(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211351944.4 (22)申请日 2022.10.31 (71)申请人 敏捷医疗科技 （苏州） 有限公司 地址 215100 江苏省苏州市吴江区江陵街 道长安路1188号邦宁电子信息产业园 A栋103室 (72)发明人 吴勇强　彭程　徐敏　 (74)专利代理 机构 北京弘权知识产权代理有限 公司 11363 专利代理师 逯长明　孙亚芹 (51)Int.Cl. A61B 34/00(2016.01) A61B 34/30(2016.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种手术机械手系统及绕不动点调整的方 法 (57)摘要 本申请提供一种手术机械手系统及绕不动 点调整的方法， 涉及手术器械技术领域， 包括控 制模块、 机械臂以及手术器械， 当外力通过推动 机械臂的器械调整关节调整好机械臂末端位置 的手术器械后， 控制模块控制各个姿态调整关节 分别转动至目标角度， 调整机械臂的整体姿态， 以适应器械调整关节转动所引起的机械臂末端 位置姿态的改变。 手术机械手系统在确保手术器 械经过不动点的前提下， 提高了机械手的整体灵 活性， 使手术操作更加方便 。 权利要求书4页 说明书13页 附图2页 CN 115500939 A 2022.12.23 CN 115500939 A 1.一种手术机 械手系统， 包括控制模块、 机 械臂以及手术器械， 所述手术器械设置在所述机械臂 的末端位置， 所述机械臂用于支持所述手术器械， 且 使所述手术器械的轴线通过一 不动点， 以执 行手术操作， 其特 征在于， 所述机械臂包括姿态调整关节和器械角度调整关节， 所述器械角度调整关节发生转动 时改变所述机械臂的末端位置， 进而改变所述手术器械的角度； 所述姿态调整关节用于调 整所述机械手机械臂除所述末端位置以外的其他位置的姿态， 以支持所述手术器械， 且确 保所述手术器械的轴线通过不动点； 所述控制模块用于根据不动点的位置和运动模型计算获得所述姿态调整关节的目标 角度， 且控制所述姿态调整关节转至所述 目标角度， 以实时改变所述机械臂的姿态从而适 应角度调整时的所述手术器械； 其中， 所述目标角度为所述手术器械调整角度时， 所述姿态调整关节为保证所述手术 器械的轴线经过不动点， 且适应因所述器械角度调整关节的转动所带来的所述机械臂的姿 态的改变， 而需达到的角度； 所述运动模型的输入包括： 用来计算所述目标角度的所述机械 臂的参数信息以及所述手术器械角度信息 。 2.根据权利要求1所述的一种手术机械手系统， 其特征在于， 所述姿态调整关节包括第 一运动关节和第二 运动关节， 所述机 械臂包括第一臂杆、 第二臂杆、 第三臂杆； 所述第一臂杆通过所述第 一运动关节与 所述第二臂杆连接， 所述第 一运动关节控制所 述第二臂杆转动， 所述第二臂杆通过所述第二运动关节与所述第三臂杆连接， 所述第二运 动关节控制所述第三臂杆转动， 所述第一运动关节和所述第二运动关节用于调整整个所述 机械臂的姿态。 3.根据权利要求2所述的一种手术机械手系统， 其特征在于， 所述器械角度调整关节包 括第三运动关节， 所述机械臂还包括第四臂杆， 所述第三臂杆通过所述第三运动关节与所 述第四臂杆连接， 所述手术器械设置在所述第四臂杆上， 所述第三运动关节转动时能改变 所述第四臂杆的姿态， 进 而改变所述手术器械的角度。 4.根据权利要求3所述的一种手术机械手系统， 其特征在于， 所述控制模块用于根据不 动点的位置和所述运动模型计算获得所述第一运动关节和所述第二运动关节分别应转至 的目标角度， 且控制所述第一运动关节和所述第二运动关节转至所述 目标角度， 以实时改 变所述机 械臂的姿态从而适应角度调整时的所述手术器械； 其中， 所述目标角度为所述手术器械调整角度后， 所述第一运动关节和所述第二运动 关节为保证所述手术器械经过不动点， 且适应因所述器械角度调整关节的转动所带来的所 述机械臂姿态的改变， 而需达 到的角度； 所述第三 运动关节的转动角度信息为所述手术器械角度信息 。 5.根据权利要求4所述的一种手术机械手系统， 其特征在于， 所述机械臂的参数信 息包 括所述第二臂杆的长度、 所述第三臂杆 的长度， 自所述第四臂杆 的底面至所述手术器械的 中心线的垂线段的长度、 自不动点至过所述第三运动关节且垂 直于所述第四臂杆的直线的 垂线段的长度、 所述第一运动关节与所述不动点之 间的距离以及所述第四臂杆的中心线与 所述第三臂杆的中心线的夹角 角度； 所述第三运动关节转动角度信息为所述第四臂杆的中心线与所述第三臂杆的中心线 的夹角角度；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115500939 A 2所述控制模块用于根据所述不动点的位置和所述运动模型计算所述第一臂杆与所述 第二臂杆之 间的目标夹角角度以及所述第二臂杆与所述第三臂杆之 间的目标夹角角度， 以 确定所述第一 运动关节和所述第二 运动关节分别应转动的所述目标角度。 6.根据权利要求5所述的一种手术机械手系统， 其特征在于， 所述控制模块用于根据 所 述不动点的位置和所述运动模型计算所述第一臂杆与所述第二臂杆之间的目标夹角角度 以及所述第二臂杆与所述第三臂杆之间的目标夹角 角度， 包括： 所述运动模型设定所述第一臂杆为第一线段， 所述第二臂杆为第二线段， 所述第三臂 杆为第三线段， 自所述第四臂杆 的底面至所述手术器械的中心线的垂线段为第四线段， 自 不动点至过所述第三运动关节且垂 直于所述第四臂杆的直线的垂线段为第五线段， 所述第 一运动关节与所述不动点之 间的连线为第六线段， 所述第二运动关节与所述不动点之 间的 连线为第七线段， 所述第三 运动关节与所述 不动点之间的连线为第八线段； 根据所述第四线段的长度、 所述第五线段的长度和所述第四线段与 所述第五线段之间 的夹角， 求解所述第四线段与所述第八线段 的夹角角度、 所述第 五线段与所述第八线段 的 夹角角度以及所述第八线段的长度； 根据所述第四线段与所述第三线段延长线的夹角角度和所述第四线段与所述第八线 段的夹角 角度， 求解所述第三线段与所述第八线段的夹角 角度； 根据所述第 三线段的长度、 所述第八线段的长度以及所述第 三线段与 所述第八线段的 夹角角度， 求解所述第三线段与所述第七线段的夹角 角度和所述第七线段的长度； 根据所述第二线段的长度、 第六线段的长度和第七线段的长度， 求解所述第二线段与 所述第六线段的夹角 角度、 所述第二线段与所述第七线段的夹角 角度； 根据所述第二线段与所述第七线段的夹角角度和所述第三线段与所述第七线段的夹 角角度， 求解所述第二线段与所述第三线段的夹角 角度； 根据所述第 二线段与 所述第六线段的夹角角度， 求解所述第 一线段与 所述第二线段的 夹角角度； 所述第一线段与所述第二线段的夹角角度为所述第一臂杆与所述第二臂杆之间的目 标夹角角度； 所述第二线段与所述第三线段的夹角角度为所述第二臂杆与所述第三臂杆之间的目 标夹角角度。 7.根据权利要求3所述的一种手术机械手系统， 其特征在于， 所述第 三运动关节设置有 转动电机， 通过控制转动电机的电流， 以调整所述第三 运动关节的关节力矩。 8.一种手术机械手绕不动点调整的方法， 其特征在于， 应用于权利要求1 ‑7中任一所述 的一种手术机 械手系统， 包括： 器械角度调 整关节发生转动时改变所述手术机械手的机械臂的末端位置， 进而改变位 于所述末端位置的手术器械的角度； 控制模块根据不动点的位置和运动模型计算获得姿态调整关节分别应转至的目标角 度， 并控制所述姿态调整关节分别转至所述 目标角度， 以实时改变所述机械臂的姿态从而 适应角度调整时的手术器械； 所述目标角度为所述手术器械调 整角度时， 所述姿态调整关节为保证所述手术器械经 过不动点， 且适应因所述器械角度调整关节的转动所带来的所述机械臂的姿态的改变， 而权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115500939 A 3