一種空間軌跡記錄裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種空間軌跡記錄裝置，該裝置固定在運動機構(gòu)上，以記錄運動機構(gòu)運動的空間軌跡，其包括姿態(tài)信息采集模塊，計程裝置和處理模塊；其中，姿態(tài)信息采集模塊采集運動機構(gòu)運動過程中的姿態(tài)信息，計程裝置記錄運動機構(gòu)運動過程中的行程信息，處理模塊按照設(shè)定頻率，同步獲取行程信息與姿態(tài)信息，并根據(jù)行程信息與姿態(tài)信息，實時地計算出位置信息，而且當運動機構(gòu)每經(jīng)過一個設(shè)定的單位行程時，處理模塊存儲當前時刻的位置信息；運動機構(gòu)的運動停止后，根據(jù)運動機構(gòu)開始運動前記錄的靜止時的位置信息和處理模塊存儲的位置信息，而獲得運動機構(gòu)運動的空間軌跡。本實用新型不受外界環(huán)境的干擾，而影響軌跡信息的精度。
【專利說明】
一種空間軌跡記錄裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及運動軌跡記錄技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種空間軌跡記錄裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，通過GPS等定位方式記錄軌跡信息時，軌跡信息的精度易受信號強度影響， 而且在郊外、地下等環(huán)境幾乎無法實現(xiàn)位置信息的準確定位。在信號不穩(wěn)定的情況下，造成 定位準確度的主要因素有：（1)信號穿過不確定介質(zhì)造成的衰減無法確定。（2)信號通過介 質(zhì)的深度越深誤差越大。（3)電磁信號的干擾。 【實用新型內(nèi)容】
[0003] 本實用新型的目的在于克服在軌跡信息記錄過程中，軌跡信息的精度易受信號強 度的影響。
[0004] 為了實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型提供一種空間軌跡記錄裝置，用于固定 在運動機構(gòu)上，記錄運動機構(gòu)運動的空間軌跡，其包括姿態(tài)信息采集模塊，計程裝置和處理 模塊，所述姿態(tài)信息采集模塊和所述計程裝置分別與所述處理模塊連接;其中，
[0005] 所述姿態(tài)信息采集模塊，用于采集所述運動機構(gòu)運動過程中的姿態(tài)信息；
[0006] 所述計程裝置，用于記錄所述運動機構(gòu)運動過程中的行程信息；
[0007] 所述處理模塊按照設(shè)定頻率，同步獲取所述行程信息與所述姿態(tài)信息，并根據(jù)所 述行程信息與所述姿態(tài)信息，實時地計算出位置信息，而且當運動機構(gòu)每經(jīng)過一個設(shè)定的 單位行程時，所述處理模塊存儲當前時刻的所述位置信息；
[0008] 運動機構(gòu)的運動停止后，根據(jù)運動機構(gòu)開始運動前所記錄的靜止時的位置信息和 所述處理模塊存儲的所述位置信息，而獲得運動機構(gòu)運動的空間軌跡。
[0009] 根據(jù)一種具體的實施方式，所述處理模塊包括數(shù)字濾波器、處理器和存儲器；其 中，
[0010] 所述數(shù)字濾波器，用于對所述姿態(tài)信息進行濾波處理；
[0011] 所述處理器，用于對所述姿態(tài)信息進行融合計算，以獲得橫滾角、俯仰角和航向 角，并根據(jù)所述橫滾角、所述俯仰角和所述航向角，對所述行程信息進行空間坐標計算，得 到所述空間位移矢量信息，以及在每得到一個所述空間位移矢量信息后，根據(jù)所述空間位 移矢量信息和上次計算出的所述位置信息，計算得到本次的所述位置信息；
[0012] 所述存儲器，用于存儲所述處理器的所述位置信息。
[0013] 根據(jù)一種具體的實施方式，所述姿態(tài)信息采集模塊包括三軸加速度計，三軸陀螺 儀和三軸電子羅盤，并且所述姿態(tài)信息包括三軸加速度信息、三軸角速度信息和所述三軸 磁場信息，其中，
[0014] 所述三軸加速度計，用于采集所述三軸加速度信息；
[0015] 所述三軸陀螺儀，用于采集所述三軸角速度信息；
[0016] 所述三軸電子羅盤，用于采集所述三軸磁場信息。
[0017] 根據(jù)一種具體的實施方式，所述計程裝置包括編碼器和傳動裝置，并且所述編碼 器通過所述傳動裝置與所述運動機構(gòu)連接，以將所述運動機構(gòu)的行程轉(zhuǎn)換為所述行程信 息。
[0018] 根據(jù)一種具體的實施方式，所述處理器設(shè)置有數(shù)據(jù)接口，用于擴展SD卡或者U盤。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果：
[0020] 本實用新型的裝置可直接固定在運動機構(gòu)上，在使用時，首先確定初始靜止時的 位置信息，當運動機構(gòu)運動時，本實用新型的裝置按照設(shè)定頻率，同步獲取姿態(tài)信息和行程 信息，并經(jīng)過一系列的運算和處理，獲得當前位置信息，并將每次得到的位置信息保存在存 儲介質(zhì)中。本實用新型的裝置由于沒有采用GPS定位方式，所以不受外界環(huán)境的干擾，而影 響軌跡信息的精度。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本實用新型裝置的各部件的連接示意圖；
[0023]圖3是本實用新型計算空間位移矢量原理示意圖；
[0024]圖4是本實用新型獲得當前位置信息原理示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合【具體實施方式】對本實用新型作進一步的詳細描述。但不應(yīng)將此理解為本 實用新型上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本【實用新型內(nèi)容】所實現(xiàn)的技術(shù)均屬 于本實用新型的范圍。
[0026] 結(jié)合圖1所示的本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，本實用新型的空間軌跡記錄裝 置，用于固定在運動機構(gòu)上，記錄運動機構(gòu)運動的空間軌跡，其包括姿態(tài)信息采集模塊，計 程裝置和處理模塊，姿態(tài)信息采集模塊和計程裝置分別與處理模塊連接。
[0027] 姿態(tài)信息采集模塊在運動機構(gòu)運動的過程中，記錄運動機構(gòu)的姿態(tài)信息。計程裝 置在運動機構(gòu)運動的過程中，記錄運動機構(gòu)的行程信息。
[0028] 處理模塊按照設(shè)定頻率，同步獲取行程信息與姿態(tài)信息，并根據(jù)行程信息與姿態(tài) 信息，實時地計算出位置信息，而且當運動機構(gòu)每經(jīng)過一個設(shè)定的單位行程時，處理模塊存 儲當前時刻的位置信息。
[0029 ]運動機構(gòu)的運動停止后，根據(jù)運動機構(gòu)開始運動前所記錄的靜止時的位置信息和 處理模塊存儲的位置信息，而獲得運動機構(gòu)運動的空間軌跡。
[0030] 結(jié)合圖2所示的本實用新型裝置的各部件連接示意圖；其中，本實用新型中的處理 模塊包括數(shù)字濾波器、處理器和存儲器。
[0031] 數(shù)字濾波器，用于對所述姿態(tài)信息進行濾波處理。
[0032] 處理器，用于對姿態(tài)信息進行融合計算，以獲得橫滾角、俯仰角和航向角，并根據(jù) 橫滾角、俯仰角和航向角，對行程信息進行空間坐標計算，得到空間位移矢量信息，以及在 每得到一個空間位移矢量信息后，根據(jù)空間位移矢量信息和上次計算出的位置信息，計算 得到本次的位置信息。
[0033]存儲器，用于存儲處理器的位置信息。
[0034]本實用新型中的姿態(tài)信息采集模塊包括三軸加速度計，三軸陀螺儀和三軸電子羅 盤，并且姿態(tài)信息包括三軸加速度信息、三軸角速度信息和三軸磁場信息。
[0035]三軸加速度計用于采集三軸加速度信息。三軸陀螺儀，用于采集三軸角速度信息。 三軸電子羅盤，用于米集三軸磁場信息。
[0036] 本實用新型中的計程裝置包括編碼器和傳動裝置，并且編碼器通過傳動裝置與運 動機構(gòu)，以將運動機構(gòu)的行程轉(zhuǎn)換為行程信息。
[0037]在實施時，處理器設(shè)置有數(shù)據(jù)接口，該數(shù)據(jù)接口用于擴展SD卡或者U盤，使數(shù)據(jù)存 儲更加靈活，且方便轉(zhuǎn)移至其他設(shè)備上。
[0038] 在本實用新型中，對空間軌跡記錄的方法包括：
[0039] S1:確定運動機構(gòu)初始靜止時的位置信息，并保存至存儲介質(zhì)中。
[0040] S2:按照設(shè)定頻率，同步獲取運動機構(gòu)運動過程中的姿態(tài)信息與行程信息，并根據(jù) 每次獲取的姿態(tài)信息與行程信息，實時地計算出位置信息。
[0041] S3:當運動機構(gòu)每經(jīng)過一個設(shè)定的單位行程時，處理模塊存儲當前時刻的位置信 息。
[0042] S4:判斷運動機構(gòu)是否靜止，若未靜止，則跳轉(zhuǎn)至S2。
[0043]結(jié)合圖3所示的本實用新型計算空間位移矢量原理示意圖；其中，在S2中，根據(jù)每 次獲取的姿態(tài)信息與行程信息，得到空間位移矢量信息的方法為，
[0044] 對姿態(tài)信息進行融合計算，以獲得橫滾角、俯仰角和航向角，并根據(jù)橫滾角、俯仰 角和航向角，對行程信息進行空間坐標計算，得到空間位移矢量信息，以及在每得到一個空 間位移矢量信息后，根據(jù)空間位移矢量信息和上次計算出的位置信息，計算得到本次的位 置信息。
[0045] 在實施時，對姿態(tài)信息進行濾波處理后，再進行融合計算。而且，計算得到位置信 息后，將計算得到的位置信息覆蓋上次計算出的位置信息，從而降低處理模塊的緩存負載， 提高計算速率。
[0046] 在具體實施時，由于本實用新型是按照設(shè)定頻率，來同步獲取姿態(tài)信息和行程信 息，所以前后兩次同步獲取姿態(tài)信息和行程信息之間有一定的時間間隔，而當這個時間間 隔足夠短時，可將每個時間間隔內(nèi)的運動狀態(tài)認為直線運動。
[0047] 那么設(shè)時間間隔內(nèi)的行程為St，俯仰角、橫滾角和航向角分別為!和(i>t;在t至 t+1個時間間隔內(nèi),空間位移矢量表示為(i t，j t，kt)，則有：
[0049] 在已知t個時間間隔時的空間位置坐標為(Xt，yt，zt)，在t至t+1個時間間隔內(nèi)，空 間位移矢量表示為(it，jt，kt)。
[0050]在實施時，將當前得到的空間位移矢量信息與上次計算出的位置信息相疊加，以 計算得到當前位置信息。因此，在t+1個時間間隔時的空間位置坐標表示為：
[0051 ] (xt+i,yt+i,zt+i) 一（xt，yt，zt) + (it，jt,kt) 〇
[0052]結(jié)合圖4所示的本實用新型獲得當前位置信息原理示意圖；其中，已知初始靜止時 的空間位置坐標(XQ，yQ，Z())的情況下，在t+1個時間間隔時的空間位置坐標表示為：
[0054] 本實用新型的裝置可直接固定在運動機構(gòu)上，在使用時，首先確定初始靜止時的 位置信息，當運動機構(gòu)運動時，本實用新型的裝置按照設(shè)定頻率，同步獲取姿態(tài)信息和行程 信息，并經(jīng)過一系列的運算和處理，獲得當前位置信息，并將每次得到的位置信息保存在存 儲介質(zhì)中。本實用新型的裝置由于沒有采用GPS定位方式，所以不受外界環(huán)境的干擾，而影 響軌跡信息的精度。
[0055] 上面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行了詳細說明，但本實用新型并不 限制于上述實施方式，在不脫離本申請的權(quán)利要求的精神和范圍情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人 員可以作出各種修改或改型。
【主權(quán)項】
1. 一種空間軌跡記錄裝置，用于固定在運動機構(gòu)上，記錄運動機構(gòu)運動的空間軌跡，其 特征在于，包括姿態(tài)信息采集模塊，計程裝置和處理模塊，所述姿態(tài)信息采集模塊和所述計 程裝置分別與所述處理模塊連接;其中， 所述姿態(tài)信息采集模塊，用于采集所述運動機構(gòu)運動過程中的姿態(tài)信息； 所述計程裝置，用于記錄所述運動機構(gòu)運動過程中的行程信息； 所述處理模塊按照設(shè)定頻率，同步獲取所述行程信息與所述姿態(tài)信息，并根據(jù)所述行 程信息與所述姿態(tài)信息，實時地計算出位置信息，而且當運動機構(gòu)每經(jīng)過一個設(shè)定的單位 行程時，所述處理模塊存儲當前時刻的所述位置信息； 運動機構(gòu)的運動停止后，根據(jù)運動機構(gòu)開始運動前記錄的靜止時的位置信息和所述處 理模塊存儲的所述位置信息，而獲得運動機構(gòu)運動的空間軌跡。2. 如權(quán)利要求1所述的一種空間軌跡記錄裝置，其特征在于，所述處理模塊包括數(shù)字濾 波器、處理器和存儲器;其中， 所述數(shù)字濾波器，用于對所述姿態(tài)信息進行濾波處理； 所述處理器，用于對所述姿態(tài)信息進行融合計算，以獲得橫滾角、俯仰角和航向角，并 根據(jù)所述橫滾角、所述俯仰角和所述航向角，對所述行程信息進行空間坐標計算，得到所述 空間位移矢量信息，以及在每得到一個所述空間位移矢量信息后，根據(jù)所述空間位移矢量 信息和上次計算出的所述位置信息，計算得到本次的所述位置信息； 所述存儲器，用于存儲所述處理器的所述位置信息。3. 如權(quán)利要求1所述的一種空間軌跡記錄裝置，其特征在于，所述姿態(tài)信息采集模塊包 括三軸加速度計，三軸陀螺儀和三軸電子羅盤，并且所述姿態(tài)信息包括三軸加速度信息、三 軸角速度信息和三軸磁場信息，其中， 所述三軸加速度計，用于采集所述三軸加速度信息； 所述三軸陀螺儀，用于采集所述三軸角速度信息； 所述三軸電子羅盤，用于采集所述三軸磁場信息。4. 如權(quán)利要求1所述的一種空間軌跡記錄裝置，其特征在于，所述計程裝置包括編碼 器和傳動裝置，并且所述編碼器通過所述傳動裝置與所述運動機構(gòu)連接，以將所述運動機 構(gòu)的行程轉(zhuǎn)換為所述行程信息。5. 如權(quán)利要求2所述的一種空間軌跡記錄裝置，其特征在于，所述處理器設(shè)置有數(shù)據(jù)接 口，用于擴展SD卡或者U盤。
【文檔編號】G01C23/00GK205506069SQ201620171256
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月7日
【發(fā)明人】肖蕾, 莊鑫財, 劉克江, 羅國娟
【申請人】廣東技術(shù)師范學院