[发明专利]基于Android手机IMU的机械臂示教方法

权利要求书

1.一种基于Android手机IMU的机械臂示教方法，具体步骤如下：

(1)标定坐标系，设固连在手机上的IMU空间坐标系为x-y-z，机械臂末端执行器的坐标系为x'-y'-z'，调整手机姿态，使得固连在手机上的传感器坐标轴x与机械臂末端执行器坐标轴x'重合，y轴与y'轴重合，z轴与z'轴重合；

(2)Android手机端采用姿态解析器，设定计算周期T，利用Android系统自带的底层接口函数获取嵌入式IMU器件采集到的加速度信号与陀螺仪信号，以此作为输入，进行姿态解析运算；同时，利用低通滤波器滤除加速度计中的重力加速度成分来获得线性加速度值；位移x_n与线性加速度a_n满足：

速度v_n与线性加速度的关系为：

v_n＝a_nT (2)

对于轨迹路径的计算采用分段式，由于IMU传感器具有一定的误差，实验测定Android手机静止状态下各轴速度输出均值为v_stop，因此当|v_n|v_stop时，Android手机端判定为静止状态，此时设定v_n＝0m/s；因此，一条完整的示教路径可以被分解为若干条初速度为0m/s的直线运动轨迹；调节姿态解析器中的PI控制器参数为K_p，K_i可得到较为理想的控制效果；手机的空间姿态通过OpenGLES实时绘制在屏幕上，并将四元数q₀，q₁，q₂，q₃转化为俯仰角偏航角θ与横滚角γ,其中：

将姿态角与速度值包装成数据报通过Socket发送给Staubli机器人控制器；

(3)Staubli机器人控制器接收到Android手机发送的数据进行逆运动学求解并执行控制，将执行后末端执行器运动的位移通过Socket发送给Android手机端；

(4)Android手机接收控制器发送的位移数据x'，结合步骤(2)中的位移x_n构造位移误差e_x，即

e_x＝x_n-x' (6)

然后对e_x做PI运算，结果计入下一周期的速度运算；

(5)重复运行步骤(1)、(2)、(3)、(4)。

2.根据权利要求1所述的一种基于Android手机IMU的机械臂示教方法，其特征在于：在步骤(1)中标定坐标系，通过事先调整手机姿态使得固连坐标系与机械臂末端执行器坐标系重合，使得之后的各项运算不用考虑坐标系映射关系，简化了计算步骤，节省CPU计算开销。

3.根据权利要求1所述一种基于Android手机IMU的机械臂示教方法，其特征在于：步骤(2)所述的利用低通滤波器滤除加速度计中的重力加速度成分来获得线性加速度值，具体是选取滤波系数β使得滤波器既能较准确的过滤重力，又能保证稳定的滤波效果。

4.根据权利要求1所述一种基于Android手机IMU的机械臂示教方法，其特征在于：步骤(2)所述的轨迹路径分段式计算方法，通过构造死区：

滤除了加速度计数据“漂移”现象所产生的影响，同时使得轨迹路径能够用多段直线运动来近似表示。

5.根据权利要求1所述的一种基于Android手机IMU的机械臂示教方法，步骤(2)所述的误差的具体处理方法是：通过Socket发送的数据与Android手机端计算数据构造误差表达式，采用PI反馈控制，将误差规划到下一周期的运算中，能够有效降低本发明运行中的动态误差。