姿態測量裝置自動校正的方法及系統與流程

本發明涉及姿態測量領域，更具體地說，涉及一種姿態測量裝置自動校正的方法及系統。

背景技術：

姿態測量一般采用姿態測量裝置來測量角度信息，姿態測量裝置的類型很多，利用三軸地磁解耦和三軸加速度計，受外力加速度影響很大，在運動/振動等環境中，輸出方向角誤差較大,此外地磁傳感器有缺點，它的絕對參照物是地磁場的磁力線,地磁的特點是使用范圍大，但強度較低，約零點幾高斯，非常容易受到其它磁體的干擾。陀螺儀輸出角速度，是瞬時量，角速度在姿態平衡上是不能直接使用，需要角速度與時間積分計算角度，得到的角度變化量與初始角度相加，就得到目標角度，其中積分時間Dt越小，輸出角度越精確,但陀螺儀的原理決定了它的測量基準是自身，并沒有系統外的絕對參照物，加上Dt是不可能無限小,所以積分的累積誤差會隨著時間流逝迅速增加，最終導致輸出角度與實際不符。

技術實現要素：

為了解決當前姿態測量裝置累計誤差影響角度測量的缺陷，本發明提供一種可以消除累計誤差的姿態測量裝置自動校正的方法及系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種姿態測量裝置自動校正的方法，包括發射模塊、接收模塊、處理模塊，所述接收模塊包括姿態測量裝置和接收裝置，所述發射模塊包括發射裝置，所述發射裝置可以發射激光面，所述接收模塊包括兩個光感應裝置，所述姿態測量裝置通過以下步驟進行自動校正：

S1：所述發射裝置發射激光面，所述接收模塊處于待機狀態；

S2：所述接收模塊根據所述光感應裝置傳遞的信號判斷是否傳遞校正信息到所述處理模塊；

S3：所述處理模塊根據所述接收模塊傳遞的信息對所述姿態測量裝置進行校正。

優選地，所述接收模塊包括手柄，所述手柄包括反光面，所述反光面設置在所述手柄的端部，具有反光及透光的能力，所述光感應裝置固定在所述手柄的內部，并朝向所述反光面的方向，激光光線可以在所述反光面的表面發生反射和折射，折射光線可以使所述光感應裝置產生響應，存在一個臨界角，使在所述反光面發生折射的入射激光的入射角小于所述臨界角時，折射光線的強度不足以使所述光感應裝置產生響應；當在所述反光面發生折射的入射激光的入射角大于等于所述臨界角時，折射光線的強度可以使所述光感應裝置產生響應。

優選地，所述臨界角為85°。

優選地，所述發射裝置為光源模組，所述光源模組包括前面板和面激光發射器，所述面激光發射器設置在所述前面板上。

優選地，所述接收模塊根據所述光感應裝置傳遞的信號通過以下步驟判斷校正信息：

S2.1以所述光源模組為基準建立直角坐標系，z軸與地面垂直，正方向朝上，x軸與所述前面板垂直，正方向與光線射出的方向相同，y軸與所述前面板平行，正方向滿足坐標系xyz成右手系；

S2.2當所述手柄的幾何軸心垂直于地面且所述手柄的頂端朝上時，所述手柄的x軸、y軸角度為零；當所述發射裝置發射的激光面垂直入射所述反光面時，所述手柄的z軸角度為零。

S2.3當兩個所述光感應裝置同時感應到激光信號時，所述接收模塊發送信號到所述處理模塊，所述處理模塊根據接收到的信息校正手柄x軸、y軸、z軸的角度數據為零。

優選地，所述面激光發射器可以發射的平行激光面，兩個所述光感應裝置之間的距離與所述平行激光面的寬度相等。

提供一種姿態測量裝置自動校正系統，所述接收模塊包括接收端無線傳輸模塊，所述處理模塊包括處理端無線傳輸模塊，所述接收端無線傳輸模塊和所述處理端無線傳輸模塊之間可以通過無線傳輸的方式傳遞信息。

優選地，所述接收裝置為手柄，所述手柄中包括兩個光感應裝置，當所述手柄的幾何軸心垂直于地面時，兩個所述光感應裝置的連線垂直于地面。

優選地，所述接收模塊包括光源陣列，所述光源陣列包括至少兩個面激光發射器，至少兩個所述面激光發射器并列設置，每個所述面激光發射器可以獨立地向外發射垂直于地面并且垂直于所述前面板的激光面，每兩個相鄰的所述面激光發射器之間的間距大于所述手柄中距離最遠的兩個所述光感應裝置之間的距離。

與現有技術相比，本發明利用發射裝置發射激光面而接收裝置接收不同特征光信號的方式，調整x軸、y軸、z軸角度零點的位置，降低了姿態測量裝置的誤差累積帶來的影響，減少了使用者的不適應感并增加了沉浸感，對于體感操作和虛擬現實有較大的意義。相對于手動重置姿態檢測裝置的零點，本發明姿態測量裝置自動校正的方法和系統調整更加自然和精確，一方面防止了使用者憑“感覺”調零帶來的誤差，另一方面使使用者在使用過程中自然和不自覺地調零，增加了沉浸感，也減少了刻意調整的生硬，增加了游戲性，提升了體驗效果。利用反光面的設置，保證了光線必須滿足一定的入射條件才可以使光感應裝置產生對應的響應，實現了通過光感應來判斷接收模塊姿態的方法，使姿態的調整可以通過光感應來實現，也使本發明的姿態調零得以實現。反光面的臨界角設置為85°一方面可以達到校正姿態測量裝置誤差累積的效果，另一方面可以使接收模塊得到校正的機會大為增加，防止將臨界角設置得過大導致的入射角長時間不滿足臨界角而無法進行校正的情況發生。通過設置x軸、y軸、z軸的零點位置來對應激光面的照射角度，從而對應接收模塊的姿態的方法，建立了較為簡便的姿態識別規則，更方便使用光感應校正姿態。并列設置面激光發射器可以保證接收模塊有更多的機會來校正姿態測量裝置。在手柄中設置兩個光感應裝置并且使兩個光感應裝置的連線與手柄的幾何軸心平行可以保證對x軸和z軸的校正。平行激光面的間距與兩個光感應裝置之間的間距相等，使接收模塊必須滿足x軸、y軸、z軸為零時才有可能使兩個光感應裝置同時產生響應，保證了校正的精確度。在光源陣列中，并列設置的面激光發射器之間的距離大于手柄中距離最遠的兩個光感應裝置之間的距離，可以防止相鄰的面激光發射器同時照射在光感應裝置上對測量結果產生干擾。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：

圖1是本發明姿態測量裝置自動校正的系統模塊示意圖；

圖2是以光源模組為示例的發射模塊示意圖；

圖3是以手柄為示例的接收裝置示意圖；

圖4是本發明姿態測量裝置自動校正的系統調零x軸、y軸、z軸示意圖；

圖5是本發明姿態測量裝置自動校正的系統不發出調零指令示意圖之一；

圖6是本發明姿態測量裝置自動校正的系統不發出調零指令示意圖之二；

圖7是以光源陣列為示例的發射裝置示意圖；

圖8是本發明姿態測量裝置自動校正的系統工作流程示意圖。

具體實施方式

為了解決當前姿態測量裝置累計誤差影響角度測量的缺陷，本發明提供一種可以消除累計誤差的姿態測量裝置自動校正的方法及系統。

為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本發明的具體實施方式。

請參閱圖1，本發明姿態測量裝置自動校正系統包括發射模塊1、接收模塊2和處理模塊3。發射模塊1包括發射裝置11、發射端嵌入式控制模塊13，發射裝置11和發射端嵌入式控制模塊13電性連接。接收模塊2包括接收裝置21、接收端嵌入式控制模塊22、姿態測量裝置23、電源模塊24、操作裝置27和接收端無線傳輸模塊29，其中，接收端嵌入式控制模塊22與電源模塊24電性連接，接收端嵌入式控制模塊22與電源模塊24分別與接收裝置21、姿態測量裝置23、操作裝置27和接收端無線傳輸模塊29電性連接。處理模塊3包括處理端無線傳輸模塊31和運算處理器33，處理端無線傳輸模塊31和運算處理器33電性連接，運算處理器33與發射端嵌入式控制模塊13電性連接，處理端無線傳輸模塊31可以與接收端無線傳輸模塊29通過無線連接的方式傳遞信息。接收裝置21主要用于接收發射裝置11發射的光線，并將接收到的光線信息傳遞到接收端嵌入式控制模塊22進行處理，接收端嵌入式控制模塊22可以將其處理的結果通過接收端無線傳輸模塊29發送到處理模塊3進行進一步處理。姿態測量裝置23可以測量接收模塊2在空間的姿態和角度信息，可以測量接收模塊2與重力方向的夾角信息和夾角方向，操作裝置27可以由使用者操作并發出命令信息，姿態測量裝置23測得的相關數據以及操作裝置27發出的命令信息可以通過電信號的方式傳遞到接收端嵌入式控制模塊22，接收端嵌入式控制模塊22可以將上述信息通過接收端無線傳輸模塊29傳遞到處理端無線傳輸模塊31，處理端無線傳輸模塊31可以將接收到的數據通過電信號的方式傳遞到運算處理器33進行處理。

請參閱圖2—圖3，圖2—圖3示例性地示出了以手柄201為第一實施例的接收模塊2，在該實施例中，手柄201的頂端為圓形平面2011，手柄201的幾何軸心L₁通過圓形平面2011的圓心并垂直于圓形平面2011，手柄201包括反光面2115和兩個光感應裝置2113，兩個光感應裝置2113固定在手柄201的內部，并朝向反光面2115的方向。兩個光感應裝置2113之間的距離為d。反光面2115設置在手柄201的端部，光線可以通過反光面2115射入手柄201的內部。反光面2115為光學透明介質，具有較強的反射光線的能力。當光線的入射角小于85°時，反光面2115可以反射掉大部分的入射光，經過折射進入手柄201的光線無法使光感應裝置2113產生響應；當光線的入射角在85°到90°之間時，我們認為光線垂直入射反光面2115，光線在反光面2115表面發生反射和折射，折射光線的強度較強，可以使光感應裝置2113產生響應，我們稱85°的入射角為臨界角。一般情況下，當手柄201的幾何軸心L₁垂直于地面時，兩個光感應裝置2113呈一條豎直直線排列，兩個光感應裝置2113的連線垂直于地面。圖3示例性地示出了以光源模組101為第一實施例的發射裝置11，在該實施例中，發射裝置11包括面激光發射器1113和前面板1115，面激光發射器1113設置在前面板1115上，面激光發射器1113包括激光源2115，激光源2115可以發射不發散的平行激光面，平行激光面與地面相垂直并且與前面板1115相垂直。平行激光面的寬度為d，與兩個光感應裝置2113之間的距離相等。

請參閱圖4—圖6，圖4示例性地示出了光源模組101調零姿態測量裝置23的一種情況。我們以光源模組101為基準建立直角坐標系，z軸與地面垂直，正方向朝上；x軸與前面板1115垂直，正方向與光線射出的方向相同，y軸與前面板1115平行，正方向滿足坐標系xyz成右手系。在手柄201中設置有姿態測量裝置23，姿態測量裝置23在測量的過程中會累計誤差，使測量結果與真實結果之間的誤差越來越大。姿態測量裝置23會根據手柄201的姿態變化，提供手柄201在x軸、y軸，和z軸的角度變化。我們可以事先設置手柄201的x軸、y軸、z軸角度零點的位置，作為其中的一種設置方式，當手柄201的幾何軸心L₁垂直于地面且手柄201的頂端朝上時，我們記手柄201的x軸、y軸角度為零；當光源模組101發射的激光面垂直入射反光面2115時，我們記手柄201的z軸角度為0。手柄201由使用者握持，在使用過程中，當手柄201幾何軸心L₁垂直于地面且光源模組101發射的激光面垂直入射反光面2115時，光感應裝置2113將檢測到的光信號傳遞到接收端嵌入式控制模塊22，接收端嵌入式控制模塊22對接收到的信息進行處理。當兩個光感應裝置2113同時感應到激光信號時，接收端嵌入式控制模塊22接收到兩個光感應裝置2113傳遞來的信息后，通過接收端無線傳輸模塊29發送信號到處理模塊3，處理模塊3根據接收到的信息重置手柄x軸、y軸、z軸的角度數據為零。由于這種校準是在使用者使用過程中無意中發生的，這樣，在不刻意的操作過程中和使用者毫無察覺的情況下就可以完成對手柄x軸、y軸和z軸的校準，防止誤差持續積累導致測量誤差過大，同時大幅增強了使用者的沉浸感。由于人體手腕的特性，手柄201在使用過程中基本上不會出現手柄201的幾何軸心L₁垂直于地面且手柄201的頂端朝下的情況，所以我們對這種情況不予考慮。

圖5示例性地示出了手柄201響應不成功的一種情況，當手柄201的幾何軸心L1不垂直于地面且光源模組101發射的激光面垂直入射反光面2115時，此時至多有一個光感應裝置2113可以接收到激光信號，處理模塊3不進行調零操作。

圖6示例性地示出了手柄201響應不成功的另一種情況，當手柄201的幾何軸心與重力方向的夾角為零且光源模組101發射的激光面不垂直入射反光面2115時，此時激光無法通過反光面2115使光感應裝置2113產生響應。處理模塊3不進行調零操作。

請參閱圖7，圖7示例性地示出了以光源陣列102為第二實施例的發射裝置11，光源陣列102包括至少兩個面激光發射器1113，至少兩個面激光發射器1113并列設置，每兩個相鄰的面激光發射器1113之間的間距大于手柄201中距離最遠的兩個光感應裝置2113之間的距離。每個面激光發射器1113可以獨立地向外發射垂直于地面并且垂直于前面板1115的激光面。當手柄201中至少兩個光感應裝置2113感應到激光光線并產生響應，并發送電信號到接收端嵌入式控制模塊22，接收端嵌入式控制模塊22傳遞信號至發射端無線傳輸模塊29，發射端無線傳輸模塊29將相關信號通過無線傳輸的方式傳遞到處理模塊3，并重置手柄x軸、y軸、z軸的角度數據為零。并列設置面激光發射器1113可以保證處理模塊3有更多的機會來校正姿態測量裝置23。

請參閱圖8，當本發明姿態測量裝置自動校正系統開始工作時，發射模塊1發射激光面，同時接收模塊2處于待機狀態。接收裝置21的光感應裝置2113實時監控激光反應，當接收裝置21中兩個光感應裝置2113同時產生響應時，接收端嵌入式控制模塊22將信息發送到處理模塊3，處理模塊3隨即調零x軸、y軸、z軸數據；當接收裝置21中沒有光感應裝置2113產生響應或只有一個光感應裝置2113產生響應時，處理模塊3不進行調零處理。

與現有技術相比，本發明利用發射裝置11發射激光面而接收裝置21接收不同特征光信號的方式，調整x軸、y軸、z軸角度零點的位置，降低了姿態測量裝置23的誤差累積帶來的影響，減少了使用者的不適應感并增加了沉浸感，對于體感操作和虛擬現實有較大的意義。相對于手動重置姿態檢測裝置23的零點，本發明姿態測量裝置23自動校正的方法和系統調整更加自然和精確，一方面防止了使用者憑“感覺”調零帶來的誤差，另一方面使使用者在使用過程中自然和不自覺地調零，增加了沉浸感，也減少了刻意調整的生硬，增加了游戲性，提升了體驗效果。利用反光面2115的設置，保證了光線必須滿足一定的入射條件才可以使光感應裝置2113產生對應的響應，實現了通過光感應來判斷接收模塊2姿態的方法，使姿態的調整可以通過光感應來實現，也使本發明的姿態調零得以實現。反光面2115的臨界角設置為85°一方面可以達到校正姿態測量裝置23誤差累積的效果，另一方面可以使接收模塊2得到校正的機會大為增加，防止將臨界角設置得過大導致的入射角長時間不滿足臨界角而無法進行校正的情況發生。通過設置x軸、y軸、z軸的零點位置來對應激光面的照射角度，從而對應接收模塊2的姿態的方法，建立了較為簡便的姿態識別規則，更方便使用光感應校正姿態。并列設置面激光發射器1113可以保證接收模塊2有更多的機會來校正姿態測量裝置23。在手柄201中設置兩個光感應裝置2113并且使兩個光感應裝置2113的連線與手柄201的幾何軸心平行可以保證對x軸和z軸的校正。平行激光面的間距與兩個光感應裝置2113之間的間距相等，使接收模塊2必須滿足x軸、y軸、z軸為零時才有可能使兩個光感應裝置2113同時產生響應，保證了校正的精確度。在光源陣列102中，并列設置的面激光發射器1113之間的距離大于手柄201中距離最遠的兩個光感應裝置2113之間的距離，可以防止相鄰的面激光發射器1113同時照射在光感應裝置2113上對測量結果產生干擾。

上面結合附圖對本發明的實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發明的保護之內。