[发明专利]目标物体在空间中定位装置

说明书

本发明装置涉及测量技术，可以用于创建测量物体坐标和角度值装置，该物体在空间中具有六个自由度，并且可以自由移动。本发明装置可以在人机界面作为坐标输入设备，使用范围包括训练系统、机器人系统、增强现实、虚拟现实和混合现实系统、游戏(作为操纵器、游戏控制器等)、工业(工业设备定位系统、工艺控制器)、自动化设计系统(输入系统，设计过程控制)。此项技术结果是通过消除由传感器平台的运动引起的自由落体加速度矢量方向的测量误差来提高测量精度。所申请的装置用于确定物体在空间的位置，其特征在于该装置包含固定配置在水平面上的感应线圈，感应线圈的电源，计算单元，以及配置在移动物体上的传感器平台，传感器平台包括三轴磁力计、三轴加速度计和三轴陀螺仪，同时，感应线圈的电源包含控制时钟发生器的线圈电流稳定器，而计算单元包含频率的相位自动调节装置，可以确保磁力计的计时，并且保证磁力计的测量相位与感应线圈产生的磁场脉冲的相位同步。

技术领域

本发明装置涉及测量技术领域，该装置可以用于测量自由运动物体的位置坐标和角度，并且该物体在空间中具有六个自由度。本发明装置可以在人机界面作为坐标输入设备，使用范围包括训练系统、机器人系统、增强现实系统、虚拟现实系统和混合现实系统、游戏(作为操纵器、游戏控制器等)、工业(工业设备定位系统、工艺控制器)、自动化设计系统(输入系统，设计过程控制)。

背景技术

所申请的装置基于已知空间定位装置(专利RU2542793,切尔内绍·叶夫格尼·谢尔盖耶维奇，G01C21/08，颁发日期：2015年2月27日)。已知空间定位装置基本特征与本次发明装置特征最接近，所以已知空间定位装置作为本次发明装置的原型。该已知的空间定位装置包括感应线圈(场源)、电流控制稳定器、数字三轴磁力计、数字三轴加速度计和计算单元。已知的装置通过如下的程序确定物体在空间的位置：加速计测量重力加速度矢量，磁力计测量地球磁场的感应矢量和固定配置在水平面上感应线圈的磁场感应矢量。

原型的缺点为动态精度低。动态精度低引起的原因是加速度计测量重力加速度矢量有方向误差，该误差存在因为传感器平台移动时有自身的加速度。另外，计算单元和电流稳定器之间存在线路，这对装置的实用性产生负面影响，并且限制物体的移动自由度。

发明内容

本发明目标是设计简单、使用方便、能够对不同方向移动的物体定位装置。本发明装置在动态测量精度、实用性、功能(可扩展性和模块性)超越原型。

此项技术结果是通过消除由传感器平台的运动引起的自由落体加速度矢量方向的测量误差来提高测量精度。

消除自由落体加速度矢量方向的测量误差是通过在传感器平台上另外配装三轴陀螺仪来实现，然后利用对三轴陀螺仪的测量来修正加速度计的测量值。

本发明另外优势是该装置不需要计算单元和电源之间的通信线路。

消除计算单元和电源之间存在的通信线路的要求通过以下方法实现：电源另外配装时钟发生器，该时钟发生器以设定的周期定期向线圈电流控制调节器发送改变电流极性的信号，而在计算单元上另外配装一个频率的相位自动调节单元，该单元可实现磁力计的计时，并保证磁力计的测量相位与感应线圈产生的磁场脉冲相位同步。

所申请的装置用于确定物体在空间的位置，其中，该装置包含固定配置在水平面上的感应线圈，感应线圈的电源，计算单元，以及配置在移动物体上的传感器平台，传感器平台包括三轴磁力计、三轴加速度计和三轴陀螺仪，同时，感应线圈的电源包含控制时钟发生器的线圈电流稳定器，而计算单元包含频率的相位自动调节装置，可以确保磁力计的计时，并且保证磁力计的测量相位与感应线圈产生的磁场脉冲的相位同步。

在特定实施方案中，所申请的装置的计算单元可包含提取磁场频率分量的单元；磁力计测量频率相位自动调节单元；传感器平台的定位角度计算单元；传感器平台的转动补偿单元；传感器平台的坐标计算单元。

在另一个特定实施方案中，所述时钟发生器的输出端被连接到所述电流稳定器的输入端，电流稳定器的输出端被连接到感应线圈的引出端。