[發明專利]一種基于多傳感器的定位設備及定位方法、系統和機械臂

有效

• 申請號: 201810433771.8
• 申請日: 2018-05-08
• 公開（公告）號: CN108592902B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 王喆垚;趙鶴
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/20
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產權代理有限公司 11319
• 代理人: 莎日娜

本發明實施例提供了一種基于多傳感器的定位設備及其定位方法、系統和機械臂，該定位設備應用于機械臂，包括多個傳感器和處理器。多個傳感器用于檢測機械臂的三軸加速度值、三軸角速度值、三軸磁場強度值和超聲數據，并輸出到處理器；處理器用于根據三軸加速度值計算第一位移，根據三軸角速度值計算第一旋轉角度，根據三軸磁場強度值和三軸加速度值計算第二旋轉角度，根據超聲數據計算第二位移，并將第一位移、第一旋轉角度、第二位移和第二旋轉角度通過卡爾曼濾波算法進行融合計算，得到機械臂的位置數據和方向數據。利用位置數據和方向數據就可確定機械臂在執行任務時的任務軌跡，并利用任務軌跡對機械臂進行訓練，省去了重新編程的麻煩。

技術領域

本發明涉及定位技術領域，特別是涉及一種基于多傳感器的定位設備及定位方法、系統和機械臂。

背景技術

在機器人、人體姿態測量、航空航天、娛樂以及消費電子領域，定位設備有著非常廣泛的應用。例如，機器人在移動是需要定位導航系統；航空航天領域，需要有定位導航系統為飛機或火箭提供精確的經緯度和高度信息；在娛樂和消費電子領域，需要定位設備增強游戲的可玩性以及為移動終端提供定位服務。

特別的，在工業用機械臂的使用過程中，需要通過編寫程序對機械臂的運動進行描述，當需要更換機械臂時都需要重新編程，這個過程極為繁瑣。而如果能在機械臂的執行任務時對其進行定位，根據定位信息取得其任務軌跡，就能夠利用任務軌跡對機械臂的控制系統進行訓練，“教會”其如何動作，就能夠省去每次更換機械臂時重新編程的麻煩。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于多傳感器的定位設備及定位方法、系統和機械臂，以解決目前機械臂因無法定位而導致每次更換機械臂都需重新編程的問題。

為了解決上述問題，本發明公開了一種基于多傳感器的定位設備，應用于機械臂，所述定位設備包括多個傳感器和處理器，所述處理器分別與每個所述傳感器相連接，其中：

所述多個傳感器用于檢測所述機械臂的三軸加速度值、三軸角速度值、三軸磁場強度值和超聲數據，并輸出到所述處理器；

所述處理器用于根據所述三軸加速度值計算第一位移，根據所述三軸角速度值計算第一旋轉角度，根據所述三軸磁場強度值和所述三軸加速度值計算第二旋轉角度，根據所述超聲數據計算第二位移，并將所述第一位移、第一旋轉角度、第二位移和第二旋轉角度通過卡爾曼濾波算法進行融合計算，得到所述機械臂的位置數據和方向數據。

可選的，所述多個傳感器包括三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀、三軸地磁傳感器和單發三收超聲波傳感器，其中：

所述三軸加速度傳感器用于檢測所述三軸加速度值；

所述三軸陀螺儀用于檢測所述三軸角速度值；

所述三軸地磁傳感器用于檢測所述三軸磁場強度值；

所述單發三收超聲波傳感器用于檢測所述超聲數據。

可選的，所述處理器還用于將所述位置數據和所述方向數據輸出到上位計算機，以使所述上位計算機根據所述位置數據和所述方向數據精確定位所述機械臂的工作軌跡。

另外，還提供了一種定位方法，應用于如上所述的定位設備，其特征在于，所述定位方法包括步驟：

獲取多個傳感器檢測的三軸加速度值、三軸角速度值、三軸磁場強度值和超聲數據；

將所述三軸加速度值對時間做二重積分計算，得到第一位移；

將所述三軸角速度值對時間做積分計算，得到第一旋轉角度；

將所述三軸磁場強度值和所述三軸加速度值做坐標變換計算，得到第二旋轉角度；

根據所述超聲數據的數據變化進行計算，得到第二位移；