机器人部件位姿显示方法和虚拟导航器技术

本申请涉及一种机器人部件位姿显示方法和虚拟导航器。所述方法包括：根据每一个部件的运动数据得到虚拟模型，并获取碰撞模型组和正常虚拟模型，碰撞模型组包括两个存在重叠部分的穿模虚拟模型；分别确定每一个穿模虚拟模型的期望修正关节角，并根据每一个穿模虚拟模型的期望修正关节角，得到两个穿模虚拟模型分别对应的矫正虚拟模型；根据至少一个正常虚拟模型或矫正虚拟模型生成机器人的三维模型，根据三维模型显示机器人的三维导航图标。采用本方法能够减轻虚拟穿模对三维导航图标显示的影响，通过三维导航图标可以清楚的显示各器械与内窥镜之间的相对位置关系，便于工作人员操作腔内器械执行手术操作，提高单孔手术机器人工作效率。工作效率。工作效率。

【技术实现步骤摘要】
机器人部件位姿显示方法和虚拟导航器


[0001]本申请涉及人工智能
，特别是涉及一种机器人部件位姿显示方法、计算机设备、计算机可读存储介质、计算机程序产品和虚拟导航器。

技术介绍

[0002]目前在单孔手术机器人系统中，机器人一般配置一个带有多个自由度的内窥镜和多个多自由度器械，器械与内窥镜通过单孔进入病人体内进行手术操作。在该系统中，器械与内窥镜均可通过主从单独控制。器械与内窥镜整体可以通过调整臂绕不动点进行调整。内窥镜视野可通过调整内窥镜器械位置，也可以通过调整关节实现整体移动调整。在单臂单孔手术中，内窥镜与器械在插入穿刺器后，由于内窥镜的视野限制，易出现器械出视野范围后难以寻找的情况，难以在手术中确定器械之间的相对位置关系。
[0003]然而，目前的单孔手术机器人存在难以感知腔内器械与内窥镜的相对位置关系的问题，导致手术效率较低。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高单孔手术机器人工作效率的机器人导航方法、计算机设备、计算机可读存储介质、计算机程序产品和虚拟导航器。
[0005]第一方面，本申请提供了一种机器人部件位姿显示方法。机器人包括至少一个能够独立运动的部件，部件分为内窥镜和器械，所述方法包括：
[0006]获取机器人的状态数据，状态数据至少包括机器人的各部件的运动数据，运动数据用于表征部件的关节位置和关节力矩；
[0007]根据运动数据，得到各部件的虚拟模型，并基于虚拟模型获取碰撞模型组和正常虚拟模型；碰撞模型组包括至少两个存在重叠部分的穿模虚拟模型，正常虚拟模型是指除穿模虚拟模型以外的虚拟模型；
[0008]确定碰撞模型组中穿模虚拟模型之间的碰撞点对，根据碰撞点对分别确定各穿模虚拟模型的期望修正关节角，并根据每一个穿模虚拟模型的期望修正关节角，对穿模虚拟模型分别进行矫正，得到各穿模虚拟模型分别对应的矫正虚拟模型；
[0009]根据至少一个正常虚拟模型或矫正虚拟模型生成机器人的三维模型，根据三维模型显示机器人的三维导航图标。
[0010]在其中一个实施例中，状态数据还包括机器人的部件的识别编号，基于虚拟模型获取碰撞模型组和正常虚拟模型，包括：
[0011]基于部件的识别编号，确定每一个部件的对应的虚拟模型的识别编号；
[0012]生成虚拟模型对应的凸碰撞检测体，判断凸碰撞检测体之间是否存在重叠部分；
[0013]若凸碰撞检测体之间存在重叠部分，将凸碰撞检测体对应的虚拟模型作为穿模虚拟模型，根据穿模虚拟模型对应的识别编号确定一个碰撞模型组；
[0014]若凸碰撞检测体与其他凸碰撞检测体之间不存在重叠部分，将一个凸碰撞检测体
对应的虚拟模型作为一个正常虚拟模型。
[0015]在其中一个实施例中，确定碰撞模型组中穿模虚拟模型之间的碰撞点对，包括：
[0016]根据穿模虚拟模型对应的凸碰撞检测体的体表面的交线，获取凸碰撞检测体之间的碰撞平面；
[0017]在凸碰撞检测体的碰撞边界处，确定多组候选碰撞点对；每组候选碰撞点对包括至少两个候选碰撞点，每个候选碰撞点均位于凸碰撞检测体的体表面，且每组候选碰撞点对的连线垂直于碰撞平面；
[0018]计算每组候选碰撞点中碰撞点间的距离，将距离最大的一组候选碰撞点对，作为两个穿模虚拟模型之间的碰撞点对。
[0019]在其中一个实施例中，根据碰撞点对分别确定各穿模虚拟模型的期望修正关节角，包括：
[0020]根据碰撞点对中碰撞点之间的连线，确定碰撞模型组中穿模虚拟模型之间的碰撞方向；
[0021]根据穿模虚拟模型对应的运动数据，分别计算对应的穿模虚拟模型的作用力；
[0022]根据穿模虚拟模型的作用力和碰撞点对中两个碰撞点间的距离，计算碰撞模型组中穿模虚拟模型的期望修正位移；
[0023]根据穿模虚拟模型的期望修正位移和碰撞方向，计算穿模虚拟模型的期望修正关节角。
[0024]在其中一个实施例中，状态数据还包括机器人的每一个部件的插入状态和激活状态，根据至少一个正常虚拟模型或矫正虚拟模型生成机器人的三维模型，包括：
[0025]将插入状态为已插入状态的部件作为目标部件，若目标部件存在对应的矫正虚拟模型，将目标部件对应的矫正虚拟模型作为目标虚拟模型，若目标部件不存在对应的矫正虚拟模型，将目标部件对应的正常虚拟模型作为目标虚拟模型；
[0026]根据目标部件的激活状态，对目标虚拟模型中添加激活标记，激活标记分为已激活状态或未激活状态；
[0027]根据添加有激活标记的目标虚拟模型，生成机器人的三维模型。
[0028]在其中一个实施例中，根据三维模型显示机器人的三维导航图标，包括：
[0029]配置至少一个第一虚拟相机，第一虚拟相机用于对三维模型进行拍摄；
[0030]根据第一虚拟相机的拍摄结果，生成机器人的三维导航图标。
[0031]在其中一个实施例中，方法还包括：
[0032]配置至少一个第二虚拟相机，第二虚拟相机用于模拟机器人的内窥镜视野；
[0033]根据每一个部件的运动数据和第二虚拟相机的拍摄结果，确定未处于内窥镜视野的偏离部件，并获取偏离部件和内窥镜视野的基准面之间的偏离距离参数；
[0034]根据偏离距离参数，生成偏离部件对应的三维指示图标，三维指示图标用于表征偏离部件和内窥镜视野边界的相对位置。
[0035]第二方面，本申请还提供了一种虚拟导航器。所述虚拟导航器包括：
[0036]获取模块，用于获取机器人的状态数据，状态数据至少包括机器人的各部件的运动数据，运动数据用于表征部件的关节位置和关节力矩；
[0037]检测模块，用于根据运动数据，得到各部件的虚拟模型，并基于虚拟模型获取碰撞
模型组和正常虚拟模型；碰撞模型组包括至少两个存在重叠部分的穿模虚拟模型，正常虚拟模型是指除穿模虚拟模型以外的虚拟模型；
[0038]矫正模块，用于确定碰撞模型组中穿模虚拟模型之间的碰撞点对，根据碰撞点对分别确定各穿模虚拟模型的期望修正关节角，并根据每一个穿模虚拟模型的期望修正关节角，对穿模虚拟模型分别进行矫正，得到各穿模虚拟模型分别对应的矫正虚拟模型；
[0039]渲染模块，用于根据至少一个正常虚拟模型或矫正虚拟模型生成机器人的三维模型，根据三维模型显示机器人的三维导航图标。
[0040]第三方面，本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
[0041]获取机器人的状态数据，状态数据至少包括机器人的各部件的运动数据，运动数据用于表征部件的关节位置和关节力矩；
[0042]根据运动数据，得到各部件的虚拟模型，并基于虚拟模型获取碰撞模型组和正常虚拟模型；碰撞模型组包括至少两个存在重叠部分的穿模虚拟模型，正常虚拟模型是指除穿模虚拟模型以外的虚拟模型；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人部件位姿显示方法，其特征在于，所述机器人包括至少一个能够独立运动的部件，部件分为内窥镜和器械，所述方法包括：获取所述机器人的状态数据，所述状态数据至少包括所述机器人的各部件的运动数据，所述运动数据用于表征部件的关节位置和关节力矩；根据所述运动数据，得到各部件的虚拟模型，并基于所述虚拟模型获取碰撞模型组和正常虚拟模型；所述碰撞模型组包括至少两个存在重叠部分的穿模虚拟模型，所述正常虚拟模型是指除穿模虚拟模型以外的虚拟模型；确定所述碰撞模型组中穿模虚拟模型之间的碰撞点对，根据所述碰撞点对分别确定各穿模虚拟模型的期望修正关节角，并根据每一个穿模虚拟模型的期望修正关节角，对穿模虚拟模型分别进行矫正，得到各穿模虚拟模型分别对应的矫正虚拟模型；根据至少一个正常虚拟模型或矫正虚拟模型生成所述机器人的三维模型，根据所述三维模型显示所述机器人的三维导航图标。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述状态数据还包括所述机器人的部件的识别编号，所述基于所述虚拟模型获取碰撞模型组和正常虚拟模型，包括：基于部件的识别编号，确定每一个部件的对应的虚拟模型的识别编号；生成虚拟模型对应的凸碰撞检测体，判断凸碰撞检测体之间是否存在重叠部分；若凸碰撞检测体之间存在重叠部分，将所述凸碰撞检测体对应的虚拟模型作为穿模虚拟模型，根据所述穿模虚拟模型对应的识别编号确定一个碰撞模型组；若凸碰撞检测体与其他凸碰撞检测体之间不存在重叠部分，将所述一个凸碰撞检测体对应的虚拟模型作为一个正常虚拟模型。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述碰撞模型组中穿模虚拟模型之间的碰撞点对，包括：根据穿模虚拟模型对应的凸碰撞检测体的体表面的交线，获取凸碰撞检测体之间的碰撞平面；在凸碰撞检测体的碰撞边界处，确定多组候选碰撞点对；每组候选碰撞点对包括至少两个候选碰撞点，每个候选碰撞点均位于凸碰撞检测体的体表面，且每组候选碰撞点对的连线垂直于所述碰撞平面；计算每组候选碰撞点中碰撞点间的距离，将距离最大的一组候选碰撞点对，作为两个穿模虚拟模型之间的碰撞点对。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述碰撞点对分别确定各穿模虚拟模型的期望修正关节角，包括：根据所述碰撞点对中碰撞点之间的连线，确定所述碰撞模型组中穿模虚拟模型之间的碰撞方向；根据穿模虚拟模型对应的运动数据，分别计算对应的穿模虚拟模型的作用力；根据所述穿模虚拟模型的作用力和所述碰撞点对中两个碰撞点间的距离，计算所述碰撞模型组中所述穿模虚拟模型的期望修正位移；根据所述穿模虚拟模型的期望修正位移和所述碰撞方向，计算所述穿模虚拟模型的期望修正关节角。5.根据权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，请求不公布姓名，王家寅，请求不公布姓名，请求不公布姓名，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：上海微创医疗机器人集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：