基于激光测距的空间定位装置的制作方法

本实用新型是关于一种空间定位装置，特别是关于一种基于激光测距的空间定位装置。

背景技术：

激光测距原理是通过相位法来实现测距的，利用光线从发射点到目标点的往返时间来计算获得距离值，广泛应用于各种测量行业。现有的激光空间定位装置存在定位精度不高，难以准确的找到所需的位置；同时现有的激光空间定位装置需要工作人员提前找好房间的正中间位置，只有做好了这一准备工作装置才能正常的工作定位，为定位工作带来了较大的人力负担，花费了大量的时间。此外，现有的微米级的高精度激光空间定位装置的优势在于高精度，误差能达到0.01微米级别，但同时带来的也是机构操作比较繁琐、可定位的距离只有几米范围、装置的价格比较昂贵，难以大范围的普及应用。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于激光测距的空间定位装置，从而克服现有技术的缺点。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种激光空间定位装置，包括：底座；微控制单元，微控制单元设置于底座内；步进驱动器，步进驱动器设置于底座内；第一步进电机，第一步进电机驱动第一传动齿轮；竖轴，竖轴与第一传动齿轮通过第一内齿传动带相连；第二传动齿轮，第二传动齿轮与竖轴固定连接；支架，支架由第二传动齿轮带动转动；第二步进电机，第二步进电机设置于支架内；旋转支架，旋转支架架设在支架上；第三传动齿轮，第三传动齿轮由第二步进电机带动转动；第四传动齿轮，第四传动齿轮与第三传动齿轮通过第二内齿传动带相连，并且第四传动齿轮带动旋转支架旋转；以及陀螺仪，陀螺仪设置在旋转支架上，陀螺仪用于记录当前的角度值，并将当前的角度值发送给微控制单元。

在一优选的实施方式中，第一传动齿轮、第二传动齿轮、第三传动齿轮以及第四传动齿轮是铝合金传动齿轮。

在一优选的实施方式中，第一步进电机是57步进电机，第二步进电机是42步进电机。

在一优选的实施方式中，第一步进电机控制支架的垂直角度变化，第二步进电机控制旋转支架的水平角度变化。

在一优选的实施方式中，微控制单元同时地控制第一步进电机和第二步进电机。

在一优选的实施方式中，微控制单元用于将输入的数据，将坐标值转化为激光装置摆动的角度，从而在墙壁上定位到该点。具体的转化算法如下：

式中，∝为装置摆动角度与Y0Z平面的夹角，X为墙体上所找位置的横坐标值；Z0为激光空间定位装置到检测墙面的垂直距离；Z是检测点到装置的距离；β为装置的俯仰角度值：若β为正数时，装置摆动为仰角，若β为负数时，装置摆动为俯角。

在一优选的实施方式中，当微控制单元计算出激光装置在X、Y轴转动的角度时，微控制单元依据如下公式得到脉冲数：

脉冲数＝转动的角度÷0.014

在一优选的实施方式中，基于所计算的脉冲数，利用第一步进电机和第二步进电机的机械运动，使激光空间定位装置进行X、Y轴的摆动并达到微控制单元所计算的角度值。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的装置利用角度算法公式将角度转化为对应的坐标点，角度误差仅为0.014°。此外，装置采用两个电机同时调节激光的角度，达到调节时间短，响应速度快的效果。本发明的装置建立的空间坐标系范围将囊括整个房间的四面墙体和房间顶部，装置也不会受到摆放位置的制约。本实用新型能够实现激光装置的快速定位，可在房间四面墙体与房顶墙面进行精准的定位，拥有极高的准确度且拥有两轴同时运转的能力，响应能力一流，可以满足现有的工作要求。

附图说明

图1是根据本实用新型一实施方式的装置结构图。

图2是根据本实用新型一实施方式的工作流程图。

图3是根据本实用新型一实施方式的控制绕图。

图4是根据本实用新型一实施方式的所测墙体的坐标示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

图1是根据本实用新型一实施方式的装置结构图。图3是根据本实用新型一实施方式的控制绕图。图4是根据本实用新型一实施方式的所测墙体的坐标示意图。

如图所示，激光空间定位装置包括：底座15、微控制单元(MCU)14、步进驱动器16、第一步进电机13、第一内齿传动带12、竖轴11、第一传动齿轮10、第二传动齿轮9、第二步进电机8、第三传动齿轮7、第四传动齿轮4、支架5、支架3、旋转支架2以及陀螺仪1。

其中，微控制单元(MCU)14设置于底座15内。MCU采用8位高频处理芯片，通过串口与陀螺仪连接，实时采集俯仰角，MCU姿态分析，PID控制调节。步进驱动器16设置于底座内，步进驱动器采用最高25600细分的步进电机，步距角精度可高达0.014°。第一步进电机13驱动第一传动齿轮10。竖轴11与第一传动齿轮10通过第一内齿传动带12相连。第二传动齿轮9，与竖轴11固定连接。支架5由第二传动齿轮带动转动。第二步进电机8设置于支架5内。旋转支架2架设在支架上。第三传动齿轮7由第二步进电机8带动转动，第四传动齿轮4与第三传动齿轮7通过第二内齿传动带6相连，并且第四传动齿轮带动旋转支架旋转。陀螺仪1通过安装支架3设置在旋转支架2上，激光发射器能够发射出线型激光。

在一优选的实施方式中，第一传动齿轮、第二传动齿轮、第三传动齿轮以及第四传动齿轮是铝合金传动齿轮。

在一优选的实施方式中，第一步进电机是57步进电机，其中，57步进电机具体采用57两相四线步进电机，步距角1.4°，第二步进电机是42步进电机，其中，42步进电机具体为42两相四线步进电机，步距角1.4°。第一步进电机控制支架的垂直角度变化，第二步进电机控制旋转支架的水平角度变化。微控制单元同时地控制第一步进电机和第二步进电机。

图2是根据本实用新型一实施方式的工作流程图。本发明的方法包括如下步骤：首先在框101处，判断是否需要进行归中初始化从操作，如果需要进行该操作，则将如图1所示的装置随意放入房间内部某处，装置首先会分别对房间四周墙壁和房顶进行自动归中的初始化设定，初始化的过程中装置会分别测得与墙壁四周和房顶的正向垂直距离。随后装置系统会自动建立一个坐标系。

对一面墙壁进行定位时，具体坐标系的建立如图4所示。X轴负向范围为装置与左边墙壁的垂直距离，正向范围为装置与右边墙壁的垂直距离；Y轴正向范围为装置与房顶的垂直距离，负向范围为装置与地面的垂直距离。

想要定位墙壁上的某点时只需在方块102处，将该点的坐标输入到系统中，装置中的MCU处理器会分析处理输入的数据，将坐标值转化为激光装置摆动的角度(方块103)，从而在墙壁上定位到该点。具体的转化算法如下：

式中，∝为装置摆动角度与Y0Z平面的夹角,X为墙体上所找所找位置的横坐标值；Z0为测量仪器到检测墙面的垂直距离；Z是检测点到装置的距离；β为装置的俯仰角度值：若β为正数时，装置摆动为仰角，若β为负数时，装置摆动为俯角。

MCU处理器会将相应的角度值转化为电机驱动器的电信号并将信号传送至电机驱动器，电机驱动器将电信号转化为相应的电机信号发送给57步进电机和42步进电机；57步进电机和42步进电机接收到脉冲信号后会转化为相应的机械传动，带动旋转平台进行X轴转动以及旋转支架做Y轴的转动，从而使激光光束正确的定位到墙壁上的坐标点(方块104处)。装置上的陀螺仪会记录当前的角度值，并将当前角度数据传送至MCU处理器，确保角度摆动的精确性。随后，在框105处，判断是否需要进行下一个电位的寻找，如果需要寻找下一电位，则流程从方块102处重新开始。

对上述流程做进一步补充，所述装置采用最高25600细分的步进电机，即电机转动一圈需要25600个脉冲，一个脉冲能够使电机转动0.014°。当MCU处理器计算出激光装置在X、Y轴转动多少角度时，会发电信号给电机驱动装置，电机驱动装置接收到电信号后会给电机相应的脉冲数，使得电机输出相应的机械运动，带动激光装置转动合适的角度脉冲数的计算公式如下：

脉冲数＝转动的角度÷0.014；

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。