无需校准且对传感器移动鲁棒的下肢三自由度关节角度估计
信号处理
2019-10-17 v1
摘要
基于惯性测量单元（IMU）的下肢关节三自由度角度估计方法已被研究数十年，但由于实时应用的挑战，校准动作和/或精心的传感器放置仍然是必需的。本研究提出了一种新颖的、对传感器移动鲁棒且无需校准的下肢关节三自由度角度估计方法。我们提出了一种基于反馈迭代进程的实时优化过程，用于识别三自由度关节的三个关节轴，并配合参考坐标系校准算法，同时提出了一种保护策略来检测和补偿由传感器移动引起的误差。从三自由度万向节和十名健康受试者获得的实验结果表明，该方法在三自由度角度估计上具有令人鼓舞的性能。特别是，对十名受试者的实验在三种步态模式和两分钟水平行走下进行。水平行走的均方根误差低于 2 度，其他两种步态模式低于 5 度。两分钟水平行走的结果显示了我们的算法在长时间运行下的稳定性。通过多组 IMU 的数据证明了其对传感器移动的鲁棒性。此外，三自由度万向节的结果表明，使用我们的参考坐标系校准算法，三自由度角度估计的精度可提高 84.9%。总之，我们的研究提出并验证了一种基于 IMU 的、对传感器移动鲁棒的下肢关节三自由度角度估计方法。据我们所知，我们的方法是首次在实验上实现无需校准的基于 IMU 的下肢关节三自由度角度估计。
引用
@article{arxiv.1910.07240,
title = {Sensor-Movement-Robust Angle Estimation for 3-DoF Lower Limb Joints Without Calibration},
author = {Chunzhi Yi and Feng Jiang and Zhiyuan Chen and Baichun Wei and Hao Guo and Xunfeng Yin and Fangzhuo Li and Chifu Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1910.07240},
year = {2019}
}
备注
12 pages