本發(fā)明涉及一種基于光場(chǎng)掃描的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備空間定位方法，尤其是一種分離式激光光場(chǎng)掃描定位方法。

背景技術(shù)：

空間跟蹤定位器或三維空降傳感器是一種能實(shí)時(shí)地檢測(cè)活動(dòng)物體在六個(gè)自由度上相對(duì)于某個(gè)固定物體的數(shù)值，即在x、y、z坐標(biāo)上的位置值，以及圍繞x、y、z軸的旋轉(zhuǎn)值。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中廣泛使用的是低頻磁場(chǎng)式和超聲式傳感器。低頻磁場(chǎng)式傳感器的低頻磁場(chǎng)是由該傳感器的磁場(chǎng)發(fā)射器產(chǎn)生的，該發(fā)射器有三個(gè)正交的天線組成，在接受器內(nèi)也安裝一個(gè)正交天線，它被安裝在遠(yuǎn)處的運(yùn)動(dòng)物體上，根據(jù)接受器所接受到的磁場(chǎng)，可以計(jì)算出接受器相對(duì)于發(fā)射器的位置和方向，并通過(guò)通信電纜把數(shù)據(jù)傳送給主計(jì)算機(jī)。但低頻磁場(chǎng)式空間定位方法存在作用距離短、抗干擾能力差等問(wèn)題，超聲式傳感器均存在著定位精度低、溫度穩(wěn)定性差、回聲干擾等問(wèn)題。

因此本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于光場(chǎng)掃描的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備空間定位方法，能夠從根本上解決定位準(zhǔn)確性差與抗干擾性差等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是：提供一種基于光場(chǎng)掃描的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備空間定位方法，可提高定位的準(zhǔn)確性，并充分?jǐn)U大可定位空間。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于光場(chǎng)掃描的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備空間定位方法，該定位系統(tǒng)包括一個(gè)vr虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備(3)和兩個(gè)燈塔(1和2)，其特征在于，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備(3)包含激光探測(cè)器，燈塔(1和2)用于發(fā)射紅外激光線束，掃描整個(gè)被定位空間。激光管(6和8)和電機(jī)(11和7)是燈塔的核心器件，一個(gè)激光管和一個(gè)電機(jī)為一組，構(gòu)成一個(gè)激光掃描軸。每個(gè)燈塔具有兩個(gè)掃描軸，稱繞垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)的軸為x軸，繞豎直方向轉(zhuǎn)動(dòng)的軸為y軸。掃描軸內(nèi)的45°反射鏡(9)、一字線透鏡(4)安裝在旋轉(zhuǎn)鏡片座(5)上，通過(guò)轉(zhuǎn)接法蘭(10)連接到電機(jī)(11)上，并隨電機(jī)(11)旋轉(zhuǎn)。每個(gè)燈塔內(nèi)的兩個(gè)掃描軸旋轉(zhuǎn)的相位相差180°。兩個(gè)燈塔(1和2)的掃描軸同相位，兩個(gè)燈塔(1和2)分時(shí)出光。燈塔激光束為了避免接收端被環(huán)境光等其他光源干擾，由燈塔發(fā)出的紅外激光線束采用2mhzook調(diào)制，其掃描軸轉(zhuǎn)速十分穩(wěn)定，且虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備(3)激光探測(cè)器靈敏度很高，因此能夠保證定位的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)為：

1.本發(fā)明中定位系統(tǒng)中包括兩個(gè)燈塔即a燈塔(1)和b燈塔(2)。整個(gè)系統(tǒng)的掃描頻率為30hz，即一個(gè)掃描周期約33ms。在一個(gè)掃描周期中，燈塔a、b的x、y軸依次掃過(guò)被定位空間，每個(gè)軸掃過(guò)定位空間的時(shí)間約為8.33ms。電機(jī)運(yùn)行于60hz即3600rpm，每個(gè)軸每次掃描的角度為180°，需確保兩個(gè)燈塔的電機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)，且同一個(gè)燈塔中的兩個(gè)電機(jī)具有180°相位差。

2.本發(fā)明中系統(tǒng)采用三相無(wú)刷電機(jī)，電機(jī)運(yùn)行于3600rpm，由驅(qū)動(dòng)器drv11873實(shí)現(xiàn)無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一圈，激光線束會(huì)掃過(guò)pcb上的硅光電池bpw34一次，進(jìn)而得到一個(gè)脈沖，脈沖的頻率即為電機(jī)每秒轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)；另一方面，認(rèn)為激光掃描到被定為空間的中點(diǎn)為180°相位處，則激光掃過(guò)bpw34的時(shí)刻即為電機(jī)相位的零點(diǎn)。由此即可獲得電機(jī)的轉(zhuǎn)速和相位信息。

3.對(duì)電機(jī)的閉環(huán)控制，也分為轉(zhuǎn)速和相位兩方面。在轉(zhuǎn)速誤差大于0.5％時(shí)，系統(tǒng)以60hz轉(zhuǎn)速作為調(diào)整目標(biāo)，采用pid算法對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制；當(dāng)轉(zhuǎn)速誤差小于0.5％，系統(tǒng)則同時(shí)以轉(zhuǎn)速誤差和相位誤差控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。若相位誤差小于10°，則認(rèn)為當(dāng)前軸已處于相位鎖定狀態(tài)。

4.為保證輸出功率穩(wěn)定，避免激光管發(fā)光效率隨時(shí)間衰減，需構(gòu)建一個(gè)高響應(yīng)速度的激光管自動(dòng)功率控制(apc)電路。為了實(shí)現(xiàn)2mhz的調(diào)制，要求apc電路的開關(guān)速度至少為100ns量級(jí)，為此運(yùn)放選用帶寬130mhz的lmh6643實(shí)現(xiàn)。對(duì)于每個(gè)掃描軸，在相位鎖定之前，激光管保持常亮狀態(tài)；在相位鎖定后，每個(gè)測(cè)量周期內(nèi)，每個(gè)測(cè)量軸有1/4周期對(duì)被測(cè)空間進(jìn)行掃描，此時(shí)激光管應(yīng)處于2mhz調(diào)制狀態(tài)。同時(shí)，在另一個(gè)燈塔進(jìn)行掃描時(shí)，為了避免干擾，當(dāng)前非掃描狀態(tài)的燈塔的激光管應(yīng)關(guān)閉。

5.兩個(gè)燈塔之間需同步以保證依次對(duì)被測(cè)空間的掃描，燈塔之間的同步由無(wú)線信號(hào)實(shí)現(xiàn)。燈塔a(1)每33.33ms發(fā)送一次系統(tǒng)同步信號(hào)，燈塔b(2)通過(guò)接收此同步信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)和燈塔a(1)的同步。約定同步信號(hào)的前16.66ms為燈塔a的掃描時(shí)間，后16.66ms為燈塔b的掃描時(shí)間。對(duì)于每個(gè)掃描軸而言，當(dāng)其相位鎖定后，在每次掃描開始的時(shí)刻將通過(guò)無(wú)線發(fā)送當(dāng)前軸的id。被定位設(shè)備收到無(wú)線信號(hào)的時(shí)刻即為掃描開始的時(shí)刻，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信號(hào)同步和電機(jī)相位鎖定信號(hào)的發(fā)出與接收。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1為整個(gè)定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖；

圖2為本發(fā)明中關(guān)鍵部件燈塔工裝圖；

其中：11與7為電機(jī)，10為轉(zhuǎn)接法蘭，9為45°反射鏡，4為一字線透鏡，5為旋轉(zhuǎn)鏡片座，6與8為紅外脈沖激光器。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1所示，燈塔(1和2)發(fā)射紅外激光線束，掃描整個(gè)被定位空間。燈塔激光束為了避免接收端被環(huán)境光等其他光源干擾，由燈塔發(fā)出的紅外激光線束采用2mhzook調(diào)制，所發(fā)出的激光被虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備(3)中高靈敏度激光探測(cè)器接收，根據(jù)所接收激光信號(hào)的相位差得到虛擬設(shè)備在此空間的三維定位。

即整個(gè)定位流程為：1和2的相位是同步的，且兩個(gè)輪流發(fā)光。t0-t3時(shí)刻1號(hào)燈塔出光，t4-t7時(shí)刻2號(hào)燈塔出光。

t0時(shí)刻，1發(fā)出行掃描開始信號(hào)(x方向)

t1時(shí)刻，3接收到光信號(hào)，通過(guò)δ1＝t1-t0，計(jì)算出掃描角度。

t2時(shí)刻，1發(fā)出列掃描開始信號(hào)(y方向)

t3時(shí)刻，3接收到光信號(hào)，通過(guò)δ2＝t3-t2，計(jì)算出掃描角度。

t4時(shí)刻，2發(fā)出行掃描開始信號(hào)(x方向)

t5時(shí)刻，3接收到光信號(hào)，通過(guò)δ3＝t5-t4，計(jì)算出掃描角度。

t6時(shí)刻，2發(fā)出列掃描開始信號(hào)(y方向)

t7時(shí)刻，3接收到光信號(hào)，通過(guò)δ4＝t6-t5，計(jì)算出掃描角度。

通過(guò)三角函數(shù)，計(jì)算出3在空間中的位置。

以上所述，僅為本發(fā)明具體實(shí)施方式。本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于光場(chǎng)掃描的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備空間定位方法。該定位系統(tǒng)包括一VR虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備和兩個(gè)燈塔，其特征在于，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備包含激光探測(cè)器，燈塔用于發(fā)射經(jīng)調(diào)制的紅外激光線束，掃描整個(gè)被定位空間。每個(gè)燈塔包含兩組激光管和電機(jī)分別對(duì)應(yīng)橫縱兩個(gè)激光掃描軸。為避免接收端被環(huán)境光等其他光源干擾，由燈塔發(fā)出的紅外激光線束采用2MHz?OOK調(diào)制。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，同步信號(hào)使用無(wú)線射頻信號(hào)，同步時(shí)間準(zhǔn)確；激光經(jīng)調(diào)制，避免環(huán)境光造成干擾，提高探測(cè)靈敏度；電機(jī)經(jīng)閉環(huán)反饋，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，從各個(gè)方面保證了虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的空間定位準(zhǔn)確性及縮短定位時(shí)間。

技術(shù)研發(fā)人員：黃柴銘;王銘明;宋樂;劉鵬希;于成龍;陳祿;許炎武;李力;郭鑫;許棟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海拆名晃信息科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2016.06.02
技術(shù)公布日：2017.07.25