手术机器人及多自由度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多自由度手术系统。

背景技术：

2.相比于传统的开放式手术，微创手术由于具有创口小，痛苦少与恢复快等优点，被越来多的患者作为首选的方案。然而，微创手术也存在医生操作疲劳、手部抖动、手部器械不灵活与手眼不协调等问题。
3.为了解决目前微创手术技术问题，利用多自由度的手术机器人系统代替医生手完成手术逐渐成为了一种趋势。同时，为了防止手术器械对手术切口点(不动点)产生额外的危险作用力，器械往往会绕该切口点进行旋转运动。在手术机器人系统中，多自由度的机械臂实现对运动的手术器械支撑以及手术器械定位与绕不动点的姿态调整，其构型架构设计直接影响了手术系统的易用性与安全性。

技术实现要素：

4.基于此，有必要针对目前多自由度机械臂的构型影响手术系统的易用性与安全性问题，提供一种能够提高手术灵活性与避障性的手术机器人及多自由度手术系统。
5.一种多自由度手术系统，包括：
6.台车机构，包括台车定位组件以及定向组件，所述定向组件设置于所述台车定位组件，并随所述台车定位组件运动；
7.调整机构，设置于所述定向组件的末端；所述调整机构包括两个第一调整组件以及两个第二调整组件，所述第一调整组件与所述第二调整组件的结构相异，并可转动连接于所述定向组件，且所述第二调整组件在水平面内能够朝向远离所述第一调整组件的方向转动；以及
8.四个远心机构，分别设置于所述第一调整组件与所述第二调整组件的端部，所述远心机构用于安装手术器械。
9.在其中一个实施例中，所述第一调整组件包括串联连接的第一旋转部件和第一移动部件，所述第一旋转部件和所述第一移动部件的数量总和大于或等于四，所述第一旋转部件与所述第一移动部件交替连接，所述第一调整组件的两端分别连接所述定向组件与所述远心机构。
10.在其中一个实施例中，所述串联连接的所述第一旋转部件与所述第一移动部件中，通过一个所述第一旋转部件串联连接至所述定向组件。
11.在其中一个实施例中，所述第一调整组件包括两个所述第一旋转部件和两个所述第一移动部件，其中一个所述第一旋转部件连接至所述定向组件，一个所述第一移动部件连接至远心机构。
12.在其中一个实施例中，所述第一旋转部件包括支撑杆体以及设置于所述支撑杆体
上的转动关节，所述第一旋转部件通过所述支撑杆体可转动连接另一所述第一旋转部件的转动关节或者连接所述第一移动部件；
13.所述第一移动部件包括连接杆体以及设置于所述连接杆体的移动关节，所述第一移动部件通过所述移动关节可移动连接所述第一旋转部件的支撑杆体，所述连接杆体连接所述第一旋转部件的转动关节或所述远心机构。
14.在其中一个实施例中，所述第二调整组件包括串联连接的第二旋转部件和第二移动部件，所述第二旋转部件和所述第二移动部件的数量总和大于或等于四，第二调整组件的两端分别连接所述定向组件与所述远心机构。
15.在其中一个实施例中，所述第二调整组件包括至少两个所述第二旋转部件，其中两个所述第二旋转部件串联连接，其一端连接至所述定向组件，另一端串联连接剩余的所述第二旋转部件和/或所述第二移动部件。
16.在其中一个实施例中，所述第二调整组件包括三个所述第二旋转部件和一个所述第二移动部件，并按照旋转部件、旋转部件、移动部件、旋转部件的顺序依次串联；或者，
17.按照旋转部件、旋转部件、旋转部件、移动部件的顺序依次串联。
18.一种多自由度手术系统，包括：
19.台车机构，包括台车定位组件以及定向组件，所述定向组件设置于所述台车定位组件，并随所述台车定位组件运动；
20.调整机构，设置于所述定向组件；所述调整机构包括四个第一调整组件，四个所述第一调整组件分别可转动连接至所述定向组件；以及
21.四个远心机构，分别设置于所述第一调整组件的端部，所述远心机构用于安装手术器械；
22.其中，所述第一调整组件包括串联连接的第一旋转部件和第一移动部件，所述第一旋转部件和所述第一移动部件的数量总和大于或等于四，所述第一旋转部件与所述第一移动部件交替连接，所述第一调整组件中，其一端通过一个所述第一旋转部件连接所述定向组件，其另一端连接所述远心机构，用于控制所述远心机构末端的手术器械相对于所述定向组件的位姿。
23.一种手术机器人，包括控制台、手术床、视觉台车以及如上述任一技术特征所述的多自由度手术系统；
24.所述手术床承载患者，所述控制台连接所述视觉台车与所述多自由度手术系统，所述视觉台车获取手术器械与患者手术区域之间的图像，所述控制台根据视觉台车图像信息，控制所述多自由度手术系统对患者进行手术。
25.采用上述技术方案后，本发明至少具有如下技术效果：
26.本发明的手术机器人及多自由度手术系统，台车定位组件能够带动定向组件转动与升降运动，以调节调整组件在空间中的大致位置，使得调整机构对准患者的病灶位置。随后，调整机构的第一调整组件与第二调整组件能够分别相对于定向组件运动，以带动远心机构及其上的手术器械运动，使得手术器械进行手术。并且，第二调整组件能够相对于第一调整组件向外侧运动，增加了第二调整组件的活动空间，能够充分利用仿生特点，有效提高调整机构的操作空间与灵活性，提升多自由度手术系统的灵活性与安全性。
附图说明
27.图1为本发明第一实施例的多自由度手术系统应用于手术机器人的示意图；
28.图2为图1所示的多自由度手术系统的立体图；
29.图3为图1所示的多自由度手术系统一实施方式的架构图；
30.图4为图1所示的多自由度手术系统另一实施方式的架构图；
31.图5为图2所示的多自由度手术系统中定向组件连接调整机构的俯视图；
32.图6为图2所示的多自由度手术系统中远心机构的示意图；
33.图7为本发明第二实施例的多自由度手术系统的架构图。
34.其中：100、多自由度手术系统；110、台车机构；111、台车定位组件；1111、台车底座；1112、台车升降部件；1113、台车旋转部件；1114、台车水平移动部件；112、定向组件；1121、定向旋转部件；1122、定向转盘；120、调整机构；121、第一调整组件；1211、第一旋转部件；1212、第一移动部件；122、第二调整组件；1221、第二旋转部件；1222、第二移动部件；130、远心机构；131、回转部件；132、转动部件；133、旋转连杆；134、第一辅助连杆；135、第二辅助连杆；136、第三辅助连杆；200、手术器械；300、控制台；400、视觉台车；500、手术床；600、患者。
具体实施方式
35.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。
36.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。
37.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。
38.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。
39.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。
40.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。
41.参见图1和图2，本发明提供一种多自由度手术系统100。该多自由度手术系统100应用于手术机器人中，用于实现手术器械200的支撑与位姿调整，进而实现对患者600的病灶位置进行手术。可以理解的，在手术机器人系统中，多自由度的机械臂存在不协调的问题，导致末端的手术器械之间的灵活性与避障性较差，影响手术机器人系统的安全性，不便于手术使用。为此，本发明提供一种新型的多自由度手术系统100，该多自由度手术系统100能够保证手术器械200在手术过程中的灵活性与避障性。以下详细介绍多自由度手术系统100的具体结构。
42.参见图1和图2，在一实施例中，多自由度手术系统100包括台车机构110、调整机构120以及四个远心机构130。台车机构110包括台车定位组件111以及定向组件112，定向组件112设置于台车定位组件111，并随台车定位组件111运动。调整机构120设置于定向组件112的末端。调整机构120包括两个第一调整组件121以及两个第二调整组件122，第一调整组件121与第二调整组件122的结构相异，并可转动连接于定向组件112，两个第一调整组件121位于两个第二调整组件122之间，且第二调整组件122在水平面内能够朝向远离第一调整组件121的方向转动。四个远心机构130分别设置于第一调整组件121与第二调整组件122的端部，远心机构130用于安装手术器械200。
43.台车机构110为多自由度手术系统100的承载结构，通过台车机构110实现多自由度手术系统100的承载，使得多自由度手术系统100处于一定的高度，便于后期进行手术操作。调整机构120的一端安装于台车机构110的末端，调整机构120的另一端安装远心机构130。调整机构120能够相对于台车机构110调整位姿，以调节远心机构130的空间位置，进而调节远心机构130上手术器械200的位姿。这样，四个远心机构130上的手术器械200之间不会发生干涉，保证手术器械200使用时的灵活性与避障性，进而保证多自由度手术系统100手术时的安全性。
44.具体的，台车机构110包括台车定位组件111以及定向组件112，定向组件112设置于台车定位组件111，并随台车定位组件111运动。台车定位组件111起承载作用，用于承载并定位定向组件112，使得定向组件112处于合适的空间位置。台车定位组件111能够沿竖直方向做升降运动，在水平面内做旋转运动以及在水平面内做伸缩运动，定向组件112位于台车定位组件111的末端。
45.定向组件112可转动安装于台车定位组件111的末端，并且台车定位组件111能够带动定向组件112升降、伸缩以及旋转，使得定向组件112处于合适的位置，以转动连接调整机构120，便于调节调整机构120的位置，使得调整机构120处于规划不动点。可以理解的，规划不动点是指手术时调整机构120的固定位置，以免影响手术器械200进行手术操作。
46.可选地，定向组件112为悬吊盘定向组件，通过悬吊盘定向组件实现调整机构120的悬吊设置，使得调整机构120悬设于空间中，以便于带动远心机构130及手术器械200进行
手术操作。当然，在本发明的其他实施方式中，定向组件112还可以为其他能够实现调整机构120悬吊安装的结构。
47.调整机构120包括两个第一调整组件121与两个第二调整组件122。两个第一调整组件121与两个第二调整组件122的结构不同。第一调整组件121的一端可转动连接到定向组件112的端部，第一调整组件121的另一端安装远心机构130。第二调整组件122的一端可转动连接到定向组件112，第二调整组件122的另一端安装远心机构130。两个第一调整组件121位于两个第二调整组件122之间。也就是说，两个第二调整组件122位于外侧，两个第一调整组件121位于内侧。
48.如图2所示，两个第一调整组件121与两个第二调整组件122的一端均可转动安装到定向组件112，两个第一调整组件121与两个第二调整组件122朝向远离定向组件112的方向延伸，并且，相邻的两个组件之间存在一定的间距，避免末端的远心机构130之间发生干涉。远心机构130用于实现手术器械200在调整机构120的安装，并且，远心机构130能够带动手术器械200运动，以使手术器械200执行相应的操作。
49.而且，第一调整组件121与第二调整组件122的结构相异。也就是说，第一调整组件121与第二调整组件122在结构上存在差异。这样，可以改变第二调整组件122的运动范围，增加第二调整组件122的运动空间，使得第二调整组件122能够朝向远离第一调整组件121的方向转动，即第二调整组件122能够朝向外侧运动，使得第二调整组件122远离第一调整组件121，增加第二调整组件122与第一调整组件121之间的空间，进而增加了第一调整组件121与第二调整组件122的活动空间，以增加多自由度手术系统100的灵活性与避障性，保证多自由度手术系统100的使用性能。
50.上述实施例中的多自由度手术系统100，台车定位组件111能够带动定向组件112转动与升降运动，以调节调整组件在空间中的大致位置，使得调整机构120对准患者600的病灶位置。随后，调整机构120的第一调整组件121与第二调整组件122能够分别相对于定向组件112运动，以带动远心机构130及其上的手术器械200运动，使得手术器械200进行手术。并且，第二调整组件122能够相对于第一调整组件121向外侧运动，增加了第二调整组件122的活动空间，能够充分利用仿生特点，有效提高调整机构120的操作空间与灵活性，提升多自由度手术系统100的灵活性与避障性。
51.参见图2至图4，在一实施例中，第一调整组件121包括串联连接的第一旋转部件1211和第一移动部件1212，第一旋转部件1211与第一移动部件1212的数量总和大于或等于四，第一旋转部件1211与第一移动部件1212交替连接，且串联后的第一调整组件121的两端分别连接定向组件112与远心机构130。串联后的第一调整组件121用于控制远心机构130末端的手术器械200相对于定向组件112的位姿。
52.也就是说，第一调整组件121中第一旋转部件1211与第一移动部件1212的数量为至少四个。可以理解的，第一旋转部件1211能够输出旋转运动，第一移动部件1212能够输出移动运动，其具体结构在后文详述。可选地，当第一旋转部件1211与第一移动部件1212的数量为四个时，第一旋转部件1211的数量为两个，第一移动部件1212的数量为两个。可选地，当第一旋转部件1211与第一移动部件1212的数量为五个时，第一旋转部件1211的数量为三个，第一移动部件1212的数量为两个。可选地，当第一旋转部件1211与第一移动部件1212的数量为六个时，第一旋转部件1211的数量为三个，第一移动部件1212的数量为三个。
53.而且，至少四个第一旋转部件1211与第一移动部件1212串联连接，并且，第一旋转部件1211与第一移动部件1212交替设置。也就是说，两个第一旋转部件1211之间存在一个第一移动部件1212，两个第一移动部件1212之间存在一个第一旋转部件1211，以此形成第一调整组件121。这样，串联后的第一调整组件121的一端可转动连接到定向组件112，另一端安装调整远心机构130。第一调整组件121中的第一旋转部件1211能够做旋转运动，第一移动部件1212能够做移动运动，进而带动远心机构130及手术器械200做相应的运动，以调整手术器械200在空间的位姿，满足手术需求。
54.参见图2至图4，在一实施例中，串联连接的第一旋转部件1211与第一移动部件1212中，通过一个第一旋转部件1211串联连接至定向组件112。而其余第一旋转部件1211与第一移动部件1212交替连接。也就是说，第一调整组件121通过第一旋转部件1211可转动连接到定向组件112中。
55.具体的，其中一个第一旋转部件1211的一端可转动连接到定向组件112，第一旋转部件1211的另一端连接其中一个第一移动部件1212的一端，其中一个移动部件的另一端再连接另一第一旋转部件1211的一端，另一第一旋转部件1211的另一端连接到再一第一移动部件1212的一端，
……
，如此往复交替连接形成第一调整组件121。也就是说，一个第一旋转部件1211连接到定向组件112后，剩余的第一旋转部件1211与第一移动部件1212交替串联，形成串联机械臂式的第一调整组件121，其末端的第一旋转部件1211或第一移动部件1212的端部连接远心机构130。
56.值得说明的是，第一调整组件121中第一旋转部件1211与第一移动部件1212的数量共为至少四个，本发明中仅以第一旋转部件1211与第一移动部件1212的数量共为四个为例进行说明，第一旋转部件1211与第一移动部件1212的数量共为更多个的结构以及原理与第一旋转部件1211与第一移动部件1212的数量共为四个的结构以及原理实质相同，在此不一一赘述。
57.参见图2至图4，在一实施例中，第一调整组件121包括两个第一旋转部件1211和两个第一移动部件1212，其中一个第一旋转部件1211串联连接定向组件112，一个第一移动部件1212连接至远心机构130。具体的，其中一个第一旋转部件1211串联连接定向组件112及其中一个第一移动部件1212，其中一个第一移动部件1212串联另一第一旋转部件1211，第一旋转部件1211串联另一第一移动部件1212，第一移动部件1212连接至远心机构130。
58.也就是说，第一旋转部件1211与第一移动部件1212的数量均为两个。其中一个第一旋转部件1211连接到定向组件112，第一旋转部件1211与第一移动部件1212交错设置，最末端的第一移动部件1212连接远心机构130。即第一调整组件121按照旋转-水平移动-旋转-竖直移动的顺序连接。具体的，其中一个第一旋转部件1211的一端可转动连接至定向组件112，该第一旋转部件1211的另一端串联连接其中一个第一移动部件1212的一端，该第一移动部件1212的另一端串联连接另一第一旋转部件1211的一端，该第一旋转部件1211的另一端串联连接另一第一移动部件1212的一端，该第一移动部件1212的另一端连接远心机构130。并且，连接两个第一旋转部件1211的第一移动部件1212能够在水平面内移动，即第一个第一移动部件1212能够输出水平移动运动。末端的第一移动部件1212能够在竖直方向移动，即第二个第一移动部件1212能够输出竖直移动运动。
59.在一实施例中，第一旋转部件1211包括支撑杆体以及设置于支撑杆体上的转动关
节，第一旋转部件1211通过支撑杆体可转动连接另一第一旋转部件1211的转动关节或第一移动部件1212。支撑杆体起支撑作用，用于支撑其上的转动关节。可选地，转动关节为转轴、铰链或者其他能够实现旋转的部件。可选地，转动关节为绕某一轴线方向的转动角度，如水平轴线、竖直轴线等等。当然，在本发明的其他实施方式中，转动关节也可转动360
°
转动。
60.支撑杆体的一端连接转动关节，支撑杆体的另一端为自由端。在上述实施例中与定向组件112连接的第一旋转部件1211中，该第一旋转部件1211的转动关节连接到定向组件112上，以使第一调整组件121相对于定向组件112可转动，与定向组件112连接的第一旋转部件1211通过支撑杆体可转动连接到下一第一旋转部件1211的转动关节。最后一个第一旋转部件1211通过支撑杆体连接到第一移动部件1212。当然，在本发明的其他实方式中，该第一旋转部件1211中的支撑杆件的端部连接相邻的第一旋转部件1211中的转动关节。
61.在一实施例中，第一移动部件1212包括连接杆体以及设置于连接杆体的移动关节，第一移动部件1212通过移动关节可移动连接第一旋转部件1211的支撑杆体，连接杆体连接第一旋转部件1211的转动关节或远心机构130。连接杆体起承载作用，连接杆体的端部安装移动关节。连接杆体与移动关节配合后能够输出移动运动。可选地，移动关节具有安装空间，连接杆体安装于移动关节的安装空间中，连接杆体可相对于移动关节伸出或缩回，以输出移动运动。即第一移动部件1212为类似于电动缸等能够输出直线运动的结构。当然，在本发明的其他实施方式中，第一移动部件1212还可为其他能够实现移动运动的结构。并且，第一旋转部件1211的转动的动力源为电机。
62.当第一移动部件1212设置在两个第一旋转关节之间时，第一移动部件1212中的移动关节的一端与第一旋转部件1211的支撑杆件连接，移动关节的另一端可伸缩安装连接杆件，连接杆件的另一端安装第一旋转部件1211的转动关节。当第一移动部件1212设置于第一调整组件121的末端时，第一移动部件1212中的移动关节的一端与第一旋转部件的支撑杆件连接，移动关节的另一端可伸缩安装连接杆件，连接杆件的另一端安装远心机构130。并且，第一移动部件12121211的转动的动力源为电机。
63.参见图2至图4，在一实施例中，第二调整组件122包括至少四个串联连接的第二旋转部件1221和第二移动部件1222，串联后的第二调整组件122的两端分别连接定向组件112与远心机构130，用于控制远心机构130末端的手术器械200相对于定向组件112的位姿。
64.也就是说，第二调整组件122中第二旋转部件1221与第二移动部件1222的数量为至少四个。可以理解的，第二旋转部件1221能够输出旋转运动，第二移动部件1222能够输出移动运动，其具体结构在后文详述。可选地，当第二旋转部件1221与第二移动部件1222的数量为四个时，第二旋转部件1221的数量为两个，第二移动部件1222的数量为两个。可选地，当第二旋转部件1221与第二移动部件1222的数量为四个时，第二旋转部件1221的数量为三个，第二移动部件1222的数量为一个。可选地，当第二旋转部件1221与第二移动部件1222的数量为五个时，第二旋转部件1221的数量为三个，第二移动部件1222的数量为两个。可选地，当第二旋转部件1221与第二移动部件1222的数量为六个时，第二旋转部件1221的数量为三个，第二移动部件1222的数量为三个。等等。
65.而且，至少四个第二旋转部件1221与第二移动部件1222串联连接，也就是说，第二旋转部件1221的末端连接另一第二旋转部件1221或第二移动部件1222的末端，以此形成第二调整组件122。这样，串联后的第二调整组件122的一端可转动连接到定向组件112，另一
端安装调整远心机构130。第二调整组件122中的第二旋转部件1221能够做旋转运动，第二移动部件1222能够做移动运动，进而带动远心机构130及手术器械200做相应的运动，以调整手术器械200在空间的位姿，满足手术需求。
66.参见图2至图4，在一实施例中，第二调整组件122包括第二旋转部件1221，第二旋转部件1221与第二移动部件1222的数量总和大于等于四，第二调整组件122的两端连接至定向组件112与圆心机构。具体的，其中两个第二旋转部件1221串联连接，其一端连接至定向组件112，其另一端串联连接剩余的第二旋转部件1221和/或第二移动部件1222。也就是说，第二旋转部件1221与第二移动部件1222数量共为至少四个时，其中的第二旋转部件1221的数量可以为至少两个。
67.并且，第二调整组件122与定向组件112连接的前两个部件中均为第二旋转部件1221。这样，第二调整组件122能够通过与定向组件112连接的第一个的第二旋转部件1221相对于定向组件112转动，通过第二个第二旋转部件1221使得远心机构130朝向外侧运动，增加第一调整组件121与第二调整组件122的活动空间，避免相邻的第一调整组件121与第二调整组件122之间发生干涉。
68.可选地，除了前两个第二旋转部件1221外，第二调整组件122剩余的部件中可以均为第二移动部件1222，也可为第二移动部件1222与第二旋转部件1221的组合，当然，也可以均为第二旋转部件1221。
69.值得说明的是，第二调整组件122中第二旋转部件1221与第二移动部件1222的数量共为至少四个，本发明中仅以第一旋转部件1211与第二旋转部件1221的数量共为四个为例进行说明，第二旋转部件1221与第二移动部件1222的数量共为更多个的结构以及原理与第一旋转部件1211与第二旋转部件1221的数量共为四个的结构以及原理实质相同，在此不一一赘述。
70.在一实施例中，第二调整组件122包括三个第二旋转部件1221和一个第二移动部件1222，并按照旋转部件、旋转部件、移动部件、旋转部件的顺序依次串联；或者，按照旋转部件、旋转部件、旋转部件、移动部件的顺序依次串联。具体如下：
71.参见图2至图4，在一实施例中，第二调整组件122包括三个第二旋转部件1221和一个第二移动部件1222，其中两个第二旋转部件1221串联并连接定向组件112。其中两个第二旋转部件1221远离定向组件112的一端串联连接另一第二旋转部件1221，再串联第二移动部件1222，且第二移动部件1222连接远心机构130；或者，其中两个第二旋转部件1221远离定向组件112的一端串联连接第二移动部件1222，再串联另一第二旋转部件1221，且另一第二旋转部件1221连接远心机构130。
72.也就是说，第二旋转部件1221的数量为三个，第二移动部件1222的数量为一个。其中两个第二旋转部件1221串联连接，串联后的两个第二旋转部件1221，其一端连接到定向组件112上，其另一端连接第三个第二旋转部件1221与第二移动部件1222。
73.参见图3，可选地，串联后的两个第二旋转部件1221，先串联第二旋转部件1221再串联第二移动部件1222。即第二调整组件122按照旋转-旋转-旋转-竖直移动的顺序连接。具体的，其中一个第二旋转部件1221的一端可转动连接至定向组件112，该第二旋转部件1221的另一端串联连接另一个第二旋转部件1221的另一端，该第二旋转部件1221的另一端连接第三个第二旋转部件1221的一端，该第二旋转部件1221的另一端与第二移动部件1222
的一端连接，该第二移动部件1222的另一端连接远心机构130。末端的第二移动部件1222能够在竖直方向移动，即第二移动部件1222能够输出竖直移动运动。
74.参见图4，可选地，串联后的两个第二旋转部件1221，先串联第二移动部件1222再串联第二旋转部件1221。即第二调整组件122按照旋转-旋转-竖直移动-旋转的顺序连接。具体的，其中一个第二旋转部件1221的一端可转动连接至定向组件112，该第二旋转部件1221的另一端串联连接另一个第二旋转部件1221的另一端，该第二旋转部件1221的另一端连接第二移动部件1222的一端，该第二移动部件1222的另一端与第三个第二旋转部件1221的一端连接，该第二旋转部件1221的另一端连接远心机构130。连接两个第二旋转部件1221的第二移动部件1222能够在竖直方向移动，即第二移动部件1222能够输出竖直移动运动。
75.在一实施例中，第二旋转部件1221包括支撑杆体以及设置于支撑杆体上的转动关节，第二旋转部件1221通过转动关节可转动连接另一第二旋转部件1221的支撑杆体。支撑杆体起支撑作用，用于支撑其上的转动关节。可选地，转动关节为转轴、铰链或者其他能够实现旋转的部件。可选地，转动关节为绕某一轴线方向的转动角度，如水平轴线、竖直轴线等等。当然，在本发明的其他实施方式中，转动关节也可转动360
°
转动。
76.支撑杆体的一端连接转动关节，支撑杆体的另一端为自由端。在上述实施例中与定向组件112连接的第二旋转部件1221中，该第二旋转部件1221的转动关节连接到定向组件112上，以使第二调整组件122相对于定向组件112可转动，该第二旋转部件1221中的支撑杆体的端部连接另一第二旋转部件1221的转动关节。当然，在本发明的其他实施方式中，该第二旋转部件1221中的支撑杆件的端部连接相邻的第二移动部件1222中的移动关节。并且，第二旋转部件1221的转动的动力源为电机。
77.在一实施例中，第二移动部件1222包括连接杆体以及设置于连接杆体的移动关节，第二移动部件1222通过移动关节可移动连接第二旋转部件1221的支撑杆体，连接杆体连接第二旋转部件1221或远心机构130。连接杆体起承载作用，连接杆体的端部安装移动关节。连接杆体与移动关节配合后能够输出移动运动。可选地，移动关节具有安装空间，连接杆体安装于移动关节的安装空间中，连接杆体可相对于移动关节伸出或缩回，以输出移动运动。即第二移动部件1222为类似于电动缸等能够输出直线运动的结构。当然，在本发明的其他实施方式中，第二移动部件1222还可为其他能够实现移动运动的结构。并且，第二移动部件1222的转动的动力源为电机。
78.当第二移动部件1222设置在两个第二旋转关节之间时，第二移动部件1222中的移动关节的一端与第二旋转部件1221的支撑杆件连接，移动关节的另一端可伸缩安装连接杆件，连接杆件的另一端安装第二旋转部件1221的转动关节。当第二移动部件1222设置于第二调整组件122的末端时，第二移动部件1222中的移动关节的一端与第二旋转部件1221的支撑杆件连接，移动关节的另一端可伸缩安装连接杆件，连接杆件的另一端安装远心机构130。
79.参见图2至图4，在一实施例中，台车定位组件111包括台车底座1111、台车升降部件1112、台车旋转部件1113以及台车水平移动部件1114，台车升降部件1112可升降设置于台车底座1111，台车旋转部件1113可转动安装于台车升降部件1112，台车水平移动部件1114可移动设置于台车旋转部件1113，台车水平移动部件1114的端部安装定向组件112。
80.台车底座1111用于支撑台车定位组件111的各零部件，同时还能够支撑多自由度
手术系统100的各零部件。台车底座1111能够起到平稳支撑的作用，以平稳支撑多自由度手术系统100。可以理解的，台车底座1111的具体结构原则上不受限制，只要能够实现可靠支撑即可。台车升降部件1112沿竖直方式可升降设置在台车底座1111上，台车升降部件1112的顶端安装台车旋转部件1113，台车旋转部件1113远离台车升降部件1112的端部安装台车水平移动部件1114，台车水平移动部件1114远离台车旋转部件1113的一端安装定向组件112。
81.台车升降部件1112能够带动台车旋转部件1113、台车水平移动部件1114以及定向组件112沿竖直方向同步升降运动，以调节定向组件112的高度，进而调节调整机构120所处的高度，以满足手术器械200处于不同高度的使用需求。台车旋转部件1113能够带动台车水平移动部件1114以及定向组件112在水平面上旋转，调节定向组件112的角度，使得调整机构120能够带动远心机构130及手术器械200处于病灶位置所在的方向。台车水平移动部件1114能够带动定向组件112在水平方向伸缩，使得定向组件112带动调整机构120、远心机构130以及手术器械200朝向病灶位置运动。
82.通过台车升降部件1112、台车旋转部件1113以及台车水平移动部件1114带动定向组件112沿竖直方向升降、在水平面内旋转、在水平方向伸缩，以此调节定向组件112的位置，达到调节调整组件位置的目的，使得调整机构120上的远心机构130及手术器械200能够对准患者600的病灶位置，保证后期手术的安全性。
83.可选地，台车旋转部件1113的结构与第一旋转部件1211的结构相同，在此不一一赘述。当然，在本发明的其他实施方式中，台车旋转部件1113也可为其他能够实现水平方向转动的部件。可选地，台车升降部件1112与台车水平移动部件1114的结构和第一移动部件1212的结构相同，在此不一一赘述。当然，在本发明的其他实施方式中，台车升降部件1112与台车水平移动部件1114也可为伸缩杆或者其他能够实现伸缩的部件。
84.参见图2至图5，在一实施例中，定向组件112包括定向旋转部件1121以及定向转盘1122，定向旋转部件1121可转动设置于台车水平移动部件1114，定向转盘1122分别连接两个第一调整组件121与两个第二调整组件122。定向转盘1122安装在台车水平移动部件1114远离台车旋转部件1113的端部并且，定向转盘1122通过定向旋转部件1121可转动安装在台车水平移动部件1114上，以使定向转盘1122可相对于台车水平移动部件1114在水平面中转动，以进一步调节调整机构120所处的空间角度。
85.而且，定向转盘1122起承载作用，用于连接第一调整组件121与第二调整组件122，第一调整组件121与第二调整组件122的一段分别伸入到定向转盘1122中，另一端连接远心机构130。可选地，定向旋转部件1121为转轴、铰接或其他能够实现可转动连接的部件。
86.可选地，定向转盘1122包括支撑座以及设置于支撑座的安装部，安装部与用于连接第一调整组件121与第二调整组件122。可选地，安装部的数量为四个，四个安装部设置于支撑座的周侧，且四个安装部间隔设置，避免相邻的第一调整组件121与第二调整组件122之间发生干涉。可选地，安装部为凸起。当然，在本发明的其他实施方式中，安装部也可为凹槽。
87.参见图2至图6，在一实施例中，远心机构130包括回转部件131、转动部件132、旋转连杆133、第一辅助连杆134、第二辅助连杆135以及第三辅助连杆136，回转部件131可转动设置于第一调整组件121或第二调整组件122的端部，并连接转动部件132，旋转连杆133可
转动连接转动部件132，第一辅助连杆134可转动连接到旋转连杆133，第二辅助连杆135可转动连接到第一辅助连杆134，并使第二辅助连杆135与回转部件131的轴线平行，第三辅助连杆136可转动连接到第二辅助连杆135，第三辅助连杆136用于安装手术器械200。
88.参见图1和图7，本发明的第二实施例还提供一种多自由度手术系统100，包括台车机构110、调整机构120以及四个远心机构130。台车机构110包括台车定位组件111以及定向组件112，定向组件112设置于台车定位组件111，并随台车定位组件111运动。调整机构120设置于定向组件112；调整机构120包括四个第一调整组件121，四个第一调整组件121分别可转动连接至定向组件112。四个远心机构130分别设置于第一调整组件121的端部，远心机构130用于安装手术器械200。其中，第一调整组件121包括串联连接的第一旋转部件1211和第一移动部件1212，第一旋转部件1211和第一移动部件1212的数量总和大于或等于四，第一旋转部件1211与第一移动部件1212交替连接，串联后的第一调整组件121中，其一端通过一个第一旋转部件1211连接定向组件112，其另一端连接远心机构130，用于控制远心机构130末端的手术器械200相对于定向组件112的位姿。
89.值得说明的是，本实施例的多自由度手术系统100的结构以及工作原理与第一实施例中的多自由度手术系统100的结构以及工作原理实质相同，在此不一一赘述，二者的区域之处在于，第一实施例中调整机构120包括结构相异的两个第一调整组件121与两个第二调整组件122，而本实施例中，调整机构120包括结构相同的四个第一调整组件121。此处仅说明多自由度手术系统100中的调整机构120的结构。
90.本实施例的多自由度手术系统100中的调整机构120采用四个第一调整组件121连接定向组件112与远心机构130。四个第一调整组件121的一端可转动连接到定向组件112，四个第一调整组件的另一端安装远心机构130。并且，四个第一调整组件121间隔设置，相邻的两个第一调整组件121之间存在一定的间距，避免末端的远心机构130之间发生干涉。
91.而且，第一调整组件121中第一旋转部件1211与第一移动部件1212的数量为至少四个。可以理解的，第一旋转部件1211能够输出旋转运动，第一移动部件1212能够输出移动运动，其具体结构在后文详述。可选地，当第一旋转部件1211与第一移动部件1212的数量为四个时，第一旋转部件1211的数量为两个，第一移动部件1212的数量为两个。可选地，当第一旋转部件1211与第一移动部件1212的数量为五个时，第一旋转部件1211的数量为三个，第一移动部件1212的数量为两个。可选地，当第一旋转部件1211与第一移动部件1212的数量为六个时，第一旋转部件1211的数量为三个，第一移动部件1212的数量为三个。
92.而且，至少四个第一旋转部件1211与第一移动部件1212串联连接，并且，第一旋转部件1211与第一移动部件1212交替设置。也就是说，两个第一旋转部件1211之间存在一个第一移动部件1212，两个第一移动部件1212之间存在一个第一旋转部件1211，以此形成第一调整组件121。这样，串联后的第一调整组件121的一端可转动连接到定向组件112，另一端安装调整远心机构130。第一调整组件121中的第一旋转部件1211能够做旋转运动，第一移动部件1212能够做移动运动，进而带动远心机构130及手术器械200做相应的运动，以调整手术器械200在空间的位姿，满足手术需求。
93.在一实施例中，至少四个串联连接的第一旋转部件1211与第一移动部件1212中，通过一个第一旋转部件1211串联连接至定向组件112，其余第一旋转部件1211与第一移动部件1212交替连接。也就是说，第一调整组件121通过第一旋转部件1211可转动连接到定向
组件112中。
94.具体的，其中一个第一旋转部件1211的一端可转动连接到定向组件112，第一旋转部件1211的另一端连接其中一个第一移动部件1212的一端，其中一个移动部件的另一端再连接另一第一旋转部件1211的一端，另一第一旋转部件1211的另一端连接到再一第一移动部件1212的一端，
……
，如此往复交替连接形成第一调整组件121。也就是说，一个第一旋转部件1211连接到定向组件112后，剩余的第一旋转部件1211与第一移动部件1212交替串联，形成串联机械臂式的第一调整组件121，其末端的第一旋转部件1211或第一移动部件1212的端部连接远心机构130。
95.值得说明的是，第一调整组件121中第一旋转部件1211与第一移动部件1212的数量共为至少四个，本发明中仅以第一旋转部件1211与第一移动部件1212的数量共为四个为例进行说明，第一旋转部件1211与第一移动部件1212的数量共为更多个的结构以及原理与第一旋转部件1211与第一移动部件1212的数量共为四个的结构以及原理实质相同，在此不一一赘述。
96.在一实施例中，第一调整组件121包括两个第一旋转部件1211和两个第一移动部件1212，其中一个第一旋转部件1211串联连接定向组件112及其中一个第一移动部件1212，其中一个第一移动部件1212串联另一第一旋转部件1211，再串联另一第一移动部件1212，另一第一移动部件1212连接至远心机构130。
97.也就是说，第一旋转部件1211与第一移动部件1212的数量均为两个。其中一个旋转部件连接到定向组件112，第一旋转部件1211与第一移动部件1212交错设置，最末端的第一移动部件1212连接远心机构130。即第一调整组件121按照旋转-移动-旋转-移动的顺序连接。具体的，其中一个第一旋转部件1211的一端可转动连接至定向组件112，该第一旋转部件1211的另一端串联连接其中一个第一移动部件1212的一端，该第一移动部件1212的另一端串联连接另一第一旋转部件1211的一端，该第一旋转部件1211的另一端串联连接另一第一移动部件1212的一端，该第一移动部件1212的另一端连接远心机构130。
98.值得说明的是，本实施例中的第一旋转部件1211和第一移动部件1212的结构与第一实施例中的第一旋转部件1211和第一移动部件1212的结构实质相同，在此不一一赘述。
99.本发明还提供一种手术机器人，包括控制台300、手术床500、视觉台车400以及上述任一实施例中的多自由度手术系统100。手术床500承载患者600，控制台300连接视觉台车400与多自由度手术系统100，视觉台车400获取手术器械200与患者600手术区域之间的图像，控制台300根据视觉台车400图像信息，控制多自由度手术系统100对患者600进行手术。本发明的手术机器人采用上述实施例的多自由度手术系统100后，能够保证手术机器人使用时的安全性，提高其手术时的灵活性与避障性，保证手术机器人的使用性能，便于医护人员使用。
100.本发明手术机器人利用多自由度手术系统100用于对手术床500上的患者600执行微创手术，如配合内窥镜系统等传递患者600体内的图像信息。医生通过操作控制台300控制多自由度手术系统100的调整机构120定向支撑远心机构130与手术器械200的运动，实现患者600体内的手术。同时，通过上述实施例中调整机构120中第一调整组件121与第二调整组件122的构型调整手术器械200的布局与位姿，保证手术器械200在手术时的灵活性与避障性，进而保证手术时的安全性。
101.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。
102.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：

1.一种多自由度手术系统，其特征在于，包括：台车机构，包括台车定位组件以及定向组件，所述定向组件设置于所述台车定位组件，并随所述台车定位组件运动；调整机构，设置于所述定向组件的末端；所述调整机构包括两个第一调整组件以及两个第二调整组件，所述第一调整组件与所述第二调整组件的结构相异，并可转动连接于所述定向组件，且所述第二调整组件在水平面内能够朝向远离所述第一调整组件的方向转动；以及四个远心机构，分别设置于所述第一调整组件与所述第二调整组件的端部，所述远心机构用于安装手术器械。2.根据权利要求1所述的多自由度手术系统，其特征在于，所述第一调整组件包括串联连接的第一旋转部件和第一移动部件，所述第一旋转部件和所述第一移动部件的数量总和大于或等于四，所述第一旋转部件与所述第一移动部件交替连接，所述第一调整组件的两端分别连接所述定向组件与所述远心机构。3.根据权利要求2所述的多自由度手术系统，其特征在于，所述串联连接的所述第一旋转部件与所述第一移动部件中，通过一个所述第一旋转部件串联连接至所述定向组件。4.根据权利要求2所述的多自由度手术系统，其特征在于，所述第一调整组件包括两个所述第一旋转部件和两个所述第一移动部件，其中一个所述第一旋转部件连接至所述定向组件，一个所述第一移动部件连接至远心机构。5.根据权利要求2至4中任一项所述的多自由度手术系统，其特征在于，所述第一旋转部件包括支撑杆体以及设置于所述支撑杆体上的转动关节，所述第一旋转部件通过所述支撑杆体可转动连接另一所述第一旋转部件的转动关节或者连接所述第一移动部件；所述第一移动部件包括连接杆体以及设置于所述连接杆体的移动关节，所述第一移动部件通过所述移动关节可移动连接所述第一旋转部件的支撑杆体，所述连接杆体连接所述第一旋转部件的转动关节或所述远心机构。6.根据权利要求1所述的多自由度手术系统，其特征在于，所述第二调整组件包括串联连接的第二旋转部件和第二移动部件，所述第二旋转部件和所述第二移动部件的数量总和大于或等于四，第二调整组件的两端分别连接所述定向组件与所述远心机构。7.根据权利要求6所述的多自由度手术系统，其特征在于，所述第二调整组件包括至少两个所述第二旋转部件，其中两个所述第二旋转部件串联连接，其一端连接至所述定向组件，另一端串联连接剩余的所述第二旋转部件和/或所述第二移动部件。8.根据权利要求6所述的多自由度手术系统，其特征在于，所述第二调整组件包括三个所述第二旋转部件和一个所述第二移动部件，并按照旋转部件、旋转部件、移动部件、旋转部件的顺序依次串联；或者，按照旋转部件、旋转部件、旋转部件、移动部件的顺序依次串联。9.一种多自由度手术系统，其特征在于，包括：台车机构，包括台车定位组件以及定向组件，所述定向组件设置于所述台车定位组件，并随所述台车定位组件运动；调整机构，设置于所述定向组件；所述调整机构包括四个第一调整组件，四个所述第一调整组件分别可转动连接至所述定向组件；以及
四个远心机构，分别设置于所述第一调整组件的端部，所述远心机构用于安装手术器械；其中，所述第一调整组件包括串联连接的第一旋转部件和第一移动部件，所述第一旋转部件和所述第一移动部件的数量总和大于或等于四，所述第一旋转部件与所述第一移动部件交替连接，所述第一调整组件中，其一端通过一个所述第一旋转部件连接所述定向组件，其另一端连接所述远心机构，用于控制所述远心机构末端的手术器械相对于所述定向组件的位姿。10.一种手术机器人，其特征在于，包括控制台、手术床、视觉台车以及如权利要求1至9中任一项所述的多自由度手术系统；所述手术床承载患者，所述控制台连接所述视觉台车与所述多自由度手术系统，所述视觉台车获取手术器械与患者手术区域之间的图像，所述控制台根据视觉台车图像信息，控制所述多自由度手术系统对患者进行手术。

技术总结

本发明涉及一种手术机器人及多自由度手术系统。该多自由度手术系统，包括：台车机构，包括台车定位组件以及定向组件；调整机构，设置于所述定向组件的末端；所述调整机构包括两个第一调整组件以及两个第二调整组件，所述第一调整组件与所述第二调整组件的结构相异，并可转动连接于所述定向组件，两个所述第一调整组件位于两个所述第二调整组件之间，且所述第二调整组件能够朝向远离所述第一调整组件的方向转动；以及四个远心机构，用于安装手术器械。第二调整组件能够相对于第一调整组件向外侧运动，增加了第二调整组件的活动空间，能够充分利用仿生特点，有效提高调整机构的操作空间与灵活性，提升多自由度手术系统的灵活性与避障性。避障性。避障性。