[发明专利]一种机械手关节角度测量系统、平台及测量方法

说明书

本发明公开了一种机械手关节角度测量系统、平台及测量方法，涉及角度传感领域，测量系统包括多个固连于被测物体上的测量单元，每个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，上述器件载于印刷电路板上，通过FPC排线组件供电并与外部通信；本发明根据测量单元读取磁场与重力场数据，通过数据拟合、校准、计算得出两个测量单元间的角度；本发明测量系统可安装在被测关节绝大多数位置，避免传统角度传感装置安装时与电机、轴承等装置相互干涉问题，降低传感系统的复杂性和机械设计的难度，使机械手结构简单，可靠性更好，降低测量成本，减小测量系统的体积。

技术领域

本发明涉及角度传感领域，尤其涉及一种机械手关节角度测量系统、平台及测量方法。

背景技术

目前，在对机械手的控制过程中，对手指角度的传感是实现控制的基础。目前存在若干以声、光、电、磁等为原理的角度传感装置，但大多价格高昂，而且装置复杂、体积较大，不利于机械设计以及装配，为设计带来很大难度，同时也让设备变得冗杂。

惯性传感器是一种用来测量系统加速度、角速度的传感器，一般由加速度传感器和陀螺仪构成。其中，加速度传感器测量得到的加速度由重力加速度与物体的绝对加速度构成。将加速度传感器固连在被测量系统上，在静止的情况下，可以利用加速度传感器测量得到重力在传感器各轴方向上的分量。一个系统的空间取向由方位角，横滚角以及俯仰角构成仅仅使用重力传感器可以得到系统的俯仰角和横滚角，但是不能够得到方位角信息，因此不能得到系统的全部空间取向信息。磁场传感器是基于霍尔效应等电磁感应效应的测量传感器所在位置磁场的传感器。在地球表面的绝大多数地方，存在着稳定的地磁场，其强度约为0.5-0.6高斯。在一个很小的局部，地磁场可以被认为为匀强磁场，因此其和重力场相同，也可以作为系统空间取向的一个绝对参考。通过测量重力场和磁场信息，可以计算得到系统的全部空间取向信息。

对于机械手的关节，原则上，通过测量关节两杆连体坐标系下的重力场和磁场信息，能够计算两杆的全部空间取向，进而计算任意两者之间的相对角度，但计算过程复杂，需要耗费较长的时间，若考虑到传感器采集的原始数据存在误差，需要对数据进行预处理，耗费的时间将更长。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种机械手关节角度测量系统、平台及测量方法，该系统为基于加速度-角速度-磁场传感器的机械手关节角度测量系统，该平台为应用上述加速度-角速度-磁场传感器的机械手关节角度测量系统的机械手平台。本发明测量系统十分便于小型化，可以安装在被测量关节上的绝大多数位置，十分灵活，避免了传统的角度传感装置(如编码器)安装在关节处时与电机、轴承等装置相干涉的问题，利用本发明测量系统的测量平台可大大降低传感系统的复杂性和机械设计的难度，使得机械手结构简单，可靠性更好。本发明还提供了一种利用校准后的重力场和磁场信息，不解算每杆的位型而直接计算机械手关节两杆间角度的方法。与传统方法相比，本发明大大降低了测量成本，显著减小了测量系统的体积，提高了解算速度，缩短了数据处理时间。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是在机械手关节角度测量中如何让读取数据的测量系统小型化，从而降低传感系统的复杂性和机械设计的难度，使得机械手结构简单，减小成本，方便安装，以及如何更加简便地解算所读取的数据从而使得提高解算速度，解算耗时缩短。

为实现上述目的，本发明提供了一种机械手关节角度测量系统、平台及测量方法，本发明测量系统是基于加速度-角速度-磁场传感器的机械手关节角度测量系统，该平台为应用上述加速度-角速度-磁场传感器的机械手关节角度测量系统的机械手平台。