CN102905640B - 单自由度连杆装置、利用该单自由度连杆装置的机械手及包括该机械手的手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明包括：固定的四节点连杆，其中，四个连杆以铰链的方式结合在一起，该固定的四节点连杆包括固定连杆、连接杆、输入侧传动连杆以及输出侧传动连杆，该固定连杆的位置是固定的，该连接杆定位在第一连杆的相对侧上，该输入侧传动连杆将连接杆的一侧上的端部与第一杆相连，该输出侧传动定位在该输入侧传动连杆的相对侧上；输入连杆部件，该输入连杆部件上附接有致动器，并且该输入连杆部件以铰接的方式结合在输入侧传动连杆的两个端部之间；以及输出连杆部件，该输出连杆部件固定地结合至输出侧传动连杆并且借助于输出侧传动连杆而被旋转，并且可将根据本发明的单自由度连杆装置和利用该单自由度连杆装置的机械手用于允许连杆装置之间的容易的附接和拆除并且根据所期望的目的实现机械手中的平滑动作。

Description

单自由度连杆装置、利用该单自由度连杆装置的机械手及包括该机械手的手术机器人

技术领域

本发明涉及一种单自由度连杆装置及一种利用该单自由度连杆装置的机械手。更具体地，本发明涉及一种无论致动器的重量和体积如何都可运转的单自由度连杆装置以及一种在稳定地支承工作区段的同时使该工作区段能够平稳运动的机械手。

背景技术

通常，执行特定操作的机器人或机械设备的运转通过直接附接至操作执行部件的关节的致动器进行控制。当利用直接附接至操作执行部件的关节的致动器来驱动该机械设备时，操作执行部件的重量和体积不可避免地增加，从而使得减小该机械设备的尺寸难以实现。

此外，手术机器人的机械手构造成在有限的空间中在体内执行诸如组织切开或缝合之类的手术。由此，外科手术用的机械手在尺寸方面受到限制。在普通的手术机器人的机械手中，致动器设置于机械手的前端，在该前端，安装有关节件和手术器械，以使机械手能够在手术部位进行手术。由此，限制安装在机械手上的致动器的数量以减小待被***到体内的机械手的体积是必需的。因此，对于普通的机械手而言，为了移动至靠近待进行外科手术的组织的位置，切开皮肤1的若干部位并通过切开的皮肤部位执行手术，如图1a中所示。这种机械手r₁和r₂需要许多皮肤切口，这些皮肤切口的位置取决于外科手术的目的，使得在手术部位上残存若干伤疤，从而留下讨厌的外观。特别地，在手术部位可能暴露在日常生活中的情况下，讨厌的外观就变成了更为严重的问题。此外，由于致动器增加了机械手r₁、r₂的重量，因此存在增大了施加至机械手r₁、r₂的载荷的问题。此外，由于机械手r₁、r₂安装在不同的位置上，因此用于调节机械手r₁、r₂的位置的机械手支架的数量也增加了，并且因此，安装空间变小，这使得难以执行外科手术。

鉴于上述问题，韩国专利公开文献No.2009-0124552A提议了一种图1b中所示的机械手。该机械手包括多个节点20、将相邻的节点20连接至构成关节的弹性构件16、以及穿透节点20的关节驱动线缆12、14。关节驱动线缆12、14的拉伸导致弹性构件16的收缩或伸长以使关节弯曲。

然而，在这种情况下，由于关节驱动线缆12、14通过弹性构件16和节点20彼此连接，因此存在这样一种问题：即，当手术执行部件因机械设备的运转故障而用新的手术执行部件进行替换时，易于损坏包括关节驱动线缆12、14在内的线缆型驱动单元。另一问题是，线缆型驱动单元具有低强度以使得仅能将极为有限的载荷施加至手术部件30。此外，由于关节驱动线缆12、14控制机械手的关节件和手术器械30的运转，因此可仅安装有限数量的驱动线缆12、14以控制机械手中的具有极为有限的体积的关节，从而产生了这样一种问题：即，切开若干部位以使机械手能够接近手术目标，如在现有机械手中的那样。此外，施加至机械手的载荷随着机械手的长度的增加而增加，使得机械手在手术器械30的运转期间经受由载荷产生的振动。这使得难以实现对机械手的精确控制。

发明内容

【技术问题】

本发明的第一目的是提供一种单自由度连杆装置，其中，输出连杆部件由安装在输入连杆部件上的致动器驱动。

本发明的第二目的是提供一种机器人驱动机构，其中，包括单自由度连杆装置在内的多个连杆装置以叠层布置的方式设置，无论致动器的重量和尺寸如何，均可驱动这多个连杆装置，并且可减小其尺寸。

本发明的第三目的是提供一种机械手，该机械手具有小体积以及改良的驱动关节的能力。

本发明的第四目的是提供一种手术机器人，该手术机器人包括安装在其中的机械手，从而使手术部位的切口最小化，减小安装区域，并稳定地控制该机械手。

【技术方案】

为了实现本发明的第一目的，提供了一种单自由度连杆装置，该单自由度连杆装置包括：固定的四节点连杆，该固定四节点连杆包括铰接地结合在一起的四个连杆，这四个连杆包括固定连杆、连接杆、输入侧传动连杆以及输出侧传动连杆，该固定连杆的位置是固定的，该连接杆定位于固定连杆的相对侧处，该输入侧传动连杆将固定连杆连接至连接杆的一个端部，该输出侧传动连杆定位于输入侧传动连杆的相对侧处；输入连杆部件，该输入连杆部件铰接地联接在输入侧传动连杆的两个端部之间并且在该输入连杆部件上安装有致动器；以及输出连杆部件，该输出连杆部件固定地联接至输出侧传动连杆以被输出侧传动连杆旋转。

为了实现本发明的第二目的，设置有一种双自由度机器人驱动机构，该双自由度机器人驱动机构包括：单自由度连杆装置；以及双自由度连杆装置，该双自由度连杆装置以叠层布置的方式联接至该单自由度连杆装置；并且包括四节点连杆部件、输入连杆部件和输出连杆部件，其中，四节点连杆部件包括四节点连杆，该四节点连杆彼此铰接地结合并包括第一连杆、定位于第一连杆的相对侧处的连接杆、将第一连杆连接至连接杆的一个端部的输入侧传动连杆、以及定位于输入侧传动连杆的相对侧处的输出侧传动连杆。四节点连杆部件包括：单个固定的四节点连杆，其中，第一连杆为位置固定的固定连杆；以及单个活动的四节点连杆，在该活动的四节点连杆中，第一连杆为活动连杆，固定连杆与活动连杆铰接地结合在一起，其中，输入连杆部件铰接地联接在固定的四节点连杆部件的输入侧传动连杆的两个端部之间并且在该输入连杆部件上安装有致动器，其中，输出连杆部件固定地联接至活动的四节点连杆部件的输出侧传动连杆，其中，连接关节联接在固定的四节点连杆与活动的四节点连杆之间，以将对固定的四节点连杆的输出侧传动连杆的驱动传递至活动的四节点连杆的输入侧传动连杆，以及其中，单自由度连杆装置的输出被输入到双自由度连杆装置中，使得来自双自由度连杆装置的全部输出都是可控制的。

在一种实施方式中，单自由度连杆装置的输出连杆部件可固定地联接至双自由度连杆装置的活动连杆。

此外，连接关节可固定地联接至固定的四节点连杆的输出侧传动连杆和活动的四节点连杆的输入侧传动连杆。

此外，输入连杆部件、四节点连杆部件和输出连杆部件都可由预定的材料制成。

为了实现本发明的第二目的，提供了一种n自由度机器人驱动机构，该n自由度机器人驱动机构包括：单自由度连杆装置；以及（n-1）个连杆装置，这些连杆装置以叠层布置的方式彼此联接并且联接至该单自由度连杆装置，（n-1）个连杆装置中的每个都包括四节点连杆部件、输入连杆部件和输出连杆部件，其中，四节点连杆部件包括2到n个四节点连杆，这些四节点连杆彼此铰接地结合并且都包括第一连杆、定位于第一连杆的相对侧处的连接杆、将第一连杆连接至连接杆的一个端部的输入侧传动连杆、以及定位于输入侧传动连杆的相对侧处的输出侧传动连杆，四节点连杆部件包括：固定的四节点连杆，其中，第一连杆为位置固定的固定连杆；以及活动的四节点连杆，其中，第一连杆为沿着有限的路径移动的活动连杆，彼此相邻的四节点连杆的第一连杆彼此铰接地结合，其中，输入连杆部件铰接地联接在四节点连杆部件的第一四节点连杆的输入侧传动连杆的两个端部之间并且在该输入连杆部件上安装有致动器，其中，输出连杆部件固定地联接至每个四节点连杆部件中的最后的四节点连杆的输出侧传动连杆，其中，单自由度到（n-1）自由度连杆装置的输出分别被输入到双自由度到n自由度连杆装置中，其中，连杆装置中的每个都包括连接关节，该连接关节联接在相邻的四节点连杆的输出侧传动连杆与输入侧传动连杆之间以在四节点连杆之间传递驱动力，并且其中，四节点连杆部件的第一四节点连杆为固定的四节点连杆，并且四节点连杆部件的其它四节点连杆为活动的四节点连杆，其中，n是大于或等于2的整数。

在一种实施方式中，连接关节可固定地联接至相邻的四节点连杆的输出侧传动连杆和输入侧传动连杆。

单自由度到（n-1）自由度连杆装置的输出连杆部件可分别固定地联接至双自由度到n自由度连杆装置的最后的四节点连杆的活动连杆。

以相同的顺序定位的第一连杆可在n自由度机器人驱动机构中以叠层布置的方式彼此结合。

输入连杆部件、四节点连杆部件和输出连杆部件都可由预定的材料制成。

为了实现本发明的第三目的，提供了一种机械手，该机械手包括：工作区段，该工作区段适于执行预定操作；驱动区段，在该驱动区段处安装有适于致动工作区段的致动器；以及位置控制区段，该位置控制区段联接在工作区段与驱动区段之间以将致动器的力传输至工作区段，其中，包括四节点连杆在内的多个连杆装置以叠层布置的方式彼此联接以经由致动器执行工作区段的预定操作，以及其中，连杆装置的四节点连杆在位置控制区段中以叠层布置的方式彼此联接。

在一种实施方式中，每个连杆装置都可包括设置在驱动区段中的输入连杆部件、包括至少一个四节点连杆在内的四节点连杆部件、以及联接至四节点连杆部件的远侧端部的输出连杆部件，其中，四节点连杆部件包括四个连杆，这四个连杆彼此铰接地结合并且包括第一连杆、定位于第一连杆的相对侧处的连接杆、将第一连杆连接至连接杆的一个端部的输入侧传动连杆、以及定位于输入侧传动连杆的相对侧处的输出侧传动连杆。

四节点连杆部件可包括单个固定的四节点连杆，其中，第一连杆为位置固定的固定连杆，并且机械手可设置有单自由度连杆装置，该单自由度连杆装置包括：输入连杆部件，该输入连杆部件铰接地联接在输入侧传动连杆的两个端部之间并在该输入连杆部件上安装有致动器；以及输出连杆部件，该输出连杆部件以预定的角度固定地联接至输出侧传动连杆。

机械手可包括双自由度叠层式连杆机构，该双自由度叠层式连杆机构包括单自由度连杆装置和以叠层布置的方式联接至该单自由度连杆装置的双自由度连杆装置，其中，该双自由度连杆装置包括：四节点连杆部件，该四节点连杆部件包括单个固定的四节点连杆和其中第一连杆为活动连杆的单个活动的四节点连杆；输入连杆部件，该输入连杆部件铰接地联接在固定的四节点连杆的输入侧传动连杆的两个端部之间并且在该输入连杆部件上安装有致动器；以及输出连杆部件，该输出连杆部件固定地联接至活动的四节点连杆的输出侧传动连杆并被输出侧传动连杆旋转，其中，连接关节联接在固定的四节点连杆与活动的四节点连杆之间，以将对固定的四节点连杆的输出侧传动连杆的驱动传递至活动的四节点连杆的输入侧传动连杆，以及其中，单自由度连杆装置的输出被输入到双自由度连杆装置中，使得双自由度连杆装置的全部输出都是可控制的。

优选地，单自由度连杆装置的输出连杆部件固定地联接至双自由度连杆装置的活动连杆。

优选地，连接关节固定地联接至固定的四节点连杆的输出侧传动连杆和活动的四节点连杆的输入侧传动连杆。

在另一优选实施方式中，单自由度连杆装置与（n-1）个连杆装置以叠层布置的方式彼此联接，其中，（n-1）个连杆装置中的每个都包括：四节点连杆部件，该四节点连杆部件具有两个到n个四节点连杆，这些四节点连杆包括固定的四节点连杆和活动的四节点连杆，在该活动的四节点连杆中，第一连杆为活动连杆，相邻的第一连杆彼此铰接地结合；输入连杆部件，该输入连杆部件铰接地联接在构成四节点连杆部件的每个第一四节点连杆的输入侧传动连杆的两个端部之间，且在该输入连杆部件上安装有致动器；以及输出连杆部件，该输出连杆部件固定地联接至四节点连杆部件的最后的四节点连杆中的每个的输出侧传动连杆，其中，n个连杆装置以叠层布置的方式彼此联接，使得单自由度到（n-1）自由度连杆装置的输出分别被输入到双自由度到n自由度连杆装置中，由此n自由度连杆装置的全部输出都是可控制的，其中，连接关节联接在彼此相邻的四节点连杆的输出侧传动部件与输入侧传动连杆之间，以在四节点连杆之间传递驱动力，以及其中，每个连杆装置都具有n自由度叠层式连杆机构，其中，四节点连杆部件的第一四节点连杆为固定的四节点连杆并且其它四节点连杆为活动的四节点连杆，其中，n为大于或等于3的整数。

在n自由度叠层式连杆机构中，连接关节可固定地联接至相邻的四节点连杆的输出侧传动连杆和输入侧传动连杆。

在n自由度叠层式连杆机构中，单自由度到（n-1）自由度连杆装置的输出连杆部件可分别固定地联接至双自由度到n自由度连杆装置的最后的四节点连杆的活动连杆。

在n自由度叠层式连杆机构中，以相同的顺序定位的第一连杆可以叠层布置的方式彼此联接。

工作区段可由预定的材料制成。

为了实现本发明的第四目的，提供一种手术机器人，该手术机器人包括：机器人驱动单元，该机器人驱动单元包括机械手和适于控制该机械手的位置的机械手支架；以及机器人控制台，机器人驱动单元的操作指令被输入到该机器人控制台中。

在一种实施方式中，该手术机器人可还包括：线缆，该线缆适于将从机器人操作台输入的操作指令传递至工作区段；以及导向件，该导向件联接至机械手的位置控制区段并固定线缆的安装位置。

【有益效果】

根据本发明，由于每个均包括如平行型连杆那样的四节点连杆在内的多个连杆装置彼此铰接地联接，因此机器人驱动机构可容易地支承高载荷，并且将致动器和适于驱动该致动器的装置与连杆装置的关节分离开。因此，无论致动器和致动器控制装置的重量和尺寸如何，都可驱动该机器人驱动机构。

此外，由于当仅将致动器设置于驱动区段的位置处时，位置控制区段可随意地控制工作区段的驱动位置，因此可缩小机械手所***的切口部位的位置和宽度，并且无论机械手在体内的位置如何，监控该手术情况都是可能的。此外，由于通过位置控制区段的如平行型连杆那样的四节点连杆来均匀地分布机械手的载荷，因此无论致动器和致动器控制单元的重量和体积如何，以稳定的方式控制对机械手的驱动都是可能的。由于可使适于控制工作区段的线缆的数量最小化，因此可减小机械手的体积。此外，由于甚至是在将多个机械手安装在同一位置上时，也可随意地控制工作区段的操作位置，因此使得安装机械手支架的区域最小化是可能的。

附图说明

图1a和图1b为普通机械手的主视图；

图2为根据本发明的实施方式的处于联接状态下的构成机械手的连杆装置的主视图；

图3为根据本发明的实施方式的处于分离状况下的构成机械手的连杆装置的主视图；

图4示出了根据本发明的实施方式的机械手的主视图；

图5为根据本发明的另一实施方式的机械手的立体图；

图6为根据本发明的实施方式的手术机器人的局部立体图；

图7示出了安装在根据本发明的实施方式的机械手上的单自由度连杆装置的设计理念图；

图8示出了用于说明安装在根据本发明的实施方式的机械手上的双自由度叠层式连杆机构的工作原理的设计理念图；

图9示出了用于说明安装在根据本发明的另一实施方式的机械手上的n自由度叠层式连杆机构的工作原理的设计理念图；和

图10为用于说明装配有根据本发明的实施方式的机械手的机器人的重心的视图。

<对于附图标记的说明>

100：单自由度连杆装置

200：双自由度连杆装置

110、210：输入连杆部件            122、222：第一四节点连杆

122a、222a、224a：输入侧传动连杆

122b、222b、224b：连接杆

122c、222c、224c：输出侧传动连杆

122d、222d、224d：第一连杆

130、230：输出连杆部件            233：连接关节

224：第二四节点连杆               J₁、J₂：固定关节

RA：机械手                        RS：机械手支架

10：机械手                15：载荷

20：身体                  25：动力产生单元

33：线缆                  35：导向件

具体实施方式

【最佳实施方式】

现在将对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种单自由度连杆装置，该单自由度连杆装置包括：固定四节点连杆，其中，四个连杆铰接地接合在一起呈矩形形状并且包括固定连杆、连接杆、输入侧传动连杆和输出侧传动连杆，该固定连杆的位置是固定的，该连接杆定位于固定连杆的相对侧处，该输入侧传动连杆将固定连杆连接至连接杆的一端，该输出侧传动连杆定位于输入侧传动连杆的相对侧处；输入连杆部件，该输入连杆部件铰接地联接在输入侧传动连杆的两个端部之间并且在该输入连杆部件上安装有致动器；以及输出连杆部件，该输出连杆部件以特定的角度固定地联接至输出侧传动连杆以被输出侧传动连杆旋转。

虽然n自由度连杆装置通常指的是其中设置有n个输入和n个输出的连杆装置，但是本发明的n自由度连杆装置指的是包括n个输出的连杆装置。于此，尽管不完全地控制自由度，但还是将包括n个输出的任一连杆装置定义为n自由度连杆装置。

包括单自由度连杆装置在内的机器人驱动机构具有在结构上支承巨大的力的能力，这是因为包括如平行型连杆那样的四节点连杆在内的多个连杆装置以叠层布置的方式设置。也就是说，由于诸如四节点连杆之类的平行型连杆可在结构上承受巨大的力并且包括平行型连杆在内的连杆装置以叠层布置的方式彼此联接，因此即使机器人驱动机构中叠置的每个连杆装置的四节点连杆部件的长度增加，施加至机器人驱动机构的载荷也均匀地分布在连杆装置上。因此，本发明的机器人驱动机构可支承巨大的力。

由于这种机器人驱动机构在支承巨大的力的同时，在其关节处不包括致动器，因此可减小机器人驱动机构的操作部件的尺寸并降低其重量，由此使得能够在任何地方利用该机器人驱动机构。特别地，机器人驱动机构可应用于是用于微创手术等的手术机器人。

单独的线缆或致动器并未设置在连杆装置之间。由此，本发明的机器人驱动机构具有如下优点：在紧急情况期间，连杆装置可用新的连杆装置容易地替换。由于存在结构优点，因此本发明的机器人驱动机构允许容易地替换构成连杆装置的各个连杆和构成该机器人驱动机构的连杆装置。因此，机器人驱动机构可通过根据连杆装置所使用的位置来安装由不同材料构成的连杆装置而构成。例如，在将本发明的机器人驱动机构用于仅局部区域处于高温下的工作空间中的情况下，机器人驱动机构无需在总体上具有高耐热性，而是可只将机器人驱动机构于高温区域处运转的一部分构造成具有耐热性。由此，甚至是在只有构成该机器人驱动机构的一些连杆装置的四节点连杆部件和输出连杆部件是耐热的而无需使机器人驱动机构的所有部分都耐热时，本发明的机器人驱动机构也看毫无困难地完成其预期的工作。

本发明还提供了一种机械手，该机械手包括：工作区段，该工作区段适于执行特定的操作；驱动区段，该驱动区段包括适于致动该工作区段的致动器；以及位置控制区段，该位置控制区段联接在工作区段与驱动区段之间以将致动器的力传递至工作区段，其中，包括如平行型连杆那样的四节点连杆在内的多个连杆装置以叠层布置的方式彼此结合，使得工作区段的操作由致动器执行，并且其中，连杆装置的四节点连杆在位置控制区段中以叠层布置的方式彼此联接。

由于包括如平行型连杆那样的四节点连杆在内的多个连杆装置以叠层布置的方式彼此联接，因此本发明的机械手可在结构上支承巨大的力，如上所述。也就是说，由于载荷分布在构成以叠层布置的方式彼此联接的每个连杆装置的四节点连杆的每个连杆上，并且施加至机械手的工作区段的力均匀地分布在以叠层布置的方式联接的每个连杆装置上，因此本发明的机械手可支承巨大的力，由此消除了对于在机械手的关节中安装致动器的需要。

本发明的机械手通过驱动一叠层的连杆装置来控制该位置控制区段的弯曲角度，以便于其上安装有手术器械的工作区段向着手术部位进行的运动。由此，位置控制区段可在无需将致动器或线缆安装于位置控制区段的每个关节处的情况下被稳定地驱动，这与现有技术不同。也就是说，本发明的机械手可在仅切开单个手术部位之后就轻易地执行其操作，这使得疤痕最小化。此外，甚至是在切开部位远离手术部位时，本发明的机械手也可有效地执行外科手术。可在于日常生活中并不暴露的部位上执行外科手术。

甚至是在将致动器、适于控制该致动器的线路或线缆设置于机械手以控制该工作区段的操作时，位置控制区段也可仅利用多个连杆装置来控制该工作区段的操作，并且由此无需附加的致动器。由此，与现有技术相比，可减少安装在根据本发明的机械手的位置控制区段上的致动器、控制线路和线缆的数量，从而使得能够减小待***到手术部位中的机械手的尺寸和重量。此外，实际上减小了位置控制区段上的载荷并且将由机械手支承的载荷分布在多个连杆装置上。这使得能够在工作区段的整个位置上进行稳定的控制。另外，由于每个连杆装置均包括如平行型连杆那样的四节点连杆，因此将施加至连杆装置的载荷分布在四节点连杆上，从而确保了根据本发明的机械手的稳定驱动。

一种用于这种手术机器人的机械手可借助于细的手臂结构和内窥镜执行微创手术（MIS）。利用机械手使患者能够快速康复并且使得能够通过最佳的手术部位进行精确的手术，从而有助于提高手术成功率。在这种情形下，基于机器人的手术作为一种使医疗团队和患者双方都满意的新手术方法已经引起了注意。目前在使用中的手术机器人可主要归类成用于诸如***、胃、心脏之类的软组织的腹腔镜手术的机器人、用于诸如膝关节之类的硬组织的人工关节手术的机器人、和用于利用导管进行的血管外科手术的机器人。

与现有的外科手术器械相比，利用这种手术机器人在没有手震颤的情况下提高了准确地缝合手术部位的能力，并且具有改进的旋转能力。这些优点使得能够进行微创手术（MIS）。

将参照下列优选实施方式更为详细地说明本发明。然而，对于所属领域技术人员而言明显的是，提供这些实施方式用于更为清楚地说明本发明且并非意在限制本发明的范围。

图2和图3示出了构成根据本发明的实施方式的机械手的连杆装置。

本发明的机械手主要划分为驱动区段、位置控制区段、和工作区段，其中，多个连杆装置以叠层布置的方式彼此联接以用于所有的构成区段。每个连杆装置包括：设置在驱动区段中的输入连杆部件；包括设置在位置控制区段中的一个或风多个四节点连杆在内的四节点连杆部件；以及联接至四节点连杆部件的一个端部的输出连杆部件。输出连杆部件的一部分设置在位置控制区段中，并且该输出连杆部件的其余部分设置在工作区段中。

参照图2，连杆装置包括单自由度连杆装置100和双自由度连杆装置200。单自由度连杆装置100的输出连杆部件130设置在机械手的位置控制区段中，而双自由度连杆装置200的输出连杆部件230设置在机械手的工作区段中。

由于存在其中包括如平行型连杆那样的四节点连杆在内的连杆装置以叠层布置的方式联接在一起的结构，如上所述，因此即使位置控制区段的长度增加，机械手也可在工作区段上有利地承受巨大的力。

连杆装置的四节点连杆部件可包括至少一个四节点连杆。单自由度连杆装置100的四节点连杆部件包括单个四节点连杆122，而双自由度连杆装置200的四节点连杆部件包括两个四节点连杆222、224。

在连杆装置所联接的叠层式连杆机构中，单自由度连杆装置100的输出连杆部件130和双自由度连杆装置200的第二四节点连杆224彼此一体地联接。利用该结构，驱动自由度为2的双自由度连杆装置200的输出连杆部件230是可能的。尽管双自由度连杆装置200具有2个自由度，但是由输入连杆部件210仅提供一个输入值。由此，单自由度连杆装置100和双自由度连杆装置200的联接使得能够将单自由度连杆装置100的输出值输入至双自由度连杆装置200，并且因此，将两个输入值输入至自由度为2的双自由度连杆装置200。

四节点连杆包括经由柱销彼此铰接地结合的四个连杆，并且该四节点连杆的驱动模式根据所要固定的连杆而改变。该四节点连杆包括：设置在输入连杆部件110或210中的输入侧传动连杆122a、222a或224a；设置在输出连杆部件中的输出侧传动连杆122c、222c或224c；联接在输入侧传动连杆122a、222a或224a与输出侧传动连杆122c、222c或224c之间的连接杆122b、222b或224b；以及设置于连接杆122b、222b或224b的相对侧处的第一连杆122d、222d或224d。构成四节点连杆的四个连杆铰接地结合在一起。四节点连杆可根据该第一连杆是固定连杆还是活动连杆而被归类成固定四节点连杆与活动四节点连杆。

固定四节点连杆122或222的固定连杆指的是位置固定的第一连杆122d或222d，而活动四节点连杆224的活动连杆指的是位置不固定但轨迹由与其联接的另一连杆装置所限定的第一连杆224d。也就是说，由于设置在双自由度连杆装置的第二四节点连杆224中的第一连杆224d为活动连杆，因此，与设置在单自由度连杆装置100的第一四节点连杆122中的第一连杆122d和双自由度连杆装置200的第一四节点连杆222中的第一连杆222d不同，该第一连杆224d是不固定的。然而，第一连杆224d的运动轨迹由输出连杆部件130限定。由此，单自由度连杆装置100的第一四节点连杆122和双自由度连杆装置200的第一四节点连杆222为固定四节点连杆，而双自由度连杆装置200的第二四节点连杆224为活动四节点连杆。

由于输出连杆部件130或230固定地联接至设置于每个四节点连杆部件的一个端部处的四节点连杆122或224的输出侧传动连杆122c或224c，因此输出连杆部件130或230通过对应的四节点连杆部件进行驱动。为此，固定关节J1、J2固定地联接在连杆装置中的输出侧传动连杆与输出连杆部件之间。

在四节点连杆222、224中，第一连杆222d、224d铰接地结合在一起并且连接关节223设置在第一连杆222d、224d铰接地结合在一起的位置中。利用该布置，将前部四节点连杆222的驱动传递至后部四节点连杆224。连杆关节223可铰接地联接至彼此连接的输出侧传动连杆222d和输入侧传动连杆224a，或者可固定地联接至彼此连接的输出侧传动连杆222d和输入侧传动连杆224a，使得可将输出侧传动连杆222d和输入侧传动连杆224a保持成相对于彼此成一定角度。

该结构不仅可应用于双自由度叠层式连杆机构的连杆装置100、200，也可应用于n自由度叠层式连杆机构的连杆装置，这将在下面进行描述。

这里，四节点连杆可以为锁扣装置，其中，输入侧传动连杆122a、222a、224a与输出侧传动连杆122c、222c或224c以某一角度往复运动。当输入侧传动连杆122a、222a、224a与输出侧传动连杆122c、222c或224c被构造成锁扣装置时，甚至是在小空间中，也可有利地驱动该机器人驱动机构。

图4示出了根据本发明的实施方式的体内操作的机械手的主视图。具体地，图4a和图4b为联接至同一位置的多个机械手的主视图，图4c和图4d为联接至不同位置的多个机械手的主视图。图5为根据本发明的另一实施方式的具有线缆的机械手的主视图。

每个机械手RA由包括多个连杆装置在内的叠层式连杆机构在体内进行操作。当***到体内的机械手RA接收来自其上安装有致动器的驱动区段510的力时，使关节弯曲并使位置控制区段520变形，如图4a和图4b中所示，使得工作区段530在手术部位S上执行预期的操作。例如，通过在需要切开时在工作区段530上安装手术刀或通过在欲保持住血管时在工作区段530上安装钳子来执行预期的操作。在手术期间，可将多个机械手RA***到体内。在这种情况下，由于可通过驱动位置控制区段520而使机械手RA的工作区段自由地移动，因此在被***到单个切开部位中之后，安装在同一位置上的机械手RA可容易地接近手术部位，如图4a和图4b中所示。

如图4c和图4d中所示，单独的机械手RA彼此联接。同样在这种情况下，机械手RA可控制位置控制区段520，使得无论在将机械手插过切开部位时机械手之间的角度如何，工作区段530均移动到接近于手术部位S的位置。

当将机械手RA***到手术部位中时，缩小机械手RA的体积是优选的，如图4d中所示。在最小限度地切开一部分皮肤1之后，可***机械手RA，由牵开器550保持住该切开部位。该牵开器550的形状是不受限制的。

在位置控制区段520中设置的机械手RA的关节上没有任何致动器的情况下，可随意地改变根据本发明的机械手RA的形状，如上所述。此外，无论致动器的重量和尺寸如何，驱动机械手RA均是可能的，这是因为机械手RA的关节的位置与用于致动关节的致动器和致动器***分离开。

机械手RA的工作区段530联接至以叠层布置的方式设置的多个连杆装置。该联接使得能够控制对于安装在工作区段530上的手术器械的驱动。为了更为精准地控制该工作区段530，机械手还可包括适于控制对于工作区段530的驱动的致动器或适于将电信号传递至致动器的线缆（w）。也就是说，机械手RA可具有其中安装有线缆的空间，如图5中所示。为此，机械手RA可具有以规则的间隔设置以保持线缆（w）的位置的导引件（g）。每个导向件（g）均可具有线缆（w）穿过的孔，如图5中所示。作为选择，构成机械手的连杆装置的第一连杆可形成为呈管状以起到导引件的作用。这里，由于线缆（w）仅控制对于安装在工作区段530上的手术器械的驱动，因此可将机器人的体积的增加量限制成尽可能低。

在工作区段530中，连杆装置的输出连杆部件可充当手术器械。作为选择，可将手术器械安装在工作区段530中。在这种情况下，手术器械通过连杆装置的输出连杆部件进行操作。作为选择，可将手术器械联接至输出连杆部件。在这种情况下，可由通过线缆传输的控制指令来驱动该手术器械。

这里，机械手RA的工作区段530可由透射辐射的材料制成以确定是否良好地执行了手术。例如，当将机械手RA***到体内以执行手术操作时，可发射诸如α射线、β射线、γ射线、x射线或中子射线之类的射线以确定是否由机械手RA有效地执行了手术或确定手术是否适当地完成。当工作区段530或机械手RA由透射辐射的材料制成时，在无需从身体缩回机械手RA的情况下，通过获得清晰的视图来监控该手术过程是可能的。由此，机械手RA或该机械手的工作区段530优选地由诸如聚合物材料（例如，塑性材料）或陶瓷材料之类的透射辐射的材料制成。可选择地，待设置在工作区段530中的手术器械可由透射辐射的材料制成。

图6为根据本发明的实施方式的手术机器人的示意图。

本发明的机械手RA安装在手术机器人上，如图6中所示。本发明的手术机器人包括：机器人驱动单元，该机器人驱动单元包括机械手RA、机械手支架RS；和机器人控制台RC，该机械手支架RS适于控制机械手RA的位置，使得将机械手RA移动至手术部位，机器人驱动单元的操作指令被输入至机器人控制台RC。机械手RA可设置有照相机以为机械手RA***其中的部位拍照。

图6示出了安装在机械手支架RS上的单个机械手RA，以便于说明机械手RA与机械手支架RS之间的关系。然而，应当明白的是，可将多个机械手RA安装在机械手支架RS上，这是由于可通过位置控制区段容易地改变工作区段的位置。***到体内的常规机械手的位置和角度是受限制的。与此相反，根据本发明，可将多个机械手RA安装在单个机械手支架RS上。甚至是在这种情况下，可将工作区段容易地移动至手术部位。同样，可仅将单个机械手支架安装在手术室中以有效地执行手术操作。也就是说，与常规手术机器人相比，本发明的手术机器人需要较小的安装区域并且在手术室中提供了更大的可用空间，从而以更为有效的方式执行手术。

接下来，将就一种利用本发明的手术机器人执行手术操作的方法进行说明。在对床上的患者进行麻醉之后，通过控制机械手支架RS的长度或适当地旋转该机械手支架而将本发明的机械手RA***到患者的腹腔中。当将机械手RA放置于预定的***位置处时，在通过机器人控制台RC控制机械手RA的形状的同时，执行手术操作。

接下来，将更为详细地描述根据本发明的机械手的工作原理。

图7示出了用在根据本发明的实施方式的机械手中的单自由度连杆装置的设计理念图。

本发明的机械手包括具有多自由度的叠层式连杆机构。在描述本发明的机械手之前，参照单自由度连杆装置描述在本文中所使用的术语和数学符号。

图7a描绘了图3中所示的单自由度连杆装置的输入连杆部件。在图7a中，L₀₂表示输入连杆部件的第二连杆的长度。这可概括如下：任意常量L_jk和任意变量θ_jk分别表示输入连杆部件中的第j个四节点连杆的第k个连杆和第k个关节。为了进行机械分析，指定为目标点P₀的L₀₃的中点的坐标（X，Y）和方向角φ可由下面的回路1表达：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_{0P}=L_{01}+L_{02}\cos \left({\mathrm{\&theta;}}_{01}\right)+\frac{L_{03}}{2}\cos ({\mathrm{\&theta;}}_{01}+{\mathrm{\&theta;}}_{02})\\ Y_{0P}=L_{02}\sin \left({\mathrm{\&theta;}}_{01}\right)+\frac{L_{03}}{2}\sin ({\mathrm{\&theta;}}_{01}+{\mathrm{\&theta;}}_{02})\\ {\mathrm{\&Phi;}}_{0P}={\mathrm{\&theta;}}_{01}+{\mathrm{\&theta;}}_{02}\\ \end{array}\right\}---\left(1\right)$

此外，图6a的目标点P₀可由下面的回路2表达：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_{0P}=X_{03}+\frac{L_{03}}{2}\cos \left({\mathrm{\&theta;}}_{03}\right)\\ Y_{0P}=\frac{L_{03}}{2}\sin \left({\mathrm{\&theta;}}_{03}\right)\\ {\mathrm{\&Phi;}}_{0P}={\mathrm{\&theta;}}_{03}+\mathrm{\&pi;}\\ \end{array}\right\}---\left(2\right)$

表达式1和2通过不同的方式表示针对同一点的机械原理。表达式1和2可关于时间求微分如下。

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\&CenterDot;}{X}}_{0P}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{Y}}_{0P}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&Phi;}}}_{0P}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& {-L}_{02}{S}_{{\mathrm{\&theta;}}_{01}}-\frac{L_{03}}{2}{S}_{{\mathrm{\&theta;}}_{01+02}}& -\frac{L_{03}}{2}{S}_{{\mathrm{\&theta;}}_{01+02}}\\ 0& L_{02}{C}_{{\mathrm{\&theta;}}_{01}}+\frac{L_{03}}{2}{C}_{{\mathrm{\&theta;}}_{01+02}}& \frac{L_{03}}{2}{C}_{{\mathrm{\&theta;}}_{01+02}}\\ 0& 1& 1\\ & & \end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\&CenterDot;}{L}}_{01}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{01}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{02}\end{array}\right]---\left(3\right)$

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\&CenterDot;}{X}}_{0P}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{Y}}_{0P}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&Phi;}}}_{0P}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}-\frac{L_{03}}{2}{S}_{{\mathrm{\&theta;}}_{03}}\\ \frac{L_{03}}{2}{C}_{{\mathrm{\&theta;}}_{03}}\\ 1\\ \end{array}\right]\left[{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{03}\right]---\left(4\right)$

由于表达式3和4表示同一点处的速度，因此它们可简化如下。

$\left[\begin{array}{ccc}{\left[A_0\right]}_{1;}& {\left[A_0\right]}_{2;}& {\left[A_0\right]}_{3;}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\&CenterDot;}{L}}_{01}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{01}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{02}\end{array}\right]=\left[B_0\right]\left[{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{03}\right]---\left(5\right)$

[A₀]_1：、[A₀]_2：、[A₀]_3：分别表示表达式3的3x3矩阵的第一列向量、第二列向量和第三列向量。由于输入连杆部件<0>的可动度为1，因此当包括平移运动关节和旋转运动关节在内的四个关节中的任一个设定为输入关节时，确定了其它三个关节的运动和角度。这里，提供输入关节的关节被定义为主动关节，而其它关节被定义为被动关节。表达式5的用以将主动关节放置在右侧中并将被动关节放置在左侧中的布置给出：

$\left[\begin{array}{ccc}{\left[A_0\right]}_{2;}& {\left[A_0\right]}_{3;}-\left[B_0\right]& \end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{01}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{02}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{03}\end{array}\right]=\left[{-\left[A_0\right]}_{1;}\right]\left[{\stackrel{\&CenterDot;}{L}}_{01}\right]---\left(6\right)$

式中，L₀₁被设定为主动关节。

假定在表达式6中没有奇点，那么表达式6可转化为：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{01}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{02}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{03}\end{array}\right]=\left[Q_0\right]\left[{\stackrel{\&CenterDot;}{L}}_{01}\right]---\left(7\right)$

式中，[Q₀]＝[[A₀]_2；[A₀]_3；-[B₀]]^-1[-[A₀]_1；]

利用表达式7获得从输入主动关节到被动关节的与速度有关的表达式是可能的。通过表达式7，可获得图7a中的输出θ₀₃和输入L₀₁的与速度有关的表达式如下：

$\left[{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{03}\right]=\left[Q_{0\left(\mathrm{3,1}\right)}\right]\left[{\stackrel{\&CenterDot;}{L}}_{01}\right]---\left(8\right)$

式中，[Q_0(3，1)]意指行向量[Q₀]的第三分量。

表达式8可概括如下：

$\left[{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{0,\mathrm{out}}\right]=\left[{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{03}\right]=\left[G_0\right]\left[\stackrel{\&CenterDot;}{U}\right]---\left(9\right)$

式中，[G₀]为输入连杆部件中的输出相对于输入的与速度有关的表达式，并且为输入连杆部件的最终输出。例如，当将涡轮设置在输入连杆部件中时，输出与输入的速度比由下面的传动比表达：

[G₀]＝[r₀](10)

式中，r₀表示涡轮的传动比。就多种输入方法而言，本发明的机械手中所使用的连杆装置可获得输入连杆部件的与速度相关的表达式，与表达式9和10一样。

图7b示出了四节点连杆<1>和输出连杆部件<固定>。普通四节点连杆包括四个关节和四个连杆，每个连杆均具有固定的长度。然而，当机器人驱动机构扩展至多自由度时，可改变第一连杆L₁₄的角度，该第一连杆L₁₄的角度被定义为五个变量。在与表达式1至9的用于输入连杆部件的机械分析中的方法相同的方法中，可获得在四节点连杆中被动关节相对于主动关节的与速度有关的表达式：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{12}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{13}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{14}\end{array}\right]=\left[Q_1\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{11}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{15}\end{array}\right]---\left(11\right)$

在 $\left[Q_1\right]=\left[\begin{array}{cc}{Q}_{1\left(\mathrm{1,1}\right)}& Q_{1\left(\mathrm{1,2}\right)}\\ Q_{1\left(\mathrm{2,1}\right)}& Q_{1\left(\mathrm{2,2}\right)}\\ Q_{1\left(\mathrm{3,1}\right)}& Q_{1\left(\mathrm{3,2}\right)}\end{array}\right]$ 中，是作为四节点连杆的输入关节的主动关节，而是第一连杆L₁₄与基准轴线之间的角度并且是虚拟主动关节。也就是说，是被动关节但被定义为用于机械分析的主动关节。四节点连杆中输出相对于输入的表达式为：

$\left[{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{14}\right]=\left[\begin{array}{cc}{Q}_{1\left(\mathrm{3,1}\right)}& Q_{1\left(\mathrm{3,2}\right)}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{11}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{15}\end{array}\right]---\left(12\right)$

如果第一连杆L₁₄为固定至地面的固定连杆，则可将表达式12简化如下：

$\left[{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{14}\right]=\left[Q_{1\left(\mathrm{3,1}\right)}\right]\left[{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{11}\right]$

$=\left[G_1\right]\left[{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{11}\right]---\left(13\right)$

当将单自由度连杆装置与图7b中所示的四节点连杆<1>相比较时，可获得下列关系式：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&theta;}}_{11}={\mathrm{\&theta;}}_{0,\mathrm{out}}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{11}={\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{0,\mathrm{out}}\end{array}\right\}---\left(14\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&phi;}}_1={\mathrm{\&theta;}}_{1\mathrm{out}}={\mathrm{\&theta;}}_{14}-{\mathrm{\&theta;}}_{1,\mathrm{fix}}\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}}_1={\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{1\mathrm{out}}={\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{14}\end{array}\right\}---\left(15\right)$

当利用表达式14和15之间的关系将固定至四节点连杆输出连杆部件<固定>、输入连杆<0>和第一四节点连杆<1>相结合时，可获得第一四节点连杆<1>的输出相对于输入的与速度有关的表达式如下：

$\left[{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}}_1\right]=\left[G_1\right]\left[{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}_{11}\right]---\left(16\right)$

当利用表达式9将表达式16整理到与输入U相关的表达式中时，获得下列表达式：

$\left[{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}}_1\right]=\left[G_1\right]\left[G_0\right]\left[\stackrel{\&CenterDot;}{U}\right]---\left(17\right)$

式中，如在表达式9中所描述的那样，[G₀]为与输入连杆部件相关的表达式，而[G₁]为包括单个四节点连杆在内的单自由度连杆装置的输出和输入的与速度相关的表达式。因此，可获得单自由度连杆装置的输出相对于输入的与速度有关的表达式，诸如表达式17。

构成根据本发明的机械手的叠层式连杆机构具有多个自由度。

接下来，将给出关于这一表达式的描述，该表达式能够确定如何相对于连杆机构的第一四节点连杆的输入来驱动设置于四节点连杆部件的远侧端部处的四节点连杆。

本发明的机械手通过结合多个连杆装置而构成了多自由度叠层式连杆机构。在该多自由度叠层式连杆机构中，具有单个输入和一个或更多个输出的多个连杆装置相继地彼此结合，其中，彼此结合的多个连杆装置的输入的总数与具有最大输出数目的连杆装置的输出的数目相同。

首先，将给出关于一种方法的描述，该方法用于结合如根据本发明的实施方式的机械手中的双自由度叠层式连杆机构的连杆装置。

图8示出了构成本发明的机械手的双自由度叠层式连杆机构的示意图。

在机器人驱动机构中，将具有一个输出的单自由度连杆装置D0F₁和具有两个输出的双自由度连杆装置D0F₂彼此联接。可将单自由度连杆装置D0F₁的输出连杆部件₁L_1,输出的输出输入到双自由度连杆装置D0F₂中，使得可控制双自由度连杆装置D0F₂的全部输出。可看到的是，单自由度连杆装置D0F₁的四节点连杆部件包括一个四节点连杆<1，1>并且双自由度连杆装置D0F₂的四节点连杆部件包括两个四节点连杆<2，1>、<2，2>。特别地，单自由度连杆装置D0F₁的输出连杆部件₁L_{1, 输出}一体地固定地联接至第一连杆₂L₂₄，该第一连杆₂L₂₄作为设置于从双自由度连杆装置D0F₂的输入连杆部件<2，0>开始的第二位置处的活动四节点连杆<2，2>的活动连杆。

图8明确地示出了如图3中所示的叠层式连杆机构的连杆装置。连杆装置以叠层布置的方式彼此联接。单自由度连杆装置D0F₁指的是具有单个四节点连杆的连杆装置，而双自由度连杆装置D0F₂指的是具有两个四节点连杆的连杆装置。该双自由度叠层式连杆机构保持单自由度连杆装置D0F₁的输出连杆部件₁L_1,输出和作为双自由度连杆装置D0F₂的活动连杆的第一连杆₂L₂₄，使得它们的位置和方向角总是彼此相同。作为单自由度连杆装置D0F₁的第一四节点连杆<1，1>的固定连杆的第一连杆₁L₁₄总是固定至地面，由此可将其表达如下：

${\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}}_1=\left[\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{14}^1\right]=\left[Q_{1\left(\mathrm{3,1}\right)}^1\right]\left[\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{11}^1\right]---\left(18\right)$

式中，<1，1>表示单自由度连杆装置D0F₁的第一四节点连杆，也就是自由度为1的连杆装置的第一四节点连杆。当对该表达式进行推广时，<i，j>表示i自由度连杆装置的第j个四节点连杆，而_iθ_jk和_iL_jk分别表示i自由度连杆装置的第j个四节点连杆的第k个关节和第k个连杆。图8b示出了双自由度连杆装置D0F₂。由于作为<2，2>的活动连杆的第一连杆₂L₂₄为并未固定至地面的四节点连杆，因此可获得输出相对于输入的关系式如下：

$\left[{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}}_2\right]=\left[\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{24}^2\right]=\left[\begin{array}{cc}Q_{2\left(\mathrm{3,1}\right)}^2& Q_{2\left(\mathrm{3,2}\right)}^2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{21}^2\\ \stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{25}^2\end{array}\right]---\left(19\right)$

式中，为作为图8b中所示的双自由度连杆装置D0F₂的虚拟输入的虚拟主动关节。

作为<2，1>的固定连杆的第一连杆₂L₁₄是固定的，由此可通过表达式13表达如下：

$\left[\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{14}^2\right]=\left[Q_{1\left(\mathrm{3,1}\right)}^2\right]\left[\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{11}^2\right]---\left(20\right)$

根据图8b，可获得下列关系式：

₂θ₂₁＝₂θ₁₄-₂θ_1，fix    (21)

双自由度连杆装置D0F₂的第一四节点连杆<2，1>的输出起到第二四节点连杆<2，2>的输入的作用。因此，表达式21的布置给出了下列与速度相关的表达式：

$\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{21}^2=\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{14}^2---\left(22\right)$

利用表达式22和表达式20，可将表达式19整理如下：

$\left[{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}}_2\right]=\left[\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{24}^2\right]$

$=\left[\begin{array}{cc}Q_{2\left(\mathrm{3,2}\right)}^2& Q_{2\left(\mathrm{3,1}\right)}^2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{25}^2\\ \stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{21}^2\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{cc}Q_{2\left(\mathrm{3,2}\right)}^2& Q_{2\left(\mathrm{3,1}\right)}^2\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& Q_{1\left(\mathrm{3,1}\right)}^2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{25}^2\\ \stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{11}^2\end{array}\right]---\left(23\right)$

如可从表达式23看到的那样，图8b的双自由度连杆装置D0F₂被定义为具有两个输入变量和一个输出变量的***。也就是说，₂θ₂₅为虚拟主动关节。这意味着可通过输入₂θ₁₁改变₂θ₂₅和φ₂的角度。由于该***缺乏具有一个输入和两个输出的单自由度，因此考虑下列约束。

在单自由度连杆装置D0F₁和双自由度连杆装置D0F₂中，作为固定连杆的单自由度连杆装置D0F₁的第一连杆₁L₁₄和双自由度连杆装置D0F₂的第一连杆₂L₁₄与单自由度连杆装置D0F₁的输出连杆装置₁L_1，输出和双自由度连杆装置D0F₂的第一连杆₂L₂₄彼此联接，如可从图8中看到的那样。换句话说，由于单自由度连杆装置D0F₁的输出₁θ_1，输出与双自由度连杆装置D0F₂的第二四节点连杆的₂θ₂₅相同，因此可获得下列表达式：

φ₁＝₁θ_1，out＝₁θ₁₄-₁θ_1，fix＝₂θ₂₅    (24)

利用表达式24、表达式18、单自由度连杆装置D0F₁的关系、以及表达式23，可将双自由度连杆装置D0F₂的关系整理如下：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}}_1\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ Q_{2\left(\mathrm{3,2}\right)}^2& G_{2\left(\mathrm{3,1}\right)}^2\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}Q_{1\left(\mathrm{3,1}\right)}^1& 0\\ 0& Q_{1\left(\mathrm{3,1}\right)}^2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{11}^1\\ \stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{11}^2\end{array}\right]---\left(25\right)$

这可简单地表达如下：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}}_1\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}}_2\end{array}\right]=\left[G_2\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{11}^1\\ \stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{11}^2\end{array}\right]---\left(26\right)$

表达式26为包括如图8中所示的单自由度连杆装置D0F₁和双自由度连杆装置D0F₂在内的机器人驱动机构的输出相对于输入的与速度有关的表达式。表达式26为具有两个输入变量和两个输出变量的关系。通过表达式26可看到的是，由包括两个四节点连杆在内的双自由度连杆装置D0F₂和包括单个四节点连杆在内的单自由度连杆装置D0F₁构成的***为可像连环式操纵器那样运转的双自由度***。

当将输入连杆部件<1，0>、<2，0>分别应用于均为平面状的第一四节点连杆<1，1>和第一四节点连杆<2，1>的输入时，获得下列表达式：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}}_1\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}}_2\end{array}\right]=\left[G_2\right]\left[\begin{array}{cc}G_0^1& 0\\ 0& G_0^2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{\&CenterDot;}{U}_1\\ \stackrel{\&CenterDot;}{U}_2\end{array}\right]---\left(27\right)$

式中，_iG₀和分别表示i自由度连杆装置输入连杆部件<i，0>的输出相对于输入的关系和i自由度连杆装置的输出相对于输入的关系。因此，获得与表达式27一样的双自由度叠层式连杆机构的与速度有关的表达式是可能的。由于上述双自由度连杆装置D0F₂的₂θ₂₅实际上为作为被动关节的虚拟主动关节，因此表达式23为缺乏单自由度的连杆装置。然而，当将单自由度连杆装置D0F₁叠置在表达式23的连杆装置上时，不完善的单自由度就会用单自由度连杆装置D0F₁的输出φ₁进行补充以构成完整的双自由度叠层式连杆机构。

下文中，将详细地描述n自由度叠层式连杆机构。

图9示出了用于说明构成本发明的机械手的n自由度叠层式连杆机构的联接方法的示意图。

在应用于本发明的机械手的n自由度叠层式连杆机构中，将自由度为从1到n的连杆装置以叠层布置的方式彼此联接。为了使n自由度连杆装置D0F_n的全部输出都是可控制的，将自由度为1到（n-1）的连杆装置的输出输入到双自由度到n自由度连杆装置中。这里，n为大于或等于3的整数。

当n为3时，叠层式连杆机构构造成使得将单自由度连杆装置D0F₁的输出与双自由度连杆装置D0F₂的输出分别输入到双自由度连杆装置D0F₂与三自由度连杆装置D0F₃中。（n-1）自由度连杆装置D0F_n-1的四节点连杆部件设置有包括<n-1，1>到<n-1，n-1>在内的n-1个四节点连杆，而自由度为n的连杆装置D0F_n的四节点连杆部件设置有包括<n，1>到<n，n>在内的n个四节点连杆。为了将该叠层式连杆机构构成为完整的多自由度叠层式连杆机构，将单自由度到n-1自由度连杆装置的输出连杆部件优选地固定地联接至双自由度到n自由度连杆装置的四节点连杆部件的对应的最后的四节点连杆。特别地，如在双自由度叠层式连杆机构中，单自由度到（n-1）自由度连杆装置的输出连杆部件₁L_1,输出、₂L_2,输出、₃L_3,输出、…、_n-1L_n-1,输出分别一体地联接至双自由度到n自由度连杆装置的最后的四节点连杆的活动连杆₂L₂₄、₃L₃₄、…、_nL_n4。也就是说，将（n-1）自由度连杆装置D0F_n-1的输出连杆_n-1L_n-1,输出一体地联接至（n-1）自由度连杆装置的第n个四节点连杆的活动连杆_nL_n4，将（n-2）自由度连杆装置的输出连杆部件一体地联接至（n-1）自由度连杆装置D0F_n-1的第（n-1）个四节点连杆的活动连杆_n-1L_n-1,4，而将（n-3）自由度连杆装置的输出连杆部件一体地联接至（n-2）自由度连杆装置的第（n-2）个四节点连杆的活动连杆。以与上述方式相同的方式，将其它连杆装置的活动连杆和输出连杆部件也一体地彼此联接。

当多自由度连杆装置以叠层布置的方式联接时，以相同的顺序定位的四节点连杆的第一连杆优选地彼此一体地联接。也就是说，如图9中所示，以相同的剖面线所示的四节点连杆的第一连杆以叠层布置的方式彼此联接。

在每个多自由度连杆装置中，相邻的四节点连杆的第一连杆彼此铰接地结合，并且第一连杆在铰接地联接的位置处形成连接关节，使得将对前输出侧传动连杆的驱动传递至后输入侧传动连杆。图9示出了将具有彼此铰接地结合的第一连杆的四节点连杆形成为共用输出侧传动连杆和输入侧传动连杆的部分。由此，可将连杆装置形成为获得与下述结构相同的效果，在该结构中，将连接关节固定地联接至相邻的四节点连杆的输出侧传动连杆和输入侧传动连杆。

单自由度到n自由度连杆装置中的第一四节点连杆的第一连杆可以为固定连杆。仅单自由度连杆装置的第一连杆是固定连杆。双自由度到n自由度连杆装置的活动的第一连杆可以将它们固定地联接至固定连杆的方式彼此叠置并联接。

利用双自由度叠层式连杆机构的关系，可获得多自由度叠层式连杆机构的输出相对于输入的关系。通过反复做表达式18到26的步骤，可获得n自由度连杆装置的输入速度与输出速度之间的下列关系：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}}_1\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}}_n\end{array}\right]=\left[G_n\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{11}^1\\ \stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{11}^2\\ .\\ .\\ .\\ \stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}_{11}^n\end{array}\right]---\left(28\right)$

其中，[G_n]为n自由度叠层式连杆机构的n个输出连杆部件中的每个的角度和在单自由度到（n-1）自由度连杆装置的每个第一四节点连杆的输入侧传动连杆与其输入连杆部件的延长线之间的角度的与速度有关的关系式。

n自由度叠层式连杆机构中的输出相对于输入的与速度有关的表达式通过下面关系式进行表达：

通过上述方法，获得包括自由度为n的叠层式连杆机构在内的机械手的与速度有关的通式是可能的。

构成双自由度机器人驱动机构或n自由度机器人驱动机构的输入连杆部件、四节点连杆部件和输出连杆部件可容易地用新的部件进行替换。由于该结构优点，构成双自由度机器人驱动机构或n自由度机器人驱动机构的连杆装置的一些部分或所有部分可由诸如透射辐射的材料之类的特殊材料制成，以使得根据预期目的来确定是否适当地执行了对机器人驱动机构的驱动是可能的。由于并未将诸如马达、传感器和线缆之类的部件用在实际上执行工作的机器人驱动机构的一些部分或所有部分中，因此可驱动由这种特殊材料制成的机器人驱动机构。例如，当将机器人驱动机构***到工业领域中的某一空间中并执行其工作时，可发射诸如α射线、β射线、γ射线、x射线或中子射线之类的射线以确定机器人驱动机构是否有效地执行了该工作。也就是说，当机器人驱动机构由透射辐射的材料制成时，使用者可在未由机器人驱动机构造成观察障碍的情况下利用该机器人驱动机构执行预期的工作。由此，构成双自由度机器人驱动机构或n自由度机器人驱动机构的输入连杆部件、四节点连杆部件和输出连杆部件可优选地由诸如聚合物材料（例如，塑料材料）或陶瓷材料之类的透过辐射的材料制成。应当明白的是，也可根据工作状况利用不同的材料。

常规的可移动机器人具有下述结构，在该结构中，将马达直接安装在机器人本体的机械手的关节上以提升载荷。在这种情况下，机器人的重心被放置在机械手上而不是机器人本体上。当将重心放置在可移动机器人的外侧时，该机器人不能稳定地支承施加至机械手的载荷并且会倒下。为了防止倒下的可能性，与根据机器人的工作区域和施加至机械手的载荷所必须的可移动机器人的尺寸和重量相比，必须极大地增加该可移动机器人的尺寸和重量。

相比之下，当利用基于根据本发明的实施方式的叠加机构的机械手时，将适于驱动机械手的马达放置在可移动机器人的本体内。也就是说，可随意选择马达的位置，而无需将马达附接至机械手的关节。该选择使得能够将机器人的重心调整至机器人本体内的任意位置。

图10示出了将重心50放置在包括根据本发明的实施方式的机械手10在内的机器人中的情况。在图10中，包括机械手10在内的机器人可包括：本体20，该本体20包括动力产生器25（例如，马达）；以及动力传输单元，该动力传输单元连接在机械手10与本体20之间以将动力传输至机械手。该动力传输单元可包括：线缆33，该线缆33适于将具体的操作传输至利用所产生的动力的机械手的工作区段；以及导向件35，该导向件35联接至机械手的位置控制区段以保持该线缆的位置。由于该构型，重心50放置在机器人本体20的内侧，这确保了可移动机器人的稳定操作和机械手的相对大的工作区域，并使得能够进行提升重载荷的操作。可从图10看到的是，在可移动机器人利用机械手10来支承大载荷15的同时，重心50仍然放置在本体50的内侧，这使得机器人能够稳定地执行工作。所属领域技术人员会根据本发明的实施方式的情形稳定地调节动力产生器25与动力传输单元33、35的连接和位置以确定重心50的位置。

可将根据本发明的实施方式的机械手及利用该机械手的机器人应用于水下机器人，水下机器人的重心被视为是很重要的。在这种情况下，由于并未将诸如马达和传感器之类的精密部件安装至机械手，因此仅该机器人的本体和内部是防水的。如上所述，根据本发明的实施方式的叠层式机构可设置于水下机器人或飞行机器人，这些机器人的本体不能被固定至地面并且可用在多种应用中。

所属领域技术人员将容易地认识到并意识到：可对本发明做出简单的修改和变型，并且这种修改和变型被包含在本发明的范围内。

Claims (21)

1.一种单自由度连杆装置，包括：

固定的四节点连杆，所述固定的四节点连杆包括铰接地结合在一起的四个连杆，所述四个连杆包括固定连杆、连接杆、输入侧传动连杆以及输出侧传动连杆，所述固定连杆的位置是固定的，所述连接杆定位于所述固定连杆的相对侧处，所述输入侧传动连杆将所述固定连杆连接至所述连接杆的一个端部，所述输出侧传动连杆定位于所述输入侧传动连杆的相对侧处；

输入连杆部件，所述输入连杆部件铰接地联接在所述输入侧传动连杆的两个端部之间并且在所述输入连杆部件上安装有致动器；

输出连杆部件，所述输出连杆部件固定地联接至所述输出侧传动连杆以被所述输出侧传动连杆旋转。

2.一种n自由度机器人驱动机构，包括：

根据权利要求1所述的单自由度连杆装置；以及

(n-1)个连杆装置，所述(n-1)个连杆装置以叠层布置的方式彼此联接并且联接至所述单自由度连杆装置，所述(n-1)个连杆装置中的每个包括四节点连杆部件、输入连杆部件和输出连杆部件，

其中，所述四节点连杆部件包括2到n个四节点连杆，所述2到n个四节点连杆铰接地彼此结合并且每个所述四节点连杆都包括第一连杆、连接杆、输入侧传动连杆以及输出侧传动连杆，所述连接杆定位于所述第一连杆的相对侧处，所述输入侧传动连杆将所述第一连杆连接至所述连接杆的一个端部，所述输出侧传动连杆定位于所述输入侧传动连杆的相对侧处，所述四节点连杆部件包括固定的四节点连杆和活动的四节点连杆，在所述固定的四节点连杆中，所述第一连杆为位置固定的固定连杆，在所述活动的四节点连杆中，所述第一连杆为沿着有限的路径移动的活动连杆，所述四节点连杆的彼此相邻的所述第一连杆铰接地彼此接合，

其中，所述输入连杆部件铰接地联接在所述四节点连杆部件的第一四节点连杆的所述输入侧传动连杆的两个端部之间并且在所述输入连杆部件上安装有致动器，

其中，所述输出连杆部件固定地联接至每个四节点连杆部件中的最后的四节点连杆的所述输出侧传动连杆，

其中，单自由度到(n-1)自由度连杆装置的输出分别被输入到双自由度到n自由度连杆装置中，

其中，所述连杆装置中的每个都包括连接关节，所述连接关节联接在相邻的四节点连杆的所述输出侧传动连杆与所述输入侧连杆之间以在所述四节点连杆之间传递驱动力，以及

其中，所述四节点连杆部件的所述第一四节点连杆为固定的四节点连杆，而所述四节点连杆部件的其它四节点连杆为活动的四节点连杆，其中，n为大于或等于3的整数。

3.根据权利要求2所述的n自由度机器人驱动机构，其中，所述连接关节固定地联接至所述相邻的四节点连杆的所述输出侧传动连杆和所述输入侧传动连杆。

4.根据权利要求2所述的n自由度机器人驱动机构，其中，所述单自由度到(n-1)自由度连杆装置的所述输出连杆部件分别固定地联接至所述双自由度到n自由度连杆装置的最后的四节点连杆的活动连杆。

5.根据权利要求2所述的n自由度机器人驱动机构，其中，以相同的顺序定位的所述第一连杆在所述n自由度机器人驱动机构中以叠层布置的方式彼此结合。

6.根据权利要求2所述的n自由度机器人驱动机构，其中，所述输入连杆部件、所述四节点连杆部件和所述输出连杆部件都由预定的材料制成。

7.一种机械手，所述机械手包括：

工作区段，所述工作区段适于执行预定操作；

驱动区段，在所述驱动区段处安装有适于驱动所述工作区段的致动器；以及

位置控制区段，所述位置控制区段联接在所述工作区段与所述驱动区段之间以将所述致动器的力传递至所述工作区段，

其中，包括四节点连杆在内的多个连杆装置以叠层布置的方式彼此联接以经由所述致动器执行所述工作区段的所述预定操作，以及

其中，所述连杆装置的所述四节点连杆在所述位置控制区段中以叠层布置的方式彼此联接。

8.根据权利要求7所述的机械手，其中，所述连杆装置中的每个都包括设置在所述驱动区段中的输入连杆部件、包括至少一个四节点连杆在内的四节点连杆部件、以及联接至所述四节点连杆部件的远侧端部处的输出连杆部件，

所述四节点连杆部件包括四个连杆，所述四个连杆彼此铰接地结合并且包括第一连杆、连接杆、输入侧传动连杆以及输出侧传动连杆，所述连接杆定位于所述第一连杆的相对侧处，所述输入侧传动连杆将所述第一连杆连接至所述连接杆的一个端部，所述输出侧传动连杆定位于所述输入侧传动连杆的相对侧处。

9.根据权利要求8所述的机械手，其中，所述四节点连杆部件包括单个固定的四节点连杆，在所述单个固定的四节点连杆中，所述第一连杆为位置固定的固定连杆，所述机械手设置有单自由度连杆装置，所述单自由度连杆装置包括：输入连杆部件和输出连杆部件，所述输入连杆部件铰接地联接在所述输入侧传动连杆的两个端部之间并且在所述输入连杆部件上安装有致动器，所述输出连杆部件以预定的角度固定地联接至所述输出侧传动连杆。

10.根据权利要求9所述的机械手，包括：双自由度叠层式连杆机构，所述双自由度叠层式连杆机构包括所述单自由度连杆装置和以叠层布置的方式联接至所述单自由度连杆装置的双自由度连杆装置，

其中，所述双自由度连杆装置包括：四节点连杆部件，所述四节点连杆部件包括单个固定的四节点连杆和单个活动的四节点连杆，在所述单个活动的四节点连杆中，所述第一连杆为活动连杆；输入连杆部件，所述输入连杆部件铰接地联接在所述固定的四节点连杆的所述输入侧传动连杆的两个端部之间并且在所述输入连杆部件上安装有致动器；以及输出连杆部件，所述输出连杆部件固定地联接至所述活动的四节点连杆的所述输出侧传动连杆并且被所述输出侧传动连杆旋转；

其中，连接关节联接在所述固定的四节点连杆与所述活动的四节点连杆之间，以将对所述固定的四节点连杆的所述输出侧传动连杆的驱动传递至所述活动的四节点连杆的所述输入侧传动连杆，并且

其中，所述单自由度连杆装置的输出被输入到所述双自由度连杆装置中，使得所述双自由度连杆装置的全部输出都是可控制的。

11.根据权利要求10所述的机械手，其中，所述单自由度连杆装置的所述输出连杆部件固定地联接至所述双自由度连杆装置的所述活动连杆。

12.根据权利要求10所述的机械手，其中，所述连接关节固定地联接至所述固定的四节点连杆的所述输出侧传动连杆和所述活动的四节点连杆的所述输入侧传动连杆。

13.根据权利要求9所述的机械手，其中，所述单自由度连杆装置和(n-1)个连杆装置以叠层布置的方式彼此联接，

其中，所述(n-1)个连杆装置中的每个包括：四节点连杆部件，所述四节点连杆部件具有二到n个四节点连杆，所述四节点连杆包括固定的四节点连杆和活动的四节点连杆、输入连杆部件、以及输出连杆部件，在所述活动的四节点连杆中，所述第一连杆为活动连杆，并且相邻的所述第一连杆彼此铰接地结合，所述输入连杆部件铰接地联接在构成所述四节点连杆部件的第一四节点连杆中的每个的所述输入侧传动连杆的两个端部之间并在所述输入连杆部件上安装有致动器，所述输出连杆部件固定地联接至所述四节点连杆部件的最后的四节点连杆中的每个的所述输出侧传动连杆，

其中，n个连杆装置以叠层布置的方式彼此联接，使得所述单自由度到(n-1)自由度连杆装置的输出分别被输入到双自由度到n自由度连杆装置中，由此所述n自由度连杆装置的全部输出都是可控制的，

其中，连接关节联接在彼此相邻的所述四节点连杆的所述输出侧传动连杆与所述输入侧传动连杆之间，以在所述四节点连杆之间传递驱动力，以及

其中，所述连杆装置中的每个都具有n自由度叠层式连杆机构，在所述n自由度叠层式连杆机构中，所述四节点连杆部件的所述第一四节点连杆为所述固定的四节点连杆并且其它四节点连杆为所述活动的四节点连杆，其中，n为大于或等于3的整数。

14.根据权利要求13所述的机械手，其中，在所述n自由度叠层式连杆机构中，所述连接关节固定地联接至相邻的所述四节点连杆的所述输出侧传动连杆和所述输入侧传动连杆。

15.根据权利要求13所述的机械手，其中，在所述n自由度叠层式连杆机构中，所述单自由度到(n-1)自由度连杆装置的所述输出连杆部件分别被固定地联接至所述双自由度到n自由度连杆装置的最后的四节点连杆的所述活动连杆。

16.根据权利要求13所述的机械手，其中，在所述n自由度叠层式连杆机构中，以相同的顺序定位的所述第一连杆以叠层布置的方式彼此联接。

17.根据权利要求7所述的机械手，其中，所述工作区段由预定的材料制成。

18.一种手术机器人，包括：

机器人驱动单元，所述机器人驱动单元包括根据权利要求7至17中的任一项所述的机械手及适于控制所述机械手的位置的机械手支架；以及

机器人控制台，所述机器人驱动单元的工作指令被输入到所述机器人控制台中。

19.根据权利要求18所述的手术机器人，还包括：

线缆，所述线缆适于将从所述机器人控制台输入的所述工作指令传递至所述工作区段；以及

导向件，所述导向件联接至所述机械手的所述位置控制区段并且固定所述线缆的安装位置。

20.一种机器人，包括：

根据权利要求7至17中的任一项所述的机械手；

本体，所述本体包括适于产生动力的单元，以及

动力传输单元，所述动力传输单元连接至所述机械手和所述本体以将动力传输至所述机械手。

21.根据权利要求20所述的机器人，其中，所述动力传输单元包括：

线缆，所述线缆适于将预定的操作传递至所述机械手的利用动力的所述工作区段；和

导向件，所述导向件联接至所述机械手的所述位置控制区段以固定所述线缆的安装位置，

其中，所述机器人的重心放置在所述机器人的所述本体内。