三轴角速度解算姿态

问题：在知道三轴加速度acc_x_raw，acc_y_raw，acc_z_raw以及三轴角速度gyro_x_raw，gyro_y_raw，gyro_z_raw后，计算出倾斜角度

解决方案：为了通过ROS计算出倾斜角度，可以使用IMU的加速度和角速度数据进行融合。常用的融合方法之一是通过卡尔曼滤波器或者互补滤波器来平滑和结合加速度计和陀螺仪的数据。以下是使用互补滤波器的方法来计算倾斜角度的示例代码。

#!/usr/bin/env python

import rospy
from sensor_msgs.msg import Imu
from std_msgs.msg import Float32
import math
import tf

class TiltAngleCalculator:
    def __init__(self):
        self.acc_x = 0.0
        self.acc_y = 0.0
        self.acc_z = 0.0
        self.gyro_x = 0.0
        self.gyro_y = 0.0
        self.gyro_z = 0.0
        self.angle_x = 0.0
        self.angle_y = 0.0
        self.angle_z = 0.0
        self.prev_time = rospy.Time.now()

        # 互补滤波器系数
        self.alpha = 0.98

        # 初始化节点
        rospy.init_node('tilt_angle_calculator', anonymous=True)

        # 创建订阅者，订阅IMU数据
        rospy.Subscriber('/imu', Imu, self.imu_callback)

        # 创建发布者，发布倾斜角度
        self.angle_x_pub = rospy.Publisher('/tilt_angle_x', Float32, queue_size=10)
        self.angle_y_pub = rospy.Publisher('/tilt_angle_y', Float32, queue_size=10)
        self.angle_z_pub = rospy.Publisher('/tilt_angle_z', Float32, queue_size=10)

        self.rate = rospy.Rate(10)  # 10Hz

    def imu_callback(self, msg):
        self.acc_x = msg.linear_acceleration.x
        self.acc_y = msg.linear_acceleration.y
        self.acc_z = msg.linear_acceleration.z
        self.gyro_x = msg.angular_velocity.x
        self.gyro_y = msg.angular_velocity.y
        self.gyro_z = msg.angular_velocity.z

        self.compute_tilt_angles()

    def compute_tilt_angles(self):
        # 获取当前时间
        current_time = rospy.Time.now()
        dt = (current_time - self.prev_time).to_sec()
        self.prev_time = current_time

        # 使用加速度计数据计算倾斜角度
        acc_angle_x = math.atan2(self.acc_y, self.acc_z) * 180 / math.pi
        acc_angle_y = math.atan2(self.acc_x, self.acc_z) * 180 / math.pi

        # 使用陀螺仪数据计算倾斜角度变化
        self.angle_x += self.gyro_x * dt
        self.angle_y += self.gyro_y * dt
        self.angle_z += self.gyro_z * dt

        # 互补滤波器结合加速度计和陀螺仪数据
        self.angle_x = self.alpha * (self.angle_x) + (1 - self.alpha) * acc_angle_x
        self.angle_y = self.alpha * (self.angle_y) + (1 - self.alpha) * acc_angle_y

        # 发布倾斜角度
        self.angle_x_pub.publish(self.angle_x)
        self.angle_y_pub.publish(self.angle_y)
        self.angle_z_pub.publish(self.angle_z)

if __name__ == '__main__':
    try:
        calculator = TiltAngleCalculator()
        rospy.spin()
    except rospy.ROSInterruptException:
        pass

代码说明：

• TiltAngleCalculator类： 该类负责订阅IMU数据，计算倾斜角度，并发布结果。
• imu_callback方法： IMU数据的回调函数，接收并保存IMU传感器的加速度和角速度数据。
• compute_tilt_angles方法： 该方法使用互补滤波器结合加速度计和陀螺仪数据计算倾斜角度。
• 互补滤波器： 互补滤波器通过结合陀螺仪和加速度计的数据来计算角度，陀螺仪数据用于跟踪快速变化的角度，加速度计数据用于修正陀螺仪的漂移。