14、低成本陀螺仪和加速度计校准及平面旋转提取新方法

低成本陀螺仪和加速度计校准及平面旋转提取新方法

在当今科技领域，惯性测量单元（IMU）和旋转角度提取方法在多个行业中都有着广泛的应用。本文将介绍一种低成本的IMU校准方法以及一种新的从一般空间旋转中提取平面旋转的方法。

低成本IMU校准方法

IMU在许多领域都有重要应用，如汽车、机器人、人体运动跟踪等。然而，IMU的输出可能存在噪声和不准确的问题，因此校准是必要的。传统的校准方法通常使用昂贵的机械平台，而本文提出了一种基于自由落体摆运动的低成本校准方法。

传感器误差模型

传感器误差模型基于加速度计和陀螺仪的9个未知参数。每个传感器有三个敏感轴，由于可能存在的不准确，这些轴可能是非正交的。可以使用上对角矩阵T将测量量从非正交轴投影到正交轴：
[
T^{-1} =
\begin{bmatrix}
1 & -\theta_{yz} & \theta_{zy} \
0 & 1 & -\theta_{zx} \
0 & 0 & 1
\end{bmatrix}
]
其中，(\theta_{ij})是第i个非正交轴绕第j个正交轴的旋转角度。加速度计和陀螺仪的完整误差模型为：
[
a_s = (KT)^{-1}a_0 + b
]
其中，(a_s)是传感器在非正交系统中的实际输出，(a_0)是在正交系统中的理论输出，(K)是包含三个比例因子的对角矩阵，(b)是包含三个偏置的列向量。

摆模型

校准过程基于平面摆的自由落体运动。摆由圆柱形质量悬挂在金属螺纹杆上