機(jī)械臂及醫(yī)療機(jī)器人發(fā)明專利

機(jī)械臂及醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種機(jī)械臂及醫(yī)療機(jī)器人。背景技術(shù)隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)療機(jī)器人也越來越多，從早期的伊索手術(shù)機(jī)器人，到現(xiàn)在的達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，醫(yī)療機(jī)器人的功能也越來越強(qiáng)大。與此同時(shí)，從原先的開放式手術(shù)到現(xiàn)在的微創(chuàng)傷手術(shù)，手術(shù)的形式也在不斷的發(fā)生著變化。微創(chuàng)傷手術(shù)最大的特點(diǎn)是創(chuàng)口非常小，導(dǎo)致醫(yī)生的手術(shù)視野也非常有限，為此，各種功能不同的腹腔鏡隨之涌現(xiàn)。從腹腔鏡到現(xiàn)在的膠囊腹腔鏡，腹腔鏡在微創(chuàng)傷手術(shù)中的地位越來越重要。目前，最先進(jìn)的機(jī)器人系統(tǒng)與手術(shù)系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，即達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，也包含有腹腔鏡系統(tǒng)，并且設(shè)有一個(gè)專門用于扶持腹腔鏡的機(jī)械臂。機(jī)器人與腹腔鏡的結(jié)合最早是伊索手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，用來彌補(bǔ)在手術(shù)過程中醫(yī)生和助手相互配合不協(xié)調(diào)的問題，使醫(yī)生可以根據(jù)自己的需求，通過機(jī)器人系統(tǒng)調(diào)整腹腔鏡的姿態(tài)。持鏡機(jī)器人在滿足上述基本要求的同時(shí)還被要求在手術(shù)的過程中，如果持鏡機(jī)器人阻礙到了醫(yī)生的操作，醫(yī)生可直接調(diào)節(jié)機(jī)器人的若干關(guān)節(jié)，使其達(dá)到合適位置，在此調(diào)節(jié)過程中以及調(diào)節(jié)后，腹腔鏡末端的位置和姿態(tài)仍然保持不變。并且，由于腹腔鏡較小，用于持鏡的機(jī)器人也應(yīng)該盡量的體積小，便于攜帶與運(yùn)輸。但是，目前的持鏡機(jī)器人不僅體積大，質(zhì)量重，而且避障能力也不理想。發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)械臂及醫(yī)療機(jī)器人，本發(fā)明的機(jī)械臂從近端到遠(yuǎn)端，至少依次包括六個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，不僅能夠縮小機(jī)械臂的體積，降低機(jī)械臂的質(zhì)量，而且還能夠使機(jī)械臂在調(diào)整醫(yī)療器械的姿態(tài)時(shí)較好的約束不動(dòng)點(diǎn)，且本發(fā)明的機(jī)械臂較佳地通過七個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)形成冗余調(diào)整，使機(jī)械臂還能夠較好的實(shí)現(xiàn)避障功能，提升機(jī)械臂的安全性和可靠性。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種機(jī)械臂，末端用于與一醫(yī)療器械可拆卸地連接，以驅(qū)動(dòng)所述醫(yī)療器械圍繞一不動(dòng)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，且從近端到遠(yuǎn)端，所述機(jī)械臂依次包括第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)、第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)、第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)以及用于實(shí)現(xiàn)所述醫(yī)療器械自轉(zhuǎn)的自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；其中，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線與所述第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線垂直；所述第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線與所述第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線相平行；所述第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線與所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線垂直；所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線與所述第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線垂直；所述第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線與所述自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線垂直，且所述第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線與所述第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線相平行。此外，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種醫(yī)療機(jī)器人，包括所述的機(jī)械臂。進(jìn)一步的，所述機(jī)械臂還包括基座、大臂、中臂、前臂、小臂和鏡座；所述基座用于與一外部機(jī)構(gòu)固定，并通過所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)與所述大臂連接；所述大臂通過所述第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)與所述中臂連接，所述大臂的軸線與所述中臂的軸線分別與所述第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線垂直相交；所述中臂通過所述第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)與所述前臂連接，所述中臂的軸線與所述前臂的軸線分別與所述第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線垂直相交；所述前臂通過所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)與所述小臂連；所述小臂通過所述第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)與所述鏡座連接，所述第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線與所述小臂的軸線垂直相交；所述自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)位于所述鏡座。進(jìn)一步的，所述自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線、所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線以及所述第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線相交于一點(diǎn)。進(jìn)一步的，所述機(jī)械臂還包括一鏡座連接件，所述小臂通過所述鏡座連接件與所述第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)連接，且所述鏡座連接件的軸線與所述小臂的軸線平行。進(jìn)一步的，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線與所述第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線垂直相交，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線與所述自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線相交，且所述第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線與所述自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線垂直且不相交。進(jìn)一步的，所述機(jī)械臂還包括一鏡座連接件，所述小臂通過所述鏡座連接件與所述第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)連接，且所述鏡座連接件與所述小臂的軸線配置在同一條直線上。進(jìn)一步的，所述大臂的軸線和所述中臂的軸線相交于所述第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線上的一點(diǎn)，且所述中臂的軸線與所述前臂的軸線相交于所述第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線上的一點(diǎn)。進(jìn)一步的，所述中臂的軸線與所述大臂的軸線平行或異面，和/或，所述前臂的軸線與所述中臂的軸線平行或異面。進(jìn)一步的，所述大臂的軸線與所述前臂的軸線位于所述中臂的軸線的同一側(cè)。進(jìn)一步的，所述鏡座、所述前臂、所述小臂以及所述大臂的軸線在同一個(gè)平面內(nèi)。進(jìn)一步的，所述機(jī)械臂還包括第三轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，所述第三轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)位于所述第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)和所述第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)之間，且所述第三轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線分別與所述第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)及所述第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線相垂直。進(jìn)一步的，所述中臂包括同軸布置的中后臂和中前臂；所述中后臂通過所述第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)與所述大臂連接，并通過所述第三轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)與所述中前臂連接；所述中前臂通過所述第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)與所述前臂連接。進(jìn)一步的，所述第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)為一不動(dòng)點(diǎn)機(jī)構(gòu)，用以驅(qū)動(dòng)所述醫(yī)療器械圍繞所述不動(dòng)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)一步的，所述不動(dòng)點(diǎn)機(jī)構(gòu)為一平行四邊形結(jié)構(gòu)，所述平行四邊形結(jié)構(gòu)包括：第一側(cè)邊；與所述第一側(cè)邊平行的第二側(cè)邊；第三側(cè)邊；以及與所述第三側(cè)邊平行的第四側(cè)邊；所述平行四邊形結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸線與所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線垂直，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)與所述第一側(cè)邊連接；所述自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與所述第二側(cè)邊轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且所述自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線被配置為始終與所述第三側(cè)邊相平行。進(jìn)一步的，所述不動(dòng)點(diǎn)機(jī)構(gòu)包括弧形導(dǎo)軌和可移動(dòng)地設(shè)置于所述弧形導(dǎo)軌上的滑塊；所述弧形導(dǎo)軌連接所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)；所述滑塊連接所述自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，由所述滑塊驅(qū)動(dòng)所述自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)沿所述弧形導(dǎo)軌繞圓心擺動(dòng)。進(jìn)一步的，所述機(jī)械臂還包括驅(qū)動(dòng)模塊，用于驅(qū)動(dòng)所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)或所述第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)。進(jìn)一步的，所述機(jī)械臂還包括控制模塊，以及與所述控制模塊通信連接的驅(qū)動(dòng)模塊；所述控制模塊用于根據(jù)預(yù)設(shè)的期望位置和所述不動(dòng)點(diǎn)的位置獲得所述醫(yī)療器械的期望姿態(tài)，并根據(jù)機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型計(jì)算得到機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的期望位置；進(jìn)而所述控制模塊用于根據(jù)機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的期望位置，控制所述驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)各個(gè)關(guān)節(jié)，以使所述醫(yī)療器械圍繞所述不動(dòng)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，并且所述醫(yī)療器械的末端運(yùn)動(dòng)至期望位置。進(jìn)一步的，所述機(jī)械臂還包括用于測(cè)量關(guān)節(jié)位置的位置傳感器，所述位置傳感器與所述控制模塊通信連接；所述控制模塊用于根據(jù)所述位置傳感器所獲取的機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的位置，并利用機(jī)械臂正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型獲取所述不動(dòng)點(diǎn)的位置。進(jìn)一步的，所述控制模塊還根據(jù)預(yù)設(shè)的醫(yī)療器械期望的笛卡爾速度，通過雅可比矩陣的逆矩陣，獲得所述機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的期望速度；進(jìn)而所述控制模塊根據(jù)機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的期望速度，控制所述驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)各個(gè)關(guān)節(jié)，以使所述醫(yī)療器械的末端以期望的笛卡爾速度運(yùn)動(dòng)至期望位置。進(jìn)一步的，所述機(jī)械臂具有七個(gè)自由度，所述驅(qū)動(dòng)模塊上設(shè)置有與所述控制器通信連接的力矩傳感器，所述力矩傳感器用于檢測(cè)每個(gè)關(guān)節(jié)上受到的外部作用力信息并提供給所述控制模塊，所述控制模塊根據(jù)所述力矩傳感器反饋回的所述外部作用力信息，確定一冗余調(diào)整關(guān)節(jié)，并控制所述驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)所述冗余調(diào)整關(guān)節(jié)做反向運(yùn)動(dòng)，以使機(jī)械臂繞開一障礙物。進(jìn)一步的，所述機(jī)械臂具有七個(gè)自由度，所述機(jī)械臂還包括檢測(cè)裝置，所述檢測(cè)裝置與所述控制模塊通信連接；所述檢測(cè)裝置用于檢測(cè)所述驅(qū)動(dòng)模塊的電流以獲取所述驅(qū)動(dòng)模塊輸出的力矩信息；所述控制模塊進(jìn)而根據(jù)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型獲取各個(gè)關(guān)節(jié)的理論關(guān)節(jié)力矩，并根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)模塊輸出的力矩信息以及預(yù)設(shè)的力矩閾值，確定所述冗余調(diào)整關(guān)節(jié)，并控制所述驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)所述冗余調(diào)整關(guān)節(jié)做反向運(yùn)動(dòng)，以使機(jī)械臂繞開一障礙物。進(jìn)一步的，所述冗余調(diào)整關(guān)節(jié)做反向運(yùn)動(dòng)的速度為：v

r＝v

0*sgn(τ

r)+k

r*τ

r其中：v

r為冗余調(diào)整關(guān)節(jié)速度，v

0為預(yù)設(shè)基礎(chǔ)避障速度，sgn()為符號(hào)函數(shù)，τ

r為冗余關(guān)節(jié)外部力矩，k

r為速度-力矩系數(shù)。進(jìn)一步的，所述控制模塊還根據(jù)所述冗余調(diào)整關(guān)節(jié)的反向運(yùn)動(dòng)的速度，獲得冗余調(diào)整關(guān)節(jié)下一控制周期的期望位置，以將七自由度機(jī)械臂降維為六自由度機(jī)械臂；冗余調(diào)整關(guān)節(jié)下一控制周期的期望位置為：q_cmd

r＝q_cur

r+v

r*cycletime其中：q_cmd

r為下一周期期望位置，q_cur

r為當(dāng)前位置，cycletime為控制模塊控制周期。進(jìn)一步的，所述鏡座包括一內(nèi)腔，且在遠(yuǎn)端設(shè)有一用于醫(yī)療器械通過的通孔；所述自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括設(shè)置于所述內(nèi)腔的傳動(dòng)輪，以驅(qū)動(dòng)所述醫(yī)療器械轉(zhuǎn)動(dòng)，所述傳動(dòng)輪配置為相對(duì)于所述鏡座轉(zhuǎn)動(dòng)，且與所述通孔同軸布置；所述機(jī)械臂還包括驅(qū)動(dòng)模塊，所述驅(qū)動(dòng)模塊包括配置于所述內(nèi)腔的電機(jī)和輸出輪，所述電機(jī)通過所述輸出輪驅(qū)動(dòng)所述傳動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)一步的，所述電機(jī)與所述輸出輪同軸連接；所述輸出輪的軸線與所述傳動(dòng)輪平行布置，且傳動(dòng)連接。進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)模塊還包括一減速機(jī)構(gòu)，所述電機(jī)通過所述減速機(jī)構(gòu)與所述輸出輪連接。進(jìn)一步的，所述輸出輪與所述傳動(dòng)輪通過一柔性結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)連接，或者，所述輸出輪與所述傳動(dòng)輪通過齒嚙合實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)連接。綜上所述，在本發(fā)明提供的機(jī)械臂及醫(yī)療機(jī)器人中，從近端到遠(yuǎn)端，所述機(jī)械臂依次包括第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)、第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)、第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)，以及用于實(shí)現(xiàn)醫(yī)療器械自轉(zhuǎn)的自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，從而通過該六個(gè)關(guān)節(jié)的配合，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療器械的空間位置和姿態(tài)的調(diào)整。相比于現(xiàn)有，本發(fā)明的機(jī)械臂的整體尺寸小，質(zhì)量輕，便于在病床側(cè)安裝和使用。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明的機(jī)械臂還包括第三轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，位于第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)和第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)之間，從而通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)形成冗余調(diào)整，使得機(jī)械臂能夠完成七個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，便于機(jī)械臂更靈活的調(diào)整諸如腹腔鏡等醫(yī)療器械的空間位置和姿態(tài)，同時(shí)還能夠使得機(jī)械臂較為容易的避開障礙物，防止機(jī)械臂對(duì)醫(yī)生的操作造成干擾，降低醫(yī)生操作的復(fù)雜度和困難度。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明的機(jī)械臂還包括控制模塊以及與控制模塊通信連接的驅(qū)動(dòng)模塊；所述控制模塊用于根據(jù)預(yù)設(shè)的期望位置和不動(dòng)點(diǎn)的位置獲得所述醫(yī)療器械的期望姿態(tài)，并根據(jù)機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型計(jì)算得到機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的期望位置；進(jìn)而所述控制模塊用于根據(jù)機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的期望位置，控制所述驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)各個(gè)關(guān)節(jié)，以使所述醫(yī)療器械圍繞所述不動(dòng)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，并且醫(yī)療器械的末端運(yùn)動(dòng)至期望位置。相比于現(xiàn)有技術(shù)，在術(shù)中可以調(diào)整不動(dòng)點(diǎn)的位置，更符合醫(yī)生的需求，能防止患者受到額外的傷害。在其他優(yōu)選實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)模塊上設(shè)置有與所述控制模塊通信連接的力矩傳感器，所述力矩傳感器用于檢測(cè)每個(gè)關(guān)節(jié)上受到的外部作用力信息，進(jìn)而所述控制模塊根據(jù)力矩傳感器反饋回的外部作用力信息，確定受力最大的關(guān)節(jié)并作為冗余調(diào)整關(guān)節(jié)，同時(shí)控制所述驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)所述冗余調(diào)整關(guān)節(jié)做反向運(yùn)動(dòng)，以使機(jī)械臂繞開障礙物。為實(shí)現(xiàn)此目的，在另一優(yōu)選實(shí)施例中，所述機(jī)械臂還包括檢測(cè)裝置，與所述控制模塊通信連接，所述檢測(cè)裝置用于檢測(cè)所述驅(qū)動(dòng)模塊的電流以獲取所述驅(qū)動(dòng)模塊輸出的力矩信息，所述控制模塊進(jìn)而根據(jù)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型獲取各個(gè)關(guān)節(jié)的理論關(guān)節(jié)力矩，并根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)模塊輸出的力矩信息以及預(yù)設(shè)的力矩閾值，確定所述冗余調(diào)整關(guān)節(jié)，并控制所述驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)所述冗余調(diào)整關(guān)節(jié)做反向運(yùn)動(dòng)，以使機(jī)械臂繞開障礙物。因此，本發(fā)明的機(jī)械臂還具有較好的避障功能，即在運(yùn)動(dòng)過程中，如果機(jī)械臂遇到障礙物，或者受到外力阻礙，再保證末端運(yùn)動(dòng)軌跡的前提下，通過冗余關(guān)節(jié)調(diào)整整體構(gòu)型，避開阻礙物。在其他優(yōu)選實(shí)施例中，由于目前較多內(nèi)窺鏡在手術(shù)過程中均是由醫(yī)生助手扶持，在手術(shù)過程中，主手會(huì)根據(jù)醫(yī)生的要求改變內(nèi)窺鏡的姿態(tài)，這對(duì)醫(yī)生和助手的默契度要求很高，而本發(fā)明通過驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)醫(yī)療器械轉(zhuǎn)動(dòng)，便于醫(yī)生獨(dú)自完成手術(shù)操作和握持腹腔鏡等醫(yī)療器械，以此降低手術(shù)操作的難度，避免人力資源的浪費(fèi)，且驅(qū)動(dòng)模塊與自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)整合在鏡座中，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，適于安裝和使用。附圖說明附圖用于更好地理解本發(fā)明，不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。其中：圖1是本發(fā)明實(shí)施例一中的六自由度醫(yī)療機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示的醫(yī)療機(jī)器人的關(guān)節(jié)組成示意圖；圖3a是本發(fā)明實(shí)施例二中的六自由度偏置布置的醫(yī)療機(jī)器人的主視圖；圖3b是本發(fā)明實(shí)施例二中的六自由度偏置布置的醫(yī)療機(jī)器人的俯視圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例三中的六自由度醫(yī)療機(jī)器人的關(guān)節(jié)組成示意圖，其中末端三個(gè)關(guān)節(jié)不相交于一點(diǎn)；圖5是本發(fā)明實(shí)施例四中的七自由度醫(yī)療機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖5所示的七自由度醫(yī)療機(jī)器人的關(guān)節(jié)組成示意圖，其中末端三個(gè)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸線相交于一點(diǎn)；圖7是本發(fā)明實(shí)施例四中的另一七自由度醫(yī)療機(jī)器人的關(guān)節(jié)組成示意圖，其中末端三個(gè)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸線不相交于一點(diǎn)；圖8是本發(fā)明實(shí)施例五中的七自由度醫(yī)療機(jī)器人的關(guān)節(jié)組成示意圖，其中第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)為平行四邊形結(jié)構(gòu)；圖9是本發(fā)明實(shí)施例五中的另一七自由度醫(yī)療機(jī)器人的關(guān)節(jié)組成示意圖，其中第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)包括弧形導(dǎo)軌和滑塊；圖10是本發(fā)明實(shí)施例七中的醫(yī)療機(jī)器人調(diào)整腹腔鏡姿態(tài)的示意圖；圖11是本發(fā)明實(shí)施例七中的醫(yī)療機(jī)器人實(shí)現(xiàn)不動(dòng)點(diǎn)約束的流程圖圖12a是本發(fā)明實(shí)施例九中的鏡座的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖12b是本發(fā)明實(shí)施例九中的鏡座的外部結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明的機(jī)械臂及醫(yī)療機(jī)器人進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠?huì)使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個(gè)實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi)時(shí)間的，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。以下列舉醫(yī)療機(jī)器人及其機(jī)械臂的較優(yōu)實(shí)施例，以清楚說明本發(fā)明的內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)明確的是，本發(fā)明的內(nèi)容并不限制于以下實(shí)施例，其他通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的常規(guī)技術(shù)手段的改進(jìn)亦在本發(fā)明的思想范圍之內(nèi)。如在所附權(quán)利要求書以及說明書中所使用的，“大臂”、“中臂”、“小臂”并非是對(duì)這些構(gòu)件相對(duì)尺寸的限定。如在所附權(quán)利要求書以及說明書中所使用的“近端”是指遠(yuǎn)離患者的一端；“遠(yuǎn)端”是與“近端”相對(duì)的一端，具體是指靠近患者的一端?！緦?shí)施例一】如圖1及圖2所示，在本發(fā)明實(shí)施例一中，提供一種醫(yī)療機(jī)器人10，其包括機(jī)械臂以及與該機(jī)械臂末端可拆卸連接的醫(yī)療器械，在本實(shí)施例中所述醫(yī)療器械為腹腔鏡8，所述機(jī)械臂用于驅(qū)動(dòng)腹腔鏡8圍繞一不動(dòng)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。從近端到遠(yuǎn)端，所述機(jī)械臂依次包括第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)101、第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)102、第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)103、第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104、第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105，以及用于實(shí)現(xiàn)腹腔鏡8自轉(zhuǎn)的自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)106。其中，第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)101的旋轉(zhuǎn)軸線與所述第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)102的旋轉(zhuǎn)軸線垂直且相交；第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)102的旋轉(zhuǎn)軸線與第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)103的旋轉(zhuǎn)軸線相平行；第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)103的旋轉(zhuǎn)軸線與第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104的旋轉(zhuǎn)軸線垂直且相交；第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104的旋轉(zhuǎn)軸線與第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105的旋轉(zhuǎn)軸線相垂直，第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105的旋轉(zhuǎn)軸線與自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)106的旋轉(zhuǎn)軸線相垂直，第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104的旋轉(zhuǎn)軸線、第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105的旋轉(zhuǎn)軸線與自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)106的旋轉(zhuǎn)軸線相交于一點(diǎn)；且第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105的旋轉(zhuǎn)軸線與第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)103的旋轉(zhuǎn)軸線相平行。進(jìn)一步，以上各個(gè)關(guān)節(jié)通過連桿相連接，具體而言，所述機(jī)械臂還包括基座1、大臂2、中臂3、前臂4、小臂5、鏡座連接件6和鏡座7。所述基座1用于將醫(yī)療機(jī)器人10與外部機(jī)構(gòu)固定，如固定至手術(shù)病床或其他安裝對(duì)象上。所述基座1的遠(yuǎn)端設(shè)置所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)101，所述基座1通過所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)101與所述大臂2連接。優(yōu)選，所述基座1的軸線、大臂2的軸線以及第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)101的旋轉(zhuǎn)軸線配置在同一條直線上。所述大臂2的遠(yuǎn)端設(shè)置所述第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)102，所述大臂2通過所述第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)102與所述中臂3連接。同時(shí)，所述大臂2的軸線和所述中臂3的軸線分別與第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)102的旋轉(zhuǎn)軸線垂直相交。優(yōu)選，所述大臂2的軸線和所述中臂3的軸線相交于所述第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)102的旋轉(zhuǎn)軸線上的一點(diǎn)。所述中臂3的遠(yuǎn)端設(shè)置所述第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)103，所述中臂3通過所述第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)103與所述前臂4連接。所述中臂3的軸線以及所述前臂4的軸線分別與所述第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)103的旋轉(zhuǎn)軸線垂直且相交，優(yōu)選，所述中臂3的軸線與所述前臂4的軸線相交于所述第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)103的旋轉(zhuǎn)軸線上的一點(diǎn)。所述前臂4的遠(yuǎn)端設(shè)置所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104，所述前臂4通過所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104與所述小臂5連接。優(yōu)選，所述前臂4的軸線、小臂5的軸線以及第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104的旋轉(zhuǎn)軸線配置在同一條直線上。所述小臂5的遠(yuǎn)端設(shè)置所述鏡座連接件6，所述鏡座連接件6與所述小臂5偏置布置，即所述鏡座連接件6的軸線與所述小臂5的軸線相平行。所述鏡座連接件6與所述小臂5可以是固定連接，例如一體化成型，也可以是可拆卸連接。所述鏡座連接件6的遠(yuǎn)端設(shè)置所述第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105，所述第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105的旋轉(zhuǎn)軸線與小臂5的軸線垂直相交。所述鏡座連接件6通過所述第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105與所述鏡座7連接。所述鏡座7上設(shè)置所述自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)106。其中，為了降低機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制難度，簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)控制的計(jì)算過程，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104的旋轉(zhuǎn)軸線、第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105的旋轉(zhuǎn)軸線以及自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)106的旋轉(zhuǎn)軸線被配置為相交于一點(diǎn)。具體而言，在本實(shí)施例中，由于所述機(jī)械臂末端的三個(gè)關(guān)節(jié)的軸線相交于一點(diǎn)，則在調(diào)整腹腔鏡8的姿態(tài)時(shí)，可以保持第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)101、第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)102和第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)103靜止不動(dòng)，而僅驅(qū)動(dòng)第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104、第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105和自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)106作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)即可。同樣，在調(diào)整夾持腹腔鏡8的夾持點(diǎn)位置時(shí)，只需要調(diào)整近端的三個(gè)關(guān)節(jié)即可。這樣可以簡(jiǎn)化機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，降低計(jì)算量。進(jìn)一步來說，本實(shí)施例的機(jī)械臂通過上述六個(gè)關(guān)節(jié)，能夠完成六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，從而方便調(diào)整夾持腹腔鏡8的夾持點(diǎn)的空間位置和腹腔鏡8姿態(tài)。且當(dāng)手術(shù)時(shí)，以患者創(chuàng)口位置作為不動(dòng)點(diǎn)位置，所述腹腔鏡8從患者創(chuàng)口位置伸入體內(nèi)，通過對(duì)機(jī)械臂末端的調(diào)整以及不動(dòng)點(diǎn)的約束，便可使腹腔鏡8能圍繞術(shù)中不動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)(如轉(zhuǎn)動(dòng)或伸縮)。并且與現(xiàn)有的機(jī)械臂相比，如達(dá)芬奇機(jī)械臂，本實(shí)施例的機(jī)械臂整體尺寸小，質(zhì)量輕，能夠方便地在病床側(cè)安裝和使用。本實(shí)施例中，以腹腔鏡作為醫(yī)療器械進(jìn)行說明，但是醫(yī)療器械不限于用于檢測(cè)的腹腔鏡，還包括用于手術(shù)操作的手術(shù)器械，例如剪刀、電鉤等。本發(fā)明對(duì)手術(shù)器械的類型也沒有特別的限制?！緦?shí)施例二】本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)械臂與實(shí)施例一基本相同，以下主要針對(duì)不同點(diǎn)來說。如圖3a及圖3b所示，在本發(fā)明實(shí)施例二中，所述機(jī)械臂中的部分連桿為偏置連接。具體而言，在圖3b所示的俯視角度下，所述中臂3位于大臂2的右側(cè)，且所述前臂4位于中臂3的左側(cè)，即中臂3的軸線與大臂2的軸線不相交，即異面或者平行，前臂4的軸線與中臂3的軸線不相交，即異面或平行。優(yōu)選，大臂2的軸線與前臂4的軸線位于中臂3的軸線的同一側(cè)。例如，所述大臂2和前臂4均位于中臂3的左側(cè)(但實(shí)際中，不限于左側(cè)，還可以是中臂3的右側(cè))。這里，由于小臂5和前臂4同軸布置，故小臂5也位于中臂3的左側(cè)。除此之外，在圖3b所示的俯視角度下，所述鏡座連接件6和鏡座7均位于小臂5的左側(cè)，同時(shí)所述鏡座連接件6位于鏡座7的左側(cè)。因此，所述鏡座連接6、小臂5均布置在中臂3的同一側(cè)，且較佳地鏡座7位于機(jī)械臂的中間平面上，即在圖3b所示的俯視角度下，所述鏡座7、前臂4、小臂5以及大臂2的軸線在同一個(gè)平面內(nèi)，這樣可以獲得整體寬度尺寸較小的機(jī)械臂，使得機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過程中的占用空間更小，更便于在手術(shù)過程中安裝和使用?！緦?shí)施例三】本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)械臂與實(shí)施例一基本相同，以下主要針對(duì)不同點(diǎn)來說。如圖4所示，在本發(fā)明實(shí)施例三中，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104的旋轉(zhuǎn)軸線、第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105的旋轉(zhuǎn)軸線以及自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)106的旋轉(zhuǎn)軸線不相交于一點(diǎn)，具體為所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104的旋轉(zhuǎn)軸線與第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105的旋轉(zhuǎn)軸線垂直且相交，所述第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105的旋轉(zhuǎn)軸線與自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)106的旋轉(zhuǎn)軸線僅垂直而不相交，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104的旋轉(zhuǎn)軸線與自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)106的旋轉(zhuǎn)軸線僅相交。此時(shí)，所述鏡座連接件6作為可選的方案，即小臂5可直接通過第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105與鏡座7連接，或小臂5與鏡座連接件6固定連接或可拆卸地連接且兩者軸線共線設(shè)置，然后鏡座連接件6通過第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105與鏡座7連接。這樣的機(jī)械臂構(gòu)型亦能完成六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，但在調(diào)整腹腔鏡8的姿態(tài)時(shí)，需要六個(gè)關(guān)節(jié)一起配合運(yùn)動(dòng)?！緦?shí)施例四】本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)械臂與上述實(shí)施例基本相同，以下主要針對(duì)不同點(diǎn)來說。如圖5和圖6所示，在本發(fā)明實(shí)施例四中，所述機(jī)械臂具有七個(gè)自由度。具體而言，所述機(jī)械臂還包括第三轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)107，所述第三轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)位于所述第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)102和第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)103之間，且第三轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)107的旋轉(zhuǎn)軸線分別與所述第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)102及第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)103的旋轉(zhuǎn)軸線相垂直。優(yōu)選的，所述中臂3包括同軸布置的中后臂31和中前臂32，所述中后臂31通過第一擺動(dòng)關(guān)節(jié)102與大臂2連接，并通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)107與中前臂32連接；所述中前臂32通過第二擺動(dòng)關(guān)節(jié)103與前臂4連接。因此，所述第三轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)107與第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104形成冗余設(shè)置，使得機(jī)械臂能夠完成七個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，便于機(jī)械臂更靈活的調(diào)整腹腔鏡8的空間位置和姿態(tài)，而且使得機(jī)械臂能夠較為容易的避開障礙物，防止機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)對(duì)醫(yī)生的操作造成干擾，降低了醫(yī)生操作的復(fù)雜度和困難度。此外，本實(shí)施例中，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104的旋轉(zhuǎn)軸線、第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105的旋轉(zhuǎn)軸線與自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)106的旋轉(zhuǎn)軸線相交于一點(diǎn)(如圖6所示)?；蛘?，如圖7所示，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104的旋轉(zhuǎn)軸線、第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105的旋轉(zhuǎn)軸線與自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)106的旋轉(zhuǎn)軸線不相交于一點(diǎn)。另外，與實(shí)施例二類似的，所述大臂2、前臂4、鏡座7、鏡座連接件6也可位于中臂3的同一側(cè)。【實(shí)施例五】本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)械臂與前述實(shí)施例四基本相同，以下針對(duì)不同點(diǎn)進(jìn)行描述。如圖8所示，在本發(fā)明實(shí)施例五中，所述第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105為一不動(dòng)點(diǎn)機(jī)構(gòu)，用以驅(qū)動(dòng)腹腔鏡8圍繞所述不動(dòng)點(diǎn)擺動(dòng)。所述第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105具體為一平行四邊形結(jié)構(gòu)，所述平行四邊形結(jié)構(gòu)具體由四個(gè)擺動(dòng)鉸鏈組成，包括：第一側(cè)邊；與第一側(cè)邊平行的第二側(cè)邊；第三側(cè)邊；與第三側(cè)邊平行的第四側(cè)邊；通過平行四邊形結(jié)構(gòu)可驅(qū)動(dòng)腹腔鏡8圍繞一固定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，該固定點(diǎn)即為不動(dòng)點(diǎn)FP。具體來說，所述平行四邊形結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸線與第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104的旋轉(zhuǎn)軸線垂直，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104與所述平行四邊形結(jié)構(gòu)的第一側(cè)邊連接。優(yōu)選第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104的旋轉(zhuǎn)軸線與第一側(cè)邊共線設(shè)置，如此所述平行四邊形結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸線與第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104的旋轉(zhuǎn)軸線不僅垂直而且相交。另外，所述自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)106與所述第一側(cè)邊相對(duì)的第二側(cè)邊轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且所述自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)106的旋轉(zhuǎn)軸線被配置為始終與所述平行四邊形結(jié)構(gòu)的第三側(cè)邊相平行。具體的配置方法可以采用絲傳動(dòng)控制所述自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)106的軸線擺動(dòng)角度與四個(gè)擺動(dòng)鉸鏈組成的平行四邊形結(jié)構(gòu)一致，也可以采用平行四邊形結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)所述自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)106的軸線擺動(dòng)角度與四個(gè)擺動(dòng)鉸鏈組成的平行四邊形結(jié)構(gòu)一致，例如以增加一與第一側(cè)邊平行的第五側(cè)邊，第五側(cè)邊分別連接第三側(cè)邊以及腹腔鏡鏡桿，且第五側(cè)邊與第二側(cè)邊長(zhǎng)度相等，如此不動(dòng)點(diǎn)機(jī)構(gòu)為一多平行四邊形結(jié)構(gòu)。所述第一側(cè)邊的軸線與所述自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)106的旋轉(zhuǎn)軸線相交于固定點(diǎn)，即不動(dòng)點(diǎn)FP。本實(shí)施例的機(jī)械臂采用不動(dòng)點(diǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了醫(yī)療器械通過創(chuàng)口進(jìn)行手術(shù)操作或檢測(cè)，使得機(jī)械臂通過機(jī)械結(jié)構(gòu)約束腹腔鏡等醫(yī)療器械圍繞不動(dòng)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，提升了機(jī)械臂的安全性和可靠性。進(jìn)一步，除了平行四邊形結(jié)構(gòu)外，還可以采用圖9所示的不動(dòng)點(diǎn)機(jī)構(gòu)，所述第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105包括弧形導(dǎo)軌1051以及可移動(dòng)地設(shè)置在弧形導(dǎo)軌1051上的滑塊1052。所述弧形導(dǎo)軌1051與第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104連接。同時(shí)所述自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)106與滑塊1052連接，從而由滑塊1052驅(qū)動(dòng)自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)106沿弧形導(dǎo)軌1051繞圓心擺動(dòng)，且所述自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)106的旋轉(zhuǎn)軸線亦經(jīng)過所述弧形導(dǎo)軌1051的圓心。因此，弧形導(dǎo)軌1051的圓心形成為不動(dòng)點(diǎn)FP。優(yōu)選，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104的旋轉(zhuǎn)軸線經(jīng)過所述弧形導(dǎo)軌1051的圓心。顯而易見，本實(shí)施例中的機(jī)械臂也可以省去第三轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)107。由此，所述機(jī)械臂可變?yōu)榫哂辛鶄€(gè)自由度，但是仍然可以實(shí)現(xiàn)約束腹腔鏡圍繞不動(dòng)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)?！緦?shí)施例六】在本發(fā)明實(shí)施例六中，所述機(jī)械臂還包括驅(qū)動(dòng)模塊，且所述機(jī)械臂具有主動(dòng)調(diào)整模式和被動(dòng)調(diào)整模式。通常地，由機(jī)械臂上的驅(qū)動(dòng)模塊如電機(jī)，驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的工作方式即為機(jī)械臂的主動(dòng)調(diào)整，與此相對(duì)的，由外部力驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的工作方式即為機(jī)械臂的被動(dòng)調(diào)整。進(jìn)一步，在被動(dòng)調(diào)整模式下，機(jī)械臂關(guān)節(jié)上的電機(jī)能夠作為重力補(bǔ)償而配合外部力驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，以使得操作者能夠克服機(jī)械臂上各關(guān)節(jié)的阻力，從而能夠協(xié)助操作者使機(jī)械臂順利運(yùn)動(dòng)至預(yù)定的位置，從而增加了機(jī)械臂被動(dòng)調(diào)整操作的舒適度和便捷性。進(jìn)一步，在實(shí)施例五的機(jī)械臂的基礎(chǔ)上，所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104可由電機(jī)M驅(qū)動(dòng)，或僅用電機(jī)M作為重力補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)被動(dòng)調(diào)整。在被動(dòng)調(diào)整模式下，通過外部力驅(qū)動(dòng)第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)104轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，所述第三擺動(dòng)關(guān)節(jié)105亦可由電機(jī)M驅(qū)動(dòng)，或僅用電機(jī)M作為重力補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)被動(dòng)調(diào)整，在一個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)M可處于四個(gè)擺動(dòng)鉸鏈中的任意一個(gè)，在另一個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)M驅(qū)動(dòng)滑塊1052沿著弧形導(dǎo)軌1051圍繞圓心運(yùn)動(dòng)?！緦?shí)施例七】可見，在本發(fā)明實(shí)施例五中，采用不動(dòng)點(diǎn)機(jī)構(gòu)的機(jī)械構(gòu)型即可實(shí)現(xiàn)了腹腔鏡能夠圍繞不動(dòng)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的功能，然而，在本發(fā)明第一至四實(shí)施例中，僅通過機(jī)械構(gòu)型不能實(shí)現(xiàn)腹腔鏡始終圍繞不動(dòng)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的功能，需要通過約束條件來約束每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)上述功能?，F(xiàn)有的機(jī)械臂在術(shù)中不能調(diào)整不動(dòng)點(diǎn)的位置，而實(shí)際的手術(shù)可能會(huì)因?yàn)闄C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)偏差或患者的移動(dòng)，導(dǎo)致不動(dòng)點(diǎn)位置不準(zhǔn)確，對(duì)患者造成額外傷害。因此，本實(shí)施例的機(jī)械臂雖然會(huì)增加額外的控制模塊等部件，但是這樣可以提高各關(guān)節(jié)的配合能力，保證機(jī)械臂調(diào)整的靈活性，并且在術(shù)中可以實(shí)現(xiàn)調(diào)整不動(dòng)點(diǎn)的位置的功能，更符合醫(yī)生的需求，從而避免對(duì)患者造成額外傷害。首先參閱圖10，本實(shí)施例的機(jī)械臂通過六個(gè)或七個(gè)關(guān)節(jié)的配合運(yùn)動(dòng)，可使腹腔鏡8從姿態(tài)A調(diào)整到姿態(tài)A’或A”，此過程中，所述腹腔鏡8始終圍繞不動(dòng)點(diǎn)FP運(yùn)動(dòng)。在一些實(shí)施例中，將機(jī)械臂鎖定在主動(dòng)調(diào)整模式，此時(shí)，需要通過機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)算法控制各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，從而控制腹腔鏡圍繞不動(dòng)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，例如需要計(jì)算出各個(gè)關(guān)節(jié)的期望運(yùn)動(dòng)位置，并借助于各個(gè)關(guān)節(jié)上電機(jī)的相互配合，才能實(shí)現(xiàn)腹腔鏡8圍繞不動(dòng)點(diǎn)FP運(yùn)動(dòng)。尤其當(dāng)腹腔鏡8的姿態(tài)保持不動(dòng)時(shí)，可通過機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)算法控制腹腔鏡8進(jìn)行伸縮，使其可沿著自身的鏡管801移動(dòng)。特別的，對(duì)于七自由度的機(jī)械臂，當(dāng)機(jī)械臂在術(shù)中阻礙了醫(yī)生操作時(shí)，亦可通過機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)算法將機(jī)器人推至一側(cè)，在沒有影響到腹腔鏡8的空間位置和姿態(tài)的前提下，一方面使得機(jī)械臂能夠繞開障礙物，另一方面通過機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)算法實(shí)現(xiàn)了不動(dòng)點(diǎn)的約束。在本發(fā)明本實(shí)施例七中，機(jī)械臂還包括：控制模塊；與控制模塊通信連接的驅(qū)動(dòng)模塊；以及與控制模塊通信連接的位置傳感器，位置傳感器用以測(cè)量各個(gè)關(guān)節(jié)位置；其中，本實(shí)施例的機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)不動(dòng)點(diǎn)約束的工作方式主要包括：首先，將機(jī)械臂鎖定為被動(dòng)調(diào)整模式，在此模式下，將腹腔鏡8的末端手動(dòng)調(diào)整到患者身上戳卡的位置(此時(shí)腹腔鏡的末端與患者創(chuàng)口重合)，控制模塊根據(jù)位置傳感器所獲取的各個(gè)關(guān)節(jié)位置，利用機(jī)械臂正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型獲得腹腔鏡末端的位置，作為不動(dòng)點(diǎn)(記為FP)的位置，該不動(dòng)點(diǎn)在機(jī)械臂基坐標(biāo)系B下的描述為

BP

FP＝(X

FP,Y

FP,Z

FP)；然后，將腹腔鏡8插入戳卡，進(jìn)一步進(jìn)入人體內(nèi)部，此時(shí)，便需要將機(jī)械臂鎖定在主動(dòng)調(diào)整模式，以便于手術(shù)過程中通過機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型控制腹腔鏡8圍繞不動(dòng)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)一步，根據(jù)圖11所示的流程對(duì)不動(dòng)點(diǎn)的一種約束方式作進(jìn)一步的描述。如圖11所示，當(dāng)腹腔鏡插入戳卡并伸入人體內(nèi)部后，即將機(jī)械臂鎖定在主動(dòng)調(diào)整模式，控制腹腔鏡始終圍繞不動(dòng)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。具體的，本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)械臂的控制模塊，根據(jù)預(yù)設(shè)的期望位置(步驟401)和上述不動(dòng)點(diǎn)的位置(步驟402)，獲得腹腔鏡的期望姿態(tài)(步驟403)，之后，控制模塊利用機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型計(jì)算得到機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的期望位置(步驟404)。其中，腹腔鏡的期望位置可以由術(shù)前的手術(shù)規(guī)劃提供，也可以由其他方式實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明對(duì)此沒有特別的限制。進(jìn)而所述控制模塊根據(jù)機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的期望位置(步驟404)，通知各電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)(步驟405)，以使機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)腹腔鏡圍繞不動(dòng)點(diǎn)FP運(yùn)動(dòng)(步驟406)，并且控制所述腹腔鏡末端運(yùn)動(dòng)至期望位置(步驟406)。進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，所述腹腔鏡的期望姿態(tài)包括腹腔鏡之期望坐標(biāo)系的Z軸的期望姿態(tài)；所述腹腔鏡之期望坐標(biāo)系的Z軸的期望姿態(tài)的計(jì)算如下：其中，P

to為腹腔鏡末端的期望位置在機(jī)械臂基坐標(biāo)系下的表示；P

f為不動(dòng)點(diǎn)的位置在機(jī)械臂基坐標(biāo)下的表示；n

te為腹腔鏡的期望坐標(biāo)系的Z軸的期望姿態(tài)在機(jī)械臂基坐標(biāo)系下的表示。同時(shí)，本發(fā)明對(duì)腹腔鏡的期望坐標(biāo)系之X軸和Y軸的取向不做強(qiáng)制性約束。可根據(jù)實(shí)際適應(yīng)情況決定。例如，所述腹腔鏡之期望坐標(biāo)系的Y軸的期望姿態(tài)為：p

te＝n

te×r

tc所述腹腔鏡之期望坐標(biāo)系的X軸的期望姿態(tài)為:r

te＝p

te×n

te其中：p

te為腹腔鏡之期望坐標(biāo)系的Y軸的期望姿態(tài)在機(jī)械臂基坐標(biāo)系下的表示；r

tc為腹腔鏡的坐標(biāo)系的X軸的當(dāng)前姿態(tài)在機(jī)械臂基坐標(biāo)系下的表示；r

te為腹腔鏡之期望坐標(biāo)系的X軸的期望姿態(tài)在機(jī)械臂基坐標(biāo)系下的表示。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述控制模塊進(jìn)一步，結(jié)合期望笛卡爾運(yùn)動(dòng)速度的大小(或者默認(rèn)速度)，計(jì)算各機(jī)械臂關(guān)節(jié)的速度。關(guān)節(jié)速度具體為：其中

為關(guān)節(jié)速度，J為雅克比矩陣，v為期望笛卡爾速度。具體的，所述控制模塊根據(jù)腹腔鏡的期望的笛卡爾速度，通過雅可比矩陣的逆矩陣，獲得所述機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的期望速度；進(jìn)而所述控制模塊根據(jù)機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的期望速度，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)腹腔鏡圍繞所述不動(dòng)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，并且腹腔鏡末端以期望的笛卡爾速度運(yùn)動(dòng)至期望位置。這里，本發(fā)明根據(jù)預(yù)設(shè)關(guān)節(jié)速度，來獲取姿態(tài)調(diào)整時(shí)實(shí)際的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度，這樣可以增加底層速度控制，保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，防止運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生抖動(dòng)?！緦?shí)施例八】對(duì)于七自由度的機(jī)械臂來說，其還具有避障功能，即在運(yùn)動(dòng)過程中，如果機(jī)械臂遇到障礙物，或者受到外力阻礙，在保證末端運(yùn)動(dòng)軌跡的前提下，通過冗余關(guān)節(jié)調(diào)整整體構(gòu)型，避開阻礙物。在本實(shí)施例中，所述機(jī)械臂上各個(gè)關(guān)節(jié)的電機(jī)上還設(shè)有與控制模塊通信連接的力矩傳感器，所述力矩傳感器用于檢測(cè)各關(guān)節(jié)受到的外部作用力并反饋給控制模塊。其中，當(dāng)所述力矩傳感器檢測(cè)到外部作用力時(shí)，所述控制模塊確定受力最大的關(guān)節(jié)作為冗余調(diào)整關(guān)節(jié)，并控制電機(jī)給予該冗余調(diào)整關(guān)節(jié)一個(gè)反向運(yùn)動(dòng)速度，從而控制機(jī)械臂繞開該障礙物?？蛇x的，冗余調(diào)整關(guān)節(jié)的反向運(yùn)動(dòng)速度為：v

r＝v

0*sgn(τ

r)+k

r*τ

r其中：v

r為避障關(guān)節(jié)速度，即冗余調(diào)整關(guān)節(jié)速度，v

0為預(yù)設(shè)基礎(chǔ)避障速度，sgn()為符號(hào)函數(shù)，τ

r為冗余關(guān)節(jié)外部力矩，k

r為速度-力矩系數(shù)。其中，當(dāng)τ

r>0時(shí)，sgn(τ

r)＝1；當(dāng)τ

r<0時(shí)，sgn(τ

r)＝-1；當(dāng)τ

r＝0時(shí)，sgn(τ

r)＝0。進(jìn)而，可以得到冗余調(diào)整關(guān)節(jié)下一控制周期的期望位置：q_cmd

r＝q_cur

r+v

r*cycletime其中：q_cmd

r為下一周期期望位置，q_cur

r為當(dāng)前位置，cycletime為控制模塊控制周期。因此，控制模塊還根據(jù)所述冗余調(diào)整關(guān)節(jié)的反向運(yùn)動(dòng)的速度，獲得冗余調(diào)整關(guān)節(jié)下一控制周期的期望位置，以將七自由度機(jī)械臂降維為六自由度機(jī)械臂，從而在避開障礙物的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)腹腔鏡姿態(tài)的調(diào)整。在一個(gè)替代性實(shí)施例中，上述七自由度的機(jī)械臂的電機(jī)上也可不設(shè)置力矩傳感器，而是通過一檢測(cè)裝置直接監(jiān)測(cè)電機(jī)輸出的力矩(電流)，從而對(duì)外部作用力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使得控制模塊直接根據(jù)監(jiān)測(cè)到的電機(jī)輸出力矩，確定受力最大的關(guān)節(jié)并將該關(guān)節(jié)確定為冗余調(diào)整關(guān)節(jié)，并給冗余調(diào)整關(guān)節(jié)一個(gè)反向速度，使機(jī)械臂繞開障礙物。具體的，在獲取電機(jī)的輸出力矩后，所述控制模塊判斷電機(jī)的輸出力矩與理論關(guān)節(jié)力矩的差值是否超過預(yù)設(shè)的閾值，若超過，則判斷機(jī)械臂受到外部干擾。這里，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型通常為：其中：q為關(guān)節(jié)的真實(shí)位置，

為關(guān)節(jié)的真實(shí)速度，

為關(guān)節(jié)的真實(shí)加速度；B為慣性矩陣，C為位置速度相關(guān)矩陣，g為重力矩陣，F(xiàn)

υ為阻尼系數(shù)，F(xiàn)

s為