手术机器人的控制方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种手术机器人的控制方法和系统。所述方法包括：对手术机器人的末端执行器和患者进行定位分别得到末端执行器当前位置和患者所在位置；根据患者所在位置以及患者图像进行运算得到末端执行器以当前位置为起始，以作业点为目标的运动轨迹；根据作业点和末端执行器当前位置调整运动轨迹得到运动路径；按照运动路径驱动末端执行器。所述系统包括：定位装置、主动控制装置、路径生成装置以及驱动装置。采用本发明专利技术提高了手术机器人的安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及遥操作控制技术，特别是涉及一种手术机器人的控制方法和系统。
技术介绍
各种医疗手术中医生必须全程參与，长时间地站立于病人周围直到手术结束。耗时较长的手术会耗费医生大量的精力，使得医生产生疲劳，并由此导致医生的手臂发生颤动，进而影响手术的安全性。随着各种各样机器人的迅猛发展，针对各种不同应用场景的机器人控制方法也随之应运而生，例如，利用探測到人对机器人手臂的碰撞来控制机器人做出对应的动作。由于不同应用场景所面临的环境以及控制要求不同，对机器人的控制方法也不同。而因医疗手术对安全性要求较高，使得手术机器人在医疗手术中的应用大大地受到限制。
技术实现思路
基于此，提供一种能提高安全性的手术机器人的控制方法。此外，还有必要提供一种能提高安全性的手术机器人的控制系统。一种手术机器人的控制方法，包括如下步骤对手术机器人的末端执行器和患者进行定位分别得到末端执行器当前位置和患者所在位置；根据患者所在位置以及患者图像进行运算得到所述末端执行器以当前位置为起始，以作业点为目标的运动轨迹；根据所述作业点和末端执行器当前位置调整所述运动轨迹得到运动路径；按照所述运动路径驱动所述末端执行器。在其中一个实施例中，所述按照所述运动路径驱动所述末端执行器的步骤之前还包括通过拖拽操作触发采集施力信息；处理所述施カ信息，并映射为所述末端执行器的运动指令；根据所述作业点和患者所在位置将所述运动指令生成运动路径。在其中一个实施例中，所述对手术机器人的末端执行器和患者进行定位分别得到末端执行器当前位置和患者所在位置的步骤为分别采集所述末端执行器和患者中标记的图像；根据所述标记的图像计算出末端执行器当前位置和患者所在位置。在其中一个实施例中，所述根据患者所在位置以及患者图像进行运算得到所述末端执行器以当前位置为起始，以作业点为目标的运动轨迹的步骤为获取患者图像，将所述患者图像与患者中的标记进行配准处理得到所述患者中的标记在所述患者图像中的位置；通过所述配准得到的位置、患者所在位置以及末端执行器当前位置进行运算得到所述末端执行器与患者之间的相对位置关系；根据所述相对位置关系生成以当前位置为起始，以作业点为目标的运动轨迹。在其中一个实施例中，所述施カ信息为カ和カ矩,所述处理所述施カ信息,并映射为所述末端执行器的运动指令的步骤为去除所述カ和力矩中零偏和重力的干扰，井根据预设比例映射为末端执行器的速度，按照所述速度生成运动指令。一种手术机器人的控制系统，包括定位装置，用于对手术机器人的末端执行器和患者进行定位分别得到末端执行器当前位置和患者所在位置；主动控制装置，用于根据患者所在位置以及患者图像进行运算得到所述末端执行 器以当前位置为起始，以作业点为目标的运动轨迹；路径生成装置，用于根据所述作业点和末端执行器当前位置调整所述运动轨迹得到运动路径；驱动装置，用于按照所述运动路径驱动所述末端执行器。在其中一个实施例中，还包括力反馈设备，用于通过拖拽操作触发采集施力信息；被动控制装置，用于处理所述施カ信息，并映射为所述末端执行器的运动指令；所述路径生成装置还用于根据所述作业点和患者所在位置将所述运动指令生成运动路径。在其中一个实施例中，所述定位装置包括图像采集模块，用于分别采集所述末端执行器和患者中标记的图像；识别模块，用于根据所述标记的图像计算出末端执行器当前位置和患者所在位置。在其中一个实施例中，所述主动控制装置包括配准处理模块，用于获取患者图像，将所述患者图像与患者中的标记进行配准处理得到所述患者中的标记在所述患者图像中的位置；运算模块，用于通过所述配准得到的位置、患者所在位置以及末端执行器当前位置进行运算得到所述末端执行器与患者之间的相对位置关系；轨迹生成模块，用于根据所述相对位置关系生成以当前位置为起始，以作业点为目标的运动轨迹。在其中一个实施例中，所述施カ信息为カ和カ矩，所述被动控制装置还用于去除所述カ和力矩中零偏和重力的干扰，井根据预设比例映射为末端执行器的速度，按照所述速度生成运动指令。上述手术机器人的控制方法和系统，首先对手术机器人的末端执行器和患者进行定位得到作业点和患者所在位置，结合患者图像进行运算得到以作业点为起始的运动轨迹，并对运动轨迹进行调整，以保证末端执行器在按照运动轨迹进行运动的过程中为会碰到患者身体，提高了安全性，在手机机器人的作用下避免医生长时间手术操作引起疲劳。附图说明图I为ー个实施例中手术机器人的控制方法的流程图；图2为图I中对手术机器人的末端执行器和患者进行定位分别得到末端执行器当前位置和患者所在位置的方法流程图；图3为图I中根据患者所在位置以及患者图像进行运算得到末端执行器以当前位置为起始，以作业点为目标的运动轨迹；图4为ー个实施例中末端执行器与患者之间相对位置关系的原理图；图5为ー个实施例中末端执行器中手术器械和患者身体之间发生碰撞的示意图；图6为ー个实施例中运动路径的示意 图7为另ー个实施例中手术机器人的控制方法的流程图；图8为ー个实施例中力反馈设备的拖拽操作示意图；图9为ー个实施例中手术机器人的控制系统的结构示意图；图10为图9中定位装置的结构示意图；图11为图9中主动控制装置的结构示意图；图12为另ー个实施例中手术机器人的控制系统的结构示意图。具体实施例方式如图I所示，在一个实施例中，一种手术机器人的控制方法，包括如下步骤步骤S110，对手术机器人的末端执行器和患者进行定位分别得到末端执行器当前位置和患者所在位置。本实施例中，手术机器人的末端执行器用于通过各种运动完成以患者为对象的医疗手术，是医疗手术的直接执行者，其上根据需要设置了各种手术器械。对末端执行器和患者进行定位以得到当前所在的位置。如图2所示，在一个实施例中，上述步骤SllO包括如下步骤步骤S111，分别采集末端执行器和患者中标记的图像。本实施例中，末端执行器和患者均附帯有标记，用于标定位置。该标记可以是涂覆于末端执行器和患者的身体上的反光材料。通过对末端执行器和患者进行拍摄得到末端执行中标记的图像以及患者中标记的图像。具体的，用于进行图像拍摄的装置可以是红外摄像头，相应的，作为标记的反光材料则必须能够反射红外光。标记的图像中标记所对应的点将売于周围环境。步骤S113，根据标记的图像计算出末端执行器当前位置和患者所在位置。本实施例中，对标记的图像进行位置计算以得到末端执行器当前位置和患者所在位置。具体的，末端执行器所附帯的标记是固定于末端执行器上的，相应的，患者所附帯的标记也是固定于患者身上的，并且可以得到患者所附帯的标记在患者图像中对应的位置，因此，可根据坐标变换得到末端执行器当前位置和患者所在位置。步骤S130，根据患者所在位置以及患者图像进行运算得到末端执行器以当前位置为起始，以作业点为目标的运动轨迹。本实施例中，作业点是患者身体上需要实施的手术的位置。通过坐标变换可以计算出末端执行器中手术器械当前位置和患者所在位置之间的相对位置，并结合患者图像精确得出手术机器人以作业点为目标，从当前位置运动到作业点所对应的运动轨迹。如图3所示，在一个实施例中，上述步骤S130包括如下步骤步骤S131，获取患者图像，将患者图像与患者中的标记进行配准处理得到患者中的标记在患者图像中的位置。本实施例中，对患者进行医学成像扫描得到相应的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手术机器人的控制方法，包括如下步骤：对手术机器人的末端执行器和患者进行定位分别得到末端执行器当前位置和患者所在位置；根据患者所在位置以及患者图像进行运算得到所述末端执行器以当前位置为起始，以作业点为目标的运动轨迹；根据所述作业点和末端执行器当前位置调整所述运动轨迹得到运动路径；按照所述运动路径驱动所述末端执行器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡颖，田伟，靳海洋，张朋，张建伟，郑小丽，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：