[發明專利]手術機器人及其機械臂的控制方法、控制裝置

有效

• 申請號: 202010770529.7
• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN111839614B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 高元倩;葉國強
• 申請（專利權）人: 深圳市精鋒醫療科技有限公司
• 主分類號: A61B17/00
• 分類號: A61B17/00;A61B34/37;A61B90/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種手術機器人，其特征在于，包括：

機械臂，具有多個通過關節連接的連桿，作為所述機械臂遠端的所述連桿是動力機構；

及控制裝置，與所述機械臂耦接，被配置成執行：

確定所述連桿中的受力連桿并獲得施加于所述受力連桿的外力；

獲取輸入的關聯于所述動力機構的任務自由度的操作命令；

在所述受力連桿為兩個以上、且所述操作命令關聯于所述任務自由度與所述機械臂的有效自由度完全匹配的情況時，解析第一受力連桿上的外力獲得所述第一受力連桿在基坐標系的目標位姿信息，所述第一受力連桿指所述受力連桿中最鄰近所述機械臂近端的一個受力連桿，基坐標系指所述機械臂的基坐標系；

解析第二受力連桿的外力獲得所述第二受力連桿在相鄰所述受力連桿的坐標系的目標位姿信息，所述第二受力連桿指各相鄰兩個所述受力連桿中相對遠離所述機械臂近端的一個受力連桿；

根據所述第一受力連桿的目標位姿信息控制所述第一受力連桿及其近端的各所述連桿運動使所述第一受力連桿到達對應的目標位姿、根據所述第二受力連桿的目標位姿信息控制所述第二受力連桿及與其相鄰所述受力連桿之間的各所述連桿運動使所述第二受力連桿到達對應的目標位姿。

2.根據權利要求1所述的手術機器人，其特征在于：

所述機械臂包括三個位置有效自由度及三個姿態有效自由度。

3.根據權利要求1所述的手術機器人，其特征在于：

所述機械臂包括三個位置有效自由度及兩個姿態有效自由度。

4.根據權利要求3所述的手術機器人，其特征在于：

所述機械臂的五個有效自由度由所述機械臂的五個自由度組成，其中，所述機械臂具有沿近端向遠端依次設置的一個沿豎直方向線性移動的自由度、三個繞豎直方向轉動的自由度以及一個繞垂直于豎直方向的方向轉動的自由度。

5.根據權利要求1所述的手術機器人，其特征在于：

所述機械臂中，包括所述動力機構的連續兩個以上的相鄰所述連桿之間均裝設有與所述控制裝置耦接、用于采集受力信息的六維力傳感器；

確定所述連桿中的受力連桿并獲得施加于所述受力連桿的外力的步驟包括：

獲取每一所述六維力傳感器下的一組負載參數，所述一組負載參數包括位于相應所述六維力傳感器遠端的各所述連桿的負載參數，其中，所述動力機構的負載參數根據所述動力機構內部的安裝狀態信息及位置狀態信息而獲得，所述負載參數包括質量參數和質心參數；

根據每一所述六維力傳感器下的一組負載參數確定相應所述六維力傳感器坐標系下、由所述六維力傳感器遠端的各所述連桿導致的負載對應的負載力學模型；

獲取所述機械臂中各關節的位置信息，結合每一所述六維力傳感器下的負載力學模型分別計算每一所述六維力傳感器下的負載的六維力/力矩矢量；

獲取零偏的六維力/力矩矢量及總的六維力/力矩矢量，并結合每一所述六維力傳感器下的負載的六維力/力矩矢量計算出作用于每一所述六維力傳感器的外力的六維力/力矩矢量；

根據計算出的作用于每一所述六維力傳感器的外力的六維力/力矩矢量及作用于其遠端相鄰一個所述六維力傳感器的外力的六維力/力矩矢量確定受力連桿，并計算出施加于所述受力連桿上的外力的六維力/力矩矢量。

6.根據權利要求5所述的手術機器人，其特征在于：

解析所述第一受力連桿上的外力獲得所述第一受力連桿在基坐標系的目標位姿信息的步驟具體為：解析所述第一受力連桿上的外力的六維力/力矩矢量獲得所述第一受力連桿在基坐標系的目標位姿信息；

解析所述第二受力連桿的外力的六維力/力矩矢量獲得所述第二受力連桿在相鄰所述受力連桿的坐標系的目標位姿信息的步驟具體為：解析所述第二受力連桿的外力獲得所述第二受力連桿在相鄰所述受力連桿的坐標系的目標位姿信息。

7.根據權利要求6所述的手術機器人，其特征在于：

解析所述外力的六維力/力矩矢量獲得所述受力連桿在目標坐標系的目標位姿信息的步驟具體為：

通過剛度矩陣將所述外力的六維力/力矩矢量轉換為所述受力連桿在目標坐標系的目標位姿信息。