CN116673941B - 基于机械臂辅助的手术控制方法和装置 - Google Patents

基于机械臂辅助的手术控制方法和装置 Download PDF

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Abstract

本公开实施例涉及一种基于机械臂辅助的手术控制方法和装置，其中该方法包括：获取用户的待处理位姿，基于待处理位姿、机械臂变换矩阵和预设的多个中间转换矩阵进行计算，得到机械臂基座下的目标位姿，基于目标位姿控制机器人移动至操作位置，机器人响应于操作指令，获取当前累计位移量，基于当前累计位移量和预设的操作距离阈值，对机器人进行控制，得到操作结果。采用上述技术方案，可以完成机械臂的精准定位，以及保证机械臂打孔等操作时的方向精度，从而避免机械臂打孔等操作时对其他软组织的损伤。

Description

基于机械臂辅助的手术控制方法和装置
技术领域
本公开涉及智能控制技术领域，尤其涉及一种基于机械臂辅助的手术控制方法和装置。
背景技术
前交叉韧带重建手术(Anterior Cruciate Ligament Reconstruction，简称ACLR)、后交叉韧带重建手术(Posterior Cruciate Ligament Reconstruction,简称PCLR)是将自体或异体肌腱移植至韧带断裂处从而保证膝关节正常活动的关节镜下微创手术。通常，临床痛点比如在于股骨入口点和胫骨出口点定位困难、打孔时方向精度有偏差。
相关技术中，机器人的机械臂绝对定位精度低，导致机械臂打孔等操作时的位置方向精度也比较差。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种基于机械臂辅助的手术控制方法、装置、设备及介质。
本公开实施例提供了一种基于机械臂辅助的手术控制方法，所述方法包括：
获取用户的待处理位姿；
基于所述待处理位姿、机械臂变换矩阵和预设的多个中间转换矩阵进行计算，得到机械臂基座下的目标位姿；
基于所述目标位姿控制机器人移动至操作位置，所述机器人响应于操作指令，获取当前累计位移量；
基于所述当前累计位移量和预设的操作距离阈值，对所述机器人进行控制，得到操作结果。
本公开实施例还提供了一种基于机械臂辅助的手术控制装置，所述装置包括：
第一获取模块，用于获取用户的待处理位姿；
计算模块，用于基于所述待处理位姿、机械臂变换矩阵和预设的多个中间转换矩阵进行计算，得到机械臂基座下的目标位姿；
移动模块，用于基于所述目标位姿控制机器人移动至操作位置；
响应获取模块，用于所述机器人响应于操作指令，获取当前累计位移量；
控制模块，用于基于所述当前累计位移量和预设的操作距离阈值，对所述机器人进行控制，得到操作结果。
本公开实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现如本公开实施例提供的基于机械臂辅助的手术控制方法。
本公开实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行如本公开实施例提供的基于机械臂辅助的手术控制方法。
本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：本公开实施例提供的基于机械臂辅助的手术控制方案，获取用户的待处理位姿，基于待处理位姿、机械臂变换矩阵和预设的多个中间转换矩阵进行计算，得到机械臂基座下的目标位姿，基于目标位姿控制机器人移动至操作位置，机器人响应于操作指令，获取当前累计位移量，基于当前累计位移量和预设的操作距离阈值，对机器人进行控制，得到操作结果。采用上述技术方案，可以完成机械臂的精准定位，以及保证机械臂打孔等操作时的方向精度，从而避免机械臂打孔等操作时对其他软组织的损伤。
附图说明
结合附图并参考以下具体实施方式，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，原件和元素不一定按照比例绘制。
图1为本公开实施例提供的一种基于机械臂辅助的手术控制方法的流程示意图；
图2为本公开实施例提供的另一种基于机械臂辅助的手术控制方法的流程示意图；
图3为本公开实施例提供的一种基于机械臂辅助的手术控制系统的示意图；
图4为本公开实施例提供的一种基于机械臂辅助的手术控制装置的结构示意图；
图5为本公开实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。
应当理解，本公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本公开的范围在此方面不受限制。
本文使用的术语“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”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。
需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
具体地，机械臂辅助下的前交叉韧带重建手术控制系统具有精准定位、精准打孔的特点，通常系统精度误差需要在1.5mm以下。已有机器人主要通过红外光学定位NDI迭代方式解决机械臂绝对定位精度低的问题，其缺点在于存在迭代不收敛的情况。
通常，在临床手术中，对打孔通常要求人机协同控制、保证方向精度、打孔前后系统稳定。具体地，导纳控制(Admittance Control)和阻抗控制(Impedance Control)是机器人柔顺控制中常见的两种方法，二者的核心思想都是保证外力与位置误差之间的关系。导纳控制适用于对精度有要求的场合，不需要关节力传感器；阻抗控制更加适应外界环境刚度的变化，需要机器人本体模型参数和关节力传感器。正因为有人机交互，人力一般很小，为了消除传感器噪声对控制结果的影响，滤波器在这里十分重要，比如选择低通滤波器。
本公开实施例的基于机械臂辅助的手术控制方法，通过局部DH参数(Denavit–Hartenberg parameters，用(α,a,d,θ)四个参数描述相邻关节连杆之间位置角度关系的机械臂数学模型和坐标系)标定提高机械臂的术区绝对定位精度，通过滤波滤除传感器噪声对控制系统带来的影响，并且利用导纳控制进行打孔方向的限制，保证方向精度、根据视觉深度信息提示和力矩变化量来判断环境刚度的变化，从而改变控制器系数，以及通过位置控制限制打孔深度。
具体地，图1为本公开实施例提供的一种基于机械臂辅助的手术控制方法的流程示意图，该方法可以由基于机械臂辅助的手术控制装置执行，其中该装置可以采用软件和/或硬件实现，一般可集成在电子设备中。如图1所示，该方法包括：
步骤101、获取用户的待处理位姿。
步骤102、基于待处理位姿、机械臂变换矩阵和预设的多个中间转换矩阵进行计算，得到机械臂基座下的目标位姿。
其中，用户的待处理位姿指的是需要操作比如打孔的病灶点在用户参考架坐标系下的位置坐标；其中，位姿包括位置和姿态，一共六个量，用来描述机器人在空间的坐标。具体地，可以根据用户参考架坐标系下的坐标信息采集获取待处理位置(比如病灶点A)的具体坐标作为待处理位姿。
其中，机械臂变换矩阵可以通过局部标定得到的DH参数进行确定，从而提高绝对定位精度，在一个具体实施方式中，获取机器人的机械臂末端的真实末端位姿和关节角，基于预设的局部标定算法对真实末端位姿和关节角进行计算，得到局部真实DH参数，基于局部真实DH参数确定机械臂变换矩阵，即机械臂末端到机械臂基座的转换矩阵。
在本公开实施例中，为了获取机械臂基座下的目标位姿，即将用户参考架坐标系下的待处理位姿转换到机械臂基座下的目标位姿需要多个中间转换矩阵、机械臂变换矩阵进行计算。
在一个具体的实施方式中，多个中间转换矩阵分别为用户参考架与病灶点之间的转换矩阵，需要自行建立病灶点坐标系；用户参考架坐标系与红外光学定位NDI之间的转换矩阵；NDI与机械臂参考架之间的转换矩阵；机械臂参考架与机械臂工具末端的转换矩阵；机械臂工具末端与机械臂末端的转换矩阵，从而将机械臂变换矩阵和前述几个中间转换矩阵将待处理位姿转换，得到机械臂基座下的目标位姿。
步骤103、基于目标位姿控制机器人移动至操作位置，机器人响应于操作指令，获取当前累计位移量。
其中，在确定目标位姿后，即可以控制机器人移动至操作位置，即该操作位置可以对用户进行打孔等操作，比如可以沿骨道方向将机械臂拖拽至骨面并进行打孔等操作。
具体地，可以向机器人发送操作指令，从而机器人响应于操作指令，获取当前累计位移量，其中，当前累计位移量指的是所有操作时间内累计的位移距离，比如打孔深度距离。
在本公开实施例中，机器人响应于操作指令，获取当前累计位移量的方式有很多种，比如机器人响应于操作指令，基于预设的第一控制参数控制机器人进行操作，并获取第一当前外力和当前外力矩，在操作距离为第一目标距离且当前外力矩等于预设的外力矩阈值时，基于预设的第二控制参数控制机器人进行操作，并获取第二当前外力，基于第二当前外力、第二控制参数和第二操作时间进行计算，得到当前累计位移量。
在另一个实施方式中，机器人响应于操作指令，基于预设的目标控制参数控制机器人进行操作，获取当前外力，根据当前外力、目标控制参数和操作时间进行计算，得到当前累计位移量，这种方式可以针对在精度可控的情况下可以提高操作效率的场景中使用。
以上两种方式仅为基于目标位姿控制机器人移动至操作位置，机器人响应于操作指令，获取当前累计位移量的示例，本公开实施例不对基于目标位姿控制机器人移动至操作位置，机器人响应于操作指令，获取当前累计位移量的实现方式进行具体限制。
步骤104、基于当前累计位移量和预设的操作距离阈值，对机器人进行控制，得到操作结果。
其中，操作距离阈值为预先设置，通过为最大操作距离，比如打孔操作时的最大深度距离，可以根据应用场景选择设置。
在本公开实施例中，基于当前累计位移量和预设的操作距离阈值，对机器人进行控制，得到操作结果可以理解为在当前累计位移量大于等于操作距离阈值，机器人响应于操作停止指令，得到操作结果；在当前累计位移量小于操作距离阈值，可以继续控制机器人进行操作直到在当前累计位移量大于等于操作距离阈值，机器人响应于操作停止指令，得到操作结果。
本公开实施例提供的基于机械臂辅助的手术控制方案，获取用户的待处理位姿，基于待处理位姿、机械臂变换矩阵和预设的多个中间转换矩阵进行计算，得到机械臂基座下的目标位姿，基于目标位姿控制机器人移动至操作位置，机器人响应于操作指令，获取当前累计位移量，基于当前累计位移量和预设的操作距离阈值，对机器人进行控制，得到操作结果。采用上述技术方案，可以完成机械臂的精准定位，以及保证机械臂打孔等操作时的方向精度，从而避免机械臂打孔等操作时对其他软组织的损伤。
具体地，利用通过局部标定得到的DH参数和红外光学定位系统完成定位功能；基于力位混合控制原理的可变控制器系数的打孔功能；基于视觉信息的限深功能，保证系统误差在1.5mm以下；通过本公开实施例提供的基于机械臂辅助的手术控制方法，可以完成机械臂的精准定位，可以保证机械臂打孔等操作的方向精度，可以避免打孔等操作时对其他组织的损害。
图2为本公开实施例提供的另一种基于机械臂辅助的手术控制方法的流程示意图，本实施例在上述实施例的基础上，进一步优化了上述基于机械臂辅助的手术控制方法。如图2所示，该方法包括：
步骤201、获取机器人的机械臂末端的真实末端位姿和关节角，基于预设的局部标定算法对真实末端位姿和关节角进行计算，得到局部真实DH参数，基于局部真实DH参数确定机械臂变换矩阵。
步骤202、获取用户的待处理位姿，基于待处理位姿、机械臂变换矩阵和预设的多个中间转换矩阵进行计算，得到机械臂基座下的目标位姿。
示例性的，图3为本公开实施例提供的一种基于机械臂辅助的手术控制系统的示意图，包括：机器人100、显示设备200和红外光学定位系统NDI300，机器人100和显示设备200之间通过TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)通讯，显示设备200和NDI300之间通过TCP通讯，实现通过局部标定得到的DH参数和红外光学定位系统完成定位功能，并基于力位混合控制原理的可变控制器系数的打孔功能、以及基于视觉信息的限深功能。
具体地，利用通过局部标定得到的DH参数和红外光学定位系统完成定位功能包括利用高精度激光标定仪标出手术工作范围内的机械臂末端的真实末端位姿(比如笛卡尔坐标下的六个坐标值)并记录关节角(比如六个关节角)，输入至DH标定程序中计算局部范围内的新的DH参数，利用标定后的DH参数计算关节的正解(机械臂变换矩阵)，从而软件规划得到骨道方向和骨道入点位置(即，目标位姿)。
具体地，通过公式(1)基于待处理位姿、机械臂变换矩阵和预设的多个中间转换矩阵进行计算，得到机械臂基座下的目标位姿。
其中，Pfoucs为病灶点在用户参考架坐标系下的位置(待处理位姿)；为用户参考架与病灶点之间的4*4转换矩阵，需要自行建立病灶点坐标系(病灶点坐标系建立原则是，骨道方向为病灶点坐标系的z方向，自定义x轴方向为NDI法向量平行：y＝z×x)；/>为用户参考架坐标系与NDI之间的4*4转换矩阵；/>为NDI与机械臂参考架之间的机械臂工具末端4*4转换矩阵；/>为机械臂参考架与机械臂工具末端的4*4转换矩阵；/>为机械臂工具末端与机械臂末端的4*4转换矩阵；/>为机械臂末端到机械臂基座的4*4转换矩阵；/>为病灶点在机械臂基座下的表达。
步骤203、机器人响应于操作指令，基于预设的第一控制参数控制所述机器人进行操作，并获取第一当前外力和当前外力矩。
步骤204、机器人响应于操作指令后，基于机械臂末端力传感器获取目标次数的外力和外力矩，基于目标次数的外力和外力矩进行平均计算，得到初始外力和初始外力矩，基于初始外力更新第一当前外力，基于初始外力矩更新当前外力矩。
步骤205、在操作距离为第一目标距离且当前外力矩等于预设的外力矩阈值时，基于预设的第二控制参数控制机器人进行操作，并获取第二当前外力，对第一当前外力、当前外力矩和第二当前外力进行滤波处理。
步骤206、基于第二当前外力、第二控制参数和第二操作时间进行计算，得到当前累计位移量。
具体地，基于力位混合控制原理的可变控制器系数的打孔功能，可以理解的是，定位功能完成后，可沿骨道方向将机械臂拖拽至骨面并打孔等操作。
具体地，收集机械臂末端力传感器力和力矩数据N比如1000次，求z方向力的平均值F0和z方向力矩平均值T0；比如打孔开始后，在自由状态下，采集力和力矩数据，进行低通滤波以提高后续处理精度，设置控制器系数K1(第一控制参数)；计算获得外力Fext＝F-F0，外力矩Text＝T-T0；上位机(NDI)实时发送视觉深度信息，若深度信息提示到达骨表面且TCP(Tool Central Point，机械臂中心点)坐标系下Z方向力矩变化量达到阈值，设置控制器参数K2(第二控制参数)；计算TCP坐标系下单位时间位移量Δx(当前累计位移量)，转换到基坐标下，通过实时运动命令下发。
其中，通过公式K*Δx＝(Fext，Text)计算当前累计位移量，通常将Text设置为0，K为刚度特性，Fext为机械臂与外界环境的接触力，Δx为TCP下z方向平移量，Text为机械臂与外界环境的接触力矩在此处设置为0。
需要说明的是，还可以对Δx进行坐标系转换，其中，/>为TCP坐标下的位置变化量在基坐标下的表达、以及将转换后的坐标转换成关节角度控制，以提高控制效率和精度，即/>其中，J代表关节角度，fik()代表机械臂逆解。
步骤207、在当前累计位移量大于等于操作距离阈值，机器人响应于操作停止指令，得到操作结果。
步骤208、在停止操作后，获取机器人的机械臂工具末端的位置坐标点，将机械臂工具末端的位置坐标点发送至显示设备。
其中，操作距离阈值根据应用场景选择设置，比如软件规划骨道长度为s，机械臂到达s后，转换为纯位置控制，即将机械臂工具末端的位置坐标点(x,y,z,rx,ry,rz)发送至显示设备。
本公开实施例提供的基于机械臂辅助的手术控制方案，获取机器人的机械臂末端的真实末端位姿和关节角，基于预设的局部标定算法对真实末端位姿和关节角进行计算，得到局部真实DH参数，基于局部真实DH参数确定机械臂变换矩阵，获取用户的待处理位姿，基于待处理位姿、机械臂变换矩阵和预设的多个中间转换矩阵进行计算，得到机械臂基座下的目标位姿，机器人响应于操作指令，基于预设的第一控制参数控制机器人进行操作，并获取第一当前外力和当前外力矩，机器人响应于操作指令后，基于机械臂末端力传感器获取目标次数的外力和外力矩，基于目标次数的外力和外力矩进行平均计算，得到初始外力和初始外力矩，基于初始外力更新第一当前外力，基于初始外力矩更新当前外力矩，在操作距离为第一目标距离且当前外力矩等于预设的外力矩阈值时，基于预设的第二控制参数控制机器人进行操作，并获取第二当前外力，对第一当前外力、当前外力矩和第二当前外力进行滤波处理，基于第二当前外力、第二控制参数和第二操作时间进行计算，得到当前累计位移量，在当前累计位移量大于等于操作距离阈值，机器人响应于操作停止指令，得到操作结果，在停止操作后，获取机器人的机械臂工具末端的位置坐标点，将机械臂工具末端的位置坐标点发送至显示设备。采用上述技术方案，通过视觉信息和TCP坐标系下z方向扭矩的变化，判断环境刚度变化，并通过局部标定提高机械臂精度，完成精准定位。
图4为本公开实施例提供的一种基于机械臂辅助的手术控制装置的结构示意图，该装置可由软件和/或硬件实现，一般可集成在电子设备中。如图4所示，该装置包括：
第一获取模块301，用于获取用户的待处理位姿；
计算模块302，用于基于所述待处理位姿、机械臂变换矩阵和预设的多个中间转换矩阵进行计算，得到机械臂基座下的目标位姿；
移动模块303，用于基于所述目标位姿控制机器人移动至操作位置；
响应获取模块304，用于所述机器人响应于操作指令，获取当前累计位移量；
控制模块305，用于基于所述当前累计位移量和预设的操作距离阈值，对所述机器人进行控制，得到操作结果。
可选的，所述的基于机械臂辅助的手术控制装置，还包括：
第二获取模块，用于获取所述机器人的机械臂末端的真实末端位姿和关节角；
处理模块，用于基于预设的局部标定算法对所述真实末端位姿和所述关节角进行计算，得到局部真实DH参数；
转换模块，用于基于所述局部真实DH参数确定所述机械臂变换矩阵。
可选的，所述响应获取模块，包括：
响应单元，用于所述机器人响应于操作指令，基于预设的第一控制参数控制所述机器人进行操作，并获取第一当前外力和当前外力矩；
操作单元，用于在操作距离为第一目标距离且所述当前外力矩等于预设的外力矩阈值时，基于预设的第二控制参数控制所述机器人进行操作，并获取第二当前外力；
第一计算单元，用于基于所述第二当前外力、所述第二控制参数和第二操作时间进行计算，得到所述当前累计位移量。
可选的，所述响应获取模块，还包括：
获取单元，用于所述机器人响应于操作指令后，基于机械臂末端力传感器获取目标次数的外力和外力矩；
第二计算单元，用于基于所述目标次数的外力和外力矩进行平均计算，得到初始外力和初始外力矩；
第一更新单元，用于基于所述初始外力更新所述第一当前外力和所述第二当前外力；
第二更新单元，用于基于所述初始外力矩更新所述当前外力矩。
可选的，所述响应获取模块，还包括：
滤波单元，用于对所述第一当前外力、所述当前外力矩和所述第二当前外力进行滤波处理。
可选的，所述控制模块，具体用于：
在所述当前累计位移量大于等于所述操作距离阈值，所述机器人响应于操作停止指令，得到所述操作结果。
可选的，所述的基于机械臂辅助的手术控制装置，还包括：
获取发送模块，用于在停止操作后，获取所述机器人的机械臂工具末端的位置坐标点发送至显示设备。
本公开实施例所提供的基于机械臂辅助的手术控制装置可执行本公开任意实施例所提供的基于机械臂辅助的手术控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
本公开实施例还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现本公开任意实施例所提供的基于机械臂辅助的手术控制方法。
图5为本公开实施例提供的一种电子设备的结构示意图。下面具体参考图5，其示出了适于用来实现本公开实施例中的电子设备400的结构示意图。本公开实施例中的电子设备400可以包括但不限于诸如移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、PDA(个人数字助理)、PAD(平板电脑)、PMP(便携式多媒体播放器)、车载终端(例如车载导航终端)等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。图5示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图5所示，电子设备400可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)401，其可以根据存储在只读存储器(ROM)402中的程序或者从存储装置408加载到随机访问存储器(RAM)403中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 403中，还存储有电子设备400操作所需的各种程序和数据。处理装置401、ROM 402以及RAM 403通过总线404彼此相连。输入/输出(I/O)接口405也连接至总线404。
通常，以下装置可以连接至I/O接口405：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置406；包括例如液晶显示器(LCD)、扬声器、振动器等的输出装置407；包括例如磁带、硬盘等的存储装置408；以及通信装置409。通信装置409可以允许电子设备400与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图5示出了具有各种装置的电子设备400，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在非暂态计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置409从网络上被下载和安装，或者从存储装置408被安装，或者从ROM 402被安装。在该计算机程序被处理装置401执行时，执行本公开实施例的基于机械臂辅助的手术控制方法中限定的上述功能。
需要说明的是，本公开上述的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可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(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。在本公开中，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。而在本公开中，计算机可读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，该计算机可读信号介质可以发送、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：电线、光缆、RF(射频)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。
上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：获取用户的待处理位姿，基于待处理位姿、机械臂变换矩阵和预设的多个中间转换矩阵进行计算，得到机械臂基座下的目标位姿，基于目标位姿控制机器人移动至操作位置，机器人响应于操作指令，获取当前累计位移量，基于当前累计位移量和预设的操作距离阈值，对机器人进行控制，得到操作结果。
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公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括但不限于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。
根据本公开的一个或多个实施例，本公开提供了一种电子设备，包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现如本公开提供的任一所述的基于机械臂辅助的手术控制方法。
根据本公开的一个或多个实施例，本公开提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行如本公开提供的任一所述的基于机械臂辅助的手术控制方法。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这不应当理解为要求这些操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行来执行。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实施例中。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实施例中。
尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

Claims (7)

1.一种基于机械臂辅助的手术控制方法，其特征在于，包括：
获取用户的待处理位姿；
基于所述待处理位姿、机械臂变换矩阵和预设的多个中间转换矩阵进行计算，得到机械臂基座下的目标位姿；
基于所述目标位姿控制机器人移动至操作位置，所述机器人响应于操作指令，获取当前累计位移量；
基于所述当前累计位移量和预设的操作距离阈值，对所述机器人进行控制，得到操作结果；
其中，所述基于机械臂辅助的手术控制方法，还包括：
获取所述机器人的机械臂末端的真实末端位姿和关节角；
基于预设的局部标定算法对所述真实末端位姿和所述关节角进行计算，得到局部真实DH参数；
基于所述局部真实DH参数确定所述机械臂变换矩阵；
其中，所述机器人响应于操作指令，获取当前累计位移量，包括：
所述机器人响应于操作指令，基于预设的第一控制参数控制所述机器人进行操作，并获取第一当前外力和当前外力矩；
在操作距离为第一目标距离且所述当前外力矩等于预设的外力矩阈值时，基于预设的第二控制参数控制所述机器人进行操作，并获取第二当前外力；
基于所述第二当前外力、所述第二控制参数和第二操作时间进行计算，得到所述当前累计位移量；
其中，在将所述当前外力矩和所述外力矩阈值进行比较前，还包括：
所述机器人响应于操作指令后，基于机械臂末端力传感器获取目标次数的外力和外力矩；
基于所述目标次数的外力和外力矩进行平均计算，得到初始外力和初始外力矩；
基于所述初始外力更新所述第一当前外力和所述第二当前外力；
基于所述初始外力矩更新所述当前外力矩。
2.根据权利要求1所述的基于机械臂辅助的手术控制方法，其特征在于，还包括：
对所述第一当前外力、所述当前外力矩和所述第二当前外力进行滤波处理。
3.根据权利要求1所述的基于机械臂辅助的手术控制方法，其特征在于，所述基于所述当前累计位移量和预设的操作距离阈值，对所述机器人进行控制，得到操作结果，包括：
在所述当前累计位移量大于等于所述操作距离阈值，所述机器人响应于操作停止指令，得到所述操作结果。
4.根据权利要求1所述的基于机械臂辅助的手术控制方法，其特征在于，还包括：
在停止操作后，获取所述机器人的机械臂工具末端的位置坐标点；
将所述机械臂工具末端的位置坐标点发送至显示设备。
5.一种基于机械臂辅助的手术控制装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取用户的待处理位姿；
计算模块，用于基于所述待处理位姿、机械臂变换矩阵和预设的多个中间转换矩阵进行计算，得到机械臂基座下的目标位姿；
移动模块，用于基于所述目标位姿控制机器人移动至操作位置；
响应获取模块，用于所述机器人响应于操作指令，获取当前累计位移量；
控制模块，用于基于所述当前累计位移量和预设的操作距离阈值，对所述机器人进行控制，得到操作结果；
其中，所述基于机械臂辅助的手术控制装置，还包括：
第二获取模块，用于获取所述机器人的机械臂末端的真实末端位姿和关节角；
处理模块，用于基于预设的局部标定算法对所述真实末端位姿和所述关节角进行计算，得到局部真实DH参数；
转换模块，用于基于所述局部真实DH参数确定所述机械臂变换矩阵；
其中，所述响应获取模块，包括：
响应单元，用于所述机器人响应于操作指令，基于预设的第一控制参数控制所述机器人进行操作，并获取第一当前外力和当前外力矩；
操作单元，用于在操作距离为第一目标距离且所述当前外力矩等于预设的外力矩阈值时，基于预设的第二控制参数控制所述机器人进行操作，并获取第二当前外力；
第一计算单元，用于基于所述第二当前外力、所述第二控制参数和第二操作时间进行计算，得到所述当前累计位移量；
其中，所述响应获取模块，还包括：
获取单元，用于所述机器人响应于操作指令后，基于机械臂末端力传感器获取目标次数的外力和外力矩；
第二计算单元，用于基于所述目标次数的外力和外力矩进行平均计算，得到初始外力和初始外力矩；
第一更新单元，用于基于所述初始外力更新所述第一当前外力和所述第二当前外力；
第二更新单元，用于基于所述初始外力矩更新所述当前外力矩。
6.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现上述权利要求1-4中任一所述的基于机械臂辅助的手术控制方法。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述权利要求1-4中任一所述的基于机械臂辅助的手术控制方法。
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