CN114683314A - 机械臂关节、机械臂及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械臂关节、机械臂及手术机器人，手术机器人包括机械臂，机械臂的末端设置机械臂关节，机械臂关节包括支撑臂、主动传动结构和从动传动结构；主动传动结构和从动传动结构均安装于支撑臂上；主动传动结构包括驱动装置和至少两组平行设置的主动直线运动结构；驱动装置用以驱动主动直线运动结构以不同速度移动且移动速度为固定比例；从动传动结构包括从动装置和至少两组相连接的从动直线运动结构；从动装置用以控制不同组中的从动直线运动结构以固定比例的速度移动；以此提高传动效率，改善机械臂的运动控制精度。

Description

机械臂关节、机械臂及手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别涉及一种机械臂关节、机械臂及手术机器人。

背景技术

在微创伤手术机器人的研究领域，如何使手术机器人所把持的手术器械可靠地以体表小切口为支点进行摆动而不扩大切口是一个关键技术问题。目前主要在手术机器人的机械臂上设置机械结构来控制手术器械的运动，使手术器械始终围绕切口所在的位置摆动。其中最普遍采用的方案是不动点机械臂，该机械臂在末端设置机械臂关节来实现不动点的功能。但是传统实现不动点功能的机械臂关节主要包括单平行四边形串联机械臂关节、多平行四边形串联机械臂关节、串联球面连杆机械臂关节这三种。这些机械臂关节的结构主要由连杆铰接形成，并通过连杆机构的转动来约束手术器械的运动，不仅结构复杂，而且传动减速比大，传动效率低，结构刚度不足，使运动控制精度难以得到有效的保证。除了连杆机构外，有些机械臂关节也使用钢丝、钢带等柔性部件来约束手术器械的运动，这种结构的传动链长，传动刚度和结构刚度更差，并且同样是输出转动来约束器械的运动，因此传动减速比也大，传动效率低。特别是这些结构需要配置谐波减速机，较大地提高了制造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械臂关节、机械臂及手术机器人，以解决现有技术中机械臂关节存在的结构刚度不足、传动效率低等问题。

为实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供一种机械臂关节，其包括支撑臂、主动传动结构和从动传动结构；所述主动传动结构和所述从动传动结构均安装于所述支撑臂上；

所述主动传动结构包括驱动装置和至少两组平行设置的主动直线运动结构；所述驱动装置用以驱动不同组中的所述主动直线运动结构以不同速度移动且移动速度为固定比例；

所述从动传动结构包括从动装置和至少两组相连接的从动直线运动结构；所述从动装置用以控制不同组中的所述从动直线运动结构以固定比例的速度移动；至少一组所述从动直线运动结构的移动方向与所述主动直线运动结构的移动方向平行。

可选地，所述主动直线运动结构和所述从动直线运动结构均包括导轨以及沿所述导轨滑动的滑块；

所述主动传动结构中的所有导轨平行设置；所述从动传动结构中的至少一组所述导轨与所述主动传动结构中的所述导轨平行或重合；且所述从动传动结构中的一组所述导轨上的所述滑块与另一组所述导轨铰接。

可选地，所述机械臂关节还包括摆动臂；所述主动传动结构和所述从动传动结构均与所述摆动臂连接；所述主动直线运动结构用以带动所述摆动臂摆动，并限定所述摆动臂的摆动角度；所述从动直线运动结构用以带动所述摆动臂伸缩，并限定所述摆动臂的伸缩位移。

可选地，所述摆动臂的轴线始终经过一固定点，且所述固定点的位置随所述主动直线运动结构和/或所述从动直线运动结构的位置的改变而改变。

可选地，所述主动传动结构中靠近所述固定点的所述主动直线运动结构的移动速度小于远离所述固定点的所述主动直线运动结构的移动速度，不同组中的所述从动直线运动结构的移动速度相等或不相等。

可选地，至少一组所述从动直线运动结构的移动方向与所述摆动臂的轴线始终垂直。

可选地，所述主动直线运动结构中的所述滑块包括相互铰接的滑块本体和滑动部，所述滑块本体在所述导轨上滑动，所述滑动部与所述摆动臂滑动连接，所述摆动臂还与所述从动传动结构中的对应滑块固定连接。

可选地，至少一组所述从动直线运动结构与所述主动直线运动结构平行或部分重合。

可选地，所述从动直线运动结构的数量为两组，一组所述从动直线运动结构与所述主动直线运动结构平行或部分重合，或者，所述从动直线运动结构的数量超过两组，至少两组从动直线运动结构与所述主动直线运动结构平行或部分重合。

可选地，所述从动传动结构位于所述主动传动结构的下方，或者，所述从动传动结构位于所述主动传动结构的所述主动直线运动结构之间。

可选地，所述驱动装置包括驱动电机以及与所述驱动电机连接的主传动机构，所述主传动机构连接所有所述主动直线运动结构，所述驱动电机用于通过所述主传动机构驱动所有所述主动直线运动结构以不同速度移动且移动速度为固定比例。

可选地，所述主传动机构包括多个滚珠丝杠螺母系统和至少一个齿轮系统，所有所述滚珠丝杠螺母系统平行设置并与所述齿轮系统连接，所述滚珠丝杠螺母系统与所述主动直线运动结构一一对应地连接，所述驱动电机与所述齿轮系统或其中一个所述滚珠丝杠螺母系统连接；所述驱动电机用以通过所述滚珠丝杠螺母系统和所述齿轮系统驱动所有所述主动直线运动结构以不同速度移动且移动速度为固定比例。

可选地，所述驱动电机连接远离所述固定点的一个所述滚珠丝杠螺母系统，或者，所述驱动电机通过传动部件连接所述滚珠丝杠螺母系统。

可选地，所述驱动装置包括主传动机构，所述主传动结构连接所有所述主动直线运动结构，所述主传动机构用以驱动所有所述主动直线运动结构以不同速度移动且移动速度为固定比例，所述主传动结构为滚珠丝杠螺母系统、齿轮齿条系统及锥蜗轮副系统中的至少一种，和/或，所述从动装置包括滚珠丝杠螺母系统、齿轮齿条系统及锥蜗轮副系统中的至少一种。

可选地，所述从动装置包括多个滚珠丝杠螺母系统和至少一个齿轮系统；所有所述滚珠丝杠螺母系统平行设置并与所述齿轮系统连接，所有所述滚珠丝杠螺母系统与对应的一个所述从动直线运动结构连接，所述从动装置通过所述滚珠丝杠螺母系统控制不同组中的所述从动直线运动结构以固定比例的速度移动；或者，所述从动装置包括一个齿轮齿条系统，所述齿轮齿条系统包括多个齿条和至少一个齿轮，一个齿条固定设置并与一组所述从动直线运动结构平行设置，至少另外一个齿条与所述摆动臂固定连接，所述齿轮分别与两个所述齿条传动连接，且所述齿轮的转轴与两组相连接的所述从动直线运动结构中的铰接轴重合。

为实现上述目的，根据本发明的第二个方面，提供一种机械臂，其末端设置有任一项所述的机械臂关节。

为实现上述目的，根据本发明的第三个方面，提供一种手术机器人，其包括任一项所述的机械臂。

在本发明提供的机械臂关节、机械臂及手术机器人中，所述机械臂关节包括：支撑臂、主动传动结构和从动传动结构；所述主动传动结构和所述从动传动结构均安装于所述支撑臂上；所述主动传动结构包括驱动装置和至少两组平行设置的主动直线运动结构；所述驱动装置用以驱动不同组中的所述主动直线运动结构以不同速度移动且移动速度为固定比例；所述从动传动结构包括从动装置和至少两组相连接的从动直线运动结构；所述从动装置用以控制不同组中的所述从动直线运动结构以固定比例的速度移动；至少一组所述从动直线运动结构的移动方向与所述主动直线运动结构的移动方向平行。如此配置后，由于主动传动结构中的主动直线运动结构平行设置，以及至少一组所述从动直线运动结构的移动方向与所述主动直线运动结构的移动方向平行(包括重合)，使得机械臂关节中运动联动的串联级数得到了降低，从而提高了机械臂关节的结构刚度，此外，由于通过主动直线运动结构和从动直线运动结构的直线移动来控制摆动臂的运动，使得机械臂关节可以采用结构简单的直线运动装置来构造并输出直线运动，直线运动的减速比小，传动效率高；因此改善了机械臂关节的运动控制精度，提升了手术的精准性，而且避免因传动减速比大需配置谐波减速机等高昂部件的问题，由此较大的降低了不动点机械臂的制造成本。

在本发明提供的机械臂关节、机械臂及手术机器人中，所述机械臂关节可以自带摆动臂，所述主动传动结构和所述从动传动结构均与所述摆动臂连接，所述主动直线运动结构用以带动所述摆动臂摆动，并限定所述摆动臂的摆动角度，所述从动直线运动结构用以带动所述摆动臂伸缩，并限定所述摆动臂的伸缩位移。如此配置后，可通过摆动臂来安装手术器械，并通过主动传动结构驱动摆动臂摆动，通过从动传动结构驱动摆动臂伸缩，从而在主动传动结构和从动传动结构的共同作用下实现摆动臂相对于一固定点的摆动，从而省去额外组装摆动臂的过程。

在本发明提供的机械臂关节、机械臂及手术机器人中，还通过将至少一组从动直线运动结构与主动直线运动结构部分重合设置，减少了机械臂关节上的零件数量，进一步简化了机械臂关节的结构，减小了整个机械臂关节的重量和体积，进一步提升机械臂关节的运动控制精度。

在本发明提供的机械臂关节、机械臂及手术机器人中，通过将驱动装置和/或从动装置设置为包括滚珠丝杠螺母系统、齿轮齿条系统、锥蜗轮副系统中的至少一种，能够较好的降低传动减速比，有效的提高传动效率，并降低制造成本。

在本发明提供的机械臂关节、机械臂及手术机器人中，通过将所述从动传动结构设置在主动传动结构的下方，或者，将所述从动传动结构设置在主动传动结构的主动直线运动结构之间，能够改善重心分布，进一步提高整个机械臂关节的结构刚度，进一步改善机械臂的运动控制精度。

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为根据本发明一优选实施例的手术机器人系统的工作场景示意图；

图2为根据本发明一优选实施例的手术机器人的结构示意图；

图3为根据本发明一优选实施例的机械臂关节的结构示意图；

图4为根据本发明第一实施例的机械臂关节的剖视示意图；

图5为根据本发明第一实施例的驱动装置的结构原理图；

图6为根据本发明第一实施例的驱动装置的另一结构原理图；

图7为根据本发明第一实施例的驱动装置的又一结构原理图；

图8为根据本发明第一实施例的从动装置的结构原理图；

图9为根据本发明第二实施例的机械臂关节的剖视示意图；

图10为根据本发明第二实施例的从动装置的结构原理图；

图11为根据本发明第三实施例的机械臂关节的剖视示意图；

图12为根据本发明第四实施例的机械臂关节的剖视示意图；

图13为根据本发明第五实施例的机械臂关节的剖视示意图；

图14为根据本发明第六实施例的机械臂关节的剖视示意图；

图15为根据本发明第七实施例的机械臂关节的剖视示意图。

图中：100-主端；101-主控制台；200-从端；201-手术机器人；2011-机械臂；202-手术台车；203-病床；204-工具车；300-图像台车；400-麻醉机；500-支撑臂；600-驱动装置；601-第一丝杠；602-第二丝杠；603-第一齿轮；604-第二齿轮；605-第三齿轮；606-驱动电机；607-第一螺母；608-第二螺母；609-传动部件；700-从动装置；701-第三丝杠；702-第四丝杠；703-第四齿轮；704-第五齿轮；705-第六齿轮；706-第三螺母；707-第四螺母；708-第一齿条；709-第二齿条；710-齿轮；800-主动直线运动结构；801-第一导轨；802-第二导轨；803-第一滑块本体；804-第二滑块本体；805-第一滑动部；806-第二滑动部；900-从动直线运动结构；901、909、913-第三导轨；902、910-第四导轨；903-第五导轨；904-第六导轨；905、911、914-第三滑块；906、912、915-第四滑块；907-第五滑块；908-第六滑块；1000-摆动臂；P-固定点。

具体实施方式

以下将结合本发明实施例中的附图，对本发明优选实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

如在本发明中所使用的，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。如在本发明中所使用的，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。如在本发明中所使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”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”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”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“末端”或“远端”通常是指远离器械操作者的一端；术语“近端”或“头端”通常是指靠近器械操作者的一端。

以下结合附图以及优选实施例对本发明作进一步的说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互补充或相互组合。

图1示出了本发明一优选实施例的手术机器人系统的工作场景示意图。如图1所示，所述手术机器人系统为主从式遥操作的手术机器人系统，即所述手术机器人系统包括通信连接的主端100和从端200。所述主端100为遥操作式手术机器人的操作端，并包括主控制台101，所述主控制台101包含安装其上的主操作单元(未标注，如主操作手)，所述主操作单元用于接收操作者的手部运动信息，以作为整个系统的运动控制信号输入。所述主端100还包括计算设备，所述主端100的计算设备用于将操作者的操作信息转换为主从控制指令，所述主从控制指令包括运动信息和主从映射关系。所述主端100还可包括脚踏手术控制设备(未标注)，操作者还可通过脚踏手术控制设备，完成电切、电凝等相关操作指令的输入。所述从端200为遥操作式手术机器人系统的具体执行平台，并包括执行手术操作的手术机器人201；所述主端100的计算设备将所述主从控制指令发送至从端200；所述从端200的计算设备用于运行可读存储介质中的程序，以输出主从控制指令；所述手术机器人201根据所接收的主从控制指令，控制手术器械的运动；所述主端100和从端200可配置单独的计算设备，或者共用同一计算设备。

更详细地，所述从端200的计算设备用于根据主端100的计算设备所发送的运动信息和预设的主从映射关系，输出主从控制指令，以控制手术机器人201执行主从控制指令来驱动手术器械运动。例如，所述从端200根据获取的主控制台101中操作单元的移动速度，控制手术机器人201以驱动手术器械移动，并根据获取的操作单元的转动角度或转动速度，控制手术机器人201以驱动手术器械转动，还可根据获取的操作单元的弯曲角度或弯曲方向，控制手术机器人201以驱动手术器械弯曲。操作者及主端100优选与从端200位于不同的房间，以实现操作者与患者的物理隔离。

所述主端100和从端200两者也可分置在不同医院，不同地区，通过远程通信技术通信连接。如此，在呼吸道疾病诊断和治疗过程中，操作者在另外一个房间、另一个医院或另外一个城市根据图像采集设备采集的图像信息完成所需要的手术操作，而手术机器人201复现操作者的所有动作，由此实现操作者与患者在手术过程中的物理隔离。

所述手术机器人系统还可包括手术台车202。所述手术机器人201设置在手术台车202上。通过手术台车202可实现手术机器人201在手术室内的大范围移动，使手术过程更为方便。所述手术机器人系统还可包括其他辅助设备，如病床203，病床203负责支撑和调整病人的高度。所述主端100通过操作单元实现对病床203上的病人进行手术，例如微创伤手术治疗。另外，在一些手术的应用场景中，手术器械先放置在工具车204上，方便从工具车204上拿取手术器械，而后将手术器械安装在手术机器人201的机械臂的末端。

可选的，所述手术机器人系统还包括图像台车300，图像台车300包括与图像采集设备通信连接的图像处理设备。所述图像采集设备例如为内窥镜，用于获取腔内(指患者的体腔内)的术野图像。所述图像处理设备用于对图像采集设备获取的术野图像进行图像化处理，并传输至图像显示设备。图像显示设备可设置在图像台车300上和/或主控制台101处。图像台车300能够实现图像处理设备在手术室内的大范围移动。此外，所述手术机器人系统还可配置麻醉机400、呼吸机等辅助部件，以用于供手术中使用。所述麻醉机400一般设置在病床203旁，用于将麻醉药送入患者，以满足手术麻醉的需求。本领域技术人员可根据现有技术对这些辅助部件进行选择和配置，这里不再展开描述。

需要说明的，上述示范例所公开的手术机器人系统仅为一个应用场景的示范而非对手术机器人系统应用场景的限定，手术机器人系统也不限于为主从式遥操作的手术机器人，也可以是单端式的手术机器人系统，即没有主从控制，操作者直接在患者端操作手术机器人执行手术，本发明对此不限。

进一步地，所述手术机器人201包括为手术器械提供支撑并具有多个自由度的机械臂，机械臂的数量主要根据手术需要进行设定，因此，本申请对机械臂的数量没有要求。例如图2中，所述手术机器人201包括3个机械臂2011，机械臂2011能够为手术器械或内窥镜提供支撑和驱动。还需理解，在手术过程中，经常要借助于各种不同的器械来完成手术，但均需要满足器械通过固定切口(戳卡)的要求，因此不动点机械臂是微创伤手术器械装置中的重要部分。

如背景技术，现有的不动点机械臂主要采用连杆机构或柔性传动结构来实现不动点的约束，这些结构存在结构复杂、传动减速比大、结构刚度不足等问题，尤其还需要配置谐波减速机来驱动运动。具体而言，现有的机械臂关节转动用的都是电机和谐波减速机，由于电机额定力矩小，减速比基本都在80以上，而谐波减速机效率不高。因此，通过这种方式来驱动机械臂关节进行摆动时，减速比要求大，而传动效率低，特别是谐波减速机的价格高昂，导致成本剧增。

为了解决现有的机械臂关节所存在的技术问题，本发明公开了一种新型的机械臂关节，可以驱动摆动臂进行伸缩和摆动运动，因此具有两个自由度，并且摆动臂的摆动和伸缩共同形成了其绕固定点进行摆动的不动点特性。具体地，所述机械臂关节包括支撑臂、主动传动结构和从动传动结构，优选机械臂关节还包括摆动臂；所述主动传动结构和所述从动传动结构均安装于所述支撑臂上，进一步地，所述主动传动结构和所述从动传动结构均与所述摆动臂连接；所述主动传动结构包括驱动装置和至少两组平行设置的主动直线运动结构；所述驱动装置用以驱动不同组中的所述主动直线运动结构以不同速度移动且移动速度为固定比例；进一步地，所述主动直线运动结构用以带动所述摆动臂摆动，并限定所述摆动臂的摆动角度；所述从动传动结构包括从动装置和至少两组相连接的从动直线运动结构；所述从动装置用以控制不同组中的所述从动直线运动结构以固定比例的速度移动；至少一组所述从动直线运动结构的移动方向与所述主动直线运动结构的移动方向平行；进一步地，所述从动直线运动结构用以带动所述摆动臂伸缩，并限定所述摆动臂的伸缩位移。

与现有技术相比，本发明的机械臂关节降低了运动联动的串联级数，提高了整个机械臂关节的结构刚度，并改善了机械臂关节的运动控制精度，提升手术的精准性。而且直线运动结构的结构更简单，并且所需的减速比小，传动效率高，可进一步改善机械臂的运动控制精度，特别无需配置谐波减速机，较大的降低了制造成本。

此外，本发明的机械臂关节可以自带摆动臂来安装外部器械(可包括执行手术操作的手术器械、图像探测器)，但摆动臂也可以是外部结构而需要额外安装在机械臂关节上。在一具体应用场景中，本发明的机械臂关节自带摆动臂，并可通过摆动臂来安装外部器械，且由于所述摆动臂能够在主动传动结构和从传动结构的共同作用下产生绕固定点的摆动，使得安装在摆动臂上的器械也实现了绕固定点的摆动。换言之，所述摆动臂既能够摆动，还能够伸缩，从而实现双自由度运动，并在所述至少两组平行的主动直线运动结构的角度限制，以及至少两组相连接的从动直线运动结构的位移限制的共同作用下绕固定点进行摆动。

在一实施方式中，至少一组所述从动直线运动结构与所述主动直线运动结构部分重合设置，减少了机械臂关节上的零件数量，进一步简化了机械臂关节的结构，减小了整个机械臂关节的重量和体积，进一步了提升机械臂关节的运动控制精度。实践中，至少两组从动直线运动结构相互连接以实现串联设置，从而实现从动直线运动结构之间的联动，即当一个从动直线运动结构产生运动时，另一个与之连接的从动直线运动结构也随之产生运动。还需理解，当从动直线运动结构与主动直线运动结构部分重合时，主动直线运动结构中的部分结构可以充当从动直线运动结构中对应的结构，反过来亦是如此，这种情况下，从动直线运动结构与主动直线运动结构共用部分结构。

若将本发明公开的机械臂关节应用于手术机器人的机械臂，则所述固定点即为不动点，即可实现摆动臂围绕不动点的摆动。然后，该机械臂关节不限于只在手术机器人的机械臂上使用，还可以是其他领域的机械臂，本申请对此不作限定。需要说明的，由于实际中手术器械或内窥镜有一定的体积，上述的“不动点”应理解为一个不动区域。当然本领域技术人员可根据现有技术对“不动点”进行理解。

本发明还公开了一种机械臂，其末端(即远端)设置有本发明公开的机械臂关节，使该机械臂成为不动点机械臂。所述机械臂的具体结构不作特别的限定，即对组成机械臂的关节的数量和类型没有特别的特定，如可以是三个自由度的机械臂或更多自由度的机械臂。

优选，所述主动直线运动结构和从动直线运动结构均为刚性直线运动结构，可以显著提高整个机械臂关节的结构刚度。所谓“刚性直线运动结构”是指在受到外力作用时，整个直线运动结构不容易变形。刚性直线运动例如为导轨滑块模组、齿轮齿条模组、丝杆螺母模组等刚性直线运动。

本发明中，所述从动直线运动结构的数量一般为两组或大于两组的偶数组，当然在其他情况下，从动直线运动结构的数量也可以为大于两组的奇数组。如当从动直线运动结构的数量为两组时，将一组从动直线运动结构与主动直线运动结构平行或部分重合。如当从动直线运动结构的数量为大于两组尤其是偶数组时，至少两组从动直线运动结构与主动直线运动结构平行或部分重合。其中当从动直线运动结构的数量大于两组时，一部分从动直线运动结构之间相互连接形成串联布置，另一部分从动直线运动结构之间平行设置并与主动直线运动结构平行或部分重合。如此配置，整个机械臂关节的结构刚度更好，运动控制精度高，手术精准性好。

作为一优选实施例，所述主动直线运动结构和所述从动直线运动结构均可包括导轨以及沿所述导轨滑动的滑块；所述主动传动结构中的所有导轨平行设置，从而使主动直线运动结构形成并联关系，减少运动串联级数；所述从动传动结构中的至少一组所述导轨与所述主动传动结构中的导轨平行设置或重合设置；且所述从动传动结构中的一组所述导轨上的所述滑块与另一组所述导轨铰接。进一步地，所述摆动臂与所述主动直线运动结构中的所有滑块滑动连接，并与所述从动直线运动结构中的对应滑块固定连接。如此配置后，可通过导轨滑块组件输出直线运动，结构刚度好，传动效率高，运动控制精度也好。尤其当从动直线运动结构中的部分导轨与主动直线运动结构中的导轨重合(即共用)时，可以减少导轨的数量，简化结构，减小整个机械臂关节的重量和体积。例如当所述从动直线运动结构的数量为两组时，一组所述从动直线运动结构中的导轨与所述主动直线运动结构中的导轨重合；例如当所述从动直线运动结构的数量为大于两组的偶数组时，至少两组所述从动直线运动结构中的导轨与所述主动直线运动结构中的导轨重合。

还需理解，所述从动传动结构中与所述主动直线运动结构平行或重合的导轨上的滑块与所述从动传动结构中的另外一个导轨铰接，使得从动传动结构中的两组相铰接(形成铰接轴)的导轨能够相对转动，并只要将摆动臂与所述从动传动结构中的所述另外一个导轨上的滑块固定连接，即可驱动摆动臂进行伸缩。

但是本申请对驱动装置和从动装置的具体结构不作限定，只要驱动装置能够驱动不同组中的所述主动直线运动结构以不同速度移动且移动速度为固定比例即可，而从动装置是跟随摆动臂的伸缩而运动的，但是需要通过从动装置控制不同组中的所述从动直线运动结构以固定比例的速度移动。对主动传动结构中的移动速度的限定以及从动传动结构中的移动速度的限定，使得手术过程中固定点的位置保持不变。但是所述固定点的位置能够随所述主动直线运动结构和/或所述从动直线运动结构的位置的改变而改变。

优选地，所述驱动装置和/或从动装置整体上为刚性机构，可以显著提高整个机械臂关节的传动刚度。更优选，所述驱动装置和/或从动装置的传动效率不低于0.4，更优选传动效率不低于0.8，更优选不低于0.9。

作为一优选实施例，所述驱动装置和/或从动装置采用丝杠螺母、涡轮蜗杆、锥涡轮副、齿轮齿条、同步带传动、钢丝绳传动等中的至少一种运动传递方式来实现。

在一具体实施例中，所述驱动装置和/或所述从动装置采用滚珠丝杠螺母系统、锥涡轮副系统及齿轮齿条系统中的至少一种来实现，如此设置后，减速比小，传动效率更高。在一示例中，所述驱动装置和所述从动装置均采用了滚珠丝杠螺母系统，不仅降低了减速比，提高了传动效率，而且结构简单，易于实现。在另一示例中，所述驱动装置采用滚珠丝杠螺母系统，所述从动装置采用齿轮齿条系统，同样降低了减速比，提高了传动效率，而且结构简单，易于实现。所应理解，滚珠丝杠螺母的传动效率能达到0.9以上，即使使用较小额定转矩的电机，丝杠螺母的推力也可以比较大，因此能够有效降低减速比，并实现较高效率的传递，避免了使用谐波减速机，从而也降低了成本。

本发明实施例中的机械臂关节整体上优选为刚性结构，避免使用钢丝、钢带等柔性部件，从而提高结构刚度和传动刚度，降低运动控制难度，并提高运动控制精度。

接下去对机械臂关节的优选实施方式作进一步的说明，但所需理解的是，本申请中的主动直线运动结构的数量不限于两组，还可以是更多组，同理，所述从动直线运动结构的数量不限于两组或四组，还可以是更多组或者是奇数组，通常情况下，为了简化结构，主动直线运动结构的数量为两组，从动直线运动结构的数量为两组或四组，即可驱动摆动臂进行摆动和伸缩，并约束摆动臂围绕固定点的摆动。

<第一实施例>

如图3和图4所示，本实施例提供一种机械臂关节，包括支撑臂500以及设置于支撑臂500上的主动传动结构800和从动传动结构900，进一步地，机械臂关节还包括摆动臂1000，所述主动传动结构800和所述从动传动结构900均与所述摆动臂1000连接。

所述主动传动结构800包括驱动装置600和两组主动直线运动结构，该两组主动直线运动结构平行设置，从而两组主动直线运动结构形成并联的运动机构。

所述从动传动结构900包括四组从动直线运动结构，该四组从动直线运动结构中的两组平行设置，另外两组也平行设置，但四组中的两组从动直线运动结构相互连接以形成串联的位置关系，使相互连接的两组从动直线运动结构能够相对转动。此外，四组从动直线运动结构中两组从动直线运动结构与主动直线运动结构平行设置。

所述摆动臂1000用于安装外部器械，如手术器械、内窥镜等或者其他医用或非医用的器械。在一具体示例中，所述摆动臂1000具有安装外部器械用的安装通道，所述安装通道的延伸方向用于限定器械的延伸方向。优选，所述支撑臂500具有工作面和对称面，所述工作面与所述对称面垂直，所述工作面与所述对称面的交线形成中心轴线，所述安装通道的延伸方向与所述中心轴线相交于一点并形成固定点P，固定点P可选为不动点。且所述摆动摆1000的轴线始终经过固定点P。

如图4所示，所述主动传动结构800可包括第一导轨801、第二导轨802、第一滑块和第二滑块，使其中一组主动直线运动结构包括第一滑块和第一导轨801，另外一组主动直线运动结构包括第二滑块和第二导轨802。第一导轨801和第二导轨802平行布置，且第一导轨801靠近固定点P，第二导轨802远离固定点P，即第一导轨801相比于第二导轨802更靠近固定点P。第一滑块是沿第一导轨801滑动的。第二滑块是沿第二导轨802滑动的。摆动臂1000分别与第一滑块和第二滑块滑动连接。如此配置，可以通过两组直线运动结构驱动摆动臂1000进行摆动，并限制摆动臂1000的摆动角度，而且还用于限制固定点P的位置，使固定点P不会沿着摆动臂1000产生轴向移动。其中所述主动传动结构中靠近所述固定点P的第一导轨801上的第一滑块的移动速度(V1)小于远离所述固定点P的第二导轨802上的第二滑块的移动速度(V2)。

可选的，所述主动直线运动结构中的所述滑块包括相互铰接的滑块本体和滑动部，所述滑块本体在所述导轨上滑动，所述滑动部与摆动臂1000滑动连接。如所述第一滑块包括第一滑块本体803和第一滑动部805，第一滑块本体803沿第一导轨801移动且移动方向与摆动臂1000的伸缩方向相交，第一滑动部805与第一滑块本体803铰接；所述第二滑块包括第二滑块本体804和第二滑动部806，第二滑块本体804沿第二导轨802移动且移动方向与第一滑块本体803的移动方向平行，第二滑动部806与第二滑块本体804铰接；摆动臂1000分别与第一滑动部805及第二滑动部806滑动连接。第一滑动部805和第二滑动部806可为滑块结构。

继续参阅图4，所述从动传动结构900包括第三导轨901、第四导轨902、第五导轨903、第六导轨904、第三滑块905、第四滑块906、第五滑块907和第六滑块908，使其中第一组从动直线运动结构包括第三滑块905和第三导轨901，第二组从动直线运动结构包括第四导轨902和第四滑块906，第三组从动直线运动结构包括第五导轨903和第五滑块907，第四组从动直线运动结构包括第六滑块908和第六导轨904。第三导轨901与第四导轨902平行设置以形成并联的运动机构，且第三导轨901靠近固定点P，第四导轨902远离固定点P，即，第三导轨901相比于第四导轨902更靠近固定点P。第六导轨904与第五导轨903平行设置而形成并联的运动机构。第四导轨902被固定设置，第六导轨904能够相对第四导轨902转动；同理，第三导轨901不固定设置，第五导轨903能够相对第三导轨901转动；本实施例中，实际使用时，第六导轨904能够转动至与第四导轨902共线的位置，同理第五导轨903能够转动至与第三导轨901共线的位置。

其中第三滑块905是沿第三导轨901滑动的。第四滑块906是沿第四导轨902滑动的。第五滑块907是沿第五导轨903滑动的。第六滑块908是沿第六导轨904滑动的。而且第三导轨901与第一导轨和第二导轨平行设置。此外，第三滑块905与第五导轨903铰接，使第五导轨903能够相对于第三导轨901转动；第四滑块906与第六导轨904铰接，使第六导轨904能够相对于第四导轨902转动。另外，所述摆动臂1000分别与第五滑块907及第六滑块908固定连接；优选地，第五滑块907沿第五导轨903的移动方向与摆动臂1000的轴线方向始终垂直；优选地，第六滑块908沿第六导轨904的移动方向与摆动臂1000的轴线方向始终垂直；摆动臂1000的轴线方向即为自身的伸缩方向。摆动臂1000的行程为±90°，以摆动臂1000的轴线与主动直线运动结构的移动方向垂直时为零位，在零位的一侧为0°～90°，在零位的另一侧为-90°～0°。此外，本实施例中，第四滑块906的移动速度(V4)与第三滑块905的移动速度(V3)不相等。

实际使用时，所述驱动装置600与所有主动直线运动结构连接，并用以驱动两组所述主动直线运动结构同时输出直线运动，且两组主动直线运动结构的移动速度不相同，但是移动速度的比值为固定比例(即固定值)；两组所述主动直线运动结构则用以驱动摆动臂1000进行摆动，并限制摆动臂1000的摆动角度。

在一具体实施例中，所述驱动装置600用以控制一组所述主动直线运动结构输出具有第一速度值V1的移动，并用以控制另外一组主动直线运动结构输出具有第二速度值V2的移动；且所述第一速度值V1与所述第二速度值V2的比值是固定的，保持不变，但第一速度值和第二速度值不相等；如此配置，能够约束固定点P，使手术过程中的固定点P保持固定不动。

更具体地，所述驱动装置600用以控制第一滑块本体803和第二滑块本体804的移动速度，并用于驱使第一滑块本体803沿第一导轨801以第一速度值V1移动，且驱使第二滑块本体804沿第二导轨802以第二速度值V2移动，从而实现等比例驱动。等比例驱动是指V1与V2的比值是一个固定值且不等于1。

在一具体实施例中，所述从动装置700与从动直线运动结构连接，并用以控制四组所述从动直线运动结构以固定比例的速度移动，其中两组所述从动直线运动结构的移动方向与主动直线运动结构的移动方向平行(包括相同)，且四组从动直线运动结构的移动速度的比值保持不变；四组所述从动直线运动结构则用以驱动摆动臂1000的轴向移动，并限制摆动臂1000沿其轴线方向的位移。

更具体地，所述从动装置700用以控制其中两组相铰接的所述从动直线运动结构输出具有第三速度值V3的移动，并用以控制另外两组相铰接的所述从动直线运动结构输出具有第四速度值V4的移动；所述第三速度值V3与所述第四速度值V4的比值是固定的，保持不变；如此配置，能够约束固定点P，使固定点P保持固定不动。

在一具体实施例中，所述从动装置700用以控制第三滑块905和第四滑块906的移动速度，并用于驱使第三滑块905沿第三导轨901以第三速度值V3移动，且驱使第四滑块906沿第四导轨902以第四速度值V4移动，从而实现等比例驱动。等比例驱动是指V3与V4的比值是一个固定值且可以等于1或不等于1。

在本实施例中，所述第一速度值V1小于所述第二速度值V2，所述第三速度值V3小于所述第四速度值V4。该情况下，所述从动直线运动结构中的导轨与主动直线运动结构中的导轨相互独立而不共用。

更详细地，参考图4，本实施例中，第一导轨801、第二导轨802、第三导轨901、第四导轨902相互平行地设置，且从上至下依次设置第四导轨902、第三导轨901、第二导轨802和第一导轨801，因此第一导轨801最靠近固定点P。此时，第一导轨801与固定点P之间的垂直距离为h1，第二导轨802与第一导轨801之间的垂直距离为h2，第三导轨901与第二导轨802之间的垂直距离为h3，第四导轨902与第三导轨901之间的垂直距离为h4。据此，V1与V2的比值满足如下要求：

V3与V4的比值满足如下要求：

由式(1)和式(2)可知，两组所述主动直线运动结构的移动速度的比值受到平行导轨(包括第一导轨801、第二导轨802)之间的距离以及相对于固定点P的距离的限定，因此，通过调整第一导轨801和第二导轨802之间的距离以及第一导轨801相对于固定点P的距离，即可调整主动传动结构中的速度比值，从而调整固定点P的位置；同理，四组所述从动直线运动结构的移动速度的比值也受到平行导轨(包括第一导轨801、第二导轨802、、第三导轨901、第四导轨902)之间距离以及相对于固定点P的距离的限定，因此，通过调整四组平行导轨之间的距离以及导轨相对于固定点P的距离，即可调整从动传动结构中的速度比值，从而调整固定点P的位置。所需理解，在器械执行手术操作时，固定点P的位置保持不动，如果手术过程中需要调整固定点P的位置，则先停止器械的手术操作，并将器械撤离人体后，再调整固定点P的位置。

在一具体实施例中，所述驱动装置600包括驱动电机以及与所述驱动电机连接的主传动机构，所述主传动机构连接所有所述主动直线运动结构，使驱动电机通过主传动机构驱动所有所述主动直线运动结构以不同速度移动且移动速度为固定比例。所述主传动机构优选为滚珠丝杠螺母系统、齿轮齿条系统及锥蜗轮副系统中的至少一种。

作为一优选实施例，所述主传动机构包括多个滚珠丝杠螺母系统和至少一个齿轮系统，所有所述滚珠丝杠螺母系统平行设置并与所述齿轮系统传动连接，所述滚珠丝杠螺母系统与所述主动直线运动结构一一对应地连接，所述驱动电机与所述齿轮系统或其中一个所述滚珠丝杠螺母系统连接；所述驱动电机用以通过所述滚珠丝杠螺母系统和所述齿轮系统驱动所有所述主动直线运动结构以不同速度移动且移动速度为固定比例。所述主传动机构中的所有滚珠丝杠螺母系统通常从上到下依次平行地设置。

如图5所示，在一示例中，所述驱动装置600包括驱动电机606以及主传动机构，所述主传动机构包括第一滚珠丝杠螺母系统、第二滚珠丝杠螺母系统和主动齿轮系统；所述第一滚珠丝杠螺母系统包括配合连接的第一丝杠601和第一螺母607；所述第二滚珠丝杠螺母系统包括配合连接的第二丝杠602和第二螺母608；第一丝杠601和第二丝杠602平行设置。所述主动齿轮系统包括第一齿轮603、第二齿轮604和第三齿轮605；所述第一齿轮603与驱动电机606的电机输出轴定连接；第二齿轮604与第一丝杠601固定连接；第三齿轮605与第二丝杠602固定连接；第二齿轮604和第三齿轮605分别与第一齿轮603啮合传动。且第一螺母607与第一滑块本体803连接以驱动第一滑块本体803移动，第二螺母608与第二滑块本体804连接以驱动第二滑块本体804移动。如此配置，通过控制驱动电机606到第一丝杠601的减速比、以及到第二丝杠602的减速比或者两个丝杠的导程，可实现对第一螺母607和第二螺母608的移动速度的控制，也即控制第一滑块本体803和第二滑块本体804的移动速度。还应理解，第一丝杠601与第一导轨801平行布置，第二丝杠602与第二导轨802平行布置。如此配置，可实现较为紧凑的结构布置，而且降低了传动减速比，同时具有较高的传动效率，并且结构和传动刚度好，能够保证运动控制精度。还应理解，所述驱动电机606不限于与第一齿轮603连接，还可以与其中任意一个丝杠连接，优选与上方的丝杠(即更远离固定点P的丝杠)连接，以调整重心分布，提高结构刚度。

如图6所示，在另一示例中，所述第二丝杠602位于第一丝杠601的上方，此时，所述驱动电机606直接连接第二丝杠60，使得重心分布更靠近支撑臂500与外部机构连接时的固定位置，结构刚度刚好。此时，通过控制一个丝杠到另一个丝杠的减速比或者两个丝杠的导程，可实现对第一螺母607和第二螺母608的移动速度的控制。如图7所示，在另一示例中，所述驱动电机606可通过传动部件609连接第二丝杠602，可使得重心分布更大幅度的靠近支撑臂500与外部机构连接时的固定位置，可更大幅度提高结构刚度。此时，同样通过控制一个丝杠到另一个丝杠的减速比或者两个丝杠的导程，实现对第一螺母607和第二螺母608的移动速度的控制。所述传动部件609的结构可以是各种，例如是同步带传动、丝传动或连杆传动，当然不限于此列举的方式。

所述从动装置700优选包括滚珠丝杠螺母系统、齿轮齿条系统及锥蜗轮副系统中的至少一种。

在一些实施例中，所述从动装置700包括多个滚珠丝杠螺母系统和至少一个齿轮系统；所有所述滚珠丝杠螺母系统平行设置并与所述齿轮系统连接，所述滚珠丝杠螺母系统与对应的一个所述从动直线运动结构连接，这里与滚珠丝杠螺母系统连接的从动直线运动结构与主动直线运动结构相平行，使所述从动装置通过所述滚珠丝杠螺母系统驱动所有所述从动直线运动结构以不相等的速度移动且移动速度的比值保持固定。

如图8所示，在一示例中，所述从动装置700包括第三滚珠丝杠螺母系统、第四滚珠丝杠螺母系统和从动齿轮系统；所述第三滚珠丝杠螺母系统包括配合连接的第三丝杠701和第三螺母706；所述第四滚珠丝杠螺母系统包括配合连接的第四丝杠702和第四螺母707；第三丝杠701和第四丝杠702并行设置；第三丝杠701与第三导轨901平行布置；第四丝杠702与第四导轨902平行布置。所述从动齿轮系统包括第四齿轮703、第五齿轮704和第六齿轮705；第五齿轮704与第三丝杠701固定连接；第六齿轮705与第四丝杠702固定连接；第五齿轮704和第六齿轮705之间通过第四齿轮703啮合传动连接。第三螺母706与第三滑块905连接；第四螺母707与第四滑块906连接。

当所述摆动臂1000带动第三滑块905和第四滑块906运动时，即带动了第三螺母706和第四螺母707运动，第三螺母706带动第三丝杠701转动，第四螺母707带动第四丝杠702转动，且通过控制第三丝杠701到第四丝杠702的减速比或者第三丝杠701和第四丝杠702的导程，可实现对第三滑块905和第四滑块906的移动速度的从动控制。

<第二实施例>

以下仅针对与实施例一不同的地方进行描述，对于相同之处不再详细描述，而相同部分请参阅实施例一。

相较于实施例一的区别在于，本实施例二中，所述从动直线运动结构的数量为两组。

如图9所示，所述从动传动结构900包括第三导轨909、第四导轨910、第三滑块911和第四滑块912，使其中一组从动直线运动结构包括第三导轨909和第三滑块911，另外一组从动直线运动结构包括第四导轨910和第四滑块912。第三滑块911沿第三导轨909滑动；第四滑块912沿第四导轨910滑动；第三导轨909与第一导轨801和第二导轨802平行；第三滑块911与第四导轨910铰接，使第四导轨910能够相对第三导轨909转动；摆动臂1000与第四滑块912固定连接；优选地，第四滑块912的移动方向与摆动臂1000的轴线方向始终垂直。本实施例中，所述从动装置700用以控制第三滑块911和第四滑块912的移动速度，并用于使第三滑块911沿第三导轨909以第三速度值V3移动，且使第四滑块912沿第四导轨910以第四速度值V4移动，V3与V4的比值是一个固定值且等于1。

同理，参考图9，第一导轨801与固定点P的垂直距离为h1，第二导轨802与第一导轨801之间的垂直距离为h2，第三导轨909与第二导轨802之间的垂直距离为h3；其中第三导轨909与第二导轨802平行设置。据此，需保证V1与V2的比值满足如下要求：

需保证V3与V4的比值满足如下要求：

V3＝V4(4)

应理解，式(4)中h4由于为零，故而根据式(2)，可得到V3与V4相等。

由式(4)可知，所述从动直线运动结构的移动速度的比值始终为1，即使调整平行导轨(包括第三导轨909、第一导轨801和第二导轨802)之间的距离以及相对固定点P的距离，V3与V4的比值始终保持不变，此时可通过调整h1、h2来调整固定点P的位置。

在另外一个实施例中，所述从动装置700为齿轮齿条系统，所述齿轮齿条系统包括多个齿条和至少一个齿轮，齿条的数量与从动直线运动结构中导轨的数量一致，一个齿条固定设置并与一组所述从动直线运动结构平行设置，另外一个齿条与摆动臂1000固定连接，所述齿轮分别与两个所述齿条传动连接，且所述齿轮的转轴与两组相铰接的所述从动直线运动结构中的铰接轴重合。

如图10所示，在一具体示例中，所述从动装置700为齿轮齿条系统，所述齿轮齿条系统包括第一齿条708、第二齿条709和齿轮710。第一齿条708固定设置且与第三导轨909平行布置。第二齿条709与摆动臂1000固定连接且与第四导轨910平行布置。所述齿轮710分别与第一齿条708及第二齿条709传动连接。并且所述齿轮710的转动中心与第四导轨910与第三滑块911的铰接点重合，也即，所述齿轮710的转轴与两组从动直线运动结构的铰接轴重合。使用时，当摆动臂1000在第一滑块本体803和第二滑块本体804的带动下随之摆动时，摆动臂1000即通过第二齿条709驱动齿轮710转动，而齿轮710与第一齿条708啮合，故齿轮710相对于第一齿条708产生横向移动，从而带动第三滑块911和第四滑块912移动，此时，第二齿条709相对齿轮710的切向第四速度值V4与齿轮710相对于第一齿条708的切向第三速度值V3相等，也即第三滑块911和第四滑块912的移动速度相等。

<第三实施例>

以下仅针对与实施例二和实施例一不同的地方进行描述，对于相同之处不再详细描述，且相同部分可参考实施例二和实施例一。

相较于实施例二的区别在于，本实施例三中，将一组主动直线运动结构与一组从动直线运动结构采用共用导轨布置，可以减少导轨数量，简化结构，减小整个机械臂关节的重量和体积。

如图11所示，所述从动直线运动结构900包括第二导轨802、第三导轨913、第三滑块914和第四滑块915，使一组从动直线运动结构包括第二导轨802和第三滑块914，另一组从动直线运动结构包括第三导轨913和第四滑块915。第三滑块914沿第二导轨802滑动；第四滑块915沿第三导轨913滑动；第三滑块914与第三导轨913铰接，使第三导轨913能够相对第二导轨802转动；摆动臂1000与第四滑块915固定连接。本实施例中，所述从动装置700用以控制第三滑块914和第四滑块915的移动速度，并用于控制第三滑块914沿第二导轨802以第三速度值V3移动，且控制第四滑块915沿第三导轨913以第四速度值V4移动，V3与V4相等。

<第四实施例>

以下仅针对与以上实施例不同的地方进行描述，对于相同之处不再详细描述，且相同部分可参阅以上实施例。

相较于实施例二的区别在于，本实施例四中，将两组所述从动直线运动结构布置于两组主动直线运动结构之间。

如图12所示，所述第三导轨909和第四导轨910位于第一导轨801和第二导轨802之间，如此可调整机械臂关节的重心分布，使其更靠近支撑臂500与外部机构之间的连接位置，提高机械臂关节的结构刚度。

<第五实施例>

以下仅针对与以上实施例不同的地方进行描述，对于相同之处不再详细描述，且相同部分可参阅以上实施例。

相较于以上实施例的区别在于，如图13所示，将实施例三中的两组从动直线运动结构中所包含的第二导轨802替换为第一导轨801，其余与以上实施例相同，相同部分不再进行展开说明。

具体地，在本实施例五中，所述从动传动结构900包括第一导轨801、第三导轨913、第三滑块914和第四滑块91，也即一组从动直线运动结构包括第三滑块914和第一导轨801，另一组从动直线运动结构包括第四滑块915和第三导轨913。第三滑块914沿第一导轨801滑动。第四滑块915沿第三导轨913滑动；第三滑块914与第三导轨913铰接，使第三导轨913能够相对第一导轨801转动。摆动臂1000与第四滑块915固定连接。其余结构与实施例二相同，具体可参阅实施例二。

<第六实施例>

以下仅针对与以上实施例不同的地方进行描述，对于相同之处不再详细描述，且相同部分可参考以上实施例。

相较于以上实施例的区别在于，本实施例六中，将从动传动结构设置在主动传动结构的下方，如本实施例中，将两组从动直线运动结构布置于整个主动传动结构的下方，以改善重心分布，以提高整个机械臂关节的结构刚度。

如图14所示，两组从动直线运动结构中的第三导轨909和第四导轨910位于两组主动直线运动结构中的第一导轨801和第二导轨802的下方，更靠近器械的远端。

<第七实施例>

以下仅针对与实施例一不同的地方进行描述，对于相同之处不再详细描述，且相同部分可参考实施例一。

相较于实施例一的区别在于，本实施例七中，将四组从动直线运动结构中的两组与两组主动直线运动结构分别采用共用导轨布置。

如图15所示，所述从动传动结构900包括第一导轨801、第二导轨802、第三导轨901、第四导轨902、第三滑块905、第四滑块906、第五滑块907和第六滑块908，使第一组从动直线运动结构包括第四滑块906和第三导轨901，第二组从动直线运动结构包括第五滑块907和第二导轨802，第三组从动直线运动结构包括第六滑块908和第四导轨902，第四组从动直线运动结构包括第一导轨801和第三滑块905。第三滑块905沿第一导轨801滑动；第四滑块906沿第三导轨901滑动；第五滑块907沿第二导轨802滑动；第六滑块908沿第四导轨902滑动；第三滑块905与第三导轨901铰接；第五滑块907与第四导轨902铰接；摆动臂1000分别与第四滑块906及第六滑块908固定连接。此外，所述从动装置700用以控制第三滑块905和第五滑块907的移动速度，且移动速度不相等。进一步地，如可采用图8的技术方案来构造从动装置700，此时，第四螺母707与第五滑块907连接，第三螺母706与第三滑块905连接，或采用图10的技术方案来构造从动装置700。

综上所述，根据本发明实施例提供的技术方案，本发明可通过机械臂关节驱动摆动臂相对于固定点进行摆动，从而实现器械绕不动点的运动，并且降低了运动联动的串联级数，提高了结构刚度，同时结构更简单，传动减速比小，传动效率高，最终改善了机械臂的运动控制精度，而且避免了谐波减速机的使用，较大的降低了制造成本。

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手术机器人技术领域，但本领域的技术人员可以理解，本发明的机械臂关节也可应用于非手术机器人技术。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (17)

1.一种机械臂关节，其特征在于，包括支撑臂、主动传动结构和从动传动结构；所述主动传动结构和所述从动传动结构均安装于所述支撑臂上；

所述主动传动结构包括驱动装置和至少两组平行设置的主动直线运动结构；所述驱动装置用以驱动不同组中的所述主动直线运动结构以不同速度移动且移动速度为固定比例；

所述从动传动结构包括从动装置和至少两组相连接的从动直线运动结构；所述从动装置用以控制不同组中的所述从动直线运动结构以固定比例的速度移动；至少一组所述从动直线运动结构的移动方向与所述主动直线运动结构的移动方向平行。

2.根据权利要求1所述的机械臂关节，其特征在于，所述主动直线运动结构和所述从动直线运动结构均包括导轨以及沿所述导轨滑动的滑块；

所述主动传动结构中的所有导轨平行设置；所述从动传动结构中的至少一组所述导轨与所述主动传动结构中的所述导轨平行或重合；且所述从动传动结构中的一组所述导轨上的所述滑块与另一组所述导轨铰接。

3.根据权利要求2所述的机械臂关节，其特征在于，还包括摆动臂；所述主动传动结构和所述从动传动结构均与所述摆动臂连接；所述主动直线运动结构用以带动所述摆动臂摆动，并限定所述摆动臂的摆动角度；所述从动直线运动结构用以带动所述摆动臂伸缩，并限定所述摆动臂的伸缩位移。

4.根据权利要求3所述的机械臂关节，其特征在于，所述摆动臂的轴线始终经过一固定点，且所述固定点的位置随所述主动直线运动结构和/或所述从动直线运动结构的位置的改变而改变。

5.根据权利要求4所述的机械臂关节，其特征在于，所述主动传动结构中靠近所述固定点的所述主动直线运动结构的移动速度小于远离所述固定点的所述主动直线运动结构的移动速度，不同组中的所述从动直线运动结构的移动速度相等或不相等。

6.根据权利要求3所述的机械臂关节，其特征在于，至少一组所述从动直线运动结构的移动方向与所述摆动臂的轴线始终垂直。

7.根据权利要求3所述的机械臂关节，其特征在于，所述主动直线运动结构中的所述滑块包括相互铰接的滑块本体和滑动部，所述滑块本体在所述导轨上滑动，所述滑动部与所述摆动臂滑动连接，所述摆动臂还与所述从动传动结构中的对应滑块固定连接。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的机械臂关节，其特征在于，至少一组所述从动直线运动结构与所述主动直线运动结构平行或部分重合。

9.根据权利要求8所述的机械臂关节，其特征在于，所述从动直线运动结构的数量为两组，一组所述从动直线运动结构与所述主动直线运动结构平行或部分重合，或者，所述从动直线运动结构的数量超过两组，至少两组从动直线运动结构与所述主动直线运动结构平行或部分重合。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的机械臂关节，其特征在于，所述从动传动结构位于所述主动传动结构的下方，或者，所述从动传动结构位于所述主动传动结构的所述主动直线运动结构之间。

11.根据权利要求1-7中任一项所述的机械臂关节，其特征在于，所述驱动装置包括驱动电机以及与所述驱动电机连接的主传动机构，所述主传动机构连接所有所述主动直线运动结构，所述驱动电机用于通过所述主传动机构驱动所有所述主动直线运动结构以不同速度移动且移动速度为固定比例。

12.根据权利要求11所述的机械臂关节，其特征在于，所述主传动机构包括多个滚珠丝杠螺母系统和至少一个齿轮系统，所有所述滚珠丝杠螺母系统平行设置并与所述齿轮系统连接，所述滚珠丝杠螺母系统与所述主动直线运动结构一一对应地连接，所述驱动电机与所述齿轮系统或其中一个所述滚珠丝杠螺母系统连接；所述驱动电机用以通过所述滚珠丝杠螺母系统和所述齿轮系统驱动所有所述主动直线运动结构以不同速度移动且移动速度为固定比例。

13.根据权利要求12所述的机械臂关节，其特征在于，还包括摆动臂；所述主动传动结构和所述从动传动结构均与所述摆动臂连接；所述主动直线运动结构用以带动所述摆动臂摆动，并限定所述摆动臂的摆动角度；所述从动直线运动结构用以带动所述摆动臂伸缩，并限定所述摆动臂的伸缩位移；所述摆动臂的轴线始终经过一固定点；所述驱动电机连接远离所述固定点的一个所述滚珠丝杠螺母系统，或者，所述驱动电机通过传动部件连接所述滚珠丝杠螺母系统。

14.根据权利要求1-7中任一项所述的机械臂关节，其特征在于，所述驱动装置包括主传动机构，所述主传动结构连接所有所述主动直线运动结构，所述主传动机构用以驱动所有所述主动直线运动结构以不同速度移动且移动速度为固定比例，所述主传动结构为滚珠丝杠螺母系统、齿轮齿条系统及锥蜗轮副系统中的至少一种，和/或，所述从动装置包括滚珠丝杠螺母系统、齿轮齿条系统及锥蜗轮副系统中的至少一种。

15.根据权利要求1-7中任一项所述的机械臂关节，其特征在于，所述从动装置包括多个滚珠丝杠螺母系统和至少一个齿轮系统；所有所述滚珠丝杠螺母系统平行设置并与所述齿轮系统连接，所述滚珠丝杠螺母系统与对应的一个所述从动直线运动结构连接，所述从动装置通过所述滚珠丝杠螺母系统控制不同组中的所述从动直线运动结构以固定比例的速度移动；或者，所述从动装置包括一个齿轮齿条系统，所述齿轮齿条系统包括多个齿条和至少一个齿轮，一个齿条固定设置并与一组所述从动直线运动结构平行设置，至少另外一个齿条与所述摆动臂固定连接，所述齿轮分别与两个所述齿条传动连接，且所述齿轮的转轴与两组相连接的所述从动直线运动结构中的铰接轴重合。

16.一种机械臂，其特征在于，所述机械臂的末端设置有如权利要求1-15中任一项所述的机械臂关节。

17.一种手术机器人，其特征在于，包括如权利要求16所述的机械臂。

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