Tracking kinematic chains has many uses from healthcare to virtual reality. Inertial measurement units, IMUs, are well-recognised for their body tracking capabilities, however, existing solutions rely on gravity and often magnetic fields for drift correction. As humanity's presence in space increases, systems that don't rely on gravity or magnetism are required. We aim to demonstrate the viability of IMU body tracking in a microgravity environment by showing that gravity and magnetism are not necessary for correcting gyroscope-based dead-reckoning drift. We aim to build and evaluate an end-to-end solution accomplishing this. A novel algorithm is developed that compensates for drift using local accelerations alone, without needing gravity or magnetism. Custom PCB sensor, IMU, nodes are created and combined into a body-sensor-network to implement the algorithm and the system is evaluated to determine its strengths and weaknesses. Dead-reckoning alone is accurate to within 1 degree for 30s. The drift correction solution can correct large drifts in yaw within 4 seconds of lateral accelerations to within 3.3 degrees RMSE. Correction accuracy when drift-free and under motion is 1.1 degrees RSME. We demonstrate that gyroscopic drift can be compensated for in a kinematic chain by making use of local acceleration information and often-discarded centripetal and tangential acceleration information, even in the absence of gravitational and magnetic fields. Therefore, IMU body tracking is a viable technology for use in microgravity environments.


翻译:运动链跟踪在医疗健康到虚拟现实等多个领域具有广泛应用。惯性测量单元(IMU)以其人体跟踪能力著称,但现有解决方案依赖重力及磁场进行漂移校正。随着人类在太空活动日益增加,亟需不依赖重力或磁场的跟踪系统。我们旨在证明在微重力环境下,IMU人体跟踪的可行性,说明重力和磁场并非校正陀螺仪航位推算漂移的必要条件。我们设计并评估了一套端到端解决方案:提出一种新型算法,仅利用局部加速度补偿漂移,无需依赖重力或磁场。通过定制PCB传感器节点构建IMU体感网络实现该算法,并评估系统优劣。纯航位推算在30秒内精度达1度以内;漂移校正方案可在4秒内利用横向加速度将偏航角大幅漂移校正至均方根误差3.3度以内;无漂移状态下运动时的校正精度为均方根误差1.1度。我们证明,即使在没有重力和磁场的条件下,通过利用局部加速度信息以及常被忽略的向心加速度和切向加速度,运动链中陀螺仪漂移仍可被有效补偿。因此,IMU人体跟踪技术完全可应用于微重力环境。

0
下载
关闭预览

相关内容

医学人工智能AIM(Artificial Intelligence in Medicine)杂志发表了多学科领域的原创文章,涉及医学中的人工智能理论和实践,以医学为导向的人类生物学和卫生保健。医学中的人工智能可以被描述为与研究、项目和应用相关的科学学科,旨在通过基于知识或数据密集型的计算机解决方案支持基于决策的医疗任务,最终支持和改善人类护理提供者的性能。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/artmed/
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
14+阅读 · 2021年11月27日
Arxiv
30+阅读 · 2021年7月7日
VIP会员
最新内容
综述 | OPSD:大语言模型的在线策略自蒸馏
专知会员服务
3+阅读 · 6月1日
帕兰蒂尔Maven:军事人工智能的新纪元
专知会员服务
7+阅读 · 6月1日
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
3+阅读 · 5月31日
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
6+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
7+阅读 · 5月30日
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员