[發(fā)明專利]一種基于多傳感信息融合的相對位姿測量裝置與方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710788475.5
• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN107990871A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設計）人: 杜福洲;吳典;馬玉棟;董昊
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于多傳感信息融合的相對位姿測量裝置與方法，其特征在于以相對位姿集成測量裝置為基礎，構建了一套針對部件對接的相對位姿監(jiān)測方法；裝置包含下位機、上位機與輔助設備，下位機即集成測量單元負責采集圖像、激光、慣性數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)融合處理，所得結果以無線信號形式發(fā)回上位機；上位機負責進一步處理接收數(shù)據(jù)，形成部件相對位姿并以直觀方式顯示，引導對接作業(yè)；輔助設備包含在對接精測階段所使用的光學靶標板，以及用于固定下位機、靶標板于待裝件與基準件的轉接板。

2.如權利要求1所述的基于多傳感信息融合的相對位姿測量裝置與方法，其特征在于，所述位姿監(jiān)測方法具體特征為：以集成測量單元(需提前標定)測量數(shù)據(jù)為基礎，在對接不同階段選用不同的數(shù)據(jù)組合和融合方法，獲取到測量系下相對位姿關系，再通過集成測量單元安裝位置等先驗知識，轉換得到待裝件與基準件的相對位姿關系，并以三維可視化的形式用模型實時仿真對接過程，提供直觀引導與預警功能，同時數(shù)據(jù)采集端與數(shù)據(jù)顯示端采用無線信號連接，可滿足實時監(jiān)測對接狀態(tài)的要求。

3.如權利要求2所述的基于多傳感信息融合的相對位姿測量裝置與方法，其特征在于，所述提前標定具體特征為：首先進行集成測量單元各傳感器模塊自身參數(shù)標定，主要是工業(yè)相機內(nèi)外參數(shù)；再標定各傳感器模塊與單元外殼設計坐標系的關系，針對相機是位移與姿態(tài)偏差六個量、針對陀螺是姿態(tài)偏差三個量、針對激光是發(fā)光點坐標與射線方向六個量；最后將標定參數(shù)導入軟件系統(tǒng)，便將所有測量值轉換到單元外殼坐標系下；單元外殼與待裝件通已知尺寸的過定位孔連接，可將測量基準傳遞至待裝件。

4.如權利要求2所述的基于多傳感信息融合的相對位姿測量裝置與方法，其特征在于，所述融合方法具體特征為：將不同測量數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一坐標系、同一時間軸，同一表述形式，再利用濾波的思想進行對各個維度的測量值進行疊加融合，利用冗余數(shù)據(jù)減小誤差。

5.如權利要求1所述的基于多傳感信息融合的相對位姿測量裝置與方法，其特征在于，所述集成測量單元具體特征為：其主要由視覺測量模塊、激光測距模塊、姿態(tài)測量模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、USB集線器、微型計算棒、電源模塊、封裝外殼組成，所有模塊封裝固定于外殼內(nèi)，外殼各部分由螺釘連接，外殼底部具有四個定位孔，可供與待裝件連接；其工作模式為各傳感器采集數(shù)據(jù)后經(jīng)USB集線器匯總至微型計算棒進行解析與封裝，后由數(shù)據(jù)傳輸模塊通過無線方式發(fā)回上位機，所有設備由電源模塊供電。

6.如權利要求1所述的基于多傳感信息融合的相對位姿測量裝置與方法，其特征在于，所述無線信號具體特征為：載體利用RF信號，可低功耗、遠距離地完成傳輸過程；信號內(nèi)容由時間戳、設備編號、具體數(shù)據(jù)等信息，壓縮編碼后封裝形成。

7.如權利要求1所述的基于多傳感信息融合的相對位姿測量裝置與方法，其特征在于，所述上位機具體特征為：由平板電腦連接RF無線信號接收器組成，平板電腦上搭載相對位姿監(jiān)測軟件系統(tǒng)，能夠完成參數(shù)配置、相對位姿精確顯示、相對位姿三維可視化顯示、安全預警等功能。

8.如權利要求1所述的基于多傳感信息融合的相對位姿測量裝置與方法，其特征在于，所述光學靶標板具體特征為：包含用于視覺識別的光學圖案，以及提供給作業(yè)人員參考的作業(yè)坐標系指示方向，且具有多種型號、不同大小尺寸的靶標板，用于完成不同間隔距離的相對位姿測量。

9.如權利要求1所述的基于多傳感信息融合的相對位姿測量裝置與方法，其特征在于，所述轉接板具體特征為：具有與集成測量單元底座相配合的定位孔，以及實際工況下與待裝件連接的安裝接口，安裝接口的選擇原則是保證在對接過程的精調(diào)階段，集成測量單元與靶標板之間光路通暢無遮擋，為此靶標板也需轉接板與集成測量單元轉接板對應，特點是具有能夠粘貼靶標圖案的平面，以及能夠與基準件相連接的接口。