本申请公开了一种切割工具活动空间限制方法、装置和终端设备，该方法包括：在包括虚拟切割工具的三维虚拟图像中，获取虚拟切割目标和虚拟切割目标对应的虚拟保护曲面；将虚拟切割目标与实际切割目标绑定以使虚拟切割目标随着实际切割目标的移动而移动；将虚拟切割工具与实际切割工具绑定以使虚拟切割工具随着实际切割工具的移动而移动，实际切割工具安装于机械臂的末端；在利用实际切割工具切割实际切割目标时，根据虚拟切割工具与虚拟保护曲面之间的实时位姿关系控制机械臂，以使实际切割工具在安全活动范围内移动。实现对切割工具的活动空间进行限制，使得切割工具在安全的活动范围内活动，降低切割误差，提高切割精度。提高切割精度。提高切割精度。
【技术实现步骤摘要】
切割工具活动空间限制方法、装置和终端设备
[0001]本专利技术涉及切割工具控制
，尤其涉及一种切割工具活动空间限制方法、装置和终端设备。
技术介绍
[0002]随着机械臂技术的快速发展，机械臂在自动化工厂、医疗手术中被广泛应用，在利用安装有切割工具的机械臂切割物体时，一般会预先获得切割路径等信息，以使机械臂可以根据预先获得切割路径执行且切割任务。
[0003]但是，对于切割工序复杂，切割策略需要实时动态更新的场合(例如，在一些手术场景下，切割深度和切割方向需要医生根据经验实时调整)，无法预先获得准确的切割路径等信息。
[0004]因此，对于切割工序复杂，切割策略需要实时动态更新的场合，现有技术无法保证切割任务的有序进行，切割精度差，切割任务失败率高。
技术实现思路
[0005]鉴于上述问题，本申请提出一种切割工具活动空间限制方法、装置和终端设备，提高切割精度。
[0006]第一方面，本申请实施例提出一种切割工具活动空间限制方法，所述方法包括：
[0007]在包括虚拟切割工具的三维虚拟图像中，获取虚拟切割目标和所述虚拟切割目标对应的虚拟保护曲面；
[0008]将所述虚拟切割目标与实际切割目标绑定以使所述虚拟切割目标随着所述实际切割目标的移动而移动；
[0009]将所述虚拟切割工具与实际切割工具绑定以使所述虚拟切割工具随着所述实际切割工具的移动而移动，所述实际切割工具安装于机械臂的末端；
[0010]在利用所述实际切割工具切割所述实际切割目标时，根据所述虚拟切割工具与所述虚拟保护曲面之间的实时位姿关系控制所述机械臂，以使所述实际切割工具在安全活动范围内移动。
[0011]本申请实施例所述的切割工具活动空间限制方法，所述获取虚拟切割目标和所述虚拟切割目标对应的虚拟保护曲面，包括：
[0012]获取多张目标图像，每一张目标图像包括实际切割目标和所述实际切割目标对应的保护边界；
[0013]在三维虚拟图像中，根据所述多张目标图像中的所述实际切割目标生成所述虚拟切割目标，并根据所述多张目标图像中的所述保护边界生成所述虚拟切割目标对应的虚拟保护曲面。
[0014]本申请实施例所述的切割工具活动空间限制方法，所述将所述虚拟切割目标与实际切割目标绑定，包括：
[0015]获取所述虚拟切割目标上多个目标标记点在所述三维虚拟图像的图像坐标系下的多个图像目标坐标；
[0016]获取所述多个目标标记点在NDI设备的NDI坐标系下的多个NDI目标坐标；
[0017]利用所述多个图像目标坐标和所述多个NDI目标坐标确定所述NDI坐标系与所述图像坐标系之间的第一变换矩阵；
[0018]利用所述第一变换矩阵将所述虚拟切割目标上多个虚拟标定点和所述实际切割目标上的多个实际标定点转换至同一坐标系下，所述多个实际标定点与所述多个虚拟标定点一一对应；
[0019]实时调控所述虚拟切割目标以使每一个虚拟标定点与对应的实际标定点在所述同一坐标系下保持重合。
[0020]本申请实施例所述的切割工具活动空间限制方法，所述将所述虚拟切割工具与实际切割工具绑定，包括：
[0021]在所述安全活动范围内，控制所述机械臂将所述末端随机移动至多个空间位置；
[0022]在每一个空间位置利用所述NDI设备获取所述末端的末端标定点在所述NDI坐标系下的NDI标定坐标，以及在每一个空间位置利用所述机械臂获取所述末端的末端标定点在末端坐标系下的末端标定坐标；
[0023]利用多个NDI标定坐标和多个末端标定坐标确定所述NDI坐标系和所述末端坐标系的第二变换矩阵；
[0024]根据所述第一变换矩阵、所述第二变换矩阵和所述实际切割工具在所述末端坐标系下的实际位姿确定所述虚拟切割工具在所述图像坐标系下的虚拟位姿。
[0025]本申请实施例所述的切割工具活动空间限制方法，所述根据所述虚拟切割工具与所述虚拟保护曲面之间的实时位姿关系控制所述机械臂，包括：
[0026]实时计算所述虚拟保护曲面上距离所述虚拟切割工具的切割平面最近的目标点与所述切割平面之间的实时最短距离；
[0027]判断所述实时最短距离是否小于等于预定的距离阈值；
[0028]在所述实时最短距离小于等于预定的距离阈值时，控制所述机械臂停止工作。
[0029]本申请实施例所述的切割工具活动空间限制方法，所述实时计算所述虚拟保护曲面上距离所述虚拟切割工具的切割平面最近的目标点与所述切割平面之间的实时最短距离，包括：
[0030]从所述虚拟保护曲面的多个切面中实时确定与所述虚拟切割工具的切割平面平行的实时虚拟切面；
[0031]计算所述实时虚拟切面与所述切割平面之间的距离，并将所述实时虚拟切面与所述切割平面之间的距离作为所述实时最短距离。
[0032]本申请实施例所述的切割工具活动空间限制方法，所述实时计算所述虚拟保护曲面上距离所述虚拟切割工具的切割平面最近的目标点与所述切割平面之间的实时最短距离，包括：
[0033]从所述虚拟保护曲面的多个切点中实时确定与所述虚拟切割工具的切割平面距离最近的目标点；
[0034]计算所述目标点到所述切割平面之间的距离，并将所述目标点到所述切割平面之
间的距离作为所述实时最短距离。
[0035]第二方面，本申请实施例还提出一种切割工具活动空间限制装置，所述装置包括：
[0036]获取模块，用于在包括虚拟切割工具的三维虚拟图像中，获取虚拟切割目标和所述虚拟切割目标对应的虚拟保护曲面；
[0037]绑定模块，用于将所述虚拟切割目标与实际切割目标绑定以使所述虚拟切割目标随着所述实际切割目标的移动而移动；还用于将所述虚拟切割工具与实际切割工具绑定以使所述虚拟切割工具随着所述实际切割工具的移动而移动，所述实际切割工具安装于机械臂的末端；
[0038]控制模块，用于在利用所述实际切割工具切割所述实际切割目标时，根据所述虚拟切割工具与所述虚拟保护曲面之间的实时位姿关系控制所述机械臂，以使所述实际切割工具在安全活动范围内移动。
[0039]第三方面，本申请实施例还提出一种终端设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行本申请实施例所述的切割工具活动空间限制方法。
[0040]第四方面，本申请实施例还提出一种可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行本申请实施例所述的切割工具活动空间限制方法。
[0041]本申请通过在包括虚拟切割工具的三维虚拟图像中，获取虚拟切割目标和所述虚拟切割目标对应的虚拟保护曲面；将所述虚拟切割目标与实际切割目标绑定以使所述虚拟切割目标随着所述实际切割目标的移动而移动；将所述虚拟切割工具与实际切割工具绑定以使所述虚拟切割工具随着所述实际切割工具的移动而移动，所述实际切割工具安装于机械臂的末端；在利用所述实际切割工具切割所述实际切本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种切割工具活动空间限制方法，其特征在于，所述方法包括：在包括虚拟切割工具的三维虚拟图像中，获取虚拟切割目标和所述虚拟切割目标对应的虚拟保护曲面；将所述虚拟切割目标与实际切割目标绑定以使所述虚拟切割目标随着所述实际切割目标的移动而移动；将所述虚拟切割工具与实际切割工具绑定以使所述虚拟切割工具随着所述实际切割工具的移动而移动，所述实际切割工具安装于机械臂的末端；在利用所述实际切割工具切割所述实际切割目标时，根据所述虚拟切割工具与所述虚拟保护曲面之间的实时位姿关系控制所述机械臂，以使所述实际切割工具在安全活动范围内移动。2.根据权利要求1所述的切割工具活动空间限制方法，其特征在于，所述获取虚拟切割目标和所述虚拟切割目标对应的虚拟保护曲面，包括：获取多张目标图像，每一张目标图像包括实际切割目标和所述实际切割目标对应的保护边界；在三维虚拟图像中，根据所述多张目标图像中的所述实际切割目标生成所述虚拟切割目标，并根据所述多张目标图像中的所述保护边界生成所述虚拟切割目标对应的虚拟保护曲面。3.根据权利要求1所述的切割工具活动空间限制方法，其特征在于，所述将所述虚拟切割目标与实际切割目标绑定，包括：获取所述虚拟切割目标上多个目标标记点在所述三维虚拟图像的图像坐标系下的多个图像目标坐标；获取所述多个目标标记点在NDI设备的NDI坐标系下的多个NDI目标坐标；利用所述多个图像目标坐标和所述多个NDI目标坐标确定所述NDI坐标系与所述图像坐标系之间的第一变换矩阵；利用所述第一变换矩阵将所述虚拟切割目标上多个虚拟标定点和所述实际切割目标上的多个实际标定点转换至同一坐标系下，所述多个实际标定点与所述多个虚拟标定点一一对应；实时调控所述虚拟切割目标以使每一个虚拟标定点与对应的实际标定点在所述同一坐标系下保持重合。4.根据权利要求3所述的切割工具活动空间限制方法，其特征在于，所述将所述虚拟切割工具与实际切割工具绑定，包括：在所述安全活动范围内，控制所述机械臂将所述末端随机移动至多个空间位置；在每一个空间位置利用所述NDI设备获取所述末端的末端标定点在所述NDI坐标系下的NDI标定坐标，以及在每一个空间位置利用所述机械臂获取所述末端的末端标定点在末端坐标系下的末端标定坐标；利用多个NDI标定坐标和多个末端标定坐标确定所述NDI坐标系和所述末端坐标系的第二变换矩阵；根据所述第一变换矩阵、所述第二变换矩阵和所述实际切割工具在所述末端坐标系下的实际位姿...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘金勇，黄志俊，钱坤，陈家兴，
申请(专利权)人：杭州柳叶刀机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：
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