简易手持式三维测量及建模工具

林子涵

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。