[发明专利]一种基于光学定位的工具标定系统及方法

说明书

本发明涉及工具标定技术领域，提供了一种基于光学定位的工具标定系统及方法，系统包括：工具体位置标定模块，用于标定所述待标定工具的整体位置；尖端及径向标定模块，用于标定所述待标定工具的尖端位置或径向方向；姿态读取模块，用于读取所述第一光学标记体以及第二光学标记体的姿态信息；姿态计算模块，用于通过第一光学标记体以及第二光学标记体的姿态信息，以及所述第二光学标记体的姿态信息与待标定工具的尖端位置或径向方向的固定转换关系，计算出待标定工具的尖端位置或径向方向与第一光学标记体的转换关系。具有能够对各种不同规格形状的工具进行标定，以及适应标定在应用环境下即兴自定义相关结构的工具等优点。

技术领域

本发明涉及工具标定的技术领域，尤其涉及一种基于光学定位的工具标定系统及方法。

背景技术

在日常生活中，尤其是在医疗领域，对于各种固定形状的刚性工具以及结构可以调整的刚性工具，通过设置于刚性工具上的标定器只能够获取到整个刚性工具大概的位置，但是对于刚性工具的尖端位置，头端姿态以及径向方向等，无法单纯的通过设置于刚性工具上的标定器获取到。

光学定位系统在各个行业得到广泛运用，诸如医疗手术导航定位，工业制造，体感游戏等领域。一般的，对于刚性工具也同样需要光学定位系统对刚性工具的位置，以及刚性工具的尖端位置、头端姿态以及径向方向进行定位。

在现有技术中，一般使用工具端结构对刚性工具的尖端位置、头端姿态以及径向方向进行标定，然而，传统的光学工具端结构要做到满意的精度，需要依赖较高的机加工工艺，或者需要开模，或者需要依赖高精度的三坐标计量仪等设备。而这些方法大都具有以下几个缺点：

1、价格昂贵；

2、使用不够灵活，过度的依赖第三方检测/测试机构或者加工商；

3、如果工具在使用过程中存在形变，需要重新装配或者灵活调整结构等情形，则需要重新计量或者需要精度很高的加工工艺；

4、一旦工具发生诸如形变等结构性的变化很难发现错误，可能使得工具在使用过程中无法达到预期的目的，甚至导致出现严重的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于光学定位的工具标定系统及方法，具有包含的设备结构简单，价格便宜，通用性强，能够对各种不同规格形状的工具进行标定，以及适应标定在应用环境下即兴自定义相关结构的工具等优点。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于光学定位的工具标定系统，包括：

工具体位置标定模块，用于在所述待标定工具上固定设置第一光学标记体，以标定所述待标定工具的整体位置；

尖端及径向标定模块，用于在所述待标定工具的尖端位置或径向方向上，通过标定工装固定所述待标定工具的尖端位置或径向方向，并在所述标定工装上设置第二光学标记体，以标定所述待标定工具的尖端位置或径向方向；

姿态读取模块，用于读取所述第一光学标记体以及所述第二光学标记体的姿态信息；

姿态计算模块，用于通过所述第一光学标记体以及所述第二光学标记体的姿态信息，以及所述第二光学标记体的姿态信息与所述待标定工具的尖端位置或径向方向的固定转换关系，计算出所述待标定工具的尖端位置或径向方向与所述第一光学标记体的转换关系。

进一步地，在所述尖端及径向标定模块中，所述标定工装，具体包括：固定连接的标定机构和光学标记结构；

所述标定机构，用于设置适配各种待标记工具，标定机构包括标定位和标定通道在内的标定结构，其中，所述标定位用于标定需标定尖端位置的所述待标定工具，所述标定通道用于标定需标定径向方向或需同时标定尖端位置和径向方向的所述待标定工具；

所述光学标记结构，用于设置所述第二光学标记体。