8、基于EKF和协方差边界的CDPR位姿估计及东京工业大学步行椅的螺旋理论分析

基于EKF和协方差边界的CDPR位姿估计及东京工业大学步行椅的螺旋理论分析

1. CDPR位姿估计

CDPR（Cable-Driven Parallel Robot，索驱动并联机器人）的位姿估计是机器人领域中的重要研究内容。在CDPR系统中，绞盘编码器仅记录相对于启动时初始方向的绞盘角度，因此需要校准过程将相对绞盘角度转换为电缆长度测量值。编码器数据被发送到数据采集卡（DAQ），用于正向运动学（FK）算法。而安装在末端执行器上的惯性测量单元（IMU），包含加速度计和速率陀螺仪，用于收集加速度和角速度数据，这些传感器采用三星Galaxy S21的原装加速度计和陀螺仪，数据以100Hz的采样率通过MATLAB mobile记录在“.mat”文件中，最终作为扩展卡尔曼滤波器（EKF）的输入。

1.1 实验设置

• 几何参数 ：CDPR的几何参数，如绞盘位置和电缆在末端执行器上的连接点，如表1所示。
  | 电缆编号 | 绞盘位置，$r_{w_{i}o}^{T_{a,ref}}$ (m) | 电缆末端执行器连接点，$r_{d_{i}z}^{T_{b}}$ (cm) |
  | ---- | ---- | ---- |
  | 1 | [ -0.71 0.38 0.84 ] | [ -5.15 4.00 1.00 ] |
  | 2 | [ 0.71 0.38 0.84 ] | [ 5.15 4.00 1.00 ] |
  | 3 | [ 0.71 -0.38 0.84 ] | [ 5.15 -4.00 1.00 ] |
  | 4 | [ -0.71 -0.38 0.84 ] | [ -5.1