CN112929332A - 一种多轴物体运动检测系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多轴物体运动检测系统及检测方法，其中系统包括多个检测装置、一局域网及一PC控制端，其中，任一检测装置包括：单片机控制系统；四个9轴传感器，通过SPI和I2C的方式与单片机控制系统进行数据通信；数据加密模块，与单片机控制系统连接；无线传输模块，分别与单片机控制系统和局域网连接；锂电池模块，与单片机控制系统连接；充电模块，与单片机控制系统连接；电量检测模块，与单片机控制系统连接；其中，每个检测装置与PC控制端同时接入局域网，每个检测装置将加密后的检测数据通过局域网传输并汇总到PC控制端，PC控制端的控制信号通过局域网传输给对应检测装置。
Description
技术领域
本发明涉及设备检测及机器人运动检测领域，具体而言，涉及一种多轴物体运动检测系统及检测方法。
背景技术
目前市场上常见的检测设备偏大，使用时通常是将传感器固定于被检测物体上面，同时，传感器上设置有数据传输线引出，接入到检测设备上面，检测设备又通过USB线与PC(计算机)相连接，检测设备通常还需要使用专门的电源线供电，例如220V市电，由于现有检测设备不方便携带且较难提供220V供电的工作环境，物体运动的相关测试验证难以在室外进行，一般是在特定的实验室内部进行的。
另外，现有的运动检测的设备还存在以下问题：1.有些被检测运动物体是在高速运动状态，现有的检测设备所附带的电源线和数据传输线缆等会发生缠绕，严重时可能造成短路或者触电事故；2.由于用于检测的传感器体型较大，在检测的时候，因为物理安装使得数据误差也比较大；3.测量装置较为单一，使用时只能检测到运动设备或者机器人某个部位的运动状态，无法检测在同一时间点多个部位的运动状态；4.检测装置的检测精度较低且不易调整，无法适应在复杂和特定环境下对检测精度和检测效率的需求。
随着信息科技的不断发展，对物体进行运动检测的设备也在不断的发展，传感器从传统的三轴加速度计发展到了目前集成度很高的三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁强计的九轴传感器，同时，借助快速发展的无线通信技术，比如WiFi、蓝牙、蜂巢式网络等的广泛应用，需要一种小型化便携式设备加上结合计算机的统计分析能力的物体运动检测系统，以适用于多种运动设备、机器人等复杂环境。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种多轴物体运动检测系统及检测方法，系统中的多个体积较小的检测装置通过无线网络连接到局域网中实现多点同时检测，再通过数据加密保证数据传输的安全性，最终通过连接局域网的PC机进行统计、分析及显示等，实现对上百个检测装置的检测传输过程进行更高效和更安全的调度。
为达到上述目的，本发明提供了一种多轴物体运动检测系统，其包括多个检测装置、一局域网及一PC控制端，其中，任一检测装置包括：
单片机控制系统；
四个9轴传感器，分别为第一9轴传感器、第二9轴传感器、第三9轴传感器和第四9轴传感器，所述四个9轴传感器通过SPI和I2C的方式与所述单片机控制系统进行数据通信，用于采集物体运动的检测数据并上传；
数据加密模块，与所述单片机控制系统连接，用于对单片机控制系统读取的数据进行加密；
无线传输模块，分别与所述单片机控制系统和所述局域网连接，用于传输加密后的检测数据；
锂电池模块，与所述单片机控制系统连接，用于为对应检测装置供电；
充电模块，与所述单片机控制系统连接，用于通过单片机控制系统为锂电池模块充电；以及
电量检测模块，与所述单片机控制系统连接，用于通过单片机控制系统对锂电池模块的电量进行检测；
其中，每个检测装置通过对应无线传输模块与所述PC控制端同时接入所述局域网，每个检测装置将加密后的检测数据通过所述局域网传输并汇总到所述PC控制端，所述PC控制端的控制信号通过所述局域网传输给对应检测装置。
在本发明一实施例中，其中，所述第一9轴传感器与所述第二9轴传感器水平放置，所述第三9轴传感器和所述第四9轴传感器垂直放置。
在本发明一实施例中，其中，所述无线传输模块包括WiFi传输、蓝牙传输、NB-loT传输、ZigBee传输或5G传输。
为达到上述目的，本发明还提供了一种多轴物体运动检测方法，其包括以下步骤：
S1：多个检测装置分别对不同的检测点进行检测数据采集；
S2：每个检测装置的单片机控制系统将采集到的检测数据先通过数据加密模块加密后，再通过无线传输模块接入局域网并传输给PC控制端；
S3：PC控制端先将接收到的加密数据进行数据存储，然后再进行数据分析处理；
S4：在PC控制端的显示屏上分类显示每个检测装置处理后的数据变化曲线，所述数据变化曲线包括每个检测装置的x，y，z轴的角速度变化曲线、加速度变化曲线和磁力值数据变化曲线；
S5：根据数据分析处理结果，PC控制端通过局域网对任一检测装置进行控制和调整。
在本发明一实施例中，其中，步骤S1中每个检测装置采集到的检测数据有4组，分别来自于四个9轴传感器。
在本发明一实施例中，其中，步骤S3中PC控制端进行数据分析处理的过程具体为：
S31：PC控制端对加密数据进行解密运算，得到解密后的检测数据，所述检测数据包括角速度、加速度和磁力值；
S32：PC控制端对解密后的检测数据进行卡尔曼滤波算法处理，用以消除噪声数据；
S33：PC控制端将每个检测装置的4组检测数据进行数据融合，得到每个检测点的一组融合后的9轴数据值。
在本发明一实施例中，其中，步骤S5中PC控制端通过局域网对任一检测装置进行控制和调整的具体过程为：
PC控制端对任一检测装置的输出精度和输出频率进行调整，用以适应不同环境的检测精度和频率的需求；
当任一检测装置出现异常显示数据时，PC控制端控制对应检测装置重复发送多次数据。
在本发明一实施例中，其中，步骤S4中还包括PC控制端对显示的数据进行分类别存储的过程。
在本发明一实施例中，其中，所述检测方法还包括锂电池模块充电检测过程，具体为：
任一检测装置的电量检测模块实时检测锂电池电量；
当检测到锂电池的电量不足时，电量检测模块发送信息给单片机控制系统，单片机控制系统将电量不足信息发送给PC控制端；
PC控制端将对应检测装置电量不足显示在显示屏上；
工作人员根据电量不足的提示信息给对应检测装置充电。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)通过采用锂电池作为供电电源，使检测装置体积小且便携，同时通过集成充电模块，可以对电池进行反复充电使用，节能环保，还解决了传统检测设备使用外置电源线的问题；
2)将每个检测装置通过无线传输模块与PC控制端连接到同一个局域网内，实现网络检测数据实时传输，解决了传统设备数据传输线缆在使用中产生的各种问题，并能够适应各种复杂的测试环境；
3)通过局域网组网传输的方式，实现多则上百个的检测设备的实时检测，与传统检测设备相比，数量级较大，测量出的数据更为准确；
4)小型化的检测装置，降低了现有技术中由于物理安装原因造成的检测数据误差的问题，提高了检测精度；
5)通过整个系统数据的加密传输，提高了数据传输的安全性和可靠性；
6)通过PC端控制实现多个检测装置的调度和调整，能够节省更多的人力和物力成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例中多个检测装置的连接方案示意图；
图2为本发明一实施例中单个检测装置的方案示意图；
图3为本发明一实施例中数据传输与处理的流程图。
附图标记说明：1-第一9轴传感器；2-第二9轴传感器；3-第三9轴传感器；4-第四9轴传感器；5-单片机控制系统；6-无线传输模块；7-充电模块；8-锂电池模块；9-局域网；10-PC控制端；11-数据加密模块；12-电量检测模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明一实施例中多个检测装置的连接方案示意图，如图1所示，本发明一实施例提供了一种多轴物体运动检测系统，其包括多个检测装置、一局域网(9)及一PC控制端(10)，图2为本发明一实施例中单个检测装置的方案示意图，在本实施例中，其中，任一检测装置包括：
单片机控制系统(5)，作为检测装置的核心；
四个9轴传感器，分别为第一9轴传感器(1)、第二9轴传感器(2)、第三9轴传感器(3)和第四9轴传感器(4)，四个9轴传感器通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)和I2C(Inter Integrated-Circuit，一种串行总线标准)的方式与单片机控制系统(5)进行数据通信，用于采集物体运动的检测数据并上传；
数据加密模块(11)，与单片机控制系统(5)连接，用于对单片机控制系统(5)读取的数据进行加密，以确保数据传输的安全性；
无线传输模块(6)，分别与单片机控制系统(5)和局域网(9)连接，用于传输加密后的检测数据；
锂电池模块(8)，与单片机控制系统(5)连接，用于为对应检测装置供电；
充电模块(7)，与单片机控制系统(5)连接，用于通过单片机控制系统(5)为锂电池模块(8)充电；以及
电量检测模块(12)，与单片机控制系统(5)连接，用于通过单片机控制系统(5)对锂电池模块(8)的电量进行检测；
其中，每个检测装置通过对应无线传输模块(6)与PC控制端(10)同时接入局域网(9)，每个检测装置将加密后的检测数据通过局域网(9)传输并汇总到PC控制端(10)，PC控制端(10)的控制信号通过局域网(9)传输给对应检测装置，以实现多个检测点进行数据采集处理。
在本发明一实施例中，其中，第一9轴传感器(1)与第二9轴传感器(2)水平放置，第三9轴传感器(3)和第四9轴传感器(4)垂直放置。
在本发明一实施例中，其中，无线传输模块(6)包括WiFi传输、蓝牙传输、NB-loT(Narrow BandInternetof Things，窄带物联网)传输、ZigBee(有称紫蜂，是一种低速短距离传输的无线网上协议)传输或5G(5th generation mobile networks、5th generationwireless systems或5th-Generation，第五代移动通讯技术)传输等，本实施例可以采用以上任一种实现数据的无线传输。
图3为本发明一实施例中数据传输与处理的流程图，如图3所示，本发明另一实施例提供一种多轴物体运动检测方法，其具体步骤包括：
步骤S1：多个检测装置(检测装置1、检测装置2、检测装置3……检测装置n)分别对不同的检测点进行检测数据采集；
在本实施例中，其中，步骤S1中每个检测装置采集到的检测数据有4组，分别来自于四个9轴传感器。
步骤S2：每个检测装置的单片机控制系统将采集到的检测数据先通过数据加密模块加密后，再通过无线传输模块接入局域网并传输给PC控制端；
步骤S3：PC控制端先将接收到的加密数据进行数据存储，然后再进行数据分析处理；
在本实施例中，其中，步骤S3中PC控制端进行数据分析处理的过程具体为：
S31：PC控制端对加密数据进行解密运算，得到解密后的检测数据，其中，检测数据包括角速度、加速度和磁力值；
S32：PC控制端对解密后的检测数据进行卡尔曼滤波算法处理，用以消除噪声数据，本实施例采用的卡尔曼滤波算法为本领域常用算法，此处不再赘述；
S33：PC控制端将每个检测装置的4组检测数据进行数据融合，得到每个检测点的一组融合后的9轴数据值，融合后的9轴数据值更加精确的反应对应检测点运动轨迹。
步骤S4：在PC控制端的显示屏上分类显示每个检测装置(检测装置1、检测装置2、检测装置3……检测装置n)处理后的数据变化曲线，数据变化曲线包括每个检测装置(检测装置1、检测装置2、检测装置3……检测装置n)的x，y，z轴的角速度变化曲线、加速度变化曲线和磁力值数据变化曲线等；
步骤S5：根据数据分析处理结果，PC控制端通过局域网对任一检测装置进行控制和调整。
在本实施例中，其中，步骤S5中PC控制端通过局域网对任一检测装置进行控制和调整的具体过程为：
PC控制端对任一检测装置的输出精度和输出频率进行调整，用以适应不同环境的检测精度和频率的需求；
当任一检测装置出现异常显示数据时，PC控制端控制对应检测装置重复发送多次数据，用以保证数据准确性。
在本实施例中，整个检测过程中数据采集、数据传输、数据显示、数据处理高效快速，并且安全可靠，能够满足检测数据传输的安全性。
在本发明另一实施例中，其中，步骤S4中还包括PC控制端对显示的数据进行分类别存储的过程，用以满足将不同检测点的检测装置的数据进行分类的需求。
在本发明又一实施例中，其中，多轴物体运动检测方法还包括锂电池模块充电检测过程，具体为：
任一检测装置的电量检测模块实时检测锂电池电量；
当检测到锂电池的电量不足时，电量检测模块发送信息给单片机控制系统，单片机控制系统将电量不足信息发送给PC控制端；
PC控制端将对应检测装置电量不足显示在显示屏上；
工作人员根据电量不足的提示信息给对应检测装置充电。
在本发明又一实施例中，一个多轴物体运动检测系统可以实现一个PC控制端通过局域网连接上百个检测装置同时在线，上百个检测装置的检测数据可以实时传输到PC控制端并在PC控制端进行数据存储，同时PC控制端实时显示上百个检测装置对应的9轴传感器处理后的数据，包含角速度变化曲线、加速度变化曲线和磁力值数据变化曲线，从而可以看出物体或者机器人各个部位的运动状态。另外，PC控制端还集成了调度控制系统，可以实现对上百个检测装置的实时控制，可以对不同的检测装置设定不同的输出精度和输出频率，并对调整后的检测装置采集的数据进行实时数据传输，再对传输的数据进行存储以及数据分析，对9轴传感器采集数据中的角速度、加速度和磁力值进行卡尔曼滤波算法处理，以保证检测数据的准确性，还可以实现上百个检测装置检测到的数据以图表的形式实时在PC控制端显示，以及对显示的结果导出数据并分类存储。
本发明通过采用锂电池作为供电电源，使检测装置体积小且便携，同时通过集成充电模块，可以对电池进行反复充电使用，节能环保，还解决了传统检测设备使用的外置电源线的问题；将每个检测装置通过无线传输模块与PC控制端连接到同一个局域网内，实现网络检测数据实时传输，解决了传统设备数据传输线缆在使用中产生的各种问题，并能够适应各种复杂的测试环境；通过局域网组网传输的方式，实现多则上百个的检测设备的实时检测，与传统检测设备相比，数量级较大，测量出的数据更为准确；采用小型化的检测装置，降低了现有技术中由于物理安装原因造成的检测数据误差的问题，提高了检测精度；通过对整个系统传输数据加密，提高了数据传输的安全性和可靠性；通过PC端控制实现多个检测装置的调度和调整，能够节省更多的人力和物力成本。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种多轴物体运动检测系统，其特征在于，包括多个检测装置、一局域网及一PC控制端，其中，任一检测装置包括：
单片机控制系统；
四个9轴传感器，分别为第一9轴传感器、第二9轴传感器、第三9轴传感器和第四9轴传感器，所述四个9轴传感器通过SPI和I2C的方式与所述单片机控制系统进行数据通信，用于采集物体运动的检测数据并上传；
数据加密模块，与所述单片机控制系统连接，用于对单片机控制系统读取的数据进行加密；
无线传输模块，分别与所述单片机控制系统和所述局域网连接，用于传输加密后的检测数据；
锂电池模块，与所述单片机控制系统连接，用于为对应检测装置供电；
充电模块，与所述单片机控制系统连接，用于通过单片机控制系统为锂电池模块充电；以及
电量检测模块，与所述单片机控制系统连接，用于通过单片机控制系统对锂电池模块的电量进行检测；
其中，每个检测装置通过对应无线传输模块与所述PC控制端同时接入所述局域网，每个检测装置将加密后的检测数据通过所述局域网传输并汇总到所述PC控制端，所述PC控制端的控制信号通过所述局域网传输给对应检测装置。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一9轴传感器与所述第二9轴传感器水平放置，所述第三9轴传感器和所述第四9轴传感器垂直放置。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无线传输模块包括WiFi传输、蓝牙传输、NB-loT传输、ZigBee传输或5G传输。
4.一种多轴物体运动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：多个检测装置分别对不同的检测点进行检测数据采集；
S2：每个检测装置的单片机控制系统将采集到的检测数据先通过数据加密模块加密后，再通过无线传输模块接入局域网并传输给PC控制端；
S3：PC控制端先将接收到的加密数据进行数据存储，然后再进行数据分析处理；
S4：在PC控制端的显示屏上分类显示每个检测装置处理后的数据变化曲线，所述数据变化曲线包括每个检测装置的x，y，z轴的角速度变化曲线、加速度变化曲线和磁力值数据变化曲线；
S5：根据数据分析处理结果，PC控制端通过局域网对任一检测装置进行控制和调整。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S1中每个检测装置采集到的检测数据有4组，分别来自于四个9轴传感器。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S3中PC控制端进行数据分析处理的过程具体为：
S31：PC控制端对加密数据进行解密运算，得到解密后的检测数据，所述检测数据包括角速度、加速度和磁力值；
S32：PC控制端对解密后的检测数据进行卡尔曼滤波算法处理，用以消除噪声数据；
S33：PC控制端将每个检测装置的4组检测数据进行数据融合，得到每个检测点的一组融合后的9轴数据值。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S5中PC控制端通过局域网对任一检测装置进行控制和调整的具体过程为：
PC控制端对任一检测装置的输出精度和输出频率进行调整，用以适应不同环境的检测精度和频率的需求；
当任一检测装置出现异常显示数据时，PC控制端控制对应检测装置重复发送多次数据。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S4中还包括PC控制端对显示的数据进行分类别存储的过程。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述检测方法还包括锂电池模块充电检测过程，具体为：
任一检测装置的电量检测模块实时检测锂电池电量；
当检测到锂电池的电量不足时，电量检测模块发送信息给单片机控制系统，单片机控制系统将电量不足信息发送给PC控制端；
PC控制端将对应检测装置电量不足显示在显示屏上；
工作人员根据电量不足的提示信息给对应检测装置充电。
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