[发明专利]机械臂及其工作方法与手术机器人

权利要求书

1.一种机械臂，其特征在于，包括相连的调整臂和工具臂；所述工具臂包括多个工具臂关节，用于调整手术器械在不动点处的姿态；所述调整臂包括多个调整臂关节和用于驱动所述调整臂关节运动的电机，用于调整所述不动点的空间位置；

其中，所述机械臂还包括通讯连接的感知单元和控制单元；

所述感知单元，设置于所述调整臂的末端和/或工具臂上，用于感知所述调整臂所受到的笛卡尔作用力，并将感知到的笛卡尔作用力信息提供给所述控制单元；

所述控制单元与驱动调整臂关节的电机通讯连接，用于在所述工具臂上各个工具臂关节被锁定后，根据接收到的所述笛卡尔作用力信息，通过机械臂的力雅可比变换获得所述调整臂上的各个调整臂关节的分力或力矩，进而控制各个所述调整臂关节上的电机的输出状态。

2.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述感知单元设置于所述调整臂与所述工具臂相连接处。

3.如权利要求1或2所述的机械臂，其特征在于，所述机械臂具有主动调整模式；

在主动调整模式下，所述控制单元在获得所述调整臂上各个调整臂关节的分力或力矩后，进而控制所有分力或力矩大于预设的标定值的调整臂关节上的电机停止输出。

4.如权利要求1或2所述的机械臂，其特征在于，所述机械臂具有被动调整模式；

在被动调整模式下，所述控制单元在获得所述调整臂上各个调整臂关节的分力或力矩后，进而控制所有分力或力矩大于预设的标定值的调整臂关节上的电机进行输出。

5.如权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述控制单元包括处理单元和判断单元，所述处理单元用于根据接收的笛卡尔作用力信息，通过机械臂的力雅可比变换获得所述调整臂上各个调整臂关节的分力或力矩，所述判断单元用于在接收所述笛卡尔作用力信息后，判断所述笛卡尔作用力是否为干扰值；

在主动调整模式下，若所述判断单元判定所述笛卡尔作用力是干扰值，所述处理单元控制所有所述调整臂关节上的电机减小输出；若所述判断单元判定所述笛卡尔作用力不是干扰值，所述处理单元在获得所述调整臂上各个调整臂关节的分力或力矩后，进而控制所有分力或力矩大于预设的标定值的调整臂关节上的电机停止输出。

6.如权利要求5所述的机械臂，其特征在于，所述控制单元还包括一存储单元，所述存储单元存储阈值，所述阈值包括作用力阈值和/或时间阈值；

所述判断单元将所述笛卡尔作用力的大小与一作用力阈值进行比较，和/或，将所述笛卡尔作用力的作用时间与一时间阈值进行比较，并根据比较结果确定所述笛卡尔作用力是否为干扰值。

7.如权利要求1或2所述的机械臂，其特征在于，所述感知单元为三维力传感器，或者六维力传感器。

8.如权利要求1或2所述的机械臂，其特征在于，所述工具臂还包括执行单元，所述执行单元与所述控制单元通讯连接；所述控制单元控制所述执行单元解锁或锁定所述工具臂上的各个工具臂关节，或所述控制单元控制所述执行单元解锁或锁定所述工具臂上的各个工具臂关节和所述调整臂上的各个调整臂关节。

9.如权利要求1或2所述的机械臂，其特征在于，所述调整臂包括依次连接的第一旋转关节、水平移动关节、摆动关节和第二旋转关节，所述第一旋转关节的旋转轴线垂直于所述水平移动关节的移动轴线，所述摆动关节的旋转轴线同时与所述第一旋转关节的旋转轴线以及所述水平移动关节的移动轴线相垂直，所述第二旋转关节的旋转轴线被配置为与所述第一旋转关节的旋转轴线平行；

其中，所述第一旋转关节用于与外部机构连接，所述第二旋转关节与所述工具臂连接，所述感知单元设置于所述第二旋转关节与所述工具臂连接处。

10.如权利要求9所述的机械臂，其特征在于，所述感知单元设置在所述第二旋转关节与所述工具臂相连接部位的内部和/或外部。