CN111956333B - 手术机器人及其控制方法、控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种手术机器人及其控制方法、控制装置。该控制方法包括如下步骤：获取描述臂体机构结构特征的描述信息；根据所述描述信息生成含有所述臂体机构可供配置的自由度的控件的用户界面组件。通过上述实施方式，本发明能够提高臂体机构控制的灵活性和易用性。

Description

手术机器人及其控制方法、控制装置
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CN201910854921.7、申请名称为“手术机器人及其控制方法、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
本发明涉及医疗器械领域，特别是涉及一种手术机器人及其控制方法、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及安装于机械臂远端的多个操作臂，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。
现有技术的手术机器人，通常只提供两种可供医生自由切换的控制模式，其中一种允许机械臂远端在笛卡尔空间内自由移动，另一种允许机械臂远端在笛卡尔空间内绕不动点运动，当出现其它任务场景时，这就变得不再适用，存在灵活性和易用性较低的问题。
发明内容
基于此，有必要提供一种可灵活配置且易用性较高的手术机器人及其控制方法、控制装置。
一方面，提供一种手术机器人的控制方法，包括如下步骤：获取描述臂体机构结构特征的描述信息；根据所述描述信息生成含有所述臂体机构可供配置的自由度的控件的用户界面组件。
其中，所述描述信息包括所述臂体机构的有效自由度的信息；在根据所述描述信息生成含有所述臂体机构可供配置的自由度的控件的用户界面组件的步骤中，包括：根据所述臂体机构的有效自由度的信息生成含有所述臂体机构可供配置的任务自由度的控件的用户界面组件。
其中，在根据所述臂体机构的有效自由度的信息生成含有所述臂体机构可供配置的任务自由度的控件的用户界面组件的步骤之后，包括：获取针对所述控件操作产生的操作指令，并根据所述操作指令产生的任务自由度的信息；根据产生的所述任务自由度的信息调用含有所述臂体机构可供配置的、包括且关联于所述任务自由度的信息的常用任务模式的控件的用户界面组件。
其中，所述常用任务模式是预先设定的包括两个以上的任务自由度的组合。
其中，所述常用任务模式包括全部可供配置的任务自由度、及/或全部可供配置的任务自由度中与姿态自由度相关的任务自由度、及/或全部可供配置的任务自由度中与位置自由度相关的任务自由度。
其中，所述常用任务模式是根据记录的历史使用频率由高到低生成的包括两个以上的任务自由度的组合。
其中，所述常用任务模式是根据所述控件配置生成的包括两个以上的任务自由度的组合。
其中，在根据所述臂体机构的有效自由度的信息生成含有所述臂体机构可供配置的任务自由度的控件的用户界面组件的步骤之后，包括：获取针对所述控件操作产生的操作指令，并根据所述操作指令生成所述臂体机构的任务自由度的配置信息。
其中，在获取针对所述控件操作产生的操作指令，并根据所述操作指令生成所述臂体机构的任务自由度的配置信息的步骤之后，包括：检测是否获取到精调控制指令；获取到所述精调控制指令时，根据当前所述臂体机构的任务自由度的配置信息生成可供配置的、且仅含有相应所述任务自由度的控件的用户界面组件。
其中，所述描述信息还包括所述臂体机构中各有效自由度的运动范围信息；在根据所述臂体机构的有效自由度的信息生成含有所述臂体机构可供配置的任务自由度的控件的用户界面组件的步骤之后，还包括：根据所述臂体机构各有效自由度的运动范围信息生成含有所述臂体机构可供配置的各任务自由度相应的运动范围的控件的用户界面组件。
其中，在根据所述臂体机构的有效自由度的信息生成含有所述臂体机构可供配置的任务自由度的控件的用户界面组件的步骤之后，包括：检测是否获取到令所述机械臂远端绕不动点运动的触发信号；在获取到所述触发信号时，生成含有所述臂体机构可供配置的、且仅与姿态自由度相关的任务自由度的控件的用户界面组件。
其中，所述描述信息包括所述臂体机构的关节组件信息和连杆组件信息；在根据所述描述信息生成含有所述臂体机构可供配置的自由度的控件的用户界面组件的步骤中，包括：根据所述臂体机构的关节组件信息和连杆组件信息生成含有所述臂体机构可供配置的关节自由度的控件的用户界面组件。
其中，在根据所述臂体机构的关节组件信息和连杆组件信息生成含有所述臂体机构可供配置的关节自由度的控件的用户界面组件的步骤中，包括：根据所述臂体机构的关节组件信息和连杆组件信息生成含有模拟所述臂体机构结构的模型图像、且在所述模型图像中各关节组件处具有可供配置的关节自由度的控件的用户界面组件。
其中，在根据所述臂体机构的关节组件信息和连杆组件信息生成含有所述臂体机构可供配置的关节自由度的控件的用户界面组件的步骤之后，包括：获取针对所述关节自由度的控件操作产生的操作指令，并根据所述操作指令使能及/或禁用相应所述关节自由度。
其中，所述描述信息还包括所述臂体机构中各关节组件的运动范围信息；在根据所述臂体机构的关节组件信息和连杆组件信息生成含有所述臂体机构可供配置的关节自由度的控件的用户界面组件的步骤之后，还包括：根据所述臂体机构各关节组件的运动范围信息生成含有所述臂体机构可供配置的各关节自由度相应的运动范围的控件的用户界面组件。另一方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被配置为由处理器加载并执行实现如上述任一项实施例所述的控制方法的步骤。
再一方面，提供一种手术机器人的控制装置，其特征在于，包括：处理器，用于加载并执行计算机程序；及计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；其中，所述计算机程序被配置为由一个以上的处理器加载并执行实现如上述任一项实施例所述的控制方法的步骤。
再一方面，提供一种手术机器人的控制方法，包括如下步骤：获取描述臂体机构结构特征的描述信息，所述描述信息包括所述臂体机构的有效自由度的信息；根据所述臂体机构的有效自由度的信息生成含有所述臂体机构可供配置的任务自由度的控件的用户界面组件；获取针对所述控件操作产生的操作指令，并根据所述操作指令生成所述臂体机构的任务自由度的配置信息；检测是否获取到精调控制指令；获取到所述精调控制指令时，根据当前所述臂体机构的任务自由度的配置信息生成可供配置的、且仅含有当前所述臂体机构的任务自由度的控件的用户界面组件。
本发明具有如下有益效果：
通过根据描述有臂体机构结构特征的描述信息生成含有对应于该臂体机构的可供配置的自由度的控件的用户界面组件，医生或助手可根据手术过程的操作需求来自由制定允许被调节的自由度，能够提高臂体机构控制的灵活性及易用性。
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为图1所示手术机器人臂体机构中机械臂的结构示意图；
图5为本发明手术机器人的控制方法一实施例的流程图；
图6为本发明手术机器人的控制方法一实施例的流程图；
图7为本发明手术机器人的控制方法中对空间运动角度的解析示意图；
图8为本发明手术机器人的控制方法在在一对一操作模式下的流程图；
图9为本发明手术机器人的控制方法在一对一操作模式下的操作示意图；
图10为本发明手术机器人的控制方法在在二对一操作模式下一实施例的流程图；
图11本发明手术机器人的控制方法一实施例的在二对一操作模式下一实施例的操作示意图；
图12为本发明手术机器人的控制方法在在二对一操作模式下另一实施例的流程图；
图13为本发明手术机器人的控制方法在在二对一操作模式下另一实施例的流程图；
图14为本发明手术机器人的控制方法另一实施例的在二对一操作模式下另一实施例的操作示意图；
图15为本发明手术机器人的控制方法另一实施例的流程图；
图16～图20为图15所示控制方法提供的用户界面组件的示意图；
图21为本发明手术机器人的控制方法一实施例的流程图；
图22～图24为图21所示控制方法提供的用户界面组件的示意图；
图25为本发明手术机器人的控制方法一实施例的流程图；
图26为图25所示控制方法提供的用户界面组件的示意图；
图27～图29为图15所示控制方法提供的另一用户界面组件的示意图；
图30为图15所示控制方法提供的另一用户界面组件的示意图；
图31为本发明手术机器人的控制方法一实施例的流程图；
图32为图15所示控制方法提供的另一用户界面组件的示意图；
图33为本发明手术机器人另一实施例的结构示意图；。
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。在本发明中，“各”包括一个及以上。
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1及从操作设备2。主操作台1具有运动输入设备11及显示器12，医生通过操作运动输入设备11向从操作设备2发送控制命令，以令从操作设备2根据医生操作运动输入设备11的控制命令执行相应操作，并通过显示器12观察手术区域。其中，从操作设备2具有臂体机构，臂体机构具有机械臂21及可拆卸地装设于机械臂21远端的操作臂31，具体的，操作臂31安装于机械臂21远端的动力机构22上并由动力机构22进行驱动。机械臂21包括依次连接的基座及连接组件，连接组件具有多个关节组件。操作臂31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。其中，机械臂21及/或操作臂31可跟随运动输入设备11运动。
例如，运动输入设备11可以通过连线与主操作台1连接，或通过旋转的连杆与主操作台1相连接。运动输入设备11可以被配置为手持式或穿戴式(常佩戴于手腕远端如手指或手掌处)，其具有多个有效自由度。示例性的，该运动输入设备11被配置为图3所示的手柄形式。一种情况下，运动输入设备11的有效自由度的数量被配置为低于定义于臂体机构远端任务自由度的数量；另一种情况下，运动输入设备11的有效自由度的数量被配置为不低于臂体机构远端的任务自由度的数量。运动输入设备11的有效自由度的数量至多为6个，为了可以不受约束地跟随医生手部自由移动及旋转，运动输入设备11示例性地被配置为具有6个有效自由度，其中，运动输入设备11的有效自由度指可跟随手部运动的有效自由度，令医生具有较大的操作空间，且可以通过对各有效自由度的解析产生更多有意义的数据，满足对几乎所有构型的机械臂21的控制。
该运动输入设备11跟随医生手部运动，实时采集手部运动造成的运动输入设备自身运动的运动信息。利用这些运动信息可以解析出位置信息、姿态信息、速度信息及加速度信息等。运动输入设备11包括但不限于磁导航定位传感器、光学定位传感器、或者连杆式主操作手等。
一实施例中，提供一种手术机器人的控制方法，更涉及手术机器人的臂体机构的自由度的灵活配置方法，该自由度可以是笛卡尔空间的任务自由度及/或关节空间的关节自由度。如图15所示，该控制方法包括如下步骤：
步骤S41，获取描述臂体机构结构特征的描述信息。
步骤S42，根据描述信息生成含有臂体机构可供医生配置的自由度的控件的用户界面组件。
其中，可通过主操作台1的显示器12或者控制装置连接的辅助显示器来显示该用户界面组件，进而为医生或助手提供有用的参考信息来帮助配置臂体机构的自由度。
在一具体实施例中，步骤S41所述的描述信息包括臂体机构的有效自由度的信息。进而步骤S42可以这样实现：根据臂体机构的有效自由度的信息生成含有臂体机构可供医生配置的任务自由度的控件的用户界面组件。其中，任务自由度是相应于笛卡尔空间来描述的，其定义具体可参阅后文描述。
以图4所示臂体机构的结构为例，该用户界面组件示例性地可以表示为图16。例如，图17表示选取x，y，z，α，β这五个任务自由度的过程的用户界面组件，选取之后的用户界面组件如图18所示，可以在控制结束后选取如“取消”选项来结束这种任务自由度下对臂体机构的控制，其中，图18表示可以对臂体机构进行自由控制。又例如，图19表示选取α，β这两个任务自由度的过程的用户界面组件，选取之后的用户界面组件如图20所示，同样可以在控制结束后选取如“取消”选项来结束这种任务自由度下对臂体机构的控制，其中，图20表示可以对臂体机构进行RCM约束控制。
一实施例中，可以在步骤S42之后，允许医生根据实际需求自由地设置若干常用任务模式并由控制装置生成相关常用任务模式的控件的用户界面组件以方便后续快捷使用。可以生成引导信息引导医生自定义配置若干臂体机构的任务自由度的配置信息进而生成几种可供配置的常用任务模式的控件的用户界面组件。所生成的引导信息举例可以包括这样的内容：“请从屏幕上选取一个以上的任务自由度的选项，并确认是否生成常用模式1”，“请从屏幕上选取一个以上的任务自由度的选项，并确认是否生成常用模式2”……“请确认是否设置完毕”等文字或语音提示，当设置完毕后则生成含有若干常用任务模式的控件的用户界面组件，该控件提供给医生进行选取。
较佳的，为了防止不同常用任务模式的控件被医生重复配置，控制装置经配置在生成几种可供配置的常用任务模式的控件的用户界面组件时，实时检测当前正在设置的常用任务模式所关联的任务自由度的信息是否与前面已设置的常用任务模式所关联的任务自由度的信息是否完全匹配，如果完全匹配，则禁止当前正在设置的常用任务模式生成可供配置的控件的用户界面组件，并可以提醒医生设置重复了。
一实施例中，具体在步骤S42之后，包括步骤S43，获取针对臂体机构可供配置的自由度控件操作产生的操作指令，并根据该操作指令生成该臂体机构的任务自由度的配置信息。医生常可以通过输入装置来进行选取进而实现配置，该输入装置可以是触摸屏、鼠标、按键板、前述的运动输入设备11等。
进一步地，与前述自定义设置常用任务模式大致相当的，可以由控制装置根据医生的历史习惯信息自动生成若干含有常用任务模式的控件的用户界面组件，具体的，如图21所示，在执行步骤S43的同时，执行：
步骤S4311，记录当前臂体机构的任务自由度的配置信息并更新其历史使用频次；
步骤S4312，根据历史使用频次从高到低的顺序将排序在若干名次前的臂体机构的任务自由度的配置信息生成若干可供配置的常用任务模式的控件的用户界面组件。
当然，该常用任务模式还可以直接根据系统文件的定义而生成相应的含有常用任务模式的控件的用户界面组件。
上述的常用任务模式可以被设置为一个以上。根据实际历史使用频率，举例可以设置成三个，分别为自由控制模式、RCM约束控制模式及定姿态约束控制模式。具体而言，自由控制模式指臂体机构的任务自由度的配置信息与臂体机构的有效自由度的信息完全匹配的情况；RCM约束控制模式指臂体机构的任务自由度的配置信息与臂体机构的有效自由度的信息不完全匹配、但包含于臂体机构中与姿态自由度相关的有效自由度的信息内的情况；定姿态约束控制模式指臂体机构的任务自由度的配置信息与臂体机构的有效自由度的信息不完全匹配、但包含于臂体机构中与位置自由度相关的有效自由度的信息内的情况。
在步骤S42之后，具体在使用时，包括：获取针对上述可供配置的任务自由度的控件操作产生的操作指令，并根据该操作指令产生的任务自由度的信息；进而，根据产生的该任务自由度的信息调用含有臂体机构可供配置的、包括且关联于该任务自由度的信息的常用任务模式的控件的用户界面组件。以进一步帮助操作人员快速选取。比如，在常用任务模式包括常用任务模式1(即[x，y，z，α，β])，常用任务模式2(即[x，y，z])，常用任务模式3(即[α，β])，通过步骤S42中生成的用户界面组件中的任务自由度控件选择[x]时，会生成包括新的可供选择的控件具体为常用任务模式1和常用任务模式2的用户界面组件；又如步骤S42中生成的用户界面组件中的任务自由度的控件选择[α]时，会生成包括新的可供选择的控件具体为常用任务模式1和常用任务模式3的用户界面组件；这样的联想输入方式能够提供给操作人员更加方便快捷的选择。当然，该新的用户界面组件中仍可以包括步骤S42中产生的任务自由度的控件，以供操作人员配置常用任务模式之外的配置。
仍以图4所示臂体机构的结构为例，该用户界面组件示例性地可以表示为图22。在图22中，用户界面组件含有可供配置的任务自由度的控件及可供配置的常用任务模式的控件。如图23，可以对常用任务模式的名称进行自定义地设置，比如将图22中的任务模式1命名为自由控制模式，将任务模式2命名为RCM约束控制模式。图24表示通过选择常用任务模式来控制臂体机构运动的过程，由于在该构型的臂体机构中，对应于自由控制模式关联于[x，y，z，α，β]这五个任务自由度，因此选取之后的用户界面组件又可以如图18所示。
其中，在定义常用任务模式时，尤其是根据历史使用频次来自动定义常用任务模式时，常可以在医生登录该手术机器人的操作系统之后进行，且该操作系统可提供多个账号以允许多个医生在不同时刻登录并使用，进而控制装置可以根据各医生的使用习惯为每个医生提供不同的常用任务模式的控件而实现更加个性化的配置。举例而言，控制装置经配置可以在启动时生成登录界面，获取医生的登录信息并进行验证，在登录信息验证通过后为医生提供前述实施例所述的用户界面组件。这些常用任务模式的配置信息最后被控制装置与医生的登录信息相关联地存储以供后续使用，主要能够便于个性化配置或生成针对于不同医生的常用任务模式的控件。
一实施例中，在结合臂体机构的任务自由度的配置信息对臂体机构进行调整的过程中，可以基于当前臂体机构的任务自由度的配置信息对其进行进一步地配置，以实现对臂体机构的精调。具体的，如图25所示，在执行步骤S42之后，执行：
步骤S4321，实时检测是否获取到精调控制指令。
该精调控制指令表示医生主动触发的需要对臂体机构进行精确调整的意图，可通过一与控制装置连接的输入装置输入。
步骤S4322，在检测获取到该精调控制指令后，根据当前臂体机构的任务自由度的配置信息生成可供配置的、且仅含有相应任务自由度的控件的用户界面组件。
该用户界面组件包含更新的可供医生配置的自由度的控件，且更新的控件只包含当前臂体机构的任务自由度的配置信息。通过使能一些任务自由度及/或禁用一些任务自由度，就可以仅在被使能的自由度上进行调节，而不必在被禁用的任务自由度上进行调整，能够实现精确调整的目的。
如当前所配置的任务自由度为如图18所示时，则在获取到精调控制指令后，跳转到图16所示的用户界面组件。又如当前所配置的任务自由度为如图20所示时，则在获取到切换指令后，跳转到如图26所示的用户界面组件，即可以对[α，β]这两个任务自由度进一步进行配置，这种情况下，一般选择其中一个任务自由度以对臂体机构在该任务自由度下进行单独调节。
举例而言，需要对[x,y,z,α,β,γ]进行调节，如果医生发现x,y这两个自由度已经达到期望，则可以触发上述的精调控制命令，并根据生成的新的可供配置的臂体机构的任务自由度信息来重新配置臂体机构远端的任务自由度为[z,α,β,γ]，以利用前述对臂体机构的控制方法对z,α,β,γ继续进行调节，进一步地，如果一并对[z,α,β,γ]进行调节存在困难，可以再配置臂体机构远端的任务自由度进而利用前述对臂体机构的控制方法逐一地对[z,α,β,γ]进行调节，直至最终臂体机构远端完全运动至目标位姿。
一实施例中，步骤S41所述的描述信息还包括臂体机构中各有效自由度的运动范围信息。进而，在执行步骤S41之后，还可以执行：
根据臂体机构各有效自由度的运动范围信息生成含有臂体机构可供医生配置的各任务自由度的运动范围的控件的用户界面组件。
其中，可以基于臂体机构各任务自由度的运动范围的控件进行配置，以在后续控制臂体机构运动时限制相应任务自由度下的运动范围，实现臂体机构在较小空间内运动的精确控制。配置各任务自由度的运动范围时，需要在该任务自由度的运动范围内来进行，也即不能超出运动范围进行配置，或者，如果超出该运动范围时，默认为该运动范围的最大值。其可以通过输入及/或选取运动范围区间来实现配置。比如，臂体机构的有效自由度中对应于任务自由度的偏航角和俯仰角的运动范围为180°，可以在配置时在180°范围以内为任务自由度中的偏航角、俯仰角进行赋值例如150°，以允许臂体机构在笛卡尔空间内运动时其偏航角、俯仰角只能在150°的范围内进行运动。
在另一具体实施例中，步骤S41所述的描述信息包括臂体机构的关节组件信息和连杆组件信息。进而步骤S42还可以这样实现：根据臂体机构的关节组件信息和连杆组件信息生成含有臂体机构可供医生配置的关节自由度的控件的用户界面组件。
较佳的，可以根据臂体机构的关节组件信息和连杆组件信息生成含有模拟臂体机构结构的呈2D或3D的模型图像的用户界面组件。其中，模型图像中各关节组件处生成有可供医生配置的关节自由度的控件。通过生成对应于臂体机构结构的模型图像，能够更加直观地便于医生对臂体机构的关节自由度进行配置。
仍以图4所示臂体机构的结构为例，该用户界面组件示例性地可以表示为图27。例如，配置禁止第三个关节的关节自由度可调的过程如图28所示，配置完后的用户界面组件如图29所示，可以在这种控制结束后选取如“取消”选项来结束这种关节自由度下对臂体机构的控制。
更优的，步骤S41所述的描述信息包括臂体机构中各关节组件的运动范围信息。在根据臂体机构的关节组件信息和连杆组件信息生成含有臂体机构可供医生配置的关节自由度的控件的用户界面组件的步骤之后，还可以包括：根据所述臂体机构各关节组件的运动范围信息生成含有所述臂体机构可供配置的各关节自由度相应的运动范围的控件的用户界面组件。其中，配置关节自由度的运动范围能够对关节的运动进行限位。
在该实施例中，借助所生成的含有臂体机构可供医生配置的关节自由度的控件及/或各关节自由度可供配置的运动范围的控件的用户界面组件，医生通过对关节自由度的配置(使能或禁用相关关节自由度)及/或结合对相应关节自由度的运动范围的配置，能够在一些特定场合避免臂体机构与人体或外物之间的碰撞；或者，通过上述配置可以从方法上改变臂体机构的构型以适用于特定的使用场景，比如让蛇形臂体机构变为直线型臂体机构；或者，还可以降低臂体机构工作时的能耗。
在一实施例中，步骤S41所述的描述信息可选地包括臂体机构的有效自由度的信息、各有效自由度的运动范围信息、关节组件信息和连杆组件信息及/或各关节组件的运动范围信息，进而在步骤S42中可以根据上述描述信息生成含有控件比较全面的用户界面组件。比如该用户界面组件含有臂体机构可供医生配置的任务自由度的控件及含有臂体机构可供医生配置的关节自由度的控件等甚至更多的控件。
其中，可以提供如图30所示的用户界面组件以供医生选择是对任务自由度进行配置还是对关节自由度进行配置。在图30中，如果选择任务自由度设置的选项，后续会进入图16或图22所示的用户界面组件以供医生配置，而如果选择关节自由度设置的选项，后续会进入图27所示的用户界面组件以供医生配置。
上述的描述信息可以为医生直接经由输入装置逐步输入的指令信息。更优的，上述的描述信息可以存储于描述文件内，且该描述文件存储于设置有存储器或电子标签的臂体机构中，进而通过具有数据接口功能或感应识别功能等的输入装置来自动获取。
较佳的，如图31所示，根据具体使用情况，控制装置经配置进而可以在根据描述信息生成含有臂体机构可供医生配置的自由度的控件的用户界面组件时，执行：
步骤S4331，检测是否获取到令所述机械臂远端绕不动点运动的触发信号。
步骤S4332，在获取到触发信号时，生成含有所述臂体机构可供配置的、且仅与姿态自由度相关的任务自由度的控件的用户界面组件。
一实施例中，臂体机构至少包括机械臂，机械臂远端通过动力机构可拆卸连接具有末端器械的操作臂，即在某些调整过程中臂体机构并不显然一定包括操作臂，其可以在具体需要使用到时再进行安装。
该实施例中，机械臂远端可拆卸连接穿刺器(俗称“戳卡”)，穿刺器包括相吻合的插管和插针，插针主要起对人体组织进行穿刺的作用，而插管主要起穿刺后建立腔体通道如腹腔通道以供具有末端器械的操作臂插入人体腔体内的作用。机械臂远端更具体地是与插管进行连接。
一方面，安全操作流程中，一般先用插管建立该腔体通道，然后再将机械臂远端与插管进行连接，之后再在机械臂远端安装穿过插管的操作臂。较佳的，机械臂远端与穿刺器连接处设置有与控制装置连接的检测单元，检测元件在穿刺器可靠连接于机械臂远端时持续产生触发信号。
另一方面，某些特别情况下，也可以先将插管连接于机械臂远端，然后再将插管插入腔体内或者插入连接于腔体的连接部。因此这种情况下，也可以在穿刺器远端设置有与控制装置连接的检测单元，检测元件在穿刺器可靠插入患者体内或插入预先连接于患者体内的连接部时持续产生触发信号。在该情况下，检测元件实际上设置于插管上。
其中，该检测元件可选自触点、微动开关或接近传感器中的一种。
这意味着由于连接于机械臂的穿刺器已经与人体建立了连接，因此从安全性角度出发考虑为了避免机械臂远端随意调整对人体带来创伤，控制装置自动限制了该机械臂远端与位置自由度相关的任务自由度可调(即不可供配置)的功能，而只允许与姿态自由度相关的任务自由度可调的功能，即自动实现了危险状态下对相关任务自由度的锁定。
仍以图4所示臂体机构的结构为例，如当前所配置的任务自由度为如图18所示时，在检测到该触发信号时，跳转到另一用户界面组件，该用户界面组件如图26所示，即至多允许与姿态自由度α及β这两个任务自由度可以被配置。
在一具体实施例中，当臂体机构中机械臂上连接有操作臂时，在步骤S41之中，包括：
分别根据描述机械臂结构特征的描述信息和描述操作臂结构特征的描述信息生成含有机械臂可供医生配置的自由度的控件及含有操作臂可供医生配置的自由度的控件的用户界面组件。
其中，操作臂的安装信息(包括安装于何处的信息，如安装于哪一机械臂的信息及/或该机械臂哪一驱动部的信息)及操作臂结构特征的描述信息可以通过操作人员手动输入，也可以采用前述的一系列自动获取方法来获取，此处不再重复赘述。
具体使用时，可选地对机械臂远端(即动力机构)的任务自由度进行单独配置以使机械臂被独立控制；或对操作臂远端(即末端器械)的任务自由度进行单独配置以使操作臂被独立控制；或者可以将机械臂和操作臂视为一个串联的结构，通过对操作臂远端的任务自由度进行配置让两者联动。
上述实施例所描述的各类控件可以被控制装置生成为选取时为使能其相对应的信息，或禁用其相对应的信息。上述实施例所描述的各类控件可以包含于同一界面，也可以分别包含在不同界面，比如，“在生成含有机械臂可供医生配置的自由度的控件及含有操作臂可供医生配置的自由度的控件的用户界面组件”中，并不意味着机械臂可供医生配置的自由度的控件及操作臂可供医生配置的自由度的控件必然显示于同一界面，它们也可以显示于不同两个、三个甚至更多的界面上。
比如这里可以生成一个可供用户配置的界面如图32所示，该界面包含三种控制模式的控件，即机械臂独立控制模式、操作臂独立控制模式和机械臂及操作臂联动控制模式的控件，通过选取具体一种控件，可以对应跳转至其对应的另一界面上来对该模式下的任务自由度进行自由地配置。在一些情形下，虽然可能出现对应于该三种控制模式显示的界面包含的任务自由度的控件相同的情况，但控制装置必然知道医生所配置的是哪一种情况，并在后续对相应臂体机构控制中对这些任务自由度的配置信息进行正确使用。
上述实施例的控件可以是按钮控件、文本框控件、下拉列表控件、复选框控件等中的一种或两种以上的组合。
一实施例中，控制装置经配置结合臂体机构远端的任务自由度的配置信息及医生控制臂体机构远端的操作信息对臂体机构各关节组件进行联动控制。
具体而言，如果被控制的臂体机构是机械臂及/或操作臂时，操作信息可以是经由与控制装置连接的运动输入设备所采集的自身的运动信息。本文主要利用了运动信息中的位姿信息。
而如果被控制的臂体机构仅是机械臂时，操作信息不仅可以是医生直接施加于机械臂远端的外力信息，也可以是经由前述的运动输入设备所采集的医生的运动信息。
一实施例中，提供一种手术机器人的控制方法，仅适用于对臂体机构是机械臂的情况进行控制，该控制方法通过跟随医生拖动臂体机构远端(及动力机构)的外力对其进行控制，其包括如下步骤：
获取外力的六维力/力矩矢量。
解析外力的六维力/力矩矢量为臂体机构远端的增量位姿信息。
根据臂体机构远端的增量位姿信息控制臂体机构各关节组件联动以使臂体机构远端进行增量运动。
其中，在解析外力的六维力/力矩矢量为臂体机构远端的增量位姿信息时，可以结合臂体机构远端的任务自由度的配置信息解析运动信息为臂体机构的增量位姿信息。更进一步地，可以根据臂体机构远端的任务自由度的配置信息解析运动信息为臂体机构的增量位姿信息，同时结合臂体机构各任务自由度的运动范围的配置信息对映射得到的臂体机构的增量位姿信息进行限位。
一实施例中，如图5所示，提供另外一种手术机器人的控制方法，适用于对臂体机构即机械臂21或操作臂31进行控制，该控制方法包括如下步骤：
步骤S1，获取运动输入设备输入的运动信息。
步骤S2，解析运动信息为臂体机构远端的增量位姿信息。
步骤S3，根据增量位姿信息控制臂体机构各关节组件联动以使臂体机构远端进行增量运动。
其中，在步骤S2中，主要是对前后时刻的运动信息进行解析，该前后时刻可以是前后相邻的时刻，或前后相间隔一定时长的时刻。一种方式中，通过计算出后一时刻的运动信息相对于前一时刻的运动信息在固定坐标系下的位姿变化，即增量位姿信息。然后将固定坐标系下的增量位姿信息映射为臂体机构的增量位姿信息。示例性的，该固定坐标系举例可以定义在显示器处，当然，该固定坐标系也可以定义在手术机器人中其它部位，该部位至少在工作时不可动。其中，“映射”表示一种对应转换的关系。
一实施例中，如图6所示，可以通过位置控制方法控制各臂体机构(机械臂21或操作臂31)远端运动至目标位姿。具体而言，在步骤S203之中，包括：
步骤S31，获取臂体机构各关节组件的位置信息。
具体可通过装设于关节组件处的位置传感器如编码器获取相应的位置信息。在以图1及图4示意的实施例中，该机械臂21具有5个自由度，借助各位置传感器能够采集到这样一组位置信息(d1，θ2，θ3，θ4，θ5)。
步骤S32，根据各关节组件的位置信息计算出臂体机构的当前位姿信息。
其中，通常可以结合正运动学来进行计算。建立机械臂21的不动点(即C点处，机械臂21的工具坐标系的原点在不动点上)至机械臂21的基座的运动学模型，输出C点与基座的模型转换矩阵
Figure BDA0002659908360000171
计算方法为
Figure BDA0002659908360000172
步骤S33，根据臂体机构的当前位姿信息及增量位姿信息计算出其目标位姿信息。
其中，根据C点与基座的模型转换矩阵
Figure BDA0002659908360000173
获取C点在固定坐标系的位姿信息。假设在不改变C点位置的情况下，旋转C点的坐标系，使其达到模型转换矩阵所描述的姿态，可得到旋转轴角度[θx0,θy0,θz0]，如图7所示。θx0为滚动角，θy0为偏航角，θz0为俯仰角，而在图14所示的机械臂21中，缺乏滚动角的自由度进而实际上θx0不可调。
步骤S34，根据目标位姿信息计算出臂体机构各关节组件的目标位置信息。
该步骤通常可以结合逆运动学来进行计算。
步骤S35，根据各关节组件的目标位置信息控制臂体机构各关节组件联动以使臂体机构远端运动至目标位姿。
其中，臂体机构远端的任务自由度的不同信息实际反映了对臂体机构远端的不同控制需求。也即，可被理解为根据不同控制需求来解析运动信息并映射为臂体机构的增量位姿信息。
具体而言，臂体机构远端的任务自由度可被理解为臂体机构远端在笛卡尔空间允许运动的自由度，其至多为6个。臂体机构远端在笛卡尔空间具有有效自由度，臂体机构远端的有效自由度与其构型(即结构特征)相关，臂体机构远端的有效自由度可被理解为臂体机构远端在笛卡尔空间内可实现的自由度，其同样至多为6个。臂体机构远端的任务自由度的配置信息即为配置臂体机构远端被允许在哪些自由度进行运动。
可以在步骤S2中根据该信息对运动信息进行解析，然后再将经过解析后的运动信息映射为臂体机构远端的增量位姿信息。例如，该信息为允许位姿信息[x,y,z,α,β,γ]中的[x,y,z]这三个自由度运动，则在对运动信息进行解析时，仅解析出[x,y,z]这三个自由度对应的运动信息，然后再将对应于[x,y,z]这三个自由度的运动信息映射为臂体机构远端的增量位姿信息。
当然，也可以先对运动信息进行全面解析，然后根据该信息对经过解析后的运动信息映射为臂体机构远端的增量位姿信息。例如，该信息同样为允许位姿信息[x,y,z,α,β,γ]中的[x,y,z]这三个自由度运动，则在对运动信息进行解析时，解析出全部[x,y,z,α,β,γ]这六个自由度对应的运动信息，然后再将对应于[x,y,z]这三个自由度的运动信息映射为臂体机构远端的增量位姿信息。
举例如图4所示的机械臂21中，机械臂21的有效自由度的信息包括[x,y,z,α,β]，其根据关节组件210～214而来，其在滚动角γ上不具备自由度：
若配置动力机构22(其装设于机械臂21远端用于装设并驱动操作臂31)的任务自由度的配置信息为[x,y,z,α,β]，则动力机构22的任务自由度的配置信息与机械臂21的有效自由度的信息完全匹配，此时对动力机构22进行的是自由控制，能够控制动力机构22大范围移动以适应手术室布置；
若配置动力机构22的任务自由度的配置信息为[x,y,z,α]或[x,y,z]等时，则动力机构22的任务自由度的配置信息包含于机械臂21的有效自由度的信息内、且不完全匹配，在控制动力机构时，只可以在[x,y,z,α]或[x,y,z]这几个对应的自由度进行调节，此时对动力机构22进行的是约束控制，能够在限定的范围内对动力机构22进行控制。
尤其是，若配置动力机构22的任务自由度的配置信息为只包括[α,β]时，这属于约束控制中的RCM约束控制，即绕远程运动中心(即不动点)运动，只可以对偏航角和俯仰角进行调节，能够满足手术过程中的微调。
当然，若机械臂21的有效自由度的信息包括[x,y,z,α,β,γ]，通过对动力机构22的任务自由度的配置，RCM约束控制可总共包括仅对偏航角、仅对俯仰角、仅对滚动角、对偏航角和俯仰角、对偏航角和滚动角、对俯仰角和滚动角、和对偏航角、俯仰角及滚动角进行调节的这多种类型。
在一种配置中，若动力机构22的任务自由度的配置信息只部分包含于机械臂21的有效自由度的信息中，一种较佳的选择是提示配置错误的信息，另一种选择是可以仅允许包含于机械臂21的有效自由度的信息的部分自由度可调。仍以图4所示的机械臂21为例，若动力机构22的任务自由度的配置信息为[y,z,α,β,γ]或[x,y,z,α,β,γ]，一方面可以提示配置错误的信息，另一方面可以允许[y,z,α,β]或[x,y,z,α,β]中进行相应的自由度的调节。这可以根据实际需要进行配置。
一实施例中，具体在上述步骤S2之中，可以根据臂体机构远端的任务自由度的配置信息解析运动信息并映射为臂体机构的增量位姿信息，同时结合臂体机构各任务自由度的运动范围的配置信息对映射得到的臂体机构的增量位姿信息进行限位。其中，该臂体机构远端的任务自由度的配置信息及其运动范围的配置信息均可以由医生根据上述实施例中记载的显示于如显示器12的用户界面组件进行自由地配置。
手术机器人可以提供一个或多个运动输入设备11。一实施例中，手术机器人提供两个运动输入设备11。为便于操作，两个运动输入设备11提供给两个手来操作，可以是一个人来操作，也可以是两个人来操作。受控末端器械34可选择性地跟随一个运动输入设备或两个运动输入设备运动，也即受控末端器械34可以跟随该两个运动输入设备11中的任一个或两个运动，定义一对一操作模式为用一个运动输入设备11来控制一个受控末端器械34运动，定义二对一操作模式为用两个运动输入设备11来一起控制一个受控末端器械34运动。在控制一个受控末端器械34运动时，可以选择采用一对一操作模式或二对一操作模式。对于一对一操作模式而言，可以进一步选择采用哪一个运动输入设备来进行控制。举例而言，同一操作人员在双手动作时，根据配置，其可以是对一个受控末端器械34进行的二对一操作模式的控制，也可以是对两个受控末端器械34分别进行的一对一操作模式的控制。
一实施例中，对于一对一操作模式，举例可以通过公式Pn＝KPn获得相应被选择操作的一个运动输入设备11在第n时刻的位姿信息P，其中，K是比例系数，通常，K>0，更佳的，1≥K>0，以实现对位姿的缩放，便于控制。
一实施例中，对于二对一操作模式，举例可以通过公式Pn＝K1PnL+K2PnR获得相应被选择操作的两个运动输入设备11在第n时刻的位姿信息P，其中，K1和K2分别表示不同运动输入设备11的比例系数，通常，K1>0，K2>0；更佳的，1≥K1>0，1≥K2>0。
计算某前后时刻一对一操作模式或二对一操作模式对应的运动输入设备11的增量位姿信息Δpn_n-1时，根据如下公式计算即可：
Δpn_n-1＝Pn-Pn-1
当然，通常可以结合受控末端器械34的任务自由度来实现固定坐标系的增量位姿信息到受控末端器械34在第一坐标系的增量位姿信息的映射。
在一实施例中，结合图8和图9参阅，对于一对一操作模式而言，获取运动输入设备输入的运动信息，将运动信息解析并映射为受控末端器械在第一坐标系的增量位姿信息的步骤包括：
步骤S211，获取前一时刻运动输入设备的第一位姿信息。
步骤S212，获取后一时刻运动输入设备的第二位姿信息。其中，后一时刻通常可以被理解为当前时刻，而随着时间的变化，这里的后一时刻又相对成为更后一时刻的前一时刻。步骤S211及步骤S212，获取的均是被选择用于一对一操作模式的运动输入设备输入的位姿信息。
步骤S213，根据运动输入设备的第一位姿信息、第二位姿信息计算获取运动输入设备在固定坐标系的增量位姿信息。
步骤S214，将运动输入设备在固定坐标系的增量位姿信息映射为受控末端器械在第一坐标系的增量位姿信息。
在一实施例中，结合图10和图11参阅，对于二对一操作模式而言，获取运动输入设备输入的运动信息，解析运动信息为臂体机构远端的增量位姿信息的步骤包括：
步骤S221，分别获取前一时刻两个运动输入设备各自的第一位姿信息。
步骤S222，分别获取后一时刻两个运动输入设备各自的第二位姿信息。
步骤S223，结合比例系数及两个运动输入设备各自的第一位姿信息、第二位姿信息计算获取两个运动输入设备在固定坐标系的增量位姿信息。
其中，对于步骤S223，具体可通过如下步骤实现：
计算一运动输入设备的第一位姿信息和第二位姿信息在固定坐标系的增量位姿信息，并计算另一运动输入设备的第一位姿信息和第二位姿信息在固定坐标系的增量位姿信息；
结合比例系数计算一运动输入设备在固定坐标系的增量位姿信息和另一运动输入设备在固定坐标系的增量位姿信息分别得到该两个运动输入设备在固定坐标系的增量位姿信息。
步骤S224，将该两个运动输入设备在固定坐标系的增量位姿信息映射为受控末端器械在第一坐标系的增量位姿信息。
其中，在二对一操作模式种，示例性的，该比例系数K1和K2均取值为0.5，则获取的增量位姿信息表示的是该两个运动输入设备之间连线的中心点的增量位姿信息。根据实际情况，可以对K1和K2进行另外的赋值。
进一步地，若需结合受控末端器械34的任务自由度的配置信息进行考虑。一方面，可以在步骤S213(或步骤S223)中仅获取运动输入设备11与受控末端器械34的任务自由度相关联的自由度的位姿信息，然后进行步骤S214(或步骤S224)。另一方面，也可以在步骤S213(或步骤S223)中获取运动输入设备全部有效自由度的位姿信息，但在步骤S214(或步骤S224)中将固定坐标系的增量位姿信息中与受控末端器械34的任务自由度相关联的自由度的位姿信息映射为受控末端器械34在第一坐标系的增量位姿信息，而保持与受控末端器械34的任务自由度不相关联的自由度的位姿信息。
一实施例中，可以在实现步骤S2之中，进行如下步骤：
根据获取到的增量位姿信息中所包含参数的类型(跟任务自由度相关)的不同，对不同参数进行不同方式的修正。如通过设置不同的修正系数来对不同类型的参数进行修正，修正前后的参数可表示为乘除的关系；或可设置不同的补偿值来对不同类型的参数进行修正，修正前后的参数可表示为加减的关系；或者，可以结合设置修正系数和补偿值的方式共同对不同类型的参数进行修正，修正前后的参数可表示为包括乘除和加减的关系。
对不同参数进行不同方式的修正的步骤可以在步骤S211～S214(步骤S221～S224)之间的任意步骤内进行。例如可建议在步骤S214(或步骤S224)中进行。该步骤能够更准确地反映医生的操作意图降低误操作的影响，并且能够对由于手部灵活性因素造成的部分转动角度不可达的问题进行补偿，实现任意角度可调。
值得注意的是，由于一对一操作模式和二对一操作模式在习惯或灵活性上有所不同，即使采用相同的修正方式对增量位姿信息中不同类型的参数进行修正，可以为这两种操作模式设置不同的修正系数及/或补偿值。
一对一操作模式和二对一操作模式均适用于受控末端器械不同任务自由度的情况。而从便捷性和准确性的角度考虑，一对一操作模式比较适合于受控末端器械任务自由度较多(如4任务自由度以上)的情况，二对一操作模式比较适合于受控末端器械任务自由度较少(如3任务自由度以内)的情况。
通过对相关增量信息进行修正，能够更准确地反映医生的操作意图降低误操作的影响，并且能够对由于手部灵活性因素造成的部分转动角度不可达的问题进行补偿，实现任意角度可调。
一实施例中，在医生控制臂体机构远端(例如受控末端器械)运动至目标位姿过程中，医生若发现在手部运动到极限位姿时，仍不能使臂体机构远端运动至目标位姿，可以通过在主操作台及/或从操作设备中配置一个输入装置，该输入装置用于输出保持位姿的控制命令及输出解除保持位姿的控制命令。如果需要恢复手部至容易操作的位姿，需要触发该输出装置输出保持位姿的控制命令，进而在获取到该控制命令后，保持臂体机构远端的位姿不变，也即控制臂体机构远端不跟随手部运动，可以将手部恢复至容易操作的位姿；之后，如果需要继续对臂体机构进行调节，需要触发该输出装置输出解除保持位姿的控制命令，进而在获取到该控制命令后，臂体机构远端重新跟随手部运动。为了确保能够随时介入该两个控制命令且解放双手，该输入装置可以被配置为语音识别模块或者脚踏输入装置等。
比如，采用二对一操作模式时，可便捷准确地对受控末端器械进行RCM约束控制，此时只需要解析运动信息所包含的位置信息并映射为受控末端器械的姿态信息即可，易于利用该两个运动输入设备进行控制。
举例而言，可以将两个运动输入设备11在水平方向上的平移运动信息解析并映射为受控末端器械在第一坐标系的偏航角增量信息，将两个运动输入设备11在竖直方向上的平移运动信息解析并映射为受控末端器械在第一坐标系的俯仰角增量信息，将两个运动输入设备11在任意平面如竖直平面上的转动运动信息解析并映射为受控末端器械在第一坐标系的滚动角增量信息，示例性的，如图12所示，该两个运动输入11设备在固定坐标系的水平移动增量信息、竖直移动增量信息及转动增量信息可通过如下步骤进行：
步骤S231，分别获取前一时刻两个运动输入设备各自的第一位置信息。
步骤S232，分别获取后一时刻两个运动输入设备各自的第二位置信息。
步骤S233，结合比例系数及两个运动输入设备各自的第一位置信息、第二位置信息计算获取两个运动输入设备在固定坐标系的水平移动增量信息、竖直移动增量信息及转动增量信息。
其中，在步骤S233中，固定坐标系的水平移动增量信息和竖直移动增量信息可以参照前文方法计算获取，而固定坐标系的转动增量信息举例可以通过如下方式计算获取，具体如图13及图14所示：
步骤S2331，建立前一时刻两个运动输入设备之间的第一位置向量。
步骤S2332，建立后一时刻两个运动输入设备之间的第二位置向量。
步骤S2333，结合比例系数计算第一位置向量与第二位置向量之间的夹角进而获取该两个运动设备在固定坐标系的转动增量信息。
步骤S2334，将该两个运动设备在固定坐标系的水平移动增量信息、竖直移动增量信息及转动增量信息一对一映射为受控末端器械的偏航角增量信息、俯仰角增量信息及滚动角增量信息。
其中，可以在主操作台及/或从操作设备中配置一输入装置，该输入装置用于输出切换映射关系的控制命令。例如，映射关系包括自然映射关系和非自然映射关系。
其中，可以定义自然映射关系为将由运动信息解析获取的在固定坐标系的增量位姿信息按照其参数的类型一对一的映射至受控末端器械在第一坐标系的增量位姿信息，具体即将固定坐标系的水平移动增量信息映射为受控末端器械在第一坐标系的水平移动增量信息、将固定坐标系的竖直移动增量信息映射为受控末端器械在第一坐标系的竖直移动增量信息、将固定坐标系的前后移动增量信息映射为受控末端器械在第一坐标系的前后移动增量信息、将固定坐标系的偏航角增量信息映射为受控末端器械在第一坐标系的偏航角增量信息、将固定坐标系的俯仰角增量信息映射为受控末端器械在第一坐标系的俯仰角增量信息、及将固定坐标系的滚动角增量信息映射为受控末端器械在第一坐标系的滚动角增量信息。这些均可以根据受控末端器械的任务自由度的配置信息进行择取。
非自然映射关系为自然映射关系之外的映射关系，一实例中，该非自然映射关系包括但不限于转换映射关系，其包括但不限于前述的将固定坐标系的水平移动增量信息、竖直移动增量信息及转动增量信息一对一映射为受控末端器械的偏航角增量信息、俯仰角增量信息及滚动角增量信息。配置成非自然映射关系能够在如二对一操作模式等某些情况下较容易地对受控末端器械进行控制。
通过结合获取的受控末端器械远端的任务自由度的配置信息、及/或操作模式的类型信息、及/或映射关系的类型信息，解析运动信息并映射为受控末端器械远端在第一坐标系的增量位姿信息。进而，医生能够根据自身习惯设置易于理解和方便操作的方式。
其中，机械臂和操作臂均可被配置为自然映射关系或非自然映射关系，或者，机械臂和操作臂中的其中一个被配置为采用自然映射关系而另一个被配置为采用非自然映射关系。这可以根据操作目的由设置于主操作台及/或从操作设备的一输入装置进行配置或按预定义配置进行选择。
上述实施例适用于对如图1所示类型的手术机器人进行控制。该类型的手术机器人包括一个机械臂21及装设于该机械臂21远端的一个以上的具有末端器械34的操作臂31，该机械臂21及操作臂31均具有若干自由度。
上述实施例同样适用于对如图33所示类型的手术机器人进行控制。该类型的手术机器人包括一个主臂32’、装设于主臂32’远端的一个以上的调整臂30’及装设于调整臂30’远端的一个以上的具有末端器械的操作臂31’，该主臂32’、调整臂30’及操作臂31’均具有若干自由度。如图33所示，该手术机器人中，调整臂30’可以设置为四个，每个调整臂30’可以仅设置一个操作臂31’。根据实际使用场景，可以将如图33所示类型的手术机器人的三段式臂体结构配置为如图1所示类型的手术机器人的两段式臂体结构从而实现控制。一实施例中，在该两种类型的手术机器人中的操作臂的概念为一致的情况下，例如，根据配置，可以将如图33所示类型的手术机器人中的各调整臂30’视为如图1所示类型的手术机器人中的机械臂21进行控制；又例如，根据配置，也可以将如图33所示类型的手术机器人中的任一调整臂30’及主臂32’的整体视为如图1所示类型的手术机器人中的机械臂21进行控制。一实施例中，可以将如图33所示类型的手术机器人中的主臂32’视为如图1所示类型的手术机器人中的机械臂21、并将如图33所示类型的手术机器人中的调整臂30’及其对应的操作臂31’的整体视为如图1所示类型的手术机器人中的操作臂31进行控制。
前文所提及的配置于主操作台(包括运动输入设备)及/或从操作设备的各类用途的输入装置包括但不限于触摸屏、按键、旋钮、脚踏及语音识别模块。他们可以组合使用，也可以单独使用；他们可以采用同一个，也可以采用多个。举例而言，输入装置大多配置于主操作台处，方便医生无需离开当前位置来操作。举例而言，输入装置大多可以采用语音识别模块，根据识别医生的语音来产生并输出相应控制命令进而选择相应的模式，这样手术机器人的结构相对比较简单，而且解放了双手和双脚，能够实现更多连续性(即不中断当前操作)的操作。
一实施例中，上述手术机器人的控制方法通常被配置为在手术机器人的控制装置中来实现，该控制装置具有一个以上的处理器。
一实施例中，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被配置为由一个以上的处理器执行实现上述任一项实施例所述的控制方法的步骤。
本发明的手术机器人及其控制方法、计算机可读存储介质，具有如下有益效果：
臂体机构远端能够跟随医生的手部运动，医生无需脱离座位就可以将臂体机构远端运动至期望的位姿，操作容易方便、灵活性优良。
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 (14)

1.一种手术机器人的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取描述臂体机构结构特征的描述信息，所述描述信息包括所述臂体机构的有效自由度的信息；
根据所述臂体机构的有效自由度的信息生成含有所述臂体机构可供配置的任务自由度的控件的用户界面组件；
获取针对所述控件操作产生的操作指令，并根据所述操作指令生成所述臂体机构的任务自由度的配置信息；
检测是否获取到精调控制指令；
获取到所述精调控制指令时，根据当前所述臂体机构的任务自由度的配置信息生成可供配置的、且仅含有当前所述臂体机构的任务自由度的控件的用户界面组件。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：
在根据所述臂体机构的有效自由度的信息生成含有所述臂体机构可供配置的任务自由度的控件的用户界面组件的步骤之后，还包括：
获取针对所述控件操作产生的操作指令，并根据所述操作指令产生任务自由度的信息；
根据产生的所述任务自由度的信息调用含有所述臂体机构可供配置的、包括且关联于所述任务自由度的信息的常用任务模式的控件的用户界面组件。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：
所述常用任务模式是预先设定的包括两个以上的任务自由度的组合。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：
所述常用任务模式包括全部可供配置的任务自由度、及/或全部可供配置的任务自由度中与姿态自由度相关的任务自由度、及/或全部可供配置的任务自由度中与位置自由度相关的任务自由度。
5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：
所述常用任务模式是根据记录的历史使用频率由高到低生成的包括两个以上的任务自由度的组合。
6.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：
所述常用任务模式是根据所述任务自由度的控件配置生成的包括两个以上的任务自由度的组合。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：
所述描述信息还包括所述臂体机构中各有效自由度的运动范围信息；
在根据所述臂体机构的有效自由度的信息生成含有所述臂体机构可供配置的任务自由度的控件的用户界面组件的步骤之后，还包括：
根据所述臂体机构各有效自由度的运动范围信息生成含有所述臂体机构可供配置的各任务自由度相应的运动范围的控件的用户界面组件。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：
所述描述信息还包括所述臂体机构的关节组件信息和连杆组件信息；
在获取描述臂体机构结构特征的描述信息的步骤之后，包括：
根据所述臂体机构的关节组件信息和连杆组件信息生成含有所述臂体机构可供配置的关节自由度的控件的用户界面组件。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：
在根据所述臂体机构的关节组件信息和连杆组件信息生成含有所述臂体机构可供配置的关节自由度的控件的用户界面组件的步骤中，包括：
根据所述臂体机构的关节组件信息和连杆组件信息生成含有模拟所述臂体机构结构的模型图像、且在所述模型图像中各关节组件处具有可供配置的关节自由度的控件的用户界面组件。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：
在根据所述臂体机构的关节组件信息和连杆组件信息生成含有所述臂体机构可供配置的关节自由度的控件的用户界面组件的步骤之后，包括：
获取针对所述关节自由度的控件操作产生的操作指令，并根据所述操作指令使能及/或禁用相应所述关节自由度。
11.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：
所述描述信息还包括所述臂体机构中各关节组件的运动范围信息；
在根据所述臂体机构的关节组件信息和连杆组件信息生成含有所述臂体机构可供配置的关节自由度的控件的用户界面组件的步骤之后，还包括：
根据所述臂体机构各关节组件的运动范围信息生成含有所述臂体机构可供配置的各关节自由度相应的运动范围的控件的用户界面组件。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被配置为由处理器加载并执行实现如权利要求1～11任一项所述的控制方法的步骤。
13.一种手术机器人的控制装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
及处理器，用于加载并执行所述计算机程序；
其中，所述计算机程序被配置为由所述处理器加载并执行实现如权利要求1～11任一项所述的控制方法的步骤。
14.一种手术机器人，其特征在于，包括：
用于执行手术操作的臂体机构；
用于显示用户界面组件的显示器；
及与所述臂体机构和所述显示器连接的控制装置，用于执行实现如权利要求1～11任一项所述的控制方法的步骤。
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