[发明专利]一种机械手关节角度测量系统、平台及测量方法

权利要求书

1.一种机械手关节角度测量系统，其特征在于，包括多个测量单元，所述测量单元设置于被测机械手关节的相关联杆件物体上；每个所述测量单元包含一块加速度-角速度-磁场传感器和若干贴片电阻、滤波电路、印刷电路板以及FPC排线组件，所述传感器、所述电阻、所述滤波电路以及所述FPC排线组件载于所述印刷电路板上，所述FPC排线组件包括FPC插座和FPC排线，所述FPC排线的接口包括电源正极、电源负极和I²C通信接口的SDA、SCL线，所述印刷电路板通过FPC排线组件供电并与外部通信，所述电阻包括上拉电阻和下拉电阻，所述FPC排线的SDA、SCL通过所述印刷电路板分别与所述传感器对应引脚相连，所述传感器的SDA、SCL、nCS引脚分别通过所述上拉电阻与所述电源正极相连，所述传感器的SDO、FSYNC引脚通过所述下拉电阻与所述电源负极相连，所述滤波电路连接在所述电源正极与所述电源负极之间，所述传感器在所述I²C通信接口总线上始终处于被选择状态，通过改变SCL和SDA的电平实现与其通信，所述测量系统最高采样频率为100Hz。

2.如权利要求1所述的机械手关节角度测量系统，其特征在于，所述上拉电阻和下拉电阻的电阻值为10kΩ，所述滤波电路由若干0.1μF、0.01μF电容组成。

3.一种应用权1～权2中任一项所述测量系统的机械手平台，其特征在于，包括驱动电路板、机械手组件；所述机械手组件包括手指组件和手掌组件；所述驱动电路板包括测量单元、单片机和电机驱动芯片；所述测量单元有多个，分别固连于所述手指组件的指尖和所述手掌组件上，所述驱动电路板通过所述FPC排线连接所述机械手组件上的测量单元。

4.如权利要求3所述的机械手平台，其特征在于，所述手指组件包括电机、传动机构；所述传动机构包括四杆机构、D形轴、主动齿轮、从动齿轮、蜗轮、蜗杆，所述四杆机构包括主动杆、固定杆和2条从动杆，所述电机固定在所述D形轴上，通过所述D形轴带动所述主动齿轮，所述主动齿轮带动所述从动齿轮转动，所述从动齿轮通过所述D形轴带动所述蜗杆转动，所述蜗杆带动所述蜗轮转动，所述蜗轮与所述四杆机构中的所述主动杆固连。

5.一种应用权1～权2中任一项所述测量系统的机械手关节角度测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、测量过程前，建立坐标系：采用绝对坐标系记录，即在空间中任意一点建立绝对坐标系OXYZ，其中Z轴方向为重力加速度的反方向，X轴的方向为磁场在水平方向的投影方向，其中重力与磁场方向的夹角为α，此坐标系方向完全由重力场方向与磁场方向决定，与测量单元的空间取向无关；

步骤2、进行椭球模型拟合数据：在测量过程开始前，对每个传感器测得的重力场、磁场分布进行椭球拟合，以拟合的椭球模型为基准进行后续的测量过程；

步骤3、测量过程中，当需对某状态下机械手关节角度进行测量时，以测量两个测量单元的角度为例，根据所述测量单元的几何关系，建立固连在所述两个测量单元上的坐标系O₁X₁Y₁Z₁，O₂X₂Y₂Z₂；

步骤4、得到原始数据：通过当前状态下测量单元的加速度-角速度-磁场传感器分别测量重力场和磁场数据的原始数据；

步骤5、滤波原始数据：对重力场和磁场数据的原始数据使用截止频率为10Hz的低通滤波器进行滤波，得到重力场与磁场的基础数据；

步骤6、椭球模型校准数据：根据步骤2得到的零点和灵敏度偏差，对步骤5得到的重力场与磁场的基础数据进行反向修正，得到重力场和磁场的真实数据；

步骤7、利用空间几何关系以及右手坐标系计算得出所述两个测量单元间的角度；

步骤8、重复步骤3至步骤7可以测量得出不同状态下的测量单元的角度。