CN114311031B - 手术机器人主从端延时测试方法、系统、存储介质和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种手术机器人主从端延时测试方法、系统、存储介质和设备，所述手术机器人主从端延时测试方法包括：驱动手术机器人的主端设备运动，使所述手术机器人的从端设备跟随运动；同时获取所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据；以及基于所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据，得到所述主端设备和所述从端设备的延时数据。如此配置，可方便地根据主端设备的运动数据和从端设备的运动数据来得到主端设备和从端设备的延时数据，操作简单。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种手术机器人主从端延时测试方法、系统、存储介质和设备。
背景技术
微创手术机器人技术能够显著提高外科医生对手术的执行能力。主从操作是现代手术机器人发展的一个重要里程碑，主从操作延时是影响医生操作手感的一项重要指标。
现有技术中，对主从操作延时的测量操作很不方便，测量设备成本高，校准及维护都比较繁琐。
发明内容
本发明的目的在于提供一种手术机器人主从端延时测试方法、系统、存储介质和设备，以解决现有主从操作延时的测量不便的问题。
为解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供一种手术机器人主从端延时测试方法，其包括：
驱动手术机器人系统的主端设备运动，使所述手术机器人系统的从端设备跟随运动；
同时获取所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据；以及
基于所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据，得到所述主端设备和所述从端设备的延时数据。
可选的，在所述手术机器人主从端延时测试方法中，所述延时数据包括启动延时数据，所述运动数据包括运动开始时间数据；
所述启动延时数据为：所述主端设备的运动开始时间数据和所述从端设备的运动开始时间数据的差值。
可选的，在所述手术机器人主从端延时测试方法中，所述延时数据包括第一跟随延时数据，所述运动数据包括位移数据和时间数据；所述主端设备和所述从端设备的主从控制映射比例为预设比例；
所述第一跟随延时数据为当所述主端设备的位移数据和所述从端设备的位移数据的比值等于所述预设比例时，所述主端设备的时间数据和所述从端设备的时间数据的差值。
可选的，在所述手术机器人主从端延时测试方法中，所述延时数据包括第四跟随延时数据，所述第四跟随延时数据为所述第一跟随延时数据中的最大值。
可选的，在所述手术机器人主从端延时测试方法中，所述延时数据包括第二跟随延时数据或第三跟随延时数据；所述主端设备和所述从端设备的主从控制映射比例为预设比例；
所述运动数据包括速度数据和时间数据；所述第二跟随延时数据为当所述主端设备的速度数据和所述从端设备的速度数据的比值等于所述预设比例时，所述主端设备和所述从端设备的时间数据的差值；
所述运动数据包括加速度数据和时间数据；所述第三跟随延时数据为当所述主端设备的加速度数据和所述从端设备的加速度数据的比值等于所述预设比例时，所述主端设备和所述从端设备的时间数据的差值。
可选的，在所述手术机器人主从端延时测试方法中，所述速度数据或所述加速度数据基于位移数据和所述时间数据向后差分求导得到。
可选的，在所述手术机器人主从端延时测试方法中，所述延时数据包括第五跟随延时数据或第六跟随延时数据；
所述运动数据包括速度数据和时间数据；所述第五跟随延时数据为当所述主端设备达到最大速度时所述主端设备对应的时间数据与当所述从端设备达到最大速度时所述从端设备对应的时间数据之间的差值；
所述运动数据包括加速度数据和时间数据；所述第六跟随延时数据为当所述主端设备达到最大加速度时所述主端设备对应的时间数据与当所述从端设备达到最大加速度时所述从端设备对应的时间数据之间的差值。
可选的，在所述手术机器人主从端延时测试方法中，所述主端设备的运动数据基于主端传感器得到，所述从端设备的运动数据基于从端传感器得到，其中，在驱动手术机器人系统的主端设备运动之前，所述手术机器人主从端延时测试方法还包括校准步骤，所述校准步骤包括：
将所述主端传感器和所述从端传感器刚性连接；
驱动手术机器人系统的主端设备运动，使所述手术机器人系统的从端设备跟随运动；
所述主端传感器和所述从端传感器同时获取所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据；
基于所述主端传感器和所述从端传感器得到的所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据，校准所述主端传感器和所述从端传感器。
可选的，在所述手术机器人主从端延时测试方法中，在得到所述主端设备和所述从端设备的延时数据后，所述手术机器人主从端延时测试方法还包括：
显示所述延时数据及所述运动数据中的至少一者；和/或；
在所述延时数据超出预设条件时，输出警告信息。
为解决上述技术问题，本发明的第二个方面提供一种手术机器人主从端延时测试系统，其包括：主端传感器、从端传感器、运动发生装置及控制器；所述主端传感器、所述从端传感器及所述运动发生装置分别与所述控制器通信连接；
所述控制器被配置为，控制所述运动发生装置驱动手术机器人系统的主端设备运动，使所述手术机器人系统的从端设备跟随运动；并通过所述主端传感器获取所述主端设备的运动数据，通过所述从端传感器获取所述从端设备的运动数据；
所述控制器还被配置为，基于所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据，得到所述主端设备和所述从端设备的延时数据。
可选的，在所述手术机器人主从端延时测试系统中，所述主端传感器和所述从端传感器分别包括位移传感器，所述位移传感器用于获取位移数据；所述控制器包括计时单元，所述计时单元用于获取时间数据。
可选的，所述手术机器人主从端延时测试系统还包括与所述控制器通信连接的显示装置和/或报警装置；
所述显示装置用于显示所述延时数据及所述运动数据中的至少一者；
所述控制器在所述延时数据超出预设条件时，向所述报警装置输出警告信息，以使所述报警装置执行报警。
为解决上述技术问题，本发明的第三个方面提供一种手术机器人系统，其包括主端装置和从端装置，所述主端装置包括主端设备，所述从端装置包括从端设备，还包括如上所述的手术机器人主从端延时测试系统。
为解决上述技术问题，本发明的第四个方面提供一种可读存储介质，其上存储有程序，所述程序被执行时实现如上所述的手术机器人主从端延时测试方法的步骤。
为解决上述技术问题，本发明的第五个方面提供一种计算机设备，其包括处理器和如上所述的可读存储介质，所述处理器用于执行所述可读存储介质上存储的所述程序。
综上所述，在本发明提供的手术机器人主从端延时测试方法、系统、存储介质和设备中，所述手术机器人主从端延时测试方法包括：驱动手术机器人的主端设备运动，使所述手术机器人的从端设备跟随运动；同时获取所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据；以及基于所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据，得到所述主端设备和所述从端设备的延时数据。
如此配置，可方便地根据主端设备的运动数据和从端设备的运动数据来得到主端设备和从端设备的延时数据，操作简单。
附图说明
本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
图1是本发明实施例的手术机器人系统的应用场景的示意图；
图2是本发明实施例的手术机器人系统的主从控制的示意图；
图3是本发明实施例的手术机器人系统的主从端延时分析图；
图4是本发明实施例的主从端延时测试方法的流程图；
图5是本发明实施例的主从端延时测试系统的示意图；
图6是本发明实施例的测试运动的流程图；
图7是本发明实施例的数据采集的流程图；
图8是本发明实施例的延时数据的分类图；
图9是本发明实施例的数据处理的流程图；
图10是本发明实施例的启动延时测量曲线图；
图11是本发明实施例的跟随延时测量的时间位置曲线图；
图12是本发明实施例的跟随延时测量的时间速度曲线图；
图13a是本发明实施例的一个时间位置曲线图；
图13b是根据图13a转化得到的时间速度曲线图；
图14是本发明实施例的校准步骤的流程图；
图15是本发明实施例的测试操作界面的示意图。
附图中：
100-主端装置；101-主操作手；102-成像设备；103-脚踏手术控制设备；110-主控制器；111-主从映射模块；112-运动规划模块；113-安全判断模块；200-从端装置；201-底座；210-机械臂；211-关节控制器；221-手术器械；300-图像台车；302-显示设备；400-支撑装置；410-患者；430-器械台；510-主端传感器；520-从端传感器；530-运动发生装置；540-控制器。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，“一端”与“另一端”以及“近端”与“远端”通常是指相对应的两部分，其不仅包括端点。术语“近端”和“远端”在本文中相对于手术机器人系统定义，该手术机器人系统具有被构造成能够将手术器械以机械和电的方式联接到手术机器人之操纵器的接口。术语“近端”是指元件的更靠近手术机器人之操纵器的位置，术语“远端”是指元件的更靠近手术器械且因此更远离手术机器人之操纵器的位置。可选的，在手动或用手操作的应用场景中，术语“近端”和“远端”在本文中相对于操作者诸如外科医生或临床医生来定义。术语“近端”是指元件的更靠近操作者的位置，并且术语“远端”是指元件的更靠近手术器械并且因此更远离操作者的位置。此外，如在本发明中所使用的，“安装”、“相连”、“连接”，一元件“设置”于另一元件，应做广义理解，通常仅表示两元件之间存在连接、耦合、配合或传动关系，且两元件之间可以是直接的或通过中间元件间接的连接、耦合、配合或传动，而不能理解为指示或暗示两元件之间的空间位置关系，即一元件可以在另一元件的内部、外部、上方、下方或一侧等任意方位，除非内容另外明确指出外。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，诸如上方、下方、上、下、向上、向下、左、右等的方向术语相对于示例性实施方案如它们在图中所示进行使用，向上或上方向朝向对应附图的顶部，向下或下方向朝向对应附图的底部。
本发明的目的在于提供一种手术机器人主从端延时测试方法、系统、存储介质和设备，以解决现有主从操作延时的测量不便的问题。
以下参考附图进行描述。
图1示出了一个手术机器人系统的应用场景，所述手术机器人系统包括主从式遥操作的手术机器人，即所述手术机器人系统包括主端装置100(即医生端控制装置)、从端装置200(即患者端控制装置)、主控制器110(见图2)以及用于支撑手术对象进行手术的支撑装置400(例如，手术床)。需要说明的，在一些实施例中，支撑装置400也可替换为其它的手术操作平台，本发明对此不限。
所述主端装置100为遥操作手术机器人的操作端，并包含安装其上的主操作手101。所述主操作手101用于接收操作者的手部运动信息，以作为整个系统的运动控制信号输入。可选的，所述主控制器亦设置在所述主端装置100上。优选的，主端装置100还包括成像设备102，所述成像设备102可为操作者提供立体图像，为操作者进行手术操作提供术野图像。所述术野图像包括手术器械类型、数量、在腹中的位姿，病患器官组织以及周围器官组织血管的形态、布置等。可选的，主端装置100还包括脚踏手术控制设备103，操作者还可通过脚踏手术控制设备103，完成电切、电凝等相关操作指令的输入。
从端装置200为遥操作手术机器人的具体执行平台，并包括底座201及安装于其上的手术执行组件。所述手术执行组件包括机械臂210和器械，所述器械挂载或连接于机械臂210的末端。进一步的，器械包括用于具体执行手术操作的手术器械221(如高频电刀等)以及用于辅助观察的内窥镜等。
在一个实施例中，所述机械臂210包括调整臂和工作臂。所述工具臂为机械不动点机构，用于驱动器械围绕机械不动点运动，以实现对支撑装置400上的患者410进行微创伤手术治疗或拍摄操作。所述调整臂用于调整机械不动点在工作空间的位姿。在另外一个实施例中，所述机械臂210为一个至少具有六个自由度的空间构型的机构，用于在程序控制下驱动手术器械221围绕一主动不动点运动。所述手术器械221用于执行具体的手术操作，如夹、切、剪等操作。需要说明的，由于实际中手术器械221和内窥镜有一定的体积，上述的“不动点”应理解为一个不动区域。当然本领域技术人员可根据现有技术对“不动点”进行理解。
请参考图2，其示出了手术机器人系统的主从控制的流程图。主控制器110分别与主端装置100、从端装置200通信连接，用于根据主操作手101的运动控制手术执行组件的运动，具体而言，所述主控制器包括主从映射模块111，操作者在驱动主操作手101执行动作时，主操作手101的编码器能够反馈主操作手101的位置信息，实时计算主操作手101在图像坐标系的笛卡尔位姿，进而主从映射模块111通过主从映射，计算出手术器械221的末端在内窥镜坐标系下对应的位姿，并控制机械臂210驱动手术器械221运动到期望的末端位姿，完成相应手术操作。可选的，所述主从映射模块111还用于接收器械功能操作指令(如电切、电凝等相关操作指令)，控制手术器械221的能量驱动器，以释放能量实现电切、电凝等手术操作。一些实施例中，主控制器还接受手术执行组件所受到的作用力信息(例如人体组织器官对手术器械的作用力信息)，并将手术执行组件所受到的作用力信息反馈给主操作手101，以使操作者能够更加直观地感受手术操作的反馈力。
进一步的，主控制器110还包括运动规划模块112和安全判断模块113，主控制器110通过传感器(如采集卡)获取主操作手101的关节信息mθ，并将获取的主操作手101的关节信息mθ输入主从映射模块111和运动规划模块112，得到期望关节信息和期望角度信息，进而将期望关节信息和期望角度信息输入安全判断模块113处理。安全判断模块113用于对输入的期望关节信息和期望角度信息进行安全判断，具体包括且不限于：指令速度，信息来源与信息连续性。若判断为安全则将关节控制信息sθcomp传输至关节控制器211，若判断为不安全，则将不安全信号反馈至交互单元，在交互单元进行提示或急停的操作。
关节控制器211如可设置在从端装置200上，其用于控制机械臂210上的关节运动。关节控制器211一方面接收来自主控制器110的关节控制信息sθcomp，另一方面还接收机械臂210上的传感器所获取的实际从端关节信息sθ，两者整合后的控制信息输出至关节的电机，从而实现闭环地控制从端装置200的各机械臂210运动。
可选的，所述医疗机器人系统还包括图像台车300。所述图像台车300包括：与所述内窥镜通信连接图像处理单元(未图示)。所述内窥镜用于获取腔内(指患者的体腔内)的术野图像。所述图像处理单元用于对所述内窥镜所获取的术野图像进行图像化处理，并传输至所述成像设备102，以便于操作者观察到术野图像。可选的，所述图像台车300还包括显示设备302。所述显示设备302与所述图像处理单元通信连接，用于为辅助操作者(例如护士)实时提供显示术野图像或其它的辅助显示信息。
可选的，在一些手术的应用场景中，手术机器人系统还包括呼吸机和麻醉机以及器械台430等辅助部件，以用于供手术中使用。本领域技术人员可根据现有技术对这些辅助部件进行选择和配置，这里不再展开描述。
需要说明的，上述示范例所公开的手术机器人系统仅为一个应用场景的示范而非对手术机器人系统应用场景的限定，手术机器人系统也不限于为主从式遥操作的手术机器人，也可以是单端式的手术机器人系统，操作者直接操作手术机器人执行手术，本发明对此不限。
请参考图3，其示出了手术机器人系统的主从端延时分析，对延时的来源进行分析。一个简化的主从控制流程包括：主控制器110采集卡采集主操作手101上的编码器角度信息，并向从端装置200的关节控制器211发送位置信号，机械臂210上的关节的编码器在驱动运动任务结束后向主控制器110返回当前位置信号。由此，一个完整的跟踪过程主要包含以下四个延时成分(τm，τt，τo，τa)：
a)τm表示操作者接触主操作手101(状态S0)并开始运动，直到Δq(主操作手101上的编码器的偏转角度)大于Δthr(编码器能够检测到的最小阈值)的延时，才能触发输出；状态S1为命令触发时刻。
b)τt是由于信号传输造成的传输延迟。
c)τo表示数据处理的延迟，状态S2为从端装置200接收到控制信号，状态S3为完成数据处理，此时机械臂210处于初始位置。
d)τa表示关节控制器211驱动机械臂210完成期望任务所用的时间，状态S4为机械臂210移动至预期位姿。
请参考图4，基于上述研究，本实施例提供一种手术机器人主从端延时测试方法，其包括：
步骤S1：驱动手术机器人系统的主端设备(如主操作手101)运动，使所述手术机器人的从端设备(如机械臂210及手术器械221)跟随运动；
步骤S2：同时获取所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据；以及
步骤S3：基于所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据，得到所述主端设备和所述从端设备的延时数据。
如此配置，可方便地根据主端设备的运动数据和从端设备的运动数据来得到主端设备和从端设备的延时数据，操作简单。
请参考图5，为实现如上所述的手术机器人主从端延时测试方法，本实施例还提供一种手术机器人主从端延时测试系统，其包括：主端传感器510、从端传感器520、运动发生装置530及控制器540；所述主端传感器510、所述从端传感器520及所述运动发生装置530分别与所述控制器540通信连接；所述控制器540被配置为，控制所述运动发生装置530驱动手术机器人系统的主端设备运动，例如控制器540发出特定的运动指令，使运动发生装置530带动主动端运动，进而所述手术机器人系统的从端设备跟随运动；并通过所述主端传感器510获取所述主端设备的运动数据，通过所述从端传感器520获取所述从端设备的运动数据；所述控制器540还被配置为，基于所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据，得到所述主端设备和所述从端设备的延时数据。
在一个可替代的示范例中，在主操作手101上选取一个主端参考点101a，将其设定为主端设备的参考基准；相应地，在手术器械221上选取一个与主端参考点101a相对应的从端参考点221a，并将其设定为从端设备的参考基准。由此，在手术机器人主从端延时测试方法中，即将主端参考点101a运动数据作为主端设备的运动数据，将从端参考点221a运动数据作为从端设备的运动数据。
请参考图6，其示出了手术机器人主从端延时测试系统进行测试运动(即步骤S1)的流程图。测试运动的步骤包括：
步骤Sa1：控制器540向运动发生装置530发出运动指令；
步骤Sa2：运动发生装置530带动主端参考点101a运动；
步骤Sa3：从端参考点221a经手术机器人系统的主控制器110的驱动下跟随运动；
请参考图7，其示出了手术机器人主从端延时测试系统进行数据采集(即步骤S2)的流程图。数据采集的步骤包括：
步骤Sb1：主端运动数据采集；如可通过主端传感器510采集主端参考点101a的运动数据；
步骤Sb2：从端运动数据采集；如可通过从端传感器520采集从端参考点221a的运动数据；
步骤Sb1和步骤Sb2所采集得到的运动数据均回传至控制器540进行数据处理。
请参考图8，延时数据可包括启动延时数据和跟随延时数据，因此可根据这两类不同的延时数据，来进行不同的延时测试。请参考图9，其示出了数据处理的流程图。数据处理的步骤包括：
步骤Sc1：主端运动数据处理；可选的，控制器540将主端传感器510得到的运动数据进行图表化处理；
步骤Sc2：从端运动数据处理；可选的，控制器540将从端传感器520得到的运动数据进行图表化处理；
步骤Sc3：启动延时测试，通过测试运动获取启动延时数据；
步骤Sc4：跟随延时测试，通过测试运动获取跟随延时数据；
步骤Sc5：输出延时数据，控制器540将测试得到的延时数据输出到显示装置上，进一步还可以存储在存储器上。
下面对启动延时数据和跟随延时数据进行具体说明。
请参考图10，可选的，手术机器人的主从端延时考虑启动延时，即主端设备开始运动的时刻与从端设备开始运动的时刻的时间差。所述延时数据包括启动延时数据，所述运动数据包括运动开始时间数据；所述启动延时数据为：所述主端设备的运动开始时间数据和所述从端设备的运动开始时间数据的差值。可选的，控制器540可包括计时单元，计时单元用于获取时间数据。由于主端传感器510和从端传感器520均连接至控制器540上，因此主端设备和从端设备的时间数据可被统一在同一个时间轴下。时间数据包括运动开始时间数据，所述运动开始时间数据是指主端设备或从端设备开始运动的时刻。
可选的，所述运动数据还包括位移数据，如图10所示，图10中横坐标为时间数据，纵坐标为位移数据，图中曲线A为主端参考点101a的时间-位置曲线图；曲线B为从端参考点221a的时间-位置曲线图。曲线A由纵坐标0开始向正方向上升的起始点为主端参考点101a的运动开始时间数据，曲线B由纵坐标0开始向正方向上升的起始点为从端参考点221a的运动开始时间数据，两者的差值Δt1即为启动延时数据。相适配的，所述主端传感器510和所述从端传感器520分别包括位移传感器，所述位移传感器用于获取位移数据。
由于跟随延时数据的获取方式不同，下面将跟随延时数据区分为第一跟随延时数据至第六跟随延时数据，分别进行说明。可选的，所述延时数据包括第一跟随延时数据，所述运动数据包括位移数据和时间数据；所述主端设备和所述从端设备的主从控制映射比例为预设比例；所述第一跟随延时数据为当所述主端设备的位移数据和所述从端设备的位移数据的比例等于所述预设比例时，所述主端设备的时间数据和所述从端设备的时间数据的差值。请参考图11，在一个示范性的实施例中，主端设备和从端设备的主从控制映射比例的预设比例设定为1：1，可以理解的，此时主端参考点101a的位移数据与从端参考点221a的位移数据的比例为1，两者的位移量变化情况是相同的。如图11所示，图11中横坐标为时间数据，纵坐标为位移数据，图中曲线C为主端参考点101a的时间-位置曲线图；曲线D为从端参考点221a的时间-位置曲线图。可以理解的，由于主端设备和从端设备的主从控制映射比例为1：1，因此对应于同一纵坐标处(即主端设备和从端设备移动相同的位移量时)，曲线C和曲线D的横坐标的差值Δt2即为第一跟随延时数据。可以理解的，Δt2为任意位移量下的即时的第一跟随延时数据。
可选的，所述延时数据包括第二跟随延时数据，所述运动数据包括速度数据和时间数据；所述主端设备和所述从端设备的主从控制映射比例为预设比例；所述第二跟随延时数据为当所述主端设备的速度数据和所述从端设备的速度数据的比值等于所述预设比例时，所述主端设备和所述从端设备的时间数据的差值。在一些实施例中，第二跟随延时数据不限于由位移数据来确定，也可以由速度数据来确定。可选的，主端传感器510和从端传感器520包括速度传感器，其可以直接获取主端设备和从端设备运动时的速度数据。
请参考图12，在一个示范性的实施例中，主端设备和从端设备的主从控制映射比例的预设比例设定为1：1，可以理解的，此时主端参考点101a的速度数据与从端参考点221a的速度数据的比例为1，两者的速度变化情况是相同的。如图12所示，图12中横坐标为时间数据，纵坐标为速度数据，图中曲线E为主端参考点101a的时间-速度曲线图；曲线F为主端参考点101a的时间-速度曲线图。可以理解的，由于主端设备和从端设备的主从控制映射比例为1：1，因此对应于同一纵坐标处(即主端设备和从端设备达到相同的速度时)，曲线E和曲线F的横坐标的差值Δt3即为第二跟随延时数据。可以理解的，Δt3是任意速度下的即时的第二跟随延时数据。
可选的，跟随延时数据不限于由速度数据来确定，也可以由加速度数据来确定。相适配的，主端传感器510和从端传感器520包括加速度传感器，其可以直接获取主端设备和从端设备运动时的加速度数据。所述延时数据包括第三跟随延时数据，所述运动数据包括加速度数据和时间数据；所述主端设备和所述从端设备的主从控制映射比例为预设比例；所述第三跟随延时数据为当所述主端设备的加速度数据和所述从端设备的加速度数据的比值等于所述预设比例时，所述主端设备和所述从端设备的时间数据的差值。具体原理可参考上述由速度数据来确定第二跟随延时数据的说明。
可以理解的，在其它的一些实施例中，主从控制映射比例的预设比例不限于设定为1：1，在预设比例为其它比例时，主端设备和从端设备的位移数据、速度数据和加速度数据不相等，但两者的比值等于所述预设比例时，可以认为是两者达到了同步，则到达相同的位置、速度或加速度时，主端设备和从端设备的时间差即为主从端的跟随延时数据。
在一些实施例中，速度数据可不限于利用速度传感器直接检测得到，也可以由位移传感器测得位移数据后，基于位移数据转化得到。同样的，加速度数据也不限于利用加速度传感器直接检测得到，也可以由位移传感器测得位移数据后，基于位移数据转化得到。
请参考图13a和图13b，图13a示出了一个时间位置曲线图，图13b示出了根据图13a转化得到的时间速度曲线图。该转化过程如可由控制器540执行。在一个示范例中，可根据位移数据求导来求速度数据其中v为速度数据，x为位移数据，t为时间数据。
进一步的，所述速度数据基于位移数据和所述时间数据向后差分求导得到。大多数情况下，位移数据和时间数据为离散数据，直接差分得到的速度数据不光滑，毛刺很多，这是因为测量时包含噪声，而直接差分将把噪声放大。向后差分求导是一种平滑求导，在向后差分时，先对位移数据给定一个平滑因子，进行平滑后再进行差分，可得到光滑的速度数据的曲线。向后差分近似求导的公式如下：
其中，v为速度数据，x为位移数据，t为时间数据，n为数据序号，即第n个数据。
可以理解的，对于由位移数据转化得到加速度数据，可参考上述由位移数据转化得到速度数据的说明，这里不再重复。
进一步的，在一些实施例中，在得到所述主端设备和所述从端设备的延时数据的步骤中，可将任一位置、速度或加速度下的即时的第二跟随延时数据或第三跟随延时数据作为所述跟随延时数据，在另一些实施例中，在得到所述主端设备和所述从端设备的延时数据的步骤中，可选取在驱动所述主端设备沿预定行程运动的全过程中，所述主端设备的时间数据和所述从端设备的时间数据的差值的最大值作为所述跟随延时数据。可选的，所述延时数据包括第四跟随延时数据，所述第四跟随延时数据为所述第一跟随延时数据中的最大值。可选的，所述延时数据包括第五跟随延时数据或第六跟随延时数据；所述运动数据包括速度数据和时间数据；所述第五跟随延时数据为当所述主端设备达到最大速度时所述主端设备对应的时间数据与当所述从端设备达到最大速度时所述从端设备对应的时间数据之间的差值；所述运动数据包括加速度数据和时间数据；所述第六跟随延时数据为当所述主端设备达到最大加速度时所述主端设备对应的时间数据与当所述从端设备达到最大加速度时所述从端设备对应的时间数据之间的差值。
在一个可替代的示范例中，控制器540发出运动指令，使运动发生装置530带动主端参考点101a运动，并将整个主操作手101的80％的运动行程作为预定行程。主从控制映射比例设定为1：1，在运动发生装置530驱动主端参考点101a沿预定行程运动的全过程中，不同的位移量、速度或加速度下的即时的主从跟随时间差可能是不同的，可将其中时间数据之差值的最大值设定为跟随延时数据。可以理解的，时间数据之差值的最大值为运动全过程中的最大跟随延时数据。同样的，在该示范例中，主从控制映射比例不限于为1：1，具体可参考上述说明，这里不再重复。
可选的，请参考图14，在驱动手术机器人系统的主端设备运动之前，所述手术机器人主从端延时测试方法还包括校准步骤，所述校准步骤包括：
步骤Sd1：将所述主端传感器510和所述从端传感器520刚性连接；例如主端传感器510和从端传感器520通过刚性连接件连接。
步骤Sd2：驱动手术机器人系统的主端设备运动(例如控制器540通过控制运动发生装置530来驱动主端参考点101a运动)，使所述手术机器人系统的从端设备跟随运动；
步骤Sd3：所述主端传感器510和所述从端传感器520同时获取所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据；具体的，由于步骤Sd1中已将主端传感器510和从端传感器520刚性连接，因此两个传感器可以同时对主端设备或从端设备进行采集。而两个传感器同时对主端设备进行采集，可得到两组主端设备的运动数据；同理，两个传感器同时对从端设备进行采集，可得到两组从端设备的运动数据。
步骤Sd4：基于所述主端传感器510和所述从端传感器520得到的所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据，校准所述主端传感器510和所述从端传感器520。具体的，控制器540可对步骤Sd3中采集得到的两组主端设备的运动数据和两组从端设备的运动数据进行处理，进而对偏差数据进行修正，使主端传感器510和从端传感器520两个位移传感器的反馈时间差为0。可选的，校准步骤可在测试运动的步骤Sa1～Sa3之前执行。
可选的，在步骤S3得到所述主端设备和所述从端设备的延时数据后，所述手术机器人主从端延时测试方法还包括：
步骤S4：显示所述延时数据及所述运动数据中的至少一者；和/或；
步骤S5：在所述延时数据超出预设条件时，输出警告信息。可选的，步骤S5对延时数据的判断可由控制器540自动执行判断。这里的预设条件，可根据不同的实际情况进行不同的设定，例如输出的延时数据超出预期等。警告信息如可包括声音信号、光信号或图像信号等。声音信号如蜂鸣器鸣叫、产生提示音等，光信号如警示灯闪烁等，图像信号如在显示装置显示异常提示等。图15示范性地示出了显示装置所显示的一个测试操作界面。
相适配的，所述手术机器人主从端延时测试系统还包括与所述控制器540通信连接的显示装置和/或报警装置；
所述显示装置用于显示所述延时数据及所述运动数据中的至少一者；
所述控制器540在所述延时数据超出预设条件时，向所述报警装置输出警告信息，以使所述报警装置执行报警。报警装置如可包括蜂鸣器或警示灯等，也可以利用显示装置作为报警装置。
本发明实施例可通过常见的传感器(如位移传感器等)完成主端设备及从端设备的运动数据的采集，进而控制器540通过对运动数据的处理，可检测得到手术机器人主从端延时的精确数值。其操作简单，在测试系统安装好后，可以一键测量，得出所需延时数据。且校准方便，通过将主端传感器510与从端传感器520通过刚性连接，同时运动，即可进行校准。
基于如上所述的手术机器人主从端延时测试方法和手术机器人主从端延时测试系统，本发明实施例还提供一种手术机器人系统，其包括主端装置100和从端装置200，所述主端装置100包括主端设备，所述从端装置200包括从端设备，还包括如上所述的手术机器人主从端延时测试系统。进一步的，本发明实施例还提供一种可读存储介质，其上存储有程序，所述程序被执行时实现如上所述的方法的步骤。更进一步的，本发明实施例还提供一种计算机设备，其包括处理器和如上所述的可读存储介质，所述处理器用于执行所述可读存储介质上存储的所述程序。
综上所述，在本发明提供的手术机器人主从端延时测试方法、系统、存储介质和设备中，所述手术机器人主从端延时测试方法包括：驱动手术机器人的主端设备运动，使所述手术机器人的从端设备跟随运动；同时获取所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据；以及基于所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据，得到所述主端设备和所述从端设备的延时数据。如此配置，可方便地根据主端设备的运动数据和从端设备的运动数据来得到主端设备和从端设备的延时数据，操作简单。
需要说明的，上述若干实施例之间可相互组合。上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (8)
1.一种手术机器人主从端延时测试方法，其特征在于，包括：
驱动手术机器人系统的主端设备运动，使所述手术机器人系统的从端设备跟随运动；
同时获取所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据；以及
基于所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据，得到所述主端设备和所述从端设备的延时数据；
所述延时数据包括第三跟随延时数据；所述主端设备和所述从端设备的主从控制映射比例为预设比例；
所述运动数据包括加速度数据和时间数据；所述第三跟随延时数据为当所述主端设备的加速度数据和所述从端设备的加速度数据的比值等于所述预设比例时，所述主端设备和所述从端设备的时间数据的差值；
所述主端设备的运动数据基于主端传感器得到，所述从端设备的运动数据基于从端传感器得到，所述主端传感器和所述从端传感器包括加速度传感器；
其中，在驱动手术机器人系统的主端设备运动之前，所述方法还包括校准步骤，所述校准步骤包括：
将所述主端传感器和所述从端传感器刚性连接；
驱动手术机器人系统的主端设备运动，使所述手术机器人系统的从端设备跟随运动；
所述主端传感器和所述从端传感器同时获取所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据；
基于所述主端传感器和所述从端传感器得到的所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据，校准所述主端传感器和所述从端传感器；
在得到所述主端设备和所述从端设备的延时数据后，所述手术机器人主从端延时测试方法还包括：
显示所述延时数据及所述运动数据中的至少一者；和/或；
在所述延时数据超出预设条件时，输出警告信息。
2.根据权利要求1所述的手术机器人主从端延时测试方法，其特征在于，所述延时数据包括启动延时数据；所述运动数据包括运动开始时间数据；
所述启动延时数据为：所述主端设备的运动开始时间数据和所述从端设备的运动开始时间数据的差值。
3.根据权利要求1所述的手术机器人主从端延时测试方法，其特征在于，所述延时数据包括第六跟随延时数据；
所述第六跟随延时数据为当所述主端设备达到最大加速度时所述主端设备对应的时间数据与当所述从端设备达到最大加速度时所述从端设备对应的时间数据之间的差值。
4.一种手术机器人主从端延时测试系统，其特征在于，包括：主端传感器、从端传感器、运动发生装置、控制器以及与所述控制器通信连接的显示装置和/或报警装置；所述主端传感器、所述从端传感器及所述运动发生装置分别与所述控制器通信连接；
所述控制器被配置为，控制所述运动发生装置驱动手术机器人系统的主端设备运动，使所述手术机器人系统的从端设备跟随运动；并通过所述主端传感器获取所述主端设备的运动数据，通过所述从端传感器获取所述从端设备的运动数据；
所述控制器还被配置为，基于所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据，得到所述主端设备和所述从端设备的延时数据；
其中所述延时数据包括第三跟随延时数据；所述主端设备和所述从端设备的主从控制映射比例为预设比例；
所述运动数据包括加速度数据和时间数据；所述第三跟随延时数据为当所述主端设备的加速度数据和所述从端设备的加速度数据的比值等于所述预设比例时，所述主端设备和所述从端设备的时间数据的差值；
所述主端设备的运动数据基于主端传感器得到，所述从端设备的运动数据基于从端传感器得到，所述主端传感器和所述从端传感器包括加速度传感器；
其中，在驱动手术机器人系统的主端设备运动之前，所述控制器还被配置为执行校准步骤，所述校准步骤包括：
将所述主端传感器和所述从端传感器刚性连接；
驱动手术机器人系统的主端设备运动，使所述手术机器人系统的从端设备跟随运动；
所述主端传感器和所述从端传感器同时获取所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据；
基于所述主端传感器和所述从端传感器得到的所述主端设备的运动数据和所述从端设备的运动数据，校准所述主端传感器和所述从端传感器；
所述显示装置用于显示所述延时数据及所述运动数据中的至少一者；
所述控制器在所述延时数据超出预设条件时，向所述报警装置输出警告信息，以使所述报警装置执行报警。
5.根据权利要求4所述的手术机器人主从端延时测试系统，其特征在于，所述控制器包括计时单元，所述计时单元用于获取时间数据。
6.一种手术机器人系统，包括主端装置和从端装置，所述主端装置包括主端设备，所述从端装置包括从端设备，其特征在于，还包括根据权利要求4或5所述的手术机器人主从端延时测试系统。
7.一种可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被执行时实现根据权利要求1~3中任一项所述的手术机器人主从端延时测试方法的步骤。
8.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和根据权利要求7所述的可读存储介质，所述处理器用于执行所述可读存储介质上存储的所述程序。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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