[发明专利]手术机器人系统及其手术器械

权利要求书

1.一种手术器械，包括：末端执行器；

自转关节，用于驱动所述末端执行器做自转运动；

俯仰关节，用于驱动所述末端执行器做俯仰运动，所述俯仰关节的轴线与所述自转关节的轴线垂直相交；

摆动关节，用于驱动所述末端执行器做摆动运动，所述摆动关节的轴线与所述俯仰关节的轴线垂直且不相交；

所述自转关节、俯仰关节和摆动关节依次连接；

动力模组，用于分别驱动所述自转关节、所述俯仰关节和所述摆动关节运动；以及

控制单元，用于获取所述动力模组输出的力矩；

其中，所述控制单元还用于建立所述末端执行器的局部坐标系和所述手术器械的基坐标系，以及所述局部坐标系与所述基坐标系之间的映射关系，并还用于根据所述动力模组输出至各个关节的力矩，获取所述局部坐标系下的所述末端执行器的受力，并根据所述映射关系获取所述基坐标系下的所述末端执行器的受力。

2.如权利要求1所述的手术器械，其特征在于，所述局部坐标系为直角坐标系，其中第一坐标轴与所述摆动关节轴线垂直，第二坐标轴与所述摆动关节轴线平行，第三坐标轴与所述末端执行器的中轴线平行，坐标原点位于所述摆动关节轴线与所述末端执行器的中轴线的交点。

3.如权利要求2所述的手术器械，其特征在于，所述局部坐标系下，所述末端执行器的受力在所述第一坐标轴方向的分力F'₁为：

F'₁＝τ3/L3

其中，L3为所述末端执行器的受力的作用点到所述摆动关节的轴线的垂直距离，τ3为所述摆动关节受到的力矩。

4.如权利要求2所述的手术器械，其特征在于，所述末端执行器包括第一开合片和第二开合片，所述摆动关节包括第一摆动关节和第二摆动关节；所述局部坐标系下，所述末端执行器的受力在第一坐标轴方向的分力F'₁为：

F'₁＝F'₁₁+F'₁₂

F'₁₁＝τ4/L4

F'₁₂＝τ5/L5

其中，

F'₁₁和F'₁₂分别是所述第一开合片和所述第二开合片所受到的外力，τ4和τ5分别为所述动力模组对所述第一开合片和所述第二开合片所施加的开合力矩，L4为所述第一开合片的受力作用点到所述第一摆动关节轴线的垂直距离，L5为所述第二开合片的受力作用点到所述第二摆动关节轴线的垂直距离。

5.如权利要求4所述的手术器械，其特征在于，所述末端执行器的开合力F’开合为：

6.如权利要求3或4所述的手术器械，其特征在于，所述局部坐标系下，所述末端执行器的受力在第二坐标轴方向的分力F'₂为：

F'₂＝τ2/[L2+L3 cos(θ₃)]

其中，L2为所述摆动关节的轴线和所述俯仰关节的轴线之间的垂直距离，θ₃为L2与L3之间的夹角，τ2为所述俯仰关节受到的力矩。

7.如权利要求6所述的手术器械，其特征在于，所述局部坐标系下，所述末端执行器的受力在第三坐标轴方向的分力F'₃为：

L1＝L2*sin(θ₂)

其中，

为F'₁在所述自转关节处形成的力矩，为F'₂在所述自转关节处形成的力矩，L1为所述末端执行器的受力作用点到所述自转关节轴线的垂直距离，θ₂是L2与所述自转关节的轴线的夹角，τ1为所述自转关节受到的力矩。