【技术实现步骤摘要】
本申请涉及医疗机械，具体涉及一种手术机器人及其姿态配准方法、控制方法。
技术介绍
1、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。
2、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。微创手术机器人通常包括主操作台及从操作设备，主操作台包括手柄，医生通过操作手柄向从操作设备发送控制命令，从操作设备包括驱动臂及装设于驱动臂远端的穿刺装置，穿刺装置用于插入躺卧于手术床的台面的患者的身体开口内，以提供用于医疗器械穿过的通道。
3、在使用手术机器人辅助手术的过程中，医生经常会期望手术床能够移动一定距离或旋转一定角度，从而调整术中患者的体位，以便改善或优化手术操作过程中患者手术部位的视野和操作空间。然而，手术床的运动会引起患者身体开口的运动，而通常手术机器人无法基于手术床的运动信息主动控制穿刺装置跟随身体开口的运动，导致在调整手术床的过程中，对手术机器人的操作较为繁琐、耗时，甚至可能会对患者造成伤害，增加了手术过程中的不确定性风险。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本申请提供一种手术机器人及其姿态配准方法、控制方法，可以在驱动臂被动地执行跟踪身体开口在平移自由度的运动的过程中，基于穿刺装置的位置变化确定手术机器人与手术床之间的姿态配准关系，为手术机器人的控制提供依据。
2、为解决上述技术问题，本申请提供一种手术机器人的姿态配准方法，所述
3、控制所述多个关节中的第一关节处于零力状态，所述第一关节包括具有平移自由度的关节，以通过所述第一关节来允许所述驱动臂，基于由所述患者的所述身体开口的体壁施加的力来跟踪所述身体开口在平移自由度的运动；
4、响应于所述手术床的台面在平移自由度的平移运动，在所述第一关节被动地执行跟踪所述身体开口在所述平移自由度的运动的过程中，获取所述穿刺装置在第一时刻的第一位置、并获取所述穿刺装置在相邻于所述第一时刻的第二时刻的第二位置；
5、基于所述第一位置和所述第二位置，确定所述手术机器人与所述手术床之间的第一姿态配准关系。
6、其中一实施例中，所述方法还包括：
7、在所述第一关节被动地执行跟踪所述身体开口在所述平移自由度的运动的过程中，获取所述穿刺装置在相邻于第二时刻的第三时刻的第三位置；
8、基于所述第二位置和所述第三位置，确定所述手术机器人与所述手术床之间的第二姿态配准关系；
9、在所述第一姿态配准关系和所述第二姿态配准关系满足预设条件时，基于所述第一姿态配准关系和所述第二姿态配准关系中的一个或多个确定所述手术机器人与所述手术床之间的第三姿态配准关系。
10、其中一实施例中，所述平移运动包括命令所述手术床的台面在平移自由度运动的平移运动、和命令所述手术床的台面在姿态自由度运动所引起的所述手术床的台面在平移自由度运动的平移运动中的至少一种。
11、其中一实施例中，所述获取所述穿刺装置在第一时刻的第一位置，包括：
12、获取所述第一时刻所述多个关节的关节变量，基于所述关节变量并利用正运动学确定所述第一位置；
13、所述获取所述穿刺装置在相邻于所述第一时刻的第二时刻的第二位置，包括：
14、获取所述第二时刻所述多个关节的关节变量，基于所述关节变量并利用正运动学确定所述第二位置；
15、所述获取所述穿刺装置在相邻于第二时刻的第三时刻的第三位置，包括：
16、获取所述第三时刻所述多个关节的关节变量，基于所述关节变量并利用正运动学确定所述第三位置。
17、其中一实施例中，所述手术机器人的基准坐标系与所述手术床的基准坐标系均包括二维水平坐标系，所述手术机器人的基座所在水平面与所述手术床的基座所在水平面之间相互平行或重合；所述基于所述第一位置和所述第二位置，确定所述手术机器人与所述手术床之间的第一姿态配准关系，包括：
18、根据所述第一位置和所述第二位置在所述手术机器人的二维水平坐标系中的坐标，确定所述穿刺装置在所述手术机器人的二维水平坐标系的第一水平坐标轴上的第一位移分量，以及在所述手术机器人的二维水平坐标系的第二水平坐标轴上的第二位移分量；
19、根据所述第一位移分量与所述第二位移分量，计算所述手术机器人的基准坐标系与所述手术床的基准坐标系之间在水平面上的第一旋转角度值，以得到所述手术机器人与所述手术床之间的第一姿态配准关系；所述基于所述第二位置和所述第三位置，确定所述手术机器人与所述手术床之间的第二姿态配准关系，包括：
20、根据所述第二位置和所述第三位置在所述手术机器人的二维水平坐标系中的坐标，确定所述穿刺装置在所述手术机器人的二维水平坐标系的第一水平坐标轴上的第三位移分量，以及在所述手术机器人的二维水平坐标系的第二水平坐标轴上的第四位移分量；
21、根据所述第三位移分量与所述第四位移分量，计算所述手术机器人的基准坐标系与所述手术床的基准坐标系之间在水平面上的第二旋转角度值，以得到所述手术机器人与所述手术床之间的第二姿态配准关系。
22、其中一实施例中，所述手术机器人的基准坐标系与所述手术床的基准坐标系均包括二维水平坐标系，所述手术机器人的基座所在水平面与所述手术床的基座所在水平面之间相互平行或重合；所述第一姿态配准关系采用所述手术机器人的基准坐标系与所述手术床的基准坐标系之间在水平面上的第一旋转角度值进行表征，所述第二姿态配准关系采用所述手术机器人的基准坐标系与所述手术床的基准坐标系之间在水平面上的第二旋转角度值进行表征；所述在所述第一姿态配准关系和所述第二姿态配准关系满足预设条件时，基于所述第一姿态配准关系和所述第二姿态配准关系中的一个或多个确定所述手术机器人与所述手术床之间的第三姿态配准关系，包括：
23、判断所述第一旋转角度值与所述第二旋转角度值之间的差值是否处于预设范围内；
24、若处于预设范围内，则将所述第一旋转角度值作为所述第三姿态配准关系，或者，将所述第二旋转角度值作为所述第三姿态配准关系，或者，将所述第一旋转角度值与所述第二旋转角度值的均值作为第三姿态配准关系。
25、其中一实施例中，所述控制所述多个关节中的第一关节处于零力状态的步骤之后，所述方法，还包括：
26、响应于所述手术床的台面在平移自由度的平移运动，控制所述多个关节中的第二关节运动，以补偿由于所述第一关节被动地执行跟踪所述平移自由度的运动所导致的所述穿刺装置的姿态变化。
27、其中一实施例中，所述控制所述多个关节中的第二关节运动，包括：
28、获取所述第一关节中的第一旋转关节的运动信息，基于所述第一关节中的第一旋转关节的运动信本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种手术机器人的姿态配准方法，其特征在于，所述手术机器人包括具有多个关节的驱动臂，所述驱动臂的远端装设有穿刺装置，所述穿刺装置用于插入躺卧于手术床的台面的患者的身体开口内，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述平移运动包括命令所述手术床的台面在平移自由度运动的平移运动、和命令所述手术床的台面在姿态自由度运动所引起的所述手术床的台面在平移自由度运动的平移运动中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述穿刺装置在第一时刻的第一位置，包括：
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述手术机器人的基准坐标系与所述手术床的基准坐标系均包括二维水平坐标系，所述手术机器人的基座所在水平面与所述手术床的基座所在水平面之间相互平行或重合；所述基于所述第一位置和所述第二位置，确定所述手术机器人与所述手术床之间的第一姿态配准关系，包括：
6.根据权利要求2或5所述的方法，其特征在于，所述手术机器人的基准坐标系与所述手术床的
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述多个关节中的第一关节处于零力状态的步骤之后，所述方法，还包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制所述多个关节中的第二关节运动，包括：
9.一种手术机器人的控制方法，其特征在于，所述手术机器人包括具有多个关节的驱动臂，所述驱动臂的远端装设有穿刺装置，所述穿刺装置用于插入躺卧于手术床的台面的患者的身体开口内，所述手术机器人与所述手术床之间使用如权利要求1-8中任一项获取的姿态配准关系作为目标姿态配准关系，所述方法包括：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
11.根据权利要求9或10中所述的方法，其特征在于，所述方法，还包括：
12.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述方法，还包括：
13.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述驱动臂的远端装设有成像器械，所述成像器械穿过所述穿刺装置进入所述患者的体内，所述方法，还包括：
14.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述手术机器人还包括操作部，所述驱动臂的远端设有医疗器械，所述方法还包括：
15.一种手术机器人的控制装置，其特征在于，包括：
16.一种手术机器人，其特征在于，所述手术机器人包括具有多个关节的驱动臂，所述驱动臂的远端装设有穿刺装置，所述穿刺装置用于插入躺卧于手术床的台面的患者的身体开口内；
17.一种手术系统，其特征在于，包括手术床与如权利要求16所述的手术机器人，所述手术机器人与所述手术床通信连接，所述手术床的台面可在一个或多个自由度进行调节。
18.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的手术机器人的姿态配准方法，和/或，实现如权利要求9至14中任一项所述的手术机器人的控制方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种手术机器人的姿态配准方法，其特征在于，所述手术机器人包括具有多个关节的驱动臂，所述驱动臂的远端装设有穿刺装置，所述穿刺装置用于插入躺卧于手术床的台面的患者的身体开口内，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述平移运动包括命令所述手术床的台面在平移自由度运动的平移运动、和命令所述手术床的台面在姿态自由度运动所引起的所述手术床的台面在平移自由度运动的平移运动中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述穿刺装置在第一时刻的第一位置，包括：
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述手术机器人的基准坐标系与所述手术床的基准坐标系均包括二维水平坐标系，所述手术机器人的基座所在水平面与所述手术床的基座所在水平面之间相互平行或重合；所述基于所述第一位置和所述第二位置，确定所述手术机器人与所述手术床之间的第一姿态配准关系，包括：
6.根据权利要求2或5所述的方法，其特征在于，所述手术机器人的基准坐标系与所述手术床的基准坐标系均包括二维水平坐标系，所述手术机器人的基座所在水平面与所述手术床的基座所在水平面之间相互平行或重合；所述第一姿态配准关系采用所述手术机器人的基准坐标系与所述手术床的基准坐标系之间在水平面上的第一旋转角度值进行表征，所述第二姿态配准关系采用所述手术机器人的基准坐标系与所述手术床的基准坐标系之间在水平面上的第二旋转角度值进行表征；所述在所述第一姿态配准关系和所述第二姿态配准关系满足预设条件时，基于所述第一姿态配准关系和所述第二姿态配准关系中的一个或多个确定所述手术机器人与所述手术床之间的第三姿态配准关系，包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述多个关节中的第一关节处于零力状态的步骤之后，...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫昱晟，高元倩，
申请(专利权)人：深圳市精锋医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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