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，行走機構(gòu)包括定位系統(tǒng)、行走機構(gòu)，選用可伸縮的霍爾探頭，配合行走機構(gòu)，實現(xiàn)精確到毫米級別的定位，彌補傳統(tǒng)地磁定位系統(tǒng)只能在地磁參考點定位的缺陷，實現(xiàn)相鄰地磁參考點之間位置的精確定位，增加一套霍爾探頭、伸縮桿、步進(jìn)電機構(gòu)成的定位系統(tǒng)，基于Arduino實現(xiàn)定位算法，達(dá)到兩個地磁定位點之間任意位置的精確定位，無需提高地磁定位點密度，并實現(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]行走機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)精巧、控制可靠、運行平穩(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)的工件搬運工作，大大減輕了人類繁重的體力勞動，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和企業(yè)的自動化水平，減少了企業(yè)的勞動力成本支出，傳統(tǒng)的搬運行走機構(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，利用對地磁的識別傳感器準(zhǔn)確找到并分辨出已標(biāo)記的物體，經(jīng)過控制部分計算分析，控制安裝在行走機構(gòu)上的機械結(jié)構(gòu)，將物體轉(zhuǎn)運至指定位置，實現(xiàn)智能分類裝卸、搬運的目的，使貨物運輸搬運場所搬運智能化，減少人類勞動，實現(xiàn)全面智能化管理，傳統(tǒng)的地磁定位行走機構(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)、行走機構(gòu)，所述定位系統(tǒng)由霍爾探頭、伸縮機構(gòu)、安裝板、步進(jìn)電機組成，所述步進(jìn)電機設(shè)置在安裝板上，所述伸縮機構(gòu)穿過步進(jìn)電機，所述伸縮機構(gòu)一端連接有霍爾探頭，所述定位系統(tǒng)安裝在行走機構(gòu)的底部，所述伸縮機構(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)電機由兩個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，所述微型軸承對齒條的直線運動方向進(jìn)行定位齒條，所述霍爾探頭是由四個霍爾元件和外圍電路構(gòu)成，所述四個霍爾元件呈十字交叉分布;所述行走機構(gòu)由行走步進(jìn)電機、驅(qū)動板、行走輪組成，所述行走步進(jìn)電機通過驅(qū)動板與行走輪連接。
[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)把行走機構(gòu)放入地磁矩陣中，Arduino2560主控板驅(qū)動步進(jìn)電機運動，使齒條向前運動200MM，齒條帶著前端的霍爾探頭運動到前端的地磁上方，Arduino2560主控板通過讀取四個霍爾元件的信號自動校正方向，實現(xiàn)定位，然后讓行走機構(gòu)向前移動一小步，伸縮霍爾探頭11隨之收縮，并反饋此時探頭相對行走機構(gòu)身中心的位置，從而實現(xiàn)自身定位。
[0008]2)當(dāng)行走機構(gòu)需要轉(zhuǎn)向時，可以先運動到一個地磁的正上方，然后將霍爾探頭11伸出200mm，原地旋轉(zhuǎn)，當(dāng)探頭檢測到下一個地磁時，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)計選用可伸縮的霍爾探頭，配合行走機構(gòu)，實現(xiàn)精確到毫米級別的定位，彌補傳統(tǒng)地磁定位系統(tǒng)只能在地磁參考點定位的缺陷，實現(xiàn)相鄰地磁參考點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)電機構(gòu)成的定位系統(tǒng)，基于Ardu ino實現(xiàn)定位算法，達(dá)到兩個地磁定位點之間任意位置的精確定位，無需提高地磁定位點密度，并實現(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-伸縮機構(gòu)；13-步進(jìn)電機；14-霍爾兀件;15-齒條；
[0017]3-行走機構(gòu);31-行走步進(jìn)電機;32-驅(qū)動板;33-行走輪。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解，這些實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)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落在申請所附權(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、行走機構(gòu)3;行走機構(gòu)3由行走步進(jìn)電機31、驅(qū)動板32、行走輪33組成，行走步進(jìn)電機31通過驅(qū)動板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、伸縮機構(gòu)12、安裝板、步進(jìn)電機13組成，步進(jìn)電機13設(shè)置在安裝板上，伸縮機構(gòu)12穿過步進(jìn)電機13，伸縮機構(gòu)12—端連接有霍爾探頭11，定位系統(tǒng)I安裝在行走機構(gòu)3的底部。
[0021]參見圖1-4，伸縮機構(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13由兩個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，微型軸承對齒條的直線運動方向進(jìn)行定位齒條，可以在微型軸承上滾動摩擦，這樣齒條15的運動準(zhǔn)確和減少齒條15和固定板之間的相對摩擦，保證了機構(gòu)把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動的準(zhǔn)確性和可靠性。
[0022]參見圖4，霍爾探頭11是由四個霍爾兀件14和外圍電路構(gòu)成，四個霍爾兀件14呈十字交叉分布，參考地磁定位點，配合行走機構(gòu)實現(xiàn)自身方位調(diào)整，可實現(xiàn)兩個地磁定位點之間任意位置的精確定位，并實現(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強磁圓片的磁場，當(dāng)強磁圓片的中心距離霍爾元件14在1mm以內(nèi)時，霍爾元件14即可輸出感應(yīng)信號，4個霍爾元件14以十字交叉分部在地磁周圍1MM處，當(dāng)探頭向左偏的時候，左邊的霍爾元件14就會檢測到信號，輸出引腳給控制板一個低電平，控制板就會向左調(diào)整行走機構(gòu)的位置，其它方向以此類推，4個霍爾元件14分別校正四個方向上的位置偏差，使行走機構(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，所以實際應(yīng)用中矩陣模式應(yīng)用更為廣泛，本項目的行走機構(gòu)定位模式也是采用矩陣模式，每個地磁參考點的間隔是200mm。
[0024]把行走機構(gòu)放入地磁矩陣中，ArduinO2560主控板驅(qū)動步進(jìn)電機13運動，使齒條15向前運動200MM，齒條15帶著前端的霍爾探頭11運動到前端的地磁上方4^11丨1102560主控板通過讀取四個霍爾元件14的信號自動校正方向，實現(xiàn)定位，然后讓行走機構(gòu)向前移動一小步，伸縮霍爾探頭11隨之收縮，并反饋此時探頭相對行走機構(gòu)身中心的位置，從而實現(xiàn)自身定位。
[0025]當(dāng)行走機構(gòu)需要轉(zhuǎn)向時，可以先運動到一個地磁的正上方，然后將霍爾探頭11伸出200mm，原地旋轉(zhuǎn)，當(dāng)探頭檢測到下一個地磁時，即完成了準(zhǔn)確旋轉(zhuǎn)90度。
[0026]參見圖5，Arduino2560為主控板，實現(xiàn)精確定位需要設(shè)計霍爾元件14呈特定位置分布的定位探頭，然后設(shè)計伸縮機構(gòu)，設(shè)計自動控制算法，在arduino2560上實現(xiàn)，制作四輪驅(qū)動行走機構(gòu)底盤，編寫并調(diào)試自動定位程序。
[0027]實驗測試霍爾元件的感應(yīng)范圍如下:
[0028]編寫一個簡單的測試程序:
[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，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厚圓形強磁，當(dāng)強磁偏離霍爾元件豎直中心線1mm處時即超出了感應(yīng)范圍。
[0042]本發(fā)明設(shè)計選用可伸縮的霍爾探頭11，配合行走機構(gòu)，實現(xiàn)精確到毫米級別的定位，彌補傳統(tǒng)地磁定位系統(tǒng)只能在地磁參考點定位的缺陷，實現(xiàn)相鄰地磁參考點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)電機構(gòu)成的定位系統(tǒng)，基于Ardu ino實現(xiàn)定位算法，達(dá)到兩個地磁定位點之間任意位置的精確定位，無需提高地磁定位點密度，并實現(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，定位快速精確的價值。
【主權(quán)項】
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)、行走機構(gòu)，所述定位系統(tǒng)由霍爾探頭、伸縮機構(gòu)、安裝板、步進(jìn)電機組成，所述步進(jìn)電機設(shè)置在安裝板上，所述伸縮機構(gòu)穿過步進(jìn)電機，所述伸縮機構(gòu)一端連接有霍爾探頭，所述定位系統(tǒng)安裝在行走機構(gòu)的底部，所述伸縮機構(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)電機由兩個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，所述微型軸承對齒條的直線運動方向進(jìn)行定位齒條，所述霍爾探頭是由四個霍爾元件和外圍電路構(gòu)成，所述四個霍爾元件呈十字交叉分布;所述行走機構(gòu)由行走步進(jìn)電機、驅(qū)動板、行走輪組成，所述行走步進(jìn)電機通過驅(qū)動板與行走輪連接。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)把行走機構(gòu)放入地磁矩陣中，ArduinO2560主控板驅(qū)動步進(jìn)電機運動，使齒條向前運動200MM，齒條帶著前端的霍爾探頭運動到前端的地磁上方，Arduino2560主控板通過讀取四個霍爾元件的信號自動校正方向，實現(xiàn)定位，然后讓行走機構(gòu)向前移動一小步，伸縮霍爾探頭11隨之收縮，并反饋此時探頭相對行走機構(gòu)身中心的位置，從而實現(xiàn)自身定位。 2)當(dāng)行走機構(gòu)需要轉(zhuǎn)向時，可以先運動到一個地磁的正上方，然后將霍爾探頭11伸出200mm，原地旋轉(zhuǎn)，當(dāng)探頭檢測到下一個地磁時，即完成了準(zhǔn)確旋轉(zhuǎn)90度。
【文檔編號】G05D1/02GK105824312SQ201610142832
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月14日
【發(fā)明人】徐知非
【申請人】徐知非