[發(fā)明專利]一種微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人的建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710632571.0
• 申請(qǐng)日: 2017-07-28
• 公開（公告）號(hào): CN107688293B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王了;柏龍;張志良;肖喬木;楊建興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶金山醫(yī)療器械有限公司;重慶金山醫(yī)療機(jī)器人有限公司
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王學(xué)強(qiáng)

1.一種微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人的建模方法，其特征在于，包括：

建立主手末端相對(duì)于主手基坐標(biāo)系的齊次變換矩陣；

通過所述主手基坐標(biāo)系與從手基座標(biāo)的映射關(guān)系，得到從手末端相對(duì)于從手基坐標(biāo)系的齊次變換矩陣；

根據(jù)所述齊次變換矩陣建立關(guān)于從手各關(guān)節(jié)角度的等式方程，求解方程過程中，通過酉矩陣帶入復(fù)數(shù)域計(jì)算；

將所述等式方程變換得到關(guān)于具有一個(gè)單一變量的非線性方程；

對(duì)所述非線性方程進(jìn)行牛頓迭代，計(jì)算得到一個(gè)所述單一變量；

根據(jù)一個(gè)所述單一變量得到全部變量；

其中，所述通過主手基坐標(biāo)系與從手基座標(biāo)的映射關(guān)系，得到從手末端相對(duì)于從手基坐標(biāo)系的齊次變換矩陣的步驟具體為：

將從手結(jié)構(gòu)等效為具有平行四邊形結(jié)構(gòu)的六自由度模型；

根據(jù)所述平行四邊形結(jié)構(gòu)依次建立旋轉(zhuǎn)矩陣，其中：

；

從手基坐標(biāo)系的原點(diǎn)和所述平行四邊形結(jié)構(gòu)中遠(yuǎn)離所述從手基坐標(biāo)系的頂點(diǎn)之間形成直角三角形的第一邊，所述直角三角形的另外兩條邊形成直角，參數(shù)α為所述從手基坐標(biāo)系的原點(diǎn)所在的兩條邊的夾角；

；

所述六自由度模型包括折彎邊和所述第一邊，所述第一邊和所述折彎邊具有夾角，參數(shù)β為180°-所述夾角；

；

；

；

；

式中：

；

{q}_x為繞x軸轉(zhuǎn)q度角；{q}_y為繞y軸轉(zhuǎn)q度角；{q}_z為繞z軸轉(zhuǎn)q度角；{l}_y為沿著y軸移動(dòng)距離l；{l}_x為沿著x軸移動(dòng)距離l；{l}_z為沿著z軸移動(dòng)距離l；

將全部所述旋轉(zhuǎn)矩陣相乘，得到所述從手末端姿態(tài)矩陣T_end；

式中：

。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述根據(jù)齊次變換矩陣建立關(guān)于從手各關(guān)節(jié)角度的等式方程，求解方程過程中，通過酉矩陣帶入復(fù)數(shù)域計(jì)算的步驟具體為：

將變換得到

令：

建立一個(gè)酉矩陣P：

；

U'V'兩個(gè)等式分別左乘P^-1和右乘P后兩個(gè)矩陣還是相等；

令：

；

；

；

；

；

；

；

；

；

；

；

；

其中：

其中為常數(shù)矩陣或是有關(guān)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的參數(shù)矩陣，在求解時(shí)為已知。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的建模方法，其特征在于，所述將等式方程變換得到關(guān)于具有一個(gè)單一變量的非線性方程的步驟具體為：

令

；

通過上述等式，觀察各相等元素值獲得等式方程，通過等式化簡(jiǎn)并令其中的U₂₄=V₂₄可得到關(guān)于x₁的一個(gè)非線性方程

。