Технология обновления нулевой скорости (ZUPT) требует интеграции с высокочувствительными датчиками контакта с землей, поскольку точное определение времени является единственным способом эффективного противодействия дрейфу датчика. Эти датчики однозначно идентифицируют «фазу опоры» — момент, когда стопа касается земли, — запуская алгоритм для сброса рассчитанной скорости до нуля и устранения накопленных ошибок, вызванных шумом инерционных измерений.
Ключевой вывод Инерционные датчики подвержены шумам измерений, которые со временем накапливаются и приводят к значительным ошибкам. Датчики контакта с землей действуют как критически важный «переключатель сброса», обнаруживая точный момент удара о землю, чтобы принудительно установить скорость модели в ноль, тем самым обеспечивая точную навигацию человека в течение длительного времени.
Механизмы дрейфа и коррекции
Проблема шума измерений
Инерционные датчики незаменимы для отслеживания, но они не идеальны. Они подвержены шуму измерений, который создает небольшие расхождения в данных.
Когда система рассчитывает положение на основе этих датчиков, она должна интегрировать ускорение для определения скорости. В процессе этого процесса даже незначительные ошибки шума накапливаются, приводя к накопленным дрейфам скорости. Без коррекции сообщаемое положение со временем будет значительно отклоняться от реальности.
Функция ZUPT
Обновление нулевой скорости (ZUPT) — это математическое решение этой физической проблемы. Логика проста: когда человек идет, его стопа на мгновение остается неподвижной на земле во время фазы опоры.
Если система точно знает, когда это происходит, она может принудительно установить рассчитанную скорость в ноль. Этот периодический сброс действует как «проверка истинности», устраняя дрейф, накопленный за предыдущий шаг.
Почему высокочувствительные датчики имеют решающее значение
Идентификация точной фазы опоры
Эффективность ZUPT полностью зависит от определения времени. Система должна идентифицировать точный момент касания стопой земли.
Одних только инерционных датчиков может быть недостаточно для различения медленно движущейся стопы и стопы, находящейся в опоре. Высокочувствительные датчики контакта с землей, такие как датчики давления подошвы, решают эту проблему, физически обнаруживая удар.
Поддержка кинематической модели
Эти датчики предоставляют однозначный сигнал, необходимый кинематической модели. Когда срабатывает датчик давления, модель создает событие «нулевая скорость».
Эта интеграция превращает зашумленную оценку в систему навигации человека с низким уровнем дрейфа. Это позволяет технологии оставаться точной в течение длительного времени, что невозможно при использовании только инерционных измерений.
Понимание компромиссов
Зависимость от оборудования
Надежность теперь зависит от датчика контакта с землей. Если датчик не срабатывает (возможно, из-за очень мягкой поверхности или неисправности оборудования), алгоритм ZUPT не активируется, и дрейф немедленно начнет накапливаться.
Сложность против точности
Интеграция датчиков давления подошвы увеличивает сложность конструкции системы по сравнению с автономным инерционным блоком. Однако эта сложность является необходимой «ценой» для достижения высокоточного отслеживания, устойчивого к дрейфу.
Сделайте правильный выбор для вашей цели
Чтобы определить, необходима ли эта интеграция для вашего конкретного приложения, рассмотрите ваши требования к точности:
- Если ваш основной фокус — навигация в течение длительного времени: Вы должны использовать высокочувствительные датчики контакта с землей, чтобы гарантировать, что алгоритм ZUPT может эффективно сбрасывать накопленные ошибки.
- Если ваш основной фокус — краткосрочное отслеживание или отслеживание с низкой точностью: Вы можете полагаться на методы оценки ZUPT, но вы должны принять более высокую погрешность из-за некорректируемого шума измерений.
Точное отслеживание движений стопы — это не просто измерение движения; это точное определение момента, когда движение прекращается.
Сводная таблица:
| Функция | Только инерционные датчики | ZUPT + датчики контакта с землей |
|---|---|---|
| Точность | Высокий дрейф со временем | Низкий дрейф; периодические сбросы |
| Обнаружение фазы опоры | Оценочно (часто неточно) | Однозначно (обнаружение физического удара) |
| Ошибка скорости | Накопленный шум измерений | Сбрасывается до нуля каждый шаг |
| Лучше всего подходит для | Краткосрочное/низкоточное отслеживание | Долгосрочная/высокоточная навигация |
| Сложность | Низкая | Средняя (интегрированное оборудование) |
Оптимизируйте свои обувные решения с 3515
Являясь крупномасштабным производителем, обслуживающим дистрибьюторов и владельцев брендов по всему миру, 3515 обеспечивает инженерное превосходство, необходимое для интеграции передовых возможностей отслеживания в профессиональную обувь. Наша флагманская серия защитной обуви, наряду с обширным портфелем тактических ботинок, обуви для улицы и тренировочных кроссовок, служит идеальной платформой для приложений, ориентированных на точность.
Независимо от того, разрабатываете ли вы умные ботинки для промышленной безопасности или высокопроизводительное тактическое снаряжение, 3515 предлагает комплексные производственные возможности для удовлетворения ваших оптовых потребностей. Сотрудничайте с нами, чтобы использовать наш производственный опыт и предоставить вашим клиентам превосходные технологии обуви.
Ссылки
- Ze‐Nan Zhu, Wenlong Zhang. Invariant Extended Kalman Filtering for Human Motion Estimation with Imperfect Sensor Placement. DOI: 10.23919/acc53348.2022.9867745
Эта статья также основана на технической информации из 3515 База знаний .
Связанные товары
Люди также спрашивают
- Какую техническую роль играют профессиональные тренировочные кроссовки? Оптимизация скорости и выносливости
- Какова функция высокоточных акселерометрических датчиков в распознавании движений? Раскройте элитные спортивные инсайты
- Как точные антропометрические измерения влияют на тренировочную обувь? Оптимизация точности оценки ВМД
- Как система мониторинга сердечного ритма в реальном времени способствует безопасности и эффективности тренировочной обуви? | Мнение экспертов
- Какую роль играют чувствительные к давлению педальные переключатели в обучении ходьбе с помощью ЭНС? Синхронизация движений для точного восстановления
- Как получение данных о скелетной мышечной массе (SKMM) влияет на разработку тренировочной обуви? Точное проектирование для производительности
- Почему высокоэффективная амортизация межподошвы имеет решающее значение для профессиональной тренировочной обуви? Защита голеностопных суставов от нагрузок
- Как гипотеза постоянства силы реакции опоры (GRF) влияет на профессиональные тренировочные кроссовки и кеды?
