本技术涉及医疗机器人，尤其涉及一种机械臂碰撞检测方法及装置。
背景技术：
1、在部分临床手术中，医生需要长时间站立，然后长时间站立产生的身体疲劳极易影响手术操作，特别是在微创手术中，长时间站立产生的身体疲劳导致的手部抖动会极大的影响手术精度，而医疗机械人的应用，可以有效弥补医生在进行微创手术时，因长时间站立影响手术精度的问题。
2、为了保证手术的安全性，在设计医疗机器人的过程中，需要保证医疗机器人的多个关节在使用过程中，不会出现相互碰撞的情况，故需要对医疗机器人进行机械臂碰撞检测中，一般机械臂碰撞检测的检测方法包括传感器检测方法、图像识别检测方法和包络体建模检测方法。
3、其中，传感器检测方式是在医疗机器人上增加检测传感器，例如，利用超声波检测距离的传感器，通过实时检测超声波传感器读取到的距离值，来判断是否发生碰撞。力矩传感器或电流传感器，通过读取传感器，拟合某些离散点受到的笛卡尔作用力，或是采集某些离散点受到的笛卡尔作用力，拟合至主操作手上，来直接判断或让操作者感受到碰撞反馈力，从而避免碰撞继续。但是，传感器检测方法会增加系统复杂度，超声波检测精度低，方向性要求较高，无法应对复杂的现场环境，实际应用效果不佳；且力矩/电流数值不稳定，量产时无法达到统一标准，需要实际发生碰撞导致力矩或电流变化较大时才能被检测到，检测精度较低。
4、其中，图像识别检测方法是通过安装摄像头，在医疗机器人运动模拟过程中，通过摄像头拍摄的图片识别医疗机器人的多个关节是否发生碰撞，但是，图像识别检测方法会增加系统复杂度，图像识别受外界光照环境，图像分辨率，视线角度等因素干扰，且无法判断表面有凹陷或凸起的情况，误判率高。
5、为了对医疗机器人的高精度机械臂进行碰撞检测，目前现有技术中还提供一种机械臂的模型建立方法，具体为，采用包络体建立机械臂的关节，例如，所建立的包络体均为球形、胶囊形或圆柱形，并以此实现基于分离轴定理(separating axis theorem,sat)的碰撞检测，具体的，包络体建模检测方法是选择关节中一个或数个离散点，建立球形，圆柱形或胶囊形包络体，通过计算球心或包络体中心与其他关节的距离，来判断是否发生碰撞。但实际关节大多为不规则图形，采用规则包络体模型来计算，无法贴合机械臂的实际外形，在实际碰撞检测过程中，导致采用包络体实现的碰撞检测往往会出现碰撞检测的误判。
技术实现思路
1、本技术实施例提供一种机械臂碰撞检测方法及装置，以在不增加硬件结构复杂度的基础上，提高机械臂的碰撞检测精度。
2、本技术第一方面提供一种机械臂碰撞检测方法，包括：
3、获取碰撞检测模型，所述碰撞检测模型至少包括两个可活动机械臂，所述可活动机械臂至少包括一个可活动关节；
4、根据可活动机械臂的运动参数，在所述碰撞检测模型中，获取所有可活动机械臂的运动学正解，所述可活动机械臂的运动学正解包括可活动关节的姿态；
5、根据所述可活动关节的姿态，计算第一关节与第二关节之间的距离，其中，所述第一关节为所有可活动机械臂中的任一可活动关节，所述第二关节为所有可活动机械臂中不同于第一关节的任一可活动关节；
6、若第一关节与第二关节之间距离小于或等于设定阈值，则第一关节与第二关节存在碰撞情况。
7、在一种实现方式中，所述根据所述可活动关节的姿态，计算第一关节与第二关节之间的距离的步骤，包括：
8、根据所有可活动关节的轮廓线的位置坐标，计算第一关节的轮廓线与第二关节的轮廓面之间的距离；
9、和/或，
10、根据所有可活动关节的轮廓线的位置坐标，计算第一关节的轮廓点与第二关节的轮廓面之间的距离；
11、其中，轮廓面为多个轮廓线组合成的面，轮廓点为多个轮廓线的交汇点。
12、在一种实现方式中，所述计算第一关节的轮廓线与第二关节的轮廓面之间的距离的步骤，包括：
13、计算轮廓线的两个端点与第二关节的轮廓面的距离，获得第一距离和第二距离；
14、若第一距离与第二距离不相等，则以第一距离和第二距离中数值较小的一者作为第一关节的轮廓线与第二关节的轮廓面之间的距离。
15、在一种实现方式中，在所述根据所述可活动关节的姿态，计算第一关节与第二关节之间的距离的步骤之前，包括：
16、根据所有待检测机械臂的运动学正解，确定第一关节和第二关节的运动范围；
17、若第一关节与第二关节的运动范围不存在交集，则第一关节与第二关节不存在碰撞情况，且不执行所述根据所述可活动关节的姿态，计算第一关节与第二关节之间的距离的步骤。
18、在一种实现方式中，所述根据所述可活动关节的姿态，计算第一关节与第二关节之间的距离的步骤，包括：
19、根据所有待检测机械臂的运动学正解，确定第二关节的运动范围；
20、计算第一关节的轮廓点从初始位置移动至第二关节的运动范围的最小距离；
21、以初始位置为第一关节的轮廓点的移动起始点，若第一关节的轮廓点的移动距离小于所述最小距离，则在该移动距离下，不判断第一关节与第二关节是否存在碰撞情况。
22、在一种实现方式中，所述计算第一关节的轮廓线与第二关节的轮廓面之间的距离的步骤，包括：
23、获取第二关节的轮廓面上所有轮廓线，并逐一计算第二关节的轮廓面上所有轮廓线与第一关节的轮廓线之间的距离。
24、在一种实现方式中，所述计算第一关节的轮廓线与第二关节的轮廓面之间的距离步骤，包括：
25、根据所有待检测机械臂的运动学正解，确定第一关节的运动范围；
26、根据第二关节的轮廓面的位姿和第一关节的运动范围，确定第二关节的轮廓面上距离第一关节的运动范围最近的目标线，所述目标线为第二关节的轮廓面内的线段；
27、计算第一关节的轮廓线与目标线之间的距离，并作为第一关节的轮廓线与第二关节的轮廓面之间的距离。
28、在一种实现方式中，还包括：
29、获取可活动关节的轮廓线的交汇点坐标，根据可活动关节的轮廓线的交汇点坐标拟合可活动关节的轮廓线；
30、以可活动关节的轮廓线拟合可活动关节的轮廓面，获得可活动关节的模型；
31、根据所述可活动关节的模型，建立待检测机械臂的碰撞检测模型。
32、在一种实现方式中，所述获取可活动关节的轮廓线的交汇点坐标的步骤，包括：
33、选取包含机械臂的机器人系统的各元件机械尺寸，以及，机器人系统装配后，机械臂的各关节实际角度测量数据作为建模数据来源，得到所有可活动关节的轮廓线交汇点的实际坐标。
34、本技术实施例第二方面提供一种机械臂碰撞检测装置，所述机械臂碰撞检测装置包括：
35、获取模块，用于获取碰撞检测模型，所述碰撞检测模型至少包括两个可活动机械臂，所述可活动机械臂至少包括一个可活动关节；
36、运动模拟模块，用于根据可活动机械臂的运动参数，在所述碰撞检测模型中，获取所有可活动机械臂的运动学正解，所述可活动机械臂的运动学正解包括可活动关节的轮廓线相对于基坐标系的位置坐标；
37、计算模块，用于根据所述可活动关节的姿态，计算第一关节与第二关节之间距离，其中，所述第一关节为所有可活动机械臂中的任一可活动关节，所述第二关节为所有可活动机械臂中不同于第一关节的任一可活动关节；
38、碰撞判断模块，用于判断第一关节与第二关节之间距离，与设定阈值的大小，若第一关节与第二关节之间距离小于或等于设定阈值，则第一关节与第二关节存在碰撞情况。
39、本技术实施例第三方面提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令在机械臂碰撞检测装置上运行时，使得机械臂碰撞检测设备/装置执行如本技术实施例第一方面提供的机械臂碰撞检测方法的操作。
40、本技术实施例提供的一种机械臂碰撞检测方法及装置，机械臂碰撞检测方法，首先获取碰撞检测模型，然后根据可活动机械臂的运动参数，在碰撞检测模型中，获取所有可活动机械臂的运动学正解，再然后，根据可活动关节的姿态，计算第一关节与第二关节之间的距离，最后，若第一关节与第二关节之间距离小于或等于设定阈值，则第一关节与第二关节存在碰撞情况。应用本技术实施例的技术方案，在不需要增加硬件传感器，以及不增加检测系统复杂度的情况下，实现医疗机器人的高精度机械臂碰撞检测。
1.一种机械臂碰撞检测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种机械臂碰撞检测方法，其特征在于，所述根据所述可活动关节的姿态，计算第一关节与第二关节之间的距离的步骤，包括：
3.根据权利要求2所述的一种机械臂碰撞检测方法，其特征在于，所述计算第一关节的轮廓线与第二关节的轮廓面之间的距离的步骤，包括：
4.根据权利要求1所述的一种机械臂碰撞检测方法，其特征在于，在所述根据所述可活动关节的姿态，计算第一关节与第二关节之间的距离的步骤之前，包括：
5.根据权利要求1所述的一种机械臂碰撞检测方法，其特征在于，所述根据所述可活动关节的姿态，计算第一关节与第二关节之间的距离的步骤，包括：
6.根据权利要求1所述的一种机械臂碰撞检测方法，其特征在于，所述计算第一关节的轮廓线与第二关节的轮廓面之间的距离的步骤，包括：
7.根据权利要求1或6所述的一种机械臂碰撞检测方法，其特征在于，所述计算第一关节的轮廓线与第二关节的轮廓面之间的距离步骤，包括：
8.根据权利要求1所述的一种机械臂碰撞检测方法，其特征在于，还包括：
9.根据权利要求8所述的一种机械臂碰撞检测方法，其特征在于，所述获取可活动关节的轮廓线的交汇点坐标的步骤，包括：
10.一种机械臂碰撞检测装置，其特征在于，所述机械臂碰撞检测装置包括：
