[发明专利]标定方法、装置、手术机器人、电子设备及存储介质

说明书

本发明实施例提出一种标定方法、装置、机器人、电子设备及存储介质，属于手术机器人领域，通过对机械臂末端进行四次位姿调整，并基于位姿调整过程中采集的各项数据，计算出定位相机坐标系至机械臂内禀基座坐标系的转换矩阵，在机械臂末端的位姿调整采集各项数据的过程中，机械臂内禀TCP坐标系的原点位置一直保持不变，在一定程度上能够使机械臂末端的位姿的移动限于很小的范围内，极大地减少定位相机被遮挡的概率，同时，第一单位向量和第二单位向量可以灵活选择，进一步降低了机械臂在狭小空间中造成干涉导致定位相机被遮挡的概率，从而能够更为精确地获取各项数据，进而能够提高标定准确度，减小误差。

技术领域

本发明涉及手术机器人领域，具体而言，涉及一种标定方法、装置、机器人、电子设备及存储介质。

背景技术

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为：光学定位仪通过对安装在机械臂末端的工具示踪器进行跟踪，通过工具示踪器与机械臂末端工具中心点(Tool Center Point，TCP)坐标系的变换关系，得到机械臂末端的位姿，从而引导机械臂运动至规划的目标位姿。

完成手术机器人的导航定位，需要事先获得工具示踪器与机械臂末端TCP坐标系的变换关系，这一过程称为手眼标定。然而，传统的手眼标定方法极易因数据采集过程中采集设备被遮挡而导致误差较大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种标定方法、装置、机器人、电子设备及存储介质，其能够减小标定误差，改善目前的标定方法所存在的误差大的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供一种标定方法，用于手术机器人的标定，所述手术机器人包括机械臂、机械臂内禀基座和定位相机，所述方法包括：

在机械臂末端安装参考阵列；其中，所述参考阵列包括设置于所述机械臂末端的支架，以及设置于所述支架上的四个定位件，所述四个定位件不对称设置；

以任意三个所述定位件为基准，建立参考阵列坐标系；

控制所述机械臂末端调整至O₁位姿，获取所述机械臂内禀TCP坐标系下的第一单位向量和第二单位向量，并记录机械臂内禀TCP坐标系的原点在机械臂内禀基座坐标系下的第一坐标值，所述机械臂内禀基座坐标系至所述机械臂内禀TCP坐标系的第一转换矩阵，所述参考阵列坐标系的原点在定位相机坐标系下的变换坐标值，以及所述定位相机坐标系至所述参考阵列坐标系的第二转换矩阵；其中，所述第一单位向量和第二单位向量互不垂直；

将所述机械臂内禀TCP坐标系的原点在所述机械臂内禀基座坐标系下保持固定，控制所述机械臂末端以所述第一单位向量为轴，以所述机械臂内禀TCP坐标系的原点为旋转中心，以选定的旋转法以及第一角度，连续旋转两次，使所述机械臂末端先后调整至O₂位姿和O₃位姿，分别在O₂位姿和在O₃位姿下，记录所述参考阵列坐标系的原点在所述定位相机坐标系下的第二坐标值和第三坐标值；

控制所述机械臂末端调整回O₁位姿，将所述机械臂内禀TCP坐标系的原点在所述机械臂内禀基座坐标系下保持固定，控制所述机械臂末端以所述第二单位向量为轴，以所述机械臂内禀TCP坐标系的原点为旋转中心，以选定的旋转法以及第二角度，连续旋转两次，使所述机械臂末端先后调整至O₄位姿和O₅位姿，分别在O₄位姿和O₅位姿下，记录所述参考阵列坐标系的原点在所述定位相机坐标系下的第四坐标值和第五坐标值；

基于所述第一坐标值、所述第一单位向量和所述第二单位向量，建立空间直角坐标系，并获取所述机械臂末端为O₁位姿时的所述机械臂内禀TCP坐标系至所述空间直角坐标系的第三转换矩阵；