用于微创手术机器人丝传动手术器械力控制方法及装置

本公开涉及人工智能以及智能器械领域，尤其涉及一种适用于微创手术机器人丝传动手术器械的夹持力确定方法、装置、设备、介质和程序产品。

背景技术：

1、微创手术机器人末端手术器械空间狭小多采用丝传动作为力和位移的传动系统，并且通过主从操作的形式工作，在工作时无法直接获得器械末端执行器产生的输出力，输出力过大会导致工作精度下降，输出力不足会导致出现夹持针脱落等现象，从而降低工作效率与质量。

2、因此，微创手术机器人在工作时，仍需对手术器械夹钳产生的夹持力进行准确估计。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本公开提供了一种适用于微创手术机器人丝传动手术器械的夹持力确定方法、装置、设备、介质和程序产品。

2、根据本公开的第一个方面，提供了一种适用于微创手术机器人丝传动手术器械的夹持力确定方法，手术器械包括：手术器械夹钳、手术器械末端执行器、驱动端电机，驱动端电机用于在微创手术机器人控制手术器械末端执行器时发生转动，并驱动手术器械夹钳移动，以使手术器械夹钳产生夹持力；方法包括：在确定当前控制周期手术器械夹钳处于夹持状态的情况下，获取第一控制系数、历史夹持力信息、第一位置信息以及第二位置信息，其中，第一控制系数是根据手术器械夹钳进行预设出力后产生的信息确定的，历史夹持力信息用于表征上一个控制周期控制手术器械夹钳出力的信息，第一位置信息用于表征上一个控制周期控制手术器械夹钳出力后驱动端电机转动后的角位置信息，第二位置信息用于表征驱动端电机在当前控制周期的角位置信息；根据第一位置信息和第二位置信息，确定位移变化信息；以及基于位移变化信息、历史夹持力信息以及第一控制系数，确定在当前控制周期内的手术器械夹钳的第一夹持力信息。

3、根据本公开的实施例，适用于微创手术机器人丝传动手术器械的夹持力确定方法，还包括：在手术器械夹钳上安装传感器，传感器用于感知夹持力；匀速驱动手术器械夹钳，以使传感器感知预设出力并实时获取驱动端电机的样本位置信息和手术器械夹钳的样本夹持力信息；基于样本位置信息和样本夹持力信息，确定第一控制系数。

4、根据本公开的实施例，基于样本位置信息和样本夹持力信息，确定第一控制系数，包括：根据样本位置信息，确定驱动前后驱动端电机的样本位移变化信息；根据样本夹持力信息，确定驱动前后手术器械夹钳的样本夹持力变化信息；根据样本位移变化信息和样本夹持力变化信息，得到第一控制系数。

5、根据本公开的实施例，适用于微创手术机器人丝传动手术器械的夹持力确定方法，还包括：利用微分模型，基于第一控制系数以及手术器械夹钳进行预设出力后产生的信息，确定第二控制系数；在确定手术器械夹钳进行预设出力后，驱动端电机反转释放夹持力或调整夹持力或调整手术器械夹钳位姿的情况下，基于位移变化信息、历史夹持力信息以及第二控制系数，确定在当前控制周期内的手术器械夹钳的第二夹持力信息。

6、根据本公开的实施例，手术器械还包括：手术器械驱动端，手术器械驱动端上安装有芯片；

7、芯片用于存储第一控制系数和第二控制系数；

8、手术器械驱动端与机械臂连接，以使手术器械驱动端通过机械臂，传输手术器械夹钳产生夹持力。

9、根据本公开的实施例，适用于微创手术机器人丝传动手术器械的夹持力确定方法，还包括：在当前控制周期，将驱动端电机产生的基准信息，输入分类器，输出分类结果，其中，分类器是预先根据手术器械夹钳夹持期间驱动端电机产生的样本基准信息和传感器感知夹持力的情况训练得到的，分类结果用于表征手术器械夹钳是否处于夹持状态；在确定分类结果表征手术器械夹钳处于夹持状态的情况下，确定当前控制周期手术器械夹钳处于夹持状态。

10、根据本公开的实施例，适用于微创手术机器人丝传动手术器械的夹持力确定方法，还包括：在确定手术器械夹钳夹持预设物体的情况下，获取样本基准信息和传感器感知夹持力的情况；将样本基准信息输入初始分类器，输出预测结果，其中，预测结果用于表征手术器械夹钳是否处于预测夹持状态；基于预测结果和传感器感知夹持力的情况，调整初始分类器的参数，以便得到分类器。

11、根据本公开的实施例，手术器械夹钳包括左夹钳和右夹钳，第一夹持力信息包括左夹持力信息和右夹持力信息；适用于微创手术机器人丝传动手术器械的夹持力确定方法还包括：调整驱动端电机的位移，以使左夹持力信息和右夹持力信息一致。

12、根据本公开的实施例，基于位移变化信息、历史夹持力信息以及第一控制系数，确定在当前控制周期内的手术器械夹钳的第一夹持力信息，包括：根据位移变化信息和第一控制系数，确定夹持力变化信息；根据夹持力变化信息和历史夹持力信息，确定第一夹持力信息。

13、本公开的第二方面提供了一种适用于微创手术机器人丝传动手术器械力控制装置，包括：

14、第一获取模块，用于在确定当前控制周期手术器械夹钳处于夹持状态的情况下，获取第一控制系数、历史夹持力信息、第一位置信息以及第二位置信息，其中，第一控制系数是根据手术器械夹钳进行预设出力后产生的信息确定的，历史夹持力信息用于表征上一个控制周期控制手术器械夹钳出力的信息，第一位置信息用于表征上一个控制周期控制手术器械夹钳出力后驱动端电机转动后的角位置信息，第二位置信息用于表征驱动端电机在当前控制周期的角位置信息；

15、第一确定模块，用于根据第一位移信息和第二位移信息，确定位移变化信息；以及

16、第二确定模块，用于基于位移变化信息、历史夹持力信息以及第一控制系数，确定在当前控制周期内的手术器械夹钳的第一夹持力信息。

17、本公开的第三方面提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行上述适用于微创手术机器人丝传动手术器械的夹持力确定方法。

18、本公开的第四方面还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行上述适用于微创手术机器人丝传动手术器械的夹持力确定方法。

19、本公开的第五方面还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述适用于微创手术机器人丝传动手术器械的夹持力确定方法。

20、根据本公开实施例，根据手术器械夹钳进行预设出力后产生的信息确定第一控制系数，并基于手术器械的位移变化信息、历史夹持力信息以及第一控制系数确定手术器械夹钳的第一夹持力信息。由于手术器械夹钳进行预设出力时，可以体现力的加载特性，因此，确定的第一控制系数能够准确确定手术器械夹钳的力加载特性，结合手术器械的位移变化信息和历史夹持力信息能够精准地确定当前控制周期内的手术器械夹钳的第一夹持力信息。实现了对于手术器械夹钳夹持力的自动化实时计算，解决了对手术器械夹钳产生的夹持力进行准确估计的问题。

技术特征：

1.一种适用于微创手术机器人丝传动手术器械的夹持力确定方法，所述手术器械包括：手术器械夹钳、手术器械末端执行器、驱动端电机，所述驱动端电机用于在微创手术机器人控制所述手术器械末端执行器时发生转动，并驱动所述手术器械夹钳移动，以使所述手术器械夹钳产生夹持力；

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述基于所述样本位置信息和所述样本夹持力信息，确定所述第一控制系数，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述手术器械还包括：手术器械驱动端，所述手术器械驱动端上安装有芯片；

6.根据权利要求2所述的方法，还包括：

7.根据权利要求6所述的方法，还包括：

8.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其中，所述手术器械夹钳包括左夹钳和右夹钳，第一夹持力信息包括左夹持力信息和右夹持力信息；

9.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其中，所述基于所述位移变化信息、所述历史夹持力信息以及所述第一控制系数，确定在所述当前控制周期内的所述手术器械夹钳的第一夹持力信息，包括：

10.一种适用于微创手术机器人丝传动手术器械力控制装置，所述手术器械包括：手术器械夹钳、手术器械末端执行器、驱动端电机，所述驱动端电机用于在微创手术机器人控制所述手术器械末端执行器时发生转动，并驱动所述手术器械夹钳移动，以使所述手术器械夹钳产生夹持力；

技术总结
本公开提供了一种适用于微创手术机器人丝传动手术器械的夹持力确定方法、装置，可以应用于人工智能以及智能器械领域。该方法包括：在确定当前控制周期手术器械夹钳处于夹持状态的情况下，获取第一控制系数、历史夹持力信息、第一位置信息以及第二位置信息，历史夹持力信息用于表征上一个控制周期控制手术器械夹钳出力的信息，第一位置信息用于表征上一个控制周期控制手术器械夹钳出力后驱动端电机转动后的角位置信息，第二位置信息用于表征驱动端电机在当前控制周期的角位置信息；根据第一位置信息和第二位置信息，确定位移变化信息；基于位移变化信息、历史夹持力信息以及第一控制系数，确定在当前控制周期内的手术器械夹钳的第一夹持力信息。

技术研发人员：李进华,汪里旗,王树新,刘星池
受保护的技术使用者：天津大学医疗机器人与智能系统研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5