手术机器人及手术系统的制作方法

1.本发明涉及医用手术设备技术领域，特别是涉及一种手术机器人及手术系统。


背景技术：

2.随着机器人技术的快速发展，微创手术机器人以其出血少、恢复快等优势，正逐渐得到越来越广泛的应用。手术机器人一般包括多条机械臂，传统技术中，手术机器人的机械臂常采用将多条机械臂集中式布置或者分布式布置，而传统技术中的机械臂结构，无论是集中式布置还是分布式布置，都需要占用较大的空间，同时导致操作不灵活的问题，影响其使用性能。


技术实现要素：

3.基于此，针对手术机器人占用空间大、操作不灵活的问题，本技术提供一种减小占用空间、增加操作灵活性的手术机器人。
4.一种手术机器人，包括：
5.支撑结构，用于将所述手术机器人安装于安装位；
6.调整机械臂，设置于所述支撑结构；
7.操作机械臂，设置于所述调整机械臂；以及
8.承载结构，设置于所述操作机械臂，用于承载操作器械；
9.所述调整机械臂带动所述操作机械臂及所述承载结构运动以调整所述承载结构的空间位置，所述操作机械臂驱动所述承载结构运动以调整所述承载结构的俯仰角度与偏转角度。
10.在其中一个实施例中，所述支撑结构包括支撑底座、升降件、安装件以及第一拆卸结构，所述支撑底座的一表面设置所述升降件，所述升降件的顶部安装所述调整机械臂，所述安装件可转动设置于所述支撑底座的表面，用于安装于所述安装位，所述第一拆卸结构可拆卸连接所述支撑底座与所述升降件。
11.在其中一个实施例中，所述调整机械臂具有至少四个主动旋转件，所述至少四个主动旋转件串联连接，各所述主动旋转件串联后，其首端可转动安装于所述升降件，其尾端可转动连接所述操作机械臂。
12.在其中一个实施例中，所述主动旋转件包括旋转连杆以及旋转关节，所述旋转关节安装于所述旋转连杆，并且，所述旋转关节的输出端连接相邻所述主动旋转件的所述旋转连杆、所述升降件或者所述操作机械臂。
13.在其中一个实施例中，所述操作机械臂包括第一驱动件、第二驱动件以及远心组件，所述第一驱动件的一端连接所述主动旋转件，另一端连接所述第二驱动件的一端，所述第二驱动件的另一端通过所述远心组件连接所述承载结构。
14.所述第一驱动件驱动所述第二驱动件带动所述远心组件及所述承载结构做偏转运动，所述第二驱动件带动所述远心组件及所述承载结构做俯仰运动。
15.在其中一个实施例中，所述第一驱动件与所述第二驱动件均包括驱动关节与驱动连杆；
16.所述旋转关节及所述驱动关节均包括旋转电机、驱动器、制动器、减速器、输出法兰以及编码器，所述旋转电机电连接所述驱动器，所述编码器与所述驱动器电连接，所述旋转电机的输出端安装所述减速器及所述输出法兰，所述旋转电机的另一端安装制动器，所述输出法兰连接相邻所述主动旋转件的所述旋转连杆、所述升降件或者所述操作机械臂。
17.在其中一个实施例中，所述手术机器人还包括第二拆卸结构，所述第二拆卸结构包括第四安装部与第三安装部，所述第四安装部与所述第三安装部中的一个设置于各所述主动旋转件串联后的末端，另一设置于所述第二驱动件，所述主动旋转件通过所述第四安装部与所述第三安装部可拆卸安装于所述驱动连杆。
18.在其中一个实施例中，所述承载结构包括直线运动组件以及承载件，所述承载件与所述操作机械臂的末端连接，所述直线运动组件设置于所述承载件，并承载所述操作器械，戳卡可拆卸设置于所述承载件，用于支撑固定所述操作器械。
19.在其中一个实施例中，所述安装位为病床、天花板、地面、支撑平台或支撑导轨。
20.一种手术系统，包括控制台以及至少一个如上述任一技术特征所述的手术机器人，至少一个手术机器人设置于安装位，所述控制台与所述手术机器人电连接，控制所述手术机器人对患者进行手术。
21.采用上述技术方案后，本发明至少具有如下技术效果：
22.本发明的手术机器人及手术系统，手术机器人通过支撑结构集成调整机械臂、操作机械臂、承载结构设置，通过支撑结构安装到安装位，实现不同位置的灵活安装，调整机械臂带动操作机械臂、承载结构运动，调节承载结构的位置，并且，操作机械臂带动承载结构做俯仰运动与偏转运动，以调节承载结构及其上操作器械的俯仰角度与偏转角度，使得操作器械对准患者体表的手术位置，载结构承载操作器械，并带动操作器械移动，调节操作器械与手术位置的距离。本发明的手术机器人对支撑结构、调整机械臂、操作机械臂以及承载结构进行模块化设计，可以通过支撑结构增加安装的灵活性，其结构简单、稳定性高，并使得手术机器人的占用空间小，提高空间利用率。
附图说明
23.图1为本发明一实施例的手术机器人的立体图；
24.图2为图1所示的手术机器人安装于病床的示意图；
25.图3为图1所示的手术机器人的示意图；
26.图4为图1所示的手术机器人中驱动关节与旋转关节的示意图；
27.图5为图2所示的手术机器人安装到病床的示意图，其中手术机器人的数量为三个；
28.图6为图1所示的手术机器人安装到天花板的示意图；
29.图7为图6所示的手术机器人安装到天花板的示意图，其中手术机器人的数量为三个；
30.图8为图1所示的手术机器人安装到支撑导轨的示意图；
31.图9为图1所示的手术机器人中远心组件去掉所包裹连杆后的示意图。
32.其中：100、手术机器人；110、支撑结构；111、支撑底座；112、升降件；113、安装件；120、调整机械臂；121、主动旋转件；1211、旋转关节；12111、旋转电机；12112、驱动器；12113、制动器；12114、减速器；12115、输出法兰；12116、编码器；122、第一主动旋转件；123、第二主动旋转件；124、第三主动旋转件；125、第四主动旋转件；130、操作机械臂；131、第一驱动件；132、第二驱动件；133、远心组件；1331、第一传动件；13311、第一同步带组；13312、第一支撑轴；13313、第一连杆；1332、第二传动件；13321、第二同步带组；13322、第二支撑轴；13323、第二连杆；1333、第三传动件；13331、第三同步带组；13332、第三连杆；140、承载结构；141、直线运动组件；142、承载件；150、第一拆卸结构；160、第二拆卸结构；200、手术器械；210、操作端；220、动力杆；230、动力盒；240、末端器械；300、病床；500、支撑导轨；600、戳卡。
具体实施方式
33.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
34.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
35.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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
36.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
38.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“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
方式。
39.参见图1至图9，本发明提供一种手术机器人100。本发明的手术机器人100应用于手术系统，该手术机器人100能够承载操作器械，以对患者的病灶位置进行手术。可以理解的，这里的操作器械包括但不限于手术器械、内窥镜系统等，其中手术器械200可以为各类常用的手术器械。
40.目前，手术机器人通常采用多条机械臂集中布置或者机械臂分布式布置，这两种布置方式存在占用空间大，手术过程繁琐以及操作不灵活的问题，影响手术机器人的使用性能。为此，本发明提供一种新型的手术机器人100，该手术机器人100采用模块化设计，减小占用空间，能够保证操作灵活，同时还能实现灵活安装。关于手术机器人100的具体结构介绍如下：
41.参见图1至图9，在一实施例中，手术机器人100包括支撑结构110、调整机械臂120、操作机械臂130以及承载结构140。支撑结构110用于将手术机器人100安装于安装位；调整机械臂120设置于支撑结构110；操作机械臂130设置于调整机械臂120；承载结构140设置于操作机械臂130，用于承载操作器械；调整机械臂120带动操作机械臂130及承载结构140运动以调整承载结构140的空间位置，操作机械臂130驱动承载结构140运动以调整承载结构140的俯仰角度与偏转角度，承载结构140用于驱动操作器械移动。
42.支撑结构110为手术机器人100的底座，用于承载和支撑手术机器人100；同时，该支撑结构110用于将手术机器人100安装到安装位。也就是说，手术机器人100通过支撑结构110安装到安装位，使得手术机器人100的位置固定，进而保证手术机器人100的位置在手术过程中不会发生窜动，保证手术过程中的安全性。需要说明的是，这里用安装位说明手术机器人100的安装位置，安装位的位置实际上是不受限制的，只要能够实现手术机器人100的安装并能够使得手术机器人100进行手术操作即可。关于安装位的具体位置在后文详述。
43.手术机器人100通过支撑结构110可拆卸的安装到安装位，手术机器人100的安装位置更灵活，可以根据实际手术需要选择手术机器人100的安装位置，使得手术机器人100能够适应不同患者的手术部位，增加手术机器人的使用范围。需要使用手术机器人100手术时，将支撑结构110安装到安装位，手术完成后，将支撑结构110从安装位拆卸或调节支撑结构110的位置，避免医护人员、患者等与手术机器人100发生碰撞。
44.调整机械臂120设置在支撑结构110上，操作机械臂130设置于调整机械臂120，承载结构140设置于操作机械臂130，承载结构140上安装操作器械。调整机械臂120的一端安装于支撑结构110，调整机械臂120的另一端与操作机械臂130的一端连接，操作机械臂130的另一端安装承载结构140。调整机械臂120具有多个自由度，调整机械臂120运动时能够带动其上的操作机械臂130及承载结构140同步运动，使得承载结构140运动至患者的病灶位置附近，使得患者体表的戳卡600(后文详述)能够与承载结构140上的对接口(后文提及)对接，此时表明操作机械臂130运动到位，实现承载结构140空间位置的调节。
45.随后，操作机械臂130能够带动承载结构140及其上的手操作器械做俯仰运动以及偏转运动，以调节操作器械的俯仰角度与偏转角度，使得操作器械能够对准患者的病灶位置。承载结构140用于驱动操作器械移动伸出，使得操作器械能够伸入患者体内以对病灶位置进行手术。手术完成后，承载结构140驱动操作器械移动缩回，使得操作器械移出患者体内。在本发明的图1中，手术机器人100所夹持的操作器械为手术器械200；当使用三个手术
机器人100进行手术时，其中两个手术机器人100夹持的操作器械为手术器械200，另一手术机器人100夹持的操作器械为内窥镜系统，当然，也可根据手术需求调整三个手术机器人100上的操作器械；当然，手术机器人100的数量还可以为更多个，根据实际手术需求设置手术器械200。
46.本发明的手术机器人100对患者的病灶部位如腹腔等进行手术操作时，将手术机器人100通过支撑结构110安装到安装位，在患者病灶部位的体表安装戳卡600后，控制调整机械臂120带动操作机械臂130及承载结构140运动，使得承载结构140上的对接口运动至患者体表戳卡600附近，将戳卡600安装到对接口，并通过操作机械臂130调整承载结构140及手术器械200的俯仰角度与偏转角度，使得操作器械对准确患者的病灶部位，随后控制承载结构140进行手术操作。可以理解的，调整机械臂120与操作机械臂130的运动可以通过医护人员手动拖拽调节，也可通过控制台进行自动控制。
47.上述实施例的手术机器人100中，通过支撑结构110、调整机械臂120、操作机械臂130以及承载结构140形成手术机器人100，使得手术机器人100采用模块化设计，使其结构简单、稳定性高，并使得手术机器人100的占用空间小，提高空间利用率；并且，手术机器人100可以通过支撑结构110实现任意位置的安装，增加安装的灵活性。本发明的手术机器人100通过支撑结构110、调整机械臂120、操作机械臂130以及承载结构140实现操作器械的控制，使得手术机器人100操作灵活，保证手术机器人100的使用性能。
48.在一实施例中，安装位为病床、天花板、地面、支撑平台或支撑导轨500等，也就是说，手术机器人100通过安装位能够实现安装到手术室的不同位置。
49.示例性地，安装位位于病床，支撑结构110通过安装位安装到病床的侧面，如图2和图5所示。示例性地，安装位位于病床上方的天花板上，此时，支撑结构110通过安装位安装到天花板上，手术机器人100悬设于病床的上方，如图6和图7所示。
50.如图8所示，示例性地，天花板上具有至少一条支撑导轨500，支撑导轨500中设置可滑动设置的滑块，该滑块与支撑结构110连接使得整个手术机器人100安装到滑块。支撑结构110通过滑块沿滑轨移动，调节手术机器人100的位置。手术室，根据病床的位置将手术机器人100通过滑块与支撑导轨500的配合移动至手术区域，手术完成后，通过滑块与支撑导轨500的配合将手术机器人100移动至手术室的角落。滑块中具有抱闸器，当手术机器人100沿支撑导轨500运动至所需位置后，滑块通过抱闸器锁定，使得手术机器人100的位置固定。
51.可选地，支撑导轨500与病床平行设置、支撑导轨500与病床呈一定角度布置或者支撑导轨500呈曲线型设置等等。当然，在本发明的其他实施方式中，支撑导轨500也可设置在地面上。
52.值得说明的是，安装位除了上述的病床、天花板以及支撑导轨500外，还可以为位于病床旁边的支撑平台、支撑架；为其他手术的支架或者其他能够实现手术机器人100支撑的结构。
53.参见图1和图3，在一实施例中，支撑结构110包括支撑底座111、升降件112以及安装件113，支撑底座111的一表面设置升降件112，升降件112的顶部安装调整机械臂120，安装件113可转动设置于支撑底座111的表面，用于安装于安装位。
54.支撑底座111为手术机器人100的底座，升降件112可升降设置在支撑底座111。安
装件113设置于支撑底座111，支撑底座111通过安装件113安装到安装位。参见图2和图5，当支撑结构110位于病床300时，支撑结构110与病床300连接，安装件113与升降件112同侧设置；参见图6至图8，当支撑结构110安装到天花板或天花板上的支撑导轨500时，安装件113与支撑导轨500中的滑块或天花板连接，安装件113与升降件112异侧设置于支撑底座111。
55.升降件112为可升降的结构，其设置于支撑底座111后，升降件112的端部安装调整机械臂120，这样，升降件112能够带动调整机械臂120、操作机械臂130以及承载结构140做升降运动，以调节承载结构140所处的空间高度，使得调整机械部处于适宜的高度，进而承载结构140所处的高度能够满足手术需求。尤其是手术机器人100吊装到天花板时，升降件112能够灵活调整，以适应病床的高度。
56.可选地，升降件112为具有阻尼的伸缩杆。当医护人员操作升降件112升降到所需高度后，阻尼作用能够使得升降件112保持所需位置，避免升降件112的位置发生窜动。当然，在本发明的其他实施方式中，升降件112还可为升降电机或者其他能够输出升降运动的结构。
57.可选地，安装件113为法兰盘。通过法兰盘与螺栓配合实现安装件113安装到安装位。当然，在本发明的其他实施方式中，安装件113还可为其他能够实现与安装位固定的结构形式如平台等等。而且，安装件113可转动设置在支撑底座111，能够调节手术机器人100所处的空间角度，便于后期调整机械臂120、操作机械臂130调整承载结构140的位置。示例性地，安装底座与安装件113通过铰链连接，采用紧定螺钉约束转动方向，
58.参见图1和图3，在一实施例中，手术机器人100还包括第一拆卸结构150，第一拆卸结构150分设于升降件112与支撑底座111，实现升降件112与支撑底座111的快速安装与拆卸。设置第一拆卸结构150后，升降件112安装于支撑底座111时，通过第一拆卸结构150实现升降件112快速可靠安装于支撑底座111。将升降件112从支撑底座111拆卸时，升降件112通过第一拆卸结构150快速脱离支撑底座111。如此实现手术机器人100的快速装配。
59.在一实施例中，第一拆卸结构150包括第二安装部与第一安装部，第二安装部与第一安装部中的一个设置于升降件112，另一个设置于支撑底座111，升降件112通过第二安装部与第一安装部可拆卸安装于支撑底座111。
60.升降件112安装到支撑底座111时，第二安装部与第一安装部配合连接，保证升降件112可靠固定并快速安装到支撑底座111。需要拆卸升降件112时，第二安装部与第一安装部相分离，使得升降件112脱离支撑底座111。该第一拆卸结构150的第二安装部与第一安装部能够方便拆卸与安装。
61.可选地，第二安装部与第一安装部为旋转锁定结构。示例性地，第二安装部为锁定槽，第一安装部为径向具有锁销的柱体，第一安装部安装到第二安装部后，转动第一安装部，第一安装部的锁销会卡在第二安装部的边缘，实现升降件112固定在支撑底座111。
62.当然，在本发明的其他实施方式中，第二安装部与第一安装部还可为螺栓固定结构、磁吸结构、卡扣结构或者其他能够实现升降件112可靠固定在支撑底座111的结构。
63.参见图1和图3，在一实施例中，调整机械臂120具有至少四个主动旋转件121，至少四个主动旋转件121串联连接，各主动旋转件121串联后，其首端可转动安装于升降件112，其尾端可转动连接操作机械臂130。
64.每个主动旋转件121具有旋转轴线，能够输出绕其旋转轴线的旋转运动。至少四个
主动旋转件121串联后，具有至少四个旋转自由度。主动旋转件121串联后形成的调整机械臂120包括首端和尾端，首端与升降件112连接，尾端与操作机械臂130连接。这样，主动旋转件121输出旋转运动后能够带动末端的操作机械臂130运动，以调节操作机械臂130上承载结构140的空间位置。
65.本实施例中，以主动旋转件121的数量为四个为例进行说明，而主动旋转件121的数量为更多个时其连接方式与四个主动旋转件121的连接形式实质相同，在此不一一赘述。
66.四个主动旋转件121分别为第一主动旋转件122、第二主动旋转件123、第三主动旋转件124以及第四主动旋转件125。四个主动旋转件121串联连接。具体的，第一主动旋转件122的转动输出端与升降件112连接，以相对于升降件112转动，第二主动旋转件123的旋转输出端连接第一主动旋转件122，以相对于第一主动旋转件122转动，第三主动旋转件124位于第二主动旋转件123的端部，且第三主动旋转件124的旋转输出端连接第四主动旋转件125，第四主动旋转件125的旋转输出端与操作机械臂130连接，实现承载结构140空间位置的调节。
67.第三主动旋转件124设置在第二主动旋转件123的端部，即为第三主动旋转件124与第二主动旋转件123形成整体结构，该整体结构的两端为旋转输出端分别连接第一主动旋转件122与第四主动旋转件125。并且，第一主动旋转件122的旋转轴线沿竖直方向设置，第二主动旋转件123的旋转轴线位于水平面并与第一主动旋转件122的旋转轴线处置，第三主动旋转件124的旋转轴线与第二主动旋转件123的旋转轴线平行，第四主动旋转件125的旋转轴线位于水平面中并垂直于第三主动旋转件124的旋转轴线。
68.在一实施例中，主动旋转件121包括旋转连杆以及旋转关节1211，旋转关节1211安装于旋转连杆，并且，旋转关节1211的输出端连接相邻主动旋转件121的旋转连杆、升降件112或者操作机械臂130。
69.旋转关节1211为主动旋转件121中的转动部件，其能够输出旋转运动，旋转关节1211的外壳安装到旋转连杆中。第一主动旋转件122中的旋转关节1211连接升降件112，第一主动旋转件122的旋转连杆连接第二主动旋转件123的旋转关节1211，第二主动旋转件123的旋转连杆与第三主动旋转件124的旋转连杆连接，第三主动旋转件124的旋转关节1211与第四主动旋转件125的旋转连杆连接，第四主动旋转件125中的旋转关节1211连接操作机械臂130。旋转关节1211绕其旋转轴线转动，以输出转动运动。
70.值得说明的是，不同主动旋转件121的旋转连杆的结构形式不同，以适应所连接的部件以及所处的位置。示例性地，如图3所示，第一主动旋转件122的旋转关节1211位于对应的旋转连杆中，第一主动旋转件122的旋转关节1211的输出端连接升降件112。第二主动旋转件123的旋转关节1211位于对应的旋转连杆的一端，并连接第一主动旋转件122的旋转连杆。
71.第三主动旋转件124的旋转连杆与第二主动旋转件123的旋转连杆为同一连杆，第二主动旋转件123的旋转关节1211与第三主动旋转件124的旋转关节1211设置于同一连杆的两端。当然，在本发明的其他实施方式中，第二主动旋转件123的旋转连杆与第三主动旋转件124的旋转连杆连接，使得第二主动旋转件123的旋转关节1211与第三主动旋转件124的旋转关节1211位于两端。第四主动旋转件125的旋转关节1211位于第四主动旋转件125的旋转连杆中，并连接操作机械臂130，该旋转连杆连接第三主动旋转件124的旋转关节1211
连接。
72.当然，在本发明的其他实施方式中，第一主动旋转件122、第二主动旋转件123、第三主动旋转件124以及第四主动旋转件125也可按照旋转关节1211连接旋转连杆的方式串联连接，或者根据其他需要的连接方式进行连接，以满足使用工况。
73.参见图1和图3，在一实施例中，操作机械臂130包括第一驱动件131、第二驱动件132以及远心组件133，第一驱动件131的一端连接主动旋转件121，另一端连接第二驱动件132的一端，第二驱动件132的另一端通过远心组件133连接承载结构140。第一驱动件131驱动第二驱动件132、远心组件133及承载结构140做偏转运动，第二驱动件132带动远心组件133及承载结构140做俯仰运动。
74.第一驱动件131与第二驱动件132为操作机械臂130的动力源。第一驱动件131安装在调整机械臂120末端的第四主动旋转件121的旋转关节1211，第一驱动件131的输出端连接第二驱动件132，第二驱动件132的输出端连接远心组件133，远心组件133的末端连接承载结构140。
75.戳卡600安装于承载结构140的对接口后，第一驱动件131的转动轴线与戳卡600交于一点即为远心点a。第一驱动件131能够输出偏转运动，第一驱动件131输出转动运动时，能够带动第二驱动件132绕第一驱动件131的旋转轴线转动，进而第二驱动件132带动远心组件133及承载结构140在图3所示的方向左右摆动。第二驱动件132能够输出俯仰运动，第二驱动件132输出旋转运动时，能够带动远心组件133绕第二驱动件132的旋转轴线转动，进而第二驱动件132承载结构140做俯仰运动。
76.在一实施例中，第一驱动件131与第二驱动件132均包括驱动关节与驱动连杆，驱动关节设置于驱动连杆，驱动关节连接第二驱动件132的驱动连杆或远心组件133，主动旋转件121连接第一驱动件131的驱动连杆。具体的，第四主动旋转件125的旋转关节1211连接第一驱动件131的驱动连杆，第一驱动件131的驱动关节连接第二驱动件132的驱动连杆，第二驱动件132的驱动关节连接远心组件133。
77.参见图1、图3和图9，在一实施例中，远心组件133包括第一传动件1331、第二传动件1332以及第三传动件1333，第一传动件1331连接第二驱动件132中的驱动关节与第二传动件1332，第三传动件1333连接第二传动件1332与承载结构140，第一传动件1331与第三传动件1333平行。
78.第一传动件1331的一端连接第二驱动件132的驱动关节，第一传动件1331的另一端连接第二传动件1332的一端，第二传动件1332的另一端连接第三传动件1333的一端，第三传动件1333的另一端连接承载结构140。第二传动件1332连接第一传动件1331与第三传动件1333后，第一传动件1331与第二传动件1332平行设置，使得第一传动件1331、第二传动件1332及第三传动件1333形成平行四边形。
79.具体的，第一驱动件131的旋转轴线延长线与戳卡600的轴线交于一点后，在该交线构成平面上，依次连接第一传动件1331、第二传动件1332及第三传动件1333的轴线，并将第三传动件1333的轴心与远心点a连接，得到图形构成平行四边形，如图3中点划线区域所示。并且，第一驱动件131与第二驱动件132驱动远心组件133运动时，远心组件133始终保持平行四边形。
80.参见图9，在一实施例中，第一传动件1331包括第一连杆13313、第一同步带组
13311以及第一支撑轴13312，第二传动件1332包括第二连杆13323、第二同步带组13321以及第二支撑轴13322，第三传动件1333包括第三连杆13332、第三同步带组13331以及第三支撑轴。第一同步带组13311沿第一连杆13313的长度方向设置于第一连杆13313中，第一同步带组13311的一端与驱动关节连接，第一同步带组13311的另一端安装于第一支撑轴13312，第二同步带组13321沿第二连杆13323的长度方向设置于第二连杆13323中，第二同步带组13321的一端设置于第一支撑轴13312，第二同步带组13321的另一端安装第二支撑轴13322，第三同步带组13331沿第三连杆13332的长度方向设置于第三连杆13332中，第三同步带组13331的一端安装于第二支撑轴13322，第三同步带组13331的另一端安装于第三支撑轴，第三支撑轴连接承载结构140。
81.第一同步带组13311、第二同步带组13321以及第三同步带组13331均包括同步带以及三个带轮，并且，三个带轮中的两个同轴固定，设置在同步带的输入端，另外一个带轮设置在同步带的输出端。
82.这样，将同步带的一端设置两个带轮的方式，能够使得该两个带轮的相对旋转错位以将同步带预紧，预紧后通过螺钉锁定以保持同步带的预紧力。当然，在本发明的其他实施方式中，第一同步带组13311、第二同步带组13321以及第三同步带组13331也可均包括同步带以及两个带轮，其中两个带轮设置在同步带的两端。
83.第一同步带组13311与第二同步带组13321通过第一支撑轴13312连接，第二同步带组13321与第三同步带组13331之间通过第二支撑轴13322连接，第三同步带组13331与承载结构140通过第三支撑轴连接。并且，第一连杆13313为第一同步带组13311的外壳，第二连杆13323为第二同步带组13321的外壳，第三连杆13332为第三同步带组13331的外壳。
84.第二驱动件132的驱动关节连接第一同步带组13311的带轮(输入端)，第一同步带组13311的另一带轮(输出端)安装于第一支撑轴13312，并通过第一支撑轴13312连接第二同步带组13321的带轮(输入端)，第二同步带组13321的另一带轮(输出端)通过第二支撑轴13322连接第三同步带组13331的带轮(输入端)，第三同步带组13331的另一带轮(输出端)通过第三传动轴连接承载结构140。
85.第一传动件1331、第二传动件1332以及第三传动件1333形成平行四边形的传动结构，其传动结构和原理如图9所示，图中将第一连杆13313、第二连杆13323以及第三连杆13332隐藏，以中心线代替。当第二驱动件132驱动第一同步带组13311输入端的带轮顺时针转动一个角度时，通过同步带带动第一同步带组13311输出端的带轮顺时针转动相同的角度，同时带动与之固连的第二连杆13323转动相同的角度，而第二同步带组13321的输入端通过第一支撑轴13312固连在第一连杆13313上，第一连杆13313在平行四边形的俯仰运动中保持不动，所以第二同步带组13321保持不动。第二同步带组13321通过输入端的带轮、同步带与输出端的带轮传动连接，当第二同步带组13321输入端的带轮不动，第二连杆13323顺时针转动时，第二同步带组13321输出端的带轮逆时针转动相同的角度，带动与之固连的第三连杆13332逆时针转动相同的角度，此时第一连杆13313与第三连杆13332仍然平行。
86.第三同步带组13331通过输入端的带轮、同步带及输出端的带轮传动连接，且第三同步带组13331输入端的带轮通过第二支撑轴13322固连在第二连杆13323上，当第三连杆13332相对于第二连杆13323逆时针转动时，第三同步带组13331输入端的带轮相对于第二连杆13323不动，第三同步带组13331输出端的带轮就会在同步带传动下顺时针旋转相同的
角度，带动与之固连的承载结构140顺时针转动相同的角度，此时承载结构140与第二连杆13323仍然保持平行。也就是说第二驱动件132驱动远心组件133作俯仰运动时，同步带传动被动关节始终保持一个平行四边形，远心点a的位置始终保持不变，而且始终与偏转关节轴线重合，这就是平行四边形保持远心点a不动的原理。
87.可选地，同步带为钢带或橡胶带。当然，在本发明的其他实施方式中，第一传动件1331、第二传动件1332以及第三传动件1333还可为链传动结构或者其他能够实现运动传递的结构。
88.参见图1和图4，在一实施例中，旋转关节1211及驱动关节均包括旋转电机12111、驱动器12112、制动器12113、减速器12114、输出法兰12115以及编码器12116，旋转电机12111电连接驱动器12112，编码器12116与驱动器12112电连接，旋转电机12111的输出端安装减速器12114及输出法兰12115，旋转电机12111的另一端安装制动器12113，输出法兰12115连接相邻主动旋转件121的旋转连杆、升降件112或者操作机械臂130。
89.如图4所示，旋转电机12111的上方安装制动器12113，在制动器12113的上方安装编码器12116与驱动器12112。旋转电机12111下方的输出端安装减速器12114与输出法兰12115。驱动器12112与手术系统的控制台传输连接，控制台发出驱动信号给驱动器12112，驱动器12112控制旋转电机12111转动，旋转电机12111通过减速器12114减速进而通过输出法兰12115输出旋转运动。编码器12116能够检测旋转电机12111输出转动运动的角度，并反馈给驱动器12112，若旋转电机12111的转动角度与驱动器12112中旋转角度信号一致，驱动器12112控制旋转电机12111停机，并抱闸以锁紧，保证位置固定准确，若旋转电机12111的转动角度未达到驱动器12112中旋转角度信号，驱动器12112控制旋转电机12111继续转动。这样能够保证旋转电机12111转动的角度准确，进而能够准确调节承载结构140的空间位姿。
90.而且，调整机械臂120中的至少四个主动旋转件121中的旋转关节1211以及第一驱动件131、第二驱动件132中的驱动关节均为上述结构，运动时，旋转关节1211与驱动关节能够保证调整机械臂120与操作机械臂130的运动轨迹准确，进而保证承载结构140的运动轨迹准确。而且，旋转电机12111的中心轴线与旋转关节1211、驱动关节的转动轴线重合。通过螺纹件将减速器12114的外壳固定于对应的连杆中。可选地，减速器12114为行星减速器、谐波减速器或者其他类型的减速器。
91.进一步的，编码器12116的数量两个，两个编码器12116中的一个能够检测旋转电机12111的旋转角度，另一个编码器12116对前一编码器12116进行校验，保证编码器12116检测旋转角度的准确性。当然，在本发明的其他实施方式中，编码器也可为一个。可选地，旋转电机12111为力矩电机。旋转电机12111安装到对应的连杆中。
92.参见图1和图3，在一实施例中，手术机器人100还包括第二拆卸结构160。第二拆卸结构160分设于调整机械臂120末端的第四主动旋转件121的旋转连杆与第一驱动件131的第一驱动连杆，实现旋转连杆与驱动连杆的快速安装与拆卸。设置第二拆卸结构160后，操作机械臂130安装到调整机械臂120时，通过第二拆卸结构160实现操作机械臂130快速可靠安装于调整机械臂120的末端。将操作机械臂130从调整机械臂120拆卸时，操作机械臂130通过第二拆卸结构160快速脱离调整机械臂120。如此实现手术机器人100的快速装配。
93.在一实施例中，第二拆卸结构160包括第四安装部与第三安装部，第四安装部与第
三安装部中的一个设置于主动旋转件121串联后的末端，另一个设置于第二驱动件132的驱动连杆，主动旋转件121通过第四安装部与第三安装部可拆卸安装于驱动连杆。
94.驱动连杆安装到旋转连杆时，第四安装部与第三安装部配合连接，保证驱动连杆可靠固定并快速安装到旋转连杆。需要拆卸驱动连杆时，第四安装部与第三安装部部相分离，使得驱动连杆脱离旋转连杆。该第二拆卸结构160的第四安装部与第三安装部能够方便拆卸与安装。
95.可选地，第四安装部与第三安装部为旋转锁定结构。示例性地，第四安装部为锁定槽，第三安装部为径向具有锁销的柱体，第三安装部安装到第四安装部后，转动第三安装部，第三安装部的锁销会卡在第四安装部的边缘，实现驱动连杆固定到驱动连杆。
96.而且，第二拆卸结构160中具有电气接口，当调整机械臂120与操作机械臂130拆卸、安装时可以实现调整机械臂120与操作机械臂130的电气断开、接通。当然，在本发明的其他实施方式中，第四安装部与第三安装部还可为螺栓固定结构、磁吸结构、卡扣结构或者其他能够实现驱动连杆可靠固定在旋转连杆的结构。
97.参见图1、图3和图9，在一实施例中，承载结构140包括直线运动组件141以及承载件142，承载件142与操作机械臂130的末端连接，直线运动组件141设置于承载件142，并承载操作器械。承载件143具有对接口，戳卡600通常设置在患者的体表，当操作机械臂130运动至患者的病灶部位后，将承载件142的对接口对准戳卡600，将戳卡600连接到承载件142上，随后，将操作器械安装到直线运动组件141并穿过戳卡600伸出。
98.直线运动组件141为承载结构140的主体部件，承载件142为承载结构140的安装座。直线运动组件141设置于承载件142，承载件142背离直线运动组件141表面连接远心组件133的第三支撑轴。即直线运动组件141设置在承载件142的一表面，第三支撑轴设置在承载件142的另一表面。这样，远心组件133通过承载件142能够带动承载结构140同步运动。直线运动组件141的直线端与操作器械连接，驱动操作器械移动。承载件142上具有对接口，该对接口用于可拆卸安装戳卡600。戳卡600安装到对接口后，位于第一驱动件131的旋转轴线的延长线上。
99.戳卡600安装到对接口后，操作器械与直线运动组件141连接，并穿过戳卡600伸出。如图3所示，承载结构140所承载的操作器械可以为手术器械200。手术器械200包括操作端210、动力盒230、动力杆220以及末端器械240，操作端210与末端器械240分别设置于动力杆220的两端，动力盒230设置于动力杆220并与操作端210抵接。动力盒230驱动操作端210运动控制末端器械240运动，以执行手术操作。
100.可选地，直线运动组件141为驱动电机配合丝杆螺母件、齿轮齿条件或者其他能够输出直线运动部件。可选地，承载件142为承载壳体，承载件142上具有与直线槽，直线端穿过直线槽伸出并连接末端器械240，这样，直线运动组件141通过直线端输出直线运动，并沿直线槽移动，实现操作器械的移动。关于丝杆螺母件的工作原理在此不再赘述。
101.参见图1至9，本实施例的手术机器人100中操作机械臂130与调整机械臂120为其主体结构，调整机械臂120具有四个主动旋转件121，四个主动旋转件121串联连接，串联后的首端与升降件112连接，尾端与操作机械臂130的第一驱动件131连接，四个主动旋转件121通过其中的旋转关节1211输出旋转运动。操作机械臂130通过第一驱动件131、第二驱动件132及远心组件133实现运动的传递，第一驱动件131输出偏转运动，第二驱动件132输出
俯仰运动，远心组件133采用同步带组的结构实现运动传递，保持远心点a的位置不变。
102.调整机械臂120用于将操作机械臂130运动到适合手术的位置上，操作机械臂130以平行四边形机构保持远心点a的位置，以第一驱动件131及第二驱动件132驱动实现手术的偏转、俯仰动作。在进行手术时，可将该机器人平台安装于病床侧面，进行手术，如图2所示。通过安装件113可将机器人平台安装于病床。当在患者病灶部位对应的体表安装好戳卡600后，调整机械臂120通过四个主动旋转件121的运动将操作机械臂130的对接口与戳卡600对接；对接完成，调整机械臂120通过抱闸锁定位姿。通过驱动件转动，使操作机械臂130及承载结构140带动操作器械实现偏转动作；通过第二驱动件132转动，使平行四边形的远心组件133带动承载结构140及操作器械实现俯仰动作；通过直线运动组件141带动动力盒230运动，实现操作器械的进伸和退出。通过功能分离的结构形式，可以有效的提高机器人的系统的安全性、可靠性等。
103.本发明的手术机器人100可以快速安装在病床上，也可以安装于天花板上，能够根据医护人员的需要和手术室空间灵活自由布置。并且，通过支撑结构110承载升降件112，调整机械臂120安装到升降件112，操作机械臂130安装到调整机械臂120，通过操作机械臂130承载操作器械，并配合第一拆卸结构150与第二拆卸结构160，形成为模块化平台的手术机器人100。该手术机器人100采用模块化，结构简单刚度好，而且，将各个结构的功能分离杀跌手术机器人100安全可靠，保证手术机器人100的使用性能。
104.本发明还提供一种手术系统，包括控制台、病床300以及至少一个上述任一实施例的手术机器人100，病床300承载患者，至少一个手术机器人100设置于安装位，控制台与手术机器人100电连接，控制手术机器人100对患者进行手术。本发明的手术系统采用上述实施例的手术机器人100后，手术机器人100的安装位置灵活性高，能够满足手术系统的使用需求。
105.示例性地，手术系统采用三个手术机器人100，且三个手术机器人100安装到病床，如图5所示。在病床侧布置三个手术机器人100。布置时，先将病床下面预装的支撑底座111旋转到伸出病床边沿状态，并手动锁定；然后将调整机械臂120通过升降件112与支撑底座111对接(第一快拆结构)，将升降杆手动调至适当高度；然后将操作机械臂130与调整机械臂120实现结构、电气对接(第二快拆结构)。此时，手术机器人100准备就位。在第一个手术机器人100中安装内窥镜系统，提供术中视野画面；第二个和第三个手术机器人100安装手术器械200，并与控制台的左右主手一一对应，并形成主从映射；当医生操作控制台的主手时，手术机器人100配合操作器械将完成相应的手术动作。
106.如图6和7所示，手术机器人100的吊装安装示意图。三个手术机器人100通过对应的安装件113固定在天花板上，可以将对应的手术机器人100平台吊装在病床上方，三个手术机器人100间隔设置，三个手术机器人100协同进行手术，而且，三个手术机器人100所夹持的器械及控制形式与上述实施例实质相同在此不一一赘述。
107.当然，在本发明的其他实施方式中，手术系统也可采用一个、两个甚至更多个手术机器人100进行手术操作。
108.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。
109.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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。

技术特征：
1.一种手术机器人(100)，其特征在于，包括：支撑结构(110)，用于将所述手术机器人(100)安装于安装位；调整机械臂(120)，设置于所述支撑结构(110)；操作机械臂(130)，设置于所述调整机械臂(120)；以及承载结构(140)，设置于所述操作机械臂(130)，用于承载操作器械；所述调整机械臂带动所述操作机械臂(130)及所述承载结构(140)运动以调整所述承载结构(140)的空间位置，所述操作机械臂(130)驱动所述承载结构(140)运动以调整所述承载结构(140)的俯仰角度与偏转角度。2.根据权利要求1所述的手术机器人(100)，其特征在于，所述支撑结构(110)包括支撑底座(111)、升降件(112)、安装件(113)以及第一拆卸结构(150)，所述支撑底座(111)的一表面设置所述升降件(112)，所述升降件(112)的顶部安装所述调整机械臂(120)，所述安装件(113)可转动设置于所述支撑底座(111)的表面，用于安装于所述安装位，所述第一拆卸结构(150)可拆卸连接所述支撑底座(111)与所述升降件(112)。3.根据权利要求2所述的手术机器人(100)，其特征在于，所述调整机械臂(120)具有至少四个主动旋转件(121)，所述至少四个主动旋转件(121)串联连接，各所述主动旋转件(121)串联后，其首端可转动安装于所述升降件(112)，其尾端可转动连接所述操作机械臂(130)。4.根据权利要求3所述的手术机器人(100)，其特征在于，所述主动旋转件(121)包括旋转连杆以及旋转关节(1211)，所述旋转关节(1211)安装于所述旋转连杆，并且，所述旋转关节(1211)的输出端连接相邻所述主动旋转件(121)的所述旋转连杆、所述升降件(112)或者所述操作机械臂(130)。5.根据权利要求4所述的手术机器人(100)，其特征在于，所述操作机械臂(130)包括第一驱动件(131)、第二驱动件(132)以及远心组件(133)，所述第一驱动件(131)的一端连接所述主动旋转件(121)，另一端连接所述第二驱动件(132)的一端，所述第二驱动件(132)的另一端通过所述远心组件(133)连接所述承载结构(140)；所述第一驱动件(131)驱动所述第二驱动件(132)带动所述远心组件(133)及所述承载结构(140)做偏转运动，所述第二驱动件(132)带动所述远心组件(133)及所述承载结构(140)做俯仰运动。6.根据权利要求5所述的手术机器人(100)，其特征在于，所述第一驱动件(131)与所述第二驱动件(132)均包括驱动关节与驱动连杆；所述旋转关节(1211)及所述驱动关节均包括旋转电机(12111)、驱动器(12112)、制动器(12113)、减速器(12114)、输出法兰(12115)以及编码器(12116)，所述旋转电机(12111)电连接所述驱动器(12112)，所述编码器(12116)与所述驱动器(12112)电连接，所述旋转电机(12111)的输出端安装所述减速器(12114)及所述输出法兰(12115)，所述旋转电机(12111)的另一端安装制动器(12113)，所述输出法兰(12115)连接相邻所述主动旋转件(121)的所述旋转连杆、所述升降件(112)或者所述操作机械臂(130)。7.根据权利要求6所述的手术机器人(100)，其特征在于，所述手术机器人(100)还包括第二拆卸结构(160)，所述第二拆卸结构(160)包括第四安装部与第三安装部，所述第四安装部与所述第三安装部中的一个设置于各所述主动旋转件(121)串联后的末端，另一设置
于所述第二驱动件(132)，所述主动旋转件(121)通过所述第四安装部与所述第三安装部可拆卸安装于所述驱动连杆。8.根据权利要求1至7任一项所述的手术机器人(100)，其特征在于，所述承载结构(140)包括直线运动组件(141)以及承载件(142)，所述承载件(142)与所述操作机械臂(130)的末端连接，所述直线运动组件(141)设置于所述承载件(142)，并承载所述操作器械，戳卡(600)可拆卸设置于所述承载件(142)，用于支撑固定所述操作器械。9.根据权利要求1至7任一项所述的手术机器人(100)，其特征在于，所述安装位为病床、天花板、地面、支撑平台或支撑导轨(500)。10.一种手术系统，其特征在于，包括控制台以及至少一个如权利要求1至9任一项所述的手术机器人(100)，至少一个手术机器人(100)设置于安装位，所述控制台与所述手术机器人(100)电连接，控制所述手术机器人(100)对患者进行手术。

技术总结
本发明涉及一种手术机器人及手术系统。该手术机器人包括：支撑结构，用于将所述手术机器人安装于安装位；调整机械臂，设置于所述支撑结构；操作机械臂，设置于所述调整机械臂；以及承载结构，设置于所述操作机械臂，用于承载操作器械；所述调整机械臂带动所述操作机械臂及所述承载结构运动以调整所述承载结构的空间位置，所述操作机械臂驱动所述承载结构运动以调整所述承载结构的俯仰角度与偏转角度。支撑结构、调整机械臂、操作机械臂以及承载结构进行模块化设计，增加安装的灵活性，其结构简单、稳定性高，并使得手术机器人的占用空间小，提高空间利用率。提高空间利用率。提高空间利用率。


技术研发人员：印世杰 叶廷
受保护的技术使用者：武汉联影智融医疗科技有限公司
技术研发日：2022.08.31
技术公布日：2023/1/6