一种可远程追踪目标的高精度三坐标测量装备的制作方法

1.针对测绘工程领域、机电工程领域。


背景技术：

2.目前针对土方以及地面平整度测量主要采用全站仪的方式。但这类工具存在测量流程繁琐、对测绘人员有很高的操作技术要求、测量精度不够高等问题。如何高效高精度实现土方以及地面水平度和平整度数据测量成为一大难题。


技术实现要素：

3.为解决背景问题，本实用新型专利提供了一种可远程追踪目标的高精度三坐标测量装备用于土木工程开发测绘，解决建筑施工过程中土方测量，地面水平度及平整度测量，实现追踪移动目标自动化测量。可以通过该设备代替人力进行测量中地面三维数据获取，节省人力成本。
4.优选的，标定测量光圈或标识圈固定于移动测量端移动测量杆上，位于测量摄像头拍摄范围内。
5.优选的，测量摄像头对移动端测量杆拍照，拍摄的照片内容包括射到移动端测量杆的激光点与标定测量光圈。测量摄像头通过usb串口或其他通信方式将拍摄图片发送到移动机电设备组件中的计算机进行距离测量计算，机器视觉测量结果与激光点至地面的距离之间存在一个绝对差值，是标定光圈与地面的绝对距离。因此激光点与地面的距离为机器视觉测量结果与标定光圈与地面的绝对距离之和，为所求设备z方向测量值。将计算结果传送给固定端机电设备组件中的计算机。
6.优选的，移动端机电设备组件和固定端机电设备组件可以通过无线通讯进行拍摄指令发送和测量数据传输。
7.优选的，追踪摄像头的像素可以达到最远追踪范围的需求。
8.优选的，固定三脚架平台上配有调平装置，实现三脚架平台水平于地面。
9.优选的，电机装配构件上有用于固定俯仰自由度电机和水平自由度电机的中心凹孔和环绕周围的螺纹定位孔。
10.优选的，所述水平自由度电机为直驱电机。
11.优选的，固定端机电设备组件内部的计算机控制电机驱动器，控制水平自由度电机控制电机自动追踪移动端测量杆，并实时读取电机的角度数据。
12.优选的，移动测量端实时通过移动端机电设备组件提示操作人员调整设备状态水平。追踪测量固定端通过无线通讯模块读取移动测量端的实时状态是否水平。
13.优选的，无线通讯模块，固定端机电设备组件内部的计算机通过无线模块在追踪目标确定后，如果此时接受到移动端机电设备组件发送设备状态为水平的信号，对移动端机电设备组件内部的计算机发送拍照指令。
14.优选的，固定端机电设备组件中的计算机得到电机驱动器的角度数据、激光测距
设备测量值数据。根据编码器角度读数θ
b、
θ
c
，与实时激光测距设备的读数l
a
、l
b
、l
c
进行极坐标转换获得对应设备x、y方向测量值a（a
x
，a
y
）、b（b
x
，b
y
）、c（c
x
，c
y
），以此类推获得多个测量点的数据，测量点数及分布可由用户确定。
15.优选的，移动测量端可由人或机器人进行移动和操作测量。具体测量点数以及最小测量间距根据用户需求确定。
16.优选的，x/y/z方向测量数据可在固定端机电设备组件本机计算存储，也可通过网络进行云端计算和存储。数据储存的形式包括：极坐标系和直角坐标系。
17.优选的x/y/z方向测量数据可通过固定端机电设备组件中的显示屏显示测量结果。同时，显示测量结果上传到计算机的云平台上，可在手机移动端查询和显示。
附图说明
18.图1为原理示意主视图。
19.图2为原理示意俯视图。
20.图3测量结果储存示意图。
21.图1
‑
2中：1追踪摄像头 2. 激光测距设备3. 电机装配构件4. 水平自由度电机5. 固定端机电设备组件6. 固定端三脚架7. 移动端机电设备组件8. 测量摄像头9. 标定测量光圈10. 移动测量杆11. 测量结果数据原点。
22.图3中：存在极坐标数据存储和直角坐标存储两种形式，如图，在极坐标数据储存格式中：l
a
‑ꢀ
l
n
为极径值，0、θ
b
‑
θ
n
为极角值。在直角坐标数据储存格式中：a
x
‑
c
x
…
x
n
为直角坐标系x方向值，a
y
‑ꢀ
c
y
…
y
n
为直角坐标系y方向值。
具体实施方式
23.下面将结合本文实施例中的附图，对本实用新型实施中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是整个实用新型的一部分实施例。基于本实用新型中的实施例在室外土方测量或室内地面测量应用中，相关领域技术人员没有创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型专利保护范围内。
24.请参阅图1
‑
2，本实用新型提供一种技术方案：一种可远程追踪目标的高精度三坐标测量装备分成两个部分，追踪测量固定端和移动测量端。所述追踪测量固定端包括追踪摄像头1，其特征在于：整个摄像头螺栓连接安装于电机装配构件3上，所述激光测距设备2通过螺栓连接安装于电机装配构件3。所述电机装配构件3通过螺纹连接安装在水平自由度电机4上。所述水平自由度电机4通过螺栓连接安装于固定端三脚架6上，所述固定端机电设备组件5通过螺栓连接安装于固定端三脚架6内部。所述移动测量端包括移动端机电设备组件7通过螺纹连接固定于移动测量杆10上。所述标定测量光圈9固定于移动测量杆10上。所述测量摄像头8螺纹连接固定于移动测量杆10上。本设备结合激光定位与机器视觉中的目标跟踪，实现对移动端的追踪测量。为更好实现远距离追踪效果采用高分辨率编码器的直驱电机进行运动追踪控制。固定端机电设备组件5的计算机在得到电机驱动器的编码器分辨率角度读数θ
1、
θ2、实时激光测距设备的读数l
a
、l
b
、l
c
，通过计算机计算得出目标点x、y方向的测量结果、移动端机电设备组件7中计算机处理测量摄像头9拍摄的的图片，转化为目标点z方向的测量结果，通过无线通讯模块实现追踪测量固定端和移动测量端之间的数据
与指令收发。x/y/z方向测量数据可在固定端机电设备组件5本机计算存储，也可通过网络进行云端计算和存储。x/y/z方向测量数据可通过固定端机电设备组件5中的显示屏显示测量结果。同时，显示测量结果上传到计算机的云平台上，可在手机移动端查询和显示。数据的储存形式如图3所示，包括：极坐标系和直角坐标系两种形式。


技术特征：
1.一种可远程追踪目标的高精度三坐标测量装备，其特征在于：包括追踪测量固定端和移动测量端；所述追踪测量固定端包括追踪摄像头（1），整个摄像头螺栓连接安装于电机装配构件（3）上，激光测距设备（2）通过螺栓连接安装于电机装配构件（3）；所述电机装配构件（3）通过螺纹连接安装在水平自由度电机（4）上，该电机可自由进行水平旋转；所述水平自由度电机（4）通过螺栓连接安装于固定端三脚架（6）上，固定端机电设备组件（5）通过螺栓连接安装于固定端三脚架（6）内部；所述移动测量端包括移动端机电设备组件（7）通过螺纹连接固定于移动测量杆（10）上；标定测量光圈（9）固定于移动测量杆（10）上；测量摄像头（8）螺纹连接固定于移动测量杆（10）上；测量摄像头（8）能够对整个测量范围h2进行视觉测量，机器视觉测量结果为h1；激光点至地面的距离为h2；标定光圈至地面的绝对距离为h3；编码器分辨率角度读数θ
b、
θ
c
，编码器内置于水平自由度电机（4）中；实时激光测距设备的读数l
a
、l
b
、l
c
，通过激光测距设备（2）读取；测量结果数据原点（11）为水平自由度电机（4）旋转中心。2.根据权利要求1所述的一种可远程追踪目标的高精度三坐标测量装备，其特征在于：追踪固定端是水平放置在地面上的，其水平度可以调整，移动测量端的位置在整个设备的追踪测量范围内。3.根据权利要求1所述的一种可远程追踪目标的高精度三坐标测量装备，其特征在于：所述追踪摄像头（1）的摄像头方向与激光测距设备（2）的激光发射点保持水平；所述追踪摄像头（1）的拍摄起点与激光发射点的起点位置保持在同一基准。4.根据权利要求1所述的一种可远程追踪目标的高精度三坐标测量装备，其特征在于：固定端机电设备组件（5）包括陀螺仪模块、计算机、无线通讯模块、显示屏、电机驱动器；其中、显示屏通过螺栓连接固定且外置在整个设备组件外端。5.根据权利要求1所述的一种可远程追踪目标的高精度三坐标测量装备，其特征在于：移动端机电设备组件（7）包括陀螺仪模块、计算机、无线通讯模块、语音模块。6.根据权利要求1所述的一种可远程追踪目标的高精度三坐标测量装备，其特征在于：水平自由度电机（4）选用直驱电机。

技术总结
本实用新型提供了一种可远程追踪目标的高精度三坐标测量装备，可应用于测绘工程领域、机电工程领域。该设备通过激光测距与机器视觉识别实现目标数据的三维测量。本设备结合激光定位技术与机器视觉目标跟踪技术，通过视觉识别粗略定位目标，通过激光进行精准定位目标。完成定位后，通过激光测距传感器数据与编码器位置数据进行计算，得到目标位置的X、Y方向的坐标值，通过视觉识别计算得到Z方向的数据，从而实现对移动端X/Y/Z方向位置的追踪测量。固定端与移动端之间的数据通过蓝牙、WiFi等无线方式传输，测量数据可在本机计算存储，也可通过网络进行远程计算和存储，手机移动端也可同步查询和显示。也可同步查询和显示。也可同步查询和显示。


技术研发人员：周惠兴 王滟铧 王大鹏 张中岳
受保护的技术使用者：青岛微纳智科科技有限公司
技术研发日：2020.11.12
技术公布日：2021/12/16