WO2022063214A1 - 手术机器人控制方法、计算机设备及手术机器人系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种手术机器人控制方法、计算机设备及手术机器人系统，所述手术机器人控制方法，包括：接收用户需求，产生交互控制命令；根据所述交互控制命令产生运动控制命令；以及控制机械臂末端执行所述运动控制命令，所述运动控制命令包括控制所述机械臂末端按照多种运动模式执行动作。所述手术机器人控制方法可以通过所述运动控制命令控制所述机械臂末端按照多种运动模式执行动作，实现多种临床应用场景下的不同运动方案，在任何应用场景下可通过交互控制命令实现控制所述机械臂末端在多种运动模式之间的灵活切换。

Description

手术机器人控制方法、计算机设备及手术机器人系统

相关申请

本申请要求2020年9月25日申请的，申请号为2020110246268，名称为“机械臂的末端适配器的控制方法”、2021年4月30日申请的，申请号为2021104838338，名称为“手术机器人控制系统、控制方法”，以及2020年9月25日申请的，申请号为2020110269753，名称为“手术机器人控制方法、计算机设备及手术机器人系统”的中国专利申请的优先权，在此将其全文引入作为参考。

技术领域

本申请涉医疗技术领域，特别是涉及一种手术机器人控制方法、计算机设备及手术机器人系统。

背景技术

利用手术机器人辅助手术，能够提高手术的效率和手术的质量。手术机器人包括控制系统、机械臂、地刹、脚踏或摄像装置等硬件设备。其中机械臂、地刹、脚踏或摄像装置分别与控制系统连接。控制系统和机械臂内部包括有多种控制逻辑运算系统。传统手术机器人的控制逻辑运算系统的运算逻辑不够清晰，控制系统操纵的机械臂的操作不够灵活，并且安全性较差。

发明内容

为了解决现有技术中超构表面的加入会引起人体产热大幅度增加，带来安全问题，而提供一种磁场增强组件和磁场增强器件。

本申请提供一种手术机器人控制方法，包括：

接收用户需求，产生交互控制命令；

根据所述交互控制命令产生运动控制命令；以及

控制机械臂末端执行所述运动控制命令，所述运动控制命令包括控制所述机械臂末端按照多种运动模式执行动作。

一种手术机器人控制系统，包括：

主控模块，用于产生运动控制命令；

交互模块，与所述主控模块信息交互，用于接收用户需求，产生交互控制命令，并发送给所述主控模块；

多个运动模块,与所述主控模块信息交互，用于执行所述运动控制命令。

一种手术机器人控制方法，包括：

获取机械臂末端固定的末端适配器在第一定位点的位置信息和第二定位点的位置信息，并根据第一定位点的位置信息和第二定位点的位置信息得到所述末端适配器沿第一轴从所述第一定位点到所述第二定位点运动时对应的所述机械臂的规划路径，所述第一轴顺次穿过所述第一定位点、所述第二定位点、第一入颅点和第一靶点，所述末端适配器用于夹持手术器件。

判断所述机械臂的规划路径是否发生奇异性。

如果所述机械臂的规划路径不发生奇异性，则采集控制信号。

将所述控制信号转换为速度信号。

根据所述速度信号控制所述机械臂运动，使所述机械臂带动所述末端适配器在所述第第一定位点和所述第二定位点之间沿所述第一轴直线运动。

一种计算机设备，包括存储器和处理器。所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意实施例所述的方法的步骤。

一种手术机器人系统，包括机械臂、信号传感装置、末端适配器和控制装置。所述信号传感装置固定于所述机械臂的末端。所述末端适配器固定安装于所述信号传感装置。所述末端适配器用于安装手术器具，并接收控制信号。所述控制装置包括存储器和处理器。所述存储器存储有计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意实施例所述的方法的步骤。

一种机械臂的末端适配器的控制方法，包括：

获取第一路径。所述第一路径穿过第二靶点和第二入颅点，且所述末端适配器位于第三定位点。所述第一路径顺次穿过所述第三定位点、第二入颅点和第二靶点。

获取位置命令，并根据所述位置命令控制所述末端适配器沿所述第三定位点所在的第一平面或第一球面移动，且所述第一平面垂直于所述第一路径。

一种手术机器人系统，包括机械臂和控制装置。所述机械臂所述机械臂包括末端适配器。所述控制装置包括存储器和处理器。所述存储器存储有计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一个实施例所述的方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序。所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一个实施例所述的方法的步骤。

本申请涉及一种手术机器人控制系统、控制方法。所述手术机器人控制方法，包括：接收用户需求，产生交互控制命令；根据所述交互控制命令产生运动控制命令；以及控制机械臂末端执行所述运动控制命令，所述运动控制命令包括控制所述机械臂末端按照多种运动模式执行动作。所述手术机器人控制方法可以通过所述运动控制命令控制所述机械臂末端按照多种运动模式执行动作，实现多种临床应用场景下的不同运动方案，在任何应用场景下可通过交互控制命令实现控制所述机械臂末端在多种运动模式之间的灵活切换。

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的实施例，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，还可以根据公开的附图获得其他的附图。

图1为本申请一个实施例中提供的手术机器人控制系统的示意图；

图2为本申请一个实施例中提供的运动模块的示意图；

图3为本申请一个实施例中提供的交互模块的示意图；

图4为本申请一个实施例中提供的不同运动模块之间切换的示意图；

图5为本申请一个实施例中提供的手术机器人控制系统的示意图；

图6为本申请一个实施例中提供的手术机器人控制系统的示意图；

图7为本申请一个实施例中提供的所述多个运动模块的主界面显示图；

图8为本申请一个实施例中提供的所述轴向运动模块的界面显示图；

图9为本申请一个实施例中提供的所述微调运动模块中平面微调的界面显示图；

图10为本申请一个实施例中提供的所述微调运动模块中球面微调的界面显示图。

图11为本申请一个实施例中提供的所述手术机器人控制方法的流程示意图；

图12为本申请一个实施例中提供的所述手术机器人系统的结构示意图；

图13为本申请一个实施例中提供的所述手术机器人控制方法的流程示意图；

图14为本申请一个实施例中提供的所述速度控制方法的流程示意图。

图15为本申请一个实施例中提供的机械臂的末端适配器的控制方法的流程图；

图16为本申请一个实施例中提供的所述机械臂的末端适配器的平面模式示意图；

图17为本申请一个实施例中提供的机械臂的末端适配器的控制方法的流程图；

图18为本申请一个实施例中提供的机械臂的末端适配器的控制方法的流程图；

图19为本申请一个实施例中提供的机械臂的末端适配器的控制方法的流程图；

图20为本申请一个实施例中提供的机械臂的末端适配器的控制方法的流程图；

图21为本申请一个实施例中提供的所述机械臂的末端适配器的平面模式切换至球面模式示意图；

图22为本申请一个实施例中提供的机械臂的末端适配器的控制方法的流程图；

图23为本申请一个实施例中提供的机械臂的末端适配器的控制方法的流程图；

图24为本申请一个实施例中提供的机械臂的末端适配器的控制方法的流程图；

图25为本申请一个实施例中提供的所述机械臂的末端适配器的球面模式示意图；

图26为本申请一个实施例中提供的机械臂的末端适配器的控制方法的流程图；

图27为本申请一个实施例中提供的机械臂的末端适配器的控制方法的流程图。

图中：

手术机器人控制系统100、主控模块10、交互模块20、自循环交互装置21、自主交互装置22、预定义运动交互装置23、单向切换装置24、运动模块30、自由运动模块31、自主运动模块32、轴向运动模块33、微调运动模块34、球面运动模块35、安全防控系统40、急停装置41、安全边界运算装置42、障碍物碰撞规避装置43、轨迹联锁装置44、手术机器人系统50、信号传感装置70、

第一连接件300、末端适配器80、第二连接件400、

第一入颅点121、第二入颅点122、第三入颅点123、第四入颅点124、第五入颅点125、

第一靶点131、第二靶点132、第三靶点133、

第一轴100、光学监测装置110、光学元件116、检测器117、机械臂60、第一路径111、第一极限点113、第二路径112、第二极限点114、第三路径115、最大允许距离Lmax、最大允许弧长Lmax、

第一定位点210、第二定位点220、第三定位点330、第四定位点440、第五定位点450、第六定位点460

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请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，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/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。

本申请中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

请参阅图1，图1为本申请提供一种手术机器人控制系统100。所述手术机器人控制系统100包括：主控模块10、交互模块20和多个运动模块30。

所述主控模块10用于产生运动控制命令。所述主控模块10可以包括计算机主机以及计算机主机内存储的计算机程序。

所述交互模块20与所述主控模块10信息交互。所述交互模块20用于接收所述主控模块10的运动控制命令并根据用户需求产生交互控制命令。这里的用户需求可以为控制机械臂向某个方向移动某个距离，或者是控制机械臂末端进入某一精密区域内。

所述多个运动模块30与所述主控模块10信息交互。所述多个运动模块30用于执行所述运动控制命令。并且所述多个运动模块30与所述交互模块20信息交互，即所述多个运动模块30与所述交互模块20在逻辑上是互联的。类似于，用户通过所述交互模块20点击所述多个运动模块30中的某一种运动模块。该命令传递到所述主控模块10，所述主控模块10中的控制软件产生该某一种运动模块需要的相关运动控制命令，然后发给所述多个运动模块30，由机械臂及机械臂控制系统执行对应的运动模式。所述多个运动模块30之间可以相互切换。所述多个运动模块30之间切换可以指挥机械臂或者机械臂末端更加安全、灵活的运动。

本实施例中提供的所述手术机器人控制系统100可以通过所述交互模块20调配或者切换所述多个运动模块20的运动模式，实现在任何应用场景下可灵活切换运动模式、安全可靠的机械臂实时运动功能。另外本实施例中的所述手术机器人控制系统100可以应用于灵活可靠安全的多模式机械臂运动模块级方案，不仅仅适用于立体定向手术机器人中，还可以用于类似关节置换、骨创伤治疗等骨科或脊柱类 的基于六自由度机械臂或基于七自由度机械臂的手术机器人中。

请参阅图2，图2为本申请一个实施例中提供的所述运动模块30的示意图。在一个实施例中所述多个运动模块30包括：自由运动模块31、自主运动模块32、轴向运动模块33、调整运动模块。

所述自由运动模块31分别与所述主控模块10和所述交互模块20信息交互。所述自由运动模块31用于控制机械臂末端进行自由运动。在所述自由运动模块31中，用户手动拖动机械臂末端进行自由运动，即用户可以控制在机械臂自身运动空间内随意运动。具体的，所述自由运动模块31可以由用户在任意机械臂可动的条件下手动拖动机械臂末端进行任意轨迹的运动。一般的在机械臂末端可以设计一个方便用户握持的握持部。握持部附近可进行前、后、左、右、上、下的平移运动，还可以进行逆时针、顺时针等转动，以及转动和平移运动合成的运动。具体实现时，用户通过所述主控模块10指示进入所述自由运动模块31的工作状态。即用户在所述主控模块10的操作界面上点击了“自由运动”的按钮，即可进入所述自由运动模块31进行工作。

从实现层，所述主控模块10接受来自用户的输入：进入所述自由运动模块31，然后将自由运动模式的参数和机械臂解锁命令发给所述自由运动模块31。所述自由运动模块31接收到上述两项参数，同时判断与末端六自由度力传感器的通信和数据读取是否正常(自由运动模式是一种力控模式，前提条件是，末端六自由度力传感器工作正常)。如果正常，则将自由运动模式的参数和根据六自由度力传感器获取的实时外部力信息计算出的机械臂关节运动所需的点发送给底层控制硬件(可以是机械臂控制柜)，底层控制硬件在监测到脚踏使能信号有效时，则根据外部拖动力信息执行自由运动模式。

所述自主运动模块32分别与所述主控模块10和所述交互模块20信息交互。所述自主运动模块32用于根据所述主控模块10规划出的路径点进行自主运动。无用户手动干预，用于将机械臂末端从当前位置自动运行到预定义的手术目标点，进而实现手术器械的定位定向功能。所述自主运动模块32是指机器人/机械臂可以自主避开障碍物的主动运动模块。

具体实现时，所述主控模块10自行判断，是否已完成空间注册过程，并且空间注册结果得到确认，通过工作流来保证。所述主控模块10需要给所述自主运动模块32路径规划算法下发待规划的路径信息(初始点和终点)。所述自主运动模块32根据路径信息进行路径规划，规划成功后，将轨迹点下发给底层控制硬件(机械臂控制柜)。底层控制硬件等待脚踏被踩下，机械臂按照规划好的路径点来执行，直到运动到最终的目标点。

所述轴向运动模块33分别与所述主控模块10和所述交互模块20信息交互。所述轴向运动模块33用于控制机械臂末端沿着预定义的轴向运动。在用户手动拖动下，机械臂末端只能沿手术器械深度穿刺方向进行单方向运动，而不能沿其他方向运动或者转动。用于在手术过程中，机械臂完成自动运动定位后，医生需要手动调节手术器械离目标靶点的距离，而不需要影响到姿态，从而实现更精准的定向功能。

具体实现时，所述主控模块10自行判断，是否已完成空间注册过程，并且空间注册结果得到确认，通过工作流来保证。

所述主控模块10自行判断，是否已完成一条路径执行的过程，并且该条路径已运行到位。由于所述轴向运动模块33与所述自主运动模块32耦合到一起，即轴向运动模式只有在某一条路径完成了自主运动并且到位后才能使能，否则一直处于非使能状态，即用户无法主动出发轴向运动模式。

所述轴向运动模块33接受到轴向模式参数后，检查与六自由度力传感器的工作情况(轴向模式也是基于六自由度力传感器的力控模式)，如正常，则根据轴向运动算法来计算轴向运动的机械臂运动点，并下发给底层控制硬件。底层控制硬件接收到轴向模式参数和机械臂待运动点后，在脚踏的控制下，执行轴向运动。

所述微调运动模块34分别与所述主控模块10和所述交互模块20信息交互。所述微调运动模块34用于控制机械臂末端沿着预定义的平面中固定的方向平移预定的距离。不需要用户手动拖动，即可根据预定义的运动参数完成的自动运动。结合临床应用场景，可分为平面微调和球面微调。其中，平面微调是指沿着机械臂末端工具某个端面的前、后、左、右四个方向的等间隔或者设定间隔的步进运动，也可再扩展4个对角线方向等8个方向的运动。球面微调是指以目标点为中心，在半径不变的球面上沿前、后、左、右四个方向的等弧度运动。平面微调模式和球面微调模式是指在特定平面或球面上步进微小位移。而球面模式是指人协作机械臂在特定区域内运动不允许超出区域(如圆锥体内)且工具中心点保持不 变。具体的，所述微调运动模块34可以提供微调步长，微调距离，微调方向等参数。

具体实现时，所述主控模块10自行判断，是否已完成空间注册过程，并且空间注册结果得到确认，通过工作流来保证。所述主控模块10自行判断，是否已完成一条路径执行的过程，并且该条路径已运行到位。与自主运动模式耦合到一起，即微调运动模式只有在某一条路径完成了自主运动并且到位后才能使能，否则一直处于非使能状态，即用户无法主动出发微调运动模式。

所述调整运动模块，分别与所述主控模块10和所述交互模块20信息交互，用于控制机械臂末端进行轴向运动之前的最后调整。在一个实施例中，所述调整运动模块包括微调运动模块34和/或球面运动模块35。在其他实施例中，所述调整运动模块还可以包括其他类型的不规则微调运动模块。

所述微调运动模块34接受到模式参数(微调模式)和微调距离以及微调方向等参数后，根据微调运动算法来计算微调运动的机械臂运动点，并下发给底层控制硬件。底层控制硬件接收到模式参数(微调模式)和机械臂待运动点后，在脚踏的控制下，执行微调运动。

所述球面运动模块35分别与所述主控模块10和所述交互模块20信息交互。所述球面运动模块35用于控制机械臂末端沿预定义的球面运动。与上述球面微调运动模式类似，区别在于球面运动是有用户手动拖动的球面限制运动，面对不同的应用场景。

具体实现时，上述主控模块10自行判断，是否已完成空间注册过程，并且空间注册结果得到确认，通过工作流来保证。所述主控模块10自行判断，是否已完成一条路径执行的过程，并且该条路径已运行到位。与自主运动模式耦合到一起，即球面运动模式只有在某一条路径完成了自主运动并且到位后才能使能，否则一直处于非使能状态，即用户无法主动出发球面运动模式。

所述球面运动模块35接受到球面模式参数和球面距离以及球面方向等参数后，根据球面运动算法来计算球面运动的机械臂运动点，并下发给底层控制硬件。底层控制硬件接收到球面模式参数和机械臂待运动点后，在脚踏的控制下，执行球面运动。

本申请中提供的所述手术机器人控制系统100可以使得立体定向手术机器人满足多种临床应用场景下的运动方案。具体的，在采用基于六自由度或七自由度机械臂的手术机器人，实现脊柱类疾病的治疗过程中，可以由所述自由运动模块31转至所述轴向运动模块33当机械臂末端运动到定位点1之后，可以切换至所述微调运动模块34慢慢移动至定位点2，再按照手术方案实施具体的手术步骤。这里定位点2比定位点1更靠近患处。

请参阅图3和图4，图3为本申请一个实施例中提供的所述交互模块20的示意图。图4为本申请一个实施例中提供的不同的所述运动模块30之间切换的示意图。所述多个运动模块30中的不同的运动模块之间可根据实际的临床应用场景灵活切换，不同的运动模块之间灵活切换的逻辑图为图4。

在一个实施例中，所述交互模块20包括自循环交互装置21。

所述自循环交互装置21分别与所述多个运动模块30中的每一种运动模块信息交互。所述自循环交互装置21用于控制所述多个运动模块30中的每一种运动模块多次往复执行。本实施例中，每种运动模块在被选中之后，可多次往复执行，如图4中的①。

在一个实施例中，所述交互模块20还包括自主交互装置22。

所述自主交互装置22分别与所述多个运动模块30中的每一种运动模块信息交互。所述自主交互装置22用于控制所述自主运动模块32与所述自由运动模块31、所述轴向运动模块33、所述微调运动模块34和所述球面运动模块35之间的交互执行，如图4中的②。

在一个实施例中，所述交互模块20还包括预定义运动交互装置23。

所述预定义运动交互装置23分别与所述轴向运动模块33、所述微调运动模块34和所述球面运动模块35信息交互。所述预定义运动交互装置23用于控制所述轴向运动模块33与所述微调运动模块34之间的双向交互、所述轴向运动模块33与所述球面运动模块35之间的双向交互、以及所述微调运动模块34和所述球面运动模块35之间的双向交互如图4中的③。

在一个实施例中，所述交互模块20还包括单向切换装置24。

所述单向切换装置24分别与所述自由运动模块31、所述轴向运动模块33、所述微调运动模块34和所述球面运动模块35信息交互。所述单向切换装置24用于控制所述轴向运动模块33、所述微调运动模块34和所述球面运动模块35分别向所述自由运动模块31单向切换，如图4中的④。

因为所述多个运动模块30在实际运行中，需要按照所述自主运动模块完成了某条路径的执行之后，才能切换到所述轴向运动模块33、所述微调运动模块34和所述球面运动模块35。因此，在临床应用场景中，所述轴向运动模块33、所述微调运动模块34和所述球面运动模块35分别向所述自由运动模块31切换时均为单向切换。

请参阅图5，图5为本申请一个实施例中提供的手术机器人控制系统100的示意图。在一个实施例中，所述手术机器人控制系统100还包括安全防控系统40。所述安全防控系统40与所述主控模块10信息交互，并与所述多个运动模块30中的每一种运动模块信息交互。所述安全防控系统40用于实现所述手术机器人控制系统100的安全防控。

本实施例中，提供的所述手术机器人控制系统100包括：所述主控模块10、所述交互模块20、所述多个运动模块30和所述安全防控系统40。本实施例中所述手术机器人控制系统100中包括了用于实现所述手术机器人控制系统100安全防控的所述安全防控系统40。所述手术机器人控制系统100在通过所述交互模块20调配或者切换所述多个运动模块20的运动模式时，实现在任何应用场景下可灵活切换运动模式、安全可靠的机械臂实时运动功能。另外本实施例中的所述手术机器人控制系统100可以应用于灵活可靠安全的多模式机械臂运动模块级方案，不仅仅适用于立体定向手术机器人中，还可以用于类似关节置换、骨创伤治疗等骨科或脊柱类的基于六自由度机械臂或基于七自由度机械臂的手术机器人中。

本申请实施例中提供的所述手术机器人控制系统100从临床场景出发，定义了多种运动模块30。每种运动模块30均有对应的安全设计考虑。用户在使用所述手术机器人控制系统100时，仅考虑实际的临床应用，而不用过多的关注安全方面设计，因为相关的安全设计完全由所述手术机器人控制系统100来完成。同时，结合实际的临床应用场景，各运动模式间可灵活切换，扩展了立体定向手术机器人应用场景下的可用性和安全性设计，进一步降低医生用户对系统操作经验的依赖。

请参阅图6，图6为本申请一个实施例中提供的所述手术机器人控制系统100的示意图。手术机器人的机械臂在运动过程中，引入的主要安全风险是可能会意外碰撞到患者头部，碰撞到推车本身。因此，本申请提供的所述手术机器人控制系统100根据已经识别出的安全风险，提供以下相应的安全设计方案：

在一个实施例中，所述安全防控系统40包括急停装置41。

所述急停装置41与所述多个运动模块30中的每一种运动模块信息交互。所述急停装置41用于当用户判断机械臂的运动存在安全风险时，用户通过所述急停装置41停止机械臂继续运动。具体的，所述急停装置41可以是与机械臂信息交互的脚踏。常规的在手术机器人运行过程中，在用户踩住脚踏的条件下才能触发各种不同的所述运动模块30。当用户判断机械臂的运动存在安全风险时，用户可以第一时间松开脚踏停止机械臂的所有运动。在一个实施例中，所述自由运动模块31、所述自主运动模块32、所述轴向运动模块33、所述微调运动模块34和所述球面运动模块35在启动运行时均需要在用户持续踩着脚踏的条件下才能完成响应的运动过程。

在一个实施例中，所述安全防控系统40还包括安全边界运算装置42。

所述安全边界运算装置42分别与所述自由运动模块31、所述轴向运动模块33以及所述球面运动模块35信息交互。所述安全边界运算装置42用于根据机械臂的实际运动轨迹与预定义的安全边界实时对比，当发现所述实际运行轨迹即将达到所述安全边界时，警告用户存在安全风险。

本实施例中，针对所述自由运动模块31、所述轴向运动模块33以及所述球面运动模块35等的手动拖动运动，所述主控模块10无法预先知道所有的运动轨迹，但可根据实际运动轨迹跟预先定义的安全边界实时对比。当所述主控模块10发现实际运动轨迹即将达到安全边界时，可通过警告或者语音等提示用户。再达到安全边界时，所述主控模块10可以控制所述安全边界运算装置42停止机械臂的运动，避免造成进一步的安全风险。需要注意的是，只有当警告被用户确认时，才可能在用户拖动的情况下机械臂往安全边界范围内运动。针对所述轴向运动模块33，还需要根据手术器械的长度及适配器的长度，定义在深度方向上的安全边界，以确保在轴向运动模式下，用户在手动拖动下，保证器械或者适配器末端不碰撞到患者头部。

在一个实施例中，所述安全防控系统40还包括障碍物碰撞规避装置43。

所述障碍物碰撞规避装置43与所述自主运动模块32信息交互。所述障碍物碰撞规避装置43用于根据系统硬件模型及未知的患者头部模型生成障碍物简化模型，当所述主控模块10规划出所述自主运动模块32的路径点时，所述障碍物碰撞规避装置43生成可避开所述障碍物简化模型的规避路线。针对所述自主运动模块32这种可以预先规划路径轨迹的情形，系统在规划路径时，在获取推车模型，患者头部模型及其他器械工具模型前提下，避开会碰撞的情形，提前规避碰撞干涉。

所述障碍物简化模型可以简化为以下三类的组合。第一类模型是系统推车、器械工具或者推车上可能被碰到的部件模型。此类模型在完成机械设计后，就已经固化，可以通过专用软件导出，并声称网格文件，用于在路径规划时进行碰撞检测。第二类模型是未知的患者头部模型，此类模型可以通过术前放射学影像CT扫描后获取，最终传递给下位机的碰撞检测算法执行碰撞检测。第三类模型是未知的众多的第三方固定头部的头架模型，此类模型可以通过在已获取的患者头部模型和已知的系统用于固定患者头部的机械组件模型的基础上，向外部扩充一个大概20mm-60mm的一个包围盒模型，即机械臂的任意部分都不能进入这个包围盒之内。

在一个实施例中，所述安全防控系统40还包括轨迹联锁装置44。

所述轨迹联锁装置44与所述多个运动模块30中的每一种运动模块信息交互。所述轨迹联锁装置44用于实时监测机械臂的运动轨迹，当发现机械臂的实际运动轨迹与计划运动轨迹偏差超过预设偏差时，警告用户或者直接禁止机械臂运动。具体的，当发现实际的路径轨迹与计划的路径轨迹偏差较大时，提前警告或者禁止机械臂运动。这里的偏差较大可以理解为机械臂的实际运动轨迹与计划运动轨迹偏差超过预设偏差。因为实际运动轨迹与规划运动轨迹相差较大(比如欧式距离超过1cm)，肯定存在某些不可预知的异常，导致最终碰撞的可能性增大，因此可提前规避。

在本申请另外的实施例中所述手术机器人控制系统100还包括：速度选择装置，锁定和解锁装置，运动使能装置，自动归位装置。所述速度选择装置可以对所述运动模块30中不同的运动状态设置不同的运动速度。所述锁定和解锁装置可以对所述运动模块30中不同的运动状态进行锁控。所述运动使能装置可以对所述运动模块30中不同的运动状态进行急停处理。所述自动归位装置可以控制所述运动模块30从不同的运动状态回归到初始位置。

本申请还提供一种手术机器人控制方法，包括：

接收用户需求，产生交互控制命令。本步骤中，可以采用上述所述交互模块20接收用户需求，产生交互控制命令。

根据所述交互控制命令产生运动控制命令。本步骤中，可以采用上述所述主控模块10产生运动控制命令。

控制机械臂末端执行所述运动控制命令，所述运动控制命令包括控制所述机械臂末端按照多种运动模式执行动作。本步骤中，可以采用上述所述多个运动模块30来分别执行所述多种运动模式。

本实施例中，所述手术机器人控制方法可以实现多种临床应用场景下的不同运动方案，在任何应用场景下可通过接收用户需求，产生交互控制命令；根据所述交互控制命令产生运动控制命令；控制机械臂末端执行所述运动控制命令，所述运动控制命令包括控制所述机械臂末端按照多种运动模式执行动作。从而使得所述手术机器人控制方法可以实现所述多个运动模式之间的灵活切换。具体的，在采用基于七自由度力传感器的机械臂的手术机器人，实现脊柱类疾病的治疗过程中，可以由自由运动模式转至轴向运动模式。当机械臂末端运动到定位点1之后，可以切换至微调运动模式慢慢移动至定位点2，再按照手术方案实施具体的手术步骤。这里定位点2比定位点1更靠近患处。

在一个实施例中，所述控制机械臂末端执行所述运动控制命令，所述运动控制命令包括控制所述机械臂末端按照多种运动模式执行动作的步骤中，所述多种运动模式包括：自由运动模式、自主运动模式、轴向运动模式、微调运动模式以及球面运动模式。其中，在所述自由运动模式下可以控制机械臂末端进行自由运动。在所述自主运动模式下，可以根据所述主控模块10规划出的路径点进行自主运动。在所述轴向运动模式下，可以控制所述机械臂末端沿着预定义的轴向运动。在所述微调运动模式下可以控制所述机械臂末端沿着预定义的面中固定的方向移动预定的距离。在所述球面运动模式下，可以控制机械臂末端沿预定义的球面运动。

在一个实施例中，所述运动控制命令包括以下四种控制命令中的任意一种或多种：

控制所述多种运动模式中每一种运动模式多次往复执行；

控制所述自主运动模式与所述自由运动模式、所述轴向运动模式、所述微调运动模式和所述球面运动模式之间的交互执行；

控制所述轴向运动模式与所述微调运动模式之间的双向交互执行、所述轴向运动模式与所述球面运动模式之间的双向交互执行、以及所述微调运动模式和所述球面运动模式之间的双向交互执行；或者

控制所述轴向运动模式、所述微调运动模式和所述球面运动模式分别向所述自由运动模式单向切换执行。

本实施例中，可以参考不同的运动模式之间灵活切换的逻辑图，其中图4展示了所述多个运动模式中的不同的运动系统之间可根据实际的临床应用场景灵活切换。

在一个实施例中，所述机器人控制方法，还包括：与所述多种运动模式中的至少一种运动模式信息交互，实现对手术机器人控制系统的安全防控。

本实施例中，增加了安全防控的步骤，使得所述机器人控制方法可以实现在任何应用场景下可灵活切换运动模式、安全可靠的机械臂实时运动功能。另外本实施例中的所述手术机器人控制方法，控制策略灵活可靠、安全性高的多模式机械臂运动系统及方案，不仅仅适用于立体定向手术机器人中，还可以用于类似关节置换、骨创伤治疗等骨科或脊柱类的基于六自由度力传感器的机械臂或基于七自由度力传感器的机械臂的手术机器人中。

在一个实施例中，所述实现对手术机器人控制系统的安全防控的步骤，包括采用以下步骤中的任意一个或多个实现对手术机器人的安全防控：

对所述机械臂实施急停控制、向用户发出存在安全风险的警告、生成所述机械臂的自动规避路线以及禁止所述机械臂运动。

具体的，对所述机械臂实施急停控制可以是：当用户判断机械臂的运动存在安全风险时，用户可以通过所述急停装置41停止机械臂继续运动。

向用户发出存在安全风险的警告可以是：根据机械臂的实际运动轨迹与预定义的安全边界实时对比，当发现所述实际运行轨迹即将达到所述安全边界时，警告用户存在安全风险。

生成所述机械臂的自动规避路线可以是：根据系统硬件模型及未知的患者头部模型生成障碍物简化模型，当所述主控模块10规划出所述自主运动模块32的路径点时，所述障碍物碰撞规避装置43生成可避开所述障碍物简化模型的规避路线。

禁止所述机械臂运动可以是：实时监测机械臂的运动轨迹，当发现机械臂的实际运动轨迹与计划运动轨迹偏差超过预设偏差时，警告用户或者直接禁止机械臂运动。

本申请还提供一种手术机器人，包括上述任一个实施例中所述的手术机器人控制系统100、机械臂、地刹、脚踏和摄像装置等其他硬件设备。

请参阅图7，图7为本申请一个实施例中所述多个运动模块30在所述主控模块10中的主界面显示图。以下本申请还提供了所述轴向运动模块33和微调运动模块34这两种运动模块在所述主控模块10中的界面显示图，以分别展示两种运动模块的操作过程。

请参阅图8，图8为本申请一个实施例中所述轴向运动模块33的界面显示图，其界面操作方法如下：

确定定位点1为靶点距离，由术前规划完成。踩住脚踏(启动机械臂运动)，采用所述自由运动模块31、所述自主运动模块32或者所述自由运动模块31与所述自主运动模块32的组合运动模块将机械臂运动至定位点1。

在所述主控模块10可以显示多类信息，包括图像信息、固定数据信息、实时数据信息以及操作信息。其中图像信息又可以显示一幅图像，也可以同时显示多幅图像。固定数据信息与实时数据信息可以在图像信息上直接显示，也可以有单独的显示区域进行显示。操作信息可以用于用户输入信息，可以直接在图像信息上进行显示，也可以有单独的显示区域进行显示。

在一个具体的实施例中，从所述主控模块10的主页面选择“轴向模式”，系统进入“轴向模式”的子页面。当需要用户手动调节末端器械轴向位置时，图像信息显示区会根据末端器械与头颅的位置进行全局实时动态显示。如图8所示，所述轴向运动模块33的运动模式界面包含两个图像信息，分别为实 时显示全局图和实时显示放大图。上述两个图像信息用于显示整体位置关系，其中人头部为扫描的CT图像，机械臂、器械和人手为其STL数据格式模型或预设3D数据格式模型。当需要用户手动调节末端器械轴向位置时，图像信息显示区会根据末端器械与头颅的位置进行全局实时动态显示，显示穿刺轴线运动方向，定位点1，定位点2，当前末端工具点，入颅点，靶点等。图像信息显示区还会实时显示放大图，主要放大区域是以穿刺轴线运动方向，定位点2，当前末端工具点，入颅点。放大图可根据当前末端工具点位置进行动态调整及放大，也可用户手动调整并放大局部视图。

如图8所示，所述轴向运动模块33的运动模式界面还包含固定数据信息的显示区。在固定数据信息的显示区可以显示“入颅点坐标”、“靶点坐标”、“定位点1坐标”和“定位点2坐标”。

如图8所示，所述轴向运动模块33的运动模式界面还包含实时数据信息的显示区。比如，末端适配器受推力(N),该数据表明用户有施加在器械上的力信息；实时显示末端器械坐标系原点Q到定位点2的坐标；实时显示末端器械坐标系原点Q到入颅点的坐标；实时显示末端器械坐标系原点Q到靶点的坐标。本实例中的坐标数值均相对于靶点坐标来显示，但也可以是相对于其它坐标系来显示。坐标显示的类型包括但不限于直角坐标和球坐标形式。在实时数据信息的显示区内显示可以是包含上述全部显示内容或其中部分显示内容。

如图8所示，所述轴向运动模块33的运动模式界面还包含操作信息的显示区。用户可以自行设置轴向模式最大距离。用户也可以任意的选择“锁定机械臂”、“解锁机械臂”或者“退出轴向运动模式”。锁定机械臂可以让用户更加安全的进行其他操作而无需担心机械臂会出现其他异常运动。当用户想要轴向运动模式可进行解锁机械臂进行轴向运动或退出当前轴向运动模式等。原则上该轴向运动界面为运动模块的主界面，但该子界面仍然可包含主界面的部分功能，如用户不想要回到主界面去切换运动模式(如自主运动模式等)，可直接在该子界面中切换其他运动模式。

请参阅图9和图10，图9为本申请一个实施例中所述微调运动模块34中平面微调的界面显示图。图10为本申请一个实施例中所述微调运动模块34中球面微调的界面显示图。以下以图9为例，解释所述微调运动模块34的界面操作方法：

确定定位点1为靶点距离，由术前规划完成。踩住脚踏，选择所述自主运动模块32或者所述自由运动模块31与所述自主运动模块32的组合运动模块将机械臂运动至定位点1。

在所述主控模块10的主页面选择“平面微调模式”或“球面微调模式”，系统进入“微调模式”的子页面。“微调模式”又可以选择“平面微调模式”和“球面微调模式”。如图9所示，所述微调运动模块34的运动模式界面包含图像信息、数据信息和操作信息。所述图像信息显示区包含两个，分别为实时显示全局图(视图1)和实时显示放大图(视图2)。

所述数据信息的显示区包括步进量输入区域和步进后位置显示区域，用户输入步进量、选择运动模式并解锁机械臂后可以进入微调运动。

所述数据信息的显示区还包括步进方向键，步进方向包括但不限与本实例中的界面按键形式，也可以是物理的上下左右按键或对应的语音识别等。方向示意图中实时显示当前步进后的位置相对于初始位置的坐标等，并实时显示出相对数值信息。本实例中的坐标数值均相对于初始定位点坐标来显示，但也可以是相对于其它坐标系来显示，坐标显示的类型包括但不限于直角坐标和球坐标形式等。

所述操作信息的显示区包括模式选择切换区域，可以自由切换平面微调模式或球面微调模式运动，并未可以点击初始位置点复位至初始定位的点。

所述操作信息的显示区还包括控制按键，用户使用步进模式后可以锁定机械臂，能够更加安全的进行其他手术操作。用户也可以进行多次连续步进直到想要的穿刺位置。当完成微调模式后，用户可以点击退出定向定量步进微小位移运动模式至图7的主界面。

请参见图11和图12，本申请实施例提供一种手术机器人控制方法，包括：

S100，获取机械臂末端固定的末端适配器80在第一定位点210的位姿信息和第二定位点220的位姿信息，并根据所述第一定位点210的位姿信息和所述第二定位点220的位姿信息得到所述末端适配器80沿第一轴100从所述第一定位点210到所述第二定位点220运动时对应的所述机械臂60的规划路径。所述第一轴100顺次穿过所述第一定位点210、所述第二定位点220、第一入颅点121和第一靶点131，所述末端适配器80用于夹持手术工具。

所述机械臂60包括多个构件。相邻的两个构件之间通过关节连接，以保证两个构件能够相对转动。所述机械臂60的一端固定于基座。所述机械臂60的另一端与所述末端适配器80固定连接。所述末端适配器80用于安装手术工具。所述手术工具包括手术刀、电钻或其他手术工具。

当所述机械臂60带动所述末端适配器80沿所述第一轴100从所述第一定位点210直线运动到所述第二定位点220的过程中，所述机械臂60变换不同的构形。不同构形中多个构件的相对位置不同。所述机械臂60的规划路径包括多个所述机械臂构形。

所述第二定位点220与所述第一入颅点121之间的距离为安全距离。当所述末端适配器80沿所述第一轴100移动时，所述末端适配器80并未夹持手术工具。所述手术工具为电钻时，所述电钻的钻头具有一定的长度。为了避免钻头在安装好后会触及头骨，因此设定安全距离。机械臂60带动所述末端适配器80到达所述第二定位点220后不能再靠近所述第一入颅点121运动。

在一个实施例中，在所述S100步骤之前，所述控制方法还包括：

S010，设置最大移动距离，所述最大移动距离的一个端点为所述第一定位点210，所述最大移动距离的另一端设置在所述第一定位点210和所述第二定位点220之间。所述机械臂60带动所述末端适配器80只能在最大移动距离对应的区间内移动。

在一个实施例中，如果未设置最大移动距离，则默认为当前所述末端适配器80所在的位置与所述第一定位点210之间的距离为最大移动距离。即所述末端适配器80只能沿所述第一轴100远离所述第一入颅点121移动。

设置所述最大移动距离是为了适应不同的手术工具的长度，保证操作的安全性。

S200，判断所述机械臂60的规划路径是否发生奇异性。即判断多个所述机械臂构形是否有发生奇异性。

在一个实施例中，所述机械臂60包括第一构件、第二构件和第三构件。所述第一构件与所述第二构件通过第一关节连接。所述第二构件与所述第三构件通过第二关节连接。在一个具有奇异性的所述机械臂构形中，所述第一构件在所述第一关节的速度与所述第三构件在所述第二关节的速度大小相等，方向相反。则所述第二构件两端的速度大小相同，方向相反。所述第二构件无法移动。这种情况下，所述机械臂构形发生奇异性。在用关节点的位移求导速度时，矩阵具有奇异性。如果所述机械臂构形发生奇异性，则无法准确控制关节点的速度。

S300，如果所述机械臂60的规划路径不发生奇异性，则采集控制信号。

所述控制信号可以是人施加在所述机械臂60或所述末端适配器80上的力信号，也可以是外部控制装置施加的电信号。在一个实施例中，可以对所述控制信号进行补偿处理。受到信号采集装置设置的位置和中间器件的影响，需要对信号采集装置采集到的所述控制信号进行补偿处理，以消除环境因素或其他器件对所述控制信号的影响，提高所述末端适配器80控制的精度。

S400，将所述控制信号转换为速度信号。所述S400为速度控制方法。在一个实施例中，可以将补偿处理后的所述控制信号转换为速度信号。

S500，根据所述速度信号控制所述机械臂60运动，使所述机械臂60带动所述末端适配器80在所述第一定位点210和所述第二定位点220之间沿所述第一轴100直线运动。

所述手术机器人控制方法使得机械臂60和所述末端适配器80只能沿所述第一轴100靠近所述第一靶点131方向移动或远离所述第一靶点131方向移动，不允许所述末端适配器80向其他方向移动。

当所述机械臂60带动所述末端适配器80靠近第一靶点131的方向移动时，所述手术机器人控制方法可以提高手术工具抵达第一入颅点121的定位准确度。当所述机械臂60带动所述末端适配器80远离第一靶点131的方向移动时，可以给手术工具安装于所述末端适配器80提供更大的操作空间。

所述机械臂60带动所述末端适配器80在所述第一定位点210和所述第二定位点220之间运动。当所述末端适配器80对颅骨钻孔时，不至钻入过深伤及皮层组织。

本申请实施例提供的所述手术机器人控制方法通过规划路径的奇异性判断，在不发生奇异的情况下采用速度控制方法控制所述机械臂60运动。所述速度控制方法使得所述机械臂60和所述末端适配器80的在速度信号的控制下，以相应的速度运动。相对于位置(关节点位置)控制方法，所述速度控制方法使得所述机械臂60和所述末端适配器80的运动更为顺滑。

在一个实施例中，所述S200步骤之后，所述手术机器人控制方法还包括：

S210，如果所述机械臂60的规划路径发生奇异性，则采集控制信号。

在一个实施例中，所述S210还包括对所述控制信号进行补偿处理的步骤。

S220，将所述控制信号转换为关节点信号。

在一个实施例中，所述S220还包括将补偿处理后的所述控制信号转换为关节点信号

S230，根据所述关节点信号控制所述机械臂60运动，使所述机械臂60带动所述末端适配器80在所述第一定位点210和所述第二定位点220之间沿所述第一轴100直线运动。

在所述机械臂60的规划路径发生奇异性时，存在所述机械臂构形发生奇异性的情况。这种情况下采用所述速度控制方法不便于控制关节速度，容易引发速度失控。因此，在所述机械臂60的规划路径发生奇异性时，采用位置控制方法控制所述机械臂60和所述末端适配器80的运动，提高了手术机器人的安全性。

在一个实施例中，在所述S220步骤之前，所述控制方法还包括：

进行实时碰撞检测。

在一个实施例中，所述控制信号包括作用在所述末端适配器80的操作力信号。在一个实施例中，所述S300步骤包括对所述控制信号进行补偿处理的步骤。所述S300步骤中对所述控制信号进行补偿处理的步骤包括：

对所述操作力信号进行补偿处理，以消除环境和其他器件的影响。

在一个实施例中，所述信号采集装置为信号传感装置70。所述信号传感装置70固定于所述机械臂60的末端。所述末端适配器80固定安装于所述信号传感装置70远离所述机械臂60的末端的一侧。所述末端适配器80与所述信号传感装置70之间通过第二连接件400连接。所述信号传感装置70与所述机械臂60的末端通过第一连接件300连接。

所述信号传感装置70、所述末端适配器80、所述第一连接件300和所述第二连接件400均具有重量。所述机械臂60的末端和所述末端适配器80的位姿发生变化时，重量会在所述第一轴100存在分量，影响了所述操作力信号的准确性。因此，需要对所述操作力信号进行补偿，以消除所述信号传感装置70、所述末端适配器80、所述第一连接件300和所述第二连接件400的重量对所述操作力信号的影响。

所述S400的步骤包括：

对所述补偿后的操作力信号进行变换，得到第一速度。

将所述第一速度投影到所述第一轴100，得到第二速度，以使所述末端适配器80以所述第二速度在所述第一轴100运动。

在一个实施例中，所述第一速度是在笛卡尔坐标系下的速度。所述第一速度包括三轴方向上的分量。所述第一轴100为笛卡尔坐标系下的Z轴。

所述S500的步骤包括：

S510，获取所述末端适配器80的位置信息，并根据所述末端适配器80的位置信息和所述第二速度对所述机械臂60进行碰撞检测。

S520，如果所述机械臂60未发生碰撞，则控制所述末端适配器80以所述第二速度在所述第一定位点210和所述第二定位点220之间运动。

S510和S520避免了所述机械臂60在带动所述末端适配器80运动的过程中与其他物体发生碰撞，提高所述手术机器人的安全性。

请一并参见图13，在一个实施例中，所述控制信号还包括踩踏信号，在所述对所述操作力信号进行补偿处理的步骤之前，所述手术机器人控制方法还包括：

S4011，判断所述操作力信号是否大于第一预设值，且所述踩踏信号为高电平，如果所述操作力信号大于所述第一预设值，且所述踩踏信号为高电平，则执行所述对所述操作力信号进行补偿处理的步骤。附图13中F表示所述操作力信号。

只有满足所述操作力信号大于所述第一预设值，且所述踩踏信号为高电平这两个条件时，才会执行对所述补偿后的操作力信号进行变换，得到第一速度的步骤，避免误输入信号引起的误操作。

在一个实施例中，在所述S4011步骤之前，所述手术机器人控制方法还包括：

S4010，判断所述末端适配器80距离所述第二定位点220的距离是否小于第二预设值，如果是，则在判定所述操作力信号大于所述第一预设值，且所述踩踏信号为高电平时，判断所述操作力信号的作用方向。如果所述操作力信号的方向背离所述第二定位点220，则执行获取所述末端适配器80的操作力信号，对所述操作力进行补偿的步骤。

所述末端适配器80在所述第一定位点210和所述第二定位点220之间移动，所述末端适配器80距离所述第二定位点220的距离大于所述第二预设值时，所述末端适配器80距离所述第二定位点220较远，此时采用速度控制方法可控性高，不具有危险性。

所述末端适配器80距离所述第二定位点220的距离小于所述第二预设值。所述操作力信号用于使所述末端适配器80远离所述第二定位点220移动时，所述末端适配器80距离所述第一定位点210较远，采用速度控制方法控制所述末端适配器80移动不具有危险性。附图13中S表示所述末端适配器80距离所述第二定位点220的距离。

在上一个实施例中，在所述末端适配器80距离所述第二定位点220的距离小于所述第二预设值，所述操作力信号大于所述第一预设值，且所述踩踏信号为高电平时，如果所述操作力信号的方向朝向所述第二定位点220，则控制所述末端适配器80移动至所述第二定位点220。

当所述末端适配器80距离所述第二定位点220的距离较近，采用速度控制方法不容易控制所述末端适配器80的位置时，采用位移控制方法直接控制所述末端适配器80移动至所述第二定位点220，提高安全性。

在一个实施例中，所述控制信号包括作用在所述末端适配器80的操作力信号，所述S210步骤中对所述控制信号进行补偿处理的步骤包括：

对所述操作力信号进行补偿处理。

所述S210中采集控制信号，并对所述控制信号进行补偿处理的步骤之前，所述机器人系统的控制方法还包括：

S211，根据所述机械臂60的规划路径得到所述机械臂60需要移动的多组关节点信息。

所述机械臂60的路径规划包括多个所述机械臂构形。每个所述机械臂构形对应一组所述关节点信息。多个所述机械臂构形对应多组所述关节点信息。

在一个实施例中，将所述第一轴100的所述第一定位点210和所述第二定位点220之间的线段通过插值方法划分为关节空间中的所述末端适配器80移动的多个关节点。

所述末端适配器80移动的多个关节点信息与所述机械臂60的多组所述关节点信息一一对应。即所述末端适配器80每移动至一个关节点，所述机械臂60变化一个所述机械臂构形。

S212，根据多组所述关节点信息进行机械臂60的碰撞检测，避免所述机械臂60与其他物体发生碰撞。

所述S230的步骤包括：

获取所述末端适配器80的位置信息和所述关节点信号。

根据所述末端适配器80的位置信息和所述关节点信号得到所述操作力信号作用下的所述机械臂60的需要移动的关节点信息。

控制所述机械臂60根据需要移动的关节点信息移动，并带动所述末端适配器80沿所述第一轴100直线运动。

通过所述末端适配器80的位置信息，可获得所述机械臂构形及所述机械臂构形对应的关节点信息。再通过当前所述机械臂构形对应的关节点信息和所述补偿处理后的操作力信号可以计算出机械臂60在操作力信号作用下需要变化的所述机械臂构形以及所述机械臂构形对应的关节点信息。通过对关节点信息的求解和采用关节点位置的方法控制所述末端适配器80移动，所述末端适配器80的移动位置更为精确。

在一个实施例中，在所述控制所述机械臂60根据需要移动的关节点信息移动，并带动所述末端适配器80沿所述第一轴100直线运动的步骤之后，所述手术机器人控制方法还包括：

计算所述末端适配器80历经的关节点数。所述末端适配器80历经的关节点数与所述末端适配器80所在的位置对应。

计算所述末端适配器80历经的关节点数即为获取所述末端适配器80当前的位置信息。

在附图13中i表示所述末端适配器80历经的关节点数。n为所述关节点总数。

判断所述末端适配器80历经的关节点数是否小于所述末端适配器80从所述第一定位点210移动至所述第二定位点220所需历经的关节点总数，若所述末端适配器80历经的关节点数小于所述关节点总数，则返回对所述操作力信号进行补偿处理的步骤。

所述末端适配器80历经的关节点数小于所述关节点总数，即所述末端适配器80不在所述第二定位点220。

在上一个实施例中，所述手术机器人控制方法还包括：

判断所述操作力信号是否大于第一预设值，且所述踩踏信号为高电平。若是，才返回所述控制所述机械臂60根据需要移动的关节点信息移动，并带动所述末端适配器80沿所述第一轴100直线运动的步骤。

所述手术机器人控制方法通过判断所述操作力信号和所述踩踏信号是否同时达到预设条件的步骤避免了信号无输入和误操作。

在一个实施例中，所述信号传感装置70通过所述第二连接件400与所述末端适配器80连接。所述信号传感装置70通过所述第一连接件300与所述机械臂60末端连接。所述末端适配器80用于与手术工具连接。

在S300采集控制信号的步骤之后，所述手术机器人控制方法还包括：

对所述控制信号进行滤波处理，以消除噪声影响。

采集所述信号传感装置70、所述末端适配器80、所述第一连接件300和所述第二连接件400的质量和质心。

对所述控制信号进行补偿处理的步骤包括：

根据所述信号传感装置70、所述末端适配器80、所述第一连接件300和所述第二连接件400的质量和质心对所述控制信号进行补偿处理。

由于机械臂60末端在不同姿态下，手术工具、所述第一连接件300和所述第二连接件400对末端适配器80产生的影响不相同，故需要在不同的姿态下对所述控制信号进行实时补偿，以便能够更加精确的测量所述操作力的大小。

在补偿过程后，需要将信号传感装置70坐标下的力矢量通过转换矩阵转换为末端适配器80坐标下的力矢量。

在一个实施例中，在所述S500步骤之后，所述手术机器人控制方法还包括：

S600，如果所述末端适配器80距离所述第一轴100的距离大于第三预设值，则控制所述末端适配器80移动至所述第一轴100，以保证所述末端适配器80沿所述第一轴100运动。

在一个实施例中，控制所述末端适配器80垂直于所述第一轴100移动至所述第一轴100，以保证所述末端适配器80移动至所述第一轴100的距离最短。

在速度模式下，加入所述S600步骤能够确保末端工具的位置始终在规划路径上，移动方向始终在规划的方向上。

失去外部力时，机械臂停止运动，所述S600步骤能够使所述末端适配器始终在所述第一轴100上，即所述末端适配器始终在规划路径上，这样能够保证手术精准性(位置和方向)。

在一个实施例中，如果施加在所述末端适配器80上的力为0，则锁定所述末端适配器，以保证手术的安全性。

所述位置控制方法同样适用于所述机械臂60的规划路径不发生奇异性的情况。

在一个实施例中，所述手术机器人控制方法还包括：

接收结束信号，结束控制。

在一个实施例中，所述手术机器人控制方法还包括：

通过协作或自动的方式控制所述末端适配器80移动至所述第一定位点210。

请一并参见图14，在一个实施例中，当所述机械臂60的规划路径发生奇异性时，采用速度控制方法使所述机械臂60带动所述末端适配器80在所述第一定位点210和所述第二定位点220之间沿所述第 一轴100直线运动的步骤包括：

采集控制信号，并对所述控制信号进行补偿处理。

执行S400步骤，以使所述机械臂60带动所述末端适配器80在所述第一定位点210和所述第二定位点220之间沿所述第一轴100直线运动。

当所述机械臂60运动至奇异构型时，改变所述机械臂60关节点的速度方向，并限制所述机械臂60关节点的速度大小。

当所述机械臂60离开奇异构型后，对所述机械臂60的位置和速度进行修正，以使所述末端适配器80移动至所述第一轴100。

在一个实施例中，通过求解雅克比的伪逆矩阵的方法，来改变所述机械臂60关节点的所述第二速度的方向，并限制所述机械臂60关节点的速度。

在一个实施例中，在执行S400步骤后，还要执行S500步骤。

本申请实施例提供一种计算机设备，包括存储器和处理器。所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意实施例所述的方法的步骤。本申请实施例提供的所述计算机设备通过限制所述末端适配器80在所述第一定位点210和所述第二定位点220之间沿所述第一轴100直线运动，减少所述末端适配器80运动过程中其他两个自由度的计算，减少了运算量，提高了机器人的工作效率性。

此外，所述计算机设备通过规划路径的奇异性判断，在不发生奇异的情况下采用速度控制方法控制所述机械臂60运动。所述速度控制方法使得所述机械臂60和所述末端适配器80的在速度信号的控制下，以相应的速度运动。相对于位置控制方法，所述计算机设备采用所述速度控制方法使得所述机械臂60和所述末端适配器80的运动更为顺滑。

本申请实施例提供一种手术机器人系统50，包括机械臂60、信号传感装置70、末端适配器80和控制装置。所述信号传感装置70固定于所述机械臂60的末端。所述末端适配器80固定安装于所述信号传感装置70。所述末端适配器80用于安装手术工具，并接收控制信号。所述控制装置包括存储器和处理器。所述存储器存储有计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意实施例所述的方法的步骤。

所述手术机器人系统50通过限制所述末端适配器80在所述第一定位点210和所述第二定位点220之间沿所述第一轴100直线运动，减少所述末端适配器80运动过程中其他两个自由度的计算，减少了运算量，提高了机器人的工作效率性。

此外，所述手术机器人系统50通过规划路径的奇异性判断，在不发生奇异的情况下采用速度控制方法控制所述机械臂60运动。所述速度控制方法使得所述机械臂60和所述末端适配器80的在速度信号的控制下，以相应的速度运动。相对于位置控制方法，所述手术机器人系统50采用所述速度控制方法使得所述机械臂60和所述末端适配器80的运动更为顺滑。

在一个实施例中，所述手术机器人系统50还包括第一连接件300和第二连接件400。所述第一连接件300连接于所述信号传感装置70和所述末端适配器80之间，方便所述末端适配器80的拆卸和更换。所述第二连接件400连接于所述末端适配器80与所述机械臂60的末端，方便所述信号传感装置70的拆卸和更换。

在一个实施例中，所述手术机器人系统50还包括光学监测装置110。所述光学监测装置110包括光学元件116和检测器117。所述光学元件116设置于所述末端适配器80，所述光学元件116用于产生光信号。所述检测器117与所述检测器117电连接。所述检测器117用于接收所述光信号，并通过所述光信号检测所述末端适配器80的位置信息，再将所述位置信息输出给所述控制装置。

在机械人辅助的手术中，医生会对患者脑部进行影像扫描。通过扫描图像，医生可以判断出病灶的相关信息。根据病灶的相关信息和患者脑部的其他信息。医生会定制手术方案。手术方案中包括多条穿刺路径。每个穿刺路径包括穿刺路径的靶点、入颅点位置、路径的直径或器械的长度等信息。所述靶点设置于病灶位置。所述入颅点设置于患者的颅骨表面。穿刺路径也称为针道的路径。在穿刺的过程中，需要机械臂60的末端适配器80先定位到所述入颅点的附近，医生再进行穿刺操作。

请参见图15和图16，本申请实施例提供一种机械臂60的末端适配器80的控制方法，包括：

S1000，获取第一路径111。所述第一路径111穿过第二靶点132和第二入颅点122，且所述末端适配器80位于第三定位点330。所述第一路径111顺次穿过所述第三定位点330、第二入颅点122和第二靶点132。

S2000，获取位置命令，并根据所述位置命令控制所述末端适配器80沿所述第三定位点330所在的第一平面或第一球面移动，且所述第一平面垂直于所述第一路径111。

本申请实施例提供的所述机械臂60的末端适配器80的控制方法根据所述位置命令控制所述末端适配器80沿所述第三定位点330所在的第一平面或第一球面移动，且所述第一平面垂直于所述第一路径111，减少了所述末端适配器80移动的自由度，避免了重新建模、数据采集和路径规划，节约到了时间。即使靶点的位置多次发生变化，也能快速得到新的穿刺路径，提高了手术效率。

所述位置命令包括模式信息、距离信息、方向信息或步长信息等。

在一个实施例中，若所述位置命令包括第三靶点133的位置信息，所述根据所述位置命令控制所述末端适配器80沿所述第三定位点330所在的第一平面移动的步骤包括：

S2100，根据所述第三靶点133的位置信息和所述第一路径111得到穿过所述第三靶点133的第二路径112。所述第二路径112平行于所述第一路径111。

S2200，驱动所述末端适配器80移动至第四定位点440。

本申请实施例提供的所述机械臂60的末端适配器80的控制方法通过定位第三靶点133位置，并根据所述第三靶点133的位置信息和所述第一路径111得到平行于所述第一路径111的所述第二路径112，避免了重新建模、数据采集和路径规划，节约到了时间。即使靶点的位置多次发生变化，也能快速得到新的穿刺路径，提高了手术效率。

所述第三靶点133的位置信息可以包括移动方向信息或目标位置信息等。

所述第二靶点132为原靶点。所述第二入颅点122为原入颅点。所述第三靶点133为基于所述原靶点修正后的新靶点。第四入颅点124为原入颅点修正后的新入颅点。所述第一路径111为原穿刺路径。所述第二路径112为新的穿刺路径。

所述末端适配器80用于安装手术工具。所述手术工具包括手术刀、电钻或其他手术工具。

所述末端适配器80通过手动或自动的方式移动至所述第三定位点330。

在所述S2100步骤中的所述根据所述第三靶点133的位置信息和所述第一路径111得到穿过所述第三靶点133的第二路径112的步骤包括：

过所述第三靶点133做平行于所述第一路径111的直线。所述直线即为所述第二路径112所在的直线。

所述末端适配器80可以沿直线或曲线移动至所述直线。

在一个实施例中，所述机械臂60的末端适配器80的控制方法还包括：

S410，获取安全距离，所述安全距离为所述末端适配器80距离所述第四入颅点124的最小距离。在所述末端适配器80距离所述第四入颅点124的距离为安全距离时，控制所述末端适配器80锁定。

在一个实施例中，所述手术器具为电钻。所述末端适配器80安装电钻后，控制所述末端适配器80带动所述电钻在所述第四入颅点124穿孔。

在一个实施例中，在所述S300步骤中所述驱动所述末端适配器80移动至第四定位点440的步骤包括：

驱动所述末端适配器80垂直于所述第一路径111移动至所述第四定位点440。所述末端适配器80垂直运动至所述第四定位点440的距离最短，缩短了手术准备的时间，提高了工作效率。

在所述驱动所述末端适配器80垂直于所述第一路径111移动至所述第四定位点440的步骤之后，所述控制方法还包括：

控制所述末端适配器80沿所述第二路径112移动。

请参见图17，在一个实施例中，在所述S2200步骤之后，所述机械臂60的末端适配器80的控制方法还包括：

S310，获取最大允许距离Lmax。

S320，在所述末端适配器80在所述第一平面内走过的距离达到所述最大允许距离Lmax时，控制 所述末端适配器80锁死。

所述最大允许距离Lmax为允许所述末端适配器80垂直于所述第一路径111移动的最大位移。所述末端适配器80走过的距离即为所述末端适配器80所在位置与所述第三定位点330之间的径距离。

在一个实施例中，控制所述末端适配器80沿垂直于所述第一路径111的直线移动，则所述末端适配器80的移动范围为以所述第三定位点330为中心点，以所述最大允许距离Lmax为半径的圆形区域。所述圆形区域所在的平面垂直于所述第一路径111。所述圆形区域边缘上的点为第一极限点113。所述第一极限点113与所述第三定位点330之间的距离即为所述最大允许距离Lmax。即所述末端适配器80仅能在所述圆形区域移动。

所述圆形区域朝向患者颅骨的投影区域为允许所述入颅点修正的区域。

所述最大允许距离Lmax与原靶点位置和原靶点附近的结构组织有关。所述最大允许距离Lmax对应的所述圆形区域向所述患者头部投影的投影区域为安全区域。医生在安全区域内对颅骨打孔或切除病灶，不会破坏其他脑内组织或破坏性很小。

所述最大允许距离Lmax一般较小。所述最大允许距离Lmax在5mm至10mm之间。

在一个实施例中，所述末端适配器80接受技师手控操作，但仅允许所述末端适配器80垂直于所述第一路径111移动。技师可手控所述末端适配器80在所述圆形区域内随意移动。

在一个实施例中，所述驱动所述末端适配器80垂直于所述第一路径111移动至所述第四定位点440的步骤包括：

所述机械臂60的末端适配器80的控制方法采用步进式移动方式控制所述末端适配器80移动，便于通过记录步数准确获取所述末端适配器80的位置信息，减少信息延后，提高安全性。

所述第一步长小于所述最大允许距离Lmax。所述第一步长在0.1mm至1mm之间。

请参见图18，在一个实施例中，在所述S300步骤之后，所述机械臂60的末端适配器80的控制方法还包括：

S310，获取最大允许距离Lmax。

S302，获取所述第三定位点330与所述第四定位点440之间的间隔距离。

S303，在所述最大允许距离Lmax与所述间隔距离之差小于所述第一步长时，阻止所述末端适配器80远离所述第三定位点330移动。即所述末端适配器80仅能朝向所述第三定位点330移动或不移动，避免所述末端适配器80超出所述最大允许距离Lmax，避免超出安全区域，伤害脑组织。

在一个实施例中，在所述最大允许距离Lmax与所述间隔距离之差小于所述第一步长且大于第二步长时，控制所述末端适配器80以所述第二步长步进式移动。所述第二步长小于所述第一步长。

在所述最大允许距离Lmax与所述间隔距离之差小于所述第二步长时，执行所述阻止所述末端适配器80远离所述第三定位点330移动的步骤。

通过将所述末端适配器80的步长调节小，可以使所述末端适配器80的步进范围增大，以争取更大的入颅点和靶点的修正空间。

在上述实施例中，所述末端适配器80的运动模式为平面微调模式。所述末端适配器80垂直移动至所述第四定位点440，再沿平行于所述第一路径111的所述第二路径112移动。入颅点和靶点均进行了修正。

请参见图19，在一个实施例中，在所述获取第一路径111的步骤前还包括：

S001，获取运动模式，如果运动模式为平面微调模式，则执行所述获取第一路径111的步骤。

请一并参见图20和图21，在一个实施例中，在所述驱动所述末端适配器80移动至第四定位点440的步骤之后，如果运动模式由平面微调模式切换至球面微调模式，则：

S2300，获取第五入颅点125的位置信息，控制所述末端适配器80以所述第三靶点133为球心，且以所述第三靶点133和所述第四定位点440之间的距离为半径做弧形运动，以使所述末端适配器80移动至第六定位点460，所述第三靶点133、第五入颅点125和所述第六定位点460顺次排列在同一条直线上。

所述末端适配器80以所述第三靶点133为球心，且以所述第三靶点133和所述第四定位点440之间的距离为半径做弧形运动，则所述末端适配器80在所述球面微调模式下的运动范围为部分球面。所 述球面的球心为所述第三靶点133。所述球面的半径为所述第三靶点133和所述第四定位点440之间的距离。

所述第三靶点133、所述第五入颅点125之间的连线即为第三路径115。所述第三路径115与患者颅骨的交点为穿刺靶点。将所述穿刺靶点记为第五入颅点125。

在一个实施例中，在所述驱动所述末端适配器80移动至第四定位点440的步骤之后，所述控制方法还包括：控制所述末端适配器80沿所述第二路径112移动一段距离，再将运动模式切换至球面微调模式运动。

通过切换运动模式，可以改变入颅点的位置，选择性的规避所述入颅点与所述靶点之间的重要脑部组织，以提高手术的安全性。

请参见图22，在一个实施例中，所述机械臂60的末端适配器80的控制方法还包括：

S2400，获取最大允许弧长Lmax。

S2500，在所述末端适配器80走过的弧长达到所述最大允许弧长Lmax时，控制所述末端适配器80锁死，以保证穿刺手术的入颅点位置的安全性。

所述最大允许弧长Lmax为以所述第三靶点133为球心，且以所述第三靶点133和所述第四定位点440之间的距离为半径做弧形运动的最大位移。

在附图21中，所述第四定位点440与所述第六定位点460之间的弧长为所述最大允许弧长Lmax。所述最大允许弧长Lmax与原靶点的位置和脑部组织结构有关。

在一个实施例中，所述控制所述末端适配器80以所述第三靶点133为球心，且以所述第三靶点133和所述第四定位点440之间的距离为半径做弧形运动，以使所述末端适配器80移动至第六定位点460的步骤包括：

控制所述末端适配器80以第一弧长步进式移动至第六定位点460。

所述机械臂60的末端适配器80的控制方法采用步进式移动方式控制所述末端适配器80便于通过记录步数准确获取所述末端适配器80的位置信息，减少信息延后，提高安全性。

请参见图23，在一个实施例中，所述机械臂60的末端适配器80的控制方法还包括：

S2400，获取最大允许弧长Lmax。

S2600，获取所述第四定位点440与所述第六定位点460之间的间隔弧长。

S2700，在所述最大允许弧长Lmax与所述间隔弧长之差小于所述第一弧长时，阻止所述末端适配器80远离所述第四定位点440移动。即所述末端适配器80仅能靠近所述第四定位点440移动或不移动，避免所述末端适配器80超出所述最大允许弧长Lmax，避免超出安全区域，伤害脑组织。

在一个实施例中，在所述最大允许弧长Lmax与所述间隔弧长之差小于所述第一弧长且大于第二弧长时，控制所述末端适配器80以所述第二弧长步进式移动。所述第二弧长小于所述第一弧长。

在所述最大允许弧长Lmax与所述间隔弧长之差小于所述第二弧长时，执行所述阻止所述末端适配器80远离所述第四定位点440移动的步骤。通过将所述末端适配器80的步进弧长调节小，可以使所述末端适配器80的步进范围增大，以争取更大的入颅点的修正空间。

在一个实施例中，所述机械臂60的末端适配器80的控制方法还包括：

控制所述末端适配器80复位至所述第三定位点330，避免操作失误导致重新规划路线。

请参见图24和图25，在一个实施例中，若所述位置命令为第三入颅点123的位置信息，则根据所述位置命令控制所述末端适配器80沿所述第三定位点330所在所述第一球面移动的步骤，包括：

S020，控制所述末端适配器80以所述第二靶点132为球心，且以所述第二靶点132和所述第三定位点330之间的距离为半径做弧形运动移动至第五定位点450。所述第二靶点132、所述第三入颅点123和所述第五定位点450顺次排列在一条直线上。

本申请实施例提供的所述机械臂60的末端适配器80的控制方法通过定位所述第三入颅点123和所述第二靶点132的位置，并以所述第二靶点132为球心，且以所述第二靶点132和所述第五定位点450之间的距离为半径做弧形运动得到新的穿刺路径。所述机械臂60的末端适配器80的控制方法避免了重新进行建模、数据采集和路径规划，节约到了时间。即使靶点的位置多次发生变化，也能快速得到新的穿刺路径，提高了手术效率。

请参见图26，在一个实施例中，在所述S020步骤之后，所述机械臂60的末端适配器80的控制方法还包括：

S030，获取最大允许弧长Lmax。

S040，在所述末端适配器80走过的弧长到达所述最大允许弧长Lmax时，控制所述末端适配器80锁死，以保证穿刺手术的入颅点位置的安全性。

所述最大允许弧长Lmax为以所述第二靶点132为球心，且以所述第二靶点132和所述第三定位点330之间的距离为半径做弧形运动的最大位移。

在附图25中，以所述第二靶点132和所述第三定位点330之间的距离为半径做弧形运动的最大位移的弧形远离第三定位点330边缘上的点为第二极限点114。所述第三定位点330与第二极限点114之间的弧长为所述最大允许弧长Lmax。所述最大允许弧长Lmax与原靶点的位置和脑部组织结构有关。

在一个实施例中，所述控制所述末端适配器80以所述第二靶点132为球心，且以所述第二靶点132和所述第三定位点330之间的距离为半径做弧形运动，以使所述末端适配器80移动至第五定位点450的步骤包括：

控制所述末端适配器80以第一弧长步进式移动至第五定位点450。

在所述末端适配器80移动至所述第五定位点450后，所述控制方法还包括：

控制所述末端适配器80朝向所述第二靶点132移动。

所述机械臂60的末端适配器80的控制方法采用步进式移动方式控制所述末端适配器80便于通过记录步数准确获取所述末端适配器80的位置信息，减少信息延后，提高安全性。

请参见图27，在一个实施例中，在所述S020步骤之后，所述机械臂60的末端适配器80的控制方法还包括：

S030，获取最大允许弧长Lmax。

S021，获取所述第三定位点330与所述第五定位点450之间的间隔弧长。

S022，在所述最大允许弧长Lmax与所述间隔弧长之差小于所述第一弧长时，阻止所述末端适配器80远离所述第三定位点330移动。即所述末端适配器80仅能靠近所第三定位点330移动或不移动，避免所述末端适配器80超出所述最大允许距离Lmax，避免超出安全区域，伤害脑组织。

在一个实施例中，所述机械臂60的末端适配器80的控制方法还包括：

在所述最大允许弧长Lmax与所述间隔弧长之差小于所述第一弧长且大于第二弧长时，控制所述末端适配器80以所述第二弧长步进式移动。所述第二弧长小于所述第一弧长。

在所述最大允许弧长Lmax与所述间隔弧长之差小于所述第二弧长时，执行所述阻止所述末端适配器80远离所述第三定位点330移动的步骤。通过将所述末端适配器80的步进弧长调节小，可以使所述末端适配器80的步进范围增大，以争取更大的入颅点修正空间。

在一个实施例中，在所述最大允许弧长与所述间隔弧长之差小于所述第一弧长且大于第二弧长时，控制所述末端适配器80以所述第二弧长步进式移动；

在所述最大允许弧长与所述间隔弧长之差小于所述第二弧长时，执行所述阻止所述末端适配器80远离所述第三定位点330移动的步骤；所述第二弧长小于所述第一弧长。通过将所述末端适配器80的步进弧长调节小，可以使所述末端适配器80的步进范围增大，以争取更大的入颅点的修正空间。

在球面模式下，也可以设置任一点为目标点，控制末端适配器80以目标点为球心，以所述末端适配器80上的一点所在位置至所述目标点的距离为半径，在球面上进行运动。

其中，目标点可以设置为入颅点、靶点或其他任一一点。

其中，所述末端适配器80一点可以自行定义。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为 对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (21)

1. 一种手术机器人控制方法，其特征在于，包括：

   接收用户需求，产生交互控制命令；

   根据所述交互控制命令产生运动控制命令；以及

   控制机械臂末端执行所述运动控制命令，所述运动控制命令包括控制所述机械臂末端按照多种运动模式执行动作。
2. 根据权利要求1所述的手术机器人控制方法，其特征在于，所述控制机械臂末端执行所述运动控制命令，所述运动控制命令包括控制所述机械臂末端按照多种运动模式执行动作的步骤中，所述多种运动模式包括：

   自由运动模式、自主运动模式、轴向运动模式、微调运动模式以及球面运动模式；

   所述运动控制命令包括以下四种控制命令中的任意一种或多种：

   控制所述多种运动模式中每一种运动模式多次往复执行；

   控制所述自主运动模式与所述自由运动模式、所述轴向运动模式、所述微调运动模式和所述球面运动模式之间的交互执行；

   控制所述轴向运动模式与所述微调运动模式之间的双向交互执行、所述轴向运动模式与所述球面运动模式之间的双向交互执行、以及所述微调运动模式和所述球面运动模式之间的双向交互执行；

   控制所述轴向运动模式、所述微调运动模式和所述球面运动模式分别向所述自由运动模式单向切换执行。
3. 根据权利要求2所述的手术机器人控制方法，其特征在于，所述机器人控制方法，还包括：

   与所述多种运动模式中的至少一种运动模式信息交互，实现对手术机器人控制系统的安全防控；

   所述实现对手术机器人控制系统的安全防控的步骤，包括采用以下步骤中的任意一个或多个实现对手术机器人的安全防控：

   对所述机械臂实施急停控制、向用户发出存在安全风险的警告、生成所述机械臂的自动规避路线以及禁止所述机械臂运动。
4. 一种手术机器人控制系统，其特征在于，包括：

   主控模块(10)，用于产生运动控制命令；

   交互模块(20)，与所述主控模块(10)信息交互，用于接收用户需求，产生交互控制命令，并发送给所述主控模块(10)；

   多个运动模块(30),与所述主控模块(10)信息交互，用于执行所述运动控制命令。
5. 根据权利要求4所述的手术机器人控制系统，其特征在于，所述多个运动模块(30)包括：

   自由运动模块(31)，分别与所述主控模块(10)和所述交互模块(20)信息交互，用于控制机械臂末端进行自由运动；

   自主运动模块(32)，分别与所述主控模块(10)和所述交互模块(20)信息交互，用于根据所述主控模块(10)规划出的路径点进行自主运动；

   轴向运动模块(33)，分别与所述主控模块(10)和所述交互模块(20)信息交互，用于控制机械臂末端沿着预定义的轴向运动；

   调整运动模块，分别与所述主控模块(10)和所述交互模块(20)信息交互，用于控制机械臂末端进行轴向运动之前的最后调整；

   所述调整运动模块包括，

   微调运动模块(34)，分别与所述主控模块(10)和所述交互模块(20)信息交互，用于控制机械臂末端沿着预定义的面中固定的方向移动预定的距离；和/或，

   球面运动模块(35)，分别与所述主控模块(10)和所述交互模块(20)信息交互，用于控制机械臂末端沿预定义的球面运动；

   所述交互模块(20)包括：

   自循环交互装置(21)，分别与所述多个运动模块(30)中的每一种运动模块信息交互，用于控制所述多个运动模块(30)中的每一种运动模块多次往复执行，和/或

   所述交互模块(20)还包括：

   自主交互装置(22)，分别与所述多个运动模块(30)中的每一种运动模块信息交互，用于控制所述自主运动模块(32)与所述自由运动模块(31)、所述轴向运动模块(33)、所述微调运动模块(34)和所述球面运动模块(35)之间的交互执行，和/或

   所述交互模块(20)还包括：

   预定义运动交互装置(23)，分别与所述轴向运动模块(33)、所述微调运动模块(34)和所述球面 运动模块(35)信息交互，用于控制所述轴向运动模块(33)与所述微调运动模块(34)之间的双向交互、所述轴向运动模块(33)与所述球面运动模块(35)之间的双向交互、以及所述微调运动模块(34)和所述球面运动模块(35)之间的双向交互，和/或

   所述交互模块(20)包括：

   单向切换装置(24)，分别与所述自由运动模块(31)、所述轴向运动模块(33)、所述微调运动模块(34)和所述球面运动模块(35)信息交互，用于控制所述轴向运动模块(33)、所述微调运动模块(34)和所述球面运动模块(35)分别向所述自由运动模块(31)单向切换。
6. 根据权利要求5所述的手术机器人控制系统，其特征在于，还包括：

   安全防控系统(40)，与所述主控模块(10)信息交互，并与所述多个运动模块(30)中的至少一种运动模块信息交互，用于实现所述手术机器人控制系统(100)的安全防控；

   所述安全防控系统(40)包括：

   急停装置(41)，与所述多个运动模块(30)中的每一种运动模块信息交互，用于当用户判断机械臂的运动存在安全风险时，用户通过所述急停装置(41)停止机械臂继续运动，和/或

   所述安全防控系统(40)还包括：

   安全边界运算装置(42)，分别与所述自由运动模块(31)、所述轴向运动模块(33)以及所述球面运动模块(35)信息交互，用于根据机械臂的实际运动轨迹与预定义的安全边界实时对比，当发现所述实际运行轨迹即将达到所述安全边界时，警告用户存在安全风险，和/或

   所述安全防控系统(40)还包括：

   障碍物碰撞规避装置(43)，与所述自主运动模块(32)信息交互，用于根据系统硬件模型及未知的患者头部模型生成障碍物简化模型，当所述主控模块(10)规划出所述自主运动模块(32)的路径点时，所述障碍物碰撞规避装置(43)生成可避开所述障碍物简化模型的规避路线。
7. 根据权利要求6所述的手术机器人控制系统，其特征在于，所述安全防控系统(40)还包括：

   轨迹联锁装置(44)，与所述多个运动模块(30)中的每一种运动模块信息交互，用于实时监测机械臂的运动轨迹，当发现机械臂的实际运动轨迹与计划运动轨迹偏差超过预设偏差时，警告用户或者直接禁止机械臂运动。
8. 一种手术机器人控制方法，其特征在于，包括：

   获取机械臂末端固定的末端适配器在第一定位点的位置信息和第二定位点的位置信息，并根据第一定位点的位置信息和第二定位点的位置信息得到所述末端适配器沿第一轴从所述第一定位点到所述第二定位点运动时对应的所述机械臂的规划路径，所述第一轴顺次穿过所述第一定位点、所述第二定位点、第一入颅点和第一靶点，所述末端适配器用于夹持手术器件；

   判断所述机械臂的规划路径是否发生奇异性；

   如果所述机械臂的规划路径不发生奇异性，则采集控制信号；

   将所述控制信号转换为速度信号；

   根据所述速度信号控制所述机械臂运动，使所述机械臂带动所述末端适配器在所述第一定位点和所述第二定位点之间沿所述第一轴直线运动。
9. 如权利要求8所述的手术机器人控制方法，其特征在于，判断所述机械臂的规划路径是否发生奇异性的步骤之后，还包括：

   如果所述机械臂的规划路径发生奇异性，则：

   采集控制信号；

   将所述控制信号转换为关节点信号；

   根据所述关节点信号控制所述机械臂运动，使所述机械臂带动所述末端适配器在所述第一定位点和所述第二定位点之间沿所述第一轴直线运动。
10. 如权利要求8所述的手术机器人控制方法，其特征在于，所述控制信号包括作用在所述末端适配器的操作力信号；

    所述将所述控制信号转换为速度信号的步骤包括：

    对所述操作力信号进行变换，得到第一速度；

    将所述第一速度投影到所述第一轴，得到第二速度；

    所述根据所述速度信号控制所述机械臂运动，使所述机械臂带动所述末端适配器在所述第一定位点和所述第二定位点之间沿所述第一轴直线运动的步骤包括：

    获取所述末端适配器的位置信息，并根据所述末端适配器的位置信息和所述第二速度对所述机械臂进行碰撞检测；

    如果所述机械臂未发生碰撞，则控制所述末端适配器以所述第二速度在所述第一定位点和所述第二定位点之间运动。
11. 如权利要求10所述的手术机器人控制方法，其特征在于，所述控制信号还包括踩踏信号，所述手术机器人控制方法还包括：

    判断所述操作力信号是否大于第一预设值，且所述踩踏信号为高电平；

    在判断所述操作力信号是否大于第一预设值，且所述踩踏信号为高电平的步骤之前，所述手术机器人控制方法还包括：

    判断所述末端适配器距离所述第二定位点的距离是否小于第二预设值，若是，则

    在判定所述操作力信号大于所述第一预设值，且所述踩踏信号为高电平时，判断所述操作力信号的作用方向，如果所述操作力信号的方向背离所述第二定位点，则执行获取所述末端适配器的操作力信号，的步骤；

    如果所述操作力信号的方向朝向所述第二定位点，则控制所述末端适配器移动至所述第二定位点。
12. 如权利要求9所述的手术机器人控制方法，其特征在于，所述控制信号包括作用在所述末端适配器的操作力信号，

    所述采集控制信号之前，所述手术机器人控制方法还包括：

    根据所述机械臂的规划路径得到机械臂需要移动的多组关节点信息；

    根据多组所述关节点信息进行机械臂的碰撞检测；

    所述根据所述关节点信号控制所述机械臂运动，使所述机械臂带动所述末端适配器在所述第一定位点和所述第二定位点之间沿所述第一轴直线运动的步骤包括：

    获取所述末端适配器的位置信息和操作力信号；

    根据所述末端适配器的位置信息和所述操作力信号得到所述操作力信号作用下的所述机械臂的需要移动的关节点信息；

    控制所述机械臂根据需要移动的关节点信息移动，并带动所述末端适配器沿所述第一轴直线运动；

    在获取所述末端适配器的位置信息和操作力信号的步骤之后，所述手术机器人控制方法还包括：

    计算所述末端适配器历经的关节点数；

    判断所述末端适配器历经的关节点数是否小于所述末端适配器从所述第一定位点移动至所述第二定位点所需历经的关节点总数，若所述末端适配器历经的关节点数小于所述关节点总数，则返回根据所述末端适配器的位置信息和操作力信号得到所述操作力信号作用下的所述机械臂的需要移动的关节点信息的步骤；

    所述控制信号还包括踩踏信号，所述手术机器人控制方法还包括：

    判断所述操作力信号是否大于第一预设值，且所述踩踏信号为高电平；若是，才执行所述根据所述末端适配器的位置信息和操作力信号得到所述操作力信号作用下的所述机械臂的需要移动的关节点信息的步骤。
13. 如权利要求8所述的手术机器人控制方法，其特征在于，当所述机械臂的规划路径发生奇异性时，采集控制信号；

    将所述控制信号转换为速度信号；

    根据所述速度信号控制所述机械臂运动，以使所述机械臂带动所述末端适配器在所述第一定位点和所述第二定位点之间沿所述第一轴直线运动；

    当所述机械臂运动至奇异构型时，改变所述机械臂的关节点的速度方向，并限制所述机械臂关节点的速度大小；

    当所述机械臂离开奇异构型后，对所述机械臂的位置和速度进行修正，以使所述末端适配器移动至所述第一轴。
14. 一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求8至13中任一项所述的方法的步骤。
15. 一种手术机器人系统，其特征在于，包括：

    机械臂；

    信号传感装置，固定于所述机械臂的末端；

    末端适配器，固定安装于所述信号传感装置，所述末端适配器用于安装手术工具，并接收控制信号；

    控制装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求8至13中任一项所述的方法的步骤。
16. 一种机械臂的末端适配器的控制方法，其特征在于，包括：

    获取第一路径，所述第一路径穿过第二靶点和第二入颅点，且所述末端适配器位于第三定位点，所述第一路径顺次穿过所述第三定位点、第二入颅点和第二靶点；

    获取位置命令，并根据所述位置命令控制所述末端适配器沿所述第三定位点所在的第一平面或第一球面移动，且所述第一平面垂直于所述第一路径。
17. 如权利要求16所述的机械臂的末端适配器的控制方法，其特征在于，若所述位置命令包括第三靶点的位置信息，所述根据所述位置命令控制所述末端适配器在所述第三定位点所在的第一平面移动的步骤包括：

    根据所述第三靶点的位置信息和所述第一路径得到穿过所述第三靶点的第二路径，所述第二路径平行于所述第一路径，所述第二路径与所述第一平面相交于第四定位点；

    驱动所述末端适配器移动至所述第四定位点。
18. 如权利要求17所述的机械臂的末端适配器的控制方法，其特征在于，所述驱动所述末端适配器移动至所述第四定位点的步骤包括：

    驱动所述末端适配器垂直于所述第一路径移动至所述第四定位点；

    在所述驱动所述末端适配器垂直于所述第一路径移动至所述第四定位点的步骤之后，所述控制方法还包括：

    控制所述末端适配器沿所述第二路径移动；

    所述控制方法还包括：

    获取最大允许距离；

    在所述末端适配器在所述第一平面内走过的距离达到所述最大允许距离时，控制所述末端适配器锁死；

    所述驱动所述末端适配器垂直于所述第一路径移动至所述第四定位点的步骤包括：

    控制所述末端适配器以第一步长步进式移动至所述第四定位点；

    所述控制方法还包括：

    获取最大允许距离；

    获取所述第三定位点与所述第四定位点之间的间隔距离；

    在所述最大允许距离与所述间隔距离之差小于所述第一步长时，阻止所述末端适配器远离所述第三定位点移动；或

    在所述最大允许距离与所述间隔距离之差小于所述第一步长且大于第二步长时，控制所述末端适配器以所述第二步长步进式移动；或

    在所述最大允许距离与所述间隔距离之差小于所述第二步长时，执行所述阻止所述末端适配器远离所述第三定位点移动的步骤；所述第二步长小于所述第一步长。
19. 如权利要求16所述的机械臂的末端适配器的控制方法，其特征在于，若所述位置命令为第三入颅点的位置信息，则根据所述位置命令控制所述末端适配器沿所述第三定位点所在所述第一球面移动的步骤包括：

    控制所述末端适配器以所述第二靶点为球心，且以所述第二靶点和所述第三定位点之间的距离为半径做弧形运动移动至第五定位点，所述第二靶点、所述第三入颅点和所述第五定位点顺次排列在一条直线上；

    所述控制方法还包括：

    获取最大允许弧长；

    在所述末端适配器走过的弧长达到所述最大允许弧长时，控制所述末端适配器锁死；

    在所述控制所述末端适配器以所述第二靶点为球心，且以所述第二靶点和所述第三定位点之间的距离为半径做弧形运动移动至第五定位点的步骤包括：

    控制所述末端适配器以第一弧长步进式移动至所述第五定位点；

    在所述末端适配器移动至所述第五定位点后，所述控制方法还包括：

    控制所述末端适配器朝向所述第二靶点移动；

    所述控制方法还包括：

    获取最大允许弧长；

    获取所述第三定位点与所述第五定位点之间的间隔弧长；

    在所述最大允许弧长与所述间隔弧长之差小于所述第一弧长时，阻止所述末端适配器远离所述第三定位点移动；或

    在所述最大允许弧长与所述间隔弧长之差小于所述第一弧长且大于第二弧长时，控制所述末端适配器以所述第二弧长步进式移动；或

    在所述最大允许弧长与所述间隔弧长之差小于所述第二弧长时，执行所述阻止所述末端适配器远离所述第三定位点移动的步骤；所述第二弧长小于所述第一弧长。
20. 一种手术机器人系统，其特征在于，包括：

    机械臂，所述机械臂包括末端适配器；以及

    控制装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所 述计算机程序时实现权利要求16至19中任一项所述的方法的步骤。
21. 一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求16至19中任一项所述的方法的步骤。

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