本技术涉及数据处理，尤其涉及一种机械臂摆位的确定方法、装置和存储介质。
背景技术：
1、手术机器人能够以红外光学导航系统为媒介将术区与机械臂联系起来，并利用机械臂完成各种手术操作。合理的机械臂摆位可以保证机械臂始终处于红外光学导航系统的可视范围内，从而保证手术的顺利进行。
2、目前确定机械臂摆位的方式通常是根据关节角的奇异值、关节角之间的动度方差、病灶视觉标记物与机械臂连杆以及末端工具间的最短距离、视野角度，对每组关节角进行评价打分，并根据打分结果确定机械臂的最终摆位。可以看出，这种方式考虑到了机械臂的奇异性和视野角度，但忽略了摆位的抗压能力，导致确定出的摆位不够准确。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本技术提供了一种机械臂摆位的确定方法、装置和存储介质，能够提高确定出机械臂摆位的准确度。
2、第一方面，本技术提供了一种机械臂摆位的确定方法，包括：以预设步长遍历目标空间，得到机械臂末端的笛卡尔位姿集合；目标空间为机械臂在术区的工作空间；对笛卡尔位姿集合中的每个笛卡尔位姿，均进行逆运动学求取处理，得到每个笛卡尔位姿对应的关节角；一个笛卡尔位姿对应一组关节角，一组关节角构成一个机械臂摆位；计算每组关节角对应的速度雅克比矩阵；根据速度雅克比矩阵计算每组关节角对应的奇异参数和刚度参数；奇异参数用于表征机械臂的奇异性，刚度参数用于表征机械臂的刚度；将奇异参数最小，且刚度参数最大的关节角确定为最优关节角。
3、在一些实施例中，根据速度雅克比矩阵计算每组关节角对应的奇异参数，包括：根据速度雅克比矩阵计算每组关节角对应的机械臂条件数值；将机械臂条件数值的倒数，确定为每组关节角对应的奇异参数。
4、在一些实施例中，根据速度雅克比矩阵计算每组关节角对应的机械臂条件数值，包括：根据速度雅克比矩阵和公式计算每组关节角对应的机械臂条件数值；其中，s用于表示机械臂条件数值，j用于表示速度雅克比矩阵。
5、在一些实施例中，根据速度雅克比矩阵计算每组关节角对应的刚度参数，包括：根据速度雅克比矩阵和关节刚度矩阵，计算目标关节角对应的线位移刚度矩阵；目标关节角为笛卡尔位姿集合中任一笛卡尔位姿对应的关节角；根据线位移刚度矩阵计算机械臂在法兰坐标系下，可操作椭球的第一半径、第二半径以及第三半径；第一半径为可操作椭球在法兰坐标系下沿x轴的半径，第二半径为可操作椭球在法兰坐标系下沿y轴的半径，第三半径为可操作椭球在法兰坐标系下沿z轴的半径；将可操作椭球映射至x轴和y轴所在平面，得到可操作椭圆的长半轴半径和短半轴半径；将短半轴半径和长半轴半径的比值，确定为目标关节角对应的刚度参数。
6、在一些实施例中，根据速度雅克比矩阵和关节刚度矩阵，计算目标关节角对应的线位移刚度矩阵，包括：将目标关节角对应的关节刚度矩阵的逆矩阵、速度雅克比矩阵、以及速度雅克比矩阵的转置矩阵的乘积，确定为目标关节角对应的线位移刚度矩阵。
7、在一些实施例中，根据线位移刚度矩阵计算机械臂在法兰坐标系下，可操作椭球的第一半径、第二半径以及第三半径，包括：将线位移刚度矩阵和线位移刚度矩阵的转置矩阵的乘积，确定为目标矩阵；将目标矩阵的特征值，确定为机械臂在法兰坐标系下，可操作椭球的第一半径、第二半径以及第三半径。
8、在一些实施例中，在机械臂为前交叉韧带重建手术机器人的机械臂，且计算出的最优关节角对应左腿手术时，方法还包括：确定机械臂的零位关节角；根据零位关节角对左腿手术对应的最优关节角进行镜像处理，得到右腿手术对应的最优关节角。
9、在一些实施例中，根据零位关节角对左腿手术对应的最优关节角进行镜像处理，得到右腿手术对应的最优关节角，包括：将零位关节角与左腿手术对应的最优关节角之差的绝对值，确定为镜像值；将零位关节角与镜像值之和，确定为右腿手术对应的最优关节角。
10、第二方面，本技术提供了一种机械臂摆位的确定装置，包括：遍历模块，用于以预设步长遍历目标空间，得到机械臂末端的笛卡尔位姿集合；目标空间为机械臂在术区的工作空间；处理模块，用于对笛卡尔位姿集合中的每个笛卡尔位姿，均进行逆运动学求取处理，得到每个笛卡尔位姿对应的关节角；一个笛卡尔位姿对应一组关节角，一组关节角构成一个机械臂摆位；计算模块，用于计算每组关节角对应的速度雅克比矩阵，并根据速度雅克比矩阵计算每组关节角对应的奇异参数和刚度参数；奇异参数用于表征机械臂的奇异性，刚度参数用于表征机械臂的刚度；确定模块，用于将奇异参数最小，且刚度参数最大的关节角确定为最优关节角。
11、在一些实施例中，计算模块，具体用于：根据速度雅克比矩阵计算每组关节角对应的机械臂条件数值；将机械臂条件数值的倒数，确定为每组关节角对应的奇异参数。
12、在一些实施例中，计算模块，具体用于：根据速度雅克比矩阵和公式计算每组关节角对应的机械臂条件数值；其中，s用于表示机械臂条件数值，j用于表示速度雅克比矩阵。
13、在一些实施例中，计算模块，具体用于：根据速度雅克比矩阵和关节刚度矩阵，计算目标关节角对应的线位移刚度矩阵；目标关节角为笛卡尔位姿集合中任一笛卡尔位姿对应的关节角；根据线位移刚度矩阵计算机械臂在法兰坐标系下，可操作椭球的第一半径、第二半径以及第三半径；第一半径为可操作椭球在法兰坐标系下沿x轴的半径，第二半径为可操作椭球在法兰坐标系下沿y轴的半径，第三半径为可操作椭球在法兰坐标系下沿z轴的半径；将可操作椭球映射至x轴和y轴所在平面，得到可操作椭圆的长半轴半径和短半轴半径；将短半轴半径和长半轴半径的比值，确定为目标关节角对应的刚度参数。
14、在一些实施例中，计算模块，具体用于：将目标关节角对应的关节刚度矩阵的逆矩阵、速度雅克比矩阵、以及速度雅克比矩阵的转置矩阵的乘积，确定为目标关节角对应的线位移刚度矩阵。
15、在一些实施例中，计算模块，具体用于：将线位移刚度矩阵和线位移刚度矩阵的转置矩阵的乘积，确定为目标矩阵；将目标矩阵的特征值，确定为机械臂在法兰坐标系下，可操作椭球的第一半径、第二半径以及第三半径。
16、在一些实施例中，确定模块，还用于在机械臂为前交叉韧带重建手术机器人的机械臂，且计算出的最优关节角对应左腿手术时，确定机械臂的零位关节角；处理模块，还用于根据零位关节角对左腿手术对应的最优关节角进行镜像处理，得到右腿手术对应的最优关节角。
17、在一些实施例中，处理模块，具体用于：将零位关节角与左腿手术对应的最优关节角之差的绝对值，确定为镜像值；将零位关节角与镜像值之和，确定为右腿手术对应的最优关节角。
18、第三方面，本技术提供了一种电子设备，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计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如第一方面的机械臂摆位的确定方法。
19、第四方面，本技术提供了一种计算机可读存储介质，包括：计算机可读存储介质上存储计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如第一方面的机械臂摆位的确定方法。
20、第五方面，本技术提供了一种计算机程序产品，包括：当计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机实现如第一方面的机械臂摆位的确定方法。
21、本技术提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：首先，以预设步长遍历目标空间，得到机械臂末端的笛卡尔位姿集合。其中，目标空间为机械臂在术区的工作空间。之后，对笛卡尔位姿集合中的每个笛卡尔位姿，均进行逆运动学求取处理，得到每个笛卡尔位姿对应的关节角。其中，一个笛卡尔位姿对应一组关节角，一组关节角构成一个机械臂摆位。之后，计算每组关节角对应的速度雅克比矩阵，并根据速度雅克比矩阵计算每组关节角对应的奇异参数和刚度参数。其中，奇异参数用于表征机械臂的奇异性，刚度参数用于表征机械臂的刚度。最后，将奇异参数最小，且刚度参数最大的关节角确定为最优关节角。这样，在确定机械臂摆位时，能够根据关节角对应机械臂的奇异性和刚度，共同确定出最优关节角，避免了由于忽略了摆位的抗压能力，导致确定出的摆位不够准确的问题，提高了确定出机械臂摆位的准确性。
1.一种机械臂摆位的确定方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述根据所述速度雅克比矩阵计算每组关节角对应的奇异参数，包括：
3.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，根据所述速度雅克比矩阵计算每组关节角对应的刚度参数，包括：
4.根据权利要求3所述的确定方法，其特征在于，所述根据所述速度雅克比矩阵和关节刚度矩阵，计算目标关节角对应的线位移刚度矩阵，包括：
5.根据权利要求3所述的确定方法，其特征在于，所述根据所述线位移刚度矩阵计算所述机械臂在法兰坐标系下，可操作椭球的第一半径、第二半径以及第三半径，包括：
6.根据权利要求1-5任一项所述的确定方法，其特征在于，在所述机械臂为前交叉韧带重建手术机器人的机械臂，且计算出的最优关节角对应左腿手术时，所述方法还包括：
7.根据权利要求6所述的确定方法，其特征在于，所述根据所述零位关节角对左腿手术对应的最优关节角进行镜像处理，得到右腿手术对应的最优关节角，包括：
8.一种机械臂摆位的确定装置，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的机械臂摆位的确定方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括：所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的机械臂摆位的确定方法。
11.一种计算机程序产品，其特征在于，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机实现如权利要求1至7中任一项所述的机械臂摆位的确定方法。
