一種基于三電磁傳感器的機器人導(dǎo)航裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于三電磁傳感器的機器人導(dǎo)航裝置，目的在于解決采用雙對稱電磁傳感器的導(dǎo)航裝置導(dǎo)航精度低、參數(shù)多且設(shè)計復(fù)雜的問題。該電磁導(dǎo)航裝置由電磁軌道、電磁傳感器、信號放大器和移動控制器組成，其特征在于所述電磁傳感器由三個“工”字形電感直線一字水平排列，中間傳感器位于機器人中軸線上，其它兩個電磁傳感器對稱分布于機器人中軸線兩側(cè)。本實用新型利用中間傳感器的對稱特性得到機器人偏離電磁軌道大小，利用左右水平放置的傳感器的差值與機器人偏離軌道臨界值的關(guān)系得到偏離軌道方向，避免了由于傳感器性能不對稱產(chǎn)生的影響，簡化參了數(shù)的設(shè)計及測量，提高了機器人電磁導(dǎo)航的精度。
【專利說明】一種基于三電磁傳感器的機器人導(dǎo)航裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于機器人領(lǐng)域，涉及一種機器人電磁導(dǎo)航裝置，利用三個電磁傳感器檢測機器人偏離電磁軌道的大小與方向，引導(dǎo)機器人沿著電磁軌道移動。
【背景技術(shù)】
[0002]目前應(yīng)用在機器人中的電磁軌道檢測裝置多為偶數(shù)個“工”字形電感，并且水平對稱分布于軌道上放兩側(cè)，利用對稱位置的電磁傳感器檢測到的磁場強度的差值確定偏離軌道大小。由于對稱位置傳感器實際工作性能不可能完全相同，故磁場強度差值與位置關(guān)系曲線將發(fā)生扭曲，磁場強度差值與位置關(guān)系曲線不再通過零點并且曲線非中心對稱，需要分別測量左右兩側(cè)的邊界閾值和人為標(biāo)定中心位置，這樣會引入隨機誤差，且增加了參數(shù)的個數(shù)，使應(yīng)用過程復(fù)雜。而且由于磁場強度差值與位置關(guān)系曲線發(fā)生扭曲，造成機器人分別處于左右對稱位置時的磁場差值絕對值不相等。因此，采用偶數(shù)對稱電磁傳感器的電磁軌道檢測裝置的精確程度不高，且參數(shù)設(shè)計復(fù)雜。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的在于解決【背景技術(shù)】中所述的采用雙對稱電磁傳感器的導(dǎo)航裝置導(dǎo)航精度低、參數(shù)多且設(shè)計復(fù)雜的問題，將雙對稱電磁傳感器改為三電磁傳感器，利用磁場強度與位置曲線嚴(yán)格軸對稱的特性，簡化邊界閾值參數(shù)個數(shù)及參數(shù)設(shè)計方法，提高了機器人電磁導(dǎo)航精度。
[0004]—種基于三電磁傳感器的機器人導(dǎo)航裝置，包括:電磁軌道，電磁傳感器，信號放大器，移動控制器。其中，
[0005]電磁軌道采用漆包線鋪設(shè)，在漆包線中通有頻率為20kHz的正弦交變電流，在電磁軌道周圍產(chǎn)生交變磁場。
[0006]電磁傳感器從電磁軌道感應(yīng)電磁信號，輸出至信號放大器。
[0007]信號放大器由兩級正向運算放大電路和RC濾波器組成，輸入端接電磁傳感器，用于放大電磁傳感器檢測到的電磁信號，并濾除信號中的高頻噪聲，輸出信號送到移動控制器。
[0008]移動控制器主要由微處理器芯片組成，通過對信號放大器送來的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理，輸出控制信號控制機器人的移動。
[0009]所述電磁傳感器由三個“工”字形電感線圈組成，所述三個“工”字形電感線圈直線一字水平排列，中間傳感器位于機器人中軸線上，其它兩個電磁傳感器對稱分布于機器人中軸線兩側(cè)。
[0010]所述電磁傳感器與電容并聯(lián)形成LC諧振回路，諧振頻率為20kHz，與電磁軌道周圍產(chǎn)生的交變磁場的頻率相同，使電磁傳感器感應(yīng)到的信號強度最大。
[0011 ] 所述信號放大器由三路完全相同的電路組成，分別對三個電磁傳感器檢測到的電磁信號進(jìn)行放大。[0012]本實用新型的有益效果是:利用中間傳感器的對稱特性得到機器人偏離電磁軌道大小，利用左右水平放置的傳感器的差值與機器人偏離軌道臨界值的關(guān)系得到偏離軌道方向，避免了由于傳感器性能不對稱產(chǎn)生的影響，提高了機器人電磁導(dǎo)航的精度，簡化了機器人電磁導(dǎo)航時的參數(shù)設(shè)計。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型所涉及的機器人導(dǎo)航裝置組成框圖；
[0014]圖2為本實用新型電磁傳感器布置前視圖；
[0015]圖3為本實用新型電磁傳感器布置俯視圖；
[0016]圖4為磁場強度與位置關(guān)系曲線。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進(jìn)一步的說明。
[0018]圖1是本實用新型電磁軌道檢測裝置組成框圖，包括:電磁軌道，電磁傳感器，信號放大器和移動控制器。
[0019]電磁軌道采用的漆包線鋪設(shè)，漆包線的直徑為0.3mm，漆包線中通有頻率為20kHz，大小為100mA±20mA的正弦交變電流，在電磁軌道周圍產(chǎn)生20kHz的交變電磁場。
[0020]電磁傳感器由三個IOmH的“工”字形電感線圈組成，直線一字水平排列，“工”字形電感直徑為Icm如圖2、3所示。左傳感器左端到右傳感器右端距離為10cm。電磁傳感器由碳纖維三角支架固定于機器人前端，距離機器人5cm，距離機器人運行平面5cm。每個電感與6.8nF的電容并聯(lián)，形成LC諧振回路，諧振頻率為20kHz。由于電磁軌道的頻率也為20kHz，故在電磁傳感器的LC回路中產(chǎn)生諧振，使檢測到的信號強度最大。
[0021 ] 信號放大器包括三路完全相同的電路，每路均由兩級正向運算放大電路和RC濾波器組成，運算放大器選用lm298，采用單電源供電。前級放大倍數(shù)通過滑動變阻器可調(diào)，后級放大電路放大倍數(shù)固定為10倍。傳感器檢測到的電磁信號經(jīng)LC諧振電路耦合后傳輸給信號放大器，經(jīng)兩級放大后由RC濾波器濾除高頻噪聲。
[0022]移動控制器由三星公司生產(chǎn)的STM32F103處理器組成，工作頻率為80MHz。兩級運算放大器輸出的信號傳輸給移動控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，變換為數(shù)字量后作為移動控制器的反饋輸入信號輸入控制器；控制器采用位置式PID實現(xiàn)對機器人的位置進(jìn)行控制，其控制規(guī)律為:
[0023]"⑴=夂/(,) + 1<.\^{τ)?τ + Kil
[0024]式中，Kp= 3.21，Ki = 0.21，Kd = 1.031，e(t)為輸入誤差信號，u(t)為 PID 輸出信號。
[0025]移動控制器的設(shè)定值為電磁軌道的中心位置，計算誤差后按照PID控制器的控制規(guī)律輸出控制量，控制機器人向減小誤差的方向移動。
[0026]基于三電磁傳感器的導(dǎo)航裝置的導(dǎo)航原理如下:
[0027]傳感器從電磁軌道檢測到的信號強度隨著機器人偏離電磁軌道中心的程度不同而變化，當(dāng)傳感器位于電磁軌道中心時，檢測到的信號強度最大；當(dāng)傳感器偏離電磁軌道中心時，檢測到的信號強度逐漸變小，偏離越遠(yuǎn)，信號越弱，而且變化趨勢左右嚴(yán)格對稱，如圖4所示。因此，傳感器檢測到的信號偏離最大值的程度可以作為機器人偏離電磁軌道的大小。又因為曲線嚴(yán)格對稱，所以在選取邊界閾值時只需要在曲線上的一側(cè)進(jìn)行測定，該閾值也適用于另一側(cè)的對稱位置。
[0028]由于中間傳感器位于機器人中軸線上，另外兩個分別位于機器人中軸線左右兩偵牝以中間傳感器檢測到的信號強度偏離最大值的程度表示機器人偏離電磁軌道的大小，以左右傳感器檢測到的信號差表不偏離的方向。中間傳感器信號強度最大時，表不機器人的中線與軌道中線重合，此時將左右傳感器的差值作為表示機器人偏離電磁軌道方向的臨界值，即大于此差值時表不機器人偏離在電磁軌道右側(cè)；小于此差值時表不機器人偏離在電磁軌道左側(cè)。將偏離軌道的大小與偏離軌道的方向合成機器人移動控制器的輸入誤差信號，控制機器人向著減小誤差的方向移動，從而實現(xiàn)機器人的電磁導(dǎo)航。
【權(quán)利要求】
1.一種基于三電磁傳感器的機器人導(dǎo)航裝置，包括電磁軌道、電磁傳感器、信號放大器和移動控制器；其中， 所述電磁軌道采用漆包線鋪設(shè)，在漆包線中通有頻率為20kHz的正弦交變電流，在電磁軌道周圍產(chǎn)生交變磁場； 所述電磁傳感器從所述電磁軌道感應(yīng)電磁信號，輸出至所述信號放大器； 所述信號放大器由兩級正向運算放大電路和RC濾波器組成，輸入端接所述電磁傳感器，用于放大所述傳感器檢測到的電磁信號，并濾除信號中的高頻噪聲，輸出信號送到所述移動控制器； 所述移動控制器主要由微處理器芯片組成，通過對所述信號放大器送來的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理，輸出控制信號控制機器人的移動； 其特征在于，所述電磁傳感器由三個“工”字形電感線圈組成，所述三個“工”字形電感線圈直線一字水平排列，中間傳感器位于機器人中軸線上，其它兩個電磁傳感器對稱分布于機器人中軸線兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三電磁傳感器的機器人導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述電磁傳感器與電容并聯(lián)形成LC諧振回路，諧振頻率為20kHz，與電磁軌道周圍產(chǎn)生的交變磁場的頻率相同，使電磁傳感器感應(yīng)到的信號強度最大。
【文檔編號】G05D1/02GK203643844SQ201320780229
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】董政胤, 賈松敏, 李秀智 申請人:北京工業(yè)大學(xué)