多级并联手术机械臂的控制方法及多级并联手术机械臂技术

本申请涉及一种多级并联手术机械臂的控制方法及多级并联手术机械臂，其中，该控制方法包括：获取该执行杆上的远心不动点坐标，并获取该手术器具的末端坐标；根据该远心不动点坐标和该末端坐标，确定该第一并联平台的位置偏移量和第一姿态向量，并确定该第二并联平台的第二姿态向量；根据该位置偏移量、该第一姿态向量和该第二姿态向量，控制该第一并联平台移动至第一指定位姿；根据该第一姿态向量和该第二姿态向量，控制该第二并联平台移动至第二指定位姿。通过本申请，解决了手术机械臂的工作空间范围较小的问题，实现了对多级并联手术机械臂的精确控制。机械臂的精确控制。机械臂的精确控制。

【技术实现步骤摘要】
多级并联手术机械臂的控制方法及多级并联手术机械臂


[0001]本申请涉及医疗器械
，特别是涉及一种多级并联手术机械臂的控制方法及多级并联手术机械臂。

技术介绍

[0002]随着微创手术技术与人工智能技术的发展，机器人辅助微创外科手术逐渐成为微创外科手术的发展趋势之一。在相关技术中，Stewart六自由度并联平台具有自由度多、承载能力较强、没有积累误差等方面的特点，将该并联平台应用于手术机械臂，可以避免手术机器人的机械臂之间容易发生干涉的问题；然而，通过多级并联平台控制的手术机械臂通常反解运算较慢，且误差较大，导致控制多级并联手术机械臂的精度低。
[0003]针对相关技术中，多级并联手术机械臂的控制精度较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供了一种多级并联手术机械臂的控制方法及多级并联手术机械臂，以至少解决相关技术中多级并联手术机械臂的控制精度较低的问题。
[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种多级并联手术机械臂的控制方法，其特征在于，所述多级并联手术机械臂包括第一并联平台、第二并联平台和执行组件，所述执行组件包括执行杆和手术器具；所述执行组件与所述第一并联平台连接，所述第一并联平台与所述第二并联平台连接；所述方法包括：
[0006]获取所述执行杆上的远心不动点坐标，并获取所述手术器具的末端坐标；
[0007]根据所述远心不动点坐标和所述末端坐标，确定所述第一并联平台的位置偏移量和第一姿态向量，并确定所述第二并联平台的第二姿态向量；
[0008]根据所述位置偏移量、所述第一姿态向量和所述第二姿态向量，控制所述第一并联平台移动至第一指定位姿；
[0009]根据所述第一姿态向量和所述第二姿态向量，控制所述第二并联平台移动至第二指定位姿，从而实现了对多级并联平台的精确控制。
[0010]在其中一些实施例中，控制所述第一并联平台和所述第二并联平台移动包括：
[0011]在所述手术器具的运动范围小于或等于第一区域的情况下，将所述第二并联平台设置为锁住状态，并控制所述第一并联平台移动至所述第一指定位姿；
[0012]在所述运动范围大于所述第一区域，且所述运动范围小于或等于第二区域的情况下，将所述第二并联平台设置为解锁状态，并控制所述第二并联平台移动移动至所述第二指定位姿，使得对多级并联平台的控制更加简便。
[0013]在其中一些实施例中，所述根据所述位置偏移量、所述第一姿态向量和所述第二姿态向量，控制所述第一并联平台移动至第一指定位姿包括：
[0014]根据所述远心不动点坐标和所述末端坐标，获取所述第一并联平台的第一动平台
在绝对坐标系下的第一动原点坐标；并根据所述第一动原点坐标获取所述第一并联平台的位置偏移量；
[0015]根据所述位置偏移量、所述第一姿态向量和所述第二姿态向量，确定第一转换矩阵；
[0016]根据所述第一转换矩阵，并根据所述第一并联平台的第一铰接点在所述绝对坐标系下的坐标，计算得到所述第一并联平台的第一伸缩元件长度；
[0017]根据所述第一动原点坐标和所述第一伸缩元件长度，控制所述第一动平台移动至所述第一指定位姿，从而提高了手术精度。
[0018]在其中一些实施例中，所述根据所述第一动原点坐标获取所述第一并联平台的位置偏移量包括：
[0019]根据所述远心不动点坐标、所述末端坐标和所述第一动原点坐标，确定第一比例；
[0020]其中，所述第一比例为所述远心不动点坐标到第一静原点坐标的距离相对所述第二姿态向量的比例；所述第一静原点坐标为所述第一并联平台的第一静平台在绝对坐标系下的原点坐标；
[0021]根据所述第一比例、所述远心不动点和所述第二姿态向量，确定所述第一静平台的第一静原点坐标；
[0022]根据所述第一动原点坐标和所述第一静原点坐标，获取所述位置偏移量，从而避免了坐标偏移产生的误差。
[0023]在其中一些实施例中，所述根据所述位置偏移量、所述第一姿态向量和所述第二姿态向量，确定第一转换矩阵包括：
[0024]根据所述第一姿态向量和所述第二姿态向量，获取第一旋转角度，并获取第二旋转角度；其中，所述第一旋转角度为所述第一并联平台绕第一动坐标系的第一坐标轴旋转的角度，所述第二旋转角度为所述第一并联平台绕所述第一动坐标系的第二坐标轴旋转的角度；
[0025]根据所述第一并联平台的位置偏移量、所述第一旋转角度和所述第二姿态向量，确定所述第一转换矩阵，从而通过齐次坐标矩阵的求解提高了响应速度。
[0026]在其中一些实施例中，所述根据所述第一姿态向量和所述第二姿态向量，控制所述第二并联平台移动至第二指定位姿包括：
[0027]根据所述远心不动点坐标和所述第二姿态向量，获取所述第二并联平台的第二动平台在绝对坐标系下的第二动原点坐标；
[0028]根据所述绝对坐标系的第三坐标轴、所述第二姿态向量和所述第二动原点坐标，确定第二转换矩阵；
[0029]根据所述第二转换矩阵，并根据所述第二并联平台的第二铰接点在所述绝对坐标系下的坐标，计算得到所述第二并联平台的第二伸缩元件长度；
[0030]根据所述第二动原点坐标和所述第二伸缩元件长度，控制所述第二动平台移动至所述第二指定位姿，从而进一步提高了手术精度。
[0031]在其中一些实施例中，所述根据所述远心不动点坐标和所述第二姿态向量，获取所述第二并联平台的第二动平台在绝对坐标系下的第二动原点坐标包括：
[0032]根据所述远心不动点坐标、所述末端坐标和所述第一动原点坐标，确定第二比例；
其中，所述第二比例为所述远心不动点坐标到第二动原点坐标的距离相对所述第二姿态向量的比例；
[0033]根据所述第二比例、所述远心不动点和所述第二姿态向量，确定所述第二动原点坐标，从而实时反解获取第二动原点，提高了控制精度。
[0034]在其中一些实施例中，所述根据所述绝对坐标系的第三坐标轴、所述第二姿态向量和所述第二动原点坐标，确定第二转换矩阵包括：
[0035]根据所述第三坐标轴和第二姿态向量，获取第三旋转角度，并获取第四旋转角度；其中，所述第三旋转角度为所述第二并联平台绕第二动坐标系的第一坐标轴旋转的角度，所述第四旋转角度为所述第二并联平台绕所述第二动坐标系的第二坐标轴旋转的角度；
[0036]根据所述第三旋转角度、所述第四旋转角度和所述第二动原点坐标，确定所述第二转换矩阵，从而进一步提高了响应速度。
[0037]在其中一些实施例中，所述控制所述第二并联平台移动至第二指定位姿之后，所述方法还包括：
[0038]根据所述第一姿态向量和所述第二姿态向量，控制所述第一并联平台移动至第三指定位姿，从而完善了对机构的整体控制。
[0039]在其中一些实施例中，所述控制所述第一并联平台移动至第三指定位置之前，所述方法还包括：
[0040]根据所述远心不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级并联手术机械臂的控制方法，其特征在于，所述多级并联手术机械臂包括第一并联平台、第二并联平台和执行组件，所述执行组件包括执行杆和手术器具；所述执行组件与所述第一并联平台连接，所述第一并联平台与所述第二并联平台连接；所述方法包括：获取所述执行杆上的远心不动点坐标，并获取所述手术器具的末端坐标；根据所述远心不动点坐标和所述末端坐标，确定所述第一并联平台的位置偏移量和第一姿态向量，并确定所述第二并联平台的第二姿态向量；根据所述位置偏移量、所述第一姿态向量和所述第二姿态向量，控制所述第一并联平台移动至第一指定位姿；根据所述第一姿态向量和所述第二姿态向量，控制所述第二并联平台移动至第二指定位姿。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，控制所述第一并联平台和所述第二并联平台移动包括：在所述手术器具的运动范围小于或等于第一区域的情况下，将所述第二并联平台设置为锁住状态，并控制所述第一并联平台移动至所述第一指定位姿；在所述运动范围大于所述第一区域，且所述运动范围小于或等于第二区域的情况下，将所述第二并联平台设置为解锁状态，并控制所述第二并联平台移动移动至所述第二指定位姿。3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述位置偏移量、所述第一姿态向量和所述第二姿态向量，控制所述第一并联平台移动至第一指定位姿包括：根据所述远心不动点坐标和所述末端坐标，获取所述第一并联平台的第一动平台在绝对坐标系下的第一动原点坐标；并根据所述第一动原点坐标获取所述第一并联平台的位置偏移量；根据所述位置偏移量、所述第一姿态向量和所述第二姿态向量，确定第一转换矩阵；根据所述第一转换矩阵，并根据所述第一并联平台的第一铰接点在所述绝对坐标系下的坐标，计算得到所述第一并联平台的第一伸缩元件长度；根据所述第一动原点坐标和所述第一伸缩元件长度，控制所述第一动平台移动至所述第一指定位姿。4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述第一动原点坐标获取所述第一并联平台的位置偏移量包括：根据所述远心不动点坐标、所述末端坐标和所述第一动原点坐标，确定第一比例；其中，所述第一比例为所述远心不动点坐标到第一静原点坐标的距离相对所述第二姿态向量的比例；所述第一静原点坐标为所述第一并联平台的第一静平台在绝对坐标系下的原点坐标；根据所述第一比例、所述远心不动点和所述第二姿态向量，确定所述第一静平台的第一静原点坐标；根据所述第一动原点坐标和所述第一静原点坐标，获取所述位置偏移量。5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述位置偏移量、所述第一姿态向量和所述第二姿态向量，确定第一转换矩阵包括：
根据所述第一姿态向量和所述第二姿态向量，获取第一旋转角度，并获取第二旋转角度；其中，所述第一旋转角度为所述第一并联平台绕第一动坐标系的第一坐标轴旋转的角度，所述第二旋转角度为所述第一并联平台绕所述第一动坐标系的第二坐标轴旋转的角度；根据所述第一并联平台的位置偏移量、所述第一旋转角度、所述第二旋转角度和所述第二姿态向量，确定所述第一转换矩阵。6.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述第一姿态向量和所述第二姿态向量，控制所述第二并联平台移动至第二指定位姿包括：根据所述远心不动点坐标和所述第二姿态向量，获取所述第二并联平台的第二动平台在绝对坐标系下的第二动原点坐标；根据所述绝对坐标系的第三坐标轴、所述第二姿态向量和所述第二动原点坐标，确定第二转换矩阵；根据所述第二转换矩阵，并根据所述第二并联平台的第二铰接点在所述绝对坐标系下的坐标，计算得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳建飞，柏龙，陈晓红，黄善灯，潘鲁锋，
申请(专利权)人：诺创智能医疗科技杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：