CN115752321A - 医疗机器人运动轨迹测量比对方法及计算机可读存储介质 - Google Patents

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CN115752321A CN202211395419.2A CN202211395419A CN115752321A CN 115752321 A CN115752321 A CN 115752321A CN 202211395419 A CN202211395419 A CN 202211395419A CN 115752321 A CN115752321 A CN 115752321A
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黄凯
林军
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Sun Yat Sen University
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Abstract

本发明提供了一种医疗机器人运动轨迹测量比对方法、医疗机器人及介质，方法包括步骤：在虚拟环境中，向医疗机器人末端执行件上设置若干记录点，以作为医疗机器人的机械臂运动轨迹的参考点；在数字孪生仿真环境中，向虚拟医疗机器人输入驱动指令，以驱动虚拟医疗机器人的机械臂进行运动；获取虚拟医疗机器人记录点的实际运动轨迹；对驱动指令进行转化，获取记录点的理想运动轨迹；将实际运动轨迹与理想运动轨迹进行比对，得到运动轨迹的误差值。通过本发明，能简化医疗机器人运动轨迹的测量步骤。

Description

医疗机器人运动轨迹测量比对方法及计算机可读存储介质
技术领域
本发明属于医疗机器人技术领域，涉及一种医疗机器人运动轨迹测量比对方法及计算机可读存储介质。
背景技术
数字孪生是一组虚拟信息结构，从微观原子水平到宏观几何水平，充分描述潜在的或实际的物理制造产品。
现有技术中，在完成对运动机构几何解析的基础上，利用数字孪生技术，对医疗机器人进行逆解建模，对各个机构进行仿真分析。在动力学仿真环境下，提取医疗机器人的特定机构的运动数据，对机构正运动和逆运动数据进行对比，得出各个构件的对医疗机器人末端执行件的空间轨迹的影响，最终叠加得出误差。
由于该种方式是各个机构进行单独的运动仿真分析、正运动和逆运动数据进行对比，最后通过各项机构的误差叠加才能得出医疗机器人末端执行件的轨迹误差。故存在实现步骤过于复杂，各机构误差叠加的过程也存在未知误差产生而导致测量不准确的问题。
发明内容
本发明提供了一种医疗机器人运动轨迹测量比对方法及计算机可读存储介质，其能简化医疗机器人运动轨迹的测量步骤。
本发明采用的技术方案是：
一种医疗机器人运动轨迹测量比对方法，包括步骤：
在虚拟环境中，向虚拟医疗机器人末端执行件上设置若干记录点，以作为医疗机器人的机械臂运动轨迹的参考点；
在虚拟环境中，向虚拟医疗机器人输入驱动指令，以驱动虚拟医疗机器人的机械臂进行运动；
获取虚拟医疗机器人记录点的实际运动轨迹；
对驱动指令进行转化，获取记录点的理想运动轨迹；
将实际运动轨迹与理想运动轨迹进行比对，得到运动轨迹的误差值。
作为本发明的进一步改进，所述驱动指令包括：理想轨迹输入、各个关节运动信号输入、变换矩阵输入。
作为本发明的进一步改进，所述获取虚拟医疗机器人记录点的实际运动轨迹的步骤，包括：
调用Unity3D引擎，采用Line Renderer功能函数，根据机械臂记录点每帧所处的位置，绘制出机械臂记录点的时序实际运动轨迹。
作为本发明的进一步改进，所述对驱动指令进行转化的步骤，包括：
获取并识别驱动指令；
将驱动指令转换为各运动关节的运动矩阵；
通过运动矩阵计算记录点的理想运动轨迹。
除外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现上述的医疗机器人运动轨迹测量比对方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在数字孪生仿真环境中运行的虚拟机器人根据接收到的指令，控制机械臂运动后，测量机械臂在虚拟空间的位移量，再与正确的位移量期望值进行对比，并计算其误差。基于此，简化了医疗机器人运动轨迹的测量步骤。同时，不需要对医疗机器人进行逆解建模，对各个机构进行仿真分析以后再得出医疗机器人运动轨迹误差。此外，本发明是一种直接的误差测量、对比方法。减少了现有技术下各机构误差叠加过程中未知误差产生的可能，直接获取医疗机器人末端执行件的轨迹误差。
附图说明书
图1为实施例1所述医疗机器人运动轨迹测量比对方法的流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点。本发明亦可通过其他不同的具体实例加以实施或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
实施例1
本实施例提供了一种医疗机器人运动轨迹测量比对方法，如图1所示，包括步骤：
S1、在虚拟环境中，向医疗机器人末端执行件上设置若干记录点，以作为医疗机器人的机械臂运动轨迹的参考点。
S2、在虚拟环境中，向虚拟医疗机器人输入驱动指令，以驱动虚拟医疗机器人的机械臂进行运动；根据不同的数字孪生系统，所述驱动指令包括：理想轨迹输入、各个关节运动信号输入、变换矩阵输入。驱动指令应涵盖医疗机器人运动的轨迹、速度及加速度等必要驱动信息。
S3、虚拟医疗机器人获取到驱动指令后，其机械臂按照驱动指令在虚拟环境中运动，调用Unity3D引擎，采用Line Renderer功能函数，根据机械臂记录点每帧所处的位置，绘制出机械臂记录点的时序实际运动轨迹。从而获取虚拟医疗机器人记录点的实际运动轨迹。
S4、对驱动指令进行转化，获取记录点的理想运动轨迹：首先获取并识别驱动指令；其次，将驱动指令转换为各运动关节的运动矩阵；最后，通过运动矩阵计算记录点的理想运动轨迹。
S5、将实际运动轨迹与理想运动轨迹进行比对，得到运动轨迹的误差值，主要对比两段轨迹的总位移、起始点坐标、终点坐标等参数，得出最后轨迹误差。包括如下计算：
起始点、终点误差计算：
Figure BDA0003933274670000031
Figure BDA0003933274670000032
Figure BDA0003933274670000033
Figure BDA0003933274670000034
Figure BDA0003933274670000035
Figure BDA0003933274670000036
(X1,Y1,Z1)、(X2,Y2,Z2)：实际运动轨迹的起始点、终点空间坐标
(X’1,Y’1,Z’1)、(X’2,Y’2,Z’2)：理想运动轨迹的起始点、终点空间坐标
|X1|：实际与理想轨迹在轨迹起始点X轴方向的偏差值
|Y1|：实际与理想轨迹在轨迹起始点Y轴方向的偏差值
|Z1|：实际与理想轨迹在轨迹起始点Z轴方向的偏差值
|X2|：实际与理想轨迹在轨迹终点X轴方向的偏差值
|Y2|：实际与理想轨迹在轨迹终点Y轴方向的偏差值
|Z2|：实际与理想轨迹在轨迹终点Z轴方向的偏差值
总位移误差计算：
l＝|L-L'|
L：实际运动轨迹路程；由Unity3D引擎测量出。
L’：理想运动轨迹路程；由医疗机器人驱动指令计算出。
时序误差计算：
Figure BDA0003933274670000041
(x(t),y(t),z(t))：实际运动轨迹的时序坐标；由Unity3D引擎测量出。
(x'(t),y'(t),z'(t))：理想运动轨迹的时序坐标；由医疗机器人驱动指令计算出。
采用上述的方法，能极大地简化医疗机器人运动轨迹的测量步骤，不需要对医疗机器人进行逆解建模。此外，直接对误差进行测量，减少了现有技术下各机构误差叠加过程中未知误差产生的可能，直接获取医疗机器人末端执行件的轨迹误差。
实施例2
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现实施例1的医疗机器人运动轨迹测量比对方法。
存储介质可以包括用于存储信息的物理装置，通常是将信息数字化后再以利用电、磁或者光学等方式的媒体加以存储。存储介质有可以包括：利用电能方式存储信息的装置如，各式存储器，如RAM、ROM等；利用磁能方式存储信息的装置如，硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘；利用光学方式存储信息的装置如，CD或DVD。当然，还有其他方式的可读存储介质，例如量子存储器、石墨烯存储器等等。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (5)

1.一种医疗机器人运动轨迹测量比对方法，其特征在于，包括步骤：
在虚拟环境中，向虚拟医疗机器人末端执行件上设置若干记录点，以作为医疗机器人的机械臂运动轨迹的参考点；
在虚拟环境中，向虚拟医疗机器人输入驱动指令，以驱动虚拟医疗机器人的机械臂进行运动；
获取虚拟医疗机器人记录点的实际运动轨迹；
对驱动指令进行转化，获取记录点的理想运动轨迹；
将实际运动轨迹与理想运动轨迹进行比对，得到运动轨迹的误差值。
2.根据权利要求1所述的医疗机器人运动轨迹测量比对方法，其特征在于，所述驱动指令包括：理想轨迹输入、各个关节运动信号输入、变换矩阵输入。
3.根据权利要求1所述的医疗机器人运动轨迹测量比对方法，其特征在于，所述获取虚拟医疗机器人记录点的实际运动轨迹的步骤，包括：
调用Unity3D引擎，采用Line Renderer功能函数，根据机械臂记录点每帧所处的位置，绘制出机械臂记录点的时序实际运动轨迹。
4.根据权利要求1所述的医疗机器人运动轨迹测量比对方法，其特征在于，所述对驱动指令进行转化的步骤，包括：
获取并识别驱动指令；
将驱动指令转换为各运动关节的运动矩阵；
通过运动矩阵计算记录点的理想运动轨迹。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如权利要求1至4任一所述的医疗机器人运动轨迹测量比对方法。
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