[发明专利]机器人工具的校准参数的计算

说明书

本发明涉及一种用来计算机器人工具的校准参数的方法。该方法基于，通过第一接口接收图像体积的医学成像的图像数据组，图像体积包括机器人工具的一部分，机器人工具固定在机器人上。通过第二接口接收机器人数据组，机器人数据组包括在记录图像数据组期间机器人的至少一个可动轴的位置。通过计算单元确定在图像数据组中的标记的位置和/或方向。利用计算单元，通过转换标记的位置和/或方向，计算机器人工具的工具中心点的图像支持的位置和/或方向。此外，通过计算单元，基于机器人数据组以及基于工具中心点的图像支持的位置和/或方向，计算校准参数。本发明还涉及校准单元、计算机程序产品、计算机可读存储媒介和带有校准单元的机器人。

背景技术

机器人被应用于医疗领域，尤其是当高精度和高耐力是必要的场合。活体组织检查、射频消融或整形外科螺钉的定位都属于这个范畴。

机器人在医疗领域的应用经常由成像设备来支持，比如核磁共振成像设备、计算机断层成像设备、超声成像设备或者X射线设备。利用这些设备，人体内部构造得以呈现，使得医疗工具可以正确放置。

为了避免在手术范围外的健康的组织、骨头或者器官受到损伤，机器人工具必须获得非常准确的位置和方向信息。因此机器人工具必须被校准。

众所周知，机器人会在生产之后进行校准。但是，这最多可以校准工具夹具的位置，因为在大多数情况下机器人工具独立于机器人而被提供，并且具有不同的使用寿命。然而对于医疗应用，机器人工具本身的校准是必要的，尤其是机器人工具的活动点，在此也被称为工具中心点(英文名词是tool center point

(工具中心点)，简称TCP)。

因此每一个机器人工具必须分别与机器人一起被校准。此外，由于机器人工具的损耗，有必要按照一定的时间段来进行校准。

众所周知，为了校准机器人工具的工具中心点，需要使用一个独立的校准单元。这些校准单元包括位置确认单元，例如超声波传感器、激光干涉仪或者激光三角测距仪。这些独立的校准单元都很贵且很难运输。进一步而言，进行校准时，需要操作者控制，使得工具中心点与预设的多个点触碰。这种方法非常费时且依赖于操作者的操作手法和精度。

发明内容

本发明的任务是，提供一种经济并且准确校准机器人工具的工具中心点的方法。

这项任务通过按照本发明的方法、按照本发明的校准单元、按照本发明的计算机程序、按照本发明的计算机可读储存介质以及通过按照本发明的机器人得以实现。

以下关于装置以及关于方法来描述按照本发明对这项任务的实现。在此提及的特征、优点，或者替换实施方式同样适用于其它对象，反之亦然。或者说，物的权利要求(例如针对设备的)也可以利用结合方法所描述或要求保护的特征来进一步完善。方法的相应的功能性特点会由相应的具体模块来建立。

本发明基于如下，即，通过第一接口来接收图像体积的医学成像的图像数据组，所述图像体积包括机器人工具的一部分，并且机器人工具固定在机器人上，此外，通过第二接口接收机器人数据组，其中机器人数据组包含在获取图像数据期间机器人的至少一个可动轴的位置。此外，通过计算模块来确定图像数据组中标记的位置和/或方向。此外，借助计算模块，通过转换标记的位置和/或方向，来计算机器人工具的工具中心点的图像支持的位置和/或方向。此外，借助计算模块，基于机器人数据组以及基于工具中心点的图像支持的位置和/或方向，来计算校准参数。

发明者发现，通过医学成像的图像数据组可以格外经济地计算校准参数，因为在通常情况下，在机器人的医疗应用领域总是会有成像设备，并且在机器人的很多应用中，医疗图像数据组会被用于计划或者监视。因此除了成像设备，额外的基于图像的校准单元是不必要的。此外，工具中心点的校准可以很快速且高效地、在无需改建的情况下实现，尤其是在每次机器人工具更换之后，特别地也在每次工具投入使用之前。借此可以在校准时一起考虑通过机器人工具的更换或损耗带来的偏差。此外，医学图像数据具有很高的分辨率，因此校准参数可以被格外精确地计算。