CN107063088A - 一种融入式人机环境交互定位测量方法 - Google Patents

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邾继贵
任永杰
杨凌辉
林嘉睿
牛志远
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Tianjin University
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Abstract

本发明公开了一种融入式人机环境交互定位测量方法，包括以下步骤：(1)搭建便携式的测量头盔；(2)测量待测目标点的空间位置；(3)确定测量头盔的空间位姿；(4)坐标统一到全局坐标系；(5)测量信息显示。本发明方法具有较好的便携性，能够解放测量人员的双手，特别是在工业大尺度装配及检测中保证与其它作业优良的协同性，提升测量的灵活性，便于测量任务在复杂现场环境下顺利开展，同时能够使测量人员实时获取测量信息，具备良好的人机交互体验，有利于测量人员融入到测量对象、测量场景中，可以有效地提高工业现场的测量效率。

Description

一种融入式人机环境交互定位测量方法
技术领域
本发明涉及工业大尺度环境精密测量与定位领域，尤其涉及一种融入式人机环境交互定位测量方法。
背景技术
现有的面向装配与检测的工业大尺度测量方法，大都由人工操作专用测量仪器设备进行，其测量设备与前端测量人员一般是分离的，如激光跟踪仪、室内GPS等，这些方法便携性较差且无法解放测量人员的双手，尤其是在体积受限的设备内部空间中，上述测量方法灵活性受到极大限制。此外，前端测量人员往往无法实时获取当前位置的测量信息，测量人员与测量设备的交互性较差，测量数据与理论数值的分析对比也难以直接在现场进行，这些因素导致测量人员难以真正融入到测量场景中去，大大制约了工业现场的测量效率以及作业任务的开展。
以激光跟踪仪为例，在使用激光跟踪仪执行装配或检测任务的过程中，前端测量人员一般只需要将反射靶球放置在待测位置处，一方面测量人员需握持靶球，灵活性较差，降低了作业效率；另一方面该测量人员远离激光跟踪仪和计算机，不能直观地获取测量信息，无法实时掌握当前测量任务的进展。上述因素使得激光跟踪仪在复杂工业环境特别是受限空间下，开展测量任务产生诸多困难，测量人员更是难以融入测量场景，制约了工作效率和产品质量的提升。
因此，有必要设计一种便携性好、具有良好人机交互体验、利于测量人员实时掌握测量信息并融入测量场景的定位测量方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种融入式人机环境交互定位测量方法，该方法具有较好的便携性，能够解放测量人员的双手，特别是在工业大尺度装配及检测中保证与其它作业优良的协同性，提升测量的灵活性，便于测量任务在复杂现场环境下顺利开展，同时能够使测量人员实时获取测量信息，具备良好的人机交互体验，有利于测量人员融入到测量对象、测量场景中，可以有效地提高工业现场的测量效率。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种融入式人机环境交互定位测量方法，包括以下步骤：
(1)搭建便携式的测量头盔：测量头盔由头盔壳体、测量模块、投影模块、通信模块和电源模块组成；
(2)测量待测目标点的空间位置：测量过程中，测量人员利用头戴所述测量头盔的测量模块获取待测目标点的三维坐标，所述三维坐标是待测目标点在测量头盔坐标系下的坐标；
(3)确定测量头盔的空间位姿：在所述测量头盔上设置光学标记点或测量靶球，通过全局测量仪器获取所述光学标记点或测量靶球的三维坐标，并实时解算测量头盔的空间位置和姿态；
(4)坐标统一到全局坐标系：结合测量头盔在全局测量仪器下的位置和姿态，通过坐标系转换，实时解算待测目标点在全局坐标系下的三维坐标；
(5)测量信息显示：将实时测量信息与待测对象的理论模型匹配分析，并通过投影设备为测量人员提供测量信息的图形化显示。
所述全局测量仪器由相机或室内GPS组成。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明所提出的融入式人机环境交互定位测量方法，具有较好的便携性，有效地解放测量人员的双手，有利于在环境复杂的工业现场特别是体积受限的内部空间开展测量任务，同时能够实现对测量人员的跟踪定位，并为测量人员提供实时测量信息，具有良好的人机交互体验，使测量人员更好地融入到测量场景中去，极大地提高测量任务的效率和质量。
附图说明
图1是测量头盔的结构示意图。
图2是本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述：
本发明所提出的融入式人机环境交互定位测量方法，首先要搭建一个测量人员可头戴的便携式测量头盔，其基本结构如图1所示。本实施例中测量头盔的主要包括头盔壳体1、测量模块3、投影模块4和通信及电源模块5，
其中，测量模块用于获取目标点的空间坐标，使用前需提前标定好该测量模块3与测量头盔之间的坐标系转换关系；投影模块4将信息投影至测量人员前方，使测量人员获得直观的图形化显示；通信模块则是负责测量头盔和计算机服务器之间测量信息的传输，服务器实时对测量数据进行保存和处理。
通过头戴该测量头盔，测量人员在执行测量任务时，可以解放双手，保持与其它作业任务的协同性，大大提升了测量的灵活性。
在执行测量任务过程中，测量人员头戴便携式测量头盔，并利用头盔上的测量设备完成待测目标三维信息的采集，假定测得某一目标点P的坐标为(x1,y1,z1)，此坐标是该点在头盔坐标系下的坐标，测量人员可以灵活调整头盔并控制测量进度，具有较好的人机交互体验，降低了复杂测量环境的限制。
同时，在测量头盔上布置若干个光学标记点2，其中光学标记点2也可替换为测量靶球，然后利用外部全局测量仪器如相机、GPS系统等，通过测量至少三个光学标记点2的位置，即可确定头盔在全局坐标系下的空间位置和姿态，计算得到测量头盔坐标系下坐标到全局坐标下的旋转矩阵R和平移矩阵T。
结合上面已经得到的测量头盔的位姿信息，通过坐标系转换，即可将坐标统一到全局坐标系下，解算出待测目标在测量空间全局坐标系下的三维坐标、空间姿态等信息，P点在全局坐标系下的坐标(x2,y2,z2)可由下式计算得到：
计算机对测量信息和待测对象的理论数据进行匹配分析，并通过头盔上的投影设备展示给测量人员，测量人员能够基于该图形化的显示准确把控当前的测量任务，进而更好地融入到测量场景中去。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种融入式人机环境交互定位测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)搭建便携式的测量头盔：测量头盔由头盔壳体、测量模块、投影模块、通信模块和电源模块组成；
(2)测量待测目标点的空间位置：测量过程中，测量人员利用头戴所述测量头盔的测量模块获取待测目标点的三维坐标，所述三维坐标是待测目标点在测量头盔坐标系下的坐标；
(3)确定测量头盔的空间位姿：在所述测量头盔上设置光学标记点或测量靶球，通过全局测量仪器获取所述光学标记点或测量靶球的三维坐标，并实时解算测量头盔的空间位置和姿态；
(4)坐标统一到全局坐标系：结合测量头盔在全局测量仪器下的位置和姿态，通过坐标系转换，实时解算待测目标点在全局坐标系下的三维坐标；
(5)测量信息显示：将实时测量信息与待测对象的理论模型匹配分析，并通过投影设备为测量人员提供测量信息的图形化显示。
2.根据权利要求1所述一种融入式人机环境交互定位测量方法，其特征在于，所述全局测量仪器由相机或室内GPS组成。
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