手術機器人的控制方法和系統技術方案

本發明專利技術提供了一種手術機器人的控制方法和系統。所述方法包括：對手術機器人的末端執行器和患者進行定位分別得到末端執行器當前位置和患者所在位置；根據患者所在位置以及患者圖像進行運算得到末端執行器以當前位置為起始，以作業點為目標的運動軌跡；根據作業點和末端執行器當前位置調整運動軌跡得到運動路徑；按照運動路徑驅動末端執行器。所述系統包括：定位裝置、主動控制裝置、路徑生成裝置以及驅動裝置。采用本發明專利技術提高了手術機器人的安全性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及遙操作控制技術，特別是涉及一種手術機器人的控制方法和系統。
技術介紹
各種醫療手術中醫生必須全程參與，長時間地站立于病人周圍直到手術結束。耗時較長的手術會耗費醫生大量的精力，使得醫生產生疲勞，并由此導致醫生的手臂發生顫動，進而影響手術的安全性。隨著各種各樣機器人的迅猛發展，針對各種不同應用場景的機器人控制方法也隨之應運而生，例如，利用探測到人對機器人手臂的碰撞來控制機器人做出對應的動作。由于不同應用場景所面臨的環境以及控制要求不同，對機器人的控制方法也不同。而因醫療手術對安全性要求較高，使得手術機器人在醫療手術中的應用大大地受到限制。
技術實現思路
基于此，提供一種能提高安全性的手術機器人的控制方法。此外，還有必要提供一種能提高安全性的手術機器人的控制系統。一種手術機器人的控制方法，包括如下步驟對手術機器人的末端執行器和患者進行定位分別得到末端執行器當前位置和患者所在位置；根據患者所在位置以及患者圖像進行運算得到所述末端執行器以當前位置為起始，以作業點為目標的運動軌跡；根據所述作業點和末端執行器當前位置調整所述運動軌跡得到運動路徑；按照所述運動路徑驅動所述末端執行器。在其中一個實施例中，所述按照所述運動路徑驅動所述末端執行器的步驟之前還包括通過拖拽操作觸發采集施力信息；處理所述施カ信息，并映射為所述末端執行器的運動指令；根據所述作業點和患者所在位置將所述運動指令生成運動路徑。在其中一個實施例中，所述對手術機器人的末端執行器和患者進行定位分別得到末端執行器當前位置和患者所在位置的步驟為分別采集所述末端執行器和患者中標記的圖像；根據所述標記的圖像計算出末端執行器當前位置和患者所在位置。在其中一個實施例中，所述根據患者所在位置以及患者圖像進行運算得到所述末端執行器以當前位置為起始，以作業點為目標的運動軌跡的步驟為獲取患者圖像，將所述患者圖像與患者中的標記進行配準處理得到所述患者中的標記在所述患者圖像中的位置；通過所述配準得到的位置、患者所在位置以及末端執行器當前位置進行運算得到所述末端執行器與患者之間的相對位置關系；根據所述相對位置關系生成以當前位置為起始，以作業點為目標的運動軌跡。在其中一個實施例中，所述施カ信息為カ和カ矩,所述處理所述施カ信息,并映射為所述末端執行器的運動指令的步驟為去除所述カ和力矩中零偏和重力的干擾，井根據預設比例映射為末端執行器的速度，按照所述速度生成運動指令。一種手術機器人的控制系統，包括定位裝置，用于對手術機器人的末端執行器和患者進行定位分別得到末端執行器當前位置和患者所在位置；主動控制裝置，用于根據患者所在位置以及患者圖像進行運算得到所述末端執行 器以當前位置為起始，以作業點為目標的運動軌跡；路徑生成裝置，用于根據所述作業點和末端執行器當前位置調整所述運動軌跡得到運動路徑；驅動裝置，用于按照所述運動路徑驅動所述末端執行器。在其中一個實施例中，還包括力反饋設備，用于通過拖拽操作觸發采集施力信息；被動控制裝置，用于處理所述施カ信息，并映射為所述末端執行器的運動指令；所述路徑生成裝置還用于根據所述作業點和患者所在位置將所述運動指令生成運動路徑。在其中一個實施例中，所述定位裝置包括圖像采集模塊，用于分別采集所述末端執行器和患者中標記的圖像；識別模塊，用于根據所述標記的圖像計算出末端執行器當前位置和患者所在位置。在其中一個實施例中，所述主動控制裝置包括配準處理模塊，用于獲取患者圖像，將所述患者圖像與患者中的標記進行配準處理得到所述患者中的標記在所述患者圖像中的位置；運算模塊，用于通過所述配準得到的位置、患者所在位置以及末端執行器當前位置進行運算得到所述末端執行器與患者之間的相對位置關系；軌跡生成模塊，用于根據所述相對位置關系生成以當前位置為起始，以作業點為目標的運動軌跡。在其中一個實施例中，所述施カ信息為カ和カ矩，所述被動控制裝置還用于去除所述カ和力矩中零偏和重力的干擾，井根據預設比例映射為末端執行器的速度，按照所述速度生成運動指令。上述手術機器人的控制方法和系統，首先對手術機器人的末端執行器和患者進行定位得到作業點和患者所在位置，結合患者圖像進行運算得到以作業點為起始的運動軌跡，并對運動軌跡進行調整，以保證末端執行器在按照運動軌跡進行運動的過程中為會碰到患者身體，提高了安全性，在手機機器人的作用下避免醫生長時間手術操作引起疲勞。附圖說明圖I為ー個實施例中手術機器人的控制方法的流程圖；圖2為圖I中對手術機器人的末端執行器和患者進行定位分別得到末端執行器當前位置和患者所在位置的方法流程圖；圖3為圖I中根據患者所在位置以及患者圖像進行運算得到末端執行器以當前位置為起始，以作業點為目標的運動軌跡；圖4為ー個實施例中末端執行器與患者之間相對位置關系的原理圖；圖5為ー個實施例中末端執行器中手術器械和患者身體之間發生碰撞的示意圖；圖6為ー個實施例中運動路徑的示意 圖7為另ー個實施例中手術機器人的控制方法的流程圖；圖8為ー個實施例中力反饋設備的拖拽操作示意圖；圖9為ー個實施例中手術機器人的控制系統的結構示意圖；圖10為圖9中定位裝置的結構示意圖；圖11為圖9中主動控制裝置的結構示意圖；圖12為另ー個實施例中手術機器人的控制系統的結構示意圖。具體實施例方式如圖I所示，在一個實施例中，一種手術機器人的控制方法，包括如下步驟步驟S110，對手術機器人的末端執行器和患者進行定位分別得到末端執行器當前位置和患者所在位置。本實施例中，手術機器人的末端執行器用于通過各種運動完成以患者為對象的醫療手術，是醫療手術的直接執行者，其上根據需要設置了各種手術器械。對末端執行器和患者進行定位以得到當前所在的位置。如圖2所示，在一個實施例中，上述步驟SllO包括如下步驟步驟S111，分別采集末端執行器和患者中標記的圖像。本實施例中，末端執行器和患者均附帯有標記，用于標定位置。該標記可以是涂覆于末端執行器和患者的身體上的反光材料。通過對末端執行器和患者進行拍攝得到末端執行中標記的圖像以及患者中標記的圖像。具體的，用于進行圖像拍攝的裝置可以是紅外攝像頭，相應的，作為標記的反光材料則必須能夠反射紅外光。標記的圖像中標記所對應的點將売于周圍環境。步驟S113，根據標記的圖像計算出末端執行器當前位置和患者所在位置。本實施例中，對標記的圖像進行位置計算以得到末端執行器當前位置和患者所在位置。具體的，末端執行器所附帯的標記是固定于末端執行器上的，相應的，患者所附帯的標記也是固定于患者身上的，并且可以得到患者所附帯的標記在患者圖像中對應的位置，因此，可根據坐標變換得到末端執行器當前位置和患者所在位置。步驟S130，根據患者所在位置以及患者圖像進行運算得到末端執行器以當前位置為起始，以作業點為目標的運動軌跡。本實施例中，作業點是患者身體上需要實施的手術的位置。通過坐標變換可以計算出末端執行器中手術器械當前位置和患者所在位置之間的相對位置，并結合患者圖像精確得出手術機器人以作業點為目標，從當前位置運動到作業點所對應的運動軌跡。如圖3所示，在一個實施例中，上述步驟S130包括如下步驟步驟S131，獲取患者圖像，將患者圖像與患者中的標記進行配準處理得到患者中的標記在患者圖像中的位置。本實施例中，對患者進行醫學成像掃描得到相應的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種手術機器人的控制方法，包括如下步驟：對手術機器人的末端執行器和患者進行定位分別得到末端執行器當前位置和患者所在位置；根據患者所在位置以及患者圖像進行運算得到所述末端執行器以當前位置為起始，以作業點為目標的運動軌跡；根據所述作業點和末端執行器當前位置調整所述運動軌跡得到運動路徑；按照所述運動路徑驅動所述末端執行器。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡穎，田偉，靳海洋，張朋，張建偉，鄭小麗，
申請(專利權)人：中國科學院深圳先進技術研究院，
類型：發明
國別省市：