[发明专利]手术机器人及其机械臂的控制方法、控制装置

权利要求书

1.一种手术机器人，其特征在于，包括：

机械臂，具有多个通过关节连接的连杆，作为所述机械臂远端的所述连杆是动力机构；

及控制装置，与所述机械臂耦接，被配置成执行：

确定所述连杆中的受力连杆并获得施加于所述受力连杆的外力；

获取输入的关联于所述动力机构的任务自由度的操作命令；

在所述受力连杆为两个以上、且所述操作命令关联于所述任务自由度与所述机械臂的有效自由度完全匹配的情况时，解析第一受力连杆上的外力获得所述第一受力连杆在基坐标系的目标位姿信息，所述第一受力连杆指所述受力连杆中最邻近所述机械臂近端的一个受力连杆，基坐标系指所述机械臂的基坐标系；

解析第二受力连杆的外力获得所述第二受力连杆在相邻所述受力连杆的坐标系的目标位姿信息，所述第二受力连杆指各相邻两个所述受力连杆中相对远离所述机械臂近端的一个受力连杆；

根据所述第一受力连杆的目标位姿信息控制所述第一受力连杆及其近端的各所述连杆运动使所述第一受力连杆到达对应的目标位姿、根据所述第二受力连杆的目标位姿信息控制所述第二受力连杆及与其相邻所述受力连杆之间的各所述连杆运动使所述第二受力连杆到达对应的目标位姿。

2.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于：

所述机械臂包括三个位置有效自由度及三个姿态有效自由度。

3.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于：

所述机械臂包括三个位置有效自由度及两个姿态有效自由度。

4.根据权利要求3所述的手术机器人，其特征在于：

所述机械臂的五个有效自由度由所述机械臂的五个自由度组成，其中，所述机械臂具有沿近端向远端依次设置的一个沿竖直方向线性移动的自由度、三个绕竖直方向转动的自由度以及一个绕垂直于竖直方向的方向转动的自由度。

5.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于：

所述机械臂中，包括所述动力机构的连续两个以上的相邻所述连杆之间均装设有与所述控制装置耦接、用于采集受力信息的六维力传感器；

确定所述连杆中的受力连杆并获得施加于所述受力连杆的外力的步骤包括：

获取每一所述六维力传感器下的一组负载参数，所述一组负载参数包括位于相应所述六维力传感器远端的各所述连杆的负载参数，其中，所述动力机构的负载参数根据所述动力机构内部的安装状态信息及位置状态信息而获得，所述负载参数包括质量参数和质心参数；

根据每一所述六维力传感器下的一组负载参数确定相应所述六维力传感器坐标系下、由所述六维力传感器远端的各所述连杆导致的负载对应的负载力学模型；

获取所述机械臂中各关节的位置信息，结合每一所述六维力传感器下的负载力学模型分别计算每一所述六维力传感器下的负载的六维力/力矩矢量；

获取零偏的六维力/力矩矢量及总的六维力/力矩矢量，并结合每一所述六维力传感器下的负载的六维力/力矩矢量计算出作用于每一所述六维力传感器的外力的六维力/力矩矢量；

根据计算出的作用于每一所述六维力传感器的外力的六维力/力矩矢量及作用于其远端相邻一个所述六维力传感器的外力的六维力/力矩矢量确定受力连杆，并计算出施加于所述受力连杆上的外力的六维力/力矩矢量。

6.根据权利要求5所述的手术机器人，其特征在于：

解析所述第一受力连杆上的外力获得所述第一受力连杆在基坐标系的目标位姿信息的步骤具体为：解析所述第一受力连杆上的外力的六维力/力矩矢量获得所述第一受力连杆在基坐标系的目标位姿信息；

解析所述第二受力连杆的外力的六维力/力矩矢量获得所述第二受力连杆在相邻所述受力连杆的坐标系的目标位姿信息的步骤具体为：解析所述第二受力连杆的外力获得所述第二受力连杆在相邻所述受力连杆的坐标系的目标位姿信息。

7.根据权利要求6所述的手术机器人，其特征在于：

解析所述外力的六维力/力矩矢量获得所述受力连杆在目标坐标系的目标位姿信息的步骤具体为：

通过刚度矩阵将所述外力的六维力/力矩矢量转换为所述受力连杆在目标坐标系的目标位姿信息。