[发明专利]一种新型快速三维姿态角高精度测量方法与装置

说明书

本发明公开一种新型快速三维姿态角高精度测量方法与装置，包括微机电测量器，微机电测量器的内部安装有中央处理器，中央处理器的每个平面上有若干个非共面的红外线作为定位特征点，使二维转台带动靶标做偏转、俯仰两个自由度的运动，使用两部摄像机分别从不同角度拍摄定位标志，通过计算机采用串口发送信号至转台的控制箱，控制转台的运动。处理器用来对接收到的数据分别进行前置低通数字滤波、前端数据处理和拓展卡尔曼滤波处理，获得欧拉角三维姿态惯性数据或者四元数三维姿态惯性数据。实用性能优，设计新颖，是一种很好的创新方案。

技术领域

本发明涉及机器人操作控制技术领域，特别是涉及一种新型快速三维姿态角高精度测量方法与装置。

背景技术

机器人导航是移动机器人技术的重要内容，也是移动机器人和固定式机器人的主要区别之一。机器人导航就是机器人在外界环境中移动时，如何确定路径的技术。在机器人配备了导航装置之后，机器人才能够在移动过程中有目标方向，并且不与别的障碍物发生碰撞，最终抵达目的地。目前，用于机器人导航的方法很多，根据实现导航系统所用的不同硬件，通常将导航系统分为视觉导航系统与非视觉传感器导航系统。视觉系统可以获取大量的环境信息，但同时也存在某些缺陷，若采用非视觉传感器所获得的信息与它进行互补，则可以得到较好的导航效果。将视觉传感器与非视觉传感器的信息进行融合后用于智能机器人导航是目前机器人导航技术的一个发展方向。

随着科学技术的不断进步，机器人逐渐向智能化发展。智能机器人具有人的智慧，可以认识周围的环境和自身的状态，并能进行分析和判断，然后采取相应的策略完成任务。无人机、机器人、机械云台、车辆船舶、虚拟现实、人体运动分析等在近年都取得了迅猛的发展。而在这些应用中，三维姿态与方位的自主测量显得极为重要。现有的三维姿态与方位传感器中，MEMS传感器成本低廉，但是测量数据由于存在较大的零偏、温漂等误差较大不能满足以上应用对于精度的要求，而一些IMU模块，在精度上能满足要求，但是成本高昂，限制了在实际中的应用，存在着不足，不能社会实际的需求。

综上所述，针对现有技术的缺陷，特别需要一种新型快速三维姿态角高精度测量方法与装置，以解决现有技术的不足。

发明内容

针对现有的存在的不足，影响实际的使用，本发明提出一种新型快速三维姿态角高精度测量方法与装置，设计新颖，不但能够高精准的测量三维姿态角，而且成本比较低，自动化程度优，实用性能优。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种新型快速三维姿态角高精度测量方法，包括微机电测量器，微机电测量器的内部安装有中央处理器，中央处理器的每个平面上有若干个非共面的红外线作为定位特征点，使二维转台带动靶标做偏转、俯仰两个自由度的运动，使用两部摄像机分别从不同角度拍摄定位标志，通过计算机采用串口发送信号至转台的控制箱，控制转台的运动，微机电式惯性测量器件包括三轴陀螺仪计传感器、三轴加速度计传感器和三轴磁强计传感器，三轴磁强计传感器保证非线性算法的精度与收敛速度，由于在对物体三维姿态进行求解的过程中需要用到转台的转轴，三轴陀螺仪计传感器利用一个标准球实现转台旋转轴标定，最后对物体三维姿态进行测量。

一种新型快速三维姿态角高精度测量装置：包含有微机电测量器，微机电测量器的一端设置有角度感应测量器，微机电测量器的另一端设置有三轴加速感应器，微机电测量器的内部设置有电路板，电路板的表面设置有数据采集模块，数据采集模块的一端连接GPS模块，数据采集模块的另一端连接显示模块，GPS模块的侧边设置有传输单元，传输单元包含有激光发射模块、激光接收模块，角度感应器用来对接收到的角速度数据、加速度数据、磁强数据和温漂数据分别进行前置低通数字滤波、前端数据处理和拓展卡尔曼滤波处理。

进一步，微机电测量器判断周围环境中障碍物的位置与距离信息，然后当机器人遇到障碍物时，采取局部路径规划方法进行避障，此外，在角度感应器检测中，数据采集模块根据自身前进的方向与道路边沿线的夹角确定自身位姿，并且进行位姿调整，以实现路径跟踪。