CN117594216A - 一种超声刀控制方法、系统、存储介质及手术设备 - Google Patents

一种超声刀控制方法、系统、存储介质及手术设备 Download PDF

Info

Publication number
CN117594216A
CN117594216A CN202311561630.1A CN202311561630A CN117594216A CN 117594216 A CN117594216 A CN 117594216A CN 202311561630 A CN202311561630 A CN 202311561630A CN 117594216 A CN117594216 A CN 117594216A
Authority
CN
China
Prior art keywords
angle
slave
movement
ultrasonic
ultrasonic knife
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311561630.1A
Other languages
English (en)
Inventor
张喜涛
张顿坦
庞海峰
苏衍宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Sagebot Intelligent Medical Equipment Co Ltd
Original Assignee
Harbin Sagebot Intelligent Medical Equipment Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Sagebot Intelligent Medical Equipment Co Ltd filed Critical Harbin Sagebot Intelligent Medical Equipment Co Ltd
Priority to CN202311561630.1A priority Critical patent/CN117594216A/zh
Publication of CN117594216A publication Critical patent/CN117594216A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00Surgical instruments, devices or methods
    • A61B17/32Surgical cutting instruments
    • A61B17/320068Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic
    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16HHEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H40/00ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices
    • G16H40/60ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00Surgical instruments, devices or methods
    • A61B17/32Surgical cutting instruments
    • A61B17/320068Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic
    • A61B2017/320082Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic for incising tissue
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)

Abstract

本发明提供了一种超声刀控制方法、系统、存储介质及手术设备,涉及医疗器械技术领域,方法包括分别获取操作端的关节编码器数据、回转角度以及夹持角度;根据所述关节编码器数据,生成期望位置矩阵;获取超声刀端的空间坐标系,根据所述空间坐标系,采用D‑H参数法,生成实际位置矩阵;解耦所述期望位置矩阵和所述实际位置矩阵,生成所述超声刀端的关节运动指令;将所述回转角度和所述夹持角度分别转换为所述超声刀端的运动角度和偏摆角度;根据所述运动角度、所述偏摆角度以及角度限制规则,生成姿态运动指令;根据所述关节运动指令和所述姿态运动指令控制所述超声刀端。通过上述方法,解决了超声刀臂抖动的问题,提高了超声刀的控制精度。

Description

一种超声刀控制方法、系统、存储介质及手术设备
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域,具体而言,涉及一种超声刀控制方法、系统、存储介质及手术设备。
背景技术
超声刀手术器械被广泛应用在现代外科手术,它利用高频振动的原理将组织切割成更小的部分,以更精细的方式完成手术,超声刀通过震动切割端口产生的热能,可以快速切割和良好的止血效果。相比于传统手术刀,超声刀可以更深入地削除组织而不损伤周围组织,这也是它在微创手术中的优势所在。
现有技术的超声刀控制方法,采用运动学模型对期望位姿矩阵整体进行逆运动学运算,即在整体求取超声刀末端的位置和姿态,这种计算过程存在位置和姿态解算的耦合,使姿态的运动指令的实现需要位置关节参与进来,即,在根据姿态指令控制超声刀时会掺杂有位置指令,导致超声刀臂抖动的问题,使超声刀的控制精度降低。
发明内容
本发明解决的问题是如何提高超声刀的控制精度。
为解决上述问题,第一方面,本发明提供一种超声刀控制方法,包括:
分别获取操作端的关节编码器数据、回转角度以及夹持角度;
根据所述关节编码器数据,生成期望位置矩阵;
获取超声刀端的空间坐标系,根据所述空间坐标系,采用D-H参数法,生成实际位置矩阵;
解耦所述期望位置矩阵和所述实际位置矩阵,生成所述超声刀端的关节运动指令;
将所述回转角度和所述夹持角度分别转换为所述超声刀端的运动角度和偏摆角度;
根据所述运动角度、所述偏摆角度以及角度限制规则,生成姿态运动指令;
根据所述关节运动指令和所述姿态运动指令控制所述超声刀端。
可选地,所述根据所述关节编码器数据,生成期望位置矩阵,包括:
根据所述关节编码器数据,生成关节角度数据;
获取所述操作端的操作轴数据,根据所述关节角度数据和所述操作轴数据,构建DH参数表;
根据所述DH参数表,生成所述期望位置矩阵。
可选地,所述获取超声刀端的空间坐标系,包括:
获取超声刀端的机械臂关节数据以及远心不动点;
根据所述机械臂关节数据和所述远心不动点,建立所述空间坐标系。
可选地,所述解耦所述期望位置矩阵和所述实际位置矩阵,生成所述超声刀端的关节运动指令,包括:
剔除所述期望位置矩阵中的姿态参数列,生成期望位置列矩阵;
剔除所述实际位置矩阵中的姿态参数列,生成实际位置列矩阵;
联立所述期望位置列矩阵和所述实际位置列矩阵,生成所述关节运动指令。
可选地,所述将所述回转角度和所述夹持角度分别转换为所述超声刀端的运动角度和偏摆角度,包括:
根据运动公式,将所述回转角度转换为所述运动角度,所述运动公式包括:
θslave=Q*θmaster
其中,θslave为所述运动角度,Q为运动比例关系,θmaster为所述回转角度;
根据偏摆公式,将所述夹持角度转换为所述偏摆角度,所述偏摆公式包括:
βslave=Q′*βmaster
其中,βslave为所述偏摆角度,Q′为偏摆比例关系,βmaster为所述夹持角度。
可选地,在所述将所述回转角度和所述夹持角度分别转换为所述超声刀端的运动角度和偏摆角度之后,在所述根据所述运动角度、所述偏摆角度以及角度限制规则,生成姿态运动指令之前,还包括:
获取所述超声刀端的机械限位,根据所述机械限位,生成所述角度限制规则。
可选地,所述角度限制规则包括运动限制子规则和偏摆限制子规则,所述运动限制子规则包括:
当θslave≤θmin时,θslave=θmin
当θminslavemax时,θslave=Q*θmaster
当θslave≥θmax时,θslave=θmax
其中,θmin为运动角度最小值,θmax为运动角度最大值;
所述偏摆限制子规则包括:
当βslave≤βmin时,βslave=βmin
当βminslavemax时,βslave=Q′*βmaster
当βslave≥βmax时,βslave=βmax
其中,βmin为偏摆角度最小值,βmax为偏摆角度最大值。
第二方面,本发明提供一种超声刀控制系统,包括:
获取模块,用于分别获取操作端的关节编码器数据、回转角度以及夹持角度;
期望矩阵生成模块,用于根据所述关节编码器数据,生成期望位置矩阵;
实际矩阵生成模块,用于获取超声刀端的空间坐标系,根据所述空间坐标系,采用D-H参数法,生成实际位置矩阵;
第一指令生成模块,用于解耦所述期望位置矩阵和所述实际位置矩阵,生成所述超声刀端的关节运动指令;
转换模块,用于将所述回转角度和所述夹持角度分别转换为所述超声刀端的运动角度和偏摆角度;
第二指令生成模块,用于根据所述运动角度、所述偏摆角度以及角度限制规则,生成姿态运动指令;
控制模块,用于根据所述关节运动指令和所述姿态运动指令控制所述超声刀端。
第三方面,本发明提供一种计算机可读存储介质,所述存储介质上存储有计算机程序,当所述计算机程序被处理器执行时,实现如上所述的超声刀控制方法。
第四方面,本发明提供一种手术设备,包括如上所述的超声刀控制系统,或者包括如上所述的计算机可读存储介质,或者应用如上所述的超声刀控制方法。
本发明的超声刀控制方法、系统、存储介质及手术设备的有益效果为:
通过分别获取操作端的关节编码器数据、回转角度以及夹持角度,可以知悉用户控制超声刀的期望位置和期望姿态。因为通过超声刀端的空间坐标系和D-H参数法生成的位置矩阵,可以得到超声刀端各个关节之间的位置运动关系,所以解耦操作端的期望位置矩阵和超声刀端的位置矩阵,就可获得超声刀端的关节运动指令,从而实现根据用户期望位置控制超声刀端位置的移动;通过将回转角度和夹持角度分别转换为超声刀端的运动角度和偏摆角度,就可明确超声刀端响应用户的期望姿态而需做出的运动角度和偏摆角度,再根据角度限制规则生成的姿态运动指令,可保证用户在操作失误时的手术安全,避免因用户的期望姿态过大等原因导致超声刀端器械失灵造成的手术事故。此外,由于在解耦操作端的期望位置矩阵和超声刀端的位置矩阵时,摒弃了位置联合姿态解耦的步骤,而是单独采用根据操作端的回转角度、夹持角度以及角度限制规则生成姿态运动指令,不仅避免了现有技术因姿态的运动指令的实现需要位置关节参与进来造成的超声刀臂抖动的问题,提高了超声刀的控制精度,还减小了生成位置矩阵的计算量,提高了运行速率。
附图说明
图1为本发明实施例的超声刀控制方法的流程示意图;
图2为本发明实施例的超声刀控制系统的结构示意图;
图3为本发明实施例的操作端的结构示意图;
图4为本发明实施例的超声刀端的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。虽然附图中显示了本发明的某些实施例,然而应当理解的是,本发明可以通过各种形式来实现,而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例,相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是,本发明的附图及实施例仅用于示例性作用,并非用于限制本发明的保护范围。
应当理解,本发明的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行,和/或并行执行。此外,方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本发明的范围在此方面不受限制。
本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括,即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”;术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”;术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”;术语“可选地”表示“可选的实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。需要注意,本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分,并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。需要注意,本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的,本领域技术人员应当理解,除非在上下文另有明确指出,否则应该理解为“一个或多个”。
为解决上述问题,如图1所示,本发明实施例提供一种超声刀控制方法,包括:
S1,分别获取操作端的关节编码器数据、回转角度以及夹持角度。
具体地,本发明采用主从控制逻辑,在例如腹腔镜手术机器人超声刀设备中,由医护人员操作的主操作手为操作端(又称主端),操作端包括至少一个关节,每个关节包括电机和编码器,电机用来匹配器械姿态,编码器则用来实时采集主操作手各个关节的角度值,即关节编码器数据,且主操作手末端关节的角度值为回转角度,主操作手操作夹持角的角度为夹持角度。
S2,根据所述关节编码器数据,生成期望位置矩阵。
具体地,关节编码器数据包括各个关节的角度数据以及各个关节轴之间的杆长数据,根据关节编码器数据,建立各个关节的坐标系,并采用D-H参数法生成操作端的DH参数表,根据DH参数表计算相邻坐标系的位姿变换矩阵,并对所有位姿变换矩阵进行连乘,得到操作端的期望位置矩阵,即,用户控制超声刀端的目的位置。换句话说,期望位置矩阵用于表征超声刀期望到达的目的位置。
S3,获取超声刀端的空间坐标系,根据所述空间坐标系,采用D-H参数法,生成实际位置矩阵。
具体地,在例如腹腔镜手术机器人超声刀设备中,超声刀端(又称从端)包括中臂回转关节、臂俯仰关节和滑台升降关节,其中滑台升降关节上设有超声刀,中臂回转关节、臂俯仰关节和滑台升降关节中均包括驱动电机和编码器,驱动电机用来实现相应关节的运动,编码器用来检测关节的实时位置。获取超声刀端各个关节的空间坐标系,采用D-H参数法生成超声刀端的DH参数表,根据DH参数表计算相邻坐标系的位姿变换矩阵,并对所有位姿变换矩阵进行连乘,得到超声刀端的实际位置矩阵,即,超声刀的实际位置。换句话说,实际位置矩阵用于表征超声刀的实际位置。
S4,解耦所述期望位置矩阵和所述实际位置矩阵,生成所述超声刀端的关节运动指令。
具体地,首先需根据期望位置矩阵计算出期望位置的具体数值,为了实现操作端和超声刀端机械运动的位姿一致,在解耦期望位置矩阵和实际位置矩阵时,令期望位置矩阵计算得出的期望位置的具体数值和实际位置矩阵相等,构建计算等式,同时,去除期望位置矩阵和实际位置矩阵中的姿态参数,在计算时,仅计算位置参数,根据计算得到的位置矩阵生成超声刀端的关节运动指令。由此,可避免计算过程存在位置和姿态解算的耦合,使姿态的运动指令的实现需要位置关节参与进来,导致超声刀臂抖动的问题,提高了超声刀控制的精度。
S5,将所述回转角度和所述夹持角度分别转换为所述超声刀端的运动角度和偏摆角度。
具体地,超声刀端的超声刀器械包括器械回转关节和偏摆关节,分别由手术机器人机械臂滑台座的器械回转电机和器械偏摆电机带动运动,两个关节的运动相对独立,无耦合关系。可直接将操作端的回转角度和夹持角度直接转换为超声刀端的运动角度和偏摆角度,简化计算步骤,提升响应速度。
S6,根据所述运动角度、所述偏摆角度以及角度限制规则,生成姿态运动指令。
具体地,器械回转关节和偏摆关节存在机械物理限位,同时为了保证手术的安全性,需要对超声刀器械的运动范围进行限定,根据机械物理限位和实际情况构建角度限制规则,根据角度限制规则生成的姿态运动指令可限制超声刀器械的运动范围,保证手术和器械的安全。
S7,根据所述关节运动指令和所述姿态运动指令控制所述超声刀端。
具体地,关节运动指令用于控制超声刀端各个关节的位置,对超声刀器械进行摆位,姿态运动指令用于控制超声刀器械关节的姿态,联合应用关节运动指令和姿态运动指令即可控制超声刀端,完成手术操作。
可选地,所述根据所述关节编码器数据,生成期望位置矩阵,包括:
根据所述关节编码器数据,生成关节角度数据;
获取所述操作端的操作轴数据,根据所述关节角度数据和所述操作轴数据,构建DH参数表;
根据所述DH参数表,生成所述期望位置矩阵。
具体地,如图3所述,D为夹持角,操作端包括H1-H7共7个回转关节,分别获取7个关节的关节角度数据,并获取7个回转关节轴之间的杆长即操作轴数据,根据节角度数据和所述操作轴数据,构建的操作端的DH参数表如下所示:
i αi-1 ai-1 di θi
1 0 0 0 θ1
2 -90° L1 0 θ2
3 -90° L2 0 θ3
4 90° L3 0 θ4
5 90° L4 0 θ5
6 90° L5 0 θ6
7 90° L6 0 θ7
其中,θ1~θ7分别为7个关节的关节角度数据,L1~L6分别为7个回转关节轴之间的杆长。根据上述DH参数表,可以计算得到相邻坐标系的位姿变换矩阵,分别为以其中/>矩阵为例,其具体计算的结果为:
的相邻坐标系位姿变换矩阵进行连乘,生成期望位置矩阵。
可选地,所述获取超声刀端的空间坐标系,包括:
获取超声刀端的机械臂关节数据以及远心不动点;
根据所述机械臂关节数据和所述远心不动点,建立所述空间坐标系。
具体地,当超声刀端包括臂回转关节、臂俯仰关节和滑台升降关节时,远心不动点为在臂回转关节和俯仰关节运动时,空间位置不会改变的点,即臂回转关节延长线与超声刀器械杆所处直线相交处,如图4所示,RCM(Remote Center of Motion)为远心不动点,A为臂回转关节,B为臂俯仰关节,C为滑台升降关节,机械臂关节数据包括臂回转关节、臂俯仰关节和滑台升降关节之间的距离数据,根据所述机械臂关节数据和所述远心不动点,建立所述空间坐标系,如图4所示,分别建立第一空间坐标系(x1,y1,z1)、第二空间坐标系(x2,y2,z2)、第三空间坐标系(x3,y3,z3)以及第四空间坐标系(x4,y4,z4),第一空间坐标系为基坐标系,第二空间坐标系可表示RCM点与第一空间坐标系之间的距离关系,第三空间坐标系可表示臂俯仰关节的空间坐标系,第四空间坐标系表示第三空间坐标系沿超声刀器械杆移动的一定距离d3,即滑台升降关节需移动的距离。
示例性地,如图4所示,所述根据所述空间坐标系,采用D-H参数法,生成实际位置矩阵,包括:
根据所述空间坐标系,建立超声刀端的DH参数表,超声刀端的DH参数表如下所示:
i αi-1 ai-1 di θi
1 0 0 0 θ8
2 0 0 d2=L 0
3 -90° 0 0 90°-θ9
其中,θ8,θ9分别为臂回转关节和臂俯仰关节需要移动的角度,d2为远心不动点与第一坐标系原点的距离,d3为滑台升降关节需移动的距离。根据超声刀端的DH参数表,采用D-H参数法,可得到超声刀端的各个相邻矩阵的位姿变换关系,各个相邻矩阵的位姿变换关系包括:
进而可以求得超声刀端器械末端相对于基坐标系的实际位置矩阵为:
可选地,所述解耦所述期望位置矩阵和所述实际位置矩阵,生成所述超声刀端的关节运动指令,包括:
剔除所述期望位置矩阵中的姿态参数列,生成期望位置列矩阵;
剔除所述实际位置矩阵中的姿态参数列,生成实际位置列矩阵;
联立所述期望位置列矩阵和所述实际位置列矩阵,生成所述关节运动指令。
具体地,分别期望位置矩阵和实际位置矩阵中姿态参数所在的列,即姿态参数列剔除,联立期望位置列矩阵和实际位置列矩阵,使期望位置列矩阵和实际位置列矩阵进行等式计算,得到臂回转关节和臂俯仰关节需要移动的角度以及滑台升降关节需移动的距离的具体数据。
示例性地,如图4所示,PS为超声刀器械末端,为保证超声刀端器械运动与操作端位姿一致,操作端的期望位置矩阵等价于超声刀端的器械末端PS处的第四空间坐标系相对于第一空间坐标系的位姿变换矩阵,期望位置矩阵为:
其中,R(3×3)为姿态参数,在后续计算时剔除,P(3×1)为位置参数,根据位置参数计算得出具体的期望位置,即期望位置列矩阵,记为(x,y,z)。
实际位置矩阵为:
剔除实际位置矩阵中的姿态参数列并简化后的实际位置列矩阵为:
(-d3cosθ8cosθ9,-d3cosθ9sinθ8,L-d3sinθ9);
联立后的期望位置列矩阵和实际位置列矩阵为:
x=-d3cosθ8cosθ9
y=-d3cosθ9sinθ8
z=L-d3sinθ9
解算后为:
θ8=arctan(y/x);
通过上述计算过程可得到分别为臂回转关节和臂俯仰关节需要移动的角度θ8和θ9,滑台升降关节需移动的距离d3,即关节运动指令。
可选地,所述将所述回转角度和所述夹持角度分别转换为所述超声刀端的运动角度和偏摆角度,包括:
根据运动公式,将所述回转角度转换为所述运动角度,所述运动公式包括:
θslave=Q*θmaster
其中,θslave为所述运动角度,Q为运动比例关系,θmaster为所述回转角度;
根据偏摆公式,将所述夹持角度转换为所述偏摆角度,所述偏摆公式包括:
βslave=Q′*βmaster
其中,βslave为所述偏摆角度,Q′为偏摆比例关系,βmaster为所述夹持角度。
具体地,运动比例关系Q和偏摆比例关系Q′可根据实际情况调整,来满足不同手术场景和不同医生的使用习惯,从而提升操作感受。
可选地,在所述将所述回转角度和所述夹持角度分别转换为所述超声刀端的运动角度和偏摆角度之后,在所述根据所述运动角度、所述偏摆角度以及角度限制规则,生成姿态运动指令之前,还包括:
获取所述超声刀端的机械限位,根据所述机械限位,生成所述角度限制规则。
具体地,由于器械回转关节和偏摆关节均存在机械物理限位,因此器械回转关节和偏摆关节的电机运动的角度还应进行运动范围限制,运动范围值应限制在机械限位处,具体可根据实际情况设置。
可选地,所述角度限制规则包括运动限制子规则和偏摆限制子规则,所述运动限制子规则包括:
当θslave≤θmin时,θslave=θmin
当θminslavemax时,θslave=Q*θmaster
当θslave≥θmax时,θslave=θmax
其中,θmin为运动角度最小值,θmax为运动角度最大值;
所述偏摆限制子规则包括:
当βslave≤βmin时,βslave=βmin
当βminslavemax时,βslave=Q′*βmaster
当βslave≥βmax时,βslave=βmax
其中,βmin为偏摆角度最小值,βmax为偏摆角度最大值。
具体地,当计算的运动角度小于等于偏摆角度最小值,实际的运动角度为偏摆角度最小值,当计算的运动角度小于运动角度最大值且大于偏摆角度最小值,实际的运动角度为计算的运动角度,当计算的运动角度大于运动角度最大值,实际的运动角度为运动角度最大值;当计算的偏摆角度小于等于偏摆角度最小值,实际的偏摆角度为偏摆角度最小值,当计算的偏摆角度小于偏摆角度最大值且大于偏摆角度最小值,实际的偏摆角度为计算的偏摆角度,当计算的偏摆角度大于偏摆角度最大值,实际的偏摆角度为偏摆角度最大值。
如图2所示,本发明另一个实施例提供一种超声刀控制系统,包括:
获取模块,用于分别获取操作端的关节编码器数据、回转角度以及夹持角度;
期望矩阵生成模块,用于根据所述关节编码器数据,生成期望位置矩阵;
实际矩阵生成模块,用于获取超声刀端的空间坐标系,根据所述空间坐标系,采用D-H参数法,生成实际位置矩阵;
第一指令生成模块,用于解耦所述期望位置矩阵和所述实际位置矩阵,生成所述超声刀端的关节运动指令;
转换模块,用于将所述回转角度和所述夹持角度分别转换为所述超声刀端的运动角度和偏摆角度;
第二指令生成模块,用于根据所述运动角度、所述偏摆角度以及角度限制规则,生成姿态运动指令;
控制模块,用于根据所述关节运动指令和所述姿态运动指令控制所述超声刀端。
本发明另一实施例提供一种计算机可读存储介质,所述存储介质上存储有计算机程序,当所述计算机程序被处理器执行时,实现如上所述的超声刀控制方法。
本发明另一实施例提供一种手术设备,包括如上所述的超声刀控制系统,或者包括如上所述的计算机可读存储介质,或者应用如上所述的超声刀控制方法。
虽然本发明披露如上,但本发明的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下,可进行各种变更与修改,这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超声刀控制方法,其特征在于,包括:
分别获取操作端的关节编码器数据、回转角度以及夹持角度;
根据所述关节编码器数据,生成期望位置矩阵;
获取超声刀端的空间坐标系,根据所述空间坐标系,采用D-H参数法,生成实际位置矩阵;
解耦所述期望位置矩阵和所述实际位置矩阵,生成所述超声刀端的关节运动指令;
将所述回转角度和所述夹持角度分别转换为所述超声刀端的运动角度和偏摆角度;
根据所述运动角度、所述偏摆角度以及角度限制规则,生成姿态运动指令;
根据所述关节运动指令和所述姿态运动指令控制所述超声刀端。
2.根据权利要求1所述的超声刀控制方法,其特征在于,所述根据所述关节编码器数据,生成期望位置矩阵,包括:
根据所述关节编码器数据,生成关节角度数据;
获取所述操作端的操作轴数据,根据所述关节角度数据和所述操作轴数据,构建DH参数表;
根据所述DH参数表,生成所述期望位置矩阵。
3.根据权利要求1所述的超声刀控制方法,其特征在于,所述获取超声刀端的空间坐标系,包括:
获取超声刀端的机械臂关节数据以及远心不动点;
根据所述机械臂关节数据和所述远心不动点,建立所述空间坐标系。
4.根据权利要求1所述的超声刀控制方法,其特征在于,所述解耦所述期望位置矩阵和所述实际位置矩阵,生成所述超声刀端的关节运动指令,包括:
剔除所述期望位置矩阵中的姿态参数列,生成期望位置列矩阵;
剔除所述实际位置矩阵中的姿态参数列,生成实际位置列矩阵;
联立所述期望位置列矩阵和所述实际位置列矩阵,生成所述关节运动指令。
5.根据权利要求1-4任一项所述的超声刀控制方法,其特征在于,所述将所述回转角度和所述夹持角度分别转换为所述超声刀端的运动角度和偏摆角度,包括:
根据运动公式,将所述回转角度转换为所述运动角度,所述运动公式包括:
θslave=Q*θmaster
其中,θslave为所述运动角度,Q为运动比例关系,θmaster为所述回转角度;
根据偏摆公式,将所述夹持角度转换为所述偏摆角度,所述偏摆公式包括:
βslave=Q′*βmaster
其中,βslave为所述偏摆角度,Q′为偏摆比例关系,βmaster为所述夹持角度。
6.根据权利要求5所述的超声刀控制方法,其特征在于,在所述将所述回转角度和所述夹持角度分别转换为所述超声刀端的运动角度和偏摆角度之后,在所述根据所述运动角度、所述偏摆角度以及角度限制规则,生成姿态运动指令之前,还包括:
获取所述超声刀端的机械限位,根据所述机械限位,生成所述角度限制规则。
7.根据权利要求6所述的超声刀控制方法,其特征在于,所述角度限制规则包括运动限制子规则和偏摆限制子规则,所述运动限制子规则包括:
当θslave≤θmin时,θslave=θmin
当θmin<θslave<θmax时,θslave=Q*θmaster
当θslave≥θmax时,θslave=θmax
其中,θmin为运动角度最小值,θmax为运动角度最大值;
所述偏摆限制子规则包括:
当βslave≤βmin时,βslave=βmin
当βmin<βslave<βmax时,βslave=Q′*βmaster
当βslave≥βmax时,βslave=βmax
其中,βmin为偏摆角度最小值,βmax为偏摆角度最大值。
8.一种超声刀控制系统,其特征在于,包括:
获取模块,用于分别获取操作端的关节编码器数据、回转角度以及夹持角度;
期望矩阵生成模块,用于根据所述关节编码器数据,生成期望位置矩阵;
实际矩阵生成模块,用于获取超声刀端的空间坐标系,根据所述空间坐标系,采用D-H参数法,生成实际位置矩阵;
第一指令生成模块,用于解耦所述期望位置矩阵和所述实际位置矩阵,生成所述超声刀端的关节运动指令;
转换模块,用于将所述回转角度和所述夹持角度分别转换为所述超声刀端的运动角度和偏摆角度;
第二指令生成模块,用于根据所述运动角度、所述偏摆角度以及角度限制规则,生成姿态运动指令;
控制模块,用于根据所述关节运动指令和所述姿态运动指令控制所述超声刀端。
9.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述存储介质上存储有计算机程序,当所述计算机程序被处理器执行时,实现如权利要求1至7任一项所述的超声刀控制方法。
10.一种手术设备,其特征在于,包括权利要求8所述的超声刀控制系统,或者包括权利要求9所述的计算机可读存储介质,或者应用如权利要求1至7任一项所述的超声刀控制方法。
CN202311561630.1A 2023-11-21 2023-11-21 一种超声刀控制方法、系统、存储介质及手术设备 Pending CN117594216A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311561630.1A CN117594216A (zh) 2023-11-21 2023-11-21 一种超声刀控制方法、系统、存储介质及手术设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311561630.1A CN117594216A (zh) 2023-11-21 2023-11-21 一种超声刀控制方法、系统、存储介质及手术设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117594216A true CN117594216A (zh) 2024-02-23

Family

ID=89917727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311561630.1A Pending CN117594216A (zh) 2023-11-21 2023-11-21 一种超声刀控制方法、系统、存储介质及手术设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117594216A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11191599B2 (en) Flexible surgical tool system and a method for controlling the same with motion constraints
WO2022002159A1 (zh) 主从运动的控制方法、机器人系统、设备及存储介质
JP6535653B2 (ja) ゼロ空間を使用してデカルト座標空間の端へのアクセスを容易にするためのシステム及び方法
KR102145236B1 (ko) 영-공간을 이용하여 매니퓰레이터 암 대 환자의 충돌을 회피하는 방법 및 시스템
CN105120788A (zh) 用于管理多个零空间目标和饱和sli行为的系统和方法
US11918312B2 (en) Regulating joint space velocity of a surgical robotic arm
US20240050178A1 (en) Surgical robot, control method thereof, and storage medium
EP4431046A1 (en) Method for maintaining rc point unchanged, and robotic arm, device, robot and medium
EP4431040A1 (en) Mechanical arm, slave operation apparatus and surgical robot
CN107688293B (zh) 一种微创外科手术机器人的建模方法
Ren et al. A master-slave control system with workspaces isomerism for teleoperation of a snake robot
US11628022B2 (en) Collision handling algorithms for robotic surgical systems
WO2022166024A1 (zh) 一种腔镜手术机器人的手术臂初始位姿规划方法及装置
CN114452004B (zh) 一种手术机器人末端位置和姿态的控制方法
CN113742992B (zh) 基于深度学习的主从控制方法及应用
CN117594216A (zh) 一种超声刀控制方法、系统、存储介质及手术设备
US12004829B2 (en) Inverse kinematics of a surgical robot for teleoperation with hardware constraints
CN115781690B (zh) 多关节机械臂的控制方法、装置、电子设备及存储介质
Abdelaziz et al. Multiple configurations for puncturing robot positioning
Almusawi et al. Artificial neural network based kinematics: Case study on robotic surgery
CN115500957A (zh) 一种手术机器人远心不动点调整方法
CN115005979A (zh) 计算机可读存储介质、电子设备及手术机器人系统
CN117597086A (zh) 将用户接口位姿命令投影到用于外科机器人的减小的自由度空间
CN114569252A (zh) 手术机器人主从映射比例控制系统及方法
Tan et al. Design and kinematics analysis of parallel robotic arm for urological surgery

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination