CN113081266A - 机器人配准方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

机器人配准方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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    • A61B2034/2068—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis using pointers, e.g. pointers having reference marks for determining coordinates of body points

Abstract

本发明提供一种机器人配准方法、装置、电子设备及存储介质，在机器臂法兰运动过程中的第一时刻，记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标；根据追踪球在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及预先确定的机器臂法兰与追踪球之间的位置关系，确定机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；根据机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在第一时刻、在机器臂坐标系下的位置坐标，确定光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间的换算关系。

Description

机器人配准方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人配准方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
配准是指同一目标的两幅或者两幅以上的图像在空间位置的对准。机器人在使用过程中通常会涉及到同一目标在不同三维空间坐标系下的多个图像的对齐，因此需要对机器人进行配准操作。
以手术导航机器人为例，在临床手术的过程中，机器臂的末端安装有手术器械，手术器械在机器臂的带动下运动，手术器械在运动时的各个位置点由光学定位跟踪系统跟踪并记录对应的位置坐标。用于指挥机器臂末端运动的运动指令由机器人发出，该运动指令的坐标系是机器臂坐标系。为了核实机器臂末端的实际运动是否与运动指令相符，需要计算光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间的换算关系，即需要对手术导航机器人进行配准操作。
除了手术导航机器人外，工业机器人、消防机器人等其他应用领域的机器人同样需要对机器人进行配准操作。
在现有技术中，要解决机器人的配准问题需要借助第三方的仪器，如激光测距仪。由于需要借助第三方仪器，在配准复杂度和成本上都存在不足。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种机器人配准方法、装置、电子设备及存储介质。
本发明提供一种机器人配准方法，包括：
在机器臂法兰运动过程中的第一时刻，记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标；其中，所述追踪球安装在操作器械上，所述操作器械安装在所述机器臂法兰上；
根据追踪球在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及预先确定的机器臂法兰与追踪球之间的位置关系，确定机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；
根据机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在第一时刻、在机器臂坐标系下的位置坐标，确定光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间的换算关系。
根据本发明提供的一种机器人配准方法，在所述在机器臂法兰运动过程中的第一时刻，记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标之前，方法还包括：
以机器臂法兰为中心、在至少两个平面内转动安装有追踪球的操作器械，根据转动过程中所记录的追踪球的位置坐标与机器臂法兰的位置坐标，确定机器臂法兰与追踪球之间的位置关系。
根据本发明提供的一种机器人配准方法，所述在机器臂法兰运动过程中的第一时刻，记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标，包括：
在机器臂法兰运动过程中，在多个时刻分别记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标；
根据最小二乘法，对多个时刻记录的追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标进行计算，将计算结果作为追踪球在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；
根据最小二乘法，对多个时刻记录的机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标进行计算，将计算结果作为机器臂法兰在第一时刻、在机器臂坐标系下的位置坐标。
根据本发明提供的一种机器人配准方法，所述以机器臂法兰为中心、在至少两个平面内转动安装有追踪球的操作器械，根据转动过程中所记录的追踪球的位置坐标与机器臂法兰的位置坐标，确定机器臂法兰与追踪球之间的位置关系，包括：
以机器臂法兰为中心、在至少两个平面内以画圆的方式转动安装有追踪球的操作器械；
在转动过程中，由光学定位跟踪系统采集并记录所述追踪球的多个位置坐标；
根据所述追踪球的多个位置坐标拟合球心，根据所述球心的坐标得到机器臂法兰在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；
根据追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标，确定机器臂法兰与追踪球之间的位置关系。
根据本发明提供的一种机器人配准方法，所述根据追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标，确定机器臂法兰与追踪球之间的位置关系的计算公式为：
ONDI=P×MOP；
其中，ONDI为机器臂法兰在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标，MOP用于表示机器臂法兰与追踪球之间的位置关系；P表示追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的坐标。
根据本发明提供的一种机器人配准方法，所述根据追踪球在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及预先确定的机器臂法兰与追踪球之间的位置关系，确定机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标的计算公式为：
Omatch_NDI＝Pmatch_NDI×MOP；
其中，Omatch_NDI表示机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；Pmatch_NDI表示追踪球在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；MOP用于表示机器臂法兰与追踪球之间的位置关系。
根据本发明提供的一种机器人配准方法，所述根据机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在第一时刻、在机器臂坐标系下的位置坐标，确定光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间的换算关系的计算公式为：
Omatch_NDI＝Omatch_robot×M；
其中，Omatch_NDI表示机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标，Omatch_robot表示机器臂法兰在第一时刻、在机器臂坐标系下的位置坐标，M为用于表示光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间换算关系的矩阵。
本发明还提供了一种机器人配准装置，包括：
位置坐标记录模块，用于在机器臂法兰运动过程中的第一时刻，记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标；其中，所述追踪球安装在操作器械上，所述操作器械安装在所述机器臂法兰上；
位置坐标换算模块，用于根据追踪球在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及预先确定的机器臂法兰与追踪球之间的位置关系，确定机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；
坐标系换算关系确定模块，用于根据机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在第一时刻、在机器臂坐标系下的位置坐标，确定光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间的换算关系。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述机器人配准方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述机器人配准方法的步骤。
本发明提供的机器人配准方法、装置、电子设备及存储介质，通过在机器臂法兰上设置追踪球，跟踪并记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标，然后根据机器臂法兰与追踪球之间的位置关系，确定机器臂法兰在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标，最后根据同一时刻下，机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标，计算出光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间的换算关系。上述配准过程无需采用诸如激光测距仪的第三方设备，具有操作步骤简单、实用、灵活的优点；由于在配准过程中只涉及到机器臂法兰与追踪球的位置坐标变换，不涉及到其他部件，减少了坐标变换的中间环节，因此本发明的方法也具有精度高的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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他的附图。
图1为本发明的机器人配准方法所涉及的设备的示意图；
图2为本发明提供的机器人配准方法的流程图；
图3为本发明提供的机器人配准装置的结构示意图；
图4是本发明提供的电子设备的结构示意图。
附图标记：
101：光学定位跟踪系102：机器臂法兰；103：手术器械；统；
104：追踪球。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图4描述本发明的机器人配准方法、装置、电子设备及存储介质。
本发明的机器人配准方法可应用于手术机器人、工业机器人、消防机器人等多种用途的机器人。为了便于理解，在以下的实施例中，以手术机器人为例，对本发明的机器人配准方法做相应的说明。
图1为本发明的机器人配准方法所涉及的设备的示意图，如图1所示，所涉及的设备有光学定位跟踪系统101、机器臂法兰102、手术器械103和追踪球104。
光学定位跟踪系统101用于对机器臂法兰102和追踪球104进行位置跟踪，并记录机器臂法兰102和追踪球104在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标。
机器臂法兰102位于机器人机器臂的末端，其在机器人控制系统的指挥下运动。机器臂法兰102上安装有手术器械103，而手术器械103上安装有至少三个追踪球104。由于追踪球104与手术器械103在位置上十分接近，因此可将追踪球104的位置坐标视为手术器械103的位置坐标。
机器人可对机器臂法兰102和追踪球104进行位置跟踪，并记录机器臂法兰102和追踪球104在机器臂坐标系下的位置坐标。
本发明的机器人配准方法所要完成的工作是计算出同一物体在机器臂坐标系下的位置坐标与光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标下的位置坐标之间的换算关系，从而实现配准。
图2为本发明提供的机器人配准方法的流程图，如图2所示，本发明提供的机器人配准方法包括：
步骤201、在机器臂法兰运动过程中的第一时刻，记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标。
在机器人的使用过程中，机器臂法兰在控制指令的作用下运动。所述运动包括转动、水平方向运动、垂直方向运动等。机器臂法兰的运动会带动安装在机器臂法兰上的追踪球的运动。对机器臂法兰以及追踪球在运动过程中的位置坐标的跟踪与记录有助于实现不同坐标系下位置坐标之间的变换。
具体的说，在本实施例中，可利用机器臂法兰在空间画一个几何图形(如四边形、三角形、六边形等)。在机器臂法兰运动的过程中，由光学定位跟踪系统记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；由机器人记录机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标。
需要说明的是，机器臂坐标系的设置为本领域技术人员的公知常识；光学定位跟踪系统如何记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标，机器人如何记录机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标均为现有技术，因此不在此处做进一步说明。
步骤202、根据追踪球在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及预先确定的机器臂法兰与追踪球之间的位置关系，确定机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标。
机器臂法兰与追踪球之间的位置关系用于描述同一坐标系下的机器臂法兰的位置坐标与追踪球的位置坐标之间的差异。根据机器臂法兰与追踪球之间的位置关系，可实现在同一坐标系下，机器臂法兰的位置坐标与追踪球的位置坐标之间的相互转换。在本实施例中，机器臂法兰与追踪球之间的位置关系是预先确定的，在其他实施例中，将对该位置关系的生成过程进行说明。
在之前的步骤中，已经记录了在机器臂法兰运动的第一时刻，追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标。而机器臂法兰与追踪球之间的位置关系又是预先确定的，由于机器臂法兰与追踪球之间的位置相对固定，因此，在本实施例中，可利用机器臂法兰与追踪球之间的位置关系以及追踪球在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标，计算出机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标。
对应的计算公式为：
Omat_NDI＝Pmatch_NDJ×MOP；
其中，Omatch_NDI表示机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；Pmatch_NDI表示追踪球在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；MOP用于表示机器臂法兰与追踪球之间的位置关系。
步骤203、根据机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在第一时刻、在机器臂坐标系下的位置坐标，确定光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间的换算关系。
在之前的步骤中，已经得到了同一时刻(第一时刻)、同一物体(机器臂法兰)在光学定位跟踪系统坐标系与机器臂坐标系中各自的坐标，因此在本步骤中，可据此计算出光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间的换算关系。
对应的计算公式为：
Omatch_NDI＝Omatch_robot×M；
其中，Omatch_NDI表示机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标，Omatch_robot表示机器臂法兰在第一时刻、在机器臂坐标系下的位置坐标，M为用于表示光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间换算关系的矩阵。
本发明提供的机器人配准方法通过在机器臂法兰上设置追踪球，跟踪并记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标，然后根据机器臂法兰与追踪球之间的位置关系，确定机器臂法兰在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标，最后根据同一时刻下，机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标，计算出光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间的换算关系。上述配准过程无需采用诸如激光测距仪的第三方设备，具有操作步骤简单、实用、灵活的优点；由于在配准过程中只涉及到机器臂法兰与追踪球的位置坐标变换，不涉及到其他部件，减少了坐标变换的中间环节，因此本发明的方法也具有精度高的优点。
基于上述任一实施例，在本实施例中，在所述在机器臂法兰运动过程中的第一时刻，记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标之前，方法还包括：
以机器臂法兰为中心、在至少两个平面内转动安装有追踪球的操作器械，根据转动过程中所记录的追踪球的位置坐标与机器臂法兰的位置坐标，确定机器臂法兰与追踪球之间的位置关系。
在前一实施例中，机器臂法兰与追踪球之间的位置关系是预先确定的。在本实施例中，对机器臂法兰与追踪球之间的位置关系的确定过程做进一步描述。
在本实施例中，在如图1所示将追踪球104安装在手术器械103上、且将手术器械103安装在机器臂法兰102上之后，以机器臂法兰为中心，在两个平面内分别画两个半圆。本领域技术人员很容易理解，这两个半圆并不处于同一平面上，因此可视为一个球体的一部分。
在机器臂法兰画半圆的过程中，光学定位跟踪系统会采集追踪球104的多个离散的位置点，并记录这些位置点在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标。在本实施例中，所记录的位置点的数量为20，因此可将这些位置点的坐标记为
Figure BDA0002995007030000101
由于机器臂法兰画半圆的过程是以机器臂法兰为中心，因此通过为两个半圆所在的球(可根据前述采集到的追踪球的多个位置点坐标得到半圆所在的球)拟合球心，可计算出机器臂法兰在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标。在本实施例中，可将机器臂法兰在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标记为ONDI。需要说明的是，光学定位跟踪系统坐标系的设置是本领域技术人员的公知常识，因此不在本实施例中对其做进一步的描述。
在配准过程中，机器臂法兰与追踪球之间的相对位置是固定的，因此，可根据之前所采集到的位置坐标，计算机器臂法兰与追踪球之间的位置关系。具体的计算公式为：
ONDI＝P×MOP；
其中，ONDI为机器臂法兰在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标，MOP用于表示机器臂法兰与追踪球之间的位置关系；P表示追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的坐标，可以是前述位置点坐标集合
Figure BDA0002995007030000111
中的任意一个。
本发明提供的机器人配准方法通过以机器臂法兰为中心、在至少两个平面内转动安装有追踪球的操作器械，根据转动过程中所记录的追踪球的位置坐标与机器臂法兰的位置坐标，确定机器臂法兰与追踪球之间的位置关系，利用该位置关系可进一步计算出光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间的换算关系。上述配准过程无需采用诸如激光测距仪的第三方设备，具有操作步骤简单、实用、灵活的优点；由于在配准过程中只涉及到机器臂法兰与追踪球的位置坐标变换，不涉及到其他部件，减少了坐标变换的中间环节，因此本发明的方法也具有精度高的优点。
基于上述任一实施例，在本实施例中，所述在机器臂法兰运动过程中的第一时刻，记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标，包括：
在机器臂法兰运动过程中，在多个时刻分别记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标；
根据最小二乘法，对多个时刻记录的追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标进行计算，将计算结果作为追踪球在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；
根据最小二乘法，对多个时刻记录的机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标进行计算，将计算结果作为机器臂法兰在第一时刻、在机器臂坐标系下的位置坐标。
在本发明中，基于追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标，最终确定光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间的换算关系。因此，位置坐标的准确度会决定配准精度。
在本实施例中，为了提高配准精度，修正误差，在采集追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标时，采取了多次采集位置坐标，并根据最小二乘法以及多次采集的结果确定最终采集结果的方式。
本发明提供的机器人配准方法通过多次采集追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标，并根据最小二乘法以及多次采集的结果，确定机器臂法兰在第一时刻、在机器臂坐标系下的位置坐标以及追踪球在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标。这样做有助于修正误差，提高配准精度。
下面对本发明提供的机器人配准装置进行描述，下文描述的机器人配准装置与上文描述的机器人配准方法可相互对应参照。
图3为本发明提供的机器人配准装置的示意图，如图3所示，本发明提供的机器人配准装置包括：
位置坐标记录模块301，用于在机器臂法兰运动过程中的第一时刻，记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标；其中，所述追踪球安装在操作器械上，所述操作器械安装在所述机器臂法兰上；
位置坐标换算模块302，用于根据追踪球在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及预先确定的机器臂法兰与追踪球之间的位置关系，确定机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；
坐标系换算关系确定模块303，用于根据机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在第一时刻、在机器臂坐标系下的位置坐标，确定光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间的换算关系。
本发明提供的机器人配准装置通过在机器臂法兰上设置追踪球，跟踪并记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标，然后根据机器臂法兰与追踪球之间的位置关系，确定机器臂法兰在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标，最后根据同一时刻下，机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标，计算出光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间的换算关系。上述配准过程无需采用诸如激光测距仪的第三方设备，具有操作步骤简单、实用、灵活的优点；由于在配准过程中只涉及到机器臂法兰与追踪球的位置坐标变换，不涉及到其他部件，减少了坐标变换的中间环节，因此本发明的方法也具有精度高的优点。
基于上述任一实施例，在本实施例中，装置还包括：
机器臂法兰与追踪球位置关系确定模块，用于以机器臂法兰为中心、在至少两个平面内转动安装有追踪球的操作器械，根据转动过程中所记录的追踪球的位置坐标与机器臂法兰的位置坐标，确定机器臂法兰与追踪球之间的位置关系。
本发明提供的机器人配准方法通过以机器臂法兰为中心、在至少两个平面内转动安装有追踪球的操作器械，根据转动过程中所记录的追踪球的位置坐标与机器臂法兰的位置坐标，确定机器臂法兰与追踪球之间的位置关系，利用该位置关系可进一步计算出光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间的换算关系。上述配准过程无需采用诸如激光测距仪的第三方设备，具有操作步骤简单、实用、灵活的优点；由于在配准过程中只涉及到机器臂法兰与追踪球的位置坐标变换，不涉及到其他部件，减少了坐标变换的中间环节，因此本发明的方法也具有精度高的优点。
图4是本发明提供的电子设备的结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(Communications Interface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行机器人配准方法，该方法包括：
在机器臂法兰运动过程中的第一时刻，记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标；其中，所述追踪球安装在操作器械上，所述操作器械安装在所述机器臂法兰上；
根据追踪球在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及预先确定的机器臂法兰与追踪球之间的位置关系，确定机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；
根据机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在第一时刻、在机器臂坐标系下的位置坐标，确定光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间的换算关系。
此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的机器人配准方法，该方法包括：
在机器臂法兰运动过程中的第一时刻，记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标；其中，所述追踪球安装在操作器械上，所述操作器械安装在所述机器臂法兰上；
根据追踪球在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及预先确定的机器臂法兰与追踪球之间的位置关系，确定机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；
根据机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在第一时刻、在机器臂坐标系下的位置坐标，确定光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间的换算关系。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的机器人配准方法，该方法包括：
在机器臂法兰运动过程中的第一时刻，记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标；其中，所述追踪球安装在操作器械上，所述操作器械安装在所述机器臂法兰上；
根据追踪球在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及预先确定的机器臂法兰与追踪球之间的位置关系，确定机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；
根据机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在第一时刻、在机器臂坐标系下的位置坐标，确定光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间的换算关系。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种机器人配准方法，其特征在于，包括：
在机器臂法兰运动过程中的第一时刻，记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标；其中，所述追踪球安装在操作器械上，所述操作器械安装在所述机器臂法兰上；
根据追踪球在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及预先确定的机器臂法兰与追踪球之间的位置关系，确定机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；
根据机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在第一时刻、在机器臂坐标系下的位置坐标，确定光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间的换算关系。
2.根据权利要求1所述的机器人配准方法，其特征在于，在所述在机器臂法兰运动过程中的第一时刻，记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标之前，方法还包括：
以机器臂法兰为中心、在至少两个平面内转动安装有追踪球的操作器械，根据转动过程中所记录的追踪球的位置坐标与机器臂法兰的位置坐标，确定机器臂法兰与追踪球之间的位置关系。
3.根据权利要求1或2所述的机器人配准方法，其特征在于，所述在机器臂法兰运动过程中的第一时刻，记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标，包括：
在机器臂法兰运动过程中，在多个时刻分别记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标；
根据最小二乘法，对多个时刻记录的追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标进行计算，将计算结果作为追踪球在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；
根据最小二乘法，对多个时刻记录的机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标进行计算，将计算结果作为机器臂法兰在第一时刻、在机器臂坐标系下的位置坐标。
4.根据权利要求2所述的机器人配准方法，其特征在于，所述以机器臂法兰为中心、在至少两个平面内转动安装有追踪球的操作器械，根据转动过程中所记录的追踪球的位置坐标与机器臂法兰的位置坐标，确定机器臂法兰与追踪球之间的位置关系，包括：
以机器臂法兰为中心、在至少两个平面内以画圆的方式转动安装有追踪球的操作器械；
在转动过程中，由光学定位跟踪系统采集并记录所述追踪球的多个位置坐标；
根据所述追踪球的多个位置坐标拟合球心，根据所述球心的坐标得到机器臂法兰在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；
根据追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标，确定机器臂法兰与追踪球之间的位置关系。
5.根据权利要求4所述的机器人配准方法，其特征在于，所述根据追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标，确定机器臂法兰与追踪球之间的位置关系的计算公式为：
ONDI＝P×MOP；
其中，ONDI为机器臂法兰在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标，MOP用于表示机器臂法兰与追踪球之间的位置关系；P表示追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的坐标。
6.根据权利要求1或2所述的机器人配准方法，其特征在于，所述根据追踪球在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及预先确定的机器臂法兰与追踪球之间的位置关系，确定机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标的计算公式为：
Omatch_NDI＝Pmat_NDI×MOP；
其中，Omatc_NDI表示机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；Pmatch_NDI表示追踪球在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；MOP用于表示机器臂法兰与追踪球之间的位置关系。
7.根据权利要求1或2所述的机器人配准方法，其特征在于，所述根据机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在第一时刻、在机器臂坐标系下的位置坐标，确定光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间的换算关系的计算公式为：
Omatch_NDI＝Omatch_robot×M；
其中，Omatch_NDI表示机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标，Omatch_robot表示机器臂法兰在第一时刻、在机器臂坐标系下的位置坐标，M为用于表示光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间换算关系的矩阵。
8.一种机器人配准装置，其特征在于，包括：
位置坐标记录模块，用于在机器臂法兰运动过程中的第一时刻，记录追踪球在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在机器臂坐标系下的位置坐标；其中，所述追踪球安装在操作器械上，所述操作器械安装在所述机器臂法兰上；
位置坐标换算模块，用于根据追踪球在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及预先确定的机器臂法兰与追踪球之间的位置关系，确定机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标；
坐标系换算关系确定模块，用于根据机器臂法兰在第一时刻、在光学定位跟踪系统坐标系下的位置坐标以及机器臂法兰在第一时刻、在机器臂坐标系下的位置坐标，确定光学定位跟踪系统坐标系中的位置坐标与机器臂坐标系中的位置坐标之间的换算关系。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述机器人配准方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述机器人配准方法的步骤。
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