基于复合标识确定可形变机械臂的外部受力的方法及机器人系统

1.一种确定可形变机械臂的外部受力的方法，其特征在于，所述可形变机械臂包括至少一根结构骨、固定盘以及至少一个间隔盘，所述至少一根结构骨穿过所述至少一个间隔盘并且末端与所述固定盘固定连接，所述方法包括：获取定位图像；在所述定位图像中，识别位于所述可形变机械臂的末端上的多个标识，所述多个标识包括多个用于标识位姿的位姿标识和至少一个用于标识位姿和角度的复合标识；基于所述至少一个复合标识和所述多个位姿标识，获得所述可形变机械臂的末端相对参考坐标系的位姿；获得所述可形变机械臂的所述至少一根结构骨的驱动信息；以及基于所获得的所述位姿、所述至少一根结构骨的所述驱动信息及所述可形变机械臂的力学模型，确定所述可形变机械臂的外部受力，其中，所述力学模型基于所述可形变机械臂的所述至少一根结构骨在所述可形变机械臂的横截面上的分布以及所述至少一根结构骨的物理特性构建，所述至少一根结构骨在所述可形变机械臂的横截面上的分布包括所述至少一根结构骨在所述可形变机械臂的横截面中的位置向量，所述至少一根结构骨的物理特性包括所述至少一根结构骨的弹性形变特性，所述力学模型包括与所述至少一根结构骨相关的本构关系，所述本构关系包括内部受力本构关系及内部力矩本构关系，所述内部受力本构关系基于所述至少一根结构骨的剪切拉伸刚度矩阵确定，所述内部力矩本构关系基于所述至少一根结构骨的弯曲扭转刚度矩阵确定。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：基于所述至少一个复合标识，确定所述至少一个复合标识和所述多个位姿标识在可形变机械臂的末端坐标系中的三维坐标。 3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：基于所述至少一个复合标识和所述多个位姿标识在所述定位图像中的二维坐标以及在所述可形变机械臂的末端坐标系中的三维坐标，确定所述可形变机械臂的末端坐标系相对所述参考坐标系的位姿，作为所述位姿。 4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：确定所述至少一个复合标识和所述多个位姿标识在标识坐标系中的三维坐标；基于所述至少一个复合标识，确定所述标识坐标系相对可形变机械臂的末端坐标系的滚转角；基于所述标识坐标系相对所述可形变机械臂的末端坐标系的滚转角以及所述至少一个复合标识和所述多个位姿标识在所述标识坐标系中的三维坐标，确定所述至少一个复合标识和所述多个位姿标识在所述可形变机械臂的末端坐标系中的三维坐标；以及基于所述至少一个复合标识和所述多个位姿标识在所述定位图像中的二维坐标以及在所述可形变机械臂的末端坐标系中的三维坐标，确定所述可形变机械臂的末端坐标系相对所述参考坐标系的位姿，作为所述位姿。 5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：从所述定位图像中确定多个候选标识；从所述多个候选标识中识别所述多个标识中的第一标识；以及以所述第一标识作为起点，搜索其他标识。 6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：响应于识别到所述复合标识，基于位姿标识图案匹配模板，识别其他标识。 7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述标识包括标识图案和在所述标识图案中的标识图案角点，所述方法还包括：在所述定位图像中确定感兴趣区域；将所述感兴趣区域划分为多个子区域；确定每个所述子区域中角点似然值最大的像素以形成像素集合；确定所述多个候选标识中角点似然值最大的像素作为候选标识图案角点；以及将标识图案匹配模板与所述候选标识图案角点位置处的标识图案进行匹配，以识别所述第一标识。 8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：响应于匹配失败，确定所述像素集合中剩余像素中的角点似然值最大的像素作为候选标识图案角点。 9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：以所述第一标识作为起点，搜索第二标识；基于所述第一标识、所述第二标识，确定搜索方向；以及以所述第一标识或所述第二标识作为起点，在所述搜索方向上搜索标识。 10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：响应于搜索距离大于搜索距离阈值，确定所述像素集合中剩余像素的角点似然值最大的像素作为候选标识图案角点；以及将所述标识图案匹配模板与所述候选标识图案角点位置处的标识图案进行匹配，以识别第一标识。 11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：响应于识别到的标识数量大于或等于标识数量阈值，基于识别到的标识，确定所述位姿。 12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：响应于识别到的标识数量小于标识数量阈值，确定所述像素集合中剩余像素的角点似然值最大的像素作为候选标识图案角点；以及将所述标识图案匹配模板与所述候选标识图案角点位置处的标识图案进行匹配，以识别第一标识。 13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，所述可形变机械臂的末端的柱状部分的外表面上设置有定位标签，所述定位标签包括多个标识图案，所述多个标识图案包括多个不同的复合标识图案和多个位姿标识图案，所述多个不同的复合标识图案和所述多个位姿标识图案位于同一图案分布带。 14.根据权利要求13所述的方法，所述多个标识图案中N个连续的标识图案中至少包括一个复合标识图案，其中所述复合标识图案与位姿标识图案不同，且2≤N≤4。 15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述力学模型包括与所述至少一根结构骨相关的力学平衡关系；所述力学平衡关系包括所述可形变机械臂的受力平衡关系及力矩平衡关系，所述受力平衡关系包括所述至少一根结构骨沿轴向的受力，所述力矩平衡关系包括所述至少一根结构骨沿轴向的力矩。 16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述受力平衡关系包括：所述可形变机械臂沿轴向在受力处的外部受力与内部受力处于平衡，并且在末端处内部受力平衡；或者所述可形变机械臂沿轴向在末端处的外部受力与内部受力处于平衡。 17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述至少一根结构骨的力矩是基于所述至少一根结构骨在所述可形变机械臂的横截面上的分布以及所述至少一根结构骨的剪切拉伸刚度矩阵来确定的。 18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可形变机械臂的力学模型包括所述至少一根结构骨沿轴向的长度变化量与所述至少一根结构骨在所述可形变机械臂的横截面上的分布之间的关系。 19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：应用所述至少一根结构骨的长度边界条件，所述长度边界条件包括所述至少一根结构骨在末端处的长度等于长度驱动量与长度形变量之和，所述至少一根结构骨的驱动信息包括所述长度驱动量。 20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：应用所述可形变机械臂在末端的力矩边界条件，所述力矩边界条件包括所述可形变机械臂在末端处的内力矩之和为零。 21.根据权利要求1-12、14-20中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：基于打靶法或解析法对所述可形变机械臂的力学模型求解，以确定所述可形变机械臂的外部受力。 22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，基于打靶法对所述可形变机械臂的力学模型求解，以确定所述可形变机械臂的外部受力包括：基于所述可形变机械臂在初始位置处的初始受力和初始力矩、所述至少一根结构骨的长度形变量和驱动信息及所述可形变机械臂的力学模型，确定所述可形变机械臂的末端的计算位姿，其中所述驱动信息包括长度驱动量；以及响应于所述计算位姿与所获得的所述位姿之差满足误差要求，基于所述初始受力和初始力矩，确定所述可形变机械臂的外部受力。 23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，基于打靶法对所述可形变机械臂的力学模型求解，以确定所述可形变机械臂的外部受力还包括：响应于所述计算位姿与所获得的所述位姿之差不满足误差要求，调整所述初始受力、所述初始力矩和所述长度形变量；以及基于经调整的所述初始受力、所述初始力矩和所述长度形变量、所述驱动信息及所述可形变机械臂的力学模型，确定所述可形变机械臂的末端的计算位姿，直到所述计算位姿与所获得的所述位姿之差满足误差要求。 24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，确定所述可形变机械臂的外部受力，包括：基于所述初始受力、初始力矩以及所述可形变机械臂的受力平衡关系，计算所述可形变机械臂的末端的外部受力。 25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括：基于初值向量的变化对边界条件值向量的影响矩阵，确定所述初值向量的调整量，所述初值向量包括所述初始受力、所述初始力矩和所述长度形变量；以及基于所述调整量，调整所述初值向量。 26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，还包括：通过对所述初值向量的元素施加扰动，计算所述影响矩阵的元素；以及基于所述影响矩阵的元素，调整所述初值向量的元素。 27.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，还包括：迭代地调整所述初值向量，直到所述边界条件值向量的误差满足要求，所述边界条件值向量包括所述至少一根结构骨在末端处的长度等于所述驱动信息中包括的长度驱动量与长度形变量之和，所述计算位姿与所获得的所述位姿之差满足误差要求，以及所述可形变机械臂在末端处的力矩平衡。 28.一种计算机设备，包括：存储器，用于存储至少一条指令；以及处理器，与所述存储器耦合，用于执行所述至少一条指令以执行根据权利要求1-27中任一项所述的方法。 29.一种计算机可读存储介质，用于存储至少一条指令，所述至少一条指令由计算机执行时致使所述计算机执行根据权利要求1-27中任一项所述的方法。 30.一种机器人系统，包括：至少一个可形变机械臂，所述可形变机械臂包括至少一根结构骨、固定盘、至少一个间隔盘以及设置在所述可形变机械臂的末端上的多个标识，所述多个标识包括多个用于标识位姿的位姿标识和至少一个用于标识位姿和角度的复合标识，所述至少一根结构骨穿过所述至少一个间隔盘并且末端与所述固定盘固定连接；以及图像采集设备，用于采集所述可形变机械臂的定位图像；控制装置，被配置为与所述图像采集设备连接，执行根据权利要求1-27中任一项所述的方法，以确定所述可形变机械臂的外部受力。