CN113876453B - 基于机械臂的备窝方法、装置、手术机器人 - Google Patents

基于机械臂的备窝方法、装置、手术机器人 Download PDF

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Abstract

本申请提供的基于机械臂的备窝方法、装置、手术机器人，属于生物医疗技术领域。本申请通过在车针与备窝位置之间的间距较远时选用线性正相关关系基于机械臂所受到外力来控制车针以初始运动速率向备窝位置移动，在间距较近时基于非线性正相关关系来基于机械臂所受到外力来控制车针以中间运动速率与备窝位置对正，在车针达到备窝位置时选用正相关关系基于机械臂所受外力来控制车针以备窝运动速率进行钻孔备窝，从而使得机械臂适应于车针与备窝位置之间的间距选用不同的相关关系来基于机械臂所受到外力调整车针的运动速率，使得车针可以准确地向预期的备窝位置进行钻孔，提高了种植手术的效率。

Description

基于机械臂的备窝方法、装置、手术机器人
技术领域
本申请属于生物医疗技术领域，特别涉及一种基于机械臂的备窝方法、装置、手术机器人。
背景技术
随着机器人的不断发展，可以协助实施手术的机器人已被众多医疗结构所采纳和青睐，而其中通过机械臂来协助医护人员完成口腔种植体手术已被广泛应用。
相关技术中通常是医护人员通过控制携带有车针的机械臂来为用户口腔中制备用于放置种植体的口腔备窝，而机械臂的运动速率普遍是与医护人员对其所施加外力呈线性关系，这就需要医护人员依据车针的所处位置来精准地把握对机械臂所施加外力的大小，而对于操作经验不足的新手来说很难拿捏到底对机械臂施加多少外力才能使得车针可以按照预想的速度和方向向备窝位置进行移动，即使是具有丰富经验的医护人员，也难免因为人为失误导致施加外力不准确，使得车针无法准确地达到备窝位置。
发明内容
本申请一些实施方式提供一种基于机械臂的备窝方法，应用于机械臂的控制器，所述机械臂中设置有可检测机械臂位置信息的光学跟踪设备，所述控制器与所述光学跟踪设备连接，所述方法包括：
响应于接收到对于种植体向备窝位置的备窝指令，基于光学跟踪设备发送的位置信息计算所述机械臂所携带车针与所述备窝位置之间的间距和对正角度偏移量，并接收压力传感器发送的所述机械臂受到外力的压力值；
在所述间距处于初始间距范围时，基于所述间距和所述压力值之间的线性正相关关系计算得到初始运动速率，以向所述机械臂发送携带有所述初始运动速率的第一控制指令，所述第一控制指令用于指示所述机械臂将所述车针按照所述初始运动速率在向所述备窝位置移动的同时进行姿态调整，所述机械臂可基于所述压力值携带所述车针在机械臂活动区域内自由运动；
在所述车针以所述初始运动速率移动至所述间距处于中间间距范围时，基于所述间距和所述压力值之间的非线性正相关关系计算得到中间运动速率，以向所述机械臂发送携带有所述中间运动速率的第二控制指令，所述第二控制指令用于指示控制所述机械臂将所述车针按照所述中间运动速率向所述备窝位置移动的同时基于所述对正角度偏移量将所述车针与所述备窝位置对正，所述非线性正相关关系是指所述车针在未与所述备窝位置对正时，所述中间运动速率中朝向所述备窝位置周围的机械臂钻孔区域的速率分量为0；
在所述车针以所述中间运动速率移动至所述间距处于作业间距范围时，基于所述间距与所述压力值在所述车针转动轴方向的垂直压力分量之间的正相关关系，计算备窝运动速率，以向所述机械臂发送携带有所述备窝运动速率的第三控制指令，所述第三控制指令用于指示所述机械臂将所述车针按照所述备窝运动速率沿所述备窝位置的规划轴进行钻孔备窝。
可选地，所述基于光学跟踪设备发送的位置信息计算所述机械臂所携带车针与所述备窝位置之间的间距和对正角度偏移量，包括：
接收所述光学跟踪设备发送的口腔标记设备在所述光学跟踪设备坐标系下的标记位置信息作为表征车针位置信息；以及
利用预先标定的坐标系转换关系以及预先获取的口腔标记设备与所述备窝位置之间的位置转换关系，计算出所述备窝位置在所述机械臂基座坐标系下的备窝位置信息；
基于所述备窝位置信息与所述车针在所述机械臂基座坐标系下的车针位置信息，计算出所述间距和对正角度偏移量。
可选地，所述基于所述间距和所述压力值之间的非线性正相关关系计算得到中间运动速率，包括：
在所述间距大于第二间距阈值时，将所述间距换算为第二线速率，或，在所述间距小于或等于第二间距阈值时，将第二预设线速率作为第二线速率，其中，所述第二间距阈值处于所述中间间距范围之内；
以及，在所述对正角度偏移量小于第二对正角度偏移量阈值时，将所述第二预设角度作为第二角速率，或，在所述对正角度偏移量大于或等于第二对正角度偏移量阈值时，将所述对正角度偏移量换算为第二角速率；
以及，基于预设的非线性正相关速率转换函数将所述压力值换算为第二附加速率，第二速率转换参数与所述间距相关；
基于所述第二线速率、所述第二角速率和所述第二附加速率计算得到中间运动速率。
可选地，所述压力值至少包括：第一方向压力值、第二方向压力值、垂直方向压力值、第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩，所述第二速率转换参数包括：压力转换参数、力矩转换参数；
所述基于预设的非线性正相关速率转换函数将所述压力值换算为第二附加速率，包括：
将第一预设比例的所述间距作为压力转换参数，并将第二预设比例的所述间距作为力矩转换参数；
在所述间距处于所述中间间距范围之中的情况下，基于所述压力转换参数将所述第一方向压力值、第二方向压力值、垂直方向压力值进行换算，并基于所述力矩转换参数对所述第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩进行换算，得到第二附加速率，或，在所述间距小于或等于所述中间间距范围的极小值且所述对正角度偏移量阈值大于或等于目标对正角度偏移量阈值的情况下，基于所述压力转换参数将所述第一方向压力值、第二方向压力值进行换算，并基于所述力矩转换参数对所述第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩进行换算，得到第二附加速率。
可选地，所述在所述间距处于所述中间间距范围之中的情况下，基于所述压力转换参数将所述第一方向压力值、第二方向压力值、垂直方向压力值进行换算，并基于所述力矩转换参数对所述第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩进行换算，得到第二附加速率，或，在所述间距小于或等于所述中间间距范围的极小值且所述对正角度偏移量阈值大于或等于目标对正角度偏移量阈值的情况下，基于所述压力转换参数将所述第一方向压力值、第二方向压力值进行换算，并基于所述力矩转换参数对所述第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩进行换算，得到第二附加速率，包括：
基于所述压力转换参数和所述力矩转换参数将所述第一方向压力值和第一方向力矩转换为第一方向速率分量；
以及，基于所述压力转换参数和所述力矩转换参数将所述第二方向压力值和第二方向力矩转换为第二方向速率分量；
以及，在所述间距处于所述中间间距范围之中的情况下，基于所述压力转换参数和所述力矩转换参数将所述垂直方向压力值和垂直方向力矩转换为垂直方向速率分量，或在所述间距小于或等于所述中间间距范围的极小值且所述对正角度偏移量阈值大于或等于目标对正角度偏移量阈值的情况下，将所述垂直方向速率分量设置为0；
将所述第一方向速率分量、第二方向速率分量、垂直方向速率分量进行结合，得到第二附加速率。
可选地，所述在所述间距处于所述中间间距范围之中的情况下，基于所述压力转换参数和所述力矩转换参数将所述垂直方向压力值和垂直方向力矩转换为垂直方向速率分量，或在所述间距小于或等于所述中间间距范围的极小值且所述对正角度偏移量阈值大于或等于目标对正角度偏移量阈值的情况下，将所述垂直方向速率分量设置为0，包括：
Figure 444242DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，所述
Figure 150029DEST_PATH_IMAGE002
为垂直方向速率的取值，
Figure 485196DEST_PATH_IMAGE003
为垂直方向力矩和垂直方向压力值的取值，
Figure 27167DEST_PATH_IMAGE004
为所述备窝位置与所述车针之间的对正角度偏移量的最大值，0.5为目标对正角度偏移量阈值。
可选地，所述在所述间距大于第二间距阈值时，将所述间距换算为第二线速率，或，在所述间距小于或等于第二间距阈值时，将第二预设线速率作为第二线速率，包括：
Figure 105981DEST_PATH_IMAGE005
；
其中，所述v2为第二线速率的取值，所述
Figure 603959DEST_PATH_IMAGE006
为间距的取值，30为第二预设线速率；
所述在所述对正角度偏移量小于第二对正角度偏移量阈值时，将所述第二预设角度作为第二角速率，或，在所述对正角度偏移量大于或等于第二对正角度偏移量阈值时，将所述对正角度偏移量换算为第二角速率，包括：
Figure 110026DEST_PATH_IMAGE007
；
其中，
Figure 388561DEST_PATH_IMAGE008
为第二角速率的取值，
Figure 271066DEST_PATH_IMAGE009
为对正角度偏移量的对最大值，5为对正角度偏移量阈值。
可选地，所述基于所述间距和所述压力值之间的线性正相关关系计算得到初始运动速率，包括：
在所述间距大于或等于第一间距阈值时，将第一预设线速率作为第一线速率，或，在所述间距小于第一间距阈值时，将所述间距换算为第一线速率，其中所述第一间距阈值处于所述初始间距范围之内；
以及，在所述对正角度偏移量大于或等于第一对正角度偏移量阈值时，将第一预设角速率作为第一角速率，或，在所述对正角度偏移量小于第一对正角度偏移量阈值时，将所述对正角度偏移量换算为第一角速率；
以及，基于预设的第一正相关速率转换函数将所述压力值换算为第一附加速率；
基于所述第一线速率、所述第一角速率和所述第一附加速率计算得到所述初始运动速率。
可选地，所述光学跟踪设备包括：红外摄像头，所述口腔标记设备包括：设置在口腔外部的第一红外反光部件、设置在机械臂末端的第二红外反光部件；
所述接收所述光学跟踪设备发送的口腔标记设备在所述光学跟踪设备坐标系下的标记位置信息，作为车针位置信息，包括：
通过光学跟踪设备获取口腔标记设备在所述光学跟踪设备坐标系下的标记位置信息以表征所述车针位置信息。
本申请一些实施例提供一种基于机械臂的备窝装置，应用于机械臂的控制器，所述机械臂中设置有可检测机械臂位置信息的光学跟踪设备，所述控制器与所述光学跟踪设备连接，所述装置包括：
采集模块，用于响应于接收到对于种植体向备窝位置的备窝指令，基于光学跟踪设备发送的位置信息计算所述机械臂所携带车针与所述备窝位置之间的间距和对正角度偏移量，并接收压力传感器发送的所述机械臂受到外力的压力值；
初始控制模块，用于在所述间距处于初始间距范围时，基于所述间距和所述压力值之间的线性正相关关系计算得到初始运动速率，以向所述机械臂发送携带有所述初始运动速率的第一控制指令，所述第一控制指令用于指示所述机械臂将所述车针按照所述初始运动速率在向所述备窝位置移动的同时进行姿态调整，所述机械臂可基于所述压力值携带所述车针在机械臂活动区域内自由运动；
中间控制模块，用于在所述车针以所述初始运动速率移动至所述间距处于中间间距范围时，基于所述间距和所述压力值之间的非线性正相关关系计算得到中间运动速率，以向所述机械臂发送携带有所述中间运动速率的第二控制指令，所述第二控制指令用于指示控制所述机械臂将所述车针按照所述中间运动速率向所述备窝位置移动的同时基于所述对正角度偏移量将所述车针与所述备窝位置对正，所述非线性正相关关系是指所述车针在未与所述备窝位置对正时，所述中间运动速率中朝向所述备窝位置周围的机械臂钻孔区域的速率分量为0；
备窝控制模块，用于在所述车针以所述中间运动速率移动至所述间距处于作业间距范围时，基于所述间距与所述压力值在所述车针转动轴方向的垂直压力分量之间的正相关关系，计算备窝运动速率，以向所述机械臂发送携带有所述备窝运动速率的第三控制指令，所述第三控制指令用于指示所述机械臂将所述车针按照所述备窝运动速率沿所述备窝位置的规划轴进行钻孔备窝。
可选地，所述中间控制模块，还用于：
接收所述光学跟踪设备发送的口腔标记设备在所述光学跟踪设备坐标系下的标记位置信息作为表征车针位置信息；以及
利用预先标定的坐标系转换关系以及预先获取的口腔标记设备与所述备窝位置之间的位置转换关系，计算出所述备窝位置在所述机械臂基座坐标系下的备窝位置信息；
基于所述备窝位置信息与所述车针在所述机械臂基座坐标系下的车针位置信息，计算出所述间距和对正角度偏移量。
可选地，所述中间控制模块，还用于：
在所述间距大于第二间距阈值时，将所述间距换算为第二线速率，或，在所述间距小于或等于第二间距阈值时，将第二预设线速率作为第二线速率，其中，所述第二间距阈值处于所述中间间距范围之内；
以及，在所述对正角度偏移量小于第二对正角度偏移量阈值时，将所述第二预设角度作为第二角速率，或，在所述对正角度偏移量大于或等于第二对正角度偏移量阈值时，将所述对正角度偏移量换算为第二角速率；
以及，基于预设的非线性正相关速率转换函数将所述压力值换算为第二附加速率，第二速率转换参数与所述间距相关；
基于所述第二线速率、所述第二角速率和所述第二附加速率计算得到中间运动速率。
可选地，所述压力值至少包括：第一方向压力值、第二方向压力值、垂直方向压力值、第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩，所述第二速率转换参数包括：压力转换参数、力矩转换参数；
所述中间控制模块，还用于：
将第一预设比例的所述间距作为压力转换参数，并将第二预设比例的所述间距作为力矩转换参数；
在所述间距处于所述中间间距范围之中的情况下，基于所述压力转换参数将所述第一方向压力值、第二方向压力值、垂直方向压力值进行换算，并基于所述力矩转换参数对所述第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩进行换算，得到第二附加速率，或，在所述间距小于或等于所述中间间距范围的极小值且所述对正角度偏移量阈值大于或等于目标对正角度偏移量阈值的情况下，基于所述压力转换参数将所述第一方向压力值、第二方向压力值进行换算，并基于所述力矩转换参数对所述第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩进行换算，得到第二附加速率。
可选地，所述中间控制模块，还用于：
基于所述压力转换参数和所述力矩转换参数将所述第一方向压力值和第一方向力矩转换为第一方向速率分量；
以及，基于所述压力转换参数和所述力矩转换参数将所述第二方向压力值和第二方向力矩转换为第二方向速率分量；
以及，在所述间距处于所述中间间距范围之中的情况下，基于所述压力转换参数和所述力矩转换参数将所述垂直方向压力值和垂直方向力矩转换为垂直方向速率分量，或在所述间距小于或等于所述中间间距范围的极小值且所述对正角度偏移量阈值大于或等于目标对正角度偏移量阈值的情况下，将所述垂直方向速率分量设置为0；
将所述第一方向速率分量、第二方向速率分量、垂直方向速率分量进行结合，得到第二附加速率。
可选地，所述中间控制模块，还用于：
Figure 623550DEST_PATH_IMAGE010
；
其中，所述
Figure 883542DEST_PATH_IMAGE011
为垂直方向速率的取值，
Figure 321477DEST_PATH_IMAGE012
为垂直方向压力值的取值，
Figure 742094DEST_PATH_IMAGE013
为所述备窝位置与所述车针之间的对正角度偏移量，0.5为目标对正角度偏移量阈值。
可选地，所述中间控制模块，还用于：
Figure 276980DEST_PATH_IMAGE014
；
其中，所述v2为第二线速率的取值，所述
Figure 124851DEST_PATH_IMAGE015
为间距的取值，30为第二预设线速率；
Figure 50081DEST_PATH_IMAGE016
；
其中，
Figure 87439DEST_PATH_IMAGE017
为第二角速率的取值，
Figure 414515DEST_PATH_IMAGE018
为对正角度偏移量的最大值，5为对正角度偏移量阈值。
可选地，所述初始控制模块，还用于：
在所述间距大于或等于第一间距阈值时，将第一预设线速率作为第一线速率，或，在所述间距小于第一间距阈值时，将所述间距换算为第一线速率，其中所述第一间距阈值处于所述初始间距范围之内；
以及，在所述对正角度偏移量大于或等于第一对正角度偏移量阈值时，将第一预设角速率作为第一角速率，或，在所述对正角度偏移量小于第一对正角度偏移量阈值时，将所述对正角度偏移量换算为第一角速率；
以及，基于预设的第一正相关速率转换函数将所述压力值换算为第一附加速率；
基于所述第一线速率、所述第一角速率和所述第一附加速率计算得到所述初始运动速率。
可选地，所述光学跟踪设备包括：红外摄像头，所述口腔标记设备包括：设置在口腔外部的第一红外反光部件、设置在机械臂末端的第二红外反光部件；
所述采集模块，还用于：
所述通过光学跟踪设备获取口腔标记设备在所述光学跟踪设备坐标系下的标记位置信息以表征所述车针位置信息。
本申请一些实施例提供一种手术机器人，包括：存储器、处理器、机械臂及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于机械臂的备窝方法
本申请一些实施例提供一种计算机程序，包括计算机可读代码，当所述计算机可读代码在计算处理设备上运行时，导致所述计算处理设备执行如上述的基于机械臂的备窝方法。
本申请一些实施例提供一种非瞬态计算机可读介质，其中存储了如上述的基于机械臂的备窝方法。
本申请提供的一种基于机械臂的备窝方法、装置、手术机器人，通过在车针与备窝位置之间的间距较远时选用线性正相关关系基于机械臂所受到外力来控制车针以初始运动速率向备窝位置移动，在间距较近时基于非线性正相关关系来基于机械臂所受到外力来控制车针以中间运动速率与备窝位置对正，在车针达到备窝位置时选用正相关关系基于机械臂所受外力来控制车针以备窝运动速率进行钻孔备窝，从而使得机械臂适应于车针与备窝位置之间的间距选用不同的相关关系来基于机械臂所受到外力调整车针的运动速率，使得车针可以准确地向预期的备窝位置进行钻孔，提高了种植手术的效率。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。
图1示意性地示出了本申请一些实施例提供的基于机械臂的备窝方法的流程示意图；
图2示意性地示出了本申请一些实施例提供的一种基于机械臂的备窝方法的原理示意图之一；
图3示意性地示出了本申请一些实施例提供的一种基于机械臂的备窝方法的原理示意图之二；
图4示意性地示出了本申请一些实施例提供的一种间距确定方法的流程示意图；
图5示意性地示出了本申请一些实施例提供的一种基于机械臂的备窝装置的结构示意图；
图6示意性地示出了用于执行根据本申请一些实施例的方法的计算处理设备的框图；
图7示意性地示出了用于保持或者携带实现根据本申请一些实施例的方法的程序代码的存储单元。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1示意性地示出了本申请提供的一种基于机械臂的备窝方法的流程示意图，应用于机械臂的控制器，所述机械臂中设置有可检测机械臂位置信息的光学跟踪设备，所述控制器与所述光学跟踪设备连接，所述方法包括：
步骤101，响应于接收到对于种植体向备窝位置的备窝指令，基于光学跟踪设备发送的位置信息计算所述机械臂所携带车针与所述备窝位置之间的间距和对正角度偏移量，并接收压力传感器发送的所述机械臂受到外力的压力值。
在本申请实施例中，机械臂的控制器可以是设置在机械臂内部的功能模块，或者是设置在机械臂连接的控制设备。光学跟踪设备是与机械臂的控制器通讯连接，可以通过红外探头对标记车针位置的红外标记点进行识别，并对标记种植体的备窝位置的红外标记点进行识别，并将所识别到的车针位置和备窝位置发送给机械臂的控制器。压力传感器用于依据机械臂外部所受压力的大小输出相应信号来表示外力的压力值大小的传感器，通常该外力是医护人员对机械臂的操作杆或外壳所施加的，以使得机械臂可以协同医护人员制备种植窝洞。间距是指车针与备窝位置之间的直线间距。对正角度偏移量是指车针的轴线方向与所述备窝位置所在平面的垂线方向之间的角度偏移量，可以理解，在车针与备窝位置完全对正时，该对正角度偏移量为0，但是考虑到实际操作存在一定误差，对正角度偏移量可以允许处于一定数值范围内，具体可以根据实际需求设置，此处不做限定。
步骤102，在所述间距处于初始间距范围时，基于所述间距和所述压力值之间的线性正相关关系计算得到初始运动速率，以向所述机械臂发送携带有所述初始运动速率的第一控制指令，所述第一控制指令用于指示所述机械臂将所述车针按照所述初始运动速率在向所述备窝位置移动的同时进行姿态调整，所述机械臂可基于所述压力值携带所述车针在机械臂活动区域内自由运动。
需要说明的是，初始间距范围是指机械臂在可动范围内不受限制地随意调整时车针位置和备窝位置之间的间距的取值范围。
在本申请实施例中，参照图2，在机械臂携带车针,达到备窝位置进行钻孔备窝之前，机械臂需要对车针进行姿态调整，以使得车针对准备窝位置。具体的，机械臂的控制器可以依据医护人员对机械臂所施加外力的压力值以正相关关系对初始运动速率进行调整，也就是压力值越大初始运动速率越大，反之压力值越小初始运动速率越小。并且考虑到备窝位置之间的间距越近，车针运动速率对于车针调整效率的影响越大，因此间距与初始运动速率也呈正相关关系，即间距越小初始运动速率越小，反之间距越大初始运动速率越大，以对车针达到备窝位置前的速率进行限制。而考虑到处于初始间距范围的车针距离患者的口腔较远时，车针对于患者造成的影响较小，因此在间距在初始间距范围的情况下，机械臂携带车针进行移动的初始运动速率的角速率分量在所述机械臂处于可动范围外时均不等于零，以使得车针在机械臂可动范围内可以随意进行姿态调整。
步骤103，在所述车针以所述初始运动速率移动至所述间距处于中间间距范围时，基于所述间距和所述压力值之间的非线性正相关关系计算得到中间运动速率，以向所述机械臂发送携带有所述中间运动速率的第二控制指令，所述第二控制指令用于指示控制所述机械臂将所述车针按照所述中间运动速率向所述备窝位置移动的同时基于所述对正角度偏移量将所述车针与所述备窝位置对正，所述非线性正相关关系是指所述车针在未与所述备窝位置对正时，所述中间运动速率中朝向所述备窝位置周围的机械臂钻孔区域的速率分量为0。
需要说明的是，中间间距范围是指机械臂可以进行姿态调整时车针和备窝位置之间的间距所处的间距范围。机械臂活动区域是指车针在备窝位置之外的允许运动的区域，由于备窝位置处于患者口腔内，因此该机械臂活动区域可以是处于备窝位置以外可以容纳机械臂携带车针进行移动的区域，例如参照图3，机械臂活动区域可以是备窝位置远离患者口腔所在平面之前的锥形区域，具体可以根据实际需求设置，此处不做限定。下面会给出一种具体的实现方式，请参见后续对步骤103阶段涉及锥形区域的描述，此处暂时不做详细说明。
在本申请实施例中，在本阶段运动过程中考虑到车针已与备窝位置之间的间距较近，因此可以通过对中间运动速率的角速率分量进行限制来对车针的姿态调整幅度进行限制，具体该中间运动速率的角速率分量需要小于初始运动速率的角速率分量最小值，从而使得机械臂可以协同医护人员对机械臂所施加外力更加高效地将车针姿态对准备窝位置。而中间运动速率与压力值和间距之前的关系与初始运动速率类似，区别在于中间运动速率的角速率分量由于受到限制，因此中间运动速率相较于初始运动速率更慢，并且中间运动速率的线速率分量也同样可以小于初始运动速率。
进一步的，为了保证车针在向备窝位置进行钻孔时车针与备窝位置可以对正，本申请实施例在车针与备窝位置之间的对正角度偏移量大于或等于对正角度偏移量阈值时，对中间运动速率进行限制使得车针处于机械臂活动区域，以避免车针在未与备窝位置对正之前进入机械臂钻孔区域。具体的，可以在车针与备窝位置之前的间距即将达到机械臂钻孔区域将中间运动速率朝向备窝位置方向的速率分量限制为0，而中间运动速率向除该速率分量所在方向之外方向的速率分量仍然按照中间运动速率的计算逻辑进行设置，允许车针与备窝位置之间的间距即将达到第二间距阈值时进行姿态调整以与备窝位置对正，但车针却不会向备窝位置继续移动。即车针尖端与备窝位置之间的间距不再缩短。相应的，对正角度偏移量在小于对正角度偏移量阈值时，中间运动速率将不会受到限制，允许车针向备窝位置进行移动，直至得车针与备窝位置之间的间距小于第二间距阈值进入下一运动阶段。
为了实现机械臂末端车针轴线的锁定，中间运动速率的大小与机械臂当前在锥形区域中的位置有关，而不是一直体现医生的操作意图，即当机械臂靠近备窝位置坐标系的原点时，中间运动速率在各个平移方向、旋转方向受到医护人员所施加外力的影响将逐渐减小直至为0,从而使机械臂表现出即使有外力干扰，也是需要更大的力才能使车针离开备窝位置坐标系的原点，进入下一钻孔备窝的运动阶段。
在本阶段运动过程结束后，可以认定车针已经即将或已经达到备窝位置的上方，且车针的姿态也已经对准备窝位置的规划轴。
步骤104，在所述车针以所述中间运动速率移动至所述间距处于作业间距范围时，基于所述间距与所述压力值在所述车针转动轴方向的垂直压力分量之间的正相关关系，计算备窝运动速率，以向所述机械臂发送携带有所述备窝运动速率的第三控制指令，所述第三控制指令用于指示所述机械臂将所述车针按照所述备窝运动速率沿所述备窝位置的规划轴进行钻孔备窝。
需要说明的是，备窝位置的规划轴是的钻孔备窝的车针移动路径，可以是预先设置的，也可以控制器根据备窝位置自动计算得到。
在本申请实施例中，参照图2，在机械臂携带车针经过上一运动阶段后，车针已经与备窝位置的规划轴对准且相对位置固定，此时无需在对车针的姿态进行调整，则车针的备窝运动速率在与间距依旧呈正相关关系的基础上，仅响应机械臂所受到外力在车针转动轴方向的压力值分量的影响，即备窝运动速率仅与垂直方向压力值和间距呈正相关关系，与压力值的水平方向的水平压力值无关。从而在本运动控制阶段，使得机械臂可以携带车针协同医护人员向备窝位置的规划轴进行钻孔备窝来制备窝洞。
本申请实施例通过在车针与备窝位置之间的间距较远时选用线性正相关关系基于机械臂所受到外力来控制车针以初始运动速率向备窝位置移动，在间距较近时基于非线性正相关关系来基于机械臂所受到外力来控制车针以中间运动速率与备窝位置对正，在车针达到备窝位置时选用正相关关系基于机械臂所受外力来控制车针以备窝运动速率进行钻孔备窝，从而使得机械臂适应于车针与备窝位置之间的间距选用不同的相关关系来基于机械臂所受到外力调整车针的运动速率，使得车针可以准确地向预期的备窝位置进行钻孔，提高了种植手术的效率。
可选地，参照图4，所述步骤101，可以包括：
步骤1011，接收所述光学跟踪设备发送的口腔标记设备在所述光学跟踪设备坐标系下的标记位置信息，作为车针位置信息。
需要说明的是，口腔标记设备是设置在患者口腔外侧的红外标记点，光学跟踪设备可以对该红外标记点进行识别以获取标记位置信息。
在本申请实施例中，机械臂的控制器依据配置文件即可获取到机械臂基座坐标系{base}到机械臂末端标记点坐标系{tool}的标定
Figure 698866DEST_PATH_IMAGE019
。在机械臂种植辅助阶段前，已对选定的车针进行标定，机械臂可以从控制器获取到机械臂末端标记点坐标系{tool}到车针坐标系{tip}的标定
Figure 111392DEST_PATH_IMAGE020
。规划完种植体位置后，控制器将会计算出口腔位置坐标系{oral}到种植体坐标系{implant}的标定
Figure 936129DEST_PATH_IMAGE021
。进入机械臂种植辅助阶段后机械臂的控制器连接光学跟踪设备以获取所有标记点之间的关系，即机械臂末端标记点坐标系{tool}到口腔位置坐标系{oral}的标定
Figure 117711DEST_PATH_IMAGE022
，该值会随患者口腔和机械臂的移动而变化。
前述的输入中的
Figure 572964DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure 784371DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 350482DEST_PATH_IMAGE025
为固定值，可存储在机械臂的控制器中，当机械臂的控制器接收到位置检测数据检测到的
Figure 386571DEST_PATH_IMAGE026
后，可通过如下公式（1）计算得到机械臂基座坐标系到车针坐标系的标定
Figure 75041DEST_PATH_IMAGE027
：
Figure 462160DEST_PATH_IMAGE028
（1）
然后对
Figure 566382DEST_PATH_IMAGE029
进行坐标变换即可得到车针欧拉角
Figure 722557DEST_PATH_IMAGE030
和车针笛卡尔坐标
Figure 332661DEST_PATH_IMAGE031
，该变换过程可参照相关技术中欧拉角与旋转矩阵之间的变换方式，此处不再赘述。
步骤1012，利用预先标定的坐标系转换关系以及预先获取的口腔标记设备与所述备窝位置之间的位置转换关系，计算出所述备窝位置在所述机械臂基座坐标系下的备窝位置信息。
在本申请实施例中，可通过如下公式（2）计算得到机械臂基座坐标系{base}到种植体坐标系{implant}的标定
Figure 941497DEST_PATH_IMAGE032
：
Figure 114989DEST_PATH_IMAGE033
（2）
通过如下公式（3）计算得到机械臂基座坐标系{base}到备窝位置坐标系{dst}的标定
Figure 187988DEST_PATH_IMAGE034
：
Figure 155944DEST_PATH_IMAGE035
（3）
然后对
Figure 252075DEST_PATH_IMAGE036
进行坐标变换即可得到备窝位置欧拉角
Figure 9685DEST_PATH_IMAGE037
和备窝位置笛卡尔坐标
Figure 140452DEST_PATH_IMAGE038
。
步骤1013，基于所述备窝位置信息与所述车针在所述机械臂基座坐标系下的车针位置信息，计算出所述间距以及对正角度偏移量。
在本申请实施例中，可通过如下公式（4）计算得到车针笛卡尔坐标
Figure 279309DEST_PATH_IMAGE039
到备窝位置笛卡尔坐标
Figure 862737DEST_PATH_IMAGE040
之间的空间笛卡尔间距
Figure 174770DEST_PATH_IMAGE041
：
Figure 160043DEST_PATH_IMAGE042
（4）
对正角度偏移量则为车针欧拉角
Figure 469802DEST_PATH_IMAGE043
与
Figure 353576DEST_PATH_IMAGE044
的差值
Figure 406982DEST_PATH_IMAGE045
。
可选地，在所述步骤102之前，所述方法还包括：
A1、在所述间距大于或等于第一间距阈值时，将第一预设线速率作为第一线速率，或，在所述间距小于第一间距阈值时，将所述间距换算为第一线速率，其中所述第一间距阈值处于所述初始间距范围之内。
在本申请实施例中，为避免车针与备窝位置之间的间距过远时机械臂的线速率过快，因此在间距大于或等于第一间距阈值时可将第一线速率限制为第一预设线速率，该第一预设线速率可以是小于或等于第一间距阈值换算得到的第一线速率。假设在第三间距阈值为100时，可通过如下公式（5）计算得到第一线速率
Figure 246762DEST_PATH_IMAGE046
：
Figure 789739DEST_PATH_IMAGE047
（5）
当然上述只是示例性说明，具体可以根据实际需求设置第一间距阈值和第一预设线速率，此处不做限定。
A2、在所述对正角度偏移量大于或等于第一对正角度偏移量阈值时，将第一预设角速率作为第一角速率，或，在所述对正角度偏移量小于第一对正角度偏移量阈值时，将所述对正角度偏移量换算为第一角速率。
在本申请实施例中，为避免车针与备窝位置之间的间距过远时机械臂的角速率过快，因此在对正角度偏移量大于或等于第一对正角度偏移量阈值时可将第一角速率限制为第一预设角速率，该第一预设角速率可以是小于或等于第一对正角度偏移量阈值换算得到的第一角速率。假设在第一对正角度偏移量阈值为10时，可通过如下公式（6）计算得到第一线速率
Figure 82180DEST_PATH_IMAGE048
：
Figure 939278DEST_PATH_IMAGE049
（6）
当然上述只是示例性说明，具体可以根据实际需求设置第一对正角度偏移量阈值和第一预设角速率，此处不做限定。
A3、基于预设的第一速率转换参数将所述压力值换算为第一附加速率。
在本申请实施例中，当机械臂的控制器检测到机械臂受到医护人员施加的外力操作的压力值
Figure 633564DEST_PATH_IMAGE050
时，可通过如下公式（7）转换得到第一附加速率
Figure 596710DEST_PATH_IMAGE051
：
Figure 642026DEST_PATH_IMAGE052
（7）
其中，K1和K2为第一速率转换参数，可以是20、25等，具体可以是控制器的默认设置，也可以是用户自行设置，此处不做限定。
A4、将所述第一线速率、所述第一角速率和所述第一附加速率进行结合，得到所述初始运动速率。
在本申请实施例中，通过如下公式（8）计算得到初始运动速率
Figure 37235DEST_PATH_IMAGE053
：
Figure 648345DEST_PATH_IMAGE054
（8）
可选地，在步骤103之前，所述方法还包括：
B1、在所述间距大于第二间距阈值时，将所述间距换算为第二线速率，或，在所述间距小于或等于第二间距阈值时，将第二预设线速率作为第二线速率，其中，所述第二间距阈值大于所述第二间距阈值且小于所述第一间距阈值。
在本申请实施例中，为避免车针与备窝位置之间的间距过近时机械臂的线速率过快，因此在间距小于或等于第二间距阈值时可将第二线速率限制为第二预设线速率，该第二预设线速率可以是大于第二间距阈值换算得到的第二线速率。假设在第二间距阈值为30时，可通过如下公式（9）计算得到第二线速率
Figure 736387DEST_PATH_IMAGE055
：
Figure 3420DEST_PATH_IMAGE056
（9）
当然上述只是示例性说明，具体可以根据实际需求设置第二间距阈值和第二预设线速率，此处不做限定。
B2、在所述对正角度偏移量小于第二对正角度偏移量阈值时，将所述第二预设角度作为第二角速率，或，在所述对正角度偏移量大于或等于第二对正角度偏移量阈值时，将所述对正角度偏移量换算为第二角速率。
在本申请实施例中，为避免车针与备窝位置之间的间距过近时机械臂的角速率过慢，因此在对正角度偏移量小于第一对正角度偏移量阈值时可将第一角速率限制为第二预设角速率，该第二预设角速率可以是大于或等于第二对正角度偏移量阈值换算得到的第二角速率。假设在第二对正角度偏移量阈值为5时，可通过如下公式（10）计算得到第一线速率
Figure 749791DEST_PATH_IMAGE057
：
Figure 418669DEST_PATH_IMAGE058
（10）
当然上述只是示例性说明，具体可以根据实际需求设置第二对正角度偏移量阈值和第二预设角速率，此处不做限定。
B3、基于第二速率转换参数将所述压力值换算为第二附加速率，第二速率转换参数与所述间距相关。
在本申请实施例中，当机械臂的控制器检测到机械臂受到医护人员施加的外力操作的压力值
Figure 677612DEST_PATH_IMAGE059
时，可通过如下公式（11）转换得到第二附加速率
Figure 166363DEST_PATH_IMAGE060
：
Figure 231271DEST_PATH_IMAGE061
（11）
其中，K3和K4为第二速率转换参数，可以是20、25等，具体可以是控制器的默认设置，也可以是用户自行设置，此处不做限定。
可选地，所述压力值至少包括：第一方向压力值、第二方向压力值、垂直方向压力值、第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩，所述第二速率转换参数包括：压力转换参数、力矩转换参数，所述步骤B3，可以包括：
B31、将第一预设比例的所述间距作为压力转换参数，并将第二预设比例的所述间距作为力矩转换参数。
在本申请实施例中，由于机械臂的末端在本运动阶段已处于锥形区域内，因此仅考虑锥形区域的压力转换参数K3和力矩转换参数K4，具体可通过如下公式（12）和（13）计算得到：
Figure 754656DEST_PATH_IMAGE062
（12）
Figure 918921DEST_PATH_IMAGE063
（13）
可见，在实际应用中，随着车针与备窝位置之间的间距逐渐减小，压力转换参数和力矩转换参数均会持续减小，直至为0，因此可以有效避免无关外力对于车针位置矫正的影响。
B32、在所述间距大于所述第二间距阈值的情况下，基于所述压力转换参数将所述第一方向压力值、第二方向压力值、垂直方向压力值进行换算，并基于所述力矩转换参数对所述第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩进行换算，得到第二附加速率，或，在所述间距小于或等于第二间距阈值且所述对正角度偏移量阈值大于或等于目标对正角度偏移量阈值的情况下，基于所述压力转换参数将所述第一方向压力值、第二方向压力值进行换算，并基于所述力矩转换参数对所述第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩进行换算，得到第二附加速率。
可选地，所述步骤B32可以包括：基于所述压力转换参数和所述力矩转换参数将所述第一方向压力值和第一方向力矩转换为第一方向速率分量；以及，基于所述压力转换参数和所述力矩转换参数将所述第二方向压力值和第二方向力矩转换为第二方向速率分量；以及，在所述间距处于所述中间间距范围之中的情况下，基于所述压力转换参数和所述力矩转换参数将所述垂直方向压力值和垂直方向力矩转换为垂直方向速率分量，或在所述间距小于或等于所述中间间距范围的极小值且所述对正角度偏移量阈值大于或等于目标对正角度偏移量阈值的情况下，将所述垂直方向速率分量设置为0；将所述第一方向速率分量、第二方向速率分量、垂直方向速率分量进行结合，得到第二附加速率。
在本申请实施例中，参照如下公式（14）计算得到第二附加速率在备窝位置坐标系{dst}中z轴方向的垂直速率：
Figure 466271DEST_PATH_IMAGE064
（14）
其中上式中，
Figure 6974DEST_PATH_IMAGE065
即为当前机械臂实际位姿与机械臂目标位姿之间的位姿偏差；当偏差足够小的时候，机械臂可以走出锥形区域，并进入到下一阶段的钻孔操作，否则机械臂会在锥尖部分不致使整位姿到
Figure 384866DEST_PATH_IMAGE066
，从而使得医护人员可以通过对机械臂进行外力操作来拉起车针来放弃种植，机械臂退出锥形区域，不至使机械臂无法移动的问题出现。
B4、将所述第二线速率、所述第二角速率和所述第二附加速率进行结合，得到中间运动速率，以基于所述中间运动速率控制所述机械臂将所述车针向所述备窝位置进行移动。
在本申请实施例中，通过如下公式（15）计算得到初始运动速率
Figure 47928DEST_PATH_IMAGE067
：
Figure 511271DEST_PATH_IMAGE068
可选地，在所述步骤104之前，所述方法还包括：
C1、在所述间距大于第三间距阈值时，将所述间距换算为第三线速率，或，在所述间距小于或等于第三间距阈值时，将第三预设线速率作为第三线速率，其中，所述第三间距阈值小于所述第二间距阈值。
在本申请实施例中，为避免车针与备窝位置之间的间距过近时机械臂的线速率过快，因此在间距小于或等于第三间距阈值时可将第三线速率限制为第三预设线速率，该第三预设线速率可以是大于第三间距阈值换算得到的第三线速率。假设在第三间距阈值为30时，可通过如下公式（16）计算得到第三线速率
Figure 855664DEST_PATH_IMAGE069
：
Figure 353642DEST_PATH_IMAGE070
（16）
当然上述只是示例性说明，具体可以根据实际需求设置第三间距阈值和第三预设线速率，此处不做限定。
C2、在所述对正角度偏移量小于第三对正角度偏移量阈值时，将所述第三预设角度作为第三角速率，或，在所述对正角度偏移量大于或等于第三对正角度偏移量时，将所述对正角度偏移量换算为第三角速率。
在本申请实施例中，机械臂的角速率仅响应来自传感器的对正角度偏移量。为避免车针与备窝位置之间的间距过近时机械臂的角速率过慢，因此在对正角度偏移量小于第一对正角度偏移量阈值时可将第一角速率限制为第二预设角速率，该第二预设角速率可以是大于或等于第二对正角度偏移量阈值换算得到的第二角速率。假设在第二对正角度偏移量阈值为5时，可通过如下公式（17）计算得到第一线速率
Figure 672759DEST_PATH_IMAGE071
：
Figure 888977DEST_PATH_IMAGE072
（17）
当然上述只是示例性说明，具体可以根据实际需求设置第三对正角度偏移量阈值和第三预设角速率，此处不做限定。
C3、基于预设的第三速率转换参数对所述压力值在所述车针垂直于所述备窝位置方向的分力换算为第三附加速率。
在本申请实施例中，此时车针坐标系{tip}的z轴必须与备窝位置坐标系{dst}的z轴完全对正，直到车针达到备窝位置坐标系{dst}后若备窝位置欧拉角
Figure 771482DEST_PATH_IMAGE073
和车针位置欧拉角
Figure 186283DEST_PATH_IMAGE074
满足如下公式（18）：
则确定车针坐标系{tip}和备窝位置坐标系{dst}完全对正，此时可通过如如下公式（19）计算得到第三附加速率
Figure 863252DEST_PATH_IMAGE075
：
Figure 301186DEST_PATH_IMAGE076
（19）
其中，K为第二速率转换参数，可以是20、25等，具体可以是控制器的默认设置，也可以是用户自行设置，此处不做限定。
若
Figure 298967DEST_PATH_IMAGE077
和车针位置欧拉角
Figure 505958DEST_PATH_IMAGE078
满足如上公式（18），则第三附加速率
Figure 619407DEST_PATH_IMAGE079
。
C4、将所述第三线速率、所述第三角速率和所述第三附加速率进行结合，得到备窝运动速率，以基于所述备窝运动速率控制所述机械臂将所述车针向所述备窝位置进行移动。
在本申请实施例中，通过如下公式（20）计算得到第三附加速率：
Figure 544638DEST_PATH_IMAGE080
（20）
如上述描述，本运动阶段下，仅响应沿种植体坐标系{implant}中z轴方向的外力，达到了利用机械臂的高精度进行钻孔的目的。
可选地，所述步骤103，可以包括：在所述间距小于或等于所述第一间距阈值且大于第二间距阈值，且所述间距在所述车针垂直于所述种植体方向的第一垂直间距小于第一垂直间距阈值，且所述间距在所述车针平行于所述种植体方向的第一平行间距小于第一平行间距阈值的情况下，控制所述机械臂将所述车针以初始运动速率向所述备窝位置移动。
在本申请实施例中，由于机械臂的位置、姿态的调整都需要时间，因此，需要设置步骤103的运动阶段进行保护，在该运动阶段中要使车针对正种植体的备窝位置，正常成人的口腔一般可以张到50-60mm，为安全起见，对正的锥形区域高设置为30mm锥角设置为45°。此处的锥形区域为本发明一种可能的实施例中的预审限制区域。此时可以通过如下公式（21）计算车针笛卡尔坐标
Figure 831263DEST_PATH_IMAGE081
到备窝笛卡尔坐标
Figure 158339DEST_PATH_IMAGE082
的z轴的第一垂直间距：
Figure 442690DEST_PATH_IMAGE083
（21）
以及通过如下公式（22）计算备窝笛卡尔坐标
Figure 402686DEST_PATH_IMAGE084
的z轴到备窝位置坐标系{dst}的原点之间的间距：
Figure 430685DEST_PATH_IMAGE085
（22）
假设第一垂直间距阈值为30，第一水平间距阈值为30时，若
Figure 612268DEST_PATH_IMAGE086
且
Figure 129837DEST_PATH_IMAGE087
，则进入步骤103的运动阶段，此阶段结束时
Figure 29660DEST_PATH_IMAGE088
且
Figure 595770DEST_PATH_IMAGE089
。
综上，假设第一间距阈值为45，第二间距阈值为0，第三间距阈值为300，第四间距阈值和第五间距阈值为0，第一垂直间距和第二垂直间距为30，第一水平间距和第二水平间距为30，则上述三个运动阶段的划分本区域方法可如下：
Figure 631859DEST_PATH_IMAGE090
可选地，所述步骤104，可以包括：在所述间距小于或等于所述第二间距阈值，且所述间距在所述车针垂直于所述备窝位置方向的第二垂直间距小于第二垂直间距阈值，且所述间距在所述车针平行于所述备窝位置方向的第二平行间距小于第二平行间距阈值的情况下，控制所述机械臂将所述车针以备窝运动速率沿备窝位置的规划轴向进行钻孔备窝，其中，所述第二垂直间距阈值小于所述第一垂直间距阈值，所述第二平行间距阈值小于所述第一平行间距阈值。
在本申请实施例中，第二垂直间距阈值和第二水平间距阈值与上述第一垂直间距阈值和第一垂直间距阈值的计算方式类似，此处不再赘述。
为保证患者的安全，此时需要医护人员的外部操作才能进入打孔控制模式，否则机械臂会一直处于上两个阶段。当机械臂控制器检测到医护人员向钻孔方向下压末端工具时，机械臂会产生向下的运动，当第二垂直间距小于第二垂直间距时时，控制机械臂携带车针沿备窝位置的规划轴向进行钻孔备窝。通常该第二平行间距阈值、第二垂直间距阈值可以是0，也可以是其他可以指示开始钻孔的数值，此处不做限定。
可选地，所述光学跟踪设备包括：红外摄像头，所述口腔标记设备包括：设置在口腔外部的第一红外反光部件、设置在机械臂末端的第二红外反光部件；
所述接收所述光学跟踪设备发送的口腔标记设备在所述光学跟踪设备坐标系下的标记位置信息，作为车针位置信息的步骤，可以包括：所述接收所述光学跟踪设备发送的口腔标记设备在所述光学跟踪设备坐标系下的标记位置信息，作为车针位置信息。
在本公开实施例中，由于存在定位种植体位置以及跟踪患者口腔移动的需求，因此在患者口腔处放置一个第一红外反光部件，用于实现患者定位，以及基于机械臂末端第二红外反光部件的位置信息，通过坐标系转换关系，最终实现对车针位置和种植体的备窝位置的定位。具体计算方式可以参照上述步骤1011至步骤1013的详细描述，此处不再赘述。
可选地，在所述步骤1012之后，所述方法还包括：根据预设的高度对所述备窝位置的高度值进行调整。
在本申请实施例中，机械臂自主偏差调整的目标不在种植体尖端，需要在
Figure 569597DEST_PATH_IMAGE091
的基础上，沿种植体坐标系{implant}坐标系的z轴向上偏移种植体的长度加上例如10mm、15mm等预设的高度值的间距，当然，根据患者、医护人员的不同情况，选定种植体也不一定相同，但可以从主控台车得知种植体的长度，从而保证所确定备窝位置的准确性。
图5示意性地示出了本申请提供的一种基于机械臂的备窝装置20的结构示意图，应用于机械臂的控制器，所述机械臂中设置有可检测机械臂位置信息的光学跟踪设备，所述控制器与所述光学跟踪设备连接，所述装置包括：
采集模块201，用于响应于接收到对于种植体向备窝位置的备窝指令，基于光学跟踪设备发送的位置信息计算所述机械臂所携带车针与所述备窝位置之间的间距和对正角度偏移量，并接收压力传感器发送的所述机械臂受到外力的压力值；
初始控制模块202，用于在所述间距处于初始间距范围时，基于所述间距和所述压力值之间的线性正相关关系计算得到初始运动速率，以向所述机械臂发送携带有所述初始运动速率的第一控制指令，所述第一控制指令用于指示所述机械臂将所述车针按照所述初始运动速率在向所述备窝位置移动的同时进行姿态调整，所述机械臂可基于所述压力值携带所述车针在机械臂活动区域内自由运动；
中间控制模块203，用于在所述车针以所述初始运动速率移动至所述间距处于中间间距范围时，基于所述间距和所述压力值之间的非线性正相关关系计算得到中间运动速率，以向所述机械臂发送携带有所述中间运动速率的第二控制指令，所述第二控制指令用于指示控制所述机械臂将所述车针按照所述中间运动速率向所述备窝位置移动的同时基于所述对正角度偏移量将所述车针与所述备窝位置对正，所述非线性正相关关系是指所述车针在未与所述备窝位置对正时，所述中间运动速率中朝向所述备窝位置周围的机械臂钻孔区域的速率分量为0；
备窝控制模块204，用于在所述车针以所述中间运动速率移动至所述间距处于作业间距范围时，基于所述间距与所述压力值在所述车针转动轴方向的垂直压力分量之间的正相关关系，计算备窝运动速率，以向所述机械臂发送携带有所述备窝运动速率的第三控制指令，所述第三控制指令用于指示所述机械臂将所述车针按照所述备窝运动速率沿所述备窝位置的规划轴进行钻孔备窝。
可选地，所述中间控制模块203，还用于：
接收所述光学跟踪设备发送的口腔标记设备在所述光学跟踪设备坐标系下的标记位置信息作为表征车针位置信息；以及
利用预先标定的坐标系转换关系以及预先获取的口腔标记设备与所述备窝位置之间的位置转换关系，计算出所述备窝位置在所述机械臂基座坐标系下的备窝位置信息；
基于所述备窝位置信息与所述车针在所述机械臂基座坐标系下的车针位置信息，计算出所述间距和对正角度偏移量。
可选地，所述中间控制模块203，还用于：
在所述间距大于第二间距阈值时，将所述间距换算为第二线速率，或，在所述间距小于或等于第二间距阈值时，将第二预设线速率作为第二线速率，其中，所述第二间距阈值处于所述中间间距范围之内；
以及，在所述对正角度偏移量小于第二对正角度偏移量阈值时，将所述第二预设角度作为第二角速率，或，在所述对正角度偏移量大于或等于第二对正角度偏移量阈值时，将所述对正角度偏移量换算为第二角速率；
以及，基于预设的非线性正相关速率转换函数将所述压力值换算为第二附加速率，第二速率转换参数与所述间距相关；
基于所述第二线速率、所述第二角速率和所述第二附加速率计算得到中间运动速率。
可选地，所述压力值至少包括：第一方向压力值、第二方向压力值、垂直方向压力值、第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩，所述第二速率转换参数包括：压力转换参数、力矩转换参数；
所述中间控制模块203，还用于：
将第一预设比例的所述间距作为压力转换参数，并将第二预设比例的所述间距作为力矩转换参数；
在所述间距处于所述中间间距范围之中的情况下，基于所述压力转换参数将所述第一方向压力值、第二方向压力值、垂直方向压力值进行换算，并基于所述力矩转换参数对所述第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩进行换算，得到第二附加速率，或，在所述间距小于或等于所述中间间距范围的极小值且所述对正角度偏移量阈值大于或等于目标对正角度偏移量阈值的情况下，基于所述压力转换参数将所述第一方向压力值、第二方向压力值进行换算，并基于所述力矩转换参数对所述第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩进行换算，得到第二附加速率。
可选地，所述中间控制模块203，还用于：
基于所述压力转换参数和所述力矩转换参数将所述第一方向压力值和第一方向力矩转换为第一方向速率分量；
以及，基于所述压力转换参数和所述力矩转换参数将所述第二方向压力值和第二方向力矩转换为第二方向速率分量；
以及，在所述间距处于所述中间间距范围之中的情况下，基于所述压力转换参数和所述力矩转换参数将所述垂直方向压力值和垂直方向力矩转换为垂直方向速率分量，或在所述间距小于或等于所述中间间距范围的极小值且所述对正角度偏移量阈值大于或等于目标对正角度偏移量阈值的情况下，将所述垂直方向速率分量设置为0；
将所述第一方向速率分量、第二方向速率分量、垂直方向速率分量进行结合，得到第二附加速率。
可选地，所述中间控制模块203，还用于：
Figure 691137DEST_PATH_IMAGE092
；
其中，所述
Figure 60939DEST_PATH_IMAGE093
为垂直方向速率的取值，
Figure 279430DEST_PATH_IMAGE094
为垂直方向压力值的取值，
Figure 76485DEST_PATH_IMAGE095
为所述备窝位置与所述车针之间的对正角度偏移量的最大值，0.5为目标对正角度偏移量阈值。
可选地，所述中间控制模块203，还用于：
Figure 685321DEST_PATH_IMAGE096
；
其中，所述v2为第二线速率的取值，所述
Figure 593234DEST_PATH_IMAGE097
为间距的取值，30为第二预设线速率；
Figure 416965DEST_PATH_IMAGE098
；
其中，
Figure 384921DEST_PATH_IMAGE099
为第二角速率的取值，
Figure 481053DEST_PATH_IMAGE100
为对正角度偏移量的最大值，5为对正角度偏移量阈值。
可选地，所述初始控制模块202，还用于：
在所述间距大于或等于第一间距阈值时，将第一预设线速率作为第一线速率，或，在所述间距小于第一间距阈值时，将所述间距换算为第一线速率，其中所述第一间距阈值处于所述初始间距范围之内；
以及，在所述对正角度偏移量大于或等于第一对正角度偏移量阈值时，将第一预设角速率作为第一角速率，或，在所述对正角度偏移量小于第一对正角度偏移量阈值时，将所述对正角度偏移量换算为第一角速率；
以及，基于预设的第一正相关速率转换函数将所述压力值换算为第一附加速率；
基于所述第一线速率、所述第一角速率和所述第一附加速率计算得到所述初始运动速率。
可选地，所述光学跟踪设备包括：红外摄像头，所述口腔标记设备包括：设置在口腔外部的第一红外反光部件、设置在机械臂末端的第二红外反光部件；
所述采集模块201，还用于：
所述通过光学跟踪设备获取口腔标记设备在所述光学跟踪设备坐标系下的标记位置信息以表征所述车针位置信息。
本申请实施例通过在车针与备窝位置之间的间距较远时选用线性正相关关系基于机械臂所受到外力来控制车针以初始运动速率向备窝位置移动，在间距较近时基于非线性正相关关系来基于机械臂所受到外力来控制车针以中间运动速率与备窝位置对正，在车针达到备窝位置时选用正相关关系基于机械臂所受外力来控制车针以备窝运动速率进行钻孔备窝，从而使得机械臂适应于车针与备窝位置之间的间距选用不同的相关关系来基于机械臂所受到外力调整车针的运动速率，使得车针可以准确地向预期的备窝位置进行钻孔，提高了种植手术的效率。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
本申请的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器（DSP）来实现根据本申请实施例的计算处理设备中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本申请还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序（例如，计算机程序和计算机程序产品）。这样的实现本申请的程序可以存储在非瞬态计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
例如，图6示出了可以实现根据本申请的方法的计算处理设备。该计算处理设备传统上包括处理器310和以存储器320形式的计算机程序产品或者非瞬态计算机可读介质。存储器320可以是诸如闪存、EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。存储器320具有用于执行上述方法中的任何方法步骤的程序代码331的存储空间330。例如，用于程序代码的存储空间330可以包括分别用于实现上面的方法中的各种步骤的各个程序代码331。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。这些计算机程序产品包括诸如硬盘，紧致盘（CD）、存储卡或者软盘之类的程序代码载体。这样的计算机程序产品通常为如参考图7所述的便携式或者固定存储单元。该存储单元可以具有与图6的计算处理设备中的存储器320类似布置的存储段、存储空间等。程序代码可以例如以适当形式进行压缩。通常，存储单元包括计算机可读代码331’，即可以由例如诸如310之类的处理器读取的代码，这些代码当由计算处理设备运行时，导致该计算处理设备执行上面所描述的方法中的各个步骤。
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本文中所称的“一个实施例”、“实施例”或者“一个或者多个实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或者特性包括在本申请的至少一个实施例中。此外，请注意，这里“在一个实施例中”的词语例子不一定全指同一个实施例。
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，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。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。
在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (20)

1.一种基于机械臂的备窝方法，其特征在于，应用于机械臂的控制器，所述机械臂中设置有可检测机械臂位置信息的光学跟踪设备，所述控制器与所述光学跟踪设备连接，所述方法包括：
响应于用于指示所述机械臂开始备窝作业的备窝指令，基于光学跟踪设备发送的位置信息计算所述机械臂所携带车针与备窝位置之间的间距和对正角度偏移量，并接收压力传感器发送的所述机械臂受到外力的压力值；
在所述间距处于初始间距范围时，基于所述间距和所述压力值之间的线性正相关关系计算得到初始运动速率，以向所述机械臂发送携带有所述初始运动速率的第一控制指令，所述第一控制指令用于指示所述机械臂将所述车针按照所述初始运动速率在向所述备窝位置移动的同时进行姿态调整，所述机械臂可基于所述压力值携带所述车针在机械臂活动区域内自由运动；
在所述车针以所述初始运动速率移动至所述间距处于中间间距范围时，基于所述间距和所述压力值之间的非线性正相关关系计算得到中间运动速率，以向所述机械臂发送携带有所述中间运动速率的第二控制指令，所述第二控制指令用于指示控制所述机械臂将所述车针按照所述中间运动速率向所述备窝位置移动的同时基于所述对正角度偏移量将所述车针与所述备窝位置对正，所述非线性正相关关系是指所述车针在未与所述备窝位置对正时，所述中间运动速率中朝向所述备窝位置周围的机械臂钻孔区域的速率分量为0；
在所述车针以所述中间运动速率移动至所述间距处于作业间距范围时，基于所述间距与所述压力值在所述车针转动轴方向的垂直压力分量之间的正相关关系，计算备窝运动速率，以向所述机械臂发送携带有所述备窝运动速率的第三控制指令，所述第三控制指令用于指示所述机械臂将所述车针按照所述备窝运动速率沿所述备窝位置的规划轴进行钻孔备窝。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述间距和所述压力值之间的非线性正相关关系计算得到中间运动速率，包括：
在所述间距大于第二间距阈值时，将所述间距换算为第二线速率，或，在所述间距小于或等于第二间距阈值时，将第二预设线速率作为第二线速率，其中，所述第二间距阈值处于所述中间间距范围之内；
以及，在所述对正角度偏移量小于第二对正角度偏移量阈值时，将所述第二预设角度作为第二角速率，或，在所述对正角度偏移量大于或等于第二对正角度偏移量阈值时，将所述对正角度偏移量换算为第二角速率；
以及，基于预设的非线性正相关速率转换函数将所述压力值换算为第二附加速率，第二速率转换参数与所述间距相关；
基于所述第二线速率、所述第二角速率和所述第二附加速率计算得到中间运动速率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述压力值至少包括：第一方向压力值、第二方向压力值、垂直方向压力值、第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩，所述第二速率转换参数包括：压力转换参数、力矩转换参数；
所述基于预设的非线性正相关速率转换函数将所述压力值换算为第二附加速率，包括：
将第一预设比例的所述间距作为压力转换参数，并将第二预设比例的所述间距作为力矩转换参数；
在所述间距处于所述中间间距范围之中的情况下，基于所述压力转换参数将所述第一方向压力值、第二方向压力值、垂直方向压力值进行换算，并基于所述力矩转换参数对所述第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩进行换算，得到第二附加速率，或，在所述间距小于或等于所述中间间距范围的极小值且所述对正角度偏移量阈值大于或等于目标对正角度偏移量阈值的情况下，基于所述压力转换参数将所述第一方向压力值、第二方向压力值进行换算，并基于所述力矩转换参数对所述第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩进行换算，得到第二附加速率。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在所述间距处于所述中间间距范围之中的情况下，基于所述压力转换参数将所述第一方向压力值、第二方向压力值、垂直方向压力值进行换算，并基于所述力矩转换参数对所述第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩进行换算，得到第二附加速率，或，在所述间距小于或等于所述中间间距范围的极小值且所述对正角度偏移量阈值大于或等于目标对正角度偏移量阈值的情况下，基于所述压力转换参数将所述第一方向压力值、第二方向压力值进行换算，并基于所述力矩转换参数对所述第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩进行换算，得到第二附加速率，包括：
基于所述压力转换参数和所述力矩转换参数将所述第一方向压力值和第一方向力矩转换为第一方向速率分量；
以及，基于所述压力转换参数和所述力矩转换参数将所述第二方向压力值和第二方向力矩转换为第二方向速率分量；
以及，在所述间距处于所述中间间距范围之中的情况下，基于所述压力转换参数和所述力矩转换参数将所述垂直方向压力值和垂直方向力矩转换为垂直方向速率分量，或在所述间距小于或等于所述中间间距范围的极小值且所述对正角度偏移量阈值大于或等于目标对正角度偏移量阈值的情况下，将所述垂直方向速率分量设置为0；
将所述第一方向速率分量、第二方向速率分量、垂直方向速率分量进行结合，得到第二附加速率。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述间距处于所述中间间距范围之中的情况下，基于所述压力转换参数和所述力矩转换参数将所述垂直方向压力值和垂直方向力矩转换为垂直方向速率分量，或在所述间距小于或等于所述中间间距范围的极小值且所述对正角度偏移量阈值大于或等于目标对正角度偏移量阈值的情况下，将所述垂直方向速率分量设置为0，包括：
Figure 559648DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，所述
Figure 665138DEST_PATH_IMAGE002
为垂直方向速率的取值，
Figure 522236DEST_PATH_IMAGE003
为垂直方向压力值的取值，
Figure 216522DEST_PATH_IMAGE004
为所述备窝位置与所述车针之间的对正角度偏移量的最大值，0.5为目标对正角度偏移量阈值。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在所述间距大于第二间距阈值时，将所述间距换算为第二线速率，或，在所述间距小于或等于第二间距阈值时，将第二预设线速率作为第二线速率，包括：
Figure 930400DEST_PATH_IMAGE005
；
其中，所述v2为第二线速率的取值，所述
Figure 975717DEST_PATH_IMAGE006
为间距的取值，30为第二预设线速率；
所述在所述对正角度偏移量小于第二对正角度偏移量阈值时，将所述第二预设角度作为第二角速率，或，在所述对正角度偏移量大于或等于第二对正角度偏移量阈值时，将所述对正角度偏移量换算为第二角速率，包括：
Figure 370926DEST_PATH_IMAGE007
；
其中，
Figure 716457DEST_PATH_IMAGE008
为第二角速率的取值，
Figure 804499DEST_PATH_IMAGE009
为对正角度偏移量的最大值，5为对正角度偏移量阈值。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述间距和所述压力值之间的线性正相关关系计算得到初始运动速率，包括：
在所述间距大于或等于第一间距阈值时，将第一预设线速率作为第一线速率，或，在所述间距小于第一间距阈值时，将所述间距换算为第一线速率，其中所述第一间距阈值处于所述初始间距范围之内；
以及，在所述对正角度偏移量大于或等于第一对正角度偏移量阈值时，将第一预设角速率作为第一角速率，或，在所述对正角度偏移量小于第一对正角度偏移量阈值时，将所述对正角度偏移量换算为第一角速率；
以及，基于预设的第一正相关速率转换函数将所述压力值换算为第一附加速率；
基于所述第一线速率、所述第一角速率和所述第一附加速率计算得到所述初始运动速率。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于光学跟踪设备发送的位置信息计算所述机械臂所携带车针与所述备窝位置之间的间距和对正角度偏移量，包括：
接收所述光学跟踪设备发送的口腔标记设备在所述光学跟踪设备坐标系下的标记位置信息，作为车针位置信息；以及
利用预先标定的坐标系转换关系以及预先获取的口腔标记设备与所述备窝位置之间的位置转换关系，计算出所述备窝位置在所述机械臂基座坐标系下的备窝位置信息；
基于所述备窝位置信息与所述车针在所述机械臂基座坐标系下的车针位置信息，计算出所述间距和对正角度偏移量。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述光学跟踪设备包括：红外摄像头，所述口腔标记设备包括：设置在口腔外部的第一红外反光部件、设置在机械臂末端的第二红外反光部件；
所述接收所述光学跟踪设备发送的口腔标记设备在所述光学跟踪设备坐标系下的标记位置信息，作为车针位置信息，包括：
通过光学跟踪设备获取口腔标记设备在所述光学跟踪设备坐标系下的标记位置信息以表征所述车针位置信息。
10.一种基于机械臂的备窝装置，其特征在于，应用于机械臂的控制器，所述机械臂中设置有可检测机械臂位置信息的光学跟踪设备，所述控制器与所述光学跟踪设备连接，所述装置包括：
采集模块，用于响应于接收到对于种植体向备窝位置的备窝指令，基于光学跟踪设备发送的位置信息计算所述机械臂所携带车针与所述备窝位置之间的间距和对正角度偏移量，并接收压力传感器发送的所述机械臂受到外力的压力值；
初始控制模块，用于在所述间距处于初始间距范围时，基于所述间距和所述压力值之间的线性正相关关系计算得到初始运动速率，以向所述机械臂发送携带有所述初始运动速率的第一控制指令，所述第一控制指令用于指示所述机械臂将所述车针按照所述初始运动速率在向所述备窝位置移动的同时进行姿态调整，所述机械臂可基于所述压力值携带所述车针在机械臂活动区域内自由运动；
中间控制模块，用于在所述车针以所述初始运动速率移动至所述间距处于中间间距范围时，基于所述间距和所述压力值之间的非线性正相关关系计算得到中间运动速率，以向所述机械臂发送携带有所述中间运动速率的第二控制指令，所述第二控制指令用于指示控制所述机械臂将所述车针按照所述中间运动速率向所述备窝位置移动的同时基于所述对正角度偏移量将所述车针与所述备窝位置对正，所述非线性正相关关系是指所述车针在未与所述备窝位置对正时，所述中间运动速率中朝向所述备窝位置周围的机械臂钻孔区域的速率分量为0；
备窝控制模块，用于在所述车针以所述中间运动速率移动至所述间距处于作业间距范围时，基于所述间距与所述压力值在所述车针转动轴方向的垂直压力分量之间的正相关关系，计算备窝运动速率，以向所述机械臂发送携带有所述备窝运动速率的第三控制指令，所述第三控制指令用于指示所述机械臂将所述车针按照所述备窝运动速率沿所述备窝位置的规划轴进行钻孔备窝。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述中间控制模块，还用于：
在所述间距大于第二间距阈值时，将所述间距换算为第二线速率，或，在所述间距小于或等于第二间距阈值时，将第二预设线速率作为第二线速率，其中，所述第二间距阈值处于所述中间间距范围之内；
以及，在所述对正角度偏移量小于第二对正角度偏移量阈值时，将所述第二预设角度作为第二角速率，或，在所述对正角度偏移量大于或等于第二对正角度偏移量阈值时，将所述对正角度偏移量换算为第二角速率；
以及，基于预设的非线性正相关速率转换函数将所述压力值换算为第二附加速率，第二速率转换参数与所述间距相关；
基于所述第二线速率、所述第二角速率和所述第二附加速率计算得到中间运动速率。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述压力值至少包括：第一方向压力值、第二方向压力值、垂直方向压力值、第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩，所述第二速率转换参数包括：压力转换参数、力矩转换参数；
所述中间控制模块，还用于：
将第一预设比例的所述间距作为压力转换参数，并将第二预设比例的所述间距作为力矩转换参数；
在所述间距处于所述中间间距范围之中的情况下，基于所述压力转换参数将所述第一方向压力值、第二方向压力值、垂直方向压力值进行换算，并基于所述力矩转换参数对所述第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩进行换算，得到第二附加速率，或，在所述间距小于或等于所述中间间距范围的极小值且所述对正角度偏移量阈值大于或等于目标对正角度偏移量阈值的情况下，基于所述压力转换参数将所述第一方向压力值、第二方向压力值进行换算，并基于所述力矩转换参数对所述第一方向力矩、第二方向力矩、垂直方向力矩进行换算，得到第二附加速率。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述中间控制模块，还用于：
基于所述压力转换参数和所述力矩转换参数将所述第一方向压力值和第一方向力矩转换为第一方向速率分量；
以及，基于所述压力转换参数和所述力矩转换参数将所述第二方向压力值和第二方向力矩转换为第二方向速率分量；
以及，在所述间距处于所述中间间距范围之中的情况下，基于所述压力转换参数和所述力矩转换参数将所述垂直方向压力值和垂直方向力矩转换为垂直方向速率分量，或在所述间距小于或等于所述中间间距范围的极小值且所述对正角度偏移量阈值大于或等于目标对正角度偏移量阈值的情况下，将所述垂直方向速率分量设置为0；
将所述第一方向速率分量、第二方向速率分量、垂直方向速率分量进行结合，得到第二附加速率。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述中间控制模块，还用于：
Figure 71532DEST_PATH_IMAGE010
；
其中，所述
Figure 847596DEST_PATH_IMAGE002
为垂直方向速率的取值，
Figure 250895DEST_PATH_IMAGE011
为垂直方向压力值的取值，
Figure 509838DEST_PATH_IMAGE012
为所述备窝位置与所述车针之间的对正角度偏移量的最大值，0.5为目标对正角度偏移量阈值。
15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述中间控制模块，还用于：
Figure 264168DEST_PATH_IMAGE013
；
其中，所述v2为第二线速率的取值，所述
Figure 814229DEST_PATH_IMAGE006
为间距的取值，30为第二预设线速率；
Figure 337614DEST_PATH_IMAGE014
；
其中，
Figure 767458DEST_PATH_IMAGE015
为第二角速率的取值，
Figure 805821DEST_PATH_IMAGE016
为对正角度偏移量的最大值，5为对正角度偏移量阈值。
16.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述初始控制模块，还用于：
在所述间距大于或等于第一间距阈值时，将第一预设线速率作为第一线速率，或，在所述间距小于第一间距阈值时，将所述间距换算为第一线速率，其中所述第一间距阈值处于所述初始间距范围之内；
以及，在所述对正角度偏移量大于或等于第一对正角度偏移量阈值时，将第一预设角速率作为第一角速率，或，在所述对正角度偏移量小于第一对正角度偏移量阈值时，将所述对正角度偏移量换算为第一角速率；
以及，基于预设的第一正相关速率转换函数将所述压力值换算为第一附加速率；
基于所述第一线速率、所述第一角速率和所述第一附加速率计算得到所述初始运动速率。
17.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述中间控制模块，还用于：
接收所述光学跟踪设备发送的口腔标记设备在所述光学跟踪设备坐标系下的标记位置信息作为表征车针位置信息；以及
利用预先标定的坐标系转换关系以及预先获取的口腔标记设备与所述备窝位置之间的位置转换关系，计算出所述备窝位置在所述机械臂基座坐标系下的备窝位置信息；
基于所述备窝位置信息与所述车针在所述机械臂基座坐标系下的车针位置信息，计算出所述间距和对正角度偏移量。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述光学跟踪设备包括：红外摄像头，所述口腔标记设备包括：设置在口腔外部的第一红外反光部件、设置在机械臂末端的第二红外反光部件；
所述采集模块，还用于：
所述接收所述光学跟踪设备发送的口腔标记设备在所述光学跟踪设备坐标系下的标记位置信息，作为车针位置信息。
19.一种手术机器人，其特征在于，包括存储器、处理器、机械臂及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至9中任一所述的基于机械臂的备窝方法。
20.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至9中任一所述的基于机械臂的备窝方法。
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