[发明专利]一种带位姿感知功能的机器人底盘及其自动调节方法

说明书

本发明公开一种带位姿感知功能的机器人底盘及其自动调节方法，包括基座、控制系统、四个万向轮和四个电动伸缩杆，四个万向轮分别连接在所述基座的四个角上，电动伸缩杆包括电机、丝杆、行程开关、伸缩杆、外壳、位置传感器和减速齿轮组，位置传感器可以测量伸缩杆的伸出位移量，四个电动伸缩杆分别穿过基座后在所述伸缩杆的底部安装有脚垫；基座上设有陀螺仪和视觉传感器。本发明结构简单可靠，可以随时锁地随时移动，能快速精准地调整水平，且能精确地确定机器人在手术室内的位姿。

技术领域

本发明涉及微创手术机器人技术领域，更具体地说，是一种带位姿感知功能的机器人底盘及其自动调节方法。

背景技术

与传统人工手术相比，机器人辅助手术具有精度高、效率高、手术并发症少等特点，在手术过程中，手术机器人代替医生在手术台旁完成各项手术操作，此时手术机器人均需稳定地支撑在手术室地面，以保证机械臂动作的精准性。在手术结束后，手术机器人还需要快速的从手术位置撤离，为医生的后续操作让出空间。因此，要求设备具有锁地功能，且锁地操作具有简便、快捷、安全的优点。现有的锁地装置存在结构复杂、操作费力、可靠性低等缺点。为适应现代化微创手术的需要，手术机器人的锁地装置应具有操作简便、工作可靠的特点。另外，柔顺控制技术使机器人更加贴近医生的人手操作效果，极大地提高了手术机器人的安全性。而要想实现较高精度的力交互功能，就需要进行高精度的重力补偿，而这就需要机器人锁地时能够将基座调节到较高的水平度。

发明内容

为解决以上现有技术存在的问题，本发明提出一种带位姿感知功能的机器人底盘及其自动调节方法。

本发明可通过以下技术方案予以实现：

一种带位姿感知功能的机器人底盘，包括基座、控制系统、四个万向轮和四个电动伸缩杆，所述四个万向轮分别连接在所述基座的四个角上，所述电动伸缩杆包括电机、丝杆、行程开关、伸缩杆、外壳、位置传感器和减速齿轮组，所述位置传感器可以测量伸缩杆的伸出位移量，所述四个电动伸缩杆分别穿过所述基座后在所述伸缩杆的底部安装有脚垫；所述基座上设有陀螺仪和视觉传感器。

进一步地，所述四个电动伸缩杆穿过所述基座后分别穿过与其外径间隙配合的支撑定位套后安装脚垫，该支撑定位套到固定在所述基座上；所述四个电动伸缩杆分别对应位于所述四个万向轮的内侧。

进一步地，所述视觉传感器为摄像头、红外相机、激光传感器的一种或多种组合，所述视觉传感器位于基座底面，信号采集面朝向地面摄像头位于所述基座背面。

进一步地，所述电动伸缩杆的电机为步进电机，所述控制系统包括用于驱动步进电机的闭环步进电机驱动器，所述位置传感器为安装在步进电机末端的旋转编码器，或安装在所述外壳处，测量所述电动伸缩杆位移量的直线位移传感器。

本发明还提出一种带位姿感知功能的机器人底盘实现的机器人底盘自动调节方法，包括高度调节与水平调节，通过调节四个电动伸缩杆的伸缩量自动实现机器人的目标高度与目标水平度的调节。

进一步地，所述高度调节包括以下步骤：

1)所述各个电动伸缩杆向下伸出，当触碰到地面时，所述电机电流增大，当电流超过一定的阈值时，电机停止；

2)等待所有电动伸缩杆停止，并以此时的位置为基准位置；

3)所述各电动伸缩杆相对于各自的基准位置再同时向下运动一段相同的距离，此时机器人将整体抬升相应的距离。

进一步地，所述水平调节包括以下步骤：

1)所述陀螺仪实时采集基座的倾角误差，所述控制系统根据陀螺仪与各电动伸缩杆的相对位置关系换算为各电动伸缩杆的位置误差；

2)所述控制系统将各电动伸缩杆的位置误差通过控制算法解算为各电动伸缩杆的位置调整量；