一种基于电磁定位系统的穿刺手术机器人精确定位实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电磁定位系统的穿刺手术机器人精确定位实现方法，可应用于穿刺手术机器人，属于机器人控制领域。该方法包括以下步骤：(1)通过磁场导航装置获得电磁发生器坐标系和传感器坐标系间的变换矩阵；(2)通过机器人运动学模型计算机器人坐标系与传感器坐标系之间的变换矩阵；(3)计算电磁发生器坐标系和穿刺手术机器人坐标系间的变换矩阵；(4)对机器人工作空间进行分割和采样，获得采样点的误差信息；(5)应用空间插值方法对目标点进行误差补偿。采用此方法，可以减小手术机器人的定位误差，实现精确定位。具有精度高、成本低、计算简单等优点。

An accurate positioning method for a puncture robot based on electromagnetic location system

The invention discloses an accurate positioning method of a puncture operation robot based on an electromagnetic positioning system, which can be applied to a puncture operation robot and belongs to the field of robot control. The method includes the following steps: (1) the transformation matrix between the coordinate system of the electromagnetic generator and the coordinate system of the sensor is obtained by the magnetic field navigation device; (2) the transformation matrix between the coordinate system of the robot and the sensor coordinates is calculated by the kinematic model of the robot; (3) the coordinates system of the electromagnetism generator and the coordinate system of the puncture operation robot are calculated. The transformation matrix between the two groups; (4) the robot workspace is divided and sampled, and the error information of the sampling points is obtained; (5) the space interpolation method is used to compensate the target points. With this method, the positioning error of the surgical robot can be reduced and the precise positioning can be achieved. It has the advantages of high precision, low cost and simple calculation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于电磁定位系统的穿刺手术机器人精确定位实现方法
本专利技术涉及一种基于磁场导航装置的机器人精确定位的实现方法，特别涉及一种应用空间插值方法对机器人进行定位误差补偿的实现技术，可应用于穿刺手术机器人，属于机器人控制领域。
技术介绍
在复杂的手术环境中，穿刺手术机器人系统的精确空间定位是一个关键问题。磁定位器作为一种新式传感器，可以实现非接触式测量，并且不受遮挡影响，特别适合在手术室等人员密集的复杂环境下应用。它价格相对较低，使用方便，被广泛采用。但其应用于手术机器人领域时，定位精度较低，不能满足高精度手术的要求。文献“刘少丽,杨向东,吴聊,等.基于磁定位器的微创手术机器人空间定位方法研究[J].机械设计与制造,2011(12):1-3.”提出了一种微创手术机器人空间定位方法，该方法利用了传统的奇异值分解的方法实现磁定位发射器空间和机器人空间的配准，但此方法存在以下两点不足：计算复杂、定位精度不够高。申请号为201310451794.9，公开了一种用于工业机器人的基于模糊神经网络的标定误差补偿方法，但该方法需要使用激光跟踪仪测量机器人位姿，无法应用于手术环境中，且需要的采样点较多，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电磁定位系统的穿刺手术机器人精确定位实现方法，其特征是：该方法包括计算机器人坐标系与传感器坐标系之间的变换矩阵的步骤；包括计算电磁发生器坐标系和穿刺手术机器人坐标系间的变换矩阵的步骤；包括对机器人工作空间进行分割和采样，获得采样点的误差信息的步骤；包括计算每个采样点的位置误差矢量的步骤；包括应用空间插值方法对目标点进行误差补偿的步骤。

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁定位系统的穿刺手术机器人精确定位实现方法，其特征是：该方法包括计算机器人坐标系与传感器坐标系之间的变换矩阵的步骤；包括计算电磁发生器坐标系和穿刺手术机器人坐标系间的变换矩阵的步骤；包括对机器人工作空间进行分割和采样，获得采样点的误差信息的步骤；包括计算每个采样点的位置误差矢量的步骤；包括应用空间插值方法对目标点进行误差补偿的步骤。2.根据权利要求1所述的基于电磁定位系统的穿刺手术机器人精确定位实现方法，其特征是：计算穿刺手术机器人坐标系与传感器坐标系之间的变换矩阵的步骤中，包括通过手术针末端传感器的信息建立一个和手术针末端坐标系重合的传感器坐标系，计算穿刺手术机器人坐标系与传感器坐标系之间的变换矩阵；根据机器人的运动学方程计算器人坐标系与传感器坐标系之间的变换矩阵。3.根据权利要求1所述的基于电磁定位系统的穿刺手术机器人精确定位实现方法，其特征是：电磁发生器坐标系和穿刺手术机器人坐标系间的变换矩阵计算方法是：4.根据权利要求1所述的基于电磁定位系统的穿刺手术机器人精确定位实现方法，其特征是：对机器人工作空...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建勋，门自健，代煜，刘杰，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津,12