【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及手术机器人的，尤其涉及一种患者台车防碰撞方法及系统。
技术介绍
1、如图1所示，腹腔镜手术机器人系统的患者台车由大立柱、吊杆、吊盘和四条操作臂组成，其中，大立柱是患者台车的主要支撑结构之一，它通常是一个垂直的柱状结构，连接到手术室的地板或天花板，提供整个系统的稳定性和支持。吊杆是连接大立柱和吊盘的结构，吊杆的长度通常是可调节的，以适应不同的手术区域需求。吊盘悬挂在吊杆上，用于承载和支持手术操作器械或摄像设备。吊盘的位置可以通过吊杆的调整而改变，以满足特定手术区域的需求。四条手术操作臂通过吊盘悬挂并与患者台车相连接，手术操作臂具有关节和运动系统，允许外科医生通过控制台远程操作这些臂，进行精确而灵活的手术操作。
2、整个患者台车的设计旨在提供一个灵活而稳定的手术平台，使外科医生能够在手术过程中更好地访问患者，实现高度精确的手术。这种系统常用于腹腔镜手术，其中机器人辅助的手术工具由外科医生远程操控，以进行微创手术。
3、通过患者台车的操作面板上的摇杆可以进行包括大立柱升降运动、吊杆旋转和伸缩运动、吊盘旋转运动在内的摇杆控制运动，操作臂可以实现拖动控制运动。但是在进行摇杆控制运动和拖动控制运行的过程中，大立柱与操作臂的操作臂小横梁或操作臂小竖臂之间、以及操作臂与操作臂之间容易发生碰撞，会损坏患者台车的机械结构。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种患者台车防碰撞方法及系统，在摇杆控制运动和拖动控制运动时，进行大立柱与操作臂的操作
2、本专利技术的上述专利技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
3、一种患者台车防碰撞方法，包括以下步骤：
4、s1：依次构建患者台车的基座坐标系和若干关节的局部坐标系，并计算得到各个所述局部坐标系到所述基座坐标系的坐标转换关系；
5、s2：将所述患者台车的大立柱抽象为立柱圆柱体和立柱长方体，将操作臂小横梁抽象为横梁长方体，将操作臂小竖臂抽象为竖臂长方体，并通过所述坐标转换关系将所述立柱圆柱体、所述立柱长方体、所述横梁长方体和所述竖臂长方体的角点坐标统一到所述基座坐标系中；
6、s3：将所述立柱圆柱体、所述立柱长方体、所述横梁长方体和所述竖臂长方体投影到所述基座坐标系的xoy平面上；
7、s4：针对所述大立柱与操作臂的碰撞，分别计算所述立柱圆柱体与所述横梁长方体以及所述竖臂长方体之间的最短距离，针对任意两条所述操作臂之间的碰撞，将两条所述操作臂的所述横梁长方体和所述竖臂长方体两两进行配对，计算所述最短距离；
8、s5：当任意一个所述最短距离小于预设距离阈值时，则进行碰撞预警。
9、进一步地，在步骤s1中，依次构建所述患者台车的所述基座坐标系和若干关节的所述局部坐标系，具体为：
10、以大立柱的中心轴与吊杆的相交线上所述吊杆上的一点为原点构建所述基座坐标系；
11、若干关节的所述局部坐标系包括：
12、以所述大立柱的中心轴与所述吊杆的相交线上所述吊杆上的一点为原点构建吊杆旋转关节坐标系；
13、以吊盘旋转关节的中心轴与所述吊杆的相交线上所述吊杆上的一点为原点构建吊杆伸缩关节坐标系；
14、以所述吊盘旋转关节的中心轴与所述操作臂小横梁所在水平面的相交线上所述操作臂小横梁所在水平面上的一点为原点构建吊盘旋转关节坐标系；
15、各个操作臂以操作臂小横梁旋转关节的中心轴与所述操作臂小横梁的相交线上所述操作臂小横梁上的一点为原点构建操作臂小横梁旋转关节坐标系；
16、各个所述操作臂以所述操作臂小竖臂的中心轴与所述操作臂小横梁的相交线上所述操作臂小横梁上的一点为原点构建操作臂小横梁平移关节坐标系。
17、进一步地，在步骤s1中，计算得到各个所述局部坐标系到所述基座坐标系的所述坐标转换关系，具体为：
18、从所述基座坐标系开始按照坐标系相邻的关系对坐标系进行排序，排序后的顺序为所述基座坐标系、所述吊杆旋转关节坐标系、所述吊杆伸缩关节坐标系、所述吊盘旋转关节坐标系、所述操作臂小横梁旋转关节坐标系和所述操作臂小横梁平移关节坐标系；
19、采用mdh方法依次计算相邻坐标系之间的齐次变换矩阵，对于所述患者台车的每一个关节，定义mdh参数，包括：
20、ai：沿zi-1轴的位移，表示关节对应连杆的长度；
21、αi：绕xi-1轴的旋转角度，表示关节对应连杆的旋转；
22、di：沿xi轴的位移，表示相邻坐标系之间的位移；
23、θi：沿zi轴的旋转角度，表示相邻坐标系之间的旋转；
24、对于每个所述局部坐标系，使用所述mdh参数构建相邻坐标系之间的所述齐次变换矩阵，第i-1个到i个坐标转换的所述齐次变换矩阵表示为：
25、
26、其中，ai、αi、di、θi为第i个坐标的所述mdh参数；
27、第i个坐标到所述基座坐标系的所述坐标转换矩阵为：
28、
29、其中为第i个所述局部坐标系到所述基座坐标系的所述坐标转换矩阵。
30、进一步地，在步骤s2中，通过所述坐标转换关系将所述立柱圆柱体、所述立柱长方体、所述横梁长方体和所述竖臂长方体的角点坐标统一到所述基座坐标系中，具体为：
31、由于所述基座坐标系以所述大立柱的中心轴与吊杆的相交线上所述吊杆上的一点为原点，即所述大立柱上的点在所述xoy平面上相对所述基座坐标系的位置确定，通过所述基座坐标系直接标记所述立柱圆柱体的圆心的x坐标和y坐标，同时通过计算所述立柱圆柱体边界上任意一点在所述xoy平面上到所述圆心的距离作为所述立柱圆柱体的半径r，以及通过所述基座坐标系直接标记所述立柱长方体的四个角点的x坐标和y坐标；
32、由于所述操作臂小横梁旋转关节坐标系以所述操作臂小横梁旋转关节的中心轴与所述操作臂小横梁的相交线上所述操作臂小横梁上的一点为原点而构建，即所述操作臂小横梁上的点在所述操作臂小横梁旋转关节坐标系上的位置确定，标记所述横梁长方体的四个角点在所述操作臂小横梁旋转关节坐标系上的坐标，同时通过所述操作臂小横梁旋转关节坐标系到所述基座坐标系的所述坐标转换关系将所述横梁长方体的四个角点的坐标转换到所述基座坐标系上；
33、由于所述操作臂小横梁平移关节坐标系以所述操作臂小竖臂的中心轴与所述操作臂小横梁的相交线上所述操作臂小横梁上的一点为原点而构建，即所述操作臂小竖臂上的点在所述操作臂小横梁平移关节坐标系上的位置确定，标记所述竖臂长方体的四个角点在所述操作臂小横梁平移关节坐标系上的坐标，同时通过所述操作臂小横梁平移关节坐标系到所述基座坐标系的所述坐标转换关系将所述竖臂长方体的四本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种患者台车防碰撞方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的患者台车防碰撞方法，其特征在于，在步骤S1中，依次构建所述患者台车的所述基座坐标系和若干关节的所述局部坐标系，具体为：
3.根据权利要求2所述的患者台车防碰撞方法，其特征在于，在步骤S1中，计算得到各个所述局部坐标系到所述基座坐标系的所述坐标转换关系，具体为：
4.根据权利要求3所述的患者台车防碰撞方法，其特征在于，在步骤S2中，通过所述坐标转换关系将所述立柱圆柱体、所述立柱长方体、所述横梁长方体和所述竖臂长方体的角点坐标统一到所述基座坐标系中，具体为：
5.根据权利要求4所述的患者台车防碰撞方法，其特征在于，在步骤S4中，针对所述大立柱与所述操作臂的碰撞，分别计算所述立柱圆柱体与所述横梁长方体以及所述竖臂长方体之间的所述最短距离，具体为：
6.根据权利要求1所述的患者台车防碰撞方法，其特征在于，在步骤S4中，针对任意两条所述操作臂之间的碰撞，将两条所述操作臂的所述横梁长方体和所述竖臂长方体两两进行配对，计算所述最短距离，具体为：
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