利索能及
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专利号: 2019103096051
申请人: 合肥工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于双姿态传感器的关节角度测量方法,关节包括相互铰接的体段一和体段二,其特征在于:在体段一上固定安装第一姿态传感器,在体段二上固定安装第二姿态传感器,测量时,所述第一姿态传感器返回第一欧拉角,所述第二姿态传感器返回第二欧拉角,然后根据所述第一欧拉角和所述第二欧拉角解算关节角度。

2.如权利要求1所述的基于双姿态传感器的关节角度测量方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤一:定义基准坐标系S;定义连杆坐标系U;定义连杆坐标系V;定义体段一长度l1,体段二长度l2;

所述基准坐标系S为东北天坐标系,所述基准坐标系S以体段一自由端端点A为原点,以向东向北向上为坐标轴XYZ的正方向;所述连杆坐标系U以体段一自由端端点A为原点,所述连杆坐标系U的坐标轴指向与所述第一姿态传感器方位相同;所述连杆坐标系V以关节回转中心B为原点,所述连杆坐标系V的坐标轴指向与所述第二姿态传感器方位相同;

步骤二:根据所述第一姿态传感器返回的第一欧拉角计算所述连杆坐标系U与所述基准坐标系S的第一旋转变换矩阵 根据所述第二姿态传感器返回的第二欧拉角计算所述连杆坐标系V与所述基准坐标系S的第二旋转变换矩阵步骤三:根据所述第一旋转变换矩阵 体段一长度l1,计算关节回转中心B在基准坐标系S下的坐标 根据所述第二旋转变换矩阵 体段二长度l2,计算体段二自由端端点C在基准坐标系S下的坐标步骤四:根据体段一自由端端点A、关节回转中心B、体段二自由端端点C三点的空间坐标求取关节回转中心B点与体段一自由端端点A点构成的向量 关节回转中心B点与体段二自由端端点C点构成的向量 最后根据 计算关节角度。

3.如权利要求2所述的基于双姿态传感器的关节角度测量方法,其特征在于:旋转变换矩阵的通式如式1所示:所述第一欧拉角包括第一滚转角α1、第一俯仰角β1、第一偏航角γ1;所述第二欧拉角包括第二滚转角α2、第二俯仰角β2、第二偏航角γ2,将α1、β1、γ1和α2、β2、γ2分别代入上式计算出

4.如权利要求2或3所述的基于双姿态传感器的关节角度测量方法,其特征在于:关节回转中心B点在连杆坐标系U下的坐标 得到关节回转中心B点在基准坐标系S下的坐标

体段二自由端端点C点在连杆坐标系V下的坐标 得到体段二自由端端点C点在基准坐标系S下的坐标

5.如权利要求2或3所述的基于双姿态传感器的关节角度测量方法,其特征在于:关节角度的计算公式如式2所示:

6.如权利要求1或2或3所述的基于双姿态传感器的关节角度测量方法,其特征在于:所述第一姿态传感器和所述第二姿态传感器分别使用柔性绑带绑定在体段一和体段二上,所述第一姿态传感器和所述第二姿态传感器的x轴或y轴或z轴沿着体段一和体段二的长度方向安装。

7.如权利要求1或2或3所述的基于双姿态传感器的关节角度测量方法,其特征在于:姿态传感器为双轴加速度传感器和单轴陀螺仪的组合,或由陀螺仪与加速度传感器组成的六轴惯性传感器,或九轴姿态传感器。