專利名稱：磁導(dǎo)引傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用于物流領(lǐng)域自動導(dǎo)引車(AGV)導(dǎo)引檢測的磁導(dǎo)引傳感器。
背景技術(shù)：
自動導(dǎo)引小車AGV (Automated Guided Vehicle)是一種自動化物料搬運設(shè) 備，它具有自動化程度高、應(yīng)用靈活、安全可靠、無人操作、施工簡單及維修方 便等諸多優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、煙草行業(yè)、工程機械行業(yè)、機場等 物資運輸場所。
目前，用于物流領(lǐng)域自動導(dǎo)引車(AGV)的導(dǎo)引方式有電磁導(dǎo)引、光學導(dǎo)弓l、 激光導(dǎo)引、超聲波導(dǎo)引以及磁導(dǎo)引等。雖然每種導(dǎo)引方式都能單獨達到導(dǎo)引作用， 但都有各自的優(yōu)缺點。磁導(dǎo)引方法的基本思想是在AGV運行的路徑上敷設(shè)一條諸 如磁帶等的具有磁場的路徑，利用安裝在AGV上的磁導(dǎo)引傳感器檢測AGV與磁路徑 的位置關(guān)系，以調(diào)整AGV沿著預(yù)先設(shè)置的路徑行走。磁導(dǎo)引的運行范圍大，地面 費用較低，增設(shè)變更路線比較容易，不易受污染物的影響，鋪設(shè)的磁帶無時效變 化，穩(wěn)定性好，非常適合工廠布局或裝配流程經(jīng)常變動的場合，因此在AGV中應(yīng) 用最廣。
由于磁導(dǎo)引所具有的實用特點，故磁導(dǎo)引傳感器是在AGV技術(shù)中的一個研究 熱點。
2007年第29巻第1期《機器人》的"磁傳感系統(tǒng)在室外移動機器人導(dǎo)航中的 研究"介紹了室外移動機器人磁導(dǎo)航系統(tǒng)中磁釘材料、形狀及尺寸的選擇原則。 在分析各種磁傳感器特性的基礎(chǔ)上，選擇HMC1022型磁阻傳感器作為磁信號的檢 測元件。利用13個磁阻傳感器，形成了用于檢測磁釘磁場的磁尺。磁尺安裝在車 輛前保險杠上相對地面比較高的位置，解決了應(yīng)用霍爾傳感器等進行磁導(dǎo)航時安 裝高度比較低的問題。提出了一種改進的序列算法，根據(jù)相鄰傳感器的比值，通 過設(shè)定閾值來細分區(qū)間，從而獲得了更精確的磁定位結(jié)果。實驗結(jié)果驗證了改進 序列算法的精確測量特性。該報道的磁檢測傳感器可以測量較大距離，但使用直 徑2.5cm、長2.5cm釹鐵硼材料的圓柱形磁釘，要求剩磁14(kGs)尺寸大，引導(dǎo) 路徑安裝困難，并且使用磁阻傳感器關(guān)鍵的溫度影響未考慮，沒有環(huán)境磁場信號 補償，在環(huán)境磁場較強的場合，其應(yīng)用受到限制。
2005年3月《實驗室研究與探索》第3期"磁制導(dǎo)AGV實驗裝置的研制"中為 滿足機械工程及自動化專業(yè)實驗教學的需要,研制了磁制導(dǎo)AGV實驗裝置。介紹了 該裝置的總體結(jié)構(gòu)、制導(dǎo)原理、控制系統(tǒng)和軟件。其磁導(dǎo)引傳感器是置放兩只對 稱的磁傳感器，差分電路輸出，輸出信號單一，并且未考慮溫度補償，影響可靠 性，其模擬輸出給后續(xù)處理電路增加了難度，沒有環(huán)境磁場信號補償，在環(huán)境磁 場較強的場合，其應(yīng)用受到限制。
ZL94232045.X公開的"自動導(dǎo)引車磁導(dǎo)航傳感器"，采用磁飽和線圈檢測磁 帶磁場，其不足是對磁場方向要求上N下S方向，沒有溫度補償，影響可靠性，其 模擬輸出給后續(xù)處理電路增加了難度，雖申請了專利，但一直未形成產(chǎn)品。
ZL02824893. 7公開的"無人駕駛車輛導(dǎo)向系統(tǒng)和方法"，采用磁敏電阻等作 為檢測元件，其主權(quán)利要求2個檢測元件軸線相交于車輛導(dǎo)向點上，裝配較困難， 且需要配置操縱控制器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且對半導(dǎo)體檢測元件未采取溫度補償措施， 直接影響檢測精度。
現(xiàn)在市場上，可以購買到MACOME公司的幾種磁導(dǎo)引傳感器，其型號為 GS-1919、 GS-2744B模擬輸出和SW1924數(shù)字輸出以及對N極檢測的SMR-2352和對S 極檢測的SMR-2352S的磁導(dǎo)引傳感器等。MAC0ME公司的磁導(dǎo)引傳感器成系列，基 本滿足磁導(dǎo)引的需要，但其檢測原理是采用感應(yīng)線圈，繞制麻煩，裝配一致性要 求高，從而導(dǎo)致價格較高，并且MACOME系列磁導(dǎo)引傳感器未采取溫度補償措施， 導(dǎo)致輸出信號、檢測精度易受溫度影響；MACOME系列磁導(dǎo)引在電路中沒有環(huán)境磁 場信號補償，在環(huán)境磁場較強的場合，其應(yīng)用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，尤其是公開了可以對不同極 性、不同強度、不同寬度導(dǎo)引磁帶進行檢測，靈敏度可調(diào)且具有溫度補償、環(huán)境 干擾磁場補償及具有定位功能的磁導(dǎo)引傳感器。
本發(fā)明的磁導(dǎo)引傳感器是通過以下方法實現(xiàn)的
磁導(dǎo)引傳感器是由n+4個磁檢測元件及相應(yīng)電路構(gòu)成。磁檢測元件k(kl kn) 平行排列，用于檢測敷設(shè)在AGV運行路徑地面15的磁帶14的磁場信息，2個定位磁 檢測元件11用于檢測AGV運行的相應(yīng)起停位置的起?；蜣D(zhuǎn)彎支路信息，2個環(huán)境磁 檢測元件10用于檢測磁導(dǎo)引傳感器周圍干擾場或AGV本身金屬及其鐵磁性物體產(chǎn) 生的干擾磁場。本發(fā)明中的磁檢測元件可以采用集成半導(dǎo)體磁敏器件，例如集成 霍爾器件、磁敏電阻或磁敏二極管，都可充當本發(fā)明的磁檢測元件。n+4個磁檢 測元件的輸出信號送給各自的運算放大器kl kn，進行信號放大。經(jīng)放大的n個 磁檢測元件kl kn和2個環(huán)境磁檢測元件10信號送給補償電路3，補償電路3接收n 個磁檢測元件kl kn和2個環(huán)境磁檢測元件10信號以及溫度檢測元件7的信號進 行處理，在n個磁檢測元件kl kn的信號中減去環(huán)境磁檢測元件10信號和溫度檢 測元件7的信號，以消除環(huán)境磁場的影響與溫度對半導(dǎo)體磁檢測元件的影響。補 償電路送出的消除了環(huán)境磁場的影響與溫度的影響n個信號由變換電路4處理，同 時變換電路4受靈敏度調(diào)節(jié)8電位器調(diào)解，并形成數(shù)字信號輸出5和模擬信號輸出
6。本發(fā)明的不同極性磁帶信號檢測采用改變磁檢測元件供電極性的方式實現(xiàn)。 本發(fā)明還可以下方式實現(xiàn)在不改變檢測元件和靈敏度調(diào)節(jié)元件的基礎(chǔ)上，
補償電路3和變換電路4由單片機系統(tǒng)22實現(xiàn)，并包含串行通訊21輸出。 電源9提供不同電壓給檢測元件和其它電路供電。
磁導(dǎo)引傳感器是由兩個以上磁檢測元件kl kn n個平行排列等距離分布置 于傳感器外殼18內(nèi)部的底面，磁檢測元件kl kn的敏感軸線與傳感器外殼18的底 面垂直，定位磁檢測元件11置于傳感器外殼18內(nèi)部底面的兩端，敏感軸線與傳感 器外殼18的底面垂直，環(huán)境磁檢測元件10置于傳感器外殼18內(nèi)部兩端的側(cè)壁上， 處理電路17置于傳感器外殼18內(nèi)的中部，傳感器外殼18的上端面設(shè)有信號接口 16，信號接口16與處理電路17連接。
磁導(dǎo)引傳感器處理是由電路中n個磁檢測元件的輸出連接各自的運算放大器 kl kn，運算放大器kl kn連接到補償電路3， 2個環(huán)境磁檢測元件10經(jīng)運算放大 器A連接到補償電路3，定位磁檢測元件11經(jīng)運算放大器B連接到變換電路4，補償 電路3連接到變換電路4，溫度檢測元件7連接到補償電路3，靈敏度調(diào)節(jié)8連接到 變換電路4，變換電路4連接信號輸出5和連接模擬信號輸出6。
磁導(dǎo)引傳感器處理電路或者采用n個磁檢測元件的輸出連接各自的運算放大 器kl kn，運算放大器kl kn連接到單片機系統(tǒng)22中的多路模數(shù)轉(zhuǎn)換12， 2個環(huán) 境磁檢測元件10經(jīng)運算放大器A連接到單片機系統(tǒng)22中的多路模數(shù)轉(zhuǎn)換12，定位 磁檢測元件11經(jīng)運算放大器B連接到單片機系統(tǒng)22中的多路模數(shù)轉(zhuǎn)換12，溫度檢 測元件7連接到單片機系統(tǒng)22中的多路模數(shù)轉(zhuǎn)換12，靈敏度調(diào)節(jié)8連接到單片機系 統(tǒng)22中的多路模數(shù)轉(zhuǎn)換12，單片機系統(tǒng)22中的多路模數(shù)轉(zhuǎn)換12連接到單片機系統(tǒng) 22中的單片機13，數(shù)字輸出19和模擬輸出20串行通訊21連接到單片機系統(tǒng)22中的 單片機13。
有益效果磁導(dǎo)引傳感器是磁導(dǎo)引AGV中的關(guān)鍵部件，采用n個磁檢測元件使 本發(fā)明的磁導(dǎo)引傳感器可以應(yīng)用在各種不同需要的AGV中；環(huán)境磁檢測元件的使 用消除了磁導(dǎo)引傳感器周圍干擾場或AGV本身金屬及其鐵磁性物體產(chǎn)生的干擾磁 場；定位磁檢測元件使得在設(shè)計AGV運行路徑和AGV操控更加靈活；溫度檢測元件 的使用消除了磁檢測元件易受溫度變化的影響因素；靈敏度調(diào)節(jié)增加了磁導(dǎo)引傳 感器在使用中的靈活性；數(shù)字信號輸出和模擬信號輸出適應(yīng)AGV控制電路的需要。


圖l是磁導(dǎo)引傳感器檢測地面磁帶示意圖
圖2是磁導(dǎo)引傳感器電路框圖
圖3是另一種磁導(dǎo)引傳感器電路框圖
圖4是環(huán)境磁場信號和溫度補償信號相加的電阻網(wǎng)絡(luò)
圖5是檢測不同極性磁帶信號供電電路示意圖
k、 kl kn磁帶檢測元件，al an、 A、 B放大器，3補償電路，4變換電路， 5數(shù)字輸出電路，6模擬輸出電路，7溫度檢測元件RT， 8靈敏度調(diào)節(jié)，9電源 電路，10環(huán)境磁檢測元件，11定位磁檢測元件，12模數(shù)轉(zhuǎn)換，13單片機，14 磁帶，15地面，16信號接口， 17處理電路，18傳感器外殼，19數(shù)字輸出， 20模擬輸出，21串行通訊，22單片機系統(tǒng)，23磁釘，K雙刀雙擲開關(guān)。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明
磁導(dǎo)引傳感器是由兩個以上磁檢測元件kl kn n個平行排列等距離分布置 于傳感器外殼18內(nèi)部的底面，磁檢測元件kl kn的敏感軸線與傳感器外殼18的底 面垂直，定位磁檢測元件11置于傳感器外殼18內(nèi)部底面的兩端，敏感軸線與傳感 器外殼18的底面垂直，環(huán)境磁檢測元件10置于傳感器外殼18內(nèi)部兩端的側(cè)壁上， 處理電路17置于傳感器外殼18內(nèi)的中部，傳感器外殼18的上端面設(shè)有信號接口 16，信號接口16與處理電路17連接。
磁導(dǎo)引傳感器處理是由電路中n個磁檢測元件的輸出連接各自的運算放大器 kl kn，運算放大器kl kn連接到補償電路3， 2個環(huán)境磁檢測元件10經(jīng)運算放大 器A連接到補償電路3，定位磁檢測元件11經(jīng)運算放大器B連接到變換電路4，補償 電路3連接到變換電路4，溫度檢測元件7連接到補償電路3，靈敏度調(diào)節(jié)8連接到 變換電路4，變換電路4連接信號輸出5和連接模擬信號輸出6。
磁導(dǎo)引傳感器處理電路或者采用n個磁檢測元件的輸出連接各自的運算放大 器kl kn，運算放大器kl kn連接到單片機系統(tǒng)22中的多路模數(shù)轉(zhuǎn)換12， 2個環(huán) 境磁檢測元件10經(jīng)運算放大器A連接到單片機系統(tǒng)22中的多路模數(shù)轉(zhuǎn)換12，定位 磁檢測元件11經(jīng)運算放大器B連接到單片機系統(tǒng)22中的多路模數(shù)轉(zhuǎn)換12，溫度檢 測元件7連接到單片機系統(tǒng)22中的多路模數(shù)轉(zhuǎn)換12，靈敏度調(diào)節(jié)8連接到單片機系 統(tǒng)22中的多路模數(shù)轉(zhuǎn)換12，單片機系統(tǒng)22中的多路模數(shù)轉(zhuǎn)換12連接到單片機系統(tǒng) 22中的單片機13，數(shù)字輸出19和模擬輸出20串行通訊21連接到單片機系統(tǒng)22中的 單片機13。
實施例l:
磁導(dǎo)引傳感器主要由安裝在傳感器外殼18內(nèi)部的處理電路17、環(huán)境磁檢測 元件IO、定位磁檢測元件ll和磁帶檢測元件kl kn構(gòu)成，它們安裝在一塊電 路板上。磁帶檢測元件的數(shù)量n是根據(jù)被檢測磁帶的寬度和磁帶的磁場強度設(shè)置 的，磁帶寬、磁帶的磁場強度高設(shè)置的數(shù)量就可以減少。磁帶檢測元件kl kn 平行安裝在傳感器外殼18內(nèi)部的底側(cè)，定位磁檢測元件11安裝在傳感器外殼 18內(nèi)部的底側(cè)的兩端，它們的敏感軸線與傳感器外殼18的底面垂直；環(huán)境磁檢 測元件10安裝在傳感器外殼18內(nèi)部兩端的上部，敏感軸線與傳感器外殼18的 側(cè)面垂直。上述檢測元件可以采用集成半導(dǎo)體磁敏器件，例如集成霍爾器件、磁
敏電阻或磁敏二極管，本實施例中采用集成霍爾器件。集成霍爾器件有線性、開 關(guān)輸出等多種型號，本實施例中采用霍爾器件型號是HE82A。
處理電路17是對上述磁檢測元件信號進行處理并信號接口 16輸出模擬或數(shù)
字信號。
磁檢測元件對應(yīng)的放大器al an、 A是通用技術(shù)中的典型運算放大器，對霍 爾器件檢測到的磁場信號放大，其輸出信號分別連接到補償電路3中各自的補償 放大器的反相輸入端；環(huán)境磁檢測元件10的信號經(jīng)放大器B后，由電阻R4、 R5、 R6分壓，并與溫度檢測元件7的RT和電阻信號R1、 R2、 R3組合相加后，同時送 各補償放大器的同相輸入端；各補償放大器輸出的就是減去了環(huán)境磁場信號和由 溫度變化引起的磁檢測元件特性變化的真實的導(dǎo)引磁帶的信號。
變換電路4是由典型比較器組成，接收補償電路3的信號，并受靈敏度調(diào)節(jié) 8電位器的調(diào)節(jié)后，送數(shù)字輸出電路5和模擬輸出電路6，形成數(shù)字信號輸出和 模擬信號輸出。
電源電路提供不同電壓給檢測元件和其它電路供電?？梢酝ㄟ^供電電路的開 關(guān)K改變磁檢測元件的供電極性，實現(xiàn)對不同極性磁帶磁場信號的檢測。
實施例2:
磁導(dǎo)引傳感器主要由安裝在傳感器外殼18內(nèi)部的處理電路17、環(huán)境磁檢測 元件IO、定位磁檢測元件ll和磁帶檢測元件kl kn構(gòu)成，它們安裝在一塊電 路板上。磁帶檢測元件的數(shù)量n是根據(jù)被檢測磁帶的寬度和磁帶的磁場強度設(shè)置 的，磁帶寬、磁帶的磁場強度高設(shè)置的數(shù)量就可以減少。磁帶檢測元件kl kn 平行安裝在傳感器外殼18內(nèi)部的底側(cè)，定位磁檢測元件11安裝在傳感器外殼 18內(nèi)部的底側(cè)的兩端，它們的敏感軸線與傳感器外殼18的底面垂直；環(huán)境磁檢 測元件10安裝在傳感器外殼18內(nèi)部兩端的上部，敏感軸線與傳感器外殼18的 側(cè)面垂直。上述檢測元件可以采用集成半導(dǎo)體磁敏器件，例如集成霍爾器件、磁 敏電阻或磁敏二極管，本實施例中采用集成霍爾器件。集成霍爾器件有線性、開 關(guān)輸出等多種型號，本實施例中采用霍爾器件型號是HE82A。
本實施例中磁檢測元件對應(yīng)的放大器al an、 A、 B是通用技術(shù)中的典型運 算放大器，對霍爾器件檢測到的磁場信號放大，其輸出信號和溫度檢測元件7、 靈敏度調(diào)節(jié)8電位器的信號全部送給單片機系統(tǒng)22中的多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器12，轉(zhuǎn) 換成數(shù)字量，送給單片機13實現(xiàn)實施例1中的相減處理，由單片機系統(tǒng)22實現(xiàn) 數(shù)字輸出19和模擬輸出20。由于使用了單片機系統(tǒng)22，單片機13采用 ms430fl49。單片機系統(tǒng)22的輸出還包括數(shù)據(jù)的串行輸出，串行輸出采用標準的 RS232接口或USB接口以及RS485接口 。
權(quán)利要求
1. 一種磁導(dǎo)引傳感器，由其特征在于是由兩個以上磁檢測元件(k1～kn)n個平行排列等距離分布置于傳感器外殼(18)內(nèi)部的底面，磁檢測元件(k1～kn)的敏感軸線與傳感器外殼(18)的底面垂直，定位磁檢測元件(11)置于傳感器外殼(18)內(nèi)部底面的兩端，敏感軸線與傳感器外殼(18)的底面垂直，環(huán)境磁檢測元件(10)置于傳感器外殼(18)內(nèi)部兩端的側(cè)壁上，處理電路(17)置于傳感器外殼(18)內(nèi)的中部，傳感器外殼(18)的上端面設(shè)有信號接口(16)，信號接口(16)與處理電路(17)連接。
2. 按照權(quán)利l所述的磁導(dǎo)引傳感器，其特征在于處理電路中n個磁檢測元 件的輸出連接各自的運算放大器(kl kn)，運算放大器(kl kn)連接到補償 電路(3)， 2個環(huán)境磁檢測元件(10)經(jīng)運算放大器(A)連接到補償電路(3)， 定位磁檢測元件(11)經(jīng)運算放大器(B)連接到變換電路(4)，補償電路(3)連 接到變換電路(4)，溫度檢測元件(7)連接到補償電路(3)，靈敏度調(diào)節(jié)(8) 連接到變換電路(4)，變換電路(4)連接信號輸出(5)和連接模擬信號輸出(6)。
3. 按照權(quán)利l所述的磁導(dǎo)引傳感器，其特征在于處理電路或者采用n個磁 檢測元件的輸出連接各自的運算放大器(kl kn)，運算放大器(kl kn)連接 到單片機系統(tǒng)(22)中的多路模數(shù)轉(zhuǎn)換(12)， 2個環(huán)境磁檢測元件(10)經(jīng)運算 放大器(A)連接到單片機系統(tǒng)(22)中的多路模數(shù)轉(zhuǎn)換(12)，定位磁檢測元件(11)經(jīng)運算放大器(B)連接到單片機系統(tǒng)(22)中的多路模數(shù)轉(zhuǎn)換(12)，溫 度檢測元件(7)連接到單片機系統(tǒng)(22)中的多路模數(shù)轉(zhuǎn)換(12)，靈敏度調(diào)節(jié)(8)連接到單片機系統(tǒng)(22)中的多路模數(shù)轉(zhuǎn)換(12)，單片機系統(tǒng)(22)中的 多路模數(shù)轉(zhuǎn)換(12)連接到單片機系統(tǒng)(22)中的單片機(13)，數(shù)字輸出(19) 和模擬輸出(20)串行通訊(21)連接到單片機系統(tǒng)(22)中的單片機(13)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可用于物流領(lǐng)域自動導(dǎo)引車(AGV)導(dǎo)引檢測的磁導(dǎo)引傳感器。是由磁導(dǎo)引傳感器是由兩個以上磁檢測元件k1～kn n個平行排列等距離分布置于傳感器外殼內(nèi)部的底面，定位磁檢測元件置于傳感器外殼內(nèi)部底面的兩端，環(huán)境磁檢測元件置于傳感器外殼內(nèi)部兩端的側(cè)壁上，處理電路置于傳感器外殼內(nèi)的中部，傳感器外殼的上端面設(shè)有信號接口，信號接口與處理電路連接。本發(fā)明可對不同極性、不同強度、不同寬度導(dǎo)引磁帶進行檢測，靈敏度可調(diào)且具有溫度補償、環(huán)境干擾磁場補償及具有定位功能的磁導(dǎo)引傳感器?？梢詰?yīng)用在各種不同需要的AGV中；環(huán)境磁檢測元件的使用消除了磁導(dǎo)引傳感器周圍干擾場或AGV本身金屬及其鐵磁性物體產(chǎn)生的干擾磁場。
文檔編號G01R33/06GK101387522SQ20081005082
公開日2009年3月18日 申請日期2008年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月2日
發(fā)明者君 王, 靜 趙 申請人:吉林大學