一种确定运动参数的方法技术

本发明专利技术提出了一种确定运动参数的方法

【技术实现步骤摘要】
一种确定运动参数的方法、装置及系统


[0001]本专利技术属于医疗健康领域，尤其涉及一种确定运动参数的方法
、
装置及系统
。

技术介绍

[0002]惯性传感器
(IMU)
结合了角速度计和陀螺仪
(
有时也会增加地磁传感器
)
，其信号可被用于计算空间朝向
、
位移和速度等数值
。
惯性传感器的应用广泛，包括在汽车
、
无人机
、
导弹和机器人领域的应用
。
在一些应用中，有多个惯性传感器的，其空间信息被分别计算
。
而在另一些应用中，其对空间朝向和速度位移的计算有较高的要求，需要通过多个传感器并使用某种融合多传感器的算法来达到比分别计算单个传感器的空间信息更高精度的要求
。
[0003]目前未发现针对于此提出技术解决的方案
。
现有技术中在专利申请
CN110755070A
中，其揭示一种通过惯性传感器和其他传感器包括肌电传感器被融合计算人体下身关节的角度的技术方案
。
这种技术方案使用了肌电传感器，需要每次安装在穿戴者身上，而并不对其外骨骼的惯性传感器做进一步提高姿态解算的精度
。
美国专利
US9759804B2
披露了一种使用加权的结合多个惯性传感器的空间朝向的技术方案，但是该种方案要求所有传感器相对静止
。
美国另一专利
US9068843B1
给出了类似的基于单个惯性传感器具有预测功能的空间朝向算法的技术方案
。
[0004]现有的技术方案为通过计算单个惯性传感器的空间朝向来提高性能，或者需要使用其他种类的传感器来提高该惯性传感器的空间朝向信息
。
而现有技术中的方案对于存在运动约束的多个传感器的情况，存在计算量大
、
数据处理量大或精度不高的问题
。
有鉴于此提出本专利技术
。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种确定运动参数的方法
、
装置及系统
。
此专利技术旨在解决如何在装备多个惯性传感器时，能够同时有效的提高所有传感器的空间朝向信息获取的精度
。
[0006]本专利技术所提出的一种确定运动参数的方法包括：
[0007]获取
n
个惯性传感器的读数，包括加速度和角速度；
[0008]根据所述惯性传感器的读数并结合传感器之间相对运动的约束关系计算每个惯性传感器的运动参数；
[0009]所述
n
为大于等于2的整数
。
[0010]所述确定传感器之间的约束关系包括确定传感器之间的相对位移关系
。
[0011]所述传感器之间的位移关系结合每个传感器的加速度和
/
或角速度经过计算后确定
。
[0012]所述加速度为传感器测量到的加速度；
[0013]所述角速度为传感器相对于坐标系的角速度
。
[0014]当两个传感器之间为同轴转动的时候，所述位移关系由如下公式表示
[0015][0016]v2＝
a1，
O
，
X
‑
a2，
O
，
X
＝0[0017]v3＝
a1，
O
，
Z
‑
a2，
O
，
Z
＝0[0018]所述和为两个传感器的四元数组，所述
e
y
为
y
轴单位向量，所述
∈
为满足
v1＝0的大于0的实数，所述
a1，
O
，
X
为第一传感器所测量到的转动点
O
的
X
轴向的加速度，所述
a1，
O
，
Z
为第一传感器所测量到的转动点
O
的
Z
轴向的加速度，所述
a2，
O
，
X
为第二传感器所测量到的转动点
O
的
X
轴向的加速度，所述
a2，
O
，
Z
为第二传感器所测量到的转动点
O
的
Z
轴向的加速度
。
[0019]所述
a1，
O
，
X
和
a1，
O
，
Z
的计算公式为
[0020]a1，
O
，
X
＝
(a1，
z
cos(
θ1)+a1，
x
sin(
θ1))+a1，
cent
cos(
θ1)+a1，
rad
sin(
θ1)
[0021]a1，
O
，
Z
＝
(a1，
z
sin(
θ1)+a1，
x
cos(
θ1))+a1，
cent
sin(
θ1)+a1，
rad
cos(
θ1)
；
[0023]所述
θ1为第一传感器的本地平面
X
轴与地球坐标
X
轴的夹角；所述
a1，
cent
为第一传感器指向
O
点的向心加速度；所述
a1，
rad
为第一传感器指向
O
点的径向加速度；所述
a1，
x
为第一传感器的
X
轴加速度；所述
a1，
z
为第一传感器的
Z
轴加速度
。
[0024]所述
a1，
rad
和
a1，
cent
的计算公式为：
[0025]a1，
cent
＝
ω1，
y
l1[0026][0027]所述
ω1，
y
为第一传感器的
y
轴角速度；所述
l1为
O
点到达第一传感器轴心的距离
。
[0028]所述
a2，
O
，
X
和
a2，
O
，
Z
的计算公式为
[0029]a2，
O
，
X
＝
(a2，
z
cos(...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种确定运动参数的方法，其特征在于，所述方法包括：获取
n
个惯性传感器的读数；根据所述惯性传感器的读数并结合惯性传感器之间相对运动的约束关系计算每个惯性传感器的运动参数；所述
n
为大于等于2的整数
。2.
根据权利要求1所述的确定运动参数的方法，其特征在于，所述确定传感器之间的约束关系包括确定传感器之间的位移关系
。3.
根据权利要求2所述的确定运动参数的方法，其特征在于，当两个传感器之间为同轴转动的时候，所述位移关系由如下公式表示
v2＝
a
1,O,X
‑
a
2,O,X
＝
0v3＝
a
1,O,Z
‑
a
2,O,Z
＝0所述和为两个传感器的四元数组，所述
e
y
为
y
轴单位向量，所述
∈
为满足
v1＝0的大于0的实数，所述
a
1,O,X
为第一传感器所测量到的转动点
O
的
X
轴向的加速度，所述
a
1,O,Z
为第一传感器所测量到的转动点
O
的
Z
轴向的加速度，所述
a
2,O,X
为第二传感器所测量到的转动点
O
的
X
轴向的加速度，所述
a
2,O,Z
为第二传感器所测量到的转动点
O
的
Z
轴向的加速度
。4.
根据权利要求2所述的确定运动参数的方法，其特征在于，当两个传感器之间为共线或等角平移的时候，所述位移关系由如下公式表示：
v2＝
ω
1,y
‑
ω
2,y
＝
00
所述和为两个传感器的四元数组，所述
e
y
为
y
轴单位向量，所述
ω
1,y
为第一传感器的
X
轴角速度，所述
ω
2,y
为第二传感器的
y
轴角速度，所述
e
x
为
x
轴单位向量，所述
β
为第一传感器和第二传感器的本地
x
轴相差角度
。5.
根据权利要求1所述的确定运动参数的方法，其特征在于，根据所述传感器的读数并结合所述约束关系计算每个传感器的运动参数包括：根据所述传感器测量到的加速度以获取重力矢量；求解满足最小化获取的重力矢量与实际重力矢量的误差和约束关系的违反；根据所述求解结果以确定运动参数；其中，所述根据求解结果以确定运动参数包括每个传感器的空间朝向参数
。6.
根据权利要求5所述的确定运动参数的方法，其特征在于，所述求解满足最小化获取的重力矢量与实际重力矢量的误差和约束关系的违反包括：求解满足最小化获取的重力矢量与实际重力矢量的误差和约束关系的违反的四元数
组；或者，迭代地修改传感器读数，以最小化获取的重力矢量与实际重力矢量的误差和约束关系的违反；或者，迭代地修改传感器读数和求解空间转换的四元数组，以最小化获取的重力矢量与实际重力矢量的误差和约束关系的违反
。7.
根据权利要求6所述的确定运动参数的方法，其特征在于，所述求解满足最...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：远也科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：