CN113855249B

CN113855249B - 一种机器控制方法、装置、手术机器人及可读存储介质

Info

Publication number: CN113855249B
Application number: CN202111458406.0A
Authority: CN
Inventors: 王迎智; 张二虎; 曹其冲
Original assignee: Jixian Artificial Intelligence Co Ltd
Current assignee: Jixian Artificial Intelligence Co Ltd
Priority date: 2021-12-02
Filing date: 2021-12-02
Publication date: 2022-02-22
Anticipated expiration: 2041-12-02
Also published as: CN113855249A

Abstract

本发明实施例公开了一种机器控制方法、装置、手术机器人及可读存储介质，该方法包括：在车针移动至其尖端与目标位置重合的情况下，获取机械臂在钻孔过程中每一时间点所受到的第一受力信息以及车针的钻孔深度；根据从目标颌骨的电子计算机断层扫描CT图像中计算得到的目标颌骨在目标位置的不同深度的骨密度以及该时间点的钻孔深度，确定车针尖端在该时间点所在位置的硬度系数；以及根据在该时间点获取到的第一受力信息中沿车针轴向方向的力分量确定车针在该时间点的给进量；根据硬度系数和给进量确定车针在该时间点所受到的钻孔阻力值；利用钻孔阻力值补偿下一时间点机械臂在钻孔过程所需的下压力。根据本发明的实施例，能够提高钻孔的效率。

Description

一种机器控制方法、装置、手术机器人及可读存储介质

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，尤其涉及一种机器控制方法、装置、手术机器人及可读存储介质。

背景技术

种植牙齿（Dental implant）指的是一种以植入骨组织内的下部结构为基础来支持、固位上部牙修复体的缺牙修复方式，主要针对牙齿缺损和缺失后的治疗工作。种植牙齿也叫人工种植牙，并不是真的种上自然牙齿，而是通过医学方式，将与人体骨质兼容性高的纯钛金属经过精密的设计，制造成类似牙根的圆柱体或其他形状，以外科小手术的方式植入缺牙区的牙槽骨内，经过1-3个月后，当人工牙根与牙槽骨密合后，再在人工牙根上制作烤瓷牙冠。其中，在植入骨组织内的下部结构的过程中首先需要对骨组织进行钻孔。

目前，在执行钻孔操作中，由于患者的骨组织在不同区域所需要的钻削力不同，医生往往在钻孔时碰到硬度系数大的地方用力大，下一时刻到了硬度系数小的地方用力来不及改变。由此，目前钻孔的效率低。

发明内容

本发明实施例提供一种机器控制方法、装置、手术机器人及可读存储介质，能够解决目前钻孔效率低的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种机器控制方法，该方法应用于手术机器人，手术机器人包括机械臂，机械臂的第一端设置有车针，车针用于在目标对象的目标位置钻孔；该方法包括：

在车针移动至其尖端与目标位置重合的情况下，获取机械臂在钻孔过程中每一时间点所受到的第一受力信息以及车针的钻孔深度；

针对每一时间点，根据从目标颌骨的电子计算机断层扫描CT图像中计算得到的目标颌骨在目标位置的不同深度的骨密度以及该时间点的钻孔深度，确定车针尖端在该时间点所在位置的硬度系数；以及

根据在该时间点获取到的第一受力信息中沿车针轴向方向的力分量确定车针在该时间点的给进量；

根据硬度系数和给进量确定车针在该时间点所受到的钻孔阻力值；

利用钻孔阻力值补偿下一时间点机械臂在钻孔过程所需的下压力。

在一种可能的实现方式中，目标颌骨在目标位置的不同深度的骨密度

通过以下方式确定：

获取目标颌骨的CT图像，其中，CT图像中还包含多个不同亨氏单位HU的骨密度标样；

根据预先选定的待放置于目标颌骨的种植体的参数信息确定骨密度计算区并将骨密度计算区沿垂直于钻孔方向划分为多个子计算区；

针对每一子计算区，根据多个骨密度标样确定该子计算区的平均骨密度并将其作为该子计算区所对应钻孔深度范围内的骨密度。

在一种可能的实现方式中，针对每一子计算区，根据多个骨密度标样确定该子计算区的平均骨密度并将其作为该子计算区所对应钻孔深度范围内的骨密度，包括：任一子计算区的平均骨密度通过以下方式确定：

针对每一子计算区，采集M个骨密采样点的骨密度标样；

计算M个骨密度采样点的骨密度标样的平均骨密度值，并将平均骨密度值作为对应子计算区所对应钻孔深度范围内的骨密度；

其中，根据不同子计算区对应的钻孔深度不同，越深的子计算区所需的骨密度采样点M的个数越少，越浅的子计算区所需的骨密度采样点M的个数越多。

在一种可能的实现方式中，根据第一受力信息中沿车针轴向方向的力分量确定车针在该时间点的给进量，包括：

计算第一受力信息中沿车针轴向方向的分量与预设系数的乘积为车针在该时间点的给进量。

在一种可能的实现方式中，利用钻孔阻力值补偿下一时间点机械臂在

钻孔过程所需的下压力，包括：

计算机械臂在下一时间点的第一受力信息与钻孔阻力值的和为车针在下一时间点机械臂在钻孔过程所需的第二受力信息，基于第二受力信息确定给车针在下一时间点的进给速度。

在一种可能的实现方式中，在利用钻孔阻力值补偿下一时间点机械臂

在钻孔过程所需的下压力之后，方法还包括：

基于第二受力信息确定车针在下一时间点的给进速度。

在一种可能的实现方式中，基于第二受力信息确定车针在下一时间点

的给进速度，包括：

计算第二受力信息中沿车针轴向的力分量与预设的力与速度的转换系

数的乘积得到车针在下一时间点的给进速度。

在一种可能的实现方式中，根据硬度系数和给进量确定车针在该时间

点所受到的钻孔阻力值，包括：

计算目标颌骨的材质系数、钻孔直径的直径指数次方、给进量的给进量指数次方与硬度系数的乘积为车针在钻孔时所受到的钻孔阻力值；

其中，目标颌骨的材质系数、钻孔直径、钻孔的直径系数、给进量指数均为预设值。

在一种可能的实现方式中，目标颌骨的材质系数为3.48、钻孔直径为

5mm、钻孔的直径系数为1.4，给进量指数为0.8。

在一种可能的实现方式中，车针移动至其尖端与目标位置重合通过以

下方式确定：

获取机械臂执行端的标记点的第一位姿信息和在目标位置上标记点的第二位姿信息；

根据第一位姿信息进行坐标转换得到车针的第三位姿信息；

根据第二位姿信息进行坐标转换得到在目标位置钻孔时对正轴线的第四位姿信息；

确定第三位姿信息与第四位姿信息一致时，车针钻孔时车针钻头所在的位置与目标位置的位置重合。

在一种可能的实现方式中，获取机械臂执行端的标记点的第一位姿信

息和在目标位置上标记点的第二位姿信息；根据第一位姿信息进行坐标转换得到车针的第三位姿信息；根据第二位姿信息进行坐标转换得到在目标位置钻孔时对正轴线的第四位姿信息，包括：

获取机械臂执行端的标记点在基座坐标系下的第一位姿信息，以及在基座坐标系下，在目标位置上的标记点的第二位姿信息；

将第一位姿信息转换为车针坐标系下的车针的第三位姿信息；

将第二位姿信息转换为目标颌骨坐标系下在目标位置钻孔时对正轴线的第四位姿信息。

在一种可能的实现方式中，将第二位姿信息转换为目标颌骨坐标系下

在目标位置钻孔时对正轴线的第四位姿信息，包括：

将第二位姿信息转换为目标颌骨坐标系下在目标位置钻孔时对正轴线的第五位姿信息；

构建将第五位姿信息与车针的钻头在目标位置钻孔时的沿车针轴向方向的预设偏移量得到第四位姿信息。

在一种可能的实现方式中，在根据预先选定的待放置于目标颌骨的种植体的参数信息确定骨密度计算区并将骨密度计算区沿垂直于钻孔方向划分为多个子计算区之前，方法还包括：

获取种植体实物图像，并对种植体实物图像进行图像预处理，生成种植体的外观轮廓线图像，外观轮廓线图像包括构成种植体的外观轮廓线的目标像素点；

沿外观轮廓线的中轴线对外观轮廓线图像中的外观轮廓线进行分段处理，获得多个种植体分段区域；

确定每个种植体分段区域各自对应的种植体模型关键参数，种植体模型关键参数至少包括：分段区域的长度、分段区域的螺纹类型、分段区域的直径以及分段区域的螺纹深度；

根据分段区域的螺纹深度和分段区域的螺纹类型，按照预设规则确定种植体骨密度计算区关键参数；其中，骨密度计算区关键参数包括：骨密度计算区半径。

第二方面，本发明实施例提供一种机器控制装置，装置应用于手术机器人，手术机器人包括机械臂，机械臂的第一端设置有车针，车针用于在目标对象的目标位置钻孔；装置包括：

获取模块，用于在车针移动至其尖端与目标位置重合的情况下，获取机械臂在钻孔过程中每一时间点所受到的第一受力信息以及车针的钻孔深度；

确定模块，用于针对每一时间点，根据从目标颌骨的电子计算机断层扫描CT图像中计算得到的目标颌骨在目标位置的不同深度的骨密度以及该时间点的钻孔深度，确定车针尖端在该时间点所在位置的硬度系数；以及根据在该时间点获取到的第一受力信息中沿车针轴向方向的力分量确定车针在该时间点的给进量；

确定模块，还用于根据硬度系数和给进量确定车针在该时间点所受到的钻孔阻力值；

补偿模块，用于利用钻孔阻力值补偿下一时间点机械臂在钻孔过程所需的下压力。

在一种可能的实现方式中，确定模块，还用于获取目标颌骨的CT图

像，其中，CT图像中还包含多个不同亨氏单位HU的骨密度标样；

在一种可能的实现方式中，确定模块，还用于任一子计算区的平均骨密度通过以下方式确定：

针对每一子计算区，采集M个骨密采样点的骨密度标样；

在一种可能的实现方式中，确定模块，具体用于：计算第一受力信息中沿车针轴向方向的分量与预设系数的乘积为车针在该时间点的给进量。

在一种可能的实现方式中，补偿模块，具体用于：

在一种可能的实现方式中，确定模块，还用于基于第二受力信息确定

车针在下一时间点的给进速度。

在一种可能的实现方式中，确定模块，具体用于计算第二受力信息中

沿车针轴向的力分量与预设的力与速度的转换系数的乘积得到车针在下一时间点的给进速度。

在一种可能的实现方式中，确定模块，具体用于：

5mm、钻孔的直径系数为1.4，给进量指数为0.8。

在一种可能的实现方式中，确定模块，具体用于：

获取机械臂执行端的标记点的第一位姿信息和在目标位置上标记点的

第二位姿信息；

根据第一位姿信息进行坐标转换得到车针的第三位姿信息；

在一种可能的实现方式中，获取模块，具体用于：

在一种可能的实现方式中，确定模块，具体用于：

将第二位姿信息转换为目标颌骨坐标系下在目标位置钻孔时

对正轴线的第五位姿信息；

第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，该设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；处理器执行计算机程序指令时，实现如第一方面或者第一方面的任一可能实现方式中的方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现如第一方面或者第一方面的任一可能实现方式中的方法。

本发明实施例中，通过在车针钻孔时车针钻头所在的位置与目标位置的位置重合的情况下，获取操作者施加在车针的第一受力信息；根据从目标对象的第一CT图像中计算得到的目标对象不同深度的密度，以及车针原点与目标对象顶端的距离确定车针当前所钻目标对象所在位置的硬度系数；在执行钻孔操作中，机械臂末端的钻头追踪患者的实时位姿，并保持钻头与种植体的对正，根据本发明的实施例，根据操作者施加在车针的第一受力信息、目标对象所在位置的硬度系数和根据第一受力信息中沿车针轴向方向的力分量确定的给进量确定车针的第二受力信息，最后根据第二受力信息控制车针钻孔，能够根据患者的颌骨中不同区域的硬度系数的不同，在不同深度的位置对所需的不同钻削力进行补偿。根据本发明的实施例，通过能够解决在种植手术中，医生钻孔时碰到硬度系数大的地方用力大，下一时刻到了硬度系数小的地方用力来不及改变导致的钻孔效率低的问题，由此，能够提升钻孔效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种坐标系示意图；

图2是本发明实施例提供的一种六维传感器原理示意图；

图3是本发明实施例提供的一种CT图像示意图；

图4是本发明实施例提供的一种种植手机示意图；

图5是本发明实施例提供的一种机器控制方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的一种以红外反光小球为机械臂末端标记点的示意图；

图7是本发明实施例提供的一种钻孔深度示意图；

图8是本发明实施例提供的一种骨密度计算区示意图；

图9是本发明实施例中提供的种植体的外观轮廓线图像示意图；

图10是本发明实施例提供的一种机器控制装置结构示意图；

图11是本发明实施例提供的一种电子设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

首先，对于本发明实施例涉及的技术术语进行介绍。

坐标系定义，如图1所示：

{implant}：为种植体坐标系，Z轴与种植体的旋拧轴向共轴，且方向为从种植体的上端面指向下端面；以上端面到下端面之间的种植体的旋拧轴向的中心为原点；依据右手定则建立X轴和Y轴，其中，X轴和Y轴的方向可以随机确定。

{dst}：图1中写有对正目标点的坐标系；对正点坐标系与种植体坐标系采用类似的方式构建，这里不再赘述。

{tip}：为车针坐标系，以车针的尖端中心为原点；Z轴与车针的转动轴向平行，且方向为从车针的尖端指向尾端；X轴位于与Z轴垂直的平面上，依据右手定则确定出Y轴。例如，图1中写有车针的坐标系；

{base}：代表附加在机械臂第一个关节上的基座坐标系；以基座的底座中心为原点；其Z轴垂直于基座，且方向沿重力方向向上；X轴指向机械臂台车，依据右手定则确定Y轴。

{world}：代表导航摄像头采集的标记点所在的坐标系；导航摄像头包括两个并列安装的摄像头，以两个摄像头的中心连线的中点为原点；Z轴与摄像头外表面的法线平行，且方向为指向所述摄像头的内部；X轴与所述中心连线平行，且方向为指向位于左侧的所述摄像头；依据右手定则确定出Y轴。

在下文中，采用大写字母T，即英文单词Transform的首字母，代表变换矩阵；

变换矩阵T的下标，T_{xx_yy}代表从做{xx}坐标系到{yy}坐标系的变换；

如图2所示的六维力传感器原理图，通过六维力传感器，可以获得施加在力传感器上的力，包括三个沿轴的力分量，绕三个轴的力矩分量。

获得数据的格式如下：

采用小写字符t，即英文单词Torque的首字母，代表力矩；

小写字符的下标，表示该量，在该下表方向上的分量；

上式中，左上角的T代表矩阵的转置，转置方法如下：

骨密度（bone mineral density，BMD），全称是骨骼矿物质密度，是骨骼强度的一个重要指标，以克/每立方厘米表示，是一个绝对值。在临床使用骨密度值时，由于不同的骨密度检测仪的绝对值不同，通常使用CT值判断骨密度是否正常。

如图3所示的CT图像中可以看出，不同区域的骨组织的CT值不同，也表示不同区域的骨组织的骨密度。其中，CT值是测定人体某一局部组织或器官密度大小的一种计量单位，通常称亨氏单位（hounsfield unit，HU）空气为-1000，致密骨为+1000。

种植手机：带有钻头的手持医疗器械（医生手持的钻机），用于在上/下颌骨上钻磨种植窝洞，以放置种植体；具体如图4所示。

种植体：类似螺钉的植入医疗器械，用于拧入上/下颌骨的种植窝洞中，该种植体上方可套接人工牙冠；

种植牙手术：利用种植手机，在缺牙的口腔颌骨上，将种植体拧入颌骨规划位置（即种植窝洞）的手术。

其中，种植手术可以使用大致如下三种方法：手工种植、导板种植以及机器人辅助种植。

机器人辅助种植有两种路线：一种是与种植医生协作，辅助医生种植；另一种是全自动化种植；本发明涉及到的是第一种与种植医生协作，辅助医生进行种植体种植的方式。

本发明实施例提供的机器控制方法至少可以应用于下述应用场景中，下面进行说明。

在执行钻孔操作中，机械臂末端的钻头应追踪患者的实时位姿，并保持钻头与种植体的对正，且在常规操作中，是响应力传感器Z轴方向的力值，并将这个力值叠加到机械臂末端钻头的运动速度上，但这个过程中，由于患者的颌骨存在骨密度的不同，在不同深度的位置所需要的钻削力不同，这种强力的反抗会对新手医生产生误导，并且钻孔数量多了，会使医生劳累，因此急需解决钻削过程中，骨质密度不同，机械臂的表现有所不同的问题。

基于上述应用场景，下面对本发明实施例提供的机器控制方法进行详细说明。

图5为本发明实施例提供的一种机器控制方法的流程图。

如图5所示，该机器控制方法可以包括步骤510-步骤540，方法应用于机器，所述手术机器人包括机械臂，所述机械臂的第一端设置有车针，所述车针用于在目标对象的目标位置钻孔；具体如下所示：

步骤510，在车针移动至其尖端与目标位置重合的情况下，获取机械臂在钻孔过程中每一时间点所受到的第一受力信息以及车针的钻孔深度。

步骤520，针对每一时间点，根据从目标颌骨的电子计算机断层扫描CT图像中计算得到的目标颌骨在目标位置的不同深度的骨密度以及该时间点的钻孔深度，确定车针尖端在该时间点所在位置的硬度系数；以及

根据在该时间点获取到的第一受力信息中沿车针轴向方向的力分量确定车针在该时间点的给进量。

步骤530，根据硬度系数和给进量确定车针在该时间点所受到的钻孔阻力值。

步骤540，利用钻孔阻力值补偿下一时间点机械臂在钻孔过程所需的下压力。

本发明提供的机器控制方法中，在车针移动至其尖端与目标位置重合的情况下，获取机械臂在钻孔过程中每一时间点所受到的第一受力信息以及车针的钻孔深度；针对每一时间点，根据从目标颌骨的电子计算机断层扫描CT图像中计算得到的目标颌骨在目标位置的不同深度的骨密度以及该时间点的钻孔深度，确定车针尖端在该时间点所在位置的硬度系数；以及根据在该时间点获取到的第一受力信息中沿车针轴向方向的力分量确定车针在该时间点的给进量。根据硬度系数和给进量确定车针在该时间点所受到的钻孔阻力值，最后利用钻孔阻力值补偿下一时间点机械臂在钻孔过程所需的下压力。能够根据患者的颌骨中不同区域的硬度系数的不同，在不同深度的位置对钻孔过程所需的下压力进行补偿。根据本发明的实施例，通过能够解决在种植手术中，医生钻孔时碰到硬度系数大的地方用力大，下一时刻到了硬度系数小的地方用力来不及改变导致的钻孔效率低的问题，由此，能够提升钻孔效率。

下面，对步骤510-步骤540的内容分别进行描述：

涉及步骤510。

在一种可能的实施例中，步骤510之前，还可以包括以下步骤：

获取机械臂的第一端的标记点的第一位姿信息和在目标位置上标记点的第二位姿信息；

根据第一位姿信息进行坐标转换得到车针的第三位姿信息；

确定第三位姿信息与第四位姿信息一致时，车针钻孔时车针钻头（原点）所在的位置与目标位置的位置重合。

其中，机械臂的第一端的标记点可以为机械臂末端夹持的钻头；目标位置上标记点可以为需要植入种植体的位置。

在获取操作者施加在车针的第一受力信息之前，需要先保证车针钻孔时车针钻头所在的位置与目标位置的位置重合，即需要通过使用任意方法将机械臂末端夹持的钻头移动到悬浮于种植体上方时，且钻头轴线与种植体轴线对正的状态下，再获取操作者施加在车针的第一受力信息。

其中，上述涉及到的获取机械臂的第一端的标记点的第一位姿信息和在目标位置上标记点的第二位姿信息；根据第一位姿信息进行坐标转换得到车针的第三位姿信息；根据第二位姿信息进行坐标转换得到在目标位置钻孔时对正轴线的第四位姿信息的步骤中，具体可以包括以下步骤：

获取机械臂的第一端的标记点在基座坐标系下的第一位姿信息，以及在基座坐标系下，在目标位置上的标记点的第二位姿信息；

将第二位姿信息转换为目标对象坐标系下在目标位置钻孔时对正轴线的第四位姿信息。

首先，上述涉及到的获取机械臂的第一端的标记点在基座坐标系下的第一位姿信息，以及在基座坐标系下，在目标位置上的标记点的第二位姿信息的步骤中，具体可以为：

在进入可直线运行区之后，本控制器可以通过双目摄像头（本方案使用的是双目摄像头）或机械式多轴测量臂采集到种植机械臂末端标记点（标记点可以是图6所示的红外反光小球形式，也可以是可见光标记点等不同形式，本方案采用红外反光小球标记点）的位姿（第一位姿信息）以及患者口腔位置标记点的位姿（第二位姿信息）。

其次，上述涉及到的将第一位姿信息转换为车针坐标系下的车针的第三位姿信息的步骤中，具体可以为：

通过任意坐标变换方法，可以获得{tip}的4×4坐标变换矩阵

,

其中，

为车针坐标系下的车针的第三位姿信息；

n=

、o=

、a =

为旋转矩阵的三个分量，分别为如图1所示的钻头坐标系的X、Y、Z轴在机械臂基座标系各轴下的偏角的余弦函数组合；

为车针坐标系原点在机械臂基座标系下的笛卡尔坐标值；

根据常规的变换矩阵，可以通过常用的旋转矩阵-欧拉角的变换，计算得到钻头坐标系在机械臂基坐标系下的欧拉角

，本方案采用ZYZ形式的欧拉角，位置变换

；

其中，上述涉及到的将第二位姿信息转换为目标对象坐标系下在目标位置钻孔时对正轴线的第四位姿信息的步骤中，具体可以包括以下步骤：

将第二位姿信息转换为目标对象坐标系下在目标位置钻孔时对正轴线的第五位姿信息；

在上述可直接获取的变换矩阵的基础上，可以计算出机械臂在钻削颌骨时必须已经对正轴线的位置，该位置的计算规则如下：

根据相同形式的T_{base_implant}（第五位姿信息）可以计算得到

、

；并可以计算得到

、

根据患者、医生的不同情况，选定种植体，可以得知种植体的长度implant_length，在T_{base_implant}的基础上，沿Z轴向上偏移implant_length +10mm的距离，即构建变换矩阵T_{implant_dst}（预设偏移量），可得T_{base_dst}=T_{base_implant}T_{implant_dst}。

其中，T_{base_dst}为第四位姿信息。

最后，上述涉及到的确定第三位姿信息与第四位姿信息一致时，车针钻孔时车针钻头所在的位置与目标位置的位置重合的步骤中，具体可以为：

要实现自动跟踪的功能，只需要保持上述获取到的变换矩阵T_{base_tip}、T_{base_dst}重合即可，如不重合可将上述计算得到的欧拉角、位置偏差作为机械臂当前运动的速度方向发送下去，直到两个变换矩阵相同，即可实现自动追踪。在机械臂夹持钻头到达{dst}坐标系原点（车针钻孔时车针钻头）后，且已实现自动追踪，则可进入打孔运动控制阶段。

由此，可以保证车针钻孔时车针钻头所在的位置与目标位置的位置重合，然后可以执行获取操作者施加在车针的第一受力信息的步骤。

其中，步骤510，在车针钻孔时车针钻头所在的位置与目标位置的位置重合的情况下，获取操作者施加在车针的第一受力信息。具体可以为：

通过获取安装在机械臂末端的六维力传感器数据，经由简单的变换，可以得到施加在种植手机上的外力F_tip（操作者施加在车针的第一受力信息），如下，其中F代表空间力，下标tip代表{tip}坐标系：

涉及步骤520。

其中，目标颌骨在目标位置的不同深度的骨密度通过以下方式确定：

具体地，种植体的参数信息可以通过多个预设HU的等效标样确定，目标对象不同深度的HU值不同，HU值与密度正相关。该步骤通过分析骨质得到

，具体是从CT图像上分析出的密度值的，具体如下：

根据所选的种植体，根据种植体模型分析种植体上螺纹的牙高、螺距、长度等参数，经由对种植体植入颌骨的有限元分析，确定颌骨中会受到种植体影响的最小空间范围，并以种植体轴线为轴，绘制圆柱形区域，该区域定义为骨密度计算区，如图8所示黑线包围的区域。

在一种可能的实施例中，在根据预先选定的待放置于目标颌骨的种植体的参数信息确定骨密度计算区并将骨密度计算区沿垂直于钻孔方向划分为多个子计算区之前，还可以包括以下步骤：

由此，可以基于骨密度计算区关键参数自动确定骨密度计算区。具体地：

步骤S101:获取种植体实物图像，并对所述种植体实物图像进行图像预处理，生成种植体的外观轮廓线图像，所述外观轮廓线图像包括构成所述种植体的外观轮廓线的目标像素点。

当获得种植体的实物之后，可以通过实物拍照或卡尺测量等方法就可以获取种植体的实物相对精确的外观图片，该过程不依赖复杂的设备。对种植体的实物外观图片进行处理，将RGB彩色图像灰度化以后，扫描图像的每个像素值，像素值小于127的将像素值设为0(黑色)，像素值大于等于127的像素值设为255(白色)，从而获得如图9所示的植体的外观轮廓线图像，该图像由多个目标像素点构成。

步骤S102:沿所述外观轮廓线的中轴线对所述外观轮廓线图像中的外观轮廓线进行分段处理，获得多个种植体分段区域。

通过以植体的外观轮廓线图像对应的种植体顶部尖端为原点，轴向为X轴，建立平面坐标系，并基于位于第一象限内的轮廓线上的像素点进行直线拟合。通过直线拟合方法，可以在轮廓线的第一象限获得多条拟合线段集合组成的拟合线段集合。并根据多条拟合线段在所述坐标系中X轴上的投影的覆盖关系，即根据多条拟合线段在X轴上的投影点的数量来进行分段。示例的，以生成的拟合线段1、2、3、4为例，对于任意的像素点m，其在坐标系中对应的横坐标值为a，拟合线段1上存在一点，其坐标为（a，y1），拟合线段2上存在与一点，其坐标为（a，y2），拟合线段3上不存在坐标为（a，y3）的像素点，拟合线段4上不存在坐标为（a，y4）的像素点，即对应像素点m，与该点满足覆盖关系的拟合线段为拟合线段1和拟合线段2，即与该点满足覆盖关系的拟合线段的数量2为两条。对于任意相邻的像素点n和m，n的横坐标值为a-1，m的横坐标值为a，与像素点n满足覆盖关系的拟合线段的数量为N，与像素点m满足覆盖关系的拟合线段的数量为M。若N等于M,则像素点n和m属于同一种植体分段区域；若N不等于M,则像素点n和m不属于同一种植体分段区域。

步骤S103:确定每个种植体分段区域各自对应的种植体模型关键参数。

种植体模型关键参数用于描述所述种植体的长度特征、种植体的宽度特征和种植体的螺纹类型特征，根据种植体的轮廓线图像就可以确定出其反应模型信息的模型关键参数，即通过将反映种植体模型的特征简单参数化来获得生成植体模型的数据。其具体包括步骤：根据各种植体分段区域的始末点的横坐标值即可确定该植体分段区域的长度特征，根据各像素点的纵坐标即可确定该植体分段区域的直径特征，根据植体分段区域内的拟合线段的数量确定该植体分段区域的螺纹类型特征。示例的，对于任意一段植体分段区域，其起始点的横坐标值为A,其终末点的横坐标值为B，则分段区域的长度的为A-B的绝对值；对于分段区域的任意像素点，该点对应的纵坐标值为R，则该点对应的段区域的直径为2R；对于任意一段植体分段区域，若该段覆盖的拟合线段数量为一条，则确定该种植体段对应的螺纹类型为三角螺纹或为非螺纹；若该种植体段覆盖的拟合线段数量为两条，则确定该种植体段对应的螺纹类型为普通梯形螺纹，并将此段的起止点确定为普通梯形螺纹的起止点；若该种植体段覆盖的拟合线段数量为三条，则确定该种植体段对应的螺纹类型为交错梯形螺纹，并将此段的起止点确定为交错梯形螺纹的起止点。分段区域的螺纹深度基于与螺纹类型的对应关系确定。基于此，可以确定出各个种植体分段区域包含分段区域的长度、分段区域的螺纹类型、分段区域的直径以及分段区域的螺纹深度等植体模型关键参数。植体模型关键参数还可以包含其他参数，根据对生成的植体模型的精细程度决定，例如螺纹间距参数，材质参数等，本发明对此不进行限定，只考虑生成植体模型所必要的种植体模型关键参数。

在一种可行的实施方式中，所述方法还包括：根据所述分段区域的螺纹深度和分段区域的螺纹类型，按照预设规则确定种植体骨密度计算区关键参数；

其中，所述骨密度计算区关键参数包括：骨密度计算区半径。

在本实施方式中，根据多维度关键参数中的螺纹类型参数与螺纹深度的对应关系，确定出该植体分段区域的对应的螺纹深度，并根据该螺纹类型确定对应骨密度计算区延伸距离。由于骨密度计算区延伸量（骨密度计算区相对于螺纹沿径向的延伸量）不同螺纹有显著不同，相同螺纹类型与螺钉近似外表面积（圆周律*种植体直径*长度）成反比，与螺纹深度有正相关性。因此，骨密度计算区延伸距离与螺纹深度是预先设置的对应关系，即根据螺纹深度即可获得该螺纹深度对应的骨密度计算区延伸距离，并基于骨密度计算区延伸距离可以确定出对应的骨密度计算区半径。下面给出一个简单的例子，具体请参见表1。

表1

段号	段长mm	开始直径mm	结束直径mm	螺纹类型	螺纹高度mm	骨密度计算区延伸量mm
							1	1.5	3.5	3.5	无	/	1.2
2	1.5	3.5	3.	三角	0.5	1.2
							3	2	3.5	3.5	无	/	2.1
4	8.5	3.5	2	梯形双螺纹	1	2.1
							5	0.5	2	1.2	无	/	2.1

以表1为例，在“段号”字段下,存储了不同种植体分段区域的段号；在“段长”字段下，存储了不同种植体分段区域的长度特征信息；在“开始直径”和“结束直径”字段下，储存了同种植体分段区域的直径特征信息；在“螺纹类型”字段下，储存了同种植体分段区域对应的螺纹类型特征信息，在“螺纹深度”字段下，储存了同种植体分段区域对应的螺纹深度特征信息。

在一种可行的实施方式中，所述沿所述外观轮廓线的中轴线对所述外观轮廓线图像中的外观轮廓线进行分段处理，获得多个种植体分段区域，包括：

确定所述外观轮廓线的中轴线与外观轮廓线相交的第一像素点和第二像素点；

基于第一像素点和第二像素点的目标坐标旋转所述外观轮廓线图像中的外观轮廓线，所述目标坐标为行坐标或列坐标；

基于目标坐标将所述目标像素点划分为两个像素点序列；

选取任意一个像素点序列，基于像素点序列中的像素点进行直线拟合，得到多条长度大于设定阈值的拟合直线段；

根据各个像素点的非目标坐标与拟合线段的对应关系，对所述外观轮廓线进行分段处理。

在本实施方式中，外观轮廓线图像是基于像素点建立的图像，因此可以建立其对于的像素点阵列坐标系，首先在外观轮廓线图像中查找种植体中轴线与所外观轮廓线的两交点，过对齐两交点的目标坐标旋转所述外观轮廓线图像，目标坐标为行坐标或列坐标，按照对齐后的两交点的目标坐标将所述外观轮廓线的像素点划分为两个像素点序列，选取其中一个像素点序列，根据坐标系的建立情况确定其为正的像素点序列。利用选取的像素点序列中的像素点进行直线拟合，得到多条长度大于设定阈值的拟合直线段；根据各个像素点的非目标坐标与拟合线段的对应关系，对所述外观轮廓线进行分段处理。

在一种可行的实施方式中，根据各个像素点的非目标坐标与拟合线段的对应关系，对所述外观轮廓线进行分段处理，包括：

依次读取选取的像素点序列中各个像素点的非目标坐标；

匹配存在所述非目标坐标对应点的拟合直线段，并记录每个像素点匹配的拟合直线段数量；

若任意非目标坐标相邻的像素点匹配的拟合直线段数量相同，则确定所述横非目标坐标相邻的像素点属于相同的种植体分段区域。

在本实施方式中，以生成的拟合线段1、2、3、4为例，对于任意的像素点m，若选取的目标坐标为行坐标，则非目标坐标为列坐标，其在坐标系中对应的为列坐标为a，拟合线段1上存在一点，其坐标为（a，y1），拟合线段2上存在与一点，其坐标为（a，y2），拟合线段3上不存在坐标为（a，y3）的像素点，拟合线段4上不存在坐标为（a，y4）的像素点，即对应像素点m，与该点满足覆盖关系的拟合线段为拟合线段1和拟合线段2，即与该点满足覆盖关系的拟合线段的数量2为两条。对于任意相邻的像素点n和m，n的列坐标为a-1，m的列坐标值为a，与像素点n满足覆盖关系的拟合线段的数量为N，与像素点m满足覆盖关系的拟合线段的数量为M。若N等于M,则像素点n和m属于同一种植体分段区域；若N不等于M,则像素点n和m不属于同一种植体分段区域。

在一种可行的实施方式中，所述方法还包括：根据各种植体分段区域内像素点的非目标坐标和目标坐标确定分段区域的长度、分段区域的螺纹类型、分段区域的直径以及分段区域的螺纹深度。

对于任意一段植体分段区域，其起始点的列坐标值为A,其终末点的列坐标值为B，则分段区域的长度的为A-B的绝对值；对于分段区域的任意像素点，该点对应的行坐标值为R，则该点对应的段区域的直径为2R。分段区域的螺纹类型和分段区域的螺纹深度的判断方式与上述实施例的判断方式相同，故不再进行赘述。

这里，可以将骨密度计算区从颌骨中分离出来，沿种植体轴线方向，以垂直于种植体轴线，间隔为3mm的平行面分割骨密度计算区，对每个区域的HU值取平均值以改平均值作为该骨密度计算区片层的平均HU值，由于Ⅳ类骨(D4)为<200HU，Ⅱ/Ⅲ类骨(D2/3)为200～600HU，Ⅰ类骨(D1)为>600HU，HU值与骨密度成正相关关系，因此可根据HU值，来判定不同区域的密度值。

其中，HU值是计算机断层扫描(CT)中普遍使用的无量纲单位, 用于标准、便捷的表达CT数值。

由于不同CT下的HU值不太相同，因此需要一个密度恒定的标记物，本发明的实施例中通过采用常用的不显影材料，密度为96mg/cm³的聚乙烯（PE），在其中掺杂少量氧化镁（MgO）及碳酸钙（CaCO3）试剂混合，通过对该塑料基体的机械加工，制成与人骨组织辐射等效的骨等效材料。用此等效材料做成含羟磷酸钙50 mg/cm³,100 mg/cm³和200 mg/cm³三种不同密度的等效骨标样，将其加工成Φ4的小球，嵌入术前需要佩戴的口腔定位点上。通过从CBCT中提取的三种小球区域，并计算平均HU值，以计算CT骨密度。

由于骨密度和HU值满足下述的线性关系：density=aHU+b；其中，a和b为上述涉及到的影像参数；

在算法中，由三种HU值和已知密度值，计算每个CT中的a、b值；

根据上述公式，可以得到本次导入CBCT数据的线性转换方程，具体地：

基于影像参数和不同深度的HU值确定不同深度的密度，具体可以通过下式实现：BMD=aHU+b，BMD即为各层切片的骨密度值。其中，CBCT就是Cone beam CT的简称，即锥形束CT。是锥形束投照计算机重组断层影像设备，其原理是X线发生器以较低的射线量（通常球管电流在10毫安左右）围绕投照体做环形DR（数字式投照）。然后将围绕投照体多次数字投照后“交集”中所获得的数据在计算机中“重组”后进而获得三维图像。

其中，上述涉及到的针对每一子计算区，根据多个骨密度标样确定该

子计算区的平均骨密度并将其作为该子计算区所对应钻孔深度范围内的骨密度，包括：任一子计算区的平均骨密度通过以下方式确定：

针对每一子计算区，采集M个骨密采样点的骨密度标样；

由于骨密度计算区沿垂直于钻孔方向划分得到的多个子计算区，每个子计算区的钻孔深度不同，针对每一子计算区，采集M个骨密采样点的骨密度标样；M为正整数。

针对每一子计算区，计算M个骨密度采样点的骨密度标样的平均骨密度值，并将平均骨密度值作为对应子计算区所对应钻孔深度范围内的骨密度；其中，根据不同子计算区对应的钻孔深度不同，越深的子计算区所需的骨密度采样点M的个数越少，越浅的子计算区所需的骨密度采样点M的个数越多。由于颌骨是一个三维立体结构，为了保证骨密度计算的准确性，越浅的子计算区需要数量较多的采样点来计算骨密度。

其中，上述涉及到的该时间点的钻孔深度通过以下方式确定：

获取车针原点与目标对象的顶端的距离。

计算{tip}实际的钻头尖端（车针原点）坐标系到{implant}种植体尖端坐标系原点（目标对象的顶端）的距离如图7所示：

其中，D_z即为钻孔深度，即车针原点与目标对象的顶端的距离。

根据从目标颌骨的电子计算机断层扫描CT图像中计算得到的目标颌骨在目标位置的不同深度的骨密度以及该时间点的钻孔深度，确定车针尖端在该时间点所在位置的硬度系数通过以下方式确定：

其中，目标对象所在位置的钻孔深度与目标对象所在位置的密度满足预设关系，可以根据预设关系确定当前目标对象所在位置的深度的密度（K_F），并将该密度确定为当前所钻目标对象所在位置的硬度系数。

当前机械臂已携带钻头移动到{tip}坐标系与{dst}坐标系重合的位置，从{dst}坐标系到种植体尖端坐标系{implant}之间的距离implant_length + 10mm 开启，

值在不同深度的不同骨密度下，值是不一样的，系数

的值在此直接取骨密度的值即可；上述

即为钻孔深度，由于深度不同密度不同，因此在不同深度下系数K_F的值不同，即：

K_F= BMD[Dz]

式中：BMD[Dz]为深度Dz处的骨密度值。

其中，根据第一受力信息中沿车针轴向方向的力分量确定车针在该时间点的给进量，包括：

计算进给量f，取出钻头尖端坐标系Z轴方向受到的力值f_z，由于空间中的一个力值有且仅有一个方向，操作者施加在种植手机上的力必须大于种牙磨骨时骨头的阻力，才能认为操作者有钻孔的操作意图，因此，当计算得到力值

沿种植体坐标系{implant}的Z轴负方向时，机械臂才可以向着钻孔的方向移动，且机械臂末端的进给速度值在{tip}Z轴方向的移动速度分量与

的大小成正比，公式如下：

其中：本发明中涉及到的预设系数k可以取默认值30；

其中，进给量是指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。车外圆时。进给量是指工件每转一转，刀具切削刃相对于工件在进给方向上的位移量，单位是mm/r。

涉及步骤530。

根据硬度系数和给进量确定车针在该时间点所受到的钻孔阻力值。

步骤530，具体可以包括以下步骤：

计算目标颌骨的材质系数、钻孔直径的直径指数次方、给进量的给进量指数次方与硬度系数的乘积为车针在钻孔时收到的阻力；

其中，计算目标对象的材质系数、钻孔直径、钻孔的直径系数，给进量、给进量指数与硬度系数的乘积为车针在钻孔时收到的阻力的步骤，具体可以通过根据确定钻削力的下述公式来实现：

式中：

F_阻——钻削过程中所需的钻削力，N；

C_F——材料系数；

d_O——钻孔直径，mm；

X_F——直径指数；

f——进给量，mm/r；

Y_F——进给量指数；

K_F——材料硬度系数；

其中，目标颌骨的材质系数为3.48、钻孔直径为5mm、钻孔的直径指数为1.4，给进量指数为0.8。

目标对象为牙齿，经过口腔环境的简化，可以取钻孔直径

mm，人类骨骼硬度大概与碳钢类似，可以根据《机械加工工艺手册》的材料系数表，查到材料系数（钻孔的直径系数）

，给进量指数

为0.8，可得公式：

其中，HB是骨头的硬度值，与骨头的密度相关，即，密度越大硬度越大；骨骼的布氏硬度一般为140-200，在种植牙手术中，颌骨按照骨头的质量，将骨密度分为四类：第一类为硬质骨，第二三类为普通骨质，第四类为疏松骨质。在本发明中，将骨密度分类映射到HB值当中，可以将之前计算出的每层平均骨密度的硬度值分类为：一类骨，HB=200、二类骨，HB=175、三类骨，HB=155、四类骨，HB=140；

的值分别为：0.95、1.03、1.12、1.24。进给量

与

相关，即，医生用的力越大，进给量越大。

涉及步骤540。

步骤540，具体可以包括以下步骤：

计算机械臂在下一时间点的第一受力信息与阻力值的和为车针在下一时间点机械臂在钻孔过程所需的第二受力信息，基于第二受力信息确定给车针在下一时间点的进给速度。

确定第一受力信息与阻力的和为车针的第二受力信息。

实际上末端的力传感器是受到了医生施加在上面力F_医生，以及钻削骨头受到的阻力F_阻，而力传感器只能获取到

，因此可以得到：

其中，F_tip为机械臂在下一时间点的第一受力信息，F_阻为阻力值，F_医生为下一时间点机械臂在钻孔过程所需的第二受力信息。可以根据第二受力信息确定给车针在下一时间点的进给速度。

在步骤540之后，方法还包括：

基于第二受力信息确定车针在下一时间点的给进速度。

其中，基于第二受力信息确定车针在下一时间点的给进速度，包括：

计算第二受力信息中沿车针轴向的力分量与预设的力与速度的转换系数的乘积得到车针在下一时间点的给进速度。

其中，V_{tip_z}为车针在下一时间点的给进速度，F_医生为第二受力信息中

沿车针轴向的力分量。

为力与速度的转换系数，本发明的实施例取该系数为30。

然后将该

下发至机械臂的运动，至此，机械臂本体可以实现在种植牙手术中，钻孔与骨密度结合的机械臂运动控制策略。

通过采集力传感器受到的阻力、医生用力的所有合力值之后，通过分析CT中测得的骨密度值的方法，可以实现医生意图中的钻孔深度以及钻孔速度，可以使医生在施加相同大小的力的情况下，不受患者骨密度的影响，获得一致的钻孔速度的，解决了在种植手术中，医生钻孔时碰到骨密度大的地方用力大，下一时刻到了骨密度小的地方用力来不及改变，导致钻孔速度不一致的问题，能有效降低医生的劳累程度，显著减少医生的种植操作时长，增加医生的种植数量。

综上，在本发明实施例中，本发明提供的机器控制方法中，在车针移动至其尖端与目标位置重合的情况下，获取机械臂在钻孔过程中每一时间点所受到的第一受力信息以及车针的钻孔深度；针对每一时间点，根据从目标颌骨的电子计算机断层扫描CT图像中计算得到的目标颌骨在目标位置的不同深度的骨密度以及该时间点的钻孔深度，确定车针尖端在该时间点所在位置的硬度系数；以及根据在该时间点获取到的第一受力信息中沿车针轴向方向的力分量确定车针在该时间点的给进量。根据硬度系数和给进量确定车针在该时间点所受到的钻孔阻力值，最后利用钻孔阻力值补偿下一时间点机械臂在钻孔过程所需的下压力。能够根据患者的颌骨中不同区域的硬度系数的不同，在不同深度的位置对钻孔过程所需的下压力进行补偿。根据本发明的实施例，通过能够解决在种植手术中，医生钻孔时碰到硬度系数大的地方用力大，下一时刻到了硬度系数小的地方用力来不及改变导致的钻孔效率低的问题，由此，能够提升钻孔效率。

基于上述图5所示的机器控制方法，本发明实施例还提供一种机器控制装置，该装置应用于手术机器人，手术机器人包括机械臂，机械臂的第一端设置有车针，车针用于在目标对象的目标位置钻孔；如图10所示，该装置1000可以包括：

获取模块1010，用于在车针移动至其尖端与目标位置重合的情况下，获取机械臂在钻孔过程中每一时间点所受到的第一受力信息以及车针的钻孔深度。

确定模块1020，用于针对每一时间点，根据从目标颌骨的电子计算机断层扫描CT图像中计算得到的目标颌骨在目标位置的不同深度的骨密度以及该时间点的钻孔深度，确定车针尖端在该时间点所在位置的硬度系数；以及根据在该时间点获取到的第一受力信息中沿车针轴向方向的力分量确定车针在该时间点的给进量。

确定模块1020，还用于根据硬度系数和给进量确定车针在该时间点所受到的钻孔阻力值。

补偿模块1030，用于利用钻孔阻力值补偿下一时间点机械臂在钻孔过程所需的下压力。

在一种可能的实现方式中，确定模块1020，还用于获取目标颌骨的

CT图像，其中，CT图像中还包含多个不同亨氏单位HU的骨密度标样；

在一种可能的实现方式中，确定模块1020，还用于任一子计算区的平均骨密度通过以下方式确定：

针对每一子计算区，采集M个骨密采样点的骨密度标样；

在一种可能的实现方式中，确定模块1020，具体用于：计算第一受力信息中沿车针轴向方向的分量与预设系数的乘积为车针在该时间点的给进量。

在一种可能的实现方式中，补偿模块1030，具体用于：

在一种可能的实现方式中，确定模块1020，还用于基于第二受力信息

确定车针在下一时间点的给进速度。

在一种可能的实现方式中，确定模块1020，具体用于计算第二受力信

息中沿车针轴向的力分量与预设的力与速度的转换系数的乘积得到车针在下一时间点的给进速度。

在一种可能的实现方式中，确定模块1020，具体用于：

5mm、钻孔的直径系数为1.4，给进量指数为0.8。

在一种可能的实现方式中，确定模块1020，具体用于：

第二位姿信息；

根据第一位姿信息进行坐标转换得到车针的第三位姿信息；

在一种可能的实现方式中，获取模块1010，具体用于：

在一种可能的实现方式中，确定模块1020，具体用于：

将第二位姿信息转换为目标颌骨坐标系下在目标位置钻孔时对正轴线

的第五位姿信息；

图11示出了本发明实施例提供的一种电子设备的硬件结构示意图。

在电子设备可以包括处理器1101以及存储有计算机程序指令的存储器1102。

具体地，上述处理器1101可以包括中央处理器（CPU），或者特定集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC），或者可以被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。

存储器1102可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器1102可包括硬盘驱动器（Hard Disk Drive，HDD）、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器1102可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器1102可在综合网关容灾设备的内部或外部。在特定实施例中，存储器1102是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器1102包括只读存储器（ROM）。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM（PROM）、可擦除PROM（EPROM）、电可擦除PROM（EEPROM）、电可改写ROM（EAROM）或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。

处理器1101通过读取并执行存储器1102中存储的计算机程序指令，以实现图所示实施例中的任意一种机器控制方法。

在一个示例中，电子设备还可包括通信接口1103和总线1110。其中，如图11所示，处理器1101、存储器1102、通信接口1103通过总线1110连接并完成相互间的通信。

通信接口1103，主要用于实现本发明实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。

总线1110包括硬件、软件或两者，将电子设备的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口（AGP）或其他图形总线、增强工业标准架构（EISA）总线、前端总线（FSB）、超传输（HT）互连、工业标准架构（ISA）总线、无限带宽互连、低引脚数（LPC）总线、存储器总线、微信道架构（MCA）总线、外围组件互连（PCI）总线、PCI-Express（PCI-X）总线、串行高级技术附件（SATA）总线、视频电子标准协会局部（VLB）总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线1110可包括一个或多个总线。尽管本发明实施例描述和示出了特定的总线，但本发明考虑任何合适的总线或互连。

该电子设备可以执行本发明实施例中的机器控制方法，从而实现结合图1至图9描述的机器控制方法。

另外，结合上述实施例中的机器控制方法，本发明实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现图1至图9中的机器控制方法。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路（ASIC）、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM（EROM）、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频（RF）链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种机器控制装置，其特征在于，所述装置应用于手术机器人，所述手术机器人包括机械臂，所述机械臂执行端设置有车针，所述车针用于在目标颌骨的目标位置钻孔；所述装置包括：

获取模块，用于在所述车针移动至其尖端与所述目标位置重合的情况下，获取所述机械臂在钻孔过程中每一时间点所受到的第一受力信息以及所述车针的钻孔深度；

确定模块，用于针对每一时间点，根据从所述目标颌骨的电子计算机断层扫描CT图像中计算得到的所述目标颌骨在所述目标位置的不同深度的骨密度以及该时间点的钻孔深度，确定车针尖端在该时间点所在位置的硬度系数；以及

所述确定模块，还用于根据在该时间点获取到的第一受力信息中沿所述车针轴向方向的力分量确定所述车针在该时间点的给进量；

所述确定模块，还用于根据所述硬度系数和所述给进量确定所述车针在该时间点所受到的钻孔阻力值；

补偿模块，用于利用所述钻孔阻力值补偿下一时间点所述机械臂在钻孔过程所需的下压力。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述确定模块，还用于：

获取所述目标颌骨的CT图像，其中，所述CT图像中还包含多个不同亨氏单位HU的骨密度标样；

根据预先选定的待放置于所述目标颌骨的种植体的参数信息确定骨密度计算区并将所述骨密度计算区沿垂直于钻孔方向划分为多个子计算区；

所述确定模块，还用于针对每一子计算区，根据多个所述骨密度标样确定该子计算区的平均骨密度并将其作为该子计算区所对应钻孔深度范围内的骨密度。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述确定模块，还用于任一子计算区的平均骨密度通过以下方式确定：

针对每一子计算区，采集M个骨密采样点的骨密度标样；

计算所述M个骨密度采样点的骨密度标样的平均骨密度值，并将所述平均骨密度值作为对应子计算区所对应钻孔深度范围内的骨密度；

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述确定模块，具体用于：

计算所述第一受力信息中沿所述车针轴向方向的分量与预设系数的乘积为所述车针在该时间点的所述给进量。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述补偿模块，具体用于：

计算机械臂在下一时间点的第一受力信息与所述钻孔阻力值的和为所述车针在下一时间点机械臂在钻孔过程所需的第二受力信息。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述确定模块，还用于基于所述第二受力信息确定所述车针在下一时间点的给进速度。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定模块，具体用于：

计算所述第二受力信息中沿所述车针轴向的力分量与预设的力与速度的转换系数的乘积得到所述车针在下一时间点的给进速度。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述确定模块，具体用于：

计算所述目标颌骨的材质系数、钻孔直径的直径指数次方、所述给进量的给进量指数次方与所述硬度系数的乘积为所述车针在钻孔时所受到的钻孔阻力值；

其中，所述目标颌骨的材质系数、所述钻孔直径、所述钻孔的直径系数、所述给进量指数均为预设值。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述目标颌骨的材质系数为3.48、所述钻孔直径为5mm、所述钻孔的直径系数为1.4，所述给进量指数为0.8。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述确定模块，具体用于：

获取所述机械臂执行端的标记点的第一位姿信息和在所述目标位置上标记点的第二位姿信息；

根据所述第一位姿信息进行坐标转换得到所述车针的第三位姿信息；

根据所述第二位姿信息进行坐标转换得到在所述目标位置钻孔时对正轴线的第四位姿信息；

确定所述第三位姿信息与所述第四位姿信息一致时，所述车针钻孔时车针钻头所在的位置与所述目标位置的位置重合。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述获取模块，具体用于：

获取所述机械臂执行端的标记点在基座坐标系下的第一位姿信息，以及在基座坐标系下，在所述目标位置上的标记点的第二位姿信息；

将所述第一位姿信息转换为车针坐标系下的所述车针的第三位姿信息；

将所述第二位姿信息转换为目标颌骨坐标系下在所述目标位置钻孔时对正轴线的第四位姿信息。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述确定模块，具体用于：

将所述第二位姿信息转换为目标颌骨坐标系下在所述目标位置钻孔时对正轴线的第五位姿信息；

构建将所述第五位姿信息与所述车针的钻头在所述目标位置钻孔时的沿所述车针轴向方向的预设偏移量得到所述第四位姿信息。

13.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述获取模块，还用于：

获取种植体实物图像，并对所述种植体实物图像进行图像预处理，生成种植体的外观轮廓线图像，所述外观轮廓线图像包括构成所述种植体的外观轮廓线的目标像素点；

沿所述外观轮廓线的中轴线对所述外观轮廓线图像中的外观轮廓线进行分段处理，获得多个种植体分段区域；

确定每个种植体分段区域各自对应的种植体模型关键参数，所述种植体模型关键参数至少包括：分段区域的长度、分段区域的螺纹类型、分段区域的直径以及分段区域的螺纹深度；

根据所述分段区域的螺纹深度和分段区域的螺纹类型，按照预设规则确定种植体骨密度计算区关键参数；其中，所述骨密度计算区关键参数包括：骨密度计算区半径。

14.一种手术机器人，其特征在于，所述手术机器人包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如权利要求1-13任意一项所述的机器控制装置。

15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1-13任意一项所述的机器控制装置。