Układ akwizycji i archiwizacji parametrów ruchu układów mobilnych : metody matematyczne, filtry cyfrowe

• Autorzy: Grabiński Jakub , Waluś Konrad J.

Identyfikatory

DOI

10.24136/atest.2019.041

Warianty tytułu

EN

The system of acquisition and archiving of motion parameters of mobile systems : mathematical methods, digital filters

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W ramach pracy przedstawiono metody numeryczne oraz filtry cyfrowe umożliwiające korekcję sygnału pomiarowego uzyskanego podczas badań doświadczalnych parametrów ruchu pojazdu. Wykorzystany moduł pomiarowy nawigacji inercyjnej składa się z trójosiowych akcelerometrów, żyroskopów wykonanych w technologii MEMS oraz magnetometru. Zebrane dane pomiarowe umożliwiły odniesienie ich do punktu w przestrzeni trójwymiarowej, w celu wyznaczenia trajektorii ruchu pojazdu. W artykule przedstawiono metody numeryczne obrotu lokalnego układu współrzędnych do układu globalnego oraz wybrane filtry cyfrowe umożliwiające wygładzanie sygnału pomiarowego w czasie rzeczywistym.

EN

The work presents numerical methods and digital filters that enable correction of the measurement signal obtained during experimental tests of vehicle motion parameters. The inertial navigation measuring module used consists of three-axis accelerometers, gyroscopes made in MEMS technology and a magnetometer. The collected measurement data made it possible to refer them to a point in three-dimensional space in order to determine the trajectory of vehicle movement. The article presents numerical methods of rotation of the local coordinate system to the global system and selected digital filters enabling smoothening the measurement signal in real time.

Słowa kluczowe

PL

kąty Eulera; kwaterniony; filtr Kalmana; filtr Madgwicka; filtr komplementarny

EN

Euler angles; quartered; Kalman filter; Madgwick filter; complementary filter

• Wydawca: Instytut Naukowo-Wydawniczy "SPATIUM". sp. z o.o.
• Czasopismo: Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 20, nr 1-2
• Strony: 228--233
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., schem.

Twórcy

autor

Grabiński Jakub

• absolwent Politechniki Poznańskiej

autor

Waluś Konrad J.

• Politechnika Poznańska, Wydział Inżynierii Transportu, Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań

Bibliografia

• 1. Bieda R., Grygiel R., Wyznaczanie orientacji obiektu w przestrzeni z wykorzystaniem naiwnego filtru Kalmana, Przegląd Elektrotechniczny, R. 90 Nr 1/2014, str. 34-41
• 2. Czyżewski T., Quaternions – Alternative For Euler Angles in Kinematic Analysis of Machine Mechanisms, Technical Transactions, 2-M/2015
• 3. Du J., Gerdtman C., Linden M., Signal Processing Algorithms for Position Measurement with MEMS-Based Accelerometer, 16th Nordic Baltic Conference on Biomedical Engineering, Gothenburg, 2014
• 4. Euston M., Coote P., Mahony R., Jonghyuk K., Hamel T., A Complementary Filter for Attitude Estimation of a Fixed-Wing UAV, ICoIRaS, Nicea, 2008, str. 340-345
• 5. Gucma M. Podstawy Morskiej Nawigacji Inercyjnej, Wyd. AM, Szczecin, 2006
• 6. Grygiel R., Bieda R., Wojciechowski K., Metody wyznaczania kątów z żyroskopów dla filtru komplementarnego na potrzeby określania orientacji IMU, Przegląd Elektrotechniczny, R. 90 Nr 9/2014, str. 217-224
• 7. Higgins T. W., A Comparison of Complementary and Kalman Filtering, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems Vol. AES-11 NO. 3, 1975
• 8. Horn K. P., Some Notes on Unit Quaternions and Rotation, 2011
• 9. Janota A., Šimák V., Improving the Precision and Speed of Euler Angles Computation from Low-Cost Rotation Sensor Data, Sensors, 2015, 15, 7016-7039
• 10. Kędziora K., Krzemień P., Wach W., Application of Accelerometer Sensors for the Measurements of Curvilinear Motion of Vehicle a Comparison of the Results of Simulation and Experiment, Machine Dynamics Research Vol. 36 No. 3, 2012, s. 45-52
• 11. Łuczak S., Pomiary odchylenia od pionu z użyciem akcelerometrów MEMS, Pomiary Automatyka Robotyka, 7-8/2008 str. 14-16
• 12. Madgwick S., An Efficient Orientation Filter for Inertial and Inertial/Magnetic sensor arrays, University of Bristol, 2010
• 13. Manuel O. S., IMU-based Trajectory Generation and Modeling of 6-DOFRobot Manipulators, ICoM EaAE, 2015, str. 181-186
• 14. Matzner F., Tracking of 3D Movement, praca magisterska, Uniwersytet Praski, Praga, 2014
• 15. Nota aplikacyjna, Using LSM303DLH for a tilt compensated electronic compass, AN3192
• 16. Roetenberg D., Inertial and Magnetic Sensing of Human Motion, Rozprawa Doktorska, Uniwersytet Twente, 2006
• 17. Roetenberg D., Luinge H., Baten M., Veltink P., Compensation of Magnetic Disturbances Improves Inertial and Magnetic Sensing of Human Body Segment Orientation, Transaction on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, Vol. 13/3, VIII 2005, str. 395-405
• 18. Spong M., Hutchinson S., Vidyasagar M., Robot Dynamics and Control, 2004
• 19. Tseng S., Li W., Sheng C., Hsu J., Chen C., Motion and Attitude Estimation Using Inertial Measurements with Complementary Filter, ASCC, Kaohsiung, 2011, str. 863-868
• 20. Wagli A., Skaloud J., Turning Point. Trajectory Analysis for Skiers, InsideGNSS, Spring 2007, str. 24-34
• 21. Wnuk M., Filtracja Komplementarna w inercyjnych czujnikach orientacji, Politechnika Wrocławska, Wrocław, 2014
• 22. Zakrzewski J., Kampik, M. Sensory i Przetworniki Pomiarowe, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2013
• 23. Zhi R., A Drift Eliminated Attitude & Position Estimation Algorithm In 3D, Graduate College Dissertations and Thesis, 2016
• 24. https://forbot.pl/blog/filtr-kalmana-teorii-praktyki-1-id2855
• 25. https://forbot.pl/blog/filtr-kalmana-w-praktyce-3-przyklady-z-kodami-id7342
• 26. http://blog.tkjelectronics.dk/2012/09/a-practical-approach-to-kalman-filter-and-how-to-implement-it/

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).