专利名称:绝对位置编码方法
技术领域：
本发明涉及一种单码道绝对位置编码方法，用于确定移动物体在其轨迹上的绝对位置。
背景技术：
目前公知的沿圆周、直线或曲线的绝对定位编码器都采用多码道编码方法，即每条码道的长度为待定位轨迹的全长，每条码道配置一个阅读器件。各码道按照顺序分别分成2、4、8、…、2n-1、2n个等分位置，每个位置上均设有一个二值标记，如透光或不透光、两种不同颜色、两种不同材料、凸起或凹陷、南磁极或北磁极等，一般用0或1描述。在每一个待定位的位置上由阅读器件读出每条码道上的一个标记属性0或1，在n条码道上读出的n位二进制数即是所需的位置坐标，可用以确定2n个特定位置。码道上的二值标记通常采用原码、补码、循环码等。这种多码道编码方法使用的标记数量很大，制造成本较高，当编码器坐标起点与实际应用坐标起点不一致时，读数不便，因此应用范围受到限制。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种单码道绝对位置编码方法，仅采用一条按照特定顺序布置二值标记的码道，阅读码道标记的阅读器件以特定方法布置，当阅读器件整体移动时，在不同位置上读到的标记所构成的二进制数具有唯一性，以此二进制数为地址，在一个预先编制的查找表中查得各位置的坐标值，即可沿码道长度方向实现绝对定位。
当码道首尾相接时，可实现沿封闭曲线按长度或角度绝对定位。改变查找表中的数值即可改变编码的坐标起点和各个位置的坐标值。查找表中的绝对定位数值可以是无符号整数、有符号整数、浮点数或文字标记，码道上任何一个二值标记均可以作为起始标记。
采用本发明的单码道绝对位置编码器只需要1条码道，结构简单，便于制造，尤其当需要确定的位置数量较大或标记尺寸较大时，降低成本的效果更明显。有了按地址查表的功能，输出绝对位置坐标的起点和位置坐标值可以更加灵活，应用范围更大。
本发明涉及一种绝对位置编码方法，其工作原理如图1。仅采用1条由二值标记组成的码道(1)，由阅读器件(2)读取码道上的二值标记构成二进制数，按一种阅读位置排列的阅读器件沿码道长度方向运动时，在沿途各个位置上读到的二进制数具有唯一性，以此二进制数为地址(6)，在一个预先编制的查找表(5)中查得各位置的坐标值(7)并输出(8)，则可实现沿码道方向的绝对定位。所述阅读器件的阅读位置沿码道的延伸方向选定，阅读位置不紧密相邻布置，等间隔或不等间隔，每个选定的阅读位置安置一个阅读器件，阅读器件的个数不少于以2为底的码道标记总数的对数。所述二值标记的总数根据待定位置的个数而定。采用同步阅读器(4)阅读同步标记(3)或采用预测滤波方法防止各阅读器件通过标记边界不同步造成的误码，其中同步标记保证所有阅读器件完全越过标记边界，方能确认读出的标记值有效。
图2和图3给出了码道标记和阅读位置处于不同相对位置上读出的二进制地址值，将它作为查找表的地址，可从查找表中得到符合定位要求的坐标值。各图中上端用黑白格表示码道标记，黑格表示1，白格表示0，重复画了2次码道以便表示其首尾相接的情况；码道下面用若干行表示阅读位置沿码道方向的运动，每一行连续方格表示可选的阅读位置，选定的阅读位置用箭头标出，空格表示不在该位置阅读，最下面一行用虚线表示的方格表示第一行阅读位置的重复出现。图2表示各个阅读位置紧密相邻的情形，而图3则表示阅读头非紧密相邻的情况之一。右面的第一列方格中给出了各个位置上读出的地址值，最下面一行用虚线表示的方格表示第一行读出地址的重复出现，可以看出各个位置上读出的地址值是唯一的。虚线围成的查找表框图中，左面一列是地址值，右面一列是坐标值内容，图2中的查找表列出在4个紧密相邻阅读位置读取11位标记码道时，码道左起第8位标记作为起始标记时的表格内容；图3中的查找表列出在4个非紧密相邻阅读位置读取16位标记码道时，码道左起第1位标记作为起始标记时的表格内容。
图4表示实现本发明的方式之一。以黑白颜色表示2种标记的25个位置的环形码道上方按照所选等间隔阅读位置布置5个用圆柱形表示的阅读器件，可一起沿码道圆周方向转动，或者阅读器件静止而环形码道绕自身对称中心转动。环形码道圈内的黑色线段表示同步标记，与每一个码道标记中心对正，当同步标记阅读器件读到同步标记时，说明各个码道标记阅读器件已经完全越过标记边界，此时读出的二进制地址值有效。图中所示时刻读出的地址值是00110，从查找表查得的输出坐标值是0.0；如果码道顺时针转动，当读到下一个同步标记时，读出的地址值是01001，从查找表查得的坐标值是14.4；如果码道逆时针转动，当读到下一个同步标记时，读出的地址值是11001，从查找表查得的坐标值是-14.4。
图1为本发明的工作原理示意图。
图2为4个紧密相邻的阅读器件沿着有11个标记的码道移动时读出的地址值及查表输出坐标值。
图3为4个非紧密相邻的阅读器件沿着16个标记的码道移动时读出的地址值及查表输出坐标值。
图4为实现本发明的最好方式之一。
图5为在码道上布置二值标记、沿码道布置阅读器件以及筛选能产生各个位置读出地址值具有唯一性的合格匹配对的计算机程序框图。
具体实施方式
用有11个标记的码道和4个阅读器件的一对匹配为实施方案之一做进一步说明。选用的阅读器件布置方法是4个阅读器件紧密相邻，将左起第一个阅读器件称为首阅读位。沿路径延伸的码道上有11个不同标记0和1，布置情况为00001010011，当首阅读位与码道左起第1位标记对正时，用双下划线表示首阅读位，用单下划线表示其它阅读位置，分布情况为
，4个阅读器件读出的标记值为二进制地址0000；当首阅读位与码道左起第2位标记对正时，分布情况为
，各阅读器件读出的标记值为二进制地址0001；当首阅读位与码道左起第3位标记对正时，读出的标记值为0010，依此类推。当首阅读位与码道左起第9位标记对正时，考虑码道首尾相接，阅读器件的分布情况为 读出的标记值为二进制地址0110。当首阅读位由左向右依次与码道左起第1位至第11位标记对正时，读出的二进制地址依次为0000、0001、0010、0101、1010、0100、1001、0011、0110、1100和1000。
可见，在码道全长上，首阅读位处在各个不同位置时读出的地址值是唯一确定的，而且当码道首尾相接时可得到循环出现的地址值。按照地址值出现的顺序，在查找表的单元格中写入适当的位置值，则可实现绝对定位功能。如果将首阅读位与码道左起第1位标记对正时作为坐标起点0，其它位置的坐标值采用自然数1至10，则查找表中从地址0000到1111的单元格内容应该为0、1、2、7、5、3、8、X、10、6、4、X、9、X、X和X，其中X表示不使用该地址。因为4个阅读器件最多可以确定16个标记位置，当本例中只有11个待定位置时，将有5个地址不被使用，其中可以放置任何值。如果将首阅读位与码道上左起第8位标记对正时作为坐标起点，则查找表中从地址0000到1111的单元格内容应该为4、5、6、0、9、7、1、X、3、10、8、X、2、X、X和X。如果当首阅读位与码道上左起第m位标记对正时作为坐标起点，则查找表各单元格内容随m而变化。采用4个紧密相邻的阅读器件读取11标记的码道，可以有11种查找表内容，全部查找表内容见表1。图2及图2的文字说明对本例作了更直观的说明。
表1 再取一对N＝16，n＝4的匹配为例做进一步说明。选用的读法是在首阅读位及其右方的第4位、第6位和第7位上布置阅读器件。沿路径延伸的码道上有16个不同标记0和1，当首阅读位与码道左起第1位标记对正时，用双下划线表示首阅读位，用单下划线表示其它阅读位置，分布情况为
4个阅读器件读出的标记值为二进制地址0000；当首阅读位与码道左起第2位标记对正时，分布情况为 ，读出的标记值作为二进制地址0101；当首阅读位与码道左起第3位标记对正时，分布情况为
，读出的标记值作为二进制地址0010；当首阅读位与码道左起第15位标记对正时，考虑码道首尾相接，阅读位置分布情况为
，读出的标记值作为二进制地址1001当首阅读位由左向右依次与码道左起第1位至第16位标记对正时，读出的二进制地址依次为0000、0101、0010、0001，1111、0011，0110、1101、0111、1011、1110，1100、0100、1000、1001和1010。
可见，在此特定码道全长上，用此种布置的阅读器件阅读，当首阅读位处在码道各个位置时读出的地址值也都是唯一确定的，而且当码道首尾相接时也可得到循环出现的地址值。按照地址值出现的顺序，在查找表的单元格中写入适当的位置值，则可实现绝对定位功能。如果将首阅读位与码道左起第1位标记对正时作为坐标起点A，其它位置的坐标值采用字母表顺序的大写英文字母B至M，则查找表中从地址0000到1111的单元格内容应该为A、D、C、F、M、B、G、I、N、O、P、J、L、H、K、E。如果当首阅读位与码道上左起第m位标记对正时作为坐标起点，则查找表各单元格内容随m而变化。采用此种布置的阅读器件读取16标记的码道，可以有16种查找表内容，全部查找表内容见表2。图3及图3的文字说明对本例作了更直观的说明。
在不同位置上布置4个阅读器件的读法配合特定的9至16个位置标记的码道，能产生多对不同的匹配，可根据具体情况选用。查找表中写入的位置值可以是按照大小排列的无符号整数，也可以是有符号整数、浮点数或文字标记。
表2 再取一对N＝25，n＝5的匹配为例做进一步说明。选用的读法是在首阅读位及其右方的第6位、第11位、第16位和第21位上阅读码道标记，即5个阅读器件等间隔布置。沿路径延伸的码道上有25个不同标记0和1，当首阅读位与码道左起第1位标记对正时的布置情况为
5个阅读器件读出的标记值为二进制地址00110当首阅读位与码道左起第2位标记对正时，分布情况为 ，读出的标记值为二进制地址01001；当首阅读位与码道左起第3位标记对正时，分布情况为
，读出的标记值为二进制地址10111；当首阅读位与码道左起第21位标记对正时，考虑码道首尾相接，阅读位置分布情况为 ，读出的标记值为二进制地址00011；当首阅读位由左向右依次与码道左起第1位至第25位标记对正时，读出的二进制地址值依次为00110、01001、10111、01000、10011、01100、10010、01111、10000、00111、11000、00101、11110、00001、01110、10001、01010、11101、00010、11100、00011、10100、11011、00100和11001。
可见，在此特定码道全长上，用此种等间隔布置的阅读器件阅读，当首阅读位处在码道各个位置时读出的地址值也是唯一确定的，而且当码道首尾相接时也可得到循环出现的地址值。按照地址值出现的顺序，在查找表的单元格中写入适当的位置值，则可实现绝对定位功能。如果将首阅读位与码道左起第1位标记对正时作为坐标起点0.0，其它位置的坐标值采用增量为14.4的等差数列，则查找表中从二进制地址00000到11111的单元格内容应该如表3，构成25等分圆周角的度数坐标。如果当首阅读位与码道上左起第m位标记对正时作为坐标起点，则查找表各单元格内容随m而变化。采用此种5个等间隔的阅读器件读取25标记的码道，可以有25种查找表内容，全部查找表内容的构造方法与表1、表2相同。图4及图4的文字说明对本例作了更直观的说明。
表3
在码道上布置二值标记、沿码道布置阅读器件以及筛选能产生各个位置读出地址值具有唯一性的合格匹配对的计算机程序框图如图5。
权利要求
1.一种绝对位置编码方法，其特征在于仅采用1条由二值标记组成的码道，由阅读器件读取码道上的二值标记构成二进制数，按一种阅读位置排列的阅读器件沿码道长度方向运动时，在沿途各个位置上读到的二进制数具有唯一性，将所述二进制数作为地址与阅读器件的坐标值相对应，则可实现沿码道方向的绝对定位；阅读器件的阅读位置沿码道的延伸方向选定，阅读位置不紧密相邻布置，每个选定的阅读位置安置一个阅读器件，阅读器件的个数不少于以2为底的二值标记总数的对数；二值标记的总数根据待定位置的个数而定。
专利摘要
一种绝对位置编码方法，它仅采用一条布置有二值标记的码道(1)，当按照一种阅读位置用阅读器件(2)读取码道上的二值标记而构成二进制数时，在该阅读位置上的阅读器件沿码道运动时，在每个运动位置上读到的二进制数(6)具有唯一性，以此二进制数为地址，在一个预先编制的查找表(5)中查得各位置的坐标值(7)并输出(8)，即可沿码道长度方向实现绝对定位。当码道首尾相接时，可实现沿封闭曲线按长度或角度绝对定位。改变查找表中的数值即可改变编码的坐标起点和各个位置的坐标值。
文档编号G01B21/02GKCN1292228SQ200410009539
公开日2006年12月27日 申请日期2004年9月10日
发明者朱衡君, 邱成 申请人:北京交通大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan