CN1101540C - 一种全方位位置传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于移动载体的全方位位置传感器。其中与码盘同轴安装的电机通过安装板与传动减速机构啮合，装有镜片的旋转头在传动减速机构上与上安装架轴承连接，一侧置有光电接收器的调制激光发射器固定于安装板上，位于传动减速机构下面，信号选择器输入端与调制激光发射器和光电接收器输出端连接，单片机数据采集处理器输入端为码盘和信号选择器，与旋转头同一水平面的空间设置多个合作目标。它能增强移动载体运行的自治能力，作业效率高，灵活性能强。
Description
本发明涉及机器人工程领域，具体是一种用于移动载体(机器人)的全方位位置传感装置。
目前应用的AGV(自主移动机器人)在行进时，主要依靠地埋磁导线或地表粘贴磁胶带所感应的电磁信号作为方向导引信号，这种方式限制了机器人或移动机构的运行自主能力，不能随着作业内容的变化方便及时地更改运行路径，当多台机器人沿同一任务路线运行时，一台机器人的故障会造成整个生产线的停顿，影响了移动机器人或自主移动机构的作业效率和灵活性。
本发明的目的是克服上述不足，提供一种可以灵活获取移动载体(机器人)的参考位置信息，增强其运行的自治能力，作业效率高，灵活性能强的全方位置传感器。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：它包括合作目标、码盘、电机、传动减速机构、装有镜片的旋转头、调动激光发射器、光电接收器、信号选择器和单片机数据采集处理器，其中与码盘同轴安装的电机通过带中孔的安装板与传动减速机构啮合，装有镜片的旋转头与固定在安装板上的上安装架轴承连接，且位于传动减速机构之上，位于传动减速机构下面的调制激光发射器固定于安装板上，所述调制激光发射器一侧置有光电接收器，信号选择器和单片机数据采集处理器安装于电路板架上，信号选择器输入端与调制激光发射器和光电接收器输出端连接，单片机数据采集处理器输入信号为码盘和来自信号选择器的数据，上安装架固定安装在底座上，与旋转头同一水平面的空间里设置多个由后向反射器构成的合作目标；在旋转头上设有可发射激光束的发射窗；
所述发射窗位于旋转头上，外边罩有保护镜片的滤光透镜置于发射窗窗口处，反射镜置于旋转头里面的空腔之中面对发射窗窗口成45度角；
所述调制激光发射器由装有镜片的五通和发射光源组成，其中发射光源置于五通底部，五通顶面四周固定于安装板下面，其中部空腔内垂直于反射镜置一半透反射镜，面对光电接收器成45度角；
所述传动减速机构由齿轮组组成，其中小齿轮一方面啮合于电机输出端，另一方面啮合于大齿轮，旋转头4固定连接于大齿轮之上；
所述合作目标大于等于4个。
本发明具有如下优点：
由于采用了调制激光扫描工作方式，利用合作目标的配合，解决了灵活获取移动(机器人)机构的参考位置信息的技术问题，提高了合作目标反射信号的准确性和抗干扰能力，同时也提高了位置信息检出的精度，使该位置传感***实用性得到了保证；它克服了依靠电磁导线引导机器人运行的不足，实现了自主移动载体可以根据自身位置信息及时调正运行状态，当多台机器人沿同一任务路线运行时，一台机器人的故障不会造成整个生产线的停顿，作业效率高，灵活性能强。
下面结合附图对本发明的结构特点及工作原理做进一步详细说明。
图1为本发明结构框图。
图2为本发明结构原理主视图。
图3为图2的A-A剖视图。
如图1、2所示，本发明包括合作目标、码盘、电机、传动减速机构、装有镜片的旋转头、调动激光发射器、光电接收器、信号选择器和单片机数据采集处理器，其中与码盘(1)同轴安装的电机(2)通过带中孔的安装板(10)与传动减速机构(3)啮合，装有镜片的旋转头(4)与固定在安装板(10)上的上安装架(11)轴承连接，且位于传动减速机构(3)之上，位于传动机构(3)下面的调制激光发射器(5)固定于安装板(10)上，所述调制激光发射器(5)一侧置有光电接收器(6)，信号选择器(7)和单片机数据采集处理器(8)安装于电路板(13)上，信号选择器(7)输入端与调制激光发射器(5)和光电接收器(6)输出端连接，单片机数据采集处理器(8)输入信号为码盘(1)和来自信号选择器(7)的数据，上安装架(11)固定安装在底座(12)上，与旋转头(4)同一水平面的空间里设置5个由后向反射器构成的合作目标(9)所述合作目标(9)与旋转头(4)在空间上作用距离为2～10m，当单片机数据采集处理器(8)接收到经信号选择器(7)处理的光电有效信号，读取码盘(1)值进行记录，并通过通讯口将数据送至计算机进行计算处理；在旋转头(4)上设有可发射激光束的发射窗；
所述发射窗位于旋转头(4)上，外边罩有保护镜片(41)的滤光透镜(42)置于发射窗窗口处，反射镜(43)置于旋转头(4)里面的空腔之中面对发射窗窗口成45度角；
如图3所示，所述调制激光发射器(5)由装有镜片的五通(51)和发射光源(52)组成，其中发射光源(52)置于五通(51)底部，五通(51)顶面四周固定于安装板(10)下面，其中部空腔内垂直反射镜(43)置一半透反射镜(53)，面对光电接收器(6)成45度角；
如图1所示，所述传动减速机构(3)由齿轮组组成，其中小齿轮(31)一方面啮合于电机(2)输出端，另一方面啮合于大齿轮(32)，旋转头(4)固定连接于大齿轮(32)之上。
其工作原理是：如图1所示，电机(2)带动码盘(1)和传动减速机构(3)动作，安装在传动减速机构(3)上方的反射镜(43)随旋转头(4)旋转而旋转，来自调制激光发射器(8)的激光被反射出去，形成一光扫描面，当该束激光扫描到由后向反射器构成的合作目标(9)时，光束由原路返回，经过半透反射镜(53)照射在光电接收器(6)中的光电转换器件上，产生电压信号，该信号与调制的激光脉冲信号融合，经信号选择器(7)处理后，激发单片机数据采集处理器(8)中码盘数据采集程序读取码盘(1)数据，当在移动机器人作业现场布置数量足够的合作目标(9)时(原则上每一周采集的合作目标(9)数量应大于或等于四)，可以通过该传感***不断提供的各合作目标(9)所处当前的码盘(1)值计算出移动机器人相对合作目标(9)所在坐标系下的位置。
本发明采用了30KHz的调制激光发射器，功率为30mw，镜片传动转速比为40∶1，码盘为增量式，每圈500线，这样，镜头每扫描一周，码盘读数可达20000，信号分辨率为0.018度，以满足移动机器人的定位精度。
本发明所述光电接收器(6)、信号选择器(7)和单片机数据采集处理器(8)为已有技术，所述五通(51)可以由三通、四通代替。
Claims (5)
1.一种带有合作目标的全方位位置传感器，包括码盘、电机、传动减速机构、装有镜片的旋转头、调制激光发射器、光电接收器、信号选择器和单片机数据采集处理器，其特征在于：其中与码盘(1)同轴安装的电机(2)通过带中孔的安装板(10)与传动减速机构(3)啮合，装有镜片的旋转头(4)与固定在安装板(10)上的上安装架(11)轴承连接，且位于传动减速机构(3)之上，位于传动减速机构(3)下面的调制激光发射器(5)固定于安装板(10)上，所述调制激光发射器(5)一侧置有光电接收器(6)，信号选择器(7)与单片机数据采集处理器(8)安装于电路板架(13)上，信号选择器(7)输入端与调制激光发射器(5)和光电接收器(6)输出端连接，单片机数据采集处理器(8)输入信号为码盘(1)和来自信号选择器(7)的数据，上安装架(11)固定安装在底座(12)上，与旋转头(4)同一水平面的空间里设置多个由后向反射器构成的合作目标(9)；在旋转头(4)上设有可发射激光束的发射窗。
2.按照权利要求1所述全方位置传感器，其特征在于：所述发射窗位于旋转头(4)上，外边罩有保护镜片(41)的滤光透镜(42)置于发射窗窗口处，反射镜(43)置于旋转头(4)里面的空腔之中面对发射窗窗口成45度角。
3.按照权利要求1所述全方位置传感器，其特征在于：所述调制激光发射器(5)由装有镜片的五通(51)和发射光源(52)组成，其中发射光源(52)置于五通(51)底部，五通(51)顶面四周固定于安装板(10)下面，其中部空腔内垂直于反射镜(43)置一半透反射镜(53)，面对光电接收器(6)成45度角。
4.按照权利要求1所述全方位置传感器，其特征在于：所述传动减速机构(3)由齿轮组组成，其中小齿轮(31)一方面啮合于电机(2)输出端，另一方面啮合于大齿轮(32)，旋转头(4)固定连接于大齿轮(32)之上。
5.按照权利要求1所述全方位置传感器，其特征在于：所述合作目标(9)大于等于4个。
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