【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及手术机器人领域，特别涉及一种手术机器人系统的运动控制装置、运动控制方法、以及存储有结果为执行该手术机器人系统的运动控制方法的程序的计算机可读取介质。
技术介绍
1、微创手术机器人作为一种能减轻医生在手术过程中的体力劳动、并能实现高精度手术目的的辅助手段，正大量运用于各个科室的手术。在利用微创手术机器人来进行腹腔镜微创手术时，需要在患者身上切开一个或多个小的切口，并将套管(trocar)放置于切口内作为手术器械的通道。然而，切口的存在使得器械只能沿器械轴进行平移、以及绕器械轴上的瞬时不动点进行旋转。通常将该瞬时不动点称为远端运动中心(rcm：remotecentermotion，简称为不动点)。
2、在手术过程中，医生需要在切口的约束下完成对器械末端的位置控制。此外，有时根据使用器械的不同，还需要实现对器械绕自身轴的旋转控制、以及对器械末端执行器的朝向控制等多种不同的任务。而为了保证患者安全，在整个手术操作过程中都必须严格保证不动点的位置与设定值严格保持一致。
3、以往，为了同时实现rcm约束和器械末端的位置控制，提出有通过空间轴旋转理论将不动点的约束转换成机器人末端的位姿控制的方案。
4、此外，作为另一种同时实现rcm约束和器械末端的位置控制的方法，还提出有通过将不动点和器械末端位置控制设定为平行任务，从而在扩展任务空间中同时实现不动点约束和器械末端位姿控制的方案。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题
2、然
3、此外，在将不动点约束和器械末端位置控制设定为平行任务的方案中，在手术操作过程中两者有可能会发生冲突。例如，当手术器械末端在不动点附近运动时，为了实现器械末端的位置控制，容易发生不动点偏离设定位置的情况，从而会影响手术安全。又如，在整个手术过程中，除了要确保不动点约束以外，还要保证手术器械末端位置正确，又要实现器械末端的朝向控制，因此，在整个手术操作过程中，手术机器人需要实现多个任务。然而，若将该多个任务设定为平行任务，则没有考虑这些任务之间的优先级的不同，因此，容易导致发生无法确保优先级较高的任务(例如不动点约束)得以实现的情况，从而会对手术安全等造成影响。
4、本专利技术是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种手术机器人系统的运动控制装置、运动控制方法、以及存储有结果为执行该手术机器人系统的运动控制方法的程序的计算机可读取介质，能够按照设定的优先级顺序来实现对不同优先级任务的控制，从而能确保整个手术过程的安全性。
5、解决技术问题的技术方案
6、为了解决上述技术问题，本专利技术的第一方面所涉及的控制方法是手术机器人系统的运动控制方法，所述手术机器人系统包括机械臂、以及通过器械安装法兰与所述机械臂的末端耦接的手术器械，所述手术机器人系统的运动控制方法的特征在于，包括：
7、根据从所述机械臂和所述手术器械所获取的数据，来计算第一任务的第一雅可比矩阵，所述第一任务具有第一优先级；
8、根据从所述机械臂和所述手术器械所获取的数据，来计算第二任务的第二雅可比矩阵，所述第二任务具有第二优先级；
9、将所述第一优先级设为高于所述第二优先级，将所述第一雅可比矩阵设为所述第一任务的第一投影雅可比矩阵，基于所述第一投影雅可比矩阵，来计算所述第一任务的零空间，基于所述第二雅可比矩阵和所述第一任务的零空间，来计算所述第二任务的第二投影雅可比矩阵，基于所述第二投影雅可比矩阵和所述第一任务的零空间，来计算第一至第二任务的零空间；
10、基于所述第一投影雅可比矩阵，来计算所述机械臂的各关节的第一关节控制量，基于所述第一关节控制量、所述第二雅可比矩阵和所述第二投影雅可比矩阵，来计算所述机械臂的各关节的第二关节控制量，基于所述第一关节控制量和所述第二关节控制量之和，来计算所述机械臂的各关节的关节目标位置；以及
11、将所述关节目标位置发送给所述机械臂的各关节，以对所述手术机器人系统的运动进行控制。
12、另外，在本专利技术的第一方面所涉及的控制方法是手术机器人系统的运动控制方法中，优选为所述计算所述第一关节控制量包括：
13、基于所述第一任务的第一任务空间中的第一目标位置和第一实际位置，来计算第一位置偏差；
14、基于所述第一目标位置，来计算第一目标速度；以及
15、基于所述第一位置偏差、所述第一目标速度和所述第一投影雅可比矩阵，来计算所述第一关节控制量，
16、所述计算所述第二关节控制量包括：
17、基于所述第二任务的第二任务空间中的第二目标位置和第二实际位置、所述第一关节控制量、以及所述第二雅可比矩阵，来计算第二位置偏差；
18、基于所述第二目标位置，来计算第二目标速度；以及
19、基于所述第二位置偏差、所述第二目标速度和所述第二投影雅可比矩阵，来计算所述第二关节控制量。
20、另外，在本专利技术的第一方面所涉及的控制方法是手术机器人系统的运动控制方法中，优选为所述计算所述第一雅可比矩阵包括：
21、基于所述器械安装法兰的状态信息、以及不动点的标定位置，来对所述不动点相对于所述器械安装法兰的第一向量在所述器械安装法兰的与所述手术器械的器械轴正交的平面上的投影进行不动点约束建模，从而计算所述不动点的第一雅可比矩阵，所述不动点是所述器械轴在手术过程中始终通过的点。
22、另外，在本专利技术的第一方面所涉及的控制方法是手术机器人系统的运动控制方法中，进一步优选为所述计算所述不动点的所述第一雅可比矩阵包括：
23、基于所述第一向量和所述器械安装法兰的状态信息来计算从所述不动点起的与所述器械轴正交的第二向量；以及
24、通过使所述第二向量的导数为零，来使得所述第一向量在所述器械安装法兰的与所述手术器械的器械轴正交的平面上的投影为零，从而计算所述第一雅可比矩阵。
25、另外，在本专利技术的第一方面所涉及的控制方法是手术机器人系统的运动控制方法中，进一步优选为所述计算所述第二向量包括：
26、获取机械臂末端位置、机械臂末端姿态和机械臂末端雅可比矩阵；
27、基于所述机械臂末端位置、所述机械臂末端姿态、所述机械臂末端雅可比矩阵和转接夹持机构的结构，来计算器械安装法兰位置、器械安装法兰姿态和器械安装法兰雅可比矩阵，以作为所述器械安装法兰的状态信息，所述器械安装法兰通过所述转接夹持机构与所述机械臂的末端耦接；
28、基于所述器械安装法兰位置和所述不动点的标定位置来计算所述不动点相对于所述器械安装法兰的第一向量；
29、基于所述器械安装法兰姿态来计算所述器械安装法兰处的与本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种手术机器人系统的运动控制方法，所述手术机器人系统包括机械臂、以及通过器械安装法兰与所述机械臂的末端耦接的手术器械，所述手术机器人系统的运动控制方法的特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，
3.如权利要求1所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，
4.如权利要求3所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，
5.如权利要求4所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，
6.如权利要求1所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，
7.如权利要求6所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，
8.如权利要求1至7的任一项所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，
9.如权利要求1至7的任一项所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，还包括：
10.如权利要求9所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，
11.如权利要求10所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，p>
12.如权利要求10所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，
13.如权利要求1至7的任一项所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，还包括：
14.如权利要求13所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，
15.如权利要求13所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，
16.如权利要求13所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，
17.一种手术机器人系统的运动控制装置，所述手术机器人系统包括机械臂、以及通过器械安装法兰与所述机械臂的末端耦接的手术器械，所述手术机器人系统的运动控制装置的特征在于，包括：
18.如权利要求17所述的手术机器人系统的运动控制装置，其特征在于，
19.如权利要求18所述的手术机器人系统的运动控制装置，其特征在于，
20.一种计算机可读取介质，该计算机可读取介质存储有如下程序，该程序用于执行如权利要求1至16的任一项所述的手术机器人系统的运动控制方法。
...【技术特征摘要】
1.一种手术机器人系统的运动控制方法，所述手术机器人系统包括机械臂、以及通过器械安装法兰与所述机械臂的末端耦接的手术器械，所述手术机器人系统的运动控制方法的特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，
3.如权利要求1所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，
4.如权利要求3所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，
5.如权利要求4所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，
6.如权利要求1所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，
7.如权利要求6所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，
8.如权利要求1至7的任一项所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，
9.如权利要求1至7的任一项所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，还包括：
10.如权利要求9所述的手术机器人系统的运动控制方法，其特征在于，
11.如权利要求10所述的手术机器人系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，蒋劲峰，马峰，
申请(专利权)人：医达极星医疗科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：
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