專利名稱：管道空間中精確測(cè)量物體移動(dòng)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量物體移動(dòng)的裝置，特別是涉及一種管道空間中測(cè)量物體移動(dòng)的裝置
背景技術(shù)：
在管道空間或者類似于管道的空間中，即移動(dòng)路徑的上面，下面和兩側(cè)空間都是封閉的，只有前后兩面可以通行的空間中，物體移動(dòng)數(shù)值的計(jì)算一般采用測(cè)距法(Odometry)，但是因?yàn)闇y(cè)距法(Odometry)誤差很大(每米平均誤差2. 5%左右)，所以還會(huì)利用激光范圍傳感器觀測(cè)空間進(jìn)行移動(dòng)數(shù)值校正。在利用激光范圍傳感器對(duì)物體移動(dòng)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算時(shí)候，因?yàn)榧す鈧鞲衅鲗?duì)空間的掃描結(jié)果類似若干條平行虛線的掃描點(diǎn)集，所以在進(jìn)行迭代最近點(diǎn)法(Iterative Closest Point)對(duì)物體移動(dòng)前和移動(dòng)后的掃描點(diǎn)集進(jìn)行擬合的時(shí)候，計(jì)算出來(lái)的移動(dòng)數(shù)值因?yàn)閽呙椟c(diǎn)集形狀的問題，具有固有的誤差缺陷性。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠精確測(cè)量管道空間中物體移動(dòng)的裝置。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種管道空間中精確測(cè)量物體移動(dòng)的裝置，其特征在于包括一加固筆記本電腦，一激光范圍傳感器，一受舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，以及一受控移動(dòng)物體，所述受控移動(dòng)的物體置于待測(cè)物體的前方或者后方，所述舵機(jī)以及旋轉(zhuǎn)平臺(tái)裝于待測(cè)的物體上，并且激光范圍傳感器設(shè)置于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上隨著旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)四周進(jìn)行掃描，該受控移動(dòng)物體通過無(wú)線通信模塊與加固筆記本電腦之間進(jìn)行通信進(jìn)而該加固筆記本電腦控制該受控移動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)，該加固筆記本電腦還連接至該舵機(jī)進(jìn)而控制旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)，并且加固筆記本連接激光范圍傳感器，用于記錄激光范圍傳感器掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算并且控制激光范圍傳感器的掃描。為了使受控移動(dòng)物體更容易被激光范圍傳感器掃描到，所述受控移動(dòng)物體上設(shè)有一增強(qiáng)反射板。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于利用帶有增強(qiáng)反射板的受控移動(dòng)物體充當(dāng)路標(biāo)，從而改變了掃描點(diǎn)集的形狀，使得利用迭代最近點(diǎn)法(Iterative Closest Point)對(duì)物體移動(dòng)數(shù)值的計(jì)算更為精確。

圖I為本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)框架圖。圖2為本實(shí)用新型裝置的測(cè)量過程圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。[0010]本實(shí)用新型的管道中精確測(cè)量物體移動(dòng)的裝置，如圖I所示，包括一加固筆記本電腦，一激光范圍傳感器，一受舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，以及一受控移動(dòng)物體，如圖2所示，其中長(zhǎng)方形的表示受控移動(dòng)物體，放置于待測(cè)物體的前方或者后方，方形帶三角形的物體表示待測(cè)物體，虛線表示激光范圍傳感器的模擬掃描激光。優(yōu)選地，由于受控移動(dòng)物體可能會(huì)是不規(guī)則形狀并且不容易被激光范圍傳感器掃描到，因此該受控移動(dòng)物體上還帶有增強(qiáng)反射板，該增強(qiáng)反射板為表面平整有利于漫反射的平板，在本實(shí)用中采用的是平整的白色PVC板材。該待測(cè)物體上安裝旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，該旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上設(shè)置有激光范圍傳感器對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行掃描，受控移動(dòng)物體通過無(wú)線通信模塊與加固筆記本電腦之間進(jìn)行通信進(jìn)而控制該受控物體的移動(dòng)。該舵機(jī)也與該加固筆記本電腦進(jìn)行連接進(jìn)而驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)使激光范圍傳感器對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行掃描，該加固筆記本電腦于激光范圍傳感器進(jìn)行連接，用于記錄激光范圍傳感器掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算并且控制激光范圍傳感器的掃描。優(yōu)選地，其中激光范圍傳感器采用北洋電機(jī)株式會(huì)社生產(chǎn)的URG-04LX，舵機(jī)采用R0BITIS社生產(chǎn)的Dynamixel系列的 DX-117。測(cè)量過程如下所示，如圖2a所示，受控移動(dòng)物體先被控制移動(dòng)到被測(cè)物體的前方，或者后方，取決于激光范圍傳感器的掃描方向，然后保持靜止；如圖2b所示，被測(cè)物體移動(dòng)前，先利用激光范圍傳感器取得移動(dòng)前的空間掃描數(shù)值。然后被測(cè)物體移動(dòng)一段距離和角度后靜止，如圖2c所示，其中虛線表示待測(cè)物體運(yùn)動(dòng)前的位置，實(shí)線表示運(yùn)動(dòng)后的位置，再利用激光范圍傳感器取得移動(dòng)后的空間掃描數(shù)值，然后利用迭代最近點(diǎn)法(Iterative Closest Point)對(duì)移動(dòng)前后的空間掃描數(shù)值進(jìn)行擬合,計(jì)算出被測(cè)物體的移動(dòng)數(shù)值。然后受控移動(dòng)物體繼續(xù)移動(dòng)，然后可繼續(xù)進(jìn)行被測(cè)物體的測(cè)量，如圖2d所示，其中虛線表示運(yùn)動(dòng)前的位置，實(shí)線表示運(yùn)動(dòng)后的位置。通過記錄下來(lái)的舵機(jī)旋轉(zhuǎn)角度和每個(gè)角度上激光范圍傳感器對(duì)空間的掃描數(shù)據(jù)，可以取得對(duì)空間的三維掃描數(shù)據(jù)，再利用迭代最近點(diǎn)法(Iterative Closest Point)對(duì)每一次移動(dòng)前和移動(dòng)后的三維空間掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，從而精確地計(jì)算出物體每一次移動(dòng)數(shù)值，包括移動(dòng)距離和角度。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以了解到，迭代最近點(diǎn)法雖是常用的一種數(shù)值擬合方法，如果在待測(cè)物體的前方或者后方?jīng)]有設(shè)置受控移動(dòng)的物體，則用激光范圍傳感器掃描出來(lái)的空間掃描結(jié)果為若干條平行虛線的掃描點(diǎn)集，所以在進(jìn)行迭代最近點(diǎn)法(Iterative ClosestPoint)對(duì)物體移動(dòng)前和移動(dòng)后的掃描點(diǎn)集進(jìn)行擬合的時(shí)候，計(jì)算出來(lái)的移動(dòng)數(shù)值因?yàn)閽呙椟c(diǎn)集形狀的問題，具有固有的誤差缺陷性。但是在待測(cè)物體的前方或者后方設(shè)置受控移動(dòng)的物體后，該受控移動(dòng)的物體相當(dāng)于路標(biāo)，使得激光范圍傳感器掃描出來(lái)的掃描點(diǎn)集為類似若干條虛線的“Π”形狀的掃描點(diǎn)集，因此在對(duì)這樣的掃描點(diǎn)集用迭代最近點(diǎn)法進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合后，計(jì)算出的物體每次移動(dòng)的數(shù)值將更為精確，每米平均誤差可小于I. 25%，而同樣的距離，如用測(cè)距法來(lái)計(jì)算，每米平均誤差可達(dá)2. 5%左右。該管道空間中精確測(cè)量物體移動(dòng)的裝置利用帶有增強(qiáng)反射板的受控移動(dòng)物體充當(dāng)路標(biāo)，從而改變了掃描點(diǎn)集的形狀，使得利用迭代最近點(diǎn)法(Iterative Closest Point)對(duì)物體移動(dòng)數(shù)值的計(jì)算更為精確，每米平均誤差小于I. 25%。除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還包括有其他實(shí)施方式，凡采用等同變換或者等效替換方式形成的技術(shù)方案，均應(yīng)落入本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種管道空間中精確測(cè)量物體移動(dòng)的裝置，其特征在于包括一加固筆記本電腦，一激光范圍傳感器，一受舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，以及一受控移動(dòng)物體，所述受控移動(dòng)的物體置于待測(cè)物體的前方或者后方，所述舵機(jī)以及旋轉(zhuǎn)平臺(tái)裝于待測(cè)的物體上，并且激光范圍傳感器設(shè)置于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上隨著旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)四周進(jìn)行掃描，該受控移動(dòng)物體通過無(wú)線通信模塊與加固筆記本電腦之間進(jìn)行通信進(jìn)而該加固筆記本電腦控制該受控移動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)，該加固筆記本電腦還連接至該舵機(jī)進(jìn)而控制旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)，并且加固筆記本連接激光范圍傳感器，用于記錄激光范圍傳感器掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算并且控制激光范圍傳感器的掃描。
2.如權(quán)利要求I所述的精確測(cè)量物體移動(dòng)的裝置，其特征在于所述受控移動(dòng)物體上設(shè)有一增強(qiáng)反射板。
專利摘要一種管道空間中精確測(cè)量物體移動(dòng)的裝置，其特征在于包括一加固筆記本電腦，一激光范圍傳感器，一受舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，以及一受控移動(dòng)物體，所述受控移動(dòng)的物體置于待測(cè)物體的前方或者后方，所述舵機(jī)以及旋轉(zhuǎn)平臺(tái)裝于待測(cè)的物體上，并且激光范圍傳感器設(shè)置于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上隨著旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)四周進(jìn)行掃描，該加固筆記本電腦用于記錄激光范圍傳感器掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算并且控制激光范圍傳感器的掃描。該管道空間中精確測(cè)量物體移動(dòng)的裝置利用帶有增強(qiáng)反射板的受控移動(dòng)物體充當(dāng)路標(biāo)，從而改變了掃描點(diǎn)集的形狀，使得利用迭代最近點(diǎn)法(Iterative Closest Point)對(duì)物體移動(dòng)數(shù)值的計(jì)算更為精確，每米平均誤差小于1.25％。
文檔編號(hào)G01C3/00GK202382727SQ20112053653
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者劉玉良, 李韻磊 申請(qǐng)人:浙江海洋學(xué)院