[發明專利]醫療機器人及其控制方法

有效

• 申請號: 201810587897.0
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108748153B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 師云雷;何超;王家寅;朱祥;袁帥;姜逸之
• 申請（專利權）人: 微創（上海）醫療機器人有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 王仙子

1.一種醫療機器人，其特征在于，包括：

操作者操作力獲取單元，包括：醫療對象模型生成模塊，用以建立醫療對象模型，在所述醫療對象模型中按照危險程度劃分的區域包括推薦運動區域、安全運動區域和禁止運動區域；坐標匹配模塊，獲取所述機器人末端的坐標，將所述醫療對象模型與所述機器人末端的坐標相匹配，判斷所述機器人末端所在的區域；區域約束策略模塊，采用安全限制算法，根據所述機器人末端所在的區域的不同危險程度產生的約束策略包括在所述推薦運動區域不產生機器人操作力，在所述安全運動區域產生與所述操作者操作力方向相反的阻尼力，降低機器人末端的運動速度，在所述禁止運動區域產生遠離所述禁止運動區域的機器人操作力；機器人操作力計算模塊，結合坐標匹配模塊和區域約束策略模塊，得到對應的機器人操作力；

機器人操作力獲取單元，其用于根據機器人末端所在區域的危險程度得到機器人操作力；

控制模塊，其用于通過所述操作者操作力和所述機器人操作力共同確定所述機器人末端的期望運動速度，并將所述運動速度的信息轉換為控制指令；

驅動模塊；以及

機器人末端；

其中，所述驅動模塊根據接收到的所述控制指令，驅動所述機器人末端運動。

2.根據權利要求1所述的醫療機器人，其特征在于，所述操作者操作力獲取單元包括：

多維力傳感器，用于采集操作者的輸入力；

與所述力傳感器通信連接的操作者操作力計算模塊，用于依據機器人力映射模型將力傳感器采集到的所述輸入力轉換為笛卡爾空間中的所述操作者操作力。

3.根據權利要求1所述的醫療機器人，其特征在于，所述操作者操作力獲取單元包括：

機器人關節力矩檢測模塊，用以檢測所述機器人的關節力矩；

與所述機器人關節力矩檢測模塊通信連接的操作者操作力計算模塊，所述操作者操作力計算模塊通過動力學解耦所述機器人的關節力矩，得到所述操作者操作力。

4.根據權利要求1-3任一項所述的醫療機器人，其特征在于，還包括濾波模塊，其用于對所述操作者操作力進行濾波，以濾除操作者操作時的抖動。

5.根據權利要求1至3任一項所述的醫療機器人，其特征在于，所述控制模塊根據所述操作者操作力和所述機器人操作力得到機器人末端在笛卡爾空間中的期望運動速度；

將所述機器人末端在笛卡爾空間的期望運動速度通過雅克比變換得到機器人關節空間的期望運動速度；

利用機器人線性化解耦控制律對所述機器人關節空間的期望運動速度進行解耦，得到機器人關節的控制力矩，以完成對機器人的速度控制。

6.根據權利要求5所述的醫療機器人，其特征在于，所述控制模塊根據所述操作者操作力和所述機器人操作力得到所述機器人末端在笛卡爾空間中的期望運動速度的公式為：

其中，為操作者操作力，為機器人操作力，K_V為機器人末端在笛卡爾空間中力和速度的比例變換系數，為機器人末端在笛卡爾空間中的期望運動速度，λ為由于超出限位產生的機器人操作力的縮放系數。

7.根據權利要求5所述的醫療機器人，其特征在于，所述控制模塊根據所述機器人末端在笛卡爾空間中的期望運動速度得到所述機器人關節空間的期望運動速度的公式為：

其中，是當前構型下的逆雅克比，是機器人關節空間的期望運動速度。

8.根據權利要求5所述的醫療機器人，其特征在于，所述控制模塊利用機器人線性化解耦控制律對所述機器人關節空間的期望運動速度進行解耦，得到機器人關節的控制力矩，以完成對機器人的速度控制包括：

建立完整的機器人控制模型；

將所述機器人控制模型分為基于模型的控制部分和伺服偏差控制部分；

將基于模型的控制部分產生的力矩與伺服偏差控制部分產生的力矩相加，以得到對機器人關節的控制力矩。