[发明专利]用于微创手术的主端、从端机器人控制方法与装置

说明书

本发明涉及用于微创手术的主端、从端机器人控制方法与装置，属于手术机器人技术领域，其中主端机器人控制方法，通过主端机器人各关节的位置信息和外科医生施加的操作力，能够计算出主端机器人各关节的速度估计量，根据该速度估计量能够计算得到主端机器人的精确扰动估计量，进而得到精确的控制力矩，用于控制主端机器人各关节的轨迹，实现对主端机器人的精确轨迹跟踪控制，可靠性高；从端机器人控制方法通过从端机器人各关节的位置信息，以及从端机器人与病患处组织环境间的交互力，能够精确计算出从端机器人各关节的速度估计量，进而得到精确的控制力矩，用于控制从端机器人各关节的轨迹，实现对从端机器人的精确轨迹跟踪控制，可靠性高。

技术领域

本发明属于手术机器人技术领域，具体涉及用于微创手术的主端、从端机器人控制方法与装置。

背景技术

目前，用于微创手术的主从机器人实现的基本控制功能是：外科医生操作主端机器人向从端手术机器人发送期望的操作轨迹，从端手术机器人跟踪期望的操作轨迹进行手术任务，同时将手术机器人与组织环境交互的力反馈给主端机器人，由主端机器人将交互力呈现给操作者。然而，主从端机器人本身的高度非线性，难以精准对主从端机器人进行建模，存在建模误差和外部扰动，造成主从机器人的轨迹跟踪任务难以精准完成。

为解决上述问题，现有技术中，通过扰动观测器根据主从机器人各关节的位置信息和速度信号，估算出扰动估计量，其中，主从机器人各关节的位置信息可以通过光栅传感器较好的测得，但是，由于速度信号中存在测量噪声和外部噪声，测量的准确度低，导致通过扰动观测器估算出的扰动估计量误差较大，仍不能很好的消除建模误差和外部扰动，导致主从机器人的轨迹跟踪精度不高，安全性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于微创手术的主端机器人控制方法，用于解决现有主端机器人的轨迹跟踪精度较低的问题；同时，本发明提出一种用于微创手术的主端机器人控制装置，以解决上述问题。

基于上述目的，一种用于微创手术的主端机器人控制方法的技术方案如下：

(1)获取主端机器人各关节的位置信息和外科医生施加的操作力；

(2)根据主端机器人各关节的位置信息和外科医生施加的操作力，计算主端机器人各关节的速度估计量，利用该速度估计量，结合所述主端机器人各关节的位置信息和外科医生施加的操作力，计算主端机器人的扰动估计量；

(3)根据所述主端机器人的扰动估计量，计算用于控制主端机器人的控制力矩；

(4)利用所述操作力，主端机器人的扰动估计量，以及用于控制主端机器人的控制力矩，结合主端机器人的动力学模型，实现对主端机器人各关节的轨迹跟踪控制。

一种用于微创手术的主端机器人控制装置的技术方案如下：

包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的主端机器人控制方法。

上述两个技术方案的有益效果是：

本发明的主端机器人控制方法与装置，通过主端机器人各关节的位置信息和外科医生施加的操作力，能够计算出主端机器人各关节的速度估计量，计算的精度高，由于是计算量，而不是测量量，因此速度估计量中不含有测量噪声和外部噪声，根据该速度估计量能够计算得到主端机器人的精确扰动估计量，进而得到精确的控制力矩，用于控制主端机器人各关节的轨迹，实现对主端机器人的精确轨迹跟踪控制，可靠性高。

进一步的，为了估计出主端机器人各关节的速度，确定所述速度估计量的方程如下：