[发明专利]机器人辅助的显微注射系统的坐标标定方法

摘要

机器人辅助的显微注射系统的坐标标定方法，属于显微注射系统的坐标标定方法领域。现有的显微注射系统存在针尖移动定位效率低的问题。一种机器人辅助的显微注射系统的坐标标定方法，在当前视野区域的点阵选取M个点作为标定点，按设定的时间最优的路线操作机械臂，使针尖经过这些标定点并获得清晰图像，然后移动载物台到下一个视野区域，重复以上步骤完成N个视野区域，并记录第j个视野区域中点对应的机械臂坐标；计算坐标变换矩阵；期望针尖坐标和坐标变换矩阵计算得到对应的机械臂坐标，之后操作机械臂移动，使微量吸液管针尖能够移动到期望位置处。本发明具有避免重复定位问题、定位准确和工作效率高的优点。

主权项

1.一种机器人辅助的显微注射系统的坐标标定方法，其特征在于：所述方法通过以下步骤实现：步骤一、设显微镜载物台坐标系为O_s‑X_sY_sZ_s，原点O_s为初始位置；照相机坐标系为O_c‑X_cY_cZ_c，点O_c位于显微镜的物镜中央，Z_c为显微镜光轴；三自由度的机械臂坐标系为O_m‑X_mY_mZ_m；标定点阵图图像平面坐标系为O_i‑UV，原点O_i位于图像左上角；并确定：三自由度的机械臂坐标系和照相机坐标系之间的坐标转换矩阵为则三自由度的机械臂坐标系和照相机坐标系之间的转换关系为：其中，表示机械臂坐标点的向量坐标，表示照相机坐标点的向量坐标，R表示旋转变换矩阵，T表示平移变换向量；标定点阵图图像平面坐标系和照相机坐标系之间的坐标转换矩阵为则标定点阵图图像平面坐标系和照相机坐标系之间转换关系为：其中，表示标定点阵图图像平面坐标点的向量坐标，u和v分别是期望针尖在标定点阵图图像平面坐标系的视野区域中u轴方向和v轴方向上到达的位置的值，视野区域中的横向用u轴表示，视野区域中的纵向用v轴表示，表示照相机坐标系坐标；三自由度的机械臂坐标系和标定点阵图图像平面坐标系之间的坐标转换矩阵为则三自由度的机械臂坐标系和标定点阵图图像平面坐标系之间的转换关系为：其中，表示机械臂坐标点的向量坐标，表示标定点阵图图像平面坐标点的向量坐标，u和v分别是期望针尖在标定点阵图图像平面坐标系的视野区域中u轴方向和v轴方向上到达的位置的值；R表示旋转变换矩阵，T表示平移变换向量；步骤二、在标定点阵图图像中，设Δx表示横向相邻标定点间的距离，Δy表示纵向相邻标定点间的距离，且满足γ＝tan^‑1(Δx/Δy)，并计算机械臂在视野区域中完成移动的时间，从而将机械臂在视野区域中完成移动的时间最少的路线确定为时间最优的路线，γ表示机械臂在标定点阵图图像平面坐标系的视野区域中旋转后与横向u轴之间的夹角；步骤三、在当前视野区域的标定点点阵中选取M个标定点，按步骤二设定的时间最优的路线操作携带微量吸液管针尖的机械臂，使微量吸液管针尖经过这些标定点并获得清晰图像，然后移动载物台到下一个视野区域，直到N个视野区域全部完成，并记录第j个视野区域中第i个点(u_i,v_i)对应的机械臂坐标步骤四、利用机械臂坐标系与标定点阵图图像平面坐标系之间的坐标变换矩阵Θ₁中的平移变换向量T：和第j个视野区域对应的平移变换向量T：计算得到坐标变换矩阵和坐标变换矩阵式中，R表示机械臂坐标系与标定点阵图图像平面坐标系之间的旋转变换矩阵，且其中，λ表示显微镜放大倍数，δ_u表示沿u轴方向相邻像素的距离，δ_v表示沿v轴方向相邻像素的距离，α表示三自由度的机械臂坐标系中X轴与虚拟X轴之间的夹角；表示视野区域中M个点的坐标集合，分别表示N个视野区域中对应点处的机械臂的x轴坐标x^m之和、y轴坐标y^m之和、z轴坐标z^m之和；每个视野区域对应的载物台坐标为：以及分别表示每个视野区域对应的平移变换向量的x坐标、y坐标、z坐标；坐标变换矩阵Θ₁中平移变换向量：步骤五、在视野区域中任意选择一个期望针尖坐标(u_d,v_d)，利用坐标变换矩阵Θ₁计算得到对应的机械臂坐标之后操作机械臂移动，使微量吸液管针尖能够移动到期望针尖坐标(u_d,v_d)的位置处。