基于惯性传感器的毛笔运动轨迹重构

发布时间：2021-01-15 08:58

　　书法是一种黑白构成的汉字书写艺术,和绘画并列中国美术之首,是中华民族传统文化的符号代表,是世界上唯一以文字为艺术载体的东方艺术瑰宝。结合电子技术,将书法创作进行数字化对深入了解书法、传承书法具有重要意义。书法创作过程的数字化包括笔、墨、纸、砚等多个环节的数字化,其中对于毛笔的数字化包括笔头和笔杆的数字化。为了研究毛笔笔杆的运动与毛笔笔划的关系,实现将毛笔数字化的目标,本文基于惯性传感器采集的笔杆惯性数据,重构笔杆运动轨迹。本文主设计制作了电子毛笔硬件和对应的惯性数据采集软件。电子毛笔是将惯性导航模块固定在笔杆上,记录笔杆运动对应的惯性数据,通过蓝牙模块发送,利用上位机中的数据采集软件记录数据,在上位机中利用记录的惯性数据和捷联惯性导航原理重构笔杆运动轨迹。其中惯性数据包括三轴的加速度、角速度、磁力计数据。首先对惯性数据进行了预处理,包括剔除异常数据、椭球拟合、时间序列建模等方法,减小了测量数据的误差。然后设计使用一个惯性传感器的轨迹重构方案,融合了加速度、角速度、磁力计九轴数据进行姿态解算,将零速检测和卡尔曼滤波结合消除累计误差,利用模拟数据和采集的数据进行轨迹重构实验。接着为了提高轨... 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

载体坐标系和参考坐标系计算位置信息，就必须知道加速度测量值投影到参考坐标系的值，这就需要得到

常用的数据采集方法有：立体八字、十般利用时间序列建模然后卡尔曼滤波实现[33]。要利用行时间序列建模。常用时间序列建模方法是 ARMA数为 0 时就变成了 AR 自回归模型，当自回归系数建立时间序列模型后，利用时序模型建立卡尔曼滤性误差的评价方法：Allan 方差。可以通过计算误差观察误差补偿效果。[34]量数据的误差进行处理之前需要进行辨析陀螺仪的应用于惯性测量器件的随机误差建模当中。对陀螺仪分析，指的是将测量的角速度误差信号，输入到一组滤波器计算出方差，并使用双对数坐标图进行显示，非常普遍。Allan 方差计算方法如下：数据点，采样时间为0t ，将 n (其 中n <N/2)个连续的示：

图 2.6 Kalman 滤波流程框图2.2.4 轨迹累计误差为了认识惯性导航误差随着时间累积的特性，设计模拟数据，平面的‘Z’形运动数据。除了静止时刻，加速度数据幅值为 1，单位为21/ s ，角速度幅值为 0.2，单位为rad / s，磁力计数据模拟为归一化数据，表示 x 轴对准地磁北极。数据三个数据频率 50，数据大小、方向如下图所示：

【参考文献】：
期刊论文
[1]低成本IMU的多位置旋转现场标定方法[J]. 王坚,梁建,韩厚增.  中国惯性技术学报. 2017(03)
[2]基于九轴MEMS定位系统误差分析与补偿算法研究[J]. 张港,朱勤翔,郭薇,杨晓辉.  传感器与微系统. 2016(06)
[3]基于椭球曲面拟合的三维磁罗盘误差补偿算法[J]. 朱建良,王兴全,吴盘龙,薄煜明,张捷.  中国惯性技术学报. 2012(05)
[4]信号预处理中错点剔除方法的研究[J]. 赖素建,靳晓雄,彭为,何剑峰.  佳木斯大学学报(自然科学版). 2011(03)
[5]陀螺随机漂移时间序列建模方法研究[J]. 臧荣春,崔平远.  系统仿真学报. 2005(08)
[6]四阶龙格-库塔法在捷联惯导系统姿态解算中的应用[J]. 张春慧,吴简彤,何昆鹏,郭新伟.  声学与电子工程. 2005(01)

硕士论文
[1]基于MEMS惯性传感器的运动轨迹重构技术研究[D]. 陈旭光.电子科技大学 2013
[2]基于MEMS传感器的动作捕捉系统开发设计[D]. 刘博.北京理工大学 2011



本文编号：2978620