手术机器人及其图形化控制装置、图形化显示方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种手术机器人及其图形化控制装置、图形化显示方法，手术机器人包括：显示器；两个以上的操纵器，操纵器具有多个关节组件，各关节组件均被配置有用于感应关节组件状态的传感器；控制器，与显示器及传感器耦接，被配置成：在检测到存在处于工作模式的第一操纵器时，获取由第一操纵器的传感器感应的关节组件的状态信息；获取第一操纵器的运动学模型；获取虚拟相机的配置参数；结合虚拟相机的配置参数、第一操纵器的运动学模型及其状态信息生成在虚拟相机视点之下第一操纵器的图像模型；在显示器的第一显示窗口中显示第一操纵器的图像模型。本发明专利技术的手术机器人便于医生观察手术过程所使用的操纵器的位姿状态。

【技术实现步骤摘要】
手术机器人及其图形化控制装置、图形化显示方法
本专利技术涉及医疗器械领域，特别是涉及一种手术机器人及其图形化控制装置、图形化显示方法。
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。在多孔微创手术机器人中，该类型手术机器人通常包括主操作台及从操作设备，从操作设备包括多个操纵器，操纵器用于夹持具有末端器械的操作臂，末端器械包括图像末端器械和操作末端器械，主操作台包括显示装置及手柄，医生在显示装置显示的由图像末端器械提供的视野下通过操作手柄控制相应操纵器及其关联的操作臂运动以实施远程手术。由于多孔手术机器人中的操作臂所具有的构型特点，即其至多具备三个影响姿态的自由度及一个开合自由度，而不具备位置自由度，进而医生通过观察显示装置显示的视野，容易观察到或者预测出操作臂之间的位姿状态，但是却无法观察到或预测出操纵器的位姿状态，这容易对远程手术的实施造成不利影响，如操纵器之间的碰撞容易引起手术事故，又如医生需要频繁中断手术操作并从显示装置外部观察操纵器容易影响手术流畅性。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种便于医生观察手术过程所使用的操纵器的位姿状态的手术机器人及其图形化控制装置、图形化显示方法。一方面，本专利技术提供了一种手术机器人，包括：显示器；操纵器，数量为两个以上，所述操纵器具有多个关节组件，各所述关节组件均被配置有用于感应所述关节组件状态的传感器；及控制器，与所述显示器及所述传感器耦接，并被配置成：在检测到存在处于工作模式的第一操纵器时，获取由所述第一操纵器的传感器感应的关节组件的状态信息；获取所述第一操纵器的运动学模型；获取虚拟相机的配置参数；结合所述虚拟相机的配置参数、所述第一操纵器的运动学模型及其所述状态信息生成在所述虚拟相机视点之下所述第一操纵器的图像模型；在所述显示器的第一显示窗口中显示所述第一操纵器的图像模型。其中，在检测到存在处于空闲模式的第二操纵器时，获取由所述第二操纵器的传感器感应的关节组件的状态信息；获取所述第二操纵器的运动学模型；结合所述虚拟相机的配置参数、所述第二操纵器的运动学模型及其所述状态信息生成在所述虚拟相机视点之下所述第二操纵器的图像模型；在所述显示器的所述第一显示窗口中显示所述第二操纵器的图像模型，或者，在所述显示器的第二显示窗口中显示所述第一操纵器和所述第二操纵器的图像模型。其中，所述控制器被配置成在结合所述虚拟相机的配置参数及所述第二操纵器的运动学模型生成在所述虚拟相机视点之下所述第二操纵器的图像模型时：在确定所述第一操纵器与所述第二操纵器之间存在碰撞可能性之后，结合所述虚拟相机的配置参数、所述第二操纵器的运动学模型及其所述状态信息生成在所述虚拟相机视点之下所述第二操纵器的图像模型。其中，所述控制器被配置成执行如下步骤以确定所述第一操纵器与所述第二操纵器之间是否存在碰撞可能性：计算所述第一操纵器的可达空间；判断所述第一操纵器的可达空间是否至少覆盖所述第二操纵器的部分；如果是，确定所述第一操纵器与所述第二操纵器之间存在碰撞可能性。其中，所述控制器被配置成：在所述第一显示窗口或所述第二显示窗口中区别标识所述第一操纵器的图像模型和所述第二操纵器的图像模型。其中，所述控制器被配置成：根据一操作指令在所述第一显示窗口或所述第二显示窗口中隐藏或显示任一所述操纵器的图像模型。其中，所述控制器被配置成：计算所述第一操纵器的可达空间；结合所述虚拟相机的配置参数及所述第一操纵器的可达空间生成在所述虚拟相机视点之下所述第一操纵器的可达空间图像模型；在所述第一显示窗口或所述第二显示窗口中显示所述可达空间图像模型。其中，所述可达空间图像模型是所述可达空间的计算机模型或投影模型。其中，所述可达空间图像模型的原点与所述第一操纵器的运动中心重合。其中，所述可达空间图像模型的原点在所述第一操纵器近端的关节组件的轴线上。其中，所述第一操纵器被配置成具有在所述可达空间内的安全运动空间，所述控制器被配置成：结合所述虚拟相机的配置参数及所述第一操纵器的安全运动空间生成在所述虚拟相机视点之下所述第一操纵器的安全运动空间的图像模型；在所述第一显示窗口或所述第二显示窗口中显示所述安全运动空间的图像模型。其中，在所述第一操纵器的图像模型从所述安全运动空间的图像模型移至所述可达空间除所述安全运动空间以外的空间的图像模型时，在所述第一显示窗口或所述第二显示窗口中形成对所述第一操纵器、所述安全运动空间及/或所述可达空间图像模型进行标识的标识。其中，所述控制器被配置成：在所述操纵器中第三操纵器达到事件的阈时，在所述第一显示窗口或所述第二显示窗口中形成对所述第三操纵器的图像模型的至少部分进行标识的标识。其中，所述阈是警告阈，所述事件是要避免的情况。其中，所述警告阈基于所述第三操纵器与所述操纵器中第四操纵器之间的距离，所述要避免的情况是所述第三操纵器与所述第四操纵器之间的碰撞。其中，所述控制器被配置成：获取所述第三操纵器与所述第四操纵器之间的最小距离并判断所述最小距离与所述警告阈之间的关系；当所述最小距离达到所述警告阈未到达要避免的情况相应的阈值时，在所述第一显示窗口或所述第二显示窗口中形成对所述第三操纵器和所述第四操纵器的图像模型上的最小距离点进行标识的第一标识。其中，当所述最小距离达到达要避免的情况相应的阈值时，在所述第一显示窗口或所述第二显示窗口中形成对所述第三操纵器和所述第四操纵器的图像模型上的最小距离点进行标识的第二标识。其中，所述控制器被配置成：在获取所述第三操纵器与所述第四操纵器之间的最小距离并判断所述最小距离与所述警告阈之间的关系中，包括：根据所述第三操纵器和所述第四操纵器的运动学模型及结构特征分别构建相应所述第三操纵器和所述第四操纵器的几何模型；离散所述第三操纵器和所述第四操纵器的几何模型获得在参考坐标系下所述第三操纵器和所述第四操纵器的外部信息点集；根据所述第三操纵器和所述第四操纵器的外部信息点集确定所述第三操纵器和所述第四操纵器之间的最小距离；在所述第一显示窗口或所述第二显示窗口中形成对所述第三操纵器和所述第四操纵器的图像模型上的最小距离点进行标识的标识中，包括：确定所述最小距离对应的最小距离点，并在所述第一显示窗口或所述第二显示窗口中形成对所述第三操纵器和所述第四操纵器的图像模型上的最小距离点进行标识的标识。其中，所述控制器被配置成：当所述最小距离达到所述警告阈，根据所述第三操纵器和所述第四操纵器的图像模型上的最小距离点在参考坐标系下的位置确定碰撞方向；在所述第一显示窗口或所述第二显示窗口中形成对所述第三操纵器和所述第四操纵器之间的所述碰撞方向进行标识的标识。其中，所述手术机器人包括与所述控制器耦接、且用于控制所述操纵器运动的机械手柄，所述控制器被配置成：根据所述碰撞方向产生阻碍所述机械手柄在关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手术机器人，其特征在于，包括：/n显示器；/n操纵器，数量为两个以上，所述操纵器具有多个关节组件，各所述关节组件均被配置有用于感应所述关节组件状态的传感器；/n及控制器，与所述显示器及所述传感器耦接，并被配置成：/n在检测到存在处于工作模式的第一操纵器时，获取由所述第一操纵器的传感器感应的关节组件的状态信息；/n获取所述第一操纵器的运动学模型；/n获取虚拟相机的配置参数；/n结合所述虚拟相机的配置参数、所述第一操纵器的运动学模型及其所述状态信息生成在所述虚拟相机视点之下所述第一操纵器的图像模型；/n在所述显示器的第一显示窗口中显示所述第一操纵器的图像模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种手术机器人，其特征在于，包括：
显示器；
操纵器，数量为两个以上，所述操纵器具有多个关节组件，各所述关节组件均被配置有用于感应所述关节组件状态的传感器；
及控制器，与所述显示器及所述传感器耦接，并被配置成：
在检测到存在处于工作模式的第一操纵器时，获取由所述第一操纵器的传感器感应的关节组件的状态信息；
获取所述第一操纵器的运动学模型；
获取虚拟相机的配置参数；
结合所述虚拟相机的配置参数、所述第一操纵器的运动学模型及其所述状态信息生成在所述虚拟相机视点之下所述第一操纵器的图像模型；
在所述显示器的第一显示窗口中显示所述第一操纵器的图像模型。


2.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述控制器被配置成：
在检测到存在处于空闲模式的第二操纵器时，获取由所述第二操纵器的传感器感应的关节组件的状态信息；
获取所述第二操纵器的运动学模型；
结合所述虚拟相机的配置参数、所述第二操纵器的运动学模型及其所述状态信息生成在所述虚拟相机视点之下所述第二操纵器的图像模型；
在所述显示器的所述第一显示窗口中显示所述第二操纵器的图像模型，或者，在所述显示器的第二显示窗口中显示所述第一操纵器和所述第二操纵器的图像模型。


3.根据权利要求2所述的手术机器人，其特征在于，所述控制器被配置成在结合所述虚拟相机的配置参数及所述第二操纵器的运动学模型生成在所述虚拟相机视点之下所述第二操纵器的图像模型时：
在确定所述第一操纵器与所述第二操纵器之间存在碰撞可能性之后，结合所述虚拟相机的配置参数、所述第二操纵器的运动学模型及其所述状态信息生成在所述虚拟相机视点之下所述第二操纵器的图像模型。


4.根据权利要求3所述的手术机器人，其特征在于，所述控制器被配置成执行如下步骤以确定所述第一操纵器与所述第二操纵器之间是否存在碰撞可能性：
计算所述第一操纵器的可达空间；
判断所述第一操纵器的可达空间是否至少覆盖所述第二操纵器的部分；
如果是，确定所述第一操纵器与所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：高元倩，王建辰，王牌，
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