[0001] 本发明涉及姿态测量领域， 更具体地说， 涉及一种姿态测量装置自动校正的方 法及系统。

背景技术

[0002] 姿态测量一般采用姿态测量装置来测量角度信 息， 姿态测量装置的类型很多， 利用三轴地磁解耦和三轴加速度计， 受外力加速度影响很大， 在运动 /振动等环 境中， 输出方向角误差较大，此外地磁传感器有缺点 ， 它的绝对参照物是地磁场 的磁力线,地磁的特点是使用范围大， 但强度较低， 约零点几高斯， 非常容易受 到其它磁体的干扰。 陀螺仪输出角速度， 是瞬吋量， 角速度在姿态平衡上是不 能直接使用， 需要角速度与吋间积分计算角度， 得到的角度变化量与初始角度 相加， 就得到目标角度， 其中积分吋间 Dt越小， 输出角度越精确,但陀螺仪的原 理决定了它的测量基准是自身， 并没有系统外的绝对参照物， 加上 Dt是不可能 无限小,所以积分的累积误差会随着吋间流逝� �速增加， 最终导致输出角度与实 际不符。

技术问题

问题的解决方案

技术解决方案

[0003] 为了解决当前姿态测量装置累计误差影响角度 测量的缺陷， 本发明提供一种可 以消除累计误差的姿态测量装置自动校正的方 法及系统。

[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 提供一种姿态测量装置自动校正 的方法， 包括发射模块、 接收模块、 处理模块， 所述接收模块包括姿态测量装 置和接收装置， 所述发射模块包括发射装置， 所述发射装置可以发射激光面， 所述接收模块包括两个光感应装置， 所述姿态测量装置通过以下步骤进行自动 校正：

[0005] S1 : 所述发射装置发射激光面， 所述接收模块处于待机状态； [0006] S2: 所述接收模块根据所述光感应装置传递的信号 判断是否传递校正信息到所 述处理模块；

[0007] S3： 所述处理模块根据所述接收模块传递的信息对 所述姿态测量装置进行校正

[0008] 优选地， 所述接收模块包括手柄， 所述手柄包括反光面， 所述反光面设置在所 述手柄的端部， 具有反光及透光的能力， 所述光感应装置固定在所述手柄的内 部， 并朝向所述反光面的方向， 激光光线可以在所述反光面的表面发生反射和 折射， 折射光线可以使所述光感应装置产生响应， 存在一个临界角， 使在所述 反光面发生折射的入射激光的入射角小于所述 临界角吋， 折射光线的强度不足 以使所述光感应装置产生响应； 当在所述反光面发生折射的入射激光的入射角 大于等于所述临界角吋， 折射光线的强度可以使所述光感应装置产生响 应。

[0009] 优选地， 所述临界角为 85°。

[0010] 优选地， 所述发射装置为光源模组， 所述光源模组包括前面板和面激光发射器

， 所述面激光发射器设置在所述前面板上。

[0011] 优选地， 所述接收模块根据所述光感应装置传递的信号 通过以下步骤判断校正 f π息：

[0012] S2.1以所述光源模组为基准建立直角坐标系， z轴与地面垂直， 正方向朝上， X 轴与所述前面板垂直， 正方向与光线射出的方向相同， y轴与所述前面板平行， 正方向满足坐标系 xyz成右手系；

[0013] S2.2当所述手柄的几何轴心垂直于地面且所述� �柄的顶端朝上吋， 所述手柄的

X轴、 y轴角度为零； 当所述发射装置发射的激光面垂直入射所述反 光面吋， 所 述手柄的 z轴角度为零。

[0014] S2.3当两个所述光感应装置同吋感应到激光信� �吋， 所述接收模块发送信号到 所述处理模块， 所述处理模块根据接收到的信息校正手柄 X轴、 y轴、 z轴的角度 数据为零。

[0015] 优选地， 所述面激光发射器可以发射的平行激光面， 两个所述光感应装置之间 的距离与所述平行激光面的宽度相等。

[0016] 提供一种姿态测量装置自动校正系统， 所述接收模块包括接收端无线传输模块 ， 所述处理模块包括处理端无线传输模块， 所述接收端无线传输模块和所述处 理端无线传输模块之间可以通过无线传输的方 式传递信息。

[0017] 优选地， 所述接收装置为手柄， 所述手柄中包括两个光感应装置， 当所述手柄 的几何轴心垂直于地面吋， 两个所述光感应装置的连线垂直于地面。

[0018] 优选地， 所述接收模块包括光源阵列， 所述光源阵列包括至少两个面激光发射 器， 至少两个所述面激光发射器并列设置， 每个所述面激光发射器可以独立地 向外发射垂直于地面并且垂直于所述前面板的 激光面， 每两个相邻的所述面激 光发射器之间的间距大于所述手柄中距离最远 的两个所述光感应装置之间的距 离。

发明的有益效果

有益效果

[0019] 与现有技术相比， 本发明利用发射装置发射激光面而接收装置接 收不同特征光 信号的方式， 调整 X轴、 y轴、 z轴角度零点的位置， 降低了姿态测量装置的误差 累积带来的影响， 减少了使用者的不适应感并增加了沉浸感， 对于体感操作和 虚拟现实有较大的意义。 相对于手动重置姿态检测装置的零点， 本发明姿态测 量装置自动校正的方法和系统调整更加自然和 精确， 一方面防止了使用者凭"感 觉"调零带来的误差， 另一方面使使用者在使用过程中自然和不自觉 地调零， 增 加了沉浸感， 也减少了刻意调整的生硬， 增加了游戏性， 提升了体验效果。 利 用反光面的设置， 保证了光线必须满足一定的入射条件才可以使 光感应装置产 生对应的响应， 实现了通过光感应来判断接收模块姿态的方法 ， 使姿态的调整 可以通过光感应来实现， 也使本发明的姿态调零得以实现。 反光面的临界角设 置为 85°—方面可以达到校正姿态测量装置误差累� �的效果， 另一方面可以使接 收模块得到校正的机会大为增加， 防止将临界角设置得过大导致的入射角长吋 间不满足临界角而无法进行校正的情况发生。 通过设置 X轴、 y轴、 z轴的零点位 置来对应激光面的照射角度， 从而对应接收模块的姿态的方法， 建立了较为简 便的姿态识别规则， 更方便使用光感应校正姿态。 并列设置面激光发射器可以 保证接收模块有更多的机会来校正姿态测量装 置。 在手柄中设置两个光感应装 置并且使两个光感应装置的连线与手柄的几何 轴心平行可以保证对 X轴和 z轴的校 正。 平行激光面的间距与两个光感应装置之间的间 距相等， 使接收模块必须满 足 X轴、 y轴、 z轴为零吋才有可能使两个光感应装置同吋产� �响应， 保证了校正 的精确度。 在光源阵列中， 并列设置的面激光发射器之间的距离大于手柄 中距 离最远的两个光感应装置之间的距离， 可以防止相邻的面激光发射器同吋照射 在光感应装置上对测量结果产生干扰。

对附图的简要说明

附图说明

[0020] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说 明， 附图中：

[0021] 图 1是本发明姿态测量装置自动校正的系统模块� �意图；

[0022] 图 2是以光源模组为示例的发射模块示意图；

[0023] 图 3是以手柄为示例的接收装置示意图；

[0024] 图 4是本发明姿态测量装置自动校正的系统调零 X轴、 y轴、 z轴示意图；

[0025] 图 5是本发明姿态测量装置自动校正的系统不发� �调零指令示意图之一；

[0026] 图 6是本发明姿态测量装置自动校正的系统不发� �调零指令示意图之二；

[0027] 图 7是以光源阵列为示例的发射装置示意图；

[0028] 图 8是本发明姿态测量装置自动校正的系统工作� �程示意图。

本发明的实施方式

[0029] 为了解决当前姿态测量装置累计误差影响角度 测量的缺陷， 本发明提供一种可 以消除累计误差的姿态测量装置自动校正的方 法及系统。

[0030] 为了对本发明的技术特征、 目的和效果有更加清楚的理解， 现对照附图详细说 明本发明的具体实施方式。

[0031] 请参阅图 1， 本发明姿态测量装置自动校正系统包括发射模 块 1、 接收模块 2和 处理模块 3。 发射模块 1包括发射装置 11、 发射端嵌入式控制模块 13， 发射装置 1 1和发射端嵌入式控制模块 13电性连接。 接收模块 2包括接收装置 21、 接收端嵌 入式控制模块 22、 姿态测量装置 23、 电源模块 24、 操作装置 27和接收端无线传 输模块 29， 其中， 接收端嵌入式控制模块 22与电源模块 24电性连接， 接收端嵌 入式控制模块 22与电源模块 24分别与接收装置 21、 姿态测量装置 23、 操作装置 2 7和接收端无线传输模块 29电性连接。 处理模块 3包括处理端无线传输模块 31和 运算处理器 33， 处理端无线传输模块 31和运算处理器 33电性连接， 运算处理器 3 3与发射端嵌入式控制模块 13电性连接， 处理端无线传输模块 31可以与接收端无 线传输模块 29通过无线连接的方式传递信息。 接收装置 21主要用于接收发射装 置 11发射的光线， 并将接收到的光线信息传递到接收端嵌入式控 制模块 22进行 处理， 接收端嵌入式控制模块 22可以将其处理的结果通过接收端无线传输模� �� 2 9发送到处理模块 3进行进一步处理。 姿态测量装置 23可以测量接收模块 2在空间 的姿态和角度信息， 可以测量接收模块 2与重力方向的夹角信息和夹角方向， 操 作装置 27可以由使用者操作并发出命令信息， 姿态测量装置 23测得的相关数据 以及操作装置 27发出的命令信息可以通过电信号的方式传递� ��接收端嵌入式控 制模块 22， 接收端嵌入式控制模块 22可以将上述信息通过接收端无线传输模块 2 9传递到处理端无线传输模块 31， 处理端无线传输模块 31可以将接收到的数据通 过电信号的方式传递到运算处理器 33进行处理。

请参阅图 2_图3， 图 2_图3示例性地示出了以手柄 201为第一实施例的接收模 块 2， 在该实施例中， 手柄 201的顶端为圆形平面 2011， 手柄 201的几何轴心！^通 过圆形平面 2011的圆心并垂直于圆形平面 2011， 手柄 201包括反光面 2115和两个 光感应装置 2113， 两个光感应装置 2113固定在手柄 201的内部， 并朝向反光面 21 15的方向。 两个光感应装置 2113之间的距离为 d。 反光面 2115设置在手柄 201的 端部， 光线可以通过反光面 2115射入手柄 201的内部。 反光面 2115为光学透明介 质， 具有较强的反射光线的能力。 当光线的入射角小于 85°吋， 反光面 2115可以 反射掉大部分的入射光， 经过折射进入手柄 201的光线无法使光感应装置 2113产 生响应； 当光线的入射角在 85°到 90°之间吋， 我们认为光线垂直入射反光面 2115 ， 光线在反光面 2115表面发生反射和折射， 折射光线的强度较强， 可以使光感 应装置 2113产生响应， 我们称 85°的入射角为临界角。 一般情况下， 当手柄 201的 几何轴心！^垂直于地面吋， 两个光感应装置 2113呈一条竖直直线排列， 两个光 感应装置 2113的连线垂直于地面。 图 3示例性地示出了以光源模组 101为第一实 施例的发射装置 11， 在该实施例中， 发射装置 11包括面激光发射器 1113和前面 板 1115， 面激光发射器 1113设置在前面板 1115上， 面激光发射器 1113包括激光 源 2115， 激光源 2115可以发射不发散的平行激光面， 平行激光面与地面相垂直 并且与前面板 1115相垂直。 平行激光面的宽度为 d， 与两个光感应装置 2113之间 的距离相等。

[0033] 请参阅图 4_图6， 图 4示例性地示出了光源模组 101调零姿态测量装置 23的一种 情况。 我们以光源模组 101为基准建立直角坐标系， _Z 轴与地面垂直， 正方向朝上 ； X轴与前面板 1115垂直， 正方向与光线射出的方向相同， y轴与前面板 1115平 行， 正方向满足坐标系 xyz成右手系。 在手柄 201中设置有姿态测量装置 23， 姿态 测量装置 23在测量的过程中会累计误差， 使测量结果与真实结果之间的误差越 来越大。 姿态测量装置 23会根据手柄 201的姿态变化， 提供手柄 201在 X轴、 y轴 ， 和 z轴的角度变化。 我们可以事先设置手柄 201的 X轴、 y轴、 z轴角度零点的位 置， 作为其中的一种设置方式， 当手柄 201的几何轴心 垂直于地面且手柄 201 的顶端朝上吋， 我们记手柄 201的 X轴、 y轴角度为零； 当光源模组 101发射的激 光面垂直入射反光面 2115吋， 我们记手柄 201的 z轴角度为 0。 手柄 201由使用者握 持， 在使用过程中， 当手柄 201几何轴心！^垂直于地面且光源模组 101发射的激 光面垂直入射反光面 2115吋， 光感应装置 2113将检测到的光信号传递到接收端 嵌入式控制模块 22， 接收端嵌入式控制模块 22对接收到的信息进行处理。 当两 个光感应装置 2113同吋感应到激光信号吋， 接收端嵌入式控制模块 22接收到两 个光感应装置 2113传递来的信息后， 通过接收端无线传输模块 29发送信号到处 理模块 3， 处理模块 3根据接收到的信息重置手柄 X轴、 y轴、 z轴的角度数据为零 。 由于这种校准是在使用者使用过程中无意中发 生的， 这样， 在不刻意的操作 过程中和使用者毫无察觉的情况下就可以完成 对手柄 X轴、 y轴和 z轴的校准， 防 止误差持续积累导致测量误差过大， 同吋大幅增强了使用者的沉浸感。 由于人 体手腕的特性， 手柄 201在使用过程中基本上不会出现手柄 201的几何轴心 L ,垂 直于地面且手柄 201的顶端朝下的情况， 所以我们对这种情况不予考虑。

[0034] 图 5示例性地示出了手柄 201响应不成功的一种情况， 当手柄 201的几何轴心 L1 不垂直于地面且光源模组 101发射的激光面垂直入射反光面 2115吋， 此吋至多有 一个光感应装置 2113可以接收到激光信号， 处理模块 3不进行调零操作。

[0035] 图 6示例性地示出了手柄 201响应不成功的另一种情况， 当手柄 201的几何轴心 与重力方向的夹角为零且光源模组 101发射的激光面不垂直入射反光面 2115吋， 此吋激光无法通过反光面 2115使光感应装置 2113产生响应。 处理模块 3不进行调 零操作。

[0036] 请参阅图 7， 图 7示例性地示出了以光源阵列 102为第二实施例的发射装置 11， 光源阵列 102包括至少两个面激光发射器 1113， 至少两个面激光发射器 1113并列 设置， 每两个相邻的面激光发射器 1113之间的间距大于手柄 201中距离最远的两 个光感应装置 2113之间的距离。 每个面激光发射器 1113可以独立地向外发射垂 直于地面并且垂直于前面板 1115的激光面。 当手柄 201中至少两个光感应装置 21 13感应到激光光线并产生响应， 并发送电信号到接收端嵌入式控制模块 22， 接 收端嵌入式控制模块 22传递信号至发射端无线传输模块 29， 发射端无线传输模 块 29将相关信号通过无线传输的方式传递到处理� ��块 3， 并重置手柄 X轴、 y轴、 z 轴的角度数据为零。 并列设置面激光发射器 1113可以保证处理模块 3有更多的机 会来校正姿态测量装置 23。

[0037] 请参阅图 8， 当本发明姿态测量装置自动校正系统幵始工作 吋， 发射模块 1发射 激光面， 同吋接收模块 2处于待机状态。 接收装置 21的光感应装置 2113实吋监控 激光反应， 当接收装置 21中两个光感应装置 2113同吋产生响应吋， 接收端嵌入 式控制模块 22将信息发送到处理模块 3， 处理模块 3随即调零 X轴、 y轴、 z轴数据 ； 当接收装置 21中没有光感应装置 2113产生响应或只有一个光感应装置 2113产 生响应吋， 处理模块 3不进行调零处理。

[0038] 与现有技术相比， 本发明利用发射装置 11发射激光面而接收装置 21接收不同特 征光信号的方式， 调整 X轴、 y轴、 z轴角度零点的位置， 降低了姿态测量装置 23 的误差累积带来的影响， 减少了使用者的不适应感并增加了沉浸感， 对于体感 操作和虚拟现实有较大的意义。 相对于手动重置姿态检测装置 23的零点， 本发 明姿态测量装置 23自动校正的方法和系统调整更加自然和精确� �� 一方面防止了 使用者凭"感觉"调零带来的误差， 另一方面使使用者在使用过程中自然和不自觉 地调零， 增加了沉浸感， 也减少了刻意调整的生硬， 增加了游戏性， 提升了体 验效果。 利用反光面 2115的设置， 保证了光线必须满足一定的入射条件才可以 使光感应装置 2113产生对应的响应， 实现了通过光感应来判断接收模块 2姿态的 方法， 使姿态的调整可以通过光感应来实现， 也使本发明的姿态调零得以实现

。 反光面 2115的临界角设置为 85°—方面可以达到校正姿态测量装置 23误差累积 的效果， 另一方面可以使接收模块 2得到校正的机会大为增加， 防止将临界角设 置得过大导致的入射角长吋间不满足临界角而 无法进行校正的情况发生。 通过 设置 X轴、 y轴、 z轴的零点位置来对应激光面的照射角度， 从而对应接收模块 2的 姿态的方法， 建立了较为简便的姿态识别规则， 更方便使用光感应校正姿态。 并列设置面激光发射器 1113可以保证接收模块 2有更多的机会来校正姿态测量装 置 23。 在手柄 201中设置两个光感应装置 2113并且使两个光感应装置 2113的连线 与手柄 201的几何轴心平行可以保证对 X轴和 z轴的校正。 平行激光面的间距与两 个光感应装置 2113之间的间距相等， 使接收模块 2必须满足 X轴、 y轴、 z轴为零吋 才有可能使两个光感应装置 2113同吋产生响应， 保证了校正的精确度。 在光源 阵列 102中， 并列设置的面激光发射器 1113之间的距离大于手柄 201中距离最远 的两个光感应装置 2113之间的距离， 可以防止相邻的面激光发射器 1113同吋照 射在光感应装置 2113上对测量结果产生干扰。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述， 但是本发明并不局限于上述的具 体实施方式， 上述的具体实施方式仅仅是示意性的， 而不是限制性的， 本领域 的普通技术人员在本发明的启示下， 在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的 范围情况下， 还可做出很多形式， 这些均属于本发明的保护之内。