【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及腹腔镜微创手术机器人，具体而言，涉及一种主手操作臂运动学精确定位可视化验证方法。
技术介绍
1、随着机器人技术的不断创新，医疗机器人辅助医疗工作人员进行手术的技术得到了快速发展，原因在于医疗机器人不仅可以帮助医疗工作人员进行一系列的医疗诊断和辅助治疗，还能有效缓解医疗资源紧张的问题。通常，医疗机器人包括用于执行操作的从动工具及用于控制从动工具运动的主手操作臂。在实际场景中，从动工具被设置成能够进入操作区域，医疗工作人员通过遥操作主手操作臂进而控制从动工具在操作区域中的运动，实现医疗操作。一般医疗机器人通过主手操作臂与从动工具之间的运动转换——主从映射，实现主手操作臂对从动工具的运动控制。
2、腹腔镜微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备进行的手术。与传统的开放手术相比，微创手术具有创口小、疼痛轻、术中出血量少、术后恢复快、感染风险低等优势，因此在外科手术领域得到了广泛的认可与应用。
3、参考授权公告号为cn109091237b，名称为微创手术器械辅助系统的中国专利技术专利以及授权公告号为cn109091238b、名称为分体式微创手术器械辅助系统的中国专利技术专利，以及授权公告号为cn210872029u、名称为医生操作台的技术专利，以及，微创手术器机器人被设计为在内窥镜下，由医生在手术室内操作，控制手术器械做手术的设备系统。医生坐在医生操作台前，通过观看3d影像显示器，操作医生机械臂，医生可如同平常手术般，利用患者机械臂精准的控制手术器械执行各种手术动作。
4、参
5、现有微创手术机器人系统，医生通过手持多自由度的机械式运动输入装置来输出动作指令，通过主从运动映射算法，可以将采集到的动作之指令转换为机械臂的关节运动信息，从机械臂跟随主机械臂的运动。参考授权公告号为cn112716608b的专利技术专利，就公开了一种基于d-h主从映射方法。
6、主手操作臂在发送关键关节的操控指令时，在关节运动范围内，通过一定的映射比例，可将主手操作臂的运动学关系映射到从手端，使得医生在设定的比例情景下，精准、高效的完成期望规划路径的手术操控。因此，如何保证从手端精准、高效的完成期望规划路径，如何验证是否准确按照期望规划路径动作，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术就是为了解决现有基于主从映射的微创手术机器人，如何保证从手端精准、高效的完成期望规划路径，如何验证是否准确按照期望规划路径动作的技术问题，提供了一种主手操作臂运动学精确定位可视化验证方法。
2、本专利技术在精准医疗手术操控需求背景下，利用dh参数化方法，获取主手操作臂正向运动学模型的解析，利用simulink/ros可视化技术，对比验证了主手操作臂两种方法下的3d动态仿真效果和机构末端精确定位准确性。
3、本专利技术提供一种主手操作臂运动学精确定位可视化验证方法，包括以下步骤：
4、步骤s1.基于修正dh方法的主手操作臂正向运动学；
5、采用齐次变换法描述刚体的位姿，可将连杆间的运动关系转化为数学计算，在笛卡尔坐标系{a}中，空间中任意点p用3×1向量描述其位置矢量ap为：
6、
7、式中
8、px——点p在x轴方向的分量；
9、py——点p在y轴方向的分量；
10、pz——点p在z轴方向的分量；
11、ap——a表示坐标系{a}；
12、为了表示三维空间中任意刚体b的姿态，用表示坐标系{b}在坐标系{a}中的原点位置，表示坐标系{b}在坐标系{a}中的坐标轴姿态，刚体b的姿态：则齐次矩阵的一般通式为
13、
14、步骤s2.tf欧拉方法建立主手操作臂运动学；
15、主手操作臂3d模型导入ros系统，构建基于tf树生成机构模型运动学系统，从(tf)欧拉变换方法建模原理看，tf库的目的是实现系统中任一个点在所有坐标系之间的坐标变换，那么，以主动臂基座底端中心为原点，构建基坐标系c0-0；
16、步骤s3.主手操作臂运动学精确定位求解的可视化验证
17、步骤1.dh方法与tf方法单点验证仿真结果比较
18、1)ros系统的tf数据导入
19、在搭建的主手操作臂ros平台上，利用可视化调控界面，设置tf坐标系关键运动学数据参数，实现ros系统的tf数据导入，结合表2所示的tf坐标系关键运动学参数，调控可视化界面参数，主手操作臂末端位置为
20、
21、2)零位坐标系对齐
22、对比表1-2，区别于(tf)欧拉变换的绕z轴关节旋转角度坐标系零位为
23、tf0＝[0 0 0 0 0 0]t (17)
24、dh变换下的坐标需要经过初始变换
25、
26、由于初始状态的不一致，dh变换下求解的机构末端位置满足变换规则：(tf)变换下x轴坐标值对齐于(dh)变换下y轴坐标值，(tf)变换下y轴坐标值(tf)对齐于x轴坐标值的负值(dh)；
27、
28、3)基于零位对齐dh方法的机构末端位置求解
29、结合变换矩阵(19)，将经过初始变换(18)后，dh变换下对齐的6个关节旋转角度坐标系零位，(其余参数dhset＝{a1,d1,d3,d4,d5,d6}相对固定)代入到s1表示的dh求解方法，得出主手操作臂末端位置：
30、
31、步骤2.基于两种方法的主手操作臂运动学精确定位可视化验证
32、利用ros平台可视化调控界面，设置tf坐标系关键运动学数据参数，实现ros系统的tf数据导入，可视化调控ros系统界面上数据参数，记录各个参数界面状态下机构运动学关键数据，得到主手操作臂6个关节旋转角度，机构末端位姿；
33、在运动学参数描述下，分别得到主手操作臂6个关节旋转角度和末端位置；
34、规划出dh参数调控simulink-simscape可视化界面。
35、优选地，所述步骤s1中：
36、步骤1.搭建主手操作臂dh坐标系
37、主手操作臂dh坐标系下物理模型，dh参数坐标系构建准则的详细步骤如下：
38、(1)以基座底端为原点，构建基坐标系c0-0；
39、(2)沿垂直向上方向为z轴，绕z轴逆时针旋转角度θ1，沿z轴平移距离d1，确定出第1坐标系c0-1；
40、(3)从z1到z2沿x1轴偏置距离a1，绕z轴逆时针旋转角度θ2，再顺时针旋转确定出第2坐标系c1-2；
41、(4)绕x轴本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种主手操作臂运动学精确定位可视化验证方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的主手操作臂运动学精确定位可视化验证方法，其特征在于，所述步骤S1中：
【技术特征摘要】
1.一种主手操作臂运动学精确定位可视化验证方法，其特征在于，包括以下步骤：
2...
【专利技术属性】
技术研发人员：王炳强，徐启敏，詹世涛，孙峰，雷景阳，
申请(专利权)人：山东威高手术机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：
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