CN115553926A - 主手操控器、用于穿刺机器人的主手操控器及机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主手操控器、用于穿刺机器人的主手操控器及机器人系统。所述主手操控器包括：转动平台，所述转动平台包括底座和转盘，所述转盘与所述底座可转动连接，所述转盘相对于所述底座的转动与所述机器人的至少一个关节运动相关联；调姿机构，所述调姿机构具有多个自由度，所述调姿机构设置于所述转盘；末端控制组件，所述末端控制组件连接于所述调姿机构连接，并用于控制机器人末端执行器的运动。该主手操控器通过多自由度的结构设置，使得主手操控器具有更全面的自由度调整，从而使主手操控器与机器人末端执行器之间具有更佳的映射关系。

Description

主手操控器、用于穿刺机器人的主手操控器及机器人系统

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，特别是涉及一种主手操控器、用于穿刺机器人的主手操控器及机器人系统。

背景技术

CT图像引导下的穿刺术是在CT成像的前提下，可以实时判断穿刺方向并及时做出调整，大大提高了手术成功率、降低手术风险，提高患者的康复速度和生活质量。但是CT设备均采用X射线、γ射线等完成成像工作，在CT侧完成手术会让医生长期暴露在辐射环境中，对身体健康造成极大威胁。因此主从操作式穿刺机器人应运而生。

主从操作式的穿刺机器人是辅助完成穿刺手术其中一种比较前端的手术设备。通过主手操控器及实时监控的远程图像引导机器人执行特定的动作，可以有效的避免医生受到辐射照射。但是现有主从操作式的穿刺机器人中，主手操控器与机器人之间无法实现较好的映射关系。

发明内容

基于此，有必要针对上述的问题，提供一种改进的主手操控器、用于穿刺机器人的主手操控器及机器人系统。该主手操控器通过多自由度的结构设置，使得主手操控器具有更全面的自由度调整，从而使主手操控器与机器人末端执行器之间具有更佳的映射关系。

一种用于机器人的主手操控器，所述主手操控器包括：

转动平台，所述转动平台包括底座和转盘，所述转盘与所述底座可转动连接，所述转盘相对于所述底座的转动与所述机器人的至少一个关节运动相关联；

调姿机构，所述调姿机构具有多个自由度，所述调姿机构设置于所述转盘；

末端控制组件，所述末端控制组件连接于所述调姿机构，并用于控制机器人末端执行器的运动。

进一步地，所述主手操控器还包括第三旋转组件，所述转盘通过所述第三旋转组件可转动地安装于所述转动平台，且所述转盘相对于所述底座的转动平面平行于所述底座所在的平面。

进一步地，所述第三旋转组件包括：

第三驱动件，具有输出端，且所述第三驱动件安装于所述底座；以及，

第三传动组件，连接于所述第三驱动件的输出端，并将所述第三驱动件的动力传递至所述转盘；

所述第三驱动件通过所述第三传动组件驱动所述转盘转动，并带动所述调姿机构沿所述底座的平面转动。

进一步地，所述第三传动组件包括相互啮合的蜗杆及蜗轮，所述蜗杆连接于所述第三驱动件的输出端；所述蜗轮与所述转盘相固定；及/或，

所述转盘上设有第三编码器，所述第三编码器用于反馈所述转盘的转动角度。

进一步地，所述调姿机构具有两个自由度，所述调姿机构包括串联设置的第一旋转组件以及第二旋转组件；

所述第一旋转组件上安装有所述末端控制组件；

所述第二旋转组件设置于所述第一旋转组件，并与所述转盘固定连接；

其中，所述第一旋转组件的转动轴线与所述第二旋转组件的转动轴线呈角度设置。

进一步地，所述第一旋转组件的转动轴线、所述第二旋转组件的转动轴线及所述转盘的转动轴线两两相互垂直。

进一步地，所述末端控制组件包括穿刺控制组件，所述穿刺控制组件用于控制穿刺机器人的末端穿刺装置的进针，所述穿刺控制组件可转动连接于所述调姿机构。

进一步地，所述主手操控器还包括把手旋转组件，所述把手旋转组件包括旋转支架及安装于所述旋转支架与所述穿刺控制组件之间的旋转轴承，所述旋转支架安装于所述调姿机构；所述旋转轴承套设于所述穿刺控制组件相对靠近所述调姿机构的一端。

进一步地，所述穿刺控制组件包括：

壳体，通过所述旋转轴承可转动地设置于所述旋转支架；

滑环，滑动设置于所述壳体；以及

使能组件，可按动地设置于所述滑环及所述壳体中，且能够触发所述穿刺机器人的末端穿刺装置进针；

所述使能组件在所述滑环的带动下沿所述壳体的轴向运动。

本发明一实施方式还提供一种用于穿刺机器人的主手操控器，所述主手操控器包括：

安装平台；

调姿机构，设置于所述安装平台，所述调姿机构有多个自由度；

穿刺控制组件，所述穿刺控制组件用于控制所述穿刺机器人的末端穿刺装置的进针，所述穿刺控制组件可转动连接于所述调姿机构。

该用于穿刺机器人的主手操控器通过穿刺控制组件转动连接于调姿机构，使得操作者无论在哪种姿态下，都能够便于操控穿刺控制组件。

一种机器人系统，所述机器人系统包括如上述任意一项所述的主手操控器。

本发明一实施例还提供一种机器人系统，所述机器人系统包括如上述任意一项所述的主手操控器。

附图说明

图1为本发明一实施例中主手操控器的结构示意图；

图2为图1所示主手操控器中末端控制组件一具体实施例的结构示意图；

图3为图1所示主手操控器中操控组件的结构示意图；

图4为图1所示主手操控器转动轴线的示意图；

图5为图1所示主手操控器另一姿态的结构示意图；

图6为图1所示主手操控器中转动平台与第三旋转组件的结构示意图；

图7为图1所示主手操控器关联运动的机器人多自由度调姿的原理示意图；

图8为图1主手操控器随机器人调姿前后的示意图；

图9为本发明另一实施例用于穿刺机器人的主手操控器的结构示意图。

元件标号说明

100、主手操控器；10、末端控制组件；10a、穿刺控制组件；11、壳体；12、滑环；13、使能组件；14、力反馈机构；141、执行电机；142、位移检测件；20、调姿机构；21、第一旋转组件；211、转接座；212、第一旋转轴；213、第一反馈组件；22、第二旋转组件；221、支撑座；222、第二旋转轴；223、第二反馈组件；30、转动平台；31、底座；32、转盘；40、第三旋转组件；41、第三驱动件；42、第三传动组件；60、把手旋转组件；201、调姿关节；202、调姿关节；203、第一调节关节；204、第二调节关节。

以上主要元件符号说明结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

具体实施例

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明一实施例提供一种用于机器人的主手操控器，用于与远程的机器人相配合，以操控一系列远程的动作执行。

需要解释的是，这里远程的机器人指的是与主手操控器之间具有通信连接的机器人；两个设备可以是在同一地点的不同操作间；也可以是在相隔甚远的不同地点处，只要能够实现相对应的控制操作即可。当主手操控器与机器人的关系为后者时，可以应用在国家级或省级专家对一些地方医院的手术实行远程操控。

现有的主手操控器在映射机器人姿态的时候，主手操控器与机器人之间无法实现完全对等的一一映射关系。为了克服上述的问题，本申请的主手操控器通过设置转动平台，使得转动平台与与机器人的至少一个关节运动相关联，进而使得主手操控器能够更加完全地映射机器人的姿态。

实施例一

请参阅图1至图6，图1为本发明一实施例中主手操控器100的结构示意图；

图2为图1所示主手操控器100中末端控制组件10一具体实施例的结构示意图；

图3为图1所示主手操控器100中末端控制组件10的结构示意图；图4为图1所示主手操控器100转动轴线的示意图；图5为图1所示主手操控器100另一姿态的结构示意图；图6为图1所示主手操控器100中转动平台30与第三旋转组件40的结构示意图。

如图1所示，用于机器人的主手操控器100包括末端控制组件10、调姿机构20以及转动平台30。末端控制组件10安装于调姿机构20上，并能够根据调姿机构20的姿态改变而具备不同的执行姿态。调姿机构20具有多个自由度，且调姿机构20的自由度与机器人的调姿关节自由度相同；调姿机构20能够映射机器人调姿关节的姿态。转动平台30包括底座31和可转动安装于底座31的转盘32。调姿机构20安装于转盘32上，且整体能够相对于底座31转动；调姿机构20通过转动平台30的转动能够与机器人的至少一个关节运动相关联。

调姿机构20能够与机器人调姿关节的姿态保持一致，即机器人的调姿关节在完成摆位后，调姿机构20能够根据实际调姿关节的运动量而映射此时机器人的调姿关节的姿态。

末端控制组件10应用于主手操控器100中能够实现末端执行器的远程控制以下详细介绍末端控制组件10的具体结构。

如图2所示，末端控制组件10为主手操控器100控制机器人末端执行器执行相应操作的主体结构。末端控制组件10输出直线运动。主手操控器100能够与机器人的主机传输连接。这里的传输连接是指电连接或通信连接。末端控制组件10能够将执行信号反馈给机器人的主机，使得机器人主机控制末端执行器执行动作。然后，末端控制组件10运动时，末端控制组件10的运动能够实时反馈到机器人主机上，进而机器人主机能够根据末端控制组件10的运动控制末端执行器带动末端执行器执行动作。

可以理解，在其他实施例中，末端控制组件10还可以输出其他方向的运动，只要能够实现控制机器人末端执行器执行相应的操作即可。

在一实施例中，如图3所示，末端控制组件10包括壳体11、滑环12以及使能组件13。壳体11安装于调姿机构20上。滑环12可滑动地设置于壳体11上，并能够沿壳体11的轴向滑动。使能组件13可按动地设置于滑环12及壳体11中，且至少部分使能组件13能够随滑环12同步滑动。壳体11用于安装滑环12及使能组件13；滑环12在壳体11上所需要的运动行程，决定了壳体11的轴向长度。滑环12用于将使能组件13可滑动地设置于壳体11上。使能组件13用于锁定滑环12在壳体11上的滑动或对应解锁滑环12的锁定动作；使能组件13与滑环12配合用于控制机器人的末端执行器执行相应的动作。按压使能组件13时，使能组件13能够随滑环12沿壳体11的轴向滑动，并向机器人发送相应的执行信号。

壳体11为末端控制组件10的操作部件，医护人员通过对壳体11的握持来对使能组件13进行操作。使能组件13部分位于壳体11中，部分露出壳体11，使能组件13能够相对于壳体11运动，进而实现机器人末端执行器的控制。可以理解的，使能组件13能够输出直线运动，该直线运动被反馈至机器人主机后，机器人主机能够根据使能组件13输出的直线运动的距离控制末端执行器执行操作。

可以理解，在其他实施例中，滑环12和使能组件13能够根据实际需求而相应简化设置，只要能够实现与机器人的末端执行器之间形成关联运动即可。

在本实施例中，机器人的末端执行器可以是用于穿刺的进针组件，也可以是其他的手术工具，例如手术剪或缝针组件等，只要是能够用于远程控制的手术工具即可。

在本实施例中，壳体11呈中空柱状的结构。滑环12套设与壳体11的外侧，并适配于壳体11外侧的形状；滑环12开设有安装孔，使能组件13部分向远离壳体11的方向延伸并伸出安装孔，以将使能组件13部分外露于滑环12并便于按压。

可以理解，在其他实施例中，壳体11及滑环12的形状可以根据实际需求而相应设置，在此不做具体限定。

可选地，主手操控器100还包括主控板。主控板与末端控制组件10电连接。主控板能够接收末端控制组件10反馈的各项信号，并根据接收的信号输出相应能够控制机器人末端执行器的信号，以满足不同场景的使用需求。

在其中一个实施例中，末端控制组件10还包括信号传输机构以及力反馈机构14。信号传输机构采用光电通信方式实现信号传输。使能组件13能够阻断或导通信号传输机构的传输信号，通过阻断或导通信号传输机构的传输信号产生的信号变化来控制机器人的末端运行。力反馈机构14用于将机器人末端执行器的受力情况反馈至末端控制组件10中。

使能组件13通过滑环12滑动时，力反馈机构14能够检测到滑环12的运动，进而通过主控板反馈给机器人主机，机器人的主机控制末端执行器带动执行相应的动作。按压使能组件13时，滑环12能够沿壳体11的轴向移动，松开使能组件13后，滑环12在壳体11的位置被固定。而且，滑环12的运动行程范围由末端执行器的行程决定，当然也可以设置一定的放大或缩小的比例，以减小主手操作器的整体行程或高精度地控制末端执行器的运动量。

使能组件13的端部相对于滑环12露出，使能组件13相对于滑环12可按动。按压使能组件13时，使能组件13在壳体11中运动，能够阻断信号传输组机构的传输光路，信号传输机构向机器人主机发送执行信号。同时，操作滑环12沿壳体11运动即可控制末端执行器执行操作。松开使能组件13，使能组件13的端部露出滑环12，使能组件13不再阻断信号传输机构的传输光路，传输光路处于导通状态。

由此，当滑环12沿图2所示方向向下滑动，并带动使能组件13滑动时，使能组件13通过力反馈机构14能够控制末端执行器执行操作，使得末端执行器对目标靶点执行相应的动作，例如穿刺、剪线或缝线等一些动作。当滑环12沿图2所示方向向上滑动，并带动使能组件13滑动时，使能组件13通过力反馈机构14能够控制末端执行器退出靶点。

当然，在一些实施例中，壳体11上还可以设有与滑环12对应的滑轨。滑轨设置在壳体11的内壁。滑轨能够对滑环12的运动进行导向，避免滑环12沿壳体11滑动时滑环12的位置发生窜动，保证滑环12能够准确的控制机器人执行动作。使能组件13连接滑环12与滑轨。滑环12通过使能组件13与滑轨滑动连接。

信号传输机构设置在壳体11中，并与使能配合使用。信号传输机构与主控板电连接，信号传输机构通过光电通信方式实现信号传输。传输信号的导通与阻断能够控制主控板是否向机器人主机发送执行信号。

可选地，信号传输机构的传输信号的导通或阻断实现执行信号的传输控制。具体的，若信号传输机构的传输信号处于导通状态，主控板未向主控机器人发送执行信号。当信号传输机构的传输信号被阻断，则信号传输机构通过主控板向主控机器人发送执行信号，主控机器人根据执行信号控制末端执行器执行相应的操作。当然，在本发明的其他实施例中，信号传输机构也可通过其他无线或者红外等方式实现信号传输。

在本实施例中，信号传输机构发射传输光路，通过传输光路实现执行信号的传递。信号传输机构的传输光路的导通与阻断通过使能组件13实现。当然，在本发明的其他实施例中，传输信号还可为除了传输光路之外的信号。值得说明的是，为了便于描述，仅以只能组件对信号传输机构的传输光路进行阻断或导通，其他形式的原理与传输光路的原理实质相同，在此不一一赘述。

使能组件13能够相对于壳体11按动，这一点在后文体现。使能组件13按动时，使能组件13能够运动至信号传输机构中，以阻断信号传输机构的光路。使能组件13按动的同时，使能组件13还能相对于壳体11滑动，以控制末端执行器执行相应的操作。当松开使能组件13或使能组件13处于初始位置时，使能组件13脱离信号传输机构的传输光路，传输光路处于导通状态。

而且，壳体11的底部设置力反馈机构14，力反馈机构14与滑环12连接。滑环12通过主控板与机器人的主机传输连接。力反馈机构14能够获取滑环12输出的直线运动的位移，力反馈机构14将位移信号通过主控板反馈给机器人主机，机器人主机将位移信号转化为直线位移，机器人主机根据该直线位移控制末端执行器运动，使得末端执行器执行操作。动作完成后，主手操控器100按照末端执行器的反向运动，其原理与进针过程实质相同，在此不一一赘述。

可以理解的，末端执行器的直线位移与使能组件13通过滑环12输出的直线运动的位移存在一定的比例映射关系，比如1:1等，也可以进行其他比例的缩放。

另外，末端执行器执行动作时，人体组织会对末端执行器产生反作用力即为执行的阻力，该阻力通过末端执行器的传感器检测，并反馈至主控板。主控板控制力反馈机构14根据末端执行器反馈的阻力对滑环12施加作用力，使得使能组件13在输出直线运动时能够感受到人体组织的阻力，实现末端控制组件10的反馈功能。这样，医护人员在使用主手操控器100中的末端控制组件10远程控制时，通过力反馈机构14为医护人员提供实时的力觉反馈，让医护人员能够感受到人体组织的阻力，让操作过程更加安全高效。

可选地，主控板上设置通信单元，用于建立主控板与机器人主机的传输连接，实现主控板与机器人主机的信息交互。也就是说，主控板与机器人主机之间的信息交互通过通信单元实现，为了简便描述，在后文省略主控板通过通信单元与机器人主机传输，直接描述为主控板与机器人主机信息的交互。可选地，通信单元包括但不限于以太网、串口、无线、CAN总线、Ether CAT总线等等。本实施例中，通信单元通过以太网实现信息交互。

上述实施例的末端控制组件10，通过信号传输机构与力反馈机构14的配合能够真实模拟临床工况，使得医护人员感受到人体组织的实时阻力，让整个手术过程更加安全、高效，提高操作精度。

在一实施例中，信号传输机构包括设置于壳体11两端的发射件与接收件。发射件用于发射传输光路，并由接收件接收。使能组件13能够运动至发射件与接收件之间，或者远离发射件与接收件的传输光路。按压使能组件13后，使能组件13能够阻挡传输光路。

发射件与接收件相对设置在壳体11的两端，并且，发射件与接收件之间的距离大于滑环12的运动行程。发射件能够一直发射传输光路，并通过接收件接收。可选地，信号传输机构还包括导通发射件与接收件的导通件。发射件与接收件通过导通件导通，并使得发射件与接收件分别连接至端部的放大器，便于信号传输。可选地，导通件为光纤。

值得说明的是，主手操控器100中的末端控制组件10通过信号传输机构实现非接触式进针控制。按压使能组件13时，使能组件13中的遮光块能够阻挡发射件发射的传输光路，使信号传输机构中的电平状态发生改变，以触发执行信号。当松开使能组件13时，传输光路被重新导通，结束运行状态。

具体的，当按压使能组件13时，使能组件13能够运动至发射件与接收件之间，使能组件13阻断发射件发射的传输光路，接收件无法接收传输光路，表明可以进行对应的操作；此时，接收端通过主控板向机器人主机发送执行信号，表明末端执行器的运动开始。当松开使能组件13时，使能组件13会远离发射件发射的传输光路，使能组件13不再阻断传输光路，接收端接收传输光路后，能够通过主控板向机器人主体发送停止信号，表明末端执行器运动停止。

可选地，信号传输机构为光线传感器，发射件为发射端，接收件为接收端。发射件与接收件通过光纤连接。

在一实施例中，壳体11包括第一壳体11以及第二壳体11。第一壳体11与第二壳体11对合安装围设成腔体，信号传输机构以及使能组件13等安装在腔体中。而且，滑轨设置在第一壳体11中，信号传输机构安装在第二壳体11中，避免使能组件13与信号传输机构的连接件发生干涉，保证信号传输机构能够可靠工作。

具体的，滑轨沿壳体11的轴向方向设置在第一壳体11的内壁。并且，力反馈机构14的部分结构也设置在第一壳体11中，这一点后文提及。发射件通过第一压线板固定在第二壳体11的一端部，接收件通过第二压线板固定在第二壳体11的另一端部。而且，第二壳体11的内壁开设固定导通件的线槽，通过第一压线板与第二压线板避免连接板脱槽，保证信号传输机构工作的可靠性。

在一实施例中，使能组件13包括使能按键、遮光块、按动复位件以及与滑环12连接的滑块。滑块可滑动设置于滑轨；使能按键可按压设置于滑环12；遮光块可运动设置于壳体11中，并与使能按键连接；按动复位件弹性连接遮光块与滑块；按压使能按键时，遮光块能够阻断传输信号。可选地，按动复位件为弹簧。

滑块可滑动设置在滑轨上。滑块与滑环12固定连接，滑环12沿壳体11滑动时，滑环12能够带动滑块沿滑轨滑动，保证滑环12的运动轨迹准确，避免滑环12的位置窜动。同时还能减小滑环12滑动时的摩擦力。可选地，滑环12通过螺纹件等固定在滑块上。

滑环12具有与壳体11内连通的通孔，使能按键设置于通孔中，并凸出于滑环12设置，使能按键在通孔中可按动设置。可选地，使能按键通过胶粘等方式设置在滑环12。通过手持滑环12并控制是否下压使能按键实现滑环12在壳体11的上下移动。按压使能按键时，滑环12才能沿壳体11滑动，否则滑环12被固定。

使能按键在通孔中与遮光块连接。使能按键能够带动遮光块在壳体11中往复运动，使得遮光块位于传输光路或远离传输光路。在初始状态下即未按压使能按键时，遮光块与滑块之间存在一定的空间，该空间能够供传输光路通过。当按压使能按键后，遮光块会阻挡上述的空间，进而对传输光路进行阻断。

值得说明的是，遮光块的结构形式原则上不受限制，只要能够实现阻断光路即可。按压使能按键时，使能按键缩回滑环12并带动遮光块运动至传输光路，以阻断传输光路，使信号传输机构发送执行信号。松开使能按键时，使能按键与遮光块复位，使能按键伸出滑环12，遮光块在壳体11中运动以脱离传输光路，传输光路导通，此时信号传输机构不在发送执行信号。

在遮光块与滑块之间设置按动复位件，通过按动复位件实现使能按键与遮光块的自动复位，保证操作过程准确。具体的，按动复位件的一端与遮光块连接，按动复位件的另一端与滑块连接。当按压使能按键时，使能按键能够克服按动复位件的弹性力带动遮光块运动阻断传输光路；当松开使能按键时，按动复位件的弹性力能够带动遮光块以及使能按键复位，使得遮光块不在遮挡传输光路。

在一实施例中，力反馈机构14包括安装组件、直线运动组件以及与直线运动组件连接的力反馈组件，安装组件安装于壳体11的底部，用于安装力反馈组件，直线运动组件设置于壳体11，并与滑块连接，力反馈组件能够向直线运动组件施加阻力。

安装组件起到支撑作用，设置于壳体11的底部，用于安装力反馈结构的各个部件。具体的，部分直线运动组件设置在壳体11的第一壳体11中，直线运动部件的底部可运动设置在安装组件中。力反馈组件可运动安装在安装组件。

直线运动组件能够与滑块连接，滑环12带动滑块运动时，滑环12能够带动直线运动组件做直线运动，而且，力反馈组件与直线运动组件连接。通过力反馈组件检测滑环12的运动位移。同时，力反馈组件还能通过直线运动组件经滑块向滑环12施加阻力，以模实时人体组织的阻力。

滑环12做直线运动时，力反馈组件能够检测到滑环12的直线运动的距离，并通过主控板反馈给机器人主机，机器人主机将滑环12直线运动的距离转化为直线位移，机器人主机通过直线位移控制末端执行器执行操作。

而且，末端执行器进入患者体内时，人体组织会对末端执行器产生反作用力即为执行的阻力。该阻力通过末端执行器的传感器检测，并通过主控板反馈至力反馈组件上，通过力反馈组件施加反作用力作用在直线运动组件上，使得滑环12带动直线运动组件的运动存在阻力，这样，医护人员操作滑环12时，能够感受到实时的执行阻力。

在一实施例中，直线运动组件包括第一滚轮、与第一滚轮间隔设置的第二滚轮以及连接第一滚轮与第二滚轮的连接绳，第一滚轮可转动设置于壳体11远离安装组件的一端，第二滚轮可转动设置于安装组件。

第一滚轮设置在壳体11的第一壳体11的一端部，第二滚轮设置在安装组件，连接绳环绕第一滚轮与第二滚轮设置。连接绳运动时能够带动第一滚轮与第二滚轮转动。连接绳还通过使能组件13连接至滑环12，滑环12运动时能够带动连接绳运动。可选地，连接绳为钢丝绳。这样可以避免连接绳发生松弛。当然，在本发明的其他实施例中，直线运动组件还可以为链轮、带传动等结构。

第二滚轮上连接力反馈组件，第二滚轮转动时，力反馈组件能够检测滑环12沿壳体11的直线运动的距离，并通过主控板反馈至机器人主机，以控制末端执行器执行操作。同时，末端执行器运行的过程中的阻力也会反馈至主控板，主控板根据阻力大小控制力反馈组件运动，使得力反馈组件输出扭矩作用于第二滚轮。滑环12通过滑块带动连接绳运动时，第二滚轮受到的扭矩会对连接绳的运动施加反作用力。这样，医护人员操作滑环12滑动时能够感受到力反馈组件施加扭矩产生的阻力，即为人体组织的阻力，以真实模拟手术的实时工况。

在一实施例中，直线运动组件还包括张紧弹簧，张紧弹簧设置于连接绳，用于使连接绳保持张紧状态，便于滑块通过带动连接绳带动第一滚轮与第二滚轮转动，保证滑环12的直线运动的距离能够准确的转化为末端执行器的直线位移，使得末端执行器能够准确的向靶点执行操作。

在一实施例中，直线运动组件还包括第一限位件与第二限位件。第一限位件与第二限位件分别设置于第一滚轮与第二滚轮处，用于限制滑环12的运动行程。第一限位件与第二限位件位于第一滚轮与第二滚轮之间，并且，第一限位件靠近第一滚轮设置，第二限位件靠近第二滚轮设置。可选地，第一限位件与第二限位件为限位开关。第一限位件与第二限位件为机械运动限制的极限点位置，确保在机械限位之前电气限位先工作。

第一限位件与第二限位件可以避免滑环12超行程运行，保证末端执行器的运行不超行程范围，以避免意外事故发生。当滑环12带动滑块运动至第二限位处时，第二限位件检测到滑环12时，表明滑块运动至极限位置(靶点位置)，末端执行器停止运动。当滑环12带动滑块至第一限位件处，第一限位件检测到滑块时，表明滑环12运动至极限位置，此时，末端执行器完成复位操作。

可选地，第一限位件以及第二限位件与主控板电连接。第一限位件与第二限位件自动识别滑块的极限位置，并反馈给主控板。当滑块运动至任一极限位置时，主控板能够控制执行电机141运动，限制滑环12的继续运动。

在一实施例中，使能组件13还包括安装座以及固定部件，安装座连接滑块与滑环12，固定部件用于将连接绳固定于安装座。安装座固定在滑块上，用于增加滑块的接触面积，便于滑块与滑环12及使能组件13的其他部件连接。可选地，安装座与滑块可以为一体结构；当然，安装座与滑块也可通过可拆卸方式连接。

安装座固定在滑块上，并且，安装座与滑环12连接，而且，安装座与遮光块之间存在空间，该空间中可以安装按动复位件。而且，安装座上还具有供连接绳穿过的通孔，固定部件将连接绳固定在安装座上。这样滑环12带动滑块运动时，滑环12能够通过安装座带动连接绳同步运动。可选地，固定部件包括螺纹件以及压板等。

在一实施例中，力反馈组件包括设置于执行电机141以及位移检测件142。执行电机141以及位移检测件142分别设置于第二滚轮的轴向端部，位移检测件142用于将滑环12的移动量反馈至末端执行器；执行电机141用于将末端执行器反馈的阻力转化为扭矩施加至连接绳。

第二滚轮的一个轴端连接执行电机141，第二滚轮的另一个轴端连接位移检测件142。通过位移检测件142检测当前滑块的位置状态，识别滑块的运动行程，并通过主控板反馈至机器人主机。医护人员移动滑环12时，滑环12通过滑块以及连接绳带动第二滚轮转动，进而使得位移检测件142检测到有位移信号输出，控制末端执行器执行相同运动。

可选地，位移检测件142为绝对式编码器，通过绝对式编码器检测滑环12直线运动的距离。进一步地，力反馈组件还包括编码器连接座，绝对式编码器通过编码器连接座设置在第二滚轮的轴端。当然，在本发明的其他实施例中，位移检测件142为电位计，通过电位计识别滑块的运动行程。在本发明的其他实施例中，位移检测件142还可为传感器等部件，其工作原理与编码器的工作原理实质相同，在此不一一赘述。

位移检测件142为绝对式编码器时，绝对式编码器能够检测滑环12的直线运动的位移，并通过主控板将滑环12的位移反馈至机器人主机，机器人主机将滑环12的位移转化为末端执行器的直线位移，进而机器人主机控制末端执行器对目标靶点执行相应的手术操作。

主控板与执行电机141电连接。力反馈通过执行电机141实现。移动滑环12时，滑环12能够控制末端执行器执行操作；同时，滑环12通过连接绳带动第二滚轮转动，第二滚轮带动执行电机141旋转。若此时末端执行器存在来自于人体组织的阻力，那么执行电机141会产生等值的旋转扭矩作用到第二滚轮上。这样，移动滑环12时能够感受到与滑环12运动方向相反的进针阻力。

具体的，末端执行器与人体组织接触时的阻力可以通过末端执行器的传感器检测。传感器将进针时的阻力反馈至机器人主机，进而机器人主机将阻力反馈至主控板，主控板控制执行电机141施加一定的电流产生扭矩作用在第二滚轮上，进而第二滚轮将阻力作用到连接绳上。该扭矩产生的阻力与人体组织对末端执行器的阻力相一致。连接绳上的阻力通过滑环12作用到医护人员手上，医生移动滑环12时会感到阻力，以实现实时阻力的反馈功能。

值得说明的是，当按下使能按键后，表明末端执行器即将执行动作。当医护人员往下推动滑环12时，因执行电机141的作用，滑环12将会受到阻力，这个阻力由执行电机141输出阻力和设备系统阻力叠加形成。通常设备系统阻力小，可以忽略不计，这样医护人员体验到的力就取决于执行电机141的阻力。机器人在执行过程中现场阻力的数据通过机器人主机反馈到主控板，主控板调节执行电机141的电流大小，再将阻力传递到滑环12上面，最终握住滑环12的手部会体验到一个实时的力反馈。

在一实施例中，末端控制组件10还包括复位按键。复位按键设置在整机的外壳上，复位按键与主控板电连接，并通过主控板电连接至执行电机141。当末端执行器执行动作完成后，操作复位按键，复位按键通过主控板控制执行电机141运动，使得执行电机141通过第二滚轮以及连接绳带动滑块以及为滑环12复位。当然，在本发明的其他实施例中，也可通过滑环12沿壳体11的反向运动复位的操作。

在一实施例中，力反馈机构14还包括联轴器，联轴器连接执行电机141与第二滚轮。通过联轴器连接第二滚轮与执行电机141后，使得第二滚轮与执行电机141之间不存在传动环节，保证了传动效率，降低了摩擦阻力，提高了力反馈的保真性。

在一实施例中，力反馈机构14还包括电机控制单元，电机控制单元电连接主控板与执行电机141。电机控制单元能够控制执行电机141运动，以实现稳定的准确的反馈进针的阻力信息。可选地，电机控制单元为电机驱动器。

主手操控器100控制执行动作时，医护人员按压使能按键，使能按键带动遮光块阻挡信号传输机构的传输光路，信号传输机构通过主控板向机器人主机发送执行信号，进而机器人主机控制末端执行器带动末端执行器运行。此时，医护人员沿壳体11移动滑环12，使得滑环12从第一滚轮的方向向第二滚轮的方向运动。滑环12运动过程中，滑环12通过滑块带动连接绳运动，进而连接绳带动第一滚轮与第二滚轮转动。

第二滚轮转动时，第二滚轮上的位移检测件142能够检测滑环12的直线运动的位移，并通过主控板传递给机器人主机，机器人主机将位移转化为末端执行器的直线位移。

末端执行器进入人体体内的同时，末端执行器的传感器能够检测到与人体组织相互作用产生的作用力。传感器将阻力通过机器主机经主控板反馈至电机控制单元，通过电机控制单元控制执行电机141施加一定电流产生扭矩作用在第二滚轮上，进而第二滚轮的扭矩能够将阻力作用到连接绳上，并通过连接绳传递到滑环12进而作用到医护人员的手上，医护人员能够感受到移动阻力，并实现实时力反馈的功能。

末端控制组件10通过上述方式控制末端执行器执行手术操作，直到末端执行器的端部运动至目标靶点后，末端控制组件10控制末端执行器执行相应的手术操作。当完成操作后，可以按照滑环12的反向运动实现复位，也可以通过复位按键实现滑环12的自动复位。

具体地，如图2所示，调姿机构20包括串联设置的第一旋转组件21及第二旋转组件22。末端控制组件10安装于第一旋转组件21；第一旋转组件21安装于第二旋转组件22。第一旋转组件21能够绕第一轴线A转动；第二旋转组件22能够绕第二轴线B转动。第一轴线A与第二轴线B之间呈夹角设置；且第一轴线A与第二轴线B可共面设置，也可以不共面设置。第一旋转组件21能够绕第一轴线A转动，并对应于机器人靠近末端执行器的调姿关节。第二旋转组件22能够绕第二轴线B可转动设置，并对应于机器人中与上述调姿关节相邻的另一个调姿关节。末端控制组件10通过第一旋转组件21能够绕第一轴线A转动；安装有末端控制组件10的第一旋转组件21通过第二旋转组件22能够绕第二轴线B转动。末端控制组件10的实际运动量为两者转动叠加的矢量和。

其中，第一轴线A即为第一旋转组件21的转动轴线；第二轴线B即为第二旋转组件22的转动轴线。第一轴线A与第二轴线B呈夹角设置是指两者之间的夹角大于0°，且小于180°。优选地，第一轴线A与第二轴线B相互垂直设置。

需要解释的是，串联设置的第一旋转组件21及第二旋转组件22是指：第一旋转组件21与第二旋转组件22的转动分别对应于机器人两个相邻的调姿关节201、调姿关节202；且第一旋转组件21与第二旋转组件22的转动是独立的，第一旋转组件21的转动并不会对第二旋转组件22产生影响，而第二旋转组件22的转动则会带动第一旋转组件21整体绕第二轴线B转动。第二旋转组件22设置在转盘32上，第一旋转组件21设置在第二旋转组件22上，末端控制组件10安装在第一旋转组件21上。第一旋转组件21能够输出绕第一轴线A的旋转运动，第二旋转组件22能够输出绕第二轴线B的旋转运动。也就是说，第一旋转组件21的旋转运动不影响第二旋转组件22，但第二旋转组件22转动时能够带动第一旋转组件21的第一轴线A在垂直于第二轴线B的平面内发生变化。

在一实施例中，如图5所示，第一旋转组件21包括转接座211、可转动设置于转接座211的第一旋转轴212以及第一反馈组件213。转接座211用于安装末端控制组件10，第一旋转轴212的端部连接第一反馈组件213，第一反馈组件213用于向第一旋转轴212提供转动时的力反馈。

转接座211实现第一旋转轴212的安装，并可以安装末端控制组件10。而且，第一旋转轴212的两端伸出转接座211，并可转动安装在第二旋转组件22上。可选地，转接座211的结构形式不受限制，只要能够连接末端控制组件10，并安装第一旋转轴212即可。示例性地，转接座211包括两部分，通过两部分对合形成腔体以便于第一旋转轴212的安装。第一旋转轴212伸出的端部可以连接第一反馈组件213。通过第一反馈组件213反馈转动调姿时的阻力，以模拟实际末端控制组件10的调姿过程，便于医护人员操作。

第一旋转轴212的转动轴线即为第一轴线A。握持壳体11，壳体11通过转接座211带动第一旋转轴212转动，以使得第一旋转轴212绕第一轴线A旋转，进而第一旋转轴212能够带动第一反馈组件213转动。第一反馈组件213通过主控板与机器人主机通信连接，实现信息交互。

若末端执行器转动以调整空间姿态遇到调姿阻力时，末端执行器的传感器检测到阻力，并反馈至机器人主机；机器人主机将调姿阻力反馈至主控板，主控板控制第一反馈组件213向第一旋转轴212施加与阻力相同的力。这样，医护人员通过壳体11带动第一旋转轴212转动时能够感受到与转动方向相反的阻力，由此实现调姿时的力反馈。

在一示例性的实施例中，第一反馈组件213包括第一减速件、第一编码件以及第一反馈件。第一编码件设置于第一旋转轴212的一端，第一旋转轴212的另一端通过第一减速件连接第一反馈件。第一反馈件包括力反馈电机以及设置于力反馈电机输出端的抱闸部件。

第一编码件与第一减速件分别设置在第一旋转轴212的两端，第一反馈件设置在承载底座31上，并且，第一减速件还与第一反馈件连接。第一旋转轴212转动时，第一旋转轴212能够带动第一编码件与第一减速件转动，通过第一编码件能够检测到第一旋转轴212的旋转角度，该旋转角度即为壳体11绕第一轴线A的旋转角度。第一编码件与主控板电连接，通过主控板将第一编码件检测到的旋转角度的信息反馈至机器人主机，以控制末端执行器转动相同的角度，从而实现两者的同步变化。

第一减速件转动的同时，第一减速件能够带动第一反馈件的转动。若在调姿遇到阻力时，第一反馈件接收调姿阻力后，能够通过第一减速件向第一旋转轴212施加与旋转方向相反的阻力，以实现实时转动的力反馈。当调姿机构20沿第一轴线A的旋转角度调节完成后，主控板还能控制第一反馈件锁死第一旋转轴212，使得第一旋转轴212无法转动，避免后期第一旋转轴212的转动影响整体的空间姿态。

可选地，第一反馈件包括力反馈电机以及设置于力反馈电机的输出轴的抱闸部件。通过力反馈电机向第一旋转轴212施加阻力。而且，抱闸部件可以实现力反馈电机的制动。当调姿机构20沿第一轴线A的方向旋转完成后，无需继续沿第一轴线A方向旋转，抱闸部件能够抱紧力反馈电机的输出轴，限制力反馈电机输出轴的转动，进而第一减速件无法转动，以限制第一旋转轴212的转动。

可选地，第一减速件为同步带结构，其中一个为大轮，另一个为小轮。小轮设置在力反馈电机的输出端，大轮设置在第一旋转轴212的端部，同步带连接大轮与小轮，以此实现传动减速。当然，在本发明的其他实施例中，第一减速件还可为轮传动结构、齿轮传动结构等等，其原理与同步带结构实质相同，在此不一一赘述。

可选地，第一编码件即为编码器，包括磁盘以及读数头。第一编码件通过磁盘与读数头的配合实现第一旋转轴212旋转角度的检测。第一编码件与主控板电连接，通过主控板将第一旋转轴212的旋转角度反馈至机器人主机，通过机器人主机控制末端执行器转动相同的角度。

在一实施例中，第二旋转组件22包括可转动安装第一旋转轴212的支撑座221、第二旋转轴222以及第二反馈组件223。第二旋转轴222沿支撑座221的两端伸出，并可转动地安装于转盘32。第二旋转轴222的端部连接第二反馈组件223，第二反馈组件223用于向第二旋转轴222提供转动时的力反馈。

支撑座221用于能够使第一旋转组件21可转动地安装于第二旋转组件22上，支撑座221在转接座211的两端可转动支撑第一旋转轴212，并与第二旋转轴222固定连接。可选地，支撑座221通过螺纹件等固定在转盘32上。通过第二反馈组件223反馈转动调姿时的阻力。

可以理解的，第二旋转轴222包括两个轴段，分别设置在第一旋转轴212周向的两侧，以保证第二旋转轴222能够与第一旋转轴212相分离设置，在保证调姿可靠的同时避免发生干涉。第二旋转轴222的转动轴线即为第二轴线B。具体的，第一旋转轴212能够相对于转接座211转动，实现调姿机构20绕第一轴线A方向的姿态的调节。壳体11通过转接座211、第一旋转轴212以及转接座211能够带动第二旋转轴222绕第二轴线B转动，并对应至机器人的各个调姿关节中，以实现机器人调姿关节绕第二轴线B方向的姿态调节。

第一反馈组件213锁定第一旋转轴212时，握持壳体11，壳体11通过转接座211、第一旋转轴212能够带动第二旋转轴222转动，以使得第二旋转轴222绕第二轴线B旋转，进而第二旋转轴222能够带动第二反馈组件223转动。第二反馈组件223通过主控板与机器人主机通信连接，实现信息交互。

若在调整空间姿态时，遇到调姿阻力，机器人主机将调姿阻力反馈至主控板，主控板控制第二反馈组件223向第二旋转轴222施加与阻力相同大小的力。这样，医护人员通过壳体11带动第二旋转轴222转动时能够感受到与转动方向相反的阻力，由此实现调姿时的力反馈。

在一实施例中，第二反馈组件223包括第二减速件、第二编码件以及第二反馈件，第二编码件设置于第二旋转轴222的二端，第二旋转轴222的另二端通过第二减速件连接第二反馈件。第二反馈件包括力反馈电机以及设置于力反馈电机输出端的抱闸部件。

第二编码件与第二减速件分别设置在第二旋转轴222的两端，第二反馈件设置在转盘32上；并且，第二减速件还与第二反馈件连接。第二旋转轴222转动时，第二旋转轴222能够带动第二编码件与第二减速件转动，通过第二编码件能够检测到第二旋转轴222的旋转角度，该旋转角度即为壳体11绕第二轴线B的旋转角度。第二编码件与主控板电连接，通过主控板将第二编码件检测到的旋转角度的信息反馈至机器人主机，以控制末端执行器转动相同的角度。

第二减速件转动的同时，第二减速件能够带动第二反馈件的转动。若在调姿遇到阻力时，第二反馈件接收末端执行器的调姿阻力后，能够通过第二减速件向第二旋转轴222施加与旋转方向相反的阻力，以实现实时的力反馈。当调姿机构20沿第二轴线B的旋转角度调节完成后，主控板还能控制第二反馈件锁死第二旋转轴222，使得第二旋转轴222无法转动，避免后期影响末端执行器的空间姿态。

可选地，第二反馈件包括力反馈电机以及设置于力反馈电机的输出轴的抱闸部件。通过力反馈电机向第二旋转轴222施加阻力。而且，抱闸部件可以实现力反馈电机的制动。当调姿机构20沿第二轴线B的方向旋转完成后，无需继续沿第二轴线B方向旋转，抱闸部件能够抱紧力反馈电机的输出轴，限制力反馈电机输出轴的转动，进而第二减速件无法转动，以限制第二旋转轴222的转动。

可选地，第二减速件为同步带结构，其中二个为大轮，另二个为小轮。小轮设置在力反馈电机的输出端，大轮设置在第二旋转轴222的端部，同步带连接大轮与小轮，以此实现传动减速。当然，在本发明的其他实施例中，第二减速件还可为轮传动结构、齿轮传动结构等等，其原理与同步带结构实质相同，在此不一一赘述。

可选地，第二编码件即为编码器，包括磁盘以及读数头，通过磁盘与读数头的配合实现第二旋转轴222旋转角度的检测。第二编码件与主控板电连接，通过主控板将第二旋转轴222的旋转角度反馈至机器人主机，通过机器人主机控制末端执行器转动相同或相应的角度。

值得说明的是，第一旋转轴212与第二旋转轴222通过轴承可转动安装，保证第一旋转轴212与第二旋转轴222转动平稳可靠。而且，第一旋转轴212与第二旋转轴222通过轴承端盖进行限位。

当然，在其他一些实施例中，调姿机构20还可以具有跟多的调姿关节，其结构大致与第一旋转组件21或第二旋转组件22相同，在此不做赘述。

本发明的主手操控器100使用时，先通过调姿机构20的转动调节机器人末端执行器的空间姿态，然后锁定调姿机构20，再通过末端控制组件10的移动控制末端执行器执行操作。操作完成后，末端控制组件10控制末端执行器复位。当然，主手操控器100使用前，也可以先对机器人末端执行器进行摆位，再使末端控制组件10通过调姿机构20对机器人姿态的进行映射，从而使得主手操控器100与机器人的姿态达到一致的状态。

基于上述具有至少两个自由度的调姿机构20(调姿机构20沿第一轴线A及第二轴线B的转动)以及末端控制组件10的自由度(滑环12沿壳体11轴向的运动)，在对机器人调姿关节进行摆位的工况下，主手操控器100只有保证主手操控器100的调姿平面与机器人末端执行器的调姿平面平行才可实现绝对式的姿态映射；但现有的主手操控器与机器人在绝大多数工况下，都无法实现严格的一一对应关系，只可进行增量式调姿。

如图6所示，为了便于调整主手操控器100的调姿平面，主手操控器100还设置了转动平台30，以使得上述的调姿机构20整体能够相应转动，以映射机器人调姿关节所在的调姿平面。主手操控器100通过设置转动平台30，使得调姿机构20映射机器人姿态的自由度又多了一个，且该自由度能够映射调姿机构20的调姿平面，以使主手操控器100与机器人之间能够实现严格的一一映射关系。

需要特别强调的是：转动平台30对应于机器人的关节与调姿机构20对应于机器人的关节不相同。

具体地，如图4至图6所示，转动平台30的转盘32与第二旋转组件22的支撑座221固定连接；底座31与转盘32之间能够相对转动。底座31能够设置于其他装载设备上。其中，转盘32相对于底座31的转动轴线为第三轴线C。第三轴线与第一轴线A及第二轴线B两两垂直设置。

可以理解，在其他实施例中，第三轴线与第一轴线A或第二轴线B之间可以呈其他夹角设置，只要能够主手操控器100的机器人关节的映射自由度即可。

在一实施例中，底座31大致呈方形的框架结构，中部设有圆形的安装空间。底座31的结构还可以根据实际安装需求而相应设置，在此不做具体限定。转盘32大致呈圆形的盘状结构，架设于底座31的安装空间内并与底座31转动连接。转盘32的两侧朝向第二旋转组件22的方向延伸形成两个连接耳；连接耳用于转动安装第二旋转轴222。转盘32的形状可以根据实际需求而相应设置，在此不做具体限定。

在一实施例中，转盘32与底座31之间设有第三旋转组件40。第三旋转组件40用于将转盘32转动安装于底座31。具体地，第三旋转组件40包括第三驱动件41以及第三传动组件42。第三驱动件41安装于底座31，并与主控板通信连接；第三驱动件41用于电控驱动第三传动组件42的转动角度；第三传动组件42连接于第三驱动件41的输出端，并用于将第三驱动件41的输出动力传递至转盘32上。在第三驱动件41的驱动作用下，第三传动组件42能够带动转盘32相对于底座31绕第三轴线转动，并带动调姿机构20沿底座31的平面转动。其中，底座31的平面与第三轴线垂直设置；第三驱动件41为减速电机等与转盘32驱动力相适配的驱动件。如此设置，能够电动控制转盘32与底座31之间的转动角度，从而为主手操控器100的转盘32主动调整至与机器人的调姿平面平行做准备。

可以理解，在其他实施例中，若转盘32之间连接于第三驱动件41的输出端，则相第三传动组件42可相应省略，只要能够实现驱动转盘32的目的即可。

进一步地，第三传动组件42包括相互啮合的蜗轮及蜗杆。蜗杆连接于第三驱动件41的输出端；蜗轮与转盘32相固定，且同轴设置。蜗杆用于连接动力源；蜗轮用于与蜗杆相互啮合并驱动转盘32转动。当第三驱动件41带动蜗杆转动时，蜗轮相应随蜗杆的转动绕第三轴线转动，同时驱动转盘32绕第三轴线转动；转盘32的转动会同时调整调姿机构20整体的姿态朝向，即同时改变第二轴线B以及第一轴线A的方向；但第一轴线A与第二轴线B之间的角度不变。如此设置，能够精准控制转盘32与底座31之间的转动角度，且第三传动组件42的整体结构简单。

可以理解，在其他实施例中，第三传动组件42还可以是轮带传动等结构，只要能够实现与第三驱动件41连接，并驱动转盘32转动即可。

在一实施例中，第三旋转组件40还包括第三编码器。第三编码器安装于转盘32的位置处，并用于检测转盘32的转动角度。第三编码器检测的转动角度能够传输至主控板，通过主控板将第三编码件检测到的旋转角度的信息反馈至机器人主机，以控制机器人调姿关节整体所在的调姿平面转动相同的角度，从而实现两者的同步变化。

当然，在其他一些实施例中，转盘32还可以主动同步于与机器人调姿关节所在的调姿平面。具体地，主手操控器100与机器人调姿关节所在的调姿平面的对应关系是通过检测第一调节关节203和第二调节关节204转动的角度，并将两者矢量叠加形成的转角信息，通过机器人主机反馈至主控板；再经过主控板控制第三驱动件41转动相应的角度，从而驱动转盘32旋转相应的角度(第一调节关节203和第二调节关节204的矢量和)，即可实现主手操控器100对机器人调姿平面的映射(即转盘32相对于底座31的转动与机器人的至少一个关节运动相关联)。该过程可在机器人调姿关节摆位(操作者自由调姿)完成后进行。如此设置，转盘32相对于底座31的转动自由度设置为主动映射关节，无需人力拖动即可实现与机器人姿态相同的映射。

请一并参阅图7及图8，图7为图1所示主手操控器100关联运动的机器人多自由度调姿的原理示意图；图8为图1主手操控器100随机器人调姿前后的示意图。

以下具体阐述主手操控器100的工作原理：

如图7及图8所示，机器人调姿关节所在的调姿平面是通过第一调节关节203和第二调节关节204转动的矢量和来实现的；而末端执行器的调姿关节分别对应于第一旋转组件21和第二旋转组件22。术前准备阶段，需要首先标定机器人的位姿为图15左图所示，此时末端执行器的姿态垂直于水平面，定义为零位；然后根据需要对机器人的各个调姿关节(调姿关节201及调姿关节202分别对应于第一旋转组件及第二旋转组件)、第一调节关节203及第二调节关节204分别进行调整，并被一一记录下来，传递到主手操控器100。

主手操控器100分别控制与第一旋转组件21、第二旋转组件22以及第三旋转组件40对应的驱动件来转动相应的角度，以实现各个关节姿态的同步：图8所示为主手操控器100从零位状态调整到与机器人一一对应的调姿位状态。其中，主手操控器100的零位为末端控制组件10的轴线与转盘32的第三轴线重合的位置；主手操控器100零位下的调姿平面与机器人零位下的调姿平面处于平行状态。当机器人末端执行器自摆位过程中改变调姿平面时，主手操控器100转盘32的转角等于机器人第一调节关节203和第二调节关节204的矢量和(因为第一调节关节203和第二调节关节204的转角分为图7中正负(左右)两个方向)。

当机器人在摆位过程中调整与第一旋转组件21及第二旋转组件22相对应的调姿关节时，对应调姿关节相对于零位的转角信息会分别传递给主手操控器100的主控板，并控制与第一旋转组件21及第二旋转组件22相对于零位旋转对应的角度。机器人完成摆位后，主手操控器100经过上述映射过程使末端控制组件10的姿态与机器人的末端执行器姿态实现一一映射关系，即两者完全同步；然后操作者再根据CT成像通过主手操控器100对机器人的末端执行器进行微调。

实施例二

请参阅图9，图9为本发明另一实施例用于穿刺机器人的主手操控器的结构示意图。

本发明一实施例还提供一种用于穿刺机器人的主手操控器100。该主手操控器100包括上述的调姿机构20及转动平台30。调姿机构20与调节穿刺机器人的调姿关节关联运动；转动平台30与机器人的至少一个关节运动相关联。穿刺机器人的调姿关节与上述机器人调节方向及驱动方式大致相同，在此不做赘述。但不同的是穿刺机器人中的末端执行器为末端穿刺装置。

与上述实施例不同的是，该上述的末端控制组件10被配置为穿刺控制组件10a。该穿刺控制组件10a的结构大致与上述的末端控制组件10相同，但不同的是该穿刺控制组件10a对应控制的是穿刺机器人中的末端穿刺装置。穿刺控制组件10a用于控制穿刺机器人的末端穿刺装置的进针。穿刺控制组件10a可转动连接于调姿机构20。穿刺控制组件10a能够绕自身的轴线(即壳体11的轴线)转动，且该穿刺控制组件10a的转动不会同步至机器人。穿刺控制组件10a可以绕自身的轴线自由转动的设置，在对穿刺控制组件10a进行操作时，能够使操作者的手臂处于比较舒适的姿态，同时不影响调姿平面或调姿关节的对应关系，实现绝对式调姿与穿刺动作。

具体地，主手操控器100还包括把手旋转组件60。把手旋转组件60用于将穿刺控制组件10a可转动地安装于第一旋转组件21的转接座211上。把手旋转组件60包括旋转支架及安装于旋转支架与穿刺控制组件10a末端控制组件之间的旋转轴承。旋转支架安装于调姿机构20；旋转轴承套设于穿刺控制组件10a相对靠近调姿机构20的一端，并与旋转支架连接。旋转支架用于承载旋转轴承，并将旋转轴承连接至转接座211。旋转轴承用于将穿刺控制组件10a的壳体11可转动安装至转接座211上。

可以理解，在其他实施例中，旋转支架可相应省略，只要能够实现穿刺控制组件10a转动设置于转接座211上即可。

在本实施例中，穿刺控制组件10a与第一旋转组件21之间转动自由度的设置，使得操作者能够以更加舒适的姿态对穿刺控制组件10a进行操控。

实施例三

本发明一实施例还提供一种用于穿刺机器人的主手操控器100。该主手操控器100包括调姿机构20及穿刺控制组件10a；穿刺控制组件10a可转动连接于调姿机构20。调姿机构20及穿刺控制组件10a与实施例二中的结构相同，在此不做赘述。

与实施例中不同的是：该主手操控器100不包括转动平台30，调姿机构20与安装平台(图未示)配合使用。在本实施方式中，安装平台即为上述的转盘固定安装于机架上。

可以理解，在其他实施方式中，调姿机构20还可以通过其他部件配合使用。

本发明一实施例还提供一种机器人系统，包括上述任意一个实施例中的主手操作器。

当然，机器人系统还可以包括能够显示CT影像的显示器及语音传输装置。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种用于机器人的主手操控器，其特征在于，所述主手操控器包括：

转动平台，所述转动平台包括底座和转盘，所述转盘与所述底座可转动连接，所述转盘相对于所述底座的转动与所述机器人的至少一个关节运动相关联；

调姿机构，所述调姿机构具有多个自由度，所述调姿机构设置于所述转盘；

末端控制组件，所述末端控制组件连接于所述调姿机构，并用于控制机器人末端执行器的运动。

2.根据权利要求1所述的主手操控器，其特征在于，所述主手操控器还包括第三旋转组件，所述转盘通过所述第三旋转组件可转动地安装于所述转动平台，且所述转盘相对于所述底座的转动平面平行于所述底座所在的平面。

3.根据权利要求2所述的主手操控器，其特征在于，所述第三旋转组件包括：

第三驱动件，具有输出端，且所述第三驱动件安装于所述底座；以及，

第三传动组件，连接于所述第三驱动件的输出端，并将所述第三驱动件的动力传递至所述转盘；

所述第三驱动件通过所述第三传动组件驱动所述转盘转动，并带动所述调姿机构沿所述底座的平面转动。

4.根据权利要求3所述的主手操控器，其特征在于，所述第三传动组件包括相互啮合的蜗杆及蜗轮，所述蜗杆连接于所述第三驱动件的输出端；所述蜗轮与所述转盘相固定；及/或，

所述转盘上设有第三编码器，所述第三编码器用于反馈所述转盘的转动角度。

5.根据权利要求1所述的主手操控器，其特征在于，所述调姿机构具有两个自由度，所述调姿机构包括串联设置的第一旋转组件以及第二旋转组件；

所述第一旋转组件上安装有所述末端控制组件；

所述第二旋转组件设置于所述第一旋转组件，并与所述转盘固定连接；

其中，所述第一旋转组件的转动轴线与所述第二旋转组件的转动轴线呈角度设置。

6.根据权利要求5所述的主手操控器，其特征在于，所述第一旋转组件的转动轴线、所述第二旋转组件的转动轴线及所述转盘的转动轴线两两相互垂直。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的主手操控器，其特征在于，所述末端控制组件包括穿刺控制组件，所述穿刺控制组件用于控制穿刺机器人的末端穿刺装置的进针，所述穿刺控制组件可转动连接于所述调姿机构。

8.根据权利要求7所述的主手操控器，其特征在于，所述主手操控器还包括把手旋转组件，所述把手旋转组件包括旋转支架及安装于所述旋转支架与所述穿刺控制组件之间的旋转轴承，所述旋转支架安装于所述调姿机构；所述旋转轴承套设于所述穿刺控制组件相对靠近所述调姿机构的一端。

9.根据权利要求8所述的主手操控器，其特征在于，所述穿刺控制组件包括：

壳体，通过所述旋转轴承可转动地设置于所述旋转支架；

滑环，滑动设置于所述壳体；以及

使能组件，可按动地设置于所述滑环及所述壳体中，且能够触发所述穿刺机器人的末端穿刺装置进针；

所述使能组件在所述滑环的带动下沿所述壳体的轴向运动。

10.一种用于穿刺机器人的主手操控器，其特征在于，所述主手操控器包括：

安装平台；

调姿机构，设置于所述安装平台，所述调姿机构有多个自由度；

穿刺控制组件，所述穿刺控制组件用于控制所述穿刺机器人的末端穿刺装置的进针，所述穿刺控制组件可转动连接于所述调姿机构。

11.一种机器人系统，其特征在于，所述机器人系统包括如权利要求1至10任意一项所述的主手操控器。

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