CN116919612A - 医疗机器人及调整图像系统视角的方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种医疗机器人，该医疗机器人包括图像系统、动力装置以及控制器，其中，图像系统包括关节组件和图像获取装置；动力装置包括驱动装置和进给运动装置，驱动装置被配置为驱动关节组件运动以改变图像获取装置的位置和姿态，进给运动装置被配置为驱动图像系统沿直线运动；控制器被配置发送控制信号给驱动装置和进给运动装置，响应于控制信号，驱动装置驱动关节组件摆动以同时改变图像获取装置的位置和姿态，同时进给运动装置驱动图像系统沿直线运动从而维持所述图像获取装置到所动力装置之间距离基本不变。

Description

医疗机器人及调整图像系统视角的方法

技术领域

本申请涉及医疗器械领域，特别是涉及一种医疗机器人的图像系统。

背景技术

微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备在人体腔体内部施行手术的一种手术方式。相比传统手术方式微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优势。

随着科技的进步，微创医疗机器人技术逐渐成熟，并被广泛应用。微创医疗机器人通常包括主控制台及从操作设备，主控制台用于根据医生的操作向从操作设备发送控制命令，以控制从操作设备，从操作设备用于响应主控制台发送的控制命令，并执行相应的手术操作。器械与从操作设备的驱动装置连接，用于执行外科手术，器械的远端包括用于执行手术操作的末端装置和与末端装置连接的可以多个自由度动作的关节组件。

如何在狭窄的手术空间内调整医疗器械的图像的视野，对此现有技术没有较好的解决方案。

发明内容

基于此，为解决上述问题，在第一方面，本申请提供了一种医疗机器人，包括：

图像系统，所述图像系统包括关节组件和图像获取装置，所述图像获取装置连接于所述关节组件的远端；

动力装置，其包括外壳和容纳在所述外壳中的第一驱动装置和进给运动装置，所述图像系统可拆卸地安装到所述第一驱动装置，所述第一驱动装置被配置为驱动所述关节组件运动以改变所述图像获取装置的位置和姿态，所述进给运动装置被配置为驱动所述第一驱动装置沿直线运动以使所述图像系统沿直线运动；

控制器，其被配置发送控制信号给所述第一驱动装置和进给运动装置；

响应于所述控制信号，所述第一驱动装置驱动关节组件摆动以同时改变所述图像获取装置的位置和姿态，同时所述进给运动装置驱动所述图像系统沿直线运动从而维持所述图像获取装置到所述外壳之间距离基本不变。

在一个具体的实施例中，所述医疗机器人还包括第一输入装置，其被配置接收操作者输入并输出离散姿态信息给所述控制器，所述控制器根据所述离散姿态信息发送所述控制信号给所述第一驱动装置和所述进给运动装置。

在一个具体的实施例中，所述关节组件包括平行关节和腕关节；响应于所述控制信号，所述第一驱动装置驱动所述腕关节摆动以调整所述图像获取装置的俯仰姿态，并且所述第一驱动装置驱动平行关节摆动以调整所述图像获取装置的位置而不改变所述图像获取装置的姿态。

在一个具体的实施例中，所述平行关节的摆动幅度随所述腕关节摆动幅度增大而增大。

在一个具体的实施例中，所述离散姿态信息包括所述图像获取装置的俯仰角在-40度至40度中的至少两个特定值。

在一个具体的实施例中，所述俯仰角包括：-30度、-15度，0度、15度和30度。

在一个具体的实施例中，所述医疗机器人还包括：

第二输入装置，所述控制器根据所述第二输入装置的位置输入控制所述图像系统围绕远程运动中心转动，以改变所述图像获取装置的位置。

在一个具体的实施例中，所述医疗机器人还包括手术器械，所述动力装置包括第二驱动装置，所述手术器械被配置为可拆卸地安装到所述第二驱动装置，所述控制器还被配置为在所述图像系统围绕所述远程运动中心转动时，维持所述手术器械的末端装置相对于所述远程运动中心的坐标系的位姿基本不变。

在一个具体的实施例中，所述控制器还根据所述第二输入装置的转动输入控制所述图像获取装置沿其自身轴线旋转，并同时控制所述关节组件摆动以维持所述关节组件的位置、俯仰姿态以及偏转姿态基本不变。

在一个具体的实施例中，所述动力装置还包括第三驱动装置，其被配置为可拆卸地安装所述图像系统，所述第一、第二、第三驱动装置中间形成通道，所述图像系统和所述手术器械穿过所述通道进入人体，所述图像系统安装在所述第一驱动装置上时，所述图像获取装置从所述手术器械下方的获取图像；所述图像系统安装在所述第三驱动装置上时，所述图像获取装置从所述手术器械上方获取图像。

在一个具体的实施例中，所述医疗机器人还包括套管，所述套管连接与所述动力装置的远端，所述套管包括第一管道和与所述第一管道相对的第二管道，所述图像系统还包括长轴，所述关节组件连接在所述长轴的远端，在图像系统安装在所述第一驱动装置上时，所述长轴插入所述第一管道中；在所述图像系统安装在所述第三驱动装置上时，所述长轴插入所述第二管道中。

本申请在第二方面还提供一种调整医疗机器人的图像系统视角的方法，该医疗机器人包括图像系统和动力装置，所述图像系统包括关节组件和图像获取装置，所述动力装置包括外壳和容纳在所述外壳内的驱动装置和进给运动装置，所述图像系统可拆卸地安装到所述驱动装置，所述方法包括：

获取离散姿态信息输入和所述图像获取装置当前位置；

根据所述离散姿态信息输入，所述驱动装置驱动所述关节组件摆动以调整姿态；

根据离散姿态信息输入和所述图像获取装置当前位置，所述进给运动装置驱动所述图像系统直线运动以维持所述图像获取装置到所述外壳之间的距离基本不变。

附图说明

图1为本申请一个实施例的医疗机器人的主控制台的示意图；

图2为本申请一个实施例的医疗机器人的从操作设备的示意图；

图3为本申请一个实施例的用于手术的器械示意图；

图4为本申请一个实施例的器械的关节组件示意图；

图5为图4的所示的关节组件的平行关节平移状态示意图；

图6A为本申请另一个实施例器械关节组件、传动组件及驱动装置的示意图；

图6B为图6A所示器械关节组件绕其轴向旋转90度后的示意图；

图7A为平行关节400的关节段452俯视图且示出第一、第四驱动缆绳被收拉；

图7B为平行关节400纵移状态示意图；

图7C为平行关节400的关节段452俯视图且示出第一、第三驱动缆绳被收拉；

图7D为平行关节400横移装置示意图；

图8为本申请一个实施例的图像系统600的俯仰角为0度的示意图。

图9为本申请一个实施例的从操作设备及动力装置的示意图；

图10为本申请一个实施例的第一输入装置12示意图；

图11为本申请一个实施例的图像系统600的不同俯仰角示意图；

图12为本申请一个实施例的动力装置22的俯视图；

图13为本申请一个实施例的图像系统600的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面，并非对本申请的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“耦合”/“耦接”另一个元件，它可以是直接耦合到另一个元件或者可能同时存在居中元件，也可指两个元件通过信号进行交互。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上方”、“下方”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方式，应理解的是，这些与空间相关的术语旨在除了附图中描绘的取向之外还涵盖设备在使用中或在操作中的不同取向，例如，如果设备在附图中被翻转，则描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件或特征将被取向为在其他元件或特征“上方”。因此，示例术语“下方”可以包括上方和下方两种取向。

本文所使用的术语“远端”、“近端”作为方位词，该方位词为介入医疗器械领域惯用术语，其中“远端”表示手术过程中远离操作者的一端，“近端”表示手术过程中靠近操作者的一端。

术语“器械”在文中被用来描述医疗设备，该医疗设备用于插入患者身体并用于执行外科手术或诊断程序，该器械包括末端装置，末端装置可以是用于执行外科手术相关的外科手术工具，例如电烧灼器、钳夹器、吻合器、剪割器、成像设备(例如内窥镜或超声探头)以及类似物。本申请实施例中使用的一些器械进一步包括为末端装置提供了铰接部件(例如关节组件)，使得末端装置的位置和取向能够以相对于器械轴一个或多个机械自由度被操控而运动。进一步地，末端装置包括还包括功能性机械自由度，例如打开和闭合的钳夹。器械还可以包括可以被外科手术系统更新的存储信息，借此该存储系统可以提供器械与一个或多个系统元件之间的单向或双向通信。

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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”和“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请一个实施例的医疗机器人如图1和图2所示，医疗机器人包括主控制台10和从操作设备20，主控制台10位于操作者一侧，主控制台10被配置为根据操作者的操作向从操作设备20发送控制命令和显示从操作设备20获取的影像，操作者通过主控制台10可以观察到影像系统提供的患者体内的三维立体成像，操作者通过观察患者体内三维的影像，能以沉浸式的感觉控制从操作设备10执行相关操作(例如执行手术或获取患者体内影像)。主控制台10包括显示装置、扶手11、控制信号处理系统、第一输入装置12、第二输入装置及观察装置14，第二输入装置包括第一操作部13a和第二操作部13b，第一操作部13a和第二操作部13b用于操作不同的手术器械。其中，显示装置用于显示上述影像系统所获取图像。扶手11用于放置操作者的胳膊及/或手部，以使操作者更舒适地操作第二输入装置13，观察装置14用于观察显示装置所显示的所述图像。

在一些实施例中，根据实际需要，也可以省略扶手，此时第一输入装置12可以设置在主控制台10上的其他位置；或省略观察装置14，此时可直接观察。操作者通过操作第一、第二输入装置控制从操作设备10的器械运动，主控制台10的控制信号处理系统处理第一、第二输入装置的输入信号后向从操作设备发出控制命令，从操作设备20响应主控制台10的控制命令，并进行相应的操作，在一些实施例中，控制信号处理系统也可以设置在从操作设备20中，例如设置在从设操作设备20的基座中。

从操作设备20位于患者一侧用于执行外科手术，其中从操作设备20包括基座25、机械臂21、套管23、驱动装置22及可拆卸接合在驱动装置22上的一个或多个器械30，机械臂21连接于基座25上，套管23经过人体上的切口进入人体，一个或多个器械30的远端穿过套管23进入人体内，器械30可以是用于执行手术操作的电烧灼器、钳夹器、吻合器、超声刀等，也可以是获取影像的相机(例如内窥镜)或者其他外科器械。在一些实施例中，也可以省略套管23，例如在不需要注气的外科手术中。在一些实施例中，也可以省略基座25，从操作设备20的机械臂21可以被安装在墙壁、天花板或手术床上。

机械臂21具有两种运动模式：第一种运动模式：机械臂21运动可以拖动远程运动中心RCM(Remote Center of Motion)，从而改变远程运动中心RCM与基座25相对位置；第二种运动模式：通过算法控制，机械臂21的运动可使得套管23或多手术机器30绕远程运动中心RCM运动，并且远程运动中心RCM相对于基座25的位置是固定的。

机械臂21包括多个接头211，212，213，214，215，其中，接头211为竖直方向的直线运动接头，接头212，213，214，215为旋转运动接头，接头212，213，214的旋转轴线垂直水平面，接头215的旋转轴线为水平方向。在第二种运动模式中，多个接头211，212，213，214，215联动从而实现套管23或多个器械绕远程运动中心RCM运动，并且远程运动中心RCM相对于基座25的位置是固定的。

在一些实施方式中，机械臂也可是另外一种形态的，例如，机械臂可以通过机械装置限定出远程运动中心，从而使套管或器械围绕远程运动中心旋转，例如，机械臂包括平行四边形连杆装置，器械可拆卸地安装在平行四边形连杆装置的远端上，平行四边形连杆装置可以允许器械移动或多个机械自由度(例如，全部六个笛卡尔自由度、五个或更少笛卡尔自由度等)移动。平行四边形连杆装置用于约束限制器械在相对患者保持静止的远程运动中心附近移动。

医疗机器人通常还包括使操作者能够从患者身体外部观察手术部位的图像系统。该影像系统通常包括具有视频图像采集功能图像系统(例如具有图像获取功能的图像获取装置)和用于显示被采集图像的一个或多个视频显示设备。一般地，图像系统包括将获取患者身体内图像的一个或多个成像传感器(例如CCD或CMOS传感器)的光学器件。该一个或多个成像传感器可以被放置在的具有图像图像系统远端处，并且该一个或多个传感器产生的信号可以沿电缆或通过无线传输以在视频显示设备上处理和显示。

如图3所示，器械30包括器械盒31、长轴32、关节组件33、多个缆绳及末端装置34，器械30可拆卸的安装在动力装置22上，动力装置22内具有多个驱动装置，器械盒31内具有传动组件(图未示出)，传动组件包括多个传动单元(例如绞盘)，传动单元通过多个缆绳与关节组件33及末端装置34相连接，多个传动单元分别耦合到驱动装置的多个驱动单元(例如马达)，并被驱动单元所驱动。驱动单元接收来自控制器的控制指令，并根据该控制指令通过驱动传动单元运动从而驱动关节组件33及末端装置34运动，控制器可以设置在主控制台10内，也可以设置在从操作设备20内。例如，驱动单元通过驱动传动单元转动从而对缆绳进行收/拉以对关节组件和末端装置进行运动控制。末端装置34通过关节组件3能执行多个笛卡尔自由度的动作，例如平移(包括横移和/或纵移)、俯仰、偏转等，可以理解的是，平移和俯仰、平移和偏转即可以独立运动也同时运动。末端装置34用于执行与外科手术相关的操作，根据手术操作的需求不同，末端装置34可以是电烧灼器、钳夹器、吻合器、剪刀、超声刀、相机、图像获取装置等，其中相机或成像装置用于获取人体内部影像。

在本发明的一个实施例中，如图4所示，器械的关节组件33包括平行关节组件200和腕关节300，平行关节组件200的近端与长轴32的远端相连接，平行关节200的远端与腕关节300的近端连接，腕关节300的远端与末端装置34连接，腕关节300用于执行俯仰和/或偏转运动。

具体地，平行关节组件200包括近端关节210、中间段220、远端关节230及缆绳组，近端关节210包括分别位于其转动轴线213近端和远端的第一近端关节段211和第二近端关节段212，第一近端关节段211和长轴32相连接，第二近端关节段212与中间段220相连接，第一近端关节段211与第二近端关节段212枢接，第一近端关节段211和第二近端关节段212可相对绕转动轴线213相对转动。

远端关节230包括分别位于其转动轴线233近端和远端的第一远端关节段231和第二远端关节段232，第一远端关节段231与中间段220相连接，第二远端关节232与腕关节300相连接，第一远端关节段231和第二远端关节段232枢接，彼此可相对绕转动轴线233转动，转动轴线213、233是垂直纸面的。

缆绳组包括第一缆绳对和第二缆绳对，第一缆绳对的一端固定连接在近端关节210的近端或所述长轴32上，另一端连接在第二远端关节段232上，第二缆绳对的一端连接于器械盒31内的传动组件，另一端固定连接于第二远端关节段232。其中，第一缆绳对为恒长缆绳，恒长缆绳是指平行关节220在运动时其在关节组件33中的总长度基本不变。具体地，第一缆绳对包括第一恒长缆绳131和第二恒长缆绳132，第一恒长缆绳131和第二恒长缆绳132分别位于中间段220的中轴线a的两侧。第二缆绳对包括第一驱动缆绳110和第二驱动缆绳120，第一驱动缆绳110和第二驱动缆绳120在中间段220中交叉，即第一驱动缆绳110的缆绳段111和第二驱动缆绳120的缆绳段121交叉。

第一驱动缆绳110的远端通过第一固定部110a固定在第二远端关节段232上，其近端固定在器械盒31内的传动组件上，第一驱动缆绳110在中间段220中缆绳段111跨过中轴线a，在图4所示的平行关节200未平移时，第一固定部110a和第一驱动缆绳110在近端关节210中的缆绳段113分别位于中轴线a的异侧。

第一恒长缆绳131的远端通过第二固定部131a固定在第二远端关节段232上，其近端通过第三固定部131b固定在第一近端关节段211上，在平行关节200未平移时，第一固定部110a和第二固定部131a位于中间段220的中轴线a的同侧，第一固定部110a和第三固定部131b也位于中轴线a的同侧。即如图4所示，第一固定部110a、第二固定部131a和第三固定部131b都位于中间段220的中轴线a的左侧。

第二驱动缆绳120的远端通过第四固定部120a固定在第二远端关节段232上，其在中间段220中的缆绳段121跨过中轴线a，第二驱动缆绳120的近端固定在器械盒31内的传动组件上，第一固定部110a和第四固定部120a位于中轴线a的异侧。

第二恒长缆绳132的远端和近端分别通过第五固定部132a和第六固定部132b固定在第二远端关节段232和第一近端关节段211上，第四固定部120a、第五固定部132a及第六固定部132b位于中间段220的中轴线a的同侧。在平行关节200运动时，第一、第二恒长缆绳131、132在关节组件33中的总长度基本维持不变，且在中间段220中的长度基本维持不变，以下详细介绍平行关节200的运动。

如图5所示，在器械盒31的传动组件被外部第一驱动装置致动，以按照期望的目的平移末端装置34时，传动组件动作(例如转动)进而收拉第一驱动缆绳110并释放第二驱动缆绳120，由于第一驱动缆绳110被收拉，第一驱动缆绳110在远端关节230中的缆绳段112以及在近端关节210中的缆绳段113的长度均变短，远端关节210被第一驱动缆绳110所致动，使得第一远端关节段231和第二远端关节段232围绕转动轴线233以如下方式相对转动：第一远端关节段231和第二远端关节232的左侧相互靠近，这样使得第一恒长缆绳131在远端关节230中的缆绳段131c的长度变短；第一、第二远端关节段231、232的右侧相互远离，从而远端关节230呈“<”的形状，并且由于第二驱动缆绳120被释放，使得第二驱动缆绳120在远端关节230中的缆绳段122的长度变长，且缆绳段122长度的变化量与第一驱动缆绳110的缆绳段112的长度的变化量相等。

由于远端关节210的上述运动，第二恒长缆绳132将被远端关节210致动，使第二恒长缆绳132在第一远端关节段230中的缆绳段132c变长，而由于第二恒长缆绳132在关节组件33中的长度是不变的，从而使第二恒长缆绳132在近端关节210中的缆绳段132d的长度变短，由于缆绳段132d的长度变短，近端关节210将受到第二恒长缆绳132所约束，使得第一近端关节段211和第二近端关节段212绕转动轴线213以如下方式相对转动：第一近端关节段211和第二近端关节段212的右侧相互靠近，两者的左侧相互远离，近端关节210呈“>”的形状，从而使第一恒长缆绳131在近端关节210中的缆绳段131d的长度变长，第二驱动缆绳120在近端关节210中的缆绳段123的长度变长，且缆绳段123的长度变化量与第一驱动缆绳110的缆绳段113的长度变化量相等。

由于远端关节230和近端关节210的相反运动,进而实现末端装置34的轴线b相对于长轴32的轴线c进行了横移，实现末端装置34的横移(即图5所示末端装置34向右横移)，横移时中间段220相对于长轴32偏转，即中间段220的中轴线a与长轴32的轴线形成非零夹角，横移后的末端装置34的轴线b和长轴32的轴线c依然保持平行，平行关节200横移末端装置34后并不改变末端装置的俯仰或偏转角度。可以理解，在一些实施例中，末端装置34的轴线b和腕关节300的轴线在关节组件未动作的零位笔直状态下时是重合的。

若传动组件以相反的方式运动，进而释放第一驱动缆绳110并收拉第二驱动缆绳120，平行关节200将与上述相反的方式运动，即远端关节230转动呈“>”形状，近端关节210转动呈“<”形状，从而使末端装置34向左横移，平行关节200的横移运动可为末端装置34提供更大的运动范围。

相比较将第一、第二驱动缆绳110、120的远端固定在近端关节驱动平行关节运动的结构，本实施例的第一驱动缆绳110和第二驱动缆绳120的远端固定在远端关节230上，在驱动平行关节运动时，第一驱动缆绳110和第二驱动缆绳120的运动行程是将其固定在近端关节的行程的两倍，从而可以使用一半的驱动力就能驱动平行关节运动。另外，由于所需的驱动力变小了，第一驱动缆绳110和第二驱动缆绳120的形变也减少了，提高了平行关节运动精度。

在一些实施例中，第一驱动缆绳110和第一恒长缆绳131由同一条缆绳形成，即第一驱动缆绳110和第一恒定缆绳131为不断离的一根缆绳，第一固定部110a和第二固定部131a为直径大于缆绳直径的卡箍，该卡箍压接在第二远端关节段232中，从而将第一驱动缆绳100和第一恒定缆绳131的远端固定在二远端关节段232上，同样地，第二驱动缆绳120和第二恒长缆绳132也可以由一个缆绳形成。可以理解，第一驱动缆绳对、第一恒长缆绳对固定方式不限于卡箍，例如可以采用焊接等。

在一些实施例中，平行关节200也可以仅设一条远端固定在平行关节的远端关节的驱动缆绳，另外一条驱动缆绳采用其他方式替换(例如采用弹簧复位)，或者另一条驱动缆绳的远端固定在平行关节的近端关节。

在一些实施例中，对于仅需要平末端装置平移运动，而不要末端装置俯仰或偏转运动的器械，该器械的关节组件33也可以仅包括平行关节200，而不设置腕关节300。

在一个实施例中，如图6A和6B所示，其中图6B为图6A的长轴32和关节组件43绕长轴的轴线旋转90度后的视角。本实施例中平行关节400包括近端关节组，远端关节组、中间段420以及至少四个缆绳对，近端关节组包括第一、第二近端关节410、440，远端关节组包括第一、第二远端关节430、450，第一近端关节410连接在中间段420的近端和第二近端关节440的远端之间，第二近端关节440连接在第一近端关节410的近端和长轴32远端之间，第一远端关节430连接在中间段420的远端和第二远端关节450的近端之间，第二远端关节450连接在腕关节300的近端和第一远端关节430的远端之间。

其中，第一近端关节410的转动轴线411和第二近端关节的转动轴线441相互垂直，第一远端关节430的转动轴线431和第二远端关节450的转动轴线451相互垂直，转动轴线411、431是垂直纸面的。

平行关节400的四个缆绳对包括第两对恒长缆绳对和两对驱动缆绳对，其中，两对驱动缆绳对中的第一驱动缆绳对包括第一驱动缆绳310和第二驱动缆绳320，第一、第二驱动缆绳310、320的远端固定在第二远端关节450的远端关节段453上，其近端穿过长轴32延伸连接到器械盒31内的传动组件1100上第一传动单元1101上，第一驱动缆绳310和第二驱动缆绳320在中间段220中交叉。

两对恒长缆绳对中的第一恒长缆绳对包括第一恒长缆绳133和第二恒长缆绳134，第一、第二恒长缆绳133、134的远端固定在第二远端关节450的远端关节段452，其近端固定在第二近端关节440的近端关节段442上，第一恒长缆绳133和第二恒长缆绳134在中间段420中平行。

如图6B所示，两对驱动缆绳对中的第二缆绳对包括第三驱动缆绳330和第四驱动缆绳340，第三、第四驱动缆绳330、340的远端固定在第二远端关节450的远端关节段453上，其近端穿过长轴32延伸连接到器械盒31内的传动组件1100的第二传动单元1102上，第三驱动缆绳330和第四驱动缆绳340在中间段220中交叉。

两对恒长缆绳对中的第二恒长缆绳对包括第三恒长缆绳135和第四恒长缆绳136，第三、第四恒长缆绳的远端固定在第二远端关节450的远端关节段453，其近端固定在第二近端关节440的近端关节段442上，第三恒长缆绳330和第四恒长缆绳340在中间段420中平行。在其他的实施例中，四个恒长缆绳133、134、135、136的近端也可以固定在长轴32的远端。为更清楚展示平行关节400的各缆绳，在图6A中没展示出第三、第四恒长缆绳135、136，也没有展示出第三、第四驱动缆绳330、340在关节组件中的部分，在图6B中没有展示出第一、第二恒长缆绳133、134，也没有展示出第一、第二驱动缆绳310、320。

以下详细描述平行关节400的纵移和横移运动，如图7A所示，图7A为第二远端关节450的远端关节段453俯视图，各缆绳310、320、330、340、134、135、136并未设置在第一远端关节430的转动轴线431和第二远端关节450的转动轴线451附近，各缆绳310、320、330、340、134、135、136距离转动轴线431，451大致45度，这样可以为各关节的转动轴部件留出安装空间。

再次参见图6A,第一驱动装置2000耦合到传动组件1000，第一驱动装置2000接收控制器发送的控制信号，具体的，第一驱动装置2000的第一驱动单元2101耦合到传动组件1000的第一传动单元1101，第一驱动装置2000的第二驱动单元2102耦合到第二传动单元1102。第一驱动装置2000可以通过中介部件(例如无菌适配器)与传动组件1000进行耦合，也可以直接耦合。

当第一驱动装置2100响应于控制器发送的第一控制信号时，第一驱动单元2101和第二驱动单元2102都以相同的方向运动，例如当第一驱动单元2101和第二驱动单元2102均顺时针转动时，第一驱动单元2101顺时针转动带动第一传动单元1101顺时针转动，从而收拉第一驱动缆绳310并同时释放第二驱动缆绳320，第二驱动单元2102顺时针转动带动第二传动单元1102顺时针转动，从而释放第三驱动缆绳330并同时收拉第四驱动缆绳340，如图7A所示，F1表示收拉第一驱动缆绳310时远端关节段453偏转的方向，F2表示收拉第四驱动缆绳340时远端关节段453偏转的方向，第一驱动缆绳310和第四驱动缆绳340施加在远端关节段453上的合力将使得第二远端关节450的远端关节段453围绕转动轴451逆时针转动(如图7B所示)，由于该合力方向与转动轴431的方向重合，故第一远端关节430的近端、远端关节段433、432不相对于转动轴431转动。

由于第二远关节450的转动，由于受到四个恒长缆绳133、134、135、136的约束，第二近端关节440的远端关节段443相对转动轴线441顺时针转动，第一近端关节410的近端、远端关节段412、413不相对转动轴线413不转动，从而平行关节400实现如从图6A，6B所示的状态沿d方向纵移到图7B所示的状态，可以理解，当第一驱动单元和第二驱动单元均逆时针转动时，驱动平行关节400沿与d相反的方向纵移。纵移后，末端装置34的轴线b平行长轴32的轴线c，中间段420的中轴线a与第一、第二转动轴线431、451正交。

当第一驱动装置2000响应于控制器发送的第二控制信号时，第一驱动单元2101和第二驱动单元2102以相反的方向运动，例如当第一驱动单元2101顺时针旋转，而第二驱动单元2102逆时针旋转时，第一驱动单元2101带动第一传动单元1101顺时针转动，进而收拉第一驱动缆绳310并释放第二驱动缆绳320，而第二驱动单元2102逆时针旋转将带动第二传动单元1102逆时针转动，进而收拉第三驱动缆绳330并释放第四驱动缆绳340。如图7C所述，F1表示收拉第一驱动缆绳310时远端关节段453的偏转方向，F3表示收拉第三驱动缆绳330时远端关节段453的偏转方向，第一、第三驱动缆绳310，330施加在第二远端关节450的远端关节段453上的合力使得第一远端关节430的远端关节段433绕转动轴线431逆时针转动，由于该合力方向与转动轴线451的方向相同，故第二远端关节450的近端、远端关节段452、453不相对其转动轴线451转动。

由于第一远端关节430的转动，受四个恒长缆绳133、134、135、136的约束，第一近端关节410的远端关节段413相对其转动轴线411顺时针转动，从而平行关节400实现如从图6A,6B所示的状态沿e方向横移为图7D所示的状态。可以理解，当第一驱动单元2101逆时针旋转，第二驱动单元2102顺时针旋转时，驱动平行关节400沿与e方向相反的方向横移。横移后，第一转动轴线431与中间段420的中轴线a正交，第二转动轴线451相对于中间段420的中轴线a偏转，即第二转动轴线451与中轴线a形成非零夹角。

由于转动轴线441和411相互垂直，转动轴线451和431相互垂直，因此平行关节400的纵移和横移方向在空间上时垂直的，即方向e和方向d在空间上相互垂直。例如横移是平行关节在笛卡尔空间坐标系沿Y轴方向平移移动，纵移是在Z轴方向平移运动。平行关节400在纵移和横移时均不会改变末端装置400的俯仰或偏转运动，从而平行关节400可以增大末端装置400的运动范围。

可以理解，在一些实施例中，器械可以不设置传动组件，由第一驱动装置直接驱动器械的各驱动缆绳。

在一些实施例中，第一驱动缆绳对310，320的远端连接在第一远端关节430上，而第二驱动缆绳对330，340的远端连接在第二远端关节450上。

在一些实施例中，第一驱动缆绳对310，320的远端连接在第二近端关节段410或中间段420上，而第二驱动缆绳对330，340的远端连接在第二远端关节450上。

在一些实施例中，第一、二驱动缆绳对的远端也可以都连接在第二近端关节段410或中间段420上。

在一个实施例中，如图8所示，医疗机器人的图像系统600包括器械盒604、长轴611、关节组件601和图像获取装置602，关节组件601包括平行关节6011和腕关节6012，图像获取装置602位于腕关节6012的远端，平行关节6011相对于与长611轴的轴线c摆动时(纵移和横移)，调整图像获取装置602的位置，腕关节6012相对于轴线c摆动时(俯仰和偏转)调整图像获取装置75的姿态，以改变图像获取装置602的视角。在一个实施例中，如图9所示，从操作设备40的套管23和动力装置22固定连接，图像系统600被配置为可拆卸地安装到第一驱动装置2201上，手术器械500被配置为可拆卸地安装到第二驱动装置2202上，图像系统600的关节组件601和图像获取装置602穿过套管23的第一管道23a进入人体。手术器械500的关节组件501和末端装置502穿过套管23的第二管道23b进入人体并延伸至远处(例如延伸至病灶处)，关节组件501包括平行关节和/或腕关节。医疗机器人的控制器2301用于控制从操纵设备40的机械臂的五个接头211，212，213，214，215联动，使套管23围绕远程运动中心RCM(Remote of Motion)转动。在其他的一些实施例中，操纵设备40的机械臂也可以是其他构型的机械臂，例如平行四边形构型的机械臂。

进一步地，动力装置22包括外壳2210和容纳在外壳2210内的进给运动装置2213，2214，控制器2301耦合到第一、第二驱动装置2201，2202和进给运动装置2213，2214，控制器2301通过第一驱动装置2201控制关节组件601的运动，控制器2301通过第二驱动装置2202控制末端装置502的运动。

进一步地，动力装置22机架上设有滑轨2211，2212，第一驱动装置2201和第二驱动装置2202分别滑动安装在滑轨2211和滑轨2212上，控制器2301通过控制进给运动装置2213，2214以驱动第一、第二驱动装置2201，2202沿滑轨运动，图像系统600和手术器械500分别可拆卸地安装在第一驱动装置2201和第二驱动装置2202上，在第一、第二驱动装置2201，2202在滑轨2211,2202上滑动时，带动手术器械500和图像系统600沿f方向进给运动，即控制器2301通过控制进给运动装置2213，2214控制手术器械500和图像系统600的进给运动，使长轴511，611沿套管23轴向直线运动，从而调整图像获取装置602和末端装置502的插入深度。本实施例中手术器械500为夹钳手术器械，图像系统600为内窥镜。在其他的一些实施例中，手术器械500可以为其他类型的器械，例如超声刀、吻合器等，图像系统600可以为超声探头或器械类型的图像设备。

医疗机器人包括RCM转动模式(即上述第二种运动模式)，在切换到该模式后，第二输入装置的第一操作部13a和第二操作部13b同时移动，以输入指令给控制器2301，控制器2301根据第二输入装置输入的位置指令，发出控制命令给机械臂，响应于控制器2301的控制命令，机械臂的多个接头联动，使套管23围绕远程运动中心RCM转动，以控制手术器械500和图像系统600的长轴围绕远程运动中心RCM运动。在控制器2301通过控制套管23围绕远程运动中心RCM转动时，响应于控制器2301的第一控制命令，第二驱动装置2202驱动器械500的关节组件501运动以维持手术器械500的末端装置502的位置和/或姿态基本不变，例如维持末端装置502的位置和/或姿态相对于从操纵设备40的基座210的坐标系基本不变，或者相对于远程运动中心RCM的坐标系基本不变。

在一个实施例中，在套管23围绕远程运动中心RCM转动时，响应于控制器2301的第一控制命令，第二驱动装置2202驱动关节组件501的平行关节的横移和/或纵移，从而维持手术器械500的末端装置502的位置和/或姿态基本不变。

在一个实施例中，在套管23围绕远程运动中心RCM转动时，响应于控制器2301的第一控制命令，第二驱动装置2202驱动关节组件501的腕部关节俯仰和/或偏转，从而维持器械500的末端装置502的位置和/或姿态基本不变。

在一个实施例中，在套管23围绕远程运动中心RCM转动时，响应于控制器2301的第一控制命令，进给运动装置2214驱动器械500的长轴511沿第二管道23b的轴向运动，从而维持器械500的末端装置502的位置和/或姿态基本不变。

在一个实施例中，如图10，第一输入装置12被配置接收操作者输入并输出离散姿态信息给所述控制器2301，控制器2301根据所述离散姿态信息发送控制信号给第一驱动装置2201和进给运动装置2213，以调整图像系统600的图像获取装置602的位置和姿态。操作者可选地在第一输入装置12上输入期望的图像获取装置602姿态，第一输入装置12根据操作者的输入，输出控制图像获取装置602的俯仰角在-40度到40度中至少两个特定值的离散姿态信息，例如，离散姿态信息包括的俯仰角为0度，-15度，+15度，-30度，+30度。在其他的一些中，散姿态信息包括所述图像获取装置602的俯仰角在-40度至40度中的至少两个特定值。

如图11所示，响应于控制器2301发出的控制信号，第一驱动装置2201驱动腕关节6012相对轴线c摆动，以调整图像获取装置602的俯仰角α，并同时驱动平行关节6011摆动相对轴线c，以调整图像获取装置602的位置，图11中的虚线图表示图像系统600在另一俯仰角下的姿态。例如，如图11和图12所示，当控制器接收到操作者输入“0°”姿态信息，控制器2301发送控制信号给第一驱动装置2301，第一驱动装置2201的腕部驱动单元2311驱动腕部关节6012移动到笔直姿态，第一驱动装置2201的平行关节驱动单元2312控制平行关节6011移动笔直姿态，即图8所示的状态，从而使图像获取装置602的轴线b与长轴611的轴线c平行,即实现图像获取装置的0°视角。

当控制器2301接收到操作者输入“15°”姿态信息，控制器2301发送控制信号给第一驱动装置2301，响应于该控制信号，第一驱动装置2201的腕部驱动单元2311驱动腕关节6012摆动，使得图像获取装置602的轴线b与轴线c之间的夹角α为15度，即图像获取装置602的俯仰角为15度，同时，响应于该控制信号，第一驱动装置2201的平行关节驱动单元2312驱动平行关节6011纵向摆动，以调整图像获取装置602的相对于轴线c的高度位置，从而实现调整图像获取装置602俯仰角α后，原来位于图像获取装置602视野内的大部分的环境特征依然位于调整视角后的视野内，例如调整前的手术器械的末端装置位于视野内，调整视角后，手术器械依然位于视野内。

进一步地，随着第一驱动装置2201的腕关节驱动单元2311驱动腕关节6012摆动幅度的增大，第一驱动装置2201的平行关节驱动单元2312驱动平行关节摆动幅度随之增大，换而言之，随着腕关节6012的俯仰角的增大，图像获取装置602距离轴线c的距离H也随之增大，使得调整图像获取装置602的视角后，手术器械依然位于图像获取装置602的视野内。

进一步地，响应于控制器2301发出的该控制信号，进给运动装置控制一驱动装置2201沿滑轨2211直线运动，从而带动图像系统600沿轴线c进行进给运动，以调整图像获取装置602的插入深度，以在第一驱动装置2201驱动平行关节6011和腕关节6012摆动调整图像获取装置602的位置和姿态时，维持图像获取装置602到动力装置22的外壳2210之间的距离L基本不变(参看图9)。换而言之，响应于该控制信号，进给运动装置2213驱动图像系统600沿轴线c直线运动，确保在第一驱动装置2201驱动平行关节6011和腕关节6012摆动时，图像获取装置602基本在在平面S上运动，平面S为图像获取装置602俯仰角为0度时图像获装置602远端所在的平面，从而避免调整视图像获取装置602视角后图像获取装置602和组织产生干涉，提高手术的安全性。

在一个实施例中，如图12所示，动力装置22还包括第三驱动装置2203，其被配置为可拆卸地安装图像系统600，第一、第二、第三驱动装置中间形成通道26，所述图像系统600和第一手术器械500穿过所述通道和套管23进入人体，图像系统600安装在所述第一驱动装置2211上时，所述图像获取装置602从所述手术器械500下方的获取图像；所述图像系统600安装在所述第三驱动装置2213上时，所述图像获取装置602从所述第一手术器械500上方获取图像。

在一个实施例中，动力装置22还包括第四驱动装置2204，其被配置为安装第二手术器械，第二手术器械的长轴穿过套管23的第四管道23d进入人体。

在一个实施例中，第一驱动装置2211和第三驱动装置2213两者中之一安装图像系统600时，另一驱动装置可安装第三手术器械，从而实现三个手术器械和一个图像系统通过一个套管23进入人体。

在一个实施例中，如图13所示，图像系统600包括传动组件，其可拆卸地安装到所述医疗机器人的动力装置，传动组件包括滚动输入6043，滚动输入6043被配置为接收所述动力装置22的第一驱动装置2211或第三驱动装置2213的滚动驱动力，并驱动所述图像获取装置602围绕其自身轴线b旋转(如图11所示的E方向)，以调整图像获取装置602从不同视角获取图像；例如，滚动输入6043与第一驱动装置2201的滚动驱动单元2313接合，第一驱动装置2201的滚动驱动力为滚动驱动单元2313的输出力矩。

传动组件还包括摆动输入6041，6042，其被配置为接收所述动力装置22的第一驱动装置2201或第三驱动装置2203的摆动驱动力，并驱动所述关节组件601相对于所述长轴611的轴线c摆动；例如，摆动输入6041与第一驱动装置2201的腕关节驱动单元2311接合，摆动输入6042与平行关节驱动的那样2312接合，第一驱动装置2201的摆动驱动力为腕关节驱动单元2311和平行关节驱动单元2312的输出力矩。

在图像获取装置602围绕其自身轴线b旋转时，控制器2301控制所述摆动输入6041，6041驱动所述关节组件601摆动从而维持所述关节组件601的俯仰和偏转姿态基本不变，以避免关节组件601在图像获取装置602围绕其自身轴线b旋转时，关节组件601位置、俯仰姿态和偏转姿态之一改变，而可能导致关节组件601损伤到组织，产生安全问题。在一个实施例中，在上述RCM转动模式中，第一操作部13a和第二操作部13b同时动作以输出滚动指令给控制器2301，控制器2301根据滚动指令控制图像获取装置602围绕其自身轴线b旋转。

在一个实施例中，在图像获取装置602围绕其自身轴线b旋转时，控制器2301控制所述摆动输入6041驱动腕关节6012摆动，并控制摆动输入6042驱动平行关节6011摆动，从而维持所述关节组件601的位置、俯仰姿态和偏转姿态基本不变。

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申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种医疗机器人，其特征在于，包括：

图像系统，所述图像系统包括关节组件和图像获取装置，所述图像获取装置连接于所述关节组件的远端；

动力装置，其包括外壳和容纳在所述外壳中的第一驱动装置和进给运动装置，所述图像系统可拆卸地安装到所述第一驱动装置，所述第一驱动装置被配置为驱动所述关节组件运动以改变所述图像获取装置的位置和姿态，所述进给运动装置被配置为驱动所述第一驱动装置沿直线运动以使所述图像系统沿直线运动；

控制器，其被配置发送控制信号给所述第一驱动装置和进给运动装置；

响应于所述控制信号，所述第一驱动装置驱动关节组件摆动以同时改变所述图像获取装置的位置和姿态，同时所述进给运动装置驱动所述图像系统沿直线运动从而维持所述图像获取装置到所述外壳之间距离基本不变。

2.如权利要求1所述的医疗机器人，其特征在于，所述医疗机器人还包括第一输入装置，其被配置接收操作者输入并输出离散姿态信息给所述控制器，所述控制器根据所述离散姿态信息发送所述控制信号给所述第一驱动装置和所述进给运动装置。

3.如权利要求2所述的医疗机器人，其特征在于，所述关节组件包括平行关节和腕关节；响应于所述控制信号，所述第一驱动装置驱动所述腕关节摆动以调整所述图像获取装置的俯仰姿态，并且所述第一驱动装置驱动平行关节摆动以调整所述图像获取装置的位置而不改变所述图像获取装置的姿态。

4.如权利要求3所述的医疗机器人，其特征在于，在图像获取装置的俯仰姿态时，所述平行关节的摆动幅度随所述腕关节摆动幅度增大而增大。

5.如权利要求2所述的医疗机器人，其特征在于，所述离散姿态信息包括所述图像获取装置的俯仰角在-40度至40度中的至少两个特定值。

6.如权利要求5所述的医疗机器人，其特征在于，所述俯仰角包括：-30度、-15度，0度、15度和30度。

7.如权利要求2所述的医疗机器人，其特征在于，所述医疗机器人还包括：

第二输入装置，所述控制器根据所述第二输入装置的位置输入控制所述图像系统围绕远程运动中心转动，以改变所述图像获取装置的位置。

8.如权利要求7所述的医疗机器人，其特征在于，所述医疗机器人还包括手术器械，所述动力装置包括第二驱动装置，所述手术器械被配置为可拆卸地安装到所述第二驱动装置，所述控制器还被配置为在所述图像系统围绕所述远程运动中心转动时，维持所述手术器械的末端装置相对于所述远程运动中心的坐标系的位置和姿态基本不变。

9.如权利要求6所述的医疗机器人，其特征在于，所述控制器还根据所述第二输入装置的转动输入控制所述图像获取装置沿其自身轴线旋转，并同时控制所述关节组件摆动以维持所述关节组件的位置、俯仰姿态以及偏转姿态基本不变。

10.如权利要求8所述的医疗机器人，其特征在于，所述动力装置还包括第三驱动装置，其被配置为可拆卸地安装所述图像系统，所述第一、第二、第三驱动装置中间形成通道，所述图像系统和所述手术器械穿过所述通道进入人体，所述图像系统安装在所述第一驱动装置上时，所述图像获取装置从所述手术器械下方的获取图像；所述图像系统安装在所述第三驱动装置上时，所述图像获取装置从所述手术器械上方获取图像。

11.如权利要求10所述的医疗机器人，其特征在于，所述医疗机器人还包括套管，所述套管连接与所述动力装置的远端，所述套管包括第一管道和与所述第一管道相对的第二管道，所述图像系统还包括长轴，所述关节组件连接在所述长轴的远端，在图像系统安装在所述第一驱动装置上时，所述长轴插入所述第一管道中；在所述图像系统安装在所述第三驱动装置上时，所述长轴插入所述第二管道中。

12.一种调整医疗机器人的图像系统视角的方法，其特征在于，所述医疗机器人包括图像系统和动力装置，所述图像系统包括关节组件和图像获取装置，所述动力装置包括外壳和容纳在所述外壳内的驱动装置和进给运动装置，所述图像系统可拆卸地安装到所述驱动装置，所述方法包括：

获取离散姿态信息输入和所述图像获取装置当前位置；

根据所述离散姿态信息输入，所述驱动装置驱动所述关节组件摆动以调整姿态；

根据离散姿态信息输入和所述图像获取装置当前位置，所述进给运动装置驱动所述图像系统直线运动以维持所述图像获取装置到所述外壳之间的距离基本不变。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述关节组件包括平行关节和腕关节，其中根据所述离散姿态信息输入，所述驱动装置驱动所述关节组件摆动以调整姿态包括：所述驱动装置驱动所述平行关节摆动以调整所述图像获取装置的位置而不改变所述图像获取装置的姿态，并且所述驱动装置驱动所述腕关节摆动以调整所述图像获取装置的姿态。

14.一种计算机可读存储装置，其存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被配置为被处理器加载并执行实现权利要求12和13任一项所述的方法。