專利名稱：連續(xù)絕對地址系統(tǒng)的運(yùn)載式機(jī)器人自動(dòng)車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人在無軌道上運(yùn)行，檢測運(yùn)行過程中地址的的技術(shù)。
背景技術(shù)：
無線感應(yīng)技術(shù)在國外開展較早，90年起我國大量將此技術(shù)用于焦?fàn)t的機(jī)車連鎖控制。2009年，又成功地用于上海2公里低速磁浮試驗(yàn)線上。現(xiàn)中國已成為世界上運(yùn)用此技術(shù)最多，發(fā)展最快的國家之一。但是，目前國內(nèi)外均用在有軌車輛的控制上，并未用于無軌領(lǐng)域，更未用于先引導(dǎo)運(yùn)載機(jī)器人的控制上。沿著已設(shè)置的引導(dǎo)線(網(wǎng))自動(dòng)行走的運(yùn)載式機(jī)器人(AGV自動(dòng)車)系統(tǒng)，如電磁引導(dǎo)、磁引導(dǎo)、光標(biāo)貼引導(dǎo)等線引導(dǎo)方式的運(yùn)載式機(jī)器人系統(tǒng)，由于設(shè)置較簡單，工作可靠，因 此目前在工業(yè)上多種引導(dǎo)方式中占了最大的實(shí)際安裝比例。在該類沿著已設(shè)置的引導(dǎo)線(網(wǎng))自動(dòng)行走的運(yùn)載式機(jī)器人系統(tǒng)中，運(yùn)載式機(jī)器人除了需要沿著引導(dǎo)線行走，還必須隨時(shí)知道沿線行走的線向位置，以使運(yùn)載式機(jī)器人能在程序控制下做出各種相應(yīng)的動(dòng)作，如裝卸貨物、稱重、進(jìn)入轉(zhuǎn)彎岔道等。目前，線向位置的測試大部分是采用的相對地址，即在引導(dǎo)線的沿線設(shè)置了一些磁條、磁釘、光反射板等標(biāo)志，在運(yùn)載式機(jī)器人經(jīng)過標(biāo)志時(shí)，地址位即計(jì)數(shù)加一。由于采用的是相對地址計(jì)數(shù)技術(shù)，所以如果由于干擾等原因讀失或誤讀了一個(gè)地址，即會造成運(yùn)載式機(jī)器人整體系統(tǒng)運(yùn)行失誤。另外的一種絕對地址的方式是采用RFID的標(biāo)貼作為絕對地址，該技術(shù)雖然能使得地址不誤讀，但是由于IC卡的發(fā)射時(shí)間受到各種因素的影響而有先后，所以造成地址對位的精度較差，單獨(dú)使用尚有困難。使用無線感應(yīng)編碼電纜技術(shù)來達(dá)到沿著引導(dǎo)線的連續(xù)的絕對地址測試，目前國內(nèi)外都用于有軌機(jī)車的位置測試，技術(shù)已相當(dāng)成熟，如焦?fàn)t四大車的自動(dòng)控制、堆取料機(jī)的位置測試，國內(nèi)低速磁浮的位置速度測試等。但國內(nèi)外尚未有用于無軌機(jī)車和線引導(dǎo)式運(yùn)載式機(jī)器人的先例。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種連續(xù)絕對地址系統(tǒng)的運(yùn)載式機(jī)器人自動(dòng)車，自動(dòng)車上設(shè)有地址譯碼器、尋跡器、CPU微處理器和方向電機(jī)，左、右輪子上設(shè)有天線探頭，自動(dòng)車沿著埋設(shè)于地面的編碼電纜運(yùn)行，自動(dòng)車輪上的天線探頭，感應(yīng)編碼電纜上的電磁信號，經(jīng)譯碼器譯碼后，確定自動(dòng)車所在地址；尋跡器判斷天線探頭感應(yīng)編碼電纜電磁信號的強(qiáng)、弱，確定自動(dòng)車偏移編碼電纜的距離量，由方向電機(jī)校正自動(dòng)車的走向。所述譯碼器，設(shè)有高放、濾波、鎖相、分頻、鑒相、整形電路，輸出至CPU微處理器處理為地址信號輸出。所述尋跡器，設(shè)有高放、濾波、整形、放大、比較、判斷和方向控制電路，輸出給方向電機(jī)，控制自動(dòng)車沿編碼電纜軌跡方向運(yùn)行。
所述編碼電纜設(shè)有二根平行的地址基準(zhǔn)R線，十二對相互交叉的地址G線GO-Gl I，每對G線的交叉點(diǎn)位置按格雷碼形式排列，每次只改變一位。所述編碼電纜的起始端連接編碼發(fā)生器，終端連接匹配器，所述編碼發(fā)生器設(shè)有單片機(jī)、振蕩器、門控矩陣電路、功率放大矩陣電路；單片機(jī)的時(shí)序分配器用二個(gè)口并行發(fā)送選通信號，有規(guī)律地控制門控矩陣電路輸出十二路信號給十二對G線；振蕩器產(chǎn)生固定頻率信號，經(jīng)反向器分別輸出給二根平行的R線。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，首次采用線引導(dǎo)運(yùn)載式機(jī)器人的無線感應(yīng)絕對地址定位和測試，引導(dǎo)機(jī)器人在規(guī)定的線路上行走；連續(xù)地址定位精度<=1CM，檢測時(shí)間〈=4毫秒，工程樣機(jī)系統(tǒng)引導(dǎo)圈為>=10X4米的封閉圈，并帶有一個(gè)以上的引導(dǎo)岔道。


圖I是本發(fā)明方框 圖2是本發(fā)明另一種方框 圖3是圖I中編碼電纜中R、G線的排列示意 圖4是編碼發(fā)生器電路方框 圖5是譯碼電路方框 圖6是尋跡器電路方框 圖7是電纜編碼原理說明 圖8是對編碼信號進(jìn)行幅度檢測的原理說明 圖9是對編碼信號進(jìn)行相位檢測的原理說明 圖10是本發(fā)明采用雙天線(探頭)效果示意 圖中標(biāo)號說明
I-自動(dòng)車；2-編碼發(fā)生器；
3-編碼電纜；4-匹配器；
5-尋跡器；6-CPU微處理器；
7-單片機(jī)；8-譯碼器。
具體實(shí)施例方式請參閱附圖1、2所示，自動(dòng)車I上設(shè)有地址譯碼器8、尋跡器5、CPU微處理器6和方向電機(jī)(圖上未標(biāo)出)，左、右輪子上設(shè)有天線探頭(圖上未標(biāo)出)，自動(dòng)車I沿著埋設(shè)于地面的編碼電纜3運(yùn)行，自動(dòng)車輪上的天線探頭，感應(yīng)編碼電纜3上的電磁信號，經(jīng)譯碼器8譯碼后，確定自動(dòng)車所在地址；尋跡器5判斷天線探頭感應(yīng)編碼電纜3電磁信號的強(qiáng)、弱，確定自動(dòng)車I偏移編碼電纜3的距離量，由方向電機(jī)校正自動(dòng)車I的走向。所述譯碼器8，設(shè)有高放、濾波、鎖相、分頻、鑒相、整形電路，輸出至CPU微處理器6處理為地址信號輸出。所述尋跡器5，設(shè)有高放、濾波、整形、放大、比較、判斷和方向控制電路，輸出給方向電機(jī)，控制自動(dòng)車沿編碼電纜3軌跡方向運(yùn)行。請參閱附圖3，所述編碼電纜3設(shè)有二根平行的地址基準(zhǔn)R線，十二對相互交叉的地址G線GO-Gl I，每對G線的交叉點(diǎn)位置按格雷碼形式排列，每次只改變一位。
所述編碼電纜3的起始端連接編碼發(fā)生器2，終端連接匹配器4，以消除電纜電磁信號反射形成的干擾。所述編碼發(fā)生器8設(shè)有單片機(jī)7、振蕩器(48KC)、門控矩陣電路、功率放大矩陣電路；單片機(jī)7的時(shí)序分配器用二個(gè)口并行發(fā)送選通信號，有規(guī)律地控制門控矩陣電路輸出十二路信號給十二對G線；48KC振蕩器產(chǎn)生固定頻率信號，經(jīng)反向器分別輸出給二根平行的R線。下面簡述編碼電纜的原理；
扁平通訊電纜由地址基準(zhǔn)線R和地址線G組成，R線為一對平行線，G線為N對交叉線，其交叉點(diǎn)位置按格雷碼形式排列，每次只改變一位，如果電纜線最短交叉間距為X，則可測長度為2N · X。因格雷碼的特點(diǎn)，即使感應(yīng)天線停在交叉點(diǎn)上，所造成的最大實(shí)際誤差也只有一個(gè)單位長度(即交叉點(diǎn)的最短距離)?，F(xiàn)以一對R線、二對G線(Gc^ G1)為例，描述電纜線的具體編制。由圖7可見，對應(yīng)I、II、III、IV四個(gè)區(qū)域的格雷碼地址值分別為00、01、11、10。圖7中所標(biāo)注的箭頭方向?yàn)楦鞫坞娏髁飨颉ｋ娎|發(fā)射的信號由感應(yīng)天線接收，經(jīng)檢幅或鑒相處理后，可獲得感應(yīng)天線位置的格雷碼。 譯碼器主要是要檢出編碼信號的相位或幅度，其中，檢幅的方式是(請參閱附圖8)
現(xiàn)以一對地址基準(zhǔn)線R和二對地址線&、G1來描述。在平行線R上不斷地送頻率為fQ的信號，經(jīng)過h時(shí)間后，分時(shí)(V t2)送同頻率、同幅度的信號至Gp Gtl端，且保證k G1上通過的波形個(gè)數(shù)相同，則感應(yīng)天線在不同位置的磁場強(qiáng)度可反映出格雷碼地址值，I、11、III、IV區(qū)對應(yīng)的格雷碼分別為11、10、00、01。如圖8所示。其中，陰影部分為單根線R所發(fā)射的強(qiáng)度。檢幅特點(diǎn)是在同一時(shí)間內(nèi)，只有一條地址線Gtl或G1參與R的合成，即在同一時(shí)間內(nèi)，有三種情況，①只有R發(fā)射信號；(D R和Gtl發(fā)射；(D R和G1發(fā)射。第一種信號為識別依據(jù)，后二種信號產(chǎn)生地址值。鑒相方式是
仍然用一對基準(zhǔn)線R和二對地址線Gp G1來描述。在KGp G1端分時(shí)(t^tp t2)送同一信號，如圖9所示。天線在tptp t2時(shí)間內(nèi)感應(yīng)信號后，把tp t2時(shí)間內(nèi)感應(yīng)的信號分別與h時(shí)間內(nèi)感應(yīng)的信號進(jìn)行相位比較，據(jù)此可確定格雷碼地址值。如在II區(qū)，Gtl與R反相，G1與R同相，即在t2與h時(shí)間內(nèi)感應(yīng)到的波形反相，在與時(shí)間內(nèi)感應(yīng)到的波形同相，若同相為“0”，反相為“1”，則格雷碼地址值為00、11、10。同理，在I、III、IV區(qū)的格雷碼值分別為00、11、10。若采用N對地址線G，其道理也一樣，只是增加到2N個(gè)對應(yīng)位置。檢幅與鑒相方式比較
檢幅方式檢測地址，由感應(yīng)信號的強(qiáng)弱來決定“O”或“1”，需要一個(gè)比較電平，實(shí)際系統(tǒng)中，干擾脈沖不可避免，且雜散波的存在也勢必影響臨界電平；信號強(qiáng)度合成后，同相的不完全是單根強(qiáng)度的2倍，反相的并不一定抵消為零。鑒相方式只認(rèn)相位的變化，若起始信號倒相，后面也必跟著倒相，但這完全可以通過軟件糾正。盡管鑒相方式實(shí)現(xiàn)的線路比較復(fù)雜，但其穩(wěn)定可靠。所以本發(fā)明采用的是鑒相方式。
下面對編碼發(fā)生器作簡要描述
請參閱圖4所示，編碼發(fā)生器是由單片機(jī)7的時(shí)序分配器、門控矩陣電路、輸出隔離級和功率放大矩陣電路組成。單片微機(jī)選用MCS-51系列中的8031，其時(shí)序分配器用二個(gè)口并行發(fā)送選通信號，有規(guī)律地控制門控矩陣電路。選通碼編制格式為起始識別組碼、反碼、地址組碼。選通并行碼為一循環(huán)碼，其更換周期定為1/2. 4KHz。下表為R、R ' ^G0X1 G7循環(huán)選通碼的編制格式，所表I所示。表中的I示選通，即發(fā)射，O表示禁止，即停止發(fā)射?？?I、口 2為8位口。采用單片微機(jī)來解決編碼、方案簡單、靈活，硬件數(shù)量少、軟件清晰，實(shí)現(xiàn)方便。門控矩陣采用數(shù)字電路，在循環(huán)選通碼的控制下對48 KHz的載頻進(jìn)行調(diào)制后，經(jīng)輸出隔離、功放矩陣電路至扁平電纜。請參閱圖5所示，地址譯碼器，感應(yīng)天線接收到的微弱信號，經(jīng)高放通過帶通選擇所需頻率，并以此來提高信噪比。帶通選擇后的信號分二路，一路經(jīng)倍頻、鎖相、單穩(wěn)、分頻處理，獲得十分穩(wěn)定而準(zhǔn)確的載波，與另一路進(jìn)鑒相位比較，比較結(jié)果就是串行的地址信號，再經(jīng)過濾波、施密特電路整形后，送至微機(jī)處理。該部分的關(guān)鍵是解調(diào)出穩(wěn)定而準(zhǔn)確的載波。本發(fā)明選用CMOS鎖相環(huán)4046來鎖定輸出，單穩(wěn)電路是為了抗干擾。請參閱圖10所示，本發(fā)明采用雙天線(探頭)感應(yīng)編碼電纜信號，能夠得到Icm精 確的地址信息
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)絕對地址系統(tǒng)的運(yùn)載式機(jī)器人自動(dòng)車，其特征在于，自動(dòng)車上設(shè)有地址譯碼器、尋跡器、CPU微處理器和方向電機(jī)，左、右輪子上設(shè)有天線探頭，自動(dòng)車沿著埋設(shè)于地面的編碼電纜運(yùn)行，自動(dòng)車輪上的天線探頭，感應(yīng)編碼電纜上的電磁信號，經(jīng)譯碼器譯碼后，確定自動(dòng)車所在地址；尋跡器判斷天線探頭感應(yīng)編碼電纜電磁信號的強(qiáng)、弱，確定自動(dòng)車偏移編碼電纜的距離量，由方向電機(jī)校正自動(dòng)車的走向。
2.按權(quán)利要求I所述的連續(xù)絕對地址系統(tǒng)的運(yùn)載式機(jī)器人自動(dòng)車，其特征在于，所述譯碼器，設(shè)有高放、濾波、鎖相、分頻、鑒相、整形電路，輸出至CPU微處理器處理為地址信號輸出。
3.按權(quán)利要求I所述的連續(xù)絕對地址系統(tǒng)的運(yùn)載式機(jī)器人自動(dòng)車，其特征在于，所述尋跡器，設(shè)有高放、濾波、整形、放大、比較、判斷和方向控制電路，輸出給方向電機(jī)，控制自動(dòng)車沿編碼電纜軌跡方向運(yùn)行。
4.按權(quán)利要求I所述的連續(xù)絕對地址系統(tǒng)的運(yùn)載式機(jī)器人自動(dòng)車，其特征在于，所述編碼電纜設(shè)有二根平行的地址基準(zhǔn)R線，十二對相互交叉的地址G線GO-Gl I，每對G線的交叉點(diǎn)位置按格雷碼形式排列，每次只改變一位。
5.按權(quán)利要求4所述的連續(xù)絕對地址系統(tǒng)的運(yùn)載式機(jī)器人自動(dòng)車，其特征在于，所述編碼電纜的起始端連接編碼發(fā)生器，終端連接匹配器，所述編碼發(fā)生器設(shè)有單片機(jī)、振蕩器、門控矩陣電路、功率放大矩陣電路；單片機(jī)的時(shí)序分配器用二個(gè)口并行發(fā)送選通信號，有規(guī)律地控制門控矩陣電路輸出十二路信號給十二對G線；振蕩器產(chǎn)生固定頻率信號，經(jīng)反向器分別輸出給二根平行的R線。
全文摘要
本發(fā)明提供一種連續(xù)絕對地址系統(tǒng)的運(yùn)載式機(jī)器人自動(dòng)車，自動(dòng)車上設(shè)有地址譯碼器、尋跡器、CPU微處理器和方向電機(jī)，左、右輪子上設(shè)有天線探頭，自動(dòng)車沿著埋設(shè)于地面的編碼電纜運(yùn)行，自動(dòng)車輪上的天線探頭，感應(yīng)編碼電纜上的電磁信號，經(jīng)譯碼器譯碼后，確定自動(dòng)車所在地址；尋跡器判斷天線探頭感應(yīng)編碼電纜電磁信號的強(qiáng)、弱，確定自動(dòng)車偏移編碼電纜的距離量，由方向電機(jī)校正自動(dòng)車的走向。優(yōu)點(diǎn)是，首次采用線引導(dǎo)運(yùn)載式機(jī)器人的無線感應(yīng)絕對地址定位和測試，引導(dǎo)機(jī)器人在規(guī)定的線路上行走；連續(xù)地址定位精度<=1CM，檢測時(shí)間<=4毫秒。
文檔編號G05D1/02GK102819265SQ20121031169
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者朱耀亮, 陳家祥 申請人:上海富洋自動(dòng)化工程設(shè)備有限公司