[發明專利]一種集成陀螺儀的機械手末端空間姿態感知球及方法

有效

• 申請號: 202010675235.6
• 申請日: 2020-07-14
• 公開（公告）號: CN111923040B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 馬小龍;孟海良;韋威;鮑官軍
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明公開了一種集成陀螺儀的機械手末端空間姿態感知球及方法，包括外殼，所述外殼內部設有數據采集處理結構，所述數據采集處理結構包括依次相連的電子陀螺儀、數據處理CPU和數據發送藍牙。采集傳感器當前的6個位姿量，將角加速度與加速度計算成繞三軸的角度值，(8)計算得到感知球在地面坐標系下的三個坐標角度。上述技術方案通過集成并安裝在小球內部的電子陀螺儀輸出姿態數據，通過藍牙等無線通訊方式將空間姿態的變化數據輸出給計算機，計算機進行數據處理和存儲，實現空間姿態角度、角速度、角加速度值反饋，為研究靈巧手手抓取物體和操作物體打下基礎，對靈巧手的機械性能、運動性能作出評判，分析靈巧手的運動性能指標。

技術領域

本發明涉及靈巧手空間姿態感知領域，尤其涉及一種集成陀螺儀的機械手末端空間姿態感知球及方法。

背景技術

隨著科技的發展，機器人應用已經越來越廣泛，例如機器人應用于自動裝配線，自動分揀，自動焊接線等。在這些應用中，機器人末端執行機構的靈巧性要求越來越高，普通的夾持器已然不能滿足自動化產線多樣的需求，進而多指靈巧手的研究開始進入到研究者們的視野當中。

在多指靈巧手操作技術中，驗證各手指的機械性能和驗證所提出的操作指令是否被正確執行是必須要經歷的一個步驟，其中檢測操作過程中被抓持物體的空間姿態是一個重難點。因此，多指靈巧手在測試階段進行末端位姿的檢測可以表現靈巧手性能的重要指標，在這些系統中，物體位姿的檢測是實現對被測物體操作的前提，包括末端位姿的角度、角速度、角加速度值，測試結果可以用于評定靈巧手的機械性能是否達標，操作的動作是否符合預期目標。

有資料顯示，目前應用于多指靈巧手末端姿態檢測的系統多為視覺動作捕捉系統，現有的視覺動作捕捉系統有VICON,NOKOV等，可以完成物體的空間姿態檢測，但是由于其價格昂貴，一套完整的系統需要上百萬，實用性較差。在針對小物體的檢測時，視覺檢測系統容易受到光線的影響，且在靈巧手的操作過程中，物體上的個別標點不可避免會被遮擋，使得視覺系統缺失標點坐標，導致動作捕捉失敗，其檢測的準確性就大大降低，同時視頻流在處理過程中需要處理的數據量極大，處理有延時不能實時輸出，且視覺中的圖像匹配算法還需要完善。

中國專利文獻CN109669533A公開了一種“基于視覺和慣性的動作捕捉方法、裝置及系統”。動作捕捉方法包括：獲取被捕捉對象的圖像數據、通過視覺傳感器模組得到的視覺傳感器模組的第一運動數據及通過慣性測量模組得到的被捕捉對象的第二運動數據；根據圖像數據和第一運動數據得到被捕捉對象的第一位姿數據；根據第二運動數據得到被捕捉對象的第二位姿數據；將第一位姿數據和第二位姿數據進行融合，得到被捕捉對象的動作信息。上述技術方案在捕捉過程中，物體上的個別標點不可避免會被遮擋，使得視覺系統缺失標點坐標，導致動作捕捉失敗，其檢測的準確性就大大降低。

發明內容

本發明主要解決原有的姿態檢測系統易缺失標點坐標，檢測準確性不足，視頻處理延時的技術問題，提供一種集成陀螺儀的機械手末端空間姿態感知球及方法，通過集成并安裝在小球內部的電子陀螺儀輸出姿態數據，通過藍牙等無線通訊方式將空間姿態的變化數據輸出給計算機，計算機進行數據處理和存儲，實現空間姿態角度、角速度、角加速度值反饋，為研究靈巧手手抓取物體和操作物體打下基礎，對靈巧手的機械性能、運動性能作出評判，分析靈巧手的運動性能指標。

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：本發明包括外殼，所述外殼內部設有數據采集處理結構，所述數據采集處理結構包括依次相連的電子陀螺儀、數據處理CPU和數據發送藍牙。電子陀螺儀、數據處理CPU和數據發送藍牙都安裝在殼體內部的球內部型腔中，電子陀螺儀輸出姿態數據，數據處理CPU接收姿態數據并處理，然后通過藍牙等無線通訊方式將空間姿態的變化數據輸出給計算機，計算機進行數據處理和存儲，實現空間姿態角度、角速度、角加速度值反饋，為研究靈巧手手抓取物體和操作物體打下基礎，同時，數據也可以用于分析靈巧手的運動性能指標。