本申请提供一种约束运动控制方法、装置、系统和电子设备，针对配置有工具的机器人，获得工具所在的工具坐标系相对于机器人末端所在的末端坐标系的变换矩阵，并标定远心不动点，获得目标位姿信息。根据目标位姿信息及变换矩阵得到工具的末端位姿，根据工具的末端位姿中的末端位置信息及标定的远心不动点对变换矩阵进行更新。最后基于更新后的变换矩阵得到机器人各关节的角度位置信息，进而控制实体机器人带动配置的实体工具进行远心不动点约束的运动。本方案基于工具末端、机器人末端、远心不动点之间的相对关系实现约束控制，无需配套的机械结构，减少了维护成本并且降低对手术环境污染的可能性，并且还可避免机械结构件之间连接时产生的误差。间连接时产生的误差。间连接时产生的误差。
【技术实现步骤摘要】
约束运动控制方法、装置、系统和电子设备
[0001]本申请涉及控制
，具体而言，涉及一种约束运动控制方法、装置、系统和电子设备。
技术介绍
[0002]在微创手术过程中，手术工具需以切口为中心，绕切口进行远心不动点运动，具体操作如自轴旋转、内外伸缩、偏摆、俯仰等。目前绝大多数远心不动点约束主要是通过手术工具及其配套物理装置组装形成的机械结构所具有的结构特性来实现的。主要有平行四边形杆件式结构、等中心式结构、圆构回转式结构、球铰连接式结构、云台式结构、平行腕转式结构或者钢带传动式结构等。
[0003]通过机械结构的方式实现机器人远心不动点运动相对简单，但存在机械结构件组装维护复杂的问题。并且，结构零件之间需要润滑，较容易污染手术环境。结构件连接不可避免产生间隙，容易放大误差，造成重复定位精度不准。而且由于固定的机械结构限制，使得末端工具运动范围上具有一定的局限性，无法在所有运动方向上进行远心不动点约束下的运动。
技术实现思路
[0004]本申请的目的包括，例如，提供了一种约束运动控制方法、装置、系统和电子设备，其能够在低维护成本且低污染风险的情况下实现约束控制。
[0005]本申请的实施例可以这样实现：
[0006]第一方面，本申请提供一种约束运动控制方法，所述方法包括：
[0007]针对配置有工具的机器人，获得所述工具所在的工具坐标系相对于所述机器人末端所在的末端坐标系的变换矩阵；
[0008]标定得到远心不动点，并获得目标位姿信息；
[0009]根据所述目标位姿信息及所述变换矩阵得到所述工具的末端位姿；
[0010]根据所述工具的末端位姿中的末端位置信息及标定的远心不动点对所述变换矩阵进行更新；
[0011]根据更新后的变换矩阵得到机器人各关节的角度位置信息，并基于所述角度位置信息控制实体机器人带动配置的实体工具进行远心不动点约束的运动。
[0012]在可选的实施方式中，所述方法还包括预先配置工具信息的步骤，该步骤包括以下之一：
[0013]从预先构建的多个工具模型中选择至少一个工具模型，获得选择的至少一个工具模型的工具信息，基于所述工具信息在所述机器人的末端进行工具配置；或
[0014]获取以参数设置方式产生的工具信息，基于所述工具信息在所述机器人的末端进行工具配置。
[0015]在可选的实施方式中，所述获得所述工具所在的工具坐标系相对于所述机器人末
端所在的末端坐标系的变换矩阵的步骤，包括：
[0016]在所述机器人处于多种不同姿态下，控制所述工具的末端与空间中一设置的坐标点重合，并记录各种姿态下所述机器人末端的空间笛卡尔坐标数据；
[0017]根据多种不同姿态下所述机器人末端的空间笛卡尔坐标数据计算得到所述工具所在的工具坐标系相对于所述机器人末端所在的末端坐标系的空间笛卡尔坐标，以完成所述工具坐标系的标定；
[0018]根据已完成标定的工具坐标系，获得所述工具坐标系相对于所述末端坐标系的变换矩阵。
[0019]在可选的实施方式中，所述标定得到远心不动点的步骤，包括：
[0020]在所述机器人处于多种不同姿态下，控制所述工具的末端与设置的远心不动点重合，并记录各种姿态下所述工具的末端的空间笛卡尔坐标数据；
[0021]根据多种姿态下所述工具的末端的空间笛卡尔坐标数据计算得到所述远心不动点相对于所述机器人的底座所在的基坐标系下的空间笛卡尔坐标，以完成所述远心不动点的标定。
[0022]在可选的实施方式中，所述获得目标位姿信息的步骤，包括：
[0023]获取摇杆被控制下所产生的偏移量；
[0024]在当前位姿信息基础上叠加所述偏移量得到目标位姿信息。
[0025]在可选的实施方式中，所述变换矩阵包括多个类型的位姿变换向量和多个方向上的位移信息；
[0026]所述根据所述工具的末端位姿中的末端位置信息及标定的远心不动点对所述变换矩阵进行更新的步骤，包括：
[0027]根据所述工具的末端位姿中的末端位置信息及标定的远心不动点的坐标计算得到新的位姿变换向量和新的位移信息；
[0028]基于所述新的位姿变换向量和新的位移信息对所述变换矩阵进行更新。
[0029]在可选的实施方式中，所述根据所述工具的末端位姿中的末端位置信息及标定的远心不动点的坐标计算得到新的位姿变换向量和新的位移信息的步骤，包括：
[0030]计算所述工具的末端位姿中的末端位置信息和标定的远心不动点的坐标中同一方向上的坐标值的差值，结合多个方向上的差值计算得到新的位移信息；
[0031]根据多个方向上的差值构成差值向量，并根据所述差值向量和所述新的位移信息计算得到新的位姿变换向量。
[0032]第二方面，本申请提供一种约束运动控制装置，所述装置包括：
[0033]变换矩阵获得模块，用于针对配置有工具的机器人，获得所述工具所在的工具坐标系相对于所述机器人末端所在的末端坐标系的变换矩阵；
[0034]标定模块，用于标定得到远心不动点，并获得目标位姿信息；
[0035]末端位姿获得模块，用于根据所述目标位姿信息及所述变换矩阵得到所述工具的末端位姿；
[0036]更新模块，用于根据所述工具的末端位姿中的末端位置信息及标定的远心不动点对所述变换矩阵进行更新；
[0037]控制模块，用于根据更新后的变换矩阵得到机器人各关节的角度位置信息，并基
于所述角度位置信息控制实体机器人带动配置的实体工具进行远心不动点约束的运动。
[0038]第三方面，本申请提供一种电子设备，包括一个或多个存储介质和一个或多个与存储介质通信的处理器，一个或多个存储介质存储有处理器可执行的机器可执行指令，当电子设备运行时，处理器执行所述机器可执行指令，以执行前述实施方式中任意一项所述的方法步骤。
[0039]第四方面，本申请提供一种约束运动控制系统，包括控制设备、实体机器人、实体工具以及电子设备；
[0040]所述电子设备用于，针对配置有工具的机器人，获得所述工具所在的工具坐标系相对于所述机器人末端所在的末端坐标系的变换矩阵，标定得到远心不动点，并获得目标位姿信息，根据所述目标位姿信息及所述变换矩阵得到所述工具的末端位姿，根据所述工具的末端位姿中的末端位置信息及标定的远心不动点对所述变换矩阵进行更新，根据更新后的变换矩阵得到机器人各关节的角度位置信息；
[0041]所述电子设备还用于，将所述角度位置信息发送至所述控制设备；
[0042]所述控制设备用于，根据接收到的角度位置信息控制所述实体机器人和实体工具；
[0043]所述实体机器人用于，在所述控制设备的控制下带动配置的实体工具进行远心不动点约束的运动。
[0044]本申请实施例的有益效果包括，例如：
[0045]本申请提供一种约束运动控制方法、装置、系统和电子设备，针对配置有工具的机器人，获得工具所在的工具坐本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种约束运动控制方法，其特征在于，所述方法包括：针对配置有工具的机器人，获得所述工具所在的工具坐标系相对于所述机器人末端所在的末端坐标系的变换矩阵；标定得到远心不动点，并获得目标位姿信息；根据所述目标位姿信息及所述变换矩阵得到所述工具的末端位姿；根据所述工具的末端位姿中的末端位置信息及标定的远心不动点对所述变换矩阵进行更新；根据更新后的变换矩阵得到机器人各关节的角度位置信息，并基于所述角度位置信息控制实体机器人带动配置的实体工具进行远心不动点约束的运动。2.根据权利要求1所述的约束运动控制方法，其特征在于，所述方法还包括预先配置工具信息的步骤，该步骤包括以下之一：从预先构建的多个工具模型中选择至少一个工具模型，获得选择的至少一个工具模型的工具信息，基于所述工具信息在所述机器人的末端进行工具配置；或获取以参数设置方式产生的工具信息，基于所述工具信息在所述机器人的末端进行工具配置。3.根据权利要求1所述的约束运动控制方法，其特征在于，所述获得所述工具所在的工具坐标系相对于所述机器人末端所在的末端坐标系的变换矩阵的步骤，包括：在所述机器人处于多种不同姿态下，控制所述工具的末端与空间中一设置的坐标点重合，并记录各种姿态下所述机器人末端的空间笛卡尔坐标数据；根据多种不同姿态下所述机器人末端的空间笛卡尔坐标数据计算得到所述工具所在的工具坐标系相对于所述机器人末端所在的末端坐标系的空间笛卡尔坐标，以完成所述工具坐标系的标定；根据已完成标定的工具坐标系，获得所述工具坐标系相对于所述末端坐标系的变换矩阵。4.根据权利要求1所述的约束运动控制方法，其特征在于，所述标定得到远心不动点的步骤，包括：在所述机器人处于多种不同姿态下，控制所述工具的末端与设置的远心不动点重合，并记录各种姿态下所述工具的末端的空间笛卡尔坐标数据；根据多种姿态下所述工具的末端的空间笛卡尔坐标数据计算得到所述远心不动点相对于所述机器人的底座所在的基坐标系下的空间笛卡尔坐标，以完成所述远心不动点的标定。5.根据权利要求1所述的约束运动控制方法，其特征在于，所述获得目标位姿信息的步骤，包括：获取摇杆被控制下所产生的偏移量；在当前位姿信息基础上叠加所述偏移量得到目标位姿信息。6.根据权利要求1所述的约束运动控制方法，其特征在于，所述变换矩阵包括多个类型的位姿变换向量和多个方向上的位移信息；所述根据所述工具的末端位姿中的末端位置信息及标定的远心不动点对所述变换矩阵进行更新的步骤，...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵进奇，丁磊，姚庭，王超，史琦亮，高加超，
申请(专利权)人：法奥意威苏州机器人系统有限公司，
类型：发明
国别省市：
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