[發(fā)明專利]一種捷聯(lián)慣性原件連接裝置及其用于測量機械臂角度方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711464378.7
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108007458A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 苗正
• 申請（專利權(quán)）人: 苗正
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18
• 代理公司: 西安銘澤知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61223
• 代理人: 韓曉娟

本發(fā)明公開了一種捷聯(lián)慣性原件連接裝置及其用于測量機械臂角度方法。該方法包括：在兩個剛性機械臂的表面均設(shè)置捷聯(lián)慣性原件盒子；在中低速或靜止?fàn)顟B(tài)下，根據(jù)兩個捷聯(lián)慣性原件中加速度計的輸出，確定第一機械臂相對角度；對兩個捷聯(lián)慣性原件中陀羅儀的輸出分別進行積分得到兩個陀螺儀的角度輸出，將兩個陀螺儀的角度輸出相減得到第二機械臂相對角度；采用卡爾曼濾波或互補濾波融合兩種機械臂相對角度，確定實際機械臂相對角度。本發(fā)明用消費級的MEMS慣性原件測量機械臂關(guān)節(jié)角度，成本低，且使用慣性原件，機械臂的加工、安裝難度降低，及新算法只用相鄰的機械臂上的傳感器輸出計算關(guān)節(jié)的角度，算法簡單快捷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工程機械領(lǐng)域，更具體的涉及一種捷聯(lián)慣性原件連接裝置及其用于測量機械臂角度方法。

背景技術(shù)

對于大型機械臂關(guān)節(jié)的角度測量方法，傳統(tǒng)的是用編碼器(encoder)，這對于機械加工和裝配的精度提出了較高的要求，而且編碼器一旦損壞，維修很困難，尤其是在惡略環(huán)境下；并且不同型號的機械臂也需要匹配特定的用于測量角度的編碼器，這對于機械臂的設(shè)計也有很大的限制。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中，存在采用編碼器測量大型機械臂關(guān)節(jié)的角度時，編碼器加工安裝難度大的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例提供一種捷聯(lián)慣性原件連接裝置及其用于測量機械臂角度方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在采用編碼器測量大型機械臂關(guān)節(jié)的角度時，編碼器加工安裝難度大的問題。

本發(fā)明實施例提供一種捷聯(lián)慣性原件連接裝置，包括：多個盒子；

每個所述盒子內(nèi)設(shè)置有電路板，所述電路板上集成有捷聯(lián)慣性原件、以太網(wǎng)控制芯片、USB接口電路和ARM微控制器；其中，所述捷聯(lián)慣性原件、所述以太網(wǎng)控制芯片和所述USB接口電路均與所述ARM微控制器電連接。

優(yōu)選地，所述盒子為塑料盒子或金屬盒子。

優(yōu)選地，所述捷聯(lián)慣性原件包括：加速度計和陀螺儀。

優(yōu)選地，所述捷聯(lián)慣性原件的型號為BMI160。

優(yōu)選地，所述ARM微控制器采用STM32F4系列微處理器。

優(yōu)選地，所述盒子內(nèi)的ARM微控制器通過所述USB接口電路與本地微控制器進行通信。

優(yōu)選地，各所述盒子內(nèi)的ARM微控制器之間通過所述以太網(wǎng)控制芯片進行通信。

本發(fā)明實施例提供一種捷聯(lián)慣性原件連接裝置用于測量機械臂角度方法，包括：

在兩個剛性機械臂的表面均設(shè)置捷聯(lián)慣性原件盒子，其中，兩個剛性機械臂連接于一個自由度的關(guān)節(jié)上，及捷聯(lián)慣性原件盒子內(nèi)設(shè)置有捷聯(lián)慣性原件；

在中低速或靜止?fàn)顟B(tài)下，根據(jù)兩個捷聯(lián)慣性原件中加速度計的輸出，通過關(guān)系式(1)，確定第一機械臂相對角度；

對兩個捷聯(lián)慣性原件中陀羅儀的輸出分別進行積分得到兩個陀螺儀的角度輸出，將兩個陀螺儀的角度輸出相減得到第二機械臂相對角度；

采用卡爾曼濾波或互補濾波融合第一機械臂相對角度和第二機械臂相對角度，確定實際機械臂相對角度；

所述關(guān)系式(1)如下所示：