WO2022116845A1 - 一种机械臂控制方法及腹腔镜手术机器人系统 - Google Patents

一种机械臂控制方法及腹腔镜手术机器人系统 Download PDF

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WO2022116845A1
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张家兴
王建国
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哈尔滨思哲睿智能医疗设备有限公司
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Definitions

  • the allocation scheme for determining the manipulation authority of the endoscopic arm and the surgical instrument arm according to the number of the surgical instrument arms includes:
  • the manipulation authority to control the three surgical instrument arms is assigned to the calibration console, or, the operation authority for two of the three surgical instrument arms is assigned to the calibration console.
  • Manipulation authority to control is assigned to the calibration console, and manipulation authority to control the other of the three in the surgical instrument arm is assigned to the other console.
  • each of the consoles obtains the manipulation authority to control at most two of the surgical instrument arms.
  • the movement of the endoscope arm is controlled by the foot pedal in the console and the main operator.
  • the Z axis represents the vertical direction, that is, the up and down position
  • the positive direction of the Z axis that is, the arrow of the Z axis points to
  • the negative direction of the Z axis that is, the opposite to the positive direction of the Z axis
  • first”, “second”, etc. are used for descriptive purposes only, and should not be construed as indicating or implying relative importance or implying the number of indicated technical features. Thus, a feature defined as “first”, “second” etc. may expressly or implicitly include at least one of that feature.
  • an embodiment of the present invention provides a laparoscopic surgery robot system, including an arm system 1 and a plurality of consoles 2 .
  • the manipulation authority to control the two surgical instrument arms 11 is assigned to the calibration console, or the manipulation authority to control one of the two surgical instrument arms 11 is assigned to The consoles are calibrated and manipulation rights to control in the other of the two surgical instrument arms 11 are assigned to the other consoles.

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Abstract

一种机械臂控制方法及腹腔镜手术机器人系统，该腹腔镜手术机器人系统包括臂系统（1）和多个控制台（2），臂系统（1）包括一个腔镜臂（12）和多个手术器械臂（11），该腔镜臂（12）适于安装腔镜或者手术器械，该手术器械臂（11）适于安装手术器械或者腔镜；多个所述控制台（2）适于共同对该腔镜臂（12）和/或该手术器械臂（11）进行控制。通过多个控制台（2）同时参与到手术中，实现了缩短手术时长的功能。

Description

一种机械臂控制方法及腹腔镜手术机器人系统 技术领域
本发明涉及医疗器械领域，具体而言，涉及一种机械臂控制方法及腹腔镜手术机器人系统。
背景技术
目前的腹腔镜手术机器人系统的形态主要为含有三臂或四臂的一台手术臂系统，配合一台或两台医生控制台的模式。其中一台控制台的系统只能够由一名医生实操手术机器人进行手术；两台医生控制台的系统是当一名医生操作停止后，另一台医生控制台才能够操作，两台医生控制台不能够同时参与到手术中。
在紧急的手术时，即使有多名医生也不能够同时操刀手术，不能够更高效地完成手术。同时手术中的医生工作强度大。另外，即使是常规的手术，如果能够缩短手术时间对病人的术后康复也是非常有利的。
发明内容
本发明解决的问题是现有的腹腔镜手术机器人系统在手术时耗时长，单个医生工作强度高的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种腹腔镜手术机器人系统，包括：
臂系统，其包括一个腔镜臂和多个手术器械臂，所述腔镜臂适于安装腔镜或手术器械，所述手术器械臂适于安装手术器械或腔镜；
多个控制台，多个所述控制台适于共同对所述腔镜臂和/或所述手术器械臂进行控制。
可选地，所述控制台包括控制台本体以及设置在所述控制台本体上的两个主操作手和脚踏，两个所述主操作手分别对应左手位置和右手位置，所述脚踏对应脚部位置。
可选地，所述控制台还包括触控显示装置，所述触控显示装置适于接收对于所述腔镜臂和不同所述手术器械臂的操作权限。
另外，本发明还提供一种机械臂控制方法，基于前述的腹腔镜手术机器 人系统，所述机械臂控制方法包括：
获知所述腹腔镜手术机器人系统中的手术器械臂的数量；
根据所述手术器械臂的数量确定所述腔镜臂和所述手术器械臂的操纵权限的分配方案，并将所述分配方案传输给每个所述控制台，以使不同所述控制台根据所述分配方案共同对所述腔镜臂和/或所述手术器械臂进行控制，其中，不同所述控制台适于同时具有控制所述腔镜臂的操纵权限。
可选地，所述根据所述手术器械臂的数量确定所述腔镜臂和所述手术器械臂的操纵权限的分配方案包括：
将对多个所述手术器械臂中的部分进行控制的操纵权限分配给多个所述控制台中的标定控制台，将对多个所述手术器械臂中的另一部分进行控制的操纵权限分配给多个所述控制台中的其他控制台。
可选地，所述根据所述手术器械臂的数量确定所述腔镜臂和所述手术器械臂的操纵权限的分配方案包括：
若所述手术器械臂的数量为两个，则将对两个所述手术器械臂进行控制的操纵权限分配给所述标定控制台，或者，对两个中的一个所述手术器械臂进行控制的操纵权限分配给所述标定控制台，并将对两个中的另一个所述手术器械臂中进行控制的操纵权限分配给所述其他控制台。
可选地，所述根据所述手术器械臂的数量确定所述腔镜臂和所述手术器械臂的操纵权限的分配方案包括：
若所述手术器械臂的数量为三个，则将对三个所述手术器械臂进行控制的操纵权限分配给所述标定控制台，或者，对三个中的两个所述手术器械臂进行控制的操纵权限分配给所述标定控制台，并将对三个中的另一个所述手术器械臂中进行控制的操纵权限分配给所述其他控制台。
可选地，所述根据所述手术器械臂的数量确定腔镜臂和所述手术器械臂的操纵权限的分配方案包括：
若所述手术器械臂的数量为四个，则将对四个所述手术器械臂进行控制的操纵权限分配给所述标定控制台，或者，将对四个中的三个所述手术器械臂进行控制的操纵权限分配给所述标定控制台，将对四个中的另一个所述手术器械臂进行控制的控制权限分配给所述其他控制台，或者，将对四个中的 两个所述手术器械臂进行控制的操纵权限分配给所述标定控制台，对四个中的另两个所述手术器械臂进行控制的操纵权限分配给所述其他控制台。
可选地，每个所述控制台至多获得对两个所述手术器械臂进行控制的操纵权限。
可选地，所述对所述腔镜臂和/或所述手术器械臂进行控制包括：
通过所述控制台中的主操作手对所述手术器械臂的运动进行控制；
通过所述控制台中的脚踏和所述主操作手对所述腔镜臂的运动进行控制。
与现有技术相比，本发明提供的一种机械臂控制方法及腹腔镜手术机器人系统，具有但不局限于以下技术效果：
根据具体的机械臂的数量(腔镜臂和手术器械臂的总量)确定这些机械臂在多个控制台中的操纵权限分配，以保证最大化地减小每个控制台上的医生的工作强度，同时多个控制台可以同时操纵该控制台相对应的手术器械臂或/和腔镜臂，通过多个控制台同时参与到手术中，减小了手术时长，这对于在紧急手术时，缩短手术时长具有极为重要的意义，另外，即使是常规的手术，如果能够缩短手术时间对病人的术后康复也是非常有利的。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的机械臂控制方法的流程示意图；
图2为本发明具体实施方式的腹腔镜手术机器人系统的示意性结构图。
附图标记说明：
1-臂系统，11-手术器械臂，12-腔镜臂，2-控制台，21-触控显示装置，22-主操作手，23-脚踏。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”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，因此不能理解为对本发明的限制。
而且，附图中Z轴表示竖向，也就是上下位置，并且Z轴的正向(也就是Z轴的箭头指向)表示上，Z轴的负向(也就是与Z轴的正向相反的方向)表示下；同时需要说明的是，前述Z轴的表示含义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，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
参见图2，本发明实施例提供一种腹腔镜手术机器人系统，包括臂系统1和多个控制台2。
臂系统1包括一个腔镜臂12和多个手术器械臂11，腔镜臂12适于安装腔镜，手术器械臂11适于安装手术器械；多个控制台2适于共同对腔镜臂12和/或手术器械臂11进行控制。
需要说明的是，本实施例中腔镜臂12和手术器械臂11都是具有多个自由度的机械臂，都可以叫做机械臂，结构也可以相同，只是由于本系统是应用于腹腔镜手术，因此必须至少有一个机械臂安装腔镜以提供手术时的视野，这个安装腔镜的机械臂为了区分其他几个安装手术器械的机械臂而记为腔镜臂12，同时用于安装手术器械的机械臂则记为手术器械臂11，腔镜臂12和手术器械臂11属于臂系统1。可以理解的是，若腔镜臂12和手术器械臂11的总量为五个，则该臂系统可以记为五臂系统，若腔镜臂12和手术器械臂11的总量为四个，则该臂系统1可以记为四臂系统，若腔镜臂12和手术器械臂11的总量为三个，则该臂系统1可以记为三臂系统。
参见图2，优选地，控制台2包括控制台本体以及设置在控制台本体上的两个主操作手22和脚踏23，两个主操作手22分别对应左手位置和右手位置，脚踏23对应脚部位置。
优选地，控制台还包括触控显示装置21，触控显示装置21适于接收对于腔镜臂12和不同手术器械臂11的操作权限。也就是说，用户可以通过触 控显示装置21输入对不同机械臂的操作权限。
参见图1，另外，本发明另一实施例提供一种机械臂控制方法，基于前述的腹腔镜手术机器人系统，机械臂控制方法包括：
获知腹腔镜手术机器人系统中的手术器械臂11的数量；
根据手术器械臂11的数量确定腔镜臂12和手术器械臂11的操纵权限的分配方案，并将分配方案传输给每个控制台2，以使不同控制台2根据分配方案共同对腔镜臂12和/或手术器械臂11进行控制，其中，不同控制台2适于同时具有控制腔镜臂12的操纵权限。
这里，本实施例提供的机械臂控制方法，是根据具体选用的臂系统1中的机械臂的数量确定这些机械臂在多个控制台2中的操纵权限分配，以保证最大化地减小每个控制台2上的医生的工作强度，同时多个控制台2可以同时操纵该控制台2相对应的手术器械臂11或/和腔镜臂12，通过多个控制台2同时参与到手术中，减小了手术时长，这对于在紧急手术时，缩短手术时长具有极为重要的意义，另外，即使是常规的手术，如果能够缩短手术时间对病人的术后康复也是非常有利的。
这里，由于每个控制台可以都具有控制腔镜臂12的权限，因此在进行手术时，可以保证一个控制台(记为第一控制台)上的医生(记为第一医生)在第一控制台上进行控制手术器械臂11时，另一个控制台(记为第二控制台)上的医生(记为第二医生)可以在第二控制台上通过控制腔镜臂12实施提供给第一医生最佳的视野，当然，腔镜臂12的控制也可以由第一控台上的第一医生进行控制。
可以理解的是，用于安装腔镜的机械臂也可以是两个，比如在五臂系统中，两个机械臂用于安装腔镜，另三个机械臂用于安装手术器械，进而两个安装了腔镜的机械臂叫做腔镜臂12，三个安装手术器械的机械臂叫做手术器械臂11，也就是说在机械臂数量一定的情况下，安装腔镜的机械臂数量增多一个，则安装手术器械的机械臂的数量相应减少一个，两个腔镜臂12可以同时参与手术中。至于第二腔镜臂的操纵权限的分配方式，可以将第二腔镜臂暂时归类到手术器械臂11中，等第一腔镜臂和所有的手术器械臂分配完毕后，再根据具体情况在某一个手术器械臂11安装上腔镜以作为第二 腔镜臂使用。
需要说明的是，本实施例中出现的“操纵权限”指的是控制台2具有对某一个机械臂(腔镜臂12可以叫做机械臂，手术器械臂11也可以叫做机械臂)或某几个机械臂进行控制的权限，该控制台2只有具有了对特定机械臂进行控制的权限之后，才能控制机械臂进行运动。换言之，有特定机械臂的操纵权限不一定会对该机械臂进行控制，可以根据实际情况选择在例如特定时间、特定需求下操作，但如果没有特定机械臂的操纵权限，则无法对该机械臂进行控制。
优选地，根据手术器械臂11的数量确定腔镜臂12和手术器械臂11的操纵权限的分配方案包括：
将对多个手术器械臂11中的部分进行控制的操纵权限分配给多个控制台2中的标定控制台，将对多个手术器械臂11中的另一部分进行控制的操纵权限分配给多个控制台2中的其他控制台。
这里，需要说明的是，可以通过外部的服务器或者其它装置用于实现前述的机械臂控制方法，即通过外部的服务器或者其他装置获知腹腔镜手术机器人系统中的手术器械臂11的数量，并根据手术器械臂11的数量确定腔镜臂12和手术器械臂11的操纵权限的分配方案，然后将分配方案传输给每个控制台2，之后外部的服务器或者其它装置可以自动按照分配方案将对多个手术器械臂11中的部分进行控制的操纵权限分配给标定控制台，同时自动将对多个手术器械臂11中另一部分进行控制的操纵权限分配给其他控制台。当然，也可以通过医生在相互沟通后，人为地在控制台的触控显示装置21中选择标定控制台、其他控制台具有对某一个或某些手术器械臂进行控制的操纵权限。总体来说，控制台2对手术器械臂进行控制的操纵权限可以是自动获得，也可以是由医生人为获得。当然，每个控制台也可以不是前述的“不同控制台2适于同时具有控制腔镜臂12的操纵权限”，也可以在人为地在触控显示装置21中取消某一个或某些控制台2对腔镜臂12进行控制的操纵权限。
参见图1，优选地，根据手术器械臂11的数量确定腔镜臂12和手术器械臂11的操纵权限的分配方案包括：
若手术器械臂11的数量为两个，则将对两个手术器械臂11进行控制的操纵权限分配给标定控制台，或者，对两个中的一个手术器械臂11进行控制的操纵权限分配给标定控制台，并将对两个中的另一个手术器械臂11中进行控制的操纵权限分配给其他控制台。
这里，两个手术器械臂11加上一个腔镜臂12，也就是对于三臂系统来说，可以将两个手术器械臂11(记为第一手术器械臂和第二手术器械臂)的操纵权限指派给一个控制台(记为第一控制台)，在另一个控制台(第二控制台)也具有腔镜臂12的操纵权限时，这样在进行手术时，一名医生(记为第一医生)在第一控制台上可以操纵第一手术器械臂和第二手术器械臂进行手术操作，而另一名医生(记为第二医生)可以在第二控制台上操纵腔镜臂12，为第一医生实施提供最佳的视野，可以极大程度地减轻第一医生的工作强度，同时，能够缩短手术时间。当然，也可以使第一控制台和第二控制台各自具有一个手术器械臂11的控制权限。
其中，前述的第一医生可以是主刀医生，第二医生可以是第一助手。对于学习手术来讲，第一助手可以更主动地、直观地通过实际操作机械臂来学习手术步骤、要点等。
参见图1，优选地，根据手术器械臂11的数量确定腔镜臂12和手术器械臂11的操纵权限的分配方案包括：
若手术器械臂11的数量为三个，则将对三个手术器械臂11进行控制的操纵权限分配给标定控制台，或者，对三个中的两个手术器械臂11进行控制的操纵权限分配给标定控制台，并将对三个中的另一个手术器械臂11中进行控制的操纵权限分配给其他控制台。
参见图1，优选地，根据手术器械臂11的数量确定腔镜臂12和手术器械臂11的操纵权限的分配方案包括：
若手术器械臂11的数量为四个，则将对四个手术器械臂11进行控制的操纵权限分配给标定控制台，或者，将对四个中的三个手术器械臂11进行控制的操纵权限分配给标定控制台，将对四个中的另一个手术器械臂11进行控制的控制权限分配给其他控制台，或者，将对四个中的两个手术器械臂11进行控制的操纵权限分配给标定控制台，对四个中的另两个手术器械臂 11进行控制的操纵权限分配给其他控制台。
对于高难度手术来讲，更多的机械臂可以帮助主刀医生更好的完成复杂、精确的操作，减少出血量，缩短复杂手术时间，保证患者安全。
优选地，对腔镜臂12和/或手术器械臂11进行控制包括：
通过控制台2中的主操作手22对手术器械臂11的运动进行控制；
通过控制台2中的脚踏23和主操作手22对腔镜臂12的运动进行控制。
这里，需要使腔镜臂12运动时，先踩下脚踏23，然后左手和右手同时操纵两个主操作手22进行形同的运动，进而使腔镜臂12运动，松开脚踏23后，腔镜臂12停止运动。
优选地，每个控制台2至多获得对两个手术器械臂11进行控制的操纵权限。
这里，在同一个控制台2上，由于医生的两只手最多可以同时操纵两个主操作手22，进而一个医生最多只能同时控制两个手术器械臂11运动，因而每个控制台2至多获得对两个手术器械臂11进行控制的操纵权限即可。
另外，需要说明的是，现有腹腔镜手术机器人在手术中出现故障，往往只能紧急撤离设备，中断机器人手术，采取其他抢救措施，这种情况的出现会对手术带来巨大的风险和手术效果的降低。而本实施例提供的臂系统及相应控制方法，在具有四条及以上数量手术器械臂11、两台及以上控制台2的配置时，当手术器械臂11或控制台2出现故障，只要臂系统1中有两条及以上机械臂、一台及以上控制台2为正常，就能够完成机器人手术，大大降低了因设备故障而导致手术中断的风险。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开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. 一种腹腔镜手术机器人系统，其中，包括：
    臂系统(1)，其包括一个腔镜臂(12)和多个手术器械臂(11)，所述腔镜臂(12)适于安装腔镜或手术器械，所述手术器械臂(11)适于安装手术器械或腔镜；
    多个控制台(2)，多个所述控制台(2)适于共同对所述腔镜臂(12)和/或所述手术器械臂(11)进行控制。
  2. 根据权利要求1所述的腹腔镜手术机器人系统，其中，所述控制台(2)包括控制台本体以及设置在所述控制台本体上的两个主操作手(22)和脚踏(23)，两个所述主操作手(22)分别对应左手位置和右手位置，所述脚踏(23)对应脚部位置。
  3. 根据权利要求1所述的腹腔镜手术机器人系统，其中，所述控制台包括触控显示装置(21)，所述触控显示装置(21)适于接收对于所述腔镜臂(12)和不同所述手术器械臂(11)的操作权限。
  4. 一种机械臂控制方法，基于如权利要求1至3任一项所述的腹腔镜手术机器人系统，其中，所述机械臂控制方法包括：
    获知所述腹腔镜手术机器人系统中的手术器械臂(11)的数量；
    根据所述手术器械臂(11)的数量确定所述腔镜臂(12)和所述手术器械臂(11)的操纵权限的分配方案，并将所述分配方案传输给每个所述控制台(2)，以使不同所述控制台(2)根据所述分配方案共同对所述腔镜臂(12)和/或所述手术器械臂(11)进行控制，其中，不同所述控制台(2)适于同时具有控制所述腔镜臂(12)的操纵权限。
  5. 根据权利要求4所述的机械臂控制方法，其中，所述根据所述手术器械臂(11)的数量确定所述腔镜臂(12)和所述手术器械臂(11)的操纵权限的分配方案包括：
    将对多个所述手术器械臂(11)中的部分进行控制的操纵权限分配给多个所述控制台(2)中的标定控制台，将对多个所述手术器械臂(11)中的另一部分进行控制的操纵权限分配给多个所述控制台(2)中的其他控制台。
  6. 根据权利要求5所述的机械臂控制方法，其中，所述根据所述手术器 械臂(11)的数量确定所述腔镜臂(12)和所述手术器械臂(11)的操纵权限的分配方案包括：
    若所述手术器械臂(11)的数量为两个，则将对两个所述手术器械臂(11)进行控制的操纵权限分配给所述标定控制台，或者，对两个中的一个所述手术器械臂(11)进行控制的操纵权限分配给所述标定控制台，并将对两个中的另一个所述手术器械臂(11)中进行控制的操纵权限分配给所述其他控制台。
  7. 根据权利要求5所述的机械臂控制方法，其中，所述根据所述手术器械臂(11)的数量确定所述腔镜臂(12)和所述手术器械臂(11)的操纵权限的分配方案包括：
    若所述手术器械臂(11)的数量为三个，则将对三个所述手术器械臂(11)进行控制的操纵权限分配给所述标定控制台，或者，对三个中的两个所述手术器械臂(11)进行控制的操纵权限分配给所述标定控制台，并将对三个中的另一个所述手术器械臂(11)中进行控制的操纵权限分配给所述其他控制台。
  8. 根据权利要求5所述的机械臂控制方法，其中，所述根据所述手术器械臂(11)的数量确定腔镜臂(12)和所述手术器械臂(11)的操纵权限的分配方案包括：
    若所述手术器械臂(11)的数量为四个，则将对四个所述手术器械臂(11)进行控制的操纵权限分配给所述标定控制台，或者，将对四个中的三个所述手术器械臂(11)进行控制的操纵权限分配给所述标定控制台，将对四个中的另一个所述手术器械臂(11)进行控制的控制权限分配给所述其他控制台，或者，将对四个中的两个所述手术器械臂(11)进行控制的操纵权限分配给所述标定控制台，对四个中的另两个所述手术器械臂(11)进行控制的操纵权限分配给所述其他控制台。
  9. 根据权利要求5所述的机械臂控制方法，其中，每个所述控制台(2)至多获得对两个所述手术器械臂(11)进行控制的操纵权限。
  10. 根据权利要求4所述的机械臂控制方法，其中，所述对所述腔镜臂(12)和/或所述手术器械臂(11)进行控制包括：
    通过所述控制台(2)中的主操作手(22)对所述手术器械臂(11)的运动进行控制；
    通过所述控制台(2)中的脚踏(23)和所述主操作手(22)对所述腔镜臂(12)的运动进行控制。
PCT/CN2021/131421 2020-12-04 2021-11-18 一种机械臂控制方法及腹腔镜手术机器人系统 WO2022116845A1 (zh)

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