一种种植牙手术机器人末端柔顺控制方法技术

本发明专利技术提供一种种植牙手术机器人末端柔顺控制方法，包括以下步骤：构建种植牙手术机器人的末端位姿控制器；构建二阶质量

【技术实现步骤摘要】
一种种植牙手术机器人末端柔顺控制方法


[0001]本专利技术属于工业机器人控制
，具体涉及一种种植牙手术机器人末端柔顺控制方法。

技术介绍

[0002]目前，随着工业机器人技术的发展，种植牙领域也越来越多的采用工业协作型机器人配合口腔种植医生实施种植牙手术，在种植牙手术实施的过程中，希望机器人能够沿着提前规划好的种植路径让口腔医生进行自由推动，而其他方向则不可以被推动或者转动，也就是种植路径是机器人的柔顺轴。一般的工业机器人是具有这个功能的，也就是常见的工业机器人的力模式。但是由于在手术的过程中，病人会不可避免的有移动的情况，也就导致种植路径的移动，进而导致工业机器人的柔性轴也不得不发生改变。现有的一般工业机器人支持的力模式如果在手术中频繁被调用，会出现抖动的现象，而这种抖动不仅会导致种植精度的下降，更严重者会给患者带来无法预料的伤害。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种种植牙手术机器人末端柔顺控制方法，可有效解决上述问题。
[0004]本专利技术采用的技术方案如下：
[0005]本专利技术提供一种种植牙手术机器人末端柔顺控制方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S1，构建种植牙手术机器人的末端位姿控制器；
[0007]步骤S2，构建二阶质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统F＝{F1,F2,
…
,F6}，其中，F1,F2,
…
,F6分别代表种植牙手术机器人末端六个自由度的二阶质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统；六个自由度是指：种植牙手术机器人末端具有xyz坐标系，第1个自由度为沿x轴平移自由度；第2个自由度为沿y轴平移自由度；第3个自由度为沿z轴平移自由度；第4个自由度为绕x轴转动自由度；第5个自由度为绕y轴转动自由度；第6个自由度为绕z轴转动自由度；
[0008]对于任意第i个自由度的二阶质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统，i＝1，2，...，6，包括：第i质量块，第i弹簧和第i阻尼器；第i质量块的底部一侧通过第i弹簧与支撑台连接，第i质量块的底部另一侧通过第i阻尼器与支撑台连接；
[0009]步骤S3，在种植牙手术机器人的末端安装末端力
‑
力矩传感器以及末端实际位姿检测器，在种植牙手术机器人运动过程中，通过末端力
‑
力矩传感器实时检测机器人末端受到的环境作用力F
e
在每个自由度的力分量，表示为：F
e
＝{F
e1
，F
e2
，...，F
e6
}，其中，F
ei
代表机器人末端受到的环境作用力在第i个自由度的力分量；i＝1，2，...，6；
[0010]根据末端力
‑
力矩传感器实时检测到的第i个自由度的力分量和力矩分量，计算得到以下两个参数：
[0011]第i个自由度下，由于力分量F
ei
的作用所引起的运动速度
[0012]第i个自由度下，由于力分量F
ei
的作用所引起的运动位移x
ei
；
[0013]通过末端实际位姿检测器，实时检测种植牙手术机器人的当前末端实际位姿，包括末端实际位置和末端实际姿态；
[0014]步骤S4，将得到的F
ei
、和x
ei
实时输入到第i个自由度的二阶质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统，采用下式，得到第i个自由度的二阶质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统中质量块的加速度
[0015][0016]其中：
[0017]Mi：代表第i个自由度的二阶质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统的质量块的质量；
[0018]Bi：代表第i个自由度的二阶质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统的阻尼器的阻尼系数；
[0019]Ki：代表第i个自由度的二阶质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统的弹簧的刚度系数；
[0020]步骤S5，将第i个自由度的二阶质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统中质量块的加速度进行积分，获得第i个自由度的二阶质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统中质量块的位移
[0021]步骤S6，将第i个自由度的二阶质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统中质量块的位移输入到步骤S1构建的末端位姿控制器，对种植牙手术机器人的末端进行控制，具体方法为：
[0022]步骤S6.1，期望末端位姿包括期望末端位置和期望末端姿态；其中，期望末端位置包括第1个自由度的期望末端位置、第2个自由度的期望末端位置和第3个自由度的期望末端位置；
[0023]期望末端姿态包括第4个自由度的期望末端姿态、第5个自由度的期望末端姿态和第6个自由度的期望末端姿态；
[0024]步骤S6.2，确定新期望末端位置和新期望末端姿态：
[0025]将第1个自由度的期望末端位置和第1个自由度的二阶质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统中质量块的位移进行累加运算，得到第1个自由度的新期望末端位置targetPosition(1)；
[0026]将第2个自由度的期望末端位置和第2个自由度的二阶质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统中质量块的位移进行累加运算，得到第2个自由度的新期望末端位置targetPosition(2)；
[0027]将第3个自由度的期望末端位置和第3个自由度的二阶质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统中质量块的位移进行累加运算，得到第3个自由度的新期望末端位置targetPosition(3)；
[0028]将第4个自由度的期望末端姿态和第4个自由度的二阶质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统中质量块的位移进行累加运算，得到第4个自由度的新期望末端姿态targetPose(4)；
[0029]将第5个自由度的期望末端姿态和第5个自由度的二阶质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统中质量块的位移进行累加运算，得到第5个自由度的新期望末端姿态targetPose(5)；
[0030]将第6个自由度的期望末端姿态和第6个自由度的二阶质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统中质量块的位移进行累加运算，得到第6个自由度的新期望末端姿态targetPose(6)；
[0031]步骤S6.3，对于末端位置控制方法为：
[0032]步骤S6.3.1，采用下式，得到第u个自由度对应的末端位置偏差E
position
(u)，u＝1，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种种植牙手术机器人末端柔顺控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，构建种植牙手术机器人的末端位姿控制器；步骤S2，构建二阶质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统F＝{F1,F2,
…
,F6}，其中，F1,F2,
…
,F6分别代表种植牙手术机器人末端六个自由度的二阶质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统；六个自由度是指：种植牙手术机器人末端具有xyz坐标系，第1个自由度为沿x轴平移自由度；第2个自由度为沿y轴平移自由度；第3个自由度为沿z轴平移自由度；第4个自由度为绕x轴转动自由度；第5个自由度为绕y轴转动自由度；第6个自由度为绕z轴转动自由度；对于任意第i个自由度的二阶质量
‑
弹簧
‑
阻尼系统，i＝1,2,
…
,6，包括：第i质量块，第i弹簧和第i阻尼器；第i质量块的底部一侧通过第i弹簧与支撑台连接，第i质量块的底部另一侧通过第i阻尼器与支撑台连接；步骤S3，在种植牙手术机器人的末端安装末端力
‑
力矩传感器以及末端实际位姿检测器，在种植牙手术机器人运动过程中，通过末端力
‑
力矩传感器实时检测机器人末端受到的环境作用力F
e
在每个自由度的力分量，表示为：F
e
＝{F
e1
,F
e2
,
…
,F
e6
}，其中，F
ei
代表机器人末端受到的环境作用力在第i个自由度的力分量；i＝1,2,
…
,6；根据末端力
‑
力矩传感器实时检测到的第i个自由度的力分量和力矩分量，计算得到以下两个参数:第i个自由度下，由于力分量F
ei
的作用所引起的运动速度第i个自由度下，由于力分量F
ei
的作用所引起的运动位移x
ei
；通过末端实际位姿检测器，实时检测种植牙手术机器人的当前末端实际位姿，包括末端实际位置和末端实际姿态；步骤S4，将得到的F
ei
、和x
ei
实时输入到第i个自由度的二阶质量
‑
弹簧
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阻尼系统，采用下式，得到第i个自由度的二阶质量
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弹簧
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阻尼系统中质量块的加速度阻尼系统中质量块的加速度其中：Mi：代表第i个自由度的二阶质量
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弹簧
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阻尼系统的质量块的质量；Bi：代表第i个自由度的二阶质量
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弹簧
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阻尼系统的阻尼器的阻尼系数；Ki：代表第i个自由度的二阶质量
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弹簧
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阻尼系统的弹簧的刚度系数；步骤S5，将第i个自由度的二阶质量
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弹簧
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阻尼系统中质量块的加速度进行积分，获得第i个自由度的二阶质量
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弹簧
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阻尼系统中质量块的位移步骤S6，将第i个自由度的二阶质量
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弹簧
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阻尼系统中质量块的位移输入到步骤S1构建的末端位姿控制器，对种植牙手术机器人的末端进行控制，具体方法为：步骤S6.1，期望末端位姿包括期望末端位置和期望末端姿态；其中，期望末端位置包括第1个自由度的期望末端位置、第2个自由度的期望末端位置和第3个自由度的期望末端位置；期望末端姿态包括第4个自由度的期望末端姿态、第5个自由度的期望末端姿态和第6个自由度的期望末端姿态；步骤S6.2，确定新期望末端位置和新期望末端姿态：
将第1个自由度的期望末端位置和第1个自由度的二阶质量
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弹簧
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阻尼系统中质量块的位移进行累加运算，得到第1个自由度的新期望末端位置targetPosition(1)；将第2个自由度的期望末端位置和第2个自由度的二阶质量
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弹簧
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阻尼系统中质量块的位移进行累加运算，得到第2个自由度的新期望末端位置targetPosit...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝胜山，汪阳，房鹤，崔小飞，田忠正，
申请(专利权)人：四川锋准机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：