CN119097425B - 腔镜手术机器人的运动控制方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腔镜手术机器人的运动控制方法、装置、电子设备及存储介质。该方法包括：实时获取腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息；将腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到动态主从操作比例；获取静态主从操作比例，基于动态主从操作比例和静态主从操作比例确定目标主从操作比例，目标主从操作比例用于对所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的运动速度进行调节。上述技术方案，实现了奇异形位下主从操作比例跟随关节位置的动态调节，从而完成对从端机械臂关节运动速度的动态调节，以避免奇异形位对腔镜机器人产生损害。

Description

腔镜手术机器人的运动控制方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种腔镜手术机器人的运动控制方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

在现代医疗技术中，腔镜手术机器人的应用已逐渐成为提高手术精度、降低手术风险的重要手段。

腔镜手术机器人的运动控制，以主端手柄末端运动轨迹作为输入，经过主从映射，得到从端的器械末端目标轨迹。在这个过程中，从端机械臂在奇异形位下，需要以较快的关节速度来满足器械末端的目标轨迹，所需的关节速度可能大于电机承受能力，从而对腔镜手术机器人的机电等硬件产生伤害。

发明内容

本发明提供了一种腔镜手术机器人的运动控制方法、装置、电子设备及存储介质，以实现奇异形位下主从操作比例跟随关节位置的动态调节，从而完成对从端机械臂关节运动速度的动态调节，以避免奇异形位对腔镜机器人产生损害。

根据本发明的一方面，提供了一种腔镜手术机器人的运动控制方法，包括：

实时获取腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息；

将所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到所述腔镜手术机器人的动态主从操作比例；

获取静态主从操作比例，基于所述动态主从操作比例和所述静态主从操作比例确定目标主从操作比例，其中，所述目标主从操作比例用于对所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的运动速度进行调节。

根据本发明的另一方面，提供了一种腔镜手术机器人的运动控制装置，包括：

关节位置信息获取模块，用于实时获取腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息；

动态主从操作比例确定模块，用于将所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到所述腔镜手术机器人的动态主从操作比例；

关节运动速度调节模块，用于获取静态主从操作比例，基于所述动态主从操作比例和所述静态主从操作比例确定目标主从操作比例，其中，所述目标主从操作比例用于对所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的运动速度进行调节。

根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

至少一个处理器；

以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的腔镜手术机器人的运动控制方法。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的腔镜手术机器人的运动控制方法。

本发明实施例的技术方案，通过实时获取腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息，进而将腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到腔镜手术机器人的动态主从操作比例，进而获取静态主从操作比例，基于动态主从操作比例和静态主从操作比例确定目标主从操作比例，进而通过目标主从操作比例对腔镜手术机器人的从端机械臂关节的运动速度进行调节。上述技术方案，实现了奇异形位下主从操作比例跟随关节位置的动态调节，从而完成对从端机械臂关节运动速度的动态调节，以避免奇异形位对腔镜机器人产生损害。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例一提供的一种腔镜手术机器人的运动控制方法的流程图；

图2是根据本发明实施例二提供的一种腔镜手术机器人的运动控制方法的流程图；

图3是根据本发明实施例三提供的一种腔镜手术机器人的运动控制方法的流程图；

图4是根据本发明实施例四提供的一种腔镜手术机器人的运动控制方法的流程图；

图5是根据本发明实施例五提供的一种腔镜手术机器人的运动控制装置的结构示意图；

图6是实现本发明实施例的腔镜手术机器人的运动控制方法的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请技术方案中对数据的获取、存储、使用、处理等均符合国家法律法规的相关规定。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种腔镜手术机器人的运动控制方法的流程图，本实施例可适用于腔镜手术机器人进行主从控制的情况，该方法可以由腔镜手术机器人的运动控制装置来执行，该腔镜手术机器人的运动控制装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该腔镜手术机器人的运动控制装置可配置于腔镜手术机器人等电子设备中。如图1所示，该方法包括：

S110、实时获取腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息。

其中，腔镜手术机器人是指为完成各种微创手术而设计的医疗设备。腔镜手术机器人包括控制台和手术平台，控制台与手术平台通信连接，控制台作为实现主从遥操作的主端，手术平台作为实现主从遥操作的从端。控制台是指用户实施手术操作与控制的平台。控制台可以包括但不限于末端手柄、关节位置传感器、显示设备以及根部基座等，在此不做具体限定。手术平台可以包括机械臂和器械末端等，在此不做具体限定。

在本发明实施例中，奇异形位是指从端机械臂关节在运动过程中，其雅可比矩阵降秩或变为奇异阵时所处的位形。示例性地，奇异形位可以为平行四边形关节处于限位或者滑台关节处于上限位等，在此不做具体限定。从端机械臂关节的位置信息是指机械臂的关节角度，可以通过关节位置传感器采集得到。

S120、将所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到所述腔镜手术机器人的动态主从操作比例。

在本发明实施例中，主从操作比例调节模型是指能够对腔镜手术机器人的主从操作比例进行动态调节的模型。

示例性地，主从操作比例调节模型可以是基于神经网络训练得到的动态主从操作比例预测模型，主从操作比例调节模型还可以是预先设计的曲线函数，在此不做具体限定。

S130、获取静态主从操作比例，基于所述动态主从操作比例和所述静态主从操作比例确定目标主从操作比例，其中，所述目标主从操作比例用于对所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的运动速度进行调节。

在本发明实施例中，静态主从操作比例是指术前预先设置的主从操作比例，例如静态主从操作比例可以为1:1,1:2或者其他操作比例。与之对应的是，动态主从操作比例是指根据从端机械臂的位置信息实时计算得到的主从操作比例。

示例性地，可以将动态主从操作比例与静态主从操作比例相加，得到目标主从操作比例。目标主从操作比例可以具有上限值，其最小值可以为0。

需要说明的是，目标主从操作比例与之前静态主从操作比例相比更大，即增大了主从操作比例，从而降低了器械末端目标轨迹运动速度，进而降低了从端机械臂关节的运动速度，从而可以避免关节速度过快对腔镜手术机器人的机电等硬件的伤害。

在一些可选实施例中，实时获取腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息，包括：获取腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的位置信息；相应的，将腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到腔镜手术机器人的动态主从操作比例，包括：将腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的位置信息，分别输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的位置信息对应的主从操作比例；将腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的位置信息对应的主从操作比例的最大值或均值作为腔镜手术机器人的动态主从操作比例。

需要说明的是，通过对多个关节的位置信息对应的主从操作比例进行筛选，保证了动态主从操作比例的准确性和可靠性。

在一些可选实施例中，实时获取腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息，包括：获取腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的形位奇异程度；基于腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的形位奇异程度，对多个关节的位置信息进行筛选，得到目标位置信息；相应的，将腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到所述腔镜手术机器人的动态主从操作比例，包括：将目标位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到腔镜手术机器人的动态主从操作比例。

在本发明实施例中，形位奇异程度可以用从端机械臂关节在运动过程中，其雅可比矩阵的条件数进行表征，即条件数越大，形位奇异程度也越大，反之，条件数越小，形位奇异程度也越小。需要说明的是，通过形位奇异程度对多个关节的位置信息进行筛选，保证了后续计算得到的动态主从操作比例的准确性和可靠性。

可选地，基于腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的形位奇异程度，对多个关节的位置信息进行筛选，得到目标位置信息，包括：将多个关节的形位奇异程度中最大值对应的位置信息作为目标位置信息；或者，将形位奇异程度大于预设形位奇异程度阈值的关节对应的位置信息作为目标位置信息。

需要说明的是，通过形位奇异程度的最大值或者预设形位奇异程度阈值对多个关节的位置信息进行筛选，保证了后续计算得到的动态主从操作比例的准确性和可靠性。

本发明实施例的技术方案，实时获取腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息，进而将腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到腔镜手术机器人的动态主从操作比例，进而获取静态主从操作比例，基于动态主从操作比例和静态主从操作比例确定目标主从操作比例，进而通过目标主从操作比例对腔镜手术机器人的从端机械臂关节的运动速度进行调节。上述技术方案，实现了奇异形位下主从操作比例跟随关节位置的动态调节，从而完成对从端机械臂关节运动速度的动态调节，以避免奇异形位对腔镜机器人产生损害。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的一种腔镜手术机器人的运动控制方法的流程图，本实施例的方法与上述实施例中提供的腔镜手术机器人的运动控制方法中各个可选方案可以结合。本实施例提供的腔镜手术机器人的运动控制方法进行了进一步优化。可选的，主从操作比例调节模型为：Ratio=a/(1+EXP(k×JointAngle+b))；其中，Ratio表示腔镜手术机器人的动态主从操作比例，JointAngle表示腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息，a用于决定动态主从操作比例的限值，k用于决定动态主从操作比例的增长速率，b用于对主从操作比例调节模型对应的曲线进行平移。

如图2所示，该方法包括：

S210、实时获取腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息。

S220、将所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到所述腔镜手术机器人的动态主从操作比例，其中，所述主从操作比例调节模型为Ratio=a/(1+EXP(k×JointAngle+b))；其中，Ratio表示腔镜手术机器人的动态主从操作比例，JointAngle表示腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息，a用于决定动态主从操作比例的限值，k用于决定动态主从操作比例的增长速率，b用于对主从操作比例调节模型对应的曲线进行平移。

S230、获取静态主从操作比例，基于所述动态主从操作比例和所述静态主从操作比例确定目标主从操作比例，其中，所述目标主从操作比例用于对所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的运动速度进行调节。

在本发明实施例中，a、b和c为预先设计完成的参数。参数设计过程具体如下：根据腔镜手术机器人的器械末端速度以及机械臂关节形位计算得到关节所需速度，进而根据关节所需速度与典型性能对应速度的差异设计参数a。参数b和c以实现主从操作比例过度光滑以及连续为目的，并尽可能缩小作用区间，减少对非奇异形位区域操作的影响。

本发明实施例的技术方案，通过Ratio=a/(1+EXP(k×JointAngle+b))实现了奇异形位下主从操作比例的动态调节，从而完成对从端机械臂关节运动速度的调节，以避免奇异形位对腔镜机器人产生损害。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的一种腔镜手术机器人的运动控制方法的流程图，本实施例的方法与上述实施例中提供的腔镜手术机器人的运动控制方法中各个可选方案可以结合。本实施例提供的腔镜手术机器人的运动控制方法进行了进一步优化。可选的，在所述基于所述动态主从操作比例和所述静态主从操作比例确定目标主从操作比例之前，还包括：获取腔镜手术机器人的第一从端机械臂的位置信息以及腔镜手术机器人的第二从端机械臂的位置信息；基于所述腔镜手术机器人的第一从端机械臂的位置信息以及腔镜手术机器人的第二从端机械臂的位置信息确定从端机械臂之间距离；若所述从端机械臂之间距离满足防碰撞比例调节条件，则对所述动态主从操作比例进行增大调整。

如图3所示，该方法包括：

S310、实时获取腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息。

S320、将所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到所述腔镜手术机器人的动态主从操作比例。

S330、获取腔镜手术机器人的第一从端机械臂的位置信息以及腔镜手术机器人的第二从端机械臂的位置信息。

S340、基于所述腔镜手术机器人的第一从端机械臂的位置信息以及腔镜手术机器人的第二从端机械臂的位置信息确定从端机械臂之间距离。

S350、若所述从端机械臂之间距离满足防碰撞比例调节条件，则对所述动态主从操作比例进行增大调整。

S360、获取静态主从操作比例，基于增大调整后的动态主从操作比例和所述静态主从操作比例确定目标主从操作比例，其中，所述目标主从操作比例用于对所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的运动速度进行调节。

在本发明实施例中，第一从端机械臂和第二从端机械臂可以为腔镜手术机器人的从端的任意两个机械臂，在此不做具体限定。防碰撞比例调节条件可以为从端机械臂之间距离小于预设距离阈值或者其他判断条件在此不做限定。

示例性地，可以通过包络体检测或者电流检测得到第一从端机械臂与第二从端机械臂之间距离，若第一从端机械臂与第二从端机械臂之间距离小于预设距离阈值，则对动态主从操作比例进行增大调整，从而降低器械移动速度，进而降低碰撞风险。在一些可选实施例中，在第一从端机械臂与第二从端机械臂之间距离小于预设距离阈值的情况下，还可以提示操作者存在碰撞风险。

本发明实施例的技术方案，通过设置防碰撞比例调节机制，从而可以减少碰撞风险。

实施例四

图4为本发明实施例四提供的一种腔镜手术机器人的运动控制方法的流程图，本实施例的方法与上述实施例中提供的腔镜手术机器人的运动控制方法中各个可选方案可以结合。本实施例提供的腔镜手术机器人的运动控制方法进行了进一步优化。可选的，在所述基于所述动态主从操作比例和所述静态主从操作比例确定目标主从操作比例之前，还包括：在腔镜手术机器人的从端机械臂的运动方向使所述从端机械臂运动速度增快的情况下，对所述动态主从操作比例进行增大调整；在腔镜手术机器人的从端机械臂的运动方向使所述从端机械臂运动速度减慢的情况下，对所述动态主从操作比例进行减小调整；在腔镜手术机器人的各从端机械臂之间距离变小的情况下，对所述动态主从操作比例进行增大调整；在腔镜手术机器人的各从端机械臂之间距离变大的情况下，对所述动态主从操作比例进行减小调整；在腔镜手术机器人的各从端机械臂之间的碰撞干涉程度变大的情况下，对所述动态主从操作比例进行增大调整；在腔镜手术机器人的各从端机械臂之间的碰撞干涉程度变小的情况下，对所述动态主从操作比例进行减小调整。

如图4所示，该方法包括：

S410、实时获取腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息。

S420、将所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到所述腔镜手术机器人的动态主从操作比例。

S430、在腔镜手术机器人的从端机械臂的运动方向使所述从端机械臂关节速度增快的情况下，对所述动态主从操作比例进行增大调整；在腔镜手术机器人的从端机械臂的运动方向使所述从端机械臂关节速度减慢的情况下，对所述动态主从操作比例进行减小调整。

S440、在腔镜手术机器人的各从端机械臂之间距离变小的情况下，对所述动态主从操作比例进行增大调整；在腔镜手术机器人的各从端机械臂之间距离变大的情况下，对所述动态主从操作比例进行减小调整。

S450、在腔镜手术机器人的各从端机械臂之间的碰撞干涉程度变大的情况下，对所述动态主从操作比例进行增大调整；在腔镜手术机器人的各从端机械臂之间的碰撞干涉程度变小的情况下，对所述动态主从操作比例进行减小调整。

S460、获取静态主从操作比例，基于所述动态主从操作比例和所述静态主从操作比例确定目标主从操作比例，其中，所述目标主从操作比例用于对所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的运动速度进行调节。

在本发明实施例中，主从操作比例的调节可以具备方向性，即可以根据速度的变化、距离的变化和碰撞干涉程度的变化，对主从操作比例进行动态调节，以降低碰撞风险或提醒用户临近奇异形位。

实施例五

图5为本发明实施例五提供的一种腔镜手术机器人的运动控制装置的结构示意图。如图5所示，该装置包括：

关节位置信息获取模块510，用于实时获取腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息；

动态主从操作比例确定模块520，用于将所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到所述腔镜手术机器人的动态主从操作比例；

关节运动速度调节模块530，用于获取静态主从操作比例，基于所述动态主从操作比例和所述静态主从操作比例确定目标主从操作比例，其中，所述目标主从操作比例用于对所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的运动速度进行调节。

本发明实施例的技术方案，实时获取腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息，进而将腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到腔镜手术机器人的动态主从操作比例，进而获取静态主从操作比例，基于动态主从操作比例和静态主从操作比例确定目标主从操作比例，进而通过目标主从操作比例对腔镜手术机器人的从端机械臂关节的运动速度进行调节。上述技术方案，实现了奇异形位下主从操作比例跟随关节位置的动态调节，从而完成对从端机械臂关节运动速度的动态调节，以避免奇异形位对腔镜机器人产生损害。

在一些可选的实施方式中，关节位置信息获取模块510，包括：

多关节位置信息获取单元，用于获取腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的位置信息；

相应的，动态主从操作比例确定模块520，包括：

多关节主从操作比例确定单元，用于将腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的位置信息，分别输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的位置信息对应的主从操作比例；

多关节主从操作比例筛选单元，用于将腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的位置信息对应的主从操作比例的最大值或均值作为腔镜手术机器人的动态主从操作比例。

在一些可选的实施方式中，关节位置信息获取模块510，包括：

形位奇异筛选单元，用于获取腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的形位奇异程度，基于所述腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的形位奇异程度，对多个关节的位置信息进行筛选，得到目标位置信息；

相应的，动态主从操作比例确定模块520，包括：

目标位置信息调节单元，用于将所述目标位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到所述腔镜手术机器人的动态主从操作比例。

在一些可选的实施方式中，形位奇异筛选单元，还具体可以用于：

将多个关节的形位奇异程度中最大值对应的位置信息作为目标位置信息；

或者，将形位奇异程度大于预设形位奇异程度阈值的关节对应的位置信息作为目标位置信息。

在一些可选的实施方式中，所述主从操作比例调节模型为：

Ratio=a/(1+EXP(k×JointAngle+b))；

其中，Ratio表示腔镜手术机器人的动态主从操作比例，JointAngle表示腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息，a用于决定动态主从操作比例的限值，k用于决定动态主从操作比例的增长速率，b用于对主从操作比例调节模型对应的曲线进行平移。

在一些可选的实施方式中，腔镜手术机器人的运动控制装置，包括：

防碰撞比例调节模块，用于获取腔镜手术机器人的第一从端机械臂的位置信息以及腔镜手术机器人的第二从端机械臂的位置信息；基于所述腔镜手术机器人的第一从端机械臂的位置信息以及腔镜手术机器人的第二从端机械臂的位置信息确定从端机械臂之间距离；若所述从端机械臂之间距离满足防碰撞比例调节条件，则对所述动态主从操作比例进行增大调整。

在一些可选的实施方式中，腔镜手术机器人的运动控制装置，包括：

方向性比例调节模块，用于在腔镜手术机器人的从端机械臂的运动方向使所述从端机械臂关节速度增快的情况下，对所述动态主从操作比例进行增大调整；在腔镜手术机器人的从端机械臂的运动方向使所述从端机械臂关节速度减慢的情况下，对所述动态主从操作比例进行减小调整；在腔镜手术机器人的各从端机械臂之间距离变小的情况下，对所述动态主从操作比例进行增大调整；在腔镜手术机器人的各从端机械臂之间距离变大的情况下，对所述动态主从操作比例进行减小调整；在腔镜手术机器人的各从端机械臂之间的碰撞干涉程度变大的情况下，对所述动态主从操作比例进行增大调整；在腔镜手术机器人的各从端机械臂之间的碰撞干涉程度变小的情况下，对所述动态主从操作比例进行减小调整。

本发明实施例所提供的腔镜手术机器人的运动控制装置可执行本发明任意实施例所提供的腔镜手术机器人的运动控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

实施例六

图6示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备10的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字助理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备（如头盔、眼镜、手表等）和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。

如图6所示，电子设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器（ROM）12、随机访问存储器（RAM）13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器（ROM）12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器（RAM）13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 13中，还可存储电子设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM 12以及RAM 13通过总线14彼此相连。I/O接口15也连接至总线14。

电子设备10中的多个部件连接至I/O接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许电子设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）、各种专用的人工智能（AI）计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器（DSP）、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如腔镜手术机器人的运动控制方法，该方法包括：

实时获取腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息；

将所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到所述腔镜手术机器人的动态主从操作比例；

获取静态主从操作比例，基于所述动态主从操作比例和所述静态主从操作比例确定目标主从操作比例，其中，所述目标主从操作比例用于对所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的运动速度进行调节。

在一些实施例中，腔镜手术机器人的运动控制方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到电子设备10上。当计算机程序加载到RAM 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的腔镜手术机器人的运动控制方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式（例如，借助于固件）而被配置为执行腔镜手术机器人的运动控制方法。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、现场可编程门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）、专用标准产品（ASSP）、系统级芯片（SOC）、复杂可编程逻辑设备（CPLD）、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM或快闪存储器）、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器（CD-ROM）、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置（例如，CRT（阴极射线管）或者LCD（液晶显示器）监视器）；以及键盘和指向装置（例如，鼠标或者轨迹球），用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈（例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈）；并且可以用任何形式（包括声输入、语音输入或者、触觉输入）来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统（例如，作为数据服务器）、或者包括中间件部件的计算系统（例如，应用服务器）、或者包括前端部件的计算系统（例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互）、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信（例如，通信网络）来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网（LAN）、广域网（WAN）、区块链网络和互联网。

计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种腔镜手术机器人的运动控制装置，其特征在于，适用于腔镜手术机器人在从端机械臂奇异形位下进行主从控制的情况，包括：

关节位置信息获取模块，用于实时获取腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息，所述从端机械臂关节的位置信息是指机械臂的关节角度；

动态主从操作比例确定模块，用于将所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到所述腔镜手术机器人的动态主从操作比例；所述主从操作比例调节模型为：

Ratio=a/(1+EXP(k×JointAngle+b))；

其中，Ratio表示腔镜手术机器人的动态主从操作比例，JointAngle表示腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息，a用于决定动态主从操作比例的限值，k用于决定动态主从操作比例的增长速率，b用于对主从操作比例调节模型对应的曲线进行平移；

关节运动速度调节模块，用于获取静态主从操作比例，所述静态主从操作比例是指术前预先设置的主从操作比例，将所述动态主从操作比例与所述静态主从操作比例相加，得到目标主从操作比例，其中，所述目标主从操作比例用于对所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的运动速度进行调节；

所述关节位置信息获取模块，包括：

形位奇异筛选单元，用于获取腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的形位奇异程度，基于所述腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的形位奇异程度，对多个关节的位置信息进行筛选，得到目标位置信息，所述形位奇异程度用从端机械臂关节在运动过程中的雅可比矩阵的条件数进行表征；

相应的，动态主从操作比例确定模块，包括：

目标位置信息调节单元，用于将所述目标位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到所述腔镜手术机器人的动态主从操作比例。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述关节位置信息获取模块，包括：

多关节位置信息获取单元，用于获取腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的位置信息；

相应的，动态主从操作比例确定模块，包括：

多关节主从操作比例确定单元，用于将腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的位置信息，分别输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的位置信息对应的主从操作比例；

多关节主从操作比例筛选单元，用于将腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的位置信息对应的主从操作比例的最大值或均值作为腔镜手术机器人的动态主从操作比例。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述形位奇异筛选单元，具体用于：

将多个关节的形位奇异程度中最大值对应的位置信息作为目标位置信息；

或者，将形位奇异程度大于预设形位奇异程度阈值的关节对应的位置信息作为目标位置信息。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述腔镜手术机器人的运动控制装置，还包括：

防碰撞比例调节模块，用于获取腔镜手术机器人的第一从端机械臂的位置信息以及腔镜手术机器人的第二从端机械臂的位置信息；基于所述腔镜手术机器人的第一从端机械臂的位置信息以及腔镜手术机器人的第二从端机械臂的位置信息确定从端机械臂之间距离；若所述从端机械臂之间距离满足防碰撞比例调节条件，则对所述动态主从操作比例进行增大调整。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述腔镜手术机器人的运动控制装置，还包括：

方向性比例调节模块，用于在腔镜手术机器人的从端机械臂的运动方向使所述从端机械臂关节速度增快的情况下，对所述动态主从操作比例进行增大调整；在腔镜手术机器人的从端机械臂的运动方向使所述从端机械臂关节速度减慢的情况下，对所述动态主从操作比例进行减小调整；在腔镜手术机器人的各从端机械臂之间距离变小的情况下，对所述动态主从操作比例进行增大调整；在腔镜手术机器人的各从端机械臂之间距离变大的情况下，对所述动态主从操作比例进行减小调整；在腔镜手术机器人的各从端机械臂之间的碰撞干涉程度变大的情况下，对所述动态主从操作比例进行增大调整；在腔镜手术机器人的各从端机械臂之间的碰撞干涉程度变小的情况下，对所述动态主从操作比例进行减小调整。

6.一种电子设备，其特征在于，适用于腔镜手术机器人在从端机械臂奇异形位下进行主从控制的情况，所述电子设备包括：

至少一个处理器；

以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行腔镜手术机器人的运动控制方法，腔镜手术机器人的运动控制方法包括：

实时获取腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息，所述从端机械臂关节的位置信息是指机械臂的关节角度；

将所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到所述腔镜手术机器人的动态主从操作比例；所述主从操作比例调节模型为：

Ratio=a/(1+EXP(k×JointAngle+b))；

其中，Ratio表示腔镜手术机器人的动态主从操作比例，JointAngle表示腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息，a用于决定动态主从操作比例的限值，k用于决定动态主从操作比例的增长速率，b用于对主从操作比例调节模型对应的曲线进行平移；

获取静态主从操作比例，所述静态主从操作比例是指术前预先设置的主从操作比例，将所述动态主从操作比例与所述静态主从操作比例相加，得到目标主从操作比例，其中，所述目标主从操作比例用于对所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的运动速度进行调节；

实时获取腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息，包括：获取腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的形位奇异程度；基于腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的形位奇异程度，对多个关节的位置信息进行筛选，得到目标位置信息；相应的，将腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到所述腔镜手术机器人的动态主从操作比例，包括：将目标位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到腔镜手术机器人的动态主从操作比例，所述形位奇异程度用从端机械臂关节在运动过程中的雅可比矩阵的条件数进行表征。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，适用于腔镜手术机器人在从端机械臂奇异形位下进行主从控制的情况，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现腔镜手术机器人的运动控制方法，腔镜手术机器人的运动控制方法包括：

实时获取腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息，所述从端机械臂关节的位置信息是指机械臂的关节角度；

将所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到所述腔镜手术机器人的动态主从操作比例；所述主从操作比例调节模型为：

Ratio=a/(1+EXP(k×JointAngle+b))；

其中，Ratio表示腔镜手术机器人的动态主从操作比例，JointAngle表示腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息，a用于决定动态主从操作比例的限值，k用于决定动态主从操作比例的增长速率，b用于对主从操作比例调节模型对应的曲线进行平移；

获取静态主从操作比例，所述静态主从操作比例是指术前预先设置的主从操作比例，将所述动态主从操作比例与所述静态主从操作比例相加，得到目标主从操作比例，其中，所述目标主从操作比例用于对所述腔镜手术机器人的从端机械臂关节的运动速度进行调节；

实时获取腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息，包括：获取腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的形位奇异程度；基于腔镜手术机器人的多个从端机械臂关节的形位奇异程度，对多个关节的位置信息进行筛选，得到目标位置信息；相应的，将腔镜手术机器人的从端机械臂关节的位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到所述腔镜手术机器人的动态主从操作比例，包括：将目标位置信息输入至预先构建的主从操作比例调节模型中，得到腔镜手术机器人的动态主从操作比例，所述形位奇异程度用从端机械臂关节在运动过程中的雅可比矩阵的条件数进行表征。