[发明专利]一种微创外科手术机器人的建模方法

说明书

本发明公开了一种微创外科手术机器人的建模方法，包括：建立主手末端相对于其基坐标系的齐次变换矩阵，通过主手基坐标系与从手基座标的映射关系，得到从手末端相对于其基坐标系的齐次变换矩阵，根据齐次变换矩阵建立关于从手各关节角度的等式方程，求解方程过程中，通过酉矩阵带入复数域计算，将多个待求关节角度的等式方程变换得到关于具有一个单一变量的非线性方程；对非线性方程进行牛顿迭代，计算得到一个单一变量；根据一个单一变量得到全部变量。上述建模方法，通过牛顿迭代逼近近似解的方法，获得满足系统精度要求的关节控制量，计算速度同时能满足系统实时性要求。

技术领域

本发明涉及机器人建模技术领域，特别涉及一种微创外科手术机器人的建模方法。

背景技术

微创手术（Minimally Invasive Surgery）是指医生通过进入人体内的腹腔镜、胸腔镜等内窥镜观察体内病灶器官，并操作通过微小创口进入体内的特殊手术器械，在人体腔内进行手术的一种手术方式。

与传统的开放手术相比，微创手术具有体表创伤小、术中出血量少、疼痛感轻、手术时间短、术后恢复快、感染风险低的优势，因而在外科手术领域得到了广泛的认可与应用。然而，传统内窥镜微创外科手术也在临床应用中暴露出一些问题，例如：医生长时间以相同姿势站立手术很容易产生疲劳； 情绪或生理活动等不稳定因素导致的手部抖动会影响手术精度； 器械在操作过程中手眼协调性差容易引起手术误操作等。

随着现代科学技术的不断进步与发展，人们尝试将传统医疗设备（器械）与机械电子技术、计算机控制技术，计算机图形技术等现代前沿技术相结合，开创新型的医疗设备（器械）；特别是机器人技术的日臻完善及在各个领域的广泛应用，医疗机器人已在传统医疗领域逐渐渗透，正是在这样的技术背景下微创外科手术机器人应运而生。微创手术机器人的出现弥补了传统微创手术的缺陷，主要表现在：运动分辨率高手术中可对病灶区域精准定位操作、良好的稳定性消除了医生手抖动防止出现误动作、手眼协调的一致性使手术安全性上大为提高，消除了医生长时间站立的疲劳感，提高微创手术的手术效果，拓展了医生的手术能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种微创外科手术机器人的建模方法，该建模方法通过牛顿迭代逼近近似解的方法，获得满足系统精度要求的关节控制量，计算速度同时能满足系统实时性要求。在求解从手逆运动学的过程中引入酉矩阵，将计算引入到复数域，避免了计算过程中出现的奇异值点。

为实现上述目的，本发明提供一种微创外科手术机器人的建模方法，包括：

建立主手末端相对于主手基坐标系的齐次变换矩阵；

通过所述主手基坐标系与从手基座标的映射关系，得到从手末端相对于从手基坐标系的齐次变换矩阵；

根据齐次变换矩阵建立关于从手各关节角度的等式方程，求解方程过程中，通过酉矩阵带入复数域计算;

将所述等式方程变换得到关于具有一个单一变量的非线性方程；

对所述非线性方程进行牛顿迭代，计算得到一个所述单一变量；

根据一个所述单一变量得到全部变量。