CN113384347B - 一种机器人标定方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人标定方法、装置、设备及存储介质。该方法包括：获取目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标；通过配置在第一机器人上的传感器采集第一关节角度信息，通过配置在第二机器人上的传感器采集第二关节角度信息，其中，所述第一机器人为操控内窥镜的机器人，所述第二机器人为操控手术器械的机器人；根据所述第一关节角度信息、所述第二关节角度信息和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态，通过本发明的技术方案，能够对机器人之间的相对姿态进行标定，在保证标定精度的同时，省去了昂贵的额外传感器，降低了系统的成本。
Description
技术领域
本发明实施例涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人标定方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
对于多床旁机器人设计的手术机器人系统，床旁机器人与床旁机器人之间的相对姿态对系统多种功能有重要作用。测定床旁机器人与床旁机器人之间的相对姿态主要是测定床旁机器人的立柱与床旁机器人的立柱之间的相对姿态。
由于每次部署系统进行手术时，床旁机器人的位置并不固定，现有技术中是通过类似NDI等的光学标定系统来标定床旁机器人的立柱与床旁机器人的立柱之间的相对姿态，类似NDI等的光学标定系统来标定床旁机器人的相对姿态成本高，使用时需要保证摄像机与标记物之前没有遮挡。或者通过手工测量床旁机器人的立柱与床旁机器人的立柱之间的相对姿态，通过手工测量床旁机器人的立柱与床旁机器人的立柱之间的相对姿态不但耗时，并且精度低，容易出错。
发明内容
本发明实施例提供一种机器人标定方法、装置、设备及存储介质，以实现能够对机器人之间的相对姿态进行标定，在保证标定精度的同时，省去了昂贵的额外传感器，降低了系统的成本。
第一方面，本发明实施例提供了一种机器人标定方法，包括：
获取目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标；
通过配置在第一机器人上的传感器采集第一关节角度信息，通过配置在第二机器人上的传感器采集第二关节角度信息，其中，所述第一机器人为操控内窥镜的机器人，所述第二机器人为操控手术器械的机器人；
根据所述第一关节角度信息、所述第二关节角度信息和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态。
第二方面，本发明实施例还提供了一种机器人标定装置，该装置包括：
获取模块，用于获取目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标；
采集模块，用于通过配置在第一机器人上的传感器采集第一关节角度信息，通过配置在第二机器人上的传感器采集第二关节角度信息，其中，所述第一机器人为操控内窥镜的机器人，所述第二机器人为操控手术器械的机器人；
确定模块，用于根据所述第一关节角度信息、所述第二关节角度信息和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态。
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及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程序时实现如本发明实施例中任一所述的机器人标定方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例中任一所述的机器人标定方法。
本发明实施例通过获取目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标；通过配置在第一机器人上的传感器采集第一关节角度信息，通过配置在第二机器人上的传感器采集第二关节角度信息，其中，所述第一机器人为操控内窥镜的机器人，所述第二机器人为操控手术器械的机器人；根据所述第一关节角度信息、所述第二关节角度信息和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态，以实现能够对机器人之间的相对姿态进行标定，在保证标定精度的同时，省去了昂贵的额外传感器，降低了系统的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例中的一种机器人标定方法的流程图；
图1a是本发明实施例中的一种两个床旁机器人示意图；
图2是本发明实施例中的一种机器人标定装置的结构示意图；
图3是本发明实施例中的一种电子设备的结构示意图；
图4是本发明实施例中的一种包含计算机程序的计算机可读存储介质的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。此外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。此外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图1为本发明实施例提供的一种机器人标定方法的流程图，本实施例可适用于对机器人标定的情况，该方法可以由本发明实施例中的机器人标定装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，如图1所示，该方法具体包括如下步骤：
S110，获取目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标。
其中，所述目标标识点的获取方式可以为：在医生操作端的显示器上显示的图像中随机选取标识点，并将选取的标识点确定为目标标识点；所述目标标识点的获取方式也可以为：检测到用户对显示单元上显示的标识点的选取操作，则选取操作对应的标识点确定为目标标识点，所述目标标识点的获取方式也可以为：预先建立预设规则，按照预设规则在医生操作端的显示器上显示的图像中选取标识点，并将选取的标识点确定为目标标识点，本发明实施例对此不进行限制。
可选的，获取目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标包括：
当获取到目标指令后，获取目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标，其中，所述目标指令为当用户将目标部位移动至目标标识点时生成的指令；
或者；
基于视觉算法获取目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标。
其中，所述目标指令的生成方式可以为：当用户将手术器械的目标部位移动至目标标识点时生成目标指令；所述目标指令的生成方式还可以为：当用户将手术器械的目标部位移动至目标标识点后，通过手柄点击目标控件后，生成目标指令，其中，所述目标控件可以为确认控件；所述目标指令的生成方式还可以为：当用户将手术器械的目标部位移动至目标标识点后，用户脚踏踏板，生成目标指令，本发明实施例对此不进行限制。
其中，所述目标指令可以为当用户将手术器械的目标部位移动至目标标识点时生成的指令，也可以为当用户将机械臂的目标部位移动至目标标识点时生成的指令，本发明实施例对此不进行限制。
其中，基于视觉算法获取目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标的方式可以为：在移动内窥镜后，以使目标标识点出现在内窥镜的视域内后，采集图像信息，将所述图像信息输入深度学习模型，得到目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标。示例性的，机器人包括立柱和机械臂，在机械臂的远端设有根据手术需要的内窥镜，内窥镜用于采集手术室周围环境的图像，该图像信息包括其他机器人机械臂的远端位置信息，将图像传到医生操作端的处理器，并在医生操作端的显示器上显示图像。根据预设规则或者任意选取图像上的一个标识点，并将选取的标识点确定为目标标识点，在选取目标标识点后，可以得到目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标，其中，所述预设规则可以为根据用户喜好设定的规则，也可以为根据用户需求设定的规则，本发明实施例对此不进行限制。
S120，通过配置在第一机器人上的传感器采集第一关节角度信息，通过配置在第二机器人上的关节角度传感器采集第二关节角度信息，其中，所述第一机器人为操控内窥镜的机器人，所述第二机器人为操控手术器械的机器人。
其中，所述传感器可以为关节角度传感器，也可以为关节位置传感器，本发明实施例对此不进行限制。
示例性的，在内窥镜坐标系fc内任意选定一个标识点，并将选定的标识点确定为目标标识点，获取目标标识点的坐标Tc m(i)(T表示转换矩阵)，并在医生端显示器上显示相应目标标识点在屏幕上的位置。用户在医生操作台通过手柄控制手术器械的目标部位运动到与屏幕上的目标标识点重合后，通过点击医生操作台上手柄的确认按钮进行确认，在用户点击确认按钮后，生成目标指令，当获取到目标指令后，通过配置在第一机器人上的关节角度传感器采集第一关节角度信息，通过配置在第二机器人上的关节角度传感器采集第二关节角度信息。
S130，根据所述第一关节角度信息、所述第二关节角度信息和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态。
示例性的，根据所述第一关节角度信息、所述第二关节角度信息和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态的方式可以为：预先根据所述第一关节角度信息和所述第二关节角度信息确定手术器械的目标部位在第二机器人坐标系中的第二坐标和内窥镜在第一机器人坐标系中的第一坐标，根据所述第一坐标、所述第二坐标和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态；根据所述第一关节角度信息、所述第二关节角度信息和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态的方式还可以为：根据所述第一关节角度信息和所述第二关节角度信息确定手术器械的目标部位在第二机器人坐标系中的第二坐标和内窥镜在第一机器人坐标系中的第一坐标，根据如下公式计算得到当
最小时，所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态：
其中，
为手术器械的目标部位在第二机器人坐标系中的第二坐标，
为内窥镜在第一机器人坐标系中的第一坐标，
为目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标，
为所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态。本发明实施例对此不进行限制。
示例性的，所述目标标识点可以为多个，例如可以是，获取第一目标标识点的第一目标坐标后(i＝1)，用户在医生操作台通过手柄控制手术器械的目标部位运动到与屏幕上的第一目标标识点重合后，通过点击医生操作台上手柄的确认按钮进行确认，在用户点击确认按钮后，生成目标指令，当获取到目标指令后，通过配置在第一机器人上的关节角度传感器采集第一关节角度信息，通过配置在第二机器人上的关节角度传感器采集第二关节角度信息，根据所述第一关节角度信息和所述第二关节角度信息确定手术器械的目标部位在第二机器人坐标系中的坐标和内窥镜在第一机器人坐标系中的坐标；获取第二目标标识点的第二目标坐标后(i＝2)，用户在医生操作台通过手柄控制手术器械的目标部位运动到与屏幕上的第二目标标识点重合后，通过点击医生操作台上手柄的确认按钮进行确认，在用户点击确认按钮后，生成目标指令，当获取到目标指令后，通过配置在第一机器人上的关节角度传感器采集第一关节角度信息，通过配置在第二机器人上的关节角度传感器采集第二关节角度信息，根据所述第一关节角度信息和所述第二关节角度信息确定手术器械的目标部位在第二机器人坐标系中的坐标和内窥镜在第一机器人坐标系中的坐标，重复执行n次，根据如下公式计算得到当
最小时，所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态：
其中，i的范围为1-n,n为目标标识点数量，
为手术器械的目标部位在第二机器人坐标系中的第二坐标，
为内窥镜在第一机器人坐标系中的第一坐标，
为目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标，
为所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态。
在一个具体的例子中，如图1a所示，床旁机器人包括立柱和机械臂，在机械臂的远端设有根据手术需要的内窥镜，手术器械等，内窥镜可以用于采集手术室周围环境的图像(此处不限制是二维图像或三维图像)，该图像信息包括其他床旁机器人机械臂的远端位置信息，并通过通信传到医生操作端的处理器，标定过程如下：
在驱动内窥镜坐标系fc内任意选定一个标识点，并将选定的标识点确定为目标标识点，获取目标标识点的坐标
(T表示转换矩阵)，并在医生端显示器上显示相应目标标识点在屏幕上的位置。
用户在医生操作台通过手柄控制手术器械的目标部位运动到与屏幕上的目标标识点重合后，通过点击医生操作台上手柄的确认按钮进行确认，在用户点击确认按钮后，通过配置在机器人上的关节角度传感器采集关节角度信息(每个机器人上都配置有关节角度传感器)，根据采集到机器人的关节角度信息和目标坐标确定两个机器人的相对姿态。
可选的，根据所述第一关节角度信息、所述第二关节角度信息和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态，包括：
根据所述第一关节角度信息和所述第二关节角度信息确定手术器械的目标部位在第二机器人坐标系中的第二坐标和内窥镜在第一机器人坐标系中的第一坐标；
根据所述第一坐标、所述第二坐标和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态。
其中，根据所述第一坐标、所述第二坐标和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态，例如可以是，根据如下公式计算得到当
最小时，所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态：
其中，n为目标标识点数量，n大于等于1，
为手术器械的目标部位在第二机器人坐标系中的第二坐标，
为内窥镜在第一机器人坐标系中的第一坐标，
为目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标，
为所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态。
其中，所述目标部位的确定方式可以为：系统预先设定的目标部位，并将目标部位的名称在医生端显示，以使用户根据目标部位的名称确定目标部位；所述目标部位的确定方式还可以为：系统预先设定的目标部位，并将医生端显示的图像中标出目标部位(在图像中标出目标位置的方式可以为通过设定颜色的形状圈出目标部位，例如可以是，通过红色圆圈将图像中器械轴的末端圈出)，以使用户知晓目标部位的具体位置；所述目标部位的确定方式还可以为：预先设定目标部位为器械轴的末端。本发明实施例对此不进行限制。
示例性的，预先设定的目标部位，并将目标部位的名称在医生端显示，用户根据目标部位的名称通过手柄控制手术器械的目标部位运动到与屏幕上的目标标识点重合，通过点击医生操作台上手柄的确认按钮进行确认，在用户点击确认按钮后，通过配置在第一机器人上的关节角度传感器采集第一关节角度信息，通过配置在第二机器人上的关节角度传感器采集第二关节角度信息，其中，所述第一机器人为操控内窥镜的机器人，所述第二机器人为操控手术器械的机器人，所述目标指令为当用户将手术器械的目标部位移动至目标标识点时生成的指令，根据所述第一关节角度信息和所述第二关节角度信息确定手术器械的目标部位在第二机器人坐标系中的第二坐标和内窥镜在第一机器人坐标系中的第一坐标，根据所述第一坐标、所述第二坐标和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态。
在一个具体的例子中，如有3个以上的床旁机器人，可以循环上述过程，从而获得多个床旁机器人之间的相对姿态位置。供用户判定是否会在手术中发生碰撞干涉。同时，也可将机器人之间的相对姿态输入机器人，再进一步设置使得手术机器人在手术中在机械臂碰到前有相关提示，或设有预先停机机构，进而保障手术的安全。
可选的，在根据所述第一坐标、所述第二坐标和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态之后，还包括：
当获取到验证指令后，获取手术器械的目标部位在第二机器人坐标系中的第三坐标和内窥镜在第一机器人坐标系中的第四坐标，其中，所述目标指令为将机械臂远端设置的手术器械的目标部位移动至目标位置后生成的指令；
根据所述第三坐标、第四坐标和所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态确定第五坐标，根据所述第五坐标在显示器上显示验证点，以使用户根据所述验证点对所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态进行验证。
其中，所述目标位置可以为除目标标识点外的其他位置，本发明实施例对此不进行限制。
其中，所述验证指令的获取方式可以为：用户移动机器臂，使得机械臂远端设置的手术器械的目标部位移动至目标位置，在手术器械的目标部位移动至目标位置后，通过手柄点击目标控件后，生成验证指令。
示例性的，用户移动机器臂，使得机械臂远端设置的手术器械的目标部位移动至目标位置，在手术器械的目标部位移动至目标位置后，通过手柄点击目标控件后，生成验证指令，当获取到验证指令后，获取手术器械的目标部位在第二机器人坐标系中的第三坐标和内窥镜在第一机器人坐标系中的第四坐标，根据所述第三坐标、第四坐标和所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态确定第五坐标，根据所述第五坐标在显示器上显示验证点，以使用户根据所述验证点对所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态进行验证。
示例性的，可增加以下验证方法来确定标定是否准确。让用户通过手柄控制手术器械的目标部位运动到屏幕上不同位置，例如可以是，器械轴的末端，按上述步骤经过标定后，获得多个相对姿态Tcbwb，根据Tcbwb计算得到手术器械的目标部位的位置，并将计算得到的位置称为估测位置，用户通过显示器看到的手术器械的目标部位的影像，并将影像所处的位置称为实际位置，用户判定实际位置与估测位置之间的精度时，可以采用多种方法，例如，在估测位置显示一个直径为可接受精度的半透球，用户判定实际位置是否在球内；或者，在估测位置显示一个点，由用户判断与实际位置之间的距离是否足够小；或者，显示一个比显示边界略小的方框，与显示边界的距离为可接受的标定精度(显示距离为2CM以内会比较合适些)，用户将手术器械的目标部位移动到方框的边缘或四角上，判断估算位置是否在显示边界之内。
可选的，根据所述第五坐标在显示器上显示验证点，以使用户根据所述验证点对所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态进行验证包括：
根据所述第五坐标确定目标区域的边界点坐标；
根据所述目标区域的边界点坐标在所述显示器上显示目标区域，根据所述第五坐标在所述显示器上显示验证点，以使用户根据所述验证点和所述目标区域对所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态进行验证。
其中，所述目标区域为可接受精度对应的区域，例如可以是，以第五坐标对应的点为中心点，目标区域为根据中心点确定的区域。
其中，根据所述目标区域的边界点坐标在所述显示器上显示目标区域的方式可以为：根据边界点坐标将目标区域的边界进行突出显示，例如可以是，将根据边界点坐标将目标区域的边界标红。
示例性的，根据所述目标区域的边界点坐标在所述显示器上显示目标区域，根据所述第五坐标在所述显示器上显示验证点，以使用户根据所述验证点和所述目标区域对所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态进行验证的方式可以为：若所述验证点在所述目标区域内，则所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态准确，若所述验证点在所述目标区域外，则所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态不准确，需要重新标定。
可选的，所述目标标识点有n个，n大于等于1；
根据所述第一坐标、所述第二坐标和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态，包括：
根据如下公式计算得到当
最小时，所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态：
其中，
为手术器械的目标部位在第二机器人坐标系中的第二坐标，
为内窥镜在第一机器人坐标系中的第一坐标，
为目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标，
为所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态。
可选的，所述第一机器人为床旁机器人，所述第二机器人为床旁机器人，所述目标部位为器械轴的末端。
例如可以是，所述目标部位为器械轴的末端，用户在医生操作台通过手柄控制手术器械的器械轴的末端运动到屏幕上目标标识点后，进行确认，同时通过机械臂中的关节角度传感器计算
和
根据已知的标识点位置获得
重复此过程n次，根据获取的
和
计算驱动器械的床旁机器人与驱动腹腔镜的床旁机器人相对姿态
可以通过求解以下优化问题得到：
其中，
为手术器械的目标部位在第二机器人坐标系中的第二坐标，
为内窥镜在第一机器人坐标系中的第一坐标，
为目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标，
为所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态。
标定后，系统可以利用相对姿态信息，计算器械是否在医生的视野之内，可以判定机械臂之间是否会发生碰撞等等。
需要说明的是，根据显示器能力的不同，目标标识点既可以在2D平面上，也可以在3D空间内；目标标识点可以是点，球，图形(如手术器械上某个部位的图形化表述)等等。若目标标识点是球形或者其他形状，则所述目标标识点的坐标为球心或者其他形状的中心点，本发明实施例对此不进行限制。
示例性的，床旁机器人上安装的器械的相对姿态共有六个自由度。相应的，姿态信息有六个参数，其中三个为相对角度，三个为相对位置。由于系统内部署的其他传感器不同，需要标定的参数数量也会有所区别。如果机器人内有传感器可测n个自由度得相对位置关系，则只需标定6-n个参数。例如可以是，若每个床旁机器人内都安装有三轴磁场计、三轴陀螺仪以及三轴加速度计，则相对角度可以通过这些传感器直接测量，仅需标定三个相对位置参数即可获得全部姿态信息。进一步，若假设所有床旁机器人都在同一个平面上，则仅需标定相对水平位移。
其中，目标标识点的数量根据目标标识点的特性(2D或3D)以及需要标定的参数数量，有不同的下限。适当的增加目标标识点可以提升标定精度，但会带来额外的用户负担。比如，2D的目标标识点需要至少3个目标标识点来标定，3D的目标标识点需要至少2个目标标识点，视觉方式的至少1个目标标识点。
用户确认目标标识点的方法可以有多种，如使用医生控制台上手动控制器手柄的按钮，悬停一段时间以及脚踏踏板等等。
手术机器人系统中需要标定所有驱动器械的床旁机器人和驱动腹腔镜的床旁机器人之间的姿态，因此标定的步骤可以互有穿插，比如先标定一对机器人，再标定另一对，或者几对机器人同时标定等等。
本实施例的技术方案，通过获取目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标；通过配置在第一机器人上的传感器采集第一关节角度信息，通过配置在第二机器人上的传感器采集第二关节角度信息，其中，所述第一机器人为操控内窥镜的机器人，所述第二机器人为操控手术器械的机器人；根据所述第一关节角度信息、所述第二关节角度信息和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态，以实现能够对机器人之间的相对姿态进行标定，在保证标定精度的同时，省去了昂贵的额外传感器，降低了系统的成本。
图2为本发明实施例提供的一种机器人标定装置的结构示意图。本实施例可适用于对机器人标定的情况，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，该装置可集成在任何提供机器人标定功能的设备中，如图2所示，所述机器人标定装置具体包括：获取模块210、采集模块220和确定模块230。
其中，获取模块，用于获取目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标；
采集模块，用于通过配置在第一机器人上的传感器采集第一关节角度信息，通过配置在第二机器人上的传感器采集第二关节角度信息，其中，所述第一机器人为操控内窥镜的机器人，所述第二机器人为操控手术器械的机器人；
确定模块，用于根据所述第一关节角度信息、所述第二关节角度信息和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态。
可选的，所述确定模块具体用于：
根据所述第一关节角度信息和所述第二关节角度信息确定手术器械的目标部位在第二机器人坐标系中的第二坐标和内窥镜在第一机器人坐标系中的第一坐标；
根据所述第一坐标、所述第二坐标和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态。
上述产品可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
本实施例的技术方案，通过获取目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标；通过配置在第一机器人上的传感器采集第一关节角度信息，通过配置在第二机器人上的传感器采集第二关节角度信息，其中，所述第一机器人为操控内窥镜的机器人，所述第二机器人为操控手术器械的机器人；根据所述第一关节角度信息、所述第二关节角度信息和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态，以实现能够对机器人之间的相对姿态进行标定，在保证标定精度的同时，省去了昂贵的额外传感器，降低了系统的成本。
图3为本发明实施例中的一种电子设备的结构示意图。图3示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性电子设备12的框图。图3显示的电子设备12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图3所示，电子设备12以通用计算设备的形式表现。电子设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。
总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(Industry StandardArchitecture，ISA)总线，微通道体系结构(Micro Channel Architecture，MCA)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(Video Electronics Standards Association，VESA)局域总线以及外围组件互连(Peripheral Component Interconnect，PCI)总线。
电子设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被电子设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)30和/或高速缓存存储器32。电子设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图3未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图3中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(只读光盘(Compact Disc-Read Only Memory，CD-ROM)、数字视盘(Digital Video Disc-Read Only Memory，DVD-ROM)或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。系统存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如系统存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
电子设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备12交互的设备通信，和/或与使得该电子设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。另外，本实施例中的电子设备12，显示器24不是作为独立个体存在，而是嵌入镜面中，在显示器24的显示面不予显示时，显示器24的显示面与镜面从视觉上融为一体。并且，电子设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(Local Area Network，LAN)，广域网Wide Area Network，WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与电子设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、磁盘阵列(Redundant Arrays of Independent Disks，RAID)系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的机器人标定方法：
获取目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标；
通过配置在第一机器人上的传感器采集第一关节角度信息，通过配置在第二机器人上的传感器采集第二关节角度信息，其中，所述第一机器人为操控内窥镜的机器人，所述第二机器人为操控手术器械的机器人；
根据所述第一关节角度信息、所述第二关节角度信息和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态。
图4为本发明实施例中的一种包含计算机程序的计算机可读存储介质的结构示意图。本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质61，其上存储有计算机程序610，该程序被一个或多个处理器执行时实现如本申请所有发明实施例提供的机器人标定方法：
获取目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标；
通过配置在第一机器人上的传感器采集第一关节角度信息，通过配置在第二机器人上的传感器采集第二关节角度信息，其中，所述第一机器人为操控内窥镜的机器人，所述第二机器人为操控手术器械的机器人；
根据所述第一关节角度信息、所述第二关节角度信息和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态。
可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
在一些实施方式中，客户端、服务器可以利用诸如HTTP(Hyper Text TransferProtocol，超文本传输协议)之类的任何当前已知或未来研发的网络协议进行通信，并且可以与任意形式或介质的数字数据通信(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)，广域网(“WAN”)，网际网(例如，互联网)以及端对端网络(例如，ad hoc端对端网络)，以及任何当前已知或未来研发的网络。
上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本公开实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。其中，单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。
本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)等等。
在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种机器人标定方法，其特征在于，包括：
获取目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标；
通过配置在第一机器人上的传感器采集第一关节角度信息，通过配置在第二机器人上的传感器采集第二关节角度信息，其中，所述第一机器人为操控内窥镜的机器人，所述第二机器人为操控手术器械的机器人；
根据所述第一关节角度信息、所述第二关节角度信息和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态；
其中，根据所述第一关节角度信息、所述第二关节角度信息和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态，包括：
根据所述第一关节角度信息和所述第二关节角度信息确定手术器械的目标部位在第二机器人坐标系中的第二坐标和内窥镜在第一机器人坐标系中的第一坐标，其中，所述目标部位为系统预先设定的手术器械上的部位；
根据所述第一坐标、所述第二坐标和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述第一坐标、所述第二坐标和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态之后，还包括：
当获取到验证指令后，获取手术器械的目标部位在第二机器人坐标系中的第三坐标和内窥镜在第一机器人坐标系中的第四坐标，其中，所述目标指令为将机械臂远端设置的手术器械的目标部位移动至目标位置后生成的指令，其中，所述目标位置为除目标标识点外的其他位置；
根据所述第三坐标、第四坐标和所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态确定第五坐标，根据所述第五坐标在显示器上显示验证点，以使用户根据所述验证点对所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态进行验证。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述第五坐标在显示器上显示验证点，以使用户根据所述验证点对所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态进行验证包括：
根据所述第五坐标确定目标区域的边界点坐标；
根据所述目标区域的边界点坐标在所述显示器上显示目标区域，根据所述第五坐标在所述显示器上显示验证点，以使用户根据所述验证点和所述目标区域对所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态进行验证。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标标识点有n个，n大于等于1；
根据所述第一坐标、所述第二坐标和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态，包括：
根据如下公式计算得到当
最小时，所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态：
其中，
为手术器械的目标部位在第二机器人坐标系中的第二坐标，
为内窥镜在第一机器人坐标系中的第一坐标，
为目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标，
为所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一机器人为床旁机器人，所述第二机器人为床旁机器人，所述传感器为关节角度传感器。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标包括：
当获取到目标指令后，获取目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标，其中，所述目标指令为当用户将目标部位移动至目标标识点时生成的指令；
或者；
基于视觉算法获取目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标。
7.一种机器人标定装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取目标标识点在内窥镜坐标系中的目标坐标；
采集模块，用于通过配置在第一机器人上的传感器采集第一关节角度信息，通过配置在第二机器人上的传感器采集第二关节角度信息，其中，所述第一机器人为操控内窥镜的机器人，所述第二机器人为操控手术器械的机器人；
确定模块，用于根据所述第一关节角度信息、所述第二关节角度信息和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态；
其中，所述确定模块具体用于：
根据所述第一关节角度信息和所述第二关节角度信息确定手术器械的目标部位在第二机器人坐标系中的第二坐标和内窥镜在第一机器人坐标系中的第一坐标；
根据所述第一坐标、所述第二坐标和所述目标坐标确定所述第一机器人和所述第二机器人的相对姿态。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述处理器实现如权利要求1-6中任一所述的方法。
9.一种包含计算机程序的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被一个或多个处理器执行时实现如权利要求1-6中任一所述的方法。
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