CN116940299A - 一种用于机器人的主手操控装置及机器人 - Google Patents

一种用于机器人的主手操控装置及机器人 Download PDF

Info

Publication number
CN116940299A
CN116940299A CN202280017428.XA CN202280017428A CN116940299A CN 116940299 A CN116940299 A CN 116940299A CN 202280017428 A CN202280017428 A CN 202280017428A CN 116940299 A CN116940299 A CN 116940299A
Authority
CN
China
Prior art keywords
assembly
wrist
clamping
joint mechanism
rotation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280017428.XA
Other languages
English (en)
Inventor
翟明春
焦伟
屈萌
钟元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan United Imaging Zhirong Medical Technology Co Ltd
Original Assignee
Wuhan United Imaging Zhirong Medical Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan United Imaging Zhirong Medical Technology Co Ltd filed Critical Wuhan United Imaging Zhirong Medical Technology Co Ltd
Priority claimed from PCT/CN2022/078261 external-priority patent/WO2022179638A1/zh
Publication of CN116940299A publication Critical patent/CN116940299A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B34/37—Master-slave robots

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本申请提供了一种主手操控装置。所述主手操控装置包括手臂组件，所述手臂组件具有至少一个手臂关节机构；手腕组件，活动地连接于所述手臂组件，所述手腕组件允许操作者执行对应的操作，其中，所述手腕组件包括至少一个手腕关节机构；以及支撑组件，用于提供对所述手臂组件和所述手腕组件中至少一个元件提供支撑。

Description

一种用于机器人的主手操控装置及机器人
交叉引用
本申请要求于2021年02月26日递交的中国申请号为202110218291.1的优先权，于2021年04月29日递交的中国申请号为202120920702.7的优先权，其内容通过引用结合于此。
技术领域
本说明书涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种用于机器人的主手操控装置及机器人。
背景技术
手术机器人在外科手术过程中能够辅助医生进行更精准的操作。在使用手术机器人的手术过程中，医生需要将注册探针、手术器械(比如手术刀、缝合结构)等末端工具根据当前手术进程的需要安装到手术机器人的从机械臂，然后医生操作主操控装置，从机械臂在主操控装置的控制下执行相应的操作。在机器人手术中，医生需要长时间操作主操作控装置，主操控装置的操作会直接影响末端工具的操作效果。因此，需要一种能够用于医生操作控制末端工具的主手操控装置以及机器人，提高操作精准以及效率。
发明内容
本申请的一方面提供一种主手操控装置。所述主手操控装置包括手臂组件，所述手臂组件具有至少一个手臂关节机构；手腕组件，活动地连接于所述手臂组件，所述手腕组件允许操作者执行对应的操作，其中，所述手腕组件包括至少一个手腕关节机构；以及支撑组件，用于提供对所述手臂组件和所述手腕组件中至少一个元件提供支撑。
在一些实施例中，所述至少一个手臂关节机构包括第一关节机构，包括第一动力件、第一驱动件以及第一从动件，所述第一关节机构对应第一转轴，所述第一转轴与所述手腕组件的重力方向平行。
在一些实施例中，所述至少一个手臂关节机构包括连接组件，用于连接所述手臂组件以及所述手腕组件，其中，所述至少一个手臂关节机构中的部分元件依次串联形成一个或多个第一四边形连杆机构的至少一部分，所述连接组件与所述手臂组件中的部分元件依次串联形成第二四边形连杆机构的至少一部分，所述一个或多个第一四边形连杆机构中的元件以及所述第二四边形连杆机构中的元件联动设置以同步绕所述至少一个关节机构的转轴转动，所述转轴垂直于所述手腕组件的重力方向。
在一些实施例中，所述至少一个手臂关节机构包括第二关节机构，所述第二关节机构对应的第一旋转轴与所述手腕组件的重力方向垂直，所述第二关节机构包括第二动力件、第二驱动件以及依次串联的三个第二从动件，所述三个第二从动件的连线近似于平行四边形以构成所述一个或多个第一四边形连杆机构中的一个的至少一部分。
在一些实施例中，所述第二动力件安装于所述支撑组件的第一基座，用于驱动所述第二驱动件旋转，以及所述三个第二从动件中的一个活动连接于所述基座，所述三个第二从动件中不相邻的两个第二从动件大致平行，所述第二驱动件用于驱动所述三个第二从动件绕所述第二转轴转动。
在一些实施例中，所述至少一个手臂关节机构进一步包括第三关节机构，所述第三关节机构对应第三转轴，所述第三转轴与所述手腕组件的重力方向垂直。
在一些实施例中，所述第三关节机构包括第三动力件、第三驱动件以及依次串联的三个第三从动件，所述依次串联的三个第三从动件的连线近似于平行四边形。
在一些实施例中，所述第三动力件安装于所述第一基座，用于驱动所述第三驱动件旋转，以及所述至少三个第三从动件中的一个活动连接于所述第一基座，所述三个第三从动件中不相邻的两个第三从动件大致平行，所述第三驱动件用于驱动所述三个第三从动件绕所述第三转轴转动。
在一些实施例中，所述连接组件包括第一连接件以及第二连接件，所述第一连接件、所述第二连接件与所述三个第二从动件中的一个第二从动件以及所述三个第三从动件中的一个第三从动件依次串联所述第二四边形连杆机构。
在一些实施例中，所述第二连接件包括第一部分以及第二部分，所述第一部分平行于所述手腕组件的重力方向，并与所述手臂组件连接，所述第二部分垂直于所述手腕组件的重力方向，并与所述手腕组件连接。
在一些实施例中，所述手腕组件中的多个手腕关节机构对应多个转轴，所述多个转轴相交于一点。
在一些实施例中，所述多个手腕关节机构包括第四关节机构，所述第四关节机构对应第四转轴，所述第四转轴与所述手腕组件的重力方向平行，所述第四关节机构与所述连接组件连接。
在一些实施例中，所述多个手腕关节机构包括第五关节机构，所述第五关节机构对应第五转轴，所述第五转轴与所述手腕组件的重力方向垂直，所述第五关节机构包括平衡组件，用于平衡所述第五转轴处由于所述手腕组件的自重所导致的关节重力距。
在一些实施例中，进一步包括制动组件，所述制动组件包括制动控制器以及制动器，其中，所述至少一个手腕关节机构中包括与所述手臂组件连接的第四关节机构，所述第四关节机构对应的第四转轴平行于所述手腕组件的重力方向；
所述制动器与所述第四转轴连接，所述制动控制器用于通过所述制动器控制所述第四关节机构的运行。
在一些实施例中，所述制动器的运行状态包括断开状态以及闭合状态，所述断开状态对应所述第四关节机构的锁紧状态，所述闭合状态对应所述第四关节机构的释放状态，所述制动控制器用于：响应于确定所述手腕组件满足第一条件，生成并发送闭合指令至所述制动器，所述闭合指令用于指示所述制动器处于所述闭合状态。
在一些实施例中，其中，所述制动控制器用于响应于确定所述手腕组件满足第二条件，生成并发送断开指令至所述制动器，所述断开指令用于指示所述制动器处于所述断开状态。
在一些实施例中，所述手腕组件进一步包括第五关节机构，所述五关节机构对应的第五转轴垂直于所述手腕组件的重力方向，所述第五关节机构与所述第四关节机构通过所述支撑组件中的第二基座(连杆23)相连，所述第一条件包括所述第二基座处于所述第四转轴的旋转范围内的第一区域或第二区域。
在一些实施例中，所述手腕组件进一步包括与所述第五关节机构相连的第六关节机构，所述第六关节机构对应的第六转轴平行于所述第四转轴，所述第一条件包括：当所述第六转轴向第一方向运动时，所述第二基座处于所述第四转轴的旋转范围内的所述第一区域；或者，当所述第六转轴向第二方向运动时，所述第二基座处于所述第四转轴的旋转范围内的所述第二区域。
在一些实施例中，所述手腕组件进一步包括第六关节机构，所述六关节机构对应的第六转轴平行于所述手腕组件的重力方向，所述第一条件包括所述第六转轴与第一限位或者第二限位之间的距离小于第一阈值，所述第二条件包括所述第六转轴与所述第一限位或者所述第二限位之间的距离大于第二阈值，第二阈值大于或等于第一阈值。
在一些实施例中，所述第一条件包括所述主手操控装置处于奇异位置。
在一些实施例中，进一步包括：一个或多个平衡组件，其中，所述一个或多个平衡组件中的每个平衡组件用于平衡所述手臂组件和/或所述手腕组件的自重相对于所述手臂组件的一个转轴或所述手腕组件的一个转轴的力距。
在一些实施例中，所述一个或多个平衡组件中的一个平衡组件包括弹性件，所述弹性件的一端连接于手臂关节机构或手腕关节机构，所述弹性件对所述手臂关节机构或手腕关节机构的转轴形成的力矩与所述手腕组件和/或所述手臂组件的重力对于所述转轴形成的重力矩方向之间的夹角大于90度。
在一些实施例中，所述平衡组件还包括绳索和转向轮，所述弹性件通过所述绳索与所述手臂关节机构或手腕关节机构连接，所述绳索一端与所述弹性件连接，所述绳索另一端绕过所述转向轮与所述手臂关节机构或所述手腕关节机构连接，使得所述绳索与所述弹性件的轴线方向成夹角。
在一些实施例中，所述至少一个手臂关节机构中的其中一个手臂关节机构包括动力件、驱动件以及从动件，所述从动件用于绕所述手臂关节机构的转轴转动，所述动力件和/或所述驱动件与所述手腕组件设置于所述转轴两侧，所述动力件和/或所述驱动件对所述转轴形成的重力矩与所述手腕组件和/或所述手臂组件的重力对于所述转轴形成的重力矩方向之间的夹角大于90度。
在一些实施例中，所述一个或多个手臂关节机构中的一个手臂关节机构包括从动件，所述从动件包括多个依次串联的连杆以形成平行四边形连杆机构，所述连杆中的其中一个连杆相较于所述平行四边形机构机构包括延伸端，所述手臂关节机构的转轴设置于所述延伸端，所述一个或多个平衡组件中的其中一个平衡组件的至少一部分设置于所述延伸端。
在一些实施例中，所述平衡组件连接于所述转轴或连接于所述平行四边形机构。
在一些实施例中，所述平衡组件包括手臂平衡组件，所述手臂平衡组件包括弹性件，所述弹性件的两端分别与所述从动件的延伸端以及所述关节机构的支撑基体连接。
在一些实施例中，所述手臂平衡组件还包括绳索和转向轮，所述转向轮设置于所述手臂关节机构的支撑基体，所述弹性件的一端与所述绳索连接，所述弹性件的另一端与所述手臂关节机构的支撑基体连接，所述绳索的另一端与所述手臂关节机构连接，所述绳索绕过所述转向轮并改变延伸方向，使得所述绳索与所述弹性件的轴线方向成夹角。
在一些实施例中，所述手臂关节机构由驱动件进行驱动，所述驱动件与所述延伸端传动连接，所述驱动件相对于所述手臂关节机构的转轴的重力矩至少部分平衡所述手腕组件和/或所述手臂组件相对于所述手臂关节机构的转轴的重力矩；所述绳索远离所述弹性件的一端连接于所述驱动件的输出轴。
在一些实施例中，所述弹性件的刚度系数和所述平行四边形连杆的延伸长度设置为使所述主手操控装置动作过程中的势能不变。
在一些实施例中，所述平衡机构组件包括手腕平衡组件，所述手腕平衡组件设置于所述手腕关节机构，所述手腕平衡组件包括弹性件，所述手腕弹性件的两端分别与所述手腕关节机构以及所述手腕关节机构的支撑基体连接，所述弹性件的弹性力至少部分平衡所述手腕组件对所述手腕关节机构对应的转轴的重力矩。
在一些实施例中，所述手腕平衡组件还包括转轮和绳索，所述转轮与所述手腕关节机构的转轴保持同步转动，所述弹性件的一端与所述绳索连接，所述弹性件的另一端与所述手腕关节机构的支撑基体连接，所述绳索的另一端缠绕于所述转轮。
在一些实施例中，所述转轮为凸轮，所述手腕关节机构在转动到与重力方向成任意夹角处，所述手腕组件在所述手腕关节机构的转轴上的重力距与所述凸轮和所述弹性件形成的力矩方向之间的夹角大于90度。
本申请的另一方面提供了一种夹持装置。夹持装置包括基座，夹持组件，所述夹持组件转动设置于所述基座并配置为能够在工作范围内开合：以及反馈组件，所述反馈组件连接于所述基座和所述夹持组件，所述反馈组件用于将末端执行器的受力状态反馈至所述夹持组件。
本申请的另一方面提供了一种主手操控装置，包括了如上所述的夹持装置。
本说明书实施例之一提供一种机器人，包括机器人本体、末端执行器以及如上述的主手操控装置；所述末端执行器与所述机器人本体连接，所述机器人本体电连接通信装置，所述主手操控装置电连接所述通信装置和所述末端执行器。
附图说明
本说明书将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：
图1是根据本说明书一些实施例所示的机器人的应用场景图；
图2是根据本说明书一些实施例所示的主手操控装置的模块示意图；
图3-8是根据本说明书一些实施例所示的主手操控装置的示例性结构示意图；
图9A是根据本说明书一些实施例所示的主手操控装置的手腕组件结构示意图；
图9B是根据本说明书一些实施例所示的主手操控装置的手腕组件的转动范围示意图；
图10是根据本说明书一些实施例所示的主手操控装置的控制组件的模块图；
图11-16是根据本说明书一些实施例所示的主手操控装置的另一示例性结构示意图；
图17-18是根据本说明书一些实施例所示的图11-16中所示的主手操控装置的手臂组件处的平衡组件结构示意图；
图19是根据本说明书一些实施例所示的图17-18中所示的平衡组件原理示意图；
图20-21是根据本说明书一些实施例所示的图11-16中所示的主手操控装置的手腕组件处的平衡组件的另一示例性结构示意图；
图22是根据本说明书一些实施例所示的图20-21中所示的平衡组件原理示意图；
图23是根据本说明书一些实施例所示的主手操控装置的手腕组件处的平衡组件的另一示例性结构示意图；
图24以及25是根据本说明书一些实施例所示的图23中所示的平衡组件原理示意图；
图26是根据本说明书一些实施例所示的机器人中的夹持装置的工作流程示例图；
图27-29是根据本说明书一些实施例所示的夹持装置的示例性结构示意图；
图30是根据本说明书一些实施例所示的夹持装置的另一示例性结构示意图；
图31-33是根据本说明书一些实施例所示的夹持装置的另一示例性结构示意图；
图34是根据本说明书一些实施例所示的夹持装置的手腕组件的示例性结构示意图；
图35是根据本说明书一些实施例所示的主手操控装置的示例性结构示意图；以及
图36-40是根据本说明书一些实施例所示的夹持装置的另一示例性结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单 的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
应当理解，本文使用的“***”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。
如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。
基于医疗机器人的技术研究和产品开发持续推进，手术机器人成为医疗机器人范畴中重要的领域之一。手术机器人是集临床医学、生物力学、机械学、计算机科学、微电子学等诸多学科为一体的医疗器械。手术机器人通过清晰的成像***和灵活的机械臂，以微创的手术形式，协助医生实施复杂的外科手术，完成术中定位、切断、穿刺、止血、缝合等操作。在CT成像设备的引导下，医务人员可以利用手术机器人辅助进行手术治疗，但在CT侧进行手术会使得医务人员长期暴露在辐射环境中，对身体健康造成极大威胁，因此，可以采用主从遥式机器人通过远程操作控制图像引导机器人执行手术操作。目前的机器人往往不能准确模拟医务人员的操作过程，无法反馈力的大小，医务人员由于缺乏力觉感知可能会增加手术的风险性和不确定性，且影响手术效率。同时，目前的主手操控装置包括手臂组件以及手腕组件，手臂组件可以提供位置自由度，手腕组件可以提供姿态自由度，但是手臂组件位置的变化会影响手腕末端姿态，从而影响末端执行器的执行的操作。
图1是根据本说明书一些实施例所示的手术机器人***的应用场景图。如图1所示，机器人***100可以包括机器人本体110、控制台120、通信装置130以及末端执行器140。机器人本体110与末端执行器140连接(例如，设置于机器人本体110的机器臂的末端)。机器人本体110电连接通信装置130，控制台120电连接通信装置130和末端执行器140，从而控制末端执行器140执行同步操作。在一些实施例中，机器人***100可以包括成像装置，例如，内窥镜。
机器人本体110可以为末端执行器140和/或成像装置中的摄像臂提供支撑。例如，末端执行器140可以设置在机器人本体110上，用于执行相应操作(例如，穿刺、缝合等)。在一些实施例中，机器人本体110包括机械臂(也可以称为从机械臂)，能够带动安装在从机械臂末端的末端执行器140运动，以调整机器臂末端功能部件的动作和/或姿态。在一些实施例中，在实际使用时，机器人本体110可以位于扫描间内(例如，病人所在位置)。与扫描间相邻设置或者间隔设置有控制间。控制间内设置控制台120，医生通过控制间内的控制台120实现对扫描间的机器人本体110以及末端执行器140的控制，从而完成主从遥操作式手术操作。在一些实施例中，控制间中设置成像设备的操作台，并与扫描间之间存在混凝土墙壁，以屏蔽射线。
控制台120可以包括主手操控装置。操作人员可以通过操控主手操控装置使末端执行器140执行操作。例如，操作者可以通过操作主手操控装置以控制机器人本体110带动安装在从机械臂末端的末端执行器140运动，以执行同步的操作(例如，穿刺、缝合等)。主手操控装置可以包括主操作臂(或者称为主机械臂)、夹持装置(也可以称为末端操控装置或者夹持控制装置)。主操作臂可以为夹持装置提供位置/或姿态自由度。在一些实施例中，主操作臂可以包括手臂组件、手腕组件、平衡组件、制动组件等。手臂组件可以为末端夹持装置提供位置自由度。例如，手臂组件包括至少一个手臂关节转动机构(也可以称为手臂关节机构)(例如，2个、3个、4个等)，每个手臂关节转动机构可以提供一个位置自由度。手臂组件可以提供2个位置自由度、3个位置自由度或者4个位置自由度。手腕组件可以为夹持装置提供姿态自由度。例如，手腕组件包括至少一个手腕关节转动机构(也可以称为手腕关节机构)(例如，2个、3个、4个等)，每个手腕关节转动机构可以提供一个姿态自由度。平衡组件可以用于平衡手臂组件和/或手腕组件的自重相对于手臂组件的转轴或手腕组件的转轴的力距。手腕组件可以提供2个姿态自由度、3个姿态自由度或者4个姿态自由度。制动组件包括制动控制器以及制动器。制动器控制器可以通过制动器手腕组件或者手臂组件中至少一个关节机构的运行(例如，锁紧或者释放)。关于主手操控装置的更多描述可以参考图2-25的详细描述。
夹持装置用于操作人员直接操作控制末端执行器140执行相应的操作，例如，执行穿刺、缝针等操作。例如，夹持装置可以根据操作员对夹持装置的操作向机器人体110的从机械臂发送控制信号，控制信号可以控制末端执行器140执行相应的操作。在一些实施例中，夹持装置可以为中空柱状结构，以方便握持。在一些实施例中，末端夹持装置可以根据医务人员的操作习惯以及根据末端执行器140的结构进行适应性设计，以方便使用。例如，夹持装置可以根据不同的末端执行器140(如穿刺针、手术剪、缝针等) 相应设置为穿刺针组件、手术剪组件或缝针组件等，其形状可以设置为对应功能部件的形状或其他方便操作的形状，在此不作限制。关于夹持装置的更多描述可以参考图26-40的详细描述。
在一些实施例中，主手操控装置可以与通信装置130和末端执行器140电连接，通信装置130电连接机器人本体110。仅作为示例，主手操控装置可以将夹持装置接收到的作用力通过通信装置130传输给机器人本体110，机器人本体110可以根据作用力信息控制末端执行器140执行对应的操作。又例如，末端执行器140受到的阻力信息可以传输给机器人本体110；机器人本体110可以根据阻力信息，通过通信装置130发送相应的力反馈信息给主手操控装置200，从而实现信号传输。在一些实施例中，通信装置130与主手操控装置200及机器人本体110的连接方式可以包括有线连接、无线连接或两者的组合。有线连接可以包括：通过电缆、光缆或电话线等连接，或其任意组合。无线连接可以包括：通过蓝牙、Wi-Fi、WiMax、WLAN、ZigBee、移动网络(例如，3G、4G或5G等)等连接，或其任意组合。
图2是根据本说明书一些实施例所示的主手操控装置的模块示意图。如图所述，主手操控装置200包括手臂组件210、手腕组件220、平衡组件230、制动组件240以及夹持装置250。
手臂组件210具有安装端和连接端，安装端能够与主手操控装置200的支撑基体(或者基座，即第一基座)进行固定连接。手臂组件210具有至少一个活动自由度(例如，2个、3个、4个等)。手臂组件210包括至少一个手臂关节机构。例如，手臂组件210可以包括第一关节机构、第二关节机构以及第三关节机构。第一关节机构对应第一转轴，第一转轴平行于手腕组件220的重力方向。第二关节机构对应第二转轴，第二转轴垂直于手腕组件220的重力方向。第三关节机构对应第三转轴，第三转轴垂直于手腕组件220的重力方向。第一关节机构、第二关节机构以及第三关节机构依次串联。
在一些实施例中，手臂组件210可以至少包括第二关节机构以及第三关节机构中的至少一个。
在一些实施例中，至少一个手臂关节机构中的部分元件依次串联形成一个或多个第一四边形连杆机构。例如，第二关节机构中的至少部分元件可以依次串联形成一个第一四边形连杆机构(或平行四边形连杆机构)。又例如，第三关节机构中的至少部分元件可以依次串联形成一个第一四边形连杆机构(或平行四边形连杆机构)。
在一些实施例中，主手操作装置200可以包括连接组件，用于连接所述手臂组件210以及手腕组件220。连接组件可以与手臂组件210中的部分元件(例如，第二关节机构中的元件和/或第三关节机构中的元件)依次串联形成第二四边形连杆机构。在一些实施例中，一个或多个第一四边形连杆机构中的元件以及第二四边机构中的元件联动设置以同步绕或者随着至少一个关节机构的转轴(例如，第二转轴)转动，该转轴垂直于所述手腕组件的重力方向。关于手臂组件210中的第一四边形连杆机构以及第二四边形连杆机构的更多描述可以参考图3-8中的详细说明。
手腕组件220活动设置于手臂组件210的连接端。手腕组件220安装在手臂组件210上进而便于操作者根据实际工况进行操作。手腕组件220允许操作者执行对应的操作，比如转动或者夹持等。手腕组件220具有至少一个活动自由度(例如，2个、3个、4个等)。手腕组件220包括至少一个手腕关节机构。例如，手腕组件220可以包括第四关节机构、第五关节机构、第六关节机构以及第七关节机构。第四关节机构对应第四转轴，第四转轴平行于手腕组件220的重力方向。第五关节机构对应第五转轴，第五转轴垂直于手腕组件220的重力方向。第六关节机构对应第六转轴，第六转轴平行于手腕组件220的重力方向。第漆关节机构对应第七转轴，第七转轴垂直于手腕组件220的重力方向。第四关节机构、第五关节机构、第六关节机构以及第七关节机构依次串联。第四关节机构与手臂组件210连接。第七关节机构与夹持装置250连接。
在一些实施例中，手腕组件220可以至少包括第四关节机构以及第七关节机构中的至少一个。
平衡组件230包括手臂平衡组件和/或手腕平衡组件。手臂平衡组件和手腕平衡组件分别设置于手臂组件210和手腕组件200的转动关节(例如，转轴)处。在主手操控装置200动作的过程中平衡组件230用于平衡转动关节处(例如，转轴)由于手臂组件210和/或手手腕组件220的自重所导致的关节重力距。如本文中所述，“平衡手臂组件210或手腕组件220的自重所导致的关节重力距”指的是提供与手臂组件210或手腕组件220的自重相对于某一转轴的重力矩方向所成的夹角大于90度的力矩以减小该转轴处总的力矩。
平衡组件230安装在手臂组件210和/或手腕组件220上，或者平衡组件230安装在手臂组件210和手腕组件220之间，能够有效平衡转动关节处由于手臂组件210和/或手腕组件220的自重所导致的关节重力距，进而缓解或者避免长时间操作的医生产生疲劳，提升手术效率。
在一些实施例中，手臂组件210和/或手腕组件220的活动可以是平动、转动或者其他类型的运动。对应的，平衡组件230也根据手臂组件210和/或手腕组件220的运动类型进行适应性的变化。本说明书中的各个实施例仅以手臂组件210内部关节的转动以及手腕组件220内部关节的转动为例进行说明。可以理解的，手臂组件210和/或手腕组件220进行其他类型的运动时，平衡组件230可以基于以下实施 例中的形式进行合理变形得到。
在一些实施例中，手臂组件210的手臂转动关节设置于安装端和连接端之间，手臂转动关节转动时带动连接端以及手腕组件220同步转动。手臂转动关节具有手臂转轴，至少一个手臂转轴的轴向与手腕组件220的重力方向垂直，进而手腕组件2200的重力会对手臂转轴形成一定的重力矩。
手臂平衡组件设置于手臂组件210。手臂平衡组件包括弹性件，弹性件的两端分别与手臂转动关节(例如，手臂转轴或者从动件)以及手臂转动关节的支撑基体连接，弹性件的弹性力对手臂转轴的平衡力矩至少部分平衡手腕组件220对手臂转轴的重力矩。弹性件具有结构简单、寿命长、重量轻、弹性力稳定的优点，能够在不明显增加主手操控装置200的结构复杂性以及整体重量的前提下有效平衡手腕组件220对手臂转轴的重力矩。可以理解的，平衡组件230是通过弹性件的弹性力平衡手腕组件220的重力。弹性件可以包括弹簧、橡胶、弹性绳等。弹性件对手臂关节机构的转轴形成的力矩与手腕组件220和/或手臂组件210的重力对于该转轴形成的重力矩方向之间的夹角大于90度，例如，可以等于120度，或等于150度，或等于180度。
在一些实施例中，手臂平衡组件还包括绳索和转向轮，转向轮设置于手臂转动关节的支撑基体，弹性件的一端与绳索连接，弹性件的另一端与手臂转动关节的支撑基体连接，绳索的另一端与手臂转动关节连接，绳索绕过转向轮并改变延伸方向，能够适应更复杂的主手操控装置200结构。可以理解的，绳索可以是钢丝绳、线绳等。弹簧和钢丝绳配合形成零自由长度弹簧，零自由长度弹簧中的弹簧在未承受拉力时钢丝绳承受的拉力也为零，钢丝绳远离弹簧的一端与转向轮之间的部分钢丝绳可视为零长度(不承受拉力)。当弹簧拉紧时，钢丝绳远离弹簧的一端与转向轮之间的部分钢丝绳可视为弹簧长度的一部分(承受一定的拉力)。
手腕平衡组件的结构与手臂平衡组件的结构类似，在此不在重复描述。
在一些实施例中，主手操控装置200能够对与重力方向垂直的每个转轴的手臂转动关节和/或每个手腕转动关节进行手腕组件220的重力平衡，避免医生在操作主手操控装置200的过程中由自身力量克服手腕组件220的重力而造成的疲劳。
在一些实施例中的实施例中，每个手臂转动关节包括转动件和动力件(也可以称为动力件)。在一些实施例中，转动件可以包括驱动件(例如，主动轮)以及从动件(例如，从动轮)。从动件转动设置于对应的手臂转轴，动力件与转动件传动连接，动力件用于驱动转动件绕或者随着对应的手臂转轴转动。至少一个动力件相对于对应手臂转轴的重力矩至少部分平衡手腕组件220相对于对应手臂转轴的重力矩。例如，动力件和/或驱动件与手腕组件220设置于转轴两侧，动力件和/或驱动件对转轴形成的重力矩与手腕组件和/或手臂组件的重力对于转轴形成的重力矩方向之间的夹角大于90度，例如，可以等于120度，或等于150度，或等于180度。通过对驱动件的位置进行合理的布置，也能够进一步平衡手腕组件220的重力，进而进一步提升主手操控装置200的重力平衡效果。关于平衡组件230以及重力矩平衡的更多描述可以参照图11-25的详细描述。
制动组件240可以包括制动控制器以及制动器。在一些实施例中，制动组件240可以用于控制手臂组件210和/或手腕组件220的运行状态。在一些实施例中，制动器可以设置与任意一个关节机构处(例如，手腕关节机构或者手臂关节机构的转轴处)。例如，制动器可以与手腕组件220中的第四转轴连接，制动控制器用于通过制动器控制第四关节机构的运行。第四关节机构与手臂组件210连接，第四关节机构对应的第四转轴平行于手腕组件220的重力方向。关于制动组件240的更多描述可以参照图9A-10的详细描述。
夹持装置250夹持装置包括夹持组件以及反馈组件，反馈组件可以包括传动件以及动力件。夹持组件可以在工作范围内开合。反馈组件用于将远端器械的受力状态反馈至夹持组件250。在一些实施例中，夹持组件250可以通过动力件向从机械臂发送控制信号以控制末端执行器的操作。关于夹持装置250的更多描述可以参照图26-40的详细描述。
以上描述只是示例性说明，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。例如，主手操控装置200可以不包括制动组件240或平衡组件230。又例如，主手操控装置200可以进一步包括控制组件。控制组件可以包括控制器，控制器可以获取各个关节机构的位置和速度，可以计算并输出各关节电机所需要的力矩。
图3-6是根据本说明书一些实施例所示的主手操控装置300的结构示意图。主手操控装置300可以是图1所述的控制台120的主手操控装置或者是主手操控装置200的示例性实施例。如图3所示，主手操控装置300包括手臂组件310以及手腕组件320。在一些实施例中，主手操控装置300还可以包括夹持装置、平衡组件、制动组件等。关于夹持装置的更多描述可以参考本申请的图26-40的详细描述。关于制 动组件的更多描述可参照本申请其他部分的详细描述(例如，图9A-10)。关于平衡组件的更多描述可参照本申请其他部分的详细描述(例如，图11-25)。
如图3所示，手臂组件310可以提供3个位置自由度。具体的，手臂组件310可以包括第一关节机构311、第二关节机构312以及第三关节机构313，每个关节机构可以提供一个位置自由度。手腕组件320可以提供至少一个姿态自由度。例如，手腕组件320可以提供2个姿态自由度，或者3个姿态自由度，或者4个姿态自由度等。需要说明的是，图3中所示的手臂组件310的3个位置自由度只是为了说明目的，并不限制本申请的保护范围。例如，手臂组件310可以包括2个位置自由度。进一步，手臂组件310可以仅包括第一关节机构311和第三关节机构313，或者仅包括第一关节机构311和第二关节机构312，或者仅包括第二关节机构312和第三关节机构313。又例如，手臂组件310可以提供4个或者多于4个的自由度。
在一些实施例中，主手操控装置300还包括支撑组件，用于对手臂组件310以及手腕组件320提供支撑以及进行安装。
参考图4，图4是图3所示的主手操控装置300的第一关节机构311的结构示意图。如图所示，第一关节机构311对应第一转轴(如图虚线A1所示为第一转轴所在的轴线)。第一关节机构311中的部分元件可以绕或者随着第一转轴转动。第一转轴的轴向平行于手臂组件310的重力方向。如本文中所述，平行于手臂组件310的重力方向的平面也称为竖直平面；垂直于手臂组件310重力方向的平面称为水平平面。例如，第一关节机构311中的部分元件可以绕或者随着第一转轴在水平平面内旋转。
第一关节机构311可以包括动力件3111(也可以称为第一动力件)、驱动件3112(也可以称为第一驱动件)以及从动件3113(也可以称为第一从动件)。动力件3111可以为第一关节机构311中的元件转动提供动力(例如，机械能)。动力件3111可以包括电机。在一些实施例中，动力件3111可以安装于支撑组件中的基板331。从动件3113可以活动的连接基板331。驱动件3112安装在动力件3111的输出轴(即电机轴)，以接受动力件3111提供的机械能。动力件3111可以将机械能通过输出轴传送给驱动件3112使其绕或者随着动力件3111的输出轴转动。从动件3113与驱动件3112通过传动方式(也可以称为第一传动方式)进行传动连接。驱动件3112可以通过第一传动方式将机械能传递给出从动件3113以带动从动件3113转动。从动件3113的转动可以带动连接于从动件3113的其他元件(例如，手臂组件310中的其他关节机构、支撑组件中的基座)绕或者随着从动件3113的输出轴旋转。从动元件3113的输出轴即为第一关节机构311的转轴。第一传动方式可以包括齿轮传动、螺旋传动、链传动、绳传动等方式。在一些实施例中，为了保证反驱性能，第一传动方式可以采用绳传动。例如，驱动件3112可以包括绕线轮(即主动轮)，从动件3113可以包括从动轮或者从动板。当从动件3113为从动板的结构，从动板的边缘至少部分区域成弧形结构或者扇形结构(即具有外圆面)，驱动件3112以及从动件3113通过绳(例如，钢丝绳)耦合，使得从动件3113随着驱动件3112的转动而转动。在一些实施例中，从动件3113为环状结构。
支撑组件中的基座332(即第一基座或者手臂基座)固定在从动件3113上，跟随其绕或者随着第一转轴旋转。基座332可以用于对其他关节机构中的元件提供支撑以及安装。
参考图5以及图3，图5是图3所示的主手操控装置300的第二关节机构312的结构示意图。如图3以及图5所示，第二关节机构312对应第二转轴(如图3中虚线A2为第二转轴所在轴线)，参照图5，第二转轴的方向为垂直于纸面。第二关节机构312中的部分元件可以绕或者随着第二转轴转动。第二转轴的轴向垂直于手臂组件310的重力方向，即第二关节机构312中的部分元件可以绕或者随着第二转轴在竖直平面内旋转。在一些实施例中，第二关节机构的结构也可以类似于第一关节机构311，例如，第二关节机构的第二转轴可以与第一关节机构311的第一转轴平行。
第二关节机构312中可以包括动力件3121(也可以称为第二动力件)、驱动件3122(也可以称为第二驱动件)以及一个或多个从动件(也可以称为第二从动件)。
动力件3121可以为第二关节机构312中的元件旋转提供动力(即机械能)。动力件3121可以包括电机。在一些实施例中，动力件3121可以安装于支撑组件中的基座332。驱动件3122安装在动力件3121的输出轴。动力件3121与驱动件3122可以安装于基座332的两侧。动力件3121可以将动力(即机械能)通过动力件3121的输出轴传送给驱动件3122使其绕或者随着第二转轴转动。
如图5所示，第二关节机构312可以包括三个从动件3123、3124以及3125。在一些实施例中，三个从动件3123、3124以及3125联动设置以同步绕或者随着第二转轴转动。例如，三个从动件3123、3124以及3125依次可活动地串联构成第一四边形连杆机构的一部分(例如，三个边)。进一步地，从动件3123的一端可以活动安装于基座332，从动件3123的另一端与从动件3124活动连接，从动件3124的一端与从动件3123活动连接，从动件3124的另一端与从动件3125连接，从动件3125与基座332活动连接，从动件3124与连接组件中的第一连接件341相连。关于连接组件的更多描述可以参考图7。如本文中所示，“两个元件活动连接”指的是两个元件在保持连接状态下可以相对运动(例如，转动)。活动连接 方式可以包括铰接、轴承连接等。当从动件3123随着驱动件3122绕或者随着第二转轴旋转，可以带动从动件3124以及从动件3125同步绕或者随着第二转轴转动。在转动过程中，由于相邻从动件之间以及从动件与基座活动连接，使得从动件3123以及从动件3125保持大致平行的状态。因三个从动件3123、3124以及3125的连线近似于平行四边形(例如图5中虚线所示)，也可以称第一四边形连杆机构为第一平行四边形连杆机构。从动件3123也可以称为第一平行四边形连杆机构的输入件。
在一些实施例中，从动件3123与驱动件3122通过传动方式(也可以称为第二传动方式)进行传动连接。驱动件3122可以通过第二传动方式带动从动件3123的旋转。从动件3123的旋转可以带动连接于从动件3123的其他元件(例如，从动件3124、3125)绕或者随着从动件3123的转轴旋转。从动件3123的转轴即为第二关节机构312的转轴。第二传动方式可以包括齿轮传动、螺旋传动、链传动、绳传动等方式。在一些实施例中，为了保证反驱性能，第二传动方式可以采用绳传动。例如，驱动件3122可以包括绕线轮(即主动轮)，从动件3123可以包括从动轮或者从动板或者从动杆(也可以称为连杆)。当从动件3123为板或者杆的结构时，从动杆或者从动板的边缘至少部分区域成弧形结构或者扇形结构(即外圆面)，驱动件3122以及从动件3123的外圆面通过绳(例如，钢丝绳)耦合，使得从动件3123随着驱动件3112的转动而转动。需要注意的是，图5中关于第二关节机构312的描述只是示例性说明，并不限制本申请的保护范围。例如，在一些实施例中，从动件3123可以直接与动力件3121的输出轴连接，即第二关节机构312可以不包括驱动件3122。在一些实施例中，第二关节机构312的从动件的数量可以仅为1个，即第二关节机构312可以提供第一平行四边形连杆机构。
参考图6以及图3，图6是图3所示的主手操控装置300的第三关节机构313的结构示意图。如图3和6所示，第三关节机构313对应第三转轴(如图3中虚线A3为第三转轴所在轴线)。第三关节机构313中的部分元件可以绕或者随着第三转轴转动。第三转轴的轴向垂直于手臂组件310的重力方向，即第三关节机构313中的部分元件可以绕或者随着第三转轴在竖直平面内旋转。在一些实施例中，第三关节机构的结构也可以类似于第一关节机构311，例如，第三关节机构的第三转轴可以与第一关节机构311的第一转轴平行。
第三关节机构313中可以包括动力件3131(也可以称为第三动力件)、驱动件3132(也可以称为第三驱动件)以及一个或多个从动件(也可以称为第三从动件)。
动力件3131可以为第三关节机构313中的元件的旋转提供动力。动力件3131可以包括电机。在一些实施例中，动力件3131可以安装于支撑组件中的基座332。例如，第三关节机构313的动力件3131与第二关节机构312的动力件3121可以安装于基座332的两侧。驱动件3132安装在动力件3121的输出轴。在一些实施例中，驱动件3132和动力件3121可以安装于基座332的两侧。第三关节机构313的驱动件3132可与第二关节机构312的动力件3121安装于基座的同一侧。第三关节机构313的动力件3131可与第二关节机构312的驱动件3122安装于基座的同一侧。动力件3131可以将动力通过动力件3131的输出轴传送给驱动件3132使第三转轴旋转。
第三关节机构313可以包括三个从动件3133、3134以及3135。在一些实施例中，三个从动件3133、3134以及3135联动设置以同步绕或者随着第三转轴转动。例如，三个从动件3133、3134以及3135依次可活动地串联构成四边形连杆机构(也即另一个第一四边形连杆机构)的一部分(例如，四边形连杆机构的三个边)。进一步地，从动件3133的一部分(例如，一端或者中心)可以活动安装于基座332，从动件3133的一端与从动件3134活动连接，从动件3134的一端与从动件3133活动连接，从动件3134的另一端与从动件3135连接，从动件3135与连接组件中的第二连接件342相连。
在一些实施例中，从动件3135相对于第三关节机构313中的第一四边形连杆机构具有延伸端，延伸端可以与连接组件的第二连接件342活动连接。关于连接组件的更多描述参考图7。从动件3133与从动件3135大致平行。当从动件3133随着驱动件3132绕或者随着第三转轴旋转，可以带动从动件3123以及从动件3135同步绕或者随着第三转轴转动。在转动过程中，由于相邻从动件之间以及从动件与基座活动连接，使得从动件3133以及从动件3135保持大致平行的状态。因三个从动件3133、3134以及3135的连线近似于平行四边形(例如，图6中虚线所示)，也可以称该第一四边形连杆机构为第一平行四边形连杆机构。
在一些实施例中，从动件3133与驱动件3132通过传动方式(也可以称为第三传动方式)进行传动连接。驱动件3132可以通过第三传动方式带动从动件3133的旋转。从动件3133的旋转可以带动连接于从动件3133的其他元件(例如，从动件3134、3135)绕或者随着第三转轴转动。从动元件3133与基座332活动连接的部分即为第三关节机构313的转轴。从动件3133也可以称为第三关节机构313中的第一平行四边形连杆机构的输入件。第三传动方式可以包括齿轮传动、螺旋传动、链传动、绳传动等方式。在一些实施例中，为了保证反驱性能，第三传动方式可以采用绳传动。例如，驱动件3132可以包括绕线轮(即主动轮)，从动件3133可以包括从动轮、或者从动板、或者从动杆(也可以称为连杆)。若从动件3133 为杆或者板的结构，则杆或者板边缘至少部分区域成弧形结构或者扇形结构(即外圆面)，驱动件3132以及从动件3133的外圆磨通过绳(例如，钢丝绳)耦合，使得从动件3133随着驱动件3132的转动而转动。需要注意的是，在一些实施例中，从动件3133可以直接与动力件3131的输出轴连接，即第三关节机构313可以不包括驱动件3132。在一些实施例中，第三关节机构313的从动件的数量可以仅为1个，即第三关节机构313可以不提供第一平行四边形连杆机构。
参考图7，图7是图3所示的主手操控装置300的连接组件的结构示意图。
连接组件可以传动连接手臂组件310以及手腕组件320。连接组件可以包括连接件341(也可以称为第一连接件)以及连接件342(也可以称为第二连接件)。连接件341可以与第二关节机构312中的从动件3124活动连接。连接件342可以与第三关节机构313中的从动件3135活动连接。从动件3124、连接件341、连接件342以及从动件3135联动设置，即当从动件3124和/或从动件3135转动时，连接件341以及连接件342同步转动，从而带动手腕组件320的转动。例如，从动件3124、连接件341、连接件342以及从动件3135可依次串联，从而使得从动件3124和/或从动件3135转动时，连接件341以及连接件342同步转动。在一些实施例中，从动件3124、连接件341、连接件342以及从动件3135的连线大致为平行四边形，因此，依次串联的从动件3124、连接件341、连接件342以及从动件3135可以构成第二四边形连杆机构，即第二平行四边形连杆机构。且在第二平行四边形连杆机构的各个元件转动过程中，由于连接件341、从动件3124、从动件3135以及连接件342活动连接，在第二平行四边形连杆机构的元件转动过程中，可以保持互不相邻的两个元件(例如，连接件342的一部分与从动件3124的一部分，或者从动件3135与连接件341)相互保持平行状态或者大致平行。
在一些实施例中，从动件3124包括两部分(例如，直角形的杆状结构)，从动件3124的第一部分的两端分别与从动件3123以及3125连接，从动件3124的第二部分与从动件3125连接。从动件3124的第一部分与第二部分相交位置即为与连接件341的连接点，即从动件3124的第二部分构成了第二平行四边形连杆机构的一条边，从动件3124的第一部分与连接件341重叠。
在一些实施例中，连接件342包括两部分(例如，直角型的杆状机构)。连接件342的第一部分与连接件341以及从动件3135的延伸端连接。例如，连接件342的第一部分的上下两端分别设置凹槽，凹槽内设置转动轴。连接件341以及从动件3135的一端分别设置圆孔，圆孔穿过凹槽内的转动轴从而使得连接件342的第一部分与连接件341以及从动件3135的延伸端可活动连接。连接件342的第二部分与手腕组件320连接。手腕组件320可活动的设置于连接件342的第二部分上。
手腕组件320可以包括第四关节机构。第四关节机构对应第四转轴(如图7中虚线A4为第四转轴所在的轴线)。第四转轴平行于手腕组件320的重力方向。在一些实施例中，第四关节机构包括动力件3211、驱动件3212以及从动件3213。动力件3211可以为第四关节机构中的元件的旋转提供动力。动力件3211可以包括电机。在一些实施例中，动力件3211可以安装于连接件342的第一部分。驱动件3212安装在动力件3211的输出轴。动力件3211可以将动力通过其输出轴传送给驱动件3212使其旋转。从动件3213活动安装于连接件342的第二部分。在一些实施例中，从动件3213与驱动件3212通过传动方式(也可以称为第四传动方式)进行传动连接从而使得驱动件3212通过第四传动方式驱动从动件3213旋转。手腕组件320的其他关节机构安装于从动件3213的输出轴上，以便手腕组件320上的其他关节机构可以绕或者随着从动件3213的输出轴(即第四转轴)旋转。第四传动方式可以包括齿轮传动、螺旋传动、链传动、绳传动等方式。在一些实施例中，为了保证反驱性能，第四传动方式可以采用绳传动。例如，驱动件3212可以包括绕线轮、板等结构，从动件3213可以包括从动轮、或者从动板、或者从动杆(也可以称为连杆)。
在一些实施例中，第一传动方式、第二传动方式、第三传动方式以及第四传动方式可以相同或者不同。
在一些实施例中，除了第四关节机构，手腕组件320进一步包括一个或多个关节机构，例如，2个、或者3个等。每个关节机构可以提供一个姿态自由度。每个关节机构可以对应一个转轴。手腕组件320的多个关节机构的转轴可以配置相交于一点。参考图8，图8是图3所示的主手操控装置300的手腕组件320的结构示意图。手腕组件320进一步包括对应第五转轴的第五关节机构、对应第六转轴的第六关节机构以及对应第七转轴的第七关节机构。第四转轴、第五转轴、第六转轴以及第七转轴相交于一点P。通过以上3个平行四边形连杆机构(即两个第一平行四边形连杆机构以及第二平行四边形连杆机构)的设计，由于第一平行四边形连杆机构以及第二平行四边形连杆机构中相互连接的连杆为活动连接，从而使得当主手操控装置的关节机构在转动中，可以实现当P点位置变动时，手腕的姿态仍然可以保持不变，也就是连接件342的第二部分始终保持水平状态，从而保证位置的变化不会影响手腕姿态，实现了位置和姿态的解耦。需要说明的是，图3-8中关于主手操控装置的描述只是示例性说明，并不限制本申请的保护范围。在一些实施例中，主手操控装置可以至少包括一个第一平行四边形连杆机构和第二平行四边形连杆机构，也可以实现位置与姿态的解耦。
以上描述只是示例性说明，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。例如，主手操控装置可以不包括第一关节机构311和/或第二关节机构312，则连接组件除了连接件341以及342，可以进一步包括第三连接件，第三连接件可以连接从动件3135以及连接件341。又例如，主手操控装置可以不包括第一关节机构311和/或第三关节机构313，则连接组件除了连接件342以及342，可以进一步包括第三连接件，第三连接件可以连接从动件3124以及连接件342。
图9A是根据本说明书一些实施例所示的主手操控装置的手腕组件结构示意图。手腕组件900可以是本文其他地方所示的主手操控装置(例如，主手操控装置300、主手操控装置200以及图1中控制台120的主手操控装置)的手腕组件的示例性实施例。
主手操控装置可以包括手臂组件(例如，手臂组件310、手臂组件1110等)。关于手臂组件以及手腕组件的详细描述可以参考其他地方的描述。在一些实施例中，手腕组件900可以类似于手腕组件320或者手腕组件1120。例如，的，手腕组件900可以包括第四关节机构。第四关节机构对应第四转轴(如图9A中虚线A4为第四转轴所在轴线)。第四转轴平行于手腕组件900的重力方向。又例如，除了第四关节机构，手腕组件900进一步包括一个或多个手腕关节机构，例如，2个、或者3个、或者4个等。每个关节机构可以提供一个姿态自由度。每个关节机构可以对应一个转轴。手腕组件900的多个关节机构的转轴可以配置相交于一点。进一步例如，手腕组件900包括对应第五转轴的第五关节机构、对应第六转轴的第六关节机构以及对应第七转轴的第七关节机构。第四关节机构、第五关节机构、第六关节机构以及第七关节结构依次串联。第四转轴、第五转轴、第六转轴以及第七转轴相交于一点。第四转轴与第六转轴平行，第五转轴与第七转轴平行且与第四旋转垂直。又例如，手腕组件900可以设置手腕平衡组件。关于平衡组件的更多描述可以参考图11-25的详细描述。再例如，手腕组件900可以与夹持装置连接。关于夹持装置的更多描述可以参考图26-30的详细描述。
在一些实施例中，第四关节机构包括动力件、驱动件以及从动件(图中未示出)。在一些实施例中，第四关节机构可以与图7中的第四关节机构类似或相同。例如，动力件可以安装于手臂组件以及手腕组件之间的连接件942的第一部分。驱动件(例如，驱动轮)转动安装在动力件(例如，电机)的输出轴。从动件(例如，从动轮)活动安装于连接件942的第二部分。从动件与驱动件通过传动方式(也可以称为第四传动方式)进行传动连接从而使得驱动件通过第四传动方式驱动从动件旋转。手腕组件900的其他关节机构(例如，第五关节机构)通过手腕组件900中的基座933(例如，水平部分，也可以称为支撑组件的第二基座或者手腕基座)可连接于从动件的输出轴(即第四转轴)上，从而使得手腕组件900上的其他关节机构可以随着手腕组件900中的基座933绕或者随着从动件的输出轴(即第四转轴)在水平面旋转。在一些实施例中，第四关节机构可以与图11-16中的第四关节机构类似或者相同。在一些实施中，第四关节机构可以包括动力件，手腕组件900的其他关节机构(例如，第五关节机构)通过手腕组件900中的基座933(例如，水平部分)可连接于动力件的输出轴(即第四转轴)上，从而使得手腕组件900上的其他关节机构可以随着手腕组件900中的基座933绕或者随着动力件的输出轴(即第四转轴)在水平面旋转。
手腕组件900相对于第四转轴的旋转范围(也可以称为第四转轴的转动范围或者第四关节机构的转动范围)为基座933(例如，基座933的水平部分)绕第四转轴转动的范围。在一些实施例中，基座933可以绕第四转轴转动120度、或者转动180度、或者转动360度。如图9B所示，当基座933可以绕第四转轴转动360度时，第四转轴的旋转范围为类似于圆形区域。需要注意的是，若手腕组件900的其他关节机构(例如，第五关节机构)未置于基座933的水平部分的末端，则基座933的水平部分的长度为第五关节机构所处基座933的水平部分的位置与第四转轴之间的距离。
主手操控装置进一步包括制动组件，所述制动组件包括制动控制器(图中未示出)以及制动器951。制动控制器用于通过制动器951控制手腕组件900中的某一或多个关节机构的运行。制动器951可以包括摩擦式制动器(例如，盘式制动器、外抱块式制动器)、非摩擦式制动器(例如，磁涡流制动器)等。在一些实施例中，制动器951可以包括制动件、传动件以及供能装置。供能装置可以传动件可以提供制动所需能量。制动件(例如，制动片、制动块等)可以产生阻碍第四转轴转动的力。传动件可以将供能装置提供的制动能量传输给制动件。制动控制器可以获取第四转轴转动的速度以及方向，根据第四转轴转动的速度和方向控制供能装置提供相应的制动能，制动件通过传动件接收制动能并产生阻碍第四转轴转动的力(即制动力)。在一些实施例中，制动组件可以用于控制手腕组件900中某一关节机构的释放和锁紧。如图9A所示，制动器951可以与第四转轴连接，用于控制第四关节机构的锁紧和释放。如本文中所述，关节机构的释放指的是关节机构中的动力件和/或转动件(例如，驱动件或者从动件)处于可以转动状态；关节机构的锁紧状态指的是关节机构中的转动件(例如，驱动件或者从动件)处于无法转动状态。在一些实施例中，制动器951可以与第四关节机构的动力件、驱动件和/或者从动件物理相连。在一些实施例中，制动 器951可以与第四关节机构的第四转轴物理相连。
制动器951的运行状态包括断开状态以及闭合状态。在一些实施例中，当制动器951处于断开状态，则对应的第四关节机构处于锁紧状态；当制动器951处于闭合状态，则对应的第四关节机构处于释放状态。
在一些实施例中，响应于确定手腕组件900满足第一条件，制动控制器可以生成并发送释放指令至制动器951。释放指令用于指示制动器951处于闭合状态。例如，释放指令可以指示制动器951从断开状态切换至闭合状态。
在一些实施例中，响应于确定手腕组件900满足第二条件，制动控制器可以生成并发送锁紧指令至制动器951。锁紧指令用于指示制动器951处于锁紧状态。例如，锁紧指令可以指示制动器951从闭合状态切换至断开状态。
在一些实施例中，第一条件包括基座933的水平部分处于第四转轴的旋转范围内的第一区域；第二条件包括基座933的水平部分不处于第四转轴的旋转范围内的第一区域。在一些实施例中，第一条件包括当第六转轴向第一方向旋转时，第一条件包括基座933的水平部分处于第四转轴的旋转范围内的第一区域；第二条件包括当第六转轴向第一方向旋转时，基座933的水平部分不处于第四转轴的旋转范围内的第一区域。
在一些实施例中，第一条件包括所述基座933的水平部分处于第四转轴的旋转范围内的第二区域；第二条件包括基座933的水平部分不处于第四转轴的旋转范围内的第二区域。如本文中所述，第一区域可以指的是操作者操作主手操控装置以使得手腕组件900绕或者随着第四转轴转动形成的转动范围中以操作者为参考对象位于右侧的区域。第二区域可以指的是操作者操作主手操控装置以使得手腕组件900绕或者随着第四转轴转动形成的转动范围中以操作者为参考对象位于左侧的区域。如图9B所示，若手腕组件900可以绕第四转轴转动360度，则第四转轴的旋转范围可以为圆形区域，圆形区域中虚线L1的右侧区域R1为第一区域；圆形区域中虚线L1的左侧区域R2为第二区域。
在一些实施例中，第一条件包括当第六转轴向第二方向旋转时，所述基座933的水平部分处于第四转轴的旋转范围内的第二区域；第二条件包括当第六转轴向第二方向旋转时，所述基座933的水平部分不处于第四转轴的旋转范围内的第二区域。第一方向可以指的是操作者操作主手操控装置以使得手腕组件900以操作者为参考对象顺时针旋转；第二方向可以指的是操作者操作主手操控装置以使得手腕组件900以操作者为参考对象向逆时针旋转运动。如本文中所述，关节机构中转轴的旋转可以带动与转轴连接的其他结构或者元件旋转。
为了使得基座933尽可能地处于第四转轴的旋转范围的中间位置(例如，图9B中虚线L2和L3中间的位置)，当操作者控制主手操控装置，第六转轴向左旋转时，如果基座933处于第四转轴旋转范围的右区域，则制动控制器控制制动器951闭合，即第四转轴为释放状态，可以使得基座933有可能向中间区域旋转。同样的，当操作者控制主手操控装置，第六转轴向右旋转时，如果基座933处于第四转轴旋转范围的左区域，则制动控制器控制制动器951闭合，即轴第四转轴为释放状态，可以使得连杆23有可能向中间区域旋转。
在一些实施例中，第一条件包括第六转轴与第一限位或者第二限位之间的距离小于第一阈值。第一阈值可以为1毫米、2毫米等；第二条件包括第六转轴与所第一限位或者第二限位之间的距离大于第二阈值。第二阈值可以为1毫米、2毫米等。第一阈值可以大于或等于第一阈值。当制动器951为断开状态，即第四转轴(即第四关节结构)为锁紧状态，换句话说，基座933的水平部分无法转动。当操作者操控主手操控装置，第六转轴旋转接近左(即第一限位)/右限位(即第二限位)时，制动控制器发出命令，控制制动器951闭合，即第四转轴为释放状态，可以旋转。通过这种控制，可以明显增加主手操控装置的旋转范围，实现更大的操作空间。第一限位以及第二限位由主手操控装置的具体结构限定。
在一些实施例中，第一条件包括主手操控装置处于奇异位置。例如，主手操控装置的奇异位置指的是第四转轴和第六转轴处于同一条线上。通过该设置，当主手操控装置运动到接近奇异位置时，制动控制器可以控制制动器951闭合，从而通过第四转轴的转动避开奇异位置。
图10是根据本说明书一些实施例所示的主手操控装置的控制组件的模块图。控制组件1000可以用于本申请其他地方所述的主手操控装置(例如，主手操控装置300、主手操控装置200、主手操控装置1100)。
控制组件1000可以包括标准主手控制器1010以及制动控制器1020。
标准主手控制器为主手操控装置的主控制器，可以读取各关节的位置和/速度，从而可以计算并输出各关节电机所需要的力矩，根据力矩控制各个关节电机的运行。
制动控制器1020可以读取主手操控装置各关节机构的位置、速度、转动方向等运动参数。通过各个关节机构的位置和/或速度控制制动器执行的运行状态。在一些实施中，制动控制器1020可以直接从主 手控制器1010中获取各个关节机构的位置和/或速度。在一些实施例中，制动控制器1020可以从各个关节机构的动力件获取动力件的参数信息(例如，转速、转矩等)，通过结算动力件的参数信息确定各个关节机构的位置、速度以及转动方向等运动参数。各个关节的位置和/或速度可以指的是各个关节的重心的位置和/或速度。转动方向可以指的是转轴的转动方向。例如，结合图9中的主手操控装置，制动控制器1020可以读取第六转轴的位置，判断第六转轴的位置是否接近左(即第一限位)/右限位(即第二限位)，若接近，则制动控制器120可以发出释放命令，控制制动器951闭合，使第四转轴为释放状态，可以旋转。又例如，制动控制器1020可获取主手操控装置的位置(例如，各个关节机构的重心位置或者手腕组件的多轴相交的点的位置)，制动控制器1020可以判断主手操控装置是否运动到接近奇异位置时，若接近，则制动控制器可以控制制动器951闭合，从而释放第四转轴，通过第四转轴的转动避开奇异位置。
关于制动控制器的更多描述可以参考图9A中的详细描述。
图11-16是根据本说明书一些实施例所示的主手操控装置的结构示意图。主手操控装置300可以是本文其他地方所述的主手操控装置(例如，主手操控装置200以及控制台120中的主手操控装置)的示例性实施例。
如图11-16所示，主手操控装置包括手臂组件1110以及手腕组件1120。手臂组件1110可以包括三个转动关节，分别为第一转动关节10、第二转动关节20和第三转动关节30，对应的转轴分别为第一转轴、第二转轴以及第三转轴(图中A1、A2以及A3分别为第一转轴、第二转轴以及第三转轴所在的轴线)。其中与第一转轴相连的元件在使用状态的水平面内旋转，与第二转轴和第三转轴相连的元件可以在使用状态的竖直平面内旋转，第二转轴的延伸轴向和第三转轴的延伸轴向分别与重力方向垂直。需要说明的是，以上手臂组件1110包括三个转轴只是示例性说明以解释平衡组件，并不限制本发明的保护范围。在一些实施例中，手臂组件可以包括2个转轴、或者1个转轴、或者大于3个转轴。换句话说，手臂组件可以提供1个位置自由度、或者2个位置自由度、或者3个位置自由度、或者大于3个位置自由度。
参考图11，主手操控装置1100可以包括支撑组件，用于支撑或者固定主手操控装置1100中的其他元件。支撑组件可以包括基板601(也可以称为第一基板601)。第一基板601为整个主手操控装置1100的固定板。第一关节机构10可以包括电机101(也可以称为第一电机或者第一动力件)、驱动件102(也可以称为第一驱动件)以及从动件103(也可以称为第一从动件)。在一些实施例中，驱动件102可以包括绕线轮、齿轮等。从动件103可以包括绕线轮、齿轮、板状机构等。第一关节机构10可以与图3-7中的第一关节机构311类似或者相同。关于第一关节机构的更多描述可以参考图3-7中的详细描述。
在一些实施例中，第一关节机构10的从动件103可旋转的安装到基板601上，可以绕着或者随着第一转轴旋转。第一关节机构10中的电机101通过套筒固定到基板601上，驱动件102与电机101的输出轴(也可以称为电机轴)相对固定，驱动件102(例如，绕线轮)上布置有螺旋的绕线槽(通常是圆弧形或是V型)，传动绳(例如，钢丝绳)通过绕线槽缠绕在驱动件102上，传动绳的两端分别固定到第一关节机构10的从动件103上。第一关节机构10旋转并带动驱动件102旋转，从而传动绳可以在螺旋的绕线槽上缠绕，进而拉动从动件103相对于基板601绕着或者随着第一转轴旋转。
进一步，如图11-16所示，支撑组件进一步包括第二基板602。第二基板602设置于从动件103上。第二基板602可以随从动件103绕或者随着第一转轴旋转。
在一些实施例中，第二关节机构20包括电机201(也可以称为第二电机)、驱动件202(也可以称为第二驱动件)以及从动件203(也可以称为第二从动件)。在一些实施例中，电机201可以使驱动件202旋转。驱动件202可以通过传动方式使从动件203绕或者随着第二转轴旋转。在一些实施例中，驱动件202可以包括绕线轮、齿轮等。从动件203可以包括滑动轮、齿轮、板状结构、杆状结构等。第二关节机构20可以与图3-7中的第二关节机构312类似或者相同。关于第二关节机构的更多描述可以参考图3-7中的详细描述。
在一些实施例中，第二关节机构20中的电机201固定在从动件203上，第二关节机构20的驱动件202固定在第二电机201的输出轴上，随第二电机201的输出轴(即电机轴)一起旋转。驱动件202通过传动方式带动从动件203一起旋转。例如，驱动件202(例如，绕线轮)上布置有螺旋的绕线槽(通常是圆弧形或是V型)，传动绳(例如，钢丝绳)通过绕线槽缠绕在驱动件202上，传动绳的两端分别固定到第二关节机构20的从动件203上。第二关节机构20旋转并带动驱动件202旋转，从而传动绳可以在螺旋的绕线槽上缠绕，进而拉动从动件203相对于第二基板602绕着或者随着第二转轴旋转。通过将电机201设置在从动件203上，可以使得电机201相对于第二转轴的重力矩可以平衡至少一部分手腕组件1120相对于第二转轴的重力矩。
在一些实施中，驱动件202与从动件201之间的传动方式为二级传动。第二关节机构20可以进一步包括大绕轮204和小绕轮205，大绕轮204和第二关节机构20的驱动件202通过绳进行传动，为第二 关节机构20的一级传动。从驱动件206(例如，从绕线轮)固定在第二基板602上，形状为部分的外圆环面。小绕轮205和从驱动件206(例如，从绕线轮)通过绳进行传动，为第二关节机构20的二级传动。两级传动是为了获得更大的关节输出力矩。
第三关节机构30包括电机301(也可以称为第三电机)、驱动件302(也可以称为第三驱动件)以及从动件303(也可以称为第三从动件)。在一些实施例中，电机301可以使驱动件302旋转。驱动件302可以通过传动方式使从动件303绕着或者随着第二转轴旋转。在一些实施例中，驱动件302可以包括绕线轮、齿轮等。从动件303可以包括滑动轮、齿轮、板状结构、杆状结构等。第三关节机构30可以与图3-7中的第三关节机构313类似或者相同。关于第三关节机构的更多描述可以参考图3-7中的详细描述。
在一些实施例中，第三关节机构30中的电机301设置在从动件303上，第三关节机构30的驱动件302固定在第三驱动电机301的输出轴上。第二基板602远离从动件103的一端有弧形的外圆面，驱动件302与第二基板602的弧形外圆面通过绳传动，把电机301的输出力矩传递到从动件303上。在一些实施例中，从动件303为一个平行四边形的连杆结构(也可以称为平行四边形连杆机构)，能绕着或者随着第三转轴旋转。参照图12中虚线所示的四边形连杆机构(近似为平行四边形连杆机构)，从动件103包括依次串联的第一连杆3031、第二连杆3032、第三连杆3033以及第四连杆3034。第一连杆3031与从动件203活动连接，第三连杆3033可以连接手腕组件1120。第一连杆3031大致平行于第三连杆3033，第二连杆3032大致平行于第四连杆3034。第一连杆3031相对于平行四边形连杆机构包括延伸端。第一连杆3031的延伸端设置电机301。第三转轴设置于延伸端。第三连杆3033相对于平行四边形连杆机构包括延伸端，手腕组件1120可以设置于第三连杆3033的延伸端。通过将电机301设置在从动件303上，可以使得电机301相对于第三转轴的重力矩可以平衡至少一部分手腕组件1120相对于第三转轴的重力矩。
在一些实施例中，如图11-16所示，手腕组件1120中还具有第四关节机构40。第四关节机构40包括电机401(也可以称为第四电机)、驱动件(也可以称为第四驱动件)以及从动件。在一些实施例中，电机401可以使驱动件旋转。驱动件以通过传动方式使从动件带动手腕组件1120中与第四关节机构40的连接的其他关节机构绕着或者随着第四转轴(如图中所示的虚线A4为第四转轴所在轴线)旋转。在一些实施例中，驱动件可以包括绕线轮、齿轮等。从动件包括绕线轮、齿轮等。在一些实施例中，第四关节机构40可以与图3-7中的第四关节机构314类似或者相同。关于第四关节机构的更多描述可以参考图3-7中的详细描述。
如图16所示，第四从动件可以包括多个绕线轮，例如，绕线轮4021和4022和/或者设置在第四转轴处的从动轮。第四关节机构40中的电机401固定在从动件203上，电机401提供的机械能可以通过绳索传动到第四关节机构40的第四转轴上，绳索分别绕过绕线轮4021和绕线轮4022。在一些实施例中，第四驱动件还包括设置于电机401的输出轴上的驱动件(例如，绕线轮)。绳索分别连接电机401的输出轴上的绕线轮、绕线轮4021、4022以及设置在第四转轴处的从动轮以便将力矩从电机401传动到第四关节机构40的第四转轴。通过将电机401设置在从动件203上，可以使得电机401相对于第四转轴的重力矩可以平衡至少一部分手腕组件1120相对于第四转轴的重力矩。
在一些实施例中，如图11-16所示，可以利用电机去平衡手腕组件1120的重量，即利用电机相对于某一转轴的重力矩平衡手腕组件1120相对于该旋转轴的重力矩。例如，可以将电机以及手腕组件1120设置在某一转轴的两侧，使得电机对某一转轴的重力矩与手腕组件1120对该转轴的重力矩方向之间的夹角大于90度(例如，100度，150度，180度)，则电机对该转轴的重力矩可以抵消(即平衡)至少一部分手腕组件1120对该转轴的重力矩。如本文中所述，电机以及手腕组件处于某一转轴两侧可以指的是电机位于该转轴对应的旋转范围内的第一区域，手腕组件位于该转轴对应的旋转范围内的第二区域，第一区域与第二区域的之间的边界线与该转轴具有交点。
在一些实施例中，对于第二转轴，手腕组件1120布置在第二转轴的下方，第二电机201和第四电机401设置在第二转轴的上方，第二电机201和第四电机401对第二转轴的重力矩与手腕组件200对第二转轴的重力矩方向正好相反，第二电机201和第四电机401对第二转轴的重力矩可以抵消一部分手腕组件1120对第二转轴的重力矩，也就是平衡了手腕组件1120的部分重力矩。在一些实施例中，对于第三转轴，通过一个平行四边形连杆把第三电机301布置在第三转轴的右边，手腕组件1120布置在第三转轴的左方，也可以平衡一部分手腕组件1120对第三转轴的重力矩。
在一些实施例中，可以通过采用平衡组件对手腕组件1120的重力矩进行平衡。平衡组件可以包括弹性件(例如，弹性绳、弹簧等)。弹性件的一端连接于手腕组件中的关节机构(也称为手腕关节机构)或者手臂组件中的关节机构(也称为手臂关节机构)(例如，从动件或者转轴)。弹性件对所述手臂关节机构或手腕关节机构的转轴形成的力矩(即拉力矩)与手腕组件和/或所手臂组件的重力对于该转轴形成的重力矩方向之间的夹角大于90度(例如，120度、150度或者180度)。
例如，图17-18是根据本说明书一些实施例所示的图11-16中所示的主手操控装置的手臂组件处 的平衡组件结构示意图。
如图17所示，针对第二转轴，可以通过设置平衡组件(也称为第一平衡组件)以平衡手腕组件1120对第二转轴的重力矩。第一平衡组件可以包括弹性件1710(也可以称为第一弹性件)、绳索1720(也可以称为第一绳索)以及换向轮1730(也可以称为第一换向轮)。例如，弹性件1710的一端固定在第一关节机构10的从动件103上，另一端固定连接绳索1720(例如，钢丝绳)，绳索1720绕过换向轮1730固定在第二关节机构20的从动件203(即从动件203)上，使得绳索1720与弹性件1710的轴线方向成夹角。从动件203绕第二转轴旋转，弹性件1710的拉力作用在从动件203上，弹性件1710对第二转轴形成的拉力矩与手腕部件1120的重力对于第二转轴形成的重力矩方向大致相反，所以可以用来平衡手腕部件1120的重力矩。需要说明的是，在一些实施例中，第一平衡组件可以仅包括弹性件1710。弹性件1710的一端可以固定在第一关节机构10的从动件103上，另一端可以直接固定在第二关节机构的从动件203上。
如图18所示，针对第三转轴，可以通过设置平衡组件(也称为第二平衡组件)以平衡手腕组件1120对第三转轴的重力矩。第二平衡组件可以包括弹性件1810(也可以称为第二弹性件)、绳索1820(也可以称为第二绳索)以及换向轮1830(也可以称为第二换向轮)。例如，第二基板602上具有挂钩1840，第三电机301的输出轴(即第一连杆3031的延伸端)上还具有拉线柱1850，弹性件1810的一端固定在挂钩1840上，另一端通过绳索430(例如，钢丝绳)固定到拉线柱1850上，绳索430绕过转向轮440，从而改变方向，使得绳索40与弹性件1810的轴线方向成夹角。从而弹性件1810的拉力可以作用到电机301上。进而弹性件1810的拉力与手腕组件200的重力相对于第三转轴产生相反方向或大致相反方向的运动趋势，所以第弹性件1810的拉力可以用来平衡手腕组件1120的部分重力矩。需要注意的是，在一些实施例中，第二平衡组件可以仅包括弹性件1810。弹性件1810的一端可以固定在挂钩1840，另一端可以固定在拉线柱1850上。
第一弹性件1710以及第二弹性件1810的安装位置和刚度系数由以下方法确定。例如，图19是根据本说明书一些实施例所示的图17-18中所示的平衡组件原理示意图。如图19所示，第一弹性件1710的刚度系数为K1，第二换向轮1730与第二转轴的距离为a，弹性件1710的一端随第一关节机构10的从动件103转动，距离第二转轴为x。第二弹性件1810的刚度系数为K2，第三关节机构30的驱动件302与第二转轴的距离为b，第二弹性件1810的一端随连杆3031转动，距离第二转轴为y。第四连杆3034与竖直方向夹角为θ2，第一连杆3031与竖直夹角为θ3，定义手腕组件1120在零位位置时的重心为m1所在位置，其他连杆(即第二连杆3032、第一连杆3031以及第四连杆3034)的重心分别在m2，m3，m4所在位置。其中L1为重心m1到第三转轴的距离，L2为第二连杆3032与第四连杆3034之间的距离(也可以理解为重心m2到第二转轴的距离)，L3为重心m3到第二转轴的距离，L4为重心m4到第二转轴的距离，L5为第二连杆3032的长度，即第二转轴与第三转轴之间的距离(也可以理解为重心m3到第三转轴的距离)。
则整个主手操控装置1100的势能为：
E＝m 3gl 3cosθ 3+m 4gl 4cosθ 2+m 2g(l 2cosθ 3+l 4cosθ 2)+m 1g(l 1cosθ 3+l 5cosθ 2)+1/2K 1(a 2+x 2-2axcosθ 3)+1/2K 2(b 2+y 2-2bycosθ 2) 。
如果要保证平衡，即整个主手操控装置10的势能不变，也就是势能不受θ2和θ3的影响，从而可以得到第一弹性件1710以及第二弹性件1810的刚度系数k1和k2和安装位置x与y的关系，见以下公式：
可以通过以上第一弹性件1710以及第二弹性件1810的刚度系数k1和k2和安装位置x与y的关系设置弹性件的刚度系数以及位置，从而保证整个主手操作装置1100的平衡。需要注意的是，以上第一平衡组件以及第二平衡组件也可以安装于主手操控装置300的第二关节机构312以及第二关节机构313以进行重力的平衡。安装于主手操控装置300的第二关节机构312以及第二关节机构313的平衡组件的具体结构与主手操作装置1100上安装的第一平衡组件以及第二平衡组件大致相似或者相同，具体细节不再此处详细论述。
在一些实施中，可以使用平衡组件在手腕组件1120内部平衡其自身的重力。图20-21是根据本说明书一些实施例所示的图11-16中所示的主手操控装置的手腕组件处的平衡组件结构示意图。具体的，如图20-21所示，手腕组件1120包括手腕关节机构，手腕关节机构具有手腕转轴(即第五转轴)，手腕转轴的轴向与手腕组件1120的重力方向垂直。平衡组件230平衡组件包括手腕平衡组件(也可以称为第三 平衡组件)，手腕平衡组件设置于手腕关节机构，手腕平衡组件包括绳索520(也可以称为第三绳索)以及弹性件530(也可以称为第三弹性件，换向轮510安装于第五转轴处与第五转轴保持同步转动，弹性件530的一端与绳索520连接，弹性件530的另一端与手腕关节机构的支撑基体603(也可以称为第三基板或者基座)连接，绳索520的另一端与手腕关节机构的从动件510连接。手腕平衡弹簧的弹性力对手腕转轴的平衡力矩至少部分平衡手腕组件1120对手腕转轴的重力矩。可选的，从动件510为转轮，例如为圆轮或者凸轮。需要注意的是，第三平衡组件可以仅包括弹性件530，弹性件的一端直接与第五转轴连接，另一端固定连接支撑基体603。另外，以上第三平衡组件也可以安装于主手操控装置300的手腕组件320以进行重力的平衡。安装于主手操控装置300的手腕组件320的平衡组件的具体结构与主手操作装置1100上安装的第三平衡组件大致相似或者相同，具体细节不再此处详细论述。
图22是根据本说明书一些实施例所示的图20-21中所示的平衡组件原理示意图。如图22所示，在一些实施例中，凸轮510的轮廓和弹性件530的刚度系数K由以下方式确定。
第五转轴负载的等效重量为mg，负载重心到第五转轴的距离为L，负载重心的偏角为a(即负载重心与第五转轴的连线与过第五转轴的竖直线之间的夹角)，此时弹性件530通过绳索520与从动件510作用的半径为r(即从动件510的半径)，从动件510圆心到弹性件530与支撑基体603之间的固定点的距离为h，弹性件530的自由长度为s，弹性件的拉力为F，
完全补偿重量的条件为：
mgLsina＝Fr。
其中弹性件530的拉力可以表示为：
由此可以得到从动件510半径r和其他参数的关系：
通过对弹性件530的刚性系数K以及安装位置h的合理设置，可以达到完全补偿的效果。完全补偿的效果可以指的是弹性件530提供的拉力与第五转轴的拉力矩与手腕组件1120的重力对第五转轴的重力矩大小相等，方向相反。在一些实施例中，弹性件530提供的拉力相对于第五转轴的拉力矩大小可以小于手腕组件1120相对于第五转轴的重力矩，例如，拉力矩的大小可以是重力矩的90％、或者80％、或者50％等，从而实现部分补偿效果。在一些实施例中，弹性件530提供的拉力与第五转轴的拉力矩与手腕组件1120对第五转轴的重力矩的方向之间的夹角可以小于180度大于90度，从而达到部分的补偿效果。
负载重心的偏角随着负载绕或者随着第五转轴转动而发生改变，从而使公式中的sina值的范围在0到1中变化。在一些实施例中，可以通过对从动件510的轮廓设计，使得轮廓的形状变化类似于正弦函数，从而使得sina与从动件510的轮廓尺寸r大小近似相等，从而可以确定弹性件530的刚度系数以及h的大小。在一些实施例中，负载重心处于每个转动位置处都对应一定的偏角a，在每个位置处的负载重心与第五转轴之间的连线与从动件510轮廓的交点处对应的半径r一一对应，使得s ina等于半径r。在一些实施例中，可以将负载重心的偏角a划分为多个范围。在每个范围内的a对应从动件510半径r相同。
图23是根据本说明书一些实施例所示的主手操控装置的手腕组件处的平衡组件结构示意图。在一些实施例中，可以使用零自由长度弹性件进行重力平衡。手腕平衡组件包括弹性件2310、绳索2320以及换向轮2330。弹性件2310的一端固定安装于支撑组件中的支撑基体2303。弹性件2310的另一端与绳索2320的一端连接。绳索2320的另一端绕过换向轮2330与手腕组件的关节机构连接(例如，第五转轴或者从动件2340)。弹性件2310对手腕转轴(即第五转轴)的平衡力矩至少部分平衡手腕组件1120对手腕转轴的重力矩。从动件2340为转轮，例如，为圆轮或者凸轮。关于手腕组件的关节结构以及第五转轴更多描述可以参照本申请的其他地方的详细描述，例如，图20-21。
图24以及25是根据本说明书一些实施例所示的图23中所示的平衡组件原理示意图。如图24以及25所示，使用零自由长度弹簧，从动件2340的轮廓(例如，半径)和弹性件2310的刚度系数K由以下方式确定。
第五转轴负载的等效重量为mg，负载重心到第五转轴的距离为L，负载重心的偏角为a，此时弹性件2310通过绳索2320与从动件2340作用的半径为r，从动件2340的圆心到弹性件2310与换向轮2330固定点的距离为h，弹性件2310的自由长度为s，弹性件2310的拉力为F，
完全补偿重量的条件为：
mgLsina＝Fr。
其中弹性件2310的拉力可以表示为：
由此可以得到从动件2340半径r和其他参数K的关系为：
通过对弹性件2310的刚性系数K以及换向轮2330的安装位置(h)的合理设置，可以达到完全补偿的效果。在一些实施例中，弹性件2310提供的拉力相对于第五转轴的拉力矩大小可以小于手腕组件相对于第五转轴的重力矩，例如，拉力矩的大小可以是重力矩的90％、或者80％、或者50％等，从而实现部分补偿效果。在一些实施例中，弹性件2310提供的拉力与第五转轴的拉力矩与手腕组件1120对第五转轴的重力矩的方向之间的夹角可以小于180度大于90度，从而达到部分的补偿效果。
图26是根据本说明书一些实施例所示的机器人中的夹持装置的工作流程示例图。机器人可以包括从机械臂、主手操控装置以及控制器。主手操控装置包括手臂组件、手腕组件以及设置于手腕组件上的夹持装置2600。夹持装置2600包括夹持组件2610以及反馈组件，反馈组件可以包括传动件2620以及动力件2630。关于手臂组件、手腕组件以及夹持装置2600的更多细节可以参考本申请其他地方的详细描述。例如，手臂组件的更多描述可以参考图3-8或者图11-25的详细描述。手腕组件的更多描述可以参考9-10的详细描述。夹持装置的更多描述可以参考图27-29的详细描述。
夹持组件2610可以在工作范围内开合。在一些实施例中，反馈组件可以通过传动件2520以及动力件2630向从机械臂发送控制信号和/或反馈从机械臂的受力状态。从机械臂与末端执行器连接，反馈组件可以将末端执行器的受力状态反馈至夹持组件2610，以便操作者可以感知末端执行器的受力状态。例如，当夹持组件2610受到外力作用(例如，操作人员施加于夹持组件2610的作用力使夹持组件2610产生闭合趋势)，该作用力可以通过传动件2620传动至动力件2630，动力件2630可以将该作用力(例如，力矩)通过主手操控装置的手腕组件以及手臂组件传输至主手操控装置的驱动器，主手操控装置的驱动器(例如，电机)可以获取该作用力的参数信息并将该参数信息转换成电信号并输出至控制器，控制器可以从该电信号解析相应的参数信息并控制从机械臂做出相应操作。在一些实施例中，控制器可以直接从动力件2630中获取该作用力的参数信息并控制机械臂做出相应的操作。
又例如，当从机械臂带动末端执行器执行一定操作(例如，缝合)，控制器能够接收从机械臂的受力参数，控制器根据接收的受力参数驱动动力件2630转动。在一些实施例中，控制器可以通过设置在从机械臂上的力学传感器获取从机械臂的夹持力、侧向力矩等力学参数，然后控制器控制动力件2630(例如，电机)做出相应的转动，动力件2630的转动可以通过传动件2620传输至夹持组件2610(例如，通过提供阻力的方式)，进而将从机械臂的夹持力等参数反馈到手术医生直接操作的夹持组件2610。从机械臂检测到的夹持力信号和侧向力矩信号通过处理后传递到控制器，控制器把解算后的力以指令或者信号的形式传递至主手操控装置的驱动器，主手操控装置的驱动器通过执行电流的变化带动动力件2630转动。
在一些实施例中，夹持装置2600可以进一步包括不同于传动件2620以及动力件2630的其他动力件以及传动件，夹持组件2610可以通过其他动力件以及传动件向从机械臂发送控制信号。
进一步，动力件2630与从机械臂之间还具有通信连接，可将保证主从控制、位姿检测以及力矩反馈等过程的稳定运行。例如，动力件2630可以直接将夹持组件2610的受力信息传输至控制器；或者控制器可以直接将反馈信息返送给动力件2630。在一些实施例中，动力件2630与控制器通信连接，控制器接收动力件2630中编码器的转动信号，进行处理后生成控制指令发送给从机械臂，从机械臂根据控制指令进行运动控制。
在一些实施例中，反馈组件可以基于末端执行器的受力状态生成反馈信息，基于反馈信息对夹持装置2600施加阻力以便夹持组件2610的操作者感知阻力，即感知末端执行器的受力状态。其中，反馈信息可以包括末端执行器所受阻力的大小、方向等。在一些实施例中，末端执行器可以为手术刀，当手术刀与患者皮肤接触或者挤压时，人体组织会对手术刀产生反作用力即为阻力。在一些实施例中，该阻力通过设置在末端执行器上的传感器检测。关于末端夹持装置的更多描述可以参考图26-40的详细描述。
在一些实施例中，夹持装置控制末端执行器(例如，穿刺针)进行操作时，末端执行器可以遇到阻力，可以反馈该阻力给从机械臂和/或主手操控装置，从机械臂和/或主手操控装置可以控制反馈组件向夹持组件2610施加与阻力相当的阻力。这样，医护人员进行操作时，可以通过反馈组件反馈的阻力感受到末端执行器的受力状态，以真实模拟操作末端执行器的情况。
图27-29是根据本说明书一些实施例所示的夹持装置的示例性结构示意图。夹持装置2700可以应用于本申请任意地方所述的主手操控装置(例如，主手操控装置1100、主手操控装置300、主手操控装置200)。例如，夹持装置2700可以安装于主手操控装置(例如，主手操控装置1100、主手操控装置300、主手操控装置200)的手腕组件。
如图27所示，夹持装置2700包括基座2710、夹持组件2720及反馈组件2730。基座2710可以呈各种形状，用于对夹持装置2700中的其他元件提供支撑。在一些实施例中，基座2710呈圆柱形且其一侧开设有一固定槽。夹持组件2720转动设置于基座2710并可在工作范围内开合。如本文中所述，夹持组件可在工作范围内开合指的是夹持组件具有至少一个元件(例如，两个或者三个)在外力作用下可靠近某 一参照物运动和背离参照物运动从而在一定范围内开合。例如，夹持组件可以包括两个元件，在外力作用下两个元件可向着彼此运动和背离彼此运动从而在一定范围内开合。夹持组件2720可以设置于基座2710的端部或者中部等任意位置。如图27所示，夹持组件2720设置于基座2710的中部，但夹持组件2720的设置位置不限定于此。反馈组件2730连接于基座2710和夹持组件2720。反馈组件2730可向夹持组件2720输出大小可调的转动阻力。在一些实施例中，反馈组件2730可以将夹持组件2720的转动信号转换成电信号输出，例如，至从机械臂的末端执行器。
如图28所示，夹持组件2720可以包括两个指套(例如，指套2721a以及指套2721b)(也可以称为第一指套以及第二指套)及两个连接板(例如，连接板2722a以及2722b)(也可以称为第一连接板以及第二连接板)，两个指套与两个连接板一一对应设置。任意一个连接板的一端可转动连接于基座2710、另一端连接于指套。需要注意的是，图28所示的夹持组件2720中指套以及连接板的个数为2个只是示例性说明，并不限制本申请的保护范围。在一些实施例中，指套以及连接板的个数可以大于2，例如，3个、或者4个、或者5个。在一些实施例中，指套以及连接板的个数可以为1。
在一些实施例中，任意一个指套可以为环形的部件，可以呈圆筒状。在一些实施例中，任意一个指套可以呈条形。如图所示，指套2721a以及2721b为截面呈圆形的筒体，指套2721a以及2721b的内部空心且两端开口。
夹持组件2720还包括转轴(例如，转轴2723a以及2723b)(也可以称为第一转轴以及第二转轴)。转轴与连接板一一对应设置。连接板2722a以及2722b的一端分别通过转轴2723a以及2723b可转动连接于基座2710。
其中，基座2710开设有供转轴穿过的安装孔，安装孔与固定槽相连通。对于任意一个连接板，该连接板(例如，连接板2722a或2722b)的一端可转动插设于固定槽并相对其中一个转轴(例如，转轴2723a或2723b)开设有固定孔，该连接板(例如，连接板2722a或2722b)的一端经固定孔固定套设于转轴(例如，转轴2723a或2723b)，该连接板的另一端沿对应的指套(例如，指套2721a或2721b)的轴向连接于对应指套(例如，指套2721a或2721b)的外壁。
如图28所示，夹持组件2720中指套、连接板以及转轴的数量均为两个且指套、连接板以及转轴一一对应设置。需要说明的是，图28中连接板、指套与转轴的设置仅为示例性说明，并不限定本申请的范围。在一些实施例中，指套以及连接板的个数可以都为2个或者大于2个，转轴的个数可以为1个，多个连接板可以堆叠放置，多个连接板的一端经固定孔套设于同一根转轴上。
在一些实施例中，连接板2722a以及2722b与基座2710转动连接端呈齿形结构，两个连接板相互啮合并同步转动。
其中，两个连接板对称设置于基座2710。
通过将连接板与基座2710转动连接端设置呈齿形结构，并使得两个连接板之间的啮合，实现了连接板以及指套之间的联动，可对两个指套进行开合，避免两个指套中的任一个单独转动。
在一些实施例中，夹持组件2720还包括压板(例如，压板2724a以及2724b)，两个指套分别通过压板与连接板可拆卸连接。
通过压板将连接板可拆卸连接于指套，使得各个零件可单独制造，通过后续组装的方式可实现指套与连接板和压板的连接。
在一些实施例中，压板(例如，2724b)远离指套的内壁的一侧开设有凹槽，凹槽沿指套(例如，2721b)的轴向贯穿压板(例如，2724b)。
其中，凹槽的内壁的截面可以呈圆弧形、“匚”字形等。
其中，压板(例如，2724b)和连接板(例如，2722b)可以通过卡扣的方式可拆卸连接于指套(例如，2721b)，也可以通过螺钉螺纹连接于指套(例如，2721b)。例如，如图28所示，两个指套中任意一个指套(例如，2721b)靠近另一指套(例如，2721a)的一侧间隔开设有两个通孔，与该指套对应的连接板(例如，2722b)相对两个通孔开设有两个螺纹孔，螺纹孔与通孔一一对应设置，对应于该指套(例如，2721b)的压板(例如，2724b)相对通孔开设有两个沉头孔，沉头孔与通孔一一对应设置，沉头孔的小径段相对大径段靠近指套(例如，2721b)的内壁，夹持组件2720中每个指套还对应两个螺钉(例如，2725)，螺钉与沉头孔一一对应设置，螺钉的螺纹端可转动穿过沉头孔和通孔并螺纹连接于螺纹孔，连接螺钉的头部内置于沉头孔的大径段。
进一步的，沉头孔为压板的内壁凹槽的底部内壁向另一指套方向开设形成。
通过设置沉头孔，避免人手指***指套的过程中触及连接螺钉。
反馈组件2730包括传动件及动力件。动力件固定于基座2710并通过传动件连接于夹持组件2720的连接板。在一些实施例中，反馈组件2730中的传动件个数以及动力件的个数可以等于指套(或者连接板)的个数。在一些实施例中，反馈组件2730中的传动件个数可以等于指套(或者连接板)的个数，反馈 组件2730中的动力件的个数可以小于传动件的个数，例如，当指套的个数为2个，传动件的个数可以为2个，与指套(或者连接板)一一对应设置，动力件的个数为1个。在一些实施例中，反馈组件2730中的传动件以及动力件的个数可以小于指套(或者连接板)的个数，例如，当指套的个数为2个，传动件的个数为1个，动力件的个数为1个。
如图28所示，反馈组件2730中的传动件的个数可以为2个，动力件的个数为2个，传动件以及动力件与指套(或者连接板)一一对应设置。传动件以及与其对应设置的动力件可以称为一组反馈件。两组反馈件分别设置于基座2710的两端并呈对称设置，且两组反馈件中的动力件的输出轴同轴设置。
作为一种可以实施的方式，以其中一组反馈件说明，该组反馈件包括传动件2731以及动力件2732，用于对指套2721b或者连接板2722b输出阻力。传动件2731可以包括第一带轮281、第二带轮282及传动带283，第一带轮281和第二带轮282分别固定于其中一个连接板(例如，2722a)的一端和动力件(例如，2732a)的输出轴，第一带轮281和第二带轮282通过传动带283传动连接。
其中，第一带轮281与转轴2723b同轴设置，第一带轮281固定套设于转轴2723b，第二带轮282与动力件2732的输出轴同轴设置。
通过设置第一带轮281、第二带轮282及传动带283，使得动力件(例如，2732)提供的阻力经第二带轮282、传动带283以及第一带轮281传递给与第一带轮281连接的转轴2723b，转轴2723b将该阻力传递给指套2721b。该阻力可以是动力件2732的输出轴与定子之间的电磁力，当定子通电后，施加给动力件2732的输出轴转动的电磁力，而电磁力与动力件2732的输出轴的转动方向相反，形成了阻碍转轴转动的阻力，且该阻力的大小可以通过调节通电的参数(例如，电流、电压)来改变；该阻力也可以由第二带轮282与传动带283之间产生，动力件2732的输出轴带动第二带轮282转动，使得第二带轮282相对传动带283滑动，滑动的过程中产生了相对摩擦力，摩擦力的大小可以通过动力件2732的转速来调节。
其中，传动带283可以为同步带或者钢丝绳。参考图28，传动带283为钢丝绳设置。当传动带283为钢丝绳时，参考图29所示，传动带283可以类似于图29中的传动带293呈“8”字形设置。当传动带283为钢丝绳时，传动带283可与第一带轮281和第二带轮282之间可存在相对摩擦。当传动带283为同步带时，传动带283与第一带轮281和第二带轮282之间不存在相对滑动。
图30是根据本说明书一些实施例所示的夹持装置的另一示例性结构示意图。夹持装置3000可以应用于本申请任意地方所述的主手操控装置(例如，主手操控装置300、主手操控装置200)。例如，夹持装置3000可以安装于主手操控装置(例如，主手操控装置300、主手操控装置200)的手腕组件。
如图30所示，夹持装置3000包括基座3010、夹持组件3020及反馈组件3040。基座3010、夹持组件3020及反馈组件3040与基座2710、夹持组件2720及反馈组件2730相同或者类似。例如，夹持组件3020包括指套(例如，指套3021a(也可以称为第一指套)以及指套3021b(也可以称为第二指套))、连接板(例如，连接板3022a(也可以称为第一连接板)以及连接板3022b(也可以称为第二连接板))以及转轴(例如，转轴3023a(也可以称为第一转轴)以及转轴3023b(也可以称为第二转轴))。又例如，反馈组件3040可以包括传动件以及动力件。传动件以及动力件的个数可以和指套的个数相同，例如，2。关于基座3010、夹持组件3020及反馈组件3040的更多描述可以参考图27-29的详细描述。
以与指套3021a对应的传动件作为说明，与夹持装置2700不同的是，如图30所示，传动件包括第一齿轮3014和第二齿轮3015，第一齿轮3014与连接板3022a连接。第二齿轮3015固定套设于动力件3042的输出轴且第一齿轮3014和第二齿轮3015啮合传动。
其中，第一齿轮3014固定套设于转轴3023a并与转轴3023a同轴设置，第二齿轮3015与动力件3042的输出轴同轴设置。
通过设置第一齿轮3014和第二齿轮3015，实现了转轴3023a与动力件3042的输出轴的连接，动力件3042提供的阻力经第一齿轮3014和第二齿轮3015传递给转轴3023a，经转轴3023a将该阻力传递给指套3021a。
其中，动力件3042可以为电机、液压马达等。在一些实施例中，动力件3042为含有编码器的电机，编码器可以将动力件3042的输出轴和转轴3023a的转动信号转换成电信号输出，电机可以向转轴3023a输出大小可以调节的转动阻力。与指套3021b对应的传动件与指套3021a对应的传动件结构相同或者相似，在此不在重复描述。
其中，反馈组件3040中的动力件3042可以固定连接于基座3010，也可以可拆卸连接于基座3010。
在一些实施例中，反馈组件3040还包括夹持件3043，夹持件3043连接于基座3010并可拆卸连接于动力件3042。
进一步的，夹持件3043包括第一夹持环3043a和第二夹持环3043b，第一夹持环3043a和第二夹持环3043b的截面均呈半圆形且均套设于动力件3042的外壳，第一夹持环3043a的一端连接于基座3010，第二夹持环3043b相对第二夹持环3043b设置并通过螺钉螺纹连接于第一夹持环3043a。
在一些实施例中，第一夹持环3043a与基座3010一体成型。
通过设置第一夹持环3043a和第二夹持环3043b，第二夹持环3043b和第一夹持环3043a夹紧动力件3042的外壳，实现了动力件3042与基座3010的可拆卸连接的同时还能有效的将动力件3042固定于基座3010。
图31-33是根据本说明书一些实施例所示的夹持装置的另一示例性结构示意图。夹持装置3300可以应用于本申请任意地方所述的主手操控装置(例如，主手操控装置300、主手操控装置200、主手操控装置1100)。例如，夹持装置3300可以安装于主手操控装置(例如，主手操控装置300、主手操控装置200、主手操控装置1100)的手腕组件。
如图31-33所示，夹持装置3300包括基座3310、夹持控制组件3320(也称为夹持组件)、反馈组件。反馈组件包括传动件以及动力件。传动件由一组同轴嵌套设置的转动轴组成，夹持控制组件3320的开合和旋转运动通过传动件同轴独立传动。动力件为电机，传动件与电机连接。夹持控制组件3320通过电机向从机械臂发送控制信号和/或反馈从机械臂的受力状态。可以理解的，基座3310是整个夹持装置3300的支撑座，便于夹持装置3300中各部分零部件之间的装配以及夹持装置3300与其他机构的安装。使用电机以及传动件作为反馈组件，能够实现夹持装置3300和从机械臂之间控制信号及反馈信号的双向传递，具有结构简单、性能稳定的优点。
进一步，夹持控制组件3320的控制动作包括开合和旋转。开合指的是夹持控制组件3320中的元件可以靠近以及背离传动件的转动轴运动；旋转指的是夹持控制组件3320中的元件可以绕着或者随着传动件的转动轴进行转动。对应的，传动件包括第一传动机构3340以及第二传动机构3360，并且第一传动机构3340与第二传动机构3360的转动轴同轴嵌套设置，同轴嵌套设置的方式能够明显减小夹持装置3300的体积。更进一步的，反馈组件还包括第一电机3330和第二电机3350，与传动机构对应的，第一电机3330与第一传动机构3340传动连接，第二电机3350与第二传动机构3360传动连接。夹持控制组件3320是医生在微创手术过程中直接操作的部分，夹持控制组件3320活动设置于基座3310，夹持控制组件3320能够在工作范围内开合，夹持控制组件3320开合的过程中，控制对应的从机械臂执行开合的动作。可以理解的，夹持控制组件3320的工作范围指夹持控制组件3320的极限开合程度(即最大开合程度)。在一些实施例中，夹持控制组件3320的工作范围介于0°-90°之间。在一些实施例中，夹持控制组件3320的工作范围介于0°-180°之间。在一些实施例中，夹持控制组件3320的工作范围介于0°-360°之间。
如图31-32所示，第一电机3330固定设置于基座3310，第一电机3330和夹持控制组件3320通过第一传动机构3340传动连接，第一电机3330还能够与从机械臂连接。在一些实施例中，第一电机3330和第一传动机构3340的作用是将夹持控制组件3320所受作用力(例如，使夹持控制组件3320打开或者闭合的作用力)传输至从机械臂从而控制从机械臂执行相应的操作。夹持控制组件3320在工作范围内开合时通过第一传动机构3340驱动第一电机3330正转或者反转，进而控制从机械臂执行对应的开合动作。在一些实施例中，第一电机3330和第一传动机构3340的作用是将从机械臂的夹持力等力学参数反馈至手术医生直接操作的夹持控制组件3320。例如，第一电机3330能够根据从机械臂的夹持力产生对应的夹持力矩，第一电机3330输出对应的夹持力矩时通过第一传动机构3340带动夹持控制组件3320产生打开趋势或者闭合趋势。当夹持控制组件3320产生打开趋势或者闭合趋势时，手术医生能够直接感受到从机械臂的夹持力等力学参数，此时手术医生继续通过主手操控装置3300控制从机械臂的正常夹持。
从机械臂在手术过程中，不仅会对末端执行器(例如，手术器械)产生一定的夹持力，也会在转动或者触碰患者组织器官的过程中产生侧向力矩。手术医生准确的感知从机械臂在自身转动或者触碰组织器官过程中承受的侧向力矩，有助于手术医生对手术全程以及细节的掌控。在一些实施例中，第二电机3350和第二传动机构3360的作用是将夹持控制组件3320所受作用力(例如，使夹持控制组件3320旋转的作用力)传输至从机械臂从而控制从机械臂执行相应的操作。进一步，夹持控制组件3320能够在工作范围内旋转，第二电机3350与夹持控制组件3320中的夹持套3321通过第二传动机构3360传动连接，第二电机3350与从机械臂连接。夹持控制组件3320在工作范围内旋转时通过第二传动机构3360驱动第二电机3350正转或者反转，从而控制从机械臂执行对应的开合动作。在一些实施例中，第二电机3350和第二传动机构3360的作用是将从机械臂的夹持力等力学参数反馈至手术医生直接操作的夹持控制组件3320。例如，第二电机3350能够根据从机械臂在手术过程中所受侧向力矩并输出回转力矩，第二电机3350通过第二传动机构3360以及夹持套3321驱动两个夹持片3322产生转动的趋势。手术医生能够直接感受到从机械臂的转动的趋势。将第一电机3330、第一传动机构3340和第二电机3350、第二传动机构3360集成到基座3310上，使得夹持装置3300更加的紧凑。
上述夹持装置3300，通过第一电机3330、第一传动机构3340和第二电机3350、第二传动机构3360，能够分别将从机械臂的夹持力以及侧向力矩反馈到夹持控制组件3320，进而进行手术的医生能够准确的感知从机械臂的夹持力大小和侧向力矩。医生通过夹持力的变化和侧向力矩的变化就可以判断手术的 执行状态，便于手术医生随时调整通过主手操控装置3300施加的夹持力和侧向力矩，从而更高效地执行手术动作，也有一种更真实的手术操作体验，同时保证了从机械臂内的零部件在正常载荷内工作，有利于延长微创手术机器人的使用寿命。
第一传动机构3340是实现夹持控制组件3320和第一电机3330之间传动连接的关键结构，第一传动机构3340既能够将夹持控制组件3320的开合动作传递至第一电机3330，进而驱动第一电机3330做出对应的转动，也能够将第一电机3330根据从机械臂的夹持力等力学参数输出的力矩传递至夹持控制组件3320，进而使夹持控制组件3320产生打开或者闭合的趋势，便于医护人员准确感知从机械臂的夹持力。可选的，夹持控制组件3320在开合过程中能够输出直线运动、摆动或者转动。对应的，第一传动机构3340能够将夹持控制组件3320输出的直线运动、摆动或者转动转化为第一电机3330的转动，同时第一传动机构3340能够将第一电机3330的转动转化为夹持控制组件3320输出的直线运动、摆动或者转动。
如图31-33所示，夹持控制组件3320在开合过程中能够输出直线运动；对应的，第一传动机构3340包括直线部和转动部，直线部活动设置于基座3310，直线部能够相对于基座3310做直线运动，夹转动部转动设置于基座3310。直线部与转动部传动连接，直线部运动时驱动转动部转动，转动部转动时带动直线部运动。夹持控制组件3320与直线部连接，夹持控制组件3320在工作范围内开合时驱动直线部运动，转动部与第一电机3330传动连接。包括直线部和转动部的第一传动机构3340不仅传动性能稳定，且能够允许夹持装置3300内的各部分灵活布置，进而优化夹持装置3300的整体结构。在本发明其他的实施例中，夹持控制组件3320在开合过程中能够输出摆动，对应的，上述实施例中的直线部可替换为摆动部，只要能够实现夹持控制组件3320与第一电机3330之间的传动连接即可。
如图31-33所示，第一传动机构3340的转动部包括第一轴3342，第一轴3342转动设置于基座3310，第一轴3342与第一电机3330传动连接。第一轴3342上具有开设螺纹的螺纹段，直线部包括螺母3341，螺母3341套设于第一轴3342的螺纹段，螺母3341沿第一轴3342的轴向运动时驱动第一轴3342转动，第一轴3342转动时带动螺母3341沿第一轴3342的轴向运动。螺母3341与夹持控制组件3320连接。螺母3341和第一轴3342之间以螺纹连接的方式实现相互驱动，具有性能稳定、结构简单、便于维修的优点。作为一种可实现的方式，第一轴3342通过第一轴承3380转动安装在基座3310上；螺母3341与夹持控制组件3320沿第一轴3342的转动周向相对固定。在一些实施例中，第一传动机构3340的类型还可以是齿轮和齿条的配合，齿轮与第一电机3330传动连接，齿条与夹持控制组件3320连接，齿轮与齿条之间轮齿啮合。
在一些实施例中，第一轴3342和第一电机3330之间通过联轴器、齿轮组、链传动或者皮带传动等方式进行传动连接。在一些实施例中，如图31-33所示，第一传动机构3340还包括齿轮组3343(也可以称为第一齿轮组)(例如，锥齿轮组)，第一轴3342与第一电机3330之间通过齿轮组3343传动连接，第一电机3330的安装轴向与第一轴3342的延伸方向垂直。齿轮组3343能够避免夹持装置3300沿第一轴3342的延伸方向尺寸过大，或者齿轮组3343能够避免夹持装置3300沿第一电机3330的安装轴向尺寸过大，起到均衡夹持装置3300整体尺寸的作用。作为一种可实现的方式，第一电机3330上设置编码器(也可以称为第一编码器)，编码器能够检测第一轴3342的转动角度，编码器能够与从机械臂电连接，从机械臂能够根据编码器检测到的数据执行相应的动作。
夹持控制组件3320是手术医生直接操作的部分，例如，夹持控制组件3320由手术医生的手部直接操作或者还可以配合手术医生的其他部位进行操作(比如脚踩)。本发明一些实施例提供一种以手术医生手部直接操作为例的夹持控制组件3320。如图31-33所示，夹持控制组件3320包括夹持套3321、两个夹持片3322和两个夹持连杆3323，夹持套3321设置于基座3310，两个夹持片3322中每个夹持片的一端活动连接(例如，铰接)设置于夹持套3321。两个夹持连杆3323中的每个夹持连杆的一端活动连接(例如，铰接)于两个夹持片3322中的一个夹持片，两个夹持连杆3323中的每个夹持连杆的另一端与两个螺母3341中的一个螺母3341铰接，两个夹持片3322在工作范围内开合时驱动螺母3341沿第一轴3342的轴向做直线运动，进而驱动第一电机3330转动；对应的，当第一电机3330根据从机械臂的力学参数输出相应的力矩时，也能够通过第一传动机构3340驱动两个夹持片3322产生打开趋势或者闭合趋势，进而将从机械臂的夹持力传递至操作夹持片3322的医护人员。
在一些实施例中，夹持控制组件3320还包括至少两个夹持指套(图中未示出)，至少两个夹持指套分别设置于两个夹持片3322上。夹持指套允许手术医生通过手指更加稳定的操作两个夹持片3322。在一些实施例中，手术医生的拇指和食指插进两个夹持指套中控制两个夹持片3322的开合。在一些实施例中，夹持套3321的一端设置于基座3310，两个夹持片3322中每个夹持片的一端铰接设置于夹持套3321的另一端。夹持套3321为中空结构，第一轴3342与螺母3341配合的一端穿设于夹持套3321内，第一轴3342的另一端与第一电机3330传动连接。能够容纳第一轴3342和螺母3341的中空夹持套3321能够在保证自身结构强度的同时，有效减小夹持装置3300的整体尺寸。
如图31-33所示，夹持套3321以自身轴线为中心转动设置于基座3310，两个夹持片3322能够在医务人员(比如主刀医生)的操作下驱动夹持套3321转动，同时当两个夹持片3322在手术医生的操作下转动时也能够带动第二电机3350发生相应的转动。
例如，夹持套3321通过衬套3385转动安装在基座3310上，并且第一轴3342通过第一轴承3380安装在夹持套3321背离衬套3385的一侧，实现第一轴3342转动支撑的同时避免夹持套3321转动时带动第一轴3342转动，进而保证夹持力及回转力反馈过程的精确。
如图32-33所示，第二传动机构3360包括第二轴3361以及齿轮组3362(即第二齿轮组)，第二轴3361的一端固定设置于夹持套3321，第二轴3361与夹持套3321保持同轴转动。第二轴3361的另一端转动设置于基座3310，第二轴3361通过齿轮组3362与第二电机3350传动连接，第二电机3350的安装轴向与第二轴3361的延伸方向垂直。齿轮组3362能够避免夹持装置3300沿第二轴3361的延伸方向尺寸过大，或者齿轮组3343能够避免夹持装置3300沿第二电机3350的安装轴向尺寸过大，起到均衡夹持装置3300整体尺寸的作用。作为一种可实现的方式，第二电机3350和第一电机3330并列安装。进一步，第二轴3361的一端与夹持套3321的一端固定连接，第一轴3342呈中空结构，第一轴3342套设在第二轴3361上，第一轴3342沿自身的轴向相对于基座3310固定(比如通过第一轴承3380实现)。由内而外嵌套的第二轴3361、第一轴3342、夹持套3321以及基座3310结构更加紧凑。作为一种可实现的方式，夹持套3321与第二轴3361一体成型。
如图32所示，第二轴3361转动设置于基座3310的一端设置编码器3370(也可以称为第二编码器)，编码器3370能够检测第二轴3361的转动角度，编码器3370能够与从机械臂连接，从机械臂能够根据编码器3370检测到的数据执行相应的回转动作。作为一种可实现的方式，编码器3370也可以设置于第二电机3350上。需要注意的是，当夹持控制组件3320绕轴回转的同时，会带动螺母3341绕第一轴3342旋转，进而会驱动第一轴3342的旋转，改变从机械臂的夹持状态。为了保持从机械臂的夹持状态不变，作为一种可实现的方式，第一电机3330需要根据夹持控制组件3320绕轴回转的角度补偿从机械臂的夹持状态；作为另一种可实现的方式，螺母3341包括螺母外层和螺母内层，螺母内层套设于第一轴3342的螺纹段，螺母外层和夹持片3322铰接，螺母外层和螺母内层之间沿第一轴3342的延伸方向相对固定，螺母外层能够相对于螺母内层沿第一轴3342的转动周向活动(比如螺母外层和螺母内层形成轴承结构)，进而直接避免了夹持控制组件3320的回转对第一轴3342以及第一电机3330的驱动，保持从机械臂的夹持状态不变。
在一些实施例中，基座3310呈中空的壳体，第一电机3330、第二电机3350、齿轮组3343、齿轮组3362、部分第一轴3342以及部分第二轴3361分别容纳在基座3310内。
如图32-33所示，第一传动机构3340与第一电机3330传动连接的方式，以及第二传动机构3360与第二电机3350传动连接方式，除采用齿轮组(例如，锥齿轮组)外，还可采用涡轮蜗杆齿轮组、直齿轮组实现传动。采用不同齿轮组传动，第一电机3330与第二电机3350在基座3310中的安装位置不同，只需根据选用的传动方式不同，对两个电机的安装位置进行调整即可，采用不同类型齿轮组传动的目的在于调整或合理布置第一电机3330与第二电机3350在基座3310中的安装位置。进一步的，在另一实施例中，第一传动机构3340与第一电机3330传动连接的方式，以及第二传动机构3360与第二电机3350传动连接方式可采用柔性传动轴，如钢丝软轴。在一些实施例中，第一传动机构3340与第一电机3330传动连接的方式，以及第二传动机构3360与第二电机3350传动连接方式可以相同，或者不同。
如图32-33所示，两个夹持片3322铰接在夹持套3321上，可以绕着铰接的孔旋转，两个夹持片3322在操作者手指的带动下可以实现开合动作。两个夹持连杆3323中每个夹持连杆的一端铰接在两个夹持片3322中的其中一个夹持片的中间位置，另一端铰接在螺母3341上。螺母3341与第一轴3342的螺纹部分耦合在一起，可以实现旋合运动。第二轴3361与夹持套3321一体成型，第一轴3342套在第二轴3361上，可以绕第二轴3361旋转。如此，两个夹持片3322的开合动作通过两个夹持连杆3323带动螺母3341在第一轴3342上来回运动，从而使得第一轴3342旋转。第一轴3342通过齿轮组3343与第一电机3330的输出轴传动连接，第一电机3330固定在基座3310上。这样，第一轴3342旋转通过齿轮组3343的啮合可以带动第一电机3330旋转。同样的，第一电机3330旋转通过齿轮组3343的啮合可以带动第一轴3342旋转，使得螺母3341在第一轴3342上来回运动，从而带动铰接的夹持片3322实现开合运动。
进一步，如图32-33所示，夹持套3321的一端的内圈与第一轴承3380配合，外圈与衬套3385配合。第二轴3361远离夹持套3321的一端与第二轴承3390配合，第二轴承3390的外圈与基座3310配合，这样夹持套3321可以绕基座3310的轴线(即第一轴或者第二轴)旋转。第二轴3361通过齿轮组3362与第二电机3350传动连接。夹持套3321的绕轴旋转运动可以通过第二轴3361以及齿轮组3362传递给第二电机3350，第二电机3350的旋转也可以通过齿轮组3362以及第二轴3361传递给夹持套3321使其绕轴旋转。编码器3370固定在基座3310上，其内圈与第一轴3342固定，并能够检测第一轴3342(夹持套3321) 在基座3310上旋转的角度。在位姿检测模式下，两个夹持片3322的开合运动会传递到第一电机3330旋转运动，并被第一电机3330自带的编码器检测到。夹持套3321的回转运动可以通过与第一轴3342配合的编码器3370检测其旋转的角度。在力反馈模式下时，第一电机3330通过力矩模式输出所需的力矩，并通过第一传动机构3340反馈到两个夹持片3322中的至少一个夹持片上，第二电机3350通过力矩模式输出所需的力矩，并通过第二传动机构3360反馈到两个夹持片3322中的至少一个夹持片上。
以上描述只是示例性说明，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。例如，夹持装置3300中的夹持片的个数可以大于2。
图34是根据本说明书一些实施例所示的夹持装置的手腕组件的示例性结构示意图。如图34所示，主手操控装置能够与从机械臂连接进而控制从机械臂进行微创手术。如图34所示，主手操控装置包括手腕组件3400以及夹持装置3450。夹持装置3450可以如本申请其他地方所述的夹持装置(例如，夹持装置3600、夹持装置3300、夹持装置3000、夹持装置2700)。夹持装置设置于手腕组件3400上。如图34所示，手腕组件3400可以包括多个转轴(如图34中虚线所示)，多个转轴相交于一点，手腕组件3400可以具有多个自由度，例如，包括至少三个自由度。如图34中第一转轴线J70、第二转轴线J60、第三转轴线J50分别为三个旋转关节，也可以称为关节机构(例如，第一旋转关节3420、第二旋转关节3430、第三旋转关节3440)的转轴线，相交于一点。夹持装置3300可以装在第一旋转关节3420上，能够绕J70轴线旋转。
图35是根据本说明书一些实施例所示的主手操控装置的示例性结构示意图。图35中所示是一个典型的串联主手操控装置3500，有多个自由度，其中三个自由度用于位置信息检测，另外三个自由度用于姿态信息检测，还有一个自由度用于夹持动作的检测。主手操控装置3500可以包括手臂组件3510、手腕组件3520以及夹持装置3530。夹持装置3530可以如本申请其他地方所示的任意夹持装置(例如，夹持装置2700、夹持装置3000、夹持装置3300、夹持装置3600)。手臂组件3510可以如本申请其他地方所示的任意一种手臂组件(例如，手臂组件310、手臂组件1100等)。手腕组件3520可以如本申请其他地方所示的任意一手腕组件(例如，手腕组件320、手腕组件1120、手腕组件900等)。
图36-40是根据本说明书一些实施例所示的夹持装置的另一示例性结构示意图。夹持装置3600夹持装置3600可以能够接收从机械臂与末端执行器(例如，手术器械)之间的相互作用力和/或能够向操作医生反馈从机械臂对末端执行器(例如，手术器械)的夹持力。具体的，如图36-40所示，夹持装置3600包括基座3610、夹持组件3620以及反馈组件。反馈组件可以包括传动件3630以及动力件3640。基座3610是整个夹持装置3600的支撑结构，夹持组件3620、传动件3630以及动力件3640分别安装在基座3610上并形成一定的位置关系。夹持组件3620活动设置于基座3610，夹持组件3620能够在工作范围内开合，比如医生的两根手指驱动夹持组件3620打开或者闭合。传动件3630转动设置于基座3610，传动件3630与夹持组件3620传动连接，传动件3630是夹持组件3620和动力件3640之间的传动结构。动力件3640固定设置于基座3610，动力件3640与传动件3630传动连接，动力件3640还能够与从机械臂连接，当动力件3640动作时能够驱动从机械臂执行对应的松开或者夹紧的动作。
在一些实施例中，夹持组件3620在工作范围内开合并通过传动件3630驱动动力件3640，进而控制从机械臂执行对应的开合动作。在一些实施例中，动力件3640可以根据从机械臂的夹持力产生对应的夹持力矩，输出对应的夹持力矩并通过传动件3630带动夹持组件3620产生打开趋势或者闭合趋势，实现从机械臂中夹持力向夹持装置3600的反馈，进而使得医生直观的感受当前从机械臂对手术器械的夹持力大小。夹持组件3620、传动件3630和动力件3640顺次传动连接，通过动力件3640和传动件3630能够将从机械臂的夹持力反馈到夹持组件3620，进而进行手术的医生能够准确的感知从机械臂的夹持力大小。医生通过夹持力的变化就可以判断手术的执行状态，便于手术医生随时调整通过主手操控装置3600施加的夹持力，从而更高效地执行手术动作，也有一种更真实的手术操作体验，同时保证了从机械臂内的零部件在正常载荷内工作，有利于延长手术机器人的使用寿命。
夹持组件3620、传动件3630和动力件3640顺次传动连接是保证夹持装置3600控制从机械臂动作的前提，也是从机械臂向夹持装置3600反馈夹持力的保证。可选的，夹持组件3620、传动件3630和动力件3640可根据实际工况设计。比如夹持组件3620、传动件3630和动力件3640沿直线方向顺次设置，或者夹持组件3620、传动件3630和动力件3640沿折线/弧线方向顺次设置，亦或者传动件3630和动力件3640分别设置在夹持组件3620的两端。以下各个实施例仅以“传动件3630和动力件3640间隔设置于基座3610，夹持组件3620设置于传动件3630和动力件3640之间”为例进行说明；可以理解的，其他类型的布置形式可以基于下述各个实施例进行合理的变形得到。
夹持组件3620是医生直接操作的部分，也是向医生反馈夹持力的结构。如图37-40所示，夹持 组件3620包括第一连接板3621、第二连接板3622、第一指套3623和第二指套3624。第一连接板3621和第二连接板3622分别转动设置于基座3610，第一指套3623和第二指套3624分别设置于第一连接板3621和第二连接板3622，第一指套3623和第二指套3624分别允许医生的两个手指***，比如医生的大拇指和食指/中指***，当医生的两个手指进行张开或者闭合时，第一连接板3621和第二连接板3622对应的执行张开或者闭合的动作。同时第一连接板3621和第二连接板3622以转动的方式打开或者闭合更能适应医生手指的动作过程。并且两个连接板中的第一连接板3621与传动件3630传动连接，第一连接板3621和第二连接板3622保持角度相同、方向相反的同步转动，进而保证第一连接板3621和第二连接板3622之间稳定的相对位置关系。在其它的实施例中，夹持组件3620可以仅仅包括一个转动设置在基座3610上的连接板，连接板在外力驱动下的转动方向及转动角度共同对应从机械臂的开合状态以及开合程度。
在一些实施例中，第一连接板3621和第二连接板3622之间设置传动结构进而保证两者相对稳定的位置关系。如图38以及36所示，第一连接板3621的一端和第二连接板3622的一端分别转动设置于基座3610，第一连接板3621靠近转动中心(即第一连接板3621与第二连接板3622设置于基座3610的位置)的一端和第二连接板3622靠近转动中心的一端之间通过齿面耦合的方式进行传动。在一些实施中第一连接板3621以及第二连接板3622之间的齿面耦合的齿形模数比为1:1，从而可以形成对称运动。在一些实施例中，还可以借助第一连接板3621和第二连接板3622作为相临边形成平行四杆机构。只要能够保证第一连接板3621和第二连接板3622之间相对稳定的位置关系即可。
在一些实施例中，夹持组件3620与传动件3630之间以及传动件3630与动力件3640之间通过绳传动、齿轮传动、链传动、带传动或者螺纹传动等方式实现传动连接。在一些实施例中，如图37-40所示，第一连接板3621远离转动中心的一端设置弯向转动中心或者第二连接板3622的圆弧段3625，圆弧段3625通过绳传动的方式与传动件3630传动配合。圆弧段3625能够保证第一连接板3621在转动的过程中，圆弧段3625始终避免与传动件3630发生碰撞或者抵接，保证第一连接板3621和第二连接板3622的顺利开合。作为一种可实现的方式，在圆弧段3625上设置第一螺柱3626，对传动绳进行预紧，进而保证第一连接板3621和传动件3630之间稳定的传动关系。
在一些实施例中，如图37-40所示，传动件3630包括中间轮3632和主动轮3642，中间轮3632转动设置于基座3610，中间轮3632与夹持组件3620传动连接，主动轮3642与动力件3640的输出轴固定连接。中间轮3632和主动轮3642传动连接。在一些实施例中，中间轮和主动轮之间的传动比小于1，进而允许使用较小规格的动力件3640(比如电机)即可实现力反馈。在一些实施例中，中间轮和主动轮的半径之比介于1.5-3之间，对应的，中间轮和主动轮之间的传动比大致介于0.3-0.7之间。
在一些实施例中，传动件3630包括传动轴3631和中间轮3632，传动轴3631转动设置于基座3610，中间轮3632固定设置于传动轴3631。传动轴3631上开设有螺纹槽3633，螺纹槽3633允许传动绳缠绕，传动轴3631通过螺纹槽3633与夹持组件3620以绳传动的方式传动连接。具体的，采用第一绳索3650实现第一连接板3621上圆弧段3625与传动轴3631的螺纹槽3633之间的传动，将第一绳索3650的一端首先固定在圆弧段3625的一端，然后将第一绳索3650的另一端绕过螺纹槽3633多圈后固定在圆弧段3625的另一端，并使用第一螺柱3626对第一绳索3650进行预紧。钢丝绳传动具有稳定、精准且结构紧凑、体积小的优点。需要说明的是，传动件3630通过中间轮3632与动力件3640传动连接。
中间轮3632固定设置于传动轴3631的一端。传动件3630还包括第一位置传感器3635，第一位置传感器3635设置于传动轴3631远离中间轮3632的另一端，第一位置传感器3635用于检测传动轴3631的转角，第一位置传感器3635能够与手术机器人中的控制器连接。作为一种可实现的方式，采用磁性编码器作为第一位置传感器3635，磁体固定在传动轴3631远离中间轮3632的一端，可以跟随其旋转。编码器芯片固定在编码器安装座上，编码器安装座固定到基座3610上。
动力件3640与从机械臂连接，动力件3640能够带动从机械臂执行张开或者闭合的动作，动力件3640还能够将从机械臂的夹持力通过传动件3630向夹持组件3620进行反馈。可选的，动力件3640的类型可以是电动、液动或者气动。动力件3640包括电机3641，电机3641固定设置于基座3610，主动轮3642固定设置于电机3641的转轴。主动轮3642通过绳传动的方式与传动件3630传动连接。电机3641还能够与从机械臂连接。电机3641具有动作精准、结构紧凑的优点。作为一种可实现的方式，主动轮3642和中间轮3632之间通过第二绳索3660传动连接，并且在中间轮3632或者主动轮3642上安装第二螺柱3634，进而保证第二绳索3660的精准传动。
在一些实施例中，电机3641的外壳固定设置于基座3610，电机3641的外壳嵌入基座3610内，能够进一步使得夹持装置3600的整体结构更加紧凑。进一步，动力件3640还包括第二位置传感器，第二位置传感器设置于电机3641的转轴，第二位置传感器能够与手术机器人中的控制器连接。比如在电机3641的末端安装相对编码器，从而更好地进行运动控制。第一位置传感器3635和第二位置传感器共同使用能够增强夹持装置3600的安全性。在设定的传动关系下，第一位置传感器3635和第二位置传感器的检测数 据呈一定的关系；当第一位置传感器3635和第二位置传感器的检测数据偏离设定的关系，则认为动力件3640和中间轮3632之间的传动出现异常。夹持装置3600可进行自适应调整、停机或者发出警报。在一些实施例中，电机3641通过支架或者支撑块安装在基座3610上。
在上述实施例中，夹持装置3600通过两级钢丝绳传动，夹持片的开合运动传递到中间轮3632的旋转运动，从而传递到主动轮3642，再传递到电机3641的轴上。同样的，在力反馈模式下，由电机3641产生的力矩，通过电机轴传递到主动轮3642，再传递到中间轮3632，最后传递到两个夹持片上，由于两个夹持片通过齿轮耦合，电机3641施加的反馈力，可以均分到两个夹持片上，这样，操作者的两个手指就可以感受到施加的反馈力。在实际操作中，可以调整中间轮3632、主动轮3642和圆弧段3625弧度等尺寸来调节传动比，从而调节电机3641力反馈的范围。夹持力和反馈力分别通过传动件3630进行传递，同时力反馈装置控制电机3641转动，从而保证手指施加的夹持力以及反馈力能够准确。
上述实施例中的夹持装置可以用于主手操控装置中，夹持组件3620、传动件3630和动力件3640顺次传动连接，通过动力件3640和传动件3630能够将从机械臂的夹持力反馈到夹持组件3620，进而进行手术的医生能够准确的感知从机械臂的夹持力大小。医生通过夹持力的变化就可以判断手术的执行状态，便于手术医生随时调整通过主手操控装置3600施加的夹持力，从而更高效地执行手术动作，也有一种更真实的手术操作体验，同时保证了从机械臂内零部件在正常载荷内工作，有利于延长手术机器人的使用寿命。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。
同时，本说明书使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本说明书至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本说明书的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
此外，除非权利要求中明确说明，本说明书所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本说明书流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本说明书实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的***组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的***。
同理，应当注意的是，为了简化本说明书披露的表述，从而帮助对一个或多个实施例的理解，前文对本说明书实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本说明书对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本说明书一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
针对本说明书引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本说明书作为参考。与本说明书内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本说明书权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本说明书中的)也除外。需要说明的是，如果本说明书附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本说明书所述内容有不一致或冲突的地方，以本说明书的描述、定义和/或术语的使用为准。
最后，应当理解的是，本说明书中所述实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其他的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。

Claims (61)

  1. 一种主手操控装置，其中，包括：
    手臂组件，所述手臂组件具有至少一个手臂关节机构；
    手腕组件，活动地连接于所述手臂组件，所述手腕组件允许操作者执行对应的操作，其中，所述手腕组件包括至少一个手腕关节机构；以及
    支撑组件，用于提供对所述手臂组件和所述手腕组件中至少一个元件提供支撑。
  2. 根据权利要求1所述的主手操控装置，其中，所述至少一个手臂关节机构包括：
    第一关节机构，包括第一动力件、第一驱动件以及第一从动件，所述第一关节机构对应第一转轴，所述第一转轴与所述手腕组件的重力方向平行。
  3. 根据权利要求1所述的主手操控装置，进一步包括：
    连接组件，用于连接所述手臂组件以及所述手腕组件，其中，
    所述至少一个手臂关节机构中的部分元件依次串联形成一个或多个第一四边形连杆机构的至少一部分，所述连接组件与所述手臂组件中的部分元件依次串联形成第二四边形连杆机构的至少一部分，所述一个或多个第一四边形连杆机构中的元件以及所述第二四边形连杆机构中的元件联动设置以同步绕所述至少一个关节机构的转轴转动，所述转轴垂直于所述手腕组件的重力方向。
  4. 根据权利要求3所述的主手操控装置，进一步包括：
    所述至少一个手臂关节机构包括第二关节机构，所述第二关节机构对应的第一旋转轴与所述手腕组件的重力方向垂直，所述第二关节机构包括第二动力件、第二驱动件以及依次串联的三个第二从动件，所述三个第二从动件的连线近似于平行四边形以构成所述一个或多个第一四边形连杆机构中的一个的至少一部分。
  5. 根据权利要求4所述的主手操控装置，其中，
    所述第二动力件安装于所述支撑组件的第一基座，用于驱动所述第二驱动件旋转，以及
    所述三个第二从动件中的一个活动连接于所述基座，所述三个第二从动件中不相邻的两个第二从动件大致平行，所述第二驱动件用于驱动所述三个第二从动件绕所述第二转轴转动。
  6. 根据权利要求5所述的主手操控装置，其中，所述至少一个手臂关节机构进一步包括：
    第三关节机构，所述第三关节机构对应第三转轴，所述第三转轴与所述手腕组件的重力方向垂直。
  7. 根据权利要求6所述的主手操控装置，其中，
    所述第三关节机构包括第三动力件、第三驱动件以及依次串联的三个第三从动件，所述依次串联的三个第三从动件的连线近似于平行四边形。
  8. 根据权利要求7所述的主手操控装置，其中，
    所述第三动力件安装于所述第一基座，用于驱动所述第三驱动件旋转，以及
    所述至少三个第三从动件中的一个活动连接于所述第一基座，所述三个第三从动件中不相邻的两个第三从动件大致平行，所述第三驱动件用于驱动所述三个第三从动件绕所述第三转轴转动。
  9. 根据权利要求8所述的主手操控装置，其中，所述连接组件包括：
    第一连接件以及第二连接件，所述第一连接件、所述第二连接件与所述三个第二从动件中的一个第二从动件以及所述三个第三从动件中的一个第三从动件依次串联所述第二四边形连杆机构。
  10. 根据权利要求9所述的主手操控装置，其中，所述第二连接件包括第一部分以及第二部分，所述第一部分平行于所述手腕组件的重力方向，并与所述手臂组件连接，所述第二部分垂直于所述手腕组件的重力方向，并与所述手腕组件连接。
  11. 根据权利要求3所述的主手操控装置，其中，所述手腕组件中的多个手腕关节机构对应多个转轴，所述多个转轴相交于一点。
  12. 根据权利要求11所述的主手操控装置，其中，所述多个手腕关节机构包括第四关节机构，所述第四关节机构对应第四转轴，所述第四转轴与所述手腕组件的重力方向平行，所述第四关节机构与所述连接组件连接。
  13. 根据权利要求11所述的主手操控装置，其中，所述多个手腕关节机构包括第五关节机构，所述第五关节机构对应第五转轴，所述第五转轴与所述手腕组件的重力方向垂直，所述第五关节机构包括平衡组件，用于平衡所述第五转轴处由于所述手腕组件的自重所导致的重力距。
  14. 根据权利要求1所述的主手操控装置，进一步包括：
    制动组件，所述制动组件包括制动控制器以及制动器，其中，
    所述至少一个手腕关节机构中包括与所述手臂组件连接的第四关节机构，所述第四关节机构对应的第四转轴平行于所述手腕组件的重力方向；
    所述制动器与所述第四转轴连接，所述制动控制器用于通过所述制动器控制所述第四关节机构的运行。
  15. 根据权利要求14所述的主手操控装置，其中，所述制动器的运行状态包括断开状态以及闭合状态，所述断开状态对应所述第四关节机构的锁紧状态，所述闭合状态对应所述第四关节机构的释放状态，所述制动控制器用于：
    响应于确定所述手腕组件满足第一条件，生成并发送闭合指令至所述制动器，所述闭合指令用于指示所述制动器处于所述闭合状态。
  16. 根据权利要求14所述的主手操控装置，其中，所述制动控制器用于：
    响应于确定所述手腕组件满足第二条件，生成并发送断开指令至所述制动器，所述断开指令用于指示所述制动器处于所述断开状态。
  17. 根据权利要求15所述的主手操控装置，其中，所述手腕组件进一步包括第五关节机构，所述五关节机构对应的第五转轴垂直于所述手腕组件的重力方向，所述第五关节机构与所述第四关节机构通过所述支撑组件中的第二基座相连，所述第一条件包括所述第二基座处于所述第四转轴的旋转范围内的第一区域或第二区域。
  18. 根据权利要求15所述的主手操控装置，其中，所述手腕组件进一步包括与所述第五关节机构相连的第六关节机构，所述第六关节机构对应的第六转轴平行于所述第四转轴，所述第一条件包括：
    当所述第六转轴向第一方向运动时，所述第二基座处于所述第四转轴的旋转范围内的所述第一区域；或者，
    当所述第六转轴向第二方向运动时，所述第二基座处于所述第四转轴的旋转范围内的所述第二区域。
  19. 根据权利要求15所述的主手操控装置，其中，所述手腕组件进一步包括第六关节机构，所述六关节 机构对应的第六转轴平行于所述手腕组件的重力方向，所述第一条件包括所述第六转轴与第一限位或者第二限位之间的距离小于第一阈值，所述第二条件包括所述第六转轴与所述第一限位或者所述第二限位之间的距离大于第二阈值，第二阈值大于或等于第一阈值。
  20. 根据权利要求15所述的主手操控装置，其中，所述第一条件包括所述主手操控装置处于奇异位置。
  21. 根据权利要求1所述的主手操控装置，进一步包括：
    一个或多个平衡组件，其中，所述一个或多个平衡组件中的每个平衡组件用于平衡所述手臂组件和/或所述手腕组件的自重相对于所述手臂组件的一个转轴或所述手腕组件的一个转轴的力距。
  22. 根据权利要求21所述的主手操控装置，其中，
    所述一个或多个平衡组件中的一个平衡组件包括弹性件，所述弹性件的一端连接于手臂关节机构或手腕关节机构，所述弹性件对所述手臂关节机构或手腕关节机构的转轴形成的力矩与所述手腕组件和/或所述手臂组件的重力对于所述转轴形成的重力矩方向之间的夹角大于90度。
  23. 根据权利要求22所述的主手操控装置，其中，所述平衡组件还包括绳索和转向轮，所述弹性件通过所述绳索与所述手臂关节机构或手腕关节机构连接，所述绳索一端与所述弹性件连接，所述绳索另一端绕过所述转向轮与所述手臂关节机构或所述手腕关节机构连接，使得所述绳索与所述弹性件的轴线方向成夹角。
  24. 根据权利要求21所述的主手操控装置，其中，
    所述至少一个手臂关节机构中的其中一个手臂关节机构包括动力件、驱动件以及从动件，所述从动件用于绕所述手臂关节机构的转轴转动，
    所述动力件和/或所述驱动件与所述手腕组件设置于所述转轴两侧，所述动力件和/或所述驱动件对所述转轴形成的重力矩与所述手腕组件和/或所述手臂组件的重力对于所述转轴形成的重力矩方向之间的夹角大于90度。
  25. 根据权利要求21所述的主手操控装置，其中，进一步包括：
    所述一个或多个手臂关节机构中的一个手臂关节机构包括从动件(132)，所述从动件包括多个依次串联的连杆以形成平行四边形连杆机构，所述连杆中的其中一个连杆相较于所述平行四边形机构机构包括延伸端，所述手臂关节机构的转轴设置于所述延伸端，所述一个或多个平衡组件中的其中一个平衡组件的至少一部分设置于所述延伸端。
  26. 根据权利要求25所述的主手操控装置，其中，所述平衡组件连接于所述转轴或连接于所述平行四边形机构。
  27. 根据权利要求26所述的主手操控装置，其中，所述平衡组件包括手臂平衡组件，所述手臂平衡组件包括弹性件，所述弹性件的两端分别与所述从动件的延伸端以及所述关节机构的支撑基体连接。
  28. 根据权利要求27所述的主手操控装置，其中，所述手臂平衡组件还包括绳索和转向轮，所述转向轮设置于所述手臂关节机构的支撑基体，所述弹性件的一端与所述绳索连接，所述弹性件的另一端与所述手臂关节机构的支撑基体连接，所述绳索的另一端与所述手臂关节机构连接，所述绳索绕过所述转向轮并改变延伸方向，使得所述绳索与所述弹性件的轴线方向成夹角。
  29. 根据权利要求28所述的主手操控装置，其中，所述手臂关节机构由驱动件进行驱动，所述驱动件与所述延伸端传动连接，所述驱动件相对于所述手臂关节机构的转轴的重力矩至少部分平衡所述手腕组件和/或所述手臂组件相对于所述手臂关节机构的转轴的重力矩；所述绳索远离所述弹性件的一端连接于所述驱动件的输出轴。
  30. 根据权利要求29所述的主手操控装置，其中，所述弹性件的刚度系数和所述平行四边形连杆的延伸长度设置为使所述主手操控装置动作过程中的势能不变。
  31. 根据权利要求21所述的主手操控装置，其中，所述平衡机构组件包括手腕平衡组件，所述手腕平衡组件设置于所述手腕关节机构，所述手腕平衡组件包括弹性件，所述手腕弹性件的两端分别与所述手腕关节机构以及所述手腕关节机构的支撑基体连接，所述弹性件的弹性力至少部分平衡所述手腕组件对所述手腕关节机构对应的转轴的重力矩。
  32. 根据权利要求31所述的主手操控装置，其中，所述手腕平衡组件还包括转轮和绳索，所述转轮与所述手腕关节机构的转轴保持同步转动，所述弹性件的一端与所述绳索连接，所述弹性件的另一端与所述手腕关节机构的支撑基体连接，所述绳索的另一端缠绕于所述转轮。
  33. 根据权利要求32所述的主手操控装置，其中，所述转轮为凸轮，所述手腕关节机构在转动到与重力方向成任意夹角处，所述手腕组件在所述手腕关节机构的转轴上的重力距与所述凸轮和所述弹性件形成的力矩方向之间的夹角大于90度。
  34. 一种夹持装置，其中，包括：
    基座：
    夹持组件，所述夹持组件转动设置于所述基座并配置为能够在工作范围内开合：以及
    反馈组件，所述反馈组件连接于所述基座和所述夹持组件，所述反馈组件用于将末端执行器的受力状态反馈至所述夹持组件。
  35. 根据权利要求34所述的夹持装置，其中，所述夹持组件包括至少两个指套及至少两个连接板，所述至少两个连接板中的每个连接板的一端活动连接于所述基座、所述连接板的另一端连接于所述指套。
  36. 根据权利要求35所述的夹持装置，其中，所述夹持组件还包括至少两个压板，所述至少两个压板中的每一个压板内置于所述至少两个指套中的一个指套，所述指套的一部分处于所述压板与所述连接板之间。
  37. 根据权利要求36所述的夹持装置，其中，所述至少两个指套与所述至少两个连接板一一对应设置，所述至少两个连接板与所述基座连接端呈齿型机构，所述至少两个连接板相互齿合并同步转动。
  38. 根据权利要求35所述的夹持装置，其中，所述反馈组件包括至少一个传动件和至少一个动力件，所述至少一个动力件固定于所述基座并通过所述至少一个传动件连接于所述夹持组件的至少一个连接板，所述反馈组件通过所述至少一个动力件以及所述至少一个传动件向所述夹持组件输出转动阻力。
  39. 根据权利要求38所述的夹持装置，其中，所述至少一个传动件包括第一带轮、第二带轮及传动带，所述第一带轮和所述第二带轮分别固定于所述至少一个连接板的一端和所述至少一个动力件的输出轴，所述第一带轮和所述第二带轮通过所述传动带传动连接。
  40. 根据权利要求38所述的夹持装置，其中，所述至少一个传动件包括第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮分别固定于所述至少一个连接板和所述动力件的输出轴，且所述第一齿轮和所述第二齿轮齿合传动。
  41. 根据权利要求38所述的夹持装置，其中，所述反馈组件包括至少两组动力件和传动件，至少两组动力件和传动件的组数与所述夹持组件中的指套数量一致，并一一对应设置。
  42. 根据权利要求34所述的夹持装置，其中，所述反馈组件包括传动件和动力件，所述夹持组件的开合和旋转运动通过所述传动件同轴独立传动；所述动力件与所述传动件连接，所述夹持组件通过所述动力件向从机械臂发送控制信号和/或接受所述反馈组件反馈的所述从机械臂的受力状态。
  43. 根据权利要求42所述的夹持控制装置，其中，所述传动件包括第一传动机构以及第二传动机构，所述第一传动机构与所述第二传动机构的转动轴同轴嵌套设置。
  44. 根据权利要求43所述的夹持装置，其中，所述动力件包括第一电机、第二电机，所述第一电机与所述第一传动机构传动连接，所述第二电机与所述第二传动机构传动连接。
  45. 根据权利要求44所述的夹持装置，其中，所述第一传动机构包括第一轴、螺母、第一齿轮组，所述第一轴转动设置于所述基座，所述第一轴通过所述第一齿轮组与所述第一电机传动连接，所述第一轴上具有开设螺纹的螺纹段，所述螺母套设于所述第一轴的所述螺纹段，所述螺母沿所述第一轴的轴向运动时驱动所述第一轴转动，所述第一轴转动时带动所述螺母沿所述第一轴的轴向运动；所述螺母与所述夹持组件连接。
  46. 根据权利要求44所述的夹持装置，其中，所述螺母包括螺母外层和螺母内层，所述螺母外层和所述螺母内层同轴嵌套设置，所述螺母外层和所述螺母内层能够相对转动。
  47. 根据权利要求44所述的夹持装置，其中，所述夹持组件包括夹持套、两个夹持片和两个夹持连杆，所述夹持套转动设置于所述基座，两个所述夹持片的一端分别铰接设置于所述夹持套；两个所述夹持连杆的一端分别铰接设置于一个所述夹持片，两个所述夹持连杆的另一端分别与所述螺母铰接。
  48. 根据权利要求47所述的夹持装置，其中，所述夹持套为中空机构，所述第一轴与所述螺母配合的一端穿设于所述夹持套内。
  49. 根据权利要求48所述的夹持装置，其中，所述第二传动机构包括第二轴以及第二齿轮组，所述第二轴的一端固定设置于所述夹持套，所述第二轴与所述夹持套保持同轴转动；所述第二轴沿所述第一轴的轴向穿过所述第一轴并转动设置于所述基座，所述第二轴可相对所述第一轴同轴转动；所述第二轴通过所述第二齿轮组与所述第二电机传动连接。
  50. 根据权利要求49所述的夹持装置，其中，所述第一齿轮组与所述第二齿轮组中至少一个具体包括锥齿轮组、直齿轮组、涡轮蜗杆齿轮组。
  51. 据权利要求43所述的夹持装置，其中，所述第一电机和所述第二电机上分别设置有回转编码器。
  52. 根据权利要求34所述的夹持装置，其中，所述反馈组件中包括传动件和动力件，所述动力件与所述传动件连接，所述动力件与所述远程器械连接，所述夹持组件在工作范围内开合并通过所述传动件驱动 所述动力件，进而控制所述从机械臂执行对应的开合动作，所述动力件根据所述从机械臂的夹持力产生对应的夹持力矩，所述动力件输出对应的夹持力矩并通过所述传动件带动所述夹持组件产生打开趋势或者闭合趋势。
  53. 根据权利要求53所述的夹持装置，其中，所述夹持组件包括第一夹片、第二夹片、第一指套和第二指套；所述第一夹片和所述第二夹片分别转动设置于所述基座，所述第一指套和所述第二指套分别设置于所述第一夹片和所述第二夹片；所述第一夹片与所述传动件传动连接。
  54. 根据权利要求53所述的夹持装置，其中，所述第一夹片的一端和所述第二夹片的一端分别转动设置于所述基座，所述第一夹片靠近转动中心的一端和所述第二夹片靠近转动中心的一端之间通过齿面耦合的方式进行传动；所述第一夹片远离转动中心的一端设置弯向转动中心的圆弧段，所述圆弧段通过绳传动的方式与所述传动件传动配合。
  55. 根据权利要求52所述的夹持装置，其中，所述传动件包括中间轮和主动轮，所述中间轮转动设置于所述基座，所述中间轮与所述夹持组件传动连接，所述主动轮与所述动力件的输出轴固定连接；所述中间轮和所述主动轮传动连接，所述中间轮和所述主动轮之间的传动比小于1。
  56. 根据权利要求55所述的夹持装置，其中，所述传动件还包括传动轴，所述传动轴转动设置于所述基座，所述中间轮固定设置于所述传动轴；所述传动轴上开设有螺纹槽，所述螺纹槽允许传动绳缠绕，所述传动轴通过所述螺纹槽与所述夹持组件以绳传动的方式传动连接；所述中间轮固定设置于所述传动轴的一端；所述传动件还包括第一位置传感器，所述第一位置传感器设置于所述传动轴远离所述中间轮的一端，所述第一位置传感器用于检测所述传动轴的转角，所述第一位置传感器能够与手术机器人中的控制器连接。
  57. 根据权利要求55所述的夹持装置，其中，所述动力件包括电机，所述电机固定设置于所述基座，所述主动轮固定设置于所述电机的转轴；所述主动轮与所述中间轮传动连接。
  58. 根据权利要求57所述的夹持装置，其中，所述电机的外壳固定设置于所述基座，所述夹持电机的外壳嵌入所述基座内；所述动力件还包括第二位置传感器，所述第二位置传感器设置于所述电机的转轴，所述第二位置传感器与手术机器人中的控制器连接。
  59. 根据权利要求52-58任一项所述的夹持装置，其中，所述传动件和所述动力件间隔设置于所述基座，所述夹持组件设置于所述传动件和所述动力件之间。
  60. 一种主手操控装置，包括如权利要求34-59任一项权利要求所述的夹持装置。
  61. 一种机器人，其特征在于，包括机器人本体、末端执行器以及如权利要求1-33和60任一项所述的主手操控装置；所述末端执行器与所述机器人本体连接，所述机器人本体电连接通信装置，所述主手操控装置电连接所述通信装置和所述末端执行器。
CN202280017428.XA 2021-02-26 2022-02-28 一种用于机器人的主手操控装置及机器人 Pending CN116940299A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2021102182911 2021-02-26
CN202110218291.1A CN113017840B (zh) 2021-02-26 2021-02-26 主操作手及手术机器人
PCT/CN2022/078261 WO2022179638A1 (zh) 2021-02-26 2022-02-28 一种用于机器人的主手操控装置及机器人

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116940299A true CN116940299A (zh) 2023-10-24

Family

ID=76461791

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110218291.1A Active CN113017840B (zh) 2021-02-26 2021-02-26 主操作手及手术机器人
CN202280017428.XA Pending CN116940299A (zh) 2021-02-26 2022-02-28 一种用于机器人的主手操控装置及机器人

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110218291.1A Active CN113017840B (zh) 2021-02-26 2021-02-26 主操作手及手术机器人

Country Status (1)

Country Link
CN (2) CN113017840B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4299032A1 (en) * 2021-02-26 2024-01-03 Wuhan United Imaging Healthcare Surgical Technology Co., Ltd. Master hand control device for robot, and robot
CN113598958B (zh) * 2021-08-04 2022-05-06 滨州职业学院 手术机器人主手重力平衡装置及方法
CN113796818B (zh) * 2021-08-27 2024-03-19 天津大学医疗机器人与智能***研究院 一种力平衡器械臂
CN113796962B (zh) * 2021-08-27 2024-01-30 天津大学医疗机器人与智能***研究院 一种器械臂
CN113729968B (zh) * 2021-09-23 2023-03-31 上海卓昕医疗科技有限公司 手术器械引导设备及医疗机器人
CN116098713A (zh) * 2021-11-11 2023-05-12 深圳市精锋医疗科技股份有限公司 主手手腕、主操作设备及手术机器人
WO2023152762A1 (en) * 2022-02-08 2023-08-17 Srivastava Sudhir Prem A hand controller for a robotic surgical system
CN114569251B (zh) * 2022-03-02 2023-12-05 中南大学 双臂操作手***
CN117243701A (zh) * 2022-06-11 2023-12-19 深圳市精锋医疗科技股份有限公司 输入设备及手术机器人
CN115476331B (zh) * 2022-11-15 2023-03-10 科弛医疗科技(北京)有限公司 机械手以及主从随动设备
CN117257451B (zh) * 2023-11-22 2024-03-01 杭州唯精医疗机器人有限公司 负载补偿装置及手术机器人

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7837674B2 (en) * 2005-01-24 2010-11-23 Intuitive Surgical Operations, Inc. Compact counter balance for robotic surgical systems
US7763015B2 (en) * 2005-01-24 2010-07-27 Intuitive Surgical Operations, Inc. Modular manipulator support for robotic surgery
JP4903917B1 (ja) * 2010-06-10 2012-03-28 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 内視鏡保持装置
CN118121309A (zh) * 2016-01-07 2024-06-04 直观外科手术操作公司 伸缩式插管臂
US11666402B2 (en) * 2017-10-02 2023-06-06 Intuitive Surgical Operations, Inc. End effector force feedback to master controller
CN108818618B (zh) * 2018-06-29 2020-07-10 华中科技大学 一种康复机器人手臂重力平衡装置
CN110934644A (zh) * 2019-12-26 2020-03-31 哈尔滨思哲睿智能医疗设备有限公司 一种7自由度串联微创手术机器人主操作手
CN111265303B (zh) * 2020-03-04 2021-05-14 武汉中科医疗科技工业技术研究院有限公司 主手夹持机构、主操作手以及微创手术机器人

Also Published As

Publication number Publication date
CN113017840A (zh) 2021-06-25
CN113017840B (zh) 2022-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN116940299A (zh) 一种用于机器人的主手操控装置及机器人
CN112168359B (zh) 主手夹持控制装置、主操作手以及微创手术机器人
CN108472100B (zh) 握力感觉反馈装置和触笔式力感觉反馈装置
US9788847B2 (en) Medical manipulator
EP2919948B1 (en) Hand controller device
CN111084661A (zh) 手术辅助装置及其控制方法、以及记录介质
US20220395339A1 (en) A hybrid, direct-control and robotic-assisted surgical system
CN113749777A (zh) 手术器械平台、器械组件及手术器械
CA2860487A1 (en) Serially jointed manipulator arm
US11109929B2 (en) Medical tool grip mechanism which grips and controls medical tool
EP1843713A1 (en) Robotized system for the control and micrometric actuation of an endoscope
KR20230058117A (ko) 수술 로봇 시스템에서 외부 부하 하의 백래시, 마찰, 및 컴플라이언스를 갖는 수술 기구의 제어
US20230263583A1 (en) Geared instruments
CN116098713A (zh) 主手手腕、主操作设备及手术机器人
CN215018879U (zh) 一种夹持装置、主操作手及微创手术机器人
EP4299032A1 (en) Master hand control device for robot, and robot
KR20200075535A (ko) 사용자 인터페이스 장치, 수술 로봇 장치의 마스터 콘솔 및 그 조작방법
CN116322535A (zh) 末端执行器元件的布置
CN114206240A (zh) 手术工具、手术支持***和手术操作单元
RU2757969C1 (ru) Устройство управления манипуляторами роботохирургического комплекса
US20220323167A1 (en) Surgical system
CN114828760B (zh) 手术器具
RU2803231C1 (ru) Ведущий манипулятор роботохирургического комплекса
WO2022161498A1 (zh) 一种用于机器人的主手操控装置及机器人
JP2022160978A (ja) 外科手術システム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination