[發(fā)明專利]一種帶位姿感知功能的機(jī)器人底盤及其自動調(diào)節(jié)方法

在審

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• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114404045A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬梓威;周春琳;高凱梁;張廣宇;甄輝;張標(biāo)
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)湖州研究院
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30
• 代理公司: 上海新隆知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31366
• 代理人: 金利琴

本發(fā)明公開一種帶位姿感知功能的機(jī)器人底盤及其自動調(diào)節(jié)方法，包括基座、控制系統(tǒng)、四個萬向輪和四個電動伸縮桿，四個萬向輪分別連接在所述基座的四個角上，電動伸縮桿包括電機(jī)、絲桿、行程開關(guān)、伸縮桿、外殼、位置傳感器和減速齒輪組，位置傳感器可以測量伸縮桿的伸出位移量，四個電動伸縮桿分別穿過基座后在所述伸縮桿的底部安裝有腳墊；基座上設(shè)有陀螺儀和視覺傳感器。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單可靠，可以隨時鎖地隨時移動，能快速精準(zhǔn)地調(diào)整水平，且能精確地確定機(jī)器人在手術(shù)室內(nèi)的位姿。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，是一種帶位姿感知功能的機(jī)器人底盤及其自動調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)

與傳統(tǒng)人工手術(shù)相比，機(jī)器人輔助手術(shù)具有精度高、效率高、手術(shù)并發(fā)癥少等特點，在手術(shù)過程中，手術(shù)機(jī)器人代替醫(yī)生在手術(shù)臺旁完成各項手術(shù)操作，此時手術(shù)機(jī)器人均需穩(wěn)定地支撐在手術(shù)室地面，以保證機(jī)械臂動作的精準(zhǔn)性。在手術(shù)結(jié)束后，手術(shù)機(jī)器人還需要快速的從手術(shù)位置撤離，為醫(yī)生的后續(xù)操作讓出空間。因此，要求設(shè)備具有鎖地功能，且鎖地操作具有簡便、快捷、安全的優(yōu)點。現(xiàn)有的鎖地裝置存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作費力、可靠性低等缺點。為適應(yīng)現(xiàn)代化微創(chuàng)手術(shù)的需要，手術(shù)機(jī)器人的鎖地裝置應(yīng)具有操作簡便、工作可靠的特點。另外，柔順控制技術(shù)使機(jī)器人更加貼近醫(yī)生的人手操作效果，極大地提高了手術(shù)機(jī)器人的安全性。而要想實現(xiàn)較高精度的力交互功能，就需要進(jìn)行高精度的重力補(bǔ)償，而這就需要機(jī)器人鎖地時能夠?qū)⒒{(diào)節(jié)到較高的水平度。

發(fā)明內(nèi)容

為解決以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種帶位姿感知功能的機(jī)器人底盤及其自動調(diào)節(jié)方法。

本發(fā)明可通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種帶位姿感知功能的機(jī)器人底盤，包括基座、控制系統(tǒng)、四個萬向輪和四個電動伸縮桿，所述四個萬向輪分別連接在所述基座的四個角上，所述電動伸縮桿包括電機(jī)、絲桿、行程開關(guān)、伸縮桿、外殼、位置傳感器和減速齒輪組，所述位置傳感器可以測量伸縮桿的伸出位移量，所述四個電動伸縮桿分別穿過所述基座后在所述伸縮桿的底部安裝有腳墊；所述基座上設(shè)有陀螺儀和視覺傳感器。

進(jìn)一步地，所述四個電動伸縮桿穿過所述基座后分別穿過與其外徑間隙配合的支撐定位套后安裝腳墊，該支撐定位套到固定在所述基座上；所述四個電動伸縮桿分別對應(yīng)位于所述四個萬向輪的內(nèi)側(cè)。

進(jìn)一步地，所述視覺傳感器為攝像頭、紅外相機(jī)、激光傳感器的一種或多種組合，所述視覺傳感器位于基座底面，信號采集面朝向地面攝像頭位于所述基座背面。

進(jìn)一步地，所述電動伸縮桿的電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，所述控制系統(tǒng)包括用于驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，所述位置傳感器為安裝在步進(jìn)電機(jī)末端的旋轉(zhuǎn)編碼器，或安裝在所述外殼處，測量所述電動伸縮桿位移量的直線位移傳感器。

本發(fā)明還提出一種帶位姿感知功能的機(jī)器人底盤實現(xiàn)的機(jī)器人底盤自動調(diào)節(jié)方法，包括高度調(diào)節(jié)與水平調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)四個電動伸縮桿的伸縮量自動實現(xiàn)機(jī)器人的目標(biāo)高度與目標(biāo)水平度的調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步地，所述高度調(diào)節(jié)包括以下步驟：

1)所述各個電動伸縮桿向下伸出，當(dāng)觸碰到地面時，所述電機(jī)電流增大，當(dāng)電流超過一定的閾值時，電機(jī)停止；

2)等待所有電動伸縮桿停止，并以此時的位置為基準(zhǔn)位置；

3)所述各電動伸縮桿相對于各自的基準(zhǔn)位置再同時向下運動一段相同的距離，此時機(jī)器人將整體抬升相應(yīng)的距離。

進(jìn)一步地，所述水平調(diào)節(jié)包括以下步驟：

1)所述陀螺儀實時采集基座的傾角誤差，所述控制系統(tǒng)根據(jù)陀螺儀與各電動伸縮桿的相對位置關(guān)系換算為各電動伸縮桿的位置誤差；

2)所述控制系統(tǒng)將各電動伸縮桿的位置誤差通過控制算法解算為各電動伸縮桿的位置調(diào)整量；