CN117814918A - 一种臂系统基座的位姿标定方法、装置、机器人及介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种臂系统基座的位姿标定方法、装置、机器人及介质。该方法应用在机器人上，该机器人包括基准臂系统和待测臂系统，基准臂系统包括基准臂，基准臂的基准末端具有基准机械接口，待测臂系统包括待测臂，待测臂的待测末端具有待测机械接口，该方法可包括：在基准机械接口与待测机械接口均连接在同一机械对位装置上的情况下，根据末端坐标系与基座坐标系之间的位姿转换关系以及末端坐标系之间的位姿转换关系，确定出基座坐标系之间的目标位姿转换关系。本发明实施例的技术方案，利用机械对位装置，实现了机器人内各臂系统的基座之间的位姿标定。

Description

一种臂系统基座的位姿标定方法、装置、机器人及介质

技术领域

本发明实施例涉及机器人技术领域，尤其涉及一种臂系统基座的位姿标定方法、装置、机器人及介质。

背景技术

近年来，拥有多个臂系统的手术机器人，因具有可通过协同操作多个手术器械以应对多种手术需求的优势，目前已广泛应用于外科手术中。

需要说明的是，手术机器人内的各臂系统分别具有各自的基座，而且手术机器人的主流控制模式为主从控制，这就使得在应用手术机器人之前，需预先确定主手基座与各臂系统的基座(即从手基座)之间的位姿转换关系，进一步说是在主手基座与某从手基座之间的位姿转换关系已知的情况下，需预先确定该从手基座与其余从手基座之间的位姿转换关系，以此保证主从控制效果。

但是，目前无法有效确定各臂系统的基座之间的位姿转换关系，亟待解决。

发明内容

本发明实施例提供一种臂系统基座的位姿标定方法、装置、机器人及介质，以实现机器人内各臂系统的基座之间的位姿标定。

根据本发明的一方面，提供了一种臂系统基座的位姿标定方法，该方法应用在机器人上，该机器人包括基准臂系统和待测臂系统，基准臂系统包括基准臂，基准臂的基准末端具有基准机械接口，待测臂系统包括待测臂，待测臂的待测末端具有待测机械接口，该方法包括：

在基准机械接口与待测机械接口均连接在同一机械对位装置上的情况下，确定基准末端所在的基准末端坐标系与基准基座所在的基准基座坐标系之间的第一位姿转换关系，及确定待测末端所在的待测末端坐标系与待测基座所在的待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系，其中，基准基座为基准臂的基座，待测基座为待测臂的基座；

确定待测末端坐标系与基准末端坐标系之间的第三位姿转换关系；

根据第一位姿转换关系、第二位姿转换关系和第三位姿转换关系，确定待测基座坐标系与基准基座坐标系间的目标位姿转换关系。

根据本发明的另一方面，提供了一种臂系统基座的位姿标定装置，该装置配置在机器人上，机器人包括基准臂系统和待测臂系统，基准臂系统包括基准臂，基准臂的基准末端具有基准机械接口，待测臂系统包括待测臂，待测臂的待测末端具有待测机械接口，该装置包括：

第二位姿转换关系确定模块，用于在基准机械接口与待测机械接口均连接在同一机械对位装置上的情况下，确定基准末端所在的基准末端坐标系与基准基座所在的基准基座坐标系之间的第一位姿转换关系，以及确定待测末端所在的待测末端坐标系与待测基座所在的待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系，其中，基准基座为基准臂的基座，待测基座为待测臂的基座；

第三位姿转换关系确定模块，用于确定待测末端坐标系与基准末端坐标系之间的第三位姿转换关系；

目标位姿转换关系确定模块，用于根据第一位姿转换关系、第二位姿转换关系和第三位姿转换关系，确定待测基座坐标系与基准基座坐标系间的目标位姿转换关系。

根据本发明的另一方面，提供了一种机器人，可包括：基准臂系统、待测臂系统和控制系统；

其中，基准臂系统包括基准臂，基准臂的基准末端具有基准机械接口，及待测臂系统包括待测臂，待测臂的待测末端具有待测机械接口，控制系统包括至少一个处理器及与至少一个处理器通信连接的存储器；

存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，计算机程序被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行时实现本发明任意实施例所提供的臂系统基座的位姿标定方法。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任意实施例所提供的臂系统基座的位姿标定方法。

本发明实施例的技术方案，应用在机器人上，该机器人包括基准臂系统和待测臂系统，基准臂系统包括基准臂，基准臂的基准末端具有基准机械接口，待测臂系统包括待测臂，待测臂的待测末端具有待测机械接口，在此基础上，在基准机械接口与待测机械接口均连接在同一机械对位装置上的情况下，确定基准末端坐标系与基准基座坐标系之间的第一位姿转换关系，待测末端坐标系与待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系，以及待测末端坐标系与基准末端坐标系之间的第三位姿转换关系；进而，可根据上述三个位姿转换关系，确定待测基座坐标系与基准基座坐标系之间的目标位姿转换关系。上述技术方案，通过在各臂系统的末端分别设置机械接口，从而可利用这些机械接口，将各臂系统对接至同一机械对位装置，由此可利用机械对位装置，将待测基座坐标系统一到基准基座坐标系下，实现了基准基座与待测基座之间的位姿标定。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或是重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例提供的各种臂系统基座的位姿标定方法中示例性应用的机器人的结构示意图；

图2a是根据本发明实施例提供的各种臂系统基座的位姿标定方法中的机械接口与机械对位装置连接过程的示意图；

图2b是根据本发明实施例提供的各种臂系统基座的位姿标定方法中机械接口与机械对位装置连接结果的示意图；

图3是根据本发明实施例提供的一种臂系统基座的位姿标定方法的流程图；

图4是根据本发明实施例提供的一种臂系统基座的位姿标定方法中的目标位姿转换关系的确定过程的示意图；

图5是根据本发明实施例提供的另一种臂系统基座的位姿标定方法的流程图；

图6是根据本发明实施例提供的另一种臂系统基座的位姿标定方法中基准臂和待测臂的示意图；

图7是根据本发明实施例所提供的一种臂系统基座的位姿标定装置的结构框图；

图8是实现本发明实施例的臂系统基座的位姿标定方法的机器人中的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。“目标”、“原始”等的情况类似，在此不再赘述。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在介绍本发明实施例之前，先对本发明实施例中应用的机器人进行示例性说明。示例性的，如图1所示，机器人可包括基准臂系统1和待测臂系统2，该基准臂系统1可理解为在基座位姿标定过程中作为基准应用的机械臂系统，该基准臂系统的基准基座坐标系为机器人中作为基准应用的坐标系；该待测臂系统2可理解为待与基准臂系统1进行基座位姿标定的机械臂系统，该待测臂系统2的数量可以是一个或多个，这里以一个待测臂系统2为例进行说明。

其中，基准臂系统1可包括基准臂，该基准臂的基准末端1E具有基准机械接口，该基准机械接口可理解为面向机械对位装置4的接口，示例如图2a所示；待测臂系统2可以包括待测臂，该待测臂的待测末端2E具有待测机械接口，该待测机械接口可理解为面向机械对位装置4的接口，示例如图2a所示。

在此基础上，可选的，机械对位装置4上设置有用于连接(即对接)基准机械接口的基准定位器件以及用于连接待测机械接口的待测定位器件，该基准定位器件和该待测定位器件可以是定位块或是定位孔，该待测定位器件的数量可以大于或等于待测臂系统2的数量，以与全部待测臂系统2对接。

再可选的，参见图2b，在标定臂系统基座位姿时，可将机械对位装置4与基准机械接口进行可靠连接；然后，采用操作控制器或是手动拖拽等方式改变待测臂的形态，以使得待测机械接口逐渐靠近机械对位装置4，直至两者恰好可以对接。在械对位装置4与基准末端1E和待测末端2E都进行可靠连接之后，可对两个臂系统的基座位姿进行标定。

又可选的，参见图1，基准臂系统1还可以包括基准底座，基准臂安装在基准底座上，基准底座作为基准臂系统1的基础，可被自由地推动并提供稳定的驻车；相应的，待测臂系统2还可包括待测底座，待测臂安装在待测底座上。在此基础上，进一步可选的，在进行机械臂基座位姿标定之前，可以将两类臂系统先驻车以固定其位姿。示例性的，针对手术机器人，在手术之前，可以先将两个臂系统均放置于手术床3旁并驻车，然后在此基础上进行基座位姿标定。

图3是本发明实施例所提供的一种臂系统基座的位姿标定方法的流程图。本实施例可适用于对机器人中两个臂系统各自的基座进行位姿标定的情况。该方法可以由本发明实施例提供的臂系统基座的位姿标定装置来执行，该装置可由软件和/或硬件的方式实现，该装置可集成在机器人上，该机器人包括基准臂系统和待测臂系统，基准臂系统包括基准臂，基准臂的基准末端具有基准机械接口，待测臂系统包括待测臂，待测臂的待测末端具有待测机械接口。

参见图3，本发明实施例的方法具体包括如下步骤：

S110、在基准机械接口与待测机械接口均连接在同一机械对位装置上的情况下，确定基准末端所在的基准末端坐标系与基准臂的基准基座所在的基准基座坐标系之间的第一位姿转换关系。

其中，基准末端可理解为基准臂的末端，基准末端坐标系可理解为该基准末端所在的坐标系。同理，基准基座可理解为基准臂的基座，基准基座坐标系可理解为该基准基座所在的坐标系。

在基准机械接口与待测机械接口均与同一机械对位装置完成对接的情况下，这时基准末端坐标系与待测末端坐标系之间的第三位姿转换关系已固定，则可执行本发明实施例中的各个步骤分别阐述的位姿转换关系确定过程。

确定基准末端坐标系与基准基座坐标系之间的第一位姿转换关系。

S120、确定待测末端所在的待测末端坐标系与待测臂的待测基座所在的待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系。

其中，待测末端可理解为待测臂的末端，待测末端坐标系可理解为该待测末端所在的坐标系。同理，待测基座可理解为待测臂的基座，待测基座坐标系可理解为该待测基座所在的坐标系。

确定待测末端坐标系与待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系。

S130、确定待测末端坐标系与基准末端坐标系之间的第三位姿转换关系。

其中，确定待测末端坐标系与基准末端坐标系之间的第三位姿转换关系，以结合后续步骤，将第三位姿转换关系作为中间媒介，根据第一位姿转换关系和第二位姿转换关系，实现基准基座与待测基座之间的位姿标定。

在实际应用中，可通过多种方式确定第三位姿转换关系。示例性的，结合上述的示例性说明，机械对位装置上可设置有基准定位器件和待测定位器件，基准机械接口与基准定位器件连接，待测机械接口与待测定位器件连接，由此可将基准机械接口与待测机械接口均可靠对接在机械对位装置上。在此基础上，考虑到设置在机械对位装置上的待测定位器件与基准定位器件之间的第四位姿转换关系固定，因此可借助第四位姿转换关系确定第三位姿转换关系，即通过如下方式确定第三位姿转换关系：获取待测定位器件与基准定位器件之间的第四位姿转换关系，并根据第四位姿转换关系，确定待测末端坐标系与基准末端坐标系之间的第三位姿转换关系，由此实现了第三位姿转换关系的准确确定。

S140、根据第一位姿转换关系、第二位姿转换关系以及第三位姿转换关系，确定待测基座坐标系与基准基座坐标系之间的目标位姿转换关系。

其中，第一位姿转换关系和第二位姿转换关系表征的均是某臂系统的末端坐标系与基座坐标系之间的位姿转换关系，且第三位姿转换关系表征的是待测末端坐标系与基准末端坐标系之间的位姿转换关系，因此可结合上述三个位姿转换关系，确定待测基座坐标系与基准基座坐标系之间的目标位姿转换关系，以此得到待测基座与基准基座在姿态和位置这两方面的标定结果。

示例性的，参见图4，在图1、图2a和图2b的基础上，{1}表示基准基座坐标系，{2}表示待测基座坐标系，{1E}表示基准末端坐标系，{2E}表示待测末端坐标系。当待测臂系统2和基准臂系统1都与机械对位装置4可靠连接之后，机械对位装置4就将两个臂系统的末端之间的第三位姿转换关系，例如从{1E}转换到{2E}(或是说{2E}相对于{1E})的位姿转换矩阵确定为同时，确定基准末端与基准基座之间的第一位姿转换关系，例如{1E}相对于{1}的位姿转换矩阵为/>以及确定待测末端与待测基座之间的第二位姿转换关系，例如{2E}相对于{2}的位姿转换矩阵为/>结合这些数据，采用位姿转换原理，可获得{2}相对于{1}的位姿矩阵为/>即为基座之间的位姿标定结果。

需要说明的是，上述阐述的基于机械对位装置的臂系统基座位姿标定过程，操作人员只需简单的机械连接，即可实现两个臂系统的基座之间位姿(即位置和姿态)的准确标定，这是保证机器人正确地主从控制的重要前提。

本发明实施例的技术方案，应用在机器人上，该机器人包括基准臂系统和待测臂系统，基准臂系统包括基准臂，基准臂的基准末端具有基准机械接口，待测臂系统包括待测臂，待测臂的待测末端具有待测机械接口，在此基础上，在基准机械接口与待测机械接口均连接在同一机械对位装置上的情况下，确定基准末端坐标系与基准基座坐标系之间的第一位姿转换关系，待测末端坐标系与待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系，以及待测末端坐标系与基准末端坐标系之间的第三位姿转换关系；进而，可根据上述三个位姿转换关系，确定待测基座坐标系与基准基座坐标系之间的目标位姿转换关系。上述技术方案，通过在各臂系统的末端分别设置机械接口，从而可利用这些机械接口，将各臂系统对接至同一机械对位装置，由此可利用机械对位装置，将待测基座坐标系统一到基准基座坐标系下，实现了基准基座与待测基座之间的位姿标定。

在此基础上，一种可选的技术方案，上述位姿标定方法，还包括：

获取主手基座所在的主手基座坐标系与基准基座坐标系间的第五位姿转换关系，其中，主手基座为与机器人对应的主手的基座；

根据第五位姿转换关系和目标位姿转换关系，确定待测基座坐标系与主手基座坐标系之间的第六位姿转换关系。

其中，在机器人的控制模式为主从控制的情况下，机器人中的各机械臂均可认为是从手。在此基础上，为了实现主从控制，针对与机器人对应的主手的主手基座，可以获取主手基座所在的主手基座坐标系与基准基座坐标系之间的第五位姿转换关系，该第五位姿转换关系通常预先确定；然后，根据第五位姿转换关系和目标位姿转换关系，可得到待测基座坐标系与主手基座坐标系之间的第六位姿转换关系。这样一来，后续在机器人应用过程中，可基于第五位姿转换关系和第六位姿转换关系，实现机器人的主从控制。

图5是本发明实施例中提供的另一种臂系统基座的位姿标定方法的流程图。本实施例以上述各技术方案为基础进行优化。在本实施例中，可选的，待测臂包括至少三个臂关节，确定待测末端所在的待测末端坐标系与待测基座所在的待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系，包括：得到至少三个臂关节对应的臂关节转角向量；根据臂关节转角向量，确定出待测末端所在的待测末端坐标系与待测基座所在的待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系。其中，与上述各实施例相同或相应的术语的解释在此不再赘述。

参见图5，本实施例的方法具体可以包括如下步骤：

S210、在基准机械接口与待测机械接口均连接在同一机械对位装置上的情况下，确定基准末端所在的基准末端坐标系与基准臂的基准基座所在的基准基座坐标系之间的第一位姿转换关系。

S220、得到待测臂中的全部臂关节对应的臂关节转角向量，并根据臂关节转角向量，确定出待测末端所在的待测末端坐标系与待测臂的待测基座所在的待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系。

其中，为保证待测臂可与机械对位装置进行可靠对接，待测臂包括臂关节，该臂关节的数量可以是一个或多个，尤其可以是至少三个。在此基础上，可选的，在基准机械接口与机械对位装置连接后，可通过调整待测臂的全部臂关节中的至少部分臂关节的形态，以使得待测机械接口连接在机械对位装置上。

基准臂同理可言，在此不再赘述。

得到与全部臂关节对应的臂关节转角向量，从而可根据臂关节转角向量，确定出第二位姿转换关系。

S230、确定待测末端坐标系与基准末端坐标系之间的第三位姿转换关系。

S240、根据第一位姿转换关系、第二位姿转换关系以及第三位姿转换关系，确定待测基座坐标系与基准基座坐标系之间的目标位姿转换关系。

本发明实施例的技术方案，通过确定与待测臂的全部臂关节对应的臂关节转角向量，从而可根据臂关节转角向量，实现第二位姿转换关系的准确确定。

在此基础上，一种可选的技术方案，至少三个臂关节中的每个臂关节内可分别安装有位置传感器；得到至少三个臂关节对应的臂关节转角向量，包括：针对至少三个臂关节中的每个臂关节，获取利用臂关节内的位置传感器采集到的关节转角向量；根据每个臂关节分别对应的关节转角向量，得到至少三个臂关节对应的臂关节转角向量；

相应的，根据臂关节转角向量，确定出待测末端所在的待测末端坐标系与待测基座所在的待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系，包括：利用机器人的运动学位置正解算法，根据臂关节转角向量，解算出待测末端所在的待测末端坐标系与待测基座所在的待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系。

其中，在每个臂关节内分别安装有位置传感器，该位置传感器可用于实时或间隔采集相应的臂关节的关节转角向量。在此基础上，针对待测臂中的每个臂关节，可获取利用该臂关节内的位置传感器采集到的关节转角向量；然后，根据每个臂关节分别对应的关节转角向量，得到臂关节转角向量。

在此基础上，进一步，可利用机器人的运动学位置正解算法，根据臂关节转角向量，解算出第二位姿转换关系，实现了第二位姿转换关系的准确确定。

在此基础上，为了更加形象地理解上述技术方案，下面结合具体示例，对其进行示例性说明。示例性的，参见图6，在图1、图2a、图2b和图4的基础上，基准臂具有1_J1～1_J4这4个臂关节，待测臂具有2_J1～2_J4这4个臂关节。在基准臂与待测臂均与机械对位装置4完成可靠对接之后，可根据1_J1～1_J4内分别安装的位置传感器，得到与基准臂对应的臂关节转角向量θ_R1＝[θ₁θ₂θ₃θ₄]^T，以及可根据2_J1～2_J4内分别安装的位置传感器，得到与待测臂对应的臂关节转角向量θ_R2＝[θ₁′θ₂′θ₃′θ₄′]^T。进一步，结合机器人的运动学位置正解算法，可以得到{1E}相对于{1}的位姿转换矩阵以及得到{2E}相对于{2}的位姿转换矩阵/>

图7为本发明实施例中提供的臂系统基座的位姿标定装置的结构框图，该装置用于执行上述任意实施例所提供的臂系统基座的位姿标定方法。该装置与上述各实施例的臂系统基座的位姿标定方法属于同一个发明构思，在臂系统基座的位姿标定装置的实施例中未详尽描述的细节内容，可参考上述臂系统基座的位姿标定方法的实施例。参见图7，该装置配置在机器人上，机器人包括基准臂系统和待测臂系统，基准臂系统包括基准臂，基准臂的基准末端具有基准机械接口，待测臂系统包括待测臂，待测臂的待测末端具有待测机械接口，该装置具体可以包括：第二位姿转换关系确定模块310、第三位姿转换关系确定模块320以及目标位姿转换关系确定模块330。其中，

第二位姿转换关系确定模块310，用于在基准机械接口与待测机械接口均连接在同一机械对位装置上的情况下，确定基准末端所在的基准末端坐标系与基准基座所在的基准基座坐标系之间的第一位姿转换关系，以及确定待测末端所在的待测末端坐标系与待测基座所在的待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系，其中，基准基座为基准臂的基座，待测基座为待测臂的基座；

第三位姿转换关系确定模块320，用于确定待测末端坐标系与基准末端坐标系之间的第三位姿转换关系；

目标位姿转换关系确定模块330，用于根据第一位姿转换关系、第二位姿转换关系和第三位姿转换关系，确定待测基座坐标系与基准基座坐标系之间的目标位姿转换关系。

可选的，待测臂包括至少三个臂关节，第二位姿转换关系确定模块310，可以包括：

臂关节转角向量得到单元，用于得到与至少三个臂关节对应的臂关节转角向量；

第二位姿转换关系确定单元，用于根据臂关节转角向量，确定出待测末端所在的待测末端坐标系与待测基座所在的待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系。

在此基础上，可选的，至少三个臂关节中的每个臂关节内分别安装有位置传感器；臂关节转角向量得到单元，具体用于：

针对至少三个臂关节中的每个臂关节，获取利用该臂关节内的位置传感器采集到的关节转角向量；根据每个臂关节分别对应的关节转角向量，得到至少三个臂关节对应的臂关节转角向量；

第二位姿转换关系确定单元，具体用于：

利用机器人的运动学位置正解算法，根据臂关节转角向量，解算待测末端所在的待测末端坐标系与待测基座所在的待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系。

在此基础上，可选的，在基准机械接口与机械对位装置连接之后，可通过调整至少三个臂关节中的至少部分臂关节的形态以使得待测机械接口连接在机械对位装置上。

可选的，机械对位装置上设置有基准定位器件和待测定位器件，基准机械接口与基准定位器件连接，待测机械接口与待测定位器件连接；

第三位姿转换关系确定模块320，具体用于：

获取待测定位器件与基准定位器件之间的第四位姿转换关系；

根据第四位姿转换关系，确定待测末端坐标系与基准末端坐标系之间的第三位姿转换关系。

可选的，上述的位姿标定装置，还可以包括：

第五位姿转换关系获取模块，用于获取主手基座所在的主手基座坐标系与基准基座坐标系之间的第五位姿转换关系，其中，主手基座为与机器人对应的主手的基座；

第六位姿转换关系确定模块，用于根据第五位姿转换关系和目标位姿转换关系，确定待测基座坐标系与主手基座坐标系之间的第六位姿转换关系。

可选的，在上述任一的位姿标定装置的基础上，机器人包括手术机器人。

本发明实施例所提供的臂系统基座的位姿标定装置，配置在机器人上，该机器人包括基准臂系统和待测臂系统，基准臂系统包括基准臂，基准臂的基准末端具有基准机械接口，待测臂系统包括待测臂，待测臂的待测末端具有待测机械接口，在此基础上，通过第二位姿转换关系确定模块和第三位姿转换关系确定模块配合，在基准机械接口与待测机械接口均连接在同一机械对位装置上的情况下，确定基准末端坐标系与基准基座坐标系之间的第一位姿转换关系，待测末端坐标系与待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系，以及待测末端坐标系与基准末端坐标系之间的第三位姿转换关系；进而，通过目标位姿转换关系确定模块，可根据上述三个位姿转换关系，确定待测基座坐标系与基准基座坐标系之间的目标位姿转换关系。上述装置，通过在各臂系统的末端分别设置机械接口，从而可利用这些机械接口，将各臂系统对接至同一机械对位装置，由此可利用机械对位装置，将待测基座坐标系统一到基准基座坐标系下，实现了基准基座与待测基座之间的位姿标定。

本发明实施例所提供的臂系统基座的位姿标定装置可执行本发明任意实施例所提供的臂系统基座的位姿标定方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

值得注意的是，上述臂系统基座的位姿标定装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

图8示出了可用来实施本发明的实施例的机器人中的控制系统10的结构示意图。控制系统旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。控制系统还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。

如图8所示，控制系统10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器(ROM)12、随机访问存储器(RAM)13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器(ROM)12中的计算机程序或从存储单元18加载到随机访问存储器(RAM)13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 13中，还可存储控制系统10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM 12以及RAM 13通过总线14彼此相连。输入/输出(I/O)接口15也连接至总线14。

控制系统10中的多个部件连接至I/O接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许控制系统10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如臂系统基座的位姿标定方法。

在一些实施例中，臂系统基座的位姿标定方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到控制系统10上。当计算机程序加载到RAM 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的臂系统基座的位姿标定方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行臂系统基座的位姿标定方法。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、以及至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、以及该至少一个输出装置。

用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或是其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行并且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本发明的上下文中，计算机可读存储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计算机程序。计算机可读存储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。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。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。

为了提供与用户的交互，可以在控制系统上实施此处描述的系统和技术，该控制系统具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给控制系统。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。

计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种臂系统基座的位姿标定方法，其特征在于，应用在机器人上，所述机器人包括基准臂系统和待测臂系统，所述基准臂系统包括基准臂，所述基准臂的基准末端具有基准机械接口，所述待测臂系统包括待测臂，所述待测臂的待测末端具有待测机械接口，所述方法包括：

在所述基准机械接口与所述待测机械接口均连接在同一机械对位装置上的情况下，确定所述基准末端所在的基准末端坐标系与基准基座所在的基准基座坐标系之间的第一位姿转换关系，及确定所述待测末端所在的待测末端坐标系与待测基座所在的待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系，其中，所述基准基座为所述基准臂的基座，所述待测基座为所述待测臂的基座；

确定所述待测末端坐标系与所述基准末端坐标系之间的第三位姿转换关系；

根据所述第一位姿转换关系、所述第二位姿转换关系和所述第三位姿转换关系，确定所述待测基座坐标系与所述基准基座坐标系间的目标位姿转换关系。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测臂包括至少三个臂关节，所述确定所述待测末端所在的待测末端坐标系与待测基座所在的待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系，包括：

得到所述至少三个臂关节对应的臂关节转角向量；

根据所述臂关节转角向量，确定出所述待测末端所在的待测末端坐标系与待测基座所在的待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少三个臂关节中的每个臂关节内分别安装有位置传感器；

所述得到所述至少三个臂关节对应的臂关节转角向量，包括：

针对所述至少三个臂关节中的每个臂关节，获取利用所述臂关节内的位置传感器采集到的关节转角向量；

根据所述每个臂关节分别对应的关节转角向量，得到所述至少三个臂关节对应的臂关节转角向量；

相应的，所述根据所述臂关节转角向量，确定出所述待测末端所在的待测末端坐标系与待测基座所在的待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系，包括：

利用所述机器人的运动学位置正解算法，根据所述臂关节转角向量，解算出所述待测末端所在的待测末端坐标系与待测基座所在的待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述基准机械接口与所述机械对位装置连接之后，通过调整所述至少三个臂关节中的至少部分臂关节的形态以使得所述待测机械接口连接在所述机械对位装置上。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械对位装置上设置有基准定位器件和待测定位器件，所述基准机械接口与所述基准定位器件连接，所述待测机械接口与所述待测定位器件连接，所述确定所述待测末端坐标系与所述基准末端坐标系之间的第三位姿转换关系，包括：

获取所述待测定位器件与所述基准定位器件之间的第四位姿转换关系；

根据所述第四位姿转换关系，确定所述待测末端坐标系与所述基准末端坐标系之间的第三位姿转换关系。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

获取主手基座所在的主手基座坐标系与所述基准基座坐标系间的第五位姿转换关系，其中，所述主手基座为与所述机器人对应的主手的基座；

根据所述第五位姿转换关系和所述目标位姿转换关系，确定所述待测基座坐标系与所述主手基座坐标系之间的第六位姿转换关系。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述机器人包括手术机器人。

8.一种臂系统基座的位姿标定装置，其特征在于，配置在机器人上，所述机器人包括基准臂系统和待测臂系统，所述基准臂系统包括基准臂，所述基准臂的基准末端具有基准机械接口，所述待测臂系统包括待测臂，所述待测臂的待测末端具有待测机械接口，所述装置包括：

第二位姿转换关系确定模块，用于在所述基准机械接口与所述待测机械接口均连接在同一机械对位装置上的情况下，确定所述基准末端所在的基准末端坐标系与基准基座所在的基准基座坐标系之间的第一位姿转换关系，以及确定所述待测末端所在的待测末端坐标系与待测基座所在的待测基座坐标系之间的第二位姿转换关系，其中，所述基准基座为所述基准臂的基座，所述待测基座为所述待测臂的基座；

第三位姿转换关系确定模块，用于确定所述待测末端坐标系与所述基准末端坐标系之间的第三位姿转换关系；

目标位姿转换关系确定模块，用于根据所述第一位姿转换关系、所述第二位姿转换关系和所述第三位姿转换关系，确定所述待测基座坐标系与所述基准基座坐标系间的目标位姿转换关系。

9.一种机器人，其特征在于，包括：基准臂系统、待测臂系统和控制系统；

其中，所述基准臂系统包括基准臂，所述基准臂的基准末端具有基准机械接口，所述待测臂系统包括待测臂，所述待测臂的待测末端具有待测机械接口，所述控制系统包括至少一个处理器及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如权利要求1-7中任一项所述的臂系统基座的位姿标定方法。

10.一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存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的臂系统基座的位姿标定方法。