[發明專利]一種腹腔手術機器人的全自動實時標定方法、裝置及系統

有效

• 申請號: 202210177629.8
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114521960B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 趙佳偉;王偉;文洋;張瑞康
• 申請（專利權）人: 蘇州康多機器人有限公司
• 主分類號: A61B34/00
• 分類號: A61B34/00;A61B34/30;G16H40/63;G06N3/126
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產權代理有限公司 11473
• 代理人: 段守富

本發明提供了一種腹腔手術機器人的全自動實時標定方法、裝置及系統，涉及腹腔手術機器人技術領域。本發明所述的腹腔手術機器人的全自動實時標定方法，包括：建立機械臂的旋量運動學模型；獲取所述機械臂的末端位姿，根據所述末端位姿確定所述機械臂的名義關節運動變量；根據運動學參數控制所述機械臂運動，獲取所述機械臂的實際關節運動變量；根據所述名義關節運動變量和所述實際關節運動變量判斷關節運動變量精度是否滿足預設條件，當所述關節運動變量精度不滿足所述預設條件時，采用遺傳算法對所述運動學參數進行辨識以更新所述運動學參數。本發明所述的技術方案，可以有效識別運動學參數，進而提高了機械臂運動精度。

技術領域

本發明涉及腹腔手術機器人技術領域，具體而言，涉及一種腹腔手術機器人的全自動實時標定方法、裝置及系統。

背景技術

隨著醫療機器人行業的發展，腔鏡手術機器人的地位上升到手術機器人頂端行列。手術機械臂作為腔鏡手術機器人的重要組成部分，應具有較高的運動精度。但由于機械臂的制造裝配引入的裝配誤差、臂桿和關節的柔性變形引入的柔性誤差、機械臂作業環境的溫度變化引入的熱變形誤差等存在，導致機械臂運動學參數的實際值與名義值之間會產生一定偏差，如果在實際應用中仍采用名義運動學參數對機械臂進行控制則會降低機械臂運動精度。

發明內容

本發明解決的問題是如何通過標定提高機械臂運動精度。

為解決上述問題，本發明提供一種腹腔手術機器人的全自動實時標定方法，包括：建立機械臂的旋量運動學模型；獲取所述機械臂的末端位姿，根據所述末端位姿確定所述機械臂的名義關節運動變量；根據運動學參數控制所述機械臂運動，獲取所述機械臂的實際關節運動變量；根據所述名義關節運動變量和所述實際關節運動變量判斷關節運動變量精度是否滿足預設條件，當所述關節運動變量精度不滿足所述預設條件時，采用遺傳算法對所述運動學參數進行辨識以更新所述運動學參數。

本發明所述的腹腔手術機器人的全自動實時標定方法，利用運動學參數標定獲得機械臂運動學參數的實際值，可以有效識別運動學參數，大幅度降低位姿誤差，實現機械臂的自動實時精準控制；采用遺傳算法完成運動學標定可尋的全局最優解，能夠精準的辨識運動學參數，提高了標定精度，進而提高了機械臂運動精度。

可選地，所述建立機械臂的旋量運動學模型包括：根據旋量模型建立所述機械臂的正運動學模型，所述正運動學模型包括：

其中，g(θ)表示機械臂關節運動參數為θ_i時的末端位姿，g(0)表示關節零位對應的末端位姿，表示與θ_i對應的運動旋量，i=1，2，...，11。

本發明所述的腹腔手術機器人的全自動實時標定方法，根據旋量模型建立機械臂的正運動學模型，進而能夠有效識別運動學參數，大幅度降低位姿誤差，實現機械臂的自動實時精準控制。

可選地，所述根據所述末端位姿確定所述機械臂的名義關節運動變量包括：根據第一公式確定所述名義關節運動變量，其中，所述第一公式包括：

其中，θ^N表示所述名義關節運動變量，f表示運動學逆解方程，x表示旋量運動學參數。

本發明所述的腹腔手術機器人的全自動實時標定方法，根據第一公式確定名義關節運動變量，進而能夠有效識別運動學參數，大幅度降低位姿誤差，實現機械臂的自動實時精準控制。

可選地，所述獲取所述機械臂的末端位姿包括：通過動態跟蹤儀實時跟蹤多面體標靶的位姿，當所述機械臂運動并保持指定位姿，且所述多面體標靶的位姿在預設時間內未發生改變時，采集當前位姿，其中，所述多面體標靶安裝在所述機械臂的末端。

本發明所述的腹腔手術機器人的全自動實時標定方法，通過動態跟蹤儀實現機械臂末端位姿的實時跟蹤，進而能夠實現機械臂的自動實時精準控制。