[发明专利]一种医疗机器人DH参数标定方法

说明书

本发明公开了一种医疗机器人DH参数标定方法，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，来实现医疗机器人DH参数标定。本发明公开的方法，操作简单、成本较低，且可有效提高绝对定位精度。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种医疗机器人DH参数标定方法。

背景技术

机器人标定技术是机器人领域的重要技术之一，用于校正由于机器人加工与装配过程中带来的误差。

现有的机器人标定技术方法主要基于激光跟踪仪、三维坐标测量仪等设备。一方面，这类设备价格昂贵、操作复杂；另一方面，而且这些方法主要针对工业机器人，旨在提高机器人的重复定位精度，其仅能通过目标点的位置信息建立误差方程，无法使用姿态信息，因而具有局限性而且绝对定位精度有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种医疗机器人DH参数标定方法，其操作简单、成本较低，且可有效提高绝对定位精度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种医疗机器人DH参数标定方法，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，来确定最优的机器人DH参数，即实现机器人参数的标定。

进一步的，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。

进一步的，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_i，v_i)是像素坐标，(X_wi，Y_wi，Z_wi)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，i＝1,2...N，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