Solução de Localização Interna e Análise de Movimento Usável e Econômica via Integração de UWB e IMU

A localização interna usável agora pode encontrar aplicações em um amplo espectro de campos, incluindo o cuidado de crianças e idosos, análise de movimento esportivo, medicina de reabilitação, navegação robótica, etc. Os métodos convencionais de estimativa de posição baseados em unidade inercial (IMU) e localização interna de sinal de rádio baseados em WiFi, Bluetooth, banda ultra larga (UWB) e identificação por radiofrequência (RFID) têm suas limitações em relação a custo, precisão ou usabilidade, e uma combinação das técnicas tem sido considerada uma maneira promissora de melhorar a precisão. Esta investigação tem como objetivo fornecer uma solução de sensoriamento usável e econômica com algoritmos de fusão de dados para localização interna e análise de movimento em tempo real. As principais contribuições desta investigação são: (1) o design de um dispositivo de sensoriamento usável sem fio, alimentado por bateria e leve, integrando um módulo UWB de baixo custo-DWM1000 e um sistema microeletromecânico (MEMS) IMU-MPU9250 para medição sincronizada; (2) a implementação de um filtro complementar de Mahony para cancelamento de ruído e cálculo de atitude, e quaterniões para rotação de quadro para obter a atitude contínua para a estimativa de deslocamento; (3) o desenvolvimento de um modelo de fusão de dados integrando os dados da IMU e UWB para melhorar a precisão da medição usando compensações iterativas no domínio do tempo baseadas em filtro de Kalman; e (4) a avaliação do módulo sensor desenvolvido comparando-o com soluções somente UWB e IMU. Os resultados dos testes demonstram que o erro médio do módulo integrado atingiu 7,58 cm para um percurso de caminhada arbitrário, superando as soluções de localização somente com IMU e UWB. O módulo poderia reconhecer rotações laterais durante a caminhada normal, que poderiam ser potencialmente usadas para reconhecimento de marcha anormal.