手术机器人的启动方法、可读取存储器及手术机器人与流程

本发明涉及医疗器械领域，特别是涉及一种手术机器人的启动方法、可读取存储器及手术机器人。

背景技术：

微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备在人体腔体内部施行手术的一种手术方式。相比传统手术方式微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优势。

随着科技的进步，微创手术机器人技术逐渐成熟，并被广泛应用。微创手术机器人通常包括主操作台及从操作设备，主操作台包括操作杆，医生通过操作操作杆向从操作设备发送控制命令，从操作设备包括多个操作臂，操作臂具有末端器械，在工作状态时，末端器械跟随操作杆移动，以实现远程手术操作。通常，操作杆具有两个，末端器械多于两个，操作不同末端器械时需进行切换，以切换至需要的末端器械。当位于体内的末端器械准备启动进入工作状态，并跟随操作杆运动时，例如，准备开始工作或准备切换至新的末端器械时，末端器械的姿态与手柄的姿态通常具有偏差，此时若启动末端器械，令其跟随操作杆运动，容易对体内造成损伤。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种能够安全启动，避免对体内造成损伤的手术机器人的启动方法，基于该手术方法的可读取存储器及手术机器人

一种手术机器人的启动方法，所述手术机器人包括手柄及操作臂，所述手柄能够自由运动，所述操作臂具有末端器械，所述末端器械用于执行手术操作，并跟随所述手柄运动，所述启动方法包括：

获取所述末端器械的第一姿态信息；

实时获取所述手柄的第二姿态信息；

将所述第二姿态信息与所述第一姿态信息进行比对，当两者偏差在预设偏差内时，所述末端器械与所述手柄对准，发送跟随信号，以启动所述末端器械进入跟随状态。

一种计算机可读存储器，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所述启动方法的步骤。

一种手术机器人，包括：

操作臂，具有末端器械，所述末端器械用于执行手术操作；

操作臂，具有末端器械，用于执行手术操作；

第一姿态获取部，用于获取所述操作臂的第一姿态信息；

手柄，能够自由运动；

第二姿态获取部，用于实时获取所述手柄的第二姿态信息；

控制器，与所述第一姿态获取部、所述第二姿态获取部相连接，其包括存储器及处理器，所述存储器中存储计算机程序，所述处理器用于执行时实现所述启动方法的步骤。

附图说明

图1为本发明手术机器人一实施例的结构示意图；

图2为图1所示手术机器人的局部示意图；

图3为图1所示手术机器人的局部示意图；

图4为手术机器人启动方法一实施例的流程图；

图5为手术机器人启动方法一实施例的流程图；

图6为手术机器人的局部示意图；

图7为图6所示图形界面中的局部显示示意图；

图8为图6所示图形界面中的局部显示示意图；

图9为手术机器人启动方法进入跟随状态后一实施例的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明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发明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“设置于”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。当一个元件被认为是“耦合”另一个元件，它可以是直接耦合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。本文所使用的术语“远端”、“近端”作为方位词，该方位词为介入医疗器械领域惯用术语，其中“远端”表示手术过程中远离操作者的一端，“近端”表示手术过程中靠近操作者的一端。

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

如图1至图3所示，其分别为本发明手术机器人一实施例的结构示意图，及其局部示意图。

手术机器人包括主操作台2及从操作设备3。主操作台2具有手柄21及显示器22，医生通过操作手柄21向从操作设备3发送控制命令，以令从操作设备3根据医生操作手柄21的控制命令执行相应操作，并通过显示器22观察手术区域，其中，手柄21能够自由移动及旋转，令医生具有较大的操作空间。从操作设备3具有操作臂31，操作臂包括依次连接的连杆32、连接组件33及末端器械34，其中，连接组件33具有多个关节组件，操作臂31通过调节关节组件调节所述末端器械34的姿态；末端器械34具有图像末端器械34a及操作末端器械34b。

如图4所示，其为手术机器人的启动方法一实施例的流程图。

手术机器人的启动方法包括如下步骤。

步骤s110，获取末端器械的第一姿态信息。

具体地，基于末端器械中指定点的位置信息获取末端器械的第一姿态信息。一实施例中，指定点位于末端器械的远端区域，例如，位于末端器械头部。其他实施例中，指定点也可以位于末端器械其他区域，例如，位于末端器械的中部区域。其中，指定点可为一个或多个。

一实施例中，第一姿态信息包括末端器械在坐标系内基于至少一个坐标轴的第一角度信息。例如，第一姿态信息包括基于两个坐标轴的第一角度信息，其中一个基于x轴，另外一个基于z轴或y轴，或者一个基于y轴，另外一个基于z轴；再如，第一姿态信息包括基于三个坐标轴的第一角度信息；又如，第一姿态信息仅包括基于坐标系中一个坐标轴的第一角度信息。

其中，当第一姿态信息包括多个点的姿态信息时，基于每个坐标轴的第一角度信息均包括多个点的角度信息。需要说明的是，此时每个点的姿态信息既可以包括基于各个坐标轴的角度信息，也可以仅包括其中部分坐标轴的角度信息。例如，其中一个点的姿态信息包括基于x轴、y轴的角度信息，另一点的信息仅具有基于x轴的角度信息。

步骤s120，实时获取手柄的第二姿态信息。

与第一姿态信息相同，第二姿态信息基于手柄中指定点的位置信息获取，其中指定点的数量及位置可根据需要设定。同理，第二姿态信息包括手柄所在同一坐标系内基于至少一个坐标轴的第二角度信息。此处不再复述。

进一步地，至少一个第二角度信息与第一角度信息基于同一个坐标轴，例如，第二姿态信息包括两个第二角度信息，第一姿态信息包括两个第一角度信息，两个第一角度信息、第二角度信息均可基于x轴、y轴、z轴中任意两个坐标轴；再如，第二姿态信息包括一个基于x轴的第二角度信息，第一姿态信息包括两个第一角度信息，分别基于x轴、y轴，或者基于x轴、z轴。

需要说明的是，当第二姿态信息包括多个点的姿态信息时，其中手柄上每个点的姿态信息既可以均与末端器械对应点的姿态信息对应，也可以部分点对应。其中，手柄上每个点的姿态信息与末端器械对应点的姿态信息对应指两者的角度信息相对应，即当手柄上点的姿态信息包括基于x轴和y轴的角度信息时，末端器械上的点的姿态信息也包括基于x轴和y轴的角度信息。

步骤s130，将第二姿态信息与第一姿态信息进行比对，当两者偏差在预设偏差内时，末端器械与手柄对准，发送跟随信号，以启动末端器械进入跟随状态。

其中，当第一姿态信息包括多个第一角度信息，及/或第二姿态信息包括多个第二角度信息时，比对时将基于同一个坐标轴的第一角度信息、第二角度信息进行比较。例如，当第一姿态信息包括基于x轴、y轴的第一角度信息，第二姿态信息包括基于x轴的第二角度信息时，比对基于x轴的第一角度信息与第二角度信息。当第一姿态信息包括多个点的姿态信息，及/或第二姿态信息包括多个点的姿态信息时，按照上述方法比对对应点的姿态信息。

一实施例中，当任意一个或多个第二角度信息与与其对应的第一角度信息的偏差在预设偏差内时，启动末端器械进入跟随状态。例如，第一姿态信息包括基于x轴、y轴的第一角度信息，第二姿态信息包括基于x轴、y轴的第二角度信息，当基于x轴或y轴的第二角度信息与基于x轴或y轴的第一角度信息在预设偏差内时，手柄与末端器械对准，末端器械进入跟随状态。再如，当基于x轴、y轴、z轴的三个第二角度信息均与与其对应的第一角度信息的偏差在预设偏差内时，启动末端器械进入跟随状态。需要说明的是，获取第一姿态信息及第二姿态信息时，既可以同时获取基于坐标系三个坐标轴的角度信息，比对任意数量的对应角度信息，也可以获取基于部分坐标轴的角度信息，并比对。

一实施例中，当指定的一个或多个第二角度信息与与其对应的第一角度信息的偏差在预设偏差内时，启动末端器械进入跟随状态。例如，指定的第二角度信息为基于z轴的第二角度信息。同理，获取第一姿态信息及第二姿态信息时，既可以同时获取基于坐标系三个坐标轴的角度信息，并比对指定的角度信息，也可以仅获取需要的角度信息进行比对。

一实施例中，基于不同坐标轴的预设偏差至少部分相同，例如，基于x轴的第一角度信息与第二角度信息之间的预设偏差，与基于z轴的第一角度信息、第二角度信息之间的预设偏差相同，与基于y轴的预设偏差相异。又如，基于x轴、y轴、z轴的预设偏差均相同。其他实施例中，基于不同坐标轴的预设偏差也可以均相异。

需要说明的是，当第一姿态信息包括多个点的姿态信息时，每个点基于不同或相同坐标轴的预设偏差既可以相同，也可以相异。

一实施例中，预设偏差为2～15度，例如预设偏差为3度、5度、10度。

当偏差大于预设偏差时，继续调节手柄直至偏差小于预设偏差。

上述启动方法令手术机器人的操作更加安全，并且由于在预设偏差均可以对准，令启动速度较快。

如图5所示，其为手术机器人的启动方法一实施例的流程图。

手术机器人的启动方法包括如下步骤。

步骤s210，获取末端器械的第一姿态信息。其与步骤s110相同，此处不再复述。

步骤s220，基于第一姿态信息在图形界面上显示末端器械的第一姿态图像。

图形界面可为主操作台的显示器内的图形界面，也可以为辅助显示器中的图形界面，其中，辅助显示器与主操作台分离设置。

如图6、图7所示，一实施例中，第一姿态图像400包括末端器械34在坐标系中的第一坐标图像410，此时，显示末端器械34的第一姿态图像500的步骤包括如下步骤。

(1)基于第一姿态信息420获取末端器械在坐标系中坐标轴上的第一坐标信息。其中，第一坐标轴信息可为多个，例如，第一坐标轴信息为两个，分别为x轴、y轴上的第一坐标轴信息；再如，第一坐标轴信息为三个，分别为x轴、y轴、z轴上的第一坐标轴信息。

(2)基于第一坐标信息在图形界面上沿对应的坐标轴显示第一坐标图像。其中，第一坐标图像为沿坐标轴的图像。

一实施例中，第一坐标图像的数量与待比对的第一角度信的数量相同并对应，以直观地在图形界面中显示。其他实施例中，第一坐标图像的数量也可以大于待比对的第一角度信息。

当第一坐标图像为多个时，至少两个第一坐标图像的颜色相异，以进行区分。例如，第一坐标图像为三个，三个坐标图像的颜色均相异，或者其中两个坐标图像的颜色相异。根据需要，三个第一坐标图像的颜色也可以均相同。

步骤s230，实时获取自由手柄的第二姿态信息。其与步骤s120相同，此处不再复述。

步骤s240，基于第二姿态信息在图形界面上显示手柄的第二姿态图像。

第一姿态图像与第二姿态图像用于辅助手柄调整，以令使用者更直观地感知手柄与末端器械之间的偏差，进而根据两姿态图像调整手柄，令末端器械进入跟随状态。

如图6、图8所示，与第一姿态图像400相同，第二姿态图像500包括手柄21在与第一姿态图像400在同一坐标系中的第二坐标图像510，此时显示手柄21的第二姿态图像500的步骤包括如下步骤。

(1)基于第二姿态信息520获取手柄在坐标系中坐标轴上的第二坐标信息.

(2)基于第二坐标信息在图形界面上沿对应的坐标轴显示第二坐标图像。

其中，至少一个第一坐标图像与第二坐标图像为基于同一个坐标轴显示的图像。例如，第一姿态图像、第二坐标图像均包括两个分别基于x轴、y轴的第一坐标图像。再如，第一姿态图像包括两个基于x轴、y轴的第一坐标图像，第二姿态图像包括基于x轴的第二坐标图像。

一实施例中，第一姿态图像与第二姿态图像的基准点重合，例如，第一坐标图像与第二坐标图像的原点重合。其他实施例中，两个姿态图像的基准点也可以非重合设置，两个姿态图像并列设置。

进一步地，第一姿态图像、第二姿态图像在图形界面中的位置可根据需要设定，例如，位于图形界面的边缘区域；再如临近末端器械设置。其中，两姿态图像的原点既可以在图形界面上的指定区域，也可以在图形界面上移动，例如跟随末端器械移动。

与第一坐标图像相同，当第二坐标图像为多个时，至少两个第二坐标图像的颜色相异，以进行区分，此处不再复述。

一实施例中，基于同一坐标轴的第一坐标图像与第二坐标图像的颜色相对应，以令使用者可以更直观地调节手柄，使其与末端器械对准，例如，此时第一坐标图像为深绿色，第二坐标图像为浅绿色。

步骤s250，将第二姿态信息与第一姿态信息进行比对，当两者偏差在预设偏差内时，末端器械与手柄对准，发送跟随信号，以启动末端器械进入跟随状态。

两姿态信息的比对方式及相关内容与步骤s130相同，此处不再复述。

进一步地，当第二角度信息与与其对应的第一角度信息的偏差在预设偏差内时，末端器械与手柄在该方向上对准，对准的第二坐标图像显示对准颜色。此时，对准的第一坐标图像也可以显示对准颜色。其中，各第一坐标图像、第二坐标图像的颜色与对准颜色均相异。

一实施例中，当第二角度信息与与其对应的第一角度信息的偏差在预设偏差内时，末端器械与手柄在该方向上对准，此时若第一姿态图像与第二姿态图像的原点重合，则令对准的第二坐标图像与第一坐标图像重合。这样，令显示更加直观，便于调整。需要说明的是，当预设偏差较小时，也可以省略令两投影重合的步骤，此时由于偏差较小，视觉上不易察觉。

需要说明的是，一实施例中，第一姿态图像及/或第二姿态图像也可以为坐标系内的轨迹图像，即末端器械及手柄在坐标系内的姿态图像，而非上述实施例中将该姿态在各坐标轴上的分量图像。此时，各姿态图像既可以为线状，也可以为末端器械或手柄的轮廓。例如，第一姿态图像、第二姿态图像均为末端器械的轮廓；再如，第一姿态图像为末端器械的图像，第二姿态图像为线状图像。当手柄与末端器械对准时，第一姿态图像、第二姿态图像基本重合，或指示方向相同。

步骤s260，末端器械进入跟随状态时，隐藏第一姿态图像、第二姿态图像。

一实施例中，当第二坐标图像与第一坐标图像对准后，隐藏该第一、第二坐标图像，即随着不同坐标轴上的坐标图像逐一对准，坐标图像逐一隐藏，直至第一姿态图像、第二姿态图像隐藏。其他实施例中，也可以在末端器械进入跟随状态时，各坐标图像同时隐藏，而非逐一隐藏。

需要说明的是，根据实际需要，也可以省略步骤s260。

一实施例中，步骤s130，步骤s260后，还可以包括如下步骤。

步骤s310，进入跟随状态后，基于第二姿态信息，发送自动调整信息，以调整末端器械的姿态，补偿对准时的所述偏差。

一实施例中，偏差与末端器械的调整速度正相关。即当第一姿态与第二姿态的偏差较大时，末端器械的调整速度较快，当偏差较小时，末端器械的调整姿态较慢。

具体地，如图9所示，步骤s310包括如下步骤。

步骤s311，进入跟随状态后，实时获取所述末端器械的第一姿态信息。

步骤s312，基于第一姿态信息与第二姿态信息之间的偏差获取末端器械的调整速度信息。

步骤s313，基于第二姿态信息、调整速度信息获取自动调整信息，并发送自动调整信息，以调节末端器械的姿态，补偿对准时的偏差。

一实施例中，末端器械在自动调整的初始及/或结束阶段的调整速度小于中间阶段的调整速度。其中初始阶段、结束阶段可根据偏差、预估调整时间等信息进行确定，预估调整时间为调整开始至结束的时间。例如，根据预估调整时间确定，初始阶段为调整开始时，持续时间为预估调整时间的1/5～1/3。

进一步地，各阶段中的调整速度可与偏差呈正相关，即每个调整阶段中，调整速度根据偏差差异而不同。

一实施例中，末端器械在坐标系内基于不同坐标轴的调整速度的范围至少部分相异。例如，末端器械在x轴的调整速度的范围为第一范围，在y轴的调整速度的范围为第二范围，在z轴的调整速度的范围为第三范围，其中至少两个范围相异。需要说明的是，本实施例中速度的调整范围与上述实施例中的调整阶段与偏差无关，即在不同的调整范围内，还可以进一步根据调整阶段、偏差进行设定调整速度。

需要说明的是，上述调整速度与手柄的输入命令不相关，若在调整过程中，手柄同时输入命令，改变第一姿态信息，则调整速度基于输入命令及/或上述各因素综合获得。此外，根据实际需要，调整速度也可以为定值，或者根据使用者操作习惯进行设定。

一实施例中，上述坐标系为图形界面坐标系。机器人的启动方法还包括如下步骤。

(1)获取手柄在图形界面坐标系中的姿态。其中，第二姿态信息基于手柄在图形界面坐标系中的姿态获取。

具体地，获取手柄在世界坐标系中的姿态，并获取图形界面在世界坐标系中的姿态，根据上述信息将手柄在世界坐标系中的姿态转换为在图形界面中坐标系中的姿态。

(2)获取末端器械在图形界面坐标系中的姿态。其中，第一姿态信息基于末端器械在图形界面坐标系中的姿态获取。

具体地，获取图像末端器械在连杆坐标系中的姿态，并获取操作末端器械在连杆坐标系中的姿态，根据上述信息将操作末端器械在连杆坐标系中的姿态转换为在图像末端器械坐标系中的姿态。其中，操作末端器械在图像末端器械坐标系中的姿态即为在图形界面坐标系中的姿态。

计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例的启动方法的步骤。

一实施例中，主操作台还包括第二姿态获取部，从操作设备还包括第一姿态获取部，手术机器人还包括控制器。

其中，第一姿态获取部，用于获取操作臂的第一姿态信息；第二姿态获取部，用于实时获取手柄的第二姿态信息；控制器与第一姿态获取部、第二姿态获取部相连接，其包括上述存储器及处理器，存储器中存储计算机程序，处理器用于执行时实现上述所述启动方法的步骤。例如，所述控制器用于获取第一姿态信息、第二姿态信息，并将第二姿态信息与第一姿态信息进行比对，当两者偏差在预设偏差内时，发送跟随信号，以令末端器械跟随手柄运动。其他步骤的相关内容与上述各实施例相同，此处不再复述。

需要说明的是，控制器可以为多个，多个控制器可分别处理不同的信息，其中，多个控制器中即可以具有一主控制器，其他为从控制器，也可以彼此相对独立。

一实施例中，第一姿态获取部包括传感器，用于获取各关节组件的关节组件位置信息及/或偏转信息，并根据关节组件位置信息及/或偏转信息获取第一姿态信息。其他实施例中，第一在姿态获取部也可以包括处理器，用于根据关节组件位置信息及/或偏转信息获取第一姿态信息，需要说明的是，此时该处理器可位于控制器内。

进一步地，传感器既可以设置于驱动操作臂运动的电机上，通过电机的旋转获取相关信息，也可以设置于关节组件上，通过关节组件的运动获取相关信息。并且一个关节组件既可以对应一个传感器也可以对应多个传感器，获取不同的信息。

一实施例中，第二姿态获取部为与控制器相连接的磁导航系统。

一实施例中，手术机器的显示器上具有图形操作界面，显示器用于根据第一姿态信息、第二姿态信息，在图形界面上显示第一姿态图像、第二姿态图像。

一实施例中，当末端器械进入跟随状态后，末端器械还用于根据自动调整信息调整末端器械的姿态，补偿对准时的所述偏差。此时，控制器用于基于第二姿态信息，发送自动调整信息。进一步地，此时第一姿态获取部还用于实时获取第一位置信息，以使控制器基于第一姿态信息与第二姿态信息之间的偏差获取末端器械的调整速度信息。

一实施例中，手术机器人的主操作台还包括与控制器相连接的对准部，其中手柄可拆卸地设置于对准部上，以通过对准部对准。即当手柄需要对准时，其可放置于对准部上，通过对准部对准，对准后取下手柄，在取出手柄的过程中，手柄产生的偏移可能会导致需要重新对准，但其大致位置与对准状态相近，因此此时使用者可在当前状态下进行微调便进入对准状态，令对准更加便捷。

具体地，控制器用于基于第一位置信息与第二位置信息之间的偏差发送对准部调整信息，对准部基于对准部调整信息进行调节，以与末端器械姿态保持一致。对准部上设有放置位，与把手匹配，用于放置把手。

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发明的几种实施方式，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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。