[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

本發明屬于傳感器領域，具體公開了一種用于修正慣性傳感器坐標軸偏移的方法。本修正方法主要用于消除慣性傳感器放置在被測對象上時擺放位置錯誤造成坐標軸偏移而帶來的采樣誤差。本方法使用簡單、便捷，不需外加其他設備，成本低廉，可以高精度的修正慣性傳感器的坐標軸偏移。

技術領域

本發明屬于傳感器領域，具體涉及一種用于修正慣性傳感器坐標軸偏移的方法。

背景技術

慣性傳感器是檢測和測量加速度、傾斜、沖擊、振動、旋轉和多自由度運動的傳感器，慣性傳感器包括加速度計和角速度傳感器(陀螺儀)以及它們的單、雙、三軸組合。現在市面上的慣性傳感器大多集成了三軸加速度計以及三軸陀螺儀，通常體積較小，廉價，使用方便，因此被廣泛運用于數據測量，特別是航空航天領域以及可穿戴設備領域。通過慣性傳感器，可以測量物體的加速度、角速度以及姿態。

但是由于慣性傳感器小巧，在制作、焊接的過程中往往會出現坐標軸偏移的情況，在安放在被測對象上時，也往往會由于被測對象表面不平整等因素安放偏離理想位置，因此修正慣性傳感器坐標軸對于提高測量精度有著重要意義。目前，現有的矯正傳感器坐標軸的方法往往需要外加設備，而且大多數是針對于傳感器本身的坐標偏移(即實際坐標系與標注坐標系之間的偏差)進行修正，而往往忽略了傳感器安放在被測對象上時因安放不規范而形成的與被測對象的坐標軸之間的偏差。因此，提出一種不需要外加設備的、便捷的、針對安放偏差而修正的方法尤其重要。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中慣性傳感器坐標系偏離被測對象坐標系帶來的誤差，通過對傳感器測量數據的一系列修正，轉移傳感器的坐標系使其中各坐標軸的方向與被測對象的各坐標軸方向一致，從而使傳感器能夠正確測量被測對象各坐標軸方向上的數據。

本發明中所涉及的部分名詞含義如下：

慣性傳感器是指內部含有三軸加速度計、三軸陀螺儀的傳感器；

坐標系包括X、Y、Z三個坐標軸，三軸在立體幾何空間內互相垂直；

被測對象的坐標系，是指用戶想要進行測量的數據的坐標系，通常由使用被測對象的用戶進行定義；

X-Y平面是指由X軸和Y軸構成的平面，X-Z平面、Y-Z平面定義類同。

被測對象在X-Y平面內正向旋轉是指在此平面內繞其Z軸的正方向旋轉，具體方向可由右手螺旋定則判斷。

本發明為解決技術問題，所采用的具體技術方案如下：

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，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；其次使被測對象X軸垂直于水平面，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。

作為一種優選方式，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；