This paper introduces a new invariant extended Kalman filter design that produces real-time state estimates and rapid error convergence for the estimation of the human body movement even in the presence of sensor misalignment and initial state estimation errors. The filter fuses the data returned by an inertial measurement unit (IMU) attached to the body (e.g., pelvis or chest) and a virtual measurement of zero stance-foot velocity (i.e., leg odometry). The key novelty of the proposed filter lies in that its process model meets the group affine property while the filter explicitly addresses the IMU placement error by formulating its stochastic process model as Brownian motions and incorporating the error in the leg odometry. Although the measurement model is imperfect (i.e., it does not possess an invariant observation form) and thus its linearization relies on the state estimate, experimental results demonstrate fast convergence of the proposed filter (within 0.2 seconds) during squatting motions even under significant IMU placement inaccuracy and initial estimation errors.


翻译:本文介绍了一种新的变化式扩展卡尔曼过滤器设计,该设计产生实时状态估计和快速差错趋同,以估计人体运动,即使存在传感器偏差和初始状态估计错误。过滤器将附在身体上的惯性测量单位(如骨盆或胸部)所返回的数据引信化,并虚拟测量了零定脚速度(即腿部测量仪),拟议过滤器的关键新颖之处在于其流程模型与组状属性相匹配,而过滤器则明确处理IMU放置错误,将其随机处理为布朗运动,并将错误纳入腿部测量。虽然测量模型不完善(即不具有异性观察表),因此其线性化依赖状态估计,但实验结果显示,即使在处于重大IMU定位不准确和初步估计错误的情况下,在蹲下运动期间,拟议过滤器快速趋同(在0.2秒内)。

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