[发明专利]机器人平面限位控制方法、装置和手术机器人

权利要求书

1.一种机器人平面限位控制方法，其特征在于，所述机器人末端设有六轴力传感器，包括：

通过所述六轴力传感器采集作用于所述机器人末端的在传感器坐标系下的第一作用力和第一作用力矩；

基于所述第一作用力和所述机器人在世界坐标系下受到的重力计算所述末端在所述传感器坐标系下受到的外力，以及基于所述第一作用力矩和所述重力产生的重力矩计算所述末端在所述传感器坐标系下受到的外力矩；

根据所述传感器坐标系下的所述外力和所述外力矩计算在机器人牵引点的实际作用力和实际作用力矩，具体包括：根据所述传感器坐标系和所述牵引点所在坐标系计算出传感器到手持点的第二姿态矩阵，并对所述第二姿态矩阵进行逆变换得到手持点到传感器的第三姿态矩阵；根据所述传感器坐标系下的所述外力与所述第三姿态矩阵计算在所述机器人牵引点的实际作用力；根据所述外力和所述外力在所述传感器坐标系下的力臂长度计算在所述末端产生的扭矩；根据所述传感器坐标系下的所述外力矩与所述扭矩之差计算出在所述机器人牵引点的实际作用力矩；

基于所述实际作用力和实际作用力矩控制所述末端在目标平面进行限位运动。

2.根据权利要求1所述的机器人平面限位控制方法，其特征在于，所述基于所述第一作用力和所述机器人在世界坐标系下受到的重力计算所述末端在所述传感器坐标系下受到的外力，包括：

计算所述传感器坐标系在世界坐标系下的第一姿态矩阵；

根据所述机器人在世界坐标系下受到的重力和所述第一姿态矩阵计算所述重力在末端产生的迁移作用力；

将所述第一作用力与所述末端产生的迁移作用力作差，得到所述末端在所述传感器坐标系下受到的外力。

3.根据权利要求2所述的机器人平面限位控制方法，其特征在于，所述基于所述第一作用力矩和所述重力产生的重力矩计算所述末端在所述传感器坐标系下受到的外力矩，包括：

根据所述重力在末端产生的所述迁移作用力和重力力臂计算所述重力在末端产生的迁移作用力矩；

将所述第一作用力矩与所述末端产生的迁移作用力矩作差，得到所述末端在所述传感器坐标系下受到的外力矩。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人平面限位控制方法，其特征在于，所述限位运动为在所述目标平面的位姿限位运动，所述基于所述实际作用力和实际作用力矩控制所述末端在目标平面进行限位运动，包括：

依据所述机器人的作用于末端的外力及外力矩与末端位姿之间的预设控制关系，根据所述机器人在所述目标平面进行限位运动的末端位姿期望轨迹计算出作用于所述末端所需的期望外力及期望外力矩；

根据所述期望外力及期望外力矩，控制在机器人牵引点的实际作用力和实际作用力矩，以使所述末端达到期望位姿。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人平面限位控制方法，其特征在于，所述限位运动为在所述目标平面的速度限位运动，所述基于所述实际作用力和实际作用力矩控制所述末端在目标平面进行限位运动，包括：

依据所述机器人的作用于末端的外力及外力矩与末端速度之间的预设控制关系，根据所述机器人在所述目标平面进行限位运动的末端速度期望轨迹计算出作用于所述末端所需的期望外力及期望外力矩；

根据所述期望外力及期望外力矩，控制在机器人牵引点的实际作用力和实际作用力矩，以使所述末端达到期望速度。