用于主操作手的重力补偿控制方法、系统和存储介质与流程

本发明涉及手术器械，具体而言，涉及一种用于主操作手的重力补偿控制方法、系统和存储介质。

背景技术：

1、外科手术机器人一般包括成像系统、患者手术平台和医生控制台。具体的，医生坐在医生控制台，通过主操作手和一组脚踏板来控制手术器械进行手术操作。

2、具体来说，操作人员在长时间操作主操作手的过程中，由于需要持续提供支撑力，以确保主操作手被稳定维持在作业位置，尽管相关技术中关于对主操作手已做出改进，通过增设重力补偿系统以减轻操作人员操作主操作手的负荷，但是，该重力补偿系统提供的重力补偿为固定数值，导致难以适配在长时间作业过程中，与操作人员自身提供的支撑力产生配合，从而使得降低了操作人员的使用体验。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是尽管相关技术中关于对主操作手已做出改进，通过增设重力补偿系统以减轻操作人员操作主操作手的负荷，但是，该重力补偿系统提供的重力补偿为固定数值，导致难以适配在长时间作业过程中，与操作人员自身提供的支撑力产生配合，从而使得降低了操作人员的使用体验。

2、为解决上述问题，本发明提供一种用于主操作手的重力补偿控制方法，主操作手的握持部设有身份识别系统；重力补偿控制方法包括：在主操作手上电后，判断身份识别系统的身份识别区域是否存在目标身份对象；若是，则根据目标身份对象获取目标身份信息；判断历史数据库中是否存储有与目标身份信息关联的历史重力补偿信息；其中，历史重力补偿信息包括相互关联的历史重力补偿数据和目标对象操作主操作手输出的历史支撑数据；若是，则根据目标对象在当前时刻操作主操作手输入的当前支撑数据与历史支撑数据之间的差值判断是否满足修正条件；若判定差值满足修正条件，则根据形成于当前支撑数据与历史支撑数据之间的比例修正历史重力补偿数据，以得到当前重力补偿数据；控制主操作手的重力补偿系统按照当前重力补偿数据输出重力补偿动作。

3、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：主操作手为与控制终端通讯连接的电子设备，为便于提高主操作手的使用效率，例如避免在每一次使用主操作手之前都要重新预配置重力补偿数据，可通过将该操作人员在历史时期操作该主操作手时获取的历史重力补偿信息存储至历史数据库中。于是，在下一时刻启动主操作手的开始阶段，通过身份信息匹配成功，则可直接调用历史数据库中与之关联的历史重力补偿信息，而无需重新再预调整，进而提高主操作手的使用效率。进一步的说，结合操作人员的实际操作情况，难以确保先后两次的支撑数据保持一致，也即会出现差异，于是，例如本技术方案中指出的若是当前支撑数据与历史支撑数据之间的差值满足修正条件，则可以根据该比例修正历史重力补偿数据，进而得到当前重力补偿数据。通过修正或者调整重力补偿数据，确保操作人员在多次先后使用主操作手的过程中，更加匹配操作人员当前的实时状态，也即通过重力补偿系统根据操作人员的实时状态进行实时调整重力补偿数据，从而提高操作人员的使用舒适性。

4、在本发明的一个实例中，根据形成于当前支撑数据与历史支撑数据之间的比例修正历史重力补偿数据，以得到当前重力补偿数据，包括：若当前支撑数据大于历史支撑数据，则按照比例增大历史重力补偿数据，以得到第一当前重力补偿数据；若当前支撑数据小于历史支撑数据，则按照比例减小历史重力补偿数据，以得到第二当前重力补偿数据。

5、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：为确保操作人员在操作主操作手的过程中，在受到重力补偿动作后的使用感保持稳态，具体表现为若当前支撑数据大于历史支撑数据时，则表示相较历史而言，操作人员在当前所需的支撑力更大，以历史重力补偿数据为初始状态，则通过修正以增大历史重力补偿数据作为当前重力补偿数据，从而确保了操作人员当前的使用习惯能够与历史时期的使用习惯相关联，也即通过缩小当前和历史时期的支撑力的差值，以达到维持操作人员的使用习惯，缩短操作人员重新习惯该主操作手的适应时间，进而起到提高操作人员的使用舒适性的目的，并且也提高了该主操作手的使用通用性。

6、在本发明的一个实例中，判断历史数据库中是否存储有与目标身份信息关联的历史重力补偿信息，包括：若否，则控制重力补偿系统在第一预设时间段内的重力补偿数据为第一重力补偿数据；获取目标对象在第一预设时间段内的支撑数据集合；根据支撑数据集合中形成于相邻时刻的支撑数据差变化值调整第一重力补偿数据，以得到第二重力补偿数据；控制重力补偿系统按照第二重力补偿数据在第一预设时间段之后的未来时间段内输出重力补偿动作。

7、在本发明的一个实例中，根据支撑数据集合中形成于相邻时刻的支撑数据差变化值调整第一重力补偿数据，以得到第二重力补偿数据，包括：获取形成于第i时刻和第i+1时刻的第一支撑数据差，以及获取形成于第i+1时刻之后的第j时刻和第j+1时刻的第二支撑数据差；根据第一支撑数据差和第二支撑数据差获取支撑数据差变化值；若支撑数据差变化值未落入预设差值区间，则控制重力补偿系统启动自动检修功能，并控制重力补偿系统将构成预设差值区间的上限差值补偿至第一重力补偿数据，以得到第二重力补偿数据；若支撑数据变化值落入预设差值区间，则根据支撑数据差变化值调整第一重力补偿数据，以得到第二重力补偿数据。

8、在本发明的一个实例中，根据目标对象在当前时刻操作主操作手输入的当前支撑数据与历史支撑数据之间的差值判断是否满足修正条件，包括：若否，则控制重力补偿系统按照历史重力补偿数据输出重力补偿动作。

9、在本发明的一个实例中，判断身份识别系统的身份识别区域是否存在目标身份对象，包括：若否，则控制主操作手保持待机状态。

10、另一方面，本发明还提供一种用于主操作手的重力补偿控制系统，主操作手的握持部设有身份识别系统；重力补偿控制系统包括：第一判断模块，第一判断模块用于在主操作手上电后，判断身份识别系统的身份识别区域是否存在目标身份对象；获取模块，获取模块用于根据第一判断模块的判断结果为判定身份识别系统的身份识别区域存在目标身份对象时，根据目标身份对象获取目标身份信息；第二判断模块，第二判断模块用于判断历史数据库中是否存储有与目标身份信息关联的历史重力补偿信息；其中，历史重力补偿信息包括相互关联的历史重力补偿数据和目标对象操作主操作手输出的历史支撑数据；第三判断模块，第三判断模块用于根据第二判断模块的判断结果为历史数据库中存储有与目标身份信息关联的历史重力补偿信息时，则根据目标对象在当前时刻操作主操作手输入的当前支撑数据与历史支撑数据之间的差值判断是否满足修正条件；修正模块，修正模块用于当判定差值满足修正条件，则根据形成于当前支撑数据与历史支撑数据之间的比例修正历史重力补偿数据，以得到当前重力补偿数据；控制模块，控制模块用于控制主操作手的重力补偿系统按照当前重力补偿数据输出重力补偿动作。

11、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：能够实现如上述任一实例对应的技术效果，此处不再赘述。

12、在本发明的一个实例中，构建主操作手的动力学模型，并根据机器人动力学方程获取主操作手的关节重力项为g，且g满足以下公式1：

13、公式1：

14、其中，gi为第i个关节的重力项g；mi为第i个关节的质量；gt为重力矩阵；upi为关节的变量矩阵对第i个关节变量的导数；rp为关节的质心位置矩阵。

15、再一方面，本发明还提供一种存储介质，存储介质上存储程序或指令，程序或指令被处理器执行时实现如上述任一实例中的重力补偿控制方法的步骤。

16、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：能够实现如上述任一重力补偿控制方法中的技术效果，此处不再赘述。

17、采用本发明的技术方案后，能够达到如下技术效果：

18、通过使得当前支撑数据与历史支撑数据之间的差值以触发修正条件，则可以根据该比例修正历史重力补偿数据，进而得到当前重力补偿数据。通过修正或者调整重力补偿数据，确保操作人员在多次先后使用主操作手的过程中，更加匹配操作人员当前的实时状态，也即通过重力补偿系统根据操作人员的实时状态进行实时调整重力补偿数据，从而提高操作人员的使用舒适性。