专利名称：管道空间中精确测量物体移动的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量物体移动的装置，特别是涉及一种管道空间中测量物体移动的装置
背景技术：
在管道空间或者类似于管道的空间中，即移动路径的上面，下面和两侧空间都是封闭的，只有前后两面可以通行的空间中，物体移动数值的计算一般采用测距法(Odometry)，但是因为测距法(Odometry)误差很大(每米平均误差2. 5%左右)，所以还会利用激光范围传感器观测空间进行移动数值校正。在利用激光范围传感器对物体移动数值进行计算时候，因为激光传感器对空间的扫描结果类似若干条平行虚线的扫描点集，所以在进行迭代最近点法(Iterative Closest Point)对物体移动前和移动后的扫描点集进行拟合的时候，计算出来的移动数值因为扫描点集形状的问题，具有固有的误差缺陷性。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够精确测量管道空间中物体移动的装置。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为一种管道空间中精确测量物体移动的装置，其特征在于包括一加固笔记本电脑，一激光范围传感器，一受舵机驱动的旋转平台，以及一受控移动物体，所述受控移动的物体置于待测物体的前方或者后方，所述舵机以及旋转平台装于待测的物体上，并且激光范围传感器设置于旋转平台上随着旋转平台的转动对四周进行扫描，该受控移动物体通过无线通信模块与加固笔记本电脑之间进行通信进而该加固笔记本电脑控制该受控移动物体的运动，该加固笔记本电脑还连接至该舵机进而控制旋转平台的旋转，并且加固笔记本连接激光范围传感器，用于记录激光范围传感器扫描的数据进行运算并且控制激光范围传感器的扫描。为了使受控移动物体更容易被激光范围传感器扫描到，所述受控移动物体上设有一增强反射板。与现有技术相比，本实用新型的优点在于利用带有增强反射板的受控移动物体充当路标，从而改变了扫描点集的形状，使得利用迭代最近点法(Iterative Closest Point)对物体移动数值的计算更为精确。
图I为本实用新型装置的结构框架图。图2为本实用新型装置的测量过程图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。[0010]本实用新型的管道中精确测量物体移动的装置，如图I所示，包括一加固笔记本电脑，一激光范围传感器，一受舵机驱动的旋转平台，以及一受控移动物体，如图2所示，其中长方形的表示受控移动物体，放置于待测物体的前方或者后方，方形带三角形的物体表示待测物体，虚线表示激光范围传感器的模拟扫描激光。优选地，由于受控移动物体可能会是不规则形状并且不容易被激光范围传感器扫描到，因此该受控移动物体上还带有增强反射板，该增强反射板为表面平整有利于漫反射的平板，在本实用中采用的是平整的白色PVC板材。该待测物体上安装旋转平台，该旋转平台上设置有激光范围传感器对周围环境进行扫描，受控移动物体通过无线通信模块与加固笔记本电脑之间进行通信进而控制该受控物体的移动。该舵机也与该加固笔记本电脑进行连接进而驱动旋转平台的旋转使激光范围传感器对周围环境进行扫描，该加固笔记本电脑于激光范围传感器进行连接，用于记录激光范围传感器扫描的数据进行运算并且控制激光范围传感器的扫描。优选地，其中激光范围传感器采用北洋电机株式会社生产的URG-04LX，舵机采用R0BITIS社生产的Dynamixel系列的 DX-117。测量过程如下所示，如图2a所示，受控移动物体先被控制移动到被测物体的前方，或者后方，取决于激光范围传感器的扫描方向，然后保持静止；如图2b所示，被测物体移动前，先利用激光范围传感器取得移动前的空间扫描数值。然后被测物体移动一段距离和角度后静止，如图2c所示，其中虚线表示待测物体运动前的位置，实线表示运动后的位置，再利用激光范围传感器取得移动后的空间扫描数值，然后利用迭代最近点法(Iterative Closest Point)对移动前后的空间扫描数值进行拟合,计算出被测物体的移动数值。然后受控移动物体继续移动，然后可继续进行被测物体的测量，如图2d所示，其中虚线表示运动前的位置，实线表示运动后的位置。通过记录下来的舵机旋转角度和每个角度上激光范围传感器对空间的扫描数据，可以取得对空间的三维扫描数据，再利用迭代最近点法(Iterative Closest Point)对每一次移动前和移动后的三维空间扫描数据进行拟合，从而精确地计算出物体每一次移动数值，包括移动距离和角度。本领域技术人员可以了解到，迭代最近点法虽是常用的一种数值拟合方法，如果在待测物体的前方或者后方没有设置受控移动的物体，则用激光范围传感器扫描出来的空间扫描结果为若干条平行虚线的扫描点集，所以在进行迭代最近点法(Iterative ClosestPoint)对物体移动前和移动后的扫描点集进行拟合的时候，计算出来的移动数值因为扫描点集形状的问题，具有固有的误差缺陷性。但是在待测物体的前方或者后方设置受控移动的物体后，该受控移动的物体相当于路标，使得激光范围传感器扫描出来的扫描点集为类似若干条虚线的“Π”形状的扫描点集，因此在对这样的扫描点集用迭代最近点法进行数据拟合后，计算出的物体每次移动的数值将更为精确，每米平均误差可小于I. 25%，而同样的距离，如用测距法来计算，每米平均误差可达2. 5%左右。该管道空间中精确测量物体移动的装置利用带有增强反射板的受控移动物体充当路标，从而改变了扫描点集的形状，使得利用迭代最近点法(Iterative Closest Point)对物体移动数值的计算更为精确，每米平均误差小于I. 25%。除上述实施例外，本实用新型还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本实用新型权利要求的保护范围之内。
权利要求1.一种管道空间中精确测量物体移动的装置，其特征在于包括一加固笔记本电脑，一激光范围传感器，一受舵机驱动的旋转平台，以及一受控移动物体，所述受控移动的物体置于待测物体的前方或者后方，所述舵机以及旋转平台装于待测的物体上，并且激光范围传感器设置于旋转平台上随着旋转平台的转动对四周进行扫描，该受控移动物体通过无线通信模块与加固笔记本电脑之间进行通信进而该加固笔记本电脑控制该受控移动物体的运动，该加固笔记本电脑还连接至该舵机进而控制旋转平台的旋转，并且加固笔记本连接激光范围传感器，用于记录激光范围传感器扫描的数据进行运算并且控制激光范围传感器的扫描。
2.如权利要求I所述的精确测量物体移动的装置，其特征在于所述受控移动物体上设有一增强反射板。
专利摘要一种管道空间中精确测量物体移动的装置，其特征在于包括一加固笔记本电脑，一激光范围传感器，一受舵机驱动的旋转平台，以及一受控移动物体，所述受控移动的物体置于待测物体的前方或者后方，所述舵机以及旋转平台装于待测的物体上，并且激光范围传感器设置于旋转平台上随着旋转平台的转动对四周进行扫描，该加固笔记本电脑用于记录激光范围传感器扫描的数据进行运算并且控制激光范围传感器的扫描。该管道空间中精确测量物体移动的装置利用带有增强反射板的受控移动物体充当路标，从而改变了扫描点集的形状，使得利用迭代最近点法(Iterative Closest Point)对物体移动数值的计算更为精确，每米平均误差小于1.25％。
文档编号G01C3/00GK202382727SQ20112053653
公开日2012年8月15日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者刘玉良, 李韵磊 申请人:浙江海洋学院