簡易手持式三維測量及建模工具

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，設備精密，專業性較強，造價也高，普通民眾很難有機會使用。為避免上述不便，我很想設計一種普通人能用的新式測量工具。

現在，我發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）相結合的方式進行接觸式測量，采集傳感器空間位移及姿態變化的數據，再利用藍牙將數據傳輸給計算機進行計算，可獲得被測量物體的尺寸、角度等數據，并建立簡易的立體模型。

我的發明作品不但可以測量直線、弧線和不規則線的長度，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構成。

本作品通過STM32主芯片從BMI160傳感器讀取加速度和角速度數據，對得到的數據進行數據融合處理，轉換成姿態角數據（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系變換矩陣進行坐標變換，可獲得空間指向數據;將加速度傳感器的數據進行卡爾曼濾波和坐標變換后，對時間進行二次積分，得到參考用空間位移數據;對滾輪編碼器解碼，可求得滾動距離數據。最終，通過藍牙，將以上三組數據融合處理后的數據上傳至計算機，計算機負責進行運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據。設計要點

（1）六軸傳感器數據融合。

（2）空間指向數據的計算。

（3）外設的選擇以及排布。

（4）外形的設計。

（5）藍牙模塊的配對調試。作品創新點

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

（2）可做到全方位定位。

（3）計算機可以實時進行建模。

（4）全電子化，便于攜帶。

（5）功能可定制。