一种机械臂末端构件标定方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115887011A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211672446.X(22)申请日2022.12.26(71)申请人佗道医疗科技有限公司地址210000江苏省南京市雨花台区大周路34号3幢(72)发明人程敏王锋于福翔胡海涛(74)专利代理机构南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)32249专利代理师吴玥(51)Int.Cl.A61B34/30(2016.01)A61B34/00(2016.01)A61B34/20(2016.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称一种机械臂末端构件标定方法(57)摘要本发明公开了一种机械臂末端构件标定方法，包括：通过光学定位系统识别末端构件上的标记点得到末端构件相对于光学定位系统的位姿；设定机械臂末端上一点，并以该点为基准设定三个方向，分别控制机械臂运动使得末端构件绕该点进行球面运动和使得末端构件以该三个方向为轴进行旋转运动，通过光学定位系统获取运动过程中标记点位置，据此计算得到机械臂末端相对于光学定位系统的位姿；根据机械臂设计参数得到机械臂末端相对于机械臂系统的位姿，据此计算得到末端构件相对于机械臂系统的位姿。本发明可以快速实现机械臂末端构件的标定，使得手术机器人的“手臂”和“眼”能精确知道“手”的位置，从而实现“手臂”和“眼”的协调。CN115887011ACN115887011A权利要求书1/1页1.一种机械臂末端构件标定方法，其特征在于：包括：通过光学定位系统识别末端构件上的标记点得到末端构件相对于光学定位系统的位姿；设定机械臂末端上一点，并以该点为基准设定三个方向，分别控制机械臂运动使得末端构件绕该点进行球面运动和使得末端构件以该三个方向为轴进行旋转运动，通过光学定位系统获取运动过程中标记点位置，据此计算得到机械臂末端相对于光学定位系统的位姿；根据机械臂设计参数得到机械臂末端相对于机械臂系统的位姿，据此计算得到末端构件相对于机械臂系统的位姿。2.根据权利要求1所述的机械臂末端构件标定方法，其特征在于：所述计算机械臂末端相对于光学定位系统的位姿具体为：在所述球面运动过程中，根据光学定位系统获取运动过程中标记点位置拟合球面，得到其球心即为机械臂末端上该点相对于光学定位系统的位置，进而得到机械臂末端相对于光学定位系统的位置；在所述旋转运动过程中，根据光学定位系统获取运动过程中标记点位置拟合各方向对应圆面，得到其法向即为该三个方向相对于光学定位系统的方向，进而得到机械臂末端相对于光学定位系统的姿态；结合上述位置和姿态得到机械臂末端相对于光学定位系统的位姿。3.根据权利要求2所述的机械臂末端构件标定方法，其特征在于：在所述机械臂末端位于其初始位姿时，分别进行所述球面运动和所述旋转运动。4.根据权利要求3所述的机械臂末端构件标定方法，其特征在于：所述球面运动和所述旋转运动均为所述末端构件以特定角度步长进行的运动。5.根据权利要求4所述的机械臂末端构件标定方法，其特征在于：所述特定角度步长为10°。6.根据权利要求2所述的机械臂末端构件标定方法，其特征在于：设定的所述三个方向相互正交。7.根据权利要求2所述的机械臂末端构件标定方法，其特征在于：所述球面运动的范围为半球形。8.根据权利要求2所述的机械臂末端构件标定方法，其特征在于：所述末端构件上的标记点为至少3个共面不共线的标记点，若所述光学定位系统获取得到的标记点的数量少于3个，则忽略本次运动得到的位置信息。2CN115887011A说明书1/6页一种机械臂末端构件标定方法技术领域[0001]本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机械臂末端构件标定方法。背景技术[0002]手术机器人是集多项现代高科技手段于一体的综合体，目前应用于骨科、神经外科及腔道外科等多个领域。以手术辅助导航机器人为例，其可以通过机械臂辅助完成手术器械的定位，可帮助医生进行可视化手术规划与手术通道定位，提高手术精度、减少手术创伤。[0003]目前手术辅助导航机器人系统中的主要执行部件为机械臂，通过在机械臂末端安装上特定的结构件作为特定的“手”，以完成手术环节中特定的夹持或定位作用。为保证这种特定的“手”的夹持或者定位的精度，必须要精确得到安装在机械臂末端的结构件与机械臂本身坐标系统的相对位置关系。[0004]现有技术中，被广泛使用的方法是通过高精度三坐标测量仪量测末端的结构件上的关键基准参数得到。以机械臂坐标系为基准坐标系，获取三坐标测量仪坐标系的位姿，并通过三坐标测量仪获取结构件相对于三坐标测量仪坐标系的位姿，进行矩阵转换获得结构件相对于机械臂坐标系的位姿。然而这种方式却存在以下不足：一方面，高精度三坐标测量仪价格高昂；另一方面，由于常规的三坐标测量仪为三轴结构，并采用