CN116077182B - 一种医用手术机器人控制方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本公开实施例涉及一种医用手术机器人控制方法、装置、设备及介质，其中，机器人设置刀具，机器人的机械臂末端固定一台结构光相机，方法包括：控制结构光相机对包括皮肤的目标区域进行采集得到点云集合；对点云集合进行处理得到世界坐标系下的目标点云集合；获取预配准的三维骨面模型上与刀具位置坐标点距离最小的第一坐标点；从目标点云集合中获取与刀具位置坐标点距离最小的第二坐标点；基于刀具位置坐标点、第一坐标点和第二坐标点进行计算得到第一距离和第二距离，并基于第一距离和第二距离生成控制指令控制刀具运动。采用上述技术方案，基于结构光相机实时获取用户体表信息，并利用光线追踪法实现检测用户皮肤软组织并防止刀具碰撞到用户。

Description

一种医用手术机器人控制方法、装置、设备及介质

技术领域

本公开涉及智能外科技术领域，尤其涉及一种医用手术机器人控制方法、装置、设备及介质。

背景技术

通常，机器人手术***是集多项现代高科技手段于一体的综合体，其用途广泛，在临床外科上有大量的应用。外科医生可以远离手术台操纵机器进行手术，完全不同于传统的手术概念，在世界微创外科领域是当之无愧的革命性外科手术工具。

相关技术中，在刀具接近目标体的时候，并没有考虑是否会碰到包裹着骨头的皮肤以及软组织。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种医用手术机器人控制方法、装置、设备及介质。

本公开实施例提供了一种医用手术机器人控制方法，在机器人上设置刀具，以及所述机器人的机械臂末端固定一台结构光相机，所述方法包括：

控制所述结构光相机对包括皮肤的目标区域进行采集，得到点云集合；

对所述点云集合进行处理，得到世界坐标系下的目标点云集合；

获取预配准的三维骨面模型上与刀具位置坐标点距离最小的第一坐标点；

从所述目标点云集合中获取与所述刀具位置坐标点距离最小的第二坐标点；

基于所述刀具位置坐标点、所述第一坐标点和所述第二坐标点进行计算，得到第一距离和第二距离，并基于所述第一距离和所述第二距离生成控制指令，以基于所述控制指令控制所述刀具运动。

本公开实施例还提供了一种医用手术机器人控制装置，在机器人设置刀具，以及所述机器人的机械臂末端固定一台结构光相机，所述装置包括：

采集模块，用于控制所述结构光相机对包括皮肤的目标区域进行采集，得到点云集合；

处理模块，用于对所述点云集合进行处理，得到世界坐标系下的目标点云集合；

第一获取模块，用于获取预配准的三维骨面模型上与刀具位置坐标点距离最小的第一坐标点；

第二获取模块，用于从所述目标点云集合中获取与所述刀具位置坐标点距离最小的第二坐标点；

计算模块，用于基于所述刀具位置坐标点、所述第一坐标点和所述第二坐标点进行计算，得到第一距离和第二距离；

生成模块，用于基于所述第一距离和所述第二距离生成控制指令，以基于所述控制指令控制所述刀具运动。

本公开实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现如本公开实施例提供的医用手术机器人控制方法。

本公开实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行如本公开实施例提供的医用手术机器人控制方法。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：本公开实施例提供的医用手术机器人控制方案，在机器人上设置刀具，以及所述机器人的机械臂末端固定一台结构光相机，控制结构光相机对包括皮肤的目标区域进行采集，得到点云集合，对点云集合进行处理，得到世界坐标系下的目标点云集合，获取预配准的三维骨面模型上与刀具位置坐标点距离最小的第一坐标点，从目标点云集合中获取与刀具位置坐标点距离最小的第二坐标点，基于刀具位置坐标点、第一坐标点和第二坐标点进行计算，得到第一距离和第二距离，并基于第一距离和第二距离生成控制指令，以基于控制指令控制刀具运动。采用上述技术方案，基于结构光相机实时获取用户体表信息，并利用光线追踪法实现检测用户皮肤软组织并防止刀具碰撞到用户。

附图说明

结合附图并参考以下具体实施方式，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，原件和元素不一定按照比例绘制。

图1为本公开实施例提供的一种医用手术机器人控制方法的流程示意图；

图2为本公开实施例提供的另一种医用手术机器人控制方法的流程示意图；

图3为本公开实施例提供的一种医用手术机器人控制装置的结构示意图；

图4为本公开实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

应当理解，本公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本公开的范围在此方面不受限制。

本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。

需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。

图1为本公开实施例提供的一种医用手术机器人控制方法的流程示意图，该方法可以由医用手术机器人控制装置执行，其中该装置可以采用软件和/或硬件实现，一般可集成在电子设备中。如图1所示，该方法包括：

步骤101、控制结构光相机对包括皮肤的目标区域进行采集，得到点云集合。

在本公开实施例中，在机器人上设置刀具，以及机器人的机械臂末端固定一台结构光相机。

具体地，在机械臂末端固定一台结构光相机，并控制结构光相机实时获取用户体表点云数据，即点云集合。

步骤102、对点云集合进行处理，得到世界坐标系下的目标点云集合。

在本公开实施例中，获取的点云集合是相机坐标系下的三维点云坐标，需要将其转换到世界坐标系下的目标点云集合；在一些实施方式中，获取手眼标定矩阵，并基于点云集合和手眼标定矩阵进行计算，得到机械臂基座坐标系的点云集合，基于机械臂基座到世界坐标系转换矩阵对机械臂基座坐标系的点云集合进行计算，得到世界坐标系下的目标点云集合；在另一些实施方式中，获取相机坐标系和世界坐标系之间的转换关系，根据相机坐标系和世界坐标系之间的转换关系直接将点云集合转换至世界坐标系下的目标点云集合。以上仅为示例，具体可以根据应用场景需要选择设置，本公开实施例不作具体限制。

步骤103、获取预配准的三维骨面模型上与刀具位置坐标点距离最小的第一坐标点。

其中，三维骨面模型为配准矫正好的三维曲面模型，在本公开实施例中指的是正在进行手术区域的骨面模型，可以预先获取进行配准矫正后存储。

可以理解的是，三维骨面模型由多个坐标点(三维坐标点)组成，需要获取与刀具位置坐标点距离最小的三维骨面模型上的坐标点作为第一坐标点。

在本公开实施例中，获取预配准的三维骨面模型上与刀具位置坐标点距离最小的第一坐标点的方式有很多种，在一些实施方式中，建立目标点云集合和三维骨面模型的八叉树模型，基于八叉树模型获取三维骨面模型上与刀具位置坐标点距离最小的第一坐标点；在另一些实施方式中，将三维骨面模型所有坐标点云分别和刀具位置坐标点进行计算，得到多个距离，从多个距离中获取距离最小对应的坐标点作为第一坐标点。

以上两种方式仅为示例，本公开实施例不对获取预配准的三维骨面模型上与刀具位置坐标点距离最小的第一坐标点的方式进行具体限制。

步骤104、从目标点云集合中获取与刀具位置坐标点距离最小的第二坐标点。

可以理解的是，目标点云集合由多个目标点云组成，需要获取与刀具位置坐标点距离最小的目标点云作为第二坐标点。

在本公开实施例中，从目标点云集合中获取与刀具位置坐标点距离最小的第二坐标点的方式有很多种，在一些实施方式中，将目标点云集合中所有目标点云分别和刀具位置坐标点进行计算，得到多个距离，从多个距离中获取距离最小对应的目标点云作为第二坐标点；在另一些实施方式中，根据预设的计算模型或者算法对目标点云集合和刀具位置坐标点进行计算，输出与刀具位置坐标点距离最小对应的目标点云作为第二坐标点。

以上两种方式仅为示例，本公开实施例不对从目标点云集合中获取与刀具位置坐标点距离最小的第二坐标点的方式进行具体限制。

步骤105、基于刀具位置坐标点、第一坐标点和第二坐标点进行计算，得到第一距离和第二距离，并基于第一距离和第二距离生成控制指令，以基于控制指令控制刀具运动。

在本公开实施例中，在获取第一坐标点和第二坐标点后，需要根据刀具位置坐标点、第一坐标点和第二坐标点进行计算第一距离和第二距离，在一个具体实施方式中，计算刀具位置坐标点和第一坐标点的第一射线，获取刀具位置坐标点与第一射线的第一距离，以及计算刀具位置坐标点和第二坐标点的第二射线，获取刀具位置坐标点与第二射线的第二距离。

进一步地，基于第一距离和第二距离生成控制指令，以基于控制指令控制刀具运动，比如在第一距离大于第二距离的情况下，生成第一控制指令，以基于第一控制指令控制刀具运动；其中，第一控制指令用于调整刀具的运动姿态；再比如在第一距离小于等于第二距离的情况下，基于当前控制指令控制刀具运动；其中，当前控制指令用于维持刀具的运动姿态。

本公开实施例提供的医用手术机器人控制方案，在机器人上设置刀具，以及机器人的机械臂末端固定一台结构光相机，控制结构光相机对包括皮肤的目标区域进行采集，得到点云集合，对点云集合进行处理，得到世界坐标系下的目标点云集合，获取预配准的三维骨面模型上与刀具位置坐标点距离最小的第一坐标点，从目标点云集合中获取与刀具位置坐标点距离最小的第二坐标点，基于刀具位置坐标点、第一坐标点和第二坐标点进行计算，得到第一距离和第二距离，并基于第一距离和第二距离生成控制指令，以基于控制指令控制刀具运动。采用上述技术方案，基于结构光相机实时获取用户体表信息，并利用光线追踪法实现检测用户皮肤软组织并防止刀具碰撞到用户。

图2为本公开实施例提供的另一种医用手术机器人控制方法的流程示意图，本实施例在上述实施例的基础上，进一步优化了上述医用手术机器人控制方法。如图2所示，该方法包括：

步骤201、控制结构光相机对包括皮肤的目标区域进行采集，得到点云集合。

步骤202、获取手眼标定矩阵，并基于点云集合和手眼标定矩阵进行计算，得到机械臂基座坐标系的点云集合，基于机械臂基座到世界坐标系转换矩阵对机械臂基座坐标系的点云集合进行计算，得到世界坐标系下的目标点云集合。

具体地，在机械臂末端固定一台结构光相机，用于实时获取用户体表点云数据，对结构光相机进行标定，得到手眼转换矩阵M(机械臂末端到相机之间的空间变换矩阵)，采集的点云集合PS，通过PS*M转换到机械臂基座坐标系，得到Pbs，根据机械臂基座坐标系到世界坐标系的转换矩阵Mb2n，通过Pbs*Mb2n转换到世界坐标系，得到目标点云集合Pns。

步骤203、建立目标点云集合和三维骨面模型的八叉树模型，基于八叉树模型获取三维骨面模型上与刀具位置坐标点距离最小的第一坐标点。

步骤204、将目标点云集合中所有目标点云分别和刀具位置坐标点进行计算，得到多个距离，从多个距离中获取距离最小对应的目标点云作为第二坐标点。

步骤205、计算刀具位置坐标点和第一坐标点的第一射线，将刀具位置坐标点和第一射线进行点乘处理，得到第一数值，在第一数值小于预设的第一阈值的情况下，计算刀具位置坐标点和第二坐标点的第二射线。

步骤206、将刀具位置坐标点和第二射线进行点乘处理，得到第二数值，在第二数值小于预设的第二阈值的情况下，获取刀具位置坐标点与第一射线的第一距离、以及刀具位置坐标点与第二射线的第二距离。

步骤207、在第一距离大于第二距离的情况下，生成第一控制指令，以基于第一控制指令控制刀具运动；其中，第一控制指令用于调整刀具的运动姿态。

具体地，目标点云集合和三维骨面模型都是同一坐标系下，即世界坐标系下的三维坐标点。

具体地，建立Pns与三维骨面模型Gm的八叉树模型，八叉树模型是一种三维数据结构，通过该八叉树模型可以提高获取第一坐标点的计算效率。

具体地，根据实时获取的刀具位置Pkn(x0,y0,z0)以及刀具姿态Np(nx，ny，nz)，得到与刀具共线的射线方程

具体地，查找三维骨面模型Gm中与刀具位置最近的第一坐标点PGnear，计算刀具位置Pkn与PGnear的第一射线NG，计算NG与Pkn(nx，ny，nz)点乘，如果乘积小于第一阈值，查找结构光相机获取的点云与刀具位置最近的第二坐标点PSnear，计算刀具位置Pkn与PSnear的第二射线NS，计算第二射线NS与第一射线NG的点乘，如果乘积小于阈值，计算刀具位置Pkn与第一射线NG和第二射线NS的第一距离LPG、第二距离LNS，如果第二距离LNS<第一距离LPG那么刀具运动方向则存在碰撞点，发送信号至流程控制***，提示操作人员调整姿态，以此作为指导进行规避，达到软组织防碰撞的目的。

本公开实施例提供的医用手术机器人控制方案，控制结构光相机对包括皮肤的目标区域进行采集，得到点云集合，获取手眼标定矩阵，并基于点云集合和手眼标定矩阵进行计算，得到机械臂基座坐标系的点云集合，基于机械臂基座到世界坐标系转换矩阵对机械臂基座坐标系的点云集合进行计算，得到世界坐标系下的目标点云集合，建立目标点云集合和三维骨面模型的八叉树模型，基于八叉树模型获取三维骨面模型上与刀具位置坐标点距离最小的第一坐标点，将目标点云集合中所有目标点云分别和刀具位置坐标点进行计算，得到多个距离，从多个距离中获取距离最小对应的目标点云作为第二坐标点，计算刀具位置坐标点和第一坐标点的第一射线，将刀具位置坐标点和第一射线进行点乘处理，得到第一数值，在第一数值小于预设的第一阈值的情况下，计算刀具位置坐标点和第二坐标点的第二射线，将刀具位置坐标点和第二射线进行点乘处理，得到第二数值，在第二数值小于预设的第二阈值的情况下，获取刀具位置坐标点与第一射线的第一距离、以及刀具位置坐标点与第二射线的第二距离，在第一距离大于第二距离的情况下，生成第一控制指令，以基于第一控制指令控制刀具运动；其中，第一控制指令用于调整刀具的运动姿态。采用上述技术方案，基于结构光相机，实时获取用户体表信息，利用光线追踪法，实现检测用户皮肤软组织并防止刀具碰撞到用户。

图3为本公开实施例提供的一种医用手术机器人控制装置的结构示意图，该装置可由软件和/或硬件实现，一般可集成在电子设备中。如图3所示，在机器人设置刀具，以及所述机器人的机械臂末端固定一台结构光相机，该装置包括：

采集模块301，用于控制所述结构光相机对包括皮肤的目标区域进行采集，得到点云集合；

处理模块302，用于对所述点云集合进行处理，得到世界坐标系下的目标点云集合；

第一获取模块303，用于获取预配准的三维骨面模型上与刀具位置坐标点距离最小的第一坐标点；

第二获取模块304，用于从所述目标点云集合中获取与所述刀具位置坐标点距离最小的第二坐标点；

计算模块305，用于基于所述刀具位置坐标点、所述第一坐标点和所述第二坐标点进行计算，得到第一距离和第二距离；

生成模块306，用于基于所述第一距离和所述第二距离生成控制指令，以基于所述控制指令控制所述刀具运动。

可选的，所述处理模块302，具体用于：

获取手眼标定矩阵，并基于所述点云集合和所述手眼标定矩阵进行计算，得到机械臂基座坐标系的点云集合；

基于机械臂基座到世界坐标系转换矩阵对所述机械臂基座坐标系的点云集合进行计算，得到所述世界坐标系下的目标点云集合。

可选的，所述第一获取模块303，具体用于：

建立所述目标点云集合和所述三维骨面模型的八叉树模型；

基于所述八叉树模型获取所述三维骨面模型上与刀具位置坐标点距离最小的第一坐标点。

可选的，所述第二获取模块304，具体用于：

将所述目标点云集合中所有目标点云分别和刀具位置坐标点进行计算，得到多个距离；

从所述多个距离中获取距离最小对应的目标点云作为所述第二坐标点。

可选的，所述计算模块305，具体用于：

计算所述刀具位置坐标点和所述第一坐标点的第一射线；

将所述刀具位置坐标点和所述第一射线进行点乘处理，得到第一数值；

在所述第一数值小于预设的第一阈值的情况下，计算所述刀具位置坐标点和所述第二坐标点的第二射线；

将所述刀具位置坐标点和所述第二射线进行点乘处理，得到第二数值；

在所述第二数值小于预设的第二阈值的情况下，获取所述刀具位置坐标点与所述第一射线的第一距离、以及所述刀具位置坐标点与所述第二射线的第二距离。

可选的，所述生成模块306，具体用于：

在所述第一距离大于所述第二距离的情况下，生成第一控制指令，以基于所述第一控制指令控制所述刀具运动；其中，所述第一控制指令用于调整所述刀具的运动姿态。

本公开实施例所提供的医用手术机器人控制装置可执行本公开任意实施例所提供的医用手术机器人控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

本公开实施例还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现本公开任意实施例所提供的医用手术机器人控制方法。

图4为本公开实施例提供的一种电子设备的结构示意图。下面具体参考图4，其示出了适于用来实现本公开实施例中的电子设备400的结构示意图。本公开实施例中的电子设备400可以包括但不限于诸如移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、PDA(个人数字助理)、PAD(平板电脑)、PMP(便携式多媒体播放器)、车载终端(例如车载导航终端)等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。图4示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图4所示，电子设备400可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)401，其可以根据存储在只读存储器(ROM)402中的程序或者从存储装置408加载到随机访问存储器(RAM)403中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 403中，还存储有电子设备400操作所需的各种程序和数据。处理装置401、ROM 402以及RAM403通过总线404彼此相连。输入/输出(I/O)接口405也连接至总线404。

通常，以下装置可以连接至I/O接口405：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置406；包括例如液晶显示器(LCD)、扬声器、振动器等的输出装置407；包括例如磁带、硬盘等的存储装置408；以及通信装置409。通信装置409可以允许电子设备400与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图4示出了具有各种装置的电子设备400，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。

特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在非暂态计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置409从网络上被下载和安装，或者从存储装置408被安装，或者从ROM 402被安装。在该计算机程序被处理装置401执行时，执行本公开实施例的医用手术机器人控制方法中限定的上述功能。

需要说明的是，本公开上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。

在一些实施方式中，客户端、服务器可以利用诸如HTTP(Hyper Text TransferProtocol，超文本传输协议)之类的任何当前已知或未来研发的网络协议进行通信，并且可以与任意形式或介质的数字数据通信(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)，广域网(“WAN”)，网际网(例如，互联网)以及端对端网络(例如，ad hoc端对端网络)，以及任何当前已知或未来研发的网络。

上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。

上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：控制结构光相机对包括皮肤的目标区域进行采集，得到点云集合，对点云集合进行处理，得到世界坐标系下的目标点云集合，获取预配准的三维骨面模型上与刀具位置坐标点距离最小的第一坐标点，从目标点云集合中获取与刀具位置坐标点距离最小的第二坐标点，基于刀具位置坐标点、第一坐标点和第二坐标点进行计算，得到第一距离和第二距离，并基于第一距离和第二距离生成控制指令，以基于控制指令控制刀具运动。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括但不限于面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本公开实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。其中，单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。

本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上***(SOC)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)等等。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行***、装置或设备使用或与指令执行***、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读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***、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。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。

根据本公开的一个或多个实施例，本公开提供了一种电子设备，包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现如本公开提供的任一所述的医用手术机器人控制方法。

根据本公开的一个或多个实施例，本公开提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行如本公开提供的任一所述的医用手术机器人控制方法。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这不应当理解为要求这些操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行来执行。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实施例中。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实施例中。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

Claims (7)

1.一种医用手术机器人控制装置，其特征在于，在机器人设置刀具，以及所述机器人的机械臂末端固定一台结构光相机，所述装置包括：

采集模块，用于控制所述结构光相机对包括皮肤的目标区域进行采集，得到点云集合；

处理模块，用于对所述点云集合进行处理，得到世界坐标系下的目标点云集合；

第一获取模块，用于获取预配准的三维骨面模型上与刀具位置坐标点距离最小的第一坐标点；

第二获取模块，用于从所述目标点云集合中获取与所述刀具位置坐标点距离最小的第二坐标点；

计算模块，用于基于所述刀具位置坐标点、所述第一坐标点和所述第二坐标点进行计算，得到第一距离和第二距离；

生成模块，用于基于所述第一距离和所述第二距离生成控制指令，以基于所述控制指令控制所述刀具运动；

其中，所述计算模块，具体用于：

计算所述刀具位置坐标点和所述第一坐标点的第一射线；

将所述刀具位置坐标点和所述第一射线进行点乘处理，得到第一数值；

在所述第一数值小于预设的第一阈值的情况下，计算所述刀具位置坐标点和所述第二坐标点的第二射线；

将所述刀具位置坐标点和所述第二射线进行点乘处理，得到第二数值；

在所述第二数值小于预设的第二阈值的情况下，获取所述刀具位置坐标点与所述第一射线的第一距离、以及所述刀具位置坐标点与所述第二射线的第二距离。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理模块，具体用于：

获取手眼标定矩阵，并基于所述点云集合和所述手眼标定矩阵进行计算，得到机械臂基座坐标系的点云集合；

基于机械臂基座到世界坐标系转换矩阵对所述机械臂基座坐标系的点云集合进行计算，得到所述世界坐标系下的目标点云集合。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块，具体用于：

建立所述目标点云集合和所述三维骨面模型的八叉树模型；

基于所述八叉树模型获取所述三维骨面模型上与刀具位置坐标点距离最小的第一坐标点。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二获取模块，具体用于：

将所述目标点云集合中所有目标点云分别和刀具位置坐标点进行计算，得到多个距离；

从所述多个距离中获取距离最小对应的目标点云作为所述第二坐标点。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述生成模块，具体用于：

在所述第一距离大于所述第二距离的情况下，生成第一控制指令，以基于所述第一控制指令控制所述刀具运动；其中，所述第一控制指令用于调整所述刀具的运动姿态。

6.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现上述权利要求1-5中任一所述的医用手术机器人控制装置对应的如下方法：

控制所述结构光相机对包括皮肤的目标区域进行采集，得到点云集合；

对所述点云集合进行处理，得到世界坐标系下的目标点云集合；

获取预配准的三维骨面模型上与刀具位置坐标点距离最小的第一坐标点；

从所述目标点云集合中获取与所述刀具位置坐标点距离最小的第二坐标点；

基于所述刀具位置坐标点、所述第一坐标点和所述第二坐标点进行计算，得到第一距离和第二距离；

基于所述第一距离和所述第二距离生成控制指令，以基于所述控制指令控制所述刀具运动；

其中，所述基于所述刀具位置坐标点、所述第一坐标点和所述第二坐标点进行计算，得到第一距离和第二距离，包括：

计算所述刀具位置坐标点和所述第一坐标点的第一射线；

将所述刀具位置坐标点和所述第一射线进行点乘处理，得到第一数值；

在所述第一数值小于预设的第一阈值的情况下，计算所述刀具位置坐标点和所述第二坐标点的第二射线；

将所述刀具位置坐标点和所述第二射线进行点乘处理，得到第二数值；

在所述第二数值小于预设的第二阈值的情况下，获取所述刀具位置坐标点与所述第一射线的第一距离、以及所述刀具位置坐标点与所述第二射线的第二距离。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述权利要求1-5中任一所述的医用手术机器人控制装置对应的如下方法：

控制所述结构光相机对包括皮肤的目标区域进行采集，得到点云集合；

对所述点云集合进行处理，得到世界坐标系下的目标点云集合；

获取预配准的三维骨面模型上与刀具位置坐标点距离最小的第一坐标点；

从所述目标点云集合中获取与所述刀具位置坐标点距离最小的第二坐标点；

基于所述刀具位置坐标点、所述第一坐标点和所述第二坐标点进行计算，得到第一距离和第二距离；

基于所述第一距离和所述第二距离生成控制指令，以基于所述控制指令控制所述刀具运动；

其中，所述基于所述刀具位置坐标点、所述第一坐标点和所述第二坐标点进行计算，得到第一距离和第二距离，包括：

计算所述刀具位置坐标点和所述第一坐标点的第一射线；

将所述刀具位置坐标点和所述第一射线进行点乘处理，得到第一数值；

在所述第一数值小于预设的第一阈值的情况下，计算所述刀具位置坐标点和所述第二坐标点的第二射线；

将所述刀具位置坐标点和所述第二射线进行点乘处理，得到第二数值；

在所述第二数值小于预设的第二阈值的情况下，获取所述刀具位置坐标点与所述第一射线的第一距离、以及所述刀具位置坐标点与所述第二射线的第二距离。