一种面向截骨机器人的头眼联合标定方法技术

一种面向截骨机器人的头眼联合标定方法，获取截骨机器人中机器人末端坐标系相对于机器人基坐标系的齐次变换矩阵；基于刀具所处空间位置建立第一坐标系；基于立体视觉采集装置建立第二坐标系，并计算所述第一坐标系在所述第二坐标系中的齐次变换矩阵；根据所获得的所述第一坐标系在所述第二坐标系中的齐次变换矩阵以及所述机器人末端坐标系相对于机器人基坐标系的齐次变换矩阵，计算第一坐标系相对于机器人末端坐标系的齐次变换矩阵和第二坐标系相对于机器人基坐标系的齐次变换矩阵；本发明专利技术引入了视觉系统，以减少术前标定的流程和时间。时间。时间。

【技术实现步骤摘要】
一种面向截骨机器人的头眼联合标定方法


[0001]本专利技术涉及截骨机器人标定
，更具体的说是涉及一种面向截骨机器人的头眼联合标定方法。

技术介绍

[0002]在机器人把持刀具执行切割过程中，刀具的切割位置和刀具平面必须与医生术前规划的切割位置和切割平面重合。刀具的切割运动会形成切割缝平面，随着切割的深入，刀具平面会进入切割缝。由于骨组织具有一定刚度，因此机器人控制刀具的切割运动，必须保持刀具平面与切割缝平面的重合，否则刀具受到垂直于刀具平面的力，会使切割轨迹变形，或者使刀具崩断。因此，在机器人辅助截骨成型手术中，需要准确标定截骨刀具在机器人坐标系中的位姿参数，这样才能使刀具精准到达切割位置并完成切割。
[0003]目前已有的机器人工具标定方法中，主要可分为两类。第一类主要面向对工具的姿态没有特别要求的弧焊机器人，仅需要标定末端工具的TCP(Tool CenterPoint)在机器人工具坐标系中位置。第二类是面向类似钻孔机器人进行标定，除了获取钻头TCP参数，还需要标定钻头钻轴在机器人末端工具坐标系的参数信息。现有的机器人工具标定方法，都不能对满足截骨机器人对切割刀具的标定要求，因此亟需专利技术一种能精确获得切割刀具TCP和刀具平面在机器人末端工具坐标系中参数信息的标定方法。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种面向截骨机器人的头眼联合标定方法，能够有效获得刀具平面在机器人末端坐标系下的姿态，实现刀具的工具坐标系标定和头眼的联合标定，并且提高了标定效率。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种面向截骨机器人的头眼联合标定方法，包括以下步骤：
[0007]获取截骨机器人中机器人末端坐标系相对于机器人基坐标系的齐次变换矩阵；
[0008]基于刀具所处空间位置建立第一坐标系；
[0009]基于立体视觉采集装置建立第二坐标系，并计算所述第一坐标系在所述第二坐标系中的齐次变换矩阵；
[0010]根据所获得的所述第一坐标系在所述第二坐标系中的齐次变换矩阵以及所述机器人末端坐标系相对于机器人基坐标系的齐次变换矩阵，计算第一坐标系相对于机器人末端坐标系的齐次变换矩阵和第二坐标系相对于机器人基坐标系的齐次变换矩阵。
[0011]进一步的，所述建立第一坐标系包括，以刀具左侧点指向刀具右侧点的向量作为第一坐标系的X轴，以刀具左侧点及刀具右侧点连线上的一点指向刀具尖点作为第一坐标系的Z轴；所述Z轴和X轴保持垂直。
[0012]进一步的，所述基于立体视觉采集装置建立第二坐标系包括，
[0013]获取所述刀具尖端、所述刀具左侧点和所述刀具右侧点在所述第二坐标系下的空
间位置坐标；
[0014]根据所述刀具尖端、所述刀具左侧点和所述刀具右侧点在所述第二坐标系下的空间位置坐标计算所述刀具尖端在所述刀具左侧点与所述刀具右侧点的连线上的垂足坐标，并根据所述垂足坐标计算所述第一坐标系在所述第二坐标系中的齐次变换矩阵。
[0015]进一步的，计算所述刀具尖端在所述刀具左侧点与所述刀具右侧点的连线上的垂足坐标包括，
[0016]确认在所述第二坐标系下的空间位置坐标：
[0017]其中，刀具尖端坐标所述刀具左侧点坐标和所述刀具右侧点坐标在所述第二坐标系下的空间位置坐标；
[0018]计算所述垂足坐标
[0019][0020]令得到垂足坐标
[0021]进一步的，计算所述第一坐标系在所述第二坐标系中的齐次变换矩阵包括，
[0022]所述第一坐标系X轴在所述第二坐标系下表示为V
34k
，
[0023]在所述第二坐标系下的第一坐标系X轴单位向量为：
[0024][0025]所述第一坐标系Z轴在所述第二坐标系下表示为为V
12k
，
[0026]在所述第二坐标系下的第一坐标系Z轴单位向量为：
[0027][0028]在所述第二坐标系下的第一坐标系Y轴单位向量为：
[0029][0030]在本实施例中，
[0031]将刀具尖点当做第一坐标系的原点，则第一坐标系在第二坐标系下的表示为：
[0032][0033]进一步的，所述计算第一坐标系相对于机器人末端坐标系的齐次变换矩阵和第二坐标系相对于机器人末端坐标系的齐次变换矩阵包括，
[0034]变换机器人末端坐标系相对于机器人基坐标系的n个不同位姿，由齐次变换矩阵坐标系变换可知
[0035][0036]其中，表示第k组机器人末端坐标系相对于机器人基坐标系的齐次变换矩阵，表示第一坐标系相对于机器人末端坐标系的齐次变换矩阵，表示第二坐标系相对于机器人基坐标系的齐次变换矩阵，表示第k组第一坐标系相对于第二坐标系的变换矩阵。将n组数据代入到上式中得到和
[0037]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种面向截骨机器人的头眼联合标定方法，能够有效获得刀具平面在机器人末端坐标系下的姿态，实现刀具的工具坐标系标定和头眼的联合标定，减少术前标定的流程和时间。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0039]图1附图为本专利技术的一种面向截骨机器人的头眼联合标定方法流程图；
[0040]图2附图为本专利技术另一实施例示意图。
具体实施方式
[0041]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0042]如图1、图2，本专利技术实施例公开了一种面向截骨机器人的头眼联合标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0043]获取截骨机器人中机器人末端坐标系相对于机器人基坐标系的齐次变换矩阵；
[0044]基于刀具所处空间位置建立第一坐标系；
[0045]基于立体视觉采集装置建立第二坐标系，并计算所述第一坐标系在所述第二坐标系中的齐次变换矩阵；
[0046]根据所获得的所述第一坐标系在所述第二坐标系中的齐次变换矩阵以及所述机器人末端坐标系相对于机器人基坐标系的齐次变换矩阵，计算第一坐标系相对于机器人末端坐标系的齐次变换矩阵和第二坐标系相对于机器人基坐标系的齐次变换矩阵。
[0047]在另一实施例中，建立第一坐标系包括，以刀具左侧点指向刀具右侧点的向量作为第一坐标系的X轴，以刀具左侧点及刀具右侧点连线上的一点指向刀具尖点作为第一坐标系的Z轴；所述Z轴和X轴保持垂直。
[0048]在另一实施例中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向截骨机器人的头眼联合标定方法，其特征在于，包括以下步骤：获取截骨机器人中机器人末端坐标系相对于机器人基坐标系的齐次变换矩阵；基于刀具所处空间位置建立第一坐标系；基于立体视觉采集装置建立第二坐标系，并计算所述第一坐标系在所述第二坐标系中的齐次变换矩阵；根据所获得的所述第一坐标系在所述第二坐标系中的齐次变换矩阵以及所述机器人末端坐标系相对于机器人基坐标系的齐次变换矩阵，计算第一坐标系相对于机器人末端坐标系的齐次变换矩阵和第二坐标系相对于机器人基坐标系的齐次变换矩阵。2.根据权利要求1所述的一种面向截骨机器人的头眼联合标定方法，其特征在于，所述建立第一坐标系包括，标记刀具尖端、刀具左侧点和刀具右侧点；以刀具左侧点指向刀具右侧点的向量作为第一坐标系的X轴，以刀具左侧点及刀具右侧点连线上的一点指向刀具尖点作为第一坐标系的Z轴；所述Z轴和X轴保持垂直。3.根据权利要求1所述的一种面向截骨机器人的头眼联合标定方法，其特征在于，所述基于立体视觉采集装置建立第二坐标系包括，获取所述刀具尖端、所述刀具左侧点和所述刀具右侧点在所述第二坐标系下的空间位置坐标；根据所述刀具尖端、所述刀具左侧点和所述刀具右侧点在所述第二坐标系下的空间位置坐标计算所述刀具尖端在所述刀具左侧点与所述刀具右侧点的连线上的垂足坐标，并根据所述垂足坐标计算所述第一坐标系在所述第二坐标系中的齐次变换矩阵。4.根据权利要求3所述的一种面向截骨机器人的头眼联合标定方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟偲，李定哲，吴凯，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：