手术机器人的控制方法、控制装置及机器人与流程

1.本技术涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种手术机器人的控制方法、控制装置以及手术机器人。


背景技术：

2.手术机器人是一种能够辅助医生进行手术的器械，手术机器人一般为主从遥操作式结构，医生通过操作控制设备(例如主输入设备和辅助输入设备)来控制被控器械例如手术器械(包括谐波剪、牵引钩、药刀、冲洗器、探针及手术剪等)和内窥镜的运动来完成预期的手术动作。
3.传统的手术机器人通常是控制设备与满足直观性操作条件的被控器械建立控制关系，手术时，医生通过观察手术机器人显示屏上显示的画面，并通过控制设备对被控器械进行操作，实现手术。例如，医生可通过左控制设备控制左被控器械工作(画面中左被控器械的位置满足医生操控左控制设备时的左手左眼协调一致性操作)，医生可通过右控制设备用于控制右被控器械工作(画面中右被控器械的位置满足医生操控右控制设备时的右手右眼协调一致性操作)。
4.然而，在手术过程中，当内窥镜发生翻转后，显示屏上显示的画面也会发生变化，那么就会出现左被控器械显示在画面中的右侧，右被控器械显示在画面中的左侧的情况，从而导致控制设备对被控器械的控制不再满足直观性操作条件，从而影响手术操作的安全性以及顺畅性。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种手术机器人的控制方法、装置及机器人，能够在内窥镜发生翻转后，也即显示屏上显示的画面发生变化后，确保控制设备对被控器械的控制依然满足直观性操作条件，从而确保手术操作的安全性以及顺畅性。
6.本技术实施例第一方面提供了一种手术机器人的控制方法，其中，所述手术机器人包括第一控制设备、第一被控器械、第二控制设备、第二被控器械以及内窥镜；所述方法包括：
7.获取初始时刻所述第一被控器械和所述第二被控器械的初始位姿；
8.获取当前时刻所述第一被控器械和所述第二被控器械的当前位姿；
9.基于所述初始位姿和所述当前位姿，确定所述内窥镜在所述当前时刻相对于所述初始时刻是否发生了翻转；
10.若发生了翻转，则获取所述手术机器人的当前控制关系；
11.若所述当前控制关系为第一控制关系或第二控制关系，则将所述当前控制关系切换至所述第二控制关系或所述第一控制关系；所述第一控制关系为所述第一控制设备控制第一被控器械工作，以及所述第二控制设备控制第二被控器械工作；所述第二控制关系为所述第一控制设备控制第二被控器械工作，以及所述第二控制设备控制第一被控器械工
作。
12.本技术实施例第二方面提供了一种手术机器人的控制装置，所述控制装置应用于所述机器人，所述手术机器人包括所述手术机器人包括第一控制设备、第一被控器械、第二控制设备、第二被控器械以及内窥镜，所述控制装置包括：
13.第一获取模块，用于获取初始时刻所述第一被控器械和所述第二被控器械的初始位姿；
14.第二获取模块，用于获取当前时刻所述第一被控器械和所述第二被控器械的当前位姿；
15.确定模块，用于基于所述初始位姿和所述当前位姿，确定所述内窥镜在所述当前时刻相对于所述初始时刻是否发生了翻转；
16.第三获取模块，用于在发生了翻转后，获取所述手术机器人的当前控制关系；
17.切换模块，用于在所述当前控制关系为第一控制关系或第二控制关系时，将所述当前控制关系切换至所述第二控制关系或所述第一控制关系；所述第一控制关系为所述第一控制设备控制第一被控器械工作，以及所述第二控制设备控制第二被控器械工作；所述第二控制关系为所述第一控制设备控制第二被控器械工作，以及所述第二控制设备控制第一被控器械工作。
18.本技术实施例第三方面提供了一种手术机器人，包括：处理器和用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
19.所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现如本技术第一方面所述的控制方法。
20.本技术实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，包括：计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的控制方法。
21.本技术实施例第五方面提供了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第一方面所述的控制方法。
22.本技术实施例提供的技术方案至少可以达到以下有益效果：
23.本技术实施例提供的手术机器人的控制方法、控制装置及手术机器人，通过监测设置在手术机器人上的第一被控器械和第二被控器械的位姿状态，来判断内窥镜是否相对于初始时刻发生翻转，从而在内窥镜发生翻转，相应的，显示屏上显示的画面发生翻转后，及时切换控制设备与对应的被控器械之间的控制关系，例如，在初始时刻，手术机器人的控制关系为第一控制设备控制第一被控器械工作，以及第二控制设备控制第二被控器械工作，确保初始时刻，手术机器人的控制关系满足医生操控手眼协调一致性操作，而当内窥镜发生翻转后，相应的，显示的画面中第一被控器械与第二被控器械的位置发生变化后，将手术机器人的控制关系切换至通过第一控制设备控制第二被控器械工作，通过第二控制设备控制第一被控器械工作，使得切换后的控制关系依然满足医生操控手眼协调一致性操作，即控制设备与被控器械的主从映射关系能够随着内窥镜视野下的被控器械相对位置的交换而交换，从而可确保医生操作过程中的手眼协调一致性和操作直观性。
附图说明
24.图1是本技术一示例性实施例示出的一种手术机器人的控制方法的应用环境图；
25.图2是本技术一示例性实施例示出的一种手术机器人的控制方法的流程示意图；
26.图3a是本技术一示例性实施例示出的显示屏在初始时刻显示的图像；
27.图3b是本技术一示例性实施例示出的显示屏在当前时刻显示的图像；
28.图3c是图3b对应的图像在重新构建镜头坐标系后的图像；
29.图4是本技术一示例性实施例示出的再一种手术机器人的控制方法的流程示意图；
30.图5是本技术一示例性实施例示出的又一种手术机器人的控制方法的流程示意图；
31.图6是本技术一示例性实施例示出的再一种手术机器人的控制方法的流程示意图；
32.图7是本技术一示例性实施例示出的又一种手术机器人的控制方法的流程示意图；
33.图8是本技术一示例性实施例示出的一种手术机器人的控制装置的示意图；
34.图9是本技术一示例性实施例示出的一种手术机器人的内部结构示意图。
35.附图标记：
36.10、第一手术推车；20、总控设备；30、第二手术推车；
37.11、第一控制设备；12、第二控制设备；13、被控器械；14、显示屏；15、处理器；
38.111、第一主输入设备；112、第一辅助输入设备；121、第二主输入设备；122、第二辅助输入设备；131、第一被控器械；132、第二被控器械；133、内窥镜；
39.1312、第一牵引钩；1322、第二牵引钩。
具体实施方式
40.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
41.在本技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
42.应当理解，尽管在本技术可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本技术范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
43.在本技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。除非另作定义，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一
个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
44.本公开实施例可以应用于终端设备、计算机系统、服务器等电子设备，其可与众多其它通用或专用计算系统环境或配置一起操作。适于与终端设备、计算机系统、服务器等电子设备一起使用的众所周知的终端设备、计算系统、环境和/或配置的例子包括但不限于：个人计算机系统、服务器计算机系统、瘦客户机、厚客户机、手持或膝上设备、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络个人电脑、小型计算机系统、大型计算机系统和包括上述任何系统的分布式云计算技术环境等。
45.终端设备、计算机系统、服务器等电子设备可以在由计算机系统执行的计算机系统可执行指令(诸如程序模块)的一般语境下描述。通常，程序模块可以包括例程、程序、目标程序、组件、逻辑、数据结构等等，它们执行特定的任务或者实现特定的抽象数据类型。计算机系统/服务器可以在分布式云计算环境中实施，分布式云计算环境中，任务是由通过通信网络链接的远程处理设备执行的。在分布式云计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备的本地或远程计算系统存储介质上。
46.手术机器人是一种能够辅助医生进行手术的器械，手术机器人一般为主从遥操作式结构，医生通过操作主输入设备来控制被控器械13例如手术器械(可以包括谐波剪、牵引钩、药刀、冲洗器、探针及手术剪等)和内窥镜133的运动来完成预期的手术动作。此外，医生通过同时操作主输入设备以及对应的辅助输入设备(例如脚踏板、手指离合、光电传感器等)来控制手术器械执行额外的辅助功能，例如单/双极能量供应、抽吸、切割或缝合等。
47.在一般情况下，为了确保医生在进行手术的过程中能够手眼协调一致的进行被控器械13的操作，以提高手术操作的安全性以及顺畅性，会将主输入设备和辅助输入设备进行绑定，以作为控制设备，并与满足直观性操作条件的被控器械13建立控制关系。
48.实际中，被控器械13可以是多个，例如被控器械13包括左被控器械13和右被控器械13，相应的，控制设备包括左控制设备和右控制设备。手术时，医生通过观察手术机器人显示屏14上显示的画面，并通过控制设备对被控器械13进行操作，实现手术，例如，医生可通过左控制设备控制左被控器械13运动(左被控器械13位于显示屏14上显示的画面的左侧)，使得画面中左被控器械13的位置满足医生操控左控制设备时的左手左眼协调一致性操作，医生可通过右控制设备用于控制右被控器械13工作(右被控器械13位于显示屏14上显示的画面的左侧)。
49.其中，显示屏14上显示的画面是通过手术机器人上的内窥镜133采集的图像。随着手术过程中内窥镜133的运动，显示屏14上显示的画面会发生相应的变化，当内窥镜133发生翻转后，显示的画面相应的会发生变化，该变化也许是左被控器械13和右被控器械13的位置发生了交换，例如，左被控器械13的画面显示在右侧，右被控器械13的画面显示在左侧，这样，在内窥镜133发生翻转后，右被控器械13的位置不满足医生操控左控制设备时的左手左眼协调一致性操作，左被控器械13的位置不满足医生操控右控制设备时的右手右眼
协调一致性操作，进而导致控制设备对被控器械13的控制不再满足直观性操作条件，从而影响手术操作的安全性以及顺畅性。
50.有鉴于此，本技术实施例提出一种手术机器人的控制方法，通过实时的监测设置在手术机器人上的第一被控器械13和所述第二被控器械13的位姿状态，来判断内窥镜133是否相对于初始时刻发生翻转，从而在内窥镜133发生翻转后，及时调整控制设备与被控器械13之间的控制关系，即控制设备与被控器械13的主从映射关系能够随着内窥镜133视野下的被控器械13相对位置的交换而交换，从而可确保医生操作过程中的手眼协调一致性和操作直观性。
51.请参见图1，下面对本技术实施例的应用场景进行介绍：
52.本技术实施例应用于手术机器人，该手术机器人包括第一手术推车10、总控设备20以及第二手术推车30。第一手术推车10上设置有第一控制装置、第二控制装置以及显示屏14；总控设备20上设置有处理器15，处理器15的数量可以是多个；第二手术推车30上设置有多个被控器械13，其中多个被控器械13中可以是包括第一被控器械131、第二被控器械132以及内窥镜133。第一手术推车10可以是通过总控设备20与第二手术推车30通信连接，第一手术推车10与第二手术推车30可以是均与总控设备20无线连接或者有线连接，以在物理层面实现通过第一手术推车10上的控制设备控制第二手术推车30上被控器械13的控制关系。第一手术推车10、总控设备20及第二手术推车30上还可以设置有处理器15、存储器、输入设备、输出设备、显示器、传感器等其它设备，在此不做限定。
53.其中，第一控制设备11可以是包括第一主输入设备111和第一辅助输入设备112，第二控制设备12可以是包括第二主输入设备121和第二辅助输入设备122。主输入设备包括第一主输入设备111和第二主输入设备121例如可以是设置在第一手术推车10上的控制手柄，辅助输入设备包括第一辅助输入设备112和第二辅助输入设备122例如可以是设置在第一手术推车10上的脚踏板，手指离合，光电传感器等。当用户通过双手操作第一主输入设备111和第二主输入设备121时，第一主输入设备111可控制第一被控器械131或第二被控器械132运动到指定位置，相应地，第二主输入设备121可控制第二被控器械132或第一被控器械131运动到指定位置。也即，要么通过第一主输入设备111控制第一被控器械131运动，以及通过第二主输入设备121控制第二被控器械132运动；要么通过第一主输入设备111控制第二被控器械132运动，以及通过第二主输入设备121控制第一被控器械131运动。同样地，当用户通过脚或者手操作第一辅助输入设备112和第二辅助输入设备122时，可以激活第一被控器械131或第二被控器械132的辅助功能，以使第一被控器械131或第二被控器械132执行对应的辅助操作。也即，要么通过第一辅助输入设备112控制第一被控器械131执行对应的辅助操作，以及通过第二辅助输入设备122控制第二被控器械132执行对应的辅助操作；要么通过第一辅助输入设备112控制第二被控器械132执行对应的辅助操作，以及通过第二辅助输入设备122控制第一被控器械131执行对应的辅助操作。
54.具体地，基于上述物理层面搭建的控制关系，可以是从第一手术推车10上的第一控制设备11和第二控制设备12发送信号传输至总控设备20的处理器15，然后通过处理器15对信号进行解析并产生对应的指令，以将指令发送至第二手术推车30中与对应的被控器械13连接的接口组件来操纵对应的被控器械13工作。
55.第一被控器械131和第二被控器械132例如为谐波剪、牵引钩、药刀、冲洗器、探针
及手术剪、内窥镜133等。第一被控器械131和第二被控器械132可以用于能量供应、夹紧、缝合、切割、抽吸、冲洗、激光能量，内窥镜133可以用于提供远程手术部位的实时图形等操作。
56.其中，在某些时刻，第一控制设备11的第一主输入设备111可以用于控制多个第一被控器械131(第一主输入设备111与多个第一被控器械131在显示屏14画面上的位置关系满足医生在进行手术的过程中进行手眼协调一致操作)，那么可以是通过操作与第一主输入设备111具有绑定关系的第一辅助输入设备112进行第一主输入设备111控制多个第一被控器械1311的切换(第一辅助输入设备112与第一主输入设备111位于实际位置的同侧)。
57.同样的，第二控制设备12的第二主输入设备121可以用于控制多个第二被控器械132(第二主输入设备121与多个第二被控器械132在显示屏14画面上的位置满足医生在进行手术的过程中进行手眼协调一致操作)，那么可以是通过操作与第二主输入设备121具有绑定关系的第二辅助输入设备122进行第二主输入设备121控制多个第二被控器械132的切换(第二辅助输入设备122与第二主输入设备121位于实际位置的同侧)。
58.当然，在显示屏14上显示的画面发生变化后，第一主输入设备111以及第一辅助输入设备112还可以与第二被控器械132建立控制关系，以通过第一主输入设备111以及第一辅助输入设备112协同控制第二被控器械132进行手术操作，以及第二主输入设备121以及第二辅助输入设备122还可以与第一被控器械131建立控制关系，以通过第二主输入设备121以及第二辅助输入设备122协同控制第一被控器械131进行手术操作。可以根据手术过程中的需求切换控制设备与被控器械13之间的控制关系。
59.示例性的，第一主输入设备111和第二主输入设备121例如是设置在第一手术推车10上的第一控制手柄和第二控制手柄(第一控制手柄设置在医生的左手侧，第二控制手柄设置在医生的右手侧)，第一辅助输入设备112例如可以是设置在第一手术推车10上的第一脚踏和第二脚踏(第一脚踏设置在该组辅助输入设备的左侧，第二脚踏设置在该组辅助输入设备右侧，并且医生通过右脚分别踩踏第一脚踏与第二脚踏)。
60.另外，第二手术推车30还设置有内窥镜133。显示屏14上显示的画面为内窥镜133视野下的画面，也是医生的观察视野。所以，在医生进行手术的过程中，通过观看显示屏14上显示的通过内窥镜133捕获的画面，确定第一被控器械131以及第二被控器械132的位置，选择性的操作对应的第一控制设备11或者第二控制设备12，以控制第一被控器械131以及第二被控器械132运动到对应的位置，然后再选择性的操作第一辅助输入设备112和第二辅助输入设备122，以控制第一被控器械131以及第二被控器械132执行对应的辅助功能操作。从而实现医生在进行手术的过程中能够满足手眼协调一致，提高手术的流畅性。
61.当医生在利用本技术实施例的手术机器人进行手术的过程中，可以在观察显示屏14的同时，通过左手操作位于医生左手侧的第一控制手柄(例如通过抓握第一控制手柄并对第一控制手柄进行各个方位的移动)，以通过第一控制手柄输出控制信号至总控设备20的处理器15，并通过处理器15对信号进行解读并产生对应的指令，以将该指令发送至第二手术推车30上用于控制第一被控器械131的控制接口上，实现对第一被控器械131的控制。
62.同样的，医生可以在观察显示屏14的同时，通过右手操作位于医生右手侧的第二控制手柄(例如通过抓握第二控制手柄并对第二控制手柄进行各个方位的移动)，以通过第二控制手柄输入控制信号至总控设备20的处理器15，并通过该处理器15对信号进行解读并产生对应的指令，以将该指令发送至第二手术推车30上用于控制第二被控器械132的控制
接口上，实现对第二被控器械132的控制。
63.在一些示例中，当医生通过操作第一控制手柄和第二控制手柄将内窥镜133移动到目标位置后，可以是通过左脚踩踏脚踏(位于左侧的第一脚踏或第二脚踏，继续如图1所示)的方式，将第一控制手柄和第二控制手柄同时控制内窥镜133运动切换至第一控制手柄控制第一被控器械131与第二被控器械132中一个的运动，并将被控器械13运动到目标位置。
64.以下结合附图对本技术实施例的技术方案进行示例性的说明。
65.图2是本技术一示例性实施例示出的一种手术机器人的控制方法的流程示意图。参照图2所示，包括以下步骤：
66.步骤s100，获取初始时刻第一被控器械131或第二被控器械132的初始位姿；
67.其中，第一被控器械131的初始位姿表征第一被控器械131在初始时刻的位置和姿态，第二被控器械132的初始位姿表征第二被控器械132在初始时刻的位置和姿态。第一被控器械131或第二被控器械132的初始位姿可以是通过设置在第二手术推车30上的位姿检测设备采集的，位姿检测设备至少为一个，也可以有多个。位姿检测设备例如为惯性测量单元、轮式里程计等。
68.通过位姿检测设备采集到第一被控器械131或第二被控器械132的初始位姿后，可以是将初始位姿传输至第二手术推车30的存储器中并存储，还可以通过第二手术推车30的输出装置传输至总控设备20，还可以继续通过总控设备20传输至第一手术推车10的输入装置上，本技术对此不加以限定。
69.在这里还需要说明的是，初始时刻设置在第二手术推车30上的内窥镜133可以是已运动到目标位置，还可以是处于静止状态，未开始运动。本技术对此不加以限定。若在初始时刻内窥镜133已运动到目标位置，可以是通过操作第一控制设备11及第二控制设备12将内窥镜133移动到目标位置；还可以是通过操作与内窥镜133连接的持镜臂上设置的按键将内窥镜133移动到目标位置，本技术对此不加以限定。
70.那么，本技术实施例可以是将第一被控器械131和第二被控器械132还未开始运动的时刻确定为初始时刻；也可以是将第一被控器械131和第二被控器械132运动到目标位置的后静止等待手术开始的时刻确定为初始时刻；初始时刻还可以是根据内窥镜133或者其它被控器械13来确定，本技术对此不加以限定。第一被控器械131和第二被控器械132的初始位姿，可以是初始时刻通过位姿检测设备采集的第一被控器械131和第二被控器械132的位姿。
71.步骤s200，获取当前时刻第一被控器械131和第二被控器械132的当前位姿；
72.其中，第一被控器械131和第二被控器械132的当前位姿是一个相对概念，在实际操作过程中，第一被控器械131和第二被控器械132在当前时刻的位姿可以是相对于初始时刻并未发生真正的变化，也许是相同的位姿；但是，若内窥镜133在当前时刻相对于初始时刻发生了翻转，那么当前时刻第一被控器械131和第二被控器械132在显示屏14中的显示画面(即医生视野中的画面)会与初始时刻发生变化，所以通过显示画面中的当前位姿与初始位姿就可以确定内窥镜133是否发生了变化。
73.图3a是本技术一示例性实施例示出的内窥镜133在初始时刻采集的图像示意图(也即在初始时刻显示屏14上显示的画面)。从画面中可以看出，第一被控器械131包括的第
一手术器械例如第一牵引钩1312，第二被控器械132包括的第二手术器械例如第二牵引钩1322，其中，第一牵引钩1312位于画面(即医生视野)的左侧，第二牵引钩1322位于画面(即医生视野)的右侧，所以，此时通过第一控制设备11控制第一牵引钩1312工作，通过第二控制设备12控制第二牵引钩1322工作，能够满足医生手眼协调一致的操作。
74.当内窥镜133发生翻转后，随之在显示屏14上显示的画面会发生变化，例如可以是第一被控器械131和第二被控器械132在显示屏14的显示画面中(即医生视野下)的位置发生变化。
75.图3b是本技术一示例性实施例示出的内窥镜133在当前时刻采集的图像示意图(也即在当前时刻显示屏14上显示的画面)，图3c是图3b对应的图像在重新构建镜头坐标系后的图像示意图，从画面中可以看出，此时，第一牵引钩1312位于画面(即医生视野)的右侧，第二牵引钩1322位于画面(即医生视野)的左侧，所以，此时继续通过第一控制设备11控制第一牵引钩1312工作，以及通过第二控制设备12控制第二牵引钩1322工作，则将不能够满足医生手眼协调一致的操作。
76.所以，通过第一被控器械131和第二被控器械132初始时刻以及当前时刻的位姿即可确定内窥镜133在当前时刻相对于初始时刻是否发生了翻转，以为是否切换控制设备与被控器械13之间的控制关系提供准确的依据。
77.具体地，第一被控器械131和第二被控器械132的当前位姿可以通过下述方式获得：
78.在其中一种实施例中，如图4所示，图4为本技术实施例一示例性实施例提供的确定第一被控器械131和第二被控器械132的当前位姿的一种可选的方法实施例，具体步骤如下：
79.步骤s201，获取内窥镜133在初始时刻的第一位姿，以及内窥镜133在当前时刻的第二位姿；
80.其中，内窥镜133在初始时刻的第一位姿和当前时刻的第二位姿皆可以通过相同的位姿检测装置采集得到，所以内窥镜133的第一位姿和第二位姿可以是基于同一坐标系下确定的位姿，这样能够便于在获得内窥镜133的第一位姿和第二位姿后，快速的将内窥镜133的第一位姿和第二位姿进行比对，得到比对结果，从而达到提高确定位姿变化关系效率的目的，进一步的能够提高医生通过手术机器人执行手术操作的效率。
81.步骤s202，根据第一位姿和第二位姿，确定内窥镜133在当前时刻基于初始时刻的位姿变化关系；
82.在一个实施例中，位姿变化关系还可以通过下述方法计算得到：首先需要说明的是内窥镜133连接于持镜臂，持镜臂有n个关节，相邻关节坐标变换满足通用的齐次变换矩阵a。
83.内窥镜133运动前各个关节的关节位置为θ
b1
，θ
b2
，
…
θ
b(n-1)
，θ
bn
，内窥镜133的第一位姿可以描述为：
[0084][0085]
内窥镜133运动后各个关节的关节位置为θ
a1
，θ
a2
，
…
θ
a(n-1)
，θ
an
，内窥镜133的第二位姿可以描述为：
[0086][0087]
有以下关系成立：
[0088]
tbr
endo
＝ta[0089][0090]
其中，r
endo
表示位姿变化关系，其中基坐标系不随内窥镜133的平移或者旋转而变化。
[0091]
步骤s203，基于参考坐标系和位姿变化关系，确定第一被控器械131和第二被控器械132的当前位姿，参考坐标系是基于内窥镜133的第一位姿构建的。
[0092]
其中，参考坐标系可以是根据内窥镜133的初始位姿构建的，也即根据内窥镜133的在初始时刻的位置和姿态构建的。例如，可以是将初始时刻处于初始位姿的内窥镜133的镜面所在的平面作为横轴以及纵轴，进一步的基于横轴和纵轴所在的平面垂直方向构建竖轴，从而获得参考坐标系。参考坐标系还可以是根据世界坐标系构建的、根据机器人自定义的坐标系构建的、根据连接内窥镜133的持镜臂的吊盘建立的等，在此不做限定。参考坐标系不随内窥镜133的平移或者旋转而变化，能够为后续判断内窥镜133是否发生翻转提供可靠的判断依据。参照图3a至图3c所示，坐标系(o0x0y0)或者坐标系(oxy)为参考坐标系。
[0093]
第一被控器械131和第二被控器械132的当前位姿可以是通过参考坐标系对位姿变化关系进行转化，获得的；还可以是将位姿变化关系与参考坐标系的单位向量或向量和进行运算，获得的等。在此不做限定。
[0094]
在一些实施例中，如图5所示，图5为本技术实施例一示例性实施例提供的基于参考坐标系和位姿变化关系，确定第一被控器械131和第二被控器械132的当前位姿的一种可选的方法实施例，包括如下步骤：
[0095]
步骤s601，确定初始时刻第一被控器械131与第二被控器械132在参考坐标系下的向量和；
[0096]
在一些实施例中，如图6所示，图6为本技术实施例一示例性实施例提供的确定向量和的一种可选的方法实施例，包括如下步骤：
[0097]
步骤s701，确定初始时刻第一被控器械131投影到目标平面的第一向量和第二被控器械132投影到目标平面的第二向量，目标平面为内窥镜133的镜面所在的平面；
[0098]
其中，目标平面为内窥镜133的镜面所在的平面，在进行手术的过程中，第一被控器械131、第二被控器械132以及内窥镜133均处于同一空间。
[0099]
基于上述描述的第一被控器械131和第二被控器械132的初始位姿包括第一被控器械131的位置信息以及姿态信息和第二被控器械132的位置信息以及姿态信息；所以根据第一被控器械131和第二被控器械132的初始位姿可以确定第一被控器械131和第二被控器械132投影到目标平面的位置，从而可以获得第一被控器械131和第二被控器械132的位置方程(也即直线方程)，然后基于第一被控器械131的位置方程确定第一向量，同样的，可以基于第二被控器械132的位置方程确定第二向量。也即将三维坐标转化成了二维坐标，便于后续的计算。
[0100]
步骤s702，基于第一向量和第二向量确定第一被控器械131与第二被控器械132在参考坐标系下的向量和。
[0101]
其中，可以通过将第一向量和第二向量进行向量相加计算获得第一被控器械131与第二被控器械132在参考坐标系下的向量和还可以通过先计算第一向量和第二向量的单位向量，然后将第一向量的单位向量与第二向量的单位向量进行向量相加计算得到第一被控器械131与第二被控器械132在参考坐标系下的向量和量相加计算得到第一被控器械131与第二被控器械132在参考坐标系下的向量和其中，参照图3a至图3c所示，为向量和或单位向量和，为第一向量，为第二向量。本技术可以通过第一器械与第二器械的初始位姿与当前位姿便可确定内窥镜133是否发生翻转，也可以通过第一被控器械131与第二被控器械132的单位向量和确定内窥镜133是否发生翻转，与向量的大小无关。
[0102]
步骤s602，基于向量和与位姿变化关系，确定第一被控器械131和第二被控器械132的当前位姿。
[0103]
示例性的，可以是将位姿变化关系与向量和进行相乘得到第一被控器械131和第二被控器械132的当前位姿；还可以是将位姿变化关系与单位向量进行相乘得到第一被控器械131和第二被控器械132的当前位姿，本技术对此不加限定。
[0104]
步骤s300，基于初始位姿和当前位姿，确定内窥镜133在当前时刻相对于初始时刻是否发生了翻转。
[0105]
其中，本技术实施例可以是基于第一被控器械131和第二被控器械132的初始位姿和当前位姿的差异、变化等来确定内窥镜133在当前时刻相对于初始时刻是否发生了翻转。具体来说可以是在初始位姿的姿态(也即角度)和当前位姿的姿态相差预设数值时确定内窥镜133发生了翻转，但是实际过程中初始位姿的位置和当前位姿的姿态的位置是否发生改变本技术对此不加以限定。
[0106]
基于上述过程，获得了第一被控器械131和第二被控器械132的初始位姿和当前位姿，可以是对初始位姿和当前位姿进行比较，然后将比较结果与预设阈值进行比对，根据比对的结果确定内窥镜133在当前时刻相对于初始时刻是否发生了翻转；还可以是将初始位姿和当前位姿输入至分析比对模型中，基于模型的输出结果确定内窥镜133在当前时刻相对于初始时刻是否发生了翻转等，在此不做限定。
[0107]
在一个实施例中，如图7所示，图7为本技术实施例提供的确定内窥镜133在当前时刻相对于初始时刻发生了翻转的一种可选的方法实施例，该方法实施例包括如下步骤：
[0108]
步骤s801，获取初始位姿中的姿态数据在参考坐标系下的参考分量、以及当前位姿中的姿态数据在参考坐标系下的目标分量；
[0109]
其中，目标分量和参考分量为同一坐标轴的分量，例如均为横轴上的分量。基于上述获得的第一被控器械131和第二被控器械132的初始位姿和当前位姿，可以很容易的获得各个分量的具体数据，所以能够提高确定内窥镜133是否发生翻转的效率。
[0110]
步骤s802，若目标分量与参考分量方向相反，则确定内窥镜133在当前时刻相对于初始时刻发生了翻转。
[0111]
其中，通过第一被控器械131和第二被控器械132的初始位姿和当前位姿获得了目标分量和参考分量后，可以是通过对比目标分量和参考分量的方向来确定内窥镜133在当前时刻相对于初始时刻发生了翻转。示例性的，目标分量和参考分量例如为纵轴的分量，若目标分量为1，参考分量为-1，经过比对，目标分量相对于参考分量的方向发生了变化，则确
定内窥镜133在当前时刻相对于初始时刻发生了翻转。
[0112]
步骤s400，若发生了翻转，则获取手术机器人的当前控制关系；
[0113]
其中，基于上述过程确定内窥镜133发生了翻转后，还需要确定手术机器人的当前控制关系才可以确定是否需要进行控制关系的切换，以实现医生观察显示屏14上显示画面的同时，通过控制设备控制被控器械13运动或者执行对应的辅助功能操作能够满足医生手眼协调一致。
[0114]
那么，手术机器人的当前控制关系例如可以是第一控制设备11、与第一被控器械131具有控制关系(也即，当医生操纵第一控制设备11时，第一被控器械131运动或者执行对应的辅助功能操作)，第二控制设备12与第二被控器械132具有控制关系(也即，当医生操纵第二控制设备12时，第二被控器械132运动或者执行对应的辅助功能操作)。当然，手术机器人的当前控制关系还可以是第一控制设备11与第二被控器械132具有控制关系，第二控制设备12与第一被控器械131具有控制关系，具体地可以根据当前的检测结果来确定，本技术在此不做限定。本技术实施例仅为列举的示出手术机器人的当前控制关系，是为了便于后续的描述并非具体的限定。
[0115]
例如，在当前时刻的上一时刻，医生可以在观察显示屏14的同时，通过左手操作位于医生左手侧的第一控制设备11，以控制显示屏14显示的画面中位于左侧的第一被控器械1311例如第一牵引钩1312，指示第一牵引钩1312运动到目标位置或者执行对应的辅助功能操作。同样的，医生可以在观察显示屏14的同时，通过右手操作位于医生右手侧的第二控制设备12，以控制位于显示屏14显示的画面中位于右侧的第二被控器械132例如第二牵引钩1322，指示第二牵引钩1322运动到目标位置或者执行对应的辅助功能操作。其中，画面左侧的第一被控器械131的位置满足医生操控第一控制设备11时的左手左眼协调一致性操作，画面右侧的第二被控器械132的位置满足医生操控第二控制设备12时的右手右眼协调一致性操作。手术机器人在上一时刻具有的控制关系，能够满足医生进行手眼协调一致性操作。但是，在当前时刻，内窥镜133发生了翻转，若手术机器人在当前时刻还维持这样的控制关系，则将不满足医生进行手眼协调一致性操作。
[0116]
步骤s500，若当前控制关系为第一控制关系或第二控制关系，则将当前控制关系切换至第二控制关系或第一控制关系；第一控制关系为第一控制设备11控制第一被控器械131工作，以及第二控制设备12控制第二被控器械132工作；第二控制关系为第一控制设备11控制第二被控器械132工作，以及第二控制设备12控制第一被控器械131工作。
[0117]
其中，基于上述获得的手术机器人的当前控制关系，可以继续判断该关系是否满足医生继续进行手术操作时的手眼协调一致性，若不满足，那么就需要进行切换控制关系；若满足，那么继续维持当前的控制关系。
[0118]
第一控制关系例如为第一控制设备11控制第一被控器械131，第二控制设备12控制第二被控器械132；当然，第一控制关系还可以是第一控制设备11控制第二被控器械132，第二控制设备12控制第一被控器械131，在此不做限定；那么相应地，第二控制关系例如为第一控制设备11控制第二被控器械132，第二控制设备12控制第一被控器械131，或者，第一控制设备11控制第一被控器械131，第二控制设备12控制第二被控器械132。
[0119]
示例性的，若在当前时刻的上一时刻，医生在执行手术的过程中，通过显示屏14可以观察到第一被控器械131位于画面的右侧，第二被控器械132位于画面的左侧；且此时，手
术机器人的控制关系为通过第一控制设备11控制第一被控器械131工作，通过第二控制设备12控制第二被控器械132工作；这样，医生在观察显示屏14的同时，通过左手操作位于医生左手侧的第一控制设备11，以通过第一控制设备11控制第一被控器械131工作，以及，医生在观察显示屏14的同时，通过右手操作位于医生右手侧的第二控制设备12，以通过第二控制设备12控制第二被控器械132工作，可以满足医生进行手眼协调一致性操作。
[0120]
但是，基于当前时刻内窥镜133发生了翻转，可能导致医生在执行手术的过程中，通过显示屏14可以观察到第一被控器械131的位置切换至了画面的左侧，第二被控器械132的位置切换至了画面的右侧；那么，若医生继续按照上述控制关系进行手术操作，则将无法满足医生进行手眼协调一致性操作，进而会使得手术的流畅性受阻，那么手术的效率就会随之下降。
[0121]
所以，就需要切换控制设备与对应的被控器械13之间的控制关系，以保证医生在执行对应的手术操作时满足手眼协调一致。
[0122]
那么，当内窥镜133翻转后，切换至画面左侧的第二被控器械132的位置满足医生操控第一控制设备11时的左手左眼协调一致性操作，切换至画面右侧的第一被控器械131的位置满足医生操控第二控制设备12时的右手右眼协调一致性操作，所以，此时将手术机器人的控制关系进行切换，即可满足医生继续进行手眼协调一致的手术操作。即控制设备与被控器械13的主从映射关系能够随着内窥镜133视野下的被控器械13相对位置的交换而交换，从而可确保医生操作过程中的手眼协调一致性和操作直观性。所以，若手术机器人的当前控制关系为第一控制关系时，若需要进行控制关系的切换，那么可以是将第一控制关系切换至第二控制关系；若手术机器人的当前控制关系为第二控制关系时，若需要进行控制关系的切换，那么可以是将第二控制关系切换至第一控制关系即可。
[0123]
可以理解的是，以上切换过程均在手术过程中自动完成，而无需医生频繁手动切换第一控制设备11和第二控制设备12的操作，或者频繁踩脚踏来切换控制权，增加了手术操作的安全性以及顺畅性，也提高了手术的效率。
[0124]
在一个实施例中，第一控制设备11包括第一主输入设备111和第一辅助输入设备112，第二控制设备12包括第二主输入设备121和第二辅助输入设备122，第一主输入设备111可控制第一被控器械131或第二被控器械132运动，第二主输入设备121可控制第二被控器械132或第一被控器械131运动，第一辅助输入设备112可激活第一被控器械131或第二被控器械132的辅助功能，第二辅助输入设备122可激活第二被控器械132或第一被控器械131的辅助功能，方法包括：
[0125]
若发生了翻转，以及检测到第一主输入设备111或第二主输入设备121控制第一被控器械131，第二主输入设备121或第一主输入设备111控制第二被控器械132，选择性地将第一被控器械131的辅助功能的控制分配至第一辅助输入设备112或第二辅助输入设备122中的任一个和将第二被控器械132的辅助功能的控制分配至第二辅助输入设备122或第一辅助输入设备112中的任一个。
[0126]
其中，上述已介绍第一控制设备11包括第一主输入设备111和第一辅助输入设备112，第二控制设备12包括第二主输入设备121和第二辅助输入设备122，其中，第一主输入设备111可以控制第一被控器械131运动到对应的位置，或者控制第二被控器械132运动到对应的位置；相应地，第二主输入设备121可以控制第二被控器械132运动到对应位置，或者
控制第一被控器械131运动到对应的位置。第一主输入设备111可以是与第一辅助输入设备112绑定在一起，协同控制第一被控器械131或者第二被控器械132；第二主输入设备121可以是与第二辅助输入设备122绑定在一起，协同控制第二被控器械132或者第一被控器械131。所以，若将第一主输入设备111控制第一被控器械131切换至第一主输入设备111控制第二被控器械132，相应地，需要将用于激活第二被控器械132的辅助功能的第二辅助输入设备122切换为第一辅助输入设备112，以通过第一辅助输入设备112激活第二被控器械132的辅助功能，实现通过第一辅助输入设备112控制第二被控器械132执行对应的辅助功能操作。这样做是因为：辅助输入设备可能一般会设置在第一手术推车10的底部，其方便医生通过脚或者其它下肢部位来操作，所以切换辅助输入设备与被控器械13之间的控制关系还可以满足医生的眼脚操作一致性，进一步提高了医生执行手术的效率，保证了手术过程的流畅性。
[0127]
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0128]
基于同样的发明构思，本技术实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的手术机器人的控制方法的手术机器人的控制装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个数据备份装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于手术机器人的控制方法的限定，在此不再赘述。
[0129]
在一个实施例中，如图8所示，提供了一种手术机器人的控制装置900，该控制装置应用于手术机器人，该控制装置包括：第一获取模块901、第二获取模块902、确定模块903、第三获取模块904以及切换模块905；
[0130]
第一获取模块901，用于获取初始时刻第一被控器械131和第二被控器械132的初始位姿；
[0131]
第二获取模块902，用于获取当前时刻第一被控器械131和第二被控器械132的当前位姿；
[0132]
确定模块903，用于基于初始位姿和当前位姿，确定内窥镜133在当前时刻相对于初始时刻是否发生了翻转；
[0133]
第三获取模块904，用于在发生了翻转后，获取手术机器人的当前控制关系；
[0134]
切换模块905，用于在当前控制关系为第一控制关系或第二控制关系时，将当前控制关系切换至第二控制关系或第一控制关系；第一控制关系为第一控制设备控制第一被控器械131工作，以及第二控制设备12控制第二被控器械132工作；第二控制关系为第一控制设备11控制第二被控器械132工作，以及第二控制设备12控制第一被控器械131工作。
[0135]
在一个实施例中，确定模块903，具体用于将初始位姿与当前位姿进行比对，基于比对结果确定位姿变化关系；基于位姿变化关系确定内窥镜133在当前时刻相对于初始时刻是否发生了翻转。
[0136]
在一个实施例中，第二获取模块902，具体还用于获取所述内窥镜133在所述初始时刻的第一位姿，以及所述内窥镜133在所述当前时刻的第二位姿；根据所述第一位姿和所述第二位姿，确定所述内窥镜133在所述当前时刻基于所述初始时刻的位姿变化关系；基于参考坐标系和所述位姿变化关系，确定所述第一被控器械131和所述第二被控器械132的当前位姿，所述参考坐标系是基于所述内窥镜133的所述第一位姿构建的。
[0137]
在一个实施例中，第二获取模块902还包括确定单元(图中未示出)，
[0138]
确定单元，用于确定所述初始时刻所述第一被控器械131与所述第二被控器械132在所述参考坐标系下的向量和；基于所述向量和与所述位姿变化关系，确定所述第一被控器械131和所述第二被控器械132的当前位姿。
[0139]
在一个实施例中，确定单元，还用于确定所述初始时刻所述第一被控器械131投影到目标平面的第一向量和所述第二被控器械132投影到所述目标平面的第二向量，所述目标平面为所述内窥镜133的镜面所在的平面；基于所述第一向量和所述第二向量确定所述第一被控器械131与所述第二被控器械132在所述参考坐标系下的向量和。
[0140]
在一个实施例中，确定模块903，具体用于获取所述初始位姿中的姿态数据在所述参考坐标系下的参考分量、以及所述当前位姿中的姿态数据在所述参考坐标系下的目标分量；若所述目标分量与所述参考分量方向相反，则确定所述内窥镜133在当前时刻相对于初始时刻发生了翻转。
[0141]
在一个实施例中，上述控制装置还包括分配模块(图中未示出)，
[0142]
分配模块，用于若发生了翻转，以及检测到第一主输入设备111或第二主输入设备121控制第一被控器械131，第二主输入设备121或第一主输入设备111控制第二被控器械132，选择性地将第一被控器械131的辅助功能的控制分配至第一辅助输入设备112或第二辅助输入设备122中的任一个和将第二被控器械132的辅助功能的控制分配至第二辅助输入设备122或第一辅助输入设备112中的任一个。
[0143]
上述手术机器人的控制装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0144]
在一个实施例中，提供了一种手术机器人，该手术机器人的内部结构图可以如图9所示。该手术机器人包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该手术机器人的处理器用于提供计算和控制能力。该手术机器人的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该手术机器人的数据库用于存储被控器械的位姿。该手术机器人的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种手术机器人的控制方法。
[0145]
本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的手术机器人的限定，具体的手术机器人可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0146]
在一个实施例中，提供了一种手术机器人，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述手术机器人的控制方法的任一步骤。
[0147]
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述手术机器人的控制方法的任一步骤。
[0148]
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述手术机器人的控制方法的任一步骤。
[0149]
容易理解的是，本领域技术人员在本技术提供的几个实施例的基础上，可以对本技术的实施例进行结合、拆分、重组等得到其他实施例，这些实施例均没有超出本技术的保护范围。
[0150]
以上的具体实施方式，对本技术实施例的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本技术实施例的具体实施方式而已，并不用于限定本技术实施例的保护范围，凡在本技术实施例的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本技术实施例的保护范围之内。