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CN113967071A - 手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制方法及装置 - Google Patents

手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制方法及装置 Download PDF

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CN113967071A
CN113967071A CN202011150378.1A CN202011150378A CN113967071A CN 113967071 A CN113967071 A CN 113967071A CN 202011150378 A CN202011150378 A CN 202011150378A CN 113967071 A CN113967071 A CN 113967071A
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offset
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Abstract

本申请涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制方法及装置，解决了相关技术中在调整体位时需要将机器人的机械臂拆装，导致手术繁琐耗时，容易给患者带来危险的问题。该方法包括：通过实时检测到手术床发生姿态变化时，同步计算第一机械臂、第二机械臂和内窥镜机械臂的与手术床的姿态变化相对应的偏移；根据偏移计算三个机械臂各自的目标关节读数；根据计算得到的目标关节读数，实时调整三个机械臂。本申请通过手术床的姿态变化信息得到手术机器人机械臂的关节读数以实现机械臂同步手术床姿态变化的目的，整个过程不需要将机械臂上的穿刺套管移出腹腔，节约了时间，提高了手术效率，降低了给患者带来危险的可能性。

Description

手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制方法及装置
技术领域
本申请涉及医疗器械技术领域，特别地涉及一种手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制方法及装置。
背景技术
达芬奇外科手术系统是一种高级机器人平台，其设计的理念是通过使用机器人方法，实施复杂的微创外科手术。达芬奇机器人由三部分组成：外科医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统。
目前的手术机器人机械臂的控制方法，在需要调整患者体位时，都需要将机器人的机械臂与穿刺套管拆装，体位调整完毕后，将机械臂与穿刺器重新安装连接好再继续手术，手术变得繁琐耗时，医生手术视野有偏移，同时也增加了患者麻醉的时间，容易给患者带来危险。达芬奇用自己定制的床，无法兼容其他手术床，而其他机器人手术系统需要把穿刺套管断开。
发明内容
针对上述问题，本申请提供一种手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制方法及装置，解决了相关技术中在调整体位时需要将机器人的机械臂拆装，导致手术繁琐耗时，容易给患者带来危险的技术问题。同时实现即兼容其他的床，又可以不把穿刺套管断开，整个过程不需要将机械臂上的穿刺套管移出腹腔，节约了时间，提高了手术效率，降低了给患者带来危险的可能性。
第一方面，本申请提供了一种手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制方法，所述方法包括：
实时检测手术床的姿态是否发生变化；
在检测到手术床发生姿态变化时，同步计算第一机械臂、第二机械臂和内窥镜机械臂的与所述手术床的姿态变化相对应的偏移；所述偏移包括所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM和器械前端TIP的目标三维坐标；
根据所述偏移计算所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数；
根据计算得到的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数，实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂。
可选的，所述实时检测手术床的姿态是否发生变化，包括：
通过光学传感器实时检测手术床的姿态是否发生变化；
通过光学跟踪相机实时跟踪和记录光学传感器的位置和姿态变化。
可选的，所述在检测到手术床发生姿态变化时，同步计算第一机械臂、第二机械臂和内窥镜机械臂的与所述手术床的姿态变化相对应的偏移，包括：
获取手术床姿态变化的三维坐标偏移量；
根据所述手术床姿态变化的三维坐标偏移量，以及所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM的当前三维坐标，计算得到所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM的目标三维坐标；
根据所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM的当前三维坐标，在机械臂保持姿态不变的状态下，计算得到所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的器械前端TIP的当前三维坐标；
根据所述手术床姿态变化的三维坐标偏移量，以及所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的器械前端TIP的当前三维坐标，计算得到所述手术床姿态变化的三维坐标偏移量，以及所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的器械前端TIP的目标三维坐标。
可选的，所述控制方法，还包括：
实时检测调整完成的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂对各自的器械前端TIP是否进入邻近手术区的预警区；
若检测到存在至少一个器械前端TIP进入邻近手术区的预警区，则实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和/或所述内窥镜机械臂，直至确认所有器械前端TIP未进入邻近手术区的预警区。
可选的，所述控制方法，还包括：
实时检测调整完成的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂对各自的穿刺套管嵌入点RCM是否存在侧向牵拉力；
若检测到存在侧向牵拉力，则实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和/或所述内窥镜机械臂，直至未检测到存在侧向牵拉力。
第二方面，一种手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制装置，所述装置包括：
第一检测单元，用于实时检测手术床的姿态是否发生变化；
第一计算单元，用于在检测到手术床发生姿态变化时，同步计算第一机械臂、第二机械臂和内窥镜机械臂的与所述手术床的姿态变化相对应的偏移；所述偏移包括所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM和器械前端TIP的目标三维坐标；
第二计算单元，用于根据所述偏移计算所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数；
调整单元，用于根据计算得到的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数，实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂。
可选的，所述第一检测单元，用于通过光学传感器实时检测手术床的姿态是否发生变化；通过光学跟踪相机实时跟踪和记录光学传感器的位置和姿态变化。
可选的，所述第一计算单元，包括：
获取子单元，用于获取手术床姿态变化的三维坐标偏移量；
计算子单元，用于根据所述手术床姿态变化的三维坐标偏移量，以及所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM的当前三维坐标，计算得到所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM的目标三维坐标；
根据所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM的当前三维坐标，在机械臂保持姿态不变的状态下，计算得到所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的器械前端TIP的当前三维坐标；
根据所述手术床姿态变化的三维坐标偏移量，以及所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的器械前端TIP的当前三维坐标，计算得到所述手术床姿态变化的三维坐标偏移量，以及所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的器械前端TIP的目标三维坐标。
可选的，所述控制装置，还包括：
第二检测单元，用于实时检测调整完成的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂对各自的器械前端TIP是否进入邻近手术区的预警区；
其中，所述调整单元，还用于若检测到存在至少一个器械前端TIP进入邻近手术区的预警区，则实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和/或所述内窥镜机械臂，直至确认所有器械前端TIP未进入邻近手术区的预警区。
可选的，所述控制装置，还包括：
第三检测单元，用于实时检测调整完成的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂对各自的穿刺套管嵌入点RCM是否存在侧向牵拉力；
其中，所述调整单元，还用于若检测到存在侧向牵拉力，则实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和/或所述内窥镜机械臂，直至未检测到存在侧向牵拉力。
本申请提供的一种手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制方法及装置，通过实时检测到手术床发生姿态变化时，同步计算第一机械臂、第二机械臂和内窥镜机械臂的与所述手术床的姿态变化相对应的偏移；所述偏移包括所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM和器械前端TIP的目标三维坐标；根据所述偏移计算所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数；根据计算得到的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数，实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂。本申请通过手术床的姿态变化信息得到手术机器人机械臂的关节读数以实现机械臂同步手术床姿态变化的目的，同时实现第一机械臂、第二机械臂和/或内窥镜各自的器械前端TIP相对位置保持不变，在手术床姿态变化时不再需要拆装手术机器人的机械臂，甚至不需要将机械臂上的穿刺套管移出腹腔，节约了时间，提高了手术效率，降低了给患者带来危险的可能性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的手术机器人与手术床的应用场景示意图；
图3为本申请实施例提供的穿刺套管嵌入点和器械前端在机械臂上的位置示意图；
图4为本申请实施例提供的持镜台车机械臂的关节标识图；
图5为本申请实施例提供的手术器械台车第一机械臂的关节标识图；
图6为本申请实施例提供的邻近手术区的预警区的位置示意图；
图7为本申请实施例提供的一种手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制装置的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题，并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本申请的保护范围之内。
由背景技术可知，目前的手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制方法，在需要调整体位时，都需要将机器人的机械臂拆卸下来，体位调整完毕后，将机械臂重新安装好再继续手术，手术变得繁琐耗时，同时也增加了患者麻醉的时间，容易给患者带来危险。
有鉴于此，本申请提供一种手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制方法及装置，解决了相关技术中在调整体位时需要将机器人的机械臂拆装，导致手术繁琐耗时，容易给患者带来危险的技术问题。
实施例一
图1为本申请实施例提供的一种手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制方法的流程示意图，如图1所示，本方法包括：
S101、实时检测手术床的姿态是否发生变化。
S102、在检测到手术床发生姿态变化时，同步计算第一机械臂、第二机械臂和内窥镜机械臂的与所述手术床的姿态变化相对应的偏移。
在步骤S102中，所述偏移包括所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM和器械前端TIP的目标三维坐标。
S103、根据所述偏移计算所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数。
S104、根据计算得到的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数，实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂。
具体的，在手术时，从医生视野中观察，整个手术床的随动过程中，医生的视野图像始终对齐手术操作范围，而相关器官由于手术床的倾斜发生变化，为医生创造更大的手术空间。
需要说明的是，手术床可以进行6个自由度的姿态变化，其中包括X,Y,Z方向上的平移，以及俯仰、偏航、滚动。从而配合手术机器人完成妇科、泌尿科、普外科、血管外科、胸外科等机器人辅助手术的需求。
进一步需要说明的是，手术床可以是电动手术床或手动手术床，只要满足姿态变化要求，即可应用到本申请的技术方案中。
可选的，所述实时检测手术床的姿态是否发生变化，包括：
通过光学传感器实时检测手术床的姿态是否发生变化；
通过光学跟踪相机实时跟踪和记录光学传感器的位置和姿态变化。
需要说明的是，光学传感器是一种传感器，是依据光学原理进行测量的，它有许多优点，如非接触和非破坏性测量、几乎不受干扰、高速传输以及可遥测、遥控等。
此外，本实施例中光学传感器置于手术装下侧面，不过本申请包括并不限于光学传感器的设置位置，只要满足机械臂不遮挡光学传感器，且能够准确采集手术床姿态变化的位置的条件，都属于本申请的保护范围之内。
进一步要说明的是，本申请实施例中的光学跟踪相机放置于手术床底或手术床边，用于实时跟踪和记录光学传感器的位置和姿态变化，并且不受光线照明和遮挡的影响，也不受手术操作中医生移动的影响，同时实现与人体完全无接触。
通过光学跟踪相机实时跟踪和记录光学传感器的位置和姿态变化，并将记录的数据发送到计算机等计算单元，用于后续在检测到手术床发生姿态变化时，同步计算第一机械臂、第二机械臂和内窥镜机械臂的与所述手术床的姿态变化相对应的偏移。
可选的，所述在检测到手术床发生姿态变化时，同步计算第一机械臂、第二机械臂和内窥镜机械臂的与所述手术床的姿态变化相对应的偏移，包括：
获取手术床姿态变化的三维坐标偏移量；
根据所述手术床姿态变化的三维坐标偏移量，以及所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM的当前三维坐标，计算得到所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM的目标三维坐标；
根据所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM的当前三维坐标，在机械臂保持姿态不变的状态下，计算得到所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的器械前端TIP的当前三维坐标；
根据所述手术床姿态变化的三维坐标偏移量，以及所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的器械前端TIP的当前三维坐标，计算得到所述手术床姿态变化的三维坐标偏移量，以及所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的器械前端TIP的目标三维坐标。
需要说明的是，如图2所示，为本申请公开的手术机器人与手术床的应用场景示意图，从图2中可以看到手术机器人包括持镜台车(Lens Driver Robot，LDR)和手术器械台车(Borns Medical Robot，BMR)两部分，所述目标三维坐标的原点是手术床的中心，其中，手术床中心是指抬起手术床改变角度的装置的中心位置，该位置同时也是手术床的中心。并在同一个三维坐标系下，确定持镜台车LDR和手术器械台车BMR的相对位置，同时，在两辆台车的机械臂与手术床的同步移动过程中保持内镜机械臂各自的器械前端TIP保持相对位置不变。
具体的，所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂的坐标格式见表1，如下：
1号臂 2号臂 内镜臂
RCM1(X,Y,Z) RCM2(X,Y,Z) RCM3(X,Y,Z)
TIP1(X,Y,Z) TIP2(X,Y,Z) TIP3(X,Y,Z)
表1
其中，穿刺套管嵌入点(Remote Center of Motion，RCM)和器械前端(Tool Tip，TIP)在机械臂上的位置如图3所示。其中，所述RCM为远心不动点，是指在器械前端进行运动的时候，通过控制方法(控制机械臂)，实现该RCM点不动，即不发生移动或偏移。
需要说明的是，以上所有检测，计算，控制机械臂运动，都是实时进行的，保证三个机械臂和手术床的随动为连接运动，由于时间差极短，可以直接看做是同步运动。
在本发明的另一实施例中，具体采用了达芬奇手术机器人作为手术用机器人，机器人与配套使用的电动手术床可以通过有线、无线、红外线方式与机器人进行完美连接，实现设备间的联动，当手术床改变角度体位调整时，联动着机器人的机械臂也会同步跟随调整角度，不需要将机械臂拆卸掉，就可以避免碰伤到腹部里其他组织和脏器。
需要说明的是，所述根据所述偏移计算所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数，具体可以通过运动学(Inverse Kinematics，IK)计算所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的新的关节读数，其中，如图4和图5所示，图4为本申请实施例提供的持镜台车机械臂的关节标识图，其中，图4中的J1-J6为持镜台车机械臂的各个关节，图5为本申请实施例提供的手术器械台车第一机械臂的关节标识图，其中，图5中的J1-J6为手术器械台车第一机械臂的各个关节，需要说明的是，图5中第二机械臂与第一机械臂的关节结构相同，因此未标出。
可选的，所述控制方法，还包括：
实时检测调整完成的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂对各自的器械前端TIP是否进入邻近手术区的预警区；
若检测到存在至少一个器械前端TIP进入邻近手术区的预警区，则实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和/或所述内窥镜机械臂，直至确认所有器械前端TIP未进入邻近手术区的预警区。
如图6所示，为本申请实施例提供的邻近手术区的预警区的位置示意图。
需要说明的是，为了避免机械臂移动时器械前端TIP与人体内组织，例如内脏器官，发生接触，造成人体内组织损伤，因此需要对器械前端TIP的位置进行实时检测，确保其处于不会损伤人体内组织的安全区域内。图3中，最大范围的区域为安全区域，最内圈的区域为手术区，中间的邻近手术区，位于安全区域与手术区之间的区域即为预警区。
可选的，所述控制方法，还包括：
实时检测调整完成的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂对各自的穿刺套管嵌入点RCM是否存在侧向牵拉力。
若检测到存在侧向牵拉力，则实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和/或所述内窥镜机械臂，直至未检测到穿侧套管嵌入点RCM存在侧向牵拉力。
需要说明的是，为了避免机械臂移动时穿刺套管嵌入点RCM产生侧向牵拉力造成人体组织损伤，因此需要对RCM点侧向牵拉力进行检测，确保不存在侧向牵拉力。具体可以通过按下机械臂上的释放按钮，确定所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂对各自的穿刺套管嵌入点RCM是否存在侧向牵拉力，按下机械臂上的释放按钮，机械臂进入重力补偿模式，在重力补偿模式下，机械臂通过控制关节转矩补偿重力，以检测穿刺套管嵌入点RCM是否存在侧向牵拉力。
综上所述，本申请实施例提供了一种手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制方法，包括：通过实时检测到手术床发生姿态变化时，同步计算第一机械臂、第二机械臂和内窥镜机械臂的与所述手术床的姿态变化相对应的偏移；所述偏移包括所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM和器械前端TIP的目标三维坐标；根据所述偏移计算所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数；根据计算得到的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数，实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂。本申请通过手术床的姿态变化信息得到手术机器人机械臂的关节读数以实现机械臂同步手术床姿态变化的目的，在手术床姿态变化时不再需要拆装手术机器人的机械臂，甚至不需要将机械臂上的穿刺套管移出腹腔，节约了时间，提高了手术效率，降低了给患者带来危险的可能性。
实施例二
基于上述本发明实施例公开的手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制方法，图7具体公开了应用该手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制方法的手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制装置。
如图7所示，本发明实施例公开了一种手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制装置，该装置包括：
第一检测单元701，用于实时检测手术床的姿态是否发生变化；
第一计算单元702，用于在检测到手术床发生姿态变化时，同步计算第一机械臂、第二机械臂和内窥镜机械臂的与所述手术床的姿态变化相对应的偏移；所述偏移包括所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM和器械前端TIP的目标三维坐标；
第二计算单元703，用于根据所述偏移计算所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数；
调整单元704，用于根据计算得到的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数，实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂。
可选的，所述第一检测单元701，用于通过光学传感器实时检测手术床的姿态是否发生变化；通过光学跟踪相机实时跟踪和记录光学传感器的位置和姿态变化。
可选的，所述第一计算单元702，包括：
获取子单元，用于获取手术床姿态变化的三维坐标偏移量；
计算子单元，用于根据所述手术床姿态变化的三维坐标偏移量，以及所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM的当前三维坐标，计算得到所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM的目标三维坐标；
根据所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM的当前三维坐标，在机械臂保持姿态不变的状态下，计算得到所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的器械前端TIP的当前三维坐标；
根据所述手术床姿态变化的三维坐标偏移量，以及所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的器械前端TIP的当前三维坐标，计算得到所述手术床姿态变化的三维坐标偏移量，以及所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的器械前端TIP的目标三维坐标。
可选的，所述控制装置，还包括：
第二检测单元，用于实时检测调整完成的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂对各自的器械前端TIP是否进入邻近手术区的预警区；
其中，所述调整单元704，还用于若检测到存在至少一个器械前端TIP进入邻近手术区的预警区，则实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和/或所述内窥镜机械臂，直至确认所有器械前端TIP未进入邻近手术区的预警区。
可选的，所述控制装置，还包括：
第三检测单元，用于实时检测调整完成的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂对各自的穿刺套管嵌入点RCM是否存在侧向牵拉力；
其中，所述调整单元704，还用于若检测到存在侧向牵拉力，则实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和/或所述内窥镜机械臂，直至未检测到存在侧向牵拉力。
以上本发明实施例公开的手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制装置中的第一检测单元701、第一计算单元702、第二计算单元703和调整单元704的具体工作过程，可参见本发明上述实施例公开的手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制方法中的对应内容，这里不再进行赘述。
综上所述，本申请实施例提供了一种手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制装置，包括：通过实时检测到手术床发生姿态变化时，同步计算第一机械臂、第二机械臂和内窥镜机械臂的与所述手术床的姿态变化相对应的偏移；所述偏移包括所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM和器械前端TIP的目标三维坐标；根据所述偏移计算所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数；根据计算得到的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数，实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂。本申请通过手术床的姿态变化信息得到手术机器人机械臂的关节读数以实现机械臂同步手术床姿态变化的目的，在手术床姿态变化时不再需要拆装手术机器人的机械臂，同时实现即兼容其他的床，又可以不把穿刺套管断开，甚至不需要将机械臂上的穿刺套管移出腹腔，节约了时间，提高了手术效率，降低了给患者带来危险的可能性。
综上，本申请提供的一种手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制方法及装置，该方法包括：通过实时检测到手术床发生姿态变化时，同步计算第一机械臂、第二机械臂和内窥镜机械臂的与所述手术床的姿态变化相对应的偏移；所述偏移包括所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM和器械前端TIP的目标三维坐标；根据所述偏移计算所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数；根据计算得到的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数，实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂。本申请通过手术床的姿态变化信息得到手术机器人机械臂的关节读数以实现机械臂同步手术床姿态变化的目的，在手术床姿态变化时不再需要拆装手术机器人的机械臂，甚至不需要将机械臂上的穿刺套管移出腹腔，节约了时间，提高了手术效率，降低了给患者带来危险的可能性。
在本申请实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但上述的内容只是为了便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属技术领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
实时检测手术床的姿态是否发生变化；
在检测到手术床发生姿态变化时，同步计算第一机械臂、第二机械臂和内窥镜机械臂的与所述手术床的姿态变化相对应的偏移；所述偏移包括所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM和器械前端TIP的目标三维坐标；
根据所述偏移计算所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数；
根据计算得到的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数，实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实时检测手术床的姿态是否发生变化，包括：
通过光学传感器实时检测手术床的姿态是否发生变化；
通过光学跟踪相机实时跟踪和记录光学传感器的位置和姿态变化。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在检测到手术床发生姿态变化时，同步计算第一机械臂、第二机械臂和内窥镜机械臂的与所述手术床的姿态变化相对应的偏移，包括：
获取手术床姿态变化的三维坐标偏移量；
根据所述手术床姿态变化的三维坐标偏移量，以及所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM的当前三维坐标，计算得到所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM的目标三维坐标；
根据所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM的当前三维坐标，在机械臂保持姿态不变的状态下，计算得到所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的器械前端TIP的当前三维坐标；
根据所述手术床姿态变化的三维坐标偏移量，以及所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的器械前端TIP的当前三维坐标，计算得到所述手术床姿态变化的三维坐标偏移量，以及所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的器械前端TIP的目标三维坐标。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
实时检测调整完成的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂对各自的器械前端TIP是否进入邻近手术区的预警区；
若检测到存在至少一个器械前端TIP进入邻近手术区的预警区，则实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和/或所述内窥镜机械臂，直至确认所有器械前端TIP未进入邻近手术区的预警区。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
实时检测调整完成的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂对各自的穿刺套管嵌入点RCM是否存在侧向牵拉力；
若检测到存在侧向牵拉力，则实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和/或所述内窥镜机械臂，直至未检测到存在侧向牵拉力。
6.一种手术机器人机械臂跟随手术床运动的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
第一检测单元，用于实时检测手术床的姿态是否发生变化；
第一计算单元，用于在检测到手术床发生姿态变化时，同步计算第一机械臂、第二机械臂和内窥镜机械臂的与所述手术床的姿态变化相对应的偏移；所述偏移包括所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM和器械前端TIP的目标三维坐标；
第二计算单元，用于根据所述偏移计算所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数；
调整单元，用于根据计算得到的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的目标关节读数，实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一检测单元，用于通过光学传感器实时检测手术床的姿态是否发生变化；通过光学跟踪相机实时跟踪和记录光学传感器的位置和姿态变化。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一计算单元，包括：
获取子单元，用于获取手术床姿态变化的三维坐标偏移量；
计算子单元，用于根据所述手术床姿态变化的三维坐标偏移量，以及所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM的当前三维坐标，计算得到所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM的目标三维坐标；
根据所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的穿刺套管嵌入点RCM的当前三维坐标，在机械臂保持姿态不变的状态下，计算得到所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的器械前端TIP的当前三维坐标；
根据所述手术床姿态变化的三维坐标偏移量，以及所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的器械前端TIP的当前三维坐标，计算得到所述手术床姿态变化的三维坐标偏移量，以及所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂各自的器械前端TIP的目标三维坐标。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：
第二检测单元，用于实时检测调整完成的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂对各自的器械前端TIP是否进入邻近手术区的预警区；
其中，所述调整单元，还用于若检测到存在至少一个器械前端TIP进入邻近手术区的预警区，则实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和/或所述内窥镜机械臂，直至确认所有器械前端TIP未进入邻近手术区的预警区。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：
第三检测单元，用于实时检测调整完成的所述第一机械臂、所述第二机械臂和所述内窥镜机械臂对各自的穿刺套管嵌入点RCM是否存在侧向牵拉力；
其中，所述调整单元，还用于若检测到存在侧向牵拉力，则实时调整所述第一机械臂、所述第二机械臂和/或所述内窥镜机械臂，直至未检测到存在侧向牵拉力。
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Applicant before: Li Zhiqiang

GR01 Patent grant
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PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
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Denomination of invention: Control method and device for surgical robot arm following the movement of surgical table

Granted publication date: 20230929

Pledgee: Chengdu Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Jinhua Branch

Pledgor: CHENGDU BORNS MEDICAL ROBOTICS Inc.

Registration number: Y2024980042788