[发明专利]一种手术机器人的手眼标定方法在审
| 申请号： | 202111114945.2 | 申请日： | 2021-09-23 |
| 公开（公告）号： | CN113843792A | 公开（公告）日： | 2021-12-28 |
| 发明（设计）人： | 汪阳;房鹤;万安;崔小飞;祝胜 | 申请（专利权）人： | 四川锋准机器人科技有限公司 |
| 主分类号： | B25J9/16 | 分类号： | B25J9/16 |
| 代理公司： | 北京市盛峰律师事务所 11337 | 代理人： | 席小东 |
| 地址： | 641300 四川省资阳市雁*** | 国省代码： | 四川;51 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 一种 手术 机器人 手眼 标定 方法 | ||
1.一种手术机器人的手眼标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，在机械臂末端固定安装工具示踪器；其中，所述工具示踪器包括刚性支架以及固定安装于所述刚性支架的4个不对称布置的定位球；4个定位球分别称为：1号定位球、2号定位球、3号定位球和4号定位球；
步骤S2，控制机械臂末端移动，进而带动所述工具示踪器同步移动，使所述工具示踪器位于光学定位仪的测量视野中央时停止移动，设此时机械臂末端移动至点O1，此时机械臂末端TCP坐标系记为Tcp1＝(x1,y1,z1,o1)，其中，x1,y1,z1,o1分别表示Tcp1坐标系的x轴、y轴、z轴和坐标原点；此时的工具示踪器坐标系记为Tool1；此时，采用光学定位仪测量工具示踪器的1号定位球在光学定位仪坐标系下的坐标，记为
步骤S3，保持机械臂末端姿态不变，控制机械臂末端沿Tcp1坐标系的x1轴正方向移动设定长度到达点O2，此时机械臂末端TCP坐标系记为Tcp2＝(x2,y2,z2,o2)，其中，x2,y2,z2,o2分别表示Tcp2坐标系的x轴、y轴、z轴和坐标原点；此时的工具示踪器坐标系记为Tool2；此时，采用光学定位仪测量工具示踪器的1号定位球在光学定位仪坐标系下的坐标，记为
步骤S4，保持机械臂末端姿态不变，控制机械臂末端沿Tcp2坐标系的y2轴正方向移动设定长度到达点O3，此时机械臂末端TCP坐标系记为Tcp3＝(x3,y3,z3,o3)，其中，x3,y3,z3,o3分别表示Tcp3坐标系的x轴、y轴、z轴和坐标原点；此时的工具示踪器坐标系记为Tool3；此时，采用光学定位仪测量工具示踪器的1号定位球在光学定位仪坐标系下的坐标，记为采用光学定位仪测量工具示踪器的2号定位球、3号定位球和4号定位球在光学定位仪坐标系下的坐标，分别记为和
步骤S5，保持TCP3坐标系的原点固定不动，控制机械臂末端以原点O3为旋转中心点，分别旋转到6个不同的姿态，在每个姿态，采用光学定位仪测量工具示踪器的1号定位球在光学定位仪坐标系下的坐标，分别记为：和
其中：
代表旋转到第1个姿态时的坐标；
代表旋转到第2个姿态时的坐标；
代表旋转到第3个姿态时的坐标；
代表旋转到第4个姿态时的坐标；
代表旋转到第5个姿态时的坐标；
代表旋转到第6个姿态时的坐标；
步骤S6，计算Tcp3坐标系到光学定位仪坐标系的转换矩阵Tcp3TL；
步骤S6.1，计算得到Tcp3坐标系到光学定位仪坐标系的旋转矩阵Tcp3RL；
步骤S6.1.1，采用下式，获得Tcp3坐标系的x3轴在光学定位仪坐标系下的方向向量
其中：
和分别为方向向量在x轴、y轴和z轴方向的向量分量；
具体的，由于机械臂末端从点O1移动到点O2，再从点O2移动到点O3时，机械臂末端姿态始终不变，所以，坐标系Tcp1，Tcp2和Tcp3的x轴、y轴和z轴方向分别平行，因此，坐标系Tcp1的x1轴在光学定位仪坐标系下的方向向量等于坐标系Tcp3的x3轴在光学定位仪坐标系下的方向向量
步骤S6.1.2，采用下式，获得Tcp3坐标系的y3轴在光学定位仪坐标系下的初始方向向量
具体的，由于机械臂末端从点O1移动到点O2，再从点O2移动到点O3时，机械臂末端姿态始终不变，所以，坐标系Tcp1，Tcp2和Tcp3的x轴、y轴和z轴方向分别平行，因此，坐标系Tcp2的y2轴在光学定位仪坐标系下的方向向量等于坐标系Tcp3的y3轴在光学定位仪坐标系下的初始方向向量
步骤S6.1.3，采用下式，获得Tcp3坐标系的z3轴在光学定位仪坐标系下的方向向量
其中：
和分别为方向向量在x轴、y轴和z轴方向的向量分量；
步骤S6.1.4，采用下式，获得Tcp3坐标系的y3轴在光学定位仪坐标系下的修正后的方向向量
其中：和分别为方向向量在x轴、y轴和z轴方向的向量分量；
步骤S6.1.5，建立矩阵采用下式对其进行归一化处理，得到Tcp3坐标系到光学定位仪坐标系的旋转矩阵Tcp3RL：
其中：
和分别为方向向量在x轴、y轴和z轴方向的归一化后的向量分量；
和分别为方向向量在x轴、y轴和z轴方向的归一化后的向量分量；
和分别为方向向量在x轴、y轴和z轴方向的归一化后的向量分量；
步骤S6.2，计算和组成的球的球心，即是Tcp3坐标系的原点O3在光学定位仪坐标系下的坐标
步骤S6.3，由此得到Tcp3坐标系到光学定位仪坐标系的转换矩阵Tcp3TL：
步骤S7，根据步骤S4得到的1号定位球、2号定位球、3号定位球和4号定位球在光学定位仪坐标系下的坐标，计算得到Tool3坐标系到光学定位仪坐标系的转换矩阵Tool3TL；
步骤S8，采用下式，得到Tool3坐标系到Tcp3坐标系的转换矩阵Tool3TTcp3：
由此实现手眼标定。
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