【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及惯性测量单元应用领域，具体涉及一种惯性测量单元与机器人位姿的标定方法及其应用。
技术介绍
1、在现代工业生产加工场景中，机器人受到了广泛的应用与关注。机器人在投入使用之前，需要先示教机器人轨迹，规划移动路径，针对不同的生产加工场景，往往需要规划出不同的轨迹。在规划机器人轨迹时，给出轨迹中的路径点，机器人依次经过各个路径点，由于路径点位置设置不合理或者路径点过少等原因，机器人末端存在急加速/急减速等情形，不利于机器人的稳定运行。为此，需要一种能够监测机器人末端运动状态的方法，辅助进行机器人轨迹规划。
2、其中，惯性测量单元(imu)能够测量物体在三维空间中的角速度和加速度，其包括三轴加速度计：用于测量相对于地球重力场的加速度，更具体的，三轴加速度计用于测量x、y和z轴每个轴的加速度；还包括三轴陀螺仪：陀螺仪用于测量旋转速率，提供x、y和z轴每个轴的角速度。当惯性测量单元搭载移动装置进行移动时，其能够实时输出加速度数据、角速度数据，通过积分得出位移数据，检测物体的移动、加速度和方向变化。
3、鉴于上述特点，机器人路径规划时，末端可搭载惯性测量单元(imu)，但是，惯性测量单元(imu)输出的加速度、角速度仅是在自身坐标系下的数据，无法将异常位置信息直接映射到机器人工具坐标系下，辅助查看机器人运行时，急加速/急减速出现的具体位置。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种惯性测量单元(imu)与机器人位姿的标定方法，旨在获取惯性测量
2、技术方案如下：
3、一种惯性测量单元与机器人位姿的标定方法，所述机器人为六轴或六轴以上机器人，所述惯性测量单元固定在机器人末端，随机器人同步运动；
4、所述标定方法包括以下步骤：
5、步骤一、将机器人tcp在空间中的某一位置定义为原点；
6、步骤二、获取惯性测量单元坐标系与机器人工具坐标系之间的旋转矩阵和平移矩阵；
7、其中，获取旋转矩阵的步骤如下：
8、①从所述原点开始，机器人带动惯性测量单元沿机器人工具坐标系的任一坐标轴方向持续移动预设时间、停止；在移动期间，惯性测量单元持续输出加速度数据；
9、对所述加速度数据进行积分得出位移数据，求取位移数据相对于所述原点的方向向量；
10、令机器人带动惯性测量单元返回原点，惯性测量单元清除加速度数据；
11、②沿机器人工具坐标系的另外两坐标轴方向分别进行步骤①；
12、将沿x轴移动时求取的方向向量记为
13、将沿y轴移动时求取的方向向量记为
14、将沿z轴移动时求取的方向向量记为
15、则旋转矩阵
16、获取平移矩阵的步骤如下：
17、s1、令机器人tcp保持在原点位置不变，转动机器人的其他关节臂，带动惯性测量单元连续进行至少两次不同方向的圆弧运动，并且圆弧运动均位于同一个空间球面上；
18、在进行圆弧运动期间，惯性测量单元持续输出加速度数据；
19、对所述加速度数据分别进行积分得出不同时刻记录的位移数据；
20、根据不同时刻记录的位移数据拟合球，得出球心坐标；
21、s2、计算球心坐标到初始坐标的向量，记为平移矩阵t，其中，初始坐标为进行圆弧运动期间，对惯性测量单元输出的首个加速度数据进行积分得出的位移数据。
22、进一步，对加速度数据进行积分得出位移数据的方式如下：
23、在移动期间，惯性测量单元持续输出加速度数据，停止移动后共记录了t组不同时刻输出的加速度数据，存储为
24、对t组加速度数据积分得出t组速度数据再对t组速度数据积分得出t组位移数据
25、其中，表示t组x轴方向上的加速度数据，表示t组y轴方向上的加速度数据，表示t组z轴方向上的加速度数据；
26、i＝1，2……t，δt表示惯性测量单元输出加速度数据的时间间隔。
27、进一步，步骤①中，求取位移数据相对于所述原点的方向向量的公式为：
28、方向向量其中，表示对加速度数据进行积分得出位移数据。
29、进一步，平移矩阵
30、其中，(x′，y′，z′)表示拟合出的球心坐标，(x1，y1，z1)表示初始坐标，为惯性测量单元输出的首组加速度数据。
31、优选，预设时间取值为1～5s。
32、优选，对旋转矩阵进行正交化处理。
33、进一步，所述机器人tcp为机器人末端法兰盘中心；或者，在所述机器人末端固定枪尖，枪尖用于将机器人末端法兰盘中心延伸到机器人本体轴外部，将枪尖的尖端位置记为机器人tcp。
34、本专利技术还涉及一种利用标定得出的旋转矩阵和平移矩阵进行机器人轨迹调整的方法，包括以下步骤：
35、i、完成机器人轨迹规划后，机器人带动惯性测量单元运行规划好的轨迹，在运行过程中，惯性测量单元持续输出加速度数据和角速度数据；
36、依据标定得出的旋转矩阵和平移矩阵将输出的各个加速度数据和各个角速度数据均转换到机器人工具坐标系下；
37、ii、将转换后的各个加速度数据和各个角速度数据分别与各自对应的阈值进行比较，将大于阈值的加速度数据、角速度数据标记为异常数据；
38、通过积分得到异常数据对应的位移数据，记为异常位置；
39、iii、对于异常位置重新规划机器人轨迹，利用规划后的轨迹，再次进行步骤i、ii，直到不存在异常数据。
40、本方法令机器人末端搭载惯性测量单元，通过移动特定的轨迹，获取惯性测量单元坐标系与机器人工具坐标系之间的旋转平移关系，实现两者之间的数据转换；应用于机器人轨迹规划过程中，通过分析机器人运动过程中输出的加速度、角速度数据，定位出异常数据对应的位移数据，记为异常位置，对于异常位置重新规划机器人轨迹，避免机器人运行过程中出现急加速/急减速。
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1.一种惯性测量单元与机器人位姿的标定方法，所述机器人为六轴或六轴以上机器人，所述惯性测量单元固定在机器人末端，随机器人同步运动；
2.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：对加速度数据进行积分得出位移数据的方式如下：
3.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：步骤①中，求取位移数据相对于所述原点的方向向量的公式为：
4.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：平移矩阵
5.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：预设时间取值为1～5s。
6.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：对旋转矩阵进行正交化处理。
7.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：所述机器人TCP为机器人末端法兰盘中心；或者，在所述机器人末端固定枪尖，枪尖用于将机器人末端法兰盘中心延伸到机器人本体轴外部，将枪尖的尖端位置记为机器人TCP。
8.一种利用标定得出的旋转矩阵和平移矩阵进行机器人轨迹调整的方法，其特征在于，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种惯性测量单元与机器人位姿的标定方法，所述机器人为六轴或六轴以上机器人，所述惯性测量单元固定在机器人末端，随机器人同步运动；
2.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：对加速度数据进行积分得出位移数据的方式如下：
3.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：步骤①中，求取位移数据相对于所述原点的方向向量的公式为：
4.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：平移矩阵
5.如权利要求1所述的标定...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹仕斌，郭磊，张楠楠，
申请(专利权)人：易思维杭州科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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