CN108549393B - 定轨循迹车系统及定轨循迹方法 - Google Patents
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Abstract
定轨循迹车系统，包括定向轨道和沿定向轨道移动的循迹小车，循迹小车包括车体、车轮、用于驱动车轮转动的电机和用于驱动循迹小车转向的舵机，定向轨道包括支撑面，支撑面上固定设置有第一金属带和第二金属带，第一金属带与第二金属带相互平行并且留有间隙；循迹小车还包括固定设置在车体下部的轨道感应单元和固定设置在车体内部的控制器，轨道感应单元、电机和舵机均与控制器电连接，轨道感应单元包括依次并列设置的第一导向金属传感器、寻线金属传感器和第二导向金属传感器，寻线金属传感器位于间隙的上方。本发明提供一种定轨循迹车系统及定轨循迹方法，能够解决现有技术中循迹车的行驶容易受到环境影响的不足。
Description
技术领域
本发明涉及智能车领域，具体的说是一种定轨循迹车系统及定轨循迹方法。
背景技术
循迹车是使用一系列的传感器来采集外部环境信息以及其自身状态信息，再根据采集到的多种信息来得到道路信息，判断出应该如何行驶，从而实现在复杂环境中能够自主行驶的车辆。进入二十一世纪以来，随着科技的不断进步，循迹车技术已经日益成熟，循迹车也已经运用在各个领域，譬如仓储业的货物出入库的自动处理、制造业的材料运输、军事上的自动侦察车以及一些危险场所都需要能够自主行驶的循迹车。
现如今的循迹车检测道路原理大多是把道路铺设成一定颜色的道路然后使用激光二极管或者数字式摄像头检测道路信息。或者在道路上铺设通了一定频率的交变电流的漆包线，然后通过电感和电容的谐振感应到交变电流形成的电磁场的强弱来判断出道路信息。前者受到灯光环境的影响比较大。后者需要道路上铺设漆包线还需要通一定频率的交变电流。所以现有的循迹车都有一定的缺点以及局限性。
发明内容
为了解决现有技术中循迹车的行驶容易受到环境影响的不足，本发明提供一种定轨循迹车系统及定轨循迹方法。
为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：定轨循迹车系统，包括定向轨道和沿定向轨道移动的循迹小车，循迹小车包括车体、车轮、用于驱动车轮转动的电机和用于驱动循迹小车转向的舵机，所述定向轨道包括支撑面，支撑面上固定设置有第一金属带和第二金属带，第一金属带与第二金属带相互平行并且留有间隙；所述循迹小车还包括固定设置在所述车体下部的轨道感应单元和固定设置在车体内部的控制器，轨道感应单元、所述电机和所述舵机均与控制器电连接，轨道感应单元包括依次并列设置的第一导向金属传感器、寻线金属传感器和第二导向金属传感器，寻线金属传感器位于所述间隙的上方；所述第一导向金属传感器与所述第二导向金属传感器之间的距离为l 1 ，所述第一金属带的宽度、所述第二金属带的宽度以及所述间隙的宽度之和为l 2 ，并且有l 1 >l 2 。
所述车体上固定设置有距离感应单元，距离感应单元与所述控制器电连接。
所述距离感应单元包括声波发射器和声波接收器。
所述第一导向金属传感器、所述寻线金属传感器和所述第二导向金属传感器的结构相同，均包括电连接的线圈和电感数字转换器，电感数字转换器还与所述控制器电连接。
所述电机上还设置有速度传感器，速度传感器与所述控制器电连接。
定轨循迹车系统的定轨循迹方法，包括如下步骤：
S1、循迹小车利用所述轨道感应单元检测所述定向轨道的方向和位置信息，轨道感应单元将方向和位置信息传输给所述控制器；
S2、控制器根据对方向和位置信息进行处理，然后生成控制信息，并且将控制信息传输给所述电机和所述舵机；
S3、电机根据控制信息进行动作从而驱动循迹小车移动或者停止，舵机根据控制信息进行动作从而驱动循迹小车调整方向或者保持方向。
S1的具体方法包括：
S1.1、循迹小车利用所述寻线金属传感器对所述第一金属带和所述第二金属带进行检测，如果寻线金属传感器检测到第一金属带或者第二金属带则说明车体方向发生了偏移，如果寻线金属传感器未检测到第一金属带和第二金属带则说明车体方向与定向轨道的方向相同；
S1.2、当寻线金属传感器检测到第一金属带或者第二金属带的时候，循迹小车利用所述第一导向金属传感器和所述第二导向金属传感器对第一金属带和第二金属带进行检测，如果第一导向金属传感器检测到第一金属带或第二金属带则说明车体向第二金属带的方向发生了偏移，如果第二导向金属传感器检测到第一金属带或第二金属带则说明车体向第一金属带的方向发生了偏移。
定轨循迹车系统的定轨循迹方法，包括如下步骤：
S1、循迹小车利用所述轨道感应单元检测所述定向轨道的方向和位置信息，轨道感应单元将方向和位置信息传输给所述控制器；
S2、控制器根据对方向和位置信息进行处理，然后生成控制信息，并且将控制信息传输给所述电机和所述舵机；
S3、电机根据控制信息进行动作从而驱动循迹小车移动或者停止，舵机根据控制信息进行动作从而驱动循迹小车调整方向或者保持方向；
S4、循迹小车利用所述距离感应单元检测与其它循迹小车的距离。
有益效果：本发明利用第一金属带和第二金属带组成定向轨道，并且利用多个金属传感器对定向轨道进行检测，从而使循迹小车在行驶过程中不会受到外部光线环境的影响，即使在无光环境下依然可以平稳地自动循迹和行驶。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明定轨循迹方法的流程图；
图3是本发明舵机控制方法的流程图；
图4是本发明循迹小车的几种偏移方式示意图。
附图标记：1-支撑面，2-第一金属带，3-第二金属带，4-车轮，5-车体，6-安装板，7-第一导向金属传感器，8-声波发射器，9-主轴，10-舵机，11-寻线金属传感器，12-声波接收器，13-电机，14-第二导向金属传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，定轨循迹车系统，包括定向轨道和沿定向轨道移动的循迹小车，循迹小车包括车体5、车轮4、用于驱动车轮4转动的电机13和用于驱动循迹小车转向的舵机10，车体5的底部还固定设置有安装板6，安装板6水平设置。
定向轨道用于控制循迹小车的移动路线，定向轨道包括支撑面1，支撑面1上固定设置有第一金属带2和第二金属带3，第一金属带2与第二金属带3相互平行并且留有间隙。第一金属带2和第二金属带3的材质可以选择为铝，铝的延展性和导电性好，而且成本较为低廉。
循迹小车还包括固定设置在车体5下部的轨道感应单元和固定设置在车体5内部的控制器，轨道感应单元、电机13和舵机10均与控制器电连接。轨道单元用于感知定向轨道的方向和为止，轨道感应单元包括依次并列设置在安装板6上的第一导向金属传感器7、寻线金属传感器11和第二导向金属传感器14，第一导向金属传感器7、寻线金属传感器11和第二导向金属传感器14位于一个水平面上，提高感应结果的准确性。第一导向金属传感器7与第二导向金属传感器14之间的距离为l 1 ，第一金属带2的宽度、第二金属带3的宽度以及间隙的宽度之和为l 2 ，并且有l 1 >l 2 。寻线金属传感器11位于间隙的上方。第一导向金属传感器7、寻线金属传感器11和第二导向金属传感器14的结构相同，均包括电连接的线圈和电感数字转换器，电感数字转换器还与控制器电连接。
车体5上固定设置有距离感应单元，距离感应单元与控制器电连接。距离感应单元包括声波发射器8和声波接收器12。电机13上还设置有速度传感器，速度传感器与控制器电连接。
在使用之前，首先将循迹小车放到定向轨道的起点，并且使寻线金属传感器11位于间隙的正上方，第一导向金属传感器7和第二导向金属传感器14分别位于固定轨道的两侧，即在垂直方向上，第一导向金属传感器7与第一金属带2不重合，第二导向金 属传感器14与第二金属带3不重合，如图4中的A部分。之后，循迹小车即可开始移动，并且采用定轨循迹方法保证循迹小车能够始终沿定向轨道移动。
如图2,所示，定轨循迹方法包括如下S1至S4。
S1、循迹小车利用轨道感应单元检测定向轨道的方向和位置信息，轨道感应单元将方向和位置信息传输给控制器。检测定向轨道的方向和位置信息的具体过程包括S1.1至S1.2。
S1.1、循迹小车利用寻线金属传感器11对第一金属带2和第二金属带3进行检测，如果寻线金属传感器11检测到第一金属带2或者第二金属带3则说明车体5方向发生了偏移，如果寻线金属传感器11未检测到第一金属带2和第二金属带3则说明车体5方向与定向轨道的方向相同。
S1.2、当寻线金属传感器11检测到第一金属带2或者第二金属带3的时候，循迹小车利用第一导向金属传感器7和第二导向金属传感器14对第一金属带2和第二金属带3进行检测，如果第一导向金属传感器7检测到第一金属带2或第二金属带3则说明车体5向第二金属带3的方向发生了偏移，如果第二导向金属传感器14检测到第一金属带2或第二金属带3则说明车体5向第一金属带2的方向发生了偏移。此时，寻线金属传感器11还可以用于确定偏移量，如图4中的B部分和C部分所示，第一导向金属传感器7都检测到了金属带，但是实际上循迹小车的偏移量是不同的，此时在B部分中，寻线金属传感器11同样检测到了金属带，在C部分中，寻线金属传感器11未检测到金属带，因此通过寻线金属传感器11是否检测到金属带来确定循迹小车的偏移量，从而能够精确控制循迹小车转向的距离，避免循迹小车转向距离过小或者过大造成循迹小车脱离定向轨道。
金属传感器检测金属带的原理为：线圈通交变电流使线圈周围空间内产生交变磁场，当交变磁场遇到金属带时使金属带产生感应电流，感应电流与线圈电流方向相反，所以感应电流产生的感应磁场方向与交变磁场方向相反，感应磁场作用于线圈，金属传感器上就会感应到感应磁场并产生一个模拟信号，而传感器与金属的距离越近产生的交变磁场就会越强，相应的感应磁场也越强，金属传感器产生的模拟信号也越强。
S2、控制器根据对方向和位置信息进行处理，然后生成控制信息，并且将控制信息传输给电机13和舵机10。
如图3所示，控制器控制舵机10转动的具体方法包括S2.1至S2.3。
S2.1、计算舵机10转动所需要的直流偏置电压。
S2.2、计算当前舵机10的直流电压与直流偏置电压之间的电压差。
S2.3、判断电压差是否为0，如果不为0则控制舵机10转动，同时舵机10上的电位器滑动，改变舵机10当前的直流电压，然后重新计算电压差；如果电压差为0则控制舵机10停止。
S3、电机13根据控制信息进行动作从而驱动循迹小车移动或者停止，舵机10根据控制信息进行动作从而驱动循迹小车调整方向或者保持方向。
S4、循迹小车利用距离感应单元检测与其它循迹小车的距离。
当许多循迹小车同时运行的时候，除了要保证循迹小车能够沿定向轨道移动之外，还需要避免循迹小车之间发生碰撞，因此在车体5上设置单独的距离感应单元，循迹小车能够通过距离感应单元检测与其他循迹小车之间的距离，当距离过进可能有发生碰撞的危险的时候，可以及时采取刹车或者加速等措施控制彼此之间的距离。距离感应单元采用分离式结构，包含声波发射器8和声波接收器12，声波发射器8按照50Hz的频率发送声波，声波接收器12正常接收到声波时输出50Hz的脉冲，脉冲宽度表示声音在空气中传播的时间t，声速按照340m/s计算，即可得到两个循迹小车之间的距离。
本发明利用第一金属带2和第二金属带3组成定向轨道，并且利用多个金属传感器对定向轨道进行检测，从而使循迹小车在行驶过程中不会受到外部光线环境的影响，即使在无光环境下依然可以平稳地自动循迹和行驶。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.定轨循迹车系统的定轨循迹方法，其中的定轨循迹车系统包括定向轨道和沿定向轨道移动的循迹小车，循迹小车包括车体（5）、车轮（4）、用于驱动车轮（4）转动的电机（13）和用于驱动循迹小车转向的舵机（10）；
所述定向轨道包括支撑面（1），支撑面（1）上固定设置有第一金属带（2）和第二金属带（3），第一金属带（2）与第二金属带（3）相互平行并且留有间隙；
所述循迹小车还包括固定设置在所述车体（5）下部的轨道感应单元和固定设置在车体（5）内部的控制器，轨道感应单元、所述电机（13）和所述舵机（10）均与控制器电连接，轨道感应单元包括依次并列设置的第一导向金属传感器（7）、寻线金属传感器（11）和第二导向金属传感器（14），寻线金属传感器（11）位于所述间隙的上方；
所述第一导向金属传感器（7）与所述第二导向金属传感器（14）之间的距离为l 1 ，所述第一金属带（2）的宽度、所述第二金属带（3）的宽度以及所述间隙的宽度之和为l 2 ，并且有l 1 >l 2 ；
所述第一导向金属传感器（7）、所述寻线金属传感器（11）和所述第二导向金属传感器（14）的结构相同，均包括电连接的线圈和电感数字转换器，电感数字转换器还与所述控制器电连接；
所述的方法包括如下步骤：
S1、循迹小车利用所述轨道感应单元检测所述定向轨道的方向和位置信息，轨道感应单元将方向和位置信息传输给所述控制器；
S2、控制器根据对方向和位置信息进行处理，然后生成控制信息，并且将控制信息传输给所述电机（13）和所述舵机（10）；
S3、电机（13）根据控制信息进行动作从而驱动循迹小车移动或者停止，舵机（10）根据控制信息进行动作从而驱动循迹小车调整方向或者保持方向；
其中S1的具体方法包括：
S1.1、循迹小车利用所述寻线金属传感器（11）对所述第一金属带（2）和所述第二金属带（3）进行检测，如果寻线金属传感器（11）检测到第一金属带（2）或者第二金属带（3）则说明车体（5）方向发生了偏移，如果寻线金属传感器（11）未检测到第一金属带（2）和第二金属带（3）则说明车体（5）方向与定向轨道的方向相同；
S1.2、当寻线金属传感器（11）检测到第一金属带（2）或者第二金属带（3）的时候，循迹小车利用所述第一导向金属传感器（7）和所述第二导向金属传感器（14）对第一金属带（2）和第二金属带（3）进行检测，如果第一导向金属传感器（7）检测到第一金属带（2）或第二金属带（3）则说明车体（5）向第二金属带（3）的方向发生了偏移，如果第二导向金属传感器（14）检测到第一金属带（2）或第二金属带（3）则说明车体（5）向第一金属带（2）的方向发生了偏移。
2.如权利要求1所述的定轨循迹车系统的定轨循迹方法，其特征在于：所述车体（5）上固定设置有距离感应单元，距离感应单元与所述控制器电连接。
3.如权利要求2所述的定轨循迹车系统的定轨循迹方法，其特征在于：所述距离感应单元包括声波发射器（8）和声波接收器（12）。
4.如权利要求2所述的定轨循迹车系统的定轨循迹方法，其特征在于：还包括如下步骤：
循迹小车利用所述距离感应单元检测与其它循迹小车的距离。
5.如权利要求1所述的定轨循迹车系统的定轨循迹方法，其特征在于：所述电机（13）上还设置有速度传感器，速度传感器与所述控制器电连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |