一种空间定位设备的测量系统论文和设计-张益铭

全文摘要

本实用新型公开了一种空间定位设备的测量系统，包括位姿变化单元，位姿变化单元根据接收到的控制指令改变被测空间定位设备的实际位姿；位姿变化单元包括x轴方向滑轨、y轴方向滑轨、z轴方向滑轨和滑块；其中，x轴方向滑轨可整体沿y轴方向滑轨移动；z轴方向滑轨可整体沿x轴方向滑轨移动；滑块可沿z轴方向滑轨移动；位姿变化单元还包括用于固定被测空间定位设备的云台，云台通过云台航向角电机、云台横滚角电机和云台俯仰角电机与滑块连接。上述测量系统，通过三轴滑轨和云台实现被测空间定位设备在空间三维坐标系中的任意位姿变化，改变被测空间定位设备的实际位姿，可用于测量被测空间定位设备的定位准确性。

主设计要求

1.一种空间定位设备的测量系统，其特征在于包括位姿变化单元，所述位姿变化单元根据接收到的控制指令改变被测空间定位设备的实际位姿；所述位姿变化单元包括x轴方向滑轨、y轴方向滑轨、z轴方向滑轨和滑块；其中，所述x轴方向滑轨可整体沿所述y轴方向滑轨移动；所述z轴方向滑轨可整体沿所述x轴方向滑轨移动；所述滑块可沿所述z轴方向滑轨移动；所述位姿变化单元还包括用于固定所述被测空间定位设备的云台，所述云台通过云台航向角电机、云台横滚角电机和云台俯仰角电机与所述滑块连接。

设计方案

1.一种空间定位设备的测量系统，其特征在于包括位姿变化单元，所述位姿变化单元根据接收到的控制指令改变被测空间定位设备的实际位姿；

所述位姿变化单元包括x轴方向滑轨、y轴方向滑轨、z轴方向滑轨和滑块；其中，所述x轴方向滑轨可整体沿所述y轴方向滑轨移动；所述z轴方向滑轨可整体沿所述x轴方向滑轨移动；所述滑块可沿所述z轴方向滑轨移动；

所述位姿变化单元还包括用于固定所述被测空间定位设备的云台，所述云台通过云台航向角电机、云台横滚角电机和云台俯仰角电机与所述滑块连接。

2.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于：

所述位姿变化单元还包括用于驱动所述x轴方向滑轨整体沿所述y轴方向滑轨滑动的y轴滑轨电机、用于驱动所述z轴方向滑轨整体沿所述x轴方向滑轨滑动的x轴滑轨电机和用于驱动所述滑块沿所述z轴方向滑轨滑动的z轴滑轨电机。

3.如权利要求2所述的测量系统，其特征在于：

所述x轴滑轨电机、所述y轴滑轨电机和所述z轴滑轨电机采用步进电机。

4.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于：

所述云台航向角电机固定在所述滑块上，所述云台横滚角电机通过支架固定在所述云台航向角电机上，所述云台俯仰角电机通过支架固定在所述云台横滚角电机上，所述云台与所述云台俯仰角电机连接。

5.如权利要求4所述的测量系统，其特征在于：

所述云台航向角电机、云台横滚角电机和云台俯仰角电机采用无刷电机；在所述云台设置有IMU芯片，所述IMU芯片和所述云台航向角电机、云台横滚角电机和云台俯仰角电机电连接。

6.如权利要求3或5所述的测量系统，其特征在于还包括控制单元，所述控制单元用于根据接收到的目标位姿数据向所述位姿变化单元发送控制指令。

7.如权利要求6所述的测量系统，其特征在于：

所述控制单元用于将接收到的所述目标位姿数据中的位置信息转化成三个步进电机的旋转角度，并控制所述x轴滑轨电机、所述y轴滑轨电机和所述z轴滑轨电机旋转至对应角度。

8.如权利要求6所述的测量系统，其特征在于：

所述控制单元将所述目标位姿数据中的姿态信息转化为云台航向角电机、云台横滚角电机和云台俯仰角电机的旋转角度，并通过所述云台上的IMU芯片实现旋转控制。

9.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于还包括定位基站。

10.如权利要求9所述的测量系统，其特征在于：

所述定位基站是激光信号发射装置、超声信号发射装置、UWB无线电标签和视觉定位的摄像头中的任意一种。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测量系统，尤其涉及一种空间定位设备的测量系统。

背景技术

空间定位方法包括体感摄像法、摄像机-光源定位法、激光定位法等多种方法。其中，激光定位法是应用较为广泛的一种空间定位方法。激光定位法，通过一个定位基站发出激光信号或激光+超声信号进行定位，被测空间定位设备接收这些定位信号，并解算出相对于定位基站的空间三维坐标系的位置。例如，在公开号为CN105138135A的发明申请中所公开的头戴式虚拟现实设备，包括壳体、头戴式显示器、多个定位光束接收器和处理器，其中使用的空间定位方法就是激光定位法。又如，市售的HTC Vive Focus VR一体式智能眼镜及一体式3D头戴式头盔，使用的空间定位方法也是激光定位法。此外，现有技术中还有多种基于其他空间定位方法实现的定位设备，比如，一些应用于移动机器人及虚拟现实设备的视觉定位系统、UWB定位系统、超声波定位系统，等。

现有技术中，空间定位设备的种类越来越丰富，与之相关的数据处理算法也越来越全面，使得其所输出的空间位置的准确性得到大幅度提高。但是目前还没有装置可以对各种空间定位设备所输出的定位数据及位姿数据是否准确进行测量，因此，需要一种直观的用于测量空间定位设备的测量系统。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种空间定位设备的测量系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种空间定位设备的测量系统，包括位姿变化单元，所述位姿变化单元根据接收到的控制指令改变被测空间定位设备的实际位姿；所述位姿变化单元包括x轴方向滑轨、y轴方向滑轨、z轴方向滑轨和滑块；所述x轴方向滑轨可整体沿y轴方向滑轨移动；所述z轴方向滑轨可整体沿x轴方向滑轨移动；所述滑块可沿所述z轴方向滑轨移动；

所述位姿变化单元还包括用于固定所述被测空间定位设备的云台，所述云台通过云台航向角电机、云台横滚角电机和云台俯仰角电机与所述滑块连接。

其中较优地，所述位姿变化单元还包括用于驱动所述x轴方向滑轨整体沿所述y轴方向滑轨滑动的y轴滑轨电机、用于驱动所述z轴方向滑轨整体沿所述x轴方向滑轨滑动的x轴滑轨电机和用于驱动所述滑块沿所述z轴方向滑轨滑动的z轴滑轨电机。

其中较优地，所述x轴滑轨电机、所述y轴滑轨电机和所述z轴滑轨电机采用步进电机。

其中较优地，所述云台航向角电机固定在所述滑块上，所述云台横滚角电机通过支架固定在所述云台航向角电机上，所述云台俯仰角电机通过支架固定在所述云台横滚角电机上，所述云台与所述云台俯仰角电机连接。

其中较优地，所述云台航向角电机、云台横滚角电机和云台俯仰角电机采用无刷电机；在所述云台设置有IMU芯片，所述IMU芯片和所述云台航向角电机、云台横滚角电机和云台俯仰角电机电连接。

其中较优地，所述测量系统还包括控制单元，所述控制单元用于根据接收到的目标位姿数据向所述位姿变化单元发送控制指令。

其中较优地，所述控制单元用于将所述目标位姿数据中的位置信息转化成三个步进电机的旋转角度，并控制所述x轴滑轨电机、所述y轴滑轨电机和所述z轴滑轨电机旋转至对应角度。

其中较优地，所述控制单元将所述目标位姿数据中的姿态信息转化为云台航向角电机、云台横滚角电机和云台俯仰角电机的旋转角度，并通过所述云台上的IMU芯片实现旋转控制。

其中较优地，所述测量系统还包括定位基站。

所述定位基站是激光信号发射装置、超声信号发射装置、UWB无线电标签和视觉定位的摄像头中的任意一种。

本实用新型所提供的空间定位设备的测量系统，通过三轴滑轨和云台，实现被测空间定位设备在空间三维坐标系中的任意位姿变化，改变被测空间定位设备的实际位姿，可用于测量被测空间定位设备的定位准确性。

附图说明

图1是本实用新型所提供的空间定位设备的测量系统的工作原理示意图；

图2是图1所示测量系统中，位姿变化单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的发明内容做进一步地详细说明。

本实用新型所提供的空间定位设备的测量系统包括数据处理单元、控制单元和位姿变化单元；其中，数据处理单元用于向控制单元发送欲实现的目标位姿数据；控制单元用于根据接收到的目标位姿数据向位姿变化单元发送控制指令；位姿变化单元根据接收到的控制指令改变被测空间定位设备的实际位姿；数据处理单元还用于接收被测空间定位设备所输出的位姿信息，并对被测空间定位设备所输出的位姿信息和目标位姿数据进行比较，测量被测空间定位设备的定位准确性。数据处理单元还用于向外输出位姿信息和目标位姿数据的对比结果。

具体来说，如图1所示，数据处理单元可以采用计算机、上位机等设备实现，用于预先定义被测空间定位设备所要达到的目标位姿数据，数据处理单元设置有多个通讯接口，用于与控制单元连接和实现与被测空间定位设备的数据交换。

控制单元是以MCU及驱动电路组成的控制器，控制单元可以根据接收到的目标位姿数据向位姿变化单元发送具体的控制指令，例如驱动三轴滑轨的电机分别旋转对应角度，驱动三个云台电机旋转对应角度。

位姿变化单元可以在控制单元的控制下使其所搭载的被测空间定位设备在空间三维坐标系中实现任意位姿变化，改变被测空间定位设备的实际位姿。

如图2所示，位姿变化单元包括x轴方向滑轨Ax、y轴方向滑轨Ay、z轴方向滑轨Az和设置在z轴方向滑轨Az上的滑块Am。其中，x轴方向滑轨Ax可整体沿y轴方向滑轨Ay移动，在x轴方向滑轨Ax滑动的过程中，带动设置在x轴方向滑轨Ax上的z轴方向滑轨Az和设置在z轴方向滑轨Az上的滑块Am一起滑动。z轴方向滑轨Az可整体沿x轴方向滑轨Ax移动，在z轴方向滑轨Az滑动的过程中，带动设置在z轴方向滑轨Az上的滑块Am一起滑动。滑块Am可沿z轴方向滑轨Az移动。x轴方向滑轨Ax、z轴方向滑轨Az和滑块Am的滑动分别由y轴滑轨电机、x轴滑轨电机和z轴滑轨电机驱动。y轴滑轨电机用于驱动x轴方向滑轨Ax整体沿y轴方向滑轨Ay滑动，x轴滑轨电机用于驱动z轴方向滑轨Az整体沿x轴方向滑轨Ax滑动，z轴滑轨电机用于驱动滑块Am沿z轴方向滑轨Az滑动。

位姿变化单元还包括与滑块Am连接的云台Bt，云台Bt是用于固定被测空间定位设备的载物平台，云台Bt通过云台航向角电机By、云台横滚角电机Br和云台俯仰角电机Bp与滑块Am连接。其中，云台航向角电机By固定在滑块Am上，云台横滚角电机Br通过支架固定在云台航向角电机By上，云台俯仰角电机Bp通过支架固定在云台横滚角电机Br上，云台Bt与云台俯仰角电机Bp连接。

在测试时，被测空间定位设备被固定在云台Bt上，从而通过三个滑轨电机和三个云台电机的旋转，驱动云台Bt实现被测空间定位设备的位姿变化。如图2所示，滑块Am可以遍历三轴滑轨移动范围内的任意空间位置，结合云台Bt的姿态变化，云台Bt可以带动被测空间定位设备完成任意位姿变化。

在图2所示的实施例中，x轴滑轨电机、y轴滑轨电机和z轴滑轨电机可以采用步进电机，因此每个滑轨上的滑动件(x轴方向滑轨Ax、z轴方向滑轨Az和滑块Am)所处位置可控。控制单元通过将目标位姿数据中的位置信息转化为三个步进电机的旋转角度，并控制x轴滑轨电机、y轴滑轨电机和z轴滑轨电机旋转至对应角度，实现滑块Am在空间三维坐标系中的位置变化，可以使滑块Am移动到三轴滑轨覆盖范围内的任意位置。云台航向角电机、云台横滚角电机和云台俯仰角电机可以分别采用无刷电机；在云台Bt上设置有IMU芯片，IMU芯片和云台航向角电机By、云台横滚角电机Br以及云台俯仰角电机Bp分别电连接。控制单元将目标位姿数据中的姿态信息转化为云台航向角电机By、云台横滚角电机Br和云台俯仰角电机Bp的旋转角度，并通过固定在云台Bt上的IMU芯片实现三个云台电机的旋转控制，从而实现云台Bt的精确姿态变化，使被测空间定位设备保持目标姿态。

当上述动作完成后，数据处理单元读取被测空间定位设备输出的位姿信息，并将被测空间定位设备输出的位姿信息与数据处理单元向控制单元发送的目标位姿数据(即位姿变化单元所达到的实际位姿)进行比较，实现对被测空间定位设备的测量。

从上述测试原理可知，使用本实用新型所提供的空间定位设备的测量系统，通过将被测空间定位设备固定在三轴滑轨末端，设置在滑块上的云台可以带动被测空间定位设备遍历其所有能达到的位置和姿态；当位姿变化单元每完成一次新的位姿，就从被测空间定位设备读取由被测空间定位设备所输出的位姿信息，并将被测空间定位设备输出的位姿信息与位姿变化单元实际所达到的位姿(即目标位姿数据)进行对比，输出可视化图形或对比数据，可以客观地反映出被测空间定位设备的定位准确性以及精度。

上述空间定位设备的测量系统可以适用于对具有不同空间定位原理的空间定位设备的准确性进行测量。对于不同的空间定位设备，由于定位原理不同，其所对应的定位基站的种类及固定方式也存在不同。例如，定位基站可以使用如激光信号发射装置、超声信号发射装置、UWB无线电标签、视觉定位的摄像头等在内的多种基站。对于不同的被测空间定位设备，其所对应的定位基站的固定方式取决于其工作特性和工作原理，在测试时，只需要将被测空间定位设备与云台Bt固定即可。被测空间定位设备通过定位基站发送的激光信号、超声信号或者无线电信号进行定位计算，或者，通过定位基站的摄像头进行画面捕捉分析，获得其位姿信息。

综上所述，本实用新型所提供的空间定位设备的测量系统，通过三轴滑轨和云台，实现被测空间定位设备在空间三维坐标系中的任意位姿变化，改变被测空间定位设备的实际位姿，并通过读取被测空间定位设备输出的位姿信息，将上述位姿信息与实际位姿数据进行比较，测量被测空间定位设备的定位准确性。

以上对本实用新型所提供的空间定位设备的测量系统进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本实用新型专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

设计图

一种空间定位设备的测量系统论文和设计

一种空间定位设备的测量系统论文和设计-张益铭

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主设计要求

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