[发明专利]基于物联网数据融合的高精度姿态测量装置与方法

说明书

本发明提供了一种基于物联网数据融合的高精度姿态测量装置与方法，属于物联网高精度测量技术领域。本发明中测量基准平面位于待测目标的上方，激光测距仪均垂直于待测目标的上表面安装，激光线与测量基准平面相交得到光斑特征点，输出值为发射器到光斑特征点间的距离；测距仪测量得到的自身到测量基准平面之间的距离，被上传至云端姿态解算算法入口处，通过空间矢量运算计算得到待测目标姿态；完成姿态解算后，根据其他模块对结果的请求指令，将结果通过无线网络分发给其他模块。本发明输出结果不会受到环境光照等条件改变的影响，可直接用于姿态解算，能够缩短测量时间，提高系统采样频率和实时性，成本低，模块化程度高。

技术领域

本发明涉及一种基于物联网数据融合的高精度姿态测量装置与方法，属于物联网高精度测量技术领域。

背景技术

目前运动模拟领域、工业现场需要测量待测目标的姿态，有些场合不允许接触测量，这样光栅、码盘等传统方式不再适合，有的对测量成本限制较多，需要一种经济实惠、非接触的测量方式。

现有技术中论文“五自由度气浮台姿态的计算机视觉辅助确定”(四川大学学报，许剑，20090720)提出了一种使用计算机视觉辅助五自由度气浮台姿态测量的方法。该方法设计了一种“单目视觉+两轴倾角仪+三轴陀螺仪”的组合定姿方案，通过摄像机实时采集气浮台运动图像并识别出台上定位指示灯的图像坐标，进一步解算出气浮台的偏航角，该方法经实验验证能够对气浮台的姿态进行精确的估计和校正。但是其中提出的使用计算机视觉辅助五自由度气浮台姿态测量的方法，虽然可以通过摄像机采集到的气浮台运动图像解算出气浮台的偏航角，但采用了“单目视觉+两轴倾角仪+三轴陀螺仪”的组合定姿方案，无法实现通过单个传感器对气浮台姿态进行测量，测量精度受到多个因素的共同影响，难以进行误差的分析和补偿，而且使用了包括陀螺仪在内的多种传感器，测量系统的实现成本较高、模块化程度较低。

现有技术中论文“基于计算机视觉的三轴气浮台姿态确定”(计算机测量与控制，邱万斌，20150225)提出了一种基于计算机视觉的姿态确定方案。该方案设计了一种以非同心圆对为特征的平面靶标，基于二次曲线不变理论，计算该平面靶标在摄像机坐标系下的姿态，实现气浮台三轴姿态确定。该方案经实验验证可以实现三轴气浮台姿态的精确测量。但是其中提出的基于计算机视觉的姿态确定方案，虽然可以通过计算事先安装的合作靶标的姿态进而确定三轴气浮台的姿态，但是仍然无法避免光照条件变化等因素对相机成像造成的影响，在光照条件不佳时难以保证较高的测量精度。

现有技术中专利“一种对具有平行线特征的目标空间姿态测量方法”(发明专利，郝冲，20180202)提出了一种对具有平行线特征的目标空间姿态测量方法。该方法首先求取线激光照射到被测目标表面的直线的空间方向矢量，通过坐标系的旋转变换求解姿态角和方位角，具有测量系统架设方便、成本低、测量步骤简单等特点。但是其中提出的对具有平行线特征的目标空间姿态测量方法，虽然可以通过计算线激光照射到被测目标表面的直线的空间方向矢量，进而通过坐标系的旋转变换求解姿态角和方位角，但是由于采用了工业相机作为测量的传感器，得到的测量数据需要经过预处理、特征提取、位姿结算等步骤后才能得到最终的测量结果，整个测量过程所需的时间较长，采样频率和实时性受到制约。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的无法实现通过单个传感器对气浮台姿态进行测量，无法避免光照条件变化等因素对相机成像造成的影响，得到的测量数据需要经过预处理等步骤后才能得到最终的测量结果，且所需时间长，采样频率和实时性受到制约等问题，进而提供一种基于物联网数据融合的高精度姿态测量装置与方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于物联网数据融合的高精度姿态测量装置，由测量基准平面、待测目标和激光测距仪组成；