CN116407281A - 一种控制模式切换方法、装置及手戴式切换装置 - Google Patents

一种控制模式切换方法、装置及手戴式切换装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制模式切换装置，包括信号发射模块，信号接收模块，信号校验模块，信号解析模块，以及信号传递模块。通过发送控制信号，接收控制信号，对控制信号仅校验和解析，然后对控制信号进行传递，输出控制信号至协作式机器人进行控制模式改变。本发明公开的控制模式切换装置具有切换效率高的优点。本发明还公开了一种控制模式切换方法、手戴式切换装置及计算机可读介质。

Description

一种控制模式切换方法、装置及手戴式切换装置
技术领域
本发明涉及控制技术领域，特别涉及一种控制模式切换方法、装置及手戴式切换装置。
背景技术
随着工业物联网的提出，协作式机器人的快速发展，面向精准医疗的迫切需求，用于实际手术中的协作式机器人，例如，腹腔镜手术的协作式持镜机器人逐步应用于临床，取代扶镜手，术中把持调节腹腔镜位姿，为主刀医生提供稳定合适的术野图像。
腹腔镜手术中，主刀医生在腹腔镜实时提供的术野图像引导下，利用手术器械完成患者腹部探查、病灶组织切割及正常组织缝合等操作。上述操作过程中，为保证手术安全并提高手术效率，协作式持镜机器人在自动引导模式下实时调节腹腔镜位姿，以使手术器械末端执行器处于腹腔镜视野中央区域。然而，腹腔镜手术中，血液及雾气等会污染腹腔镜头，导致监视器上术野图像模糊，主刀医生无法正常开展腹腔镜手术，此时需要手术助手取出腹腔镜并清洗镜头；此外，部分患者术中可能需要转开腹手术，此时也需要手术助手取出腹腔镜。上述两种紧急情况下，现有的技术状况下，主刀医生无法快速切换协作式持镜机器人进行控制模式的切换。
发明内容
本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种控制模式切换装置，用于控制协作式机器人。所述控制模式切换装置包括：
所述信号发射模块用于发送控制信号；
所述信号接收模块，用于接收所述信号发射模块发送的控制信号；
所述信号校验模块，在所述信号接收模块接收到信号发射模块的数据段后进行数据校验，校验无误后发送反馈信号至信号发射模块，否则信号接收模块继续等待接收正确的数据段；
所述信号解析模块，在所述信号校验模块进行数据校验无误后，解析所述控制信号；
所述信号传递模块，将所述解析结果输出控制信号至协作式机器人进行控制模式改变。
在一些实施例中，所述信号发射模块和信号接收模块之间以蓝牙方式、wifi6网络或5G网络中的至少一种方式进行通信。
在一些实施例中，所述信号发射模块的控制信号通过按键进行输入。
在一些实施例中，所述信号校验模块，在所述信号接收模块接收到信号发射模块的数据段后依据约定协议进行数据校验。
在一些实施例中，所述信号解析模块，在所述信号校验模块进行数据校验无误后，通过以下方式进行所述控制信号的解析：拆解接收到的数据段，去除数据段头尾中无效部分，保留数据段中某一固定位置上的数据。
在一些实施例中，所述信号传递模块与所述协作式机器人之间通过串口进行数据传送。
在一些实施例中，所述控制模式包括自动引导模式和手动调节模式。
第二方面，本发明提供了一种控制模式切换方法，用于控制协作式机器人，其包括步骤：
S1,发送控制信号；
S2,接收所述控制信号；
S3,对所述接收到的控制信号进行数据校验，校验无误后发送反馈信号或继续等待接收正确的数据段；
S4,在所述数据校验无误后，解析所述控制信号；
S5,将所述解析结果输出控制信号至协作式机器人进行控制模式改变。
第三方面，本发明提供了一种手戴式切换装置。所述手戴式切换装置包括：至少一个处理器和存储器；
所述处理器用于执行所述存储器中存储的控制模式切换程序，以实现如前所述的控制模式切换方法。
第四方面，本发明提供了一种计算机存储介质。所述计算机存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被如前所述的手戴式切换装置执行，以实现如前所述的控制模式切换方法。
可以理解的是，上述第三方面和第四方面的有益效果可以参见上述第一方面或第二方面中的相关描述，在此不再赘述。
本发明的技术效果：本发明公开的控制模式切换方法和装置通过对协作式机器人进行控制，通过发送控制信号，接收控制信号，对控制信号仅校验和解析，然后对控制信号进行传递，输出控制信号至协作式机器人进行控制模式改变。在实际的手术过程中，使手术助手能够手动调节协作式机器人各个关节位置，进行相应的动作。此外，对于紧急情况出现后，能够快速响应，满足手术过程中各个场景的要求，具有相应速度快、切换模式调节块的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明一个实施例的控制模式切换装置的模块示意图；
图2为根据本发明一个实施例的控制模式切换方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
基于现有通用型机器人研制面向不同场景需求的专用型机器人，是目前广泛采用的专用型机器人开发范式，因此，采用现有通用型协作式机器人(如丹麦的UniversalRobots、德国的KUKALBR iiwa、中国的遨博)研制用于辅助主刀医生完成腹腔镜手术的协作式持镜机器人是一种较为成熟的解决方案。上述现有的通用型协作式机器人大多配备与控制箱有线连接的平板式控制面板，操作者通过控制面板上的按键，可将机器人的控制模式调整为自由驱动，即操作者可以手动调节机器人各个关节位置。
本发明实施例要解决的技术问题是在手术过程中，例如，腹腔镜手术中主刀医生远程快速便捷切换协作式机器人的控制模式。
为了说明本申请所提出的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
第一方面，参考图1所示，本发明提供了一种控制模式切换装置100，用于控制协作式机器人200。所述控制模式切换装置100包括：信号发射模块10，信号接收模块20，信号校验模块30，信号解析模块40，以及信号传递模块50。
所述信号发射模块10用于发送控制信号；
所述信号接收模块20，用于接收所述信号发射模块10发送的控制信号；
所述信号校验模块30，在所述信号接收模块20接收到信号发射模块10的数据段后进行数据校验，校验无误后发送反馈信号至信号发射模块10，否则信号接收模块20继续等待接收正确的数据段；
所述信号解析模块40，在所述信号校验模块30进行数据校验无误后，解析所述控制信号；
所述信号传递模块50，将所述解析结果输出控制信号至协作式机器人200进行控制模式改变。
在一些实施例中，所述信号发射模块10和信号接收模块20之间以蓝牙方式、wifi6网络或5G网络中的至少一种方式进行通信。也可以是现存或将来可用的任何通信方式。在本实施例中，可以选择蓝牙通信的方式进行。因为蓝牙通信在短距离通信中具有连接可靠，传输迅速等优点。
在一些实施例中，所述信号发射模块10的控制信号通过按键进行输入。在实际的操作中，主刀医生可以通过设置在右手指头上的装置直接进行按键操作，将相关的信息数据进行输入。
在一些实施例中，所述信号校验模块30，在所述信号接收模块20接收到信号发射模块10的数据段后依据约定协议进行数据校验。
在一些实施例中，所述信号解析模块40，在所述信号校验模块30进行数据校验无误后，通过以下方式进行所述控制信号的解析：拆解接收到的数据段，去除数据段头尾中无效部分，保留数据段中某一固定位置上的数据。
在一些实施例中，所述信号传递模块50与所述协作式机器人200之间通过串口进行数据传送。
在一些实施例中，所述控制模式包括自动引导模式和手动调节模式。
第二方面，参考图2所示，本发明提供了一种控制模式切换方法，用于控制协作式机器人，其包括步骤：
S1,发送控制信号；
S2,接收所述控制信号；
S3,对所述接收到的控制信号进行数据校验，校验无误后发送反馈信号或继续等待接收正确的数据段；
S4,在所述数据校验无误后，解析所述控制信号；
S5,将所述解析结果输出控制信号至协作式机器人进行控制模式改变。
在一些实施例中，所述信号校验模块，在所述信号接收模块接收到信号发射模块的数据段后依据约定协议进行数据校验。
在一些实施例中，所述步骤S4,在所述数据校验无误后，解析所述控制信号；具体为：在所述信号校验模块进行数据校验无误后，通过以下方式进行所述控制信号的解析：拆解接收到的数据段，去除数据段头尾中无效部分，保留数据段中某一固定位置上的数据。
在一些实施例中，所述步骤S5中，所述控制信号通过串口连接至协作式机器人进行控制模式改变。
在一些实施例中，所述控制模式包括自动引导模式和手动调节模式。
自动引导模式即协作式机器人自动根据已有的条件和进行相应的动作和指令执行。手动调节模式是，在实际的场景下，需要调节至手动模式，来对协作式机器人进行手动操作的模式。
第三方面，本发明提供了一种手戴式切换装置。所述手戴式切换装置包括：至少一个处理器和存储器；
所述处理器用于执行所述存储器中存储的控制模式切换程序，以实现如前所述的控制模式切换方法。
在一些实际的实施例中，本发明提出了一种用于协作式持镜机器人的控制模式手戴式切换装置，信号发射模块通过按键输入，调节需要更改的参数，然后通过蓝牙通信，将此数据发送出去，等待信号接收模块接收；信号接收模块用于接收信号发送模块发送的数据，并将此数据通过串口传输到通用型协作式机器人控制器。
在具体的实施例中，协作式机器人为协作式持镜机器人，所述控制模式切换方法可以为：
1)手戴式切换装置手戴式切换装置启动。术前准备阶段，主刀医生将手戴式切换装置的信号发射模块戴于右手食指并开启，信号发射模块自动搜索匹配信号接收模块。
2)切换信号发射。当主刀医生术中需要更换协作式持镜机器人控制模式时，主刀医生轻按信号发射模块上的按键即可，触发该模块发射切换信号即固定数据段。
3)切换信号接收。基于点对点匹配原则，信号发射模块发出的数据段无线传输至信号接收模块。
4)信号校验。信号接收模块接收到信号发射模块的数据段后依据约定协议进行数据校验，校验无误后发送反馈信号至信号发射模块，否则信号接收模块继续等待接收正确的数据段。
5)信号解析。控制模式切换信号校验无误后，拆解接收到的数据段，去除数据段头尾中无效部分，保留数据段中某一固定位置上的数据。
6)信号传递。信号接收模块将数据段中保留下来的数据作为切换指令通过串口发送至机器人控制箱，驱动机器人改变控制模式。
7)控制模式切换装置关闭。手术完成，主刀医生关闭切换信号发射模块并从食指上取下。
第四方面，本发明提供了一种计算机存储介质。所述计算机存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被如前所述的手戴式切换装置执行，以实现如前所述的控制模式切换方法。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器在一些实施例中可以是所述服务器的内部存储单元，例如服务器的硬盘或内存。所述存储器在另一些实施例中也可以是所述服务器的外部存储设备，例如所述服务器上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字卡(SecureDigital，SD)，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器还可以既包括所述服务器的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序(BootLoader)、数据以及其他程序等，例如所述计算机程序的程序代码等。所述存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上仅为本申请的可选实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
可以理解的是，上述第三方面和第四方面的有益效果可以参见上述第一方面或第二方面中的相关描述，在此不再赘述。
本发明的技术效果：本发明公开的控制模式切换方法和装置通过对协作式机器人进行控制，通过发送控制信号，接收控制信号，对控制信号仅校验和解析，然后对控制信号进行传递，输出控制信号至协作式机器人进行控制模式改变。在实际的手术过程中，使手术助手能够手动调节协作式机器人各个关节位置，进行相应的动作。此外，对于紧急情况出现后，能够快速响应，满足手术过程中各个场景的要求，具有相应速度快、切换模式调节块的优点。
本发明公开的控制模式切换方法和装置适用于通用型协作式机器人，符合目前专用型机器人开发范式，大大缩短协作式持镜机器人的研发周期。在通信方式上可基于蓝牙通信方式，切换信号发射端与切换信号接收端之间信号无线传输，响应速度实时，满足腹腔镜手术要求。且采用模块化设计思想，切换信号发射模块体积小，方便携带，操作简单，为主刀医生提供友好化使用体验。因此，该发明实施例所提出的一种用于协作式持镜机器人的控制模式快速切换方法及手戴式装置具有较强的临床实用性，助力协作式持镜机器人研发，为专用型机器人快速研制提供了一种新的思路。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
在本发明的描述中，需要理解的是，本发明实施例中提及的参数、变量以及程序名等符号均可替代成不至混淆的任何其他代号。
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”可以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。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种控制模式切换装置，用于控制协作式机器人，其特征在于，所述装置包括：
信号发射模块，所述信号发射模块用于发送控制信号；
信号接收模块，用于接收所述信号发射模块发送的控制信号；
信号校验模块，在所述信号接收模块接收到信号发射模块的数据段后进行数据校验，校验无误后发送反馈信号至信号发射模块，否则信号接收模块继续等待接收正确的数据段；
信号解析模块，在所述信号校验模块进行数据校验无误后，解析所述控制信号；
信号传递模块，将所述解析结果输出控制信号至协作式机器人进行控制模式改变。
2.根据权利要求1所述的切换装置，其特征在于：所述信号发射模块和信号接收模块之间以蓝牙方式、wifi6网络或5G网络中的至少一种方式进行通信。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号发射模块的控制信号通过按键进行输入。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号校验模块，在所述信号接收模块接收到信号发射模块的数据段后依据约定协议进行数据校验。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号解析模块，在所述信号校验模块进行数据校验无误后，通过以下方式进行所述控制信号的解析：拆解接收到的数据段，去除数据段头尾中无效部分，保留数据段中某一固定位置上的数据。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号传递模块与所述协作式机器人之间通过串口进行数据传送。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模式包括自动引导模式和手动调节模式。
8.一种控制模式切换方法，用于控制协作式机器人，其特征在于，所述方法包括：
发送控制信号；
接收所述控制信号；
对所述接收到的控制信号进行数据校验，校验无误后发送反馈信号或继续等待接收正确的数据段；
在所述数据校验无误后，解析所述控制信号；
将所述解析结果输出控制信号至协作式机器人进行控制模式改变。
9.一种手戴式切换装置，其特征在于，所述手戴式切换装置包括：至少一个处理器和存储器；
所述处理器用于执行所述存储器中存储的控制模式切换程序，以实现权利要求8中所述的控制模式切换方法。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被如权利要求9所述的手戴式切换装置执行，以实现权利要求8中所述的控制模式切换方法。
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