成。
在上述实施例中，优选地，如图18-21所示，该鞘套13还包括至少一个连接件18，连接件18设置在外壳14和/或鞘管15上，连接件18用于将第一机械臂3和/或第二机械臂4与鞘套13连接。
在上述实施例中，优选地，连接件18还可设置在伸缩管件16上，且连接件18能够随伸缩管件16一起在鞘管15的轴向上伸缩运动，进而提高连接件18在鞘管15上的位置灵活度，以方便连接件18与机械臂或手术工具37连接。
在上述实施例中，优选地，外壳14上设置有至少一开孔143，开孔143由外壳14的外侧壁贯通至外壳14的内侧壁，开孔143可为用于向外壳14的腔体内打气的气孔或用于供辅助器械穿过的器械孔。
在单孔腔镜手术中，尤其是主从遥控操作手术中，术前准备过程中需要(自动或手动)移动机械臂，鞘管15的外鞘管段的形变可以提供一定的到位误差补偿，这样，即使机械臂未完全移动到位，机械臂也可以顺利连接在鞘套13上，装在机械臂上的手术工具37的远端部分仍能够顺利通过鞘管15以及外壳14的内腔进入预定手术部位。
另外在术中，由于手术视野的限制导致可能出现需要沿某一定点(如入腹点)运动以实现对手术野的调整，此时手术工具37需要与鞘管15以相对位置不变的状况整体移动，且对运动控制精度有较大要求，此时鞘管15的外鞘管段能形变，该形变可以提供一定的由于速度差、准确率等原因导致的到位误差，进而实现手术工具37及鞘套13的共同运动。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (22)

1.一种多关节机械臂组，其特征在于，包括：至少一个机械臂，所述机械臂的远端部分设有末端执行器和/或摄像装置，所述末端执行器设置成能进行手术操作，所述摄像装置设置成能获取影像，至少一个所述机械臂的远端部分设置成能从一个切口伸入患者体内。
2.根据权利要求1所述的多关节机械臂组，其特征在于，所述机械臂的远端部分设有彼此能相互运动的所述末端执行器和所述摄像装置。
3.根据权利要求1所述的多关节机械臂组，其特征在于，所述机械臂的远端部分包括柔性连续体结构(43)，所述柔性连续体结构(43)包括至少一个近端连续体(431)和至少一个远端连续体(432)；
所述近端连续体(431)包括近端基盘(4311)、第一近端止盘(4312)和第二近端止盘(4313)，三者间隔布置；
第一结构骨(4314)，多根所述第一结构骨(4314)的近端与第二近端止盘(4313)固定连接，多根所述第一结构骨(4314)的远端穿过所述第一近端止盘(4312)后与所述近端基盘(4311)固定连接；
所述远端连续体(432)包括：远端基盘(4321)和远端止盘(4322)，二者间隔布置，且所述远端基盘(4321)与所述近端基盘(4311)相邻；
第二结构骨(4323)，多根所述第二结构骨(4323)的近端与所述第一近端止盘(4312)固定连接，多根所述第二结构骨(4323)的远端穿过所述近端基盘(4311)和所述远端基盘(4321)后与所述远端止盘(4322)固定连接；
所述远端止盘(4322)与所述末端执行器和/或摄像装置连接。
4.根据权利要求1所述的多关节机械臂组，其特征在于，所述机械臂的远端部分包括柔性连续体结构(43)，所述柔性连续体结构(43)包括至少一个近端连续体(431)和至少一个远端连续体(432)；
近端连续体(431)，包括近端基盘(4311)、第二近端止盘(4313)和第一结构骨(4314)；
远端连续体(432)，包括远端基盘(4321)、远端止盘(4322)和所述第一结构骨(4314)；
多根所述第一结构骨(4314)的近端与所述第二近端止盘(4313)固定连接，多根所述第一结构骨(4314)的远端依次穿过所述近端基盘(4311)和所述远端基盘(4321)并与所述远端止盘(4322)固定连接；
所述远端止盘(4322)与所述末端执行器和/或摄像装置连接。
5.根据权利要求1所述的多关节机械臂组，其特征在于，所述机械臂的远端部分包括柔性连续体结构(43)，所述柔性连续体结构(43)包括至少一个远端连续体(432)；
所述远端连续体(432)，包括远端基盘(4321)、远端止盘(4322)和结构骨，所述远端基盘(4321)和所述远端止盘(4322)间隔布置，所述结构骨的近端与所述远端基盘(4321)连接，所述结构骨的远端与所述远端止盘(4322)固定连接；
所述远端止盘(4322)与所述末端执行器和/或摄像装置连接。
6.根据权利要求3-5任一项所述的多关节机械臂组，其特征在于，各所述机械臂的远端部分分别设置有驱动机构，所述驱动机构位于所述柔性连续体结构(43)的近端，并设置成能驱动柔性连续体结构(43)运动。
7.根据权利要求1所述的多关节机械臂组，其特征在于，所述机械臂包括：
至少一个第一机械臂(3)和至少一个第二机械臂(4)，所述第一机械臂(3)的远端部分连接有末端执行器，所述第二机械臂(4)的远端部分连接有摄像装置；
至少一个所述第一机械臂(3)和至少一个所述第二机械臂(4)的远端部分设置成能从同一个切口伸入患者体内。
8.根据权利要求7所述的多关节机械臂组，其特征在于，所述第一机械臂(3)的数量为三个，所述第二机械臂(4)的数量为一个，各所述第一机械臂(3)和第二机械臂(4)的远端部分设置成能从同一个切口伸入患者体内。
9.根据权利要求7所述的多关节机械臂组，其特征在于，
所述第一机械臂(3)和所述第二机械臂(4)的近端部分均具有多个水平横臂和多个水平横臂旋转关节，每个所述水平横臂包括近端部和远端部，所述多个水平横臂在各所述近端部和各所述远端部分别由各横臂旋转关节通过铰接依次首尾相接，且相邻的两个水平横臂相对于彼此能绕垂向轴线旋转。
10.根据权利要求9所述的多关节机械臂组，其特征在于，相邻的两个水平横臂中近侧水平横臂的远端部与远侧水平横臂的近端部由所述水平横臂旋转关节铰接，且所述近侧水平横臂的远端部位于所述远侧水平横臂的近端部上方。
11.根据权利要求9或10所述的多关节机械臂组，其特征在于，一个所述第一机械臂(3)最近侧的水平横臂(31)的近端部通过第一水平横臂旋转关节与手术台车(1)上的转台(2)连接；
所述第二机械臂(4)的最近侧的水平横臂(41)的近端部通过第二水平横臂旋转关节亦与所述转台(2)连接；
所述第一水平横臂旋转关节的旋转轴与所述第二水平横臂旋转关节的旋转轴同轴设置，以使所述第二机械臂(4)的第二水平横臂旋转关节叠置在所述第一机械臂(3)的第一水平横臂旋转关节上方；
所述第一机械臂(3)和所述第二机械臂(4)形成第一机械臂组。
12.根据权利要求11所述的多关节机械臂组，其特征在于，所述第一机械臂(3)为三个，另外两个所述第一机械臂(3)最近侧的水平横臂的近端部通过第一水平横臂旋转关节与手术台车上的转台(2)连接；
两个所述第一水平横臂旋转关节的旋转轴同轴设置，以使其中一个所述第一机械臂(3)的第一水平横臂旋转关节叠置在另一个所述第一机械臂(3)的第一水平横臂旋转关节上方；
两个所述第一机械臂(3)形成第二机械臂组。
13.根据权利要求12所述的多关节机械臂组，其特征在于，所述第一机械臂组和所述第二机械臂组设置在同一手术台车(1)上，且彼此关于所述手术台车(1)的所述转台(2)的对称面镜面对称。
14.根据权利要求11所述的多关节机械臂组，其特征在于，所述第一机械臂组和所述第二机械臂组分别设置在两个不同的手术台车的转台(2)上。
15.根据权利要求12所述的多关节机械臂组，其特征在于，所述第一机械臂(3)和/或所述第二机械臂(4)还包括：
竖臂(33)和竖臂旋转关节，所述竖臂(33)设置成可上下移动，所述竖臂(33)的近端部通过所述竖臂旋转关节连接于所述多个水平横臂中最远侧水平横臂的远端部以相对于所述最远侧水平横臂的远端部绕垂向轴线旋转；
斜臂(34)和斜臂旋转关节，其中所述斜臂(34)的近端部通过斜臂旋转关节连接于所述竖臂(33)的远端部，且所述斜臂旋转关节的旋转轴线相对于垂向成角度；
定点位置调节连杆组件(35)，所述定点位置调节连杆组件(35)的近端部与所述斜臂(34)的远端部转动连接；
线性驱动装置(36)，滑动设置在所述定点位置调节连杆组件(35)的远端部；
手术工具(37)，设置在所述线性驱动装置(36)上，所述第一机械臂(3)上的所述手术工具(37)的远端设有末端执行器，所述第二机械臂(4)上的所述手术工具(37)的远端设有摄像装置。
16.根据权利要求15所述的多关节机械臂组，其特征在于，所述水平横臂旋转关节、竖臂旋转关节、斜臂旋转关节中的每个旋转关节各包括驱动机构(5)、减速器(6)、以及同步传动带(7)，所述同步传动带(7)将所述驱动机构(5)的输出轴的旋转传动至所述减速器(6)的输入轴，所述减速器(6)的输出轴设置成带动相应的水平横臂、竖臂(33)或斜臂(34)旋转。
17.根据权利要求16所述的多关节机械臂组，其特征在于，每个所述旋转关节还包括：制动机构(8)，所述制动机构(8)与所述减速器(6)的输入轴同轴设置，所述制动机构(8)设置成在断电状态下抱闸制动以锁紧所述减速器(6)的输入轴，在通电状态下松闸以解锁所述减速器(6)的输入轴；
传动齿轮(9)和角度编码器(10)或者电位计，所述传动齿轮(9)与所述驱动机构(5)的输出轴同轴固定连接，所述角度编码器(10)或者电位计与所述传动齿轮(9)啮合，用于记录和反馈各所述旋转关节的运动状态。
18.根据权利要求16所述的多关节机械臂组，其特征在于，所述第二水平横臂旋转关节的减速器输入轴(61)和所述第一水平横臂旋转关节的减速器(6)沿旋转中心轴线均设有贯穿通道，固定连接至所述转台(2)的支撑轴(202)贯穿所述贯穿通道且在下端与所述第一水平横臂旋转关节的减速器(6)固定连接，从而将所述第一机械臂(3)最近侧的水平横臂(31)与所述转台(2)连接，以使第一机械臂(3)最近侧的水平横臂(31)和所述第二机械臂(4)最近侧的水平横臂(41)彼此独立地与所述转台(2)连接。
19.一种手术机器人系统，其特征在于，包括手术台车(1)、主控台车以及如权利要求1-14任一项所述的多关节机械臂组，所述多关节机械臂组安装在所述手术台车(1)的转台(2)上；
所述主控台车与所述多关节机械臂组藕接，以在操作者操作所述主控台车时对所述多关节机械臂组进行遥操作。
20.根据权利要求19所述的手术机器人系统，其特征在于，还包括鞘套(13)；
所述鞘套(13)包括位于近端的多个弯曲段和位于远端的直线段，所述直线段设置成能通过所述切口插入患者体内；所述直线段具有多个沿纵向轴线延伸且彼此间隔设置的贯穿通道，所述贯穿通道的数量大于或等于所述机械臂的数量，所述贯穿通道设置成能供所述机械臂的远端部分贯穿通过；
各所述弯曲段呈管状，分别与各所述贯穿通道连通。
21.根据权利要求20所述的手术机器人系统，其特征在于，多个所述弯曲段并行布置或者交叉布置。
22.根据权利要求20所述的手术机器人系统，其特征在于，至少一个所述弯曲段能形变，所述形变包括在所述弯曲段的径向和/或轴向的形变。
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