Divu brīvības pakāpju savienojumu noteikšana ar inerciālajiem sensoriem - Križmanis, Kristiāns (Latvijas Universitāte, 2022)
Inerciālie sensori ir plaši izmantoti, lai no to datiem aprēķinātu un aprakstītu fizikālu objektu orientācijas. Lai iegūtu orientāciju, kam nav laikā uzkrājoša kļūda, papildus bieži lieto magnētiskā lauka sensorus, kuru mērījumi reālās situācijas mēdz būt trokšņaini. Darbā ir izstrādāts algoritms, kas spēj izmantot inerciālā sensora datus un informāciju par mehānisko sistēmu, lai aprakstītu divu ķermeņu relatīvo orientāciju, neizmantojot magnētiskā lauka sensorus. Ir izveidota eksperimentālā sistēma, kur izstrādātais algoritms salīdzināts ar pieeju, kas lieto komerciālus inerciālo sensoru mezglus, kas izmanto magnētiskā lauka sensorus. Eksperimentos noteiktā algoritma kļūda ir 7.52o, BNO055 sensoru kļūda 15.74o. Izstrādātais algoritms tiek lietots SIA ”HackMotion” ražotajās sensora sistēmās.

Inertial measuring units (IMU) are widely used for object orientation estimation. In orientation calculations magnetometer data is used as well, however, in most cases, it is unreliable and affected by external ferromagnetic objects. A new method has been developed to calculate mechanical joint relative orientation using only gyroscope and accelerometer data, exploiting the mechanical limitations of the system. The method has been tested against commercially sold IMU with build-in orientation calculation. The developed methods’ experimentally calculated mean error is 7.52 degrees, and for the BNO055 system it is 15.74 degrees. The method currently is used in SIA ”HackMotion” produced motion capture systems.
2 degree of freedom joint angle estimation using IMU sensors
Keywords: Fizika; Inerciālie sensori; kvaternioni; mehāniskie savienojumi; orientācijas; Kalman filtri