确定导引器的位姿的方法及装置、手术机器人、电子设备与流程

本技术涉及医疗器械，尤其涉及一种确定导引器的位姿的方法及装置、手术机器人、电子设备。

背景技术：

1、在医疗器械领域，需使目标对象移动至体膜内的目标位置。目标对象设置于导引器上，通过驱动导引器运动并调整其位姿，可同步改变目标对象的位姿，以此调控目标对象的移动路径，使其抵达体膜内预设目标位置。目前的技术确定的导引器的位姿的准确度低，进而导致目标对象的移动效果差。

技术实现思路

1、本技术提供一种确定导引器的位姿的方法及装置、手术机器人、电子设备，以提高导引器的位姿的准确度。

2、第一方面，提供了一种确定导引器的位姿的方法，所述方法包括：

3、获取目标路径、预设距离范围、最小移动距离；所述目标路径为设置于导引器的目标对象从目标体膜的皮肤区域移动至所述目标体膜体内的目标位置的路径，所述预设距离范围为所述导引器到所述皮肤区域的距离的范围；所述最小移动距离为所述目标对象单次移动的最小距离；

4、基于所述目标路径的长度、所述预设距离范围，以及最小移动距离，得到第一距离，所述第一距离为所述导引器到所述皮肤区域的距离，所述第一距离处于所述距离范围内，所述第一距离与所述目标路径的长度的和是所述最小移动距离的整数倍；

5、获取光学追踪装置的位姿，所述光学追踪装置用于通过对设置于所述导引器的光学标记物进行定位确定所述导引器的位姿；

6、基于所述目标路径、所述第一距离，以及所述光学追踪装置的位姿，得到第一位姿；在所述导引器的位姿为所述第一位姿的情况下，所述目标对象的移动路径与所述目标路径对齐，且目标法向量与所述光学追踪装置的光轴的夹角小于预设角度，所述目标法向量为设置于所述导引器的至少三个光学标记物构成的平面的法向量。

7、第一方面中，确定装置先基于目标路径的长度、预设距离范围，以及最下移动距离，得到导引器到目标体膜的皮肤区域的第一距离。这样在目标对象设置于导引器时，目标对象到目标体膜内的目标位置的距离为最小移动距离的整数倍，进而有利于控制目标对象移动至目标位置。再基于目标路径、第一距离，以及光学追踪装置的位姿得到导引器的第一位姿，可使第一位姿满足以下条件：在导引器的位姿为第一位姿的情况下，目标对象的移动路径与目标路径对齐，且目标法向量与光学追踪装置的光轴的夹角小于预设角度。由此可提高第一位姿的准确度。

8、结合本技术任一实施方式，设置于所述导引器的光学标记物包括n个标记物组，其中，每个所述标记物组包括至少三个光学标记物，且不同标记物组中的光学标记物构成的平面不平行，所述n为大于1的整数；

9、所述基于所述目标路径、所述第一距离，以及所述光学追踪装置的位姿，得到第一位姿，包括：

10、基于所述目标路径和所述第一距离，得到所述导引器的第二位姿；在所述导引器的位姿为所述第二位姿的情况下，所述目标对象的移动路径与所述目标路径对齐；

11、基于所述第二位姿，得到n个参考向量，所述参考向量是在所述导引器的位姿为所述第二位姿的情况下所述n个标记集合中的光学标记物构成的平面的法向量，所述参考向量与所述标记物组一一对应；

12、确定所述光轴与所述n个参考向量的夹角，得到n个参考夹角，所述参考夹角与所述参考向量一一对应；

13、在所述n个参考夹角中不存在小于所述预设角度的夹角的情况下，确定所述n个参考夹角中的最小值与所述预设角度的差值，得到参考角度差；

14、基于所述参考角度差，对所述第二位姿进行修正，得到所述第一位姿，所述第一位姿是基于所述第二位姿绕所述目标路径旋转目标角度得到的，所述目标角度是基于所述参考角度差得到的。

15、结合本技术任一实施方式，所述导引器设置有第一力矩传感器，所述方法还包括：

16、获取第一控制指令，所述第一控制指令来自遥操作装置，所述第一控制指令指示所述导引器通过运动将位姿调整为所述第一位姿；

17、响应于所述第一控制指令，控制所述导引器运动，并获取第一力矩信号，所述第一力矩信号为所述第一力矩传感器在所述导引器的运动过程中采集到的信号；

18、从所述第一力矩信号中确定第一力矩子信号和第二力矩子信号，所述第一力矩子信号的频率小于所述第二力矩子信号的频率；

19、基于所述第一力矩子信号，得到第一反馈子信号，所述第一反馈子信号的频率与所述第一力矩子信号的频率相同，所述第一反馈子信号的能量是基于所述第一力矩子信号的能量与第一能量增益的乘积得到的，所述第一能量增益为正数；

20、基于所述第二力矩子信号，得到第二反馈子信号，所述第二反馈子信号的频率与所述第二力矩子信号的频率相同，所述第二反馈子信号的能量是基于所述第二力矩子信号的能量与第二能量增益的乘积得到的，所述第一能量增益小于所述第二能量增益；

21、基于所述第一反馈子信号和所述第二反馈子信号，控制所述遥操作装置输出第一反馈信息。

22、结合本技术任一实施方式，在所述基于所述第一反馈子信号和所述第二反馈子信号，控制所述遥操作装置输出第一反馈信息之前，所述方法还包括：

23、基于所述第一控制指令，得到第一位姿变化量，所述第一位姿变化量为所述第一控制指令指示所述导引器应实现的位姿变化量；

24、获取第二位姿变化量，所述第二位姿变化量为所述导引器基于所述第一控制指令实现的实际位姿变化量；

25、确定第一位姿变化量与所述第二位姿变化量的差异，得到位姿变化差异；

26、所述基于所述第一反馈子信号和所述第二反馈子信号，控制所述遥操作装置输出第一反馈信息，包括：

27、基于所述第一反馈子信号和所述第二反馈子信号，得到第一反馈信号；

28、基于所述位姿变化差异，得到所述第一反馈信号的能量的第三能量增益，所述位姿变化差异与所述第三能量增益呈正相关；

29、基于所述第三能量增益，调整所述第一反馈信号的能量，得到第二反馈信号，所述第一反馈信号的频率与所述第二反馈信号的频率相同，所述第二反馈信号的能量是基于所述第三能量增益与所述第一反馈信号的能量的乘积得到的；

30、基于所述第二反馈信号，控制所述遥操作装置输出所述第一反馈信息。

31、结合本技术任一实施方式，在所述基于所述位姿变化差异，得到所述第一反馈信号的能量的第三能量增益之前，所述方法还包括：

32、获取参考反馈信号，所述参考反馈信号是在所述导引器未与障碍物碰撞且所述导引器未出现抖动的情况下由所述第一力矩传感器采集到的；

33、确定所述参考反馈信号的能量与所述第一反馈信号的能量的差异，得到目标能量差；

34、所述基于所述位姿变化差异，得到所述第一反馈信号的能量的第三能量增益，包括：

35、在所述目标能量差大于第三阈值的情况下，基于所述位姿变化差异，得到所述第三能量增益。

36、结合本技术任一实施方式，所述基于所述第二力矩子信号，得到第二反馈子信号，包括：

37、基于所述第二力矩子信号的频率，得到所述第二能量增益；在所述第二力矩子信号的频率小于第一阈值的情况下，所述第二能量增益小于1；在所述第二力矩子信号的频率大于或等于所述第一阈值的情况下，所述第二能量增益大于或等于1；

38、基于所述第二能量增益，调整所述第二力矩子信号的能量，得到所述第二反馈子信号。

39、结合本技术任一实施方式，所述目标对象设置有第二力矩传感器，所述导引器设置有驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述目标对象移动，所述方法还包括：

40、获取第二控制指令，所述第二控制指令来自所述遥操作装置，所述第二控制指令指示所述驱动装置驱动所述目标对象基于所述目标路径运动；

41、响应于所述第二控制指令，控制所述导引器运动，并获取第二力矩信号，所述第二力矩信号为所述第二力矩传感器在所述目标对象在所述目标体膜内移动的过程中采集到的信号；

42、从所述第二力矩信号中确定第三力矩子信号，所述第三力矩子信号的频率与所述第二力矩子信号的频率相同；

43、基于所述第三力矩子信号，得到第三反馈子信号，所述第三反馈子信号的频率与所述第三力矩子信号的频率相同，所述第三反馈子信号的能量是基于所述第三力矩子信号的能量与第三能量增益的乘积得到的，所述第三能量增益大于所述第二能量增益；

44、基于所述第三反馈子信号，控制所述遥操作装置输出第二反馈信息。

45、第二方面，提供了一种确定导引器的位姿的装置，所述确定导引器的位姿的装置包括：

46、获取单元，用于获取目标路径、预设距离范围、最小移动距离；所述目标路径为设置于导引器的目标对象从目标体膜的皮肤区域移动至所述目标体膜体内的目标位置的路径，所述预设距离范围为所述导引器到所述皮肤区域的距离的范围；所述最小移动距离为所述目标对象单次移动的最小距离；

47、处理单元，用于基于所述目标路径的长度、所述预设距离范围，以及所述最小移动距离，得到第一距离，所述第一距离为所述导引器到所述皮肤区域的距离，所述第一距离处于所述距离范围内，所述第一距离与所述目标路径的长度的和是所述最小移动距离的整数倍；

48、所述获取单元，还用于获取光学追踪装置的位姿，所述光学追踪装置用于通过对设置于所述导引器的光学标记物进行定位确定所述导引器的位姿；

49、所述处理单元，还用于基于所述目标路径、所述第一距离，以及所述光学追踪装置的位姿，得到第一位姿；在所述导引器的位姿为所述第一位姿的情况下，所述目标对象的移动路径与所述目标路径对齐，且目标法向量与所述光学追踪装置的光轴的夹角小于预设角度，所述目标法向量为设置于所述导引器的至少三个光学标记物构成的平面的法向量。

50、结合本技术任一实施方式，设置于所述导引器的光学标记物包括n个标记物组，其中，每个所述标记物组包括至少三个光学标记物，且不同标记物组中的光学标记物构成的平面不平行，所述n为大于1的整数；

51、所述基于所述目标路径、所述第一距离，以及所述光学追踪装置的位姿，得到第一位姿，包括：

52、基于所述目标路径和所述第一距离，得到所述导引器的第二位姿；在所述导引器的位姿为所述第二位姿的情况下，所述目标对象的移动路径与所述目标路径对齐；

53、基于所述第二位姿，得到n个参考向量，所述参考向量是在所述导引器的位姿为所述第二位姿的情况下所述n个标记集合中的光学标记物构成的平面的法向量，所述参考向量与所述标记物组一一对应；

54、确定所述光轴与所述n个参考向量的夹角，得到n个参考夹角，所述参考夹角与所述参考向量一一对应；

55、在所述n个参考夹角中不存在小于所述预设角度的夹角的情况下，确定所述n个参考夹角中的最小值与所述预设角度的差值，得到参考角度差；

56、基于所述参考角度差，对所述第二位姿进行修正，得到所述第一位姿，所述第一位姿是基于所述第二位姿绕所述目标路径旋转目标角度得到的，所述目标角度是基于所述参考角度差得到的。

57、结合本技术任一实施方式，所述导引器设置有第一力矩传感器，所述获取单元，还用于获取第一控制指令，所述第一控制指令来自遥操作装置，所述第一控制指令指示所述导引器通过运动将位姿调整为所述第一位姿；

58、所述处理单元，还用于响应于所述第一控制指令，控制所述导引器运动，并获取第一力矩信号，所述第一力矩信号为所述第一力矩传感器在所述导引器的运动过程中采集到的信号；

59、所述处理单元，还用于从所述第一力矩信号中确定第一力矩子信号和第二力矩子信号，所述第一力矩子信号的频率小于所述第二力矩子信号的频率；

60、所述处理单元，还用于基于所述第一力矩子信号，得到第一反馈子信号，所述第一反馈子信号的频率与所述第一力矩子信号的频率相同，所述第一反馈子信号的能量是基于所述第一力矩子信号的能量与第一能量增益的乘积得到的，所述第一能量增益为正数；

61、所述处理单元，还用于基于所述第二力矩子信号，得到第二反馈子信号，所述第二反馈子信号的频率与所述第二力矩子信号的频率相同，所述第二反馈子信号的能量是基于所述第二力矩子信号的能量与第二能量增益的乘积得到的，所述第一能量增益小于所述第二能量增益；

62、所述处理单元，还用于基于所述第一反馈子信号和所述第二反馈子信号，控制所述遥操作装置输出第一反馈信息。

63、结合本技术任一实施方式，所述处理单元，还用于基于所述第一控制指令，得到第一位姿变化量，所述第一位姿变化量为所述第一控制指令指示所述导引器应实现的位姿变化量；

64、所述获取单元，还用于获取第二位姿变化量，所述第二位姿变化量为所述导引器基于所述第一控制指令实现的实际位姿变化量；

65、所述处理单元，还用于确定第一位姿变化量与所述第二位姿变化量的差异，得到位姿变化差异；

66、所述处理单元，还用于基于所述第一反馈子信号和所述第二反馈子信号，得到第一反馈信号；

67、所述处理单元，还用于基于所述位姿变化差异，得到所述第一反馈信号的能量的第三能量增益，所述位姿变化差异与所述第三能量增益呈正相关；

68、所述处理单元，还用于基于所述第三能量增益，调整所述第一反馈信号的能量，得到第二反馈信号，所述第一反馈信号的频率与所述第二反馈信号的频率相同，所述第二反馈信号的能量是基于所述第三能量增益与所述第一反馈信号的能量的乘积得到的；

69、所述处理单元，还用于基于所述第二反馈信号，控制所述遥操作装置输出所述第一反馈信息。

70、结合本技术任一实施方式，所述获取单元，还用于获取参考反馈信号，所述参考反馈信号是在所述导引器未与障碍物碰撞且所述导引器未出现抖动的情况下由所述第一力矩传感器采集到的；

71、所述处理单元，还用于确定所述参考反馈信号的能量与所述第一反馈信号的能量的差异，得到目标能量差；

72、所述处理单元，还用于在所述目标能量差大于第三阈值的情况下，基于所述位姿变化差异，得到所述第三能量增益。

73、结合本技术任一实施方式，所述处理单元，还用于基于所述第二力矩子信号的频率，得到所述第二能量增益；在所述第二力矩子信号的频率小于第一阈值的情况下，所述第二能量增益小于1；在所述第二力矩子信号的频率大于或等于所述第一阈值的情况下，所述第二能量增益大于或等于1；

74、所述处理单元，还用于基于所述第二能量增益，调整所述第二力矩子信号的能量，得到所述第二反馈子信号。

75、结合本技术任一实施方式，所述目标对象设置有第二力矩传感器，所述导引器设置有驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述目标对象移动，所述获取单元，还用于获取第二控制指令，所述第二控制指令来自所述遥操作装置，所述第二控制指令指示所述驱动装置驱动所述目标对象基于所述目标路径运动；

76、所述处理单元，还用于响应于所述第二控制指令，控制所述导引器运动，并获取第二力矩信号，所述第二力矩信号为所述第二力矩传感器在所述目标对象在所述目标体膜内移动的过程中采集到的信号；

77、所述处理单元，还用于从所述第二力矩信号中确定第三力矩子信号，所述第三力矩子信号的频率与所述第二力矩子信号的频率相同；

78、所述处理单元，还用于基于所述第三力矩子信号，得到第三反馈子信号，所述第三反馈子信号的频率与所述第三力矩子信号的频率相同，所述第三反馈子信号的能量是基于所述第三力矩子信号的能量与第三能量增益的乘积得到的，所述第三能量增益大于所述第二能量增益；

79、所述处理单元，还用于基于所述第三反馈子信号，控制所述遥操作装置输出第二反馈信息。

80、第三方面，提供了一种手术机器人，包括如第二方面的确定导引器的位姿的装置。在第三方面中，手术机器人可通过确定导引器的位姿的装置执行确定导引器的位姿的方法，获得提高导引器位姿的准确度的效果。

81、第四方面，提供了一种电子设备，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序代码，所述计算机程序代码包括计算机指令，在所述处理器执行所述计算机指令的情况下，所述电子设备执行如上述第一方面及其任意一种可能实现的方式的方法。

82、第五方面，提供了另一种电子设备，包括：处理器、发送装置、输入装置、输出装置和存储器，所述存储器用于存储计算机程序代码，所述计算机程序代码包括计算机指令，在所述处理器执行所述计算机指令的情况下，所述电子设备执行如上述第一方面及其任意一种可能实现的方式的方法。

83、第六方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，在所述程序指令被处理器执行的情况下，使所述处理器执行如上述第一方面及其任意一种可能实现的方式的方法。

84、第七方面，提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序或指令，在所述计算机程序或指令在计算机上运行的情况下，使得所述计算机执行上述第一方面及其任一种可能的实现方式的方法。

85、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本技术。