[发明专利]手术机器人主手模拟方法、主手和应用

说明书

本公开提供了一种手术机器人主手模拟方法、主手和应用，其手术机器人主手模拟方法包括：在一个时间段内，采集上肢目标肌肉产生的肌电信号；对所述肌电信号进行信号预处理，获取所述肌电信号在不同时刻对应的幅值；根据所述肌电信号在不同时刻对应的幅值，获取所述上肢目标肌肉激活状态；根据所述上肢目标肌肉激活状态，驱动希尔型肌肉模型的关节产生运动，获取上肢目标肌肉的肌肉力；根据所述上肢目标肌肉的肌肉力，获取掌指关节以及腕关节的运动角度；根据所述掌指关节以及腕关节的运动角度，驱动从手端运动。

技术领域

本公开涉及医疗器械和机械控制领域，尤其涉及一种基于肌肉骨骼模型的手术机器人主手模拟方法、主手和应用。

背景技术

在现代社会的进程中，机器人逐渐改变着人类的生产、生活方式，提高各行业的生产效率和产品质量，作为属于高端化、智能化医疗器械产品的手术机器人，能够以远程操作医疗系统执行手术，在辅助外科手术预防、诊断、治疗、康复等领域有独特优势，发展潜力巨大。手术机器人采用远程操作医疗系统与传统微创手术相结合，可允许外科医生间接地通过控制机械式手术机器人主手来完成手术操作，增加手术操作的精确度。

然而，现有技术中的机械式手术机器人主手存在一些不足，例如，ComputerMotion公司开发的ZEUS手术机器人系统，该系统无法消除手部产生的抖动信号，容易出现操作失误现象，而且该系统体积比较大，工作空间很小，灵活性不够高，这给该系统自身发展带来了极大的限制；Intuitive Surgical公司开发的Da Vinci手术机器人价格高昂，系统庞大、结构复杂、在操作手术机器人主手的过程中需要对操作者进行长时间的培训，长时间操作手术机器人主手操作杆容易造成操作者疲劳。

因此，现有机械式主手中系统庞大、结构复杂、培训时间长以及容易造成操作者疲劳等问题，亟需本领域技术人员攻克。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种手术机器人主手模拟方法、主手和应用，以解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种手术机器人主手模拟方法，包括：

在一个时间段内，采集上肢目标肌肉产生的肌电信号；

对所述肌电信号进行信号预处理，获取所述肌电信号在不同时刻对应的幅值；

根据所述肌电信号在不同时刻对应的幅值，获取所述上肢目标肌肉激活状态；

根据所述上肢目标肌肉激活状态，驱动希尔型肌肉模型的关节产生运动，获取上肢目标肌肉的肌肉力；以及

根据所述上肢目标肌肉的肌肉力，获取掌指关节以及腕关节的运动角度，以驱动从手端运动。

在本公开的一些实施例中，所述对所述肌电信号进行信号预处理，获取所述肌电信号在不同时刻对应的幅值包括：

对所述肌电信号进行放大处理，得到放大后的肌电信号；

对所述放大后的肌电信号，进行滤波处理，得到滤波处理后的肌电信号；

对所述滤波处理后的肌电信号进行整流处理，得到整流处理后的肌电信号；以及

对所述整流处理后的肌电信号进行动作时段检测，确定所述肌电信号的动作有效时段。

在本公开的一些实施例中，所述根据所述肌电信号在不同时刻对应的幅值，获取所述上肢目标肌肉激活状态包括：

在t时刻的神经激活状态为：

u(t)＝k×A(t)(t-d)-l₁×u(t-1)-l₂×u(t-2)