CN112888398B

CN112888398B - 主机器人及其控制方法

Info

Publication number: CN112888398B
Application number: CN201980069471.9A
Authority: CN
Inventors: 崔锺度
Original assignee: Meere Co Inc
Current assignee: Meere Co Inc
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2019-10-22
Publication date: 2023-11-21
Anticipated expiration: 2039-10-22
Also published as: KR20200045352A; WO2020085748A1; KR102116119B1; CN112888398A

Abstract

本发明涉及一种能够避免万向节死锁且操作员可平稳操纵的主机器人及其控制方法。根据本发明，为了确定余隙角，使用使其与所述第一角度和所述第二角度成比例的方法，而不是使用将雅可比矩阵(jacobian)投影到零空间(null‑space)中的方法，因此可以避免在特定方向上丧失方向自由度的万向节死锁。

Description

主机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种能够避免万向节死锁且操作员可平稳操纵的主机器人及其控制方法。

背景技术

医学上的手术是指使用医疗器械对皮肤、粘膜或其它组织进行切开、切割或进行操作而治愈疾病的行为。特别是，切开手术部位皮肤而对其内部器官等进行治疗、整形或切除的剖腹手术等，由于出血、副作用、患者痛苦、疤痕等问题，最近使用机器人(robot)的手术备受欢迎。

这些手术机器人可以分为通过医生的操纵产生并发送所需的信号的主(master)机器人，以及从操纵单元接收信号并直接对患者进行必要的操作的从(slave)机器人，并且主机器人和从机器人可以分为一个手术机器人的各个部分，或者以单独的装置设置在手术室。

手术主机器人安装有用于让医生操纵的设备，当执行机器人手术时，不是主刀医生直接操纵手术所需的器械，而是通过操纵上述的设备使安装于机器人的各种器械执行手术所需的操作。

通常安装于主机器人的主设备由医生用手握住并移动的手柄以及介导手柄和机器人主体的主臂组成，并且主臂由连接机器人主体和手柄的多关节链节形式的手臂(arm)构成，以当医生握住手柄执行移动、旋转等的操纵行为时，能够支持手柄的运动。

另一个方面，主臂设计为能够移动比操作员手腕的可移动范围更广的范围，为此，备用关节进一步配置于基本关节。备用关节以适当的位置和速度随操作员的手腕的运动而运动。

为了提高手术机器人的性能，需要一种确定备用关节的跟随角(以下称为余隙角)的方法，其确保操作员的手腕在主臂中的移动范围，并且不会产生阻力，并且避免万向节死锁(gimbal-lock)。

发明内容

技术问题

本发明要解决的问题是提供一种确定余隙角的方法，以避免在由多个机器人手臂构成的主机器人中的万向节死锁。

本发明要解决的另一个问题是提供一种确定余隙角的方法，以免干扰操作员的运动。

本发明的问题不限于上述问题，本领域技术人员将根据以下记载清楚地理解未提及的其他问题。

技术方案

作为解决上述技术问题的手段，根据一实施例的主机器人包括：安装于基座单元的下臂(lower arm)，以能够绕偏航轴旋转；安装于所述下臂的中间臂(middle arm)，以能够绕俯仰轴旋转；安装于所述中间臂的上臂(upperarm)，以能够绕所述偏航轴旋转；安装于所述上臂的手柄，以能够绕侧倾轴旋转；以及控制单元，其根据所述手柄绕所述上臂旋转的第一角度、所述上臂绕所述中间臂旋转的第二角度和所述中间臂绕所述下臂旋转的第三角度来确定所述下臂绕所述基座单元旋转的第四角度。

根据一实施例的主机器人的控制方法，其中所述主机器人包括：安装于基座单元的下臂(lower arm)，以能够绕偏航轴旋转；安装于所述下臂的中间臂(middle arm)，以能够绕俯仰轴旋转；安装于所述中间臂的上臂(upperarm)，以能够绕所述偏航轴旋转；安装于所述上臂的手柄，以能够绕侧倾轴旋转，并且其包括如下步骤：获得所述手柄绕所述上臂旋转的第一角度；获得所述上臂绕所述中间臂旋转的第二角度；获得所述中间臂绕所述下臂旋转的第三角度；根据所述第一角度、所述第二角度，以及所述第三角度来确定所述下臂绕所述基座单元旋转的第四角度；以及控制所述下臂绕所述基座单元旋转所述确定的第四角度。

有益效果

根据本发明，为了确定余隙角，使用使其与所述第一角度和所述第二角度成比例的方法，而不是使用将雅可比矩阵(jacobian)投影到零空间(null-space)中的方法，因此可以避免在特定方向上丧失方向自由度的万向节死锁。

另外，根据本发明，当所述第三角度接近于90度或-90度时，将余隙角确定为其与第一角度成比例，因此操作员可以平稳地操纵手柄。

根据本发明的效果不限于以上示例的内容，并且在本说明书中包括更多种效果。

附图说明

图1为示出根据本发明的一实施例的手术机器人的整体结构的平面图。

图2示出根据本发明的一实施例的主机器人。

图3为简单地示出图2所示的主机器人中的每个组件及其连接关系的附图。

图4为示出万向节死锁状态的附图。

图5和图6为示出第三角度为90度或-90度的状态的附图。

图7和图8为示出控制单元确定余隙角(第四角度)的方法的一示例的流程图。

图9为示出控制单元确定余隙角(第四角度)的方法的另一个示例的流程图。

最佳实施方式

根据一实施例的主机器人，其中，当所述第三角度具有与0度相似的值时，所述控制单元根据所述第二角度来确定所述第四角度。

根据一实施例的主机器人，其中，当所述第三角度具有与90度或-90度相似的值时，所述控制单元根据所述第一角度来确定所述第四角度。

根据一实施例的主机器人，其中，所述控制单元根据第一角速度和第二角速度来确定所述第四角度，其中所述第一角速度为所述手柄绕所述上臂旋转的角速度的偏航轴分量，并且第二角速度为所述上臂绕所述中间臂旋转的角速度的偏航轴分量。

根据一实施例的主机器人，其中，所述控制单元将所述第四角度确定为其与所述第一角速度和所述第二角速度成比例。

根据一实施例的主机器人，其中，所述控制单元将所述第四角度确定为其与所述第一角度和所述第二角度成比例。

根据一实施例的主机器人，其中，当所述第三角度接近于0度时，所述控制单元将所述第四角度确定为对所述第二角度赋予比所述第一角度更大的权重，从而使其与所述第二角度成比例，并且当所述第三角度接近于90度或-90度时，将所述第四角度确定为对所述第一角度赋予比所述第二角度更大的权重，从而使其与所述第一角度成比例。

根据一实施例的主机器人，其中，所述控制单元通过下面的式确定所述第四角度θ4，

(式)

θ₄＝k₁*W₁*θ₁+k₂*W₂*θ₂

在等式中，θ₁是第一角度，θ₂是第二角度，k ₁是用于调整第四角度与第一角度之比的比例常数，并且k ₂是用于调整第四角度与第一角度的比例的比例常数。第四角度相对于第二角度，W ₁是第一角度的权重，W ₂是第二角度的权重。

根据一实施例的主机器人，其中，当所述第三角度接近于0度时，所述W₁具有接近于0的值，并且所述W₂具有接近于1的值，并且当所述第三角度接近于90度或-90度时，所述W₁具有接近于1的值，并且所述W₂具有接近于0的值。

根据一实施例的主机器人，其中，所述W₂由所述第三角度的cos函数确定，并且所述W₁确定为其与所述W₂之和为1。

根据一实施例的主机器人，其中，所述W₂由所述第三角度的多项式函数确定，并且所述W₁确定为其与所述W₂之和为1。

根据一实施例的主机器人，其中，根据所述手柄的操作来操纵安装有手术工具的从臂。

根据一实施例的主机器人的控制方法，其中，当所述第三角度具有与0度相似的值时，所述第四角度由所述第二角度确定。

根据一实施例的主机器人的控制方法，其中，当所述第三角度具有与90度或-90度相似的值时，所述第四角度由所述第一角度确定。

根据一实施例的主机器人的控制方法，其中，所述第四角度由第一角速度和第二角速度确定，其中所述第一角速度为所述手柄绕所述上臂旋转的角速度的偏航轴分量，并且所述第二角速度为所述上臂绕所述中间臂旋转的角速度的偏航轴分量。

根据一实施例的主机器人的控制方法，其中，所述第四角度确定为其与所述第一角速度和所述第二角速度成比例。

根据一实施例的主机器人的控制方法，其中，所述第四角度确定为其与所述第一角度和所述第二角度成比例。

根据一实施例的主机器人的控制方法，其中，当所述第三角度接近于0度时，所述第四角度确定为对所述第二角度赋予比所述第一角度更大的权重，从而使其与所述第二角度成比例，并且当所述第三角度接近于90度或-90度时，确定为对所述第一角度赋予比所述第二角度更大的权重，从而使其与所述第一角度成比例。

根据另一个实施例的主机器人包括：安装于基座单元的下臂(lowerarm)，以能够绕偏航轴旋转；安装于所述下臂的中间臂(middle arm)，以能够绕俯仰轴旋转；安装于所述中间臂的上臂(upper arm)，以能够绕所述偏航轴旋转；安装于所述上臂的手柄，以能够绕侧倾轴旋转；以及控制单元，其根据第一角速度和第二角速度来确定所述下臂绕所述基座单元旋转的第四角度，其中所述第一角速度为所述手柄绕所述上臂旋转的角速度的偏航轴分量，并且所述第二角速度为所述上臂绕所述中间臂旋转的角速度的偏航轴分量。

根据另一个实施例的主机器人，其中，所述控制单元将所述第四角度确定为其与所述第一角速度和所述第二角速度成比例。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地说明仅用于示例的实施例。当然，以下说明仅用于具体实现实施例，而不是限制本发明的范围。本领域技术人员可以从详细说明和实施例中容易推测的内容被解释为属于权利范围。

在本发明中，诸如“构成”或“包括”之类的术语不应解释为必然包括说明书中所述的多个技术特征或多个步骤，而是应解释为可以不包括一些技术特征或步骤，或者可以进一步包括其他技术特征或步骤。

虽然在考虑到本发明中的功能的同时尽可能将当前广泛使用的一般术语选择为在本说明书中使用的术语，但它们可根据本领域技术人员的意图、先例或者新技术的出现而变化。另外，在特定的情况下，一些术语是申请人任意选择的，并且在此情况下，将在对应的发明内容中详细记载其含义。因此，在本发明中使用的术语不应简单地由术语的名称定义，而是应由术语的含义和在本发明中的内容定义。

参照图1，手术机器人1包括对躺在手术台2上的患者P执行手术的从机器人10和让操作员O远程操纵从机器人10的主控制台20。另外，手术机器人1可以包括视频系统30。助手A可以通过视频系统30的显示单元35来确认执行手术的情况。

从机器人10可以包括一个或多个机器人手臂11。机器人手臂通常是指具有与人的手臂和/或手腕相似的功能，并且能够将预定的工具附接到手腕的装置。在本说明书中，机器人手臂11可以定义为囊括诸如上臂、下臂、手腕、肘部等的技术特征以及耦合于所述手腕的手术器械等的概念。这样，从机器人10的机器人手臂11可以实现为以多个自由度驱动。机器人手臂11可以构成为包括诸如插入到患者P的手术部位的手术器械、使手术器械朝长度方向移动的移动驱动单元、使手术器械旋转的旋转驱动单元，以及安装于手术器械的末端并切开或切割手术病变的手术器械驱动单元。然而，机器人手臂11的构成不限于此，并且应当理解，这些示例不限制本发明的范围。这里，将省略对实际控制过程的详细说明，例如通过操作员O操纵操纵杆来使机器人手臂11朝相应的方向旋转和运动。

可以使用一个或多个从机器人10，以对患者P执行手术，并且通过显示部件(未示出)将手术部位显示为视频图像的手术工具12可以实现为一个独立的从机器人10。

另外，如上所述，本发明的实施例可以普遍用于其中使用除了腹腔镜之外的各种手术内窥镜(例如，胸腔镜、关节镜、鼻镜等)的手术。

主控制台20和从机器人10不一定需要在物理上分离为独立的另外的装置，而是可以构成为集成在一起。

主控制台20包括主机器人(图2的100)和显示部件(未示出)。另外，主控制台20可以进一步包括外部的显示装置25，其可以在外侧另外显示操作员O的状态。

详细地，主控制台20包括主机器人，以使操作员O可以操纵。主机器人可以实现为具有一个或多个手柄，并且操作员O操纵手柄的操作信号通过有线或无线通信网络传送到从机器人10，从而控制机器人手臂11。即，可以通过操作员O操纵的手柄来执行机器人手臂11的位置移动、旋转和切割之类的手术操作。

例如，操作员O可以通过使用手柄形状的操纵杆来操纵从机器人手臂11或手术工具12等。这些操纵杆可以根据其操作方式具有各种机械结构，并且可以设置为各种形状，以启动从机器人10的机器人手臂11和/或其他手术设备，例如操纵从机器人手臂11或手术工具12等的操作的主手柄、为操纵整体系统的功能而附加于主控制台20的摇杆、键盘、轨迹球和触摸屏等各种输入工具。

手术工具12拍摄的视频作为图像显示在主控制台20的显示部件上。另外，预定的虚拟操作面板可以与由所述手术工具12拍摄的视频一起显示在显示部件上，或者可以独立地显示在显示部件上。

显示部件可以设置为操作员O能够确认视频的的各种形状。例如，显示装置可以安装为对应于操作员O的两只眼睛。作为另一个示例，其可以由一个或多个显示器构成，并且每个显示器可以单独地显示出手术时所需的信息。显示部件的数量可以根据需要显示的信息的类型或者种类等来不同地确定。

视频系统30可以安装为与从机器人10或主控制台20彼此间隔开，并且可以从外部通过显示单元35确认执行手术的情况。

显示在显示单元35上的视频可以与显示在操作员O的显示部件上的视频相同。助手A可以在确认显示单元35的视频的同时协助操作员O的手术操作。例如，助手A可以根据执行手术的情况，在器械推车3上更换手术工具12。

中央控制单元40可以与从机器人10、主控制台20和视频系统30连接，从而传送和接收相应的信号。

图2示出根据本发明的一实施例的主机器人。根据一实施例的主机器人包括下臂(lower arm)140、中间臂(middlearm)130、上臂(upper arm)120、手柄110和控制单元(未示出)。

在用于解释主机器人100的运动的惯性坐标系的侧倾轴y、俯仰轴x和偏航轴z上，下臂140安装于基座单元200，以能够绕偏航轴旋转。另外，中间臂130安装于下臂140，以能够绕俯仰轴旋转。另外，上臂120安装于中间臂130，以能够绕偏航轴旋转。另外，手柄110安装于上臂120，以能够绕侧倾轴旋转。

图3为简单地示出图2所示的主机器人100中的每个组件及其连接关系的附图。

参照图3，下臂的一端140a连接至基座单元200，并且中间臂的一端130a连接至下臂的另一端140b，并且上臂的一端120a连接至中间臂的另一端130b，并且手柄110连接至上臂的另一端120b。

图2和图3为示出主机器人100的初始姿态的附图，主机器人100的手柄110、上臂120、中间臂130和下臂140构成为对于彼此具有旋转自由度，因此主机器人100的姿态可以根据操作员操纵手柄110发生变化。

例如，操作员可以使手柄110绕侧倾轴、偏航轴和俯仰轴旋转，当手柄110绕侧倾轴旋转时，手柄110绕上臂120旋转第一角度θ1，并且当手柄110绕偏航轴旋转时，上臂120绕中间臂130旋转第二角度θ2，并且当手柄110绕俯仰轴旋转时，中间臂130绕下臂140旋转第三角度θ3。

在此情况下，为了扩大操作员可以用手柄110操纵的范围，控制单元确定余隙角(第四角度)，以使下臂140绕基座单元200旋转，并且控制下臂140绕基座单元200旋转确定的第四角度θ4。

这里，当基于初始姿态绕侧倾轴或偏航轴沿相同的方向旋转时，第一角度θ1、第二角度θ2和第四角度θ4的符号都设置为相同。对于相同的旋转方向，第三角度θ3也可以设置为具有与其他角度相同的符号。

例如，基于初始姿态，当手柄110绕侧倾轴顺时针旋转时，第一角度θ1具有正值，并且当上臂120绕偏航轴顺时针旋转时，第二角度θ2具有正值，并且当下臂140绕偏航轴顺时针旋转时，第四角度θ4具有正值。在此情况下，顺时针方向是指当将右手的拇指放在各轴所指的方向上时，右手剩下的四指卷起的方向。

由于控制单元必须能够执行基本的逻辑运算，因此可以使用具有逻辑运算能力的半导体器件，例如中央处理器(CPU)、微控制单元(MCU)、微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)和专用集成电路(ASIC)等，但不限于此。

常规地，为了计算余隙角，使用了将作为笛卡尔(cartesian)空间速度和关节(joint)空间速度之间的导函数映射关系的雅可比矩阵(jacobian)投影到零空间(null-space)中的方法。尽管该方法通常在机器人工程学中很好地使用，但是存在计算量很大且产生万向节死锁的问题，即如图4所示，其在特定方向上丧失方向自由度。

另外，如图5和图6所示，常规方法存在一个问题，即当中间臂130绕下臂140旋转90度或-90度时，操作员操纵手柄110时感觉有阻力。

在本发明中，控制单元确定余隙角，即第四角度θ4，以能够使操作员在主机器人100中不产生万向节死锁的情况下平稳地操纵手柄110，并且在下文中，基于图2所示的主机器人100的构成来查看确定余隙角的方法。

图7为示出控制单元确定余隙角(第四角度)的方法的一示例的流程图。

首先，获得手柄110绕上臂120旋转的第一角度θ1、上臂120绕中间臂130旋转的第二角度θ2和中间臂130绕下臂140旋转的第三角度θ3(S11，S12，S13)。

此时，旋转角度可以通过编码器来检测。诸如增量式编码器(IncrementalEncoder)、绝对式编码器(AbsoluteEncoder)、磁性编码器(Magnetic Encoder)和电位计(Potentiometer)之类的各种类型的编码器可以用于角度检测。

接下来，根据所获得的第一角度θ1、第二角度θ2和第三角度θ3来确定第四角度θ4(S14)。下臂140可以控制为旋转确定的第四角度θ4(S15)。

参照图8，以更详细地查看步骤14(S14)，控制单元判断第三角度θ3是否具有与0度相似的值(S141)。可以通过第三角度θ3是否在-a度至+a度的范围内来判断其是否具有与0度相似的值，其中a是具有0或在其附近的任意常数。

如果第三角度θ3具有与0度相似的值，则确定第四角度θ4与第二角度θ2成比例(S142)。在此情况下，第四角度θ4确定为具有与第二角度θ2相同的符号。

如果第三角度θ3不具有与0度相似的值，则判断第三角度θ3是否具有与90度或-90度相似的值(S143)。可以通过与步骤141(S141)相似的方式来判断第三角度θ3是否具有与90度或-90度相似的值。

如果第三角度θ3具有与90度或-90度相似的值，则确定第四角度θ4与第一角度θ1成比例(S144)。在此情况下，第四角度θ4确定为具有与第一角度θ1相同的符号。

如上所述，当第三角度θ3具有与90度或-90度相似的值时，即当以图5和图6所示的姿态操纵主机器人100时，如果确定余隙角(第四角度)与第一角度θ1成比例而不是与第二角度θ2成比例，则即使主机器人100的姿态发生变化，也根据对于偏航轴的旋转分量来确定余隙角(第四角度)，因此操作员可以平稳地操纵主机器人100。

如果第三角度θ3不具有与90度或-90度相似的值，则确定第四角度θ4与第一角度θ1和第二角度θ2都成比例(S145)。此时，当第三角度θ3具有接近于0的值时，可以通过增加第二角度θ2的权重而不是第一角度θ1来确定第四角度θ4，并且当第三角度θ3具有接近于90度或-90度的值时，可以通过增加第一角度θ1的权重而不是第二角度θ2来确定第四角度θ4。

根据以上说明的控制单元确定余隙角(第四角度)的方法可以由下面的式1表示。

(式1)

θ4＝k1*W1*θ1+k2*W2*θ2

在式1中，k1为用于调整第四角度θ4与第一角度θ1之比的比例常数，并且k2为用于调整第四角度θ4与第二角度θ2之比的比例常数，并且W1为第一角度θ1的权重，并且所述W2为第二角度θ2的权重。另外，k1、k2、W1和W2由正数构成。

W1和W2由第三角度θ3确定，具体地，当第三角度θ3接近于0度时，W1具有接近于0的值，并且W2具有接近于1的值，并且当第三角度θ3接近于90度或-90度时，可以确定为W1具有接近于1的值，并且W2具有接近于0的值。

例如，W1、W2和第三角度θ3之间的关系可以由下面的式2确定。

(式2)

W2＝k*cos(θ3)

W1＝1-W2

作为另一个示例，W1、W2和第三角度θ3之间的关系可以由下面的式3确定。

(式3)

W2＝b0*(θ3)n+b1*(θ3)n-1+...+bn-1*(θ3)+bn

W1＝1-W2

如果使用所述式1至3来确定余隙角(第四角度)，则当第三角度θ3接近于0度时，增加用于确定第四角度θ4的第二角度θ2的比重，并且当第三角度θ3接近于90度或-90度时，增加用于确定第四角度θ4的第一角度θ1的比重。

因此，当第三角度θ3接近于90度或-90度时，即当以图5和图6所示的姿态操纵主机器人100时，由于通过降低第二角度θ2的比重，并且增加第一角度θ1的比重来确定余隙角(第四角度)，因此操作员可以平稳地操纵主机器人100。

首先，获得第一角速度w1，其为手柄110对于上臂120的旋转角速度中的偏航轴角速度分量，以及第二角速度w2，其为上臂120对于中间臂130的旋转角速度中的偏航轴角速度分量(S21，S22)。

在此情况下，可以使用由编码器检测到的旋转角度来计算第一角速度和第二角速度，或者可以从由惯性传感器感测到的值获得第一角速度和第二角速度。

接下来，根据所获得的第一角速度w1和第二角速度w2确定第四角度θ4(S23)。下臂140可以控制为旋转确定的第四角度θ4(S24)。

第四角度可以确定为与第一角速度和第二角速度成比例，例如，可以由下面的式4确定。

(式4)

θ4＝k3*w1+k4*w2

在式4中，k3为用于调整第四角度θ4与第一角速度w1之比的比例常数，并且k4为用于调整第四角度θ4与第二角速度w2之比的比例常数。

当根据上述方法确定余隙角(第四角度)，并且将下臂控制为旋转确定的余隙角(第四角度)时，与使用将雅可比矩阵(jacobian)投影到零空间(null-space)中的方法的常规方法不同，可以避免万向节死锁。

尽管已经在上面详细说明了实施例，但是本发明的范围不限于此，并且使用在所附权利要求中限定的本发明的基本概念的本领域技术人员的各种修改和改良都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种主机器人，其包括：安装于基座单元的下臂，以能够绕偏航轴旋转；安装于所述下臂的中间臂，以能够绕俯仰轴旋转；安装于所述中间臂的上臂，以能够绕所述偏航轴旋转；安装于所述上臂的手柄，以能够绕侧倾轴旋转；以及控制单元，其根据所述手柄绕所述上臂旋转的第一角度、所述上臂绕所述中间臂旋转的第二角度和所述中间臂绕所述下臂旋转的第三角度来确定所述下臂绕所述基座单元旋转的第四角度，

其中，当所述第三角度具有与0度相似的值时，所述控制单元根据所述第二角度来确定所述第四角度。

2.根据权利要求1所述的主机器人，其中，当所述第三角度具有与90度或-90度相似的值时，所述控制单元根据所述第一角度来确定所述第四角度。

3.根据权利要求1所述的主机器人，其中，所述控制单元将所述第四角度确定为其与所述第一角度和所述第二角度成比例。

4.根据权利要求3所述的主机器人，其中，当所述第三角度接近于0度时，所述控制单元将所述第四角度确定为对所述第二角度赋予比所述第一角度更大的权重，从而使其与所述第二角度成比例，并且当所述第三角度接近于90度或-90度时，将所述第四角度确定为对所述第一角度赋予比所述第二角度更大的权重，从而使其与所述第一角度成比例。

5.根据权利要求3所述的主机器人，其中，所述控制单元通过下面的式确定所述第四角度θ4，(式)θ₄＝k₁*W₁*θ₁+k₂*W₂*θ₂，并且在所述式中，所述θ1为所述第一角度，并且所述θ2为所述第二角度，并且所述k1为用于调整所述第四角度与所述第一角度之比的比例常数，并且所述k2为用于调整所述第四角度与所述第二角度之比的比例常数，并且所述W1为所述第一角度的权重，并且所述W2为所述第二角度的权重。

6.根据权利要求5所述的主机器人，其中，当所述第三角度接近于0度时，所述W1具有接近于0的值，并且所述W2具有接近于1的值，并且当所述第三角度接近于90度或-90度时，所述W1具有接近于1的值，并且所述W2具有接近于0的值。

7.根据权利要求6所述的主机器人，其中，所述W2由所述第三角度的cos函数确定，并且所述W1确定为其与所述W2之和为1。

8.根据权利要求6所述的主机器人，其中，所述W2由所述第三角度的多项式函数确定，并且所述W1确定为其与所述W2之和为1。

9.根据权利要求1所述的主机器人，其中，根据所述手柄的操作来操纵安装有手术工具的从臂。

10.一种主机器人的控制方法，其中所述主机器人包括：安装于基座单元的下臂，以能够绕偏航轴旋转；安装于所述下臂的中间臂，以能够绕俯仰轴旋转；安装于所述中间臂的上臂，以能够绕所述偏航轴旋转；安装于所述上臂的手柄，以能够绕侧倾轴旋转，并且其包括如下步骤：获得所述手柄绕所述上臂旋转的第一角度；获得所述上臂绕所述中间臂旋转的第二角度；获得所述中间臂绕所述下臂旋转的第三角度；根据所述第一角度、所述第二角度，以及所述第三角度来确定所述下臂绕所述基座单元旋转的第四角度；以及控制所述下臂绕所述基座单元旋转所述确定的第四角度，

其中，当所述第三角度具有与0度相似的值时，所述第四角度由所述第二角度确定。

11.根据权利要求10所述的主机器人的控制方法，其中，当所述第三角度具有与90度或-90度相似的值时，所述第四角度由所述第一角度确定。

12.根据权利要求10所述的主机器人的控制方法，其中，所述第四角度确定为其与所述第一角度和所述第二角度成比例。

13.根据权利要求12所述的主机器人的控制方法，其中，当所述第三角度接近于0度时，所述第四角度确定为对所述第二角度赋予比所述第一角度更大的权重，从而使其与所述第二角度成比例，并且当所述第三角度接近于90度或-90度时，确定为对所述第一角度赋予比所述第二角度更大的权重，从而使其与所述第一角度成比例。

14.一种主机器人，其包括：安装于基座单元的下臂，以能够绕偏航轴旋转；安装于所述下臂的中间臂，以能够绕俯仰轴旋转；安装于所述中间臂的上臂，以能够绕所述偏航轴旋转；安装于所述上臂的手柄，以能够绕侧倾轴旋转；以及控制单元，其根据第一角速度和第二角速度来确定所述下臂绕所述基座单元旋转的第四角度，其中所述第一角速度为所述手柄绕所述上臂旋转的角速度的偏航轴分量，并且所述第二角速度为所述上臂绕所述中间臂旋转的角速度的偏航轴分量，

其中，所述控制单元将所述第四角度确定为其与所述第一角速度和所述第二角速度成比例。