一种位姿控制装置及三维扫描设备的制作方法

1.本技术涉及三维扫描技术领域，尤其涉及一种位姿控制装置及三维扫描设备。


背景技术：

2.随着计算机信息技术、机械制造技术的迅速发展，地面三维扫描仪被应用于多个领域，例如建筑测绘、文物保护领域等等，其能够快速获取物体的“点云”数据，从而构建三维模型，且精度高、操作简单。所构建的三维模型数据可用于物体形变监测分析，为物体结构稳定性监测提供数据支持。然而，扫描仪架设在不同高度、位置时，根据其测量原理，扫描仪所获取物体的“点云”数据坐标值不同，换句话说，不同位置、高度扫描的数据在形变分析时存在一定的测量误差。
3.现有的地面三维扫描仪都配套了三角支架，扫描仪的扫描位置和架设高度都是通过人工进行操控，因此，间隔一段时间重复扫描时，不能保证扫描仪能够精确架设在初次架设的位置及高度上，即不能实现精确定位，从而获取的数据存在较大的误差，不利于物体形变监测分析。
4.鉴于此，本技术旨在设计一款位姿控制器，用于实现三维扫描仪的高精度重定位，以降低人为操作和仪器本身产生的测量误差，提高三维模型拟合数据的精度，使物体结构形变监测的判断更为准确。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种位姿控制装置及三维扫描设备，以解决现有技术中三维扫描仪重复扫描误差较大的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本技术提供了：
7.一种位姿控制装置，应用于三维扫描设备，位姿控制装置包括：
8.支架，用于竖直放置在地面上；
9.位姿控制器，包括机盖、机壳、测距组件和电路板，所述机壳与所述支架连接，所述电路板安装于所述机壳内，所述测距组件包括第一测距传感器组和第二测距传感器组，所述第一测距传感器组沿第一水平方向设置于所述电路板并与所述电路板电连接，所述第一测距传感器组至少用于测量所述位姿控制器与目标物体之间的距离；所述第二测距传感器组沿竖直方向设置于所述电路板并与所述电路板电连接，所述第二测距传感器组用于测量所述位姿控制器与所述地面之间的距离。
10.在一种可能的实施方式中，所述测距组件还包括第三测距传感器组，所述第三测距传感器组沿第二水平方向设置于所述电路板并与所述电路板电连接，所述第三测距传感器组用于测量所述位姿控制器与障碍物之间的距离。
11.在一种可能的实施方式中，所述电路板上还设置有定位模块，所述定位模块与所述电路板电连接，所述定位模块用于获取地理位置信息。
12.在一种可能的实施方式中，所述定位模块为北斗定位器、gps定位器和北斗/gps双
模定位器中的一种。
13.在一种可能的实施方式中，所述电路板上还设置有数据集成管理模块，所述数据集成管理模块与所述电路板电连接，所述位姿控制装置还包括操作面板，所述操作面板设置于所述机盖上，且所述操作面板与所述电路板电连接。
14.在一种可能的实施方式中，所述电路板上还设置有陀螺仪，所述陀螺仪与所述电路板电连接。
15.在一种可能的实施方式中，所述支架为可伸缩的三脚支架。
16.另外，本技术还提供了一种三维扫描设备，包括三维扫描仪和上述实施方式中任一项所述的位姿控制装置，所述三维扫描仪用于对所述目标物体进行三维扫描，所述三维扫描仪通过连接件与所述机盖连接。
17.在一种可能的实施方式中，所述连接件包括连接件本体、螺纹连接部和凸台连接部，所述螺纹连接部和所述凸台连接部分别设置于所述连接件本体的两端部，所述螺纹连接部与所述机盖螺纹连接，所述三维扫描仪的安装部转动地设置于所述凸台连接部。
18.在一种可能的实施方式中，沿所述连接件本体的周向间隔设置有多条角刻度线，所述安装部的周向设置有指示线，所述指示线与所述角刻度线的位置相对应。
19.本技术的有益效果：
20.本技术提出了一种位姿控制装置，包括支架和位姿控制器，位姿控制器包括机盖、机壳、测距组件和安装在机壳内的电路板。其中，测距组件包括第一测距传感器组和第二测距传感器组，二者分别沿第一水平方向和竖直方向设置在电路板上，且分别用于测量位姿控制器与目标物体之间的距离以及位姿控制器与地面之间的距离。
21.本技术提供的位姿控制装置，通过第一测距传感器组和第二测距传感器组来分别获取位姿控制器与目标物体以及位姿控制器与地面之间的距离参数，从而实现三维扫描设备的位置及高度的精确定位，减小三维扫描设备在对目标物体进行重复扫描时所产生的误差。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
23.图1示出了本技术实施例中三维扫描设备的结构示意图；
24.图2示出了本技术实施例中三维扫描设备的爆炸图；
25.图3示出了本技术实施例中位姿控制器的爆炸图；
26.图4示出了本技术实施例中位姿控制器的内部第一视角结构示意图；
27.图5示出了本技术实施例中位姿控制器的内部第二视角结构示意图；
28.图6示出了本技术实施例中三维扫描设备的应用场景示意图。
29.主要元件符号说明：
30.100-三维扫描设备；10-支架；20-位姿控制器；21-机壳；22-机盖；23-电路板；24-测距组件；241-第一测距传感器组；2411-第一测距传感器；2412-第二测距传感器；242-第
二测距传感器组；243-第三测距传感器组；2431-第三测距传感器；2432-第四测距传感器；25-电源模块；26-陀螺仪；27-定位模块；28-数据集成管理模块；30-操作面板；40-连接件；41-连接件本体；411-角刻度线；42-螺纹连接部；43-凸台连接部；50-三维扫描仪；200-虚拟三维空间。
具体实施方式
31.下面详细描述本技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
32.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
33.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
35.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
36.参阅图1，为了方便描述，建立笛卡尔坐标系，定义第一水平方向平行于x轴所示方向，第二水平方向平行于y轴所示方向，竖直方向平行于z轴所示方向。可以理解的是，以上定义仅是为了便于理解三维扫描设备100中各部分结构的相对位置关系，不应理解为对本技术的限制。
37.参阅图1和图4，本技术的实施例提出了一种三维扫描设备100，属于三维扫描技术领域，主要用于对建筑物、历史文物等目标物体进行三维扫描，为目标物体形变监测提供技术支持。
38.本实施例提供的三维扫描设备100，可包括位姿控制装置和三维扫描仪50。位姿控制装置可包括支架10和位姿控制器20，支架10可用于竖直放置在地面上，位姿控制器20可包括机盖22、机壳21、测距组件24和电路板23，机盖22扣合在机壳21上，电路板23可安装在机壳21内，机壳21与支架10连接。
39.其中，测距组件24可包括第一测距传感器组241和第二测距传感器组242，第一测距传感器组241可沿第一水平方向设置在电路板23上并与所述电路板23电连接，第二测距传感器组242可沿竖直方向设置在电路板23上并与所述电路板23电连接，第一测距传感器组241至少用于测量位姿控制器20与目标物体之间的距离，第二测距传感器组242可用于测量位姿控制器20与地面之间的距离。三维扫描仪50可通过连接件40与位姿控制器20的机盖22连接。
40.本实施例中，第一测距传感器组241在电路板23上沿第一水平方向设置，不仅可以测量位姿控制器20与目标物体之间的距离，还可以测量位姿控制器20与位姿控制器20背离目标物体一侧的障碍物(除目标物体和地面以外的周围物体)之间的距离，并且，通过第二测距传感器组242可以测量位姿控制器20与地面之间的距离，这些距离参数将被记录和保存，从而实现高度定位及第一水平方向上的位置定位。这样，当三维扫描设备100再次对目标物体进行扫描时，能够精确架设在初次扫描的位置和高度上。
41.继续参阅图2，具体的，第一测距传感器组241可包括第一测距传感器2411和第二测距传感器2412，二者可分别在第一水平方向上朝相反方向设置在电路板23上并与电路板23电连接，实现第一水平方向上的距离测量。第二测距传感器组242可包括沿竖直方向设置在电路板23上的第二测距传感器2412，第二测距传感器2412可与电路板23电连接。
42.参阅图2和图3，在一些实施例中，测距组件24还包括第三测距传感器组243，第三测距传感器组243沿第二水平方向设置于电路板23并与电路板23电连接，第三测距传感器组243用于测量位姿控制器20与障碍物之间的距离。
43.继续参阅图2，具体的，第三测距传感器组243包括第三测距传感器2431和第四测距传感器2432，二者可分别在第二水平方向上设置于第一测距传感器组241的两侧，第三测距传感器2431和第四测距传感器2432分别与电路板23电连接，实现第二水平方向上的距离测量。
44.进一步的，第二水平方向垂直于第一水平方向，即第三测距传感器组243与第一测距传感器组241相互垂直设置。
45.参阅图6，本实施例中，为了方便描述，可将障碍物、地面和目标物体看作是一个虚拟三维空间200，目标物体位于三维扫描设备100沿第一水平方向的前侧，第一障碍物位于三维扫描设备100沿第一水平方向的后侧，第二障碍物和第三障碍物分别位于地面位于三维扫描设备100沿第二水平方向的左右两侧，地面位于三维扫描设备100沿竖直方向的下方。
46.当三维扫描设备100的周围只存在目标物体时，第一测距传感器组241可测量位姿控制器20与目标物体之间的距离，第二测距传感器组242可测量位姿控制器20与地面之间的距离，而第三测距传感器组243不参与距离数据的获取，从而实现三维扫描设备100在两个方位上的空间定位。
47.当三维扫描设备100的周围同时存在目标物体、第一障碍物、第二障碍物和第三障碍物时，三组测距传感器组同时参与距离的测量，从而实现三维扫描设备100在三个方位上的空间定位，以便三维扫描设备100对目标物体进行重复扫描时能够精准架设在初次架设的位置和高度。
48.在一些实施例中，第一测距传感器2411和第二测距传感器2412中的至少一个为激
光测距传感器。
49.具体的，激光测距传感器的原理是：先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。
50.在另一些实施例中，第一测距传感器2411和第二测距传感器2412还可以是超声波测距传感器或者红外线测距传感器等类型的测距传感器，这些测距传感器都可以实现上述实施例中的技术效果，这里不做具体限制。
51.参阅图5，在一些实施例中，电路板23上还设置有定位模块27，定位模块27与电路板23电连接，用于获取位姿控制器20的地理位置信息。
52.本实施例中，在电路板23上集成定位模块27，使三维扫描设备100具备地理定位功能，进而实现三维扫描设备100在重复扫描时，能快速定位到初次三维扫描设备100架设的地理位置。
53.在一些实施例中，定位模块27可以是北斗定位器或gps定位器，以获取三维扫描设备100的地理位置信息。
54.在另一些实施例中，定位模块27还可以是北斗/gps双模定位器，三种定位器各有其优点和缺点，均能实现地理位置定位，使用者可根据实际需求进行选择或组合。
55.参阅图4，在一些实施例中，电路板23上还设置有陀螺仪26，陀螺仪26与电路板23电连接，用于监测位姿控制器20的偏转情况，便于三维扫描设备100保持水平状态。
56.示例性的，陀螺仪26可为传感陀螺仪、指示陀螺仪等等。
57.参阅图5，在一些实施例中，电路板23上还设置有数据集成管理模块28，数据集成管理模块28与电路板23电连接，位姿控制装置还包括操作面板30，操作面板30设置于机盖22上，且操作面板30与电路板23电连接。
58.本实施例中，操作面板30与电路板23连接，用于控制整个位姿控制器20工作，操作面板30包括显示屏，数据集成管理模块28对测距组件24测量得到的距离数据进行处理后通过操作面板30的显示屏实时显示，方便使用者进行观察及操作。
59.在一些实施例中，位姿控制器20还包括电源模块25，电源模块25用于向电路板23和测距组件24供电。
60.在一些实施例中，操作面板30与三维扫描仪50的主控电路板电连接，用于控制三维扫描仪50工作。
61.参阅图2，在一些实施例中，连接件40包括连接件本体41、螺纹连接部42和凸台连接部43，螺纹连接部42和凸台连接部43分别设置于连接件本体41的两端部，螺纹连接部42与位姿控制器20的机盖22螺纹连接，三维扫描仪50的安装部转动地设置于凸台连接部43。
62.本实施例中，三维扫描仪50转动地设置在凸台连接部43上，以便于使用者对三维扫描仪50进行角度调整，连接件40通过其螺纹连接部42与位姿控制器20的机盖22连接，实现可拆卸连接，结构稳定、可靠性高。
63.具体的，凸台连接部43上开设有导向孔，安装部上设置有转轴，转轴滑动地穿设于导向孔，三维扫描仪50可绕该转轴转动，实现扫描角度的调整。
64.继续参阅图2，在一些实施例中，沿连接件本体41的周向间隔设置设置有多条角刻度线411，安装部的周向设置有指示线，指示线与角刻度线411的位置相对应。
65.示例性的，多条角刻度线411可分别标识1
°
、5
°
、30
°
、90
°
、180
°
、360
°
等角度。使用者通过指示线指向角刻度线411的位置来确定三维扫描仪50的转动角度，实现扫描角度的精确调整。
66.参阅图1，在一些实施例中，支架10为可伸缩的三脚支架，以对三维扫描仪50的高度进行调整。
67.综上所述，本技术的实施例提出了一种三维扫描设备100，通过第一测距传感器组241、第二测距传感器组242和第三测距传感器组243分别测量位姿控制器20与目标物体、地面和周围障碍物之间的距离，可实现户外及室内三维扫描高精度重定位，减小了三维扫描仪50重复扫描所产生的误差，进而提高三维模型拟合数据的精度，使目标物体形变监测的判断更为准确。
68.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
69.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。