[发明专利]一种运动测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及惯性导航领域及运动测量领域，非常适用于对秒级的短时快速运动类的测量描述。

背景技术

在当前的拳击体育运动中，目前尚无一种直接附加在拳击手或拳击手套上的，能够直接独立地测量拳击的加速度、速度、轨迹等参数的装置。

发明内容

本发明主要是利用MEMS传感器技术，结合本发明所述的流程方法，发明一种专门针对拳击类的短时快速的物体运动进行测量描述的装置。本发明使用计算机软件程序算法，在地球坐标的基础上分别对相互垂直正交的三个轴向的运动加速度进行积分，获得三维速度，再积分获得三维位移，连续的位移获得轨迹，在此基础上，获得总加速度、总速度，并进行相对于位移矢量方向上的投影换算，从而滤除掉非主运动方向之外的颤动干扰。本发明方法的装置，可以直接独立地测量，便携性非常好，且误差主要来自于传感器硬件，完全可以应用于生活中拳击训练类等要求不是非常高的日常物体运动测试描述中。

本发明所述方法有如下特点。.

本说明中的三维矢量值，是指描述该矢量的是有大小、有方向的三个向量值，体现在3D空间中为该矢量落在三个相互垂直正交轴上的有方向的投影值；

本说明中的总标量值，是指采用最小二乘法对相对应的三维矢量值进行计算出来的一个无方向总值，体现在3D空间中为该对应矢量的实际长度，所用最小二乘法公式如下：

A=(a_x²₊a_y²+a_z²)^{^0.5}

其中A为总标量值，a_x为落在X轴上投影值，a_y为落在Y轴上投影值，a_z为落在Z轴上投影值；

本说明中的姿态解算方法与角度推算方法，可以使用19世纪以来就开始广泛使用的四元数算法，也可以使用双欧法等等，但不局限于某一特定算法。

一种运动测量方法，包括以下步骤：

获得运动终端的加速度传感器、陀螺仪传感器、磁传感器的测量值；

根据相对载体坐标的三维重力加速度值、方位角及当前陀螺仪传感器三轴测量值，，获得更新的相对载体坐标的三维重力加速度值及方位角；

根据加速度传感器测量值及相对载体坐标的三维重力加速度值，获得相对载体坐标的三维运动加速度值，其方法为加速度传感器测量值各轴分别减去对应的三维重力加速度值各轴；

根据三维运动加速度值及系统运动调整参数，校正当前相对载体坐标的三维重力加速度值，其中当系统运动调整参数为启动初始化时，直接把三维重力加速度值赋值为加速度传感器测量值；当该参数为短时偏移时，根据陀螺仪硬件的标称误差大小，该误差通常包括最大零点漂移、线性度等，计算出三维重力加速度值的最大误差值，并作为限幅值，进而对三维重力加速度值往加速度传感器测量值方向进行限幅回归校正；当该参数为长时偏移时，即推算的三维重力加速度值长时间偏离加速度传感器测量值时，则判断为陀螺仪传感器曾经溢出，从而对推算的三维重力加速度值进行在加大倍数的限幅值上进行回归校正。

根据当前三维运动加速度值，计算获得当前运动终端的总运动加速度标量值。

根据三轴磁传感器测量值，校正方位角，使之接近相对地球北极的方向角。

根据相相对载体坐标的三维运动加速度值、对载体坐标的三维重力加速度值及方位角，获得当前时点相对地球空间的三维运动加速度矢量值。

采用先进先出法记录过去最近一段窗口时间周期内的相对地球空间三维运动加速度矢量值；

对窗口时间周期内的三维加速度进行积分，获得三维窗口速度矢量；

对窗口时间周期内的三维速度进行积分，获得三维窗口位移矢量；

计算获得窗口总速度标量值；

将窗口总速度标量值大小与预设阀值进行比较，获得包括静止在内的不少于两种状态指示的当前运动状态指示参数。

根据窗口总速度标量值大小及时长，获得调整后的系统运动调整参数，该参数取值包括启动初始化、短时偏移、长时偏移。

当运动状态指示参数为静止时，将三维窗口速度矢量赋值到三维速度矢量，将三维窗口位移矢量赋值到三维位移矢量；

当运动状态指示参数为非静止时，将相对地球空间的三维运动加速度矢量值积分到三维速度矢量，将三维速度矢量值积分到三维位移矢量。