[发明专利]一种可多台并行工作的多维运动学数据测量装置

摘要

本发明提供一种可多台并行工作的多维运动学数据测量装置，属于运动数据采集技术领域。装置包括多个数据采集单元、路由器和上位机，数据采集单元、路由器和上位机构成一个无线局域网；所述数据处理模块用于将角度信息、磁场强度和方向、加速度、角速度通过数据通信模块传送给上位机。本发明多个数据采集单元并行采集工作，实时传送给上位机显示，相比传统的单线采集，效率倍增；通过卡尔曼滤波，融合加速度计和陀螺仪数据可以有效抑制因积分和漂移产生的误差带来的影响，并借助磁力计数据补偿提高数据准确性。

主权项

1.一种可多台并行工作的多维运动学数据测量装置，其特征在于，包括多个数据采集单元、路由器和上位机，数据采集单元、路由器和上位机构成一个无线局域网；多个数据采集单元用于并行地采集群集运动目标的运动数据，路由器用于将采集的运动数据转发给上位机；上位机用于接收和显示运动数据；所述数据采集单元包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计、数据处理模块和数据通信模块；三轴陀螺仪用于采集被测物体的三轴角速度，三轴加速度计用于采集被测物体的三轴加速度，三轴磁力计用于采集磁场的强度和方向；所述数据通信模块用于将角度信息、磁场强度和方向、加速度、角速度通过数据通信模块传送给上位机；所述上位机包括卡尔曼滤波子模块、角速度校正子模块和姿态解算子模块；所述卡尔曼滤波子模块用于通过预测方程预测当前状态，并用更新方程检测预测结果，融合加速度计数据和陀螺仪数据，进行迭代运算直至估计出最可靠的角度值，再对估计出的最可靠角度值求导得到最可靠的角速度；所述角速度校正子模块用于将采集的磁场记为若使X轴对准北方，那么b_y＝0，即设磁力计在参考坐标系中的输出为在参考坐标系XOY平面中的投影为b_x，在参考坐标系XOY平面中的投影为则b_z＝h_z；将转换到自身坐标系中得到然后再将与磁力计自身坐标系输出做向量积求误差计算修正参数δ＝K_Pe+K_I∫e,K_p为比例系数，K_I为积分系数；修正角速度w＝w_a+δ，ω_a为加速度计噪声；姿态解算子模块，用于将修正后的角速度以四元数形式输出，依据四元数形式的角速度计算角度。