CN108801300A - 一种接触式圆周运动精确定位装置和方法 - Google Patents

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吕文豹
刘海增
刘银
刘寰宇
章阳
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    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明涉及一种接触式圆周运动精确定位装置和方法。本发明中的定位机构装置主要有连接杆、缓冲器、控制器、支架、编码器、联轴器、轴、测量轮组成。定位机构装置包括固定在物体上的连接杆，所述连接杆另一端连接缓冲器一端，所述缓冲器另一端连接支架，所述支架上部固定控制器，下部左侧固定编码器，右侧通过轴固定测量轮，联轴器固定在支架下部，所述控制器通过信号电缆连接编码器，所述联轴器一端连接编码器转动轴端，另一端连接测量轮。控制器采集编码器输出的脉冲数，并在控制器中实时对采集到的编码器脉冲进行运算，计算出物体在圆周运动的实时方向和位置，并进行显示、操作、历史记录等操作。

Description

一种接触式圆周运动精确定位装置和方法
技术领域
本发明属于圆周定位检测领域，特别涉及一种接触式圆周运动精确定位装置和方法。
背景技术
本专利提出一种高精度圆周定位的方法，采用机械接触式测量，保证了测量的高精度、可靠性和稳定性。本专利的目的是对在圆周上运动的物体进行实时、可靠和高精度的运动位置定位。
发明内容
本专利提供了一种接触式圆周运动精确定位装置和方法，本发明稳定可靠，可实现动态实时检测，并将检测结果以无线通信方式传输远方控制系统中。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术措施：
一种接触式圆周运动精确定位装置和方法，其特征在于：包括固定在需要位置定位的移动物体上的定位机构装置；
所述定位机构装置匀速沿着圆周运动；
所述圆周均匀分布着零点标记、1/4标记、1/2标记、3/4标记。
所述定位机构装置包括固定在物体上的连接杆，所述连接杆另一端连接缓冲器一端；
所述缓冲器另一端连接支架上；
所述支架上部固定控制器，下部左侧固定编码器，右侧通过轴固定测量轮，联轴器固定在支架下部；所述编码器，用于计量所述测量轮转动角度，即所述测量轮旋转一定角度时，所述编码器会输出一个脉冲，所述测量轮旋转一周，所述编码器会输出固定的脉冲数，并输出到所述控制器；所述联轴器用于将所述测量轮与所述编码器连接起来，实现所述测量轮与所述编码器同转速。
所述控制器通过信号电缆连接编码器；所述联轴器一端连接编码器转动轴端，另一端连接测量轮，所述测量轮用于实时跟随圆周上当前物体的移动位置，从而表征当前物体移动的运动信息。
所述1/4标记位置，1/2标记位置，3/4标记位置，用于移动物体位置标定，消除移动物体定位的误差。
优选的，所述零点标记、1/4标记、1/2标记、3/4标记分别位于圆周起始位置、1/4圆周处、1/2圆周处、3/4圆周处。
优选的，所述零点标记、1/4标记、3/4标记均采用激光对射式光电开关。
优选的，所述测量轮表面采用防滑措施，防止测量轮打滑。
优选的，所述缓冲器内含压缩弹簧，通过弹簧弹力将测量轮紧紧压在圆周表面上。
进一步的，所述控制器采用干电池供电，信号采用无线传输，支持ModbusRTU协议的通信，所述控制器采集编码器输出的脉冲数，并在所述控制器中实时对采集到的所述编码器脉冲进行运算，计算出物体在圆周上运动的实时方向和位置，通过无线传输到远方控制系统中，进行显示、操作、历史记录等操作。
本发明的有益效果在于：该装置稳定可靠，结构简单，安装方便，可以实现动态实时检测，并将检测结果以无线通信方式传输到可编程控制器或控制系统中。
附图说明
图1为本发明的圆周运动示意图；
图2为本发明的定位机构装置结构图；
图中的附图标记含义如下：
10—1/4标记 11—定位机构装置
12—零点标记 13—圆周圆心
14—1/2标记 15—圆周
16—3/4标记 20—轴
21—联轴器 22—编码器
31—测量轮 32—支架
33—信号电缆 41—控制器
33—缓冲器 43—连接杆
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，一种接触式圆周运动精确定位装置和方法，包括固定在需要位置定位的移动物体上的定位机构装置11；
所述定位机构装置(11)匀速沿着圆周(15)运动；
所述圆周(15)均匀分布着零点标记(12)、1/4标记(10)、1/2标记(14)、3/4标记(16)；
所述零点标记(12)、1/4标记(10)、3/4标记(16)均采用激光对射式光电开关；
如图2所示，所述定位机构装置(11)包括固定在物体上的连接杆(43)，所述连接杆(43)另一端连接缓冲器(42)一端；
所述缓冲器(42)另一端连接支架(32)上；
所述缓冲器(42)内含压缩弹簧，通过弹簧弹力将测量轮(31)紧紧压在圆周(15)上；
所述支架(32)上部固定控制器(41)，下部左侧固定编码器(22)，右侧通过轴(20)固定测量轮(31)，联轴器(21)固定在支架(32)下部；
所述控制器(41)通过信号电缆(33)连接编码器(22)；所述联轴器(21)一端连接编码器(22)转动轴端，另一端连接测量轮(31)；
所述测量轮(31)表面采用防滑措施，防止测量轮打滑。
如图1所示，所述零点标记(12)位于圆周(15)起始位置，1/4标记(10)位于以零点标记(12)为起始位置圆周(15)的1/4圆周处，1/2标记(14)位于以零点标记(12)为起始位置圆周(15)的1/2圆周处，3/4标记(16)位于以零点标记(12)为起始位置圆周(15)的3/4圆周处。
如图1所示，从零点位置开始，测量轮跟随物体在圆周上移动，编码器输出脉冲，控制器对编码器输出的脉冲数进行复位清零并从新开始实时记录，通过控制器在内部对采集到的编码器脉冲进行计算，实时计算出当前物体在圆周上距离零点位置的圆周长度，从而实现物体在圆周上的实时精确定位。当定位机构装置跟随移动物体旋转到1/4标记位置时，控制器对编码器输出的脉冲数进行1/4圆周位置标定，对之前定位误差进行清零，消除误差；同理，当定位机构跟随移动物体旋转到1/2标记、3/4标记位置时，控制器对编码器输出的脉冲数进行1/2、3/4圆周位置标定，消除误差。当定位机构装置跟随物体再次旋转到零点位置时，定位机构上的光电开关检测到零位标记，控制器再次对编码器输出的脉冲数进行复位清零并从新开始实时记录，实现物体在圆周上的精确定位。
为了能够高精度地对物体在圆周上进行定位，采用线数偶合分辨率高的编码器。设定编码器的线数为M0，即测量轮旋转一周，编码器输出M0个脉冲数。测量轮每旋转一度的角度数时编码器输出M0/360。测量轮每转动一个微小的角度时，编码器就会输出一个脉冲，定位机构装置在跟随物体在圆周上运动时，测量轮同步旋转，编码器通过联轴器与测量轮同步旋转，这样，编码器输出的脉冲数M表示测量轮旋转θ角度时的脉冲数，已知测量轮的直径R，测量轮的圆周长C＝π*R，从而可以计算得到测量轮旋转一度时的圆周长度L，
L＝C/360＝π*R/360 (1)
测量轮跟随物体在圆周上的移动的距离H,
H＝L*M/(M0/360) (2)
将公式(1)代入到公式(2)中可得
H＝π*R*M/M0 (3)
采集编码器输出的脉冲数M通过公式(3)可计算出物体在圆周上的移动的距离H。

Claims (2)

1.一种接触式圆周运动精确定位装置和方法，其特征在于：包括固定在需要位置定位的移动物体上的定位机构装置(11)；
所述定位机构装置(11)匀速沿着圆周(15)运动；
所述圆周(15)均匀分布着零点标记(12)、1/4标记(10)、1/2标记(14)、3/4标记(16)；
所述零点标记(12)、1/4标记(10)、3/4标记(16)均采用激光对射式光电开关；
所述定位机构装置(11)包括固定在物体上的连接杆(43)，所述连接杆(43)另一端连接缓冲器(42)一端；
所述缓冲器(42)另一端连接支架(32)上；
所述缓冲器(42)内含压缩弹簧，通过弹簧弹力将测量轮(31)紧紧压在圆周(15)上；
所述支架(32)上部固定控制器(41)，下部左侧固定编码器(22)，右侧通过轴(20)固定测量轮(31)，联轴器(21)固定在支架(32)下部；
所述控制器(41)通过信号电缆(33)连接编码器(22)；所述联轴器(21)一端连接编码器(22)转动轴端，另一端连接测量轮(31)；
所述测量轮(31)表面采用防滑措施，防止测量轮打滑。
2.如权利要求1所述的一种接触式圆周运动精确定位装置和方法，其特征在于：所述零点标记(12)位于圆周(15)起始位置，1/4标记(10)位于以零点标记(12)为起始位置圆周(15)的1/4圆周处，1/2标记(14)位于以零点标记(12)为起始位置圆周(15)的1/2圆周处，3/4标记(16)位于以零点标记(12)为起始位置圆周(15)的3/4圆周处。
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