[实用新型]一种基于光学定位的工具标定器

说明书

本实用新型涉及工具标定技术领域，公开了一种基于光学定位的工具标定器，包括：标定机构和光学标记机构；标定机构，用于设置适配各种待标记工具的包括标定位和标定通道在内的标定结构；光学标记机构，用于根据光学标记机构上的第一光学标记体与标定机构上的标定位和标定通道的固定姿态转换关系，以及待标记工具上的第二光学标记体的姿态矩阵，推算出待标记工具的尖端位置或径向结构相对于第二光学标记体的姿态转换矩阵。具有结构简单，成本低，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。

技术领域

本实用新型涉及工具标定技术领域，更具体地说，它涉及一种基于光学定位的工具标定器。

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通过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。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种基于光学定位的工具标定器，具有结构简单，成本低，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。

本实用新型的上述实用新型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器，包括：标定机构和光学标记机构；

所述标定机构与所述光学标记机构固定连接；

所述标定机构，用于设置适配各种待标记工具的包括标定位和标定通道在内的标定结构；

所述光学标记机构，用于通过光学镜头读取所述光学标记机构上的第一光学标记体的姿态矩阵，进而根据所述光学标记机构上的所述第一光学标记体与所述标定机构上的所述标定位和所述标定通道的固定姿态转换关系，以及待标记工具上的自身的第二光学标记体的姿态矩阵，推算出所述待标记工具的尖端位置或径向结构相对于所述第二光学标记体的姿态转换矩阵。

进一步地，所述工具标定器，当对所述待标记工具的尖端位置或径向结构进行标定时，在所述标定机构上选择对应尺寸的所述标定位或所述标定通道，将所述待标记工具的尖端放入所述标定位中，或将所述待标记工具的径向结构伸入所述标定通道中，使用光学镜头同时获取所述第一光学标记体的姿态信息以及所述待标记工具上的所述第二光学标记体的姿态矩阵推导出所述待标记工具的尖端位置或径向结构相对于所述第二光学标记体的姿态转换矩阵。

进一步地，所述标定机构上的所述标定位，用于对包括探针的尖端、探钩的尖端、电钻的尖端在内的尖端位置进行标定；