[发明专利]手术机器人及其机械臂的控制方法、控制装置

说明书

本发明涉及一种手术机器人及其机械臂的控制方法、控制装置。该方法包括：根据动力机构内部的安装状态信息及位置状态信息获得的动力机构在相应状态下的负载参数；根据负载参数确定在六维力传感器坐标系下的负载力学模型；获取机械臂中各关节的位置信息，结合负载力学模型计算负载的六维力/力矩矢量；根据总的六维力/力矩矢量、零偏的六维力/力矩矢量及负载的六维力/力矩矢量计算施加于动力机构的外力的六维力/力矩矢量；解析外力的六维力/力矩矢量获得动力机构在机械臂的基坐标系的目标位姿信息，并根据目标位姿信息控制机械臂中各关节运动使动力机构到达对应的目标位姿。通过上述实施方式，能够较好地拖动机械臂。

本申请是申请日为2019年09月10日提交中国专利局、申请号为CN201910854105.6、申请名称为“手术机器人及其机械臂的控制方法、控制装置” 的分案申请，该案的全文以引用的方式并入本申请中。

技术领域

本发明涉及微创手术医疗器械领域，特别是涉及一种手术机器人及其机 械臂的控制方法、控制装置。

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，微创手术机器人技术逐渐成熟，并被广泛应用。微创 手术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，机械臂远端具有 操作臂，操作臂具有末端器械。医生对患者实施手术操作之前，需要拖动机械 臂以使其远端能够运动至医生规划的患者手术入口部位的期望位姿。

然而，在拖动机械臂至规划位置时，由受力位置远端的结构导致的负载 情况由于具有不确定性，导致不能准确地确定操作者所施加的外力，存在拖动 手感与操作者意图差距较大、跟随性较差的问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够较好地拖动动力机构的手术机器人及其控 制方法、计算机可读存储介质。

一方面，本发明提供一种手术机器人中机械臂的控制方法，包括：根据 动力机构内部的安装状态信息及位置状态信息获得的动力机构在相应状态下的 负载参数，负载参数包括质量参数和质心参数；根据负载参数确定在六维力传 感器坐标系下、由动力机构导致的负载对应的负载力学模型；获取机械臂中各 关节的位置信息，结合负载力学模型计算负载的六维力/力矩矢量；获取零偏的 六维力/力矩矢量及总的六维力/力矩矢量；根据总的六维力/力矩矢量、零偏的 六维力/力矩矢量及负载的六维力/力矩矢量计算施加于动力机构的外力的六维 力/力矩矢量；解析外力的六维力/力矩矢量获得动力机构在机械臂的基坐标系 的目标位姿信息，并根据目标位姿信息控制机械臂中各关节运动使动力机构到达对应的目标位姿。

其中，所述安装状态信息与各所述动力部上所述操作臂的安装状态相关， 所述位置状态信息与各所述动力部相对于相应所述导轨的位置状态相关；所述 安装状态信息包括各所述动力部上是否安装有操作臂的信息、及/或各所述动力 部上安装的操作臂的类型信息。

其中，所述根据所述动力机构内部的安装状态信息及位置状态信息获得 的所述动力机构在相应状态下的负载参数的步骤之前，包括：基于所述动力机 构内部的每一安装状态，分别测定出所述动力机构在相应所述安装状态下、内 部位于不同位置状态时所述动力机构的负载参数；根据测定出的所述动力机构 在相应所述安装状态下、内部位于不同位置状态时对应的负载参数，分别建立 对应于所述动力机构的每一安装状态的一个参数计算模型。

其中，所述根据所述动力机构内部的安装状态信息及位置状态信息获得 的所述动力机构在相应状态下的负载参数的步骤之中，包括：获取所述动力机 构内部的安装状态信息及位置状态信息；根据所述动力机构的安装状态信息调 用参数计算模型；结合调用的所述参数计算模型及所述动力机构的位置状态信 息计算出所述动力机构在相应状态下的负载参数。