Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU137953U1 - DEVICE FOR DETERMINING THE POSITION OF THE OBJECT IN THE SPACE - Google Patents

DEVICE FOR DETERMINING THE POSITION OF THE OBJECT IN THE SPACE Download PDF

Info

Publication number
RU137953U1
RU137953U1 RU2013142305/28U RU2013142305U RU137953U1 RU 137953 U1 RU137953 U1 RU 137953U1 RU 2013142305/28 U RU2013142305/28 U RU 2013142305/28U RU 2013142305 U RU2013142305 U RU 2013142305U RU 137953 U1 RU137953 U1 RU 137953U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic field
vector
input
inductor
output
Prior art date
Application number
RU2013142305/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Сергеевич Чернышов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Континент-Тау"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Континент-Тау" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Континент-Тау"
Priority to RU2013142305/28U priority Critical patent/RU137953U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU137953U1 publication Critical patent/RU137953U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Устройство для определения положения объекта в пространстве, содержащее катушку индуктивности, трехосевой магнитометр, взаимодействующий с вычислительным блоком, отличающееся тем, что катушка индуктивности расположена неподвижно и взаимодействует со стабилизатором тока, который взаимосвязан с вычислительным блоком, при этом устройство содержит расположенные на объекте цифровые трехосевые акселерометр и магнитометр, выходы которых подключены непосредственно к вычислительному блоку, содержащему блок разделения измеренного вектора магнитной индукции на вектор индукции магнитного поля Земли и вектор индукции магнитного поля катушки индуктивности, а также блок вычисления угловых координат, блок коррекции направления вектора индукции магнитного поля катушки индуктивности и блок вычисления линейных координат, при этом выход магнитометра подключен ко входу блока разделения измеренного вектора магнитной индукции, первый выход которого подключен к первому входу блока вычисления угловых координат, а второй выход подключен к первому входу блока коррекции направления вектора индукции магнитного поля катушки индуктивности, выход которого подключен ко входу блока вычисления линейных координат, а выход акселерометра подключен ко второму входу блока вычисления угловых координат, выход которого подключен ко второму входу блока коррекции направления вектора индукции магнитного поля катушки индуктивности.A device for determining the position of an object in space, containing an inductor, a three-axis magnetometer interacting with a computing unit, characterized in that the inductor is stationary and interacts with a current stabilizer that is interconnected with the computing unit, while the device contains digital three-axis accelerometer located on the object and a magnetometer, the outputs of which are connected directly to a computing unit containing a measured vector separation unit magnetic induction on the Earth’s magnetic field induction vector and the magnetic field induction vector of the inductance coil, as well as an angular coordinate calculation unit, a directional correction module of the magnetic field induction vector of the inductance coil and a linear coordinate calculation unit, while the magnetometer output is connected to the input of the separation unit of the measured magnetic vector induction, the first output of which is connected to the first input of the block for calculating the angular coordinates, and the second output is connected to the first input of the block of directional correction induction vector of the magnetic field of the inductor, the output of which is connected to an input of the calculation of linear coordinates and the accelerometer output is connected to the second input of the calculating angular coordinates whose output is connected to the second input of the correction direction of the induction vector of the magnetic field of the inductor.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к измерительной технике, а именно к устройствам для определения линейных и угловых координат объекта, свободно перемещаемого в пространстве с шестью степенями свободы. Устройство может найти применение в человеко-машинных интерфейсах, в качестве устройства жестикуляционного ввода, в частности, в робототехнике для интуитивного ручного управления роботами-манипуляторами (робот-хирург, робот-сапер), в технологиях дополненной и виртуальной реальности. Кроме того, устройство позволяет осуществлять контроль положения различных механизмов и элементов технологического оборудования, находящихся в средах с высокой степенью загрязнения.The proposed utility model relates to measuring technique, namely, devices for determining the linear and angular coordinates of an object freely moving in a space with six degrees of freedom. The device can be used in human-machine interfaces, as a gesture input device, in particular, in robotics for intuitive manual control of robotic manipulators (robot surgeon, robot sapper), in augmented and virtual reality technologies. In addition, the device allows you to control the position of various mechanisms and elements of technological equipment located in environments with a high degree of pollution.

Известно устройство по способу определения местоположения на плоскости объекта, обладающего магнитным моментом по авт.св. СССР №1372261, G01R 33/02, с помощью которого измеряют в трех точках вертикальную к плоскости составляющую индукции магнитного поля измерителями, расположенными на осях лежащей в плоскости декартовой системы координат с дополнительным измерением вертикальной к плоскости составляющей индукции магнитного поля Земли. Для получения более точных координат сигнал с измеренной составляющей индукции магнитного поля Земли вычитают из сигналов, измеренных в трех точках.A device is known according to the method of determining a location on the plane of an object having a magnetic moment according to autosw. USSR No. 1372261, G01R 33/02, with the help of which the component of magnetic induction of the magnetic field vertical to the plane is measured at three points by meters located on the axes of the Cartesian coordinate system lying in the plane with an additional measurement of the component of the Earth's magnetic field induction vertical to the plane. To obtain more accurate coordinates, the signal with the measured component of the Earth's magnetic field induction is subtracted from the signals measured at three points.

К недостаткам известного устройства можно отнести возможность определения положения объекта только в декартовой системе координат на плоскости и только при условии его нахождения в одной плоскости с измерителями. Определение углового положения объекта при этом не осуществляется. Кроме того, устройство содержит распределенную на плоскости систему из четырех измерителей, что усложняет его конструкцию, ведет к увеличению его размеров и массы.The disadvantages of the known device include the ability to determine the position of the object only in the Cartesian coordinate system on the plane and only if it is in the same plane with the meters. The determination of the angular position of the object is not carried out. In addition, the device contains a distributed on a plane system of four meters, which complicates its design, leads to an increase in its size and mass.

Известен способ определения координат источника магнитного поля по патенту РФ №2452652, G01R 33/02, решающий задачу определения координат объекта в пространстве путем перемещения носителя датчика относительно объекта и измерения модуля вектора магнитной индукции объекта. К недостаткам известного способа можно отнести необходимость производить носителем четыре измерения в разных точках пространства с известными координатами. Следовательно, требуется некоторыми известными способами перемещать носитель и определять его координаты в каждой точке измерения. При этом обязательным условием является неподвижность объекта в процессе измерений и перемещений носителя. Таким образом, известный способ имеет крайне низкое быстродействие и крайне высокую сложность реализации. Кроме того, известный способ не позволяет определять угловое положение объекта.A known method for determining the coordinates of a magnetic field source according to the patent of Russian Federation No. 2452652, G01R 33/02, solves the problem of determining the coordinates of an object in space by moving the sensor carrier relative to the object and measuring the module of the magnetic induction vector of the object. The disadvantages of this method include the need for the carrier to carry out four measurements at different points in space with known coordinates. Therefore, it is required by some known methods to move the carrier and determine its coordinates at each measurement point. In this case, the immobility of the object in the process of measuring and moving the carrier is a prerequisite. Thus, the known method has an extremely low speed and extremely high implementation complexity. In addition, the known method does not allow to determine the angular position of the object.

В качестве прототипа заявляемому устройству выбрано техническое решение по патенту РФ №2171476, G01R 33/02 (варианты). Устройство для определения положения объекта по первому варианту включает одну катушку индуктивности, взаимодействующую с генератором переменных напряжений, три трехкомпонентных (трехосевых) магниточувствительных датчика (магнитометра) и систему преобразователей и усилителей для передачи сигналов с магниточувствительных датчиков на вычислительный блок.As a prototype of the claimed device selected technical solution according to the patent of the Russian Federation No. 2171476, G01R 33/02 (options). The device for determining the position of an object according to the first embodiment includes one inductor that interacts with an alternating voltage generator, three three-component (three-axis) magnetosensitive sensors (magnetometers) and a system of converters and amplifiers for transmitting signals from magnetosensitive sensors to a computing unit.

Устройство по второму варианту включает две катушки индуктивности, расположенные взаимно перпендикулярно на объекте и взаимодействующие с генераторами переменных напряжений, три трехкомпонентных магниточувствительных датчика и систему преобразователей и усилителей для передачи сигналов с магниточувствительных датчиков на вычислительный блок.The device according to the second embodiment includes two inductors located mutually perpendicular to the object and interacting with alternating voltage generators, three three-component magnetosensitive sensors and a system of converters and amplifiers for transmitting signals from magnetosensitive sensors to the computing unit.

К недостаткам прототипа по первому варианту можно отнести невозможность определения одной из трех угловых координат объекта.The disadvantages of the prototype according to the first option include the impossibility of determining one of the three angular coordinates of the object.

К недостаткам прототипа по второму варианту можно отнести необходимость применения дополнительной, перпендикулярной к первой, катушки индуктивности для задачи определения трех линейных и трех угловых координат объекта. Это дополнительно усложняет конструкцию, увеличивает энергопотребление, размеры и массу позиционируемой части устройства.The disadvantages of the prototype in the second embodiment include the need to use an additional inductor perpendicular to the first for the task of determining three linear and three angular coordinates of the object. This additionally complicates the design, increases energy consumption, size and weight of the positioned part of the device.

Общим недостатком устройства (по двум вариантам) является размещение катушек индуктивности на объекте, что ведет к значительному увеличению энергопотребления, размеров и массы позиционируемой части устройства. Кроме того, устройство требует наличия трех трехкомпонентных магниточувствительных датчиков, расположенных в вершинах треугольника, что ведет к усложнению конструкции и увеличению размеров стационарной части устройства.A common disadvantage of the device (in two versions) is the placement of inductors on the object, which leads to a significant increase in power consumption, size and weight of the positioned part of the device. In addition, the device requires the presence of three three-component magnetosensitive sensors located at the vertices of the triangle, which leads to a complication of the design and an increase in the size of the stationary part of the device.

Задача заявителя - создание простого по конструкции, удобного в эксплуатации устройства для определения линейных и угловых координат объекта, совершающего произвольные перемещения в определенной ограниченной области трехмерного пространства.The applicant's task is to create a device that is simple in design and easy to use to determine the linear and angular coordinates of an object that makes arbitrary movements in a certain limited area of three-dimensional space.

Технический результат заключается в быстром получении точных координат произвольно перемещающегося объекта компактным экономичным устройством.The technical result consists in quickly obtaining the exact coordinates of an arbitrarily moving object with a compact, economical device.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для определения положения объекта в пространстве, содержащем катушку индуктивности, трехосевой магнитометр, взаимодействующий с вычислительным блоком, согласно предлагаемому изобретению катушка индуктивности расположена неподвижно и взаимодействует со стабилизатором тока, который управляется сигналом с вычислительного блока. Также устройство содержит расположенные на объекте цифровые трехосевые акселерометр и магнитометр, выходы которых подключены непосредственно к вычислительному блоку. Вычислительный блок содержит: 1. блок разделения измеренного вектора магнитной индукции на вектор индукции магнитного поля Земли и вектор индукции магнитного поля катушки индуктивности; 2. блок вычисления угловых координат; 3 блок коррекции направления вектора индукции магнитного поля катушки индуктивности; 4. блок вычисления линейных координат. При этом выход магнитометра подключен ко входу блока разделения измеренного вектора магнитной индукции, первый выход которого подключен к первому входу блока вычисления угловых координат, а второй выход подключен к первому входу блока коррекции направления вектора индукции магнитного поля катушки индуктивности, выход которого подключен ко входу блока вычисления линейных координат, выход акселерометра подключен ко второму входу блока вычисления угловых координат, выход которого подключен ко второму входу блока коррекции направления вектора индукции магнитного поля катушки индуктивности.The technical result is achieved by the fact that in the device for determining the position of an object in a space containing an inductor, a three-axis magnetometer interacting with a computing unit, according to the invention, the inductor is stationary and interacts with a current regulator, which is controlled by a signal from the computing unit. The device also contains digital three-axis accelerometer and magnetometer located on the object, the outputs of which are connected directly to the computing unit. The computing unit contains: 1. a unit for separating the measured magnetic induction vector into the Earth's magnetic field induction vector and the magnetic field induction vector of the inductor; 2. block for calculating angular coordinates; 3 block correcting the direction of the vector of induction of the magnetic field of the inductor; 4. block for calculating linear coordinates. In this case, the magnetometer output is connected to the input of the separation unit of the measured magnetic induction vector, the first output of which is connected to the first input of the angular coordinate calculation unit, and the second output is connected to the first input of the direction correction module of the induction vector of the magnetic field of the inductor, the output of which is connected to the input of the calculation unit linear coordinates, the accelerometer output is connected to the second input of the angular coordinate calculation unit, the output of which is connected to the second input of the direction correction unit induction vector of the magnetic field of the inductor.

Использование цифровых трехосевых магнитометра и акселерометра позволяет напрямую, минуя усилительно-преобразовательные блоки, передавать данные об измеренной индукции магнитного поля в данной точке пространства на вычислительный блок, реализующий алгоритм определения ориентации и положения объекта.The use of a digital three-axis magnetometer and accelerometer makes it possible directly, bypassing the amplifier-conversion blocks, to transmit data on the measured magnetic field induction at a given point in space to a computing unit that implements an algorithm for determining the orientation and position of the object.

Благодаря технологии МЭМС (микроэлектромеханические системы), размеры датчиков составляют около 4×4×2 мм и менее. Платформа с цифровыми трехосевыми магнитометром и акселерометром является позиционируемой частью устройства и помещается на объект. Размеры платформы могут составлять около 20×20×5 мм и менее.Thanks to MEMS technology (microelectromechanical systems), the size of the sensors is about 4 × 4 × 2 mm or less. A platform with a digital three-axis magnetometer and accelerometer is a positioned part of the device and is placed on the object. The dimensions of the platform can be about 20 × 20 × 5 mm or less.

Используя единственный трехосевой магнитометр и единственный трехосевой акселерометр, совмещенные на одной платформе, вычислительный блок реализует алгоритм определения координат объекта исходя из информации о величине вектора искусственного магнитного поля в данной точке пространства совместно с алгоритмом определения ориентации объекта.Using a single three-axis magnetometer and a single three-axis accelerometer, combined on one platform, the computing unit implements an algorithm for determining the coordinates of an object based on information about the magnitude of the artificial magnetic field vector at a given point in space, together with an algorithm for determining the orientation of an object.

Использование миниатюрной платформы с двумя датчиками и единственной катушки индуктивности позволяет значительно снизить сложность, размеры и энергопотребление устройства, увеличить простоту его установки и настройки. Кроме того, размещение платформы с датчиками на объекте вместо катушки индуктивности позволяет многократно снизить размеры и энергопотребление позиционируемой части устройства.Using a miniature platform with two sensors and a single inductance coil can significantly reduce the complexity, size and power consumption of the device, increase the ease of installation and configuration. In addition, the placement of the platform with the sensors on the site instead of the inductor can significantly reduce the size and power consumption of the positioned part of the device.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для определения положения объекта в пространстве.In FIG. 1 shows a block diagram of a device for determining the position of an object in space.

Предлагаемое устройство состоит из катушки индуктивности 1, катушка индуктивности 1 взаимодействует со стабилизатором тока 2.The proposed device consists of an inductor 1, the inductor 1 interacts with a current stabilizer 2.

Цифровые трехосевые магнитометр 3 и акселерометр 4 расположены на платформе 5 так, что их собственные оси координат сонаправлены. Платформа 5 жестко закреплена на объекте. Магнитометр 3 и акселерометр 4 взаимодействуют с вычислительным блоком 6, который содержит: блок разделения измеренного вектора магнитной индукции 7 на вектор индукции магнитного поля Земли и вектор индукции магнитного поля катушки индуктивности 1; блок вычисления угловых координат 8; блок коррекции направления вектора индукции магнитного поля катушки индуктивности 9 и блок вычисления линейных координат 10. При этом выход магнитометра 3 подключен ко входу блока разделения измеренного вектора магнитной индукции 7, первый выход которого подключен к первому входу блока вычисления угловых координат 8, а второй выход блока 7 подключен к первому входу блока коррекции направления вектора индукции магнитного поля катушки индуктивности 9, выход которого подключен ко входу блока вычисления линейных координат 10, а выход акселерометра 4 подключен ко второму входу блока вычисления угловых координат 8, выход которого подключен ко второму входу блока коррекции направления вектора индукции магнитного поля катушки индуктивности 9.Digital three-axis magnetometer 3 and accelerometer 4 are located on the platform 5 so that their own coordinate axes are aligned. Platform 5 is rigidly fixed to the object. The magnetometer 3 and the accelerometer 4 interact with the computing unit 6, which contains: a unit for dividing the measured magnetic induction vector 7 into the Earth’s magnetic field induction vector and the magnetic field induction vector of the inductor 1; block for calculating angular coordinates 8; a unit for correcting the direction of the induction vector of the magnetic field of the inductor 9 and a unit for calculating linear coordinates 10. The output of the magnetometer 3 is connected to the input of the separation unit of the measured vector of magnetic induction 7, the first output of which is connected to the first input of the unit for calculating the angular coordinates 8, and the second output of the unit 7 is connected to the first input of the unit for correcting the direction of the induction vector of the magnetic field of the inductor 9, the output of which is connected to the input of the linear coordinate calculation unit 10, and the output of the accelero Etra 4 is connected to the second input of the calculation of the angular coordinate 8, whose output is connected to the second input of the correction direction of the induction vector of the magnetic field coil 9.

Катушка индуктивности 1 имеет цилиндрическую форму, диаметр превышает или сопоставим с длиной, сердечник отсутствует, обмотка выполнена изолированным проводом, витки обмотки выполнены вплотную; диаметр катушки, количество витков обмотки и сечение провода определяются исходя из решаемой задачи, для обеспечения необходимого радиуса позиционирования, энергопотребления и габаритов катушки, при этом необходимо контролировать индуктивность и электрическое сопротивление катушки для обеспечения возможности переключения полярности ее тока за заданный интервал времени (тестовая катушка имеет диаметр основания 150 мм, 255 мотков провода с диаметром 0,31 мм, выполненных в 5 слоев, сопротивление 28 Ом, индуктивность 16 мГн, и рассчитана на ток 0,7 А).The inductor 1 has a cylindrical shape, the diameter is greater than or comparable with the length, the core is absent, the winding is made with an insulated wire, the winding turns are flush; the diameter of the coil, the number of turns of the winding and the cross-section of the wire are determined based on the problem to be solved, in order to provide the necessary positioning radius, power consumption and dimensions of the coil, it is necessary to control the inductance and electrical resistance of the coil in order to switch the polarity of its current for a given time interval (the test coil has base diameter 150 mm, 255 coils of wire with a diameter of 0.31 mm, made in 5 layers, resistance 28 Ohms, inductance 16 mH, and rated for current 0 , 7 A).

Магнитометр 3 и акселерометр 4 выполнены по технологии МЭМС и могут быть представлены как раздельными, так и комбинированным датчиком (например, комбинированный датчик LSM303DLHC компании STMicroelectronics).The magnetometer 3 and accelerometer 4 are made by MEMS technology and can be represented by both separate and combined sensors (for example, the combined sensor LSM303DLHC from STMicroelectronics).

Платформа 5 представляет собой печатную плату, на которой расположены магнитометр 3 и акселерометр 4.Platform 5 is a printed circuit board on which a magnetometer 3 and an accelerometer 4 are located.

Вычислительным блоком 6 служит персональный или одноплатный компьютер, при этом внутренние блоки 7, 8, 9, 10 вычислительного блока 6 представляют собой подпрограммы.The computing unit 6 is a personal or single-board computer, while the internal units 7, 8, 9, 10 of the computing unit 6 are subroutines.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Управляемый стабилизатор тока 2 катушки 1 подает на катушку постоянный ток определенной величины. Полярность тока задается сигналом, формируемым вычислительным блоком 6. Ток, проходящий через катушку 1, создает магнитное поле. Искусственное магнитное поле катушки 1 складывается с магнитным полем Земли и магнитометр 3 производит измерение вектора магнитной индукции результирующего поля. Одновременно с этим акселерометр 4 производит измерение вектора ускорения свободного падения.The controlled current stabilizer 2 of the coil 1 supplies a constant current of a certain value to the coil. The polarity of the current is set by the signal generated by the computing unit 6. The current passing through the coil 1 creates a magnetic field. The artificial magnetic field of coil 1 is added to the Earth’s magnetic field and magnetometer 3 measures the magnetic induction vector of the resulting field. At the same time, the accelerometer 4 measures the acceleration vector of gravity.

Показания датчиков 3 и 4 в цифровом виде передаются на вычислительный блок 6. Вычислительный блок 6 после получения показаний датчиков 3 и 4 подает сигнал смены полярности на управляемый стабилизатор тока 2. Стабилизатор 2 меняет полярность тока на противоположную (например, был ток 1 А, а становится -1 А), и процесс повторяется.The readings of sensors 3 and 4 are transmitted in digital form to the computing unit 6. After receiving the readings of the sensors 3 and 4, the computing unit 6 sends a polarity reversal signal to the controlled current stabilizer 2. The stabilizer 2 reverses the current polarity (for example, there was a current of 1 A, and becomes -1 A), and the process repeats.

Для определения линейных и угловых координат объекта по вектору магнитной индукции, измеренному магнитометром 3, и вектору ускорения свободного падения, измеренному акселерометром 4, вычислительный блок выполняет следующие операции.To determine the linear and angular coordinates of the object by the magnetic induction vector measured by the magnetometer 3 and the gravitational acceleration vector measured by the accelerometer 4, the computing unit performs the following operations.

На первом шаге блок 7 производит разделение измеренного вектора магнитной индукции на вектор индукции магнитного поля Земли и вектор индукции магнитного поля катушки индуктивности 1. Разделение производится путем сложения и вычитания двух последовательных измерений магнитометра 3, полученных при противоположных полярностях тока катушки 1 и, соответственно, при противоположных направлениях вектора индукции магнитного поля катушки 1:At the first step, block 7 separates the measured magnetic induction vector into the Earth’s magnetic field induction vector and the magnetic field induction vector of the inductor 1. Separation is made by adding and subtracting two successive measurements of magnetometer 3 obtained with opposite current polarity of coil 1 and, respectively, with opposite directions of the magnetic field induction vector of coil 1:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

где

Figure 00000006
- текущее измерение;Where
Figure 00000006
- current measurement;

Figure 00000007
- вектор индукции магнитного поля Земли;
Figure 00000007
- vector of the induction of the Earth's magnetic field;

Figure 00000008
- вектор индукции магнитного поля катушки 1 (меняет направление на противоположное при переключении полярности тока стабилизатором 2);
Figure 00000008
- the induction vector of the magnetic field of coil 1 (reverses the direction when the current polarity is switched by stabilizer 2);

Figure 00000009
- предыдущее измерение.
Figure 00000009
- previous measurement.

На следующем шаге по направлению найденного вектора индукции магнитного поля Земли и вектора ускорения свободного падения, измеренного акселерометром 4, производится вычисление угловых координат объекта в блоке 8 известным способом [1].In the next step, in the direction of the found magnetic field vector of the Earth’s magnetic field and the gravitational acceleration vector measured by the accelerometer 4, the angular coordinates of the object in block 8 are calculated in a known manner [1].

На третьем шаге полученная информация об угловых координатах объекта используется в блоке 9 для коррекции направления найденного вектора индукции магнитного поля катушки 1. В общем случае, объект имеет произвольную ориентацию, неизвестную заранее, и магнитометр 3 производит измерение вектора индукции магнитного поля катушки 1 в своей системе координат, следовательно, необходимо перевести этот вектор из системы координат датчика в систему координат, связанную с неподвижной катушкой 1. Для этой цели и производится коррекция направления вектора индукции магнитного поля катушки 1 путем его обратного поворота на углы, равные угловым координатам объекта. Поворот вектора осуществляется, например, с помощью матриц поворота [2].In the third step, the obtained information on the angular coordinates of the object is used in block 9 to correct the direction of the found induction vector of the magnetic field of coil 1. In general, the object has an arbitrary orientation unknown in advance, and magnetometer 3 measures the induction vector of the magnetic field of coil 1 in its system coordinates, therefore, it is necessary to translate this vector from the coordinate system of the sensor into the coordinate system associated with the fixed coil 1. For this purpose, the direction of the inductor of the magnetic field of the coil 1 by reversing it at angles equal to the angular coordinates of the object. The rotation of the vector is carried out, for example, using rotation matrices [2].

На последнем шаге блок 10 по скорректированному вектору индукции магнитного поля катушки 1 производит определение линейных координат объекта относительно катушки 1. Переход от вектора индукции магнитного поля катушки 1 к координатам объекта осуществляется, например, с помощью таблично заданной функции. Таблица представляет собой массив точек пространства, выбранных с определенным шагом, где каждой точке сопоставлен вектор магнитной индукции, создаваемый катушкой индуктивности 1 в данной точке пространства. Расчет векторов производится с помощью закона Био-Савара-Лапласа [3, с. 205], с использованием современного программного обеспечения, например математического пакета MATLAB. Для определения линейных координат объекта необходимо найти в таблице вектор, ближайший вектору индукции магнитного поля катушки 1, полученному на предыдущем шаге. Координаты, сопоставленные этому вектору, являются искомыми координатами объекта.At the last step, block 10, based on the adjusted magnetic field induction vector of the coil 1, determines the linear coordinates of the object relative to the coil 1. The transition from the magnetic field induction vector of the coil 1 to the coordinates of the object is carried out, for example, using a table-defined function. The table is an array of space points selected with a certain step, where each point is associated with a magnetic induction vector created by an inductor 1 at a given point in space. Calculation of vectors is performed using the law of Bio-Savard-Laplace [3, p. 205], using modern software, for example, the mathematical package MATLAB. To determine the linear coordinates of the object, it is necessary to find in the table the vector closest to the magnetic field induction vector of coil 1 obtained in the previous step. The coordinates associated with this vector are the desired coordinates of the object.

Источники информации:Information sources:

1. Implementing a Tilt-Compensated eCompass using Accelerometer and Magnetometer Sensors / Talat Ozyagcilar // Freescale Semiconductor Application Note. - Document Number AN4248, Revision 3, January 2012.1. Implementing a Tilt-Compensated eCompass using Accelerometer and Magnetometer Sensors / Talat Ozyagcilar // Freescale Semiconductor Application Note. - Document Number AN4248, Revision 3, January 2012.

2. Матрица поворота [Электронный ресурс] // Википедия. - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Матрица_ловорота.2. The rotation matrix [Electronic resource] // Wikipedia. - Access mode: http://ru.wikipedia.org/wiki/Gold_Matrix.

3. Курс физики: учеб. пособие для вузов / Трофимова Т.И. - 11-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 560 с.3. Physics course: textbook. manual for universities / Trofimova T.I. - 11th ed. - M.: Publishing Center "Academy", 2006. - 560 p.

4. Авт.св. СССР №1372261, G01R 33/024. Auto USSR No. 1372261, G01R 33/02

5. Патент РФ №2452652, G01R 33/025. RF patent No. 2452652, G01R 33/02

6. Патент РФ №2171476, G01R 33/026. RF patent No. 2171476, G01R 33/02

Claims (1)

Устройство для определения положения объекта в пространстве, содержащее катушку индуктивности, трехосевой магнитометр, взаимодействующий с вычислительным блоком, отличающееся тем, что катушка индуктивности расположена неподвижно и взаимодействует со стабилизатором тока, который взаимосвязан с вычислительным блоком, при этом устройство содержит расположенные на объекте цифровые трехосевые акселерометр и магнитометр, выходы которых подключены непосредственно к вычислительному блоку, содержащему блок разделения измеренного вектора магнитной индукции на вектор индукции магнитного поля Земли и вектор индукции магнитного поля катушки индуктивности, а также блок вычисления угловых координат, блок коррекции направления вектора индукции магнитного поля катушки индуктивности и блок вычисления линейных координат, при этом выход магнитометра подключен ко входу блока разделения измеренного вектора магнитной индукции, первый выход которого подключен к первому входу блока вычисления угловых координат, а второй выход подключен к первому входу блока коррекции направления вектора индукции магнитного поля катушки индуктивности, выход которого подключен ко входу блока вычисления линейных координат, а выход акселерометра подключен ко второму входу блока вычисления угловых координат, выход которого подключен ко второму входу блока коррекции направления вектора индукции магнитного поля катушки индуктивности.
Figure 00000001
A device for determining the position of an object in space, containing an inductor, a three-axis magnetometer interacting with a computing unit, characterized in that the inductor is stationary and interacts with a current stabilizer that is interconnected with the computing unit, while the device contains digital three-axis accelerometer located on the object and a magnetometer, the outputs of which are connected directly to a computing unit containing a measured vector separation unit magnetic induction onto the Earth’s magnetic field induction vector and the magnetic field induction vector of the inductor, as well as the unit for calculating the angular coordinates, the correction unit for the direction of the induction vector of the magnetic field of the inductor and the unit for calculating linear coordinates, while the magnetometer output is connected to the input of the separation unit of the measured magnetic vector induction, the first output of which is connected to the first input of the block for calculating the angular coordinates, and the second output is connected to the first input of the block of directional correction induction vector of the magnetic field of the inductor, the output of which is connected to an input of the calculation of linear coordinates and the accelerometer output is connected to the second input of the calculating angular coordinates whose output is connected to the second input of the correction direction of the induction vector of the magnetic field of the inductor.
Figure 00000001
RU2013142305/28U 2013-09-16 2013-09-16 DEVICE FOR DETERMINING THE POSITION OF THE OBJECT IN THE SPACE RU137953U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013142305/28U RU137953U1 (en) 2013-09-16 2013-09-16 DEVICE FOR DETERMINING THE POSITION OF THE OBJECT IN THE SPACE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013142305/28U RU137953U1 (en) 2013-09-16 2013-09-16 DEVICE FOR DETERMINING THE POSITION OF THE OBJECT IN THE SPACE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU137953U1 true RU137953U1 (en) 2014-02-27

Family

ID=50152580

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013142305/28U RU137953U1 (en) 2013-09-16 2013-09-16 DEVICE FOR DETERMINING THE POSITION OF THE OBJECT IN THE SPACE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU137953U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10540021B2 (en) Device for determining the position of an object in space
US10704929B1 (en) Tracking position and movement using a magnetic field
CN103411624B (en) The magnetic field sources scaling method and system of electromagnetic tracking system based on micromotion platform
US20100277163A1 (en) Spatial Information Detecting System, its Detecting Method, and Spatial Information Detecting Device
CN109313417A (en) Help the robot locate
JP2017510307A5 (en)
JP4890660B2 (en) Geomagnetic detector
RU2542793C1 (en) Device to determine position of object in space
JPWO2018084278A1 (en) Measuring device
JP2000292111A (en) Apparatus and method for measuring attitude and position
RU137953U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING THE POSITION OF THE OBJECT IN THE SPACE
JP5425671B2 (en) Magnetic field detector
JP5498209B2 (en) Magnetic field detector
JP5144701B2 (en) Magnetic field detector
KR101352245B1 (en) Apparatus and method for calibrating azimuth mems magnetic sensor
JP5341861B2 (en) Magnetic field detector
RU2413957C2 (en) Method of determining linear position and orientation of mobile object
KR101948017B1 (en) 3d coordinate acquisition method
Včelák et al. Influence of sensor imperfections to electronic compass attitude accuracy
CN204115659U (en) A kind of three-dimensional space measurement device
JP5498196B2 (en) Magnetic field detector
JPH07198407A (en) Magnetism measuring instrument
JP2004361237A (en) Inclinometer
Wang et al. Application of rotation vector algorithm for SINS attitude updating
JP2011185867A (en) Magnetic field detector

Legal Events

Date Code Title Description
MG1K Anticipatory lapse of a utility model patent in case of granting an identical utility model

Ref document number: 2013142297

Country of ref document: RU

Effective date: 20150227