[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；

在所述操作命令关联于所述任务自由度仅与所述机械臂的位置有效自由度或姿态有效自由度匹配的情况、且所述受力连杆不包含所述动力机构的情况下：

当所述受力连杆为一个时，解析所述受力连杆上的外力获得所述受力连杆在基坐标系的目标位姿信息，并获取所述动力机构在基坐标系的当前位姿信息，基坐标系指所述机械臂的基坐标系；

换算所述动力机构在基坐标系的当前位姿信息得到所述动力机构位于所述受力连杆的坐标系、在所述受力连杆到达所述受力连杆在基坐标系的目标位姿信息对应的目标位姿时的目标位姿信息；

根据所述受力连杆的目标位姿信息控制所述受力连杆及其近端的各所述连杆运动使所述受力连杆到达对应的目标位姿、并根据所述动力机构的目标位姿信息控制所述动力机构及所述动力机构与所述受力连杆之间的各所述连杆运动使所述动力机构保持当前位置或位姿；

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，所述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。

2.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于：所述控制装置还被配置成执行：当所述受力连杆为两个以上时，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；

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；

获取所述动力机构在基坐标系的当前位姿信息，换算所述动力机构在基坐标系的当前位姿信息得到所述动力机构位于相邻所述受力连杆的坐标系、在各所述受力连杆到达相应坐标系的目标位姿信息对应的目标位姿时的目标位姿信息；

根据第一受力连杆的目标位姿信息控制第一受力连杆及其近端的各所述连杆运动使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、根据所述动力机构的目标位姿信息控制所述动力机构及所述动力机构与相邻所述受力连杆之间的各所述连杆运动使所述动力机构保持当前位置或位姿。

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三个姿态有效自由度。

4.根据权利要求3所述的手术机器人，其特征在于：

所述操作命令仅关联于所述机械臂的三个姿态有效自由度，或者，所述操作命令仅关联于所述机械臂的三个位置有效自由度。

5.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于：

所述机械臂包括三个位置有效自由度及两个姿态有效自由度。