專利名稱：用于使用無(wú)線通信和機(jī)器人技術(shù)準(zhǔn)確并精確地定位和標(biāo)記空間中的位置的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種識(shí)別多維空間中的特定位置的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在建筑位置從測(cè)量設(shè)備獲得的信息被記錄在文件中并且隨后被 提供給建筑師和工程師以開(kāi)發(fā)關(guān)于該建筑位置的規(guī)劃和藍(lán)圖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括主站和至少一個(gè)子站，主站 和子站均能夠相互通信以定位和識(shí)別多維空間中的一個(gè)或多個(gè)位置。 主站進(jìn)一步可以控制一個(gè)或多個(gè)子站以執(zhí)行多維空間中的特定任務(wù)。 主站能夠確定其在多維空間中的位置和多維空間中的參考位置、指定
點(diǎn)、物體和/或結(jié)構(gòu)，以在研究該空間時(shí)生成多維空間的N(其中N 是等于2或更大的整數(shù))維圖形表示，即實(shí)時(shí)地生成多維空間的N維 圖形表示。因此可以引導(dǎo)操作該主站的系統(tǒng)用戶通過(guò)該多維空間。
主站包括用于測(cè)量距離和識(shí)別多維空間中的多種點(diǎn)的位置的發(fā) 射機(jī)和接收機(jī)設(shè)備。主站可以進(jìn)一步包括傳感器和處理器。通過(guò)向處 理器提供指令的軟件操作，主站可以是可運(yùn)輸?shù)?、可移?dòng)的和自主的。 發(fā)射機(jī)和接收機(jī)能夠發(fā)射和接收無(wú)線的無(wú)線電信號(hào)或光信號(hào)或者此 兩者。該傳感器能夠檢測(cè)由(i) 一個(gè)或多個(gè)子站發(fā)射的，(ii)由一 個(gè)子站反射的或者(iii)自多維空間中的結(jié)構(gòu)或者該結(jié)構(gòu)中的固定參 考點(diǎn)反射的光信號(hào)。通過(guò)處理器和駐留在其中的軟件并且通過(guò)識(shí)別多 個(gè)指定參考點(diǎn)，主站能夠(通過(guò)例如，公知的三角測(cè)量過(guò)程)計(jì)算其在多維空間中的位置、多維空間中的子站的位置、多維空間中的物體、 結(jié)構(gòu)，或者形成多維空間的邊界。主站測(cè)量和識(shí)別的多維空間中的點(diǎn)
和位置可被變換到二維或三維空間圖形表示(或通常變換到N維空 間，其中N是等于2或更大的整數(shù))，該圖形表示可被顯示以允許操 作本發(fā)明的主站的用戶確定他或她在多維空間中的位置或者通過(guò)查 看多維空間的圖形表示而在空間中導(dǎo)航(或被引導(dǎo))。通過(guò)使用包括 公知的CAD (計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，諸如AUTOCAD )軟件和附加軟件 的軟件，可以實(shí)現(xiàn)例如三維的圖形表示。在識(shí)別和測(cè)量新的點(diǎn)、物體、 結(jié)構(gòu)時(shí)，將信息傳輸?shù)街髡?，該主站能夠自?dòng)地確定這些點(diǎn)相對(duì)于其 他物體、結(jié)構(gòu)和多維空間邊界的確切位置，從而允許在研究空間時(shí)自 動(dòng)地生成多維空間的實(shí)時(shí)圖形表示。此處使用的術(shù)語(yǔ)"自動(dòng)地"意指本 發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部件在該系統(tǒng)的固件或軟件的指引下執(zhí)行 任務(wù)。自動(dòng)執(zhí)行的任務(wù)可以實(shí)時(shí)完成，這意味著在接收用于執(zhí)行該任 務(wù)的信息的同時(shí)完成該任務(wù)。
主站可以與一個(gè)或多個(gè)子站通信。子站可以是被動(dòng)式的或主動(dòng)式 的。即，被動(dòng)式子站可以是反射來(lái)自主站或者來(lái)自另一子站的光信號(hào) 或無(wú)線電信號(hào)的設(shè)備。被動(dòng)式子站本身不發(fā)射信息。主動(dòng)式子站可以 包含傳感器、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，用于向主站發(fā)送信息或者自主站接收 信息以便于執(zhí)行主站發(fā)送的命令。而且，子站可以是被動(dòng)式的和主動(dòng) 式的；即，子站的一部分反射來(lái)自另一設(shè)備(另一子站或主站)的信 號(hào)并且子站的另一部分生成或者向主站或另一子站發(fā)射參考點(diǎn)信息 或者任何其他類型的信息。通過(guò)操作駐留在子站的處理器中的軟件， 子站可以是可運(yùn)輸?shù)?、可移?dòng)的和自主的。子站可以配備有用于基于 接收自主站或中繼來(lái)自主站的命令的另一子站的命令執(zhí)行任務(wù)的工 具。主站也可以配備有上述工具。


圖1A B說(shuō)明了特定的加速度計(jì)結(jié)構(gòu)；
4圖2是本發(fā)明的主站的前視圖3A B是具有垂直和水平旋轉(zhuǎn)激光器的主站機(jī)頭和旋轉(zhuǎn)激光 器掃描的平面的前^L圖4是具有機(jī)器人臂的可運(yùn)輸?shù)淖诱镜那耙晥D5是可運(yùn)輸?shù)淖诱镜那耙晥D6是可移動(dòng)的主站或子站的側(cè)視圖7A E示出了可以附連到主站或子站的多種類型的機(jī)器人臂； 圖8示出了包括主站、子站和固定參考點(diǎn)或標(biāo)石(monument)
的本發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)特定實(shí)施例；
圖9是可以用作子站的主動(dòng)式固定參考點(diǎn)的透視圖IO是示出了裝配用于手持激光測(cè)距工具的PTZ (_)攝像
機(jī)的前視圖和側(cè)視圖IIA示出了配備有激光測(cè)距設(shè)備的手持計(jì)算機(jī)；
圖IIB是具有被示出為附連到手持計(jì)算機(jī)的棱鏡的IIA的頂視
圖IIC是還具有所示出的支撐三腳架的圖IIA的手持計(jì)算機(jī)的 側(cè)牙見(jiàn)圖12是可由圖11的手持計(jì)算機(jī)顯示的圖形或繪圖的類型的示
圖13示出了具有可視激光指示器的棱鏡桿和三腳架上的相同的
桿；
圖14示出了具有用于確定主站高度和平面取向的多波束測(cè)距設(shè) 備的圖1的主設(shè)備；
圖15A D示出了用于主站或子站的陀螺儀穩(wěn)定的、線纜驅(qū)動(dòng)的、 導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)的和旋翼驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)化傳送系統(tǒng)；
圖16示出了應(yīng)用到計(jì)算機(jī)化線纜驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的圖15的陀螺儀穩(wěn)定
設(shè)備；
圖17示出了用作標(biāo)記工具的機(jī)器人臂的兩個(gè)特定機(jī)頭； 圖18說(shuō)明了用于棱鏡桿的穩(wěn)定系統(tǒng)；圖19A B說(shuō)明了關(guān)于使用陀螺儀的棱鏡桿和使用模糊邏輯的穩(wěn) 定電子裝置的另 一穩(wěn)定系統(tǒng)；
圖20示出了包括旋轉(zhuǎn)激光器主站和旋轉(zhuǎn)子站的本發(fā)明的系統(tǒng)；
圖21A~B示出了使用彩色棱鏡作為固定參考點(diǎn)或標(biāo)石的本發(fā)明 的系統(tǒng)的另一實(shí)施例；
圖22示出了 360。直角棱鏡的前視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括主站和至少一個(gè)子站，主站 和子站均能夠相互通信以定位和識(shí)別多維空間中的一個(gè)或多個(gè)位置。 主站進(jìn)一步可以控制一個(gè)或多個(gè)子站以執(zhí)行多維空間中的特定任務(wù)。 主站能夠確定其在多維空間中的位置和多維空間中的參考位置、以及 指定點(diǎn)、物體和/或結(jié)構(gòu)，以在研究空間時(shí)，即，實(shí)時(shí)地生成多維空間 的N (其中N是等于2或更大的整數(shù))維圖形表示。因此可以引導(dǎo)操 作該主站的系統(tǒng)用戶通過(guò)該多維空間。
主站包括用于測(cè)量距離和識(shí)別多維空間中的各種點(diǎn)的位置的發(fā) 射機(jī)和接收機(jī)設(shè)備。主站可以進(jìn)一步包括傳感器和處理器。通過(guò)向處 理器提供指令的軟件操作，主站可以是可運(yùn)輸?shù)?、可移?dòng)的和自主的。 發(fā)射機(jī)和接收機(jī)能夠發(fā)射和接收無(wú)線的無(wú)線電信號(hào)或光信號(hào)或者此 兩者。該傳感器能夠檢測(cè)由(i) 一個(gè)或多個(gè)子站發(fā)射的，(ii)由其 中一個(gè)子站反射的或者(iii)自多維空間中的結(jié)構(gòu)或者該結(jié)構(gòu)中的固 定參考點(diǎn)反射的光信號(hào)。通過(guò)處理器和駐留處理器中的軟件并且通過(guò) 識(shí)別多個(gè)指定參考點(diǎn)，主站能夠計(jì)算其在多維空間中的位置(通過(guò)例 如，公知的三角測(cè)量過(guò)程)、多維空間中的子站的位置和物體、多維 空間中的結(jié)構(gòu)，或者形成多維空間的邊界。主站測(cè)量和識(shí)別的多維空 間中的點(diǎn)和位置可被變換到二維或三維空間圖形表示(或通常變換到 N維空間上，其中N是等于2或更大的整數(shù))，該圖形表示可被顯示 為允許操作本發(fā)明的主站的用戶確定他或她在多維空間中的位置或者通過(guò)查看多維空間的圖形表示在空間中導(dǎo)航(或被引導(dǎo))。通過(guò)使
用包括公知的CAD (計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，諸如AUTOCAD )軟件和附 加軟件的軟件，可以實(shí)現(xiàn)例如三維的圖形表示。在識(shí)別和測(cè)量新的點(diǎn)、 物體、結(jié)構(gòu)時(shí)，將信息傳輸?shù)侥軌蜃詣?dòng)地確定這些點(diǎn)相對(duì)于其他物體、 結(jié)構(gòu)和多維空間邊界的確切位置的主站，從而允許在研究空間時(shí)自動(dòng) 地生成多維空間的實(shí)時(shí)圖形表示。此處使用的術(shù)語(yǔ)"自動(dòng)地"意指本發(fā) 明的系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部件在該系統(tǒng)的固件或軟件的指引下執(zhí)行的 任務(wù)。自動(dòng)執(zhí)行的任務(wù)可以實(shí)時(shí)完成，意味著在接收用于執(zhí)行該任務(wù) 的信息時(shí)完成該任務(wù)。
主站可以與一個(gè)或多個(gè)子站通信。子站可以是被動(dòng)式的或主動(dòng)式 的。即，被動(dòng)式子站可以是反射來(lái)自主站或者來(lái)自另一子站的光信號(hào) 或無(wú)線電信號(hào)的設(shè)備。被動(dòng)式子站不主動(dòng)自己發(fā)射信息。主動(dòng)式子站 可以包含傳感器、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，用于向主站發(fā)送信息或者自主站 接收信息，以便于執(zhí)行主站發(fā)送的命令。而且，子站可以是被動(dòng)式的 和主動(dòng)式的；即，子站的一部分反射來(lái)自另一設(shè)備(另一子站或主站) 的信號(hào)并且子站的另一部分生成或者向主站或另一子站發(fā)射參考點(diǎn) 信息或者任何其他類型的信息。通過(guò)操作駐留在子站的處理器中的軟 件，子站可以是可運(yùn)輸?shù)?、移?dòng)的和自主的。子站可以配備有用于基 于接收自主站或另 一子站的命令執(zhí)4亍任務(wù)的工具，其中該另 一子站中 繼來(lái)自主站的命令。主站也可以配備有這樣的工具。
參考圖1，示出了特定的加速度計(jì)的配置。加速度計(jì)是用于基于 加速度計(jì)經(jīng)歷的加速度或速度的變化率來(lái)測(cè)量距離的公知設(shè)備，加速 度計(jì)可以被配置為基本上球形的結(jié)構(gòu)并且耦合到電子電路以允許測(cè) 量距離。圖1A示出了特定加速度計(jì)的取向并且圖1B示出了該設(shè)備的 外觀。加速度計(jì)簇10包括耦合到殼體14的多個(gè)圓柱形加速度計(jì)12, 殼體14包含用于該簇的適當(dāng)?shù)闹С蛛娐泛蜋C(jī)構(gòu)。外殼16可被配置為 裝配到該簇上，導(dǎo)致了球形的簇。加速度計(jì)簇可以裝配在交通工具主站上或者可由主站控制的交通工具子站上。通過(guò)測(cè)量來(lái)自每個(gè)加速度 計(jì)的加速度值并且計(jì)算所有加速度計(jì)的速度和距離的結(jié)果，由此確定 行進(jìn)的距離和行進(jìn)的速率。因此，可以獲得其上裝配有加速度計(jì)簇的 交通工具行進(jìn)的距離和速度的更加準(zhǔn)確的計(jì)算。
圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)的主站的一個(gè)實(shí)施例。圖2中示出的主站 20是可運(yùn)輸?shù)闹髡?；即，用戶可以將其從一個(gè)位置移動(dòng)到另一位置。 圖2的主站可以是包括諸如通信和處理器模塊的多種模塊(未示出) 的主站組件。通信模塊可用于與位于相同多維空間中的子站(或其他 主站)通信，其中主站組件位于該多維空間中。該處理器模塊可以駐 留在其中或者能夠控制如下軟件，該軟件使主站組件能夠計(jì)算其在多 維空間中的位置，并且還計(jì)算特定點(diǎn)在多維空間中的位置。該處理器 可被實(shí)現(xiàn)為無(wú)線膝上型計(jì)算機(jī)或者其他類型的計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)能夠 與主站通信以實(shí)現(xiàn)標(biāo)記和/或定位多維空間中的一個(gè)或多個(gè)位置。主站 的一部分可被實(shí)現(xiàn)為被稱為經(jīng)綷儀的公知設(shè)備，測(cè)量員典型地使用該 經(jīng)綿儀測(cè)量3-D空間中到特定參考點(diǎn)的距離和角度。圖2中示出了裝 配在三角架24 (僅示出了該三角架的兩條腿)上的經(jīng)綷儀殼體22。 主站的經(jīng)綷儀部分具有能夠觀測(cè)和讀取固定參考的透鏡組件24，并且 可以用作條形碼讀取器或圖形讀取器。經(jīng)煒儀是機(jī)器人經(jīng)綽儀，其中 殼體和透鏡的取向可被遙控或者可由處理器自主控制，該處理器由駐 留在其中的軟件控制。該處理器可以是經(jīng)綿儀的一部分或者可以無(wú)線 耦合，或者通過(guò)膝上型或桌面型計(jì)算機(jī)或其他計(jì)算機(jī)/數(shù)據(jù)庫(kù)裝置的通 信線纜耦合。圖2中的主站具有能夠測(cè)量殼體22離開(kāi)地面或者該站 所處的表面的距離。圖2的主站使用激光器技術(shù)執(zhí)行高度測(cè)量。特別 地，圖2的主站具有自動(dòng)調(diào)平裝置(例如，陀螺儀)，該自動(dòng)調(diào)平裝 置被安置在殼體底部26和三角架24的上部分中。該自動(dòng)調(diào)平裝置可 以全部安置在殼體22中。因此主站20能夠使用激光器28、位于下殼 體26中的調(diào)平裝置以及可能地裝配在殼體20的頂部的水平和垂直旋 轉(zhuǎn)激光器(在下文中討論)執(zhí)行自調(diào)平。具有關(guān)聯(lián)的電子裝置(未示
8出)的激光測(cè)距計(jì)28允許主站20測(cè)量其在地面上或者其所處表面上 的高度。激光器28沿主站的垂直軸36發(fā)射可視激光束30，其用于測(cè) 量至地面或該主站所處的基座的距離。垂直旋轉(zhuǎn)激光器32和水平旋 轉(zhuǎn)激光器34裝配在殼體22的頂部。激光器可以實(shí)現(xiàn)主站相對(duì)于其所 處空間(或者CAD或數(shù)字化繪圖)的自動(dòng)的、自主的取向；這是通 過(guò)搜索和測(cè)量至多個(gè)固定參考站或者其他主站或子站的距離而實(shí)現(xiàn) 的。將清楚理解的是，對(duì)于圖2的主站和此處描述的其他主站或者子 站，激光器用于通過(guò)從某點(diǎn)發(fā)射激光束(連續(xù)的或脈沖的激光束或者 此兩者的組合)至另一點(diǎn)來(lái)測(cè)量距離，并且測(cè)量得到的反射波束的特 性以計(jì)算到該點(diǎn)的距離。
圖3A示出了水平和垂直旋轉(zhuǎn)激光器34、 32分別掃描的水平和 垂直平面40和38。旋轉(zhuǎn)激光器能夠發(fā)送和接收諸如遙測(cè)信息的信息。 激光器32、 34可以讀取遙測(cè)信息和將遙測(cè)信息寫(xiě)到處理器中。主站 22使用激光器幫助自動(dòng)地確定主站和其他設(shè)備在多維空間中的位置 和取向，該主站和該其他i殳備位于該多維空間中；這是通過(guò)測(cè)量從主 站到該多種其他參考點(diǎn)的距離而實(shí)現(xiàn)的。圖3B示出了沒(méi)有三腳架24 的圖1的主站20的經(jīng)綿儀部分。
激光器32和34可以是裝配在主站20頂部的包括脈沖調(diào)制旋轉(zhuǎn) 激光器機(jī)構(gòu)的通信激光器。主站提供可視的水平和垂直參考激光線。 主站能夠讀取印刷在其觀測(cè)線內(nèi)的物體上的條形碼信息。此外，激光 器32和34是脈沖調(diào)制的并且能夠?qū)?shù)據(jù)發(fā)射到可以接收該信息的設(shè) 備。
傳感器(未示出)可以安置在透鏡組件24附近，用于實(shí)現(xiàn)自脈 沖調(diào)制發(fā)射機(jī)發(fā)送的信息的接收和解釋或讀取。主站20的激光器32、 34可以與其他相似配置的主站、子站、交通工具參考站或固定參考站 通信。圖3A是沒(méi)有三腳架的主站22的等比例視圖。示出了旋轉(zhuǎn)激光器的覆蓋效應(yīng)。圖3B是設(shè)備的平面前視圖。通過(guò)生成從主站20的頂 部發(fā)出的激光的水平平面和垂直平面，可以產(chǎn)生覆蓋效應(yīng)。
圖4中示出了可運(yùn)輸?shù)淖诱?2。圖4的子站具有機(jī)器人臂44， 機(jī)器人臂44具有激光指示器46和附屬的電子設(shè)備，用于通過(guò)三角測(cè) 量或其他公知技術(shù)幫助測(cè)量距離并且因此幫助定位參考點(diǎn)、其他設(shè) 備、其他子站的位置。如同圖l的主站，水平和垂直旋轉(zhuǎn)激光器48、 50裝配在該站的殼體頂部。桿54從該站的頂部伸出，在桿54上裝配 了 360。直角棱鏡56。自任何方向照射在該棱鏡上的任何光沿與其來(lái) 自的方向相同的觀測(cè)線反射。該站裝配在三角架58(僅示出了兩條腿) 上，三角架58使該站保持在空間中的固定位置。可移動(dòng)機(jī)器人臂44 自機(jī)械封罩的側(cè)面伸出。桿位于機(jī)器人臂的末端，棱鏡60裝配在該 桿上。激光指示器46也位于機(jī)器人臂44的末端，激光指示器46可 用于測(cè)量距離和讀寫(xiě)具有反射或發(fā)射的光信號(hào)形式的信息。操作與激 光指示器46相似的激光指示器64位于桿54的末端。可以容易地安 置機(jī)器人臂桿。子站42可以在多種方向商從不同源發(fā)射激光束
a. 在真垂線(true vertical)方向上向下發(fā)射的垂直波束62，以 確定高度；
b. 通過(guò)桿54重新定向的向上發(fā)射的垂直波束66,以用作可視激 光指示器和電子距離讀寫(xiě)設(shè)備。
c. 通過(guò)垂直和水平光旋轉(zhuǎn)單元重新定向的向上發(fā)射的垂直波束 (未示出)；和，
d. 通過(guò)機(jī)器人臂桿發(fā)射的波束68，以用作可視激光指示器和電 子距離測(cè)量讀寫(xiě)設(shè)備。
對(duì)應(yīng)的控制主站了解可運(yùn)輸子站42在空間中的X、 Y、和Z位 置(基于笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)的3個(gè)正交軸的空間中的位置)以及機(jī)器人 臂的位置和取向?？梢耘c主站一起獨(dú)立地利用單個(gè)或多個(gè)子站，或者 可以將多個(gè)站相互菊鏈連接在一起。圖5示出了可運(yùn)輸子站的另一示例?？蛇\(yùn)輸子站70是電子測(cè)距 子站，并且其能夠發(fā)射可見(jiàn)激光束以便于使光斑照射在指定位置上。 相比于圖4的子站，該子站相對(duì)較小、較輕、并且制造成本較低。存 在旋轉(zhuǎn)激光器機(jī)構(gòu)，其包括裝配在機(jī)器人經(jīng)絆儀機(jī)頭76的頂部的激 光器72和74。機(jī)頭76裝配在三角架78上。旋轉(zhuǎn)激光器機(jī)構(gòu)發(fā)射水 平和垂直的參考激光線。該旋轉(zhuǎn)激光器能夠在接收、發(fā)送、讀寫(xiě)坐標(biāo) 遙測(cè)數(shù)據(jù)的單元中運(yùn)行。這是通過(guò)搜索和測(cè)量到任意數(shù)量的固定參考 站、主站、或者其他子站的距離而實(shí)現(xiàn)的。主站總是了解X、 Y、和 Z位置。該設(shè)備應(yīng)是易于搬運(yùn)且易于在工地周圍移動(dòng)，并且是用于查 明未處于主站的觀測(cè)線內(nèi)的坐標(biāo)的解決方案。即，子站70可以測(cè)量 到特定參考點(diǎn)的距離、確定這些點(diǎn)在多維空間中的位置并且將這些點(diǎn) 的位置中繼到控制主站。末端裝配有棱鏡82的桿80自旋轉(zhuǎn)激光器和 機(jī)頭76延伸。盡管子站70是可運(yùn)輸?shù)?，但是其可以固定到地面或?可以固定到I形梁?？梢耘c主站獨(dú)立地利用單個(gè)或多個(gè)諸如站70的可 運(yùn)輸?shù)恼?，或者多個(gè)子站可以相互鏈接在一起。
圖6示出了可以作為移動(dòng)子站或移動(dòng)主站操作的移動(dòng)設(shè)備。作為 子站的設(shè)備90的操作基本上與圖4的子站相似。除了裝配在交通工 具114上的工具箱108之外，裝配在交通工具上的設(shè)備包括具有機(jī)器 人臂104的機(jī)器人經(jīng)煒儀106，棱鏡110和激光指示器112位于該機(jī) 器人臂104的末端。激光指示器112可由存儲(chǔ)在工具箱108中的任何 一個(gè)工具替換。水平激光器94、垂直激光器92、桿100、棱鏡96和 激光指示器98裝配在經(jīng)絆儀頂部。經(jīng)煒儀106的機(jī)頭部分102可被 替換以允許該設(shè)備作為主站或子站操作。作為主站，該設(shè)備是完全機(jī) 器人主動(dòng)式棱鏡，固定的或者緊固到交通工具的跟蹤激光測(cè)距設(shè)備的 組合，所述交通工具可以手動(dòng)控制，遙控，或者可以在特定環(huán)境中自 主地對(duì)其自身導(dǎo)航；這些設(shè)備與能夠自動(dòng)地改變工作工具作業(yè)以實(shí)時(shí) 地執(zhí)行建筑行為的多軸計(jì)算機(jī)引導(dǎo)機(jī)器人工具臂104組合。該主站的最終目的是導(dǎo)航并且使該設(shè)備相對(duì)于其所處空間或相對(duì)于CAD繪圖 進(jìn)行空間取向。這是通過(guò)自動(dòng)地搜索和連續(xù)測(cè)量和重新測(cè)量到任意數(shù) 量的固定參考點(diǎn)、子站或任何其他固定的或移動(dòng)的主站的距離而完成 的。該設(shè)備可以主動(dòng)移動(dòng)到所選擇的位置，并且一旦到達(dá)該位置，可 以利用多種指定工具執(zhí)行多種工作功能。該設(shè)備可以根據(jù)自身包含的 計(jì)算機(jī)指令導(dǎo)航，或者可以由其他固定的或移動(dòng)的主站導(dǎo)航?？捎稍?主站執(zhí)行的某些任務(wù)是涂漆、勾縫、標(biāo)記、燒灼、切割、焊接、鉆孑L、 雕刻、測(cè)量、或者讀寫(xiě)，并且可以實(shí)時(shí)地發(fā)送和接收遙測(cè)數(shù)據(jù)。在一 定程度上，機(jī)器人臂上的工具是可互換的，并且可以從裝配在交通工 具機(jī)器人頂部的工具箱114中調(diào)取。當(dāng)然，子站(與圖5中示出的子 站非常類似)也可以裝配在交通工具機(jī)器人頂部而非裝配在主站上。
360。直角棱鏡裝配在從主站模塊機(jī)頭伸出的桿的頂部。相似的棱鏡也 可以裝配在機(jī)器人臂的末端。
圖7A E示出了可以裝配到圖4或6的設(shè)備的機(jī)器人臂(44、 104) 的多種可互換的工具。這里示出了用于機(jī)器人臂120的可互換的工具 的陣列。圖7A示出了具有切割工具122的機(jī)器人臂。圖7B示出了具 有涂漆或畫(huà)線工具124的機(jī)器人臂。圖7C示出了具有垂直可視激光 指示器126的機(jī)器人臂。圖7D示出了具有坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器(CMM)128、 激光掃描儀、或者手動(dòng)點(diǎn)讀取工具的機(jī)器人臂。圖7E示出了具有鉆 孔、雕刻和燒灼工具130的機(jī)器人臂。
圖8說(shuō)明了被配置為使用本發(fā)明的系統(tǒng)的建筑物封閉環(huán)境。提供 了本發(fā)明的系統(tǒng)的套件。圖8中示出了該套件的所有部件。在圖中固 定參考站140、 142、 144、 146、 148、 150和152被示出為360。直角 棱鏡，但是它們可以選自提供可讀固定參考的多種設(shè)備中。該固定參 考站可以是被動(dòng)式設(shè)備。然而，它們也可以是主動(dòng)式的或者能夠向接 收機(jī)發(fā)射信息的智能設(shè)備，或者它們可以光學(xué)地響應(yīng)特定的消息。該 固定參考站可以位于多種位置以允許主站識(shí)別多維空間中的特定點(diǎn)。
12例如，固定參考站可以固定到或根植于混凝土板上或者固定到永久位 置，或者裝配在位于已知位置的標(biāo)石中，該位置是可尋址的和可識(shí)別
的。標(biāo)石允許相對(duì)于這些設(shè)備所處空間或者相對(duì)于CAD繪圖的自動(dòng) 的和自主的設(shè)備取向。主站可以借助其識(shí)別參考站的信號(hào)是電磁(例 如，光、彩色光、紅外線、RFID、 X射線、條形碼等)、超聲、數(shù)字 羅盤(pán)、控制論信息理論和譯碼信息，及其他。
圖8示出了裝配在墻壁中的五個(gè)固定參考站(146、 144、 140、 152、 150)、裝配在地板上的一個(gè)固定參考站142、和裝配在標(biāo)石154 中的一個(gè)固定參考站148。該套件進(jìn)一步包括作用于所獲得的關(guān)于該 固定站的信息的設(shè)備。這些設(shè)備是主站156、可運(yùn)輸?shù)恼?58、有臂 的可運(yùn)輸?shù)恼?60、交通工具站162、具有內(nèi)建電子測(cè)距的手持計(jì)算 機(jī)164、和寫(xiě)字板(或膝上型計(jì)算機(jī))166。如已討論的，主站156可 以由其自身或者使用子站來(lái)定位參考位置。固定參考被示出為棱鏡并 因此使用通過(guò)直接觀測(cè)線的激光定位。因此，未處于主站的直接觀測(cè) 線中但處于 一 個(gè)子站的觀測(cè)線中的固定參考仍可以間接地由主站識(shí) 別。即，子站可以識(shí)別固定參考并且將該信息發(fā)送到主站。主站隨后 可以使用該固定參考的位置信息識(shí)別其在封閉空間中的位置。關(guān)于子 站位置的信息可由各種子站無(wú)線地發(fā)射到主站。在圖8中示出的實(shí)施 例中，站158、 160和162可以是子站。站156和164可以是主站。 不具有任何測(cè)距設(shè)備的寫(xiě)字板或膝上型計(jì)算機(jī)166可能用作無(wú)線耦合 到主站166的處理器。在膝上型計(jì)算機(jī)166的鍵盤(pán)上生成來(lái)自主站156 的命令。主站156可以是機(jī)器人主站，由此其在搜索固定參考點(diǎn)的過(guò) 程中的移動(dòng)由命令和/或作為膝上型計(jì)算機(jī)166的一部分或者耦合到 膝上型計(jì)算機(jī)166的致動(dòng)器控制。未處于主站156的直接觀測(cè)線中的 那些參考可由子站158、 160或162檢測(cè)，并且由那些子站采集的位 置信息可以無(wú)線地中繼到主站156。主站164是具有測(cè)距i殳備的手持 計(jì)算機(jī)，其操作與主站156的相似之處在于，主站164使用其測(cè)量設(shè) 備和來(lái)自子站的信息定位固定參考點(diǎn)的位置。不同于可以通過(guò)寫(xiě)字板166操作或者由用戶手動(dòng)操作的主站156，主站164(參看下文關(guān)于圖 ll的討論)是由用戶通過(guò)經(jīng)由手持計(jì)算機(jī)164的鍵盤(pán)或某些致動(dòng)器(例 如，鼠標(biāo)、操縱桿)輸入命令而直接操作的獨(dú)立設(shè)備。
固定參考站系統(tǒng)的目的在于提供用于相對(duì)于空間的自動(dòng)的、自主 的設(shè)備取向和導(dǎo)航的固定參考點(diǎn)，其中該固定參考點(diǎn)根據(jù)CAD或數(shù) 字繪圖安置在該空間中。這些設(shè)備通過(guò)連續(xù)搜索、測(cè)量和重新測(cè)量到 位于空間中的任意數(shù)量的固定參考站的距離，來(lái)對(duì)其自身取向并且導(dǎo) 航通過(guò)該相同的空間。最終目的是實(shí)現(xiàn)更好的測(cè)量準(zhǔn)確性并且自主地 或者通過(guò)遙控的交通工具、仿人機(jī)器人、人形自動(dòng)機(jī)、或者其他的機(jī) 器人或機(jī)器人交通工具、工具或者室內(nèi)或室外的系統(tǒng)，根據(jù)CAD繪 圖進(jìn)行導(dǎo)航。重要的是應(yīng)當(dāng)注意，通過(guò)利用已上栽在主站處理器的存 儲(chǔ)器中的CAD繪圖或其他繪圖以及固定參考位置的記錄，主站可以 開(kāi)始測(cè)量和定位固定參考點(diǎn)的過(guò)程；在該情況中，主站將確認(rèn)記錄的 信息的準(zhǔn)確性并且仍生成包括空間中的物體和結(jié)構(gòu)的該空間的圖形 表示。本發(fā)明的系統(tǒng)的主站生成的圖形表示可能偏離已記錄的圖形表 示。隨著每一個(gè)標(biāo)石、結(jié)構(gòu)和空間邊界被測(cè)量和識(shí)別時(shí)，更新本發(fā)明 的系統(tǒng)正在生成的圖形表示并且相應(yīng)地改變所顯示的繪圖。圖形顯示 的更新是實(shí)時(shí)完成的；即，當(dāng)處理器處理信息并且添加新的圖形部分 時(shí)，觀察者看到該新的部分和剩余的圖形。而且，諸如主站164的主 站的用戶不僅觀察該空間顯示，而且主站/用戶位置也顯示在該圖形表 示中，允許引導(dǎo)或?qū)Ш接脩敉ㄟ^(guò)該封閉空間。特定物體和/或結(jié)構(gòu)可能 已記錄在上栽的CAD或數(shù)字繪圖中，但是未存在于該空間中。在該 情況中，主站156可以例如，將交通工具子站162指引到CAD繪圖 中指出的預(yù)期的物體位置并且使子站612做標(biāo)記以指出該CAD繪圖 中已識(shí)別的物體的確切方位和取向。在一個(gè)或多個(gè)主站的指引和控制 下，子站可以執(zhí)行其他相似的任務(wù)。而且，子站可以具有處理器，該 處理器具有已上載的CAD繪圖，并且因此該子站能夠根據(jù)該CAD繪 圖和在該子站的處理器上運(yùn)行的特定軟件，基于特定物體的位置執(zhí)行任務(wù)。用戶可能看到具有物體和結(jié)構(gòu)的空間的顯示，但是在實(shí)際空間 中該物體和結(jié)構(gòu)都不存在。因此，配備有具有與其附連的工具的機(jī)器 人臂的子站可以執(zhí)行用于促進(jìn)該物體和/或結(jié)構(gòu)的構(gòu)造或者構(gòu)造該物 體和/或結(jié)構(gòu)自身的任務(wù)。例如，在上載到該子站的處理器中或者上載
到控制該子站的主站的處理器中的CAD繪圖被識(shí)別為物體位置的特 定位置處，子站在準(zhǔn)備構(gòu)造物體、標(biāo)石或結(jié)構(gòu)時(shí)可以鉆孔、做標(biāo)記、 切割表面。
圖9是智能固定參考站(即，主動(dòng)式子站)傳感器和發(fā)射機(jī)陣列 的透視圖。該設(shè)備用作智能標(biāo)石，其了解其位置，該設(shè)備能夠與其他 相似的子站或主站通信。圖9的設(shè)備可以發(fā)送、接收、和重新定向任 何電磁信號(hào)，諸如光、或超聲信號(hào)。圖9的智能固定參考站包括水平 旋轉(zhuǎn)激光器202，該水平旋轉(zhuǎn)激光器202還具有觀測(cè)和讀取設(shè)備。旋 轉(zhuǎn)激光器202還可以作為條形碼或圖形讀取器操作。此外，圖9的固 定參考站進(jìn)一步包括動(dòng)態(tài)反射器/棱鏡204。反射器/棱鏡204包括直角 棱鏡、可移動(dòng)棱鏡和全息光學(xué)元件。此外，圖9的參考站包含傳感器 接收機(jī)206和無(wú)線通信接收機(jī)和發(fā)射機(jī)208。最后，圖9的參考站包 括殼體210，用于容納電子裝置和將設(shè)備保持在一起。
圖IOA呈現(xiàn)了設(shè)備的立面前視圖，而圖10B呈現(xiàn)了設(shè)備的立面 側(cè)視圖。所示出的設(shè)備可以是Leica Disto設(shè)備或者相似的激光測(cè)距設(shè) 備。這是用于電子測(cè)距設(shè)備250的機(jī)動(dòng)化和遙控云臺(tái)配件254。控制 托臺(tái)252的移動(dòng)可以經(jīng)由操縱桿、鼠標(biāo)、觸摸板、按鍵、觸筆、數(shù)字 轉(zhuǎn)換器或者利用陀螺儀、或者慣性測(cè)量單元輸入由系統(tǒng)軟件控制。所 示出的攝像機(jī)配件254是機(jī)動(dòng)化和遙控云臺(tái)配件。其還可以用作非機(jī) 動(dòng)化手動(dòng)夾具。其有能力精確地讀取距離、條形碼、或圖形，并且有 能力精確地指向指定位置。
圖11B是具有裝配在顯示器306上面的棱鏡304 (例如，360。直角棱鏡)的手持計(jì)算機(jī)站300的示意性平面頂視圖。圖IIA示出了具 有內(nèi)建或附連的激光測(cè)距設(shè)備302和鍵盤(pán)/鍵區(qū)308的手持計(jì)算機(jī)300 的等比例視圖。在顯示器306上可以呈現(xiàn)空間的N維圖形表示、該空 間中的物體和/或結(jié)構(gòu)以及其他信息。計(jì)算機(jī)將典型地由用戶手持。棱 鏡304的功能是用作定位設(shè)備，意味著其可以接收和反射光信號(hào)，允 許其他設(shè)備定位該手持計(jì)算機(jī)站300的位置。圖11C是圖11B的手持 設(shè)備的立面?zhèn)纫晥D。在圖11C中，使用內(nèi)建支架310使計(jì)算機(jī)豎立。 支架310可被配置為三腳架。如上文討論的，主站(或子站)可以通 過(guò)與棱鏡304的光通信定位手持計(jì)算機(jī)300的位置。 一旦定位了手持 計(jì)算機(jī)300的位置，整個(gè)系統(tǒng)了解操作該手持計(jì)算機(jī)的用戶的位置(在 XYZ坐標(biāo)中)。而且，用戶了解他或她自身相對(duì)于主站、子站、和固 定參考點(diǎn)的位置?，F(xiàn)在，當(dāng)用戶移動(dòng)通過(guò)位置時(shí)，該系統(tǒng)通過(guò)跟蹤手 持計(jì)算機(jī)300的棱鏡304來(lái)了解用戶的移動(dòng)。手持計(jì)算機(jī)300可以由 此用作導(dǎo)航工具，從而以與在汽車中使用的GPS系統(tǒng)極為相同的方 式引導(dǎo)用戶移動(dòng)通過(guò)空間。
圖12是圖11的手持計(jì)算機(jī)的顯示的說(shuō)明。CAD繪圖(或地圖) 312覆蓋有示出用戶位置的標(biāo)記314。在該標(biāo)記旁邊，緊接詞"您在這 里，，下面示出了用戶當(dāng)前位置的坐標(biāo)。而且，用戶可以選擇也將呈現(xiàn) 在屏幕上的目標(biāo)位置316。 一旦接收來(lái)自用戶的命令，手持計(jì)算機(jī)將 用戶指引到目標(biāo)位置(例如，通過(guò)與汽車GPS相似的方式發(fā)出語(yǔ)音 命令)。當(dāng)用戶朝向或遠(yuǎn)離目標(biāo)移動(dòng)時(shí)，CAD地圖也移動(dòng)，并且"您 在這里，，指示符示出了用戶在地圖上的當(dāng)前位置。還存在屏幕上的縮 放控制。此外，允許用戶選擇地圖(例如，示出了管道或電氣工作的 地圖)的多種層(例如，層318)。該顯示還示出了到所選擇的目標(biāo) 的當(dāng)前距離。參考站的位置被指出。也顯示了日期和時(shí)間。使用作為 本發(fā)明的系統(tǒng)的部件的軟件實(shí)現(xiàn)所有這些操作。
機(jī)器人激光測(cè)距主站控制軟件位于具有與主站、子站和本發(fā)明的系統(tǒng)的其他設(shè)備通信(發(fā)送命令和/或接收命令)的能力的手持計(jì)算機(jī)、 膝上型計(jì)算機(jī)、寫(xiě)字板計(jì)算機(jī)或桌面型計(jì)算機(jī)中。該軟件操作地發(fā)送 命令并且自主站接收回遙測(cè)數(shù)據(jù)。該軟件向主站的固件發(fā)送命令，告 知主站執(zhí)行指定任務(wù)(例如，轉(zhuǎn)向指定方向、上移或下移到特定的角 度位置、打開(kāi)或關(guān)閉可視激光指示器、測(cè)量距離或角度等)。主站通 過(guò)執(zhí)行所請(qǐng)求的功能做出響應(yīng)并且隨后向該軟件發(fā)送回性能或者測(cè) 量遙測(cè)數(shù)據(jù)。
該軟件具有圖形用戶接口目的，其被構(gòu)建用于在建筑和架構(gòu)市場(chǎng) 中使用。該軟件被調(diào)整為迅速地執(zhí)行特定的讀寫(xiě)構(gòu)建任務(wù)。該軟件模
擬在汽車或其他交通工具中利用的用于導(dǎo)航的GPS系統(tǒng)的外觀和感 覺(jué)。用戶在表示正在構(gòu)建中的建筑物的CAD繪圖中導(dǎo)航。如前面討 論的，該軟件結(jié)合主站使用以實(shí)時(shí)地創(chuàng)建具有2D或3D CAD繪圖形 式的現(xiàn)有架構(gòu)的構(gòu)建研究(讀取)。該軟件用于實(shí)時(shí)地根據(jù)2D或3D CAD繪圖導(dǎo)航和規(guī)劃建筑工作。
該軟件的特征包括
a. 在屏幕上顯示"您在這里"。
b. 處于XYZ坐標(biāo)中的棱鏡跟蹤模式或者可視激光指示模式被 顯示在屏幕上。
c. 在"主動(dòng)式激光指示模式"或"空間中3D鼠標(biāo)模式"中激光跟 隨或跟蹤鼠標(biāo)在空間中移動(dòng)的任何位置。
d. —旦選擇空間中的目標(biāo)或點(diǎn)，從當(dāng)前位置的"至目標(biāo)的距離" 被顯示在屏幕上。
e. 無(wú)反射器模式和棱鏡跟蹤;f莫式之間的無(wú)縫轉(zhuǎn)換。
f. 在棱鏡跟蹤模式中'射出可視激光。
g. 位置控制和縮放控制是"幻像顯示的"(顯示在繪圖上并且在 一定程度上是透明的或半透明的)。
h. 可以訪問(wèn)可替換的繪圖或繪圖層。i.存在功率搜索或呼叫主站的功能(主站將遵循用于主動(dòng)搜索棱鏡位置的程序)。
圖13是具有垂直指向上方和下方的可視激光指示器322的裝配三腳架的棱鏡桿320的示意性說(shuō)明。該棱鏡桿進(jìn)一步包括內(nèi)建的電子測(cè)距設(shè)備，該電子測(cè)距設(shè)備是激光指示器的一部分。圖13中的設(shè)備320測(cè)量到另一棱鏡桿，即短桿配件340的距離，該短桿配件340包括棱鏡桿330、棱鏡328和激光指示器/測(cè)距設(shè)備332。設(shè)備320發(fā)射真垂激光束324以確定其到地面的高度。對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)棱鏡326和328，并且測(cè)量棱鏡之間的3巨離。
圖14示出了機(jī)器人主站400如何能夠確定其取向和到粗糙的和不平坦的地面的位置。為了完成該操作，該儀器使四個(gè)激光束指向地面。其中三個(gè)激光束404被指引到三個(gè)三腳架腿的基座。第四個(gè)激光束402是被為垂直指向下的真垂波束。被指引到三腳架腿基座的三個(gè)波束404確定該設(shè)備的平面取向。真垂波束確定該儀器到該平面的垂直距離。由此，知道了該4義器相對(duì)于地面的精確取向和位置。主站400的剩余操作與圖2中示出的主站相似。
圖15A D示出了主站或子站的配置如何能夠被懸掛在地面上方并且可以橫越諸如建筑位置的多維空間，同時(shí)從上方測(cè)量到固定參考和其他設(shè)備的距離。圖15A和15B示出了導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。圖15A是具有裝配在其頂部的陀螺儀穩(wěn)定單元506的主站500。穩(wěn)定單元506附連到具有導(dǎo)軌槽504的托臺(tái)502 (優(yōu)選地是計(jì)算機(jī)控制或軟件驅(qū)動(dòng)的托臺(tái))。圖15B示出了使用導(dǎo)軌501可滑動(dòng)地裝配主站或子站512的另一導(dǎo)軌裝配配置。圖15C和15D分別示出了線纜驅(qū)動(dòng)的和旋翼驅(qū)動(dòng)的站524和530;對(duì)于各自的站示出了線纜520和旋翼532。圖16示出了適于具有線纜503的線纜驅(qū)動(dòng)配置的圖15A中的設(shè)備。圖17示出了裝配到機(jī)器人交通工具站的底部或者機(jī)器人臂的工具。這些設(shè)備將用于根據(jù)預(yù)定指令標(biāo)記表面。圖17A示出了彈簧裝載的尖鉆的機(jī)頭并且圖17B示出了彈簧裝栽的標(biāo)記器或涂漆棒的機(jī)頭。
通常，棱鏡桿是手持的，并且因此在手持的人的手震動(dòng)時(shí)受移動(dòng)影響。前面已討論了棱鏡或站的陀螺儀穩(wěn)定。圖18A和18B中示出了可替換的穩(wěn)定技術(shù)。
圖18A和18B示出了用于具有棱鏡608的桿602的可替換的穩(wěn)定設(shè)備。圖18A中示出了完整的桿，并且圖18B中示出了穩(wěn)定設(shè)備。穩(wěn)定設(shè)備600是封閉隔間，具有允許桿602通過(guò)的兩個(gè)開(kāi)口和手柄604;該穩(wěn)定設(shè)備由三腳架610支撐。在封閉隔間600中，通過(guò)如所示出的線606或者通過(guò)與用于減慢門(mén)的移動(dòng)的粘性液體阻尼棒來(lái)懸掛該桿。為了高效，精密地控制(damp)該阻尼桿。該桿在底部通過(guò)砝碼612配重，由此其指向地心。因此，砝碼612用作吊線錘。
圖19A B示出了另 一穩(wěn)定機(jī)構(gòu)。其是修改的陀螺儀機(jī)構(gòu)。圖19A示出了具有穩(wěn)定機(jī)頭702和裝配在該機(jī)頭702下面的棱鏡704的完整的桿700。圖19B中示出了機(jī)頭702的示意性一見(jiàn)圖。在機(jī)頭702中，安置有X和Y方向的陀螺儀和用于在Z方向中穩(wěn)定的電子處理器710(例如，模糊邏輯控制器)。該設(shè)備將克服由用戶手持該桿引起的振動(dòng)和不準(zhǔn)確。圖19A和19B中示出的陀螺^UI定的桿應(yīng)生成用于棱鏡的更加堅(jiān)實(shí)和穩(wěn)固的平臺(tái)。該電子設(shè)備實(shí)時(shí)地控制陀螺儀的旋轉(zhuǎn)速度以增加桿穩(wěn)定性。
圖20A B說(shuō)明了具有旋轉(zhuǎn)激光器和無(wú)線發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的主站801和具有旋轉(zhuǎn)激光器和無(wú)線發(fā)射機(jī)和接收機(jī)以及棱鏡812的子站810的組合使用。用于主站和子站兩者的無(wú)線發(fā)射機(jī)和接收機(jī)被安置在上述站中并且因此未在圖20A和20B中示出。此處描迷了該組合的優(yōu)點(diǎn)和功能。該系統(tǒng)意在用于獨(dú)立于主站模塊或者替換主站模塊使
用，以測(cè)量距離并且?guī)椭脩粼诙嗑S空間中導(dǎo)航。旋轉(zhuǎn)主站801可以向無(wú)線計(jì)算機(jī)設(shè)備遞送XYZ坐標(biāo)測(cè)量和位置三角測(cè)量數(shù)據(jù)，用于通過(guò)CAD繪圖或數(shù)字化繪圖在工作地點(diǎn)進(jìn)行導(dǎo)航和測(cè)量。
旋轉(zhuǎn)主站801是包括兩個(gè)測(cè)距激光器和兩個(gè)棱鏡觀測(cè)激光器的讀取器和測(cè)量設(shè)備，所有激光器都裝配在設(shè)備封罩的上部分中。圖20中還示出了具有測(cè)距激光器800A、 800B和棱鏡觀測(cè)激光器800C和800D的主站800的頂-f見(jiàn)圖，所有該激光器裝配在主站800的頂部中。棱鏡觀測(cè)激光器能夠讀取印刷在其觀測(cè)線內(nèi)的物體上的條形碼信息。四個(gè)脈沖調(diào)制激光發(fā)射器和四個(gè)激光數(shù)據(jù)接收機(jī)傳感器的配置裝配在該設(shè)備的底部分中；圖20A中將該8個(gè)激光器中的一個(gè)激光器示出為804。這些激光器能夠向配備有用于接收該光信號(hào)的傳感器的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備(例如，主站或子站)發(fā)射數(shù)據(jù)。該傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)從脈沖調(diào)制發(fā)射機(jī)發(fā)送的信息的讀取或接收。旋轉(zhuǎn)主站可以與其他相似配備的主站或子站或者固定參考通信。該旋轉(zhuǎn)主站機(jī)構(gòu)也可適于自調(diào)平。
旋轉(zhuǎn)子站810具有裝配在設(shè)備封軍的上部分中的360度直角棱鏡812。四個(gè)脈沖調(diào)制激光發(fā)射器和四個(gè)激光數(shù)據(jù)接收機(jī)傳感器的配置裝配在該設(shè)備的底部中，其中一個(gè)被示出為激光器814。子站810可以適于自調(diào)平。圖20B示出了與裝配在三腳架824上的子站810通信的、裝配在三腳架826上的主站801;所述設(shè)備經(jīng)由激光束820和822通信。旋轉(zhuǎn)主站801和旋轉(zhuǎn)子站810因此可以經(jīng)由脈沖調(diào)制激光器和接收機(jī)傳感器相互通信。它們交換識(shí)別、遙測(cè)數(shù)據(jù)和命令。
圖20A說(shuō)明了具有棱鏡發(fā)射機(jī)和接收機(jī)陣列的連續(xù)旋轉(zhuǎn)主站的結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)激光器與棱鏡發(fā)射機(jī)和接收機(jī)陣列和用于發(fā)射和接收信息的激光器陣列以及處理器和關(guān)聯(lián)電路的該組合是可以代替機(jī)器人主
20站模塊或機(jī)器人經(jīng)綷儀的系統(tǒng)。通過(guò)適應(yīng)當(dāng)前可用的旋轉(zhuǎn)激光器等
級(jí)，該設(shè)備可以向無(wú)線計(jì)算機(jī)設(shè)備遞送X、 Y、 Z坐標(biāo)測(cè)量和位置三 角測(cè)量結(jié)果，用于在多維空間中導(dǎo)航和測(cè)量，以生成該多維空間的 CAD或其他類型的圖形表示。該讀取器、測(cè)量器包括兩個(gè)棱鏡觀測(cè)激 光束、頂部陣列上的兩個(gè)測(cè)距激光束。讀取器、寫(xiě)入器包括四個(gè)數(shù)據(jù) 發(fā)射激光器、每個(gè)設(shè)備的底部上的四個(gè)激光數(shù)據(jù)接收傳感器。每個(gè)站 還可以配備有無(wú)線的無(wú)線電發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。
每個(gè)站可以具有如下部件/功能
a. 自調(diào)平可視激光器；
b. 能夠經(jīng)由激光束發(fā)送數(shù)據(jù)；
c. 能夠經(jīng)由激光束接收數(shù)據(jù)；
d. 能夠測(cè)量到多個(gè)棱鏡的距離；
e. 能夠基于返回信號(hào)區(qū)分棱鏡；和
f. 能夠無(wú)線地發(fā)射信息。
參考圖21A 21B，示出了可以用作主站、子站或固定參考點(diǎn)的 多棱鏡組件和識(shí)別設(shè)備900。紅外線頻閃器902裝配在設(shè)備900的頂 部附近并且彩色電荷耦合設(shè)備(CCD )卯4裝配在該設(shè)備的透鏡附近。 CCD設(shè)備904形成設(shè)備900的接收機(jī)的一部分。使用用于發(fā)射和接收 的紅外光并且在接收光信號(hào)時(shí)使用色彩識(shí)別。在圖21B中，示出了多 個(gè)棱鏡卯6，其中每個(gè)棱鏡用作單獨(dú)的標(biāo)石或者固定參考點(diǎn)。每個(gè)棱 鏡返回不同顏色的光。在圖21B中，紅外線頻閃器閃現(xiàn)紅外線波束 912，并且紅外光自彩色棱鏡反射回來(lái)。紅外線波束912朝向多個(gè)棱 鏡散開(kāi)，由此可以同時(shí)識(shí)別視場(chǎng)中的多個(gè)棱鏡。
圖21B中示出的系統(tǒng)可被稱為彩色化棱鏡識(shí)別系統(tǒng)，能夠進(jìn)行 迅速的多棱鏡識(shí)別和單獨(dú)棱鏡識(shí)別。在與現(xiàn)有的主站-棱鏡關(guān)系比較 時(shí)，彩色化多棱鏡識(shí)別系統(tǒng)具有三個(gè)區(qū)別的功能特征
21 每個(gè)單獨(dú)棱鏡由不同的彩色雙色玻璃構(gòu)造。
當(dāng)前位于主站模塊中的適當(dāng)位置的黑白CCD攝像機(jī)芯片被如 下系統(tǒng)替換，利用通過(guò)彩色CCD芯片卯4，所述系統(tǒng)利用延伸波束紅 外激光作為迅速搜索主站模塊視場(chǎng)中的棱鏡的方法。使用彩色CCD 芯片代替黑白攝像機(jī)芯片將使主站模塊能夠區(qū)分顏色，因此使每個(gè)棱 鏡是單獨(dú)可識(shí)別或可尋址的。當(dāng)前在扇形通道中利用紅外激光搜索主 站模塊的視場(chǎng)中的棱鏡；該方法一次僅能識(shí)別一個(gè)棱鏡。
紅外線頻閃器卯2或閃光燈用于同時(shí)識(shí)別主站的視場(chǎng)中的多個(gè) 棱鏡的數(shù)目和位置。
參考圖21(B),六個(gè)棱鏡位于設(shè)備900的視場(chǎng)中。作為主站操作 的設(shè)備卯O發(fā)射紅外頻閃光。基于棱鏡的唯一顏色，即時(shí)地了解每個(gè) 棱鏡及其位置。
固定參考點(diǎn)或標(biāo)石可以是被動(dòng)式的或智能的。被動(dòng)式固定參考點(diǎn) 或標(biāo)石可以包括棱鏡或反射器、印刷的條形碼或圖形、交叉標(biāo)線或平
釘(even nail)。圖22中示出了作為具有印制的條形碼的棱鏡的被動(dòng) 式標(biāo)石的示例。
盡管通過(guò)參考本發(fā)明的具體實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是對(duì)于 本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前 提下可以進(jìn)行多種改變和修改。因此，本發(fā)明應(yīng)涵蓋在附屬權(quán)利要求 及其等效物的范圍內(nèi)的本發(fā)明的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)包括主站；至少一個(gè)子站，其與所述主站通信，其中所述各站交換關(guān)于在多維空間中進(jìn)行的測(cè)量和識(shí)別的信息，以允許所述主站實(shí)時(shí)地自動(dòng)地生成所述多維空間的圖形表示。
全文摘要
一種包括主站和在該主站的控制下的子站的系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地生成多維空間的圖形繪圖。在該站之間交換關(guān)于該多維空間的物理尺寸以及該多維空間中的物體和/或結(jié)構(gòu)的位置和取向的信息。主站能夠?qū)崟r(shí)地，即當(dāng)其自子站接收信息并且通過(guò)其自有的測(cè)量設(shè)備獲得信息時(shí)，自動(dòng)生成多維空間的N維圖形表示。主站可以將多維空間顯示給用戶，允許在該多維空間中引導(dǎo)(即，導(dǎo)航)用戶。
文檔編號(hào)G06F3/14GK101578591SQ200780044869
公開(kāi)日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2007年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者薩姆·斯塔西斯 申請(qǐng)人:薩姆·斯塔西斯