利用马尔可夫滤波器对下肢外骨骼进行空间定位

P. R. Albuquerque, Edson H. Francelino, S. L. Nogueira
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摘要

由于神经系统疾病导致的功能性运动能力丧失,获取人体运动数据的方法研究引起了许多研究人员的兴趣,以帮助分析人体运动。在各种方法中,由于惯性传感器的低成本,那些涉及使用惯性传感器的方法已经成为可行的。由于惯性传感器的使用,有必要建立策略,以绕过高灵敏度的干扰和这些设备固有的误差。在本研究小组之前的工作中,角估计是在矢状面进行的。在这项工作中,信号融合被用于惯性传感器的互补方法,通过马尔可夫系统在每个时刻选择最可靠的传感器,并使用卡尔曼滤波器来补偿陀螺仪的偏差误差。因此,该系统对下肢外骨骼节段进行姿态估计,当考虑到最大的运动平面时,大腿和胫骨节段的相关性大于0.98,两个节段的平均误差小于1.47o。躯干节段的运动范围较低,因此信噪比低于其他节段,导致躯干节段的估计偏差较大。
本文章由计算机程序翻译,如有差异,请以英文原文为准。
Orientação Espacial em Exoesqueletos de Membros Inferiores utilizando Filtros Markovianos
Estudos de metodologias para se obter dados de movimentos do corpo humano que envolvam perdas de capacidades motoras funcionais em função de doenças neurológicas, têm despertado o interesse de diversos pesquisadores para auxílio na análise dos movimentos humanos. Entre várias meto-dologias, as que envolvem o emprego de sensores inerciais têm se tornado viáveis em virtude do baixo custo destes dispositivos. Em consequência do emprego de sensores inerciais é preciso estabelecer estratégias que contornem alta sensibilidade a perturbações e erros inerentes a estes dispositivos. Em trabalhos anteriores deste grupo de pesquisa, foram realizadas estimativas angulares no plano sagital. Neste trabalho, foi utilizado a fusão de sinais na abordagem complementar de sensores inerciais através de um sistema Markoviano que escolhe o sensor mais confiável a cada instante e utiliza um filtro de Kalman para compensar os erros de desvio do giroscópio. Assim, tal sistema realizou a estimativa de atitude para os segmentos de um exoesqueleto de membro inferior, tendo apresentado correlação superior a 0.98 para os segmentos da coxa e canela, e erro médio inferior a 1.47o em ambos os segmentos, quando considerado o plano de maior movimento. Também verificou-se que o segmento do tronco apresentou baixa amplitude de movimento, e portanto a relação sinal/ruído foi inferior aos demais segmentos, ocasionando maior desvio de estimativa no segmento do tronco.
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