【技术实现步骤摘要】
本申请涉及医疗仪器，尤其涉及一种骨科手术机器人控制方法、装置及系统。
技术介绍
1、髋关节置换术指的是将髋关节病变的骨质用人工假体取代，以恢复和改善髋关节运动功能的手术。在髋关节发生严重的病变时，就需要进行髋关节置换术。
2、在髋关节置换术中，磨削髋臼与打入髋臼杯这两个步骤至关重要，其中磨削出具有合适的位置以及外展角、前倾角、联合前倾角的髋臼，能够防止安放的关节假体脱位并延长假体的使用寿命，将髋臼杯打入在正确的位置是假体具有良好的稳定性与正确的旋转中心的前提。髋关节置换术中，由于磨削和打入有较大的反作用力，会给医生带来较大的负担，因此可以采用机器人辅助进行髋关节置换术，以降低医生的体力消耗。
3、但目前采用机器人辅助医生进行髋关节置换术时，如何控制机器人来柔顺于医生的操纵，以提高手术的安全性，是亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本申请提供一种骨科手术机器人控制方法、装置及系统，使得机器人能柔顺于医生的操纵，以提高手术的安全性。
2、第一方面，本申请提供一种骨科手术机器人控制方法，应用于机器人，所述机器人包括手术工具和机械臂，所述手术工具设置于所述机械臂上，所述方法包括：
3、根据患者的位姿确定所述手术工具末端在下一时刻的期望位姿；
4、根据作用于所述机械臂的原始作用力获取所述手术工具末端在当前时刻的六维力向量；
5、根据所述手术工具末端在当前时刻的六维力向量、下一时刻的期望位姿、当前位姿和当前运动速度，获取所
6、根据所述手术工具末端的当前位姿和所述手术工具末端下一时刻的柔顺位姿，控制所述手术工具运动。
7、在一种可能的实施方式中，所述根据患者的位姿确定所述手术工具末端在下一时刻的期望位姿，包括：
8、获取所述患者的当前位姿与所述手术工具末端的当前位姿之间的当前位姿偏差；
9、根据所述患者病灶和所述手术工具之间的目标位姿偏差，以及所述当前位姿偏差，获取所述手术工具下一时刻的指令速度；
10、根据所述指令速度和所述手术工具末端的当前位姿，确定所述手术工具末端在下一时刻的期望位姿。
11、在一种可能的实施方式中，所述根据作用于所述机械臂的原始作用力获取所述所述工具末端在当前时刻的六维力向量，包括：
12、获取所述原始作用力的大小和力矩；
13、对所述原始作用力的大小、力矩进行变换处理，得到所述原始作用力折算至所述手术工具末端的折算力、折算力矩的大小；
14、对所述折算力的大小和所述折算力矩依次进行死区控制处理和低通滤波处理，得到所述手术工具末端在当前时刻的六维力向量。
15、在一种可能的实施方式中，所述折算力和所述折算力矩满足：
16、
17、
18、其中，f为所述折算力的大小，为六维力传感器坐标系在手术工具末端坐标系下的旋转矩阵，fs为所述原始作用力的大小，为基准坐标系在所述六维力传感器坐标系下的旋转矩阵，gt为所述手术工具的重力；
19、n为所述折算力矩，ns为所述原始作用力的力矩，为所述手术工具的质心坐标系原点在所述六维力传感器坐标系下的位置，为所述手术工具末端坐标系原点在所述六维力传感器坐标系下的位置。
20、在一种可能的实施方式中，所述根据所述手术工具末端在当前时刻的六维力向量、下一时刻的期望位姿、当前位姿和当前运动速度，获取所述原始作用力对应的所述手术工具末端下一时刻的柔顺位姿，包括：
21、根据所述手术工具末端的当前运动速度和所述手术工具末端的期望运动速度，获取所述手术工具末端在上一时刻和当前时刻的第一速度偏差；
22、根据所述手术工具末端的当前位姿和所述手术工具末端的当前期望位姿，获取所述手术工具末端在所述上一时刻和所述当前时刻的第一位姿偏差；
23、根据所述手术工具末端在当前时刻的六维力向量、所述手术工具末端下一时刻的期望位姿、所述第一速度偏差和所述第一位姿偏差，获取所述手术工具末端下一时刻的柔顺位姿。
24、在一种可能的实施方式中，所述根据所述手术工具末端在当前时刻的六维力向量、所述手术工具末端下一时刻的期望位姿、所述第一速度偏差和所述第一位姿偏差，获取所述手术工具末端下一时刻的柔顺位姿，包括：
25、根据手术手术工具末端在当前时刻的六维力向量、所述第一速度偏差和所述第一位姿偏差，获取所述手术工具末端下一时刻的加速度偏差；
26、根据所述手术工具末端的当前运动速度和所述第一速度偏差，获取所述手术工具末端在所述当前时刻和所述下一时刻的第二速度偏差；
27、根据所述第一位姿偏差和所述第二速度偏差，获取所述手术工具末端在所述当前时刻和所述下一时刻的第二位姿偏差；
28、根据所述第二位姿偏差和所述手术工具末端下一时刻的期望位姿，获取所述手术工具末端下一时刻的柔顺位姿。
29、在一种可能的实施方式中，所述根据所述手术工具末端的当前位姿和所述手术工具末端下一时刻的柔顺位姿，控制所述手术工具运动，包括：
30、对所述手术工具末端下一时刻的柔顺位姿进行边界控制处理，得到所述手术工具末端在下一时刻的安全位姿；
31、根据所述手术工具末端的当前位姿和所述手术工具末端在下一时刻的安全位姿，控制所述手术工具运动。
32、第二方面，本申请提供一种骨科手术机器人控制装置，应用于机器人，所述机器人包括手术工具和机械臂，所述手术工具设置于所述机械臂上，所述装置包括：
33、确定单元，根据患者的位姿确定所述手术工具末端在下一时刻的期望位姿；
34、第一处理单元，用于根据作用于所述机械臂的原始作用力获取所述手术工具末端在当前时刻的六维力向量；
35、第二处理单元，用于根据所述手术工具末端在当前时刻的六维力向量、下一时刻的期望位姿、当前位姿和当前运动速度，获取所述原始作用力对应的所述手术工具末端下一时刻的柔顺位姿；
36、控制单元，用于根据所述手术工具末端的当前位姿和所述手术工具末端下一时刻的柔顺位姿，控制所述手术工具运动。
37、在一种可能的实施方式中，所述确定单元具体用于：
38、获取所述患者的当前位姿与所述手术工具末端的当前位姿之间的当前位姿偏差；
39、根据所述患者病灶和所述手术工具之间的目标位姿偏差，以及所述当前位姿偏差，获取所述手术工具下一时刻的指令速度；
40、根据所述指令速度和所述手术工具末端的当前位姿，确定所述手术工具末端在下一时刻的期望位姿。
41、在一种可能的实施方式中，所述第一处理单元具体用于：
42、获取所述原始作用力的大小和力矩；
43、对所述原始作用力的大小、力矩进行变换处理，得到所述原始作用力折算至所述手术工具末端的折算力、折本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种骨科手术机器人控制方法，应用于机器人，所述机器人包括手术工具和机械臂，所述手术工具设置于所述机械臂上，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据患者的位姿确定所述手术工具末端在下一时刻的期望位姿，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据作用于所述机械臂的原始作用力获取所述手术工具末端在当前时刻的六维力向量，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述折算力和所述折算力矩满足：
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述手术工具末端在当前时刻的六维力向量、下一时刻的期望位姿、当前位姿和当前运动速度，获取所述原始作用力对应的所述手术工具末端下一时刻的柔顺位姿，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述手术工具末端在当前时刻的六维力向量、所述手术工具末端下一时刻的期望位姿、所述第一速度偏差和所述第一位姿偏差，获取所述手术工具末端下一时刻的柔顺位姿，包括：
7.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在
8.一种骨科手术机器人控制装置，其特征在于，应用于机器人，所述机器人包括手术工具和机械臂，所述手术工具设置于所述机械臂上，所述装置包括：
9.一种骨科手术机器人控制系统，其特征在于，包括增量式比例-积分-微分控制PID控制模块、六维力变换模块、导纳控制模块、机械臂和手术工具，所述手术工具设置于所述机械臂上，其中：
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，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7任一项所述的骨科手术机器人控制方法。
...【技术特征摘要】
1.一种骨科手术机器人控制方法，应用于机器人，所述机器人包括手术工具和机械臂，所述手术工具设置于所述机械臂上，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据患者的位姿确定所述手术工具末端在下一时刻的期望位姿，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据作用于所述机械臂的原始作用力获取所述手术工具末端在当前时刻的六维力向量，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述折算力和所述折算力矩满足：
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述手术工具末端在当前时刻的六维力向量、下一时刻的期望位姿、当前位姿和当前运动速度，获取所述原始作用力对应的所述手术工具末端下一时刻的柔顺位姿，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述手术工具末端在当前时刻的六...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘重续，
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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