一种关节级联系统的运动参数检测方法及关节级联系统技术方案

本发明专利技术实施例提供一种关节级联系统的运动参数检测方法及关节级联系统，其中方法基于关节级联系统，系统包括：多个连杆，设置于各连杆上的运动姿态传感器，连接各关联连杆的电机，和处理装置；所述方法应用于处理装置，所述方法包括：获取运动姿态传感器所感应的运动姿态数据；根据所述运动姿态数据分析关节级联系统的运动参数。本发明专利技术实施例可实现关节级联系统的运动参数检测，且无对于使用要求的局限，可被普遍应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及运动仿生模型
，具体涉及一种关节级联系统的运动参数检测方法及关节级联系统。
技术介绍
关节级联系统也称为多关节串联系统，多关节表示由多个关节相互连接的整体系统，当一个关节连接的连杆发生运动时，会导致相关关节同样发生位置姿态的变化，关节级联系统最常见的为人体与动物连杆模型，以及多足动物运动生理结构，图1示出了常见的2支撑点和4支撑点情况下的关节级联系统的结构，可参照。对关节级联系统的运动进行检测，对于双足以及多足生物体的运动仿生模拟具有重要意义；关节级联系统的运动检测主要是对关节级联系统的运动参数进行检测，诸如关节级联系统的连杆运动位置的检测、关节级联系统的重心检测、关节级联系统的位移检测等；通过检测关节级联系统的连杆运动位置、重心、位移等运动参数，可实现对关节级联系统的移动、转向、静止等运动控制调整。目前，关节级联系统的运动参数检测方式主要是通过光学传感器(如摄像头)实现，通过在关节级联系统的运动场地安装不同角度的多个摄像头，可追踪关节级联系统的关键位置的标记点，从而根据摄像头拍摄的图像数据分析出关节级联系统的运动参数。本专利技术的专利技术人在研究过程中发现，采用光学传感器检测关节级联系统的运动参数的方式，虽然可直接以摄像头拍摄的图像数据获得关节级联系统的绝对运动轨迹，进而分析出运动轨迹相应的运动参数，所得到的运动参数具有一定的精度；但是，光学传感器对于光线、场地的要求较高，在使用要求上具有一定的局限性，并无法普遍应用；因此提供一种新的关节级联系统的运动参数检测方法，以解决使用要求的局限性，使得关节级联系统的运动参数检测能够被普遍应用，成为本领域技术人员需要考虑的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种关节级联系统的运动参数检测方法及关节级联系统，以解决关节级联系统的运动参数检测过程中，所存在的使用要求局限的问题，以使得关节级联系统的运动参数检测能够被普遍应用。为实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：一种关节级联系统的运动参数检测方法，基于一种关节级联系统，所述关节级联系统包括：多个连杆，设置于各连杆上的运动姿态传感器，连接各关联连杆的电机，和处理装置；所述方法应用于处理装置，所述方法包括：获取运动姿态传感器所感应的运动姿态数据；根据所述运动姿态数据分析关节级联系统的运动参数。其中，所述运动参数包括：关节级联系统的连杆的运动位置；所述方法还包括：对运动姿态传感器进行初始姿态校准，使得连杆处于初始姿态的初始连杆向量与运动姿态传感器的测量坐标系对齐；所述获取运动姿态传感器所感应的运动姿态数据包括：获取连杆运动时，连杆运动的连杆姿态欧拉角，所述连杆姿态欧拉角包括：连杆运动的俯仰角θ，连杆运动的横滚角φ，和连杆运动的航向角ψ；所述根据所述运动姿态数据分析关节级联系统的运动参数包括：根据所述连杆姿态欧拉角生成连杆运动所对应的三维旋转矩阵R，R为cosθcosψsinφsinθcosψ-cosφsinψcosφsinθcosψ+sinφsinψcosθsinψsinφsinθsinψ+cosφcosψcosφsinθsinψ-sinφcosψ-sinθsinφcosθcosφcosθ;]]>将连杆处于初始姿态的初始连杆向量乘以R，得到连杆运动所对应的连杆向量，所述连杆向量表示连杆的运动位置。其中，所述对运动姿态传感器进行初始姿态校准包括：在进行初始姿态校准时，将连杆的向量V(输出)-向量V(补偿)，得到连杆处于初始姿态的初始连杆向量。其中，所述关节级联系统还包括：设置于关节级联系统的支撑点下方的压力分布传感器；所述运动参数包括：关节级联系统的重心；所述获取运动姿态传感器所感应的运动姿态数据包括：获取关节级联系统重心沿x轴方向上的加速度和重心沿y轴方向上的加速度所述根据所述运动姿态数据分析关节级联系统的运动参数包括：确定关节级联系统的零力矩点(xzmp，yzmp，0)；根据公式计算xg，根据公式计算yg，其中，关节级联系统重心的表达式为(xg，yg，zg)，zg为常量。其中，所述关节级联系统还包括：设置于关节级联系统的支撑点下方的压力分布传感器；所述运动参数包括：关节级联系统的位移；所述获取运动姿态传感器所感应的运动姿态数据包括：获取各接触点的各轴旋转角度速率；所述根据所述运动姿态数据分析关节级联系统的运动参数包括：检测各接触点的总旋转角度速率，总旋转角度速率＝sqrt(X旋转角度速率*X旋转角度速率+Y旋转角度速率*Y旋转角度速率+Z旋转角度速率*Z旋转角度速率)；根据接触点的总旋转角度速率确定落地点，其中，总旋转角度速率从大于阈值到小于阈值变化时，接触点的运动正处在落地点，总旋转角度速率从小于阈值到大于阈值变化时，接触点的运动则正处在离地点；根据连杆之间的层次关系，通过落地点的连杆位置推算，落地点与另一接触点之间关联的各连杆的位置；根据落地点与另一接触点之间关联的各连杆的位置，计算接触点当前落地所对应的位移。本专利技术实施例还提供一种关节级联系统，包括：多个连杆，设置于各连杆上的运动姿态传感器，连接各关联连杆的电机，和处理装置；其中，处理装置，用于获取运动姿态传感器所感应的运动姿态数据；根据所述运动姿态数据分析关节级联系统的运动参数。其中，所述运动参数包括：关节级联系统的连杆的运动位置；所述处理装置还用于，对运动姿态传感器进行初始姿态校准，使得连杆处于初始姿态的初始连杆向量与运动姿态传感器的测量坐标系对齐；所述处理装置在获取运动姿态传感器所感应的运动姿态数据，根据所述运动姿态数据分析关节级联系统的运动参数的方面，具体用于：获取连杆运动时，连杆运动的连杆姿态欧拉角，所述连杆姿态欧拉角包括：连杆运动的俯仰角θ，连杆运动的横滚角φ，和连杆运动的航向角ψ；根据所述连杆姿态欧拉角生成连杆运动所对应的三维旋转矩阵R，R为cosθcosψsinφsinθcosψ-cosφsinψcosφsinθcosψ+sinφsinψcosθ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种关节级联系统的运动参数检测方法，其特征在于，基于一种关节级联系统，所述关节级联系统包括：多个连杆，设置于各连杆上的运动姿态传感器，连接各关联连杆的电机，和处理装置；所述方法应用于处理装置，所述方法包括：获取运动姿态传感器所感应的运动姿态数据；根据所述运动姿态数据分析关节级联系统的运动参数。

【技术特征摘要】
1.一种关节级联系统的运动参数检测方法，其特征在于，基于一种关节
级联系统，所述关节级联系统包括：多个连杆，设置于各连杆上的运动姿态
传感器，连接各关联连杆的电机，和处理装置；
所述方法应用于处理装置，所述方法包括：
获取运动姿态传感器所感应的运动姿态数据；
根据所述运动姿态数据分析关节级联系统的运动参数。
2.根据权利要求1所述的关节级联系统的运动参数检测方法，所述运动
参数包括：关节级联系统的连杆的运动位置；所述方法还包括：
对运动姿态传感器进行初始姿态校准，使得连杆处于初始姿态的初始连
杆向量与运动姿态传感器的测量坐标系对齐；
所述获取运动姿态传感器所感应的运动姿态数据包括：
获取连杆运动时，连杆运动的连杆姿态欧拉角，所述连杆姿态欧拉角包
括：连杆运动的俯仰角θ，连杆运动的横滚角φ，和连杆运动的航向角ψ；
所述根据所述运动姿态数据分析关节级联系统的运动参数包括：
根据所述连杆姿态欧拉角生成连杆运动所对应的三维旋转矩阵R，R为
cosθcosψsinφsinθcosψ-cosφsinψcosφsinθcosψ+sinφsinψcosθsinψsinφsinθsinψ+cosφcosψcosφsinθsinψ-sinφcosψ-sinθsinφcosθcosφcosθ;]]>将连杆处于初始姿态的初始连杆向量乘以R，得到连杆运动所对应的连
杆向量，所述连杆向量表示连杆的运动位置。
3.根据权利要求2所述的关节级联系统的运动参数检测方法，所述对运
动姿态传感器进行初始姿态校准包括：
在进行初始姿态校准时，将连杆的向量V(输出)-向量V(补偿)，得到连
杆处于初始姿态的初始连杆向量。
4.根据权利要求1所述的关节级联系统的运动参数检测方法，所述关节
级联系统还包括：设置于关节级联系统的支撑点下方的压力分布传感器；所
述运动参数包括：关节级联系统的重心；
所述获取运动姿态传感器所感应的运动姿态数据包括：
获取关节级联系统重心沿x轴方向上的加速度和重心沿y轴方向上
的加速度所述根据所述运动姿态数据分析关节级联系统的运动参数包括：
确定关节级联系统的零力矩点(xzmp，yzmp，0)；
根据公式计算xg，根据公式计算yg，其
中，关节级联系统重心的表达式为(xg，yg，zg)，zg为常量。
5.根据权利要求1所述的关节级联系统的运动参数检测方法，所述关节
级联系统还包括：设置于关节级联系统的支撑点下方的压力分布传感器；所
述运动参数包括：关节级联系统的位移；
所述获取运动姿态传感器所感应的运动姿态数据包括：
获取各接触点的各轴旋转角度速率；
所述根据所述运动姿态数据分析关节级联系统的运动参数包括：
检测各接触点的总旋转角度速率，总旋转角度速率＝sqrt(X旋转角度
速率*X旋转角度速率+Y旋转角度速率*Y旋转角度速率+Z旋转角度速率*Z
旋转角度速率)；
根据接触点的总旋转角度速率确定落地点，其中，总旋转角度速率从大
于阈值到小于阈值变化时，接触点的运动正处在落地点，总旋转角度速率从
小于阈值到大于阈值变化时，接触点的运动则正处在离地点；
根据连杆之间的层次关系，通过落地点的连杆位置推算，落地...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凤玲，刘永涛，赵铁军，周尤，
申请(专利权)人：青岛海蓝康复器械有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37