(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210850604.X (22)申请日 2022.07.20 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115081147 A (43)申请公布日 2022.09.20 (73)专利权人 上海龙慧医疗科技有限公司 地址 201314 上海市浦东 新区康新公路 3399弄23号 (72)发明人 孙唯　李鸿庆　涂迦南　顾瑞年　 (74)专利代理 机构 上海远同律师事务所 313 07 专利代理师 刘必榕 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01)审查员 夏永强 (54)发明名称 用于扩展无偏置七轴机械臂末端手术工具 瞄准范围的方法 (57)摘要 本发明公开了一种用于扩展无偏置七轴机 械臂末端手术工具瞄准范围的方法， 将可变接口 手术工具夹持器固定于无偏置七轴机械臂末端 的第七轴； 可变接口手术工具夹持器具有一个手 术工具安装轴； 手术工具安装轴不平行于无偏置 七轴机械臂末端的第七轴的旋转轴； 可变接口手 术工具夹持器还包括用于夹持手术工具的限位 装置； 限位装置可让手术工具绕手术工具安装轴 旋转若干个角度； 根据限位装置让手术工具绕手 术工具安装轴旋转不同的角度， 可得在该特定角 度时的手术工具旋转变换矩阵； 基于给定的手术 工具目标位姿变换矩阵， 获得无偏 置七轴机械臂 末端坐标变换矩阵。 本发明的方法可以扩展无偏 置七轴机 械臂6DOF瞄准的范围。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 115081147 B 2022.11.11 CN 115081147 B 1.一种用于扩展无偏置七轴机械臂末端手术工具瞄准范围的方法， 其特征在于， 将可 变接口手术工具夹持器固定于无偏置七轴机械臂末端的第七轴； 可变接口手术工具夹持器 具有一个手术工具安装轴； 手术工具安装轴不平行于无偏置七轴机械臂末端的第七轴的旋 转轴； 可变接口手术工具夹持器还包括用于夹持手术工具 的限位装置； 限位装置可让手术 工具绕手术工具安装轴旋转若干个角度； 用于扩展无偏置七轴机械臂末端手术工具瞄准范 围的方法还 包括以下步骤： 步骤1、 根据限位装置让手术工具绕手术工具安装轴旋转不同的角度， 可得在特定角度 时的手术工具旋转变换矩阵 ； 步骤2、 当手术工具通过 限位装置绕手术工具安装轴旋转步骤1所述的特定角度时， 基 于给定的手术工具 目标位姿变换矩阵   ， 获得无偏置七轴机械臂末端坐标变换矩阵   ， 其中 ； 从可变接口手术工具夹持器获取手术工具安装轴在无偏置七轴机械臂末端第七轴的 坐标变换矩阵   ； 从可变接口手术工具夹持器上夹 持的手术工具， 获取手术工具在 手术工 具安装轴上旋转0 °时的坐标变换矩阵   ； 限位装置可让手术工具绕手术工具安装轴 旋转 度固定， 其中， n= 0， 1， 2， ...， N‑1； N为任意整数。 2.如权利要求1所述的用于扩展无偏置七轴机械臂末端手术工具瞄准范围的方法， 其 特征在于， 根据限位装置让手术工具绕手术工具安装轴旋转不同的角度， 可得在该特定角 度时的手术工具旋转变换矩阵 ， 其中n=0， 1， 2， ...， N ‑1； 由此  表示手术工具绕手术工 具安装轴旋转 度时的手术工具旋转变换矩阵， 其中， n=0， 1， 2， ...， N ‑1； N为任意整 数。 3.如权利要求2所述的用于扩展无偏置七轴机械臂末端手术工具瞄准范围的方法， 其 特征在于， 当手术工具通过限位装置 绕手术工具安装轴旋转   度时， ， 基于给定的手术工具目标位姿变换矩阵， 获得无偏置七轴机械臂末端坐标变换矩阵 ， 其 中 。 4.如权利要求3所述的用于扩展无偏置七轴机械臂末端手术工具瞄准范围的方法， 其 特征在于， N=8。 5.如权利要求1所述的用于扩展无偏置七轴机械臂末端手术工具瞄准范围的方法， 其 特征在于， 手术工具安装轴垂直于无偏置七轴机 械臂末端的第七轴的旋转轴。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115081147 B 2用于扩展无偏置七轴机械臂末端手术工具瞄准范 围的方法 技术领域 [0001]本发明涉及医学机械人技术领域， 特别涉及一种用于扩展无偏置七轴机械臂末端 手术工具瞄准范围的方法。 背景技术 [0002]在骨科机器人手术中， 为方便医生操作和为术者提供良好的视野， 手术工具大多 固定于机械臂末端， 手术工具安装轴与机 械臂末端关节轴相互垂直。 [0003]当前市场上6~7自由度的无偏置机械臂， 肩、 肘、 腕轴的活动角度都不超过正负 130°。 在机械臂末端手术工具与机械臂末端轴 不平行的机器人系统中进行6DOF瞄准时， 因 为手术工具安装姿态和机械臂关节限位的限制， 当手术工具需要进行小 幅位姿变化时， 机 械臂有可能需要进行大幅度的运动， 极端情况下可能导致机械臂运动幅度大于机械臂最末 端连杆长度的手术工具运动范围； 或可能导致机械臂进入奇异姿态， 使得机械臂无法将手 术工具运动到手术所需的位姿。 [0004]现有的解决方案多是对机械臂和患者的体位及摆位进行严格规定， 最大限度地避 免遇到相关的问题， 而没有从根本上对这些缺陷进行处 理。 [0005]并且， 在实际手术应用中， 由于在考虑机械臂对视线的遮挡、 医生操作的便利性的 同时， 一定要兼顾机械臂运动路线对周围障碍物及患者非手术部位的规避等重要因素， 现 有的机械臂操控手术工具瞄准的技 术方案有很大的局限性。 发明内容 [0006]本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的上述缺陷， 提供一种用于扩 展无偏置七轴机 械臂末端手术工具瞄准范围的方法。 [0007]本发明是通过 下述技术方案来 解决上述 技术问题： [0008]一种用于扩展无偏置七轴机械臂末端手术工具瞄准范围的方法， 将 可变接口手术 工具夹持器固定于无偏置七轴机械臂末端的第七轴； 可变接口手术工具夹持器具有一个手 术工具安装轴； 手术工具安装轴不平行于无偏置七轴机械臂末端的第七轴的旋转轴； 可变 接口手术工具夹持器还包括用于夹持手术工具的 限位装置； 限位装置可让手术工具绕手术 工具安装轴旋转若干个角度； 用于扩展无偏置七轴机械臂末端手术工具瞄准范围的方法还 包括以下步骤： [0009]步骤1、 根据限位装置让手术工具绕手术工具安装轴旋转不同的角度， 可得在该特 定角度时的手术工具旋转变换矩阵 ； [0010]步骤2、 当手术工具通过限位装置绕手术工具安装轴旋转步骤1所述的特定角度 时， 基于给定的手术工具目标位姿变换矩阵   ， 获得无偏置七轴机械臂末端坐标变换矩阵   ， 其中  。说　明　书 1/6 页 3 CN 115081147 B 3