一种手术机器人完全运行状态故障检测方法技术

本发明专利技术涉及一种手术机器人完全运行状态故障检测方法，其特征在于设置包括有一主控计算机、一主嵌入式计算机和若干从嵌入式计算机的手术机器人系统；主控计算机通过局域网路由器对主嵌入式计算机和从嵌入式计算机进行控制，主嵌入式计算机分别通过局域网路由器和第一通信总线与从嵌入式计算机进行相互通信。本发明专利技术主控计算机、主嵌入式计算机和从嵌入式计算机相互进行故障检测，可以在不增加任何附属检测元件的前提下提高手术机器人系统运行的安全性和可靠性，且有效减少系统的通信负担。本发明专利技术可以广泛应用于微创手术机器人系统中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种手术机器人故障检测方法，特别是关于一种手术机器人完全运行状态故障检测方法。
技术介绍
近年来，微创手术由于其创伤面积小、恢复快等特点已经成为一种重要的外科手术方法，手术机器人系统凭借其清晰的立体视觉反馈、灵活操控等特点已经广泛地应用于微创手术领域，其中，Intuitive Surgical公司的da Vinci(达芬奇)手术机器人在微创手术领域取得了巨大成功。手术机器人系统通常包括一个视觉操作臂和多个手术操作臂，外科医生通过操作输入设备和界面输入控制指令，该控制指令经过可相互通信的多个控制计算机节点的运算处理后，发送给视觉操作臂和手术操作臂实现对它们的驱动以施展微创手术。上述多个控制计算机节点组成了一种分布式计算机系统。由于施展于人体的微创手术对手术机器人系统安全性存在严苛要求，需要对各控制计算机节点实时进行故障检测，并根据故障采取最为安全的应对措施。现有手术机器人系统采用额外的检测信号以实时监测控制计算机节点是否出现故障，这样将大大增加系统的通信负担。目前多数系统采取冗余设备以随时接管故障设备，此方法造成了系统资源的浪费；进一步地，现有手术机器人系统并未针对性地提出以人体安全为基础的系统解决方案。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种手术机器人完全运行状态故障检测方法，能够在不增加附属检测元件的前提下提高手术机器人系统运行的安全性和可靠性。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种手术机器人完全运行状态故障检测方法，其特征在于包括以下内容：1)主控计算机以设定周期通过局域网路由器分别向主嵌入式计算机和若干从嵌入式计算机广播期望位姿信号，并以设定周期接收主嵌入式计算机发送的空操作指令信号，且同时以设定周期接收各从嵌入式计算机发送的实际位姿信号；如果主嵌入式计算机、从嵌入式计算机在设定周期内未收到主控计算机通过局域网路由器发送的期望位姿信号，且主嵌入式计算机未通过局域网路由器接收到主控计算机返回的空操作应答信号，则认为主控计算机在完全运行状态下出现故障；2)主嵌入式计算机以设定周期接收主控计算机发送的期望位姿信号，并以设定周期向主控计算机发送空操作指令信号并获得主控计算机返回的空操作应答信号；且同时通过第一通信总线监听各从嵌入式计算机发送的电机位控信号；如果主控计算机在设定周期内未通过局域网路由器接收到主嵌入式计算机发送的空操作指令信号，则认为主嵌入式计算机在完全运行状态下出现故障；3)各从嵌入式计算机以设定周期通过局域网路由器接收主控计算机发送的期望位姿信号且通过局域网路由器向主控计算机发送实际位姿信号；同时以设定周期经第一通信总线向手术工具驱动模组/成像工具驱动模组发送电机位控信号；如果主控计算机在设定周期内未收到某一从嵌入式计算机通过局域网路由器发送的实际位姿信号，且如果在设定周期内主嵌入式计算机未通过第一通信总线监听到从嵌入式计算机发送的电机位控信号，则认为此从嵌入式计算机在完全运行状态下出现故障。进一步地，当主控计算机发生故障时，对手术机器人系统采取报警机制和急停机制，并对主控计算机执行恢复机制后，主控计算机继续通过局域网路由器向各从嵌入式计算机发送期望位姿信号，若对主控计算机的恢复机制未成功，则以主嵌入式计算机执行手动机制，并通过局域网路由器控制从嵌入式计算机，进而控制手术工具/成像工具进行动作。进一步地，当主嵌入式计算机发生故障时，对手术机器人系统采取报警机制和急停机制后，并通过主控计算机执行手动机制，进而通过从嵌入式计算机控制手术工具/成像工具进行动作。进一步地，当某一从嵌入式计算机发生故障时，对手术机器人系统采取报警机制和急停机制后，通过主控计算机执行手动机制，以主嵌入式计算机代替出现故障的某一从嵌入式计算机，主控计算机通过主嵌入式计算机和其它从嵌入式计算机控制手术工具/成像工具进行动作。进一步地，恢复机制是指主控计算机发生故障时，主嵌入式计算机等待主控计算机重启恢复正常，待主控计算机恢复正常后，操作者在主控计算机的操作界面进行状态询问操作，主控计算机通过局域网路由器向主嵌入式计算机发送状态询问指令，接收到主嵌入式计算机发来的状态应答指令后，调整手术机器人系统至发生故障前的状态。进一步地，报警机制具体包括：1)当主控计算机发生故障时，主嵌入式计算机通过第二通信总线使得所对应的主控计算机指示灯更新到错误显示状态；2)当主嵌入式计算机发生故障时，主控计算机自动将操作界面切换到手动操作界面，在该界面上提示主嵌入式计算机发生故障，同时主控计算机将对应的主嵌入式计算机指示灯更新到错误显示状态；3)当某一从嵌入式计算机发生故障时，主控计算机自动将操作界面切换到手动操作界面，在该界面上提示某一从嵌入式计算机发生故障，此时主嵌入式计算机通过第二通信总线使得所对应的从嵌入式计算机指示灯更新到错误显示状态。进一步地，急停机制是指从嵌入式计算机接收到主控计算机或主嵌入式计算机的保持命令后通过相应手术工具驱动模组/成像工具驱动模组控制手术工具和成像工具停止运动，并保持当前位姿；或急停机制是指代替出现故障的某一从嵌入式计算机的主嵌入式计算机接收到主控计算机的保持命令后通过相应手术工具驱动模组/成像工具驱动模组控制手术工具和成像工具停止运动，并保持当前位姿。进一步地，手动机制是指通过手术机器人的关节参数手动调整区直接控制主控计算机、主嵌入式计算机或从嵌入式计算机，进而通过手术工具驱动模组/成像工具驱动模组控制手术工具/成像工具的动作，具体过程为：当主控计算机发生故障时，主嵌入式计算机切换到手动操作界面，通过关节参数手动调整区直接控制各从嵌入式计算机，进而通过手术工具驱动模组/成像工具驱动模组控制手术工具和/成像工具进行动作；当主嵌入式计算机发生故障时，主控计算机切换到手动操作界面，通过关节参数手动调整区直接控制各从嵌入式计算机，进而通过手术工具驱动模组/成像工具驱动模组控制手术工具/成像工具进行动作；当某一从嵌入式计算机发生故障时，主控计算机切换到手动操作界面，主嵌入式计算机接管故障的某一从嵌入式计算机，主控计算机通过关节参数手动调整区直接控制主嵌入式计算机和其余未出现故障的从嵌入式计算机，进而通过手术工具驱动模组/成像工具驱动模组控制手术工具/成像工具进行动作。进一步地，上位机通过作为接管故障的某一从嵌入式计算机使用的主嵌入式计算机或正常工作的从嵌入式计算机控制手术工具驱动模组，进而控制手术工具进行动作，其中，上位机包括主控计算机或嵌入式计算机；以主控计算机发生故障，控制手术工具进行动作的从嵌入式计算机工作正常，主嵌入式计算机作为主控计算机进行使用为例说明控制手术工具进行动作，操作者操作关节参数手动调整区中映射选择区中所要控制的手术工具驱动模组的位姿，主嵌入式计算机以设定周期读取手术臂关节参数，并将产生的期望位姿发送到从嵌入式计算机，从嵌入式计算机接收到期望位姿信号并通过手术工具驱动模组对手术工具末端的手术执行器位姿进行闭环控制，具体顺序为：a1)如果手术工具末端携带手术执行器的手术臂处于展开状态，则手术工具驱动模组驱动手术工具末端的手术执行器保持当前的位置、姿态并恢复至初始状态，进而驱动手术臂回直，然后进入步骤a2)；a2)如果手术工具末端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手术机器人完全运行状态故障检测方法，其特征在于包括以下内容：1)主控计算机以设定周期通过局域网路由器分别向主嵌入式计算机和若干从嵌入式计算机广播期望位姿信号，并以设定周期接收主嵌入式计算机发送的空操作指令信号，且同时以设定周期接收各从嵌入式计算机发送的实际位姿信号；如果主嵌入式计算机、从嵌入式计算机在设定周期内未收到主控计算机通过局域网路由器发送的期望位姿信号，且主嵌入式计算机未通过局域网路由器接收到主控计算机返回的空操作应答信号，则认为主控计算机在完全运行状态下出现故障；2)主嵌入式计算机以设定周期接收主控计算机发送的期望位姿信号，并以设定周期向主控计算机发送空操作指令信号并获得主控计算机返回的空操作应答信号；且同时通过第一通信总线监听各从嵌入式计算机发送的电机位控信号；如果主控计算机在设定周期内未通过局域网路由器接收到主嵌入式计算机发送的空操作指令信号，则认为主嵌入式计算机在完全运行状态下出现故障；3)各从嵌入式计算机以设定周期通过局域网路由器接收主控计算机发送的期望位姿信号且通过局域网路由器向主控计算机发送实际位姿信号；同时以设定周期经第一通信总线向手术工具驱动模组/成像工具驱动模组发送电机位控信号；如果主控计算机在设定周期内未收到某一从嵌入式计算机通过局域网路由器发送的实际位姿信号，且如果在设定周期内主嵌入式计算机未通过第一通信总线监听到从嵌入式计算机发送的电机位控信号，则认为此从嵌入式计算机在完全运行状态下出现故障。...

【技术特征摘要】
1.一种手术机器人完全运行状态故障检测方法，其特征在于包括以下内容：1)主控计算机以设定周期通过局域网路由器分别向主嵌入式计算机和若干从嵌入式计算机广播期望位姿信号，并以设定周期接收主嵌入式计算机发送的空操作指令信号，且同时以设定周期接收各从嵌入式计算机发送的实际位姿信号；如果主嵌入式计算机、从嵌入式计算机在设定周期内未收到主控计算机通过局域网路由器发送的期望位姿信号，且主嵌入式计算机未通过局域网路由器接收到主控计算机返回的空操作应答信号，则认为主控计算机在完全运行状态下出现故障；2)主嵌入式计算机以设定周期接收主控计算机发送的期望位姿信号，并以设定周期向主控计算机发送空操作指令信号并获得主控计算机返回的空操作应答信号；且同时通过第一通信总线监听各从嵌入式计算机发送的电机位控信号；如果主控计算机在设定周期内未通过局域网路由器接收到主嵌入式计算机发送的空操作指令信号，则认为主嵌入式计算机在完全运行状态下出现故障；3)各从嵌入式计算机以设定周期通过局域网路由器接收主控计算机发送的期望位姿信号且通过局域网路由器向主控计算机发送实际位姿信号；同时以设定周期经第一通信总线向手术工具驱动模组/成像工具驱动模组发送电机位控信号；如果主控计算机在设定周期内未收到某一从嵌入式计算机通过局域网路由器发送的实际位姿信号，且如果在设定周期内主嵌入式计算机未通过第一通信总线监听到从嵌入式计算机发送的电机位控信号，则认为此从嵌入式计算机在完全运行状态下出现故障。2.如权利要求1所述的一种手术机器人完全运行状态故障检测方法，其特征在于，当主控计算机发生故障时，对手术机器人系统采取报警机制和急停机制，并对主控计算机执行恢复机制后，主控计算机继续通过局域网路由器向各从嵌入式计算机发送期望位姿信号，若对主控计算机的恢复机制未成功，则以主嵌入式计算机执行手动机制，并通过局域网路由器控制从嵌入式计算机，进而控制手术工具/成像工具进行动作。3.如权利要求1所述的一种手术机器人完全运行状态故障检测方法，其特征在于，当主嵌入式计算机发生故障时，对手术机器人系统采取报警机制和急停机制后，并通过主控计算机执行手动机制，进而通过从嵌入式计算机控制手术工具/成像工具进行动作。4.如权利要求1所述的一种手术机器人完全运行状态故障检测方法，其特征在于，当某一从嵌入式计算机发生故障时，对手术机器人系统采取报警机制和急停机制后，通过主控计算机执行手动机制，以主嵌入式计算机代替出现故障的某一从嵌入式计算机，主控计算机通过主嵌入式计算机和其它从嵌入式计算机控制手术工具/成像工具进行动作。5.如权利要求2所述的一种手术机器人完全运行状态故障检测方法，其特征在于，恢复机制是指主控计算机发生故障时，主嵌入式计算机等待主控计算机重启恢复正常，待主控计算机恢复正常后，操作者在主控计算机的操作界面进行状态询问操作，主控计算机通过局域网路由器向主嵌入式计算机发送状态询问指令，接收到主嵌入式计算机发来的状态应答指令后，调整手术机器人系统至发生故障前的状态。6.如权利要求2或3或4所述的一种手术机器人完全运行状态故障检测方法，其特征在于，报警机制具体包括：1)当主控计算机发生故障时，主嵌入式计算机通过第二通信总线使得所对应的主控计算机指示灯更新到错误显示状态；2)当主嵌入式计算机发生故障时，主控计算机自动将操作界面切换到手动操作界面，在该界面上提示主嵌入式计算机发生故障，同时主控计算机将对应的主嵌入式计算机指示灯更新到错误显示状态；3)当某一从嵌入式计算机发生故障时，主控计算机自动将操作界面切换到手动操作界面，在该界面上提示某一从嵌入式计算机发生故障，此时主嵌入式计算机通过第二通信总线使得所对应的从嵌入式计算机指示灯更新到错误显示状态。7.如权利要求2或3或4所述的一种手术机器人完全运行状态故障检测方法，其特征在于，急停机制是指从嵌入式计算机接收到主控计算机或主嵌入式计算机的保持命令后通过相应手术工具驱动模组/成像工具驱动模组控制手术工具和成像工具停止运动，并保持当前位...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐凯，赵彬，戴正晨，赵江然，张慧超，梁博，
申请(专利权)人：北京术锐技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11