[发明专利]一种模块化舞台激光定位方法

说明书

本发明公开了一种模块化舞台激光定位方法，包括以下步骤：1)在舞台周围布置反光柱，以舞台中心为原点建立全局坐标系，使用全站仪获取各个反光柱的位置，建立地图；2)使用激光传感器扫描反光柱，获取局部坐标系下位置，并使用静态定位方式确定模块化舞台的初始位姿；3)使用动态定位方式对反光柱进行匹配，并根据反光柱的位置使用最小二乘法实时计算出模块化舞台位姿。本发明对针对模块化舞台的定位具有实时性强，定位精度高的特点。

技术领域

本发明应用于模块化舞台领域，涉及到模块化舞台的实时定位问题。

背景技术

近年来，随着物质、文化生活水平的提高，广大人民群众对艺术表演的需求迅速增长，文化设施建设的重要性日渐凸显，这对剧场等演艺场所的科技发展提出了更高的要求。而随着现代科技的进步，越来越多的高新科技在演艺场所中得到了运用，既提高了艺术表演的观赏性，也丰富了演艺场所艺术的表现手段。模块化舞台在表演中的应用，实现了快速切换场景和迁移演员的功能。现有的模块化舞台有轨道式和遥控式。轨道式模块化舞台只能在固定轨道上运动，运动轨迹虽然精确但是局限较大，只能做一维运动，并且需要铺设轨道，影响舞台美观。遥控式模块化舞台没有轨道限制，可以执行复杂的运动，但运动轨迹和运动速度需要人工实时控制。表演时无法保证模块化舞台的位置与预期的位置相同，并且运动轨迹精度随着操作者操作水平的不同而差距较大。

发明内容

为了克服已有模块化舞台的局限性，本发明采用激光定位技术实现模块化舞台的实时定位功能，提高模块化舞台运动轨迹的精度，为模块化舞台的自动化控制提供精确定位数据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种模块化舞台激光定位方法，所述方法包括以下过程：

1)：建立地图

在舞台周边放置M根适当直径、高度的反光柱。反光柱个数大于等于3，小于20。以舞台中心作为坐标原点建立全局的直角坐标系，各反光柱在全局直角坐标系中的坐标用集合GF＝{F_Gi(X_Gi,Y_Gi)|i＝1,2,…,M}表示，各反光柱之间的距离用集合GD＝{D_Gij|i,j＝1,2,…,M}表示。集合GF和集合GD中的数据即为地图数据。

2)：使用静态定位方式确定模块化舞台位姿

激光传感器的静态定位方式不依赖于上一时刻的位姿，可在任意时刻开始定位，适合用于确定模块化舞台初始位姿。模块化舞台上的激光传感器扫描周围一周，以模块化舞台中心为坐标原点，激光传感器0度方向为Y轴正方向建立局部坐标系。利用激光原始数据计算出各个反光柱在局部坐标系中的坐标，用集合LF＝{F_Li(X_Li,Y_Li)|i＝1,2,…,n；n≤M}表示。计算局部坐标系中的各个反光柱之间距离，用集合LD＝{D_Lij|i,j＝1,2,…,n；n≤M}表示。设模块化舞台在全局坐标系中的位姿为P_k(X_k,Y_k,θ_k)。将集合GD的距离值与集合LD中的距离值作比较，获得局部坐标系中的反光柱坐标与全局坐标系中的反光柱坐标的对应关系用集合GLF＝{C_ij|i,j＝1,2,…,n；n≤M}，其中i,j分别代表局部坐标系中第i个反光柱和全局坐标系中第j个反光柱。利用基于最小二乘法的位姿计算公式得P_k。计算公式参见式(1)：

其中，矩阵A中数据为局部坐标系中反光柱坐标，向量b中数据为与局部坐标系中的反光柱相对应的全局坐标系中的坐标。

利用最小二乘法求解公式获得矩阵H的值，求解公式参见式(2)：