CN117381768A - 一种冗余自由度的调整方法、装置、计算机设备和机械臂 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种冗余自由度的调整方法、装置、计算机设备和机械臂。该方法包括:获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置;根据末端点和远心运动不动点的空间位置,确定机械臂的空间位置;对机械臂的空间位置进行碰撞分析,生成机械臂的目标冗余自由度位置,以供机械臂根据获取的机械臂的目标冗余自由度位置进行冗余自由度的调整。本发明实施例提供的技术方案中,通过对机械臂的碰撞分析,在手术前调整机械臂的冗余自由度,能够在避免手术过程中机械臂的碰撞的同时,提高了调整冗余自由度的简便性和精确性并降低了机械臂的成本。

Description

一种冗余自由度的调整方法、装置、计算机设备和机械臂
【技术领域】
本发明涉及手术机器人技术领域,尤其涉及一种冗余自由度的调整方法、装置、计算机设备和机械臂。
【背景技术】
为了提高手术机器人的机械臂的灵活度并且减少手术机器人的机械臂在手术中的碰撞,手术机器人的机械臂的构型设计通常会提供冗余自由度,冗余自由度的调整需在手术前准备完成。但目前就如何使用机械臂的冗余自由度从而简化医生的术前调整并且降低手术过程中机械臂的碰撞缺少同时兼顾了简便精确和低成本的解决方案。
【发明内容】
有鉴于此,本发明实施例提供了一种冗余自由度的调整方法、装置、计算机设备和机械臂,用以在避免手术过程中机械臂的碰撞的同时,提高了调整冗余自由度的简便性和精确性并降低了机械臂的成本。
一方面,本发明实施例提供了一种冗余自由度的调整方法,应用于计算机设备,包括:
获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置;
根据所述末端点和远心运动不动点的空间位置,确定机械臂的空间位置;
对所述机械臂的空间位置进行碰撞分析,生成机械臂的目标冗余自由度位置,以供机械臂根据获取的机械臂的目标冗余自由度位置进行冗余自由度的调整。
可选地,所述根据所述末端点和远心运动不动点的空间位置,确定机械臂的空间位置,包括:
通过机器人运动学逆解方法对所述末端点和远心运动不动点的空间位置进行计算,生成机械臂的空间位置。
可选地,所述对所述机械臂的空间位置进行碰撞分析,生成机械臂的目标冗余自由度位置,包括:
通过碰撞检测模型对所述空间位置进行计算,生成机械臂的目标冗余自由度位置。
可选地,所述目标冗余自由度位置包括机械臂的平行四边形轴线连杆与地面的夹角,所述夹角通过重力传感器或水平仪传感器获得。
可选地,所述获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置的方式包括运动仿真。
另一方面,本发明实施例提供了一种冗余自由度的调整方法,应用于机械臂,包括:
根据获取的机械臂的目标冗余自由度位置进行冗余自由度的调整,所述机械臂的目标冗余自由度位置是由计算机设备获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置;根据所述末端点和远心运动不动点的空间位置,确定机械臂的空间位置;对所述机械臂的空间位置进行碰撞分析生成的。
可选地,所述根据获取的机械臂的目标冗余自由度位置进行冗余自由度的调整,包括:
通过传感器获取机械臂的实际冗余自由度位置;
判断所述机械臂的目标冗余自由度位置和机械臂的实际冗余自由度位置是否相同;
若判断出所述机械臂的目标冗余自由度位置和机械臂的实际冗余自由度位置不同,提示用户进行冗余自由度位置的调整,以将机械臂的实际冗余自由度位置调整至机械臂的目标冗余自由度位置;
若判断出所述机械臂的目标冗余自由度位置和机械臂的实际冗余自由度位置相同,则完成冗余自由度位置的调整。
可选地,所述提示用户进行冗余自由度位置的调整包括:
通过所述机械臂设置的声光报警装置提示用户进行冗余自由度位置的调整。
可选地,所述机械臂包括带有平行四边形远心运动机构的机械臂。
另一方面,本发明实施例提供了一种冗余自由度的调整装置,包括:
获取模块,用于获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置;
确定模块,用于根据所述末端点和远心运动不动点的空间位置,确定机械臂的空间位置;
生成模块,用于对所述机械臂的空间位置进行碰撞分析,生成机械臂的目标冗余自由度位置,以供机械臂根据获取的机械臂的目标冗余自由度位置进行冗余自由度的调整。
另一方面,本发明实施例提供了一种存储介质,包括:所述存储介质包括存储的程序,其中,在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述冗余自由度的调整方法。
另一方面,本发明实施例提供了一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器用于存储包括程序指令的信息,所述处理器用于控制程序指令的执行,其特征在于,所述程序指令被处理器加载并执行时实现上述冗余自由度的调整方法的步骤。
另一方面,本发明实施例提供了一种冗余自由度的调整装置,包括:
调整模块,用于根据获取的机械臂的目标冗余自由度位置进行冗余自由度的调整,所述机械臂的目标冗余自由度位置是由计算机设备获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置;根据所述末端点和远心运动不动点的空间位置,确定机械臂的空间位置;对所述机械臂的空间位置进行碰撞分析生成的。
另一方面,本发明实施例提供了一种存储介质,包括:所述存储介质包括存储的程序,其中,在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述冗余自由度的调整方法。
另一方面,本发明实施例提供了一种机械臂,包括存储器和处理器,所述存储器用于存储包括程序指令的信息,所述处理器用于控制程序指令的执行,其特征在于,所述程序指令被处理器加载并执行时实现上述冗余自由度的调整方法的步骤。
另一方面,本发明实施例提供了一种手术机器人,包括上述机械臂。
本发明实施例提供的冗余自由度的调整方法的技术方案中,获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置;根据末端点和远心运动不动点的空间位置,确定机械臂的空间位置;对机械臂的空间位置进行碰撞分析,生成机械臂的目标冗余自由度位置,以供机械臂根据获取的机械臂的目标冗余自由度位置进行冗余自由度的调整。本发明实施例提供的技术方案中,通过对机械臂的碰撞分析,在手术前调整机械臂的冗余自由度,能够在避免手术过程中机械臂的碰撞的同时,提高了调整冗余自由度的简便性和精确性并降低了机械臂的成本。
【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,显而易见地,下面描述中的附图仅仅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性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种手术机器人的机械臂的关节结构示意图;
图2为本发明实施例提供的一种冗余自由度的调整方法的流程图;
图3为本发明实施例提供的另一种冗余自由度的调整方法的流程图;
图4a为图3中一种目标冗余自由度位置的示意图;
图4b为图3中另一种目标冗余自由度位置的示意图;
图4c为图3中另一种目标冗余自由度位置的示意图;
图5为本发明实施例提供的一种传感器的设置示意图;
图6为本发明实施例提供的一种声光报警装置的示意图;
图7为本发明实施例提供的一种冗余自由度的调整装置的示意图;
图8为本发明实施例提供的一种计算机设备的示意图;
图9为本发明实施例提供的另一种冗余自由度的调整装置的示意图;
图10为本发明实施例提供的一种机械臂的示意图。
【具体实施方式】
为了更好的理解本发明的技术方案,下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解,本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,甲和/或乙,可以表示:单独存在甲,同时存在甲和乙,单独存在乙这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
一种相关技术中,医生需要对照卡片上的机械臂位置示意图在手术前调整手术机器人的机械臂的冗余自由度。在该技术方案中医生很难根据二维的机械臂位置示意图摆放准确。从而会导致手术过程中的机械臂碰撞等不良后果。
另一种相关技术中,为机械臂的每一个关节配置位置传感器,并在手术过程中实时计算机械臂与机械臂之间的相对位姿,判断有无碰撞风险,并根据计算结果调整冗余自由度来避免碰撞。该技术方案从结果上解决了手术操作中机械臂碰撞的风险,但需要消耗手术机器人的中央处理器大量的资源用于碰撞计算,成本很高。
本发明实施例提供了一种手术机器人的机械臂的关节结构,该机械臂可设置于在平面上移动的台车的顶部,图1为本发明实施例提供的一种手术机器人的机械臂的关节结构示意图,如图1所示,该机械臂包括多个关节,多个关节分别为第一关节1、第二关节2、第三关节3、第四关节4、第五关节5、第六关节6、第七关节7、第八关节8、第九关节9和第十关节10。机械臂的第一关节1、第二关节2、第三关节3和第四关节4为独立自由旋转关节,其作用是调整远心运动不动点11在三维空间中的位置,可提供4个自由度,其中,第二关节2、第三关节3和第四关节4可提供冗余自由度。机械臂的第五关节5控制远心运动不动点11的轴向旋转,可提供1个自由度。第五关节5与第六关节6之间设置有平行四边形轴线连杆12。第六关节6、第七关节7和第八关节8组成一个平行四边形远心运动机构,可保持平行四边形远心点,可提供1个自由度,不能提供冗余自由度。第九关节9为直线进给关节控制手术机器人的插入深度,不提供远心运动不动点11的自由度。第十关节10为手术工具轴向旋转关节,可提供1个自由度。该机械臂可以为远心运动不动点11提供7个自由度(包含3个空间平动自由度,3个转动自由度以及1个冗余自由度)。综上,7个自由度的机械臂为本发明实施例的一个方案,本发明实施例也适用于至少包含一个冗余自由度的机械臂。
本发明实施例中,机械臂包括带有平行四边形远心运动机构的机械臂。
本发明实施例中,机械臂上可以安装和拆卸手术工具,机械臂的末端点15为安装后的手术工具的末端点。
本发明实施例中,使用一个冗余自由度可以在保持手术机器人的远心运动不动点11在不发生位移的条件下调整手术机器人的机械臂的构型,从而达到避免机械臂之间的碰撞以及获得额外的工作空间的作用。
本发明实施例中,可以把在手术过程中,第一关节1、第二关节2、第三关节3和第四关节4在手术准备时需要调整到合适的位置,调整第一关节1、第二关节2、第三关节3和第四关节4的方式请参见下述冗余自由度的调整方法,随后保持静止的状态直到手术结束。为解决相关技术中的技术问题,基于上述图1中的手术机器人的机械臂的关节结构,本发明实施例提供了一种冗余自由度的调整方法,图2为本发明实施例提供的一种冗余自由度的调整方法的流程图,如图2所示,该方法包括:
步骤102、获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置。
本发明实施例中,各步骤由计算机设备执行。
本发明实施例中,获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置的方式可以为运动仿真,或者是调取预先储存在数据库里的机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置。
作为一种可选方案,通过仿真软件对多个机械臂进行运动仿真以获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置,其中,运动仿真包括手术仿真。例如,手术仿真包括子宫切除术手术仿真、肝脏部分切除术手术仿真或肾脏部分切除术手术仿真。
本发明实施例中,远心运动不动点为入腹点,如图1所示,需获取机械臂的末端点15和远心运动不动点11的空间位置。
步骤104、根据末端点和远心运动不动点的空间位置,确定机械臂的空间位置。
具体地,通过机器人运动学逆解方法对末端点和远心运动不动点的空间位置进行反推计算,生成机械臂的空间位置。
步骤106、对机械臂的空间位置进行碰撞分析,生成机械臂的目标冗余自由度位置,以供机械臂根据获取的机械臂的目标冗余自由度位置进行冗余自由度的调整。
本发明实施例中,机械臂的碰撞包括机械臂自身的碰撞、不同的机械臂之间的碰撞以及机械臂与其他外物的碰撞。其中,其他外物包括患者或手术室中的其他物品。
具体地,通过碰撞检测模型对空间位置进行计算,生成机械臂的目标冗余自由度位置。
本发明实施例中,当一个手术机器人包含多个机械臂时,则需对每个机械臂进行上述步骤102-步骤106的计算。
本发明实施例提供的技术方案中,获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置;根据末端点和远心运动不动点的空间位置,确定机械臂的空间位置;对机械臂的空间位置进行碰撞分析,生成机械臂的目标冗余自由度位置,以供机械臂根据获取的机械臂的目标冗余自由度位置进行冗余自由度的调整。本发明实施例提供的技术方案中,通过对机械臂的碰撞分析,在手术前调整机械臂的冗余自由度,能够在避免手术过程中机械臂的碰撞的同时,提高了调整冗余自由度的简便性和精确性并降低了机械臂的成本。
基于上述图1中的手术机器人的机械臂的关节结构,本发明实施例提供了另一种冗余自由度的调整方法,图3为本发明实施例提供的另一种冗余自由度的调整方法的流程图,如图3所示,该方法包括:
步骤202、计算机设备获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置。
本发明实施例中,步骤202的具体描述请参见步骤102。
步骤204、计算机设备根据末端点和远心运动不动点的空间位置,确定机械臂的空间位置。
具体地,通过机器人运动学逆解方法对末端点和远心运动不动点的空间位置进行计算,生成机械臂的空间位置。其中,空间位置包括手术过程中关节的空间位置、关节的空间位置包括平行四边形轴线关节的空间位置。
步骤206、计算机设备对机械臂的空间位置进行碰撞分析,生成机械臂的目标冗余自由度位置。
本发明实施例中,机械臂的碰撞包括机械臂自身的碰撞、不同的机械臂之间的碰撞以及机械臂与其他外物的碰撞。其中,其他外物包括患者或手术室中的其他物品。
具体地,通过碰撞检测模型对空间位置进行计算,生成机械臂的目标冗余自由度位置。
本发明实施例中,通过碰撞检测模型对空间位置进行计算,在确定了机械臂没有碰撞的空间位置记录目标冗余自由度位置,该目标冗余自由度位置可作为机械臂调整的目标位置。本发明实施例中,冗余自由度位置的测量方法可以根据实际情况进行选择,本发明实施例为了便于测量选择机械臂的平行四边形轴线连杆与地面的夹角为目标冗余自由度位置,该夹角可通过重力传感器或水平仪传感器获得。该目标冗余自由度位置的调整由图1中第二关节2、第三关节3和第四关节4三个关节同时运动实现,调整该目标冗余自由度位置可以在保持远心运动不动点(入腹点)的位置不发生移动的条件下调整机械臂的构型,从而实现避免碰撞的功能。
本发明实施例中选取了平行四边形轴线连杆与地面的夹角作为目标冗余自由度位置的测量方式,与传统工业机器人领域使用关节转角作为自由度的测量方式不同,使用平行四边形轴线连杆与地面的夹角作为目标冗余自由度位置的测量方式可以提供直观的物理意义。
本发明实施例中,图4a为图3中一种目标冗余自由度位置的示意图,如图4a所示,平行四边形轴线连杆的延长线为平行四边形轴线13,从远心运动不动点11作地面的平行线,该平行线与平行四边形轴线13的夹角为0度,则目标冗余自由度位置为0度。
图4b为图3中另一种目标冗余自由度位置的示意图,如图4b所示,平行四边形轴线连杆的延长线为平行四边形轴线13,从远心运动不动点11作地面的平行线,该平行线与平行四边形轴线13的夹角为-15度,则目标冗余自由度位置为-15度。
图4c为图3中另一种目标冗余自由度位置的示意图,如图4c所示,平行四边形轴线连杆的延长线为平行四边形轴线13,从远心运动不动点11作地面的平行线,该平行线与平行四边形轴线13的夹角为15度,则目标冗余自由度位置为15度。
本发明实施例中,使用手术仿真模拟的方法来确定最佳的目标冗余自由度位置可以避免在手术过程中计算机械臂的碰撞而导致消耗大量的计算能力。
本发明实施例中,当一个手术机器人包含多个机械臂时,则需对每个机械臂进行上述步骤202-步骤206的计算。
步骤208、机械臂通过传感器获取机械臂的实际冗余自由度位置。
本发明实施例中,传感器包括重力传感器或水平仪传感器。
本步骤中,在手术开始之前需要对机械臂的实际冗余自由度位置进行测量,以确保其在正确的目标位置。
图5为本发明实施例提供的一种传感器的设置示意图,如图5所示,传感器14的安装方向与机械臂的平行四边形轴线连杆12的平行四边形轴线13方向平行。传感器可以直接测量得出平行四边形轴线连杆与地面的夹角。
作为一种可选方案,通过测量机械臂的关节运动链中每一个关节的关节转角后通过运动学计算求解得出平行四边形轴线连杆与地面的夹角。
步骤210、机械臂判断获取的机械臂的目标冗余自由度位置和机械臂的实际冗余自由度位置是否相同,若是,流程结束;若否,执行步骤212。
本发明实施例中,步骤210之前包括机械臂从计算机的设备获取机械臂的目标冗余自由度位置。
本发明实施例中,机械臂若判断出机械臂的目标冗余自由度位置和机械臂的实际冗余自由度位置相同,则表明机械臂已到达不会发生碰撞的位置,已完成冗余自由度的调整,流程结束;机械臂若判断出机械臂的目标冗余自由度位置和机械臂的实际冗余自由度位置不同,则表明机械臂未到达不会发生碰撞的位置,未完成冗余自由度的调整,继续执行步骤212。
本发明实施例中,可将机械臂的目标冗余自由度位置作为目标位置,将机械臂的实际冗余自由度位置作为实际位置。
步骤212、机械臂提示用户进行冗余自由度位置的调整,以将机械臂的实际冗余自由度位置调整至机械臂的目标冗余自由度位置。
本发明实施例中,将机械臂的实际冗余自由度位置调整至机械臂的目标冗余自由度位置,即将实际位置调整至目标位置,以完成机械臂的冗余自由度位置的调整。
相关技术中的机械臂的冗余自由度位置调整方案中,存在误差大、不直观,培训操作学习曲线长的问题。在本发明实施例中创新地使用了声光结合的方式引导医生对冗余自由度进行调节,使医生能在确定了手术术式后即可简便地在声光引导下完成对冗余自由度的调整。
作为一种可选方案,机械臂设置有声光报警装置,通过机械臂设置的声光报警装置提示用户进行冗余自由度位置的调整,图6为本发明实施例提供的一种声光报警装置的示意图,如图6所示,声光报警装置包括三个发光模块、一个扬声器和两个调整按钮,其中,三个发光模块分别为向上偏离指示灯20、目标位置指示灯21和向下偏离指示灯22,一个扬声器为扬声器23,两个调整按钮为零空间向上调整按钮24和零空间向下调整按钮25。
作为一种可选方案,向上偏离指示灯20呈向上的箭头造型,向下偏离指示灯22呈向下的箭头造型,向上偏离指示灯20和向下偏离指示灯22可由黄色灯光组成。目标位置指示灯21为水平指示灯,可由白色灯光组成。
当机械臂平行四边形轴线连杆向上偏离目标冗余自由度位置时,向上偏离指示灯20闪亮,同时扬声器23发出报警声提醒医生调整冗余自由度,否则手术中会发生机械臂碰撞的风险。
当机械臂平行四边形轴线连杆向下偏离目标冗余自由度位置时,向下偏离指示灯22闪亮,同时扬声器23发出报警声提醒医生调整冗余自由度,否则手术中会发生机械臂碰撞的风险。
当机械臂平行四边形轴线连杆到达目标冗余自由度位置时,中间的目标位置指示灯21亮起,通过扬声器提醒医生机械臂的冗余自由度已经调整到位。
本实施例中的零空间向上调整按钮24和零空间向下调整按钮25放置在平行四边形轴线连杆的末端,按动零空间向上调整按钮24可以增加平行四边形连杆与地面的角度,按动零空间向下调整按钮25可以降低平行四边形轴线连杆与地面的角度。
作为另一种可选方案,机械臂与显示器连接,显示器上显示机械臂的目标冗余自由度位置和机械臂的实际冗余自由度位置,医生可通过调整零空间向上调整按钮24和零空间向下调整按钮25,将显示器上显示的机械臂的目标冗余自由度位置和机械臂的实际冗余自由度位置重合,以完成冗余自由度的调整。
本发明实施例中,在手术机器人领域,考虑到患者的安全,应当尽量避免可以对患者造成伤害的无监督运动。因故在医生手动按动操作下进行调整可以提高冗余自由度调整的安全性。
本发明实施例提供的技术方案中,获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置;根据末端点和远心运动不动点的空间位置,确定机械臂的空间位置;对机械臂的空间位置进行碰撞分析,生成机械臂的目标冗余自由度位置,以供机械臂根据获取的机械臂的目标冗余自由度位置进行冗余自由度的调整。本发明实施例提供的技术方案中,通过对机械臂的碰撞分析,在手术前调整机械臂的冗余自由度,能够在避免手术过程中机械臂的碰撞的同时,提高了调整冗余自由度的简便性和精确性并降低了机械臂的成本。
本发明实施例提供了一种冗余自由度的调整装置。图7为本发明实施例提供的一种冗余自由度的调整装置的结构示意图,如图7所示,该装置包括:获取模块31、确定模块32和生成模块33。
获取模块31用于获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置。
确定模块32用于根据末端点和远心运动不动点的空间位置,确定机械臂的空间位置。
生成模块33用于对机械臂的空间位置进行碰撞分析,生成机械臂的目标冗余自由度位置,以供机械臂根据获取的机械臂的目标冗余自由度位置进行冗余自由度的调整。
本发明实施例中,确定模块32具体用于通过机器人运动学逆解方法对末端点和远心运动不动点的空间位置进行计算,生成机械臂的空间位置。
本发明实施例中,生成模块具体33用于通过碰撞检测模型对空间位置进行计算,生成机械臂的目标冗余自由度位置。
本发明实施例中,目标冗余自由度位置包括机械臂的平行四边形轴线连杆与地面的夹角,夹角通过重力传感器或水平仪传感器获得。
本发明实施例中,获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置的方式包括运动仿真。
本发明实施例提供的技术方案中,获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置;根据末端点和远心运动不动点的空间位置,确定机械臂的空间位置;对机械臂的空间位置进行碰撞分析,生成机械臂的目标冗余自由度位置,以供机械臂根据获取的机械臂的目标冗余自由度位置进行冗余自由度的调整。本发明实施例提供的技术方案中,通过对机械臂的碰撞分析,在手术前调整机械臂的冗余自由度,能够在避免手术过程中机械臂的碰撞的同时,提高了调整冗余自由度的简便性和精确性并降低了机械臂的成本。
本实施例提供的冗余自由度的调整装置可用于实现上述图2或图3中的冗余自由度的调整方法,具体描述可参见上述冗余自由度的调整方法的实施例,此处不再重复描述。
本发明实施例提供了一种存储介质,存储介质包括存储的程序,其中,在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述冗余自由度的调整方法的实施例的各步骤,具体描述可参见上述冗余自由度的调整方法的实施例。
本发明实施例提供了一种计算机设备,包括存储器和处理器,存储器用于存储包括程序指令的信息,处理器用于控制程序指令的执行,程序指令被处理器加载并执行时实现上述冗余自由度的调整方法的实施例的各步骤,具体描述可参见上述冗余自由度的调整方法的实施例。
图8为本发明实施例提供的一种计算机设备的示意图。如图8所示,该实施例的计算机设备40包括:处理器41、存储器42以及存储在存储器42中并可在处理器41上运行的计算机程序43,该计算机程序43被处理器41执行时实现实施例中的应用于冗余自由度的调整方法,为避免重复,此处不一一赘述。或者,该计算机程序被处理器41执行时实现实施例中应用于冗余自由度的调整装置中各模型/单元的功能,为避免重复,此处不一一赘述。
计算机设备40包括,但不仅限于,处理器41、存储器42。本领域技术人员可以理解,图8仅仅是计算机设备40的示例,并不构成对计算机设备40的限定,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,例如计算机设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器41可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器42可以是计算机设备40的内部存储单元,例如计算机设备40的硬盘或内存。存储器42也可以是计算机设备40的外部存储设备,例如计算机设备40上配备的插接式硬盘,智能存储卡(Smart Media Card,SMC),安全数字(Secure Digital,SD)卡,闪存卡(Flash Card)等。进一步地,存储器42还可以既包括计算机设备40的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器42用于存储计算机程序以及计算机设备所需的其他程序和数据。存储器42还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统,装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统,装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如,多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
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单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机,服务器,或者网络装置等)或处理器(Processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例提供了另一种冗余自由度的调整装置。图9为本发明实施例提供的另一种冗余自由度的调整装置的结构示意图,如图9所示,该装置包括:调整模块51。
调整模块51用于根据获取的机械臂的目标冗余自由度位置进行冗余自由度的调整,机械臂的目标冗余自由度位置是由计算机设备获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置;根据末端点和远心运动不动点的空间位置,确定机械臂的空间位置;对机械臂的空间位置进行碰撞分析生成的。
本发明实施例中,调整模块51具体用于通过传感器获取机械臂的实际冗余自由度位置;判断机械臂的目标冗余自由度位置和机械臂的实际冗余自由度位置是否相同;若判断出机械臂的目标冗余自由度位置和机械臂的实际冗余自由度位置不同,提示用户进行冗余自由度位置的调整,以将机械臂的实际冗余自由度位置调整至机械臂的目标冗余自由度位置;若判断出机械臂的目标冗余自由度位置和机械臂的实际冗余自由度位置相同,则完成冗余自由度位置的调整。
本发明实施例中,调整模块51还具体用于通过机械臂设置的声光报警装置提示用户进行冗余自由度位置的调整。
本发明实施例中,机械臂包括带有平行四边形远心运动机构的机械臂。
本发明实施例提供的技术方案中,获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置;根据末端点和远心运动不动点的空间位置,确定机械臂的空间位置;对机械臂的空间位置进行碰撞分析,生成机械臂的目标冗余自由度位置,以供机械臂根据获取的机械臂的目标冗余自由度位置进行冗余自由度的调整。本发明实施例提供的技术方案中,通过对机械臂的碰撞分析,在手术前调整机械臂的冗余自由度,能够在避免手术过程中机械臂的碰撞的同时,提高了调整冗余自由度的简便性和精确性并降低了机械臂的成本。
本实施例提供的冗余自由度的调整装置可用于实现上述图3中的冗余自由度的调整方法,具体描述可参见上述冗余自由度的调整方法的实施例,此处不再重复描述。
本发明实施例提供了一种存储介质,存储介质包括存储的程序,其中,在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述冗余自由度的调整方法的实施例的各步骤,具体描述可参见上述冗余自由度的调整方法的实施例。
本发明实施例提供了一种机械臂,包括存储器和处理器,存储器用于存储包括程序指令的信息,处理器用于控制程序指令的执行,程序指令被处理器加载并执行时实现上述冗余自由度的调整方法的实施例的各步骤,具体描述可参见上述冗余自由度的调整方法的实施例。
图10为本发明实施例提供的一种机械臂的示意图。如图10所示,该实施例的机械臂60包括:处理器61、存储器62以及存储在存储器62中并可在处理器61上运行的计算机程序63,该计算机程序63被处理器61执行时实现实施例中的应用于冗余自由度的调整方法,为避免重复,此处不一一赘述。或者,该计算机程序被处理器61执行时实现实施例中应用于冗余自由度的调整装置中各模型/单元的功能,为避免重复,此处不一一赘述。
机械臂60包括,但不仅限于,处理器61、存储器62。本领域技术人员可以理解,图10仅仅是机械臂60的示例,并不构成对机械臂60的限定,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,例如机械臂还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器61可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器62可以是机械臂60的内部存储单元,例如机械臂60的硬盘或内存。存储器62也可以是机械臂60的外部存储设备,例如机械臂60上配备的插接式硬盘,智能存储卡(Smart Media Card,SMC),安全数字(Secure Digital,SD)卡,闪存卡(Flash Card)等。进一步地,存储器62还可以既包括机械臂60的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器62用于存储计算机程序以及机械臂所需的其他程序和数据。存储器62还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统,装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统,装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如,多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
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单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机,服务器,或者网络装置等)或处理器(Processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例提供了一种手术机器人,包括如图1或图10所述的机械臂。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (16)

1.一种冗余自由度的调整方法,其特征在于,应用于计算机设备,包括:
获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置;
根据所述末端点和远心运动不动点的空间位置,确定机械臂的空间位置;
对所述机械臂的空间位置进行碰撞分析,生成机械臂的目标冗余自由度位置,以供机械臂根据获取的机械臂的目标冗余自由度位置进行冗余自由度的调整。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述末端点和远心运动不动点的空间位置,确定机械臂的空间位置,包括:
通过机器人运动学逆解方法对所述末端点和远心运动不动点的空间位置进行计算,生成机械臂的空间位置。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对所述机械臂的空间位置进行碰撞分析,生成机械臂的目标冗余自由度位置,包括:
通过碰撞检测模型对所述空间位置进行计算,生成机械臂的目标冗余自由度位置。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述目标冗余自由度位置包括机械臂的平行四边形轴线连杆与地面的夹角,所述夹角通过重力传感器或水平仪传感器获得。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置的方式包括运动仿真。
6.一种冗余自由度的调整方法,其特征在于,应用于机械臂,包括:
根据获取的机械臂的目标冗余自由度位置进行冗余自由度的调整,所述机械臂的目标冗余自由度位置是由计算机设备获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置;根据所述末端点和远心运动不动点的空间位置,确定机械臂的空间位置;对所述机械臂的空间位置进行碰撞分析。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述根据获取的机械臂的目标冗余自由度位置进行冗余自由度的调整,包括:
通过传感器获取机械臂的实际冗余自由度位置;
判断所述机械臂的目标冗余自由度位置和每个机械臂的实际冗余自由度位置是否相同;
若判断出所述机械臂的目标冗余自由度位置和机械臂的实际冗余自由度位置不同,提示用户进行冗余自由度位置的调整,以将机械臂的实际冗余自由度位置调整至机械臂的目标冗余自由度位置;
若判断出所述机械臂的目标冗余自由度位置和机械臂的实际冗余自由度位置相同,则完成冗余自由度位置的调整。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述提示用户进行冗余自由度位置的调整包括:
通过所述机械臂设置的声光报警装置提示用户进行冗余自由度位置的调整。
9.根据权利要求1或6所述的方法,其特征在于,所述机械臂包括带有平行四边形远心运动机构的机械臂。
10.一种冗余自由度的调整装置,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置;
确定模块,用于根据所述末端点和远心运动不动点的空间位置,确定机械臂的空间位置;
生成模块,用于对所述机械臂的空间位置进行碰撞分析,生成机械臂的目标冗余自由度位置,以供机械臂根据获取的机械臂的目标冗余自由度位置进行冗余自由度的调整。
11.一种存储介质,其特征在于,包括:所述存储介质包括存储的程序,其中,在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1至5任一项所述的冗余自由度的调整方法。
12.一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器用于存储包括程序指令的信息,所述处理器用于控制程序指令的执行,其特征在于,所述程序指令被处理器加载并执行时实现权利要求1至5任一项所述的冗余自由度的调整方法的步骤。
13.一种冗余自由度的调整装置,其特征在于,包括:
调整模块,用于根据获取的机械臂的目标冗余自由度位置进行冗余自由度的调整,所述机械臂的目标冗余自由度位置是由计算机设备获取机械臂的末端点和远心运动不动点的空间位置;根据所述末端点和远心运动不动点的空间位置,确定机械臂的空间位置;对所述机械臂的空间位置进行碰撞分析生成的。
14.一种存储介质,其特征在于,包括:所述存储介质包括存储的程序,其中,在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求6至9任一项所述的冗余自由度的调整方法。
15.一种机械臂,包括存储器和处理器,所述存储器用于存储包括程序指令的信息,所述处理器用于控制程序指令的执行,其特征在于,所述程序指令被处理器加载并执行时实现权利要求6至9任一项所述的冗余自由度的调整方法的步骤。
16.一种手术机器人,包括如权利要求15所述的机械臂。
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