[发明专利]机械臂、其控制方法及手术机器人

权利要求书

1.一种机械臂，其特征在于，所述机械臂包括：

机械单元、控制单元和执行单元；

其中，所述机械单元包括多个分支结构及用于连接两个相邻所述分支结构的关节；

所述执行单元，用于实现所述关节的解锁和锁定；

所述控制单元包括一控制策略，所述控制策略包括一笛卡尔作用力方向和关节的映射；

所述控制单元与执行单元通信连接，所述控制单元根据所述笛卡尔作用力方向和关节的映射以及接收的笛卡尔作用力，通知所述执行单元对相应的所述关节解锁。

2.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，不再接收到笛卡尔作用力时，所述控制单元通知所述执行单元对相应的所述关节锁定。

3.如权利要求2所述的机械臂，其特征在于，当笛卡尔作用力作用于所述控制单元时，所述控制单元持续向所述执行单元发送开启信号使得所述关节被解锁，当笛卡尔作用力撤除时，所述控制单元不再向所述执行单元发送开启信号从而使得所述关节被锁定。

4.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述笛卡尔作用力撤除后，所述控制单元接收到与所述控制单元运动方向相反的笛卡尔作用力时，通知所述执行单元对所述关节锁定。

5.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述控制单元包括：感测单元和判断单元；其中，所述感测单元用于接收笛卡尔作用力，感知笛卡尔作用力的方向，并将感知到的笛卡尔作用力方向信息提供给所述判断单元；

所述控制策略被置于所述判断单元，并根据所述笛卡尔作用力方向和关节的映射以及接收的笛卡尔作用力方向，通知所述执行单元对相应的所述关节解锁。

6.如权利要求5所述的机械臂，其特征在于，所述感测单元包括：操作面板结构、信号传递结构及力信息接收结构；其中，所述操作面板结构用于接收所述笛卡尔作用力；所述信号传递结构用于将所述笛卡尔作用力传递到所述力信息接收结构；所述力信息接收结构感知笛卡尔作用力的方向。

7.如权利要求5所述的机械臂，其特征在于，所述控制单元还包括滤波单元，所述滤波单元对所述感测单元提供的所述笛卡尔作用力的信息滤波处理，再将滤波处理后的笛卡尔作用力的信息提供给所述判断单元，以消除系统噪声。

8.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述执行单元为制动器或谐波减速器。

9.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述笛卡尔作用力方向和关节的映射为关节控制力矩，所述关节控制力矩根据所述机械臂的力雅可比矩阵获得。

10.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述机械臂还包括动力机构，所述动力机构用于驱动所述关节运动，所述动力机构与所述控制单元通讯连接，

当所述控制单元在通知所述执行单元对相应的所述关节解锁的同时，还通知所述动力机构驱动相应的关节运动。

11.如权利要求10所述的机械臂，其特征在于，所述控制单元还接受笛卡尔作用力的大小，所述控制策略还包括一笛卡尔作用力大小和关节速度大小的映射，所述控制单元通知所述动力机构驱动相应的关节运动同时，根据所述笛卡尔作用力大小和关节速度大小的映射以及接收的笛卡尔作用力的大小，通知所述动力机构输出对应的速度。

12.如权利要求10所述的机械臂，其特征在于，所述控制单元还接受笛卡尔作用力的大小，所述控制策略还包括一笛卡尔作用力大小和动力机构输出力矩大小的映射，所述控制单元通知所述动力机构驱动相应的关节运动的同时，根据所述笛卡尔作用力大小和动力机构输出力矩大小的映射以及接收的笛卡尔作用力的大小，通知所述动力机构输出对应的力矩。