一種三維位置檢測裝置及其檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種三維位置檢測裝置及其檢測方法，該檢測裝置包含：分別與被測物連接的第一拉繩位移傳感單元、第二拉繩位移傳感單元及第三拉繩位移傳感單元，分別與第一拉繩位移傳感單元、第二拉繩位移傳感單元及第三拉繩位移傳感單元進行無線通訊的位置解算單元。第一拉繩位移傳感單元、第二拉繩位移傳感單元及第三拉繩位移傳感單元在空間中呈L型位置固定。本發明具有測量精度高、范圍廣、成本低等特點。其他設備可以通過串口通訊等方式，實時讀取三維位置檢測裝置，解算得到被測物體的三維位置信息。適合于水下機器人在水池環境進行三維位置測量，根據不同時刻的三維位置信息，得到水下機器人的運動軌跡。
【專利說明】一種三維位置檢測裝置及其檢測方法
[0001] 1.【技術領域】 本發明涉及一種位置測量系統，具體涉及一種三維位置檢測裝置及其檢測方法。
[0002] 2.【背景技術】 在很多場合都要測量物體在三維空間是位置或運動軌跡，如水下機器人在水池環境下 進行航行時的軌跡測量問題，這就需要相應的傳感器裝置進行檢測。
[0003] 然而現有技術，大多數涉及采用了兩個拉繩位移傳感器解算水下機器人的速度信 肩、。
[0004] 僅能計算得到被測物體在二維平面的位置信息，無法進行三維位置檢測。
[0005] 5.
【發明內容】
本發明的目的在于提供一種三維位置檢測裝置及其檢測方法。
[0006] 該檢測裝置設有多個拉繩位移傳感單元、位置解算單元，能夠使得該裝置具有測 量精度高、范圍廣、成本低等特點。
[0007] 其他設備可以通過串口通訊等方式，實時讀取三維位置檢測裝置，解算得到被測 物體的三維位置信息。
[0008] 本發明適合于水下機器人在水池環境進行三維位置測量，根據不同時刻的三維位 置信息，可得到水下機器人的運動軌跡。
[0009] 為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現： 一種三維位置檢測裝置，其特點是，該裝置包含： 第一拉繩位移傳感單元，與被測物連接；第二拉繩位移傳感單元，與被測物連接；第三 拉繩位移傳感單元，與被測物連接。
[0010] 位置解算單元，分別與上述的第一拉繩位移傳感單元、第二拉繩位移傳感單元、第 三拉繩位移傳感單元進行無線通訊。
[0011] 上述的三維位置檢測裝置，其特點是，上述的第一拉繩位移傳感單元、第二拉繩位 移傳感單元及第三拉繩位移傳感單元在空間中呈L型位置固定上述的第一拉繩位移傳感 單元、第二拉繩位移傳感單元及第三拉繩位移傳感單元均為相同的拉繩位移傳感單元。
[0012] 上述的三維位置檢測裝置，其特點是，上述的拉繩位移傳感單元包含： 殼體； 力矩電機，設置在上述的殼體內； 繞線輪，中心部位與上述的力矩電機的輸出軸固定連接； 隨動輪組件，設置在上述的殼體內； 繩纜，一端繞制在上述的繞線輪上，另一端穿過上述的隨動輪組件與被測物連接； 距離解析組件，設置在上述的殼體內，并與上述的隨動輪組件連接。
[0013] 上述的三維位置檢測裝置，其特點是，上述的隨動輪組件包含： 第一圓輪，上述的第一圓輪的轉動軸固定設置在上述的殼體內； 第二圓輪，與上述的第一圓輪相切設置；上述的第二圓輪的轉動軸固定設置在上述的 殼體內。
[0014] 14.上述的三維位置檢測裝置，其特點是，上述的第一圓輪、第二圓輪外邊緣分別 包覆硅膠層；上述的繩纜的一端穿過上述的第一圓輪、第二圓輪之間，與上述的被測物連 接。
[0015] 上述的三維位置檢測裝置，其特點是，上述的距離解析組件包含： 光電碼盤，設置于上述的第二圓輪上； 距離解析模塊，與上述的光電碼盤連接； 無線串口模塊，與上述的距離解析模塊連接。
[0016] 上述的三維位置檢測裝置，其特點是，上述的位置解算單元包含： 殼體； 位置解算模塊，設置在上述的殼體內； 無線通訊模塊，設置在上述的殼體內，與上述的位置解算模塊連接，并分別與多個上述 的無線串口模塊進行無線通訊。
[0017] 一種用于上述三維位置檢測裝置的檢測方法，其特點是，該方法包含： S1，被測物的一端分別與第一拉繩位移傳感單元的繩纜、第二拉繩位移傳感單元的繩 纜及第三拉繩位移傳感單元的繩纜。
[0018] 18. S2,上述的位置解算模塊設定并保存初始時刻時，說述的第一拉繩位移傳感單 元、第二拉繩位移傳感單元及第三拉繩位移傳感單元的坐標值。
[0019] S3,上述的第一拉繩位移傳感單元的距離解析模塊記錄初始時刻被測物與該第一 拉繩位移傳感單元之間的距離a0,上述的第二拉繩位移傳感單元的距離解析模塊記錄初始 時刻被測物與該第二拉繩位移傳感單元之間的距離b0,上述的第三拉繩位移傳感單元的距 離解析模塊記錄初始時刻被測物與該第三拉繩位移傳感單元之間的距離c0 ;每個上述的 距離解析模塊將距離信息傳入上述的位置解算模塊中。
[0020] S4,當上述的被測物運動時，每個繩纜隨著被測物運動時，帶動上述的第二圓輪轉 動，使得光電碼盤輸出脈沖信號；每個上述的距離解析模塊分別實時監測相應的上述光電 碼盤的脈沖信號。
[0021] S5,上述的第一拉繩位移傳感單元的距離解析模塊根據第一拉繩位移傳感單元的 第二圓輪直徑大小、上述光電碼盤的脈沖信號，計算從初始時刻至當前時刻上述的第一拉 繩位移傳感單元的繩纜位移量al，并傳輸至上述的位置解算模塊中； 上述的第二拉繩位移傳感單元的距離解析模塊根據第二拉繩位移傳感單元的第二圓 輪直徑大小、上述光電碼盤的脈沖信號，計算從初始時刻至當前時刻上述的第二拉繩位移 傳感單元的繩纜位移量bl，并傳輸至上述的位置解算模塊中； 上述的第三拉繩位移傳感單元的距離解析模塊根據第三拉繩位移傳感單元的第二圓 輪直徑大小、上述光電碼盤的脈沖信號，計算從初始時刻至當前時刻上述的第三拉繩位移 傳感單元的繩纜位移量cl ;并傳輸至上述的位置解算模塊中。
[0022] S6,上述的位置解算模塊獲取多個拉繩位移傳感單元傳輸的不同方向繩纜的位移 量信號，計算獲取實時被測物的運動位置。
[0023] 上述的三維位置檢測方法，其特點是，上述的步驟S2包含如下步驟： S2. 1，上述的位置解算模塊設定空間直角坐標系0ΧΥΖ，設定上述的第一拉繩位移傳感 單元為坐標原點。
[0024] S2. 2,上述的位置解算模塊分別記錄初始時刻第一拉繩位移傳感單元與第二拉繩 位移傳感單元之間的距離XB、第一拉繩位移傳感單元與第三拉繩位移傳感單元的之間的距 離ZC。
[0025] S2. 3,上述的位置解算模塊保存初始時刻時，在空間直角坐標系0ΧΥΖ中，上述的 第一拉繩位移傳感單元、第二拉繩位移傳感單元及第三拉繩位移傳感單元的坐標值分別 為：（0,0,0)，（XB，0,0)，（0,0，ZC)。
[0026] 上述的三維位置檢測方法，其特點是，上述的步驟S6包含如下步驟： S6. 1，上述的位置解算模塊分別計算當前時刻被測物與上述的第一拉繩位移傳感單 元、第二拉繩位移傳感單元及第三拉繩位移傳感單元之間的距離，分別為：a= al+ a0;b= bl+ bO ；c= cl+ c0〇
[0027] S6. 2,該位置解算模塊設定被測物在空間直角坐標系OXYZ實時坐標為：(XG，YG， ZG)，則上述的位置解算模塊根據下述公式解算：
【權利要求】
1. 一種三維位置檢測裝置，其特征在于，該裝置包含： 第一拉繩位移傳感單元（110)，與被測物（300)連接； 第二拉繩位移傳感單元（120)，與被測物（300)連接； 第三拉繩位移傳感單元（130)，與被測物（300)連接； 位置解算單元（200)，與所述的第一拉繩位移傳感單元（110)、第二拉繩位移傳感單元 (120 )、第三拉繩位移傳感單元（130 )進行無線通訊。
2. 如權利要求1所述的三維位置檢測裝置，其特征在于，所述的第一拉繩位移傳感單 元（110)、第二拉繩位移傳感單元（120)及第三拉繩位移傳感單元（130)在空間中呈L型位 置固定； 所述的第一拉繩位移傳感單元（110)、第二拉繩位移傳感單元（120)及第三拉繩位移 傳感單元（130)均為相同的拉繩位移傳感單元。
3. 如權利要求2所述的三維位置檢測裝置，其特征在于，每個所述的拉繩位移傳感單 元包含： 殼體（10); 力矩電機（20)，設置在所述的殼體（10)內； 繞線輪（30)，中心部位與所述的力矩電機（20)的輸出軸固定連接； 隨動輪組件（40)，設置在所述的殼體（10)內； 繩纜（50)，一端繞制在所述的繞線輪（30)上，另一端穿過所述的隨動輪組件（40)與被 測物（300)連接； 距離解析組件（60)，設置在所述的殼體（10)內，并與所述的隨動輪組件（40)連接。
4. 如權利要求3所述的三維位置檢測裝置，其特征在于，所述的隨動輪組件（40)包 含： 第一圓輪（41)，所述的第一圓輪（41)的轉動軸固定設置在所述的殼體（10)內； 第二圓輪（42)，與所述的第一圓輪（41)相切設置；所述的第二圓輪（42)的轉動軸固定 設置在所述的殼體（10)內。
5. 如權利要求4所述的三維位置檢測裝置，其特征在于，所述的第一圓輪（41)、第二圓 輪（42)外邊緣分別包覆硅膠層；所述的繩纜（50)的一端穿過所述的第一圓輪（41)、第二圓 輪（42 )之間，與所述的被測物（300 )連接。
6. 如權利要求4所述的三維位置檢測裝置，其特征在于，所述的距離解析組件（60)包 含： 光電碼盤（61)，設置于所述的第二圓輪（42)上； 距離解析模塊（62)，與所述的光電碼盤（61)連接； 無線串口模塊（63)，與所述的距離解析模塊（62)連接。
7. 如權利要求6所述的三維位置檢測裝置，其特征在于，所述的位置解算單元（200)包 含： 殼體（210); 位置解算模塊（220)，設置在所述的殼體（210)內； 無線通訊模塊（230)，設置在所述的殼體（210)內，與所述的位置解算模塊（220)連接， 并分別與多個所述的無線串口模塊（63)進行無線通訊。
8. -種用于上述三維位置檢測裝置的檢測方法，其特征在于，該方法包含： S1，所述的被測物（300)的一端分別與第一拉繩位移傳感單元（110)的繩纜（50)、第二 拉繩位移傳感單元（120)的繩纜（50)及第三拉繩位移傳感單元（130)的繩纜（50)連接； 52, 所述的位置解算模塊（220)設定并保存初始時刻時，所述的第一拉繩位移傳感單元 (110)、第二拉繩位移傳感單元（120)及第三拉繩位移傳感單元（130)的坐標值； 53, 所述的第一拉繩位移傳感單元（110)的距離解析模塊（62)記錄初始時刻被測物 (300)與該第一拉繩位移傳感單元（110)之間的距離a0,所述的第二拉繩位移傳感單元 (120)的距離解析模塊（62)記錄初始時刻被測物（300)與該第二拉繩位移傳感單元（120) 之間的距離b0,所述的第三拉繩位移傳感單元（130)的距離解析模塊（62)記錄初始時刻 被測物（300)與該第三拉繩位移傳感單元（130)之間的距離cO ;每個所述的距離解析模塊 (62)將距離信息傳入所述的位置解算模塊（220)中； 54, 當所述的被測物（300)運動時，每根所述的繩纜（50)隨著被測物（300)運動時，帶 動所述的第二圓輪（42)轉動，使得所述的光電碼盤（61)輸出脈沖信號；每個所述的距離解 析模塊（62)分別實時監測相應的所述光電碼盤（61)的脈沖信號； 55, 所述的第一拉繩位移傳感單元（110)的距離解析模塊（62)根據第一拉繩位移傳感 單元（110)的第二圓輪（42)直徑大小、所述光電碼盤（61)的脈沖信號，計算從初始時刻至 當前時刻所述的第一拉繩位移傳感單元（110)的繩纜（50)位移量al，并傳輸至所述的位置 解算模塊（220)中； 所述的第二拉繩位移傳感單元（120)的距離解析模塊（62)根據第二拉繩位移傳感單 元（120)的第二圓輪（42)直徑大小、所述光電碼盤（61)的脈沖信號，計算從初始時刻至當 前時刻所述的第二拉繩位移傳感單元（120)的繩纜（50)位移量bl，并傳輸至所述的位置解 算模塊（220)中； 所述的第三拉繩位移傳感單元（130)的距離解析模塊（62)根據第三拉繩位移傳感單 元（130)的第二圓輪（42)直徑大小、所述光電碼盤（61)的脈沖信號，計算從初始時刻至當 前時刻所述的第三拉繩位移傳感單元（130)的繩纜（50)位移量cl ;并傳輸至所述的位置解 算模塊（220)中； 56, 所述的位置解算模塊（220)獲取多個拉繩位移傳感單元傳輸的不同方向所述繩纜 (50)的位移量信號，計算獲取實時被測物（300)的運動位置。
9. 如權利要求8所述的三維位置檢測方法，其特征在于，所述的步驟S2包含如下步 驟： S2. 1，所述的位置解算模塊（220)設定空間直角坐標系0XYZ，設定所述的第一拉繩位 移傳感單元（110)為坐標原點； S2. 2,所述的位置解算模塊（220)分別記錄初始時刻第一拉繩位移傳感單元（110)與 第二拉繩位移傳感單元（120)之間的距離XB、第一拉繩位移傳感單元（110)與第三拉繩位 移傳感單元（130)的之間的距離ZC ; S2. 3,所述的位置解算模塊（220)保存初始時刻時，在空間直角坐標系0XYZ中，所述 的第一拉繩位移傳感單元（110)、第二拉繩位移傳感單元（120)及第三拉繩位移傳感單元 (130)的坐標值分別為：（0,0,0)，（XB，0,0)，（0,0，ZC)。
10. 如權利要求8所述的三維位置檢測方法，其特征在于，所述的步驟S6包含如下步 驟： S6. 1，所述的位置解算模塊（220)分別計算當前時刻被測物（300)與所述的第一拉繩 位移傳感單元（110)、第二拉繩位移傳感單元（120)及第三拉繩位移傳感單元（130)之間的 距離，分別為：a= al+ a0 ;b= bl+ b0 ;c= cl+ c0 ; S6. 2,該位置解算模塊（220)設定被測物（300)在空間直角坐標系OXYZ實時坐標為： (XG，YG，ZG)，則所述的位置解算模塊（220)根據下述公式解算：
其中，選擇YG>0的結果作為當前被測物（300)的實時三維位置坐標（XG，YG，ZG)。
【文檔編號】G01B11/00GK104154863SQ201410432009
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月29日 優先權日:2014年8月29日
【發明者】褚振忠, 孫兵, 朱大奇, 曹翔, 鄧志剛, 甘文洋 申請人:上海海事大學