CN117770966A - 操控器、操控台以及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种操控器、操控台以及机器人。所述操控器包括：并联操作臂，包括相对静止部分及与之相连的可活动部分；控制手柄，控制手柄与并联操作臂的可活动部分连接，控制手柄包括主体部以及与主体部活动连接的操控部，操控部用于控制执行元件运动，反馈装置，反馈装置包括第一驱动件与传动件，第一驱动件独立于并联操作臂的可活动部分和控制手柄设置，传动件的第一端与操控部连接，第二端与第一驱动件连接，其中第一驱动件用于将执行元件运动过程中受到的外力经由传动件反馈给操控部，并带动操控部逆向运动。所述操控台包括所述操控器。所述机器人包括所述操控台。本发明的操控器可以实现力反馈，且有助于减轻操纵疲劳感。

Description

操控器、操控台以及机器人

技术领域

本发明属于机器人领域，具体涉及一种操控器、操控台以及机器人。

背景技术

随着智能技术的发展，机器人在越来越多的领域得到广泛应用，例如常见的工业机器人和手术机器人。现有的手术机器人通常包括操控台与床旁机械臂，操控台上设有操控器，操控器包括控制手柄。床旁机械臂包括手术执行机构，手术执行机构的末端设有手术器械，手术器械的末端设有执行元件，如剪刀、分离钳等。

手术时，用户通过操纵控制手柄而向执行元件传递用户的动作信息，从而使执行元件在患者体内执行手术操作，但是执行元件在运动(例如开合运动)中受到的外力等信息无法通过操控器反馈给用户，用户没有临场操作感，无法及时对执行元件进行有效控制。还有一些操控器在长期操纵时操作不顺滑，常有疲劳感，用户体验不佳。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种可以解决上述问题或至少在一定程度上减轻上述问题的操控器、操控台以及机器人。

为此，本发明一方面提供一种操控器，用于控制执行元件运动。所述操控器包括：并联操作臂，包括相对静止部分及与之相连的可活动部分；控制手柄，所述控制手柄与所述并联操作臂的可活动部分连接，所述控制手柄包括主体部以及与所述主体部活动连接的操控部，所述操控部用于控制所述执行元件运动，反馈装置，所述反馈装置包括第一驱动件与传动件，所述第一驱动件独立于所述并联操作臂的所述可活动部分和所述控制手柄设置，所述传动件的第一端与所述操控部连接，第二端与所述第一驱动件连接，其中所述第一驱动件用于将所述执行元件运动过程中受到的外力经由所述传动件反馈给所述操控部，并带所述动操控部逆向运动。

操控器的第一驱动件独立于并联操作臂的可活动部分和控制手柄设置，减轻长期握持手柄的疲劳感，增加用户的操作顺滑度，并且第一驱动件用于将执行元件运动过程中受到的外力经由传动件反馈给操控部，在操控器具有夹持力反馈的情况下，还能有足够的动力为并联操作臂提供力反馈。

在一些实施方式中，所述操控部可相对所述主体部沿第一方向运动以控制所述执行元件运动，所述第一驱动件根据所述执行元件运动过程中受到的外力经由所述传动件使所述操控部沿第二方向运动，从而将所述执行元件运动过程中受到的外力反馈给所述操控部，其中所述第二方向与所述第一方向相反。优选地，操控部可相对主体部转动。这样配置的操控部的操控方式与传统腔镜器械操作习惯相同，用户更有熟悉感，学习曲线更短。

在一些实施方式中，所述操控部与所述主体部铰接连接，所述操控器还包括用于检测所述操控部沿所述第一方向的转动角度的编码器，以便所述执行元件根据所述操控部沿所述第一方向的所述转动角度进行运动。编码器可以有效防止长时间使用后传动件发生蠕变而无法将操控部沿第一方向的转动角度准确地传递给第一驱动件的问题，对执行元件的运动控制更加精准。

在一些实施方式中，所述操控部与所述主体部铰接连接，所述第一驱动件用于经由所述传动件识别所述操控部沿所述第一方向的转动角度，以便所述执行元件根据所述操控部沿所述第一方向的所述转动角度进行运动。直接通过传动件将操控部沿第一方向的转动角度传递给第一驱动件，结构相对简单。

在一些实施方式中，所述第一驱动件包括驱动电机，所述驱动电机的输出轴与所述传动件传动连接；所述传动件与所述操控部传动连接，或，所述传动件与所述操控部直接连接。通过电机进行反馈，准确度高。

在一些实施方式中，所述执行元件包括可相对开合运动的两个部分，所述开合运动包括张开运动与闭合运动，所述操控部用于控制所述执行元件开合运动，所述第一驱动件用于将所述执行元件的张开运动或闭合运动过程中受到的外力经由所述传动件反馈给所述操控部，并带所述动操控部逆向运动。这样的配置尤其适合于反馈执行元件的夹持力情况。

在一些实施方式中，所述控制手柄还包括设于所述主体部的内部的第一滚轮，所述第一滚轮与所述主体部转动连接，所述第一滚轮与所述操控部同步传动连接，所述传动件的第一端与所述第一滚轮连接并可在所述第一滚轮上卷绕。通过第一滚轮可以将操控部的转动角度传递给传动件进而传递给第一驱动件，反过来，第一驱动件也可以将执行元件开合过程中受到的外力经由传动件传递给第一滚轮进而反馈给操控部。

在一些实施方式中，所述控制手柄还包括设于所述主体部内的一个或多个第一导向轮，所述传动件的临近其第一端的区段在所述一个或多个第一导向轮上延伸，以使所述传动件按照既定路径滑动。通过第一导向轮可以限制传动件的路径，使得传动件传动更加稳定。

在一些实施方式中，所述第一驱动件包括驱动电机，所述驱动电机的输出轴同步传动连接有第二滚轮，所述传动件的第二端与所述第二滚轮连接并可在所述第二滚轮上卷绕，和/或，所述第一驱动件还包括一个或多个第二导向轮，所述传动件的临近其第二端的区段在所述一个或多个第二导向轮上延伸，以使所述传动件按照既定路径滑动。类似地，通过第二滚轮可以将源自操控部的转动经由传动件传递给驱动电机的输出轴，反过来，执行元件开合过程中受到的外力也可以经由驱动电机的输出轴传递给第二滚轮进而通过传动件反馈给操控部。此外，通过第二导向轮可以限制传动件的路径，使得传动件传动更加稳定。

在一些实施方式中，所述操控器还包括套设在所述传动件外的保护套，所述保护套靠近所述主体部的一端设有第一保护头，所述保护套靠近所述第一驱动件的一端设有第二保护头，且所述传动件可在所述保护套内自由滑动。通过保护套可以整体限定传动件的路径，同时第一保护头和第二保护头有助于固定保护套的两端，保证保护套端部受力。

在一些实施方式中，所述并联操作臂包括静平台、动平台和若干支链，所述支链包括支杆与支架，所述支杆与所述支架滑动连接，所述动平台连接到所述支杆上，所述支架与所述静平台连接，所述控制手柄的主体部与所述动平台连接，所述并联操作臂的所述可活动部分为所述动平台与所述支链的所述支杆与所述支架，所述相对静止部分为所述静平台。这样布置的并联操作臂不仅可实现力反馈和姿态控制，且布线简单，第一驱动件设于静平台上，可以减轻长期握持手柄的疲劳感。

在一些实施方式中，所述控制手柄的所述主体部与所述动平台固定或转动连接，所述并联操作臂包括多个第二驱动件，所述第二驱动件通过控制所述支链相对所述静平台转动和移动，带动所述动平台运动，从而带动所述控制手柄运动。通过第二驱动件驱动支链运动进而驱动动平台及其上的控制手柄运动可以实现并联操作臂的力反馈。

另一方面，本发明提供了一种操控台，包括前述的操控器，所述操控器的数量为一个或两个或多个，所述反馈装置的所述第一驱动件设于所述操控台上。操控台可以实现的有益效果参考上述操控器的有效效果，在此不再赘述。

在一些实施方式中，所述操控台包括底板，所述并联操作臂的所述相对静止部分设于所述底板上，所述第一驱动件设于所述相对静止部分上和/或所述底板上。将第一驱动件设置在底板上可以最大程度的减轻传动件对并联操作臂的影响。

在一些实施方式中，所述操控台包括底板，所述并联操作臂的所述相对静止部分设于所述底板上，所述操控台还包括取景器以及支撑所述取景器的支撑件，所述支撑件与所述底板固定连接，所述取景器位于所述并联操作臂以及控制手柄的上方，所述第一驱动件可设于所述支撑件上和/或所述取景器上。将第一驱动件设置在支撑件上和/或取景器上也同样可以减轻长期握持手柄的疲劳感，增加用户的操作顺滑度。

又一方面，本发明还提供了一种机器人，包括前述的操控台，所述机器人为手术机器人或工业机器人，当所述机器人为手术机器人时，所述手术机器人还包括床旁机械臂，所述床旁机械臂包括手术执行机构，所述手术执行机构包括设置在手术执行机构末端的手术器械，所述手术器械远离所述床旁机械臂的末端设有所述执行元件。机器人可以实现的技术效果可以参考前面操控器描述的技术效果，在此不再赘述。

在本发明实施例的操控器中，不仅可以通过传动件将执行元件运动过程中受到的外力反馈给操控部，而且第一驱动件独立于并联操作臂的可活动部分和控制手柄设置(即第一驱动件没有设置在并联操作臂的可活动部分和控制手柄上)，因此，第一驱动件可以选用相对较大功率的电机，以提供更大的力反馈调节范围。特别地，由于第一驱动件不是设置在并联操作臂的可活动部分和控制手柄上的，有效减轻了并联操作臂的可活动部分和控制手柄的重量，因此只需要相对较少的动力即可平衡并联操作臂的可活动部分和控制手柄的重力，相对较多的动力可以用于并联操作臂提供力反馈，有效增强了并联操作臂的力反馈效果，减轻疲劳感，使用户操作更顺滑。

附图说明

图1A是本发明第一实施例的操控台的立体示意图；

图1B是用于手术机器人的床旁机械臂的简要示意图；

图1C是图1B所示的床旁机械臂末端的手术器械的使用示意图，其中执行元件夹持组织；

图2是图1A所示的操控台的操控器的部分部件的立体示意图；

图3是图2所示操控器的控制手柄的一爆炸图；

图4是图3所示控制手柄的内部零部件的爆炸图；

图5是图2所示操控器的第一驱动件的立体示意图；

图6是图5所示第一驱动件的一爆炸图；

图7是本发明第二实施例的操控器的控制手柄的内部结构示意图；

图8是图7所示控制手柄的内部零部件的爆炸图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通技术人员在没有作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。此外，以下描述的各实施例之间只要没有矛盾或者冲突可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

本发明的实施例的机器人例如可以是但不限于诸如搬运机器人、焊接机器人、喷涂机器人等的工业机器人、诸如手术机器人等的医用机器人、诸如采矿机器人等的掘进类机器人、救援机器人等。执行元件可以是但不限于用于完成以下相应功能的机械臂，例如搬运物料、焊接电路、喷涂涂装、医疗模拟、采矿挖掘、现场救援等。

参考图1A至图1C，本发明第一实施例的的机器人为手术机器人，手术机器人包括主动端和从动端。主动端包括操控台1，操控台1包括底板2、设置在底板2上的取景器3以及操控器4。本实施例中，操控台1包括两个操控器4。在其他实施例中，也可以设置其他数量的操控器4。从动端包括床旁机械臂10，床旁机械臂10包括手术执行机构，手术执行机构包括驱动组件以及位于手术执行机构末端的手术器械11，手术器械11包括位于手术器械11末端的执行元件12。

执行元件12包括剪刀、持针钳、分离钳等，当执行元件12为分离钳时，执行元件12包括可相对开合运动两个部分120，开合运动包括张开运动与闭合运动，两个部分120相向运动(例如两个部分120朝向彼此转动)为闭合运动，两个部分120朝相反的方向运动(例如两个部分120远离彼此转动)为张开运动。手术时，用户可以在主动端操纵操控器4而向从动端传递用户给出的位姿、速度、夹持等运动信息，以进行手术。

本实施例中，所述操控器4包括并联操作臂5、控制手柄6、反馈装置，反馈装置包括第一驱动件7以及传动件8。本实施例中，所述并联操作臂5为六自由度并联机构，用于控制手术器械11运动，包括静平台51、动平台52以及连接所述静平台51和所述动平台52的若干支链53(图示为三个)。所述静平台51设于所述底板2上。每一支链53包括相互连接的支杆531与支架532，所述支杆531可相对所述支架532滑动。所述静平台51与各支链53的各支架532连接。所述动平台52与各支链53的各支杆531连接。可见，本实施例中，所述并联操作臂5的可活动部分包括所述动平台52以及各支链53的各支杆531以及各支架532，而所述并联操作臂5的相对静止部分则包括所述静平台51。

进一步地，本实施例的并联操作臂5还包括多个第二驱动件54，第二驱动件54通过控制支链53相对静平台51转动和移动，带动所述动平台52运动，从而带动控制手柄6运动。本实施例中，第二驱动件54为驱动电机。作为示例，第二驱动件54可以是旋转电机和/或直线电机，其中旋转电机即用于驱动与之连接的零部件进行旋转运动的电机，直线电机即用于驱动与之连接的零部件进行直线运动的电机。取决于床旁机械臂10的运动，通过旋转电机可以驱动支链53相对静平台51转动，通过直线电机可以驱动支链53移动，进而驱动与支链53转动连接的动平台52进行转动和/或移动，设置在动平台52上的控制手柄6当然也会跟着一起运动，从而实现将床旁机械臂10的运动映射给用户，使得用户具有操作临场感，以便实现力反馈和姿态控制，且布线简单。可以理解地，在其他实施例中，第二驱动件54也可以仅包括旋转电机或直线电机，然后通过机械传动机构驱使支链53转动和/或移动，进而驱动与支链53转动连接的动平台52进行转动和/或移动，使得控制手柄6运动。或者，在其他实施例中，所述并联操作臂5也可以采用其他并联机构，其中并联操作臂5为至少五自由度并联机构。

反过来，所述控制手柄6也可以被用户主动控制，即用户可以主动操作控制手柄6以驱使动平台52运动(例如旋转和/或移动)，进而带动支链53运动，所述第二驱动件54可以接受所述支链53的运动并据此控制床旁机械臂10运动，进而控制手术器械11运动，从而实现来自用户的姿态控制。

同时参考图1A和图2，本实施例中，所述控制手柄6包括主体部60以及与主体部60活动连接的一个操控部61。所述主体部60与所述动平台52固定连接，在其他实施例中，所述主体部60与所述动平台52也可以转动连接。所述操控部61用于控制执行元件12开合运动，在本实施例中即控制执行元件12的两个部分120朝向彼此或远离彼此地转动。

在本实施例中，操控部61与主体部60铰接连接，具体地，操控部61与主体部60转动连接，在其他实施例中，操控部61与主体部60可以与主体部60滑动连接，只要是能使操控部61与主体部60机械连接，并能够使操控部61相对主体部60运动的连接方式就可以。

在现有技术中，大部分控制手柄都是由两个操控部组成的，没有主体部，也不具有第一驱动件，因此两个操控部无法向用户提供力反馈，用户没有临场操作感，无法及时对执行元件12进行有效控制。在没有夹持力反馈的情况下，用户操纵操控器无法保证执行元件12和组织的接触力。在进行钝化切割和缝合的时候，夹持力反馈对于避免损伤组织和重要器官非常重要，最终可以降低对组织的损伤，尤其可以避免由于用力过大造成缝合处的二次损伤。

与现有技术相反地，本发明实施例的所述第一驱动件7独立于并联操作臂5的可活动部分和控制手柄6设置。换言之，所述第一驱动件7不是设置在并联操作臂5的可活动部分和控制手柄6上的。本实施例中，所述第一驱动件7设置在所述操控台1的所述底板2上，这有助于传动件8走线，防止传动件8与并联操作臂5发生运动耦合。在其他实施例中，所述第一驱动件7也可以设置在除并联操作臂5的可活动部分和控制手柄6之外的其余地方，例如并联操作臂5的相对静止部分(具体地，即所述静平台51)，也可设置在操控台1上的任意位置，只要可以能最大程度避免传动件8与并联操作臂5发生运动耦合，例如可设置在支撑取景器3的支撑件30(其与所述底板2固定连接)上，也可以设置在取景器3的下侧或左右两侧，其中取景器3如图1A所示位于所述并联操作臂5和所述控制手柄6的上方。

所述传动件8的第一端与所述操控部61连接，第二端与所述第一驱动件7连接，由此第一驱动件7可以将执行元件12开合过程中受到的外力(本实施例中具体为执行元件12的两个部分120在闭合过程中夹持较硬的组织时受到的阻力，在其他实施例中，也可以是执行元件12的两个部分120在张开过程中受到(例如来自周围人体组织/器官)的阻力)经由传动件8反馈给操控部61，并带操控部61逆向运动，可以理解地，逆向运动在本实施例中为朝向远离所述主体部60的方向的运动(也就是下文中提到的第二方向)。

这样设计的操控器4是有利的。其一，当执行元件12开合过程中受到的外力在反馈给第一驱动件7后，可以通过传动件8反馈给操控部61，以让用户知晓执行元件12的受力情况，自行判断是否继续当前的操作，降低手术风险。其二，第一驱动件7独立于并联操作臂5的可活动部分和控制手柄6设置，因此，不用考虑第一驱动件7的负载会对并联操作臂5的可活动部分和控制手柄6的重量产生影响，可以选用相对较大功率的第一驱动件7，以提供更大的夹持力反馈调节范围，使夹持反馈力更真实，增加用户的临场操作感。其三，由于第一驱动件7不是设置在并联操作臂5的可活动部分和控制手柄6上的，有效减轻了并联操作臂5的可活动部分和控制手柄6的重量，因此只需要相对较少的动力(源自并联操作臂5的所述第二驱动件54)即可平衡并联操作臂5的可活动部分和控制手柄6的重力，相对较多的动力可以用于并联操作臂5提供力反馈(即并联操作臂5模拟从动端的姿态、速度等信息以让用户具有临场操作感)，有效增强了并联操作臂5的六维力反馈效果，使六维反馈力更真实，增加用户的临场操作感，由于控制手柄6内没有第一驱动件7，极大的减轻了控制手柄6的重力，减轻用户长时间握持控制手柄6带来的疲劳感，也减小了移动控制手柄6产生的惯性。避免了将第一驱动件7设置在并联操作臂5的可活动部分上或者控制手柄6上或者控制手柄6内，带来的重量过大的问题，避免因重量过大导致惯性过大，在快速多角度操纵控制手柄6的过程中会有拖拽感，使用户的操作不顺滑，容易疲劳的问题。

优选地，所述操控部61可相对所述主体部60沿第一方向(例如朝向靠近所述主体部60的方向)转动以控制所述执行元件12闭合(反之，朝向远离所述主体部60的方向转动操控部61则可控制执行元件12张开)，并且操控部61位于主体部60的下侧，这样配置的操控部61的操控方式与传统腔镜器械操作习惯相同，用户更有熟悉感，学习曲线更短。

进一步地，本实施例中，执行元件12的两个部分120闭合过程中，夹持组织时受到的阻力由手术器械11中的器械驱动机构(图未示出)检测并接收，或由与执行元件12相连的传感器(图未示出)检测并接收，该外力信号经由控制系统处理后，控制系统控制第一驱动件7输出与外力相对应的扭矩，所述第一驱动件7根据所述执行元件12闭合过程中受到的外力经由所述传动件8使所述操控部61沿第二方向(例如朝向远离所述主体部60的方向)转动，从而将所述执行元件12闭合过程中受到的外力反馈给所述操控部61，其中所述第二方向与所述第一方向相反。

应当理解地，第一驱动件7通过传动件8使所述操控部61沿第二方向转动可以包括运动趋势及作用力，并不一定发生位移，事实上，使所述操控部61沿第二方向转动，可以是指操控部61真实地沿第二方向转动，也可以是一种使操控部61沿第二方向转动的趋势。

本实施例中，所述传动件8为一根传动绳索，所述传动绳索的材质优选为钢绳。这也对应于前述的第一驱动件7可以将执行元件12的两个部分120在闭合过程中夹持较硬的组织时受到的阻力经由传动件8反馈给操控部61。可以理解地，在其他实施例中，传动件8也可以包括其他数量的传动绳索，例如两根或者更多根传动绳索。例如，在两根传动绳索的情况下，则不仅可以基于其中一传动绳索、通过第一驱动件7将执行元件12的两个部分120在闭合过程中夹持较硬的组织时受到的阻力反馈给操控部61，而且还可以基于另一传动绳索、通过第一驱动件7将执行元件12的两个部分120在张开过程中受到的阻力反馈给操控部61，即可以同时实现将执行元件12的开合过程中受到的阻力进行力反馈。

优选地，所述传动件8外还套设一保护套9，所述传动件8可在所述保护套9内自由滑动。本实施例中，所述第一驱动件7用于经由所述传动件8识别所述操控部61沿所述第一方向的转动角度，以便所述执行元件12根据所述操控部61沿所述第一方向的转动角度进行闭合。换言之，本实施例中，所述传动件8不仅用于将执行元件12闭合过程中受到的外力反馈给操控部61以使操控部61被动旋转，而且还用于直接将操控部61的主动旋转角度传递给第一驱动件7以控制执行元件12进行闭合，结构简单。

现有技术中，控制手柄的内部通过连杆传动，考虑到传动效率与使用寿命，连杆通常采用钢材，导致控制手柄重量增大。

同时参考图3和图4，本实施例中，所述控制手柄6还包括设于所述主体部60的内部的第一滚轮62。所述传动件8通过所述第一滚轮62与所述操控部61传动连接。具体地，所述第一滚轮62与所述主体部60转动连接并与所述操控部61同步传动连接。所述传动件8的第一端与所述第一滚轮62连接并可在所述第一滚轮62的第一沟槽620上卷绕，从而实现所述传动件8与所述操控部61的传动连接。由此，当用户沿第一方向主动旋转操控部61时，第一滚轮62将跟随操控部61同步旋转，进而卷绕传动件8的部分区段在第一滚轮62的第一沟槽620上，传动件8利用自身的卷绕运动将操控部61的主动旋转角度传递给第一驱动件7以控制执行元件12进行闭合。反过来，当执行元件12闭合过程中受到外力时，第一驱动件7会接收到这样的力反馈，然后通过传动件8驱动第一滚轮62旋转，进而驱动操控部61进行被动旋转，实现力反馈。

因为第一滚轮62与主体部60转动连接，所以第一滚轮62与操控部61可以为塑料材质，进一步减轻控制手柄的重量。更进一步的，第一滚轮62的转动角度通常在30°左右，具体为23±2°。

本实施例中，所述控制手柄6的所述主体部60包括第一半壳601、第二半壳602以及顶盖603。所述第一半壳601和所述第二半壳602的前侧均设有一连接部604，顶侧均设有一第一开口605，底侧均设有一第二开口606。

当所述第一半壳601和所述第二半壳602彼此扣合时，所述第一半壳601和所述第二半壳602的连接部604即连接在一起，用于与所述动平台52固定连接。所述顶盖603盖合在所述第一半壳601和所述第二半壳602的第一开口605中。所述操控部61的部分从所述第一半壳601和所述第二半壳602的第二开口606露出。可以理解地，在其他实施例中，所述控制手柄6的所述主体部60也可以采用其他构造。

本实施例中，所述操控部61包括U形连接段610、椭圆形的把持部611以及连接U形连接段610和椭圆形的把持部611的颈部612。可以理解地，在其他实施例中，所述操控部61也可以采用其他构造。本实施例中，所述第一滚轮62接收在所述操控部61的U形连接段610内，且所述操控部61的U形连接段610以及所述第一滚轮62通过连接轴63同步传动连接。例如，可以将所述操控部61的U形连接段610以及所述第一滚轮62均与所述连接轴63进行紧配合，由此，当操控部61和第一滚轮62中的任一者转动时，另一者也将同步旋转。所述颈部612穿过所述第一半壳601和所述第二半壳602的第二开口606。所述把持部611暴露于所述第一半壳601和所述第二半壳602外。

本实施例中，所述控制手柄6还包括固定设于所述主体部60内的第一安装架64。所述第一安装架64包括第一安装板641以及与第一安装板641垂直或大致垂直连接的第二安装板642。所述第一安装板641的底侧固定连接两个连接臂643，所述连接轴63的两端分别通过轴承630与相应的连接臂643转动连接。可以理解地，在其他实施例中，连接轴63也可以采用其他结构与主体部60转动连接。

优选地，所述控制手柄6还包括设于所述主体部60内的一个或多个第一导向轮65，例如，如图4所示，本实施例设有两个第一导向轮65。所述传动件8的临近其第一端的区段在所述第一导向轮65上绕设，以使所述传动件8按照既定路径滑动，传动更加稳定。本实施例中，所述第一导向轮65设于第三安装板644上，第三安装板644固定安装在所述第二安装板642的内侧。可以理解地，在其他实施例中，所述第一导向轮65也可以采用其他安装方式。

本实施例中，所述第二安装板642的内侧还固定连接一第四安装板645，所述第四安装板645上设有彼此连通的第一接收槽646和第一通孔647，所述保护套9靠近所述主体部60的一端设有第一保护头91，所述第一保护头91固定在所述第一接收槽646内，所述传动件8的第一端穿过所述第一通孔647后在所述第一导向轮65上绕设然后与所述第一滚轮62连接。通过第一保护头91有助于固定保护套9的靠近所述主体部60的端部并保证该端部受力。

参考图5和图6，本实施例中，所述第一驱动件7包括驱动电机71，所述驱动电机71的输出轴710与所述传动件8传动连接。具体地，所述驱动电机71的输出轴710同步传动连接有第二滚轮72，所述传动件8的第二端与所述第二滚轮72连接并可在所述第二滚轮72的第二沟槽720上卷绕，由此实现所述驱动电机71的输出轴710与所述传动件8的传动连接。

由此，在用户操纵控制手柄6之前，驱动电机71会持续输出一定的力矩值，带动第二滚轮72转动对传动件8进行预紧，保持传动件8处于绷紧状态，这将导致与传动件8的第一端连接的第一滚轮62旋转，使操控部61沿第二方向转动到底，使操控部61转动至远离主体部60的位置。

当用户沿第一方向主动旋转操控部61时，如前所述，传动件8的部分区段将卷绕在所述第一滚轮62的第一沟槽620上，这将导致与传动件8的第二端连接的第二滚轮72旋转，进而驱动驱动电机71的输出轴710旋转，控制系统即可通过驱动电机71的输出轴710的转动角度变化而控制执行元件12进行闭合。

反过来，当执行元件12闭合过程中受到外力时，如前所述，手术器械11中的器械驱动机构或传感器会检测并接收该外力，并经由控制系统处理以使得驱动电机71的输出轴710在预紧力矩的基础上叠加输出与外力相对应的力矩，驱动电机71的输出轴710旋转则驱动第二滚轮72旋转，传动件8的部分区段将卷绕在所述第二滚轮72的第二沟槽720上，从而通过传动件8驱动第一滚轮62旋转，进而驱动操控部61进行被动旋转，实现力反馈。

值得说明的是，操控部61的旋转角度与执行元件12的开合角度可以是1:1的比例关系，也可以不是1:1的比例关系，而是有一个特定的对应比例，且这个比例可以调整。

本实施例中，所述第二滚轮72通过第二安装架74与所述驱动电机71连接。所述第二安装架74包括第五安装板741、垂直连接于第二安装架74的一侧的第六安装板742以及垂直连接于第二安装架74的另一侧的第七安装板743。所述第二滚轮72安装在所述第五安装板741上。所述驱动电机71安装在所述第六安装板742上。

优选地，所述第一驱动件7还包括设于第二安装架74的第七安装板743底侧的一个或多个第二导向轮75，例如，如图5和图6所示，本实施例设有一个第二导向轮75。所述传动件8的临近其第二端的区段在所述第二导向轮75上绕设，以使所述传动件8按照既定路径滑动，传动更加稳定。

还优选地，所述保护套9靠近所述第一驱动件7的一端设有第二保护头92。所述第七安装板743上设有彼此连通的第二接收槽746和第二通孔(未示出)，所述第二保护头92固定在所述第二接收槽746内，所述传动件8的第二端穿过所述第二通孔后在所述第二导向轮75上绕设然后与所述第二滚轮72连接。通过第二保护头92有助于固定保护套9的靠近所述第一驱动件7的端部并保证该端部受力。

参考图7，本发明第二实施例的操控器与所述第一实施例的操控器大致相同，相同之处不再赘述，本发明第二实施例的操控器与所述第一实施例的操控器的主要区别在于控制手柄。具体地，本实施例的控制手柄26不再包括所述第一滚轮62，所述传动件8的第一端与操控部261直接连接，且本实施例的操控部261的主动旋转角度不再通过所述传动件8传递给所述第一驱动件7，而是通过编码器66检测所述操控部261沿所述第一方向的转动角度，以便所述执行元件12根据所述操控部261沿所述第一方向的转动角度进行闭合。

因为传动件8外套设的保护套9的材质为塑料材质，具有形变能力，因此，在操纵控制手柄6的过程中，传动件8会在保护套9中有额外的伸长或缩短，使得驱动电机71识别到的角度不准确，若保护套9采用金属材质的挠性软管，则在操纵控制手柄6的过程中，保护套9对控制手柄6的运动有抵抗力，而该抵抗力无法通过驱动电机71补偿来抵消。编码器66可以有效防止长时间使用后传动件8发生蠕变而无法将操控部261沿第一方向的转动角度准确地传递给第一驱动件7的问题，对执行元件12的运动控制更加精准。

具体地，同时参考图7和图8，本实施例中，所述操控部261不再包括所述U形连接段610，而仅包括大致U形的把持部2611以及与把持部2611连接的颈部2612。所述把持部2611上设有固定孔613，用于固定所述传动件8的第一端。

本实施例中，所述操控部261通过连接件67与连接轴263同步传动连接。所述连接件67的一端与所述操控部261的颈部2612固定连接，另一端与连接轴263固定连接。连接轴263的两端分别通过轴承(未示出)与相应的连接臂2643转动连接。连接臂2643固定安装在第一安装架64的第一安装板641上。本实施例中，连接轴263的其中一端还固定连接一接收槽2630，用于安装所述编码器66的部分零部件。

本实施例中，所述编码器66包括磁钢661和读头662。所述磁钢661固定安装在所述连接轴263的所述接收槽2630内，具体为一磁块，其左右两侧分别为N极和S极。所述读头662通过第三安装架68安装在其中一连接臂2643上，并连接电线。具体地，所述第三安装架68包括支撑架680以及盖板681。所述支撑架680固定安装在所述其中一连接臂2643上，并设有一支撑凹槽682。所述读头662收容在所述支撑凹槽682内，且其上设有两相对的卡合台阶663，所述盖板681压合在所述卡合台阶663上并与所述支撑架680固定连接，从而实现所述读头662的安装。

当用户沿第一方向主动旋转操控部261时，操控部261通过所述连接件67带动所述连接轴263同步旋转，所述连接轴263带动所述磁钢661一起转动，由此，所述读头662将基于霍尔原理切割磁钢661的磁感线，进而判断所述操控部261沿第一方向的转动角度，以便所述执行元件12根据所述操控部261沿所述第一方向的转动角度进行闭合。反过来，当执行元件12闭合过程中受到外力时，手术器械11内的传感器或器械驱动机构检测并接收该力的信息(例如力的大小，在其他实施例中，也可以包括力的方向信息)，并经由控制系统处理以使得驱动电机71的输出轴710输出相应比例大小的力矩，然后通过传动件8直接驱动所述操控部261沿第二方向被动旋转，实现夹持力反馈。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于以上列举的实施例，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (16)

1.一种操控器，用于控制执行元件运动，其特征在于，所述操控器包括：

并联操作臂，包括相对静止部分及与之相连的可活动部分；

控制手柄，所述控制手柄与所述并联操作臂的可活动部分连接，所述控制手柄包括主体部以及与所述主体部活动连接的操控部，所述操控部用于控制所述执行元件运动，

反馈装置，所述反馈装置包括第一驱动件与传动件，所述第一驱动件独立于所述并联操作臂的所述可活动部分和所述控制手柄设置，所述传动件的第一端与所述操控部连接，第二端与所述第一驱动件连接，

其中所述第一驱动件用于将所述执行元件运动过程中受到的外力经由所述传动件反馈给所述操控部，并带所述动操控部逆向运动。

2.根据权利要求1所述的操控器，其特征在于，所述操控部可相对所述主体部沿第一方向运动以控制所述执行元件运动，所述第一驱动件根据所述执行元件运动过程中受到的外力经由所述传动件使所述操控部沿第二方向运动，从而将所述执行元件运动过程中受到的外力反馈给所述操控部，其中所述第二方向与所述第一方向相反。

3.根据权利要求2所述的操控器，其特征在于，所述操控部与所述主体部铰接连接，所述操控器还包括用于检测所述操控部沿所述第一方向的转动角度的编码器，以便所述执行元件根据所述操控部沿所述第一方向的所述转动角度进行运动。

4.根据权利要求2所述的操控器，其特征在于，所述操控部与所述主体部铰接连接，所述第一驱动件用于经由所述传动件识别所述操控部沿所述第一方向的转动角度，以便所述执行元件根据所述操控部沿所述第一方向的所述转动角度进行运动。

5.根据权利要求1所述的操控器，其特征在于，所述第一驱动件包括驱动电机，所述驱动电机的输出轴与所述传动件传动连接；所述传动件与所述操控部传动连接，或，所述传动件与所述操控部直接连接。

6.根据权利要求1所述的操控器，其特征在于，所述执行元件包括可相对开合运动的两个部分，所述开合运动包括张开运动与闭合运动，所述操控部用于控制所述执行元件开合运动，所述第一驱动件用于将所述执行元件的张开运动或闭合运动过程中受到的外力经由所述传动件反馈给所述操控部，并带所述动操控部逆向运动。

7.根据权利要求1所述的操控器，其特征在于，所述控制手柄还包括设于所述主体部的内部的第一滚轮，所述第一滚轮与所述主体部转动连接，所述第一滚轮与所述操控部同步传动连接，所述传动件的第一端与所述第一滚轮连接并可在所述第一滚轮上卷绕。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的操控器，其特征在于，所述控制手柄还包括设于所述主体部内的一个或多个第一导向轮，所述传动件的临近其第一端的区段在所述一个或多个第一导向轮上延伸，以使所述传动件按照既定路径滑动。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的操控器，其特征在于，所述第一驱动件包括驱动电机，所述驱动电机的输出轴同步传动连接有第二滚轮，所述传动件的第二端与所述第二滚轮连接并可在所述第二滚轮上卷绕，和/或，

所述第一驱动件还包括一个或多个第二导向轮，所述传动件的临近其第二端的区段在所述一个或多个第二导向轮上延伸，以使所述传动件按照既定路径滑动。

10.根据权利要求1所述的操控器，其特征在于，包括套设在所述传动件外的保护套，所述保护套靠近所述主体部的一端设有第一保护头，所述保护套靠近所述第一驱动件的一端设有第二保护头，且所述传动件可在所述保护套内自由滑动。

11.根据权利要求1所述的操控器，其特征在于，所述并联操作臂包括静平台、动平台和若干支链，所述支链包括支杆与支架，所述支杆与所述支架滑动连接，所述动平台连接到所述支杆上，所述支架与所述静平台连接，所述控制手柄的主体部与所述动平台连接，所述并联操作臂的所述可活动部分为所述动平台与所述支链的所述支杆与所述支架，所述相对静止部分为所述静平台。

12.根据权利要求11所述的操控器，其特征在于，所述控制手柄的所述主体部与所述动平台固定或转动连接，所述并联操作臂包括多个第二驱动件，所述第二驱动件通过控制所述支链相对所述静平台转动和移动，带动所述动平台运动，从而带动所述控制手柄运动。

13.一种操控台，其特征在于，包括根据权利要求1至12中任一项所述的操控器，所述操控器的数量为一个或两个或多个，所述反馈装置的所述第一驱动件设于所述操控台上。

14.根据权利要求13所述的操控台，其特征在于，所述操控台包括底板，所述并联操作臂的所述相对静止部分设于所述底板上，

所述第一驱动件设于所述相对静止部分上和/或所述底板上。

15.根据权利要求13所述的操控台，其特征在于，所述操控台包括底板，所述并联操作臂的所述相对静止部分设于所述底板上，所述操控台还包括取景器以及支撑所述取景器的支撑件，所述支撑件与所述底板固定连接，所述取景器位于所述并联操作臂以及控制手柄的上方，

所述第一驱动件可设于所述支撑件上和/或所述取景器上。

16.一种机器人，其特征在于，包括根据权利要求13-15中任一项所述的操控台，所述机器人为手术机器人或工业机器人，当所述机器人为手术机器人时，所述手术机器人还包括床旁机械臂，所述床旁机械臂包括手术执行机构，所述手术执行机构包括设置在手术执行机构末端的手术器械，所述手术器械远离所述床旁机械臂的末端设有所述执行元件。