【技术实现步骤摘要】
本公开涉及医疗器械领域，尤其涉及一种柔性机器人及其位姿确定方法、系统、设备、介质和程序。
技术介绍
1、随着科技的进步，医疗器械已经产生用于微创的手术机器人，其中柔性手术机器人就是一个典型的代表。目前，柔性手术机器人主要是以腱鞘(tendon-sheath)线驱动的方式对手术器械的远端关节进行控制，近端由电机拉动或释放关节对应的驱动部件(前述的腱鞘(tendon-sheath)线)以实现远端关节的运动。
2、但是，这种控制的方式有一个不可避免的缺点就是，驱动部件本身存在弹性形变以及摩擦力等外界干扰因素，这种干扰因素会造成在对机器人控制的过程中产生误差，这种误差对于追求精确的微创手术而言是不可接受的，因此，对于控制柔性手术机器人在运动过程中的位置定位十分必要。基于精准定位的必要性，针对现有的柔性手术机器人在运动过程中如何进行位置的精准定位是本领域的一个重要课题。
技术实现思路
1、本公开要解决的技术问题是为了克服现有技术中柔性手术机器人在运动过程中定位不准确的缺陷，提供一种柔性机器人及其位姿确定方法、系统、设备、介质和程序。
2、本公开是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
3、本公开提供一种柔性机器人，所述柔性机器人包括：手术器械，电磁定位系统、驱动装置以及处理器；所述手术器械包括至少一个关节组，所述关节组包括关节和连接件，用于进入人体实施手术；所述电磁定位系统包括电磁定位传感器、磁场发生器；所述驱动装置包括驱动部件和驱动传感器；
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5、所述驱动传感器通过所述驱动部件与所述柔性机器人的关节连接，所述驱动传感器用于生成表征所述驱动部件力学参数的力学感应信号；
6、所述电磁定位传感器用于在所述磁场发生器产生的磁场作用下生成表征所述电磁定位传感器所在关节位姿的电磁感应信号；
7、所述处理器用于根据所述力学感应信号和所述电磁感应信号计算所述关节的当前位姿。
8、可选地，所述驱动装置包括至少两个所述驱动部件，每个所驱动部件上至少设置一个所述驱动传感器；
9、所述处理器用于根据所述力学感应信号并基于系统模型计算第一位姿；所述系统模型用于表征在上一次位姿的基础上，所述力学感应信号与所述第一位姿的对应关系。
10、可选地，所述处理器用于根据所述电磁感应信号并根据基于运动学逆解的测量模型计算所述关节的第二位姿；所述测量模型用于表征所述电磁感应信号与所述第二位姿的对应关系。
11、可选地，所述处理器用于将所述力学感应信号和所述电磁感应信号基于扩展卡尔曼滤波器计算所述关节的当前位姿。
12、本公开还提供一种柔性机器人的位姿确定方法，所述位姿确定方法由前述任一项所述的柔性机器人实现；所述位姿确定方法包括：
13、获取所述柔性机器人当前的力学感应信号以及电磁感应信号；
14、根据所述力学感应信号以及所述电磁感应信号计算所述关节的当前位姿。
15、可选地，所述根据所述力学感应信号以及所述电磁感应信号计算所述关节的当前位姿，包括：
16、根据所述力学感应信号并基于系统模型计算第一位姿；所述系统模型用于表征所述力学感应信号与所述第一位姿的对应关系；
17、根据所述电磁感应信号并根据基于运动学逆解的测量模型计算第二位姿；所述测量模型用于表征所述电磁感应信号与所述第二位姿的对应关系；
18、根据所述第一位姿和所述第二位姿，并结合所述柔性机器人、所述系统模型以及所述测量模型所分别对应状态变量估计的不确定性，计算所述关节的当前位姿。
19、可选地，所述根据所述第一位姿和所述第二位姿，并结合所述柔性机器人、所述系统模型以及所述测量模型所分别对应状态变量估计的不确定性，计算所述关节的当前位姿，包括：
20、对于每轮迭代，获取表征所述柔性机器人的状态变量估计的不确定性的第一误差协方差矩阵；
21、获取表征所述系统模型的状态变量估计的不确定性的过程噪声协方差矩阵；
22、获取表征所述测量模型的状态变量估计的不确定性的观测噪声协方差矩阵；
23、根据表征所述系统模型状态变量的局部线性化关系的第一雅克比矩阵、所述第一误差协方差矩阵、所述过程噪声协方差矩阵计算当前的第二误差协方差矩阵；
24、根据表征所述测量模型状态变量的局部线性化关系的第二雅克比矩阵、所述第二误差协方差矩阵以及所述观测噪声协方差矩阵计算卡尔曼增益。
25、可选地，所述位姿确定方法，还包括：
26、根据所述卡尔曼增益、所述第二误差协方差矩阵以及所述第二雅克比矩阵计算第三误差协方差矩阵，并将所述第三误差协方差矩阵作为下一次所述当前位姿计算所需要的所述第一误差协方差矩阵。
27、可选地，所述过程噪声协方差矩阵以及观测噪声协方差矩阵均满足正态分布。
28、可选地，所述位姿确定方法还包括：
29、获取控制指令并执行循环过程；所述循环过程包括：
30、获取目标位姿与所述关节的当前位姿；
31、确定所述目标位姿与所述当前位姿的差值；
32、根据所述差值并基于驱动所述关节运动的驱动量与所述关节的运动量之间的映射关系确定驱动量；
33、根据所述驱动量控制所述关节运动。
34、本公开还提供一种柔性机器人的位姿确定系统，所述位姿确定系统由前述任一项所述的柔性机器人实现；所述位姿确定系统包括：
35、获取模块，用于获取所述柔性机器人当前的力学感应信号以及电磁感应信号；
36、处理模块，用于根据所述力学感应信号以及所述电磁感应信号计算所述关节的当前位姿。
37、可选地，所述处理模块具体用于：
38、根据所述力学感应信号并基于系统模型计算第一位姿；所述系统模型用于表征所述力学感应信号与所述第一位姿的对应关系；
39、根据所述电磁感应信号并根据基于运动学逆解的测量模型计算第二位姿；所述测量模型用于表征所述电磁感应信号与所述第二位姿的对应关系。
40、根据所述第一位姿和所述第二位姿，并结合所述柔性机器人、所述系统模型以及所述测量模型所分别对应状态变量估计的不确定性，计算所述关节的当前位姿。
41、可选地，所述处理模块具体用于：
42、对于每轮迭代，获取表征所述柔性机器人的状态变量估计的不确定性的第一误差协方差矩阵；
43、获取表征所述系统模型的状态变量估计的不确定性的过程噪声协方差矩阵；
44、获取表征所述测量模型的状态变量估计的不确定性的观测噪声协方差矩阵；
45、根据表征所述系统模型状态变量的局部线性化关系的第一雅克比矩阵、所述第一误差协方差矩阵、所述过程噪声协方差矩阵计算当前的第二误差协方差矩阵；
46、根据表征所述测量模型状态变量的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种柔性机器人，其特征在于，所述柔性机器人包括：手术器械，电磁定位系统、驱动装置以及处理器；所述手术器械包括至少一个关节组，所述关节组包括关节和连接件，用于进入人体实施手术；所述电磁定位系统包括电磁定位传感器、磁场发生器；所述驱动装置包括驱动部件和驱动传感器；
2.根据权利要求1所述的柔性机器人，其特征在于，所述驱动装置包括至少两个所述驱动部件，每个所驱动部件上至少设置一个所述驱动传感器；
3.根据权利要求2所述的柔性机器人，其特征在于，所述处理器用于根据所述电磁感应信号并根据基于运动学逆解的测量模型计算所述关节的第二位姿；所述测量模型用于表征所述电磁感应信号与所述第二位姿的对应关系。
4.根据权利要求1所述的柔性机器人，其特征在于，所述处理器用于将所述力学感应信号和所述电磁感应信号基于扩展卡尔曼滤波器计算所述关节的当前位姿。
5.一种柔性机器人的位姿确定方法，其特征在于，所述位姿确定方法由权利要求1至4中任一项所述的柔性机器人实现；所述位姿确定方法包括：
6.根据权利要求5所述的柔性机器人的位姿确定方法，其特征在于
7.根据权利要求6所述的柔性机器人的位姿确定方法，其特征在于，所述根据所述第一位姿和所述第二位姿，并结合所述柔性机器人、所述系统模型以及所述测量模型所分别对应状态变量估计的不确定性，计算所述关节的当前位姿，包括：
8.根据权利要求7所述的柔性机器人的位姿确定方法，其特征在于，所述位姿确定方法，还包括：
9.根据权利要求7所述的柔性机器人的位姿确定方法，其特征在于，所述过程噪声协方差矩阵以及观测噪声协方差矩阵均满足正态分布。
10.根据权利要求5所述的柔性机器人的位姿确定方法，其特征在于，所述位姿确定方法还包括：
11.一种柔性机器人的位姿确定系统，其特征在于，位姿确定系统由权利要求1至4中任一项所述的柔性机器人实现；所述位姿确定系统包括：
12.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并用于在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求5至10中任一项所述的柔性机器人的位姿确定方法。
13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求5至10中任一项所述的柔性机器人的位姿确定方法。
14.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求5至10中任一项所述的柔性机器人的位姿确定方法。
...【技术特征摘要】
1.一种柔性机器人，其特征在于，所述柔性机器人包括：手术器械，电磁定位系统、驱动装置以及处理器；所述手术器械包括至少一个关节组，所述关节组包括关节和连接件，用于进入人体实施手术；所述电磁定位系统包括电磁定位传感器、磁场发生器；所述驱动装置包括驱动部件和驱动传感器；
2.根据权利要求1所述的柔性机器人，其特征在于，所述驱动装置包括至少两个所述驱动部件，每个所驱动部件上至少设置一个所述驱动传感器；
3.根据权利要求2所述的柔性机器人，其特征在于，所述处理器用于根据所述电磁感应信号并根据基于运动学逆解的测量模型计算所述关节的第二位姿；所述测量模型用于表征所述电磁感应信号与所述第二位姿的对应关系。
4.根据权利要求1所述的柔性机器人，其特征在于，所述处理器用于将所述力学感应信号和所述电磁感应信号基于扩展卡尔曼滤波器计算所述关节的当前位姿。
5.一种柔性机器人的位姿确定方法，其特征在于，所述位姿确定方法由权利要求1至4中任一项所述的柔性机器人实现；所述位姿确定方法包括：
6.根据权利要求5所述的柔性机器人的位姿确定方法，其特征在于，所述根据所述力学感应信号以及所述电磁感应信号计算所述关节的当前位姿，包括：
7.根据权利要求6所述的柔性机器人的位姿确定方法，其特征在于，所述根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆迪森，孙晓文，潘乐，金鑫，
申请(专利权)人：瑞龙诺赋上海医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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