CN112971991A - 控制机械臂系统移动的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种控制机械臂系统移动的方法及装置，涉及机器人技术领域，用以解决现有技术中用户凭经验移动机械臂系统导致移动效率低的问题。本发明包括：确定并显示导航空间坐标系中机械臂系统的当前操作位置以及导航空间坐标系中机械臂系统需要进行操作的目标位置；在机械臂系统移动过程中，根据机械臂系统移动的位移，更新导航空间坐标系中当前操作位置。由于本发明实施例显示并随着机械臂系统的移动实时更新机械臂系统的当前操作位置，供用户查看，从而提高移动效率和精准度。

Description

控制机械臂系统移动的方法及装置

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种控制机械臂系统移动的方法及装置。

背景技术

在医生使用手术机器人辅助自己手术时，首先按照操作手册将各个子系统设备摆放在相似的位置，通过光学定位仪器确认下是否能够识别到子系统设备上的跟踪器。然后，在进行手术之前，医生确定好需要动手术的位置后，医生移动机械臂系统，移动到需要动手术的位置在机械臂系统的可操作区域内才停止移动。

然而，医生在移动机械臂系统时，仅仅凭借自己的经验、以及安装手册上给出的近似的位置，很可能会移动的路线错误，或者最后停止移动时需要动手术的位置没有在机械臂系统的可操作区域内，所以，现有的移动方式会使得移动的效率不高，且精准度不高。

发明内容

本发明提供一种控制机械臂系统移动的方法及装置，用以解决现有技术中仅凭借人工的熟练程度推动机械臂系统而导致效率低且精准度不高的问题。

第一方面，本发明实施例提供的一种控制机械臂系统移动的方法，包括：

确定并显示导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域内的当前操作位置、以及所述导航空间坐标系中所述机械臂系统需要进行操作的目标位置；

在所述机械臂系统移动过程中，根据所述机械臂系统移动的位移，更新所述导航空间坐标系中所述当前操作位置。

上述方法，首先显示导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域内的当前操作位置以及机械臂系统需要进行操作的目标位置，然后可以在机械臂系统移动过程中实时更新导航空间坐标系中当前操作位置，供用户查看，这样用户可以以此为参考进行移动机械臂系统，提高了移动的效率和精准度。

在一种可能的实现方式中，在所述机械臂系统移动过程中，根据所述机械臂系统移动的位移，更新所述导航空间坐标系中所述当前操作位置，包括：

根据所述机械臂系统移动的位移，确定所述导航空间坐标系中基座坐标系的原点在所述机械臂系统移动后的第一位置；

根据所述导航空间坐标系中操作位置与所述基座坐标系的原点之间的第一位置关系、以及所述第一位置，确定所述导航空间坐标系中所述机械臂系统移动后的操作位置；其中，所述第一位置关系是根据所述导航空间坐标系中机械臂系统的当前操作位置和所述导航空间坐标系中基座坐标系的原点在所述机械臂系统移动前的第二位置确定的；

将所述当前操作位置更新为所述导航空间坐标系中所述机械臂系统移动后的操作位置。

上述方法，能够通过导航空间坐标系中操作位置与基座坐标系的原点之间的位置关系不变的情况下，根据移动后的基座坐标系的原点的位置，确定移动后的操作位置，从而去更新机械臂系统的当前操作位置，简化了确定移动后的操作位置的过程。

在一种可能的实现方式中，通过以下方式确定导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域内的当前操作位置：

根据导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域的边界的当前位置、以及所述边界与所述可操作区域的当前操作位置之间预设的第二位置关系，确定所述导航空间坐标系中所述当前操作位置；

其中，所述边界的当前位置为在所述机械臂系统的末端移动到所述可操作区域的边界处时，通过光学定位导航系统识别的安装在所述机械臂系统的末端的跟踪器的位置。

由于边界和当前操作位置均为可操作区域内的点的位置，所以，上述方法，将求取操作位置采用边界与当前操作位置之间的位置关系，即可操作区域内的几何的位置关系，简化了获取机械臂系统的当前操作位置的过程。

在一种可能的实现方式中，在更新所述导航空间坐标系中所述当前操作位置之后，所述方法还包括：

检测所述导航空间坐标系中所述目标位置是否在所述可操作区域中；

若是，则通知用户所述目标位置在所述可操作区域。

上述方法，能够自动帮用户确定出目标位置是否在机械臂系统的可操作区域，从而提高了移动的精准度。

在一种可能的实现方式中，所述检测所述导航空间坐标系中所述目标位置，是否在所述可操作区域中，包括：

检测所述导航空间坐标系中所述目标位置与所述导航空间坐标系中更新后的所述当前操作位置之间的距离，是否小于预设阈值；

若是，则确定所述导航空间坐标系中所述目标位置在所述可操作区域中；

否则，确定所述导航空间坐标系中所述目标位置不在所述可操作区域中。

上述方法，可以通过检测导航空间坐标系中目标位置与更新后的当前操作位置之间的距离是否小于预设阈值，来检测导航空间坐标系中目标位置，是否在机械臂系统的可操作区域中，本发明将求取更新后的当前操作位置与目标位置之间的距离代替了求取多个点来确定可操作区域，然后再判断目标位置是否在可操作区域内，简化了操作过程。

在一种可能的实现方式中，所述预设阈值不超过更新后的所述当前操作位置到所述可操作区域的边界的最小距离。

上述方法，由于更新后的当前操作位置到可操作区域的边界的最小距离在机械臂系统的可操作区域中，从而通过限定预设阈值不超过所述当前操作位置到可操作区域的边界的最小距离，提高了检测的准确率。

在一种可能的实现方式中，通过以下方式获取在导航空间坐标系中所述机械臂系统需要进行操作的目标位置，包括：

通过光学定位导航系统识别安装在目标位置的跟踪器；

将识别到的跟踪器的位置，作为在导航空间坐标系中所述机械臂系统需要进行操作的所述目标位置。

上述方法，能够将安装在目标位置上的跟踪器的位置作为在导航空间坐标系中的目标位置，实现了获取到在导航空间坐标系中目标位置的目的。

第二方面，本发明实施例提供的一种控制机械臂系统移动的装置，包括：

显示模块，用于确定并显示导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域内的当前操作位置、以及所述导航空间坐标系中所述机械臂系统需要进行操作的目标位置，其中所述导航空间坐标系中机械臂系统的当前操作位置是根据基座坐标系与所述导航空间坐标系的转换关系，对所述基座坐标系中所述机械臂系统的当前操作位置进行转换得到的；

更新模块，用于在所述机械臂系统移动过程中，根据所述机械臂系统移动的位移，更新所述导航空间坐标系中所述当前操作位置。

第三方面，本发明实施例提供的一种电子设备，包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如第一方面实施例中任一项所述的控制机械臂系统移动的方法。

第四方面，本发明实施例提供的一种手术机器人，包括：光学定位导航系统、机械臂系统、以及根据第三方面实施例所述的电子设备。

第五方面，本发明实施例提供的一种存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备能够执行如第一方面实施例中任一项所述的控制机械臂系统移动的方法。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理，并不构成对本发明的不当限定。

图1是根据本发明实施例提供的一种手术机器人的结构图；

图2是根据本发明实施例提供的一种控制机械臂系统移动的方法的流程图；

图3是根据本发明实施例提供的一种显示界面图；

图4是根据本发明实施例提供的另一种控制机械臂系统移动的方法的流程图；

图5是根据本发明实施例提供的一种术前准备的流程图；

图6是根据本发明实施例提供的一种平躺右侧术式的手术机器人的场景图；

图7是根据本发明实施例提供的一种平躺左侧术式的手术机器人的场景图；

图8是根据本发明实施例提供的一种侧卧右侧术式的手术机器人的场景图；

图9是根据本发明实施例提供的一种侧卧左侧术式的手术机器人的场景图；

图10是根据本发明实施例提供的一种控制机械臂系统移动的装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本领域普通人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明实施例描述的应用场景是为了更加清楚的说明本发明实施例的技术方案，并不构成对于本发明实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着新应用场景的出现，本发明实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。其中，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义。

本发明实施例提出了一种手术机器人，包括光学定位导航系统、机械臂系统、以及电子设备。

首先介绍手术机器人、机械臂系统以及光学定位导航系统；

手术机器人，也称手术机器人辅助系统，虽然是机器人，但还是需要医生的主动介入和参与。手术前需要提前在工作站上导入CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)扫描数据或3D(three dimensional，三维)模型数据，并根据这些数据设计好手术方案。手术中手术机器人会依据之前设计的方案及光学定位导航系统的实时反馈数据，辅助医生进行手术。手术机器人在临床应用上基本覆盖了全部外科领域，例如：普通外科、心脏外科、泌尿外科、妇科、耳鼻喉科、整形外科、神经外科及骨外科等。相比人工手术，使用手术机器人有精度高、创伤小、恢复快等优点。通过机器的辅助，还能实现以往人工无法涉及的一些医疗领域。

机械臂系统的末端安装有手术器械(末端器械)，在某些阶段医生需要利用手术器械完成相关操作，那么必须确保机械臂系统在工作过程中的可靠性和安全性。

光学定位导航系统用于辅助用户精确定位跟踪器的位置，在医疗领域有广泛应用。通过该光学定位导航系统可以实时在屏幕上显示跟踪器的位置的运动轨迹和相对位置。通常该光学定位导航系统包含一个光学信号发射器，两个光学信号接收器(红外摄像机)，若干同一平面上的反光标记组成的跟踪器。使用基于双目视觉原理的空间算法，可以计算出三个以上反光标记点的空间坐标，从而进一步计算出跟踪器的末端空间位置和姿态。将跟踪器固定到目标对象上，即可实时获取目标对象的位置。

电子设备用于确定并显示导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域内的当前操作位置、以及导航空间坐标系中机械臂系统需要进行操作的目标位置，在机械臂系统移动过程中，根据机械臂系统移动的位移，更新导航空间坐标系中当前操作位置。

结合图1所示，电子设备102可以与光学定位导航系统100安装在同一个支架上，安装有电子设备102和光学定位导航系统100的支架、机械臂系统101分别移动到手术床附近。

采用手术机器人辅助医生进行手术之前，准备工作包括：

首先建立光学导航空间。

具体来说，结合图1所示，使用光学定位导航系统100建立导航空间，实际导航的可视范围是个不规则的多面体6。需要说明的是，各个厂家的光学定位导航系统的导航空间可以是不同的，是以厂家中规定的设备参数为准。

其次，对机械臂系统的基座坐标系进行标定。

具体来说：机械臂系统2的基座处安装跟踪器7，并确保跟踪器7稳固在基座处。在机械臂系统2的末端安装跟踪器，医生拖动机械臂系统2的末端分别到8个点，8个点形成一个虚拟六面体5，该虚拟六面体为机械臂系统2的末端能够精确移动的可操作区域。医生拖动时必须确保这8个顶点均包含在导航空间6内。最后，采用8个顶点坐标、以及光学定位导航系统、基座处的跟踪器7、机械臂系统的末端的跟踪器对基座坐标系进行标定，从而获得导航空间坐标系、基座坐标系之间的转换关系，基座坐标系是指以基座处的跟踪器为原点建立的坐标系。

其中，采用8个顶点坐标、以及光学定位导航系统、基座处的跟踪器7、机械臂系统的末端的跟踪器对基座坐标系进行标定，具体实现过程为：采用光学定位导航系统100中的光学信号发射器照射基座处的跟踪器7、机械臂系统的末端的跟踪器，采用光学定位导航系统100中的光学信号接收器接收基座处的跟踪器7、机械臂系统的末端的跟踪器反射的光，并根据反射的光确定8个顶点、基座坐标系的原点在导航空间坐标系下的坐标。

最后，医生推动机械臂系统进行移动，使得机械臂系统的可操作位置到目标位置。

对于最后一步，结合图2所示，本发明实施例提供了一种控制机械臂系统移动的方法，包括以下步骤：

S200：确定并显示导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域内的当前操作位置、以及导航空间坐标系中机械臂系统需要进行操作的目标位置。

S201：在机械臂系统移动过程中，根据机械臂系统移动的位移，更新导航空间坐标系中当前操作位置。

通过上述方案，确定并显示机械臂系统的当前操作位置以及机械臂系统需要进行操作的目标位置，同时显示在机械臂系统移动过程中，当前操作位置的变化情况，用户可以以此为参考进行移动机械臂系统，使得机械臂系统的可操作位置到目标位置，从而提高操作效率且移动的精准度。

示例性的，在进行移动过程中，可以通过以下方式更新导航空间坐标系中当前操作位置：

根据机械臂系统移动的位移，确定导航空间坐标系中基座坐标系的原点在机械臂系统移动后的第一位置；

根据导航空间坐标系中操作位置与基座坐标系的原点之间的第一位置关系、以及第一位置，确定导航空间坐标系中机械臂系统移动后的操作位置；

将当前操作位置更新为导航空间坐标系中机械臂系统移动后的操作位置。

其中，根据机械臂系统移动的位移确定第一位置的方式为，在手术机器人的机械臂系统的基座处安装跟踪器，在机械臂系统移动前，通过光学定位导航系统发出光源照射跟踪器，光学定位导航系统接收到跟踪器反射的光，从而根据反射的光定位跟踪器的位置，将该跟踪器的位置作为机械臂系统移动前的基座坐标系的原点的第二位置，以及在移动机械臂系统移动后，同样的，通过光学定位导航系统发出光源照射跟踪器，光学定位导航系统接收到跟踪器反射的光，从而根据反射的光定位跟踪器的位置，将该跟踪器的位置作为机械臂系统移动后的基座坐标系的原点的第一位置。

其中，由于无论机械臂系统如何移动，机械臂系统的操作位置在基座坐标系中的位置关系没有发生改变，即导航空间坐标系中操作位置与基座坐标系的原点之间的位置关系不改变，则第一位置关系可以根据导航空间坐标系中机械臂系统的当前操作位置和导航空间坐标系中基座坐标系的原点在机械臂系统移动前的第二位置确定。

机械臂系统的操作位置与基座坐标系的原点之间的第一位置关系为：机械臂系统的操作位置的x轴坐标与基座坐标系的原点的x轴坐标之间的距离不变，机械臂系统的操作位置的y轴坐标与基座坐标系的原点的y轴坐标之间的距离不变，机械臂系统的操作位置的z轴坐标与基座坐标系的原点的z轴坐标之间的距离不变。当导航空间坐标系中基座坐标系的原点的第二位置(a，b，c)，导航空间坐标系中机械臂系统的当前操作位置(e，f，g)，确定第二位置(a，b，c)和当前操作位置(e，f，g)之间的x轴坐标的差值(e-a)、确定第二位置(a，b，c)和当前操作位置(e，f，g)之间的y轴坐标的差值(f-b)、确定第二位置(a，b，c)和当前操作位置(e，f，g)之间的z轴坐标的差值(g-c)。

机械臂系统移动后，获取的导航空间坐标系中基座坐标系的原点的第一位置(a1，b1，c1)；

将a1带入到e-a＝e1-a1中，得到导航空间坐标系中机械臂系统的移动后的第一位置的x轴坐标e1；

将b1带入到f-b＝f1-b1中，得到导航空间坐标系中机械臂系统的移动后的第一位置的y轴坐标f1；

将c1带入到g-c＝g1-c1中，得到导航空间坐标系中机械臂系统的移动后的第一位置的z轴坐标g1；

从而确定导航空间坐标系中机械臂系统的移动后的第一位置(e1，f1，g1)，然后，将第一位置(e1，f1，g1)更换当前操作位置(e，f，g)。

示例性的，通过以下方式确定导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域内的当前操作位置：

根据导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域的边界的当前位置、以及边界与可操作区域的当前操作位置之间预设的第二位置关系，确定导航空间坐标系中当前操作位置。

其中，导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域的边界的当前位置的求取过程可以为：在机械臂系统的末端移动到机械臂系统的可操作区域的边界处时，通过光学定位导航系统识别的安装在所述机械臂系统的末端的跟踪器的位置。

示例性的，边界的位置可以为选择标定基座坐标系中的8个顶点的位置。边界与当前操作位置之间预设的第二位置关系可以根据当前操作位置在可操作区域内所处的位置决定，例如，当前操作位置为可操作区域内的中心位置，那么第二位置关系可以为

n为可操作区域的顶点的个数，N_i为顶点的坐标。具体来说，标定时采用8个顶点在导航空间坐标系下的值为N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8，那么根据公式

(N1+N2+N3+N4+N5+N6+N7+N8)，当8个顶点的坐标分别为三维坐标，则求取当前操作位置的坐标时，每一维根据上述公式，求取的值作为该维度的当前操作位置的值。

示例性的，通过以下方式获取在导航空间坐标系中机械臂系统需要进行操作的目标位置，包括：

通过光学定位导航系统识别安装在目标位置的跟踪器；

将识别到的跟踪器的位置，作为在导航空间坐标系中机械臂系统需要进行操作的目标位置。

具体来说，在患者需要动手术的位置，即目标位置，安装上跟踪器，通过光学定位导航系统发出光源照射跟踪器，光学定位导航系统接收到跟踪器反射的光，从而根据反射的光，定位跟踪器的位置，并将跟踪器的位置作为在导航空间坐标系中机械臂系统需要进行操作的目标位置。

示例性的，操作位置为可操作区域的中心位置时，结合图3所示，在机械臂系统进行移动时，求取可操作区域的中心位置以及机械臂系统需要进行操作的目标位置后进行显示，从而使得医生能够根据显示的这两个值作为参考，开始移动机械臂系统，通过光学定位导航系统识别安装在基座处的跟踪器的位置，作为第一位置，根据导航空间坐标系中心点与基座坐标系的原点之间的第一位置关系、以及第一位置，确定导航空间坐标系中心位置，并将原来中心位置替换为当前确定出来的中心位置，并实时进行显示。医生可以推动机械臂系统移动，并观看中心位置与目标位置之间的距离，这样引导医生向目标位置移动机械臂系统。

在本发明实施例中，本发明实施例还提供了一种自动检测的过程，从而使得正在推动机械臂系统移动的医生，知道在什么时候停止移动。具体来说：

检测导航空间坐标系中目标位置是否在可操作区域中；若是，则通知用户目标位置在可操作区域。

即，如图1所示的虚拟六面体5随着机械臂系统2移动而移动，检测导航空间坐标系中目标位置是否在如图1所示的虚拟六面体5内。若果在，则通知用户目标位置在可操作区域，用户可以停止移动。

其中，可以在更新导航空间坐标系中当前操作位置后，检测一次导航空间坐标系中目标位置是否在可操作区域中，如果检测不在可操作区域中，则继续进行根据机械臂系统移动的位移，更新导航空间坐标系中当前操作位置，如果检测在可操作区域中，则通知用户目标位置在可操作区域，用户可以停止移动机械臂系统。

其中，本发明实施例还提出了可以采用检测导航空间坐标系中目标位置与导航空间坐标系中更新后的当前操作位置之间的距离，是否小于预设阈值的方式，来检测导航空间坐标系中目标位置是否在机械臂系统的可操作区域中，具体来说：

检测导航空间坐标系中目标位置与导航空间坐标系中更新后的当前操作位置之间的距离，是否小于预设阈值；若是，则确定导航空间坐标系中目标位置在可操作区域中；否则，确定导航空间坐标系中目标位置不在可操作区域中。

示例性的，以导航空间坐标系为三维直角坐标系为例，导航空间坐标系中目标位置N(X，Y，Z)，导航空间坐标系中更新后的当前操作位置Nt(X_t，Y_t，Z_t)，那么计算导航空间坐标系中目标位置与预设点的位置之间的距离为

计算出来的距离D小于预设阈值，则确定导航空间坐标系中目标位置在可操作区域中，如果距离D大于预设阈值，则确定导航空间坐标系中目标位置不在可操作区域中。

考虑到操作位置为可操作区域的中心位置，如果距离D比当前中心位置到可操作区域的边界的最小距离还要小，也就是说，更新后的当前中心位置到目标位置之间的距离，小于更新后的当前中心位置到可操作区域的边界的最小距离，那么目标位置肯定位于可操作区域内，所以，本发明实施例提出了预设阈值不超过当前操作位置到可操作区域的边界的最小距离，提高了检测的精准性。

由于可操作区域与操作位置的相对位置不变，那么无论在导航空间坐标系中的操作位置如何变化，其操作位置到可操作区域的边界的最小距离不会发生变化。即，更新后的当前操作位置到可操作区域的边界的最小距离，与当前操作位置到可操作区域的边界的最小距离相同。

示例性的，如果预设阈值采用最小距离时，通过标定时采用8个顶点的位置求取操作位置，然后求取操作位置到可操作区域的边界的最小距离，并记录该最小距离，那么之后的检测过程中一直采用该最小距离即可。

以可操作区域为六面体为例，在求解中心位置到可操作区域的最短距离时，可以根据标定基座坐标系时六面体的8个顶点的坐标、以及中心位置和六面体的每个面之间的几何关系，确定中心位置到六个面的最短距离L。其中，根据标定基座坐标系时六面体的8个顶点的坐标、以及中心位置和六面体的每个面之间的几何关系，建立向量积和平面方程式，然后将标定基座坐标系时六面体的8个顶点的坐标输入到建立的方程式中，得到中心位置到六个面的最短距离L。

结合图4所示，本发明实施例提供了另一种控制机械臂系统移动的方法，包括：

S400：根据导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域的边界的当前位置，确定导航空间坐标系中当前中心位置；

S401：通过光学定位导航系统识别安装在目标位置的跟踪器，将识别到的跟踪器的位置，作为在导航空间坐标系中的目标位置；

S402：显示导航空间坐标系中当前中心位置以及导航空间坐标系中目标位置；

S403：通过光学定位导航系统识别安装在基座上的跟踪器，将识别到的跟踪器的位置，作为导航空间坐标系中机械臂系统移动前的基座坐标系的原点的第二位置；

S404：在机械臂系统移动后，通过光学定位导航系统识别安装在基座上的跟踪器，将识别到的跟踪器的位置，作为导航空间坐标系中机械臂系统移动后的基座坐标系的原点的第一位置；

S405：根据导航空间坐标系中当前中心位置、以及第二位置，确定导航空间坐标系中中心位置与基座坐标系的原点之间的第一位置关系；

S406：根据第一位置关系、以及第一位置，确定导航空间坐标系中机械臂系统移动后的预设点的位置；

S407：将导航空间坐标系中中心位置替换导航空间坐标系中当前中心位置；

S408：检测导航空间坐标系中目标位置与导航空间坐标系中中心位置之间的距离，是否小于中心位置到可操作区域的边界的最小距离；如果是，则执行S409；否则执行S404。

S409：通知用户目标位置在可操作区域。

结合图5所示，当手术中患者的姿势为平躺右侧术式，手术前的准备包括：

S500：用户按照操作手册布置好光学定位导航系统、电子设备、机械臂系统、手术床和模型骨；形如图6所示，机械臂系统在手术床的左侧，光学定位导航系统和电子设备的支架设置在手术床的左前方，使其手术床均能够在导航空间中。

S501：用户在机械臂系统的基座处安装跟踪器，在机械臂系统的末端处安装跟踪器；

S502：用户调整机械臂系统的位置，确保光学定位导航系统可以识别到两个跟踪器；

S503：电子设备标定机械臂系统的基座坐标系，并在标定机械臂系统的基座坐标系完成后，用户取下机械臂系统的末端安装跟踪器；

S504：用户按照平躺右侧术式固定模型骨，并在模型骨处安装跟踪器，并确保跟踪器可以被光学定位导航系统识别；

S505：电子设备显示导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域的当前中心位置以及导航空间坐标系中模型骨的位置；

S506：电子设备在机械臂系统移动过程中，根据机械臂系统移动的位移，更新导航空间坐标系中当前中心位置；

S507：电子设备检测导航空间坐标系中模型骨的位置与导航空间坐标系更新后的中心位置之间的距离，是否小于中心位置到可操作区域的边界的最小距离；如果是，则执行S508，否则执行S506；

S508：电子设备通知用户模型骨的位置在可操作区域。

同样的，当手术中患者的姿势为平躺左侧术式，手术前的准备包括：

用户按照操作手册布置好光学定位导航系统、电子设备、机械臂系统、手术床和模型骨；形如图7所示，机械臂系统在手术床的右侧，光学定位导航系统和电子设备的支架设置在手术床的右前方，使其手术床均能够在导航空间中。

用户在机械臂系统的基座处安装跟踪器，在机械臂系统的末端处安装跟踪器；用户调整机械臂系统的位置，确保光学定位导航系统可以识别到两个跟踪器；电子设备标定机械臂系统的基座坐标系，并在标定机械臂系统的基座坐标系完成后，用户取下机械臂系统的末端安装跟踪器，用户按照平躺左侧术式固定模型骨，并在模型骨处安装跟踪器，并确保跟踪器可以被光学定位导航系统识别；

电子设备显示导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域的当前中心位置以及模型骨的位置；在机械臂系统移动过程中，根据机械臂系统移动的位移，更新导航空间坐标系当前中心位置；检测导航空间坐标系中模型骨的位置与导航空间坐标系的中心位置之间的距离，是否小于中心位置到可操作区域的边界的最小距离；如果是，则通知用户模型骨的位置在机械臂系统的可操作区域，否则继续更新导航空间坐标系当前中心位置。

同样的，当手术中患者的姿势为侧卧右侧术式，手术前的准备包括：

用户按照操作手册布置好光学定位导航系统、电子设备、机械臂系统、手术床和模型骨；形如图8所示，机械臂系统在手术床的右侧，光学定位导航系统和电子设备的支架设置在手术床的前方，使其手术床均能够在导航空间中。

用户在机械臂系统的基座处安装跟踪器，在机械臂系统的末端处安装跟踪器；用户调整机械臂系统的位置，确保光学定位导航系统可以识别到两个跟踪器；电子设备标定机械臂系统的基座坐标系，并在标定机械臂系统的基座坐标系完成后，用户取下机械臂系统的末端安装跟踪器，用户按照平躺左侧术式固定模型骨，并在模型骨处安装跟踪器，并确保跟踪器可以被光学定位导航系统识别；

电子设备显示导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域的当前中心位置以及模型骨的位置；在机械臂系统移动过程中，根据机械臂系统移动的位移，更新导航空间坐标系当前中心位置；检测导航空间坐标系中模型骨的位置与导航空间坐标系的中心位置之间的距离，是否小于中心位置到可操作区域的边界的最小距离；如果是，则通知用户模型骨的位置在机械臂系统的可操作区域，否则继续更新导航空间坐标系当前中心位置。

同样的，当手术中患者的姿势为侧卧左侧术式，手术前的准备包括：

用户按照操作手册布置好光学定位导航系统、电子设备、机械臂系统、手术床和模型骨；形如图9所示，机械臂系统在手术床的左侧，光学定位导航系统和电子设备的支架设置在手术床的前方，使其手术床均能够在导航空间中。

用户在机械臂系统的基座处安装跟踪器，在机械臂系统的末端处安装跟踪器；用户调整机械臂系统的位置，确保光学定位导航系统可以识别到两个跟踪器；电子设备标定机械臂系统的基座坐标系，并在标定机械臂系统的基座坐标系完成后，用户取下机械臂系统的末端安装跟踪器，用户按照平躺左侧术式固定模型骨，并在模型骨处安装跟踪器，并确保跟踪器可以被光学定位导航系统识别；

电子设备显示导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域的当前中心位置以及模型骨的位置；在机械臂系统移动过程中，根据机械臂系统移动的位移，更新导航空间坐标系当前中心位置；检测导航空间坐标系中模型骨的位置与导航空间坐标系的中心位置之间的距离，是否小于中心位置到可操作区域的边界的最小距离；如果是，则通知用户模型骨的位置在机械臂系统的可操作区域，否则继续更新导航空间坐标系当前中心位置。

本发明实施例提供的一种控制机械臂系统移动的装置。结合图10所述，该控制机械臂系统移动的装置包括：显示模块1000，用于确定并显示导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域内的当前操作位置、以及所述导航空间坐标系中所述机械臂系统需要进行操作的目标位置；

更新模块1010，用于在所述机械臂系统移动过程中，根据所述机械臂系统移动的位移，更新所述导航空间坐标系中所述当前操作位置。

可选的，所述更新模块1010，具体用于：

根据所述机械臂系统移动的位移，确定所述导航空间坐标系中基座坐标系的原点在所述机械臂系统移动后的第一位置；

根据所述导航空间坐标系中操作位置与所述基座坐标系的原点之间的第一位置关系、以及所述第一位置，确定所述导航空间坐标系中所述机械臂系统移动后的操作位置；其中，所述第一位置关系是根据所述导航空间坐标系中机械臂系统的当前操作位置和所述导航空间坐标系中基座坐标系的原点在所述机械臂系统移动前的第二位置确定的；

将所述当前操作位置更新为所述导航空间坐标系中所述机械臂系统移动后的操作位置。

可选的，所述装置还包括：

获取模块，用于根据导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域的边界的当前位置、以及所述边界与可操作区域内的当前操作位置之间预设的第二位置关系，确定所述导航空间坐标系中所述当前操作位置；其中，所述边界的当前位置为在机械臂系统的末端移动到所述可操作区域的边界处时，通过光学定位导航系统识别的安装在所述机械臂系统的末端的跟踪器的位置。

可选的，所述装置还包括：

检测模块，用于检测所述导航空间坐标系中所述目标位置是否在所述可操作区域中；若是，则通知用户所述目标位置在所述可操作区域。

可选的，所述检测模块，用于：检测所述导航空间坐标系中所述目标位置与所述导航空间坐标系中更新后的所述当前操作位置之间的距离，是否小于预设阈值；若是，则确定所述导航空间坐标系中所述目标位置在所述可操作区域中；否则，确定所述导航空间坐标系中所述目标位置不在所述可操作区域中。

可选的，所述预设阈值不超过所述当前操作位置到所述可操作区域的边界的最小距离。

可选的，通过以下方式获取在导航空间坐标系中所述机械臂系统需要进行操作的目标位置，包括：

通过光学定位导航系统识别安装在目标位置的跟踪器；

将识别到的跟踪器的位置，作为在导航空间坐标系中所述机械臂系统需要进行操作的所述目标位置。

本发明实施例还提供一种电子设备，该设备包括：处理器和用于存储所述处理器可执行指令的存储器。

其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如上述实施例中任一项所述的控制机械臂系统移动的方法。

在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由电子设备的处理器执行以完成上述控制机械臂系统移动的方法。可选地，存储介质可以是非临时性计算机可读存储介质，例如，所述非临时性计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。

在本发明实施例中，当电子设备除了上述存储器和处理器之外，还可以包括显示单元、电源、通信接口、以及无线保真(Wireless Fidelity，Wi-Fi)模块等部件。本领域技术人员可以理解，电子设备的结构并不构成对电子设备的限定，本申请实施例提供的电子设备可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

需要说明的是，电子设备中需要包括显示器，如果光学定位导航系统或者机械臂系统已经具有显示器，则电子设备可以与其相连，显示航空间坐标系中机械臂系统的操作位置和机械臂系统需要进行操作的目标位置。如果光学定位导航系统或者机械臂系统不具有显示器，则电子设备包括显示器。

对所述电子设备的各个构成部件进行具体的介绍：

Wi-Fi技术属于短距离无线传输技术，所述电子设备通过Wi-Fi模块可以连接接入点(Access Point，AP)，从而实现数据网络的访问。所述Wi-Fi模块可用于通信过程中，数据的接收和发送。

所述电子设备可以通过所述通信接口与其他电子设备实现物理连接。可选的，所述通信接口与所述其他电子设备的通信接口通过电缆连接，实现所述电子设备和其他电子设备之间的数据传输。

电子设备可以通过通信接口或者Wi-Fi模块与光学定位导航系统通信，能够接收光学定位导航系统获取到目标位置、导航空间坐标系中基座坐标系的原点在所述机械臂系统移动后的第一位置等。

所述显示单元可用于显示导航空间坐标系中机械臂系统的当前操作位置以及机械臂系统需要进行操作的目标位置。

所述显示单元可以包括显示面板。可选的，所述显示面板可以采用液晶显示屏(Liquid Crystal Display，LCD)、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)等形式来配置。

进一步的，所述触控面板可覆盖所述显示面板，当所述触控面板检测到在其上或附近的触摸操作后，传送给所述处理器以确定触摸事件的类型，随后所述处理器根据触摸事件的类型在所述显示面板上提供相应的视觉输出。

可选的，所述处理器可包括一个或多个处理单元。可选的，所述处理器可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到所述处理器中。

所述电子设备还包括用于给各个部件供电的电源(比如电池)。可选的，所述电源可以通过电源管理系统与所述处理器逻辑相连，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗等功能。

本发明实施例还提供一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在电子设备上运行时，使得所述电子设备执行实现本发明实施例上述任意一项控制机械臂系统移动的方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种控制机械臂系统移动的方法，其特征在于，包括：

确定并显示导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域内的当前操作位置、以及所述导航空间坐标系中所述机械臂系统需要进行操作的目标位置；

在所述机械臂系统移动过程中，根据所述机械臂系统移动的位移，更新所述导航空间坐标系中所述当前操作位置。

2.根据权利要求1所述的控制机械臂系统移动的方法，其特征在于，在所述机械臂系统移动过程中，根据所述机械臂系统移动的位移，更新所述导航空间坐标系中所述当前操作位置，包括：

根据所述机械臂系统移动的位移，确定所述导航空间坐标系中基座坐标系的原点在所述机械臂系统移动后的第一位置；

根据所述导航空间坐标系中操作位置与所述基座坐标系的原点之间的第一位置关系、以及所述第一位置，确定所述导航空间坐标系中所述机械臂系统移动后的操作位置；其中，所述第一位置关系是根据所述导航空间坐标系中机械臂系统的当前操作位置和所述导航空间坐标系中基座坐标系的原点在所述机械臂系统移动前的第二位置确定的；

将所述当前操作位置更新为所述导航空间坐标系中所述机械臂系统移动后的操作位置。

3.根据权利要求1所述的控制机械臂系统移动的方法，其特征在于，通过以下方式确定导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域内的当前操作位置：

根据导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域的边界的当前位置、以及所述边界与所述可操作区域内的当前操作位置之间预设的第二位置关系，确定所述导航空间坐标系中所述当前操作位置；

其中，所述边界的当前位置为在所述机械臂系统的末端移动到所述可操作区域的边界处时，通过光学定位导航系统识别的安装在所述机械臂系统的末端的跟踪器的位置。

4.根据权利要求3所述的控制机械臂系统移动的方法，其特征在于，在更新所述导航空间坐标系中所述当前操作位置之后，所述方法还包括：

检测所述导航空间坐标系中所述目标位置是否在所述可操作区域中；

若是，则通知用户所述目标位置在所述可操作区域。

5.根据权利要求4所述的控制机械臂系统移动的方法，其特征在于，所述检测所述导航空间坐标系中所述目标位置，是否在所述可操作区域中，包括：

检测所述导航空间坐标系中所述目标位置与所述导航空间坐标系中更新后的所述当前操作位置之间的距离，是否小于预设阈值；

若是，则确定所述导航空间坐标系中所述目标位置在所述可操作区域中；

否则，确定所述导航空间坐标系中所述目标位置不在所述可操作区域中。

6.根据权利要求5所述的控制机械臂系统移动的方法，其特征在于，所述预设阈值不超过所述当前操作位置到所述可操作区域的边界的最小距离。

7.根据权利要求1～6任一项所述的控制机械臂系统移动的方法，其特征在于，通过以下方式获取在导航空间坐标系中所述机械臂系统需要进行操作的目标位置，包括：

通过光学定位导航系统识别安装在目标位置的跟踪器；

将识别到的跟踪器的位置，作为在导航空间坐标系中所述机械臂系统需要进行操作的所述目标位置。

8.一种控制机械臂系统移动的装置，其特征在于，包括：

显示模块，用于确定并显示导航空间坐标系中机械臂系统的可操作区域内的当前操作位置、以及所述导航空间坐标系中所述机械臂系统需要进行操作的目标位置；

更新模块，用于在所述机械臂系统移动过程中，根据所述机械臂系统移动的位移，更新所述导航空间坐标系中所述当前操作位置。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如权利要求1至权利要求7中任一项所述的控制机械臂系统移动的方法。

10.一种手术机器人，其特征在于，包括：光学定位导航系统、机械臂系统、以及根据权利要求9所述的电子设备。

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