[发明专利]一种柔性手术工具系统及其在运动约束下的控制方法

摘要

本发明涉及一种柔性手术工具系统及其在运动约束下的控制方法，其包括由多自由度机械臂、柔性手术工具、远程操控设备和控制计算机构成的柔性手术工具系统；根据远程操控设备状态信号得出手术执行器目标位姿；根据多自由度机械臂关节位置值和柔性手术工具构节弯转角度值，得出手术执行器当前位姿；根据手术执行器目标位姿和手术执行器当前位姿得出手术执行器期望速度；获取鞘套施加于外套管的运动限定条件，根据运动限定条件和手术执行器期望速度，得出多自由度机械臂关节速度以及柔性手术工具构节弯转速度；获得多自由度机械臂目标关节位置值、柔性手术工具目标构节弯转角度值，并将其发送到相应控制器以驱动各个构节；控制循环结束并重复循环执行上述步骤的动作。

主权项

1.一种柔性手术工具系统在运动约束下的控制系统，其特征在于，该系统包括多自由度机械臂、柔性手术工具、远程操控设备和控制计算机；所述柔性手术工具包括柔性手术工具驱动单元、外套管、柔性多构节臂体和手术执行器；所述远程操控设备将远程操控设备状态信号传输至所述控制计算机，所述控制计算机接收远程操控设备状态信号后并根据配准、映射关系换算得出所述手术执行器目标位姿；所述控制计算机分别接收由所述多自由度机械臂反馈的多自由度机械臂关节位置值和所述柔性手术工具反馈的柔性手术工具构节弯转角度值，并根据所述多自由度机械臂和柔性手术工具的机械构型采用机器人正向运动学模型换算得出所述手术执行器当前位姿；所述控制计算机根据所述手术执行器目标位姿和手术执行器当前位姿计算得出手术执行器期望速度；所述控制计算机根据多自由度机械臂关节位置值、柔性手术工具构节弯转角度值以及鞘套空间位置，并利用机器人正向运动学模型计算得出鞘套当前相对外套管位置；通过鞘套当前相对外套管位置得到鞘套施加于外套管的运动限定条件；所述控制计算机根据运动限定条件和手术执行器期望速度，应用多优先级目标下的逆运动学算法计算得出多自由度机械臂关节速度以及柔性手术工具构节弯转速度；所述控制计算机根据多自由度机械臂关节速度以及预设的控制时间，计算得出多自由度机械臂目标关节位置值，并将其发送到多自由度机械臂的控制器以驱动各个关节；所述控制计算机根据柔性手术工具构节弯转速度以及控制时间，计算得出柔性手术工具目标构节弯转角度值，并将其发送到柔性手术工具的控制器以驱动各个构节。