【技术实现步骤摘要】
手术机器人标定方法、装置、手术机器人及存储介质
[0001]本专利技术涉及机器人标定领域，尤其涉及一种手术机器人标定方法、装置、手术机器人及存储介质。
技术介绍
[0002]手术机器人具有定位精度高、重复性好的优点，被广泛应用于影像导航式的骨科临床手术中。手术机器人导航定位原理简述如下：定位相机通过对安装在机械臂上的标记点进行跟踪，通过参考坐标系与机械臂末端内禀TCP坐标系(机械臂末端法兰坐标系)的变换关系，得到机械臂末端的实际空间位姿，从而引导机械臂运动至规划的目标位姿。其中，机械臂末端内禀TCP相对于机械臂内禀基座坐标系的位姿可以直接从机械臂的控制系统中获得，而机械臂末端参考阵列坐标系与机械臂末端内禀TCP坐标系的转换关系则需要通过标定得到，且该标定所得结果的正确性直接影响机械臂辅助手术的定位精度。
[0003]机械臂末端参考阵列坐标系与机械臂末端内禀TCP坐标系的转换关系(简称末端工具坐标系转换关系)通过下列方法可以得到：机械臂末端参考阵列与机械臂末端内禀TCP为刚性连接，两者的坐标系转换关系在硬件设计图纸中可以量测得到，此量测值为设计值。使用该值进行机械臂基座与定位相机的手眼标定。在此手眼标定的基础上，使用探针获取机械臂末端参考阵列上验证点的坐标，使用该坐标修正末端工具坐标系转换关系。缺点：设计值与制成组装的实物之间存在误差，该误差被带入机械臂基座与定位相机的手眼标定，而手眼标定的结果本身又用于修正末端工具坐标系转换关系，导致该修正具有局域性，机械臂末端姿态发生较大改变时，此修正即变得不适用。>
技术实现思路
[0004]第一方面，本申请提供了一种手术机器人标定方法，包括：
[0005]控制手术机器人按照预设的标定路线进行运动，使得所述手术机器人依次到达各个标定位姿；所述标定位姿包括初始位姿、第一平移位姿、第二平移位姿和至少两个旋转位姿；
[0006]通过摄像装置拍摄手术机器人上的标记点，记录所述手术机器人在各个所述标定位姿时的位姿数据；
[0007]根据所述初始位姿、第一平移位姿和第二平移位姿，计算所述手术机器人的基坐标系至所述摄像装置的相机坐标系的第一旋转矩阵；
[0008]根据所述第一旋转矩阵与所述至少两个旋转位姿，计算所述基坐标系至所述相机坐标系的第一平移矩阵，以及所述手术机器人的法兰坐标系至所述手术机器人的参考坐标系的第二旋转矩阵和第二平移矩阵。
[0009]进一步的，所述控制手术机器人按照预设的标定路线进行运动，使得所述手术机器人依次到达各个标定位姿，包括：
[0010]控制所述手术机器人，沿着所述基坐标系的X轴方向平移至所述第一平移位姿；
[0011]控制所述手术机器人，沿着所述基坐标系的Y轴方向平移至所述第二平移位姿；
[0012]控制所述手术机器人，依次进行至少两次包含旋转的移动，使得所述手术机器人形成所述至少两个旋转位姿。
[0013]进一步的，所述通过摄像装置拍摄手术机器人上的标记点，记录所述手术机器人在各个所述标定位姿时的位姿数据，包括：
[0014]当所述手术机器人位于所述标定位姿时，所述摄像装置拍摄手术机器人上的标记点，获取所述相机坐标系到所述参考坐标系下的平移向量；
[0015]当所述手术机器人位于所述旋转位姿时，还通过所述手术机器人的控制参数，获取所述基坐标系到所述法兰坐标系的旋转变化和平移向量。
[0016]进一步的，所述根据所述初始位姿、第一平移位姿和第二平移位姿，计算所述基坐标系至所述相机坐标系的第一旋转矩阵，包括：
[0017]根据所述第一平移位姿和所述初始位姿，得到第一向量，根据所述第二平移位姿和所述初始位姿，得到第二向量；
[0018]根据所述第一向量和第二向量，计算得到所述基坐标系的坐标系向量(x，y，z)在所述相机坐标系下的坐标值，从而确定所述第一旋转矩阵。
[0019]进一步的，所述第一向量和所述第二向量表达式为：
[0020]s1＝t
c1
‑
t
c0
；
[0021]s2＝t
c2
‑
t
c0
；
[0022]式中，s1为所述第一向量，s2为所述第二向量，t
c0
为所述初始位姿的位姿数据，t
c1
为所述第一平移位姿的位姿数据，t
c2
为所述第二平移位姿的位姿数据；
[0023]所述法兰坐标系的坐标系向量在所述相机坐标系下的坐标值计算表达式为：
[0024][0025]所述第一旋转矩阵表达式为：
[0026]R＝(x
’
,y
’
,z
’
)。
[0027]进一步的，所述计算所述第一平移矩阵以及所述第二平移矩阵，包括：
[0028]根据所述基坐标系、所述光学照相机坐标系、所述参考坐标系和所述法兰坐标系之间的转换关系建立转换方程；
[0029]将各个旋转位姿分别带入所述转换方程中进行求解，得到所述第一平移矩阵和所述第二平移矩阵。
[0030]进一步的，所述计算所述第二旋转矩阵，包括：
[0031]计算得到所述第一平移矩阵和所述第二平移矩阵后，根据所述转换方程和任意目标位姿的位姿数据，计算得到所述第二旋转矩阵。
[0032]第二方面，本申请还提供一种手术机器人标定装置，包括：
[0033]控制模块，用于控制手术机器人按照预设的标定路线进行运动，使得所述手术机器人依次到达各个标定位姿；所述标定位姿包括初始位姿、第一平移位姿、第二平移位姿和至少两个旋转位姿；
[0034]采集模块，用于通过摄像装置拍摄手术机器人上的标记点，记录所述手术机器人在各个所述标定位姿时的位姿数据；
[0035]第一计算模块，用于根据所述初始位姿、第一平移位姿和第二平移位姿，计算所述手术机器人的基坐标系至所述摄像装置的相机坐标系的第一旋转矩阵；
[0036]第二计算模块，用于根据所述第一旋转矩阵与所述至少两个旋转位姿，计算所述基坐标系至所述相机坐标系的第一平移矩阵，以及所述手术机器人的法兰坐标系至所述手术机器人的参考坐标系的第二旋转矩阵和第二平移矩阵。
[0037]第三方面，本申请还提供一种手术机械臂，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行所述的手术机器人标定方法。
[0038]第四方面，本申请还提供一种可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行所述的手术机器人标定方法。
[0039]本专利技术公开了手术机器人标定方法、装置、手术机器人及存储介质，该方法包括：控制手术机器人按照预设的标定路线进行运动，使得手术机器人依次到达各个标定位姿；标定位姿包括初始位姿、第一平移位姿、第二平移位姿、和至少两个旋转位姿；通过摄像装置拍摄手术机器人上的标记点，记录手术机器人在各个标定位姿时的位姿数据；根据本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种手术机器人标定方法，其特征在于，包括：控制手术机器人按照预设的标定路线进行运动，使得所述手术机器人依次到达各个标定位姿；所述标定位姿包括初始位姿、第一平移位姿、第二平移位姿和至少两个旋转位姿；通过摄像装置拍摄手术机器人上的标记点，记录所述手术机器人在各个所述标定位姿时的位姿数据；根据所述初始位姿、第一平移位姿和第二平移位姿，计算所述手术机器人的基坐标系至所述摄像装置的相机坐标系的第一旋转矩阵；根据所述第一旋转矩阵与所述至少两个旋转位姿，计算所述基坐标系至所述相机坐标系的第一平移矩阵，以及所述手术机器人的法兰坐标系至所述手术机器人的参考坐标系的第二旋转矩阵和第二平移矩阵。2.根据权利要求1所述的手术机器人标定方法，其特征在于，所述控制手术机器人按照预设的标定路线进行运动，使得所述手术机器人依次到达各个标定位姿，包括：控制所述手术机器人，沿着所述基坐标系的X轴方向平移至所述第一平移位姿；控制所述手术机器人，沿着所述基坐标系的Y轴方向平移至所述第二平移位姿；控制所述手术机器人，依次进行至少两次包含旋转的移动，使得所述手术机器人形成所述至少两个旋转位姿。3.根据权利要求1所述的手术机器人标定方法，其特征在于，所述通过摄像装置拍摄手术机器人上的标记点，记录所述手术机器人在各个所述标定位姿时的位姿数据，包括：当所述手术机器人位于所述标定位姿时，通过所述摄像装置拍摄所述手术机器人上的标记点，获取所述相机坐标系到所述参考坐标系下的平移向量；当所述手术机器人位于所述旋转位姿时，还通过所述手术机器人的控制参数，获取所述基坐标系到所述法兰坐标系的旋转变化和平移向量。4.根据权利要求1所述的手术机器人标定方法，其特征在于，所述根据所述初始位姿、第一平移位姿和第二平移位姿，计算所述基坐标系至所述相机坐标系的第一旋转矩阵，包括：根据所述第一平移位姿和所述初始位姿，得到第一向量，根据所述第二平移位姿和所述初始位姿，得到第二向量；根据所述第一向量和第二向量，计算得到所述基坐标系的坐标系向量(x，y，z)在所述相机坐标系下的坐标值，从而确定所述第一旋转矩阵。5.根据权利要求4所述的手术机器人标定方法，其特征在于，所述第一向量和所述第二向量表达式为：s1＝t
c1
‑
t
c0
；s2＝t
c2<...
【专利技术属性】
技术研发人员：周再望，黄志俊，刘金勇，钱坤，
申请(专利权)人：深圳柳叶刀机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：
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