[發(fā)明專利]機械臂作用力交互控制方法及裝置、電子設備和存儲介質(zhì)

在審

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• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113017941A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設計）人: 黃志俊;陳鵬;劉金勇
• 申請（專利權）人: 杭州柳葉刀機器人有限公司
• 主分類號: A61F2/46
• 分類號: A61F2/46;A61F2/34;G06F17/15;G06F17/16
• 代理公司: 北京林達劉知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇

本公開涉及一種機械臂作用力交互控制方法及裝置、電子設備和存儲介質(zhì)，所述方法包括：在末端到達圓錐區(qū)域邊界的情況下，獲取受力傳感器檢測到的第一受力參數(shù)；根據(jù)第一受力參數(shù)以及圓錐區(qū)域的尺寸參數(shù)，確定末端的切向力和法向力；將法向力設置為零，使得末端的運動軌跡為環(huán)繞所述圓錐區(qū)域的邊界。根據(jù)本公開的實施例的機械臂作用力交互控制方法，可設定機械臂活動的圓錐區(qū)域，并在機械臂末端到達圓錐區(qū)域邊界時，將機械臂末端的運動軌跡限制為圍繞圓錐區(qū)域的邊界，可防止機械臂末端超出圓錐區(qū)域的邊界，造成過度磨挫，保護髖臼窩以及韌帶、軟組織神經(jīng)等結構，并可防止磨挫不到位，可充分顯露真髖臼底，提高假體植入的精準度。

技術領域

本公開涉及醫(yī)療儀器技術領域，尤其涉及一種機械臂作用力交互控制方法及裝置、電子設備和存儲介質(zhì)。

背景技術

人工關節(jié)置換是目前治療晚期骨關節(jié)炎的最有效手段。該手術需要將患者體內(nèi)已發(fā)生病變的股骨頭取出，并安裝上相應的髖臼墊塊假體。安裝假體前，必須將人體的髖臼窩進行磨削，直至符合髖臼假體的外形尺寸，再將髖臼杯放入髖臼窩內(nèi)。

在相關技術中，在髖關節(jié)置換手術中，醫(yī)生手持帶有磨搓設備對髖臼進行研磨，該手術為人工操作，研磨效果的不確定性較大，例如，受醫(yī)生用力大小、方向、角度等因素的影響較大，或受醫(yī)生的專業(yè)知識和經(jīng)驗的影響較大。在研磨過程中，容易出現(xiàn)研磨用力過度、研磨深度不足、偏心研磨導致錯失正常解剖位、磨搓頭滑移導致研磨不均等。因此，研磨結果與植入的假體不匹配的概率較高，如果該不匹配現(xiàn)象發(fā)生，則會引起患者疼痛、運動功能康復不良的癥狀，即，引起手術效果不佳。

相比于人工磨削，通過關節(jié)置換手術機器人的機械臂可以做到更精準的磨削，并提高假體植入的精準度。當前通過機器人進行磨削的核心難點在于操作中力的反饋與控制，機械臂末端在髖臼磨挫過程中難以控制，導致過度磨挫，將髖臼窩穿破，損傷目標解剖結構以外的韌帶、軟組織神經(jīng)等結構，或者磨挫不到位，未能充分顯露真髖臼底。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述因素，本公開能夠輔助醫(yī)生研磨出位置恒定且曲率單一的半球形，提高磨搓加工的加工精度，提升髖臼與假體的匹配度，并使機械臂在工作過程中可控，提升醫(yī)生和患者的安全性。

本公開提出了一種機械臂作用力交互控制方法及裝置、電子設備和存儲介質(zhì)。

根據(jù)本公開的一方面，提供了一種機械臂作用力交互控制方法，所述機械臂包括末端和操作端，且在靠近所述機械臂操作端的位置設置有受力傳感器，包括：在所述末端到達預設的圓錐區(qū)域的邊界的情況下，獲取所述受力傳感器檢測到的第一受力參數(shù)；根據(jù)所述第一受力參數(shù)以及所述圓錐區(qū)域的尺寸參數(shù)，確定所述末端沿圓錐區(qū)域的邊界切向的切向力以及沿圓錐區(qū)域的邊界法向的法向力；將所述法向力設置為零，以使得末端的運動軌跡為環(huán)繞所述圓錐區(qū)域的邊界。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，根據(jù)所述第一受力參數(shù)以及所述圓錐區(qū)域的尺寸參數(shù)，確定所述末端沿圓錐區(qū)域的邊界切向的切向力以及沿圓錐區(qū)域的邊界法向的法向力，包括：根據(jù)所述圓錐區(qū)域的尺寸參數(shù)和所述第一受力參數(shù)，確定所述末端的第二受力參數(shù)；根據(jù)所述末端的第二受力參數(shù)，確定所述切向力以及所述法向力。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述圓錐區(qū)域的尺寸參數(shù)包括所述圓錐區(qū)域的頂角，根據(jù)所述圓錐區(qū)域的尺寸參數(shù)和所述第一受力參數(shù)，確定所述末端的第二受力參數(shù)，包括：根據(jù)所述圓錐區(qū)域的頂角和所述第一受力參數(shù)，確定所述末端的第二受力參數(shù)。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述方法還包括：確定所述法向力設置為零后的所述末端的第三受力參數(shù)；根據(jù)所述第三受力參數(shù)，確定所述受力傳感器處的第四受力參數(shù)，以使機械臂的操作端沿切向運動。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述操作端用于接收對所述機械臂的操作動作，所述圓錐區(qū)域的尺寸參數(shù)包括所述圓錐區(qū)域的的第一圓直徑，所述方法還包括：確定所述末端當前的第一位置；根據(jù)所述第一位置，確定所述末端的運動軌跡的第二圓直徑；根據(jù)所述第一圓直徑對所述第二圓直徑進行反饋校正處理，使得末端的運動軌跡限制為環(huán)繞所述圓錐區(qū)域的邊界。