[发明专利]一种医疗机器人DH参数标定方法

权利要求书

1.一种医疗机器人DH参数标定方法，其特征在于，包括：

建立医疗机器人的运动学模型和相机的成像模型；

基于医疗机器人的运动学模型与相机的成像模型确定的系统位置信息和姿态信息，来建立误差方程；

根据误差方程确定最优化问题的目标函数，通过求解目标函数取得最小值时的参数取值，来确定机器人DH参数，即实现机器人参数的标定；

其中，所述基于医疗机器人的运动学模型与相机的成像模型确定的系统位置信息和姿态信息，来建立误差方程包括：

根据DH参数建模方法对机器人建立运动学模型，获得矩阵与表达式：

式中，c表示余弦函数，s'表示正弦函数，α_p-1、θ_p、d_p均为DH参数；

根据建立的医疗机器人的运动学模型和相机的成像模型，获得下式：

其中，中包含了20个未知的DH参数，和已知的关节角增量；是相机坐标系和工具坐标系的转换矩阵；是相机坐标系和世界坐标系的转换矩阵；是机器人坐标系和世界坐标系的转换矩阵；

根据相机的成像模型建模方法，可得出下式，从而计算出相机坐标系和世界坐标系的转换矩阵

其中，(u_l，v_l)是像素坐标，(X_wl，Y_wl，Z_wl)是世界坐标系下的坐标，s是比例因子，M1是相机的内部参数，M2是相机的外部参数，l＝1,2...L，L表示采集数据的组数；在根据张正友标定法得到M1矩阵后，通过M1和标定板的已知信息计算各组M2，该式中的M2即为相机坐标系和世界坐标系的转换矩阵

在参数均为理想值条件下，等于但是由于系统各部分的实际值与理想值存在误差，导致二者并不相等，从而建立误差方程：

设X是待标定的参数组成的向量，改变N次关节角度，使相机从不同的位姿拍摄标定板，得到机器人关节角度数据；设：

以代替进行计算，得到误差方程组ε，其中第k个误差方程ε^k表示为：

其中，m＝1,2,3；n＝1,2,3,4；k＝1,2,...,12×N。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立医疗机器人的运动学模型和相机的成像模型包括：

使用DH参数建模方法对医疗机器人建立运动学模型，最终建立一DH模型参数表；

相机的成像模型是基于小孔成像的模型，并加以非线性修正得到；其中，在标定时，以棋盘格标定板作为相机的检测物体，把标定板所在的坐标系作为世界坐标系。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据误差方程确定最优化问题的目标函数，通过求解目标函数取得最小值时的参数取值，来确定机器人DH参数包括：

最优化问题的目标函数，通过矩阵表示为：

使用最优化库函数lsqnonlin对目标函数进行求解，根据取得最小值时的参数取值，来确定机器人DH参数。