【摘 要】
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惯性-地磁组合测量单元因其具有体积小、费用低和功耗少等优点被广泛应用于医疗康复、体育运动、虚拟现实和医疗器械跟踪领域等。惯性-地磁组合测量单元由MEMS传感器组成,主要包括硬件和软件两部分,硬件包含加速度计、陀螺仪和磁强计,软件为数据融合算法(也称为姿态测量算法),硬件测量得到的数据通过数据融合算法得到运动体姿态。本文对基于惯性-地磁组合的运动体姿态测量算法展开研究,主要进行了如下工作:首先,基于
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惯性-地磁组合测量单元因其具有体积小、费用低和功耗少等优点被广泛应用于医疗康复、体育运动、虚拟现实和医疗器械跟踪领域等。惯性-地磁组合测量单元由MEMS传感器组成,主要包括硬件和软件两部分,硬件包含加速度计、陀螺仪和磁强计,软件为数据融合算法(也称为姿态测量算法),硬件测量得到的数据通过数据融合算法得到运动体姿态。本文对基于惯性-地磁组合的运动体姿态测量算法展开研究,主要进行了如下工作:首先,基于不同的传感器数据介绍了对应的几种姿态测量算法,并比较分析了不同算法的性能,最后确定利用惯性-地磁组合传感器测量数据用于姿态测量算法研究;其次,针对三个确定性误差对传感器输出数据的影响,提出一种新型的进行误差标定的实验方法,基于MTi-28A53G35传感器模块进行实验,并得出误差参数完成标定,通过公式反推出传感器真实输出值,实现传感器补偿,最终得到传感器真实输出值,为后续实施姿态测量算法提供准确的数据,消除三个确定性误差对运动体姿态的影响;最后,针对运动体线性加速度和外部磁场干扰对运动体姿态测量精度的影响,基于现有的惯性-地磁组合测量单元,提出一种多模型融合姿态测量算法。在利用传感器数据进行姿态测量时,并不直接将三种传感器数据代入互补滤波算法中,而是首先将一段连续的运动分类截断,分为动态和静态两段,动态段时只使用陀螺仪数据用于姿态测量,静态段时使用加速度计和磁强计数据用于姿态测量,然后将每段的姿态测量结果组合在一起得到此段连续运动的姿态。为了保证分类的准确,提出了可靠性判定准则用于运动状态判定,并提出“误差估计”用于可靠性判定准则公式中最优阈值的选择,实现运动状态准确识别。根据使用的传感器数据的不同,建立不同的数据融合模型,不同的状态切换为对应的数据融合模型。经实验验证,该算法在测量精度和速度上都有所提升。
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