CN106227217B - 一种基于电磁循迹原理的智能载运车及其修正控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于电磁循迹原理的智能载运车及其修正控制方法，与现有技术相比解决了难以利用磁场循迹技术对载运车进行运动轨迹控制的缺陷。本发明的运动轨迹组件包括交变电流产生器，交变电流产生器上接有漆包线，漆包线铺设在地面上形成运动轨迹；运动方向配合组件包括安装在后横杆上的后中谐振电感，后中谐振电感位于载物车行进方向中心线的延长线上，后中谐振电感的轴心与载物车行进方向相垂直，后中谐振电感位于漆包线上方。本发明利用电磁循迹技术根据实际需要对复杂路线进行相应地循迹运输。

Description

一种基于电磁循迹原理的智能载运车及其修正控制方法

技术领域

本发明涉及磁场循迹控制技术领域，具体来说是一种基于电磁循迹原理的智能载运车及其修正控制方法。

背景技术

随着人类的研究活动范围逐渐扩大，高科技自动控制系统及装置已日益成为现代社会活动中离不开的自动智能设备，在恶劣环境条件下的生产劳动中，由于地形、温度等环境因素的影响，凡不宜直接由人承担的工作，均可由自动控制系统代替。在工厂中，可以利用自动控制小车的可承载性、对环境的强适应能力、以及不受温度、湿度等条件影响的优点，完成在危险工作环境下中运输微小零件等任务，从在保证生产的安全性的同时，也减轻了人员的工作量。如何将磁场循迹技术应用到载运车的运动轨迹控制中已成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中难以利用磁场循迹技术对载运车进行运动轨迹控制的缺陷，提供一种基于电磁循迹原理的智能载运车及其修正控制方法来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于电磁循迹原理的智能载运车，包括载物车和动力车，载物车的左侧面和右侧面均设有万向轮，载物车的后侧面通过竖向支架安装在动力车的前端，后横杆垂直安装在竖向支架上且后横杆与万向轮的轴向相平行，

还包括运动轨迹组件和运动方向配合组件，运动轨迹组件包括交变电流产生器，交变电流产生器上接有漆包线，漆包线铺设在地面上形成运动轨迹；运动方向配合组件包括安装在后横杆上的后中谐振电感，后中谐振电感位于载物车行进方向中心线的延长线上，后中谐振电感的轴心与载物车行进方向相垂直，后中谐振电感位于漆包线上方。

所述的后横杆上还安装有后左谐振电感和后右谐振电感，后左谐振电感与后右谐振电感基于后中谐振电感呈对称布置，后左谐振电感和后右谐振电感两者的轴心均与载物车行进方向相垂直；所述的动力车上安装有微处理器，动力车上设有伺服舵机，伺服舵机的数据控制端与微处理器的控制信号输出端相连，后左谐振电感的输出端子、后中谐振电感的输出端子和后右谐振电感的输出端子均通过模数转换模块与微处理器的数据输入端相连。

还包括垂直安装在竖向支架上的前横杆，前横杆位于载物车的后侧面与后横杆之间，前横杆与后横杆相平行；运动方向配合组件还包括安装在前横杆上的前左谐振电感和前右谐振电感，前左谐振电感与前右谐振电感基于载物车行进方向中心线的延长线呈对称布置，前左谐振电感与前右谐振电感两者的轴心均与载物车行进方向相平行，前左谐振电感与后左谐振电感前后对应，前右谐振电感与后右谐振电感前后对应；前左谐振电感的输出端子和前右谐振电感的输出端子均通过模数转换模块与微处理器的数据输入端相连。

一种基于电磁循迹原理的智能载运车的修正控制方法，包括以下步骤：

数据采集周期的设定，根据需要对谐振电压值获得的时间周期进行设定；

谐振电压值的采集，对前左谐振电感、前右谐振电感、后左谐振电感、后中谐振电感和后右谐振电感均进行三个时间周期的谐振电压值的采集，

采集当前周期的谐振电压值，分别为{ad₁,ad₂,ad₃,ad₄,ad₅}，

采集上一周期的谐振电压值，分别为{ad₁',ad₂',ad₃',ad₄',ad₅'}，

采集下一周期的谐振电压值，分别为{ad₁”,ad₂”,ad₃”,ad₄”,ad₅”}，

其中，

ad₁、ad₁'和ad₁”为后左谐振电感在三个时间周期的谐振电压值，

ad₂、ad₂'和ad₂”为后中谐振电感在三个时间周期的谐振电压值，

ad₃、ad₃'和ad₃”为后右谐振电感在三个时间周期的谐振电压值，

ad₄、ad₄'和ad₄”为前左谐振电感在三个时间周期的谐振电压值，

ad₅、ad₅'和ad₅”为前右谐振电感在三个时间周期的谐振电压值；

加权滤波计算，对前左谐振电感、前右谐振电感、后左谐振电感、后中谐振电感和后右谐振电感均进行加权滤波处理；

归一化处理，对前左谐振电感、前右谐振电感、后左谐振电感、后中谐振电感和后右谐振电感加权滤波后的数值进行归一化处理；

行进误差值的计算，对归一化后的数据进行分析，采用差比和算法得到误差值；

伺服舵机的调整，通过PID算法基于误差值获得伺服舵机转角的偏转量，对伺服舵机进行方向调整。

所述的加权滤波计算公式如下：

AD_x＝K₁gad_x+K₂gad_x'+K₃gad_x”

其中，K₁+K₂+K₃＝1，其中K₁、K₂、K₃为比例参数。

所述的归一化处理计算公式如下：

其中S_x≤1。

所述的行进误差值的计算方法如下：

对前左谐振电感、前右谐振电感、后左谐振电感、后中谐振电感和后右谐振电感归一化处理后的S值进行比较分析，

其中，

S₁为后左谐振电感归一化处理后的值，

S₂为后中谐振电感归一化处理后的值，

S₃为后右谐振电感归一化处理后的值，

S₄为前左谐振电感归一化处理后的值，

S₅为前右谐振电感归一化处理后的值，

若S₂≥S₃且S₂≥S₁，则表明车身中心线偏离电磁线幅度较小，则计算总体误差error，其计算公式如下：

若满足不等式S₁≤S₂≤S₃或S₁≥S₂≥S₃，则表明车身中心线偏离电磁线幅度较大，则计算总体误差error，其计算公式如下：

其中K₄、K₅为比例参数。

所述伺服舵机的调整方法如下：

计算舵机转角的偏转量steer(k)，其计算公式如下：

steer(k)＝△steer(k)+steer(k-1)，

其中：△steer(k)＝K_pg[error(k)-error(k-1)]+K_igerror(k)+K_dg[error(k-1)-error(k-2)]，

参数K代表第K个数据处理周期，其中K_p、K_i、K_d代表比例系数。

有益效果

本发明的一种基于电磁循迹原理的智能载运车及其修正控制方法，与现有技术相比利用电磁循迹技术根据实际需要对复杂路线进行相应地循迹运输，事先采用漆包线铺设路线，交变电流发生器产生磁场，实现对人为铺设的漆包线进行循迹。本发明提高了载运速率和效率，为复杂地形和危险地段的工厂车间提供了零部件运输安全、可靠的载运装置。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中交变电流产生器的结构示意图；

图3为本发明运动状态时的结构示意图；

图4为本发明中谐振电感安装结构放大图；

图5为现有技术中谐振电感电路连接图；

图6为本发明中微处理器的电路连接原理图；

图7为本发明的方法顺序图；

其中，1-载物车、2-动力车、3-竖向支架、4-伺服舵机、5-后横杆、6-前横杆、7-交变电流产生器、10-万向轮、11-漆包线、12-模数转换模块、13-微处理器、21-后左谐振电感、22-后中谐振电感、23-后右谐振电感、24-前左谐振电感、25-前右谐振电感。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1所示，本发明所述的一种基于电磁循迹原理的智能载运车，包括载物车1和动力车2，载物车1用于承载相关物品，动力车2用于提供动力。载物车1的左侧面和右侧面均设有万向轮10，载物车1通过万向轮10的设计，可以进行方向的调整。载物车1的后侧面通过竖向支架3安装在动力车2的前端，通过动力车2的动力推动载物车1的前进。后横杆5用于安装后中谐振电感22，后横杆5垂直安装在竖向支架3上，并且后横杆5与万向轮10的轴向相平行。

运动轨迹组件用于提供载物车1的运动线路，如图2所示，运动轨迹组件包括交变电流产生器7，交变电流产生器7上接有漆包线11，漆包线11两端均接在交变电流产生器7上，形成一个闭合环路。漆包线11铺设在地面上形成运动轨迹，即漆包线11按现场路径需要进行布置，载物车1按漆包线11的布置轨迹进行运动。

运动方向配合组件用于载物车1在漆包线11上的运动方向设定，如图4所示，运动方向配合组件包括安装在后横杆5上的后中谐振电感22。如图5所示，后中谐振电感22为工字电感按传统的串接电容、输出端子的方式组成，其可产生谐振电压值。后中谐振电感22位于载物车1行进方向中心线的延长线上，从载物车1自身出发其存在3个方向的中心线，即X轴、Y轴和Z轴，而X轴、Y轴分为载物车1行进方向(万向轮10的径向)、载物车1非行进方向(万向轮10的轴向)，在此后中谐振电感22基于载物车1行进方向(万向轮10的径向)的中心线的延长线上。后中谐振电感22的轴心与载物车1行进方向相垂直，用于计算偏差值。

如图3所示，后中谐振电感22位于漆包线11上方，在使用时，动力车2提供动力，推动载物车1前进。同时，交变电流产生器7上电，漆包线11上加电，后中谐振电感22在漆包线11的磁场导迹下，使得载物车1沿漆包线11铺设的轨迹进行运动。而当动力车2速度过快、漆包线11铺设的轨迹弯度较大的情况时，载物车1的运动可能会产生一些偏差。因此在此，利用后左谐振电感21、后右谐振电感23、前左谐振电感24和前右谐振电感25对动力车2的运动方向进行调整。

如图4所示，后横杆5上还安装有后左谐振电感21和后右谐振电感23，后左谐振电感21与后右谐振电感23基于后中谐振电感22呈对称布置，后左谐振电感21和后右谐振电感23两者的轴心均与载物车1行进方向相垂直，形成垂直电感的作用。竖向支架3上垂直安装前横杆6，前横杆6位于载物车1的后侧面与后横杆5之间，前横杆6与后横杆5相平行。前横杆6上的前左谐振电感24和前右谐振电感25，前左谐振电感24与前右谐振电感25基于载物车1行进方向中心线的延长线呈对称布置，前左谐振电感24与前右谐振电感25两者的轴心均与载物车1行进方向相平行，形成水平电感的作用。前左谐振电感24与后左谐振电感21前后对应，前右谐振电感25与后右谐振电感23前后对应。如果电磁线和车身对称轴平行，那样垂直放置的电感数值会大一点，如果电磁线和车身对称轴垂直,那样水平的电感的数值会大一些。当偏差很小的时候，我们近似认为电磁线和车身平行，所以由垂直电感控制算法，同理，如果偏差较大那么就需要用水平电感了。

动力车2上安装有微处理器13，动力车上设有伺服舵机4，伺服舵机4的数据控制端与微处理器13的控制信号输出端相连，通过微处理器13可以控制伺服舵机4，从而对动力车2的运动方向进行调整。如图6所示，后左谐振电感21的输出端子、后中谐振电感22的输出端子和后右谐振电感23的输出端子均通过模数转换模块12与微处理器13的数据输入端相连，同样，前左谐振电感24的输出端子和前右谐振电感25的输出端子均通过模数转换模块12与微处理器13的数据输入端相连。五个谐振电感的输出值经过模数转换模块12进行模拟信号与数据信号的转换后，发送给微处理器13进行伺服舵机4的方向调整计算。

如图7所示，在此还提供一种基于电磁循迹原理的智能载运车的修正控制方法，包括以下步骤：

第一步，数据采集周期的设定。根据需要对谐振电压值获得的时间周期进行设定，其可以根据竖向支架3的长度和运算速度等进行综合考虑，其可以为2ms为一个周期。

第二步，谐振电压值的采集。

对前左谐振电感、前右谐振电感、后左谐振电感、后中谐振电感和后右谐振电感均进行三个时间周期的谐振电压值的采集。

采集当前周期的谐振电压值，分别为{ad₁,ad₂,ad₃,ad₄,ad₅}，

采集上一周期的谐振电压值，分别为{ad₁',ad₂',ad₃',ad₄',ad₅'}，

采集下一周期的谐振电压值，分别为{ad₁”,ad₂”,ad₃”,ad₄”,ad₅”}，

其中，

ad₁、ad₁'和ad₁”为后左谐振电感21在三个时间周期的谐振电压值，

ad₂、ad₂'和ad₂”为后中谐振电感22在三个时间周期的谐振电压值，

ad₃、ad₃'和ad₃”为后右谐振电感23在三个时间周期的谐振电压值，

ad₄、ad₄'和ad₄”为前左谐振电感24在三个时间周期的谐振电压值，

ad₅、ad₅'和ad₅”为前右谐振电感25在三个时间周期的谐振电压值。

第三步，加权滤波计算。对前左谐振电感、前右谐振电感、后左谐振电感、后中谐振电感和后右谐振电感均进行加权滤波处理，其具体方法如下：

加权滤波计算公式如下：

AD_x＝K₁gad_x+K₂gad_x'+K₃gad_x”

其中，K₁+K₂+K₃＝1，其中K₁、K₂、K₃为比例参数，可根据灵敏度进行修改。

以后左谐振电感21为例，则其计算公式为：

AD₁＝K₁gad₁+K₂gad₁'+K₃gad₁”。

第四步，归一化处理。对前左谐振电感、前右谐振电感、后左谐振电感、后中谐振电感和后右谐振电感加权滤波后的数值进行归一化处理，其具体方法如下：

归一化处理计算公式如下：

其中S_x≤1。

同样，以后左谐振电感21为例，则其计算公式为：

其中S₁≤1。

第五步，行进误差值的计算。对归一化后的数据进行分析，采用差比和算法得到误差值，其具体步骤如下：

(1)对前左谐振电感、前右谐振电感、后左谐振电感、后中谐振电感和后右谐振电感归一化处理后的S值进行比较分析，

其中，

S₁为后左谐振电感21归一化处理后的值，

S₂为后中谐振电感22归一化处理后的值，

S₃为后右谐振电感23归一化处理后的值，

S₄为前左谐振电感24归一化处理后的值，

S₅为前右谐振电感25归一化处理后的值。

(2)若S₂≥S₃且S₂≥S₁，则表明车身中心线偏离电磁线幅度较小，则计算总体误差error，其计算公式如下：

(3)在不满足S₂≥S₃且S₂≥S₁的情况下，若满足不等式S₁≤S₂≤S₃或S₁≥S₂≥S₃，则表明车身中心线偏离电磁线幅度较大，则计算总体误差error，其计算公式如下：

其中K₄、K₅为比例参数，由实际环境测定所得。

第六步，伺服舵机的调整。通过PID算法基于误差值获得伺服舵机转角的偏转量，对伺服舵机进行方向调整，其调整方法如下：

计算舵机转角的偏转量steer(k)，其计算公式如下：

steer(k)＝△steer(k)+steer(k-1)，

其中：△steer(k)＝K_pg[error(k)-error(k-1)]+K_igerror(k)+K_dg[error(k-1)-error(k-2)]，

参数K代表第K个数据处理周期，其中K_p、K_i、K_d代表比例系数，同样由环境测定所得。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种基于电磁循迹原理的智能载运车，包括载物车(1)和动力车(2)，载物车(1)的左侧面和右侧面均设有万向轮(10)，载物车(1)的后侧面通过竖向支架(3)安装在动力车(2)的前端，后横杆(5)垂直安装在竖向支架(3)上且后横杆(5)与万向轮(10)的轴向相平行，还包括运动轨迹组件和运动方向配合组件，运动轨迹组件包括交变电流产生器(7)，交变电流产生器(7)上接有漆包线(11)，漆包线(11)铺设在地面上形成运动轨迹；运动方向配合组件包括安装在后横杆(5)上的后中谐振电感(22)，后中谐振电感(22)位于载物车(1)行进方向中心线的延长线上，后中谐振电感(22)的轴心与载物车(1)行进方向相垂直，后中谐振电感(22)位于漆包线(11)上方；

所述的后横杆(5)上还安装有后左谐振电感(21)和后右谐振电感(23)，后左谐振电感(21)与后右谐振电感(23)基于后中谐振电感(22)呈对称布置，后左谐振电感(21)和后右谐振电感(23)两者的轴心均与载物车(1)行进方向相垂直；所述的动力车(2)上安装有微处理器(13)，动力车上设有伺服舵机(4)，伺服舵机(4)的数据控制端与微处理器(13)的控制信号输出端相连，后左谐振电感(21)的输出端子、后中谐振电感(22)的输出端子和后右谐振电感(23)的输出端子均通过模数转换模块(12)与微处理器(13)的数据输入端相连；

还包括垂直安装在竖向支架(3)上的前横杆(6)，前横杆(6)位于载物车(1)的后侧面与后横杆(5)之间，前横杆(6)与后横杆(5)相平行；运动方向配合组件还包括安装在前横杆(6)上的前左谐振电感(24)和前右谐振电感(25)，前左谐振电感(24)与前右谐振电感(25)基于载物车(1)行进方向中心线的延长线呈对称布置，前左谐振电感(24)与前右谐振电感(25)两者的轴心均与载物车(1)行进方向相平行，前左谐振电感(24)与后左谐振电感(21)前后对应，前右谐振电感(25)与后右谐振电感(23)前后对应；前左谐振电感(24)的输出端子和前右谐振电感(25)的输出端子均通过模数转换模块(12)与微处理器(13)的数据输入端相连；

其特征在于，一种基于电磁循迹原理的智能载运车的修正控制方法，包括以下步骤：

11)数据采集周期的设定，根据需要对谐振电压值获得的时间周期进行设定；

12)谐振电压值的采集，对前左谐振电感、前右谐振电感、后左谐振电感、后中谐振电感和后右谐振电感均进行三个时间周期的谐振电压值的采集，

采集当前周期的谐振电压值，分别为{ad₁,ad₂,ad₃,ad₄,ad₅}，

采集上一周期的谐振电压值，分别为{ad₁',ad₂',ad₃',ad₄',ad₅'}，

采集下一周期的谐振电压值，分别为{ad₁”,ad₂”,ad₃”,ad₄”,ad₅”}，

其中，

ad₁、ad₁'和ad₁”为后左谐振电感(21)在三个时间周期的谐振电压值，

ad₂、ad₂'和ad₂”为后中谐振电感(22)在三个时间周期的谐振电压值，

ad₃、ad₃'和ad₃”为后右谐振电感(23)在三个时间周期的谐振电压值，

ad₄、ad₄'和ad₄”为前左谐振电感(24)在三个时间周期的谐振电压值，

ad₅、ad₅'和ad₅”为前右谐振电感(25)在三个时间周期的谐振电压值；

13)加权滤波计算，对前左谐振电感、前右谐振电感、后左谐振电感、后中谐振电感和后右谐振电感均进行加权滤波处理；

14)归一化处理，对前左谐振电感、前右谐振电感、后左谐振电感、后中谐振电感和后右谐振电感加权滤波后的数值进行归一化处理；

15)行进误差值的计算，对归一化后的数据进行分析，采用差比和算法得到误差值；

所述的行进误差值的计算方法如下：

151)对前左谐振电感、前右谐振电感、后左谐振电感、后中谐振电感和后右谐振电感归一化处理后的S值进行比较分析，

其中，

S₁为后左谐振电感(21)归一化处理后的值，

S₂为后中谐振电感(22)归一化处理后的值，

S₃为后右谐振电感(23)归一化处理后的值，

S₄为前左谐振电感(24)归一化处理后的值，

S₅为前右谐振电感(25)归一化处理后的值，

152)若S₂≥S₃且S₂≥S₁，则表明车身中心线偏离电磁线幅度较小，则计算总体误差error，其计算公式如下：

153)若满足不等式S₁≤S₂≤S₃或S₁≥S₂≥S₃，则表明车身中心线偏离电磁线幅度较大，则计算总体误差error，其计算公式如下：

其中K₄、K₅为比例参数；

16)伺服舵机的调整，通过PID算法基于误差值获得伺服舵机转角的偏转量，对伺服舵机进行方向调整。

2.根据权利要求1所述的一种基于电磁循迹原理的智能载运车的修正控制方法，其特征在于，所述的加权滤波计算公式如下：

AD_x＝K₁·ad_x+K₂·ad_x'+K₃·ad_x”

其中，K₁+K₂+K₃＝1，其中K₁、K₂、K₃为比例参数。

3.根据权利要求1所述的一种基于电磁循迹原理的智能载运车的修正控制方法，其特征在于，所述的归一化处理计算公式如下：

其中S_x≤1。

4.根据权利要求1所述的一种基于电磁循迹原理的智能载运车的修正控制方法，其特征在于，所述伺服舵机的调整方法如下：

计算舵机转角的偏转量steer(k)，其计算公式如下：

steer(k)＝Δsteer(k)+steer(k-1)，

其中：

Δsteer(k)＝K_p·[error(k)-error(k-1)]+K_i·error(k)+K_d·[error(k-1)-error(k-2)]，

参数K代表第K个数据处理周期，其中K_p、K_i、K_d代表比例系数。

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