一种激光三维测量定位系统及目标测定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种激光三维测量定位系统及目标测定方法，包括操作机和测量机；操作机包括固定平台、第一被动伸缩杆、第二被动伸缩杆、第三被动伸缩杆、复合球铰、主动伸缩杆、万向节；三个被动伸缩杆的伸缩端与复合球铰相连，固定端用虎克铰安装于固定平台上；主动伸缩杆的伸缩端与复合球铰固联，固定端通过万向节连接在固定平台；测量机包括第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器、第一2‑DOF铰链、第二2‑DOF铰链、第三2‑DOF铰链，激光测距传感器分别安装在2‑DOF铰链上；测量机的2‑DOF铰链与操作机的虎克铰对应转轴连接；本发明专利技术的激光三维测量定位系统及目标测定方法，操作简单，适合快速定位。

A laser three-dimensional measurement and positioning system and target measurement method

【技术实现步骤摘要】
一种激光三维测量定位系统及目标测定方法
本专利技术属于激光定位领域，特别是一种激光三维测量定位系统及目标测定方法。
技术介绍
目前常用的三维测量方法主要分为接触式测量和非接触式测量。对于接触式测量，由于量具直接接触工件表面，不可避免的会对工件或者量具造成损伤。在一些高温强腐蚀等恶劣环境下测量；诸如粉料堆积物体积、山体等高线等大范围且不可触碰的测量；微小范围内的测量；两物体需要相对定位且中间不能有异物干涉的测量等，接触式测量难以胜任，而非接触式测量可以很好的解决。目前常用的非接触式测量主要有雷达测量法、摄影测量、激光测量法等。由于激光在光束扩散、亮度和相干性等方面拥有良好的特性，所以在测量距离、精度、抗干扰等方面相比其他方法有明显优势。利用激光三维测量最简单的解决方案是将激光测距仪安装于一个两自由度精密云台上构成的全站仪，由于测量距离会放大测角误差，造成仪器整体精度不高而云台的运动精度要求很高。而利用并联机构误差不被放大特点可以形成测量范围大、精度高的坐标测量机，使得测量精度等综合性能得到极大的改善。近年来基于并联机构的坐标测量机逐渐发展起来，如俄罗斯的KNM-750型三坐标测量机，中国专利CN110231010A公开了一种基于Delta并联机构的三坐标测量机及测量方法，利用了并联机构的优点，但测量方法仍属于接触式测量，测量范围受到结构的限制。非接触式三维测量技术主要包括基于经纬仪交会的测量方法，激光测量系统，近景摄影测量等。中国专利CN109631865A公开了一种无线激光定位系统，包括框架、分别设于框架内侧壁四个垂直滑槽中的调解部、控制结构以及手持遥控端组成，通过手持遥控端控制四组调解部上的激光探头在其所在的平面上任意位置移动，这样四组激光探头可以对被探测物体的四个面进行全面多方位的定位探测。这种测量方法手持端对四个调解部的控制是单独分开控制的，控制操作更加复杂，并且测量范围也受到框架限制。中国专利CN201910317072.1公开了一种三维交会测量方法，该方法通过布置三台以上经纬仪，通过两两互瞄记录互瞄观测值，在测量场地中固定设置基准尺和被测点。但是基于经纬仪交会的测量方法的“定向”过程普遍复杂，对测量人员的要求较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种激光三维测量定位系统及目标测定方法，以测量定位目标的位置。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种激光三维测量定位系统，包括操作机和测量机；所述操作机包括固定平台、第一被动伸缩杆、第二被动伸缩杆、第三被动伸缩杆、复合球铰、主动伸缩杆、万向节；所述测量机包括第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器、第一2-DOF铰链、第二2-DOF铰链、第三2-DOF铰链；所述主动伸缩杆固定端通过万向节安装于固定平台的中心位置，伸缩端与复合球铰固定连接；所述第一被动伸缩杆、第二被动伸缩杆、第三被动伸缩杆的固定端分别用第一虎克铰、第二虎克铰、第三虎克铰安装于固定平台上，三个伸缩杆的伸缩端分别通过转动副各与一个第一曲柄连接，每个第一曲柄分别通过转动副各与一个第二曲柄相连；每个第二曲柄均通过转动副与复合球铰相连；所述第一虎克铰、第二虎克铰、第三虎克铰以万向节为中心分布在万向节的一周；所述第一虎克铰和第一2-DOF铰链通过第一连杆连接形成第一四边形摆杆，第二虎克铰和第二2-DOF铰链通过第二连杆连接形成第二四边形摆杆，第三虎克铰和第三2-DOF铰链10通过第三连杆连接形成第三四边形摆杆；所述第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器分别连接在第一2-DOF铰链、第二2-DOF铰链、第三2-DOF铰链上；第一被动伸缩杆、第二被动伸缩杆、第三被动伸缩杆的伸缩方向分别和第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器发出的光线平行。本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：(1)因为被动伸缩杆的伸缩方向分别与激光测距传感器发出的光线平行，2-DOF铰链和虎克铰分别通过连杆连接，使得被动伸缩杆的伸缩方向和激光测距传感器光线的方向始终相同，所以三个被动伸缩杆构成的四面体与三个激光测距传感器发出的光线构成的四面体始终相似，通过三个激光测距传感器测得的三个距离，可能够实现快速计算目标的坐标。(2)通过操作机的手轮可以控制激光汇聚点移动到待测目标位置，可以实现简单快速的定位目标。(3)操作机和测量机可以共用机架，联动关节机械连接，也可以分用机架，联动关节通过自整角机等实现电气连接，可以根据实际的需要实现灵活安装。附图说明图1为本专利技术的激光三维测量定位系统结构简图。图2为本专利技术的激光三维测量定位系统C1-PS-C2截面图图3为本专利技术的球铰的立体结构图。图4为本专利技术的球铰的结构简图。图5为本专利技术的主动伸缩杆结构简图。图6为本专利技术的连杆的结构简图一。图7为本专利技术的连杆的结构简图二。图8为本专利技术的激光三维测量定位系统坐标系建立图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的介绍。本专利技术的一种激光三维测量定位系统，包括操作机和测量机；所述操作机包括固定平台1、第一被动伸缩杆2、第二被动伸缩杆3、第三被动伸缩杆4、复合球铰11、主动伸缩杆12、万向节13；所述测量机包括第一激光测距传感器17、第二激光测距传感器18、第三激光测距传感器19、第一2-DOF铰链8、第二2-DOF铰链9、第三2-DOF铰链10；所述主动伸缩杆12固定端通过万向节13安装于固定平台1的中心位置，伸缩端与复合球铰11固定连接；所述第一被动伸缩杆2、第二被动伸缩杆3、第三被动伸缩杆4的固定端分别用第一虎克铰5、第二虎克铰6、第三虎克铰7安装于固定平台1上，三个伸缩杆的伸缩端分别通过转动副各与一个第一曲柄111连接，每个第一曲柄111分别通过转动副各与一个第二曲柄112相连；每个第二曲柄112均通过转动副与复合球铰11相连；所述第一虎克铰5、第二虎克铰6、第三虎克铰7以万向节13为中心分布在万向节13的一周；所述第一虎克铰5和第一2-DOF铰链8通过第一连杆14连接形成第一四边形摆杆，第二虎克铰6和第二2-DOF铰链9通过第二连杆15连接形成第二四边形摆杆，第三虎克铰7和第三2-DOF铰链10通过第三连杆16连接形成第三四边形摆杆；所述第一激光测距传感器17、第二激光测距传感器18、第三激光测距传感器19分别连接在第一2-DOF铰链8、第二2-DOF铰链9、第三2-DOF铰链10上；第一被动伸缩杆2、第二被动伸缩杆3、第三被动伸缩杆4的伸缩方向分别和第一激光测距传感器17、第二激光测距传感器18、第三激光测距传感器19发出的光线平行。因为三个被动伸缩杆通过复合球铰11连接在一起，三个被动伸缩杆延长线汇聚于复合球铰11的中心，根据相似原理，所以三个激光测距传感器发出的三束光线也汇聚于一点。所以通过主动伸缩杆12控制复合球铰11的运动，就可以带动三个被动伸缩杆的运动，从而使得与操作机通过连杆连接的三个激光测距传感器的作相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光三维测量定位系统，其特征在于，包括操作机和测量机；所述操作机包括固定平台(1)、第一被动伸缩杆(2)、第二被动伸缩杆(3)、第三被动伸缩杆(4)、复合球铰(11)、主动伸缩杆(12)、万向节(13)；所述测量机包括第一激光测距传感器(17)、第二激光测距传感器(18)、第三激光测距传感器(19)、第一2-DOF铰链(8)、第二2-DOF铰链(9)、第三2-DOF铰链(10)；/n所述主动伸缩杆(12)固定端通过万向节(13)安装于固定平台(1)的中心位置，伸缩端与复合球铰(11)固定连接；所述第一被动伸缩杆(2)、第二被动伸缩杆(3)、第三被动伸缩杆(4)的固定端分别用第一虎克铰(5)、第二虎克铰(6)、第三虎克铰(7)安装于固定平台(1)上，三个伸缩杆的伸缩端分别通过转动副各与一个第一曲柄(111)连接，每个第一曲柄(111)分别通过转动副各与一个第二曲柄(112)相连；每个第二曲柄(112)均通过转动副与复合球铰(11)相连；所述第一虎克铰(5)、第二虎克铰(6)、第三虎克铰(7)以万向节(13)为中心分布在万向节(13)的一周；所述第一虎克铰(5)和第一2-DOF铰链(8)通过第一连杆(14)连接形成第一平行四边形摆杆，第二虎克铰(6)和第二2-DOF铰链(9)通过第二连杆(15)连接形成第二平行四边形摆杆，第三虎克铰(7)和第三2-DOF铰链(10)通过第三连杆(16)连接形成第三平行四边形摆杆；所述第一激光测距传感器(17)、第二激光测距传感器(18)、第三激光测距传感器(19)分别连接在第一2-DOF铰链(8)、第二2-DOF铰链(9)、第三2-DOF铰链(10)上；第一被动伸缩杆(2)、第二被动伸缩杆(3)、第三被动伸缩杆(4)的伸缩方向分别和第一激光测距传感器(17)、第二激光测距传感器(18)、第三激光测距传感器(19)发出的光线平行。/n...

【技术特征摘要】
1.一种激光三维测量定位系统，其特征在于，包括操作机和测量机；所述操作机包括固定平台(1)、第一被动伸缩杆(2)、第二被动伸缩杆(3)、第三被动伸缩杆(4)、复合球铰(11)、主动伸缩杆(12)、万向节(13)；所述测量机包括第一激光测距传感器(17)、第二激光测距传感器(18)、第三激光测距传感器(19)、第一2-DOF铰链(8)、第二2-DOF铰链(9)、第三2-DOF铰链(10)；
所述主动伸缩杆(12)固定端通过万向节(13)安装于固定平台(1)的中心位置，伸缩端与复合球铰(11)固定连接；所述第一被动伸缩杆(2)、第二被动伸缩杆(3)、第三被动伸缩杆(4)的固定端分别用第一虎克铰(5)、第二虎克铰(6)、第三虎克铰(7)安装于固定平台(1)上，三个伸缩杆的伸缩端分别通过转动副各与一个第一曲柄(111)连接，每个第一曲柄(111)分别通过转动副各与一个第二曲柄(112)相连；每个第二曲柄(112)均通过转动副与复合球铰(11)相连；所述第一虎克铰(5)、第二虎克铰(6)、第三虎克铰(7)以万向节(13)为中心分布在万向节(13)的一周；所述第一虎克铰(5)和第一2-DOF铰链(8)通过第一连杆(14)连接形成第一平行四边形摆杆，第二虎克铰(6)和第二2-DOF铰链(9)通过第二连杆(15)连接形成第二平行四边形摆杆，第三虎克铰(7)和第三2-DOF铰链(10)通过第三连杆(16)连接形成第三平行四边形摆杆；所述第一激光测距传感器(17)、第二激光测距传感器(18)、第三激光测距传感器(19)分别连接在第一2-DOF铰链(8)、第二2-DOF铰链(9)、第三2-DOF铰链(10)上；第一被动伸缩杆(2)、第二被动伸缩杆(3)、第三被动伸缩杆(4)的伸缩方向分别和第一激光测距传感器(17)、第二激光测距传感器(18)、第三激光测距传感器(19)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李开明，陈语，周文全，张贺，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32