CN113712671B - 末端执行器的自动啮合方法、装置、存储介质及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种末端执行器的自动啮合方法、装置、存储介质及电子设备，该方法包括：步骤S1，获取命令值；步骤S2，若末端执行器的当前啮合状态不等于啮合中，且命令值等于开始啮合；更新当前啮合状态等于啮合中，初始化工步执行器，转步骤S1；步骤S3，若当前啮合状态等于啮合中，命令值不等于停止啮合；在确定出工步执行状态等于停止状态时，将工步执行次数加1；判断是否符合预设结束条件；若是，更新当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合成功，停止自动啮合；若否，在工步执行次数达到第一预设值时，更新当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合超时，停止自动啮合；在工步执行次数未达到第一预设值时，转步骤S1。

Description

末端执行器的自动啮合方法、装置、存储介质及电子设备

技术领域

本发明涉及手术机器人技术领域，且更具体地，涉及末端执行器的自动啮合方法、装置、存储介质及电子设备。

背景技术

随着直觉医疗向精准医疗的发展，手术机器人被广泛的应用于外科手术中。在利用手术机器人进行手术时，医生通过控制手柄产生手柄命令以控制手术机器人的手术器械执行相应的动作，从而需要手术机器人的控制手柄产生的手柄命令和手术器械的执行动作间具有高精度的一致性。

目前，手术机器人的手术器械通常为一次性耗材，即每次手术前需要将手术器械与手术机器人的基座进行结构连接，然而这种物理连接方式使得基座与手术器械间存在机械间隙，该机械间隙会对手柄命令与手术器械的执行动作间的一致性产生不利影响。

发明内容

本发明提供了一种末端执行器的自动啮合方法、装置、计算机可读存储介质及电子设备，以解决现有手术机器人的基座与手术器械间的机械间隙会对手柄命令与手术器械的执行动作间的一致性产生不利影响的技术问题。

第一方面，提供了一种末端执行器的自动啮合方法，具体包括如下步骤：

步骤S1，获取用户界面下发的命令值；

步骤S2，若末端执行器的当前啮合状态不等于啮合中，且所述命令值等于开始啮合；则更新所述当前啮合状态等于啮合中，初始化工步执行器，当前周期结束转步骤S1；其中，所述末端执行器包括传动机构和柔性通道，所述末端执行器与基座电机啮合成功后，所述基座电机驱动所述传动机构，从而通过所述传动机构带动所述柔性通道运动，所述柔性通道用于供手术器械穿过，所述柔性通道运动期间带动所述手术器械运动；

步骤S3，若当前啮合状态等于啮合中，且所述命令值不等于停止啮合；则在确定出工步执行器的工步执行状态等于停止状态时，将所述工步执行器的工步执行次数加1；判断是否符合预设结束条件；

若是，更新所述当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合成功，停止自动啮合；

若否，在所述工步执行器的工步执行次数达到第一预设值时，更新所述当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合超时，停止自动啮合；在所述工步执行器的工步执行次数未达到第一预设值时，当前周期结束转步骤S1。

可选的，所述步骤S3还包括：

若当前啮合状态等于啮合中，且所述命令值不等于停止啮合；则在确定出的工步执行器的工步执行状态不等于停止状态时，执行当前工步；

在执行当前工步后，若执行完成事件未被触发，当前周期结束转步骤S1；若执行完成事件被触发，将所述工步执行器的工步执行状态更新为停止状态，当前周期结束转步骤S1。

可选的，所述方法还包括：

步骤S4，若当前啮合状态等于啮合中，且所述命令值等于停止啮合；则更新所述当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于未啮合，停止自动啮合操作，当前周期结束转步骤S1。

可选的，所述方法还包括：

步骤S5，若当前啮合状态等于停止中，且所述命令值不等于开始啮合，则在啮合结果等于啮合成功且末端执行器被脱离时，更新所述啮合结果等于未啮合，当前周期结束转步骤S1。

可选的，所述步骤S5还包括：

若当前啮合状态等于停止中，且所述命令值不等于开始啮合，在不符合啮合结果等于啮合成功且末端执行器被脱离时，当前周期结束转步骤S1。

可选的，所述初始化工步执行器，包括：

将工步执行器的工步执行次数设置为0，将每一次工步动作的目标设置为第二预设值。

可选的，所述末端执行器还包括辅助磁传感编码器，所述辅助磁传感编码器用于检测所述传动机构的转动角度；利用所述辅助磁传感编码器确定末端执行器的移动位置；则所述方法还包括：

确定所述辅助磁传感编码器的初始值；

将预设结束条件设置为所述初始值加第三预设值。

可选的，所述第一预设值为L，所述第二预设值为m度，所述第三预设值为n度，所述m和n均为正数，且m小于n，所述L为大于0的整数，且L大于n/m。

可选的，所述辅助磁传感编码器包括X轴的第一磁传感编码器，X轴的第二磁传感编码器，Y轴的第三磁传感编码器，Y轴的第四磁传感编码器，所述判断是否符合预设结束条件，包括：

判断所述第一磁传感编码器、所述第二磁传感编码器中的至少一个以及所述第三磁传感编码器、所述第四磁传感编码器中的至少一个是否均符合预设结束条件。

可选的，所述命令值包括开始啮合、停止啮合和无啮合指令。

可选的，所述更新所述啮合结果等于啮合超时后还包括：

返回啮合超时和提示信息，所述提示信息用于提示操作者取下末端执行器。

第二方面，提供了一种末端执行器的自动啮合装置，其特征在于，包括：

命令值获取模块，用于获取用户界面下发的命令值；

第一判断模块，用于若末端执行器的当前啮合状态不等于啮合中，且所述命令值等于开始啮合；则更新所述当前啮合状态等于啮合中，初始化工步执行器，跳转命令值获取模块；其中，所述末端执行器包括传动机构和柔性通道，所述末端执行器与基座电机啮合成功后，所述基座电机驱动所述传动机构，从而通过所述传动机构带动所述柔性通道运动，所述柔性通道用于供手术器械穿过，所述柔性通道运动期间带动所述手术器械运动；

第二判断模块，若当前啮合状态等于啮合中，且所述命令值不等于停止啮合；则在确定出工步执行器的工步执行状态等于停止状态时，将所述工步执行器的工步执行次数加1；判断是否符合预设结束条件；

若是，更新所述当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合成功，停止自动啮合；

若否，在所述工步执行器的工步执行次数达到第一预设值时，更新所述当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合超时，停止自动啮合；在所述工步执行器的工步执行次数未达到第一预设值时，跳转命令值获取模块。

第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述的末端执行器的自动啮合方法。

第四方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现上述的末端执行器的自动啮合方法。

与现有技术相比，本发明提供的末端执行器的自动啮合方法、装置、计算机可读存储介质及电子设备，至少包括以下有益效果：

本发明提供的技术方案先获取用户界面下发的命令值，确定末端执行器的当前啮合状态，进一步判断当前啮合状态是否等于啮合中。若末端执行器的当前啮合状态不等于啮合中，且命令值等于开始啮合，此时更新当前啮合状态，令当前啮合状态等于啮合中，并初始化工步执行器，结束当前周期，从获取用户界面下发的命令值再次开始执行。若末端执行器的当前啮合状态等于啮合中，且命令值不等于停止啮合，则确定工步执行器的执行状态，若工步执行器的执行状态等于停止状态，将工步执行器的工步执行次数加1，并判断是否符合预设结束条件；若不符合预设结束条件，则进一步确定工步执行器的工步执行次数是否达到第一预设值，若工步执行器的工步执行次数达到第一预设值，为了避免过度啮合，则更新当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合超时，停止自动啮合；若工步执行器的工步执行次数未达到第一预设值，则结束当前周期，从获取用户界面下发的命令值再次开始执行；如此循环，直至符合预设结束条件，此时更新当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合成功，停止自动啮合，其中，末端执行器包括传动机构和柔性通道，末端执行器与基座电机啮合成功后，基座电机驱动传动机构，从而通过传动机构带动柔性通道运动，柔性通道用于供手术器械穿过，柔性通道运动期间带动手术器械运动。在为手术机器人更换了末端执行器后，利用本发明提供的技术方案可以对末端执行器和基座进行自动啮合，有效减少末端执行器和基座间的机械间隙，进而消除手柄命令与末端执行器执行动作由于物理连接导致的偏差，提高手柄命令与末端执行器执行动作的一致性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明的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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一示例性实施例提供的末端执行器的自动啮合方法的流程示意图一；

图2是本发明一示例性实施例提供的一种末端执行器和基座的装配示意图；

图3是本发明一示例性实施例提供的末端执行器的自动啮合方法的流程示意图二；

图4是本发明一示例性实施例提供的末端执行器的自动啮合装置的结构示意图；

图5是本发明一示例性实施例提供的电子设备的结构图；

附图标记说明：多功能通道器46；能量适配器47；左能量适配器47A；右能量适配器47B；控制适配器49；左控制适配器49A；右控制适配器49B；基座48。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。

示例性方法

图1是本发明一示例性实施例提供的末端执行器的自动啮合方法的流程示意图，具体包括如下步骤：

步骤S1，获取用户界面下发的命令值。

在一实施例中，用户界面（UI）是指面向操作者的可视化操作界面。具体的，在用户界面上设置不同的图标，不同的图标对应不同的命令值，操作者通过在用户界面上点击不同的图标，下发不同的命令值。

在一种可能的实现方式中，命令值包括开始啮合、停止啮合和无啮合指令。具体的，为了便于程序的运行，利用不同的数值表征不同的命令值，如1为开始啮合，2为停止啮合，3为无啮合指令。

步骤S2，若末端执行器的当前啮合状态不等于啮合中，且所述命令值等于开始啮合；则更新所述当前啮合状态等于啮合中，初始化工步执行器，当前周期结束转步骤S1；其中，所述末端执行器包括传动机构和柔性通道，所述末端执行器与基座电机啮合成功后，所述基座电机驱动所述传动机构，从而通过所述传动机构带动所述柔性通道运动，所述柔性通道用于供手术器械穿过，所述柔性通道运动期间带动所述手术器械运动。需要说明的是，在本发明一示例性实施例中，如图2末端执行器和基座的装配图所示，其中，末端执行器包括，2个能量适配器47（左能量适配器47A、右能量适配器47B）、2个控制适配器49（左控制适配器49A、右控制适配器49B）以及1个多功能通道器46，以上所述的末端执行器均为灭菌一次性手术耗材。在末端执行器和基座48进行装配时，左控制适配器49A、左能量适配器47A和多功能通道器46左侧通道通过连接套管和密封套件相连构成器械左侧驱动通路；右控制适配器49B、右能量适配器47B和多功能通道器46右侧通道通过连接套管和密封套件相连构成器械右侧驱动通路。因此，左控制适配器49A、左能量适配器47A以及多功能通道器46三者，两两之间具有连接关系。同样地，右控制适配器49B、右能量适配器47B以及多功能通道器46三者，两两之间也具有连接关系。进一步的，多功能通道器46包括传动机构和柔性通道，柔性通道用于供手术器械穿过，柔性通道运动期间带动手术器械运动。当末端执行器安装到基座48上后，多功能通道器46的传动机构与基座电机啮合，以使得基座电机驱动传动机构，通过传动机构带动柔性通道运动，进而带到手术器械运动。

在一实施例中，确定末端执行器的当前啮合状态，当前啮合状态表征当前时刻末端执行器与基座48间的啮合情况，也就是说当前啮合状态是变化的，并非固定不变的。具体的，当前啮合状态包括啮合中和停止中两个状态。在确定了末端执行器的当前啮合状态后，进一步判断当前啮合状态是否等于啮合中，若末端执行器的当前啮合状态不等于啮合中，且命令值等于开始啮合，此时更新当前啮合状态，令当前啮合状态等于啮合中，以便在下个啮合周期进入新的啮合过程中去，同时初始化工步执行器，便于对新的啮合周期的监控，并结束当前周期，转步骤S1。具体的，初始化工步执行器，包括，将工步执行器的工步执行次数设置为0，将每一次工步动作的目标设置为第二预设值。当基座电机带动末端执行器移动时，证明基座电机的传动能量成功传递给了末端执行器，此时磁编码传感器的数值发生变化，因此将工步动作的目标通过磁编码传感器进行量化确定，其中第二预设值可以为m度，m为正数，例如1.25度。

在一种可能的应用场景中，当操作者更换了末端执行器后，在用户界面点击开始啮合的图标，则在步骤S1中获取到用户界面下发的命令值1，进入第一个啮合周期，此时无在先的当前啮合状态或当前啮合状态为上一次自动啮合完成后的停止中，即符合步骤S2的条件，进入步骤S2，令当前啮合状态等于啮合中，并将工步执行次数归0以初始化工步执行器，再次执行步骤S1，若没有接收到开始啮合或停止啮合，则为无啮合指令，且当前啮合状态等于啮合中，即不再符合步骤S2的条件，符合步骤S3的条件，因此进入S3对应的啮合周期。步骤S3，若当前啮合状态等于啮合中，且所述命令值不等于停止啮合；则在确定出工步执行器的工步执行状态等于停止状态时，将所述工步执行器的工步执行次数加1；判断是否符合预设结束条件；若是，更新所述当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合成功，停止自动啮合；若否，在所述工步执行器的工步执行次数达到第一预设值时，更新所述当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合超时，停止自动啮合；在所述工步执行器的工步执行次数未达到第一预设值时，当前周期结束转步骤S1。

在一实施例中，若当前啮合状态等于啮合中，且命令值不等于停止啮合，具体的，命令值可以为开始啮合或无啮合指令，则确定工步执行器的工步执行状态，若工步执行状态等于停止状态，将工步执行器的工步执行次数加1，其中停止状态表明末端执行器在基座电机的带动下移动到了目标位置。在工步执行器的工步执行次数加1后，判断是否符合预设结束条件，存在如下两种结果：

结果一：不符合预设结束条件，为了避免过度啮合，则进一步判断工步执行器的工步执行次数是否达到第一预设值，若工步执行器的工步执行次数达到了第一预设值，则证明存在过度啮合的危险，因此更新当前啮合状态等于停止中，并更新啮合结果等于啮合超时，停止自动啮合，其中第一预设值可以为L次，L为大于0的整数，且L大于n/m，例如42次，即工步执行次数达到42次时达到上限次数，则需停止自动啮合。在一种可能的实现方式中，当出现啮合超时情况时，末端执行器与基座48间的机械间隙过大，因此返回啮合超时和提示信息，提示信息用于提示操作者取下末端执行器。利用提示信息对操作者进行提醒，使得操作者能够明确啮合进程停止的原因，以便及时采取措施。若工步执行器的工步执行次数并未达到第一预设值，此时结束当前周期，进入下一个啮合周期，在未接收到新的命令值时，新的啮合周期依然会对工步进行调整，直至满足预设结束条件或工步执行器的工步执行次数达到第一预设值。

结果二：符合预设结束条件，因预设结束条件为预先设置表明末端执行器与基座48间的机械间隙消除的条件，因此当符合预设结束条件时，证明自动啮合完成，因此令啮合结果等于啮合成功，并停止自动啮合。

具体的，所述末端执行器还包括辅助磁传感编码器，所述辅助磁传感编码器用于检测所述传动机构的转动角度；利用所述辅助磁传感编码器确定末端执行器的移动位置；则确定所述辅助磁传感编码器的初始值；将预设结束条件设置为所述初始值加第三预设值。其中，辅助磁传感编码器设置在传动机构的两侧，第三预设值可以为n度，n为正数，且m小于n，例如8度。在初始化工步执行器时，同时确定辅助磁传感编码器的初始值，在一次完整的自动啮合进程中，辅助磁传感编码器的初始值是不变的，但辅助磁传感编码器会根据基座电机的带动末端执行器的移动而发生数值的变化，当变化值为8度时，即满足预设结束条件，完成自动啮合进程。利用末端执行器上的辅助磁传感编码器对末端执行器与基座48机械间隙的调整进度进行量化，当辅助磁传感编码器的数值转动了第三预设值时，证明消除了手柄命令与末端执行器执行动作由于物理连接导致的偏差。

在一种可能的实现方式中，所述辅助磁传感编码器包括X轴的第一磁传感编码器，X轴的第二磁传感编码器，Y轴的第三磁传感编码器，Y轴的第四磁传感编码器，所述判断是否符合预设结束条件，包括：判断所述第一磁传感编码器、所述第二磁传感编码器中的至少一个以及所述第三磁传感编码器、所述第四磁传感编码器中的至少一个是否均符合预设结束条件。其中，第一磁传感编码器和第二磁传感编码器用于检测传动机构在X轴控方向上的转动角度，第三磁传感编码器和第四磁传感编码器用于检测传动机构在Y轴控方向上的转动角度。当第一磁传感编码器和第二磁传感编码器中有至少一个符合预设结束条件时，其中预设结束条件为转动角度达到第二预设值，也就是说当第一磁传感编码器和第二磁传感编码器中有一个在X轴控方向上转动角度等于第二预设值时，为X轴方向的啮合进度完成；当第三磁传感编码器和第四磁传感编码器中有至少一个符合预设结束条件，也就是说当第三磁传感编码器和第四磁传感编码器中有一个在Y轴控方向上转动角度等于第二预设值时，为Y轴方向的啮合进度完成，只有X轴方向的啮合进度和Y轴方向的啮合进度均完成后，令当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合成功，停止自动啮合。末端执行器在啮合过程中的移动可以拆分为X轴控方向的移动和Y轴控方向的移动，末端执行器在移动的过程中，移动的距离通常较小，因此为了准确的确定出末端执行器在X轴控方向和Y轴控方向的移动距离，在每个轴控方向设置两个辅助磁传感编码器，当两个轴控方向中设置的两个辅助磁传感编码器中的一个均符合预设结束条件时，表明末端执行器相对于基座48进行了全方位的移动，避免因在某个方位移动距离较大而其他方位移动距离较小而误认为啮合成功的情况出现，进而保证啮合结果的准确性。

需要说明的是，末端执行器的移动是靠4根钢丝牵拉拆分到末端执行器坐标系中完成的，当钢丝被拉动表示基座电机上的传动能量成功传递给了末端执行器的X轴控方向和Y轴控方向。在本实施例中，以末端执行器X轴控方向和Y轴控方向均沿其轴控方向牵拉长度拉出1mm为自动啮合结束的标准，其中若选取的牵拉长度过长会导致末端执行器产生明显弯曲，致使末端执行器明显偏离操作者选定的原始位置；若选择的牵拉长度过短，则可能存在由于其他因素导致的辅助磁传感编码器的抖动，而未真正啮合的情况。在确定出牵拉长度为1mm后，根据弧长公式，确定出用于反馈牵拉齿轮转动情况的辅助磁传感编码器转动的值对应为8度，其中辅助磁传感编码器和牵拉齿轮的传动比为1:1，因此可以选择8度为第三预设值。

在一种可能的实现方式中，对于步骤S3中，在停止自动啮合后，也可以结束当前周期，转步骤S1。

特别的，本实施例提供的技术方案尤其适用于腹腔镜手术机器人中。

本实施例提供的技术方案先获取用户界面下发的命令值，确定末端执行器的当前啮合状态，进一步判断当前啮合状态是否等于啮合中。若末端执行器的当前啮合状态不等于啮合中，且命令值等于开始啮合，此时更新当前啮合状态，令当前啮合状态等于啮合中，并初始化工步执行器，结束当前周期，从获取用户界面下发的命令值再次开始执行。若末端执行器的当前啮合状态等于啮合中，且命令值不等于停止啮合，则确定工步执行器的执行状态，若工步执行器的执行状态等于停止状态，将工步执行器的工步执行次数加1，并判断是否符合预设结束条件；若不符合预设结束条件，则进一步确定工步执行器的工步执行次数是否达到第一预设值，若工步执行器的工步执行次数达到第一预设值，为了避免过度啮合，则更新当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合超时，停止自动啮合；若工步执行器的工步执行次数未达到第一预设值，则结束当前周期，从获取用户界面下发的命令值再次开始执行；如此循环，直至符合预设结束条件，此时更新当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合成功，停止自动啮合。在为手术机器人更换了末端执行器后，利用本发明提供的技术方案可以对末端执行器和基座48进行自动啮合，有效减少末端执行器和基座48间的机械间隙，进而消除手柄命令与末端执行器执行动作由于物理连接导致的偏差，提高手柄命令与末端执行器执行动作的一致性。

如图3所示，在本发明一个示例性实施例中，若当前啮合状态等于啮合中，且所述命令值不等于停止啮合；则在确定出的工步执行器的工步执行状态不等于停止状态时，执行当前工步；在执行当前工步后，若执行完成事件未被触发，当前周期结束转步骤S1；若执行完成事件被触发，将所述工步执行器的工步执行状态更新为停止状态，当前周期结束转步骤S1。

在上述实施例中，若当前啮合状态等于啮合中，且命令值不等于停止啮合时，确定工步执行器的工步执行状态，若工步执行状态不等于停止状态，则执行当前工步，具体的执行当前工步是指给基座电机下发位置模式的控制命令，使得电机带动末端执行器沿X轴控方向和Y轴控方向移动，在执行当前工步后，判断是否触发执行完成事件。具体的，若电机带动末端执行器移动到目标位置，则执行完成事件被触发，其中目标位置即为初始化工步执行器时设置的第二预设值，即当辅助磁传感编码器转动了1.25度时，执行完成事件被触发，如第一磁传感编码器转动了1.25度，完成了X轴控方向的一次工步任务，第三磁传感编码器转动了1.25度，完成了Y轴控方向的一次工步任务，此时执行完成事件被触发。若执行完成事件未被触发，则当前周期结束转步骤S1，在进入新的周期后，若在没有接收到新的命令值时，仍然会进入到执行当前工步的周期中，直至执行完成事件被触发，将工步执行器的工步执行状态更新为停止状态，当前周期结束转步骤S1，进而在没有接收到开始啮合和停止啮合的命令值时，将进入步骤S3中即将工步执行器的工步执行次数加1的啮合周期中，从而通过多个周期对电机带动末端执行器的移动位置进行调整，一个工步任务可能需要多个啮合周期完成，通过较小粒度的调整，保证基座48和末端执行器间啮合结果准确性的同时避免过度啮合情况的出现。

如图3所示，在本发明一个示例性实施例中，所述方法还包括：步骤S4，若当前啮合状态等于啮合中，且所述命令值等于停止啮合；则更新所述当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于未啮合，停止自动啮合操作，当前周期结束转步骤S1。

在上述实施例中，若当前啮合状态等于啮合中，且命令值等于停止啮合，也就是说操作者进行了手动停止，此时更新当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于未啮合，并停止自动啮合，进入新的啮合周期。在自动啮合的过程中，允许操作者进行手动停止，使得操作者可以随时停止自动啮合进程，为操作者提供便利。

如图3所示，在本发明一个示例性实施例中，所述方法还包括：步骤S5，若当前啮合状态等于停止中，且所述命令值不等于开始啮合，则在啮合结果等于啮合成功且末端执行器被脱离时，更新所述啮合结果等于未啮合，当前周期结束转步骤S1。

在上述实施例中，若当前啮合状态等于停止中，且命令值不等于开始啮合，也就是说命令值为停止啮合或无啮合指令时，进一步判断啮合结果是否为啮合成功，若啮合结果等于啮合成功，且末端执行器被脱离，则更新啮合结果等于未啮合，并结束当前周期，转步骤S1。

在一种可能的应用场景中，在自动啮合完成后会将啮合结果更新为啮合成功，将当前啮合状态设置为停止中，此时可能会出现末端执行器被取下，也就是末端执行器脱离的情况，如手术结束或需要更换新的末端执行器时，为了后续啮合进程的快速进行，更新啮合结果等于未啮合，并进入新的啮合周期，即重新开始执行步骤S1。

如图3所示，在本发明一个实例性实施例中，所述步骤S5还包括：若当前啮合状态等于停止中，且所述命令值不等于开始啮合，在不符合啮合结果等于啮合成功且末端执行器被脱离时，当前周期结束转步骤S1。也就说，在啮合成功后，又不存在末端执行器脱离时，则直接结束当前周期，进入新的啮合周期。在一种可能的应用场景中，当完成自动啮合后，此时当前啮合状态为停止中，在进入手术期间时，不存在开始啮合和停止啮合命令值，则可以直接进入新的啮合周期，即周期性的获取用户界面下发的命令值，以便在用户界面下发了命令值后及时进入新的啮合周期。

示例性装置

基于与本发明方法实施例相同的构思，本发明实施例还提供了一种末端执行器的自动啮合装置。

图4示出了本发明一示例性实施例提供的末端执行器的自动啮合装置的结构示意图，包括：

命令值获取模块31，用于获取用户界面下发的命令值；

第一判断模块32，用于若末端执行器的当前啮合状态不等于啮合中，且所述命令值等于开始啮合；则更新所述当前啮合状态等于啮合中，初始化工步执行器，跳转命令值获取模块；其中，所述末端执行器包括传动机构和柔性通道，所述末端执行器与基座电机啮合成功后，所述基座电机驱动所述传动机构，从而通过所述传动机构带动所述柔性通道运动，所述柔性通道用于供手术器械穿过，所述柔性通道运动期间带动所述手术器械运动；

第二判断模块33，若当前啮合状态等于啮合中，且所述命令值不等于停止啮合；则在确定出工步执行器的工步执行状态等于停止状态时，将所述工步执行器的工步执行次数加1；判断是否符合预设结束条件；

若是，更新所述当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合成功，停止自动啮合；

若否，在所述工步执行器的工步执行次数达到第一预设值时，更新所述当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合超时，停止自动啮合；在所述工步执行器的工步执行次数未达到第一预设值时，跳转命令值获取模块。

其中，所述初始化工步执行器，包括将工步执行器的工步执行次数设置为0，将每一次工步动作的目标设置为第二预设值。所述命令值包括开始啮合、停止啮合和无啮合指令。所述更新所述啮合结果等于啮合超时后还包括：返回啮合超时和提示信息，所述提示信息用于提示操作者取下末端执行器。

在本发明一个示例性实施例中，所述第二判断模块，包括：

第一判断单元，用于若当前啮合状态等于啮合中，且所述命令值不等于停止啮合；则在确定出工步执行器的工步执行状态等于停止状态时，将所述工步执行器的工步执行次数加1；判断是否符合预设结束条件；若是，更新所述当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合成功，停止自动啮合；若否，在所述工步执行器的工步执行次数达到第一预设值时，更新所述当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合超时，停止自动啮合；在所述工步执行器的工步执行次数未达到第一预设值时，跳转命令值获取模块。

第二判断单元，用于若当前啮合状态等于啮合中，且所述命令值不等于停止啮合；则在确定出的工步执行器的工步执行状态不等于停止状态时，执行当前工步；在执行当前工步后，若执行完成事件未被触发，当前周期结束跳转命令值获取模块；若执行完成事件被触发，将所述工步执行器的工步执行状态更新为停止状态，当前周期结束跳转命令值获取模块。

在本发明一个示例性实施例中，所述装置还包括：停止处理模块，用于若当前啮合状态等于啮合中，且所述命令值等于停止啮合；则更新所述当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于未啮合，停止自动啮合操作，当前周期结束跳转命令值获取模块。

在本发明一个示例性实施例中，所述装置还包括：脱离处理模块，用于若当前啮合状态等于停止中，且所述命令值不等于开始啮合，则在啮合结果等于啮合成功且末端执行器被脱离时，更新所述啮合结果等于未啮合，当前周期结束跳转命令值获取模块。若当前啮合状态等于停止中，且所述命令值不等于开始啮合，在不符合啮合结果等于啮合成功且末端执行器被脱离时，当前周期结束跳转命令值获取模块。

在本发明一个示例性实施例中，所述末端执行器还包括辅助磁传感编码器，所述辅助磁传感编码器用于检测所述传动机构的转动角度；利用所述辅助磁传感编码器确定末端执行器的移动位置；则所述装置还包括：条件设置模块，用于确定所述辅助磁传感编码器的初始值；将预设结束条件设置为所述初始值加第三预设值。其中，所述第一预设值为L，所述第二预设值为m度，所述第三预设值为n度，所述m和n均为正数，且m小于n，所述L为大于0的整数，且L大于n/m。

在本发明一个示例性实施例中，所述辅助磁传感编码器包括X轴的第一磁传感编码器，X轴的第二磁传感编码器，Y轴的第三磁传感编码器，Y轴的第四磁传感编码器，则第二判断模块，用于若当前啮合状态等于啮合中，且所述命令值不等于停止啮合；则在确定出工步执行器的工步执行状态等于停止状态时，将所述工步执行器的工步执行次数加1；判断所述第一磁传感编码器、所述第二磁传感编码器中的至少一个以及所述第三磁传感编码器、所述第四磁传感编码器中的至少一个是否均符合预设结束条件；若是，更新所述当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合成功，停止自动啮合；若否，在所述工步执行器的工步执行次数达到第一预设值时，更新所述当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合超时，停止自动啮合；在所述工步执行器的工步执行次数未达到第一预设值时，跳转命令值获取模块。

示例性电子设备

图5图示了根据本发明实施例的电子设备的框图。

如图5所示，电子设备100包括一个或多个处理器101和存储器102。

处理器101可以是中央处理单元（CPU）或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备100中的其他组件以执行期望的功能。

存储器102可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器（RAM）和/或高速缓冲存储器（cache）等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器（ROM）、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器101可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本发明的各个实施例的末端执行器的自动啮合方法以及/或者其他期望的功能。

在一个示例中，电子设备100还可以包括：输入装置103和输出装置104，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构（未示出）互连。

当然，为了简化，图5中仅示出了该电子设备100中与本发明有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备100还可以包括任何其他适当的组件。

示例性计算机程序产品和计算机可读存储介质

除了上述方法和设备以外，本发明的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种实施例的末端执行器的自动啮合方法中的步骤。

所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

此外，本发明的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种实施例的末端执行器的自动啮合方法中的步骤。

所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

以上结合具体实施例描述了本发明的基本原理，但是，需要指出的是，在本发明中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本发明的各个实施例必须具备的。另外，上述发明的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本发明为必须采用上述具体的细节来实现。

本发明中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本发明的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。

提供所发明的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本发明。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本发明的范围。因此，本发明不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此发明的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本发明的实施例限制到在此发明的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (12)

1.一种末端执行器的自动啮合方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，获取用户界面下发的命令值；

步骤S2，若末端执行器的当前啮合状态不等于啮合中，且所述命令值等于开始啮合；则更新所述当前啮合状态等于啮合中，初始化工步执行器，当前周期结束转步骤S1；其中，所述末端执行器包括传动机构和柔性通道，所述末端执行器与基座电机啮合成功后，所述基座电机驱动所述传动机构，从而通过所述传动机构带动所述柔性通道运动，所述柔性通道用于供手术器械穿过，所述柔性通道运动期间带动所述手术器械运动；所述初始化工步执行器，包括将工步执行器的工步执行次数设置为0，将每一次工步动作的目标设置为第二预设值，工步动作的目标通过磁编码传感器进行量化确定，其中所述第二预设值为度数；

步骤S3，若当前啮合状态等于啮合中，且所述命令值不等于停止啮合；则在确定出工步执行器的工步执行状态等于停止状态时，将所述工步执行器的工步执行次数加1；判断是否符合预设结束条件；所述预设结束条件为预先设置表明末端执行器与基座间的机械间隙消除的条件；

若是，更新所述当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合成功，停止自动啮合；

若否，在所述工步执行器的工步执行次数达到第一预设值时，更新所述当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合超时，停止自动啮合；在所述工步执行器的工步执行次数未达到第一预设值时，当前周期结束转步骤S1；

若当前啮合状态等于啮合中，且所述命令值不等于停止啮合；则在确定出的工步执行器的工步执行状态不等于停止状态时，执行当前工步；

在执行当前工步后，若执行完成事件未被触发，当前周期结束转步骤S1；若执行完成事件被触发，将所述工步执行器的工步执行状态更新为停止状态，当前周期结束转步骤S1；若电机带动末端执行器移动到目标位置，则执行完成事件被触发，其中目标位置即为初始化工步执行器时设置的第二预设值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

步骤S4，若当前啮合状态等于啮合中，且所述命令值等于停止啮合；则更新所述当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于未啮合，停止自动啮合操作，当前周期结束转步骤S1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

步骤S5，若当前啮合状态等于停止中，且所述命令值不等于开始啮合，则在啮合结果等于啮合成功且末端执行器被脱离时，更新所述啮合结果等于未啮合，当前周期结束转步骤S1。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S5还包括：

若当前啮合状态等于停止中，且所述命令值不等于开始啮合，在不符合“啮合结果等于啮合成功且末端执行器被脱离”时，当前周期结束转步骤S1。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述末端执行器还包括辅助磁传感编码器，所述辅助磁传感编码器用于检测所述传动机构的转动角度；利用所述辅助磁传感编码器确定末端执行器的移动位置；则所述方法还包括：

确定所述辅助磁传感编码器的初始值；

将预设结束条件设置为所述初始值加第三预设值，所述第三预设值为度数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一预设值为L，所述第二预设值为m度，所述第三预设值为n度，所述m和n均为正数，且m小于n，所述L为大于0的整数，且L大于n/m。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述辅助磁传感编码器包括X轴的第一磁传感编码器、X轴的第二磁传感编码器、Y轴的第三磁传感编码器、Y轴的第四磁传感编码器，所述判断是否符合预设结束条件，包括：

判断所述第一磁传感编码器、所述第二磁传感编码器中的至少一个以及所述第三磁传感编码器、所述第四磁传感编码器中的至少一个是否均符合预设结束条件。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述命令值包括开始啮合、停止啮合和无啮合指令。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述更新所述啮合结果等于啮合超时后还包括：

返回啮合超时和提示信息，所述提示信息用于提示操作者取下末端执行器。

10.一种末端执行器的自动啮合装置，其特征在于，包括：

命令值获取模块，用于获取用户界面下发的命令值；

第一判断模块，用于若末端执行器的当前啮合状态不等于啮合中，且所述命令值等于开始啮合；则更新所述当前啮合状态等于啮合中，初始化工步执行器，跳转命令值获取模块；其中，所述末端执行器包括传动机构和柔性通道，所述末端执行器与基座电机啮合成功后，所述基座电机驱动所述传动机构，从而通过所述传动机构带动所述柔性通道运动，所述柔性通道用于供手术器械穿过，所述柔性通道运动期间带动所述手术器械运动；所述初始化工步执行器，包括将工步执行器的工步执行次数设置为0，将每一次工步动作的目标设置为第二预设值，工步动作的目标通过磁编码传感器进行量化确定，其中所述第二预设值为度数；

第二判断模块，若当前啮合状态等于啮合中，且所述命令值不等于停止啮合；则在确定出工步执行器的工步执行状态等于停止状态时，将所述工步执行器的工步执行次数加1；判断是否符合预设结束条件；所述预设结束条件为预先设置表明末端执行器与基座间的机械间隙消除的条件；

若是，更新所述当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合成功，停止自动啮合；

若否，在所述工步执行器的工步执行次数达到第一预设值时，更新所述当前啮合状态等于停止中，更新啮合结果等于啮合超时，停止自动啮合；在所述工步执行器的工步执行次数未达到第一预设值时，跳转命令值获取模块；

若当前啮合状态等于啮合中，且所述命令值不等于停止啮合；则在确定出的工步执行器的工步执行状态不等于停止状态时，执行当前工步；

在执行当前工步后，若执行完成事件未被触发，当前周期结束跳转命令值获取模块；若执行完成事件被触发，将所述工步执行器的工步执行状态更新为停止状态，当前周期结束跳转命令值获取模块；若电机带动末端执行器移动到目标位置，则执行完成事件被触发，其中目标位置即为初始化工步执行器时设置的第二预设值。

11.一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述权利要求1-9任一项所述的末端执行器的自动啮合方法。

12.一种电子设备，所述电子设备包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

所述处理器用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现上述权利要求1-9任一项所述的末端执行器的自动啮合方法。

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