[發(fā)明專利]一種基于慣性測量單元組的雙足運(yùn)動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011147065.0
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112224303B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張明瑞;陳星宇;華強(qiáng);孔令雨;謝安桓;張丹
• 申請（專利權(quán)）人: 之江實(shí)驗室
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032;G01C21/16
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 賈玉霞

本發(fā)明公開一種基于慣性測量單元組的雙足運(yùn)動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其包括：五個慣性測量單元，分別安裝于雙足機(jī)器人的重心、雙腿膝關(guān)節(jié)、雙腿踝關(guān)節(jié)，且均與處理器單元電連接；處理器單元，用于對接收到的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并完成數(shù)據(jù)重構(gòu)，將五個慣性測量單元得到的多組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為雙足運(yùn)動數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)交互單元，用于與處理器單元電連接，接收處理器單元傳輸?shù)倪\(yùn)動模型數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行格式封裝處理并將數(shù)據(jù)上傳，同時還接收下行控制數(shù)據(jù)，解壓數(shù)據(jù)并傳輸給處理器單元；電源模塊，為整個系統(tǒng)供電，內(nèi)部包括多路電平轉(zhuǎn)化電路，為其他單元提供所需工作電壓。本系統(tǒng)能夠簡化運(yùn)動模型構(gòu)建過程，滿足快速搭建運(yùn)動分析系統(tǒng)的要求，同時還具有可移植性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種基于慣性測量單元組的雙足運(yùn)動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展，機(jī)器人按照性能、運(yùn)動方式、應(yīng)用場景等分化越來越明顯。足式機(jī)器人以運(yùn)動性能強(qiáng)，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)而成為近幾年研究的熱門。在雙足機(jī)器人運(yùn)動分析過程中，通常的方法是采用電機(jī)運(yùn)動解算的方式來得出運(yùn)動數(shù)據(jù)，涉及到單關(guān)節(jié)電機(jī)運(yùn)動測量、運(yùn)動方向限位和多電機(jī)數(shù)據(jù)整合等，計算量隨著自由度增多而增加。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于慣性測量單元組的雙足運(yùn)動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠簡化運(yùn)動數(shù)據(jù)獲取過程，滿足快速搭建運(yùn)動分析系統(tǒng)的要求。

本發(fā)明的目的通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種基于慣性測量單元組的雙足運(yùn)動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

慣性測量單元組，其包括五個慣性測量單元，分別安裝于雙足機(jī)器人的重心、雙足機(jī)器人的左腿膝關(guān)節(jié)、右腿膝關(guān)節(jié)、左腿踝關(guān)節(jié)、右腿踝關(guān)節(jié)；五個慣性測量單元均與處理器單元電連接；

處理器單元，其用于對接收到的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并完成數(shù)據(jù)重構(gòu)，將五個所述慣性測量單元得到的多組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為雙足運(yùn)動數(shù)據(jù)；

數(shù)據(jù)交互單元，用于與處理器單元電連接，接收所述處理器單元傳輸?shù)倪\(yùn)動模型數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行格式封裝處理并將數(shù)據(jù)上傳，同時還接收下行控制數(shù)據(jù)，解壓數(shù)據(jù)并傳輸給所述處理器單元；

電源模塊，為整個系統(tǒng)供電，內(nèi)部包括多路電平轉(zhuǎn)化電路，為所述慣性測量單元組、所述處理器單元、所述數(shù)據(jù)交互單元提供所需工作電壓。

進(jìn)一步地，所述處理器單元包括慣性測量單元驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)坐標(biāo)修正模塊、數(shù)據(jù)濾波處理模塊、數(shù)據(jù)模型重構(gòu)模塊和運(yùn)動數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模塊；

所述慣性測量單元驅(qū)動模塊用于控制五個慣性測量單元，完成其初始化操作；

所述數(shù)據(jù)坐標(biāo)修正模塊用于接收五個慣性測量單元上行的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)系矯正；

所述數(shù)據(jù)濾波處理模塊用于對數(shù)據(jù)坐標(biāo)修正模塊矯正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

所述數(shù)據(jù)模型重構(gòu)模塊用于對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)；

所述運(yùn)動數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模塊用于將重構(gòu)后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)傳輸用格式。

進(jìn)一步地，五個所述慣性測量單元分別安裝在雙足機(jī)器人的重心位置、雙足右腿膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線上、雙足左腿膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線上、右足關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線上、左足關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線上。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)交互單元包括系統(tǒng)內(nèi)部和上位主機(jī)通信接口。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明的基于慣性測量單元組的雙足運(yùn)動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡化了雙足運(yùn)動分析系統(tǒng)搭建過程，通過慣性測量單元組的數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)化為雙足運(yùn)動數(shù)據(jù)，減少因電機(jī)運(yùn)動解算所帶來的數(shù)據(jù)處理限制。同時該系統(tǒng)還具有可移植性，可降低調(diào)試成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的雙足運(yùn)動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的示意圖；