一种手术操作臂及手术机器人的制作方法

1.本发明涉及手术机器人技术领域，尤其涉及一种手术操作臂及手术机器人。


背景技术：

2.手术机器人在医学领域内得到广泛应用。手术机器人包括患者手术端，患者手术端上设置有若干个手术操作臂。手术操作臂的末端设置有器械座，手术器械能够安装在器械座上。
3.根据中国专利cn109091237b公开的一种微创手术器械辅助系统。器械操作臂包括从端基座、连杆座、从端连杆i、从端连杆ii和器械升降座。连杆座呈l形，连杆座的横边与从端基座转动连接。从端连杆i的两端分别转动连接于连杆座的竖边和从端连杆ii，且连杆座与从端连杆ii分别位于从端连杆i的两侧，器械升降座转动连接于从端连杆ii，器械升降座位于从端连杆ii远离从端连杆i的一侧。连杆座的相对于从端基座的转动轴线需要经过器械操作臂的远心不动点，故连杆座、从端连杆i、从端连杆ii和器械升降座形成的整体结构绕连杆座的转动轴线转动时，上述整体结构的旋转半径为连杆座的竖边的厚度、从端连杆i的厚度以及从端连杆ii的厚度之和，旋转尺寸较大，增大了器械操作臂与其他结构干涉的可能性，影响手术安全；此外，现有技术中一些连杆座绕从端基座的转动轴线倾斜设置，当上述整体结构转动时，上述设置也会导致连杆座绕从端基座的转动轴线的两侧重量差值较大，使得整体结构绕从端基座转动轴线的转动惯量较大，影响上述整体结构转动的平稳性，且也增加手术机器人倾倒的可能性，降低了手术安全性以及器械操作臂的可靠性。
4.基于此，亟需一种手术操作臂及手术机器人用来解决如上提到的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种手术操作臂及手术机器人，缩小手术操作臂在第一转轴轴线沿第二方向两侧的重量之间的差值，有利于降低手术操作臂绕第一转轴转动的转动惯量，缩小手术操作臂的旋转半径，提高了手术安全性以及手术操作臂的可靠性。
6.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
7.一种手术操作臂，包括：
8.连接座，转动设置有第一转轴，所述第一转轴的轴线沿第一方向延伸；
9.第一连杆，第一端连接于所述第一转轴；
10.第二连杆，第一端通过第二转轴转动连接于所述第一连杆的第二端；
11.第三连杆，第一端通过第三转轴转动连接于所述第二连杆的第二端，所述第二连杆的质心与所述第三连杆的质心分别位于所述第一转轴轴线沿第二方向的两侧；
12.器械座，通过第四转轴转动连接于所述第三连杆的第二端，且所述第一转轴的轴线经过所述手术操作臂的远心不动点，所述第二连杆与所述器械座均位于所述第三连杆沿第二方向的同一侧；
13.所述第一方向倾斜于竖直方向和水平方向设置，所述第二转轴、所述第三转轴和
所述第四转轴平行设置且均沿所述第二方向延伸，所述第一方向与所述第二方向垂直设置。
14.作为手术操作臂的可选技术方案，所述第三连杆与所述第一连杆均位于所述第二连杆沿第二方向的同一侧。
15.作为手术操作臂的可选技术方案，所述第二连杆与所述第三连杆分别位于所述第一连杆沿所述第二方向的两侧。
16.作为手术操作臂的可选技术方案，所述第二连杆与所述第三连杆分别位于所述第一转轴轴线沿第二方向的两侧，所述第一连杆包括倾斜段和连接段，所述连接段置于所述第一转轴与所述倾斜段之间，所述倾斜段的一端连接于所述第二转轴，所述倾斜段的另一端连接于所述连接段沿所述第二方向的一侧，所述第一转轴连接于所述连接段沿所述第二方向的另一侧，且所述倾斜段与所述第二连杆位于所述第一转轴轴线沿所述第二方向的同一侧。
17.作为手术操作臂的可选技术方案，所述第一连杆包括倾斜段和连接段，所述连接段连接于所述第一转轴，所述连接段包括连接部和凸出部，所述连接部连接于所述倾斜段，所述倾斜段与所述第一方向倾斜设置，且所述倾斜段远离所述连接部的端部与所述凸出部位于所述连接部的同一侧，以使所述凸出部与所述倾斜段之间围成容置空间，所述第二连杆能够绕所述第二转轴转动至所述第三转轴置于所述容置空间内。
18.作为手术操作臂的可选技术方案，所述第一连杆还包括v形结构，所述v形结构包括所述倾斜段和中间段，所述中间段连接于所述倾斜段与所述连接部之间，且所述中间段与所述倾斜段倾斜设置，所述v形结构的开口与所述凸出部位于所述第一连杆的同一侧，所述v形结构与所述倾斜段之间围成所述容置空间。
19.作为手术操作臂的可选技术方案，所述连接部与所述凸出部沿第三方向排布，所述第一方向、第二方向与所述第三方向两两垂直设置，所述手术操作臂还包括驱动组件，所述驱动组件能够驱动所述第二连杆绕所述第二转轴转动，所述连接段的内部中空，所述驱动组件置于所述连接段内并位于所述连接段沿所述第二方向的一侧；所述倾斜段连接于所述连接段沿所述第二方向的另一侧，所述第一转轴连接于所述连接段沿所述第二方向的中部。
20.作为手术操作臂的可选技术方案，所述第三连杆与所述第二连杆均位于所述第一连杆沿第二方向的同一侧。
21.作为手术操作臂的可选技术方案，所述第二连杆与所述第三连杆分别位于所述第一转轴轴线沿第二方向的两侧；或，所述第一转轴的轴线经过所述第二连杆的质心。
22.作为手术操作臂的可选技术方案，所述第一连杆上设置有第一弹簧，所述第一弹簧的一端连接于所述第二转轴且另一端连接于所述第一连杆，所述第一弹簧对所述第二转轴产生的力矩至少能够平衡所述第二连杆、所述第三连杆和所述器械座形成的整体结构对所述第二转轴产生的部分重力矩；和/或，
23.所述第二连杆上设置有第二弹簧，所述第二弹簧的一端连接于所述第二转轴，所述第二弹簧的另一端连接于所述第二连杆，所述第二弹簧对所述第二转轴产生的力矩至少能够平衡所述第二连杆、所述第三连杆和所述器械座形成的整体结构对所述第二转轴产生的部分重力矩。
24.作为手术操作臂的可选技术方案，所述第三连杆上设置有第三弹簧，所述第三弹簧的一端连接于所述第四转轴且另一端连接于所述第三连杆，所述第三弹簧对所述第四转轴产生的力矩至少能够平衡所述器械座对所述第四转轴产生的部分重力矩。
25.作为手术操作臂的可选技术方案，所述第四转轴的轴线与所述第三转轴的轴线之间的垂直连线为第一连线，所述第三弹簧倾斜于所述第一连线设置。
26.作为手术操作臂的可选技术方案，所述第四转轴的轴线与所述第三转轴的轴线均位于第一平面内，所述第三连杆上固定设置有连接件，所述第三弹簧的一端连接于所述第四转轴，所述第三弹簧的另一端连接于所述连接件，所述第四转轴与所述第三弹簧的连接处以及所述连接件分别位于所述第一平面的两侧。
27.一种手术机器人，包括如上所述的手术操作臂。
28.本发明的有益效果：
29.本发明提供的手术操作臂，其包括连接座、第一连杆、第二连杆、第三连杆和器械座。将第二连杆的质心与第三连杆的质心设置在第一转轴轴线沿第二方向的两侧，且第二连杆与器械座均位于第三连杆沿第二方向的同一侧，缩小手术操作臂在第一转轴轴线沿第二方向两侧的重量之间的差值，降低了手术操作臂绕第一转轴转动的转动惯量，降低了由于重量不平均而导致的对于第一连杆绕第一转轴平稳转动的影响，又降低了由于第一转轴一侧的重量过大导致的手术机器人倾倒的可能性，保证了手术的顺利实施，提高了手术安全性以及手术操作臂的可靠性，也降低了由于第一转轴一侧的重量过大导致的第一转轴或连接座结构被拉扯损坏的可能性，降低了维护成本；此外，第二连杆与器械座均设置在第三连杆沿第二方向的同一侧，也能够缩小手术操作臂沿第二方向的尺寸，缩小了手术操作臂的旋转半径，降低了手术操作臂与其他结构干涉的可能性，提高了手术操作臂的灵活性，进一步保证了手术安全。
30.本发明提供的手术机器人，其包括上述手术操作臂，能够缩小手术操作臂在第一转轴轴线沿第二方向两侧的重量之间的差值，降低了手术操作臂绕第一转轴转动的转动惯量，保证了第一连杆能够绕第一转轴平稳转动，又降低了手术机器人倾倒的可能性，提高了手术安全性以及手术操作臂的可靠性，也降低了维护成本；此外，也缩小了手术操作臂的旋转半径，提高了手术操作臂的灵活性，进一步保证了手术安全。
附图说明
31.图1是本发明实施例一提供的手术操作臂的结构示意图；
32.图2是本发明实施例一提供的手术操作臂正对投影平面的结构示意图；
33.图3是本发明实施例一提供的手术操作臂正对基准面的结构示意图；
34.图4是本发明实施例一提供的手术操作臂折叠状态的结构示意图；
35.图5是图4的剖视图；
36.图6是本发明实施例一提供的手术操作臂的部分结构示意图；
37.图7是本发明实施例一提供的第一连杆沿第一方向的剖视图；
38.图8是本发明实施例一提供的第一连杆沿第二方向的剖视图；
39.图9是本发明实施例一提供的第三连杆的剖视图；
40.图10是本发明实施例二提供的第一连杆与连接座第一视角的结构示意图；
41.图11是本发明实施例二提供的第一连杆与连接座第二视角的结构示意图；
42.图12是本发明实施例三提供的手术操作臂的结构示意图；
43.图13是本发明实施例三提供的手术操作臂的部分结构示意图；
44.图14是本发明实施例四提供的手术操作臂的结构示意图；
45.图15是本发明实施例四提供的手术操作臂折叠状态的结构示意图；
46.图16是本发明实施例四提供的手术操作臂的部分结构示意图。
47.图中：
48.200、平行四边形结构；100、容置空间；
49.1、第一连杆；11、倾斜段；12、中间段；13、连接段；131、连接部；132、凸出部；15、第一钢带；151、第一带段；152、第二带段；16、第一导向轮；17、第二导向轮；18、分隔件；19、平直段；
50.2、第二连杆；21、第二钢带；3、第三连杆；31、第三钢带；
51.4、器械座；41、穿刺器；5、连接座；51、基准面；
52.61、第一转轴；62、第二转轴；621、第二带轮；622、第三带轮；63、第三转轴；631、第四带轮；632、第五带轮；64、第四转轴；641、第六带轮；
53.7、驱动组件；71、驱动件；72、传动齿轮；73、第一带轮；
54.81、第一弹簧；83、第三弹簧；9、连接件。
具体实施方式
55.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
56.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
57.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
58.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
59.实施例一
60.本实施例提供了一种手术操作臂。具体地，如图1-图9所示，手术操作臂包括连接座5、第一连杆1、第二连杆2、第三连杆3和器械座4。连接座5上转动设置有第一转轴61，第一转轴61的轴线沿第一方向延伸；第一连杆1的第一端连接于第一转轴61；第二连杆2的第一
端通过第二转轴62转动连接于第一连杆1的第二端；第三连杆3的第一端通过第三转轴63转动连接于第二连杆2的第二端，第二连杆2的质心与第三连杆3的质心分别位于第一转轴61轴线沿第二方向的两侧；器械座4通过第四转轴64转动连接于第三连杆3的第二端，且第一转轴61的轴线经过手术操作臂的远心不动点，第二连杆2与器械座4均位于第三连杆3沿第二方向的同一侧。其中，第一方向倾斜于竖直方向和水平方向设置，第二转轴62、第三转轴63和第四转轴64平行设置且均沿第二方向延伸，第一方向与第二方向垂直设置。在本实施例中，如图2所示，虚线l即为第一转轴61的轴线。
61.本实施例提供的手术操作臂，其包括连接座5、第一连杆1、第二连杆2、第三连杆3和器械座4。将第二连杆2的质心与第三连杆3的质心设置在第一转轴61轴线沿第二方向的两侧，且第二连杆2与器械座4均位于第三连杆3沿第二方向的同一侧，缩小手术操作臂在第一转轴61轴线沿第二方向两侧的重量之间的差值，降低了手术操作臂绕第一转轴61的转动惯量，降低了由于重量不平均而导致的对于第一连杆1绕第一转轴61平稳转动的影响，又降低了由于第一转轴61一侧的重量过大导致的手术机器人倾倒的可能性，保证了手术的顺利实施，提高了手术安全性以及手术操作臂的可靠性，也降低了由于第一转轴61一侧的重量过大导致的第一转轴61或连接座5结构被拉扯损坏的可能性，降低了维护成本；此外，第二连杆2与器械座4均设置在第三连杆3沿第二方向的同一侧，也能够缩小手术操作臂沿第二方向的尺寸，缩小了手术操作臂的旋转半径，降低了手术操作臂与其他结构干涉的可能性，提高了手术操作臂的灵活性，进一步保证了手术安全。
62.为了便于描述，设定两两相互垂直的第一方向、第二方向和第三方向。如图1中所示，第一方向为x方向，第二方向为y方向，第三方向为z方向。在本实施例中，连接座5上设置有基准面51，基准面51水平设置。第一转轴61连接于连接座5的底端，第一连杆1的顶端连接于第一转轴61的底端。
63.在本实施例中，第一连杆1沿长度方向的两端为第一端和第二端，第一连杆1的质心位于第一连杆1上。第二连杆2沿长度方向的两端为第一端和第二端，第二连杆2的质心位于第二连杆2上。第三连杆3沿长度方向的两端为第一端和第二端，第三连杆3的质心位于第三连杆3上。进一步地，第二连杆2与第三连杆3分别位于第一转轴61轴线沿第二方向的两侧，利于确定第二连杆2与第三连杆3的安装位置，提高了手术操作臂的组装效率。
64.优选地，第三连杆3与第一连杆1均位于第二连杆2沿第二方向的同一侧。相较于第三连杆3与第一连杆1分别位于第二连杆2的两侧，上述设置，利于进一步缩小手术操作臂沿第二方向的尺寸，缩小了手术操作臂的旋转半径，降低了手术操作臂与其他结构干涉的可能性，提高了手术操作臂的灵活性，进一步保证了手术安全。
65.进一步地，第二连杆2与第三连杆3分别位于第一连杆1沿第二方向的两侧。在手术操作臂折叠时，上述设置使得第一连杆1能够置于第二连杆2与第三连杆3之间，能够缩小手术操作臂处于折叠状态时的体积，缩小了手术操作臂的占用空间，利于收纳与运输。
66.具体地，第一连杆1包括倾斜段11和连接段13，连接段13连接于第一转轴61，连接段13包括连接部131和凸出部132，连接部131连接于倾斜段11，倾斜段11与第一方向倾斜设置，且倾斜段11远离连接部131的端部与凸出部132位于连接部131的同一侧，以使凸出部132与倾斜段11之间围成容置空间100，第二连杆2能够绕第二转轴62转动至第三转轴63置于容置空间100内。由于第二连杆2与第三连杆3分别位于第一连杆1沿第二方向的两侧，第
二连杆2与第三连杆3之间的第三转轴63较长，上述设置，使得第三转轴63在手术操作臂折叠的过程中能够置于容置空间100内，缩小了手术操作臂处于折叠状态时的体积，缩小了手术操作臂的占用空间，利于收纳与运输。
67.在本实施例中，连接部131与凸出部132一体成型。具体地，连接部131与凸出部132沿第二方向排布。
68.在本实施例中，第二连杆2与器械座4能够同步转动，因此，容置空间100的设置能够避让第三转轴63，从而增大了第二连杆2的转动角度范围，也就增加了器械座4上的器械的转动角度范围，从而增加了手术操作臂的灵活性，提高了手术操作臂的实用性。
69.进一步地，第一连杆1还包括v形结构，v形结构包括中间段12和上述倾斜段11，中间段12连接于倾斜段11与连接部131之间，且中间段12与倾斜段11成角度设置，v形结构的开口与凸出部132位于第一连杆1沿第三方向的同一侧，v形结构与倾斜段11之间围成容置空间100，利于增大容置空间100，从而便于实现第三转轴63进入容置空间100内。可以理解的是，倾斜段11远离中间段12的一端即为第一连杆1的第二端，连接段13远离中间段12的一端即为第一连杆1的第一端。其中，中间段12与倾斜段11之间所夹的角度可适应性调整，在此不做限定。
70.在一些实施例中，第一连杆1还可不包括中间段12，倾斜段11直接与连接部131连接，在此不做限定。
71.在本实施例中，第二连杆2与第三连杆3均为直杆。在其他实施例中，第二连杆2与第三连杆3也可为弯曲连杆，在此不做限定。
72.作为优选方案，手术操作臂还包括驱动组件7，驱动组件7能够驱动第二连杆2绕第二转轴62转动，连接段13的内部中空，驱动组件7置于连接段13内并位于连接段13沿第二方向的一侧，倾斜段11连接于连接段13沿第二方向的另一侧，第一转轴61连接于连接段13沿第二方向的中部。也就是说，驱动组件7与倾斜段11分别位于连接段13沿第二方向的两侧，进一步缩小了手术操作臂在第一转轴61轴线沿第二方向两侧的重量之间的差值，提高了手术安全性以及手术操作臂的可靠性，又降低了维护成本。
73.在本实施例中，倾斜段11的质心与驱动组件7的质心分别位于第一转轴61轴线沿第二方向的两侧。第一转轴61的轴线经过倾斜段11。
74.具体地，驱动组件7包括驱动件71、第一带轮73，驱动件71为驱动电机，驱动电机用于驱动第一带轮73转动。倾斜段11与中间段12的内部均呈中空，倾斜段11、中间段12以及连接段13的内腔相互连通，并形成第一连杆1的内腔。第二转轴62的一端伸入第一连杆1的第二端并与第一连杆1固定连接，第二转轴62上转动套设有第二带轮621，第二带轮621置于第一连杆1内，且第二带轮621与第二连杆2固定连接。第一带轮73与第二带轮621之间通过第一钢带15传动连接，第一钢带15位于第一连杆1的内腔中，使第一带轮73与第二带轮621同步转动，实现驱动件71驱动第二带轮621转动，也就驱动第二连杆2转动。
75.进一步地，第一连杆1内部转动设置有第一导向轮16和第二导向轮17，第一导向轮16与第二导向轮17同轴连接且二者的轴线均沿第二方向延伸。第一导向轮16和第二导向轮17均设置于中间段12与倾斜段11之间的连接处。第一钢带15包括第一带段151和第二带段152。第一带段151绕设于第一导向轮16，且第一带段151的两端分别与第一带轮73和第二带轮621固定连接。第二带段152绕设于第二导向轮17，且第二带段152的两端分别与第一带轮
73和第二带轮621固定连接。第一带段151与第二带段152均位于第一导向轮61和第二导向轮17相背于v形结构开口的一侧。上述设置，能够使得第一钢带15呈v形设置，以适应v形结构。
76.在其他实施例中，第一钢带15还可呈封闭环状，张紧设置在第一带轮73与第二带轮621上，在此不做限定。
77.进一步地，驱动组件7还包括传动齿轮72，驱动件71能够通过传动齿轮72驱动第一带轮73转动。具体地，传动齿轮72设置有至少两个，一个传动齿轮72与第一带轮73同轴连接，另一驱动齿轮72与驱动件71的输出转轴同轴连接，两个传动齿轮72可直接啮合，也可通过其他传动齿轮72传动连接，实现驱动件71能够通过传动齿轮72驱动第一带轮73转动，在此不做限定。在其他实施例中，也可为驱动件71的输出转轴直接与第一带轮73同轴连接。
78.优选地，第一连杆1的内腔中设置有分隔件18，且所述分隔件18与倾斜段11位于第一连杆1沿第二方向的同一侧。所述分隔件18将第一连杆1的内腔分隔为两个容纳腔，其中一个容纳腔中设置有第一导向轮16、第二导向轮17、驱动组件7、第一钢带15和第二带轮621，另一个容纳腔用于容纳导线，能够避免导线与第一钢带15、传动齿轮72或其他结构缠绕甚至损坏，降低了维护成本，提高了手术操作臂的可靠性。
79.进一步地，第二连杆2与第三连杆3的内部均中空。第二转轴62远离第一连杆1的一端伸入第二连杆2的第一端内，第二转轴62上固定套设有第三带轮622，第三带轮622置于第二连杆2内。第三转轴63的一端伸入第二连杆2的第二端并与第二连杆2固定连接，第三转轴63上转动套设有第四带轮631，第四带轮631置于第二连杆2内并与第三连杆3固定连接。第二钢带21张紧设置在第四带轮631与第三带轮622上，使得第三带轮622与第四带轮631能够同步转动。当驱动件71驱动第二连杆2转动时，第三带轮622与第四带轮631相对于第一连杆1不发生转动，故第三连杆3相对于第一连杆1不发生转动，第三连杆3相对于第一连杆1作纯平动运动。
80.再进一步地，第三转轴63远离第二连杆2的一端伸入第三连杆3的第一端，第三转轴63上固定套设有第五带轮632，第五带轮632置于第三连杆3内。第四转轴64的一端伸入第三连杆3的第二端内并与第三连杆3固定连接，第四转轴64上转动套设有第六带轮641，第六带轮641与器械座4固定连接。第三连杆3内设置有第三钢带31，第三钢带31张紧设置在第五带轮632与第六带轮641上。当驱动件71驱动第二连杆2转动时，第二连杆2与器械座4相对于第三连杆3能够同步转动，且转动方向与转动角度均相同。
81.设定垂直于第二方向的投影平面，如图2所示，为手术操作臂正对投影平面的结构示意图。在本实施例中，第二转轴62的轴线在投影平面内的投影为点a，第三转轴63的轴线在投影平面内的投影为点b，第四转轴64的轴线在投影平面内的投影为点c，手术操作臂的远心不动点在投影平面内的投影为点rcm。连接点a与点b的线段为第一线段，连接点b与点c的线段为第二线段，连接点c与点rcm的线段为第三线段，连接点rcm与点a的线段为第四线段。设定第一线段与第三线段等长且平行，第二线段与第四线段等长且平行，则第一线段、第二线段、第三线段与第四线段围成平行四边形结构200，点a、点b、点c和点rcm为平行四边形结构200的四个端点。即驱动件71驱动第一带轮73转动时，即可驱动平行四边形结构200运动。在本实施例中，虚线l与第四线段共线设置。
82.优选地，第一连杆1上设置有第一弹簧81，第一弹簧81优选设置在第一连杆1的内
腔中。在本实施例中，第一弹簧81位于倾斜段11和中间段12内。第一弹簧81的一端连接于第二转轴62且另一端连接于第一连杆1，第一弹簧81对第二转轴62产生的力矩至少能够平衡第二连杆2、第三连杆3和器械座4形成的整体结构对第二转轴62产生的部分重力矩。在本实施例中，当第二连杆2绕第二转轴62相对于第一连杆1向下翻转时，第一弹簧81对第二转轴62产生的力矩至少能够平衡整体结构对第二转轴62产生的部分重力矩。通过设置第一弹簧81，能够平衡整体结构产生的重力矩，降低重力对器械座4向下翻转时产生的影响，保证了手术过程中器械座4能够平稳转动，保证了手术安全。
83.在本实施例中，第一连杆1的内腔中固定设置有连接件9，第一弹簧81的一端连接于连接件9，另一端通过钢丝与第二转轴62连接。
84.进一步地，第二连杆2上设置有第二弹簧，第二弹簧的一端连接于第二转轴62，第二弹簧的另一端连接于第二连杆2，第二弹簧对第二转轴62产生的力矩至少能够平衡第二连杆2、第三连杆3和器械座4形成的整体结构对第二转轴62产生的部分重力矩。在本实施例中，当第二连杆2绕第二转轴62相对于第一连杆1向下翻转时，第二弹簧对第二转轴62产生的力矩至少能够平衡整体结构对第二转轴62产生的部分重力矩。通过设置第二弹簧，能够平衡整体结构产生的重力矩，降低重力对器械座4向下翻转时产生的影响，保证了手术过程中器械座4能够平稳转动，保证了手术安全。
85.在本实施例中，第二连杆2的内腔中固定设置有连接件9，第二弹簧的一端连接于连接件9，另一端通过钢丝与第二转轴62连接。
86.优选地，第三连杆3的内腔中设置有第三弹簧83，第三弹簧83的一端连接于第四转轴64且另一端连接于第三连杆3，第三弹簧83对第四转轴64产生的力矩至少能够平衡器械座4对第四转轴64产生的部分重力矩。在本实施例中，当器械座4绕第四转轴64相对于第三连杆3向下翻转时，第三弹簧83对第四转轴64产生的力矩至少能够平衡整体结构对第四转轴64产生的部分重力矩。通过设置第三弹簧83，能够平衡整体结构产生的重力矩，降低重力对器械座4向下翻转时产生的影响，保证了手术过程中器械座4能够平稳转动，保证了手术安全。
87.进一步地，第四转轴64的轴线与第三转轴63的轴线之间的垂直连线为第一连线，第三弹簧83倾斜于所述第一连线设置。上述设置，第三弹簧83能够远离第三连杆3的侧壁，避免第三弹簧83与第三连杆3的内壁摩擦，保证了第三弹簧83平衡重力的作用，也降低了第三连杆3由于摩擦造成损伤的可能性，从而降低了维护成本；同时，也便于延长第三弹簧83的长度，延长了第三弹簧83的伸缩范围，扩大了第三弹簧83能够平衡的重力矩的数值范围，也保证了第三弹簧83平衡重力矩的作用。
88.在本实施例中，第四转轴64的轴线与第三转轴63的轴线均位于第一平面内，第一连线位于第一平面内，第三连杆3上固定设置有连接件9，第三弹簧83的一端连接于第四转轴64，第三弹簧83的另一端连接于连接件9，第四转轴64与第三弹簧83的连接处以及连接件9分别位于第一平面的两侧。
89.本实施例还提供了一种手术机器人。具体地，手术机器人包括患者手术端和医生操作端。患者手术端包括台车和如前文中描述的手术操作臂。
90.本实施例提供的手术机器人，缩小手术操作臂在第一转轴61轴线沿第二方向两侧的重量之间的差值，保证了第一连杆1能够绕第一转轴61平稳转动，又降低了手术机器人倾
倒的可能性，提高了手术安全性以及手术操作臂的可靠性，也降低了维护成本；此外，也缩小了手术操作臂的旋转半径，提高了手术操作臂的灵活性，进一步保证了手术安全。
91.其中，医生操作端与台车的结构均可参考现有技术，非本实施例的保护重点，在此不再赘述。
92.实施例二
93.本实施例提供了一种手术操作臂及手术机器人，且本实施例的结构与实施例一的结构基本相同，仅部分结构不同，本实施例不再对其他与实施例一相同的结构进行赘述。
94.如图10和图11所示，在本实施例中，中间段12连接于连接段13的底部。第一转轴61连接于连接段13沿第二方向的中部，倾斜段11连接于连接段13沿第二方向的中部，且倾斜段11的质心位于第一转轴61的轴线上。连接段13内设置有配重块，配重块设置在连接段13沿第二方向的另一侧，使得配重块的质心与驱动组件7的质心分别位于第一转轴61轴线的两侧。上述设置，缩小了手术操作臂在第一转轴61轴线沿第二方向两侧的重量之间的差值，提高了手术安全性以及手术操作臂的可靠性，又降低了维护成本。
95.实施例三
96.本实施例提供了一种手术操作臂及手术机器人，且本实施例的结构与实施例一的结构基本相同，仅部分结构不同，本实施例不再对其他与实施例一相同的结构进行赘述。
97.在本实施例中，如图12-图13所示，第二连杆2与第三连杆3分别位于第一转轴61轴线沿第二方向的两侧。第三连杆3的长度大于第二连杆2的长度，且第二连杆2内不设置第二弹簧，使得第二连杆2的重量较轻，第三连杆3的重量较重。
98.进一步地，倾斜段11与第二连杆2位于第一转轴61轴线沿第二方向的同一侧，使得倾斜段11的质心与第二连杆2的质心均位于第一转轴61轴线沿第二方向的同一侧，进一步缩小了第一转轴61轴线沿第二方向两侧的重量差值，提高了手术安全性以及手术操作臂的可靠性，又降低了维护成本。
99.实施例四
100.本实施例提供了一种手术操作臂及手术机器人，且本实施例的结构与实施例一的结构基本相同，仅部分结构不同，本实施例不再对其他与实施例一相同的结构进行赘述。
101.如图14-图16所示，第一连杆1不包括v形结构。第一连杆1包括平直段19。连接段13沿第二方向延伸，平直段19沿第一方向延伸并与连接段13垂直连接。平直段19远离连接段13的一端连接于第二连杆2。
102.第三连杆3与第二连杆2均位于第一连杆1沿第二方向的同一侧且第一转轴61轴线经过第二连杆2，且第二连杆2的质心在第一转轴61的轴线上。相较于器械座4与第二连杆2分别设置在第三连杆3两侧，上述设置，能够缩小第一转轴61轴线沿第二方向两侧的重量之间的差值，降低了重量不平均对于第一连杆1绕第一转轴61平稳转动的影响，提高了手术安全性以及手术操作臂的可靠性，也降低了维护成本。
103.在其他实施例中，第二连杆2与第三连杆3也可分别位于第一转轴61轴线沿第二方向的两侧，即第二连杆2的质心与第三连杆的质心分别位于第一转轴61轴线沿第二方向的两侧。
104.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可
以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.一种手术操作臂，其特征在于，包括：连接座(5)，转动设置有第一转轴(61)，所述第一转轴(61)的轴线沿第一方向延伸；第一连杆(1)，第一端连接于所述第一转轴(61)；第二连杆(2)，第一端通过第二转轴(62)转动连接于所述第一连杆(1)的第二端；第三连杆(3)，第一端通过第三转轴(63)转动连接于所述第二连杆(2)的第二端，所述第二连杆(2)的质心与所述第三连杆(3)的质心分别位于所述第一转轴(61)轴线沿第二方向的两侧；器械座(4)，通过第四转轴(64)转动连接于所述第三连杆(3)的第二端，且所述第一转轴(61)的轴线经过所述手术操作臂的远心不动点，所述第二连杆(2)与所述器械座(4)均位于所述第三连杆(3)沿第二方向的同一侧；所述第一方向倾斜于竖直方向和水平方向设置，所述第二转轴(62)、所述第三转轴(63)和所述第四转轴(64)平行设置且均沿所述第二方向延伸，所述第一方向与所述第二方向垂直设置。2.根据权利要求1所述的手术操作臂，其特征在于，所述第三连杆(3)与所述第一连杆(1)均位于所述第二连杆(2)沿第二方向的同一侧。3.根据权利要求2所述的手术操作臂，其特征在于，所述第二连杆(2)与所述第三连杆(3)分别位于所述第一连杆(1)沿所述第二方向的两侧。4.根据权利要求3所述的手术操作臂，其特征在于，所述第二连杆(2)与所述第三连杆(3)分别位于所述第一转轴(61)轴线沿第二方向的两侧，所述第一连杆(1)包括倾斜段(11)和连接段(13)，所述连接段(13)置于所述第一转轴(61)与所述倾斜段(11)之间，所述倾斜段(11)的一端连接于所述第二转轴(62)，所述倾斜段(11)的另一端连接于所述连接段(13)沿所述第二方向的一侧，所述第一转轴(61)连接于所述连接段(13)沿所述第二方向的另一侧，且所述倾斜段(11)与所述第二连杆(2)位于所述第一转轴(61)轴线沿所述第二方向的同一侧。5.根据权利要求3所述的手术操作臂，其特征在于，所述第一连杆(1)包括倾斜段(11)和连接段(13)，所述连接段(13)连接于所述第一转轴(61)，所述连接段(13)包括连接部(131)和凸出部(132)，所述连接部(131)连接于所述倾斜段(11)，所述倾斜段(11)与所述第一方向倾斜设置，且所述倾斜段(11)远离所述连接部(131)的端部与所述凸出部(132)位于所述连接部(131)的同一侧，以使所述凸出部(132)与所述倾斜段(11)之间围成容置空间(100)，所述第二连杆(2)能够绕所述第二转轴(62)转动至所述第三转轴(63)置于所述容置空间(100)内。6.根据权利要求5所述的手术操作臂，其特征在于，所述第一连杆(1)还包括v形结构，所述v形结构包括所述倾斜段(11)和中间段(12)，所述中间段(12)连接于所述倾斜段(11)与所述连接部(131)之间，且所述中间段(12)与所述倾斜段(11)倾斜设置，所述v形结构的开口与所述凸出部(132)位于所述第一连杆(1)的同一侧，所述v形结构与所述倾斜段(11)之间围成所述容置空间(100)。7.根据权利要求5所述的手术操作臂，其特征在于，所述连接部(131)与所述凸出部(132)沿第三方向排布，所述第一方向、第二方向与所述第三方向两两垂直设置，所述手术操作臂还包括驱动组件(7)，所述驱动组件(7)能够驱动所述第二连杆(2)绕所述第二转轴
(62)转动，所述连接段(13)的内部中空，所述驱动组件(7)置于所述连接段(13)内并位于所述连接段(13)沿所述第二方向的一侧；所述倾斜段(11)连接于所述连接段(13)沿所述第二方向的另一侧，所述第一转轴(61)连接于所述连接段(13)沿所述第二方向的中部。8.根据权利要求1所述的手术操作臂，其特征在于，所述第三连杆(3)与所述第二连杆(2)均位于所述第一连杆(1)沿第二方向的同一侧。9.根据权利要求8所述的手术操作臂，其特征在于，所述第二连杆(2)与所述第三连杆(3)分别位于所述第一转轴(61)轴线沿第二方向的两侧；或，所述第一转轴(61)的轴线经过所述第二连杆(2)的质心。10.根据权利要求1-9任一项所述的手术操作臂，其特征在于，所述第一连杆(1)上设置有第一弹簧(81)，所述第一弹簧(81)的一端连接于所述第二转轴(62)且另一端连接于所述第一连杆(1)，所述第一弹簧(81)对所述第二转轴(62)产生的力矩至少能够平衡所述第二连杆(2)、所述第三连杆(3)和所述器械座(4)形成的整体结构对所述第二转轴(62)产生的部分重力矩；和/或，所述第二连杆(2)上设置有第二弹簧，所述第二弹簧的一端连接于所述第二转轴(62)，所述第二弹簧的另一端连接于所述第二连杆(2)，所述第二弹簧对所述第二转轴(62)产生的力矩至少能够平衡所述第二连杆(2)、所述第三连杆(3)和所述器械座(4)形成的整体结构对所述第二转轴(62)产生的部分重力矩。11.根据权利要求1-9任一项所述的手术操作臂，其特征在于，所述第三连杆(3)上设置有第三弹簧(83)，所述第三弹簧(83)的一端连接于所述第四转轴(64)且另一端连接于所述第三连杆(3)，所述第三弹簧(83)对所述第四转轴(64)产生的力矩至少能够平衡所述器械座(4)对所述第四转轴(64)产生的部分重力矩。12.根据权利要求11所述的手术操作臂，其特征在于，所述第四转轴(64)的轴线与所述第三转轴(63)的轴线之间的垂直连线为第一连线，所述第三弹簧(83)倾斜于所述第一连线设置。13.一种手术机器人，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的手术操作臂。

技术总结
本发明涉及手术机器人技术领域，公开了一种手术操作臂及手术机器人。手术操作臂包括连接座、第一连杆、第二连杆、第三连杆和器械座。连接座转动设置有第一转轴；第一连杆第一端连接于第一转轴；第二连杆第一端通过第二转轴转动连接于第一连杆的第二端；第三连杆第一端通过第三转轴转动连接于第二连杆的第二端，第二连杆的质心与第三连杆的质心分别位于第一转轴轴线的两侧；器械座通过第四转轴转动连接于第三连杆的第二端，且第一转轴的轴线经过器械座的远心不动点，第二连杆与器械座均位于第三连杆的同一侧。本发明缩小第一转轴轴线两侧的重量差值，有利于降低手术操作臂绕第一转轴转动的转动惯量，缩小手术操作臂的旋转半径，提高手术安全性。高手术安全性。高手术安全性。


技术研发人员：李建民 孔康 王炳强 王树新
受保护的技术使用者：山东威高手术机器人有限公司
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/8/28