CN112729345A

CN112729345A - 用于光学定位器精度检测的方法及装置

Info

Publication number: CN112729345A
Application number: CN202011624057.0A
Authority: CN
Inventors: 刘岩; 李寅岩; 董瑞朋
Original assignee: Tinavi Medical Technologies Co Ltd
Current assignee: Tinavi Medical Technologies Co Ltd
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2040-12-30
Also published as: CN112729345B

Abstract

本申请提供一种用于光学定位器精度检测的方法及装置，涉及光学定位领域。用于光学定位器精度检测的方法包括：上位机控制光学定位器加载标定文件，得到多个标记点的理论坐标；上位机获取预先设置的标准精度检测工具的初始空间位置矩阵；上位机控制机械臂运动，使得标准精度检测工具按预设轨迹运动；在按预设轨迹运动过程中，光学定位器对标准精度检测工具多次采样，在每个采样位置，获得多个标记点的坐标；在每个采样位置，光学定位器通过多个标记点的坐标，与多个标记点的理论坐标，获得光学定位器的精度误差信息；上位机从光学定位器获得精度误差信息，通过精度误差信息确定光学定位器的精度指标。

Description

用于光学定位器精度检测的方法及装置

技术领域

本申请涉及光学定位领域，具体涉及一种用于光学定位器精度检测的方法。

背景技术

目前，光学定位器，尤指红外光学定位器，是基于双目视觉原理的光学测量仪器，其在测量定位、手术导航领域有着重要的作用。定位精度作为光学定位器最基本、最核心的指标，直接决定、影响了定位器的具体性能，直接反映了一款定位器的优劣程度。因此，设计出一种科学合理的光学定位器精度检测方法具有着重要的意义。

当前对于光学定位器精度检测的常规方法多是基于人工手持标准精度检测工具，通过光学定位器上位机软件上的提示，按照光学定位器预先设定的轨迹，在某一空间范围内移动标准的精度检测工具到指定位置。在此过程中光学定位器对精度检测工具进行追踪采样，记录下精度检测工具的空间位置信息以及定位误差信息，并写入到相应的日志记录中。此后，通过对以上空间位置信息以及定位误差信息进行相应的分析，给出最终的定位器精度检测结果。

目前基于人工的检测方法存在以下问题：人工的动作精准度有限，不易将标准精度检测工具准确移动到空间中指定位置，反复修正的过程增加了整体光学定位器精度检测的操作时长；人工手持标准精度检测工具时，可能会造成在每一次的精度检测过程中，因为沿预定轨迹移动的速度不均匀，造成了在不同位置的采样数量多少不一，这会导致每次精度检测的实际测量位置的权重不一，对最终光学定位器精度检测结果造成影响。

发明内容

基于此，本申请提供了一种用于光学定位器精度检测的方法及装置，引入机器人辅助光学定位系统精度检测，通过上位机控制机器人移动标准精度检测工具。

根据本申请的一方面，提出一种用于光学定位器精度检测的方法，用于光学定位器精度检测系统，所述光学定位器精度检测系统包括：

机器人，包括机械臂，可根据控制命令在空间内运动；

标准精度检测工具，设置于所述机械臂并随所述机械臂的运动而在空间内移动，包括多个标记点；

光学定位器，用于捕捉所述多个标记点并获得所述多个标记点的坐标；

上位机，与所述机器人、光学定位器通信连接；

所述方法包括：

所述上位机控制所述光学定位器加载标定文件，得到所述多个标记点的理论坐标；

所述上位机获取预先设置的所述标准精度检测工具的初始空间位置矩阵；

所述上位机控制所述机械臂运动，使得所述标准精度检测工具按预设轨迹运动；

在所述按预设轨迹运动过程中，所述光学定位器对所述标准精度检测工具多次采样，在每个采样位置，获得所述多个标记点的坐标；

在每个采样位置，所述光学定位器通过所述多个标记点的坐标，与所述多个标记点的理论坐标，获得所述光学定位器的精度误差信息；

所述上位机从所述光学定位器获得所述精度误差信息，通过所述精度误差信息确定所述光学定位器的精度指标。

根据一些实施例，在所述使得所述标准精度检测工具按预设轨迹运动之前，还包括：所述上位机控制所述机械臂运动，使得所述标准精度检测工具由摆放位置运动到与所述初始空间位置矩阵对应的初始位置。

根据一些实施例，所述上位机控制所述机械臂运动，使得所述标准精度检测工具由摆放位置运动到与所述初始空间位置矩阵对应的初始位置，包括：所述光学定位器获得所述标准精度检测工具在所述摆放位置的所述多个标记点的摆放位置坐标，通过所述多个标记点的摆放位置坐标和所述多个标记点的理论坐标，获得所述标准精度检测工具的摆放空间位置矩阵；所述上位机从所述光学定位器获得所述摆放空间位置矩阵，根据所述初始空间位置矩阵及所述摆放空间位置矩阵，获得初始空间移动矩阵；所述上位机根据所述初始空间移动矩阵控制所述机械臂运动，使得所述标准精度检测工具运动到所述初始位置。

根据一些实施例，所述预设运动轨迹包括：空间中多个按顺序连接的轨迹点位位置，对于每个所述轨迹点位位置，在所述上位机存储有轨迹点位空间位置矩阵，所述轨迹点位位置包括所述初始位置。

根据一些实施例，所述上位机控制所述机械臂运动，使得所述标准精度检测工具按预设轨迹运动，包括：从初始位置开始，所述光学定位器获得处于当前轨迹点位位置的所述标准精度检测工具的多个标记点的当前坐标，通过所述多个标记点的当前坐标和所述多个标记点的理论坐标，获得所述精度检测工具的当前轨迹点位空间位置矩阵；根据所述预设轨迹，所述上位机获得处于与所述当前轨迹点位位置顺序连接的目标轨迹点位位置的目标轨迹点位空间位置矩阵；所述上位机从所述光学定位器获得所述当前轨迹点位空间位置矩阵，根据所述当前轨迹点位空间位置矩阵和所述目标轨迹点位空间位置矩阵，获得目标空间移动矩阵；所述上位机根据所述目标空间移动矩阵控制所述机械臂运动至所述目标轨迹点位位置。

根据一些实施例，所述标准精度检测工具包括：刚性连接的第一多点工具和第二多点工具；所述第一多点工具和第二多点工具分别包括至少三个所述标记点。

根据一些实施例，所述光学定位器通过所述多个标记点的坐标，与所述多个标记点的理论坐标，获得所述光学定位器的精度误差信息，包括：

所述光学定位器获得所述第一多点工具的所述多个标记点的第一采样坐标；

所述光学定位器通过所述第一采样坐标和所述第一多点工具的多个标记点的理论坐标获得第一空间变换矩阵；

所述光学定位器通过所述第一多点工具的多个标记点的理论坐标和所述第一空间变换矩阵获得所述第一多点工具的多个标记点的第一变换坐标；

所述光学定位器通过所述第一采样坐标和对应的所述第一变换坐标，获得所述第一多点工具的误差信息。

根据一些实施例，所述光学定位器通过所述多个标记点的坐标，与所述多个标记点的理论坐标，获得所述光学定位器的精度误差信息，还包括：所述光学定位器获得所述第二多点工具的所述多个标记点的第二采样坐标；所述光学定位器通过所述第二采样坐标和所述第二多点工具的多个标记点的理论坐标获得第二空间变换矩阵；所述光学定位器通过所述第二多点工具的多个标记点的理论坐标和所述第二空间变换矩阵获得所述第二多点工具的多个标记点的第二变换坐标；所述光学定位器通过所述第二采样坐标和对应的所述第二变换坐标，获得所述第二多点工具的误差信息。

根据一些实施例，所述光学定位器通过所述多个标记点的坐标，与所述多个标记点的理论坐标，获得所述光学定位器的精度误差信息，还包括：所述光学定位器通过所述第一空间变换矩阵和所述第二空间变换矩阵，获得所述第一多点工具与第二多点工具的距离误差。

根据一些实施例，所述光学定位器通过所述第一空间变换矩阵和所述第二空间变换矩阵，获得所述第一多点工具及第二多点工具的距离误差，包括：通过以下公式获得距离误差矩阵：

其中，RT1为所述第一空间变换矩阵，RT2为所述第二空间变换矩阵，ΔRT为所述距离误差矩阵；根据ΔRT，通过以下公式获得所述距离误差：

其中E_length为所述第一多点工具及第二多点工具的距离误差。

根据一些实施例，所述上位机从所述光学定位器获得所述精度误差信息，通过所述精度误差信息确定所述光学定位器的精度指标，包括：所述上位机基于所述精度指标，以点云的形式将所述光学定位器的精度进行可视化显示。

根据本申请的一方面，提出一种光学定位器精度检测方法，用于光学定位器精度检测系统，所述光学定位器精度检测系统包括：机器人，包括机械臂，可根据控制命令在空间内运动；标准精度检测工具，设置于所述机械臂并随所述机械臂的运动而在空间内移动，包括多个标记点；光学定位器，用于捕捉所述多个标记点并获得所述多个标记点的坐标；上位机，与所述机器人、光学定位器通信连接；所述方法用于上位机，所述方法包括：控制所述光学定位器加载标定文件，使所述光学定位器得到所述多个标记点的理论坐标；获取预先设置的所述标准精度检测工具的初始空间位置矩阵；控制所述机械臂运动，使得所述标准精度检测工具按预设轨迹运动；从所述光学定位器获得精度误差信息，通过所述精度误差信息确定所述光学定位器的精度指标。

根据本申请的一方面，提出一种光学定位器精度检测方法，用于光学定位器精度检测系统，所述光学定位器精度检测系统包括：机器人，包括机械臂，可根据控制命令在空间内运动；标准精度检测工具，设置于所述机械臂并随所述机械臂的运动而在空间内移动，包括多个标记点；光学定位器，用于捕捉所述多个标记点并获得所述多个标记点的坐标；上位机，与所述机器人、光学定位器通信连接；所述方法用于光学定位器，所述方法包括：加载标定文件，得到所述多个标记点的理论坐标；在所述标准精度检测工具按预设轨迹运动过程中，对所述标准精度检测工具多次采样，在每个采样位置，获得所述多个标记点的坐标；在每个采样位置，通过所述多个标记点的坐标，与所述多个标记点的理论坐标，获得所述光学定位器的精度误差信息；向所述上位机提供所述精度误差信息，使得所述上位机通过所述精度误差信息确定所述光学定位器的精度指标。

根据本申请的一方面，提出一种用于光学定位器精度检测系统的装置，所述光学定位精度检测系统包括：机器人，包括机械臂，可根据控制命令在空间内运动；标准精度检测工具，设置于所述机械臂并随所述机械臂的运动而在空间内移动，包括多个标记点；光学定位器，用于捕捉所述多个标记点并获得所述多个标记点的坐标；上位机，与所述机器人、光学定位器通信连接；所述装置包括：加载模块，加载标定文件，得到所述多个标记点的理论坐标；预设模块，获取预先设置的所述标准精度检测工具的初始空间位置矩阵；运动模块，控制所述机械臂运动，使得所述标准精度检测工具按预设轨迹运动；采样模块，在所述按预设轨迹运动过程中，对所述标准精度检测工具多次采样，在每个采样位置，获得所述多个标记点的坐标；误差计算模块，通过所述多个标记点的坐标，与所述多个标记点的理论坐标，获得所述光学定位器的精度误差信息；精度计算模块，通过所述精度误差信息确定所述光学定位器的精度指标。

根据本申请的一方面，提出一种电子设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如前述任一所述的方法。

根据本申请的一些实施例，解决了人工进行光学定位器精度检测时存在的操作复杂、耗时长、采样过程不均一等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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申请的一些实施例。

图1示出根据示例性实施例的光学定位器精度检测系统的示意图。

图2示出根据示例性实施例的用于光学定位器精度检测的方法的时序图。

图3示出根据示例性实施例的用于光学定位器精度检测的方法的流程图。

图4示出根据示例性实施例的另一用于光学定位器精度检测的方法的流程图。

图5示出根据示例性实施例的用于光学定位器精度检测的方法的装置的框图。

图6示出根据一示例性实施例的一种电子设备的框图。

附图标记说明：

1 上位机

2 光学定位器

3 骨科手术机器人

4 标准精度检测工具

5 PoE适配器

6 电源

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，根据示例性实施例光学定位器精度检测系统包括上位机1、光学定位器2、骨科手术机器人3、标准精度检测工具4、PoE适配器5、电源6。

其中，机器人3，根据实施例，具体可为六轴机器人，包括机械臂，可接收上位机1发送的指令并在时间和空间维度上精确运动。

标准精度检测工具4，根据实施例，刚性连接于机器人3的机械臂上，标准精度检测工具4包括多个标记点，进一步的，标准精度检测工具4由多个多点工具组成，其中每个多点工具包括至少三个标记点，根据一实施例，标准精度检验工具4由刚性连接的第一四点工具41和第二四点工具42，每个四点工具由四个反光球(即标记点)固定在球座上构成，此四个点在空间中可以共平面，也可以不共平面，但要能够确保所有点在光学定位器视野中运动的过程中不会发生互相遮挡的情况，且单个四点工具中四个点两两之间的空间距离要各不相同，距离的差距要在5mm以上，如此设置是为了使光学定位器2可以将此四个点区分开来，不至于使后续的计算过程因四个点的识别混淆而出现错误。标准精度检测工具4具有理想刚体的特性，即外界环境温度、物体运动等因素均不会使各标记点间的相对位置发生改变。

光学定位器2，根据一实施例，具体可为红外光学定位器，可通过加载标定文件得到标准精度检测工具4的各标记点的理论坐标，当标准精度检测工具4在视野内时，可捕捉其标记点并测量得到坐标，还可根据测量得到的坐标与前述理论坐标计算得出标准精度检测工具4以及第一四点工具41和第二四点工具42的空间位置矩阵，还可根据前述信息综合计算得出光学定位器2的精度误差信息。

上位机1，根据一实施例，与机器人3、光学定位器2通信连接，用于发送控制信号控制光学定位器2和机器人3的行为，并从光学定位器2接收精度误差信息，用以计算光学定位器2的精度指标。

根据一些实施例，上位机1可通过PoE适配器5与光学定位器2通信连接，PoE(Powerover Ethernet)即为以太网供电，PoE适配器5同时与电源6相连，在提供通信连接服务的同时为上位机1和光学定位器2供能。

利用机器人辅助进行光学定位器的精度检测相比较人工操作提升了标准精度检测工具按轨迹运动的精度，大幅提升了检测过程的效率；机器人控制标准精度检测工具运动过程中可以做到匀速运动，保证了在沿轨迹运动的各个位置采样密度均匀，使得精度检测结果的可靠性得到显著提升。

如图2所示，首先，上位机控制光学定位器加载标定文件，得到多个标记点的理论坐标。

根据示例实施例，对标准精度检验工具，使用自动三坐标设备，基于一个统一的世界坐标系，测量出每个四点工具的反光小球心在世界坐标系下的真实坐标位置关系数据，即标记点的理论坐标，根据此真实坐标位置关系数据生成可被光学定位器所识别的标定文件。光学定位器加载标定文件后即可获得标记点的理论坐标，供后续的精度检验过程使用。

之后，上位机获取预先设置的标准精度检测工具的初始空间位置矩阵。

根据示例实施例，用户可以将该初始空间位置矩阵数据输入上位机，标准精度检测工具的初始空间位置矩阵反映了标准精度检测工具和光学定位器初始的相对位置关系，该数据为一固定值，目的为使得多次检测光学定位器的精度时，使检测的起始位置保持一致，旨在基于同一基准线对多次检测结果进行比较与处理，如多次检测取平均结果等。

光学定位器采样获得标记点的坐标。

根据示例实施例，标准精度检测工具的标记点可被光学定位器捕捉而测量获得标记点在基于光学定位器的坐标系下的坐标。

根据另一示例实施例，光学定位器可根据测量得到的标准精度检测工具的标记点的坐标，与标记点的理论坐标，计算得到标准精度检测工具的空间位置矩阵。可采用本领域技术人员所熟知的一些计算方式，例如可使用Horn B K P,Hilden H M,NegahdaripourS.Closed-form solution of absolute orientation using unit quaternions(J.opt.soc.am.a,1987,5(7):1127-1135)或《基于四元数的三维坐标变换解析解的改进》(测绘通报2015年第6期)中公开的算法，此处不再赘述。后述中通过标记点的测量坐标与理论坐标得到空间位置矩阵的过程均使用前述方法，不再赘述。

根据示例实施例，空间位置矩阵，符号表示为RT，由将标记点视为一体而得到的空间位置信息转化得来，空间位置信息以被测光学定位器的世界坐标系为参考坐标系，包括旋转分量R，以及平移分量T，其中旋转分量R的形式支持3×3旋转矩阵、旋转向量、欧拉角、四元数等，平移分量T的形式则为：T＝[tx,ty,tz]。空间位置信息通过变换将旋转分量R和平移分量T合并成齐次形式的4×4空间变换矩阵RT，即：

根据示例实施例，在光学定位器精度检测开始之前，需要上位机控制机械臂运动，使得标准精度检测工具运动到与前述初始空间位置矩阵相对应的初始位置。

根据一实施例，将机器人放置于光学定位器视野内正前方约2米的位置，先对机器人进行粗摆放，即人工摆放到光学定位器视野中与预定初始位置相近的大致位置。此时利用光学定位器捕捉此位置的标记点的摆放位置坐标，根据摆放位置坐标与理论位置坐标，光学定位器计算得到标准精度检测工具在摆放位置的空间位置矩阵RT₀’。光学定位器将RT₀’传送给上位机，上位机通过初始空间位置矩阵RT₀和RT₀’计算得到初始空间移动矩阵ΔRT₀，其计算关系为：

RT₀＝ΔRT₀*RT₀',

ΔRT₀＝RT₀*(RT₀')^-1。

上位机根据ΔRT₀控制机械臂运动，使得标准精度检测工具运动到初始位置。

控制机械臂运动，使得标准精度检测工具按预设轨迹运动。

根据示例实施例，预设轨迹的位置需设置在光学定位器的主要工作距离范围的两端上，且轨迹上的任何部分不超出光学定位器的主要工作距离范围，例如光学定位器的主要工作距离为1500mm—2000mm，则分别在距离光学定位器视野内的1500mm处与2000mm设置预设轨迹。轨迹的设置既要保证标准精度检测工具的活动范围尽可能多地覆盖该光学定位器的视野区域，又要保证运动到的所有位置均处于待测光学定位器的视野范围内，同时需要避开光学定位器视野区域的边缘位置，因为视野边缘位置该区域附近捕获到的图像会出现畸变严重、像素亮度较低等现象，一定程度上影响了定位器的精度检测指标。此预设轨迹无特定形状，但原则上需要能使标准精度检测工具可在检测过程中可沿以光学定位器为基准的坐标系的X轴、Y轴和Z轴方向进行充分运动，且在多次检测过程中要保持形状一致。在上位机上预先存储有该预设轨迹的数据信息，具体的，预设轨迹由空间中多个按顺序连接的轨迹点位组成，对于每个轨迹点位，在上位机存储有标准精度检测工具在该轨迹点位的空间位置矩阵，预设轨迹的起始轨迹点位即为前述初始位置。

根据示例实施例，上位机控制机械臂按预设轨迹运动的具体过程为，从预设轨迹的初始位置开始，光学定位器捕捉并测量得到标记点在当前轨迹点位的坐标，根据标记点的当前轨迹点位坐标和理论坐标，计算得到标准精度检测工具在当前轨迹点位的空间位置矩阵。光学定位器将此当前点位空间位置矩阵传送给上位机，上位机通过预先存储的和当前轨迹点位顺序连接的下一轨迹点位的空间位置矩阵，例如RT’，与前述当前点位空间位置矩阵，例如RT，计算得到机械臂应移动的空间移动矩阵信息，例如ΔRT，其计算关系为：

ΔRT＝RT'*RT^-1,

上位机根据ΔRT控制机械臂运动，使标准精度检测工具运动到下一轨迹点位。之后重复前述步骤，直至标准精度检测工具沿预设轨迹运动完毕。

根据一实施例，在控制机械臂运动，使得标准精度检测工具按预设轨迹运动之前，需要按照预设轨迹进行一次模拟运动，确保机械臂运行过程中，预设轨迹的各位置均可到达，且整体运行过程中，精度检测工具一直处于光学定位器的可跟踪视野范围内。

根据示例实施例，在上位机控制机械臂正式运动前，需要先开启定位器的定位信息日志记录功能来采样、计算并保存相关的数据，日志记录包括：时间戳(记录该次定位信息采集的相对时间标志)；每个四点工具的空间位置矩阵；每个四点工具的各标记点的采样坐标；每个四点工具的精度误差信息。在控制机械臂运动过程中，光学定位器对标准精度检测工具多次采样并记录日志内容。

在每个采样位置，通过标记点的采样坐标和理论坐标进行计算，得到光学定位器的精度差信息。

根据示例实施例，需要对第一四点工具和第二四点工具分别进行采样与计算，得到第一四点工具的定位误差信息和第二四点工具的定位误差信息。

根据一实施例，对于单个四点工具，在每个采样位置，通过光学定位器得到该四点工具的标记点的采样坐标，由各标记点的采样坐标和理论坐标，计算得到该四点工具的空间变换矩阵RT_trans。此空间变换矩阵RT_trans的作用是：将此四点工具中每个标记点的理论坐标P₀，通过该空间变换矩阵RT_trans，变换到以光学定位器为参考坐标系下的对应采样坐标P_measure位置的附近，变换后的坐标记为变换坐标P_registration，使得四点工具每一个标记点的变换坐标与采样坐标距离的均方根最小，其计算关系如下：

P_registration＝RT_trans*P₀

前述对于单一标记点变换坐标与采样坐标的距离实际是由于光学定位器误差的存在而产生的，假设光学定位器无误差，那么变换坐标与采样坐标将完全一致，即他们的距离为0。该距离的大小即反映了光学定位器的精度。

根据一实施例，对于两个四点工具，需要对他们的第一空间变换矩阵RT1和第二空间变换矩阵RT2做计算，得到双四点工具的距离误差E_length。在光学定位器理想无误差的情况下，标准精度检测工具可以通过空间变换矩阵RT将其每一个标记点从理论坐标映射到采样坐标，每一个四点工具也可以通过此RT将其每一个标记点从理论坐标映射到对应的采样坐标，且误差为0，此时由于定位器理想无误差，RT1、RT2、RT关系如下：

RT1＝RT2＝RT，

而由于实际中定位器存在误差，RT1、RT2、RT关系如下：

RT1≈RT，

RT2≈RT，

RT1≠RT2，

这里RT1与RT2之间的所存在的差异，则是由定位器误差产生的，这里把RT1与RT2之间存在的差异定义为双四点工具距离误差E_length，用以表征两个四点工具间的相对的距离误差。

规定其中的某一个工具的定位信息RT1作为两个工具的基准，计算另外一个工具的定位信息RT2相对于RT1产生的误差作为两个四点工具间的相对的距离误差E_length，即：

RT1＝ΔRT*RT2，

根据一实施例，对于单个四点工具，还需要通过其标记点的变换坐标和采样坐标计算如下误差信息：

四点工具标记点配准误差FRE(Fiducial Registration Error)，是由四点工具各标记点的变换坐标和采样坐标得到的四点工具的配准误差均方根，具体计算公式如下：

四点工具的单点平均误差E_mean，是四点工具的各点变换坐标和采样坐标之间，各个对应点距离误差的平均值，表征了光学定位器对单个标记点定位存在误差的平均水平，具体计算公式如下：

四点工具单点最大误差E_max，是通过四点工具的各点的变换坐标和采样坐标计算得到的各个对应点距离误差的最大值，表征了光学定位器对单个标记点定位存在误差的最差水平，具体计算公式如下：

以上算式中，P_registration为变换坐标，P_measure为采样坐标，N为标记点的数量，i表示第i个标记点。

光学定位器将计算得到的精度误差信息发送给上位机，上位机通过精度误差信息，确定光学定位器的精度指标。

根据示例实施例，具体的，光学定位器将前述步骤中记录的定位信息日志发送给上位机，上位机对日志类的数据进行处理。

根据一实施例，需要预先针对定位信息日志进行数据清洗工作。

首先进行缺失值处理，删除掉所有有数据缺失(定位信息、误差信息缺失)的行数据，造成数据缺失的原因可能是定位器未识别到足够多的标记点，也可能是某一位置定位信息存在较大误差未能识别出相对应的工具，或者其他环境因素对定位器或四点工具的影响影响了定位器对工具的识别；

其次进行异常值处理，删除掉单点最大定位误差超出对应四点工具标定文件中“Marker Max Error”字段对应的值的行数据；每个单工具对应的标定文件中都规定了一个最大允许误差，超过该误差也可认为该次定位信息无效，因此需要删掉这些行的日志数据。

根据一实施例，需要对精度误差信息进行数据拟合。具体为，对精度误差信息中的各项误差(包括四点工具的单点平均误差E_mean，单点最大误差E_max，标记点配准误差FRE，双四点工具距离误差E_length)进行分布拟合，假设光学定位器的各项上述误差值服从一维高斯分布，Error～N(μ,σ²)，其中Error为各项误差值。

利用极大似然估计法，拟合出高斯分布参数，并计算各项误差的95分位。

假设样本服从正态分布N(μ,σ²)，则其似然函数为：

对其取对数的：

分别对μ,σ²求偏导，并令偏导数为0，得到：

解得：

σ²就是正态分布中μ,σ²的最大似然估计。

根据一实施例，上位机可根据上述数据拟合得到的结果，对光学定位器的精度指标进行可视化显示。

现已知各个时刻的标准精度检测工具在空间中的位置信息，以及在该时刻该位置上的定位误差信息(即[x,y,z]三维坐标信息，定位误差标量信息)，因此可以通过点云的形式将其可视化。点云中的每一个点都是某一时刻定位器采样到的标准精度检测工具的所在空间位置，同时该点上的颜色则反映了此刻定位精度的数值。定位误差的具体数值从0到最大允许定位误差，会映射到不同颜色上。即定位误差为0时，点云显示的颜色为蓝色，定位误差为最大允许定位误差时，点云显示的颜色为红色，其他位于中间的定位误差数值则按照具体数值大小映射到红蓝渐变色谱中。

如图3所示，在S301，控制光学定位器加载标定文件；在S303，获取预先设置的标准精度检测工具的初始空间位置矩阵；在S305从光学定位器获得精度误差信息，确定光学定位器的精度指标。其详细过程已在之前叙述，此处不再赘述。

如图4所示，加载标定文件，在S401，得到多个标记点的理论坐标；在S403，对标准精度检测工具多次采样，获得多个标记点的坐标；在S405，在每个采样位置，通过多个标记点的采样坐标与理论坐标，获得光学定位器的精度误差信息；在S407，向上位机提供精度误差信息。其详细过程已在之前叙述，此处不再赘述。

如图5所示，用于光学定位器精度检测的方法的装置可包括：

加载模块501、预设模块503、运动模块507、采样模块509、误差计算模块511、精度计算模块513。

加载模块501用于加载标定文件，得到所述多个标记点的理论坐标。

预设模块503用于获取预先设置的所述标准精度检测工具的初始空间位置矩阵。

运动模块507用于控制所述机械臂运动，使得所述标准精度检测工具按预设轨迹运动。

采样模块509用于在所述按预设轨迹运动过程中，对所述标准精度检测工具多次采样，在每个采样位置，获得所述多个标记点的坐标。

误差计算模块511用于通过所述多个标记点的坐标，与所述多个标记点的理论坐标，获得所述光学定位器的精度误差信息。

精度计算模块513用于通过所述精度误差信息确定所述光学定位器的精度指标。

装置执行与前面提供的方法类似的功能，其他功能可参见前面的描述，此处不再赘述。

图6示出根据一示例性实施例的一种电子设备的框图。

下面参照图6来描述根据本申请的这种实施方式的电子设备600。图6显示的电子设备600仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图6所示，电子设备600以通用计算设备的形式表现。电子设备600的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元610、至少一个存储单元620、连接不同系统组件(包括存储单元620和处理单元610)的总线630、显示单元640等。

其中，存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元610执行，使得处理单元610执行本说明书描述的根据本申请各种示例性实施方式的方法。例如，处理单元610可以执行前面描述的的方法。

存储单元620可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(RAM)6201和/或高速缓存存储单元6202，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)6203。

存储单元620还可以包括具有一组(至少一个)程序模块6205的程序/实用工具6204，这样的程序模块6205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

总线630可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。

电子设备600也可以与一个或多个外部设备6001(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备600交互的设备通信，和/或与使得该电子设备600能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口650进行。并且，电子设备600还可以通过网络适配器660与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器660可以通过总线630与电子设备600的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备600使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。根据本申请实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行根据本申请实施方式的上述方法。

软件产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该设备执行时，使得该计算机可读介质实现前述功能。

本领域技术人员可以理解上述各模块可以按照实施例的描述分布于装置中，也可以进行相应变化唯一不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

通过以上的实施例的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施例可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本申请实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等)执行根据本申请实施例的方法。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims

1.一种用于光学定位器精度检测的方法，用于光学定位器精度检测系统，所述光学定位器精度检测系统包括：

机器人，包括机械臂，可根据控制命令在空间内运动；

上位机，与所述机器人、光学定位器通信连接；

所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述使得所述标准精度检测工具按预设轨迹运动之前，还包括：

所述上位机控制所述机械臂运动，使得所述标准精度检测工具由摆放位置运动到与所述初始空间位置矩阵对应的初始位置。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述上位机控制所述机械臂运动，使得所述标准精度检测工具由摆放位置运动到与所述初始空间位置矩阵对应的初始位置，包括：

所述光学定位器获得所述标准精度检测工具在所述摆放位置的所述多个标记点的摆放位置坐标，通过所述多个标记点的摆放位置坐标和所述多个标记点的理论坐标，获得所述标准精度检测工具的摆放空间位置矩阵；

所述上位机从所述光学定位器获得所述摆放空间位置矩阵，根据所述初始空间位置矩阵及所述摆放空间位置矩阵，获得初始空间移动矩阵；

所述上位机根据所述初始空间移动矩阵控制所述机械臂运动，使得所述标准精度检测工具运动到所述初始位置。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设运动轨迹包括：

空间中多个按顺序连接的轨迹点位位置，对于每个所述轨迹点位位置，在所述上位机存储有轨迹点位空间位置矩阵，所述轨迹点位位置包括所述初始位置。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述上位机控制所述机械臂运动，使得所述标准精度检测工具按预设轨迹运动，包括：

从初始位置开始，所述光学定位器获得处于当前轨迹点位位置的所述标准精度检测工具的多个标记点的当前坐标，通过所述多个标记点的当前坐标和所述多个标记点的理论坐标，获得所述精度检测工具的当前轨迹点位空间位置矩阵；

根据所述预设轨迹，所述上位机获得处于与所述当前轨迹点位位置顺序连接的目标轨迹点位位置的目标轨迹点位空间位置矩阵；

所述上位机从所述光学定位器获得所述当前轨迹点位空间位置矩阵，根据所述当前轨迹点位空间位置矩阵和所述目标轨迹点位空间位置矩阵，获得目标空间移动矩阵；

所述上位机根据所述目标空间移动矩阵控制所述机械臂运动至所述目标轨迹点位位置。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标准精度检测工具包括：

刚性连接的第一多点工具和第二多点工具；

所述第一多点工具和第二多点工具分别包括至少三个所述标记点。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述光学定位器通过所述多个标记点的坐标，与所述多个标记点的理论坐标，获得所述光学定位器的精度误差信息，包括：

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述光学定位器通过所述多个标记点的坐标，与所述多个标记点的理论坐标，获得所述光学定位器的精度误差信息，还包括：

所述光学定位器获得所述第二多点工具的所述多个标记点的第二采样坐标；

所述光学定位器通过所述第二采样坐标和所述第二多点工具的多个标记点的理论坐标获得第二空间变换矩阵；

所述光学定位器通过所述第二多点工具的多个标记点的理论坐标和所述第二空间变换矩阵获得所述第二多点工具的多个标记点的第二变换坐标；

所述光学定位器通过所述第二采样坐标和对应的所述第二变换坐标，获得所述第二多点工具的误差信息。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述光学定位器通过所述多个标记点的坐标，与所述多个标记点的理论坐标，获得所述光学定位器的精度误差信息，还包括：

所述光学定位器通过所述第一空间变换矩阵和所述第二空间变换矩阵，获得所述第一多点工具与第二多点工具的距离误差。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述光学定位器通过所述第一空间变换矩阵和所述第二空间变换矩阵，获得所述第一多点工具及第二多点工具的距离误差，包括：

通过以下公式获得距离误差矩阵：

其中，RT1为所述第一空间变换矩阵，RT2为所述第二空间变换矩阵，ΔRT为所述距离误差矩阵；

根据ΔRT，通过以下公式获得所述距离误差：

11.如权力要求1所述的方法，其特征在于，所述上位机从所述光学定位器获得所述精度误差信息，通过所述精度误差信息确定所述光学定位器的精度指标，包括：

所述上位机基于所述精度指标，以点云的形式将所述光学定位器的精度进行可视化显示。

12.一种光学定位器精度检测方法，用于光学定位器精度检测系统，所述光学定位器精度检测系统包括：

机器人，包括机械臂，可根据控制命令在空间内运动；

上位机，与所述机器人、光学定位器通信连接；

所述方法用于上位机，所述方法包括：

控制所述光学定位器加载标定文件，使所述光学定位器得到所述多个标记点的理论坐标；

获取预先设置的所述标准精度检测工具的初始空间位置矩阵；

控制所述机械臂运动，使得所述标准精度检测工具按预设轨迹运动；

从所述光学定位器获得精度误差信息，通过所述精度误差信息确定所述光学定位器的精度指标。

13.一种光学定位器精度检测方法，用于光学定位器精度检测系统，所述光学定位器精度检测系统包括：

机器人，包括机械臂，可根据控制命令在空间内运动；

上位机，与所述机器人、光学定位器通信连接；

所述方法用于光学定位器，所述方法包括：

加载标定文件，得到所述多个标记点的理论坐标；

在所述标准精度检测工具按预设轨迹运动过程中，对所述标准精度检测工具多次采样，在每个采样位置，获得所述多个标记点的坐标；

在每个采样位置，通过所述多个标记点的坐标，与所述多个标记点的理论坐标，获得所述光学定位器的精度误差信息；

向所述上位机提供所述精度误差信息，使得所述上位机通过所述精度误差信息确定所述光学定位器的精度指标。

14.一种用于光学定位器精度检测系统的装置，所述光学定位精度检测系统包括：

机器人，包括机械臂，可根据控制命令在空间内运动；

上位机，与所述机器人、光学定位器通信连接；

所述装置包括：

加载模块，加载标定文件，得到所述多个标记点的理论坐标；

预设模块，获取预先设置的所述标准精度检测工具的初始空间位置矩阵；

运动模块，控制所述机械臂运动，使得所述标准精度检测工具按预设轨迹运动；

采样模块，在所述按预设轨迹运动过程中，对所述标准精度检测工具多次采样，在每个采样位置，获得所述多个标记点的坐标；

误差计算模块，通过所述多个标记点的坐标，与所述多个标记点的理论坐标，获得所述光学定位器的精度误差信息；

精度计算模块，通过所述精度误差信息确定所述光学定位器的精度指标。

15.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求12-13中任一所述的方法。