防碰撞控制方法、装置、介质及设备制造方法及图纸

本文是关于一种机械臂的防碰撞控制方法、装置、介质及设备。机械臂的防碰撞控制方法包括：构建机械臂工作区域的安全区曲面；抽取机械臂末端及执行装置的多个轮廓点；以机械臂末端中心为原点建立第一坐标系，确定多个轮廓点的坐标；以机械臂底座中心为原点建立第二坐标系，确定第一坐标系在第二坐标系中的位置和姿态矩阵；根据机械臂底座与工作区域的相对位置，及位置和姿态矩阵，确定多个轮廓点在工作区域中的位置。通过实时检测机械臂轮廓点在工作区域中的位置，及时控制机械臂的运动，防止机械臂与工作区域对应的装置或设备发生碰撞，保障设备安全。保障设备安全。保障设备安全。

【技术实现步骤摘要】
防碰撞控制方法、装置、介质及设备


[0001]本文涉及机器人控制领域，尤其涉及一种机械臂的防碰撞控制方法、装置、介质及设备。

技术介绍

[0002]主从式机器人操作的时候，主端操控端一般距离从端机器人有一定距离，或者在不同房间，特别在医疗机器人的一些特殊应用领域，从端机器人一般是在带有辐射的危险区域，例如CT扫描室等，主端操控端一般位于无辐射的操控间，因此对于从端机器人操作的安全性要求很高。特别是应用在CT下的从端机器人，机器人需要将机械臂及其持有的特殊执行器械运动到CT扫描孔洞内，该孔洞一般直径不超过900mm，在这么一个狭小的空间内，机器人还需要完成各种旋转、平移、穿刺等动作，怎么保证机械臂及其执行器械能够灵活快速准确的运动，又不与CT机器发生碰撞，是CT引导的手术机器人必须要解决的一个问题。
[0003]相关技术中传统判断机械臂碰撞的方法是把机械臂及需要判断物体(例如CT机)的数字模型按实际空间位置关系进行计算，判断出两个模型是否有空间重叠。这种方法精准直接，但是花费时间较长，所以通常运用在机械臂的运动轨迹已知并且固定的条件下，事先规划机械臂运动轨迹的时候进行碰撞计算检测。但在实时操控环境下，机械臂的运动完全由主端实时操控，无法事先获知实际的运动轨迹，难以避免机械臂与CT机器的碰撞。

技术实现思路

[0004]为克服相关技术中存在的问题，本文提供一种机械臂的防碰撞控制方法、装置、介质及设备。
[0005]根据本文的第一方面，提供一种机械臂的防碰撞控制方法方法，包括：
[0006]构建机械臂工作区域的安全区曲面；
[0007]抽取所述机械臂末端及执行装置的多个轮廓点；
[0008]以所述机械臂末端中心为原点建立第一坐标系，确定所述多个轮廓点的坐标；
[0009]以所述机械臂底座中心为原点建立第二坐标系，确定所述第一坐标系在第二坐标系中的位置和姿态矩阵；
[0010]根据所述机械臂底座与所述工作区域的相对位置，及所述位置和姿态矩阵，确定所述多个轮廓点在所述工作区域中的位置。
[0011]基于前述方案，在本文的一些实施例中，机械臂的防碰撞控制方法还包括：
[0012]接收用户的操控指令，如系统状态为安全状态，沿所述操控指令指示的运动方向移动所述机械臂；
[0013]当检测到所述多个轮廓点中任一轮廓点与所述安全区曲面相交或越过，停止所述机械臂的运动。
[0014]基于前述方案，在本文的一些实施例中，停止所述机械臂的运动后，还包括：
[0015]标记系统状态为越界状态。
[0016]基于前述方案，在本文的一些实施例中，机械臂的防碰撞控制方法还包括：
[0017]在标记系统状态为越界状态后，计算所述轮廓点与所述安全区曲面相交点的切面，将指向安全区外侧的法向作为第一方向；
[0018]当所述机械臂再次接收用户的操控指令时，确定所述操控指令指示的第二方向，如果所述第二方向与所述第一方向的夹角小于等于90度，发出告警信息并拒绝所述机械臂向所述第二方向运动。
[0019]基于前述方案，在本文的一些实施例中，如果所述第二方向与所述第一方向的夹角大于90度，控制所述机械臂向所述第二方向运动；当所述多个轮廓点与所述安全区曲面既不相交也不越过时，标记系统状态为安全状态。
[0020]基于前述方案，在本文的一些实施例中，工作区域为CT扫描孔洞，所述安全区曲面为圆柱曲面与圆锥曲面的组合曲面，所述组合曲面的内径小于所述CT扫描孔洞的内径。
[0021]基于前述方案，在本文的一些实施例中，检测任一轮廓点与所述安全区曲面相交或越过包括：
[0022]以所述轮廓点的实时坐标确定该实时坐标所位于安全区截面的圆半径r
k
；
[0023]确定所述轮廓点与所述CT扫描孔洞的中心轴的距离D
k
；
[0024]如果D
k
大于等于r
k
，则判断为相交或越过。
[0025]根据本文的另一方面，提供一种机械臂的防碰撞控制装置，包括:
[0026]安全区曲面构建模块，用于构建机械臂工作区域的安全区曲面；
[0027]轮廓抽取模块，用于抽取所述机械臂末端的执行装置的多个轮廓点；
[0028]第一坐标系建立模块，用于以所述机械臂末端中心为原点建立第一坐标系，确定所述多个轮廓点的坐标；
[0029]第二坐标系建立模块，用于以所述机械臂底座中心为原点建立第二坐标系，确定所述第一坐标系在第二坐标系中的位置和姿态矩阵；
[0030]轮廓点位置确定模块，用于根据所述机械臂底座与所述工作区域的相对位置，及所述位置和姿态矩阵，确定所述多个轮廓点在所述工作区域中的位置。
[0031]基于前述方案，在本文的一些实施例中，机械臂的防碰撞控制装置还包括：
[0032]操控指令接收模块，用于接收用户的操控指令，如系统状态为安全状态，沿所述操控指令指示的运动方向移动所述机械臂；
[0033]控制模块，用于当检测到所述多个轮廓点中任一轮廓点与所述安全区曲面相交或越过，停止所述机械臂的运动。
[0034]根据本文的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现机械臂的防碰撞控制方法的步骤。
[0035]根据本文的另一方面，提供一种计算机设备，包括处理器、存储器和存储于所述存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现机械臂的防碰撞控制方法的步骤。
[0036]本文通过构建工作区域的安全区曲面，并实时检测机械臂轮廓点在工作区域中的位置，可以实现在机械臂轮廓点与工作区域的安全区曲面相交或越过时，及时控制机械臂的运动，防止机械臂与工作区域对应的装置或设备发生碰撞，保障设备安全。
[0037]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不
能限制本文。
附图说明
[0038]构成本文的一部分的附图用来提供对本文的进一步理解，本文的示意性实施例及其说明用于解释本文，并不构成对本文的不当限定。在附图中：
[0039]图1是根据一示例性实施例示出的机械臂的防碰撞控制方法的流程图。
[0040]图2是根据一示例性实施例示出的机械臂与CT扫描孔洞的示意图。
[0041]图3是根据一示例性实施例示出的安全区示意图。
[0042]图4是根据一示例性实施例示出的安全区示意图。
[0043]图5是根据一示例性实施例示出的机械臂示意图。
[0044]图6是根据一示例性实施例示出的一种机械臂的防碰撞控制装置的框图。
[0045]图7是根据一示例性实施例示出的一种机械臂的防碰撞控制装置的框图。
[0046]图8是根据一示例性实施例示出的机械臂工作流程图。
[0047]图9是根据一示例性实施例示出的一种计算机设备的框图。
具体实施方式...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械臂的防碰撞控制方法，其特征在于，包括：构建机械臂工作区域的安全区曲面；抽取所述机械臂末端及执行装置的多个轮廓点；以所述机械臂末端中心为原点建立第一坐标系，确定所述多个轮廓点的坐标；以所述机械臂底座中心为原点建立第二坐标系，确定所述第一坐标系在第二坐标系中的位置和姿态矩阵；根据所述机械臂底座与所述工作区域的相对位置，及所述位置和姿态矩阵，确定所述多个轮廓点在所述工作区域中的位置。2.如权利要求1所述的机械臂的防碰撞控制方法，其特征在于，还包括：接收用户的操控指令，如系统状态为安全状态，沿所述操控指令指示的运动方向移动所述机械臂；当检测到所述多个轮廓点中任一轮廓点与所述安全区曲面相交或越过，停止所述机械臂的运动。3.如权利要求2所述的机械臂的防碰撞控制方法，其特征在于，所述停止所述机械臂的运动后，还包括：标记系统状态为越界状态。4.如权利要求3所述的机械臂的防碰撞控制方法，其特征在于，还包括：在标记系统状态为越界状态后，计算所述轮廓点与所述安全区曲面相交点的切面，将指向安全区外侧的法向作为第一方向；当所述机械臂再次接收用户的操控指令时，确定所述操控指令指示的第二方向，如果所述第二方向与所述第一方向的夹角小于等于90度，发出告警信息并拒绝所述机械臂向所述第二方向运动。5.如权利要求4所述的机械臂的防碰撞控制方法，其特征在于，如果所述第二方向与所述第一方向的夹角大于90度，控制所述机械臂向所述第二方向运动；当所述多个轮廓点与所述安全区曲面既不相交也不越过时，标记系统状态为安全状态。6.如权利要求2所述的机械臂的防碰撞控制方法，其特征在于，所述工作区域为CT扫描孔洞，所述安全区曲面为圆柱曲面与圆锥曲面的组合曲面，所述组合曲面的内径小于所述CT扫描孔洞的内径...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘华根，赵磊，
申请(专利权)人：生一健康科技发展上海有限公司，
类型：发明
国别省市：