[发明专利]一种位姿测量方法、系统、装置及测量设备

说明书

本申请公开了一种位姿测量方法、系统、装置及测量设备，该方案中，通过全站仪获取标定装置标定的第一点、第二点、第三点和第四点在目标坐标系下的目标坐标，进而构建待测设备预设的标志坐标系，并获取与目标坐标系之间的转换矩阵T1，预设的标志坐标系与预设的设备坐标系之间存在转换矩阵T2；通过转换矩阵T1*T2获取待测设备在目标坐标系中的位姿。应用于位姿测量领域，通过预设的标志坐标系，建立起预设的设备坐标系与目标坐标系之间的转换关系，进而可以获取待测设备的位姿，且只需在被测设备上安装一个标定装置，通过第一点和反射的第二点和第三点就能构建预设的标志坐标系，安装位置自由，可安装在任一不会被遮挡的位置，实用性较高。

技术领域

本发明涉及位姿测量技术领域，特别是涉及一种位姿测量方法、系统、装置及测量设备。

背景技术

在智能装备应用于隧道的数字化施工过程中，对准确测量智能装备与隧道坐标系之间的位姿提出了强烈需求。例如在隧道的数字化施工过程中，为保证智能装备实时采集并记录施工数据信息，需要在智能装备与隧道坐标系之间建立准确的位姿，确保施工过程中所采集的施工数据信息与实际施工数据信息一致，从而指导施工，为后续质量检验提供有效可靠的数据信息。

智能装备的位姿测量方法通常分为惯性测量法、视觉测量法、电磁测量法、光学直接测量法等，一般认为光学直接测量法精度最高。在光学直接测量法中需要在智能装备上构建预设的设备坐标系，常规使用多标靶构建预设的设备坐标系，其在智能装备上安装多个有一定距离棱镜，通过全站仪向每个棱镜发射的激光的反射光确定每个棱镜在目标坐标系上，例如隧道坐标系上的坐标，进而通过坐标获取预设的设备坐标系，最终得到智能装备上预设的设备坐标系与隧道坐标系之间的转换关系也即位姿。

由于在智能装备上能够安装多个有一定距离棱镜的位置有限，进而存在遮挡棱镜的情况，例如智能装备的机械臂在运动过程中可能会遮挡棱镜，此时全站仪无法发射激光到棱镜或接收棱镜的反射光，也就无法获取棱镜在目标坐标系上的坐标，无法通过坐标获取预设的设备坐标系，实用性较差。

发明内容

本申请的目的是提供一种位姿测量方法、系统、装置及测量设备，该方案中应用于位姿测量领域，通过预设的标志坐标系，建立起预设的设备坐标系与目标坐标系之间的转换关系，进而可以获取待测设备在目标坐标系中的位姿，且只需在被测设备上安装一个标定装置，通过第一点和反射的第二点和第三点就能构建预设的标志坐标系，安装位置自由，可以安装在任一不会被遮挡的位置，实用性较高。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种位姿测量方法，包括：

通过全站仪获取标定装置标定的第一点、第二点、第三点和第四点在目标坐标系下的目标坐标A、B、C和D，其中，所述标定装置安装于待测设备，所述标定装置包括体积小于预设值的底座、固定于所述底座的第一反射模块及固定于所述底座与所述底座形成三角形的第二反射模块和第三反射模块，所述第一点位于所述第一反射模块中心，所述第二点位于所述第二反射模块接收所述全站仪发射的激光并反射到的第一挡板上，所述第三点位于所述第三反射模块接收所述全站仪发射的激光并反射到的第二挡板上，所述第四点位于所述全站仪上；

通过所述目标坐标系下的所述目标坐标A、B、C和D构建所述待测设备预设的标志坐标系，并获取与所述目标坐标系之间的转换矩阵T1，所述预设的标志坐标系与所述待测设备预设的设备坐标系之间存在转换矩阵T2；

通过所述预设的设备坐标系与所述目标坐标系之间的转换矩阵T1*T2获取所述待测设备在所述目标坐标系中的位姿，所述位姿为所述预设的设备坐标系与所述目标坐标系之间位移和旋转变化。

优选的，在与所述底座形成三角形的所述第二反射模块和所述第三反射模块之外设置透明外壳。

优选的，通过全站仪获取标定装置标定的第一点、第二点、第三点和第四点在目标坐标系下的目标坐标A、B、C和D之前，还包括：