[发明专利]手术机器人及其控制装置、控制方法

说明书

本公开涉及一种手术机器人，包括从操作设备和控制装置，所述从操作设备底部具有多个轮子和多个支脚，所述支脚被配置成可伸缩及支撑力可调，所述轮子被配置成提供移动和辅助支撑，所述控制装置与所述支脚耦合，至少部分所述支脚被配置成受控支脚，所述控制装置被配置成：获得所述从操作设备的总质量及其总质心在支撑基准面的投影点；获得在支撑基准面中各所述受控支脚与所述投影点的第一位置关系；根据所述第一位置关系及所述总质量获得各所述受控支脚被期望产生的目标支撑力值；控制各所述受控支脚向支撑面伸出并产生与对应的所述目标支撑力值匹配的支撑力。本公开还涉及一种手术机器人的控制装置和控制方法。该手术机器人能够加强支撑稳定性。

技术领域

本公开涉及医疗器械领域，特别是涉及一种手术机器人及其控制装置、控制方法。

背景技术

微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备在人体腔体内部施行手术的一种手术方式。相比传统手术方式微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优势。

随着科技的进步，微创机器人技术逐渐成熟，并被广泛应用。微创机器人通常包括主操作台及从操作设备，主操作台包括手柄，医生通过操作手柄向从操作设备发送控制命令，从操作设备包括机械臂及设置于机械臂远端的操作臂，操作臂具有末端器械，在工作状态时，末端器械跟随手柄移动，以实现远程手术操作。

从操作设备在被用于手术操作时，由于机械臂及/或操作臂位置的变化，容易导致从操作设备的质心位置的变化，当支撑该从操作设备的支撑力不足时，可能会导致从操作设备与地面接触的底座发生轻微晃动。这种晃动现象经过机械臂及/或操作臂的传递，在末端器械处会发生更加明显的抖动，如工具抖动、图像抖动，进而影响手术的可靠实施。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够加强支撑稳定性的手术机器人及其控制装置、控制方法。

本公开提供一种手术机器人，包括从操作设备和控制装置，所述从操作设备底部具有多个支脚，所述支脚被配置成可伸缩及支撑力可调，所述控制装置与所述支脚耦合，至少部分所述支脚被配置成受控支脚，所述控制装置被配置成：获得所述从操作设备的总质量及其总质心在支撑基准面的投影点；获得在支撑基准面中各所述受控支脚与所述投影点的第一位置关系；根据所述第一位置关系及所述总质量获得各所述受控支脚被期望产生的目标支撑力值；控制各所述受控支脚向支撑面伸出并产生与对应的所述目标支撑力值匹配的支撑力。

其中，所述从操作设备具有多个关节臂，近端的所述关节臂设置所述支脚，远端的所述关节臂用于设置具有末端器械的操作臂，各所述关节臂均设置有与所述控制装置耦合的位置传感器，获得所述从操作设备的总质量及其总质心在支撑基准面的投影点的步骤包括：获取各所述关节臂的分质量及其分质心在相应所述关节臂的连杆坐标系的分质心空间位置；获取由各所述位置传感器检测到的相应所述关节臂在参考坐标系的关节位置；对各所述关节臂的分质量求和获得所述从操作设备的总质量；结合各所述关节臂的分质心在相应连杆坐标系的分质心空间位置及对应的所述关节位置通过正运动学获得相应所述关节臂的分质心在参考坐标系的分质心空间位置；结合各所述关节臂的分质量及其分质心在参考坐标系的分质心空间位置通过多体质心求解方法获得所述从操作设备的总质心在参考坐标系的总质心空间位置；转换所述总质心在参考坐标系的总质心空间位置成在支撑基准面的所述投影点。

其中，远端的所述关节臂数量为一个，远端的所述关节臂用于可拆卸地设置一个以上的所述操作臂；或者，远端的所述关节臂数量为两个以上，各远端的所述关节臂用于可拆卸地设置一个所述操作臂。

其中，所述从操作设备具有角度检测元件，所述控制装置与所述角度检测元件耦合，获得所述从操作设备的总质心在参考坐标系的总质心空间位置的步骤之后，包括：获取由所述角度检测元件检测到的所述支撑面的倾斜角度；根据所述倾斜角度更新所述从操作设备的总质心在参考坐标系的总质心空间位置。

其中，所述倾斜角度包括支撑基准面在第一正交方向与水平面之间的第一倾斜角度、在第二正交方向与水平面之间的第二倾斜角度。