柔性手术机器人的力控制系统及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及手术机器人领域，尤其是涉及一种柔性手术机器人的力控制系统及其装置，采用导纳模型建立手术工具位置与力的动态关系，并由检测到的力信号碰撞变点完成触发，计算位置调整量，加入到医生发出的期望位置轨迹中，以降低碰撞导致的过大接触力

【技术实现步骤摘要】
柔性手术机器人的力控制系统及其装置


[0001]本专利技术涉及手术机器人领域，尤其是涉及一种柔性手术机器人的力控制系统及其装置
。

技术介绍

[0002]柔性手术机器人驱动细长
、
柔性手术工具经微小创口或人体自然开口通过血管
、
输尿管
、
肠道等狭窄迂曲的腔道到达病灶进行手术操作
。
它具有出血少
、
恢复快
、
并发症少等优点，在心外
、
泌外
、
耳鼻喉和介入手术等领域备受关注，逐渐应用于临床
。
手术机器人系统主要由主端控制台和从端操作臂两部分组成
。
医生通过主控制台上的操纵杆操控从端操作臂上的柔性手术工具
。
该主从配置模式让医生远离手术台，解决了辐射等问题，但也导致医生无法像传统手术模式一样感知操作过程中工具与组织之间的作用力
。
手术工具在人体细长狭窄腔道行进过程中，其末端不可避免与腔道内壁组织发生接触
>。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种柔性手术机器人的力控制系统，其特征在于，所述系统采用柔性手术机器人的力控制方法，所述方法包括如下步骤：步骤
S100
，搭建柔性手术机器人的力控制场景，所述场景中的力控制模块包括信号变点检测器和导纳模型，采用导纳模型建立手术工具位置与力的动态关系，通过安装于末端的光纤光栅力传感器实时测量接触力
f
e
；步骤
S200
，采集手术机器人工具末端的接触力
f
e
输入至信号变点检测器和导纳模型中，所述信号变点检测器在线检测碰撞导致的手术工具末端接触力信号概率分布变化的转折点，输出预警信号
s
a
；步骤
S300
，基于信号变点检测器输出预警信号
s
a
和导纳模型输出的位置调整量，得到力控制模块输出的位置调整量：；步骤
S400
，将力控制模块输出的位置调整量加入到期望位置轨迹
x
r
中，得到手术机器人位置控制器执行的实际位置轨迹
x
c
：；步骤
S500
，根据有无碰撞发生，信号变点检测器输出相应的预警信号，手术机器人位置控制器执行相应的位置轨迹；步骤
S600
，当接触力
f
e
下降至预设的安全阈值
f
a
以下，碰撞风险解除，完成柔性手术机器人的力控制过程，位置控制器继续执行所期望的位置轨迹
x
r
。2.
根据权利要求1所述的柔性手术机器人的力控制系统，其特征在于，所述步骤
S200
中，所述信号变点检测器在线检测碰撞导致的手术工具末端接触力信号概率分布变化的转折点，即为力信号变点，输出预警信号
s
a
：，当碰撞导致的力信号变点被检测到，则信号变点检测器输出预警信号
s
a
=1。3.
根据权利要求1所述的柔性手术机器人的力控制系统，其特征在于，所述步骤
S200
中，采集手术机器人工具末端的接触力
f
e
与期望力
f
d
的偏差输入导纳模型
A(s)
中，其中，导纳模型
A(s)
输出位置调整量，所述导纳模型
A(s)
描述了手术工具末端与组织环境交互的期望动态特性：，，其中，
a
k
为常系数，表示拉普拉斯变换域中的频率，
。4.
根据权利要求1所述的柔性手术机器人的力控制系统，其特征在于，步骤
S500
具体内容为：当无碰撞发生时，信号变点检测器输出的预警信号
s
a
为0，手术机器人位置控制器执行
的实际位置轨迹为
x
c
=x
r
，则机器人的位置控制器只接收期望位置轨迹
x
r
；当有碰撞发生时，信号变点检测器输出的预警信号
s
a
为1，手术机器人位置控制器执行的实际位置轨迹为
x
c
=x
r
+
，则力控制模块输出的位置调整量对期望位置轨迹
x
r
进行修改，调整手术工具位置，使接触力
f
e
减小
。5.
根据权利要求1所述的柔性手术机器人的力控制系统，其特征在于，所述步骤
S100

【专利技术属性】
技术研发人员：邓奕男，杨唐文，刘志敏，刘燕德，陈楠，廖发发，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：