CN112220558A - 一种手术机械臂及其形状测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种手术机械臂及其形状测量方法。本发明所述手术机械臂包括多个第一关节、第二关节和应变传感器，第一关节和第二关节依次交错连接，第一关节的柔性小于第二关节的柔性，应变传感器的测量端安装于第一关节上。本发明通过柔性不同的第一关节和第二关节的交错设置，可以保证机械臂保持一定的柔性；而将应变传感器的测量端安装于柔性相对较低的第一关节上，第一关节的刚度较大，不论其相邻的第二关节如何运动，第一关节的应变都将不会超出应变传感器的应变极限；当第二关节运动时，第一关节也会产生相应的应变信息，从而可以实现对第一关节应变信息的采集。

Description

一种手术机械臂及其形状测量方法
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种手术机械臂及其形状测量方法。
背景技术
现行微创手术器械形状感知功能一般可由图像感知、电磁跟踪和力学传感实现。然而包括单孔手术机器人***在内具有长尺寸、小尺寸、柔性/软体结构特点的介入型机器人/微创手术器械自身并不具备自足的形状感知功能，难以满足术中对自身姿态感知需求。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种可对自身姿态进行感知的手术机械臂。
为解决上述问题，本发明提供一种手术机械臂，包括多个第一关节、第二关节和应变传感器，所述第一关节和所述第二关节依次交错连接，所述第一关节的柔性小于所述第二关节的柔性，所述应变传感器的测量端安装于所述第一关节上。
可选地，所述第一关节包括弹性梁和两个连接座，所述连接座分别与所述弹性梁的两端连接，所述连接座与所述第二关节连接，所述应变传感器的测量端安装于所述弹性梁上。
可选地，所述弹性梁有多根，所有所述弹性梁沿所述连接座的周向设置，所述应变传感器有多个，每个所述弹性梁上均安装有所述应变传感器。
可选地，还包括绳，所述第一关节上开设有第一连接孔，所述第二关节上开设有第二连接孔，所述第一连接孔与所述第二连接孔的位置相对应，所述绳穿设于所述第一连接孔与所述第二连接孔中，所述绳通过线卡或打结固定于所述第一连接孔与所述第二连接孔处，所述绳用于所述第一关节和所述第二关节的驱动。
可选地，所述应变传感器包括光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器沿所述手术机械臂的长度方向设置。
可选地，还包括腕部关节和第三关节，所述腕部关节、所述第三关节、所述第二关节和所述第一关节依次连接，所述第三关节的柔性小于所述第二关节的柔性。
可选地，还包括力传感单元，所述力传感单元的测量端安装于所述第三关节上，所述力传感单元用于测量外部作用力的径向和轴向信息。
还包括环形罩，所述环形罩与所述第一关节同轴心，所述环形罩罩设于所述应变传感器的测量端外侧。
相对于现有技术，本发明所述的手术机械臂的有益效果是：
本发明通过柔性不同的所述第一关节和所述第二关节的交错设置，既可以保证所述机械臂保持一定的柔性，也可以提高附置其上传感***的可靠性；应变传感器的测量端安装于柔性相对较低的所述第一关节上，由于所述第一关节的刚度较大，故当其相邻的所述第二关节运动时，所述第一关节的应变相对较小，从而可有效降低所述第一关节的应变超出所述应变传感器极限的风险；当所述第二关节运动时，所述第一关节也会产生相应的应变信息，从而可以实现所述第一关节应变信息的采集，进而实现对所述手术机械臂的姿态的感知。
本发明还提供一种手术机械臂的形状测量方法，应用于上述所述的手术机械臂，包括：
获取所述第一关节的测量点处的应变信息；
根据所述测量点处的应变信息确定所述第一关节和第二关节的曲率信息和挠率信息；
根据所述曲率信息和所述挠率信息确定所述第一关节和所述第二关节各离散分布点的姿态标架信息；
基于Frenet-Serret运动学重构法或笛卡尔坐标的形状重构法，根据所述姿态标架信息重构所述初始形状。
可选地，根据所述测量点处的应变信息确定所述第一关节的曲率信息包括：
根据所述测量点处的应变信息确定所述第一关节的同一横截面上的等效应变；
根据所述等效应变确定所述第一关节的曲率大小和方向。
可选地，根据所述测量点处的应变信息确定所述第二关节的曲率信息包括：
以所述测量点处的应变信息作为输入，以所述第二关节的曲率信息作为输出，构建BPNN模型，通过所述BPNN模型进行训练，获取所述第一关节与所述第二关节间的曲率关系模型。
可选地，根据所述曲率信息和所述挠率信息确定所述第一关节和所述第二关节各离散分布点的姿态标架信息包括：
根据所述曲率信息和所述挠率信息确定目标参考标架；
根据所述目标参考标架、所述曲率信息和所述挠率信息确定所述第一关节和所述第二关节各离散分布点的姿态标架信息。
相对于现有技术，本发明所述的手术机械臂的形状测量方法有益效果是：
本发明通过对柔性较低的所述第一关节的测量点的应变信息进行采集，进而对所述第一关节和所述第二关节非测量点的曲率和挠率进行确定，并在确定所述第一关节和所述第二关节各离散分布点的姿态标架信息后对所述机械臂的在操作过程中的物理形状进行重构，以实现对机械臂姿态的自感知，避免了直接对柔性较高的第二关节的应变进行测量，减小了应变超出所述应变传感器的应变极限的风险。
附图说明
图1为本发明实施例中的手术机械臂的轴测图；
图2为本发明实施例中的去除环形罩的手术机械臂的轴测图；
图3为本发明的图1中的I处的局部放大图；
图4为本发明的图2中的II处的局部放大图；
图5为本发明的图1中的III处的局部放大图；
图6为本发明实施例中的第二关节的轴测图；
图7为本发明实施例中的第一关节的轴测图；
图8为本发明实施例中的形状测量方法的流程图；
图9为本发明实施例中的应变测量点的示意图；
图10为本发明实施例中的测量点的标架示意图。
附图标记说明：
1-第一关节，2-第二关节，11-连接座，12-弹性梁，13-第一连接孔，14- 过孔，15-通孔，16-环形罩，21-第二连接孔，3-应变传感器，4-第三关节， 5-腕部关节。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本说明书中的“多个”指的是两个及两个以上。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“一个实施例”和“一个实施方式”等的描述意指结合该实施例或实施方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示实施方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实施方式。
本发明的实施例提供一种手术机械臂，如图1和图2所示，包括多个第一关节1、第二关节2和应变传感器3，所述第一关节1和所述第二关节2依次交错连接，所述第一关节1的柔性小于所述第二关节2的柔性，所述应变传感器3的测量端安装于所述第一关节1上。
也就是说，相邻的两个所述第二关节2通过一个所述第一关节1进行连接，而所述第一关节1的柔性相对所述第二关节2的柔性较低。所述应变传感器3可以采用光纤光栅传感器，所述应变传感器3的测量点可以有多个，所述应变传感器3的测量端可以贴附于所述第一关节1上，对所述第一关节1 的各测量点的应变信息进行测量。所述机械臂的长度方向即所述第一关节1 和所述第二关节2依次交错连接的方向。在一种实施例中，所述第一关节1 采用柔性树脂材料制成，所述第二关节2采用合金制成。具体地，所述第一关节1采用SOMOS 8000树脂材料制成，所述第二关节2采用医用超弹镍铁合金材料制成。所述第一关节1也可以采用其他树脂、软胶、橡胶或者合金材料等。
这样设置的好处在于，通过柔性不同的所述第一关节1和所述第二关节2 的交错设置，可以在保证所述机械臂一定的柔性的前提下提高形状传感***的可靠性；将应变传感器3的测量端安装于柔性相对较低的所述第一关节1 上，由于所述第一关节1的刚度较大，因此不论其相邻的所述第二关节2在正常范围内如何运动，所述第一关节1的应变都将不会超出所述应变传感器3 的应变极限；当所述第二关节2运动时，所述第一关节1也会产生相应的应变信息，从而可以实现对所述第一关节1应变信息的采集，进而实现对所述第二关节2应变信息的预测。
如图4和图7所示，所述第一关节1包括弹性梁12和两个连接座11，所述连接座11分别与所述弹性梁12的两端连接，所述连接座11与所述第二关节2连接，所述应变传感器3的测量端安装于所述弹性梁12上。
这里，所述第一关节1和所述第二关节2均为中空结构。所述第一关节1 与所述第二关节2可以插接连接。由此，可以增加所述第一关节1和所述第二关节2的弹性。所述应变传感器3可以包括光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器沿所述手术机械臂的长度方向设置。光纤光栅传感器的光纤可以从所述第一关节1和所述第二关节2的内部通过。具体地，所述连接座11为环形，所述连接座11与所述第二关节2可拆卸连接、焊接或者胶接连接，所述弹性梁12为柱形结构，在所述弹性梁12沿所述第一关节1的长度方向设置，所述弹性梁12具有一定的弹性。所述弹性梁12的两端开设有过孔14，所述过孔14用于光纤传感器的通过。所述连接座11上开设有通孔15，所述通孔 15用于所述光纤传感器的光纤通过。
这样设置的好处在于，通过所述连接座11实现与所述第二关节2的连接，并将连接座11通过所述弹性梁12进行连接，这样可以增大所述第一关节1 的弹性，使得所述第一关节1在运动时发生的应变更加明显，使得所述应变传感器3的测量更加灵敏。
如图4和图7所示，所述弹性梁12有多根，所有所述弹性梁12沿所述连接座11的周向设置，所述应变传感器3有多个，每个所述弹性梁12上均安装有所述应变传感器3。
需要说明的是，每个所述弹性梁12上均可设置多个测量点，在所述第一关节1的同一横截面上，每个所述弹性梁12上均设置有测量点，以对同一截面上不同的点的应变信息进行测量，所述弹性梁12所合围形成的圆的外径小于所述连接座11的外径。由此，通过所述多根所述弹性梁12的设置，分别对所有所述弹性梁12的应变信息进行测量，通过对不同离散点的应变信息的采集，实现对所述第一关节1的整个截面的应变信息的获取。
如图6所示，所述第二关节2的侧壁上开设有多个缺口22，所有所述缺口22沿所述第二关节2的长度方向设置。通过在所述第二关节2的侧壁上开设多个缺口22，从而可以进一步的增加所述第二关节2的弹性。较佳地，所述第二关节2在其其中一纵向截面上的投影为波浪形。所述第二关节2为对称结构，所述第二关节2在其对称面上的投影为波浪形，当所述第二关节2 弯曲时，所述缺口位于其法线方向的两侧，从而可以最大化减小对所述第二关节2弯曲的约束，同时也可以保持所述第二关节2的强度。采用波浪形设计，当所述第二关节2在所述对称平面内弯曲时，可以最大化的减小阻力，增大所述第二关节2的柔性。
如图3至图7所示，所述手术机械臂还包括绳(图中未示出)，所述第一关节1上开设有第一连接孔13，所述第二关节2上开设有第二连接孔21，所述第一连接孔13与所述第二连接孔21的位置相对应，所述绳穿设于所述第一连接孔13与所述第二连接孔21中，所述绳用于所述第一关节1和所述第二关节2的驱动。
需要说明的是，所述绳沿所述手术机械臂的长度方向设置，所述绳依次穿过每个所述第一关节1和所述第二关节2。在一种实施方式中，所述绳打结于所述第一连接孔13与所述第二连接孔21处，所述绳在所述第一连接孔13 与所述第二连接孔21处的结可以位于所述第二关节2和所述第一关节1的外侧，也可以位于所述第二关节2和所述第一关节1的内侧。所述绳在所述第一连接孔13与所述第二连接孔21处的结的尺寸大于所述第一连接孔13与所述第二连接孔21的直径。所述绳的一端连接到执行端，另一端连接到驱动端，驱动端可以是人，也可以由电机等方式实现驱动。所述绳可以采用钢丝绳。在一种实施方式中，所述绳可以通过通过线卡固定于所述第一连接孔13与所述第二连接孔21处。
这样设置的好处在于，通过绳依次穿过每个所述第一关节1和所述第二关节2，实现了通过所述绳运动带动所有所述第一关节1和所述第二关节2的运动，更加方便。
如图1至图5所示，手术机械臂还包括腕部关节5和第三关节4，所述腕部关节5、所述第三关节4、所述第二关节2和所述第一关节1依次连接，所述第三关节4的柔性小于所述第二关节2的柔性。
这里，所述腕部关节5用于执行端的安装，由于所述第二关节2的柔性较高，所述腕部关节不直接与所述第二关节2进行连接，所述腕部关节5通过柔性相对较低的第三关节4与所述第二关节2连接，所述第三关节4与所述第二关节2的连接方式和所述第一关节1和所述第二关节2的连接方式相同，在此不再赘述。所述第三关节4与所述第一关节1的材料相同。通过柔性相对较低的所述第三关节4的设置，实现了所述腕部关节5与所述第二关节2的连接。
如图5所示，所述手术机械臂还包括力传感单元(图中未示出)，所述力传感单元的测量端安装于所述第三关节4上，所述力传感单元用于测量外部作用力的径向和轴向信息。这里，所述第三关节4同样包括多个弹性梁结构，所述力传感单元的测量端安装于所述弹性梁结构上。由此，实现了将力传感单元和形状传感***集成到同一手术机械臂上，实现了对所述手术机械臂力与形状信息的获取。
如图3和图4所示，所述手术机械臂还包括环形罩16，所述环形罩16与所述第一关节1同轴心，所述环形罩16罩设于所述应变传感器3的测量端外侧。这里，所述第一关节1上开设有环形槽，所述环形槽与所述第一关节1 同轴心，所述环形罩16嵌设于所述环形槽中，所述环形罩16可以采用玻璃材质制成。
本发明还提供一种手术机械臂的形状测量方法，应用于上述所述的手术机械臂，包括：
S1、获取所述第一关节1测量点处的应变信息，获取所述第二关节2的曲率信息；所述第二关节2的曲率可以通过摄像机进行采集，所述第一关节1 的测量点处的应变信息采用应变传感器进行采集。
S2、根据所述测量点处的应变信息确定所述第一关节1和第二关节2的曲率信息和挠率信息；
在S2中，根据所述测量点处的应变信息确定所述第一关节1的同一横截面上的等效应变；根据所述等效应变确定所述第一关节1的曲率大小和方向。具体地，在所述第一关节1的多根弹性梁12上均分布有应变传感器，获取所述第一关节1的同一横截面上的不同弹性梁12上的应变信息，
其中，等效应变为：
Figure RE-GDA0002830760660000081
其中，
Figure RE-GDA0002830760660000082
εA、εB、εC和εD分别为同一横截面上的不同弹性梁12上的应变，E和F点分别为等效应变的发生位置。
E点所在弹性梁受弯时形成弧线的曲率大小为：
Figure RE-GDA0002830760660000083
其中，ρ表示E点受弯时形成弧线的曲率半径；κsen表示ρ对应的曲率矢量，D为沿ρ对应的曲率矢量方向EF之间的距离。如图9所示，图9为所述第一关节1横截面上的ABCDEF点的分布示意图，M为弯矩，R为 ABCD所在圆的半径，曲率矢量的方向即κsen与X轴正向夹角：
θ＝α-90°。
根据所述测量点处的应变信息确定所述第二关节2的曲率信息包括：以所述测量点处的应变信息作为输入，以所述第二关节2的曲率信息作为输出，构建BPNN模型，通过该神经网络模型和大量的标定数据进行训练，以获取所述第一关节1所述第二关节2的曲率关系模型。所述曲率信息可以为摄像机测得的第二关节的曲率数据，BPNN模型的输入也可以是应变传感器测得的中心波长数据，BPNN模型的函数为：
κ＝NetworkBP(κsen)。
以靠近驱动端的第一个柔性关节为第一个关节，并依次为后续关节进行 1、2、3……N的编号，N＝2m(m表示第二关节的数量)，可将手术机械臂各测量点处的曲率矢量表示为
Figure RE-GDA0002830760660000091
其中，式中i表示虚数单位；j 表示机械臂上各关节对应的序号；θj表示对应位置处曲率矢量与参考方向的夹角。
对于第一关节1，其刚度较大，此处忽略测量点附近的挠率变化。
根据形变连续的假设前提，手术机械臂两测量点间弯曲形变效果不应存在突变，在Frenet-Serret体系中，该假设相当于相邻两个Frenet-Serret 标架应保持姿态上的连续；换言之，当两测量点处的弯曲方向不一致时，标架从一点到下一点的运动应能反映姿态弯曲方向的变化过程。
曲率矢量在机械臂截面上的方向角θ关于弧长s的微分来确定骨架曲线的挠率，即
Figure RE-GDA0002830760660000092
若将应变传感器的测量点j处(亚柔性关节)所测得的弯曲方向记为θj (j＝1、3、5、7……N-1)，则机械臂第j+1段躯干(柔性关节)上第k个离散位置处的挠率可表示为：
Figure RE-GDA0002830760660000093
其中，
Figure RE-GDA0002830760660000094
和
Figure RE-GDA0002830760660000095
式中nj+1表示第j+1段第二关节2上根据关节长度和弧长增量确定的等分数。
手术机械臂任意离散位置处的曲率大小表达式记为：
Figure RE-GDA0002830760660000101
任意离散位置处的挠率表达式记为：
Figure RE-GDA0002830760660000102
若设第j段曲线上第k个离散位置处的形状函数为
Figure RE-GDA0002830760660000103
则有：
Figure RE-GDA0002830760660000104
此处，加号并无运算意义，其含义为对曲率和挠率对曲线形状的共同定义。
根据测量点的位置将机械臂第j段曲线的形状表示为
Figure RE-GDA0002830760660000105
每段机械臂端点处的形状参数应当作为下一段曲线的初始条件，即
Cj(lj)＝Cj+1(0)，j＝1,2,...N-1。
S3、根据所述曲率信息和所述挠率信息确定所述第一关节1和所述第二关节2各离散分布点的姿态标架信息；所述离散分布点指的是所述第一关节1 和所述第二关节2的离散分布的点，其包括测量点和非测量点，离散分布点的姿态标架信息作为整个机械臂形状构建和重建的基础。
根据所述曲率信息和所述挠率信息确定所述第一关节1和所述第二关节2 各离散分布点的姿态标架信息包括：
根据所述曲率信息和所述挠率信息确定目标参考标架；
根据所述目标参考标架、所述曲率信息和所述挠率信息确定所述第一关节1和所述第二关节2各离散分布点的姿态标架信息。
如图10所示，手术机械臂的姿态运动学可以表达为：
Figure RE-GDA0002830760660000106
式中，R表示该旋转矩阵，K＝k*表示由旋转单位法向量k＝[kx,kx,kx]T确定的叉积矩阵，dθk,dθτ分别表示由当前曲率和挠率引起的旋转角增量；
Figure RE-GDA0002830760660000111
Figure RE-GDA0002830760660000112
分别表示由当前标架中的切向量、法向量和副法向量确定的叉积矩阵。至此我们便得到了基于笛卡尔坐标的代数形状重构运动学。同时由于切向量T表示曲线对应点处的单位变化量，相邻位置标架原点的位置应近似满足
Figure RE-GDA0002830760660000113
其中；
Figure RE-GDA0002830760660000114
表示Fj k的欧式空间坐标。通过迭代得到任意位置处的姿态标架，从而得到完整的骨架曲线。
这里，以第一个测量点处预设的Frenet-Serret标架为初始参考，通过基于Frenet-Serret方程数值运动学重构法或基于笛卡尔坐标的代数形状重构法传递并记录标架的位置和姿态，从而得到沿机械臂骨架离散分布的标架流；基于所得标架流重构手术机械臂的三维骨架曲线。
S4、基于Frenet-Serret运动学重构法或笛卡尔坐标的形状重构法，根据所述姿态标架信息重构所述初始形状。
这里，重构指的是通过一组离散的点去构建一个表面或者一条曲线，在 S1之前，还包括初始化与输入。输入内容主要包括手术机械臂的结构参数和应变传感器测量点的中心波长测量结果；其中手术机械臂的结构参数包括第一关节、第二关节的长度和分布位置；初始化内容包括各变量、应变传感器应变灵敏度系数及各段关节的弧长增量。
需要说明的是，手术机械臂的形状曲线上的标架流在运动过程中始终服从Frenet-Serret公式。故也可直接通过Frenet-Serret公式进行运动学迭代，其一般可以写成如下形式：
Figure RE-GDA0002830760660000115
其中T、N、B分别表示三维曲线上的切向量、法向量和副法向量。综上，我们可以得到相邻标架的旋转变化方程为：
Figure RE-GDA0002830760660000121
其中NORM函数表示将矩阵中的向量元素单位化；当时ds→0时，该模型精确成立。同样的，相邻位置标架原点的位置应近似满足
Figure RE-GDA0002830760660000122
其中；
Figure RE-GDA0002830760660000123
表示Fj k的欧式空间坐标。
这样设置的好处在于，通过对柔性较低的所述第一关节1的测量点的应变信息进行采集，进而对所述第一关节1和所述第二关节2的非测量点的曲率和挠率进行确定，并在确定所述第一关节和所述第二关节2各离散分布点的姿态标架信息后对所述机械臂在操作过程中的物理形状进行重构，以实现对机械臂姿态的自感知，避免了对柔性较高的第二关节2的应变进行直接测量，降低了所述应变传感器3应变超出极限的风险。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种手术机械臂，其特征在于，包括多个第一关节(1)、第二关节(2)和应变传感器(3)，所述第一关节(1)和所述第二关节(2)依次交错连接，所述第一关节(1)的柔性小于所述第二关节(2)的柔性，所述应变传感器(3)的测量端安装于所述第一关节(1)上。
2.根据权利要求1所述的手术机械臂，其特征在于，所述第一关节(1)包括弹性梁(12)和两个连接座(11)，所述连接座(11)分别与所述弹性梁(12)的两端连接，所述连接座(11)与所述第二关节(2)连接，所述应变传感器(3)的测量端安装于所述弹性梁(12)上；所述弹性梁(12)有多根，所有所述弹性梁(12)沿所述连接座(11)的周向设置，所述应变传感器(3)有多个，每个所述弹性梁(12)上均安装有所述应变传感器(3)。
3.根据权利要求1所述的手术机械臂，其特征在于，还包括绳，所述第一关节(1)上开设有第一连接孔(13)，所述第二关节(2)上开设有第二连接孔(21)，所述第一连接孔(13)与所述第二连接孔(21)的位置相对应，所述绳穿设于所述第一连接孔(13)与所述第二连接孔(21)中，所述绳用于所述第一关节(1)和所述第二关节(2)的驱动。
4.根据权利要求1-3任一所述的手术机械臂，其特征在于，所述应变传感器(3)包括光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器沿所述手术机械臂的长度方向设置。
5.根据权利要求1所述的手术机械臂，其特征在于，还包括腕部关节(5)和第三关节(4)，所述腕部关节(5)、所述第三关节(4)和靠近最前端的所述第二关节(2)依次连接，所述第三关节(4)的柔性小于所述第二关节(2)的柔性。
6.根据权利要求5所述的手术机械臂，其特征在于，还包括力传感单元，所述力传感单元的测量端安装于所述第三关节(4)上，所述力传感单元用于测量所述第三关节(4)受力的径向和轴向信息。
7.根据权利要求1所述的手术机械臂，其特征在于，还包括环形罩(16)，所述环形罩(16)与所述第一关节(1)同轴设置，所述环形罩(16)罩设于所述应变传感器(3)的测量端外侧。
8.一种手术机械臂的形状测量方法，应用于权利要求1-7任一所述的手术机械臂，其特征在于，包括：
获取第一关节(1)的测量点处的应变信息；
根据所述测量点处的应变信息确定所述第一关节(1)和第二关节(2)的曲率信息和挠率信息；
根据所述曲率信息和所述挠率信息确定所述第一关节(1)和所述第二关节(2)各离散分布点的姿态标架信息；
基于Frenet-Serret运动学重构法或笛卡尔坐标的形状重构法，根据所述姿态标架信息重构所述第一关节(1)和所述第二关节(2)的形状。
9.根据权利要求8所述的手术机械臂的形状测量方法，其特征在于，根据所述测量点处的应变信息确定所述第一关节(1)的曲率信息包括：
根据所述测量点处的应变信息确定所述第一关节(1)的同一横截面上的等效应变；
根据所述等效应变确定所述第一关节(1)的曲率大小和方向。
10.根据权利要求8所述的手术机械臂的形状测量方法，其特征在于，根据所述测量点处的应变信息确定所述第二关节(2)的曲率信息包括：
以所述测量点处的应变信息作为输入，以所述第二关节(2)的曲率信息作为输出，构建BPNN模型，通过所述BPNN模型进行训练，以获取第一关节(1)与第二关节(2)间的曲率关系模型。
11.根据权利要求8所述的手术机械臂的形状测量方法，其特征在于，根据所述曲率信息和所述挠率信息确定所述第一关节(1)和所述第二关节(2)各离散分布点的姿态标架信息包括：
根据所述曲率信息和所述挠率信息确定目标参考标架；
根据所述目标参考标架、所述曲率信息和所述挠率信息确定所述第一关节(1)和所述第二关节(2)各离散分布点的姿态标架信息。
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