【技术实现步骤摘要】
本公开涉及机器人辅助骨科手术系统，尤其涉及一种机械臂末端动力工具的力控制方法、装置、设备及介质。
技术介绍
1、在微创手术中引入手术机器人能够为外科医生提供准确性和舒适性方面的重要支持，不仅可以提高手术质量，还有利于缩短患者恢复时间。机器人辅助骨科手术系统的人机协同控制需要依赖于对人力的大小和方位信息的感知。下面以脊柱减压手术为例，对现有的机器人辅助骨科手术系统的人机协同控制过程进行说明。
2、由于脊柱减压手术的区域往往位于脊髓附近，存在较高的手术风险，对手术的切割精准性要求极高，目前脊柱减压手术通常是由经验丰富的医生手持切割器械进行操作，因此对于医生的经验、术中操作精度要求很高。但是，由于医生手持切割器械操作且操作时容易产生不稳定的反作用力，导致医生难以持续维持恒定的力和精准的切割位置。现有的机器人辅助骨科手术系统多用于术中规划导航定位，无法解决人机协同控制过程中的力控制问题，因此难以满足骨科手术对于精准操作的要求，导致手术操作的准确性降低，手术时间延长，增加手术风险。
技术实现思路
1、有鉴于此，本公开实施例提供了一种机械臂末端动力工具的力控制方法、装置、设备及介质，以解决现有技术存在的无法满足骨科手术对于精准操作的要求，导致手术操作的准确性降低，手术时间延长，增加手术风险的问题。
2、本公开实施例的第一方面，提供了一种机械臂末端动力工具的力控制方法，包括：基于视觉传感器采集的视觉信号信息以及当前时刻的机械臂位姿信息，确定当前时刻的动力工具末端坐标系在手
3、本公开实施例的第二方面，提供了一种机械臂末端动力工具的力控制装置，包括：确定模块，被配置为基于视觉传感器采集的视觉信号信息以及当前时刻的机械臂位姿信息，确定当前时刻的动力工具末端坐标系在手术规划平面区域坐标系下的相对位置关系；转换模块，被配置为当动力工具受到外力作用时获取力信号，并将力信号转换为动力工具末端坐标系下的末端力信号；计算模块，被配置为基于末端力信号以及相对位置关系，确定动力工具末端对应的位置控制量，位置控制量用于表示下一时刻的动力工具末端在手术规划平面区域的初始位置坐标系下的相对位置；调整模块，被配置为根据位置控制量以及手术规划平面区域对应的虚拟边界，对动力工具末端在下一时刻的位置坐标进行边界判断，并根据判断结果对位置控制量进行调整，根据调整后的位置控制量生成控制指令并发送给机械臂，控制指令用于控制机械臂对下一时刻的动力工具的位姿进行调整，以使动力工具末端的位置始终处于手术规划平面区域内。
4、本公开实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如上所述的方法。
5、本公开实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
6、本公开实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
7、通过基于视觉传感器采集的视觉信号信息以及当前时刻的机械臂位姿信息，确定当前时刻的动力工具末端坐标系在手术规划平面区域坐标系下的相对位置关系；当动力工具受到外力作用时获取力信号，并将力信号转换为动力工具末端坐标系下的末端力信号；基于末端力信号以及相对位置关系，确定动力工具末端对应的位置控制量，位置控制量用于表示下一时刻的动力工具末端在手术规划平面区域的初始位置坐标系下的相对位置；根据位置控制量以及手术规划平面区域对应的虚拟边界，对动力工具末端在下一时刻的位置坐标进行边界判断，并根据判断结果对位置控制量进行调整，根据调整后的位置控制量生成控制指令并发送给机械臂，控制指令用于控制机械臂对下一时刻的动力工具的位姿进行调整，以使动力工具末端的位置始终处于手术规划平面区域内。本公开可以辅助医生完成长时间的精准操作，满足骨科手术对于精准操作的要求，提升手术操作的准确性，缩短手术时间，降低手术风险。
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1.一种机械臂末端动力工具的力控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于视觉传感器采集的视觉信号信息以及当前时刻的机械臂位姿信息，确定当前时刻的动力工具末端坐标系在手术规划平面区域坐标系下的相对位置关系，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当动力工具受到外力作用时获取力信号，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述力传感器信号执行预处理操作得到力信号，并将所述力信号转换为动力工具末端坐标系下的末端力信号，包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述末端力信号以及所述相对位置关系，确定动力工具末端对应的位置控制量，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述末端力信号计算所述动力工具末端的速度控制量，包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述位置控制量以及所述手术规划平面区域对应的虚拟边界，对所述动力工具末端在下一时刻的位置坐标进行边界判断，并根据判断结果对所述位置控制量进行调整，
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括利用预设的虚拟边界判断算法对所述动力工具末端在下一时刻对应的位置控制量进行虚拟边界判断，包括：
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据调整后的位置控制量生成控制指令并发送给机械臂，包括：
10.一种机械臂末端动力工具的力控制装置，其特征在于，包括：
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述确定模块进一步用于：
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述转换模块进一步用于：
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述转换模块进一步还用于：
14.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述计算模块进一步用于：
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述计算模块进一步用于：
16.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述调整模块进一步用于：
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述调整模块进一步用于利用预设的虚拟边界判断算法对所述动力工具末端在下一时刻对应的位置控制量进行虚拟边界判断，包括：
18.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述调整模块进一步用于：
19.一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至9中任一项所述的方法。
20.一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，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至9中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种机械臂末端动力工具的力控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于视觉传感器采集的视觉信号信息以及当前时刻的机械臂位姿信息，确定当前时刻的动力工具末端坐标系在手术规划平面区域坐标系下的相对位置关系，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当动力工具受到外力作用时获取力信号，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述力传感器信号执行预处理操作得到力信号，并将所述力信号转换为动力工具末端坐标系下的末端力信号，包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述末端力信号以及所述相对位置关系，确定动力工具末端对应的位置控制量，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述末端力信号计算所述动力工具末端的速度控制量，包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述位置控制量以及所述手术规划平面区域对应的虚拟边界，对所述动力工具末端在下一时刻的位置坐标进行边界判断，并根据判断结果对所述位置控制量进行调整，包括：
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括利用预设的虚拟边界判断算法对所述动力工具末端在下一时刻对应的位置控制量进行虚拟边界判断，包括：
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡天明，卢佳豪，刘重续，李文钊，邓明明，
申请(专利权)人：北京天智航医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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