如何检测安卓设备的绝对旋转角度

Question

我希望实现一个机器人，它可以在室内导航，并使用在安卓设备上运行的软件。其中一个必要功能是“实时”了解机器人的方向。

我有一个主要约束条件：安卓设备必须放置在重力轴上并具有屏幕（也就是说：垂直，就像使用设备上的相机拍照一样）

这使我无法使用最常见的参考角度测量方位角。因此，使用下列内容没有意义：

SensorManager.getRotationMatrixFromVector(mRotationMatrixFromVector, event.values);

然后。

SensorManager.getOrientation(mRotationMatrix, orientation);

由于 定位[0] 提供的方位角不一致。

我一直在搜索，但我没有找到任何可接受的解决方案。

“可接受的解决方案”是指系统在100毫秒内响应，并且精度接近5°。参考不一定是磁北极，但必须随时间稳定。可以是起始位置（但存在一些漂移问题...）

是否有其他类型的传感器比TYPE_ROTATION_VECTOR更适合此用途？ 我尝试使用TYPE_GYROSCOPE但结果不佳...

我的Android设备是Google Tango平板电脑。

感谢任何帮助

- Pommovore

Answer 1

如果您只关心任何参考框架中的方位角信息，则 Tango 提供的信息是您想要的——具体来说，Tango.OnTangoUpdateListener.onPoseAvailable 提供了 TangoPoseData（在请求 COORDINATE_FRAME_AREA_DESCRIPTION、COORDINATE_FRAME_DEVICE 帧对后）。其中包含一个四元数，表示设备相对于区域描述参考框架的方向。 四元数基本上是旋转操作。 如果您在设备的框架中选择一个期望的向量（例如，指向屏幕外的向量），则四元数将使您将该向量旋转到区域描述（世界）参考框架中。 旋转后的向量是原始向量在世界中指向的方向，您可以通过取向量的两个水平分量的 atan2 来确定方位角。 有关 Tango 参考框架的更多信息，请参见 此处。

这个问题应该也有一个更简单的答案。磁力计传感器应该能够提供平板电脑相对于地球磁场的绝对方向，而地球磁场大致指向北方--几乎任何Android设备都可以做到这一点。您可以从三个原始磁力计传感器值构建自己的方向，但Android提供了一种更方便的访问融合传感器的方法：Sensor.TYPE_ROTATION_VECTOR from SensorManager。然而， Tango平板电脑有一个软件问题，导致其磁力计无法工作；请参见here获取更多详细信息。真令人失望的是，一个专门设计用于导航的设备竟然没有确定其绝对方位的方法。

如果SensorManager的TYPE_ROTATION_VECTOR在Tango平板上有效，您可以使用SensorManager.getRotationMatrixFromVector从onSensorChanged返回的四元数中获取3x3旋转矩阵，然后使用SensorManager.getOrientation获取设备的“方位角”（如您在问题中所示）。但是，这种方法有些局限性，因为当平板电脑的屏幕朝上时，该方法会出现gimbal lock。如果您选择自己的向量并使用四元数将其旋转到世界坐标系中，然后基于三个坐标中的两个计算方位角，那么您就可以更具体地确定“方位角”的含义。

- Ben

Answer 2

@Ben：

感谢您的完整回答。

这解释了为什么我尝试从TYPE_ROTATION_VECTOR获取方位角在Tango平板上不成功（在其他设备上部署相同的代码运行良好）。

您建议的解决方案接近我通过浏览Tango库代码找到的解决方案：

float[] position = pose.getTranslationAsFloats(); Quaternion q = new Quaternion(pose.rotation[3], pose.rotation[0], pose.rotation[1], pose.rotation[2]); double currentRoll = Math.toDegrees(q.getRoll()); robotCommander.updateCoordonates(position[0], position[1], currentRoll);

X是position[0]，Y是position[1]，而currentRoll是机器人当前的方向。

我对这个解决方案有一些问题：

• 这是一个相对的测量，第一次获得四元数时，currentRoll被设置为0，下一个角度是相对于原始位置的。 当我的机器人迷失时，我没有绝对的测量来重新定位。

• 存在重要的漂移。 我还没有尝试使用区域描述文件（ADF）来运行我的代码：这是下一步（也可能对上一个问题有用）。

• currentRoll从未达到180°（？）

• 我不确定我的代码是否是使用姿态数据的正确方式。

你提到过“旋转向量是原始向量在世界中指向的方向，您可以通过取向量的两个水平组件的atan2来确定方位角”。您有任何指针或代码示例吗？

感谢任何帮助或建议。

- Pommovore