CN105182982A - 一种基准自适应机器人循迹传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基准自适应机器人循迹传感器，其特征在于：所述传感器包括光电检测电路（1）、基准信号电路（2）、比较器电路（3）、状态指示电路（4）以及检测接口电路（5），光电检测电路（1）与比较器电路（3）电连接，基准信号电路（2）与比较器电路（3）电连接，比较器电路（3）分别与状态指示电路（4）、检测接口电路（5）连接。本发明有效解决了传统灰度传感器、磁性检测传感器和视觉图像检测实际使用中存在容易受外界环境光的影响，且成本高、处理复杂的问题。
Description
技术领域
本发明涉及机器人循迹传感器设备技术领域，具体涉及一种基准自适应机器人循迹传感器。
背景技术
目前，工业生产、仓储管理的自动化程度越来越高，自主行走移动的机器人应用越来越广泛，实现物体搬运、码垛等功能，在这过程中需要机器人沿设定的路线移动或运动控制定位，机器人一般通过循迹定位来实现。常用的循迹检测有灰度传感器、磁性检测传感器和视觉图像检测。灰度传感器是通过检测不同颜色表面反光强弱不同来实现循迹的，容易受环境光的影响，磁检测传感器检测的磁条需要埋设在地面下，使用中不易调整修改线路，视觉图像检测也会受到环境光的影响，而且成本高，软件处理复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基准自适应机器人循迹传感器，本发明有效解决了传统灰度传感器、磁性检测传感器和视觉图像检测实际使用中存在容易受外界环境光的影响，且成本高、处理复杂的问题。
本发明通过以下技术方案实现：
一种基准自适应机器人循迹传感器，其特征在于：所述传感器包括光电检测电路（1）、基准信号电路（2）、比较器电路（3）、状态指示电路（4）以及检测接口电路（5），光电检测电路（1）与比较器电路（3）电连接，基准信号电路（2）与比较器电路（3）电连接，比较器电路（3）分别与状态指示电路（4）、检测接口电路（5）连接。
本发明进一步解决的技术方案为：
所述光电检测电路（1）由电阻R1、发光二极管D1、电阻R2和光敏电阻RG1组成；电阻R1的一端与发光二极管D1的正极相连，另外一端接电源VCC，发光二极管D1的负极接电源的GND，电阻R1和发光二极管D1构成传感器的辅助光源，电阻R2和光敏电阻RG1串联连接，电阻R2的另外一端接电源VCC，光敏电阻RG1的另外一端接电源的GND，电阻R2和光敏电阻RG1构成光强弱变化的检测电路，电阻R2和光敏电阻RG1连接点作为光电检测电路（1）的输出连接到比较器电路（3）运算放大器U1的同相输入端3脚；
所述基准信号电路（2）由电位器RP1、光敏电阻RG2和电阻R3组成；电位器RP1的中间抽头与自身一端相连，接到电源VCC，电位器RP1的另外一端连接到光敏电阻RG2的一端，光敏电阻RG2的另外一端连接到电阻R3的一端，电阻R3的另外一端连接电源的GND，电位器RP1与光敏电阻RG2的连接处作为基准信号电路（2）的输出连接到比较器电路（3）运算放大器U1的反相输入端2脚；
所述比较器电路（3）由运算放大器U1和电容C1组成；运算放大器U1的4脚接电源的GND，8脚接电源的VCC，运算放大器U1的1脚接电容C1的一端，电容C1的另外一端接电源的GND，电容C1的作用是消除高频干扰；
所述的状态指示电路（4）由电阻R4、发光二极管D2组成；电阻R4连接到发光二极管D1的正极，电阻R4的另外一端连接到电源VCC，发光二极管D1的负极与比较器电路（3）的输出相连；
所述检测接口电路（5）主要由电源线、信号输出线构成，传感器各电路的工作电源都是通过检测接口电路（5）从机器人控制器获得；比较器电路（3）连接到检测接口电路（5）的2脚OUT，通过检测接口电路（5）送给机器人控制器检测，检测接口电路（5）的1脚为电源VCC，3脚为电源GND。
本发明进一步解决的技术方案为：
所述运算放大器U1芯片采用LM324、或为LM358、或为OP07、或为LM741。
本发明进一步解决的技术方案为：
所述比较器电路（3）采用型号为LM339、或为LM393的电压比较器。
本发明与现有技术相比，具有以下明显优点：本发明提供的循迹传感器为低成本抗干扰，降低了环境光对机器人循迹检测的影响，便于循迹线路调整维护，降低循迹线路调整维护的工作量。
附图说明
图1为本发明的电路结构原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括光电检测电路1、基准信号电路2、比较器电路3、状态指示电路4以及检测接口电路5组成，光电检测电路1与比较器电路3连接，基准信号电路2与比较器电路3连接，比较器电路3分别与状态指示电路4、检测接口电路5连接，检测接口电路5向机器人的控制器提供循迹信号，并从机器人的控制器获取传感器所需要的工作电源，整体构成基准自适应机器人循迹传感器的电回路，其中光电检测电路1由光敏电阻RG1检测检测线路轨迹上反射光的强弱，并转换为电压信号送给比较器电路3，同时由可调的电位器RP1、光敏电阻RG2、电阻R3构成的基准信号电路2将取得的基准电压信号也送给比较器电路3，比较器电路3对两个信号进行处理，输出数字信号0—低电平，1—高电平，比较器电路3输出的数字信号分别送到状态指示电路4和检测接口电路5，使状态指示电路4的指示灯发光二极管D2的亮灭状态改变，通过检测接口电路5送给机器人的控制器检测，实现循迹检测。
使用时，将循迹传感器固定在机器人底部合适位置即可，实现循迹或定位。将多个循迹传感器并排安装，机器人控制器检测这些传感器就可以判断机器人在轨迹上的偏差大小，进而进行控制调整，实现循迹控制。定位检测时，将传感器安装在机器人运行方向的侧面，运行中检测到定位点时，机器人的控制器将检测到信号，控制定位。
结合图1简述本发明的工作过程：
传感器所有电路模块的工作电源都是通过检测接口电路5从机器人控制器获得，再分别连接到其他电路，即图1中的电源VCC与地GND，光电检测电路1由电阻R1、发光二极管D1、电阻R2和光敏电阻RG1组成；电阻R1的一端与发光二极管D1的正极相连，另外一端接电源VCC，发光二极管D1的负极接电源的GND，电阻R1和发光二极管D1构成传感器的辅助光源，提高传感器对环境光的抗干扰能力。电阻R2和光敏电阻RG1串联连接，电阻R2的另外一端接电源VCC，光敏电阻RG1的另外一端接电源的GND，电阻R2和光敏电阻RG1构成光强弱变化的检测电路，电阻R2和光敏电阻RG1连接点作为光电检测电路1的输出连接到比较器电路3运算放大器U1的同相输入端3脚。当传感器位于轨迹上方时，光敏电阻RG1遇到的反射光强，光敏的阻值较小，送到运算放大器U1同相端3脚的电压小，当传感器偏离上方时，光敏电阻RG1遇到的反射光弱，光敏的阻值较大，送到运算放大器U1同相端3脚的电压大。基准信号电路2由电位器RP1、光敏电阻RG2和电阻R3组成。电位器RP1的中间抽头与自身一端相连，接到电源VCC，电位器RP1的另外一端连接到光敏电阻RG2的一端，光敏电阻RG2的另外一端连接到电阻R3的一端，电阻R3的另外一端连接电源的GND，电位器RP1与光敏电阻RG2的连接处作为基准信号电路2的输出连接到比较器电路3运算放大器U1的反相输入端2脚，调节电位器RP1可以调节加到运算放大器U1反相端2脚的电压。比较器电路3由运算放大器U1和电容C1组成。运算放大器U1的4脚接电源GND，8脚接电源VCC。运算放大器U1的1脚接电容C1的一端，电容C1的另外一端接电源的GND，电容C1的作用是消除高频干扰。光敏电阻RG2安装位置应离发光二极管D1稍远，不让受到反光二极管D1的影响。将传感器置于轨迹上，测量运算放大器U1同相端3脚电压V1，再将传感器从轨迹上方移开，测量运算放大器U1同相端3脚电压V2，调整电位器RP1使运算放大器U1反相端电压约为（V1+V2）/2，这样就设置好了基准信号（显然V2>V1）。当传感器在轨迹上方时，运算放大器U1同相端3脚电压较小，小于反相端电压（V1+V2）/2，运算放大器U1输出端1脚输出低水平；当传感器不在轨迹上方时，运算放大器U1同相端3脚电压较大，大于（V1+V2）/2，运算放大器U1输出端1脚输出高水平。传感器上循迹检测的光敏电阻RG1在机器人循迹过程中会受到周围环境光的影响，送到运算放大器U1同相端3脚的电压也会有波动，当运算放大器U1的3脚电压波动过大与运算放大器U1反相端2脚电压比较，超过基准信号临界点时，运算放大器U1会输出相反信号。基准信号电路2的光敏电阻RG2可以起到防止产生异常信号，当环境光改变时，光敏电阻RG2也受到同一个时刻环境光影响，使送到运算放大器U1反相端2脚的基准信号与运算放大器U1同相端3脚信号以相同趋势变化，自主适应环境光的变化，提高了传感器的抗干扰能力，从而提高机器人循迹或定位的准确性。比较器电路3连接到状态指示模块4，即运算放大器U1的1脚连接到发光二极管D2的负极。状态指示模块4由电阻R4、发光二极管D2组成。电阻R4连接到发光二极管D1的正极，电阻R4的另外一端连接到电源VCC，发光二极管D1的负极与比较器电路3的输出相连。当比较器电路3输出高电平时，发光二极管D2截止，发光二极管D2熄灭，当信号处理电路3输出低电平时，发光二极管D2导通，发光二极管D2被点亮。比较器电路3连接到检测接口电路5的2脚OUT，通过检测接口电路5送给机器人控制器检测，检测接口电路5的1脚为电源VCC，检测接口电路5的3脚为电源GND。综上，当传感器处于轨迹上方时比较器电路3输出低电平，状态指示电路4的指示灯亮，同时在检测接口电路5的OUT输出低电平，反之，传感器不在轨迹上方时，比较器电路3输出高电平，状态指示电路4的指示灯熄灭，检测接口电路5的OUT输出高电平。在循迹过程中，基准信号电路2的基准信号自主适应环境光的变化，与光电检测电路1的取样信号以相同趋势变化，使基准信号动态变化，满足循迹测量要求。
其中，所述的光敏电阻RG1、RG2是指任何型号系列的光敏电阻，图1中采用的是GM5539。比较器电路3是指由任一型号的运算放大器芯片如LM324、LM358、OP07、LM741等，或任一型号的电压比较器器芯片如LM339、LM393等，图1中采用的是LM358。
使用时，基准自适应循迹传感器作为机器人控制电路的一部分，安装在机器人底部适当位置，可以多个并排安装（如8个），将传感器的检测接口模块5连接到机器人控制器上，从机器人控制器获取工作电源并向机器人控制器输出循迹检测信号。也可将传感器安装在机器人的侧面，用于机器人定位检测与控制。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基准自适应机器人循迹传感器，其特征在于：所述传感器包括光电检测电路（1）、基准信号电路（2）、比较器电路（3）、状态指示电路（4）以及检测接口电路（5），光电检测电路（1）与比较器电路（3）电连接，基准信号电路（2）与比较器电路（3）电连接，比较器电路（3）分别与状态指示电路（4）、检测接口电路（5）连接。
2.根据权利要求1所述的一种基准自适应机器人循迹传感器，其特征在于：
所述光电检测电路（1）由电阻R1、发光二极管D1、电阻R2和光敏电阻RG1组成；电阻R1的一端与发光二极管D1的正极相连，另外一端接电源VCC，发光二极管D1的负极接电源的GND，电阻R1和发光二极管D1构成传感器的辅助光源，电阻R2和光敏电阻RG1串联连接，电阻R2的另外一端接电源VCC，光敏电阻RG1的另外一端接电源的GND，电阻R2和光敏电阻RG1构成光强弱变化的检测电路，电阻R2和光敏电阻RG1连接点作为光电检测电路（1）的输出连接到比较器电路（3）运算放大器U1的同相输入端3脚；
所述基准信号电路（2）由电位器RP1、光敏电阻RG2和电阻R3组成；电位器RP1的中间抽头与自身一端相连，接到电源VCC，电位器RP1的另外一端连接到光敏电阻RG2的一端，光敏电阻RG2的另外一端连接到电阻R3的一端，电阻R3的另外一端连接电源的GND，电位器RP1与光敏电阻RG2的连接处作为基准信号电路（2）的输出连接到比较器电路（3）运算放大器U1的反相输入端2脚；
所述比较器电路（3）由运算放大器U1和电容C1组成；运算放大器U1的4脚接电源的GND，8脚接电源的VCC，运算放大器U1的1脚接电容C1的一端，电容C1的另外一端接电源的GND，电容C1的作用是消除高频干扰；
所述的状态指示电路（4）由电阻R4、发光二极管D2组成；电阻R4连接到发光二极管D1的正极，电阻R4的另外一端连接到电源VCC，发光二极管D1的负极与比较器电路（3）的输出相连；
所述检测接口电路（5）主要由电源线、信号输出线构成，传感器各电路的工作电源都是通过检测接口电路（5）从机器人控制器获得；比较器电路（3）连接到检测接口电路（5）的2脚OUT，通过检测接口电路（5）送给机器人控制器检测，检测接口电路（5）的1脚为电源VCC，3脚为电源GND。
3.根据权利要求1或2所述的一种基准自适应机器人循迹传感器，其特征在于：所述运算放大器U1芯片采用LM324、或为LM358、或为OP07、或为LM741。
4.根据权利要求1所述的一种基准自适应机器人循迹传感器，其特征在于：所述比较器电路（3）采用型号为LM339、或为LM393的电压比较器。
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