简易手持式三维测量及建模工具

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  常见的三维测量扫描工具一般采用影像或激光扫描等非接触方式,设备精密,专业性较强,造价也高,普通民众很难有机会使用。为避免上述不便,我很想设计一种普通人能用的新式测量工具。
  现在,我发明了简易手持式三维测量及建模工具,它采用加速度、角速度传感器与滚轮编码器(位移传感器)相结合的方式进行接触式测量,采集传感器空间位移及姿态变化的数据,再利用蓝牙将数据传输给计算机进行计算,可获得被测量物体的尺寸、角度等数据,并建立简易的立体模型。
  我的发明作品不但可以测量直线、弧线和不规则线的长度,还可以测量弧度和角度,而且可以通過对立体物体的测量,在计算机中完成三维建模。本作品小巧灵活,造价低廉,使用方便,是测量和建模的好帮手。作品硬件组成
  硬件部分由STM32主芯片、AT24C02 EEPROM存储芯片、BMI160六轴(三轴加速度和三轴角速度)传感器、HC-05蓝牙无线传输模块、0.96英寸(1英寸=2.54厘米)OLED屏和按键及滚轮编码器等外设构成。
  本作品通过STM32主芯片从BMI160传感器读取加速度和角速度数据,对得到的数据进行数据融合处理,转换成姿态角数据(欧拉角),包括翻滚角、俯仰角和航向角,并对三维空间里3个基向量通过三维空间坐标系变换矩阵进行坐标变换,可获得空间指向数据;将加速度传感器的数据进行卡尔曼滤波和坐标变换后,对时间进行二次积分,得到参考用空间位移数据;对滚轮编码器解码,可求得滚动距离数据。最终,通过蓝牙,将以上三组数据融合处理后的数据上传至计算机,计算机负责进行运算量较大的插值处理、平滑处理后,可以测得三维空间中任意两平面的夹角,推算出运动轨迹,并测得物体表面线段的长度和曲线的曲率半径等几何体数据。设计要点
  (1)六轴传感器数据融合。
  (2)空间指向数据的计算。
  (3)外设的选择以及排布。
  (4)外形的设计。
  (5)蓝牙模块的配对调试。作品创新点
  (1)利用空间态势感知方式获取数据,可以获得传统测量工具无法测量或不便于测量的数据。
  (2)可做到全方位定位。
  (3)计算机可以实时进行建模。
  (4)全电子化,便于携带。
  (5)功能可定制。
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