CN117204955A - 柔性手术机器人的力控制系统及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及手术机器人领域，尤其是涉及一种柔性手术机器人的力控制系统及其装置，采用导纳模型建立手术工具位置与力的动态关系，并由检测到的力信号碰撞变点完成触发，计算位置调整量，加入到医生发出的期望位置轨迹中，以降低碰撞导致的过大接触力。具体为利用导纳模型输出的手术工具位置调整量直接加入到医生发出的期望位置轨迹中，通过调整手术工具位置实现工具末端的力控制。该方法只需编写上位机程序，而不需要对现有手术机器人的机械结构进行修改，具有普适性。本发明利用碰撞导致的力信号变点合理地触发力控制，在避免碰撞风险的同时，不影响手术工具的正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及手术机器人领域，尤其是涉及一种柔性手术机器人的力控制系统及其装置。
背景技术
柔性手术机器人驱动细长、柔性手术工具经微小创口或人体自然开口通过血管、输尿管、肠道等狭窄迂曲的腔道到达病灶进行手术操作。它具有出血少、恢复快、并发症少等优点，在心外、泌外、耳鼻喉和介入手术等领域备受关注，逐渐应用于临床。手术机器人系统主要由主端控制台和从端操作臂两部分组成。医生通过主控制台上的操纵杆操控从端操作臂上的柔性手术工具。该主从配置模式让医生远离手术台，解决了辐射等问题，但也导致医生无法像传统手术模式一样感知操作过程中工具与组织之间的作用力。手术工具在人体细长狭窄腔道行进过程中，其末端不可避免与腔道内壁组织发生接触。误操作易导致手术工具末端与组织的突然碰撞，使接触力迅速增加，造成组织损伤。因此，需要赋予柔性手术机器人力控制功能，以降低手术工具末端碰撞产生的过大作用力，保障手术安全。
发明内容
本发明旨在至少改善现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种柔性手术机器人的力控制系统及其装置，该方法采用导纳模型建立手术工具位置与力的动态关系，并由检测到的力信号碰撞变点完成触发，计算位置调整量，加入到手术机器人的原有位置控制器中，以降低碰撞导致的过大接触力，具体包括如下内容：
根据本发明第一方面实施例的柔性手术机器人的力控制系统，其中，所述系统采用柔性手术机器人的力控制方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S100，搭建柔性手术机器人的力控制场景，所述场景中的力控制模块包括信号变点检测器和导纳模型，采用导纳模型建立手术工具位置与力的动态关系，通过安装于末端的光纤光栅力传感器实时测量接触力f e；
步骤S200，采集手术机器人工具末端的接触力f e输入至信号变点检测器和导纳模型中，所述信号变点检测器在线检测碰撞导致的手术工具末端接触力信号概率分布变化的转折点，即为力信号变点，输出预警信号s a；
步骤S300，基于信号变点检测器输出预警信号s a和导纳模型输出的位置调整量，得到力控制模块输出的位置调整量/>：
；
步骤S400，将力控制模块输出的位置调整量加入到医生发出的期望位置轨迹x r中，得到手术机器人位置控制器执行的实际位置轨迹x c：
；
步骤S500，根据有无碰撞发生，信号变点检测器输出相应的预警信号，手术机器人位置控制器执行相应的位置轨迹；
步骤S600，当接触力f e下降至预设的安全阈值f a以下，碰撞风险解除，完成柔性手术机器人的力控制过程，位置控制器继续执行医生所期望的位置轨迹x r。
根据本发明实施例的柔性手术机器人的力控制系统，利用导纳模型输出的手术工具位置调整量直接加入到医生发出的期望位置轨迹中，通过调整手术工具位置实现工具末端的力控制。该方法只需编写上位机程序，而不需要对现有手术机器人的机械结构进行修改，具有普适性。本发明利用碰撞导致的力信号变点合理地触发力控制，在避免碰撞风险的同时，不影响手术工具的正常工作，规避了机器人全程处于力控制状态时，虽可保障手术的安全性，但也会降低柔性手术工具在人体自然腔道中行进效率的缺陷。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述步骤S200中，所述信号变点检测器在线检测碰撞导致的手术工具末端接触力信号概率分布变化的转折点，即为力信号变点，输出预警信号s a：
，
当碰撞导致的力信号变点被检测到，则信号变点检测器输出预警信号s a=1。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述步骤S200中，采集手术机器人工具末端的接触力f e与期望力f d的偏差输入导纳模型A(s)中，其中/>，导纳模型A(s)输出位置调整量/>，所述导纳模型A(s)描述了手术工具末端与组织环境交互的期望动态特性：
，
，
其中，a k为常系数，表示拉普拉斯变换域中的频率，/>。
在第一方面的一种可能的实现方式中，步骤S500具体内容为：
当无碰撞发生时，信号变点检测器输出的预警信号s a为0，手术机器人位置控制器执行的实际位置轨迹为x c=x r，则机器人的位置控制器只接收医生发出的期望位置轨迹x r；
当有碰撞发生时，信号变点检测器输出的预警信号s a为1，手术机器人位置控制器执行的实际位置轨迹为x c=x r+，则力控制模块输出的位置调整量/>对期望位置轨迹x r进行修改，调整手术工具位置，使接触力f e减小。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述步骤S100中的导纳模型为：
，
其中，m d为期望惯性，b d为期望阻尼，k d为期望刚度，为拉普拉斯变换域中的频率。
根据本发明第二方面实施例的柔性手术机器人的力控制装置，其中，包括：
构建模块，用于搭建柔性手术机器人的力控制场景，所述场景中的力控制模块包括信号变点检测器和导纳模型，采用导纳模型建立手术工具位置与力的动态关系，通过安装于末端的光纤光栅力传感器实时测量接触力f e；
信号处理模块，用于采集手术机器人工具末端的接触力f e输入至信号变点检测器和导纳模型中，所述信号变点检测器在线检测碰撞导致的手术工具末端接触力信号概率分布变化的转折点，即为力信号变点，输出预警信号s a；
计算模块，用于基于信号变点检测器输出预警信号s a和导纳模型输出的位置调整量，得到力控制模块输出的位置调整量/>：
；
调整模块，用于将力控制模块输出的位置调整量加入到医生发出的期望位置轨迹x r中，得到手术机器人位置控制器执行的实际位置轨迹x c：
；
判断执行模块，根据有无碰撞发生，信号变点检测器输出相应的预警信号，手术机器人位置控制器执行相应的位置轨迹；
安全解除模块，当接触力f e下降至预设的安全阈值f a以下，碰撞风险解除，完成柔性手术机器人的力控制过程，位置控制器继续执行医生所期望的位置轨迹x r。
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述信号处理模块中，所述信号变点检测器在线检测碰撞导致的手术工具末端接触力信号概率分布变化的转折点，即为力信号变点，输出预警信号s a：
，
当碰撞导致的力信号变点被检测到，则信号变点检测器输出预警信号s a=1。
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述信号处理模块中，采集手术机器人工具末端的接触力f e与期望力f d的偏差输入导纳模型A(s)中，其中/>，导纳模型A(s)输出位置调整量/>，所述导纳模型A(s)描述了手术工具末端与组织环境交互的期望动态特性：
，
，
其中，a k为常系数，表示拉普拉斯变换域中的频率，/>。
在第二方面的一种可能的实现方式中，判断执行模块的具体内容包括：
当无碰撞发生时，信号变点检测器输出的预警信号s a为0，手术机器人位置控制器执行的实际位置轨迹为x c=x r，则机器人的位置控制器只接收医生发出的期望位置轨迹x r；
当有碰撞发生时，信号变点检测器输出的预警信号s a为1，手术机器人位置控制器执行的实际位置轨迹为x c=x r+，则力控制模块输出的位置调整量/>对期望位置轨迹x r进行修改，调整手术工具位置，使接触力f e减小。
根据本发明第三方面实施例的柔性手术机器人，其中，包括上述柔性手术机器人的力控制系统对柔性手术机器人进行力控制。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例中柔性手术机器人的力控制系统的柔性手术机器人的力控制方法流程图；
图2是根据本发明实施例的柔性手术机器人的力控制装置示意图；
图3是根据本发明实施例的柔性手术机器人的力控制装置中具体示例的系统框图；
图4是根据本发明实施例的柔性手术机器人的力控制系统操控软镜在泌尿系统模型行进过程中的力控制结果。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”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。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请的说明书和权利要求书及所述附图中术语“第一”、“第二”、“第三”等是区别于不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元，或者可选地，还包括没有列出的步骤或单元，或者可选地还包括这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前，应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作（或步骤）描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
在本说明书中使用的术语“部件”、“模块”、“系统”、“单元”等用于表示计算机相关的实体、硬件、固件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件。例如，单元可以是但不限于在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行文件、执行线程、程序和/或分布在两个或多个计算机之间。此外，这些单元可从在上面存储有各种数据结构的各种计算机可读介质执行。单元可例如根据具有一个或多个数据分组（例如来自与本地系统、分布式系统和/或网络间的另一单元交互的第二单元数据。例如，通过信号与其它系统交互的互联网）的信号通过本地和/或远程进程来通信。
实施例1
参阅图1所示，本实施例提供一种柔性手术机器人的力控制系统，其中，所述系统采用柔性手术机器人的力控制方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S100，搭建柔性手术机器人的力控制场景，所述场景中的力控制模块包括信号变点检测器和导纳模型，采用导纳模型建立手术工具位置与力的动态关系，通过安装于末端的光纤光栅力传感器实时测量接触力f e；
步骤S200，采集手术机器人工具末端的接触力f e输入至信号变点检测器和导纳模型中，所述信号变点检测器在线检测碰撞导致的手术工具末端接触力信号概率分布变化的转折点，即为力信号变点，输出预警信号s a；
步骤S300，基于信号变点检测器输出预警信号s a和导纳模型输出的位置调整量，得到力控制模块输出的位置调整量/>：
；
步骤S400，将力控制模块输出的位置调整量加入到医生发出的期望位置轨迹x r中，得到手术机器人位置控制器执行的实际位置轨迹x c：
；
步骤S500，根据有无碰撞发生，信号变点检测器输出相应的预警信号，手术机器人位置控制器执行相应的位置轨迹；
步骤S600，当接触力f e下降至预设的安全阈值f a以下，碰撞风险解除，完成柔性手术机器人的力控制过程，位置控制器继续执行医生所期望的位置轨迹x r。
根据本发明实施例的柔性手术机器人的力控制系统，利用导纳模型输出的手术工具位置调整量直接加入到手术机器人原有的位置控制器中，通过调整手术工具位置实现工具末端的力控制。该方法只需编写上位机程序，而不需要对现有手术机器人的机械结构进行修改，具有普适性。本发明利用碰撞导致的力信号变点合理地触发力控制，在避免碰撞风险的同时，不影响手术工具的正常工作，规避了机器人全程处于力控制状态时，虽可保障手术的安全性，但也会降低柔性手术工具在人体自然腔道中行进效率的缺陷。
需要说明的是，所述步骤S200中，所述信号变点检测器在线检测碰撞导致的手术工具末端接触力信号概率分布变化的转折点，即为力信号变点，输出预警信号s a：
，
当碰撞导致的力信号变点被检测到，则信号变点检测器输出预警信号s a=1。
需要说明的是，所述步骤S200中，采集手术机器人工具末端的接触力f e与期望力f d的偏差输入导纳模型A(s)中，其中/>，导纳模型A(s)输出位置调整量/>，所述导纳模型A(s)描述了手术工具末端与组织环境交互的期望动态特性：
，
，
其中，a k为常系数，表示拉普拉斯变换域中的频率，/>。
需要说明的是，步骤S500具体内容为：
当无碰撞发生时，信号变点检测器输出的预警信号s a为0，手术机器人位置控制器执行的实际位置轨迹为x c=x r，即机器人的位置控制器只接收医生发出的期望位置轨迹x r；
当有碰撞发生时，信号变点检测器输出的预警信号s a为1，手术机器人位置控制器执行的实际位置轨迹为x c=x r+，即力控制模块输出的位置调整量/>对期望位置轨迹x r进行修改，调整手术工具位置，使接触力f e减小。
需要说明的是，所述步骤S100中的导纳模型为：
，
其中，m d为期望惯性，b d为期望阻尼，k d为期望刚度，为拉普拉斯变换域中的频率。
需要说明的是，基于本实施例的柔性手术机器人的力控制系统最终得到如图4的操控结果。实验中，编写的上位机程序控制机器人操纵软镜在仿人体组织的泌尿系统模型中前进。如图4中的（a）所示，软镜末端与输尿管壁发生碰撞，在位置A处，信号变点检测器识别出碰撞变点，导纳模型即可输出位置调整量，使接触力f e下降；当接触力f e下降至设定的安全范围f a=0.1N以下时，导纳模型停止输出位置调整量（位置B），力控制结束，软镜继续按期望轨迹在泌尿系统腔内行进。在行进过程中，软镜末端始终与狭窄的输尿管内壁接触，接触力f e为0.15N左右。随后，软镜进入肾脏，其末端与肾组织发生碰撞，在位置C处，力信号碰撞变点被识别到，导纳模型输出位置调整量，致使接触力f e下降；当接触力f e下降至安全范围以下，导纳模型停止输出位置调整量（位置D）。图4中的（b）中的虚线展示了导纳模型输出的位置调整量加入到期望轨迹x r后软镜的实际位置轨迹。综上所述，本发明利用碰撞导致的力信号变点合理地触发力控制，在避免碰撞风险的同时，可不影响手术工具的正常工作。
实施例2
参阅图2所示，本实施例提供一种柔性手术机器人的力控制装置，其中，包括：
构建模块，用于搭建柔性手术机器人的力控制场景，所述场景中的力控制模块包括信号变点检测器和导纳模型，采用导纳模型建立手术工具位置与力的动态关系，通过安装于软镜末端的光纤光栅力传感器实时测量接触力f e；
信号处理模块，用于采集手术机器人工具末端的接触力f e输入至信号变点检测器和导纳模型中，所述信号变点检测器在线检测碰撞导致的手术工具末端接触力信号概率分布变化的转折点，即为力信号变点，输出预警信号s a；
计算模块，用于基于信号变点检测器输出预警信号s a和导纳模型输出的位置调整量，得到力控制模块输出的位置调整量/>：
；
调整模块，用于将力控制模块输出的位置调整量加入到医生发出的期望位置轨迹x r中，得到手术机器人位置控制器执行的实际位置轨迹x c：
判断执行模块，根据有无碰撞发生，信号变点检测器输出相应的预警信号，手术机器人位置控制器执行相应的位置轨迹；
安全解除模块，当接触力f e下降至预设的安全阈值f a以下，碰撞风险解除，完成柔性手术机器人的力控制过程，位置控制器继续执行医生所期望的位置轨迹x r。
需要说明的是，所述信号处理模块中，所述信号变点检测器在线检测碰撞导致的手术工具末端接触力信号概率分布变化的转折点，即为力信号变点，输出预警信号s a：
，
当碰撞导致的力信号变点被检测到，则信号变点检测器输出预警信号s a=1。
需要说明的是，所述信号处理模块中，采集手术机器人工具末端的接触力f e与期望力f d的偏差输入导纳模型A(s)中，其中/>，导纳模型A(s)输出位置调整量，所述导纳模型A(s)描述了手术工具末端与组织环境交互的期望动态特性：
，
，
其中，a k为常系数，表示拉普拉斯变换域中的频率，/>。
需要说明的是，判断执行模块的具体内容包括：
当无碰撞发生时，信号变点检测器输出的预警信号s a为0，手术机器人位置控制器执行的实际位置轨迹为x c=x r，即机器人的位置控制器只接收医生发出的期望位置轨迹x r；
当有碰撞发生时，信号变点检测器输出的预警信号s a为1，手术机器人位置控制器执行的实际位置轨迹为x c=x r+，即力控制模块输出的位置调整量/>对期望位置轨迹x r进行修改，调整手术工具位置，使接触力f e减小。
本实施例提供一种具体的柔性手术机器人的力控制装置，参阅图3所示，包括：
手术工具及安装在手术工具上的力传感器，所述力传感器作用于患者，与患者进行力之间的交互；
机器人位置伺服系统，所述机器人位置伺服系统与手术工具连接，用于操控手术工具行进轨迹，具体包括位置控制器、直流伺服驱动器以及直流电机，位置控制器、直流伺服驱动器以及直流电机之间电连接，所述位置控制器与直流电机信号连接，用于反馈位置信息至位置控制器；
力控制模块，所述力控制模块与力传感器连接，用于将接收到的接触力f e信号反馈至力控制模块进行轨迹调整与修订，所述力控制模块包括导纳模型和信号变点检测器，用于判断并输出预警信号，方便调整轨迹，其中f d为设定的手术工具末端与组织接触的安全期望力。采集手术机器人工具末端的接触力f e与期望力f d的偏差输入导纳模型中。
实施例3
本实施例提供一种柔性手术机器人，其中，包括上述柔性手术机器人的力控制系统对柔性手术机器人进行力控制。
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，因此不能理解为对发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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一定指的是相同的实施例或示例。
显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或者特性可以包含在本实施例申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或是备选的实施例。本领域技术人员可以显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种柔性手术机器人的力控制系统，其特征在于，所述系统采用柔性手术机器人的力控制方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S100，搭建柔性手术机器人的力控制场景，所述场景中的力控制模块包括信号变点检测器和导纳模型，采用导纳模型建立手术工具位置与力的动态关系，通过安装于末端的光纤光栅力传感器实时测量接触力f e；
步骤S200，采集手术机器人工具末端的接触力f e输入至信号变点检测器和导纳模型中，所述信号变点检测器在线检测碰撞导致的手术工具末端接触力信号概率分布变化的转折点，输出预警信号s a；
步骤S300，基于信号变点检测器输出预警信号s a和导纳模型输出的位置调整量，得到力控制模块输出的位置调整量/>：
；
步骤S400，将力控制模块输出的位置调整量加入到期望位置轨迹x r中，得到手术机器人位置控制器执行的实际位置轨迹x c：
；
步骤S500，根据有无碰撞发生，信号变点检测器输出相应的预警信号，手术机器人位置控制器执行相应的位置轨迹；
步骤S600，当接触力f e下降至预设的安全阈值f a以下，碰撞风险解除，完成柔性手术机器人的力控制过程，位置控制器继续执行所期望的位置轨迹x r。
2.根据权利要求1所述的柔性手术机器人的力控制系统，其特征在于，所述步骤S200中，所述信号变点检测器在线检测碰撞导致的手术工具末端接触力信号概率分布变化的转折点，即为力信号变点，输出预警信号s a：
，
当碰撞导致的力信号变点被检测到，则信号变点检测器输出预警信号s a=1。
3.根据权利要求1所述的柔性手术机器人的力控制系统，其特征在于，所述步骤S200中，采集手术机器人工具末端的接触力f e与期望力f d的偏差输入导纳模型A(s)中，其中，导纳模型A(s)输出位置调整量/>，所述导纳模型A(s)描述了手术工具末端与组织环境交互的期望动态特性：
，
，
其中，a k为常系数，表示拉普拉斯变换域中的频率，/>。
4.根据权利要求1所述的柔性手术机器人的力控制系统，其特征在于，步骤S500具体内容为：
当无碰撞发生时，信号变点检测器输出的预警信号s a为0，手术机器人位置控制器执行的实际位置轨迹为x c=x r，则机器人的位置控制器只接收期望位置轨迹x r；
当有碰撞发生时，信号变点检测器输出的预警信号s a为1，手术机器人位置控制器执行的实际位置轨迹为x c=x r+，则力控制模块输出的位置调整量/>对期望位置轨迹x r进行修改，调整手术工具位置，使接触力f e减小。
5.根据权利要求1所述的柔性手术机器人的力控制系统，其特征在于，所述步骤S100中的导纳模型为：
，
其中，m d为期望惯性，b d为期望阻尼，k d为期望刚度，表示拉普拉斯变换域中的频率。
6.一种柔性手术机器人的力控制装置，其特征在于，包括：
构建模块，用于搭建柔性手术机器人的力控制场景，所述场景中的力控制模块包括信号变点检测器和导纳模型，采用导纳模型建立手术工具位置与力的动态关系，通过安装于末端的光纤光栅力传感器实时测量接触力f e；
信号处理模块，用于采集手术机器人工具末端的接触力f e输入至信号变点检测器和导纳模型中，所述信号变点检测器在线检测碰撞导致的手术工具末端接触力信号概率分布变化的转折点，输出预警信号s a；
计算模块，用于基于信号变点检测器输出预警信号s a和导纳模型输出的位置调整量，得到力控制模块输出的位置调整量/>：
；
调整模块，用于将力控制模块输出的位置调整量加入到期望位置轨迹x r中，得到手术机器人位置控制器执行的实际位置轨迹x c：
；
判断执行模块，根据有无碰撞发生，信号变点检测器输出相应的预警信号，手术机器人位置控制器执行相应的位置轨迹；
安全解除模块，当接触力f e下降至预设的安全阈值f a以下，碰撞风险解除，完成柔性手术机器人的力控制过程，位置控制器继续执行所期望的位置轨迹x r。
7.根据权利要求6所述的柔性手术机器人的力控制装置，其特征在于，所述信号处理模块中，所述信号变点检测器在线检测碰撞导致的手术工具末端接触力信号概率分布变化的转折点，即为力信号变点，输出预警信号s a：
，
当碰撞导致的力信号变点被检测到，则信号变点检测器输出预警信号s a=1。
8.根据权利要求6所述的柔性手术机器人的力控制装置，其特征在于，所述信号处理模块中，采集手术机器人工具末端的接触力f e与期望力f d的偏差输入导纳模型A(s)中，其中/>，导纳模型A(s)输出位置调整量/>，所述导纳模型A(s)描述了手术工具末端与组织环境交互的期望动态特性：
，
，
其中，a k为常系数，表示拉普拉斯变换域中的频率，/>。
9.根据权利要求6所述的柔性手术机器人的力控制装置，其特征在于，判断执行模块的具体内容包括：
当无碰撞发生时，信号变点检测器输出的预警信号s a为0，手术机器人位置控制器执行的实际位置轨迹为x c=x r，则机器人的位置控制器只接收期望位置轨迹x r；
当有碰撞发生时，信号变点检测器输出的预警信号s a为1，手术机器人位置控制器执行的实际位置轨迹为x c=x r+，则力控制模块输出的位置调整量/>对期望位置轨迹x r进行修改，调整手术工具位置，使接触力f e减小。
10.一种柔性手术机器人，其特征在于，包括采用权利要求1-5中任一项所述柔性手术机器人的力控制系统对柔性手术机器人进行力控制。
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