1.本说明书涉及机械设备技术领域，特别涉及机器人的性能值确定方法、装置及控制器。
背景技术：2.目前，已经有很多操作可以通过机器设备来执行，机器设备上各部件的性能在一定程度上决定了操作结果的精确性。在操作精度要求较高的场合，例如，微创手术，尤其需要密切关注机器设备的性能。为此，需要经常对机器设备进行性能检测。
3.现有的性能检测方法，通常是在操作之前，操作者控制机械设备“试操作”(试操作例如可以为在脱离人体组织的情况下，控制机械设备夹持、剪切)，同时操作者实时观测操作结果，由操作者根据观测到的操作结果估计机械设备的性能。若机械设备的性能达标，则可以继续采用该机械设备进行正式的操作(正式操作例如可以为采用机械设备对人体组织进行手术过程中的夹持、剪切操作)，否则，需要更换机械设备并重新进行测试，直至测试得到性能达标的机械设备，才能够采用性能达标的机械设备进行正式操作。在正式操作过程中，也是需要操作者根据实时观察结果来确定机械设备的性能是否有变化，若性能降低至不达标水平，则由操作者及时控制停止操作。
4.由此可见，现有的性能检测方法中操作者的操作步骤较为繁琐，且对操作者的经验要求较高。
技术实现要素：5.本技术实施方式的目的是提供目标器械的性能值确定方法、装置及控制器，以解决现有性能检测方法中操作者的操作步骤较为繁琐、对操作者的经验要求较高的问题。
6.本说明书第一方面提供一种机器人的性能值确定方法，包括：获取用于驱动目标器械的末端活动的输入动作量；所述目标器械设置在目标机器人的机械臂上；预测在目标器械的性能值达到预定阈值的情况下，所述输入动作量驱动目标器械的末端活动的第一动作量；从图像获取组件所获取的信号形成的图像中，确定目标器械的末端响应于所述输入动作量而活动的第二动作量；根据第一动作量以及第二动作量的差异确定器械性能。
7.本说明书第二方面提供一种机器人的性能值确定装置，包括：第一获取单元，用于获取用于驱动目标器械的末端活动的输入动作量；所述目标器械设置在目标机器人的机械臂上；第一预测单元，用于预测在目标器械的性能值达到预定阈值的情况下，所述输入动作量驱动目标器械的末端活动的第一动作量；第一确定单元，用于从图像获取组件所获取的信号形成的图像中，确定目标器械的末端响应于所述输入动作量而活动的第二动作量；第二确定单元，用于根据第一动作量以及第二动作量的差异确定器械性能。
8.本说明书第三方面提供一种机器人系统，包括：目标机器人，所述目标机器人包括基座、第一机械臂和第二机械臂，所述第一机械臂的末端用于安装目标器械，所述第二机械臂的末端用于安装图像获取组件；控制器，用于控制所述目标机器人的第一机械臂、第二机
械臂动作，以使目标器械对被操作对象执行操作，同时通过图像获取组件获取操作过程的实时图像；所述控制器还用于执行第一方面中任一项所述的机器人的性能确定方法。
9.本说明书第四方面提供一种控制器，包括：存储器和处理器，所述处理器和所述存储器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而实现第一方面任一项所述方法的步骤。
10.本说明书第五方面提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被执行时实现第一方面任一项所述方法的步骤。
11.本说明书所提供的机器人的性能值的确定方法、装置及控制器，根据驱动目标器械的末端活动的输入动作量预测在目标器械性能至达到预定阈值的情况下目标器械的末端被驱动而活动的第一动作量，即第一动作量是从运动控制坐标系角度确定的；并从图像获取组件所获取的信号形成的图像中确定目标器械的末端响应于输入动作量而活动的第二动作量，即第二动作量是从图像坐标系角度确定的；通过第一动作量和第二动作量映射至预设坐标系中的差值来确定目标器械的性能值，能够客观地确定目标器械的性能值，不依赖于操作者的经验，该性能值确定方法对操作者的要求不高、性能检测的效率较高。并且，该方法能够在操作前、操作中以及操作后实时确定目标器械的性能值，从而能够对性能不达标的目标器械及时预警，防止由于器械性能影响操作结果，提高操作的可靠性。
附图说明
12.为了更清楚地说明本技术实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1示出了手术机器人系统的示意图；
14.图2示出了手术机器人系统中的控制端设备的示意图；
15.图3示出了手术机器人系统中的图像端设备的示意图；
16.图4示出了手术机器人系统中的执行端设备的示意图；
17.图5示出了本说明书提供的一种机器人的性能值确定方法的流程图；
18.图6示出了动力盒的总体结构示意图；
19.图7示出了动力盒内动力组件的部件示意图；
20.图8示出了动力盒内传动组件的部件示意图；
21.图9示出了执行操作的过程中目标器械、图像获取组件以及被操作对象的位置关系示意图；
22.图10示出了目标器械末端内部的结构示意图；
23.图11示出了机器人设备的活动自由度示意图；
24.图12示出了机器人的持械臂运动控制过程关联的各个坐标系的示意图；
25.图13示出了机器人的持镜臂上的图像获取组件关联的各个坐标系的示意图；
26.图14示出了本说明书提供的另一种机器人的性能值确定方法的流程图；
27.图15示出了本说明书提供的又一种机器人的性能值确定方法的流程图；
28.图16示出了器械性能信息的显示示意图；
29.图17示出了本说明书提供的机器人的性能值确定装置的原理框图；
30.图18示出了本说明书提供的控制器的原理框图。
具体实施方式
31.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都应当属于本技术保护的范围。
32.本说明书提供一种能够在操作前、操作中以及操作后自动确定操作设备的性能值。本说明书中以“机器人”指代用于执行某种操作的操作设备。
33.例如，执行微创手术的操作设备，也可以称为机器人系统，如图1所示。由控制端设备100、执行端设备200、图像端设备300组成。控制端设备100，通常称为操作台、控制台、医生控制台，位于手术室的无菌区之外，用于向执行端设备200发送控制指令。执行端设备200，即手术机器人设备(本说明书中将手术机器人设备简称为手术机器人，将机器人设备简称为机器人)，用于根据控制指令控制安装在其机械臂末端的手术器械在患者身上执行具体的手术操作。手术机器人设备上还可以搭载内窥镜头。图像端设备300，通常称为图像台车，用于将内窥镜头采集到的信息进行处理形成三维立体高清影像反馈至控制端设备100等。
34.如图2所示，控制端设备100，即医生控制台上设置主操作手、成像设备、主控制器。主操作手检测主刀医生的手部运动信息，作为整个手术机器人系统的控制信号。成像设备为主刀医生提供内窥镜所检测到的患者体内的立体图像，为主刀医生进行手术操作提供可靠的图像信息。在进行手术时，主刀医生坐在医生控制台上，通过主操作手来控制手术机器人和内窥镜。主刀医生根据成像设备观察传回的腔内立体图像，双手动作控制手术机器人上机械臂机构及手术器械运动，完成各种操作，从而达到为患者做手术的目的。主控制器为手术机器人系统的核心控制元件，用于控制手术机器人系统的各种操作与功能实现。
35.如图3所示，图像端设备300主要包括内窥镜(图中未示出)、内窥镜处理器与显示设备。内窥镜包括插入患者体内的管体、管体前端设置的观察用透镜和照明用透镜、光纤、目镜，用于照亮腔体内部并获取腔体内部的立体图像。内窥镜处理器用于对所获取的腔体内部的立体图像进行处理，显示设备用于实时显示处理后的图像。
36.如图4所示，执行端设备200，即手术机器人设备，位于手术室的无菌区内，主要功能是根据主刀医生给出的控制指令控制安装在机械臂末端的手术器械在患者身上执行具体的手术操作，以及搭载内窥镜。在无菌区内，通常还会安排助手医生，负责更换手术机器人上所安装的手术器械，协助主刀医生完成手术。为了确保患者安全，助手医生通常对手术机器人的控制具有更高的优先级。
37.需要说明的是，本说明书中的“手术”不仅仅包括用医疗器械对患者身体进行切除、缝合等治疗操作，还包括从患者体内取出病变组织进行病理学检查的切取、钳取或穿刺等操作(即活检)，也即本说明书中的“手术”是指应诊断、治疗的需要，对患者身体进行处理的手段。
38.下面主要以上述手术机器人系统为例来阐述本说明书所提供的机器人的性能值确定方法。如图5所示，本说明书提供一种机器人的性能值确定方法，该方法包括如下步骤：
39.s10：获取用于驱动目标器械的末端活动的输入动作量。
40.该目标器械设置在目标机器人的机械臂上，可以是可拆卸地设置，也可以是与机器人一体设置。
41.本说明书中的“器械”可以广义地理解为工具的意思。例如，器械可以为实现剪切、夹持等其中一种操作的工具。器械的“末端”是指操作过程中朝向或接触目标操作对象的一端，器械的“首端”是与“末端”相对的一端。对于可拆卸地设置在机器人上的器械而言，器械通常作为一个整体来更换，因此器械的形状、长度是清晰可辨的，则器械的“首端”实际就是器械安装至机器人上的一端。
42.一方面，由于操作结果是由操作工具在操作对象上的作用结果，因此，在操作的过程中，主要关注的是操作工具的末端与操作对象的交互过程，另一方面，图像获取组件的视野是有限的，通常只调节图像获取组件保证操作工具的末端在视野范围内，因此s10获取的是驱动器械“末端”活动的输入动作量。
43.驱动器械“末端”活动的输入动作量，可以通过驱动机械臂活动从而带动器械“末端”活动；也可以保持机械臂不动，只驱动器械“末端”活动，例如，驱动剪切器械的两个切片之间的夹角变小，从而实现剪切动作。
44.对于可拆卸地设置在机器人上的器械而言，步骤s10“获取用于驱动目标器械的末端活动的输入动作量”可以是在目标器械安装至机器人上之后，且在目标器械活动的过程中，获取目标机器人上、目标器械以外的任意一个动力传动组件的动作量。例如，该动力传动组件可以为将操作者身体动作传动至目标机器人的操纵器，也可以是设置机器人上的、用于安装目标器械的接口，在目标器械安装至接口之后，该接口可以将机器人上的力传动至目标器械末端或者将机器人上的电控制信号传导至目标器械，从而控制目标器械的末端活动。
45.本说明书中的操纵器，可以是如图2所示的具有多个自由度的操纵杆，也可以为现有的多轴并联主手结构，还可以为体感设备，例如手动控制器、眼动控制器、脑电波控制器等。
46.在一些实施例中，s10可以包括：s11和/或s12。
47.s11：获取机器人系统中操纵器的位姿变化量，并将操纵器的位姿变化量作为输入动作量；操纵器用于操纵目标器械的末端活动。
48.操纵器是用于将操作者的身体运动转换成机器人的控制信号的机构。如图2所示，在操作台上设置操纵器——主操作手，其中主操作手包括：操作者左手对应的左手操纵器和/或操作者右手对应的右手操纵器，左手操纵器和右手操纵器分离设置，操作者的手部可以控制主操作手的姿态变化。主操作手可以包括多个活动关节，使得主操作手具有多个活动自由度。
49.在机器人系统内部，设置了主从一致性的控制规则，根据这一规则，机器人的姿态会随主操作手的姿态变化而对应变化。主从一致性控制规则，即主端与从端的姿态变化要对应一致，其中主端是指操作者端的主操作手，从端是指机器人设备。
50.操纵器的位姿变化量，可以是操纵器在各个自由度上的变化量。操作者在控制主
操作手姿态变化的过程中，第一控制器会记录主操作手的实时姿态及对应时间，因此可以从控制器的记录数据中获取操纵器的位姿变化量。
51.s12：获取机器人系统中驱动目标器械的末端活动的动力传动组件的位姿变化量，并将动力传动组件的位姿变化量作为输入动作量；动力传动组件设置在目标机器人的目标机械臂上，与目标器械机械连接，用于驱动目标器械的末端活动。
52.动力传动组件与目标器械机械连接，其中机械连接可以是与目标器械的连接端直接接触，与可以是通过其他部件与目标器械的连接端接触。
53.在机器人系统中通常会包括很多动力传动组件，例如齿轮传动组件、带传动组件、链传动组件等，s12中的动力传动组件可以是上述任意一种或两种以上的组合。
54.例如，齿轮传动组件的位姿变化量可以为齿轮转动的角度、转动圈数等，带传动组件的位姿变化量可以为带上任意一点相对于带外一固定点的距离、转动圈数等，链传动组件的位姿变化量可以是链上任意一点相对于链外一固定点的距离、转动圈数等。
55.由于“操纵器的输入动作量传动至目标器械”比“动力传动组件的输入动作量传动至目标器械”的传动路线较长，因此，根据操纵器的输入动作量能够更为全面得确定目标机器人或机器人系统的整体性能，根据动力传动组件的输入动作量能够更为准确得确定目标器械的性能。
56.在需要确定目标机器人或机器人系统的性能的情况下，s10可以包括s11。
57.在需要确定安装在目标机器人上的目标器械的性能的情况下，s10可以包括s12。或者，s10可以包括s11和s12，可以先执行s11以根据操纵器的输入动作量粗略地确定目标器械的性能，在性能确定结果未达到预定性能值的情况下，可以不再执行s12以根据动力传动组件的输入动作量更精确地确定目标器械的性能。
58.在一些实施例中，s11可以是在操作者操作操纵器执行目标操作的过程中，获取操纵器的位姿变化量。该目标操作可以是指正式操作之前的性能检测操作，也可以是正式操作过程中的操作。正式操作，例如可以为手术操作。
59.例如，s11可以包括如下步骤s111和s112。
60.s111：在操作者操作操纵器以使目标器械的末端活动时，识别操纵器的位姿变化是否与预设动作集合中的预设动作匹配。
61.操作操纵器可以是手动操作，也可以是通过其他身体部位活动的操作。
62.预设动作集合中可以包括多个预设动作，预设动作可以是预先确定的、能够控制目标器械的末端做一种位姿变化的动作。例如，预设动作可以是控制剪切器械朝向某一方向移动的动作，可以是控制剪切器械的剪刀张开或闭合的动作等。
63.s111可以是操作者操作操纵器以控制目标器械的末端活动的过程中，实时获取操纵器的位姿，每隔预定时间间隔执行一次判断，或者在一次位姿变化结束后执行一次判断，判断操纵器在最近一次时间间隔内的各位姿变化中是否有位姿变化属于预设动作。
64.s112：在与一个预设动作匹配的情况下，获取该预设动作对应的操纵器的位姿变化量，并将位姿变化量作为输入动作量。
65.步骤s111和s112在操作者操作操纵器以使目标器械的末端活动过程中，实时获取操纵器的位姿，并实时识别操纵器的位置变化是否与预设动作集合中的预设动作匹配，在匹配的情况下，将匹配的预设动作对应的操纵器的位姿变化量作为输入动作量，并基于该
输入动作量确定机器人或安装在机器人上的目标器械的性能，从而能够在操作者控制机器人执行正式操作，例如医生控制手术机器人执行手术的过程中实时确定机器人或目标器械的性能，防止在正式操作的过程中机器人或目标器械的性能突然变差影响操作结果的情况发生。
66.在一些实施例中，s11可以是在执行正式操作之前，机器人系统自动执行性能检测操作的过程中获取操纵器的位姿变化量。正式操作，例如可以为手术操作。
67.例如，s11可以包括如下步骤s113、s114和s115。
68.s113：获取预先存储的控制指令序列，控制指令序列用于控制目标器械的末端产生位姿变化。
69.机器人的控制系统内部可以预先存储控制指令序列集合，该集合中可以包括一个或多个控制指令序列，每个控制指令序列中包括依次执行的控制指令，这些控制指令依次执行的过程就是控制安装在目标机器人机械臂上的目标器械产生位姿变化的过程。
70.由于本说明书所提供的机器人的性能值确定方法需要根据图像获取组件所获取到的目标器械的末端响应于输入动作量而活动的第二动作量，因此，输入动作量应当是能够驱动目标器械的末端产生位姿变化的。
71.s114：将控制指令序列中的控制指令依次发送至目标机器人，同时反馈至机器人系统的操纵器，以使操纵器的位姿与目标机器人同步动作。
72.由于机器人系统内部通常设置了主从一致性的控制规则，因此，在控制器根据预先存储的控制指令控制机器人动作以使目标器械的末端产生位姿变化时，还会将控制指令反馈至机器人系统的操纵器，以使操纵器的位姿与目标机器人同步动作。这是由于机器人系统的主动一致性控制规则决定的。主从一致性控制规则，即主端与从端的姿态变化要对应一致，其中主端是指操作者端的主操作手，从端是指机器人设备。
73.步骤s114在执行的过程中，机器人系统的外观上看可以是：在操作台没有人的情况下，操纵器的位姿自动变化，并且随操纵器的位姿变化目标机器人的位姿也在变化，使得目标机器人机械臂上所夹持的目标器械的位姿也在变化。这一系列的变化都是机器人姿态自动实现的。当然是在接收到操作者发出的一个控制指令(例如操作者按下自动性能检测按键)之后自动实现的。
74.s115：将操纵器的位姿变化量作为输入动作量。
75.控制指令序列集合中的各控制指令序列可以被依次执行，每个控制指令序列均按照步骤s113、s114、s115来执行。即，机器人系统自动执行一系列动作，基于自动执行的一系列动作进行目标机器人或目标器械的性能检测。
76.在一些实施例中，s12可以是在执行正式操作之前，或者执行正式操作的过程中，或者执行正式操作结束后，获取动力盒的动作量。
77.例如，s12可以包括如下步骤s121和s122。
78.s121：在目标器械的末端活动过程中，检测动力盒的动作量；其中，动力盒设置在目标机器人的目标机械臂末端，并与目标器械的首端可拆卸连接。
79.s122：将动力盒的动作量作为输入动作量。
80.步骤s121和s122在步骤s12的基础上进一步限定了动力组件是目标机器人上的动力盒。
81.图6示出了动力盒的总体结构示意图，其中动力盒包括动力组件61和传动组件62，63表示目标器械。
82.动力组件61可以包括第一连接件611、多个电机612和多个第一联接结构613，结合图6和图8，多个电机612设置在第一连接件611上，每个电机612的轴部穿过第一连接件611与一个第一联接结构613固定连接。各第一联接结构613设置在第一连接件611的同一侧。第一连接件611的形状可以是任意形状，图6中仅仅是一种示意图。
83.传动组件62包括第二连接件621、多个丝轮622和多个第二联接结构623，结合图6和图7，每个丝轮622的轴部穿过第二连接件621与一个第二联接结构623固定连接。各第二联接结构623设置在第二连接件621的同一侧。
84.第二联接结构623上远离第二连接件621的一侧表面，与第一联接结构613上远离第一连接件611的一侧表面相适配，这两个表面拼接在一起时，可使得第一联接结构613与第二联接结构623同步旋转而无转动角度差。
85.动力组件61可以固定设置在目标机器人的机械臂的末端，传动组件62可以设置在器械的首端。在目标器械安装至目标机器人的机械臂的末端时，动力组件61上的各第一联接结构613与传动组件62上的各第二联接结构623相适配，使得第一联接结构613与第二联接结构623同步旋转而无转动角度差，从而将机械臂上的控制力传导至目标器械上。
86.每个丝轮622上固定有一根丝线的端部，丝线的另一端穿过目标器械的细长导管(如图9所示，其中，m为目标器械，t为图像获取组件、x为被操作对象)“联接”目标器械末端的从动轮(如图10所示)。目标机器人的机械臂通过电信号控制动力组件61中的电机612旋转时，可带动传动组件62中的丝轮622旋转，从而能够调节绕设在丝轮622上的丝线的长度，调节未绕设在丝轮622上的丝线段的拉力，进而控制丝线622所“联接”的从动轮旋转，实现目标器械在该从动轮所控制的自由度上活动，也即在该自由度所控制的自由度上产生位姿变化。例如，图10中所示的目标器械具有以下四个自由度：自转(roll)、俯仰(pitch)、偏摆(yaw)、开合(grip)。
87.上述“丝线与从动轮联接”可以是丝线的一端与一个从动轮的第一表面连接，该第一表面是与从动轮的轴线垂直的一侧表面；也可以是丝线绕设在从动轮第二表面的槽体内，该丝线的第一端固定在第一丝轮上，该丝线的第二端固定在第二丝轮上，通过第一丝轮、第二丝轮的转动来控制该丝线移动，该丝线上具有预紧力，使得该丝线移动时能够带动从动轮旋转。
88.从动力盒的上述表述可以看出，将动力盒的动作量作为目标器械的输入动作量(即作为输入目标器械的控制量)排除了机器人系统中除目标器械的各部分的控制误差，能够较为准确地衡量机器人系统输入目标器械的控制量，因此，根据将动力盒的动作量作为输入动作量来确定目标器械的性能值时，所得的性能值更为准确。
89.另一方面，在手术机器人系统中，动力盒是目标器械与机械臂连接的位置，位于体外，动力盒的体积可以设置地稍大一些，从而便于在动力盒上设置传感器以获取动力盒的动作量。
90.动力盒的动作量，例如可以是动力盒中各电机的输出力矩、各电机旋转的角度、各丝线上的拉力、各丝轮上的扭矩等。
91.s20：预测在目标器械的性能值达到预定阈值的情况下，所述输入动作量驱动目标
器械的末端活动的第一动作量。
92.在机器人系统中，输入动作量与目标器械末端的动作具有映射关系。因此，步骤s20也即是在目标器械的性能值达到预定阈值的情况下，将输入动作量映射成目标器械的末端的位姿变化量，并将映射后的目标器械的末端的位姿变化量作为第一动作量。
93.在一些实施例中，s20可以包括如下步骤：
94.s21：获取目标器械的末端在运动坐标系下的第一位姿。
95.该运动坐标系是指目标机器人进行运动控制时所采用的坐标系，具体可以参考对步骤s41的相关描述。
96.目标器械的末端在运动坐标系下的位姿可以是在各自由度方向上的姿态以及坐标位置。各自由度方向上的姿态，例如可以为图10所示的自转(roll)、俯仰(pitch)、偏摆(yaw)、开合(grip)等各自由度上的角度。
97.本说明书的第一姿态、第二姿态仅用于区分不同的姿态，没有其他限定作用。
98.s22：预测在目标器械的性能值达到预定阈值的情况下，输入动作量驱动目标器械的末端活动后，目标器械的末端在运动坐标系下的第二位姿。
99.s23：根据第一位姿、第二位姿确定目标器械的末端在运动坐标系下的第一动作量。
100.s30：从图像获取组件所获取的信号形成的图像中，确定目标器械的末端响应于输入动作量而活动的第二动作量。
101.在一些操作过程中，通过肉眼无法看见实时操作结果。例如，操作结果发生在肉眼无法辨识的微小区域，如需要一定程度地放大后肉眼才能够辨识的操作结果；或者用户的位置不在能够看见操作结果的区域内，如处于不同的房间。对于这种操作，通过会在目标机器人的机械臂末端设置图像获取组件，操作者通过图像获取组件采集的信号所形成的图像了解实时操作结果。
102.有的图像获取组件本身就能够获取到图像，例如内置有coms图像传感器的图像获取组件；有的图像获取组件本身则不能够获取到图像，仅能够获取到能够用于形成图像的中间数据，需要通过处理器对中间数据进行处理才能够得到图像，例如超声探测器，其只能够获取到超声回波信号，需要对超声回波信号进行处理才能够得到超声图像。
103.图像获取组件可以为内窥镜的镜头、超声探测器的超声探头等。
104.内窥镜是一种常用的医疗器械，由冷光源、导光束结构及一组镜头组成。例如，临床上常用的腹腔镜是利用一系列光学柱状晶体透镜将影像传送到接目镜，并通过连接独立摄像头进行成像的。按照成像原理，内窥镜可以分为光学镜(柱状透镜)、纤维镜、电子镜等。
105.图像获取组件的位姿变化会使得对应的图像的视野发生变化。其中，位姿对应的图像是指图像获取组件处于该位姿时采集到的信号所形成的图像。机器人系统中通常设置了图像获取组件的位姿自动调节方法，使得图像获取组件的位姿随被操作对象、目标器械之间的相对位置关系自动调整，保持被操作对象、目标器械处于图像获取组件的视野中。
106.结合图1和图9，在手术机器人系统中，所采用的图像获取组件可以是内窥镜，该内窥镜，内窥镜通过患者身上的小孔伸入到患者的腔体内，可以通过手术机器人的一条机械臂调节内窥镜的位姿，还可以在内窥镜的头部内置微小的电机来调节内窥镜的位姿。图像端设备300根据内窥镜头采集到的信号形成高倍放大的立体图像，反馈至医生控制台。
107.在一些实施例中，s30可以包括：
108.s31：实时获取图像获取组件所获取的信号形成的图像，确定目标器械末端响应输入动作量之前的第一图像、目标器械末端响应输入动作量之后的第二图像。
109.该步骤中“目标器械末端响应输入动作量之前的第一图像”应当理解为：在目标器械末端响应输入动作量之前的最近一个采集时刻，图像获取组件获取的信号所形成的图像，“目标器械末端响应输入动作量之后的第二图像”应当理解为：在目标器械末端响应输入动作量之后的最近一个采集时刻，图像获取组件获取的信号所形成的图像。
110.s32：根据第一图像确定目标器械末端在图像坐标系下的第三位姿，根据第二图像确定目标器械末端在图像坐标系下的第四位姿。
111.图像坐标系是指根据图像获取组件的视野所建立的坐标系，具体可以参考对步骤s41的相关描述。
112.s33：根据第三位姿、第四位姿确定目标器械的末端在图像坐标系下的第二动作量。
113.目标器械的末端在图像坐标系下的位姿可以是在各自由度方向上的姿态以及坐标位置。各自由度上的姿态，例如可以为图10所示的自转(roll)、俯仰(pitch)、偏摆(yaw)、开合(grip)等各自由度上的角度。
114.本说明书的第一姿态、第二姿态仅用于区分不同的姿态，没有其他限定作用。
115.由此可见，图像坐标系下的第二动作量与运动坐标系下的第一动作量是在相同维度上的，这样便于比较第一动作量和第二动作量的差别。但是，需要注意的是，第一动作量和第二动作量是不同坐标系下的，是无法直接作差比较的。为此，需要执行步骤s40。
116.s40：根据第一动作量以及第二动作量的差异确定器械性能。
117.在一些实施例中，运动坐标系和图像坐标系是同样的坐标系，那么s40可以直接计算第一动作量和第二动作量的差异，并基于该差异确定器械性能。
118.而在一些实施例中，机器人设备的结构较为复杂，运动坐标系和图像坐标系通常不是一个坐标系，有可能建立三五个甚至更多的坐标系来实现机器人设备的控制。在这种情况下，步骤s40可以包括如下步骤s41、s42和s43。
119.s41：将第一动作量映射至预设坐标系得到第三动作量，将第二动作量映射至预设坐标系得到第四动作量。
120.图11示出了图4所示机器人设备的活动自由度示意图。该机器人设备可以包括基座210和机械臂机构220。机械臂机构220可以包括伸缩臂子机构221和操作臂子机构222。伸缩臂子机构221的第一端连接在基座210上，该伸缩臂子机构221能够在基座210的径向方向上伸长或缩短。操作臂子机构222的第一端连接在伸缩臂子机构221的第二端上，该操作臂子机构221能够进行弯曲以在展开状态和收缩状态之间进行切换。
121.如图11所示，伸缩臂子机构221可以包括第一悬臂2211和第一扭转构件2212。第一扭转构件2212连接第一悬臂2211的第一端与基座210。该第一扭转构件2212能带动第一悬臂2211以第一扭转构件2212为圆心在水平面上旋转，如图11中的双箭头曲线a所示。这一设置使得多个机械臂机构220能够在水平方向上收缩在一起或展开。
122.这里所述的“在水平面上旋转”，可以是指实际旋转运动的平面与水平面具有非垂直的夹角，从而实际旋转运动在水平面上具有旋转的分量。
123.如图11所示，操作臂子机构222可以包括第二扭转构件2221、第二悬臂2222、第三扭转构件2223、第三悬臂2224、第四扭转构件2225、第四悬臂2226、第五扭转构件2227和第五悬臂2228。第五悬臂2228上安装器械m。
124.第二悬臂2222位于第一悬臂2211的下方，第二扭转构件2221连接第一悬臂2211的第二端与第二悬臂2222的第一端。第二扭转构件2221能带动第二悬臂2222的第二端在竖直平面上朝向或远离基座210运动，如图11中的双箭头曲线b所示。
125.第三悬臂2224位于第二悬臂2222第二端的远离基座210的一侧，且与第二悬臂2222以固定夹角(例如，图11中的固定夹角为锐角)相交。第三扭转构件2223连接第三悬臂2224的第一端与第二悬臂2222的第二端，该第三扭转构件2223能带动第三悬臂2224以自身的轴线为中心进行旋转运动，如图11中的双箭头曲线c所示。
126.第四扭转构件2225连接第三悬臂2224的第二端与第四悬臂2226的第一端。第四扭转构件2225能带动第四悬臂2226运动，以改变第三悬臂2224与第四悬臂2226之间的夹角，如图11中的双箭头曲线d所示。
127.第五扭转构件2227连接第四悬臂2226的第二端与第五悬臂2228的第一端，第五扭转构件2227的第二端设置机械爪，以夹持目标器械实施夹、切、剪等手术操作。第五扭转构件2227带动第五悬臂2228运动，以改变第四悬臂2226与第五悬臂2228之间的夹角。
128.在上述第二扭转构件2221、第三扭转构件2223、第四扭转构件2225、第五扭转构件2227中，可以分别设置扭转电机，这些扭转电机与控制器电连接，从而控制器可以通过控制扭转电机控制扭转构件带动悬臂运动，进而带动器械m的位姿变化。上述各扭转构件也即机械臂的各关节。
129.图11仅给出了一种机器人设备的结构示意图，在一些实施例中，机器人设备的自由度和机械臂的数量可以比图11所述机器人设备的更多或者更少。
130.图12示出了图4或图11所示机器人的持械臂(即末端安装目标器械的机械臂)运动控制过程关联的各个坐标系的示意图。下面以该机器人设备为例来说明持械臂的运动控制过程关联的各个坐标系。
131.如图12所示，x0y0z0为机器人设备总体的第一基座坐标系，该第一基座坐标系是以基座上的点为坐标原点建立的坐标系；x1y1z1为夹持目标器械的目标机械臂的第二基坐标系，该第二基坐标系是以伸缩臂子机构221上的点建立的坐标系，例如可以是以伸缩臂221上远离基座一侧的点建立的坐标系；xmymzm为机械臂末端坐标系，该机械臂末端坐标系是以机械臂的末端(该末端是指在控制信号传导路径上远离基座的一端)建立的坐标系，例如，以图11中第五悬臂的末端上的点建立的坐标系；x
qyqzq
为器械末端坐标系，该器械末端坐标系是以器械的末端(该末端是指远离机械臂的一端)上的点建立的坐标系。
132.在持械臂的运动控制过程中，持械臂各关节内设置的传感器采集关节的位置信息，根据采集结果确定目标器械末端在器械末端坐标系下的位姿以及坐标位置。步骤s41可以将该位姿以及坐标位姿按照“器械末端坐标系——》机械臂末端坐标系统——》第二基坐标系——》第一基坐标系”的顺序逐步将位姿以及坐标位姿映射至各个坐标系。
133.图13示出了图4或图11所示机器人的持镜臂(即末端安装图像获取组件的机械臂)上的图像获取组件关联的各个坐标系的示意图。下面以该机器人设备为例来说明图像获取组件关联的各个坐标系。
134.如图13所示，x0y0z0、x1y1z1、xmymzm所示的坐标系与图12中的同名坐标系为同一坐标系，x
tytzt
为图像获取组件坐标系，该图像获取组件坐标系可以是以图像获取组件的视野轴线上、朝向机械臂一侧方向的点为坐标原点建立的坐标系；xcyczc为图像获取组件前端坐标系，该图像获取组件前端坐标系可以是以图像获取组件的前端(例如，内窥镜的镜头前端、超声信号收发器的超声信号发射点)为坐标原点建立的坐标系；xayaza为视野投影面坐标系，该视野投影面坐标系可以是以图像获取组件视野的各个投影面(投影面是指与视野轴线垂直的视野切面)中目标器械末端所在的投影面上建立的坐标系，坐标原点可以为视野轴线在该投影幕上的点。
135.在持镜臂的运动控制过程中，持镜臂各关节内设置的传感器采集关节的位置信息，根据采集结果确定图像获取组件坐标系的坐标原点的坐标位置，步骤s41可以将该坐标位置按照“图像获取组件坐标系——》机械臂末端坐标——》第二基座标系统——》第一基座标系”的顺序逐步将位姿以及坐标位姿映射至各个坐标系。
136.图像获取组件可以通过双目视觉技术、红外视觉技术获取目标器械处理被操作对象的实时图像，该图像中能够包含深度信息。基于图像所采集的丰富信息，可以确定图像中目标器械的末端在视野投影面坐标系下的位姿及坐标位置，然后根据图像深度信息将“视野投影面坐标系下的位姿及坐标位置”映射至“图像获取组件前端坐标系下的位姿及坐标位置”，再根据图像获取组件的镜头结构参数将“图像获取组件前端坐标系下的位姿及坐标位置”映射至“图像获取组件坐标系下的位姿及坐标位置”，进而可以根据上一段的映射方式映射至其他各个坐标系。
137.从上述表述可以看出，s41中的坐标系可以是上述第一基座坐标系、第二基坐标系、机械臂末端坐标系、器械末端坐标系中的任意一者。
138.需要说明的是，图5所示的方法是先确定第一动作量、第二动作量，再将第一动作量、第二动作量映射至预定坐标系，分别得到第三动作量、第四动作量，然后对映射结果第三动作量、第四动作量求差值运算的。在一些实施例中，还可以先将用于确定第一动作量的位姿信息及位置坐标映射至预定坐标系，然后再根据映射结果得到第三动作量，类似地，可以先将用于确定第二动作量的位姿信息及位置坐标映射至预定坐标系，然后再根据映射结果得到第四动作量，最后对第三动作量、第四动作量求差值运算。这种实施方式是图5所示方法的等价实施方式，应当确定属于本技术的保护范围。
139.s42：计算第三动作量和第四动作量的差值。
140.根据本说明书中动作量的获取方式可知，s42计算所得的差值可以是角度差，也可以是坐标差。
141.s43：根据差值，确定目标器械的性能值。
142.具体地，s43可以针对动作量中的每一维度分别设置各个数值范围，每个数值范围对应一个性能值。从而，对于一个维度，可以根据差值所在的数值范围确定目标器械的性能值。
143.在一些情况下，根据不同维度的差值可以得到不同的性能值，则可以以性能值最差的结果作为目标器械的性能值，或者将各个维度对应的性能值进行加权求和得到目标器械的性能值。当然，也可以采用其他方式，本说明书不再一一例举。
144.本说明书所提供的机器人的性能值的确定方法，根据驱动目标器械的末端活动的
输入动作量预测在目标器械性能至达到预定阈值的情况下目标器械的末端被驱动而活动的第一动作量，即第一动作量是从运动控制坐标系角度确定的；并从图像获取组件所获取的信号形成的图像中确定目标器械的末端响应于输入动作量而活动的第二动作量，即第二动作量是从图像坐标系角度确定的；通过第一动作量和第二动作量映射至预设坐标系中的差值来确定目标器械的性能值，能够客观地确定目标器械的性能值，不依赖于操作者的经验，该性能值确定方法对操作者的要求不高、性能检测的效率较高。并且，该方法能够在操作前、操作中以及操作后实时确定目标器械的性能值，从而能够对性能不达标的目标器械及时预警，防止由于器械性能影响操作结果，提高操作的可靠性。
145.在一些实施例中，如图14所示，在s40之后，还可以包括如下步骤s50至s70。
146.s50：根据目标器械的性能值预测目标器械自当前时刻起的使用寿命的延续值。
[0147]“使用寿命的延续值”是指，在当前额定寿命的基础上增加的寿命值。
[0148]
目标器械的寿命，可以是指当前目标器械的剩余使用次数或者剩余使用时间。
[0149]
s60：从目标器械内置的存储器件中获取目标器械的最新使用寿命。
[0150]
目标器械内置的存储器件，可以是设置在目标器械中存储实体器件，也可以是设置在目标器械表面的指向网络内存的标签(例如二维码标识)。
[0151]
步骤s60可以通过任意一种现有的近距离无线通信技术从目标器械内置的存储器件中获取最新使用寿命。
[0152]
s70：根据使用寿命的延续值调整目标器械的使用寿命，并将调整后的使用寿命作为最新使用寿命写入目标器械内置的存储器件中。
[0153]
目标器械与机器人设备通常是分离设置的，目标器械的种类有很多种，每种目标器械可执行的操作不同，可以根据实际操作需要选择目标器械的种类，并将选取的目标器械安装至机器人设备上。在目标器械生产出来后，厂家会根据出厂前的测试结果确定目标器械的额定使用寿命，该额定使用寿命可以存储在目标器械内置的存储器件中。
[0154]
每次使用目标器械前，可以从目标器械内置的存储器件中获取目标器械的最新使用寿命，当前次的使用是否超出目标器械的最新使用寿命，在不超出的情况才使用该目标器械，而在超出的情况下则不使用。或者，超出在从内置存储器件中获取的最新使用寿命的情况下，进一步通过步骤s50至s70对应的方法调整目标器械的最新使用寿命，然后再次判断当前次的使用是否超出调整后的最新使用寿命，在不超出的情况下才继续使用该目标器械。
[0155]
通过调整目标器械的使用寿命，能够充分利用达到额定使用寿命时性能依然较好的器械，并且能够对未达到额定使用寿命但性能较差的器械进行标记，防止性能差的器械影响操作结果。
[0156]
在一些实施例中，如图15所示，在s10之前，还可以包括如下步骤s100至s130。
[0157]
s100：从目标器械内置的存储器件中获取目标器械所属的第一种类。
[0158]
目标器械内置的存储器件，可以是设置在目标器械中存储实体器件，也可以是设置在目标器械表面的指向网络内存的标签(例如二维码标识)。也即，目标器械所属的第一种类、目标器械的最新使用寿命可以存储在同一存储器件中。当然该存储器件中还可以存储目标器械的其他信息。
[0159]
步骤s100可以通过任意一种现有的近距离无线通信技术从目标器械内置的存储
器件中获取目标器械所属的第一种类。
[0160]
s110：从图像获取组件所获取的信号形成的图像中，确定目标器械所属的第二种类。
[0161]
s120：确定第一种类和第二种类是否匹配。
[0162]
s130：在匹配的情况下，执行获取用于驱动目标器械的末端活动的输入动作量。
[0163]
通过判断“目标器械内置存储器中存储的种类”与“根据图像确定的种类”是否匹配，在匹配的情况下才执行图5所示的性能检测方法，能够避免目标器械的信息搞错的情况。
[0164]
在步骤s40确定目标器械的性能值之后，可以通过视觉反馈的方式将性能值呈现给操作者。例如，可以在操作台的显示器上显示如图16中所示的器械性能信息，器械性能信息可以包括器械的标识(例如器械1、器械2)、性能参数、故障类型等；也可以在图像端设备300的显示器上显示器械性能信息。在一些实施例中，还可以在操作台和/或图像端设备300上设置声音提示装置，以通过声音的方式呈现故障信息；或者设置灯光提示装置，以通过灯光的方式呈现故障信息。
[0165]
故障类型可以分为：性能故障、结构故障，其中，性能故障可以是指性能值达到预定性能值阈值。结构故障可以通过以下方式来确定：获取根据图像获取组件采集的信号形成的图像，确定图像中目标器械的种类；根据目标器械的种类识别图像中目标器械末端的特征，该特征可以包括颜色、轮廓、表面纹理等；将目标器械末端的特征与所述种类的器械的故障特征模板进行匹配；当匹配到故障特征模板时，将目标器械的故障类型确定为结构故障。也可以将所述故障特征模板对应的故障类型作为目标器械的故障类型。
[0166]
器械的故障特征模板可以为以下一种或多种故障的目标：丝线脱轮、丝线末端起毛、器械材料开裂、电刀器械材料烧焦、器械绝缘套脱离。
[0167]
本说明书提供一种机器人的性能值确定装置，可以用于实现图5所示的机器人的性能值确定方法。如图17所示，该装置包括第一获取单元10、第一预测单元20、第一确定单元30和第二确定单元40。
[0168]
第一获取单元10用于获取用于驱动目标器械的末端活动的输入动作量；所述目标器械设置在目标机器人的机械臂上。第一预测单元20用于预测在目标器械的性能值达到预定阈值的情况下，所述输入动作量驱动目标器械的末端活动的第一动作量。第一确定单元30用于从图像获取组件所获取的信号形成的图像中，确定目标器械的末端响应于所述输入动作量而活动的第二动作量。第二确定单元40用于根据第一动作量以及第二动作量的差异确定器械性能。
[0169]
在一些实施例中，第二确定单元40包括：映射子单元，用于将第一动作量映射至预设坐标系得到第三动作量，将第二动作量映射至预设坐标系得到第四动作量；计算子单元，用于计算第三动作量和第四动作量的差值；第一确定子单元用于根据所述差值，确定目标器械的性能值。
[0170]
在一些实施例中，所述第一预测单元包括：第一获取子单元，用于获取目标器械的末端在运动坐标系下的第一位姿；所述运动坐标系为目标机器人进行运动控制时所采用的坐标系；预测子单元，用于预测在目标器械的性能值达到预定阈值的情况下，所述输入动作量驱动目标器械的末端活动后，目标器械的末端在运动坐标系下的第二位姿；第二确定子
单元，用于根据第一位姿、第二位姿确定目标器械的末端在运动坐标系下的第一动作量。
[0171]
在一些实施例中，所述第一确定单元包括：第二获取子单元，用于实时获取图像获取组件所获取的信号形成的图像，确定目标器械末端响应所述输入动作量之前的第一图像、目标器械末端响应所述输入动作量之后的第二图像；第三确定子单元，用于根据第一图像确定目标器械末端在图像坐标系下的第三位姿，根据第二图像确定目标器械末端在图像坐标系下的第四位姿；第四确定子单元，用于根据第三位姿、第四位姿确定目标器械的末端在图像坐标系下的第二动作量。
[0172]
在一些实施例中，所述第一获取单元包括：第三获取子单元，用于获取机器人系统中操纵器的位姿变化量，并将操纵器的位姿变化量作为输入动作量；所述操纵器用于操作者操纵目标器械的末端活动；或者，第四获取子单元，用于获取机器人系统中驱动目标器械的末端活动的动力传动组件的位姿变化量，并将动力传动组件的位姿变化量作为输入动作量；所述动力传动组件设置在目标机器人的目标机械臂上，与目标器械机械连接，用于驱动目标器械的末端活动。
[0173]
在一些实施例中，所述第三获取子单元包括：识别子单元，用于在操作者操作操纵器以使目标器械的末端活动时，识别操纵器的位姿变化是否与预设动作集合中的预设动作匹配；第五获取子单元，用于在与一个预设动作匹配的情况下，获取所述预设动作对应的操纵器的位姿变化量，并将所述位姿变化量作为输入动作量。
[0174]
在一些实施例中，所述第一获取单元包括：第六获取子单元，用于获取预先存储的控制指令序列，所述控制指令序列用于控制目标器械的末端产生位姿变化；发送子单元，用于将所述控制指令序列中的控制指令依次发送至目标机器人，同时反馈至机器人系统的操纵器，以使操纵器的位姿与目标机器人同步动作；第五确定子单元，用于将操纵器的位姿变化量作为输入动作量。
[0175]
在一些实施例中，所述第一获取单元包括：检测子单元，用于在目标器械的末端活动过程中，检测动力盒的动作量；其中，所述动力盒设置在目标机器人的目标机械臂末端，并与目标器械的首端可拆卸连接；第六确定子单元，用于将动力盒的动作量作为输入动作量。
[0176]
在一些实施例中，所述装置还包括：第二获取单元，用于从目标器械内置的存储器件中获取目标器械所属的第一种类；第三确定单元，用于从图像获取组件所获取的信号形成的图像中，确定目标器械所属的第二种类；第四确定单元，用于确定第一种类和第二种类是否匹配；在匹配的情况下，所述第一获取单元执行所述获取用于驱动目标器械的末端活动的输入动作量。
[0177]
在一些实施例中，所述装置还包括：第二预测单元，用于根据目标器械的性能值预测目标器械自当前时刻起的使用寿命的延续值；第三获取单元，用于从目标器械内置的存储器件中获取目标器械的最新使用寿命；调整单元，用于根据使用寿命的延续值调整目标器械的使用寿命，并将调整后的使用寿命作为最新使用寿命写入目标器械内置的存储器件中。
[0178]
在一些实施例中，所述装置还包括：第四获取单元，用于获取根据图像获取组件采集的信号形成的图像；第五确定单元，用于确定图像中目标器械的种类；根据目标器械的种类识别图像中目标器械末端的特征；匹配单元，用于将目标器械末端的特征与所述种类的
器械的故障特征模板进行匹配；第六确定单元，用于当匹配到故障特征模板时，将目标器械的故障类型确定为结构故障。
[0179]
在一些实施例中，所述装置还包括：判断单元，用于判断所述目标器械的性能值是否达到预设性能值阈值；第七确定单元，用于在达到的情况下，确定目标器械出现性能故障；呈现单元，用于向操作者呈现目标器械的故障类型，所述故障类型包括性能故障和/或结构故障。
[0180]
上述机器人的性能值确定装置的具体细节可以参阅图5对应实施例中的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
[0181]
本说明书提供一种机器人系统，包括目标机器人和控制器。该控制器可以设置在目标机器人中，也可以设置在操作台中，或者独立于目标机器人及操作台而设置。
[0182]
该目标机器人包括基座、第一机械臂和第二机械臂，所述第一机械臂的末端用于安装目标器械，所述第二机械臂的末端用于安装图像获取组件；控制器，用于控制所述目标机器人的第一机械臂、第二机械臂动作，以使目标器械对被操作对象执行操作，同时通过图像获取组件获取操作过程的实时图像；所述控制器还用于执行上述机器人的性能确定方法。
[0183]
该目标机器人可以为图1中的机器人设备200。有关机器人设备200的描述可以参考本说明书其他部分的描述，不再赘述。
[0184]
本发明实施例还提供了一种控制器，如图18所示，该控制器可以包括处理器1801和存储器1802，其中处理器1801和存储器1802可以通过总线或者其他方式连接，图18中以通过总线连接为例。
[0185]
处理器1801可以为中央处理器(central processing unit，cpu)。处理器1801还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
[0186]
存储器1802作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的机器人的性能值确定方法对应的程序指令/模块(例如，图17中的第一获取单元10、第一预测单元20、第一确定单元30、映射单元40、计算单元50和第二确定单元60)。处理器1801通过运行存储在存储器1802中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据分类，即实现上述方法实施例中的机器人的性能值确定方法。
[0187]
存储器1802可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器1801所创建的数据等。此外，存储器1802可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器1802可选包括相对于处理器1801远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器1801。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0188]
所述一个或者多个模块存储在所述存储器1802中，当被所述处理器1801执行时，执行如图5所示实施例中的机器人的性能值确定方法。
[0189]
上述控制器具体细节可以参阅图5对应实施例中的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
[0190]
本说明书还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被执行时实现图5对应实施例的步骤。
[0191]
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)、随机存储记忆体(random access memory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-state drive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
[0192]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于硬件+程序类实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0193]
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0194]
本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
[0195]
以上所述仅为本说明书实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。
技术特征：1.一种机器人的性能值确定方法，其特征在于，包括：获取用于驱动目标器械的末端活动的输入动作量；所述目标器械设置在目标机器人的机械臂上；预测在目标器械的性能值达到预定阈值的情况下，所述输入动作量驱动目标器械的末端活动的第一动作量；从图像获取组件所获取的信号形成的图像中，确定目标器械的末端响应于所述输入动作量而活动的第二动作量；根据第一动作量以及第二动作量的差异确定器械性能。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据第一动作量以及第二动作量的差异确定器械性能，包括：将第一动作量映射至预设坐标系得到第三动作量，将第二动作量映射至预设坐标系得到第四动作量；计算第三动作量和第四动作量的差值；根据所述差值，确定目标器械的性能值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预测在目标器械的性能值达到预定阈值的情况下，所述输入动作量驱动目标器械的末端活动的第一动作量，包括：获取目标器械的末端在运动坐标系下的第一位姿；所述运动坐标系为目标机器人进行运动控制时所采用的坐标系；预测在目标器械的性能值达到预定阈值的情况下，所述输入动作量驱动目标器械的末端活动后，目标器械的末端在运动坐标系下的第二位姿；根据第一位姿、第二位姿确定目标器械的末端在运动坐标系下的第一动作量。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从图像获取组件所获取的信号形成的图像中，确定目标器械的末端响应于所述输入动作量而活动的第二动作量，包括：实时获取图像获取组件所获取的信号形成的图像，确定目标器械末端响应所述输入动作量之前的第一图像、目标器械末端响应所述输入动作量之后的第二图像；根据第一图像确定目标器械末端在图像坐标系下的第三位姿，根据第二图像确定目标器械末端在图像坐标系下的第四位姿；根据第三位姿、第四位姿确定目标器械的末端在图像坐标系下的第二动作量。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取用于驱动目标器械的末端活动的输入动作量，包括：获取机器人系统中操纵器的位姿变化量，并将操纵器的位姿变化量作为输入动作量；所述操纵器用于操作者操纵目标器械的末端活动；或者，获取机器人系统中驱动目标器械的末端活动的动力传动组件的位姿变化量，并将动力传动组件的位姿变化量作为输入动作量；所述动力传动组件设置在目标机器人的目标机械臂上，与目标器械机械连接，用于驱动目标器械的末端活动。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，获取机器人系统中操纵器的位姿变化量，并将操纵器的位姿变化量作为输入动作量，包括：在操作者操作操纵器以使目标器械的末端活动时，识别操纵器的位姿变化是否与预设动作集合中的预设动作匹配；
在与一个预设动作匹配的情况下，获取所述预设动作对应的操纵器的位姿变化量，并将所述位姿变化量作为输入动作量。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，获取机器人系统中操纵器的位姿变化量，并将操纵器的位姿变化量作为输入动作量，包括：获取预先存储的控制指令序列，所述控制指令序列用于控制目标器械的末端产生位姿变化；将所述控制指令序列中的控制指令依次发送至目标机器人，同时反馈至机器人系统的操纵器，以使操纵器的位姿与目标机器人同步动作；将操纵器的位姿变化量作为输入动作量。8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，获取机器人系统中驱动目标器械的末端活动的动力组件的位姿变化量，并将动力组件的位姿变化量作为输入动作量，包括：在目标器械的末端活动过程中，检测动力盒的动作量；其中，所述动力盒设置在目标机器人的目标机械臂末端，并与目标器械的首端可拆卸连接；将动力盒的动作量作为输入动作量。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取用于驱动目标器械的末端活动的输入动作量之前，包括：从目标器械内置的存储器件中获取目标器械所属的第一种类；从图像获取组件所获取的信号形成的图像中，确定目标器械所属的第二种类；确定第一种类和第二种类是否匹配；在匹配的情况下，执行所述获取用于驱动目标器械的末端活动的输入动作量。10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在根据所述差值，确定目标器械的性能值之后，还包括：根据目标器械的性能值预测目标器械自当前时刻起的使用寿命的延续值；从目标器械内置的存储器件中获取目标器械的最新使用寿命；根据使用寿命的延续值调整目标器械的使用寿命，并将调整后的使用寿命作为最新使用寿命写入目标器械内置的存储器件中。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：获取根据图像获取组件采集的信号形成的图像；确定图像中目标器械的种类；根据目标器械的种类识别图像中目标器械末端的特征；将目标器械末端的特征与所述种类的器械的故障特征模板进行匹配；当匹配到故障特征模板时，将目标器械的故障类型确定为结构故障。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：判断所述目标器械的性能值是否达到预设性能值阈值；在达到的情况下，确定目标器械出现性能故障；向操作者呈现目标器械的故障类型，所述故障类型包括性能故障和/或结构故障。13.一种机器人的性能值确定装置，其特征在于，包括：第一获取单元，用于获取用于驱动目标器械的末端活动的输入动作量；所述目标器械设置在目标机器人的机械臂上；第一预测单元，用于预测在目标器械的性能值达到预定阈值的情况下，所述输入动作
量驱动目标器械的末端活动的第一动作量；第一确定单元，用于从图像获取组件所获取的信号形成的图像中，确定目标器械的末端响应于所述输入动作量而活动的第二动作量；第二确定单元，用于根据第一动作量以及第二动作量的差异确定器械性能。14.一种机器人系统，其特征在于，包括：目标机器人，所述目标机器人包括基座、第一机械臂和第二机械臂，所述第一机械臂的末端用于安装目标器械，所述第二机械臂的末端用于安装图像获取组件；控制器，用于控制所述目标机器人的第一机械臂、第二机械臂动作，以使目标器械对被操作对象执行操作，同时通过图像获取组件获取操作过程的实时图像；所述控制器还用于执行权利要求1至12中任一项所述的机器人的性能确定方法。15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，还包括：操纵器，用于操作者控制所述目标机器人的第一机械臂、第二机械臂活动，以控制目标器械对被操作对象执行操作，同时通过图像获取组件获取操作过程的实时图像。16.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，还包括动力盒，所述动力盒包括：动力组件，固定设置在第一机械臂的末端；所述动力组件包括第一连接件、多个电机和多个第一联接结构，多个电机设置在第一连接件上，每个电机的轴部穿过第一连接件与一个第一联接结构固定连接；各第一联接结构设置在第一连接件的同一侧；传动组件，固定设置在目标器械的首段；所述传动组件包括第二连接件、多个丝轮和多个第二联接结构，每个丝轮的轴部穿过第二连接件与一个第二联接结构固定连接；各第二联接结构设置在第二连接件的同一侧；在目标器械安装至第一机械臂的末端时，动力组件上第二联接结构上远离第二连接件的一侧表面，与传动组件上第一联接结构上远离第一连接件的一侧表面拼接在一起时，使得第一联接结构与第二联接结构同步旋转，进而带动丝轮与电机同步旋转，从而将第一机械臂上的控制力传导至目标器械上；其中，每个丝轮上固定有一根丝线的端部，所述丝线的另一端穿过目标器械上的管体联接目标器械末端的从动轮；动力组件中电机被控制选择时，带动传动组件中的丝轮旋转从而调节丝线上的拉力和/或控制丝线移动，进而通过所述丝线带动从动轮旋转，实现目标器械在所述从动轮所控制的自由度上活动。17.一种控制器，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述处理器和所述存储器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而实现权利要求1至12任一项所述方法的步骤。18.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被执行时实现权利要求1至12任一项所述方法的步骤。
技术总结本说明书提供了机器人的性能值确定方法、装置及控制器，其中方法包括：获取用于驱动目标器械的末端活动的输入动作量；从运动控制坐标系的角度，预测在目标器械的性能值达到预定阈值的情况下，输入动作量驱动目标器械的末端活动的第一动作量；从图像获取组件获取的图像的坐标系的角度，确定目标器械的末端响应于输入动作量而活动的第二动作量；根据第一动作量以及第二动作量的差异确定器械性能。本方案能够客观地确定目标器械的性能值，不依赖于操作者的经验，性能检测的效率较高；能够在操作前、操作中以及操作后实时确定目标器械的性能值。操作中以及操作后实时确定目标器械的性能值。操作中以及操作后实时确定目标器械的性能值。
技术研发人员：ꢀ(74)专利代理机构
受保护的技术使用者：上海微创医疗机器人（集团）股份有限公司
技术研发日：2022.07.25
技术公布日：2022/11/1
