机械臂操作装置、手术控制平台、手术机器人系统及力反馈方法与流程

1.本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种机械臂操作装置、手术控制平台、手术机器人系统及力反馈方法。


背景技术：

2.手术机器人系统是一种实现复杂外科手术的主从式高级机器人平台。该系统可以简单的分为位于主端的主机械臂、位于从端的手术执行机构以及内窥镜图像系统三个部分。其中，主机械臂由主刀医生操作，用于录入医生的操作信息；手术执行机构位于病床旁，按照主机械臂检测到的操作信息动作，代替医生执行手术操作；内窥镜图像系统用于把手术区域的图像采集出来，并清晰地呈现给医生和助手。在手术过程中，医生可以根据看到的手术图像，通过操作主机械臂实现控制手术执行机构把持的手术器械动作，从而完成复杂的手术。在此过程中，主机械臂作为整个系统的输入端，扮演着极其重要的角色。开合机构作为主机械臂的重要组件，通过人手开合来引导机构运动，主要功能是实现手术过程中的剪切、缝合、打结等操作。
3.现有的手术机器人系统中，大多存在以下缺陷：开合机构大多与弹簧连接，通过二级力弹簧的力来模拟手术器械夹持目标物的手感，此方案并不能真实模拟并反馈从端的手术器械夹取手术目标物的夹持感，容易导致医生对实际的夹持力度没有清晰的认识和判断，从而使得医生往往会使用较大的操作力来保证手术过程的稳定进行，进而造成从机械臂中零部件处于长时间满负荷甚至超负荷的运行，不利于手术机器人系统的正常使用及手术过程的顺利进行。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对现有的手术机器人系统不能真实模拟并反馈夹取手术目标物的夹持感的问题，提供一种机械臂操作装置、包括该机械臂操作装置的手术控制平台、包括该手术控制平台的手术机器人系统、及基于该手术机器人系统的力反馈方法。
5.根据本技术的一个方面，提供一种机械臂操作装置，包括：
6.末端关节；
7.操作关节，包括第一驱动控制单元、第一驱动件、传动机构及开合机构，所述第一驱动件通信连接所述第一驱动控制单元，所述开合机构在承受捏合力时能够改变开合角度，所述传动机构包括相互传动连接的第一传动件和第二传动件，所述第一传动件传动连接所述第一驱动件，所述第二传动件传动连接所述开合机构，所述第一传动件和所述第二传动件能够分别绕自身轴线方向转动，所述第一驱动控制单元用于获取所述开合机构的开合角度信息，并将基于所述开合角度信息而生成的控制指令发送至所述第一驱动件；
8.所述第一驱动件用于根据所述控制指令通过所述传动机构驱动所述开合机构产生抵抗所述捏合力的反作用力。
9.在其中一个实施例中，所述末端关节用于与前一关节连接，所述末端关节包括第二驱动控制单元，所述第二驱动控制单元通信连接所述第一驱动控制单元；
10.其中，所述第二驱动控制单元用于接收所述开合角度信息，并根据预设策略生成所述控制指令，及用于将所述控制指令发送至所述第一驱动控制单元；
11.或者，所述第二驱动控制单元用于接收所述开合角度信息，并将所述开合角度信息发送至一上位机，及用于接收所述上位机根据所述预设策略生成的所述控制指令，并将所述控制指令发送至所述第一驱动控制单元；
12.所述预设策略包括根据不同的所述开合角度信息针对所述第一驱动件采取不同控制方式的对应关系。
13.在其中一个实施例中，所述第一驱动控制单元通过一连接轴连接于所述第二驱动控制单元，所述连接轴内具有一贯穿所述连接轴沿其轴向相对两端的通道，所述第一驱动控制单元和所述第二驱动控制单元能够通过所述通道进行无线通信。
14.在其中一个实施例中，所述第一驱动件为电机，所述操作关节还包括编码器，所述编码器设在所述电机上，并通信连接所述第一驱动控制单元，所述编码器用于获取所述电机的位置信号，所述开合角度信息基于所述电机的位置信号与所述开合角度的对应关系而确定。
15.在其中一个实施例中，所述第一传动件的中心轴线为第一中心轴，所述第二传动件的中心轴线为与所述第一中心轴垂直的第二中心轴，所述第一传动件与所述第一驱动件同轴连接；
16.所述第一驱动件能够驱动所述第一传动件、所述第二传动件和所述开合机构联动，以将所述第一驱动件输出的绕所述第一中心轴往复转动的轴向运动转换为使所述开合机构绕一平行于所述第二中心轴的轴线往复转动的开合运动。
17.在其中一个实施例中，所述开合机构包括捏合柄及设于所述捏合柄一端的齿轮，所述第二传动件的周向具有与所述齿轮啮合的啮合齿，所述第二传动件在绕所述第二中心轴转动时，能够带动所述开合机构绕一平行于所述第二中心轴的轴线转动，以改变所述开合机构的开合角度。
18.在其中一个实施例中，所述开合机构具有两个，两个所述开合机构以所述第一中心轴为对称轴对称设置，两个所述开合机构的齿轮相互啮合，所述第二传动件的所述啮合齿啮合于其中一个所述开合机构的齿轮,以使两个所述开合机构之间所形成的夹角能够增大或减小。
19.根据本技术的另一方面，提供一种手术控制平台，包括：
20.机械臂；
21.如上所述的机械臂操作装置，所述机械臂操作装置的末端关节连接于所述机械臂；所述机械臂操作装置用于操控所述机械臂运动以能够进行手术操作。
22.根据本技术的又一方面，提供一种手术机器人系统，包括：
23.手术执行平台，具有手术执行机构；
24.如上所述的手术控制平台，通信连接所述手术执行平台，所述手术控制平台用于控制所述手术执行机构执行对应的手术操作。
25.上述机械臂操作装置、手术控制平台和手术机器人系统，通过使第一驱动件通信
连接第一驱动控制单元，开合机构在承受捏合力时能够改变开合角度，第一驱动控制单元可发送控制指令至所述第一驱动件，并通过在传动机构中设置相互传动连接的第一传动件和第二传动件，第一传动件传动连接第一驱动件，第二传动件传动连接开合机构，第一传动件和第二传动件能够分别绕自身轴线方向转动，使得第一驱动件可根据控制指令通过传动机构驱动开合机构产生抵抗所述捏合力的反作用力。使得本技术的手术机器人系统相较于传统的二级弹簧模拟力变化的方式，更能够真实模拟医生在捏合机械臂操作装置进行手术操作时的力变化，增加了医生在手指按压开合机构时的手感，并且使得传动机构不受线缆约束，从而安装更简单、使用时间更久、力反馈效果更佳。
26.根据本技术的又一方面，提供一种手术机器人系统的力反馈方法，应用于如上所述的机械臂操作装置，包括以下步骤：
27.s100、获取开合机构的开合角度信息；
28.s200、根据所述开合角度信息生成控制指令；
29.s300、根据所述控制指令控制第一驱动件驱动所述开合机构产生抵抗捏合力的反作用力。
30.在其中一个实施例中，所述第一驱动件为电机，步骤s100包括：
31.s110、获取所述电机的位置信号；
32.s120、基于所述电机的位置信号与所述开合角度的预设对应关系，确定所述开合角度信息。
33.在其中一个实施例中，步骤s200包括：
34.s210、根据预设策略处理所述开合角度信息，并生成所述控制指令，所述预设策略包括根据不同所述开合角度信息针对所述第一驱动件采取不同控制方式的对应关系。
35.在其中一个实施例中，步骤s210包括：
36.s211、根据所述开合角度信息，并基于预设关系确定所述开合机构承受的捏合力；
37.s212、根据所述捏合力确定需要的反作用力的大小；
38.s213、根据所述反作用力的大小确定针对所述第一驱动件采取的控制方式。
39.其中，所述预设关系包括不同开合角度与不同捏合力的对应关系。
40.在其中一个实施例中，所述反作用力不大于所述捏合力。
41.在其中一个实施例中，所述控制方式包括控制所述第一驱动件往复运动，以振动所述开合机构；或者，控制所述第一驱动件单向运动，以通过所述传动机构给予所述开合机构一反作用力。
42.在其中一个实施例中，步骤s100之前，包括步骤：
43.s400、建立所述预设策略，步骤s400包括：
44.s410、获取所述开合机构在处于不同所述开合角度时所受到的开合角度信息；
45.s420、依次重复多次步骤s410；
46.s430、根据获取到的多次所述开合角度信息拟合施加所述捏合力的曲线；
47.s440、根据所述施加所述捏合力的曲线，建立所述预设策略。
48.在其中一个实施例中，在步骤s100之前，包括步骤：
49.s500、控制所述开合机构朝改变所述开合角度的任一方向转动；
50.s600、判断所述开合机构是否转动到达极限位置；
51.s700、当所述开合机构到达所述极限位置，控制所述开合机构返回所述开合机构的原点位置。
52.在其中一个实施例中，步骤s500包括：
53.s510、接收关于所述第一驱动件的回归信息，所述回归信息包括所述第一驱动件的回归方向、回归速度和转矩突变值；
54.s520、启动所述第一驱动件，以控制所述开合机构朝靠近所述极限位置的方向转动。
55.在其中一个实施例中，步骤s600包括：
56.s610、判断所述第一驱动件的转矩值是否大于所述转矩突变值；
57.s620、当所述第一驱动件的转矩值大于所述转矩突变值时，判断所述开合机构处于所述极限位置。
58.在其中一个实施例中，步骤s700包括：
59.s710、接收关于所述第一驱动件的反馈控制信息，所述反馈控制信息包括所述第一驱动件的蠕动方向和蠕动速度；
60.s720、根据所述反馈控制信息控制所述第一驱动件驱动所述开合机构，以使所述开合机构向与靠近所述极限位置的方向相反的方向转动至所述原点位置。
61.上述手术机器人系统的力反馈方法，通过获取开合机构的开合角度信息，并根据开合角度信息生成控制指令，再根据控制指令控制第一驱动件驱动开合机构产生抵抗捏合力的反作用力，使得医生在对开合机构捏合进行手术操作时，根据开合机构开合角度的不同，为医生提供个性化的反馈力，从而可根据医生不同，选取基于不同医生的反馈力参数，使医生捏合开合机构时相对舒适。
附图说明
62.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
63.图1为本发明的实施例提供的手术机器人系统在进行手术时的示意图；
64.图2为本发明的实施例提供的手术控制平台的示意图；
65.图3为本发明的实施例提供的机械臂操作装置安装在机械臂上的示意图；
66.图4为本发明的实施例提供的手术控制平台中控制系统的示意图；
67.图5为本发明的实施例提供的机械臂操作装置的结构框图；
68.图6为本发明提供的一个实施例的机械臂操作装置的示意图；
69.图7为本发明提供的一个实施例的机械臂操作装置的剖面结构图；
70.图8为本发明提供的另一个实施例的机械臂操作装置的示意图；
71.图9为图8中a区域的放大示意图；
72.图10为本发明的实施例提供的力反馈方法的步骤图；
73.图11为本发明的实施例提供的力反馈方法中开合角度信息传递的示意图；
74.图12为本发明的实施例提供的力反馈方法中步骤s400的步骤图；
75.图13为本发明的实施例提供的机械臂操作装置受到捏合力时的示意图；
76.图14为本发明的实施例提供的力反馈方法中将开合机构归零至原点位置的动作示意图；
77.图15为本发明的实施例提供的力反馈方法中将开合机构归零至原点位置的步骤图；
78.图16为本发明的实施例提供的力反馈方法中阻力传递的示意图。
具体实施方式
79.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
80.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“液平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
81.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
82.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
83.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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征液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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征液平高度小于第二特征。
84.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“液平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
85.本发明一实施例提供了一种机械臂操作装置、手术控制平台、手术机器人系统及力反馈方法。其中手术机器人系统包括手术控制平台，手术控制平台包括机械臂操作装置，手术机器人系统用于使医生能够对患者进行复杂的手术操作，手术控制平台用于控制手术
机器人系统的手术执行机构把持手术器械执行具体的手术操作，机械臂操作装置用于供医生捏取以操控手术控制平台的机械臂，从而能够控制手术执行机构完成手术操作，并且还用于在手术过程中向医生的手部反馈捏取机械臂操作装置时用于抵抗捏合力的反作用力，使医生在捏取机械臂操作装置时具有较为舒适手感，以及用于向医生的手部反馈手术执行机构在手术过程中进行剪切、夹取时的阻力，使医生的手部在捏取机械臂操作装置进行手术时具有直接对人体组织进行手术操作的真实感。
86.下面以在手术机器人系统中安装在手术控制平台的机械臂操作装置为例，对本技术中手术机器人系统、手术控制平台、机械臂操作装置的结构及基于手术机器人系统的力反馈方法的步骤进行说明。本实施例仅用以作为范例说明，并不会限制本技术的技术范围。可以理解，在其它实施例中，本技术的机械臂操作装置不限于用于操控手术控制平台的机械臂，还可以用于操控其它具有机械臂的控制平台及机器人系统，在此不作限定。
87.以下结合图1至图16，介绍本技术所提供的手术机器人系统、手术控制平台、机械臂操作装置、及力反馈方法的较佳实施方式。
88.如图1所示，为一种手术机器人系统10，包括手术执行平台100和手术控制平台200，其中手术执行平台100通信连接手术控制平台200，手术执行平台100作为手术机器人系统10的从端，具有手术执行机构110，手术执行机构110用于代替医生把持手术刀或内窥镜等手术器械对病床上的患者执行手术操作；手术控制平台200作为手术机器人系统10的主端，用于控制位于从端的手术执行机构110执行手术操作。
89.如图2和图3所示，为一种实施例的手术控制平台200，包括机械臂210、机械臂操作装置220、3d成像部分230和控制柜240。其中控制柜240通信连接手术执行平台100，机械臂210通信连接于控制柜240，机械臂操作装置220(图3圈中所示部件)连接于机械臂210，3d成像部分230通信连接于控制柜240。机械臂操作装置220用于供医生操作执行对应的预设动作(如夹取、剪切、翻转等)，以带动机械臂210通过无线通信的方式控制从端的手术执行机构110执行对应的手术操作。控制柜240内具有控制系统，控制系统用于与手术执行平台100进行实时的信息交互，并根据交互信息向机械臂210发送控制指令，以使医生能够对机械臂210进行各种具体操作的控制，并将手术操作中手术执行机构110进行剪切、夹取操作时受到的阻力通过机械臂操作装置220反馈到医生的手指，也能够将医生对机械臂操作装置220的捏合力进行反馈，从而能够使医生在进行手术操作时具有直接对人体组织进行手术操作的真实感。3d成像系统用于将手术过程中的实时图像呈现给医生，在手术过程中，医生可以根据3d成像系统呈现的实时手术图像，在主端的手术控制平台200中操作机械臂210来远程控制从端的手术执行机构110把持手术器械动作，从而完成复杂的手术。
90.具体地，如图4所示，控制系统包括相互通信连接的主控系统241和运动控制系统242。其中运动控制系统242包括上位机、通信连接于上位机的调整机构单元2421和机械臂控制单元2422，主控系统241作为运动控制系统242与手术执行机构110之间的桥梁，能够在手术执行机构110与运动控制系统242之间起到信息交互的作用，当医生操作机械臂操作装置220完成位置关节控制、姿态关节控制、开合关节控制等动作时，且医生通过机械臂操作装置220使机械臂210的位置有变化时，能够由上位机分别向机械臂控制单元2422和调整机构单元2421生成控制命令并发送至主控系统241，进而再通过主控系统241发送给手术执行机构110执行手术操作，而手术执行机构110在手术操作中接收到的阻力等信号又能够沿反
方向反馈到医生的手部，从而能够模拟医生的手部在直接对人体组织进行手术操作时的真实感。
91.进一步地，如图5和图6所示，机械臂操作装置220包括末端关节221和连接于末端关节221的操作关节222，末端关节221可转动地连接于机械臂210(即连接于前一关节)，并且末端关节221通信连接于操作关节222，末端关节221能够接收到上一关节发送的信号并发送给操作关节222，操作关节222也可以将机械臂操作装置220受到的外部力反馈给末端关节221。
92.在一些实施例中，操作关节222包括第一驱动控制单元2221、第一驱动件2222、传动机构2223和开合机构2224。第一驱动件2222通信连接第一驱动控制单元2221，且第一驱动件2222通过传动机构2223传动连接开合机构2224。开合机构2224能够在承受捏合力时能够改变开合角度，用于供医生捏合以进行剪切、夹取、扭转等具体的手术操作。第一驱动控制单元2221内部具有驱动器和收发模块等元器件，用于向第一驱动件2222发送控制指令，驱动器可以是各种信号处理器等，具体不作限定。较佳地，第一驱动控制单元2221能够获取开合机构2224的开合角度信息，并将基于开合角度信息而生成的控制指令发送至第一驱动件2222，第一驱动件2222也可为伺服电机等驱动源，用于驱动传动机构2223带动开合机构2224动作，使开合机构2224也能够基于控制指令动作而模拟手术时医生手指所能感觉到的真实触感并将此真实触感反馈至医生的手部。
93.末端关节221包括第二驱动控制单元2211和齿轮机构2212，第二驱动控制单元2211通信连接第一驱动控制单元2221，并且第二驱动控制单元2211内也具有驱动器和收发模块等元器件。在一实施方式中，第二驱动控制单元2211用于接收开合机构2224的开合角度信息，并根据一预设策略生成控制指令，及用于将控制指令发送至第一驱动控制单元2221。在另一实施方式中，第二驱动控制单元2211也能用于将开合角度信息发送至上位机，并用于接收上位机根据预设策略生成的控制指令，再将控制指令发送至第一驱动控制单元2221，使第一驱动控制单元2221能够再将控制指令发送至第一驱动件222。其中，预设策略包括根据不同开合角度信息针对第一驱动件2222采取不同控制方式的对应关系，对第一驱动件2222采取的控制方式可以是控制第一驱动件2222单向运动，以通过传动机构2224给予开合机构2224一反作用力，以模拟用于抵抗捏合力的反作用力。或控制所述第一驱动件2222往复运动，以振动开合机构2224，以模拟手术执行机构110在手术过程中需要对目标物进行剪切或夹取时额外受到的阻力。
94.齿轮机构2212用于连接机械臂210，对应地，在机械臂210中靠近末端关节221的位置设置有第二驱动件(图中未示出)，第二驱动件可为伺服电机等驱动源，用于在医生操作过程中驱动齿轮机构2212运转，从而使机械臂操作装置220能够以末端关节221一端的端点为转动中心相对机械臂210进行转动。
95.较佳地，如图7所示，第一驱动控制单元2221通过一连接轴223连接于第二驱动控制单元2211，连接轴223为一空心轴，内部具有贯穿连接轴223沿其轴向相对两端的中空通道。
96.如此，在机械连接的层面上，末端关节221通过连接轴223连接于操作关节222，使末端关节221与操作关节222之间能够相互固定；在通信连接的层面上，末端关节221与操作关节222可通过该通道进行通信连接，通信连接的方式可为有线通信的方式，使线缆穿设于
该通道中进行通信连接，也可为无线通信的方式，使第二驱动控制单元2211与第一驱动控制单元2221通过该通道进行无线通信，当两者通过无线通信方式通信连接时，信号可在连接轴223的通道内传输，也能够有效地避免信号丢失，也避免了由于线缆磨损断裂而导致影响手术机器人系统10工作的稳定性与可靠性的问题发生。
97.在一些实施例中，请继续参阅图6，传动机构2223包括相互传动连接的第一传动件2223a和第二传动件2223b，第一传动件2223a与第二传动件2223b均为圆形的柱状结构，其中第一传动件2223a与第一驱动件2222的输出轴同轴连接，第二传动件2223b传动连接开合机构2224。第一传动件2223a的中心轴线为第一中心轴，第一中心轴在图中沿竖直方向延伸，第二传动件2223b的中心轴线为第二中心轴，第二中心轴即在图中沿垂直于纸面的方向延伸，第一中心轴与第二中心轴相互垂直。第一驱动件2222能够驱动第一传动件2223a和第二传动件2223b分别绕自身轴线方向转动，以使第一传动件2223a、第二传动件2223b和开合机构2225联动，以将绕第一中心轴往复转动的轴向运动转换为绕一平行于第二中心轴的轴线往复转动的运动，使得开合机构2224能够在传动机构2223的带动下绕该平行于第二中心轴的轴线往复转动，从而能够将手术执行机构110在进行剪切、夹取操作时受到的外部阻力通过开合机构2224的往复振动进行模拟，进而反馈到医生手指，使医生在进行手术操作时更具有真实感。也能够在医生捏取开合机构2224时，将用于抵抗捏合力的力通过开合机构2224的角度变化进行模拟，进而反馈到医生手指，使医生在捏取开合机构2224进行手术操作时具有更佳的舒适感。
98.在一个具体的实施例中,继续参阅图6，第一传动件2223a和第二传动件2223b为一对相互啮合且中心轴线相互垂直的齿轮2224a。在另一具体的实施例中，如图8所示，传动机构2223为无齿轮传动机构，即第一传动件2223a与第二传动件2223b之间并非通过啮合齿啮合传动，而是通过四根l形连杆2223c相互连接。具体地，如图9所示，第一传动件2223a和第二传动件2223b分别开设有贯穿其轴线方向的通孔，每根l形连杆2223c相对两端分别可活动地插设于第一传动件2223a的一个对应的通孔和第二传动件2223b的一个对应通孔中，在第一传动件2223a和第二传动件2223b各自绕自身轴线方向旋转时，每根l形连杆2223c的相对两端可在其插入的对应通孔中沿通孔的轴向往复移动，从而也能实现与上一实施例中两个中心轴线相互垂直的齿轮2224a相互啮合传动同样的效果。
99.在一些实施例中，请继续参阅图9，开合机构2224包括捏合柄2224b及设于捏合柄2224b一端的齿轮2224a，第二传动件2223b的周向部分圆弧区域具有与齿轮2224a啮合的啮合齿，第二传动件2223b在绕第二中心轴转动时，能够带动开合机构2224绕一平行于第二中心轴的轴线转动，以改变开合机构2224的开合角度。
100.较佳地，如图6、图8所示，开合机构2224具有两个，两个开合机构2224以第一中心轴为对称轴对称设置，两个开合机构2224的齿轮2224a相互啮合，并且第二传动件2223b的啮合齿啮合于其中一个开合机构2224的齿轮2224a，从而使第二传动件2223b在绕第二中心轴往复转动时，能够带动两个开合机构2224同时绕一平行于第二中心轴的轴线相对转动，以使两个开合机构2224之间所形成的夹角能够增大或减小。
101.如此，通过以上传动连接的方式，本技术的机械臂操作装置220可通过传动机构2223将第一驱动件2222输出的纵向力转化成横向力，进而带动开合机构2224改变开合角度，使得传动结构简单紧凑，不受线缆约束，与此同时，开合机构2224无需通过连接弹簧的
方式模拟力的变化，安装、更换更方便，使用时间更久，力反馈效果更佳，也更能够真实模拟医生在捏合机械臂操作装置220进行手术操作时的力变化，增加了医生的手指在按压或捏合开合机构2224时的舒适感。
102.更佳地，操作关节222还包括编码器224，编码器224设在第一驱动件2222上，此时第一驱动件2222为电机，并且编码器224通信连接第一驱动控制单元2221，在医生进行剪切或夹取的操作时，编码器224用于在医生在捏取开合机构2224时，获取电机的位置信号，从而可获知转矩值的大小，进而获知开合机构2224的开合角度信息，开合角度信息基于电机的位置信号与开合角度的对应关系而确定，同时编码器224可将开合角度信息反馈到第一驱动控制单元2221，由第一驱动控制单元2221再通过第二驱动控制单元2211反馈至手术控制平台200的上位机，上位机发出控制命令控制第一驱动件2222驱动开合机构2224具有用于抵抗捏合力的反作用力需有的开合角度，从而使医生可以较为舒适的手感捏合开合机构2224顺利夹取目标物，从而能够保证顺利地进行手术操作。无需在末端关节221额外增加传感器，节省了成本。
103.进一步地，以下结合图5至图16，基于上述手术机器人系统10、手术控制平台200及机械臂操作装置220，对手术机器人系统10的力反馈方法进行介绍，如图10所示，该方法的具体步骤如下:
104.第一步s100，获取开合机构的开合角度信息。该步骤具体包括以下步骤：
105.s110、获取电机的位置信号；
106.s120、基于电机的位置信号与开合角度的预设对应关系，确定开合角度信息。
107.具体地，如图11所示，当医生捏取开合机构2224时，对开合机构2224施加捏合力，捏合力可由开合机构2224反馈至第一驱动件2222(即电机)，使电机的主轴转动一角度，编码器224记录电机的位置信号及转矩值，第一驱动控制单元2221采集电机的位置信号，从而基于电机的位置信号与开合角度的预设对应关系，确定开合角度信息。
108.第二步s200，根据开合角度信息生成控制指令。在该步骤中，包括：
109.s210、根据预设策略处理开合角度信息，并生成控制指令，预设策略包括根据不同开合角度信息针对所述第一驱动件采取不同控制方式的对应关系。步骤s210的目的是使医生在捏取机械臂操作装置220的开合机构2224进行手术操作时，能够根据该预设策略生成控制指令，从而能够使医生在对开合机构2224捏合进行手术操作时，根据开合机构2224开合角度的不同，为医生提供个性化的反馈力。
110.具体地，在s210步骤中，请继续参阅图11，开合角度信息由第一驱动控制单元2221被传输至第二驱动控制单元2211，再由第二驱动控制单元2211将开合角度信息上传至手术控制平台200的上位机中，上位机按照已事先建立并存储的预设策略生成用于判断开合机构2224的控制指令。
111.在一些实施例中，上位机生成控制指令的步骤210包括：
112.s211、根据开合角度信息，并基于预设关系确定开合机构承受的捏合力，预设关系包括不同开合角度与不同捏合力的对应关系；
113.s212、根据捏合力确定需要的反作用力的大小；
114.s213、根据反作用力的大小确定针对第一驱动件2222采取的控制方式。基于确定的控制方式生成控制指令，例如该控制方式可为驱动第一驱动件2222单向运动，通过控制
指令控制传动机构给予开合机构2224一抵抗捏合力的反作用力，使该反作用力被反馈至医生的手指，以使医生在捏取机械臂操作装置220进行翻转等动作时能够以较为舒适的手感捏取开合机构2224。
115.然后上位机将控制指令发送至第二驱动控制单元2211，之后第二驱动控制单元2211再将控制指令发送至第一驱动控制单元2221。
116.与此同时，上位机也生成用于控制机械臂操作装置220相对机械臂210转动的转动控制指令，然后将该转动控制指令发送至第二驱动控制单元2211，第二驱动控制单元2211再将转动控制指令发送至第二驱动件，从而控制机械臂操作装置220相对机械臂210转动。
117.可选择地，控制指令可由第二驱动控制单元2211直接生成，或第二驱动控制单元2211将开合角度信息上传至上位机而生成，在此不作限定。
118.较佳地，在步骤s100之前，还包括步骤s400，建立预设策略。具体地，如图12所示，该步骤包括以下步骤：
119.s410、获取开合机构2224在处于不同开合角度时所受到的开合角度信息。具体地，首先，医生通过ui界面，根据界面显示提示，如图13所示，使医生在开合机构2224开合角度位于初始角度的100％、75％、50％、25％、0％的角度时分别施加捏合力。并且记录开合机构2224处于不同开合角度时所受到的捏合力。具体地，根据编码器224采集开合机构2224处于不同开合角度时电机的位置信息、转矩值等信息，从而获取医生施加的使开合机构2224处于不同开合角度时的捏合力。
120.s420、依次重复多次步骤s410。在该步骤中，设置一个捏合次数，只有当医生捏合开合机构2224的次数大于设置的捏合次数时，才可以进行下一步骤，设置捏合次数的目的是使捏合次数尽可能的多，从而可以保证采集到足够的数据，使得建立的预设策略能够更加贴合实际，从而使开合机构2224对医生的手指能够反馈更加真实的触感。
121.s430、根据获取到的多次所述开合角度信息拟合施加捏合力的曲线。
122.s440、根据施加捏合力的曲线建立预设策略。预设策略被建立以后，被存储在手术控制平台200的上位机中。如此，医生捏取机械臂操作装置220的开合机构2224进行手术操作时，可根据医生捏合力的不同，选取基于医生不同捏合力的反馈力参数，使医生捏合开合机构2224时相对舒适。
123.第三步s300，根据控制指令控制第一驱动件222驱动开合机构2224产生上述抵抗捏合力的反作用力。在该步骤中，控制指令由第一驱动控制单元2221发送至第一驱动件2222，使第一驱动件2222驱动开合机构2224改变微小的开合角度，从而能够模拟抵抗捏合力的反作用力的变化，达到使医生捏取开合机构2224进行手术操作时具有相对舒适手感的目的。
124.较佳地，在步骤s100之前，还需将开合机构2224归零至原点位置，其目的是由于医生在进行上一次的手术操作完毕后，如图14所示，开合机构2224的初始位置b不一定处于原点位置，为了使医生在捏合时对手术目标物方便进行剪切或夹取操作，需要对开合机构2224进行归零，使开合机构2224的开合角度回归到原点位置d，该步骤中，是通过先判断开合机构2224是否到达一极限位置c来确定原点位置d。具体地，将开合机构2224归零至原点位置包括以下步骤：
125.s500、控制开合机构2224从初始位置b朝改变开合角度的任一方向转动。具体地，
通过启动第一驱动件2222驱动开合机构2224绕一平行于第二中心轴的轴线转动，可以是朝减小开合角度的方向转动，也可以是朝增大开合角度的方向转动。
126.s600、判断开合机构2224是否转动到达极限位置c。在该步骤中，可基于第一驱动件2222的固有特性，通过设定一个使第一驱动件2222的转矩达到突变的转矩突变值来判断开合机构2224是否到达极限位置c。
127.s700、当开合机构2224到达极限位置c，控制开合机构2224返回开合机构2224的原点位置。当开合机构2224到达极限位置c时，基于原点位置d与极限位置c具有固定角度值的原理可获知原点位置d，此时可控制开合机构2224以一个相对缓慢的速度使开合机构2224转动回到原点位置d。
128.具体地，结合图14和图15所示，步骤s500包括以下步骤：
129.s510、接收关于第一驱动件2222的回归方向、回归速度和转矩突变值；
130.s520、启动第一驱动件2222，以控制开合机构2224朝靠近极限位置c的方向转动。此步骤中，将脉冲信息在规定一个方向为正方向，在开合机构2224开始归零时，第一驱动件2222以原点回归的速度向反方向运动。
131.步骤s600包括以下步骤：
132.s610、判断第一驱动件2222的转矩值是否大于转矩突变值；
133.s620、当第一驱动件2222的转矩值大于转矩突变值时，判断开合机构2224处于极限位置c。
134.步骤s700包括以下步骤：
135.s710、接收关于第一驱动件2222的反馈控制信息，反馈控制信息包括第一驱动件2222的蠕动方向和蠕动速度；
136.s720、根据反馈控制信息控制第一驱动件2222驱动开合机构2224，以使开合机构2224向与靠近极限位置c的方向相反的方向转动至原点位置d。由于原点位置d与极限位置c的角度值是固定的，因此第一驱动件2222以蠕动速度缓慢向上述正方向转动一段距离后，即可将该位置记录为原点位置d，该距离可为固定的脉冲数值，可为第一驱动件2222的输出端旋转一圈的数值，亦可为检测到第一驱动件2222z相信号的数值，具体不作限定。
137.至此，将开合机构2224归零至原点位置d的步骤完成，医生可在进行手术操作时以一个舒适的捏取角度开始进行手术操作。
138.需要说明的是，以上力反馈方法的步骤不仅适用于手术执行机构110在执行手术操作未受到阻力时，例如医生在捏取机械臂操作装置220进行翻转等动作时的步骤。如图16所示，当手术执行机构110在手术过程中需要对目标物进行剪切或夹取时，会额外受到一定的阻力，上述力反馈方法的步骤同样适用，能够对医生反馈用于抵抗捏合力的反作用力。所不同的是，手术机器人系统10能将阻力信息反馈至机械臂操作装置220，并通过使第一驱动件2222出力驱动开合机构2224开合或振动的方式来模拟手术过程中手术执行机构110受到的阻力，使得医生在捏取开合机构2224的同时还能够感受到阻力的大小，从而能够使医生在进行手术操作时更具有直接对人体组织进行手术操作的真实感。
139.具体地，手术执行机构110在进行剪切或夹取等动作时受到的阻力信号经提取后传至机械臂操作装置220的末端关节221，末端关节221通过无线传输的方式将阻力信号传至操作关节222。使得用户需以更大的捏合力捏取开合机构2224才能使捏合力与包含阻力
的反作用力达到平衡，此时，编码器224同样记录用户捏取开合机构后电机的位置信号，从而基于电机的位置信号与开合角度的预设对应关系，确定开合角度信息。然后上位机根据预设策略处理开合角度信息，并生成控制指令，最后根据控制指令控制第一驱动件2222出力，例如驱动第一驱动件222往复运动，以振动开合机构2224；较佳地，反作用力不大于捏合力。如此，开合机构2224能够以较小的振动幅度振动以模拟阻力，增强了医生在进行手术操作时手部所能感受到的真实感，使医生对实际的夹持力度有了清晰的认识和判断，保证了手术过程的顺利进行。
140.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
141.以上所述实施例仅表达了本发明的其中一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。