[发明专利]基于Android手机IMU的机械臂示教方法

说明书

一种基于Android手机IMU的机械臂示教方法，包括如下步骤：标定固连手机的坐标系与机械臂末端执行器坐标系，依据Android操作系统底层函数接口调用IMU加速度数据a_x、a_y、a_z以及陀螺仪数据g_x、g_y、g_z，执行自定姿态解析器方法并通过OpenGLES绘制动态图，根据Android手机端发送的俯仰角偏航角θ与横滚角γ进行逆运动学求解并控制驱动器运行，Android手机接收驱动器反馈位移数据构造控制误差并进行PI修正。

技术领域

本发明涉及一种利用Android手机进行机械臂示教的方法。

背景技术

随着现代化工业的迅速发展以及“工业4.0”概念的提出，人们对于工业生产的要求越来越高。作为工业生产的重要一部分，工业机器人凭借其生产效率、工作精度以及成本等方面诸多优势，也越来越受到关注。示教器是工业机器人的重要组成部分，其功能以及操作的便捷性快速成为国内外的研究重点。

传统机器人示教器通过示教器上的按钮对机器人进行编程来控制机器人的运动，这使得示教器有着笨重的外壳，操作的便捷性很难得到保证。同时，市场上诸多厂商生产的机器人大都有自己研发控制器，示教器依赖不同的控制器很难进行平台间的移植。

随着各种移动终端的普及，机器人示教器也向着便携式的方向发展，目前，市场上针对移动智能终端开发的操作系统主要有苹果公司的iOS系统，谷歌公司的Android系统以及微软的Windows Phone系统。其中，Android操作系统以其强大的开放性、丰富的第三方开发、优秀的内置服务、Google强大的长期维护支持等特点，在机器人示教器行业应用较为广泛。

发明内容

本发明针对传统示教器外壳笨重，难以提供便捷操作，不同平台间可移植性差的缺点，提出一种适用于工业机械臂基于Android手机的示教方法。

本发明基于Android操作系统，通过调用手机内嵌式IMU数据，实时计算手机在三维空间中的姿态以及固连手机端坐标系各个轴上的速度、位移，将其给定为机械臂末端姿态与数据，通过控制器逆运动学求解实现路径跟踪，以达到机械臂示教目的。

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手机端采用如图1所示的姿态解析器，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，适当选取低通滤波系数β以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)