一种智能检测空间位点三维坐标的方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种智能检测空间位点三维坐标的方法及其应用。所述方法是通过在一载体上安装一个九轴陀螺仪传感器和至少一个测距传感器，通过在所述载体上任选一点作为参照坐标系原点O和预设空间坐标系的方向，并按照九轴陀螺仪传感器的6种内旋顺序构建了关于空间位点在参照坐标系中的三维坐标的对应计算公式，因所构建的计算公式中，只有姿态角和待测空间位点与其所对应的测距传感器所在的坐标系原点之间的距离为变量，但它们分别可由九轴陀螺仪传感器和测距传感器实时获知，因此，本发明专利技术所述方法具有计算非常简单、易于实现高效、检测处理成本低等优点，可应用于本发明专利技术中所述的预防近视的智能设备和地形测绘的智能装置上。装置上。装置上。

【技术实现步骤摘要】
一种智能检测空间位点三维坐标的方法及其应用


[0001]本专利技术是涉及一种智能检测空间位点三维坐标的方法及其在预防近视和地形测绘产品上的应用，属于智能检测


技术介绍

[0002]随着智能科技的快速发展，已在多个行业的智能化实施中，均涉及对空间目标如何进行精准定位的问题，例如：智能穿戴设备、机器人的在线质量监测、地图测绘、救援探险等领域，而要实现对空间目标进行精准定位，就需要解决空间位点三维坐标的智能检测问题。由于目前实现空间位点智能监测基本上都是采用视觉图像技术或与雷达相结合的导航技术，而这种技术不仅存在数据处理复杂、运行成本高等问题，而且检测精度受视觉设备或/和雷达设备性能的影响，并且对数据处理系统的要求很高，通常要满足高速检测效率，会导致智能处理系统体积庞大，检测成本高昂，以致局限了该技术的广泛应用。
[0003]目前市场上预防近视的产品主要有两大类：一是物理矫正坐姿设备，因这类设备要在学习桌上安装，不好拆卸，且存在较大安全隐患；二是测距报警设备，虽这类设备的方向没错，但目前现有的该类设备不仅存在精度差，误报频发的问题，而且体积庞大，续航使用寿命短，以致无法普及使用，不具有实用性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种智能检测空间位点三维坐标的方法及其在地形测绘和预防近视产品上的应用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种智能检测空间位点三维坐标的方法，包括一个九轴陀螺仪传感器和至少一个测距传感器，且所述的九轴陀螺仪传感器与所述的测距传感器均安装在能实现它们同步运动的载体上，所述方法包括如下步骤：
[0007]1)在所述载体上任选一点作为参照坐标系原点O，并设：水平朝东方向为X轴，水平朝北方向为Y轴，竖直朝天方向为Z轴，θ为绕X轴遵循右手法则旋转的姿态角，为绕Y轴遵循右手法则旋转的姿态角，ψ为绕Z轴遵循右手法则旋转的姿态角；α
O
是一测距传感器所在的坐标系原点O
A
与参照坐标系原点O的连线O
A
‑
O与X轴的夹角，β
O
是所述的连线O
A
‑
O 与Y轴的夹角，γ
O
是所述的连线O
A
‑
O与Z轴的夹角；α
A
是该测距传感器所在的坐标系原点O
A
与待测空间位点(记为A点)的连线O
A
‑
A与X轴的夹角，β
A
是所述的连线O
A
‑
A与Y轴的夹角，γ
A
是所述的连线O
A
‑
A与Z轴的夹角；以及，a表示O
A
‑
A连线的长度，m表示O
A
‑
O 连线的长度；
[0008]2)因九轴陀螺仪传感器的姿态角的内旋顺序总共有6种，分别为：Z
‑
Y
‑
X、Z
‑
X
‑
Y、Y
‑
Z
‑
X、Y
‑
X
‑
Z、X
‑
Y
‑
Z、X
‑
Z
‑
Y，因此，以选用的九轴陀螺仪传感器的姿态角的具体内旋顺序按以下对应公式计算待测空间位点A在参照坐标系中的三维坐标，具体为：
[0009]21)若内旋顺序为Z
‑
Y
‑
X，即：先绕Z轴旋转，再绕Y轴旋转，最后绕X轴旋转，则，待测空间位点A在参照坐标系中的三维坐标的计算公式(记为公式1)如下：
[0010][0011][0012][0013]22)若内旋顺序为Z
‑
X
‑
Y，即：先绕Z轴旋转，再绕X轴旋转，最后绕Y轴旋转，则，待测空间位点A在参照坐标系中的三维坐标的计算公式(记为公式2)如下：
[0014][0015][0016][0017]23)若内旋顺序为Y
‑
X
‑
Z，即：先绕Y轴旋转，再绕X轴旋转，最后绕Z轴旋转，则，待测空间位点A在参照坐标系中的三维坐标的计算公式(记为公式3)如下：
[0018][0019][0020][0021]24)若内旋顺序为Y
‑
Z
‑
X，即：先绕Y轴旋转，再绕Z轴旋转，最后绕X轴旋转，则，待测空间位点A在参照坐标系中的三维坐标的计算公式(记为公式4)如下：
[0022][0023][0024][0025]25)若内旋顺序为X
‑
Z
‑
Y，即：先绕X轴旋转，再绕Z轴旋转，最后绕Y轴旋转，则，待测空间位点A在参照坐标系中的三维坐标的计算公式(记为公式5)如下：
[0026][0027][0028][0029]26)若内旋顺序为X
‑
Y
‑
Z，即：先绕X轴旋转，再绕Y轴旋转，最后绕Z轴旋转，则，待测空间位点A在参照坐标系中的三维坐标的计算公式(记为公式6)如下：
[0030][0031][0032][0033]一种实施方案，上述姿态角θ、ψ的取值范围均为
‑
180
°
～180
°
。
[0034]一种预防近视的智能设备，包括头戴载体、一个九轴陀螺仪传感器、至少3个测距传感器和一单片机，所述的九轴陀螺仪传感器与所述的测距传感器均固定安装在所述的头戴载体上，且所述的九轴陀螺仪传感器和所述的测距传感器均与所述的单片机信号通讯连接；其特征在于：所述单片机中至少预设有3组按上述方法计算空间位点在参照坐标系中的三维坐标的计算公式，所有计算公式中所涉及的姿态角θ、ψ数值均由九轴陀螺仪传感器实时获取和发送给单片机，每组计算公式中的α
O
、β
O
、γ
O
、α
A
、β
A
、γ
A
和m的参数值均由与每组公式所对应的测距传感器所在的坐标系原点所确定，且在每组公式中为定值，每组计算公式中的参数a值是指与每组公式所对应的测距传感器所在的坐标系原点与待测空间位点间的距离，由对应的测距传感器实时获取和发送给单片机。
[0035]一种实施方案，以头戴载体上位于使用者双眼之间的中点作为参照坐标系原点O，在所述头戴载体上共设有6个测距传感器，它们所在的坐标系原点分别记为O
A
、O
B
、O
C
、O
D
、 O
E
、O
F
；并设：水平朝东方向为X轴，水平朝北方向为Y轴，竖直朝天方向为Z轴，θ为绕 X轴遵循右手法则旋转的姿态角，代表着使用者抬头和低头的角度，为绕Y轴遵循右手法则旋转的姿态角，代表着使用者左右歪头的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能检测空间位点三维坐标的方法，包括一个九轴陀螺仪传感器和至少一个测距传感器，且所述的九轴陀螺仪传感器与所述的测距传感器均安装在能实现它们同步运动的载体上，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1)在所述载体上任选一点作为参照坐标系原点O，并设：水平朝东方向为X轴，水平朝北方向为Y轴，竖直朝天方向为Z轴，θ为绕X轴遵循右手法则旋转的姿态角，为绕Y轴遵循右手法则旋转的姿态角，ψ为绕Z轴遵循右手法则旋转的姿态角；α
O
是一测距传感器所在的坐标系原点O
A
与参照坐标系原点O的连线O
A
‑
O与X轴的夹角，β
O
是所述的连线O
A
‑
O与Y轴的夹角，γ
O
是所述的连线O
A
‑
O与Z轴的夹角；α
A
是该测距传感器所在的坐标系原点O
A
与待测空间位点A的连线O
A
‑
A与X轴的夹角，β
A
是所述的连线O
A
‑
A与Y轴的夹角，γ
A
是所述的连线O
A
‑
A与Z轴的夹角；以及，a表示O
A
‑
A连线的长度，m表示O
A
‑
O连线的长度；2)因九轴陀螺仪传感器的姿态角的内旋顺序总共有6种，分别为：Z
‑
Y
‑
X、Z
‑
X
‑
Y、Y
‑
Z
‑
X、Y
‑
X
‑
Z、X
‑
Y
‑
Z、X
‑
Z
‑
Y，因此，以选用的九轴陀螺仪传感器的姿态角的具体内旋顺序按以下对应公式计算待测空间位点A在参照坐标系中的三维坐标，具体为：21)若内旋顺序为Z
‑
Y
‑
X，即：先绕Z轴旋转，再绕Y轴旋转，最后绕X轴旋转，则，待测空间位点A在参照坐标系中的三维坐标的计算公式(记为公式1)如下：的计算公式(记为公式1)如下：的计算公式(记为公式1)如下：22)若内旋顺序为Z
‑
X
‑
Y，即：先绕Z轴旋转，再绕X轴旋转，最后绕Y轴旋转，则，待测空间位点A在参照坐标系中的三维坐标的计算公式(记为公式2)如下：的计算公式(记为公式2)如下：
23)若内旋顺序为Y
‑
X
‑
Z，即：先绕Y轴旋转，再绕X轴旋转，最后绕Z轴旋转，则，待测空间位点A在参照坐标系中的三维坐标的计算公式(记为公式3)如下：的计算公式(记为公式3)如下：的计算公式(记为公式3)如下：24)若内旋顺序为Y
‑
Z
‑
X，即：先绕Y轴旋转，再绕Z轴旋转，最后绕X轴旋转，则，待测空间位点A在参照坐标系中的三维坐标的计算公式(记为公式4)如下：的计算公式(记为公式4)如下：的计算公式(记为公式4)如下：25)若内旋顺序为X
‑
Z
‑
Y，即：先绕X轴旋转，再绕Z轴旋转，最后绕Y轴旋转，则，待测空间位点A在参照坐标系中的三维坐标的计算公式(记为公式5)如下：
26)若内旋顺序为X
‑
Y
‑
Z，即：先绕X轴旋转，再绕Y轴旋转，最后绕Z轴旋转，则，待测空间位点A在参照坐标系中的三维坐标的计算公式(记为公式6)如下：的计算公式(记为公式6)如下：的计算公式(记为公式6)如下：2.一种预防近视的智能设备，包括头戴载体、一个九轴陀螺仪传感器、至少3个测距传感器和一单片机，所述的九轴陀螺仪传感器与所述的测距传感器均固定安装在所述的头戴载体上，且所述的九轴陀螺仪传感器和所述的测距传感器均与所述的单片机信号通讯连接；其特征在于：所述单片机中至少预设有3组按权利要求1所述方法计算空间位点在参照坐标系中的三维坐标的计算公式，所有计算公式中所涉及的姿态角θ、ψ数值均由九轴陀螺仪传感器实时获取和发送给单片机，每组计算公式中的α
O
、β
O
、γ
O

【专利技术属性】
技术研发人员：夏剑静，
申请(专利权)人：夏剑静，
类型：发明
国别省市：