CN116965934A - 机械臂、关节结构和手术机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种机械臂、关节结构和手术机器人。机械臂包括基座、第一臂、第二臂、第三臂、器械支撑架和传动机构。第一臂能绕第一轴线相对基座转动。器械支撑架能驱动手术器械沿第二轴线平移，第二轴线相对器械支撑架固定，第二轴线与第一轴线相交于远心点。传动机构用于驱动器械支撑架绕第三轴线转动，第三轴线穿过远心点。传动机构包括带轮组件和传动组件。带轮组件包括法兰轴和转动轮。法兰轴包括轴部和法兰部，法兰部连接传动组件。在第一关节处轴部连接至第一臂并相对于第一臂可旋转调节，在第二关节处轴部连接至第二臂并相对于第二臂可旋转调节。转动轮可旋转地套设于轴部并连接至传动组件。

Description

机械臂、关节结构和手术机器人

技术领域

本申请涉及医疗器械技术领域，具体而言涉及一种机械臂、关节结构和手术机器人。

背景技术

手术机器人是可以远程操纵完成手术的机器人，其包括三个组成部分：医生控制台、患旁机械臂***和成像***。其中患旁机械臂***包括若干机械臂，机械臂具有若干节连接臂，相邻的两节连接臂以特定的自由度相对活动，使得机械臂的末端可以达到多自由度的活动，手术器械或内窥镜安装于机械臂的末端，在进行手术时，将手术器械穿过胸部、腹壁等组织，替代人手进行手术。

远程运动中心(remote center of motion，RCM)是广泛应用于微创手术机器人机械臂中的一种机械设计，其被定义为手术中进入病人腹腔的端口。操纵机械臂使得手术器械实现俯仰、偏转和***三个自由度上的运动，在运动过程中手术器械的纵轴或其纵轴的延长线始终保持经过RCM点，以避免手术器械对患者腹部切口造成非手术性伤害。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本申请的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本申请第一方面的实施例提供了一种机械臂，包括：

基座；

第一臂，连接至所述基座，并构造成能够绕第一轴线相对于所述基座转动，所述第一轴线相对所述基座固定；

第二臂，在第一关节处可枢转地连接于所述第一臂；

第三臂，在第二关节处可枢转地连接于所述第二臂；

器械支撑架，可枢转地连接于所述第三臂，所述器械支撑架用于安装手术器械并能够驱动所述手术器械沿第二轴线平移，所述第二轴线相对所述器械支撑架固定，所述第二轴线与所述第一轴线相交于远心点；以及

传动机构，用于驱动所述器械支撑架绕第三轴线转动，所述第三轴线穿过所述远心点，所述第三轴线相对所述基座固定；

其中，所述传动机构包括分别设置在所述第一关节处和所述第二关节处的带轮组件、以及连接动力源、所述带轮组件和所述器械支撑架的柔性传动组件，所述带轮组件包括：

法兰轴，包括相对彼此固定的轴部和法兰部，所述法兰部连接所述柔性传动组件，在所述第一关节处所述轴部连接至所述第一臂并相对于所述第一臂可旋转调节，在所述第二关节处所述轴部连接至所述第二臂并相对于所述第二臂可旋转调节；以及

转动轮，可旋转地套设于所述轴部并连接至所述柔性传动组件，在所述第一关节处所述转动轮固定至所述第二臂，在所述第二关节处所述转动轮固定至所述第三臂。

在一实施例中，所述轴部的端面上设置有凸出部，所述第一臂和所述第二臂各自包括紧固件并开设有对应所述凸出部的连接孔，所述凸出部延伸进入所述连接孔，且所述连接孔的尺寸大于所述凸出部的尺寸，所述紧固件用于固定和调整所述凸出部在所述连接孔内的位置。

在一实施例中，所述第一臂和所述第二臂还各自开设有允许所述紧固件穿过的调节孔，所述调节孔与所述连接孔连通，所述紧固件经由所述调节孔伸入至所述连接孔内并与所述凸出部相抵靠。

在一实施例中，所述紧固件包括第一螺栓，所述调节孔的内壁设置有与所述第一螺栓的外螺纹相匹配的内螺纹。

在一实施例中，所述传动组件包括传动带，所述传动带包括第二传动带和第三传动带，所述第二传动带的两端分别连接所述第一关节处的法兰部和所述第二关节处的转动轮，所述第三传动带的一端连接所述第二关节处的法兰部、另一端连接所述器械支撑架。

在一实施例中，所述传动机构还包括主动轮，所述主动轮用于连接所述动力源并由所述动力源驱动转动，所述传动带还包括第一传动带，所述第一传动带的一端连接所述主动轮、另一端连接所述第一关节处的转动轮。

在一实施例中，所述第一传动带、所述第二传动带和所述第三传动带中的至少一个具有不连续的两个节段，两个所述节段以相反的缠绕方向缠绕所述转动轮或所述从动轮，以分别带动所述转动轮或所述从动轮在两个相反方向上的转动。

在一实施例中，所述第一传动带、所述第二传动带和所述第三传动带包括钢带。

在一实施例中，所述第一关节处的法兰部、所述第二关节处的法兰部和所述主动轮中的至少一个设置有张紧结构，所述张紧结构用于调节所述传动带的张紧。

在一实施例中，至少一个所述张紧结构包括张紧腔、张紧槽以及张紧栓，所述张紧腔通过所述张紧槽与外界连通，所述张紧腔中设置有可移动的张紧块，所述张紧栓与所述张紧块抵接，以限制所述张紧块的移动；

所述传动带的端头通过所述张紧槽延伸进入所述张紧腔并与所述张紧块固定连接。

在一实施例中，所述张紧栓包括第二螺栓，所述法兰部开设有连通所述张紧腔的通孔，所述通孔的内壁设置有与所述第二螺栓的外螺纹相匹配的内螺纹，所述第二螺栓通过所述通孔进入所述张紧腔中并与所述张紧块抵接，以调节所述张紧块的移动位置。

在一实施例中，所述张紧栓具有两个所述第二螺栓，且两个所述第二螺栓分别抵接于所述张紧块的两侧，以限制所述张紧块的移动。

本申请第二方面的实施例提供一种关节结构，包括：

法兰轴，所述法兰轴包括相对彼此固定的轴部和法兰部；

转动轮，可枢转地套设于所述轴部；

第一枢转部，所述第一枢转部连接于所述轴部，且所述轴部相对于所述第一枢转部可旋转调节；

第二枢转部，所述第二枢转部与所述转动轮固定连接，以使得所述第二枢转部相对于所述第一枢转部可枢转；

其中，所述第二枢转部内设置有柔性传动组件，且所述法兰部通过所述柔性传动组件与另外的可旋转件连接，以使得当调节所述轴部相对于所述第一枢转部的位置时，所述可旋转件能够相对于所述第二枢转部旋转。

在一实施例中，所述轴部的端面上设置有凸出部，所述第一枢转部包括紧固件和开设有对应所述凸出部的连接孔，所述凸出部延伸进入所述连接孔，且所述连接孔的尺寸大于所述凸出部的尺寸，所述紧固件用于固定和调整所述凸出部在所述连接孔内的位置。

在一实施例中，所述第一枢转部还开设有允许所述紧固件穿过的调节孔，所述调节孔与所述连接孔连通，所述紧固件经由所述调节孔伸入至所述连接孔内并与所述凸出部相抵靠。

在一实施例中，所述紧固件包括具有外螺纹的螺栓，所述调节孔的内壁设置有与所述外螺纹相匹配的内螺纹。

在一实施例中，所述转动轮上设置有张紧结构，所述张紧结构包括张紧腔、张紧槽以及张紧栓，所述张紧腔通过所述张紧槽与外界连通，所述张紧腔中设置有可移动的张紧块，所述张紧栓与所述张紧块抵接，以限制所述张紧块的移动，所述传动组件通过所述张紧槽延伸进入所述张紧腔并与所述张紧块固定连接。

本申请第三方面的实施例提供一种手术机器人，包括上述至少一个机械臂，所述机械臂为第一方面所述的机械臂、或包括上述第二方面所述的关节结构。

本申请的一个或多个实施例的细节在下面的附图和描述中提出。本申请的其它特征、目的和优点将从说明书、附图以及权利要求书变得明显。

附图说明

本申请的下列附图在此作为本申请的一部分用于理解本申请。附图中示出了本申请的实施例及其描述，用来解释本申请的原理。

附图中：

图1为根据本申请的一种实施方式的手术机器人的示意图；

图2为根据本申请的一种实施方式的机械臂***的示意图；

图3为根据本申请的一种实施方式的机械臂的一种状态的局部结构示意图；

图4为图3中机械臂的另一种状态的局部结构示意图；

图5为图3中机械臂的又一种状态的局部结构示意图；

图6为根据本申请的一种实施方式的机械臂的省去第一臂、第二臂和第三臂的示意图；

图7为根据本申请的一种实施方式的机械臂的第一关节处的部分放大示意图；

图8为图7中第一关节处去除第一壳体部的示意图；

图9为图8中第一关节处另一视角的示意图；

图10为图3中机械臂的第一关节处的A-A向剖面示意图。

附图标记说明：

1：手术机器人 2：成像*** 3：控制***

10：机械臂*** 11：底座 12：把手

13：立柱 100：机械臂 101：调整臂部分

102：操作臂部分 103：器械支撑架

104：基座 105：第一臂 106：第二臂

107：第三臂 108：第一传动带 109：第二传动带

110：第三传动带 111：第一关节 112：第二关节

113：主动轮 114：从动轮 115：法兰轴

116：轴部 117：法兰部 118：转动轮

119：凸出部 120：连接孔 121：调节孔

122：第一螺栓 123：螺孔 124：紧固孔

125：第一壳体部 126：张紧腔 127：张紧槽

128：第二螺栓 129：张紧块 AX1：第一轴线

AX2：第二轴线 AX3：第三轴线

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本申请的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

本申请中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明目的，并非限制。

现在，将参照图1到图10更详细地描述根据本申请的示例性实施例。

参见图1，根据本申请实施例的手术机器人1是可以远程操纵完成手术的机器人，其可以包括控制***3(也称为医生控制台)、机械臂***10(患旁机械臂***10)和成像***2。

其中，控制***3上具有用于展示手术器械环境的显示单元、医生操作控制机构及扶手等。其中，显示单元上开设有观察窗用于医生观察，操作控制机构构造为其动作能够对应手术器械的动作，扶手用于放置医生手臂。除此之外，在医生控制台上，还具有其他方便手或脚触碰或按压的控制开关，用来进行各种功能操作，完成人机交互。

成像***2具有显示屏幕、内窥镜控制器、***电子设备、图像处理器等。

机械臂***10可以包括至少一个机械臂100，机械臂100上具有若干节连接臂(如下文将介绍的第一臂105、第二臂106和第三臂107)，相邻的两节连接臂以特定的自由度相对活动，使得机械臂100的末端可以达到多自由度(如7自由度，根据手术器械的不同会有不同的自由度)的活动，机械臂100的末端安装有器械支撑架103，手术器械或内窥镜可拆卸地安装于器械支撑架103上。

在一种示例中，参考图2，机械臂***10包括底座11，底座11上设置有立柱13，立柱13上设置有至少一个可以相对于底座11升降的机械臂100(图2中仅示出一个机械臂100的情况)。底座11上还可以设置把手12，操作员可以通过把手12来辅助完成底座11的移动。

机械臂100通常可以包括调整臂部分101和操作臂部分102。操作臂部分102的末端则用于安装器械支撑架103，器械支撑架103用于安装手术器械或内窥镜。器械支撑架103上还可以设置有器械驱动装置，以驱动手术器械进行***、夹持等动作。在操纵机器人进行手术之前，需要先操作调整臂部分101以使安装在操作臂部分102末端的手术器械到达指定的位置，然后再锁紧调整臂部分101的转动关节。在手术中，通过远程控制操作臂部分102来完成手术操作，同时保持调整臂部分101的转动关节的锁紧以防止手术过程中调整臂部分101的连杆(即连接臂)之间发生相对转动。

下面将结合图3到图10对本申请的实施方式的机械臂100进行详细阐述。本申请中的机械臂100的改进涉及的可以是对上述操作臂部分102的结构改进。

参见图3至5，根据本申请实施例的机械臂100包括基座104、第一臂105、第二臂106、第三臂107、器械支撑架103。第一臂105连接至基座104，并构造成能够绕第一轴线AX1相对于基座104转动，第一轴线AX1相对基座104固定。第二臂106在第一关节111处可枢转地连接于第一臂105。第三臂107在第二关节112处可枢转地连接于第二臂106。器械支撑架103可枢转地连接于第三臂107，器械支撑架103用于安装手术器械并能够驱动手术器械沿第二轴线AX2平移，第二轴线AX2相对器械支撑架103固定，第二轴线AX2与第一轴线AX1相交于远心点R。由于第一臂105能够绕第一轴线AX1相对于基座104转动，使得器械支撑架103能够绕第一轴线AX1偏转。

进一步地，机械臂100还包括传动机构。传动机构构造成能够驱动器械支撑架103绕第三轴线AX3转动。其中，第三轴线AX3穿过远心点R，第三轴线AX3相对基座104固定。因此，在机械臂100作业期间，安装在器械支撑架103上的手术器械能够绕第一轴线AX1偏转、绕第三轴线AX3俯仰、以及沿第二轴线AX2直线运动，其中第一轴线AX1、第二轴线AX2和第三轴线AX3相交于远心点R。一般情况下，器械支撑架103构造成使得当手术器械安装至器械支撑架103时手术器械的纵轴线与第二轴线AX2重合，即手术器械的纵轴线穿过远心点R。也就是说，在机械臂100作业期间可以实现手术器械的纵轴或其纵轴的延长线始终保持经过远心点R，从而避免手术器械对患者腹部切口造成非手术性伤害。

进一步地，传动机构包括分别设置在第一关节111处和第二关节112处的带轮组件、以及连接动力源、带轮组件和器械支撑架103的传动组件。在本申请的实施例中，带轮组件和传动组件可以对机械臂100起到支撑的作用，同时还可以实现第二臂106、第三臂107和器械支撑架103的联动。

具体地，同时参见图6，带轮组件包括法兰轴115和转动轮118。法兰轴115包括相对彼此固定的轴部116和法兰部117。法兰部117连接传动组件，在第一关节111处的轴部116连接至第一臂105并相对于第一臂105可旋转调节，在第二关节112处的轴部116连接至第二臂106并相对于第二臂106可旋转调节。转动轮118可旋转地套设于轴部116并连接至传动组件。在第一关节111处的转动轮118固定至第二臂106。在第二关节112处的转动轮118固定至第三臂107。上述第一关节111指第一臂105和第二臂106之间的关节，上述第二关节112指第二臂106和第三臂107之间的关节。

示例性地，参考图3至5，在传动机构的作用下，第二臂106、第三臂107和器械支撑架103能够联动，使得第一关节111的旋转轴和第二关节112的旋转轴的连线(第一连线L1)、以及器械支撑架103相对第三臂107的旋转轴与第二关节112的旋转轴的连线(第二连线L2)，两者构成平行四边形的两个相邻边，两者相交处为平行四边形的第一顶点，与第一顶点互为对角顶点的第二顶点位于第三轴线AX3上。

一般情况下，第一关节111的旋转轴为第二臂106相对第一臂105的旋转轴，第二关节112的旋转轴为第三臂107相对于第二臂106的旋转轴。这两个旋转轴和器械支撑架103相对第三臂107的旋转轴，这三者均平行于第三轴线AX3。也就是说，AX3垂直于此平行四边形所在的平面(例如，图3至5所示的纸面)。

进一步参见图6，在机械臂100作业期间，在动力源的驱动下，传动组件带动第一关节111处的转动轮118旋转，第一关节111处的转动轮118与第二臂106固定，从而带动第二臂106摆动，第一关节111处的法兰轴115与第一臂105相对固定。在第二臂106摆动时，第一关节111处的法兰轴115与第二关节112处的转动轮118的轴心距不变，因此可通过传动组件限制第二关节112处的转动轮118与第一关节111处的法兰轴115之间的相对转动。同时，由于第二关节112处的转动轮118与第三臂107固定，因此第三臂107与第一臂105之间的相对角度始终不变。同时，第二关节112处的法兰轴115与第二臂106相对固定，在第二臂106摆动时，第二关节112处的法兰轴115与器械支撑架103转动轴的轴心距不变，因此可通过传动组件限制第二关节112处的法兰轴115与器械支撑架103的相对转动，因此第二臂106与器械支撑架103之间的相对角度始终不变。由此，可以实现在机械臂100作业期间始终保持前述平行四边形，使得器械支撑架103绕第三轴线AX3俯仰。

当第一轴线AX1和第二轴线AX2的交点与前述平行四边形的第二顶点重合时，第一轴线AX1、第二轴线AX2和第三轴线AX3相交于一点，即确定为远心点R。对于机械臂100成品来说，远心点R是确定且唯一的。

在图3至5所示的示例中，第一轴线AX1和第二轴线AX2配置成与平行四边形所在的平面共面。然而，可以理解的是，这种共面的关系不是必须的。在其它未示出的实施例中，第一轴线AX1和/或第二轴线AX2可以与平行四边形所在的面相交，只需要保证第一轴线AX1和第二轴线AX2均穿过远心点R。

在本申请中，连接第一关节111和第二关节112、以及连接第二关节112和器械支撑架103的传动组件为柔性传动组件(如传动带)。连接动力源和第一关节111的传动组件可以是柔性传动组件(如传动带)，也可以是刚性传动组件(如传动杆传动、齿轮传动)，本申请不对此进行限定。

通常，在机械臂初始装配或者后续维护阶段，需要对柔性传动组件进行调节以使其保持在适当张紧的状态。这是因为柔性传动组件需要在张紧的状态下才能保证传动机构正常工作，柔性传动组件的松弛将会使得机械臂无法满足高精度操作的要求或甚至失效。然而发明人发现，在调节柔性传动组件张紧的过程中，第一臂105和第三臂107之间的相对角度(影响第三轴线AX3的位置)和/或第二臂106和器械支撑架103之间的相对角度(影响第二轴线AX2的位置)会随之发生改变，这将导致第一轴线AX1、第二轴线AX2和第三轴线AX3无法相交于远心点R。

因此，在本申请的实施例中，通过设置在第一关节111处的轴部116相对于第一臂105的可旋转调节，能够实现调节第一臂105和第三臂107之间的相对角度，将第二连线L2调整至平行于第一关节111的旋转轴与远心点R的连线，也就是将第三轴线AX3调整至穿过远心点R；通过设置在第二关节处的轴部116相对于第二臂106的可旋转调节，能够实现调节第二臂106和器械支撑架103之间的相对角度，将第一轴线AX1与和第二轴线AX2的交点与器械支撑架103相对第三臂107的旋转轴的连线调整至平行于第一连线L1，也就是将第二轴线AX2调整至穿过远心点R。由此使得第一轴线AX1、第二轴线AX2和第三轴线AX3重新相交于远心点R。

在一个示例中，参考图3至5，第一臂105、第二臂106、第三臂107均构造为细长的直杆。直杆可以具有大致矩形的横截面。其中，第一臂105的长度延伸方向和第三臂107的长度延伸方向均平行于第一轴线AX1。这样设置可以在保证机械臂100刚度的同时尽可能地减小机械臂100的整体尺寸和制造成本。在其它未示出的示例中，第一臂105的长度延伸方向与第一轴线AX1不平行，和/或第三臂107的长度延伸方向与第一轴线AX1不平行。在其它未示出的示例中，第一臂、第二臂和第三臂也可以根据需要各自构造成其它形状，如弧形杆、弯折形杆、或非杆状的其它形状等。本申请不限定第一臂、第二臂和第三臂的具体形状。

在一个示例中，参考图10，传动机构可以设置在第一臂105、第二臂106和第三臂107内。这样设置即可以对传动机构起到保护作用，又可以使得机械臂100的结构更紧凑。在其它未示出的示例中，传动机构也可以设置在第一臂、第二臂和第三臂的其它位置，只要能实现上述联动效果即可。

在一个示例中，为实现轴部116(或者说法兰轴115)相对于第一臂105或第二臂106的可旋转调节，参考图6、图7、图8和图10，法兰轴115的轴部116的端面上设置有凸出部119，第一臂105和第二臂106各自还开设有对应凸出部119的连接孔120。其中，凸出部119延伸进入连接孔120，且连接孔120的尺寸大于凸出部119的尺寸，使得凸出部119在连接孔120内可活动。具体地，凸出部119在连接孔120内可绕转动轮118的旋转轴在一定角度范围内转动。第一臂105和第二臂106各自包括紧固件，紧固件用于固定和调整凸出部119在连接孔120内的位置。

进一步地，第一臂105和第二臂106还各自开设有允许紧固件穿过的调节孔121，调节孔121与连接孔120连通，紧固件经由调节孔121伸入至连接孔120内并与凸出部119相抵靠，由此限制凸出部119在连接孔120内的位置。

进一步地，紧固件包括第一螺栓122，调节孔121的内壁设置有与第一螺栓122的外螺纹相匹配的内螺纹。通过旋拧第一螺栓112，可以调节凸出部119在连接孔120内的位置。

以第一关节111为例，参考图7和图8，法兰轴115的轴部116的端面上设置有沿轴部116的周向方向间隔布置的两个上述凸出部119。第一臂105包括第一壳体部125，传动组件设置在第一壳体部125内。第一壳体部125面向轴部116的正面开设有两个上述连接孔120。紧固件包括分别调节两个凸出部119的两个第一螺栓122，第一壳体部125的侧面开设有两个上述调节孔121以分别允许两个第一螺栓122拧入，以便于在两个旋转方向上调节凸出部119。同时参考图10，转动轮118可转动地设置在第一臂105内，法兰轴115的法兰部117可转动地设置在第二臂106内，法兰轴115的轴部116由第二臂106穿出并伸入至第一臂105内以与转动轮118转动连接。

在一个示例中，在凸出部119位于连接孔120的适当位置时，为了将法兰轴115与第一臂105固定，紧固件还可以包括至少一个第三螺栓(图中未示出)。相对应的，轴部116设置有与第三螺栓相配合的至少一个螺孔123，该螺孔123平行于轴部116的轴向延伸，并与凸出部119沿轴部116的周向方向间隔布置。相对应的，第一壳体部125的正面设置有多个紧固孔124，且紧固孔124的尺寸大于螺孔123的尺寸。紧固孔124可以构造为长圆形或者说跑道形，以允许调节法兰轴115的角度时，螺孔123位置的变化不至于使得螺孔123被第一壳体部125遮挡。当法兰轴115的角度调节完毕后，可以利用第三螺栓穿过紧固孔124和螺孔123，将法兰轴115的轴部116与第一壳体部125固定，以限制两者在轴向上的相对移动。

在一个示例中，参见图10，第一壳体部125可以包括内壳和外壳。其中，内壳上开设有上述的连接孔120、调节孔121、紧固孔124。外壳可拆卸地固定至内壳起到遮蔽和保护内壳的作用。

在一个示例中，连接动力源和第一关节111的传动组件、连接第一关节111和第二关节112的传动组件、以及连接第二关节112和器械支撑架103的传动组件均为柔性传动组件。例如，参考图6，柔性传动组件包括传动带，传动带包括第一传动带108、第二传动带109和第三传动带110，第一传动带108连接动力源和第一关节111处的带轮组件，第二传动带109连接第一关节111处的带轮组件和第二关节112处的带轮组件，第三传动带110连接第二关节112处的带轮组件和器械支撑架103。例如，第一传动带108、第二传动带109和第三传动带110可以包括钢带。钢带可以是单层结构，也可以是多层钢带层叠的结构。

进一步地，传动机构还包括主动轮113和从动轮114，第一传动带108的一端通过主动轮113与动力源连接、另一端连接第一关节111处的转动轮118。第二传动带109的两端分别连接第一关节111处的法兰部117和第二关节112处的转动轮118。第三传动带110的一端连接第二关节112处的法兰部117、另一端通过从动轮114与器械支撑架103连接。在其它可选示例中，传动机构也可以不包括第一传动带108和主动轮113，连接动力源和第一关节111的传动组件可以为刚性传动组件，如传动杆传动、齿轮传动。在其它可选示例中，传动机构也可以不包括从动轮114，第三传动带110的另一端直接或者通过其它连接件与器械支撑架103连接。

进一步地，第一传动带108、第二传动带109和第三传动带110中的至少一个具有不连续的两个节段，两个节段以相反的缠绕方向缠绕转动轮118或从动轮114，以分别带动转动轮118或从动轮114在两个相反方向上的转动。这样设置一方面可以提高传动机构的传动精度，另一方面便于调节传动带的张紧。

传动带张紧的调节可以通过各自的张紧结构来实现。张紧结构可以设置在带轮组件上，例如第一关节111处的法兰部117、第二关节112处的法兰部117和主动轮113中的至少一个设置有张紧结构。张紧结构也可以设置在柔性传动组件上，例如第一传动带108、第二传动带109和第三传动带110中的至少一个设置有张紧结构。作为一示例性的例子，参考图6和图9，第一关节111处的法兰部117、第二关节112处的法兰部117和主动轮113次三处均设置张紧结构，由此使得第一传动带108、第二传动带109以及第三传动带110均能够进行张紧力的调节。

在一个示例中，张紧结构可以包括张紧腔126、张紧槽127以及张紧栓。张紧腔126通过张紧槽127与外界连通，张紧腔126中设置有可移动的张紧块129，张紧栓与张紧块129抵接，以限制张紧块129的移动。传动带的端头通过张紧槽127延伸进入张紧腔126并与张紧块129固定连接。由此，可以通过张紧栓调节张紧块129的位置，使得松弛的传动带重新被张紧。

在一个示例中，张紧栓包括第二螺栓128，法兰部117开设有连通张紧腔126的通孔，通孔的内壁设置有与第一螺栓122的外螺纹相匹配的内螺纹，第二螺栓128通过通孔进入张紧腔126中并与张紧块129抵接，以调节张紧块129的移动位置。

具体地，参考图9，张紧栓可以包括两个第二螺栓128，且两个第二螺栓128分别抵接于张紧块129的两侧，以限制张紧块129的移动。这样一来，可以在两个方向上对张紧块129进行限制，使得张紧块129能够被稳定地固定在某个位置，当传动带失去张紧力时，张紧块129不易从张紧腔126中滑出，仍然能保持在该位置上，提高了安全性。在本实施方式中，第一关节111处的法兰部117、第二关节112处的法兰部117和主动轮113张紧结构均采用上述实现形式。在可选实施方式中，第一关节111处的法兰部117、第二关节112处的法兰部117和主动轮113三处的张紧结构的实现形式可以不同。本申请不限定张紧结构的位置和具体形式，只要能实现传动带张紧的调节即可。

本申请的另一方面提供一种关节结构，其包括法兰轴115、转动轮118、第一枢转部和第二枢转部。法兰轴115包括相对彼此固定的轴部116和法兰部117。转动轮118可枢转地套设于轴部116。第一枢转部连接于轴部116，且轴部116相对于第一枢转部可旋转调节。第二枢转部与转动轮118固定连接，以使得第二枢转部相对于第一枢转部可枢转。

其中，第二枢转部内设置有柔性传动组件，且法兰部117通过柔性传动组件与另外的可旋转件连接，以使得当调节轴部116相对于第一枢转部的位置时，可旋转件能够相对于第二枢转部旋转。

在一个示例中，轴部116的端面上设置有凸出部119，第一枢转部包括紧固件和开设有对应凸出部119的连接孔120，凸出部119延伸进入连接孔120，且连接孔120的尺寸大于凸出部119的尺寸，紧固件用于固定和调整凸出部119在连接孔120内的位置。

在一个示例中，第一枢转部还开设有允许紧固件穿过的调节孔121，调节孔121与连接孔120连通，紧固件经由调节孔121伸入至连接孔120内并与凸出部119相抵靠。

在一个示例中，紧固件包括具有外螺纹的螺栓，调节孔121的内壁设置有与外螺纹相匹配的内螺纹。

在一个示例中，转动轮上设置有张紧结构。张紧结构用于实现柔性传动组件的张紧。张紧结构可以包括张紧腔126、张紧槽127以及张紧栓，张紧腔126通过张紧槽127与外界连通，张紧腔126中设置有可移动的张紧块129，张紧栓与张紧块129抵接，以限制张紧块129的移动。传动组件通过张紧槽127延伸进入张紧腔126并与张紧块129固定连接。

在本申请的一个示例中，例如第一关节111处，上述第一枢转部可以为第一臂105，第二枢转部可以为第二臂106。在本申请的另一个示例中，例如第二关节112处，上述第一枢转部可以为第二臂106，第二枢转部可以为第三臂107。

本申请实施例提供的手术机器人，其具有上述机械臂或关节结构，因此具有与上述机械臂或关节结构相类似的技术效果，在此不再赘述。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本申请。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本申请已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，本申请并不局限于上述实施例，根据本申请的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本申请所要求保护的范围以内。

Claims (18)

1.一种机械臂，包括：

基座；

第一臂，连接至所述基座，并构造成能够绕第一轴线相对于所述基座转动，所述第一轴线相对所述基座固定；

第二臂，在第一关节处可枢转地连接于所述第一臂；

第三臂，在第二关节处可枢转地连接于所述第二臂；

器械支撑架，可枢转地连接于所述第三臂，所述器械支撑架用于安装手术器械并能够驱动所述手术器械沿第二轴线平移，所述第二轴线相对所述器械支撑架固定，所述第二轴线与所述第一轴线相交于远心点；以及

传动机构，用于驱动所述器械支撑架绕第三轴线转动，所述第三轴线穿过所述远心点，所述第三轴线相对所述基座固定；

其中，所述传动机构包括分别设置在所述第一关节处和所述第二关节处的带轮组件、以及连接动力源、所述带轮组件和所述器械支撑架的传动组件，所述带轮组件包括：

法兰轴，包括相对彼此固定的轴部和法兰部，所述法兰部连接所述传动组件，在所述第一关节处所述轴部连接至所述第一臂并相对于所述第一臂可旋转调节，在所述第二关节处所述轴部连接至所述第二臂并相对于所述第二臂可旋转调节；以及

转动轮，可旋转地套设于所述轴部并连接至所述传动组件，

在所述第一关节处所述转动轮固定至所述第二臂，在所述第二关节处所述转动轮固定至所述第三臂。

2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述轴部的端面上设置有凸出部，所述第一臂和所述第二臂各自包括紧固件并开设有对应所述凸出部的连接孔，所述凸出部延伸进入所述连接孔，且所述连接孔的尺寸大于所述凸出部的尺寸，所述紧固件用于固定和调整所述凸出部在所述连接孔内的位置。

3.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述第一臂和所述第二臂还各自开设有允许所述紧固件穿过的调节孔，所述调节孔与所述连接孔连通，所述紧固件经由所述调节孔伸入至所述连接孔内并与所述凸出部相抵靠。

4.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于，

所述紧固件包括第一螺栓，所述调节孔的内壁设置有与所述第一螺栓的外螺纹相匹配的内螺纹。

5.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述传动组件包括传动带，所述传动带包括第二传动带和第三传动带，所述第二传动带的两端分别连接所述第一关节处的法兰部和所述第二关节处的转动轮，所述第三传动带的一端连接所述第二关节处的法兰部、另一端连接所述器械支撑架。

6.根据权利要求5所述的机械臂，其特征在于，所述传动机构还包括主动轮，所述主动轮用于连接所述动力源并由所述动力源驱动转动，所述传动带还包括第一传动带，所述第一传动带的一端连接所述主动轮、另一端连接所述第一关节处的转动轮。

7.根据权利要求6所述的机械臂，其特征在于，所述第一传动带、所述第二传动带和所述第三传动带中的至少一个具有不连续的两个节段，两个所述节段以相反的缠绕方向缠绕所述转动轮或所述从动轮，以分别带动所述转动轮或所述从动轮在两个相反方向上的转动。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的机械臂，其特征在于，所述第一传动带、所述第二传动带和所述第三传动带包括钢带。

9.根据权利要求6或7所述的机械臂，其特征在于，所述第一关节处的法兰部、所述第二关节处的法兰部和所述主动轮中的至少一个设置有张紧结构，所述张紧结构用于调节所述传动带的张紧。

10.根据权利要求9所述的机械臂，其特征在于，至少一个所述张紧结构包括张紧腔、张紧槽以及张紧栓，所述张紧腔通过所述张紧槽与外界连通，所述张紧腔中设置有可移动的张紧块，所述张紧栓与所述张紧块抵接，以限制所述张紧块的移动；

所述传动带的端头通过所述张紧槽延伸进入所述张紧腔并与所述张紧块固定连接。

11.根据权利要求10所述的机械臂，其特征在于，所述张紧栓包括第二螺栓，所述法兰部开设有连通所述张紧腔的通孔，所述通孔的内壁设置有与所述第二螺栓的外螺纹相匹配的内螺纹，所述第二螺栓通过所述通孔进入所述张紧腔中并与所述张紧块抵接，以调节所述张紧块的移动位置。

12.根据权利要求11所述的机械臂，其特征在于，所述张紧栓具有两个所述第二螺栓，且两个所述第二螺栓分别抵接于所述张紧块的两侧，以限制所述张紧块的移动。

13.一种关节结构，其特征在于，包括：

法兰轴，所述法兰轴包括相对彼此固定的轴部和法兰部；

转动轮，可枢转地套设于所述轴部；

第一枢转部，所述第一枢转部连接于所述轴部，且所述轴部相对于所述第一枢转部可旋转调节；

第二枢转部，所述第二枢转部与所述转动轮固定连接，以使得所述第二枢转部相对于所述第一枢转部可枢转；

其中，所述第二枢转部内设置有柔性传动组件，且所述法兰部通过所述柔性传动组件与另外的可旋转件连接，以使得当调节所述轴部相对于所述第一枢转部的位置时，所述可旋转件能够相对于所述第二枢转部旋转。

14.根据权利要求13所述的关节结构，其特征在于，所述轴部的端面上设置有凸出部，所述第一枢转部包括紧固件和开设有对应所述凸出部的连接孔，所述凸出部延伸进入所述连接孔，且所述连接孔的尺寸大于所述凸出部的尺寸，所述紧固件用于固定和调整所述凸出部在所述连接孔内的位置。

15.根据权利要求14所述的关节结构，其特征在于，所述第一枢转部还开设有允许所述紧固件穿过的调节孔，所述调节孔与所述连接孔连通，所述紧固件经由所述调节孔伸入至所述连接孔内并与所述凸出部相抵靠。

16.根据权利要求15所述的关节结构，其特征在于，所述紧固件包括具有外螺纹的螺栓，所述调节孔的内壁设置有与所述外螺纹相匹配的内螺纹。

17.根据权利要求13直16任一项所述的关节结构，其特征在于，所述转动轮上设置有张紧结构，所述张紧结构包括张紧腔、张紧槽以及张紧栓，所述张紧腔通过所述张紧槽与外界连通，所述张紧腔中设置有可移动的张紧块，所述张紧栓与所述张紧块抵接，以限制所述张紧块的移动，所述柔性传动组件通过所述张紧槽延伸进入所述张紧腔并与所述张紧块固定连接。

18.一种手术机器人，其特征在于，包括至少一个机械臂，所述机械臂为根据权利要求1-12中任意一项所述的机械臂、或包括权利要求13至17中任意一项所述的关节结构。