手术机器人系统、调整方法、存储介质及终端技术方案

本发明专利技术提供了手术机器人系统、调整方法、存储介质及终端，所述手术机器人系统包括存储单元、检测单元、动作单元和控制单元，所述动作单元包括运载模块和调节模块，所述调节模块的自由端设置手术器械以作用于目标对象。所述控制单元根据所述运载模块的移动信息和所述手术器械的移动前位置信息生成所述运载模块的调整位置信息，以驱动所述运载模块进行运载方位调整，然后根据所述调节模块的移动信息结合所述位姿调整控制信息进行运动路径遍历和最优路径筛选，并根据所述最优路径筛选的结果结合所述约束收敛信息判断是否能够收敛，避免机械臂的运动空间无法满足手术需求的问题，并扩大手术器械的操作空间范围。大手术器械的操作空间范围。大手术器械的操作空间范围。

【技术实现步骤摘要】
手术机器人系统、调整方法、存储介质及终端


[0001]本专利技术涉及医疗器械
，尤其涉及手术机器人系统、调整方法、存储介质及终端。

技术介绍

[0002]采用机器人手术系统来进行微创伤外科手术，不仅患者创伤小，术后恢复快，伤口感染小，同时降低医生操作难度和手术疲劳程度，并且加强医生的体验感。
[0003]在使用手术机器人进行微创手术时，重要的一步在于在术前将手术机器人的各个机械臂及各个关节摆放至合理位置，确保在接下来的手术中机械臂的运动能有充足的范围。但是，由于术前判断的病灶位置与实际病灶位置有时会存在差异，需要术中进行调整。
[0004]现有技术中，通过移动机器人的方法来改变病人与机械臂之间的相对位置，能够间接改善手术机器人的运动空间。然而，采用上述调整方法调整后由于不动点位置的变化，可能需要针对患者进行重新打孔，对患者目标对象造成二次伤害。
[0005]因此，有必要提供一种新型的手术机器人系统、调整方法、存储介质及终端，以解决现有技术中存在的上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种手术机器人系统、调整方法、存储介质及终端，以避免机械臂的运动空间无法满足手术需求的问题，并扩大手术器械的操作空间范围。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的所述手术机器人系统，包括存储单元、检测单元、动作单元和与所述存储单元、检测单元及动作单元连接的控制单元，所述动作单元包括互相连接的运载模块和调节模块，所述调节模块的自由端用于连接手术器械；
[0008]所述检测单元用于对所述运载模块、所述调节模块和所述手术器械中的任意一者进行移动信息检测，并将获取的移动信息发送至所述控制单元；
[0009]所述控制单元根据所述移动信息生成控制指令以驱动所述运载模块和所述调节模块的至少一者的运动，以调整所述手术器械的位置或者姿态的至少一种。
[0010]本专利技术的所述手术机器人系统的有益效果在于：所述控制单元根据所述运载模块的移动信息和所述手术器械的移动前位置信息生成所述运载模块的调整位置信息，以驱动所述运载模块进行运载方位调整，然后根据所述调节模块的移动信息结合所述位姿调整控制信息进行运动路径遍历和最优路径筛选，并根据所述最优路径筛选的结果结合所述约束收敛信息判断是否能够收敛，以驱动所述调节模块带动所述手术器械调整至期望位置，避免了机械臂的运动空间无法满足手术需求的问题，并扩大手术器械的操作空间范围。
[0011]优选的，所述手术器械的移动信息包括所述手术器械的移动前位置信息，所述存储单元存储有位姿调整控制信息和约束收敛信息，所述控制单元根据所述运载模块的移动信息和所述手术器械的移动前位置信息生成所述运载模块的调整位置信息，以驱动所述运载模块进行运载方位调整，然后根据所述调节模块的移动信息结合所述位姿调整控制信息
进行运动路径遍历和最优路径筛选，并根据所述约束收敛信息判断所述最优路径筛选的结果是否能够收敛，以驱动所述调节模块带动所述手术器械调整至期望位置。
[0012]优选的，所述调节模块包括若干关节以及与所述关节相对应设置的关节电机，所述控制单元若判断所述最优路径筛选的结果不能够收敛后，通过所述关节电机驱动所述关节进行关节调整，所述检测单元对调整后的关节执行所述移动信息检测并将所述调整后的关节的移动信息发送所述控制单元，所述控制单元根据所述调整后的关节的移动信息结合所述位姿调整控制信息进行所述运动路径遍历和所述最优路径筛选，直至根据所述最优路径的筛选结果和所述约束收敛信息判断能够收敛为止。其有益效果在于：避免了机械臂的运动空间无法满足手术需求的问题，并扩大手术器械的操作空间范围。
[0013]进一步优选的，所述控制单元通过限位识别、碰撞检测、固定不动点以及器械姿态的至少一种方式进行所述运动路径遍历，并根据若干所述关节电机的角度信息建立启发函数和代价函数实现所述最优路径筛选，所述不动点为所述手术器械作用于所述目标对象后在所述目标对象体表形成的虚拟介入点。
[0014]进一步优选的，所述存储单元还存储有启发函数权重信息，所述控制单元进一步结合所述启发函数、所述代价函数和所述启发函数权重信息得到收敛判断函数，以判断是否能够进行收敛。
[0015]进一步优选的，所述控制单元包括比较模块，所述比较模块根据所述不动点的移动前位置信息生成所述不动点的期望位置信息，根据所述运载模块的调整位置信息和正运动学原理由所述调节模块的各关节位置信息计算所述运载模块调整后的不动点位置信息，然后根据所述不动点的期望位置信息和所述运载模块调整后的不动点位置信息生成所述不动点的位置偏差信息，以确保所述不动点位置的准确定位。
[0016]进一步优选的，所述比较模块根据坐标变换规则将所述不动点的移动前位置信息转换为所述不动点的期望位置信息，以使所述不动点的移动前位置信息和所述不动点的期望位置信息相对同一参考坐标系一致。
[0017]进一步优选的，所述控制单元还包括规划模块，所述规划模块获取所述不动点的位置偏差信息和所述运载模块的移动信息，并根据所述不动点的位置偏差信息和所述运载模块的移动信息生成所述运载模块的调整位置信息，以驱动所述运载模块进行所述运载方位调整。
[0018]进一步优选的，所述调节模块包括至少一个机械臂，所述若干关节设置于所述机械臂，所述规划模块根据所述约束收敛信息、所述不动点的位置偏差信息、所述若干关节的移动信息以及所述相邻调整臂之间的距离信息构建代价函数，以使所述手术器械末端的变化值在期望范围内，且所述不动点的调整后位置信息与所述不动点的期望位置信息一致。
[0019]进一步优选的，所述规划模块根据所述不动点的位置偏差函数、所述末端关节姿态偏差函数、所述距离函数以及所述限位函数构建代价函数。
[0020]进一步优选的，所述约束收敛信息包括第一调整因子，所述规划模块根据所述第一调整因子和所述不动点的位置偏差信息构建所述不动点的位置偏差函数。
[0021]进一步优选的，所述约束收敛信息包括第二调整因子，所述若干关节的移动信息包括末端关节的位置偏差信息，所述规划模块根据所述第二调整因子和所述末端关节的位置偏差信息构建末端关节姿态偏差函数。
[0022]进一步优选的，所述约束收敛信息包括相邻调整臂之间的向量信息和同一机械臂的相邻调整电机连线的向量信息，所述规划模块根据所述相邻调整臂的向量信息和所述不同调整电机连线的向量信息构建距离函数，以防止相邻调整臂之间发生碰撞。
[0023]进一步优选的，所述收敛约束信息还包括第三调整因子，所述若干关节的移动信息包括每个关节的全程运动范围偏差，所述规划模块根据所述第三调整因子和所述每个关节的全程运动范围偏差构建限位函数。
[0024]进一步优选的，每个关节的移动信息包括每个关节的最大移动位置信息，所述若干关节的移动信息包括所述每个关节的全程运动范围，所述若干关节的调整位置信息包括所述每个关节的限位范围上限阈值，所述规划模块根据所述每个关节的最大移动位置信息和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种手术机器人系统，其特征在于，包括存储单元、检测单元、动作单元和与所述存储单元、检测单元及动作单元连接的控制单元，所述动作单元包括互相连接的运载模块和调节模块，所述调节模块的自由端用于连接手术器械；所述检测单元用于对所述运载模块、所述调节模块和所述手术器械中的任意一者进行移动信息检测，并将获取的移动信息发送至所述控制单元；所述控制单元根据所述移动信息生成控制指令以驱动所述运载模块和所述调节模块的至少一者的运动，以调整所述手术器械的位置或者姿态的至少一种位姿调整控制信息，进而使不动点位于期望位置。2.根据权利要求1所述的手术机器人系统，其特征在于，所述手术器械的移动信息包括所述手术器械的移动前位置信息，所述存储单元存储有位姿调整控制信息和约束收敛信息，所述控制单元根据所述运载模块的移动信息和所述手术器械的移动前位置信息生成所述运载模块的调整位置信息，以驱动所述运载模块进行运载方位调整，然后根据所述调节模块的移动信息结合所述位姿调整控制信息进行运动路径遍历和最优路径筛选，并根据所述约束收敛信息判断所述最优路径筛选的结果是否能够收敛，以驱动所述调节模块带动所述手术器械调整至期望位置。3.根据权利要求2所述的手术机器人系统，其特征在于，所述调节模块包括若干关节以及与所述关节相对应设置的关节电机，所述控制单元判断所述最优路径筛选的结果不能够收敛，则通过所述关节电机驱动所述关节进行关节调整，所述检测单元对调整后的关节执行所述移动信息检测并将所述调整后的关节的移动信息发送所述控制单元，所述控制单元根据所述调整后的关节的移动信息结合所述位姿调整控制信息进行所述运动路径遍历和所述最优路径筛选，直至根据所述最优路径的筛选结果和所述约束收敛信息判断能够收敛为止。4.根据权利要求2所述的手术机器人系统，其特征在于，所述控制单元通过限位识别、碰撞检测、固定不动点以及器械姿态的至少一种方式进行所述运动路径遍历，并根据若干所述关节电机的角度信息建立启发函数和代价函数实现所述最优路径筛选，所述不动点为所述手术器械作用于所述目标对象后在所述目标对象体表限定的虚拟介入点。5.根据权利要求3所述的手术机器人系统，其特征在于，所述存储单元还存储有启发函数权重信息，所述控制单元进一步结合所述启发函数、所述代价函数和所述启发函数权重信息得到收敛判断函数，以判断是否能够进行收敛。6.根据权利要求4所述的手术机器人系统，其特征在于，所述控制单元包括比较模块，所述比较模块根据所述不动点的移动前位置信息生成所述不动点的期望位置信息，根据所述运载模块的调整位置信息和正运动学原理由所述调节模块的各关节位置信息获得所述运载模块调整后的不动点位置信息，然后根据所述不动点的期望位置信息和所述运载模块调整后的不动点位置信息生成所述不动点的位置偏差信息。7.根据权利要求6所述的手术机器人系统，其特征在于，所述比较模块根据坐标变换规则将所述不动点的移动前位置信息转换为所述不动点的期望位置信息，以使所述不动点的移动前位置信息和所述不动点的期望位置信息位于同一参考坐标系下。8.根据权利要求6所述的手术机器人系统，其特征在于，所述控制单元还包括规划模块，所述规划模块获取所述不动点的位置偏差信息和所述运载模块的移动信息，并根据所
述不动点的位置偏差信息和所述运载模块的移动信息生成所述运载模块的调整位置信息，以驱动所述运载模块进行所述运载方位调整。9.根据权利要求8所述的手术机器人系统，其特征在于，所述调节模块包括至少一个机械臂，所述若干关节设置于所述机械臂，所述规划模块根据所述约束收敛信息、所述不动点的位置偏差信息、所述若干关节的移动信息以及所述相邻机械臂之间的距离信息构建所述代价函数，以使所述手...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑阿勇，江磊，何超，
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：