本發(fā)明涉及手術(shù)機(jī)器人，具體為一種手術(shù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)操作控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代醫(yī)療手術(shù)中，手術(shù)機(jī)器人的應(yīng)用日益廣泛，它們能夠執(zhí)行高精度、低創(chuàng)傷的手術(shù)操作，極大地提高了手術(shù)的成功率和患者的康復(fù)速度。然而，傳統(tǒng)的對手術(shù)機(jī)器人的控制方法往往依賴于預(yù)設(shè)的固定路徑和固定的控制指令，這種方法在面對復(fù)雜多變的手術(shù)環(huán)境時(shí)，往往難以保證手術(shù)的精度和安全性。

2、為此我們提出一種手術(shù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)操作控制方法及系統(tǒng)用于解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種手術(shù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)操作控制方法及系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種手術(shù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)操作控制方法及系統(tǒng)，該方法包括以下步驟：

3、基于監(jiān)測點(diǎn)獲取手術(shù)機(jī)器人末端執(zhí)行器所需到達(dá)的目標(biāo)位置信息，其中，目標(biāo)位置信息包括三維坐標(biāo)點(diǎn)、姿態(tài)角度及運(yùn)動(dòng)速度；

4、獲取手術(shù)機(jī)器人的當(dāng)前狀態(tài)信息，基于目標(biāo)位置信息和手術(shù)機(jī)器人的當(dāng)前狀態(tài)信息規(guī)劃出從當(dāng)前位置到目標(biāo)位置的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡，將最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡轉(zhuǎn)換為手術(shù)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的控制指令；

5、基于監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時(shí)獲取手術(shù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)信息，包括反饋位置、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；將實(shí)時(shí)獲取的運(yùn)動(dòng)信息與規(guī)劃的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行對比分析，評估實(shí)際運(yùn)動(dòng)與期望運(yùn)動(dòng)的偏差，根據(jù)偏差對控制指令進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；

6、對應(yīng)手術(shù)機(jī)器人的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)信息預(yù)設(shè)條件閾值，對超出預(yù)設(shè)條件閾值的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行報(bào)警。

7、優(yōu)選的，所述基于監(jiān)測點(diǎn)獲取手術(shù)機(jī)器人末端執(zhí)行器所需到達(dá)的目標(biāo)位置信息，其中，目標(biāo)位置信息包括三維坐標(biāo)點(diǎn)、姿態(tài)角度及運(yùn)動(dòng)速度的步驟包括：根據(jù)手術(shù)任務(wù)的需求，確定手術(shù)機(jī)器人末端執(zhí)行器需要到達(dá)的目標(biāo)監(jiān)測點(diǎn)；實(shí)時(shí)獲取手術(shù)機(jī)器人末端執(zhí)行器的三維坐標(biāo)點(diǎn)；實(shí)時(shí)獲取手術(shù)機(jī)器人末端執(zhí)行器的姿態(tài)角度，其中，姿態(tài)角度包括繞x軸、y軸和z軸的旋轉(zhuǎn)角度；通過分析末端執(zhí)行器的位置變化率來實(shí)時(shí)獲取其運(yùn)動(dòng)速度；基于三維坐標(biāo)點(diǎn)、姿態(tài)角度及運(yùn)動(dòng)速度得到目標(biāo)位置信息。

8、優(yōu)選的，所述基于目標(biāo)位置信息和手術(shù)機(jī)器人的當(dāng)前狀態(tài)規(guī)劃最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡，將最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡轉(zhuǎn)換為手術(shù)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的控制指令的步驟包括：獲取手術(shù)機(jī)器人的當(dāng)前狀態(tài)信息，其中，當(dāng)前狀態(tài)信息包括各關(guān)節(jié)的位置、速度、加速度；基于目標(biāo)位置信息和手術(shù)機(jī)器人的當(dāng)前狀態(tài)信息，基于路徑規(guī)劃算法規(guī)劃出從當(dāng)前位置到目標(biāo)位置的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡；將規(guī)劃好的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡轉(zhuǎn)換為手術(shù)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的控制指令，其中，控制指令包括位置指令、速度指令或力矩指令。

9、優(yōu)選的，所述基于目標(biāo)位置信息和手術(shù)機(jī)器人的當(dāng)前狀態(tài)信息規(guī)劃出從當(dāng)前位置到目標(biāo)位置的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡的步驟包括：獲取手術(shù)機(jī)器人末端執(zhí)行器所需到達(dá)的目標(biāo)位置信息，其中，目標(biāo)位置信息包括三維坐標(biāo)點(diǎn)、姿態(tài)角度及運(yùn)動(dòng)速度；根據(jù)手術(shù)區(qū)域的環(huán)境信息，構(gòu)建手術(shù)機(jī)器人的工作環(huán)境模型，其中，環(huán)境信息包括障礙物位置以及手術(shù)床位置；并將手術(shù)機(jī)器人的起點(diǎn)位置、目標(biāo)位置以及障礙物位置進(jìn)行標(biāo)記和定位；創(chuàng)建一個(gè)開放列表，用于存儲(chǔ)待探索的節(jié)點(diǎn)；創(chuàng)建一個(gè)關(guān)閉列表，用于存儲(chǔ)已探索過的節(jié)點(diǎn)；將起點(diǎn)位置加入開放列表，并設(shè)置其g(n)為0，h(n)為啟發(fā)式函數(shù)估算的值，f(n)為g(n)與h(n)之和；根據(jù)手術(shù)區(qū)域的特點(diǎn)，選擇合適的啟發(fā)式函數(shù)h(n)，計(jì)算公式為：h(n)＝sqrt((x_goa?l-x_current)2)；g(n)表示從起點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的實(shí)際開銷，h(n)表示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的預(yù)估開銷，f(n)＝g(n)+h(n)表示從起點(diǎn)經(jīng)過當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的總預(yù)估開銷；在算法執(zhí)行過程中，不斷更新g(n)和h(n)的值，并重新計(jì)算f(n)的值，得到最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡。

10、優(yōu)選的，所述在算法執(zhí)行過程中，不斷更新g(n)和h(n)的值，并重新計(jì)算f(n)的值，得到最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡的步驟包括：a：從開放列表中選擇f(n)最小的節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)；b：檢查當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，如果是，則路徑規(guī)劃成功，退出循環(huán)；c：將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)從開放列表移至關(guān)閉列表；d：對當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的每個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行以下操作：如果相鄰節(jié)點(diǎn)在關(guān)閉列表中，則跳過；如果相鄰節(jié)點(diǎn)在開放列表中，且通過當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到達(dá)該節(jié)點(diǎn)的g(n)值更小，則更新其g(n)值，并重新計(jì)算f(n)值；如果相鄰節(jié)點(diǎn)不在開放列表中，則將其加入開放列表，并設(shè)置其g(n)值為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的g(n)值加上從當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到相鄰節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)開銷，h(n)值為啟發(fā)式函數(shù)估算的值，f(n)值為g(n)與h(n)之和；重復(fù)步驟a至d，直到找到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)或開放列表為空。

11、優(yōu)選的，所述將實(shí)時(shí)獲取的運(yùn)動(dòng)信息與規(guī)劃的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行對比分析，評估實(shí)際運(yùn)動(dòng)與期望運(yùn)動(dòng)的偏差，根據(jù)偏差對各個(gè)項(xiàng)目的控制指令進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整的具體步驟包括：獲取手術(shù)機(jī)器人的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)信息以及與運(yùn)動(dòng)信息的時(shí)間點(diǎn)相對應(yīng)的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡；對于每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)，計(jì)算實(shí)際運(yùn)動(dòng)參數(shù)與期望運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的差異，計(jì)算得到的偏差包括位置偏差、速度偏差、加速度偏差和姿態(tài)偏差；將計(jì)算得到的偏差數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，對應(yīng)控制項(xiàng)目設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)偏差閾值，將計(jì)算得到的偏差數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)偏差閾值進(jìn)行比較，對超過標(biāo)準(zhǔn)偏差閾值的偏差對應(yīng)的控制指令進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

12、一種手術(shù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)操作控制系統(tǒng)，應(yīng)用于如上述任意一項(xiàng)所述運(yùn)動(dòng)操作控制方法，包括：

13、數(shù)據(jù)采集模塊，用于基于監(jiān)測點(diǎn)獲取手術(shù)機(jī)器人末端執(zhí)行器所需到達(dá)的目標(biāo)位置信息，其中，目標(biāo)位置信息包括三維坐標(biāo)點(diǎn)、姿態(tài)角度及運(yùn)動(dòng)速度；

14、軌跡規(guī)劃模塊，用于獲取手術(shù)機(jī)器人的當(dāng)前狀態(tài)信息，基于目標(biāo)位置信息和手術(shù)機(jī)器人的當(dāng)前狀態(tài)信息規(guī)劃出從當(dāng)前位置到目標(biāo)位置的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡，將最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡轉(zhuǎn)換為手術(shù)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的控制指令；

15、操作控制模塊，用于基于監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時(shí)獲取手術(shù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)信息，包括反饋位置、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；將實(shí)時(shí)獲取的運(yùn)動(dòng)信息與規(guī)劃的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行對比分析，評估實(shí)際運(yùn)動(dòng)與期望運(yùn)動(dòng)的偏差，根據(jù)偏差對控制指令進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；

16、報(bào)警模塊，用于對應(yīng)手術(shù)機(jī)器人的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)信息預(yù)設(shè)條件閾值，對超出預(yù)設(shè)條件閾值的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行報(bào)警。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

18、1.本發(fā)明通過基于監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時(shí)獲取手術(shù)機(jī)器人末端執(zhí)行器所需到達(dá)的目標(biāo)位置信息，包括三維坐標(biāo)點(diǎn)、姿態(tài)角度及運(yùn)動(dòng)速度，從而能夠更準(zhǔn)確地反映手術(shù)過程中的實(shí)際情況，提高目標(biāo)位置信息的準(zhǔn)確性。

19、2.本發(fā)明根據(jù)手術(shù)機(jī)器人的當(dāng)前狀態(tài)信息和目標(biāo)位置信息，采用路徑規(guī)劃算法動(dòng)態(tài)規(guī)劃出從當(dāng)前位置到目標(biāo)位置的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡，并將最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡轉(zhuǎn)換為手術(shù)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的控制指令。能夠根據(jù)不同情況靈活調(diào)整運(yùn)動(dòng)軌跡，提高手術(shù)機(jī)器人的適應(yīng)性和靈活性。

20、3.本發(fā)明通過實(shí)時(shí)獲取手術(shù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)信息，并與規(guī)劃的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行對比分析，評估實(shí)際運(yùn)動(dòng)與期望運(yùn)動(dòng)的偏差，并根據(jù)偏差對控制指令進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正偏差，提高手術(shù)的精度和安全性。

21、4.本發(fā)明對應(yīng)手術(shù)機(jī)器人的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)信息預(yù)設(shè)條件閾值，對超出預(yù)設(shè)條件閾值的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行及時(shí)有效的報(bào)警。能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，降低手術(shù)過程中的風(fēng)險(xiǎn)。