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      一種基于光電掃描與超聲測距的全站式空間測量定位方法

      文檔序號(hào):5886983閱讀:326來源:國知局
      專利名稱:一種基于光電掃描與超聲測距的全站式空間測量定位方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明屬于工業(yè)現(xiàn)場大尺寸三維坐標(biāo)測量技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種基于光電掃描與超聲測距的全站式空間測量定位方法。
      背景技術(shù)
      目前工業(yè)現(xiàn)場大尺寸三維坐標(biāo)測量系統(tǒng)(例如經(jīng)緯儀和iGPS等)一般都采用多站交匯式測量方法,多站交匯式測量由分布在測量空間內(nèi)的多臺(tái)基站同時(shí)測量被測點(diǎn)相對(duì)自身的空間角度,再結(jié)合基站間的位置關(guān)系才能解算出被測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下的缺點(diǎn)和不足傳統(tǒng)的多站交匯式測量方法測量精度高,但工作原理比較復(fù)雜,要求的現(xiàn)場條件比較苛刻。在某些特定的工作環(huán)境下,例如當(dāng)機(jī)器人導(dǎo)航時(shí),由于現(xiàn)場環(huán)境無法擺放多臺(tái)發(fā)射基站或不允許多臺(tái)發(fā)射基站同時(shí)工作,從而導(dǎo)致無法正常運(yùn)行。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明提供了一種基于光電掃描與超聲測距的全站式空間測量定位方法,本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在某些特定的工作環(huán)境下的全站式空間測量定位,測量原理簡單,詳見下文描述一種基于光電掃描與超聲測距的全站式空間測量定位方法,所述方法包括以下步驟(I)構(gòu)建發(fā)射基站和接收器;其中,所述發(fā)射基站包括發(fā)射掃描激光的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、發(fā)射同步脈沖激光的脈沖激光器、發(fā)射超聲波的超聲波發(fā)射模塊、固定基座、發(fā)射基站外殼;所述發(fā)射基站外殼設(shè)置在所述固定基座上,所述脈沖激光器與所述超聲波發(fā)射模塊位于以所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)軸為中心的所述發(fā)射基站外殼上,所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)旋轉(zhuǎn),發(fā)射所述掃描激光,所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)每旋轉(zhuǎn)一周觸發(fā)一次所述同步脈沖激光,且同時(shí)觸發(fā)一束預(yù)設(shè)頻率的所述超聲波;其中,所述接收器包括第一超聲接收模塊、光電二極管和第二超聲接收模塊,所述第一超聲接收模塊、所述光電二極管和所述第二超聲接收模塊位于同一直線上,所述第一超聲接收模塊和所述第二超聲接收模塊分別位于所述光電二極管的兩側(cè),所述光電二極管接收所述掃描激光和所述同步脈沖激光,用于解算所述光電二極管的空間角度關(guān)系;所述第一超聲接收模塊和所述第二超聲接收模塊接收所述超聲波,用于解算所述光電二極管與所述發(fā)射基站的距離;(2)標(biāo)定所述超聲波發(fā)射模塊在所述發(fā)射基站上的位置;(3)標(biāo)定所述第一超聲接收模塊和所述第二超聲接收模塊在所述接收器上的位置;(4)通過光電掃描法測量所述光電二極管的水平角α和俯仰角β,其中,所述光電二極管在XOY平面上的投影為P',則OP'與X軸所成夾角為所述水平角a,OP與OP'所成夾角為所述俯仰角β,其中,X軸為碼盤讀數(shù)頭方向,O為一個(gè)掃描激光平面與所述轉(zhuǎn)軸的交點(diǎn),作為坐標(biāo)原點(diǎn);采用右手系確定Y軸;(5)通過超聲測距法測量所述第一超聲接收模塊與所述超聲發(fā)射模塊之間的距離(V,所述第二超聲接收模塊與所述超聲發(fā)射模塊之間的距離(V ;(6)計(jì)算所述光電二極管的空間坐標(biāo)。所述標(biāo)定所述超聲波發(fā)射模塊在所述發(fā)射基站上的位置具體包括利用激光跟蹤儀或經(jīng)緯儀標(biāo)出所述超聲波發(fā)射模塊的位置(as,rs),其中(as, β3)為所述超聲波發(fā)射模塊的空間角度,做所述超聲波發(fā)射模塊在所述XOY平面的投影s',則a s為OS'與X軸的夾角,β s為OS與OS'的夾角,rs為所述超聲波發(fā)射模塊與所述坐標(biāo)原點(diǎn)O的距離。所述標(biāo)定所述第一超聲接收模塊和所述第二超聲接收模塊在所述接收器上的位置具體包括所述第一超聲接收模塊和所述第二超聲接收模塊與所述光電二極管處于同一直線上,并垂直于所述接收器的軸線,利用影像測量儀標(biāo)定出所述第一超聲接收模塊與所述光電二極管的距離^,所述第二超聲接收模塊與所述光電二極管的距離r2。所述計(jì)算光電二極管的空間坐標(biāo)具體包括假設(shè)Z SQ2Q1 = Y,則根據(jù)余弦定理有
      權(quán)利要求
      1.一種基于光電掃描與超聲測距的全站式空間測量定位方法,其特征在于,所述方法包括以下步驟 (1)構(gòu)建發(fā)射基站和接收器; 其中,所述發(fā)射基站包括發(fā)射掃描激光的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、發(fā)射同步脈沖激光的脈沖激光器、發(fā)射超聲波的超聲波發(fā)射模塊、固定基座、發(fā)射基站外殼; 所述發(fā)射基站外殼設(shè)置在所述固定基座上,所述脈沖激光器與所述超聲波發(fā)射模塊位于以所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)軸為中心的所述發(fā)射基站外殼上,所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)旋轉(zhuǎn),發(fā)射所述掃描激光,所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)每旋轉(zhuǎn)一周觸發(fā)一次所述同步脈沖激光,且同時(shí)觸發(fā)一束預(yù)設(shè)頻率的所述超聲波; 其中,所述接收器包括第一超聲接收模塊、光電二極管和第二超聲接收模塊, 所述第一超聲接收模塊、所述光電二極管和所述第二超聲接收模塊位于同一直線上,所述第一超聲接收模塊和所述第二超聲接收模塊分別位于所述光電二極管的兩側(cè),所述光電二極管接收所述掃描激光和所述同步脈沖激光,用于解算所述光電二極管的空間角度關(guān)系;所述第一超聲接收模塊和所述第二超聲接收模塊接收所述超聲波,用于解算所述光電二極管與所述發(fā)射基站的距離; (2)標(biāo)定所述超聲波發(fā)射模塊在所述發(fā)射基站上的位置; (3)標(biāo)定所述第一超聲接收模塊和所述第二超聲接收模塊在所述接收器上的位置; (4)通過光電掃描法測量所述光電二極管的水平角α和俯仰角β,其中,所述光電二極管在XOY平面上的投影為P',則OP'與X軸所成夾角為所述水平角α,0Ρ與OP'所成夾角為所述俯仰角β,其中,X軸為碼盤讀數(shù)頭方向,O為一個(gè)掃描激光平面與所述轉(zhuǎn)軸的交點(diǎn),作為坐標(biāo)原點(diǎn);采用右手系確定Y軸; (5)通過超聲測距法測量所述第一超聲接收模塊與所述超聲發(fā)射模塊之間的距離Cl1 /,所述第二超聲接收模塊與所述超聲發(fā)射模塊之間的距離(V ; (6)計(jì)算所述光電二極管的空間坐標(biāo)。
      2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于光電掃描與超聲測距的全站式空間測量定位方法,其特征在于,所述標(biāo)定所述超聲波發(fā)射模塊在所述發(fā)射基站上的位置具體包括 利用激光跟蹤儀或經(jīng)緯儀標(biāo)出所述超聲波發(fā)射模塊的位置(as,rs),其中(as,β J為所述超聲波發(fā)射模塊的空間角度,做所述超聲波發(fā)射模塊在所述XOY平面的投影s',則CisSOSi與X軸的夾角,SOS與OS'的夾角,rs為所述超聲波發(fā)射模塊與所述坐標(biāo)原點(diǎn)O的距離。
      3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于光電掃描與超聲測距的全站式空間測量定位方法,其特征在于,所述標(biāo)定所述第一超聲接收模塊和所述第二超聲接收模塊在所述接收器上的位置具體包括 所述第一超聲接收模塊和所述第二超聲接收模塊與所述光電二極管處于同一直線上,并垂直于所述接收器的軸線,利用影像測量儀標(biāo)定出所述第一超聲接收模塊與所述光電二極管的距離A,所述第二超聲接收模塊與所述光電二極管的距離r2。
      4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于光電掃描與超聲測距的全站式空間測量定位方法,其特征在于,所述計(jì)算光電二極管的空間坐標(biāo)具體包括 假設(shè)Z SQ2Q1 = Y,則根據(jù)余弦定理有其中,S為所述超聲發(fā)射模塊,Q1為所述第一超聲接收模塊、Q2為所述第二超聲接收模塊,d,為所述超聲發(fā)射模塊與所述光電二極管之間的距離;P為所述光電二極管;假設(shè)ZSOP= O,在OP與OS上各取一個(gè)距所述坐標(biāo)原點(diǎn)O距離為單位I的點(diǎn)P1和S1,則P1和S1的坐標(biāo)分別為(cos β cos α , cos β sin α , sin β )和(cos β scos α s,cos β Ssin α s, sin β s),則根據(jù)余弦定理有 則所述光電二極管的三維坐標(biāo)為d(cos β cos α,cos β sin α,sin β ),d為所述坐標(biāo)原點(diǎn)O與所述光電二極管之間的距離。
      全文摘要
      本發(fā)明公開了一種基于光電掃描與超聲測距的全站式空間測量定位方法,屬于工業(yè)現(xiàn)場大尺寸三維坐標(biāo)測量技術(shù)領(lǐng)域,構(gòu)建發(fā)射基站和接收器;標(biāo)定所述超聲波發(fā)射模塊在所述發(fā)射基站上的位置;標(biāo)定所述第一超聲接收模塊和所述第二超聲接收模塊在所述接收器上的位置;通過光電掃描法測量所述光電二極管的水平角α和俯仰角β;通過超聲測距法測量所述第一超聲接收模塊與所述超聲發(fā)射模塊之間的距離,所述第二超聲接收模塊與所述超聲發(fā)射模塊之間的距離;計(jì)算所述光電二極管的空間坐標(biāo)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在某些特定的工作環(huán)境下只使用單臺(tái)發(fā)射基站的全站式空間測量定位,測量原理簡單,滿足了實(shí)際應(yīng)用中的多種需要。
      文檔編號(hào)G01S5/16GK102636774SQ201210126759
      公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
      發(fā)明者任永杰, 吳軍, 楊凌輝, 邾繼貴 申請(qǐng)人:天津大學(xué)
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