CN109965982B - 手术机器人的启动方法、可读取存储器及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手术机器人的启动方法，以及基于该手术方法的可读取存储器、手术机器人。所述手术机器人包括手柄及操作臂，所述手柄能够自由运动，所述操作臂具有末端器械，所述末端器械用于执行手术操作，并跟随所述手柄运动，所述启动方法包括：获取所述末端器械的第一姿态信息；实时获取所述手柄的第二姿态信息；将所述第二姿态信息与所述第一姿态信息进行比对，当两者偏差在预设偏差内时，所述末端器械与所述手柄对准，发送跟随信号，以启动所述末端器械进入跟随状态。

Description

手术机器人的启动方法、可读取存储器及手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别是涉及一种手术机器人的启动方法、可读取存储器及手术机器人。

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，从操作设备包括多个操作臂，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。通常，手柄具有两个，末端器械多于两个，操作不同末端器械时需进行切换，以切换至需要的末端器械。当位于体内的末端器械准备启动进入工作状态，并跟随手柄运动时，例如，准备开始工作或准备切换至新的末端器械时，末端器械的姿态与手柄的姿态通常具有偏差，此时若启动末端器械，令其跟随手柄运动，容易对体内造成损伤。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够安全启动，避免对体内造成损伤的手术机器人的启动方法，基于该手术方法的可读取存储器及手术机器人。

一种手术机器人的启动方法，所述手术机器人包括手柄及操作臂，所述手柄能够自由运动，所述操作臂具有末端器械，所述末端器械用于执行手术操作，并跟随所述手柄运动，所述启动方法包括：

获取所述末端器械的第一姿态信息；

实时获取所述手柄的第二姿态信息；

将所述第二姿态信息与所述第一姿态信息进行比对，当两者偏差在预设偏差内时，所述末端器械与所述手柄对准，发送跟随信号，以启动所述末端器械进入跟随状态。

一种计算机可读存储器，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述启动方法的步骤。

一种手术机器人，包括：

操作臂，具有末端器械，所述末端器械用于执行手术操作；

操作臂，具有末端器械，用于执行手术操作；

第一姿态获取部，用于获取所述操作臂的第一姿态信息；

手柄，能够自由运动；

第二姿态获取部，用于实时获取所述手柄的第二姿态信息；

控制器，与所述第一姿态获取部、所述第二姿态获取部相连接，其包括存储器及处理器，所述存储器中存储计算机程序，所述处理器用于执行时实现所述启动方法的步骤。

附图说明

图1为本发明手术机器人一实施例的结构示意图；

图2为图1所示手术机器人的局部示意图；

图3为图1所示手术机器人的局部示意图；

图4为手术机器人启动方法一实施例的流程图；

图5为手术机器人启动方法一实施例的流程图；

图6为手术机器人的局部示意图；

图7为图6所示图形界面中的局部显示示意图；

图8为图6所示图形界面中的局部显示示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“耦合”另一个元件，它可以是直接耦合到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。本文所使用的术语“远端”、“近端”作为方位词，该方位词为介入医疗器械领域惯用术语，其中“远端”表示手术过程中远离操作者的一端，“近端”表示手术过程中靠近操作者的一端。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图3所示，其分别为本发明手术机器人一实施例的结构示意图，及其局部示意图。

手术机器人包括主操作台2及从操作设备3。主操作台2具有手柄21及显示器22，医生通过操作手柄21向从操作设备3发送控制命令，以令从操作设备3根据医生操作手柄21的控制命令执行相应操作，并通过显示器22观察手术区域，其中，手柄21能够自由移动及旋转，令医生具有较大的操作空间，例如，手柄通过连线与主操作台连接。从操作设备3具有操作臂31，操作臂包括依次连接的连杆32、连接组件33及末端器械34，其中，连接组件33具有多个关节组件，操作臂31通过调节关节组件调节所述末端器械34的姿态；末端器械34具有图像末端器械34A及操作末端器械34B。其他实施例中，手柄也可以通过旋转的连杆与主操作台相连接。

如图4所示，其为手术机器人的启动方法一实施例的流程图。

手术机器人的启动方法包括如下步骤。

步骤S110，获取末端器械的第一姿态信息。

具体地，基于末端器械中指定点的位置信息获取末端器械的第一姿态信息。一实施例中，指定点位于末端器械的远端区域，例如，位于末端器械头部。其他实施例中，指定点也可以位于末端器械其他区域，例如，位于末端器械的中部区域。其中，指定点可为一个或多个。第一姿态信息既可以根据预设规则实时获取，也可以在静止状态时仅获取一次。

一实施例中，第一姿态信息包括末端器械在坐标系内基于至少一个坐标轴的第一角度信息。例如，第一姿态信息包括基于两个坐标轴的第一角度信息，其中一个基于X轴，另外一个基于Z轴或Y轴，或者一个基于Y轴，另外一个基于Z轴；再如，第一姿态信息包括基于三个坐标轴的第一角度信息；又如，第一姿态信息仅包括基于坐标系中一个坐标轴的第一角度信息。

其中，当第一姿态信息包括多个点的姿态信息时，基于各个坐标轴的第一角度信息均包括多个点的角度信息。需要说明的是，此时每个点的姿态信息既可以包括基于各个坐标轴的角度信息，也可以仅包括其中部分坐标轴的角度信息。例如，其中一个点的姿态信息包括基于X轴、Y轴的角度信息，另一点的信息仅具有基于X轴的角度信息。

步骤S120，实时获取手柄的第二姿态信息。

与第一姿态信息相同，第二姿态信息基于手柄中指定点的位置信息获取，其中指定点的数量及位置可根据需要设定。同理，第二姿态信息包括手柄所在同一坐标系内基于至少一个坐标轴的第二角度信息。此处不再复述。

进一步地，至少一个第二角度信息与第一角度信息基于同一个坐标轴，例如，第二姿态信息包括两个第二角度信息，第一姿态信息包括两个第一角度信息，两个第一角度信息、第二角度信息均可基于X轴、Y轴、Z轴中任意两个坐标轴；再如，第二姿态信息包括一个基于X轴的第二角度信息，第一姿态信息包括两个第一角度信息，分别基于X轴、Y轴，或者基于X轴、Z轴。

需要说明的是，当第二姿态信息包括多个点的姿态信息时，其中手柄上每个点的姿态信息既可以均与末端器械对应点的姿态信息对应，也可以部分点对应。其中，手柄上每个点的姿态信息与末端器械对应点的姿态信息对应指两者的角度信息相对应，即当手柄上点的姿态信息包括基于X轴和Y轴的角度信息时，末端器械上的点的姿态信息也包括基于X轴和Y轴的角度信息。

步骤S130，将第二姿态信息与第一姿态信息进行比对，当两者偏差在预设偏差内时，末端器械与手柄对准，发送跟随信号，以启动末端器械进入跟随状态。

其中，当第一姿态信息包括多个第一角度信息，及/或第二姿态信息包括多个第二角度信息时，比对时将基于同一个坐标轴的第一角度信息、第二角度信息进行比较。例如，当第一姿态信息包括基于X轴、Y轴的第一角度信息，第二姿态信息包括基于X轴的第二角度信息时，比对基于X轴的第一角度信息与第二角度信息。当第一姿态信息包括多个点的姿态信息，及/或第二姿态信息包括多个点的姿态信息时，按照上述方法比对对应点的姿态信息。

一实施例中，当任意一个或多个第二角度信息与与其对应的第一角度信息的偏差在预设偏差内时，启动末端器械进入跟随状态。例如，第一姿态信息包括基于X轴、Y轴的第一角度信息，第二姿态信息包括基于X轴、Y轴的第二角度信息，当基于X轴或Y轴的第二角度信息与基于X轴或Y轴的第一角度信息在预设偏差内时，手柄与末端器械对准，末端器械进入跟随状态。再如，当基于X轴、Y轴、Z轴的三个第二角度信息均与与其对应的第一角度信息的偏差在预设偏差内时，启动末端器械进入跟随状态。需要说明的是，获取第一姿态信息及第二姿态信息时，既可以同时获取基于坐标系三个坐标轴的角度信息，比对任意数量的对应角度信息，也可以获取基于部分坐标轴的角度信息，并比对。

一实施例中，当指定的一个或多个第二角度信息与与其对应的第一角度信息的偏差在预设偏差内时，启动末端器械进入跟随状态。例如，指定的第二角度信息为基于Z轴的第二角度信息。同理，获取第一姿态信息及第二姿态信息时，既可以同时获取基于坐标系三个坐标轴的角度信息，并比对指定的角度信息，也可以仅获取需要的角度信息进行比对。

一实施例中，基于不同坐标轴的预设偏差至少部分相同，例如，基于X轴的第一角度信息与第二角度信息之间的预设偏差，与基于Z轴的第一角度信息、第二角度信息之间的预设偏差相同，与基于Y轴的预设偏差相异。又如，基于X轴、Y轴、Z轴的预设偏差均相同。其他实施例中，基于不同坐标轴的预设偏差也可以均相异。

需要说明的是，当第一姿态信息包括多个点的姿态信息时，每个点基于不同或相同坐标轴的预设偏差既可以相同，也可以相异。

一实施例中，预设偏差为2～15度，例如预设偏差为3度、5度、10度。

当偏差大于预设偏差时，继续调节手柄直至偏差小于预设偏差。

上述启动方法令手术机器人的操作更加安全，并且由于在预设偏差均可以对准，令启动速度较快。

如图5所示，其为手术机器人的启动方法一实施例的流程图。

手术机器人的启动方法包括如下步骤。

步骤S210，获取末端器械的第一姿态信息。其与步骤S110相同，此处不再复述。

步骤S220，基于第一姿态信息在图形界面上显示末端器械的第一姿态图像。

图形界面可为主操作台的显示器内的图形界面，也可以为辅助显示器中的图形界面，其中，辅助显示器与主操作台分离设置。

如图6、图7所示，图中取向420为末端器械的取向，取向520为手柄的取向，一实施例中，第一姿态图像400包括末端器械34在坐标系中的第一坐标图像410，此时，显示末端器械34的第一姿态图像400的步骤包括如下步骤。

(1)基于第一姿态信息获取末端器械在坐标系中对应坐标轴上的第一坐标信息。其中，第一坐标轴信息可为多个，例如，第一坐标轴信息为两个，分别为X轴、Y轴上的第一坐标轴信息；再如，第一坐标轴信息为三个，分别为X轴、Y轴、Z轴上的第一坐标轴信息。

(2)基于第一坐标信息在图形界面上沿对应的坐标轴显示第一坐标图像。其中，第一坐标图像为沿坐标轴的图像。

一实施例中，至少部分第一坐标图像与待比对的所述第一角度信息相对应。例如，第一坐标图像的数量与待比对的第一角度信的数量相同并一一对应，以直观地在图形界面中显示。再如，第一坐标图像的数量也可以大于待比对的第一角度信息，其中部分第一坐标图像与第一角度信息相对应，又如第一坐标图像数量小于待比对的第一角度信息数量，第一坐标图像均与第一角度信息一一对应。

当第一坐标图像为多个时，至少两个第一坐标图像的颜色相异，以进行区分。例如，第一坐标图像为三个，三个坐标图像的颜色均相异，或者其中两个坐标图像的颜色相异。根据需要，三个第一坐标图像的颜色也可以均相同。

步骤S230，实时获取自由手柄的第二姿态信息。其与步骤S120相同，此处不再复述。

步骤S240，基于第二姿态信息在图形界面上显示手柄的第二姿态图像。

第一姿态图像与第二姿态图像分别为末端器械与手柄投影到图形界面上的图像，用于辅助手柄调整，以令使用者更直观地感知手柄与末端器械之间的偏差，进而根据两姿态图像调整手柄，令末端器械进入跟随状态。

如图6、图8所示，与第一姿态图像400相同，第二姿态图像500包括手柄21在与第一姿态图像400在同一坐标系中的第二坐标图像510，此时显示手柄21的第二姿态图像500的步骤包括如下步骤。

(1)基于第二姿态信息获取手柄在坐标系中对应坐标轴上的第二坐标信息。

(2)基于第二坐标信息在图形界面上沿对应的坐标轴显示第二坐标图像。

第二姿态图像中与上述第一姿态图像相关内容的相同，此处不再复述。其中，至少一个第一坐标图像与第二坐标图像为基于同一个坐标轴显示的图像。例如，第一姿态图像、第二坐标图像均包括两个分别基于X轴、Y轴的第一坐标图像。再如，第一姿态图像包括两个基于X轴、Y轴的第一坐标图像，第二姿态图像包括基于X轴的第二坐标图像。

一实施例中，第一姿态图像与第二姿态图像的基准点重合，例如，第一坐标图像与第二坐标图像的原点重合。其他实施例中，两个姿态图像的基准点也可以非重合设置，两个姿态图像并列设置。

进一步地，第一姿态图像、第二姿态图像在图形界面中的位置可根据需要设定，例如，位于图形界面的边缘区域；再如临近末端器械的图像区域设置。其中，两姿态图像的原点既可以在图形界面上的指定区域，也可以在图形界面上移动，例如跟随末端器械移动。

与第一坐标图像相同，当第二坐标图像为多个时，至少两个第二坐标图像的颜色相异，以进行区分，此处不再复述。

一实施例中，基于同一坐标轴的第一坐标图像与第二坐标图像的颜色相对应，以令使用者可以更直观地调节手柄，使其与末端器械对准，例如，此时第一坐标图像为深绿色，第二坐标图像为浅绿色。

步骤S250，将第二姿态信息与第一姿态信息进行比对，当两者偏差在预设偏差内时，末端器械与手柄对准，发送跟随信号，以启动末端器械进入跟随状态。

两姿态信息的比对方式及相关内容与步骤S130相同，此处不再复述。

进一步地，当第二角度信息与与其对应的第一角度信息的偏差在预设偏差内时，末端器械与手柄在该方向上对准，对准的第二坐标图像显示对准颜色。此时，对准的第一坐标图像也可以显示对准颜色。其中，各第一坐标图像、第二坐标图像的颜色与对准颜色均相异。

一实施例中，当第二角度信息与与其对应的第一角度信息的偏差在预设偏差内时，末端器械与手柄在该方向上对准，此时若第一姿态图像与第二姿态图像的原点重合，则令对准的第二坐标图像与第一坐标图像重合。这样，令显示更加直观，便于调整。需要说明的是，当预设偏差较小时，也可以省略令两投影重合的步骤，此时由于偏差较小，视觉上不易察觉。

需要说明的是，一实施例中，第一姿态图像及/或第二姿态图像也可以为坐标系内的轨迹图像，即末端器械及手柄在坐标系内的姿态图像，而非上述实施例中将该姿态在各坐标轴上的分量图像。此时，各姿态图像既可以为线状，也可以为末端器械或手柄的轮廓，第一姿态信息为与其对应的信息。例如，第一姿态图像、第二姿态图像均为末端器械的轮廓图像；再如，第一姿态图像为末端器械的图像，第二姿态图像为线状图像。当手柄与末端器械对准时，第一姿态图像、第二姿态图像基本重合，或指示方向相同。

一实施例中，也可以省略步骤S250，此时启动方法可根据第一姿态图像、第二姿态图像直观获取手柄与末端器械之间的偏差，通过观察以启动末端器械进入跟随状态，以避免启动时对体内造成的损伤。

步骤S260，末端器械进入跟随状态时，隐藏第一姿态图像、第二姿态图像。

一实施例中，当第二坐标图像与第一坐标图像对准后，隐藏该第一、第二坐标图像，即随着不同坐标轴上的坐标图像逐一对准，坐标图像逐一隐藏，直至第一姿态图像、第二姿态图像隐藏。其他实施例中，也可以在末端器械进入跟随状态时，各坐标图像同时隐藏，而非逐一隐藏。

需要说明的是，根据实际需要，也可以省略步骤S260。

一实施例中，进入跟随状态后，启动方法还可以具有用于补偿末端器械与手柄之间的偏差的对齐方法，对齐方法包括如下步骤。

基于第一姿态信息与第二姿态信息之间的偏差获取自动调整信息，以补偿所述偏差。启动方法通过该步骤调整末端器械的姿态，以使其与末端器械之间的姿态一致。

其中，第一姿态信息、第二姿态信息均为实时获取的信息，即末端器械在调整的过程中，持续获取手柄的第二姿态信息，末端器械的第一姿态信息。需要说明的是，末端器械在跟随状态时既可以持续调节补偿偏差，以使两者姿态一致，也可以非持续调节，例如，仅在跟随状态开始时调节偏差，以补偿对准时的偏差。

一实施例中，自动调整信息包括末端器械的调整速度信息。其中，获取自动调整信息中调整速度信息的步骤包括包括如下步骤。

(1)将偏差与预设调整偏差进行比较。

其中，预设调整偏差既可以与进入跟随状态时的预设偏差相同，也可以小于该预设偏差。并且，预设调整偏差既可以为定值，也可以为变量。例如，预设调整偏为预设偏差的0.1～0.4，且为定值。再如，末端器械刚进入调整过程时预设调整偏差较小，其随调整时间逐渐增大。又如，预设调整偏差与偏差负相关。

(2)若偏差大于或等于预设调整偏差，则根据预设调整偏差获取调整速度信息，若偏差小于预设调整偏差，则根据偏差获取调整速度信息。

本实施例中，调整速度信息基于偏差/预设调整偏差、预设时间获取，其中，预设时间为定值，其他实施例中，预设时间也可以为变量，例如，随着调整时间增加，预设时间逐渐减小。可以理解的是，当偏差等于预设调整偏差时，也可以基于偏差获取调整速度信息。一实施例中，获取调整速度信息的步骤包括如下步骤。

(1)基于偏差获取速度信息。此时，根据预设时间获取速度信息。

(2)若速度信息大于或等于预设速度信息，则将预设速度信息设置为调整速度信息，若速度信息小于预设速度信息，则将速度信息设置为调整速度信息。

一实施例中，偏差与末端器械的调整速度正相关。即当第一姿态信息与第二姿态信息的偏差较大时，末端器械的调整速度较快，当偏差较小时，末端器械的调整姿态较慢。

一实施例中，末端器械在自动调整的初始及/或结束阶段的调整速度小于中间阶段的调整速度。其中初始阶段、结束阶段可根据偏差、预估调整时间等信息进行确定，预估调整时间为调整开始至结束的时间。例如，根据预估调整时间确定，初始阶段为调整开始时，持续时间为预估调整时间的1/5～1/3。

进一步地，各阶段中的调整速度可与偏差呈正相关，即每个调整阶段中，调整速度根据偏差差异而不同。

一实施例中，自动调整信息包括预设速度信息、调整方向信息。其中，末端器械基于预设速度信息、调整方向信息进行调整。本实施例中，预设速度信息独立于偏差，即其与偏差不相关，末端器械以预设速度沿调整方向进行调整。例如，末端器械基于自动调整信息以匀速运动进行调整；再如，末端器械基于自动调整信息以匀加速运动进行调整。

一实施例中，末端器械在坐标系内基于不同坐标轴的调整速度的范围至少部分相异。例如，末端器械在X轴的调整速度的范围为第一范围，在Y轴的调整速度的范围为第二范围，在Z轴的调整速度的范围为第三范围，其中至少两个范围相异。需要说明的是，本实施例中速度的调整范围与上述实施例中的调整阶段与偏差无关，即在不同的调整范围内，还可以进一步根据调整阶段、偏差进行设定调整速度。

需要说明的是，上述调整速度与手柄的输入命令不相关，若在调整过程中，手柄同时输入命令，改变第一姿态信息，则调整速度基于输入命令及/或上述各因素综合获得。此外，根据实际需要，调整速度也可以为定值，或者根据使用者操作习惯进行设定。

一实施例中，上述坐标系为图形界面坐标系。机器人的启动方法还包括如下步骤。

(1)基于手柄在世界坐标系中的姿态信息、世界坐标系与图形界面坐标系之间的映射关系获取手柄在图形界面坐标系中的第二姿态信息。

(2)基于末端器械在连杆坐标系中的姿态信息、连杆坐标系与图形界面坐标系之间的映射关系获取末端器械在图形界面坐标系中的第一姿态信息。

其中，操作臂包括依次连接的连杆、连接组件及所述末端器械，末端器械具有图像末端器械及操作末端器械，操作末端器械在图像末端器械坐标系中的姿态为其在图形界面坐标系中的姿态。

计算机可读存储器，其上存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例的启动方法的步骤。

一实施例中，主操作台还包括第二姿态获取部，从操作设备还包括第一姿态获取部，手术机器人还包括控制器。

其中，第一姿态获取部，用于获取操作臂的第一姿态信息；第二姿态获取部，用于实时获取手柄的第二姿态信息；控制器与第一姿态获取部、第二姿态获取部相连接，其包括上述存储器及处理器，存储器中存储计算机程序，处理器用于执行时实现上述所述启动方法的步骤。例如，所述控制器用于获取第一姿态信息、第二姿态信息，并将第二姿态信息与第一姿态信息进行比对，当两者偏差在预设偏差内时，发送跟随信号，以令末端器械跟随手柄运动。其他步骤的相关内容与上述各实施例相同，此处不再复述。

需要说明的是，控制器可以为多个，多个控制器可分别处理不同的信息，其中，多个控制器中即可以具有一主控制器，其他为从控制器，也可以彼此相对独立。

一实施例中，第一姿态获取部包括传感器，用于获取各关节组件的关节组件位置信息及/或偏转信息，并根据关节组件位置信息及/或偏转信息获取第一姿态信息。其他实施例中，第一在姿态获取部也可以包括处理器，用于根据关节组件位置信息及/或偏转信息获取第一姿态信息，需要说明的是，此时该处理器可位于控制器内。

进一步地，传感器既可以设置于驱动操作臂运动的电机上，通过电机的旋转获取相关信息，也可以设置于关节组件上，通过关节组件的运动获取相关信息。并且一个关节组件既可以对应一个传感器也可以对应多个传感器，获取不同的信息。

一实施例中，第二姿态获取部为与控制器相连接的磁导航系统。其他实施例中，第二姿态获取部也可以采取光学定位系统、陀螺仪等其他定位系统，或者多个系统的结合。

一实施例中，手术机器的显示器上具有图形操作界面，显示器用于根据第一姿态信息、第二姿态信息，在图形界面上显示第一姿态图像、第二姿态图像。

一实施例中，当末端器械进入跟随状态后，末端器械还用于根据自动调整信息调整末端器械的姿态，补偿对准时的所述偏差。此时，控制器用于基于偏差，发送自动调整信息。进一步地，此时第一姿态获取部还用于实时获取第一位置信息，以使控制器基于第一姿态信息与第二姿态信息之间的偏差获取末端器械的调整速度信息。

一实施例中，手术机器人的主操作台还包括与控制器相连接的对准部，其中手柄可拆卸地设置于对准部上，以通过对准部对准。即当手柄需要对准时，其可放置于对准部上，通过对准部对准，对准后取下手柄，在取出手柄的过程中，手柄产生的偏移可能会导致需要重新对准，但其大致位置与对准状态相近，因此此时使用者可在当前状态下进行微调便进入对准状态，令对准更加便捷。

具体地，控制器用于基于第一位置信息与第二位置信息之间的偏差发送对准部调整信息，对准部基于对准部调整信息进行调节，以与末端器械姿态保持一致。其对准及调节方法可与上述各实施例中的方法相同，例如，当第一位置信息与第二位置信息的偏差在预设偏差内时，末端器械进入跟随状态，进入跟随状态后，补偿对准偏差。

对准部上设有放置位，与把手匹配，用于放置把手。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (47)

1.一种手术机器人，其特征在于，所述手术机器人包括控制器、手柄及操作臂，所述手柄能够自由运动，所述操作臂具有末端器械，所述末端器械用于执行手术操作，并跟随所述手柄运动，所述控制器耦合于所述手柄及所述操作臂，所述控制器被配置成：

获取所述末端器械的第一姿态信息，并基于所述第一姿态信息在图形界面上显示第一姿态图像；

实时获取所述手柄的第二姿态信息，并基于所述第二姿态信息在所述图形界面上显示与所述第一姿态图像的基准点重合的第二姿态图像；

将所述第二姿态信息与所述第一姿态信息进行比对，当两者偏差在预设偏差内时，所述末端器械与所述手柄对准，发送跟随信号，以启动所述末端器械进入跟随状态，其中，所述第一姿态图像及/或所述第二姿态图像为轨迹图像；

其中，所述第一姿态信息包括所述末端器械在坐标系内基于至少一个坐标轴的第一角度信息，所述第二姿态信息包括所述手柄在同一所述坐标系内基于至少一个所述坐标轴的第二角度信息，至少一个所述第二角度信息与所述第一角度信息基于同一个所述坐标轴，所述控制器被配置成比对时将基于同一个所述坐标轴的所述第一角度信息、所述第二角度信息进行比较；

其中，所述第一姿态图像及所述第二姿态图像用于辅助所述手柄调整，以令使用者更直观地感知所述手柄与所述末端器械之间的偏差，进而根据所述第一姿态图像及所述第二姿态图像调整所述手柄，令所述末端器械进入跟随状态。

2.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述第一姿态信息包括多个基于不同所述坐标轴的所述第一角度信息，所述第二姿态信息包括多个基于不同所述坐标轴的所述第二角度信息。

3.根据权利要求2所述的手术机器人，其特征在于，所述第一姿态信息包括三个基于三个所述坐标轴的第一角度信息，所述第二姿态信息包括所述三个基于三个所述坐标轴的第二角度信息。

4.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述控制器被配置成当任意一个或多个所述第二角度信息与与其对应的所述第一角度信息的偏差在所述预设偏差内时，启动所述末端器械进入跟随状态。

5.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述控制器被配置成当指定的一个或多个所述第二角度信息与与其对应的所述第一角度信息的偏差在所述预设偏差内时，启动所述末端器械进入跟随状态。

6.根据权利要求3所述的手术机器人，其特征在于，所述控制器被配置成当三个所述第二角度信息分别与与其对应的所述第一角度信息的偏差在所述预设偏差内时，启动所述末端器械进入跟随状态。

7.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，基于不同所述坐标轴的所述预设偏差至少部分相同。

8.根据权利要求2所述的手术机器人，其特征在于，基于不同所述坐标轴的所述预设偏差均相异。

9.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述第一姿态图像包括所述末端器械在坐标系中的第一坐标图像，所述基于所述第一姿态信息在图形界面上显示第一姿态图像的步骤包括：

基于所述第一姿态信息获取所述末端器械在所述坐标系中对应坐标轴上的第一坐标信息；

基于所述第一坐标信息在所述图形界面上沿对应的所述坐标轴显示所述第一坐标图像；

所述第二姿态图像包括所述手柄在同一所述坐标系中的第二坐标图像，所述基于所述第二姿态信息在所述图形界面上显示与所述第一姿态图像的基准点重合的第二姿态图像的步骤包括：

基于所述第二姿态信息获取所述手柄在所述坐标系中对应坐标轴上的第二坐标信息；

基于所述第二坐标信息在所述图形界面上沿对应的所述坐标轴显示所述第二坐标图像。

10.根据权利要求9所述的手术机器人，其特征在于，所述第一坐标图像、所述第二坐标图像为一个或多个，且至少一个所述第一坐标图像与所述第二坐标图像为基于同一个所述坐标轴显示的图像。

11.根据权利要求10所述的手术机器人，其特征在于，所述第一姿态信息包括所述末端器械在所述坐标系内基于至少一个坐标轴的第一角度信息，所述第二姿态信息包括所述手柄所在所述坐标系内基于至少一个所述坐标轴的第二角度信息，至少一个所述第二角度信息与所述第一角度信息基于同一个所述坐标轴，所述控制器被配置成比对时将基于同一个所述坐标轴的所述第一角度信息、所述第二角度信息进行比较，至少部分所述第一坐标图像与待比对的所述第一角度信息相对应，及/或至少部分所述第二坐标图像与待比对的所述第二角度信息相对应。

12.根据权利要求11所述的手术机器人，其特征在于，所述第一坐标图像均与待比对的所述第一角度信息相对应，及/或所述第二坐标图像均与待比对的所述第二角度信息相对应。

13.根据权利要求10所述的手术机器人，其特征在于，所述第一坐标图像为多个，至少两个所述第一坐标图像的颜色相异，

及/或，所述第二坐标图像为多个，至少两个所述第二坐标图像的颜色相异。

14.根据权利要求13所述的手术机器人，其特征在于，所述第一坐标图像为三个，各所述第一坐标图像颜色均相异，

及/或，所述第二坐标图像为三个，各所述第二坐标图像颜色均相异。

15.根据权利要求10所述的手术机器人，其特征在于，基于同一所述坐标轴的所述第一坐标图像与所述第二坐标图像的颜色相对应。

16.根据权利要求11所述的手术机器人，其特征在于，当所述第二角度信息与与其对应的所述第一角度信息的偏差在所述预设偏差内时，所述末端器械与所述手柄在绕相同坐标轴转动的方向上对准，对准的所述第二坐标图像显示对准颜色。

17.根据权利要求16所述的手术机器人，其特征在于，各所述第一坐标图像、所述第二坐标图像的颜色与所述对准颜色均相异。

18.根据权利要求9所述的手术机器人，其特征在于，当所述第二角度信息与与其对应的所述第一角度信息的偏差在所述预设偏差内时，所述末端器械与所述手柄在绕相同坐标轴转动的方向上对准，所述控制器还被配置成：

令对准的所述第二坐标图像与所述第一坐标图像重合。

19.根据权利要求9所述的手术机器人，其特征在于，当所述第二角度信息与与其对应的所述第一角度信息的偏差在所述预设偏差内时，所述末端器械与所述手柄在绕相同坐标轴转动的方向上对准，所述控制器还被配置成：

对准后隐藏对准的所述第一坐标图像及所述第二坐标图像。

20.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述控制器还被配置成：

所述末端器械进入跟随状态时，隐藏所述第一姿态图像、所述第二姿态图像。

21.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述控制器还被配置成：

进入跟随状态后，基于所述第二姿态信息，发送自动调整信息，以补偿第一偏差，所述第一偏差指所述第一姿态信息与所述第二姿态信息之间的偏差。

22.根据权利要求21所述的手术机器人，其特征在于，所述基于所述第一姿态信息与所述第二姿态信息之间的偏差获取自动调整信息的步骤中，实时获取所述第一姿态信息与所述第二姿态信息。

23.根据权利要求21所述的手术机器人，其特征在于，所述自动调整信息包括末端器械的调整速度信息，获取所述自动调整信息中所述调整速度信息的步骤包括：

将所述第一偏差与预设调整偏差进行比较；

若所述第一偏差大于或等于所述预设调整偏差，则根据所述预设调整偏差获取所述调整速度信息，若所述第一偏差小于预设调整偏差，则根据所述第一偏差获取所述调整速度信息。

24.根据权利要求23所述的手术机器人，其特征在于，所述预设调整偏差小于所述预设偏差。

25.根据权利要求23所述的手术机器人，其特征在于，所述预设调整偏差与调整时间正相关。

26.根据权利要求23所述的手术机器人，其特征在于，所述预设调整偏差与所述第一偏差负相关。

27.根据权利要求21所述的手术机器人，其特征在于，所述自动调整信息包括末端器械的调整速度信息，获取所述自动调整信息中所述调整速度信息的步骤包括：

基于所述第一偏差获取速度信息；

若所述速度信息大于或等于预设速度信息，则将所述预设速度信息设置为所述调整速度信息，若所述速度信息小于所述预设速度信息，则将所述速度信息设置为所述调整速度信息。

28.根据权利要求21所述的手术机器人，其特征在于，所述第一偏差与所述末端器械的调整速度正相关。

29.根据权利要求21所述的手术机器人，其特征在于，所述自动调整信息包括调整方向信息。

30.根据权利要求29所述的手术机器人，其特征在于，所述自动调整信息还包括预设速度信息，所述控制器被配置成控制所述末端器械基于所述预设速度信息、所述调整方向信息进行调整。

31.根据权利要求29所述的手术机器人，其特征在于，所述控制器被配置成控制所述末端器械基于所述自动调整信息以匀加速运动进行调整。

32.根据权利要求21所述的手术机器人，其特征在于，所述自动调整信息包括调整速度信息，以使所述末端器械在自动调整的初始及/或结束阶段的调整速度小于中间阶段的所述调整速度。

33.根据权利要求32所述的手术机器人，其特征在于，各阶段中，所述调整速度与所述第一偏差正相关。

34.根据权利要求21所述的手术机器人，其特征在于，所述自动调整信息包括调整速度信息，所述控制器被配置成控制所述末端器械基于所述调整速度信息在所述坐标系内基于不同坐标轴的调整速度的范围至少部分相异。

35.根据权利要求21所述的手术机器人，其特征在于，跟随状态中实时获取所述自动调整信息。

36.根据权利要求21所述的手术机器人，其特征在于，跟随状态开始时，获取所述自动调整信息。

37.根据权利要求21所述的手术机器人，其特征在于，所述预设偏差为2~15度。

38.根据权利要求21所述的手术机器人，其特征在于，所述坐标系为图形界面坐标系。

39.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述控制器还被配置成：

基于所述手柄在世界坐标系中的姿态信息、所述世界坐标系与图形界面坐标系之间的映射关系获取所述手柄在所述图形界面坐标系中的所述第二姿态信息；

基于所述末端器械在连杆坐标系中的姿态信息、所述连杆坐标系与所述图形界面坐标系之间的映射关系获取所述末端器械在所述图形界面坐标系中的所述第一姿态信息。

40.根据权利要求39所述的手术机器人，其特征在于，所述操作臂包括依次连接的连杆、连接组件及所述末端器械，所述末端器械具有图像末端器械及操作末端器械，所述操作末端器械在所述图像末端器械坐标系中的姿态为在所述图形界面坐标系中的姿态。

41.一种计算机可读存储器，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如下步骤：

获取末端器械的第一姿态信息，并基于所述第一姿态信息在图形界面上显示第一姿态图像；

实时获取手柄的第二姿态信息，并基于所述第二姿态信息在所述图形界面上显示与所述第一姿态图像的基准点重合的第二姿态图像；

将所述第二姿态信息与所述第一姿态信息进行比对，当两者偏差在预设偏差内时，所述末端器械与所述手柄对准，发送跟随信号，以启动所述末端器械进入跟随状态，其中，所述第一姿态图像及/或所述第二姿态图像为轨迹图像；

其中，所述第一姿态信息包括所述末端器械在坐标系内基于至少一个坐标轴的第一角度信息，所述第二姿态信息包括所述手柄在同一所述坐标系内基于至少一个所述坐标轴的第二角度信息，至少一个所述第二角度信息与所述第一角度信息基于同一个所述坐标轴，所述处理器被配置成比对时将基于同一个所述坐标轴的所述第一角度信息、所述第二角度信息进行比较；

其中，所述第一姿态图像及所述第二姿态图像用于辅助所述手柄调整，以令使用者更直观地感知所述手柄与所述末端器械之间的偏差，进而根据所述第一姿态图像及所述第二姿态图像调整所述手柄，令所述末端器械进入跟随状态。

42.一种手术机器人，其特征在于，包括：

操作臂，具有末端器械，用于执行手术操作；

第一姿态获取部，用于获取所述操作臂的第一姿态信息；

手柄，能够自由运动；

第二姿态获取部，用于实时获取所述手柄的第二姿态信息；

控制器，与所述第一姿态获取部、所述第二姿态获取部相连接，其包括存储器及处理器，所述存储器中存储计算机程序，所述处理器用于执行时实现如下步骤：

获取所述末端器械的第一姿态信息，并基于所述第一姿态信息在图形界面上显示第一姿态图像；

实时获取所述手柄的第二姿态信息，并基于所述第二姿态信息在所述图形界面上显示与所述第一姿态图像的基准点重合的第二姿态图像；

将所述第二姿态信息与所述第一姿态信息进行比对，当两者偏差在预设偏差内时，所述末端器械与所述手柄对准，发送跟随信号，以启动所述末端器械进入跟随状态，其中，所述第一姿态图像及/或所述第二姿态图像为轨迹图像；

其中，所述第一姿态信息包括所述末端器械在坐标系内基于至少一个坐标轴的第一角度信息，所述第二姿态信息包括所述手柄在同一所述坐标系内基于至少一个所述坐标轴的第二角度信息，至少一个所述第二角度信息与所述第一角度信息基于同一个所述坐标轴，所述处理器被配置成比对时将基于同一个所述坐标轴的所述第一角度信息、所述第二角度信息进行比较；

其中，所述第一姿态图像及所述第二姿态图像用于辅助所述手柄调整，以令使用者更直观地感知所述手柄与所述末端器械之间的偏差，进而根据所述第一姿态图像及所述第二姿态图像调整所述手柄，令所述末端器械进入跟随状态。

43.根据权利要求42所述的手术机器人，其特征在于，所述手术机器人还包括显示器，所述显示器用于显示图形操作界面，所述处理器基于所述第一姿态信息获得第一姿态图像、并基于所述第二姿态信息获得第二姿态图像并显示所述第一姿态图像、所述第二姿态图像于所述图形操作界面。

44.根据权利要求42所述的手术机器人，其特征在于，当所述末端器械进入跟随状态后，所述处理器控制所述末端器械根据获取的自动调整信息调整所述末端器械的姿态，补偿对准时的第一偏差，所述第一偏差指所述第一姿态信息与所述第二姿态信息之间的偏差。

45.根据权利要求42所述的手术机器人，其特征在于，所述第一姿态获取部包括传感器，所述操作臂包括依次连接的连杆、连接组件及所述末端器械，所述连接组件具有多个关节组件，所述操作臂通过调节所述关节组件调节所述末端器械的姿态，所述传感器用于获取各所述关节组件的关节组件位置信息及/或偏转信息。

46.根据权利要求42所述的手术机器人，其特征在于，所述第二姿态获取部为与所述控制器相连接的磁导航系统、光学定位系统、陀螺仪中的一种或多种。

47.根据权利要求42所述的手术机器人，其特征在于，所述手术机器人还包括与所述控制器相连接的对准部，所述手柄可拆卸地设置于所述对准部上，以通过所述对准部对准，

所述处理器还用于基于第一偏差发送对准部调整信息，所述第一偏差指所述第一姿态信息与所述第二姿态信息之间的偏差；

所述对准部用于基于所述准部调整信息进行调节，以与所述末端器械姿态保持一致。

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