手术机器人的控制方法、手术机器人及可读存储介质与流程

1.本技术涉及手术机器人技术领域，具体而言，涉及一种手术机器人的控制方法、手术机器人及可读存储介质。


背景技术：

2.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，微创手术技术及机器人技术逐渐成熟，并被广泛应用，机器人辅助的微创外科手术逐渐成为微创外科手术的发展趋势，并已逐步应用到实际临床中。
3.手术器械可以安装不同的末端执行器，例如图像末端执行器或者手术末端执行器。例如在微创外科手术中，经常需要进行组织的切割、剥离、缝合等。超声外科装置通过发生器产生高频电能量，换能器利用压电材料或电磁致压缩材料将高频电能量转换成高频机械振动(例如，每秒55500次)，并将振动放大传递到超声手术器械的执行器，由执行器将超声能量传入生物组织，产生生理效应，特别是利用产生的热量对组织进行灼烧止血或者切割等。因此超声外科装置作为末端执行器已用于外科手术的多种应用中。目前机器人辅助微创手术中操作者有时候需要轮流切换控制多个末端执行器，但是切换后需要先进行姿态对齐，使得医生的操作流畅感较差。


技术实现要素：

4.本技术实施例解决的是现有手机机器人的手术器械控制方式存在操作流畅感差的问题。
5.为解决上述问题，本技术实施例提供一种手术机器人的控制方法，手术机器人包括主操作台和从操作设备，主操作台包括第一操作部，第一操作部包括多组主关节，从操作设备包括具有第一末端执行器的第一手术器械，方法包括：
6.获取第一姿态关节的第一关节变量；
7.基于第一末端执行器与第一操作部之间的映射，根据第一关节变量控制第一姿态关节使得第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐；
8.根据操作者的指令控制第一操作部和第二操作部改变目标点的位置和/或自转姿态；
9.基于目标点与图像设备之间的映射，控制图像设备跟随目标点的位置，和/或控制图像设备与目标点的自转姿态对齐。
10.可选的，第二操作部包括第二姿态关节，从操作设备还包括第二末端执行器，方法还包括：
11.获取第二姿态关节的第二关节变量；
12.基于第二末端执行器与第二操作部之间的映射，根据第二关节变量控制第二姿态关节使得第二操作部的姿态与第二末端执行器的姿态对齐。
13.可选的，第一操作部还包括第一位置关节，第二操作部还包括第二位置关节，步骤根据操作者的指令控制第一操作部和第二操作部改变目标点的位置和/或自转姿态，包括：
14.根据操作者的指令控制第一位置关节和第二位置关节改变目标点的位置和/或自转姿态，且第一位置关节和第二位置关节的变化不跟随第一末端执行器的变化。
15.可选的，第一操作部还包括第一位置关节，第二操作部还包括第二位置关节，步骤根据操作者的指令控制第一操作部和第二操作部改变目标点的位置和/或自转姿态，包括：
16.根据操作者的指令控制第一位置关节和第二位置关节改变目标点的位置和/或自转姿态，且第一位置关节的变化不跟随第一末端执行器的变化，第二位置关节的变化不跟随第二末端执行器的变化。
17.可选的，步骤获取第一姿态关节的第一关节变量包括：
18.获取第一末端执行器的第一从位姿信息；
19.根据第一从位姿信息、第一操作部和从操作设备之间的映射，确定第一操作部的第一主位姿信息；
20.根据第一主位姿信息确定第一关节变量。
21.可选的，手术机器人还包括显示设备，步骤根据第一从位姿信息、第一操作部和从操作设备之间的映射，确定第一操作部的第一主位姿信息，包括：
22.根据第一从位姿信息、第一末端执行器的基坐标系与图像设备的坐标系之间的映射，确定第一末端执行器在图像设备的坐标系中的第二从位姿信息；
23.根据第二从位姿信息、图像设备的坐标系与显示设备的坐标系之间的映射，确定第一操作部在显示设备的坐标系中的第二主位姿信息；
24.根据第二主位姿信息、显示设备的坐标系与主操作台的基坐标系之间的映射，确定第一操作部在主操作台的基坐标系中的第三主位姿信息；
25.将第三主位姿信息作为第一主位姿信息。
26.可选的，手术机器人包括主操作台和从操作设备，主操作台包括操作部，操作部包括姿态关节，从操作设备包括末端执行器和图像设备，方法包括：
27.获取姿态关节的关节变量；
28.基于末端执行器与操作部之间的映射，根据关节变量控制姿态关节，使得操作部的姿态与末端执行器的姿态对齐；
29.根据操作者的指令控制操作部改变位置和/或自转姿态；
30.基于操作部与图像设备之间的映射，控制图像设备跟随操作部的位置，和/或控制图像设备与操作部的自转姿态对齐。
31.可选的，操作部还包括位置关节，步骤根据操作者的指令控制操作部改变位置和/或自转姿态，包括：
32.根据操作者的指令控制位置关节改变位置和/或自转姿态，且位置关节的变化不跟随末端执行器的变化。
33.本技术实施例提供一种手术机器人，包括：主操作台，主操作台包括操作部；从操作设备；及控制器，控制器与操作部和从操作设备耦接，并被配置成用于执行上述手术机器人的第一控制方法。
34.本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机
程序，计算机程序被配置为由处理器加载并执行实现上述手术机器人的控制方法。
35.本技术实施例提供了一种手术机器人的控制方法，包括：获取第一姿态关节的第一关节变量；基于第一末端执行器与第一操作部之间的映射，根据第一关节变量控制第一姿态关节使得第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐；根据操作者的指令控制第一操作部和第二操作部改变目标点的位置和/或自转姿态；基于目标点与图像设备之间的映射，控制图像设备跟随目标点的位置，和/或控制图像设备与目标点的自转姿态对齐，从而使得切换回控制第一末端执行器时不需要再进行姿态对齐，从而提高了操控体验。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
37.图1为本技术实施例中一种主操作台的示意图；
38.图2为本技术实施例中一种从操作设备的示意图；
39.图3为本技术实施例中一种操作部的主手手腕的示意图；
40.图4为本技术实施例中一种手术机器人的控制方法的示意性流程图；
41.附图标记说明：
42.100-主操作台；200-从操作设备；110-主手手臂；120-主手手腕；121-第一杆；122-第二杆；123-第三杆；124-夹具；125-第一转动关节；126-第二转动关节；127-第三转动关节；128-第四转动关节；129-可推动部件；j1-第一旋转轴线；j2-第二旋转轴线；j3-第三旋转轴线；210-机械臂；220-手术器械。
具体实施方式
43.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
44.手术机器人包括主操作台和从操作设备。如图1所示为本技术实施例中一种主操作台，主操作台100包括操作部,操作部包括多组主关节，多组主关节包括手臂关节、腕关节和自转关节中的至少一种。手臂关节也可以称为位置关节，腕关节和自转关节也可以称为姿态关节。
45.操作部还可包括主手手臂110，手臂关节可设置在主手手臂110中以改变主手手臂110的位姿。操作部还可包括主手手腕120，腕关节可设置在主手手腕中以控制主手手腕的位姿。可选的，第一操作部还可以包括可推动部件，通过移动可推动部件，从而改变第一操作部的位姿。
46.操作部还可以包括驱动装置，例如电机，驱动装置可设置有编码器，以实现自动对位及其它相应控制功能。驱动装置可以包括位置驱动装置、自转驱动装置和腕关节驱动装置中的至少一种。可以理解的是，驱动装置的这种分类以功能角度进行划分，其具体实现并不一定必须对应特定的驱动装置，可以灵活设定各个功能如何对应具体的驱动装置，可选
的，可以一个驱动装置对应一个或多个功能。
47.操作部还可以包括显示设备，以便操作者观察从操作设备200。
48.如图2所示本技术实施例中一种从操作设备的示意图，从操作设备200可以包括机械臂210和手术器械220，从关节，从操作设备200中所有的关节统称为从关节。机械臂210和手术器械220中均需要设置关节，本技术实施例中将机械臂210中的关节称为机械臂从关节，手术器械220中的关节称为器械从关节。可选的，机械臂210还包括至少一个通过机械臂从关节连接的连杆。可选的，机械臂210具有多个通过从关节连接的连杆，机械臂210用于术前或者术中调整手术器械220的空间位置。
49.从操作设备200还包括末端执行器，末端执行器包括图像设备和手术末端执行器。末端执行器可以根据实际手术需要，设置为图像设备或者手术末端执行器，手术末端执行器可以用于执行手术操作如剪切、缝合等。末端执行器可以设置在手术器械220中。示例性的，末端执行器包括组织抓紧器、针驱动器、剪刀、牵开器、电外科手术烧灼工具、缝合器、外科手术施夹钳、超声切割器、抽吸/冲洗工具、导管、超声探头等。图像设备可以为内窥镜。
50.从操作设备200还可以包括驱动装置，例如电机，通过驱动装置可以驱动机械臂210和手术器械220运动，从而改变末端执行器的位姿。同理，从操作设备200中的驱动装置也可以包括位置驱动装置、自转驱动装置和腕关节驱动装置中的至少一种。
51.具体地，主手手臂110和主手手腕与从操作设备200的手术器械220之间建立起位姿的映射控制。这种映射可以位置关系相对应，位置关系相对应可为距离成比例、距离趋势对应等对应关系。或者，这种映射可以为运动关系对应，其可为运动姿态对应、运动趋势对应等。从而，使得操作者在操作主手手臂110和主手手腕可以控制手术器械220执行相应的动作(例如俯仰、偏摆、滚转、夹持等)。
52.手术机器人也可以包括多个主操作台100和/或多个从操作设备200，每个操作台可以包括多个操作部，每个从操作设备可以包括多个手术器械220，本技术实施例中对此并不限定。例如主手手臂110可以包括两个，即左手手臂和右手手臂，分别对应左手和右手，以便于医生的左手和右手分别对其进行操作，可选的，主手手臂110也可以是一个或者超过两个，可根据实际情况进行灵活配置。
53.如图3所示为本技术实施例中一种操作部的主手手腕的示意图，示出了主手手腕120具有多个自由度，一般至少包括三个自由度。主手手腕120包括第一连杆121、第二连杆122、第三连杆123、夹具124、第一转动关节125、第二转动关节126、第三转动关节127、第四转动关节128及可推动部129。夹具124通过第一转动关节125安装到第一连杆121的一端，可推动部包括两个推动按钮129，两个推动按钮129设置于夹具124，第一连杆121的另一端通过第二转动关节126安装到第二连杆122的一端；第二连杆122的另一端通过第三转动关节127安装到第三连杆123的一端；第三连杆123的另一端通过第四转动关节128安装到主手手臂110上。第一转动关节125是自转关节，第二转动关节126、第三转动关节127和第四转动关节128是腕关节。
54.夹具124通过第一转动关节125与第一杆121旋转连接，从而夹具124可围绕第一转动关节125的第一旋转轴线j1旋转。第一杆121通过第二转动关节126与第二杆122旋转连接，从而第一杆121能围绕第二转动关节126的第二旋转轴线j2旋转，第二杆122通过第三转动关节127与第三杆123旋转连接，从而第二杆122能围绕第三转动关节127的第三旋转轴线
j3旋转，第三杆123通过第四转动关节128与主手手臂110旋转连接，从而第三杆123能围绕第四转动关节128的旋转轴线旋转。
55.在图示实施例中，第一转动关节125、第二转动关节126、第三转动关节127的旋转轴线——第一旋转轴线j1、第二旋转轴线j2、第三旋转轴线j3交于一点。主手手腕120采用多轴交于一点的设计，整个主手的姿态和位置相对解耦，方便运动学解算。
56.手术机器人还可包括控制器，控制器可以集成于主操作台，也可以集成于从操作设备200。当然，控制器也可以独立于主操作台100和从操作设备200，例如可部署在本地，又例如控制器可以部署在云端。其中，控制器可以由一个以上的处理器构成。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。
57.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
58.如图4是本技术的一个实施例中一种手术机器人的控制方法的示意性流程图，手术机器人包括主操作台和从操作设备，主操作台包括第一操作部和第二操作部，第一操作部和第二操作部之间配置有目标点，第一操作部包括第一姿态关节，从操作设备包括第一末端执行器和图像设备，具体包括：
59.步骤s401:第一操作部包括第一姿态关节，获取第一姿态关节的第一关节变量。第一姿态关节可以为腕关节或者自转关节，也可以同时包括腕关节和自转关节。
60.步骤s402:基于第一末端执行器与第一操作部之间的映射，根据第一关节变量控制第一姿态关节使得第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐。由于第一姿态关节直接影响第一操作部的姿态，因此控制第一姿态关节可以实现第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐。
61.步骤s403:根据操作者的指令控制第一操作部和第二操作部改变目标点的位置和/或自转姿态。
62.可以根据操作者的手术需要，控制改变目标点的位置或者自转姿态，或者同时改变目标点的位置和自转姿态。
63.步骤s404:基于目标点与图像设备之间的映射，控制图像设备跟随目标点的位置，和/或控制图像设备与目标点的自转姿态对齐。
64.本技术实施例通过根据第一关节变量控制第一姿态关节使得第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐，根据操作者的指令控制图像设备跟随目标点的位置，控制图像设备与目标点的自转姿态对齐，从而使得在操作部控制图像设备的同时，保持第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐。
65.本技术实施例提供的手术机器人的控制方法中，手术机器人包括主操作台和从操作设备，主操作台包括第一操作部和第二操作部，第一操作部和第二操作部之间配置有目标点，第一操作部包括第一姿态关节，从操作设备包括第一末端执行器和图像设备，具体包括：
66.步骤s401:第一操作部包括第一姿态关节，获取第一姿态关节的第一关节变量，包括两种实现方式：
67.第一种实现方式：计算确定，包括：
68.步骤s4011:获取第一末端执行器的第一从位姿信息，具体地包括：
69.基于第一末端执行器中指定点获取第一从位姿信息。可选的，指定点位于第一末端执行器的远端区域，例如，位于第一末端执行器头部。其他实施例中，指定点也可以位于第一末端执行器其他区域，例如，位于第一末端执行器的中部区域。其中，指定点可为一个或多个。第二从位姿信息既可以根据预设规则实时获取，也可以在静止状态时仅获取一次。第一从位姿信息可以是第一末端执行器在第一末端执行器的基标系的位姿信息，具体地包括：
70.获取第一末端执行器对应的第一从关节变量，例如位置信息及/或旋转信息；
71.根据第一从关节变量确定第一从位姿信息。
72.可选的，通过机械臂和第一手术器械中关节变量，例如实际位置和角度信息来确定第一末端执行器对应的位姿信息，即通过获取从操作设备中机械臂从关节、第一手术器械从关节的当前关节变量，例如位置信息及/或旋转信息，将机械臂从关节、第一器械从关节的当前关节变量正解成第一末端执行器的第一从位姿信息。同理，可通过传感器获取第一从关节变量，并根据第一从关节变量获取第一末端执行器的第一从位姿信息。例如通过处理器根据第一从关节变量获取第一末端执行器的第一从位姿信息。
73.本技术实施例通过采用第一末端执行器的第一从关节实际关节变量正解确定第一从位姿信息，从而以第一末端执行器的实际位姿确定第一末端执行器的第一从位姿信息，保证了位姿信息的真实可靠。
74.步骤s4012:根据第一从位姿信息、第一操作部和从操作设备之间的映射，确定第一操作部的第一主位姿信息，具体包括以下步骤：
75.第一步：根据第一从位姿信息、第一末端执行器的基标系与图像设备的坐标系之间的映射，确定第一末端执行器在图像设备的坐标系中的第二从位姿信息。
76.第二步：根据第二从位姿信息、图像设备的坐标系与显示设备的坐标系之间的映射，确定第一操作部末端在显示设备的坐标系中的第二主位姿信息。
77.第三步：根据第二主位姿信息、显示设备的坐标系与主操作台的基坐标系之间的映射，确定第一操作部末端在主操作台的基坐标系中的第三主位姿信息。
78.第四步：将第三主位姿信息作为第一主位姿信息。
79.本技术实施例通过坐标系转换，将第一末端执行器在第一末端执行器的基标系的第一从位姿信息转换为第一操作部末端在主操作台的基坐标系的第一主位姿信息。
80.步骤s4013:根据第一主位姿信息确定第一关节变量。
81.基于运动学，根据第一主位姿信息逆解成第一操作部的第一姿态关节对应的第一关节变量，例如位置及/或旋转信息。可选的，可以根据实际情况仅逆解成下一步需要调整的第一姿态关节对应的第一关节变量，也可以解成第一操作部所有关节的关节变量。例如如果第一操作部还包括第一位置关节、第一自转关节，也可以在逆解第一关节变量的同时，逆解成第一位置关节对应的关节变量、第一自转关节对应的关节变量。可以理解的是，仅逆解第一关节变量可以提高处理效率，节省系统资源。
82.第二种实现方式：直接获取。
83.可选的，通过传感器获取第一操作部中第一关节变量，例如位置信息及/或旋转信
息，并根据主关节变量获取第一主位姿信息。传感器可以包括感应关节转动运动的角度传感器及感应关节线性运动的位移传感器，具体可根据关节的类型来配置适应的传感器。例如通过获取驱动装置中设置的编码器，得到关节变量。同理，也可以根据实际情况获取第一操作部所有关节的关节变量。
84.步骤s402：基于第一末端执行器与第一操作部之间的映射，根据第一关节变量控制第一姿态关节使得第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐。其中，第一姿态关节可以包括腕关节、自转关节。
85.第一步：根据第一关节变量确定驱动装置控制指令，驱动装置控制指令包括第一姿态关节控制指令。
86.第二步：根据第一姿态关节控制指令控制第一姿态关节，使得第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐。
87.其中第一关节变量直接反映了切换控制图像设备之前，由第一末端执行器映射到操作部的第一姿态关节对应的参数，因此根据第一关节变量控制第一姿态关节使得第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐，即根据第一末端执行器控制第一姿态关节使得第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐。
88.本技术实施例中第一操作部可以控制多个末端执行器，可选的轮流切换控制多个末端执行器，例如先控制第一末端执行器，然后再切换至控制图像设备。可选的，如果切换至控制图像设备之后，第一末端执行器保持不动，那么需要控制第一姿态关节保持不动，从而使得第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐。如果切换至控制图像设备之后，第一末端执行器发生运动，那么需要控制第一姿态关节运动，实现第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐。
89.步骤s403：根据操作者的指令控制第一操作部和第二操作部改变目标点的位置和/或自转姿态。
90.主操作台包括第一操作部和第二操作部，第一操作部可以是左手操作部，第二操作部可以是右手操作部，操作者可以根据手术需要改变操作部的位置或者姿态，进而改变配置于第一操作部和第二操作部之间的目标点的位置或者姿态。
91.根据操作者的命令，例如移动左手操作部、或者移动右手操作部、或者同时移动左手操作部和右手操作部，从而改变目标点的位置。可选的，第一操作部还包括第一位置关节，第二操作部还包括第二位置关节，通过移动第一位置关节、或者移动第二位置关节、或者同时移动第一位置关节和第二位置关节从而可以改变目标点的位置。
92.可选的，第一操作部还可包括第一自转关节，第二操作部还包括第二自转关节，根据操作者的命令，可以通过转动第一自转关节、或者第二自转关节，或者同时转动第一自转关节和第二自转关节，从而可以改变目标点的自转姿态。
93.可选的，第一操作部包括第一位置关节和第一自转关节，第二操作部包括第二位置关节和第二自转关节，根据操作者的命令，通过移动第一位置关节、或者移动第二位置关节、或者同时移动第一位置关节和第二位置关节从而可以改变目标点的位置；可以通过转动第一自转关节、或者第二自转关节，或者同时转动第一自转关节和第二自转关节，从而可以改变目标点的自转姿态。通过移动操作部位置关节和自转关节，从而实现改变目标点的位置和自转姿态。
94.可以基于第一操作部配置第一指定点，基于第二操作部配置第二指定点。其中指定点的数量及位置可根据需要设定。可选的，指定点位于可推动部的远端区域，例如位于第一转动关节125、第二转动关节126、第三转动关节127的旋转轴线的交点。其他实施例中，指定点也可以位于可推动部的中部区域。
95.进一步的，根据第一指定点和第二指定点配置目标点，目标点位于第一指定点和第二指定点连线的中点预设邻域范围内，可选的目标点为第一指定点和第二指定点连线的中点。
96.步骤s404：基于目标点与图像设备之间的映射，控制图像设备跟随目标点的位置，和/或控制图像设备与目标点的自转姿态对齐。
97.如果目标点改变位置，则控制图像设备跟随目标点的位置；如果目标点改变自转姿态，则控制图像设备与目标点的自转姿态对齐；如果目标点改变位置和自转姿态，则控制图像设备跟随目标点的位置，且控制图像设备与目标点的自转姿态对齐。
98.本技术实施例通过在第一操作部和第二操作部之间配置目标点，以该目标点作为基准，控制图像设备跟随操作部的位置，控制图像设备与操作部的自转姿态对齐，实现了通过第一操作部和第二操作部控制图像设备进行运动跟随。
99.本技术实施例通过在第一操作部切换至控制图像设备之后，根据第一关节变量控制第一姿态关节，使得第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态保持对齐，从而在第一操作部切换回控制第一末端执行器时，不再需要进行对齐可以直接进行操控，减少了操作者的等待时间，提升了操作者的操控体验。
100.本技术实施例中第二操作部包括第二姿态关节，第二操作部与第一操作部一样，也可根据第一关节变量控制第二姿态关节使得第二操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐，具体控制过程与根据第一关节变量控制第一姿态关节使得第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐相同，此处不再赘述。
101.本技术实施例通过在切换至控制图像设备之后，控制左手操作部和右手操作部的姿态均与第一末端执行器的姿态对齐，从而使得左手操作部与右手操作部感觉一致，同时如果需要切换回控制第一末端执行器，为操作者提供了多种选择，可以灵活选择左手操作部或者右手操作部控制第一末端执行器，而不是必须继续使用第一操作部，从而不再需要进行对齐，提升了操控体验。
102.在本技术实施例中，第一操作部包括第一位置关节，第二操作部包括第二位置关节，为了使得操作者可以自主操控图像设备，根据操作者的指令控制第一操作部和第二操作部改变目标点的位置和/或自转姿态，具体包括：
103.根据操作者的指令控制第一操作部和第二操作部改变目标点的位置和/或自转姿态，且第一位置关节和第二位置关节的变化不跟随第一末端执行器的变化。
104.可选的根据操作者的命令，通过移动第一位置关节、或者移动第二位置关节、或者同时移动第一位置关节和第二位置关节从而可以改变目标点的位置。为了保证操作者具备运动自主性，可以自由移动第一位置关节、第二位置关节，因此需要保证第一位置关节和第二位置关节的变化仅根据操作者的指令而变化，不跟随第一末端执行器的变化。
105.可选的，第一位置关节、第二位置关节不需要根据位置关节变量控制而产生对应的运动，即可以不获取位置关节变量，或者即使获取位置关节变量，但不根据位置关节变量
确定驱动装置控制指令，或者即使根据位置关节变量确定驱动装置控制指令，但驱动装置控制指令不下发至位置关节，或者即使驱动装置控制指令下发至位置关节，位置关节对该指令不进行响应。
106.可选的，第一操作部还包括第一自转关节，第二操作部包括第二自转关节，根据操作者的命令，可以通过转动第一自转关节、或者第二自转关节，或者同时转动第一自转关节和第二自转关节，从而可以改变目标点的自转姿态。为了保证操作者具备运动自主性，可以自由转动第一自转关节、第二自转关节，因此需要保证第一自转关节和第二自转关节的变化仅根据操作者的指令而变化，不跟随第一末端执行器的变化。
107.可选的，第一自转关节、第二自转关节不需要根据自转关节变量控制而产生对应的运动，即可以不获取自转关节变量，或者即使获取自转关节变量，但不根据自转关节变量确定驱动装置控制指令，或者即使根据自转关节变量确定驱动装置控制指令，但驱动装置控制指令不下发至自转关节，或者即使驱动装置控制指令下发至自转关节，自转关节对该指令不进行响应。
108.可选的，如果操作者需要同时自主操控位置关节和自转关节，则位置关节变化不跟随第一末端执行器的变化，自转关节变化不跟随第一末端执行器的位姿变化。
109.本技术实施例通过第一位置关节和第二位置关节的变化不跟随第一末端执行器的变化，第一自转关节和第二自转关节的变化不跟随第一末端执行器的变化，即根据第一末端执行器调整了第一姿态关节，更有利于操作者的顺畅切换控制第一末端执行器，又同时保证了操作者的运动自主性，从而有利于接受操作者的指令。
110.本技术另一实施例中，第二操作部包括第二姿态关节，从操作设备还包括第二末端执行器，可以在第一操作部操控第一末端执行器，第二操作部操控第二末端执行器后，第一操作部和第二操作部切换为共同操控图像设备，包括：
111.获取第一姿态关节的第一关节变量，获取第二姿态关节的第二关节变量。此步骤与前述实现原理相同，此处不再赘述。
112.基于第一末端执行器与第一操作部之间的映射，根据第一关节变量控制第一姿态关节使得第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐；基于第二末端执行器与第二操作部之间的映射，根据第二关节变量控制第二姿态关节使得第二操作部的姿态与第二末端执行器的姿态对齐。此步骤与前述实现原理相同，此处不再赘述。
113.根据操作者的指令控制第一操作部和第二操作部改变目标点的位置和/或自转姿态；此步骤与前述实现原理相同，此处不再赘述。
114.基于目标点与图像设备之间的映射，控制图像设备跟随目标点的位置，和/或控制图像设备与目标点的自转姿态对齐。此步骤与前述实现原理相同，此处不再赘述。
115.本技术实施例通过在双手切换控制图像设备后，第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐，第二操作部的姿态与第二末端执行器的姿态对齐，从而在第一操作部切换回控制第一末端执行器，第二操作部切换回控制第二末端执行器时，第一末端执行器和第一末端执行器均不需要再进行对齐，减少了操作者的等待时间，提升了操作者的操控体验。
116.本技术另一实施例中，第一操作部还包括第一位置关节、第一自转关节，第二操作部还包括第二位置关节、第二自转关节，步骤根据操作者的指令控制第一操作部和第二操
作部改变目标点的位置和/或自转姿态，包括：
117.根据操作者的指令控制第一位置关节和第二位置关节改变目标点的位置和/或自转姿态，且第一位置关节的变化不跟随第一末端执行器的变化，此步骤与前述实现原理相同，此处不再赘述；第二位置关节的变化不跟随第二末端执行器的变化，此步骤与第一位置关节的变化不跟随第一末端执行器的变化实现原理相同，此处不再赘述。
118.本技术实施例第一位置关节的变化不跟随第一末端执行器的变化，第二位置关节的变化不跟随第二末端执行器的变化，或者第一自转关节的变化不跟随第一末端执行器的变化，第二自转关节的变化不跟随第二末端执行器的变化，即根据第一末端执行器调整了第一姿态关节，更有利于操作者的顺畅切换控制第一末端执行器，根据第二末端执行器调整了第二姿态关节，更有利于操作者的顺畅切换控制第二末端执行器，又同时保证了操作者的运动自主性，从而有利于接受操作者的指令。
119.在本技术另一实施例中，第一姿态关节包括腕关节和自转关节。步骤基于第一末端执行器与第一操作部之间的映射，根据第一关节变量控制第一姿态关节使得第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐，包括：
120.第一步：根据第一关节变量确定驱动装置控制指令，驱动装置控制指令包括腕关节控制指令和自转关节控制指令，第一关节变量包括腕关节变量和自转关节变量。
121.第二步：根据腕关节控制指令控制腕关节，根据自转关节控制指令控制自转关节，共同使得第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐。
122.在这种情况下，操作者只能自主操控位置关节，控制图像设备跟随目标点的位置。
123.本技术实施例通过控制腕关节和自转关节共同使得第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐，根据操作者命令控制图像设备，从而使得切换回控制第一末端执行器时不需要再进行姿态对齐，从而简化了操控流程，提高了操控体验。
124.本技术另一实施例中提供了一种手术机器人的控制方法，手术机器人包括主操作台和从操作设备，主操作台包括操作部，操作部包括姿态关节，从操作设备包括末端执行器和图像设备。本技术实施例中仅包括一个操作部，为单手轮流操控末端执行器和图像设备，方法包括：
125.获取姿态关节的关节变量，此步骤与前述实现原理相同，此处不再赘述。
126.基于末端执行器与操作部之间的映射，根据关节变量控制姿态关节，使得操作部的姿态与末端执行器的姿态对齐。可以基于操作部中指定点的位姿信息作为操作部的姿态信息。其中指定点的数量及位置可根据需要设定。可选的，指定点位于可推动部的远端区域，例如位于第一转动关节125、第二转动关节126、第三转动关节127的旋转轴线的交点。其他实施例中，指定点也可以位于可推动部的中部区域。其中，指定点可为一个或多个。操作部的姿态可以包括第一操作部基于显示设备的坐标系的至少一个坐标轴的角度信息。
127.根据操作者的指令控制操作部改变位置和/或自转姿态，此步骤与前述实现原理相同，此处不再赘述。
128.基于操作部与图像设备之间的映射，控制图像设备跟随操作部的位置，和/或控制图像设备与操作部的自转姿态对齐，此步骤与前述实现原理相同，此处不再赘述。
129.进一步的，操作部还包括位置关节，步骤根据操作者的指令控制操作部改变位置，包括：根据操作者的指令控制位置关节改变位置，且位置关节的变化不跟随末端执行器的
变化。此步骤与前述实现原理相同，此处不再赘述。
130.进一步的，操作部还包括自转关节，步骤根据操作者的指令控制操作部改变自转姿态，包括：根据操作者的指令控制自转关节改变自转姿态，且自转关节的变化不跟随末端执行器的变化。此步骤与前述实现原理相同，此处不再赘述。
131.进一步的，操作部还包括位置关节和自转关节，根据操作者的指令控制操作部改变位置和自转姿态，包括：根据操作者的指令控制位置关节改变位置，且位置关节的变化不跟随末端执行器的变化，根据操作者的指令控制自转关节改变自转姿态，且自转关节的变化不跟随末端执行器的变化。此步骤与前述实现原理相同，此处不再赘述。
132.本技术实施例通过仅包括一个操作部，单手轮流控制末端执行器和图像设备，通过操作部的姿态与末端执行器的姿态对齐，从而在操作部切换回控制末端执行器时，不需要再进行对齐，减少了操作者的等待时间，提升了操作者的操控体验。
133.本技术另一实施例中，手术机器人的操作部可以不止包括第一操作部和第二操作部，还可以包括更多数量的操作部，操作部的数量可以根据实际手术情况灵活配置，从操作设备的末端执行器的个数也可以根据实际手术情况灵活配置，各个末端执行器可以有不同的活动自由度。这种控制情况下，操作部可以自由选择跟随哪个末端执行器，可以自由选择调整哪些姿态关节，可以自由选择单手或者双手操控图像设备，从而满足个性化的复杂手术需要。
134.本技术实施例提供一种手术机器人，包括主操作台,主操作台包括操作部，从操作设备；及控制器，控制器与操作部和从操作设备耦接，并被配置成用于执行上述手术机器人的第一控制方法。
135.本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述手术机器人的第一控制方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，计算机可读存储介质，如只读存储器(read-only memory，简称rom)、随机存取存储器(random access memory，简称ram)、磁碟或者光盘等。
136.当然，本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程度来指令控制装置来完成，的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程，其中的存储介质可为存储器、磁盘、光盘等。
137.在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
138.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
139.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种手术机器人的控制方法，其特征在于，所述手术机器人包括主操作台和从操作设备，所述主操作台包括第一操作部和第二操作部，第一操作部和第二操作部之间配置有目标点，第一操作部包括第一姿态关节，所述从操作设备包括第一末端执行器和图像设备，所述方法包括：获取第一姿态关节的第一关节变量；基于第一末端执行器与第一操作部之间的映射，根据第一关节变量控制第一姿态关节使得第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐；根据操作者的指令控制第一操作部和第二操作部改变所述目标点的位置和/或自转姿态；基于所述目标点与所述图像设备之间的映射，控制所述图像设备跟随所述目标点的位置，和/或控制所述图像设备与所述目标点的自转姿态对齐。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，第二操作部包括第二姿态关节，所述从操作设备还包括第二末端执行器，所述方法还包括：获取第二姿态关节的第二关节变量；基于第二末端执行器与第二操作部之间的映射，根据第二关节变量控制第二姿态关节使得第二操作部的姿态与所述第二末端执行器的姿态对齐。3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，第一操作部还包括第一位置关节，第二操作部还包括第二位置关节，所述步骤根据操作者的指令控制第一操作部和第二操作部改变所述目标点的位置和/或自转姿态，包括：根据操作者的指令控制第一位置关节和第二位置关节改变所述目标点的位置和/或自转姿态，且第一位置关节和第二位置关节的变化不跟随第一末端执行器的变化。4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，第一操作部还包括第一位置关节，第二操作部还包括第二位置关节，所述步骤根据操作者的指令控制第一操作部和第二操作部改变所述目标点的位置和/或自转姿态，包括：根据操作者的指令控制第一位置关节和第二位置关节改变所述目标点的位置和/或自转姿态，且第一位置关节的变化不跟随第一末端执行器的变化，第二位置关节的变化不跟随第二末端执行器的变化。5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤获取第一姿态关节的第一关节变量包括：获取所述第一末端执行器的第一从位姿信息；根据第一从位姿信息、第一操作部和从操作设备之间的映射，确定第一操作部的第一主位姿信息；根据第一主位姿信息确定第一关节变量。6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述手术机器人还包括显示设备，所述步骤根据第一从位姿信息、第一操作部和从操作设备之间的映射，确定第一操作部的第一主位姿信息，包括：根据第一从位姿信息、第一末端执行器的基坐标系与所述图像设备的坐标系之间的映射，确定第一末端执行器在所述图像设备的坐标系中的第二从位姿信息；根据第二从位姿信息、所述图像设备的坐标系与所述显示设备的坐标系之间的映射，
确定第一操作部在所述显示设备的坐标系中的第二主位姿信息；根据第二主位姿信息、所述显示设备的坐标系与所述主操作台的基坐标系之间的映射，确定第一操作部在所述主操作台的基坐标系中的第三主位姿信息；将第三主位姿信息作为第一主位姿信息。7.一种手术机器人的控制方法，其特征在于，所述手术机器人包括主操作台和从操作设备，所述主操作台包括操作部，所述操作部包括姿态关节，所述从操作设备包括末端执行器和图像设备，所述方法包括：获取所述姿态关节的关节变量；基于所述末端执行器与所述操作部之间的映射，根据所述关节变量控制所述姿态关节，使得所述操作部的姿态与所述末端执行器的姿态对齐；根据操作者的指令控制所述操作部改变位置和/或自转姿态；基于所述操作部与所述图像设备之间的映射，控制所述图像设备跟随所述操作部的位置，和/或控制所述图像设备与所述操作部的自转姿态对齐。8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述操作部还包括位置关节，所述步骤根据操作者的指令控制所述操作部改变位置和/或自转姿态，包括：根据操作者的指令控制所述位置关节改变位置和/或自转姿态，且所述位置关节的变化不跟随所述末端执行器的变化。9.一种手术机器人，其特征在于，包括：主操作台，所述主操作台包括操作部；从操作设备；及控制器，所述控制器分别与所述操作部和所述从操作设备耦接，并被配置成用于执行如权利要求1-8任一项所述的手术机器人的控制方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被配置为由处理器加载并执行实现如权利要求1-8任一项所述的手术机器人的控制方法。

技术总结
本申请实施例提供一种手术机器人的控制方法、手术机器人和可读存储介质，该方法包括：获取第一姿态关节的第一关节变量；基于第一末端执行器与第一操作部之间的映射，根据第一关节变量控制第一姿态关节使得第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐；根据操作者的指令控制第一操作部和第二操作部改变所述目标点的位置和/或自转姿态；基于所述目标点与所述图像设备之间的映射，控制所述图像设备跟随所述目标点的位置，和/或控制所述图像设备与所述目标点的自转姿态对齐，从而使得切换回控制第一末端执行器时不需要再进行姿态对齐，从而提高了操控体验。从而提高了操控体验。从而提高了操控体验。


技术研发人员：王深辉 高元倩
受保护的技术使用者：深圳市精锋医疗科技股份有限公司
技术研发日：2022.03.26
技术公布日：2023/10/11