手术机器人及其控制方法、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控制方法、控制装置。该控制方法包括：获取受控末端器械的位置限位；检测受控末端器械的当前位置是否达到位置限位；在受控末端器械的当前位置达到位置限位时，控制受控末端器械保持当前位置，并控制受控末端器械的姿态跟随运动输入设备输入的姿态指令变化；否则，控制受控末端器械的位置及姿态跟随运动输入设备输入的位置指令及姿态指令变化。该控制方法一方面通过允许受控末端器械在位置限位以内运动，并在受控末端器械达到位置限位时保持其位置，可以确保手术的安全性及可靠性；另一方面在受控末端器械达到位置限位时使其姿态跟随姿态指令变化，无需在姿态上重新对齐运动输入设备及受控末端器械，可以确保手术连续性。

【技术实现步骤摘要】
手术机器人及其控制方法、控制装置
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。手术机器人包括主操作台及从操作设备，从操作设备包括多个操作臂，这些操作臂包括具有图像末端器械的相机臂及具有操作末端器械的手术臂。主操作台包括显示器及手柄。医生在显示器显示的由相机臂提供的视野下操作手柄控制相机臂或手术臂运动。由于从操作设备的物理限位及/或软件限位的情况，操作臂中末端器械触发限位时，末端器械通常保持位姿以确保安全性及可靠性，然而，控制末端器械运动的手柄却不一定触发相应的限位，也即手柄还可能存在不受限制的移动。这样的情况容易导致后续限位解除而重新对末端器械进行操控时，存在需要进行取向对齐的操作过程，进而导致手术的不连续性。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种能够确保手术实施的安全性、可靠性以及连续性的手术机器人及其控制方法、控制装置。一方面，本专利技术提供了一种的控制方法，所述手术机器人包括驱动臂以及操纵所述驱动臂中第一部分远端位姿变化的运动输入设备，所述第一部分远端具有末端器械，所述末端器械包括当前被配置成受所述运动输入设备操纵的受控末端器械，所述控制方法包括如下步骤：获取所述受控末端器械的位置限位；检测所述受控末端器械的当前位置是否达到所述位置限位；在所述受控末端器械的当前位置达到位置限位时，控制所述受控末端器械保持所述当前位置，并控制所述受控末端器械的姿态跟随所述运动输入设备输入的姿态指令变化；否则，控制所述受控末端器械的位置及姿态跟随所述运动输入设备输入的位置指令及姿态指令变化。其中，所述位置限位是任务空间的位置限位，检测所述受控末端器械是否达到位置限位的步骤包括：实时获取所述受控末端器械在任务空间的所述当前位置；通过检测所述当前位置是否达到所述位置限位以确定所述受控末端器械是否达到所述位置限位。其中，所述位置限位是所述受控末端器械基于所述第一部分中各关节组件联动所能获得的最大运动范围。其中，所述位置限位是基于所述最大运动范围所确定的包含于所述最大运动范围以内的运动范围。其中，所述受控末端器械的位姿变化由所述第一部分中各关节组件的运动而确定，所述位置限位是关节空间的所述第一部分中各关节组件的位置限位，检测所述受控末端器械是否达到位置限位的步骤包括：实时获取所述第一部分中各关节组件的关节变量；通过检测各所述关节组件对应的所述关节变量是否达到所述位置限位以确定所述受控末端器械是否达到所述位置限位。其中，所述位置限位是所述第一部分中影响所述受控末端器械的位置变化的各关节组件的位置限位。其中，所述受控末端器械是图像末端器械。其中，所述受控末端器械是操作末端器械。其中，所述位置限位基于所述图像末端器械在参考坐标系的可视区域而确定。其中，所述位置限位是所述图像末端器械在参考坐标系的可视区域。其中，所述位置限位是包含于所述可视区域以内的区域。其中，所述可视区域基于所述图像末端器械的相机参数而确定，所述相机参数包括视场角和景深。其中，检测所述受控末端器械是否达到所述位置限位的步骤包括：获取所述图像末端器械采集的所述可视区域的操作图像；通过识别所述受控末端器械是否位于所述操作图像内以确定所述受控末端器械是否达到所述位置限位。其中，控制所述受控末端器械的位置及姿态跟随所述运动输入设备输入的位置指令及姿态指令变化的步骤包括：获取位于所述可视区域内的安全运动区域，令所述安全运动区域内的区域为第一区域，令所述安全运动区域以外、所述可视区域以内的区域为第二区域；根据所述受控末端器械在所述第一区域及所述第二区域内的位置及运动方向的变化而改变所述受控末端器械的运动速度。其中，根据所述受控末端器械在所述第一区域及所述第二区域内的位置及运动方向的变化而改变所述受控末端器械的运动速度的步骤包括：在所述受控末端器械从所述第一区域的边界向所述第二区域的外边界运动时，减小所述受控末端器械在相应方向的运动速度；在所述受控末端器械从所述第二区域的外边界向所述第一区域的边界运动时，增大所述受控末端器械在相应方向的运动速度。其中，所述受控末端器械在相应方向的运动速度跟所述受控末端器械与所述第二区域的外边界之间的距离正相关。其中，所述运动输入设备是机械式的运动输入设备，控制所述受控末端器械的位置及姿态跟随所述运动输入设备输入的位置指令及姿态指令变化的步骤包括：获取位于所述可视区域内的安全运动区域，令所述安全运动区域内的区域为第一区域，令所述安全运动区域以外、所述可视区域以内的区域为第二区域；在所述受控末端器械从所述第一区域的边界向所述第二区域的外边界运动时，增大所述运动输入设备在相应方向移动时的阻力；在所述受控末端器械从所述第二区域的外边界向所述第一区域的边界运动时，减小所述运动输入设备在相应方向移动时的阻力。其中，所述运动输入设备在相应方向移动时的阻力跟所述受控末端器械与所述第二区域的外边界之间的距离负相关。其中，所述控制方法包括：获取所述驱动臂的构型的描述信息；根据所述描述信息生成含有关联于所述驱动臂各部分结构的控件的配置界面以供配置所述第一部分。其中，所述配置界面含有根据所述描述信息生成的关联于所述驱动臂的模型图像，所述模型图像中含有对应于所述驱动臂的各部分的所述控件或对应于所述驱动臂的各部分中的各关节组件的所述控件。另一方面，本专利技术提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被配置为由处理器加载并执行实现如上述任一项实施例所述的控制方法的步骤。另一方面，本专利技术提供了一种手术机器人的控制装置，包括：存储器，用于存储计算机程序；及处理器，用于加载并执行所述计算机程序；其中，所述计算机程序被配置为由所述处理器加载并执行实现如上述任一项实施例所述的控制方法的步骤。另一方面，本专利技术提供了一种手术机器人，包括：操作臂，所述操作臂包括相机臂及手术臂；以及控制器，所述控制器与所述操作臂耦接，并被配置成执行如上述任一项实施例所述的控制方法的步骤。其中，所述驱动臂包括机械臂及操作臂，所述操作臂近端装设于所述机械臂远端，所述末端器械装设于所述操作臂远端，所述第一部分是所述操作臂，或者，所述第一部分是所述机械臂和所述操作臂。其中，所述驱动臂包括机械臂、调整臂、操纵器及操作臂，所述调整臂近端装设于所述机械臂远端，所述操纵器近端装设于所述调整臂远端，所述操作臂近端装设于所述操纵器远端，所述末端器械装设于所述操作臂远端，所述第一部分是所述操作臂，或者，所述第一部分是所述操纵器和所述操作臂，或者，所述第一部分是所述机械臂、所述调整臂、所述操纵器和所述操作臂。本专利技术的手术机器人及其控制方法、控制装置，具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手术机器人的控制方法，所述手术机器人包括驱动臂以及操纵所述驱动臂中第一部分远端位姿变化的运动输入设备，所述第一部分远端具有末端器械，所述末端器械包括当前被配置成受所述运动输入设备操纵的受控末端器械，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：/n获取所述受控末端器械的位置限位；/n检测所述受控末端器械的当前位置是否达到所述位置限位；/n在所述受控末端器械的当前位置达到位置限位时，控制所述受控末端器械保持所述当前位置，并控制所述受控末端器械的姿态跟随所述运动输入设备输入的姿态指令变化；否则，控制所述受控末端器械的位置及姿态跟随所述运动输入设备输入的位置指令及姿态指令变化。/n

【技术特征摘要】
1.一种手术机器人的控制方法，所述手术机器人包括驱动臂以及操纵所述驱动臂中第一部分远端位姿变化的运动输入设备，所述第一部分远端具有末端器械，所述末端器械包括当前被配置成受所述运动输入设备操纵的受控末端器械，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：
获取所述受控末端器械的位置限位；
检测所述受控末端器械的当前位置是否达到所述位置限位；
在所述受控末端器械的当前位置达到位置限位时，控制所述受控末端器械保持所述当前位置，并控制所述受控末端器械的姿态跟随所述运动输入设备输入的姿态指令变化；否则，控制所述受控末端器械的位置及姿态跟随所述运动输入设备输入的位置指令及姿态指令变化。


2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述位置限位是任务空间的位置限位，检测所述受控末端器械的当前位置是否达到位置限位的步骤包括：
实时获取所述受控末端器械在任务空间的所述当前位置；
通过检测所述当前位置是否达到所述位置限位以确定所述受控末端器械是否达到所述位置限位。


3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述位置限位是所述受控末端器械基于所述第一部分中各关节组件联动所能获得的最大运动范围。


4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述位置限位是基于所述最大运动范围所确定的包含于所述最大运动范围以内的运动范围。


5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述受控末端器械的位姿变化由所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：高元倩，王建辰，
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