弹簧力矩补偿方法技术

本申请涉及一种弹簧力矩补偿方法

【技术实现步骤摘要】
弹簧力矩补偿方法、装置、电子装置和存储介质


[0001]本申请涉及机器人
，特别是涉及弹簧力矩补偿方法
、
装置
、
电子装置和存储介质
。

技术介绍

[0002]机器人微创手术不但继承了传统微创手术创口小，痛苦少，恢复快的优点，而且能够提供更灵活，精准的操作
。
主手作为使用者与微创手术机器人交互的载体，一方面将使用者的操作动作传递给从端，控制从手机械臂完成手术操作，另一方面将从手机械臂与患者组织的交互作用力反馈给使用者
。
而使用者操作主手进行主从控制开展微创手术的过程中，期望主手自身连杆的重力被完全补偿，以避免操作的疲劳感，不舒适感
。
[0003]由于主手自身机构设计的特点，主手关节电机的输出力矩往往不足，需要采用被动的方式进行补偿，如采用配重或弹簧将主手连杆的部分重力补偿掉，以提高电机输出力矩的效率
。
配重补偿连杆重力会极大增加主手的整体重量和惯量，而弹簧补偿连杆重力的方式优点在于，不会增加主手整体的重量和惯量
。
但是弹簧补偿连杆重力的方式，需要人为判断关节角的正负进而进行后续计算，如果判断有误则会导致补偿力矩出错
。
[0004]针对相关技术中存在需要人为判断关节角的正负进而进行后续计算，如果判断有误则会导致补偿力矩出错的问题，目前还没有提出有效的解决方案
。

技术实现思路

[0005]在本实施例中提供了一种弹簧力矩补偿方法
、<br/>装置
、
电子装置和存储介质，以解决相关技术中需要人为判断关节角的正负进而进行后续计算，如果判断有误则会导致补偿力矩出错的问题
。
[0006]第一个方面，在本实施例中提供了一种弹簧力矩补偿方法，适用于弹簧力矩补偿系统，所述弹簧力矩补偿系统包括固定柱
、
转盘
、
连杆
、
关节轴
、
转动轴
、
转向装置
、
弹簧以及连接线；所述固定柱设置于所述转盘外上方的任意点；所述转向装置设置于所述转盘下方的任意点；所述弹簧的一端与所述固定柱连接，所述弹簧的另一端与所述连接线的一端连接；所述连接线的另一端经所述转向装置与所述转动轴连接；以所述关节轴为固定点将所述连杆设置于所述转盘上；所述转动轴沿所述转盘转动；所述方法包括：
[0007]基于主手运动学建立世界坐标系；
[0008]根据所述世界坐标系和所述主手的结构参数，确定由所述关节轴圆心至所述转动轴圆心构成的位置矢量；
[0009]根据所述世界坐标系和所述主手的结构参数，确定由所述转动轴圆心至所述连接线与所述转向装置上的下切点构成的力矢量；
[0010]根据所述位置矢量和所述力矢量，确定所述关节轴上补偿力矩
。
[0011]在其中的一些实施例中，所述基于主手运动学建立世界坐标系，包括：
[0012]以所述主手中的所述关节轴和所述转盘的交点为圆心，以经过所述关节轴圆心和
所述转动轴圆心的直线为
X
轴，以所述关节轴圆心指向所述转动轴圆心的方向为所述
X
轴的方向，以经过所述关节轴圆心和垂直于所述
X
轴的直线为
Y
轴，以所述关节轴圆心指向转动轴的方向为所述
Y
轴的方向，建立所述世界坐标系
。
[0013]在其中的一些实施例中，所述关节轴的圆心与所述转盘的圆心重合
。
[0014]在其中的一些实施例中，所述根据所述世界坐标系和所述主手的结构参数，确定由所述关节轴圆心至所述转动轴圆心构成的位置矢量，包括：
[0015]根据所述世界坐标系和所述主手的结构参数，确定所述关节轴圆心的坐标和所述转动轴圆心的坐标；
[0016]根据所述关节轴圆心的坐标和所述转动轴圆心的坐标，确定由所述关节轴圆心至所述转动轴圆心构成的位置矢量
。
[0017]在其中的一些实施例中，所述根据所述世界坐标系和所述主手的结构参数，确定由所述转动轴圆心至所述连接线与所述转向装置上的下切点构成的力矢量，包括：
[0018]根据所述世界坐标系和所述主手的结构参数，确定所述转向装置圆心的坐标；
[0019]利用圆外切点公式，根据所述转动轴圆心的坐标
、
所述转向装置圆心的坐标和半径，确定所述连接线与所述转向装置上的下切点的坐标；
[0020]根据所述转动轴圆心的坐标和所述下切点的坐标，确定由所述转动轴圆心至所述下切点构成的力矢量的方向
。
[0021]在其中的一些实施例中，所述力矢量的大小由所述弹簧的弹性系数和实时形变量确定；
[0022]所述实时形变量，由所述转动轴圆心至所述连接线与所述转向装置上的下切点之间的距离，及所述连接线与所述转向装置上的下切点和下切点之间的弧长确定
。
[0023]在其中的一些实施例中，所述关节轴上的补偿力矩的矢量表达式为：
[0024][0025]式中，表示位置矢量；表示力矢量
。
[0026]在其中的一些实施例中，所述方法还包括：
[0027]根据所述关节轴上的补偿力矩的大小和方向，对关节电机的输出力矩进行补偿；所述关节电机与所述关节轴连接
。
[0028]第二个方面，在本实施例中提供了一种弹簧力矩补偿装置，包括：构建模块
、
第一处理模块
、
第二处理模块以及第三处理模块；
[0029]所述构建模块，用于根据主手运动学构建世界坐标系；
[0030]所述第一处理模块，用于根据所述世界坐标系和主手的结构参数，确定由关节轴圆心至转动轴圆心构成的位置矢量；
[0031]所述第二处理模块，用于根据所述世界坐标系和所述主手的结构参数，确定由转动轴圆心至连接线与转向装置上的下切点构成的力矢量；
[0032]所述第三处理模块，根据所述位置矢量和所述力矢量，确定关节轴上的补偿力矩
。
[0033]第三个方面，在本实施例中提供了一种电子装置，包括存储器
、
处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一个方面所述的弹簧力矩补偿方法的步骤
。
[0034]第四个方面，在本实施例中提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述第一个方面所述的弹簧力矩补偿方法的步骤
。
[0035]与相关技术相比，在本实施例中提供的弹簧力矩补偿方法
、
装置
、
电子装置和存储介质，通过基于主手运动学建立世界坐标系；根据世界坐标系和主手的结构参数，确定由关节轴圆心至转动轴圆心构成的位置矢量；根据世界坐标系和主手的结构参数，确定由转动轴圆心至连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种弹簧力矩补偿方法，其特征在于，适用于弹簧力矩补偿系统，所述弹簧力矩补偿系统包括固定柱
、
转盘
、
连杆
、
关节轴
、
转动轴
、
转向装置
、
弹簧以及连接线；所述固定柱设置于所述转盘外上方的任意点；所述转向装置设置于所述转盘下方的任意点；所述弹簧的一端与所述固定柱连接，所述弹簧的另一端与所述连接线的一端连接；所述连接线的另一端经所述转向装置与所述转动轴连接；以所述关节轴为固定点将所述连杆设置于所述转盘上；所述转动轴沿所述转盘转动；所述方法包括：基于主手运动学建立世界坐标系；根据所述世界坐标系和所述主手的结构参数，确定由所述关节轴圆心至所述转动轴圆心构成的位置矢量；根据所述世界坐标系和所述主手的结构参数，确定由所述转动轴圆心至所述连接线与所述转向装置上的下切点构成的力矢量；根据所述位置矢量和所述力矢量，确定所述关节轴上的补偿力矩
。2.
根据权利要求1所述的弹簧力矩补偿方法，其特征在于，所述基于主手运动学建立世界坐标系，包括：以所述主手中的所述关节轴和所述转盘的交点为圆心，以经过所述关节轴圆心和所述转动轴圆心的直线为
X
轴，以所述关节轴圆心指向所述转动轴圆心的方向为所述
X
轴的方向，以经过所述关节轴圆心和垂直于所述
X
轴的直线为
Y
轴，以所述关节轴圆心指向转动轴的方向为所述
Y
轴的方向，建立所述世界坐标系
。3.
根据权利要求1所述的弹簧力矩补偿方法，其特征在于，所述关节轴的圆心与所述转盘的圆心重合
。4.
根据权利要求1至3任一项所述的弹簧力矩补偿方法，其特征在于，所述根据所述世界坐标系和所述主手的结构参数，确定由所述关节轴圆心至所述转动轴圆心构成的位置矢量，包括：根据所述世界坐标系和所述主手的结构参数，确定所述关节轴圆心的坐标和所述转动轴圆心的坐标；根据所述关节轴圆心的坐标和所述转动轴圆心的坐标，确定由所述关节轴圆心至所述转动轴圆心构成的位置矢量
。5.
根据权利要求1至3任一项所述的弹簧力矩补...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，谢强，
申请(专利权)人：武汉联影智融医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：