CN113768640A - 一种确定机械臂工作位姿的方法和装置 - Google Patents

一种确定机械臂工作位姿的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开了一种确定机械臂工作位姿的方法和装置，涉及种植牙机器人技术领域。所述方法通过获取机械臂末端相对于基座的初始位姿，再确定所述机械臂末端符合预设的种植体条件的若干个候选位姿。接着基于机械臂末端的目标点，计算各候选位姿下的目标点到初始位姿下的目标点之间的移动距离；将最短移动距离对应的所述候选位姿，确定为种植体备窝的目标位姿。由此，在种植手术过程中，充分参考机械臂末端的初始姿态，并可以快速的转换为目标位姿后运动到口腔内。由此可以避免在口腔内发生大角度的姿态变换，提高手术安全性。

Description

一种确定机械臂工作位姿的方法和装置
技术领域
本发明涉及种植牙机器人技术领域，特别是涉及一种确定机械臂工作位姿的方法和装置。
背景技术
在种植体的种植手术中，首先需要通过车针对种植体放置位置进行备窝，车针备窝时其轴线需要与规划种植体的轴线重合。其中，车针通过手机固定结构和手机固定在机械臂台车的机械臂末端，在种植手术中，需要通过机械臂台车控制机械臂末端运动，以使车针运动到种植体放置位置的轴线上。由于口腔的空间有限。如果机械臂末端以随意的位姿进行运动，其在运动的过程中可能会产生较大角度的位移，产生术中风险。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的确定机械臂工作位姿的方法和装置。
依据本发明的第一方面，提供了一种确定机械臂工作位姿的方法，所述方法包括：
获取机械臂末端相对于基座的初始位姿；
确定所述机械臂末端符合预设的种植体条件的若干个候选位姿；
基于所述机械臂末端的目标点，计算各所述候选位姿下的目标点到所述初始位姿下的目标点之间的移动距离；
将最短移动距离对应的所述候选位姿，确定为种植体备窝的目标位姿。
依据本发明的第二方面，提供了一种确定机械臂工作位姿的装置，所述装置包括：
初始位姿获取模块，用于获取机械臂末端相对于基座的初始位姿；
候选位姿确定模块，用于确定所述机械臂末端符合预设的种植体条件的若干个候选位姿；
距离计算模块，用于基于所述机械臂末端的目标点，计算各所述候选位姿下的目标点到所述初始位姿下的目标点之间的移动距离；
目标位姿确定模块，用于将最短移动距离对应的所述候选位姿，确定为种植体备窝的目标位姿。
依据本发明的第三方面，提供了一种机械臂台车，所述机械臂台车按照上述提及到的方法调整机械臂末端为目标位姿后，调节所述机器臂末端到达种植体放置位置进行备窝。
依据本发明的第四方面，提供了一种种植牙机器人系统，所述种植牙机器人系统包括上述提及到的机械臂台车。
本发明方案中，通过获取机械臂末端相对于基座的初始位姿，再确定所述机械臂末端符合预设的种植体条件的若干个候选位姿。接着基于机械臂末端的目标点，计算各候选位姿下的目标点到初始位姿下的目标点之间的移动距离；将最短移动距离对应的所述候选位姿，确定为种植体备窝的目标位姿。由此，在种植手术过程中，充分参考机械臂末端的初始姿态，并可以快速的转换为目标位姿后运动到口腔内。由此可以避免在口腔内发生大角度的姿态变换，提高手术安全性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。
在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种种植牙机器人系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种TCP处结构的放大图；
图3是本发明实施例提供的一种确定机械臂工作位姿的方法的步骤流程图；
图4是本发明实施例提供的另一种确定机械臂工作位姿的方法的步骤流程图；
图5是本发明实施例提供的一种确定机械臂工作位姿的方法示意图；
图6是本发明实施例提供的另一种确定机械臂工作位姿的方法示意图；
图7是本发明实施例提供的一种确定机械臂工作位姿的装置的框图。
附图标注说明：112、机械臂台车；1122、机械臂；113、导航台车；1131、红外定位模组；115、手机；1151、手机固定结构；116、车针；1171、口腔定位器；1172、手机定位器。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在进行种植牙手术之前，通常会依据患者口腔的CT（Computed Tomography，电子计算机断层扫描）图像提前规划好种植体的位置，并通过手术规划软件在CT图像的对应位置放置一颗虚拟种植体，此虚拟种植体被称为规划种植体，且患者口腔内对应的所述规划种植体所处的位置，确定为种植体放置位置。在进行种植牙手术时，所述种植牙机器人系统需要参考规划种植体，在患者口腔内对种植体放置位置进行备窝，以进行种植牙的种植。
参照图1和图2，示出了本申请实施例提供的一种种植牙机器人系统，所述系统可以包括机械臂台车112、主控台车（图中未显示）和导航台车113，所述机械臂台车112、主控台车以及导航台车113两两形成交互。
所述机械臂台车112包括机械臂1122，所述机械臂1122包括基座、安装于基座的机械臂关节以及用于携带末端执行工具的机械臂末端，机械臂末端也可以称为TCP（ToolCenter Position，工具中心点）或TCP末端，其指的是机械臂执行端关节的末端。具体地，所述机械臂末端上可安装手机115（也称为种植手机）作为末端执行工具，手机115上固定有用于种植体备窝的车针116。通过机械臂台车112内部机械臂运动程序控制机械臂末端的运动路径，以使车针116到达种植体放置位置进行备窝。在种植体备窝时，需要车针116轴线与规划种植体（规划种植体指医生在主控台车的手术规划软件中所规划的虚拟种植体，该虚拟种植体在患者口腔中的位置信息可通过主控台车发送至机械臂台车）的轴线重合，由此，需要建立必要的位姿转换关系，使得所述机械臂台车112能够依据位姿转换关系获取车针116与种植体放置位置之间的相对位置信息，从而能够控制机械臂的运动路径，最后使得车针116能够到达种植体放置位置进行备窝。由此，可以根据不同器件，建立不同的坐标系，从而确定出各位姿变换关系。
对于机械臂台车112而言，车针116的位置可以通过手机注册定位器确定，手机115的位置可以通过在TCP上固定的手机定位器1172确定。针对机械臂台车112建立的坐标系可以包括：基座坐标系、TCP坐标系、手机定位器坐标系以及车针坐标系。在口腔内放置一口腔定位器1171，从而通过口腔定位器1171可以确定种植体放置位置相对于口腔定位的位置，可以建立口腔定位器坐标系和种植体坐标系。所述导航台车113包括红外定位模组1131，通过红外定位模组1131，不仅可以确定其相对于手机定位器1172的位置，还可以确定其相对于口腔定位器1171的位置，因此，建立模组坐标系。
综上，在所述种植牙机器人系统中，基座坐标系到TCP坐标系的位姿变换关系，可直接从机械臂台车112的下位机上读取；手机定位器坐标系到TCP坐标系的位姿变换关系，为出厂标定参数，可直接获得；车针坐标系到手机定位器坐标系的位姿变换，可从下位机获得；模组坐标系到口腔定位器坐标系的位姿变换关系，和模组坐标系到手机定位器坐标系的位姿变换关系，均可以从导航台车113上直接读取；所述主控台车包括上位机，其可以得到口腔的CT图像并在上位机进行展示，口腔定位器坐标系到种植体坐标系的位姿变换关系，可以基于CT图像获取，将上述所得到所有位姿变换关系，确定为位姿变换信息。
以下列举各坐标系的建立的示例。
基座坐标系B的建立如下：以所述基座的底座中心为原点；其Z轴垂直于所述基座，且方向沿重力方向向上；X轴指向机械臂台车112的散热孔所在的散热平面，并垂直于所述散热平面；依据右手定则确定Y轴。
TCP坐标系Tcp的建立如下：以TCP的端面中心为原点，Z轴与末端关节轴线共轴，且方向由该末端关节末端的端面朝外；依据右手定则和末端关节末端的方向标识，确定X轴和Y轴。以图1为例，上述的末端关节为第六节关节。
参照图2所示，手机定位器坐标系R的建立如下：以球1的球心为坐标系原点，X轴由球1指向球2，Y轴在球1、球2以及球3的球心所在的平面上，Z轴方向垂直于此平面向下。
车针坐标系N的建立如下：以车针116的尖端中心为原点；Z轴与所述车针116的转动轴向平行，且方向为从所述车针116的尖端指向所述尾端；X轴位于与Z轴垂直的平面上，且方向为车针坐标系的原点指向TCP坐标系的原点的原点；依据右手定则确定出Y轴。
模组坐标系W的建立如下：红外定位模组1131包括两个并列安装的摄像头，以两个摄像头的中心连线的中点为原点；Z轴与摄像头外表面的法线平行，且方向为指向所述摄像头的内部；X轴与所述中心连线平行，且方向为指向位于左侧的所述摄像头；依据右手定则确定出Y轴。
参照图1所示，口腔定位器坐标系D的建立如下：原点在球1的球心，Z轴垂直于球1、球2以及球3的球心所在平面指向上，X轴为球心1指向球心2，Y轴的建立遵循右手定则。
种植体坐标系P的建立如下：Z轴与规划种植体的旋拧轴向共轴，且方向为从所述规划种植体的上端面指向下端面；以所述上端面到下端面之间的所述规划种植体的旋拧轴向的中心为原点；依据右手定则建立X轴和Y轴，其中，X轴和Y轴的方向可以随机确定。
上述各位姿变换关系均可以通过矩阵T来表示：T矩阵里的内容如下：
Figure 102719DEST_PATH_IMAGE001
其中，姿态用一个3X3的R旋转矩阵表示，平移用一个3X1的P平移矩阵表示。
Figure 974860DEST_PATH_IMAGE002
表示基座坐标系到TCP坐标系的位姿变换关系；
Figure 312431DEST_PATH_IMAGE003
表示手机定位器坐标系到TCP坐标系的位姿变换关系；
Figure 332340DEST_PATH_IMAGE004
表示车针坐标系到手机定位器坐标系的位姿变换；
Figure 538193DEST_PATH_IMAGE005
表示模组坐标系到口腔定位器坐标系的位姿变换关系；
Figure 389475DEST_PATH_IMAGE006
表示模组坐标系到手机定位器坐标系的位姿变换关系；
Figure 84898DEST_PATH_IMAGE007
表示口腔定位器坐标系到种植体坐标系的位姿变换关系。
所述机械臂台车112能够基于与主控台车、导航台车113的交互关系，获取到位姿变换信息，并基于位姿变换信息，执行下述方法步骤。
参照图3，示出了本发明实施例提供的一种确定机械臂工作位姿的方法的步骤流程图，所述方法可以包括：
步骤301、获取机械臂末端相对于基座的初始位姿。
步骤302、确定所述机械臂末端符合预设的种植体条件的若干个候选位姿。
本发明实施例中，可从机械臂台车112的下位机上读取TCP在所述基座坐标系中的位姿，将此位姿作为初始位姿。为了避免所述TCP在患者口腔内发生大角度的姿态变换，破坏口腔内壁黏膜，从而产生术中风险。由此，可以在驱动TCP运动之前，在口腔外侧直接对TCP进行姿态调整，使得TCP调整位姿之后带动车针116直线移动到达种植体放置位置。因此，可以对种植体条件进行预设，例如，种植体条件可以是车针坐标系和种植体坐标系的Z轴重合，或者是车针坐标系原点和Z轴、与种植体坐标系原点和Z轴同时重合，又或者是车针坐标系和种植体坐标系重合。因此，以所述种植体条件进行筛选，在种植体坐标系的X轴和Y轴处于某一方向时，依据所述位姿变换信息，确定出TCP在基座坐标系中的位姿，将此位姿确定为候选位姿。由此可以将所述规划种植体的旋拧轴向作为旋转轴进行旋转，得到不同方向的X轴和Y轴，从而确定出若干个候选位姿。
步骤303、基于所述机械臂末端的目标点，计算各所述候选位姿下的目标点到所述初始位姿下的目标点之间的移动距离。
步骤304、将最短移动距离对应的所述候选位姿，确定为种植体备窝的目标位姿。
本发明实施例中，所述目标点可以是TCP坐标系的原点，在得到一个候选位姿时，计算出位于初始位姿的TCP坐标系原点，到位于此候选位姿下的TCP坐标系原点之间的移动距离。以此类推，在获取到若干个移动距离后，确定出最短移动距离对应的候选位姿为目标位姿。由于TCP受机械臂台车112调节存在滞后性，在移动距离最短时，将TCP的初始位姿转换为符合种植体条件的候选位姿，在一定程度上提高TCP的调节速度。
在将所述机械臂末端由初始位姿变换为所述目标位姿后，通过所述机械臂1122可以直线移动所述机械臂末端，从而使得车针116到达种植体放置位置进行备窝。
综上，本发明实施例提供的一种确定机械臂工作位姿的方法，所述方法通过获取机械臂末端相对于基座的初始位姿，再确定所述机械臂末端符合预设的种植体条件的若干个候选位姿。接着基于机械臂末端的目标点，计算各候选位姿下的目标点到初始位姿下的目标点之间的移动距离；将最短移动距离对应的所述候选位姿，确定为种植体备窝的目标位姿。由此，在种植手术过程中，充分参考机械臂末端的初始姿态，并可以快速的转换为目标位姿后运动到口腔内。由此可以避免在口腔内发生大角度的姿态变换，提高手术安全性。
参照图4，示出了本发明实施例提供的另一种确定机械臂工作位姿的方法的步骤流程图，所述方法可以包括：
步骤401、获取机械臂末端相对于基座的初始位姿。
本发明实施例中，可从机械臂台车112的下位机上读取TCP在所述基座坐标系中的位姿，将此位姿作为初始位姿，所述初始位姿为
Figure 529786DEST_PATH_IMAGE008
。
确定所述机械臂末端符合预设的种植体条件的若干个候选位姿，可以包括：步骤402和步骤404。
为了避免所述TCP在患者口腔内发生大角度的姿态变换，破坏口腔内壁黏膜，从而产生术中风险。由此，可以在驱动TCP运动之前，在口腔外侧直接对TCP进行姿态调整，使得TCP调整位姿之后带动车针116直线移动到达种植体放置位置。因此，可以对种植体条件进行预设。例如，为了后续方便数据的计算，所述种植体条件可以为车针坐标系和种植体坐标系重合。
步骤402、将初始种植体坐标系在目标角度范围，以所述规划种植体的旋拧轴向为旋转轴，按预设的角度间隔进行旋转，得到旋转若干次后的各候选种植体坐标系。
本发明实施例中，所述初始种植体坐标系指的是所述机械臂末端处于初始位姿时对应的种植体坐标系。可以将初始种植体坐标系的Z轴，即规划种植体的旋拧轴向为旋转轴，以其X轴为起始，将逆时针作为正方向，通过预设目标角度范围和角度间隔，在此目标角度范围内，依据所述角度间隔进行遍历,确定出若干个候选种植体坐标系，并基于各候选种植体坐标系，确定各候选种植体坐标系对应的各候选位姿。
一种可选的发明实施例，由于初始种植体坐标系的X轴可以绕其旋转轴自由旋转360°，根据旋转的方向不同，其可以将0°～360°或-360°～0°，作为目标角度范围。
另一种可选的发明实施例，参照图5所示，当种植体坐标系的X轴和Y轴指向口腔内部时，手机115会与口腔内壁形成干涉，若在此时调整为符合所述种植体条件的姿态，会产生术中风险。由此，可以基于患者口腔的CT图像，去除能够造成手机115与口腔内壁形成干涉的角度。当规划种植体放置完成后，可以通过CT图像识别出界定口腔内外方向的口腔分割面，其中，所述初始种植体坐标系的Z轴在所述口腔分割面上，可以通过限定X轴在口腔外方向来去除干涉角度。一种示例中，将位于口腔外方向的X轴为起始，绕所述旋转轴顺时针旋转至X轴位于所述口腔分割面上时的角度，将此角度作为分割角度，基于旋转方向可知，所述分割角度为负值。可以将分割角度到分割角度加上180°的角度范围作为目标角度范围。
步骤403、确定所述初始种植体坐标系与各所述候选种植体坐标系之间的种植体位姿变换关系。
步骤404、依据位姿变换信息和所述种植体位姿变换关系，得到所述机械臂末端相对于所述基座的各候选位姿。
本发明实施例中，所述角度间隔可以选用1°。依据所述角度间隔，执行种植体坐标系一次旋转操作后，需要确定出TCP在基座坐标系中的候选位姿。
在第一次执行旋转操作后，TCP在基座坐标系中的候选位姿记为
Figure 149117DEST_PATH_IMAGE009
，其可以根据下述公式（1）计算得出：
Figure 58168DEST_PATH_IMAGE010
公式（1）
其中，
Figure 862176DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 918993DEST_PATH_IMAGE012
可以通过下述公式计算得到：
Figure 263387DEST_PATH_IMAGE013
公式（2）
Figure 964627DEST_PATH_IMAGE014
公式（3）
Figure 80481DEST_PATH_IMAGE015
公式（4）
Figure 296699DEST_PATH_IMAGE016
公式（5）
Figure 382467DEST_PATH_IMAGE017
公式（6）
由于种植体坐标系在旋转过程中是动态变化的，需要确定出所述初始种植体坐标系与此次旋转后的候选种植体坐标系之间的种植体位姿变换关系。需要通过下述公式（7）来确定出
Figure 530DEST_PATH_IMAGE018
。
其中
Figure 270974DEST_PATH_IMAGE019
公式（7）
其中，
Figure 177750DEST_PATH_IMAGE020
表示所述初始种植体坐标系的X轴到当前旋转后的候选种植体坐标系的X轴的旋转角度。其可以根据执行旋转操作的次数和旋转方向确定。
当第一次按照逆时针旋转1°时，所述
Figure 863947DEST_PATH_IMAGE020
为1，当第一次按照顺时针旋转1°时，所述
Figure 415145DEST_PATH_IMAGE020
为-1。对应的，当第二次按照逆时针旋转1°时，所述
Figure 794174DEST_PATH_IMAGE020
为2，当第二次按照顺时针旋转1°时，所述
Figure 188246DEST_PATH_IMAGE020
为-2。以此类推，基于上述计算步骤，可以确定出每次旋转后的TCP在所述基座坐标系中的候选位姿。
步骤405、基于所述机械臂末端的目标点，计算各所述候选位姿下的目标点到所述初始位姿下的目标点之间的移动距离。
步骤406、将最短移动距离对应的所述候选位姿，作为种植体备窝的目标位姿。
本发明实施例中，所述目标点可以是TCP坐标系的原点，在得到一个候选位姿时，计算出位于初始位姿的TCP坐标系原点，到位于此候选位姿下的TCP坐标系原点之间的移动距离。
根据前述得到的初始位姿
Figure 740450DEST_PATH_IMAGE008
，可确定其对应的P平移矩阵为
Figure 67526DEST_PATH_IMAGE021
，每次旋转后的候选位姿对应的P平移矩阵分别为
Figure 555139DEST_PATH_IMAGE022
到
Figure 311874DEST_PATH_IMAGE023
，其中n表示执行旋转操作的次数。
在执行第一次旋转操作后，计算初始姿态的TCP原点到旋转后的TCP原点之间的移动距离
Figure 605452DEST_PATH_IMAGE024
，其计算公式如下：
Figure 990297DEST_PATH_IMAGE025
公式（8）
以此类推，在执行第n次旋转操作后，计算初始姿态的TCP原点到旋转后的TCP原点之间的移动距离
Figure 445549DEST_PATH_IMAGE026
，其计算公式如下：
Figure 938847DEST_PATH_IMAGE027
公式（9）
在获取到上述n个移动距离后，比对此n个所述移动距离的长短，在所述移动距离最短时，确定其对应的候选位姿为目标位姿。将所述TCP由初始位置变换为目标位姿后，再直线移动所述TCP到口腔内方向，使得车针116到达种植体放置位置进行备窝。在提高所述机械臂台车112的调节速度的同时，还可以保证种植手术的安全性。
另一种示例中，种植体备窝的目标位姿也可以通过种植体放置位置相对于所述基座坐标系的位姿
Figure 973799DEST_PATH_IMAGE028
来表示，依据上述计算步骤确定出移动距离最短时，对应的
Figure 354096DEST_PATH_IMAGE020
角度。由此，
Figure 980250DEST_PATH_IMAGE028
的计算公式如下：
Figure 570631DEST_PATH_IMAGE029
公式（10）
综上，本发明实施例提供的一种确定机械臂工作位姿的方法，所述方法通过获取机械臂末端相对于基座的初始位姿，再确定所述机械臂末端符合预设的种植体条件的若干个候选位姿。接着基于机械臂末端的目标点，计算各候选位姿下的目标点到初始位姿下的目标点之间的移动距离；将最短移动距离对应的所述候选位姿，确定为种植体备窝的目标位姿。由此，在种植手术过程中，充分参考机械臂末端的初始姿态，并可以快速的转换为目标位姿后运动到口腔内。由此可以避免在口腔内发生大角度的姿态变换，提高手术安全性。
作为另一种可选的发明实施例，参照图6所示，可以采用以车针116位置为主，TCP位置为辅来确定对应的目标角度范围。首先建立所述初始种植体坐标系的原点到所述车针坐标系的原点的方向向量，并将所述向量在所述初始种植体坐标系的X轴与Y轴所构成的XOY平面上的投影作为参考X轴。所述种植体坐标系的XY平面上的投影，作为参考X轴。其中，所述初始种植体坐标系X轴到所述参考X轴所需要旋转的角度，将此角度确定为第一角度。也就是说，在将车针116调节到符合种植体条件的姿态时，所述车针116需要绕XY平面上旋转所述第一角度。由此，可以在所述第一角度的附近，顺时针和逆时针双向分别扩大一个第二角度的范围，进而确定目标位姿。其中，所述第二角度可以预先设置。例如，本领域技术人员可以通过收集种植牙机器人系统的位姿调节的若干样本数据，基于对所述样本数据的分析来确定第二角度，例如，第二角度
Figure 799487DEST_PATH_IMAGE030
可以为10°。
首先依据所述位姿变换信息，确定初始种植体坐标系到车针坐标系的位姿变换关系，计算第一角度
Figure 893345DEST_PATH_IMAGE031
，其计算公式如下：
Figure 955979DEST_PATH_IMAGE032
公式（11）
Figure 643443DEST_PATH_IMAGE033
公式（12）
Figure 82515DEST_PATH_IMAGE034
公式（13）
Figure 562038DEST_PATH_IMAGE035
公式（14）
由此，得到的初始种植体坐标系到车针坐标系的位姿变换关系
Figure 857890DEST_PATH_IMAGE036
的计算结果如下：
Figure 422863DEST_PATH_IMAGE037
公式（15）
其中，
Figure 400047DEST_PATH_IMAGE038
公式（16）
接着，执行上述步骤402-步骤406，确定出TCP的目标位姿。
在将所述机械臂末端由初始位姿变换为所述目标位姿后，通过所述机械臂1122可以直线移动所述机械臂末端，从而使得车针116到达种植体放置位置进行备窝。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本申请实施例所必须的。
参照图7，示出了本发明实施例提供的一种确定机械臂工作位姿的装置，所述装置可以包括：
初始位姿获取模块701，用于获取机械臂末端相对于基座的初始位姿。
候选位姿确定模块702，用于确定所述机械臂末端符合预设的种植体条件的若干个侯选位姿。
距离计算模块703，用于基于所述机械臂末端的目标点，计算各所述候选位姿下的目标点到所述初始位姿下的目标点之间的移动距离。
目标位姿确定模块704，用于将最短移动距离对应的所述候选位姿，确定为种植体备窝的目标位姿。
一种可选的发明实施例，所述机械臂末端为所述机械臂所夹持车针的尖端；所述种植体条件包括：
所述车针的车针坐标系与规划种植体的种植体坐标系重合，所述车针坐标系的Z轴与所述车针的转动轴向相重合，所述种植体坐标系的Z轴与所述规划种植体的旋拧轴向相重合。
一种可选的发明实施例，所述候选位姿确定模块用于：
将初始种植体坐标系在目标角度范围，以所述规划种植体的旋拧轴向为旋转轴，按预设的角度间隔进行旋转，得到旋转若干次后的各候选种植体坐标系，其中，所述初始种植体坐标系指的是所述机械臂末端处于初始位姿时对应的种植体坐标系；
确定所述机械臂末端在所述车针坐标系和每一所述候选种植体坐标系重合时相对于所述基座的各候选位姿。
一种可选的发明实施例，所述候选位姿确定模块还用于：
确定所述初始种植体坐标系与各所述候选种植体坐标系之间的种植体位姿变换关系。
依据位姿变换信息和所述种植体位姿变换关系，得到所述机械臂末端相对于所述基座的各候选位姿。
一种可选的发明实施例，所述目标角度范围设置为0°～360°或-360°～0°。
一种可选的发明实施例，所述目标角度范围设置为分割角度到分割角度加上180°之间，其中，所述分割角度为所述种植体坐标系的X轴旋转至口腔分割面上的角度，所述口腔分割面用于界定口腔内外方向。
一种可选的发明实施例，所述装置还包括角度确定模块，所述角度确定模块用于：
建立所述初始种植体坐标系的原点到所述车针坐标系的原点的方向向量，并将所述方向向量在所述初始种植体坐标系的X轴与Y轴所构成平面上的投影作为参考X轴。
将所述初始种植体坐标系的X轴到所述参考X轴所需旋转的角度，作为第一角度。
将所述第一角度减去预设的第二角度到所述第一角度加上所述第二角度之间的角度范围，作为目标角度范围。
一种可选的发明实施例，所述装置还可以包括：
位姿变换模块，用于将所述机械臂末端由所述初始位姿变换为所述目标位姿后，移动所述机械臂末端到达种植体放置位置进行备窝。
综上，本发明实施例提供的一种确定机械臂工作位姿的装置，所述装置通过获取机械臂末端相对于基座的初始位姿，再确定所述机械臂末端符合预设的种植体条件的若干个候选位姿。接着基于机械臂末端的目标点，计算各候选位姿下的目标点到初始位姿下的目标点之间的移动距离；将最短移动距离对应的所述候选位姿，确定为种植体备窝的目标位姿。由此，在种植手术过程中，充分参考机械臂末端的初始姿态，并可以快速的转换为目标位姿后运动到口腔内。由此可以避免在口腔内发生大角度的姿态变换，提高手术安全性。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域技术人员易于想到的是：上述各个实施例的任意组合应用都是可行的，故上述各个实施例之间的任意组合都是本发明的实施方案，但是由于篇幅限制，本说明书在此就不一一详述了。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器；
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序配置用于执行上述实施例所述的方法。
一种计算机可读存储介质，存储与电子设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以完成上述实施例所述的方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种确定机械臂工作位姿的方法和一种确定机械臂工作位姿的装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (20)

1.一种确定机械臂工作位姿的方法，其特征在于，所述方法应用于种植手术机器人，包括：
获取机械臂末端相对于基座的初始位姿；
确定所述机械臂末端符合预设的种植体条件的若干个候选位姿；
基于所述机械臂末端的目标点，计算各所述候选位姿下的目标点到所述初始位姿下的目标点之间的移动距离；
将最短移动距离对应的所述候选位姿，确定为种植体备窝的目标位姿。
2.根据权利要求1所述的确定机械臂工作位姿的方法，其特征在于，所述机械臂末端为所述机械臂所夹持车针的尖端；所述种植体条件包括：
所述车针的车针坐标系与规划种植体的种植体坐标系重合，所述车针坐标系的Z轴与所述车针的转动轴向相重合，所述种植体坐标系的Z轴与所述规划种植体的旋拧轴向相重合。
3.根据权利要求2所述的确定机械臂工作位姿的方法，其特征在于，所述确定所述机械臂末端符合预设的种植体条件的若干个候选位姿，包括：
将初始种植体坐标系在目标角度范围，以所述规划种植体的旋拧轴向为旋转轴，按预设的角度间隔进行旋转，得到旋转若干次后的各候选种植体坐标系，其中，所述初始种植体坐标系是所述机械臂末端处于所述初始位姿时对应的种植体坐标系；
确定所述机械臂末端在所述车针坐标系和每一所述候选种植体坐标系重合时相对于所述基座的各候选位姿。
4.根据权利要求3所述的确定机械臂工作位姿的方法，其特征在于，所述确定所述机械臂末端在所述车针坐标系和每一所述候选种植体坐标系重合时相对于所述基座的各候选位姿，包括：
确定所述初始种植体坐标系与各所述候选种植体坐标系之间的种植体位姿变换关系；
依据位姿变换信息和所述种植体位姿变换关系，得到所述机械臂末端相对于所述基座的各候选位姿。
5.根据权利要求3所述的确定机械臂工作位姿的方法，其特征在于，所述目标角度范围设置为0°～360°或-360°～0°。
6.根据权利要求3所述的确定机械臂工作位姿的方法，其特征在于，所述目标角度范围设置为分割角度到分割角度加上180°，其中，所述分割角度为所述初始种植体坐标系的X轴旋转至口腔分割面上的角度，所述口腔分割面用于界定口腔内外方向。
7.根据权利要求3所述的确定机械臂工作位姿的方法，其特征在于，所述方法还包括确定所述目标角度范围的步骤：
建立所述初始种植体坐标系的原点到所述车针坐标系的原点的方向向量，并将所述方向向量在所述初始种植体坐标系的X轴与Y轴所构成平面上的投影作为参考X轴；
将所述初始种植体坐标系的X轴到所述参考X轴所需旋转的角度，作为第一角度；
将所述第一角度减去预设的第二角度到所述第一角度加上所述第二角度之间的角度范围，作为目标角度范围。
8.根据权利要求1所述的确定机械臂工作位姿的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述机械臂末端由所述初始位姿变换为所述目标位姿后，移动所述机械臂末端到达种植体放置位置进行备窝。
9.一种确定机械臂工作位姿的装置，其特征在于，所述装置包括：
初始位姿获取模块，用于获取机械臂末端相对于基座的初始位姿；
候选位姿确定模块，用于确定所述机械臂末端符合预设的种植体条件的若干个侯选位姿；
距离计算模块，用于基于所述机械臂末端的目标点，计算各所述候选位姿下的目标点到所述初始位姿下的目标点之间的移动距离；
目标位姿确定模块，用于将最短移动距离对应的所述候选位姿，确定为种植体备窝的目标位姿。
10.根据权利要求9所述的确定机械臂工作位姿的装置，其特征在于，所述机械臂末端为所述机械臂所夹持车针的尖端；所述种植体条件包括：
所述车针的车针坐标系与规划种植体的种植体坐标系重合，所述车针坐标系的Z轴与所述车针的转动轴向相重合，所述种植体坐标系的Z轴与所述规划种植体的旋拧轴向相重合。
11.根据权利要求10所述的确定机械臂工作位姿的装置，其特征在于，所述候选位姿确定模块用于：
将初始种植体坐标系在目标角度范围，以所述规划种植体的旋拧轴向为旋转轴，按预设的角度间隔进行旋转，得到旋转若干次后的各候选种植体坐标系，其中，所述初始种植体坐标系指的是所述机械臂末端处于初始位姿时对应的种植体坐标系；
确定所述机械臂末端在所述车针坐标系和每一所述候选种植体坐标系重合时相对于所述基座的各候选位姿。
12.根据权利要求11所述的确定机械臂工作位姿的装置，其特征在于，所述候选位姿确定模块还用于：
确定所述初始种植体坐标系与各所述候选种植体坐标系之间的种植体位姿变换关系；
依据位姿变换信息和所述种植体位姿变换关系，得到所述机械臂末端相对于所述基座的各候选位姿。
13.根据权利要求11所述的确定机械臂工作位姿的装置，其特征在于，所述目标角度范围设置为0°～360°或-360°～0°。
14.根据权利要求11所述的确定机械臂工作位姿的装置，其特征在于，所述目标角度范围设置为分割角度到分割角度加上180°之间，其中，所述分割角度为所述种植体坐标系的X轴旋转至口腔分割面上的角度，所述口腔分割面用于界定口腔内外方向。
15.根据权利要求11所述的确定机械臂工作位姿的装置，其特征在于，所述装置还包括角度确定模块，所述角度确定模块用于：
建立所述初始种植体坐标系的原点到所述车针坐标系的原点的方向向量，并将所述方向向量在所述初始种植体坐标系的X轴与Y轴所构成平面上的投影作为参考X轴；
将所述初始种植体坐标系的X轴到所述参考X轴所需旋转的角度，作为第一角度；
将所述第一角度减去预设的第二角度到所述第一角度加上所述第二角度之间的角度范围，作为目标角度范围。
16.根据权利要求9所述的确定机械臂工作位姿的装置，其特征在于，所述装置还包括：
位姿变换模块，用于将所述机械臂末端由所述初始位姿变换为所述目标位姿后，移动所述机械臂末端到达种植体放置位置进行备窝。
17.一种机械臂台车，其特征在于，所述机械臂台车按照权利要求1-8任一所述的方法调整机械臂末端为目标位姿后，调节所述机器臂末端到达种植体放置位置进行备窝。
18.一种种植牙机器人系统，其特征在于，所述种植牙机器人系统包括权利要求17所述的机械臂台车。
19.一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器；
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序配置用于执行权利要求1-8中任一所述的方法。
20.一种计算机可读存储介质，存储与电子设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以完成权利要求1-8中任一所述的方法。
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