一种手术导航机器人运动模拟控制方法、装置、

本发明涉及手术导航机器人控制领域，特别是涉及一种手术导航机器人运动模拟控制方法、装置、介质及产品。背景技术：1、机器人手术导航系统是近年来医疗领域的一个重要发展方向，该系统通过机器人精准地辅助术者操作手术器械，大大提高了手术的精确度和安全性，为患者带来了更加优质的医疗服务体验。然而，机器人手术导航系统需要依靠一系列复杂的技术实现，而机器人运动模拟作为其中的一个关键技术，利用该技术可以帮助术者预知机器人在手术过程中的运动路径和到达的位置，帮助术者确认机器人是否能安全和无障碍的运动到指定的位置，且不会对周围环境的人和设备造成损害。所以，针对导航前的机器人运动模拟，一直以来都是一个热门且有挑战性的研究方向。2、机器人运动学是研究机器人末端执行器在机器人关节状态下的位置和姿态的过程。机器人的运动学方程描述了机器人末端执行器在机器人关节状态下的位置和姿态，在机器人运动模拟的实现过程中，贯穿始终的是机器人的运动学正解和运动学逆解，正解是指从机器人的关节状态(关节角度)出发，计算得到机器人末端执行器的位置和姿态的过程，逆解是指从机器人末端执行器的位置和姿态出发，反推出机器人的关节状态的过程，对于正解，通常可以通过解析方法或数值方法求解；对于逆解，由于其通常是非线性的，解析方法可能难以得到封闭解，因此通常需要通过数值方法求解。技术实现思路1、本发明的目的是提供一种手术导航机器人运动模拟控制方法、装置、介质及产品，以提高手术导航机器人动作的精确性和稳定性。2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：3、一种手术导航机器人运动模拟控制方法，包括：4、获取手术导航真实机器人的初始位置关节参数和初始位置tcp位姿矩阵；关节参数包括底座关节角度、肩部关节角度、肘部关节角度、第一腕部关节角度、第二腕部关节角度和第三腕部关节角度；5、根据所述初始位置关节参数和所述初始位置tcp位姿矩阵，对手术导航模拟机器人进行渲染，得到同步后的手术导航模拟机器人；所述手术导航模拟机器人是利用三维绘图软件根据所述手术导航真实机器人的d-h参数构建的；6、根据所述初始位置关节参数和所述初始位置tcp位姿矩阵，确定末端工具尖端的位姿矩阵；7、计算导航结束后所述末端工具尖端从导航路径起点到导航路径止点的旋转角度和平移距离；8、根据所述末端工具尖端的位姿矩阵、所述旋转角度和所述平移距离，计算导航结束后所述初始位置tcp位姿矩阵相对于手术导航真实机器人基座的变换矩阵；9、根据所述变换矩阵，确定所述手术导航真实机器人在导航结束后的关节参数；所述导航结束后的关节参数为逆解集合中最短导航路径对应的关节参数；所述逆解集合是对所述变换矩阵进行逆解确定的；10、根据所述导航结束后的关节参数，对所述同步后的手术导航模拟机器人进行运动模拟。11、可选地，根据所述初始位置关节参数和所述初始位置tcp位姿矩阵，确定末端工具尖端的位姿矩阵，具体包括：12、利用三坐标测量仪测量末端工具尖端相对于所述手术导航真实机器人的初始位置tcp位姿矩阵的弯折角度矩阵和平移距离矩阵；13、根据所述弯折角度矩阵和所述平移距离矩阵，确定初始位置tcp位姿矩阵相对于末端工具尖端的tcp的变换矩阵；14、根据所述初始位置关节参数的正解tcp在基座坐标系下的矩阵和所述初始位置tcp位姿矩阵相对于末端工具尖端的tcp的变换矩阵，确定末端工具尖端的位姿矩阵。15、可选地，计算导航结束后所述末端工具尖端从导航路径起点到导航路径止点的旋转角度和平移距离，具体包括：16、根据转换关系，确定导航路径在末端工具坐标系下的单位方向向量；17、根据所述单位方向向量，利用向量点乘和模长的关系公式，确定末端工具尖端绕x轴的旋转角度和绕z轴的旋转角度；18、将所述导航路径起点转换至末端工具坐标系下，得到导航路径起点的三维坐标；19、根据所述导航路径起点的三维坐标和设定导航距离，确定调整后的导航路径起点三维坐标；20、根据所述调整后的导航路径起点三维坐标和末端工具坐标系下的末端工具尖端起点坐标，确定末端工具尖端的平移距离。21、可选地，根据所述末端工具尖端的位姿矩阵、所述旋转角度和所述平移距离，计算导航结束后所述初始位置tcp位姿矩阵相对于手术导航真实机器人基座的变换矩阵，具体包括：22、根据所述末端工具尖端的位姿矩阵、末端工具尖端绕x轴的旋转角度、末端工具尖端绕z轴的旋转角度和所述末端工具尖端的平移距离，确定末端工具尖端相对于基座的tcp矩阵；23、根据所述末端工具尖端相对于基座的tcp矩阵和所述原始tcp相对于末端工具尖端的tcp的变换矩阵的逆矩阵，确定导航结束后所述初始位置tcp位姿矩阵相对于手术导航真实机器人基座的变换矩阵。24、可选地，根据所述变换矩阵，确定所述手术导航真实机器人在导航结束后的关节参数，具体包括：25、对所述变换矩阵进行逆解，得到逆解集合；所述逆解集合包括多组导航路径对应的关节参数；26、根据所述逆解集合，确定所述手术导航真实机器人在导航结束后的关节参数。27、一种计算机装置，包括：存储器、处理器以存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述手术导航机器人运动模拟控制方法的步骤。28、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述手术导航机器人运动模拟控制方法的步骤。29、一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述手术导航机器人运动模拟控制方法的步骤。30、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：31、本发明提供的一种手术导航机器人运动模拟控制方法、装置、介质及产品，通过获取手术导航真实机器人的初始位置关节参数和初始位置tcp位姿矩阵；根据初始位置关节参数和初始位置tcp位姿矩阵，对手术导航模拟机器人进行渲染，得到同步后的手术导航模拟机器人；根据初始位置关节参数和初始位置tcp位姿矩阵，确定末端工具尖端的位姿矩阵；计算导航结束后末端工具尖端从导航路径起点到导航路径止点的旋转角度和平移距离；根据末端工具尖端的位姿矩阵、旋转角度和平移距离，计算导航结束后初始位置tcp位姿矩阵相对于手术导航真实机器人基座的变换矩阵；根据变换矩阵，确定手术导航真实机器人在导航结束后的关节参数；导航结束后的关节参数为逆解集合中最短导航路径对应的关节参数；根据导航结束后的关节参数，对同步后的手术导航模拟机器人进行运动模拟。本发明提高了手术导航机器人动作的精确性和稳定性。技术特征：1.一种手术导航机器人运动模拟控制方法，其特征在于，包括：2.根据权利要求1所述的手术导航机器人运动模拟控制方法，其特征在于，根据所述初始位置关节参数和所述初始位置tcp位姿矩阵，确定末端工具尖端的位姿矩阵，具体包括：3.根据权利要求2所述的手术导航机器人运动模拟控制方法，其特征在于，计算导航结束后所述末端工具尖端从导航路径起点到导航路径止点的旋转角度和平移距离，具体包括：4.根据权利要求3所述的手术导航机器人运动模拟控制方法，其特征在于，根据所述末端工具尖端的位姿矩阵、所述旋转角度和所述平移距离，计算导航结束后所述初始位置tcp位姿矩阵相对于手术导航真实机器人基座的变换矩阵，具体包括：5.根据权利要求1所述的手术导航机器人运动模拟控制方法，其特征在于，根据所述变换矩阵，确定所述手术导航真实机器人在导航结束后的关节参数，具体包括：6.一种计算机装置，包括：存储器、处理器以存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-5中任一项所述手术导航机器人运动模拟控制方法的步骤。7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述手术导航机器人运动模拟控制方法的步骤。8.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述手术导航机器人运动模拟控制方法的步骤。技术总结本发明公开一种手术导航机器人运动模拟控制方法、装置、介质及产品，涉及手术导航机器人控制领域。获取手术导航真实机器人的初始位置关节参数和TCP位姿矩阵，并对手术导航模拟机器人进行渲染，根据初始位置关节参数和初始位置TCP位姿矩阵，确定末端工具尖端的位姿矩阵；计算导航结束后末端工具尖端从导航路径起点到导航路径止点的旋转角度和平移距离，基于此，计算导航结束后初始位置TCP位姿矩阵相对于手术导航真实机器人基座的变换矩阵；根据变换矩阵，确定手术导航真实机器人在导航结束后的关节参数；根据导航结束后的关节参数，对同步后的手术导航模拟机器人进行运动模拟。本发明提高了手术导航机器人动作的精确性和稳定性。技术研发人员：匡绍龙,宋德政,武利成,李建文,皮忠瑞受保护的技术使用者：北京埃克索医疗科技发展有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/16