CN105451181B - 一种移动节点的轨迹测算方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种移动节点的轨迹测算方法，在三维空间内布置三个参考节点，在三个参考节点上分别安装第一通信装置，在移动节点上安装有第二通信装置，三个第一通信装置与第二通信装置通信以测出移动节点与三个参考节点之间的距离L1、L2、L3，将测得的移动节点与三个参考节点之间的距离L1、L2、L3反馈至处理器，处理器根据三个参考节点的坐标及距离L1、L2、L3得出移动节点的位置坐标，进而得出移动节点运动轨迹。本发明还公开了一种移动节点的轨迹测算装置。本发明测量精度高，可以测量移动节点x、y、z三个方向上的位移运动轨迹。

Description

一种移动节点的轨迹测算方法及装置
技术领域
本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种移动节点的轨迹测算方法及装置。
背景技术
混凝土泵车在施工过程中，臂架系统的末端存大很大的上下左右方向振动，会严重影响浇注位置的定位，也会造成安全事故。在混凝土泵车出厂之前需要进行臂架末端振动测试，以保证用户的正常使用。但在振动测试中，单自由度测振装置比较常见，而三维空间测振还缺乏相应的装置和方法。
空间测振最常用的方法是测算移动节点的运动轨迹，根据移动节点的轨迹变化判定移动节点的振动。目前常用的测试方法包括激光位移传感器测试、加速度传感器测试，GPS定位等。主要存在如下问题：一、激光位移传感器测试：(1)只能测试单方向位移，无法准确描述空间点的运行轨迹。(2)对反射面要求很高，且发射面布置困难。二、加速度传感器测试，通过频域二次积分的方法得出位移。(1)数据后期处理环节复杂，累积误差大，影响测试精度(2)对低频信号的测试精度有待验证；三、GPS定位：(1)周围障碍物对测试结果影响较大，(2)不适合在室内、测试场地受限等场合下测试。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种移动节点的轨迹测算方法及装置。以解决测量精度低和成本高及移动节点在x、y、z三个方向上的位移运动轨迹等问题。
一方面，本发明提供了一种移动节点的轨迹测算方法，一种移动节点的轨迹测算方法，其特征在于，在三维空间内布置三个参考节点，在三个参考节点上分别安装第一通信装置，在移动节点上安装有第二通信装置，三个第一通信装置与第二通信装置通信以测出移动节点与三个参考节点之间的距离L1、L2、L3，将测得的移动节点与三个参考节点之间的距离L1、L2、L3反馈至处理器，处理器根据三个参考节点的坐标及距离L1、L2、L3得出移动节点的位置坐标，进而得出移动节点运动轨迹。
进一步地，三个参考节点布置在水平面内，且三个参考节点呈三角形分布。
进一步地，三个参考节点呈等腰直角三角形分布，第一参考节点位于坐标系的原点，第二参考节点位于坐标系的X轴上，第三参考节点位于坐标系的Y轴上，L1代表第一参考节点至移动节点距离，L2代表第二参考节点至移动节点距离，L3代表第三参考节点至移动节点距离；根据下述的公式得出移动节点位置坐标：
上述公式的x、y、z为移动节点位置坐标值，a为等腰直角三角形的直角边长度。
进一步地，三个第一通信装置和一个第二通信装置之间采用Zigbee无线通信技术、蓝牙无线通信技术或wi-fi无线通信技术。
进一步地，第一通信装置为接收装置，第二通信装置为发射装置；或，第一通信装置为发射装置，第二通信装置为接收装置。
另外，本发明还提供了一种移动节点的轨迹测算装置，包括处理器、三个第一通信装置、第二通信装置，三个第一通信装置分别与第二通信装置无线通信，三个第一通信装置分别用于安装在三维空间的三个参考节点上，第二通信装置用于安装在被测移动节点上，三个第一通信装置与第二通信装置通信以用于测出移动节点与三个参考节点之间的距离L1、L2、L3，第一通信装置或第二通信装置用于将移动节点测得的距离L1、L2、L3反馈至处理器，处理器用于根据三个参考节点的坐标及距离L1、L2、L3得出移动节点的位置坐标，进而得出被测移动节点运动轨迹。
进一步地，三个参考节点布置在水平面内，且三个参考节点呈三角形分布。
进一步地，三个参考节点呈等腰直角三角形分布，第一参考节点位于坐标系的原点，第二参考节点位于坐标系的X轴上，第三参考节点位于坐标系的Y轴上，L1代表第一参考节点至移动节点距离，L2代表第二参考节点至移动节点距离，L3代表第三参考节点至移动节点距离，处理器用于根据下述的公式得出被测移动节点的位置坐标：
上述公式的x、y、z为移动节点位置坐标值，a为等腰直角三角形的直角边长度。
进一步地，三个第一通信装置和第二通信装置为Zigbee无线通信装置、蓝牙无线通信装置或wi-fi无线通信装置。
进一步地，第一通信装置为接收装置，第二通信装置为发射装置；或，第一通信装置为发射装置，第二通信装置为接收装置。
本发明提供的一种移动节点的轨迹测算方法及装置，无需繁琐的数据处理，避免由此引起的测试误差；不受测试场地、测试距离与位移大小等因素的影响。测量精度高，成本低，能检测移动节点在三维空间x、y、z方向上的运动轨迹。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种移动节点的轨迹测算装置结构示意图；
图2为本发明的一种移动节点的轨迹测算装置布置示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
下面结合图1至图2，对本发明的优选实施例作进一步详细说明，本优选实施例一种移动节点的轨迹测算装置为例，如图1所示，该装置包括处理器、三个第一通信装置(具体可以为接收装置或发射装置)、第二通信装置(具体可以为发射装置或接收装置)，本实施例的三个第一通信装置采用接收装置1、2、3，第二通信装置采用发射装置。三个第一通信装置分别与第二通信装置无线通信，三个第一通信装置分别用于安装在三维空间的三个参考节点上，第二通信装置用于安装在被测移动节点(如臂架系统末端)上，三个第一通信装置与第二通信装置通信以用于测出移动节点与三个参考节点之间的距离L1、L2、L3，第一通信装置或第二通信装置用于将移动节点测得的距离L1、L2、L3反馈至处理器(通常是接收装置将距离反馈至处理器)，处理器用于根据三个参考节点的坐标及距离L1、L2、L3得出移动节点的位置坐标，根据位置坐标与时间的关系，进而得出被测移动节点运动轨迹。需要说明的是，处理器可以为任何具有数据处理功能的装置，如计算机、单片机。通过该装置，无需繁琐的数据处理，避免由此引起的测试误差；不受测试场地、测试距离与位移大小等因素的影响。测量精度高，成本低，能检测移动节点在三维空间x、y、z方向上的运动轨迹。
本发明的移动节点的轨迹测算方法如图2所示，在三维空间内布置三个参考节点，在三个参考节点上分别安装第一通信装置，在移动节点上安装有第二通信装置，三个第一通信装置与第二通信装置通信以测出移动节点与三个参考节点之间的距离L1、L2、L3，将测得的移动节点与三个参考节点之间的距离L1、L2、L3反馈至处理器，根据三个参考节点的坐标及距离L1、L2、L3，处理器利用计算软件得出移动节点位置坐标，根据不同时间的坐标可以绘制运动轨迹。通过该轨迹测算方法，无需繁琐的数据处理，避免由此引起的测试误差；不受测试场地、测试距离与位移大小等因素的影响。测量精度高，成本低，能检测移动节点在三维空间x、y、z方向上的运动轨迹。
上述装置和方法中，在布置三个参考节点时，优选地，三个参考节点布置在水平面内，且三个参考节点呈三角形分布，通过不同方向的距离测试，精度更高。为了进一步提高测量精度，减少繁琐的数据处理和计算，可以将三个参考节点布置在水平面内，第一参考节点1位于坐标系的原点，第二参考节点2位于坐标系的X轴上，第三参考节点3位于坐标系的Y轴上，L1代表第一参考节点1至移动节点距离，L2代表第二参考节点2至移动节点距离，L3代表第三参考节点3至移动节点距离，且三个参考节点1、2、3呈等腰直角三角形分布(如图2所示)。
处理器根据下述的公式得出被测移动节点(如臂架末端)位置坐标，进而得出被被测移动节点(如臂架系统的末端)运动轨迹：
上述公式的x、y、z为移动节点位置坐标值，a为等腰直角三角形的直角边长度。
三个接收装置和一个发射装置均为Zigbee无线通信装置，其采用Zigbee无线通信技术通信。Zigbee是一种低功耗、短距离传输的无线通信技术。三个接收装置和一个发射装置也可以采用蓝牙无线通信装置或wi-fi无线通信装置，对应地，其采用蓝牙无线通信技术或wi-fi无线通信技术通信。
另外，根据本发明的创新思路，可以采用第二种方案来实现。第二种方案是：三个第一通信装置采用发射装置，第二通信装置采用接收装置，也就是在三个参考节点上分别安装发射装置，在移动节点上安装有接收装置。三个发射装置分别与接收装置无线通信，测出移动节点与三个参考节点之间距离L1、L2、L3。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种移动节点的轨迹测算方法，其特征在于，在三维空间内布置三个参考节点，在三个参考节点上分别安装第一通信装置，在移动节点上安装有第二通信装置，三个第一通信装置与第二通信装置通信以测出移动节点与三个参考节点之间的距离L1、L2、L3，将测得的移动节点与三个参考节点之间的距离L1、L2、L3反馈至处理器，处理器根据三个参考节点的坐标及距离L1、L2、L3得出移动节点的位置坐标，进而得出移动节点运动轨迹；
三个参考节点布置在水平面内，且三个参考节点呈三角形分布；
三个参考节点呈等腰直角三角形分布，第一参考节点位于坐标系的原点，第二参考节点位于坐标系的X轴上，第三参考节点位于坐标系的Y轴上，L1代表第一参考节点至移动节点距离，L2代表第二参考节点至移动节点距离，L3代表第三参考节点至移动节点距离；根据下述的公式得出移动节点位置坐标：
上述公式的x、y、z为移动节点位置坐标值，a为等腰直角三角形的直角边长度。
2.根据权利要求1所述的移动节点的轨迹测算方法，其特征在于，三个第一通信装置和一个第二通信装置之间采用Zigbee无线通信技术、蓝牙无线通信技术或wi-fi无线通信技术。
3.根据权利要求1所述的移动节点的轨迹测算方法，其特征在于，第一通信装置为接收装置，第二通信装置为发射装置；或，第一通信装置为发射装置，第二通信装置为接收装置。
4.一种移动节点的轨迹测算装置，其特征在于，包括处理器、三个第一通信装置、第二通信装置，三个第一通信装置分别与第二通信装置无线通信，三个第一通信装置分别用于安装在三维空间的三个参考节点上，第二通信装置用于安装在被测移动节点上，三个第一通信装置与第二通信装置通信以用于测出移动节点与三个参考节点之间的距离L1、L2、L3，第一通信装置或第二通信装置用于将移动节点测得的距离L1、L2、L3反馈至处理器，处理器用于根据三个参考节点的坐标及距离L1、L2、L3得出移动节点的位置坐标，进而得出被测移动节点运动轨迹；
三个参考节点布置在水平面内，且三个参考节点呈三角形分布；
三个参考节点呈等腰直角三角形分布，第一参考节点位于坐标系的原点，第二参考节点位于坐标系的X轴上，第三参考节点位于坐标系的Y轴上，L1代表第一参考节点至移动节点距离，L2代表第二参考节点至移动节点距离，L3代表第三参考节点至移动节点距离，处理器用于根据下述的公式得出被测移动节点的位置坐标：
上述公式的x、y、z为移动节点位置坐标值，a为等腰直角三角形的直角边长度。
5.根据权利要求4所述的移动节点的轨迹测算装置，其特征在于，三个第一通信装置和第二通信装置为Zigbee无线通信装置、蓝牙无线通信装置或wi-fi无线通信装置。
6.根据权利要求4所述的移动节点的轨迹测算装置，其特征在于，第一通信装置为接收装置，第二通信装置为发射装置；或，第一通信装置为发射装置，第二通信装置为接收装置。
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