用于检测机械臂上传感设备工作状态的装置及方法、机械臂和医疗机器人制造方法及图纸

本申请涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种用于检测机械臂上传感设备工作状态的装置及方法、机械臂和医疗机器人。一种用于检测机械臂上传感设备工作状态的装置，针对用于采集位于目标关节臂与底座之间各转动关节的绝对状态参数的第一传感设备，通过基于该第一传感设备所采集的绝对状态参数来获取第一姿态信息，同时可基于其他传感设备来分别采集底座和目标关节臂的绝对姿态信息，并基于该底座的绝对姿态信息和目标关节臂的绝对姿态信息获取第二姿态信息，根据第一姿态信息和第二姿态信息即可判断上述的第一传感设备所采集的数据是否准确，进而能够及时发现传感设备是否处于异常工作状态，提升医疗机器人的安全性，降低安全事故发生的概率。

Device and Method for Detecting the Working State of Sensing Equipment on Manipulator, Manipulator and Medical Robot

The application relates to the technical field of medical devices, in particular to a device and method for detecting the working status of a sensing device on a mechanical arm, a mechanical arm and a medical robot. A device used to detect the working status of sensor equipment on a manipulator is designed. For the first sensor equipment used to collect the absolute state parameters of the rotating joints between the target joint arm and the base, the first attitude information is obtained based on the absolute state parameters collected by the first sensor device. At the same time, the base and the target joint arm can be collected separately based on other sensors. Absolute attitude information, and the second attitude information is obtained based on the absolute attitude information of the base and the absolute attitude information of the target arm. According to the first attitude information and the second attitude information, the accuracy of the data collected by the first sensor can be judged, and the abnormal working state of the sensor can be detected in time, so as to enhance the safety of the medical robot. Reduce the probability of safety accidents.

【技术实现步骤摘要】
用于检测机械臂上传感设备工作状态的装置及方法、机械臂和医疗机器人
本专利技术涉及医疗
，特别是涉及一种用于检测机械臂上传感设备工作状态的装置及方法、机械臂和医疗机器人。
技术介绍
微创伤手术是指通过小切口将细长的操作器械(例如腹腔镜、胸腔镜及手术器械)送入患者体内进行手术的一种新技术。其具有创口小、疼痛轻、恢复快、住院时间短、出血少等优点。但是由于切口较小，如何在狭小的工作空间中完成复杂的手术操作是手术机器人系统面临的重大挑战。高冗余柔性机械臂解决了传统刚性关节机械臂无法在狭小空间工作的难题，因此在手术机器人系统中多采用高冗余柔性机械臂。但如何精确控制高冗余机械臂的运动姿态成为影响高冗余机械臂工作可靠性的重要因素，也是影响手术机器人安全性的重要因素。尤其工作过程中，末端关节是否按照期望的运动轨迹运动，直接影响机械臂的工作精度以及可靠性，进而影响手术的安全性。在现有技术中，通常通过编码器确定机械臂的位置。当编码器出现故障，尤其绝对位置编码器的出现故障时，则无法确定机械臂的位置，从而导致机械臂的远端无法按照预期的姿态运动，有可能导致手术器械戳中脏器造成手术安全事故。因此，现有的手术机器人在工作时可通过机械臂的绝对位置编码器与增量式编码器互检，监控机械臂的工作状态。但是手术机器人由断电到重新通电期间，由于各种原因，手术机器人的机械臂被被动调整，这些变化无法被编码器检测到，进而导致开机时关节的实际状态与编码器检测结果的不一致。而现有的技术无法检测开机时绝对位置编码器的检测结果是否正确。因此，本领域需要一种新装置，用于检测机械臂上传感设备运行是否正常，特别适用于检测机械臂开机时传感设备是否正常。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述技术问题提供一种用于检测机械臂上传感设备工作状态的装置及方法、机械臂和医疗机器人。在一个可选的实施例中，本申请提供了一种用于检测机械臂上传感设备工作状态的装置，所述机械臂可具有自由端和固定端，所述固定端用于连接在底座上，所述自由端用于连接操作器械；所述机械臂可包括第一传感设备、多个关节以及通过所述关节连接的关节臂，所述多个关节可包括转动关节，所述第一传感设备可用于采集位于目标关节臂与所述固定端之间的各所述转动关节的绝对状态参数；所述装置可包括：处理设备，用于根据所述绝对状态参数获取第一姿态信息；第二传感设备，用于分别采集第一绝对姿态信息和第二绝对姿态信息；所述第一绝对姿态信息为所述底座的绝对姿态信息，所述第二绝对姿态信息为所述目标关节臂的绝对姿态信息；其中，所述处理设备还用于根据所述第一绝对姿态信息和所述第二绝对姿态信息获取第二姿态信息，且所述第一姿态信息和所述第二姿态信息均用于表征所述目标关节臂与相对于所述底座的姿态关系；以及所述处理设备还用于根据所述第一姿态信息和所述第二姿态信息，判断所述第一传感设备的工作状态。在上述用于检测机械臂上传感设备工作状态的装置实施例中，针对用于采集位于目标关节臂与底座之间各关节的绝对状态参数的第一传感设备，通过基于该第一传感设备所采集的绝对状态参数来获取第一姿态信息，同时可基于其他传感设备来分别采集底座和目标关节臂的绝对姿态信息，并基于该底座的绝对姿态信息和目标关节臂的绝对姿态信息获取第二姿态信息，由于第一姿态信息和第二姿态信息均可用于目标关节臂与底座之间的相对姿态关系，故而基于第一姿态信息和第二姿态信息判断上述的第一传感设备所采集的数据是否准确，进而能够在开机时即可发现传感设备是否处于异常工作状态，检测结果是否错误，以避免在工作过程中传感设备检测得到不精确，甚至错误的状态参数，进而确保机械臂的末端按照预期轨迹运动，使得设置在机械臂末端的操作器械不会发生碰撞或戳中非目标区域，提升医疗机器人的安全性，降低安全事故发生的概率。在一个可选的实施例中，所述目标关节臂可为位于转动关节远端且与该远端连接的关节臂；例如，上述的目标关节臂可为任一转动关节远端所连接的关节臂。在一个可选的实施例中，所述第一传感设备包括绝对位置编码器；其中，在位于所述目标关节臂与所述固定端之间的任一所述转动关节上均设置有至少一个所述绝对位置编码器，且任一所述绝对位置编码器均用于采集与该绝对位置编码器对应的所述转动关节的所述绝对状态参数。在一个可选的实施例中，所述绝对位置编码器包括绝对光学编码器、绝对磁编码器和绝对旋转变压器编码器中的至少一种。在一个可选的实施例中，所述第二传感设备至少包括：第一传感单元，设置于所述底座上，用于采集所述第一绝对姿态信息；以及第二传感单元，设置于所述目标关节臂上，用于采集所述第二绝对姿态信息；其中，所述第一传感单元和所述第二传感单元均包括协同工作的磁场传感器和水平传感器。在一个可选的实施例中，所述第一传感设备包括绝对位置编码器，且任一所述转动关节上均设置有至少一个所述绝对位置编码器，用于获取各所述转动关节的绝对状态参数；其中，每个转动关节远端连接的关节臂上均设有所述第二传感单元，以获得各个转动关节的第二绝对姿态信息；以及所述处理设备获得所述第一姿态信息和每个转动关节远端连接的关节臂的第二姿态信息，进而检测每个所述绝对位置编码器的工作状态。在一个可选的实施例中，所述工作状态包括异常工作状态和正常工作状态；所述处理设备可包括：运算单元，用于根据所述绝对状态参数获取所述第一姿态信息，根据所述第一绝对姿态信息和所述第二绝对姿态信息获取所述第二姿态信息，并计算所述第一姿态信息与所述第二姿态信息之间的差值；存储单元，存储有预设的阈值；以及判断单元，判断所述差值是否大于所述预设的阈值；其中，当所述差值大于所述预设的阈值时，所述判断单元判定所述第一传感设备处于所述异常工作状态。在一个可选的实施例中，所述运算单元可基于机械臂运动学模型，计算得到所述第一姿态信息。在一个可选的实施例中，上述的装置还可包括：报警设备，与所述判断单元连接；其中，所述判断单元判定所述第一传感设备处于所述异常工作状态后输出所述异常工作状态的信息至所述报警设备，以触发该报警设备发出报警讯息。在一个可选的实施例中，所述存储单元还用于存储所述第一绝对姿态信息、所述第二绝对姿态信息、所述第一姿态信息、所述第二姿态信息、所述差值和所述工作状态中的至少一个。在一个可选的实施例中，本申请还提供了一种检测机械臂上传感设备工作状态的方法，所述机械臂可具有相对的自由端和固定端，所述固定端连接在底座上，所述自由端可用于连接操作器械，所述机械臂包括第一传感设备、多个关节以及通过所述关节连接的关节臂，所述多个关节包括转动关节，所述第一传感设备用于采集位于目标关节臂与所述固定端之间的各所述转动关节的绝对状态参数；所述方法包括：获得所述第一传感设备采集的位于目标关节臂与所述固定端之间的各所述转动关节的绝对状态参数；根据所述绝对状态参数获取第一姿态信息；分别采集第一绝对姿态信息和第二绝对姿态信息，所述第一绝对姿态信息为所述底座的绝对姿态信息，所述第二绝对姿态信息为所述目标关节臂的绝对姿态信息；根据所述第一绝对姿态信息和所述第二绝对姿态信息获取第二姿态信息，且所述第一姿态信息和所述第二姿态信息均用于表征所述目标关节臂相对于所述底座的姿态关系；以及根据所述第一姿态信息和所述第二姿态信息，判断所述第一传感设备的工作状态。在上述用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测机械臂上传感设备工作状态的装置，其特征在于，所述机械臂具有自由端和固定端，所述固定端用于连接在底座上，所述自由端用于连接操作器械；所述机械臂包括第一传感设备、多个关节以及通过所述关节连接的关节臂，所述多个关节包括转动关节，所述第一传感设备用于采集位于目标关节臂与所述固定端之间的各所述转动关节的绝对状态参数；所述装置包括：处理设备，用于根据所述绝对状态参数获取第一姿态信息；以及第二传感设备，用于分别采集第一绝对姿态信息和第二绝对姿态信息；所述第一绝对姿态信息为所述底座的绝对姿态信息，所述第二绝对姿态信息为所述目标关节臂的绝对姿态信息；其中，所述处理设备还用于根据所述第一绝对姿态信息和所述第二绝对姿态信息获取第二姿态信息，且所述第一姿态信息和所述第二姿态信息均用于表征所述目标关节臂相对于所述底座的姿态关系；以及所述处理设备还用于根据所述第一姿态信息和所述第二姿态信息，判断所述第一传感设备的所述工作状态。

【技术特征摘要】
1.一种用于检测机械臂上传感设备工作状态的装置，其特征在于，所述机械臂具有自由端和固定端，所述固定端用于连接在底座上，所述自由端用于连接操作器械；所述机械臂包括第一传感设备、多个关节以及通过所述关节连接的关节臂，所述多个关节包括转动关节，所述第一传感设备用于采集位于目标关节臂与所述固定端之间的各所述转动关节的绝对状态参数；所述装置包括：处理设备，用于根据所述绝对状态参数获取第一姿态信息；以及第二传感设备，用于分别采集第一绝对姿态信息和第二绝对姿态信息；所述第一绝对姿态信息为所述底座的绝对姿态信息，所述第二绝对姿态信息为所述目标关节臂的绝对姿态信息；其中，所述处理设备还用于根据所述第一绝对姿态信息和所述第二绝对姿态信息获取第二姿态信息，且所述第一姿态信息和所述第二姿态信息均用于表征所述目标关节臂相对于所述底座的姿态关系；以及所述处理设备还用于根据所述第一姿态信息和所述第二姿态信息，判断所述第一传感设备的所述工作状态。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述目标关节臂为任一所述转动关节远端所连接的关节臂。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一传感设备包括绝对位置编码器；其中，在位于所述目标关节臂与所述固定端之间的任一所述转动关节上均设置有至少一个所述绝对位置编码器，且任一所述绝对位置编码器均用于采集与该绝对位置编码器对应的所述转动关节的所述绝对状态参数。4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述绝对位置编码器包括绝对光学编码器、绝对磁编码器和绝对旋转变压器编码器中的至少一种。5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二传感设备至少包括：第一传感单元，设置于所述底座上，用于采集所述第一绝对姿态信息；以及第二传感单元，设置于所述目标关节臂上，用于采集所述第二绝对姿态信息；其中，所述第一传感单元和所述第二传感单元均包括协同工作的磁场传感器和水平传感器。6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一传感设备包括绝对位置编码器，且任一所述转动关节上均设置有至少一个所述绝对位置编码器，用于获取各所述转动关节的绝对状态参数；其中，每个转动关节远端连接的关节臂上均设有所述第二传感单元，以获得各个转动关节的第二绝对姿态信息；以及所述处理设备获得所述第一姿态信息和每个转动关节远端连接的关节臂的第二姿态信息，进而检测每个所述绝对位置编码器的工作状态。7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述工作状态包括异常工作状态和正常工作状态；所述处理设备包括：运算单元，用于根据所述绝对状态参数获取所述第一姿态信息，根据所述第一绝对姿态信息和所述第二绝对姿态信息获取所述第二姿态信息，并计算所述第一姿态信息与所述第二姿态信息之间的差值；存储单元，存储有预设的阈值；以及判断单元，判断所述差值是否大于所述预设的阈值；其中，当所述差值大于所述预设的阈值时，所述判断单元判定所述第一传感设备处于所述异常工作状态。8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述运算单元基于机械臂运动学模型，计算得到所述第一姿态信息。9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：报警设备，与所述判断单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱祥，何超，许剑民，王家寅，师云雷，韦烨，何国栋，
申请(专利权)人：微创上海医疗机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31