手术器械控制方法、装置和电子装置制造方法及图纸

一种手术器械控制方法、装置及电子装置，其中手术器械控制方法，包括：获取被用户操控的主操作手对应的手术器械的输入量，手术器械包括转动连接的末端器械夹、俯仰端和控制端，手术器械的输入量包括末端器械夹的摆动角度和/或俯仰端的俯仰角度，按照预设的计算公式和输入量，计算使得末端器械夹摆动摆动角度和/或俯仰端俯仰俯仰角度对应的控制端的位移量，控制驱动装置驱动控制端执行位移量，以控制末端器械夹摆动该摆动角度和/或俯仰端俯仰该俯仰角度。上述手术器械控制方法、装置及电子装置可控制具有摆动和俯仰全维度的手术器械工作，计算精度高，提高了对该手术器械的控制精度。

【技术实现步骤摘要】
手术器械控制方法、装置和电子装置
本申请实施例涉及机械领域，尤其设计一种手术器械控制方法、装置和电子装置。
技术介绍
手术器械是手术机器人的末端器械夹，安装于手术机器人上，代替人手在人体内部完成手术操作。对于结构多样的手术器械而言，其控制方式也不同，没有一种通用的控制算法可以应用于所有的手术器械。现有的手术器械一般为钢丝绳传动，其对应的运动学控制算法不能应用在连杆型手术器械上，因此需要对应的控制方法解决对连杆型手术器械的控制。
技术实现思路
本申请实施例提供一种手术器械控制方法、装置和电子装置，可实现通过已知的末端器械夹和俯仰端等关节角度即可得到控制端的直线位移来控制手术器械运动，且控制精度高，提高了对手术器械的控制精度。本申请实施例一方面提供了一种手术器械控制方法，包括：获取被用户操控的主操作手对应的手术器械的输入量，所述手术器械包括转动连接的末端器械夹、俯仰端和控制端，所述手术器械的输入量包括所述末端器械夹的摆动角度和/或所述俯仰端的俯仰角度；按照预设的计算公式和所述输入量，计算使得所述末端器械夹摆动所述摆动角度和/或所述俯仰端俯仰所述俯仰角度对应的所述控制端的位移量；控制驱动装置驱动所述控制端执行所述位移量，以控制所述末端器械夹摆动所述摆动角度和/或所述俯仰端俯仰所述俯仰角度。本申请实施例一方面还提供了一种手术器械控制装置，包括：获取模块，用于获取被用户操控的主操作手对应的手术器械的输入量，所述手术器械包括转动连接的末端器械夹、俯仰端和控制端，所述手术器械的输入量包括所述末端器械夹的摆动角度和/或所述俯仰端的俯仰角度；计算模块，用于按照预设的计算公式和所述输入量，计算使得所述末端器械夹摆动所述摆动角度和/或所述俯仰端俯仰所述俯仰角度对应的所述控制端的位移量；控制模块，用于控制驱动装置驱动所述控制端执行所述位移量，以控制所述末端器械夹摆动所述摆动角度和/或所述俯仰端俯仰所述俯仰角度。本申请实施例一方面还提供了一种电子装置，包括：存储器和处理器；所述存储器存储有可执行程序代码；与所述存储器耦合的所述处理器，调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行如上述实施例提供的手术器械控制方法。从上述本申请各实施例可知，待控制的手术器械包括转动连接的末端器械夹、俯仰端和控制端，该手术器械通过末端器械夹的摆动和/或俯仰端的俯仰完成手术操作，需要通过控制端的直线运动驱动末端器械夹的摆动和俯仰端的俯仰，获取与手术器械有运动映射关系的主操作手的动作，得到末端器械夹摆动摆动角度和/或俯仰端俯仰俯仰角度，计算出对应的控制端的直线位移，控制驱动装置驱动该控制端执行该直线位移，从而控制手术器械实现该主操作手的运动，该手术器械的动作维度多，可以实现更复杂的操作，并且大大降低蠕变，提高了使用寿命，上述针对该手术器械的控制方法，通过已知的末端器械夹和俯仰端等关节角度即可得到控制端的直线位移来控制手术器械运动，计算方法简便，计算精度高，提高了对该手术器械的控制精度。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的手术器械控制方法的应用场景示意图；图2A为本申请实施例提供的手术器械控制方法所控制的手术器械的外观结构示意图图2B为图2A的局部放大示意图；图3A为本申请实施例提供的手术器械控制方法所控制的手术器械的连杆结构和推杆结构的爆炸图的局部放大示意图图3B为本申请实施例提供的手术器械控制方法所控制的手术器械的爆炸图的局部放大示意图；图3C为本申请实施例提供的手术器械控制方法所控制的手术器械的爆炸图的局部放大示意图图3D为本申请实施例提供的手术器械控制方法所控制的手术器械中第二连杆的结构示意图；图4A为本申请实施例提供的手术器械控制方法所控制的手术器械的正视图；图4B为本申请实施例提供的手术器械控制方法所控制的手术器械的剖视图；图4C为本申请实施例提供的手术器械控制方法所控制的手术器械的侧视图；图5A为本申请实施例提供的手术器械控制方法所控制的手术器械俯仰端俯仰运动示意图；图5B为本申请实施例提供的手术器械控制方法所控制的手术器械的第一器械夹向外侧转动示意图；图5C为本申请实施例提供的手术器械控制方法所控制的手术器械的第二器械夹向外侧转动示意图；图5D为本申请实施例提供的手术器械控制方法所控制的手术器械的俯仰端和两个器械夹同时俯仰和转动的示意图；图6为本申请一实施例提供的手术器械控制方法的实现流程图；图7为本申请另一实施例提供的手术器械控制方法的实现流程图；图8为本申请实施例提供的手术器械控制方法所控制的手术器械建立有第一坐标系和第二坐标系的一个局部结构示意图；图9为本申请实施例提供的手术器械控制方法所控制的手术器械建立有第一坐标系的另一个局部结构示意图；图10为本申请实施例提供的手术器械控制方法所控制的手术器械建立有第二坐标系的另一个局部结构示意图；图11为本申请实施例提供的手术器械控制方法所控制的手术器械的第一偏置曲柄滑块机构的原理示意图；图12为本申请实施例提供的手术器械控制方法所控制的手术器械的第二传动链的第二偏置曲柄滑块机构的原理示意图；图13为本申请实施例提供的手术器械控制方法所控制的手术器械的第二传动链的第三偏置曲柄滑块机构的原理示意图；图14为本申请一实施例提供的手术器械控制装置的结构示意图；图15为本申请一实施例提供的电子装置的结构示意图。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参见图1，本申请实施例提供的手术器械控制方法的应用场景示意图。如图1所示，该手术器械控制方法可用于通过终端实现对手术器械的控制，具体地，终端100连接主操作手200和驱动装置300，驱动装置300还连接手术器械400，驱动装置300为具有直线驱动功能的直线电机，对应推拉手术器械400的控制端，该控制端具体为多个推杆，通过驱动装置300的推拉控制手术器械400的末端器械夹的摆动和/或俯仰端的俯仰，该末端器械夹包括两个可独立活动的器械夹，能够完成单个器械夹的摆动和两个器械夹的相对摆动，即，用户通过操控主操作手200控制手术器械400，主操作手200的运动映射到手术器械400上，实现俯仰端俯仰和末端器械夹摆动的三个自由度上的运动。终端100可以为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手术器械控制方法，应用于终端，其特征在于，包括：/n获取被用户操控的主操作手对应的手术器械的输入量，所述手术器械包括转动连接的末端器械夹、俯仰端和控制端，所述手术器械的输入量包括所述末端器械夹的摆动角度和/或所述俯仰端的俯仰角度；/n按照预设的计算公式和所述输入量，计算使得所述末端器械夹摆动所述摆动角度和/或所述俯仰端俯仰所述俯仰角度对应的所述控制端的位移量；/n控制驱动装置驱动所述控制端执行所述位移量，以控制所述末端器械夹摆动所述摆动角度和/或所述俯仰端俯仰所述俯仰角度。/n

【技术特征摘要】
1.一种手术器械控制方法，应用于终端，其特征在于，包括：
获取被用户操控的主操作手对应的手术器械的输入量，所述手术器械包括转动连接的末端器械夹、俯仰端和控制端，所述手术器械的输入量包括所述末端器械夹的摆动角度和/或所述俯仰端的俯仰角度；
按照预设的计算公式和所述输入量，计算使得所述末端器械夹摆动所述摆动角度和/或所述俯仰端俯仰所述俯仰角度对应的所述控制端的位移量；
控制驱动装置驱动所述控制端执行所述位移量，以控制所述末端器械夹摆动所述摆动角度和/或所述俯仰端俯仰所述俯仰角度。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述俯仰端与所述控制端所述获取被用户操控的主操作手对应的手术器械的输入量之前包括：
建立描述所述俯仰端俯仰运动的第一坐标系和描述所述末端器械夹摆动的第二坐标系；
建立描述所述俯仰端俯仰运动的第一运动模型和所述末端器械夹摆动的第二运动模型；
根据所述手术器械的结构死点位置，设定所述手术器械的工作空间范围。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述建立描述所述俯仰端俯仰运动的第一坐标系和描述所述末端器械夹摆动的第二坐标系包括：
以所述俯仰端相对于所述控制端进行俯仰运动时的运动轨迹所形成的平面，作为所述第一坐标系的基准坐标平面，建立所述第一坐标系；
以所述末端器械夹之间相对摆动时的运动轨迹形成的平面，作为所述第二坐标系的基准坐标平面，建立所述第二坐标系。


4.根据权利要求3所述的方法，所述以所述俯仰端相对于所述控制端进行俯仰运动时的运动轨迹所形成的平面，作为所述第一坐标系的基准坐标平面，建立所述第一坐标系包括：
以所述俯仰端的转动轴的中点为所述第一坐标系的原点N，以经过所述第一坐标系的原点N沿所述俯仰端的转动轴的方向为所述第一坐标系的Y0轴方向，以所述第一坐标系的原点N沿平行于所述控制端的方向为所述第一坐标系的Z0轴方向，以与所述Y0轴和所述Z0轴符合右手坐标系的方向为所述第一坐标系的X0轴方向，建立所述第一坐标系。


5.根据权利要求4所述的方法，所述以所述末端器械夹之间相对摆动时的运动轨迹形成的平面，作为所述第二坐标系的基准坐标平面，建立所述第二坐标系包括：
以所述末端器械夹的转动轴的中点为所述第二坐标系的原点M，以经过所述第二坐标系的原点M沿所述末端器械夹的转动轴的方向为所述第二坐标系的X轴方向，以所述第一坐标系的原点N和所述第二坐标系的原点M连线的方向为所述第二坐标系的Z轴方向，以与所述X轴和所述Z轴符合右手坐标系的方向为所述第二坐标系的Y轴方向，建立所述第二坐标系。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制端包括连杆结构和推杆结构，所述推杆结构通过所述连杆结构连接所述俯仰端，所述建立描述所述俯仰端俯仰运动的第一运动模型和所述末端器械夹摆动的第二运动模型包括：
按照所述末端器械夹、所述俯仰端和所述控制端的运动形态，将所述俯仰端、所述连杆结构和所述推杆结构共同作用的俯仰运动形态等效为第一偏置曲柄滑块机构，以及将所述末端器械夹、所述连杆结构和所述推杆结构共同作用的所述末端器械夹的摆动运动形态等效为第二偏置曲柄滑块机构和第三偏置曲柄滑块机构。


7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述末端器械夹包括第一器械夹和第二器械夹，所述推杆结构包括第一推杆、第二推杆和第三推杆，所述第一推杆和所述第二推杆分别控制所述第一器械夹和所述第二器械夹摆动，所述第三推杆控制所述俯仰端俯仰、所述第一器械夹和所述第二器械夹摆动，所述以所述俯仰端的转动轴的中点为所述第一坐标系的原点N，以经过所述第一坐标系的原点N沿所述俯仰端的转动轴的方向为所述第一坐标系的Y0轴方向，以所述第一坐标系的原点N沿平行于所述控制端的方向为所述第一坐标系的Z0轴方向，以与所述Y0轴和所述Z0轴符合右手坐标系的方向为所述第一坐标系的X0轴方向，建立所述第一坐标系包括：
将所述俯仰端的转动轴的中点确定为所述第一坐标系的原点N，将所述第一坐标系的原点N沿所述俯仰端的转动轴指向所述第二推杆的方向，确定为所述第一坐标系的Y0轴正方向，将平行于所述控制端，且从所述控制端指向所述俯仰端的方向，确定为所述第一坐标系的Z0轴正方向，将与所述Y0轴正方向和所述Z0轴正方向符合右手坐标系的方向，确定为所述第一坐标系的X0轴方向，将所述俯仰端绕所述Y0轴逆时针转动时形成的所述俯仰角度确定为正值。


8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述以所述末端器械夹的转动轴的中点为所述第二坐标系的原点M，以经过所述第二坐标系的原点M沿所述末端器械夹的转动轴的方向为所述第二坐标系的X轴方向，以所述第一坐标系的原点N和所述第二坐标系的原点M连线的方向为所述第二坐标系的Z轴方向，以与所述X轴和所述Z轴符合右手坐标系的方向为所述第二坐标系的Y轴方向，建立所述第二坐标系包括：
将所述末端器械夹的转动轴的中点确定为所述第二坐标系的原点M，将从所述第二坐标系的原点M指向所述第三推杆的方向确定为所述第二坐标系的X轴正方向，将从所述第一坐标系的原点N指向所述第二坐标系的原点M的方向确定为所述第二坐标系的Z轴正方向，将与所述X轴正方向和所述Z轴正方向符合右手坐标系的方向确定为所述第二坐标系的Y轴正方向，将所述末端器械夹绕所述X轴逆时针摆动时形成的所述摆动角度确定为正值。


9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述末端器械夹包括第一器械夹和第二器械夹，所述第一器械夹与所述连杆结构中的第一连杆、第二连杆、第三连杆和所述第一推杆按顺序首尾转动连接为第一传动链，所述第二器械夹与所述连杆结构中的第四连杆、第五连杆、第六连杆和所述第二推杆顺序按首尾转动连接为第二传动链，所述俯仰端与所述连杆结构中的第七连杆、所述第三推杆按顺序首尾转动连接为第三传动链，所述建立描述所述俯仰端俯仰运动的第一运动模型和所述末端器械夹摆动的第二运动模型包括：
将所述第三传动链等效为第一偏置曲柄滑块机构，并将所述第一偏置曲柄滑块机构的运动模式作为所述第一运动模型；
其中，所述第一偏置曲柄滑块机构的曲柄转动中心为所述第一坐标系的原点N，曲柄的长度为所述俯仰端的转动轴与连杆转动轴之间的距离，所述连杆转动轴连接所述俯仰端和所述第七连杆；
将所述第一传动链和所述第二传动链分别各自等效为第二偏置曲柄滑块机构和第三偏置曲柄滑块机构，并将所述第二偏置曲柄滑块机构或所述第三偏置曲柄滑块机构的运动模式作为所述第二运动模型；
其中，所述第二偏置曲柄滑块机构的曲柄转动中心为所述第二坐标系的原点M，曲柄的长度为所述曲柄转动中心与所述第一器械夹和所述第一连杆的连接轴之间的距离，以及，所述曲柄转动中心与所述第二器械夹和所述第四连杆的连接轴之间的距离；
所述第三偏置曲柄滑块机构的曲柄转动中心为所述第一坐标系的原点N，曲柄的长度分别为所述原点N到所述第二连杆和所述第三连杆的连接轴的距离，以及，所述原点N到所述第五连杆和所述第六连杆的连接轴的距离。


10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秀坤，柏龙，陈晓红，潘鲁锋，黄善灯，
申请(专利权)人：诺创智能医疗科技杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33