一种医疗机器人、检测机械臂碰撞的方法及存储介质技术

本发明专利技术提供了一种医疗机器人、检测机械臂碰撞的方法及存储介质，所述医疗机器人包括执行端和中央控制单元，其中：所述执行端包括至少两个执行组件，所述执行组件用于被操作者控制进行手术操作；所述中央控制单元用于根据每个所述执行组件的预期位姿，结合预设的执行组件包围盒模型，获得每个所述执行组件包围盒模型的预期位姿，并通过碰撞检测算法判断所述执行组件之间是否发生碰撞，在对患者进行手术操作的过程中，能够自动进行碰撞检测，提高了手术过程的安全性。术过程的安全性。术过程的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种医疗机器人、检测机械臂碰撞的方法及存储介质


[0001]本专利技术涉及手术机器人
，尤其涉及一种医疗机器人、检测机械臂碰撞的方法及存储介质。

技术介绍

[0002]手术机器人的出现符合精准外科的发展趋势。手术机器人成为帮助医生完成手术有力工具,如达芬奇手术机器人已经应用在全球各大医院,因其伤害小、出血少、恢复快，为患者带来福音。
[0003]手术机器人其设计理念是采用微创伤方式，精准地实施复杂的外科手术。在传统的手术面临种种局限的情况下，发展出了手术机器人来替代传统手术，手术机器人突破了人眼的局限，采用立体成像技术，将内部器官更加清晰的呈现给操作者。在原来手伸不进的区域，机器手能完成360度转动、挪动、摆动、夹持，并避免抖动。创口小，出血少，恢复快，大大缩短了患者术后住院时间，术后存活率和康复率也能明显提高，受到广大医患的青睐，现在作为一种高端医疗器械，已广泛运用于各种临床手术中。
[0004]而现有技术中的手术机器人一般具有多条用于执行手术操作的机械臂，在机器人进行手术操作时，由于操作空间往往比较狭窄，机械臂之间容易发生碰撞，进而影响手术安全。而且机械臂碰撞发生后，机器人的主手操作端没有碰撞力反馈，操作医生不能直观的感受到碰撞的发生，因此不能及时采取有效措施避免碰撞影响加重或者解除碰撞。
[0005]因此，有必要提供一种医疗机器人、检测机械臂碰撞的方法及存储介质以解决上述问题中的至少一个。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种医疗机器人、检测机械臂碰撞的方法及存储介质，在操作过程中能够自动进行碰撞检测，预估碰撞风险，提高手术过程的安全性。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的所述一种医疗机器人，包括执行端和中央控制单元，其中：所述执行端包括至少两个执行组件，所述执行组件用于进行手术操作；所述中央控制单元用于根据每个所述执行组件的预期位姿，结合预设的执行组件包围盒模型，获得每个所述执行组件包围盒模型的预期位姿，并通过碰撞检测算法判断所述执行组件之间是否将发生碰撞。
[0008]本专利技术的有益效果在于：通过对医疗机器人的操作组件进行操作，中央控制单元根据操作组件的操作控制执行组件运动到与操作组件对应的位置，实现主从控制，并且在操作运动的过程中，通过包围盒建模的方式模拟执行组件的运动情况，并通过碰撞检测算法对操作过程进行碰撞检测，对碰撞风险进行有效预估，有效提高了医疗机器人在操作使用过程中的安全性。
[0009]进一步的，还包括控制端，所述控制端包括操作组件，所述操作组件用于控制所述
执行组件运动；所述中央控制单元还用于根据所述操作组件的位姿和速度，通过预设的操作组件与执行组件的主从映射关系获得每个所述执行组件的当前位姿和当前速度，进而获得每个所述执行组件的预期位姿。其有益效果在于：在使用者对操作组件进行操作之后，根据主从映射关系得到每个执行组件的当前位姿和当前速度，以准确得到每一个执行组件的预期位姿。
[0010]进一步的，所述中央控制单元还包括预设的执行组件的手术运动轨迹，所述运动轨迹包括每个执行组件每个时刻点在笛卡尔空间的位姿；所述中央控制单元用于取当前时刻之后预期时间时所述手术运动轨迹中的所述执行组件在笛卡尔空间的位姿作为每个所述执行组件的预期位姿。其有益效果在于：执行组件根据预设的运动轨迹进行运动，使得中央控制单元可以快速获取每个执行组件的预期位姿。
[0011]进一步的，所述中央控制单元还包括预设的用于执行组件自检的自检运动轨迹，所述自检运动轨迹包括每个执行组件每个时刻点在笛卡尔空间的位姿；所述中央控制单元用于当所述执行组件自检时，根据所述自检运动轨迹，将每个时刻点每个所述执行组件在笛卡尔空间的位姿作为预期位姿。其有益效果在于：通过自检运动轨迹判断执行组件是否将会发生碰撞。
[0012]进一步的，所述执行组件包括多个关节和连接件，所述连接件之间通过关节连接；所述中央控制单元根据所述执行组件的预期位姿，根据机器人运动学，例如D-H法，获取各个关节的转动角度，以获得所述连接件的预期位姿，进而结合预设的连接件包围盒模型，获得每个所述连接件包围盒模型的预期位姿，并通过碰撞检测算法判断所述执行组件之间的连接件是否将发生碰撞。其有益效果在于：中央控制单元根据关节的转动角度获取连接件的当前位姿和当前速度，以及连接件包围盒模型，从而得到连接件包围盒模型的预期位姿，以快速判断执行组件是否会将发生碰撞。
[0013]进一步的，所述执行组件包括机械臂和手术器械，所述机械臂由所述连接件和关节依次串联形成，且所述机械臂末端用于与所述手术器械连接，所述机械臂用于驱动所述手术器械围绕一不动点运动，或者，所述执行组件包括机械臂和内窥镜，所述机械臂由所述连接件和关节依次串联形成，且所述机械臂末端用于与所述内窥镜连接，所述机械臂用于驱动所述内窥镜围绕一不动点运动。
[0014]进一步的，所述连接件包括易碰撞连接件和非易碰撞连接件，所述中央控制单元根据所述关节的转动角度，获取连接件的当前位姿和当前速度，进而获得易碰撞连接件的预期位姿，并结合预设的易碰撞连接件的连接件包围盒模型，获得每个易碰撞连接件的所述连接件包围盒模型的预期位姿，进一步通过碰撞检测算法判断所述执行组件之间的易碰撞连接件是否将发生碰撞。其有益效果在于：通过只对易碰撞连接件进行碰撞检测以确定执行组件是否将发生碰撞，在减小检测工作量的同时，提高了执行组件碰撞检测的准确性。
[0015]进一步的，所述执行组件包围盒模型还包括特征量，所述执行组件还包括特征参数，所述特征量与所述特征参数相对应，所述中央控制单元根据所述执行组件的预期位姿，获得所述特征参数的预期位姿，从而获得对应的所述特征量的预期位姿，最终获得所述执行组件包围盒模型的预期位姿。其有益效果在于：根据特征量和特征参数相对应的关系，便
于最终获得执行组件包围盒模型的预期位姿。
[0016]进一步的，所述中央控制单元用于基于所述执行组件包围盒模型的预期位姿，获取所述执行组件包围盒模型之间所有的分离轴，以及所述执行组件包围盒模型在所述分离轴上的投影以采用SAT碰撞检测算法判断所述执行组件之间是否将发生碰撞。其有益效果在于：采用执行组件在分离轴上投影的方式判断执行组件是否会将发生碰撞。
[0017]进一步的，所述执行组件包围盒模型包括多个面和相邻的面之间形成的边，所述分离轴包括相邻的两个所述执行组件包围盒模型的面法向量和相邻的所述执行组件包围盒模型的边向量叉乘形成的矢向量。
[0018]进一步的，所述中央控制单元用于将相应的两个所述执行组件包围盒模型投影到所述分离轴上并分别得到第一投影和第二投影，并且判断所述第一投影和第二投影是否重叠，如果所有分离轴上的第一投影和第二投影均重叠，则认定相邻的两个所述执行组件将发生碰撞。
[0019]进一步的，所述中央控制单元用于基于所述连接件包围盒模型的预期位姿，获得所述连接件包围盒模型的各个顶点的位置，然后将所有所述顶点投影至所述分离轴上，将投影点之间距离最长本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种医疗机器人，其特征在于，包括执行端和中央控制单元，其中：所述执行端包括至少两个执行组件，所述执行组件用于进行手术操作；所述中央控制单元用于根据每个所述执行组件的预期位姿，结合预设的执行组件包围盒模型，获得每个所述执行组件包围盒模型的预期位姿，并通过碰撞检测算法判断所述执行组件之间是否将发生碰撞。2.根据权利要求1所述的医疗机器人，其特征在于，还包括控制端，所述控制端包括操作组件，所述操作组件用于控制所述执行组件运动；所述中央控制单元还用于根据所述操作组件的位姿，通过预设的操作组件与执行组件的主从映射关系获得每个所述执行组件的当前位姿和当前速度，进而获得每个所述执行组件的预期位姿。3.根据权利要求1所述的医疗机器人，其特征在于，所述中央控制单元还包括预设的执行组件的手术运动轨迹，所述手术运动轨迹包括每个执行组件每个时刻点在笛卡尔空间的位姿；所述中央控制单元用于取当前时刻之后预期时间时所述手术运动轨迹中的所述执行组件在笛卡尔空间的位姿作为每个所述执行组件的预期位姿。4.根据权利要求1所述的医疗机器人，其特征在于，所述中央控制单元还包括预设的用于执行组件自检的自检运动轨迹，所述自检运动轨迹包括每个执行组件每个时刻点在笛卡尔空间的位姿；所述中央控制单元用于当所述执行组件自检时，根据所述自检运动轨迹，将每个时刻点每个所述执行组件在笛卡尔空间的位姿作为预期位姿。5.根据权利要求1所述的医疗机器人，其特征在于，所述执行组件包括多个关节和连接件，所述连接件之间通过关节连接；所述执行组件包围盒模型包括连接件包围盒模型；所述中央控制单元根据所述执行组件的预期位姿，获得连接件的预期位姿，并结合所述连接件包围盒模型，获得每个所述连接件包围盒模型的预期位姿，进一步通过碰撞检测算法判断所述执行组件之间的连接件是否将发生碰撞。6.根据权利要求5所述的医疗机器人，其特征在于，所述执行组件包括机械臂和手术器械，所述机械臂由所述连接件和关节依次串联形成，且所述机械臂末端用于与所述手术器械连接，所述机械臂用于驱动所述手术器械围绕一不动点运动，或者，所述执行组件包括机械臂和内窥镜，所述机械臂由所述连接件和关节依次串联形成，且所述机械臂末端用于与所述内窥镜连接，所述机械臂用于驱动所述内窥镜围绕一不动点运动。7.根据权利要求5或6所述的医疗机器人，其特征在于，所述连接件包括易碰撞连接件和非易碰撞连接件，所述中央控制单元根据所述关节的转动角度，获取连接件的当前位姿和当前速度，进而获得易碰撞连接件的预期位姿，并结合预设的易碰撞连接件的连接件包围盒模型，获得每个易碰撞连接件的所述连接件包围盒模型的预期位姿，进一步通过碰撞检测算法判断所述执行组件之间的易碰撞连接件是否将发生碰撞。8.根据权利要求1所述的医疗机器人，其特征在于，所述执行组件包围盒模型还包括特征量，所述执行组件还包括特征参数，所述特征量与所述特征参数相对应，所述中央控制单
元根据所述执行组件的预期位姿，获得所述特征参数的预期位姿，从而获得对应的所述特征量的预期位姿，最终获得所述执行组件包围盒模型的预期位姿。9.根据权利要求1所述的医疗机器人，其特征在于，所述中央控制单元用于基于所述执行组件包围盒模型的预期位姿，获取所述执行组件包围盒模型之间所有的分离轴，以及所述执行组件包围盒模型在所述分离轴上的投影，以采用SAT碰撞检测算法判断所述执行组件之间是否将发生碰撞。10.根据权利要求9所述的医疗机器人，其特征在于，所述执行组件包围盒模型包括多个面和相邻的面之间形成的边，所述分离轴包括相邻的两个所述执行组件包围盒模型的面法向量和相邻的所述执行组件包围盒模型的边向量叉乘形成的矢向量。11.根据权利要求9所述的医疗机器人，其特征在于，所述中央控制单元用于将相应的两个所述执行组件包围盒模型投影到所述分离轴上并分别得到第一投影和第二投影，并且判断所述第一投影和第二投影是否重叠，如果所有分离轴上的第一投影和第二投影均重叠，则认定相邻的两个所述执行组件将发生碰撞。12.根据权利要求9所述的医疗机器人，其特征在于，所述中央控制单元用于基于所述连接件包围盒模型的预期位姿，获得所述连接件包围盒模型的各个顶点的位置，然后将所有所述顶点投影至所述分离轴上，将投影点之间距离最长的投影连线作为投影。13.根据权利要求1所述的医疗机器人，其特征在于，所述中央控制单元还用于在判断所述执行组件之间将发生碰撞后，对将要发生碰撞的所述执行组件以第一标识表示，其余所述执行组件以第二标识表示。14.根据权利要求1所述的医疗机器人，其特征在于，所述中央控制单元还用于在判断所述执行组件之间将发生碰撞后，获取所述执行组件之间可能发生碰撞的方向，并将所述碰撞的方向予以显示。15.根据权利要求14所述的医疗机器人，其特征在于，所述中央控制单元用于将相应的两个所述执行组件包围盒模型投影到所述分离轴上分别得到第一投影和第二投影，并且判断所述第一投影和第二投影是否重叠，如果所有分离轴上的第一投影和第二投影均重叠，则认定相邻的两个所述执行组件将发生碰撞，并取最小的投影重叠的长度所在的分离轴作为所述可能发生碰撞的方向。16.根据权利要求14所述的医疗机器人，其特征在于，还包括控制端，所述控制端包括操作组件，所述操作组件用于控制所述执行组件运动；所述中央控制单元根据所述可能发生碰撞的方向，以及预设的主从映射关系，控制所述操作组件运动，以对操作者施加与可能发生碰撞的方向相反方向的作用力。17.根据权利要求16所述的医疗机器人，其特征在于，所述中央控制单元用于将相应的两个所述执行组件包围盒模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：李自，苏明轩，何超，王家寅，唐文博，
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：