一种手术机器人的安全边界与力控制方法技术

本发明专利技术公开了一种手术机器人的安全边界与力控制方法，包括以下步骤：录入患者情况信息；获取机器人与手术工具的物理尺寸信息和手术操作位置的安全范围信息；设定机器人的末端点的位置信息；根据机器人末端点的位置信息和手术操作位置的安全范围信息，获取机器人末端点的工作区域安全边界和机器人末端点接触力范围信息；根据患者信息、机器人末端点的工作区域安全边界信息和机器人末端点接触力范围信息生成手术操作指令并发送给机器人；实时获取并分析机器人末端点的操作反馈信息，生成并发送调整指令给机器人。本发明专利技术对手术机器人进行有效的安全边界位置与力控制，提高手术效率。

【技术实现步骤摘要】
一种手术机器人的安全边界与力控制方法
本专利技术涉及机器人控制
，具体而言，涉及一种手术机器人的安全边界与力控制方法。
技术介绍
目前，在进行手术时特别是如胯骨关节置换手术等对工作区域限定严格的手术时，通常是通过医生人为的去完成胯骨关节置换手术，但对医生的技术要求非常高，对于医疗资源落后、医疗人才缺乏的地区而言，难度较大的手术需要耗费较大的资源才能完成，给一些条件较差的患者带来了较大的困扰；虽然目前，国外有一些知名的医疗机器人，如达芬奇等，可以进行手术操作，但是其造价昂贵，成本极高，而且目前尚未涉及到胯骨关节置换手术等对工作区域限定严格的手术，无法对执行手术任务的机器人进行安全边界的设定和约束，无法保证手术效果，容易造成医疗事故的发生。
技术实现思路
为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本专利技术实施例提供一种手术机器人的安全边界与力控制方法，对从事手术任务的机器人进行安全边界的设定和约束，以及对手术机器人的力度进行控制，根据距离边界限制距离设置不同的环境刚性量测，并给医生作出提示，实现分级力反馈策略，针对不同的手术操作、建立各个安全层级的参数，构建针对性的边界力反馈的协同安全策略，保障手术顺利、安全开展，基于协同控制策略，保留医生对手术实时操纵能力，结合机器人力反馈技术，在系统控制架构中，实现虚拟安全边界，将手术安全边界在最小延迟的条件下，直观反馈给操作者，相较于医生自身反应的速度，大幅度地提升手术安全性。本专利技术的实施例是这样实现的：一种手术机器人的安全边界与力控制方法，包括以下步骤：录入患者情况信息；获取机器人与手术工具的物理尺寸信息以及手术操作位置的安全范围信息；根据机器人与手术工具的物理尺寸信息以及手术操作位置的安全范围信息，设定机器人的末端点的位置信息；根据机器人末端点的位置信息和手术操作位置的安全范围信息，获取机器人末端点的工作区域安全边界和机器人末端点接触力范围信息；根据患者信息、机器人末端点的工作区域安全边界信息和机器人末端点接触力范围信息生成手术操作指令并发送给机器人；实时获取并分析机器人末端点的操作反馈信息，生成并发送调整指令给机器人。首先，录入患者情况信息，该患者情况信息包括患者的基本身份信息、患者的病况，如患者的姓名、年龄、历史病例、身体健康状况、待手术的部位等信息，然后通过测量获取机器人与手术工具的物理尺寸信息以及手术操作位置的安全范围信息，根据机器人与手术工具的物理尺寸信息以及手术操作位置的安全范围信息，设定机器人的末端点的位置，机器人的末端点指代机器人所安装医疗手术工具的末端面的中心，根据工具尺寸即可计算出其相对于机器人第六关节末端的位置，完成设定，根据获取的机器人末端点的位置信息和手术操作位置的安全范围信息计算出机器人末端点的工作区域安全边界机器人末端点接触力范围，再根据计算获取到的机器人末端点的工作区域安全边界机器人末端点接触力范围生成相应的机器人的操作速度、操作位置范围等手术操作指令给机器人，控制机器人进行手术操作；在机器人进行手术操作时，实时获取机器人末端点的操作反馈信息，进行及时分析，及时发送调整指令给机器人，及时调整机器人末端点的手术操作范围、操作速度、操作接触力等，及时有效的保证手术精准性，保证手术操作过程的安全性，同时提高手术效率，减小医生的手术操作压力。在本专利技术的一些实施例中，一种手术机器人的安全边界与力控制方法，该手术机器人的安全边界与力控制方法还包括以下步骤：将机器人末端点的工作区域安全边界划分为多个平面；将每个平面的参数信息通过六维坐标表示。在本专利技术的一些实施例中，一种手术机器人的安全边界与力控制方法，操作反馈信息包括操作速度、接触力信息、操作位置信息。在本专利技术的一些实施例中，一种手术机器人的安全边界与力控制方法，实时获取并分析机器人末端点的操作反馈信息，生成并发送调整指令给机器人的方法包括以下步骤：实时获取机器人末端点的操作速度；将实时获取的机器人末端点的操作速度与预设的机器人末端点的正常操作速度进行对比，生成对比结果；根据对比结果生成并发送速度调整指令给机器人。在本专利技术的一些实施例中，一种手术机器人的安全边界与力控制方法，实时获取并分析机器人末端点的操作反馈信息，生成并发送调整指令给机器人的方法包括以下步骤：A1、实时获取机器人末端点的操作位置信息；A2、判断实时获取的机器人末端点的操作位置是否超出机器人末端点的工作区域安全边界，如果是，则进入步骤A3；如果否，则进入步骤A1；A3、生成并发送位置调整指令给机器人。在本专利技术的一些实施例中，一种手术机器人的安全边界与力控制方法，生成手术操作指令并发送给机器人的方法包括以下步骤：通过机器人末端点的触力传感器获取机器人末端点的接触力信息；获取并记录机器人末端点的拖动轨迹信息；根据拖动轨迹信息，生成手术操作指令并发送给机器人。在本专利技术的一些实施例中，一种手术机器人的安全边界与力控制方法，生成手术操作指令并发送给机器人的方法包括以下步骤：设定机器人的补偿重力和补偿摩擦力，使得机器人进入零力模式；获取并记录机器人关节拨动运行轨迹以及所需时间；根据机器人关节拨动运行轨迹以及所需时间生成手术操作指令并发送给机器人。在本专利技术的一些实施例中，一种手术机器人的安全边界与力控制方法，生成手术操作指令并发送给机器人的方法包括以下步骤：设定机器人末端点的操作速度；实时生成并发送机器人末端点操作速度操作指令给机器人。在本专利技术的一些实施例中，一种手术机器人的安全边界与力控制方法，该手术机器人的安全边界与力控制方法还包括以下步骤：对获取的手术操作位置的安全范围进行分级处理，以得到安全区域范围、警示区域范围以及禁入区域范围。在本专利技术的一些实施例中，一种手术机器人的安全边界与力控制方法，该手术机器人的安全边界与力控制方法还包括以下步骤：B1、获取机器人末端点的操作反馈信息；B2、根据操作反馈信息判断是否超出机器人末端点的工作区域安全边界或/和机器人末端点接触力范围，如果是，则进入步骤B3；如果否，则进入步骤B1，重新获取机器人末端点的操作反馈信息；B3、生成并发送预警提示信息。本专利技术实施例至少具有如下优点或有益效果：本专利技术实施例提供了一种手术机器人的安全边界与力控制方法，通过测量获取机器人与手术工具的物理尺寸信息以及手术操作位置的安全范围信息，根据机器人与手术工具的物理尺寸信息以及手术操作位置的安全范围信息，设定机器人的末端点的位置，根据获取的机器人末端点的位置信息和手术操作位置的安全范围信息计算出机器人末端点的工作区域安全边界机器人末端点接触力范围，再根据计算获取到的机器人末端点的工作区域安全边界机器人末端点接触力范围生成相应的机器人的操作速度、操作位置范围等手术操作指令给机器人，控制机器人进行手术操作；在机器人进行手术操作时，实时获取机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手术机器人的安全边界与力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n录入患者情况信息；/n获取机器人与手术工具的物理尺寸信息以及手术操作位置的安全范围信息；/n根据机器人与手术工具的物理尺寸信息以及手术操作位置的安全范围信息，设定机器人的末端点的位置信息；/n根据机器人末端点的位置信息和手术操作位置的安全范围信息，获取机器人末端点的工作区域安全边界和机器人末端点接触力范围信息；/n根据患者信息、机器人末端点的工作区域安全边界信息和机器人末端点接触力范围信息生成手术操作指令并发送给机器人；/n实时获取并分析机器人末端点的操作反馈信息，生成并发送调整指令给机器人。/n

【技术特征摘要】
1.一种手术机器人的安全边界与力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
录入患者情况信息；
获取机器人与手术工具的物理尺寸信息以及手术操作位置的安全范围信息；
根据机器人与手术工具的物理尺寸信息以及手术操作位置的安全范围信息，设定机器人的末端点的位置信息；
根据机器人末端点的位置信息和手术操作位置的安全范围信息，获取机器人末端点的工作区域安全边界和机器人末端点接触力范围信息；
根据患者信息、机器人末端点的工作区域安全边界信息和机器人末端点接触力范围信息生成手术操作指令并发送给机器人；
实时获取并分析机器人末端点的操作反馈信息，生成并发送调整指令给机器人。


2.根据权利要求1所述的一种手术机器人的安全边界与力控制方法，其特征在于，该手术机器人的安全边界与力控制方法还包括以下步骤：
将机器人末端点的工作区域安全边界划分为多个平面；
将每个平面的参数信息通过六维坐标表示。


3.根据权利要求1所述的一种手术机器人的安全边界与力控制方法，其特征在于，所述操作反馈信息包括操作速度、接触力信息、操作位置信息。


4.根据权利要求3所述的一种手术机器人的安全边界与力控制方法，其特征在于，所述实时获取并分析机器人末端点的操作反馈信息，生成并发送调整指令给机器人的方法包括以下步骤：
实时获取机器人末端点的操作速度；
将实时获取的机器人末端点的操作速度与预设的机器人末端点的正常操作速度进行对比，生成对比结果；
根据对比结果生成并发送速度调整指令给机器人。


5.根据权利要求3所述的一种手术机器人的安全边界与力控制方法，其特征在于，所述实时获取并分析机器人末端点的操作反馈信息，生成并发送调整指令给机器人的方法包括以下步骤：
A1、实时获取机器人末端点的操作位置信息；
A2、判断实时获取的机器人末端点的操作位置是否超出机器人末端点的工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈恺勋，杨立豪，骆子豪，刘立，
申请(专利权)人：前元运立北京机器人智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11