本申请涉及机器人，具体涉及一种基于tcp坐标系投影的机械臂末端姿态调整方法。
背景技术：
1、在医疗手术中，机械臂的精准控制对于实现安全有效的穿刺操作至关重要，特别是在处理复杂解剖结构时，机械臂末端的姿态调整成为确保其沿预定路径精准移动的关键环节。随着微创手术技术的不断发展，对手术机器人的精度和效率要求日益提升。然而，传统的姿态调整方法通常依赖于复杂的数学模型和冗长的计算流程，这不仅导致调整效率低下，还增加了在高精度手术环境中引入误差的风险。具体而言，传统方法往往需要进行多次迭代计算，导致手术延误，影响医生的操作体验和患者的安全。因此，亟需一种更为高效、准确的姿态调整方法，以提高机械臂在手术中的响应速度和稳定性，确保手术过程的流畅性与安全性。
技术实现思路
1、本发明针对背景技术部分提到的挑战，提供了一种创新的方法，一种基于tcp坐标系投影的机械臂末端姿态调整方法，来调整机械臂工具末端姿态，使穿刺针穿刺时姿态与规划的穿刺路径完全重合，实现精准穿刺。
2、本发明实施例提供了一种基于tcp坐标系投影的机械臂末端姿态调整方法，该方法采用以下技术方案：
3、1）确定光学导航仪坐标系为第一空间坐标系，在所述第一空间坐标系下，由第一进针点和第二进针点三维空间坐标确定穿刺路径，并将所述穿刺路径平移直至第二进针点与所述第一空间坐标系的原点重合，将平移后的穿刺路径记为第一空间坐标系z轴向量；
4、2）确定机械臂工具末端坐标系为第二空间坐标系；
5、3）确定机械臂基座空间坐标系为第三空间坐标系，将所述第一空间坐标系平移并旋转直至所述第一空间坐标系与所述第三空间坐标系的x轴、y轴和原点完全重合，此时的第一空间坐标系z轴向量为所述第三空间坐标系下的投影，并将此投影作为目标第二空间坐标系的z轴向量，即机械臂工具末端z轴需要调整的最终目标姿态；
6、4）基于所述第一空间坐标系的z轴、所述目标第二空间坐标系z轴以及所述第三空间坐标系，确定所述目标第二空间坐标系z轴在所述第三空间坐标系下的z轴向量；
7、5）基于所述目标第二空间坐标系z轴向量和所述第三空间坐标系，确定所述目标第二空间坐标系y轴在所述第三空间坐标系下的y轴向量；
8、6）基于所述目标第二空间坐标系y、z轴向量和所述第三空间坐标系，确定所述目标第二空间坐标系x轴在所述第三空间坐标系下的x轴向量；
9、7）基于所述目标第二空间坐标系在所述第三空间坐标系下的x、y、z轴向量，确定所述目标第二空间坐标系下的旋转矩阵。
10、优选的，步骤1）中所述的第一空间坐标系z轴向量是所述第一进针点到所述第二进针点的向量平移到所述第一空间坐标系上的向量。
11、优选的，步骤2）中所述第二空间坐标系x轴、y轴、z轴分别与机械臂末端未安装工具时的空间坐标系x轴、y轴、z轴平行。
12、优选的，步骤3）中所述的第一空间坐标系z轴向量和所述目标第二空间坐标z轴向量在所述第三空间坐标系下的投影是将所述所述第一空间坐标系z轴向量平移旋转到所述第三空间坐标系下并使所述第二进针点与所述第三空间坐标系原点重合，然后将上述第三空间坐标系下的投影作为所述第二空间坐标系下的z轴向量，即机械臂工具末端坐标系z轴需要调整的最终目标姿态。
13、优选的，步骤4）中所述目标第二空间坐标系z轴在所述第三空间坐标系下的z轴向量是根据所述目标第二空间坐标系z轴向量与所述第三空间坐标系x、y、z轴向量的夹角关系求出。
14、优选的，步骤5）中所述目标第二空间坐标系y轴在所述第三空间坐标系下的y轴向量是根据两个条件确定：一是所述目标第二空间坐标系y轴向量与所述目标第二空间坐标系z轴向量垂直；二是所述目标第二空间坐标系y轴向量与所述第三空间坐标系下的xoz平面平行。
15、优选的，步骤6）中所述目标第二空间坐标系x轴在所述第三空间坐标系下的x轴向量是根据三个条件确定：中所述目标第二空间坐标系x轴在所述第三空间坐标系下的x轴向量是根据三个条件确定：一是所述目标第二空间坐标系y轴向量与所述目标第二空间坐标系x轴向量垂直；二是所述目标第二空间坐标系z轴向量与所述目标第二空间坐标系x轴向量垂直；三是基于单位向量坐标系有如下数学等式： 。
16、优选的，步骤7）中所述目标第二空间坐标系下的旋转矩阵可由所述目标第二空间坐标系下的x、y、z轴单位向量在所述第三空间坐标下的投影经过变换得到。
17、根据本发明实施例的基于tcp坐标系投影的机械臂末端姿态调整方法，至少具有如下有益效果：通过机械臂末端姿态与预定穿刺路径投影，快速计算所需姿态调整，提高实时性，降低计算复杂度，减少误差积累，从而提升穿刺精度和消融手术成功率，为微创医疗应用提供可靠支持。
1.一种基于tcp坐标系投影的机械臂末端姿态调整方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于tcp坐标系投影的机械臂末端姿态调整方法，其特征在于：步骤1）中所述的第一空间坐标系z轴向量是所述第一进针点到所述第二进针点的向量。
3.根据权利要求1所述的一种基于tcp坐标系投影的机械臂末端姿态调整方法，其特征在于：步骤2）中所述第二空间坐标系为机械臂末端坐标系平移后的结果，即所述第二空间坐标系与机械臂末端坐标系x、y、z轴是平行的。
4.根据权利要求1所述的一种基于tcp坐标系投影的机械臂末端姿态调整方法，其特征在于：步骤3）中所述的第一空间坐标系z轴向量和所述目标第二空间坐标z轴向量在所述第三空间坐标系下的投影是将所述所述第一空间坐标系z轴向量平移旋转到所述第三空间坐标系下并使所述第二进针点与所述第三空间坐标系原点重合，然后将上述第三空间坐标系下的投影作为所述第二空间坐标系下的z轴向量，即机械臂工具末端坐标系z轴需要调整的最终目标姿态。
5.根据权利要求1所述的一种基于tcp坐标系投影的机械臂末端姿态调整方法，其特征在于：步骤4）中所述目标第二空间坐标系z轴在所述第三空间坐标系下的z轴向量是根据所述目标第二空间坐标系z轴向量与所述第三空间坐标系x、y、z轴向量的夹角关系求出。
6.根据权利要求1所述的一种基于tcp坐标系投影的机械臂末端姿态调整方法，其特征在于：步骤5）中所述目标第二空间坐标系y轴在所述第三空间坐标系下的y轴向量是根据两个条件确定：一是所述目标第二空间坐标系y轴向量与所述目标第二空间坐标系z轴向量垂直；二是所述目标第二空间坐标系y轴向量与所述第三空间坐标系下的xoz平面平行。
7.据权利要求1所述的一种基于tcp坐标系投影的机械臂末端姿态调整方法，其特征在于：步骤6）中所述目标第二空间坐标系x轴在所述第三空间坐标系下的x轴向量是根据三个条件确定：一是所述目标第二空间坐标系y轴向量与所述目标第二空间坐标系x轴向量垂直；二是所述目标第二空间坐标系z轴向量与所述目标第二空间坐标系x轴向量垂直；三是基于单位向量坐标系有如下数学等式： 。
8.据权利要求1所述的一种基于tcp坐标系投影的机械臂末端姿态调整方法，其特征在于：步骤7）中所述目标第二空间坐标系下的旋转矩阵可由所述目标第二空间坐标系下的x、y、z轴单位向量在所述第三空间坐标下的投影经过变换得到。
