Inertial motion capture systems widely use low-cost IMUs to obtain the orientation of human body segments, but these sensors alone are unable to estimate link positions. Therefore, this research used a SLAM method in conjunction with inertial data fusion to estimate link positions. SLAM is a method that tracks a target in a reconstructed map of the environment using a camera. This paper proposes quaternion-based extended and square-root unscented Kalman filters (EKF & SRUKF) algorithms for pose estimation. The Kalman filters use measurements based on SLAM position data, multi-link biomechanical constraints, and vertical referencing to correct errors. In addition to the sensor biases, the fusion algorithm is capable of estimating link geometries, allowing the imposing of biomechanical constraints without a priori knowledge of sensor positions. An optical tracking system is used as a reference of ground-truth to experimentally evaluate the performance of the proposed algorithm in various scenarios of human arm movements. The proposed algorithms achieve up to 5.87 (cm) and 1.1 (deg) accuracy in position and attitude estimation. Compared to the EKF, the SRUKF algorithm presents a smoother and higher convergence rate but is 2.4 times more computationally demanding. After convergence, the SRUKF is up to 17% less and 36% more accurate than the EKF in position and attitude estimation, respectively. Using an absolute position measurement method instead of SLAM produced 80% and 40%, in the case of EKF, and 60% and 6%, in the case of SRUKF, less error in position and attitude estimation, respectively.
翻译:惰性运动捕捉系统广泛使用低成本的内流模型来获得人体部分的方向,但这些传感器本身无法估计连接位置。 因此, 这项研究使用SLM方法, 结合惯性数据聚合来估计连接位置。 SLAM 是一种方法, 利用相机跟踪环境重建地图中的目标。 本文建议使用基于四面基的延伸和平方根的Kalman过滤器( EKF & SRUKF)进行估算。 Kalman过滤器使用基于SLM 位置数据、 多链接生物机能限制和垂直测量的测量方法, 以纠正错误。 除了传感器偏差外, 聚合算法还能够估计链接位置, 在不事先了解传感器位置的情况下, 将生物机械性限制作为目标。 光学跟踪系统用作实验性评估各种人类手臂运动情景中拟议算法的绩效的参考。 拟议的运算达到5.87 (cm) 和1.1 (deg) 位置和垂直测量误差。 除了传感器偏差外, 80-FRM 的浓度和SLF 的递解算法中, 的递解算法中, 和SLIF 的递解法中, 的递解中, 和SLM 和SLM 的精确率 的精确度为40的精确度为40的精确度为40; 的精确度为40; 比较为40; 比较法的精确度为40;,, 比较为40;, 和 的推算法 比较为40; 比较为40; 的推算法, 比较为40; 比较为40;, 和 和 比较为40; 比较为40; 比较为40; 比较为40; 比较为40; 比较为40; 比较为40; 和 和 和SLFFF 和 和 和 和 和 和 和 和 和 和 比较法 比较为40; 比较法 比较为40; 比较为40; 比较为40; 比较为40 和 比较为40; 比较法 比较为40; 比较为40 比较为40 比较 和 和 比较法 比较法 比较法 和 和