(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 202210426175.3 (22)申请日 2022.04.21 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 孟偲　李定哲　吴凯　 (74)专利代理 机构 北京慕达星云知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 11465 专利代理师 符继超 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 19/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于TCP法的截骨机器人系统中刀具坐 标系标定方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于TCP法的截骨机器人 系统中刀具坐标系标定方法， 步骤包括， 基于刀 具尖点、 刀具左侧点和刀具右侧点， 建立刀具坐 标系； 计算所述刀具尖点、 刀具左侧点、 刀具右侧 点及刀具垂足点在机器人末端坐标系中的坐标； 根据所述刀具尖点、 刀具左侧点、 刀具右侧点及 刀具垂足点在机器人末端坐标系中的坐标， 计算 出刀具坐标系相对机器人末端坐标系的齐次变 换矩阵； 本发 明实现了刀具平面在机器人末端坐 标系下的姿态的标定， 在机器人夹持刀具的工作 中， 有助于对刀具姿态进行准确控制。 权利要求书3页 说明书6页 附图2页 CN 114888792 A 2022.08.12 CN 114888792 A 1.一种基于TCP法的截骨机器人系统中刀具坐标系标定方法， 其特 征在于， 步骤 包括， 基于刀具尖点、 刀具左侧点和刀具右侧点， 建立刀具坐标系； 计算所述刀具尖点、 刀具左侧点、 刀具右侧点及刀具垂足点在机器人末端坐标系中的 坐标； 根据所述刀具尖点、 刀具左侧点、 刀具右侧点及刀具垂足点在机器人末端坐标系中的 坐标， 计算出刀具坐标系相对机器人末端坐标系的齐次变换矩阵。 2.根据权利要求1所述的一种基于TCP法的截骨机器人系统中刀具坐标系标定方法， 其 特征在于， 所述基于刀具尖点、 刀具左侧点和刀具右侧点， 建立刀具坐标系包括， 标记刀具尖点、 刀具左侧点及刀具右侧点， 并以刀具左侧点指向刀具右侧点的向量作 为刀具坐标系的X轴， 以刀具左侧 点及刀具右侧 点连线上 的一点指向刀具尖点作为刀具坐 标系的Z轴； 所述Z轴和X轴保持垂直， 建立刀具坐标系。 3.根据权利要求1所述的一种基于TCP法的截骨机器人系统中刀具坐标系标定方法， 其 特征在于， 计算所述刀具尖点、 刀具左侧点、 刀具右侧点及刀具垂足点在机器人末端坐标系 中的坐标， 包括： 获取机器人末端坐标系相对于 机器人基坐标系的齐次变换矩阵； 确认所述刀具坐标系 、 机器人基坐标系和机器人末端坐标系的坐标转换关系： 根据所述机器人末端坐标系相对于机器人基坐标系的齐次变换矩阵以及坐标转换关 系得到刀具尖点、 刀具左侧 点和刀具右侧 点在机器人末端坐标系 下的坐标， 并计算垂足点 在机器人末端坐标系中的坐标。 4.根据权利要求3所述的一种基于TCP法的截骨机器人系统中刀具坐标系标定方法， 其 特征在于， 所述获取机器人末端坐标系相对于 机器人基坐标系的齐次变换矩阵包括， 在机器人的工作空间内放置一个固定点； 依次使所述刀具尖点、 所述刀具左侧点和所 述刀具右侧点与所述固定点重合； 对于每次重合， 调 整机器人的四个不同姿态得到机器人末端坐标系相对于机器人基坐 标系的齐次变换矩阵 5.根据权利要求4所述的一种基于TCP法的截骨机器人系统中刀具坐标系标定方法， 其 特征在于， 所述刀具坐标系 、 机器人基坐标系和机器人末端坐标系的坐标转换关系为： 则 则 其中， 为刀具坐标系相对机器人基坐标系的齐次变换矩阵； 为机器人末端坐 标系相对于机器人基坐标系的齐次变换矩阵； 为刀具坐标系相对于机器人末端坐标系 的齐次变换矩阵； 分别为 的旋转矩阵和平移矩阵； 分别为 的旋转矩阵和平 移矩阵； 分别为 的旋转矩阵和平 移矩阵。 6.根据权利要求5所述的一种基于TCP法的截骨机器人系统中刀具坐标系标定方法， 其 特征在于， 根据所述坐标转换关系得到刀具尖点、 刀具左侧 点和刀具右侧 点在机器人末端 坐标系下的坐标， 并计算垂足点在机器人末端坐标系中的坐标包括：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114888792 A 2将刀具坐标系的原点依次设置在所述刀具尖点、 所述刀具左侧点或刀具右侧点， 则 分别表示刀具尖点、 刀具左侧点、 刀具右侧点在机器人末端坐标系的平 移向量； 根据坐标转换关系， 采用最小二乘法计算出所述刀具尖点、 所述刀具左侧点或刀具右 侧点在机器人末端坐标系下的坐标： 则 所述刀具尖点、 所述刀具左侧点或刀具右侧点在机器人末端坐标系下的坐标分别表示 为 和 计算刀具的垂足坐标 7.根据权利要求6所述的一种基于TCP法的截骨机器人系统中刀具坐标系标定方法， 其 特征在于， 计算出刀具坐标系相对机器人末端坐标系的齐次变换矩阵， 包括计算刀具坐标 系相对与末端座标系的旋转矩阵： 刀具坐标系Z轴向量在末端座标系下的表示 为： 刀具坐标系X轴向量在末端座标系下的表示 为： 计算刀具坐标系相对与末端座标系的旋转矩阵 其中， ax、 ox、 nx表示在末端坐标系下的刀具坐标系X轴单位向量， ay、 oy、 ny表示在末端坐 标系下的刀 具坐标系Z轴单位 向量,az、 oz、 nz表示在末端坐标系下的刀 具坐标系Z轴单位向 量。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114888792 A 3