手术机器人及其机械臂的控制方法、控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种手术机器人及其机械臂的控制方法、控制装置。该方法包括：根据动力机构内部的安装状态信息及位置状态信息获得的动力机构在相应状态下的负载参数；根据负载参数确定在六维力传感器坐标系下的负载力学模型；获取机械臂中各关节的位置信息，结合负载力学模型计算负载的六维力/力矩矢量；根据总的六维力/力矩矢量、零偏的六维力/力矩矢量及负载的六维力/力矩矢量计算施加于动力机构的外力的六维力/力矩矢量；解析外力的六维力/力矩矢量获得动力机构在机械臂的基坐标系的目标位姿信息，并根据目标位姿信息控制机械臂中各关节运动使动力机构到达对应的目标位姿。通过上述实施方式，能够较好地拖动机械臂。

【技术实现步骤摘要】
手术机器人及其机械臂的控制方法、控制装置本申请是申请日为2019年09月10日提交中国专利局、申请号为CN201910854105.6、申请名称为“手术机器人及其机械臂的控制方法、控制装置”的分案申请，该案的全文以引用的方式并入本申请中。
本专利技术涉及微创手术医疗器械领域，特别是涉及一种手术机器人及其机械臂的控制方法、控制装置。
技术介绍
微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备在人体腔体内部施行手术的一种手术方式。相比传统手术方式微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优势。随着科技的进步，微创手术机器人技术逐渐成熟，并被广泛应用。微创手术机器人通常包括主操作台及从操作设备，主操作台包括手柄，医生通过操作手柄向从操作设备发送控制命令，从操作设备包括机械臂，机械臂远端具有操作臂，操作臂具有末端器械。医生对患者实施手术操作之前，需要拖动机械臂以使其远端能够运动至医生规划的患者手术入口部位的期望位姿。然而，在拖动机械臂至规划位置时，由受力位置远端的结构导致的负载情况由于具有不确定性，导致不能准确地确定操作者所施加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手术机器人，其特征在于，包括：/n机械臂，具有多个通过关节连接的连杆，作为所述机械臂远端的所述连杆是动力机构；/n及控制装置，与所述机械臂耦接，被配置成执行：/n确定所述连杆中的受力连杆并获得施加于所述受力连杆的外力；/n获取输入的关联于所述动力机构的任务自由度的操作命令；/n在所述操作命令关联于所述任务自由度仅与所述机械臂的姿态有效自由度匹配的情况、且所述受力连杆为两个以上且所述受力连杆包含所述动力机构时，解析第一受力连杆上的外力获得所述第一受力连杆在基坐标系的目标位姿信息，所述第一受力连杆指所述受力连杆中最邻近所述机械臂近端的一个受力连杆，基坐标系指所述机械臂的基坐标系；/n解析所...

【技术特征摘要】
1.一种手术机器人，其特征在于，包括：
机械臂，具有多个通过关节连接的连杆，作为所述机械臂远端的所述连杆是动力机构；
及控制装置，与所述机械臂耦接，被配置成执行：
确定所述连杆中的受力连杆并获得施加于所述受力连杆的外力；
获取输入的关联于所述动力机构的任务自由度的操作命令；
在所述操作命令关联于所述任务自由度仅与所述机械臂的姿态有效自由度匹配的情况、且所述受力连杆为两个以上且所述受力连杆包含所述动力机构时，解析第一受力连杆上的外力获得所述第一受力连杆在基坐标系的目标位姿信息，所述第一受力连杆指所述受力连杆中最邻近所述机械臂近端的一个受力连杆，基坐标系指所述机械臂的基坐标系；
解析所述动力机构的外力获得所述动力机构在基坐标系的目标位姿信息；
解析除所述动力机构以外的第二受力连杆的外力获得所述第二受力连杆在相邻所述受力连杆的坐标系的目标位姿信息，所述第二受力连杆指各相邻两个所述受力连杆中相对远离所述机械臂近端的一个受力连杆；
换算所述动力机构在基坐标系的目标位姿信息得到所述动力机构位于相邻所述受力连杆的坐标系、在与所述动力机构相邻的所述受力连杆到达相应坐标系的目标位姿信息对应的目标位姿时的目标位姿信息；
当所述动力机构在相邻所述受力连杆的坐标系的目标位姿信息有效时，执行策略一，即根据所述第一受力连杆的目标位姿信息控制所述第一受力连杆及其近端的各所述连杆运动使所述第一受力连杆到达对应的目标位姿、根据所述第二受力连杆的目标位姿信息控制所述第二受力连杆及与其相邻所述受力连杆之间的各所述连杆运动使所述第二受力连杆到达对应的目标位姿、根据所述动力机构的目标位姿信息控制所述动力机构及所述动力机构与相邻所述受力连杆之间的各所述连杆运动使所述动力机构保持位置的同时调节姿态。


2.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于：
换算所述动力机构在基坐标系的目标位姿信息得到所述动力机构位于相邻所述受力连杆的坐标系、在与所述动力机构相邻的所述受力连杆到达相应坐标系的目标位姿信息对应的目标位姿时的目标位姿信息的步骤之后，包括：
判断所述动力机构在相邻所述受力连杆的坐标系的目标位姿信息是否有效；
若有效，进入所述策略一的步骤；
若无效，进入策略二，即结合所述动力机构的任务自由度解析所述动力机构的外力获得所述动力机构在基坐标系的目标位姿信息，并根据所述动力机构的目标位姿信息控制所述机械臂中各所述连杆运动使所述动力机构保持位置的同时调节姿态。


3.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于：
所述机械臂包括三个位置有效自由度及三个姿态有效自由度。


4.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于：
所述机械臂包括三个位置有效自由度及两个姿态有效自由度。


5.根据权利要求4所述的手术机器人，其特征在于：
所述机械臂的五个有效自由度由所述机械臂的五个自由度组成，其中，所述机械臂具有沿近端向远端依次设置的一个沿竖直方向线性移动的自由度、三个绕竖直方向转动的自由度以及一个绕垂直于竖直方向的方向转动的自由度。


6.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于：
所述机械臂中，包括所述动力机构的连续两个以上的相邻所述连杆之间均装设有与所述控制装置耦接、用于采集受力信息的六维力传感器；
确定所述连杆中的受力连杆并获得施加于所述受力连杆的外力的步骤包括：
获取每一所述六维力传感器下的一组负载参数，所述一组负载参数包括位于相应所述六维力...

【专利技术属性】
技术研发人员：高元倩，叶国强，
申请(专利权)人：深圳市精锋医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44