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龙图腾网获悉山东威高手术机器人有限公司申请的专利一种主手操作臂运动学精确定位可视化验证方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN117462271B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-03发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202311413132.2，技术领域涉及：A61B34/37；该发明授权一种主手操作臂运动学精确定位可视化验证方法是由王炳强;徐启敏;詹世涛;孙峰;雷景阳设计研发完成，并于2023-10-27向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种主手操作臂运动学精确定位可视化验证方法在说明书摘要公布了：本发明涉及一种主手操作臂运动学精确定位可视化验证方法，其解决现有基于主从映射的微创手术机器人，如何保证从手端精准、高效的完成期望规划路径，如何验证是否准确按照期望规划路径动作的技术问题，其利用DH参数化方法，获取主手操作臂正向运动学模型的解析，利用simulinkROS可视化技术，对比验证了主手操作臂两种方法下的3D动态仿真效果和机构末端精确定位准确性。

本发明授权一种主手操作臂运动学精确定位可视化验证方法在权利要求书中公布了：1.一种主手操作臂运动学精确定位可视化验证方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤S1.基于修正DH方法的主手操作臂正向运动学； 采用齐次变换法描述刚体的位姿，可将连杆间的运动关系转化为数学计算，在笛卡尔坐标系中，空间中任意点用向量描述其位置矢量为： 1 式中， ——点P在x轴方向的分量； ——点P在y轴方向的分量； ——点P在z轴方向的分量； ——A表示坐标系； 为了表示三维空间中任意刚体B的姿态，用表示坐标系在坐标系中的原点位置，表示坐标系在坐标系中的坐标轴姿态，刚体B的姿态：，则齐次矩阵的一般通式为 2 步骤S2.TF欧拉方法建立主手操作臂运动学； 主手操作臂3D模型导入ROS系统，构建基于TF树生成机构模型运动学系统，从TF欧拉变换方法建模原理看，TF库的目的是实现系统中任一个点在所有坐标系之间的坐标变换，那么，以主动臂基座底端中心为原点，构建基坐标系； 步骤S3.主手操作臂运动学精确定位求解的可视化验证 步骤1.DH方法与TF方法单点验证仿真结果比较 1ROS系统的TF数据导入 表2.TF坐标系关键运动学参数 ， 在搭建的主手操作臂ROS平台上，利用可视化调控界面，设置TF坐标系关键运动学数据参数，实现ROS系统的TF数据导入，结合表2所示的TF坐标系关键运动学参数，调控可视化界面参数，主手操作臂末端位置为 16 2零位坐标系对齐 对比表1-2，区别于TF欧拉变换的绕z轴关节旋转角度坐标系零位为 17 DH变换下的坐标需要经过初始变换 18 由于初始状态的不一致，DH变换下求解的机构末端位置满足变换规则：TF变换下x轴坐标值对齐于DH变换下y轴坐标值，TF变换下y轴坐标值TF对齐于x轴坐标值的负值DH； 19 3基于零位对齐DH方法的机构末端位置求解 结合变换矩阵19，将经过初始变换18后，DH变换下对齐的6个关节旋转角度坐标系零位，其余参数相对固定，代入到步骤S1表示的DH求解方法，得出主手操作臂末端位置： 20； 步骤2.基于两种方法的主手操作臂运动学精确定位可视化验证利用ROS平台可视化调控界面，设置TF坐标系关键运动学数据参数，实现ROS系统的TF数据导入，可视化调控ROS系统界面上数据参数，记录各个参数界面状态下机构运动学关键数据，得到主手操作臂6个关节旋转角度，机构末端位姿； 在运动学参数描述下，分别得到主手操作臂6个关节旋转角度和末端位置； 规划出DH参数调控Simulink-Simscape可视化界面； 所述步骤S1中： 步骤1.搭建主手操作臂DH坐标系 主手操作臂DH坐标系下物理模型，DH参数坐标系构建准则的详细步骤如下： 1以基座底端为原点，构建基坐标系； 2沿垂直向上方向为z轴，绕z轴逆时针旋转角度，沿z轴平移距离，确定出第1坐标系； 3从到沿轴偏置距离，绕z轴逆时针旋转角度，再顺时针旋转，确定出第2坐标系； 4绕x轴逆时针旋转角度，绕z轴逆时针旋转角度，再逆时针旋转角度，沿z轴负方向平移距离，与交于轴的距离，确定出第3坐标系； 5绕x轴逆时针旋转角度，再绕z轴逆时针旋转角度，再绕z轴顺时针旋转角度，沿z轴正方向平移距离，与交于轴的距离，确定出第4坐标系； 6绕x轴顺时针旋转角度，绕z轴逆时针旋转角度，再沿z轴正方向平移距离，与交于轴的距离，确定出第5坐标系； 7绕x轴逆时针旋转角度，绕z轴逆时针旋转角度，再沿z轴负方向平移距离，自定义末端点与轴线交于轴的距离，确定出第6坐标系， 这里，利用DH参数变换的思想，搭建主手操作臂从基座到机构末端的正向运动学映射关系； 步骤2.构造主手操作臂DH参数表 对任意连杆i，作如下定义： 表示使用连杆长度：从关节轴线到关节轴线的垂直距离，沿轴偏置距离，等价于连杆长度； 表示连杆转角：关节与i关节轴线的夹角，绕由转到轴的转角； 表示连杆的偏置距离：连杆i相对于连杆的偏置，即两条公垂线的距离——与交于轴的距离，从到沿轴的距离； 表示连杆的关节角：连杆i相对于连杆绕i轴的旋转角度； 步骤3.主手操作臂相邻关节齐次变换矩阵 在主手操作臂基座为原点的基坐标系下，修正DH方法变换规则是DH参数的XZ类变换，MDH变换顺序为，根据该规则可建立基于修正DH方法的正向运动学映射关系，因此，坐标系相对坐标系的相邻关节齐次变换矩阵通式为 ， 3 其中，表示相对于参数的变换，表示相对于参数的变换，表示相对于参数的变换，表示相对于参数的变换，，； 步骤4.主手操作臂从基座到机构末端的映射关系 表1.主手操作臂的DH参数配置表 ， 这里，可参考表1的DH参数配置代入表达式3，得出各相邻关节转移矩阵 4 5 6 7 8 9 考虑到相邻关节运动的连续性，结合表达式4-9，从基座到机构末端的齐次变换矩阵数学表达为 10 其中，，，，，，，，，， ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； 代表法向矢量，； 代表方位矢量，末端法方向与末端相邻关节于末端平面的投影连线方向； 代表接近矢量，依据右手定则，确定末端相邻关节于末端平面的投影连线方向的垂直方向； 代表位置矢量，相对基坐标系原点，主手操作臂末端中心位置， 为绕x轴逆时针旋转角度； 步骤5.主手操作臂末端位置与姿态向量 利用齐次变换法描述刚体位姿的描述和表达式10，主手操作臂末端位置为 11 其中，，定义于10； 相对于表达式10，主手操作臂末端法方向为 12 13 14 这里，表示矩阵行列式的值，表示中第2,3行列元素组成的矩阵， 表示中第1,3行列元素组成的矩阵，表示中第1,2行列元素组成的矩阵，结合公式10，12-14，计算得到主手操作臂末端法方向 15 其中， ， ，。

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