CN113456239A - 一种机器人末端操作***及其方法 - Google Patents

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CN113456239A CN202110811375.6A CN202110811375A CN113456239A CN 113456239 A CN113456239 A CN 113456239A CN 202110811375 A CN202110811375 A CN 202110811375A CN 113456239 A CN113456239 A CN 113456239A
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郭涛
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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Abstract

本发明公开了一种机器人末端操作***及其方法，机器人末端操作***包括：执行部，转动安装在机械臂末端，其上设有示踪器和至少两个用于安装执行件的执行通道；光学跟踪***，用于定位固定安装在执行部上的示踪器；影像设备，用于采集影像信息并用于规划通道；机器人根据规划通道得到目标执行件的目标位姿，并据此控制机械臂运动及执行部转动以实现执行通道切换。本发明无需将执行套筒拆下即可实现执行件的更换，操作简单，减轻了手术时的工作量。

Description

一种机器人末端操作***及其方法
技术领域
本发明涉及机器人结构领域，尤其涉及一种机械臂末端操作***及其方法。
背景技术
近年来，机器人在骨科临床手术上应用越来越广泛，采用机器人手术可增加手术的精确度，减少由于操作失误造成风险的概率，而且可以减轻医生负担及在术中辐射环境下所受到的伤害。
目前，国内外比较成熟的手术机器人大多采用机械臂代替医生完成操作，机械臂末端安装有末端执行器，在手术过程中，医生在末端执行器内放置不同的执行件来完成手术。机器人的精准定位解决了某些地区医疗资源匮乏的问题，也减轻了医生的工作量，但现有的机器人在手术过程中还是需要医生在手术室内更换不同的执行件，这种方式最大的问题在于不同的执行件都要统一加工成可以适配末端执行器通道的尺寸或是需要在通道内安装适配不同执行件的套筒，增加了操作的复杂度。
发明内容
发明目的：本发明针对上述不足，提出了一种机械臂末端操作***及其方法，无需将不同的执行件统一加工成可以适配末端执行器通道的尺寸或是在通道内安装适配不同执行件的套筒。
技术方案：
一种机器人末端操作***，包括：
执行部，转动安装在机械臂末端，其上设有示踪器和至少两个用于安装执行件的执行通道；
光学跟踪***，用于定位固定安装在执行部上的示踪器；
影像设备，用于采集影像信息并用于规划通道；
机器人根据规划通道得到目标执行件的目标位姿，并据此控制机械臂运动及执行部转动以实现执行通道切换。
所有执行通道至执行部的旋转中心的距离相等，在所述机械臂运动到达其目标位姿后，直接通过控制执行部转动对应执行件到达其目标位姿以切换执行件。
所有执行通道至执行部的旋转中心的距离不等，切换执行件过程如下：机器人根据规划通道得到对应执行件的目标位姿，并据此得到机械臂的目标位姿，控制机械臂运动到达其目标位姿后，控制执行部转动至对应执行件到达其目标位姿。
所述执行部通过电机控制转动，在所述电机内安装有用于采集所述电机转动角度的编码器。
其中一个执行通道为注册通道，所述注册通道上安装有用于机器人注册配准的注册件。
所述执行通道为三个，除了注册通道外，其中一执行通道为导针套筒孔，用于克氏针套筒旋入；另一执行通道为置钉通道。
所述机器人通过所述影像设备及光学跟踪***进行注册定位；所述机器人在影像设备采集的影像中规划通道，并据此得到机械臂的目标位姿，控制机械臂运动到达其目标位姿。
所述得到机械臂的目标位姿具体如下：
所述机器人根据执行部的设计参数计算得到所述执行通道与示踪器坐标系之间的变换关系及所述执行部旋转中心与示踪器坐标系之间的变换关系，并据此计算得到所述执行通道与所述执行部的旋转中心之间的变换关系，进而得到目标执行件与所述执行部旋转中心之间的变换关系；
所述机器人根据规划通道得到目标执行件的目标位姿，并根据目标执行件与所述执行部旋转中心之间的变换关系计算得到所述执行部旋转中心的目标位姿；
所述机器人根据所述执行部的安装参数计算得到所述执行部旋转中心与所述机械臂之间的变换关系，进而计算得到所述机械臂的目标位姿。
所述执行部包括转动安装在所述机械臂末端的本体以及间隔设置在所述本体周向上的至少两个执行支架，每个执行支架上均设置有一条执行通道。
所述执行支架为至少三个，每一所述执行支架上固定安装有一反光球。
所述执行通道的数量与实际需要安装的执行件数量相同。
一种机械臂末端操作方法，包括步骤：
(1)机器人将影像空间位置和患者实际***进行配准；
(2)在影像中规划通道，并据此计算得到目标执行件的目标位姿；
(3)根据目标执行件的目标位姿计算得到机械臂的目标位姿并据此控制机械臂运动至其目标位姿；
(4)根据目标执行件的目标位姿计算得到执行部上对应通道的目标位姿，并控制执行部转动至其上对应通道到达目标位姿，并通过其上安装的目标执行件执行相应操作；
一种机械臂末端操作方法，包括步骤：
(1)机器人将影像空间位置和患者实际***进行配准；
(2)在影像中规划通道，并据此计算得到目标执行件的目标位姿；
(3)根据目标执行件的目标位姿计算得到机械臂的目标位姿及执行部上对应通道的目标位姿；
(4)根据步骤(3)控制机械臂运动至其目标位姿，同时控制执行部转动至其上对应通道到达目标位姿，并通过其上安装的目标执行件执行相应操作；
根据目标执行件的目标位姿计算得到机械臂的目标位姿具体如下：
(31)机器人根据执行部的设计参数计算得到所述执行通道与示踪器坐标系之间的变换关系及所述执行部旋转中心与示踪器坐标系之间的变换关系，并据此计算得到所述执行通道与所述执行部的旋转中心之间的变换关系，进而得到目标执行件与所述执行部旋转中心之间的变换关系；
(32)机器人根据规划通道得到执行件的目标位姿，并根据所述执行件与所述执行部旋转中心之间的变换关系计算得到所述执行部旋转中心的目标位姿；
(33)机器人根据所述执行部的安装参数计算得到所述执行部旋转中心与所述机械臂之间的变换关系，进而计算得到所述机械臂的目标位姿。
在控制执行部转动过程中，如果目标执行件的旋转中心与执行部的旋转中心重合，则通过执行部转动即可，但由于加工导致目标执行件的旋转中心与执行部的旋转中心存在偏差，故需要消除误差，具体为：
(41)根据执行部的设计参数及步骤(2)得到的目标执行件的目标位姿，计算得到示踪器的目标位姿；
(42)光学跟踪***采集得到示踪器的当前位姿，并根据步骤(41)计算得到示踪器的需要转动的角度，进而得到目标执行件需要转动的角度，并根据目标执行件与执行部旋转中心之间的变换关系得到执行部需要转动的角度，并据此控制执行部转动相应角度；
(43)光学跟踪***重新采集得到示踪器的当前位姿，并重复步骤(42)，直到示踪器的目标位姿与示踪器的当前位姿的误差err<0.1，执行结束。
所述所述步骤(4)中，执行通道为至少3个，每一所述执行通道上固定安装有一反光球，所有反光球形成示踪器，则具体如下：
(41)机器人根据执行部的设计参数及步骤(2)得到的目标执行件的目标位姿，计算得到目标执行件所在执行通道上反光球的目标位姿；
(42)光学跟踪***采集得到该反光球的当前位姿，并据此计算得到目标执行件需要转动的角度，并根据目标执行件与执行部旋转中心之间的变换关系得到执行部需要转动的角度，并据此控制执行部转动相应角度；
其中，目标执行件需要转动的角度计算如下：
A″表示反光球的当前位置，A′表示反光球的目标位置，设A″O长度为l，A′O长度为m，A′A″长度为n，则根据余弦定理得到cosθ＝(l2+m2-n′2)/2lm，求得θ值；
(43)光学跟踪***重新采集得到示踪器的当前位姿，并重复步骤(42)，直到示踪器的目标位姿与示踪器的当前位姿的误差err<0.1，执行结束。
有益效果：本发明通过设计有多个执行通道的执行套筒结构，可以通过转动执行套筒实现执行通道切换，从而实现执行件的切换，无需将执行套筒拆下即可实现执行件的更换，操作简单，减轻了手术时的工作量，且无需将不同的执行件统一加工成可以适配末端执行器通道的尺寸或是在通道内安装适配不同执行件的套筒。
附图说明
图1为本发明机器人机械臂末端操作***的结构示意图。
图2为本发明机器人机械臂末端的结构示意图。
图3为本发明机器人机械臂末端的俯视图。
图4为本发明机器人机械臂末端的侧视图。
图5为本发明安装注册板的示意图。
图6为本发明安装克氏针套筒的示意图。
图7为本发明安装操作套筒的示意图。
图8为本发明建立执行套筒示踪器坐标系的示意图。
图9为执行操作过程示意图。
图10为本发明的执行通道与反光球的示意图。
图11为本发明执行通道旋转控制示意图。
图12为本发明本发明中存在误差情况的执行通道与反光球的示意图。
图13为执行通道转动角度计算示意图。
其中，1为机械臂，2为末端执行器，3为连接螺钉；
21为电路板，211为信号传输线缆，212为电机信号线缆，22为电机，23为执行套筒，231为套筒本体，232为执行通道，233为反光球，24为注册板，25为克氏针套筒，26为椎弓根螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
图1为本发明机械臂末端操作***的结构示意图。如图1所示，本发明的机械臂末端操作***包括末端执行器2、光学跟踪***以及C臂机，末端执行器2前端通过连接螺钉3与机械臂1末端固定连接，在本发明中，连接螺钉3采用快拆手拧螺钉。在末端执行器2前端内还设置有电路板21，在末端执行器2前端内固定安装有电机22；电路板21通过电机信号线缆212与电机22连接，并控制电机22的启停与旋转角度；电路板21通过信号传输线缆211与机器人控制模块连接，接收机器人控制模块发送的指令用于控制电机22的启停与旋转角度。
如图1、2、3、4所示，在末端执行器2末端处设置有执行套筒23，执行套筒23固定安装在电机22的电机轴上，并通过电机22带动转动。如图2、3所示，执行套筒23包括固定安装在电机22的电机轴上的套筒本体231以及均匀间隔设置在套筒本体231周向上的三个执行支架，每个执行支架上均设置有一条执行通道232，在执行套筒23上固定设置有至少三个共面不共线的反光球233，前述反光球233组成反光球组件作为执行套筒示踪器，用于光学跟踪***(NDI)术中位置跟踪。
在本发明具体实施例中，在每一执行支架上固定安装一反光球233。
在本发明一实施例中，所有执行通道232的通道中心至执行套筒23的旋转中心处的距离均相等，即所有执行通道232的通道中心均处在以执行套筒本体231的旋转中心为圆心的同一个圆周上。在本发明另一实施例中，所有执行通道232的通道中心至执行套筒23的旋转中心处的距离不等。
本发明具体实施例中，如图2、3所示，执行通道232一共有三组，其中一执行通道232为注册板通道，用于固定安装注册板24，用于机器人的注册配准，如图5所示；在本发明具体实施例中，注册板通道为两个导航定位孔，二者中心连线的中心点即为该执行通道232的通道中心；其中一执行通道232为导针套筒孔，用于克氏针套筒25旋入，以进行辅助打导针，如图6所示；另一执行通道232用于打完导针后的置钉操作，如图7所示。
在本发明另一实施例中，本发明的执行套筒可以只包括具体执行通道，即无需设置注册板通道，在本发明该实施例的执行套筒安装在机械臂末端之后，可以通过外接或固定注册结构进行注册之后，再控制相应的执行通道进行执行操作。
在本发明中，在实际应用中，执行支架和执行通道的数量及具体布局方式可根据实际需求设计为适配不同执行件的结构。本发明实施例的工作原理如下：
本发明实施例中，针对前述所有执行通道232的通道中心至执行套筒23中心处的距离相等的情况，如图9所示，在执行通道232内安装各执行件，通过电路板21控制电机22转动，将注册板通道转到正前方(即目标位姿)，机械臂迭代执行至安装在注册板通道上的注册板24贴合人体，并通过注册板24进行注册定位，用于扫描影像后将患者和3D影像统一坐标；然后再通过电路板21控制电机22转动，将导针套筒通道转到正前方(即目标位姿)，并通过安装在导针套筒孔上的克氏针套筒25进行辅助打导针；最后，通过电路板21控制电机22转动，实际需要进行操作的执行通道232转到正前方(即目标位姿)，并通过安装在该执行通道232上的执行件进行操作。
而针对前述所有执行通道232的通道中心至执行套筒23中心处的距离不等的情况，每一步中，机械臂根据规划通道执行至目标位姿(即使得实际需要进行操作的执行通道232运动至目标执行位姿处)，再通过电路板21控制电机22转动，将实际需要进行操作的执行通道232转到正前方(即目标位姿)，并通过安装在该执行通道232上的执行件进行操作。
在本发明中，在电机22内安装有编码器，用于采集电机22转动角度，以实现执行套筒23旋转角度的精准定位，将执行通道232旋转至目标位姿。理想状态下执行通道232的旋转中心与执行套筒23的旋转中心重合，在实际操作中，由于加工误差的影响，执行通道232的旋转中心与执行套筒23的旋转中心之间的误差会造成目标执行通道232的位姿与实际执行通道232的位姿之间产生误差，因此，需要消除误差，将执行通道232迭代执行至目标位姿。
本发明的机器人末端操作方法的工作步骤如下：
(1)建立示踪器坐标系W并得到光学跟踪***坐标系与示踪器坐标系之间的变换关系；
(11)如图8、10所示，本实施例中，执行套筒23有三个执行通道α、β、γ和三个反光球A、B、C，反光球A、B、C的球心分别为a、b、c，使用三维测量仪测得A、B、C三个反光球的球心位置，以a为原点，a、b、c三个点拟合平面，以该平面的法向作为X轴，以a和c的连线方向作为Y轴，X叉乘Y得到Z轴建立示踪器坐标系W，如图9所示；
(12)调整机械臂或光学跟踪***，使得执行套筒示踪器与光学跟踪***中心的连线和执行套筒示踪器所在平面法线夹角最小(即光学跟踪***正对执行套筒示踪器)，通过光学跟踪***采集执行套筒示踪器的位姿，得到光学跟踪***坐标系与示踪器坐标系W之间的变换关系；
(2)通过电路板21控制电机22转动，将执行套筒23的注册板通道转到正前方，机械臂控制执行至注册板贴合人体，通过C臂机扫描影像，并通过安装在注册板通道上的注册板24进行注册定位；
(21)根据运动学参数标定(即执行套筒23的设计参数)获取各执行通道在示踪器坐标系W下的位姿；具体为，根据执行套筒23的设计参数计算得到在示踪器坐标系W下各个执行通道形成的圆柱上下两个面的圆心位置，这样即将各执行通道与示踪器坐标系W关联起来，得到各执行通道在示踪器坐标系W下的位姿；同理可以计算得到执行套筒的旋转中心o在示踪器坐标系W下的坐标，可以获取执行套筒的旋转中心o和各个执行通道之间的位姿关系，如图11所示；
(22)将各执行件安装在各执行通道内，通过电机22控制执行套筒23转动，将注册板通道(即β通道)转到正前方，机械臂控制执行至安装在注册板通道上的注册板贴合人体皮肤；
(23)通过C臂机扫描3D影像，并通过注册板24进行注册定位，结合步骤(21)得到影像坐标系与示踪器坐标系W之间变换关系；
(3)用户在重建后的3D影像中规划通道，并根据步骤(2)计算安装在目标执行通道内的目标执行件旋转中心的目标位姿；
(31)如图3所示，以光学跟踪***坐标系为基准坐标系Wb，根据步骤(1)和步骤(2)得到基准坐标系Wb与影像坐标系之间的变换关系；
(32)在C臂机扫描重建得到的3D影像中规划通道，根据步骤(31)可以获取规划通道在基准坐标系Wb中的位姿W1；
在本发明中，需要进行克氏针置入，则需要使用α通道作为目标执行通道；
(33)沿着规划通道轴线方向平移设定距离，可以获取目标执行通道在基准坐标系Wb中的目标位姿W2，则W1*T＝W2，其中，T表示沿着规划通道轴线方向的平移变换关系；
(34)根据步骤(33)可以得到安装在目标执行通道内的目标执行件在基准坐标系Wb中的目标位姿，进而得到W2*Tm＝Wo；Wo为目标执行件的旋转中心在基准坐标系Wb下的目标位姿,Tm表示目标执行件的旋转中心与目标执行通道之间的变换关系；
(4)控制机械臂执行；
根据执行套筒的设计参数和执行套筒的安装参数得到目标执行件旋转中心与机械臂之间的变换关系Tm2，可得到机械臂在基准坐标系Wb下的目标位姿We＝Wo*Tm2，控制机械臂执行到机械臂目标位姿We处，机械臂执行到位；
(5)控制执行套筒转动；
通过电路板21控制电机22转动，将执行套筒23的目标执行通道转到其目标位姿，即目标执行件转动到位；如果目标执行件的旋转中心与电机轴重合，则可以通过直接旋转角度可以达到目标点，如图11所示；但是实际加工生产过程中，实际旋转中心与理论旋转中心有一定的偏差，如图12所示，O和O′分别为理论的旋转中心和实际的旋转中心，α′为理论上旋转到的位置，α″为实际旋转过程中到达的位置。根据步骤(3)和执行套筒设计参数计算得到反光球A的目标位姿W3＝W2*Tm3，其中，Tm3表示反光球A与α通道之间的变换关系；光学跟踪***看到的当前反光球A所处的位姿为W3′，则执行需要转动的量为Tm4＝W3/W3′，体现在执行套筒上即为执行套筒所需要转动的角度θ。如图13所示，A″表示反光球的当前位置，A′表示反光球的目标位置，设A″O长度为l，A′O长度为m，A′A″长度为n，则可以根据余弦定理得到cosθ＝(l2+m2-n′2)/2lm，求得θ值，并通过电路板21控制电机22转动θ到目标位置。
(6)迭代收敛；
因为旋转中心存在误差，当旋转θ角度后，重新计算反光球A的目标位姿与当前位姿的相对关系，δ＝W3/W3n，其中，W3n表示第n次迭代后光学跟踪***看到的反光球A的当前位姿；由此得到新的目标执行件旋转中心的位姿为Won＝Wo*δ，则执行套筒23需要转动的量Wen＝Won*Tm2；
(7)重复步骤(6)，直到反光球A的目标位姿和当前位姿的误差err<0.1后，执行结束；
(8)针对其他执行通道，重复步骤(3)～(7)。
本发明中，针对所有执行通道232的通道中心至执行套筒23中心处的距离相等的情况，前述的机器人末端操作方法中步骤(8)中针对其他执行通道，只需重复步骤(5)～(7)即可。
本发明通过设计有多个执行通道的执行套筒结构，可以通过转动执行套筒实现执行通道切换，从而实现执行件的切换，无需将执行套筒拆下即可实现执行件的更换，操作简单，减轻了手术时的工作量，且无需将不同的执行件统一加工成可以适配末端执行器通道的尺寸或是在通道内安装适配不同执行件的套筒。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种机器人末端操作***，其特征在于：包括：
执行部，转动安装在机械臂末端，其上设有示踪器和至少两个用于安装执行件的执行通道；
光学跟踪***，用于定位固定安装在执行部上的示踪器；
影像设备，用于采集影像信息并用于规划通道；
机器人根据规划通道得到目标执行件的目标位姿，并据此控制机械臂运动及执行部转动以实现执行通道切换。
2.根据权利要求1所述的机器人末端操作***，其特征在于：所有执行通道至执行部的旋转中心的距离相等，在所述机械臂运动到达其目标位姿后，直接通过控制执行部转动对应执行件到达其目标位姿以切换执行件。
3.根据权利要求1所述的机器人末端操作***，其特征在于：所有执行通道至执行部的旋转中心的距离不等，切换执行件过程如下：机器人根据规划通道得到对应执行件的目标位姿，并据此得到机械臂的目标位姿，控制机械臂运动到达其目标位姿后，控制执行部转动至对应执行件到达其目标位姿。
4.根据权利要求1所述的机器人末端操作***，其特征在于：所述执行部通过电机控制转动，在所述电机内安装有用于采集所述电机转动角度的编码器。
5.根据权利要求1所述的机器人末端操作***，其特征在于：其中一个执行通道为注册通道，所述注册通道上安装有用于机器人注册配准的注册件。
6.根据权利要求5所述的机器人末端操作***，其特征在于：所述执行通道为三个，除了注册通道外，其中一执行通道为导针套筒孔，用于克氏针套筒旋入；另一执行通道为置钉通道。
7.根据权利要求5所述的机器人末端操作***，其特征在于：所述机器人通过所述影像设备及光学跟踪***进行注册定位；所述机器人在影像设备采集的影像中规划通道，并据此得到机械臂的目标位姿，控制机械臂运动到达其目标位姿。
8.根据权利要求1或7所述的机器人末端操作***，其特征在于：所述得到机械臂的目标位姿具体如下：
所述机器人根据执行部的设计参数计算得到所述执行通道与示踪器坐标系之间的变换关系及所述执行部旋转中心与示踪器坐标系之间的变换关系，并据此计算得到所述执行通道与所述执行部的旋转中心之间的变换关系，进而得到目标执行件与所述执行部旋转中心之间的变换关系；
所述机器人根据规划通道得到目标执行件的目标位姿，并根据目标执行件与所述执行部旋转中心之间的变换关系计算得到所述执行部旋转中心的目标位姿；
所述机器人根据所述执行部的安装参数计算得到所述执行部旋转中心与所述机械臂之间的变换关系，进而计算得到所述机械臂的目标位姿。
9.根据权利要求1所述的机器人末端操作***，其特征在于：所述执行部包括转动安装在所述机械臂末端的本体以及间隔设置在所述本体周向上的至少两个执行支架，每个执行支架上均设置有一条执行通道。
10.根据权利要求9所述的机器人末端操作***，其特征在于：所述执行支架为至少三个，每一所述执行支架上固定安装有一反光球。
11.根据权利要求1所述的机器人末端操作***，其特征在于：所述执行通道的数量与实际需要安装的执行件数量相同。
12.一种采用权利要求2所述的机器人末端操作***的机械臂末端操作方法，其特征在于：包括步骤：
(1)机器人将影像空间位置和患者实际***进行配准；
(2)在影像中规划通道，并据此计算得到目标执行件的目标位姿；
(3)根据目标执行件的目标位姿计算得到机械臂的目标位姿并据此控制机械臂运动至其目标位姿；
(4)根据目标执行件的目标位姿计算得到执行部上对应通道的目标位姿，并控制执行部转动至其上对应通道到达目标位姿，并通过其上安装的目标执行件执行相应操作。
13.一种采用权利要求3所述的机器人末端操作***的机械臂末端操作方法，其特征在于：包括步骤：
(1)机器人将影像空间位置和患者实际***进行配准；
(2)在影像中规划通道，并据此计算得到目标执行件的目标位姿；
(3)根据目标执行件的目标位姿计算得到机械臂的目标位姿及执行部上对应通道的目标位姿；
(4)根据步骤(3)控制机械臂运动至其目标位姿，同时控制执行部转动至其上对应通道到达目标位姿，并通过其上安装的目标执行件执行相应操作。
14.根据权利要求12或13所述的机器人末端操作方法，其特征在于：根据目标执行件的目标位姿计算得到机械臂的目标位姿具体如下：
(31)机器人根据执行部的设计参数计算得到所述执行通道与示踪器坐标系之间的变换关系及所述执行部旋转中心与示踪器坐标系之间的变换关系，并据此计算得到所述执行通道与所述执行部的旋转中心之间的变换关系，进而得到目标执行件与所述执行部旋转中心之间的变换关系；
(32)机器人根据规划通道得到执行件的目标位姿，并根据所述执行件与所述执行部旋转中心之间的变换关系计算得到所述执行部旋转中心的目标位姿；
(33)机器人根据所述执行部的安装参数计算得到所述执行部旋转中心与所述机械臂之间的变换关系，进而计算得到所述机械臂的目标位姿。
15.根据权利要求12或13所述的机器人末端操作方法，其特征在于：在控制执行部转动过程中，如果目标执行件的旋转中心与执行部的旋转中心重合，则通过执行部转动即可，但由于加工导致目标执行件的旋转中心与执行部的旋转中心存在偏差，故需要消除误差，具体为：
(41)根据执行部的设计参数及步骤(2)得到的目标执行件的目标位姿，计算得到示踪器的目标位姿；
(42)光学跟踪***采集得到示踪器的当前位姿，并根据步骤(41)计算得到示踪器的需要转动的角度，进而得到目标执行件需要转动的角度，并根据目标执行件与执行部旋转中心之间的变换关系得到执行部需要转动的角度，并据此控制执行部转动相应角度；
(43)光学跟踪***重新采集得到示踪器的当前位姿，并重复步骤(42)，直到示踪器的目标位姿与示踪器的当前位姿的误差err<0.1，执行结束。
16.根据权利要求15所述的机器人末端操作方法，其特征在于：所述所述步骤(4)中，执行通道为至少3个，每一所述执行通道上固定安装有一反光球，所有反光球形成示踪器，则具体如下：
(41)机器人根据执行部的设计参数及步骤(2)得到的目标执行件的目标位姿，计算得到目标执行件所在执行通道上反光球的目标位姿；
(42)光学跟踪***采集得到该反光球的当前位姿，并据此计算得到目标执行件需要转动的角度，并根据目标执行件与执行部旋转中心之间的变换关系得到执行部需要转动的角度，并据此控制执行部转动相应角度；
其中，目标执行件需要转动的角度计算如下：
A″表示反光球的当前位置，A′表示反光球的目标位置，设A″O长度为l，A′O长度为m，A′A″长度为n，则根据余弦定理得到cosθ＝(l2+m2-n′2)/2lm，求得θ值；
(43)光学跟踪***重新采集得到示踪器的当前位姿，并重复步骤(42)，直到示踪器的目标位姿与示踪器的当前位姿的误差err<0.1，执行结束。
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CN115645048A (zh) * 2022-10-27 2023-01-31 南京普爱医疗设备股份有限公司 一种手术机器人末端跟踪装置及一体化配准方法

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