一种机器人末端执行器控制方法技术

一种机器人末端执行器控制方法，底座上装有用于装拆固定器械的器具安装机构，且器具安装机构的位置可调；电机则通过传动组件、导轨和滑块带动驱动件移动，进而使驱动件带动器械实施动作。系统启动后，在电子触控装置中选择器械类型，并进入相应器械的机械按键控制模式。该机器人末端执行器控制方法的工作稳定、准确，且结构简单，能够有效降低生产和维护成本，还能够带动传统无源器械执行动作，提高了机器人的适用性和降低安全风险；同时，机器人末端执行器可适配抽吸类和开合类的器械，其可降低了机器人辅助操作的学习投入，降低机器人辅助操作的复杂程度，提升机器人辅助操作的能力。力。力。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人末端执行器控制方法


[0001]本专利技术涉及机器人，特别是涉及一种控制机器人末端执行器结构的方法。

技术介绍

[0002]传统的器械多为无源器械，如眼科手术中的注射器、眼内镊、眼内剪等，需要人工操作才能驱动其完成注射、镊合、剪切等操作。但随着自动化技术的高速发展，越来越多的机器人被应用于医疗行业，如眼科手术机器人等。与之配套形成了各式各样的有源器械，目前的有源眼科器械主要有气泵驱动和电机驱动两种方式，前一种的控制精度较低，后一种的由于器械内部集成了电机结构较为复杂、制造成本高昂，且由于器械内部集成了电机有漏电的风险。
[0003]另外，现有的医疗机器人多采用主从式操作，即分为主操作手和从操作手，从操作手上安装器械，医生对主操作手进行操作，再通过主操作手带动从操作手及其上的器械实施特定动作。但该种操作方式较为复杂，且由于主操作手的控制自由度要求高，其对器械的特定功能性运动，如注射器大推拉注射，显微镊、显微剪的开合，难以实现一体化的精准控制。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种准确控制机器人末端执行器工作的方法，以保证工作准确和降低生产、维护成本。
[0005]本专利技术所述的机器人末端执行器控制方法，包括末端执行器，和控制末端执行器工作的机械按键和电子触控装置，其特征在于：系统启动后，在电子触控装置中选择器械类型，并进入相应器械的机械按键控制模式；若器械类型为抽吸类器械，当进行吸液操作时，电机目标位移量L与吸液容量V、电机位移与器械抽吸拉动长度映射比例a、器械存储空间筒径R的关系为：双击机械按键控制末端执行器进行抽吸操作，电机位移量l与电机目标位移量L、电机当前位置lnow、电机吸液动作中最高位置Lmax的关系为：抽吸操作完成后，通过电子触控装置退出机械按键控制模式；若器械类型为开合类器械，当进行开合操作时，电机以先加速后减速的抛物线速度轨迹进行移动，且电机目标位移量L与器械末端啮合长度Lo、开合最大角度θ的关系为：
电机目标位移量L与最大速度V、加速度a的关系为： 。
[0006]所述的机器人末端执行器包括底座、用于安装器械的器具安装机构、输出动力的电机和控制电机工作的控制器，器具安装机构和电机均安装于底座上，底座上还设有导轨和沿导轨移动的滑块，电机的输出端通过传动组件与滑块连接，传动组件上固定安装有驱动器械工作的驱动件，控制器控制电机工作并通过传动组件和驱动件带动器械实施相应动作。
[0007]进一步地，在抽吸类器械工作时，当电机目标位移量L与电机当前位置之和，小于电机吸液动作中最高位置Lmax时，电机目标位移结束后自动停止；当电机目标位移量L与电机当前位置之和，大于电机吸液动作中最高位置Lmax时，电机位移至Lmax位置后停止运动；当电机到达电机吸液动作中最高位置Lmax后，电机进入运动保护状态，继续双击机械按键时不再触发电机运动。
[0008]进一步地，开合类器械在操作前保持为张开状态，长按机械按键触发电机以预设的加速度a运动，电机位移量l
a
与电机目标位移量L的关系为： ；其中，t为运动时间。
[0009]进一步地，在注射操作时，电机采用与最小步进相对应的电机运动速度v
i
驱动器械沿筒轴注射方向运动，电机位移量l为：；其中，t为运动时间。
[0010]进一步地，开合类器械在操作前保持为张开状态，长按机械按键触发电机以预设的加速度a运动，电机位移量l
a
与电机目标位移量L的关系为： ；其中，t为运动时间。
[0011]进一步地，当电机位移量l
a
小于目标位移量L，且运动时间t小于电机运动至加速运动最大位移量所需的时间时，放开机械按键后，电机使用与加速度a同量反向的减速度做减速运动，减速运动的初速度v0为： 。
[0012]进一步地，当l
a
=L时，末端执行器进入运动保护状态，电机开始减速运动并直至器具转变为完全闭合状态，减速运动位移量l
d
为：
ꢀ
。
[0013]本专利技术所述的机器人末端执行器控制方法，其控制的机器人末端执行器结构简单，工作稳定、准确，且能够配合各类传统无源器械进行操作，极大地提高了机器人的适用性和降低安全风险。同时，机器人末端执行器可适配抽吸类和开合类的器械，其解决了对器械执行功能性操作自动化控制的问题，并根据工作场景设计使用机械按键（脚踏板）作为主操作设备，既符合工作人员的操作习惯，降低了机器人辅助操作的学习投入，又能够有效简化机器人操作系统，节省空间占用，避免与器械发生干涉。而控制方法则利用线性电机对两类器械的功能性操作进行运动映射，其通过器械更换的程序即可配合机器人末端执行器工作，可有效降低机器人辅助操作的复杂程度，提升机器人辅助操作的能力。
附图说明
[0014]图1是机器人末端执行器的结构示意图。
[0015]图2是机器人末端执行器的爆炸结构示意图。
[0016]图3是驱动件与注射器的连接结构示意图。
具体实施方式
[0017]下面将结合附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]需要说明，若本专利技术实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后、顶、底、内、外、垂向、横向、纵向，逆时针、顺时针、周向、径向、轴向
……
），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0019]另外，若本专利技术实施例中有涉及“第一”或者“第二”等的描述，则该“第一”或者“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0020]本专利技术还提出一种机器人末端执行器控制方法。
[0021]本专利技术实施例中，末端执行器控制方法包括末端执行器，和控制末端执行器工作的机械按键和电子触控装置；系统启动后，在电子触控装置中选择器械类型，并进入相应器械的机械按键控制模式；若器械类型为抽吸类器械，当进行吸液操作时，电机目标位移量L与吸液容量V、电机位移与器械抽吸拉动长度映射比例a、器械存储空间筒径R的关系为：
双击机械按键控制末端执行器进行抽吸操作，电机位移量l与电机目标位移量L、电机当前位置lnow、电机吸液动作中最高位置Lmax的关系为：抽吸操作完成后，通过电子触控装置退出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人末端执行器控制方法，包括末端执行器，和控制末端执行器工作的机械按键和电子触控装置，其特征在于：系统启动后，在电子触控装置中选择器械类型，并进入相应器械的机械按键控制模式；若器械类型为抽吸类器械，当进行吸液操作时，电机目标位移量L与吸液容量V、电机位移与器械抽吸拉动长度映射比例a、器械存储空间筒径R的关系为：双击机械按键控制末端执行器进行抽吸操作，电机位移量l与电机目标位移量L、电机当前位置lnow、电机吸液动作中最高位置Lmax的关系为：抽吸操作完成后，通过电子触控装置退出机械按键控制模式；若器械类型为开合类器械，当进行开合操作时，电机以先加速后减速的抛物线速度轨迹进行移动，且电机目标位移量L与器械末端啮合长度Lo、开合最大角度θ的关系为：电机目标位移量L与最大速度V、加速度a的关系为：。2.根据权利要求1所述的机器人末端执行器控制方法，其特征在于：在抽吸类器械工作时，当电机目标位移量L与电机当前位置之和，小于电机吸液动作中最高位置Lmax时，电机目标位移结束后自动停止；当电机目标位移量L与电机当前位置之和，大于电机吸液动作中最高位置Lmax时，电机位移至Lmax位置后停止运动；当电机到达电机吸液动作中最高位置Lmax后，电机进入运动保护状态，继续双击机械按键时不再触发电机运动。3.根据权利要求1或2所述的机器人末端执行器控制方法，其特征在于：在注射操作时，电机采用与最小步进相对应的电机运动速度v
i
驱动器械沿筒轴注射方向运动，电机位移量l为：；其中，t为运动时间。4.根据权利要求2所述的机器人末端执行器控制方法，其特征在于：抽吸类器械的操作方法包括定量注射模式和持续注射模式：定量注射模式，在需要按照一定注射量分次进行注射操作时可选择；持续注射模式，在需要一次性注射完器械中所有的剂量时选择。5.根据权利要求4所述的机器人末端执行器控制方法，其特征在于：定量注射模式包括以下步骤：
A1、在电子触控装置中选择定量注射模式，选择所需注射量百分比，根据电机位移与抽吸类器械容量的映射关系计算得到该百分比相应的电机位移量，再根据机器人末端执行器控制方法的映射关系进入相应百分比控制程序；A2、在电子触控装置上选择“注射”程序，向电机发送运动指令，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏丕松，林生智，陈若曦，
申请(专利权)人：广州市微眸医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：