CN111388103A - 一种锉刀及打拔器的校准方法 - Google Patents

一种锉刀及打拔器的校准方法 Download PDF

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Abstract

本公开实施例中提供了一种锉刀及打拔器的校准方法，属于设备校正技术领域，该方法包括：获取锉刀或打拔器和校准器在世界坐标系下的多个位姿信息；对所述多个位姿态信息进行分组处理，得到计算位姿分组和验证位姿分组；基于所述计算位姿分组和验证位姿分组，获取锉刀或打拔器的法线；基于预先测量的校准器上的多个位置点坐标，确定未知点的圆心坐标；基于所述圆心坐标和所述法线，对锉刀及打拔器进行校准。通过本公开的方案，能够有效的对锉刀及打拔器进行校准操作。

Description

一种锉刀及打拔器的校准方法
技术领域
本公开涉及设备校正技术领域，尤其涉及一种锉刀及打拔器的校准方法。
背景技术
随着科技发展，越来越多的手术台上出现了机器人及相关手术工具，这些工具能够给医生提供额外的技术指导及病人信息。这些额外技术支持和病人信息的准确度都基于前期准备过程中的工具校准。
发明内容
有鉴于此，本公开实施例提供一种锉刀及打拔器的校准方法，以至少部分解决现有技术中存在的问题。
本公开实施例提供了一种锉刀及打拔器的校准方法，包括：
获取锉刀或打拔器和校准器在世界坐标系下的多个位姿信息；
对所述多个位姿态信息进行分组处理，得到计算位姿分组和验证位姿分组；
基于所述计算位姿分组和验证位姿分组，获取锉刀或打拔器的法线；
基于预先测量的校准器上的多个位置点坐标，确定未知点的圆心坐标；
基于所述圆心坐标和所述法线，对锉刀及打拔器进行校准。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述获取锉刀或打拔器和校准器在世界坐标系下的多个位姿信息，包括：
将校准器装上锉刀或打拔器，根据锉刀或打拔器和校准器在世界坐标系下的位姿信息，计算并记录校准器第一滚动位置信息；
绕锉刀轴或打拔器轴转动校准器，使其世界坐标发生变化，计算并记录校准器在锉刀坐标系下的三个不同位姿下的位姿信息，得到第二滚动位置信息、第三滚动位置信息、第四滚动位置信息。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述对所述多个位姿态信息进行分组处理，得到计算位姿分组和验证位姿分组，包括：
将位姿信息分成两组[第一滚动位置信息,第二滚动位置信息,第四滚动位置信息]和[第一滚动位置信息,第三滚动位置信息,第四滚动位置信息]，其中，[第一滚动位置信息,第二滚动位置信息,第四滚动位置信息]作为计算结果，[第一滚动位置信息,第三滚动位置信息,第四滚动位置信息]作为验证结果。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于所述计算位姿分组和验证位姿分组，获取锉刀或打拔器的法线，包括：
利用第二滚动位置信息与第一滚动位置信息的差值，作为前后位姿变化产生的向量a，利用第四滚动位置信息与第二滚动位置信息的差值，得到向量b，向量a和向量b均垂直于锉刀轴或打拔器轴且向量a和向量b不共线，通过求向量a和向量b的叉积得到沿轴方向的向量，得到法线。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于预先测量的校准器上的多个位置点坐标，确定未知点的圆心坐标，包括：
先用预先设置的针尖在校准器上取一点，得到校准器的第一针点信息，利用所述针尖取校准器上另外四个点以计算法线及拟合圆心；
第一个方程：三点共面
Figure BDA0002472008130000021
其中，(x，y，z)分别表示未知点的空间坐标(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)分别表示已经测量得到的空间点坐标；
将该行列式方程写出后，可以得到一个平面方程，根据该平面方程的系数同样可以得到该平面的法线；
第二及第三个方程：圆半径相等
Figure BDA0002472008130000031
由此得到三个方程三个未知数(x,y,z)，解出(x,y,z)即为圆心坐标。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于所述圆心坐标和所述法线，对锉刀及打拔器进行校准，包括：
得到正确方向的法线后，记圆心坐标为C，与第一个测试点的坐标相减得到修正向量；
计算修正向量在法线方向上的投影长度L，最后将圆心坐标朝法线方向移动长度L即得到最终的顶点坐标。
本公开实施例中的方案，包括获取锉刀或打拔器和校准器在世界坐标系下的多个位姿信息；对所述多个位姿态信息进行分组处理，得到计算位姿分组和验证位姿分组；基于所述计算位姿分组和验证位姿分组，获取锉刀或打拔器的法线；基于预先测量的校准器上的多个位置点坐标，确定未知点的圆心坐标；基于所述圆心坐标和所述法线，对锉刀及打拔器进行校准。通过本公开的方案，提高了设备校准的效率和准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本公开实施例提供的锉刀及打拔器的校准方法的流程示意图；
图2为本公开实施例提供的锉刀的结构示意图；
图3为本公开实施例提供的锉刀顶点上可嵌入十字花部位的结构示意图；
图4为本公开实施例提供的校准器结构示意图；
图5为本公开实施例提供的用于获取校准器平面上一点的针的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
参见图1-5，本公开实施例中的一种锉刀及打拔器的校准方法，包括：
S101，获取锉刀或打拔器和校准器在世界坐标系下的多个位姿信息；
S102，对所述多个位姿态信息进行分组处理，得到计算位姿分组和验证位姿分组；
S103，基于所述计算位姿分组和验证位姿分组，获取锉刀或打拔器的法线；
S104，基于预先测量的校准器上的多个位置点坐标，确定未知点的圆心坐标；
S105，基于所述圆心坐标和所述法线，对锉刀及打拔器进行校准。
参见图2，图3，图4及图5，锉刀(Roller)及锉刀上的位姿传感器，顶部的十字花可旋转。打拔器顶部也有可旋转的螺纹，操作方法与锉刀相同，因此不单独赘述。在实现步骤S101-S105的过程中，先用预先设置的针尖在校准器上取一点，得到校准器的第一针点信息；利用所述针尖取校准器上另外四个点以计算法线及拟合圆心。
将校准器装上锉刀或打拔器，根据锉刀或打拔器和校准器在世界坐标系下的位姿信息，计算并记录校准器第一滚动位置信息；
绕锉刀轴或打拔器轴转动校准器，使其世界坐标发生变化，计算并记录校准器在锉刀坐标系下的三个不同位姿下的位姿信息，得到第二滚动位置信息、第三滚动位置信息、第四滚动位置信息；
将位姿信息分成两组[第一滚动位置信息,第二滚动位置信息,第四滚动位置信息]和[第一滚动位置信息,第三滚动位置信息,第四滚动位置信息]，其中，[第一滚动位置信息,第二滚动位置信息,第四滚动位置信息]作为计算结果，[第一滚动位置信息,第三滚动位置信息,第四滚动位置信息]作为验证结果；
利用第二滚动位置信息与第一滚动位置信息的差值，作为前后位姿变化产生的向量a，利用第四滚动位置信息与第二滚动位置信息的差值，得到向量b，向量a和向量b均垂直于锉刀轴或打拔器轴且向量a和向量b不共线，通过求向量a和向量b的叉积得到沿轴方向的向量，得到法线；
计算锉刀及打拔器顶点
第一个方程：三点共面
Figure BDA0002472008130000061
其中，其中，(x，y，z)分别表示未知点的空间坐标(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)分别表示已经测量得到的空间点坐标。
将该行列式方程写出后，可以得到一个平面方程，根据该平面方程的系数同样可以得到该平面的法线。
第二及第三个方程：圆半径相等
Figure BDA0002472008130000062
由此得到三个方程三个未知数(x,y,z)，解出(x,y,z)即为圆心坐标；
得到有正确方向的法线后，记圆心坐标为C，与第一个测试点相减(Point_1-Circle)得到修正向量offset，然后计算修正向量在法线方向上的投影长度L(带正负)，最后将圆心坐标朝法线方向移动长度L即得到最终的顶点坐标。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述获取锉刀或打拔器和校准器在世界坐标系下的多个位姿信息，包括：
将校准器装上锉刀或打拔器，根据锉刀或打拔器和校准器在世界坐标系下的位姿信息，计算并记录校准器第一滚动位置信息；
绕锉刀轴或打拔器轴转动校准器，使其世界坐标发生变化，计算并记录校准器在锉刀坐标系下的三个不同位姿下的位姿信息，得到第二滚动位置信息、第三滚动位置信息、第四滚动位置信息。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述对所述多个位姿态信息进行分组处理，得到计算位姿分组和验证位姿分组，包括：
将位姿信息分成两组[第一滚动位置信息,第二滚动位置信息,第四滚动位置信息]和[第一滚动位置信息,第三滚动位置信息,第四滚动位置信息]，其中，[第一滚动位置信息,第二滚动位置信息,第四滚动位置信息]作为计算结果，[第一滚动位置信息,第三滚动位置信息,第四滚动位置信息]作为验证结果。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于所述计算位姿分组和验证位姿分组，获取锉刀或打拔器的法线，包括：
利用第二滚动位置信息与第一滚动位置信息的差值，作为前后位姿变化产生的向量a，利用第四滚动位置信息与第二滚动位置信息的差值，得到向量b，向量a和向量b均垂直于锉刀轴或打拔器轴且向量a和向量b不共线，通过求向量a和向量b的叉积得到沿轴方向的向量，得到法线。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于预先测量的校准器上的多个位置点坐标，确定未知点的圆心坐标，包括：
先用预先设置的针尖在校准器上取一点，得到校准器的第一针点信息，利用所述针尖取校准器上另外四个点以计算法线及拟合圆心；
第一个方程：三点共面
Figure BDA0002472008130000071
其中，(x，y，z)分别表示未知点的空间坐标(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)分别表示已经测量得到的空间点坐标；
将该行列式方程写出后，可以得到一个平面方程，根据该平面方程的系数同样可以得到该平面的法线；
第二及第三个方程：圆半径相等
Figure BDA0002472008130000081
由此得到三个方程三个未知数(x,y,z)，解出(x,y,z)即为圆心坐标。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述基于所述圆心坐标和所述法线，对锉刀及打拔器进行校准，包括：
得到正确方向的法线后，记圆心坐标为C，与第一个测试点的坐标相减得到修正向量；
计算修正向量在法线方向上的投影长度L，最后将圆心坐标朝法线方向移动长度L即得到最终的顶点坐标。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种锉刀及打拔器的校准方法，其特征在于，包括：
获取锉刀或打拔器和校准器在世界坐标系下的多个位姿信息；
对所述多个位姿态信息进行分组处理，得到计算位姿分组和验证位姿分组；
基于所述计算位姿分组和验证位姿分组，获取锉刀或打拔器的法线；
基于预先测量的校准器上的多个位置点坐标，确定未知点的圆心坐标；
基于所述圆心坐标和所述法线，对锉刀及打拔器进行校准。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取锉刀或打拔器和校准器在世界坐标系下的多个位姿信息，包括：
将校准器装上锉刀或打拔器，根据锉刀或打拔器和校准器在世界坐标系下的位姿信息，计算并记录校准器第一滚动位置信息；
绕锉刀轴或打拔器轴转动校准器，使其世界坐标发生变化，计算并记录校准器在锉刀坐标系下的三个不同位姿下的位姿信息，得到第二滚动位置信息、第三滚动位置信息、第四滚动位置信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述多个位姿态信息进行分组处理，得到计算位姿分组和验证位姿分组，包括：
将位姿信息分成两组[第一滚动位置信息,第二滚动位置信息,第四滚动位置信息]和[第一滚动位置信息,第三滚动位置信息,第四滚动位置信息]，其中，[第一滚动位置信息,第二滚动位置信息,第四滚动位置信息]作为计算结果，[第一滚动位置信息,第三滚动位置信息,第四滚动位置信息]作为验证结果。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述计算位姿分组和验证位姿分组，获取锉刀或打拔器的法线，包括：
利用第二滚动位置信息与第一滚动位置信息的差值，作为前后位姿变化产生的向量a，利用第四滚动位置信息与第二滚动位置信息的差值，得到向量b，向量a和向量b均垂直于锉刀轴或打拔器轴且向量a和向量b不共线，通过求向量a和向量b的叉积得到沿轴方向的向量，得到法线。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预先测量的校准器上的多个位置点坐标，确定未知点的圆心坐标，包括：
先用预先设置的针尖在校准器上取一点，得到校准器的第一针点信息，利用所述针尖取校准器上另外四个点以计算法线及拟合圆心；
第一个方程：三点共面
Figure FDA0002472008120000021
其中，(x，y，z)分别表示未知点的空间坐标(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)分别表示已经测量得到的空间点坐标；
将该行列式方程写出后，可以得到一个平面方程，根据该平面方程的系数同样可以得到该平面的法线；
第二及第三个方程：圆半径相等
Figure FDA0002472008120000022
由此得到三个方程三个未知数(x,y,z)，解出(x,y,z)即为圆心坐标。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述圆心坐标和所述法线，对锉刀及打拔器进行校准，包括：
得到正确方向的法线后，记圆心坐标为C，与第一个测试点的坐标相减得到修正向量；
计算修正向量在法线方向上的投影长度L，最后将圆心坐标朝法线方向移动长度L即得到最终的顶点坐标。
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