本發(fā)明涉及微創(chuàng)傷手術(shù)機(jī)器人和/或手術(shù)器械的機(jī)械臂，特別涉及一種具有雙自由度的機(jī)械臂和手術(shù)機(jī)器人。

背景技術(shù)：

微創(chuàng)傷手術(shù)是指通過小切口將細(xì)長的腹腔鏡、胸腔鏡及手術(shù)器械送入患者體內(nèi)進(jìn)行手術(shù)的一種新技術(shù)。其具有創(chuàng)口小、疼痛輕、恢復(fù)快、住院時間短、出血少等優(yōu)點。雖然微創(chuàng)傷手術(shù)相較于傳統(tǒng)手術(shù)有如此多的優(yōu)勢，但早期的微創(chuàng)傷手術(shù)受限于體表的小創(chuàng)口，醫(yī)生的操作空間相對減小，另外醫(yī)生在內(nèi)窺鏡下手持器械操作時，其操作方向與在內(nèi)窺鏡下觀察到的期望方向相反。此缺陷大大增加了手術(shù)的難度，醫(yī)生需要經(jīng)過長期的訓(xùn)練才能順利的操作器械。

隨著科學(xué)的發(fā)展，在早期微創(chuàng)傷手術(shù)中存在的問題找到了解決方案，世界各國開始研究機(jī)器人輔助微創(chuàng)傷手術(shù)技術(shù)，微創(chuàng)傷手術(shù)機(jī)器人問世。手術(shù)醫(yī)生在主操作臺處通過主操作臺上的顯示設(shè)備來觀察內(nèi)窺鏡下患者體內(nèi)的2D/3D畫面，畫面中顯示了手術(shù)操作點及兩把手術(shù)器械。醫(yī)生通過操作主控制臺上的操作桿，以主從控制的方式遙控從操作機(jī)器人上的機(jī)械臂及手術(shù)器械完成手術(shù)。手術(shù)機(jī)器人輔助的微創(chuàng)傷手術(shù)能夠提高醫(yī)生的操作精度，也能使醫(yī)生以一種和傳統(tǒng)手術(shù)相同的方式和觀感來進(jìn)行手術(shù)，大大減小了微創(chuàng)傷手術(shù)的難度。

目前世界各國都在進(jìn)行手術(shù)機(jī)器人的研究，其中有少數(shù)產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)了商品化。美國Intuitive Surgical公司的Da Vinci手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)是其中代表性的產(chǎn)品。但是其存在體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴等缺點。

手術(shù)機(jī)器人能完成微創(chuàng)傷手術(shù)的一個約束條件是：從操作機(jī)器人在運動的過程中，其器械臂上安裝的手術(shù)器械與患者接觸的創(chuàng)口部分應(yīng)是一個不動點。這就要求從操作機(jī)器人的機(jī)械臂具有一個不動點機(jī)構(gòu)。

具有不動點機(jī)構(gòu)的機(jī)械臂構(gòu)型是手術(shù)機(jī)器人技術(shù)研究的一個重點方向，但目前的研究發(fā)明都具有一定的不足之處。如中國專利申請CN201310556341.2，描述了一種采用雙平行四邊形機(jī)構(gòu)的機(jī)械臂，實現(xiàn)了器械末端的不動點。雙平行四邊形不動點機(jī)構(gòu)只有一個自由度，器械只能繞著不動點做一定范圍內(nèi)的擺動運動。中國專利申請CN201010274701.6，采用了連桿雙平行四邊形機(jī)構(gòu)，完成了一種大運動空間的機(jī)械臂，并使不動點能夠發(fā)生偏移，但其器械在不動點的運動仍舊只有一個自由度。

上述兩個專利所述機(jī)械臂構(gòu)型都采用了雙平行四邊形來實現(xiàn)遠(yuǎn)端不動點，其機(jī)械臂和器械在不動點的運動空間只有繞不動點擺動一個自由度。若要實現(xiàn)器械上下伸縮自由度就需增加上下滑動部件。增大了機(jī)械臂的體積，加大了設(shè)計難度。

因此，本領(lǐng)域需要一種可以相對于不動點伸縮和擺動運動的雙自由度機(jī)械臂。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有雙自由度的機(jī)械臂和手術(shù)機(jī)器人，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的機(jī)械臂只具有繞不動點擺動即只有一個自由度的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種具有雙自由度的機(jī)械臂，所述具有雙自由度的機(jī)械臂包括：支撐結(jié)構(gòu)，第一傳動結(jié)構(gòu)，第二傳動結(jié)構(gòu)和聯(lián)動結(jié)構(gòu)；

所述支撐結(jié)構(gòu)包括懸吊支撐桿、大臂支撐桿、中臂支撐桿、小臂支撐桿以及器械部件；

其中，所述懸吊支撐桿通過第一轉(zhuǎn)軸與所述大臂支撐桿轉(zhuǎn)動連接，所述大臂支撐桿通過第二轉(zhuǎn)軸與所述中臂支撐桿轉(zhuǎn)動連接，所述中臂支撐桿通過第三轉(zhuǎn)軸與所述小臂支撐桿轉(zhuǎn)動連接，所述器械部件包括器械支撐座及布置于所述器械支撐座上的器械安裝桿，所述小臂支撐桿通過第四轉(zhuǎn)軸與所述器械支撐座轉(zhuǎn)動連接，所述第一轉(zhuǎn)軸的軸線與第二轉(zhuǎn)軸、第三轉(zhuǎn)軸和第四轉(zhuǎn)軸的軸線垂直；

所述第一傳動結(jié)構(gòu)用于控制所述中臂支撐桿擺動；

所述第二傳動結(jié)構(gòu)用于控制所述小臂支撐桿擺動；

所述聯(lián)動結(jié)構(gòu)包括滑塊、第一連桿、第二連桿、第三連桿及第三傳動結(jié)構(gòu)，其中，

所述滑塊通過第五轉(zhuǎn)軸與所述大臂支撐桿轉(zhuǎn)動連接，所述第一連桿與所述滑塊滑動連接，所述第一連桿的近端側(cè)面經(jīng)過所述第五轉(zhuǎn)軸，所述第二連桿的近端通過第六轉(zhuǎn)軸與所述中臂支撐桿轉(zhuǎn)動連接，所述第二連桿通過第七轉(zhuǎn)軸與所述第三連桿的近端轉(zhuǎn)動連接，所述第三連桿的遠(yuǎn)端通過第八轉(zhuǎn)軸與所述小臂支撐桿轉(zhuǎn)動連接，且

所述第六轉(zhuǎn)軸、所述第七轉(zhuǎn)軸、所述第八轉(zhuǎn)軸及所述第三轉(zhuǎn)軸的軸心連線為一平行四邊形，

所述第三傳動結(jié)構(gòu)包括，第一轉(zhuǎn)輪、第二轉(zhuǎn)輪、第三轉(zhuǎn)輪、第四轉(zhuǎn)輪及第一柔性件，其中，

所述第二轉(zhuǎn)輪通過第九轉(zhuǎn)軸與所述第二連桿轉(zhuǎn)動連接，且所述第二轉(zhuǎn)輪與所述第一連桿的遠(yuǎn)端固定連接，所述第一轉(zhuǎn)輪通過第四轉(zhuǎn)軸與所述小臂支撐桿轉(zhuǎn)動連接，且所述第一轉(zhuǎn)輪與所述器械支撐座同步轉(zhuǎn)動，所述第二轉(zhuǎn)輪與所述第一轉(zhuǎn)輪的直徑相等，

所述第三轉(zhuǎn)輪與所述第七轉(zhuǎn)軸連接，所述第四轉(zhuǎn)輪與所述第八轉(zhuǎn)軸連接，所述第三轉(zhuǎn)輪與第四轉(zhuǎn)輪的直徑相等，所述第一柔性件分別與所述第一轉(zhuǎn)輪和所述第二轉(zhuǎn)輪套接，并且所述第一柔性件從所述第三轉(zhuǎn)輪和所述第四轉(zhuǎn)輪的遠(yuǎn)離所述器械部件的一側(cè)通過；

所述第二轉(zhuǎn)軸和所述第六轉(zhuǎn)軸的軸心距離，與所述第二轉(zhuǎn)軸和第三轉(zhuǎn)軸的軸心距離之間存在第一比例，所述第一比例被配置為第一比值；所述第七轉(zhuǎn)軸和所述第六轉(zhuǎn)軸的軸心距離，與所述第六轉(zhuǎn)軸和第九轉(zhuǎn)軸的軸心距離之間存在第二比例，所述第二比例被配置為第一比值；所述第九轉(zhuǎn)軸軸心到所述第一連桿的近端側(cè)面之間的垂線段形成一第一線段，所述第四轉(zhuǎn)軸到所述器械安裝桿的垂線段形成一第二線段，所述第一線段長度與所述第二線段之間存在第三比例，所述第三比例被配置為第一比值；

所述第七轉(zhuǎn)軸位于所述第六轉(zhuǎn)軸和所述第九轉(zhuǎn)軸的軸心形成的第一連線下方，且所述第一連線與所述第六轉(zhuǎn)軸和所述第七轉(zhuǎn)軸的軸心形成的第二連線形成第一夾角，所述第一夾角被配置為第一角度值；所述第六轉(zhuǎn)軸位于所述第二轉(zhuǎn)軸和所述第三轉(zhuǎn)軸的軸心形成的第三連線左側(cè)，且第三連線與所述第二轉(zhuǎn)軸和所述第六轉(zhuǎn)軸的軸心形成的第四連線形成第二夾角，所述第二夾角被配置為第一角度值；一經(jīng)過第四轉(zhuǎn)軸且平行于所述第一線段的平行線與第二線段之間形成第三夾角，所述第三夾角被配置為第一角度值，且所述平行線順時針旋轉(zhuǎn)第一角度值后至所述第二線段。

可選的，在所述的具有雙自由度的機(jī)械臂中，所述第一傳動結(jié)構(gòu)包括：第一動力部件、第十轉(zhuǎn)軸、第五轉(zhuǎn)輪、第六轉(zhuǎn)輪及第二柔性件，其中，

所述第十轉(zhuǎn)軸布置于所述大臂支撐桿近端，所述第五轉(zhuǎn)輪設(shè)置在所述第十轉(zhuǎn)軸上，所述第六轉(zhuǎn)輪通過第二轉(zhuǎn)軸與所述大臂支撐桿轉(zhuǎn)動連接，并與所述中臂支撐桿同步轉(zhuǎn)動，所述第二柔性件分別與所述第五轉(zhuǎn)輪和所述第六轉(zhuǎn)輪固定連接，所述第一動力部件的輸出軸與所述第十轉(zhuǎn)軸連接，以驅(qū)動所述第十轉(zhuǎn)軸。

可選的，在所述的具有雙自由度的機(jī)械臂中，所述第一傳動結(jié)構(gòu)還包括第一制動部件，所述第一制動部件制動所述第一傳動結(jié)構(gòu)。

可選的，在所述的具有雙自由度的機(jī)械臂中，所述第一制動部件安裝于所述第十轉(zhuǎn)軸。

可選的，在所述的具有雙自由度的機(jī)械臂中，所述第一轉(zhuǎn)軸設(shè)置在所述大臂支撐桿的近端。

可選的，在所述的具有雙自由度的機(jī)械臂中，所述具有雙自由度的機(jī)械臂還包括第二動力部件，所述第一轉(zhuǎn)軸與所述第二動力部件的輸出軸固定連接，和/或，

所述機(jī)械臂還包括第一軸承，所述第一軸承套接在所述第一轉(zhuǎn)軸上。

可選的，在所述的具有雙自由度的機(jī)械臂中，所述第二傳動結(jié)構(gòu)包括：第三動力部件、第十一轉(zhuǎn)軸、第七轉(zhuǎn)輪、第八轉(zhuǎn)輪及第三柔性件，其中，

所述第十一轉(zhuǎn)軸布置于所述中臂支撐桿的近端，所述第七轉(zhuǎn)輪設(shè)置在所述第十一轉(zhuǎn)軸上，所述第八轉(zhuǎn)輪通過所述第三轉(zhuǎn)軸與所述中臂支撐桿轉(zhuǎn)動連接，并且與所述小臂支撐桿同步轉(zhuǎn)動，所述第三柔性件分別與所述第七轉(zhuǎn)輪和所述第八轉(zhuǎn)輪固定連接，所述第三動力部件的輸出軸與所述第十一轉(zhuǎn)軸連接，以驅(qū)動所述第十一轉(zhuǎn)軸。

可選的，在所述的具有雙自由度的機(jī)械臂中，所述第二傳動結(jié)構(gòu)還包括第二制動部件，所述第二制動部件制動所述第二傳動結(jié)構(gòu)。

可選的，在所述的具有雙自由度的機(jī)械臂中，所述聯(lián)動機(jī)構(gòu)還包括第四連桿，所述第四連桿通過第十二轉(zhuǎn)軸與所述第二連桿轉(zhuǎn)動連接，并通過第十三轉(zhuǎn)軸與所述小臂支撐桿轉(zhuǎn)動連接，所述第七轉(zhuǎn)軸、所述第八轉(zhuǎn)軸、所述第十三轉(zhuǎn)軸及第十二轉(zhuǎn)軸軸心的連線為一平行四邊形。

可選的，在所述的具有雙自由度的機(jī)械臂中，所述具有雙自由度的機(jī)械臂還包括基座支撐桿，所述基座支撐部件通過第十四轉(zhuǎn)軸與所述懸吊支撐桿轉(zhuǎn)動連接，且所述第十四轉(zhuǎn)軸的軸線與所述第二轉(zhuǎn)軸、所述第三轉(zhuǎn)軸以及所述第四轉(zhuǎn)軸的軸線垂直。

可選的，在所述的具有雙自由度的機(jī)械臂中，所述第十四轉(zhuǎn)軸的軸線與所述第一轉(zhuǎn)軸的軸線共面。

可選的，在所述的具有雙自由度的機(jī)械臂中，所述第一比值為1/12～1/2。

可選的，在所述的具有雙自由度的機(jī)械臂中，所述第一角度值為0～30°。

本發(fā)明還提供一種手術(shù)機(jī)器人，所述手術(shù)機(jī)器人包括工具臂，所述工具臂為如上具有雙自由度的機(jī)械臂中的任一種。

在本發(fā)明提供的具有雙自由度的機(jī)械臂和手術(shù)機(jī)器人中，通過第二傳動結(jié)構(gòu)的驅(qū)動使小臂部件擺動，從而實現(xiàn)相對不動點的伸縮運動；通過第一傳動結(jié)構(gòu)的驅(qū)動使中臂部件擺動，再通過第一柔性件使器械部件做同樣的擺動，從而實現(xiàn)繞不動點的擺動運動，即所述具有雙自由度的機(jī)械臂實現(xiàn)了伸縮和擺動的雙自由度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例一的具有雙自由度的機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例一的具有雙自由度的機(jī)械臂的剖視示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例一的具有雙自由度的機(jī)械臂的局部放大圖；

圖4是本發(fā)明實施例一的具有雙自由度的機(jī)械臂的另一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例二的具有雙自由度的機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，懸吊支撐桿10、大臂支撐桿20、中臂支撐桿30、小臂支撐桿40、器械支撐座50、器械安裝桿51、基座支撐桿60；第一轉(zhuǎn)軸101、第二轉(zhuǎn)軸102、第三轉(zhuǎn)軸103、第四轉(zhuǎn)軸104、第五轉(zhuǎn)軸105、第六轉(zhuǎn)軸106、第七轉(zhuǎn)軸107、第八轉(zhuǎn)軸108、第九轉(zhuǎn)軸109、第十轉(zhuǎn)軸110、第十一轉(zhuǎn)軸111；第十二轉(zhuǎn)軸112；第十三轉(zhuǎn)軸113；第十四轉(zhuǎn)軸114；第一轉(zhuǎn)輪201、第二轉(zhuǎn)輪202、第三轉(zhuǎn)輪203、第四轉(zhuǎn)輪204、第五轉(zhuǎn)輪205、第六轉(zhuǎn)輪206、第七轉(zhuǎn)輪207、第八轉(zhuǎn)輪208；第一連桿301、第二連桿302、第三連桿303、第四連桿304；第一柔性件401、第二柔性件402、第三柔性件403；滑塊結(jié)構(gòu)501；第一動力部件601、第二動力部件602、第三動力部件603；第三制動部件701、第四制動部件702；第一軸承801、第二軸承802；不動點D。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的具有雙自由度的機(jī)械臂和手術(shù)機(jī)器人作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。特別的，由于各附圖所要突出的內(nèi)容不同，往往采用了不同的比例。

以下實施例中，如果沒有特別說明，“遠(yuǎn)端”是指靠近不動點的一端，“近端”是指遠(yuǎn)離不動點的一端。

【實施例一】

請參考圖1至圖3，其中，圖1為本發(fā)明實施例一的具有雙自由度的機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例一的具有雙自由度的機(jī)械臂的剖視示意圖；圖3為本發(fā)明實施例一的具有雙自由度的機(jī)械臂的局部放大圖。

如圖1至圖3所示，所述具有雙自由度的機(jī)械臂包括：起到機(jī)械臂支撐作用的支撐結(jié)構(gòu)，用于驅(qū)動機(jī)械臂圍繞不動點擺動的第一傳動結(jié)構(gòu)，用于驅(qū)動機(jī)械臂相對于不動點做伸縮運動的第二傳動結(jié)構(gòu)和起到關(guān)節(jié)運動聯(lián)動的聯(lián)動結(jié)構(gòu)。通過上述部件組合可以實現(xiàn)所述機(jī)械臂圍繞不動點擺動，以及相對于不動點的伸縮運動。

具體而言，支撐結(jié)構(gòu)包括懸吊支撐桿10、大臂支撐桿20、中臂支撐桿30、小臂支撐桿40以及器械部件，所述懸吊支撐桿10通過第一轉(zhuǎn)軸101與所述大臂支撐桿20轉(zhuǎn)動連接，所述大臂支撐桿20通過第二轉(zhuǎn)軸102與所述中臂支撐桿30轉(zhuǎn)動連接，所述中臂支撐桿30通過第三轉(zhuǎn)軸103與所述小臂支撐桿40轉(zhuǎn)動連接，所述器械部件包括器械支撐座50及布置于所述器械支撐座50上的器械安裝桿51，所述小臂支撐桿40通過第四轉(zhuǎn)軸104與所述器械支撐座50轉(zhuǎn)動連接，所述第一轉(zhuǎn)軸101的軸線與第二轉(zhuǎn)軸102、第三轉(zhuǎn)軸103和第四轉(zhuǎn)軸104的軸線垂直。

所述懸吊支撐桿10的近端設(shè)有第二動力部件602以驅(qū)動所述大臂支撐桿20的轉(zhuǎn)動。這里“近端”是指所述懸吊支撐桿10靠近所述大臂支撐桿20的一端。進(jìn)一步，所述懸吊支撐桿10的近端還設(shè)有第三制動部件701，所述第三制動部件701用于制動所述大臂支撐桿20的轉(zhuǎn)動。具體的，所述第三制動部件701與所述懸吊支撐桿10、所述大臂支撐桿20連接，當(dāng)所述第三制動部件701處于松開狀態(tài)時，所述大臂支撐桿20能夠與所述懸吊支撐桿10相對運動，當(dāng)所述第三制動部件701處于制動狀態(tài)時，所述第三制動部件701與所述大臂支撐桿20產(chǎn)生足夠的摩擦力，以保證懸吊支撐桿10與大臂支撐桿20不發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。進(jìn)一步的，所述懸吊支撐桿10還包括第一軸承801，以對所述大臂支撐桿20的更好的支撐，減少轉(zhuǎn)動摩擦力。

所述小臂支撐桿40通過所述第三轉(zhuǎn)軸103與所述中臂支撐桿30連接。進(jìn)一步，所述小臂支撐桿40通過所述第三轉(zhuǎn)軸103與第八轉(zhuǎn)輪208固定連接或者直接與第八轉(zhuǎn)輪208固定連接，使所述小臂支撐桿40與所述第八轉(zhuǎn)輪208同步轉(zhuǎn)動。此外，所述小臂支撐桿40遠(yuǎn)端設(shè)有第四轉(zhuǎn)軸104與所述器械部件轉(zhuǎn)動連接。

所述器械部件包括器械支撐座50及布置于所述器械支撐座50上的器械安裝桿51。所述器械支撐座50通過第四轉(zhuǎn)軸104與所述小臂支撐桿40轉(zhuǎn)動連接。所述第四轉(zhuǎn)軸104軸心至所述器械安裝桿51軸線的垂線段形成第二線段。顯而易見，知道第二線段的位置和長度，即可知道所述器械安裝桿51軸線的位置。

第一傳動結(jié)構(gòu)用于控制所述中臂支撐桿30擺動。所述第一傳動結(jié)構(gòu)包括：第一動力部件601、第十轉(zhuǎn)軸110、第五轉(zhuǎn)輪205、第六轉(zhuǎn)輪206及第二柔性件402。其中，所述第十轉(zhuǎn)軸110布置于所述大臂支撐桿10的近端，所述第五轉(zhuǎn)輪205設(shè)置在所述第十轉(zhuǎn)軸110上。所述第六轉(zhuǎn)輪206通過第二轉(zhuǎn)軸102與所述大臂支撐桿20轉(zhuǎn)動連接，并與所述中臂支撐桿30同步轉(zhuǎn)動。優(yōu)選，所述第六轉(zhuǎn)輪206與所述中臂支撐桿30，均與第二轉(zhuǎn)軸102固定連接，或者所述第六轉(zhuǎn)輪206與所述中臂支撐桿30直接連接，以實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動。上述所述第二柔性件402分別與所述第五轉(zhuǎn)輪205和所述第六轉(zhuǎn)輪206固定連接。這里所述“固定連接”是指所述第二柔性件402圍繞于所述第五轉(zhuǎn)輪205和所述第六轉(zhuǎn)輪206，且與所述第五轉(zhuǎn)輪205和所述第六轉(zhuǎn)輪206之間均沒有相對滑動，保證所述第五轉(zhuǎn)輪205和所述第六轉(zhuǎn)輪206能夠形成固定傳動比。所述第一動力部件601用以驅(qū)動所述第十轉(zhuǎn)軸110，并通過所述第五轉(zhuǎn)輪205、所述第二柔性件402、所述第六轉(zhuǎn)輪206以及所述第二轉(zhuǎn)軸102，實現(xiàn)對所述中臂支撐桿30的驅(qū)動。優(yōu)選，所述第一動力部件601的輸出軸與所述第十轉(zhuǎn)軸110直接連接，或者所述第一動力部件601的輸出軸與所述第十轉(zhuǎn)軸110通過傳動機(jī)構(gòu)連接。進(jìn)一步，所述第一傳動結(jié)構(gòu)還包括第一制動部件，以使當(dāng)所述第一制動部件處于制動狀態(tài)時，所述第一傳動結(jié)構(gòu)也處于制動狀態(tài)。本發(fā)明對于所述第一制動部件的安裝位置并不做限定，只需保證所述第一制動部件在制動狀態(tài)下能夠保證所述第一傳動結(jié)構(gòu)處于制動狀態(tài)即可。同樣，本發(fā)明中第一制動部件作用的對象也沒有特別的限制，其只要實現(xiàn)對于所述第五轉(zhuǎn)輪205、所述第六轉(zhuǎn)輪206和所述第二柔性件402中的一個或者多個部件的制動即可。在本實施例中所述第一制動部件與所述第十轉(zhuǎn)軸110同軸安裝，用于制動第十轉(zhuǎn)軸110。

第二傳動結(jié)構(gòu)用于控制所述小臂支撐桿40擺動。所述第二傳動結(jié)構(gòu)包括：第三動力部件603、第十一轉(zhuǎn)軸111、第七轉(zhuǎn)輪207、第八轉(zhuǎn)輪208及第三柔性件403。其中，所述第十一轉(zhuǎn)軸111布置于所述中臂支撐桿30的近端，所述第七轉(zhuǎn)輪207布置在所述第十一轉(zhuǎn)軸111上。所述第八轉(zhuǎn)輪208通過所述第三轉(zhuǎn)軸103與所述中臂支撐桿30轉(zhuǎn)動連接，并且與所述小臂支撐桿40同步轉(zhuǎn)動。優(yōu)選，所述第八轉(zhuǎn)輪208與所述小臂支撐桿40，均與第三轉(zhuǎn)軸103固定連接，或者所述第八轉(zhuǎn)輪208與所述小臂支撐桿40直接連接，以實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動。所述第三柔性件403分別與所述第七轉(zhuǎn)輪207和所述第八轉(zhuǎn)輪208固定連接。這里所述“固定連接”是指所述第三柔性件403圍繞于所述第七轉(zhuǎn)輪207和所述第八轉(zhuǎn)輪208，且與所述第七轉(zhuǎn)輪207和所述第八轉(zhuǎn)輪208之間均沒有相對滑動，以保證所述第七轉(zhuǎn)輪207和所述第八轉(zhuǎn)輪208能形成固定傳動比。第三動力部件603以驅(qū)動所述第十一轉(zhuǎn)軸111，同時，通過第七轉(zhuǎn)輪207、第三柔性件403、第八轉(zhuǎn)輪208以及第三轉(zhuǎn)軸103，實現(xiàn)對所述小臂支撐桿40的驅(qū)動。優(yōu)選，第三動力部件603的輸出軸與所述第十一轉(zhuǎn)軸111直接固定連接，也可以通過傳動機(jī)構(gòu)與所述第十一轉(zhuǎn)軸111連接。進(jìn)一步，所述第二傳動結(jié)構(gòu)還包括第二制動部件，以使當(dāng)所述第二制動部件處于制動狀態(tài)時，所述第二傳動結(jié)構(gòu)也處于制動狀態(tài)。本發(fā)明對于所述第二制動部件的安裝位置并不做限定，只需保證所述第二制動部件在制動狀態(tài)下能夠保證所述第二傳動結(jié)構(gòu)處于制動狀態(tài)即可。另外，本發(fā)明中第二制動部件其只要實現(xiàn)對于所述第七轉(zhuǎn)輪207、所述第八轉(zhuǎn)輪208和所述第三柔性件403中的一個或者多個部件的制動即可。在本實施例中所述第二制動部件與所述第十一轉(zhuǎn)軸111同軸安裝，用于制動第十一轉(zhuǎn)軸111。所述第三動力部件603的輸出軸與所述第十一轉(zhuǎn)軸111連接，以驅(qū)動所述第十一轉(zhuǎn)軸111。

所述聯(lián)動結(jié)構(gòu)包括滑塊501、第一連桿301、第二連桿302、第三連桿303及第三傳動結(jié)構(gòu)。其中，所述滑塊501通過第五轉(zhuǎn)軸105與所述大臂支撐桿20轉(zhuǎn)動連接，所述第一連桿301與所述滑塊501滑動連接，且所述第一連桿301經(jīng)過所述第五轉(zhuǎn)軸105。更具體，所述第一連桿301具有遠(yuǎn)離所述器械部件的近端側(cè)面和靠近所述器械部件的遠(yuǎn)端側(cè)面，在這里為所述第一連桿301的近端側(cè)面所在的平面經(jīng)過所述第五轉(zhuǎn)軸105。這里的“滑動連接”，是指所述第一連桿301與所述滑塊結(jié)構(gòu)501組成導(dǎo)軌滑塊結(jié)構(gòu)，即所述第一連桿301只能沿著所述滑塊結(jié)構(gòu)501約束的方向移動。所述第二連桿302的近端通過第六轉(zhuǎn)軸106與所述中臂支撐桿30轉(zhuǎn)動連接，并通過第七轉(zhuǎn)軸107與第三連桿303的近端轉(zhuǎn)動連接。所述第三連桿303遠(yuǎn)端通過第八轉(zhuǎn)軸108與所述小臂支撐桿40轉(zhuǎn)動連接。這里“近端”顯然是指第三連桿303靠近第二連桿302的一端，“遠(yuǎn)端”為第三連桿303遠(yuǎn)離第二連桿302的一端。進(jìn)一步，第六轉(zhuǎn)軸106、第七轉(zhuǎn)軸107、第八轉(zhuǎn)軸108與第三轉(zhuǎn)軸103的軸心連線為一平行四邊形。

所述第二轉(zhuǎn)軸102和所述第六轉(zhuǎn)軸106的軸心距離，與所述第二轉(zhuǎn)軸102和第三轉(zhuǎn)軸103的軸心距離之間存在第一比例，所述第一比例被配置為第一比值；所述第七轉(zhuǎn)軸107和所述第六轉(zhuǎn)軸106的軸心距離，與所述第六轉(zhuǎn)軸106和第九轉(zhuǎn)軸109之間的軸心距離之間存在第二比例，所述第二比例被配置為第一比值；所述第九轉(zhuǎn)軸109軸心到所述第一連桿301的近端側(cè)面之間的垂線段形成一第一線段，所述第四轉(zhuǎn)軸104軸心到所述器械安裝桿51的垂線段形成一第二線段，所述第一線段長度與所述第二線段之間存在第三比例，所述第三比例被配置為第一比值。優(yōu)選，所述第一比值范圍為1/12～1/2，更優(yōu)選為1/6。

所述第三傳動結(jié)構(gòu)包括，第一轉(zhuǎn)輪201、第二轉(zhuǎn)輪202、第三轉(zhuǎn)輪203、第四轉(zhuǎn)輪204及第一柔性件401。其中，所述第二轉(zhuǎn)輪202通過第九轉(zhuǎn)軸109與所述第二連桿轉(zhuǎn)動302轉(zhuǎn)動連接，且所述第二轉(zhuǎn)輪202與所述第一連桿301的遠(yuǎn)端固定連接。所述第九轉(zhuǎn)軸109至所述第一連桿301的近端側(cè)面之間的垂線段形成一第一線段。所述第一轉(zhuǎn)輪201通過第四轉(zhuǎn)軸104與所述小臂支撐桿40轉(zhuǎn)動連接，且所述第一轉(zhuǎn)輪201通過所述第四轉(zhuǎn)軸104或直接與所述器械支撐座50固定連接，以使所述器械支撐座50與所述第一轉(zhuǎn)輪201同步轉(zhuǎn)動。所述第二轉(zhuǎn)輪202與第一轉(zhuǎn)輪201的直徑相等。所述第三轉(zhuǎn)輪203與所述第七轉(zhuǎn)軸107連接，所述第四轉(zhuǎn)輪204與所述第八轉(zhuǎn)軸108連接，所述第三轉(zhuǎn)輪203與第四轉(zhuǎn)輪204的直徑相等。所述第一柔性件401件分別與所述第一轉(zhuǎn)輪201和所述第二轉(zhuǎn)輪202套接，，且相互之間作用力足夠大使第一柔性件401與所述第一轉(zhuǎn)輪201和所述第二轉(zhuǎn)輪202同步運動，不發(fā)生相對位移，并且所述第一柔性件401從所述第三轉(zhuǎn)輪203和所述第四轉(zhuǎn)輪204的遠(yuǎn)離所述器械部件的一側(cè)通過。

這樣，所述第一柔性件401離開所述第三轉(zhuǎn)輪203時的切點與進(jìn)入所述第四轉(zhuǎn)輪204時形成的切點的連線與所述第三轉(zhuǎn)輪203和所述第四轉(zhuǎn)輪204的軸心的連線相互平行。即，所述第一柔性件401從所述第三轉(zhuǎn)輪203與所述第四轉(zhuǎn)輪204的一側(cè)通過，并與所述第三轉(zhuǎn)輪203形成有第一包覆角、與所述第四轉(zhuǎn)輪204形成有第二包覆角，在驅(qū)動力作用在滑塊結(jié)構(gòu)501或者第一動力部件601驅(qū)動所述第五轉(zhuǎn)輪205、第三動力部件603驅(qū)動所述第七轉(zhuǎn)輪207下，所述第一包覆角的變動值與第二包覆角的變動值數(shù)值上相等。

請繼續(xù)參考圖1和圖2，在本申請實施例中，所述第二連桿302為一折桿。即所述第七轉(zhuǎn)軸107位于所述第六轉(zhuǎn)軸106和所述第九轉(zhuǎn)軸109的軸心形成的第一連線下方，且所述第一連線與所述第六轉(zhuǎn)軸106和所述第七轉(zhuǎn)軸107的軸心形成的第二連線形成的第一夾角被配置為第一角度值。在本申請實施例中，所述第六轉(zhuǎn)軸106位于所述第二轉(zhuǎn)軸102和所述第三轉(zhuǎn)軸103的軸心形成的第三連線左側(cè)，且第三連線與所述第二轉(zhuǎn)軸102和所述第六轉(zhuǎn)軸106的軸心形成的第四連線形成的第二夾角被配置為第一角度值。同時，一經(jīng)過第四轉(zhuǎn)軸104且平行于所述第一線段的平行線與第二線段之間的第三夾角被配置為第一角度值，且所述平行線順時針旋轉(zhuǎn)第一角度值后至所述第二線段。優(yōu)選，第一角度值范圍為0～30°，更有選為15°。這樣，所述第二轉(zhuǎn)軸102和所述第五轉(zhuǎn)軸105的軸心的連線以所述第二轉(zhuǎn)軸102為端點順時針轉(zhuǎn)動所述第一角度值所成的連線與所述器械安裝桿51軸線的交點為不動點D。

在本申請實施例中，通過第三動力部件603的驅(qū)動使小臂支撐桿40擺動，就實現(xiàn)相對不動點D的伸縮運動；通過第一動力部件602的驅(qū)動使中臂支撐桿30擺動，再通過第一柔性件401使器械部件做同樣的擺動，從而實現(xiàn)繞不動點D的擺動運動，即所述具有雙自由度的機(jī)械臂實現(xiàn)了伸縮和擺動的雙自由度。

請繼續(xù)參考圖1和圖2，在本申請實施例中，所述具有雙自由度的機(jī)械臂的支撐結(jié)構(gòu)還包括基座支撐桿60，所述基座支撐桿60通過設(shè)置在所述懸吊支撐桿10遠(yuǎn)端的第十四轉(zhuǎn)軸114與所述懸吊支撐桿10轉(zhuǎn)動連接，且第十四轉(zhuǎn)軸114的軸線與第二轉(zhuǎn)軸102、第三轉(zhuǎn)軸103以及第四轉(zhuǎn)軸104的軸線垂直。優(yōu)選的，所述第十四轉(zhuǎn)軸114的軸線與第一轉(zhuǎn)軸101的軸線共面。這里的“遠(yuǎn)端”是指所述懸吊支撐桿10靠近基座支撐桿60的一端。進(jìn)一步的，所述基座支撐桿60還設(shè)有第二軸承802，所述第二軸承802可以對所述懸吊支撐桿10更好的支撐，減少轉(zhuǎn)動摩擦力。所述基座支撐桿60還設(shè)有第四制動部件702，所述第四制動部件702用于制動所述懸吊支撐桿10的轉(zhuǎn)動。具體的，當(dāng)所述第四制動部件702處于松開狀態(tài)時，所述懸吊支撐桿10能夠與所述基座支撐桿60相對運動，當(dāng)所述第四制動部件702處于制動狀態(tài)時，所述第四制動部件702與所述懸吊支撐桿10形成足夠的摩擦力，保證懸吊支撐桿10與基座支撐桿60不發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。

在本申請實施例中，所述懸吊支撐桿10位于所述基座支撐桿60的下方，此時，通常的，所述大臂支撐桿20、中臂支撐桿30、小臂支撐桿40以及器械部件均位于所述基座支撐桿60的下方。在本申請的其他實施例中，所述懸吊支撐桿10也可以位于所述基座支撐桿60的上方(具體可參考圖4)，此時，通常的，所述大臂支撐桿20、中臂支撐桿30、小臂支撐桿40以及器械部件均位于所述基座支撐部桿60的上方。

【實施例二】

請同時參考圖5和圖2，本實施例二與實施例一的差別在于：在本實施例二中，所述聯(lián)動結(jié)構(gòu)還包括第四連桿304，所述第四連桿304通過第十二轉(zhuǎn)軸112與所述第二連桿302轉(zhuǎn)動連接，并通過第十三轉(zhuǎn)軸113與所述小臂支撐桿40轉(zhuǎn)動連接；所述第十二轉(zhuǎn)軸112、所述第十三轉(zhuǎn)軸113、所述第七轉(zhuǎn)軸107及所述第八轉(zhuǎn)軸108的軸心的連線形成平行四邊形。在此，通過所述第四連桿304可形成具有虛約束的強固結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的，所述第四連桿304可以位于所述第二連桿302遠(yuǎn)離所述器械部件的一側(cè)；或者所述第四連桿304也可以位于所述第二連桿302靠近所述器械部件的一側(cè)。

本發(fā)明還公開了一種手術(shù)機(jī)器人，包括醫(yī)生端和病人端，其中病人端包括基座，調(diào)整臂，工具臂和手術(shù)器械，所述工具臂為上述的具有雙自由度的機(jī)械臂中的任一種。

上述描述僅是對本發(fā)明較佳實施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。