[发明专利]一种机械臂、基于IMU的初始位姿的校准系统与方法

说明书

本发明公开了一种机械臂、基于IMU的初始位姿的校准系统与方法，基于IMU的初始位姿的校准方法，包括以下步骤：获取安装于机械臂各关节处的IMU所采集到的初始姿态角；当对全部所述IMU以及机械臂各关节处的电机通电后，根据所述初始姿态角计算得到机械臂任意相邻两个关节的相对旋转角度；根据所述相对旋转角度和预设角度的差值作为机械臂各关节处电机的执行角度，实现机械臂初始零位校准。上述校准方法，可以方便地解算出机械臂的姿态，实现机械臂电机的快速归零。

技术领域

本发明涉及机械臂初始位姿校准技术领域，特别涉及一种机械臂、基于IMU的初始位姿的校准系统与方法。

背景技术

随着社会发展与科技的显著进步，促使微机电技术不断创新，体积小、质量轻、功耗低、可靠性高的惯性测量单元(IMU)将姿态测控系统的应用范围由传统的航空航天、工业控制领域拓展到了更为广阔的领域，特别对于一些微小型运载体或微型便携式设备的姿态测控系统研究具有巨大的促进作用。而机械臂作为一个多耦合、多变量且时变的非线性、不稳定高阶系统，同时其运动学方程具有非完整性约束，因此机械臂作为一个结构相对简单、控制相对复杂系统，是验证姿态测控系统的典型装置。

Dubowsky等人首先提出了利用关节角的周期运动改变载体姿态的思想。Yamada和Yoshikawa提出基于操作臂沿一闭合路径运动来实现载体姿态变化的反馈控制方法。Nakamura和Mukherjee利用Lyapunov方法提出了一种驱动操作臂关节并同时控制载体姿态和机械臂关节角的非完整约束“双向”控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种机械臂、基于IMU的初始位姿的校准系统与方法，可以方便地解算出机械臂的姿态，实现机械臂电机的快速归零。

为实现上述目的，本发明提供一种基于IMU的初始位姿的校准方法，包括以下步骤：

获取安装于机械臂各关节处的IMU所采集到的初始姿态角；

根据所述初始姿态角计算得到机械臂任意相邻两个关节的相对旋转角度；

根据所述相对旋转角度和预设角度的差值作为机械臂各关节处电机的执行角度，实现机械臂初始零位校准。

可选地，所述获取安装于机械臂各关节处的IMU所采集到的初始姿态角的步骤之后，还包括步骤：

根据所述初始姿态角计算得到将机械臂的运动轨迹和空间姿态；

将所述运动轨迹和所述空间姿态显示于三维环境中。

可选地，所述根据初始姿态角得到机械臂任意相邻两个关节的相对旋转角度的步骤具体为：

根据全部所述初始姿态角计算得到任一所述IMU的旋转矩阵；

根据全部所述旋转矩阵计算得到机械臂任意相邻两个关节的相对旋转矩阵。

本发明还提供一种基于IMU的初始位姿的校准系统，包括：

获取模块：用于获取安装于机械臂各关节处的IMU所采集到的初始姿态角；

计算模块：用于根据所述初始姿态角得到机械臂任意相邻两个关节的相对旋转角度；

零位执行模块：用于根据所述相对旋转角度和预设角度的差值作为机械臂各关节处电机的执行角度，实现机械臂初始零位校准。

本发明再提供一种机械臂，包括机器人本体，还包括如上述的基于IMU的初始位姿的校准系统。