WO2019206340A1 - 手术机器人系统 - Google Patents
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Abstract
Description
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- 一种手术机器人系统,其特征在于,所述手术机器人系统包括执行端,所述执行端包括挂载有第一手术器械的第一工具臂,挂载有第二手术器械的第二工具臂,驱动所述第一工具臂、第一手术器械、第二工具臂及第二手术器械运动的驱动装置以及与所述驱动装置通信连接的控制单元,所述第一工具臂及第一手术器械用于牵拉人体组织器官;所述第二工具臂及第二手术器械用于对人体组织器官进行手术操作;所述控制单元用于获取人体组织器官对所述第一手术器械的笛卡尔作用力大小,并且将所述人体组织器官对所述第一手术器械的笛卡尔作用力大小与一预设作用力值作比较,如果所述人体组织器官对所述第一手术器械的笛卡尔作用力小于所述预设作用力值,所述控制单元根据所述预设作用力值控制所述驱动装置驱动所述第一工具臂及所述第一手术器械,使所述第一手术器械对人体组织器官的牵拉作用力大小达到所述预设作用力值。
- 如权利要求1所述的手术机器人系统,其特征在于,如果所述人体组织器官对所述第一手术器械的笛卡尔作用力小于所述预设作用力值,所述控制单元以一预设作用点指向所述人体组织器官对所述第一手术器械的笛卡尔作用力作用点的方向作为预设作用力方向,并根据所述预设作用力值控制所述驱动装置驱动所述第一工具臂及所述第一手术器械,使所述第一手术器械对人体组织器官的牵拉作用力大小达到所述预设作用力值。
- 如权利要求2所述的手术机器人系统,其特征在于,所述预设作用点为所述第二手术器械初始作用于人体组织器官的位置,或者,所述预设作用点为所述第二手术器械在所述控制单元获取预设作用点时作用于人体组织器官的位置。
- 如权利要求2所述的手术机器人系统,其特征在于,所述执行端还包括挂载有第三手术器械的第三工具臂,所述第三工具臂及第三手术器械用于夹持人体组织器官,所述预设作用点为所述第三手术器械作用于人体组织器官的位置。
- 如权利要求1或2所述的手术机器人系统,其特征在于,所述执行端还包括与所述控制单元通信连接的力传感器,所述力传感器用于检测所述人体组织器官对所述第一手术器械的笛卡尔作用力。
- 如权利要求1所述的手术机器人系统,其特征在于,所述第二手术器械开始对人体组织器官进行手术操作时,所述控制单元获取人体组织器官对所述第一手术器械的笛卡尔作用力,并将所述预设作用力值和人体组织器官对所述第一手术器械的笛卡尔作用力大小作比较,或者,所述控制单元获取人体组织器官对所述第一手术器械的笛卡尔作用力,所述第二手术器械开始对人体组织器官手术操作时,所述控制单元将所述预设作用力值和人体组织器官对所述第一手术器械的笛卡尔作用力大小作比较。
- 如权利要求6所述的手术机器人系统,其特征在于,所述控制单元还用于获取所述第二手术器械受到的笛卡尔作用力,并将所述第二手术器械受到的笛卡尔作用力与一力阈值比较,如果所述第二手术器械受到的笛卡尔作用力大于所述力阈值,则所述控制单元判定所述第二手术器械开始对人体组织器官进行手术操作;或者,所述控制单元还用于获取所述第二手术器械受到的笛卡尔作用力,并将前后两次获取的所述第二手术器械受到的笛卡尔作用力的差值与所述力阈值做比较,如果前后两次获取的所述第二手术器械受到的笛卡尔作用力的差值大于所述力阈值,则所述控制单元判定所述第二手术器械开始对人体组织器官进行手术操作。
- 如权利要求2所述的手术机器人系统,其特征在于,所述执行端还包括与所述控制单元通信连接的第一位置传感器,所述第一位置传感器用于检测所述第一工具臂和/或第一手术器械的位置信息,所述控制单元根据所述第一位置传感器获取的位置信息,获得人体组织器官对所述第一手术器械的笛卡尔作用力的作用点位置。
- 如权利要求3所述的手术机器人系统,其特征在于,所述执行端还包括与所述控制单元通信连接的第一位置传感器,所述第 一位置传感器用于检测所述第二工具臂和/或第二手术器械的位置信息,所述控制单元根据所述第一位置传感器获取的位置信息,获得所述第二手术器械作用于人体组织器官的位置。
- 如权利要求2所述的手术机器人系统,其特征在于,所述执行端还包括挂载有第三手术器械的第三工具臂,所述第三手术器械及第三工具臂用于牵拉人体组织器官,所述预设作用点包括第一预设作用点和第二预设作用点;所述控制单元将所述人体组织器官对所述第一手术器械的笛卡尔作用力大小与所述预设作用力值作比较,如果所述人体组织器官对所述第一手术器械的笛卡尔作用力小于所述预设作用力值,所述控制单元以所述第一预设作用点指向所述人体组织器官对所述第一手术器械的笛卡尔作用力作用点的方向作为预设作用力方向,并根据所述预设作用力值控制所述驱动装置驱动所述第一工具臂及第一手术器械,使所述第一手术器械对人体组织器官的牵拉作用力大小达到所述预设作用力值;所述控制单元将所述人体组织器官对所述第三手术器械的笛卡尔作用力大小与所述预设作用力值作比较,如果所述人体组织器官对所述第三手术器械的笛卡尔作用力小于所述预设作用力值,所述控制单元以所述第二预设作用点指向所述人体组织器官对所述第三手术器械的笛卡尔作用力作用点的方向作为预设作用力方向,并根据所述预设作用力值控制所述驱动装置驱动所述第三工具臂及第三手术器械,使所述第三手术器械对人体组织器官的牵拉作用力大小达到所述预设作用力值;所述第一预设作用点为所述第三手术器械作用于人体组织器官的位置,所述第二预设作用点为所述第一手术器械作用于人体组织器官的位置。
- 如权利要求1所述的手术机器人系统,其特征在于,所述执行端还包括与所述控制单元通信连接的力矩传感器,所述第一工具臂包括多个第一工具臂关节,所述第一手术器械包括多个第一手术器械关节,所述力矩传感器设置于每个所述第一工具臂关节及第一手术器械关节,以检测在静态下由于形变引起的每个所述第一工具臂关节及第一手术器械关 节受到的力矩;所述控制单元还用于从所述力矩传感器获取在确认预设作用力时每个所述第一工具臂关节及第一手术器械关节受到的初始力矩;所述控制单元还用于从所述力矩传感器获取每个所述第一工具臂关节及第一手术器械关节受到的当前力矩,并根据所述初始力矩,得到每个所述第一工具臂关节及第一手术器械关节的力矩增量,进而获得每个所述第一工具臂关节及第一手术器械关节的指令力矩,并以所述指令力矩控制驱动装置驱动所述第一工具臂关节及第一手术器械关节,使所述第一手术器械对人体组织器官的牵拉作用力大小达到所述预设作用力值。
- 如权利要求11所述的手术机器人系统,其特征在于,所述执行端还包括与所述控制单元通信连接的第二位置传感器,所述第二位置传感器用于检测每个所述第一工具臂关节及第一手术器械关节的位置;所述控制单元根据每个所述第一工具臂关节及第一手术器械关节的力矩增量以及每个所述第一工具臂关节及第一手术器械关节的控制刚度,获得每个所述第一工具臂关节及第一手术器械关节的位置增量,进而根据每个所述第一工具臂关节及第一手术器械关节的当前位置获得每个所述第一工具臂关节及第一手术器械关节的指令位置,以得到在指令位置下的雅克比矩阵;所述控制单元根据所述在指令位置下的雅克比矩阵,每个所述第一工具臂关节及第一手术器械关节的指令力矩,获得在指令位置下所述第一手术器械对人体组织器官的牵拉作用力;所述控制单元比较在指令位置下所述第一手术器械对人体组织器官的牵拉作用力的大小与所述预设作用力值,如果在指令位置下所述第一手术器械的牵拉作用力的大小与所述预设作用力值的大小的差值大于一容忍值,则所述控制单元调整所述第一工具臂关节及第一手术器械关节的力矩增量,以使在指令位置下所述第一手术器械对人体组织器官的牵拉作用力大小与预设作用力值的差值小于所述容忍值。
- 如权利要求1所述的手术机器人系统,其特征在于,所述执行端还包括挂载有内窥镜的图像臂,所述预设作用力值通过所述图像臂观察受牵拉的人体组织器官的状态来确定。
- 如权利要求1所述的手术机器人系统,其特征在于,所述机器人系统还包括控制端,所述控制端包括主操作手,所述主操作手用于控制所述第一工具臂及第一手术器械运动,并接收所述人体组织器官对所述第一手术器械的笛卡尔作用力,所述预设作用力值根据医生通过所述主操作手接收到的所述人体组织器官处于牵拉时对所述第一手术器械的笛卡尔作用力来设定。
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