CN105997247A - 一种应用于远程手术的控制端、手术设备端、方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于远程手术的控制端、手术设备端、方法及***，用以解决传统的远程手术设备中，医生使用的控制端操作复杂、响应速度慢、效率较低的问题。该控制端包括：测量承载该惯性测量单元的载体的相对姿态角度信息的惯性测量单元；将收到的相对姿态角度信息的坐标值通过控制端所在地的地理坐标系进行坐标转换的汇聚节点；将转换后的相对姿态角度信息发送给与该控制端配合使用的手术设备端的上位机。本发明将惯性测量单元应用到远程手术的控制端，用于测量使用载体的相对姿态角度信息，并将其发给手术设备端，以便对手术设备端进行控制，使其可以随远程控制的使用载体的运动而运动，可以直接、有效、直观的反应使用载体的操作。

Description

一种应用于远程手术的控制端、手术设备端、方法及***

技术领域

本发明涉及远程手术领域，尤其涉及一种应用于远程手术的控制端、手术设备端、方法及***。

背景技术

目前，远程手术是虚拟现实技术与网络技术的结合，在患者病情紧急的情况下，主治医师可能无法及时赶至现场进行治疗，此时，医生可以通过远程手术对远程患者进行手术治疗。即医生根据传来的现场影像来进行手术操作，医生的一举一动可以转化为数字信息传递至远程患者处，控制当地的医疗器械的动作。

传统的远程手术设备在医生使用的控制端均采用键盘鼠标按钮、控制杆、轨迹球等实现，这种方式操作复杂、响应速度慢、效率较低，不能直观、自然、快速的反应出主治医师想要达到的动作和目的。同时，医师操作过程中既需要关注手术过程，又需要关注器械的使用方法，因此会在一定程度上影响手术的成功率。

综上所述，传统的远程手术设备中，医生使用的控制端均采用键盘鼠标按钮、控制杆、轨迹球等实现，这种方式操作复杂、响应速度慢、效率较低。

发明内容

本发明实施例提供的一种应用于远程手术的控制端、手术设备端、方法及***，用以解决现有技术中存在的传统的远程手术设备中，医生使用的控制端均采用键盘鼠标按钮、控制杆、轨迹球等实现，这种方式操作复杂、响应速度慢、效率较低的问题。

本发明实施例提供的一种应用于远程手术的控制端，该控制端包括：至少一个惯性测量单元，汇聚节点和上位机；

所述惯性测量单元，用于测量承载该惯性测量单元的载体的相对姿态角度信息，并将所述相对姿态角度信息发送给所述汇聚节点；

所述汇聚节点，用于将收到的所述相对姿态角度信息的坐标值通过所述控制端所在地的地理坐标系进行坐标转换，并将坐标转换后的相对姿态角度信息发送给所述上位机；

所述上位机，用于将收到的转换后的相对姿态角度信息发送给与该控制端配合使用的手术设备端，并接收所述手术设备端发送的相关信息。

本发明将惯性测量单元应用到远程手术的控制端，用于测量使用载体的相对姿态角度信息，并将其发给手术设备端，以便对手术设备端进行控制，使其可以随远程控制的使用载体的运动而运动，操作简单、响应速度快、且提高了效率，可以直接、有效、直观的反应使用载体的操作。

较佳的，所述惯性测量单元包括：

陀螺仪，用于根据所述载体前一时刻的相对姿态角度信息，预测当前时刻所述载体的姿态角度先验估计值，并将所述姿态角度先验估计值发送给所述加速度计；

加速度计，用于将接收到的所述姿态角度先验估计值根据重力加速度信息进行第一次修正，并将第一次修正后的所述姿态角度先验估计值发送给所述磁力计；

磁力计，用于将接收到的第一次修正后的所述姿态角度先验估计值根据地磁场信息进行第二次修正，将第二次修正后的所述姿态角度先验估计值作为所述载体对应的相对姿态角度信息，并将所述相对姿态角度信息发送给所述汇聚节点。

较佳的，所述控制端包括多个所述惯性测量单元，所述汇聚节点具体用于：

接收不同惯性测量单元发送的相对姿态角度信息，针对每一个惯性测量单元发送的相对姿态角度信息，将所述相对姿态角度信息的坐标值通过所述控制端所在地的地理坐标系，转换为所述控制端对应的中心坐标系下的坐标值，并将所有惯性测量单元对应的坐标转换后的相对姿态角度信息进行数据打包后发送给上位机。

较佳的，所述控制端还包括：

控制手柄，用于向所述手术设备端发送手术工具切换命令，控制所述手术设备端的手术工具切换单元切换手术工具。

较佳的，所述控制手柄包括：

左手控制手柄，用于控制所述手术设备端的机械手臂的左手切换手术工具，以及所述手术设备端的启动或停止；

右手控制手柄，用于控制所述手术设备端的机械手臂的右手切换手术工具，以及所述手术设备端的暂停。

较佳的，所述控制端还包括：

与所述上位机相连的显示单元，用于显示所述手术设备端发送的所述手术设备端一侧的相关三维图像信息。

本发明实施例提供的一种应用于远程手术的手术设备端，该手术设备端包括：工控机和模拟人体结构的机械手臂；

所述工控机，用于接收与该手术设备端配合使用的控制端发送的惯性测量单元对应的坐标转换后的相对姿态角度信息，并根据与所述控制端约定的解算规则对所述坐标转换后的相对姿态角度信息进行解算，得到用于控制所述机械手臂上与承载所述惯性测量单元的载体相对应的部件的动作控制命令，并将所述动作控制命令发送给所述机械手臂；

所述机械手臂，用于根据接收到的所述动作控制命令，控制所述机械手臂的所述部件执行与所述惯性测量单元的载体相同的动作。

较佳的，所述机械手臂包括：胸关节、主体部、左肩关节、右肩关节、左前臂、左后臂、右前臂、右后臂、左手、右手、左肘关节、右肘关节、左腕关节、以及右腕关节。

较佳的，所述胸关节为铰接链，用于控制所述主体部前俯和后仰；

所述左前臂和所述左后臂，以及所述右前臂和所述右后臂通过旋转杆连接；

所述左肩关节和右肩关节为均球接，包括两个自由度，能够分解为俯仰和开合两个自由度，分别用于连接所述主体部和所述左前臂，以及所述主体部和所述右前臂；

所述左肘关节和所述右肘关节为铰接链，分别用于连接所述左前臂和所述左后臂、以及所述右前臂和所述右后臂；

所述左腕关节和所述右腕关节为铰接链，分别用于连接所述左手和所述左前臂、以及所述右手和所述右前臂。

较佳的，所述手术设备端还包括：

手术工具切换单元，用于根据所述控制端发送的手术工具切换命令，控制所述机械手臂的左手和右手切换手术工具。

较佳的，所述手术设备端还包括：

设置在所述主体部上、且与所述工控机相连的双目摄像头，用于采集所述手术设备端一侧的相关三维图像信息，并通过网络将所述三维图像信息发送给所述控制端进行显示。

本发明实施例提供的一种应用于远程手术的控制端的控制方法，该方法包括：

惯性测量单元测量承载该惯性测量单元的载体的相对姿态角度信息，并将所述相对姿态角度信息发送给所述汇聚节点；

汇聚节点将收到的所述相对姿态角度信息的坐标值通过所述控制端所在地的地理坐标系进行坐标转换，并将坐标转换后的相对姿态角度信息发送给上位机；

上位机将收到的转换后的相对姿态角度信息发送给与该控制端配合使用的手术设备端，并接收所述手术设备端发送的相关信息。

本发明实施例提供的一种应用于远程手术的手术设备端的控制方法，该方法包括：

工控机接收与该手术设备端配合使用的控制端发送的惯性测量单元对应的坐标转换后的相对姿态角度信息，并根据与所述控制端约定的解算规则对所述坐标转换后的相对姿态角度信息进行解算，得到用于控制所述机械手臂上与承载所述惯性测量单元的载体相对应的部件的动作控制命令，并将所述动作控制命令发送给机械手臂；

机械手臂根据接收到的所述动作控制命令，控制所述机械手臂的所述部件执行与所述惯性测量单元的载体相同的动作。

本发明实施例提供的一种应用于远程手术的远程手术***，该***包括：至少一个控制端，与所有控制端配合使用的手术设备端；

所述控制端中的惯性测量单元测量承载惯性测量单元的载体的相对姿态角度信息，并将所述相对姿态角度信息发送给所述汇聚节点；汇聚节点将收到的所述相对姿态角度信息的坐标值通过所述控制端所在地的地理坐标系进行坐标转换，并将坐标转换后的相对姿态角度信息发送给上位机；上位机将收到的转换后的相对姿态角度信息发送给与该控制端配合使用的手术设备端，并接收所述手术设备端发送的相关信息；

所述手术设备端中的工控机接收与该手术设备端配合使用的控制端发送的惯性测量单元对应的坐标转换后的相对姿态角度信息，并根据与所述控制端约定的解算规则对所述坐标转换后的相对姿态角度信息进行解算，得到用于控制所述机械手臂上与承载所述惯性测量单元的载体相对应的部件的动作控制命令，并将所述动作控制命令发送给机械手臂；机械手臂根据接收到的所述动作控制命令，控制所述机械手臂的所述部件执行与所述惯性测量单元的载体相同的动作。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种应用于远程手术的控制端的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种惯性测量单元的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的多个惯性测量单元使用时在人体各部位的布置图；

图4为本发明实施例提供的一种手术设备端的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种可能的手术工具切换单元的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种手术设备端的实体平面结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种应用于远程手术的控制端的控制方法的步骤流程图；

图8为本发明实施例提供的一种控制端的实际工作步骤流程图；

图9为本发明实施例提供的一种应用于远程手术的手术设备端的控制方法的步骤流程图；

图10为本发明实施例提供的应用于远程手术的控制端与手术设备端的多对一控制示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种应用于远程手术的控制端的结构示意图，该控制端包括：至少一个惯性测量单元101，汇聚节点102和上位机103；

惯性测量单元101，用于测量承载该惯性测量单元101的载体的相对姿态角度信息，并将相对姿态角度信息发送给汇聚节点102；

汇聚节点102，用于将收到的相对姿态角度信息的坐标值通过控制端所在地的地理坐标系进行坐标转换，并将坐标转换后的相对姿态角度信息发送给上位机103；

上位机103，用于将收到的转换后的相对姿态角度信息发送给与该控制端配合使用的手术设备端，并接收手术设备端发送的相关信息。

传统的远程手术设备中，医生使用的控制端均采用键盘鼠标按钮、控制杆、轨迹球等实现，这种方式操作复杂、响应速度慢、效率较低。本发明将惯性测量单元应用到远程手术的控制端，用于测量使用载体的相对姿态角度信息，并将其发给手术设备端，以便对手术设备端进行控制，使其可以随远程控制的使用载体的运动而运动，操作简单、响应速度快、且提高了效率，可以直接、有效、直观的反应使用载体的操作。

在具体实施时，本发明中的控制端包括：惯性测量单元101，汇聚节点102和上位机103；其中，惯性测量单元101可以为一个或者多个，根据实际需要进行设置，每个惯性测量单元101主要用于测量承载该惯性测量单元101的载体的相对姿态角度信息，之后每个惯性测量单元101都将其测量得到的相对姿态角度信息发送给汇聚节点102进行汇聚；汇聚节点102主要用于接收每个惯性测量单元101发送的相对姿态角度信息，并针对收到的每个相对姿态角度信息的坐标值通过控制端所在地的地理坐标系进行坐标转换，将坐标转换后的相对姿态角度信息发送给上位机103；由上位机103将收到的转换后的相对姿态角度信息经过Interent、互联网等协议传输至与该控制端配合使用的手术设备端，以便手术设备端可以根据该转换后的相对姿态角度信息控制机械手臂随完成与载体相同的动作，同时，也可以通过上位机103接收手术设备端发送的相关信息，如手术设备端的相关图像信息等。

在具体实施时，惯性测量单元可以参见现有技术中的惯性测量方面的应用，如惯性测量导航，也可以根据需要对其进行一定的修正。

如图2所示，为本发明实施例提供的一种惯性测量单元的结构示意图，较佳的，惯性测量单元101包括：陀螺仪1011，加速度计1012和磁力计1013；

陀螺仪1011，用于根据载体前一时刻的相对姿态角度信息，预测当前时刻载体的姿态角度先验估计值，并将姿态角度先验估计值发送给加速度计1012；

加速度计1012，用于将接收到的姿态角度先验估计值根据重力加速度信息进行第一次修正，并将第一次修正后的姿态角度先验估计值发送给磁力计1013；

磁力计1013，用于将接收到的第一次修正后的姿态角度先验估计值根据地磁场信息进行第二次修正，将第二次修正后的姿态角度先验估计值作为载体对应的相对姿态角度信息，并将相对姿态角度信息发送给汇聚节点。

在具体实施时，本发明实施例提供的惯性测量单元可以采用stm32系列单片机作为核心控制芯片，主要包含惯性传感器，即陀螺仪1011、加速度计1012和磁力计1013。其中，惯性测量单元用来采集使用载体(医生)运动的角速度信息、加速度信息和磁场强度信息，采集到的相关信息可以通过IIC总线传给stm32并进行数据处理。

在具体实施时，陀螺仪1011可以根据承载陀螺仪载体的前一时刻的相对姿态角度信息，预测当前时刻载体的姿态角度先验估计值，也就是说，陀螺仪会实时记录每个时刻载体对应的姿态角度先验估计值，通过状态更新方式可以更新当前时刻的姿态角度先验估计值，在预测出当前时刻载体的姿态角度先验估计值后，将姿态角度先验估计值发送给加速度计1012；加速度计1012主要用于将姿态角度先验估计值根据重力加速度信息进行第一次修正，并发送给磁力计1013进行第二次修正；磁力计1013根据地磁场信息进行第二次修正，并将第二次修正后的姿态角度先验估计值作为载体对应的相对姿态角度信息，通过有线或者无线的方式发送给汇聚节点进行处理。

其中，上述第一次修正和第二次修正的具体过程，可以参见现有技术中惯性测量的方式，例如，可以根据对加速度计估计值与加速度计测量值进行第一次卡尔曼滤波，解算出横滚角和俯仰角，可以根据对磁力计估计值与磁力计测量值进行第二次卡尔曼滤波过程，完成偏航角的解算。其中，横滚角、俯仰角和偏航角即为所求姿态角度。两次卡尔曼滤波过程提高了解算精度，且将复杂的三维解算过程转化为一维和二维的解算过程，降低了解算维数，使算法更容易在硬件***中实现。

其中，控制端包括的惯性测量单元101可以为一个或者多个，可以根据需要布置到使用者(医生)的身体的各个部位，实时采集使用者运动时的姿态信息，如图3所示，为本发明实施例提供的多个惯性测量单元使用时在人体各部位的布置图，图中的黑色矩形代表惯性测量单元101，各个惯性测量单元分别布置于人体的左前臂、左后臂、右前臂、右后臂、左手、右手和胸口处。

较佳的，控制端包括多个惯性测量单元101，汇聚节点102具体用于：接收不同惯性测量单元发送的相对姿态角度信息，针对每一个惯性测量单元发送的相对姿态角度信息，将相对姿态角度信息的坐标值通过控制端所在地的地理坐标系，转换为控制端对应的中心坐标系下的坐标值，并将所有惯性测量单元对应的坐标转换后的相对姿态角度信息进行数据打包后发送给上位机103。

在具体实施时，可以通过多个惯性测量单元101分别采集载体(如医生的身体)各个位置的相对姿态角度信息，并通过有线或者无线的方式传输至汇聚节点。针对每一个惯性测量单元发送的相对姿态角度信息，汇聚节点102需要通过控制端所在地的地理坐标系对其进行坐标转换，具体坐标转换的方式，可以参见现有技术中的坐标转换，其中，坐标系转换过程就是将载体对应的载体坐标b系转换至当地的地理坐标n系，再将所有的地理坐标n系参数转换为中心坐标c系。

例如，根据Z-Y-X欧拉角坐标系变换方法，则可知一个[3*1]维向量X在两坐标系之间的转换关系如下：则可知载体坐标系与中心坐标系之间的转换关系为：R为转换矩阵，即实现坐标系之间转换的转换矩阵。其中，汇聚节点102可以固定于固定平台之上静止不动，以保证用于进行坐标转换的中心坐标位置不变。

在具体实施时，控制端除了包括上述惯性测量单元，还可以包括主要用于控制切换手术工具的控制手柄。较佳的，控制端还包括：控制手柄，用于向手术设备端发送手术工具切换命令，控制手术设备端的手术工具切换单元切换手术工具。较佳的，控制手柄包括：左手控制手柄，用于控制手术设备端的机械手臂的左手切换手术工具，以及手术设备端的启动或停止；右手控制手柄，用于控制手术设备端的机械手臂的右手切换手术工具，以及手术设备端的暂停。

在具体实施时，使用者(如医生)可以根据需要通过控制手柄向与该控制端配合使用的手术设备端发送命令，根据需要切换不同的手术工具。同时，也可以通过控制手柄来手术设备端***的启动、停止或暂停等，以便医生可以实时的控制手术实际操作的过程。

为了使控制器一侧的使用者能够清楚的了解远方病人的实际情况，较佳的，控制端还包括：与上位机相连的显示单元，用于显示手术设备端发送的手术设备端一侧的相关三维图像信息。

较佳的，控制端还包括：与主控单元相连的通讯单元，用于与手术设备端进行语音和/或消息通讯。通讯单元可以包括话筒和扬声器，用来实现主治医师与远程手术现场人员之间的交互沟通。

较佳的，控制端还包括：与主控单元相连的摄像头，用于采集控制端一侧的相关图像信息，并通过网络发送给手术设备端进行显示。控制端可以采用摄像头采集主治医师端视频信息，并通过互联网传输至远程手术端的显示器完成显示。其中，显示单元可以采用UI交互界面，作为控制端一侧的用户交互界面，其功能可以包括***启动、初始化、对准、暂停及视频显示等功能，主要完成控制端***与主治医师之间的交互操作。

为了与上述控制端配合使用，完成远程手术操作，本发明实施例还提供了一种应用于远程手术的手术设备端。如图4所示，为本发明实施例提供的一种手术设备端的结构示意图，该手术设备端包括：工控机401和模拟人体结构的机械手臂402；

工控机401，用于接收与该手术设备端配合使用的控制端发送的惯性测量单元对应的坐标转换后的相对姿态角度信息，并根据与控制端约定的解算规则对坐标转换后的相对姿态角度信息进行解算，得到用于控制机械手臂402上与承载惯性测量单元的载体相对应的部件的动作控制命令，并将动作控制命令发送给机械手臂402；

机械手臂402，用于根据接收到的动作控制命令，控制机械手臂402的部件执行与惯性测量单元的载体相同的动作。

在具体实施时，主要由工控机401完成数据处理的过程，并将处理得到的控制命令发给机械手臂402，而机械手臂402则主要是根据控制命令执行相应的操作。其中，机械手臂用以接收远程控制端发送的坐标转换后的相对姿态角度信息，并根据与控制端约定的解算规则对坐标转换后的相对姿态角度信息进行解算，得到用于控制机械手臂402上与承载惯性测量单元的载体相对应的部件的动作控制命令，并发送给机械手臂402，机械手臂402根据接收到的动作控制命令，控制机械手臂402的部件完成与控制端的承载惯性测量单元的载体的姿态角度相同的动作，从而实现随动控制及实时监测。

其中，在控制端和手术设备端各有一个中心坐标系，两个中心坐标系在均保证静止不动。医生在控制端的中心坐标系下运动，机械手臂402在手术设备端中心坐标系下运动，医生和机械手臂402在中心坐标系下的相对运动量保持一致。

为了使机械手臂能准确的反应医生的操作，可以使其完全模拟人体上半身的结构，设计各种部件和类似于关节的连接件，模拟人体的动作。在具体实施时，可以根据实际需要设计机械手臂，其精度也需要尽可能的精细。较佳的，机械手臂包括：胸关节、主体部、左肩关节、右肩关节、左前臂、左后臂、右前臂、右后臂、左手、右手、左肘关节、右肘关节、左腕关节、以及右腕关节。较佳的，胸关节为铰接链，用于控制主体部前俯和后仰；左前臂和左后臂，以及右前臂和右后臂通过旋转杆连接；左肩关节和右肩关节为均球接，包括两个自由度，能够分解为俯仰和开合两个自由度，分别用于连接主体部和左前臂，以及主体部和右前臂；左肘关节和右肘关节为铰接链，分别用于连接左前臂和左后臂、以及右前臂和右后臂；左腕关节和右腕关节为铰接链，分别用于连接左手和左前臂、以及右手和右前臂。

上述组成机械手臂402的各个部件和连接方式，只是一种可能的实现方式，根据实际应用的不同，也可以设计的包含更多的部件，或是采用其它的连接方式等。只要是能够根据控制端发送的坐标转换后的相对姿态角度信息，实现与控制端姿态角度相同的动作，从而实现随动控制及实时监测即可。

作为手术设备端，机械手臂还必须可以夹持或调换手术工具。较佳的，手术设备端还包括：手术工具切换单元，用于根据控制端发送的手术工具切换命令，控制机械手臂的左手和右手切换手术工具501。如图5所示，为本发明实施例提供的一种可能的手术工具切换单元的示意图。手术工具切换单元为如图所示的弹簧弹出模式，各手术工具的切换由该部位的控制模块502完成控制，控制模块接收控制端的控制手柄的传来的控制信息对各手术工具进行操作。手术工具切换单元可分别有远程的左手控制手柄和右手控制手柄完成手术工具切换，其中手术工具可以包括手术刀，剪刀，镊子，血管钳等常用的手术工具。

为了能够清楚的将手术设备端手术过程中的图像信息发送给控制端，该手术设备端还需要包括摄像头。较佳的，手术设备端还包括：设置在主体部上、且与工控机相连的双目摄像头，用于采集手术设备端一侧的相关三维图像信息，并通过网络将三维图像信息发送给控制端进行显示。

如图6所示，为本发明实施例提供的一种手术设备端的实体平面结构示意图，该图只是一种可能的实体平面结构示意图，在具体实施时，也可以根据需要设计成其它的样式，上述手术设备端的双目摄像头用以采集手术过程中全方位的3D图像，并经过网络反馈至远程的控制端，通过控制端一侧的显示单元呈现给主治医师，以便主治医师能够通过反馈的手术现场图像，完成手术操作。

为了实现与控制端的通信，较佳的，手术设备端还包括：与主控单元相连的通讯单元，用于与控制端进行语音和/或消息通讯。通讯单元可以包括话筒和扬声器，用来实现主治医师与远程手术现场人员之间的交互沟通。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种应用于远程手术的控制端的控制方法，由于该方法解决问题的原理与应用于远程手术的控制端相似，因此该方法的实施可以参见控制端的实施，重复之处不再赘述。

如图7所示，为本发明实施例提供的一种应用于远程手术的控制端的控制方法的步骤流程图，该方法包括：

步骤701，惯性测量单元测量承载该惯性测量单元的载体的相对姿态角度信息，并将相对姿态角度信息发送给汇聚节点；

步骤702，汇聚节点将收到的相对姿态角度信息的坐标值通过控制端所在地的地理坐标系进行坐标转换，并将坐标转换后的相对姿态角度信息发送给上位机；

步骤703，上位机将收到的转换后的相对姿态角度信息发送给与该控制端配合使用的手术设备端，并接收手术设备端发送的相关信息。

为了更清楚的说明本发明实施例提供的控制端的具体工作过程，如图8所示，为本发明实施例提供的一种控制端的实际工作步骤流程图，该流程包括：

步骤801，在收到使用者的启动操作后，启动用于进行远程手术的控制端；

步骤802，对启动的控制端的***进行初始化；

步骤803，向与该控制端配合使用的手术设备端发送对接申请；

步骤804，判断是否有手术设备端与该控制端实现对接，若是，则执行步骤805，否则，继续执行步骤803；

步骤805，在确定完成对接后，提示对接完成；

步骤806，开始启动***设备和惯性测量单元等设备；

步骤807，再次对控制端的***进行校准；

步骤808，启动实时控制程序；

步骤809，由医生通过控制端对手术设备端的病人实施远程手术；

步骤810，在收到使用者的停止操作后，控制端的***停止。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种应用于远程手术的手术设备端的控制方法，由于该方法解决问题的原理与应用于远程手术的手术设备端相似，因此该方法的实施可以参见手术设备端的实施，重复之处不再赘述。

如图9所示，为本发明实施例提供的一种应用于远程手术的手术设备端的控制方法的步骤流程图，该方法包括：

步骤901，工控机接收与该手术设备端配合使用的控制端发送的惯性测量单元对应的坐标转换后的相对姿态角度信息，并根据与控制端约定的解算规则对坐标转换后的相对姿态角度信息进行解算，得到用于控制机械手臂上与承载惯性测量单元的载体相对应的部件的动作控制命令，并将动作控制命令发送给机械手臂；

步骤902，机械手臂根据接收到的动作控制命令，控制机械手臂的部件执行与惯性测量单元的载体相同的动作。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种应用于远程手术的手术***，由于该方法解决问题的原理与应用于远程手术的控制端和手术设备端相似，因此该方法的实施可以参见控制端和手术设备端的实施，重复之处不再赘述。

本发明实施例提供的一种应用于远程手术的远程手术***，该***包括：至少一个控制端，与所有控制端配合使用的手术设备端；

控制端中的惯性测量单元测量承载惯性测量单元的载体的相对姿态角度信息，并将相对姿态角度信息发送给汇聚节点；汇聚节点将收到的相对姿态角度信息的坐标值通过控制端所在地的地理坐标系进行坐标转换，并将坐标转换后的相对姿态角度信息发送给上位机；上位机将收到的转换后的相对姿态角度信息发送给与该控制端配合使用的手术设备端，并接收手术设备端发送的相关信息；

手术设备端中的工控机接收与该手术设备端配合使用的控制端发送的惯性测量单元对应的坐标转换后的相对姿态角度信息，并根据与控制端约定的解算规则对坐标转换后的相对姿态角度信息进行解算，得到用于控制机械手臂上与承载惯性测量单元的载体相对应的部件的动作控制命令，并将动作控制命令发送给机械手臂；机械手臂根据接收到的动作控制命令，控制机械手臂的部件执行与惯性测量单元的载体相同的动作。

如图10所示，为本发明实施例提供的应用于远程手术的控制端与手术设备端的多对一控制示意图。本发明控制端由于价格相对低廉，可于多个医院或医师家中设置控制点，实现多对一控制。

综上所述，本发明将惯性测量单元应用到远程手术的控制端，用于测量使用载体的相对姿态角度信息，并将其发给手术设备端，以便对手术设备端进行控制，使其可以随远程控制的使用载体的运动而运动，操作简单、响应速度快、且提高了效率，可以直接、有效、直观的反应使用载体的操作。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种应用于远程手术的控制端，其特征在于，该控制端包括：至少一个惯性测量单元，汇聚节点和上位机；

所述惯性测量单元，用于测量承载该惯性测量单元的载体的相对姿态角度信息，并将所述相对姿态角度信息发送给所述汇聚节点；

所述汇聚节点，用于将收到的所述相对姿态角度信息的坐标值通过所述控制端所在地的地理坐标系进行坐标转换，并将坐标转换后的相对姿态角度信息发送给所述上位机；

所述上位机，用于将收到的转换后的相对姿态角度信息发送给与该控制端配合使用的手术设备端，并接收所述手术设备端发送的相关信息。

2.如权利要求1所述的控制端，其特征在于，所述惯性测量单元包括：

陀螺仪，用于根据所述载体前一时刻的相对姿态角度信息，预测当前时刻所述载体的姿态角度先验估计值，并将所述姿态角度先验估计值发送给所述加速度计；

加速度计，用于将接收到的所述姿态角度先验估计值根据重力加速度信息进行第一次修正，并将第一次修正后的所述姿态角度先验估计值发送给所述磁力计；

磁力计，用于将接收到的第一次修正后的所述姿态角度先验估计值根据地磁场信息进行第二次修正，将第二次修正后的所述姿态角度先验估计值作为所述载体对应的相对姿态角度信息，并将所述相对姿态角度信息发送给所述汇聚节点。

3.如权利要求1所述的控制端，其特征在于，所述控制端包括多个所述惯性测量单元，所述汇聚节点具体用于：

接收不同惯性测量单元发送的相对姿态角度信息，针对每一个惯性测量单元发送的相对姿态角度信息，将所述相对姿态角度信息的坐标值通过所述控制端所在地的地理坐标系，转换为所述控制端对应的中心坐标系下的坐标值，并将所有惯性测量单元对应的坐标转换后的相对姿态角度信息进行数据打包后发送给上位机。

4.如权利要求1所述的控制端，其特征在于，所述控制端还包括：

控制手柄，用于向所述手术设备端发送手术工具切换命令，控制所述手术设备端的手术工具切换单元切换手术工具。

5.如权利要求4所述的控制端，其特征在于，所述控制手柄包括：

左手控制手柄，用于控制所述手术设备端的机械手臂的左手切换手术工具，以及所述手术设备端的启动或停止；

右手控制手柄，用于控制所述手术设备端的机械手臂的右手切换手术工具，以及所述手术设备端的暂停。

6.如权利要求1所述的控制端，其特征在于，所述控制端还包括：

与所述上位机相连的显示单元，用于显示所述手术设备端发送的所述手术设备端一侧的相关三维图像信息。

7.一种应用于远程手术的手术设备端，其特征在于，该手术设备端包括：工控机和模拟人体结构的机械手臂；

所述工控机，用于接收与该手术设备端配合使用的控制端发送的惯性测量单元对应的坐标转换后的相对姿态角度信息，并根据与所述控制端约定的解算规则对所述坐标转换后的相对姿态角度信息进行解算，得到用于控制所述机械手臂上与承载所述惯性测量单元的载体相对应的部件的动作控制命令，并将所述动作控制命令发送给所述机械手臂；

所述机械手臂，用于根据接收到的所述动作控制命令，控制所述机械手臂的所述部件执行与所述惯性测量单元的载体相同的动作。

8.如权利要求7所述的手术设备端，其特征在于，所述机械手臂包括：胸关节、主体部、左肩关节、右肩关节、左前臂、左后臂、右前臂、右后臂、左手、右手、左肘关节、右肘关节、左腕关节、以及右腕关节。

9.如权利要求8所述的手术设备端，其特征在于，所述胸关节为铰接链，用于控制所述主体部前俯和后仰；

所述左前臂和所述左后臂，以及所述右前臂和所述右后臂通过旋转杆连接；

所述左肩关节和右肩关节为均球接，包括两个自由度，能够分解为俯仰和开合两个自由度，分别用于连接所述主体部和所述左前臂，以及所述主体部和所述右前臂；

所述左肘关节和所述右肘关节为铰接链，分别用于连接所述左前臂和所述左后臂、以及所述右前臂和所述右后臂；

所述左腕关节和所述右腕关节为铰接链，分别用于连接所述左手和所述左前臂、以及所述右手和所述右前臂。

10.如权利要求7所述的手术设备端，其特征在于，所述手术设备端还包括：

手术工具切换单元，用于根据所述控制端发送的手术工具切换命令，控制所述机械手臂的左手和右手切换手术工具。

11.如权利要求7所述的手术设备端，其特征在于，所述手术设备端还包括：

设置在所述主体部上、且与所述工控机相连的双目摄像头，用于采集所述手术设备端一侧的相关三维图像信息，并通过网络将所述三维图像信息发送给所述控制端进行显示。

12.一种应用于远程手术的控制端的控制方法，其特征在于，该方法包括：

惯性测量单元测量承载该惯性测量单元的载体的相对姿态角度信息，并将所述相对姿态角度信息发送给所述汇聚节点；

汇聚节点将收到的所述相对姿态角度信息的坐标值通过所述控制端所在地的地理坐标系进行坐标转换，并将坐标转换后的相对姿态角度信息发送给上位机；

上位机将收到的转换后的相对姿态角度信息发送给与该控制端配合使用的手术设备端，并接收所述手术设备端发送的相关信息。

13.一种应用于远程手术的手术设备端的控制方法，其特征在于，该方法包括：

工控机接收与该手术设备端配合使用的控制端发送的惯性测量单元对应的坐标转换后的相对姿态角度信息，并根据与所述控制端约定的解算规则对所述坐标转换后的相对姿态角度信息进行解算，得到用于控制所述机械手臂上与承载所述惯性测量单元的载体相对应的部件的动作控制命令，并将所述动作控制命令发送给机械手臂；

机械手臂根据接收到的所述动作控制命令，控制所述机械手臂的所述部件执行与所述惯性测量单元的载体相同的动作。

14.一种应用于远程手术的远程手术***，其特征在于，该***包括：至少一个控制端，与所有控制端配合使用的手术设备端；

所述控制端中的惯性测量单元测量承载惯性测量单元的载体的相对姿态角度信息，并将所述相对姿态角度信息发送给所述汇聚节点；汇聚节点将收到的所述相对姿态角度信息的坐标值通过所述控制端所在地的地理坐标系进行坐标转换，并将坐标转换后的相对姿态角度信息发送给上位机；上位机将收到的转换后的相对姿态角度信息发送给与该控制端配合使用的手术设备端，并接收所述手术设备端发送的相关信息；

所述手术设备端中的工控机接收与该手术设备端配合使用的控制端发送的惯性测量单元对应的坐标转换后的相对姿态角度信息，并根据与所述控制端约定的解算规则对所述坐标转换后的相对姿态角度信息进行解算，得到用于控制所述机械手臂上与承载所述惯性测量单元的载体相对应的部件的动作控制命令，并将所述动作控制命令发送给机械手臂；机械手臂根据接收到的所述动作控制命令，控制所述机械手臂的所述部件执行与所述惯性测量单元的载体相同的动作。