一种实时空间定位系统及包含该系统的虚拟现实设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种实时空间定位系统，包括激光发射扫描部分和激光接收部分，激光发射扫描部分包括360度横向扫描激光和360度纵向扫描激光，并分别通过零刻度感应传感器进行零刻度激活；在需空间定位设备上设置激光接收传感器；还通过设置红外LED灯阵列，实现激光发射扫描与激光接收的信号同步。本实用新型还公开了包含上述空间定位系统的虚拟现实设备。本实用新型通过两个相互垂直设置的360度激光发射扫描和多个接收传感器接收，还通过零刻度红外曝光，实现激光发射扫描与激光接收的信号同步，再通过计算一个工作周期内的四次信号时间差，精确的得出激光接收部分在定位空间的三维位置，达到实时精确的定位效果。使用方便，定位精确刷新率高。
【专利说明】
一种实时空间定位系统及包含该系统的虚拟现实设备
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及空间定位技术领域，特别是涉及一种实时空间定位系统及包含该系统的虚拟现实设备。
【背景技术】
[0002]现有的用于室内定位的技术有:1、基于红外的对射式双目、多目摄像头的技术。该定位技术的实现需要用户进行专业的摄像头标定工作，只要摄像头的位置角度改变就需要重新标定。而且定位事业取决于摄像头的覆盖视野，视野越大需要摄像头越多，摄像头越多整个系统的标定工作更加复杂，数据融合也更复杂。2、还有基于UWB超宽带的室内定位技术。该定位技术的实现需要三个以上的基站，需要使用前做标定，定位精度差，价格昂贵。
[0003]由此可见，现有的空间定位系统仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的实时空间定位系统及包含该系统的虚拟现实设备，实属当前重要研发课题之一。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于激光扫描的实时空间定位系统，使其能简便且精确的进行定位，从而克服现有的空间定位技术的不足。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种实时空间定位系统，包括激光发射扫描部分和激光接收部分，
[0006]所述激光发射扫描部分包括两个由高速电机分别带动的转子、两个激光发射器、两个零刻度感应传感器和一个红外LED灯阵列；
[0007]其中，所述两个转子的转轴相互垂直设置;所述两个激光发射器均为一字线激光器，分别固定在两个转子上，且其发射的一字线激光与其固定转子的转轴平行，所述一字线激光器发射的一字线激光在其转子的带动下对定位空间进行360度匀速扫描；
[0008]所述两个零刻度感应传感器分别对应的设置在所述两个转子的旁边，当所述任一转子带动其上的一字线激光扫描到与其对应的零刻度线时激活其对应的零刻度感应传感器；
[0009]所述红外LED灯阵列与所述零刻度感应传感器和所述激光接收部分相连接，在所述零刻度感应传感器被激活时，所述红外LED灯阵列被瞬间曝光点亮，实现激光发射扫描与激光接收的信号同步；
[0010]所述激光接收部分包括接收传感器，用于接收所述激光发射扫描部分发射的激光以及零刻度红外曝光同步信号，并计算出所述激光接收部分在定位空间中的位置关系。
[0011]作为本实用新型的一种改进，所述两个转子的转轴相互垂直相交设置。
[0012]进一步改进，所述一字线激光器通过旋转滑环连接件连接其电源。
[0013]本实用新型还提供一种包含上述实时空间定位系统的虚拟现实设备，所述激光发射扫描部分安装在使用该虚拟现实设备的定位空间内，所述激光接收部分设置在所述虚拟现实设备的眼镜或手柄上，所述虚拟现实设备的眼镜或手柄上分布有至少4个激光接收传感器。
[0014]采用上述的技术方案，本实用新型至少具有以下优点:
[0015]1、本实用新型通过两个相互垂直设置的360度激光发射扫描和多个激光接收传感器的接收，以及通过零刻度红外曝光点亮，实现激光发射扫描部分与激光接收部分的信号同步，再通过计算一个工作周期内的四次信号时间差，精确的得出激光接收部分相对于定位空间的三维位置，实现了实时精确的空间定位效果。
[0016]2、本实用新型具有不需要用户标定，使用方便，定位精确度高，定位刷新频率高。
【附图说明】
[0017]上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与【具体实施方式】对本实用新型作进一步的详细说明。
[0018]图1是本实用新型实时空间定位系统中激光发射扫描部分的结构示意图；
[0019]图2是本实用新型中两个转子的最优设置方式示意图；
[0020]图3是本实用新型中横向扫描激光的示意图；
[0021 ]图4是本实用新型中纵向扫描激光的示意图；
[0022]图5是本实用新型中激光发射扫描部分的工作流程图；
[0023]图6是本实用新型中激光接收部分的工作流程图；
[0024]图7是本实用新型中激光接收部分在虚拟现实设备眼镜上的分布示意图；
[0025]图8是本实用新型中激光接收部分在虚拟现实设备手柄上的分布示意图。
【具体实施方式】
[0026]本实用新型基于激光扫描的实时空间定位系统包括:激光发射扫描部分和激光接收部分。
[0027]参照附图1所示，该激光发射扫描部分包括两个由高速电机分别带动的转子I和2、两个激光发射器3和4、两个零刻度感应传感器6和7、一个红外LED灯阵列5。其中，两个转子I和2的转轴8和9相互垂直，最优方式为两个转子I和2的转轴8和9相互垂直相交设置，如附图2所示。
[0028]具体的:一个转子横向设置在该定位空间内即横向转子2，另一个转子纵向设置在该定位空间内即纵向转子I。两个激光发射器3和4均为一字线激光器，分别固定在两个转子上，使其发射的一字线激光与其固定转子的转轴平行。则设置在横向转子2上的激光发射器4发射的激光12在其电机的带动下对定位空间进行360度横向匀速扫描，即横向扫描激光；设置在纵向转子I上的激光发射器3发射的激光13在其电机的带动下对定位空间进行360度纵向匀速扫描，即纵向扫描激光，如附图3和4所示。该一字线激光器的供电方式可以为:将一字线激光器直接安装到高速转子上，再通过旋转滑环连接件连接其电源，实现360度扫描激光。另外，该一字线旋转激光还可通过将90度反射镜面安装在高速电机转子上，激光通过反射镜面改变光路，产生360度扫描激光。
[0029]为了让横向扫描激光与纵向扫描激光互相不产生干扰，需对该两个垂直扫描激光进行360度匀速圆周分时，分时的时间间隔为半个圆周扫描周期。
[0030]两个零刻度感应传感器6和7分别对应的设置在两个转子I和2的旁边，用于记录激光扫描的零刻度线。当任一个方向的激光转到该扫描方向的零刻度线时激活其对应的零刻度感应传感器，则该零刻度感应传感器会发出该扫描方向的零刻度同步信号，并发送至红外LED灯阵列5，使该红外LED灯阵列5瞬间曝光点亮，使得扫描与接收两部分信号同步。
[0031 ]如上所述，该激光发射扫描部分在一个工作周期内，分别完成:I)横向扫描零刻度线并同步红外曝光一次，2)激光横向360度扫描一次，3)纵向扫描零刻度线并同步红外曝光一次，4)激光纵向360度扫描一次，其工作流程图如附图5所示。
[0032]该激光接收部分包括接收传感器，用于接收上述激光发射扫描部分发射的横向和纵向扫描激光以及零刻度红外曝光同步信号。则该接收传感器在一个工作周期内，分别收至IJ:1)横向扫描激光的零刻度红外曝光同步信号一次，2)横向扫描激光的扫描信号一次;3)纵向扫描激光的零刻度红外曝光同步信号一次，4)纵向扫描激光的扫描信号一次，其工作流程图如附图6所示。
[0033]该实时空间定位系统通过该激光接收部分与激光发射扫描部分的接收发射配合，在一个工作周期内的四次信号时间差，计算出该激光接收部分相对于定位空间的三维位置(x,y,ζ) ο
[0034]上述实时空间定位系统的具体实时空间定位方法为:
[0035]记录4次信号时刻，分别为:a)横向扫描激光的零刻度红外曝光同步信号，瞬时时刻为TxQ;b)横向扫描激光扫描激光接收传感器的信号，瞬时时刻为Tx;c)纵向扫描激光的红外曝光同步信号，瞬时时刻为TyQ;d)纵向扫描激光扫描激光接收传感器的信号，瞬时时刻为
Tyo
[0036]再分别计算横向激光扫描时间差(Tx-Tx0)和纵向激光扫描时间差(Ty-Ty0)，计算出激光接收部分相对于定位空间的三维位置(X，y，z)，即可实现激光接收部分在定位空间的实时定位。
[0037]本实施例将上述基于激光扫描的实时空间定位系统应用于头戴式虚拟现实设备中，如应用于虚拟现实设备的眼镜11或手柄14上，用于体验该头戴式虚拟现实设备的用户在定位空间的精确定位，进一步增强用户的三维交互体验。
[0038]在使用该虚拟现实设备时，上述激光发射扫描部分如上所述的安装在定位空间内，该激光接收部分即设置在其虚拟现实眼镜11或手柄14上，参照附图7或8所示，该虚拟现实设备的眼镜11或手柄14上分布有多个激光接收传感器10，如4个接收传感器以达到定位效果。采用超过4个传感器的排布是为了考虑激光信号的特点角度的遮挡，和加强设备的信号抗干扰能力。
[0039]当用户在该定位空间头戴设有该激光接收部分的虚拟现实眼镜11时，开启该实时空间定位系统，在一个工作周期内记录4次信号时刻，分别计算该工作周期内横向扫描时间差(Tx-TxQ)和纵向激光扫描时间差(Ty-TyQ)，再结合激光接收部分各接收传感器10的空间几何分布关系，最后计算出头戴式虚拟现实眼镜11相对于定位空间的三维位置(x，y，z)，通过该实时空间定位系统的循环工作，不断得出该用户的移动位置，则精确的实现体验用户在定位空间中的实时位置，提高用户体验感。同样，当该激光接收部分设置在其虚拟现实设备的手柄14上时，开启该实时空间定位系统，在一个工作周期内记录4次信号时刻，分别计算该工作周期内横向扫描时间差(Tx-TxQ)和纵向激光扫描时间差(Ty-TyQ)，再结合该手柄14上各接收传感器10的空间几何分布关系，最后计算出手柄14相对于定位空间的三维位置(X，y，z)，通过该实时空间定位系统的循环工作，不断得出该用户手部的移动位置，提高用户体验感。
[0040]该实用新型技术方案具有不需要用户标定的优点，使用方便，定位精确度高，定位刷新频率高。
[0041]本实用新型通过独创的激光发射和接收四次信号:a、横向扫描零刻度线同步信号，b、激光横向扫描信号，C、纵向扫描零刻度线同步信号，d、激光纵向扫描信号的方式实现了实时精确的空间定位效果。
[0042]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种实时空间定位系统，其特征在于，包括激光发射扫描部分和激光接收部分， 所述激光发射扫描部分包括两个由高速电机分别带动的转子、两个激光发射器、两个零刻度感应传感器和一个红外LED灯阵列； 其中，所述两个转子的转轴相互垂直设置;所述两个激光发射器均为一字线激光器，分别固定在两个转子上，且其发射的一字线激光与其固定转子的转轴平行，所述一字线激光器发射的一字线激光在其转子的带动下对定位空间进行360度匀速扫描； 所述两个零刻度感应传感器分别对应的设置在所述两个转子的旁边，当所述任一转子带动其上的一字线激光扫描到与其对应的零刻度线时激活其对应的零刻度感应传感器； 所述红外LED灯阵列与所述零刻度感应传感器和所述激光接收部分相连接，在所述零刻度感应传感器被激活时，所述红外LED灯阵列被瞬间曝光点亮，实现激光发射扫描与激光接收的信号同步； 所述激光接收部分包括接收传感器，用于接收所述激光发射扫描部分发射的激光以及零刻度红外曝光同步信号，并计算出所述激光接收部分在定位空间中的位置关系。2.根据权利要求1所述的实时空间定位系统，其特征在于，所述两个转子的转轴相互垂直相交设置。3.根据权利要求1所述的实时空间定位系统，其特征在于，所述一字线激光器通过旋转滑环连接件连接其电源。4.一种包含权利要求1至3任一项所述实时空间定位系统的虚拟现实设备，其特征在于，所述激光发射扫描部分安装在使用该虚拟现实设备的定位空间内，所述激光接收部分设置在所述虚拟现实设备的眼镜或手柄上，所述虚拟现实设备的眼镜或手柄上分布有至少4个激光接收传感器。
【文档编号】G01S17/06GK205450268SQ201620189584
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】李翔, 冯伟东, 陈振
【申请人】北京维阭时代科技有限公司