CN201681309U - 绝对方向控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种绝对方向控制器，由绝对方向传感器和选通电路组成；绝对方向传感器由底座、指南针、多个微型光电开关和遮光片组成。该方向控制器应用于方向自动控制系统中，可实现时时反馈，从而达到及时修正方向的目的。

Description

绝对方向控制器

技术领域

本实用新型属于方向自动控制领域，具体是将指南针结合电子传感器产生绝对的方向控制信号的电子装置。

背景技术

随着科技日新月异的发展，方向控制已经广泛应用到我们生活的方方面面。从航天飞机的安全飞行到导弹的精确制导，从机器人的自动控制到汽车的自动驾驶，其关键技术都是方向控制系统。目前，应用于高科技产品的方向控制系统主要是陀螺仪，如机械陀螺仪、磁浮陀螺仪、激光陀螺仪等。它们的控制精度高，价格也非常的昂贵，很难应用于生活中的普通产品。随着现代化生活对自动化要求的提高，许多产品需要自动方向控制，需要的精度不是很高，但是成本比较低的方向控制系统。例如全自动吸尘器、水上清洁机器人、玩具汽车等，它们需要绝对的方向控制信号，对方向的精度要求不是很高，有时甚至仅需一个方向的开关信号，如果此时采用陀螺仪提供方向控制信号明显不现实。

经过检索，目前国内还没有类似的方向控制器。因此，本实用新型提供了一种精度要求不是很高，但是成本很低的方向控制器，主要用于普通智能产品的自动方向控制。在它的控制下通过电机或电磁铁等执行装置完成方向的自动控制，可以实现直线运动、S形运动、螺旋线运动等，还可以时时遥控或结合单片机技术按照预先编程的路线行驶。绝对方向控制器可以广泛应用在各种成本低方向控制要求不高的各种自动化、智能化产品中。如自动送料小车、水上清洁机器人、自动吸尘器和遥控玩具汽车等。

发明内容

本实用新型涉及一种绝对方向控制器，具体内容如下：

本实用新型的绝对方向控制器，由绝对方向传感器和选通电路组成；绝对方向传感器由底座、指南针、多个微型光电开关和遮光片组成，指南针支撑在底座下方支撑针上，可以自由转动，遮光片位于指南针的一端，在底座的底板上排布有微型光电开关，当遮光片靠近微型光电开关时，微型光电开关将接近信号转化为该位置的开关信号，这样底座上的微型光电开关就可以反映此时的指南针的指向和位置；选通电路对信号进行处理，通过选通不同的传感器信号控制执行系统的动作；通过改变选通信号的传感器位置改变运动的方向，从而实现 感器实现直线行驶、S形运动和螺旋线运动。

本实用新型的绝对方向控制器，其特征在于在底座的底板上均匀的排布有16个微型光电开关，用于接受指南针的方向信号，将指南针的方向信号转化为具有方向指示功能的电信号。

具体说来，本实用新型的核心是绝对方向传感器(如图1所示)和后续的处理电路(如图2所示)。绝对方向传感器由底座1、指南针2、多个微型光电开关3和遮光片4组成。指南针2支撑在底座1下方支撑针上，可以自由转动，遮光片4位于指南针2的一端。在底座1的底板上均匀的排布着16个微型光电开关(数量可以根据控制精度要求增减)。当遮光片4靠近微型光电开关时，微型光电开关将接近信号转化为该位置的开关信号，这样底座1上的微型光电开关3就可以反映此时的指南针2的指向和位置。此时如果底座1的转动，底板上的微型光电开3关随之转动，但是指南针2的指向不变，这样微型光电开关3的开关信号就会随之改变，也就是说微型光电开关3的信号反映出了底座1的旋转方向和旋转角度。转动角度越大，检测到遮光片4的微型光电开关3与起始位置的微型光电开关4夹角越大，即：根据指南针的位置信号就可以准确的获得绝对的方向信号(需要预先校准零位或单片机初始化时自动设置零位)。这样，绝对方向传感器就可以时时给电路提供方向信号，当方向出现偏差时还可以及时反馈给控制方向系统，并及时修正行驶方向。能够正常工作的绝对方向传感器还要加设保护罩，防止指针抖动过大的阻尼液体和防电磁干扰的附属配件。

绝对方向传感器工作时16个传感器都处于供电状态，它们的开关信号都传送给后续的处理电路。经过电平匹配电路和信号隔离等前处理电路后进入16路选通芯片中，通过遥控控制或是单片机系统选择某一传感器的信号与放大驱动电路接通，即：某一路微型光电开关3的开关信号控制执行系统的工作。通过改变选通的微型光电开关3的开关信号，就可以改变执行系统的工作状态，从而控制转向电机或驱动电机动作实现直线运动、螺旋线运动。

绝对方向控制器可以控制移动设备沿任一直线行驶，如自动送料小车，下面结合其控制原理具体说明。它采用一个绝对方向传感器和两套选通电路。假如自动吸尘器需要直线运动时，可以选通图1所示A、B两个微型光电开关，当遮光片4处于A、B中间的位置时，传感器都没有信号，自动吸尘器保持原来的方向直线行驶；当运动方向出现偏差后，指南针2上的遮光片4到达A位置时，微型光电开关A检测到信号，将开关信号传递到选通电路，从而控制转向电机转动方向消除自动吸尘器的方向偏移；当遮光片到达B位置时微型光电开关B检测到信号，将开关信号传递到选通电路，从而控制转向电机反向运动消除自动吸尘器方向的偏移。这样就保证了自动吸尘器自动调整方向在很小的夹角范围内运动，保证了它的直线行驶方向并可以时时修正。

附图说明

图1为绝对传感器结构图，其中：

1-底座，2-指南针，3-微型光电开关，4-遮光片；

图2为后续处理框图

图3为水上漂浮物示意图

图4为螺旋运动具有较好适应性示意图

图5为螺旋运动实现方法示意图

图6为改变选通位置从而改变螺旋渐进方向示意图

具体实施方式

实施例1在水上清洁机器人采用绝对方向控制系统实现螺旋线运动轨迹打捞漂浮物

现在螺旋前进的运动控制方式也得到了广泛利用，水上清洁机器人采用了绝对方向控制系统实现螺旋线的运动轨迹打捞水面上的漂浮物。它采用螺旋线的运动方式，避免了电机的频繁正反转，延长了产品的使用寿命，同时还具有控制参数少、操作灵活方便、工作适应性大、清洁效果好的优点。下面就结合绝对方向控制系统的典型应用例子说明它的具体控制原理。

通常来说，水面上的漂浮物分布是极不均匀的，如图3。若是采用直线式反复运动的轨迹打捞，由于水面的漂浮物相对于水面一定的漂移，所以清洁效果不理想，更多的时候漂浮物没有被捞起而是被推到其他水面。并且直线式反复运动需要频繁正反转，需要操纵人员根据垃圾分布不均匀的情况不停的来回操纵，费时费力，对机器损害大。螺旋前进运动的轨迹具有渐进性，只要设定旋转半径和螺旋渐进的方向即可，简化了操纵过程，提高了它工作的适应能力，如图4。并且同一区域的水面可以被清洁多次，保证了清洁效果。水上清洁机器人的方向控制系统如果采用陀螺仪则成本太高，因此采用了结构简单成本低的绝对方向传感器。在其控制下船体沿着遥控设定的螺旋线轨迹运动，完成打捞水面漂浮物的工作，经过实际测试使用效果非常好。

当水上清洁机器人螺旋前进时，船体转向时指南针2的指向不变，绝对方向传感器相对船体固定，所以在某一位置时该传感器能够检测到信号，进入遥控选通电路后控制电磁继电器将串联在电机两端的电阻短路，使电机瞬间加速，致使船加速完成螺旋前进运动(或是采用PWM方式控制电动机，通过改变占空比使电机瞬间加速)。通过远程遥控电路设定选通电路所接收的微型光电开关3的信号，就可以控制船体前进的方向和运行轨迹。

如图5所示，箭头代表指南针2，圆点代表选通的微型光电开关3。指南针2所指的方 向不变，由于船体在舵的转向作用下绕某一转向中心旋转，绝对方向传感器随船体一起转动。每当船体运行到向右行驶时，绝对方向传感器的微型光电开关3总能检测到指南针2头部的遮光板4，经过选通电路后控制继电器将电阻短路或提高电动机控制脉冲的占空比，使电动机加速，生成螺旋运动轨迹，然后进入下一个旋转过程。如此反复，就可以使水上清洁机器人在旋转的同时还有一个螺旋前进的总方向。

改变选通电路所选通的微型光电开关3，就可以改变船体螺旋前进的总方向，如图6。假如此时遥控器选通的是微型光电开关A，船体在螺旋运动的同时向右偏移，运动轨迹如图6左图；通过遥控器选通微型光电开关C，这样每当船体向下行驶时总能检测到遮光片的信号，微型光电开关C的信号就可以通过选通电路控制电机的加速，在旋转过程中其他微型光电开关也产生了信号但是因为没有被选通而失效。其效果是改变了绝对方向传感器检测到指南针输出加速信号的位置，即船体加速时所面对的方向不同，最终改变了船体螺旋前进的总方向，运动轨迹如图6右图所示，达到了控制船体螺旋前进的目的。

绝对方向控制系统可以实现多种运动模式的控制，并且可以时时反馈修正运动方向，实现的功能较多而成本很低。主要应用领域是对精度要求不是很高的需要方向自动控制的移动设备中。

Claims (2)

1.一种绝对方向控制器，其特征在于，所述绝对位置控制器由绝对方向传感器和选通电路组成；绝对方向传感器由底座、指南针、多个微型光电开关和遮光片组成，指南针支撑在底座下方支撑针上，遮光片位于指南针的一端，在底座的底板上排布有微型光电开关。

2.根据权利要求1所述的绝对方向控制器，其特征在于，在底座的底板上均匀的排布有16个微型光电开关。 

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