重建器械术野中心的控制方法、系统、设备和存储介质技术方案

本申请涉及一种重建器械术野中心的控制方法、系统、设备和可读存储介质，获取重建器械术野中心后，动平台在机械坐标系下的当前位姿，根据动平台的当前位姿获取重建器械术野中心后，静平台在机械坐标系下的目标位姿，根据动平台的当前位姿和静平台的目标位姿对静平台进行位姿变换；根据动平台的当前位姿和静平台的目标位姿获取动平台和静平台之间在中心轴线上的扭转角度，根据扭转角度对动平台进行旋转变换，以使并联平台回归零位，解决了相关技术中存在的并联机器人难以实现姿态回零的问题，提升了重建器械术野中心的控制准确度，保证并联平台的运动性能。保证并联平台的运动性能。保证并联平台的运动性能。

【技术实现步骤摘要】
重建器械术野中心的控制方法、系统、设备和存储介质


[0001]本申请涉及机器人
，特别是涉及重建器械术野中心的控制方法、系统、设备和存储介质。

技术介绍

[0002]机器人在进行应用操作前需要进行摆位，使器械末端到达相应的操作空间，对并联机器人来说，摆位首先依赖于串联机械臂的运动，使器械末端到达操作空间，再通过操控并联平台使器械末端到达操作空间的中间位置，实现精确的摆位。
[0003]在将器械转移到另一较远的位置时，若直接通过主动臂将器械移至该目标点，此时并联平台可能已经处于工作空间的边缘位置，因此需要在器械位置不变的情况下，将并联平台调整至零位状态。
[0004]并联机器人的主动臂运动范围小，在完成摆位后，并联平台通常不处于零点位置，这可能导致并联平台在运动空间中无法覆盖应用的操作空间，从而使并联平台卡在极限位置无法完成操作。由于被动臂的运动自由度有限，仅通过被动臂的运动无法完全实现姿态回零。
[0005]目前针对相关技术中存在的并联机器人难以实现姿态回零的问题，尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0006]本申请实施例提供了一种重建器械术野中心的控制方法、系统、设备和可读存储介质，以至少解决相关技术中存在的并联机器人难以实现姿态回零的问题。
[0007]第一方面，本申请实施例提供了一种重建器械术野中心的控制方法，包括：
[0008]获取重建器械术野中心后，动平台在机械坐标系下的当前位姿，其中，机械坐标系是动平台所在机械臂的全局坐标系；
[0009]根据动平台的当前位姿获取重建器械术野中心后，静平台在机械坐标系下的目标位姿，其中，动平台和静平台是机械臂中通过伸缩元件连接的并联平台，静平台的目标位姿的中心在动平台的当前位姿的中心轴线上，且处于目标位姿的静平台与动平台平行；
[0010]根据动平台的当前位姿和静平台的目标位姿对静平台进行位姿变换；
[0011]根据动平台的当前位姿和静平台的目标位姿获取动平台和静平台之间在中心轴线上的扭转角度，根据扭转角度对动平台进行旋转变换，以使并联平台回归零位。
[0012]在其中一些实施例中，根据动平台的当前位姿和静平台的目标位姿对静平台进行位姿变换包括以下步骤：
[0013]根据动平台的当前位姿和静平台的目标位姿获取经重建并回归零位状态时，静坐标系到动坐标系间的第一转换矩阵；静坐标系是静平台所在的坐标系，动坐标系是动平台所在的坐标系；
[0014]获取经重建但未回归零位状态时，静坐标系到动坐标系间的第二转换矩阵；以及
重建前机械坐标系到静坐标系间的第三转换矩阵；
[0015]根据第一转换矩阵、第二转换矩阵和第三转换矩阵获取重建后机械坐标系到静坐标系间的第四转换矩阵；
[0016]根据第四转换矩阵获取机械臂中被动臂的关节坐标系间的第五转换矩阵，根据第五转换矩阵对被动臂的关节的姿态参数进行变换，其中，被动臂与静平台连接。
[0017]在其中一些实施例中，被动臂包括串联的第一关节、第二关节和第三关节，其中，第一关节和第三关节的姿态参数不变，第三关节与静平台连接；
[0018]根据第五转换矩阵对被动臂的关节的姿态参数进行变换包括以下步骤：
[0019]获取机械坐标系到第一关节的坐标系的第六转换矩阵，以及第二关节的坐标系到第三关节的坐标系间的第七转换矩阵；
[0020]根据第五转换矩阵、第六转换矩阵和第七转换矩阵获取第一关节到第二关节间的第八转换矩阵；
[0021]根据第八转换矩阵对第二关节的姿态参数进行变换。
[0022]在其中一些实施例中，第二关节包括依次连接的第一转动副、第一移动副、第二转动副、第二移动副和第三转动副，所述第一转动副与所述第一关节转动连接，所述第三转动副与所述第三关节转动连接；
[0023]所述根据第八转换矩阵对所述第二关节的驱动参数进行变换包括以下步骤：
[0024]获取所述第一关节到所述第三转动副的驱动参数变换关系，根据所述第八转换矩阵和所述驱动参数变换关系，求解得到所述第一转动副、所述第一移动副、所述第二转动副、所述第二移动副和所述第三转动副的驱动参数。
[0025]在其中一些实施例中，根据动平台的当前位姿和静平台的目标位姿对静平台进行位姿变换包括以下步骤：
[0026]根据动平台的当前位姿和静平台的目标位姿获取伸缩元件的第一伸缩量，在对静平台进行位姿变换时，根据第一伸缩量对伸缩元件进行调节，以使动平台在机械坐标系下的当前位姿保持不变。
[0027]在其中一些实施例中，根据动平台的当前位姿和静平台的目标位姿对静平台进行位姿变换包括以下步骤：
[0028]获取在重建前静平台的原始位姿，对静平台的原始位姿和目标位姿进行插补，获取静平台在位姿变换过程中的中间位姿；
[0029]根据中间位姿和动平台的当前位姿对静平台进行位置变换和姿态变换，其中，位置变换包括以远心不动点为圆心的圆弧运动变换和指向圆心的直线运动变换，姿态变换包括静坐标系绕机械坐标系Z轴的旋转变换和静坐标系绕自身Y轴的旋转变换。
[0030]在其中一些实施例中，根据中间位姿和动平台的当前位姿对静平台进行位置变换和姿态变换包括以下步骤：
[0031]将中间位姿转换为静坐标系至机械坐标系间的第九转换矩阵和静坐标系至动坐标系间的第十转换矩阵；静坐标系是静平台所在的坐标系，动坐标系是动平台所在的坐标系；
[0032]根据第九转换矩阵和第十转换矩阵对被动臂的关节的姿态参数进行变换，其中，被动臂与静平台连接；
[0033]根据第九转换矩阵和第十转换矩阵获取伸缩元件的第二伸缩量，根据第二伸缩量对伸缩元件进行调节，以使动平台在机械坐标系下的当前位姿保持不变。
[0034]在其中一些实施例中，根据扭转角度对动平台进行旋转变换，以使并联平台回归零位包括以下步骤：
[0035]对扭转角度进行插补，获取动平台在旋转变换过程中的中间角度；
[0036]根据所述中间角度和所述动平台的当前角度对所述动平台进行旋转变换。
[0037]在其中一些实施例中，根据所述中间角度和所述动平台的当前角度对所述动平台进行旋转变换包括以下步骤：
[0038]根据中间角度获取静坐标系和动坐标系之间的第十一转换矩阵，根据第十一转换矩阵获取伸缩元件的第三伸缩量，根据第三伸缩量对伸缩元件进行调节，以使并联平台回归零位。
[0039]在其中一些实施例中，重建器械术野中心的控制方法还包括以下步骤：在所述并联平台回归零位后，根据重建术野后所述静坐标系与所述机械坐标系之间的转换关系，获取所述远心不动点在重建术野后所述静坐标系下的坐标，其中，所述远心不动点在所述机械坐标系下的坐标不变。
[0040]第二方面，本申请实施例提供了一种重建器械术野中心的控制系统，包括：
[0041]第一获取模块，用于获取重建器械术野中心后，动平台在机械坐标系下的当前位姿，其中，机械坐标系是动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重建器械术野中心的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：获取重建器械术野中心后，动平台在机械坐标系下的当前位姿，其中，所述机械坐标系是所述动平台所在机械臂的全局坐标系；根据所述动平台的当前位姿获取重建器械术野中心后，静平台在所述机械坐标系下的目标位姿，其中，所述动平台和所述静平台是所述机械臂中通过伸缩元件连接的并联平台，所述静平台的目标位姿的中心在所述动平台的当前位姿的中心轴线上，且处于目标位姿的静平台与所述动平台平行；根据所述动平台的当前位姿和所述静平台的目标位姿对所述静平台进行位姿变换；根据所述动平台的当前位姿和所述静平台的目标位姿获取所述动平台和所述静平台之间在所述中心轴线上的扭转角度，根据所述扭转角度对所述动平台进行旋转变换，以使所述并联平台回归零位。2.根据权利要求1所述的重建器械术野中心的控制方法，其特征在于，所述根据所述动平台的当前位姿和所述静平台的目标位姿对所述静平台进行位姿变换包括以下步骤：根据所述动平台的当前位姿和静平台的目标位姿获取经重建并回归零位状态时，静坐标系到动坐标系间的第一转换矩阵；所述静坐标系是所述静平台所在的坐标系，所述动坐标系是所述动平台所在的坐标系；获取经重建但未回归零位状态时，所述静坐标系到所述动坐标系间的第二转换矩阵；以及重建前所述机械坐标系到所述静坐标系间的第三转换矩阵；根据所述第一转换矩阵、所述第二转换矩阵和所述第三转换矩阵获取重建后所述机械坐标系到所述静坐标系间的第四转换矩阵；根据所述第四转换矩阵获取所述机械臂中被动臂的关节坐标系间的第五转换矩阵，根据所述第五转换矩阵对所述被动臂的关节的驱动参数进行变换，其中，所述被动臂与所述静平台连接。3.根据权利要求2所述的重建器械术野中心的控制方法，其特征在于，所述被动臂包括串联的第一关节、第二关节和第三关节，其中，所述第一关节和第三关节的驱动参数不变，所述第三关节与所述静平台连接；所述根据所述第五转换矩阵对所述被动臂的关节的驱动参数进行变换包括以下步骤：获取所述机械坐标系到所述第一关节的坐标系的第六转换矩阵，以及所述第二关节的坐标系到所述第三关节的坐标系间的第七转换矩阵；根据所述第五转换矩阵、所述第六转换矩阵和所述第七转换矩阵获取所述第一关节到所述第二关节间的第八转换矩阵；根据所述第八转换矩阵对所述第二关节的驱动参数进行变换。4.根据权利要求3所述的重建器械术野中心的控制方法，其特征在于，所述第二关节包括依次连接的第一转动副、第一移动副、第二转动副、第二移动副和第三转动副，所述第一转动副与所述第一关节转动连接，所述第三转动副与所述第三关节转动连接；所述根据第八转换矩阵对所述第二关节的驱动参数进行变换包括以下步骤：获取所述第一关节到所述第三转动副的驱动参数变换关系，根据所述第八转换矩阵和所述驱动参数变换关系，求解得到所述第一转动副、所述第一移动副、所述第二转动副、所述第二移动副和所述第三转动副的驱动参数。
5.根据权利要求1所述的重建器械术野中心的控制方法，其特征在于，所述根据所述动平台的当前位姿和所述静平台的目标位姿对所述静平台进行位姿变换包括以下步骤：根据所述动平台的当前位姿和所述静平台的目标位姿获取所述伸缩元件的第一伸缩量，在对所述静平台进行位姿变换时，根据所述第一伸缩量对所述伸缩元件进行调节，以使所述动平台在所述机械坐标系下的当前位姿保持不变。6.根据权利要求1至5中任意一项所述的重建器械术野中心的控制方法，其特征在于，所述根据所述动平台的当前位姿和所述静平台的目标位姿对所述静平台进行位姿变换包括以下步骤：获取在重建前...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄善灯，柏龙，陈晓红，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：