机械臂拖动控制方法、装置和机械臂系统与流程

本申请涉及医疗器械，特别是涉及一种机械臂拖动控制方法、装置和机械臂系统。

背景技术：

1、腹腔镜手术机器人因其创口小、出血少、恢复快等优点正在医疗手术中广泛应用，腹腔手术机器人具有多条机械臂，用于与手术器械或内窥镜相连，与手术器械或内窥镜直接相连的机械臂部分叫做远心机构，此机构可保证手术中机械臂与目标位置相连的点不发生位移。

2、由于内窥镜视野范围有限，为了保证手术器械在手术中的正常工作，同时避免相邻的远心机构之间的碰撞风险，现有技术中常常通过人工拖动远心机构去调整器械的位姿，而现有的机械臂拖动方式容易导致手术器械移出内窥镜视野外，带来手术器械划伤患者体内组织的危险。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够避免手术器械移出内窥镜视野外而带来手术器械划伤患者体内组织的危险的机械臂拖动控制方法、装置和机械臂系统。

2、第一方面，本申请提供了一种机械臂拖动控制方法。所述方法应用于机械臂控制终端；机械臂控制终端通过驱动单元连接机械臂；机械臂的末端设有内窥镜、手术器械；

3、所述方法包括：

4、获取机械臂的运动学参数；

5、根据运动学参数，得到手术器械的末端与内窥镜的末端的第一相对位置；其中，手术器械的末端和内窥镜的末端均为远离机械臂的一端；

6、根据第一相对位置，确定手术器械的末端与内窥镜预设视场边界的距离；

7、根据距离调整末端设有手术器械的机械臂的导纳控制的阻尼参数；阻尼参数用于指示驱动单元控制机械臂的末端的动作。

8、在其中一个实施例中，根据运动学参数，得到手术器械的末端与内窥镜的末端的第一相对位置的步骤，包括：

9、根据运动学参数利用正运动学解算，得到手术器械的末端的当前位姿和内窥镜的末端的当前位姿；

10、根据手术器械的末端的当前位姿和内窥镜的末端的当前位姿，得到第一相对位置。

11、在其中一个实施例中，内窥镜预设视场边界为手术器械的末端所在的内窥镜预设视场平面的边界线；距离为手术器械的末端与边界线的最小距离。

12、在其中一个实施例中，根据第一相对位置，确定手术器械的末端与内窥镜预设视场边界的距离的步骤，包括：

13、根据第一相对位置，得到内窥镜的末端与内窥镜预设视场平面的垂直距离，以及内窥镜的末端在内窥镜预设视场平面上的正投影点与手术器械的末端之间的第二相对位置；

14、基于内窥镜的视场角和垂直距离，得到正投影点距边界线的边界距离；

15、根据第二相对位置和边界距离，得到最小距离。

16、在其中一个实施例中，根据距离调整末端设有手术器械的机械臂的导纳控制的阻尼参数的步骤，包括：

17、根据最小距离与预设安全距离的关系，调整阻尼参数的值；阻尼参数用于指示驱动单元控制机械臂的末端的移动速度或移动位置。

18、在其中一个实施例中，根据距离调整末端设有手术器械的机械臂的导纳控制的阻尼参数的步骤，包括：

19、基于最小距离与预设安全距离的差值，以及预设系数线性调节阻尼参数的值；预设系数为基于机械臂的末端的平均速度和机械臂的末端的最大拖动力确定。

20、第二方面，本申请还提供了一种机械臂拖动控制装置。所述装置应用于机械臂控制终端；机械臂控制终端通过驱动单元连接机械臂；机械臂的末端设有内窥镜、手术器械；

21、装置包括：

22、参数获取模块，用于获取机械臂的运动学参数；

23、位置确定模块，用于根据运动学参数，得到手术器械的末端与内窥镜的末端的第一相对位置；其中，手术器械的末端和内窥镜的末端均为远离机械臂的一端；

24、距离确定模块，用于根据第一相对位置，确定手术器械的末端与内窥镜预设视场边界的距离；

25、力控柔顺拖动模块，用于根据距离调整末端设有手术器械的机械臂的导纳控制的阻尼参数；阻尼参数用于指示驱动单元控制机械臂的末端的动作。

26、第三方面，本申请还提供了一种机械臂系统。所述系统包括机械臂控制终端、驱动单元、至少两个机械臂；机械臂的末端设有内窥镜、手术器械；机械臂控制终端通过驱动单元连接各机械臂；

27、机械臂控制终端包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的方法的步骤。

28、第四方面，本申请还提供了一种机械臂控制终端。所述机械臂控制终端包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的方法的步骤。

29、第五方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。

30、第六方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。

31、上述机械臂拖动控制方法、装置和机械臂系统、机械臂控制终端、存储介质和计算机程序产品，通过获取机械臂的运动学参数，得到手术器械的末端与内窥镜的末端的第一相对位置；根据第一相对位置，确定手术器械的末端与内窥镜预设视场边界的距离，通过根据距离调整末端设有手术器械的机械臂的导纳控制的阻尼参数，能够保证操作人员在拖动机械臂的末端的情况下，若手术器械的末端靠近内窥镜预设视场边界，驱动单元进而根据阻尼参数控制机械臂的末端的动作，避免了手术器械的末端移动出内窥镜预设视场边界，进而保证手术器械的末端保持在内窥镜的视野范围以内，提高了机械臂拖动过程中的安全性。

技术特征：

1.一种机械臂拖动控制方法，其特征在于，所述方法应用于机械臂控制终端；所述机械臂控制终端通过驱动单元连接机械臂；所述机械臂的末端设有内窥镜、手术器械；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述运动学参数，得到所述手术器械的末端与所述内窥镜的末端的第一相对位置的步骤，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内窥镜预设视场边界为所述手术器械的末端所在的内窥镜预设视场平面的边界线；所述距离为所述手术器械的末端与所述边界线的最小距离。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一相对位置，确定所述手术器械的末端与内窥镜预设视场边界的距离的步骤，包括：

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述距离调整末端设有所述手术器械的机械臂的导纳控制的阻尼参数的步骤，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述距离调整末端设有所述手术器械的机械臂的导纳控制的阻尼参数的步骤，包括：

7.一种机械臂拖动控制装置，其特征在于，所述装置应用于机械臂控制终端；所述机械臂控制终端通过驱动单元连接机械臂；所述机械臂的末端设有内窥镜、手术器械；

8.一种机械臂系统，其特征在于，所述系统包括机械臂控制终端、驱动单元、至少两个机械臂；所述机械臂的末端设有内窥镜、手术器械；所述机械臂控制终端通过所述驱动单元连接各所述机械臂；

9.一种机械臂控制终端，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

技术总结
本申请涉及一种机械臂拖动控制方法、装置和机械臂系统。所述方法应用于机械臂控制终端；机械臂控制终端通过驱动单元连接机械臂；机械臂的末端设有内窥镜、手术器械；所述方法包括：获取机械臂的运动学参数；根据运动学参数，得到手术器械的末端与内窥镜的末端的第一相对位置；其中，手术器械的末端和内窥镜的末端均为远离机械臂的一端；根据第一相对位置，确定手术器械的末端与内窥镜预设视场边界的距离；根据距离调整末端设有手术器械的机械臂的导纳控制的阻尼参数；阻尼参数用于指示驱动单元控制机械臂的末端的动作。采用本方法能够降低手术器械移动出内窥镜视野的风险。

技术研发人员：陈子航,黄杰
受保护的技术使用者：武汉联影智融医疗科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1