一种单轴旋转载体转轴转角惯性测量系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种单轴旋转载体转轴转角惯性测量系统及方法，系统包括惯性测量设备和计算机，所述惯性测量设备包括微处理器，和与微处理器电信号连接的三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计；惯性测量设备还具有固定端，惯性测量设备通过固定端固定设置在旋转载体的任一平面的任一位置上；惯性测量设备与计算机通讯连接；计算机用于根据惯性测量设备的姿态信息解算旋转载体的转轴转角；通过求解增量四元数，结合增量四元数与轴角对的关系，可实时输出单轴旋转载体的转轴转角信息，该方法操作简单，无需假设复杂的测量设备，简化了测量过程，设备体积小，完全依靠自身设备工作，隐蔽性好，工作不受测量环境限制，测量灵活，可靠性高。

An inertial measurement system and method for the rotation angle of single axis rotating carrier

【技术实现步骤摘要】
一种单轴旋转载体转轴转角惯性测量系统及方法
本专利技术属于惯性检测
，是一种灵活方便高精度的单轴旋转载体转轴转角测量系统及方法，涉及一种基于工业级三轴陀螺仪、工业级三轴加速度计以及工业级三轴磁力计的单轴旋转载体转轴转动角度的测量系统及方法。
技术介绍
在机器人、航空航天、医疗康复等领域，对单轴旋转载体的转轴和转动角度进行灵活准确的测量，从而可以达到对其进行参数修正、故障诊断和有效的控制的目的。目前对于单轴旋转载体的转轴转角测量，根据测量原理不同，可以分为机械测量、电磁测量、光学测量和基于视觉的测量等。机械测量方法需要改变单轴旋转载体的初始结构，测量过程复杂。电磁测量方法需要进行复杂的安装和校正。光学测量和基于视觉的测量方法需要特殊的测量设备，如激光干涉仪和摄像机等，设备架设复杂，并且对测量环境要求较高，测量过程中一旦出现遮挡，测量将中断。上述方法在对测量灵活性要求不高的场合，可以实现较高的转轴转角测量精度。但在测量空间有限，难以架设复杂的测量设备，要求测量具有高度灵活性的场合，比如实时测量协作型机器人在与人协同工作过程中的某个关节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单轴旋转载体转轴转角惯性测量系统，其特征在于，包括惯性测量设备和计算机，所述惯性测量设备包括微处理器，和与微处理器电信号连接的三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计；惯性测量设备还具有固定端，惯性测量设备通过固定端固定设置在旋转载体的任一平面的任一位置上；/n惯性测量设备与计算机通讯连接；/n计算机用于根据惯性测量设备的姿态信息解算旋转载体的转轴转角。/n

【技术特征摘要】
1.一种单轴旋转载体转轴转角惯性测量系统，其特征在于，包括惯性测量设备和计算机，所述惯性测量设备包括微处理器，和与微处理器电信号连接的三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计；惯性测量设备还具有固定端，惯性测量设备通过固定端固定设置在旋转载体的任一平面的任一位置上；
惯性测量设备与计算机通讯连接；
计算机用于根据惯性测量设备的姿态信息解算旋转载体的转轴转角。


2.如权利要求1所述的单轴旋转载体转轴转角惯性测量系统，其特征在于，所述惯性测量设备还包括通信组件和电源组件。


3.如权利要求2所述的单轴旋转载体转轴转角惯性测量系统，其特征在于，电源组件为微处理器、三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计和通信组件供电；通信组件用于将惯性测量设备解算得到的姿态信息通过串口、网线、蓝牙和WiFi方式传输到计算机。


4.如权利要求1-3所述的单轴旋转载体转轴转角惯性测量系统的测量方法，其特征在于，步骤包括：
S1、惯性测量设备与单轴旋转载体的任一平面的任一位置固定连接；
S2、根据惯性测量设备输出的姿态信息计算单轴旋转载体的转轴姿态信息；
S3、根据计算得到的转轴姿态信息和惯性测量设备输出的姿态信息计算单轴旋转载体的转角信息。


5.根据权利要求4所述的单轴旋转载体转轴转角惯性测量方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：O1X1Y1Z1为旋转载体的所在的坐标系；O2X2Y2Z2为惯性测量设备自身的参考坐标系；假设旋转载体绕旋转轴r＝[rxryrz]T做逆时针旋转运动，逆时针转动时的角度为正；由于惯性测量设备固定于载体表面上，惯性测量设备从第一位置顺时针运动到第二位置所转过的角度θ即为所求的单轴旋转载体的转角θ。


6.根据权利要求5所述的单轴旋转载体转轴转角惯性测量方法，其特征在于，设惯性测量设备在第一位置处时输出的姿态信息为四元数q1＝[q11q12q13q14]T，惯性测量设备在第二位置处时输出的姿态信息为四元数q2＝[q21q22q23q24]T...

【专利技术属性】
技术研发人员：田新诚，孙玉杰，徐小龙，马昕，宋锐，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37