(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211369302.7 (22)申请日 2022.11.03 (71)申请人 杭州柳叶刀机 器人有限公司 地址 310000 浙江省杭州市余杭区中泰街 道绿泰路5号 4幢5楼508 (72)发明人 周再望　黄志俊　刘金勇　钱坤　 (74)专利代理 机构 武汉天领众智专利代理事务 所(普通合伙) 42300 专利代理师 杨建军 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 基于VTK特征点变换的机器人标定方法、 系 统及存储介质 (57)摘要 本发明提出了一种基于VT K特征点变换的机 器人标定方法， 机器人的机械臂末端固定有用于 定位相机识别定位的参考阵列； 步骤S1， 保持机 械臂末端姿态 不变， 控制机械臂末端分别移动至 三个不同的点位， 采用VTK特征点变换函数， 得到 定位相机坐标系与机械臂基座坐标系的转换关 系以及机械臂末端TCP坐标系与参考阵列坐标系 的转换关系； 再调整机械臂末端的姿态后保持姿 态不变， 重复步骤S1的过程； 最后计算得到定位 相机坐标系与机械臂基座坐标系的变换参数以 及机械臂末端TCP坐标系与参考阵列坐标系的变 换参数。 本发明在标定过程中， 机械臂走位的次 数少， 大大地提升了标定效率； 且机械臂末端的 覆盖范围可以比较小， 可以适用于空间较小的手 术室。 权利要求书2页 说明书8页 附图1页 CN 115431278 A 2022.12.06 CN 115431278 A 1.一种基于VTK特征点变换的机器人标定方法， 机器人的机械臂末端固定有用于定位 相机识别定位的参考阵列； 定义： 参考阵列坐标系为Fdrf， 机械臂末端TCP坐标系为Ftcp， 机械 臂基座坐标系为Fbase， 定位相机坐标系为Fcamera； 其特征在于， 标定方法包括以下步骤： 步骤S1， 保持机械臂末端姿态不变， 即Fbase至Ftcp的旋转矩阵保持为 R0不变； 控制机械臂 末端分别移动至A点、 B点、 C点 三个不同的位置； 获取机械臂末端在A点、 B点、 C点时， Ftcp的原点在Fbase下的齐次坐标分别为 ， Fdrf的原点在Fcamera下的齐次坐标分别为 ； 设机械臂末端在A点、 B点、 C点时， Fd rf的原点在Fba s e下的齐次坐标分别为 ； 定义： 构成的有序点集为 ； 构成的有序点集为 ； 构成的有序点 集为 ； 设Ftcp至Fdrf的转换矩阵为 ； 设机械臂末端在A 点、 B点、 C点中任一位置时， Fbase至Ftcp的平移向量为 T， 则Fbase至Ftcp的 旋转矩阵为 ； 根据坐标系迭代转换关系得到， Fbase至Fdrf的转换矩阵为 ； 设Fcamera至Fbase的转换矩阵为 ； 则 ； 采用VTK函数库的特征点变换函数， 将 设定为变换函数的目标点集， 设定为变换函数的起始点集， 计算目标点集与起始点集之间的刚体空间变换关 系； 步骤S2， 将机械臂末端姿态从 R0改变为 ， 并保持机械臂末端姿态为 不变； 控制机械 臂末端移动至 点、 点、 点三个不同的位置； 采用与步骤S1相同的方法， 计算目标点 集与起始点 集之间的刚体空间变换关系； 步骤S3， 结合步骤S1和步骤S2中目标点集与起始点集之间的刚体空间变换关系， 计算 得到Fcamera至Fbase的旋转变换参数、 平移变换参数以及Ftcp至Fdrf的平移变换参数， 即完 成了 机械臂的定标工序。 2.如权利要求1所述基于VTK特征点变换技术的骨科机器人标定方法， 其特征在于， 所 述参考阵列包括刚性支架以及固定安装于刚性支架上的至少3个不对称布置的反光标识 物。 3.如权利要求1所述基于VTK特征点变换技术的骨科机器人标定方法， 其特征在于， 所 述定位相机为单目相机、 双目相机或深度相机 。 4.一种标定系统， 包括机器人、 安装在机器人的机械臂末端的参考阵列以及定位相机， 其特征在于， 用于执 行权利要求1至 3任一项所述的标定方法； 标定系统还 包括： 第一标定模块， 用于获取Ftcp的原点在Fbase下的齐次坐标以及Fdrf的原点在Fcamera下的齐 次坐标；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115431278 A 2第二标定模块， 用于获取 Fbase至Fdrf的转换矩阵； 分别与第一标定模块、 第二标定模块连接的第一计算模块， 用于计算目标点集与起始 点集之间的刚体空间变换关系； 与第一计算模块连接的第二计算模块， 用于计算Fcamera至Fbase的旋转变换参数、 平移变 换参数以及Ftcp至Fdrf的平移变换参数。 5.一种存储介质， 存储有计算机程序， 其特征在于， 计算机程序被控制器执行来实现权 利要求1至 3任一项所述标定方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115431278 A 3