[发明专利]机器人平面限位控制方法、装置和手术机器人

说明书

本申请实施例提供一种机器人平面限位控制方法、装置和手术机器人，该方法包括：通过六轴力传感器采集作用于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；基于第一作用力和机器人在世界坐标系下受到的重力计算末端在传感器坐标系下受到的外力，以及基于第一作用力矩和重力产生的重力矩计算末端在传感器坐标系下受到的外力矩；计算所述外力和所述外力矩在机器人牵引点的实际作用力和实际作用力矩；基于实际作用力和实际作用力矩控制末端在目标平面进行限位运动。可以实现机器人末端的平面限位，使得末端在规划的平面轨迹范围内运动。

技术领域

本申请涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种机器人平面限位控制方法、装置和手术机器人。

背景技术

在利用机器人辅助膝关节置换的过程中，需医生手持机械臂，带动机械臂末端的电动摆锯在不同的方向上进行平移切割，如图1所示的六个方向。例如，对于股骨截骨，通常会根据手术前预先规划的假体的设计和大小，在每个方向上将切割出一个股骨切割面。

在实际操作中，通过上位机控制，保证机械臂末端的电动摆锯精准定位到待切割的平面，并限制其在一定范围内运动，以保证医生手持机械臂末端进行切割时不会损伤周围解剖结构。

发明内容

本申请实施例提供一种机器人平面限位控制方法、装置和手术机器人，可以实现机器人末端的平面限位，使得末端在规划的平面轨迹范围内运动。

本申请的实施例提供一种机器人平面限位控制方法，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；

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。

在一些实施例中，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。

在一些实施例中，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。

在一些实施例中，所述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，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；