[发明专利]一种基于多传感信息融合的相对位姿测量装置与方法

权利要求书

1.基于多传感信息融合的相对位姿测量装置与方法，其特征在于以相对位姿集成测量装置为基础，构建了一套针对部件对接的相对位姿监测方法；装置包含下位机、上位机与辅助设备，下位机即集成测量单元负责采集图像、激光、惯性数据，完成数据融合处理，所得结果以无线信号形式发回上位机；上位机负责进一步处理接收数据，形成部件相对位姿并以直观方式显示，引导对接作业；辅助设备包含在对接精测阶段所使用的光学靶标板，以及用于固定下位机、靶标板于待装件与基准件的转接板。

2.如权利要求1所述的基于多传感信息融合的相对位姿测量装置与方法，其特征在于，所述位姿监测方法具体特征为：以集成测量单元(需提前标定)测量数据为基础，在对接不同阶段选用不同的数据组合和融合方法，获取到测量系下相对位姿关系，再通过集成测量单元安装位置等先验知识，转换得到待装件与基准件的相对位姿关系，并以三维可视化的形式用模型实时仿真对接过程，提供直观引导与预警功能，同时数据采集端与数据显示端采用无线信号连接，可满足实时监测对接状态的要求。

3.如权利要求2所述的基于多传感信息融合的相对位姿测量装置与方法，其特征在于，所述提前标定具体特征为：首先进行集成测量单元各传感器模块自身参数标定，主要是工业相机内外参数；再标定各传感器模块与单元外壳设计坐标系的关系，针对相机是位移与姿态偏差六个量、针对陀螺是姿态偏差三个量、针对激光是发光点坐标与射线方向六个量；最后将标定参数导入软件系统，便将所有测量值转换到单元外壳坐标系下；单元外壳与待装件通已知尺寸的过定位孔连接，可将测量基准传递至待装件。

4.如权利要求2所述的基于多传感信息融合的相对位姿测量装置与方法，其特征在于，所述融合方法具体特征为：将不同测量数据统一到同一坐标系、同一时间轴，同一表述形式，再利用滤波的思想进行对各个维度的测量值进行叠加融合，利用冗余数据减小误差。

5.如权利要求1所述的基于多传感信息融合的相对位姿测量装置与方法，其特征在于，所述集成测量单元具体特征为：其主要由视觉测量模块、激光测距模块、姿态测量模块、数据传输模块、USB集线器、微型计算棒、电源模块、封装外壳组成，所有模块封装固定于外壳内，外壳各部分由螺钉连接，外壳底部具有四个定位孔，可供与待装件连接；其工作模式为各传感器采集数据后经USB集线器汇总至微型计算棒进行解析与封装，后由数据传输模块通过无线方式发回上位机，所有设备由电源模块供电。

6.如权利要求1所述的基于多传感信息融合的相对位姿测量装置与方法，其特征在于，所述无线信号具体特征为：载体利用RF信号，可低功耗、远距离地完成传输过程；信号内容由时间戳、设备编号、具体数据等信息，压缩编码后封装形成。

7.如权利要求1所述的基于多传感信息融合的相对位姿测量装置与方法，其特征在于，所述上位机具体特征为：由平板电脑连接RF无线信号接收器组成，平板电脑上搭载相对位姿监测软件系统，能够完成参数配置、相对位姿精确显示、相对位姿三维可视化显示、安全预警等功能。

8.如权利要求1所述的基于多传感信息融合的相对位姿测量装置与方法，其特征在于，所述光学靶标板具体特征为：包含用于视觉识别的光学图案，以及提供给作业人员参考的作业坐标系指示方向，且具有多种型号、不同大小尺寸的靶标板，用于完成不同间隔距离的相对位姿测量。

9.如权利要求1所述的基于多传感信息融合的相对位姿测量装置与方法，其特征在于，所述转接板具体特征为：具有与集成测量单元底座相配合的定位孔，以及实际工况下与待装件连接的安装接口，安装接口的选择原则是保证在对接过程的精调阶段，集成测量单元与靶标板之间光路通畅无遮挡，为此靶标板也需转接板与集成测量单元转接板对应，特点是具有能够粘贴靶标图案的平面，以及能够与基准件相连接的接口。