机器人运动区域的限定方法及系统技术方案

本申请公开了一种机器人运动区域的限定方法及系统。该方法包括：根据机器人的机械臂末端的执行器在多个自由度方向上的初始位置与实际位置的位移偏移量，建立虚拟弹簧的刚度

【技术实现步骤摘要】
机器人运动区域的限定方法及系统


[0001]本申请涉及医疗器械
，具体而言，涉及一种机器人运动区域的限定方法及系统。

技术介绍

[0002]现有的手术中，采用机器人进行辅助时，医生手扶持机器人的机械臂进行操作。在操作的过程中，由于操作的疏忽大意，主动或被动的在不该用力的地方可能会用力过猛，使得机械臂末端的锯片超出了预定的操作区域，从而给患者带来不必要的伤害。

技术实现思路

[0003]本申请的主要目的在于提供一种机器人运动区域的限定方法及系统，以把机械臂末端的执行器限定在目标区域内，从而提高安全性。
[0004]为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种机器人运动区域的限定方法，包括：
[0005]根据机器人的机械臂末端的执行器在多个自由度方向上的初始位置与实际位置的位移偏移量，建立虚拟弹簧的刚度
‑
阻尼模型；
[0006]设定在多个自由度方向上的各个所述虚拟弹簧的刚度值，以将所述执行器的运动限定在预先规划的目标区域上。
[0007]在一种实施方式中，所述执行器向所述目标区域切入的方向记为进深方向，所述目标区域内并与进深方向垂直的方向记为横向，与所述目标区域垂直的方向记为垂直方向；
[0008]设定在多个自由度方向上的各个所述虚拟弹簧的刚度值，包括：
[0009]在平移自由度方向上，设定所述进深方向上的虚拟弹簧的刚度值、横向上的虚拟弹簧的刚度值、垂直方向上的虚拟弹簧的刚度值；
[0010]所述进深方向上的虚拟弹簧的刚度值等于或小于所述横向上的虚拟弹簧的刚度值；
[0011]所述横向上的虚拟弹簧的刚度值小于所述垂直方向上的虚拟弹簧的刚度值；
[0012]所述进深方向上的虚拟弹簧的刚度值、所述横向上的虚拟弹簧的刚度值均小于或等于第一平移预设刚度阈值，所述垂直方向上的虚拟弹簧的刚度值大于或等于第二平移预设刚度阈值。
[0013]在一种实施方式中，设定在多个自由度方向上的各个所述虚拟弹簧的刚度值，包括：
[0014]在旋转自由度方向上，设定以所述进深方向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值、以所述横向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值和以所述垂直方向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值；
[0015]以所述垂直方向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值小于以所述进深方向为轴
旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值，并小于以所述横向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值；
[0016]以所述垂直方向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值小于或等于第一旋转预设刚度阈值；
[0017]以所述进深方向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值和以所述横向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值大于或等于第二旋转预设刚度阈值。
[0018]在一种实施方式中，所述第一平移预设刚度阈值为0N/m～500N/m；
[0019]所述第二平移预设刚度阈值为4000N/m～5000N/m；
[0020]所述第一旋转预设刚度阈值为0Nm/rad～20Nm/rad；
[0021]所述第二旋转预设刚度阈值为200Nm/rad～300Nm/rad。
[0022]在一种实施方式中，设定虚拟弹簧在多个自由度方向上的阻尼值。
[0023]在一种实施方式中，所述目标区域包括：股骨前端截骨平面、股骨前斜截骨平面、股骨后髁截骨平面、股骨后斜截骨平面、股骨远端截骨平面和胫骨截骨平面。
[0024]为了实现上述目的，根据本申请的第二方面，提供了一种机器人运动区域的限定系统，该系统包括：
[0025]模型建立模块，用于根据机器人的机械臂末端的执行器在多个自由度方向上的初始位置与实际位置的位移偏移量，建立虚拟弹簧的刚度
‑
阻尼模型；
[0026]刚度设定模块，用于设定在多个自由度方向上的各个所述虚拟弹簧的刚度值，以将所述执行器的运动限定在预先规划的目标区域上。
[0027]在一种实施方式中，所述执行器向所述目标区域切入的方向记为进深方向，在所述目标区域内并与所述进深方向垂直的方向记为横向，与所述目标区域垂直的方向记为垂直方向；
[0028]所述刚度设定模块还用于，在平移自由度方向上，设定所述进深方向上的虚拟弹簧的刚度值、横向上的虚拟弹簧的刚度值、垂直方向上的虚拟弹簧的刚度值；
[0029]所述进深方向上的虚拟弹簧的刚度值等于或小于所述横向上的虚拟弹簧的刚度值；
[0030]所述横向上的虚拟弹簧的刚度值大于所述垂直方向上的虚拟弹簧的刚度值；
[0031]所述进深方向上的虚拟弹簧的刚度值、所述横向上的虚拟弹簧的刚度值均小于或等于第一平移预设刚度阈值，所述垂直方向上的虚拟弹簧的刚度值大于或等于第二平移预设刚度阈值。
[0032]在一种实施方式中，刚度设定模块还用于，在旋转自由度方向上，设定以所述进深方向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值、以所述横向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值和以所述垂直方向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值；
[0033]以所述垂直方向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值小于以所述进深方向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值，并小于以所述横向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值；
[0034]以所述垂直方向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值小于或等于第一旋转预设刚度阈值；
[0035]以所述进深方向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值和以所述横向为轴旋转方
向上的虚拟弹簧的刚度值大于或等于第二旋转预设刚度阈值。
[0036]在一种实施方式中，刚度设定模块还用于，设定所述第一平移预设刚度阈值为0N/m～500N/m；
[0037]所述第二平移预设刚度阈值为4000N/m～5000N/m；
[0038]所述第一旋转预设刚度阈值为0Nm/rad～20Nm/rad；
[0039]所述第二旋转预设刚度阈值为200Nm/rad～300Nm/rad。
[0040]在一种实施方式中，机器人运动区域的限定系统还包括阻尼设定模块，用于设定虚拟弹簧在多个自由度方向上的阻尼值。
[0041]第三方面，本申请还提出了一种电子设备，包括：至少一个处理器和至少一个存储器；所述存储器用于存储一个或多个程序指令；所述处理器，用于运行一个或多个程序指令，用以执行上述任意一项所述的方法。
[0042]第四方面，本申请还提出了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于执行上述任意一项所述的方法。
[0043]在本申请实施例中，根据机器人的机械臂末端的执行器在多个自由度方向上的初始位置与实际位置的位移偏移量，建立虚拟弹簧的刚度
‑
阻尼模型；设定在多个自由度方向上的各个所述虚拟弹簧的刚度值，以将所述执行器的运动限定在预先规划的目标区域上。通过设定各个自由度的弹簧的刚度值，刚度值大的自由度方向上，执行器不容易发生位移，医生很难推动，如此就可以把执行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人运动区域的限定方法，其特征在于，包括：根据机器人的机械臂末端的执行器在多个自由度方向上的初始位置与实际位置的位移偏移量，建立虚拟弹簧的刚度
‑
阻尼模型；设定在多个自由度方向上的各个所述虚拟弹簧的刚度值，以将所述执行器的运动限定在预先规划的目标区域上。2.根据权利要求1所述的机器人运动区域的限定方法，其特征在于，所述执行器向所述目标区域切入的方向记为进深方向，在所述目标区域内并与所述进深方向垂直的方向记为横向，与所述目标区域垂直的方向记为垂直方向；设定在多个自由度方向上的各个所述虚拟弹簧的刚度值，包括：在平移自由度方向上，设定所述进深方向上的虚拟弹簧的刚度值、横向上的虚拟弹簧的刚度值、垂直方向上的虚拟弹簧的刚度值；所述进深方向上的虚拟弹簧的刚度值等于或小于所述横向上的虚拟弹簧的刚度值；所述横向上的虚拟弹簧的刚度值小于所述垂直方向上的虚拟弹簧的刚度值；所述进深方向上的虚拟弹簧的刚度值、所述横向上的虚拟弹簧的刚度值均小于或等于第一平移预设刚度阈值，所述垂直方向上的虚拟弹簧的刚度值大于或等于第二平移预设刚度阈值。3.根据权利要求2所述的机器人运动区域的限定方法，其特征在于，设定在多个自由度方向上的各个所述虚拟弹簧的刚度值，包括：在旋转自由度方向上，设定以所述进深方向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值、以所述横向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值和以所述垂直方向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值；以所述垂直方向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值小于以所述进深方向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值，并小于以所述横向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值；以所述垂直方向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值小于或等于第一旋转预设刚度阈值；以所述进深方向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值和以所述横向为轴旋转方向上的虚拟弹簧的刚度值大于或等于第二旋转预设刚度阈值。4.根据权利要求3所述的机器人运动区域的限定方法，其特征在于，所述第一平移预设刚度阈值为0N/m～500N/m；所述第二平移预设刚度阈值为4000N/m～5000N/m；所述第一旋转预设刚度阈值为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张逸凌，刘星宇，
申请(专利权)人：张逸凌，
类型：发明
国别省市：