Xây dựng thuật toán định vị quán tính để ước lượng chuyển động cho khung tập đi có hai bánh trước

Bài viết Xây dựng thuật toán định vị quán tính để ước lượng chuyển động cho khung tập đi có hai bánh trước đề xuất phương pháp xây dựng thuật toán định vị quán tính (INA) để ước lượng chuyển động cho khung tập đi có 2 bánh trước. Trên khung tập đi này có gắn 1 cảm biến quán tính (IMU) tại vị trí bất kỳ và 2 encoder gắn với trục của 2 bánh.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xây dựng thuật toán định vị quán tính để ước lượng chuyển động cho khung tập đi có hai bánh trước24 Phạm Duy Dưởng, Đoàn Quang Vinh, Phan Thị Hoài XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐỊNH VỊ QUÁN TÍNH ĐỂ ƯỚC LƯỢNG CHUYỂN ĐỘNG CHO KHUNG TẬP ĐI CÓ HAI BÁNH TRƯỚC APPLYING AN INERTIAL NAVIGATION ALGORITHM TO MOVEMENT ESTIMATION OF TWO FRONT-WHEEL WALKERS Phạm Duy Dưởng1, Đoàn Quang Vinh2, Phan Thị Hoài3 1 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng; duyduongd2@gmail.com 2 Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; dqvinh@dut.udn.vn 3 Học viện An ninh Nhân dân; hoaihvan@gmail.comTóm tắt - Việc ước lượng quỹ đạo chuyển động của khung tập đi Abstract - Walker’s movement estimation is very important in(walker) là rất cần thiết trong việc ước lượng các thông số bước đi cũng walking parameter estimation and health evaluation for walkernhư đánh giá tình trạng sức khỏe người sử dụng khung tập đi. Bài báo users. This paper proposes a method to apply an Inertialnày đề xuất phương pháp xây dựng thuật toán định vị quán tính (INA) Navigation Algorithm (INA) to the movement estimation of a twođể ước lượng chuyển động cho khung tập đi có 2 bánh trước. front-wheel walker to estimate the walker’s trajector. An IMU isTrên khung tập đi này có gắn 1 cảm biến quán tính (IMU) tại vị trí bất kỳ fixed with the frame of walker and two encoders are used tovà 2 encoder gắn với trục của 2 bánh. Chúng tôi sử dụng các thông tin measure the rotation of walker’s wheels. The IMU’s data is usedtừ IMU để xây dựng mô hình cho bộ lọc Kalman dùng trong định vị quán in the model of the Kalman fillter used in the INA. The encoders’tính. Thông tin từ các encoder được sử dụng như giá trị đo nhằm xây data is used as a measured value to derive measurementdựng các phương trình cập nhật cho bộ lọc Kalman. Chúng tôi đã tiến equations of the Kalman fillter. We have conducted anhành các thí nghiệm để đánh giá độ chính xác của thuật toán đề xuất. experiment to evalue the accuary of the proposed algorithm. TheCác kết quả phân tích về định lượng thông qua thí nghiệm thực tế cho result of the experiment shows that the proposed algorithm isthấy thuật toán hoạt động đạt độ chính xác cao (>98%). good and gets high accuracy (> 98%).Từ khóa - Cảm biến quán tính; IMU; định vị quán tính; khung tập Key words - Inertial sensor; IMU; Inertial Navigation Algorithm;đi, bộ lọc Kalman walker; Kalman Fillter1. Đặt vấn đề tập đi với 2 bánh trước có gắn một IMU và 2 encoder nhằm Khung tập đi là thiết bị rất phổ biến và cần thiết cho thực hiện các bài kiểm tra các thông số bước cho người dùngngười bị hạn chế bởi khả năng đi lại như người già, người bị khung tập đi. Với hệ thống này, người bệnh có thể thực hiệnthương ở chân... Trong đó, chuyển động của khung tập đi các bài tập và kiểm tra tại nhà mà không cần sự giám sát củaphản ánh việc đi lại (thông số bước đi) cũng như tình trạng bác sĩ. Việc xác định các thông số bước đi được tác giả phânsức khỏe của người dùng. Do vậy, việc ước lượng chính xác tích từ quỹ đạo chuyển động của khung tập đi.chuyển động của khung tập đi trong quá trình sử dụng một Về nguyên tắc chúng ta có thể chỉ sử dụng một IMU đểphần có thể giúp bác sĩ đánh giá được tình trạng sức khỏe ước lượng chuyển động trong 3D của khung tập đi thôngcũng như tiến trình hồi phục chức năng của bệnh nhân [1, 2]. qua INA mà không cần đến sự hỗ trợ của encoder. Tuy Trên thế giới hiện nay có nhiều bài kiểm tra để đánh giá nhiên, nhược điểm lớn nhất của INA là sai số tích lũy theocác thông bước đi (ví dụ: 4-meters walk test [3], 50-foot thời gian do sử dụng nguyên lý tích phân. Do vậy, INAwalk test [4], 30-seconds chair stand test [4] và the timed thường chỉ đạt độ chính xác cao cho các chuyển động ngắnup and go [5]). Trong đó, các thông số bước đi bao gồm độ hoặc phải chia các chuyển động dài thành các chuyển độngdài bước, tốc độ bước, thời gian bước hoặc thời gian hoàn ngắn sử dụng các điểm có vận tốc bằng không hoặc phảithành một bài kiểm tra,… được sử dụng để đưa ra các gắn thêm các cảm biến khác để xây dựng các phương trìnhkhuyến c ...