[發(fā)明專利]一種機械臂末端執(zhí)行器校準系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011523733.5
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112603544B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程敏;龔肖;周寧玲
• 申請（專利權(quán)）人: 佗道醫(yī)療科技有限公司
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30;A61B90/30;A61B34/20
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 梁天彥

1.一種機械臂末端執(zhí)行器校準系統(tǒng)，其特征在于：包括：

校準工裝，其上設(shè)有示蹤器和與末端執(zhí)行器的執(zhí)行通道配合安裝的工裝通道；

光學(xué)跟蹤器，獲取校準工裝上示蹤器位置，且其內(nèi)預(yù)設(shè)有執(zhí)行器示蹤器的配置參數(shù)，根據(jù)該配置參數(shù)識別出執(zhí)行器示蹤器上各示蹤球的位置及誤差；

上位機根據(jù)校準工裝的末端觸碰機械臂末端及其安裝面，通過光學(xué)跟蹤器識別校準工裝上示蹤器位置得到其觸碰點集并進行擬合得到機械臂末端及其安裝面的位姿，進而根據(jù)光學(xué)跟蹤器識別得到執(zhí)行器示蹤器的位置計算得到機械臂末端與執(zhí)行器示蹤器之間的變換關(guān)系；

上位機根據(jù)光學(xué)跟蹤器識別得到的執(zhí)行器示蹤器上各示蹤球的位置關(guān)系更新其配置參數(shù)，并在其得到的誤差在設(shè)定閾值范圍內(nèi)確定校準完成；

上位機在所述工裝通道與所述執(zhí)行通道配合安裝時根據(jù)所述光學(xué)跟蹤器獲取的示蹤器位置計算得到工裝通道與執(zhí)行器示蹤器之間的變換關(guān)系，也即得到執(zhí)行通道與執(zhí)行器示蹤器之間的變換關(guān)系。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械臂末端執(zhí)行器校準系統(tǒng)，其特征在于：所述校準工裝上的示蹤器為兩個，其安裝所覆蓋的角度根據(jù)執(zhí)行器示蹤器的覆蓋范圍確定。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機械臂末端執(zhí)行器校準系統(tǒng)，其特征在于：所述執(zhí)行器示蹤器數(shù)量為不共面的三個，其通過組合配合覆蓋角度為270°。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械臂末端執(zhí)行器校準系統(tǒng)，其特征在于：所述執(zhí)行器示蹤器上的示蹤球采用反光球，反光玻璃或LED燈。

5.一種采用權(quán)利要求1~4任一所述機械臂末端執(zhí)行器校準系統(tǒng)的機械臂末端執(zhí)行器校準方法，其特征在于：包括步驟：

（1）通過校準工裝末端觸碰機械臂末端及其安裝面得到其點集并進行擬合得到機械臂末端的位姿，并變換至機械臂坐標系下，據(jù)此計算得到機械臂末端與執(zhí)行器示蹤器之間的變換關(guān)系；

（2）在光學(xué)跟蹤器內(nèi)預(yù)設(shè)執(zhí)行器示蹤器的配置參數(shù)，光學(xué)跟蹤器根據(jù)該配置參數(shù)識別出執(zhí)行器示蹤器上各示蹤球的位置及誤差，并傳輸至上位機；

（3）上位機判斷得到的誤差是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，若在，則配準完成；若不在，則根據(jù)得到的執(zhí)行器示蹤器上各示蹤球的位置重新計算執(zhí)行器示蹤器上各示蹤球之間的位置關(guān)系，并更新光學(xué)跟蹤器的配置參數(shù)；

（4）光學(xué)跟蹤器根據(jù)更新后的配置參數(shù)識別得到執(zhí)行器示蹤器上各示蹤球的位置及誤差err，并上傳至上位機；重復(fù)步驟（3），直至誤差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)；

（5）將校準工裝的工裝通道安裝于末端執(zhí)行器的執(zhí)行通道內(nèi)，并通過光學(xué)跟蹤器獲取校準工裝上示蹤器的位置，上位機根據(jù)前述得到的執(zhí)行器示蹤器位置計算得到執(zhí)行器示蹤器與校準工裝上示蹤器的變換關(guān)系，進而根據(jù)校準工裝的設(shè)計參數(shù)計算得到工裝通道與執(zhí)行器示蹤器之間的變換關(guān)系，也即得到執(zhí)行通道與執(zhí)行器示蹤器之間的變換關(guān)系。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機械臂末端執(zhí)行器校準方法，其特征在于：所述步驟（1）具體為：

（11）通過校準工裝末端分別均勻觸碰機械臂末端及其安裝面，再通過光學(xué)跟蹤器獲取校準示蹤器位置，根據(jù)設(shè)計參數(shù)計算得到各觸碰點坐標，分別得到點集P和Q；

（12）使用點集P和Q擬合圓柱，得到機械臂末端的位姿，并將其變換至機械臂坐標系下；

（13）計算得到執(zhí)行器示蹤器與機械臂末端的變換關(guān)系。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機械臂末端執(zhí)行器校準方法，其特征在于：所述執(zhí)行器示蹤器數(shù)量為不共面的三個，其通過組合配合覆蓋角度為270°；分別通過步驟（2）~（5）對所有執(zhí)行器示蹤器都進行校準。