[發明專利]機器人的標定方法和裝置

有效

• 申請號: 201810317759.0
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108742840B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 王冬曉;張博;張磊;張立群;黃強;藤江正克
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: A61B34/20
• 分類號: A61B34/20;A61B34/30
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發明提供一種機器人的標定方法和裝置，其中標定方法包括：確定與各待標定量相關的參數以及每個所述參數的標準值，按預設頻率采集機器人運行時的各待標定量的測量值和參數的測量值；對于任意一個參數，根據多維粒子群算法以及該參數的標準值對該參數的測量值進行標定；對于任意一個待標定量，根據約束方程獲知相關的其他待標定量和各參數，根據與該待標定量相關的各參數標定后的測量值以及已完成標定的所述其他待標定量，獲得該待標定量的計算值，根據多維粒子群算法以及該待標定量的測量值，對該待標定量的計算值進行標定。本發明實施例具有收斂速度快、局部極值發生率低、能夠有效解決多維復雜關系參數標定的有益效果。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，更具體地，涉及機器人的標定方法和裝置。

背景技術

在深靜脈穿刺手術中，存在手術需求量大，醫生第一次穿刺成功率低、并發癥多以及醫護人員培訓時間長等問題。近年來，為了解決這些問題很多醫生采取了超聲引導下的深靜脈穿刺，這種穿刺方法能夠大大的提高一次穿刺成功率，在一定程度上減少手術并發癥。但是依然存在以下幾個問題：第一、在穿刺手術之前無法預知穿刺針進入體內后的位置，所以穿刺的準確率和成功率很大程度上依賴醫生的臨床經驗，依然需要對進行手術的醫生進行長時間的培訓。第二、有的時候穿刺針會因為穿刺角度、光照反射以及穿刺針有時和探頭不共面，在穿刺過程中經常出現無法看到穿刺針的情況。事實上，因為手術習慣以及超聲穿刺存在的這些問題，有很大一部分的醫生在深靜脈穿刺中依然采用了盲穿的方法。

為了解決上述問題，科研人員開發了超聲引導下的深靜脈穿刺機器人導航系統。該導航系統的精度依賴于整個機器人系統的多個機械參數和控制參數的精度，機械參數和控制參數也可以統稱為參數。

其中，機械參數的精度受到加工和裝配兩方面的影響，控制參數精度受到電機精度、零位接近傳感器等精度的影響。如果根據每個參數進行標定，需要高精度的測量裝置對其精度進行檢驗。同時，因為需要標定的參數的數量比較多，檢驗的工作量非常大。已有技術中沒有針對超聲引導下穿刺機器人機械及控制參數的標定，僅有針對通用機器人的運動學標定方法，該方法適用于提高機器人的運行軌跡精度，以及通用的采用高精度測量儀器對每一個機械參數和控制參數進行標定的方法。這些方法都不能適用于穿刺機器人導航系統，不能在短時間內自動標定穿刺引導線，而且用于檢測的更高精度的測量儀器的成本昂貴。

發明內容

本發明提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的機器人的標定方法和裝置。

根據本發明的一個方面，提供一種機器人的標定方法，包括：

確定與各待標定量相關的參數以及每個所述參數的標準值，按預設頻率采集機器人運行時的各待標定量的測量值和參數的測量值；

對于任意一個參數，根據多維粒子群算法以及該參數的標準值對該參數的測量值進行標定；

對于任意一個待標定量，根據約束方程獲知相關的其他待標定量和各參數，根據與該待標定量相關的各參數標定后的測量值以及已完成標定的所述其他待標定量，獲得該待標定量的計算值，根據多維粒子群算法以及該待標定量的測量值，對該待標定量的計算值進行標定。

優選地，所述對于任意一個參數，根據多維粒子群算法以及該參數的標準值對該參數的測量值進行標定的步驟，包括：

將采集次數作為維度，根據該參數在所有維度下測量值與標準值之間的偏差建立適應度函數；

以該參數在每個維度下測量值與標準值之間的偏差作為一個粒子，建立粒子群，初始化每個粒子的位置和速度；

以多維粒子群算法進行粒子的迭代搜索，當迭代搜索至所述適應度函數最小時，獲得最優解；

根據所述最優解對該參數各時刻的測量值進行標定。

優選地，所述以多維粒子群算法進行粒子的迭代搜索的步驟，之前還包括：