明的空间轨迹记录方法包括：
[0048] S1:确定运动机构初始静止时的位置信息，并保存至存储介质中。
[0049] S2:按照设定频率，同步获取运动机构运动过程中的姿态信息与行程信息，并根据 每次获取的姿态信息与行程信息，实时地计算出位置信息。
[0050] S3:当运动机构每经过一个设定的单位行程时，处理模块存储当前时刻的位置信 息。
[0051 ] S4:判断运动机构是否静止，若未静止，则跳转至S2。
[0052]结合图4所示的本发明方法计算空间位移矢量原理示意图；其中，在S2中，根据每 次获取的姿态信息与行程信息，得到空间位移矢量信息的方法为，
[0053] 对姿态信息进行融合计算，以获得横滚角、俯仰角和航向角，并根据横滚角、俯仰 角和航向角，对行程信息进行空间坐标计算，得到空间位移矢量信息，以及在每得到一个空 间位移矢量信息后，根据空间位移矢量信息和上次计算出的位置信息，计算得到本次的位 置信息。
[0054] 在实施时，对姿态信息进行滤波处理后，再进行融合计算。而且，计算得到位置信 息后，将计算得到的位置信息覆盖上次计算出的位置信息，从而降低处理模块的缓存负载， 提高计算速率。
[0055]在具体实施时，由于本发明是按照设定频率，来同步获取姿态信息和行程信息，所 以前后两次同步获取姿态信息和行程信息之间有一定的时间间隔，而当这个时间间隔足够 短时，可将每个时间间隔内的运动状态认为直线运动。
[0056]那么设时间间隔内的行程为St，俯仰角、横滚角和航向角分别为如人和小t;在t至 t+i个时间间隔内，空间位移矢量表示为(it，jt，kt)，则有： it cos ^ * cos 4
[0057] jt ~St* eos ^ *sin ^ _欠.」 匕 sin^ _
[0058] 在已知t个时间间隔时的空间位置坐标为(xt，yt，zt)，在t至t+1个时间间隔内，空 间位移矢量表示为(it，jt，kt)。
[0059] 在实施时，将当前得到的空间位移矢量信息与上次计算出的位置信息相叠加，以 计算得到当前位置信息。因此，在t+Ι个时间间隔时的空间位置坐标表示为：
[0060] (xt+i,yt+i,zt+ι) - (xt，yt，zt) + (it，jt,kt)。
[0061] 结合图5所示的本发明方法获得当前位置信息原理示意图；其中，已知初始静止时 的空间位置坐标(XQ，y Q，Z())的情况下，在t+Ι个时间间隔时的空间位置坐标表示为： t
[0062] (xt+1,yt+:1 ,zt+1) = (x：0 ,y0 ,z〇) (iffl jm ,kffi) m=0
[0063] 本发明的装置可直接固定在运动机构上，在使用时，首先确定初始静止时的位置 信息，当运动机构运动时，本发明的装置按照设定频率，同步获取姿态信息和行程信息，并 经过一系列的运算和处理，获得当前位置信息，并将每次得到的位置信息保存在存储介质 中。本发明的装置由于没有采用GPS定位方式，所以不受外界环境的干扰，而影响轨迹信息 的精度。
[0064] 上面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了详细说明，但本发明并不限制于上 述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作 出各种修改或改型。
【主权项】
1. 一种空间轨迹记录装置，用于固定在运动机构上，记录运动机构运动的空间轨迹，其 特征在于，包括姿态信息采集模块，计程装置和处理模块，所述姿态信息采集模块和所述计 程装置分别与所述处理模块连接;其中， 所述姿态信息采集模块，用于采集所述运动机构运动过程中的姿态信息； 所述计程装置，用于记录所述运动机构运动过程中的行程信息； 所述处理模块按照设定频率，同步获取所述行程信息与所述姿态信息，并根据所述行 程信息与所述姿态信息，实时地计算出位置信息，而且当运动机构每经过一个设定的单位 行程时，所述处理模块存储当前时刻的所述位置信息； 运动机构的运动停止后，根据运动机构开始运动前记录的静止时的位置信息和所述处 理模块存储的所述位置信息，而获得运动机构运动的空间轨迹。2. 如权利要求1所述的一种空间轨迹记录装置，其特征在于，所述处理模块包括数字滤 波器、处理器和存储器;其中， 所述数字滤波器，用于对所述姿态信息进行滤波处理； 所述处理器，用于对所述姿态信息进行融合计算，以获得横滚角、俯仰角和航向角，并 根据所述横滚角、所述俯仰角和所述航向角，对所述行程信息进行空间坐标计算，得到所述 空间位移矢量信息，以及在每得到一个所述空间位移矢量信息后，根据所述空间位移矢量 信息和上次计算出的所述位置信息，计算得到本次的所述位置信息； 所述存储器，用于存储所述处理器的所述位置信息。3. 如权利要求1所述的一种空间轨迹记录装置，其特征在于，所述姿态信息采集模块包 括三轴加速度计，三轴陀螺仪和三轴电子罗盘，并且所述姿态信息包括三轴加速度信息、三 轴角速度信息和所述三轴磁场信息，其中， 所述三轴加速度计，用于采集所述三轴加速度信息； 所述三轴陀螺仪，用于采集所述三轴角速度信息； 所述三轴电子罗盘，用于采集所述三轴磁场信息。4. 如权利要求1所述的一种空间轨迹记录装置，其特征在于，所述计程装置包括编码器 和传动装置，并且所述编码器通过所述传动装置与所述运动机构连接，以将所述运动机构 的行程转换为所述行程信息。5. 如权利要求1所述的一种空间轨迹记录装置，其特征在于，所述处理器设置有数据接 口，用于扩展SD卡或者U盘。6. -种应用于如权利要求1所述的空间轨迹记录装置的空间轨迹记录方法，其特征在 于，包括， S1:确定运动机构初始静止时的位置信息，并保存至存储介质中； S2:按照设定频率，同步获取所述运动机构运动过程中的姿态信息与所述行程信息，并 根据每次获取的所述姿态信息与所述行程信息，实时地计算出位置信息； S3:当运动机构每经过一个设定的单位行程时，所述处理模块存储当前时刻的所述位 置信息； S4:判断运动机构是否静止，若未静止，则跳转至S2。7. 如权利要求6所述的空间轨迹记录方法，其特征在于，对所述姿态信息进行融合计 算，以获得横滚角、俯仰角和航向角，并根据所述横滚角、所述俯仰角和所述航向角，对所述 行程信息进行空间坐标计算，得到所述空间位移矢量信息，以及在每得到一个所述空间位 移矢量信息后，根据所述空间位移矢量信息和上次计算出的所述位置信息，计算得到本次 的所述位置信息。8. 如权利要求7所述的空间轨迹记录方法，其特征在于，对所述姿态信息进行滤波处理 后，再进行融合计算。9. 如权利要求7所述的空间轨迹记录方法，其特征在于，计算得到所述位置信息后，将 计算得到的所述位置信息覆盖上次计算出的所述位置信息。
【专利摘要】本发明公开了一种空间轨迹记录装置及其方法，该装置固定在运动机构上，以记录运动机构运动的空间轨迹，其包括姿态信息采集模块，计程装置和处理模块；其中，姿态信息采集模块采集运动机构运动过程中的姿态信息，计程装置记录运动机构运动过程中的行程信息，处理模块按照设定频率，同步获取行程信息与姿态信息，并根据行程信息与姿态信息，实时地计算出位置信息，而且当运动机构每经过一个设定的单位行程时，处理模块存储当前时刻的位置信息；运动机构的运动停止后，根据运动机构开始运动前记录的静止时的位置信息和处理模块存储的位置信息，而获得运动机构运动的空间轨迹。本发明不受外界环境的干扰，而影响轨迹信息的精度。
【IPC分类】G01C23/00
【公开号】CN105547324
【申请号】CN201610126858
【发明人】肖蕾, 庄鑫财, 刘克江, 罗国娟
【申请人】广东技术师范学院
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年3月7日