一种基于改进互补滤波的人体运动姿态解算方法技术

本发明专利技术公开一种基于改进互补滤波的人体运动姿态解算方法，1：分别建立陀螺仪和加速度计的量测模型，将MIMU固定在人体上，采集人体运动的加速度和角速率；2：利用MIMU所采集的角速率求解姿态四元数微分方程，获得人体先验姿态；3：将人体先验姿态代入加速度计的量测模型计算当前时刻加速度估计值，利用当前时刻加速度与所求得的加速度估计值计算出姿态误差角速率；4：判断此时人体运动状态，若静止，则直接使用姿态误差角速率对角速率进行补偿；若运动，则将姿态误差角速率经PI控制器处理后获得补偿信息，再对角速率进行补偿；5：利用补偿后的角速率更新姿态四元数微分方程，获得人体后验姿态，本发明专利技术能够高效地补偿角速率误差，提高解算精度。

A Method of Human Motion Attitude Solution Based on Improved Complementary Filtering

The invention discloses a method for calculating human motion attitude based on improved complementary filtering. 1: Establishing measurement models of gyroscope and accelerometer respectively, fixing MIMU on human body, collecting acceleration and angular rate of human motion; 2: solving attitude quaternion differential equation by using angular rate collected by MIMU, obtaining human prior attitude; 3: substituting human prior attitude into acceleration. The accelerometer's measurement model calculates the current time acceleration estimation, and the attitude error angular rate is calculated by using the current time acceleration and the estimated acceleration; 4. The attitude error angular rate is directly used to compensate the human motion state if it is still; and if it is moving, the attitude error angular rate is processed by PI controller to obtain the compensation information. Then the angular rate is compensated; 5: The posture Quaternion Differential equation is updated by using the compensated angular rate to obtain the posterior posture of the human body. The invention can effectively compensate the angular rate error and improve the calculation accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进互补滤波的人体运动姿态解算方法
本专利技术属于微机电惯性测量单元的动作捕捉领域，具体涉及一种基于改进互补滤波的人体运动姿态解算方法。
技术介绍
基于微机电惯性测量单元(MIMU)的姿态解算系统由于其自主性强，受外界环境限制或干扰较小，性价比高，体型小巧的特点，被广泛应用于飞行器、机器人、人体动作捕捉等多个领域。惯性测量单元由三轴陀螺仪和三轴加速度计组成，可用于测量载体的角速度和加速度。由于陀螺仪存在瞬时漂移，在使用角速度积分获得载体姿态的过程中，系统误差会随时间累积，所解算的姿态存在低频噪声，长时间工作很可能造成发散。而利用载体坐标系下重力加速度分量解算姿态角只基于瞬时加速度数据，其误差不随时间积累，所解算的姿态存在高频噪声。基于互补滤波的姿态解算方法可通过PI控制器对陀螺仪所估计姿态进行高通滤波，对加速度计所估计姿态进行低通滤波，从而提高姿态解算精度，使系统可以长时间工作。该类算法的计算量小，解算效果较好。但传统互补滤波法所输入进PI控制器的误差量没有明确物理含义，导致算法受参数影响较大，鲁棒性较弱。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于改进互补滤波的人体运动姿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进互补滤波的人体运动姿态解算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：分别建立陀螺仪和加速度计的量测模型，将MIMU固定在人体上，采集人体运动的加速度和角速率；步骤2：利用MIMU所采集的角速率yG，t求解姿态四元数微分方程，获得人体先验姿态

【技术特征摘要】
1.一种基于改进互补滤波的人体运动姿态解算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：分别建立陀螺仪和加速度计的量测模型，将MIMU固定在人体上，采集人体运动的加速度和角速率；步骤2：利用MIMU所采集的角速率yG，t求解姿态四元数微分方程，获得人体先验姿态步骤3：将人体先验姿态代入加速度计的量测模型计算当前时刻加速度估计值利用当前时刻加速度yA，t与所求得的加速度估计值计算出姿态误差角速率et；步骤4：判断此时人体运动状态，如果处于静止状态，则直接使用姿态误差角速率...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓志红，严丹，尚克军，韩奋凯，王鹏宇，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11