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      一種關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)檢測方法及關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號:9656797閱讀:747來源:國知局
      一種關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)檢測方法及關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的制作方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明涉及運(yùn)動仿生模型技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)檢測 方法及關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)。
      【背景技術(shù)】
      [0002] 關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)也稱為多關(guān)節(jié)串聯(lián)系統(tǒng),多關(guān)節(jié)表示由多個關(guān)節(jié)相互連接的整體系 統(tǒng),當(dāng)一個關(guān)節(jié)連接的連桿發(fā)生運(yùn)動時,會導(dǎo)致相關(guān)關(guān)節(jié)同樣發(fā)生位置姿態(tài)的變化,關(guān)節(jié)級 聯(lián)系統(tǒng)最常見的為人體與動物連桿模型,以及多足動物運(yùn)動生理結(jié)構(gòu),圖1示出了常見的2 支撐點(diǎn)和4支撐點(diǎn)情況下的關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),可參照。
      [0003] 對關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動進(jìn)行檢測,對于雙足以及多足生物體的運(yùn)動仿生模擬具有 重要意義;關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動檢測主要是對關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行檢測,諸如關(guān) 節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的連桿運(yùn)動位置的檢測、關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的重心檢測、關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的位移檢測 等;通過檢測關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的連桿運(yùn)動位置、重心、位移等運(yùn)動參數(shù),可實(shí)現(xiàn)對關(guān)節(jié)級聯(lián)系 統(tǒng)的移動、轉(zhuǎn)向、靜止等運(yùn)動控制調(diào)整。
      [0004] 目前,關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)檢測方式主要是通過光學(xué)傳感器(如攝像頭)實(shí) 現(xiàn),通過在關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動場地安裝不同角度的多個攝像頭,可追蹤關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的 關(guān)鍵位置的標(biāo)記點(diǎn),從而根據(jù)攝像頭拍攝的圖像數(shù)據(jù)分析出關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)。
      [0005] 本發(fā)明的發(fā)明人在研究過程中發(fā)現(xiàn),采用光學(xué)傳感器檢測關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參 數(shù)的方式,雖然可直接以攝像頭拍攝的圖像數(shù)據(jù)獲得關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的絕對運(yùn)動軌跡,進(jìn)而 分析出運(yùn)動軌跡相應(yīng)的運(yùn)動參數(shù),所得到的運(yùn)動參數(shù)具有一定的精度;但是,光學(xué)傳感器對 于光線、場地的要求較高,在使用要求上具有一定的局限性,并無法普遍應(yīng)用;因此提供一 種新的關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)檢測方法,以解決使用要求的局限性,使得關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng) 的運(yùn)動參數(shù)檢測能夠被普遍應(yīng)用,成為本領(lǐng)域技術(shù)人員需要考慮的問題。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0006] 有鑒于此,本發(fā)明實(shí)施例提供一種關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)檢測方法及關(guān)節(jié)級聯(lián) 系統(tǒng),以解決關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)檢測過程中,所存在的使用要求局限的問題,以使得 關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)檢測能夠被普遍應(yīng)用。
      [0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明實(shí)施例提供如下技術(shù)方案:
      [0008] -種關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)檢測方法,基于一種關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng),所述關(guān)節(jié)級聯(lián) 系統(tǒng)包括:多個連桿,設(shè)置于各連桿上的運(yùn)動姿態(tài)傳感器,連接各關(guān)聯(lián)連桿的電機(jī),和處理 裝置;
      [0009] 所述方法應(yīng)用于處理裝置,所述方法包括:
      [0010] 獲取運(yùn)動姿態(tài)傳感器所感應(yīng)的運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù);
      [0011] 根據(jù)所述運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù)分析關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)。
      [0012] 其中,所述運(yùn)動參數(shù)包括:關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的連桿的運(yùn)動位置;所述方法還包括:
      [0013] 對運(yùn)動姿態(tài)傳感器進(jìn)行初始姿態(tài)校準(zhǔn),使得連桿處于初始姿態(tài)的初始連桿向量與 運(yùn)動姿態(tài)傳感器的測量坐標(biāo)系對齊;
      [0014] 所述獲取運(yùn)動姿態(tài)傳感器所感應(yīng)的運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù)包括:
      [0015] 獲取連桿運(yùn)動時,連桿運(yùn)動的連桿姿態(tài)歐拉角,所述連桿姿態(tài)歐拉角包括:連桿運(yùn) 動的俯仰角Θ,連桿運(yùn)動的橫滾角Φ,和連桿運(yùn)動的航向角Φ ;
      [0016] 所述根據(jù)所述運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù)分析關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)包括:
      [0017] 根據(jù)所述連桿姿態(tài)歐拉角生成連桿運(yùn)動所對應(yīng)的三維旋轉(zhuǎn)矩陣R,R為
      [0018] 將連桿處于初始姿態(tài)的初始連桿向量乘以R,得到連桿運(yùn)動所對應(yīng)的連桿向量,所 述連桿向量表示連桿的運(yùn)動位置。
      [0019] 其中,所述對運(yùn)動姿態(tài)傳感器進(jìn)行初始姿態(tài)校準(zhǔn)包括:
      [0020] 在進(jìn)行初始姿態(tài)校準(zhǔn)時,將連桿的向量V (輸出)_向量V (補(bǔ)償),得到連桿處于初 始姿態(tài)的初始連桿向量。
      [0021] 其中,所述關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)還包括:設(shè)置于關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的支撐點(diǎn)下方的壓力分布 傳感器;所述運(yùn)動參數(shù)包括:關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的重心;
      [0022] 所述獲取運(yùn)動姿態(tài)傳感器所感應(yīng)的運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù)包括:
      [0023] 獲取關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)重心沿X軸方向上的加速度'。和重心沿y軸方向上的加速度 .vg . ,.
      [0024] 所述根據(jù)所述運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù)分析關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)包括:
      [0025] 確定關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的零力矩點(diǎn)(xzmp,yzmp,〇);
      [0026] 根據(jù)公式'
      計(jì)算xg,根據(jù)公式 計(jì)算y g,其中,關(guān) 節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)重心的表達(dá)式為(xg,yg,zg),zgS常量。
      [0027] 其中,所述關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)還包括:設(shè)置于關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的支撐點(diǎn)下方的壓力分布 傳感器;所述運(yùn)動參數(shù)包括:關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的位移;
      [0028] 所述獲取運(yùn)動姿態(tài)傳感器所感應(yīng)的運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù)包括:
      [0029] 獲取各接觸點(diǎn)的各軸旋轉(zhuǎn)角度速率;
      [0030] 所述根據(jù)所述運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù)分析關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)包括:
      [0031] 檢測各接觸點(diǎn)的總旋轉(zhuǎn)角度速率,總旋轉(zhuǎn)角度速率=sqrt (X旋轉(zhuǎn)角度速率*X旋 轉(zhuǎn)角度速率+Y旋轉(zhuǎn)角度速率*Y旋轉(zhuǎn)角度速率+Z旋轉(zhuǎn)角度速率*Z旋轉(zhuǎn)角度速率);
      [0032] 根據(jù)接觸點(diǎn)的總旋轉(zhuǎn)角度速率確定落地點(diǎn),其中,總旋轉(zhuǎn)角度速率從大于閾值到 小于閾值變化時,接觸點(diǎn)的運(yùn)動正處在落地點(diǎn),總旋轉(zhuǎn)角度速率從小于閾值到大于閾值變 化時,接觸點(diǎn)的運(yùn)動則正處在離地點(diǎn);
      [0033] 根據(jù)連桿之間的層次關(guān)系,通過落地點(diǎn)的連桿位置推算,落地點(diǎn)與另一接觸點(diǎn)之 間關(guān)聯(lián)的各連桿的位置;
      [0034] 根據(jù)落地點(diǎn)與另一接觸點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)的各連桿的位置,計(jì)算接觸點(diǎn)當(dāng)前落地所對應(yīng) 的位移。
      [0035] 本發(fā)明實(shí)施例還提供一種關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng),包括:多個連桿,設(shè)置于各連桿上的運(yùn)動 姿態(tài)傳感器,連接各關(guān)聯(lián)連桿的電機(jī),和處理裝置;
      [0036] 其中,處理裝置,用于獲取運(yùn)動姿態(tài)傳感器所感應(yīng)的運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù);根據(jù)所述運(yùn)動 姿態(tài)數(shù)據(jù)分析關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)。
      [0037] 其中,所述運(yùn)動參數(shù)包括:關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的連桿的運(yùn)動位置;
      [0038] 所述處理裝置還用于,對運(yùn)動姿態(tài)傳感器進(jìn)行初始姿態(tài)校準(zhǔn),使得連桿處于初始 姿態(tài)的初始連桿向量與運(yùn)動姿態(tài)傳感器的測量坐標(biāo)系對齊;
      [0039] 所述處理裝置在獲取運(yùn)動姿態(tài)傳感器所感應(yīng)的運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù),根據(jù)所述運(yùn)動姿態(tài) 數(shù)據(jù)分析關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)的方面,具體用于:
      [0040] 獲取連桿運(yùn)動時,連桿運(yùn)動的連桿姿態(tài)歐拉角,所述連桿姿態(tài)歐拉 角包括:連桿運(yùn)動的俯仰角Θ,連桿運(yùn)動的橫滾角φ,和連桿運(yùn)動的航向 角Φ ;根據(jù)所述連桿姿態(tài)歐拉角生成連桿運(yùn)動所對應(yīng)的三維旋轉(zhuǎn)矩陣R,R為
      將連桿處于初始姿 態(tài)的初始連桿向量乘以R,得到連桿運(yùn)動所對應(yīng)的連桿向量,所述連桿向量表示連桿的運(yùn)動 位置。
      [0041] 其中,所述處理裝置在對運(yùn)動姿態(tài)傳感器進(jìn)行初始姿態(tài)校準(zhǔn)的方面具體用于,在 進(jìn)行初始姿態(tài)校準(zhǔn)時,將連桿的向量V (輸出)-向量V (補(bǔ)償),得到連桿處于初始姿態(tài)的初 始連桿向量。
      [0042] 其中,所述關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)還包括:設(shè)置于關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的支撐點(diǎn)下方的壓力分布 傳感器;所述運(yùn)動參數(shù)包括:關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的重心;
      [0043] 所述處理裝置具體用于,獲取關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)重心沿X軸方向上的加速度\和 5 重心沿y軸方向上的加速度匕^確定關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的零力矩點(diǎn)(xzmp,yzmp,0);根據(jù)公式
      計(jì)算xg,根據(jù)公式
      計(jì)算yg,其中,關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)重心的 表達(dá)式為(xg,yg,zg),zgS常量。
      [0044] 其中,所述關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)還包括:設(shè)置于關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的支撐點(diǎn)下方的壓力分布 傳感器;所述運(yùn)動參數(shù)包括:關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的位移;
      [0045] 所述處理裝置具體用于,獲取各接觸點(diǎn)的各軸旋轉(zhuǎn)角度速率;檢測各接觸點(diǎn)的總 旋轉(zhuǎn)角度速率,總旋轉(zhuǎn)角度速率=sqrt (X旋轉(zhuǎn)角度速率*X旋轉(zhuǎn)角度速率+Y旋轉(zhuǎn)角度速率 *Y旋轉(zhuǎn)角度速率+Z旋轉(zhuǎn)角度速率*Z旋轉(zhuǎn)角度速率);
      [0046] 根據(jù)接觸點(diǎn)的總旋轉(zhuǎn)角度速率確定落地點(diǎn),其中,總旋轉(zhuǎn)角度速率從大于閾值到 小于閾值變化時,接觸點(diǎn)的運(yùn)動正處在落地點(diǎn),總旋轉(zhuǎn)角度速率從小于閾值到大于閾值變 化時,接觸點(diǎn)的運(yùn)動則正處在離地點(diǎn);
      [0047] 根據(jù)連桿之間的層次關(guān)系,通過落地點(diǎn)的連桿位置推算,落地點(diǎn)與另一接觸點(diǎn)之 間關(guān)聯(lián)的各連桿的位置;
      [0048] 根據(jù)落地點(diǎn)與另一接觸點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)的各連桿的位置,計(jì)算接觸點(diǎn)當(dāng)前落地所對應(yīng) 的位移。
      [0049] 基于上述技術(shù)方案,本發(fā)明實(shí)施例中關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的關(guān)節(jié)是由電機(jī)組成,電機(jī)的 運(yùn)動可使得關(guān)節(jié)具有三個轉(zhuǎn)動的自由度,并且通過設(shè)置于連桿上的運(yùn)動姿態(tài)傳感器在關(guān)節(jié) 運(yùn)動時,采集關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動姿態(tài)數(shù)據(jù),可使得反應(yīng)關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)的運(yùn)動 數(shù)據(jù)得以獲取,通過分析運(yùn)動姿態(tài)傳感器采集的運(yùn)動數(shù)據(jù)則可檢測出關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動 參數(shù);由于關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)中由電機(jī)組成關(guān)節(jié),運(yùn)動姿態(tài)傳感器設(shè)置于連桿上,分析關(guān)節(jié)級聯(lián) 系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)的源數(shù)據(jù)均可通過集合于關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的本體結(jié)構(gòu)上的設(shè)備采集,進(jìn)而由 處理裝置分析得出運(yùn)動參數(shù),因此,本發(fā)明實(shí)施例可在任意場地實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動 參數(shù)檢測,對于應(yīng)用場地并無限制,由此解決了關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)檢測過程中,對于 使用要求的局限問題,使得關(guān)節(jié)級聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)檢測能夠被普遍應(yīng)用。
      【附圖說明】
      [0050] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的
      當(dāng)前第1頁1 2 3 4 
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