本申請涉及口腔醫(yī)療的，更具體地，涉及一種機械臂標定方法、裝置、機械臂及存儲介質。

背景技術：

1、由于機器人定位精度較高以及操作的可重復性，機器人在精準醫(yī)療領域廣受歡迎。例如，口腔種植牙手術。機械臂通過末端固定的相機獲取目標位置點的位姿，通過相機坐標系（camera?coordinate?system，ccs）與機械臂末端內稟的工具中心點坐標系（toolcentral?point，tcp）的變換關系，確定機械臂末端在實際空間的位姿，從而根據機械臂末端在實際空間的位姿引導機械臂運動至目標位置點。其中，相機坐標系與tcp坐標系之間的轉換關系則需要通過標定進行確定。

2、在相關技術中，通過兩步法求解位姿在基座坐標系與tcp坐標系之間的轉換關系，tcp坐標系與相機坐標系之間的轉換關系，以及相機坐標系與參考陣列坐標系之間的轉換關系構建矩陣方程，以求解旋轉矩陣和平移向量，進而根據旋轉矩陣和平移向量來確定相機坐標系與tcp坐標系之間的轉換關系。

3、然而，由于數(shù)值計算的不精確性或測量過程中的噪聲，會引入額外的誤差，從而影響確定相機坐標系與tcp坐標系之間的轉換關系的準確性，進而影響機器人在執(zhí)行精確手術任務時的性能。例如，執(zhí)行口腔種植牙手術。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，本申請?zhí)岢隽艘环N機械臂標定方法、裝置、機械臂及存儲介質，能夠有效提高確定相機坐標系與tcp坐標系之間的轉換關系的準確性。

2、第一方面，本申請實施例提供了一種機械臂標定方法，該機械臂標定包括：建立機械臂的x=x齊次變換矩陣方程；其中，x=x齊次變換矩陣方程為基座坐標系、tcp坐標系、相機坐標系與參考陣列坐標系之間的變換關系；基于四元數(shù)乘法算法，將x=x齊次變換矩陣方程轉換為=四元數(shù)微分方程；基于叉乘算法，將=四元數(shù)微分方程轉換為矩陣乘法方程，以得到包含x=x齊次變換矩陣方程中x矩陣轉換成四元數(shù)的標量以及x矩陣轉轉換成四元數(shù)的向量的目標矩陣；將目標矩陣轉換為四元數(shù)表達式；基于四元數(shù)的性質以及奇異值分解算法，確定四元數(shù)表達式的解，以確定相機坐標系與末端法蘭坐標系之間的轉換關系。

3、第二方面，本申請實施例還提供了一種機械臂標定裝置，該機械臂標定裝置包括：建立模塊，用于建立機械臂的a_ix=xb_iaix=bix齊次變換矩陣方程；其中，a_ix=xb_iaix=bix齊次變換矩陣方程為基座坐標系、tcp坐標系、相機坐標系與參考陣列坐標系之間的變換關系；第一執(zhí)行模塊，用于基于四元數(shù)乘法算法，將x=x齊次變換矩陣方程轉換為=四元數(shù)微分方程；?第二執(zhí)行模塊，用于基于叉乘算法，將=四元數(shù)微分方程轉換為矩陣乘法方程，以得到包含x=x齊次變換矩陣方程中x矩陣轉換成四元數(shù)的標量以及x矩陣轉轉換成四元數(shù)的向量的目標矩陣；第三執(zhí)行模塊，用于將目標矩陣轉換為四元數(shù)表達式；第四執(zhí)行模塊，用于基于四元數(shù)的性質以及奇異值分解算法，確定四元數(shù)表達式的解，以確定相機坐標系與末端法蘭坐標系之間的轉換關系。

4、第三方面，本申請實施例還提供了一種機械臂，包括處理器、存儲器以及一個或多個應用程序；一個或多個應用程序被存儲在存儲器中并被配置為由處理器執(zhí)行以實現(xiàn)上述機械臂標定方法。

5、第四方面，本申請實施例還提供了一種計算機可讀取存儲介質，計算機可讀取存儲介質中存儲有程序代碼，其中，在程序代碼被處理器運行時執(zhí)行上述機械臂標定方法。

6、本申請?zhí)峁┑募夹g方案，該機械臂標定方法包括：建立機械臂的x=x齊次變換矩陣方程；其中，x=x齊次變換矩陣方程為基座坐標系、tcp坐標系、相機坐標系與參考陣列坐標系之間的變換關系；基于四元數(shù)乘法算法，將x=x齊次變換矩陣方程轉換為=四元數(shù)微分方程；基于叉乘算法，將=四元數(shù)微分方程轉換為矩陣乘法方程，以得到包含x=x齊次變換矩陣方程中x矩陣轉換成四元數(shù)的標量以及x矩陣轉轉換成四元數(shù)的向量的目標矩陣；將目標矩陣轉換為四元數(shù)表達式；基于四元數(shù)的性質以及奇異值分解算法，確定四元數(shù)表達式的解，以確定相機坐標系與末端法蘭坐標系之間的轉換關系。由此，通過將x=x齊次變換矩陣方程轉換為矩陣乘法方程，以確定包含x矩陣轉換成四元數(shù)的標量以及x矩陣轉轉換成四元數(shù)的向量的目標矩陣，再通過四元數(shù)的性質以及奇異值分解算法，得到目標矩陣表示成四元數(shù)表達式的解，以標定相機坐標系與tcp坐標系之間的轉換關系，從而無需采用兩步法標定相機坐標系與tcp坐標系之間的轉換關系，以有效提高相機坐標系與tcp坐標系之間的轉換關系之間標定結果的準確性。

技術特征：

1.一種機械臂標定方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據權利要求1所述的機械臂標定方法，其特征在于，所述建立所述機械臂的aix=bix齊次變換矩陣方程，包括：

3.根據權利要求2所述的機械臂標定方法，其特征在于，所述方法還包括：

4.根據權利要求1-3任一所述的機械臂標定方法，其特征在于，所述基于四元數(shù)乘法算法，將x=x齊次變換矩陣方程轉換為=四元數(shù)微分方程，包括：

5.根據權利要求4所述的機械臂標定方法，其特征在于，所述基于叉乘算法，將所述=四元數(shù)微分方程轉換為矩陣乘法方程，以得到包含所述x=x齊次變換矩陣方程中x矩陣轉換成四元數(shù)的標量以及x矩陣轉轉換成四元數(shù)的向量的目標矩陣，包括：

6.根據權利要求5所述的機械臂標定方法，其特征在于，所述四元數(shù)表達式表示為=qx。

7.根據權利要求6所述的機械臂標定方法，其特征在于，所述基于四元數(shù)的性質以及奇異值分解算法，確定所述四元數(shù)表達式的解，包括：

8.一種機械臂標定裝置，其特征在于，所述裝置包括：

9.一種機械臂，其特征在于，包括：

10.一種計算機可讀取存儲介質，其特征在于，所述計算機可讀取存儲介質中存儲有程序代碼，所述程序代碼可被處理器調用執(zhí)行如權利要求1-7任一項所述的機械臂標定方法。

技術總結
本申請公開了一種機械臂標定方法、裝置、機械臂及存儲介質，該機械臂標定方法包括：建立機械臂的X=X齊次變換矩陣方程；基于四元數(shù)乘法算法，將X=X齊次變換矩陣方程轉換為=方程；基于叉乘算法，將=方程轉換為矩陣乘法方程；基于四元數(shù)的性質和奇異值分解算法，確定以四元數(shù)表達式表示的目標矩陣的解，以確定相機坐標系與末端法蘭坐標系之間的轉換關系。由此，通過目標矩陣、四元數(shù)的性質以及奇異值分解算法，得到目標矩陣的解，可以有效提高標定相機坐標系與TCP坐標系之間的轉換關系的準確性。

技術研發(fā)人員：李煥宇,張子健,黃志俊
受保護的技術使用者：浙江柳葉刀機器人有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9