[发明专利]一种机械臂末端激光指引验证方法

权利要求书

1.一种机械臂末端激光指引验证方法，其特征在于：包括步骤：

(1)通过光学跟踪系统识别机械臂末端上示踪器位姿及用于表征激光发射器发射的激光位姿的探测器上示踪器位姿，进而计算得到激光发射器发射的激光在机械臂末端上示踪器对应坐标系下的位姿；

(2)根据激光发射器发射的激光位姿通过右手定则建立激光坐标系，据此计算得到激光坐标系与机械臂末端上示踪器对应坐标系之间的变换关系；

(3)根据步骤(2)中激光坐标系与机械臂末端上示踪器对应坐标系之间的变换关系进行激光指引验证。

2.根据权利要求1所述的机械臂末端激光指引验证方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述探测器通过其尖端指引激光点位置以表征激光发射器发射的激光位姿。

3.根据权利要求2所述的机械臂末端激光指引验证方法，其特征在于：所述步骤(1)中，保持激光发射器位置不动并通过不同的平面得到在机械臂末端上示踪器对应坐标系下的不同激光点位置的坐标，以不同激光点构成直线即为激光发射器发射的激光，进而得到其位姿。

4.根据权利要求3所述的机械臂末端激光指引验证方法，其特征在于：以不同激光点构成直线为采用加权最小二乘法对各激光点进行拟合得到的直线。

5.根据权利要求3所述的机械臂末端激光指引验证方法，其特征在于：所述建立激光坐标系具体包括：

1)以不同激光点构成直线作为激光坐标系的z轴；

2)选取所述z轴上一点作为原点，按照右手定则建立与所述机械臂末端上建立的末端坐标系对齐的激光坐标系；其中，所述末端坐标系以在机械臂末端上导航通道轴线作为z轴，所述激光坐标系与末端坐标系对齐为二者x轴或y轴夹角最小。

6.根据权利要求5所述的机械臂末端激光指引验证方法，其特征在于：在得到激光坐标系的z轴后，判断机械臂末端坐标系的z轴向量与步骤1)中激光坐标系的z轴向量内积是否小于0；若小于，则对激光坐标系的z轴进行反向；若不小于，则不变，从而确定激光坐标系的z轴的正向。

7.根据权利要求6所述的机械臂末端激光指引验证方法，其特征在于：所述建立激光坐标系具体为：选取所述z轴上一点作为原点，按照右手定则选取其中垂直于激光坐标系z轴且与机械臂末端坐标系的y轴或x轴之间夹角最小的一条直线方向作为激光坐标系对应的坐标轴，通过右手定则确定激光坐标系的另一坐标轴，进而得到激光坐标系。

8.根据权利要求6所述的机械臂末端激光指引验证方法，其特征在于：选取其中垂直于激光坐标系z轴且与机械臂末端坐标系的y轴或x轴之间夹角最小的一条直线方向作为激光坐标系对应的坐标轴具体为：

随机选取垂直于激光坐标系z轴的一条直线方向作为候选y轴或x轴，并使其以1度为步长，绕激光坐标系z轴旋转360度，每次旋转后计算当前候选y轴或x轴所在向量与机械臂末端坐标系对应坐标轴所在向量之间的内积，若该内积小于0，则将其剔除；若该内积大于0，计算两向量的夹角余弦值；

得到其中夹角余弦值最大时对应的候选y轴或x轴即为最终激光坐标系的y轴或x轴。

9.根据权利要求1所述的机械臂末端激光指引验证方法，其特征在于：所述机械臂末端上示踪器有多组，通过光学跟踪系统识别各示踪器位姿，并根据计算得到的其中一组示踪器对应坐标系与激光坐标系之间的变换关系计算得到其他组示踪器对应坐标系与激光坐标系之间的变换关系。

10.根据权利要求1～9任一所述的机械臂末端激光指引验证方法，其特征在于：根据步骤(2)中激光坐标系与机械臂末端上示踪器对应坐标系之间的变换关系控制机械臂运动使得激光发射器发射的激光位姿发生改变，根据激光的实际位姿与目标位姿偏差是否在设定范围内对激光指引进行验证。