专利名称：连续绝对地址系统的运载式机器人自动车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人在无轨道上运行，检测运行过程中地址的的技术。
背景技术：
无线感应技术在国外开展较早，90年起我国大量将此技术用于焦炉的机车连锁控制。2009年，又成功地用于上海2公里低速磁浮试验线上。现中国已成为世界上运用此技术最多，发展最快的国家之一。但是，目前国内外均用在有轨车辆的控制上，并未用于无轨领域，更未用于先引导运载机器人的控制上。沿着已设置的引导线(网)自动行走的运载式机器人(AGV自动车)系统，如电磁引导、磁引导、光标贴引导等线引导方式的运载式机器人系统，由于设置较简单，工作可靠，因 此目前在工业上多种引导方式中占了最大的实际安装比例。在该类沿着已设置的引导线(网)自动行走的运载式机器人系统中，运载式机器人除了需要沿着引导线行走，还必须随时知道沿线行走的线向位置，以使运载式机器人能在程序控制下做出各种相应的动作，如装卸货物、称重、进入转弯岔道等。目前，线向位置的测试大部分是采用的相对地址，即在引导线的沿线设置了一些磁条、磁钉、光反射板等标志，在运载式机器人经过标志时，地址位即计数加一。由于采用的是相对地址计数技术，所以如果由于干扰等原因读失或误读了一个地址，即会造成运载式机器人整体系统运行失误。另外的一种绝对地址的方式是采用RFID的标贴作为绝对地址，该技术虽然能使得地址不误读，但是由于IC卡的发射时间受到各种因素的影响而有先后，所以造成地址对位的精度较差，单独使用尚有困难。使用无线感应编码电缆技术来达到沿着引导线的连续的绝对地址测试，目前国内外都用于有轨机车的位置测试，技术已相当成熟，如焦炉四大车的自动控制、堆取料机的位置测试，国内低速磁浮的位置速度测试等。但国内外尚未有用于无轨机车和线引导式运载式机器人的先例。
发明内容
本发明提供一种连续绝对地址系统的运载式机器人自动车，自动车上设有地址译码器、寻迹器、CPU微处理器和方向电机，左、右轮子上设有天线探头，自动车沿着埋设于地面的编码电缆运行，自动车轮上的天线探头，感应编码电缆上的电磁信号，经译码器译码后，确定自动车所在地址；寻迹器判断天线探头感应编码电缆电磁信号的强、弱，确定自动车偏移编码电缆的距离量，由方向电机校正自动车的走向。所述译码器，设有高放、滤波、锁相、分频、鉴相、整形电路，输出至CPU微处理器处理为地址信号输出。所述寻迹器，设有高放、滤波、整形、放大、比较、判断和方向控制电路，输出给方向电机，控制自动车沿编码电缆轨迹方向运行。
所述编码电缆设有二根平行的地址基准R线，十二对相互交叉的地址G线GO-Gl I，每对G线的交叉点位置按格雷码形式排列，每次只改变一位。所述编码电缆的起始端连接编码发生器，终端连接匹配器，所述编码发生器设有单片机、振荡器、门控矩阵电路、功率放大矩阵电路；单片机的时序分配器用二个口并行发送选通信号，有规律地控制门控矩阵电路输出十二路信号给十二对G线；振荡器产生固定频率信号，经反向器分别输出给二根平行的R线。本发明的优点是，首次采用线引导运载式机器人的无线感应绝对地址定位和测试，引导机器人在规定的线路上行走；连续地址定位精度<=1CM，检测时间〈=4毫秒，工程样机系统引导圈为>=10X4米的封闭圈，并带有一个以上的引导岔道。
图I是本发明方框 图2是本发明另一种方框 图3是图I中编码电缆中R、G线的排列示意 图4是编码发生器电路方框 图5是译码电路方框 图6是寻迹器电路方框 图7是电缆编码原理说明 图8是对编码信号进行幅度检测的原理说明 图9是对编码信号进行相位检测的原理说明 图10是本发明采用双天线(探头)效果示意 图中标号说明
I-自动车；2-编码发生器；
3-编码电缆；4-匹配器；
5-寻迹器；6-CPU微处理器；
7-单片机；8-译码器。
具体实施例方式请参阅附图1、2所示，自动车I上设有地址译码器8、寻迹器5、CPU微处理器6和方向电机(图上未标出)，左、右轮子上设有天线探头(图上未标出)，自动车I沿着埋设于地面的编码电缆3运行，自动车轮上的天线探头，感应编码电缆3上的电磁信号，经译码器8译码后，确定自动车所在地址；寻迹器5判断天线探头感应编码电缆3电磁信号的强、弱，确定自动车I偏移编码电缆3的距离量，由方向电机校正自动车I的走向。所述译码器8，设有高放、滤波、锁相、分频、鉴相、整形电路，输出至CPU微处理器6处理为地址信号输出。所述寻迹器5，设有高放、滤波、整形、放大、比较、判断和方向控制电路，输出给方向电机，控制自动车沿编码电缆3轨迹方向运行。请参阅附图3，所述编码电缆3设有二根平行的地址基准R线，十二对相互交叉的地址G线GO-Gl I，每对G线的交叉点位置按格雷码形式排列，每次只改变一位。
所述编码电缆3的起始端连接编码发生器2，终端连接匹配器4，以消除电缆电磁信号反射形成的干扰。所述编码发生器8设有单片机7、振荡器(48KC)、门控矩阵电路、功率放大矩阵电路；单片机7的时序分配器用二个口并行发送选通信号，有规律地控制门控矩阵电路输出十二路信号给十二对G线；48KC振荡器产生固定频率信号，经反向器分别输出给二根平行的R线。下面简述编码电缆的原理；
扁平通讯电缆由地址基准线R和地址线G组成，R线为一对平行线，G线为N对交叉线，其交叉点位置按格雷码形式排列，每次只改变一位，如果电缆线最短交叉间距为X，则可测长度为2N · X。因格雷码的特点，即使感应天线停在交叉点上，所造成的最大实际误差也只有一个单位长度(即交叉点的最短距离)。现以一对R线、二对G线(Gc^ G1)为例，描述电缆线的具体编制。由图7可见，对应I、II、III、IV四个区域的格雷码地址值分别为00、01、11、10。图7中所标注的箭头方向为各段电流流向。电缆发射的信号由感应天线接收，经检幅或鉴相处理后，可获得感应天线位置的格雷码。 译码器主要是要检出编码信号的相位或幅度，其中，检幅的方式是(请参阅附图8)
现以一对地址基准线R和二对地址线&、G1来描述。在平行线R上不断地送频率为fQ的信号，经过h时间后，分时(V t2)送同频率、同幅度的信号至Gp Gtl端，且保证k G1上通过的波形个数相同，则感应天线在不同位置的磁场强度可反映出格雷码地址值，I、11、III、IV区对应的格雷码分别为11、10、00、01。如图8所示。其中，阴影部分为单根线R所发射的强度。检幅特点是在同一时间内，只有一条地址线Gtl或G1参与R的合成，即在同一时间内，有三种情况，①只有R发射信号；(D R和Gtl发射；(D R和G1发射。第一种信号为识别依据，后二种信号产生地址值。鉴相方式是
仍然用一对基准线R和二对地址线Gp G1来描述。在KGp G1端分时(t^tp t2)送同一信号，如图9所示。天线在tptp t2时间内感应信号后，把tp t2时间内感应的信号分别与h时间内感应的信号进行相位比较，据此可确定格雷码地址值。如在II区，Gtl与R反相，G1与R同相，即在t2与h时间内感应到的波形反相，在与时间内感应到的波形同相，若同相为“0”，反相为“1”，则格雷码地址值为00、11、10。同理，在I、III、IV区的格雷码值分别为00、11、10。若采用N对地址线G，其道理也一样，只是增加到2N个对应位置。检幅与鉴相方式比较
检幅方式检测地址，由感应信号的强弱来决定“O”或“1”，需要一个比较电平，实际系统中，干扰脉冲不可避免，且杂散波的存在也势必影响临界电平；信号强度合成后，同相的不完全是单根强度的2倍，反相的并不一定抵消为零。鉴相方式只认相位的变化，若起始信号倒相，后面也必跟着倒相，但这完全可以通过软件纠正。尽管鉴相方式实现的线路比较复杂，但其稳定可靠。所以本发明采用的是鉴相方式。
下面对编码发生器作简要描述
请参阅图4所示，编码发生器是由单片机7的时序分配器、门控矩阵电路、输出隔离级和功率放大矩阵电路组成。单片微机选用MCS-51系列中的8031，其时序分配器用二个口并行发送选通信号，有规律地控制门控矩阵电路。选通码编制格式为起始识别组码、反码、地址组码。选通并行码为一循环码，其更换周期定为1/2. 4KHz。下表为R、R ' ^G0X1 G7循环选通码的编制格式，所表I所示。表中的I示选通，即发射，O表示禁止，即停止发射。口 I、口 2为8位口。采用单片微机来解决编码、方案简单、灵活，硬件数量少、软件清晰，实现方便。门控矩阵采用数字电路，在循环选通码的控制下对48 KHz的载频进行调制后，经输出隔离、功放矩阵电路至扁平电缆。请参阅图5所示，地址译码器，感应天线接收到的微弱信号，经高放通过带通选择所需频率，并以此来提高信噪比。带通选择后的信号分二路，一路经倍频、锁相、单稳、分频处理，获得十分稳定而准确的载波，与另一路进鉴相位比较，比较结果就是串行的地址信号，再经过滤波、施密特电路整形后，送至微机处理。该部分的关键是解调出稳定而准确的载波。本发明选用CMOS锁相环4046来锁定输出，单稳电路是为了抗干扰。请参阅图10所示，本发明采用双天线(探头)感应编码电缆信号，能够得到Icm精 确的地址信息
权利要求
1.一种连续绝对地址系统的运载式机器人自动车，其特征在于，自动车上设有地址译码器、寻迹器、CPU微处理器和方向电机，左、右轮子上设有天线探头，自动车沿着埋设于地面的编码电缆运行，自动车轮上的天线探头，感应编码电缆上的电磁信号，经译码器译码后，确定自动车所在地址；寻迹器判断天线探头感应编码电缆电磁信号的强、弱，确定自动车偏移编码电缆的距离量，由方向电机校正自动车的走向。
2.按权利要求I所述的连续绝对地址系统的运载式机器人自动车，其特征在于，所述译码器，设有高放、滤波、锁相、分频、鉴相、整形电路，输出至CPU微处理器处理为地址信号输出。
3.按权利要求I所述的连续绝对地址系统的运载式机器人自动车，其特征在于，所述寻迹器，设有高放、滤波、整形、放大、比较、判断和方向控制电路，输出给方向电机，控制自动车沿编码电缆轨迹方向运行。
4.按权利要求I所述的连续绝对地址系统的运载式机器人自动车，其特征在于，所述编码电缆设有二根平行的地址基准R线，十二对相互交叉的地址G线GO-Gl I，每对G线的交叉点位置按格雷码形式排列，每次只改变一位。
5.按权利要求4所述的连续绝对地址系统的运载式机器人自动车，其特征在于，所述编码电缆的起始端连接编码发生器，终端连接匹配器，所述编码发生器设有单片机、振荡器、门控矩阵电路、功率放大矩阵电路；单片机的时序分配器用二个口并行发送选通信号，有规律地控制门控矩阵电路输出十二路信号给十二对G线；振荡器产生固定频率信号，经反向器分别输出给二根平行的R线。
全文摘要
本发明提供一种连续绝对地址系统的运载式机器人自动车，自动车上设有地址译码器、寻迹器、CPU微处理器和方向电机，左、右轮子上设有天线探头，自动车沿着埋设于地面的编码电缆运行，自动车轮上的天线探头，感应编码电缆上的电磁信号，经译码器译码后，确定自动车所在地址；寻迹器判断天线探头感应编码电缆电磁信号的强、弱，确定自动车偏移编码电缆的距离量，由方向电机校正自动车的走向。优点是，首次采用线引导运载式机器人的无线感应绝对地址定位和测试，引导机器人在规定的线路上行走；连续地址定位精度<=1CM，检测时间<=4毫秒。
文档编号G05D1/02GK102819265SQ20121031169
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日
发明者朱耀亮, 陈家祥 申请人:上海富洋自动化工程设备有限公司