一種基於光電掃描與超聲測距的全站式空間測量定位方法
2023-07-07 16:43:06 1
專利名稱：一種基於光電掃描與超聲測距的全站式空間測量定位方法
技術領域：
本發明屬於工業現場大尺寸三維坐標測量技術領域，特別涉及一種基於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：
目前工業現場大尺寸三維坐標測量系統(例如經緯儀和iGPS等)一般都採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的多臺基站同時測量被測點相對自身的空間角度，再結合基站間的位置關係才能解算出被測點的三維坐標。發明人在實現本發明的過程中，發現現有技術中至少存在以下的缺點和不足傳統的多站交匯式測量方法測量精度高，但工作原理比較複雜，要求的現場條件比較苛刻。在某些特定的工作環境下，例如當機器人導航時，由於現場環境無法擺放多臺發射基站或不允許多臺發射基站同時工作，從而導致無法正常運行。
發明內容
本發明提供了一種基於光電掃描與超聲測距的全站式空間測量定位方法，本發明實現了在某些特定的工作環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於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)構建發射基站和接收器；其中，所述發射基站包括發射掃描雷射的旋轉平臺、發射同步脈衝雷射的脈衝雷射器、發射超聲波的超聲波發射模塊、固定基座、發射基站外殼；所述發射基站外殼設置在所述固定基座上，所述脈衝雷射器與所述超聲波發射模塊位於以所述旋轉平臺的轉軸為中心的所述發射基站外殼上，所述旋轉平臺旋轉，發射所述掃描雷射，所述旋轉平臺每旋轉一周觸發一次所述同步脈衝雷射，且同時觸發一束預設頻率的所述超聲波；其中，所述接收器包括第一超聲接收模塊、光電二極體和第二超聲接收模塊，所述第一超聲接收模塊、所述光電二極體和所述第二超聲接收模塊位於同一直線上，所述第一超聲接收模塊和所述第二超聲接收模塊分別位於所述光電二極體的兩側，所述光電二極體接收所述掃描雷射和所述同步脈衝雷射，用於解算所述光電二極體的空間角度關係；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，用於解算所述光電二極體與所述發射基站的距離；(2)標定所述超聲波發射模塊在所述發射基站上的位置；(3)標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體的水平角α和俯仰角β，其中，所述光電二極體在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軸為碼盤讀數頭方向，O為一個掃描雷射平面與所述轉軸的交點，作為坐標原點；採用右手系確定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射模塊之間的距離(V ；(6)計算所述光電二極體的空間坐標。所述標定所述超聲波發射模塊在所述發射基站上的位置具體包括利用雷射跟蹤儀或經緯儀標出所述超聲波發射模塊的位置(as，rs)，其中(as, β3)為所述超聲波發射模塊的空間角度，做所述超聲波發射模塊在所述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為所述超聲波發射模塊與所述坐標原點O的距離。所述標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體處於同一直線上，並垂直於所述接收器的軸線，利用影像測量儀標定出所述第一超聲接收模塊與所述光電二極體的距離^，所述第二超聲接收模塊與所述光電二極體的距離r2。所述計算光電二極體的空間坐標具體包括假設Z SQ2Q1 = Y，則根據餘弦定理有
權利要求
1.一種基於光電掃描與超聲測距的全站式空間測量定位方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟 (1)構建發射基站和接收器； 其中，所述發射基站包括發射掃描雷射的旋轉平臺、發射同步脈衝雷射的脈衝雷射器、發射超聲波的超聲波發射模塊、固定基座、發射基站外殼； 所述發射基站外殼設置在所述固定基座上，所述脈衝雷射器與所述超聲波發射模塊位於以所述旋轉平臺的轉軸為中心的所述發射基站外殼上，所述旋轉平臺旋轉，發射所述掃描雷射，所述旋轉平臺每旋轉一周觸發一次所述同步脈衝雷射，且同時觸發一束預設頻率的所述超聲波； 其中，所述接收器包括第一超聲接收模塊、光電二極體和第二超聲接收模塊， 所述第一超聲接收模塊、所述光電二極體和所述第二超聲接收模塊位於同一直線上，所述第一超聲接收模塊和所述第二超聲接收模塊分別位於所述光電二極體的兩側，所述光電二極體接收所述掃描雷射和所述同步脈衝雷射，用於解算所述光電二極體的空間角度關係；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，用於解算所述光電二極體與所述發射基站的距離； (2)標定所述超聲波發射模塊在所述發射基站上的位置； (3)標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體的水平角α和俯仰角β，其中，所述光電二極體在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軸為碼盤讀數頭方向，O為一個掃描雷射平面與所述轉軸的交點，作為坐標原點；採用右手系確定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射模塊之間的距離(V ； (6)計算所述光電二極體的空間坐標。
2.根據權利要求I所述的一種基於光電掃描與超聲測距的全站式空間測量定位方法，其特徵在於，所述標定所述超聲波發射模塊在所述發射基站上的位置具體包括 利用雷射跟蹤儀或經緯儀標出所述超聲波發射模塊的位置(as，rs)，其中(as，β J為所述超聲波發射模塊的空間角度，做所述超聲波發射模塊在所述XOY平面的投影s'，則CisSOSi與X軸的夾角，SOS與OS'的夾角，rs為所述超聲波發射模塊與所述坐標原點O的距離。
3.根據權利要求2所述的一種基於光電掃描與超聲測距的全站式空間測量定位方法，其特徵在於，所述標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體處於同一直線上，並垂直於所述接收器的軸線，利用影像測量儀標定出所述第一超聲接收模塊與所述光電二極體的距離A，所述第二超聲接收模塊與所述光電二極體的距離r2。
4.根據權利要求3所述的一種基於光電掃描與超聲測距的全站式空間測量定位方法，其特徵在於，所述計算光電二極體的空間坐標具體包括 假設Z SQ2Q1 = Y，則根據餘弦定理有其中，S為所述超聲發射模塊，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,為所述超聲發射模塊與所述光電二極體之間的距離；P為所述光電二極體；假設ZSOP= O，在OP與OS上各取一個距所述坐標原點O距離為單位I的點P1和S1，則P1和S1的坐標分別為(cos β cos α , cos β sin α , sin β )和(cos β scos α s，cos β Ssin α s, sin β s)，則根據餘弦定理有 則所述光電二極體的三維坐標為d(cos β cos α，cos β sin α，sin β )，d為所述坐標原點O與所述光電二極體之間的距離。
全文摘要
本發明公開了一種基於光電掃描與超聲測距的全站式空間測量定位方法，屬於工業現場大尺寸三維坐標測量技術領域，構建發射基站和接收器；標定所述超聲波發射模塊在所述發射基站上的位置；標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體的水平角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射模塊之間的距離，所述第二超聲接收模塊與所述超聲發射模塊之間的距離；計算所述光電二極體的空間坐標。本發明實現了在某些特定的工作環境下只使用單臺發射基站的全站式空間測量定位，測量原理簡單，滿足了實際應用中的多種需要。
文檔編號G01S5/16GK102636774SQ201210126759
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月26日 優先權日2012年4月26日
發明者任永傑, 吳軍, 楊凌輝, 邾繼貴 申請人:天津大學