CN101377424B - 一种位置检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种位置检测装置，包括位置模板、传感器组件；其中位置模板，包括一个循环变化的垛口和齿组成的梳状结构；梳状结构包括工作区和禁用区；工作区的一端设置绝对参考标识；禁用区的两端设置有制动装置；传感器组件包含至少三个传感器，传感器可以在工作区移动，当一个传感器越过绝对参考标识后，制动装置使传感器组件不能继续运动进入禁用区；相邻两个传感器之间的相位差为，传感器数的倒数的线性函数。本发明实施例有益效果为：位置模板采用一个循环变化的梳状结构的设计相比于采用两圈结构的设计具有更小的体积，能够减小检测装置的体积，从而使产品做得小巧紧凑。

Description

一种位置检测装置
技术领域
本发明涉及位置检测技术领域，特别涉及一种位置检测装置。
背景技术
在现实生活中很多地方需要用到位置检测技术，如电动窗帘、电动幕布、电动车窗、电动玩具、电动机器人、PTZ摄像机(Pan，水平旋转/Tilt，上下旋转/Zoom，缩放)、电动云台等。
位置检测装置包括位置模板和传感器组件；其中位置模板由内外两圈结构构成：内圈由一个垛口和一个齿，其状态跳变代表绝对参考位置；外圈为循环变化的梳状垛口和齿，代表相对位置；传感器组件由3个传感器组成，其中一个传感器用于检测内圈状态的跳变，作为绝对位置；另外两个传感器输出脉冲形成90°的相位差，相位差允许45°以内的误差；通过上述的另外两个传感器输出脉冲的状态变化顺序指示运动方向，状态计数指示相对位置，达到位置检测的目的。
发明人在对现有技术的研究和实践过程中发现：位置模板采用采用两圈结构的设计具有较大的体积，使检测装置的体积较大，从而使产品无法做的小巧紧凑。
发明内容
本发明实施例要解决的技术问题是提供一种位置检测装置，能够使产品做得小巧紧凑。
为解决上述技术问题，本发明所提供的位置检测装置实施例可以通过以下技术方案实现：包括位置模板、传感器组件；
位置模板，包括一个循环变化的垛口和齿组成的梳状结构；
其中，所述梳状结构包括工作区和禁用区；所述工作区的一端设置有绝对参考标识，禁用区的两端具有制动装置；
传感器组件，包含至少三个传感器，所述的至少三个传感器可以在工作区移动，当一个传感器越过所述绝对参考标识后所述制动装置阻止所述传感器组件进入禁用区；
相邻两个传感器之间的相位差为，传感器数的倒数的线性函数。
上述技术方案具有如下有益效果：位置模板采用一个循环变化的梳状结构的设计相比于采用两圈结构的设计具有更小的体积，能够减小检测装置的体积，从而使产品做得小巧紧凑。
附图说明
图1为本发明实施例二装置顶视示意图；
图2为本发明实施例二侧面示意图；
图3为本发明实施例二剖面示意图；
图4为本发明实施例二脉冲示意图；
图5为本发明实施例三装置顶视示意图；
图6为本发明实施例三采用透射式光学传感器的装置结构示意图；
图7为本发明实施例三采用反射式光学传感器的装置结构示意图；
图8为本发明实施例四装置结构顶视示意图；
图9为本发明实施例四装置结构剖面示意图；
图10为本发明实施例四装置结构正视示意图；
图11为本发明实施例四另两种装置结构示意图；
图12为本发明实施例五脉冲示意图。
具体实施方式
本发明实施例要解决的技术问题是提供一种位置检测装置，使产品做得小巧紧凑。
实施例一，本发明实施例提供的一种位置检测装置，包括位置模板、传感器组件；
其中位置模板，包括一个循环变化的垛口和齿组成的梳状结构；
上述垛口和齿的描述是为了更形象的说明状态的变化，不应理解为纯物理意义上的垛口和齿，垛口和齿表示为两种不同的状态，如是否反光，是否透光，磁性的两极，等等；所述循环变化的垛口和齿组成的梳状结构应该理解为可以检测到的状态循环变化的结构。在后续实施例中将以是否反光，是否透光，磁性的两极为例进行详细说明。
其中，上述梳状结构包括工作区和禁用区；上述工作区的一端设置绝对参考标识；禁用区的两端设置有制动装置；禁用区的结构可以任意设计，对位置检测没有任何影响；
其中传感器组件包含至少三个传感器，上述至少三个传感器可以在工作区移动，当一个传感器越过所述绝对参考标识后所述制动装置阻止所述传感器组件进入禁用区；
相邻两个传感器之间的相位差为，传感器数的倒数的线性函数。
位置模板采用一个循环变化的梳状结构的设计相比于采用两圈结构的设计具有更小的体积，能够减小检测装置的体积，从而使产品做得小巧紧凑。
所述梳状结构可以为圆型或直线形，当然采用其它形状的梳状结构不影响本发明实施例的实现。后续实施例将以采用圆形用于检测角度的变化，采用直线形用于检测直线位置的变化为例进行更详细的说明。
当所述垛口和齿具有透光性时，所述传感器可以为透射式光传感器；当所述垛口和齿具有反光性时，所述传感器可以为反射式光传感器；当所述垛口和齿具有磁性时，所述传感器可以为霍尔传感器。
所述工作区的一端设置绝对参考标识，可以是工作区的一端去掉齿或填充垛口；或工作区的一端去掉齿，另一端填充垛口。
上述传感器数的倒数的线性函数可以是：
180度与传感器数的商；或
180度与传感器数的商再与180度的和；或
负180度与传感器数的商再与180度的和；或
负180度与传感器数的商，再与360度的和。
上述相邻两个传感器之间的相位差为，传感器数的倒数的线性函数，并允许有180度与传感器数的商以内的误差；可以通过设置相邻两个传感器之间的距离来实现，具体为：
相邻两个传感器之间的距离为，传感器数的两倍的倒数的线性函数，并允许有位置模板节距与两倍的传感器数的商以内的误差。
所述传感器数的两倍的倒数的线性函数可以是：
位置模板节距与两倍的传感器数的商；或
位置模板节距与两倍的传感器数的商，再与传感器数减1的积；或
位置模板节距与两倍的传感器数的商，再与位置模板节距的正整数倍的和；或位置模板节距与两倍的传感器数的商，再与传感器数减1的积，再与位置模板节距的正整数倍的和。
上述相邻两个传感器的相位差和相邻两个传感器的距离用数学表述方法可以：
假如使用K个传感器(K≥3)，在工作区使用K个编码，可用相位差φ＝±(180°/K)，或φ＝180°±(180°/K)，或φ＝360°-(180°/K)；允许的偏差小于180°/K，显然K为整数；由于两个相邻的传感器的相位差为相对概念，当选取参考对象变换时相位差反号，为保持与本领域的描述习惯一致，令相位差都为正的相位差。则φ＝180°/K，或φ＝180°-(180°/K)或φ＝360°-(180°/K)或φ＝180°+(180°/K)。
假如使用K个传感器(K≥3)，传感器之间的距离D，位置模板节矩t之间的关系为：D＝(N±1/2K)*t，或D＝[N±(K-1)/2K]*t，其中N为大于或等于零的整数。上述变量的意义已经给出，在后续的图和实施例变量意义相同，不再赘述。
上述实施中位置模板采用一个循环变化的梳状结构的设计相比于采用两圈结构的设计具有更小的体积，能够减小检测装置的体积，从而使产品做得小巧紧凑。
实施例二，作为实施例一的一个实例，请参阅图1至图3，以梳状结构为圆形，在工作区的A端去掉了一个齿形成长垛口，在B端填充了一个垛口形成长齿，采用三个透射式光学传感器S[0]、S[1]、S[2]组成的传感器组件的位置检测装置为例，对实施例一中的位置检测装置进行详细说明；上述梳状结构可以包括：齿202，垛口203；其中齿202和垛口203在支撑板201上；
此时，S[0]与S[1]，S[1]与S[2]之间的相位差为，正负60度或正负120度，并允许60度以内的误差；负的相位差度数与360度的和可以转换为正的相位差；正负60度、正负120度相当于60度，120度，240度，300度。S[2..0]的脉冲变化可以指示运动方向、相对位置、绝对参考位置，以相位差为120度为例，具体如何进行可以参阅图4：
设光线被遮挡的状态为0，光线通过的状态为1，从图4可以看出，在A处去掉一个齿形成了一个长垛口的同时，把B处的垛口填充形成一个长齿，这样可以形成2个绝对参考位置：在A处S[2..0]在000和101之间转换，在B处S[2..0]在000和010之间转换；因为禁用区的存在，在传感器组件可达的范围内S[2..0]仅在一个位置出现000，仅在另外一个位置出现111；S[2..0]状态的变化顺序代表了运动方向，001→000，000→010，011→001，001→101，101→100，100→110，110→010，010→011，101→111，111→011为正向运动，001←000，000←010，011←001，001←101，101←100，100←110，110←010，010←011，101←111，111←011为反向运动；对S[2..0]状态的变化计数可以代表了相对位置变化的大小。缓冲区可以认为是工作区的一部分，在禁用区的两端可以设置制动装置，使传感器S[1]不能够到达去掉齿和填充垛口的位置，同时使传感器组件不能够进入禁用区。
也可以把B处的垛口填充形成一个长齿，A处保持原有的状态，这样在绝对参考位置B处S[2..0]在000和010之间转换；因为禁用区的存在，在传感器组件可达的范围内S[2..0]仅在一个位置出现000；S[2..0]状态的变化顺序代表了运动方向，001→000，000→010，011→001，001→101，101→100，100→110，110→010，010→011为正向运动，001←000，000←010，011←001，001←101，101←100，100←110，110←010，010←011，为反向运动；对S[2..0]状态的变化计数可以代表了相对位置变化的大小。
也可以把A处的齿去掉形成一个长垛口，B处保持原有的状态，在绝对参考位置A处S[2..0]在111和101之间转换；因为禁用区的存在，在传感器组件可达的范围内S[2..0]仅在一个位置出现111；S[2..0]状态的变化顺序可以代表运动方向，011→001，001→101，101→100，100→110，110→010，010→011，101→111，111→011为正向运动，011←001，001←101，101←100，100←110，110←010，010←011，101←111，111←011为反向运动；对S[2..0]状态的变化计数可以代表了相对位置变化的大小。
上述实施例提供的位置检测装置以位置模板的形状为圆形为例进行了详细说明，位置模板采用一个循环变化的梳状结构的设计相比于采用两圈结构的设计具有更小的体积，能够减小检测装置的体积，从而使产品做得小巧紧凑。
实施例三，请参阅图5和图6，作为实施例一的另一个实例，位置模板的梳状结构可以是：在透明材料上印刷黑条形成的梳状结构，梳状结构包括黑条502，透明部分503；梳状结构在透明支撑板501上；传感器可以采用反射式光学传感器，S[0]、S[1]和S[2]。请参阅图7，位置模板的梳状结构可以是：在白色不透明材料上印刷黑白相间的图案形成的梳状结构，传感器可以采用反射式光学传感器，齿702能够反射光线。可以理解的是位置模板的梳状结构还可以是：南极与北极交替变化形成的磁性梳状结构。具体如何运用此装置可以参考实施例二。
上述实施例提供的位置检测装置，在实施例一的基础上进一步提供了梳状结构的几种实现方式，如在透明材料上印刷黑条，在白色不透明材料上印刷黑白相间的图案，南极与北极交替变化等；位置模板采用一个循环变化的梳状结构的设计相比于采用两圈结构的设计具有更小的体积，能够减小检测装置的体积，从而使产品做得小巧紧凑。
实施例四，请参阅图8至图10，与实施例二的不同点在于：以梳状结构为直线形为例进行说明。梳状结构包括齿802，垛口803，在A处去掉了齿形成了长垛口，在B处填充了垛口形成了长齿；
本实施例与实施例二类似，不同点在于，禁用区被放在了直线形梳状结构的两端，如图804所示部分为一端的禁用区。
当本实施例参阅实施例三时，可以得到本实施例子的直线形的梳状结构也可以采用实施例三所述的形成的梳状结构的实施方式。
请参阅图11，与实施例二相同，可以在工作区的一端去掉齿或填充垛口，作为绝对参考位置。包括：齿1102，垛口1102，传感器S[0]、S[1]和S[2]，禁用区1，禁用区2，缓冲区1，缓冲区2，工作区；
上述实施例提供的位置检测装置，在实施例一的基础上进一步提供了梳状结构为直线形的实施方式，置模板采用一个循环变化的梳状结构的设计相比于采用两圈结构的设计具有更小的体积，能够减小检测装置的体积，从而使产品做得小巧紧凑。
实施例五，本实施例与实施例二的不同点在于，传感器组件包括四个传感器，此时，S[0]与S[1]，S[1]与S[2]，S[2]与S[3]之间的相位差为，正负45度或正负135度，并允许45度以内的误差；负的相位差度数与360度的和可以转换为正的相位差；正负45度，正负135度相当于45度，135度，225度，315度。S[3..0]的脉冲变化可以指示运动方向、相对位置、绝对参考位置，以相位差为45度为例，具体如何进行可以参阅图12：
设光线被遮挡的状态为0，光线通过的状态为1，从图12可以看出，在A处去掉一个齿形成了一个长垛口的同时，把B处的垛口填充形成一个长齿，这样可以形成2个绝对参考位置：在A处S[3..0]在0001和1001之间转换，在B处S[3..0]在0111和0110之间转换；因为禁用区的存在，在传感器组件可达的范围内S[3..0]仅在一个位置出现1001，仅在另外一个位置出现0110；S[3..0]状态的变化顺序代表了运动方向，0000→0100，0100→0110，0110→0111，0111→0011，0011→0001，0001→0000，0000→1000，1000→1100，1100→1110，1110→1111，1111→0111，0111→0011，0011→0001，0001→0000，0001→1001，1001→1101，1101→1111为正向运动，0000←0100，0100←0110，0110←0111，0111←0011，0011←0001，0001←0000，0000←1000，1000←1100，1100←1110，1110←1111，1111←0111，0111←0011，0011←0001，0001←0000，0001←1001，1001←1101，1101←1111为反向运动；S[3..0]状态的变化的计数代表了相对位置。对S[2..0]状态的变化计数可以代表了相对位置变化的大小。
上述实施例提供的位置检测装置，在实施例一的基础上进一步提供传感器组件包括四个传感器时的实现方式，位置模板采用一个循环变化的梳状结构的设计相比于采用两圈结构的设计具有更小的体积，能够减小检测装置的体积，从而使产品做得小巧紧凑。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的一种位置检测装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种位置检测装置，包括位置模板、传感器组件，其特征在于，
位置模板，包括一个循环变化的垛口和齿组成的梳状结构；
其中，所述梳状结构包括工作区和禁用区；所述工作区的一端设置有绝对参考标识，禁用区的两端具有制动装置；
传感器组件，包含至少三个传感器，所述的至少三个传感器可以在工作区移动，当一个传感器越过所述绝对参考标识后所述制动装置阻止所述传感器组件进入禁用区；
相邻两个传感器之间的相位差为，传感器数的倒数的线性函数。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，
所述梳状结构为圆型或直线形。
3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，
当所述循环变化的垛口和齿组成透光性梳状结构时，所述传感器为透射式光传感器；或
当所述循环变化的垛口和齿组成反光性梳状结构时，所述传感器为反射式光传感器；或
当所述循环变化的垛口和齿组成磁性梳状结构时，所述传感器为霍尔传感器。
4.根据权利要求3所述装置，其特征在于，
循环变化的垛口和齿组成透光性梳状结构，包括：循环变化的透光性垛口和不透光的齿组成梳状结构；
循环变化的垛口和齿组成反光性梳状结构包括：透明的材料上印刷有黑条形成梳状结构；或白色不透明材料上印刷有黑白相间的图案形成梳状结构；
循环变化的垛口和齿组成磁性梳状结构包括：南极与北极相间组成的磁性梳状结构。
5.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述工作区的一端设置绝对参考标识包括：
工作区的一端去掉齿或填充垛口，另一端不变；或
工作区的一端去掉齿，另一端填充垛口。
6.根据权利要求1至5任意一项所述装置，其特征在于，所述传感器数的倒数的线性函数包括：
180度与传感器数的商；或
180度与传感器数的商再与180度的和；或
负180度与传感器数的商再与180度的和；或
负180度与传感器数的商，再与360度的和。
7.根据权利要求1至5任意一项所述装置，其特征在于，
所述传感器组件包括三个传感器；
相邻两个传感器之间的相位差为，60度、120度、240度或300度，并允许60度以内的误差。
8.根据权利要求1至5任意一项所述装置，其特征在于，
所述传感器组件包括四个传感器；
相邻两个传感器之间的相位差为，45度、135度、225度或315度，并允许45度以内的误差。
9.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述相邻两个传感器之间的相位差为，传感器数的倒数的线性函数，是通过设置相邻两个传感器之间的距离来实现，具体为：
相邻两个传感器之间的距离为，传感器数的两倍的倒数的线性函数。
10.根据权利要求9所述装置，其特征在于，所述传感器数的两倍的倒数的线性函数包括：
位置模板节距与两倍的传感器数的商；或
位置模板节距与两倍的传感器数的商，再与传感器数减1的积；或
位置模板节距与两倍的传感器数的商，再与位置模板节距的正整数倍的和；或
位置模板节距与两倍的传感器数的商，再与传感器数减1的积，再与位置模板节距的正整数倍的和。
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