手术机器人的控制方法、控制器、系统、电子设备与介质技术方案

本发明专利技术提供了一种手术机器人的控制方法、控制器、系统、电子设备与介质，所述手术机器人的主操作手包括静平台、动平台、主动杆、从动杆与电机；所述主动杆转动连接所述静平台，所述主动杆还转动连接所述从动杆，所述从动杆还转动连接所述动平台；所述电机连接于所述主动杆与所述静平台的连接处，以驱动所述主动杆与所述静平台的相对转动；所述控制方法，包括：获取所述手术机器手当前的运动信息；其中的运动信息表征了所述主动杆、所述从动杆、所述静平台与所述动平台的至少部分运动过程；根据所述当前的运动信息，确定所述电机所需产生的当前的转矩信息；根据所述当前的转矩信息，控制所述电机。电机。电机。

【技术实现步骤摘要】
手术机器人的控制方法、控制器、系统、电子设备与介质


[0001]本专利技术涉及医疗器械领域，尤其涉及一种手术机器人的控制方法、控制器、系统、电子设备与介质。

技术介绍

[0002]近年来，随着微创外科手术机器人手术技术的发展，主从遥操作手术机器人在医疗领域的优势日益凸显。主操作手作为系统中的力觉交互设备是人机交互的载体。
[0003]手术机器人的机构中，可包含平台、传动杆等构件，机构自身(例如杆件、平台)的重力是影响其力反馈准确性和操作舒适性的主要因素，现有相关技术中，可采用改变配重、配置弹簧、滑轮等方式实现重力补偿，然而，该些机械方式大多补偿精度不高，且难以普遍适用于各种位姿下的重力补偿。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种手术机器人的控制方法、控制器、系统、电子设备与介质，以解决补偿精度不高，且难以普遍适用于各种位姿下的重力补偿的问题。
[0005]根据本专利技术的第一方面，提供了一种手术机器人的控制方法；
[0006]所述手术机器人的主操作手包括静平台、动平台、主动杆、从动杆与电机；
[0007]所述主动杆转动连接所述静平台，所述主动杆还转动连接所述从动杆，所述从动杆还转动连接所述动平台；所述电机连接于所述主动杆与所述静平台的连接处，以驱动所述主动杆与所述静平台的相对转动；
[0008]所述控制方法，包括：
[0009]获取所述手术机器手当前的运动信息；其中的运动信息表征了所述主动杆、所述从动杆、所述静平台与所述动平台的至少部分运动过程；
[0010]根据所述当前的运动信息，确定所述电机所需产生的当前的转矩信息；
[0011]根据所述当前的转矩信息，控制所述电机。
[0012]以上方案中，基于手术机器手的运动信息，可适应性调整主动杆与静平台关节处的电机的输出转矩，从而保障输出转矩能准确匹配于手术机器手的实际运动，保障反馈的真实性，该过程中，可以无需引入弹簧、滑轮等机械构件，实现方式简单，补偿精度高，且能够普遍适用于各种位姿下的补偿。
[0013]可选的，根据所述当前的运动信息，确定所述电机所需产生的当前的转矩信息，具体包括：
[0014]根据所述当前的运动信息、以及运动信息与各电机转矩信息的量化关系，确定所述当前的转矩信息，其中，所述量化关系是根据所述动平台、所述主动杆与所述从动杆的重力虚功确定的。
[0015]可选的，所述运动信息包括各电机的驱动角变化、所述动平台的高度变化、所述主动杆的高度变化与所述从动杆的高度变化。
[0016]以上方案中，通过基于各构件重力作用的虚功，可实现对从手末端力的高速、实时反馈，为外科医生提供力感，增强医生手术过程中的沉浸感，保障医生和虚拟手术环境之间的交互。
[0017]可选的，在所述量化关系中：
[0018]所述电机的转矩信息正相关于所述动平台、所述主动杆、所述从动杆的重力势能变化；
[0019]所述电机的转矩信息负相关于所述主动杆的转角变化。
[0020]可选的，所述量化关系体现了：所述动平台的重力所做的虚功、所述主动杆的重力所做的虚功、所述从动杆重力所做的虚功、各电机所产生转矩的虚功是平衡的。
[0021]可选的，所述当前的转矩信息是根据以下公式确定的：
[0022][0023]其中：
[0024]M表征了所述电机的转矩；
[0025]δP表征了所述动平台、所述主动杆与所述从动杆的重力势能变化；
[0026]δθ表征了所述主动杆的转角变化。
[0027]以上可选方案中，可在不考虑外力的作用下，充分考虑主动杆、从动杆、重力势能能变化与转角对电机转矩需求的影响，从而有效保障控制结果能够有效提供反馈性能，提高力反馈的真实性。
[0028]可选的，在所述量化关系中：
[0029]所述量化关系中，所述电机的转矩信息还正相关于外力的大小，以及所述手术机器人的质心位移变化。
[0030]可选的，所述量化关系体现了：所述动平台的重力所做的虚功、所述主动杆的重力所做的虚功、所述从动杆重力所做的虚功、各电机所产生转矩的虚功、外力所做的虚功是平衡的。
[0031]可选的，所述当前的转矩信息是根据以下公式确定的：
[0032][0033]F＝(F
x
，F
y
，F
z
)
T
[0034]其中：
[0035]M表征了所述电机的转矩；
[0036]δP表征了所述动平台、所述主动杆与所述从动杆的重力势能变化；
[0037]Δθ表征了所述主动杆的转角变化；
[0038]F
x
表征了所述外力F沿x轴方向的大小；
[0039]F
y
表征了所述外力F沿y轴方向的大小；
[0040]F
z
表征了所述外力F沿z轴方向的大小；
[0041]δX表征了所述主操作手的质心位移变化。
[0042]以上可选方案中，可在考虑外力的作用下，充分考虑主动杆、从动杆、重力势能能变化、驱动角变化，以及外力的大小对电机转矩需求的影响，从而有效保障控制结果能够有
效提供反馈性能，提高力反馈的真实性。
[0043]根据本专利技术的第二方面，提供了一种手术机器人的控制器，
[0044]所述手术机器人的主操作手包括静平台、动平台、主动杆、从动杆与电机；
[0045]所述主动杆转动连接所述静平台，所述主动杆还转动连接所述从动杆，所述从动杆还转动连接所述动平台；所述电机连接于所述主动杆与所述静平台的连接处，以驱动所述主动杆与所述静平台的相对转动；
[0046]所述控制器，包括：
[0047]获取模块，用于获取所述手术机器手当前的运动信息；其中的运动信息表征了所述主动杆、所述从动杆、所述静平台与所述动平台的至少部分运动过程；
[0048]转矩确定模块，用于根据所述当前的运动信息，确定所述电机所需产生的当前的转矩信息；
[0049]电机控制模块，用于根据所述当前的转矩信息，控制所述电机。
[0050]根据本专利技术的第三方面，提供了一种手术机器人系统，包括：手术机器人与控制装置，所述手术机器人的主操作手包括静平台、动平台、主动杆、从动杆与电机；
[0051]所述电机被配置为能够直接或间接被所述控制装置控制；
[0052]所述主动杆转动连接所述静平台，所述主动杆还转动连接所述从动杆，所述从动杆还转动连接所述动平台；所述电机连接于所述主动杆与所述静平台的连接处，以驱动所述主动杆与所述静平台的相对转动；
[0053]所述控制装置用于执行第一方面及其可选方案涉及的控制方法。
[0054]根据本专利技术的第四方面，提供了一种电子设备，其特征在于，包括处理器与存储器，
[0055]所述存储器，用于存储代码；
[0056]所述处理器，用于执行所述存储器中的代码用以实现第一方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种手术机器人的控制方法，其特征在于，所述手术机器人的主操作手包括静平台、动平台、主动杆、从动杆与电机；所述主动杆转动连接所述静平台，所述主动杆还转动连接所述从动杆，所述从动杆还转动连接所述动平台；所述电机连接于所述主动杆与所述静平台的连接处，以驱动所述主动杆与所述静平台的相对转动；所述控制方法，包括：获取所述手术机器手当前的运动信息；其中的运动信息表征了所述主动杆、所述从动杆、所述静平台与所述动平台的至少部分运动过程；根据所述当前的运动信息，确定所述电机所需产生的当前的转矩信息；根据所述当前的转矩信息，控制所述电机。2.根据权利要求1所述的手术机器人的控制方法，其特征在于，根据所述当前的运动信息，确定所述电机所需产生的当前的转矩信息，具体包括：根据所述当前的运动信息、以及运动信息与各电机转矩信息的量化关系，确定所述当前的转矩信息，其中，所述量化关系是根据所述动平台、所述主动杆与所述从动杆的重力虚功确定的。3.根据权利要求2所述的手术机器人的控制方法，其特征在于，所述运动信息包括各电机的驱动角变化、所述动平台的高度变化、所述主动杆的高度变化与所述从动杆的高度变化。4.根据权利要求3所述的手术机器人的控制方法，其特征在于，在所述量化关系中：所述电机的转矩信息正相关于所述动平台、所述主动杆、所述从动杆的重力势能变化；所述电机的转矩信息负相关于所述主动杆的转角变化。5.根据权利要求3所述的手术机器人的控制方法，其特征在于，所述量化关系体现了：所述动平台的重力所做的虚功、所述主动杆的重力所做的虚功、所述从动杆重力所做的虚功、所述电机所虚产生转矩的虚功是平衡的。6.根据权利要求5所述的手术机器人的控制方法，其特征在于，所述当前的转矩信息是根据以下公式确定的：其中：M表征了所述电机的转矩；δP表征了所述动平台、所述主动杆与所述从动杆的重力势能变化；δθ表征了所述主动杆的转角变化。7.根据权利要求4所述的手术机器人的控制方法，其特征在于，在所述量化关系中：所述量化关系中，所述电机的转矩信息还正相关于外力的大小，以及所述手术机器人的质心位移变化。8.根据权利要求7所述的手术机器人的控制方法，其特征在于，在所述量化关系体现了：所述动平台的重力所做的虚功、所述主动杆的重力所做的虚功、所述从动杆重力所做的虚功、所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁立，闫泳利，柳建飞，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：