移动物体直线导航用调姿传感器的制作方法

1.本发明涉及移动物体导航技术领域，尤其涉及一种移动物体直线导航用调姿传感器。


背景技术：

2.直线导航，即对移动物体的直线行进进行导航的技术，在很多领域，如场地划线机器人直线导航、建筑室内装饰机器人直线导航等，均有使用。此种导航相比其他导航技术的独特性在于，其仅进行一维导航。
3.目前市面上使用比较多的直线导航技术，是基于psd光斑传感器的导航技术。其大致原理是：首先确定移动物体在正确行进路线上时光信号在传感器上所产生的光斑位置，并以此作为光斑的基准；当行进过程中，光斑发生偏移时，证明移动物体偏航，通过对偏移后传感器上的光斑，与上述基准的相对位置进行计算，得到移动物体偏移量，以此控制移动物体返回正确行进路线，进行直线行进。
4.此种技术虽然位置分辨率高，实时性强，但其侧重于光斑在传感器上位置的测量，更准确地说，其测量的其实是传感器位置的实际变化，对于传感器所依附的移动物体的实际姿态，并没有很好的调整指示作用。此问题具体体现在：移动物体偏移后，虽依靠传感器将光斑位置调正，但在移动物体带动传感器调正的过程中，其行进方向其实是与正确行进路线有所交叉的，也就是移动物体通过斜向返回正确行进路线的方式，完成了传感器上光斑位置的调正；而在调正后移动物体的后续行进过程中，移动物体马上会发生向正确行进路线另一侧的偏航，其再调正还是以与正确行经路线有所交叉的行进方式完成光斑位置的调正；由此，移动物体最终近似于以折线路径完成行走。
5.在上述过程中，移动物体不断发生左右偏航，与光斑传感器连接的电路及运算器始终处于频繁的计算与控制当中，移动物体本身接受控制的执行部件也频繁受到信号进行微控制，控制电路元件以及移动物体上的执行部件工作负荷都比较高，使用寿命受到影响。为此，发明人根据直线导航特点，提出了一种能对移动物体直线行进进行调姿控制的导航技术，其中最主要的是提供了一种能进行移动物体姿态检测，利于实现移动物体直线行进较好调姿效果，明显能减少反复偏航问题，降低导航控制和执行负荷的调姿传感器，来改善上述现状，本发明创造由此而生。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是提供一种移动物体直线导航用调姿传感器，其能进行移动物体姿态检测，利于实现移动物体直线行进较好的调姿效果，明显能减少反复偏航问题，降低导航控制和执行负荷。
7.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：移动物体直线导航用调姿传感器，用于接收竖向设置的光幕信号，包括载体，所述载体上设有两沿光幕信号照射方向依次布置的感光单元，两所述感光单元的接收面平行设置，且两所述感光单元在不同高度设置；每个
所述感光单元包括若干左右排列布置的感光元件。
8.作为优选的技术方案，首先将两所述感光单元的接收面的间距定义为d，将所述感光单元中相邻两所述感光元件的中心距定义为c，然后通过如下方法对移动物体进行姿态检测：第一步，两所述感光单元同时接收光幕信号的照射；第二步，位于光幕信号照射方向上游的感光单元中，第n个感光元件受到照射，位于光幕信号照射方向下游的感光单元中，第m个感光元件受到照射；第三步，计算出两所述感光单元之间垂线与受照射感光元件连线之间的夹角α=arctan[（m-n）*c/d]，夹角α即为移动物体相对于光幕信号偏航的角度。
[0009]
作为优选的技术方案，第二步中，当光幕信号照射到所述感光单元上后，照射宽度覆盖至少两个所述感光元件时，通过基准确定规则，选择覆盖范围内两所述感光单元中对应位置的感光元件作为基准元件，且两个基准元件在各自感光单元中分别为第n1个感光元件和第m1个感光元件；第三步中所述夹角α=arctan[（m1-n1）*c/d]。
[0010]
作为优选的技术方案，所述基准确定规则包括选择覆盖范围内中点位置处的感光元件作为所述基准元件，或者选择覆盖范围内同一端位置处的感光元件作为所述基准元件。
[0011]
作为优选的技术方案，当α为0时，移动物体不进行姿态调整；当α不为0时，按α的值对移动物体进行行进角度调整。
[0012]
由于采用了上述技术方案，本发明利用两排所述感光元件对同一光幕信号进行感应，并利用两所述感光单元之间垂线与受照射感光元件连线之间的夹角，迅速检测得到移动物体的偏航姿态，也即偏航角度。移动物体可根据此偏航角度针对性地进行行进角度的调整，也即姿态调整，调正后移动物体容易完全回归正确行进路线进行直线行进，因而本发明实现了移动物体直线行进较好的调姿效果，反复偏航问题明显减少，导航过程中控制和执行负荷也明显降低。
附图说明
[0013]
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：图1是本发明实施例的立体结构原理图；图2是本发明实施例的工作原理图。
[0014]
图中：1-光幕信号；2-载体；3-感光单元；4-感光元件。
具体实施方式
[0015]
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
[0016]
如图1和图2共同所示，移动物体直线导航用调姿传感器，用于接收竖向设置的光幕信号1。公知的，光幕信号1为平面状；竖向设置的光幕信号1，即该光幕信号1被发射形成后，其平面方向为竖向的；而此处竖向是相对于移动物体所行走的行走面来说的，即垂直于
移动物体行走面的方向为此处所说的竖向。如当移动物体的行走面为水平面时，通常所说的竖直方向即为此处的竖向，而当移动物体的行走面为斜坡面时，垂直于该斜坡面的方向为此处的竖向。所述光幕信号1可以为可见光，也可以为不可见光，其以具备能量集中、不易发散等特点的光为最优，常规地，光幕信号1多采用通过激光发生器产生的激光光幕信号。
[0017]
本传感器包括载体2，所述载体2可根据实际需要设置为盒状、或者架体等各种形式。所述载体2上设有两沿光幕信号1照射方向依次布置的感光单元3，即两所述感光单元3在光幕信号1照射方向上有前后位置之分。其中，光幕信号1照射方向通常与移动物体所应进行的直线行进方向相同。
[0018]
两所述感光单元3的接收面平行设置，那么两所述感光单元3在任何前后对应的位置处的间距，都是不变的，此种间距的不变性，更容易简化检测及运算程序。两所述感光单元3在不同高度设置，这样两所述感光单元3互不干扰，均可接收到光幕信号1的照射。
[0019]
每个所述感光单元3包括若干左右排列布置的感光元件4，此处左右排列布置是相对于光幕信号1照射方向的前后来说的，也是相当于针对移动物体行进方向来说，且因本实施例安装在移动物体上进行使用，此种左右排列的方向，优选为垂直于移动物体实际行进方向的。
[0020]
本实施例在使用时，首先将两所述感光单元3的接收面的间距定义为d，基于两所述感光单元3接收面的平行设置，此处d是保持不变的，在后续计算过程中可作为一个常数进行使用。将所述感光单元3中相邻两所述感光元件4的中心距定义为c，优选地，所述感光单元3采用同一规格且均匀布置，那么此处c也是保持不变的，在后续计算过程中同样可作为一个常数进行使用。
[0021]
然后本实施例通过如下方法对移动物体进行姿态检测。
[0022]
第一步，两所述感光单元3同时接收光幕信号1的照射。
[0023]
第二步，位于光幕信号1照射方向上游的感光单元3中，第n个感光元件4受到照射，位于光幕信号1照射方向下游的感光单元3中，第m个感光元件4受到照射。其中，上述第n个和第m个的计数，均是从两所述感光单元3中前后对应的某一个感光元件4处开始的；当然在实际制造时，两所述感光单元3中优选采用同等数量的感光元件4，且两所述感光单元3的两端分别前后对齐，那么上述第n个和第m个的计数，就容易直接从两所述感光单元3同一端处的起始元件计出。
[0024]
第三步，计算出两所述感光单元3之间垂线与受照射感光元件4连线之间的夹角α=arctan[（m-n）*c/d]；因为本实施例光幕信号1照射方向是与移动物体所应进行的直线行进方向相同的，而感光元件4的左右排列方向是垂直于物体实际行进方向的，所以夹角α就能反应出移动物体相对于光幕信号1偏航的角度。
[0025]
当α为0时，相当于移动物体实际行进方向与光幕信号1照射方向同向，移动物体并未偏航，所以移动物体不进行姿态调整。当α不为0时，按α的值对移动物体进行行进角度调整。且因上述m-n可能会产生正值，也可能产生负值，所得到的α可对应为正值或者负值，移动物体可容易根据α值的正负得到自身是发生了向左偏航还是向右偏航，而α值的绝对值，即偏航的实际角度。
[0026]
另外，为提高检测计算的精确度，所述感光元件4通常宽度较小，如4μm，而光幕信号1相对感光元件4宽度较宽，如0.5mm，所以两所述感光单元3接收光幕信号1照射后，其实
照射宽度是会同时覆盖比较多的感光元件4的。据此，第二步中，当光幕信号1照射到所述感光单元3上后，照射宽度覆盖至少两个所述感光元件4时，通过基准确定规则，选择覆盖范围内两所述感光单元3中对应位置的感光元件4作为基准元件，且两个基准元件在各自感光单元3中分别为第n1个感光元件4和第m1个感光元件4；第三步中所述夹角α=arctan[（m1-n1）*c/d]。以此方式完成对覆盖较宽的光幕信号1的准确检测计算。
[0027]
其中，所述基准确定规则包括选择覆盖范围内中点位置处的感光元件4作为所述基准元件，或者选择覆盖范围内同一端位置处的感光元件4作为所述基准元件。以上两种确定规则是相对简单、容易使用的，在此之外，在覆盖范围内选择同一端位置处开始计数的第a个感光元件4作为所述基准元件等，都是可以的。
[0028]
本实施例借助两感光单元3中受照射感光元件4的连线，与两所述感光单元3垂线的夹角，得到移动物体相对于光幕信号1的偏转角度，进而使得移动物体能依靠该偏转角度，对自身的偏航姿态进行调整；而对于已经明确获得偏航角度的移动物体来说，其很容易仅针对角度对自身姿态进行回归调整，因而容易完全回归正确行进路线进行直线行进，本实施例实现了移动物体直线行进较好的调姿效果，反复偏航问题明显减少，导航过程中控制和执行负荷也明显降低。此外，本实施例对光幕信号1的检测，不受光幕信号1在感光单元3中基准记录的限制，使用起来也更为灵活。
[0029]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。