一種空間軌跡記錄裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種空間軌跡記錄裝置，該裝置固定在運動機構上，以記錄運動機構運動的空間軌跡，其包括姿態信息采集模塊，計程裝置和處理模塊；其中，姿態信息采集模塊采集運動機構運動過程中的姿態信息，計程裝置記錄運動機構運動過程中的行程信息，處理模塊按照設定頻率，同步獲取行程信息與姿態信息，并根據行程信息與姿態信息，實時地計算出位置信息，而且當運動機構每經過一個設定的單位行程時，處理模塊存儲當前時刻的位置信息；運動機構的運動停止后，根據運動機構開始運動前記錄的靜止時的位置信息和處理模塊存儲的位置信息，而獲得運動機構運動的空間軌跡。本實用新型不受外界環境的干擾，而影響軌跡信息的精度。
【專利說明】
一種空間軌跡記錄裝置
技術領域
[0001] 本實用新型涉及運動軌跡記錄技術領域，特別涉及一種空間軌跡記錄裝置。
【背景技術】
[0002] 目前，通過GPS等定位方式記錄軌跡信息時，軌跡信息的精度易受信號強度影響， 而且在郊外、地下等環境幾乎無法實現位置信息的準確定位。在信號不穩定的情況下，造成 定位準確度的主要因素有：（1)信號穿過不確定介質造成的衰減無法確定。（2)信號通過介 質的深度越深誤差越大。（3)電磁信號的干擾。 【實用新型內容】
[0003] 本實用新型的目的在于克服在軌跡信息記錄過程中，軌跡信息的精度易受信號強 度的影響。
[0004] 為了實現上述實用新型目的，本實用新型提供一種空間軌跡記錄裝置，用于固定 在運動機構上，記錄運動機構運動的空間軌跡，其包括姿態信息采集模塊，計程裝置和處理 模塊，所述姿態信息采集模塊和所述計程裝置分別與所述處理模塊連接;其中，
[0005] 所述姿態信息采集模塊，用于采集所述運動機構運動過程中的姿態信息；
[0006] 所述計程裝置，用于記錄所述運動機構運動過程中的行程信息；
[0007] 所述處理模塊按照設定頻率，同步獲取所述行程信息與所述姿態信息，并根據所 述行程信息與所述姿態信息，實時地計算出位置信息，而且當運動機構每經過一個設定的 單位行程時，所述處理模塊存儲當前時刻的所述位置信息；
[0008] 運動機構的運動停止后，根據運動機構開始運動前所記錄的靜止時的位置信息和 所述處理模塊存儲的所述位置信息，而獲得運動機構運動的空間軌跡。
[0009] 根據一種具體的實施方式，所述處理模塊包括數字濾波器、處理器和存儲器；其 中，
[0010] 所述數字濾波器，用于對所述姿態信息進行濾波處理；
[0011] 所述處理器，用于對所述姿態信息進行融合計算，以獲得橫滾角、俯仰角和航向 角，并根據所述橫滾角、所述俯仰角和所述航向角，對所述行程信息進行空間坐標計算，得 到所述空間位移矢量信息，以及在每得到一個所述空間位移矢量信息后，根據所述空間位 移矢量信息和上次計算出的所述位置信息，計算得到本次的所述位置信息；
[0012] 所述存儲器，用于存儲所述處理器的所述位置信息。
[0013] 根據一種具體的實施方式，所述姿態信息采集模塊包括三軸加速度計，三軸陀螺 儀和三軸電子羅盤，并且所述姿態信息包括三軸加速度信息、三軸角速度信息和所述三軸 磁場信息，其中，
[0014] 所述三軸加速度計，用于采集所述三軸加速度信息；
[0015] 所述三軸陀螺儀，用于采集所述三軸角速度信息；
[0016] 所述三軸電子羅盤，用于采集所述三軸磁場信息。
[0017] 根據一種具體的實施方式，所述計程裝置包括編碼器和傳動裝置，并且所述編碼 器通過所述傳動裝置與所述運動機構連接，以將所述運動機構的行程轉換為所述行程信 息。
[0018] 根據一種具體的實施方式，所述處理器設置有數據接口，用于擴展SD卡或者U盤。
[0019] 與現有技術相比，本實用新型的有益效果：
[0020] 本實用新型的裝置可直接固定在運動機構上，在使用時，首先確定初始靜止時的 位置信息，當運動機構運動時，本實用新型的裝置按照設定頻率，同步獲取姿態信息和行程 信息，并經過一系列的運算和處理，獲得當前位置信息，并將每次得到的位置信息保存在存 儲介質中。本實用新型的裝置由于沒有采用GPS定位方式，所以不受外界環境的干擾，而影 響軌跡信息的精度。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是本實用新型裝置的結構示意圖；
[0022]圖2是本實用新型裝置的各部件的連接示意圖；
[0023]圖3是本實用新型計算空間位移矢量原理示意圖；
[0024]圖4是本實用新型獲得當前位置信息原理示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合【具體實施方式】對本實用新型作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本 實用新型上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本【實用新型內容】所實現的技術均屬 于本實用新型的范圍。
[0026] 結合圖1所示的本實用新型的結構示意圖，其中，本實用新型的空間軌跡記錄裝 置，用于固定在運動機構上，記錄運動機構運動的空間軌跡，其包括姿態信息采集模塊，計 程裝置和處理模塊，姿態信息采集模塊和計程裝置分別與處理模塊連接。
[0027] 姿態信息采集模塊在運動機構運動的過程中，記錄運動機構的姿態信息。計程裝 置在運動機構運動的過程中，記錄運動機構的行程信息。
[0028] 處理模塊按照設定頻率，同步獲取行程信息與姿態信息，并根據行程信息與姿態 信息，實時地計算出位置信息，而且當運動機構每經過一個設定的單位行程時，處理模塊存 儲當前時刻的位置信息。
[0029 ]運動機構的運動停止后，根據運動機構開始運動前所記錄的靜止時的位置信息和 處理模塊存儲的位置信息，而獲得運動機構運動的空間軌跡。
[0030] 結合圖2所示的本實用新型裝置的各部件連接示意圖；其中，本實用新型中的處理 模塊包括數字濾波器、處理器和存儲器。
[0031] 數字濾波器，用于對所述姿態信息進行濾波處理。
[0032] 處理器，用于對姿態信息進行融合計算，以獲得橫滾角、俯仰角和航向角，并根據 橫滾角、俯仰角和航向角，對行程信息進行空間坐標計算，得到空間位移矢量信息，以及在 每得到一個空間位移矢量信息后，根據空間位移矢量信息和上次計算出的位置信息，計算 得到本次的位置信息。
[0033]存儲器，用于存儲處理器的位置信息。
[0034]本實用新型中的姿態信息采集模塊包括三軸加速度計，三軸陀螺儀和三軸電子羅 盤，并且姿態信息包括三軸加速度信息、三軸角速度信息和三軸磁場信息。
[0035]三軸加速度計用于采集三軸加速度信息。三軸陀螺儀，用于采集三軸角速度信息。 三軸電子羅盤，用于米集三軸磁場信息。
[0036] 本實用新型中的計程裝置包括編碼器和傳動裝置，并且編碼器通過傳動裝置與運 動機構，以將運動機構的行程轉換為行程信息。
[0037]在實施時，處理器設置有數據接口，該數據接口用于擴展SD卡或者U盤，使數據存 儲更加靈活，且方便轉移至其他設備上。
[0038] 在本實用新型中，對空間軌跡記錄的方法包括：
[0039] S1:確定運動機構初始靜止時的位置信息，并保存至存儲介質中。
[0040] S2:按照設定頻率，同步獲取運動機構運動過程中的姿態信息與行程信息，并根據 每次獲取的姿態信息與行程信息，實時地計算出位置信息。
[0041] S3:當運動機構每經過一個設定的單位行程時，處理模塊存儲當前時刻的位置信 息。
[0042] S4:判斷運動機構是否靜止，若未靜止，則跳轉至S2。
[0043]結合圖3所示的本實用新型計算空間位移矢量原理示意圖；其中，在S2中，根據每 次獲取的姿態信息與行程信息，得到空間位移矢量信息的方法為，
[0044] 對姿態信息進行融合計算，以獲得橫滾角、俯仰角和航向角，并根據橫滾角、俯仰 角和航向角，對行程信息進行空間坐標計算，得到空間位移矢量信息，以及在每得到一個空 間位移矢量信息后，根據空間位移矢量信息和上次計算出的位置信息，計算得到本次的位 置信息。
[0045] 在實施時，對姿態信息進行濾波處理后，再進行融合計算。而且，計算得到位置信 息后，將計算得到的位置信息覆蓋上次計算出的位置信息，從而降低處理模塊的緩存負載， 提高計算速率。
[0046] 在具體實施時，由于本實用新型是按照設定頻率，來同步獲取姿態信息和行程信 息，所以前后兩次同步獲取姿態信息和行程信息之間有一定的時間間隔，而當這個時間間 隔足夠短時，可將每個時間間隔內的運動狀態認為直線運動。
[0047] 那么設時間間隔內的行程為St，俯仰角、橫滾角和航向角分別為!和(i>t;在t至 t+1個時間間隔內,空間位移矢量表示為(i t，j t，kt)，則有：
[0049] 在已知t個時間間隔時的空間位置坐標為(Xt，yt，zt)，在t至t+1個時間間隔內，空 間位移矢量表示為(it，jt，kt)。
[0050]在實施時，將當前得到的空間位移矢量信息與上次計算出的位置信息相疊加，以 計算得到當前位置信息。因此，在t+1個時間間隔時的空間位置坐標表示為：
[0051 ] (xt+i,yt+i,zt+i) 一（xt，yt，zt) + (it，jt,kt) 〇
[0052]結合圖4所示的本實用新型獲得當前位置信息原理示意圖；其中，已知初始靜止時 的空間位置坐標(XQ，yQ，Z())的情況下，在t+1個時間間隔時的空間位置坐標表示為：
[0054] 本實用新型的裝置可直接固定在運動機構上，在使用時，首先確定初始靜止時的 位置信息，當運動機構運動時，本實用新型的裝置按照設定頻率，同步獲取姿態信息和行程 信息，并經過一系列的運算和處理，獲得當前位置信息，并將每次得到的位置信息保存在存 儲介質中。本實用新型的裝置由于沒有采用GPS定位方式，所以不受外界環境的干擾，而影 響軌跡信息的精度。
[0055] 上面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行了詳細說明，但本實用新型并不 限制于上述實施方式，在不脫離本申請的權利要求的精神和范圍情況下，本領域的技術人 員可以作出各種修改或改型。
【主權項】
1. 一種空間軌跡記錄裝置，用于固定在運動機構上，記錄運動機構運動的空間軌跡，其 特征在于，包括姿態信息采集模塊，計程裝置和處理模塊，所述姿態信息采集模塊和所述計 程裝置分別與所述處理模塊連接;其中， 所述姿態信息采集模塊，用于采集所述運動機構運動過程中的姿態信息； 所述計程裝置，用于記錄所述運動機構運動過程中的行程信息； 所述處理模塊按照設定頻率，同步獲取所述行程信息與所述姿態信息，并根據所述行 程信息與所述姿態信息，實時地計算出位置信息，而且當運動機構每經過一個設定的單位 行程時，所述處理模塊存儲當前時刻的所述位置信息； 運動機構的運動停止后，根據運動機構開始運動前記錄的靜止時的位置信息和所述處 理模塊存儲的所述位置信息，而獲得運動機構運動的空間軌跡。2. 如權利要求1所述的一種空間軌跡記錄裝置，其特征在于，所述處理模塊包括數字濾 波器、處理器和存儲器;其中， 所述數字濾波器，用于對所述姿態信息進行濾波處理； 所述處理器，用于對所述姿態信息進行融合計算，以獲得橫滾角、俯仰角和航向角，并 根據所述橫滾角、所述俯仰角和所述航向角，對所述行程信息進行空間坐標計算，得到所述 空間位移矢量信息，以及在每得到一個所述空間位移矢量信息后，根據所述空間位移矢量 信息和上次計算出的所述位置信息，計算得到本次的所述位置信息； 所述存儲器，用于存儲所述處理器的所述位置信息。3. 如權利要求1所述的一種空間軌跡記錄裝置，其特征在于，所述姿態信息采集模塊包 括三軸加速度計，三軸陀螺儀和三軸電子羅盤，并且所述姿態信息包括三軸加速度信息、三 軸角速度信息和三軸磁場信息，其中， 所述三軸加速度計，用于采集所述三軸加速度信息； 所述三軸陀螺儀，用于采集所述三軸角速度信息； 所述三軸電子羅盤，用于采集所述三軸磁場信息。4. 如權利要求1所述的一種空間軌跡記錄裝置，其特征在于，所述計程裝置包括編碼 器和傳動裝置，并且所述編碼器通過所述傳動裝置與所述運動機構連接，以將所述運動機 構的行程轉換為所述行程信息。5. 如權利要求2所述的一種空間軌跡記錄裝置，其特征在于，所述處理器設置有數據接 口，用于擴展SD卡或者U盤。
【文檔編號】G01C23/00GK205506069SQ201620171256
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月7日
【發明人】肖蕾, 莊鑫財, 劉克江, 羅國娟
【申請人】廣東技術師范學院