[发明专利]一种执行套筒选择系统及其方法

说明书

本发明公开了一种执行套筒选择系统及方法，包括：末端执行器，安装在机械臂末端上，其上开设有的通孔；至少两个执行套筒，其内设有执行通道；各执行套筒的执行通道轴线与通孔轴线之间的夹角不同；上位机，根据医生的规划通道计算得到规划通道的倾角，并据此选择执行套筒。本发明根据规划通道计算入针角度，并据此选择对应的执行通道，保证机械臂执行姿态正常，能够避免机械臂压到病人，确保病人安全。

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种执行套筒选择系统及方法。

背景技术

近两年手术机器人的发展突飞猛进，随着手术需求的不断提升，末端执行器及执行套筒的形态也产生各种各样的变化。最通用的执行套筒带有一个竖直方向的执行通道，用于插入手术器械，辅助医生执行手术操作。手术机器人在术中主要依靠机械臂运动将手术器械带动到目标位姿，机械臂的运动范围为±10°，普通的执行套筒为竖直通道，当遇到10°以上规划角度时，末端必须沿着人体的方向倾斜很大的角度才能到达最终的目标位姿。这会给机械臂的执行产生很大的影响，并且有可能会发生目标位姿不可达或者发生机械臂压到病人身上的情况。

为了解决这种问题，可以设计带有不同角度的执行套筒，但是在手术过程中，并不清楚应该选用哪个角度的通道为最优选择。

发明内容

发明目的：本发明针对上述不足，提出了一种执行套筒选择系统及方法，可以根据规划通道计算入针角度，并据此选择对应的执行套筒，保证机械臂执行姿态正常，能够避免机械臂压到病人，确保病人安全。

技术方案：

一种执行套筒选择系统，包括：

末端执行器，安装在机械臂末端上，其上开设有的通孔；

至少两个执行套筒，其内设有执行通道；各执行套筒的执行通道轴线与通孔轴线之间的夹角不同；

上位机，根据医生的规划通道计算得到规划通道的倾角，并据此选择执行套筒。

所述执行套筒的执行通道轴线与通孔轴线之间的夹角范围设定在-25°～25°。

对各所述执行套筒采用不同的颜色或编号进行区分。

所述上位机选择执行套筒具体为：选择执行通道轴线与通孔轴线之间的夹角与规划通道倾角之间角度差最小的执行套筒。

其中一所述执行套筒的执行通道轴线与通孔轴线之间的夹角为0°，定义规划通道的倾角为θ；若-10°≤θ≤10°，则直接选择执行通道轴线与通孔轴线之间的夹角为0°的执行套筒；若θ在其他范围，则选择执行通道轴线与通孔轴线之间的夹角与规划通道倾角之间角度差最小的执行套筒。

根据执行通道的位姿，计算机械臂在目标姿态下机械臂末端与机械臂末端关节的高度差Δh，设定阈值σ，若Δhσ，则认为机械臂的执行位姿符合要求；若Δhσ，则选取剩余执行套筒中角度差最小的执行套筒作为目标执行套筒。

若上位机重新选择执行套筒，则需要再次判断确保选中的执行套筒对应的机械臂高度差在阈值范围内。

σ的设定范围在2～5cm。

一种执行套筒选择方法，其特征在于：包括步骤：

(1)在3D影像中规划通道，以人体的垂线作为基准线计算得到规划通道的倾角；

(2)上位机根据规划通道的倾角选择执行套筒。

所述执行套筒为多个，若-10°≤θ≤10°，则选择执行通道偏置角度为0°的执行套筒；若θ在其他范围，则选择执行通道角度与规划通道倾角之间角度差最小的执行套筒。