[发明专利]一种三维空间定位装置及系统

权利要求书

1.一种三维空间定位装置，其特征在于，所述三维空间定位装置与信号发送装置以及信号接收装置相互通信，信号接收装置用于接收信号发送装置发送的无线电同步信号、超声波信号、绕着第一旋转轴旋转发送的第一激光平面信号以及绕着第二旋转轴旋转发送的第二激光平面信号；所述超声波信号从第一旋转轴和第二旋转轴的交点处发送；所述信号发送装置包括超声波发射器，所述超声波发射器位于三维测量坐标系的原点，所述第一旋转轴和第二旋转轴为三维测量坐标系的两个坐标轴；所述三维空间定位装置，包括：通信模块以及计算模块，通信模块连接计算模块；

通信模块，用于当获知信号接收装置检测到无线电同步信号、第一激光平面信号、第二激光平面信号以及超声波信号时，获取信号发送装置发送第一激光平面信号的第一参考时刻、发送第二激光平面信号的第二参考时刻、发送超声波信号的第三参考时刻、信号接收装置检测到第一激光平面信号的第一时刻、检测到第二激光平面信号的第二时刻、以及检测到超声波信号的第三时刻；

计算模块，用于根据第一参考时刻、第二参考时刻、第一时刻以及第二时刻，确定第一旋转角度以及第二旋转角度；根据第三参考时刻以及第三时刻，确定信号接收装置与信号发送装置之间的距离；根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度以及所述距离，确定信号接收装置在三维测量坐标系中的三维坐标；

其中，所述第一旋转角度为所述第一时刻所述第一激光平面信号相对于第一旋转轴与第二旋转轴所确定平面的角度，所述第二旋转角度为所述第二时刻所述第二激光平面信号相对于第一旋转轴与第二旋转轴所确定平面的角度。

2.根据权利要求1所述的三维空间定位装置，其特征在于，在第一参考时刻，信号发送装置发送的第一激光平面信号相对于第一旋转轴与第二旋转轴所确定平面的角度为第一参考角度；在第二参考时刻，信号发送装置发送的第二激光平面信号相对于第一旋转轴与第二旋转轴所确定平面的角度为第二参考角度。

3.根据权利要求1所述的三维空间定位装置，其特征在于，所述计算模块，用于通过以下方式根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度以及所述距离，确定信号接收装置在三维测量坐标系中的三维坐标：

当所述三维测量坐标系为笛卡尔坐标系，以所述第一旋转轴为X轴，以所述第二旋转轴为Y轴时，根据下式求解得到信号接收装置在该三维测量坐标系中的三维坐标：

X₀²+Y₀²+Z₀²＝L²

Y₀×tanα＝X₀×tanβ＝Z₀，

其中，(X₀，Y₀，Z₀)表示信号接收装置在三维测量坐标系中的三维坐标，L为信号接收装置与信号发送装置之间的距离，α为第一旋转角度，β为第二旋转角度。

4.根据权利要求2所述的三维空间定位装置，其特征在于，所述计算模块，用于通过以下方式根据第一参考时刻、第二参考时刻、第一时刻以及第二时刻，确定第一旋转角度以及第二旋转角度：

根据第一参考时刻以及第一时刻，确定所述第一时刻与所述第一参考时刻之间的关系，根据所述第一时刻与第一参考时刻之间的关系以及所述第一参考时刻对应的第一参考角度，确定所述第一旋转角度；

根据第二参考时刻以及第二时刻，确定所述第二时刻与所述第二参考时刻之间的关系，根据所述第二时刻与第二参考时刻之间的关系以及所述第二参考时刻对应的第二参考角度，确定所述第二旋转角度。

5.根据权利要求1所述的三维空间定位装置，其特征在于，所述计算模块，用于通过以下方式根据第三参考时刻以及第三时刻，确定信号接收装置与信号发送装置之间的距离：

根据第三参考时刻以及第三时刻，确定超声波信号从信号发送装置到信号接收装置的传输时长，根据所述传输时长以及超声波信号在空气中的传输速度，确定信号接收装置与信号发送装置之间的距离。