陀螺儀空間定位方法

1、(19)中華人民共和國國家知識產權局*CN101881617A*(10)申請公布號 CN 101881617 A(43)申請公布日 2010.11.10(12)發(fā)明專利申請(21)申請?zhí)?200910057180.6(22)申請日 2009.05.06(71)申請人鼎億數(shù)碼科技(上海)有限公司地址201204 上海市浦東新區(qū)張江高科技園區(qū)張衡路198弄10號401室申請人鼎億公司(72)發(fā)明人喻應東(74)專利代理機構上海浦一知識產權代理有限公司 31211代理人王江富(51)Int.Cl.G01C 21/00(2006.01)G01C 21/08(2006.01)G01C 21/10(200

2、6.01)G06F 3/038(2006.01)權利要求書 1 頁 說明書 4 頁 附圖 4 頁(54)發(fā)明名稱陀螺儀空間定位方法(57)摘要本發(fā)明公開了一種陀螺儀空間定位方法，在利用陀螺儀的相對位置定位的基礎上，通過引入磁傳感器獲得俯仰角和平面指向角，其中俯仰角也可以通過加速度傳感器獲得，補償陀螺儀相對位移偏差引起的實際指向偏差，從而進行絕對位置定位，提高定位系統(tǒng)的指向性。CN 101881617 ACN 101881617 A權 利 要 求 書1/1頁1.一種陀螺儀空間定位方法，運動控制器件中固定有陀螺儀，其特征在于，運動控制器件中還固定有三軸磁傳感器，或二軸磁傳感器和加速度傳感器，包括以

3、下步驟；一.定位系統(tǒng)初始化；二.初始化完成后，采集陀螺儀原始數(shù)據；三.進行定位算法，根據陀螺儀原始數(shù)據及上一定位點位置數(shù)據計算出運動控制器件目前定位點相對于上一定位點的相對位移；四.采集獲取三軸磁傳感器，或二軸磁傳感器和加速度傳感器的數(shù)據；五.利用三軸磁傳感器，或二軸磁傳感器和加速度傳感器的組合得到的數(shù)據，計算出目前運動控制器件的俯仰角和平面指向角，獲得運動控制器件當前定位點絕對位置的相對位移誤差補償量；六.根據計算獲得的相對位移誤差補償量，補償步驟三得到的運動控制器件目前定位點相對于上一定位點的相對位移，獲得運動控制器件當前定位點絕對位置數(shù)據。2.根據權利要求1所述的陀螺儀空間定位方法，其特

4、征在于，保存步驟五獲得的運動控制器件當前定位點絕對位置的相對位移誤差補償量，同以前保存的相對位移誤差補償量組成一相對位移誤差補償量曲線表，根據位移誤差補償量曲線表的相對位移誤差補償量變化規(guī)律，確定誤差補償量變化的趨勢，計算產生出定位相對誤差，作為對下次獲得的陀螺儀原始數(shù)據進行數(shù)據修正的相對位移前端補償數(shù)據，在對下次采集的陀螺儀原始數(shù)據進行定位算法之前，先對下次采集的陀螺儀原始數(shù)據進行數(shù)據修正，提前補償相對位移誤差，然后再根據進行數(shù)據修正后的陀螺儀原始數(shù)據及上一定位點位置數(shù)據進行定位算法。3.根據權利要求1所述的陀螺儀空間定位方法，其特征在于，對采集的陀螺儀原始數(shù)據、磁傳感器或加速度傳感器的數(shù)據

5、進行穩(wěn)定性處理。CN 101881617 A說 明 書陀螺儀空間定位方法1/4頁技術領域0001 本發(fā)明涉及定位技術，特別涉及一種陀螺儀空間定位方法。背景技術目前，隨著MEMS(微機電系統(tǒng))技術在消費類電子產品中廣泛的應用，涌現(xiàn)出許多新生電子產物，比如空中鼠標、模仿人體動作的游戲手柄等。陀螺儀與加速度傳感器的結合，使得類似空中鼠標等產品成為現(xiàn)實。0003 現(xiàn)有的陀螺儀空間定位方法是采用陀螺儀定位方式，陀螺儀定位方式是基于角速度檢測的原理而設計，通過一系列的運算，得到的定位位置是相對于上次定位的一個相對值?，F(xiàn)有的陀螺儀空間定位方法雖然已經使得空中指向定位成為可能，但由于得到的定位位置只是相對于上

6、次定位的一個相對值，指向性存在一定的偏差，當長時間偏差得不到補償時，偏差就會在一定程度上進行累加，以至于操作的體驗越來越差，在某些特定場合，它還不能完全滿足需要。如圖1所示，現(xiàn)有的陀螺儀空間定位方法，實際的定位點2同期望定位點存在有偏差。0004 比如，教學用的空中鼠標中，當教師需要指出屏幕上顯示的教案的一部分，有可能鼠標的光標已經移到了待指定對象，而手的指向并沒有指向該對象，而當手指向該對象后，光標又指向了其他的地方；又如，在射擊游戲中，經常會覺得手的指向和射擊的對象不一致，從而使用戶的體驗變差，常常需要有一個重新定位的處理(比如：通過按鍵觸發(fā)定位等)。雖然通過在屏幕前放置一定的光源，通過用

7、戶手中設備上的攝像頭拍攝前方的光點實現(xiàn)定位，這種方法實現(xiàn)的指向性好了許多，但設計復雜，系統(tǒng)需要幾個部分組成，同時還要保證屏幕前光源的位置和角度，而且容易受到外界光源的影響，并且很難通過一般的手段進行濾除。0002發(fā)明內容0005 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種陀螺儀空間定位方法，能夠實現(xiàn)定位同指向的一致。0006 為解決上述技術問題，本發(fā)明的種陀螺儀空間定位方法，運動控制器件中固定有陀螺儀，其特征在于，運動控制器件中還固定有三軸磁傳感器，或二軸磁傳感器和加速度傳感器，包括以下步驟；0007 一.定位系統(tǒng)初始化；0008 二.初始化完成后，采集陀螺儀原始數(shù)據；0009 三.進行定位算法，根據陀

8、螺儀原始數(shù)據及上一定位點位置數(shù)據計算出運動控制器件目前定位點相對于上一定位點的相對位移；0010 四.采集獲取三軸磁傳感器，或二軸磁傳感器和加速度傳感器的數(shù)據；0011 五.利用三軸磁傳感器，或二軸磁傳感器和加速度傳感器的組合得到的數(shù)據，計算出目前運動控制器件的俯仰角和平面指向角，獲得運動控制器件當前定位點絕對位置的CN 101881617 A說 明 書2/4頁相對位移誤差補償量；0012 六.根據計算獲得的相對位移誤差補償量，補償步驟三得到的運動控制器件目前定位點相對于上一定位點的相對位移，獲得運動控制器件當前定位點絕對位置數(shù)據。0013 本發(fā)明的陀螺儀空間定位方法，還保存步驟五獲得的運動控

9、制器件當前定位點絕對位置的相對位移誤差補償量，同以前保存的相對位移誤差補償量組成一相對位移誤差補償量曲線表，根據位移誤差補償量曲線表的相對位移誤差補償量變化規(guī)律，確定誤差補償量變化的趨勢，計算產生出定位相對誤差，作為對下次獲得的陀螺儀原始數(shù)據進行數(shù)據修正的相對位移前端補償數(shù)據，在對下次采集的陀螺儀原始數(shù)據進行定位算法之前，先對下次采集的陀螺儀原始數(shù)據進行數(shù)據修正，提前補償相對位移誤差，然后再根據進行數(shù)據修正后的陀螺儀原始數(shù)據及上一定位點位置數(shù)據進行定位算法。0014 本發(fā)明的陀螺儀空間定位方法，在利用陀螺儀的相對位置定位的基礎上，通過引入磁傳感器獲得俯仰角和平面指向角(其中，俯仰角也可以通過加

10、速度傳感器獲得)補償由陀螺儀相對位移偏差引起的實際指向偏差，從而進行絕對位置定位，提高定位系統(tǒng)的指向性。還進一步通過一段時間的相對位移誤差補償量的變化，分析出位移誤差補償量變化的趨勢，計算產生出定位相對誤差，作為對下次采集的陀螺儀原始數(shù)據進行數(shù)據修正的相對位移前端補償數(shù)據，對下次采集的陀螺儀數(shù)據進行數(shù)據修正，提前補償陀螺儀的相對位移定位與三軸磁傳感器(或二軸磁傳感器和加速度傳感器)絕對定位之間產生的差異(相對位移誤差)，這樣可以使相對定位的結果與絕對定位結果之間的偏差減小，這樣在進行下次三軸磁傳感器(或二軸磁傳感器和加速度傳感器)指向性補償時，不會造成較大的躍變。附圖說明0015 下面結合附圖

11、及具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。0016 圖1是現(xiàn)有的陀螺儀空間定位方法指向性存在一定的偏差示意圖；0017 圖2是本發(fā)明的陀螺儀空間定位方法一實施方式流程圖；0018 圖3是本發(fā)明的陀螺儀空間定位方法一實施方式磁傳感器俯仰角和平面指向角補償區(qū)域示意圖；0019 圖4是本發(fā)明的陀螺儀空間定位方法一實施方式引入磁傳感器進行俯仰角和平面指向角補償示意圖；0020 圖5是三軸磁傳感器坐標方向圖。具體實施方式0021 三軸磁傳感器坐標方向如圖5所示，它的方向參考是地磁場，固定在運動控制器件中的三軸磁傳感器，當運動控制器件的指向發(fā)生變化時，它都會相對于地磁場有一定的變化。如圖5所示，三軸磁傳感器

12、分別指向相互垂直的角度(如圖中所示的磁傳感器X軸、磁傳感器Y軸、磁傳感器Z軸)。實際地磁場的指向為圖中標示的“實際地磁場北極方向”。當運動控制器件指向任何方向時，地磁場產生的作用會分配在磁傳感器的三軸上，他們之間的關系如下：00220023 標注：CN 101881617 A00240025002600270028 說 明 書3/4頁axisX：地磁場向量在傳感器X軸上的分量；axisY：地磁場向量在傳感器Y軸上的分量；axisZ：地磁場向量在傳感器Z軸上的分量；Cgnd：地磁場向量目前作用于運動控制器件的磁場強度。axisX、axisY、axisZ是目前地磁傳感器三軸采集的磁場強度值，進行必

13、要的數(shù)據處理后，可以計算出平面指向角和俯仰角：00290030加速度傳感器可以為陀螺儀在垂直方向定位提供補償?shù)幕A是重力加速度的存在，并且重力加速度方向在某一固定位置時固定的。根據重力加速度在多軸加速度傳感器上的分量，計算出此時設備的俯仰角。0032 本發(fā)明的陀螺儀空間定位方法一實施方式如圖2所示，包括以下步驟：0033 1.運動控制器件中固定有陀螺儀、三軸磁傳感器(或二軸磁傳感器和加速度傳感器)，定位系統(tǒng)初始化；00312.初始化完成后，采集用于運動控制器件定位的兩軸陀螺儀(或三軸陀螺儀)原始數(shù)據；進行陀螺儀原始數(shù)據的穩(wěn)定性處理，主要包含有濾波處理、多軸之間去交叉干擾處理、溫度補償處理等；0

14、035 3.進行定位算法，根據陀螺儀原始數(shù)據及上一定位點位置數(shù)據計算出運動控制器件目前定位點相對于上一定位點的相對位移；0036 4.采集獲取三軸磁傳感器(或二軸磁傳感器和加速度傳感器)的數(shù)據，對這些數(shù)據作數(shù)據穩(wěn)定性處理；0037 5.利用三軸磁傳感器或兩軸磁傳感器與加速度傳感器的組合得到的數(shù)據，計算目前運動控制器件的俯仰角和平面指向角，獲得運動控制器件當前定位點絕對位置的相對位移誤差補償量；0038 6.根據計算獲得的相對位移誤差補償量，補償步驟三得到的運動控制器件目前定位點相對于上一定位點的相對位移，獲得運動控制器件當前定位點絕對位置數(shù)據。0039 三軸磁傳感器(或二軸磁傳感器和加速度傳感

15、器)俯仰角和平面指向角補償區(qū)域如圖3所示；引入三軸磁傳感器(或二軸磁傳感器和加速度傳感器)進行俯仰角和平面指向角補償后定位如圖4所示，定位同指向一致。0034本發(fā)明的陀螺儀空間定位方法，在利用陀螺儀的相對位置定位的基礎上，通過引入磁傳感器獲得俯仰角和平面指向角(其中，俯仰角也可以通過加速度傳感器獲得)，補償由陀螺儀相對位移偏差引起的實際指向偏差，從而進行絕對位置定位，提高定位系統(tǒng)的指向性。0041 但絕對位置定位與相對位置定位在一定程度上存在某些矛盾，比如，當陀螺儀的相對位移定位與三軸磁場傳感器(或二軸磁場傳感器與加速度傳感器)絕對定位之間產生較大的差異時，如果這時引入三軸磁場傳感器(或二軸磁

16、場傳感器和加速度傳感器)的指向補償，可能會造成定位點的跳躍，從而導致定位的穩(wěn)定性較差。0040CN 101881617 A0042 說 明 書4/4頁為了提高定位的穩(wěn)定性，本發(fā)明的陀螺儀空間定位方法，還進一步保存步驟5獲得的運動控制器件當前定位點絕對位置的相對位移誤差補償量，同以前保存的相對位移誤差補償量組成一相對位移誤差補償量曲線表，根據位移誤差補償量曲線表的相對位移誤差補償量變化規(guī)律，確定誤差補償量變化的趨勢，計算產生出定位相對誤差，作為對下次獲得的陀螺儀原始數(shù)據進行數(shù)據修正的相對位移前端補償數(shù)據，在對下次采集的陀螺儀原始數(shù)據進行定位算法之前，先對下次采集的陀螺儀數(shù)據進行數(shù)據修正，提前補償相對位移誤差，然后再進行定位算法。0043 本發(fā)明的陀螺儀空間定位方法進一步通過一段時間的相對位移誤差補償量的變化，分析出位移誤差補償量變化的趨勢，計算產生出定位相對誤差，作為對下次采集的陀螺儀原始數(shù)據進行數(shù)據修正的相對位移前端補償數(shù)據，對下次采集的陀螺儀數(shù)