[發明專利]一種用于修正慣性傳感器坐標軸偏移的方法

有效

• 申請號: 201710039579.6
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106767929B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 劉濤;王磊;李慶國
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高;傅朝棟

1.一種用于修正慣性傳感器坐標軸偏移的方法，其特征在于，包括以下步驟：在將慣性傳感器安放在被測對象上后，所述的被測對象為小腿，該小腿Z軸垂直于矢狀面，該小腿X軸為在矢狀面內沿著小腿向上的方向，Y軸為垂直于X軸、Z軸構成的平面的方向；首先使被測對象在其X-Y平面內正向旋轉，通過傳感器測得的各個軸的角速度計算慣性傳感器的X、Y軸實際方向偏離被測對象的X-Y平面的角度，并通過坐標變換將傳感器X、Y軸修正至被測對象的X-Y平面內，傳感器Z軸修正至被測對象的Z軸方向；然后使被測對象X軸沿著與重力加速度相反的方向放置，利用傳感器測得的Y軸加速度計算慣性傳感器X軸偏移被測對象X軸的角度，并通過坐標變換將傳感器X軸修正至被測對象X軸方向，傳感器Y軸修正至被測對象的Y軸方向。

2.如權利要求1所述的一種用于修正慣性傳感器坐標軸偏移的方法，其特征在于，在將慣性傳感器安放在被測對象上后，令該被測對象在其X-Y平面內正向旋轉，并由此確定該慣性傳感器的X、Y軸實際方向偏離被測對象的X-Y平面的角度：

式中：為該傳感器X軸實際方向偏離被測對象的X-Y平面的角度，為該傳感器Y軸實際方向偏離被測對象的X-Y平面的角度，為被測對象在其X-Y平面內正方向旋轉時該傳感器測得的X軸角速度的平均值，為被測對象在其X-Y平面內正方向旋轉時該傳感器測得的Y軸角速度的平均值，為被測對象在其X-Y平面內正方向旋轉時該傳感器測得的Z軸角速度的平均值；

傳感器測得的三軸加速度、三軸角速度數據以坐標變換的形式進行修正，通過此次坐標變換將傳感器X軸修正至被測對象的X-Y平面內，傳感器測量的數據的修正公式為：

式中：a_x、a_y、a_z為該傳感器測量的X、Y、Z軸加速度，a_x1、a_y1、a_z1為傳感器的測量數據經該次修正后得到的X、Y、Z軸加速度；ω_x、ω_y、ω_z為該傳感器測量的X、Y、Z軸角速度，ω_x1、ω_y1、ω_z1為傳感器的測量數據經該次修正后得到的X、Y、Z軸角速度。

3.如權利要求2所述的一種用于修正慣性傳感器坐標軸偏移的方法，其特征在于，在將傳感器X軸修正至被測對象的X-Y平面內后，傳感器測得的三軸加速度、三軸角速度數據再次以坐標變換的形式進行修正，通過此次坐標變換將傳感器Y軸修正至被測對象的X-Y平面內，并同時將傳感器Z軸修正至被測對象Z軸方向，傳感器測量的數據的修正公式為：

式中：a_x2、a_y2、a_z2為傳感器的測量數據經該次修正后得到的X、Y、Z軸加速度；ω_x2、ω_y2、ω_z2為傳感器的測量數據經該次修正后得到的X、Y、Z軸角速度。

4.如權利要求3所述的一種用于修正慣性傳感器坐標軸偏移的方法，其特征在于，還需使被測對象X軸沿著與重力加速度相反的方向放置，利用傳感器測得的Y軸加速度計算傳感器X軸偏移被測對象X軸的角度：

式中：為傳感器X軸偏移被測對象X軸的角度，a_ys2為在被測對象該狀態下傳感器測得的經過兩次修正后的Y軸加速度，g為重力加速度；

傳感器測得的三軸加速度、三軸角速度數據再次以坐標變換的形式進行修正，通過此次坐標變換將傳感器X軸修正至被測對象的X軸方向，并同時將傳感器Y軸修正至被測對象的Y軸方向，傳感器測量的數據的修正公式為：

式中：a_xc、a_yc、a_zc為傳感器的測量數據經該修正后得到的X、Y、Z軸加速度；ω_xc、ω_yc、ω_zc為傳感器的數據經該修正后得到的X、Y、Z軸角速度；

在后續使用該傳感器測量該被測對象運動數據的過程中，a_xc、a_yc、a_zc即分別為該被測對象X、Y、Z軸加速度，ω_xc、ω_yc、ω_zc即分別為該被測對象X、Y、Z軸角速度。