[發明專利]基于力反饋技術的手術機器人主從控制實驗系統及方法

在審

• 申請號: 202010402810.5
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111643189A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 胡三元;田兆輝;馮紅光;張光永;程曉林;孫鵬偉
• 申請（專利權）人: 山東省千佛山醫院
• 主分類號: A61B34/37
• 分類號: A61B34/37
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本公開提供一種基于力反饋技術的手術機器人主從控制實驗系統，涉及手術機器人領域，包括操作主手、系統工作站、顯示器、映射仿真模塊、從手仿真模塊和人體結構仿真模塊；所述操作主手發送坐標信息至系統工作站，系統工作站通過映射仿真模塊實現操作主手與從手仿真模塊的坐標映射，從手仿真模塊和人體結構仿真模塊發送圖像信息至顯示器進行顯示；基于力反饋和坐標映射技術，能夠一比一仿真機械臂模型，完成運動的仿真過程，并將觸覺納入手術機器人實際操作過程中，增加了仿真實驗過程的真實感。

技術領域

本公開涉及手術機器人領域，具體的說是基于力反饋技術的手術機器人主從控制實驗系統及方法。

背景技術

隨著手術機器人優勢的逐漸凸顯，以及眾多科室的普及應用，在國外達芬奇手術機器人的全球應用及推廣的大環境下，國內眾多科研院所及公司紛紛加入了手術機器人的科學研究及產品研究中；手術機器人的控制方式首先易于常規的機器人的控制的，是一種主從控制方式，醫生通過控制主手實時的輸入控制位置和速度信息，通過精準的控制算法完成驅動信號的計算，并且需要非常高的實時性、精準性和可靠性。

發明人發現，手術機器人相關科研工作具有較高的技術起點，不管是做手術操作臂的機械結構設計還是控制系統設計，特別是很多高端人才從事機器人高端控制算法的研究工作，但目前并沒有功能全面符合手術機器人應用場景的實驗平臺，特別是針對基于力反饋技術的主從控制實驗的平臺，這就限制了科研人員的實驗開發，無法直觀的進行手術機器人開發與實驗。

發明內容

本公開的目的是針對現有技術存在的缺陷，提供一種基于力反饋技術的手術機器人主從控制實驗系統及方法，以解決目前手術機器人實驗平臺短缺，無法針對力反饋技術的主從控制進行實驗模擬的問題，解決無法直觀的進行手術機器人開發與實驗的難題。

本公開的第一目的是提供一種實驗系統，為了實現上述目的，本公開采用如下技術方案：

基于力反饋技術的手術機器人主從控制實驗系統，包括操作主手、系統工作站、顯示器、映射仿真模塊、從手仿真模塊和人體結構仿真模塊；

所述操作主手發送坐標信息至系統工作站，系統工作站通過映射仿真模塊實現操作主手與從手仿真模塊的坐標映射，從手仿真模塊和人體結構仿真模塊發送圖像信息至顯示器進行顯示。

作為進一步的技術方案，所述的操作主手包括兩個Touch力反饋主手，所述兩個Touch力反饋主手和顯示器均集成于系統工作站中，通過顯示器能夠完成操作主手參數的展示及對操作主手的配置。

作為進一步的技術方案，所述從手模擬模塊能夠加載等比例機械臂仿真運動模型，根據命名規則或者裝配順序，導入設計好的從手機械臂，并完成參數采集及數據初始化，將模擬出的從手機械臂發送到顯示器進行顯示。

作為進一步的技術方案，所述人體結構仿真模塊能夠構建等比例人體結構運動空間模型，將構建出的等比例人體結構運動空間模型發送到顯示器，與從手機械臂共同顯示出來。

作為進一步的技術方案，所述映射仿真模塊能夠建立系統工作站與從手仿真模塊之前的映射關系，從而實現操作主手坐標系與從手仿真模塊坐標系的HOME映射。

作為進一步的技術方案，所述映射仿真模塊能夠基于操作主手和從手仿真模塊的空間坐標系關系，設置VIEW坐標系、觸覺坐標系、絕對坐標系，并完成映射矩陣的初始化模型。

作為進一步的技術方案，還包括執行端，所述執行端與操作主手通信，執行端包括驅動器和伺服電機，驅動器在操作主手的控制下驅動伺服電機的動作。

作為進一步的技術方案，所述系統工作站還設置有控制器插件，通過控制器插件的接口實現對系統工作站的調控。

作為進一步的技術方案，所述系統工作站設置有連接器，用于連接傳感器、動作器和數據變化器。