CN115568948A - 手术机器人及其摆位控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手术机器人及其控制方法。该手术机器人包括：手术台车；摆位装置，设置于所述手术台车；环境感知装置，设置于所述摆位装置；操作机械臂，与所述摆位装置连接；导航装置，用于控制所述手术机器人的所述操作机械臂的末端对接患者体表的戳卡。环境感知装置能够控制手术机器人运动至手术操作区，还控制摆位装置带动操作机械臂运动，实现操作机械臂的自动摆位，使得操作机械臂的末端能够对准戳卡，并且，手术机器人的摆位过程通过环境感知装置实现，简化术前人工准确步骤，缩短摆位时间，以减少术前准备时间，并且，在术中通过环境感知装置可以再次对操作机械臂进行摆位，提高术中调整效率。

Description

手术机器人及其摆位控制方法

技术领域

本发明涉及医用设备技术领域，特别是涉及一种手术机器人及其摆位控制方法。

背景技术

微创手术由于其创伤小、出血少、恢复快等优点，越来越广泛地应用于临床手术。手术机器人作为微创手术系统的核心设备，其技术的发展也突飞猛进，比如主从、力控，提供高清术野等，大大减轻了医生的手术疲劳感，也提高了手术的效率，改善了手术效果。

目前的微创手术机器人的摆位过程比较复杂。在术前安装好无菌罩后，需要人工缓慢推动机器人台车到达手术操作区，在这个过程，需要两人配合，一人操作，一人辅助指引方向，然后由人工拖动调整机械臂使操作机械臂末端到戳卡附近，然后再拖动操作机械臂对接戳卡，最后将调整机械臂均匀分开。整个术前准备过程中人工操作步骤多，摆位耗时较长，影响整个手术的效率。

发明内容

基于此，有必要针对目前手术机器人的摆位与移动通过人工操作导致的效率低等问题，提供一种能够实现自动移动与摆位的手术机器人及其摆位控制方法。

一种手术机器人，包括：

手术台车；

摆位装置，设置于所述手术台车；

环境感知装置，设置于所述摆位装置；

操作机械臂，与所述摆位装置连接；

导航装置，用于控制所述手术机器人的所述操作机械臂的末端对接患者体表的戳卡。

在其中一个实施例中，所述摆位装置包括第一摆位结构与第二摆位结构，所述第一摆位结构设置于所述手术台车，所述第二摆位结构通过悬吊连杆与所述第一摆位结构连接。

在其中一个实施例中，所述第一摆位结构包括升降件、第一转动件、移动件以及第二转动件，所述第一转动件设置于所述升降件与所述移动件之间，实现所述移动件与所述升降件之间的转动连接，所述第二转动件用于实现所述悬吊连杆与所述移动件之间的转动连接。

在其中一个实施例中，所述第二摆位结构包括多个摆位机械臂，所述多个所述摆位机械臂的一端分别可转动连接所述悬吊连杆，多个所述摆位机械臂的另一端分别安装操作机械臂。

在其中一个实施例中，所述环境感知装置可转动设置于所述悬吊连杆上，用于获取环境的信息。

在其中一个实施例中，所述环境感知装置可以包括视觉相机、激光测距仪、激光扫描仪、或NDI光学定位系统中的一种或几种。

在其中一个实施例中，所述悬吊连杆上还设置有信号指示装置，用于指示手术台车相对于手术操作区的位置。

在其中一个实施例中，所述摆位装置还包括推行装置，所述推行装置设置于所述升降件，所述推行装置包括安装组件以及推行把手，所述导航装置可拆卸地安装于所述安装组件。

在其中一个实施例中，所述推行装置还包括使能开关，所述使能开关设置于所述推行把手的内侧，所述使能开关用于助力手术机器人推行与转向。

一种应用于如上述任一技术特征中的手术机器人的摆位控制方法，所述方法包括：

环境感知装置获取环境信息；

导航装置根据获取的环境信息控制所述手术台车移动至手术操作区；

导航装置控制所述手术机器人的摆位装置带动操作机械臂末端对接戳卡；

导航装置调整所述摆位装置与所述操作机械臂的位置，使所述摆位装置与所述操作机械臂保持预设间距。

在其中一个实施例中，所述导航装置根据获取的环境信息控制所述手术台车移动至手术操作区，还包括：

输入手术操作区的位置参数；

导航装置规划出到达手术操作区的导航路径；

导航装置根据导航路径控制手术台车运动到手术操作区，或者，用户根据所述导航装置规划的导航路径将所述手术机器人推动所述手术操作区。

在其中一个实施例中，所述导航装置控制所述手术机器人的摆位装置带动操作机械臂末端对接戳卡，包括：

识别所述操作机械臂对应的所述戳卡；

获取戳卡的位置信息并规划与所述操作机械臂的对接路径；

控制所述操作机械臂与对应的所述戳卡对接。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下技术效果：

本发明的手术机器人及其摆位控制方法，摆位装置设置在手术台车上，并能够随手术台车运动，手术台车操作机械臂安装在摆位装置的末端，环境感知装置设置于摆位装置能够获取环境的信息，导航装置设置于所述摆位装置，导航装置能够控制手术手术台车运动至手术操作区；导航装置还能够引导摆动装置带动操作机械臂运动，使操作机械臂的末端对准患者体表的戳卡，实现操作机械臂的自动摆位。手术台车手术机器人的摆位过程通过环境感知装置和导航装置来实现，简化术前人工准确步骤，缩短摆位时间，以减少术前准备时间，并且，在术中也可以再次对操作机械臂进行自动摆位，提高手术效率。

附图说明

图1为本发明一实施例的手术机器人的立体图；

图2为图1所示的手术机器人中第一摆位结构连接悬吊连杆的示意图，其中移动件的端部安装测距仪；

图3为图1所示的手术机器人中第二摆位结构的立体图；

图4为图1所示的手术机器人在推行装置处的局部放大图；

图5为图3所示的第二摆位结构中悬吊连杆仰视的立体图；

图6为图1所示的手术机器人中摆位装置的俯视图，通过测距仪测量障碍物的距离；

图7为图1所示的手术机器人移动至手术操作区的示意图；

图8为图1所示的手术机器人移动至手术操作区过程中的示意图；

图9为图1所示的手术机器人从另一角度看的立体图；

图10为图1所示的手术机器人从再一角度看的立体图；

图11为图10所示的手术机器人在操作机器臂末端与戳卡对接处的局部放大图；

图12为图1所示的手术机器人的控制流程图；

图13为图1所所示的手术机器人在对接戳卡时的控制流程图。

其中：A、手术机器人；10、摆位装置；100、第一摆位结构；110、升降件；120、第一转动件；130、移动件；140、第二转动件；200、第二摆位结构；210、悬吊连杆；220、摆位机械臂；221、第一旋转组件；222、第一直线运动组件；223、第二旋转组件；224、第二直线运动组件；20、操作机械臂；201、安装部件；202、戳卡；203、标记点；30、手术床；40、操作器械；50、手术台车；60、导航装置；70、推行装置；710、安装组件；720、推行把手；730、快拆部件；80、测距仪；90、环境感知装置；910、指示灯；920、拍摄设备。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“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。

参见图1至图13，本发明提供一种手术机器人A。该手术机器人A用于微创手术中，用于对患者的病灶位置进行手术操作。值得说明的是，该手术机器人A可以为任意类型的手术机器人，用于实现不同的手术操作。

目前的微创手术机器人的摆位系统的摆位过程复杂。在术前安装完无菌罩后，需要人工缓慢推动机器人台车到达手术操作区；在这个过程，需要两人配合，一人操作，一人辅助指引方向。然后再由人工拖动调整机械臂使操作机械臂末端到戳卡附近，然后再拖动操作机械臂对接戳卡，最后将调整机械臂均匀分开。整个术前准备人工操作步骤多，摆位耗时较长，影响术前准备时间和术中调整效率。

为此，本发明提供一种新型的手术机器人A，该手术机器人A能够实现自动摆位，以使得手术机器人A能够运动至所需位置，并且，手术机器人A的运动与摆位通过导航装置60实现，能够大大简化术前准备时间，缩短摆位时间。以下介绍手术机器人A的具体结构。

参见图1至图11，在一实施例中，手术机器人A包括手术台车台车50、摆位装置10、环境感知装置90、操作机械臂20以及导航装置60。手术台车50可相对地面运动，摆位装置10可运动设置于手术台车50。操作机械臂20设置于摆位装置10的末端，并随摆位装置10运动；环境感知装置90设置于摆位装置10，用于获取环境信息，导航装置60用于控制所述手术机器人A运动，使所述手术机器人A的操作机械臂20的末端对准患者体表的戳卡202。

手术台车50用于承载手术机器人A的各个结构，手术台车50可相对地面运动，在术前准备阶段，手术台车50运动到手术操作区，并进行锁定，待手术结束后，手术台车50可以解锁并运动离开。手术台车50能够带动手术机器人A同步运动，使得手术机器人A到达手术操作区。手术操作区指的是手术床30附近方便进行手术操作的区域。摆位装置10设置于手术台车50，摆位装置10的末端连接操作机械臂20，操作机械臂20随摆位装置10运动。摆位装置10用于实现操作机械臂20位置的调节，使得操作机械臂20的末端能够对准患者体表的戳卡202。摆位装置10运动时，摆位装置10能够输出升降运动、旋转运动以及直线运动，其能够带动操作机械臂20运动，调节操作机械臂20所处的空间位置，实现操作机械臂20与患者体表的戳卡对准，进而将戳卡202连接到操作机械臂20的末端。

环境感知装置90设置于摆位装置10，环境感知装置90能够获取环境信息，辅助手术机器人A无碰撞的到达手术操作区。这里的环境信息具体包括环境中物体和人的信息，进一步地还包括环境的地图信息。同时，环境感知装置90还可以获取戳卡的位置参数，辅助操作机械臂20的末端对准戳卡202。具体的，环境感知装置90在辅助操作机械臂20的末端对准患者体表的戳卡202的过程中，能够识别环境中的目标点，并自动跟踪目标点，用于指引操作机械臂20运动，使得操作机械臂20上的操作器械40自动对准戳卡202，实现操作机械臂20的自动摆位。

导航装置60与手术台车50和摆位装置10之间传输连接，导航装置60能够控制手术台车50与摆位装置10的运动，使得手术台车50运动至手术操作区，然后控制摆位装置10带动操作机械臂20运动，使得操作机械臂20的末端能够对准戳卡202，实现操作机械臂20的自动摆位通过导航装置60实现手术机器人A进行上述摆位过程，简化了术前人工准备步骤，缩短摆位时间，以减少术前准备时间，此外，导航装置还可以针对术中操作机械臂20的摆位进行指引，提高手术效率。导航装置60可以自动控制手术台车50运动至手术操作区，也可以仅仅为用户提供导航指引，由用户推动手术台车50到达手术操作区。因而导航装置60可以根据实际的使用场景安装或者拆卸于手术机器人A上，相应的，导航装置60可以是便于拆卸安装的具有导航控制功能的电子设备，比如平板、手机等。导航装置60安装到手术机器人A后，导航装置60与手术台车50、摆位装置10之间电连接。若导航装置60在术前不安装到手术机器人A，此时，导航装置60与手术台车50、摆位装置10之间通信连接。

在本申请的一些实施例中，手术机器人A还包括有推行装置70，推行装置70设置在摆位装置10上。需要说明的是，推行装置70可以设置在摆位装置10上任何适合推动手术台车运动，同时又不会影响摆位装置10运动的位置。在本申请的一个实施例中，推行装置70设置在摆位装置10的侧面。在本申请的一个实施例中，导航装置60可拆卸地安装于推行装置70上。

参见图1至图3，在一实施例中，摆位装置10包括第一摆位结构100与第二摆位结构200，第一摆位结构100设置于手术台车50，第二摆位结构200通过悬吊连杆210于第一摆位结构100连接，且第二摆位结构200的末端安装操作机械臂20。第一摆位结构100为摆位装置10的支撑结构，第二摆位结构200设置于第一摆位结构100上。第二摆位结构200的末端安装操作机械臂20。第一摆位结构100运动时能够带动第二摆位结构200运动，进而第二摆位结构200能够带动其上的操作机械臂20同步运动，第二摆位结构200运动时能够带动其上的操作机械臂20运动。

第一摆位结构100用于实现操作机械臂20较大空间位置的调节，第二摆位结构200用于实现操作机械臂20的微调，通过第一摆位结构100与第二摆位结构200的配合实现操作机械臂20空间位置的调节。本发明中，第一摆位结构100与第二摆位结构200带动操作机械臂20运动，使得操作机械臂20的末端能够对准患者体表的戳卡202，并将戳卡202安装到操作机械臂20，完成操作机械臂20的摆位。

具体的，第一摆位结构100能够带动第二摆位结构200在竖直面中做升降运动、水平面中做移动运动、在竖直面做至少一个旋转运动。这样，第一摆位结构100能够实现在较大的空间范围内带动第二摆位结构200，进而实现第二摆位结构200末端的操作机械臂20的较大空间位置的调节。第二摆位结构200能够摆动操作机械臂20做直线移动与旋转运动，以带动操作机械臂20移动，使得操作机械臂20能够对准戳卡202，便于其与戳卡202对接。而且，操作机械臂20摆位时，可以先控制第一摆位结构100运动，再控制第二摆位结构200运动；还可以第一摆位结构100与第二摆位结构200同时运动。

参见图1至图3，在一实施例中，第一摆位结构100包括升降件110、第一转动件120、移动件130以及第二转动件140，第一转动件120设置于升降件110与移动件130之间，并转动连接升降件110与移动件130之间，第二转动件140设置于移动件130，并可转动连接第二摆位结构200，推行装置70设置于升降件110。

本发明的摆位装置10应用于手术机器人A时，摆位装置10安装到手术台车50。即升降件110的底部安装到手术台车50，升降件110为可升降的结构，升降件110的顶部安装第一转动件120，并且，第一转动件120还连接移动件130，移动件130远离第一转动件120的端部安装第二转动件140，第二转动件140连接第二摆位结构200的悬吊连杆210(后文提及)。

这样，升降件110能够通过第一转动件120带动移动件130及第二转动件140做升降运动，进而第二转动件140能够通过悬吊连杆210带动第二摆位结构200的摆位机械臂220(后文提及)及其上的操作机械臂20做升降运动。第一转动件120能够带动移动件130及第二转动件140在水平面中转动，进而第二转动件140能够通过悬吊连杆210带动摆位机械臂220及其上的操作机械臂20做旋转运动。移动件130运动时，能够通过第二转动件140带动悬吊连杆210及摆位机械臂220及其上的操作机械臂20做移动运动。第二转动件140转动时能够通过悬吊连杆210带动摆位机械臂220及其上的操作机械臂20做旋转运动。

可选地，升降件110以及移动件130为滚珠丝杆结构、带传动结构或者其他能够输出直线运动的结构。示例性地，升降件110与移动件130均包括电机、移动安装外壳以及滚珠丝杆件。移动安装外壳包括主壳体以及移动壳体，移动壳体可移动设置在主壳体中，并可伸出主壳体。滚珠丝杆件的滚珠丝杆可转动设置在移动安装外壳中，并连接电机，滚珠丝杆件的丝杆螺母套设在滚珠丝杆，并连接移动壳体。这样电机驱动滚珠丝杆转动时，丝杆螺母能够沿滚珠丝杆运动，进而丝杆螺母能够带动移动壳体伸出或缩回主壳体中。当然，在本发明的其他实施方式中，升降件110以及移动件130还可为其他能够输出直线运动的结构。

可选地，第一转动件120与第二转动件140为电机、转动关节等等。示例性地，第一转动件120与第二转动件140均包括电机、转动安装壳体。电机安装到转动安装壳体中，电机的输出端输出旋转运动。第一转动件120的转动安装壳体安装到升降件110的顶部，第一转动件120的电机输出端连接移动件130，并驱动移动件130转动。第二转动件140的转动安装壳体安装到移动件130，第二转动件140的电机输出端连接悬吊连杆210，并驱动悬吊连杆210转动。当然，在本发明的其他实施方式中，第一转动件120与第二转动件140还可以其他能够输出转动运动的结构，或者，在上述的实施例中增加制动器或减速器等部件。

上述实施例的第一摆位结构100为四个自由度的结构，即通过升降件110、第一转动件120、移动件130与第二转动件140这四个关节串联使得第一摆位结构100具有四个自由度，通过四个自由度的结构实现第二摆位结构200及操作机械臂20的摆位。当然，在本发明的其他实施方式中，第一摆位结构100还可以包括更多个移动件130、升降件110与转动件，增加第一摆位结构100的自由度。

参见图1至图3，在一实施例中，第二摆位结构200包括悬吊连杆210以及多个摆位机械臂220，悬吊连杆210安装于第一摆位结构100的第二转动件140，多个摆位机械臂220的一端分别可转动连接悬吊连杆210，多个摆位机械臂220的另一端分别安装操作机械臂20。

悬吊连杆210可转动连接第二转动件140，第一摆位结构100末端的第二转动件140能够驱动悬吊连杆210相对于升降件110转动。悬吊连杆210上间隔、可转动安装多个摆位机械臂220，摆位机械臂220能够相对于悬吊连杆210转动。每个摆位机械臂220的末端安装一个操作机械臂20。这样，第一摆位结构100驱动悬吊连杆210转动时，悬吊连杆210能够带动多个摆位机械臂220同步转动，而且，每个摆位机械臂220能够带动对应的操作机械臂20相对于悬吊连杆210转动。

值得说明的是，各个摆位机械臂220的结构相同，下文中仅以其中一个摆位机械臂220的结构进行说明。而且，各个摆位机械臂220安装操作机械臂20后，该操作机械臂20末端安装的操作器械404相同和/或不同。可选地，摆位机械臂220的数量为四个。而且，悬吊连杆210上具有四个安装位以可转动安装四个摆位机械臂220。当然，在本发明的其他实施方式中，摆位机械臂220的数量还可以为三个甚至更多个。

本发明的手术机器人A通过四个摆位机械臂220实现操作机械臂20的摆位。四个摆位机械臂220安装在悬吊连杆210，并分别通过其中的第一旋转组件221与悬吊连杆210铰接，可相对于悬吊连杆210转动。第一旋转组件221的外壳安装于第一直线运动组件222的外侧，第一旋转组件221的输出端与悬吊连杆210连接，第一直线运动组件222的传动组(未示出)连接第二旋转组件223的壳体，第二旋转组件223的输出端连接第二直线运动组件224的外壳，第二直线运动组件224的输出端连接操作机械臂20。

摆位时，第一旋转组件221、第一直线运动组件222、第二旋转组件223以及第二直线运动组件224分别运动，并带动操作机械臂20的末端运动，实现操作机械臂20的摆位，使得操作机械臂20的末端对准戳卡202，便于戳卡202安装到操作机械臂20，并保证操作机械臂20的姿态与戳卡202的姿态相一致。值得说明的是，第一旋转组件221及第二旋转组件223与第一转动件120采用相同结构，第一直线运动组件222与移动件130采用相同结构，第二直线运动组件224与升降件110采用相同结构。当然，第一旋转组件221、第二旋转组件223、第一直线运动组件222、第二直线运动组件224还可为其他能够实现相应功能的结构。在此不一一赘述。

在一实施例中，导航装置60与第一摆位结构100与第二摆位结构200传输连接，使得导航装置60控制第一摆位结构100及第二摆位结构200带动操作机械臂20的空间位置，实现操作机械臂20的末端能够对准患者体表的戳卡202。这里的传输连接为电连接与通信连接。当导航装置60安装到推行装置70时，导航装置60与第一摆位结构100及第二摆位结构200的各个关节电连接。当导航装置60不安装到推行装置70时，导航装置60与第一摆位结构100及第二摆位结构200的各个关节通信连接。如此，实现导航装置60控制第一摆位结构100与第二摆位结构200运动，实现操作机械臂20的自动摆位。

参见图1至图4，在一实施例中，推行装置70包括安装组件710以及推行把手720，安装组件710可拆卸地安装有导航装置60，导航装置60用于辅助手术机器人A摆位。安装组件710安装于第一摆位结构100的升降件110，安装组件710具有安装槽，导航装置60设置于安装槽中，推行把手720设置于安装组件710，通过推行把手720能够推动手术机器人A运动。

安装组件710为推行装置70的安装主体，安装组件710具有凹陷设备的安装槽，导航装置60安装于安装槽后，能够使得导航装置60安装到安装组件710中，并通过安装组件710电连接第一摆位结构100与第二摆位结构200的摆位机械臂220。摆位机械臂220设置于安装组件710，并凸出于安装组件710设置。通过手动方式移动手术机器人A时，医护人员握持推行把手720，根据导航装置60的指示推动手术机器人A，使得手术机器人A运动时手术操作区，并操作导航装置60对操作机械臂20进行摆位。

升降件110的固定杆与手术台车50连接，升降件110的伸缩杆可伸缩设置在固定杆中，将安装组件710安装到该固定杆的外壁，能够保证推动装置的位置固定，避免随升降件110的伸缩杆做升降运动，保证推行装置70的位置固定，避免推行装置70升降，便于医护人员使用。

值得说明的是，推行把手720的设置位置原则上不受限制，只要操作推行把手720能够推动手术机器人A运动即可。示例性地，推行把手720可设置于安装组件710远离升降件110的端部，并凸出于安装组件710的侧面。当然，在本发明的其他实施方式中，推行把手720也可在安装组件710侧边的中部区域设置；或者，推行把手720呈竖直方向设置于安装组件710的底部或上方。

可选地，安装组件710为框架结构，其包括安装底板以及四个安装边框，四个安装边框设置在安装底板的四周，并与安装底板围设成安装槽，导航装置60安装到安装槽后，导航装置60的边缘能够与安装边框的内壁抵接，实现导航装置60的固定。当然，在本发明的其他实施方式中，安装组件710还可为其他能够承载导航装置60的结构形式。

在一实施例中，安装组件710具有电连接器，连接器与摆位装置20及手术台车50电连接，导航装置60安装于安装组件710后，导航装置60的导电部位与电连接器连接。

导航装置60具有导电部位，导航装置60安装于安装组件710时，导航装置60的导电部位与安装组件710的电连接器对应设置。当导航装置60安装到安装组件710后，导航装置60的导电部位与安装组件710的电连接器连接。该电连接器与第一摆位结构100及多个摆位机械臂220连接，这样，导航装置60通过导电部位与电连接器的连接实现与第一摆位结构100及多个摆位机械臂220电连接。

可选地，电连接器与导电部位中的一个为插头一个为插座，通过插头与插座的插拔连接，实现导电连接器与导电部位的连接。可选地，电连接器与导电部位均为触点，导航装置60安装到安装组件710后，两个触点导通。当然，在本发明的其他实施方式中，导电部位与电连接器还可为其他能够实现电连接的结构形式。参见图1和图4，在一实施例中，推行装置70还包括锁定组件，锁定组件设置于安装组件710，锁定组件用于将导航装置60解锁或锁定于安装组件710。导航装置60安装到安装组件710后，锁定组件将导航装置60锁定在安装组件710中，保证导航装置60可靠的固定，避免导航装置60在使用过程中掉落。需要取出导航装置60时，按动锁紧组件，锁紧组件解锁导航装置60，此时，导航装置60可以从安装组件710中移出。

在一实施例中，锁定组件包括卡扣以及伸缩件，伸缩件可移动设置在安装边框中，伸出件的端部连接卡扣，能够带动卡扣伸出或缩回安装边框中。安装导航装置60时，伸缩件带动卡扣缩回安装边框，此时可以将导航装置60放到安装槽中。随后，控制伸缩件带动卡扣伸出，卡扣能够卡设导航装置60，使得导航装置60被锁定。需要解锁导航装置60时，控制伸缩件带动卡扣缩回安装边框，此时可以将导航装置60从安装槽中移出。此时，需要医护人员从安装槽中抠出导航装置60。

在一实施例中，锁定组件包括设置于安装组件710的快拆部件730及锁扣，锁扣用于锁定安装组件710，快拆部件730连接锁扣，并能够使锁扣解锁。快拆部件730设置于安装组件710，锁扣设置在安装框架，快拆部件730能够实现导航装置60的锁定，还能够实现导航装置60的快拆，使得导航装置60从安装槽中弹性一定距离，无需医护人员在安装槽中抠出导航装置60。

可选地，锁扣通过弹簧等弹性件设置在安装边框。通常情况下，锁扣处于伸出状态。当需要安装导航装置60时，导航装置60能够抵接锁扣，并压缩弹性件，使得锁扣缩回安装框架中。当导航装置60安装到安装槽后，导航装置60脱离锁扣，锁扣在弹性件的弹性力作用下伸出安装框架，并锁定导航装置60。若取出导航装置60时，快拆部件730驱动锁扣缩回安装框架，并弹起导航装置60。

可选地，快拆部件730包括快拆按钮、弹簧以及弹簧销。弹簧销通过弹性可升降安装于安装底板，快拆安装设置于安装框架的外表面，并且，快拆按钮能够连接锁扣，并带动锁扣缩回。

当需要安装导航装置60时，外力作用到导航装置60，导航装置60抵接锁扣并压缩弹性件，并且，导航装置60还抵接弹簧销并压缩弹簧，当导航装置60安装到安装槽后，锁扣在弹性件的弹性力作用下伸出安装框架，并锁定导航装置60。此时，锁扣对导航装置60施加的作用力大于弹簧的弹性力，弹簧销无法弹起导航装置60。当需要解锁导航装置60时，按动快拆按钮，快拆按钮带动锁扣锁扣安装框架，当导航装置60受到的作用力小于弹簧的弹性力使，弹簧带动弹簧销上升，进而带动导航装置60弹起，方便医护人员拆卸导航装置60。

当然，在本发明的其他实施方式中，锁定组件还可为其他能够实现导航装置60锁定或解锁在安装组件710的结构。

在一实施例中，推行装置70还包括使能开关，使能开关设置于推行把手720的内侧，使能开关用于助力与推行。按动该使能开关时，手术机器人A中的助力装置能够提供助力。使能开关能够根据医护人员施加推动力和转向力。便于医护人员能够通过推行把手720推动手术机器人A运动。可选地，使能开关为传感器或者其他能够检测到医护人员施力方向的部件。

值得说明的是，本发明的手术机器人A具有两种移动至手术床30的方法，均通过一人操作实现。一种方法是：将导航装置60安装到安装组件710，按动推行把手720的使能开关，医护人员可以根据导航装置60的指示将手术机器人A推动至手术操作区。参见图7和图8，另一种方法是：医护人员握持导航装置60在手术室的空旷位置，操作导航装置60控制手术机器人A运动至手术操作区，并控制手术机器人A自动摆位。通过两种方式实现手术机器人A移动至手术操作区，无需增加人手，并且，根据导航装置60控制手术机器人A移动，能够缩短术前准备时间。

参见图5，在一实施例中，手术机器人A还包括环境感知装置90，环境感知装置90可转动设置于悬吊连杆210，用于获取环境信息。所述环境感知装置90可以包括视觉相机、激光测距仪、激光扫描仪、或NDI光学定位系统中的一种或几种。在一实施例中，环境感知装置90包括视觉相机920，视觉相机920可转动设置于悬吊连杆上。需要说明的是，视觉相机920的位置需要能够保证自由获取环境中的信息以及戳卡202的信息，不会受到摆位装置10的遮挡。

视觉相机920可转动设置在悬吊连杆210的下表面，以自动跟随手术部位的方位，用于指引第二摆位结构200自动对准戳卡202。

可选地，视觉相机920相对于悬吊连杆210转动的范围为0°～90°，如图5所示的箭头方向。可选地，视觉相机920可以为可见光相机、红外相机等。可选地，环境感知装置90还包括定位件，定位件设置于视觉相机920，用于对视觉相机920进行定位。可选地，定位件为光学定位系统、红外、激光测距系统等用于空间定位的系统工具。

进一步地，在本申请的一个实施例中，手术机器人A还设置有信号指示装置，用于指示手术台车50相对于手术操作区的位置。信号指示装置可以向外发出信号来指示手术台车50是否到达手术操作区。需要明确的是，该信号可以是光信号、声信号或者其他信号。在本申请的一个实施例中，信号指示装置为一个指示灯910，指示灯910设置于悬吊连杆210的表面，位于悬吊连杆210朝向患者的表面，也就是说，指示灯910设置在悬吊连杆210的下表面，当手术台车到达手术操作区时，相应的指示灯所发出的指示光信号与手术床上的患者病灶区域在一定预设范围内，用于指示判断手术台车以及操作机械臂20是否运动到位。

参见图1和图6，在一实施例中，手术机器人A还包括多个测距仪80，多个测距仪80设置于移动件130远离第一转动件120的端部。测距仪80起到避障的作用。可选地，测距仪80为至少两个，其中一个测距仪80设置于移动件130远离第一转动件120的端部，剩余测距仪80设置于移动件130远离第一转动件120端部的侧面，测距仪80传输连接导航装置60。

测距仪80能够检测移动件130与障碍物之间的距离，并反馈给导航装置60，医护人员通过导航装置60能够与障碍物之间的距离，根据该距离推动手术机器人A，避免手术机器人A与障碍物发生碰撞。

示例性地，测距仪80的数量三个，其中一个测距仪80设置在移动件130位于第二转动件140的端部，另两个测距仪80对称设置在移动件130位于转动件的侧面。如此保证三个方向都存在测距仪80，提高避障精度。也就是说，以图6所示的方向为基准，在移动件130的左侧端面设置一个测距仪80，在移动件130左侧的上侧面设置一侧测距仪80，在移动件130左端的下侧面设置一个测距仪80，通过三侧的测距仪80实现手术机器人A左侧与上下两侧障碍物的检测，对手术机器人A的运动距离进行限制，避免手术机器人A与障碍物发生碰撞。

测距仪80可以测量手术机器人A离周边障碍物的距离，并在操控导航装置60上标示出安全区域，用于手术机器人A转移过程的避障指示。在手术机器人A推动转移或者通过导航装置60控制移动过程，在导航装置60的面板上将会出现图所示的避障示意图，在图6上将会给出到三侧的具体数值(由测距仪80提供)，并于安全距离比较，给出不同颜色标识，用于提醒用户注意避障。

当然，在本发明的其他实施方式中，测距仪80的数量还可以为更多个或更少，根据使用需求进行布置。可选地，测距仪80为红外测距仪、激光测距仪、超声雷达测距仪或者其他能够测量与障碍物距离的部件。

参见图9至图11，在一实施例中，操作机械臂20的末端具有安装部件201，安装部件201用于安装戳卡202，摆位装置10带动操作机械臂20摆位使戳卡202安装于安装部件201。安装部件201用于与戳卡202自动对接。摆位机械臂220带动操作机械臂20完成摆位后，操作机械臂20末端的安装部件201对准戳卡202，导航装置60启动戳卡202对接程序，操作机械臂20能够带动安装部件201对接戳卡202。

可选地，安装部件201为磁力吸盘。当安装部件201与戳卡202对准后，启动对接程序，磁力吸盘产生吸力，以吸附戳卡202，并通过机械卡位固定戳卡202，避免戳卡202掉落。当然，在本发明的其他实施方式中，安装部件201也可为卡扣，通过卡扣自动卡固戳卡202。可选地，每个戳卡202具有至少一个标记点203。示例性地，标记点203的数量为三个，当然也可以为更多或更少。在对接过程中，由视觉相机920识别标记点203来获取戳卡202的实际位置和姿态，并反馈给导航装置60，导航装置60控制摆位机械臂220及操作机械臂20运动，使得操作机械臂20末端的安装部件201对准戳卡202，启动对接程序进行自动对接。

在一实施例中，手术台车50采用四个轮子支撑，前两个轮子为助力轮，为手术机器人A的移动提供动力，后侧的两个轮子为被动万向轮，提供转向功能。而且，手术台车50具有顶升装置。当手术机器人A运动至手术操作区后并无需移动时，顶升装置将手术台车50顶起，使得手术台车50的四个轮子脱离地面，保证手术台车50固定可靠，避免因手术台车50位置窜动而导致手术机器人A的位置窜动。

参见图11，本发明的手术机器人A，在戳卡202准备就位后，控制手术机器人A移动至手术操作区。值得说明的是，手术机器人A移动至手术操作区的两种方法在上文已经提及，在此不一一赘述。当手术机器人A运动到了手术操作区后，为了提高手术台车50的摆位精度，手术机器人A的位置需要结合指示信号来进行微调，视觉相机920获取患者病灶区和指示信号的信息，当指示信号距离病灶区域预定距离内时，则认为手术机器人A运动到了手术操作区，此时对手术台车50进行锁定。需要明确的是，预定距离可以根据病灶区域的大小适应性设置，也可以根据实际的需要来设置。进一步地，视觉相机920识别不同操作机械臂20对应的戳卡202，比如持镜臂与内窥镜戳卡对应，持械臂与持械臂的戳卡对应。视觉相机920获取戳卡的位置信息，并规划所述操作机械臂从当前位置运动到对应戳卡位置处的路径，需要说明的是多个机械臂之间的运动路径应当是无碰撞的。导航装置60控制摆位机械臂220自动摆位，操作器械40部同时动作，使操作机械臂20的末端接近戳卡202。此时，操作机械臂20的姿态与戳卡202的姿态一致，并且安装部件201与戳卡202达到允许对接的距离，确认对接，使得戳卡202安装到安装部件201，完成戳卡202的对接。

在对接过程中，由视觉相机920识别标记点203来获取戳卡202的实际位置和姿态，并反馈给导航装置60，操作导航装置60控制摆位机械臂220及操作机械臂20运动，使得操作机械臂20末端的安装部件201对准戳卡202，启动对接程序进行自动对接。在对接完成后，自动调整摆位机械臂220与操作机械臂20的位置，使得摆位机械臂220与操作机械臂20之间存在预设间距，以保持适当的距离，避免其他戳卡202对接时出现机械干涉。当全部对接完成后，再次启动摆位装置10和操作机械臂20，以保证摆位机械臂220与操作机械臂20处于合适距离。随后在操作机械臂20的末端安装操作器械40如手术器械、内窥镜系统等。

本发明的手术机器人A，通过摆位装置10实现操作机械臂20的自动摆位，并通过推行结构安装导航装置60，通过推行方式并根据导航装置60的指引使得手术机器人A移动至手术操作区，也可通过操作导航装置60使得手术机器人A移动至手术操作区。操作导航装置60控制摆位机械臂220运动，实现操作机械臂20的自动摆位，此过程仅需一人操作，简化术前人工准确步骤，缩短摆位时间，以减少术前准备时间，并且，在术中通过导航装置60可以再次对操作机械臂20进行摆位，提高术中调整效率。

本发明手术机器人A中的摆位装置10能够承载操作机械臂20，并带动操作机械臂20进行运动，实现操作机械臂20的摆位。当然，在本发明的其他实施方式中，上述手术机器人A中的摆位装置10还可应用于其他需要摆位的设备或领域。

参见图12，本发明还提供一种手术机器人A的控制方法，控制方法应用于如上述任意实施例的手术机器人A，控制方法包括如下步骤：

环境感知装置90获取环境信息；

导航装置60根据获取的环境信息控制所述手术台车移动至手术操作区；

导航装置60控制所述手术机器人A的摆位装置10带动操作机械臂20末端对接戳卡202；

导航装置60调整所述摆位装置10与所述操作机械臂20的位置，使所述摆位装置10与所述操作机械臂20保持预设间距。

本发明的手术机器人A在使用时，通过环境感知装置90获取环境信息，操控导航装置60控制手术机器人A移动至空旷位置；对手术机器人A各部件穿戴无菌罩；导航装置60根据获取的环境信息控制所述手术台车移动至手术操作区，利用导航装置60控制手术机器人A的摆位装置10带动操作机械臂20摆位，使操作机械臂20的末端对接戳卡202；对接完成后，导航装置60调整摆位装置10与操作机械臂20的位置，使摆位装置10与操作机械臂20保持预设间距；在操作机械臂20安装操作器械40，完成手术机器人A的术前准备操作。

在术前准备阶段，需要将手术机器人A的手术台车50推动至手术室的空旷位置，控制手术机器人A进行术前展开，给操作机械臂20及摆位装置10等穿戴无菌罩，然后控制手术机器人A移动至手术操作区。随后，利用导航装置60的指示控制摆位装置10带动操作机械臂20运动，实现操作机械臂20的摆位，使得操作机械臂20的末端对准戳卡202，并保证操作机械臂20的姿态与戳卡202的姿态相一致。

将操作机械臂20对接戳卡202，对接完成后，控制摆位机械臂220朝向远离操作机械臂20的方向移动，使得操作机械臂20与摆位装置10之间存在预设间距，避免操作机械臂20与摆位装置10之间发生干涉，并避免操作机械臂20与相邻的机械臂之间发生干涉。

在一实施例中，所述导航装置60根据获取的环境信息控制所述手术台车移动至手术操作区，还包括：

输入手术操作区的位置参数；

导航装置60规划出到达手术操作区的导航路径；

导航装置60根据导航路径控制手术台车运动到手术操作区，或者，用户根据所述导航装置60规划的导航路径将所述手术机器人A推动所述手术操作区。

本发明的手术机器人A移动至手术操作区有两种方法，均通过一人操作实现。一种方法是：将导航装置60安装到安装组件710，按动推行把手720的使能开关，医护人员可以根据导航装置60的指示，并根据拍摄设备920的卷面指引推动方向，以将手术机器人A推动至手术操作区。另一种方法是：医护人员握持导航装置60在手术室的空旷地带，操作导航装置60控制手术机器人A运动至手术操作区，同时，操作导航装置60控制操作机械臂20自动摆位，使得操作机械臂20自动对准戳卡202。通过两种方式实现手术机器人A移动至手术操作区，无需增加人手，并且，根据导航装置60控制手术机器人A移动，能够缩短术前准备时间。

而且，在手术机器人A运动至手术操作区之前，先在导航装置60中输入手术操作区的位置参数，通过导航装置60规划出到达手术操作区的导航路径。根据规划处的导航路径，然后导航装置60控制手术机器人A自动运动至手术操作区，或者，医护人员根据导航正在60的指示将手术机器人A推动至手术操作区。

在一实施例中，导航装置60控制手术机器人A的摆位装置10带动操作机械臂20的末端对接戳卡202的步骤包括：

识别所述操作机械臂20对应的所述戳卡202；

获取戳卡202的位置信息并规划与所述操作机械臂20的对接路径；

控制所述操作机械臂20与对应的所述戳卡202对接。

本发明中，操作机械臂20的末端对接戳卡202，可以是医护人员手动对接，也可以是自动对接。此处仅说明自动对接的过程。导航装置60中存储自动对接的程序。操作机械臂20在摆位的过程中，通过拍摄设备920跟随目标点，使得指示灯910指示在手术部位，以识别操作器械20对准的戳卡202。通过导航装置60获取戳卡202的位置信息并规划与操作机械臂20的对接路径，随后导航装置60控制操作机械臂20运动，使得操作机械臂20根据指示灯910与导航装置60的指示对准戳卡202，并抵接戳卡202。

参见图13，在一实施例中，操作机械臂20的安装部件201对接戳卡202，包括如下步骤：

启动戳卡202对接的程序；

识别操作机械臂20对应的戳卡202，并选择戳卡202的对接程序；

控制操作机械臂20移动至戳卡202附近，并使操作机械臂20的姿态与戳卡202的姿态一致；

确认对接，戳卡202安装到安装部件201；

调整操作机械臂20与摆位装置的位置避免干涉；

确认是否所有操作机械臂20对接完成；

若否则继续执行戳卡202对接操作；

若是全部调整操作机械臂20与摆位装置的位置，准备安装操作器械40。

本发明的手术机器人A控制操作机械臂20与戳卡202对接时，启动戳卡202对接的程序；识别其中一个操作机械臂20对应的戳卡202，并选择戳卡202的对接程序；控制该操作机械臂20移动至戳卡202附近，并使操作机械臂20的姿态与戳卡202的姿态一致；确认对接，戳卡202安装到安装部件201；调整操作机械臂20与摆位装置20中的多个摆位机械臂的位置避免干涉。随后，对依次对剩余操作机械臂20及对应的戳卡202进行一一对接，确认是否所有操作机械臂20对接完成；若否则继续执行戳卡202对接操作；若是全部调整操作机械臂20与摆位装置的位置，准备安装操作器械40，完成术前准备操作，准备进行手术。

本发明自动调节操作机械臂20与摆位装置10，使得二者保持适当的间距，防止其他戳卡202对接过程中发生机械干涉，保证对接过程中的安全。当全部对接完成后，在此调整摆位装置与操作机械臂20，以保证操作机械臂20之间存在合适的间距，避免手术过程中操作机械臂20发生干涉。

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 (12)

1.一种手术机器人(A)，其特征在于，包括：

手术台车(50)；

摆位装置(10)，设置于所述手术台车(50)；

环境感知装置(90)，设置于所述摆位装置(10)；

操作机械臂(20)，与所述摆位装置连接；

导航装置(60)，用于控制所述手术机器人(A)的所述操作机械臂(20)的末端对接患者体表的戳卡(202)。

2.根据权利要求1所述的手术机器人(A)，其特征在于，所述摆位装置包括第一摆位结构(100)与第二摆位结构(200)，所述第一摆位结构(100)设置于所述手术台车(50)，所述第二摆位结构(200)通过悬吊连杆(210)与所述第一摆位结构(100)连接。

3.根据权利要求2所述的手术机器人(A)，其特征在于，所述第一摆位结构(100)包括升降件(110)、第一转动件(120)、移动件(130)以及第二转动件(140)，所述第一转动件(120)设置于所述升降件(110)与所述移动件(130)之间，实现所述移动件(130)与所述升降件(110)之间的转动连接，所述第二转动件(140)用于实现所述悬吊连杆(210)与所述移动件(130)之间的转动连接。

4.根据权利要求2或3所述的手术机器人(A)，其特征在于，所述第二摆位结构(200)包括多个摆位机械臂(220)，所述多个所述摆位机械臂(220)的一端分别可转动连接所述悬吊连杆(210)，多个所述摆位机械臂(220)的另一端分别安装操作机械臂(20)。

5.根据权利要求2所述的手术机器人(A)，其特征在于，所述环境感知装置(90)可转动设置于所述悬吊连杆(210)上，用于获取环境的信息。

6.根据权利要求5所述的手术机器人(A)，其特征在于，所述环境感知装置(90)可以包括视觉相机、激光测距仪、激光扫描仪、或NDI光学定位系统中的一种或几种。

7.根据权利要求6所述的手术机器人(A)，其特征在于，所述悬吊连杆(210)上还设置有信号指示装置，用于指示手术台车相对于手术操作区的位置。

8.根据权利要求3所述的手术机器人(A)，其特征在于，所述摆位装置(10)还包括推行装置(70)，所述推行装置(70)设置于所述升降件(110)，所述推行装置(70)包括安装组件(710)以及推行把手(720)，所述导航装置(60)可拆卸地安装于所述安装组件(710)。

9.根据权利要求8所述的手术机器人(A)，其特征在于，所述推行装置(70)还包括使能开关，所述使能开关设置于所述推行把手(720)的内侧，所述使能开关用于助力手术机器人(A)推行与转向。

10.一种应用于权利要求1至9任一项中的手术机器人(A)的摆位控制方法，其特征在于，所述方法包括：

环境感知装置(90)获取环境信息；

导航装置(60)根据获取的环境信息控制所述手术台车移动至手术操作区；

导航装置(60)控制所述手术机器人(A)的摆位装置(10)带动操作机械臂(20)末端对接戳卡(202)；

导航装置(60)调整所述摆位装置(10)与所述操作机械臂(20)的位置，使所述摆位装置(10)与所述操作机械臂(20)保持预设间距。

11.根据权利要求10所述的摆位控制方法，其特征在于，所述导航装置(60)根据获取的环境信息控制所述手术台车移动至手术操作区，还包括：

输入手术操作区的位置参数；

导航装置(60)规划出到达手术操作区的导航路径；

导航装置(60)根据导航路径控制手术台车运动到手术操作区，或者，用户根据所述导航装置(60)规划的导航路径将所述手术机器人(A)推动所述手术操作区。

12.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述导航装置(60)控制所述手术机器人(A)的摆位装置(10)带动操作机械臂(20)末端对接戳卡(202)，包括：

识别所述操作机械臂(20)对应的所述戳卡(202)；

获取戳卡的位置信息并规划与所述操作机械臂的对接路径；

控制所述操作机械臂(20)与对应的所述戳卡(202)对接。

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