[發明專利]被動主手式主從控制手術機器人的性能測試方法及系統

有效

• 申請號: 202110793630.9
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113349939B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 王偉;文洋
• 申請（專利權）人: 哈爾濱思哲睿智能醫療設備股份有限公司
• 主分類號: A61B34/37
• 分類號: A61B34/37;A61B90/00
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產權代理有限公司 11473
• 代理人: 吳航

本發明提供一種被動主手式主從控制手術機器人的性能測試方法及系統。該性能測試方法，建立基于基座的主端描述坐標系、基于內窺鏡的從端描述坐標系、基于末端關節連桿的主端參考坐標系和基于手術器械的從端參考坐標系；通過三個第一姿態靶點能夠得到各姿態位置下關于主端參考坐標系和主端描述坐標系的所述第一描述矩陣，通過三個第二姿態靶點能夠得到各姿態位置下關于從端參考坐標系和從端描述坐標系的第二描述矩陣，并將第一描述矩陣和第二描述矩陣均轉換為姿態角，避免了在各位置重復建立難以找到的主從端參考坐標系，無需對主從端參考坐標系進行直接跟蹤測量，便于對所述被動主手式主從控制手術機器人的性能測試，可靠性高，實用性強。

技術領域

本發明涉及手術機器人技術領域，具體而言，涉及一種被動主手式主從控制手術機器人的性能測試方法及系統。

背景技術

用于腔鏡等手術的主從控制手術機器人一般包括主端和從端兩部分，其通過主從遙操作的控制方式操縱手術器械完成手術動作。其主端部分的被動主手實現對醫生手部動作的采集，并通過運動學解算映射至從端的手術器械，使其復現被動主手采集的手部動作。因此，主從控制手術機器人的主從控制的性能(或者說準確度)是影響手術效果的一大因素。目前雖然出現了一些關于機器人性能的測試方法，但是，對于主從控制手術機器人的性能測試仍然是一個難題。

發明內容

本發明旨在一定程度上解決相關技術如何實現主從控制手術機器人的性能測試的問題。

為至少在一定程度上解決上述問題的至少一個方面，本發明一方面提供一種被動主手式主從控制手術機器人的性能測試方法，包括如下步驟：

建立基于主端操作手的基座的主端描述坐標系和基于內窺鏡的從端描述坐標系，建立基于所述主端操作手的末端關節連桿的主端參考坐標系和基于從端操作手的手術器械的從端參考坐標系；

獲取所述末端關節連桿的三個第一姿態靶點在所述主端參考坐標系下的坐標，建立三個所述第一姿態靶點在所述主端參考坐標系下的第三描述矩陣；

獲取所述手術器械的三個第二姿態靶點在所述從端參考坐標系下的坐標，建立三個所述第二姿態靶點在所述從端參考坐標系下的第五描述矩陣；

在主從映射狀態下，獲取三個所述第一姿態靶點在所述主端描述坐標系下的坐標，建立三個所述第一姿態靶點在所述主端描述坐標系下的第四描述矩陣；獲取三個所述第二姿態靶點在所述從端描述坐標系下的坐標，建立三個所述第二姿態靶點在所述從端描述坐標系下的第六描述矩陣；

根據所述第三描述矩陣和第四描述矩陣得到所述主端參考坐標系在所述主端描述坐標系下的第一描述矩陣，根據所述第五描述矩陣和第六描述矩陣得到所述從端參考坐標系在所述從端描述坐標系下的第二描述矩陣；

根據所述第一描述矩陣和所述第二描述矩陣分別得到基于所述第一描述矩陣的姿態角和基于所述第二描述矩陣的姿態角，根據所述基于所述第一描述矩陣的姿態角和所述基于所述第二描述矩陣的姿態角確定被動主手式主從控制手術機器人的姿態準確度。

可選地，所述建立基于主端操作手的基座的主端描述坐標系包括：

建立所述主端描述坐標系：獲取兩個所述主端操作手的第一軸線上的點，所述第一軸線為所述主端操作手的第一關節連桿與所述基座轉動連接的旋轉軸線，根據所述第一軸線和右手定則建立所述主端描述坐標系，其中，所述主端描述坐標系的橫軸與上下方向一致且正方向指向上方，縱軸與左右方向一致且正方向指向右方。

可選地，所述第一軸線的方向與豎直方向一致，所述建立所述主端描述坐標系包括：

將兩個第一靶點工裝分別固定于左右兩個所述主端操作手的所述第一關節連桿上；

兩個所述第一關節連桿分別轉動至少三個位置，通過空間測量設備獲取各位置處兩個所述第一靶點工裝上靶點的空間坐標；