一种补偿陀螺仪角速度数据的方法、装置、陀螺仪和系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种补偿陀螺仪角速度数据的方法、装置、陀螺仪和补偿陀螺仪角速度数据的系统。该方法包括：根据加速度传感器采集的第一时刻的加速度数据和磁力计采集的第一时刻的磁场数据计算第一组四元数，以及根据第一时刻的加速度数据计算第一时刻的加速度值；判断第一时刻的加速度值是否在预设加速度值范围内；若判断为是，根据第一组四元数和陀螺仪采集的第一时刻的角速度数据，计算陀螺仪的补偿系数和零偏值；使用补偿系数和零偏值补偿陀螺仪采集的第二时刻的角速度数据，获得陀螺仪补偿后的第二时刻的角速度数据。本发明专利技术的技术方案可以消除陀螺仪的累计误差，保证陀螺仪准确性，增强用户体验。

A method, device, gyroscope, and system for compensating gyroscope angular velocity data

The invention discloses a method, a device, a gyroscope and a system that compensates the angular velocity data of a gyroscope, which compensates the angular velocity data of the gyroscope. The method includes: the first time the first time according to the field data acquisition of the accelerometer and magnetometer acceleration data acquisition of the calculation of the first group of four yuan, and the first time the value of the acceleration calculation according to the acceleration data of the first time; the first time to determine the acceleration value is in the range of a preset acceleration value; if the judgment is true. According to the data of the first time angular velocity of the first group of four yuan and the number of gyroscope, the gyroscope compensation coefficient calculation and zero offset value; angular velocity data using the compensation coefficient and bias value to compensate the gyroscope second moment, angular velocity gyroscope data obtained after second time compensation. The technical scheme of the invention can eliminate the accumulative error of the gyroscope, ensure the accuracy of the gyroscope and enhance the user experience.

【技术实现步骤摘要】
一种补偿陀螺仪角速度数据的方法、装置、陀螺仪和系统
本专利技术涉及传感器
，特别涉及一种补偿陀螺仪角速度数据的方法、装置、陀螺仪和补偿陀螺仪角速度数据的系统。
技术介绍
陀螺仪在进行姿态角的测量时会存在累计误差，即本次计算的姿态角是基于前一次计算的姿态角的基础上获得的，这样就会导致陀螺仪上一次测量的误差累计到本次的结果中，进而随着时间的推移使得陀螺仪测量结果中的误差越来越大，影响陀螺仪的准确性。因此，减小或者消除累计误差，是陀螺仪测量准确与否的重要保证。但是，目前还无法实现对陀螺仪累计误差的消除。
技术实现思路
鉴于上述问题，提出了本专利技术的一种补偿陀螺仪角速度数据的方法、装置、陀螺仪和补偿陀螺仪角速度数据的系统，以便消除陀螺仪的累积误差。根据本专利技术的一个方面，提供了一种补偿陀螺仪角速度数据的方法，所述方法包括：根据加速度传感器采集的第一时刻的加速度数据和磁力计采集的第一时刻的磁场数据计算第一组四元数，以及根据所述第一时刻的加速度数据计算第一时刻的加速度值；判断所述第一时刻的加速度值是否在预设加速度值范围内；若加速度值在预设加速度值范围内，根据所述第一组四元数和陀螺仪采集的第一时刻的角速度数据，计算所述陀螺仪的补偿系数和零偏值；使用所述补偿系数和所述零偏值补偿所述陀螺仪采集的第二时刻的角速度数据，获得所述陀螺仪补偿后的第二时刻的角速度数据。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种补偿陀螺仪角速度数据的装置，所述装置包括：第一计算单元，用于根据加速度传感器采集的第一时刻的加速度数据和磁力计采集的第一时刻的磁场数据计算第一组四元数，以及根据所述加速度数据计算第一时刻的加速度值；判断单元，用于判断所述第一时刻的加速度值是否在预设加速度值范围内；第二计算单元，用于若加速度值在预设加速度值范围内，根据所述第一组四元数和陀螺仪采集的第一时刻的角速度数据，计算所述陀螺仪的补偿系数和零偏值；补偿单元，用于使用所述补偿系数和所述零偏值补偿所述陀螺仪采集的第二时刻的角速度数据，获得所述陀螺仪补偿后的第二时刻的角速度数据。根据本专利技术的又一个方面，提供了一种补偿陀螺仪角速度数据的装置，所述装置包括存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间通过内部总线通讯连接，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时能够实现前述的方法步骤。根据本专利技术的再一个方面，提供了一种陀螺仪，所述陀螺仪包括如前所述的补偿陀螺仪角速度数据的装置。根据本专利技术的再一个方面，提供了一种补偿陀螺仪角速度数据的系统，所述系统包括如前所述的陀螺仪、加速度传感器和磁力计；所述加速度传感器，用于采集第一时刻的加速度数据，并将所述第一时刻的加速度数据发送给所述陀螺仪；所述磁力计，用于采集第一时刻的磁场数据，并将所述第一时刻的磁场数据发送给所述陀螺仪；所述陀螺仪，用于根据接收到的所述第一时刻的加速度数据和所述第一时刻的磁场数据计算第一组四元数，以及根据所述第一时刻的加速度数据计算第一时刻的加速度值；判断所述第一时刻的加速度值是否在预设加速度值范围内；若加速度值在预设加速度值范围内，根据所述第一组四元数和陀螺仪采集的第一时刻的角速度数据，计算所述陀螺仪的补偿系数和零偏值；使用所述补偿系数和所述零偏值补偿所述陀螺仪采集的第二时刻的角速度数据，获得所述陀螺仪补偿后的第二时刻的角速度数据。综上所述，本专利技术的有益效果是：首先判断加速度传感器采集的加速度值是否在预设加速度值范围内，若判断为是，说明相比较存在累计误差的陀螺仪计算的四元数来说，利用加速度传感器和磁力计计算的四元数是比较准确的，然后根据比较准确的四元数获得陀螺仪的补偿系数和零偏值，该补偿系数和零偏值标定了陀螺仪当前的累计误差，使用该补偿系数和零偏值补偿陀螺仪的角速度数据，可以补偿陀螺仪的累积误差。可见，本专利技术的技术方案利用加速度传感器和磁力计采集的数据对陀螺仪角速度数据补偿，可以消除陀螺仪的累计误差，保证陀螺仪准确性，增强用户体验。附图说明图1为本专利技术一个实施例提供的一种补偿陀螺仪角速度数据的方法流程示意图；图2为本专利技术一个实施例提供的一种补偿陀螺仪角速度数据的装置的功能结构示意图；图3为本专利技术另一个实施例提供的一种补偿陀螺仪角速度数据的装置的功能结构示意图；图4为本专利技术一个实施例提供的一种陀螺仪的功能结构示意图；图5为本专利技术一个实施例提供的一种补偿陀螺仪角速度数据的系统的功能结构示意图。具体实施方式本专利技术的设计思路是：因目前无法对陀螺仪的累积误差进行消除，即使采用融合算法也只能减少累积误差，又考虑到加速度传感器采集的加速度值接近重力加速度值的理想状态时，利用加速度传感器和磁力计计算的四元数是相对准确的，本专利技术利用该相对准确的四元数获得陀螺仪的补偿系数和零偏值，标定陀螺仪的累计误差，再用该补偿系数和零偏值补偿陀螺仪的角速度数据时，可以将陀螺仪的累积误差消除。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。图1为本专利技术一个实施例提供的一种补偿陀螺仪角速度数据的方法流程示意图。如图1所示，该方法包括：步骤S110，根据加速度传感器采集的第一时刻的加速度数据和磁力计采集的第一时刻的磁场数据计算第一组四元数，以及根据第一时刻的加速度数据计算第一时刻的加速度值。四元数通过姿态角计算。这里的姿态角包括俯仰角、翻滚角和航向角，因为在计算过程中角度的正弦、余弦、正切等计算不方便，所以引入了四元数的概念，四元数的目的就是为了简化计算。本实施例中，步骤S110中的根据加速度传感器采集的第一时刻的加速度数据和磁力计采集的磁场数据计算第一组四元数包括：根据加速度传感器采集的第一时刻的加速度数据和磁力计采集的磁场数据计算姿态角；根据姿态角计算第一组四元数。具体地，加速度传感器采集的加速度数据是X轴、Y轴、Z轴的加速度值，用aX、aY、aZ表示，则俯仰角和翻滚角磁力计采集的磁场数据是X轴、Y轴、Z轴的磁场值，用MX、MY、MZ表示，则航向角为其中，arcsin是反正弦，arctan2是反正切。也就是说，利用加速度传感器采集的加速度数据可以计算姿态角中的俯仰角和翻滚角，然后再结合磁力计采集的磁场数据可以计算姿态角中的航向角。然后利用姿态角计算四元数。计算公式为：q1＝cos(pitch/2)·cos(roll/2)·cos(yaw/2)+sin(pitch/2)·sin(roll/2)·sin(yaw/2)q2＝cos(pitch/2)·sin(roll/2)·cos(yaw/2)-sin(pitch/2)·cos(roll/2)·sin(yaw/2)q3＝sin(pitch/2)·cos(roll/2)·cos(yaw/2)+cos(pitch/2)·sin(roll/2)·sin(yaw/2)q4＝cos(pitch/2)·cos(roll/2)·sin(yaw/2)-sin(pitch/2)·sin(roll/2)·cos(yaw/2)其中，四元数表示为pitch为俯仰角，roll为翻滚角，yaw为航向角。本实施例中，加速度传感器采集的X轴、Y轴、Z轴的加速度值分别用aX、aY、aZ表示，则步骤S110中的根据第一时刻的加速度数据计算第一时刻的加速度值为：步骤S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种补偿陀螺仪角速度数据的方法，其特征在于，所述方法包括：根据加速度传感器采集的第一时刻的加速度数据和磁力计采集的第一时刻的磁场数据计算第一组四元数，以及根据所述第一时刻的加速度数据计算第一时刻的加速度值；判断所述第一时刻的加速度值是否在预设加速度值范围内；若加速度值在预设加速度值范围内，根据所述第一组四元数和陀螺仪采集的第一时刻的角速度数据，计算所述陀螺仪的补偿系数和零偏值；使用所述补偿系数和所述零偏值补偿所述陀螺仪采集的第二时刻的角速度数据，获得所述陀螺仪补偿后的第二时刻的角速度数据。

【技术特征摘要】
1.一种补偿陀螺仪角速度数据的方法，其特征在于，所述方法包括：根据加速度传感器采集的第一时刻的加速度数据和磁力计采集的第一时刻的磁场数据计算第一组四元数，以及根据所述第一时刻的加速度数据计算第一时刻的加速度值；判断所述第一时刻的加速度值是否在预设加速度值范围内；若加速度值在预设加速度值范围内，根据所述第一组四元数和陀螺仪采集的第一时刻的角速度数据，计算所述陀螺仪的补偿系数和零偏值；使用所述补偿系数和所述零偏值补偿所述陀螺仪采集的第二时刻的角速度数据，获得所述陀螺仪补偿后的第二时刻的角速度数据。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述陀螺仪采集的第一时刻的角速度数据计算第二组四元数；将所述第一组四元数和所述第二组四元数按照预设的比例进行融合计算，获得第一时刻的四元数；根据所述第一时刻的四元数和所述陀螺仪补偿后的第二时刻的角速度数据，计算第二时刻的四元数。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：若加速度值不在预设加速度值范围内，则根据所述陀螺仪采集的第一时刻的角速度数据计算第二组四元数；将所述第一组四元数和所述第二组四元数按照预设的比例进行融合计算，获得第一时刻的四元数；根据所述第一时刻的四元数和所述陀螺仪采集的第二时刻的角速度数据，计算第二时刻的四元数。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一组四元数和陀螺仪采集的第一时刻的角速度数据，计算所述陀螺仪的补偿系数和零偏值包括：根据所述第一组四元数和第一时刻的前一时刻的四元数，计算所述陀螺仪第一时刻的角速度数据；根据所述陀螺仪计算出的第一时刻的角速度数据和采集的第一时刻的角速度数据，采用交叉逼近的方式计算所述陀螺仪的补偿系数和零偏值。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述采用交叉逼近的方式计算所述陀螺仪的补偿系数和零偏值包括：获取所述陀螺仪的当前补偿系数和当前零偏值；查看记录的前一次计算补偿系数和零偏值时使用的已知量是当前补偿系数还是当前零偏值；若记录的前一次计算补偿系数和零偏值时使用的已知量是所述当前补偿系数，则本次采用获取的所述当前零偏值作为已知量，计算所述陀螺仪的补偿系数，将所述当前零偏值作为所述陀螺仪的零偏值，并使用计算出的所述陀螺仪的补偿系数更新所述当前补偿系数；若记录的前一次计算补偿系数和零偏值时使用的已知量是所述当前零偏值，则本次采用获取的所述当前补偿系数作为已知量，计算所述陀螺仪的零偏值，将所述当前补偿系数作为所述陀螺仪...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈维亮，程玺谋，
申请(专利权)人：歌尔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37