CN102466490A - 移动小车定位装置及定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种移动小车定位装置，包括：电源滑触线，连接到三相电源；半导体滑触线，与电源滑触线平行设置并与电源滑触线导通，该半导体滑触线具有均匀的电阻分布；集电器，第一端连接到电源滑触线和半导体滑触线，第二端连接到移动小车为移动小车供电，集电器的第一端具有电刷，电刷与电源滑触线以及半导体滑触线接触；第一电流表，位于半导体滑触线的第一端，测量第一电流值；第二电流表，位于半导体滑触线的第二端，测量第二电流值；位置计算装置，连接到第一电流表和第二电流表，基于第一电流值、第二电流值、电源电压值、半导体滑触线的第一端和第二段之间的长度以及半导体滑触线的电阻计算移动小车的位置。
Description
技术领域
本发明涉及检测及定位技术，尤其涉及一种移动小车定位装置及定位方法。
背景技术
在冶金、矿山、化工、纺织等行业生产设备上经常使用到移动小车，移动小车的位置检测及定位是一项十分重要的工作。目前常用的移动小车的定位方法包括如下的几种：
1）利用限位开关。在小车的行驶轨迹上安装限位开关，当小车行驶到限位开关处时触发限位开关动作发出到位信号。所用的限位开关可以是机械式、光电式或感应式等，专利号为200520040588.X，题为“切割机小车原点定位和锁定装置”的专利揭示了这种技术。采用这种定位技术的主要优点是结构简单直观、安装方便，但是这种方式也存在一些不足之处：由于限位开关必须安装在小车容易接触到的位置处，故如果小车所处的工作环境较差时，限位开关容易受到高温、粉尘和潮湿等环境因素的影响而失效或产生误动作。同时由于所定位置是由限位开关的安装位置所确定的，因此无法做到任意按行进距离定位，同时如果所定位置需要经常改变或调整时这种方法即缺乏灵活性。
2）行进距离编码。对小车行进距离进行编码测量也是目前经常使用的一种定位方法，该方法是通过在小车上安装编码器，通过读取车轮转动的圈数来推测小车的行进位置，专利号为200620160293.0，题为“一种上卸卷小车精确定位结构”的专利揭示了这种技术。该技术的主要优点是使得小车可根据需要行进到任意距离处而不受限位开关安装位置的限制，定位比较精确，但其同样存在一些不足之处：由于该方式需要在小车上安装编码器和通讯模块，因此小车的结构相对较为复杂，不利于设备的维护和更换，同时当小车轮子可能发生打滑现象时这种方法就难以对小车的实际运行位置进行修正。
3）分段划线技术。专利号为200720122831.1，题为“移动式卸料小车定位装置”的专利使用了一种公用滑线和分段滑线的定位技术，通过检测分段划线的信号来测量小车所在位置。该技术依靠滑线来检测小车所处的位置，因此通过增加分段滑线数量及缩短分段滑线的距离可实现对小车进行自由定位，同时当小车轮子存在打滑现象时也不会对小车的定位产生影响，但由于每一个滑线都需要一根电缆连接到PLC输入端，因此当分段数量很多时该技术实现较为复杂，安装、维护难度也较大。
4）还有一些是利用诸如GPS、超声波等定位方法，但这些方法实现起来成本高、技术复杂，在普通工业生产场合的移动小车中应用较少。
于是，在本领域中就需要一种成本低、实现方便，技术简单并且容易维护的移动小车的定位技术。
发明内容
本发明旨在提出一种基于电阻式定位原理的移动小车定位技术。
根据本发明，提出一种移动小车定位装置，包括：
电源滑触线，连接到三相电源；
半导体滑触线，与电源滑触线平行设置并与电源滑触线导通，该半导体滑触线具有均匀的电阻分布；
集电器，集电器的第一端连接到电源滑触线和半导体滑触线，集电器的第二端连接到移动小车为移动小车供电，集电器的第一端具有电刷，电刷与电源滑触线以及半导体滑触线接触；
第一电流表，位于半导体滑触线的第一端，在半导体滑触线的第一端测量第一电流值；
第二电流表，位于半导体滑触线的第二端，在半导体滑触线的第二端测量第二电流值；
位置计算装置，连接到第一电流表和第二电流表，基于第一电流值、第二电流值、电源电压值、半导体滑触线的第一端和第二段之间的长度以及半导体滑触线的电阻计算移动小车的位置。
电刷包括与电源滑触线接触的第一部分以及与半导体滑触线接触的第二部分，第一部分与第二部分之间连接有限流电阻。
位置计算装置根据下述公式计算移动小车的位置：
I1 = U / ( n * L1 )；
I2 = U / ( n * L2 )；
L1 / L2 = I2 / I1；
L1 + L2 = L；
L1 = ( I2 / ( I1 + I2 ) ) * L；
L2 = L – L1；
其中：I1为第一电流值、I2为第二电流值、U为电源电压值、n为半导体滑触线单位长度电阻值，单位为Ω/m；、L1为移动小车的位置至半导体滑触线第一端的长度、L2为移动小车的位置至半导体滑触线第二端的长度、L为半导体滑触线的长度。
根据本发明，还提出一种移动小车定位方法，包括：
布设电源滑触线并连接到三相电源；
平行于该电源滑触线布设具有均匀的电阻分布的半导体滑触线，半导体滑触线与电源滑触线导通；
通过集电器将移动小车与半导体滑触线相连为移动小车供电，其中集电器的第一端通过电刷与电源滑触线和半导体滑触线接触，集电器的第二端连接到移动小车；
在半导体滑触线的第一端测量第一电流值，在半导体滑触线的第二端测量第二电流值；
基于第一电流值、第二电流值、电源电压值、半导体滑触线的第一端和第二段之间的长度以及半导体滑触线的电阻计算移动小车的位置。
电刷包括与电源滑触线接触的第一部分以及与半导体滑触线接触的第二部分，第一部分与第二部分之间连接有限流电阻。
基于第一电流值、第二电流值、电源电压值、半导体滑触线的第一端和第二段之间的长度以及半导体滑触线的电阻计算移动小车的位置包括根据下述公式计算移动小车的位置：
I1 = U / ( n * L1 )；
I2 = U / ( n * L2 )；
L1 / L2 = I2 / I1；
L1 + L2 = L；
L1 = ( I2 / ( I1 + I2 ) ) * L；
L2 = L – L1；
其中：I1为第一电流值、I2为第二电流值、U为电源电压值、n为半导体滑触线单位长度电阻值，单位为Ω/m；、L1为移动小车的位置至半导体滑触线第一端的长度、L2为移动小车的位置至半导体滑触线第二端的长度、L为半导体滑触线的长度。
采用本发明的技术方案，有效的解决了目前常用的几种定位技术中所存在的不足，具有如下优点：
1）稳定可靠、适应性强：由于小车的定位是在滑触线上完成，而滑触线的位置可根据现场环境灵活布置，有效的避开高温、潮湿、扬尘的环境，减少定位装置所受所处工作环境的影响，同时也避免了由于小车轮子打滑而影响定位的情况。
2）定位快速灵活、精度高：通过测量滑触线两端电流值来定位小车，可实现将小车在行进轨迹上自由定位，并且定位快速精确，具有很高的灵活性。同时由于通过计算电流的比值来确定位置，可有效的抵消由于环境温度变化所产生的阻值变化和电刷与滑触线接触电阻变化所产生的误差，将定位精度控制在要求的范围内。
3）组成简单，维护方便：本装置构成简单，结构清晰，因此制造、安装都十分方便，日常的维护也较为容易。
附图说明
图1是根据本发明的移动小车定位装置的结构图。
图2是根据本发明的移动小车定位装置中电刷的局部放大图。
图3是本发明使用的电阻式定位的原理图。
图4是根据本发明的移动小车定位方法的流程图。
具体实施方式
参考图1所示，本发明揭示了一种移动小车定位装置，包括：
电源滑触线，连接到三相电源。在图1所示的实施例中，电源滑触线包括A、B、C三相，由普通导电材料制成，A、B、C三相滑触线分别连接到三相电源L11、L12和L13。
半导体滑触线D，与电源滑触线的A、B、C三相平行设置并与电源滑触线导通，该半导体滑触线具有均匀的电阻分布。
集电器10，集电器10的第一端连接到电源滑触线A、B、C和半导体滑触线D，集电器的第二端连接到移动小车20为移动小车20供电，集电器10的第一端具有电刷12，电刷12与电源滑触线A、B、C以及半导体滑触线D接触。参考图2所示的电刷的局部放大图。电刷12包括与电源滑触线A、B、C接触的第一部分以及与半导体滑触线D接触的第二部分，第一部分与第二部分之间连接有限流电阻R。电刷12的第一部分包括三个刷头，分别与电源滑触线的A、B、C三相接触。电刷12的第二部分具有一个刷头，与半导体滑触线D接触，在接触C相的刷头与接触D相的刷头之间连接有限流电阻R，限流电阻R的作用是限制流过滑触线D的电流大小，防止因电流过大而导致半导体滑触线发热及产生多余的能源损耗。
第一电流表A1，位于半导体滑触线D的第一端，在半导体滑触线D的第一端测量第一电流值I1。
第二电流表A2，位于半导体滑触线D的第二端，在半导体滑触线D的第二端测量第二电流值I2。
位置计算装置14，连接到第一电流表A1和第二电流表A1，基于第一电流值I1、第二电流值I2、电源电压值U、半导体滑触线的第一端和第二段之间的长度L以及半导体滑触线的电阻n计算移动小车的位置。
参考图3所示的电阻式定位的原理图，位置计算装置14的定位原理如下：
电源滑触线C相（连接到电源中的一相）通过限流电阻R及电刷12连接到半导体滑触线D，再经过第一电流表A1以及第二电流表A2连接电源滑触线B相（连接到电源中的另一相）。由于B、C相之间的电压为380V，因此第一电流表A1和第二电流表A2上即可测得电流I1、I2，并从下述的公式1和公式2计算出电刷12距半导体滑触线D两端的距离L1、L2。而限流电阻R的作用是限制流过滑触线D的电流大小，防止因电流过大而导致滑触线发热及产生多余的能源损耗。
结合图3，公式1和公式2的推导过程如下：
由于半导体滑触线D由单位长度电阻为n的半导电材料制成。当在半导体滑触线D上加上一个电压U时在此半导体滑触线D两端的第一电流表A1、第二电流表A2上即可测得由此产生的电流I1、I2，由于此半导体滑触线D是由单位长度为n的半导电材料制成，因此通过计算即可得出电刷距半导体滑触线D两端的距离L1、L2之比，并可进一步从半导体滑触线D的总长度L推算出L1、L2的长度，运算公式如下：
I1 = U / ( n * L1 )；
I2 = U / ( n * L2 )；
两式相除得到：
L1 / L2 = I2 / I1；
又由于
L1 + L2 = L；
因此
L1 = ( I2 / ( I1 + I2 ) ) * L； （公式1）
L2 = L – L1； （公式2）
其中：
I1为第一电流值，单位为A；
I2为第二电流值，单位为A；
U为电源电压值，单位为V；
n为半导体滑触线单位长度电阻值，单位为Ω/m；
L1为移动小车的位置至半导体滑触线第一端的长度，单位为m；
L2为移动小车的位置至半导体滑触线第二端的长度，单位为m；
L为半导体滑触线的长度，单位为m。
参考图4所示，本发明还揭示了一种移动小车定位方法，包括如下的步骤：
S101. 布设电源滑触线并连接到三相电源。例如，可以布设A、B、C三相的电源滑触线，分别连接到三相电源L1、L2和L3。
S102. 平行于该电源滑触线布设具有均匀的电阻分布的半导体滑触线，半导体滑触线与电源滑触线导通。
S103. 通过集电器将移动小车与半导体滑触线相连为移动小车供电，其中集电器的第一端通过电刷与电源滑触线和半导体滑触线接触，集电器的第二端连接到移动小车。参考图2所示，电刷包括与电源滑触线A、B、C接触的第一部分以及与半导体滑触线D接触的第二部分，第一部分与第二部分之间连接有限流电阻R。电刷12的第一部分包括三个刷头，分别与电源滑触线的A、B、C三相接触。电刷12的第二部分具有一个刷头，与半导体滑触线D接触，在接触C相的刷头与接触D相的刷头之间连接有限流电阻R。
S104. 在半导体滑触线的第一端测量第一电流值I1，在半导体滑触线的第二端测量第二电流值I2。
S105. 基于第一电流值I1、第二电流值I2、电源电压值U、半导体滑触线的第一端和第二段之间的长度L以及半导体滑触线的电阻n计算移动小车的位置。
参考图3所示的电阻式定位的原理图，步骤S105采用的计算原理如下：
由于半导体滑触线D由单位长度电阻为n的半导电材料制成。当在半导体滑触线D上加上一个电压U时在此半导体滑触线D两端的第一电流表A1、第二电流表A2上即可测得由此产生的电流I1、I2，由于此半导体滑触线D是由单位长度为n的半导电材料制成，因此通过计算即可得出电刷距半导体滑触线D两端的距离L1、L2之比，并可进一步从半导体滑触线D的总长度L推算出L1、L2的长度，运算公式如下：
I1 = U / ( n * L1 )；
I2 = U / ( n * L2 )；
两式相除得到：
L1 / L2 = I2 / I1；
又由于
L1 + L2 = L；
因此
L1 = ( I2 / ( I1 + I2 ) ) * L； （公式1）
L2 = L – L1； （公式2）
其中：
I1为第一电流值，单位为A；
I2为第二电流值，单位为A；
U为电源电压值，单位为V；
n为半导体滑触线单位长度电阻值，单位为Ω/m；
L1为移动小车的位置至半导体滑触线第一端的长度，单位为m；
L2为移动小车的位置至半导体滑触线第二端的长度，单位为m；
L为半导体滑触线的长度，单位为m。
采用本发明的技术方案，有效的解决了目前常用的几种定位技术中所存在的不足，具有如下优点：
1）稳定可靠、适应性强：由于小车的定位是在滑触线上完成，而滑触线的位置可根据现场环境灵活布置，有效的避开高温、潮湿、扬尘的环境，减少定位装置所受所处工作环境的影响，同时也避免了由于小车轮子打滑而影响定位的情况。
2）定位快速灵活、精度高：通过测量滑触线两端电流值来定位小车，可实现将小车在行进轨迹上自由定位，并且定位快速精确，具有很高的灵活性。同时由于通过计算电流的比值来确定位置，可有效的抵消由于环境温度变化所产生的阻值变化和电刷与滑触线接触电阻变化所产生的误差，将定位精度控制在要求的范围内。
3）组成简单，维护方便：本装置构成简单，结构清晰，因此制造、安装都十分方便，日常的维护也较为容易。
Claims (6)
1.一种移动小车定位装置，其特征在于，包括：
电源滑触线，连接到三相电源；
半导体滑触线，与所述电源滑触线平行设置并与所述电源滑触线导通，该半导体滑触线具有均匀的电阻分布；
集电器，集电器的第一端连接到电源滑触线和半导体滑触线，集电器的第二端连接到移动小车为移动小车供电，集电器的第一端具有电刷，电刷与电源滑触线以及半导体滑触线接触；
第一电流表，位于半导体滑触线的第一端，在半导体滑触线的第一端测量第一电流值；
第二电流表，位于半导体滑触线的第二端，在半导体滑触线的第二端测量第二电流值；
位置计算装置，连接到所述第一电流表和第二电流表，基于第一电流值、第二电流值、电源电压值、半导体滑触线的第一端和第二段之间的长度以及半导体滑触线的电阻计算移动小车的位置。
2.如权利要求1所述的移动小车定位装置，其特征在于，
所述电刷包括与电源滑触线接触的第一部分以及与半导体滑触线接触的第二部分，第一部分与第二部分之间连接有限流电阻。
3.如权利要求1所述的移动小车定位装置，其特征在于，
所述位置计算装置根据下述公式计算移动小车的位置：
I1 = U / ( n * L1 )；
I2 = U / ( n * L2 )；
L1 / L2 = I2 / I1；
L1 + L2 = L；
L1 = ( I2 / ( I1 + I2 ) ) * L；
L2 = L – L1；
其中：
I1为第一电流值；
I2为第二电流值；
U为电源电压值；
n为半导体滑触线单位长度电阻值，单位为Ω/m；
L1为移动小车的位置至半导体滑触线第一端的长度；
L2为移动小车的位置至半导体滑触线第二端的长度；
L为半导体滑触线的长度。
4.一种移动小车定位方法，其特征在于，包括：
布设电源滑触线并连接到三相电源；
平行于该电源滑触线布设具有均匀的电阻分布的半导体滑触线，半导体滑触线与电源滑触线导通；
通过集电器将移动小车与半导体滑触线相连为移动小车供电，其中集电器的第一端通过电刷与电源滑触线和半导体滑触线接触，集电器的第二端连接到移动小车；
在半导体滑触线的第一端测量第一电流值，在半导体滑触线的第二端测量第二电流值；
基于第一电流值、第二电流值、电源电压值、半导体滑触线的第一端和第二段之间的长度以及半导体滑触线的电阻计算移动小车的位置。
5.如权利要求4所述的移动小车定位方法，其特征在于，
所述电刷包括与电源滑触线接触的第一部分以及与半导体滑触线接触的第二部分，第一部分与第二部分之间连接有限流电阻。
6.如权利要求4所述的移动小车定位方法，其特征在于，所述基于第一电流值、第二电流值、电源电压值、半导体滑触线的第一端和第二段之间的长度以及半导体滑触线的电阻计算移动小车的位置包括根据下述公式计算移动小车的位置：
I1 = U / ( n * L1 )；
I2 = U / ( n * L2 )；
L1 / L2 = I2 / I1；
L1 + L2 = L；
L1 = ( I2 / ( I1 + I2 ) ) * L；
L2 = L – L1；
其中：
I1为第一电流值；
I2为第二电流值；
U为电源电压值；
n为半导体滑触线单位长度电阻值，单位为Ω/m；
L1为移动小车的位置至半导体滑触线第一端的长度；
L2为移动小车的位置至半导体滑触线第二端的长度；
L为半导体滑触线的长度。
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