[发明专利]一种改进误差四元数卡尔曼滤波机器人姿态解算方法在审
| 申请号： | 201810346303.7 | 申请日： | 2018-04-16 |
| 公开（公告）号： | CN108827301A | 公开（公告）日： | 2018-11-16 |
| 发明（设计）人： | 周翟和;崔培林;曾庆喜;陈则王;姚睿;田祥瑞;游霞 | 申请（专利权）人： | 南京航空航天大学 |
| 主分类号： | G01C21/20 | 分类号： | G01C21/20;G01C21/10 |
| 代理公司： | 暂无信息 | 代理人： | 暂无信息 |
| 地址： | 211106 江*** | 国省代码： | 江苏;32 |
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| 摘要： | 本发明是一种改进误差四元数卡尔曼滤波机器人姿态解算方法，主要作用于移动机器人姿态解算系统中，使之获得准确的姿态角便于进行后续姿态控制。该方法采用陀螺仪加速度计获得姿态数据，构建系统误差四元数卡尔曼滤波状态方程及量测方程，并根据非重力加速度判定公式判断是否存在非重力加速度，并自适应补偿非重力加速度对姿态解算带来的影响，然后利用误差四元数卡尔曼滤波器，获得误差四元数更新值，计算得到真实的姿态四元数，根据四元数法进行姿态解算得到姿态角。本发明能够实现全姿态解算，而且能明显抑制噪声、漂移误差和非重力加速度对姿态解算的影响。 | ||
| 搜索关键词： | 四元数 姿态解算 解算 机器人姿态 卡尔曼滤波 姿态角 卡尔曼滤波状态方程 卡尔曼滤波器 移动机器人 自适应补偿 公式判断 构建系统 加速度计 量测方程 漂移误差 姿态控制 姿态数据 全姿态 陀螺仪 噪声 判定 改进 更新 | ||
【主权项】：
1.一种改进误差四元数卡尔曼滤波机器人姿态解算方法，其特征包括如下步骤：步骤1：选取移动机器人相应的参考坐标系，确定姿态变换矩阵，用非线性指数模型，结合Levenberg‑Marquardt迭代最小平方拟合方法建立陀螺仪漂移数学模型，利用陀螺仪输出数据和误差四元数间的关系建立误差四元数微分方程；步骤2：根据误差四元数微分方程和陀螺仪漂移数学模型建立误差四元数卡尔曼滤波状态方程；步骤3：根据加速度计输出数据与误差四元数之间的关系建立误差四元数卡尔曼滤波观测方程；步骤4：根据加速度计输出数据判断移动机器人是否存在非重力加速度，并自适应更新移动机器人非重力加速度的协方差矩阵；步骤5：利用自适更新的非重力加速度协方差矩阵对量测噪声矩阵进行补偿，并利用误差四元数卡尔曼滤波器获得误差四元数更新值，计算得到真实的姿态四元数，根据四元数法进行姿态解算得到姿态角。
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