本發(fā)明涉及姿態(tài)測量領域，更具體地說，涉及一種姿態(tài)測量裝置自動校正的方法及系統(tǒng)。

背景技術：

姿態(tài)測量一般采用姿態(tài)測量裝置來測量角度信息，姿態(tài)測量裝置的類型很多，利用三軸地磁解耦和三軸加速度計，受外力加速度影響很大，在運動/振動等環(huán)境中，輸出方向角誤差較大,此外地磁傳感器有缺點，它的絕對參照物是地磁場的磁力線,地磁的特點是使用范圍大，但強度較低，約零點幾高斯，非常容易受到其它磁體的干擾。陀螺儀輸出角速度，是瞬時量，角速度在姿態(tài)平衡上是不能直接使用，需要角速度與時間積分計算角度，得到的角度變化量與初始角度相加，就得到目標角度，其中積分時間Dt越小，輸出角度越精確,但陀螺儀的原理決定了它的測量基準是自身，并沒有系統(tǒng)外的絕對參照物，加上Dt是不可能無限小,所以積分的累積誤差會隨著時間流逝迅速增加，最終導致輸出角度與實際不符。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決當前姿態(tài)測量裝置累計誤差影響角度測量的缺陷，本發(fā)明提供一種可以消除累計誤差的姿態(tài)測量裝置自動校正的方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種姿態(tài)測量裝置自動校正的方法，包括發(fā)射模塊、接收模塊、處理模塊，所述發(fā)射模塊包括姿態(tài)測量裝置和發(fā)射裝置，所述發(fā)射裝置可以發(fā)射激光面，所述接收模塊包括至少兩個光感應裝置，所述姿態(tài)測量裝置通過以下步驟進行自動校正：

S1：所述發(fā)射裝置發(fā)射激光面，所述接收模塊處于待機狀態(tài)；

S2：所述接收模塊根據所述光感應裝置傳遞的信號判斷是否傳遞校正信息到所述處理模塊；

S3：所述處理模塊根據所述接收模塊傳遞的信息對所述姿態(tài)測量裝置進行校正。

優(yōu)選地，所述接收模塊包括反光接收模組，所述反光接收模組包括反光面，所述反光面設置在所述反光接收模組的端部，所述反光接收模組包括兩個所述光感應裝置，兩個所述光感應裝置固定在所述反光接收模組的內部，并朝向所述反光面的方向，激光光線可以通過所述反光面到達所述光感應裝置并使所述光感應裝置產生響應。

優(yōu)選地，所述發(fā)射模塊包括發(fā)射端嵌入式控制模塊，所述發(fā)射端嵌入式控制模塊可以接收所述姿態(tài)測量裝置傳輸的數據，并將接收到的數據傳遞到所述處理模塊。

優(yōu)選地，所述發(fā)射模塊為手柄，所述處理模塊根據所述光感應裝置傳遞的信號通過以下步驟判斷校正信息：

S2.1以所述反光面為基準建立直角坐標系，z軸與地面垂直，x軸與所述反光面垂直，y軸與所述反光面平行；

S2.2當所述手柄的幾何軸心垂直于地面且所述手柄的頂端朝上時，所述手柄的x軸、y軸角度為零；當所述手柄發(fā)射的激光面垂直入射所述反光面時，所述手柄的z軸角度為零；

優(yōu)選地，所述發(fā)射模塊為手柄，所述手柄包括發(fā)射端口和面激光發(fā)射器，所述發(fā)射端口為矩形狹縫狀，所述面激光發(fā)射器發(fā)射的激光通過發(fā)射端口射入外部空間，形成不發(fā)散的平行激光面。

優(yōu)選地，兩個所述光感應裝置之間的距離與所述激光面的寬度相等。

優(yōu)選地，所述發(fā)射端嵌入式控制模塊在接收到所述姿態(tài)測量裝置發(fā)來的數據信息后，將數據信息打上時間戳后發(fā)送到所述處理模塊進行處理。

優(yōu)選地，當所述處理模塊接收到所述接收模塊傳遞來的校正信號后，所述處理模塊核對接收到校正信號的時刻t₂，并且檢測接收到的帶時間戳的數據信息，當所述處理模塊檢測到帶時間戳的數據信息的時間戳顯示的時間點晚于或等于t₂時刻時，所述處理模塊按照校正信息對所述姿態(tài)測量裝置的角度信息進行校正，校正完成后，所述運算處理器在再次接收到所述接收模塊傳遞來的校正信號之前不再監(jiān)測數據信息的時間戳。

提供一種姿態(tài)測量裝置自動校正系統(tǒng)，所述發(fā)射模塊包括發(fā)射端無線傳輸模塊，所述處理模塊包括處理端無線傳輸模塊，所述發(fā)射端無線傳輸模塊和所述處理端無線傳輸模塊之間可以通過無線傳輸的方式傳遞信息。

優(yōu)選地，所述接收模塊包括反光接收陣列，所述反光接收陣列包括至少兩個反光接收模組，至少兩個所述反光接收模組并列設置，所述反光接收模組包括反光面，至少兩個反光接收模塊各自的所述反光面相互平行。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明利用發(fā)射裝置發(fā)射激光面而接收模塊接收不同特征光信號的方式，調整x軸、y軸、z軸角度零點的位置，降低了姿態(tài)測量裝置的誤差累積帶來的影響，減少了使用者的不適應感并增加了沉浸感，對于體感操作和虛擬現(xiàn)實有較大的意義。相對于手動重置姿態(tài)檢測裝置的零點，本發(fā)明姿態(tài)測量裝置自動校正的方法和系統(tǒng)調整更加自然和精確，一方面防止了使用者憑“感覺”調零帶來的誤差，另一方面使使用者在使用過程中自然和不自覺地調零，增加了沉浸感，也減少了刻意調整的生硬，增加了游戲性，提升了體驗效果。利用反光面的設置，保證了光線必須滿足一定的入射條件才可以使光感應裝置產生對應的響應，實現(xiàn)了通過光感應來判斷發(fā)射模塊姿態(tài)的方法，使姿態(tài)的調整可以通過光感應來實現(xiàn)，也使本發(fā)明的姿態(tài)調零得以實現(xiàn)。反光面的臨界角設置為85°一方面可以達到校正姿態(tài)測量裝置誤差累積的效果，另一方面可以使姿態(tài)測量裝置得到校正的機會大為增加，防止將臨界角設置得過大導致的入射角長時間不滿足臨界角而無法進行校正的情況發(fā)生。通過設置x軸、z軸的零點位置來對應激光面的照射角度，從而對應發(fā)射模塊的姿態(tài)的方法，建立了較為簡便的姿態(tài)識別規(guī)則，更方便使用光感應校正姿態(tài)。手柄的發(fā)射端口被設置為狹長矩形狀，可以保證出射的激光形成比較薄的激光面而不會發(fā)散，保證了光感應調零的實現(xiàn)。平行激光面的間距與兩個光感應裝置之間的間距相等，配合平行激光面的間距與反光面的長度相等，使發(fā)射模塊必須滿足x軸、y軸、z軸為零時才有可能使兩個光感應裝置同時產生響應，保證了校正的精確度。并列設置反光接收模組可以保證發(fā)射模塊有更多的機會來校正姿態(tài)測量裝置。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明姿態(tài)測量裝置自動校正的系統(tǒng)模塊示意圖；

圖2是以手柄為示例的發(fā)射模塊示意圖；

圖3是以反光接收模組為示例的接收裝置示意圖；

圖4是反光接收模組調零x軸、z軸示意圖；

圖5是反光接收模組調零z軸示意圖；

圖6是反光接收模組不發(fā)出調零指令示意圖；

圖7是以反光接收陣列為示例的接收裝置示意圖；

圖8是本發(fā)明姿態(tài)測量裝置自動校正的系統(tǒng)工作流程示意圖。

具體實施方式

為了解決當前姿態(tài)測量裝置累計誤差影響角度測量的缺陷，本發(fā)明提供一種可以消除累計誤差的姿態(tài)測量裝置自動校正的方法及系統(tǒng)。

為了對本發(fā)明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式。

請參閱圖1，本發(fā)明姿態(tài)測量裝置自動校正系統(tǒng)包括接收模塊1、發(fā)射模塊2和處理模塊3。接收模塊1包括接收裝置11、接收端嵌入式控制模塊13，接收裝置11和接收端嵌入式控制模塊13電性連接。發(fā)射模塊2包括發(fā)射裝置21、發(fā)射端嵌入式控制模塊22、姿態(tài)測量裝置23、電源模塊24、操作裝置27和發(fā)射端無線傳輸模塊29，其中，發(fā)射端嵌入式控制模塊22與電源模塊24電性連接，發(fā)射端嵌入式控制模塊22與電源模塊24分別與發(fā)射裝置21、姿態(tài)測量裝置23、操作裝置27和發(fā)射端無線傳輸模塊29電性連接。處理模塊3包括處理端無線傳輸模塊31和運算處理器33，處理端無線傳輸模塊31和運算處理器33電性連接，運算處理器33與接收端嵌入式控制模塊13電性連接，處理端無線傳輸模塊31可以與發(fā)射端無線傳輸模塊29通過無線連接的方式傳遞信息。接收裝置11主要用于接收發(fā)射裝置21發(fā)射的光線，并將接收到的光線信息傳遞到接收端嵌入式控制模塊13進行處理，接收端嵌入式控制模塊13可以將其處理的結果發(fā)送到運算處理器33進行進一步處理。姿態(tài)測量裝置23可以測量發(fā)射模塊2在空間的姿態(tài)和角度信息，操作裝置27可以由使用者操作并發(fā)出命令信息，姿態(tài)測量裝置23測得的相關數據以及操作裝置27發(fā)出的命令信息可以通過電信號的方式傳遞到發(fā)射端嵌入式控制模塊22，發(fā)射端嵌入式控制模塊22可以將上述信息通過發(fā)射端無線傳輸模塊29傳遞到處理端無線傳輸模塊31，處理端無線傳輸模塊31可以將接收到的數據通過電信號的方式傳遞到運算處理器33進行處理。

請參閱圖2，圖2示例性地示出了以手柄201為第一實施例的發(fā)射模塊2，在該實施例中，手柄201的頂端為圓形平面2011，手柄201的幾何軸心L₁通過圓形平面2011的圓心并垂直于圓形平面2011，發(fā)射裝置21包括面激光發(fā)射器211，面激光發(fā)射器211包括發(fā)射端口2113和激光源2115，面激光發(fā)射器211的發(fā)射端口2113為矩形狹縫狀，矩形狹縫的四個矩形邊中，相互平行的兩個較長的矩形邊與手柄201的幾何軸心L₁相平行，激光源2115發(fā)射的激光可以通過反光狀的發(fā)射端口2113發(fā)射到手柄201的外部空間中，形成不發(fā)散的邊緣光線L₂和L₃相互平行的平行激光面，激光面的寬度為d。當手柄201的幾何軸心L₁垂直于地面時，平行激光面與地面相垂直。

請參閱圖3，圖3示例性地示出了以反光接收模組101為第一實施例的接收裝置11，在該實施例中，反光接收模組101包括反光面1011、兩個光感應裝置1013，反光接收模組101固定設置，光感應裝置1013固定在反光接收模組101的內部，并朝向反光面1011的方向。兩個光感應裝置1013之間的距離為d，與激光源2115發(fā)射的激光面寬度相同。反光面1011設置在反光接收模組101的端部，光線可以通過反光面1011射入反光接收模組101的內部。反光面1011為光學透明介質，具有較強的反射光線的能力。當光線的入射角小于85°時，反光面1011可以反射掉大部分的入射光，經過折射進入反光接收模組101的光線無法使光感應裝置1013產生響應；當光線的入射角在85°到90°之間時，我們認為光線垂直入射反光面1011，光線在反光面1011表面發(fā)生反射和折射，折射光線的強度較強，可以使光感應裝置1013產生響應，我們稱85°的入射角為臨界角。一般情況下，當反光接收模組101固定完成后，至少兩個光感應裝置1013呈一條直線排列，至少兩個光感應裝置1013的連線垂直于地面。

請參閱圖4—圖6，圖4示例性地示出了反光接收模組101調零姿態(tài)測量裝置23的一種情況。我們以反光接收模組101的反光面1011為基準建立直角坐標系，z軸與地面垂直，正方向朝上；x軸與反光面1011垂直，正方向沿“光感應裝置1013—反光面1011”方向，y軸與反光面1011平行，正方向滿足坐標系xyz成右手系。在手柄201中設置有姿態(tài)測量裝置23，姿態(tài)測量裝置23在測量的過程中會累計誤差，使測量結果與真實結果之間的誤差越來越大。姿態(tài)測量裝置23會根據手柄201的姿態(tài)變化，提供手柄201在x軸、y軸，和z軸的角度變化。我們可以事先設置手柄201的x軸、y軸、z軸角度零點的位置，作為其中的一種設置方式，當手柄201的幾何軸心L₁垂直于地面且手柄201的頂端朝上時，我們記手柄201的x軸、y軸角度為零；當手柄201發(fā)射的激光面垂直入射反光面1011時，我們記手柄201的z軸角度為0。手柄201由使用者握持，在使用過程中，當手柄201的幾何軸心L₁垂直于地面且手柄201發(fā)射的激光面垂直入射反光面1011時，光感應裝置1013將檢測到的光信號傳遞到接收端嵌入式控制模塊13，接收端嵌入式控制模塊13對接收到的信息進行處理。當兩個光感應裝置1013同時感應到激光信號時，接收端嵌入式控制模塊13接收到兩個光感應裝置1013傳遞來的信息后，發(fā)出信號到處理模塊3，處理模塊3根據接收到的信息重置手柄x軸、y軸、z軸的角度數據為零。由于這種校準是在使用者使用過程中無意中發(fā)生的，這樣，在不刻意的操作過程中和使用者毫無察覺的情況下就可以完成對手柄x軸、y軸和z軸的校準，防止誤差持續(xù)積累導致測量誤差過大，同時大幅增強了使用者的沉浸感。由于人體手腕的特性，手柄201在使用過程中基本上不會出現(xiàn)手柄201的幾何軸心L₁垂直于地面且手柄201的頂端朝下的情況，所以我們對這種情況不予考慮。

圖5示例性地示出了反光接收模組101響應不成功的一種情況，當手柄201的幾何軸心L₁不垂直于地面且手柄201發(fā)射的激光面垂直入射反光面1011時，此時至多有一個光感應裝置1013可以接收到激光信號，處理模塊3不進行調零操作。

圖6示例性地示出了反光接收模組101響應不成功的另一種情況，當手柄201的幾何軸心與重力方向的夾角為零且手柄201發(fā)射的激光面不垂直入射反光面1011時，此時激光無法通過反光面1011使光感應裝置1013產生響應。處理模塊3不進行調零操作。

請參閱圖7，圖7示例性地示出了以反光接收陣列102為第二實施例的接收裝置11，反光接收陣列102包括至少兩個反光接收模組101，至少兩個反光接收裝置101并列設置，至少兩個反光接收裝置101的反光面1011在相互平行。每組反光接收模組101可以獨立地向接收端嵌入式控制模塊13發(fā)送電信號。當其中一組反光接收模組101中兩個光感應裝置1013同時探測到激光信號時，處理模塊3調零姿態(tài)測量裝置23的x軸、y軸、z軸。并列設置反光接收模組101可以保證處理模塊3有更多的機會來校正姿態(tài)測量裝置23。

請參閱圖8，當本發(fā)明姿態(tài)測量裝置自動校正系統(tǒng)開始工作時，發(fā)射模塊2發(fā)射激光面，同時接收模塊1處于待機狀態(tài)。接收裝置11的光感應裝置1013實時監(jiān)控激光反應，當接收裝置11中的兩個光感應裝置1013同時產生響應時，接收端嵌入式控制模塊13將信息發(fā)送到處理模塊3，處理模塊3隨即調零x軸、y軸、z軸數據；當接收裝置11中沒有光感應裝置1013產生響應或只有一個光感應裝置1013產生響應時，處理模塊3不進行調零處理。

由于發(fā)射模塊2向處理模塊3傳遞姿態(tài)檢測數據需要耗費一定的時間，該時間我們稱為延遲時間t，處理模塊3在t₀時刻接收到的發(fā)射模塊2傳遞的姿態(tài)數據實際上對應的是(t₀-t)時刻發(fā)射模塊2的姿態(tài)信息。如果處理模塊3在t₁時刻接收到接收模塊1發(fā)送的校正信息后立刻校正姿態(tài)測量裝置23的角度信息，會造成處理模塊3實際調整的是(t₁-t)時刻的姿態(tài)測量裝置23的角度信息，使(t₁-t)到t₁時刻之間的姿態(tài)測量裝置23的誤差被累積下來，影響姿態(tài)測量裝置23的精確性和設備整體的體驗。作為本發(fā)明的另一個實施例，發(fā)射端嵌入式控制模塊22在接收到姿態(tài)測量裝置23發(fā)來的數據信息后，將數據信息打上時間戳后發(fā)送到發(fā)射端無線傳輸模塊29，發(fā)射端無線傳輸模塊29將打上時間戳的數據信息傳遞到處理端無線傳輸模塊31，并由處理端無線傳輸模塊31傳遞至運算處理器33進行處理。當運算處理器33接收到接收模塊1傳遞來的校正信號后，運算處理器33核對接收到校正信號的時刻t₂，并且檢測接收到的帶時間戳的數據信息。當運算處理器33檢測到數據信息的時間戳顯示的時間點晚于或等于t₂時刻時，運算處理器33立刻按照校正信息對姿態(tài)測量裝置23的角度信息進行校正，校正完成后運算處理器33在再次接收到接收模塊1傳遞來的校正信號之前不再監(jiān)測數據信息的時間戳。本實施例通過延遲校正防止了由于延遲時間造成的數據誤差的積累，大幅提高了設備的精確度和可用性。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明利用發(fā)射裝置21發(fā)射激光面而接收模塊1接收不同特征光信號的方式，調整x軸、y軸、z軸角度零點的位置，降低了姿態(tài)測量裝置23的誤差累積帶來的影響，減少了使用者的不適應感并增加了沉浸感，對于體感操作和虛擬現(xiàn)實有較大的意義。相對于手動重置姿態(tài)檢測裝置23的零點，本發(fā)明姿態(tài)測量裝置23自動校正的方法和系統(tǒng)調整更加自然和精確，一方面防止了使用者憑“感覺”調零帶來的誤差，另一方面使使用者在使用過程中自然和不自覺地調零，增加了沉浸感，也減少了刻意調整的生硬，增加了游戲性，提升了體驗效果。利用反光面1011的設置，保證了光線必須滿足一定的入射條件才可以使光感應裝置1013產生對應的響應，實現(xiàn)了通過光感應來判斷發(fā)射模塊2姿態(tài)的方法，使姿態(tài)的調整可以通過光感應來實現(xiàn)，也使本發(fā)明的姿態(tài)調零得以實現(xiàn)。反光面1011的臨界角設置為85°一方面可以達到校正姿態(tài)測量裝置23誤差累積的效果，另一方面可以使姿態(tài)測量裝置23得到校正的機會大為增加，防止將臨界角設置得過大導致的入射角長時間不滿足臨界角而無法進行校正的情況發(fā)生。通過設置x軸、z軸的零點位置來對應激光面的照射角度，從而對應發(fā)射模塊2的姿態(tài)的方法，建立了較為簡便的姿態(tài)識別規(guī)則，更方便使用光感應校正姿態(tài)。手柄201的發(fā)射端口2113被設置為狹長矩形狀，可以保證出射的激光形成比較薄的激光面而不會發(fā)散，保證了光感應調零的實現(xiàn)。平行激光面的間距與兩個光感應裝置1013之間的間距相等，配合平行激光面的間距與反光面1011的長度相等，使發(fā)射模塊2必須滿足x軸、y軸、z軸為零時才有可能使兩個光感應裝置1013同時產生響應，保證了校正的精確度。并列設置反光接收模組101可以保證發(fā)射模塊2有更多的機會來校正姿態(tài)測量裝置23。

上面結合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內。