[发明专利]手术机器人TCP的标定方法、系统及存储介质

说明书

本发明公开了一种手术机器人TCP的标定方法、系统及存储介质，该标定方法，包括：将TCP点的坐标值以及通过TCP点的通道轴线相对于坐标系B的XYZ三轴的夹角参数值输入到机械臂的TCP参数中；激光头固定在末端工具的通道中，控制机械臂将激光头从A点拉高到B点，通过PSD采集数据系统读出激光在PSD上移动的距离，激光在PSD位置传感器的接收面上移动的距离为△X或△Y,将arctan(△X/H)或者arctan(△Y/H)补偿到机械臂的TCP参数中。本方案属于非接触式标定，大大避免了传统接触式标定的缺点，在操作上简单方便，同时也可以快速精确地实现对机器人TCP的标定，从而提高机器人的绝对精度。

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种手术机器人TCP(工具中心点)的标定方法，采用该标定方法的系统以及存储该标定方法指令的存储介质，通过此标定方法可以简单快速的提高机器人的绝对精度，适用于大多数机器人工具坐标系的标定。

背景技术

随着科学技术的不断发展，工业自动化的密集程度越来越高，制造业往更加柔性的方向发展成为一大趋势，机器人是多轴联动的柔性臂，集柔性化、精密化、智能化于一体，具有很高的重复定位精度。为完成各种作业任务，需要在机器人末端安装各种不同的工具，如工业机器人的焊枪、手术机器人的手术器械等，在更换或者调整工具以后，机器人的实际工作点相对于机器人末端的位置会发生变化。现普遍采用的方法是在机器人的末端工具上建立一个工具坐标系，其原点即为工具中心点(Tool Center Point,TCP)。

机器人在此坐标系内进行编程，当工具调整后，只需要重新标定工作坐标系的位姿，就可使机器人重新投入使用，TCP标定的核心工作是确定TCP在机器人末端关节坐标系中的坐标。

国内外针对TCP的标定开展过大量的研究：刘成业等采用四点法完成机器人工具坐标系位置的校准(刘成业，李文广，马世国，等，一种机器人工具坐标系标定方法【J】.山东科学，2012(1):69-74.)；赵娇娇等人提出一种七点法来校准机器人的工具坐标系(赵娇娇，朱伟，焊弧机器人系统标定【J】.福州大学(自然科学版).2008,36(zl)：31-35.)；熊烁、朴永杰等人也都提出使几个标定点TCP重合来计算工具中心点(熊烁，叶伯生，蒋明.机器人工具坐标系标定算法研究【J】.机械与电子，2012(1):69-74；朴永杰，邱涛，陈善本.焊弧机器人TCF参数的标定【J】.机器人，2001(2):109-112)。

上述文献中的方法，其都属于接触式校准，“四点法”是最典型的代表，都要将TCP点接触固定到同一点上，然后利用机器人关节转角及机器人的结构信息去结算TCP坐标。这类接触式标定方法均须实现点与点的重合，需要人为进行精细的调整，无外乎会引入人为误差，如对准不准确，容易出现过大的误差，造成标定失败，因此这种TCP标定方法效率低，无法实现自动标定。同时接触可能会造成末端工具的损坏。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的之一是提供一种手术机器人TCP标定方法，以及采用该方法的系统以及存储该方法指令的存储介质，该标定方法属于非接触式标定，大大避免了传统接触式标定的缺点，在操作上简单方便，同时也可以快速精确地实现对机器人TCP的标定，从而提高机器人的绝对精度。

为了达到上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种手术机器人TCP标定方法，包括多自由度的机械臂(3)，用于安装在机械臂的末端法兰上的末端工具(1)，用于安装在末端工具(1)的通道上的激光头(2)，以及PSD位置传感器(6)，包括如下步骤：

1)建立机械臂(3)的基座的坐标系A和机械臂(3)的末端法兰的坐标系B；在末端工具(1)的法兰面中心点建立与机械臂(3)的末端法兰相同的坐标系B，以末端工具(1)的法兰面中心点为原点坐标，以末端工具(1)的通道轴线上的F1点为TCP点，将TCP点的坐标值以及通过TCP点的通道轴线相对于坐标系B的XYZ三轴的夹角参数值输入到机械臂(3)的TCP参数中；