Návrh aplikace pro kalibraci a korekci polohy soustavy nositelných inerciálních MoCap senzorů

Abstract

Návrh aplikace pro kalibraci a korekci polohy soustavy nositelných inerciálních MoCap senzorů: Tato práce se zabývá návrhem aplikace pro kalibraci a korekci polohy soustavy nositelných MoCap senzorů. Podle provedeného průzkumu byly zjištěny nejčastější chyby MoCap senzorů, mezi které patří bias chyba, chyba vychýlených měřících os a nelinearita. Pro minimalizaci těchto chyb byly hledány metody kterými je lze minimalizovat nebo odstranit. Bias chybu lze minimalizovat naměřením většího množství dat v klidové poloze senzoru a vypočtením průměru hodnot. Chybu vychýlení měřících os lze minimalizovat vytvořením kalibrační matice kterou jsou maticově vynásobeny naměřená data. Chyba nelinearity je zahrnuta v kalibrační matici a minimalizována při maticovém součinu. Cílem této práce je návrh softwarového nástroje schopného zkalibrovat soustavu MoCap senzorů a poskytovat uživateli zpětnou vazbu o aktuální poloze senzoru pro co nejsnažší použití kalibrační metody. Samotný software umožňuje vytvoření kalibrační matice a její aplikaci na naměřená data. Dále software umožňuje uložení vytvořené kalibrační matice ve formátu *.csv a načtení kalibrační matice zpět do programu. Dalším důležitým prvkem programu je možnost sledování polohy senzoru v prostoru prostřednictvím vytvořených grafů a zobrazených vypočtených parametrů. Pro určení relativní polohy senzoru je využito gravitačního zrychlení působící na senzor v klidovém stavu na vytvořeném kalibračním stole. Relativní poloha senzoru je vypočítána podle naměřených hodnot senzorem a působícím gravitačním zrychlením na senzor. Navržená kalibrační metoda minimalizuje bias chybu, vychýlení měřících os a nelinearitu. Bias chyba je vypočítána z měření v klidové poloze senzoru a byla snížena pro osu x o 0,02359 g, pro osu y o 0,00544 g a pro osu z o 0,04119 g. Chyba vychýlených měřících os je minimalizována pomocí kalibrační matice vytvořené pomocí Gram-Schmidtova ortogonalizačního procesu. Chyba vychýlených měřících os je znázorněna jako narovnání os do kolmého tvaru na měřenou osu. V případě os x a y došlo k narovnání os o 0,50°, pro osy y a z došlo k narovnání os o 1,28° a pro osy z a x došlo k narovnání os o 1,95°.

Design of application for the calibration and position correction of a wearable inertial sensors MoCap: This thesis deals with the design of a program for calibration and position correction of a system of wearable MoCap sensors. According to the survey is the most common errors of MoCap sensors were identified, which include bias error, error of deflected measuring axes and nonlinearity. To minimize these errrors was sought methods that can minimize or eliminate them. The bias error can be minimized by measuring a large amount of data in rest position of the sensor and calculate the average of the all values. The error of measuring axes can be minimized by creating calibration matrix by which the measured data are multiplied by the matrix. The nonlinear error is included in the calibration matrix and minimized at the matrix application. Objective of this thesis is design of a software tool capable of calibration the MoCap sensor system and provide the user feedback about current position of the sensor for the easiest possible using of calibration program. The software itself allows create of calibration matrix and its application on the measured data. Furthermore, software allows save the created calibration matrix in *.csv format and load the calibration matrix back into the program. Another important element of the software is the ability to monitor position of the sensor in space through the created graphs and displayed calculated parameters. To determine the relative position of the sensor is use a gravitational acceleration causing on the sensor in the rest, on the created calibration table. The relative position of the sensor is calculate according to the measured values by sensor and the gravitational acceleration acting on the sensor. The bias error is calculated from the measurement data with rest position of the sensor and was reduced for the x-axis by 0.02359 g, for the y-axis by 0.00544 g and for the z-axis by 0.04119 g. The error of the deflected measuring axes is minimized by calibration matrix created by the Gram-Schmidt orthogonalization process. The error of the deflected measuring axes is shown as the alignment of the axes perpendicular to the measured axis. In the case of the x-axis and y-axis were aligned by 0.50 °, in the y-axis and z-axis were aligned by 1.28 ° and in the z-axis and x-axis were aligned by 1.95 °.