7. Bố cục chung của luận án
4.2 Đề xuất hệ thống INS đặt trên khung tập đi
4.2.1 Giới thiệu về hệ thống
Hình 4.1 Tổng quan hệ thống khung tập đi đề xuất (nguồn [99])
Hệ thống đề xuất được thể hiện trong Hình 4.1 bao gồm 01 cảm biến IMU và 02 encoder được gắn vào một khung tập đi. Trong đó, cảm biến IMU có thể được gắn tại 1 vị trí bất kỳ trên khung tập đi trong khi mỗi encoder được gắn vào mỗi bánh để đo độ dịch chuyển của mỗi bánh. Một vi điều khiển Arduino Uno R3 được sử dụng để đọc và đồng bộ dữ liệu từ các cảm biến và lưu vào thẻ nhớ Micro SD. Dữ liệu này sẽ được đưa vào thuật toán của hệ thống INS xử lý trên máy tính bằng chương trình Matlab để trích xuất thơng số bước đi.
Do vị trí đặt cảm biến IMU khơng đại diện được cho vị trí bàn chân trong quá trình bước đi, nên hệ toạ độ BCS tách biệt với hệ toạ độ vật lý của IMU. Lúc này, hệ toạ độ BCS trong hệ thống INS trình bày ở Chương 2 được đặt tên mới là ICS trong khi hệ toạ độ BCS được đặt trên khung tập đi.
Như vậy trong hệ thống này, sử dụng hệ trục tọa độ WCS, BCS và ICS như trong Hình 4.2. Gốc tọa độ của hệ BCS là trung điểm của đoạn thẳng nối 2 điểm tiếp
Trang 91
xúc của 2 bánh khung tập đi với mặt đất. Trục 𝑥𝑏 của hệ BCS trùng với hướng thẳng tới trước của khung tập đi. Trục 𝑧𝑏 của BCS hướng thẳng lên trên khi khung tập đi được đẩy đi trên mặt đất. Do các trục 𝑥𝑏, 𝑦𝑏 và 𝑧𝑏 tạo thành tam diện thuận nên trục 𝑦𝑏 của BCS nằm trên đường nối 2 điểm tiếp xúc giữa 2 bánh với mặt đất và có phương hướng từ bánh phải sang bánh trái của khung tập đi. Để đơn giản trong tính tốn, hệ WCS được chọn trùng với hệ BCS tại vị trí ban đầu của q trình chuyển động.
Hình 4.2 Các hệ trục tọa độ sử dụng
Việc xác định mối quan hệ giữa các hệ tọa độ ICS và BCS bao gồm ma trận quay và vectơ tịnh tiến không dễ dàng đo được bằng thước mà cần phải được hiệu chỉnh thông qua thuật tốn để đem lại giá trị chính xác sẽ được trình bày ở Mục 4.2.3.