本发明涉及医疗器械，尤其涉及一种主从式眼科手术机器人及其器械轴线映射控制方法。
背景技术：
1、在执行眼底手术的过程中，需要将手术器械从巩膜套管中深入眼内，该种操作模式要求眼科手术机器人末端执行rcm运动（rcm为remote motion center的缩写，即远程运动中心）。rcm运动有4个自由度，分别为偏摆、俯仰、自转、进给，如图1所示。现有主从式眼科手术机器人大多采用被动式rcm机构，即每个rcm电机对应控制一个rcm自由度。
2、现有主从式眼科手术机器人在姿态映射时通常采用绝对式映射。该种映射方式是将主手的旋转矩阵分解为绕x、y、z三个轴方向的转角rx、ry、rz表示，随后设置从手的末端跟随至该位置。该种方式下分解出的三个角转角rx、ry、rz与rcm运动的三个转角的对应关系很复杂，因此不能直接求解出对应rcm电机的转角变化量，无法实现比例缩放调整。
3、在使用主从式眼科手术机器人进行手术的过程中，在将rcm点对准巩膜套管后还需要将器械轴线尽量对齐套管轴线以方便进针。现有的主从姿态映射方法在控制姿态时通常采用1：1比例映射，丧失了缩放功能而导致调节精度不佳。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种主从式眼科手术机器人及其器械轴线映射控制方法，用以解决现有技术控制器械姿态时无缩放功能而导致调节精度不佳的问题。
2、一方面，本发明实施例提供了一种主从式眼科手术机器人的器械轴线映射控制方法，包括如下步骤：
3、设置rcm机构的器械末端轨迹划分规则，将划分后的每一轨迹段作为一个单独的控制单位；
4、在每一控制单位的轨迹起始点，虚拟一个在空间中与器械轴线平行的虚拟轴线固定在主手末端，获得主手末端坐标系变换到虚拟轴线的旋转矩阵，并记录该轨迹起始点处器械的偏摆角、俯仰角；
5、在所述控制单位的轨迹起始点后每一节点，获取主手末端姿态，并基于上述旋转矩阵得到模拟主手末端姿态的虚拟轴线在rcm点坐标系下的姿态，进而得到该节点处虚拟轴线的偏摆角、俯仰角；
6、根据上述偏摆角和、俯仰角和，得到所述控制单位内轨迹起始点后每一节点处虚拟轴线的偏摆角变化量、俯仰角变化量，进而根据设定的缩放系数对偏摆角变化量、俯仰角变化量进行缩放；
7、在轨迹开始后，控制rcm电机驱动器械在每一控制单位的轨迹起始点执行上述偏摆角、俯仰角，以及在轨迹起始点后每一节点执行缩放后的偏摆角变化量、俯仰角变化量。
8、上述技术方案的有益效果如下：设计了一种根据主手末端姿态计算规划条件下器械轴线姿态的方法，将主手姿态信息分解至rcm机构对应的两个姿态角上，计算主手姿态变化时对应的两个rcm转角参数变化量（偏摆角变化量、俯仰角变化量）后乘以一个映射比例（设定的缩放系数）从而控制对应的rcm电机，实现了增量式的轴线映射控制，可以通过调节缩放比例实现高精度的姿态调节。
9、基于上述方法的进一步改进，在所述记录该轨迹起始点处器械的偏摆角、俯仰角的步骤之后直接执行所述控制rcm电机驱动器械在每一控制单位的轨迹起始点执行上述偏摆角、俯仰角的步骤；并且，在所述进而根据设定的缩放系数对偏摆角变化量、俯仰角变化量进行缩放的步骤之后直接执行所述在轨迹起始点后每一节点执行缩放后的偏摆角变化量、俯仰角变化量的步骤，以实现器械轴线与主手末端位姿的同步对准功能。
10、进一步，所述进而根据设定的缩放系数对偏摆角变化量、俯仰角变化量进行缩放的步骤在轨迹开始前执行，以实现器械轴线与主手末端位姿的异步对准功能。
11、进一步，所述获得由主手末端坐标系变换到虚拟轴线的旋转矩阵的步骤，进一步包括如下子步骤：
12、获得轨迹起始点处在rcm点坐标系下的器械末端姿态；
13、根据所述虚拟轴线姿态，通过下面公式得到由主手末端坐标系变换到虚拟轴线的旋转矩阵，
14、
15、式中，为主手基座标系变换到rcm点坐标系的旋转矩阵，为轨迹起始点主手末端坐标系变换到主手基座标系的旋转矩阵。
16、进一步，所述器械末端姿态通过下面公式表示：
17、
18、式中，为轨迹起始点处器械的偏摆角，为轨迹起始点处器械的俯仰角为轨迹起始点处器械的自转角。
19、进一步，所述基于所述旋转矩阵获得虚拟轴线在rcm点坐标系下的姿态，进而得到该节点的偏摆角、俯仰角的步骤进一步包括如下子步骤：
20、获取在主手坐标系下的主手末端姿态；
21、根据所述主手末端姿态，结合旋转矩阵，通过下面公式获得虚拟轴线相对于主手坐标系的姿态，
22、
23、根据所述虚拟轴线相对于主手坐标系的姿态，通过下面公式获得模拟主手末端姿态的虚拟轴线在rcm点坐标系下的姿态，
24、
25、式中，为rcm点坐标系变换到主手基座标系的旋转矩阵；
26、通过下面公式得到该节点处虚拟轴线的偏摆角、俯仰角，
27、。
28、进一步，通过下面公式得到所述缩放后的偏摆角变化量、俯仰角变化量：
29、
30、
31、式中，为缩放系数。
32、进一步，所述缩放系数不等于1；或者，
33、不同轨迹段对应的缩放系数不同。
34、进一步，所述器械末端轨迹划分规则包括等时间划分规则、等距离划分规则、等幅度划分规则中的至少一种。
35、另一方面，本发明实施例提供了一种主从式眼科手术机器人，包括6轴机械臂和6轴机械臂末端附带的被动式rcm机构；并且，
36、所述rcm机构的端部设有rcm电机控制的器械；所述器械包括手术器械和非手术器械；
37、所述主从式眼科手术机器人执行上述器械轴线映射控制方法。
38、提供
技术实现要素：
部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本发明的重要特征或必要特征，也无意限制本发明的范围。
1.一种主从式眼科手术机器人的器械轴线映射控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的主从式眼科手术机器人的器械轴线映射控制方法，其特征在于，在所述记录该轨迹起始点处器械的偏摆角、俯仰角的步骤之后直接执行所述控制rcm电机驱动器械在每一控制单位的轨迹起始点执行上述偏摆角、俯仰角的步骤；并且，在所述进而根据设定的缩放系数对偏摆角变化量、俯仰角变化量进行缩放的步骤之后直接执行所述在轨迹起始点后每一节点执行缩放后的偏摆角变化量、俯仰角变化量的步骤，以实现器械轴线与主手末端位姿的同步对准功能。
3.根据权利要求1所述的主从式眼科手术机器人的器械轴线映射控制方法，其特征在于，所述进而根据设定的缩放系数对偏摆角变化量、俯仰角变化量进行缩放的步骤在轨迹开始前执行，以实现器械轴线与主手末端位姿的异步对准功能。
4.根据权利要求2或3所述的主从式眼科手术机器人的器械轴线映射控制方法，其特征在于，所述获得由主手末端坐标系变换到虚拟轴线的旋转矩阵的步骤，进一步包括如下子步骤：
5.根据权利要求4所述的主从式眼科手术机器人的器械轴线映射控制方法，其特征在于，所述器械末端姿态通过下面公式表示：
6.根据权利要求5所述的主从式眼科手术机器人的器械轴线映射控制方法，其特征在于，所述基于所述旋转矩阵获得虚拟轴线在rcm点坐标系下的姿态，进而得到该节点的偏摆角、俯仰角的步骤进一步包括如下子步骤：
7.根据权利要求6所述的主从式眼科手术机器人的器械轴线映射控制方法，其特征在于，通过下面公式得到所述缩放后的偏摆角变化量、俯仰角变化量：
8.根据权利要求7所述的主从式眼科手术机器人的器械轴线映射控制方法，其特征在于，所述缩放系数不等于1；或者，
9.根据权利要求5-8任一项所述的主从式眼科手术机器人的器械轴线映射控制方法，其特征在于，所述器械末端轨迹划分规则包括等时间划分规则、等距离划分规则、等幅度划分规则中的至少一种。
10.一种主从式眼科手术机器人，其特征在于，包括6轴机械臂和6轴机械臂末端附带的被动式rcm机构；并且，
