随着科技的进步,各种智能化产品已逐渐进入人们的生活,如空中的飞行器、陆地上车辆、海洋中的智能潜艇、医疗诊断方面的健康监测设备等。这些智能设备在正常运行并完成各自的任务时都具有一个共同的特点:需要实时检测分析载体的运动姿态,从而掌握其运动状态。目前检测物体运动姿态的传感器种类繁多,并且在解算物体运动姿态时所用的算法复杂度较大、硬件配置要求也较高,因此设计一款低硬件要求、低复杂度并且能准确检测物体运动姿态的检测与分析装置具有很大的意义。因此,本文通过对现有运动传感器的优缺点进行分析,设计了一款基于MPU6050传感器和STM32F103处理器的运动姿态检测装置,并针对运动姿态分析过程中的关键性问题及运动姿态确定性进行了深入研究。最终确定以陀螺仪检测的姿态为基本参量,以加速度计检测的姿态数据来补偿并校正基本参量为技术路线的方案。本设计包括三个方面的改进和优化:第一,在数据预处理阶段,针对采集数据波动较大的问题,增加了限幅滤波处理环节,对初始数据进行预处理;第二,在姿态解算部分,通过对三种常用的运动姿态表示方法分析,采用四元数和欧拉角相互转换法来进行姿态更新与表示,实现计算量小并能够直观表达物体运动状态的目的;第三,在数据融合阶段,舍弃常用的复杂融合算法卡尔曼滤波算法,采用一种基于四元数的互补滤波算法,满足了数据处理过程低复杂度的要求。最后,用上位机串口读取并显示运动状态检测装置数据,通过直观的数据显示与分析将上面的所有设计思想进行验证,结果表明:本文所设计的姿态表示方法和“限幅滤波+互补滤波”优化融合算法是可行的,为后期空间物体运动状态监测和控制提供强有力的参考依据。