[發明專利]一種醫療機械臂的控制方法及裝置

有效

• 申請號: 201410489915.3
• 申請日: 2014-09-23
• 公開（公告）號: CN104260095B
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發明（設計）人: 丁大民;鄧琛;王朝斌
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: B25J9/18
• 分類號: B25J9/18
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

技術領域

本發明涉及醫療器械領域，尤其是涉及一種醫療機械臂的控制方法及裝置。

背景技術

在機械臂軌跡運動控制中，機械臂運動的速度和精度都是極重要的指標，尤其 是在醫療器械行業相關機械臂產品中，精度的要求非常高，例如手術機器人。目前 國產的醫療機械臂種類稀少，并且對電機要求也非常高，比如大量采用功率密度高， 壽命短的超聲波電機。在供電方面采用高性能的二相驅動電源，整個系統對環境溫 度、運行中溫度、負載特性、預壓力要求高。

在精度控制方面，市場上的醫療機械臂采用單反饋甚至無反饋開環控制系統驅 動電機運動，精度方面有待提高。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種定位精準的 醫療機械臂的控制方法及裝置。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種醫療機械臂的控制方法，該方法包括以下步驟：

A.初步定位，獲取目標點位置和醫療機械臂末端位置，結合醫療機械臂各定 位關節的當前定位夾角，計算各定位夾角的目標值，并驅動醫療機械臂各定位關節 動作；

B.精確調整，根據醫療機械臂末端和目標點的相對距離，進行微調定位；

C.豎直矯正，控制醫療機械臂豎直向下運動至目標點位置。

所述步驟A具體包括步驟：

A1.獲取狀態信息，所述狀態信息包括目標點位置(x₁，y₁，z₁)、醫療機械臂末 端位置(x₀，y₀，z₀)和各定位關節的當前定位夾角；

A2.設定醫療機械臂末端目標位置(x₁，y₁，z)，并計算各定位夾角的目標值；

A3.計算各定位夾角依次轉動至目標值的過程中z坐標的最小值z_min，并判斷 z_min與z₁的大小，若z₁大于z_min，則執行步驟A4，反之，則執行步驟A5；

A4.控制醫療機械臂豎直向上移動大于(z₁-z_min)的距離；

A5.依次控制各定位關節轉動至目標定位夾角；

A6.控制醫療機械臂豎直向下運動靠近目標點。

所述步驟A3或步驟A5中依次為從醫療機械臂根部至末端。

所述步驟B具體包括步驟：

B1.獲取醫療機械臂末端位置(x₂，y₂，z₂)和各調整關節的當前調整夾角，計算機械臂末端位置與目標點位置的水平距離并判斷距離d與閾值ε的大小，若d大于ε，則執行步驟B2，反之，則執行步驟C；

B2.設定醫療機械臂末端目標位置(x₁，y₁，z)，并計算各調整夾角的目標值；

B3.依次控制各調整關節轉動至目標調整夾角；

B4.控制醫療機械臂豎直向下運動靠近目標點，并執行步驟B1。

一種醫療機械臂的控制裝置，該裝置用于控制醫療機械臂的運動，所述控制裝 置包括角度傳感器、位置傳感器、驅動電機和控制模塊，所述控制模塊的輸入端與 角度傳感器和位置傳感器連接，輸出端與驅動電機的輸入端連接，所述驅動電機的 輸出端與醫療機械臂連接，所述角度傳感器設在醫療機械臂上，所述位置傳感器設 在醫療機械臂末端。

所述醫療機械臂包括定位關節、調整關節和豎直運動組件，所述驅動電機包括 定位關節電機、調整關節電機和豎直運動電機，所述定位關節電機、調整關節電機 和豎直運動電機分別與定位關節、調整關節和豎直運動組件連接。

所述角度傳感器設在定位關節和調整關節上。

所述定位關節和調整關節的數量均至少為兩個。

所述角度傳感器的個數為定位關節和調整關節的數目之和，所述定位關節電機 和調整關節電機的數目分別與定位關節和調整關節的數目相同。

所述控制模塊包括依次連接的單片機、PWM單元和電機驅動電路，所述電機 驅動電路與驅動電機連接，所述單片機與角度傳感器和位置傳感器連接。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：