林子涵

常見的三維測量掃描工具一般采用影像或激光掃描等非接觸方式，設(shè)備精密，專業(yè)性較強(qiáng)，造價也高，普通民眾很難有機(jī)會使用。為避免上述不便，我很想設(shè)計一種普通人能用的新式測量工具。

現(xiàn)在，我發(fā)明了簡易手持式三維測量及建模工具，它采用加速度、角速度傳感器與滾輪編碼器（位移傳感器）相結(jié)合的方式進(jìn)行接觸式測量，采集傳感器空間位移及姿態(tài)變化的數(shù)據(jù)，再利用藍(lán)牙將數(shù)據(jù)傳輸給計算機(jī)進(jìn)行計算，可獲得被測量物體的尺寸、角度等數(shù)據(jù)，并建立簡易的立體模型。

我的發(fā)明作品不但可以測量直線、弧線和不規(guī)則線的長度，還可以測量弧度和角度，而且可以通過對立體物體的測量，在計算機(jī)中完成三維建模。本作品小巧靈活，造價低廉，使用方便，是測量和建模的好幫手。作品硬件組成

硬件部分由STM32主芯片、AT24C02 EEPROM存儲芯片、BMI160六軸（三軸加速度和三軸角速度）傳感器、HC-05藍(lán)牙無線傳輸模塊、0.96英寸（1英寸=2.54厘米）OLED屏和按鍵及滾輪編碼器等外設(shè)構(gòu)成。

本作品通過STM32主芯片從BMI160傳感器讀取加速度和角速度數(shù)據(jù)，對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，轉(zhuǎn)換成姿態(tài)角數(shù)據(jù)（歐拉角），包括翻滾角、俯仰角和航向角，并對三維空間里3個基向量通過三維空間坐標(biāo)系變換矩陣進(jìn)行坐標(biāo)變換，可獲得空間指向數(shù)據(jù);將加速度傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波和坐標(biāo)變換后，對時間進(jìn)行二次積分，得到參考用空間位移數(shù)據(jù);對滾輪編碼器解碼，可求得滾動距離數(shù)據(jù)。最終，通過藍(lán)牙，將以上三組數(shù)據(jù)融合處理后的數(shù)據(jù)上傳至計算機(jī)，計算機(jī)負(fù)責(zé)進(jìn)行運(yùn)算量較大的插值處理、平滑處理后，可以測得三維空間中任意兩平面的夾角，推算出運(yùn)動軌跡，并測得物體表面線段的長度和曲線的曲率半徑等幾何體數(shù)據(jù)。設(shè)計要點(diǎn)

（1）六軸傳感器數(shù)據(jù)融合。

（2）空間指向數(shù)據(jù)的計算。

（3）外設(shè)的選擇以及排布。

（4）外形的設(shè)計。

（5）藍(lán)牙模塊的配對調(diào)試。作品創(chuàng)新點(diǎn)

（1）利用空間態(tài)勢感知方式獲取數(shù)據(jù)，可以獲得傳統(tǒng)測量工具無法測量或不便于測量的數(shù)據(jù)。

（2）可做到全方位定位。

（3）計算機(jī)可以實(shí)時進(jìn)行建模。

（4）全電子化，便于攜帶。

（5）功能可定制。