[發明專利]一種種植牙手術機器人末端柔順控制方法

在審

• 申請號: 202210167765.9
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN114505859A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 祝勝山;汪陽;房鶴;崔小飛;田忠正
• 申請（專利權）人: 四川鋒準機器人科技有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 席小東

本發明提供一種種植牙手術機器人末端柔順控制方法，包括以下步驟：構建種植牙手術機器人的末端位姿控制器；構建二階質量?彈簧?阻尼系統；在種植牙手術機器人的末端安裝末端力?力矩傳感器以及末端實際位姿檢測器，在種植牙手術機器人運動過程中，通過末端力?力矩傳感器實時檢測機器人末端受到的環境作用力在每個自由度的力分量；計算二階質量?彈簧?阻尼系統中質量塊的加速度，并轉換為位移，輸入到末端位姿控制器，對種植牙手術機器人的末端進行控制。本發明提供一種種植牙手術機器人末端柔順控制方法，消除了現有工業機器人在頻繁調用力模式時出現的抖動現象，實施簡單，實時性強，魯棒性高，控制順滑，操作靈活，實時改變柔順軸的優點。

技術領域

本發明屬于工業機器人控制技術領域，具體涉及一種種植牙手術機器人末端柔順控制方法。

背景技術

目前，隨著工業機器人技術的發展，種植牙領域也越來越多的采用工業協作型機器人配合口腔種植醫生實施種植牙手術，在種植牙手術實施的過程中，希望機器人能夠沿著提前規劃好的種植路徑讓口腔醫生進行自由推動，而其他方向則不可以被推動或者轉動，也就是種植路徑是機器人的柔順軸。一般的工業機器人是具有這個功能的，也就是常見的工業機器人的力模式。但是由于在手術的過程中，病人會不可避免的有移動的情況，也就導致種植路徑的移動，進而導致工業機器人的柔性軸也不得不發生改變。現有的一般工業機器人支持的力模式如果在手術中頻繁被調用，會出現抖動的現象，而這種抖動不僅會導致種植精度的下降，更嚴重者會給患者帶來無法預料的傷害。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明提供一種種植牙手術機器人末端柔順控制方法，可有效解決上述問題。

本發明采用的技術方案如下：

本發明提供一種種植牙手術機器人末端柔順控制方法，包括以下步驟：

步驟S1，構建種植牙手術機器人的末端位姿控制器；

步驟S2，構建二階質量-彈簧-阻尼系統F＝{F₁,F₂,…,F₆}，其中，F₁,F₂,…,F₆分別代表種植牙手術機器人末端六個自由度的二階質量-彈簧-阻尼系統；六個自由度是指：種植牙手術機器人末端具有xyz坐標系，第1個自由度為沿x軸平移自由度；第2個自由度為沿y軸平移自由度；第3個自由度為沿z軸平移自由度；第4個自由度為繞x軸轉動自由度；第5個自由度為繞y軸轉動自由度；第6個自由度為繞z軸轉動自由度；

對于任意第i個自由度的二階質量-彈簧-阻尼系統，i＝1，2，...，6，包括：第i質量塊，第i彈簧和第i阻尼器；第i質量塊的底部一側通過第i彈簧與支撐臺連接，第i質量塊的底部另一側通過第i阻尼器與支撐臺連接；

步驟S3，在種植牙手術機器人的末端安裝末端力-力矩傳感器以及末端實際位姿檢測器，在種植牙手術機器人運動過程中，通過末端力-力矩傳感器實時檢測機器人末端受到的環境作用力F_e在每個自由度的力分量，表示為：F_e＝{F_e1，F_e2，...，F_e6}，其中，F_ei代表機器人末端受到的環境作用力在第i個自由度的力分量；i＝1，2，...，6；

根據末端力-力矩傳感器實時檢測到的第i個自由度的力分量和力矩分量，計算得到以下兩個參數：

第i個自由度下，由于力分量F_ei的作用所引起的運動速度

第i個自由度下，由于力分量F_ei的作用所引起的運動位移x_ei；

通過末端實際位姿檢測器，實時檢測種植牙手術機器人的當前末端實際位姿，包括末端實際位置和末端實際姿態；