CN211121202U - 一种用于空间定位测量的头戴式装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于空间定位测量的头戴式装置，包括头盔，其特征在于：所述头盔上安装有三个定位相机、一个测量相机、一个惯性测量单元、一个投影仪及一个控制模块，所述相机、惯性测量单元及投影仪均连接至所述控制模块。本实用新型具有更高的便携性和灵活性，特别是在狭小受限空间内有优势，操作人员可以完成在线测量、检测与装配任务，解放了测量人员的双手；实现了全局定位‑局部测量的测量模式；采用无公共视场多相机设计，有效地避免遮挡问题，比等价视场范围的单相机具有更高的测量精度；引入投影仪，操作人员实时获取测量结果，相较于传统显示方式能够提高现场作业效率。

Description

一种用于空间定位测量的头戴式装置

技术领域

本实用新型属于动态位姿测量领域，涉及空间定位测量装置，特别涉及一种用于空间定位测量的头戴式装置。

背景技术

现有的面向装配与检测的工业大尺度空间定位测量设备，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，这些设备便携性较差而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内，上述设备的灵活性受到极大限制。此外，现有设备测量结果的呈现方式(显示器、软件界面)并不适用于现场人工操作，成为制约生产效率提高的瓶颈因素。因此有必要设计一种便携性好、适用性强的空间定位测量装置。

通过对公开专利文献的检索，并未发现与本专利申请相似的公开专利文献。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于空间定位测量的头戴式装置，能够兼顾工作条件下轻负载和操作便携性，实现空间三维信息的实时获取，并将测量结果投射到操作人员视线前方。

本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种用于空间定位测量的头戴式装置，包括头盔，其特征在于：所述头盔上安装有三个定位相机、一个测量相机、一个惯性测量单元、一个投影仪及一个控制模块，所述相机、惯性测量单元及投影仪均连接至所述控制模块。

而且，所述三个定位相机均安装在头盔的后端，用于头盔的定位，每个定位相机分别通过定位相机转接板固定安装在头盔上；所述测量相机通过公共转接板固定安装在所述头盔的前端。

而且，所述三个定位相机之间的安装夹角等于定位相机的视场角，所述三个定位相机的任意两个定位相机之间无公共视场。

而且，所述惯性测量单元通过转接底座固定在头盔顶部，惯性测量单元高频率的惯性测量信息对相机位姿进行补偿。

而且，所述投影仪通过公共转接板固定在头盔前端，投影仪将测量结果实时投射到被测目标上。

而且，所述公共转接板安装角度倾斜向下。

而且，所述控制模块通过控制模块转接板固定安装在头盔侧面。

本实用新型的优点和有益效果为：

本实用新型所提出的用于空间定位测量的头戴式装置，与传统工业大尺度空间定位测量设备相比，具有更高的便携性和灵活性，特别是在狭小受限空间内有优势，操作人员可以完成在线测量、检测与装配任务，解放了测量人员的双手；提出了一种视觉-惯性测量的有效实施方案，实现了全局定位-局部测量的测量模式；采用无公共视场多相机设计，有效地避免遮挡问题，比等价视场范围的单相机具有更高的测量精度；引入投影仪，操作人员实时获取测量结果，相较于传统显示方式能够提高现场作业效率。

附图说明

图1是本实用新型主视结构图；

图2是本实用新型测试结构图；

图3是本实用新型工作架构示意图。

附图标记说明

1-头盔、2第一定位相机、3-第二定位相机、4-第三定位相机、5-测量相机、6-惯性测量单元、7-投影仪、8-控制模块、9-第一定位相机转接板、10-第二定位相机转接板、11-第三定位相机转接板、12-转接底座、13-公共转接板、14-控制模块转接板。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

为了解决现有工业大尺度定位测量设备灵活性较差，特别是在狭小受限空间内难以操作，本实用新型提出了一种用于空间定位测量的便携头戴式装置，将全局定位-惯性补偿-局部测量有效集成，设计了一套复杂环境下的测量方案，加入投影仪为用户提供融入式体验，有助于提升现场作业效率。

如图1和图2所示，一种用于空间定位测量的头戴式装置，包括头盔1，头盔上安装有第一定位相机2、第二定位相机3、第三定位相机4、测量相机5、惯性测量单元6，投影仪7及控制模块8。

第一定位相机2、第二定位相机3、第三定位相机4分别通过第一转接安装在头盔1的后端，用于实现头戴式装置的全局空间定位，三个相机分别通过第一定位相机转接板9、第二定位相机转接板10及第三定位相机转接板11固定安装在头盔上，所述第一定位相机及第三定位相机与第二定位相机的安装夹角等于相机的视场角，任意两个定位相机之间不存在公共视场，这样在保证无测量盲区的条件下使得定位相机的视场范围最大，可以覆盖用户身后区域，并有效地降低现场遮挡的影响，同时相较于等价视场范围的单相机，上述无公共视场多相机设计具有更高的测量精度。

惯性测量单元通过转接底座12固定在头盔上，由于惯性测量单元能够提供比相机更高的测量频率，惯性测量单元的高频率惯性测量信息可以对定位相机位姿测量进行补偿，并在相机由于光线遮挡等原因无法获取测量信息的情况下进行修正，从而提升整个装置的动态测量能力。

投影仪和测量相机通过公共转接板13固连在一起并固定在头盔前端，测量相机用于测量待测目标的三维信息，投影仪将测量结果实时投射到被测目标上，可以为用户提供直观的信息显示和操作指导，公共转接板倾斜向下固定，便于前端测量相机进行测量，同时投影仪的影像可以直接投射到用户视线前方。

控制模块通过控制模块转接板14固定在头盔1上，第一定位相机、第二定位相机、第三定位相机及测量相机均与控制模块连接，控制模块可以实现上述器件的同步测量和数据采集，同时为整个头戴式装置进行供电，控制模块支持与上位机无线通信，提升了头戴式装置的便捷性，控制模块为密闭结构，具有防尘防水功能。

本实用新型的工作原理为：

如图3所示，使用时，控制模块同步触发测量相机、第一、二、三定位相机及惯性测量单元，并将上述传感器得到的测量数据进行采集，其中第一、二、三定位相机通过拍摄空间中的特征点可以得到头戴式装置的全局位姿，惯性测量单元的惯性运动信息对上述位姿进行补偿和修正，从而将测量相机得到的被测目标的局部测量结果通过坐标变换转到全局坐标系下，测量完成后控制模块将测量结果发送给投影仪，投影仪可以将测量结果直观地投射到用户视线前方。

尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (7)

1.一种用于空间定位测量的头戴式装置，包括头盔，其特征在于：所述头盔上安装有三个定位相机、一个测量相机、一个惯性测量单元、一个投影仪及一个控制模块，所述相机、惯性测量单元及投影仪均连接至所述控制模块。

2.根据权利要求1所述的用于空间定位测量的头戴式装置，其特征在于：所述三个定位相机均安装在头盔的后端，用于头盔的定位，每个定位相机分别通过定位相机转接板固定安装在头盔上；所述测量相机通过公共转接板固定安装在所述头盔的前端。

3.根据权利要求2所述的用于空间定位测量的头戴式装置，其特征在于：所述三个定位相机之间的安装夹角等于定位相机的视场角，所述三个定位相机的任意两个定位相机之间无公共视场。

4.根据权利要求1所述的用于空间定位测量的头戴式装置，其特征在于：所述惯性测量单元通过转接底座固定在头盔顶部，惯性测量单元高频率的惯性测量信息对相机位姿进行补偿。

5.根据权利要求1所述的用于空间定位测量的头戴式装置，其特征在于：所述投影仪通过公共转接板固定在头盔前端，投影仪将测量结果实时投射到被测目标上。

6.根据权利要求5所述的用于空间定位测量的头戴式装置，其特征在于：所述公共转接板安装角度倾斜向下。

7.根据权利要求1所述的用于空间定位测量的头戴式装置，其特征在于：所述控制模块通过控制模块转接板固定安装在头盔侧面。

Images