專利名稱：一種自動糾偏激光導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種自動糾偏激光導(dǎo)航系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
導(dǎo)航是指引導(dǎo)某一設(shè)備，沿設(shè)定路線從一處運動到另一處的方法。激光導(dǎo)航是利用激光的不發(fā)散性對運載機器人所處的位置進行精確定位來引導(dǎo)機器人行走。目前，主要的導(dǎo)航方式有激光導(dǎo)航、GPS導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航、無線電導(dǎo)航，室內(nèi)磁軌跡線導(dǎo)航等。但視覺導(dǎo)航方法受路面導(dǎo)航標(biāo)志、光線等影響較大；GPS導(dǎo)航方式精度不高，不能滿足精確導(dǎo)航要求；無線電導(dǎo)航抗干擾能力較差；室內(nèi)磁軌跡線導(dǎo)航需要預(yù)先在機器人運行路線上埋設(shè)磁軌跡線，附屬設(shè)施施工復(fù)雜，成本較高等。激光導(dǎo)航具有成本低、可全時段工作、不受電磁干擾、定位精度高、無累積誤差和地面附屬設(shè)施施工簡單等特點，因此適用于機器人的高精度導(dǎo)航定位。目前，激光導(dǎo)航技術(shù)已在生產(chǎn)車間、航空航天、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng) 用。目前已有的激光導(dǎo)航裝置，導(dǎo)航控制系統(tǒng)復(fù)雜，價格成本較高，且偏離設(shè)定路線較大時不能正常工作。如實用新型專利200820028079. 9公開了一種直線運動激光導(dǎo)航測量裝置，包括激光光源，光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)，二維PSD，信號調(diào)理電路，A/D轉(zhuǎn)換器，單片機，控制電機等。該導(dǎo)航裝置以激光光束為導(dǎo)航基準(zhǔn)，利用光電傳感器對該基準(zhǔn)做非接觸測量，并通過單片機進行數(shù)據(jù)處理，控制電機引導(dǎo)小車回到正確位置。該系統(tǒng)可引導(dǎo)小車實現(xiàn)直線運動，但該裝置控制方法復(fù)雜，且當(dāng)小車位置偏差較大時，該裝置不能引導(dǎo)小車回到原先設(shè)定的正確軌道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有激光導(dǎo)航系統(tǒng)中存在的問題，提供了一種控制方案簡單，成本較低、在較大偏差時仍能正常工作的激光導(dǎo)航系統(tǒng)。本發(fā)明米用的技術(shù)方案為一種自動糾偏激光導(dǎo)航系統(tǒng)，包括車載系統(tǒng)和激光器系統(tǒng)；所述車載系統(tǒng)包括移動小車、光敏電池組、車載無線通信模塊和車載控制器，所述光敏電池組固定在移動小車四周，并與車載控制器相連，車載控制器位于移動小車內(nèi)，并與車載無線通信模塊相連；所述激光器系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)激光器、支架、激光控制器和激光器無線通信模塊，高度可調(diào)整的所述支架固定在導(dǎo)航路徑終點一端，上端可旋轉(zhuǎn)的所述旋轉(zhuǎn)激光器固定在支架上，所述激光控制器位于旋轉(zhuǎn)激光器內(nèi)，并與激光器無線通信模塊相連。作為優(yōu)選，所述光敏電池組為由光敏電池組一和光敏電池組二連接而成的四邊形，所述光敏電池組一為四組，每兩組光敏電池組一之間設(shè)有光敏電池組二，光敏電池組二的位置設(shè)在上述四邊形的各邊的中間。作為優(yōu)選，為了減小移動小車行進過程中光敏電池組所遇到的阻力，光敏電池組前端為圓弧形結(jié)構(gòu)。當(dāng)激光照射到光敏電池上時，光敏電池組一和組二產(chǎn)生不同電壓信號。當(dāng)激光照射到光敏電池組一上時，車載控制器根據(jù)光敏電池電壓變化控制車輪左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)；當(dāng)激光照射到光敏電池組二上時，車輪停止轉(zhuǎn)向。車載控制器具有工作模式I及工作模式2兩種工作狀態(tài)。在正常工作過程中，移動小車左右偏差不大，車載控制器處于工作模式I工作方式。車載控制器間隔設(shè)定時間接收一次光敏電池信號，并根據(jù)不同光敏電池的信號控制車輪向左或向右轉(zhuǎn)向，車輪每次轉(zhuǎn)角大小固定。當(dāng)激光照射到左邊光敏電池組一上時，轉(zhuǎn)向電機控制車輪往左轉(zhuǎn)；當(dāng)激光照射到右邊光敏電池組一上時，轉(zhuǎn)向電機控制車輪往右轉(zhuǎn)。當(dāng)激光照射到光敏電池組二上時，可視為左右偏差均較小，移動小車沿直線行走，此時車輪停止向左或向右轉(zhuǎn)向。當(dāng)移動小車偏離中心線較大時，車載控制器開始啟動工作模式2。此時，車載控制器發(fā)送旋轉(zhuǎn)指令，車載無線通信模塊將該指令發(fā)送到激光器無線通信模塊，激光控制器根 據(jù)該指令控制上端激光旋轉(zhuǎn)裝置開始旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)激光器主動尋找移動小車目標(biāo)，旋轉(zhuǎn)激光器旋轉(zhuǎn)一周后處于等待狀態(tài)，若激光控制器未接收到停止旋轉(zhuǎn)指令，則旋轉(zhuǎn)激光器繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一周。車載控制器根據(jù)激光首先照射到的光敏電池位置情況，做出左右轉(zhuǎn)向判斷，使移動小車迅速回到中間線位置。車載控制器內(nèi)部設(shè)旋轉(zhuǎn)時間與等待時間，車載控制器根據(jù)不同光敏電池電壓信息及控制器內(nèi)部所處的時間段，判斷移動小車是否已經(jīng)回到中間線位置，當(dāng)移動小車回到中心線位置時，控制器發(fā)送停止旋轉(zhuǎn)指令，重新開始工作模式I工作方式。本發(fā)明的有益效果I.在移動小車偏離中心線較小時，可保證移動小車沿直線行走。在偏離中心線較大時，移動小車無需人為控制可自動回到中心線附近。2.控制方式簡單，將光敏電池分成兩組，且每次車輪轉(zhuǎn)角固定，車載控制器無需根據(jù)每一塊光敏電池的位置計算轉(zhuǎn)角大小。3.激光器安裝在移動小車上時,移動小車前進方向小的偏差會導(dǎo)致激光器另一端偏差較大，出現(xiàn)激光無法照射到光敏元件上的脫靶現(xiàn)象。在本方案中激光器未安裝在移動小車上，可減少脫靶現(xiàn)象的發(fā)生。另外，避免了導(dǎo)航裝置隨移動小車運動引起的振動，提高了激光系統(tǒng)工作時的精度及壽命。4.當(dāng)激光照射到光敏電池組二上時，車輪停止轉(zhuǎn)向，因此轉(zhuǎn)向電機不必頻繁調(diào)整車輪左右轉(zhuǎn)向；并可通過改變光敏電池組組二寬度大小，滿足不同行走直線精度要求。5.本系統(tǒng)擴展性較好，如對本系統(tǒng)稍作改進，可準(zhǔn)確獲取移動小車相對激光器發(fā)射裝置的具體位置。即在激光旋轉(zhuǎn)裝置下添加編碼器，利用編碼器測得激光器照射到移動小車時的旋轉(zhuǎn)角度，可獲取移動小車的方向信息。由光電元件接收光敏電池反射的激光束，計時器測定激光束從發(fā)射到接收的時間，可計算出激光器到移動小車的距離。


圖I是自動糾偏激光導(dǎo)航系統(tǒng)原理圖；圖2是激光導(dǎo)航控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖3是光敏電池組位置分布圖；圖4是激光開始照射到不同方向移動小車時的位置圖。
圖中1.移動小車；2.光敏電池組；2. I.光敏電池組一；2. 2.光敏電池組二；3.旋轉(zhuǎn)激光器；4.支架；5.激光控制器；6.激光器無線通信模塊；7.車載無線通信模塊；8.車載控制器。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。如圖I和圖3所不,一種自動糾偏導(dǎo)航系統(tǒng),包括車載系統(tǒng)和激光器系統(tǒng)。車載系統(tǒng)包括移動小車I、光敏電池組2、車載無線通信模塊7、車載控制器8。其中，光敏電池組2固定在移動小車I四周，車載控制器8位于移動小車I內(nèi)，車載無線通信模塊7與車載控制器8相連。為了減小移動小車I行進過程中光敏電池組2所遇到的阻力，光敏電池組2前端為圓弧形結(jié)構(gòu)。如圖2所示，光敏電池組2分為兩類，光敏電池組一 2. I和光敏電池組二 2. 2。移動小車I周圍光敏電池組一 2. I按逆時針方向分為A、B、C、D四組，分別對應(yīng)移動小車I右·前、左前、左后、右后方向。每一組內(nèi)由若干獨立的光敏電池構(gòu)成。一組光敏電池一 2. I和另一組光敏電池一 2. I之間為光敏電池組二 2. 2。光敏電池的工作原理是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，內(nèi)部電阻隨著射入光的強弱而改變，當(dāng)光照變強時，光敏電池內(nèi)部電阻減小，所在電路電壓變小。激光器系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)激光器3、支架4、激光控制器5、激光器無線通信模塊6。支架4固定在導(dǎo)航路徑終點位置，旋轉(zhuǎn)激光器3固定在支架4上，旋轉(zhuǎn)激光器3上端可旋轉(zhuǎn)，并在旋轉(zhuǎn)過程中連續(xù)發(fā)射激光脈沖，支架4高度可調(diào)，以保證激光可準(zhǔn)確照射到光敏電池上。激光控制器5位于旋轉(zhuǎn)激光器3內(nèi)，與激光器無線通信模塊6相連。車載控制器8與光敏電池組2相連，車載控制器8選用ARM處理器。當(dāng)旋轉(zhuǎn)激光器3發(fā)射的激光照射到光敏電池上時，根據(jù)光敏電池的光電效應(yīng)，光敏電池將產(chǎn)生相應(yīng)的電壓變化，四組光敏電池組一 2. I及光敏電池組二 2. 2產(chǎn)生不同的電壓信號，這些電壓信號經(jīng)調(diào)理電路放大后送給A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，車載控制器8根據(jù)不同光敏電池組的信號判斷移動小車I位置是左偏還是右偏，從而控制車輪左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，保證其沿直線路徑行走；當(dāng)激光照射光敏電池組二 2. 2時，產(chǎn)生另一種不同的電壓信號，控制器接收到該信號時，車輪不左右轉(zhuǎn)向。車載控制器8具有工作模式I及工作模式2兩種工作狀態(tài)。在正常工作過程中，車載控制器8處于工作模式I工作方式，此時激光照射到移動小車I前端左側(cè)或右側(cè)光敏電池組一 2. I上或中間光敏電池組二 2. 2上。移動小車I沿直線行走,左右偏差不大,車載無線通信模塊7及激光器無線通信模塊6均不工作。轉(zhuǎn)向電機每次轉(zhuǎn)過較小且固定的角度，當(dāng)激光照射到左邊光敏電池組一 2. I上時，表明移動小車I前進方向偏右，此時轉(zhuǎn)向電機控制車輪往左轉(zhuǎn)；當(dāng)激光照射到右邊光敏電池組一 2. I上時，表明移動小車I前進方向偏左，轉(zhuǎn)向電機控制車輪往右轉(zhuǎn)。當(dāng)激光照射到光敏電池組二 2. 2上時，可視為左右偏差均較小，移動小車I沿直線行走，無需轉(zhuǎn)向電機頻繁左右調(diào)節(jié)車輪轉(zhuǎn)向。當(dāng)移動小車I偏離中心線較大時，車載控制器8超過設(shè)定時間未檢測到光敏電池組2電壓信號，車載控制器8開始啟動工作模式2，此時車載無線通信模塊7及激光器無線工作模塊均開始工作。由工作模式I切換到工作模式2時，車載控制器8發(fā)送旋轉(zhuǎn)指令，車載無線通信模塊7將該指令發(fā)送到激光器無線通信模塊6，激光控制器5根據(jù)旋轉(zhuǎn)指令控制上端激光旋轉(zhuǎn)裝置開始旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)激光器3旋轉(zhuǎn)過程中不斷發(fā)射激光脈沖信號。上端激光旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)一周后停止，等待接受車載無線通信模塊7發(fā)送的停止旋轉(zhuǎn)信號，如果超過設(shè)定等待時間未接收到停止旋轉(zhuǎn)指令，則繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一周。在工作模式2中，車載控制器8內(nèi)部設(shè)定有旋轉(zhuǎn)時間與等待時間，旋轉(zhuǎn)時間指激光旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)一周的時間，等待時間指激光旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)一周后距離下次旋轉(zhuǎn)一周之間的時間。車載控制器8交替工作在旋轉(zhuǎn)時間與等待時間，旋轉(zhuǎn)及等待時間內(nèi)包括系統(tǒng)響應(yīng)等時間。如果車載控制器8在旋轉(zhuǎn)時間內(nèi)接收到光敏電池電壓信號，表明移動小車I未回到中間線位置，則激光器繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一周，繼續(xù)工作模式2 ;如果在等待時間內(nèi)接受到光敏信號，表明移動小車I已到中間線附近，車載控制器8發(fā)送停止旋轉(zhuǎn)指令，啟動工作模式I。由工作模式2切換到工作模式I時，車載控制器8發(fā)送停止旋轉(zhuǎn)指令，激光控制器5接收到停止旋轉(zhuǎn)信號后，控制旋轉(zhuǎn)裝置停止轉(zhuǎn)動，如果旋轉(zhuǎn)裝置正在旋轉(zhuǎn)過程中則繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至初始位置停止。圖4為激光照射到八種不同方位下的移動小車I情況。在工作模式2中，通過對八種情況下激光照射在不同位置、不同方向的移動小車I分析知，當(dāng)激光首先照射到移動平臺尾部C或D組光敏電池組一 2. I時，控制器調(diào)整移動小車I往右偏，可使移動小車I迅·速回到中間線位置；當(dāng)激光首先照射到移動小車I前部A組或B組光敏電池組一 2. I時，控制器調(diào)整移動小車I往左偏，可使移動小車I迅速回到中間線位置。當(dāng)移動小車I的形狀與圖4中形狀差別較大時，轉(zhuǎn)向判斷的依據(jù)與上述依據(jù)可能略有不同，但對于特定的移動小車1，由于其外部形狀固定，仍可根據(jù)激光旋轉(zhuǎn)過程中首先照射的光敏電池組一 2. I位置，找到一定的規(guī)律，從而實現(xiàn)簡單的控制，使移動小車回到正確軌道上來。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。本實施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種自動糾偏激光導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于包括車載系統(tǒng)和激光器系統(tǒng)； 所述車載系統(tǒng)包括移動小車、光敏電池組、車載無線通信模塊和車載控制器，所述光敏電池組固定在移動小車四周，并與車載控制器相連，車載控制器位于移動小車內(nèi)，并與車載無線通信模塊相連； 所述激光器系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)激光器、支架、激光控制器和激光器無線通信模塊，高度可調(diào)整的所述支架固定在導(dǎo)航路徑終點一端，上端可旋轉(zhuǎn)的所述旋轉(zhuǎn)激光器固定在支架上，所述激光控制器位于旋轉(zhuǎn)激光器內(nèi)，并與激光器無線通信模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種自動糾偏激光導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于所述光敏電池組為由光敏電池組一和光敏電池組二連接而成的四邊形，所述光敏電池組一為四組，每兩組光敏電池組一之間設(shè)有光敏電池組二，光敏電池組二的位置設(shè)在上述四邊形的各邊的中間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種自動糾偏激光導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于所述光敏電池組前端為圓弧形結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自動糾偏激光導(dǎo)航系統(tǒng)，包括移動小車、光敏電池、旋轉(zhuǎn)激光器、支架、激光控制器、激光器無線通信模塊、車載無線通信模塊、車載控制器。車載控制器具有兩種工作模式，當(dāng)移動小車左右偏差不大時，車載控制器根據(jù)照射在小車前端光敏電池的位置，控制移動小車左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)或停止轉(zhuǎn)向。當(dāng)移動小車偏離中心線較大時，車載控制器發(fā)送旋轉(zhuǎn)指令，激光控制器根據(jù)旋轉(zhuǎn)指令控制激光旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)激光器主動尋找移動小車目標(biāo)，車載控制器根據(jù)移動小車周圍光敏電池信號變化情況，做出左右轉(zhuǎn)向判斷。本發(fā)明具有控制方式簡單，擴展性好，應(yīng)用范圍較廣，較大偏差時移動小車無需人為控制可自動回到設(shè)定路徑等優(yōu)勢。
文檔編號G05D1/02GK102902273SQ20121042438
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者尹東富, 張志勝, 戴敏, 史金飛 申請人:東南大學(xué)