CN113834500B - 一种使用多自由度设备校准轨迹传感器的方法及系统 - Google Patents

一种使用多自由度设备校准轨迹传感器的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种使用多自由度设备校准轨迹传感器的校准方法及系统。所述校准方法包括：将第一传感器固定于第一校准平台单元上的测试点位，并通过控制分析单元控制第一校准平台按照预定测试方案运行；第一校准平台单元能够向控制分析单元按照时序的方式发送与所述第一校准平台单元的测试点位相对应的第一数据，所述第一传感器能够向控制分析单元按照时序的方式发送设置于所述测试点位的第一传感器的第二数据；所述控制分析单元基于所述第一数据与第二数据分别生成第一轨迹和第二轨迹并将所述第一运行轨迹与第二运行轨迹进行相似度分析，以得出第一分析结果；所述控制分析单元基于所述第一分析结果输出提示信息。

Description

一种使用多自由度设备校准轨迹传感器的方法及系统
技术领域
本发明涉及运动传感器校准技术领域，尤其涉及一种使用多自由度设备校准轨迹传感器的方法及系统。
背景技术
任何一个没有受约束的物体，在空间均具有6个独立的运动，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度，因此要想完全了解物体某时刻在空间中的位置情况和每时每刻的运动轨迹，必须弄清楚该物体的6个自由度。而运动传感器(例如惯性测量单元IMU)内集成了三轴加速和三轴角速度，常规系统判别传感器误差时需要分别单独分析加速度和角速度产生的误差，根据误差和标准值的差异进行误差判别，费时费力。而现有技术在分析误差时需要依靠多种高精度的设备，以提供精确的激励信号。例如分析轨迹时需要两种高精度的设备分别提供加速度和角速度的激励信号。若要实现误差分析现有技术通常需要分别测量角速度和加速度。A.针对角速度测量，目前测量角速度偏差有两种误差系统：A1)例如，传感器在零激励下的输出误差，如传感器在静止状态下，其角速度测量值理论为0，而实际上将传感器静止放置，依然会输出诸如1°/s之类的数据，这便是该传感器的零偏误差；A2)例如，传感器在一定激励输入下，其输出值与输入值的比值，比如将传感器放在一个500°/s恒定角速度运动的转台上，而传感器实际测量得到的角速度输出为495°/s，500除以495约等于1.01便是传感器的刻度误差；B.针对加速度测量，目前通常是将传感器放在精准的振动台上，将传感器测得的数据和震动台产生的激励数据对比分析误差。
再例如，公开号为CN106840241B的中国专利文献公开了一种内置MEMS六轴传感器产品的校准方法，包括如下步骤：设置传动装置A、B、测试平台；控制传动装置A、B带动测试平台绕X轴方向或Y轴方向，按预设角度从起点运动到终点，在每个角度上静放一定时间，然后读出当前被测物上的传感器数据；把每个角度上读出的传感器数据转化为坐标点，拟合实际状态运动轨迹坐标系N与理想状态运动轨迹坐标系M，得到当前运动轨迹的误差角度β，计算误差角度tanβ进行校准补偿，补偿后的输出结果，然后把误差补偿数值写入产品内部存储器；在产品使用过程中，读取传感器的实时数据，并根据传感器当前的状态，对应误差补偿值进行修正，实现传感器校准。该发明还公开了实现该方法的校准系统。但是，该发明仍存在以下技术不足：该系统在判别传感器误差时仍然需要分别单独分析加速度和角速度所产生的误差，再根据误差和标准值的差异进行误差判别，因而一方面检测校准过程费时费力、效率低，即至少需要测试两次才能测得轨迹传感器的误差，另一方面在分析误差时，还需要依靠多种高精度的设备，以提供精确的激励信号，例如分析轨迹时需要两种高精度的设备分别提供加速度和角速度的激励信号才能准确地完成分析误差。因此针对现有技术的不足有必要进行改进。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
现有运动传感器(例如惯性测量单元IMU)内集成了三轴加速和三轴角速度，常规系统判别传感器误差时需要分别单独分析加速度和角速度产生的误差，根据误差和标准值的差异进行误差判别，费时费力。而现有技术在分析误差时需要依靠多种高精度的设备，以提供精确的激励信号。例如分析轨迹时需要两种高精度的设备分别提供加速度和角速度的激励信号。若要实现误差分析现有技术通常需要分别测量角速度和加速度以完成误差分析。因此，本发明针对现有技术之不足，本发明提供了一种使用多自由度设备校准轨迹传感器的校准方法，所述方法包括：
S1：将第一传感器固定于第一校准平台单元上的测试点位，并通过控制分析单元控制第一校准平台按照预定测试方案运行；
S2：第一校准平台单元能够向控制分析单元按照时序的方式发送与所述第一校准平台单元的测试点位相对应的第一数据，所述第一传感器能够向控制分析单元按照时序的方式发送设置于所述测试点位的第一传感器的第二数据；
S3：所述控制分析单元基于所述第一数据与第二数据得出第一分析结果；
S4：所述控制分析单元基于所述第一分析结果输出提示信息；
S5：误差补偿单元至少能够所述第一数据与第二数据对所述第一传感器进行误差补偿。
通过该配置方式，即通过第一校准平台单元与控制分析单元对第一传感器单元的一次测量便能够获取第一校准平台单元的第一轨迹和第一传感器的第二轨迹，然后控制分析单元通过对上述第一轨迹和第二轨迹进行相似度比较，进而能够直接确定该第一传感器的轨迹误差，即仅需运行第一校准平台单元和第一传感器一次便可以通过控制分析单元计算得出第一传感器的轨迹误差(例如各坐标轴方向上的加速度和角速度误差)，因而显著地提高了对第一传感器(例如轨迹传感器)轨迹精度的检测效率；与此同时，本校准系统仅需一种第一校准平台单元(例如多自由度设备)作为激励源，即无需其他多种外部激励源，因而显著地降低了对第一传感器(例如轨迹传感器)的检测成本。
根据一个优选实施方式，所述控制分析单元基于所述第一数据与第二数据得出第一分析结果的方法为：
所述控制分析单元按照时序的方式获取所述第一数据与第二数据，并基于所述第一数据与第二数据分别生成所述第一轨迹与第二轨迹；
所述控制分析单元计算基于所述第一运行轨迹与第二运行轨迹所围成的闭合图形或非闭合图形的面积和/或所述第一轨迹的长度，以第一分析结果。
根据一个优选实施方式，所述控制分析单元基于所述第一数据与第二数据得出第一分析结果的方法为：
所述控制分析单元按照时序的方式获取所述第一数据与第二数据，并基于所述第一数据与第二数据分别生成所述第一轨迹与第二轨迹；
所述控制分析单元将第一轨迹与第二轨迹分别投影至至少一个基准参考面，并按照时序的方式在对应的所述基准参考面得到至少一个与所述第一轨迹相对应的第一子轨迹和与所述第二轨迹相对应的第二子轨迹；
位于相对应的所述基准参考面的所述第一子轨迹和第二子轨迹与相对应的所述基准参考面上的坐标轴分别围成第一闭合图形与第二闭合图形，所述控制分析单元基于所述第一闭合图形与第二闭合图形之间非重合部分的面积比例计算得出第一分析结果。
根据一个优选实施方式，所述控制分析单元能够分别与所述第一校准平台单元和第一传感器数据连接。所述控制分析单元能够按照时序的方式实时/非实时地获取所述第一校准平台单元所发送的第一数据与所述第一传感器所发送的第二数据。
根据一个优选实施方式，所述第一数据至少包括第一校准平台上的测试点位各坐标轴方向上实时的坐标和/或角速度以及与测试点位的坐标和/或角速度实时对应的时间，所述第二数据至少包括设置于第一校准平台单元的测试点位上的第一传感器在各坐标轴方向上的坐标和/或角速度以及与第一传感器的坐标和/或角速度实时对应的时间。
根据一个优选实施方式，所述第一传感器向控制分析单元传输数据的方式为有线或者无线传输，所述第一校准平台单元向控制分析单元传输数据的方式为有线或者无线传输。
本发明还提供一种使用多自由度设备校准轨迹传感器的校准系统。该校准系统至少包括：
第一校准平台单元被配置为至少能够使得所述第一校准平台单元的测试点位按照预定测试方案进行运动，并能够向其他设备发送与所述测试点位相对应的第一数据。
第一传感器单元至少能够固定于所述第一校准平台单元的测试点位以跟随所述测试点位进行同步地运动，并能够向其他设备发送第二数据。
控制分析单元至少能够获取所述第一数据和第二数据。
所述控制分析单元能够基于所述第一数据与第二数据分别生成第一轨迹和第二轨迹，并对所述第一运行轨迹与第二运行轨迹进行相似度分析而得出第一分析结果，并以第一分析结果判定所述第一传感器单元的测量精度。
根据一个优选实施方式，还包括误差补偿单元，所述误差补偿单元能够获取所述第一数据与第二数据。所述误差补偿单元被配置为至少能够基于所述第一数据与第二数据对所述第一传感器单元的误差进行补偿校准。
本系统采用的校准方法为补偿校准，即在各个点位(例如角度点、位移点)将实际误差补偿给第一传感器(例如轨迹传感器)。例如，若第一校准平台单元的姿态角在50°时第一传感器测得的姿态角为49.50°，那么在50°时误差即为0.5°，误差补偿单元则将第一传感器(例如轨迹传感器)的姿态角加上0.50°，以达到补偿的目的，从而实现校准第一传感器的目的。以此类推，第一传感器各坐标轴方向上的坐标/速度等误差也可以采用同样的方法进行补偿。
根据一个优选实施方式，所述误差补偿单元能够获取所述第一数据与第二数据的方法为：所述误差补偿单元能够与控制分析单元以有线或无线的方式进行数据连接和/或传输，以获取所述第一数据与第二数据。
根据一个优选实施方式，所述误差补偿单元能够获取所述第一数据与第二数据的方法还包括：所述误差补偿单元能够与所述第一传感器以有线或无线的方式直接进行数据连接和/或传输，以获取所述第一数据与第二数据。
附图说明
图1是本发明提供的一种使用多自由度设备校准轨迹传感器的校准方法的流程示意图；
图2是本发明提供的校准系统的简化模块连接关系示意图。
附图标记列表
1：第一校准平台单元；2：第一传感器；3：控制分析单元；
4：误差补偿单元。
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
图1和图2示出一种使用多自由度设备校准轨迹传感器的校准方法。所述方法包括：
S1：将第一传感器固定于第一校准平台单元上的测试点位，并通过控制分析单元控制第一校准平台按照预定测试方案运行；
S2：第一校准平台单元能够向控制分析单元按照时序的方式发送与所述第一校准平台单元的测试点位相对应的第一数据，所述第一传感器能够向控制分析单元按照时序的方式发送设置于所述测试点位的第一传感器的第二数据；
S3：所述控制分析单元基于所述第一数据与第二数据分别生成第一轨迹和第二轨迹并将所述第一运行轨迹与第二运行轨迹进行相似度分析，以得出第一分析结果；
S4：所述控制分析单元基于所述第一分析结果输出提示信息；
S5：误差补偿单元至少能够所述第一数据与第二数据对所述第一传感器进行误差补偿。
优选地，第一传感器固定于第一校准平台单元专用的测试点位。优选地，第一传感器可以为轨迹传感器。例如，轨迹传感器可以是惯性测量单元。优选地，第一传感器也可以为运动传感器。优选地，第一校准平台单元可以为多自由度校准设备。优选地，第一校准平台单元可以进行俯仰、横滚、偏航、升降、前冲、横移等测试动作。
优选地，多自由度校准设备可以为多自由度机器人。例如，多自由度机器人可以是六自由度机器人。优选地，多自由度校准设备也可以为多自由度平台。例如，多自由度平台可以是六自由度平台。
优选地，控制分析单元能够设置或集成于第一校准平台单元。
优选地，第一校准平台单元向控制分析单元传输数据的方式可以为有线或者无线传输。
特别优选地，第一校准平台单元能够实时地按照时序的方式向控制分析单元发送第一数据。优选地，第一校准平台单元能够向控制分析单元所发送与测试点位相对应的第一数据。
优选地，第一数据至少包括第一校准平台上的测试点位各坐标轴方向上实时的坐标和/或角速度以及与测试点位的坐标和/或角速度实时对应的时间。优选地，第一数据还可以包括第一校准平台上的测试点位各坐标轴方向上实时的速度、加速度、角加速度、震动频率等。例如，第一数据的表达形式可以为(x，y，z，α，β，γ，T1)，其中，(x，y，z)为各坐标轴上的坐标/速度数据，(α，β，γ)为各坐标轴上的角速度/角加速度数据，T1为第一校准平台单元实时发送第一数据时的时间戳。
特别优选地，第一传感器能够实时地按照时序的方式向控制分析单元传输第二数据。
优选地，第一传感器能够与控制分析单元数据连接。优选地，第一传感器至少能够向控制分析单元发送第一传感器的第二数据。优选地，第二数据至少包括设置于第一校准平台单元的测试点位上的第一传感器在各坐标轴方向上的坐标和/或角速度以及与第一传感器的坐标和/或角速度实时对应的时间。优选地，第二数据还可以包括第一传感器各坐标轴方向上实时的速度、加速度、角加速度、震动频率等。例如，第二数据的表达形式可以为(x’，y’，z’，α’，β’，γ’，T2)，其中，(x’，y’，z’)为各坐标轴上的坐标/速度数据，(α’，β’，γ’)为各坐标轴上的角速度/角加速度数据，T2为第一传感器实时发送第二数据时的时间戳。
优选地，第一传感器向控制分析单元传输数据的方式也可以为有线或者无线传输。优选地，第一校准平台单元向控制分析单元传输数据的方式可以为有线或者无线传输。优选地，控制分析单元能够按照时序的方式实时或非实时地从第一校准平台单元获取第一数据。优选地，控制分析单元能够按照时序的方式实时或非实时地从第一传感器获取第二数据。
优选地，第一轨迹为第一校准平台单元上的测试点位在检测期间所形成的运动轨迹。
优选地，第二轨迹为设置于第一校准平台单元上的测试点位的第一传感器所形成的运动轨迹。
优选地，第一校准平台单元上的测试点位能够模拟第一传感器的实际运动，并实时地向控制分析单元发送第一数据，之后控制分析单元按照时序顺序获取所述第一数据，并基于第一数据生成第一校准平台单元上的测试点位的运动轨迹(即第一轨迹)。
优选地，第一传感器能够按照时序的方式向控制单元发送第二数据。
优选地，控制分析单元能够按照时序的方式实时/非实时地获取第二数据，并基于第二数据生成第一传感器的第二轨迹。
优选地，控制分析单元能够以第一轨迹作为参考基准而计算分析得出第一传感器的精度误差。
优选地，预定测试方案可以根据第一传感器的实际测试需求而灵活地设定。例如，预定测试方案可以包括但不限于俯仰、横滚、偏航、升降、前冲、横移等测试动作。
优选地，多自由度校准设备的重复定位精度可以为正负零点零一毫米。优选地，多自由度校准设备可以在一维、二维、三维甚至更高维度的空间内进行俯仰、横滚、偏航、升降、前冲、横移等运动。例如，六自由度机器人由六个伺服电机驱动的机械臂组成，然后测试者可以将第一传感器固定于该六自由度机器人的测试点位(比如测试专用的放置台)上。多自由度机器人能够在一定范围内进行任意位置的移动/运动，并向其他设备或部件(例如控制分析单元)按照时序的方式发送多自由度机器人测试点位的第一数据。控制分析单元能够按照时序的方式获取多自由度机器人所发送的第一数据，并基于上述第一数据生成上述测试点位的第一轨迹。
优选地，提示信息可以包括但不限于：满足精度要求、不满足精度要求等。
通过该配置方式，通过第一校准平台单元与控制分析单元对第一传感器单元的一次测量便能够获取第一校准平台单元的第一轨迹和第一传感器的第二轨迹，然后控制分析单元通过对上述第一轨迹和第二轨迹进行相似度比较，进而能够直接确定该第一传感器的轨迹误差，即仅需运行第一校准平台单元和第一传感器一次便可以通过控制分析单元计算得出第一传感器的轨迹误差，因而显著地提高了对第一传感器(例如轨迹传感器)轨迹精度的检测效率；与此同时，本校准系统仅需一种第一校准平台单元(例如多自由度设备)作为激励源，即无需其他多种外部激励源，因而显著地降低了对第一传感器(例如轨迹传感器)的检测成本。
根据一个优选实施方式，所述控制分析单元基于所述第一数据与第二数据分别生成第一轨迹和第二轨迹并将所述第一运行轨迹与第二运行轨迹进行相似度分析的方法为：所述控制分析单元按照时序的方式获取所述第一数据与第二数据，并基于所述第一数据与第二数据分别生成所述第一轨迹与第二轨迹；所述控制分析单元采用单向距离法计算基于所述第一运行轨迹与第二运行轨迹所围成的闭合图形或非闭合图形的面积和/或所述第一轨迹的长度，以得出所述第一运行轨迹与第二运行轨迹之间的第一分析结果；所述控制分析单元基于所述第一分析结果输出提示信息。
轨迹作为一种时空数据，指的是某物体在空间中的移动路径。而轨迹相似性对于移动对象分析来说是一个重要的指标。
本系统采用一连续或离散的轨迹点序列表示物体在空间中的运动轨迹，现将第一轨迹和第二轨迹分别定义为：
Tm＝(t1,t2,…,tm)与Qn＝(q1,q2,…,qn)
优选地，基于所述第一运行轨迹与第二运行轨迹所围成的闭合图形或非闭合图形是规则或者不规则的图形。例如，闭合图形或非闭合图形可以包括但不限于：三角形、矩形、规则多面体、不规则多面体等。
例如，上述轨迹点t和q的形式可以分别为(x，y，z，α，β，γ，T1)和(x’，y’，z’，α’，β’，γ’，T2)，m则表示第一轨迹上的所记录轨迹点的个数，n则表示第二轨迹上的所记录轨迹点的个数，T1为第一校准平台单元实时发送第一数据时的时间戳，T2为第一传感器实时发送第二数据时的时间戳。
优选地，上述t和q的形式也可以根据实际需求而采取其他的表达形式，例如t可以分为坐标部分(x，y，z，T1)和姿态部分(α，β，γ，T1)；q也可以分为坐标部分(x’，y’，z’，T2)和姿态部分(α’，β’，γ’，T2)。
优选地，控制分析单元能够采用单向距离法(One Way Distance，OWD)计算第一轨迹与第二轨迹之间的单向距离，以判断第一轨迹与第二轨迹的相似度。单向距离的定义如下：
其中，|Tm|可以表示第一轨迹Tm的长度，d(p,Qn)表示第一轨迹上某点p到第二轨迹Qn的距离或者第一轨迹上某点p与第二轨迹Qn上的线段所围成的面积。为了对称，简单修改上述公式：
优选地，单向距离OWD或dOWD可以定义为基于所述第一运行轨迹与第二运行轨迹所围成的闭合图形或非闭合图形的总面积与第一轨迹总长度的比值。例如，控制分析单元可以通过分别计算得出各闭合图形或非闭合图形的面积，再将各闭合图形或非闭合图形的面积相加而得出非重合部分的总面积，最终非重合部分的总面积除以第一轨迹的长度后的数值作为第一分析结果，即单向距离。
根据单向距离的定义可知，若基于第一轨迹与第二轨迹围成闭合图形或非闭合图形的面积S1；在第一轨迹的长度一定的情况下，当面积S1越大，则表示第一轨迹与第二轨迹之间距离较远，即第一轨迹与第二轨迹之间的相似度低；相反，若第一轨迹与第二轨迹围成闭合图形或非闭合图形围成的面积S1为零，则表示第一轨迹与第二轨迹重合，即第一轨迹与第二轨迹之间的相似度高或者完全一致。
优选地，若第一分析结果小于第一阈值，则控制分析单元判定第一传感器的精度达到要求，即输出提示为满足精度要求。优选地，若第一分析结果大于第一阈值时，则控制分析单元判定第一传感器的精度未达到要求，即输出提示为未满足精度要求。优选地，第一阈值的具体数值可以根据实际应用场景的需求灵活地设定，例如第一阈值可以为百分之零点五。优选地，若第一分析结果超过第一阈值，则控制分析单元判定该轨迹传感器精度为不合格并需要进一步进行误差补偿，以达到校准该第一传感器。
根据一个优选实施方式，所述控制分析单元基于所述第一数据与第二数据分别生成第一轨迹和第二轨迹并将所述第一运行轨迹与第二运行轨迹进行相似度分析的方法为：所述控制分析单元按照时序的方式获取所述第一数据与第二数据，并基于所述第一数据与第二数据分别生成所述第一轨迹与第二轨迹；所述控制分析单元将第一轨迹与第二轨迹分别投影至至少一个基准参考面，并按照时序的方式在对应的所述基准参考面得到至少一个与所述第一轨迹相对应的第一子轨迹和与所述第二轨迹相对应的第二子轨迹；位于相对应的所述基准参考面的所述第一子轨迹和第二子轨迹与相对应的所述基准参考面上的坐标轴分别围成第一闭合图形与第二闭合图形，所述控制分析单元计算所述第一闭合图形与第二闭合图形之间非重合部分的面积比例的均方根误差，以作为所述第一运行轨迹与第二运行轨迹之间相似度分析的第一分析结果；所述控制分析单元基于第一分析结果输出提示信息。
本系统基于OWD思想对第一轨迹与第二轨迹的相似度分析做了进一步改进，其思想是控制分析单元分别将第一校准平台单元上测试点位的第一轨迹Tm分别投影至空间中多个基准参考面；设置于第一校准平台单元上的测试点位的第一传感器的第二轨迹Qn分别投影至空间中多个基准参考面。例如，将第一轨迹Tm与第二轨迹Qn在x，y，z基准参考面上的投影与x，y，z轴会组成各自相应的闭合图形，通过对比相应闭合图形非重合面积比例的均方根误差来判断第一传感器是否满足精度要求。
优选地，基准参考面的数量可以根据第一轨迹或第二轨迹所对应的维度来灵活地设定。例如，第一轨迹或第二轨迹所对应的维度为三维时，基准参考面的数量为三个，其中，三个基准参考面可以相互正交。优选地，基准参考面之间可以相互垂直。优选地，基准参考面之间也可以根据实际需求灵活地设定。优选地，上述闭合图形即为第一子轨迹与第二子轨迹非重合部分所围成的图形。优选地，第一闭合图形与第二闭合图形之间非重合部分可以呈规则或不规则的多边形等。
例如，当第一轨迹与第二轨迹分别投影至x，y，z基准参考面，此时的均方根误差RMSR(Root Mean Square Error)可以根据以下公式计算得出：
上式中，x1，x2，x3分别代表第一子轨迹与第二子轨迹在x，y，z基准参考面与相对应的坐标轴所围成第一闭合图形与第二闭合图形之间非重合部分的面积比例。例如，x1可以为第一子轨迹与第二子轨迹在x基准参考面与x基准参考面上的x坐标轴和y坐标轴所围成的第一闭合图形与第二闭合图形的非重合部分面积比例的均方根误差；x2可以为第一子轨迹与第二子轨迹在y基准参考面与x基准参考面上的y坐标轴和z坐标轴所围成的第一闭合图形与第二闭合图形的非重合部分面积比例的均方根误差；x3可以为第一子轨迹与第二子轨迹在z基准参考面与z基准参考面上的x坐标轴和z坐标轴所围成的第一闭合图形与第二闭合图形的非重合部分面积比例的均方根误差。例如，第一子轨迹Tm与第二子轨迹Qn在x基准参考面上投影面积有80％是重合的，那么非重合面积为20％，控制分析单元就可以判定第一轨迹与第二轨迹在x基准参考面上相似度为80％，或误差为20％。
优选地，当第一子轨迹与第二子轨迹在任意一个基准参考平面上与该平面内的坐标轴所围成的第一闭合图形与第二闭合图形的非重合面积比例的均方根误差均不超过第二阈值时，则控制分析单元判定该第一传感器的精度为合格，即输出的提示信息为该第一传感器满足精度要求。
优选地，当第一轨迹与第二轨迹在任意一个基准参考平面上的轨迹误差超过第二阈值时，则控制分析单元判定该第一传感器的精度为不合格，即输出的提示信息为不满足精度要求。
优选地，第二阈值的具体数值可以根据实际应用场景的需求灵活地设定，例如第二阈值可以为百分之零点五。
优选地，第一轨迹与第二轨迹进行相似度分析还可以采用以下方法：基于点系统的EDR/LCSS、基于形状的Frechet/Hausdorff、基于分段的One Way Distance/LIPdistance以及基于特定任务的TRACLUS/Road Network/grid等。
根据一个优选实施方式，所述控制分析单元能够分别与所述第一校准平台单元和第一传感器数据连接。所述控制分析单元能够按照时序的方式实时/非实时地获取所述第一校准平台单元所发送的第一数据与所述第一传感器所发送的第二数据。
根据一个优选实施方式，所述第一数据至少包括第一校准平台上的测试点位各坐标轴方向上实时的坐标和/或角速度以及与测试点位的坐标和/或角速度实时对应的时间，所述第二数据至少包括设置于第一校准平台单元的测试点位上的第一传感器在各坐标轴方向上的坐标和/或角速度以及与第一传感器的坐标和/或角速度实时对应的时间。
根据一个优选实施方式，所述第一传感器向控制分析单元传输数据的方式为有线或者无线传输，所述第一校准平台单元向控制分析单元传输数据的方式为有线或者无线传输。
如图2所示，本发明还提供一种使用多自由度设备校准轨迹传感器的校准系统。该校准系统至少包括：
第一校准平台单元被配置为至少能够使得所述第一校准平台单元的测试点位按照预定测试方案进行运动，并能够向其他设备发送与所述测试点位相对应的第一数据。
第一传感器单元，至少能够固定于所述第一校准平台单元的测试点位以跟随所述测试点位进行同步地运动，并能够向其他设备发送第二数据。
控制分析单元至少能够获取所述第一数据和第二数据。
所述控制分析单元能够基于所述第一数据与第二数据分别生成第一轨迹和第二轨迹，并对所述第一运行轨迹与第二运行轨迹进行相似度分析而得出第一分析结果，并以第一分析结果判定所述第一传感器单元的测量精度。
优选地，其他设备至少包括控制分析单元或设置/集成有控制分析单元的设备。
根据一个优选实施方式，还包括误差补偿单元，所述误差补偿单元能够获取所述第一数据与第二数据。所述误差补偿单元被配置为至少能够基于所述第一数据与第二数据对所述第一传感器单元的误差进行补偿校准。
优选地，误差补偿单元能够设置或集成于第一校准平台单元。优选地，误差补偿单元能够与第一传感器以有线或无线的方式进行数据连接或传输。优选地，误差补偿单元能够直接与第一传感器建立数据连接，以从第一传感器获取所述第一数据与第二数据。优选地，误差补偿单元能够间接与控制分析单元建立数据连接，以从控制分析单元获取所述第一数据与第二数据。
根据一个优选实施方式，所述误差补偿单元能够获取所述第一数据与第二数据的方法为：所述误差补偿单元能够与控制分析单元以有线或无线的方式进行数据连接和/或传输，以获取所述第一数据与第二数据。
根据一个优选实施方式，所述误差补偿单元能够获取所述第一数据与第二数据的方法还包括：所述误差补偿单元能够与所述第一传感器以有线或无线的方式直接进行数据连接和/或传输，以获取所述第一数据与第二数据。
优选地，所述误差补偿单元能够按照时序的方式与控制分析单元以有线或无线的方式进行数据连接和/或传输。
本系统将第一传感器固定在第一校准平台单元上的测试点位，第一校准平台单元通过控制第一校准平台单元上的多自由度设备以达到精确控制第一传感器在空间中的多个自由度上的运动。
由于第一校准平台单元所使用的多自由度测试设备的精度符合相关行业的精度要求，因此误差补偿单元可以基于第一数据对第一传感器进行误差补偿。
例如，控制分析单元以1°为步长并划分区间测量第一传感器(例如轨迹传感器)的姿态角，比如轨迹传感器的测量范围为90°，误差补偿单元则可以将这90°划分为一个序列1°，2°，3°，…，90°，并在划分的每个区间中分别对比设置于测试点位的第一传感器(例如轨迹传感器)和第一校准平台单元(例如多自由度机器人)上测试点位的姿态角度，再将各个区间的误差记录，最后控制分析单元计算得出均方根误差RMSR(Root Mean Square Error)
上式中x1，x2，…，xm表示在对应区间内测得的误差，m表示误差个数。控制分析单元以均方根误差作为判断因素，如均方根误差在第二阈值内，控制分析单元则判定该轨迹传感器的数据精度符合要求；否则误差补偿单元需要对第一传感器进行进一步校准。优选地，经过误差补偿单元的第一传感器需再次进行上述校准方法的步骤S1至S4，以检测该第一传感器的误差是否满足精度要求。
本系统采用的校准方法为补偿校准，即在各个点位(例如角度点、位移点)将实际误差补偿给第一传感器(例如轨迹传感器)。例如，若第一校准平台单元的姿态角在50°时第一传感器测得的姿态角为49.50°，那么在50°时误差即为0.5°，误差补偿单元则将第一传感器(例如轨迹传感器)的姿态角加上0.50°，以达到补偿的目的，从而实现校准第一传感器的目的。以此类推，第一传感器各坐标轴方向上的坐标/速度误差也可以采用同样的方法进行补偿。
例如，误差补偿单元在各个频率点将实际误差补偿给第一传感器，例如，第一校准平台单元的频率为200Hz时第一传感器测得的频响为199.50Hz，那么在200Hz时误差即为0.50Hz，误差补偿单元将第一传感器的实际频响加上0.50Hz，以达到误差补偿的目的，从而实现校准该第一传感器。优选地，误差补偿单元也可以通过现有技术的其他算法进行误差补偿。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (8)

1.一种使用多自由度设备校准轨迹传感器的校准方法，其特征在于，所述方法包括：
S1：将第一传感器(2)固定于第一校准平台单元(1)上的测试点位，并通过控制分析单元(3)控制第一校准平台按照预定测试方案运行；
S2：第一校准平台单元(1)能够向控制分析单元(3)发送与所述第一校准平台单元(1)的测试点位相对应的第一数据，所述第一传感器(2)能够向控制分析单元(3)发送设置于所述测试点位的第一传感器(2)的第二数据；
S3：所述控制分析单元(3)基于所述第一数据与第二数据得出第一分析结果，包括：所述控制分析单元(3)按照时序的方式获取所述第一数据与第二数据，并基于所述第一数据与第二数据分别生成第一轨迹与第二轨迹；所述控制分析单元(3)将第一轨迹与第二轨迹分别投影至至少一个基准参考面，并按照时序的方式在对应的所述基准参考面得到至少一个与所述第一轨迹相对应的第一子轨迹和与所述第二轨迹相对应的第二子轨迹；位于相对应的所述基准参考面的所述第一子轨迹和第二子轨迹与相对应的所述基准参考面上的坐标轴分别围成第一闭合图形与第二闭合图形，所述控制分析单元(3)计算所述第一闭合图形与第二闭合图形之间非重合部分的面积比例的均方根误差，以作为所述第一轨迹与第二轨迹之间相似度分析的第一分析结果；
S4：所述控制分析单元(3)基于所述第一分析结果输出提示信息；
S5：误差补偿单元(4)至少能够基于所述第一数据与第二数据对所述第一传感器(2)进行误差补偿，其中，所述误差补偿为在各个点位将实际误差补偿给所述第一传感器(2)。
2.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述控制分析单元(3)基于所述第一数据与第二数据得出第一分析结果的方法为：
所述控制分析单元(3)按照时序的方式获取所述第一数据与第二数据，并基于所述第一数据与第二数据分别生成所述第一轨迹与第二轨迹；
所述控制分析单元(3)计算基于所述第一轨迹与第二轨迹所围成的闭合图形或非闭合图形的面积和/或所述第一轨迹的长度，以得出第一分析结果。
3.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述控制分析单元(3)能够分别与所述第一校准平台单元(1)和第一传感器(2)数据连接，其中，所述控制分析单元(3)能够实时/非实时地获取所述第一校准平台单元(1)所发送的第一数据与所述第一传感器(2)所发送的第二数据。
4.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述第一数据至少包括第一校准平台上的测试点位各坐标轴方向上实时的坐标和/或角速度以及与测试点位的坐标和/或角速度实时对应的时间，所述第二数据至少包括设置于第一校准平台单元(1)的测试点位上的第一传感器(2)在各坐标轴方向上的坐标和/或角速度以及与第一传感器(2)的坐标和/或角速度实时对应的时间。
5.根据权利要求1～4任一项所述的校准方法，其特征在于，所述第一传感器(2)向控制分析单元(3)传输数据的方式为有线或者无线传输，所述第一校准平台单元(1)向控制分析单元(3)传输数据的方式为有线或者无线传输。
6.一种使用多自由度设备校准轨迹传感器的校准系统，其特征在于，至少包括：
第一校准平台单元(1)，被配置为至少能够使得所述第一校准平台单元(1)的测试点位按照预定测试方案进行运动，并至少能够向其他设备发送与所述测试点位相对应的第一数据；
第一传感器(2)，至少能够固定于所述第一校准平台单元(1)的测试点位以跟随所述测试点位进行同步地运动，并至少能够向其他设备发送第二数据；
控制分析单元(3)，至少能够获取所述第一数据和第二数据，所述控制分析单元(3)能够基于所述第一数据与第二数据得出第一分析结果，并以第一分析结果判定所述第一传感器(2)的测量精度，其中，所述控制分析单元(3)基于所述第一数据与第二数据得出第一分析结果为：所述控制分析单元(3)按照时序的方式获取所述第一数据与第二数据，并基于所述第一数据与第二数据分别生成第一轨迹与第二轨迹；所述控制分析单元(3)将第一轨迹与第二轨迹分别投影至至少一个基准参考面，并按照时序的方式在对应的所述基准参考面得到至少一个与所述第一轨迹相对应的第一子轨迹和与所述第二轨迹相对应的第二子轨迹；位于相对应的所述基准参考面的所述第一子轨迹和第二子轨迹与相对应的所述基准参考面上的坐标轴分别围成第一闭合图形与第二闭合图形，所述控制分析单元(3)计算所述第一闭合图形与第二闭合图形之间非重合部分的面积比例的均方根误差，以作为所述第一轨迹与第二轨迹之间相似度分析的第一分析结果；
误差补偿单元(4)，所述误差补偿单元(4)能够获取所述第一数据与第二数据，所述误差补偿单元(4)被配置为至少能够基于所述第一数据与第二数据对所述第一传感器(2)的误差进行补偿校准，其中，所述补偿校准为在各个点位将实际误差补偿给所述第一传感器(2)。
7.根据权利要求6所述的校准系统，其特征在于，所述误差补偿单元(4)能够获取所述第一数据与第二数据的方法包括：所述误差补偿单元(4)能够与控制分析单元(3)以有线或无线的方式间接进行数据连接和/或传输，以获取所述第一数据与第二数据。
8.根据权利要求6所述的校准系统，其特征在于，所述误差补偿单元(4)能够获取所述第一数据与第二数据的方法还包括：所述误差补偿单元(4)能够与所述第一传感器(2)以有线或无线的方式直接进行数据连接和/或传输，以获取所述第一数据与第二数据。
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