本發明涉及數字施工和精準農業等技術領域，具體為一種工程機械姿態傳感器系統誤差標定方法。
背景技術：
隨著智能駕駛和控制技術在數字施工領域的應用，姿態感知技術顯得愈發重要，姿態跟蹤的精度、響應速度等需要高精度的傾角傳感器和姿態跟蹤算法，傳感器的系統誤差標定成了姿態跟蹤精度提升的關鍵技術之一。目前的安裝誤差標定技術主要以水平儀或者雙位置法安裝誤差標定為主，其中水平儀標定方案安裝方便，但是操作機械軸系至水平比較耗時，而且水平儀與安裝軸很難保證完全水平，因此精度較低，難以得到高精度的系統誤差補償角度；雙位置法安裝誤差標定方案需要變換傳感器的位置，工程機械上一般傳感器的安裝位置都比較固定，拆卸不方便，現場標定效率較低。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種工程機械姿態傳感器系統誤差標定方法，本發明以2d挖掘機控制系統為例，描述工程機械姿態跟蹤傳感器系統誤差標定方案，該標定方案由水平臺、水平儀、正六面體、傾角傳感器、全站儀構成，其中傾角傳感器由至少三軸加速度計和單軸陀螺儀組成，該傳感器的系統誤差由靜態零偏和安裝誤差兩部分構成。加速度計和陀螺儀由于存在靜態零偏，需要分別做標定和補償；其中，陀螺儀靜態零偏可通過靜止采集一段時間的角速度并取均值即可，加速度零偏標定需要水平臺和正六面體來完成。經過加速度誤差補償后的傾角傳感器安裝在工程機械的軸系上，通常需要測量安裝軸系與水平面的夾角，由于難于保證傳感器的軸系與機械安裝軸系保持平行，傳感器實際輸出的角度為傳感器敏感軸與水平面的夾角；因此需要將機械的安裝軸系調整至水平面，當前的傳感器輸出角度即為傳感器的安裝誤差角，為數字施工和精準農業等行業應用運載體的姿態測量提供一個更有效的系統誤差標定方案，提高姿態測量的絕對精度。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種工程機械姿態傳感器系統誤差標定方法，包括以下步驟：
步驟(1)：姿態傳感器系統出廠標定；
步驟(2)：現場安裝誤差標定；
其中，姿態傳感器系統包括水平臺、水平儀、正六面體、傾角傳感器、全站儀構成，其中傾角傳感器由至少三軸加速度計和單軸陀螺儀組成。
優選的，所述步驟(1)具體包括：
步驟(1.1)：水平臺調平；
步驟(1.2)：正六面體六位置法數據采集；
步驟(1.3)：加速度計系統偏差計算；
步驟(1.4)：加速度計誤差補償。
優選的，所述步驟(2)具體包括：
步驟(2.1)：傳感器安裝；
步驟(2.2)：全站儀調平安裝軸；
步驟(2.3)：傾角傳感器數據采集；
步驟(2.4)：陀螺儀零偏計算；
步驟(2.5)：安裝誤差角輸出并補償。
優選的，所述步驟(1.2)具體包括：將傳感器置于正六面體內部并固定，通過正六面體對傳感器進行六位置法靜態數據采集，每個位置各采集1分鐘的數據。
優選的，所述步驟(1.3)具體包括：通過加速度計誤差模型解算得到加速度計的零偏值和安裝誤差系數，然后對加速度計進行補償。
優選的，挖掘機小臂姿態傳感器系統誤差標定中通過全站儀控制小臂與大臂的連接旋轉軸心，與小臂、挖斗的連接處旋轉軸心，兩者保持在同一個水平面，此時小臂傳感器輸出的角度即為小臂傾角傳感器的安裝誤差角。
與現有技術相比，本發明的有益效果如下：
(1)本發明采用了murata的scc2230傳感器方案，并通過水平臺和正六面體對加速度計系統誤差進行了標定和補償，該傳感器加速度計零偏在6mg左右，零偏補償后姿態精度提高了0.6度左右。(2)本發明采用高精度全站儀提供水平面，對安裝軸進行調平，該全站儀可自動檢測度盤系統誤差并進行修正，保證了水平面的精度，提高了安裝誤差標定的精度；相對于目前常用的安裝誤差標定方案，該方案安裝比較快捷，全站儀水平精度高，提高了傳感器安裝誤差現場標定的準確度和效率；(3)本發明設計方案可以同時輸出載體安裝軸的加速度值和轉動角速度，為智能駕駛和控制提供了豐富的輸入。
附圖說明
圖1工程機械系統誤差標定方案設計圖；
圖2傳感器出廠標定流程圖；
圖3傳感器現場安裝誤差標定流程圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
請參閱圖1-3，一種工程機械姿態傳感器系統誤差標定方法，在圖1中，傾角傳感器安裝于挖掘機小臂的左側面，在圖1中標記為c，用于測量小臂與水平面的夾角；在圖1中標記a為：小臂與大臂的連接處旋轉軸心；在圖1中標記b為：小臂與挖斗連接處旋轉軸心；全站儀：用于提供水平面，調整a、b點至水平面。
參考圖1所示，本發明以2d挖掘機控制系統為例，描述工程機械姿態跟蹤傳感器系統誤差標定方案，該標定方案由水平臺、水平儀、正六面體、傾角傳感器、全站儀構成，其中傾角傳感器由至少三軸加速度計和單軸陀螺儀組成，該傳感器的系統誤差由靜態零偏和安裝誤差兩部分構成。加速度計和陀螺儀由于存在靜態零偏，需要分別做標定和補償；其中，陀螺儀靜態零偏可通過靜止采集一段時間的角速度并取均值即可，加速度零偏標定需要水平臺和正六面體來完成。
經過加速度誤差補償后的傾角傳感器安裝在工程機械的軸系上，通常需要測量安裝軸系與水平面的夾角，由于難于保證傳感器的軸系與機械安裝軸系保持平行，傳感器實際輸出的角度為傳感器敏感軸與水平面的夾角；因此需要將機械的安裝軸系調整至水平面，當前的傳感器輸出角度即為傳感器的安裝誤差角。
進一步，本發明方案由兩部分組成：傳感器出廠標定和現場安裝誤差標定。首先通過水平儀調平水平臺，利用正六面體通過六位置法對加速度計進行出廠標定，并對加速度計進行補償，其次通過全站儀進行現場安裝誤差標定；本發明以挖掘機小臂為例，結合全站儀控制小臂與大臂的連接旋轉軸心，與小臂、挖斗的連接處旋轉軸心，兩者保持在同一個水平面，此時小臂傳感器輸出的角度即為小臂傾角傳感器的安裝誤差角；本發明專利通用于其他工程機械姿態測量的系統誤差標定。
在本發明中，本發明的方案設計包括：水平儀、水平臺、正六面體、姿態傳感器、全站儀：其中，水平儀：用于調整水平臺至水平位置；水平臺：為加速度計系統誤差出廠標定提供水平面；正六面體：定制的高精度正六面體，用于安裝姿態傳感器，通過六位置法測量傳感器的靜態加速度值，得到加速度計的靜態零偏值和安裝誤差系數；見附圖2；姿態傳感器：以挖掘機小臂為例，該傳感器安裝在小臂左側，測量挖掘機工作時小臂的加速度值和角速度值，利用加速度計算的俯仰角與陀螺儀計算的俯仰角進行融合，得到小臂與水平面的俯仰角；全站儀：為傳感器現場安裝誤差標定提供水平面，用于調整姿態傳感器安裝軸的兩個旋轉軸心a點和b點至水平面。
在本發明中，對本發明中的姿態傳感器系統誤差標定原理做簡要說明：
第一步：傳感器出廠標定，首先通過水平儀調整水平臺至水平位置；
第二步：將傳感器置于正六面體內部并固定，通過正六面體對傳感器進行六位置法靜態數據采集，每個位置各采集1分鐘的數據；
第三步：通過加速度計誤差模型解算得到加速度計的零偏值和安裝誤差系數，然后對加速度計進行補償。
第四步：傳感器現場安裝誤差標定，首先調平全站儀，通過全站儀提供水平面；
第五步：結合全站儀控制挖掘機運動，使b點與a點處于同一水平面；
第六步：等待傾角傳感器陀螺初始化完成，采集靜態角速度數據的均值作為陀螺儀的靜態零偏值，并對陀螺儀的角速度輸出進行陀螺零偏補償；
第七步：傾角傳感器加速度和角速度值，根據姿態跟蹤算法得到俯仰角，該角度即為小臂傾角傳感器的安裝誤差角。本發明采用了murata的scc2230傳感器方案，并通過水平臺和正六面體對加速度計系統誤差進行了標定和補償，該傳感器加速度計零偏在6mg左右，零偏補償后姿態精度提高了0.6度左右。以及采用高精度全站儀提供水平面，對安裝軸進行調平，該全站儀可自動檢測度盤系統誤差并進行修正，保證了水平面的精度，提高了安裝誤差標定的精度；相對于目前常用的安裝誤差標定方案，該方案安裝比較快捷，全站儀水平精度高，提高了傳感器安裝誤差現場標定的準確度和效率；而且可以同時輸出載體安裝軸的加速度值和轉動角速度，為智能駕駛和控制提供了豐富的輸入。
盡管已經示出和描述了本發明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由所附權利要求及其等同物限定。