基于双加速度计的静态角度检测与误差分析

摘要

目的:对骨折固定复位训练模拟人的骨折断面位移及角度检测进行研究,解决这一实现模拟人虚实交互的关键和难点.方法:采用微电子机械系统(micro-electro-mechanical-systems,MEMS)的加速度计对骨折断面角度位移量进行静态检测,通过对骨折断面的三维欧拉坐标系建模,推导出静态角度检测的双加速度计二维联合检测方法,并进行了多倾角姿态下的不同角度测量实验.由于该方法存在测量盲区,对可能存在较大误差的测量姿态进行了误差的特性实验,最后对测量结果进行了误差分析.结果:该方法能够有效测量静态角度,除去在盲区的近水平状态,总体测量均方误差为(2.240 3±1.027 2)°,平均误差为(1.809 4±0.895 0)°.根据三维坐标数据的单位正交关系设计的优化算法对多组数据进行计算,得到平均误差可以达到(0.838 78±0.740 0)°,且不受个别盲区数据影响.在待测角度为30°的情况下,误差随着测量平面与水平面夹角的增大而减小,当夹角大于5°时,误差明显下降.结论:零点标定对结果改善有明显效果,灵敏度标定对角度测量结果改善效果有限,传感器精度、信号采集精度都是误差产生的重要原因.该方法是有效的,同时,采用测量多组数据进行优化算法解算能够达到较高的精度,并能有效规避测量盲区.