本發(fā)明涉及測(cè)量技術(shù)，特別涉及一種用于檢測(cè)物體翻滾的方法以及實(shí)現(xiàn)該方法的測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

在空間飛行器的慣性測(cè)量系統(tǒng)、車輛船舶的傾斜測(cè)量、機(jī)器人的平衡姿態(tài)檢測(cè)和機(jī)械臂伸展確定等許多方面都需要測(cè)量物體的傾斜和方向等姿態(tài)參數(shù)。

隨著微機(jī)電系統(tǒng)(mems)技術(shù)的發(fā)展，將mems傳感器應(yīng)用到姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)上的條件日益成熟?；趍ems技術(shù)的加速度傳感器和陀螺儀具有抗沖擊力強(qiáng)、可靠性高、壽命長(zhǎng)和成本低等優(yōu)點(diǎn)，是適于構(gòu)建姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)的慣性傳感器。利用mems陀螺儀和加速度傳感器等慣性傳感器組成的測(cè)量系統(tǒng)能夠通過對(duì)重力矢量夾角和系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度進(jìn)行測(cè)量，從而實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地檢測(cè)系統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)程度。

翻滾檢測(cè)是姿態(tài)檢測(cè)的一個(gè)重要的應(yīng)用方面。為了確保物體始終保持合適姿態(tài)，準(zhǔn)確、可靠和實(shí)時(shí)的翻滾檢測(cè)是必需的。但是現(xiàn)有的慣性測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，通常是針對(duì)諸如運(yùn)載工具和機(jī)器人之類的高精度應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，系統(tǒng)能耗大并且成本下降幅度也有限。另一方面，諸如單輪電動(dòng)車和電動(dòng)平衡車之類的消費(fèi)類產(chǎn)品正風(fēng)靡全球市場(chǎng)，這類消費(fèi)級(jí)應(yīng)用的特點(diǎn)是對(duì)成本高度敏感，與此同時(shí)又需要較高的可靠性以確保產(chǎn)品的安全性。對(duì)于業(yè)界來說，提供一種在成本、精度、能耗和可靠性等諸多方面均能達(dá)到令人滿意的水準(zhǔn)的技術(shù)方案將是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，而市場(chǎng)對(duì)于這樣的技術(shù)方案又是迫切需要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種檢測(cè)物體翻滾的方法，其具有實(shí)現(xiàn)成本低和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用固定于待測(cè)物體上的加速度計(jì)和陀 螺儀來檢測(cè)物體翻滾的方法包含下列步驟：

根據(jù)加速度計(jì)測(cè)量得到的加速度確定待測(cè)物體的側(cè)翻程度是否超出正常范圍；

如果超出正常范圍，則根據(jù)陀螺儀測(cè)量得到的角速度確定待測(cè)物體是否發(fā)生翻滾；以及

如果確定發(fā)生翻滾，則輸出指示待測(cè)物體發(fā)生翻滾的信號(hào)。

優(yōu)選地，在上述方法中，所述側(cè)翻程度以下列參數(shù)來表征：

待測(cè)物體的第一坐標(biāo)軸與地面坐標(biāo)系的第一坐標(biāo)軸的夾角，所述地面坐標(biāo)系的第一坐標(biāo)軸平行于重力加速度的方向；以及

待測(cè)物體的第二坐標(biāo)軸與地面坐標(biāo)系的第二坐標(biāo)軸的夾角。

優(yōu)選地，在上述方法中，所述角速度為待測(cè)物體圍繞其第二坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的角速度。

優(yōu)選地，在上述方法中，確定待測(cè)物體的側(cè)翻程度是否超出正常范圍的步驟包括：

如果待測(cè)物體的第一坐標(biāo)軸與地面坐標(biāo)系的第一坐標(biāo)軸的夾角大于預(yù)設(shè)的第一閾值，則以更快的采樣頻率測(cè)量待測(cè)物體的加速度；

如果待測(cè)物體的第一坐標(biāo)軸與地面坐標(biāo)系的第一坐標(biāo)軸的夾角大于預(yù)設(shè)第二閾值并且待測(cè)物體的第二坐標(biāo)軸與地面坐標(biāo)系的第二坐標(biāo)軸的夾角大于預(yù)設(shè)的第三閾值，則確定待測(cè)物體的側(cè)翻程度超出正常范圍并且啟動(dòng)陀螺儀工作，其中所述第二閾值大于所述第一閾值。

優(yōu)選地，在上述方法中，其中，確定是否發(fā)生翻滾的步驟包括：

如果角速度大于預(yù)設(shè)的第四閾值，則確定待測(cè)物體發(fā)生高速翻滾；

如果角速度小于或等于第四閾值并且待測(cè)物體的第一坐標(biāo)軸與地面坐標(biāo)系的第一坐標(biāo)軸的夾角大于預(yù)設(shè)的第五閾值，則確定待測(cè)物體發(fā)生低速翻滾。

本發(fā)明的還有一個(gè)目的是提供一種用于檢測(cè)物體翻滾的裝置，其具有實(shí)現(xiàn)成本低和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于檢測(cè)物體翻滾的裝置包含：

固定于待測(cè)物體上的加速度計(jì)和陀螺儀；

與所述加速度計(jì)和陀螺儀耦合的處理器，其配置為根據(jù)加速度計(jì)測(cè)量得到的加速度確定待測(cè)物體的側(cè)翻程度是否超出正常范圍，并且在確定超出正常范圍時(shí)根據(jù)陀螺儀測(cè)量得到的角速度確定待測(cè)物體是 否發(fā)生翻滾，其還被配置為如果確定發(fā)生翻滾，則輸出指示待測(cè)物體發(fā)生翻滾的信號(hào)。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或其它方面和優(yōu)點(diǎn)將通過以下結(jié)合附圖的各個(gè)方面的描述變得更加清晰和更容易理解，附圖中相同或相似的單元采用相同的標(biāo)號(hào)表示，附圖包括：

圖1為按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的嵌入式系統(tǒng)的示意圖。

圖2a示出了待測(cè)物體處于平衡姿態(tài)或正常姿態(tài)下加速度計(jì)的坐標(biāo)系與基準(zhǔn)坐標(biāo)系的關(guān)系，此時(shí)二者是重合的；圖2b示出了待測(cè)物體處于平衡姿態(tài)或正常姿態(tài)下陀螺儀的坐標(biāo)系與基準(zhǔn)坐標(biāo)系的關(guān)系，此時(shí)二者是重合的；圖2c示出了待測(cè)物體偏離平衡姿態(tài)時(shí)加速度計(jì)的坐標(biāo)系與基準(zhǔn)坐標(biāo)系的關(guān)系。

圖3為按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的用于檢測(cè)物體翻滾的方法的流程圖。

圖4為按照本發(fā)明還有一個(gè)實(shí)施例的用于檢測(cè)物體翻滾的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面參照其中圖示了本發(fā)明示意性實(shí)施例的附圖更為全面地說明本發(fā)明。但本發(fā)明可以按不同形式來實(shí)現(xiàn)，而不應(yīng)解讀為僅限于本文給出的各實(shí)施例。給出的上述各實(shí)施例旨在使本文的披露全面完整，從而使對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的理解更為全面和準(zhǔn)確。

諸如“包含”和“包括”之類的用語表示除了具有在說明書和權(quán)利要求書中有直接和明確表述的單元和步驟以外，本發(fā)明的技術(shù)方案也不排除具有未被直接或明確表述的其它單元和步驟的情形。

諸如“第一”和“第二”之類的用語并不表示單元在時(shí)間、空間、大小等方面的順序而僅僅是作區(qū)分各單元之用。

按照本發(fā)明的實(shí)施例，首先根據(jù)加速度計(jì)測(cè)量得到的加速度確定待測(cè)物體的側(cè)翻程度是否超出正常范圍，并且在超出正常范圍時(shí)根據(jù)陀螺儀測(cè)量得到的角速度確定待測(cè)物體是否發(fā)生翻滾以及翻滾的類型。

以下借助附圖具體描述本發(fā)明的實(shí)施例。

圖1為按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于檢測(cè)物體翻滾的裝置的示意圖。

圖1所示的裝置10包括加速度計(jì)110、陀螺儀120和處理器130。這種測(cè)量裝置例如可以是嵌入式系統(tǒng)。需要指出的是，裝置10可能還包括其它單元，但是本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員從下面的描述中將會(huì)認(rèn)識(shí)到，上面提及的單元足以提供檢測(cè)物體翻滾的功能，因此為避免贅述，本實(shí)施例未對(duì)其它單元作出描述。

加速度計(jì)110是利用mems技術(shù)制造的三軸加速度傳感器，其被固定于待測(cè)物體上。陀螺儀120為利用mems技術(shù)制造的傳感器，其也被固定于待測(cè)物體上。

如圖2a所示，優(yōu)選地，加速度計(jì)110的固定方式為在物體處于平衡姿態(tài)或正常姿態(tài)下，其直角坐標(biāo)系與基準(zhǔn)直角坐標(biāo)系(例如地面坐標(biāo)系)的空間取向一致，此時(shí)其中一個(gè)坐標(biāo)軸(例如假設(shè)為z軸)與重力方向g平行。另一方面，如圖2b所示，陀螺儀120的直角坐標(biāo)系與加速度計(jì)110的直角坐標(biāo)系的空間取向一致，即，前者的x軸、y軸和z軸分別與后者的x軸、y軸和z軸平行或重合。

處理器130與加速度計(jì)110和陀螺儀120耦合，其配置為根據(jù)加速度計(jì)測(cè)得的加速度和陀螺儀測(cè)得的角速度確定待測(cè)物體是否發(fā)生翻滾以及翻滾的類型，并且生成相應(yīng)的指示信號(hào)，具體的確定方式將在下面作進(jìn)一步的描述。

圖3為按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的用于檢測(cè)物體翻滾的方法的流程圖。示例性地，利用圖1所示的裝置10來實(shí)現(xiàn)圖3所示的實(shí)施例。但是對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員來說可理解的是，本實(shí)施例所示的方法并不局限于具有特定結(jié)構(gòu)的實(shí)體裝置。

如圖3所示，在步驟s311中，啟動(dòng)加速度計(jì)110以一個(gè)預(yù)設(shè)的采樣速率測(cè)量待測(cè)物體的加速度并且輸出至處理器130。如上所述，在本實(shí)施例中，加速度計(jì)為三軸加速度計(jì)，因此測(cè)量值是一個(gè)三維矢量。假設(shè)加速度計(jì)110的測(cè)量值為{ax,ay,az}，其中ax、ay、az分別表示加速度計(jì)在x、y和z軸方向上測(cè)得的加速度值。

接著進(jìn)入步驟s312，處理器130根據(jù)加速度計(jì)110測(cè)量得到的加 速度信號(hào)來確定待測(cè)物體的側(cè)翻程度是否超出正常范圍。

當(dāng)待測(cè)物體偏離平衡姿態(tài)或正常姿態(tài)時(shí)，加速度計(jì)110的直角坐標(biāo)系與基準(zhǔn)坐標(biāo)系的取向不再一致。如圖2c所示，此時(shí)加速度計(jì)110的直角坐標(biāo)系的x軸、y軸和z軸與基準(zhǔn)坐標(biāo)系的x軸、y軸和z軸呈一定的夾角。在本實(shí)施例中，側(cè)翻程度以下列參數(shù)來表征：

(1)待測(cè)物體的z軸與地面坐標(biāo)系的z軸(也即重力加速度的方向)的夾角(圖3b中的角度θ)。

角度θ可以根據(jù)下式確定：

其中，a為加速度計(jì)110在z軸方向上測(cè)得的加速度值，1g表示1個(gè)重力加速度值。

(2)待測(cè)物體的y軸與地面坐標(biāo)系的y軸的夾角(圖3b中的角度)。

需要指出的是，待測(cè)物體的y軸與地面坐標(biāo)系的y軸的夾角也可以用待測(cè)物體的x軸與地面坐標(biāo)系的x軸的夾角代替。

在本步驟中，處理器130采用下列判據(jù)來確定側(cè)翻程度是否超出正常范圍：

當(dāng)θ>t1時(shí)，確定待測(cè)物體的側(cè)翻程度超出正常范圍，這里t1為預(yù)設(shè)的閾值，其可以通過實(shí)驗(yàn)確定。

優(yōu)選地，為了避免檢測(cè)過于靈敏，可以采用下列判據(jù)：

當(dāng)θ>t1并且時(shí)，確定待測(cè)物體的側(cè)翻程度超出正常范圍，這里t1和t2均為預(yù)設(shè)的閾值，其可以通過實(shí)驗(yàn)確定。

在步驟s312中，如果確定側(cè)翻程度超出正常范圍，則轉(zhuǎn)入步驟s313，否則，則返回步驟s311。

在步驟s313中，啟動(dòng)陀螺儀120測(cè)量待測(cè)物體的角速度并且輸出至處理器130。由于是在判定待測(cè)物體的側(cè)翻程度超出正常范圍時(shí)再啟動(dòng)陀螺儀運(yùn)行，因此可以降低能耗。

在步驟s314中，處理器130判斷陀螺儀120測(cè)量得到的待測(cè)物體圍繞y軸旋轉(zhuǎn)的角速度ω是否大于一個(gè)預(yù)設(shè)的閾值t3，如果大于，則確定待測(cè)物體處于高速翻滾狀態(tài)并轉(zhuǎn)入步驟s315，否則則轉(zhuǎn)入步驟 s316。上述閾值t3可以通過實(shí)驗(yàn)確定。

在步驟s315，處理器130生成指示待測(cè)物體發(fā)生高速翻滾的信號(hào)。

在步驟s316中，處理器130判斷待測(cè)物體的z軸與地面坐標(biāo)系的z軸(也即重力加速度的方向)的夾角θ是否大于一個(gè)預(yù)設(shè)的閾值t4，如果大于，則確定待測(cè)物體處于低速翻滾狀態(tài)并轉(zhuǎn)入步驟s317，否則，則停止陀螺儀的運(yùn)行并且返回步驟s311。上述閾值t4大于閾值t1并且可通過實(shí)驗(yàn)確定。

在步驟s317，處理器130生成指示待測(cè)物體發(fā)生低速翻滾的信號(hào)。

執(zhí)行步驟s315和s317之后都轉(zhuǎn)至步驟s318，輸出所生成的指示信號(hào)并且使裝置10進(jìn)入低功耗工作模式(例如降低加速度計(jì)110的采樣速率和處理器130的工作頻率)。

隨后進(jìn)入步驟s319，處理器檢測(cè)待測(cè)物體的姿態(tài)是否恢復(fù)到正常，如果恢復(fù)到正常，則返回步驟s311，否則，則繼續(xù)檢測(cè)。在本步驟中，例如可以通過判斷加速度計(jì)110測(cè)得的z軸上的加速度值ax是否大于重力加速度值來確定姿態(tài)是否恢復(fù)正常，即，如果前者大于后者，則確定姿態(tài)恢復(fù)正常。

圖4為按照本發(fā)明還有一個(gè)實(shí)施例的用于檢測(cè)物體翻滾的方法的流程圖。示例性地，這里利用圖1所示的裝置10來實(shí)現(xiàn)圖4所示的實(shí)施例。但是對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員來說可理解的是，本實(shí)施例所示的方法并不局限于具有特定結(jié)構(gòu)的實(shí)體裝置。

與借助圖3所示的實(shí)施例相比，本實(shí)施例的不同之處在于，根據(jù)加速度計(jì)110待測(cè)物體的z軸與重力加速度方向的夾角來動(dòng)態(tài)調(diào)整加速度計(jì)110的采樣速率，從而降低裝置的功耗。

如圖4所示，在步驟s411中，啟動(dòng)加速度計(jì)110以一個(gè)預(yù)設(shè)的采樣速率r1測(cè)量待測(cè)物體的加速度并且輸出至處理器130。

接著進(jìn)入步驟s412，處理器130判斷由上式(1)確定的角度θ是否大于一個(gè)預(yù)設(shè)的閾值t0，該閾值可通過實(shí)驗(yàn)確定。如果大于，則進(jìn)入步驟s413，否則返回步驟s411。

在步驟s413，加速度計(jì)110以另一個(gè)預(yù)設(shè)的采樣速率r2測(cè)量待測(cè)物體的加速度并且輸出至處理器130，這里的采樣速率r2小于r1。

隨后進(jìn)入步驟s414，處理器130采用下列判據(jù)來確定側(cè)翻程度是否超出正常范圍：

當(dāng)θ>t1時(shí)，確定待測(cè)物體的側(cè)翻程度超出正常范圍，這里t1為大于的t0預(yù)設(shè)閾值，其可以通過實(shí)驗(yàn)確定。

同樣，為了避免檢測(cè)過于靈敏，可以采用下列判據(jù)：

當(dāng)θ>t1并且時(shí)，確定待測(cè)物體的側(cè)翻程度超出正常范圍，這里t1和t2均為預(yù)設(shè)的閾值，其可以通過實(shí)驗(yàn)確定。

在步驟s414中，如果確定側(cè)翻程度超出正常范圍，則轉(zhuǎn)入步驟s415，否則，則返回步驟s411。

在步驟s415中，啟動(dòng)陀螺儀120測(cè)量待測(cè)物體的角速度并且輸出至處理器130。

在步驟s416中，處理器130判斷陀螺儀120測(cè)量得到的待測(cè)物體圍繞y軸旋轉(zhuǎn)的角速度ω是否大于一個(gè)預(yù)設(shè)的閾值t3，如果大于，則確定待測(cè)物體處于高速翻滾狀態(tài)并轉(zhuǎn)入步驟s417，否則則轉(zhuǎn)入步驟s418。

在步驟s417，處理器130生成指示待測(cè)物體發(fā)生高速翻滾的信號(hào)。

在步驟s418中，處理器130判斷待測(cè)物體的z軸與地面坐標(biāo)系的z軸(也即重力加速度的方向)的夾角θ是否大于一個(gè)預(yù)設(shè)的閾值t4，如果大于，則確定待測(cè)物體處于低速翻滾狀態(tài)并轉(zhuǎn)入步驟s419，否則，則停止陀螺儀的運(yùn)行并且返回步驟s411。

在步驟s419，處理器130生成指示待測(cè)物體發(fā)生低速翻滾的信號(hào)。

執(zhí)行步驟s417和s419之后都轉(zhuǎn)至步驟s420，輸出所生成的指示信號(hào)并且使裝置10進(jìn)入低功耗工作模式(例如降低加速度計(jì)110的采樣速率和處理器130的工作頻率)。

隨后進(jìn)入步驟s421，處理器檢測(cè)待測(cè)物體的姿態(tài)是否恢復(fù)到正常，如果恢復(fù)到正常，則返回步驟s411，否則，則繼續(xù)檢測(cè)。在本步驟中，例如可以通過判斷加速度計(jì)110測(cè)得的z軸上的加速度值ax是否大于重力加速度值來確定姿態(tài)是否恢復(fù)正常。

雖然已經(jīng)展現(xiàn)和討論了本發(fā)明的一些方面，但是本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到：可以在不背離本發(fā)明原理和精神的條件下對(duì)上述方面進(jìn)行改變，因此本發(fā)明的范圍將由權(quán)利要求以及等同的內(nèi)容所限定。