CN117257467B - 一种内镜操作力确定装置、计算机设备和可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种内镜操作力确定装置、计算机设备和可读存储介质，在内镜操作装置不安装内镜的情况下获取驱动电机对应的操作部机械传动负载力矩，在内镜操作装置安装内镜且内镜的头端部无负载的情况下获取驱动电机对应的第一电机力矩，以及在内镜操作装置安装内镜且内镜的头端部有负载的情况下获取驱动电机对应的第二电机力矩。根据操作部机械传动负载力矩和第一电机力矩确定内镜操作传动负载力矩，根据第一电机力矩和第二电机力矩确定内镜头端部受力负载力矩，根据内镜头端部受力负载力矩，确定内镜接触力矩和手柄模拟操作力矩。其中，内镜接触力矩用于表征内镜对人体施力的程度，手柄模拟操作力矩用于模拟操作员控制内镜的力度，即内镜操作力。

Description

一种内镜操作力确定装置、计算机设备和可读存储介质

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种内镜操作力确定装置、计算机设备和可读存储介质。

背景技术

消化道、呼吸道等自然腔道是人类常见疾病好发部位，由于病灶处于人体自然腔道内部，因此需要通过软式内镜进行检查或手术治疗。传统的软式内镜检查或手术，需要人双手配合持镜体、操作旋钮、手工输送镜体等动作完成操作过程；有的检查或手术需要在放射线的图像引导下进行，医务人员需要穿戴沉重的铅制防护服等长时间手工操作软式内镜，对医务人员诊疗操作质量、体力和健康影响较大，尤其对经验丰富的年长或女性医务人员制约更大，甚至被迫放弃内镜工作。

随着机器人辅助技术的发展，医务人员可以通过软式内镜操作机器人系统，调节其手柄开关和按钮就可以调节软式内镜的输送长度和姿态，可以大大降低医务人员的体力和手工操作疲劳，降低手术的操作要求，减少对医务人员的辐射，同时可以提高医务人员与影像之间的交互。

但现有的软式内镜操控机器人系统，在通过手柄开关和按钮调节软式内镜的输送长度和姿态过程中，由于内镜较长且深入人体，医务人员无法感受到内镜操作力以及内镜头端部与人体自然腔道内壁之间接触力，影响医务人员的操作判断以及流畅度，操作准确性较低。

发明内容

针对上述问题，本申请提供一种内镜操作力确定装置、计算机设备和可读存储介质，用于提高操作准确性。

基于此，本申请实施例公开了如下技术方案：

一方面，本申请实施例提供一种内镜操作力确定方法，所述方法包括：

获取操作部机械传动负载力矩、第一电机力矩和第二电机力矩；其中，所述操作部机械传动负载力矩为在内镜操作装置不安装内镜的情况下驱动电机对应的力矩，所述第一电机力矩为在所述内镜操作装置安装所述内镜且所述内镜的头端部无负载的情况下驱动电机对应的力矩，所述第二电机力矩为在所述内镜操作装置安装所述内镜且所述内镜的头端部有负载的情况下驱动电机对应的力矩；

根据所述操作部机械传动负载力矩和所述第一电机力矩的差值，确定内镜操作传动负载力矩；

根据所述第一电机力矩和所述第二电机力矩的差值，确定内镜头端部受力负载力矩；

根据所述内镜头端部受力负载力矩，确定内镜接触力矩和手柄模拟操作力矩，所述内镜接触力矩用于表征所述内镜对人体施力的程度，所述手柄模拟操作力矩用于模拟操作员控制所述内镜的力度。

可选的，所述根据所述内镜头端部受力负载力矩，确定手柄模拟操作力矩，包括：

获取手柄应变片力臂和手柄操作传送力臂，所述手柄应变片力臂为手柄头端与应变片之间的距离，所述手柄操作传送力臂为所述手柄头端与手柄尾端之间的距离；

根据所述内镜头端部受力负载力矩、所述手柄应变片力臂和所述手柄操作传送力臂，确定所述手柄模拟操作力矩。

可选的，所述根据所述内镜头端部受力负载力矩，确定内镜接触力矩，包括：

获取所述内镜的输送力、当前输送力下的输送距离、所述内镜的头端部的弯曲半径和弯曲角度；

根据输送距离和摩擦力的对应关系，确定所述当前输送力下的输送距离对应的摩擦力；

根据所述输送力和所述摩擦力，确定所述内镜的头端部的切向力；

根据所述内镜头端部受力负载力矩、所述内镜的头端部的切向力、所述内镜的头端部的弯曲半径和所述弯曲角度，确定所述内镜接触力矩。

可选的，所述方法还包括：

在显示装置显示所述内镜接触力、所述弯曲角度、所述输送力和当前输送力下的输送距离中的一种或多种组合。

可选的，所述方法还包括：

在所述内镜操作装置不安装内镜的情况下，开启所述驱动电机；

获取所述驱动电机在各个位置分别对应的第一电流；

根据多个所述第一电流和转矩常数的乘积，得到在各个位置分别对应的操作部机械传动负载力矩。

可选的，所述方法还包括：

在所述内镜操作装置安装所述内镜且所述内镜的头端部无负载的情况下，开启所述驱动电机；

获取所述驱动电机在各个位置分别对应的第二电流；

根据多个所述第二电流和转矩常数的乘积，得到在各个位置分别对应的第一电机力矩。

可选的，所述方法还包括：

在所述内镜操作装置安装所述内镜且所述内镜的头端部有负载的情况下，开启所述驱动电机；

获取所述驱动电机在各个位置分别对应的第三电流；

根据多个所述第三电流和转矩常数的乘积，得到在各个位置分别对应的第二电机力矩。

另一方面，本申请提供了一种内镜操作力确定装置，其特征在于，所述装置包括：获取单元和确定单元；

所述获取单元，用于获取操作部机械传动负载力矩、第一电机力矩和第二电机力矩；其中，所述操作部机械传动负载力矩为在内镜操作装置不安装内镜的情况下驱动电机对应的力矩，所述第一电机力矩为在所述内镜操作装置安装所述内镜且所述内镜的头端部无负载的情况下驱动电机对应的力矩，所述第二电机力矩为在所述内镜操作装置安装所述内镜且所述内镜的头端部有负载的情况下驱动电机对应的力矩；

所述确定单元，用于根据所述操作部机械传动负载力矩和所述第一电机力矩的差值，确定内镜操作传动负载力矩；

所述确定单元，还用于根据所述第一电机力矩和所述第二电机力矩的差值，确定内镜头端部受力负载力矩；

所述确定单元，还用于根据所述内镜头端部受力负载力矩，确定内镜接触力矩和手柄模拟操作力矩，所述内镜接触力矩用于表征所述内镜对人体施力的程度，所述手柄模拟操作力矩用于模拟操作员控制所述内镜的力度。

可选的，所述确定单元，具体用于：

获取手柄应变片力臂和手柄操作传送力臂，所述手柄应变片力臂为手柄头端与应变片之间的距离，所述手柄操作传送力臂为所述手柄头端与手柄尾端之间的距离；

根据所述内镜头端部受力负载力矩、所述手柄应变片力臂和所述手柄操作传送力臂，确定所述手柄模拟操作力矩。

可选的，所述确定单元，具体用于：

获取所述内镜的输送力、当前输送力下的输送距离、所述内镜的头端部的弯曲半径和弯曲角度；

根据输送距离和摩擦力的对应关系，确定所述当前输送力下的输送距离对应的摩擦力；

根据所述输送力和所述摩擦力，确定所述内镜的头端部的切向力；

根据所述内镜头端部受力负载力矩、所述内镜的头端部的切向力、所述内镜的头端部的弯曲半径和所述弯曲角度，确定所述内镜接触力矩。

可选的，所述装置还包括显示单元，用于在显示装置显示所述内镜接触力、所述弯曲角度、所述输送力和当前输送力下的输送距离中的一种或多种组合。

可选的，所述获取单元，具体用于：

在所述内镜操作装置不安装内镜的情况下，开启所述驱动电机；

获取所述驱动电机在各个位置分别对应的第一电流；

根据多个所述第一电流和转矩常数的乘积，得到在各个位置分别对应的操作部机械传动负载力矩。

可选的，所述获取单元，具体用于：

在所述内镜操作装置安装所述内镜且所述内镜的头端部无负载的情况下，开启所述驱动电机；

获取所述驱动电机在各个位置分别对应的第二电流；

根据多个所述第二电流和转矩常数的乘积，得到在各个位置分别对应的第一电机力矩。

可选的，所述获取单元，具体用于：

在所述内镜操作装置安装所述内镜且所述内镜的头端部有负载的情况下，开启所述驱动电机；

获取所述驱动电机在各个位置分别对应的第三电流；

根据多个所述第三电流和转矩常数的乘积，得到在各个位置分别对应的第二电机力矩。

另一方面，本申请提供了一种计算机设备，所述设备包括处理器以及存储器：

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行上述方面所述的方法。

另一方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序用于执行上述方面所述的方法。

另一方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述方面所述的方法。

本申请上述技术方案的优点在于：

在内镜操作装置不安装内镜的情况下获取驱动电机对应的操作部机械传动负载力矩，在内镜操作装置安装内镜且内镜的头端部无负载的情况下获取驱动电机对应的第一电机力矩，以及在内镜操作装置安装内镜且内镜的头端部有负载的情况下获取驱动电机对应的第二电机力矩。根据操作部机械传动负载力矩和第一电机力矩的差值，确定内镜操作传动负载力矩，根据第一电机力矩和第二电机力矩的差值，确定内镜头端部受力负载力矩，根据内镜头端部受力负载力矩，确定内镜接触力矩和手柄模拟操作力矩。其中，内镜接触力矩用于表征内镜对人体施力的程度，即内镜头端部与人体自然腔道内壁之间的接触力，手柄模拟操作力矩用于模拟操作员控制内镜的力度，即内镜操作力。由此，通过计算内镜接触力矩和手柄模拟操作力矩，可以使得医务人员等操作员感受到内镜操作力以及内镜头端部与人体自然腔道内壁之间接触力，提高操作员的判断以及流畅度，提高操作准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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中记载的一些实施例，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它的附图。

图1为本申请实施例提供的一种传统软式内镜的示意图；

图2为本申请实施例提供的一种软式内镜操作机器人系统的示意图；

图3为本申请实施例提供的一种内镜操作装置的示意图；

图4为本申请实施例提供的一种内镜操作装置的运动示意图；

图5为本申请实施例提供的一种内镜输送装置的示意图；

图6为本申请实施例提供的一种医生端控制台以及配套的工作站的示意图；

图7为本申请实施例提供的一种内镜操作力确定方法的流程图；

图8为本申请实施例提供的一种手柄的示意图；

图9为本申请实施例提供的一种内镜内部的示意图；

图10为本申请实施例提供的一种内镜头端部接触力的切向力的示意图；

图11为本申请实施例提供的一种显示器的界面的示意图；

图12为本申请实施例提供的一种内镜操作力确定装置的示意图；

图13为本申请实施例提供的一种计算机设备的结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

传统的软式内镜检查或手术，需要人双手配合持镜体、操作旋钮、手工输送镜体等动作完成操作过程。参见图1，该图为本申请实施例提供的一种传统软式内镜的示意图。以消化软式内镜为例，医生右手持软式内镜前端，左手持软式内镜操作部101置于胸前，以拇指、中指和无名指调节大小旋钮，如大波轮106、小波轮107、功能按钮108等，中指控制水汽阀按钮102注气、注水，食指控制吸引阀按钮103。控制软式内镜的进退时，需要旋转镜身，始终维持良好视野。到达病灶或者需要活检处，从器械通道104下对应器械，经插入部内部的器械通道，至头端部105。在镜下视野配合下，完成对应操作。

有的检查或手术需要在放射线的图像引导下进行，医务人员需要穿戴沉重的铅制防护服等长时间手工操作软式内镜，对医务人员诊疗操作质量、体力和健康影响较大，尤其对经验丰富的年长或女性医务人员制约更大，甚至被迫放弃内镜工作。

随着机器人辅助技术的发展，医生可以通过软式内镜操作机器人系统实现软式内镜检查或手术。调节其手柄开关和按钮就可以调节软式内镜的输送长度和姿态，可以大大降低医务人员的体力和手工操作疲劳，降低手术的操作要求，减少对医务人员的辐射，同时可以提高医务人员与影像之间的交互。

但现有的软式内镜操控机器人系统，在通过手柄开关和按钮调节软式内镜的输送长度和姿态过程中，由于内镜较长且深入人体，医务人员无法感受到内镜操作力以及内镜头端部与人体自然腔道内壁之间接触力，影响医务人员的操作判断以及流畅度，操作准确性较低。

基于此，本申请实施例提供一种内镜操作力确定装置、计算机设备和可读存储介质，在内镜操作装置不安装内镜的情况下获取驱动电机对应的操作部机械传动负载力矩，在内镜操作装置安装内镜且内镜的头端部无负载的情况下获取驱动电机对应的第一电机力矩，以及在内镜操作装置安装内镜且内镜的头端部有负载的情况下获取驱动电机对应的第二电机力矩。根据操作部机械传动负载力矩和第一电机力矩的差值，确定内镜操作传动负载力矩，根据第一电机力矩和第二电机力矩的差值，确定内镜头端部受力负载力矩，根据内镜头端部受力负载力矩，确定内镜接触力矩和手柄模拟操作力矩。其中，内镜接触力矩用于表征内镜对人体施力的程度，即内镜头端部与人体自然腔道内壁之间的接触力，手柄模拟操作力矩用于模拟操作员控制内镜的力度，即内镜操作力。由此，通过计算内镜接触力矩和手柄模拟操作力矩，可以使得医务人员等操作员感受到内镜操作力以及内镜头端部与人体自然腔道内壁之间接触力，提高操作员的判断以及流畅度，提高操作准确性。

在介绍内镜操作力控制方法之前，先对执行该方法的软式内镜操作机器人系统进行介绍。

参见图2，该图为本申请实施例提供的一种软式内镜操作机器人系统的示意图。在图2中，软式内镜操作机器人系统包括机器人台车201、两个多自由机械臂202和203，内镜输送装置204、内镜操作装置205，以及医生端控制台以及配套的工作站206。主从控制模式下，将医生的操作命令转换为机械臂202和203控制内镜输送装置204和内镜操作装置205运动。下面分别对内镜输送装置204、内镜操作装置205，以及医生端控制台以及配套的工作站206进行说明。

（1）内镜操作装置205操作软式内镜弯曲度弯曲。

参见图3，该图为本申请实施例提供的一种内镜操作装置的示意图。在图3中，内镜操作装置包括操作部基座301、驱动卡爪302、适配器卡爪303、适配器304、微型直线电机305、波轮306、内镜307和驱动电机（图中未示出）。其中，驱动电机安装在操作部基座301，驱动电机连接驱动卡爪302，驱动卡爪302连接适配器卡爪303，不同适配器可适配不同型号内镜，从而可以控制多种软式内镜，如泌尿软式内镜、支气管镜等。适配器304带动波轮306和内镜307旋转调节内镜头端部的姿态变化。

参见图4，该图为本申请实施例提供的一种内镜操作装置的运动示意图。在图4中，通过编码器401可以获取驱动电机402的旋转角度，计算传动过程中的机械减速比，可以得到波轮准确的转动位置。通过电机驱动器可以得到电机驱动过程中的电流的数值。

（2）内镜输送装置204控制软式内镜进入人体的长度。

参见图5，该图为本申请实施例提供的一种内镜输送装置的示意图。在图5中，内镜输送装置包括内镜输送器501以及六维力传感器502，内镜输送器安装在六维力传感器端部。二者同时控制软式内镜旋转，亦可单独控制，另一个跟随。

（3）医生端控制台以及配套的工作站206用于显示工作状态和控制内镜。

参见图6，该图为本申请实施例提供的一种医生端控制台以及配套的工作站的示意图。医生端控制台以及配套的工作站包括力反馈手柄601以及显示器602。

下面结合图7，对本申请实施例提供的一种内镜操作力确定方法进行介绍。参见图7，该图为本申请实施例提供的一种内镜操作力确定方法的流程图，该方法可以包括S701-S704。

S701：获取操作部机械传动负载力矩、第一电机力矩和第二电机力矩。

其中，操作部机械传动负载力矩为在内镜操作装置不安装内镜的情况下驱动电机对应的力矩，第一电机力矩为在内镜操作装置安装内镜且内镜的头端部无负载的情况下驱动电机对应的力矩，第二电机力矩为在内镜操作装置安装内镜且内镜的头端部有负载的情况下驱动电机对应的力矩。

作为一种可能的实现方式，继续以图2所示的软式内镜操作机器人系统为例，对三种力矩的获取过程进行说明。

（1）操作部机械传动负载力矩。

作为一种可能的实现方式，可以在内镜操作装置不安装内镜的情况下，开启驱动电机，获取驱动电机在各个位置分别对应的第一电流；根据多个第一电流和转矩常数的乘积，得到在各个位置分别对应的操作部机械传动负载力矩。

例如，继续参见图3，驱动电机连接驱动卡爪302，驱动卡爪302连接适配器卡爪303，适配器304不带动波轮306和内镜307旋转，从而实现内镜操作装置在不安装内镜状态下驱动电机。通过编码器获取到驱动电机的各个位置（如电机旋转一周的360个位置），并记录各个位置分别对应的第一电流La大小。作为一种可能的实现方式，可以在每个位置重复获取多组数据，对电流进行滤波处理，拟合出未安装内镜下驱动电机在各个位置与第一电流的对应关系。然后根据转矩常数Kt，可以计算出操作部机械传动负载力矩M1=Kt*La。

（2）第一电机力矩。

作为一种可能的实现方式，可以在内镜操作装置安装内镜且内镜的头端部无负载的情况下，开启驱动电机，获取驱动电机在各个位置分别对应的第二电流，根据多个第二电流和转矩常数的乘积，得到在各个位置分别对应的第一电机力矩。

例如，继续参见图3，驱动电机连接驱动卡爪302，驱动卡爪302连接适配器卡爪303，适配器304带动波轮306和内镜307旋转，但是内镜307无负载，如不进入人体，从而实现内镜操作装置在安装内镜且内镜的头端部无负载下驱动电机。通过编码器获取到驱动电机的各个位置（如电机旋转一周的360个位置），并记录各个位置分别对应的第二电流Lb大小。作为一种可能的实现方式，可以在每个位置重复获取多组数据，对电流进行滤波处理，拟合出驱动电机在各个位置与第二电流的对应关系。然后根据转矩常数Kt，可以计算出第一电机力矩M’=Kt*Lb。

（3）第二电机力矩。

作为一种可能的实现方式，可以在内镜操作装置安装内镜且内镜的头端部有负载的情况下，开启驱动电机，获取驱动电机在各个位置分别对应的第三电流，根据多个第三电流和转矩常数的乘积，得到在各个位置分别对应的第二电机力矩。

例如，继续参见图3，驱动电机连接驱动卡爪302，驱动卡爪302连接适配器卡爪303，适配器304带动波轮306和内镜307旋转，且内镜307头端部受力，如内镜进入人体，从而实现内镜操作装置安装内镜且内镜的头端部有负载的情况下驱动电机。通过编码器获取到驱动电机的各个位置（如电机旋转一周的360个位置），并记录各个位置分别对应的第三电流Lc大小。作为一种可能的实现方式，可以在每个位置重复获取多组数据，对电流进行滤波处理，拟合出驱动电机在各个位置与第三电流的对应关系。然后根据转矩常数Kt，可以计算出第二电机力矩M=Kt*Lc。

S702：根据操作部机械传动负载力矩和第一电机力矩的差值，确定内镜操作传动负载力矩。

例如，将获取到的第一电机力矩M’，减去操作部机械传动负载力矩M1，从而得到内镜操作传动负载力矩M2，即M2= M’ -M1。

S703：根据第一电机力矩和第二电机力矩的差值，确定内镜头端部受力负载力矩。

例如，内镜头端部受力负载力矩可以表示为M3，M3=M-M1-M2= M- M’。

S704：根据内镜头端部受力负载力矩，确定内镜接触力矩和手柄模拟操作力矩。

其中，内镜接触力矩用于表征内镜对人体施力的程度，手柄模拟操作力矩用于模拟操作员控制内镜的力度。下面分别对两种力矩进行说明。

（1）手柄模拟操作力矩。

作为一种可能的实现方式，可以获取手柄应变片力臂和手柄操作传送力臂，根据内镜头端部受力负载力矩、手柄应变片力臂和手柄操作传送力臂，确定手柄模拟操作力矩。其中，手柄应变片力臂为手柄头端与应变片之间的距离，手柄操作传送力臂为手柄头端与手柄尾端之间的距离。

参见图8，该图为本申请实施例提供的一种手柄的示意图。应变片801用于模拟内镜的头端部的受力情况，即内镜头端部受力负载力矩和内镜操作传动负载力矩之和，即若内镜的头端部的受力情况可以表示为M’’，则M’’= M2+ M3=M-M1。

手柄模拟操作力矩应该等于模拟内镜的头端部的受力情况，其中，手柄应变片力臂为手柄头端与应变片之间的距离，如图8中的AC。手柄操作传送力臂为手柄头端与手柄尾端之间的距离，如图8中的AB。根据杠杆原理，M’’×AC=F×AB，由此，可以求得手柄模拟操作力矩F。

此外，在图8中，手柄还包括第一电机802、第二电机803、第三电机804、第一角件805、第二角件806。

（2）内镜接触力矩。

作为一种可能的实现方式，可以获取内镜的输送力、当前输送力下的输送距离、内镜的头端部的弯曲半径和弯曲角度，根据输送距离和摩擦力的对应关系，确定当前输送力下的输送距离对应的摩擦力，根据输送力和摩擦力，确定内镜的头端部的切向力，根据内镜头端部受力负载力矩、内镜的头端部的切向力、内镜的头端部的弯曲半径和弯曲角度，确定内镜接触力矩。

例如，内镜的输送力可以由六维力传感器计算获取。输送过程中六维力传感器的实时信息相对初始信息变化量，从而得到内镜的输送力。内镜输送装置输送器电机具有外部检测编码器，通过编码器的大小可以获取电机的旋转角度，计算传动过程中的机械减速比，可以得到内镜输送长度。

参见图9，该图为本申请实施例提供的一种内镜内部的示意图。其中，图9中左图为内镜的头端部未受力的形态，头端部901的长度为L。内镜的头端部901采用腱绳驱动方式，利用钢丝绳等驱动绳902来拉动头端部901弹性体变形实现弯曲动作，钢丝绳外有套筒，成为鞘筒，此套筒可以便于钢丝在内镜可以弯曲也不会影响到钢丝的拉动效果，类似自行车的车闸钢丝。图9中右图为内镜的头端部受力的形态，当拉动钢丝绳的拉绳长度为d时，产生的弯曲角度为θ，对应的弯曲半径为R。当驱动电机带动波轮转动即可拉动驱动绳902从而使内镜的头端部弹性体发生弯曲变化。由此，可以通过编码器获取到的电机旋转位置，进而得到钢丝绳的拉绳长度d，通过对弹性体标定，可知不同拉绳长度d下，弹性体的弯曲角度θ，以及当前弯曲半径。可以理解的是，由于R×θ=L-d，d、L和θ已知，可以得到弯曲半径R。

参见图10，该图为本申请实施例提供的一种内镜头端部接触力的切向力的示意图。在图10中，根据内镜的输送力和内镜输送距离可得到内镜头端部接触力的切向力F1=F输送-f摩擦，其中，F输送为内镜输送部的六维力检测到的输送力，f摩擦是根据输送距离标测的摩檫力，即根据预先标测得到的输送距离和摩擦力的对应关系，即可根据输送距离得到f摩擦。由此，可根据如下关系式得到内镜接触力矩F2。

M3=F1×（R-（R×cos（θ）））+F2×（R×sin（θ））。

作为一种可能的实现方式，在显示装置显示内镜接触力、弯曲角度、输送力和当前输送力下的输送距离中的一种或多种组合。显示其应当显示内镜头端部受力负载转矩下计算出的内镜头端部受力、头端部弯曲角度、内镜输送力大小、以及输送长度，以便判断内镜头端部在术中的内镜接触力情况、内镜姿态和内镜输送状态。参见图11，该图为本申请实施例提供的一种显示器的界面的示意图。该人机交互界面为内镜操作部手柄图像，内镜操作部波轮根据当前内镜位置进行旋转，直观展示内镜波轮旋动情况，根据当前内镜接触力改变力显示条颜色，从视觉方面增加内镜操作直观感受。由此，将内镜的头端部的受力情况转移到手柄操作上，将内镜接触力矩直观体现，增加医生操作的触觉、视觉感知，提高操作的精确性。

由上述技术方案可知，在内镜操作装置不安装内镜的情况下获取驱动电机对应的操作部机械传动负载力矩，在内镜操作装置安装内镜且内镜的头端部无负载的情况下获取驱动电机对应的第一电机力矩，以及在内镜操作装置安装内镜且内镜的头端部有负载的情况下获取驱动电机对应的第二电机力矩。根据操作部机械传动负载力矩和第一电机力矩的差值，确定内镜操作传动负载力矩，根据第一电机力矩和第二电机力矩的差值，确定内镜头端部受力负载力矩，根据内镜头端部受力负载力矩，确定内镜接触力矩和手柄模拟操作力矩。其中，内镜接触力矩用于表征内镜对人体施力的程度，即内镜头端部与人体自然腔道内壁之间的接触力，手柄模拟操作力矩用于模拟操作员控制内镜的力度，即内镜操作力。由此，通过计算内镜接触力矩和手柄模拟操作力矩，可以使得医务人员等操作员感受到内镜操作力以及内镜头端部与人体自然腔道内壁之间接触力，提高操作员的判断以及流畅度，提高操作准确性。

本申请实施例除了提供的内镜操作力控制方法外，还提供了内镜操作力控制装置，如图12所示，包括：获取单元1201和确定单元1202；

所述获取单元1201，用于获取操作部机械传动负载力矩、第一电机力矩和第二电机力矩；其中，所述操作部机械传动负载力矩为在内镜操作装置不安装内镜的情况下驱动电机对应的力矩，所述第一电机力矩为在所述内镜操作装置安装所述内镜且所述内镜的头端部无负载的情况下驱动电机对应的力矩，所述第二电机力矩为在所述内镜操作装置安装所述内镜且所述内镜的头端部有负载的情况下驱动电机对应的力矩；

所述确定单元1202，用于根据所述操作部机械传动负载力矩和所述第一电机力矩的差值，确定内镜操作传动负载力矩；

所述确定单元1202，还用于根据所述第一电机力矩和所述第二电机力矩的差值，确定内镜头端部受力负载力矩；

所述确定单元1202，还用于根据所述内镜头端部受力负载力矩，确定内镜接触力矩和手柄模拟操作力矩，所述内镜接触力矩用于表征所述内镜对人体施力的程度，所述手柄模拟操作力矩用于模拟操作员控制所述内镜的力度。

由上述技术方案可知，在内镜操作装置不安装内镜的情况下获取驱动电机对应的操作部机械传动负载力矩，在内镜操作装置安装内镜且内镜的头端部无负载的情况下获取驱动电机对应的第一电机力矩，以及在内镜操作装置安装内镜且内镜的头端部有负载的情况下获取驱动电机对应的第二电机力矩。根据操作部机械传动负载力矩和第一电机力矩的差值，确定内镜操作传动负载力矩，根据第一电机力矩和第二电机力矩的差值，确定内镜头端部受力负载力矩，根据内镜头端部受力负载力矩，确定内镜接触力矩和手柄模拟操作力矩。其中，内镜接触力矩用于表征内镜对人体施力的程度，即内镜头端部与人体自然腔道内壁之间的接触力，手柄模拟操作力矩用于模拟操作员控制内镜的力度，即内镜操作力。由此，通过计算内镜接触力矩和手柄模拟操作力矩，可以使得医务人员等操作员感受到内镜操作力以及内镜头端部与人体自然腔道内壁之间接触力，提高操作员的判断以及流畅度，提高操作准确性。

作为一种可能的实现方式，所述确定单元1202，具体用于：

获取手柄应变片力臂和手柄操作传送力臂，所述手柄应变片力臂为手柄头端与应变片之间的距离，所述手柄操作传送力臂为所述手柄头端与手柄尾端之间的距离；

根据所述内镜头端部受力负载力矩、所述手柄应变片力臂和所述手柄操作传送力臂，确定所述手柄模拟操作力矩。

作为一种可能的实现方式，所述确定单元1202，具体用于：

获取所述内镜的输送力、当前输送力下的输送距离、所述内镜的头端部的弯曲半径和弯曲角度；

根据输送距离和摩擦力的对应关系，确定所述当前输送力下的输送距离对应的摩擦力；

根据所述输送力和所述摩擦力，确定所述内镜的头端部的切向力；

根据所述内镜头端部受力负载力矩、所述内镜的头端部的切向力、所述内镜的头端部的弯曲半径和所述弯曲角度，确定所述内镜接触力矩。

作为一种可能的实现方式，所述装置还包括显示单元，用于在显示装置显示所述内镜接触力、所述弯曲角度、所述输送力和当前输送力下的输送距离中的一种或多种组合。

作为一种可能的实现方式，所述获取单元1201，具体用于：

在所述内镜操作装置不安装内镜的情况下，开启所述驱动电机；

获取所述驱动电机在各个位置分别对应的第一电流；

根据多个所述第一电流和转矩常数的乘积，得到在各个位置分别对应的操作部机械传动负载力矩。

作为一种可能的实现方式，所述获取单元1201，具体用于：

在所述内镜操作装置安装所述内镜且所述内镜的头端部无负载的情况下，开启所述驱动电机；

获取所述驱动电机在各个位置分别对应的第二电流；

根据多个所述第二电流和转矩常数的乘积，得到在各个位置分别对应的第一电机力矩。

作为一种可能的实现方式，所述获取单元1201，具体用于：

在所述内镜操作装置安装所述内镜且所述内镜的头端部有负载的情况下，开启所述驱动电机；

获取所述驱动电机在各个位置分别对应的第三电流；

根据多个所述第三电流和转矩常数的乘积，得到在各个位置分别对应的第二电机力矩。

本申请实施例还提供了一种计算机设备，参见图13，该图示出了本申请实施例提供的一种计算机设备的结构图，如图13所示，所述设备包括存储器1310以及处理器1320：

所述存储器1310用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器1320用于根据所述程序代码中的指令执行上述实施例提供的任一种内镜操作力确定方法。

本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序于执行上述实施例提供的任一种内镜操作力确定方法。

本申请实施例还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述方面的各种可选实现方式中提供的内镜操作力控制方法。

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

应当理解，在本申请中，“至少一个（项）”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项（个）或复数项（个）的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项（个），可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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直接用硬件、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。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种内镜操作力确定装置，其特征在于，所述装置包括：获取单元和确定单元；

所述获取单元，用于获取操作部机械传动负载力矩M1、第一电机力矩M’和第二电机力矩M；其中，所述操作部机械传动负载力矩M1为在内镜操作装置不安装内镜的情况下驱动电机对应的力矩，所述第一电机力矩M’为在所述内镜操作装置安装所述内镜且所述内镜的头端部无负载的情况下驱动电机对应的力矩，所述第二电机力矩M为在所述内镜操作装置安装所述内镜且所述内镜的头端部有负载的情况下驱动电机对应的力矩；

所述确定单元，用于根据所述操作部机械传动负载力矩M1和所述第一电机力矩M’的差值，确定内镜操作传动负载力矩M2；

所述确定单元，还用于根据所述第一电机力矩M’和所述第二电机力矩M的差值，确定内镜头端部受力负载力矩M3；

所述确定单元，还用于：

获取手柄应变片力臂AC和手柄操作传送力臂AB，所述手柄应变片力臂AC为手柄头端A与应变片C之间的距离AC，所述手柄操作传送力臂AB为所述手柄头端A与手柄尾端B之间的距离AB，所述应变片用于模拟内镜的头端部的受力情况M’’，M’’= M2+M3=M-M1；

根据所述内镜头端部受力负载力矩M3、所述手柄应变片力臂AC和所述手柄操作传送力臂AB，确定手柄模拟操作力矩F，M’’×AC=F×AB；

获取所述内镜的输送力F输送、当前输送力下的输送距离、所述内镜的头端部的弯曲半径R和弯曲角度θ；

根据输送距离和摩擦力的对应关系，确定所述当前输送力下的输送距离对应的摩擦力f摩擦；

根据所述输送力F输送和所述摩擦力f摩擦，确定所述内镜的头端部的切向力F1，F1=F输送-f摩擦；

根据所述内镜头端部受力负载力矩M3、所述内镜的头端部的切向力F1、所述内镜的头端部的弯曲半径R和所述弯曲角度θ，确定内镜接触力矩F2，其满足如下关系式：

M3=F1×（R-（R×cos（θ）））+F2×（R×sin（θ））。

2.根据权利要求1所示的装置，其特征在于，所述装置还包括显示单元，用于：

在显示装置显示所述内镜接触力、所述弯曲角度、所述输送力和当前输送力下的输送距离中的一种或多种组合。

3.根据权利要求1所示的装置，其特征在于，所述获取单元，具体用于：

在所述内镜操作装置不安装内镜的情况下，开启所述驱动电机；

获取所述驱动电机在各个位置分别对应的第一电流；

根据多个所述第一电流和转矩常数的乘积，得到在各个位置分别对应的操作部机械传动负载力矩。

4.根据权利要求1所示的装置，其特征在于，所述获取单元，具体用于：

在所述内镜操作装置安装所述内镜且所述内镜的头端部无负载的情况下，开启所述驱动电机；

获取所述驱动电机在各个位置分别对应的第二电流；

根据多个所述第二电流和转矩常数的乘积，得到在各个位置分别对应的第一电机力矩。

5.根据权利要求1所示的装置，其特征在于，所述获取单元，具体用于：

在所述内镜操作装置安装所述内镜且所述内镜的头端部有负载的情况下，开启所述驱动电机；

获取所述驱动电机在各个位置分别对应的第三电流；

根据多个所述第三电流和转矩常数的乘积，得到在各个位置分别对应的第二电机力矩。

6.一种计算机设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行以下步骤：

获取操作部机械传动负载力矩M1、第一电机力矩M’和第二电机力矩M；其中，所述操作部机械传动负载力矩M1为在内镜操作装置不安装内镜的情况下驱动电机对应的力矩，所述第一电机力矩M’为在所述内镜操作装置安装所述内镜且所述内镜的头端部无负载的情况下驱动电机对应的力矩，所述第二电机力矩M为在所述内镜操作装置安装所述内镜且所述内镜的头端部有负载的情况下驱动电机对应的力矩；

根据所述操作部机械传动负载力矩M1和所述第一电机力矩M’的差值，确定内镜操作传动负载力矩M2；

根据所述第一电机力矩M’和所述第二电机力矩M的差值，确定内镜头端部受力负载力矩M3；

获取手柄应变片力臂AC和手柄操作传送力臂AB，所述手柄应变片力臂AC为手柄头端A与应变片C之间的距离AC，所述手柄操作传送力臂AB为所述手柄头端A与手柄尾端B之间的距离AB，所述应变片用于模拟内镜的头端部的受力情况M’’，M’’= M2+M3=M-M1；

根据所述内镜头端部受力负载力矩M3、所述手柄应变片力臂AC和所述手柄操作传送力臂AB，确定手柄模拟操作力矩F，M’’×AC=F×AB；

获取所述内镜的输送力F输送、当前输送力下的输送距离、所述内镜的头端部的弯曲半径R和弯曲角度θ；

根据输送距离和摩擦力的对应关系，确定所述当前输送力下的输送距离对应的摩擦力f摩擦；

根据所述输送力F输送和所述摩擦力f摩擦，确定所述内镜的头端部的切向力F1，F1=F输送-f摩擦；

根据所述内镜头端部受力负载力矩M3、所述内镜的头端部的切向力F1、所述内镜的头端部的弯曲半径R和所述弯曲角度θ，确定内镜接触力矩F2，其满足如下关系式：

M3=F1×（R-（R×cos（θ）））+F2×（R×sin（θ））。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序用于执行以下步骤：

获取操作部机械传动负载力矩M1、第一电机力矩M’和第二电机力矩M；其中，所述操作部机械传动负载力矩M1为在内镜操作装置不安装内镜的情况下驱动电机对应的力矩，所述第一电机力矩M’为在所述内镜操作装置安装所述内镜且所述内镜的头端部无负载的情况下驱动电机对应的力矩，所述第二电机力矩M为在所述内镜操作装置安装所述内镜且所述内镜的头端部有负载的情况下驱动电机对应的力矩；

根据所述操作部机械传动负载力矩M1和所述第一电机力矩M’的差值，确定内镜操作传动负载力矩M2；

根据所述第一电机力矩M’和所述第二电机力矩M的差值，确定内镜头端部受力负载力矩M3；

获取手柄应变片力臂AC和手柄操作传送力臂AB，所述手柄应变片力臂AC为手柄头端A与应变片C之间的距离AC，所述手柄操作传送力臂AB为所述手柄头端A与手柄尾端B之间的距离AB，所述应变片用于模拟内镜的头端部的受力情况M’’，M’’= M2+M3=M-M1；

根据所述内镜头端部受力负载力矩M3、所述手柄应变片力臂AC和所述手柄操作传送力臂AB，确定手柄模拟操作力矩F，M’’×AC=F×AB；

获取所述内镜的输送力F输送、当前输送力下的输送距离、所述内镜的头端部的弯曲半径R和弯曲角度θ；

根据输送距离和摩擦力的对应关系，确定所述当前输送力下的输送距离对应的摩擦力f摩擦；

根据所述输送力F输送和所述摩擦力f摩擦，确定所述内镜的头端部的切向力F1，F1=F输送-f摩擦；

根据所述内镜头端部受力负载力矩M3、所述内镜的头端部的切向力F1、所述内镜的头端部的弯曲半径R和所述弯曲角度θ，确定内镜接触力矩F2，其满足如下关系式：

M3=F1×（R-（R×cos（θ）））+F2×（R×sin（θ））。