[发明专利]一种机械臂末端激光指引验证方法

说明书

本发明公开了一种机械臂末端激光指引验证方法，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。本发明可以对激光指引进行验证。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机械臂末端激光指引验证方法。

背景技术

肺癌是对人生命和健康危险最大的癌症之一，肺部活检是肺部肿瘤诊断的金标准。肺部活检手术需要具有丰富临床经验的医生取出病灶进行病理分析。在肺部活检手术中，采用手术导航系统进行指引操作，手术导航系统主要原理就是术前的CT影像坐标系和术中的空间坐标系进行配准，从而实现将手术器械实时显示在术前的CT影像坐标空间。

肺部穿刺活检是属于有创检查，患者有一定的痛苦，因而需要局部麻醉来减轻患者的痛苦，麻醉在病灶越近，则麻醉效果越好。为了提高医生麻醉的精准性，需要在导航设备上安装激光灯，指示病灶在人体表面的位置和方向，为了激光有精确的指引病灶的作用，需要计算出激光坐标系和末端示踪器坐标系的精确关系，但是由于加工和安装的误差，需要我们对激光坐标系和末端示踪器坐标系进行进一步验证，从而对激光指引做指引验证。

发明内容

发明目的：针对上述不足，本发明提出一种机械臂末端激光指引验证方法，可以得到激光坐标系和末端示踪器坐标系之间的变换关系，进而对激光指引进行验证。

技术方案：

一种机械臂末端激光指引验证方法，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。

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。

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。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。

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。

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。

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。