[发明专利]被动主手式主从控制手术机器人的性能测试方法及系统

权利要求书

1.一种被动主手式主从控制手术机器人的性能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

建立基于主端操作手的基座(11)的主端描述坐标系和基于内窥镜(4)的从端描述坐标系，建立基于所述主端操作手的末端关节连杆(13)的主端参考坐标系和基于从端操作手的手术器械(6)的从端参考坐标系；

获取所述末端关节连杆(13)的三个第一姿态靶点(2611)在所述主端参考坐标系下的坐标，建立三个所述第一姿态靶点(2611)在所述主端参考坐标系下的第三描述矩阵；

获取所述手术器械(6)的三个第二姿态靶点在所述从端参考坐标系下的坐标，建立三个所述第二姿态靶点在所述从端参考坐标系下的第五描述矩阵；

在主从映射状态下，获取三个所述第一姿态靶点(2611)在所述主端描述坐标系下的坐标，建立三个所述第一姿态靶点(2611)在所述主端描述坐标系下的第四描述矩阵；获取三个所述第二姿态靶点在所述从端描述坐标系下的坐标，建立三个所述第二姿态靶点在所述从端描述坐标系下的第六描述矩阵；

根据所述第三描述矩阵和第四描述矩阵得到所述主端参考坐标系在所述主端描述坐标系下的第一描述矩阵，根据所述第五描述矩阵和第六描述矩阵得到所述从端参考坐标系在所述从端描述坐标系下的第二描述矩阵；

根据所述第一描述矩阵和所述第二描述矩阵分别得到基于所述第一描述矩阵的姿态角和基于所述第二描述矩阵的姿态角，根据所述基于所述第一描述矩阵的姿态角和所述基于所述第二描述矩阵的姿态角确定被动主手式主从控制手术机器人的姿态准确度；

其中，建立所述主端参考坐标系包括：保持第五关节连杆(14)的空间位置不变，获取所述主端操作手的第二轴线上的点以及第一面结构(511)上的点，所述第五关节连杆(14)为与所述末端关节连杆(13)相邻的连杆，所述第二轴线为所述末端关节连杆(13)的旋转轴线，所述第一面结构(511)平行于所述末端关节连杆(13)的两个夹持器(132)的对称面，根据所述第二轴线、所述第一面结构(511)和右手定则建立所述主端参考坐标系，其中，所述主端参考坐标系的横轴与所述第二轴线平行且正方向指向所述第五关节连杆(14)，竖轴与所述第一面结构(511)平行且正方向指向下方；

建立所述从端参考坐标系包括：分别获取所述手术器械(6)的器械杆的第七轴线上的点和夹钳臂(61)的第八轴线上的点，所述第七轴线为所述器械杆的轴线，所述第八轴线为所述夹钳臂(61)的旋转轴线；根据所述第七轴线上的点和所述第八轴线上的点结合右手定则建立所述从端参考坐标系，其中，所述从端参考坐标系的横轴与所述第七轴线平行且正方向指向手术区域，竖轴与所述第八轴线平行且正方向指向下方；

建立所述主端描述坐标系包括：获取两个所述主端操作手的第一轴线上的点，所述第一轴线为所述主端操作手的第一关节连杆(12)与所述基座(11)转动连接的旋转轴线，根据所述第一轴线和右手定则建立所述主端描述坐标系，其中，所述主端描述坐标系的横轴与上下方向一致且正方向指向上方，纵轴与左右方向一致且正方向指向右方；

所述从端操作手包括平行四边形机构，所述平行四边形机构包括滑台导轨连杆(8)，所述滑台导轨连杆(8)滑动连接有滑台(81)，所述滑台(81)用于固定所述内窥镜(4)；所述建立基于内窥镜(4)的从端描述坐标系包括：将两个第七靶点工装(27)连接于所述滑台导轨连杆(8)并将滑台靶点(28)固定于所述滑台(81)，正视所述滑台导轨连杆(8)时，两个所述第七靶点工装(27)分别位于所述滑台(81)滑动的滑轨的左右两侧；通过所述平行四边形机构的各关节的运动带动所述滑台导轨连杆(8)绕不动点转动至少三个位置，通过空间测量设备获取各位置处两个所述第七靶点工装(27)上靶点的空间坐标，以确定第二直线的位置，所述第二直线经过所述不动点；所述滑台(81)滑动至少两个位置，通过空间测量设备获取各位置处所述滑台靶点(28)的空间坐标，以确定第一直线的位置，所述第一直线平行于所述内窥镜(4)的镜杆轴线；根据所述第一直线、所述第二直线、所述内窥镜(4)的类型以及右手定则建立所述从端描述坐标系；其中，所述从端描述坐标系的竖轴与所述内窥镜(4)的镜头平面(41)垂直且正方向指向手术区域，正视所述滑台导轨连杆(8)时，纵轴与所述第二直线平行且正方向指向右方；

或者，建立所述从端描述坐标系包括：将两个第二靶点工装(22)连接于所述内窥镜(4)的镜杆，转动所述镜杆至少三个位置，通过空间测量设备获取各位置处两个所述第二靶点工装(22)上靶点的空间坐标，以确定镜杆轴线的位置；通过空间测量设备测量所述镜头平面(41)的分界槽(42)上的点以确定所述分界槽(42)的位置；根据所述分界槽(42)、所述镜杆轴线和右手定则建立所述从端描述坐标系，其中，所述从端描述坐标系的竖轴与所述镜头平面(41)垂直且正方向指向手术区域，横轴位于与所述镜头平面(41)平行的平面内且正方向指向上方。