一種基于霍爾定位系統(tǒng)的精確定位裝置及定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于霍爾定位系統(tǒng)的精確定位裝置及定位方法，行走機(jī)構(gòu)包括定位系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)，選用可伸縮的霍爾探頭，配合行走機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)精確到毫米級(jí)別的定位，彌補(bǔ)傳統(tǒng)地磁定位系統(tǒng)只能在地磁參考點(diǎn)定位的缺陷，實(shí)現(xiàn)相鄰地磁參考點(diǎn)之間位置的精確定位，增加一套霍爾探頭、伸縮桿、步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成的定位系統(tǒng)，基于Arduino實(shí)現(xiàn)定位算法，達(dá)到兩個(gè)地磁定位點(diǎn)之間任意位置的精確定位，無需提高地磁定位點(diǎn)密度，并實(shí)現(xiàn)90度角及其倍數(shù)角度的精確轉(zhuǎn)向的效果，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，定位快速精確的價(jià)值。
【專利說明】
一種基于霍爾定位系統(tǒng)的精確定位裝置及定位方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及定位裝置及方法技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種基于霍爾定位系統(tǒng)的精確定位裝置及定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]行走機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)精巧、控制可靠、運(yùn)行平穩(wěn)，用途廣泛、應(yīng)用靈活，可安裝不同的末端執(zhí)行器以完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運(yùn)工作，大大減輕了人類繁重的體力勞動(dòng)，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和企業(yè)的自動(dòng)化水平，減少了企業(yè)的勞動(dòng)力成本支出，傳統(tǒng)的搬運(yùn)行走機(jī)構(gòu)是通過填埋在地面上的地磁進(jìn)行位置的坐標(biāo)標(biāo)記，利用對(duì)地磁的識(shí)別傳感器準(zhǔn)確找到并分辨出已標(biāo)記的物體，經(jīng)過控制部分計(jì)算分析，控制安裝在行走機(jī)構(gòu)上的機(jī)械結(jié)構(gòu)，將物體轉(zhuǎn)運(yùn)至指定位置，實(shí)現(xiàn)智能分類裝卸、搬運(yùn)的目的，使貨物運(yùn)輸搬運(yùn)場所搬運(yùn)智能化，減少人類勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)全面智能化管理，傳統(tǒng)的地磁定位行走機(jī)構(gòu)相鄰地磁之間無法精確定位。
[0003]因此，為克服上述技術(shù)的不足而設(shè)計(jì)出一款系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，定位快速精確的一種基于霍爾定位系統(tǒng)的精確定位裝置及定位方法，正是發(fā)明人所要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于霍爾定位系統(tǒng)的精確定位裝置及定位方法，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，定位快速精確。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種基于霍爾定位系統(tǒng)的精確定位裝置及定位方法，其包括定位系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)，所述定位系統(tǒng)由霍爾探頭、伸縮機(jī)構(gòu)、安裝板、步進(jìn)電機(jī)組成，所述步進(jìn)電機(jī)設(shè)置在安裝板上，所述伸縮機(jī)構(gòu)穿過步進(jìn)電機(jī)，所述伸縮機(jī)構(gòu)一端連接有霍爾探頭，所述定位系統(tǒng)安裝在行走機(jī)構(gòu)的底部，所述伸縮機(jī)構(gòu)由模數(shù)為0.5的齒輪的齒條、隔離柱、軸承組成，所述步進(jìn)電機(jī)由兩個(gè)螺栓固定在安裝板上，所述齒條的定位是靠兩塊支撐板中間放入隔離柱固定間隙，所述軸承為微型軸承，所述微型軸承數(shù)量為四個(gè)，所述微型軸承對(duì)齒條的直線運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行定位齒條，所述霍爾探頭是由四個(gè)霍爾元件和外圍電路構(gòu)成，所述四個(gè)霍爾元件呈十字交叉分布;所述行走機(jī)構(gòu)由行走步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)板、行走輪組成，所述行走步進(jìn)電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)板與行走輪連接。
[0006]—種基于霍爾定位系統(tǒng)的精確定位方法，包含以下步驟:
[0007]I)把行走機(jī)構(gòu)放入地磁矩陣中，Arduino2560主控板驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，使齒條向前運(yùn)動(dòng)200MM，齒條帶著前端的霍爾探頭運(yùn)動(dòng)到前端的地磁上方，Arduino2560主控板通過讀取四個(gè)霍爾元件的信號(hào)自動(dòng)校正方向，實(shí)現(xiàn)定位，然后讓行走機(jī)構(gòu)向前移動(dòng)一小步，伸縮霍爾探頭11隨之收縮，并反饋此時(shí)探頭相對(duì)行走機(jī)構(gòu)身中心的位置，從而實(shí)現(xiàn)自身定位。
[0008]2)當(dāng)行走機(jī)構(gòu)需要轉(zhuǎn)向時(shí)，可以先運(yùn)動(dòng)到一個(gè)地磁的正上方，然后將霍爾探頭11伸出200mm，原地旋轉(zhuǎn)，當(dāng)探頭檢測到下一個(gè)地磁時(shí)，即完成了準(zhǔn)確旋轉(zhuǎn)90度。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:
[0010]1、本發(fā)明設(shè)計(jì)選用可伸縮的霍爾探頭，配合行走機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)精確到毫米級(jí)別的定位，彌補(bǔ)傳統(tǒng)地磁定位系統(tǒng)只能在地磁參考點(diǎn)定位的缺陷，實(shí)現(xiàn)相鄰地磁參考點(diǎn)之間位置的精確定位，通過本發(fā)明提出了增加一套霍爾探頭、伸縮桿、步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成的定位系統(tǒng)，基于Ardu ino實(shí)現(xiàn)定位算法，達(dá)到兩個(gè)地磁定位點(diǎn)之間任意位置的精確定位，無需提高地磁定位點(diǎn)密度，并實(shí)現(xiàn)90度角及其倍數(shù)角度的精確轉(zhuǎn)向的效果，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，定位快速精確的價(jià)值。
【附圖說明】
[0011 ]圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是本發(fā)明底部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3是本發(fā)明底部立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖4是本發(fā)明中霍爾探頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖5是本發(fā)明控制電路連接關(guān)系示意圖。
[0016]附圖標(biāo)記說明:1-定位系統(tǒng)；11_霍爾探頭；12-伸縮機(jī)構(gòu)；13-步進(jìn)電機(jī)；14-霍爾兀件;15-齒條；
[0017]3-行走機(jī)構(gòu);31-行走步進(jìn)電機(jī);32-驅(qū)動(dòng)板;33-行走輪。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落在申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0019]參見圖1-4，本發(fā)明包括定位系統(tǒng)1、行走機(jī)構(gòu)3;行走機(jī)構(gòu)3由行走步進(jìn)電機(jī)31、驅(qū)動(dòng)板32、行走輪33組成，行走步進(jìn)電機(jī)31通過驅(qū)動(dòng)板32與行走輪33連接。
[0020]參見圖1-4，定位系統(tǒng)I由霍爾探頭11、伸縮機(jī)構(gòu)12、安裝板、步進(jìn)電機(jī)13組成，步進(jìn)電機(jī)13設(shè)置在安裝板上，伸縮機(jī)構(gòu)12穿過步進(jìn)電機(jī)13，伸縮機(jī)構(gòu)12—端連接有霍爾探頭11，定位系統(tǒng)I安裝在行走機(jī)構(gòu)3的底部。
[0021]參見圖1-4，伸縮機(jī)構(gòu)12由模數(shù)為0.5的齒輪的齒條15、隔離柱、軸承組成，步進(jìn)電機(jī)13由兩個(gè)螺栓固定在安裝板上，齒條15的定位是靠兩塊支撐板中間放入隔離柱固定間隙，軸承為微型軸承，微型軸承數(shù)量為四個(gè)，微型軸承對(duì)齒條的直線運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行定位齒條，可以在微型軸承上滾動(dòng)摩擦，這樣齒條15的運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確和減少齒條15和固定板之間的相對(duì)摩擦，保證了機(jī)構(gòu)把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性和可靠性。
[0022]參見圖4，霍爾探頭11是由四個(gè)霍爾兀件14和外圍電路構(gòu)成，四個(gè)霍爾兀件14呈十字交叉分布，參考地磁定位點(diǎn)，配合行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自身方位調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)地磁定位點(diǎn)之間任意位置的精確定位，并實(shí)現(xiàn)90度角及其倍數(shù)角度的精確轉(zhuǎn)向，霍爾元件14可以準(zhǔn)確感應(yīng)出12mm強(qiáng)磁圓片的磁場，當(dāng)強(qiáng)磁圓片的中心距離霍爾元件14在1mm以內(nèi)時(shí)，霍爾元件14即可輸出感應(yīng)信號(hào)，4個(gè)霍爾元件14以十字交叉分部在地磁周圍1MM處，當(dāng)探頭向左偏的時(shí)候，左邊的霍爾元件14就會(huì)檢測到信號(hào)，輸出引腳給控制板一個(gè)低電平，控制板就會(huì)向左調(diào)整行走機(jī)構(gòu)的位置，其它方向以此類推，4個(gè)霍爾元件14分別校正四個(gè)方向上的位置偏差，使行走機(jī)構(gòu)調(diào)整自身方位。
[0023]地磁定位方式分為路線模式和矩陣模式，所謂路線模式是指按照固定路徑鋪設(shè)地磁，而矩陣模式是指以固定間隔鋪設(shè)地磁，由于矩陣模式可以通過更改程序任意更改行走路線，所以實(shí)際應(yīng)用中矩陣模式應(yīng)用更為廣泛，本項(xiàng)目的行走機(jī)構(gòu)定位模式也是采用矩陣模式，每個(gè)地磁參考點(diǎn)的間隔是200mm。
[0024]把行走機(jī)構(gòu)放入地磁矩陣中，ArduinO2560主控板驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)13運(yùn)動(dòng)，使齒條15向前運(yùn)動(dòng)200MM，齒條15帶著前端的霍爾探頭11運(yùn)動(dòng)到前端的地磁上方4^11丨1102560主控板通過讀取四個(gè)霍爾元件14的信號(hào)自動(dòng)校正方向，實(shí)現(xiàn)定位，然后讓行走機(jī)構(gòu)向前移動(dòng)一小步，伸縮霍爾探頭11隨之收縮，并反饋此時(shí)探頭相對(duì)行走機(jī)構(gòu)身中心的位置，從而實(shí)現(xiàn)自身定位。
[0025]當(dāng)行走機(jī)構(gòu)需要轉(zhuǎn)向時(shí)，可以先運(yùn)動(dòng)到一個(gè)地磁的正上方，然后將霍爾探頭11伸出200mm，原地旋轉(zhuǎn)，當(dāng)探頭檢測到下一個(gè)地磁時(shí)，即完成了準(zhǔn)確旋轉(zhuǎn)90度。
[0026]參見圖5，Arduino2560為主控板，實(shí)現(xiàn)精確定位需要設(shè)計(jì)霍爾元件14呈特定位置分布的定位探頭，然后設(shè)計(jì)伸縮機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)自動(dòng)控制算法，在arduino2560上實(shí)現(xiàn)，制作四輪驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)底盤，編寫并調(diào)試自動(dòng)定位程序。
[0027]實(shí)驗(yàn)測試霍爾元件的感應(yīng)范圍如下:
[0028]編寫一個(gè)簡單的測試程序:
[0029]void setupO
[0030]{
[0031 ] pinMode(3，INPUT) ；//接霍爾模塊DO數(shù)字量輸出口
[0032]pinMode(4，0UTPUT);//接LED正極，另一端接負(fù)極
[0033]digitalffrite(4,L0ff);//正常狀態(tài)下不亮
[0034]}
[0035]void 10pO
[0036]{
[0037]//如果檢測的霍爾元件輸出的低電平信號(hào)，LED亮，否則滅。
[0038]if(digitalRead(3)= =LOff;)digitalffrite(4,HIGH)；
[0039]else digitalffrite(4,L0ff) -J/
[0040]}
[OO41 ] 經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)霍爾元件可以感應(yīng)到其正下方15mm距離內(nèi)的Imm厚圓形強(qiáng)磁，當(dāng)強(qiáng)磁偏離霍爾元件豎直中心線1mm處時(shí)即超出了感應(yīng)范圍。
[0042]本發(fā)明設(shè)計(jì)選用可伸縮的霍爾探頭11，配合行走機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)精確到毫米級(jí)別的定位，彌補(bǔ)傳統(tǒng)地磁定位系統(tǒng)只能在地磁參考點(diǎn)定位的缺陷，實(shí)現(xiàn)相鄰地磁參考點(diǎn)之間位置的精確定位，通過本發(fā)明提出了增加一套霍爾探頭、伸縮桿、步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成的定位系統(tǒng)，基于Ardu ino實(shí)現(xiàn)定位算法，達(dá)到兩個(gè)地磁定位點(diǎn)之間任意位置的精確定位，無需提高地磁定位點(diǎn)密度，并實(shí)現(xiàn)90度角及其倍數(shù)角度的精確轉(zhuǎn)向的效果，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，定位快速精確的價(jià)值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于霍爾定位系統(tǒng)的精確定位裝置及定位方法，其特征在于:其包括定位系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)，所述定位系統(tǒng)由霍爾探頭、伸縮機(jī)構(gòu)、安裝板、步進(jìn)電機(jī)組成，所述步進(jìn)電機(jī)設(shè)置在安裝板上，所述伸縮機(jī)構(gòu)穿過步進(jìn)電機(jī)，所述伸縮機(jī)構(gòu)一端連接有霍爾探頭，所述定位系統(tǒng)安裝在行走機(jī)構(gòu)的底部，所述伸縮機(jī)構(gòu)由模數(shù)為0.5的齒輪的齒條、隔離柱、軸承組成，所述步進(jìn)電機(jī)由兩個(gè)螺栓固定在安裝板上，所述齒條的定位是靠兩塊支撐板中間放入隔離柱固定間隙，所述軸承為微型軸承，所述微型軸承數(shù)量為四個(gè)，所述微型軸承對(duì)齒條的直線運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行定位齒條，所述霍爾探頭是由四個(gè)霍爾元件和外圍電路構(gòu)成，所述四個(gè)霍爾元件呈十字交叉分布;所述行走機(jī)構(gòu)由行走步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)板、行走輪組成，所述行走步進(jìn)電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)板與行走輪連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于霍爾定位系統(tǒng)的精確定位方法，其特征在于:方法包含以下步驟: 1)把行走機(jī)構(gòu)放入地磁矩陣中，ArduinO2560主控板驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，使齒條向前運(yùn)動(dòng)200MM，齒條帶著前端的霍爾探頭運(yùn)動(dòng)到前端的地磁上方，Arduino2560主控板通過讀取四個(gè)霍爾元件的信號(hào)自動(dòng)校正方向，實(shí)現(xiàn)定位，然后讓行走機(jī)構(gòu)向前移動(dòng)一小步，伸縮霍爾探頭11隨之收縮，并反饋此時(shí)探頭相對(duì)行走機(jī)構(gòu)身中心的位置，從而實(shí)現(xiàn)自身定位。 2)當(dāng)行走機(jī)構(gòu)需要轉(zhuǎn)向時(shí)，可以先運(yùn)動(dòng)到一個(gè)地磁的正上方，然后將霍爾探頭11伸出200mm，原地旋轉(zhuǎn)，當(dāng)探頭檢測到下一個(gè)地磁時(shí)，即完成了準(zhǔn)確旋轉(zhuǎn)90度。
【文檔編號(hào)】G05D1/02GK105824312SQ201610142832
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月14日
【發(fā)明人】徐知非
【申請(qǐng)人】徐知非