自动就位的手术机器人系统技术方案

本公开涉及机器人控制领域，公开一种自动就位的手术机器人系统，包括：移动站，包括至少一个运动臂和第一定位单元，第一定位单元用于提供第一定位信息以指示移动站的位姿；定位感测单元，用于感测第一定位信息；控制装置，与定位感测单元连接，配置为获得移动站的初始位姿，获得移动站的目标位姿，基于初始位姿和目标位姿，生成用于移动站的运动路径，基于第一定位信息，控制移动站沿运动路径运动至目标位姿。姿。姿。

【技术实现步骤摘要】
自动就位的手术机器人系统


[0001]本公开涉及机器人控制领域，尤其涉及一种自动就位的手术机器人系统。

技术介绍

[0002]随着技术的发展，由计算机控制机器人系统自主运动至作业区域以执行作业变的越来越普及。在一些作业中，需要机器人系统基于作业对象的位姿和所处环境规划运动路径，并沿运动路径驱动机器人系统运动至目标位姿，以实现手术机器人的自动就位。

技术实现思路

[0003]在一些实施例中，本公开提供一种自动就位的手术机器人系统，包括：移动站，包括至少一个运动臂和第一定位单元，第一定位单元用于提供第一定位信息以指示移动站的位姿；定位感测单元，用于感测第一定位信息；控制装置，与定位感测单元连接，配置为获得移动站的初始位姿，获得移动站的目标位姿，基于初始位姿和目标位姿，生成用于移动站的运动路径，基于第一定位信息，控制移动站沿运动路径运动至目标位姿。
[0004]在一些实施例中，手术机器人系统还包括：手术连接装置，位于手术区域，用于连接至少一个运动臂，手术连接装置包括第二定位单元，用于提供第二定位信息以指示用于至少一个运动臂的摆位的摆位参考位姿，其中，定位感测单元还用于感测第二定位信息，并且控制装置还配置为基于第二定位信息，确定摆位参考位姿，并且基于摆位参考位姿，确定移动站的目标位姿。
[0005]在一些实施例中，控制装置还配置为基于移动站的匹配点与摆位参考位姿，确定移动站的目标位姿，其中，移动站的匹配点对应于至少一个运动臂的摆位空间中的摆位点，摆位空间包括多个摆位点，摆位点与至少一个运动臂的摆位能力对应，摆位能力基于至少一个运动臂在摆位后的俯仰范围和/或横摆范围。
[0006]在一些实施例中，控制装置还配置为基于匹配点的位置、匹配点的俯仰范围和/或横摆范围的中心姿态、摆位参考位姿以及匹配关系，确定移动站的目标位姿，其中匹配关系包括移动站在目标位姿处，匹配点的位置与摆位参考位姿的位置对应，以及匹配点的中心姿态与摆位参考位姿的姿态在二维坐标平面上的投影重合。
[0007]在一些实施例中，控制装置还配置为在目标位姿处或运动路径上，控制至少一个运动臂向与摆位参考位姿相关联的摆位构型展开。
[0008]在一些实施例中，至少一个运动臂还包括连接机构，用于将至少一个运动臂的末端与手术连接装置可拆卸地连接，控制装置还配置为在目标位姿处，控制至少一个运动臂的连接机构在摆位构型下与手术连接装置连接。
[0009]在一些实施例中，手术机器人系统还包括：至少一个手术器械，设置在至少一个运动臂的末端，控制装置还配置为在至少一个运动臂与手术连接装置的连接状态下，控制至少一个手术器械经由手术连接装置插入手术区域。
[0010]在一些实施例中，移动站还包括移动站主体，移动站主体包括：基座；支架，支架设
置于基座上；以及云台，云台设置于支架的远端，用于设置至少一个运动臂。
[0011]在一些实施例中，支架包括：立柱，设置在基座上；以及横梁，可伸缩地设置于立柱顶端；控制装置还配置为在移动站无法达到目标位姿的情况下，调整横梁的长度，并且基于调整后的横梁的长度，更新移动站的目标位姿；和/或支架包括：立柱，设置在基座上；以及横梁，设置于立柱顶端，云台可转动地设置在横梁的远端，控制装置还配置为在移动站无法达到目标位姿的情况下，调整云台相对横梁的偏转角，并且基于调整后的偏转角，更新移动站的目标位姿。
[0012]在一些实施例中，第一定位单元和/或第二定位单元分别包括：声波定位单元、电磁定位单元以及光学定位单元中的至少一种。
[0013]在一些实施例中，第一定位单元和/或第二定位单元包括至少一个定位标签；定位感测单元包括：至少一个图像采集设备，用于采集移动站和/或手术连接装置的定位图像，控制装置还配置为基于定位图像，确定移动站的位姿和/或手术连接装置的位姿。
[0014]在一些实施例中，第一定位单元包括头箍，头箍上设置有多个定位标签。
[0015]在一些实施例中，多个定位标签沿头箍的周向等角度地设置在头箍上，并且配置为允许所述控制装置在所述定位图像中识别至少三个定位标签。
[0016]在一些实施例中，第二定位单元包括用于设置有至少一个定位标签的定位筒，定位筒设置为与手术连接装置呈预定的角度。
[0017]在一些实施例中，第一定位单元和/或第二定位单元包括光学反射标记；定位感测单元包括：至少一个光学传感器，用于感测第一定位单元和/或第二定位单元的反射信号，控制装置还配置为基于反射信号，确定移动站的位姿和/或手术连接装置的位姿。
[0018]本公开提供的手术机器人系统可以根据手术室内患者的位置，自动生成运动路径并运动至适合执行手术的区域，实现自动就位，能够广泛地应用于医院各科室的手术作业。
[0019]在一些实施例中，手术机器人系统可以基于手术术式，带有冗余地规划运动路径，从而在移动站与手术连接装置连接后，使手术器械在手术区域内具有较大的转动范围，能够广泛地满足不同手术术式的需求。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对本公开实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。下面描述中的附图仅仅示出本公开的一些实施例，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，还可以根据本公开实施例的内容和这些附图获得其他的实施例。
[0021]图1示出根据本公开一些实施例的手术机器人系统的结构框图；
[0022]图2示出根据本公开一些实施例的手术机器人系统的结构示意图；
[0023]图3示出根据本公开一些实施例的移动站的结构示意图；
[0024]图4示出根据本公开一些实施例的定位标签的示意图；
[0025]图5示出根据本公开一些实施例的ArUco标识的示意图；
[0026]图6示出根据本公开一些实施例的手术连接装置的结构示意图；
[0027]图7示出根据本公开一些实施例的手术连接装置设置在患者身上的结构示意图；
[0028]图8A示出根据本公开一些实施例的移动站所搭载的运动臂的摆位空间与匹配点
的示意图；
[0029]图8B示出本公开一些实施例的移动站的匹配点与摆位参考位姿匹配的示意图；
[0030]图9示出根据本公开一些实施例的头箍的示意图；
[0031]图10示出根据本公开一些实施例的运动臂与手术连接装置连接的示意图；
[0032]附图标记：
[0033]1000、手术机器人系统；100、控制装置；300、移动站；310、移动站主体；311、基座；312、支架；3121、立柱；3122、横梁；313、云台；320、运动臂；321、第一横臂；3211、第一旋转关节；321、第一横臂；322、第二横臂；323、竖臂；324、斜臂；328、末端臂；3281、连接机构；330、头箍；331、332、333、334、335、336、凸起；3321、3331、3341、3351、ArUco标识；400、手术器械本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动就位的手术机器人系统，其特征在于，包括：移动站，包括至少一个运动臂和第一定位单元，所述第一定位单元用于提供第一定位信息以指示所述移动站的位姿；定位感测单元，用于感测所述第一定位信息；控制装置，与所述定位感测单元连接，配置为获得所述移动站的初始位姿，获得所述移动站的目标位姿，基于所述初始位姿和目标位姿，生成用于所述移动站的运动路径，基于所述第一定位信息，控制所述移动站沿所述运动路径运动至所述目标位姿。2.根据权利要求1所述的手术机器人系统，其特征在于，还包括：手术连接装置，位于手术区域，用于连接所述至少一个运动臂，所述手术连接装置包括第二定位单元，用于提供第二定位信息以指示用于至少一个运动臂的摆位的摆位参考位姿，其中，所述定位感测单元还用于感测所述第二定位信息，并且所述控制装置还配置为基于第二定位信息，确定所述摆位参考位姿，并且基于所述摆位参考位姿，确定所述移动站的目标位姿。3.根据权利要求2所述的手术机器人系统，其特征在于，所述控制装置还配置为基于所述移动站的匹配点和所述摆位参考位姿，确定所述移动站的目标位姿，其中，所述移动站的匹配点对应于所述至少一个运动臂的摆位空间中的摆位点，所述摆位空间包括多个摆位点，所述摆位点与所述至少一个运动臂的摆位能力对应，所述摆位能力基于所述至少一个运动臂在摆位后的俯仰范围和/或横摆范围。4.根据权利要求3所述的手术机器人系统，其特征在于，所述控制装置还配置为基于所述匹配点的位置、所述匹配点的俯仰范围和/或横摆范围的中心姿态、所述摆位参考位姿以及匹配关系，确定所述移动站的目标位姿，其中所述匹配关系包括所述移动站在目标位姿处，所述匹配点的位置与所述摆位参考位姿的位置对应，以及所述匹配点的中心姿态与所述摆位参考位姿的姿态在二维坐标平面上的投影重合。5.根据权利要求2所述的手术机器人系统，其特征在于，所述控制装置还配置为在所述目标位姿处或所述运动路径上，控制所述至少一个运动臂向与所述摆位参考位姿相关联的摆位构型展开。6.根据权利要求5所述的手术机器人系统，其特征在于，所述至少一个运动臂还包括连接机构，用于将所述至少一个运动臂的末端与所述手术连接装置可拆卸地连接，所述控制装置还配置为在所述目标位姿处，控制所述至少一个运动臂的连接机构在所述摆位构型下与所述手术连接装置连接。7.根据权利要求6所述的手术机器人系统，其特征在于，还包括：至少一个手术器械，设置在所述至少一个运动臂的末端，所述控制装置还配置为在所述至少一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐凯，陈煜阳，张钰林，赵江然，姬利永，张宇，
申请(专利权)人：北京术锐机器人股份有限公司，
类型：新型
国别省市：