[發明專利]基于視覺與慣性單元融合的空間剛體質心位置檢測方法

有效

• 申請號: 202010478518.1
• 申請日: 2020-05-29
• 公開（公告）號: CN111640153B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 張慧博;姚金銘;趙寶山;張躍;戴士杰
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70;G01M1/12;G06F17/11
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

1.一種基于視覺與慣性單元融合的空間剛體質心位置檢測方法，其特征在于，該檢測方法在待檢測空間剛體上布置多個帶有光源的慣性單元，包括質心計算模塊，以i時刻k慣性單元光源所在位置h_kⁱ為球心，i時刻k慣性單元光源所在位置到空間剛體質心的距離為半徑建立多個半徑測量球O_k；i時刻k慣性單元光源所在位置到空間剛體質心的距離由i時刻k慣性單元的角速度根據定點剛體自由旋轉運動公式解算獲得；

通過最小二乘法原理，利用已經建立的多個半徑測量球O_k，找出空間中一點Qⁱ距離各球面距離之和最短，并將該點坐標作為i時刻測量的質心點位置；

不斷進行多時刻質心位置計算，進行多時刻質心位置融合，不斷修正質心位置，當兩時刻質心位置誤差小于5％時，視該質心位置為精確位置。

2.根據權利要求1所述的檢測方法，其特征在于：該方法的步驟是：

第一步、數據準備

將多慣性單元分散布置在空間剛體的合適位置，所述空間剛體為合作目標或者非合作目標，若空間剛體為合作目標則手動布置，若被檢測空間剛體為非合作目標，則需要通過彈射方式將慣性單元發射到其表面，在接觸到非合作目標表面后，慣性單元上的光源設備開啟；

多個慣性單元在接觸到空間剛體后，對空間剛體的相關參數進行采集，并獲得濾波后空間剛體的多個慣性單元的相應慣性數據，其包括濾波后初始繞三軸的角速度線加速度

第二步、數據測量

數據處理系統獲得相應慣性數據后，確定各個慣性單元所處的空間距離信息，并針對不同慣性單元生成不同的慣性單元觸發信號，保證同一個空間剛體上的多個慣性單元在同一時刻開始進行運動學參數采集，同時確定相應的慣性單元的視覺采集開始信號，保證視覺采集數據能夠與慣性單元數據相對應；

調整多個慣性單元之間的觸發時間，并在同一時刻開始采集，獲取濾波后的慣性單元的當前時刻相應的運動學數據，其包括i時刻的三軸角速度線加速度和傾角形成高頻數據流P；

數據處理系統根據高頻數據流P解算出i時刻k慣性單元光源所在位置到空間剛體 質心的距離

雙目視覺采集模塊在慣性單元開始采集的同時進行圖像數據采集，解算出空間剛體上慣性單元k的光源的三維坐標位置h_kⁱ；

第三步、質心計算

質心計算模塊利用i時刻k慣性單元光源所在位置到空間剛體 質心的距離為半徑，以慣性單元光源所在位置h_kⁱ為球心建立多個半徑測量球O_k；

再通過最小二乘法原理，利用已經建立的多個半徑測量球O_k，找出i時刻空間中一點Qⁱ距離各球面距離之和最短，并將該點坐標作為i時刻測量的質心點位置；

第四步、質心位置融合

不斷進行多個時刻質心位置計算，并通過貝葉斯方法進行多時刻質心位置融合，不斷修正質心位置，當兩時刻質心位置誤差小于5％時，視該質心位置為精確位置；

第五步、當空間剛體發生碰撞或者其他改變質心空間位置的情況，重復第二步至第四步的過程，從而得到當前狀態的空間剛體質心位置。