CN108153307B - 一种直线寻迹方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种直线寻迹方法。在移动物体的前端和后端分别安装有感光装置，感光装置的光线入射方向分别安装有挡光板，可分别截获位置固定的光线发射装置发出的可见或不可见激光。则寻迹的工作原理为：激光发射装置朝向两块挡光板发射的激光分别被两块挡光板截获，在两块挡光板上分别形成激光光斑，分别由感光装置获取激光光斑在挡光板上的相对位置，处理器实时计算获得移动物体前端和后端与激光直线的位置关系，从而作出对应的控制至执行机构，矫正移动物体的位姿偏差，从而实现移动物体的自动寻迹功能；采用该种自动寻迹的技术方法，可以避免常规直线寻迹中在地面布置路线或位置标记的麻烦，且仅需调整或移动激光发射装置即可改变直线寻迹的方向和地点，使用非常方便。还能避免长时间后标识物出现污损的情况。

Description

一种直线寻迹方法
技术领域
本发明涉及一种直线寻迹方法，可用于移动车体在无任何地面标识的情况下进行直线寻迹运动。
背景技术
移动车体在做直线寻迹时，一般需要在运动场地的地面或途径位置附近做标识用以车体识别寻迹路径。这种寻迹方法需要事先布置或制作地面标识，且如需在其它地方寻迹时，则需重新布置，比较麻烦，且长时间使用后标识物极易出现污损影响寻迹。本发明则可避免这些麻烦，通过调节或更换激光发射装置的位姿或地点，即可实现移动车体在不同方位、不同地方的寻迹运动。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对以上直线寻迹需要事先在地面布置或制作标志的缺陷，提出一种直线寻迹方法，该技术有不需布设路面标识且方便快速更换寻迹方向和地点，且不用担心路面标识物长时间使用发生污损的优点。
本发明是这样实现的：一种直线寻迹方法，首先，在移动物体(1)的前端和后端分别安装有感光装置(2)，感光装置(2)的光线入射方向分别安装有挡光板(3)，可分别截获位置固定的光线发射装置发出的可见或不可见激光。
激光发射装置朝向两块挡光板(3)发出的激光分别被两块挡光板(3)截获，在两块挡光板(3)上分别形成激光光斑(6)，分别由感光装置(2)获取激光光斑(6)在挡光板(3)上的相对位置xf和xb，处理器实时计算获得移动物体(1)前端和后端与激光直线的位移偏差Ed和角度偏差Ea，
Figure BDA0001517262830000011
Figure BDA0001517262830000012
其中，x0为挡光板中心线位置，L为车体前后挡光板平行间距；ωd和ωa分别为位移和角度修正常数。因此可得控制律P：
P＝Kp·E+Kd·△E (3)
其中KP和Kd分别为比例、微分控制参数，E为由式(1)和式(2)计算得到的误差，△E为误差变化量。此控制律P代表两侧轮速差控制量，将其输入执行机构控制电机动作，，矫正移动物体(1)的位姿偏差。进一步的，前、后感光装置通过连接车体的支架固定，感光面朝下放置，朝向车体底部开口及开口下方的挡光板。
进一步的，前、后挡光板在车体轮轴方向上有一定宽度，其平面与水平方向成一定斜度放置，例如45度。且前、后挡光板在高度上错开，即从激光发射器方向观察，既能看到前挡光板，也能看到后挡光板。
进一步的，由激光发射器发出的激光被前挡光板和后挡光板截获，在两块挡光板上均形成一个激光光斑，当车体偏离激光光线至左侧时，挡光板也会跟随车体一起向激光光线的左侧移动，此时，仅从感光装置位置观察开口下方的挡光板，激光光斑在挡光板上的位置偏向挡光板的右侧；反之车体偏离激光光线至右侧时，激光光斑在挡光板上的位置偏向挡光板的左侧。
进一步的，处理器可以是单片机、DSP、ARM芯片、电路模块或其它具有数据处理和信号输入输出能力的器件。电机可以是连接车体左、右侧主动轮的驱动电机或者连接车体转向机构的驱动电机。
本发明的有益效果是：该技术不需布设路面标识，且方便快速更换寻迹方向和地点，且不用担心路面标识物长时间使用发生污损的情况。
附图说明
图1为本发明的结构示意图侧视图；
图2为本发明的模块化安装结构示意图侧视图。
图3为本发明的结构示意图俯视图。
其中：1-移动物体，2-感光装置，3-挡光板，4-激光发射器，5-激光光线，6-激光光斑，7-激光位置感知模块。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明：
实施例1
请参阅图1和图3所示，本实施例的一种直线寻迹方法，首先，在移动物体(1)的前端和后端分别安装有感光装置(2)，感光装置(2)的光线入射方向分别安装有挡光板(3)，可分别截获位置固定的光线发射装置发出的可见或不可见激光。
激光发射装置朝向两块挡光板(3)发出的激光分别被两块挡光板(3)截获，在两块挡光板(3)上分别形成激光光斑(6)，分别由感光装置(2)获取激光光斑(6)在挡光板(3)上的相对位置xf和xb，处理器实时计算获得移动物体(1)前端和后端与激光直线的位移偏差Ed和角度偏差Ea，
Figure BDA0001517262830000031
Figure BDA0001517262830000032
其中，x0为挡光板中心线位置，L为车体前后挡光板平行间距；ωd和ωa分别为位移和角度修正常数。因此可得控制律P：
P＝Kp·E+Kd·△E (3)
其中KP和Kd分别为比例、微分控制参数，E为由式(1)和式(2)计算得到的误差，△E为误差变化量。此控制律P代表两侧轮速差控制量，将其输入执行机构控制电机动作，，矫正移动物体(1)的位姿偏差。
实施例2
请参阅图2所示，本发明的直线寻迹方法，将感光装置2与位于感光装置2光线入射方向的挡光板3组合成一个激光位置感知模块7，将激光位置感知模块7分别安装于移动物体1位于运动方向的前端和后端，可安装于移动物体1的前、后面，也可安装于移动物体1的上、下面，激光位置感知模块7可如图2安装，也可倒装。安装时仅需使得激光发射装置4发出的激光光线5能够被两个挡光板3截获即可。此时，在两块挡光板3上分别形成激光光斑6，分别由前、后两个感光装置2根据探测的挡光板3上光强分布情况，计算获取激光光斑6在两块挡光板3上的相对位置，两者位置的综合即能获得移动物体1与激光光线5的相对位置，如运动方向与激光光线5方向角度和偏离激光光线5的位移等误差量。移动物体1搭载的处理器实时计算这些误差量，采用控制算法获得相应的控制输出，驱动移动物体1内电机运动，实时矫正移动物体1的位姿偏差，从而实现移动物体1的自动寻迹功能。

Claims (3)

1.一种直线寻迹方法，其特征在于：首先，在移动物体(1)的前端和后端分别安装有感光装置(2)，感光装置(2)的光线入射方向分别安装有挡光板(3)，可分别截获位置固定的光线发射装置发出的可见或不可见激光；
所述光线 发射装置朝向两块挡光板(3)发出的激光分别被两块挡光板(3)截获，在两块挡光板(3)上分别形成激光光斑(6)，分别由感光装置(2)获取激光光斑(6)在挡光板(3)上的相对位置xf和xb，处理器实时计算获得移动物体(1)前端和后端与激光直线的位移偏差Ed和角度偏差Ea，
Figure FDA0003115519370000011
Figure FDA0003115519370000012
其中，x0为挡光板中心线位置，L为车体前后挡光板平行间距；ωd和ωa分别为位移和角度修正常数， 因此可得控制律P：
P＝Kp·E+Kd·ΔE (3)
其中KP和Kd分别为比例、微分控制参数，E为由式(1)和式(2)计算得到的误差，ΔE为误差变化量； 此控制律P代表两侧轮速差控制量，将其输入执行机构控制电机动作，矫正移动物体(1)的位姿偏差。
2.如权利要求1所述的一种直线寻迹方法，其特征在于：所述感光装置(2)为摄像头或光敏二极管阵列，所述感光装置(2)能够采集激光在挡光板(3)上的光强分布，并由处理器计算得出激光光斑(6)在挡光板(3)上的位置。
3.如权利要求1所述的一种直线寻迹方法，其特征在于：所述激光发射装置为可见激光发射器(4)或者不可见激光发射器(4)，发射的激光截面可以是点状或线状；所述激光发射装置为不同激光发射器(4)的组合。
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