(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 202211129155.6 (22)申请日 2022.09.16 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 付宜利　高超　 (74)专利代理 机构 哈尔滨华夏松花江知识产权 代理有限公司 23213 专利代理师 杨晓辉 (51)Int.Cl. A61B 34/37(2016.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/06(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 微创手术机 器人的主操作手结构 (57)摘要 微创手术机器人的主操作手结构， 涉及微创 手术机器人主操作手结构 优化领域。 解决了现有 技术中并未对主操作手尺寸和安装位置尺寸相 关性进行考量， 导致两种尺寸之间的匹配度不 高， 最终使安装到主控台上的主操作手在操作空 间内操作性能差的问题。 预设灵巧性指标权重 w1′取值范围为0.5至0.56、 且w1′+w′2＝1时， 主操 作手的自身连杆尺寸和安装位置尺寸满足： L1的 取值为104.4mm至123.2mm， L2的取值为285.4mm 至336.8mm， L3的取值为257.2mm至303.5mm， LMW的 取值为410.9mm至461.6mm， LML的取值为375mm至 421.3mm， LMH的取值为190mm至241.4mm。 主要用 在微创手术机 器人上。 权利要求书2页 说明书9页 附图4页 CN 115462908 A 2022.12.13 CN 115462908 A 1.微创手术机器人的主操作手结构， 该主操作手为七自由度串联主操作机械手； 其特 征在于， 主操作手的自身连杆尺寸包括L1、 L2和L3， 主操作手安装在主控台上的安装位置尺 寸包括LMW、 LML和LMH； 当预设灵巧性指标权重w ′1取值范围为0.5至0.56、 且w ′1+w′2＝1时， 主操作 手的自身连 杆尺寸和安装位置尺寸满足如下： L1的取值范围为104.4mm至123.2mm， L2的取值范围为285.4mm至336.8mm， L3的取值范围 为257.2mm至303.5mm， LMW的取值范围为410.9mm至461.6mm， LML的取值范围为375mm至 421.3mm， LMH的取值范围为190m m至241.4m m； 其中， w′2为预设重力矩指标权 重； L1为主操作手中俯仰关节、 偏航关节、 翻滚关节夹子的旋转轴的交点 OMR7与肘关节、 冗余 关节转轴的公垂线之间的距离； L2为主操作手中肩关节旋转轴与肘关节转轴之间的距离； L3为主操作手中肘关节旋转轴与关节四旋转轴之间的垂直距离； LML为主操作手安装位置点所在平面相对于主控台坐标原点所在竖直平面间的长度； LMH为主操作手安装位置点与主控台坐标原点所在水平面间的高度； LMW为位于左、 右两侧的主操作手的安装位置间的宽度。 2.根据权利要求1所述的微创手术机器人的主操作手结构， 其特征在于， 当预设灵巧性 指标权重w ′1和预设重力矩指标权重w ′2取其所在范围内的任意定值时， 获得L1、 L2、 L3、 LMW、 LML和LMH的实现过程 为： S41‑1、 将主操作手自身连杆尺寸和安装位置尺寸作为优化参数， 将全局灵巧性指标f1 取值最小作为第一个优化指标， 将全局重力矩指标f2取值最小作为第二个优化指标； 设置约束条件如下： S42‑1、 利用多目标优化算法求解主操作手自身连杆尺寸和安装位置尺寸， 使全局灵巧 性指标f1和全局重力矩指标f2最优， 从而获得最优解集； 其中， 最优解集中每组帕累托最优 解包含L2、 L3、 L1、 LMW、 LML和LMH； S43‑1、 计算每组帕累托最优解所对应的两个优化指标中每个优化指标的权重wj， 所述 每组帕累托 最优解所对应的两个优化指标作为 一组优化指标； 其中， wj为第j个优化指标 所对应的权 重值； j＝1,2； w1+w2＝1； 为第j个优化指标的最大值；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115462908 A 2为第j个优化指标的最小值； S44‑1、 将预设灵巧性指标权重w ′1和预设重力矩指标权重w ′2作为整体预设权重， 整体 预设权重与每组优化指标进行比较， 取与整体预设权重差值最小的那组优化指标所对应的 那组帕累托 最优解作为主操作手自身连 杆尺寸和安装位置尺寸的最优值。 3.根据权利 要求2所述的微创手术机器人的主操作手结构， 其特征在于， S44 ‑1中， 整体 预设权重与每组优化指标进行比较的实现方式为 其中， w′j为整体预设权重中第j个预设权重分量， 预设权重包括两个预设权重分量， 分 别为第一个预设权重分量w ′1和第二个预设权重分量w ′2， 且第一个预设权重分量作为预设 灵巧性指标权 重， 第二个预设权 重分量作为预设重力矩指标权 重。 4.根据权利要求1至3之一所述的微创手术机器人的主操作手结构， 其特征在于， 当预 设灵巧性指标权重w ′1＝0.5、 预设重力矩指标权重w ′2＝0.5时， L1＝104.4mm， L2＝285.4mm， L3＝257.2m m， LMW＝410.9mm， LML＝375mm， LMH＝190mm。 5.根据权利要求1至3之一所述的微创手术机器人的主操作手结构， 其特征在于， 当预 设灵巧性指标权重w ′1＝0.52、 预设重力矩指标权重w ′2＝0.48时， L1＝110.7mm， L2＝ 302.5mm， L3＝272.6m m， LMW＝427.8mm， LML＝390.4m m， LMH＝207.1m m。 6.根据权利要求1至3之一所述的微创手术机器人的主操作手结构， 其特征在于， 当预 设灵巧性指标权重w ′1＝0.54、 预设重力矩指标权重w ′2＝0.46时， L1＝110.7mm， L2＝ 302.5mm， L3＝272.6m m， LMW＝444.7mm， LML＝405.9mm， LMH＝224.2mm。 7.根据权利要求1至3之一所述的微创手术机器人的主操作手结构， 其特征在于， 当预 设灵巧性指标权重w ′1＝0.56、 预设重力矩指标权重w ′2＝0.44时， L1＝110.7mm， L2＝ 302.5mm， L3＝272.6m m， LMW＝461.6mm， LML＝421.3mm， LMH＝241.4m m。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115462908 A 3