[发明专利]一种腹腔镜微创手术机器人的碰撞检测方法及装置

说明书

本发明公开了一种腹腔镜微创手术机器人的碰撞检测方法，包括：在连杆上建立包络体模型；对包络体模型进行运动学建模；获取电机码盘值并根据电机码盘值获得包络体模型的实时位置，根据包络体模型的实时位置获得不同手术臂之间的连杆间距；根据连杆间距判断不同手术臂之间是否产生碰撞，并在不同手术臂之间产生碰撞时给出预警提示信息。本发明基于手术臂的电机码盘值可以得到手术臂的实时空间位置，减少了对传感器等检测装置的依赖，消除了多个传感器使用过程中的集成问题并节省了成本。同时，在手术臂操作过程中主动对连杆间距进行检测，可有效预警手术臂之间的碰撞及与外界设备的干涉，有利于腹腔镜微创手术的操作。

技术领域

本发明涉及碰撞检测技术领域，具体而言，涉及一种腹腔镜微创手术机器人的碰撞检测方法及装置。

背景技术

对于腹腔镜微创手术机器人而言，由于受手术环境和人体内空间所限，在体表建立微器械进出体内的通道位置彼此间距较小，手术环境周遭仪器设备较多对于体外运动的手术臂会有所干涉。手术臂之间的碰撞和手术臂与其它设备的干涉会产生诸如视野晃动、微器械末端抖动等问题，都会对微创手术操作产生较大影响。通常的处理方式主要有两种：第一种是通过术前规划进行被动预防。根据目标手术区域并结合手术机器人的自身特点，规划微创手术切口位置、确定机械臂初始形位并为手术机械臂预留足够的体外运动空间，以期望尽量减小术中臂与臂、臂与其它手术设备之间发生干涉的概率。第二种则是通过集成相应的检测传感器的方式，主动检测手术臂之间的距离，以达到干涉预判的目的。

然而，第一种处理方式不能主动进行碰撞检测预判，第二种处理方式过于依赖传感器，同时集成难度大、使用成本较高。

发明内容

本发明解决的问题是如何设计一种成本低且能主动对手术臂进行碰撞检测预判的腔镜微创手术机器人的碰撞检测方法及装置。

为解决上述问题，本发明提供一种腹腔镜微创手术机器人的碰撞检测方法，包括：

在连杆上建立包络体模型；

对所述包络体模型进行运动学建模；

获取电机码盘值并根据所述电机码盘值获得所述包络体模型的实时位置，根据所述包络体模型的实时位置获得不同手术臂之间的连杆间距；

根据所述连杆间距判断不同所述手术臂之间是否产生碰撞，并在不同所述手术臂之间产生碰撞时给出预警提示信息。

可选地，所述建立所述包络体模型的方式包括：

确定所述连杆上特征点的位置，通过所述特征点、预设的所述包络体模型的半径以及预设的所述包络体模型的长度建立所述包络体模型。

可选地，所述包络体模型的轴线段上任意一点至所述包络体模型的外壳的最短距离均是相等的。

可选地，所述获得所述包络体模型的实时位置的方式包括：根据电机码盘值进行运动学解算获得所述特征点的实时位置，根据所述特征点的实时位置和所述包络体模型的半径计算获得所述包络体模型的实时位置。

可选地，所述获得不同所述手术臂的连杆间距的方式包括：根据所述包络体模型特征点的实时位置获得两条不同所述轴线段之间的最短距离，根据所述最短距离获得所述连杆间距。

可选地，所述获得两条不同所述轴线段之间最短距离的方式包括：

确定两个不同所述包络体模型的轴线的公垂线；

判断所述公垂线与两个不同所述包络体模型的轴线的交点是否完全落在两条不同所述轴线段上；

当所述公垂线与两个不同所述包络体模型的轴线的交点完全落在两条不同所述轴线段上时，根据下式确定所述最短距离：