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龙图腾网获悉北京工业大学申请的专利基于运动传感器的数字孪生机械臂控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN118700125B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-02-06发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202410657697.3，技术领域涉及：B25J9/16；该发明授权基于运动传感器的数字孪生机械臂控制方法是由崔志远;林家春;张曦予;吴培鑫设计研发完成，并于2024-05-26向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于运动传感器的数字孪生机械臂控制方法在说明书摘要公布了：本发明公开了基于运动传感器的数字孪生机械臂控制方法，包括以下步骤：步骤一：搭建及机械臂的数字孪生模型；步骤二：建立运动传感器与计算机之间的无线通讯；步骤三：使用卡尔曼滤波器进行姿态解算，将运动传感器的运动数据解算为当前姿态信息。得到姿态信息后通过机械臂逆运动学算法计算出在目标姿态下机械臂每个关节的角度和位移；步骤四：通过TCP通讯将运动参数发送给机械臂的控制器来控制机械臂运动到指定位置，同时unity将每个生命周期的运动发送到数字孪生模型中，以此实现数字孪生机械臂跟随真实机械臂运动。本发明解决了在恶劣工作环境下工作人员在近距离对机械臂进行控制时产生的生命健康问题。

本发明授权基于运动传感器的数字孪生机械臂控制方法在权利要求书中公布了：1.基于运动传感器的数字孪生机械臂控制方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤： 步骤一：搭建及机械臂的数字孪生模型，设置所控机械臂各轴的运动限位已经初始位置；建立数字孪生机械臂和真实机械臂的无线通讯； 步骤二：建立运动传感器与计算机之间的无线通讯； 步骤三：使用卡尔曼滤波器进行姿态解算，将运动传感器的运动数据解算为当前姿态信息；得到姿态信息后通过机械臂逆运动学算法计算出在目标姿态下机械臂每个关节的角度和位移； 步骤四：运动传感器采集当前手部运动的三轴加速度、角速度和偏航角参数，通过软件中的姿态解算算法以及机械臂逆运动学算法换算成机械臂运动的动作向量和各轴关节的运动角度；通过TCP通讯将运动参数发送给机械臂的控制器来控制机械臂运动到指定位置，同时unity将每个生命周期的运动发送到数字孪生模型中，以此实现数字孪生机械臂跟随真实机械臂运动； 步骤三包括以下步骤， 步骤3.1，运动传感器中发挥功能的器件是IMU传感器和磁力计，IMU传感器可以测出xyz三轴的加速度和角速度，磁力计得到磁场信息从而得到当前的偏航角； 步骤3.2，初始化卡尔曼滤波器的状态估计和协方差矩阵；状态向量可以选择为[roll,pitch,yaw,gyro_bias_x,gyro_bias_y,gyro_bias_z]，其中roll和pitch表示加速度计测量到的俯仰和横滚角，yaw表示磁力计测量到的偏航角，gyro_bias_x、gyro_bias_y和gyro_bias_z表示陀螺仪的漂移偏差； 步骤3.3，定义测量模型，从传感器的测量数据中获取姿态信息；使用加速度计和磁力计的数据来测量姿态；测量模型表示为： ； ； ； 其中，，，是通过IMU中的加速度计获得的xyz三轴的加速度，，，是通过磁力计测量获得的xyz三轴的磁场数据；、和是通过加速度计和磁力计测量获得的姿态角度； 步骤3.4，根据系统动态模型，利用陀螺仪的角速度数据预测下一个时刻的姿态状态和协方差矩阵；根据测量模型，将加速度计和磁力计的测量数据与预测值进行比较，校正预测的姿态状态和协方差矩阵；在每个时间周期中，重复进行预测和更新步骤，利用新的传感器数据不断更新姿态信息； 步骤3.5，根据机械臂的几何参数，包括每个关节的长度、关节类型、坐标系定义；建立正向运动学模型，将关节角度或位移转换为末端执行器的位置和姿态； 步骤3.6，基于正向运动学模型，建立机械臂逆向运动学模型；将末端执行器的姿态和位置转换为关节角度； 步骤3.7，将姿态解算后得到的姿态信息作为目标姿态代入到逆向运动学模型中，求解出在该目标姿态下机械臂每个关节需要运动的角度和位移。

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