专利名称：一种基于数据手套低速运动的姿态角检测方法
技术领域：
本发明涉及惯性装置的姿态感知领域，特别是一种基于数据手套低速运动的姿态角检测方法。
背景技术：
数据手套是一种用于实时获取人手的动作姿态的设备，通过对数据手套采集的数据进行处理后，可以真实还原人的手部动作过程。数据手套通过对人体手部的生理结构和运动机理进行分析后，建立手部运动的数学模型，并通过在手部动作的关键部位安装传感装置来测量手掌或手指弯角伸张的变化。目前的数据手套主要是通过三轴数字加速度传感器进行数据采集后进行相关处理得到人手的动作姿态。但是，三轴加速度传感器测量存在着自身的缺陷，当某个轴与重力方向重合时，传感器若以较低的速度绕该轴转动，则传感器的三轴与重力方向的夹角保持不变，这种情形下比较难于确定传感器的姿态变化，而且只要稍微有抖动，数据手套采集到的动作就会失真，目前的检测方法，无法准确地检测到数据手套低速运动时的姿态角。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种可在低速运动下使用的高稳定性且高精度的基于数据手套低速运动的姿态角检测方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于数据手套低速运动的姿态角检测方法，该姿态角检测方法包括:S1、采用三轴陀螺仪采集数据手套的角速率信息，同时采用三轴加速度传感器以及三轴磁阻传感器进行测 量；S2、根据三轴陀螺仪采集的角速率信息计算数据手套的姿态角，所述姿态角包括数据手套的俯仰角、倾斜角及偏航角；S3、根据三轴加速度传感器的测量值对俯仰角及倾斜角进行校正，同时根据三轴磁阻传感器的测量值对偏航角进行校正。进一步，所述步骤S2，其具体为:根据三轴陀螺仪采集的角速率信息，构建特征数据矩阵，并通过四元数法计算数据手套的俯仰角、倾斜角及偏航角，其具体公式如下:
权利要求
1.一种基于数据手套低速运动的姿态角检测方法，其特征在于，该姿态角检测方法包括: 51、采用三轴陀螺仪采集数据手套的角速率信息，同时采用三轴加速度传感器以及三轴磁阻传感器进行测量； 52、根据三轴陀螺仪采集的角速率信息计算数据手套的姿态角，所述姿态角包括数据手套的俯仰角、倾斜角及偏航角； 53、根据三轴加速度传感器的测量值对俯仰角及倾斜角进行校正，同时根据三轴磁阻传感器的测量值对偏航角进行校正。
2.根据权利要求1所述的一种基于数据手套低速运动的姿态角检测方法，其特征在于，所述步骤S2，其具体为: 根据三轴陀螺仪采集的角速率信息，构建特征数据矩阵，并通过四元数法计算数据手套的俯仰角、倾斜角及偏航角，其具体公式如下:
3.根据权利要求2所述的一种基于数据手套低速运动的姿态角检测方法，其特征在于，所述步骤S3，包括: 531、根据三轴加速度传感器的测量值，得到加速度测量值与重力加速度的误差Δ5; 532、根据三轴磁阻传感器的测量值，得到磁场强度测量值与地磁场强度的误差Δ&; 533、根据加速度测量值与重力加速度的误差Δ5以及磁场强度测量值与地磁场强度的误差Δ石，计算得到总的测量误差:Γ(Δ5，Δ ；)； 534、采用梯度下降法，计算得到总的测量误差的梯度进而对四元数进行迭代补偿； 535、根据迭代补偿后的四元数重新计算数据手套的俯仰角、倾斜角及偏航角，得到校正后的俯仰角、倾斜角及偏航角。
4.根据权利要求3所述的一种基于数据手套低速运动的姿态角检测方法，其特征在于，所述总的测量误f(Δδ,Δ )为:
5.根据权利要求4所述的一种基于数据手套低速运动的姿态角检测方法，其特征在于，所述梯度νΤ(Δδ，Δ ；)为:
6.根据权利要求5所述的一种基于数据手套低速运动的姿态角检测方法，其特征在于，所述步骤S34中所述对四元数进行迭代补偿，满足以下条件:
全文摘要
本发明公开了一种基于数据手套低速运动的姿态角检测方法，所述姿态角包括数据手套的俯仰角、倾斜角及偏航角，该姿态角检测方法包括S1、采用三轴陀螺仪采集数据手套的角速率信息，同时采用三轴加速度传感器以及三轴磁阻传感器进行测量；S2、根据三轴陀螺仪采集的角速率信息计算数据手套的俯仰角、倾斜角及偏航角；S3、根据三轴加速度传感器的测量值对俯仰角及倾斜角进行校正，同时根据三轴磁阻传感器的测量值对偏航角进行校正。本方法可在数据手套低速运动或接近匀速运动的情况下，准确地检测出数据手套的姿态角，稳定性高且检测精度高，可广泛应用于姿态识别领域中。
文档编号G01C1/00GK103175502SQ20131004977
公开日2013年6月26日 申请日期2013年2月7日 优先权日2013年2月7日
发明者郝志锋 申请人:广州畅途软件有限公司