CN115773738A - 一种激光测量实现空间姿态定位的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光测量实现空间姿态定位的测量方法，包括设备分布调试、基准定位、坚持定位三个步骤；其中步骤A1、设备分布调试，采用门架结构设备系统，门架结构设备系统具备三点分布的激光定位机构和一个监视器，对三个激光定位机构进行位置分布，并信号连接同一控制中心，通过控制中心接收激光定位机构反馈的坐标信息，并进行控制信号的发送；本方法通过三组激光测量实现空点姿态定位，通过计算方法与参照物标定规则，实现高量程、标定容易、应用场景适用性广等特点，满足使用需求。

Description

一种激光测量实现空间姿态定位的测量方法

技术领域

本发明涉及激光测量定位技术，具体是一种激光测量实现空间姿态定位的测量方法。

背景技术

空间定位机构在各领域都有广泛的应用，譬如现在比较成熟的3D打印技术，就是基于空间定位机构及对应系统实现。

目前在煤炭开采等矿用系统中，对于定点控制的精准要求也逐步提高，因此需要提出一种方法，来满足日益提高的作业需求，对目标坐标点和空间向量进行精准照射定位、定向，为空间定位方案的执行提供便捷和执行精度的保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光测量实现空间姿态定位的测量方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种激光测量实现空间姿态定位的测量方法，包括设备分布调试、基准定位、坚持定位三个步骤；

其中步骤A1、设备分布调试，采用门架结构设备系统，门架结构设备系统具备三点分布的激光定位机构和一个监视器，对三个激光定位机构进行位置分布，并信号连接同一控制中心，通过控制中心接收激光定位机构反馈的坐标信息，并进行控制信号的发送，以确定具体定位，每个激光定位机构均具有控制调节结构和激光发射器，通过控制调节结构来调整激光发射器的发射角度、方向，每个激光定位机构调节覆盖角度均为360°，保证其有效定位平面范围形成以盖定位平面范围为界面的半球体，即有效定位空间范围；

三个激光定位机构还构成三向激光定位单元，用于进行设备原点S的激光校准，定位的准确性是基于初始位置校准而定，即三个激光定位机构发出的激光会在原点S进行重合；进一步的，三个激光定位机构中激光发射器的焦点确定为原点S；

步骤S2基准定位，基于步骤S1对于激光定位机构机构进行位置固定的基础上，以目标位置球形方向上选取三个定点位置，预先进行扫描获得扫描图像，以扫描的图像为基础在控制中心中做出三维模型，并以三维模型来计划定位方案；

再确定基准点X外侧圆周方向水平位置两侧的垂直投影点，通过激光定位机构进行扫描定位，完成水平方向的基准定位；

步骤S3检测定位，重复步骤S1和S2，以不同的圆周直径来进行多次的三维模型建立及扫描，获取到三个定点位置在空间的位移向量，并通过控制中心进行调整，获取到最终的定位方案；

最终将方案通过控制系统进行数据导入后，计算出对于激光定位机构的位置调整方案，提高定位的精准度。

作为本发明的优选方案：所述门架结构设备系统还具有整体控制系统，包括控制中心、高度调节单元和角度调节单元，高度调节单元具有依次连接的步进控制模块和步进驱动模块，角度调节单元具有依次连接的伺服控制模块和伺服驱动模块，所述步进驱动模块包括三个步进电机，伺服驱动模块包括三个伺服电机，步进电机和伺服电机组成激光定位机构的控制调节结构，激光发射器设置在伺服电机的输出端，伺服电机设置在步进电机的输出端，所述伺服控制模块还通过编码控制模块连接控制中心，编码控制模块包括与伺服电机信号连接的编码器，通过伺服电机可反馈坐标信息，通过编码器进行编译反馈给控制中心，方便进行精密调节。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本方法通过三组激光测量实现空点姿态定位，通过计算方法与参照物标定规则，实现高量程、标定容易、应用场景适用性广等特点，满足使用需求。

附图说明

图1为本发明方法中控制系统的整体框架图。

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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例中，一种激光测量实现空间姿态定位的测量方法，包括设备分布调试、基准定位、坚持定位三个步骤；

其中步骤A1、设备分布调试，采用门架结构设备系统，门架结构设备系统具备三点分布的激光定位机构和一个监视器，对三个激光定位机构进行位置分布，并信号连接同一控制中心，通过控制中心接收激光定位机构反馈的坐标信息，并进行控制信号的发送，以确定具体定位，每个激光定位机构均具有控制调节结构和激光发射器，通过控制调节结构来调整激光发射器的发射角度、方向，每个激光定位机构调节覆盖角度均为360°，保证其有效定位平面范围形成以盖定位平面范围为界面的半球体，即有效定位空间范围；

三个激光定位机构还构成三向激光定位单元，用于进行设备原点S的激光校准，定位的准确性是基于初始位置校准而定，即三个激光定位机构发出的激光会在原点S进行重合；进一步的，三个激光定位机构中激光发射器的焦点确定为原点S；

步骤S2基准定位，基于步骤S1对于激光定位机构机构进行位置固定的基础上，以目标位置球形方向上选取三个定点位置，预先进行扫描获得扫描图像，以扫描的图像为基础在控制中心中做出三维模型，并以三维模型来计划定位方案，其中方案中首先确定一个位置基准点X，基准点X与步骤S1中的原点S进行重合，再获取定位后作业面与基准点X之间的距离H1,以及基准点X与三个定点位置之间的相对距离L1、L2、L3，其中相对距离为基准点X外侧圆周方向上方位置的垂直投影点与三个定点位置之间的最短直线距离；

再确定基准点X外侧圆周方向水平位置两侧的垂直投影点，通过激光定位机构进行扫描定位，完成水平方向的基准定位；

步骤S3检测定位，重复步骤S1和S2，以不同的圆周直径来进行多次的三维模型建立及扫描，获取到三个定点位置在空间的位移向量，并通过控制中心进行调整，获取到最终的定位方案；

最终将方案通过控制系统进行数据导入后，计算出对于激光定位机构的位置调整方案，提高定位的精准度；如下为具体的计算方式；

三个定点位置分别设置空间坐标{x1,y1,z1}、{x2,y2,z2}、{x3,y3,z3}，对于两侧的定点位置，激光射入的倾斜角度和旋转角度都以0°为基础，对于第三点，设置倾斜角α1、旋转角β1，对于第三点射入激光的交错点定义空间坐标{x4,y4,z4}，预先假设实际目标点定位与现有初步定位点即{x1,y1,z1}点之间存在差值为{x11,y11，z11},在初步定为点完成差值的位移后即可符合原有实际目标定位点，同理，其他两个定点位置的差值分别为{x22,y22，z22}、{x33,y33，z33}，通过三组差值进行坐标转换计算，获取三个激光定位机构的角度和高度调整方案。

参阅图1，需要说明的是，所述门架结构设备系统还具有整体控制系统，包括控制中心、高度调节单元和角度调节单元，高度调节单元具有依次连接的步进控制模块和步进驱动模块，角度调节单元具有依次连接的伺服控制模块和伺服驱动模块，所述步进驱动模块包括三个步进电机，伺服驱动模块包括三个伺服电机，步进电机和伺服电机组成激光定位机构的控制调节结构，激光发射器设置在伺服电机的输出端，伺服电机设置在步进电机的输出端，所述伺服控制模块还通过编码控制模块连接控制中心，编码控制模块包括与伺服电机信号连接的编码器，通过伺服电机可反馈坐标信息，通过编码器进行编译反馈给控制中心，方便进行精密调节，实际设计中，进行高度调节的步进电机也可替换为具有反馈功能的伺服电机。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种激光测量实现空间姿态定位的测量方法，其特征在于，包括设备分布调试、基准定位、坚持定位三个步骤；

其中步骤A1、设备分布调试，采用门架结构设备系统，门架结构设备系统具备三点分布的激光定位机构和一个监视器，对三个激光定位机构进行位置分布，并信号连接同一控制中心，通过控制中心接收激光定位机构反馈的坐标信息，并进行控制信号的发送，以确定具体定位，每个激光定位机构均具有控制调节结构和激光发射器，通过控制调节结构来调整激光发射器的发射角度、方向；

步骤S2基准定位，基于步骤S1对于激光定位机构机构进行位置固定的基础上，以目标位置球形方向上选取三个定点位置，预先进行扫描获得扫描图像，以扫描的图像为基础在控制中心中做出三维模型，并以三维模型来计划定位方案；再确定基准点X外侧圆周方向水平位置两侧的垂直投影点，通过激光定位机构进行扫描定位，完成水平方向的基准定位；

步骤S3检测定位，重复步骤S1和S2，以不同的圆周直径来进行多次的三维模型建立及扫描，获取到三个定点位置在空间的位移向量，并通过控制中心进行调整，获取到最终的定位方案。

2.根据权利要求1所述的一种激光测量实现空间姿态定位的测量方法，其特征在于，每个激光定位机构调节覆盖角度均为360°，保证其有效定位平面范围形成以盖定位平面范围为界面的半球体，即有效定位空间范围。

3.根据权利要求1所述的一种激光测量实现空间姿态定位的测量方法，其特征在于，所述门架结构设备系统还具有整体控制系统，包括控制中心、高度调节单元和角度调节单元，高度调节单元具有依次连接的步进控制模块和步进驱动模块，角度调节单元具有依次连接的伺服控制模块和伺服驱动模块。

4.根据权利要求3所述的一种激光测量实现空间姿态定位的测量方法，其特征在于，所述步进驱动模块包括三个步进电机，伺服驱动模块包括三个伺服电机，步进电机和伺服电机组成激光定位机构的控制调节结构，激光发射器设置在伺服电机的输出端，伺服电机设置在步进电机的输出端。

5.根据权利要求4所述的一种激光测量实现空间姿态定位的测量方法，其特征在于，所述伺服控制模块还通过编码控制模块连接控制中心，编码控制模块包括与伺服电机信号连接的编码器。

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