CN109542252B - 一种遥控轨迹笔及其使用方法及电缆虚拟预装系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及增强现实技术应用领域，特别涉及一种遥控轨迹笔及其使用方法及电缆虚拟预装系统；本发明包括用于与图像处理计算机进行信息交互的遥控模块及与遥控模块电性连接的按键模块；该遥控模块包括红外线LED、遥控信息处理单元和供电电源；本发明应用于电缆虚拟预装系统内，其通过操作按键模块进行控制命令的操控，遥控信息处理单元采集和识别该按键模块的控制命令，再控制红外线LED产生轨迹目标，同时将该按键模块的控制命令发送至图像处理计算机，完成信息交互，方便电缆虚拟预装系统完成虚拟电缆的预装配。
Description
技术领域
本发明涉及增强现实技术应用领域，特别涉及一种遥控轨迹笔及其使用方法及电缆虚拟预装系统。
背景技术
增强现实(Augmented Reality，AR)技术是在虚拟现实技术的基础上发展起来的一种综合了计算机视觉、图形学、图像处理、多传感器技术、显示技术的新兴计算机应用和人机交互技术。
增加现实强调用户基于现实世界，为智能装配工作带来广泛技术应用场景，对装配效率提高，预装配与装配模型三维建模仿真、最优装配方案计算和规划都有重要意义。
对于飞机、导弹、卫星等装备，受空间和重量约束，同时考虑电磁兼容影响，电缆安装要求极高，电缆安装之前必须由有经验的电装工人现场测量，并制定电装工艺。随着材料轻量化的要求，目前装备中大量部件采用碳纤维材料，尤其是蒙皮组件非常轻薄，为防止变形不能在表面随意装配和固定电缆，必须专门预留安装位置和固定孔，最好是一次装配好，但一次装配好的难度系数比较大，如果没有达到一次装配好，导致一些部件损坏不能用，将极大地造成浪费，如果可以进行一次虚拟的预装配，将会极大地降低实际的装配难度系数，从而提高一次装配率。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种遥控轨迹笔，其应用于电缆虚拟预装系统内，其通过操作按键模块进行控制命令的操控，遥控信息处理单元采集和识别该按键模块的控制命令，再控制红外线LED产生轨迹目标，同时将该按键模块的控制命令发送至图像处理计算机，完成信息交互，方便电缆虚拟预装系统完成虚拟电缆的预装配；还提供遥控轨迹笔的使用方法及一种电缆虚拟预装系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种遥控轨迹笔，其应用于电缆虚拟预装系统内，所述电缆虚拟预装系统内设置有图像处理计算机，其中，包括用于与所述图像处理计算机进行信息交互的遥控模块及与所述遥控模块电性连接的按键模块；
所述遥控模块包括：
红外线LED，用于产生轨迹目标；
遥控信息处理单元，用于将所述按键模块的控制命令发送至所述图像处理计算机；
供电电源，用于给所述红外线LED和遥控信息处理单元进行供电。
作为本发明的一种改进，所述遥控模块还包括：
轨迹目标开关，用于控制所述红外线LED的开启和关闭。
作为本发明的进一步改进，所述遥控模块还包括：
发送单元，用于将所述遥控信息处理单元的控制指令发送到设置在所述图像处理计算机内的接收单元。
作为本发明的更进一步改进，所述按键模块包括：
开关按键，用于控制所述供电电源通断；
轨迹按键，用于控制所述轨迹目标开关通断；
记录按键，用于记录和存储虚拟电缆的轨迹。
作为本发明的更进一步改进，所述按键模块还包括：
保存按键，用于保存虚拟电缆与真实场景相互交集形成的虚实图像。
作为本发明的更进一步改进，所述遥控轨迹笔采用伸缩结构笔杆，所述遥控模块设置在所述遥控轨迹笔的笔杆内，所述按键模块设置在所述遥控轨迹笔的笔柄上。
一种遥控轨迹笔的使用方法，其中，包括如下步骤：
步骤A1、打开供电电源；
步骤A2、操作按键模块进行控制命令的操控；
步骤A3、遥控信息处理单元采集和识别所述按键模块的控制命令，再控制红外线LED产生轨迹目标，同时将所述按键模块的控制命令发送至图像处理计算机。
作为本发明的进一步改进，在步骤A1中，通过按动按键模块内开关按键，打开所述供电电源。
作为本发明的更进一步改进，在步骤A3中，遥控信息处理单元采集和识别所述按键模块的控制命令，并对所述控制命令进行消抖处理和编码。
一种电缆虚拟预装系统，其中，包括遥控轨迹笔，所述遥控轨迹笔用于产生虚拟电缆的轨迹目标；其还包括：
双目立体视觉相机，用于捕捉轨迹目标并产生虚拟电缆模型、电缆固定位置并且给出虚拟电缆模型、电缆固定位置的坐标信息；
光学透视式设备，用于显示出虚拟电缆模型和电缆固定位置；
图像处理计算机，用于与所述遥控轨迹笔产生信息交互且同时与所述光学透视式设备、双目立体视觉相机电性连接。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明应用于电缆虚拟预装系统内，其通过操作按键模块进行控制命令的操控，遥控信息处理单元采集和识别该按键模块的控制命令，再控制红外线LED产生轨迹目标，同时将该按键模块的控制命令发送至图像处理计算机，完成信息交互，方便电缆虚拟预装系统完成虚拟电缆的预装配。
附图说明
图1为本发明的遥控轨迹笔的连接框图；
图2为本发明的遥控轨迹笔的结构示意图；
图3为本发明的遥控轨迹笔的使用方法的步骤框图；
图4为本发明的电缆虚拟预装系统的连接结构示意图；
图5为本发明的电缆虚拟预装系统的连接框图；
图6为本发明的电缆虚拟预装方法的步骤框图；
图7为本发明的电缆虚拟预装方法的步骤S1的步骤框图；
附图标记：1-遥控轨迹笔，11-开关按键，12-轨迹按键，13-记录按键，14-保存按键，15-方向按键，2-图像处理计算机，3-双目立体视觉相机，4-光学透视式显示设备。
具体实施方式
如果在电缆安装之前，采用增强实现技术，在真实装备工件上进行三维坐标测量、建模，采用增强实现中的虚拟电缆注册技术，生成虚拟电缆轨迹，进行预装配电缆，则可以增加一次性装配电缆率。
如图1和图2所示，本发明提供一种遥控轨迹笔1，其应用于电缆虚拟预装系统内，该电缆虚拟预装系统内设置有图像处理计算机3。
本发明的一种遥控轨迹笔1包括用于与图像处理计算机3进行信息交互的遥控模块及与遥控模块电性连接的按键模块；
该遥控模块包括：
红外线LED，用于产生轨迹目标；
遥控信息处理单元，用于将按键模块的控制命令发送至图像处理计算机3；
供电电源，用于给红外线LED和遥控信息处理单元进行供电；
轨迹目标开关，用于控制红外线LED的开启和关闭；
发送单元，用于将遥控信息处理单元的控制指令发送到设置在所述图像处理计算机内的接收单元。
在遥控模块内，供电电源给红外线LED和遥控信息处理单元进行供电,轨迹目标开关打开，则红外线LED，其发送出光线(轨迹目标)沿着设计电缆线路进行移动，遥控信息处理单元则按照按键模块的控制命令由发送单元发送至图像处理计算机3，由图像处理计算机进行计算分析和处理，再由光学透视式显示设备4进行三维显示。
在本发明中，按键模块包括：
开关按键，用于控制所述供电电源通断；
轨迹按键，用于控制所述轨迹目标开关通断；
记录按键，用于记录和存储虚拟电缆的轨迹；
保存按键，用于保存虚拟电缆与真实场景相互交集形成的虚实图像。
在本发明中，按键模块还可以有方向按键、主页按键、注册按键和撤回按键；其中开关按键是遥控轨迹笔1供电电源通断，打开后轨迹笔通电工作；轨迹按键是遥控轨迹目标开关，按下后轨迹目标点亮；记录按键用于开始测量虚拟电缆的轨迹并存储，按下一次后保持不变，直到再次按下后取消该功能；方向按键用于完成信息图标选择，并按确定按键执行相应操作；注册按键用于虚拟电缆模型在真实场景中的快捷注册；撤回按键用于注册完成的虚拟电缆模型的快捷取消；保存功能用于进行虚实图像的快捷保存。
在本发明中，为了更好地进行移动遥控轨迹笔1，遥控轨迹笔1采用伸缩结构笔杆，遥控模块设置在遥控轨迹笔1的笔杆内，按键模块设置在遥控轨迹笔1的笔柄上。
遥控轨迹笔1具有通过遥控操作进行信息交互的功能，使用户非常便捷的完成电缆模型选择、虚实图像纪录、坐标信息存储等操作。
遥控轨迹笔1主要包括两部分功能，一是提供虚拟电缆的轨迹目标，二是通过操作遥控轨迹笔1产生遥控信息，与图像处理计算机2完成信息交互，交互信息通过光学透视式显示设备传递至用户，构成闭环。
遥控轨迹笔1采用9V碱性电池供电，碱性电池安装在遥控轨迹笔1电池仓内，采用稳压集成电路降压处理后为遥控轨迹笔1各电路等供电；具体地，遥控轨迹笔1采用1节9V碱性电池供电，采用7805三端稳压集成电路转为5V后为单片机供电，再利用LM1117转为1.5V，串接电阻后为红外线LED供电。
如图3所示，本发明的一种遥控轨迹笔的使用方法，包括如下步骤：
步骤A1、打开供电电源；
步骤A2、操作按键模块进行控制命令的操控；
步骤A3、遥控信息处理单元采集和识别所述按键模块的控制命令，再控制红外线LED产生轨迹目标，同时将所述按键模块的控制命令发送至图像处理计算机。
其中，在步骤A1中，通过按动按键模块内开关按键，打开所述供电电源。
其中，在步骤A3中，遥控信息处理单元采集和识别所述按键模块的控制命令，并对所述控制命令进行消抖处理和编码。
如图4和图5所示，本发明的一种电缆虚拟预装系统，包括：
遥控轨迹笔1，用于产生虚拟电缆的轨迹目标；
双目立体视觉相机3，用于捕捉轨迹目标并产生虚拟电缆模型、电缆固定位置并且给出虚拟电缆模型、电缆固定位置的坐标信息；
光学透视式设备4，用于显示出虚拟电缆模型和电缆固定位置；
图像处理计算机2，用于与所述遥控轨迹笔产生信息交互且同时与所述光学透视式设备、双目立体视觉相机电性连接。
在本发明，提供给电装人员佩戴光学透视式显示设备4，结合双目立体视觉相机3，操控遥控轨迹笔1在需要装配电缆的装备表面按照电缆设计路线移动，双目立体视觉相机3捕获遥控轨迹笔1的轨迹目标并采用增强现实技术进行跟踪，在光学透视式显示设备4上则出现虚拟电缆以及电缆坐标、颜色、类型、线径等信息，从而进行一次虚拟电缆的预装配，为在真实场景中提高一次装配电缆的成功率。
在本发明中，光学透视式设备采用头戴式光学透视设备，以目前的AR眼镜为主流，用户在操作遥控轨迹笔1过程中，眼睛所见应该主要是真实场景和注册的虚拟电缆信息，而不是轨迹笔目标，基于上述分析，本发明采用红外线LED产生光线形成轨迹目标，例如，红外线LED采用日本滨松公司的红外LED，型号L12170。双目立体视觉相机3采用选用美国Stereolabs公司的ZED双目立体相机，红外线LED的发光光谱峰值为870nm，在相机CMOS成像范围之内，对人眼不可见且不会引起人眼视觉不适，红外线LED由供电电源供电，红外线LED由轨迹目标开关控制点亮，当用户按下轨迹目标开关时，红外线LED点亮，在双目立体视觉相机中成像，并利用双目相机立体测量原理，得到轨迹目标坐标信息。
在本发明中，图像处理计算机2可将所述遥控轨迹笔发送的信号进行监测、放大、滤波和解调；遥控信息处理单元中的单片机对按键模块的信号轮询采集和识别，并进行消抖处理等，对按键模块的按键信号确认后，进行按键编码，编码信号采用38kHz载波信号进行调制，载波信号由单片机产生，调制信号通过发送单元发出，由接收单元接收，接收单元通过USB接口安装在图像处理计算机2上，图像处理计算机2通过接收单元接收该遥控信号，并按照功能进行执行相应动作，完成一次信息交互。接收单元的信号处理过程包括：信号监测、放大、滤波、解调等。遥控信息处理单元的核心电路为单片机，负责完成对遥控按键采集、识别和编码。遥控通信协议采用红外遥控器常用的NEC协议。遥控信号处理单元的核心部件为单片机，在本发明中采用AT89C52，PLCC封装，44引脚，当然也可以选择其他型号的单片机或者封装，只要功能满足要求即可，但相应的接口电路需要根据单片机引脚进行调整。遥控按键采用薄膜按键，与常用遥控器按键类似。发送单元的三极管采用S9012，接收单元的红外LED前端采用HS0038B组件，滤波电容采用10μF，采用USB接口与图像处理计算机连接。
如图6和图7所示，本发明还提供一种电缆虚拟预装方法，包括如下步骤：
步骤S1、遥控轨迹笔产生虚拟电缆的轨迹目标，同时图像处理计算机接收所述遥控轨迹笔发送的指令且将该指令处理后发送至双目立体视觉相机和光学透视式设备；
步骤S2、双目立体视觉相机捕捉所述遥控轨迹笔产生的轨迹目标并生成虚拟电缆模型、电缆固定位置并且给出所述虚拟电缆模型和所述电缆固定位置的坐标信息；
步骤S3、光学透视式设备显示出所述虚拟电缆模型和所述电缆固定位置，使所述虚拟电缆模型和所述电缆固定位置与真实场景进行相互交集。
其中，步骤S1包括：
步骤S11、供电电源开启给红外线LED和遥控信息处理单元进行供电，
步骤S12、红外线LED产生轨迹目标；
步骤S13、遥控信息处理单元将控制命令发送至所述图像处理计算机。
用户通过佩戴双目立体视觉相机和光学透视式显示设备，操控遥控轨迹笔在装备表面移动并按照增强现实技术进行处理，用户即可在真实场景下看到虚拟电缆，并能够测量虚拟电缆轨迹。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种遥控轨迹笔，其应用于电缆虚拟预装系统内，所述电缆虚拟预装系统内设置有图像处理计算机，其特征在于，所述遥控轨迹笔包括用于与所述图像处理计算机进行信息交互的遥控模块及与所述遥控模块电性连接的按键模块；
所述遥控模块包括：
红外线LED，用于产生轨迹目标；
遥控信息处理单元，用于将所述按键模块的控制命令发送至所述图像处理计算机；
供电电源，用于给所述红外线LED和遥控信息处理单元进行供电；
所述遥控模块还包括：
轨迹目标开关，用于控制所述红外线LED的开启和关闭；
所述遥控模块还包括：
发送单元，用于将所述遥控信息处理单元的控制指令发送到设置在所述图像处理计算机内的接收单元；
所述按键模块包括：
开关按键，用于控制所述供电电源通断；
轨迹按键，用于控制所述轨迹目标开关通断；
记录按键，用于记录和存储虚拟电缆的轨迹；
所述图像处理计算机可将所述遥控轨迹笔发送的信号进行监测、放大、滤波和解调；所述遥控信息处理单元中的单片机对按键模块的信号轮询采集和识别，并进行消抖处理；对按键模块的按键信号确认后，进行按键编码，编码信号采用38kHz载波信号进行调制，载波信号由单片机产生，调制信号通过发送单元发出，由接收单元接收，接收单元通过USB接口安装在所述图像处理计算机上，所述图像处理计算机通过接收单元接收所述调制信号，并按照功能进行执行相应动作，完成一次信息交互。
2.根据权利要求1所述的一种遥控轨迹笔，其特征在于，所述按键模块还包括：
保存按键，用于保存虚拟电缆与真实场景相互交集形成的虚实图像。
3.根据权利要求1所述的一种遥控轨迹笔，其特征在于，所述遥控轨迹笔采用伸缩结构笔杆，所述遥控模块设置在所述遥控轨迹笔的笔杆内，所述按键模块设置在所述遥控轨迹笔的笔柄上。
4.一种如权利要求1-3任一项权利要求所述的遥控轨迹笔的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A1、打开供电电源；
步骤A2、操作按键模块进行控制命令的操控；
步骤A3、遥控信息处理单元采集和识别所述按键模块的控制命令，再控制红外线LED产生轨迹目标，同时将所述按键模块的控制命令发送至图像处理计算机；
在步骤A1中，通过按动按键模块内开关按键，打开所述供电电源；
在步骤A3中，遥控信息处理单元采集和识别所述按键模块的控制命令，并对所述控制命令进行消抖处理和编码；
对按键模块的按键信号确认后，进行按键编码，编码信号采用38kHz载波信号进行调制，载波信号由单片机产生，调制信号通过发送单元发出，由接收单元接收，接收单元通过USB接口安装在所述图像处理计算机上，所述图像处理计算机通过接收单元接收所述调制信号，并按照功能进行执行相应动作，完成一次信息交互。
5.一种电缆虚拟预装系统，其特征在于，包括权利要求1至3任一所述的遥控轨迹笔，所述遥控轨迹笔用于产生虚拟电缆的轨迹目标；所述电缆虚拟预装系统还包括：
双目立体视觉相机，用于捕捉轨迹目标并产生虚拟电缆模型、电缆固定位置并且给出虚拟电缆模型、电缆固定位置的坐标信息；
光学透视式设备，用于显示出虚拟电缆模型和电缆固定位置；
图像处理计算机，用于与所述遥控轨迹笔产生信息交互且同时与所述光学透视式设备、双目立体视觉相机电性连接。
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