本發(fā)明涉及工業(yè)大尺度環(huán)境精密測量與定位領(lǐng)域，尤其涉及一種融入式人機環(huán)境交互定位測量方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的面向裝配與檢測的工業(yè)大尺度測量方法，大都由人工操作專用測量儀器設(shè)備進行，其測量設(shè)備與前端測量人員一般是分離的，如激光跟蹤儀、室內(nèi)gps等，這些方法便攜性較差且無法解放測量人員的雙手，尤其是在體積受限的設(shè)備內(nèi)部空間中，上述測量方法靈活性受到極大限制。此外，前端測量人員往往無法實時獲取當前位置的測量信息，測量人員與測量設(shè)備的交互性較差，測量數(shù)據(jù)與理論數(shù)值的分析對比也難以直接在現(xiàn)場進行，這些因素導致測量人員難以真正融入到測量場景中去，大大制約了工業(yè)現(xiàn)場的測量效率以及作業(yè)任務(wù)的開展。

以激光跟蹤儀為例，在使用激光跟蹤儀執(zhí)行裝配或檢測任務(wù)的過程中，前端測量人員一般只需要將反射靶球放置在待測位置處，一方面測量人員需握持靶球，靈活性較差，降低了作業(yè)效率；另一方面該測量人員遠離激光跟蹤儀和計算機，不能直觀地獲取測量信息，無法實時掌握當前測量任務(wù)的進展。上述因素使得激光跟蹤儀在復雜工業(yè)環(huán)境特別是受限空間下，開展測量任務(wù)產(chǎn)生諸多困難，測量人員更是難以融入測量場景，制約了工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量的提升。

因此，有必要設(shè)計一種便攜性好、具有良好人機交互體驗、利于測量人員實時掌握測量信息并融入測量場景的定位測量方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種融入式人機環(huán)境交互定位測量方法，該方法具有較好的便攜性，能夠解放測量人員的雙手，特別是在工業(yè)大尺度裝配及檢測中保證與其它作業(yè)優(yōu)良的協(xié)同性，提升測量的靈活性，便于測量任務(wù)在復雜現(xiàn)場環(huán)境下順利開展，同時能夠使測量人員實時獲取測量信息，具備良好的人機交互體驗，有利于測量人員融入到測量對象、測量場景中，可以有效地提高工業(yè)現(xiàn)場的測量效率。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種融入式人機環(huán)境交互定位測量方法，包括以下步驟：

(1)搭建便攜式的測量頭盔：測量頭盔由頭盔殼體、測量模塊、投影模塊、通信模塊和電源模塊組成；

(2)測量待測目標點的空間位置：測量過程中，測量人員利用頭戴所述測量頭盔的測量模塊獲取待測目標點的三維坐標，所述三維坐標是待測目標點在測量頭盔坐標系下的坐標；

(3)確定測量頭盔的空間位姿：在所述測量頭盔上設(shè)置光學標記點或測量靶球，通過全局測量儀器獲取所述光學標記點或測量靶球的三維坐標，并實時解算測量頭盔的空間位置和姿態(tài)；

(4)坐標統(tǒng)一到全局坐標系：結(jié)合測量頭盔在全局測量儀器下的位置和姿態(tài)，通過坐標系轉(zhuǎn)換，實時解算待測目標點在全局坐標系下的三維坐標；

(5)測量信息顯示：將實時測量信息與待測對象的理論模型匹配分析，并通過投影設(shè)備為測量人員提供測量信息的圖形化顯示。

所述全局測量儀器由相機或室內(nèi)gps組成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是：

本發(fā)明所提出的融入式人機環(huán)境交互定位測量方法，具有較好的便攜性，有效地解放測量人員的雙手，有利于在環(huán)境復雜的工業(yè)現(xiàn)場特別是體積受限的內(nèi)部空間開展測量任務(wù)，同時能夠?qū)崿F(xiàn)對測量人員的跟蹤定位，并為測量人員提供實時測量信息，具有良好的人機交互體驗，使測量人員更好地融入到測量場景中去，極大地提高測量任務(wù)的效率和質(zhì)量。

附圖說明

圖1是測量頭盔的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明方法的流程示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述：

本發(fā)明所提出的融入式人機環(huán)境交互定位測量方法，首先要搭建一個測量人員可頭戴的便攜式測量頭盔，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。本實施例中測量頭盔的主要包括頭盔殼體1、測量模塊3、投影模塊4和通信及電源模塊5，

其中，測量模塊用于獲取目標點的空間坐標，使用前需提前標定好該測量模塊3與測量頭盔之間的坐標系轉(zhuǎn)換關(guān)系；投影模塊4將信息投影至測量人員前方，使測量人員獲得直觀的圖形化顯示；通信模塊則是負責測量頭盔和計算機服務(wù)器之間測量信息的傳輸，服務(wù)器實時對測量數(shù)據(jù)進行保存和處理。

通過頭戴該測量頭盔，測量人員在執(zhí)行測量任務(wù)時，可以解放雙手，保持與其它作業(yè)任務(wù)的協(xié)同性，大大提升了測量的靈活性。

在執(zhí)行測量任務(wù)過程中，測量人員頭戴便攜式測量頭盔，并利用頭盔上的測量設(shè)備完成待測目標三維信息的采集，假定測得某一目標點p的坐標為(x1,y1,z1)，此坐標是該點在頭盔坐標系下的坐標，測量人員可以靈活調(diào)整頭盔并控制測量進度，具有較好的人機交互體驗，降低了復雜測量環(huán)境的限制。

同時，在測量頭盔上布置若干個光學標記點2，其中光學標記點2也可替換為測量靶球，然后利用外部全局測量儀器如相機、gps系統(tǒng)等，通過測量至少三個光學標記點2的位置，即可確定頭盔在全局坐標系下的空間位置和姿態(tài)，計算得到測量頭盔坐標系下坐標到全局坐標下的旋轉(zhuǎn)矩陣r和平移矩陣t。

結(jié)合上面已經(jīng)得到的測量頭盔的位姿信息，通過坐標系轉(zhuǎn)換，即可將坐標統(tǒng)一到全局坐標系下，解算出待測目標在測量空間全局坐標系下的三維坐標、空間姿態(tài)等信息，p點在全局坐標系下的坐標(x2,y2,z2)可由下式計算得到：

計算機對測量信息和待測對象的理論數(shù)據(jù)進行匹配分析，并通過頭盔上的投影設(shè)備展示給測量人員，測量人員能夠基于該圖形化的顯示準確把控當前的測量任務(wù)，進而更好地融入到測量場景中去。

本發(fā)明并不限于上文描述的實施方式。以上對具體實施方式的描述旨在描述和說明本發(fā)明的技術(shù)方案，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的。在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下還可做出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種融入式人機環(huán)境交互定位測量方法，包括以下步驟：(1)搭建便攜式的測量頭盔；(2)測量待測目標點的空間位置；(3)確定測量頭盔的空間位姿；(4)坐標統(tǒng)一到全局坐標系；(5)測量信息顯示。本發(fā)明方法具有較好的便攜性，能夠解放測量人員的雙手，特別是在工業(yè)大尺度裝配及檢測中保證與其它作業(yè)優(yōu)良的協(xié)同性，提升測量的靈活性，便于測量任務(wù)在復雜現(xiàn)場環(huán)境下順利開展，同時能夠使測量人員實時獲取測量信息，具備良好的人機交互體驗，有利于測量人員融入到測量對象、測量場景中，可以有效地提高工業(yè)現(xiàn)場的測量效率。

技術(shù)研發(fā)人員：邾繼貴;任永杰;楊凌輝;林嘉睿;牛志遠
受保護的技術(shù)使用者：天津大學
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.31
技術(shù)公布日：2017.08.18