基于关联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位姿标识；基于所述多个位姿标识，识别位于所述可形变机械臂的末端上的角度标识，所述角度标识与所述多个位姿标识中的第一位姿标识具有位置关联关系；基于所述角度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可形变机械臂的末端相对所述参考坐标系的位姿、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；其中，获得所述可形变机械臂的末端相对所述参考坐标系的位姿包括：基于所述角度标识和所述多个位姿标识，确定位姿标识坐标系相对可形变机械臂的末端坐标系的滚转角；基于所述多个位姿标识，确定所述位姿标识坐标系相对所述参考坐标系的位姿；以及基于所述位姿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和所述位姿标识坐标系相对所述参考坐标系的位姿，确定所述可形变机械臂的末端相对所述参考坐标系的位姿；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及力学平衡关系；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，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；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。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：基于所述多个位姿标识在所述定位图像中的二维坐标和所述多个位姿标识在所述位姿标识坐标系中的三维坐标，确定所述位姿标识坐标系相对所述参考坐标系的位姿。 3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括：确定所述角度标识在可形变机械臂的末端坐标系中标识的第一绕轴角度；确定所述第一位姿标识在所述位姿标识坐标系中标识的第二绕轴角度；以及基于所述第一绕轴角度和所述第二绕轴角度，确定所述位姿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。 4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述位置关联关系包括：所述角度标识与所述第一位姿标识在轴向的对应关系。 5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：基于所述多个位姿标识的分布，确定所述多个位姿标识在位姿标识坐标系中的三维坐标；基于所述多个位姿标识在所述定位图像中的二维坐标和所述多个位姿标识在所述位姿标识坐标系中的三维坐标，确定成像变换关系；基于所述成像变换关系、所述多个位姿标识在位姿标识坐标系中的三维坐标和所述位置关联关系，在所述定位图像中确定多个角度标识候选区域；以及从所述多个角度标识候选区域，识别所述角度标识。 6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，包括：基于所述多个位姿标识在位姿标识坐标系中的三维坐标和所述位置关联关系，在所述位姿标识坐标系中确定多个角度标识候选三维坐标；以及基于所述成像变换关系和所述多个角度标识候选三维坐标，在所述定位图像中确定所述多个角度标识候选区域。 7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，包括：确定每个所述角度标识候选区域中角点似然值最大的像素以形成像素集合；确定所述像素集合中角点似然值最大的像素对应的角度标识候选区域作为待识别的角度标识候选区域；以及使用多个角度图案匹配模板分别与所述待识别的角度标识候选区域进行匹配，以识别所述角度标识。 8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，包括：基于所述角度标识所在的角度标识候选区域，确定与所述角度标识具有位置关联关系的所述第一位姿标识。 9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：从所述定位图像中确定多个候选位姿标识；基于位姿图案匹配模板，从所述多个候选位姿标识中识别初始位姿标识；以及以所述初始位姿标识作为起点，搜索位姿标识。 10.根据权利要求1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。 11.根据权利要求1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。 12.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。 13.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。 14.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。 15.根据权利要求1、2、5-14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。 16.根据权利要求15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。 17.根据权利要求16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。 18.根据权利要求16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。 19.根据权利要求17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。 20.根据权利要求19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。 21.根据权利要求19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。 22.一种计算机设备，包括：存储器，用于存储至少一条指令；以及处理器，与所述存储器耦合并且用于执行所述至少一条指令以执行根据权利要求1-21中任一项所述的确定可形变机械臂的外部受力的方法。 23.一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1-21中任一项所述的确定可形变机械臂的外部受力的方法。 24.一种机器人系统，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至少一个角度标识和多个位姿标识，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1-21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。