[發明專利]一種基于多源信息融合的高精度運動軌跡檢測系統

有效

• 申請號: 201510595183.0
• 申請日: 2015-09-17
• 公開（公告）號: CN105222772B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 戴厚德;蘇詩薦;夏許可;林志榕;曾雅丹;吳周新
• 申請（專利權）人: 泉州裝備制造研究所
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司35205
• 代理人: 陳雪瑩

1.一種基于多源信息融合的高精度運動軌跡檢測系統，其特征在于，包括慣性傳感定位、電磁定位、機器視覺定位三個模塊化的子系統以及數據處理平臺，慣性傳感定位子系統、電磁定位子系統和機器視覺定位子系統采集的數據均傳輸到所述數據處理平臺，以實現信息融合定位和協作定位；其中：

所述慣性傳感定位子系統用于測量運動部件三維姿態角；

所述電磁定位子系統用于測量運動部件三維位置和三維姿態角；

所述機器視覺定位子系統用于測量運動部件三維位置信息；

所述數據處理平臺通過將慣性傳感定位子系統、電磁定位子系統、機器視覺定位子系統中獲取的多源信息進行綜合分析和協調處理，基于分布式狀態融合結構模型，對數據進行坐標轉換和數據校正、數據關聯和狀態估計融合。

2.根據權利要求1所述的一種基于多源信息融合的高精度運動軌跡檢測系統，其特征在于，所述的慣性傳感定位子系統包括MEMS傳感器和第一子處理器，MEMS傳感器貼附于運動部件來實時獲取三維姿態信息，第一子處理器采用卡爾曼濾波或正交余弦矩陣融合算法對MEMS傳感器采集的數據進行融合，從而獲得運動部件精確的三維姿態角信息。

3.根據權利要求2所述的一種基于多源信息融合的高精度運動軌跡檢測系統，其特征在于，所述的MEMS傳感器包括三軸陀螺儀、三軸加速度計、三軸磁力計，所述三軸陀螺儀、三軸加速度計、三軸磁力計采集的數據均傳送到第一子處理器，第一子處理器對三者數據進行處理，得到MEMS傳感器當前的姿態角，即運動部件的姿態角；其中：

三軸陀螺儀測得角速度一次積分后得到運動部件偏轉的姿態角；

三軸磁力計用于測量地磁強度，進而得到運動部件的航向角；

三軸加速度計測量到的信號中的三軸重力分量，用于測量運動部件的絕對俯仰角和翻滾角；

三軸磁力計和三軸加速度計輸出的姿態角動態性能差，用于補償三軸陀螺儀信號一次積分后得到的姿態角，去除漂移。

4.根據權利要求1所述的一種基于多源信息融合的高精度運動軌跡檢測系統，其特征在于：所述的電磁定位子系統包括三軸正交的激勵線圈和三軸正交的感應線圈、以及第二子處理器，其中：感應線圈固定在運動部件上，激勵線圈則作為固定點；在短時間內，激勵線圈交替通過相同頻率和幅度的交流電流，交變的電流信號通過激勵線圈在空間產生交變的電磁場，感應線圈在交變的電磁場中輸出頻率相同的信號；第二子處理器根據感應線圈輸出信號的幅值和相位信息，通過定位算法計算出感應線圈相對于激勵線圈的位置和方向信息。

5.根據權利要求1所述的一種基于多源信息融合的高精度運動軌跡檢測系統，其特征在于，所述的機器視覺定位子系統由若干個相機和FPGA嵌入式處理器組成，其中：若干個相機安裝在特征點的周圍，用于從不同的方位實時連續采集特征點的圖像信號并傳遞給FPGA嵌入式處理器；FPGA嵌入式處理器用于控制相機獲取含有特征點的圖像信號，并將圖像信號進行處理，實現特征點圖像坐標的獲取；所述特征點采用主動發光或被動發光的標記點，且貼附于運動部件上。

6.根據權利要求5所述的一種基于多源信息融合的高精度運動軌跡檢測系統，其特征在于，所述的機器視覺定位子系統采用多個相機從不同的方位實時連續采集特征點的圖像信號，各路圖像信號采用基于顏色空間模型進行目標識別，進而找出特征點在各個相機中不同時刻的成像位置的二維坐標；將特征點在各個相機中不同時刻的成像位置的二維坐標通過優化算法進行2D坐標插值計算；在所有相機成像面中的多個二維平面坐標所構成多條空間異面直線，通過三維坐標定位算法計算特征點的空間三維坐標。

7.根據權利要求6所述的一種基于多源信息融合的高精度運動軌跡檢測系統，其特征在于，所述的優化算法采用最小二乘法、平均法或中值法。

8.根據權利要求1所述的一種基于多源信息融合的高精度運動軌跡檢測系統，其特征在于，所述的數據處理平臺采用多源信息融合算法，該算法基于分布式狀態融合結構模型，該結構模型的特點是每個子系統的傳感器數據在進入數據處理平臺前，先由每個子系統自己的數據處理器生成局部的定位跟蹤軌跡，然后把處理過的信息送至數據處理平臺，數據處理平臺根據各子系統的定位跟蹤軌跡數據，進行坐標轉換和數據較正、數據關聯以及狀態估計融合，最終生成具有六維位姿的目標定位跟蹤軌跡；此外，目標定位跟蹤軌跡數據還反饋信息到各個子系統中，為各子系統的定位跟蹤提供參考和較準。