CN105812657A - 可定位式导轨摄像机及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可定位式导轨摄像机及其使用方法，所述摄像机包括导轨、活动箱体、伸缩杆及快球，摄像机以步进电机和爪极式永磁同步电机驱动沿导轨的移动和伸缩杆的伸缩，活动箱体内安装有控制器，控制器中设置有定时器和计数器，计数器用于对快球的位置变量进行计数，定时器间隔一定时间对计数器发出脉冲，计数器相应地将位置变量加1或减1，从而可以根据位置变量数值获得快球的位置信息，伸缩杆上装有触发开关，触发开关连接至计数器，当伸缩杆缩入到特定位置时，触发开关被触发产生信号，信号传输至计数器，计数器被清零。本发明摄像机以简单的结构和使用方法实现了精确的摄像机垂直定位。

Description

可定位式导轨摄像机及其使用方法

技术领域

本发明属于工业监控领域，具体来说涉及一种可定位式导轨摄像机及其使用方法。

背景技术

在视频监控，特别是工业现场的视频监控中，针对于比较狭长、又需要比较清晰的视频信息的监控场合（如生产线、仪表柜组等），有时需要安装摄像机导轨来供摄像机移动，从而获得各个点位的视频信号。但是，摄像机需要的不仅仅是移动，还需要对被监控的场景进行清晰的定位。定位目标包括水平定位、垂直定位和角度定位。

我们以前使用的摄像机导轨，是这样的一种结构，水平部分采用步进电机驱动，它精确快速。垂直部分采用爪极式永磁同步电动机驱动，经过皮带传动，带动伸缩杆的上下动作。这种方案安全可靠，外形美观，缺点是不能定位，无法实现垂直预置位控制。

这种皮带导轨的垂直位置控制方式，本身没有距离检测装置，需要垂直定位的时候，必须单独添加距离检测装置，如激光测距仪、光栅编码器等。安装这些测距仪，因空间所限，比较困难，另外价格也较高，增加实际应用的成本。

发明内容

针对上述问题，要增加预置位功能，就必须有距离检测。为实现这一目标，我们在控制器中增加定时器和计数器，以时间控制作为距离变量控制的方案，将伸缩杆的垂直运行距离以计数的方式进行计量，实现垂直定位。但在实际应用中，以这种方式会导致长时间使用后，垂直定位的误差累积到一定程度，例如超过1厘米，导致以后的使用过程中定位偏差巨大。因此作为进一步改进我们在现有的导轨摄像机上增加了一个触发开关，当触发开关触发信号时，计数器清零，从而消除了误差。具体来说，本发明采用了如下方案：

一种可定位式导轨摄像机，包括导轨、活动箱体、伸缩杆及快球，快球安装在伸缩杆下端，伸缩杆上端安装在活动箱体上，活动箱体可在导轨上自由滑动，活动箱体内安装有步进电机用于驱动活动箱体沿导轨的滑动，在活动箱体和伸缩杆内还安装有爪极式永磁同步电机，爪极式永磁同步电机通过传动皮带驱动伸缩杆，用于快球的垂直定位，在活动箱体内还安装有控制器用于控制步进电机和爪极式永磁同步电机的运行，其特征在于，控制器中设置有定时器和计数器，计数器用于对快球的位置变量进行计数，启动球机运行时定时器启动，定时器间隔一定时间对计数器发出脉冲，计数器相应地将位置变量加1或减1，从而可以根据位置变量数值获得快球的位置信息，另外伸缩杆包括上部与活动箱体连接在一起的固定部和下部可以伸缩的伸缩部，伸缩杆上装有触发开关，触发开关连接至计数器，当伸缩部在固定部中缩入到特定位置时，触发开关被触发产生信号，信号传输至计数器，计数器被清零。

触发开关可以是任何能够产生触发信号的装置，例如触碰开关等。但是在实际应用中，装置中应尽量少布线，线路复杂会带来预料不到的意外。因此优选地，我们采用的触发开关是设置于伸缩部与固定部的一对霍尔传感器和磁铁，霍尔传感器与磁铁的位置相对应，以使得当伸缩部在固定部中缩入到特定位置时，霍尔传感器与磁铁能够碰及。

为了防止霍尔传感器在工作时受到运行中电动机产生的磁场影响，因此更优选，霍尔传感器安装于伸缩部底部的位置，而磁铁安装于固定部上当伸缩部在固定部中缩入到特定位置时安装于伸缩部底部的霍尔传感器能够碰及的位置。

本发明还公开了一种可定位式导轨摄像机的使用方法，所述方法适用于如上所述的可定位式导轨摄像机，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1）确定上限，让伸缩杆缩入到特定位置，触发开关被触发，此时停止运行，产生清零信号，位置变量被清零，确定上边界；2）确定下限，让伸缩杆拉伸，球机运行到最大允许位置，寻找最大动程，计数器产生相应位置变量，停止运行，取得最大位置变量，保存数据，确定下边界；3）设置预置位，在最大动程范围内，让伸缩杆伸缩，球机运行到需要的位置，获得相应的位置变量，保存该数值作为预置位；4）判断是否需要调用预置位，如果调用了预置位，则计算当前位置与所调用预置位的偏差，然后驱动球机运行到相应位置。

优选地，在步骤4）中，计算当前位置与所调用预置位的偏差然后驱动球机运行到相应位置的步骤包括：利用所调用预置位的位置变量值与当前位置的位置变量值，获得球机需要运行的距离绝对值及运行方向信息，然后驱动球机在相应运行方向上运行相应距离绝对值。进一步，利用所调用预置位的位置变量值与当前位置的位置变量值获得球机需要运行的距离绝对值及运行方向信息的步骤包括：以所调用预置位的位置变量值减去当前位置的位置变量值，差值的绝对值为距离绝对值，数值的符号为运行方向，其中数值为正时球机向下运行，数值为负时球机向上运行；或者以当前位置的位置变量值减去所调用预置位的位置变量值，差值的绝对值为距离绝对值，数值的符号为运行方向，其中数值为负时球机向下运行，数值为正时球机向上运行。

更优选，步骤4）进一步包括：如果未调用预置位，则继续手动操作球机在最大动程范围内运行到需要运行到的位置。进一步，在手动操作球机在最大动程范围内运行到需要运行到的位置之后还包括：判断是否将当前位置设置为预置位，如果需要设置，则保存当前位置的位置变量值作为新的预置位的值。

有益效果：

本发明涉及导轨摄像机的垂直控制部分，专门针对伸缩杆的位移测量方法，用时间的测量取代距离的测量，虽然间接，但是方便而实用。伸缩杆内部采用2个爪极式永磁同步电动机驱动，其速度稳定精准，经过实际测试，在规定时间内运行的距离几乎是相等的，采用计数器对垂直方向上运行的距离进行计量，实现垂直方向上的定位。但是采用这种方式的定位问题在于经过一段时间的运行以后，误差会逐渐积累到一个比较不可接受的程度，例如经过一段时间的运行后，垂直误差可以达到1cm甚至更多。我们在摄像机的伸缩杆上装上了一个触发开关，当摄像机归位的时候，触发开关触发一个信号，传导到计数器，引起计数器清零，从而将误差消除。这个过程可以自动进行，例如机器停工的时候，摄像机自动归位，触发开关触发信号，计数器清零。或者在一段时间以后，例如一周或半个月，人工操作摄像机伸缩杆归位，触发信号清零。采用这种方式，以较低的成本实现了导轨摄像机的精确定位，而且方案简单，改造容易，值得大面积推广。

附图说明

图1是本发明的可定位式导轨摄像机的结构示意图。

图2是本发明的可定位式导轨摄像机的操作使用流程图。

图3是预置位设置的一个示例实施方案的示意图。

图4是计数器位置变量产生的一个示例实施方案的流程图。

在图中：1、导轨；2、活动箱体；3、步进电机；4、爪极式永磁同步电机；5、固定部；6、伸缩部；7、快球；8、磁铁；9、霍尔感应器；10、控制器；11、计数器；12、定时器。

具体实施方式

本发明公开一种可定位式导轨摄像机及其使用方法，主要解决导轨摄像机的垂直定位问题及定位精度问题。传统结构的伸缩杆，外形美观，运行稳定可靠，缺点是不带垂直距离的检测，没办法进行预置位控制，使用不方便。如果安装距离检测装置，则在结构成本上不可取。而本发明提供了一种简单的结构和方法解决了导轨摄像机的垂直精确定位的问题。下面将结合附图来对本发明的技术方案进行详细的说明。

如图1所示，本发明的可定位式导轨摄像机包括导轨1和活动箱体2，摄像机快球7通过伸缩杆装在活动箱体2下端。活动箱体2内安装有步进电机3用于驱动活动箱体沿导轨的滑动，在活动箱体内还安装有爪极式永磁同步电机4通过传动皮带驱动伸缩杆的伸缩。在活动箱体2内还安装有控制器10用于控制步进电机和爪极式永磁同步电机的运行，其中控制器中设置有计数器11和定时器12，计数器用于对快球的位置变量进行计数，启动球机运行时定时器启动，定时器间隔一定时间对计数器发出脉冲，计数器相应地将位置变量加1或减1，从而可以根据位置变量数值获得快球的位置信息。快球7安装在伸缩杆下端，伸缩杆包括上部与活动箱体连接在一起的固定部5和下部可以伸缩的伸缩部6，伸缩杆上装有触发开关，触发开关连接至计数器，当伸缩杆缩入到特定位置时，例如当伸缩杆完全缩入时，触发开关被触发产生信号，信号传输至计数器，计数器被清零。

触发开关可以是任何能够产生触发信号的装置，例如触碰开关等。但是在实际应用中，装置中应尽量少布线，线路复杂会带来预料不到的意外。因此优选地，我们采用的触发开关是设置于伸缩部与固定部的一对霍尔传感器9和磁铁8，霍尔传感器与磁铁的位置相对应，当伸缩部在固定部中缩入到特定位置时，例如当伸缩部完全缩入固定部时，霍尔传感器与磁铁能够碰及。当霍尔传感器与磁铁碰及时，霍尔传感器产生信号，传递给计数器使计数器清零。为了防止霍尔传感器在工作时受到运行中电动机产生的磁场影响，因此更优选，霍尔传感器9安装于伸缩部底部的位置，而磁铁8安装于固定部上当伸缩部在固定部中缩入到特定位置时，例如当伸缩部完全缩入固定部时安装于伸缩部底部的霍尔传感器能够碰及的位置。

伸缩杆内部采用2个爪极式永磁同步电动机驱动，其速度稳定精准，经过实际测试，在规定时间内运行的距离几乎是相等的，采用计数器对垂直方向上运行的距离进行计量，实现垂直方向上的定位。但是采用这种方式的定位问题在于经过一段时间的运行以后，误差会逐渐积累到一个比较不可接受的程度，例如经过一段时间的运行后，垂直误差可以达到1cm甚至更多。我们在摄像机的伸缩杆上装上了一个触发开关，当摄像机归位的时候，触发开关触发一个信号，传导到计数器，引起计数器清零，从而将误差消除。这个过程可以自动进行，例如机器停工的时候，摄像机自动归位，触发开关触发信号，计数器清零。或者在一段时间以后，例如一周或半个月，人工操作摄像机伸缩杆归位，触发信号清零。采用这种方式，以较低的成本实现了导轨摄像机的精确定位，而且方案简单，改造容易，值得大面积推广。

我们采用计数器来计量运行距离从而实现定位的方式可以认为是换一种思路来实现距离测量，亦即我们可以通过测试时间，来知道运行的距离，而把不同位置都对应上一个时间值，再把需要的特定位置保留下来编上号，作为预置位，以后使用中，可根据需要来调用。

采用时间值表示距离，运行一段时间以后，对应的距离误差可能会超过1厘米，这时我们加了一个霍尔开关，作为校零使用，可以修改累计误差，以确保精度在1厘米以内，能够满足实际需要。当垂直误差大于1厘米时，可以点击上行命令，当霍尔开关碰及小磁铁时，位置变量清0，上限值＝0。

上电以后到整个运行的过程，可见程序流程图2。

首先是确定上限，让伸缩杆缩入到特定位置，触发开关被触发，此时停止运行，产生清零信号，位置变量被清零，确定上边界。在该步骤执行过程中，首先执行向上收缩命令，寻找零点位置，当霍尔探头感应到小磁铁后，自动停止运行，此时确定了上边界。结果是位置变量清0，上限值置0，从而确定上限位置。

然后确定下限，让伸缩杆拉伸，球机运行到最大允许位置，寻找最大动程，计数器产生相应位置变量，停止运行，取得最大位置变量，保存数据，确定下边界。在该步骤执行过程中，执行向下拉伸命令，寻找最大动程，当运行到最大的允许位置时按停止，结果是取得最大的位置变量值，也就是下边界，保存数据，确定了下限位置，获得了允许最大运行的位置变量。

然后设置预置位，在最大动程范围内，让伸缩杆伸缩，球机运行到需要的位置，获得相应的位置变量，保存该数值作为预置位。当然，设置预置位也可以事先设定。实现规划好需要运行的最大动程，在该动程内确定几个点作为预置位。

判断是否需要调用预置位，如果调用了预置位，则计算当前位置与所调用预置位的偏差，然后驱动球机运行到相应位置。在调用了预置位的情况下，根据当前位置和预置位的位置值计算运行参数。首先计算出位置偏差：预置位值-当前位置值，然后确定运行方向：偏差为正向上运行，偏差为负向下运行，而运行距离则为位置偏差的绝对值。或者反过来，位置偏差为当前位置值-预置位值，然后确定运行方向为偏差为负向上运行，偏差为正向下运行，而运行距离仍为位置偏差的绝对值。然后根据以上得出的数据驱动拉杆伸缩，按照运行参数，使拉杆伸缩到指定位置。

如果未调用预置位，则继续手动操作球机在最大动程范围内运行到需要运行到的位置。进一步，在手动操作球机在最大动程范围内运行到需要运行到的位置之后还包括：判断是否将当前位置设置为预置位，如果需要设置，则保存当前位置的位置变量值作为新的预置位的值。在该步骤过程中，执行手动命令，点击向上向下命令，球机会在上下限允许的范围内运动。运行需要的位置后，如果要设置新的预置位，则将当前位置作为新的预置位保存，如果不设置新的预置位，则继续手动操作球机，或者调用预置位。

图3以一个例子例示了预置位图例。以1.5米长的伸缩杆举例，对应的位置变量值从0~1000000，对应时间从0~20秒，即每20us对应一个位置变量值。上面标了3个预置位，分别编号为1、2、3，预置位值分别为200000、400000、600000，对应时间分别为4秒、8秒、12秒，导轨球机的当前位置是30000（离上边界0.45米处）。如果球机要从当前位置移动到2号预置位，根据计算，偏差为预置位值-当前位置值=100000，结果为正，球机向下运行100000预置位值，即运行2秒，计数器由30000增加到400000，球机自动停止在相应位置。如果要移动到1号预置位，则相反。

图4以一个示例示出了定时器与计数器如何设置和产生预置位值的过程。当然，虽然图中示出是以20us为间隔，每当20us计数器增加或减少1个位置变量值，但是应了解，在实际应用中，可以根据实际需要设置任意值的间隔，例如10us、100us、1000us等。当启动电机运行以移动球机的时候，定时器开始工作。定时器每隔20us产生一个脉冲，脉冲传递到计数器，计数器的位置变量根据运行方向相应的加1（向下）或减1（向上），产生新的位置变量。控制器检测位置变量值，如果改变的位置变量值或者新的位置变量值符合调用的预置位变量值，则电机停止运行，球机停在相应的位置，否则继续运行。在手动的情况下，当电机运行，球机位置改变时，计数器产生新的位置变量值。如果需要设置新的预置位，则将该新的位置变量值存储下来并编号，作为新的预置位值。

采用时间控制作为距离控制的方案，已经在实践中得到应用，效果很好，值得推广。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细的说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (8)

1.一种可定位式导轨摄像机，包括导轨、活动箱体、伸缩杆及快球，快球安装在伸缩杆下端，伸缩杆上端安装在活动箱体上，活动箱体可在导轨上自由滑动，活动箱体内安装有步进电机用于驱动活动箱体沿导轨的滑动，在活动箱体和伸缩杆内还安装有爪极式永磁同步电机，爪极式永磁同步电机通过传动皮带驱动伸缩杆，用于快球的垂直定位，在活动箱体内还安装有控制器用于控制步进电机和爪极式永磁同步电机的运行，其特征在于，控制器中设置有定时器和计数器，计数器用于对快球的位置变量进行计数，启动球机运行时定时器启动，定时器间隔一定时间对计数器发出脉冲，计数器相应地将位置变量加1或减1，从而可以根据位置变量数值获得快球的位置信息，另外伸缩杆包括上部与活动箱体连接在一起的固定部和下部可以伸缩的伸缩部，伸缩杆上装有触发开关，触发开关连接至计数器，当伸缩部在固定部中缩入到特定位置时，触发开关被触发产生信号，信号传输至计数器，计数器被清零。

2.如权利要求1所述的可定位式导轨摄像机，其特征在于，触发开关是设置于伸缩部与固定部的一对霍尔传感器和磁铁，霍尔传感器与磁铁的位置相对应，以使得当伸缩部在固定部中缩入到特定位置时，霍尔传感器与磁铁能够碰及。

3.如权利要求2所述的可定位式导轨摄像机，其特征在于，霍尔传感器安装于伸缩部底部的位置，而磁铁安装于固定部上当伸缩部在固定部中缩入到特定位置时安装于伸缩部底部的霍尔传感器能够碰及的位置。

4.一种可定位式导轨摄像机的使用方法，所述方法适用于如权利要求1至3中任一项所述的可定位式导轨摄像机，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1）确定上限，让伸缩杆缩入到特定位置，触发开关被触发，此时停止运行，产生清零信号，位置变量被清零，确定上边界；2）确定下限，让伸缩杆拉伸，球机运行到最大允许位置，寻找最大动程，计数器产生相应位置变量，停止运行，取得最大位置变量，保存数据，确定下边界；3）设置预置位，在最大动程范围内，让伸缩杆伸缩，球机运行到需要的位置，获得相应的位置变量，保存该数值作为预置位；4）判断是否需要调用预置位，如果调用了预置位，则计算当前位置与所调用预置位的偏差，然后驱动球机运行到相应位置。

5.如权利要求4所述的可定位式导轨摄像机的使用方法，其特征在于，在步骤4）中，计算当前位置与所调用预置位的偏差然后驱动球机运行到相应位置的步骤包括：利用所调用预置位的位置变量值与当前位置的位置变量值，获得球机需要运行的距离绝对值及运行方向信息，然后驱动球机在相应运行方向上运行相应距离绝对值。

6.如权利要求5所述的可定位式导轨摄像机的使用方法，其特征在于，利用所调用预置位的位置变量值与当前位置的位置变量值获得球机需要运行的距离绝对值及运行方向信息的步骤包括：以所调用预置位的位置变量值减去当前位置的位置变量值，差值的绝对值为距离绝对值，数值的符号为运行方向，其中数值为正时球机向下运行，数值为负时球机向上运行；或者以当前位置的位置变量值减去所调用预置位的位置变量值，差值的绝对值为距离绝对值，数值的符号为运行方向，其中数值为负时球机向下运行，数值为正时球机向上运行。

7.如权利要求4所述的可定位式导轨摄像机的使用方法，其特征在于，步骤4）进一步包括：如果未调用预置位，则继续手动操作球机在最大动程范围内运行到需要运行到的位置。

8.如权利要求7所述的可定位式导轨摄像机的使用方法，其特征在于，在手动操作球机在最大动程范围内运行到需要运行到的位置之后还包括：判断是否将当前位置设置为预置位，如果需要设置，则保存当前位置的位置变量值作为新的预置位的值。