[发明专利]一种手术机器人整体运动学空间定位方法

说明书

本发明提出一种手术机器人整体运动学空间定位方法，该方法包括以下步骤：步骤1、构建基座到前端机械臂末端的运动学；步骤2、构建持镜臂初始位置，即前端机械臂的末端，到不动点的运动学；步骤3、构建不动点到持镜臂末端的空间点映射；步骤4、构建基座到持镜臂末端的整体运动学。上述手术机器人整体运动学空间定位方法，能够解决现有医疗器械与手术工作台对准定位问题，使得内窥镜镜头能够沿期望姿态的最佳视角和最佳定位距离观测到病灶区域，以确保医生在镜头运动空间定位视角场加持下，对病灶区域进行安全、高效的手术操控。

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种手术机器人整体运动学空间定位方法。

背景技术

目前，手术机器人、术中医学影像装备等精准智能手术系统是我国医疗装备行业的薄弱环节。随着手术机器人辅助手术的适应症不断拓宽以及临床端用户对新兴技术的认可得到提高，手术机器人市场进入高速发展阶段，在高端医疗设备中，手术机器人被国内外广泛认定为外科手术未来趋势，发展潜力巨大。

但是现有大多微创医疗器械，在术前布置时，往往需要耗费大量时间和精力去调整医疗器械位置，装配过程需要反复定位，以期使手术机器人与手术工作台到达最理想位置，并能在最佳协作空间内进行手术作业。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本申请提出了一种手术机器人整体运动学空间定位方法，以便解决现有医疗器械与手术工作台对准定位问题，使得内窥镜镜头能够沿期望姿态的最佳视角和最佳定位距离观测到病灶区域，以确保医生在镜头运动空间定位视角场加持下，对病灶区域进行安全、高效的手术操控。

为了实现上述目的，本申请提出了一种手术机器人整体运动学空间定位方法，其中手术机器人包括基座、设置于基座上的中心柱、设置于中心柱上的第一旋转结构、连接在第一旋转结构上的吊杆、与吊杆相连接的第二旋转结构、与第二旋转结构相连接的被动定位装置、与被动定位装置末端相连接的持镜臂，所述持镜臂包括与所述被动定位装置末端相连接的第一关节、与所述第一关节相连接的第二关节、与所述第二关节相连接的平行四边形关节、与所述平行四边形关节相连接的伸缩连杆，将所述伸缩连杆中靠近末端的位置记作不动点，所述不动点是与被动定位装置存在固定距离约束的位置，将所述伸缩连杆的末端位置记作持镜臂末端，在该位置处经镜头连接插杆连接有内窥镜；将所述基座、中心柱、第一旋转结构、吊杆、第二旋转结构以及被动定位装置记作前端机械臂，所述前端机械臂末端位置指的是被动定位装置的末端；该方法包括以下步骤：

步骤1、构建基座到前端机械臂末端的运动学；

步骤2、构建持镜臂初始位置，即前端机械臂的末端，到不动点的运动学；

步骤3、构建不动点到持镜臂末端的空间点映射；

步骤4、构建基座到持镜臂末端的整体运动学。

在一些实施例中，所述步骤1利用DH方法对前端机械臂进行建模分析，算出各关节和末端执行器之间的空间变换和位置转移关系，获取手术机器人前端机械臂的末端输出信息；具体的，所述步骤1包括以下步骤：

步骤101、齐次变换法描述刚体的位姿；

步骤102、输入前端机械臂的初始参数值，构建从基座到前端机械臂末端的坐标系；

步骤103、构造前端机械臂DH参数表；

步骤104、建立基座与前端机械臂末端的运动学。

在一些实施例中，所述步骤104包括以下步骤：

步骤1041、结合步骤103中构造的前端机械臂DH参数表，得出基座与前端机械臂末端运动学求解通式；

步骤1042、解算出从基座到手术机器人前端机械臂的末端位置和法方向。

在一些实施例中，所述持镜臂包括四种特征运动方式，分别为：