一种手术机器人系统的控制方法、系统、装置和可读存储介质

技术领域

本申请涉及手术机器人技术领域，具体而言，涉及一种手术机器人系统的控制方法、系统、装置和可读存储介质。

背景技术

微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备在人体腔体内部施行手术的一种手术方式。相比传统手术方式，微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优势。随着科技的进步，微创手术技术及机器人技术逐渐成熟，并被广泛应用，机器人辅助的微创外科手术逐渐成为微创外科手术的发展趋势，并已逐步应用到实际临床中。

机器人辅助手术过程中，医生经常会期望手术床能够移动一定距离或旋转一定角度，从而调整术中生物体的体位，以便优化术中生物体手术部位的视野和操作空间。如果需要将插入生物体体内的所有医疗器械和内窥镜移除到生物体体外，再移动手术床，则操作过程非常耗时并且操作过程繁琐，且无法保证手术床仅仅经过一次调整后能够使得生物体体位即达到期望状态，导致在调整手术床的过程中，对手术机器人的操作较为繁琐、耗时，甚至可能会对患者造成伤害，增加了手术过程中的不确定性风险。

发明内容

本申请实施例提供了一种手术机器人系统的控制方法、系统、装置和可读存储介质，可以解决如何跟随手术床在不同自由度的移动而进行运动，在实现灵活调整生物体体位的同时保障生命安全的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种手术机器人系统的控制方法，手术机器人系统包括手术机器人和手术床，驱动臂远端装设有穿刺装置，穿刺装置用于插入位于手术床的台面的生物体的身体开口内，方法包括：

获取手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系之间的位置配准关系和姿态配准关系；

基于位置配准关系和姿态配准关系，获取穿刺装置在手术床的基准坐标系的初始位姿；

响应于手术床的台面的运动，获取手术床的台面的运动量，并基于位置配准关系、姿态配准关系、初始位姿和运动量，确定穿刺装置在手术机器人的基准坐标系的目标位姿；

基于目标位姿确定驱动臂中关节的目标关节变量；

根据目标关节变量驱动关节运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿。

第二方面，本申请实施例提供了一种手术机器人系统，包括手术机器人和手术床，驱动臂远端装设有穿刺装置，穿刺装置用于插入位于手术床的台面的生物体的身体开口内，系统还包括控制器，控制器与手术机器人和手术床耦接，控制器被配置成：

获取手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系之间的位置配准关系和姿态配准关系；

基于位置配准关系和姿态配准关系，获取穿刺装置在手术床的基准坐标系的初始位姿；

响应于手术床的台面的运动，获取手术床的台面的运动量，并基于位置配准关系、姿态配准关系、初始位姿和运动量，确定穿刺装置在手术机器人的基准坐标系的目标位姿；

基于目标位姿确定驱动臂中关节的目标关节变量；

根据目标关节变量驱动关节运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿。

第三方面，本申请实施例提供了一种手术设备，手术设备可以包括手术机器人或手术床中的任意一个，手术设备包括第一测距装置、驱动装置和控制器，手术设备记为第一手术设备，控制器被配置成：

基于位置配准关系和姿态配准关系，获取穿刺装置在手术床的基准坐标系的初始位姿；

响应于手术床的台面的运动，获取手术床的台面的运动量，并基于位置配准关系、姿态配准关系、初始位姿和运动量，确定穿刺装置在手术机器人的基准坐标系的目标位姿；

基于目标位姿确定驱动臂中关节的目标关节变量；

根据目标关节变量驱动关节运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿。

第四方面，本申请实施例提供了一种手术设备，手术设备可以包括手术机器人或手术床中的任意一个，手术设备包括：

标识，用于被设置在第二手术设备的第一测距装置识别以获取由第一测距装置测量的第一手术设备与第二手术设备的相对位置，以及获取由设置在第二手术设备的驱动装置测量的第一测距装置与标识之间的第一相对姿态。

第五方面，本申请实施例提供了一种手术机器人系统的控制装置，包括：

存储器，用于加载并执行计算机程序；

处理器，用于加载并执行计算机程序；

其中，计算机程序由处理器加载并执行实现如前的手术机器人系统的控制方法的步骤。

第六方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述的手术机器人系统的控制方法的步骤。

可以理解的是，上述第二方面至第六方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本申请实施例通过获取手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系之间的位置配准关系和姿态配准关系；基于位置配准关系和姿态配准关系，获取穿刺装置在手术床的基准坐标系的初始位姿；响应于手术床的台面的运动，获取手术床的台面的运动量，并基于位姿配准关系、姿态配准关系、初始位姿和运动量，确定穿刺装置在手术机器人的基准坐标系的目标位姿；基于目标位姿驱动关节运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿，既实现灵活调整生物体体位，且同时保障生物体生命安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中一种主操作台的示意图；

图2为本申请实施例中一种从操作设备的示意图；

图3a为本申请实施例中一种手术机器人系统的控制方法流程示意图；

图3b为本申请实施例中另一种手术机器人系统的控制方法流程示意图；

图4为本申请实施例中一种手术机器人系统中测距装置安装示意图；

图5本发明一实施例提供的手术机器人系统的配准示意图所示；

图6本发明一实施例提供的另一种手术机器人系统中测距装置安装示意图；

图7本发明一实施例提供的另一种手术机器人系统的配准示意图所示；

图8本发明一实施例提供的另一种手术机器人系统中测距装置安装示意图；

图9本发明一实施例提供的另一种手术机器人系统的配准示意图所示；

图10本发明一实施例提供的另一种手术机器人系统的联动过程示意图；

图11本发明一实施例提供的术前准备过程示意图；

图12本发明一实施例提供的另一种手术机器人系统的手术床操作面板的示意图；

图13为本申请实施例中一种手术机器人系统的另一种控制方法流程示意图。

附图标记说明：

100-主操作台；101-手术机器人；105-手术床；106-生物体110-主手手臂；120-操作部；200-从操作设备；201-手术机器人的基座；202-配准装置；203-固定支撑柱；204-推动扶手；205-升降立柱；206-大臂；207-小臂；208-定向平台；209-转动平台；210-伸缩臂；211-固定竖臂；212-竖臂；213-转弯头；214-旋风关节；215-偏转关节；J5-旋转关节；216-平行四边形联动装置底座；217-第一连杆；218-第二连杆；219-持械臂；220-医疗器械；221-远心不动点；222-穿刺装置；223-手术床台面；224-前后倾斜旋转关节；225-左右倾斜旋转关节；226-伸缩立柱；227-固定立柱；228-手术床的基座；250-机械臂；260-调整臂；270-操纵臂；280-手术床运动机构；301-支架；302-转台；303-第一测距装置；304-驱动装置；305-第二测距装置；308-测距信号；310-第二手术设备；311-安装面；312-安装面；313-标识。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施例做详细的说明。以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

手术机器人101包括主操作台100和从操作设备200。如图1所示为本申请实施例中一种主操作台100，主操作台100包括操作部120，操作部120包括多组主关节。操作部120还可包括主手手臂110，手臂关节可设置在主手手臂110中以改变主手手臂110的位姿。操作部120还可包括主手手腕，腕关节可设置在主手手腕中以控制主手手腕的位姿。可选的，操作部120还可以包括可推动部件，通过移动可推动部件，从而改变操作部120的位姿。

操作部120还可以包括驱动装置，例如电机，驱动装置可设置有编码器，以实现自动对位及其它相应控制功能。

操作部120还可以包括显示设备，以便操作者观察从操作设备200。

如图2本申请实施例中一种从操作设备的示意图所示，从操作设备200可以包括驱动臂、医疗器械220，从操作设备200中所有的关节统称为从关节。驱动臂和医疗器械220中均可根据需要设置关节。

从操作设备200还可以包括驱动装置，例如驱动装置可以为电机，通过驱动装置可以使得驱动臂和医疗器械220运动，从而改变医疗器械220的位姿。医疗器械可以根据实际手术需要，包括图像设备或者手术末端执行器，手术末端执行器可以用于执行手术操作如剪切、缝合等。示例性的，末端执行器包括组织抓紧器、针驱动器、剪刀、牵开器、电外科手术烧灼工具、缝合器、外科手术施夹钳、超声切割器、抽吸/冲洗工具、导管、超声探头等。图像设备可以为内窥镜。

具体地，主手手臂110和主手手腕与从操作设备200的医疗器械220之间建立起位姿的主从映射控制。这种映射可以为位置关系相对应，位置关系相对应可为距离成比例、距离趋势对应等对应关系。或者，这种映射可以为运动关系相对应，其可为运动姿态对应、运动趋势对应等。从而，使得操作者在操作主手手臂110和主手手腕可以控制医疗器械220执行相应的动作(例如俯仰、偏摆、滚转、夹持等)。

手术机器人101也可以包括多个主操作台100和/或多个从操作设备200，每个操作台可以包括多个操作部120，每个从操作设备200可以包括多个医疗器械220，本申请实施例中对此并不限定。例如主手手臂110可以包括两个，即左手手臂和右手手臂，分别对应左手和右手，以便于医生的左手和右手分别对其进行操作，可选的，主手手臂110也可以是一个或者超过两个，可根据实际情况进行灵活配置。

驱动臂可以根据需要设计臂和关节，不同的臂和关节对应的不同运动学模型，根据运动学模型可以控制医疗器械22到达医生期望的目标位姿。示例性的，驱动臂包括机械臂250、调整臂260、操纵臂270和基座201。进一步的，为了能够在水平地面任意方向进行整体移动，还可以包括滚轮。滚轮使得手术机器人101与手术床105之间的相对位置关系更加灵活，消除了固定位置区域性的约束条件，现场医护人员可以依据现场实际手术使用需求通过推动扶手204使得驱动臂能够充分靠近手术床105，从而便于在生物体106体外上方的术前摆位动作以及摆位后的锁定操作。本申请实施例提供的驱动臂仅为一种解释性示例，并不用于限制本申请的保护范围。

其中，机械臂250包括与基座201固定连接的用于支撑系统所有运动关节的固定支撑柱203、执行机械臂整体升降直线运动J1的升降立柱205、分别执行旋转运动J2和J3的大臂206和小臂207，以及控制一条或多条调整臂260执行整体旋转运动J4的定向平台208，这些关节的运动能够帮助调整臂260和操纵臂270快速到达预期的术前摆位区域，有利于缩短手术机器人101与生物体106之间的对接时间。本申请实施例中，为了进行配准，在基座201或者支撑柱203设置配准装置202，配准装置202包括测距装置或者标识等。

一条或多条调整臂260单独或采用并联方式与定向平台208通过旋转关节J5完成连接，在一些示例中，驱动臂存在多条调整臂情况，考虑到多条调整臂之间构型相同以及各关节运动描述相同，因此，图2中仅以一条调整臂260和一条操纵臂270作为示例进行结构呈现以及下文中各关节运动关系的文本描述。调整臂260进一步包括小转动平台209、在平行与地面的水平方向上执行直线平移运动J6的伸缩臂210、相对于固定连接在伸缩臂210上的固定竖臂211、沿着和围绕着垂直于地面的竖直轴线上执行上下升降运动J7和旋转运动J8的竖臂212，以及转弯头213和执行旋转运动J9的旋风关节214。其中，小转动平台209、伸缩臂210和竖臂212的运动参与执行术前的进一步摆位操作，多条调整臂之间需要彼此间隔一定距离，以便为操纵臂270提供足够的允许运动空间，此外，这些关节运动用于调整操纵臂270末端远心不动点221的位置，便于操纵臂270末端与插入生物体106体内的穿刺装置222能够快速完成对接。旋风关节214用于执行操纵臂270的整体姿态调整，以便避免术中操纵臂发出碰撞现象。

操纵臂270进一步包括与旋风关节214发生旋转运动J10的偏转关节215、平行四边形联动装置底座216、执行旋转运动J11的第一连杆217和第二连杆218，以及用于安装医疗器械220沿导轨方向执行直线运动J12的持械臂219。与生物体106腹腔壁开口点相同的Trocar远心不动点221由旋风关节214轴线和偏转关节215轴线的交点进行定义，并且与这两条轴线与平行四边形联动装置底座216的侧向中心面的交点同样汇聚于一点，此外，第一连杆217和第二连杆218作为两条相邻边与相对他们平行的两条虚拟相邻边构成平行四边形运动机构，由单一电机控制并围绕旋转运动J11轴线执行平行四边形运动的折叠和张开运动，平行四边形的运动不动点同样与Trocar远心不动点221汇交于一点，并且该不动点位于医疗器械220的中心轴线上，医疗器械插入到生物体106体内后基于主从配准关系执行主操控台医生的手术动作，为了在手术部位获得充足可操作空间，通常医疗器械220与Trocar远心不动点221存在一定距离。手术床105进一步包括固定在手术床上的生物体106和手术床运动机构280。手术床运动机构280进一步包括可以在水平地面移动的基座228、固定立柱227、伸缩立柱226、前后倾斜旋转关节224、左右倾斜旋转关节225，以及最上方的水平手术床台面223。固定立柱227通过螺栓连接固定在基座228上，伸缩立柱226与固定立柱227之间可以发生相对移动执行上下升降运动B2，同时两者作为整体支撑机构起到支撑手术床的台面和生物体106的作用，前后倾斜旋转关节224的旋转运动B3轴线与左右倾斜旋转关节225的旋转运动B4轴线相交于手术床台面223与伸缩立柱226之间的位置，在此上方为用于支撑和固定生物体106的台面223，手术床台面的平移运动B1由位于手术床台面内部的伸缩传动机构执行。手术床105还可以包括控制单元，用于存储手术床105的各运动关节的运动关节变量信息，并且通过无线或有线方式将手术床的运动关节变量信息传输到驱动臂的控制单元。其中开口可以为人为切口的，或者身体本身具有的，例如肚脐或者肛门等。

手术机器人101还可包括控制器，控制器可以集成于主操作台100，也可以集成于从操作设备200，也可以集成于手术床105。当然，控制器也可以独立于主操作台100和从操作设备200，例如可部署在本地，又例如控制器可以部署在云端。其中，控制器可以由一个以上的处理器构成。需要说明的是，控制器可以为多个，多个控制器可分别处理不同的信息，其中，多个控制器中即可以具有一主控制器，其他为从控制器，也可以彼此相对独立。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

机器人辅助手术过程中，医生经常会期望手术床能够水平移动一定距离或旋转一定角度，从而调整术中生物体106的体位，以便改善或优化手术操作过程中生物体106手术部位的视野和操作空间。

由于手术机器人101、手术床105在每次手术时的相对位置可能是不同的，生物体106体型胖瘦不同导致设置穿刺装置222的开口位置也不同，手术床105的移动调整也不尽相同，在如此多的未知情况下，如何控制手术机器人101跟随手术床105的运动而恰当的调整位姿，实现保持生物体106与穿刺装置222的相对位姿不变是非常重要的。本申请实施例通过利用测距装置测量手术机器人101和手术床105的相对位置，从而确定手术机器人101和手术床105的配准关系，因此解决了在未知不同生物体106的具体开口位置时，实现控制手术机器人101跟随手术床105的运动而恰当的调整位姿，以保证生命安全。

如图3a是本发明一实施例提供的手术机器人系统的控制方法流程示意图，在本申请一实施例提供的手术机器人系统的控制方法中，手术机器人系统包括手术机器人101和手术床105，驱动臂远端装设有穿刺装置222，穿刺装置用于插入位于手术床的台面的生物体的身体开口内，包括：

步骤S301：获取手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系之间的位置配准关系和姿态配准关系。手术机器人的基准坐标系可选的包括手术机器人的基坐标系、调整臂末端坐标系、机械臂末端坐标系、图像设备的坐标系、显示设备的坐标系等，手术床的基准坐标系包括手术床的台面坐标系、手术床的轴坐标系、手术床的基坐标系等，以及与前述各坐标系的坐标轴相平行，但原点不同的坐标系。手术机器人的基准坐标系也可以称为手术机器人侧的坐标系，手术床的基准坐标系也可以称为手术床侧的坐标系。其中，位置配准关系和姿态配准关系可以实时计算或者预先计算好直接调用。其中，手术床旋转运动的转动中心为等中心点，以等中心点建立等中心点坐标系，也可以称为前述的手术床的轴坐标系。

步骤S302：响应于手术床的台面的运动，控制穿刺装置进行运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿不变，可以包括以下步骤：

步骤S3021：基于位置配准关系和姿态配准关系，获取穿刺装置在手术床的基准坐标系的初始位姿，其中，初始位姿为相对于手术床的基准坐标系的位姿，例如手术床的基准坐标系选择手术床的台面坐标系、手术床的轴坐标系、手术床的基坐标系，以及与前述各坐标系的坐标轴相平行，但原点不同的坐标系中的任意一个坐标系。例如初始位姿为在手术床的基坐标系的位姿，可以理解的是，可以直接获取穿刺装置在手术床的基坐标系的初始位姿，也可以不是直接获取在手术床的基坐标系的位姿，而是获取在手术床的台面坐标系、手术床的轴坐标系中的位姿，然后根据坐标系之间的配准关系转换为在手术床的基坐标系的位姿。

步骤S3022：响应于手术床的台面的运动，获取手术床的台面的运动量，并基于位置配准关系、姿态配准关系、初始位姿和运动量，确定穿刺装置在手术机器人的基准坐标系的目标位姿。手术床的运动量通常的可以手术床的台面的运动量来衡量。

步骤S3023：基于目标位姿，控制驱动臂中关节运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿，具体包括：

步骤S3024：基于目标位姿确定驱动臂中关节的目标关节变量；

步骤S3025：根据目标关节变量驱动关节运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿。

本申请实施例中以穿刺装置作为控制对象，以及求取初始位姿、目标位姿的对象，可选的，穿刺装置可以替换为医疗器械，以穿刺装置作为控制对象，以及求取初始位姿、目标位姿的对象，或者穿刺装置和医疗器械一起使用，部分作为控制对象，或者部分作为求取初始位姿、目标位姿的对象。

本申请实施例通过利用手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系之间的位置配准关系和姿态配准关系，确定手术床移动后驱动臂中关节的目标关节变量，并根据目标关节变量控制驱动臂驱动穿刺装置运动，从而实现了保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿不变，既实现灵活调整生物体体位，且同时保障生物体生命安全。

在本申请另一实施例提供的手术机器人系统的控制方法中，手术机器人系统包括手术机器人101和手术床105，驱动臂远端装设有穿刺装置222，穿刺装置用于插入位于手术床的台面的生物体的身体开口内，步骤S3021基于位置配准关系和姿态配准关系，获取穿刺装置在手术床的基准坐标系的初始位姿，具体包括：

第一步：获取驱动臂的初始关节变量。本申请实施例中在对手术床进行运动之前对应的穿刺装置的位姿视为初始位姿，初始位姿对应的驱动臂的关节变量视为初始关节变量。本申请实施例通过设置在驱动臂中的测量装置获取初始关节变量。可选的测量装置可以是传感器，例如电机中的编码器，可以测量关节变量。

第二步：基于初始关节变量和正运动学，确定穿刺装置在机器人的基准坐标系中的初始位姿。初始位姿可以自由的选定机器人的基准坐标系，可选的包括手术机器人的基坐标系、调整臂末端坐标系、机械臂末端坐标系、图像设备的坐标系等。本申请实施例中可以灵活的选择坐标系，旨在确定手术床进行运动之前穿刺装置在手术机器人的基准坐标系中对应的位姿。

可选的，手术床的调整是微调更加安全，在手术床的调整中，手术机器人对穿刺装置的调整实时跟上手术床的调整更加安全，当然也可以允许存在一定的时间差。如果把手术床的整个调整过程视为一个完整的调整过程，那么该完整的调整过程包含很多个微小的子调整过程，每个子调整过程结束时对应的穿刺装置的位姿即是下一个子调整过程开始时对应的穿刺装置的初始位姿。

第三步：根据穿刺装置的初始位姿、坐标系间的位置配准关系/姿态配准关系，确定穿刺装置在手术床的基准坐标系中的初始位姿。

可选的手术床的基准坐标系包括手术床的台面坐标系或者手术床的轴坐标系、手术床的基坐标系等。坐标系间的配准关系指在机器人侧选择的坐标系与在手术床侧选择的坐标系之间的配准关系。例如，如果在机器人侧选择的坐标系为手术机器人的基坐标系，在手术床侧选择的手术床的基坐标系，则坐标系间的配准关系指手术机器人的基坐标系与手术床的基坐标系之间的配准关系。如果在机器人侧选择的坐标系为手术机器人的基坐标系，在手术床侧选择的手术床的台面坐标系，则坐标系间的配准关系指手术机器人的基坐标系与手术床的台面坐标系之间的配准关系。在确定了穿刺装置在手术床的台面坐标系的位姿之后，也可以根据需要进一步根据手术床的台面坐标系与手术床的基坐标系之间的配准关系，将穿刺装置在手术床的台面坐标系的位姿转换为穿刺装置在手术床的基坐标系的位姿。

本申请实施例中可以灵活的选择坐标系以及对应的坐标系之间的配准关系，旨在确定手术床进行运动之前穿刺装置在手术床的基准坐标系中对应的初始位姿。

可选的，步骤S3022响应于手术床的台面的运动，获取手术床的台面的运动量，并基于位置配准关系、姿态配准关系、初始位姿和运动量，确定穿刺装置在手术机器人的基准坐标系的目标位姿，包括：

第一步：获取手术床的台面的运动量。本申请实施例通过设置在手术床中的测量装置获取手术床的台面的运动量，手术床的运动量可以包括旋转角度、水平移动距离和升降运动距离，以及它们的任意组合。可选的测量装置可以是传感器，例如电机中的编码器，可以测量关节变量，例如平动距离或者旋转角度等。可选的，可以定期或不定期的获取手术床的台面的运动量，例如间隔T时间定期获取手术床的台面的运动量，T可以根据需要灵活选定，T越短则控制精度越高，但频繁获取数据也会占用较多的系统资源。

第二步：响应于手术床的台面的运动，基于穿刺装置在手术床的基准坐标系中的初始位姿、手术床的台面的运动量，确定穿刺装置在手术床的基准坐标系的目标位姿，该目标位姿可以称为第一位姿。

第三步：基于第一位姿、位置配准关系和姿态配准关系，确定穿刺装置在手术机器人的基准坐标系的目标位姿。

可选的，第二步和第三步可以合并为一步，直接根据初始位姿、手术床的台面的运动量、位置配准关系和姿态配准关系，确定穿刺装置在手术机器人的基准坐标系的目标位姿，从而不需要确定第一位姿。

本申请实施例通过利用手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系之间的位置配准关系和姿态配准关系，确定手术床移动后驱动臂中关节的目标位姿，并根据目标位姿控制驱动臂驱动穿刺装置运动，从而实现了保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿不变，既实现灵活调整生物体体位，且同时保障生物体生命安全。

在本申请另一实施例提供的手术机器人系统的控制方法中，如图3b是本发明一实施例提供的手术机器人系统的控制方法流程示意图所示，手术机器人系统包括手术机器人101和手术床105，驱动臂远端装设有穿刺装置222，，穿刺装置用于插入位于手术床的台面的生物体的身体开口内，控制方法包括：

步骤S401：获取手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系之间的位置配准关系和姿态配准关系。手术机器人的基准坐标系可选的包括手术机器人的基坐标系、调整臂末端坐标系、机械臂末端坐标系、图像设备的坐标系、显示设备的坐标系等，手术床的基准坐标系包括手术床的台面坐标系、手术床的轴坐标系、手术床的基坐标系等，以及与前述各坐标系的坐标轴相平行，但原点不同的坐标系。手术机器人的基准坐标系也可以称为手术机器人侧的坐标系，手术床的基准坐标系也可以称为手术床侧的坐标系。其中，位置配准关系和姿态配准关系可以实时计算或者预先计算好直接调用。

步骤S402：响应于手术床的台面的运动，控制穿刺装置进行运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿不变，可以包括以下步骤：

步骤S4021：响应于手术床的台面的运动，获取穿刺装置在手术床的基准坐标系的第一位姿。其中，第一位姿为相对于手术床的基准坐标系的位姿，例如手术床的基准坐标系选择手术床的台面坐标系、手术床的轴坐标系、手术床的基坐标系，以及与前述各坐标系的坐标轴相平行，但原点不同的坐标系中的任意一个坐标系。例如第一位姿为在手术床的基坐标系的位姿，可以理解的是，可以直接获取穿刺装置在手术床的基坐标系的第一位姿，也可以不是直接获取在手术床的基坐标系的位姿，而是获取在手术床的台面坐标系、手术床的轴坐标系中的位姿，然后根据坐标系之间的配准关系转换为在手术床的基坐标系的位姿。

步骤S4022：基于位置配准关系、姿态配准关系和第一位姿，确定穿刺装置在手术机器人的基准坐标系的第二位姿。根据前述步骤中选择的配准关系、第一位姿，从而确定第二位姿相对的坐标系及对应的位姿。示例性的，位置配准关系和姿态配准关系指手术机器人的基坐标系与手术床的基坐标系之间的配准关系，第一位姿指在手术床的基坐标系的位姿，则可以确定穿刺装置在手术机器人的基坐标系的第二位姿。

步骤S4023：根据逆运动学，基于第二位姿确定驱动臂中关节的目标关节变量。

步骤S4024：根据目标关节变量驱动关节运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿。

本申请实施例中以穿刺装置作为控制对象，以及求取初始位姿、目标位姿的对象，可选的，穿刺装置可以替换为医疗器械，以穿刺装置作为控制对象，以及求取初始位姿、目标位姿的对象，或者穿刺装置和医疗器械一起使用，部分作为控制对象，或者部分作为求取初始位姿、目标位姿的对象。

本申请实施例通过利用手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系之间的位置配准关系和姿态配准关系，确定手术床移动后驱动臂中关节的目标关节变量，并根据目标关节变量控制驱动臂驱动穿刺装置运动，从而实现了保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿不变，既实现灵活调整生物体体位，且同时保障生物体生命安全。

在本申请另一实施例提供的手术机器人系统的控制方法中，手术机器人系统包括手术机器人和手术床，驱动臂远端装设有穿刺装置，穿刺装置用于插入位于手术床的台面的生物体的身体开口内，步骤响应于手术床的台面的运动，控制穿刺装置进行运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿不变，具体包括：

手术床的台面的运动可以包括三个自由度：升降运动方向、水平运动方向和旋转运动方向。对于大部分的手术床而言，通常是单个自由度分别调整，这样有利于更加准确的微调。

升降运动方向：手术床沿垂直于地面的竖直方向进行升降运动，此时如果没有本申请实施例中手术机器人系统的控制方法，穿刺装置与生物体的相对位置将可能会发生变化，从而引发生物体的生命安全风险。本申请实施例为了确保穿刺装置与生物体的相对位姿不变，手术机器人系统需要控制穿刺装置进行同等距离的升降运动，运动方向与手术床的运动方向相同，从而抵消手术床的运动，以保持穿刺装置相对于生物体的位姿不变。由于生物体绑定在手术床，无论手术床如何运动，生物体相对于手术床的位姿保持不变，因此穿刺装置相对于与生物体的位姿不变等同于穿刺装置相对于手术床的位姿保持不变。

其中，手术床沿竖直方向的升降距离可以由设置在手术床中的测量装置测得，例如电机中的编码器可以测得对应手术床升降的关节变量，从而确定对应的升降距离。

其中，手术机器人系统控制穿刺装置进行同等距离的升降运动，可选的，结合驱动臂的具体情况，调整可改变穿刺装置高度的关节，如图2中所示的升降立柱，此时可以将手术机器人的其他关节锁定以保持不动。如果所选用的手术机器人具体的驱动臂构成不同于图2，则只要找出可改变穿刺装置高度的关节进行调整即可，本申请实施例对具体的关节并不进行限定。

水平运动方向：手术床沿平行于地面的水平方向进行水平运动，同理，此时如果没有本申请实施例中手术机器人系统的控制方法，穿刺装置与生物体的相对位置将可能会发生变化，从而引发生物体的生命安全风险。本申请实施例为了确保穿刺装置与生物体的相对位姿不变，手术机器人系统需要控制穿刺装置进行同等距离的水平运动，运动方向与手术床的运动方向相同，从而抵消手术床的运动，以保持穿刺装置相对于生物体的位姿不变。

其中，手术床沿水平方向的水平运动距离可以由设置在手术床中的测量装置测得，例如电机中的编码器可以测得对应手术床水平运动的关节变量，从而确定对应的水平距离。

其中，手术床沿平行于地面的水平方向进行水平运动，可以包括沿生物体身长方向的进行水平运动，或者沿与生物体身长方向相垂直的方向进行水平运动，或者是沿与生物体身长方向有一定夹角的方向进行水平运动。

其中，手术机器人系统控制穿刺装置进行同等距离的水平运动，可选的，结合驱动臂的具体情况，调整可改变穿刺装置水平位置的关节，如图2中所示的J5、J6和J8，此时可以将手术机器人的其他关节锁定以保持不动。如果所选用的手术机器人具体的驱动臂构成不同于图2，则只要找出可改变穿刺装置水平位置的关节进行调整即可，本申请实施例对具体的关节并不进行限定。

旋转运动方向：手术床沿轴线进行升降运动，同理，此时如果没有本申请实施例中手术机器人系统的控制方法，穿刺装置与生物体的相对位置将可能会发生变化，从而引发生物体的生命安全风险。本申请实施例为了确保穿刺装置与生物体的相对位姿不变，手术机器人系统需要控制穿刺装置进行同等角度的旋转运动，旋转方向与手术床的旋转方向相同，从而抵消手术床的运动，以保持穿刺装置相对于生物体的位姿不变。

其中，手术床的旋转角度可以由设置在手术床中的测量装置测得，例如电机中的编码器可以测得对应手术床的旋转角度。

其中，手术机器人系统控制穿刺装置进行同等角度的旋转运动，可选的，结合驱动臂的具体情况，调整可控制穿刺装置旋转的关节，如图2中所示的调整臂260和操纵臂270中各关节，此时可以将机器人的其他关节锁定以保持不动。如果所选用的机器人具体的驱动臂构成不同于图2，则只要找出可控制穿刺装置旋转的关节进行调整即可，本申请实施例对具体的关节并不进行限定。

其中，手术床可以在前后倾斜旋转关节224的带动下绕224的轴线进行前后旋转运动B3，或者手术床可以在左右倾斜旋转关节225的带动下绕绕225的轴线进行左右旋转运动B4。

可选的，手术床的移动也可以不是简单的三个自由度的单独运动，可以是其中任意两个自由度的结合运动。在这种情况下，与前述的单个自由度移动的实现原理相同，区别点包括运动量是在至少两个自由度的运动量，依然可以由设置在手术床中的测量装置获取手术床的台面的运动量，然后在各个自由度通过调整驱动臂的关节以控制穿刺装置进行同等的运动，具体过程不再赘述。

可选的，手术床可以是整体进行调节，与可以是分段进行调节，例如手术床分为前后两个部分，前部或后部可以单独调节，从而单独调节生物体上半身或者下半身的体位。本申请实施例对手术床的具体调节结构不进行特别的限定。本申请实施例通过响应于手术床的台面的运动，调整驱动臂中的关节以控制穿刺装置进行运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿不变，既实现灵活调整生物体体位，且同时保障生物体生命安全。

在本申请另一实施例提供的手术机器人系统的控制方法中，手术机器人系统包括手术机器人和手术床，驱动臂远端装设有穿刺装置，穿刺装置用于插入位于手术床的台面的生物体的身体开口内，方法包括：

获取手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系之间的位置配准关系和姿态配准关系；

响应于手术床的台面的运动，获取穿刺装置在手术床的基准坐标系的第一位姿；

基于位置配准关系和姿态配准关系和第一位姿，确定穿刺装置在手术机器人的基准坐标系的第二位姿；

基于第二位姿驱动关节运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿。

其中，获取手术床的台面在手术床的基准坐标系的第一位姿，包括：

第一步：获取驱动臂的初始关节变量。

第二步：基于初始关节变量和正运动学，确定穿刺装置在机器人的基准坐标系中的初始位姿。

第三步：根据穿刺装置的初始位姿、坐标系间的位置配准关系/姿态配准关系，确定穿刺装置在手术床的基准坐标系中的初始位姿。

实现原理如前的确定穿刺装置在手术床的基准坐标系中的初始位姿，此处不再赘述。本申请实施例中可以灵活的选择坐标系以及对应的坐标系之间的配准关系，旨在确定手术床进行运动之前穿刺装置在手术床的基准坐标系中对应的位姿。

第四步：获取手术床的运动量。手术床的运动量通常的可以手术床的台面的运动量来衡量。本申请实施例通过设置在手术床中的测量装置获取手术床的运动量，手术床的运动量可以包括旋转角度、水平移动距离和升降运动距离，以及它们的任意组合。可选的测量装置可以是传感器，例如电机中的编码器，可以测量关节变量，例如平动距离或者旋转角度等。可选的，可以定期或不定期的获取手术床的运动量，例如间隔T时间定期获取手术床的运动量，T可以根据需要灵活选定，T越短则控制精度越高，但频繁获取数据也会占用较多的系统资源。

第五步：响应于手术床的台面的运动，基于穿刺装置在手术床的基准坐标系中的初始位姿、手术床的运动量，确定穿刺装置在手术床的基准坐标系的目标位姿，该目标位姿可以称为第一位姿。

其中，基于第二位姿控制驱动臂的关节运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿，包括：

基于第二位姿确定驱动臂中关节的目标关节变量；

根据目标关节变量驱动关节运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿。

本申请实施例通过响应于手术床的台面的运动，获取手术床的台面在手术床的基准坐标系的第一位姿，从而便于进一步调整驱动臂中的关节以控制穿刺装置进行运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿不变，既实现灵活调整生物体体位，且同时保障生物体生命安全。

在本申请提供的另一个实施例中，手术机器人系统包括手术机器人和手术床，驱动臂远端装设有穿刺装置，获取手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系的位置配准关系和姿态配准关系，包括：

手术机器人的基准坐标系可选的包括手术机器人的基坐标系、调整臂末端坐标系、机械臂末端坐标系、图像设备的坐标系、显示设备的坐标系、医疗器械的末端坐标系、远心不动点坐标系等，手术床的基准坐标系包括手术床的台面坐标系、手术床的轴坐标系、手术床的基坐标系等，以及与前述各坐标系的坐标轴相平行，但原点不同的坐标系。手术机器人的基准坐标系也可以称为手术机器人侧的坐标系，手术床的基准坐标系也可以称为手术床侧的坐标系。可以根据需要，选择手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系。

其中，位置配准关系和姿态配准关系可以实时计算或者预先计算好直接调用。可选的，在进入联动模式之后，先进行配准，配准成功之后再进行联动控制；或者在手术床和手术机器人的基座运动锁定后，即进行配准，在进入联动模式之后直接调用配准的结果。一旦检测到手术床或者手术机器人的基座发生运动就进行重新配准，这样既可以保证快速进入联动控制，也能保证配准结果的正确性。

示例性的，以手术机器人的基准坐标系选择手术机器人的基坐标系和手术床的基准坐标系选择手术床的基坐标系为例，获取手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系之间的位置配准关系和姿态配准关系，包括：

获取手术机器人的基坐标系和手术床的基坐标系之间的位置配准关系，也可以简称为获取手术机器人和手术床的之间的位置配准关系；

获取手术机器人的基坐标系和手术床的基坐标系之间的姿态配准关系，也可以简称为获取手术机器人和手术床的之间的姿态配准关系；

获取位置配准关系和姿态配准关系没有先后顺序的限定。

一种情况下，手术机器人的基坐标系可以建立在手术机器人的基座201上且包括位于水平面上的两个水平坐标轴(例如x轴和y轴)，手术床的基坐标系建立在手术床的基座228上且包括位于水平面的两个水平坐标轴(例如x轴和y轴)，同时，运动底盘与轮式底盘所在水平面相互平行，这样，手术机器人的基坐标系与手术床的基坐标系之间的姿态夹角，可以仅表征为手术机器人的基坐标系的水平坐标轴与手术床的基坐标系的水平坐标轴之间的相对偏转角度，从而简化坐标转换的运算。

具体地，本实施例中，手术机器人的基坐标系建立在基座201的中心位置，使得手术机器人的基坐标系具有平行于地面的二维坐标系(Orobot-Xrobot Yrobot)。手术床的基坐标系建立在基座228的中心位置，使得手术床的基坐标系具有平行于地面的二维坐标系(Obed-XbedYbed)，在不考虑地面不平整的情况下，手术机器人的基坐标系的轴线Zrobot和手术床的基坐标系的Zbed相互平行且垂直于地面，由于手术机器人与手术床之间相对位姿关系不固定，使得坐标系Orobot-XrobotYrobotZrobot与Obed-XbedYbedZbed之间存在绕Z轴向的夹角θz，该夹角θz即为用于手术机器人的基坐标系与手术床的基坐标系之间进行姿态定位的待获知变量。

如图4测距模块的安装示意图所示，本申请实施例中第一手术设备被配置有用于测距的第一测距装置和用于测量第一测距装置303与第一手术设备之间的夹角的驱动装置304，第二手术设备310被配置有标识313，第一手术设备包括手术机器人和手术床的其中之一，第二手术设备310包括手术机器人和手术床的另外一个。第一测距装置303用于通过识别标识313获取手术机器人和手术床的相对位置。第一测距装置303可以包括激光传感器，激光传感器通常具有超高精度以利于精准测距，激光传感器可以发射激光束，当激光束照射至被测物体时，便可以测得两者之间的距离。第一测距装置303还可以包括红外传感器、视觉传感器、超声波传感器或者雷达传感器等。当第一测距装置303设置在手术机器人时，第一测距装置303发射测距信号308至手术床，从而测得手术机器人和手术床的相对位置。当第一测距装置303设置在手术床时，第一测距装置303发射测距信号308至手术机器人，从而测得手术机器人与手术床的相对位置。其中，为了顺畅转动，可以为第一测距装置303配置固定转台302。第一测距装置303可以放置在支架301上，再安装于手术设备，可以理解的是支架301是可以省略的，可以直接安装在第一手术设备。可以理解的是，无论哪种安装方式，只要安装参数已知，均不影响配准关系的确定。

可选的，为了更便于测距装置发射测距信号308，手术机器人和手术床相邻的两个面设置第一测距装置303或者接收第一测距装置303发射的信号。可以理解的是，也可以在手术机器人或者手术床支撑部位的顶面设置第一测距装置303，或者可以设置在面与面的交线上，本申请对此不进行限定，只要测距信号308可以被接收方接收即可。其中支撑部位可以包括例如基座或者支撑柱。设置第一测距装置303的面可以称为安装面。

本申请实施例在手术机器人和手术床中任意一个中的相邻面上设置标识313。例如第一测距装置303设置在手术机器人，则标识313设置在手术床；第一测距装置303设置在手术床，则标识313设置在手术机器人。第一测距装置303可以识别标识313，当第一测距装置303发射的测距信号308发射至标识313时，可以提示用户，第一测距装置303此时对应的距离测量值表征第一测距装置303与标识的距离，可以作为手术机器人和手术床的相对位置距离。其中提示用户，可以采用任何的声音、图像或者消息等形式，本申请不进行具体的限制。

本申请实施例中标识313用于被第一测距装置303识别，从而获取此时第一测距装置303对应的距离测量值，以便于计算手术机器人的基坐标系和手术床的基坐标系的位置平移。其中，手术机器人的基坐标系和手术床的基坐标系其中一个可以称为第一坐标系，另外一个可以称为第二坐标系。为了便于被第一测距装置303识别，标识313在手术机器人或者手术床的安装面设置后，标识313与安装面具有高度差。安装面指标识313设置在手术机器人或者手术床的位置，例如可以是上表面(顶面)、侧面或者两个面的交线上。可选的，标识313为具有一定厚度的标签，标签可以粘贴或者其他方式固定在安装面上。标签可以具有一定的宽度，或者也可以比较窄，当比较窄的时候可以被视为具有一定厚度的线。可选的，也可通过将安装面制作成具有落差的平面，例如图4中的311和312，311和312由于高度不同会在相接处产生一个交面。该交面可以作为标识。或者，将安装面设置凹槽，同理，凹槽可以具有一定的宽度，或者也可以比较窄。或者，将安装面设置凸起，同理，凸起可以具有一定的宽度，或者也可以比较窄。

本申请实施例通过设置标识313形成两个高度不同的面，可以被第一测距装置303识别从而获取手术机器人和手术床的相对位置，便于确定第一坐标系与第二坐标系的位置平移。

进一步的，手术机器人包括驱动装置304，用于驱动第一测距装置303运动。可选的，驱动装置304设置在第一测距装置303的下方，从而更好的带动第一测距装置303运动。通过带动第一测距装置303运动，可以更快的识别标识313。例如带动第一测距装置303从与安装面垂直的方向开始向两侧扫描，或者从与安装面平行的方向开始扫描，扫描至标识313时，获取第一测距装置303对应的距离测量值。驱动装置304也可以设置在第一测距装置303的侧方位，只要可以带动第一测距装置303运动即可，本申请实施例不进行具体的限制。扫描的具体过程包括：

获取目标扫描范围；

控制测距装置以目标扫描范围旋转进行往复扫描；

判断是否检测到标识；

若是，则获取扫描到标识时对应的目标扫描数据，目标扫描数据包括目标距离；

判断是否符合停止扫描的条件；

若不符合停止扫描的条件，则缩小目标扫描范围以作为更新后的目标扫描范围，并返回控制测距装置以目标扫描范围旋转进行往复扫描的步骤；

若符合停止扫描的条件，则根据获取的目标扫描数据确定测距装置与标识之间的距离或者手术机器人与手术床之间的距离，以及获取与距离对应的扫描角度作为测距装置的扫描角度。

其中，停止扫描的条件，包括以下至少一项：

检测到标识的次数达到预设次数；

最近两次扫描数据中的目标距离之差小于或等于预设差值；

目标扫描范围缩小为常值；

以目标扫描范围扫描到唯一距离值。

其中，测距装置在驱动装置的驱动下执行往复扫描运动，扫描过程中随着不断检测到标识，扫描范围将不断缩小，在此过程中，记录每次扫描到标识时的目标距离，同时也可以记录该目标距离对应的目标扫描角度。如扫描次数达到2次以上，并且，最近两次扫描数据中的目标距离之差小于或等于预设差值，则可以停止扫描，根据最近两次扫描数据中的目标距离确定测距装置与标识之间的距离，例如可以取均值，或者取最近一次的目标距离，进而可以获取与最近一次的目标距离对应的扫描角度，作为测距装置扫描到标识的扫描角度。

另一实施方式中，还可以是在扫描范围不断缩小至常值时停止扫描，此时测距装置对准标识，或者，以目标扫描范围扫描到的数据中仅包含唯一距离值，此时测距装置同样对准标识，这种情况下，获取最后一次扫描数据中的目标距离作为测距装置与标识之间的距离，同时，测距装置在停止运动后能够通过编码器数据采集和计算得到测距装置与出射的检测信号之间的夹角，也即测距装置扫描到标识的扫描角度。如此，通过设定停止扫描的条件，可以获取到精度较高的距离和扫描角度，并提高测距效率。其中检测信号也可以成为检测光或者测距信号。扫描角度可以表征测距装置与第一手术设备之间的夹角。

获取手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系之间的位置配准关系，包括：

在第一测距装置303在驱动装置304的驱动下转动并扫描到标识313时，获取第一测距装置303与标识313之间的距离，并获取第一测距装置303与第一手术设备之间的夹角。可选的，驱动装置304还用于测量第一测距装置303与第一手术设备之间的夹角，例如第一测距装置303发射的测距信号308与第一手术设备之间的夹角，由于此时识别到标识313，因此该夹角可以作为标识313与第一测距装置303的相对姿态。可选的，采用第一测距装置303与标识313的连线与第一测距装置303的安装面垂面的夹角作为相对姿态，或者采用第一测距装置303与标识313的连线与第一测距装置303的安装面的夹角作为相对姿态。或者，第一测距装置303与标识313的连线、第一手术设备的基坐标系的水平坐标轴之间的夹角作为标识313与第一测距装置303的相对姿态。为了便于获取驱动装置304的角度测量值，可以预先使得在安装面垂面方向或者水平坐标轴方向对应驱动装置304获取的夹角为0度，当驱动装置304带动第一测距装置303运动扫描时，驱动装置304的读数既是第一测距装置303与标识313的连线与第一测距装置303的安装面垂面或者水平坐标轴方向的夹角。或者预先使得在安装面方向或者水平坐标轴方向对应驱动装置304获取的夹角为0度，驱动装置304的读数既是第一测距装置303与标识313的连线与第一测距装置303的安装面或者水平坐标轴方向的夹角。可以理解的是，也可以选择其他方向对应驱动装置304获取的夹角为0度。可选的，驱动装置304包括电机、或者液压缸等动力设备，本申请实施例不进行具体的限定。

获取第一测距装置303与第一手术设备之间的位置关系、以及标识313与第二手术设备之间的位置关系。可选的，标识313和第一测距装置303预先设置在安装面，因此标识313和第一测距装置303的安装参数是已知的，即标识313和第一测距装置303的安装位置是已知的，例如安装参数包括在基坐标系的坐标已知，或者与基坐标系的原点或者其它预设点的相对位置或者相对距离已知。同理，标识313可以设置在手术设备的支撑部位，例如基座或者支撑柱，或者设置在手术床的支撑部位，例如基座或者立柱。为了更清晰的识别，标识313最好不被遮挡，例如手术时如果需要铺设无菌手术单等，无菌手术单最好不遮挡标识313，同理第一测距装置303最好也不被遮挡。通过安装参数即可知道第一测距装置303与第一手术设备之间的位置关系、以及标识313与第二手术设备之间的位置关系。可选的，为了便于测量，第一测距装置303和标识313设置在同一水平高度，当然本申请实施例也可以允许不在同一水平高度。其中安装参数可以存储在手术机器人系统以备使用，当然也可以存储于其他位置，例如服务器或者云端等等。

基于距离、夹角、第一测距装置303与第一手术设备之间的位置关系、以及标识313与第二手术设备之间的位置关系，确定手术机器人与手术床之间的位置配准关系。可选的，通过构建三角形，利用三角形的边角定理确定手术机器人的基坐标系的原点和手术床的基坐标系的原点的位置关系。

示例性的，如图5配准示意图所示，第一测距装置303在驱动装置的带动下运动扫描，当识别到标识313时，获取第一测距装置303对应的距离测量值，记为d，d可以用以表征第一测距装置303与标识313之间的距离；获取对应的驱动装置的角度测量值，记为θ

获取第一测距装置303与第一手术设备之间的位置关系，例如获取第一测距装置303的第一安装参数，第一测距装置303设置时，其设置位置已确定因此对应的安装参数是已知的，例如第一测距装置303在第一坐标系的坐标是已知的。

获取标识313与第二手术设备之间的位置关系，例如获取标识313的标识313安装参数，标识313的数量大于等于1。

基于距离d、夹角θ

基于位置平移，确定第一坐标系与第二坐标系的位置配准关系，具体可采用现有技术中的坐标系变换原理，本申请对此不进行具体的限定。

本申请实施例中为了便于计算，可以第一测距装置303选取一点A，标识313选取一点B，选取一个与水平地面相平行的面进行分析，具体如图5所示，通常的B点在标识与测距信号的相交之处。B点在第一坐标系O

其中，(x

第二坐标系(O

或者，第二坐标系的原点O1在第一坐标系的坐标(x

其中，(x

可选的，也可以计算第一坐标系的原点O1在第二坐标系的坐标，来确定第一坐标系与第二坐标系的位置平移，具体如图5所示具体包括：

A点在第二坐标系的坐标(x′

其中，(x

第一坐标系的原点O1在第二坐标系的坐标(x

其中，(x

进一步的，如图6所示，还可以包括第一手术设备被配置另外一个第一测距装置303，获取手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系的位置配准关系，包括：

在两个第一测距装置在驱动装置304的驱动下转动并扫描到标识313时，获取两个第一测距装置与标识313之间的距离，并获取两个第一测距装置与第一手术设备之间的夹角；

获取第一测距装置与第一手术设备之间的位置关系、以及标识313与第二手术设备之间的位置关系，两个第一测距装置之间的位置关系；

基于距离、夹角、第一测距装置与第一手术设备之间的位置关系、标识313与第二手术设备之间的位置关系、以及两个第一测距装置之间的位置关系，确定手术机器人与手术床之间的位置配准关系。

示例性的，如图7配准的示意图所示，为了便于描述，可以在一个第一测距装置303选取一点D，另外第一测距装置303选取一点E，标识313选取一点F，通常的F点在标识与测距信号的相交之处。选取一个与水平地面相平行的面进行分析。

F点在第一坐标系的坐标(x

其中，两个第一测距装置在第一坐标系的坐标分别为(x

第二坐标系(O

其中F点在第二坐标系的坐标表示为：(x

上述示例中，B点和F点设置在第二坐标系的坐标轴上，可选的，可以设置在任意位置。本申请实施例中的公式仅为示例，对公式进行变换，例如增加系数等依然可以用于确定配置关系，本申请实施例不再对各种变化组合进行一一的示例。

本申请实施例中，第一坐标系可以是手术机器人的基坐标系或者手术床的基坐标系中任意一个，第二坐标系可以是手术机器人的基坐标系或者手术床的基坐标系中另一个。本申请实施例通过确定任意一个坐标系的原点在另外一个坐标系的坐标，来确定两个坐标系的相对位置平移。

可选的，当第一测距装置303设置在第二坐标系，标识313设置在第一坐标系时，确定第一坐标系与第二坐标系的位置平移的实现原理与前述相同，只是构建的三角形关系略有不同，此处不再赘述。

本申请实施例通过第一测距装置303识别标识313，从而获取第一测距装置303和标识313的距离，并利用该距离确定第一坐标系与第二坐标系的位置平移，实现确定第一坐标系与第二坐标系的位置配准关系以实现手术机器人与手术床之间的坐标转换与定位。

进一步的，标识313的数量可以大于等于1。

若标识313的数量等于1时，通过驱动装置304驱动第一测距装置303运动，当第一测距装置303识别到标识313时，获取驱动装置304对应的角度测量值，并基于角度测量值作为第一测距装置303与第一手术设备之间的夹角，以确定第一测距装置303和标识313的相对姿态，例如角度测量值作为相对姿态；以及，获取第一测距装置303对应的距离测量值，并基于距离测量值确定第一测距装置303和标识313的距离。

若标识313的数量大于1时，通过驱动装置304驱动第一测距装置303运动，识别标识313中的至少一个，并以识别到标识313时，驱动装置304对应的角度测量值和第一测距装置303对应的距离测量值，分别确定第一测距装置303和标识313的相对姿态、第一测距装置303和标识313的相对位置。例如，设置了10个标识，可以选择识别10个标识3时对应的角度测量值和距离测量值来确定位置平移，也可以选择识别部分标识313时对应的角度测量值和距离测量值来确定位置平移。

当标识313的数量大于1时，则需要确定所识别的标识313的安装参数。例如可以通过逐个识别的方式，可以确定安装参数、角度测量值和距离测量值的对应关系。或者可以忽略识别到某些标识313时对应的测量值，则结合忽略的规律，确定安装参数、角度测量值和距离测量值的对应关系。例如5个标识，我们选择忽略第2和第4个标识对应的测量值，则识别到第1个、第3个和第5时记录对应的测量值，并获取第1个、第3个和第5个标识的安装参数，这样可以基于前述的公式进一步确定第一坐标系与第二坐标系的位置平移。进一步的，可以基于角度测量值的大小，确定与标识的对应关系。例如，第1个标识对应的角度测量值>第3个标识对应的角度测量值>第5个标识对应的角度测量值。

进一步的，识别到至少一个标识313后，可以根据标识313对应的安装参数、角度测量值和距离测量值，进一步确定标识313对应的第一坐标系与第二坐标系的位置平移。为了进一步提高配准的准确度，可以舍弃部分数据，例如明显不合理的数据，留取部分数据并求取第一坐标系与第二坐标系的位置平移，例如通过平均加权的方法求取第一坐标系与第二坐标系的位置平移。

本申请实施例通过设置多个标识，可以提高识别标识的概率和效率，从而提高配准的准确度。

进一步的，如图8所示，第一手术设备还被配置有用于测距的第二测距装置305。如同第一测距装置303，第二测距装置305可以设置于第一手术设备，安装说明不再赘述，获取手术机器人和手术床的姿态配准关系包括：

获取第一测距装置303测得的手术机器人与手术床之间的第一距离，以及驱动装置304测得的第一测距装置303与第一手术设备之间的夹角。可选的，第一测距装置303在驱动装置304的驱动下转动。同理，第一测距装置303与第一手术设备之间的夹角可以选用第一测距装置303发射的测距信号308与第一手术设备之间的夹角，例如第一测距装置303发射的测距信号308与第一测距装置303的安装面、安装面垂面或者第一手术设备的基坐标系的水平坐标轴方向。可选的，可以在转动过程中，选择任意时刻记录第一测距装置303测得的距离测量值和驱动装置304测得的角度测量值，并将距离测量值作为手术机器人与手术床之间的第一距离，角度测量值作为第一测距装置303与第一手术设备之间的夹角。

获取第二测距装置305测得的手术机器人与手术床之间的第二距离。

获取第二测距装置305与第一手术设备之间的夹角。

第二测距装置305在安装时还可以记录其安装角度，例如以第二测距装置305发射的测距信号308与第一手术设备之间的夹角作为其安装角度。安装角度记录后可以存储在手术机器人系统中以备使用，当然也可以存储于其他位置，例如服务器或者云端等等。

或者为第二测距装置305也配备驱动装置304，实现原理如第一测距装置303配备驱动装置304，因此也可以实时获取第二测距装置305测得的距离测量值和驱动装置304测得的角度测量值，并将距离测量值作为第二测距装置305测得的手术机器人与手术床之间的第二距离，角度测量值作为第二测距装置305与第一手术设备之间的夹角。

获取第一测距装置303与第二测距装置305之间的位置关系。同理，该位置关系可以根据安装参数确定。

基于第一距离、第二距离、第一测距装置303与第一手术设备之间的夹角、第二测距装置305与第一手术设备之间的夹角，以及第一测距装置303与第二测距装置305之间的位置关系，确定手术机器人的基坐标系与手术床的基坐标系之间的姿态配准关系。

本申请实施例通过根据第一测距装置303与第二测距装置305测量的距离测量值，以及第一测距装置303与第二测距装置305与第一手术设备之间的夹角，可以灵活的获得手术机器人的基坐标系与手术床的基坐标系之间的姿态配准关系。可选的，为了减少获取第一测距装置303与第二测距装置305与第一手术设备之间的夹角，可以在安装第二测距装置305时使其发出的测距信号308基本垂直于第一手术设备，且不需要配备驱动装置304，获取第二测距装置305测得的距离测量值，将距离测量值作为手术机器人与手术床之间的第二距离；并且在第一测距装置303的测距信号308基本垂直于第一手术设备时，获取第一测距装置303测得的距离测量值，并将距离测量值作为手术机器人与手术床之间的第一距离。其中基本垂直于第一手术设备，可以理解为基本垂直于安装面、或者第一手术设备的基坐标系的水平坐标轴方向。

获取第一测距装置303与第二测距装置305之间的位置关系。

基于第一距离、第二距离、以及第一测距装置303与第二测距装置305之间的位置关系，确定手术机器人的基坐标系与手术床的基坐标系之间的姿态配准关系。

示例性的，以第一测距装置303设置在手术机器人，标识设置在手术床为例，如图5所示：

第一测距装置303在驱动装置304的带动下运动扫描，当第一测距装置303发射的测距信号垂直于手术机器人时，获取第一测距装置303对应的距离测量值，记为手术机器人与手术床之间的第一距离e，如图5本发明一实施例提供的手术机器人系统的配准示意图所示。

获取第二测距装置305对应的距离测量值，记为手术机器人与手术床的第二距离f。

获取第一测距装置303与第二测距装置305之间的位置关系h1，h1表征第一测距装置303和第二测距装置305之间的距离。

进一步的，基于第一距离e和第二距离f，确定手术机器人的和手术床之间的相对姿态θ

根据相对姿态θ

示例性，以第一测距装置303设置在手术床，标识设置在手术机器人为例：

同理，当第一测距装置303发射的测距信号308为与手术床相垂直的方向时，获取第一测距装置303对应的距离测量值，记为手术机器人与手术床的第一距离e′，如图9本发明一实施例提供的配准示意图所示。

获取第二测距装置305对应的距离测量值，记为记为手术机器人与手术床的第二距离f′。

获取第一测距装置303与第二测距装置305之间的位置关系h1′，h1′表征第一测距装置303和第二测距装置305之间的距离。

本申请实施例通过第一测距装置303设置在手术床，可以确定手术机器人与手术床之间的相对位置；通过第一测距装置303和第二测距装置305设置在手术床，可以确定手术机器人与手术床之间的相对姿态。

本申请实施例通过在第一测距装置与第二测距装置发出的测距信号308基本垂直于第一手术设备时，获取对应的距离测量值，从而可以不需要获取第一测距装置与第二测距装置与第一手术设备的夹角，而快速简便的确定手术机器人的基坐标系与手术床的基坐标系之间的姿态配准关系。

可选的，如图8和图5所示，在第一手术设备配置有至少两个用于测距的第二测距装置305，获取手术机器人的基坐标系和手术床的基坐标系之间的姿态配准关系，包括：

获取至少两个第二测距装置305测得的手术机器人与手术床之间的第二距离，且第二测距装置305基本垂直于第一手术设备。

获取两个第二测距装置305之间的位置关系。

基于两个第二距离、以及两个第二测距装置305之间的位置关系，确定手术机器人与手术床之间的姿态配准关系。

示例性的，获取至少两个第二测距装置305测得的手术机器人与手术床之间的第二距离，分别记为f和g。

获取两个第二测距装置305之间的位置关系，例如h2表征两个第二测距装置305之间的距离。

进一步的，基于f和g，确定手术机器人的和手术床之间的相对姿态θ

根据相对姿态θ

示例性，如图9所示，以第二测距装置305设置在手术床，标识设置在手术机器人为例：

获取至少两个第二测距装置305测得的手术机器人与手术床之间的第二距离，分别记为f′和g′。

获取两个第二测距装置305之间的位置关系，例如h2′表征两个第二测距装置305之间的距离。

进一步的，基于f′和g′，确定手术机器人的和手术床之间的相对姿态θ

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在本申请另一个实施例中，为手术机器人设置联动模式和主从操作模式。在联动模式下，手术机器人可以控制驱动臂驱动穿刺装置进行运动，以与手术床的运动进行联动，从而保持与手术床的相对位姿不变；在主从操作模式下，手术机器人控制控制驱动臂驱动穿刺装置进行运动，以完成手术。

可选的，为了确保生命安全，手术机器人在接收到进入联动模式的指令后进入联动模式，如图10本发明一实施例提供的手术机器人的手术机器人与手术床的联动示意图所示。其中，联动模式的指令可以由发起，例如医护人员通过交互类设备，例如遥控器、语音识别、鼠标或者键盘等输入进入联动模式的请求，由于手术床和手术机器人之间可以进行通信，因此该请求可以发送给手术床和手术机器人中至少一个。联动模式的指令也可以在符合第一预设条件时自动触发，例如检测到手术床的移动。联动模式中，手术机器人的基座201与手术床的基座228处于运动锁定状态，确保基本不会产生运动。

可选的，联动过程600包括进入联动模式之前需要完成术前准备601，如图11所示为手术系统的术前准备流程图，手术机器人与手术床在执行联合运动之前需要检查确定设备通信处于正常状态701，并且不存在任何安全隐患，系统自动执行对当前手术系统的状态监测功能702，为了避免手术床在运动过程中生物体出现身体整体滑移现象，应该将生物体稳固绑定在手术床台面上703。然后，依据手术需求，推动扶手204执行驱动臂整体水平移动且靠近手术床到指定区域后，锁定驱动臂的基座201和手术床的基座228，在该锁定位置处，应该检查并确保手术机器人与手术床之间的位姿定位系统能够处于正常使用状态，若超出位姿定位系统中测距装置的检测量程范围，则需要适当调整缩小手术机器人与手术床之间的距离，此外，可以允许医护人员依据手术需求通过调整机械臂250、调整臂260和操纵臂270执行在生物体上方的体外定向摆位操作704。在执行完成成像设备布置过程705后，在生物体腹腔定位手术区域，并完成生物体体壁开创开口过程706，将穿刺装置插入生物体腹腔壁后，完成与驱动臂中操纵臂之间的对接，并将医疗器械和内窥镜通过穿刺装置插入生物体体内完成术前确切摆位动作707，摆位过程中应使得机构的运动关节均处于非极限运动区域，其中，运动关节处于各自运动范围的中心区域是最理想的术前状态，从而避免在联动命令未执行完成之前由于关节已经达到极限位置而导致系统被迫产生运动终止的非期望现象。在过程701-708执行完毕且无存在任何故障前提下，医生主操作台可以显示手术机器人与手术床之间的术前准备工作成功完成708，允许进入手术操作流程。

完成术前准备601之后，在过程602和603中，示例性的，医护人员通过手持按键式的手术床控制器执行手术系统的联动命令后，控制器通过有线或无线方式(诸如红外线传输方式)向手术机器人发送启动命令请求，并等待系统依据内部已经编制好的程序指令做出准确指令判断，如若联动命令的可允许执行条件全部满足第二预设条件，则系统反馈回“是”或“Yes”信息，此时允许继续进入联动模式604；如若联动命令的可允许执行条件中存在一条或多条无法满足第二预设条件，则系统反馈回“否”或“No”信息，系统迭代返回至前一过程602中，并再次处于发送联动请求状态直到系统故障得到解除并反馈“是”或“Yes”信息，才能继续执行下一过程604；如若出现过程602和603长期处于迭代循环状态且超过系统内部设定时间，则将被迫终止并退出联动模式，直到故障被彻底解除并且重新启动联动命令才允许继续执行。

可选的，响应于进入联动模式的指令，判断手术机器人和/或手术床是否符合第一预设条件；

若符合第一预设条件，则进入联动模式；其中，

符合第一预设条件，包括以下至少一项：

手术机器人与生物体对接；

手术机器人的基座与手术台的基座处于运动锁定状态；

手术机器人的主操作台处于允许进入手术操作状态；

手术机器人与手术床之间的通讯连接处于正常状态；

调整臂中各关节的可运动范围处于预设运动范围。

关于是否符合第一预设条件的判断过程，可具体如下：

关于手术机器人与手术床之间的通讯连接是否处于正常状态。在建立手术机器人与手术床之间的通讯连接后，可以允许手术床或手术机器人上的通讯检测程序，根据检测结果确定手术机器人与手术床之间的通讯连接是否处于正常状态，以便于对手术机器人和手术床的工作状态和关节运动信息进行监测和传输；

关于手术机器人与生物体是否对接。需要检查生物体与手术床台面的相对固定设备，将生物体平稳固定在手术床的台面上，确保生物体在体位发生改变后不会相对于手术床的台面发生大幅度滑移现象，以免阻碍手术机器人与手术床进行联动。将手术机器人与生物体对接时，可以允许医护人员依据手术的术式需求通过调整机械臂250、调整臂260和操纵臂270执行期望的定向摆位，并操作使得安装在手术机器人驱动臂远端的手术末端执行器和成像设备处于插入生物体体内的状态，在完成操作后，在手术床或手术机器人上的操作界面上进行确认对接的信息输入。

关于手术机器人的基座与手术台的基座是否处于运动锁定状态。请一并参考图2，手术机器人的运动底盘201(也即基座),手术床的轮式底盘227(也即基座)处于运动锁定状态，确保执行在手术过程中以及在联动过程中基本不会产生任何运动，手术机器人的基座与手术台的基座是否处于运动锁定状态可以通过基座上的锁定传感器进行检测确定，或者在医护人员实施操作后，在手术床或手术机器人上的操作界面上进行确认锁定的信息输入；

关于手术机器人的主操作台是否处于允许进入手术操作状态，可通过检测手术机器人的操作部120与装设于驱动臂远端的医疗器械之间的取向是否对齐，以及其它需要满足操作的条件，根据检测结果确定手术机器人的主操作台允许进入手术操作。

关于驱动臂中各关节的可运动范围是否处于预设运动范围。联动过程中涉及到的运动关节应处于各自运动范围内的非极限区域中，关节处于运动范围的中心区域为最理想位置，以避免在运动未执行完成之前，由于关节已经达到极限位置而导致被迫产生运动终止的非期望现象，因此，需在开始联动前对各关节的可运动范围进行判断，例如通过检测关节当前的位置和角度来判断关节的可运动范围是否处于预设运动范围。在摆位过程中，应使得驱动臂的运动关节均处于非极限运动区域，其中，运动关节处于各自运动范围的中心区域是最理想的术前状态。

在完成术前的设备准备工作后，医护人员可触发进入联动模式的命令，联动模式是指手术机器人根据手术床的台面的运动而控制驱动臂中的关节驱动穿刺装置，以使得穿刺装置相对手术床台面的位置和姿态保持不变。触发进入联动模式的命令后，手术机器人依据内部已经编写好的程序指令进行关于第二预设条件的判断，如若符合，才允许进入联动模式，如若不符合，则可以再次发送联动请求直到第二预设条件全部满足，才允许进入联动模式。如若出现判断第二预设条件的过程和发送联动请求处于迭代循环过程的时间超过系统内部设定时间，则进入联动模式的请求过程将被迫终止并退出。

进入联动模式后，首先确定手术机器人的基坐标系与手术床的基坐标系之间的配准关系，该配准关系可以实时计算，也可以预先计算好，直接调用存储的配准关系即可。如果成功确定配准关系，可通知医护人员及时获知，例如通过可读性介质(诸如颜色可变的信号灯)反馈并显示出配准成功信号；如若配准操作不成功，通过可读性介质呈现颜色醒目(诸如红色)的信号提示。

可选的，如果需要实时计算配准关系，在过程604和605中，当系统进入联动模式后，医护人员通过手术床控制器按键方式执行手术系统中的配准过程605，配准操作过程中可以允许通过有线或无线方式(诸如红外线传输)执行手术床的各关节运动信息传输和监测，如若配准成功，则可以允许通过可读性介质(诸如颜色可变的信号灯)反馈并显示出配准成功信号供医护人员及时获知，从而提示医护人员可继续执行下一步指令；如若配准操作不成功，则无法启动下一步联动命令，同时会有可读性介质呈现颜色醒目(诸如红色)的信号提示信息，直到系统故障彻底解除后，再次执行配准操作成功才允许进入下一过程。

可选的，在联动模式中，如果生物体相对于手术床台面运动应该重新进行配准；另外，如果Trocar远心不动点221相对于生物体运动或者医疗器械相对于手术部位的位姿发生变动，为了安全最好重新进行配准。

在手术床的台面的位姿到达目标位姿之前，手术床台面的运动仅仅执行手术床控制器600的运动指令区803中的由医护人员按键操作的运动命令，如若一个按键命令正在执行过程中出现连续多次按压同一按键情况时，系统仅执行第一次按键命令并且程序中自动屏蔽重复动作请求，此外，如若一个按键命令正在执行过程中出现按压其它运动命令功能键的情况时，系统将继续执行还未结束的运动指令，并且自动屏蔽在此过程中的其它按键请求。手术床位姿到达目标位姿后，在执行的运动命令自动结束，并且处于等待下一步操作命令的状态，如若需要继续执行新的运动命令，则需要再次按压将要执行运动的按键，向系统再次发出运动请求。联动结束后，需要按键退出功能键从而退出联动模式，退出联动模式后系统自动切换回常规主从操作模式，并且处于等待下一步操作命令的状态。

在过程609和610过程中，当手术床位姿到达目标位置之后，当前执行的联动命令自动结束，系统处于等待下一步操作命令的状态，如若需要继续执行新的联动运动命令，则再次按压手术床控制器按键，向系统再次发出联动运动请求即可。联动运动结束后，可选的，通过手术床控制器按键按压退出功能键从而退出联动模式，退出联动模式后系统可切换到常规主从操作模式，并且处于等待系统下一步操作命令的状态，结束完成整个联动运动过程。

在联动模式中，手术机器人和手术床的关节的运动信息被实时监测记录并存储，并且，实时监测判断手术机器人是否符合第二预设条件；

若不符合第二预设条件，则退出联动模式；其中，

符合第二预设条件，包括以下至少一项：

穿刺装置与生物体开口的位置之间的处于预设状态；

装设于驱动臂远端的医疗器械与手术部位的位置之间处于预设状态；

驱动臂中各关节的可运动范围处于预设运动范围。

在联动过程中，其中，穿刺装置与身体开口的位置之间是否处于预设状态，穿刺装置与身体开口的位置之间是否处于预设状态，可以通过对装设于驱动臂远端的成像设备采集的图像进行识别，如出现手术区域部分或全部消失在图像中的情况，可以判断穿刺装置与身体开口发生较大的相对运动，不处于预设状态。

装设于驱动臂远端的医疗器械与手术部位的位置之间是否处于预设状态，可以通过对装设于驱动臂远端的成像设备采集的图像进行识别，如出现医疗器械与手术部位的相对距离或角度的变化超过一定阈值的情况，则可以判断医疗器械与手术部位的位置之间发生较大的相对运动，不处于预设状态。

此外，联动过程中，涉及到的运动关节应处于各自运动范围内的非极限区域中，关节处于运动范围的中心区域为最理想位置，以避免在运动未执行完成之前，由于关节已经达到极限位置而导致被迫产生运动终止的非期望现象，因此，可以通过检测关节当前的位置和角度来判断关节的可运动范围是否处于预设运动范围。进一步的，在联动过程中，在显示装置显示医疗器械与手术部位的图像，通过图像可以进行人工判断，或者对图像进行处理进行自动判断，其中图像处理的技术本申请不进行具体的限定。显示装置可以设置在主操作台侧，或者设置在其他的便于观察的位置。可根据人工判断或者自动判断的情况，向手术床发送停止移动的指令，从而避免可能的风险。可选的，在联动过程中，在显示装置显示医疗器械与手术部位的图像，通过图像可以进行人工判断，或者对图像进行处理进行自动判断，其中图像处理的技术本申请不进行具体的限定。显示装置可以设置在主操作台侧，或者设置在其他的便于观察的位置。

在联动过程中还可包括：根据手术床的台面在预设自由度的运动控制驱动臂的过程中，获取成像设备采集的图像；

响应于识别到图像中的目标区符合第三预设条件，向手术台发送控制指令，控制指令包括用于控制手术台延迟调节、停止调节、减速调节中至少一项的指令；其中，

符合第三预设条件，包括以下至少一项：

在目标区中识别到目标手术部位或关联于目标手术部位的标记；

目标手术部位在目标区中处于预设姿态。

其中，可以在联动前对成像设备采集到图像进行目标区的标记，例如图像的中间区域或任意期望进行识别的区域，此外，在联动前，还可以在真实的生物体解剖结构中标记特征区域，例如通过荧光等方式进行标记，进而在联动过程中，对该真实标记进行识别。

在识别到图像中的目标区符合条件时，可以控制手术台延迟调节、停止调节或减速调节，从而，便于医生观察期望的手术部位是否到达期望位置或姿态。对于延迟调节和减速调节，可以在医生确认期望的手术部位符合条件时，由医生触发停止调节的指令，或者在超过预设时长未收到其他指令时，手术床重新恢复原有的联动。

一些实施例中，第三预设条件之一的“在目标区中识别到目标手术部位或关联于目标手术部位的标记”，可以包括检测到联动过程中该目标区落入当前采集的图像的比例达到预设值，例如，该目标区70％以上的区域落入当前采集的图像；又例如，该目标区完全落入当前采集的图像；还包括检测到联动过程中该目标区中的特征点落入当前采集的图像的数量和/或比例达到预设值，例如，目标区包括10个特征点，其中7个特征点落入当前采集的图像，又例如，10个特征点均落入当前采集的图像。

一些实施例中，第三预设条件之一的“目标手术部位在目标区中处于预设姿态”，是指在图像的目标区识别到目标手术部位且目标手术部位在目标区中的姿态符合设定的识别条件，例如，左倾、右倾、打开等，从而具有更好的手术视野。在手术床的台面运动时，目标手术部位会根据手术床的台面运动而改变相对于成像设备的姿态，进而体现在成像设备的图像中的姿态发生改变，通过对图像进行识别，可以识别出目标手术部位及其当前的姿态是否满足设定的识别条件，当在目标区识别到目标手术部位且目标手术部位在图像中的姿态符合设定的识别条件，即认为目标手术部位在目标区中处于预设姿态。

图12是根据本申请一实施例示出的手术床操作面板的示意图。操作面板600包括但不限于诸如屏幕显示区801、模式切换功能区802、运动指令区803等显示区域和操作区域。屏幕显示区801进一步包括但不限于手术床当前所处状态、各关节运动范围、台面执行的当前运动指令、数据连接和配准成功信号等，从而允许医护人员随时通过屏幕显示信息能够查看和掌握手术床当前的诸多运动状态，为下一步按键操作提供准确的当前信息从而有效避免操作失误。模式切换功能区802进一步包括但不限于配准按键、停止按键、退出按键、锁定和解锁按键。配准按键用于执行手术机器人与手术床在的配准。停止按键用于中途阻断控制程序停止各关节之间联动动作，以及维持停止时刻的运动状态直到下一步操作命令开始执行。退出按键用于在联动结束后，从联动模式切换回常规主从操作模式。锁定和解锁按键是对手术机器人和手术床的轮式底盘的运动在术前和术后的停止和释放。运动指令区803进一步包括但不限于图中操作面板显示的按键，各按键可以手术床的基坐标系为运动参考坐标系定义各自由度的运动指令，也可选择其他的坐标系，例如前述的手术床台面的初始坐标系，按键的数量依据联动模式下手术床允许执行运动的自由度数量来确定。

本申请实施例通过提供手术床操作面板，从而为医护人员提供了便捷的进行联动控制的方式，提升了人机交互的体验。

本申请实施例通过设置联动模式，确保手术机器人能够在合适的条件下控制进入联动或者退出联动，以使得驱动臂驱动穿刺装置的运动以保持与手术床的相对位姿不变，在实现灵活调整生物体体位的同时保障生命安全。

在本申请另一个实施例中，手术机器人包括主操作台和从操作设备，主操作台包括第一操作部和第二操作部，在联动模式下，响应于操作部120与医疗器械之间的主从映射的改变，控制操作部120与期望映射的医疗器械的姿态保持对齐，从而使得切换回主从操作模式时，不需要再进行姿态对齐，从而提高了操控体验。

医疗器械包括图像设备或者手术末端执行器，为了防止混淆，通常情况下，使用单个操作部120控制一个手术末端执行器，使用两个操作部120控制图像设备，如果在进入联动模式之前至退出联动模式之后，需要控制的医疗器械发生变化，而如果前后两个医疗器械的姿态不同，则切换后需要先进行姿态对齐。本申请实施例中操作部120期望映射的医疗器械也可以称为需要控制的医疗器械或者期望控制的医疗器械。

本申请实施例在联动模式中，在进行联动的同时，进行姿态对齐，具体包括：

示例性的，如果退出联动模式之后第一操作部需要控制第一医疗器械，联动模式之前第一操作部控制第二医疗器械，操作部120的主从映射需要由第二医疗器械改变为第一医疗器械，即期望映射第一医疗器械，均为单手控制。包括：

第一步：确定操作部120中关节的目标关节变量。

第二步：根据操作部120中关节的目标关节变量驱动操作部120中关节运动，以使操作部120的姿态与期望映射的医疗器械的姿态一致。

可选的，第一步的实现分为以下几个步骤：

获取操作部120期望映射的医疗器械的第一姿态，其中第一姿态可以选择是相对于图像设备的坐标系或者其他可以进行映射的坐标系。

根据第一姿态、坐标系间的配准关系，确定操作部120的第二姿态。操作部120的第二姿态可以自由选取坐标系，例如可以选择显示设备的坐标系或者主操作台的基坐标系或者其他可以进行映射的坐标系。例如第一姿态选择为图像设备的坐标系，第二姿态选择为显示设备的坐标系，则根据第一姿态、图像设备的坐标系与显示设备的坐标系之间的配准关系，确定操作部120在显示设备坐标系的第二姿态；例如第一姿态选择为第一末端执行器的基坐标系，第二姿态选择为主操作台的基坐标系，则根据第一姿态、第一末端执行器的基坐标与主操作台的基坐标系之间的配准关系，确定操作部120在显示设备坐标系的第二姿态。可以根据需要灵活选择相对的坐标系，本申请对此不进行任何的限定。

基于第二姿态逆解确定操作部120中关节的目标关节变量。

示例性的，操作部120包括多个关节，本申请实施例中操作部120称为第一操作部是为了在操作臂包括不止一个时，便于区分各个操作部120，第一操作部包括第一姿态关节，第一姿态关节可以为腕关节或者自转关节，也可以同时包括腕关节和自转关节，第一姿态选择为第一末端执行器的基坐标系，第二姿态选择为主操作台的基坐标系，如图13所示，第一步的实现包括：

步骤S1301:获取第一末端执行器的第一从姿态信息，本申请实施例中第一末端执行器对应于操作部120期望映射的医疗器械，具体地包括：

基于第一末端执行器中指定点获取第一从姿态信息。可选的，指定点位于第一末端执行器的远端区域，例如，位于第一末端执行器头部。其他实施例中，指定点也可以位于第一末端执行器其他区域，例如，位于第一末端执行器的中部区域。其中，指定点可为一个或多个。第一从姿态信息既可以根据预设规则实时获取，也可以在静止状态时仅获取一次。第一从姿态信息可以是第一末端执行器在第一末端执行器的基坐标系的姿态信息，具体地包括：

获取第一末端执行器对应的第一从关节变量，例如位置信息及/或旋转信息；

根据第一从关节变量确定第一从姿态信息。

可选的，通过第一从关节变量例如实际位置和角度信息来确定第一末端执行器对应的姿态信息，即通过获取从操作设备中机械臂从关节、第一医疗器械从关节的当前关节变量，例如位置信息及/或旋转信息，将机械臂从关节、第一器械从关节的当前关节变量正解成第一末端执行器的第一从姿态信息。同理，可通过传感器获取第一从关节变量，并根据第一从关节变量获取第一末端执行器的第一从姿态信息。例如通过处理器根据第一从关节变量获取第一末端执行器的第一从姿态信息。

本申请实施例通过采用第一末端执行器的第一从关节实际关节变量正解确定第一从姿态信息，从而以第一末端执行器的实际姿态确定第一末端执行器的第一从姿态信息，保证了姿态信息的真实可靠。

步骤S1302:根据第一从姿态信息、第一操作部和从操作设备之间的映射，确定第一操作部的第一主姿态信息，具体包括以下步骤：

第一步：根据第一从姿态信息、第一末端执行器的基坐标系与图像设备的坐标系之间的映射，确定第一末端执行器在图像设备的坐标系中的第二从姿态信息。

第二步：根据第二从姿态信息、图像设备的坐标系与显示设备的坐标系之间的映射，确定第一操作部末端在显示设备的坐标系中的第二主姿态信息。

第三步：根据第二主姿态信息、显示设备的坐标系与主操作台的基坐标系之间的映射，确定第一操作部末端在主操作台的基坐标系中的第三主姿态信息。

第四步：将第三主姿态信息作为第一主姿态信息。

本申请实施例通过坐标系转换，将第一末端执行器在第一末端执行器的基标系的第一从姿态信息转换为第一操作部末端在主操作台的基坐标系的第一主姿态信息。

步骤S1303:根据第一主姿态信息确定第一关节变量。

基于运动学，根据第一主姿态信息逆解成第一操作部中关节的目标关节变量，例如第一姿态关节对应的第一关节变量，例如位置及/或旋转信息。可选的，可以根据实际情况仅逆解成下一步需要调整的第一姿态关节对应的第一关节变量，也可以解成第一操作部所有关节的关节变量。例如如果第一操作部还包括第一位置关节、第一自转关节，也可以在逆解第一关节变量的同时，逆解成第一位置关节对应的关节变量、第一自转关节对应的关节变量。可以理解的是，仅逆解第一关节变量可以提高处理效率，节省系统资源；前述的姿态信息也可以替换为位姿信息，因为位姿包括姿态信息。

本申请实施例通过在联动过程中，使操作部120的姿态与期望映射的医疗器械的姿态一致，从而保证在完成联动进行手术时，简化对齐流程，快速进行手术操作。

可选的，第二操作部包括第二姿态关节，还包括：退出联动模式之后第二操作部需要控制第三医疗器械，进入联动模式之前第二操作部控制第四医疗器械，均为单手控制，还包括：

也可根据第二操作部的第二关节变量控制第二姿态关节使得第二操作部的姿态与第三末端执行器的姿态对齐，具体控制过程与根据第一关节变量控制第一姿态关节使得第一操作部的姿态与第一末端执行器的姿态对齐相同，此处不再赘述。

本申请实施例通过在联动过程中，响应于操作部120与手术末端执行器之间的主从映射的改变，使各个操作部120的姿态与期望映射的医疗器械的姿态一致，从而保证在完成联动进行手术时，简化对齐流程，快速进行手术操作。

本申请实施例提供了一种手术机器人系统，手术机器人系统包括手术机器人和手术床，驱动臂远端装设有穿刺装置，穿刺装置用于插入位于手术床的台面的生物体的身体开口内，系统还包括控制器，控制器与手术机器人和手术床耦接，控制器被配置成执行前述的手术机器人系统的控制方法，具体包括：

获取手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系的位置配准关系和姿态配准关系；

响应于手术床的台面的运动，获取穿刺装置在手术床的基准坐标系的第一位姿，其中第一位姿为手术床运动后穿刺装置在手术床的基准坐标系的目标位姿；

基于位置配准关系、姿态配准关系和第一位姿，确定穿刺装置在手术机器人的基准坐标系的第二位姿，其中第二位姿为手术床运动后穿刺装置在手术机器人的基准坐标系的目标位姿；

基于第二位姿确定驱动臂中关节的目标关节变量；

根据目标关节变量驱动关节运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿。

或者，控制器被配置成：

获取手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系之间的位置配准关系和姿态配准关系；

基于位置配准关系和姿态配准关系，获取穿刺装置在手术床的基准坐标系的初始位姿；

响应于手术床的台面的运动，获取手术床的台面的运动量，并基于位置配准关系、姿态配准关系、初始位姿和运动量，确定穿刺装置在手术机器人的基准坐标系的目标位姿；基于目标位姿确定驱动臂中关节的目标关节变量；

根据目标关节变量驱动关节运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿。

在本申请提供的另一个实施例中，提供了一种手术设备，手术设备可以包括手术机器人或手术床中的任意一个，手术设备包括第一测距装置、驱动装置和控制器，手术设备记为第一手术设备，控制器被配置成：

获取手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系的位置配准关系和姿态配准关系；

响应于手术床的台面的运动，获取穿刺装置在手术床的基准坐标系的第一位姿，其中第一位姿为手术床运动后穿刺装置在手术床的基准坐标系的目标位姿；

基于位置配准关系、姿态配准关系和第一位姿，确定穿刺装置在手术机器人的基准坐标系的第二位姿，其中第二位姿为手术床运动后穿刺装置在手术机器人的基准坐标系的目标位姿；

基于第二位姿确定驱动臂中关节的目标关节变量；

根据目标关节变量驱动关节运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿。

或者，控制器被配置成：

获取手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系之间的位置配准关系和姿态配准关系；

基于位置配准关系和姿态配准关系，获取穿刺装置在手术床的基准坐标系的初始位姿；

响应于手术床的台面的运动，获取手术床的台面的运动量，并基于位置配准关系、姿态配准关系、初始位姿和运动量，确定穿刺装置在手术机器人的基准坐标系的目标位姿；基于目标位姿确定驱动臂中关节的目标关节变量；

根据目标关节变量驱动关节运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿。

本申请实施例通过在手术机器人或者手术床设置测距装置、驱动装置，从而可以确定手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系的位置配准关系和姿态配准关系，以便于控制驱动臂驱动穿刺装置运动，从而实现了保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿不变，既实现灵活调整生物体体位，且同时保障生物体生命安全。

在本申请提供的另一个实施例中，提供了一种手术设备，手术设备可以包括手术机器人或手术床中的任意一个，手术设备包括：

标识，用于被设置在第二手术设备的第一测距装置识别以获取由第一测距装置测量的第一手术设备与第二手术设备的相对位置，以及获取由设置在第二手术设备的驱动装置测量的第一测距装置与标识之间的第一相对姿态。

手术设备还包括控制器，控制器被配置成：

获取手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系的位置配准关系和姿态配准关系；

响应于手术床的台面的运动，获取穿刺装置在手术床的基准坐标系的第一位姿，其中第一位姿为手术床运动后穿刺装置在手术床的基准坐标系的目标位姿；

基于位置配准关系、姿态配准关系和第一位姿，确定穿刺装置在手术机器人的基准坐标系的第二位姿，其中第二位姿为手术床运动后穿刺装置在手术机器人的基准坐标系的目标位姿；

基于第二位姿确定驱动臂中关节的目标关节变量；

根据目标关节变量驱动关节运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿。

或者，控制器被配置成：

获取手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系之间的位置配准关系和姿态配准关系；

基于位置配准关系和姿态配准关系，获取穿刺装置在手术床的基准坐标系的初始位姿；

响应于手术床的台面的运动，获取手术床的台面的运动量，并基于位置配准关系、姿态配准关系、初始位姿和运动量，确定穿刺装置在手术机器人的基准坐标系的目标位姿；基于目标位姿确定驱动臂中关节的目标关节变量；

根据目标关节变量驱动关节运动，以保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿。

本申请实施例通过在手术机器人或者手术床设置标识，从而可以确定手术机器人的基准坐标系和手术床的基准坐标系的位置配准关系和姿态配准关系，以便于控制驱动臂驱动穿刺装置运动，从而实现了保持穿刺装置相对于手术床的台面的位姿不变，既实现灵活调整生物体体位，且同时保障生物体生命安全。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。

本申请实施例还提供了一种手术机器人系统的控制装置，包括：

存储器，用于加载并执行计算机程序；

处理器，用于加载并执行计算机程序；

其中，计算机程序由处理器加载并执行实现如前的手术机器人系统的控制方法的步骤。

本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在移动终端上运行时，使得移动终端执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到所描述条件或事件”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到所描述条件或事件”或“响应于检测到所描述条件或事件”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。