CN115381552A - 标定装置及标定方法、计算机可读存储介质和计算机设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种标定装置、方法、计算机可读存储介质和计算机设备。所述标定装置包括：安装平台、设于所述安装平台的标定单元，其中所述安装平台包括至少在上下、左右及前后方向上具有运动自由度的第一平台；所述标定单元包括设置于所述第一平台的至少三个非共线的第一光学定位标志和标定部，所述标定部与各所述第一光学定位标志之间的距离固定。当需要重新标定靶标时，可以现场利用光学导航设备快速标定。

Description

标定装置及标定方法、计算机可读存储介质和计算机设备

技术领域

本申请涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种标定装置及标定方法、计算机可读存储介质和计算机设备。

背景技术

通常利用靶标辅助手术器械的定位，以在使用手术器械的过程中跟踪手术器械的位置，对手术器械进行导航。使用前，需要对靶标进行标定，即得知靶标上的待标定部和靶标中光学定位标志的相对位置关系。

现有技术中大多使用三坐标机在实验室进行标定，测量时间长且标定场所受限。此外靶标使用过程中不可避免的会面临精度变化(如受运输、反复灭菌和多次操作等因素的影响，或者更换不同的反光球)。当靶标的临精度变化或类型变化时，现有的标定方式需要返回实验室重新标定靶标导致标定的时间和经济成本均很高。高精度靶标可以减少返回实验室重新标定的几率，但会增加靶标的制作和保存成本。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够适应于快速重新标定靶标需求的标定装置。此外，还提出一种标定方法、计算机可读存储介质和计算机设备。

一种标定装置，所述标定装置包括：安装平台、设于所述安装平台的标定单元，其中所述安装平台包括至少在上下、左右及前后方向上具有运动自由度的第一平台；所述标定单元包括设置于所述第一平台的至少三个非共线的第一光学定位标志和标定部，所述标定部与各所述第一光学定位标志之间的距离固定。

在一些实施例中，所述安装平台还包括第二平台，所述第一平台和所述第二平台上下设置且通过浮动机构相连，其中所述第一平台通过所述浮动机构相对于所述第二平台至少在上下、左右及前后方向上具有运动自由度。

在一些实施例中，所述第一平台和所述第二平台通过弹性件相连，和/或所述浮动机构还包括电磁驱动组件，所述电磁驱动组件配置为用于产生支撑第一平台相对于第二平台悬浮的磁场力。

在一些实施例中，所述电磁驱动组件包括置于所述第一平台和第二平台之间且配对使用的电磁铁和磁性件，所述电磁铁设置于所述第一平台和所述第二平台中之一，所述磁性件设于所述第一平台和所述第二平台中之另一；或，所述电磁驱动组件包括配对使用的两个电磁铁，两个电磁铁分别设置于所述第一平台和所述第二平台。

在一些实施例中，所述至少三个非共线的第一光学定位标志和所述标定部设于所述第一平台的同侧。

在一些实施例中，所述标定装置还包括载件，所述载件以可拆卸方式设置于所述第一平台，所至少三个非共线的第一光学定位标志和所述标定部均设于所述载件的表面。

在一些实施例中，所述标定部包括标定孔和/或标定探针。

在一些实施例中，所述标定孔为包括锥形底孔的盲孔。

在一些实施例中，所述标定孔还包括圆孔段和倒角，所述圆孔段连接所述倒角与所述锥形底孔，所述倒角位于所述标定孔的入口。

在一些实施例中，所述第一光学定位标志为主动发光元件或者反光元件。

一种标定方法，应用于以上任一项所述的标定装置，包括步骤：

重合靶标上的待标定部和所述标定装置中的标定部；

光学导航设备根据所述第一光学定位标志的位姿信息建立第一坐标系，并计算所述标定部在所述第一坐标系中的第一位姿信息；及，根据所述靶标上的第二光学定位标志的位姿信息，建立第二坐标系；

获取所述第一坐标系和所述第二坐标系在所述光学导航设备的坐标系下的转换关系；

根据所述第一位姿信息和所述转换关系计算所述待标定部在所述第二坐标系中的第二位姿信息；以及，

根据所述第二位姿信息和所述第二光学定位标志的位姿信息，建立所述待标定部和任一所述第二光学定位标志之间的相对位姿关系。

在一些实施例中，存储所述相对位姿关系形成标定文件。

一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例的方法。

一种计算机设备，包括计算机可读存储介质和处理器，所述计算机可读存储介质中储存有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一实施例的方法。

本申请中，需要重新标定靶标时，可以在现场利用光学导航设备基于第一光学定位标志建立基于所述标定装置的第一坐标系，及建立基于靶标的第二坐标系，然后重合靶标的待标定部与标定装置，从而获取第一坐标系和第二坐标系在导航设备的坐标系下的转换关系；然而根据第一位姿信息和所述转换关系计算待标定部在第二坐标系中的第二位姿信息；最后根据第二位姿信息和第二光学定位标志的位姿信息，建立待标定部和任一所述第二光学定位标志之间的相对位姿关系。上述过程可在现场利用光学导航设备快速完成，能够满足快速重新标定靶标的需求。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用以解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

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，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是本发明实施例的标定装置的立体结构示意图；

图2为本发明实施例的标定装置的应用场景图；

图3为本发明实施例的标定装置实施尖端靶标标定的示意图；

图4为本发明实施例的标定装置实施基座靶标标定的示意图；

图5为本发明实施例的标定装置实施平面靶标标定的示意图；

图6为本发明实施例的标定装置中安装平台的结构示意图；

图7为本发明实施例的安装平台上的第一平台的结构图；

图8为本发明实施例的标定探针安装于第一平台时的结构图；

图9至图11示意了本发明实施例的标定装置的工作流程的不同阶段；

图12为基于标定装置的第一坐标系的建立原理示意图；

图13为尖端靶标的结构示意图；

图14为基座靶标的结构示意图；

图15为平面靶标的结构示意图；

图16为本发明实施例的待标定装置的标定方法的流程图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，根据本发明一示例性实施例，一种标定装置1，应用于利用手术机器人的导航系统对靶标进行快速标定的场景。

如图1所示，标定装置1包括安装平台100、设于安装平台100的标定单元200，其中标定单元200包括至少三个非共线的第一光学定位标志210、标定部(例如标定部包括标定孔220和或标定探针230)。至少三个非共线的第一光学定位标志210配置为用以建立基于标定装置1的第一坐标系。标定部与各第一光学定位标志210之间的距离固定，即，标定部和任一第一光学定位标志210之间存在已知的几何位置关系。参考图3，标定孔220用于对接待标定部为尖端510的尖端靶标5。参考图5，标定探针230用于对接待标定部为锥形孔洞8的靶标。

参考图2和图3所示，图2示意了上述标定装置1的一应用场景。同时参考图1和图2，需要标定靶标时，此处以靶标为尖端靶标5为例，安装平台100可安装到手术台车2上，光学导航设备3负责识别标定装置1上的第一光学定位标志210和靶标上第二光学定位标志520的位姿，以获取它们的位姿信息。位姿信息包括坐标、角度等信息。

机械臂4末端则安装着标定用的夹具410，夹具410将尖端靶标5的夹持部530(见图13)夹持。通过机械臂4的运动，使尖端靶标5的待标定部(具体为尖端510)与标定装置1的标定孔220重合，并且根据事先设定好的程序，对尖端靶标5进行标定，进而得出尖端靶标5的配置文件。尖端靶标5的配置文件指尖端靶标5的待标定部510与尖端靶标5上的参考点(如第二光学定位标志520)之间的相对位姿关系。为方便快速安装，安装平台100包括快装接口(未图示)。例如，快装接口为可与手术台车2上快速扣合的卡扣结构。快装接口可以设置在安装平台100的底部。

由于标定单元200同时设置有标定孔220及标定探针230，通过这样的设置，能够在现场标定待标定部类型不同的靶标。

如图3至图5所示，为利用上述标定装置1实施不同类型的靶标标定的示意图。这些靶标可以是尖端靶标5、基座靶标6和平面靶标7。

具体地，图3为利用标定装置1实施尖端靶标5标定的示意图。其中尖端靶标5的待标定部为尖端510。标定装置1标定尖端靶标5时，夹具410夹持尖端靶标5的特定位置，夹持牢固后，机械臂4将尖端靶标5运动到标定孔220上方。然后机械臂4缓缓下降，使尖端靶标5的尖端510缓慢插入标定装置1中的标定孔220。

另外，为了避免机械臂4对第一光学定位标志210和第二光学定位标志520的遮挡，可以通过调整机械臂4的位姿，使得尖端靶标5上的至少三个第二光学定位标志520用于被光学导航设备3中的采集单元采集到位姿信息建立第二坐标系；以及，通过调整机械臂4的位姿，使得标定平台100上的至少三个第一光学定位标志210用于被光学导航设备3中的采集单元采集到位姿信息并建立第一坐标系。

进一步，在本申请其他实施例中，还可以是操作人员手持尖端靶标5使得尖端510和标定孔220的底部接触。图4为利用标定装置1实施基座靶标6标定的示意图。基座靶标6上的待标定部为能够与标定探针230的尖部231对接的锥形孔洞8(参考图14)。标定装置1标定基座靶标6时，夹具410夹持基座靶标6的特定位置，夹持牢固后，机械臂4将基座靶标6运动到标定探针230上方。然后机械臂4缓缓下降，使标定探针230的尖部231缓慢插入标定探针230般靶标中的锥形孔洞8。

图5为利用标定装置1实施平面靶标7标定的示意图。平面靶标7待标定部为一个或多个的锥形孔洞8，能够与标定探针230的尖部231对接。标定装置1标定平面靶标7时，夹具410夹持平面靶标7的特定位置，夹持牢固后，机械臂4将平面靶标7运动到标定探针230上方。然后机械臂4缓缓下降，使标定探针230的尖部231缓慢插入平面靶标7中的锥形孔洞8。实际中，为了确认需要的靶标平面，可重复上述步骤三次，对不同的锥形孔洞8进行测量，以确定靶标平面的位置。如图6所示，一些实施例中，安装平台100包括上下设置且通过浮动机构130相连的第一平台110、第二平台120，其中第一平台110通过浮动机构130相对于第二平台120至少在上下、左右及前后方向上具有运动自由度。标定单元200设置在第一平台110上。这样，标定单元200的标定孔220及标定探针230与靶标的待标定部进行对接时，第一平台110发生移动，使得标定孔220与靶标的尖端510之间相互对准配接，保证标定孔220的底部中心与尖端510对准，从而确保最终靶标的待标定部与标定孔220或标定探针230对接到位，从而提高标定精度。如图6中所示，图中X方向为上下方向，Y方向为左右方向，Z方向为前后方向。

在其他的实施方式中，第一平台110可不通过浮动机构130实现上述的运动自由度。例如，第一平台110配置为能够自动发生可恢复的变形，具体地其在受力时能够发生形变且蓄能以具有自动恢复原状的趋势，这样，标定单元200的标定孔220及标定探针230与靶标的待标定部进行对接时，第一平台110能发生移动，使得标定孔220与靶标的尖端510之间相互对准配接。

一并参考图2、图3、图6所示，对尖端靶标5的尖端510进行标定为例，夹具410夹住尖端靶标5，机械臂4向下运动并将尖端靶标5的尖端510插入标定单元200中的标定孔220内。此过程中，第一平台110受到向下的力时可以在X、Y及Z方向上相对于第二平台120调整位置，从而保证标定孔220与靶标的尖端510完全重合，即标定孔220的最低位置与尖端510相对对准，继而可以保证标定的精度。

浮动机构130的实现方式可以有多种。在本发明的一些实施例中，浮动机构130包括电磁驱动组件，其中电磁驱动组件配置为用于产生支撑第一平台110相对于第二平台120悬浮的磁场力。

示例性的，如图6所示，电磁驱动组件包括置于第一平台110和第二平台120之间且配对使用的电磁铁131和磁性件132，及连接第一平台110和第二平台120的弹性件133。其中，电磁铁131设置于第一平台110和第二平台120中之一，磁性件132设于第一平台110和第二平台120中之另一。

第一平台110包括相背离设置的第一下表面111和第一上表面112。第二平台120包括相背离设置的第二下表面121和第二上表面122。第一平台110的第一下表面111正对第二平台120的第二上表面122。示例性的，电磁铁131设置于第二平台120的第二上表面122，磁性件132设置于第一平台110的第一下表面111。电磁铁131通电时的磁极与磁性件132的磁极相反。尖端靶标5的尖端510与标定孔220对插时，电磁铁131通电产生磁场且给予磁性件132斥力。弹性件133则提供使第一平台110保持原始位置的弹性力。当第一平台110承受外力时，能够克服磁场力而在X、Y及Z方向运动。弹性件133则可以在上述外力消失后驱动第一平台110发生位移，使得标定孔220与靶标的尖端510之间相互对准配接，保证标定孔220的中心与尖端510对准。

故当尖端靶标5的尖端510与标定孔220对插时，如果尖端510与标定孔220不重合，则在尖端510传递给标定孔220的压力的作用下，标定单元200能够跟随第一平台110一起浮动以调整位置，继而在弹性件133的弹力作用下使得第一平台110发生位移，继而使得标定孔220与靶标的尖端510之间相互对准配接，保证标定孔220的中心与尖端510对准。

此外，电磁铁131通电时，也可以是给予磁性件132以吸力，此时在尖端靶标5的尖端510与标定孔220对插时传递给标定孔220的压力作用下，标定单元200也能够跟随第一平台110一起浮动以调整位置。

上述方案中，磁性件132安装在第一平台110上。此外，磁性件132还可以是与第一平台110形成为一体件，即第一平台110的局部为磁性材料值得。

在其他的实施例中，浮动机构130包括置于第一平台110和第二平台120之间且配对使用的两个电磁铁131，及连接第一平台110和第二平台120的弹性件133。其中，两个电磁铁131分别设置于第一平台110和第二平台120。尖端靶标5的尖端510与标定孔220对插时，两个电磁铁131通电均产生磁场且互斥或互相吸引。弹性件133则提供使第一平台110保持原始位置的弹性力。在尖端靶标5的尖端510与标定孔220对插时传递给标定孔220的压力作用下，标定单元200能够跟随第一平台110一起浮动以调整位置，从而保证标定孔220与尖端靶标5的尖端510完全重合。

弹性件133的类型不限制。较佳地，弹性件133为易于取得的弹簧。弹性件133的数量可以设置多个。示例如，弹性件133的数量可以为4个，沿围绕第二平台120的第二上表面122的周向上间隔布置。具体地，第二平台120为矩形，4个弹性件133均为弹簧，分别设置于第二平台120的上表面的一个拐角处。其中，弹簧的两端可分别固定在第二平台120和第一平台110上开设的定位孔(未图示)中。

上述方案中，利用电磁铁131通电时产生的磁场支撑第一平台110且允许第一平台110浮动；利用弹性件133使第一平台110复位保证标定孔220与尖端靶标5的尖端510完全重合。与设置复杂的多自由度结构(如多轴均可转动的多轴平台)相比，上述方案结构简单实用。

在另一些实施例中，第一平台110和第二平台120仅通过弹性件133相连，依靠弹性件133能够自动发生可恢复的变形的性质，来使得标定孔220与靶标的尖端510之间相互对准配接。即未设置电磁驱动组件，仅依靠弹性件133来使得标定孔220与靶标的尖端510之间相互对准配接。

标定单元200设置在第一平台110。较佳地，一并参考图1、图6和图7，标定单元200中的第一光学定位标志210、标定孔220及标定探针230均设置在第一平台110的第一上表面112。第一平台110的第一上表面112背对第二平台120。

标定孔220及标定探针230均设置在第一平台110的上表面。这样，标定不同类型的靶标时，靶标均可以置于第一平台110的第一上表面112的上方，无需切换靶标的位置，从而利于快速标定靶标。

靶标标定的过程中，需要利用光学导航设备3照射靶标上的多个第二光学定位标志520(参图3)。由于第一光学定位标志210也设于第一平台110的第一上表面112，使得第二光学定位标志520和第一光学定位标志210位于第一平台110的同一侧(即均位于第一平台110的上方)，光学导航设备3只需要向第一平台110上方照射即可，这样对光学导航设备3的结构及性能要求相对较低。

上述实施例中，标定单元200的第一光学定位标志210、标定孔220及标定探针230均直接设置于第一平台110的第一上表面112。在其他的实施例中，标定装置1还可以包括载件(未图示)，载件以可拆卸方式设置于安装平台100，第一光学定位标志210、标定孔220及标定探针230均设于载件的表面。载件可拆卸地安装于第一平台110。当需要现场标定不同规格的靶标时，可以将载件从安装平台100拆除，然后更换其他合适的标定单元200，从而方便更换第一光学定位标志210、标定孔220及标定探针230，利于快速标定靶标。

第一光学定位标志210可以是主动式第一光学定位标志，也开始被动式第一光学定位标志。例如，主动式第一光学定位标志可以是具备主动发光能力，其发出的光能够被光学导航设备3采集。被动式第一光学定位标志可以包括多个反光小球，该反光小球能够反射光，反射光能够被光学导航设备3采集。

如图1所示，示例性的，第一光学定位标志210的数量为至少4个，其为主动发光件，具体为自发光小球。如图7所示，第一平台110的第一上表面112开设有安装孔113。上述的自发光小球镶嵌在安装孔113中且突出第一平台110的第一上表面112。

第一光学定位标志210中有3个第一光学定位标志210之间的连线构成三角形，较佳地构成边长不等的三角形。使得光学导航设备3可以基于上述的三角形建立基于标定装置1的第一坐标系。剩余的第一光学定位标志210与上述3个第一光学定位标志210中任一个之间的距离均确定，可以用于验证该第一坐标系。

需要说明，建立第一坐标系的方法不限于上述方式。现有技术中任何适合的建立XYZ三坐标系的方式均可以应用于本发明实施例以建立第一坐标系。

如图7所示，本发明的一些实施例中，标定孔220为包括锥形底孔221的盲孔。进一步地，标定孔220还包括圆孔段222和倒角223，圆孔段222连接倒角223与锥形底孔221，倒角223位于标定孔220的入口。

锥形底孔221能够很好地定位与其相匹配的尖端510。当尖端靶标5的尖端510的角度与锥形孔的角度相匹配时，能够确保尖端510与锥形孔能完全重合。角度相匹配指二者的锥度相同。锥形底孔221应尽量过渡光滑。圆孔段222则与靶标的尖端510直径相匹配，可以使靶标尖端510无法在标定孔220中倾倒。倒角223则形成于圆孔段222与第一平台110的第一上表面112之间，便于靶标尖端510能够快速划入标定孔220中。

将尖端靶标5的尖端510插入标定孔220的过程中，尖端510首先可以在倒角223的引导下快速滑入标定孔220中；之后尖端靶标5的尖端510受到圆孔段222的约束而不会倾斜，继而能够顺利地进入锥形底孔221并与锥形底孔221重合，尖端靶标5的尖端510的顶点接触到锥形底孔221的底点。

如图8所示，标定探针230包括尖部231、与尖部231相连接的连接部232。尖部231用于与基座靶标6或平面靶标7的锥形孔洞8对接，以标定这两种靶标。连接部232可拆卸地固定于安装平台100，以使得尖部231位于安装平台100的一侧。

具体实施时，如图7所示，安装平台100的表面开设有固定孔114。所述连接部232卡持在所述固定孔114内。连接部232与固定孔114以可拆卸方式配合。

本申请中，靶标的待标定部不限于上述举例的尖端510和锥形孔洞8。例如，靶标的待标定部也可以是片状部(例如圆片)、圆形孔等。相应地，标定装置1的标定部不限于上述举例的包括锥形底孔22的标定孔220和标定探针210。如，靶标的待标定部是圆片时，标定装置1的标定部可以是与圆片尺寸适配的圆形孔。又例如，靶标的待标定部是圆形孔时，标定装置1的标定部可以是与圆形孔尺寸相适配的圆柱。

光学导航设备3用以根据第一光学定位标志210建立基于标定装置1的第一坐标系，及用以根据靶标上的第二光学定位标志建立基于靶标的第二坐标系。

示例性的，靶标上的第二光学定位标志520为反光小球。一具体的方案中，第二光学定位标志包括至少4个反光小球，至少4个反光小球中有3个反光小球之间的连线构成边长不等的三角形。使得光学导航设备3架构可以基于上述的三角形建立基于靶标的第二坐标系。剩余的反光小球中与上述3个反光小球中任一个之间的距离确定，可以用于验证该第二坐标系。需要说明，用于建立第二坐标系的第一光学定位标志210不限于上述方式。现有技术中任何适合的建立XYZ三坐标系的方式均可以应用于本发明实施例以建立第二坐标系。

机械臂4包括用于夹持靶标的夹具410。夹具410可设置为具有快换结构，能够快速拆装，可以根据需要更夹具410，以夹持不同类型的夹具410。夹具410为能够夹住靶标上特定位置，具体类型没有限制。示例性的，如图3所示，夹具410包括一对气动驱动的夹爪411。

下面结合上述标定装置1，通过描述使用该标定装置1标定不同类型靶标的过程来进一步阐述本发明实施例标定装置1的优点。如图9至图11，示意了标定装置1的使用流程。

以标定尖端靶标5为例。如图9所示，当标定流程开始后，光学导航设备3将通过收集标定装置1上的至少4个第一光学定位标志210(具体为自发光小球)的位置，建立一个基于标定装置1的第一坐标系。然后根据事先测量好的标定孔220、标定探针230与自发光小球的相对位置，计算出标定孔220、标定探针230在第一坐标系中的坐标。标定孔220、标定探针230与自发光小球的相对位置由标定装置1的几何数据确定，具体可以通过现有设备提前测量得到。

如图10所示，机械臂4通过夹具410夹住尖端靶标5的特定位置，夹持牢固后，光学导航设备3将通过照射尖端靶标5上的第二光学定位标志的多个第二光学定位标志520。第二光学定位标志520具体为反光小球，每个反光小球可视为一个第二光学定位标志点。光学导航设备3得到这些反光小球的位置，即或者第二光学定位标志520的位姿信息，并且通过这些反光小球建立一个基于靶标的第二坐标系。

如图11所示，结合参考图4，通过机械臂4的向下运动和安装平台中第一平台110的浮动，确保尖端靶标5的尖端510与标定孔220的锥形底孔221完全重合。标定孔220、标定探针230与第一光学定位标志210(自发光小球)的相对位置固定，因此标定孔220在第一坐标系中的坐标已知。故尖端靶标5的尖端510与锥形底孔211完全重合时，尖端靶标5的尖端510(待标定部)在第一坐标系下的位置也已知。

本发明的实施例中，对于尖端靶标5而言，待标定部的坐标具体指尖端靶标5的尖端510的坐标。其中，尖端510的坐标可利用靶标尖端510的顶点的坐标来表示。该顶点用以与锥形底孔211的底点接触。底点指在沿插入标定孔220的方向上，锥形底孔211中位置最靠前的一点。

具体地，尖端靶标5的尖端510与锥形底孔211完全重合，尖端靶标5的尖端510的顶点与锥形底孔211的底点重合。标定孔220与自发光小球的相对位置固定。锥形底孔211的底点在第一坐标系中的坐标已知。故尖端靶标5的尖端510与锥形底孔211完全重合，靶标尖端510的顶点在第二坐标系下的位置也已知，即与锥形底孔211的底点在第一坐标系中的坐标相同。这样得到靶标尖端510在第一坐标系中的第一位姿信息。

光学导航设备获取述第一坐标系和第二坐标系在所述导航设备的坐标系下的转换关系。

之后，根据靶标尖端510在第一坐标系中的第一位姿信息可以计算其在第二坐标系中的第二位姿信息。继而，根据第二位姿信息和第二光学定位标志520的位姿信息，可以建立靶标尖端510和任一第二光学定位标志520之间的相对位姿关系。

这里的相对位置关系，具体方式不限制。例如，可以是尖端510与第二光学定位标志520在第二坐标系中的坐标转换矩阵；又例如还可以是尖端510与第二光学定位标志520在第二坐标系中的坐标关系的方程式。

而对于基座靶标6或平面靶标7而言，待标定部的坐标指基座靶标6或平面靶标7的锥形孔洞8的坐标。其中，锥形孔洞8的坐标则利用指锥形孔洞8用于与探针的尖部231相接触的触点的坐标来表示。该触点是锥形孔洞8的底点。底点指在沿插入锥形孔洞8的方向上，锥形孔洞8中位置最靠前的一点。

如图12所示，示例性的，建立第一坐标系时的一种情况如下所示：

标定装置1的4个自发光小球分别命名为自发光小球A、自发光小球B、自发光小球C、自发光小球D。以自发光小球A的球心为坐标原点，以AB小球的球心连线为x轴，以AD小球的球心连线为y轴，同时根据右手法则可知，此坐标系的z轴为通过A小球球心，并垂直于纸面向上。本发明的实施例中，右手法则可以是：使大拇指、食指和中指彼此垂直，且分别用以指示Z轴、x轴和y轴。如此，基于标定装置1的第一坐标系得以建立。

图12中，E点代表标定探针230的位置，F点代表标定孔220位置。因为E点和F点在标定装置1上的相对位置已知，故可以得出E点和F点在第一坐标系中的坐标。

参考图13，图13示意了当靶标是尖端靶标5时，建立第二坐标系时的一种情况。尖端靶标5上设有4个反光小球，分别定义为反光球A1、反光球B1、反光球C1和反光球D1。建立第二坐标系时，以反光球A1的球心为第二坐标系的原点，以平行于B1、C1小球球心连线的线为X轴，且X轴正方向为从反光球B1指向反光球C1的球心。由反光球A1、反光球B1、反光球C1的球心可以确定一个XY平面，且根据右手法则，Y轴在XY平面垂直于X轴，Y轴正方向也可由右手法则确定。确定了XY平面、X轴正向及Y轴正向后即可确定Z轴及Z轴正向。图中Z轴省略未示出。

参考图14，图14示意了当靶标是基座靶标6时，建立第二坐标系时的一种情况。尖端靶标5上设有4个反光球，分别定义为反光球A2、反光球B2、反光球C2和反光球D2。以反光球A2的球心为第二坐标系的原点，以平行于反光球B2、反光球C2的球心连线的线为X轴，且X轴正方向为从反光球B2指向反光球C2的球心。由反光球A2、反光球B2、反光球C2的球心可以确定一个XY平面，且根据右手法则，Y轴在XY平面垂直于X轴，Y轴正方向也可由右手法则确定。确定了XY平面、X轴正向及Y轴正向后即可确定Z轴及Z轴正向。图中Z轴省略未示出。

参考图15，图15示意了当靶标是平面靶标7时，建立第二坐标系时的一种情况。平面靶标7上设有4个反光球，分别定义为反光球A3、反光球B3、反光球C3和反光球D3。以反光球A3的球心为第二坐标系的原点，以平行于反光球B3、反光球C3的球心连线的线为X轴，且X轴正方向为从反光球B3的球心指向反光球C3的球心。由反光球A3、反光球B3、反光球C3的球心可以确定一个XY平面，且根据右手法则，Y轴在XY平面垂直于X轴，Y轴正方向也可由右手法则确定。确定了XY平面、X轴正向及Y轴正向后即可确定Z轴及Z轴正向。图中Z轴省略未示出。

上述实施例中，现场利用光学导航设备3快速重新标定靶标，不需要返回实验室进行标定。并且，同时设置有标定孔220和标定探针230，故在现场能够适应不同类型的靶标。此外，利用安装平台100中第一平台110可浮动的特性，可以确保标定孔220与尖端靶标5的尖端510完全重合，及保证标定探针230的尖部231与基座靶标6或平面靶标7上的锥形孔洞8完全重合，从而确保尖端510或锥形孔洞8的坐标信息采集精度，能够保证标定精度。

本发明的一实施例还提出一种待标定装置的标定方法，应用于上述实施例的标定装置1，用于对靶标进行标定，所述靶标包括第二光学定位标志520和待标定部，所述待标定部例如可为尖端510或锥形孔洞8。下面以靶标为尖端靶标5，待标定部为尖端510为例说明待标定装置的标定方法的实施方式。

如图16所示，待标定装置的标定方法包括步骤：

S100、重合靶标上的待标定部和所述标定装置中的标定部。具体地，使尖端510与标定孔220重合。

S200、光学导航设备根据所述第一光学定位标志的位姿信息建立第一坐标系，并计算所述标定部在所述第一坐标系中的第一位姿信息。

示例性的，第一坐标系的建立方式可以参考图12所示的原理及与前文中关于图12的说明。

S300、根据所述靶标上的第二光学定位标志的位姿信息，建立第二坐标系。

示例性的，第二坐标系的建立方式可以参考图13所示的原理及与前文中关于图12的说明。

S400、获取所述第一坐标系和所述第二坐标系在所述光学导航设备的坐标系下的转换关系。

示例性的，可以分别获取所述第一坐标系与所述光学导航设备的坐标系的转换关系矩阵、所述第二坐标系与所述光学导航设备的坐标系的转换关系矩阵，根据上述两个转换关系矩阵相乘得到第一坐标系和所述第二坐标系在所述光学导航设备的坐标系下的转换关系。

S500、根据所述第一位置和所述转换关系计算所述待标定部在所述第二坐标系中的第二位姿信息。

进一步地，还包括步骤S600、存储所述相对位姿关系形成标定文件。标定文件具体不限制。例如可以是待标定部与第二光学定位标志在第二坐标系中的坐标转换矩阵；又例如还可以是待标定部与第二光学定位标志在第二坐标系中的坐标关系的方程式。

利用上述标定方法，可以快速地现场重新标定待标定装置，并将得到的标定文件保存至手术机器人系统的图像台车中，避免了单独标定带来的标定文件需要单独存储和拷贝到手术机器人的图像台车中。

在一些实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例的待标定装置的标定方法。

在一些实施例中，提出了一种计算机设备，包括计算机可读存储介质和处理器，计算机可读存储介质存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一实施例的待标定装置的标定方法。该计算机设备可以是终端。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的可读存储介质包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用以描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，3个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种标定装置，其特征在于，所述标定装置包括：安装平台、设于所述安装平台的标定单元，其中

所述安装平台包括至少在上下、左右及前后方向上具有运动自由度的第一平台；

所述标定单元包括设置于所述第一平台的至少三个非共线的第一光学定位标志和标定部，所述标定部与各所述第一光学定位标志之间的距离固定。

2.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于，所述安装平台还包括第二平台，所述第一平台和所述第二平台上下设置且通过浮动机构相连，其中所述第一平台通过所述浮动机构相对于所述第二平台至少在上下、左右及前后方向上具有运动自由度。

3.根据权利要求2所述的标定装置，其特征在于，所述第一平台和所述第二平台通过弹性件相连，和/或

所述浮动机构还包括电磁驱动组件，所述电磁驱动组件配置为用于产生支撑第一平台相对于第二平台悬浮的磁场力。

4.根据权利要求3所述的标定装置，其特征在于，所述电磁驱动组件包括置于所述第一平台和第二平台之间且配对使用的电磁铁和磁性件，所述电磁铁设置于所述第一平台和所述第二平台中之一，所述磁性件设于所述第一平台和所述第二平台中之另一；或，所述电磁驱动组件包括配对使用的两个电磁铁，两个电磁铁分别设置于所述第一平台和所述第二平台。

5.根据权利要求2所述的标定装置，其特征在于，所述至少三个非共线的第一光学定位标志和所述标定部设于所述第一平台的同侧。

6.根据权利要求2所述的标定装置，其特征在于，所述标定装置还包括载件，所述载件以可拆卸方式设置于所述第一平台，所至少三个非共线的第一光学定位标志和所述标定部均设于所述载件的表面。

7.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于，所述标定部包括标定孔和/或标定探针。

8.根据权利要求7所述的标定装置，其特征在于，所述标定孔为包括锥形底孔的盲孔。

9.根据权利要求8所述的标定装置，其特征在于，所述标定孔还包括圆孔段和倒角，所述圆孔段连接所述倒角与所述锥形底孔，所述倒角位于所述标定孔的入口。

10.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于，所述第一光学定位标志为主动发光元件或者反光元件。

11.一种标定方法，其特征在于，应用于如权利要求1-10任一项所述的标定装置，包括步骤：

重合靶标上的待标定部和所述标定装置中的标定部；

光学导航设备根据所述第一光学定位标志的位姿信息建立第一坐标系，并计算所述标定部在所述第一坐标系中的第一位姿信息；及，根据所述靶标上的第二光学定位标志的位姿信息，建立第二坐标系；

获取所述第一坐标系和所述第二坐标系在所述光学导航设备的坐标系下的转换关系；

根据所述第一位姿信息和所述转换关系计算所述待标定部在所述第二坐标系中的第二位姿信息；以及，

根据所述第二位姿信息和所述第二光学定位标志的位姿信息，建立所述待标定部和任一所述第二光学定位标志之间的相对位姿关系。

12.根据权利要求11的标定方法，其特征在于，存储所述相对位姿关系形成标定文件。

13.一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求11或12的方法。

14.一种计算机设备，包括计算机可读存储介质和处理器，所述计算机可读存储介质中储存有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求11或12的方法。

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