CN115122342B - 用于控制机器人的软件***和机器人的控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于控制机器人的软件***和机器人的控制方法，涉及人工智能领域，该软件***包括：客户端，客户端至少包括：交互层、接口层和通讯层，其中，交互层接收目标对象输入的操作信息和配置信息，接口层将操作信息转换为指令信息，通讯层将指令信息和配置信息转发至控制端；控制端，控制端至少包括：逻辑层和执行层，其中，逻辑层基于指令信息和配置信息进行逻辑判断和数据处理，得到处理结果，执行层基于处理结果控制机器人运动。通过本申请，解决了相关技术中缺乏导航类手术机器人的软件***，导致开发导航类手术机器人的效率比较低的问题。

Description

用于控制机器人的软件***和机器人的控制方法

技术领域

本申请涉及人工智能领域，具体而言，涉及一种用于控制机器人的软件***和机器人的控制方法。

背景技术

随着医学的发展，为了提高手术的准确性、精巧性和精细性等，研究开发了手术机器人进行辅助手术。利用手术机器人辅助手术，能够提高手术的效率和手术的质量。手术机器人通常包括控制***、机械臂和摄像装置等硬件设备。但是目前开发的手术机器人的往往只能针对一种类型的手术，现有技术中也缺乏手术机器人的开发架构，特别是导航类手术机器人，在基于机器人的导航手术过程中，为满足类似于髋关节，膝关节，单髁，脊柱，牙科等手术类型需要，开发手术机器人软件***是十分必要的。

针对相关技术中缺乏导航类手术机器人的软件***，导致开发导航类手术机器人的效率比较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种用于控制机器人的软件***和机器人的控制方法，以解决相关技术中缺乏导航类手术机器人的软件***，导致开发导航类手术机器人的效率比较低的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种用于控制机器人的软件***。所述机器人应用于辅助执行手术操作，包括：客户端，所述客户端至少包括：交互层、接口层和通讯层，其中，所述交互层接收目标对象输入的操作信息和配置信息，所述接口层将所述操作信息转换为指令信息，所述通讯层将所述指令信息和所述配置信息转发至控制端；所述控制端，所述控制端至少包括：逻辑层和执行层，其中，所述逻辑层基于所述指令信息和所述配置信息进行逻辑判断和数据处理，得到处理结果，所述执行层基于所述处理结果控制机器人运动。

进一步地，所述逻辑层包括：导航定位模块，其中，所述导航定位模块通过第一输出接口构建所述配置信息中的软件位置信息与视觉坐标系的位姿转换关系，所述导航定位模块通过第二输出接口依据所述位姿转换关系将所述软件位置信息转换所述视觉坐标系下的目标位姿信息，并将所述目标位姿信息传输至视觉跟踪模块；所述视觉跟踪模块，其中，所述视觉跟踪模块通过第三输出接口接收所述目标位姿信息，所述视觉跟踪模块通过第四输出接口将所述目标位姿信息转换为机器人坐标系下的第一目标位置信息，并将所述第一目标位置信息传输至运动控制模块；所述运动控制模块，其中，所述运动控制模块通过第五输出接口接收所述第一目标位置信息，所述运动控制模块通过第六输出接口基于预设的规划约束和预设的力控参数对所述第一目标位置信息进行约束和优化，得到第二目标位置信息；其中，所述执行层控制所述机器人移动至所述第二目标位置信息对应的目标位置，以执行相应的手术操作。

进一步地，所述软件***还包括：工具功能模块，其中，在通过手术工具执行手术操作时，所述工具功能模块通过第七输出接口设置多个手术工具的工作名称，所述工具功能模块通过第八输出接口接收目标手术工具的工作中心点在机器人坐标系下的第三目标位置信息，所述工具功能模块通过第九输出接口对所述第三目标位置信息进行验证，在所述第三目标位置信息验证通过的情况下，通过所述执行层控制所述机器人将所述目标手术工具的工作中心点移动至所述第三目标位置信息对应的目标位置。

进一步地，所述运动控制模块还包括：规划类控制接口，用于设置所述预设的规划约束；交互类控制接口，用于设置所述预设的力控参数。

进一步地，所述导航定位模块还包括多个导航定位子模块，其中，每个导航定位子模块对应不同的手术类型；所述视觉跟踪模块还包括多个视觉跟踪模块子模块，其中，每个视觉跟踪模块子模块对应不同的跟踪策略；所述运动控制模块还包括多个运动控制子模块，其中，每个运动控制子模块对应不同的运动策略；工具功能模块还包括多个工具功能子模块，其中，每个工具功能子模块对应不同种类的手术工具。

为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种机器人的控制方法，该方法包括：接收第一目标软件位置信息；构建所述第一目标软件位置信息与视觉坐标系的位姿转换关系，并依据所述位姿转换关系，将所述软件位置信息转换为所述视觉坐标系下的目标位姿信息；将所述目标位姿信息转换为机器人坐标系下的第一目标位置信息；基于预设的规划约束和预设的力控参数对所述第一目标位置信息进行约束和优化，得到第二目标位置信息；控制机器人移动至所述第二目标位置信息对应的目标位置。

进一步地，所述方法还包括：在所述机器人通过手术工具执行手术操作时，获取待使用的目标手术工具和第二目标软件位置信息；将所述第二目标软件位置信息转换为所述机器人坐标系下的第三目标位置信息；对所述第三目标位置信息进行校验，得到校验结果；若所述校验结果为通过，则控制所述目标手术工具的工作中心点移动至所述第三目标位置信息对应的目标位置。

为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种机器人的控制装置。该装置包括：接收单元，用于接收第一目标软件位置信息；构建单元，用于构建所述第一目标软件位置信息与视觉坐标系的位姿转换关系，并依据所述位姿转换关系，将所述软件位置信息转换为所述视觉坐标系下的目标位姿信息；第一转换单元，用于将所述目标位姿信息转换为机器人坐标系下的第一目标位置信息；优化单元，用于基于预设的规划约束和预设的力控参数对所述第一目标位置信息进行约束和优化，得到第二目标位置信息；第一控制单元，用于控制机器人移动至所述第二目标位置信息对应的目标位置。

进一步地，所述装置还包括：获取单元，用于在所述机器人通过手术工具执行手术操作时，获取待使用的目标手术工具和第二目标软件位置信息；第二转换单元，用于将所述第二目标软件位置信息转换为所述机器人坐标系下的第三目标位置信息；检验单元，用于对所述第三目标位置信息进行校验，得到校验结果；第二控制单元，用于若所述校验结果为通过，则控制所述目标手术工具的工作中心点移动至所述第三目标位置信息对应的目标位置。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述任意一项所述的机器人的控制方法。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种电子设备，电子设备包括一个或多个处理器和存储器，存储器用于存储一个或多个处理器实现上述任意一项所述的机器人的控制方法。

通过本申请，采用以下内容：客户端，客户端至少包括：交互层、接口层和通讯层，其中，交互层接收目标对象输入的操作信息和配置信息，接口层将操作信息转换为指令信息，通讯层将指令信息和配置信息转发至控制端；控制端，控制端至少包括：逻辑层和执行层，其中，逻辑层基于指令信息和配置信息进行逻辑判断和数据处理，得到处理结果，执行层基于处理结果控制机器人运动，解决了相关技术中缺乏导航类手术机器人的软件***，导致开发导航类手术机器人的效率比较低的问题。上述的用于控制机器人的软件***，从顶层到底层依次包括：交互层、接口层、通讯层、逻辑层以及执行层，涵盖了手术类导航机器人的基础功能，基于上述的软件***能够快速实现对执行不同种类手术的机器人的软件程序的开发工作，进而达到了提高开发导航类手术机器人的效率的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例提供的用于控制机器人的软件***的示意图；

图2是根据本申请实施例提供的导航定位模块的示意图；

图3是根据本申请实施例提供的视觉跟踪模块的示意图；

图4是根据本申请实施例提供的运动控制模块的示意图；

图5是根据本申请实施例提供的工具功能模块的示意图；

图6是根据本申请实施例提供的用于控制机器人的软件***的开发流程图；

图7是根据本申请实施例提供的机器人的控制方法的流程图；

图8是根据本申请实施例提供的机器人的控制装置的示意图；

图9是根据本申请实施例提供的电子设备的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请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，以便这里描述的本申请的实施例。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、***、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。

实施例1

利用手术机器人辅助手术，能够提高手术的效率和手术的质量，但是目前开发的手术机器人的往往只能针对一种类型的手术，缺乏开放性，扩展性也较弱，不利于维护和升级。

目前导航类手术机器人的基础手术流程包括：1、配置选择：确定手术类型，例如髋关节手术，肩关节手术等；确定跟踪控制模式，包括开环跟踪模式，闭环跟踪模式等；确定术中所用工具类型，包括髋臼锉，切削刀，等。2、策划调整：导入手术策划，根据患者术前3D影像，调整所用的手术工具，调整所用假体类型等。3、坐标系标定：包括机器人坐标系标定、工具坐标系标定以及机器人坐标系标定。4、特征配准：建立人体局部3D影像与视觉坐标系的位置转换关系；5、术中运动：根据手术需要，协助医生进行对工具位置进行移动，其运动形式包括***，定位运动，跟随运动等；6、术中调整：根据术中实施情况，结合数据信息分析，进行阶段性验证，为下一步手术操作提供参考，上述的数据信息包括深度计量，角度计量，间隙计量等；7、术后检测：将术后状态与策划目标进行对比，评估手术效果。

在上述技术背景和基础手术流程下，提出了一种用于控制机器人的软件***，如图1所示，上述的用于控制机器人的软件***包括以下内容：

客户端，客户端至少包括：交互层、接口层和通讯层，其中，交互层接收目标对象输入的操作信息和配置信息，接口层将操作信息转换为指令信息，通讯层将指令信息和配置信息转发至控制端；控制端，控制端至少包括：逻辑层和执行层，其中，逻辑层基于指令信息和配置信息进行逻辑判断和数据处理，得到处理结果，执行层基于处理结果控制机器人运动。

逻辑层包括：导航定位模块，其中，导航定位模块通过第一输出接口构建配置信息中的软件位置信息与视觉坐标系的位姿转换关系，导航定位模块通过第二输出接口依据位姿转换关系将软件位置信息转换视觉坐标系下的目标位姿信息，并将目标位姿信息传输至视觉跟踪模块；视觉跟踪模块，其中，视觉跟踪模块通过第三输出接口接收目标位姿信息，视觉跟踪模块通过第四输出接口将目标位姿信息转换为机器人坐标系下的第一目标位置信息，并将第一目标位置信息传输至运动控制模块；运动控制模块，其中，运动控制模块通过第五输出接口接收第一目标位置信息，运动控制模块通过第六输出接口基于预设的规划约束和预设的力控参数对第一目标位置信息进行约束和优化，得到第二目标位置信息；其中，执行层控制机器人移动至第二目标位置信息对应的目标位置，以执行相应的手术操作。

具体地，上述的软件***应用于导航类手术机器人，导航类手术机器人主要用于移动手术工具的位置来协助医生完成外科手术工作，因此，如图1所示，本申请提出的用于控制机器人的软件***主要包括客户端和控制端，客户端主要用于人机交互，接收医生的操作和控制指令，控制端基于操作和控制指令进行逻辑判断和数据处理，以及控制机器人运动至相应的位置。

如图1所示，客户端可以包括交互层、接口层和通讯层。通过交互层接收医生（即上述的目标对象）输入的操作信息和配置信息，例如，手术类型，跟踪方式、运动控制模式以及机器人待移动到的目标位置等信息。利用接口层将对应的操作信息转换为操作指令，并通过通讯层将操作指令和配置信息传输至控制端。交互层可以包括多个操作界面，例如，策划界面，标定界面，特征配准界面，术中界面，术后检测界面等，目标对象可以通过上述界面执行不同操作。例如，在标定界面，目标对象下发对机器人坐标系的标定指令等，在术后检测界面对本次手术结果进行分析和评估手术效果等。

接口层中还可以包括以下部分：运动模式指令，用于在不同界面中下发机器人运动控制模式；实时位姿指令，用于实时下发/获取机器人目标位姿；日志指令，用于记录操作过程；状态指令，用于记录机器人当前模式状态。

需要说明的是，通信层中，可以使用TCP/IP通信协议连接控制端。

如图1所示，控制端至少包括逻辑层和执行层，逻辑层至少包括导航定位模块、视觉跟踪模块和运动控制模块。逻辑层基于目标对象输入的指令信息和配置信息进行逻辑判断和数据处理，得到处理结果，执行层基于处理结果控制机器人运动。例如，目标对象想要控制机器人移动至目标位置，则将位置信息传输至逻辑层，逻辑层将目标位置转换为机器人角度下的位置信息，然后执行层控制机器人移动到对应位置。

导航定位模块，如图2所示。导航定位模块至少包括第一输出接口和第二输出接 口，第一输出接口：构建配置信息中的软件位置信息（目标对象输入的）与视觉坐标系的位 姿转换关系；第二输出接口，将指定的软件位置信息转化为视觉坐标系下的目标位姿信息， 计算公式下所示：

，其中，

是目标位姿信息，

是软件位置信息，

是位姿转换关系。转换完成后将目标位姿信息发给视觉跟踪模 块。

视觉跟踪模块，如图3所示，视觉跟踪模块至少包括第三输出接口和第四输出接口，第三输出接口：接收导航定位模块发送的目标位姿信息；第四输出接口：将视觉坐标系下目标位姿信息转换至机器人坐标系下，得到第一目标位置信息，便于后续控制机器人移动至第一目标位置信息对应的位置。为了更好地控制机器人移动还会通过运动控制模块进行规划和约束。

上述的运动控制模块还包括以下接口：规划类控制接口，用于设置预设的规划约束；交互类控制接口，用于设置预设的力控参数。

如图4所示，规划类控制接口：设置规划约束，用于根据手术类型的运动范围，对第一目标位置信息进行更新和约束处理；交互类控制接口：设置力控参数，用于根据手术类型的交互约束，对第一目标位置信息进行自由度限值及力控柔顺程度处理等。

运动控制模块，如图4所示，运动控制模块至少包括第五输出接口和第六输出接口。第五输出接口：获取机器人坐标系下的第一目标位置信息；第六输出接口：用于输出当前运动模式下约束后的第二目标位置信息（对应的上述的基于预设的规划约束和预设的力控参数对第一目标位置信息进行约束和优化以得到第二目标位置信息）。

在得到第二目标位置信息后，通过执行层控制机器人移动至第二目标位置信息对应的目标位置，执行响应的手术操作。

综上所述，上述的软件***明确设置了各个模块的功能，并且能够满足各类手术类型以及手术工具的基础功能需求，因此在之后进行机器人开发时，只需在其基础上进行改进和优化即可，并在后续使用过程中，也可以以模块为单元进行维护。因此通过上述的软件***实现了提高导航类手术机器人开发效率的技术效果。

导航类手术机器人一般来说还用于辅助将手术工具移动至对应的目标位置，因此用于控制机器人的软件***还包括：工具功能模块，其中，在通过手术工具执行手术操作时，工具功能模块通过第七输出接口设置多个手术工具的工作名称，工具功能模块通过第八输出接口接收目标手术工具的工作中心点在机器人坐标系下的第三目标位置信息，工具功能模块通过第九输出接口对第三目标位置信息进行验证，在第三目标位置信息验证通过的情况下，通过执行层控制机器人将目标手术工具的工作中心点移动至第三目标位置信息对应的目标位置。

具体地，如图5所示，工具功能模块至少包括第七输出接口、第八输出接口和第九输出接口。第七输出接口：tcp（工作中心点）设置，用于设置预使用的手术工具的工作名称；第八输出接口：标定设置，接收目标手术工具的工作中心点在机器人坐标系下的第三目标位置信息；第九输出接口：检测位置，检测手术工具的第三目标位置信息，对第三目标位置信息进行二次验证，提高准确度。最后通过控制层将目标手术工具的工作中心点移动至第三目标位置信息对应的目标位置。

上述工具功能模块保证了用于控制机器人的软件***能够用于控制多种手术工具移动至目标位置，以辅助执行手术操作。

为了能够快速开发应用于各种类型手术的机器人，导航定位模块、视觉跟踪模块、运动控制模块和工具功能模块还包括以下内容：导航定位模块还包括多个导航定位子模块，其中，每个导航定位子模块对应不同的手术类型；视觉跟踪模块还包括多个视觉跟踪模块子模块，其中，每个视觉跟踪模块子模块对应不同的跟踪策略；运动控制模块还包括多个运动控制子模块，其中，每个运动控制子模块对应不同的运动策略；工具功能模块还包括多个工具功能子模块，其中，每个工具功能子模块对应不同种类的手术工具。

具体地，如图2所示，导航定位模块可以包括多个导航定位子模块，用于匹配不同术型，例如，髋导航定位子模块，膝导航定位子模块，脊柱导航定位子模块等导航定位子模块。对于各导航定位子模块，继承导航定位模块的两种输出接口，但由于手术类型的配准策略以及目标位置不同，各导航定位子模块的对于同一接口的实现方案并不会完全相同，需要根据实际需求进行响应的开发。

如图3所示，视觉跟踪模块可以包括多个视觉跟踪子模块，用于匹配不同的跟踪策略，例如，开环视觉跟踪子模块，闭环视觉跟踪子模块以及其他视觉跟踪子模块等。

如图4所示，运动控制模块还可以包括多个运动控制子模块，用于匹配不同的运动策略，例如，标定运动控制子模块、***控制子模块、定平面运动控制子模块等。

如图5所示，工具功能模块还可以包括多个工具功能子模块，用于匹配不同手术工具种类，例如，包括髋臼锉工具子模块，髋植入工具子模块，膝导板工具子模块等其他工具子模块。

在一可选的实施例中，上述软件***的开发流程如图6所示，第一步，根据手术患者的配置信息（包括术型，跟踪方式），输入至构造器，用于初始化对应模块；

第二步，构造器根据配置信息，构造所需的导航定位模块，视觉跟踪模块，工具功能模块；

第三步，调用导航定位模块中的配准功能，获得位姿转换关系，调用目标位姿方法，获得视觉坐标系下目标位姿信息。

第四步，根据客户端选择的目标手术工具，输入至视觉跟踪模块，调用目标位姿方法，获得目标手术工具在机器人坐标系下目标位置信息。

第五步，根据客户端选择的运动模式，构造运动控制模块，根据运动模式，下发约束后的目标位置信息及柔顺刚度，以控制机器人移动。

在本申请实施例提供的用于控制机器人的软件***中，通过客户端，客户端至少包括：交互层、接口层和通讯层，其中，交互层接收目标对象输入的操作信息和配置信息，接口层将操作信息转换为指令信息，通讯层将指令信息和配置信息转发至控制端；控制端，控制端至少包括：逻辑层和执行层，其中，逻辑层基于指令信息和配置信息进行逻辑判断和数据处理，得到处理结果，执行层基于处理结果控制机器人运动，解决了相关技术中缺乏导航类手术机器人的软件***，导致开发导航类手术机器人的效率比较低的问题。上述的用于控制机器人的软件***，从顶层到底层依次包括：交互层、接口层、通讯层、逻辑层以及执行层，涵盖了手术类导航机器人的基础功能，基于上述的软件***能够快速实现对执行不同种类手术的机器人的软件程序的开发工作，进而达到了提高开发导航类手术机器人的效率的效果。

实施例2

下面结合优选的实施步骤对本发明进行说明，图7是根据本申请实施例提供的机器人的控制方法的流程图，如图7所示，该方法包括如下步骤：

步骤S701，接收第一目标软件位置信息。

步骤S702，构建第一目标软件位置信息与视觉坐标系的位姿转换关系，并依据位姿转换关系，将软件位置信息转换为视觉坐标系下的目标位姿信息。

步骤S703，将目标位姿信息转换为机器人坐标系下的第一目标位置信息。

步骤S704，基于预设的规划约束和预设的力控参数对第一目标位置信息进行约束和优化，得到第二目标位置信息。

步骤S705，控制机器人移动至第二目标位置信息对应的目标位置。

具体地，上述的机器人的控制方法应用于实施例一所述的用于控制机器人的软件***。目标对象设置机器人需要移动到的软件位置信息（即上述的第一目标软件位置信息）。通过导航定位模块构建第一目标软件位置信息与视觉坐标系的位姿转换关系，根据位姿转换关系，将软件位置信息转换为视觉坐标系下的目标位姿信息。并将目标位姿信息传输至视觉跟踪模块，通过视觉跟踪模块将目标位姿信息转换为机器人坐标系下的第一目标位置信息。通过运动控制模块中预设的规划约束和预设的力控参数对第一目标位置信息进行约束和优化，得到第二目标位置信息，最后通过执行层控制机器人移动至第二目标位置信息对应的目标位置，以通过机器人辅助执行手术操作。

在机器人通过手术工具执行手术操作时，通过下述方法控制机器人：获取待使用的目标手术工具和第二目标软件位置信息；将第二目标软件位置信息转换为机器人坐标系下的第三目标位置信息；对第三目标位置信息进行校验，得到校验结果；若校验结果为通过，则控制目标手术工具的工作中心点移动至第三目标位置信息对应的目标位置。

一般来说，导航类手术机器人通过移动手术工具至目标位置来辅助完成手术，因此，在机器人通过手术工具执行手术操作时，包括：目标对象设置待使用的目标手术工具和第二目标软件位置信息；然后利用转换关系将第二目标软件位置信息转换为机器人坐标系下的第三目标位置信息；通过工具功能模块对第三目标位置信息进行校验，来提高位置的准确性；在校验结果为通过时，利用执行层控制目标手术工具的工作中心点移动至第三目标位置信息对应的目标位置。

本申请实施例提供的机器人的控制方法，通过接收第一目标软件位置信息；构建第一目标软件位置信息与视觉坐标系的位姿转换关系，并依据位姿转换关系，将软件位置信息转换为视觉坐标系下的目标位姿信息。将目标位姿信息转换为机器人坐标系下的第一目标位置信息。基于预设的规划约束和预设的力控参数对第一目标位置信息进行约束和优化，得到第二目标位置信息。控制机器人移动至第二目标位置信息对应的目标位置，解决了相关技术中缺乏导航类手术机器人的软件***，导致开发导航类手术机器人的效率比较低的问题。上述的用于控制机器人的软件***，从顶层到底层依次包括：交互层、接口层、通讯层、逻辑层以及执行层，涵盖了手术类导航机器人的基础功能，基于上述的软件***能够快速实现对执行不同种类手术的机器人的软件程序的开发工作，进而达到了提高开发导航类手术机器人的效率的效果。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例3

本申请实施例还提供了一种机器人的控制装置，需要说明的是，本申请实施例的机器人的控制装置可以用于执行本申请实施例所提供的用于机器人的控制方法。以下对本申请实施例提供的机器人的控制装置进行介绍。

图8是根据本申请实施例的机器人的控制装置的示意图。如图8所示，该装置包括：接收单元801，构建单元802，第一转换单元803，优化单元804和第一控制单元805。

接收单元801，用于接收第一目标软件位置信息；

构建单元802，用于构建第一目标软件位置信息与视觉坐标系的位姿转换关系，并依据位姿转换关系，将软件位置信息转换为视觉坐标系下的目标位姿信息；

第一转换单元803，用于将目标位姿信息转换为机器人坐标系下的第一目标位置信息；

优化单元804，用于基于预设的规划约束和预设的力控参数对第一目标位置信息进行约束和优化，得到第二目标位置信息；

第一控制单元805，用于控制机器人移动至第二目标位置信息对应的目标位置。

本申请实施例提供的机器人的控制装置，通过接收单元801接收第一目标软件位置信息；构建单元802构建第一目标软件位置信息与视觉坐标系的位姿转换关系，并依据位姿转换关系，将软件位置信息转换为视觉坐标系下的目标位姿信息；第一转换单元803将目标位姿信息转换为机器人坐标系下的第一目标位置信息；优化单元804，用于基于预设的规划约束和预设的力控参数对第一目标位置信息进行约束和优化，得到第二目标位置信息；第一控制单元805控制机器人移动至第二目标位置信息对应的目标位置，解决了相关技术中缺乏导航类手术机器人的软件***，导致开发导航类手术机器人的效率比较低的问题。上述的用于控制机器人的软件***，从顶层到底层依次包括：交互层、接口层、通讯层、逻辑层以及执行层，涵盖了手术类导航机器人的基础功能，基于上述的软件***能够快速实现对执行不同种类手术的机器人的软件程序的开发工作，进而达到了提高开发导航类手术机器人的效率的效果。

可选地，在本申请实施例提供的机器人的控制装置中，该装置还包括：获取单元，用于在机器人通过手术工具执行手术操作时，获取待使用的目标手术工具和第二目标软件位置信息；第二转换单元，用于将第二目标软件位置信息转换为机器人坐标系下的第三目标位置信息；检验单元，用于对第三目标位置信息进行校验，得到校验结果；第二控制单元，用于若校验结果为通过，则控制目标手术工具的工作中心点移动至第三目标位置信息对应的目标位置。

机器人的控制装置包括处理器和存储器，上述的接收单元801，构建单元802，第一转换单元803，优化单元804和第一控制单元805等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。

处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来实现对机器人的控制。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。

本发明实施例提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行机器人的控制方法。

如图9所示，本发明实施例提供了一种电子设备，设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现以下步骤：接收第一目标软件位置信息；构建第一目标软件位置信息与视觉坐标系的位姿转换关系，并依据位姿转换关系，将软件位置信息转换为视觉坐标系下的目标位姿信息；将目标位姿信息转换为机器人坐标系下的第一目标位置信息；基于预设的规划约束和预设的力控参数对第一目标位置信息进行约束和优化，得到第二目标位置信息；控制机器人移动至第二目标位置信息对应的目标位置。

可选地，该方法还包括：在机器人通过手术工具执行手术操作时，获取待使用的目标手术工具和第二目标软件位置信息；将第二目标软件位置信息转换为机器人坐标系下的第三目标位置信息；对第三目标位置信息进行校验，得到校验结果；若校验结果为通过，则控制目标手术工具的工作中心点移动至第三目标位置信息对应的目标位置。

本文中的设备可以是服务器、PC、PAD、手机等。

本申请还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有如下方法步骤的程序：接收第一目标软件位置信息；构建第一目标软件位置信息与视觉坐标系的位姿转换关系，并依据位姿转换关系，将软件位置信息转换为视觉坐标系下的目标位姿信息；将目标位姿信息转换为机器人坐标系下的第一目标位置信息；基于预设的规划约束和预设的力控参数对第一目标位置信息进行约束和优化，得到第二目标位置信息；控制机器人移动至第二目标位置信息对应的目标位置。

可选地，该方法还包括：在机器人通过手术工具执行手术操作时，获取待使用的目标手术工具和第二目标软件位置信息；将第二目标软件位置信息转换为机器人坐标系下的第三目标位置信息；对第三目标位置信息进行校验，得到校验结果；若校验结果为通过，则控制目标手术工具的工作中心点移动至第三目标位置信息对应的目标位置。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（***）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器 (CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存 (PRAM)、静态随机存取存储器 (SRAM)、动态随机存取存储器 (DRAM)、其他类型的随机存取存储器 (RAM)、只读存储器 (ROM)、电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘 (DVD) 或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体 (transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种用于控制机器人的软件***，其特征在于，所述机器人应用于辅助执行手术操作，包括：

客户端，所述客户端至少包括：交互层、接口层和通讯层，其中，所述交互层接收目标对象输入的操作信息和配置信息，所述接口层将所述操作信息转换为指令信息，所述通讯层将所述指令信息和所述配置信息转发至控制端；

所述控制端，所述控制端至少包括：逻辑层和执行层，其中，所述逻辑层基于所述指令信息和所述配置信息进行逻辑判断和数据处理，得到处理结果，所述执行层基于所述处理结果控制机器人运动；

其中，所述逻辑层包括：

导航定位模块，其中，所述导航定位模块通过第一输出接口构建所述配置信息中的软件位置信息与视觉坐标系的位姿转换关系，所述导航定位模块通过第二输出接口依据所述位姿转换关系将所述软件位置信息转换所述视觉坐标系下的目标位姿信息，并将所述目标位姿信息传输至视觉跟踪模块；

所述视觉跟踪模块，其中，所述视觉跟踪模块通过第三输出接口接收所述目标位姿信息，所述视觉跟踪模块通过第四输出接口将所述目标位姿信息转换为机器人坐标系下的第一目标位置信息，并将所述第一目标位置信息传输至运动控制模块；

所述运动控制模块，其中，所述运动控制模块通过第五输出接口接收所述第一目标位置信息，所述运动控制模块通过第六输出接口基于预设的规划约束和预设的力控参数对所述第一目标位置信息进行约束和优化，得到第二目标位置信息；

其中，所述执行层控制所述机器人移动至所述第二目标位置信息对应的目标位置，以执行相应的手术操作。

2.根据权利要求1所述的软件***，其特征在于，所述软件***还包括：

工具功能模块，其中，在通过手术工具执行手术操作时，所述工具功能模块通过第七输出接口设置多个手术工具的工作名称，所述工具功能模块通过第八输出接口接收目标手术工具的工作中心点在机器人坐标系下的第三目标位置信息，所述工具功能模块通过第九输出接口对所述第三目标位置信息进行验证，在所述第三目标位置信息验证通过的情况下，通过所述执行层控制所述机器人将所述目标手术工具的工作中心点移动至所述第三目标位置信息对应的目标位置。

3.根据权利要求1所述的软件***，其特征在于，所述运动控制模块还包括：

规划类控制接口，用于设置所述预设的规划约束；

交互类控制接口，用于设置所述预设的力控参数。

4.根据权利要求1所述的软件***，其特征在于，

所述导航定位模块还包括多个导航定位子模块，其中，每个导航定位子模块对应不同的手术类型；

所述视觉跟踪模块还包括多个视觉跟踪模块子模块，其中，每个视觉跟踪模块子模块对应不同的跟踪策略；

所述运动控制模块还包括多个运动控制子模块，其中，每个运动控制子模块对应不同的运动策略；

工具功能模块还包括多个工具功能子模块，其中，每个工具功能子模块对应不同种类的手术工具。

5.一种机器人的控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1至4任意一项所述的用于控制机器人的软件***，包括：

接收第一目标软件位置信息；

构建所述第一目标软件位置信息与视觉坐标系的位姿转换关系，并依据所述位姿转换关系，将所述软件位置信息转换为所述视觉坐标系下的目标位姿信息；

将所述目标位姿信息转换为机器人坐标系下的第一目标位置信息；

基于预设的规划约束和预设的力控参数对所述第一目标位置信息进行约束和优化，得到第二目标位置信息；

控制机器人移动至所述第二目标位置信息对应的目标位置；

其中，在所述机器人通过手术工具执行手术操作时，获取待使用的目标手术工具和第二目标软件位置信息；

将所述第二目标软件位置信息转换为所述机器人坐标系下的第三目标位置信息；

对所述第三目标位置信息进行校验，得到校验结果；

若所述校验结果为通过，则控制所述目标手术工具的工作中心点移动至所述第三目标位置信息对应的目标位置。

6.一种机器人的控制装置，其特征在于，包括：

接收单元，用于接收第一目标软件位置信息；

构建单元，用于构建所述第一目标软件位置信息与视觉坐标系的位姿转换关系，并依据所述位姿转换关系，将所述软件位置信息转换为所述视觉坐标系下的目标位姿信息；

第一转换单元，用于将所述目标位姿信息转换为机器人坐标系下的第一目标位置信息；

优化单元，用于基于预设的规划约束和预设的力控参数对所述第一目标位置信息进行约束和优化，得到第二目标位置信息；

第一控制单元，用于控制机器人移动至所述第二目标位置信息对应的目标位置；

其中，所述装置还包括：获取单元，用于在所述机器人通过手术工具执行手术操作时，获取待使用的目标手术工具和第二目标软件位置信息；

第二转换单元，用于将所述第二目标软件位置信息转换为所述机器人坐标系下的第三目标位置信息；

检验单元，用于对所述第三目标位置信息进行校验，得到校验结果；

第二控制单元，用于若所述校验结果为通过，则控制所述目标手术工具的工作中心点移动至所述第三目标位置信息对应的目标位置。

7.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求5所述的机器人的控制方法。

8.一种电子设备，其特征在于，包括一个或多个处理器和存储器，所述存储器用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现权利要求5所述的机器人的控制方法。

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