[发明专利]基于Android手机IMU的机械臂示教方法

摘要

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ax、ay、az以及陀螺仪数据gx、gy、gz，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。

主权项

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)。